JP2008221306A - 等方加圧成形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加熱しつつ加圧を行い成形加工する等方加圧成形装置において、被加工物を保持する型の温度を下げる。また、型の温度条件を安定化する。
【解決手段】加圧成形後、被加工物を収容したバスケット３２を冷却槽３０に投入する。冷却槽３０には、冷却ユニット９０で温度管理された液体が蓄えられており、この液体に被加工物およびこれがセットされた型を漬けることにより、これらの温度を下げる。被加工物および型の温度が下がることにより、被加工物を型から外すときの作業性が向上する。また、型の温度が冷却槽３０の温度で管理されるので、搬入時の温度が安定する。
【選択図】図２

Description

本発明は、高温の液体を介して加熱と等方加圧を行い被加工物の成形を行う装置に関する。

圧力容器内に被加工物を収容し、当該圧力容器を密閉した状態で液体を供給し液体を介して被加工物に圧力を加え、成形する装置が知られている。この場合、液体を介して加圧することにより等方加圧を実現することができる。さらに、液体を高温のものとすれば、加熱しつつ加圧を行うことも可能となる。このような加熱しつつ等方加圧を行う装置が、例えば特許文献１に記載されている。

このような装置を用いて、積層コンデンサなどの積層電子部品の成形が行われている。積層コンデンサは、所定形状の導電体のシートとセラミックグリーンシートを交互に積層し、加圧し、同時に加熱して各層間のバインダを硬化させ、さらにセラミックを焼成して製造される。所定形状の導電体が電極となり、焼成されたセラミック層が絶縁体となる。実際には、これを所定の形状に切り出して、回路素子として使用する。導電体シートとセラミックグリーンシートを積層した状態では、前記グリーンシートが柔らかく、形状が一定とならない。

前述のグリーンシートのように、加工前の状態が不定形な被加工物は、加工終了まで所定の形状に保持するための型が必要となる。前記の積層体の場合は、型として、加工前の積層シートを板状に保持するために、これを載置する板状の部材が用いられる。被加工物および型を加工時の所定温度まで上昇させるのを、圧力容器内で行うと、圧力容器を占有する時間が長くなり、生産性を高めることができない。特許文献２には、加圧成形以前に被加工物および保持手段を予熱し、圧力容器の占有時間を短縮する技術が開示されている。

実公平４−４４３５８号公報 特開２００２−３５９９５号公報

加熱、加圧の工程が終了した後、型は熱くなっており、型から被加工物を取り外す作業の障害になる場合がある。また、熱くなっている型を再使用する場合、被加工物が型からの熱を受けて早期に暖まり、型が冷えている場合と温度上昇の履歴が異なってしまう。このため、例えば、装置の稼働初期と、稼働後十分時間が経過した後とでは、温度に関する加工条件が異なり、製品の品質が安定しなくなる場合がある。

本発明は、被加工物を保持する型の温度を安定化させることを目的とする。

本発明の等方加圧成形装置は、被加工物がセットされた状態の型を、圧力容器から取り出した後に、冷却槽に蓄えた液体に漬けて冷却する。被加工物を型から外す前に冷却することで、この型から外す作業において、型が熱くなく作業しやすくなる。

また、冷却槽は、圧力容器から取り出した、型にセットされた被加工物を当該等方加圧成形装置から搬出する位置の下方に配置するようにできる。

また、被加工物の搬出位置と、冷却槽の間に、冷却槽から取り出された被加工物に付着した液滴等を空気を吹き付けて除去する水切り部を配置するようにできる。

以下、本発明の実施形態を、図面に従って説明する。図１は、等方加圧成形装置１０の各作業位置の概略配置を示す平面図である。旋回アーム１２は、図示するように三つ又形状を有し、各アームの先端に被加工物を保持するバスケットが載置される旋回テーブル１４が支持されている。図に示す右下の旋回テーブル１４の位置が、加工前の被加工物を搬入し、また加工後の被加工物を搬出する搬入・搬出ステーション１６である。また、図に示す左のテーブルの位置が、被加工物を予熱する予熱ステーション１８である。旋回テーブル１４の下方には、予熱用の液体が蓄えられた予熱槽２０が配置されている。詳細については後述するが、被加工物はバスケットに載置された状態で、予熱槽２０内に投入され予熱される。さらに、図に示す右上の旋回テーブル１４の位置は、加圧成形が行われる加圧成形ステーション２２である。この旋回テーブル１４の下方には、圧力容器２４が配置され、圧力容器２４内には、圧力の媒体となる液体が蓄えられている。さらに、圧力容器２４は恒温槽２６内の液体に浸かっている。さらに、当該等方加圧成形装置１０を平面視した場合において、つまり図１の平面図において、搬入・搬出ステーション１６と同じ位置に、圧力容器２４から取り出された被加工物を冷却する冷却ステーション２８が位置している。実際には冷却ステーション２８は、搬入・搬出ステーション１６の下方に位置し、被加工物等を冷却するための液体を蓄えた冷却槽が、図示する右下の旋回テーブル１４の下方に配置されている。

図２は、等方加圧成形装置１０の搬入・搬出ステーション１６および冷却ステーション２８の部分を示す図である。旋回テーブル１４が図中に示す位置にあるときに、複数の被加工物が載置されたバスケット３２が、旋回テーブル１４上に置かれ、被加工物の当該成形装置１０への搬入が行われる。被加工物である導電体とセラミックグリーンシートを交互に積層した積層体３４（図３参照）は、加工前は柔らかく、変形するので、この積層体の形状を一定とするための型３６（図３参照）に保持されている。積層体３４は、図３に示すように略方形の平板形状であり、型３６には、積層体３４がちょうど収まる凹部３８が設けられている。被加工物、すなわち積層体３４は、型３６にセットされ、複数がバスケット３２に収容される。この状態でバスケット３２が旋回テーブル１４上に置かれる。冷却ステーション２８に送られる積層体３４は、圧力容器２４で加熱・加圧され、ここより取り出されたものであるので、冷却ステーション２８の説明は後に行う。搬入・搬出ステーション１６において、旋回テーブル１４上に置かれたバスケットは、旋回アーム１２の回転によって予熱ステーション１８に送られる。

図４は、等方加圧成形装置１０の、予熱ステーション１８および加圧成形ステーション２２の部分を示す図である。他の部分に関しては、概略を示している。バスケット３２は、搬入・搬出ステーション１６から旋回テーブル１４の旋回によって予熱ステーション１８に送られる。旋回テーブル１４の旋回は、油圧シリンダで構成されるテーブル旋回シリンダ４０の往復運動が、ラックアンドピニオン機構４２により回動運動に変換され、これが旋回コラム４４、旋回アーム１２、旋回テーブル１４を旋回させる。バスケット３２が予熱ステーション１８に送られると、油圧シリンダにより構成される吊下げシリンダ４６により下降される吊下げフック４８に係合して、さらに吊下げシリンダ４６により吊り上げられる。旋回テーブル１４は旋回されてバスケット３２の直下より退避する。吊下げフック４８は、バスケット３２を吊下げたまま下降し、昇降テーブル５０上にバスケット３２を載置する。昇降テーブル５０は、油圧シリンダで構成される昇降シリンダ５２により下降し、これによりバスケット３２は、予熱槽２０内に投入される。予熱槽２０内には、所定の温度に昇温された液体、例えば水が蓄えられており、この液体により積層体３４、型３６およびバスケット３２が、加圧成形ステーション２２に投入される前に、あらかじめ加熱される。所定時間の加熱終了後、昇降テーブル５０は上昇し、さらにバスケット３２は吊下げフック４８に吊り下げられた状態となる。この下に、退避していた旋回テーブル１４が送られ、吊下げフック４８の下降によって、この上にバスケット３２が載置される。そして、旋回テーブル１４が旋回することによって、積層体３４および型３６を保持したバスケット３２が加圧成形ステーション２２に送られる。

加圧成形ステーション２２では、バスケット３２は、圧力容器の上蓋５４の底部に固定された吊下げフック５６に係合される。上蓋５４は、チェーン５８により吊り下げられており、上蓋支持コラム６０内の昇降モータにより昇降される。上蓋５４は、バスケット３２をわずかに上昇させ、そして旋回テーブル１４が旋回してバスケット３２の直下より退避する。旋回テーブル１４が退避すると、上蓋は下降し、積層体３４、型３６を保持するバスケット３２を圧力容器２４内に投入する。

図５は、予熱ステーション１８および加圧成形ステーション２２、特に圧力容器２４およびこれの周囲の構成の概略を示す図である。上蓋５４には、後述するピン６２が貫通するピン穴６１が設けられ、さらに上蓋５４の底面とピン穴６１を結ぶ循環孔６３が設けられている。上蓋５４に吊り下げられたバスケット３２は、上蓋５４と共に下降して圧力容器２４内に投入され、上蓋５４が容器の開口部をふさぐと、ピン６２がピン穴６１に挿入され上蓋５４を貫通して、図６に示すように、圧力容器２４を密閉する。一方、恒温槽２６内の液体は、圧力容器２４が開放している際には、循環路弁６６が開かれ、循環ポンプ６４により圧力容器２４内に送られる。圧力容器２４からあふれた液体は、再び恒温槽２６に戻る。圧力容器２４が上蓋５４により蓋された状態となっても、ピン６２がピン穴６１に挿入されていない状態では、流体は、循環孔６３を通って、恒温槽２６に戻り、液体の環流状態が維持される。これにより、上蓋５４に吊り下げられて圧力容器内に投入された被加工物の温度管理がより精度良く行える。ピン６２が上蓋のピン穴６１に挿入され、循環孔６３がふさがれると、循環路弁６６が閉じられる。

圧力容器２４内に投入された積層体３４（被加工物）、型３６およびバスケット３２は、すでに予熱され、温度が高められているので、積層体３４が液体に浸漬された後、早期に加圧を開始することができる。循環路弁６６を閉じた後、昇圧ポンプ６８を駆動し、恒温槽２６内の液体を圧力容器２４に送り、容器内の圧力を高める。所定の圧力に達すると、所定時間この圧力が維持される。この間に、液体による加熱と加圧により、積層体３４が加圧成形され硬化する。所定時間が経過すると循環路弁６６が開放され、圧力容器２４内の圧力を開放する。昇圧ポンプ６８の吐出側には、逆止弁７０が設けられており、昇圧ポンプ６８が運転していないときの逆流を防止している。

圧力解放後、ピン６２が抜かれて、上蓋５４と共にバスケット３２を上昇させ、旋回テーブル１４を旋回させて、この上に載置する。そして、旋回テーブル１４を旋回させて、被加工物を保持したバスケット３２を搬入・搬出ステーション１６に送る。

循環ポンプ６４の吐出側には、流体を予熱槽２０に送る予熱槽送液配管７２が、循環路弁６６の手前に接続されている。この予熱槽送液配管７２により形成される予熱槽送液路には、予熱槽２０に送られる液体の流量を調節する二つの弁７４，７６が設けられている。これら二つの弁７４，７６により予熱槽２０への送液量が調整される。一方の弁である予熱槽送液路主弁７４は、循環路弁６６が閉じているとき開き、逆に開いているとき閉じられる。つまり、これらの弁６６，７４は、選択的にいずれか一方が開いた状態となる。そして、圧力容器２４に流体が送られないとき、予熱槽２０に流体が送られ、これにより予熱槽内の流体の温度が管理される。予熱槽２０で余剰となった流体は、連通開口７８よりあふれて、恒温槽２６に戻る。

予熱槽送液路に設けられたもう一つの弁である予熱槽送液路副弁７６は、主弁７４に並列に配置される。副弁７６は、主弁７４が閉じているときにも、所定量の流体が予熱槽２０に送られることを維持するために設けられている。循環路弁６６と副弁７６が共に開いているときには、副弁７６を通る流量は循環路弁６６の流量に対して少なく設定されており、圧力容器２４内の温度管理が優先される。しかし、このときであっても予熱槽２０に流体が送られるために、予熱槽２０の温度の低下を防止または抑制できる。副弁７６は、本実施形態では、常時、開状態であるが、主弁７４が開いたときには閉じるようにしてもよい。また、副弁７６は、当該等方加圧成形装置１０の運転条件の変更に対応できるように、流量を調整できる弁が用いられる。しかし、流量調整を行えない構成、例えばオリフィス、オンオフのみ可能な弁等により代替し、構成の簡易化を図ることもできる。なお、主弁７４と副弁７６の二つの弁を設けたのは、圧力容器２４への流体の供給に並行して予熱槽２０にも送液する際、少ない流量の調整を容易にするためであり、主弁が少ない流量においても良好に流量調整が可能であれば、これのみ備えた構成とすることもできる。

図２に戻り、冷却ステーション２８における動作の説明を行う。加圧成形ステーション２２から送られてきたバスケット３２は、搬入・搬出ステーション１６、すなわち冷却ステーション２８の直上に配置された昇降シリンダ８４により昇降される吊下げフック８６に吊り下げられる。昇降シリンダ８４は、バスケット３２を吊り上げ、旋回テーブル１４が旋回されて、バスケット３２の直下より退避する。昇降シリンダ８４は、バスケット３２を下降させ、冷却槽３０内の水などの液体に積層体３４を漬ける。所定時間経過の後、バスケット３２を吊り上げ、エアブロア８８で空気を吹き付けて、積層体３４、型３６およびバスケット３２に付着している液体を吹き飛ばす。再度、バスケット３２を旋回テーブル１４より高い位置まで吊り上げ、旋回テーブル１４を旋回させ、この上にバスケットを置く。

冷却ステーション２８には、冷却槽３０内の液体の冷却を行う冷却ユニット９０が設けられている。冷却ユニット９０は、低温の冷媒を冷却槽３０内に配置した熱交換コイル９２に循環させ、冷却槽内の液体の温度を低下させる。また、冷却槽の液体の温度を検出する温度センサ９４が設けられ、このセンサの検出値に基づき、冷却ユニット９０の制御が行われる。

冷却ステーション２８を経由して、再び搬入・搬出ステーション１６に戻ったバスケット３２から、積層体３４を、型３６にセットされた状態で取り出す。加工された積層体３４を型３６から外し、後工程に送り出す。また、型３６には、新たな加工前の積層体３４がセットされ、再び搬入される。

本実施形態において、旋回テーブル１４は、１２０°の範囲で旋回可能となっており、バスケット３２を次のステーションに送ると、前のステーションに戻って、次のバスケット３２を受け取る。また、旋回テーブル１４が図１中の位置から６０°回転した位置が退避位置である。加圧成形ステーション２２で加圧成形を行っているときには、これに並行して予熱ステーション１８にて予熱が行われる。また、搬入・搬出ステーション１６および冷却ステーション２８では、加圧成形された積層体３４が型３６と共にまず冷却され、冷却後バスケット３２ごと搬出される。そして、次に加工される、型３６にセットされた積層体３４がバスケット３２に収容された状態で搬入される。

旋回テーブル１４が旋回するとき、３個の旋回テーブル１４は、それぞれ次のステーションにバスケット３２を搬送する。また、一つのバスケット３２に着目すると、各ステーション間の移動は、円弧を描いており、また移動の方向は、図１において時計回りの１方向である。

以上、本実施形態の等方加圧成形装置１０は、約１２０°の範囲で正逆両方向に回動する旋回テーブル１４でバスケット３２を搬送するが、テーブルは１方向のみに、連続して回転するようにもできる。また、搬入と搬出のステーションを独立して配置することも可能である。

さらにまた、予熱を必要としない被加工物の加圧成形を行う場合には、旋回テーブル１４を逆転させ、搬入・搬出ステーション１６から加圧成形ステーション２２に直接送るようにもできる。加圧成形終了後、旋回テーブル１４を正方向に旋回させて、搬入・搬出ステーション１６に戻す。また、加圧成形後の冷却が必要な場合には、予熱槽２０を冷却槽として利用するようにもできる。この場合には、予熱槽２０と恒温槽２６の間の液体の循環をやめ、それぞれ独立して温度管理を行う。加圧成形後、旋回テーブル１４を再度逆転させ、バスケット３２を予熱槽２０の上方の位置まで移動させ、予熱槽２０に投入し冷却を行う。冷却終了後、旋回テーブル１４を逆転させて、バスケット３２を搬入・搬出ステーション１６に戻す。

図７は、各ステーションにおける処理のタイムチャートである。（ａ）は、搬入・搬出ステーション１６および冷却ステーション２８の処理を示している。まず、旋回テーブル１４を回転させて、加圧成形ステーション２２からのバスケット３２を受け入れる。バスケット３２を上昇させ、一旦旋回テーブル１４を退避させる。そして、バスケット３２を下降させて冷却槽３０に投入する。所定時間冷却した後、バスケット３２を上昇させ水切りを行う。さらに、バスケットを上昇させ、退避していた旋回テーブル１４を戻し、この上にバスケット３２を載せ置く。ここから、バスケット３２が搬出され、新たなバスケット３２が搬入され、旋回テーブル１４上に置かれる。そして、旋回テーブル１４を再度退避させる。この退避は、他のステーションでバスケットを昇降させる際に旋回テーブルが障害とならないようにするためのものである。そして、次のサイクルまで待機する。ただし、この待機の間、他のステーションの処理と関連して、旋回テーブル１４はバスケット３２を載せたまま回転する。

（ｂ）は、予熱ステーション１８の処理を示している。旋回テーブル１４を回転させて、搬入・搬出ステーション１６よりバスケット３２を受け入れ、これを上昇させて、旋回テーブル１４を退避させる。この旋回テーブル１４の回転と退避は、他のステーションと同期している。バスケット３２を吊り上げた状態で所定時間退避する。所定時間経過後、バスケット３２を下降させ、予熱槽２０に投入する。予熱終了後、バスケット３２を上昇させ、退避していた旋回テーブル１４を戻して、この上にバスケットを置く。予熱時間は、変更することができる。当該等方加圧成形装置の動作を制御する制御部において、入力された予熱時間から、予熱前に待機する時間を算出する。この待機時間と、予熱時間に基づき、予熱ステーションにおける動作が制御される。

（ｃ）は、加圧成形ステーション２２の処理を示している。旋回テーブル１４を回転させて、予熱ステーション１８よりバスケット３２を受け入れ、これを上昇させて、旋回テーブル１４を退避させる。この旋回テーブル１４の回転と退避は、他のステーションと同期している。バスケット３２を上蓋５４の下方に吊り下げた状態で、下降させ、上蓋を閉じる。昇圧ポンプ６８により、圧力容器２４内の圧力を昇圧し、所定時間圧力を保持した後、減圧する。上蓋５４を開き、これと共にバスケット３２を上昇させ、退避していた旋回テーブル１４を戻し、バスケット３２を下降させて、この上に置く。この旋回テーブル１４を退避位置から戻す動作は、予熱ステーションの動作と同期して行われる。

本実施形態では、予熱槽と冷却槽を個別に設け、一連の加工工程中において、予熱と冷却双方を行うことを可能としている。しかし、いずれかを行えれば良いのであれば、本実施形態の予熱槽２０と冷却槽３０のいずれかを取り去ることもできる。例えば、予熱槽２０のみ備えた構成とした場合、予熱が必要なときは、図１において右回りに被加工物を搬送し、予熱後、圧力容器に投入するようにし、冷却が必要な場合には、左回りに搬送を行うようにして、圧力容器から取り出した被加工物を冷却槽として用いる予熱槽に投入する。予熱槽を冷却槽として用いる場合は、この冷却槽に満たされる液体は恒温槽の液体を共用しないようにする。このために、予熱槽（冷却槽）の液体を独立して循環させ、温度管理を行う流体回路装置を設けることが好ましい。

［付記１］
被加工物を搬入する位置である搬入ステーションと、
搬入された被加工物を予熱する位置である予熱ステーションと、
予熱後の被加工物を加熱しつつ等方加圧成形する位置である加圧成形ステーションと、
加圧成形後の被加工物を取り出す位置である搬出ステーションと、
前記被加工物を、搬入ステーションから予熱ステーションと加圧成形ステーションを経由して搬出ステーションへと、ステーション間の軌跡が重複せずに一つの方向となるように搬送する搬送手段と、
を有し、
予熱が不要の場合には、搬送手段を逆方向に移動させて、搬入ステーションから直接加圧成形ステーションに被加工物を搬送する、等方加圧成形装置。

［付記２］
被加工物を液体で満たされた圧力容器に収容し、圧力容器を密閉して液体を介して加圧および加熱を行う等方加圧成形装置であって、
圧力容器を保温するための液体が蓄えられ、この液体に圧力容器が浸かっている恒温槽と、
被加工物が圧力容器に収容される前に、これを浸けてあらかじめ加熱するための液体が蓄えられた予熱槽と、
恒温槽の液体を圧力容器と予熱槽に送り、恒温槽と圧力容器、恒温槽と予熱槽の間で流体を循環させる単一のポンプと、
圧力容器と、予熱槽への流体の供給を制御する送液制御装置と、
を有し、
送液制御装置は、圧力容器に液体が送られている際、予熱槽にも流体が送られるように制御する、
等方加圧成形装置。

本実施形態の等方加圧成形装置の概略構成を示す平面図である。 本実施形態の等方加圧成形装置の搬入・搬出ステーションおよび冷却ステーションの部分を示す側面図である。 被加工物である積層体と、これを保持する型を示す図である。 本実施形態の等方加圧成形装置の予熱ステーションおよび加圧成形ステーションの部分を示す正面図である。 加圧成形ステーションの圧力容器の概略構成図であり、特に容器が開放されている状態を示す図である。 加圧成形ステーションの圧力容器の概略構成図であり、特に容器が閉鎖されている状態を示す図である。 各ステーションにおける処理動作を示すタイムチャートである。

符号の説明

１０ 等方加圧成形装置、１４ 旋回テーブル、１６ 搬入・搬出ステーション、１８ 予熱ステーション、２０ 予熱槽、２２ 加圧成形ステーション、２４ 圧力容器、２６ 恒温槽、２８ 冷却ステーション、３０ 冷却槽、３２ バスケット、８８ エアブロア、９０ 冷却ユニット。

Claims (4)

1. 型にセットされた被加工物を、型と共に液体で満たされた圧力容器内に収容し、当該圧力容器を密閉した状態で、液体を介して被加工物に圧力を加え、かつ加熱して被加工物の成形を行う等方加圧成形装置であって、
   被加工物の成形が終了した後、型および被加工物を液体に漬けて冷却する冷却槽を有する、等方加圧成形装置。
2. 請求項１に記載の等方加圧成形装置であって、冷却槽は、圧力容器から取り出した、型にセットされた被加工物を当該等方加圧成形装置から搬出する位置の下方に配置されている、等方加圧成形装置。
3. 請求項２に記載の等方加圧成形装置であって、被加工物の搬出位置と、冷却槽の間に、冷却槽から取り出した被加工物の液滴を空気を吹き付けて除去する水切り部が配置される、等方加圧成形装置。
4. 請求項１に記載の等方加圧成形装置であって、前記冷却槽は、被加工物を圧力容器に収容する前に、所定の温度に予熱する予熱槽に転用可能である、等方加圧成形装置。

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