JP2009180440A - 乾燥装置および乾燥方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ワークに付着した溶媒を低コストでかつ効率よく除去する乾燥装置を提供する。
【解決手段】ワークを内部にセット可能な真空容器１１０と、真空容器１１０を真空引きする真空ポンプ１２０と、真空容器１１０に接続されているとともに開閉自在である電磁弁１４０と、電磁弁１４０の開閉を制御する制御回路１６０と、を備える。制御回路１６０は、所定のタイミングで電磁弁１４０の開閉動作を行う。そして、ワークの乾燥中に一回以上電磁弁１４０を開放して真空容器１１０内に外気を流入させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、乾燥装置および乾燥方法に関する。具体的には、真空ポンプを用いてワークに付着した液体を除去する乾燥装置および乾燥方法に関する。

有機溶媒が付着したワークから前記有機溶媒を取り除く工程を要する場合がある。例えば、モータのステータコイルを例にして説明すると、ステータコイルに傷があると漏電が生じてしまうため、漏電試験が行われる。
このようなステータコイルの漏電試験では、若干の導電性材料を含んだ有機溶媒にステータコイルを浸した状態でステータコイルに電流を流す。そして、溶媒中に流れる電流を測定してステータコイルからの漏れ電流を検査する。漏れ電流がゼロであれば品質に問題はなく、漏れ電流が認められる場合には検査不合格ということになる。

このような漏れ電流の試験を所定個数で抜き打ち検査を行い、合格していれば同一ロットの製品はすべて合格と判断して出荷に回し、検査に使用したものはそのまま廃棄するという考え方もあるが、それでは廃棄分のコストが相当にかかってくるため望ましくない。そこで、検査に使用したステータコイルも製品として出荷するため、付着した有機溶媒を除去することが必要になる。

一般に、有機溶媒の沸点が低め（例えば５０℃前後）である場合には、大気中に放置して自然乾燥させるのも一法である。しかしながら、ステータコイルのように線が絡み合っている場合、線間に浸透した溶媒まで自然乾燥で除去することは困難である。そこで、例えば、特許文献１（特開平７−２２７５８１号公報）に記載されるように、真空容器にワークをセットして真空中でワークを乾燥させる方法が採用されることもある。

特開平７−２２７５８１号公報

真空ポンプを利用してワークを乾燥させる場合、真空ポンプの排気能力が十分に高ければ有機溶媒を比較的早く除去することも可能となる。
例えば、図６および図７は、真空容器内の圧力変化と、ワークから除去された有機溶媒の量と、を示すグラフの一例である。
図６のグラフにおいて、Ｌ_５はワークから除去された溶媒量を表し、Ｌ_６は容器内圧の変化を表す。
また、図７のグラフにおいて、Ｌ_７はワークから除去された溶媒量を表し、Ｌ_８は容器内圧の変化を表す。
図６に見られるように、排気能力の高い真空ポンプを用いて到達真空度を高くすれば、有機溶媒の除去も完全に近くなる。
しかしながら、排気能力の高い真空ポンプは非常に高額であるという問題がある。
その一方、例えば図７に示されるように、真空ポンプの排気能力が低い場合、有機溶媒の除去にかなりの時間を要することとなり、時間を短縮して途中で真空ポンプを切ると、有機溶媒がワークに残存することになってしまう。

ここで、ワークがモータのステータコイルであった場合、コイルにワニスを上塗りして表面を保護することになる。このとき、所定量以上の有機溶媒がコイルに残存していると、モータコイルの性能に望ましくない影響を及ぼす恐れがある。そのため、排気能力の低いポンプでは非常に長い時間をかけなければならないことになり、効率が非常に悪いという問題が生じる。
以上のような問題のため、低コストでかつ効率よくワークから有機溶媒を除去する方法が強く望まれていた。

本発明の目的は、ワークに付着した溶媒を低コストでかつ効率よく除去する乾燥装置および乾燥方法を提供することにある。

本発明の乾燥装置は、有機溶媒が付着したワークから前記有機溶媒を除去するための乾燥装置であって、前記ワークを内部にセット可能な真空容器と、前記真空容器を真空引きする真空ポンプと、前記真空容器に接続されているとともに開閉自在である開閉弁と、前記開閉弁の開閉を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、所定のタイミングで前記開閉弁の開閉動作を行い、前記ワークの乾燥中に一回以上前記真空容器内に外気を流入させることを特徴とする。

このような構成において、真空ポンプで真空引きすると、真空容器内の内圧が下がっていき、それとともにワークに付着した有機溶媒の気化も進む。すると、ワークに付着した有機溶媒がワークから次第に除去されていく。そして、ワークの乾燥中に制御手段によって少ないとも一回は開閉弁が開放されて真空容器内に外気が流入する。すると、外気の流入により空気の流れができ、有機溶媒の除去が促進される。
これにより、非常に効果的に短時間でワークに付着した有機溶媒を除去することができる。

単純に真空引きを続けた場合、真空容器内の空気のフラックスが次第になくなっていくため、有機溶媒の気化がなかなか進まず、残留有機溶媒を所定量以下にするためには相当の時間をかけるか、非常に排気量の大きい真空ポンプを用いる必要があった。
特に、線が複雑にまかれたコイルをワークとする場合、線間に浸透した有機溶媒を除去するためにはかなりの時間を要した。
この点、本発明では、乾燥中に一回以上の弁開放を行い、外気を流入させて空気のフラックスを生じさせる。これにより有機溶媒の除去を効果的に促進することができる。
特に、ワークの隙間に浸透した有機溶剤を迅速に除去することができ、効果が高い。

なお、弁を開放したときに流入する空気のフラックス量は特に限定されるものではないが、弁を開放したときに流入する空気のフラックス量が大きいことが好ましい。一気に大きな空気フラックスを流入させてワークの隙間に浸透した有機溶媒を飛ばす効果が期待できる。そこで、前記開閉弁が開かれた際に外気を真空容器内に引き込むための流路は、その径が大きい方が好ましく、たとえば、１０ｍｍ以上にしてもよい。

また、弁を開放した際に流入する空気のフラックスによる気化促進効果を高めるため、真空容器内におけるワークの設置個所は、真空引きするための流路口と外気を真空容器内に引き込む流路口との間であることが好ましい。
このような構成によれば、真空容器内に引き込まれた空気がワークに当たりやすくなるので、ワークに付着した有機溶媒を気化させる効果が高くなる。
特に、ワークの隙間に有機溶媒が浸透している場合でもワーク隙間に空気が流入することによって有機溶媒の気化を促進させることができる。

有機溶媒としては、特に限定されるものではなく、沸点が比較的低め（例えば、１気圧で沸点が６５℃以下）の揮発性有機溶媒であればよい。また、前記外気とは、真空容器の外側から引き込まれる気体という意であって、たとえば実験室の外や建物の外から引き込むと空気といった特別な意味に限定解釈されるものではない。

本発明では、前記制御手段は、時間に基づいて前記開閉弁の開閉制御を実行することが好ましい。
たとえば、２分間の弁の閉止と１分間の弁の開放とを繰り返し行うようにしてもよい。なお、このようなインターバルは適宜設定可能である。

本発明では、前記制御手段は、前記真空容器内の内圧に基づいて前記開閉弁の開閉制御を実行することが好ましい。
たとえば、弁を開放するための圧力閾値と、弁を閉止するための圧力閾値と、をあらかじめ設定しておいてもよい。

本発明では、前記開閉弁が開かれた際に前記真空容器に引き込まれる外気をろ過するフィルタを備えることが好ましい。
このような構成によれば、ワークに塵埃が付着するのを防止することができる。

本発明では、前記真空ポンプからの排気管に溶液トラップ部が設けられていることが好ましい。

溶液トラップ部としては真空ポンプからの排気を冷却し、気化している溶媒を液化するものを利用することができる。
このように溶液トラップ部を設けることにより、有機溶媒を回収することができる。これにより有機溶媒を再利用することができるので、ワークの検査費用等を下げることができ、また、環境負荷を下げることもできる。

本発明では、前記真空容器に引き込まれる外気を熱する加熱手段を備えることが好ましい。
このような構成において、高い温度の外気を真空容器内に流入させることにより、有機溶媒の気化を促進することができる。

本発明の乾燥方法は、有機溶媒が付着したワークから前記有機溶媒を除去する乾燥方法であって、前記ワークを真空容器の内部にセットするワークセット工程と、前記真空容器を真空引きする真空引き工程と、前記ワークの乾燥中に一回以上前記真空容器内に外気を流入させる外気流入工程と、を備えることを特徴とする。
このような方法によれば、前記発明と同様の作用効果を奏し、非常に効果的に短時間でワークに付着した有機溶媒を除去することができる。

なお、前記真空容器には開閉自在である開閉弁が接続されており、前記外気流入工程は前記開閉弁の開放により実現されることが好ましい。
この構成により、前記発明を容易に実現できる。

本発明によれば、非常に効果的に短時間でワークに付着した有機溶媒を除去することができる。

以下に、本発明を実施するための最良の形態について図を参照して説明する。
本発明の乾燥装置に係る第１実施形態について説明する。
図１は、第１実施形態の構成を示す図である。
乾燥装置１００は、ワーク（不図示）を入れる真空容器１１０と、真空容器１１０を真空引きする真空ポンプ１２０と、真空容器１１０内の圧力を計測する圧力計１３０と、真空容器１１０に接続されているとともに開閉自在である電磁弁（開閉手段）１４０と、電磁弁１４０に接続されたフィルタ１５０と、電磁弁１４０の開閉を制御する制御回路（制御手段）１６０と、を備える。

真空容器１１０には二つの流路が設けられている。
第１の流路は真空ポンプ１２０に接続されて真空引きするための流路１１１である。第２の流路は電磁弁１４０に接続されており、電磁弁１４０が開かれた際に外気を真空容器１１０内に引き込むための流路１１２である。そして、流路１１１の流路口と流路１１２の流路口とはワーク設置位置を間にして互いに反対側に位置している。

制御回路１６０は、電磁弁１４０の開閉を制御する。
ここで、制御回路１６０が電磁弁１４０を開閉制御するパターンは多様なバリエーションがありえる。例えば、圧力計の計測値に基づいて電磁弁１４０を開閉してもよい。すなわち、真空容器中の圧力が所定値まで下がったところで電磁弁１４０を開放し、真空容器１１０に外気が引き込まれて内圧が所定値まで上がったところで電磁弁１４０を閉じるようにしてもよい。あるいは、時間に基づいて電磁弁１４０を開閉してもよい。すなわち、一定時間（例えば２分）は電磁弁１４０を閉じ、その後一定時間（例えば１分）は電磁弁１４０を開放する動作を繰り返してもよい。

このような構成を備える第１実施形態の動作について説明する。
ここでは、制御回路１６０における電磁弁１４０の制御は時間に基づき、２分閉じて、１分開放の場合を例にして説明する。
図２は、真空容器内の内圧と、ワークから除去される有機溶媒の量と、を表したグラフの一例である。
なお、図２中には参考のために、本実施形態の弁開閉制御を行わず、ずっと一定調子で真空引きした場合における真空容器中の内圧とワークから除去される有機溶媒量についても示してある。
図２のグラフ中において、Ｌ_１は間欠的に大気開放したときの溶媒減少量を表す。
Ｌ_２は連続的に真空引きしたときの溶媒減少量を表す。
Ｌ_３は間欠的に大気開放したときの容器内圧を表す。
Ｌ_４は連続的に真空引きしたときの容器内圧を表す。

まず、有機溶媒に浸けられたワークを真空容器内にセットする。そして、電磁弁１４０を閉じた状態にして真空ポンプ１２０で真空引きする。すると、真空容器内の内圧が下がっていく。このとき、ワークに付着した有機溶媒も蒸発した分は真空ポンプ１２０に引かれて除去される。真空容器内の内圧が下がると、有機溶媒の沸点も下がっていくため、有機溶媒の気化が促進されて有機溶媒の除去が進む。

そして２分間真空引きしたところで制御回路１６０により電磁弁１４０が開放される。電磁弁１４０が開放されると、フィルタ１５０から外気が吸気され、電磁弁１４０を介して真空容器内に外気が引き込まれる。外気が真空容器１１０に引き込まれると、真空容器１１０内の内圧が上昇する。真空容器１１０内の真空度が高まってくると、なかの気体分子が極めて少なくなるので、分子の流れがなくなり、有機溶媒の除去は気化のみに頼ることとなる。
ここで、電磁弁１４０が開放されて真空容器１１０内に外気が入ってくると、空気の流れができ、有機溶媒の除去が非常に促進される。１分間電磁弁１４０が開放された後、再び電磁弁１４０が閉じられる。このような制御動作が繰り返される。５回から１０回程度、上記の弁開閉制御が繰り返されたのち、真空ポンプ１２０を停止し、ワークを真空容器１１０から取り出す。

このような構成を備える第１実施形態によれば次の効果を奏することができる
（１）電磁弁１４０を備え、制御回路１６０により電磁弁１４０の開閉を行うので、ワークの乾燥中に外気を真空容器１１０内に引き込むことができる。このように乾燥中に弁を開放して外気を流入させると、真空容器１１０内に空気の流れができ、この空気のフラックスにより有機溶媒の除去が非常に促進される。その結果、排気能力の低い真空ポンプ１２０であっても短時間で有機溶媒の除去を終了することができる。

（２）フィルタ１５０が設けられているので、外気を取り入れても大気中の塵埃は遮断することができる。よって、ワークに汚れが付着することを防止することができる。

（実施例１から実施例４、比較例１）
本発明の実施例および比較例について説明する。
有機溶媒としては、ハイドロフルオロエーテルを用い、このハイドロフルオロエーテルに５％のイソプロピルアルコールを混合させた（商品名：ノベックＨＦＥ７１ＩＰＡ、３Ｍ社製）。
ワークとしては、電気自動車のモータに使用されるステータコイルを使用した。
有機溶媒の除去量を求めるにあたっては次のようにした。
すなわち、有機溶媒に浸す前のワークの重さを計測する。
また、有機溶媒に浸した直後のワークの重さを計測する。
そして、有機溶媒に浸す前後の重量差からワークに付着した有機溶媒の量を求める。
次に、真空引きによって乾燥させた後のワークの重さを計測する。
有機溶媒に浸す前と真空引き後とでワーク重量の差を求めることによって残留している有機溶媒量を求める。

重量の測定にあたっては、真空容器１１０を重量計に載せておき、真空容器１１０ごとワーク重量を計測した。
乾燥直後の重量計測では真空容器１１０および配管内の空気重量が影響するため、実験的に求めた補正値を用いて溶媒残留量を補正する。

真空容器１１０の槽内容積は９６Ｌであり、真空ポンプ１２０の排気能力は１７５Ｌ／ｍｉｎである。
実施例１から実施例４における電磁弁１４０の開閉動作は前記第１実施形態と同様に２分間の真空引きと１分間の開放を繰り返した。
この方法で、５分（実施例１）、１０分（実施例２）、２０分（実施例３）、２６分（実施例４）の真空引き乾燥をそれぞれ行った結果を表１に示す。
図３は、横軸に時間、縦軸に真空容器内の内圧をとったものである。
なお、実施例１から実施例３で使用したワークと実施例４で使用したワークは種類が異なり、重さが違う。
また、比較例１として、間欠的に大気開放を行わずに電磁弁１４０を閉じたまま２５分間の真空引き乾燥を行った結果を表２に示す。
比較例１で使用したワークは実施例４と同じである。

以上の実施例１から４および比較例１により、本発明の効果が示された。
すなわち、間欠的に大気開放を行う本発明（実施例１から４）にあっては乾燥後の溶媒残留量が極めてわずかである。その一方、間欠的に大気開放を行わない比較例１では、２５分間の真空引き乾燥の後であってもかなりの溶媒が残留している。そして、実施例１から４に示されるように、本発明では比較的短い時間（例えば実施例１の５分）であっても有機溶媒の残留量は極めて少なく、良好な実験結果が示された。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
図４は、第２実施形態に係る乾燥装置の構成を示す図である。
第２実施形態の基本的構成は前記第１実施形態に同様であるが、第２実施形態では真空ポンプ１２０からの排気管に溶液トラップ部２１０を設けた点に特徴を有する。溶液トラップ部２１０としては真空ポンプ１２０からの排気を冷却して気化している溶媒を液化するものを利用することができる。冷却方法は、水冷、空冷、冷媒によるものなど種々の方法が利用できる。このような第２実施形態によれば、前記実施形態の効果に加えて次の効果を奏することができる。
（３）溶液トラップ部２１０を設けることにより、有機溶媒を回収することができる。これにより有機溶媒を再利用することができるので、ワークの検査費用等を下げることができ、また、環境負荷を下げることもできる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
図５は、第３実施形態に係る乾燥装置の構成を示す図である。
第３実施形態の基本的構成は前記第１実施形態に同様であるが、第３実施形態では真空容器１１０に引き込まれる外気を熱する加熱手段３１０を備える点に特徴を有する。
加熱手段３１０としては各種のヒーターを用いることができる。加熱手段３１０を設ける位置は特に限定されるものではないが、フィルタ１５０よりもさらに外気側とし、フィルタ１５０に外気を送り込む配管を外から熱する構成としてもよい。あるいは、フィルタ１５０につながる配管の途中に大きな容積のスペースを設け、電磁弁１４０を開放した際に送り込む空気をあらかじめこのスペースに確保しておき、電磁弁１４０が閉じている間に加熱手段３１０でこのスペースの空気を十分に熱しておいてもよい。

このような第３実施形態によれば、前記実施形態の効果に加えて次の効果を奏することができる。
（４）有機溶媒の沸点よりも高い温度の外気を真空容器１１０内に流入させることにより、有機溶媒の気化を促進することができる。
ここで、真空引きして真空度を高めると有機溶媒の沸点は下がっていき、例えば０Ｐａでは沸点０℃になることもあるが、温度の高い外気を流入させて溶媒の沸点と空気との温度差を大きくすることにより、有機溶媒の気化を効果的に促進することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。
開閉弁としては電磁弁を例にして説明したが、電磁弁でなくとも弁であればよい。
また、完全に閉じた状態と完全に開いた状態とを切り替える弁でもよいが、たとえば、真空容器内で空気のフラックスが存在する程度の気圧に調整するリリーフ弁であってもよい。

本発明の第１実施形態の構成を示す図。 真空容器内の内圧と、ワークから除去される有機溶媒の量と、を表したグラフ。 実施例の説明において、横軸に時間、縦軸に真空容器内の内圧をとったグラフである。 第２実施形態に係る乾燥装置の構成を示す図。 第３実施形態に係る乾燥装置の構成を示す図。 背景技術において、真空容器内の圧力変化とワークから除去された有機溶媒の量とを示すグラフの一例。 背景技術において、真空ポンプの排気能力が低い場合に、真空容器内の圧力変化とワークから除去された有機溶媒の量とを示すグラフの一例。

符号の説明

１００…乾燥装置、１１０…真空容器、１１１…流路、１１２…流路、１２０…真空ポンプ、１３０…圧力計、１４０…電磁弁（開閉弁）、１５０…フィルタ、１６０…制御回路（制御手段）、２１０…溶液トラップ部、３１０…加熱手段。

Claims (7)

1. 有機溶媒が付着したワークから前記有機溶媒を除去するための乾燥装置であって、
   前記ワークを内部にセット可能な真空容器と、
   前記真空容器を真空引きする真空ポンプと、
   前記真空容器に接続されているとともに開閉自在である開閉弁と、
   前記開閉弁の開閉を制御する制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、所定のタイミングで前記開閉弁の開閉動作を行い、前記ワークの乾燥中に一回以上前記真空容器内に外気を流入させる
   ことを特徴とする乾燥装置。
2. 請求項１に記載の乾燥装置において、
   前記制御手段は、時間に基づいて前記開閉弁の開閉制御を実行する
   ことを特徴とする乾燥装置。
3. 請求項１に記載の乾燥装置において、
   前記制御手段は、前記真空容器内の内圧に基づいて前記開閉弁の開閉制御を実行する
   ことを特徴とする乾燥装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の乾燥装置において、
   前記開閉弁が開かれた際に前記真空容器に引き込まれる外気をろ過するフィルタを備える
   ことを特徴とする乾燥装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の乾燥装置において、
   前記真空ポンプからの排気管に溶液トラップ部が設けられている
   ことを特徴とする乾燥装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれかに記載の乾燥装置において、
   前記真空容器に引き込まれる外気を熱する加熱手段を備える
   ことを特徴とする乾燥装置。
7. 有機溶媒が付着したワークから前記有機溶媒を除去する乾燥方法であって、
   前記ワークを真空容器の内部にセットするワークセット工程と、
   前記真空容器を真空引きする真空引き工程と、
   前記ワークの乾燥中に一回以上前記真空容器内に外気を流入させる外気流入工程と、を備える
   ことを特徴とする乾燥方法。

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