JP5337099B2 - 真空乾燥装置 - Google Patents

Description

本発明は、被乾燥物を減圧下で乾燥させる真空乾燥装置に関する。

従来、被乾燥物に付着した液体を除去して該被乾燥物を乾燥させるための方法として真空乾燥（減圧乾燥）が知られている。

例えば、特許文献１には溶剤蒸気で洗浄したワークを真空乾燥させる機能を備えた洗浄装置が記載されている。この装置では、まず、蒸気化した溶剤を洗浄槽に導入することにより該洗浄槽内に収容されたワークを洗浄し、洗浄が完了した時点で洗浄槽内を急速に減圧する。すると、溶剤の沸点が急激に低下してワーク表面に付着した溶剤が突沸・気化するため、該ワークが乾燥する。

特開2000-288497公報（[0013]）

こうした真空乾燥を行う装置では、一般に、乾燥工程を開始してから終了するまでの間、継続的に真空引きが行われる。しかしながら、このような方法では乾燥対象物が十分乾燥するまでに長時間を要するため、乾燥効率の面で改善の余地があった。

更に、乾燥に必要な時間は被乾燥物の種類（材質、大きさ、形状など）や数量によって異なり一定ではない。しかし、被乾燥物の種類や数量に応じた最適な乾燥時間をユーザが判断するのは困難であり、また、被乾燥物に応じてその都度タイマー設定を変更するのは煩雑である。そのため、従来の真空乾燥装置では、多様な被乾燥物に対応できるよう時間的な余裕を持たせた一律のタイマー設定で動作制御が行われている。しかし、このような場合、本来短時間で十分に乾燥できる場合であっても長時間の乾燥が行われることとなるため、時間とエネルギの無駄が発生するという問題があった。

本発明は上記の実情に鑑みて成されたものであり、その主たる目的は、被乾燥物を短時間で効率よく乾燥させることのできる真空乾燥装置を提供することにある。また、本発明の他の目的は、被乾燥物の種類や数量に応じた最適な乾燥時間での乾燥を容易に行うことのできる真空乾燥装置を提供することにある。

上記課題を解決するために成された本発明に係る真空乾燥装置は、
被乾燥物を収容した乾燥槽を減圧することにより前記被乾燥物に付着した溶剤を蒸発させて該被乾燥物を乾燥する真空乾燥装置において、
a)被乾燥物を気密に収容する乾燥槽と、
b)前記乾燥槽内を減圧する減圧手段と、
c)前記乾燥槽の減圧状態を解除する減圧解除手段と、
d)液化した溶剤を前記乾燥槽から外部に排出する溶剤排出手段と、
e)前記減圧手段、減圧解除手段、及び溶剤排出手段を制御する制御手段と、
を有し、
前記制御手段が、真空乾燥の実行中に、減圧手段による減圧を中断して減圧状態を解除し、液化した溶剤を前記乾燥槽から排出した後に再び前記減圧手段による減圧を再開させることを特徴としている。

上述した通り、乾燥槽内に被乾燥物を収容した状態で槽内を急速に減圧すると、被乾燥物に付着している溶剤が突沸・気化する。このとき、乾燥槽内に多量の溶剤が存在する場合には、溶剤蒸気が多量に発生するため、真空ポンプ等の減圧手段で該溶剤蒸気を排出しようとすると長時間を要することとなる。そこで、上記本発明に係る真空乾燥装置は、真空乾燥の実行中に、一旦、真空破壊（減圧状態の解除）を行って乾燥槽内の溶剤蒸気を液化させ、溶剤排出手段によって外部に排出するものとなっている。これにより、被乾燥物から蒸発した溶剤を従来よりも短時間で外部に排出することが可能となり、効率よく真空乾燥を行うことができる。

このような、減圧の中断、真空破壊、及び溶剤排出（以下、「溶剤排出等」と呼ぶ）を行うタイミングは、例えば、予めタイマー等によって設定することができる。しかし、乾燥槽内に存在する溶剤の量は被乾燥物の種類や数量等によって異なるため、これらに応じた適切なタイミングで前記溶剤排出等を行うことが望ましい。

そこで、上記本発明に係る真空乾燥装置は、更に、
f)前記乾燥槽内の圧力を検知する圧力検知手段、
を有し、前記制御手段が、真空乾燥の実行中に、前記圧力検知手段で検知される圧力の下降速度が設定値Δｐ１以下となったときに、前記減圧手段による減圧を中断して減圧状態を解除し、液化した溶剤を前記乾燥槽から排出した後に再び前記減圧手段による減圧を再開させるものとすることが望ましい。

乾燥槽内に多量の溶剤が存在する状態で槽内を急速に減圧すると、減圧開始当初は急速に槽内圧力が低下するものの、その後は多量の溶剤蒸気が発生するために、減圧装置による減圧を継続しても圧力が下がりにくくなる。上記構成から成る本発明の真空乾燥装置によれば、このように槽内圧力が下がりにくくなった時点を上記溶剤排出等を行うタイミングとして決定することにより、該溶剤排出等を行うタイミングを容易かつ適切に決定することができる。

また、本発明の他の態様に係る真空乾燥装置は、更に、
g)真空乾燥の完了を判定する判定手段、
を有し、
前記制御手段が、真空乾燥の実行中に、前記圧力検知手段で検知される圧力が目標圧力Ｐよりも高く、且つ該圧力の下降速度が設定値Δｐ１以下となったときには、前記減圧手段による減圧を中断して減圧状態を解除し、液化した溶剤を前記乾燥槽から排出した後に再び前記減圧手段による減圧を再開させ、
前記判定手段が、真空乾燥の実行中に、前記圧力検知手段で検知される圧力が前記目標圧力Ｐ以下となり、且つ該圧力の下降速度が設定値Δｐ２以下となった時点で真空乾燥が完了したと判定する、
ことを特徴としている。

このような構成によれば、乾燥槽内の圧力が予め定められた目標圧力Ｐよりも高い状態で圧力が下がりにくくなったときには上記の溶剤排出等を行い、乾燥槽内の圧力が前記目標圧力Ｐ以下になった状態で圧力が下がりにくくなったときには真空乾燥が完了したと判定する。このように、乾燥槽内の圧力及びその下降速度に基づいて真空乾燥の完了を判定することにより、被乾燥物の種類に応じた最適な時間での乾燥を容易に行うことが可能となる。このため、従来のようなタイマー設定による動作制御を行うものに比べて、時間とエネルギの無駄を抑えることができる。なお、前記設定値Δｐ１とΔｐ２は同一の値であってもよく、異なる値であってもよい。

以上で説明したように、上記本発明に係る真空乾燥装置によれば、被乾燥物を短時間で効率よく乾燥させることが可能となる。また更に、上記のような判定手段を備えた構成とした場合には、被乾燥物の種類や数量に応じた最適な乾燥時間での乾燥を容易に行うことが可能となる。

本発明の一実施例に係る蒸気洗浄真空乾燥装置の概略構成図。 同実施例の装置による乾燥工程の実行中における洗浄乾燥槽内の圧力変化を示すグラフ。 同実施例の装置における真空乾燥工程の実行手順を示すフローチャート。

図１は、本発明の一実施例による蒸気洗浄真空乾燥装置の概略構成図である。この装置は、主に洗浄乾燥槽１０と、該洗浄乾燥槽１０に導入する溶剤蒸気を発生させる蒸気発生器２０と、該洗浄乾燥槽１０を減圧するための真空ポンプ等を含んだ減圧装置３０から構成される。

洗浄乾燥槽１０は、洗浄及び乾燥を行う対象物（以下ワーク４０と呼ぶ）を内部に収容する槽であって、この中で蒸気洗浄及び真空乾燥が行われる。洗浄乾燥槽１０は上部に開口を有しており、該開口は蓋１１により密閉することができる。蓋１１には真空破壊弁Ｖ１を有する大気開放口１２が接続されている。減圧装置３０は配管５１により洗浄乾燥槽１０と接続されており、該配管５１上には排気弁Ｖ２と、配管５１の一部を包むヒータ３１が配設されている。洗浄乾燥槽１０から減圧装置３０へ吸引される気体に含まれる微小液滴は、ヒータ３１に包まれた区間を通過する際に加熱されて完全に気化するため、これにより減圧装置３０への液体の侵入を防止することができる。蒸気発生器２０にはヒータ２１が備えられている。蒸気発生器２０と洗浄乾燥槽１０は、蒸気案内弁Ｖ３が配設された配管５２と、液戻し弁Ｖ４が配設された配管５３によって図１に示したように接続されている。

また更に、洗浄乾燥槽１０には槽内の温度及び圧力を測定するための温度センサ１３及び圧力センサ１４が設けられている。圧力センサ１４としては、大気圧によって数値が変化しない絶対真空計であるピラニー真空計を好適に用いることができる。

更に、本実施例に係る蒸気洗浄真空乾燥装置には、マイクロコンピュータ等で構成されたコントローラ６０が備えられている。コントローラ６０は、装置各部の制御を行うための制御部６１と、各種設定を記憶する設定記憶部６２と、各種の判定（詳細は後述する）を行う判定部６３とを機能的に備えている。コントローラ６０は、図示せぬ制御線により真空破壊弁Ｖ１、排気弁Ｖ２、蒸気案内弁Ｖ３、液戻し弁Ｖ４、ヒータ２１、３１及び減圧装置３０と接続されている。また、コントローラ６０には、ユーザが処理に関する命令を制御部６１へ送るための操作部７０が接続されており、この操作部７０から信号を受けたとき、制御部６１はその信号に応じて真空破壊弁Ｖ１、排気弁Ｖ２、蒸気案内弁Ｖ３、液戻し弁Ｖ４、ヒータ２１、３１及び減圧装置３０の動作を制御する。更にまた、コントローラ６０は温度センサ１３及び圧力センサ１４とも接続されている。この温度センサ１３及び圧力センサ１４の出力する検出信号も、制御部６１による装置各部の制御に利用される。

なお、本実施例における真空破壊弁Ｖ１が本発明における減圧解除手段に相当し、圧力センサ１４が本発明における圧力検知手段に相当する。また、本実施例における液戻し弁Ｖ４及び配管５３が本発明における溶剤排出手段に相当し、コントローラ６０が本発明における制御手段及び判定手段に相当する。

本実施例に係る蒸気洗浄真空乾燥装置による洗浄及び乾燥工程は以下のような手順で行われる。

［ワークのセット］
ユーザが蓋１１を開き、ワーク４０を洗浄乾燥槽１０に入れて、蓋１１を閉じる。

［蒸気発生］
蒸気発生器２０内に溶剤（例えば、一般的な炭化水素溶剤であるＮＳ１００）を入れ、ユーザが操作部７０を通じてコントローラ６０に対して処理開始命令を出す。すると、コントローラ６０は蒸気案内弁Ｖ３、液戻し弁Ｖ４を閉じて、ヒータ２１への通電を開始する。これにより溶剤が加熱され、溶剤蒸気が発生する。

［洗浄乾燥槽の減圧］
前記の蒸気発生に続いて又は前記の蒸気発生と並行して、コントローラ６０は真空破壊弁Ｖ１を閉じると共に排気弁Ｖ２を開き、減圧装置３０を稼働させて洗浄乾燥槽１０内の真空引きを行う。このように洗浄乾燥槽１０内を減圧状態とすることにより、蒸気洗浄時における洗浄乾燥槽１０内での溶剤蒸気の拡散が促進され、効率的な洗浄が可能となる。また、洗浄乾燥槽１０内を減圧すると溶剤の沸点が標準状態における沸点よりも低くなるため、高沸点溶剤であっても比較的低い温度で気体状態を維持することができる。コントローラ６０は圧力センサ１４の出力信号を監視し、洗浄乾燥槽１０内の圧力が予め設定した値まで下がった時点で排気弁Ｖ２を閉じて減圧装置３０による真空引きを停止させる。

［洗浄工程］
続いて、コントローラ６０は蒸気案内弁Ｖ３を開け、蒸気発生器２０内の溶剤蒸気を配管５２を通じて洗浄乾燥槽１０に供給する。このとき溶剤蒸気の温度はワーク４０の温度より高温のため、洗浄乾燥槽１０に供給された溶剤蒸気は、ワーク４０の表面で凝縮して該表面を洗浄すると同時に熱交換を行ってワーク４０を加温する。

［乾燥前処理工程］
洗浄工程が終了したら、コントローラ６０が蒸気案内弁Ｖ３を閉じ、真空破壊弁Ｖ１を開いて洗浄乾燥槽１０内の真空を破壊し、槽内に充満している溶剤蒸気をできる限り液化させる。そして、液戻し弁Ｖ４を開き、洗浄乾燥槽１０の下部に溜まった液化溶剤を配管５３を通じて蒸気発生器２０内に回収する。

［乾燥工程］
上記の乾燥前処理工程が完了すると、続いて真空乾燥が実行される。以下、図２及び図３を参照しつつ乾燥工程の実行手順について説明する。図３は乾燥工程の実行手順を示すフローチャートであり、図２はこのときの槽内圧力の時間変化を示すグラフである。

コントローラ６０は、まず液戻し弁Ｖ４及び真空破壊弁Ｖ１を閉じて排気弁Ｖ２を開き、減圧装置３０を稼働させて洗浄乾燥槽１０を急速に減圧する（ステップＳ１１）。すると、溶剤の沸点が急激に低下するため、ワーク４０の表面に残留していた溶剤が突沸・気化する。気化した溶剤は配管５１を通って洗浄乾燥槽１０の外に排出される。

こうした乾燥工程において、真空引きを開始した当初は槽内圧力が急激に低下するが、その後は突沸によって多量の溶剤蒸気が発生するために、真空引きを継続させても槽内圧力が下がりにくくなる。また、乾燥が進行してワーク４０から蒸発する溶剤の量が減少すると洗浄乾燥槽１０から排出できる溶剤蒸気が少なくなるため、この場合にも槽内圧力が下がりにくくなる。

そこで、本実施例の蒸気洗浄真空乾燥装置では、乾燥工程の実行中における洗浄乾燥槽１０内の圧力をコントローラ６０が継続監視し、該圧力に基づいて各部の動作を制御する。即ち、図２に示すように、槽内圧力が所定の目標圧力Ｐよりも高い場合において圧力の低下速度がある程度小さくなったときには、一旦真空を破壊して溶剤を液化・回収し、その後、真空引きを再開して槽内圧力が目標圧力Ｐ以下となり、更に、圧力の低下速度がある程度小さくなったときには、乾燥工程が終了したと判定する。

具体的には、まず判定部６３が圧力センサ１４から現在の槽内圧力ｐの情報を取得し（ステップＳ１２）、その値が予め定められた目標圧力Ｐ（例えば、７００Ｐａ）以下であるか否かを判定する（ステップＳ１３）。槽内圧力ｐが前記の目標圧力Ｐよりも高かった場合（即ち、ステップＳ１３でＮｏ）には、続いて、その時点における槽内圧力の下降速度Δｐが予め定めた設定値Δｐ１（例えば、１０Ｐａ／５秒）以下であるか否かを判定する（ステップＳ１４）。

ステップＳ１４でＹｅｓになるまで（即ち、Δｐが設定値Δｐ１以下になるまで）、このステップＳ１２〜Ｓ１４が所定の時間おき（例えば５秒おき）に繰り返し実行される。そして、槽内圧力の下降速度Δｐが小さくなり、ステップＳ１４でＹｅｓと判定されると（即ち、５秒間での圧力低下量が１０Ｐａ以下になると）、制御部６１が排気弁Ｖ２を閉じると共に真空破壊弁Ｖ１を開いて洗浄乾燥槽１０の真空を破壊する（ステップＳ１５）。

これにより、溶剤の沸点が上がるため、槽内に充満していた溶剤蒸気が液化して洗浄乾燥槽１０の下部に溜まる。そこで、制御部６１が液戻し弁Ｖ４を開き、液化した溶剤を配管５３を介して蒸気発生器２０内に回収する（ステップＳ１６）。洗浄乾燥槽１０内の圧力が大気圧又はその近辺まで戻ったらステップＳ１１に戻って再び真空引きを開始し、槽内圧力ｐが前記の目標圧力Ｐ以下になるまでステップＳ１１〜Ｓ１６を繰り返し実行する。なお、上記ステップＳ１５、１６により、洗浄乾燥槽１０内に充満していた溶剤蒸気が除去されるため、ステップＳ１１に戻って真空引きを再開したときには、図２に示すように、槽内の圧力が真空破壊を行う直前よりも低い値まで速やかに下降する。このため、本実施例によれば、連続的に真空引きを行う場合に比べて短時間で洗浄乾燥槽１０内の圧力を目標圧力Ｐまで下降させることができる。

ワーク４０の乾燥が進行し、槽内圧力ｐが低下して前記目標圧力Ｐ以下になると（即ちステップＳ１３でＹｅｓになると）、判定部６３は、続いて槽内圧力の下降速度Δｐが予め定められた設定値Δｐ２（例えば、１３Ｐａ／５秒）以下であるか否かを判定する（ステップＳ１７）。なお、Δｐ２は特に限定されるものではない。このとき下降速度Δｐが設定値Δｐ２を上回っていた場合（即ち、ステップＳ１７でＮｏ）には、ステップＳ１２に戻る。

一方、下降速度Δｐが設定値Δｐ２以下であった場合（ステップＳ１７でＹｅｓ）には、判定部６３が真空乾燥が完了したと判定し（ステップＳ１８）、これを受けて制御部６１が乾燥工程を終了させる。即ち、排気弁Ｖ２を閉じ、減圧装置３０を停止する。そして、真空破壊弁Ｖ１を開いて洗浄乾燥槽１０の圧力を大気圧に戻す。

なお、上記の目標圧力Ｐ及び設定値Δｐ１、Δｐ２は、装置出荷時点で設定記憶部６２に記憶させておいてもよく、ユーザが操作部７０を介して任意の値を設定し、設定記憶部６２に記憶させられるようにしてもよい。

［ワークの取り出し］
その後、洗浄乾燥槽１０内部の温度が十分に下がったら、ユーザが蓋１１を開いてワーク４０を取り出す。

以上のように、本実施例に係る蒸気洗浄真空乾燥装置は、真空乾燥工程の実行中に、突沸・気化した溶剤を、従来のように減圧装置で外部に排出する代わりに、真空破壊によって再び液化させ、洗浄乾燥槽１０の下部に設けられた配管５３から回収するものである。これにより、槽内の溶剤を従来よりも短時間で外部に排出することができ、効率よく真空乾燥を行うことができる。また、こうした真空破壊及び溶剤回収を行うタイミングを洗浄乾燥槽１０内の圧力及びその下降速度に基づいて決定することにより、該タイミングを容易且つ適切に決定することができる。また、本実施例の装置によれば、槽内圧力及びその下降速度に基づいて乾燥工程の終了を判定することにより、ワークの種類に応じた最適な時間での乾燥を容易に行うことが可能となる。このため、従来のようなタイマー設定による動作制御を行うものに比べて、時間とエネルギの無駄を抑えることができる。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて詳細な説明を行ったが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲で適宜変更が許容されるものである。例えば、上記実施例の装置では、洗浄用の溶剤として炭化水素系溶剤を使用し、真空乾燥工程において該溶剤をワークから除去するものとしたが、これに限らず、本発明は、塩素系溶剤、臭素系、フッ素系、又は水系溶剤を用いる装置にも適用可能である。また、上記実施例では、洗浄と乾燥を同一の装置で行うものとしたが、本発明の真空乾燥装置には洗浄のための機構は設けず、他の装置で洗浄されたワークを受け入れてそれを真空乾燥させるものとしてもよい。

１０…洗浄乾燥槽
１３…温度センサ
１４…圧力センサ
２０…蒸気発生器
２１…ヒータ
３０…減圧装置
４０…ワーク
６０…コントローラ
６１…制御部
６２…設定記憶部
６３…判定部
７０…操作部
Ｖ１…真空破壊弁
Ｖ２…排気弁
Ｖ３…蒸気案内弁
Ｖ４…液戻し弁
５１、５２、５３…配管

Claims (3)

1. 被乾燥物を収容した乾燥槽を減圧することにより前記被乾燥物に付着した溶剤を蒸発させて該被乾燥物を乾燥する真空乾燥装置において、
   a)被乾燥物を気密に収容する乾燥槽と、
   b)前記乾燥槽内を減圧する減圧手段と、
   c)前記乾燥槽の減圧状態を解除する減圧解除手段と、
   d)液化した溶剤を前記乾燥槽から外部に排出する溶剤排出手段と、
   e)前記減圧手段、減圧解除手段、及び溶剤排出手段を制御する制御手段と、
   を有し、
   前記制御手段が、真空乾燥の実行中に、減圧手段による減圧を中断して減圧状態を解除し、液化した溶剤を前記乾燥槽から排出した後に再び前記減圧手段による減圧を再開させることを特徴とする真空乾燥装置。
2. 更に、
   f)前記乾燥槽内の圧力を検知する圧力検知手段、
   を有し、
   前記制御手段が、真空乾燥の実行中に、前記圧力検知手段で検知される圧力の下降速度が設定値Δｐ１以下となったときに、前記減圧手段による減圧を中断して減圧状態を解除し、液化した溶剤を前記乾燥槽から排出した後に再び前記減圧手段による減圧を再開させることを特徴とする請求項１に記載の真空乾燥装置。
3. 更に、
   g)真空乾燥の完了を判定する判定手段、
   を有し、
   前記制御手段が、真空乾燥の実行中に、前記圧力検知手段で検知される圧力が目標圧力Ｐよりも高く、且つ該圧力の下降速度が設定値Δｐ１以下となったときには、前記減圧手段による減圧を中断して減圧状態を解除し、液化した溶剤を前記乾燥槽から排出した後に再び前記減圧手段による減圧を再開させ、
   前記判定手段が、真空乾燥の実行中に、前記圧力検知手段で検知される圧力が前記目標圧力Ｐ以下となり、且つ該圧力の下降速度が設定値Δｐ２以下となった時点で真空乾燥が完了したと判定することを特徴とする請求項２に記載の真空乾燥装置。

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