JP2012082001A - 真空封止装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で小型化を実現し、さらに設備の占有面積当たりのスループットを向上させる真空封止装置を提供する。
【解決手段】チャンバ下ケース１と、チャンバ下ケース１に対して開閉可能なチャンバ蓋２とを有し、真空引きが可能な真空チャンバ９と、真空チャンバ９内に設けられ、被包装物をプレス、加熱するための上プレスプレート１２、２２、３２と下プレスプレート１１、２１、３１とを有するプレス、加熱機構と、被包装物を封止するための封止機構とを有する真空封止部とを備え、真空封止部が上下方向に複数段設けられ、乾燥機能をも合わせ持っていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は真空封止装置に係わり、例えば真空断熱材の被包装物の真空封止に用いることができる真空封止装置に関する。

真空断熱材は、グラスウールやセラミック粉末等の芯材をガスバリア性を有する外皮材で包装し、内部を減圧し真空状態とした後外皮材を封止することにより製造される。しかし、真空断熱材の真空度を高くするためには、長時間の真空引きが必要になる。したがって、生産量を上げるためには複数の真空封止装置を設置する必要がある。また、品質保持や真空度を上げ断熱性を向上させるためには、真空封止の前段階として別装置の乾燥機による芯材および外皮材の乾燥工程が必要であるが真空封止装置に搬入する前に再吸湿してしまう。

特許文献１には、スループット向上のため１台の装置に複数の真空チャンバをロータに円形に配置し、１回転する間に真空引きと袋口のシールを行うロータリー型真空包装機が記載されている。

特開平０９−２７８０１５号公報

しかしながら、上述したロータリー型真空包装機は、構造が複雑であり装置の寸法が大きくなるという課題があった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、真空断熱材等の被包装物を製造する設備を簡易な構成で小型化し、さらに芯材と外皮材から成る被包装物の乾燥機能をも同時に合せ持つことで設備の占有面積当たりのスループットを向上させ設備投資を抑え、小型化による効果も合間ってより高真空度引きが可能となり、より高断熱な真空断熱材を製作することが可能な真空封止装置を提供することを目的とする。

本発明の真空封止装置は、チャンバ下ケースと、前記チャンバ下ケースに対して開閉可能なチャンバ蓋とを有し、真空引きが可能な真空チャンバと、前記真空チャンバ内に設けられ、被包装物をプレスする機能とともに、従来通りの真空引き工程の前あるいは同時に被包装物を加熱する機能を持つことで、被包装物の熱乾燥および真空乾燥を行うためのヒータを設けた上プレスプレートとヒータを設けた下プレスプレートとを有するプレス、加熱機構と、前記被包装物を封止するための封止機構とを有する真空封止部とを備え、前記真空封止部が、上下方向に複数段設けられていることを特徴とする。

前記真空封止部がそれぞれ有する前記上プレスプレートを支持し、上昇又は下降させる第１の昇降ロッドと、前記真空封止部がそれぞれ有する前記下プレスプレートを支持し、上昇又は下降させる第２の昇降ロッドと、前記第１の昇降ロッドを上昇又は下降させる第１の駆動部と、前記第２の昇降ロッドを上昇又は下降させる第２の駆動部とをさらに備え、前記上プレスプレートと前記下プレスプレートとが独立して上昇又は下降するように構成してもよい。

前記上プレスプレートにそれぞれ取り付けられており、前記第１の昇降ロッドの外径より大きい内径を有する貫通孔が形成された複数の支持ブラケットと、前記支持ブラケットにそれぞれ対応して前記第１の昇降ロッドに設けられ、前記支持ブラケットの前記内径より大きい外形寸法を有するストッパとをさらに備え、前記第１の昇降ロッドが上昇すると、前記ストッパにより前記支持ブラケットが持ち上げられるように構成してもよい。

前記第１の昇降ロッドが下降して前記上プレスプレートが下降し、前記下プレスプレートとの間で前記被包装物に加えられるプレス加重には、前記上プレスプレートの自重によるものが含まれるものであってもよい。

前記第１の昇降ロッドと前記支持ブラケットとの間に弾性体が設けられており、前記弾性体が圧縮されるまで前記第１の昇降ロッドが下降して前記上プレスプレートが下降し、前記下プレスプレートとの間で前記被包装物に加えられるプレス加重には、前記上プレスプレートの自重によるものと前記弾性体の弾性力とが含まれるものであってもよい。

前記封止機構として、前記被包装物における封止口が載置される下封止ヒータと、第３の昇降ロッドに接続されて上昇又は下降し、前記封止口を前記下封止ヒータと共に挟圧して加熱する上封止ヒータを備えている。

シャフトに沿って離間して設けられた第１のアーム及び第２のアームを有する、前記被包装物の外皮材表面の皺を軽減するための皺軽減機構をさらに備え、前記第１、第２のアームの少なくともいずれか一方は、前記シャフトに沿って他方と離間あるいは接近するように移動可能であり、前記第１、第２のアームが前記被包装物の封止口に挿入され、前記第１、第２のアームの少なくともいずれか一方が前記封止口を拡げるように移動することで、前記被包装物の外皮材表面の皺を軽減することもできる。

前記第２のアームが移動可能であり、前記皺軽減機構は、前記シャフトに沿って前記第１のアームと前記第２のアームとの間に設けられ前記第１のアームと離間あるいは接近するように移動可能なストッパと、前記ストッパと前記第２のアームとの間に設けられた弾性体とをさらに有するように構成してもよい。

本発明の真空封止装置によれば、真空断熱材等の被包装物の製造設備の占有面積を拡大することなく、設備占有面積当たりのスループットを向上させ、設備投資も抑えることが可能であり、また簡易な構成により高さ寸法の増加を抑制して小型化することができ、乾燥機能とも相俟って高真空引きが可能となり高真空封止による高断熱性の真空断熱材の製造を低コストでより短時間に行うことができる。

本発明の実施の形態による真空封止装置の構成を示す正面縦断面図である。 同真空封止装置における上プレスプレートと昇降ロッドとの接続部の構成を拡大して示す縦断面図である。 同真空封止装置における上プレスプレート内の支持ブラケットと昇降ロッドのストッパとを拡大して示す縦断面図である。 同真空封止装置における上プレスプレートと昇降ロッドとの接続部にスプリングを設けた一例における構成を拡大して示す縦断面図である。 同真空封止装置における上プレスプレートと昇降ロッドとの接続部にスプリングを設けた一例においてスプリングが開放されている状態と圧縮されている状態とを拡大して示す縦断面図である。 同真空封止装置に皺軽減機構が設けられた場合の構成を示す正面縦断面図である。 同皺軽減機構の構成を拡大して示す平面図である。 同皺軽減機構が袋状の外皮材の皺を軽減する状態を拡大して示す斜視図である。 同皺軽減機構がシール面の皺を軽減する動作を示す平面図である。

以下、本発明の実施の形態による真空封止装置について図面を参照して説明する。

図１に、本発明の一実施の形態に係る真空封止装置の構成を示す。

この真空封止装置は、チャンバ下ケース１と、図示されていない開閉機構により開閉可能なチャンバ蓋２とによりチャンバ９を形成している。チャンバ蓋２をチャンバ下ケース１に対して閉じることで、チャンバ蓋２とチャンバ下ケース１との間に設けられた図示されていないシール材によりチャンバ９が密閉され気密室となる。チャンバ９に接続されている図示されていない真空ポンプにより矢印で示されたように真空引きを行うことにより、真空度が１Pa以下の高真空チャンバとなる。

チャンバ９の内部には、真空断熱材１０をプレスするプレス機構と、真空断熱材１０を封止する封止機構とを備えた真空封止部が、本実施の形態では図中上下方向に３段重ねられた状態で配置されている。以下、チャンバ下ケース１の直上に配置された１段目の真空封止部について説明する。他の２段目、３段目の真空封止部は１段目と同様であり、説明を省略する。

真空封止部におけるプレス機構として、下プレスプレート１１が、昇降ロッド６に支持された状態で水平方向に設けられている。下プレスプレート１１の上部には、上プレスプレート１２が昇降ロッド７に支持された状態で、下プレスプレート１１と平行に設けられている。このようなプレス機構によりプレスされた真空断熱材１０を封止する位置に、後述する封止機構が設けられている。

下プレスプレート１１を支持する昇降ロッド６の下端は、チャンバ下ケース１の外側下面に設けられた駆動部３に接続されている。この駆動部３により、昇降ロッド６が昇降又は下降することで下プレスプレート１１が上下に移動する。

上プレスプレート１２を支持する昇降ロッド７の下端は、下ケース１の外側下面に設けられた駆動部４に接続されている。この駆動部４により、昇降ロッド７が昇降又は下降して上プレスプレート１２が上下に移動する。

封止機構は、真空断熱材１０の封止口を間に対向するように、図中上下に二つのヒータを備えている。下側の下封止ヒータ１３は、定位置に固定されている。上側の上封止ヒータ１４は昇降ロッド８に接続され、昇降ロッド８の下端は下ケース１の外側下面に設けられた駆動部５に接続されている。駆動部５により昇降ロッド８が昇降又は下降し、上封止ヒータ１４が上下に移動することができる。駆動部３、４、５は、それぞれに空圧・油圧アクチュエータや電磁モータ等を備え、それぞれ独立して動作する。

以上のような構成を備えた真空封止装置を用いて真空断熱材を製造する方法について説明する。３段の真空封止部のうち、下ケース１の直上に配置された１段目の真空封止部を用いて真空断熱材を製造する工程を説明するが、他の２段目、３段目の真空封止部を用いる場合の手順も同様であり説明を省略する。いずれかの２段の真空封止部を用いた場合には同時に２個の真空断熱材、３段の真空封止部を用いた場合には３個の真空断熱材を製造することができる。

先ず、チャンバ蓋２を下ケース１に対して開いた状態で、芯材と、芯材を包装する外被材とを下プレスプレート１１上に載置し、チャンバ蓋２を閉じる。

真空断熱材１０の厚み、即ち図中高さ方向における封止位置は、一般に真空断熱材１０の中央付近を基準とすることが好ましい。そのため、下プレスプレート１１の上面から封止位置となる上封止ヒータ１３までの高さが、真空断熱材１０の厚さの半分となるように、駆動部３により昇降ロッド６を昇降して下プレスプレート１１の高さを調整する。

駆動部４により昇降ロッド７が下降することにより、上プレスプレート１２が真空断熱材１０の上に下降し真空断熱材１０をプレスする。このときのプレス荷重は、上プレスプレート１２の自重、または後述するように昇降ロッド７の下降力が弾性体により調整された荷重により行われる。

図２に、上プレスプレート１２と昇降ロッド７との接続部を拡大して詳細に示す。図２（ａ）に、上プレスプレート１２の支持ブラケット１５が昇降ロッド７により支持され持ち上げられた状態を示す。この状態から、図２（ｂ）に示されたように、昇降ロッド７が下降しこれに伴い支持ブラケット１５が下降し、上プレスプレート１２と下プレスプレート１１とにより真空断熱材１０がプレスされる。

ここで、上プレスプレート１２の支持ブラケット１５と昇降ロッド７とは、直結されておらず、上プレスプレート１２は昇降ロッド７の下降動作に対して直接拘束されておらず開放された状態にあり、真空断熱材１０に加わる荷重は上プレスプレート１２の自重となる。

図３（ａ）に、昇降ロッド７の下降に伴い上プレスプレート１２が下降して、下プレート１２との間に真空断熱材１０をプレスした状態を拡大して示す。上プレスプレート１２には支持ブラケット１５が固定されている。支持ブラケット１５の内径は昇降ロッド７の外径よりも大きく、隙間が存在する。このため、上プレスプレート１２は昇降ロッド７に対して拘束されておらず上下に自由に摺動し得る状態にある。

一方、昇降ロッド７には突起状のストッパ１７が上下方向に２段設けられており、その間に支持ブラケット１５が位置している。ストッパ１７の図中横方向の寸法は、支持ブラケット１５の内径よりも大きい。支持ブラケット１５が２段のストッパ１７の間を上下に摺動し得ることで、上プレスプレート１２が昇降ロッド７に沿って上下に摺動することができる。図３（ａ）に示された状態では、下プレスプレート１１上の真空断熱材１０上に上プレスプレート１２が自重をかけて載置された状態にあり、支持ブラケット１５は下側のストッパ１７から浮いた状態にある。

図３（ｂ）に示されたように、プレスが終了した後昇降ロッド７が上昇すると、ストッパ１７が支持ブラケット１５を上に持ち上げることで上プレスプレート１２が上昇する。

図４に、上プレスプレート１２の支持ブラケット１５と昇降ロッド７のストッパ１７との間にスプリング１６が設けられた構成の一例を示す。

図４（ａ）に、上プレスプレート１２の支持ブラケット１５が昇降ロッド７のストッパ１７により支持されて持ち上げられた状態を示す。この状態では、スプリング１６が開放されて延びた状態にある。

図４（ｂ）に、プレス時における状態を示す。上プレスプレート１２の支持ブラケット１５は昇降ロッド７のストッパ１７から離れており、上プレスプレート１２は昇降ロッド７の下降に対して開放された状態にある。

しかし、支持ブラケット１５の上側に位置したスプリング１６が、昇降ロッド７の下降により押し縮められ、スプリング１６の弾性力によって支持ブラケット１５が押し下げられる。この結果、上プレスプレート１２の自重にスプリング１６の弾性力が加えられた荷重で真空断熱材１０がプレスされる。プレス荷重は、スプリング１６の弾性力と昇降ロッド７の下降量とにより決定される。

ここで、図５（ａ）に示されたように、昇降ロッド７の下降に伴い上プレスプレート１２が下降して下プレスプレート１１上の真空断熱材１０上に接触し、支持ブラケット１５がストッパ１７から離れた状態を示す。スプリング１６が圧縮されない間は、上プレスプレート１２の自重のみでプレスが行われる。

矢印で示されたように、昇降ロッド７がさらに下降して上プレスプレート１２が下降すると図５（ｂ）に示されたように、スプリング１６が下側の支持ブラケット１５と上側のストッパ１７との間で圧縮される。これにより、支持ブラケット１５は下方に押し下げられる。この結果、上述したように上プレスプレート１２の自重にスプリング１６の弾性力（＝スプリング反発力×スプリング数）が加えられたプレス荷重で真空断熱材１０がプレスされることとなる。

尚、スプリング１６は図示されたようなスプリングに限らず、ゴム等の安定した弾性を有する弾性部材であればよい。

次に、真空引きを開始する。上プレスプレート１２と下プレスプレート１１とには、図示されていないヒータが設けられている。真空引きの前あるいは同時に加熱が行われ、真空断熱材１０の成形と同時に加熱処理が行われる。この加熱により水分の沸点に到達しない温度域では熱乾燥が、沸点に達すると真空乾燥が真空引きと平行して行われ、真空断熱材１０の乾燥が短時間に特別な乾燥工程を設ける事無く従来の真空封止工程の中でおこなわれる。なお真空断熱材に悪い影響がない限り加熱温度は高い程乾燥効率は良く、真空度が上がり沸点が下がるに従って加熱温度は下げて行っても良い。

真空引きの工程が終了すると、真空封止部の封止機構により封止される。上プレスプレート１２と下プレスプレート１１とによりプレスされている真空断熱材１０に対し、下封止ヒータ１３と上封止ヒータ１４とにより加熱することで、真空状態で封止を行う。

尚、図１に示された構成では真空断熱材１０の一方の端部にのみ下封止ヒータ１３と上封止ヒータ１４とを備えた真空封止部が設けられている。しかし、真空断熱材１０の形状によっては、両端を同時に封止するように真空封止部を両端に備えることもできる。

次に、シールの面における皺を軽減するために設けられた、封止機構部が備えるシール面皺軽減機構について説明する。このシール面皺軽減機構５１〜５５は、図６に示されたように、３段配置された真空断熱材１０における袋状の外皮材のシール面の皺を軽減するように外皮材の封止口を拡げるために設けられ、下封止ヒータ１３、２３、３３の外側にそれぞれ位置している。

図７に、シール面皺軽減機構５１〜５５の構成を示す。このシール面皺軽減機構５１〜５５は、シャフト５２に、固定アーム５１、可動アーム５５、ストッパ５３、ストッパ５３と可動アーム５５との間に設けられたスプリング５４を備えている。

４点の支持ブラケット１５により四隅領域が支持された上プレスプレート１２の位置に対応して真空断熱材１０が配置されている。真空断熱材１０における袋状の外皮材の一端が封止口として開放されており、その付近の領域に上封止ヒータ１４が配置されている。

図８に示されたように、固定されたアーム５１と可動アーム５５は、真空断熱材１０における袋状の外皮材の封止口に差し込まれた状態で、外皮材の中から両端に向かって張力をかけるものである。

このような構成を備えたシール面皺軽減機構５１〜５５を用いて、真空断熱材１０における袋状の外皮材の皺を軽減するときの手順について、図９を用いて説明する。

図９（ａ）に示されたように、シャフト５２には固定アーム５１と可動アーム５５とが設けられており、それぞれが真空断熱材１０の外皮材の封止口から内側に差し込まれる。

固定アーム５１と可動アーム５５との間隔が真空断熱材１０の外被材の封止部の幅と略一致または少し広くなるように、可動アーム５５の位置を調整する。この調整は、ストッパ５３を外側、即ち図中右方向に移動させ、スプリング５４を介して可動アーム５５を右方向に移動させることで行われる。調整後、可動アーム５５とストッパ５３とが固定される。

図９（ｂ）に示されたように、可動アーム５５を内側、即ち図中左方向に押すと、ストッパ５３の位置が固定されているためスプリング５４が縮んだ状態となる。固定アーム５１と可動アーム５５との間隔が狭くなった状態で、真空断熱材１０の外被材の封止位置の手前に挿入する。

図９（ｃ）に示されたように、可動アーム５５が開放されるとスプリング５４のスプリング力により、外側、即ち図中右方向に移動して外皮材に張力を加え、皺やたるみを伸ばすことができる。

図６において、下封止ヒータ１３の上面に載せられた真空断熱材１０の外被材の封止口に、上封止ヒータ１４を下降させて挟圧する。この状態で、下封止ヒータ１３と上封止ヒータ１４とに電流を流して発熱させ、熱と圧力とを真空断熱材１０の外皮材の封止位置に与えて溶着する。

封止後、真空が開放されてチャンバ蓋２が開いて製造工程が終了する。

本実施の形態による真空封止装置によれば、特別な乾燥工程を設ける事無く従来の真空引き工程と平行して真空断熱材の乾燥を行うことが出来、真空断熱材をプレス、加熱する機構及び真空封止を行う機構を縦に３段備えることで、簡易な構成で小型化が可能であると共に、同時に３個の真空断熱材を製造することができるため設備の占有面積当たりのスループットを向上させることが可能である。

上記実施の形態はいずれも一例であって、本発明の技術的範囲内において様々に変形することが可能であり、例えばプレス機構及び真空封止部を３段に限らず、必要に応じて２段あるいは４段以上縦に配置してもよい。

１ 下ケース
２ チャンバ蓋
３〜５ 駆動部
６〜８ 昇降ロッド
９ チャンバ
１０ 真空断熱材
１１ 下プレスプレート
１２ 上プレスプレート
１３ 下封止ヒータ
１４ 上封止ヒータ
１５ 支持ブラケット
１６ スプリング
５１ 固定アーム
５２ シャフト
５３ ストッパ
５４ スプリング
５５ 可動アーム

Claims (8)

1. チャンバ下ケースと、前記チャンバ下ケースに対して開閉可能なチャンバ蓋とを有し、真空引きが可能な真空チャンバと、
   前記真空チャンバ内に設けられ、被包装物をプレスするための上プレスプレートと下プレスプレートとを有するプレス機構と、前記被包装物を封止するための封止機構とを有する真空封止部と、
   を備え、
   前記真空封止部が、上下方向に複数段設けられていること、前記上プレスプレートと前記下プレスプレートにはそれぞれヒータが設けられており前記被包装物を加熱し、熱乾燥および真空乾燥する乾燥機能を合わせ持つこと、を特徴とする真空封止装置。
2. 前記真空封止部がそれぞれ有する前記上プレスプレートを支持し、上昇又は下降させる第１の昇降ロッドと、
   前記真空封止部がそれぞれ有する前記下プレスプレートを支持し、上昇又は下降させる第２の昇降ロッドと、
   前記第１の昇降ロッドを上昇又は下降させる第１の駆動部と、前記第２の昇降ロッドを上昇又は下降させる第２の駆動部と、
   をさらに備え、
   前記上プレスプレートと前記下プレスプレートとが独立して上昇又は下降することを特徴とする、請求項１に記載の真空封止装置。
3. 前記上プレスプレートにそれぞれ取り付けられており、前記第１の昇降ロッドの外径より大きい内径を有する貫通孔が形成された複数の支持ブラケットと、
   前記支持ブラケットにそれぞれ対応して前記第１の昇降ロッドに設けられ、前記支持ブラケットの前記内径より大きい外形寸法を有するストッパと、
   をさらに備え、
   前記第１の昇降ロッドが上昇すると、前記ストッパにより前記支持ブラケットが持ち上げられることを特徴とする、請求項２に記載の真空封止装置。
4. 前記第１の昇降ロッドが下降して前記上プレスプレートが下降し、前記下プレスプレートとの間で前記被包装物に加えられるプレス加重には、前記上プレスプレートの自重によるものが含まれることを特徴とする、請求項２又は３に記載の真空封止装置。
5. 前記第１の昇降ロッドと前記支持ブラケットとの間に弾性体が設けられており、
   前記弾性体が圧縮されるまで前記第１の昇降ロッドが下降して前記上プレスプレートが下降し、前記下プレスプレートとの間で前記被包装物に加えられるプレス加重には、前記上プレスプレートの自重によるものと前記弾性体の弾性力とが含まれることを特徴とする、請求項３に記載の真空封止装置。
6. 前記封止機構として、前記被包装物における封止口が載置される下封止ヒータと、第３の昇降ロッドに接続されて上昇又は下降し、前記封止口を前記下封止ヒータと共に挟圧して加熱する上封止ヒータを備えることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の真空封止装置。
7. シャフトに沿って離間して設けられた第１のアーム及び第２のアームを有する、前記被包装物の外皮材表面の皺を軽減するための皺軽減機構をさらに備え、
   前記第１、第２のアームの少なくともいずれか一方は、前記シャフトに沿って他方と離間あるいは接近するように移動可能であり、
   前記第１、第２のアームが前記被包装物の封止口に挿入され、前記第１、第２のアームの少なくともいずれか一方が前記封止口を拡げるように移動することで、前記被包装物の外皮材表面の皺を軽減することを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の真空封止装置。
8. 前記第２のアームが移動可能であり、
   前記皺軽減機構は、前記シャフトに沿って前記第１のアームと前記第２のアームとの間に設けられ前記第１のアームと離間あるいは接近するように移動可能なストッパと、前記ストッパと前記第２のアームとの間に設けられた弾性体とをさらに有することを特徴とする、請求項７記載の真空封止装置。

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