JP2012101832A

JP2012101832A - 真空充填封止方法および真空充填封止装置

Info

Publication number: JP2012101832A
Application number: JP2010253095A
Authority: JP
Inventors: Tomohiro Muto; 藤友祐武
Original assignee: NPC Inc Japan
Current assignee: NPC Inc Japan
Priority date: 2010-11-11
Filing date: 2010-11-11
Publication date: 2012-05-31

Abstract

【課題】効率良い真空充填封止装置を提供する。
【解決手段】搬入側に開閉自在の第１の気密シャッタを開放して外被材７０をワークホルダに固定し、第１の真空化装置を備えた第１の真空室１と、第１の真空室との間に開閉自在な第２の気密シャッタ２２、第２の気密シャッタを真空状態とし第１の真空室、外被材をワークホルダに固定した状態で搬入可能な第２の空間、第２の真空化装置と外被材内に被包装物を充填する充填機構６０、第２の真空室と、第２の真空室との間に開閉自在な第３の気密シャッタ２３搬出側に第４の気密シャッタ２４、第３の気密シャッタを被包装物が充填された前記外被材を第２の真空室から搬入可能な第３の空間、内部を真空状態にする第３の真空化装置と、外被材を封止する封止機構９０と、外被材の封止を行い、第３の空間を大気圧し、第４の気密シャッタから搬出する第３の真空室３と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、真空断熱材等の被包装物を真空封止する真空充填封止装置に関する。

真空断熱パネル等を製造するために、セラミック粉末のような被包装物をガスバリア性を有する外被材で包装して封止する従来の真空充填封止装置においては、被包装物をガスバリア性を有する外被材で包装し、内部を減圧し真空状態とした後、外被材を封止することで製品が製造される。被包装物の充填は一般的に大気圧中で行われ、その後真空チャンバ内で真空引きするため、長時間の真空引きが必要になる。

特許文献１には真空室内に被包装物である芯材とこれを包装封止する外被材とをあらかじめ外被材の中に芯材を入れた状態で搬入し、真空状態にして外被材をシールするシールエリア、および製造された製品のストックエリアとを有し、１つの真空室内で連続して真空断熱材を製造する装置および方法が開示されている。

特開２００２−３１０５５４号公報

しかしながら、この方法では真空室内で芯材の形状加工まではできないため、予め心材を成形しておく必要がある上、被包装物は予め成形できる物に限られる。その上、真空室内に被包装物と外被材と製造物のストックエリアが必要であり、被包装物の大きさが増加し、１バッチで製造する量が増加するほど真空室を大型にしなければならないという問題がある。

さらに、一定数製造すると機械を止めて大気圧に戻し、材料を補充し、製造物を取り出す必要があり、製造効率が低いという問題もある。

本発明は、真空断熱材等の真空包装物の製造をコンパクトな装置で連続して効率良く行うことが可能な真空充填封止方法およびこの方法を実現する真空充填封止装置を提供することを目的とする。

本発明にかかる真空充填封止方法は、
それぞれ真空状態にすることが可能で、かつ開閉可能な気密シャッタを介して大気あるいは隣接室と連通され、外被材をワークホルダに固定した状態で移動可能な第１、第２および第３の真空室を用いて、
前記第１の真空室では前記ワークホルダに外被材がセットされた状態で搬入後真空化を行い、
真空化された前記第２の真空室に前記ワークホルダを移動させ、前記外被材中に被包装物を充填させ、
真空化された前記第３に真空室に前記ワークホルダを移動させ、被包装物が充填された外被材の口を封止させ、
前記第３の真空室を大気圧に戻して前記被包装物が前記外被材中に充填されて封止された製品を排出することを特徴とする。

また、本発明にかかる真空充填封止装置は、
搬入側に開閉自在の第１の気密シャッタを有し、この第１の気密シャッタを開放して外被材をワークホルダに固定した状態で搬入可能な第１の空間を有し、この第１の空間の内部を真空状態にする第１の真空化装置を備えた第１の真空室と、
前記第１の真空室との間に開閉自在な第２の気密シャッタを有し、この第２の気密シャッタを通過して外被材をワークホルダに固定した状態で搬入可能な第２の空間を有し、前記外被材内に被包装物を充填する充填機構と、前記第２の空間の内部を常時真空状態にする第２の真空化装置とを備えた第２の真空室と、
前記第２の真空室との間に開閉自在な第３の気密シャッタおよび搬出側に第４の気密シャッタを有し、前記第３の気密シャッタを通過して前記被包装物が充填された前記外被材を搬入可能な第３の空間を有し、前記外被材を封止する封止機構と、前記第３の空間の内部を真空状態にする第３の真空化装置とを備え、真空状態で外被材の封止を行った後、第３の空間を大気圧に戻し、前記第４の気密シャッタから搬出する第３の真空室、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、ワークホルダに固定された外被材は、第１の真空室に搬入され真空引きされた後、第２の真空室へ送られて被包装物が真空中で充填され、さらに第３の真空室に送られて封止される。充填は真空中で行われ、被包装物はすでに真空引きされた状態で成形されるため、充填後真空引きする必要がなく直ぐに封止できるため、搬入、真空填、封止、搬出の一連の作業を連続して短時間で効率良く行うことができる。また、外被材や被包装物を真空室内にストックする必要がなく、真空室並びに装置全体を小型化することが可能となる。

本発明にかかる真空充填封止装置の上方から見た断面の概略平面図である。本発明にかかる真空充填封止装置の正面から見た断面の概略正面図である。真空充填封止装置の概略側面図である。外被材の口を開いた状態で固定したワークホルダの斜視図である。外被材の口を閉じた状態で固定したワークホルダの斜視図である。ワークホルダの外被材固定用クランプを操作する操作機構の図である。クランプの構成と動作を示す平面図である。

以下、図面を参照して本発明に係わる実施形態として真空断熱パネルを製造する装置について説明する。

図１は真空充填封止装置の平面断面概略図である。図２は真空充填封止装置の正面断面概略図、図３は真空室２をその手前側から見た側面図である。

図１および図２から明らかなように、本実施形態では３つの真空室１〜３がそれぞれ直線状に隣接しており、左側が搬入側、右側が搬出側となっている。

真空室１の搬入側、各真空室内、真空室３の搬出側には、それぞれ２本の平行に配置されたベルトを含むベルトコンベア式の搬送機構４〜８が設けられている。

各真空室１〜３の底板にはそれぞれ真空ポンプ（図示せず）により排気を行う排気口９〜１１が設けられ、各真空室内の真空度をそれぞれ独立に調整することができる。

真空室１の搬入口、真空室１と真空室２との間、真空室２と真空室３との間、真空室３の搬出口にはそれぞれシャッタ２１〜２４が設けられ、これらは各真空室の開口部１ａ，２ａ，３ａ，４ａよりも大きく形成され、それぞれ開閉機構としてのシリンダ２５〜２８により製品の進行方向とは直角方向に摺動可能となっている。

このシャッタと各真空室の開口部との関係を図３に示された真空室２を例にとって説明する。

シャッタ２２は搬入口２ａより大きく作られており、シリンダ２６により、搬入時には搬入口２ａが完全に開き、あるいは真空化を行うときには完全に覆うようにシャッタ２２が移動される。

真空化を行うためには、シャッタ２２は真空室２の外側の壁面に密着される必要があり、このため、真空室２の外側の壁面に押し付けられ密閉されるように、シャッタ２２の真空室２の外側壁面との接触部分にはＯリング等のシール材１２が埋設されており、さらにシャッタ２２を真空室２の外壁面に押しつけるため、偏心カム機構１３が設けられており、この偏心カム機構１３が図示しない回転機構により回転されることにより、シャッタ２２を真空室２の外壁に強く押しつけるため、シール材１２により真空室２内は気密状態となり、排気口１０から真空ポンプにより排気を行うことにより真空室２内を真空にすることができる。

他の真空室とシャッタとの関係も全く同じ構成となっている。

なお、真空室２は常に真空状態であるが、真空室１と真空室３では搬入、搬出のために大気圧になる。したがって、シャッタ２１は真空室１の搬入側の面、シャッタ２２は真空室２の真空室１側の面、シャッタ２３は真空室２の真空室３側の面、シャッタ２４は真空室３の搬出側の面に取り付けられることにより、隣室との間に圧力差が生ずる時でも、圧力差により、シャッタが開口部壁面に押し付けられ密閉されるようになっている。

すなわち、各真空室の圧力は
大気圧 ≧ 真空室１
真空室１ ≧ 真空室２ ≦ 真空室３
真空室３ ≦ 大気圧
の関係となるが、真空室１と真空室３の圧力は作業の進行により頻繁に変動するため、これらの関係は全く独立の関係である。

次に、真空断熱パネルを製造するために用いられる作業台としてのワークホルダについて、主に図３を参照して説明する。

図３に示されるように、ワークホルダ３０は搬送機構６上に載置されるベース３１と、その上にほぼ垂直に立設され側面で固着された２枚の成形プレート３２よりなる。この成形プレート３２の間には例えば金属箔の袋状の外被材４０がその口４１を上にしてセットされ、後述するように、成形プレート３２の間隔分だけ外被材中に被包装物が充填され、製品の形状が成形される。

次に、ワークホルダ３０には外被材内に被包装物を充填させる際に外被材を制御するための種々の機構が設けられている。

図４はワークホルダ３０にセットされた外被材７０の口が開かれた状態を示す説明図、図５はワークホルダ３０にセットされた外被材７０の口が閉じられた状態を示す説明図であり、これらの図面に示された外被材の開閉を制御するための機構は図１から図３では省略されている。

図４はワークホルダ３０に袋状外被材７０を、口を開いて固定した状態を示す斜視図である。ベースプレート３１には適当な間隔を開けて垂直に平行に配置された成形プレート３２が２枚設けられている。成形プレート３２の間に袋状外被材７０が挿入され、被包装物が充填されるため、成形プレート３２の間隔が真空包装物の厚さになる。

成形プレート３２の上部には袋状外被材７０の中央部を固定するクランプ３３．３４が成形プレート３２の中央部を挟んで、一定の間隔を隔てて設けられ、また、袋状外被材７０の横方向端部を固定するクランプ３５，３６が成形プレートの横方向端部に設けられている。これらのクランプは基本的に同じ構造を有しており、図７では代表してクランプ３３の平面図として示している。クランプ３３はクランプベース３３ａと一部に切り欠きを有するクランプリバー３３ｂが軸３３ｃで回動自在に枢着されており、クランプベース３３ａとクランプレバー３３ｂの切り欠き部との間には圧縮バネ３３ｄが設けられている。また外被材をつかむ部分には外被材を強固に掴むための凹凸が設けられている。常時はクランプ３３は図７（ａ）のように閉じているが、外被材を挟むときには、図７（ｂ）のようにクランプレバー３３ｂの圧縮バネ３３ｄのある方を押すことにより反対側に隙間が形成され、外被材を挟むことができる。クランプ３４はクランプ３３と全く同じものであり、クランプ３５，３６も全長が長い以外は基本的に同じ構造を有している。

クランプ３５，３６はそれぞれスライダ３７，３８の上に載置され、このスライダ３７，３８は成形プレート３２の上端部に設けられたレール３９，４０上を摺動する。スライダ３７，３８と成形プレート３２間にはそれぞれ圧縮バネ４３，４４が設けられ、両スライダ３７，３８が外側に移動するように付勢する。

また、スライダ３７の側面にローラ４１が設けられ、図４の外被材の口を開けた状態では、ローラ４１はカム板であるローラガイド４２のストッパ位置にあり、スライダは圧縮バネに抗して最も内側に寄った位置することにより、外被材の中央部はクランプ３３，３４により広げられ、大きな開口が生じる。

図６は真空室２におけるワークホルダ３０のクランプを操作する機構を示す図である。

被包装物の充填用のノズル６０の他、４つのエアーシリンダ４５，４６，４９、５０が設けられており、エアーシリンダ４５にはローラガイド４２右端部を押すプッシャ４７が連結されており、エアーシリンダ４５を作動させることによりローラ４１がローラガイドから外れ、圧縮バネ４３によりスライダが外方に付勢される。反対側ではエアーシリンダ４６，プッシャ４８でも同様の構成の構成となっている。

一方、シリンダ５０の動作はプッシャレバー５２に方向が変換されて伝えられ、クランプレバー３４ｂを押すことによりクランプ３４が開き外被材７０のクランプは開放される。反対側でもシリンダ４９とプッシャレバー５１で同様の動作が行われ、図５に示した、外被材が閉じた状態が得られる。

図２、図３、図５に示すように、袋状の外被材中に真空室２の天板の上方からこの天板を貫通して上方から被包装物を供給するためのノズル６０が設けられ、外被材中に被包装物を挿入するときには口を広げられた外被材４０中に被包装物であるセラミック粉末がこのノズル６０から挿入される。この挿入を確実、容易にするために、ワークホルダ３０を上昇下降させるための昇降機構８０が設けられている。

この昇降機構８０は、真空室２の底板に設けられたシリンダ８１と、このシリンダにより駆動され、真空室２の底板と前述した２本のベルト間を貫通してワークホルダ３０のベース３１の底面を支える支持板８２に連結されている連結棒８１より成る。

袋状外被材７０は、図４に示すように口を開いた状態でワークホルダ３０に固定されて真空室１に搬入されて真空化された後に真空室２に移送され、昇降機構８０により、被材４０の口にノズル６０が挿入されるまで上昇され、ノズル６０から被包装物であるセラミック粉末の確実な充填が真空中で行われる。

被包装物の充填が完了すると、図６に示すシリンダ４５，４６，４９，５０を駆動することにより、図５に示すように口が閉じられ、ワークホルダ３０は昇降機構８０により下降され、搬送装置５上に再度載置される。

この昇降機構８０としてはここではエアーシリンダを用いているが、油圧シリンダ、カム機構、リンク機構などの種々の直線運動機構を用いることができる。

このように真空室２では多くのシリンダやノズルが設けられているが、これらと天板、底板との取り付け部にはＯリング等を用いた気密構造が用いられ、高い真空度を確保している。

真空室２で真空状態のままで被包装物が充填された後、次の真空室３に移送される。

真空室３内には、被包装物が挿入された外被材をシールする封止機構が設けられている。

封止機構９０は外被材のシール位置に固定的に設けられたシール台９１と、シール台９１に対向し、シリンダ９３の駆動によりシール台との間に外被材を挟む可動シール台９２と、シール台９１および可動シール台９２の外被材との接触部にヒータ９３が設けられている。

この封止装置を用いて封止を行うには、図１および図２に示されるように、真空室２から封止機構９０への経路に設けられたガイド９６により、袋状外被材７０のシール位置が、シール台１４とヒータ１２の間に確実に位置されるように案内される。

そして、可動シール台９２をシリンダ９４および９５により押して袋状外被材７０を挟み、圧力をかけながらヒータ９３に通電してその発熱と圧力により、外被材を溶着し、封止する。

封止が完了すると真空室３内に大気が導入されて大気圧となり、シャッタ２４が開きワークホルダ３０は外部に搬出され真空包装が完了する。

以上のように、真空室１では、真空室２に搬入するための真空化のみ、真空室２では常時真空状態での被包装物の充填のみ、真空室３では封止のみが行われることから、外被材をセットしたワークホルダを順次搬送するのみで製品を効率良く製造することができる。

また、外被材や製品のストックを真空室内で行う必要はなく、真空室および装置全体を小型化することが可能となる。

以上のような構成の装置を用いて、真空断熱パネルを製造する一連の過程を再度簡単に説明する。

作業開始時には各シャッタはすべて閉じられ、真空室２および真空室３の排気が行われ、これらの真空室の真空度を必要なレベルまで高めておく。

まず、真空室１の搬入口の外にある搬送機構のベルト４上にワークホルダ３０のベース３１を載置し、その成形プレート３２間の隙間に袋状外被材４０が作業員の手でセットされる。このとき、図４に示すように、クランプ３３，３４を用いて袋状外被材の中央部を広げ、両端部を把持したクランプ３５，３６は圧縮バネ４３，４４に抗してスライダ３７．３８を互いに近づく方向に近づけることによりローラ４１がローラガイド４２のストッパ位置にロックされることにより外被材７０の口が開いた状態で安定的に維持される。

これからは自動動作となり、まず真空室１の搬入側シャッタ２１か開かれ、搬送口１ａから搬送ベルト４，５により袋状外被材７０がワークホルダ３０に固定された状態で真空室１内に搬入される。

ワークホルダ３０が完全に真空室１内に搬入されたら、シャッタ２１は閉じられ、真空室１内の排気が行われる。真空室１と真空室２との真空度がほぼ同じ状態になったら、シャッタ２２が開かれ、搬送ベルト５、６により真空室２にワークホルダ３０が移動される。この位置は袋状外被材７０の口が大きく開いた部分が真空室２の上方に設けられた充填ノズルの位置と一致する位置である。

ワークホルダ３０が真空室２内に完全に移動するとシャッタ２２は閉じられ、その後シャッタ２１は開放されて、次のワークホルダ３０を搬入するために真空室１は大気圧に戻される。

真空室２では昇降機構８０の作用でワークホルダ３０が上昇し、袋状外被材７０の口の中にノズル６０が挿入されるようにされた後、ノズル６０から被包装物、この実施形態ではセラミック粉末が外被材７０中に充填される。この時成形プレート３２間の隙間形状合致するようにセラミック粉末が充填される。このように真空中で充填することにより、大気圧で充填して後に真空引きするよりもはるかに短い時間で真空状態での充填が完了する。

本実施形態の場合、真空断熱パネルであるため、セラミック粉末が被包装物として充填されるが、用途に応じて、流動性のある、液体、粉体など種々の材料を充填することができる。

被包装物の充填後、シリンダ４９、５０が駆動されることによりプッシャレバー５１，５２が押されてクランプ３３、３４が開放されて外被材の中央部はフリーとなり、またシリンダ４５、４６が駆動されることによりプッシャ４７、４８が下降し、ローラガイド４２の端部を下方向に押すことによりローラガイドが時計方向に回動し、ローラ４１のロックが外れ、圧縮バネ４３の作用によりスライダ３７はレール３９上を外側の方向に付勢される。図５では反対面側が図示されていないが、プッシャ４８でも同様の動作が行われ、この結果、外被材７０はクランプ３５，３６により引っ張られ、図５に示すように、その口を閉じる。

この状態でシャッタ２３を開き、搬送ベルト６，７によりワークホルダ３０を真空室３に搬入するが、ガイド９６により外被材７０はシール台９１と可動シール台９２の間に導かれ、シリンダ９４，９５により圧力をかけられると共にヒータ９３による加熱が行われることにより外被材７０の封止が行われる。

封止が完了した後、シャッタ２４が開放されて真空室３内は大気圧となり、搬送ベルト７，８により搬出され、製品として取り出される。

以上、本発明の一実施形態を説明したが、種々の変形が可能である。

例えば、袋状外被材としては実施形態では例えば金属箔が用いられているが、ガスバリア性のあるものであればどのようなものでも良く、例えば樹脂フィルム等も使用できる。

また、シャッタの開閉機構として、実施形態ではエアシリンダによるスライド開閉を用いているが、エアや油圧アクチュエータの他、電磁モータやベルトやチェーンを組み合わせた機構等でも実現可能である。

さらに真空室２内でのワークホルダの上昇機構、真空室３内での外被材の押圧機構なども実施形態に示したエアシリンダのみでなく、直線運動を生じる機構であれば、どのようなものでも用いることができる。

また、真空室への搬入前に外被材の口を開けた状態とし、被包装物を真空室内で充填後にこの外被材の口を閉じるようにする機構も実施形態で示したものだけでなく各種のカム、リンク等を用いて実現することができる。

１、２、３真空室
１ａ、２ａ、３ａ開口部
４、５、６、７、８搬送ベルト
９、１０、１１排気口
１２シール材
１３偏心カム機構
２１、２２、２３、２４シャッタ
２５、２６、２７、２８シリンダ
３０ワークホルダ
３１ベースプレート
３２成形プレート
３３、３４、３５、３６クランプ
３７、３８スライダ
３９、４０レール
４１ローラ
４２ローラガイド
４３、４４圧縮バネ
４５，４６，４９、５０シリンダ
４７、４８プッシャ
５１、５２プッシャレバー
６０ノズル
７０袋状外被材
８０昇降機構
８１シリンダ
８２連結棒
８３支持板
９０封止機構
９１シール台
９２可動シール台
９３ヒータ
９４、９５シリンダ
９６ガイド

Claims

それぞれ真空状態にすることが可能で、かつ開閉可能な気密シャッタを介して大気あるいは隣接室と連通され、外被材をワークホルダに固定した状態で移動可能な第１、第２および第３の真空室を用いて、
前記第１の真空室では前記ワークホルダに外被材がセットされた状態で搬入後真空化を行い、
真空化された前記第２の真空室に前記ワークホルダを移動させ、前記外被材中に被包装物を充填させ、
真空化された前記第３に真空室に前記ワークホルダを移動させ、被包装物が充填された外被材の口を封止させ、
前記第３の真空室を大気圧に戻して前記被包装物が前記外被材中に充填されて封止された製品を排出する、
真空充填封止方法。
前記ワークホルダの前記外被材挿入部は前記外被材中に前記被包装物が充填されたときに所定の形状を呈する型をなしていることを特徴とする請求項１に記載の真空充填封止方法。
前記第２の真空室の真空度が前記第１および第３の真空室の真空度以上であることを特徴とする請求項１に記載の真空充填封止方法。
搬入側に開閉自在の第１の気密シャッタを有し、この第１の気密シャッタを開放して外被材をワークホルダに固定した状態で搬入可能な第１の空間を有し、この第１の空間の内部を真空状態にする第１の真空化装置を備えた第１の真空室と、
前記第１の真空室との間に開閉自在な第２の気密シャッタを有し、この第２の気密シャッタを通過して真空状態とされた前記第１の真空室から外被材をワークホルダに固定した状態で搬入可能な第２の空間を有し、前記第２の空間の内部を常時真空状態にする第２の真空化装置と真空状態で前記外被材内に被包装物を充填する充填機構と、を備えた第２の真空室と、
前記第２の真空室との間に開閉自在な第３の気密シャッタおよび搬出側に第４の気密シャッタを有し、前記第３の気密シャッタを通過して前記被包装物が充填された前記外被材を前記第２の真空室から搬入可能な第３の空間を有し、前記第３の空間の内部を真空状態にする第３の真空化装置と、前記外被材を封止する封止機構とを備え、真空状態で外被材の封止を行った後、第３の空間を大気圧に戻し、前記第４の気密シャッタから搬出する第３の真空室と、
を備えた真空充填封止装置。
前記第１の気密シャッタの前の搬入側、第１ないし第３の各真空室内、第４の気密シャッタの外側の搬出側にそれぞれ設けられた搬送機構をそれぞれ有することを特徴とする請求４に記載の真空充填封止装置。
複数の前記第１ないし第３の真空化装置は、対応する前記第１ないし第３の真空室内の圧力をそれぞれ独立して調整可能であることを特徴とする、請求項４または５に記載の真空充填封止装置。
前記第１の気密シャッタは前記第１の真空室の搬入側壁面にシール剤を介して押しつけられ、前記第２の気密シャッタは前記第１の真空室と第２の真空室間の壁面にシール材を介して押し付けられ、第３の気密シャッタは前記第３の真空室の搬出側壁面にシール剤を介して押しつけられる構造となっていることを特徴とする、請求項４ないし６のいずれかに記載の真空充填封止装置。
前記充填機構は、前記第２の真空室の下部に、前記被包装物の充填時に前記搬送装置上の前記ワークホルダを上昇させて前記外被材の口内に被包装物を充填させる充填ノズルを挿入させる昇降機構を備えることを特徴とする、請求項４ないし７のいずれかに記載の真空充填封止装置。
前記外被材は袋状をなしていることを特徴とする、請求項４ないし８のいずれかに記載の真空充填封止装置。
前記ワークホルダはベースプレートと、製品形状を規定する成形型と、この成形型に挿入される外被材の被包装物挿入部を把持するクランプ部を有し、このクランプ部は前記第１の真空室に搬入時には前記外被材の被包装物挿入部を広げ、前記第２の真空室での被包装材料の充填後には前記被包装物挿入部を閉じる機構を備えたことを特徴とする請求項９に記載の真空充填封止装置。
前記封止機構は、前記外被材を案内するガイドおよび外被材の充填口を融着させて固着する融着機構を備えたことを特徴とする、請求項９または１０に記載の真空充填封止装置。