JP5203517B1 - 等方加圧装置および等方加圧方法 - Google Patents

Abstract

【課題】生産効率の向上を図りつつ、高背化を抑えることができる等方加圧装置を提供する。
【解決手段】ワークを保持するバスケット１４を圧力容器１２から引き揚げる際には、まず、バスケット１４を、その全体が圧力容器１２に収容される収容位置から、その上端が圧力容器から突出する着脱位置まで、蓋体１６に連結された状態で蓋体１６ごと上昇させる。着脱位置においては、蓋体１６およびバスケット１４の連結が解除され、蓋体１６は水平方向にずれた退避位置に移動する。その状態で、バスケット１４を、圧力容器１２から完全に引き上げられた引上位置まで上昇させる。バスケット１４を圧力容器１２に収容する際には、逆の手順で行なう。
【選択図】図５

Description

本発明は、被加工物を保持する保持容器を上端開口が蓋体で覆われた圧力容器に収容し、前記圧力容器内に注入された液体を介して前記被加工物を等方加圧する等方加圧装置に関する。

従来から、圧力容器内に被加圧物を収納し、当該圧力容器に液体を供給した状態で密閉し、液体を介して被加圧物に圧力を加え、成形する等方加圧装置が知られている。こうした等方加圧装置は、例えば、積層セラミックコンデンサや積層セラミックインダクタなどの積層電子部品の成形などに用いられる。積層コンデンサは、所定形状の導電体を印刷したセラミックグリーンシートを積層し、加圧し、同時に加温して各層のグリーンシート中のバインダを軟化接合して積層を行い、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誘電体となる。実際には、これを所定の形状に切り出して、受動素子として使用する。等方加圧に際しては、加温によりグリーンシート中のバインダが軟化するため、積層体の平坦性が損なわれることがある。そのため、グリーンシートの積層体は、一般的に板状部材の上に載置され、さらに、液体に直接触れないよう樹脂薄厚フィルムで真空封止された後、加温加圧が行われる。

特許文献１，２には、圧力容器上部および蓋体を貫通するピンで固定された蓋体で、圧力容器の上端開口を閉鎖し、圧力容器を密閉するタイプの等方加圧装置が開示されている。このように蓋体がピンで固定されることにより、高耐圧にすることができる。

特許第３８５９９４５号公報 特開２０００−３１７６９０号公報

ところで、近年では、電子部品の分野では、製造コストの低減、ひいては、生産効率の向上が強く求められている。そのため、等方加圧装置でも、一度に取り扱える被加工物数を増加させて生産効率を上げるため、圧力容器の大容量化が求められている。

圧力容器の大容量化のためには、圧力容器の径（断面積）を拡大、または、圧力容器の高さを高くする、という二つの方法が考えられる。しかし、圧力容器の径を拡大した場合には、断面積増加に伴い圧力容器および蓋体にかかる力が急増するため、これら圧力容器等の肉厚の増加、ひいては、材料費の増加や、設置面積の増大などの問題を招く。一方、圧力容器を高くした場合には、肉厚を増加させる必要がなく、価格的にも設置面積的にも、径拡大に比して有利である。そこで、従来から、圧力容器の高背化が図られてきた。しかし、等方加圧装置が設置される建屋の天井高さの関係上、圧力容器の高背化には限界があった。

そこで、本発明では、生産効率の向上を図りつつ、高背化を抑えることができる等方加圧装置、および、等方加圧方法を提供することを目的とする。

本発明の等方加圧装置は、被加工物を保持する保持容器を上端開口が蓋体で閉鎖された圧力容器に収容し、前記圧力容器内に注入された液体を介して前記被加工物を等方加圧する等方加圧装置であって、前記保持容器の一部のみが前記圧力容器より上側に突出する着脱位置において、前記保持容器と蓋体とを上下に連結または連結解除する着脱手段と、前記着脱手段により前記保持容器と連結された蓋体を、前記着脱位置と前記保持容器が圧力容器に完全収容される収容位置との間において昇降させる蓋体昇降手段と、前記着脱手段により前記蓋体との連結が解除された保持容器を、前記着脱位置と前記保持容器が圧力容器から完全に引き上げられる引上位置との間において昇降させる保持容器昇降手段と、前記着脱手段により前記蓋体との連結が解除された蓋体を、前記着脱位置から水平方向にずれた退避位置と着脱位置との間で水平移動させる退避手段と、を備えることを特徴とする。

好適な態様では、前記着脱手段は、前記退避手段と、前記保持容器に設けられた被係合部と、前記蓋体に設けられた係合部であって、前記退避手段での蓋体の水平移動により前記被係合部に係合または係合解除する係合部と、を含む。他の好適な態様では、前記液体は、加熱された液体であり、加圧と同時に加温もされる。

他の好適な態様では、前記保持容器は、被加工物が収容された複数の内側容器と、前記複数の内側容器を昇降方向に並んだ状態で保持する外側容器と、を備えており、前記保持容器昇降手段は、前記着脱位置と前記引上位置との間で昇降させる過程で、前記外側容器に設けられた内側容器のセット位置が予め規定された取出／セット位置に到達するたびに、前記内側容器を外側容器にセット、または、前記内側容器を外側容器から取り出すために、当該昇降を一時停止させる。

他の本発明である等方加圧装置は、被加工物を保持する保持容器を上端開口が蓋体で閉鎖された圧力容器に収容し、前記圧力容器内に注入された液体を介して前記被加工物を等方加圧する等方加圧方法であって、前記保持容器を、前記保持容器が圧力容器に完全収容される収容位置と、前記保持容器が圧力容器から完全に引き上げられる引上位置と、の間で昇降させる昇降ステップを含み、前記昇降ステップにおいて、前記保持容器を前記収容位置および引上位置の途中に設定される着脱位置と前記収容位置との間で昇降させる際には、前記保持容器と連結した状態の蓋体を昇降させることで、前記保持容器を昇降させ、前記保持容器を、前記引上位置と前記着脱位置との間で昇降させる際には、前記保持容器との連結を解除した蓋体を前記保持容器に対して水平方向にずれた退避位置に退避させた状態で、前記保持容器を昇降させる、ことを特徴とする。

本発明によれば、保持容器が圧力容器から完全に引き上げられる際には、蓋体は、保持容器に対して水平方向にずれた退避位置に位置している。そのため、装置全体として、高さを抑えることができる。

本発明の実施形態である等方加圧装置の構成を示す図である。 等方加圧装置の概略上面図である。 ワークの一例を示す図である。 連結部の斜視図および断面図である。 バスケットの引き上げの様子を示す図である。 インナーバスケットの取り出しの様子を示す図である。 インナーバスケットの取り出しの様子を示す図である。 従来の等方加圧装置を示す図である。

以下、本発明の実施形態を、図面に従って説明する。図１は、本発明の実施形態である等方加圧装置１０の概略構成図である。また、図２は、等方加圧装置１０の概略上面図である。

この等方加圧装置１０は、バスケット１４に保持されたワーク１００を、温水を利用して等方加圧および加温して、成形する装置である。

図３は、ワーク１００の一例を示す図である。本実施形態では、積層コンデンサ用の積層体１０２等をワーク１００としている。この積層体１０２は、所定形状の導電体を印刷したセラミックグリーンシートを積層したものである。積層体１０２は加温により軟化するので、単体ではその形状を維持することができずプレート１０４上にあらかじめ載置されている。プレート１０４は、ステンレス製であるが、十分な剛性と、良好な熱伝導性、さらには耐食性を有していれば、他の材料でもかまわない。さらに、積層体１０２とこれを載せたプレート１０４は、フィルム１０６により密封されている。こうしたワーク１００は、バスケット１４内に設けられた棚にセットされ、保持される。

等方加圧装置１０は、圧力容器１２や、ワーク１００（積層体１０２）を保持するバスケット１４、圧力容器１２の上端開口を閉鎖する蓋体１６などを備えている。この圧力容器１２の内部には温水が注入され、また、圧力容器１２そのものは、恒温槽２０内の温水に浸っている。恒温槽２０内の温水は、循環ポンプ４７により配管４８，５０を通って圧力容器１２内に送られる。圧力容器１２からあふれた温水は、恒温槽２０に収容される。温水は、不図示の加熱手段により、積層体１０２の加工に適切な温度に維持されている。

バスケット１４は、その内部にワーク１００を保持した状態で、圧力容器１２内に投入される。バスケット１４は、網材から構成されており、当該バスケット１４が圧力容器１２内に投入されることで、圧力容器１２内の温水がバスケット１４内部に進入する。

圧力容器１２の上端開口は、蓋体１６により閉鎖される。図面では見易さのために、蓋体１６と圧力容器１２との間の隙間を大きく描いているが、実際には、当該隙間にはシール部材などが配置され、圧力容器１２内は、密閉状態に保たれる。この蓋体１６は、当該蓋体１６および圧力容器１２を貫通するピン１８により位置固定される。このようにピン１８で固定する方式とすることで高耐圧を実現できる。

積層体１０２を加圧・加温する場合には、弁５４を閉じ、昇圧ポンプ５６を駆動し、配管４８，５０により恒温槽２０内の温水を更に圧力容器１２内に送り、圧力容器１２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、温水による加温と加圧により、セラミックグリーンシートが加圧成形され、硬化する。なお、この間も循環ポンプ４７，６０を通って温水は循環し、恒温槽２０の温度を一定に保っている。所定時間が経過すると弁５４を開け、圧力容器１２内の圧力を開放する。加圧が完了すれば、ピン１８が取り外され、蓋体１６およびバスケット１４は、圧力容器１２より上側に引き上げられる。

ここで、従来の等方加圧装置１０では、図８に示すように、蓋体１６およびバスケット１４を、上下に繋げた状態のまま、圧力容器１２より上側まで引き上げていた。この場合、装置全体としては、圧力容器１２の高さに、バスケット１４および蓋体１６の高さを加えた高さが必要となる。この場合、圧力容器１２の高背化、または、装置全体の低背化が疎外されるおそれがある。

すなわち、近年では、電子部品の生産効率の向上が強く望まれている。等方加圧装置１０でも、一度に加工できるワーク１００の数を増加し、生産効率を向上するために、圧力容器１２の大容量化が進んでいる。大容量化のために圧力容器１２を大径化した場合、設置面積の増加や容器・蓋体の肉厚化といった別の問題が生じるのに対し、圧力容器１２を高背化した場合には、こうした問題が生じないため、近年では、圧力容器１２の高背化が積極的に進められている。

もちろん、等方加圧装置１０が設置される建屋の天井高さの関係上、装置全体の高さには限界がある。そのため、圧力容器１２はできるだけ高くする一方で、装置全体の高さは、極力抑えることが望ましいといえる。しかし、バスケット１４および蓋体１６を繋げたまま引き上げる構成の場合、装置高さとして、圧力容器１２の高さに、バスケット１４および蓋体１６両方の高さも加わることになる。その結果、装置高さが高くなりがちで、圧力容器１２を十分に高背化、大容量化できないという問題があった。

本実施形態では、装置の高背化を抑えつつも、圧力容器１２の高背化を可能にするために、バスケット１４と蓋体１６を着脱自在とし、また、バスケット１４と蓋体１６を別個に引き上げ可能とした。

具体的に説明すると、本実施形態において、蓋体１６を移動させる蓋側駆動機構３０は、蓋体１６を上下方向に移動させるだけでなく、図２に示すように水平方向にも移動させる。つまり、この蓋側駆動機構３０は、蓋体１６を昇降させる蓋体昇降手段として機能するとともに、蓋体１６を水平移動させる退避手段としても機能する。なお、本実施形態では、蓋体１６を水平面内で回転移動させているが、水平方向に移動させるのであれば、当然、蓋体１６だけでなく蓋昇降装置３１全体を回転させてもよく、また、回転移動ではなく、直線移動であってもよい。

また、バスケット１４の上端および蓋体１６の下端には、両者を連結するための連結部４０が設けられている。この連結部４０は、蓋体１６の水平移動に伴い、蓋体１６およびバスケット１４を連結、または連結解除できるようになっている。図４は、連結部４０の構成を示す斜視図および断面図である。蓋体１６の下端に設けられた蓋側連結部４１には、略Ｌ字のフック４２が設けられている。バスケット１４の上端に設けられたバスケット側連結部４３の側面には、当該フック４２がスライド挿入される溝４４が形成されている。そして、蓋体１６の水平移動に伴い、フック４２が溝４４にスライド挿入、または、スライド離脱することで、蓋体１６およびバスケット１４の連結または連結解除が行なわれる。つまり、本実施形態においては、溝４４が被係合部に、フック４２が、蓋体１６の水平移動により前記被係合部に係合または係合解除する係合部として機能する。

なお、ここで説明した連結部４０の構成は一例であり、適宜、変更されてもよい。例えば、本実施形態では、蓋体１６側にフック４２、バスケット１４側に溝４４を形成したが、当然、バスケット１４側にフック、蓋側に溝を形成してもよい。また、蓋体１６の底面およびバスケット１４の上面の一方にアリ溝やＴ溝を、他方にこれら溝にスライド挿入されるアリ桟やＴ桟を形成し、連結部４０を構成してもよい。また、蓋体１６およびバスケット１４を、係合により着脱するのではなく、螺合により着脱するようにしてもよい。すなわち、蓋側駆動機構３０に蓋体１６を自転させる機能を設けるとともに、蓋側連結部４１およびバスケット側連結部４３の一方の外周面に雄ネジを、他方に当該雄ネジが螺合する雌ネジを形成し、螺合によりバスケット１４および蓋体１６を着脱自在としてもよい。また、機械的な機構で着脱するのではなく、電磁的な力で着脱するものであってもよい。例えば、蓋側連結部４１およびバスケット側連結部４３の一方を磁性材料で構成し、他方に電磁石を設けるようにしてもよい。

バスケット側駆動機構３４は、蓋体１６との連結が解除されたバスケット１４を昇降させる機構である。バスケット側駆動機構３４は、水平および垂直移動可能で、バスケット１４に着脱自在の支持アーム３２を有している。本実施形態の支持アーム３２は、バスケット側連結部４３の両側側面に設けられた係合溝４６（図４参照）にスライド挿入可能な二又形状となっている。この支持アーム３２は、蓋体１６とバスケット１４が連結されている際には、バスケット１４から離間した位置に待機しており、蓋体１６とバスケット１４の連結が解除されれば、バスケット１４の係合溝４６にスライド挿入することで当該バスケット１４と連結される。そして、連結状態のまま、支持アーム３２が昇降することで、バスケット１４の昇降が実現される。なお、この支持アーム３２の構成も一例であり、バスケットを着脱自在に保持できるのであれば、他の構成、例えば、支持アーム３２に変えて開口量が可変調整できる一対の把持アームで、バスケット１４を挟持して保持するようにしてもよい。

次に、かかる構成の等方加圧装置１０でのバスケット１４引き上げの様子について図５を参照して説明する。積層体１０２への加圧・加温が完了した段階において、バスケット１４は、蓋体１６と連結された状態で、圧力容器１２に完全収容されている。また、蓋体１６はピン１８により圧力容器１２に固定されている（図５（ａ））。バスケット１４を引き上げる際には、まず、蓋体１６からピン１８を取り外し、蓋側駆動機構３０により、蓋体１６を上昇させる（図５（ｂ））。このとき、バスケット１４は蓋体１６に連結されているため、蓋体１６とともにバスケット１４も上昇する。そして、バスケット側連結部４３が圧力容器１２の上端開口より上側に到達する着脱位置まで上昇すれば、蓋体１６の上昇を一時停止する。

バスケット１４が着脱位置に到達すれば、バスケット側駆動機構３４に設けられた支持アーム３２がバスケット１４側に水平移動し、バスケット１４を係合保持する（図５（ｃ））。続いて、蓋体１６は、蓋側駆動機構３０により、着脱位置から水平方向にずれた退避位置に移動させられる（図５（ｄ））。この蓋体１６の水平移動に伴い、蓋体１６とバスケット１４との係合関係が解除され、両者の連結が解除される。蓋体１６が退避位置に退避すれば、バスケット側駆動機構３４は、支持アーム３２を上昇させることで、バスケット１４を圧力容器１２から完全に引き上げる（図５（ｅ））。新たにワーク１００をセットしたバスケット１４を、圧力容器１２内に投入する際は、上述した流れとは逆の流れで行なう。

ここで、図５（ｅ）から明らかなとおり、本実施形態によれば、バスケット１４を完全に引き上げたとき、蓋体１６はバスケット１４と水平方向に並ぶことになる。そのため、バスケット１４と蓋体１６を上下に繋げたまま引き上げる従来技術（図８参照）と比べて、蓋体１６の高さ分だけ、装置全体の高さを低減できる。その結果、本実施形態によれば、従来技術と比べて、圧力容器１２の高さが同じでも装置全体の高さを低く、あるいは、装置全体の高さが同じであれば圧力容器１２の高さを大きく（大容量に）することができる。

なお、これまでの説明では、説明を容易にするために、ワーク１００を、単一のバスケット１４で保持する場合を例示した。しかし、実際には、ワーク１００は、バスケット１４の内部には収容される複数のインナーバスケット１５で小分け保持されることが多い。図６は、ワーク１００をインナーバスケット１５で小分け保持する場合を示した図である。

図６に示すように、この場合、バスケット１４の内部は、上下に並ぶ仕切部材で複数の空間に分割される多段構成となっている。各空間には、複数のワーク１００を保持したインナーバスケット１５が収容される。作業者は、ワーク１００を、このインナーバスケット１５ごと、バスケット１４から取り出す。また、ワーク１００をバスケット１４内にセットするときには、予め、ワーク１００をインナーバスケット１５内にセットしたうえで、当該インナーバスケット１５をバスケット１４にセットする。

このように、バスケット１４の内部に複数のインナーバスケット１５が収容される多段構成の場合、バスケット１４の昇降を、各段ごとに、一時停止させることが望ましい。

例えば、図６に示すように、ワーク１００への加工完了後、圧力容器１２から３段構成のバスケット１４を引き上げる場合を考える。この場合には、最上段のインナーバスケット１５が加工容器の上側である取り出し／セット高さに到達すれば、バスケット１４の上昇を一時停止し、最上段のインナーバスケット１５を取り出す。最上段のインナーバスケット１５が取り出されれば、再度、バスケット１４の上昇を行う。そして、中段のインナーバスケット１５が取り出し／セット高さに到達すれば、再度、バスケット上昇を一時停止し、中段のインナーバスケット１５を取り出す。そして、中段のインナーバスケット１５が取り出されれば、バスケット１４を最も上側まで引き上げ、最下段のインナーバスケット１５を取り出すようにする。

このようにバスケット１４の昇降の過程で、順次、インナーバスケット１５を取り出し、または、セットすることにより、バスケット１４を完全に引き上げてからインナーバスケット１５を取り出し、または、セットする場合に比べて、取り出し／セット作業の待機時間を少なくすることができ、作業をより効率化できる。

また、各段が、規定の取り出し／セット高さに到達するたびに、バスケット１４の昇降を一時停止させることにより、常に同じ高さ位置でインナーバスケット１５を取り出し／セットすることができる。その結果、作業員は、取り出し／セットするインナーバスケット１５の段数に関わらず、常に、同じ高さ位置で作業できるため、作業を効率化できる。また、インナーバスケット１５の取り出し／セットを機械で自動化することも考えられる。この場合でも、図６に示すように、常に同じ高さ位置で取り出し／セットする構成とすれば、取り出し／セット機構は、一つの高さ位置に一つ設けるだけで足り、シンプルな構成でインナーバスケット１５の取り出し／セットを自動化ができる。

また、別の形態として、図７のように、バスケット１４を完全に上側まで引き上げたあと、作業者が作業しやすい高さ位置まで、バスケット１４ごと搬送するようにしてもよい。この場合、当該バスケット１４の搬送に専用の搬送機構を設けるのではなく、図７に示すように、バスケット１４を圧力容器１２に収納または圧力容器１２から引き出すバスケット側駆動機構３４を、搬送機構として利用してもよい。

また、これまでの説明では、温水を利用した等方加圧装置１０のみを例示したが、本発明は冷水を利用した等方加圧装置に応用してもよい。

１０ 等方加圧装置、１２ 圧力容器、１４ バスケット、１５ インナーバスケット、１６ 蓋体、１８ ピン、２０ 恒温槽、３０ 蓋側駆動機構、３１ 蓋昇降装置、３２ 支持アーム、３４ バスケット側駆動機構、４０ 連結部、４１ 蓋側連結部、４２ フック、４３ バスケット側連結部、４４ 溝、４６ 係合溝、４７ 循環ポンプ、４８，５０ 配管、５４ 弁、５６ 昇圧ポンプ、１００ ワーク、１０２ 積層体、１０４ プレート、１０６ フィルム。

Claims (5)

1. 被加工物を保持する保持容器を上端開口が蓋体で閉鎖された圧力容器に収容し、前記圧力容器内に注入された液体を介して前記被加工物を等方加圧する等方加圧装置であって、
   前記保持容器の一部のみが前記圧力容器より上側に突出する着脱位置において、前記保持容器と蓋体とを上下に連結または連結解除する着脱手段と、
   前記着脱手段により前記保持容器と連結された蓋体を、前記着脱位置と前記保持容器が圧力容器に完全収容される収容位置との間において昇降させる蓋体昇降手段と、
   前記着脱手段により前記蓋体との連結が解除された保持容器を、前記着脱位置と前記保持容器が圧力容器から完全に引き上げられる引上位置との間において昇降させる保持容器昇降手段と、
   前記着脱手段により前記蓋体との連結が解除された蓋体を、前記着脱位置から水平方向にずれた退避位置と着脱位置との間で水平移動させる退避手段と、
   を備えることを特徴とする等方加圧装置。
2. 請求項１に記載の等方加圧装置であって、
   前記着脱手段は、
   前記退避手段と、
   前記保持容器に設けられた被係合部と、
   前記蓋体に設けられた係合部であって、前記退避手段での蓋体の水平移動により前記被係合部に係合または係合解除する係合部と、
   を含むことを特徴とする等方加圧装置。
3. 請求項１または２に記載の等方加圧装置であって、
   前記液体は、加熱された液体であり、加圧と同時に加温もされる、ことを特徴とする等方加圧装置。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の等方加圧装置であって、
   前記保持容器は、被加工物が収容された複数の内側容器と、前記複数の内側容器を昇降方向に並んだ状態で保持する外側容器と、を備えており、
   前記保持容器昇降手段は、前記着脱位置と前記引上位置との間で昇降させる過程で、前記外側容器に設けられた内側容器のセット位置が予め規定された取出／セット位置に到達するたびに、前記内側容器を外側容器にセット、または、前記内側容器を外側容器から取り出すために、当該昇降を一時停止させる、
   ことを特徴とする等方加圧装置。
5. 被加工物を保持する保持容器を上端開口が蓋体で閉鎖された圧力容器に収容し、前記圧力容器内に注入された液体を介して前記被加工物を等方加圧する等方加圧方法であって、
   前記保持容器を、前記保持容器が圧力容器に完全収容される収容位置と、前記保持容器が圧力容器から完全に引き上げられる引上位置と、の間で昇降させる昇降ステップを含み、
   前記昇降ステップにおいて、
   前記保持容器を前記収容位置および引上位置の途中に設定される着脱位置と前記収容位置との間で昇降させる際には、前記保持容器と連結した状態の蓋体を昇降させることで、前記保持容器を昇降させ、
   前記保持容器を、前記引上位置と前記着脱位置との間で昇降させる際には、前記保持容器との連結を解除した蓋体を前記保持容器に対して水平方向にずれた退避位置に退避させた状態で、前記保持容器を昇降させる、
   ことを特徴とする等方加圧方法。

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