JP2004028243A

JP2004028243A - 真空体の封止方法と封止材及び封止装置

Info

Publication number: JP2004028243A
Application number: JP2002187224A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Shiotani; 塩谷　嘉宏
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-06-27
Filing date: 2002-06-27
Publication date: 2004-01-29

Abstract

【課題】ゴムを用いた真空体の封止にボルト等によるゴムの締付けを不要にし、一時的な押圧により封止材と真空体の構成材との間に副真空室を形成して、真空のもつ吸着力により密着性を向上させて高い気密性のある接合とする。
【解決手段】真空体の外周に用いる封止材１２の接触面１４に、数多くの小さな凹み１５と凹み１５の外側に連続した小突起１６が設けてある。真空引きにより気密材１３が押圧されると初期時に小突起１６で真空体の外周を密封し、真空化が進むと小突起１６が押し潰されて封止材１２と気密材１３が全面接触して凹み１５部が独立した副真空室を形成する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、真空を利用した防音材または断熱材の封止方法、封止材、真空体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の真空体の封止は、気密溶接やろう付けが一般的に用いられている。これらは製造装置が高価になったり、溶接に高度な技術を要するため時間がかかり必然的に高コストになっている。
【０００３】一方、ゴムを用いた場合は、Ｏリングのようにゴムを真空体の構成材で挟持しボルトなどで両側から強く押圧してゴムと構成材の接触面からの空気の流入を防止する必要があるため、真空防音材のように気密材の厚みが薄く強度が小さい場合にはボルトを用いて締付けると部材が変形するため使用が難しい。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
問題点は、封止に溶接やろう付けを用いた場合は高価格になること、一方、ゴムを封止材に用いた場合は、真空体の構成材との接触面から真空室への外気の流入がし易いことである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明では２つの方法からなる。１つは、気密性の保持に、封止材と構成材間との接触面に独立した小さな副真空室を設けて、副真空室による構成材の吸着作用により一時的に構成材を押圧した後の経常的なボルトによる締付けを不要とする。また封止材と気密材の接触面からの経年による僅かな外気の流入に対しては、副真空室を経由させることにより主真空室への外気の流入を防止する。
他の１つは、低弾性のゴム状弾性体や塑性変形する弾性体を真空体外周部の構成材や封止材の気密接合部に配し、カバー材により挟持押圧することにより気密性を高める。
【０００６】
【発明の実施の形態】
副真空室を設ける方法には、真空体の構成材との接触面に、独立した凹みや長さ方向に連続した溝のある封止材を構成材間に挟持押圧することにより、主真空室の周囲に独立した小さな副真空室を形成する。
【０００７】押圧する方法には、相対する気密材の外側、封止材と気密材の間、気密材と気密材の間のいずれかに低弾性のゴム状弾性体を配して、外側にカバー材をこれらに被せて折り曲げ、ゴム状弾性体を直接または間接に押圧し、密着性を高めて封止する。
【０００８】
【実施例】
図１（ａ）は、凸形状体３を複数成形した金属などの硬質材からなる気密材２を相対させ、周囲にゴム状弾性体からなる封止材４を挟持し内部を真空にした真空体１である。封止材４は、定形で大量生産の場合には四周を一体成型で、少量生産時には押出し等の成型品のコーナー部を気密接合して用いる。
【０００９】図１（ｂ）はゴム状弾性体からなる断面略矩形の封止材５の気密材６と接触する面１１に長細形状の凹み７を複数成形したもので、並行して成形された凹み８とは長さ方向に位置がずれている。尚、主真空室面９には封止材５から許容範囲を超える放出物や析出物がある場合にはガス不透過材１０を張って用いる。
【００１０】封止材５と気密材６の接触面１１は平行面になっており、真空装置内で気密材を接合する場合に用いる。大気中で気密材６を接合する場合は、真空引き時の気密材の押圧により接触面１１が外気側から主真空室側へと順に密着するように、封止材５の外気側を主真空室側よりやや厚くした形状にして用いる。
【００１１】図１（ｃ）は、小さな凹み１５を気密材１３との接触面１４に数多く成形した封止材１２である。外気側と主真空室側を直線で結ぶ線上には凹みがあり、接触面からの空気の流入に対しては凹みに空気が流入し易いようにしている。図１（ｄ）は、封止材１７の気密材１８との接触面１９に連続した溝２０を設けたものである。
【００１２】図１（ｃ）、図１（ｄ）は、凹みの外側に連続した小突起１６，２１が設けてある。大気中で真空引きする場合の初期時に小突起１６，２１で外気を遮断し、真空化が進み人為的または大気圧により気密材１３，１８が押圧され、小突起１６，２１が押し潰されて封止材１２，１７と気密材１３，１８が全面接触して凹み１５や溝２０が副真空室となる。
【００１３】このような形状の封止材を用いた真空体は、封止材で囲まれた主真空室の外側全周に小さな副真空室を形成する。副真空室は吸着作用があるため気密材全体への大気圧による押圧とともに、封止材と気密材の密着性を高めた気密接合となる。
【００１４】また、封止材と気密材の接触面からの経年による外気の流入に対しては、副真空室の空気圧は上昇するが、主真空室へは副真空室と主真空室の真空圧の差により発生するため、副真空室へ流入した希薄な空気が主真空室へ流入するには、凹みや溝と主真空室間の封止面の気密性を越える気圧差が必要となるため、主真空室への影響は生じないか、あっても非常に軽微なものとなる。
【００１５】図２は、外気側にくさび状の凹み２４のある気密材２５との接触面２６に複数の小さな溝２７を成形した封止材２３である。溝２７間の隔壁の高さは外気側と主真空室側の平面部を結ぶ線からわずかに突出した高さとなっている。
【００１６】このような封止材２３を気密材２５間に挟持し真空引きをすると、人為的又は大気圧により気密材２５が押圧され、くさび状の凹み２４が小さくなりながら、気密材２５は最も外気側にある隔壁から順に主真空室側の隔壁に接触し、最後は突出した隔壁の頂部が押し潰されて図２（ｂ）のように接触面２６全体が気密材と密着し、隔壁間の溝２７が副真空室となる。外側端部の凸部２８は封止材２３の長さが長く中央部が主真空室内部へ真空により引き込まれるのを防止するためのものである。
【００１７】図２（ｃ）　、図２（ｄ）は、軸部３１の両側に気密材３０，３０ａに挟持される２対の隔壁３２，３３と気密材３０の縁端に接する外周材３４を一体成形した封止材２９である。内側の隔壁３３は外側の隔壁３２より気密材３０，３０ａ間幅が小さく、真空引き時に気密材３０，３０ａが大気圧により押圧されたときに隔壁３２が点線３７の位置まで変形し、隔壁３３と接して隔壁間に空間ができて副真空室３５を形成する。
【００１８】隔壁３２と外周材３４の間には必要に応じて低弾性のゴム状弾性体３６を挿入するが、この場合、気密材３０の押圧によりゴム状弾性体は押し潰されて伸張し、軸材と気密材に密着し気密性を高める。
図２の封止材に用いる材料は、ゴムやプラスチックからなる弾性体のほか、アルミや銅などの柔らかい金属を用いることが可能である。
【００１９】図３は真空引き孔の封止材３８である。図３（ａ）は、硬質板３９に同心円状に２条の凸体４０，４１のあるゴム状弾性体４２を一体成型した封止材３８で、図３（ｂ）の断面図に示すように気密材４３に開口された真空引き孔４４に重ねて用いる。
【００２０】外側凸体４０は内側凸体４１より高さが高く、真空引きにより押圧されて気密材４３と内側凸体４１と接触することにより２条の凸体間が副真空室４５となる。尚、厚みのあるやや硬質なゴム状弾性体を用いた場合には、硬質板は不要である。
【００２１】又、塑性変形するゴム状弾性体を用いる場合は、副真空室が潰れない程度の押圧にするか、ゴム状弾性体内に線状又は球状のスペーサーを包有させて副真空室を保持する。尚、ゴム状弾性体から許容以上の放散ガスなどがある場合は、凸体の内側にガス不透過材を貼って用いる。
【００２２】図４は、真空を利用した断熱管に関するものである。図４（ａ）、図４（ｂ）は内外の直管４７，４８の縁端部に環状の封止材４９を挿入したもので、封止材４９には管との接触面には内側端部５０と中間に環状の凸部５１，５２がある。
【００２３】凸部５１，５２の外径は、外管４８の内径よりやや大きく内外管の内面に押圧しながら挿入する。挿入を真空装置内で行うことにより凸部間５５が真空となり主真空室５４から独立した副真空室となる。外側端部の凸部５３は、気密材を配設し易くするためと、封止材が長い場合に真空により管内部へ引き込まれるのを防止するためのものである。
【００２４】図４（ｃ）の封止材５６は、外管５７の端部５８を外側に広がる傾斜をつけた場合に使用するもので、封止材５６の外面と内面に環状の凹み６０，６１があり、管と密着して副真空室となる。外側の管端部５８との接触面６２を内側の接触面６３より僅かに大きい径とし、真空引き作業途中に管端部５８に封止材を押込むことにより大気圧下での真空引きが可能となる。
【００２５】図４（ｅ）、図４（ｆ）は、曲がり管に使用するもので、外側半管６６，６７は管の流れに沿って上下２分割されており、外側半管６６，６７の全周に溝６９，７０のあるゴム状弾性体からなる封止材６５を挟持して主真空室７１を形成している。
【００２６】溝６９は封止材６５の内外の管６６，６７，６８との接触面に設けられ、溝６９をはさむ両側の管との接触面の高さは内側７２が外側７３より僅かに小さくなっており真空装置内での押圧により管と面全面が接触し、溝６９が副真空室となる。尚、高さを同じにして溝より外側に小突起を全周囲に設けることにより大気圧下での真空引きが可能となる。
【００２７】図５は、封止材の隅部の接合に関するものである。図５（ａ）は、隅部の両封止材７５，７６を斜めに切断した場合で、図５（ｂ）は、片側封止材７９の側面に他封止材８０の切断面を突き付けた場合である。いずれの場合も接合面に未加硫のブチルゴムやプラスチックの粘着剤７７，８１を挟持押圧して密着させ気密接合したもので、必要に応じてガス不透過材からなるテープ７８，８２で端部を覆い気密性と接合強度を補強する。
【００２８】図６は、カバー材でゴム状弾性体を押圧し、封止材と気密材間を密封して気密接合することに関するものである。ゴム状弾性体には低弾性のゴム状弾性体または塑性変形する弾性体を用いる。塑性変形する弾性体には、未加硫のブチルゴムやプラスチックのシール剤のように粘着性があって押圧に応じて伸張する材を用いる。
【００２９】図６（ａ）は、真空体９０の外周の角９１に相応する折り曲げ箇所８５の厚みを薄く、先端と封止材や気密材に接する部分に長さ方向に連続した凸体８６，８７を一体成形したカバー材８４に塑性変形する弾性体８９を張り付けたものである。カバー材８４は被粘着性と硬さのあるプラスチックや金属を用いる。
【００３０】折り曲げ箇所８５は、真空体９０の厚みに対応した位置に設けられており、弾性体を押圧する押圧片８８は、折り曲げたときに弾性体を伸張させる幅がある。凸体８６，８７は弾性体の厚みを一定にするもので、薄く伸張させる場合には成形のないカバー材を用いる。又、気密材の端部を相対する気密材側まで曲折させた時など、気密接合個所が片面となる場合は、弾性材は片面のみに使用する。
【００３１】図６（ｂ）、図６（ｃ）は、図６（ａ）のカバー材を曲折した状態で、断面コ型の金属を用いた封止材９２と気密材９３の外側に弾性体９４を配し、カバー材９５を折り曲げて弾性体９４を押圧し、気密材９３上に伸張させて気密接合とした状態を示している。
【００３２】図６（ｄ）は、封止材９６に低弾性のゴム状弾性体を用い、封止材９６と気密材９７間にゴム状弾性体９８を挟持し、カバー材９９で気密材を押圧して伸張させ気密接合としている。カバー材の外側にはカバー材９９を押圧保持する断面コ型の係止材１００でカバー材が剥落するのを防止している。
【００３３】図７（ａ）は、中央部に凸形状１０４を成形した気密材１０３を相対させた周囲の平面部１０５間に封止材を用いない真空体１０２である。図７（ｂ）、図７（ｃ）は、の外周部の詳細図で、表裏の気密材１０３，１０３ａの平面部１０５に低弾性のゴム状弾性体や塑性変形する弾性体１０６を配し、外側からカバー材１０７を折り曲げ、弾性体１０６を押圧伸張させて気密接合としたものである。
【００３４】図７（ｄ）、図７（ｅ）の真空体１０９は気密材１１０，１１０ａ間に同様のゴム状弾性体１１１を挟持し、外周部に配したカバー材１１２を折り曲げて弾性体１１１を押圧伸張させ気密接合としたものである。弾性体１１１の真空室側には必要に応じてガス不透過材を張って用いる。
【００３５】図８は、気密材１１５の間隔を保持するために金網などの網目状材１１６にエキスパンドメタルを用い、網目状材１１６の縁端部に押圧受材１１７を固定し、押圧受材の外側に気密材１１５を、気密材１１５の外側に低弾性のゴム状弾性体や塑性変形する弾性体１１８を配し、カバー材１１９で押圧して外周部の低弾性の弾性体１１８を伸張させて気密接合し、内部を真空にした真空体１１４である。
【００３６】押圧受材１１７は断面コ型の他、平板を網目状材１１６の外周部両面に取付けてもよく、また弾性体１１８は押圧受材１１７と気密材１１５間に配してもよい。又、同じ大きさの網目状材を対向させ、間にスペーサーを挟持した間隔保持材の場合も同様の方法で気密接合が可能である。
【００３７】図９（ａ）は、中央部に開口１２２のある板材１２３の幅中央部に、真空体の外周に相当する位置の板厚を薄くした点線で示す曲折部１２４を設け、曲折して真空体外周部に配する低弾性のゴム状弾性体または塑性変形する弾性体の押圧材として用いるカバー材１２１である。曲折部１２４の間隔は、真空体の厚みに相応している。曲折部１２４の板厚は折り曲げたとき両側の板が変形しない薄さである。封止材を用いない場合曲折部は１本のみとなる。
【００３８】曲折部より外側の押圧片の隅部は曲折したとき重ならない形状にしてある。カバー材は金属やプラスチックを用い、全体を一体成形する他、引き抜きや押し出し成形品の場合は、隅部を溶接等で一体にして用いる。
【００３９】図９（ｂ）は、Ｌ型の引抜きや押出し成型品を真空体の大きさに合わせて隅部を溶接等で接合したカバー材１２５である。この状態で、気密材と封止材と弾性体を所定の組み合わせに従ってはめ込み、予圧した後点線で示す曲折部１２６で折り曲げ、押圧片１２７を押圧して気密接合する。尚、真空体を湾曲して用いる場合は、曲率に応じた数の切り込みを押圧材の長辺と直交方向に設ける。
【００４０】図１０は図３のような封止材を真空体に装着する真空封止装置の一部を示す断面斜視図である。押圧材１２９は形状記憶合金からなる曲折した伸縮形状部１３０を左右に設けて端部を平面材で一体化し、伸縮形状部１３０を挟んで片側を真空封止装置の一部である筒体１２８への取り付け面材１３１、他側を封止材を仮付けして押圧する押圧面材１３２としている。
【００４１】筒体１２８への取り付けは、筒体１２８に固定した取り付け材１３３に取り付けられている。伸縮時の押圧面材１３２は封止材１３７の下面が、筒体１２８下端のゴム状弾性体からなる気密封止材１３６よりも上方にあって、真空体の孔１３９から封止材１３７の間の隙間を通して排気される。
【００４２】伸縮形状部１３０にはヒーター１３４が取り付けられており、所定の真空圧になったとき通電により形状記憶合金が過熱され、点線１３５で示すように伸長変形して押圧面材１３２が下方へ移動し、押圧面材１３２に仮付けされた封止材１３７が真空体の孔１３９周辺に押圧されて密着し孔を封止する。封止後、真空装置内を大気圧に戻して押圧面材１３２から封止材１３７を取り外す。
【００４３】封止材１３７の押圧面材１３２との接触側に鉄などの磁着材が一体化されている場合は、押圧面材１３２の上面に電磁石を取り付けておくことにより、封止材１３７の着脱が容易になる。尚、伸縮形状部はコイルバネやひげバネ形状にした形状記憶合金を用いてもよい。
【００４４】
【発明の効果】
封止材に従来のＯリングなどのゴムを用いた場合には、フランジで挟持しボルトで締付けなければ必要な気密性が得られなかったのに対し、本発明のゴム状弾性体に凹みや溝を接触面に成形した封止材は、主真空室の真空引きにより気密材が接触面に密着することにより凹みや溝が独立した副真空室となる。
【００４５】真空はガラスの運搬装置などに用いられるように非常に大きな吸着性能を持つ。そのため副真空室が吸着する力は封止材と接触する真空体の構成材を吸引したままの状態で密着して高い気密性のある接合となる。
【００４６】その結果、真空防音材のような封止材に接触する材の厚みが薄く、また接触長が長くボルト締めには不適な場合でも使用が可能となる。また、副真空室は主真空室の真空引きに伴うものであるため、専用の作業工程がなく真空体製造の生産性が良い。
【００４７】一方、低弾性のゴム状弾性体を伸張して気密接合とする方法については、封止材、気密材、ゴム状弾性体を所定に組み合わせたものを真空体の大きさに合わせたカバー材に配設し、カバー材の曲折し易くなった部分を折り曲げて押圧するだけでゴム状弾性体が構成部材と密着し、気密接合できるため真空体組み立てが容易になり生産性が著しく向上する。
【００４８】また、本発明は気密溶接など生産コストの高い工程が全くなく、これに伴う生産設備が不要となるためコストの大幅な低減が図れる。他には、他材に対して形状追従性が高いため、溶接と異なり気密材や金属の封止材の寸法精度にあまり左右されずに気密接合が可能となる。
【００４９】形状記憶合金を用いた封止装置は、ネジの回転を利用した押圧装置と比べると構造が単純化できるため、真空装置に組み込みやすく、またコストも安価にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】真空体の一部内部を示す外観斜視図および封止材の部分断面斜視図
【図２】封止材の部分断面斜視図
【図３】真空引き孔に用いる封止材の外観斜視図および使用時の断面図
【図４】管材の部分断面図および封止材の一部断面を示す外観斜視図
【図５】封止材の隅部の斜視図
【図６】カバー材とゴム状弾性体の断面図および使用時の斜視図
【図７】真空体の一部内部を示す外観斜視図および外周部の断面図
【図８】網目状材を用いた真空体の一部内部を示す外観斜視図
【図９】カバー材の外観斜視図
【図１０】真空封止装置を示す断面斜視図
【符号の説明】
１：真空体　　　　　　　２：気密材　　　　　　３：凸形状体
４：封止材　　　　　　　５：封止材　　　　　　６：気密材
７：凹み　　　　　　　１０：ガス不透過材　　１１：接触面
１２：封止材　　　　　　１３：気密材　　　　　１４：接触面
１５：凹み　　　　　　　１６：小突起　　　　　１７：封止材
１８：気密材　　　　　　１９：接触面　　　　　２０：溝
２１：小突起　　　　　　２３：封止材　　　　　２４：凹み
２５：気密材　　　　　　２６：接触面　　　　　２７：溝
２８：凸部　　　　　　　２９：封止材　　　　　３０：気密材
３１：軸部　　　　　　　３２：隔壁　　　　　　３３：隔壁
３４：外周材　　　　　　３５：副真空室　　　　３６：ゴム状弾性体
３８：封止材　　　　　　３９：硬質版　　　　　４０：外側凸体
４１：内側凸体　　　　　４２：ゴム状弾性体　　４３：気密材
４４：真空引き孔　　　　４５：副真空室　　　　４７：内管
４８：外管　　　　　　　４９：封止材　　　　　５１：凸部
５２：凸部　　　　　　　５３：端部の凸部　　　５４：主真空室
５６：封止材　　　　　　５７：外管　　　　　　５９：内管
６０：凹み　　　　　　　６２：接触面　　　　　６６：外側半管
６８：内管　　　　　　　６９：溝　　　　　　　７１：主真空室
７５：封止材　　　　　　７７：粘着剤　　　　　７８：テープ
７９：封止材　　　　　　８１：粘着剤　　　　　８２：テープ
８４：カバー材　　　　　８５：折り曲げ箇所　　８６：凸体
８９：ゴム状弾性体　　　９０：真空体　　　　　９１：外周の角
９２：封止材　　　　　　９３：気密材　　　　　９４：ゴム状弾性体
９５：カバー材　　　　　９６：封止材　　　　　９７：気密材
９８：ゴム状弾性体　　　９９：カバー材　　　１００：係止材
１０２：真空体　　　　　１０３：気密材　　　　１０５：平面部
１０６：ゴム状弾性体　　１０７：カバー材　　　１０８：折り曲げ箇所
１０９：真空体　　　　　１１０：気密材　　　　１１１：ゴム状弾性体
１１２：カバー材　　　　１１４：真空体　　　　１１５：気密材
１１６：網目状材　　　　１１７：押圧受材　　　１１８：弾性体
１１９：カバー材　　　　１２１：カバー材　　　１２２：開口
１２３：板材　　　　　　１２４：曲折部　　　　１２５：カバー材
１２６：曲折部　　　　　１２７：押圧片　　　　１２８：筒体
１２９：押圧材　　　　　１３０：伸縮形状部　　１３２：押圧面材
１３４：ヒーター　　　　１３７：封止材

Claims

真空体の構成材間に、接触面に主真空室から独立した副真空室を形成するゴム状弾性体からなる封止材を挟持して気密接合とする真空封止方法。
構成材との接触面に「独立した凹み、又は長さ方向に連続した溝」を設けた請求項１の封止材。
長さ方向に連続した溝を複数設け、真空体の構成材の押圧により溝の隔壁が外気側から主真空室側に順に押圧されて副真空室を形成する請求項１の封止材。
構成材との接触面に２条の環状の凸体を間隔を設けて一体成型した「ゴム状弾性体または塑性変形する弾性体」からなる真空体の孔の封止に用いる請求項１の封止材。
真空体外周に用いる封止材の隅角部の突合せ接合面に粘着性のある塑性変形する弾性体を挟持押圧して気密接合とする封止方法。
「低弾性のゴム状弾性体または塑性変形する弾性体」を相対する気密材の外側、封止材と気密材の間、気密材と気密材の間のいずれかに配し、真空体の外周の角に相応する部分の板厚を薄くしたカバー材を曲折して該ゴム状弾性体を押圧し真空体の外周を密封する気密接合方法。
網目状材の外周部の両面に硬質材からなる板状の押圧受材と押圧受材の外側に気密材を配し、「押圧受材と気密材間、または気密材の外側」に「低弾性のゴム状弾性体または塑性変形する弾性体」を配し、真空体の外周の角に相応する部分の板厚を薄くしたカバー材を曲折してゴム状弾性体を押圧し外周部を密封して内部を真空にした真空体。
中央部に開口のある板材の幅中央部に、真空体の外周の角に相当する位置の板厚を薄くした曲折部を設けて曲折部の両外側を押圧片とし、該押圧片を「低弾性のゴム状弾性体または塑性変形する弾性体」の押圧材として用いるカバー材。
真空体の開孔部周囲と接触する真空装置の筒体内に、形状記憶合金からなる伸縮形状部のある押圧部材を配し、該伸縮形状部を挟む片側を筒体に固定して他端部を移動側とし、通電による加熱により伸縮形状部が伸張して移動側に仮付けした封止材を押圧して真空体の開孔部を封止する封止装置。