(57)【要約】　　　（修正有）【課題】加圧機構を簡易化し、加熱冷却処理を短時間に効率良く行うことができ、実体温度の計測が容易な真空熱プレス装置を提供する。【解決手段】真空チャンバ５、６の上下動が可能な上境界面を構成する上加圧部材がその外側と上境界面との気圧差により生じる圧力を加工対象物品に加え、上加圧部材１の上境界面に重ね合せの配置で設けられた上ヒータ３がその発熱により生じる熱を加工対象物品１００に上面から加え、真空チャンバの固定した下境界面を構成する下加圧部材が上加圧部材によって加工対象物品に加えられた圧力を受け止め、下加圧部材２の下境界面に重ね合せの配置で設けられ下ヒータがその発熱により生じる熱を加工対象物品に下面から加えるようにした真空熱プレス装置。【選択図】　図１
2004136334.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上加圧部材、上ヒータ、下加圧部材、下ヒータ、真空チャンバを具備する真空熱プレス装置であって、
前記上加圧部材は、前記真空チャンバの上下動が可能な上境界面を構成し、前記上加圧部材の外側と前記上境界面との気圧差により生じる圧力を加工対象物品に加えるための部材であり、
前記上ヒータは前記上加圧部材の前記上境界面に重ね合せの配置で設けられ、その発熱により生じる熱を前記加工対象物品に上面から加えるためのヒータであり、
前記下加圧部材は、前記真空チャンバの固定した下境界面を構成し、前記上加圧部材によって前記加工対象物品に加えられた前記圧力を受け止めるための部材であり、
前記下ヒータは前記下加圧部材の前記下境界面に重ね合せの配置で設けられ、その発熱により生じる熱を前記加工対象物品に下面から加えるためのヒータであり、
前記真空チャンバは、すくなくとも上下動が可能な前記上境界面と固定した前記下境界面とを有する真空チャンバである、
ことを特徴とする真空熱プレス装置。
【請求項２】
請求項１記載の真空熱プレス装置において、前記真空チャンバは、上下動が可能な上側チャンバと固定した下側チャンバとを有し、それらが側シール部材を介して嵌め合いとなって側境界面を構成することを特徴とする真空熱プレス装置。
【請求項３】
請求項２記載の真空熱プレス装置において、前記上側チャンバと前記下側チャンバとは円筒形状であることを特徴とする真空熱プレス装置。
【請求項４】
請求項２または３のいずれかに記載の真空熱プレス装置において、前記上側チャンバと前記上加圧部材を接触させ前記真空チャンバの内部を密閉する接触状態と、前記上側チャンバと前記上加圧部材を離脱させ前記真空チャンバの内部を開放する離脱状態とを実現する接触離脱手段を具備することを特徴とする真空熱プレス装置。
【請求項５】
請求項２〜４のいずれかに記載の真空熱プレス装置において、前記上側チャンバと前記上加圧部材が接触する部位に上シール部材を有することを特徴とする真空熱プレス装置。
【請求項６】
請求項２〜５のいずれかに記載の真空熱プレス装置において、前記下側チャンバには真空ポンプに配管接続して真空吸引するための真空吸引孔を有することを特徴とする真空熱プレス装置。
【請求項７】
請求項２〜６のいずれかに記載の真空熱プレス装置において、上下動が可能な前記上側チャンバを押し上げるエアシリンダを具備することを特徴とする真空熱プレス装置。
【請求項８】
請求項２〜７のいずれかに記載の真空熱プレス装置において、前記下側チャンバを固定支持するベースプレートを具備することを特徴とする真空熱プレス装置。
【請求項９】
請求項８記載の真空熱プレス装置において、前記ベースプレートは前記下加圧部材を前記下側チャンバの内部に固定支持することを特徴とする真空熱プレス装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は真空熱プレス装置の技術分野に属する。特に、大気圧を加圧に利用することにより油圧シリンダー等の圧力発生機構を省略した真空熱プレス装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
一般の熱プレス装置は、図６に示すように、上部加熱プレートと下部加熱プレートの間に加工対象物品を挟んで熱プレスを行う構造となっている。また、加工対象物品が空気を抱き込むことがないようにするためには、真空チャンバ（図示せず）の内部で真空下でその熱プレスを行う構造となっている（たとえば特許文献１）。上部加熱プレートは加工対象物品の供給排出と加圧のため所定のストロークで上下動が可能となっている。一方、下部加熱プレートはフレームに固定支持されている。上下動の駆動源および加圧のための圧力発生源としては油圧シリンダーが多用される。油圧シリンダーのシリンダー軸（ロッド）はフリージョイント等を介して上部加熱プレートに連結している。
【０００３】
【特許文献１】
特開平６−２３２００１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような加圧機構は強大な圧力を発生するとともに、その圧力下においても高い耐久性と精度が得られるようにする必要性がある。そのため、従来の真空熱プレス装置においては、強度を得るために個々の部品を極めて頑丈なものとするとともに、部品の加工精度や組付精度を高めることが行なわれている。結果として、従来の真空熱プレス装置は大変高価なもとなっている。また、加熱プレートや真空チャンバが頑丈なブロック構造となっているため熱容量が極めて大きく、加熱に続いて冷却する処理を短時間に効率良く行うことができない。また、加工対象物品が頑丈なブロック構造に覆われているため、外側からは実体温度の計測が困難である。
【０００５】
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、加圧機構を簡易化し、加熱冷却処理を短時間に効率良く行うことができ、実体温度の計測が容易な真空熱プレス装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題は下記の本発明によって解決される。すなわち、
本発明の請求項１に係る真空熱プレス装置は、上加圧部材、上ヒータ、下加圧部材、下ヒータ、真空チャンバを具備する真空熱プレス装置であって、前記上加圧部材は、前記真空チャンバの上下動が可能な上境界面を構成し、前記上加圧部材の外側と前記上境界面との気圧差により生じる圧力を加工対象物品に加えるための部材であり、前記上ヒータは前記上加圧部材の前記上境界面に重ね合せの配置で設けられ、その発熱により生じる熱を前記加工対象物品に上面から加えるためのヒータであり、前記下加圧部材は、前記真空チャンバの固定した下境界面を構成し、前記上加圧部材によって前記加工対象物品に加えられた前記圧力を受け止めるための部材であり、前記下ヒータは前記下加圧部材の前記下境界面に重ね合せの配置で設けられ、その発熱により生じる熱を前記加工対象物品に下面から加えるためのヒータであり、前記真空チャンバは、すくなくとも上下動が可能な前記上境界面と固定した前記下境界面とを有する真空チャンバであるようにしたものである。
【０００７】
本発明によれば、真空チャンバの上下動が可能な上境界面を構成する上加圧部材がその外側と上境界面との気圧差により生じる圧力を加工対象物品に加え、上加圧部材の上境界面に重ね合せの配置で設けられた上ヒータがその発熱により生じる熱を加工対象物品に上面から加え、真空チャンバの固定した下境界面を構成する下加圧部材が上加圧部材によって加工対象物品に加えられた圧力を受け止め、下加圧部材の下境界面に重ね合せの配置で設けられ下ヒータがその発熱により生じる熱を加工対象物品に下面から加える。すなわち、真空チャンバの内部を真空とすることで大気圧を受けた上加圧部材が加工対象物品に圧力を加える構造であるから簡易である。また、上加圧部材は大面積（全面）で大気圧を受けるからフリージョイント等を介して小面積で圧力を受けるときに比較して大きな強度を必要としない。すなわち、頑丈なブロックではなく薄いプレートで済むから、熱容量が小さく、外部温度から加工対象物品の実体温度を推測することが可能となる。したがって、加圧機構を簡易化し、加熱冷却処理を短時間に効率良く行うことができ、実体温度の計測が容易な真空熱プレス装置が提供される。
【０００８】
また本発明の請求項２に係る真空熱プレス装置は、請求項１に係る真空熱プレス装置において、前記真空チャンバは、上下動が可能な上側チャンバと固定した下側チャンバとを有し、それらが側シール部材を介して嵌め合いとなって側境界面を構成するようにしたものである。本発明によれば、真空チャンバの上境界面が上下動したときに側境界面も追従した上下動を行わせることができる。したがって、気密が保持された状態で真空チャンバの上境界面と下境界面との間隔を変化させることができる。
【０００９】
また本発明の請求項３に係る真空熱プレス装置は、請求項２に係る真空熱プレス装置において、前記上側チャンバと前記下側チャンバとは円筒形状であるようにしたものである。本発明によれば、上側チャンバと下側チャンバとが側シール部材を介して嵌め合いとなる部分が曲率半径の大きな滑らかな表面（円筒面）となるから上下動する条件下においても気密性を得ることが容易である。
【００１０】
また本発明の請求項４に係る真空熱プレス装置は、請求項２または３に係る真空熱プレス装置において、前記上側チャンバと前記上加圧部材を接触させ前記真空チャンバの内部を密閉する接触状態と、前記上側チャンバと前記上加圧部材を離脱させ前記真空チャンバの内部を開放する離脱状態とを実現する接触離脱手段を具備するようにしたものである。本発明によれば、接触離脱手段により、上側チャンバと上加圧部材を接触させ真空チャンバの内部を密閉する接触状態と、上側チャンバと上加圧部材を離脱させ真空チャンバの内部を開放する離脱状態とが実現する。
【００１１】
また本発明の請求項５に係る真空熱プレス装置は、請求項２〜４のいずれかに係る真空熱プレス装置において、前記上側チャンバと前記上加圧部材が接触する部位に上シール部材を有するようにしたものである。本発明によれば、上シール部材により上側チャンバと上加圧部材が接触する部位の気密が得られる。
【００１２】
また本発明の請求項６に係る真空熱プレス装置は、請求項２〜５のいずれかに係る真空熱プレス装置において、前記下側チャンバには真空ポンプに配管接続して真空吸引するための真空吸引孔を有するようにしたものである。本発明によれば、下側チャンバの真空吸引孔から真空吸引が行なわれる。
【００１３】
また本発明の請求項７に係る真空熱プレス装置は、請求項２〜６のいずれかに係る真空熱プレス装置において、上下動が可能な前記上側チャンバを押し上げるエアシリンダを具備するようにしたものである。本発明によれば、エアシリンダにより上側チャンバが押し上げられる。
【００１４】
また本発明の請求項８に係る真空熱プレス装置は、請求項２〜７のいずれかに係る真空熱プレス装置において、前記下側チャンバを固定支持するベースプレートを具備するようにしたものである。本発明によれば、ベースプレートにより下側チャンバが固定支持される。
【００１５】
また本発明の請求項９に係る真空熱プレス装置は、請求項８に係る真空熱プレス装置において、前記ベースプレートは前記下加圧部材を前記下側チャンバの内部に固定支持するようにしたものである。本発明によれば、ベースプレートにより下加圧部材が下側チャンバの内部に固定支持される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明について実施の形態を説明する。本発明の真空熱プレス装置の構成について図１を参照して説明する。図１は本発明の真空熱プレス装置の構成を示す断面図である。図１において、１は上加圧部材、２は下加圧部材、３は上ヒータ、４は下ヒータ、５は上側チャンバ、６は下側チャンバ、７はベースプレート、８は上シール部材、９は側シール部材、１０は真空吸引孔、１１ａ，１１ｂはエアシリンダ、１００は加工対象物品である。
【００１７】
上加圧部材１は、図１に示す一例では板状の部材であり、真空チャンバの上下動が可能な上境界面を構成する。すなわち、真空チャンバの蓋となっている。真空チャンバの内部を真空にすると、上加圧部材１の外側と上境界面（内側）との気圧差により下に向う圧力が生じる。上加圧部材１は、その圧力を加工対象物品１００に加える。
【００１８】
下加圧部材２は、図１に示す一例では台状の部材であり、真空チャンバの固定した下鏡界面を構成する。下加圧部材２は、ベースプレート７に固定支持されており、図１に示すように、ベースプレート７も下鏡界面の一部を構成している。下加圧部材２は、上述の上加圧部材１によって加工対象物品１００に圧力が加えられると、その圧力を受け止める。すなわち、加工対象物品１００を載置する台座（ステージ）となっている。なお、下加圧部材２の内部には、冷却水の流路（図示せず）を設けることができる。冷却水を流し強制冷却することにより冷却時間を短縮することができる。
【００１９】
上ヒータ３は、その発熱により生じる熱を加工対象物品１００に上面から加えるためのヒータである。上ヒータ３は、上加圧部材１の上境界面（下側）に重ね合せの配置で設けられる。図１に示す一例においては、上加圧部材１の上境界面に取り付けられている。加工対象物品１００は一般的に平らなシート状の形状を有するから、上ヒータ３はその面の全範囲を均一に加熱できるようなヒータである。たとえば、電熱ヒータ、オイルヒータ、スチームヒータ、等のいずれでもよいが面状ヒータは好適である。
【００２０】
下ヒータ４は、その発熱により生じる熱を加工対象物品１００に下面から加えるためのヒータである。下ヒータ４は、下加圧部材２の下境界面（上側）に重ね合せの配置で設けられる。図１に示す一例においては、下加圧部材２の下境界面に取り付けられている。加工対象物品１００が平らなシート状の形状を有するから、下ヒータ４はその面の全範囲を均一に加熱できるようなヒータである。たとえば、電熱ヒータ、オイルヒータ、スチームヒータ、等のいずれでもよいが面状ヒータは好適である。
【００２１】
真空チャンバは、上述のように、上加圧部材１の上下動が可能な上境界面と下加圧部材２の固定した下鏡界面を有する。また、真空チャンバは、図１に示すように、上側チャンバ５と下側チャンバ６の２つによって構成される側境界面を有する。上側チャンバ５と下側チャンバ６は、側シール部材９を介して嵌め合いとなっている。上側チャンバ５は上下動が可能であるが下側チャンバ６はベースプレート７に固定支持されている。したがって、上側チャンバ５が上下動するときは、その側シール部材９において気密が保持されたまま摺動（スリップ）が起きることになる。側シール部材９としては、弾性を有する材料から成るＯリング、等を使用することができる。
【００２２】
真空チャンバには、上側チャンバ５と上加圧部材１とを接触させ真空チャンバの内部を密閉する接触状態と、上側チャンバ５と上加圧部材１とを離脱させ真空チャンバの内部を開放する離脱状態とが存在する。したがって、この接触状態と離脱状態とを実現する接触離脱手段（図示せず）が存在する。この接触離脱手段としては、たとえば、エアシリンダ、油圧シリンダ、等を使用することができる。たとえば、エアシリンダの本体部分（シリンダ部分）をフレーム（図示せず）によって支持し、エアシリンダのシリンダ軸によって上加圧部材１を支持する。そして、エアシリンダの伸縮動作により接触状態と離脱状態とを実現することができる。
【００２３】
この接触状態における気密が得られるようにするため、上側チャンバ５と上加圧部材１とが接触する部位には上シール部材８を有する。また、真空チャンバは真空ポンプ（図示せず）に配管接続して真空吸引するための真空吸引孔１０を有する。図１に示す一例では、真空吸引孔１０は下側チャンバ６に設けられている。上シール部材８としては、弾性を有する材料から成るＯリング、等を使用することができる。
【００２４】
エアシリンダ１１ａ，１１ｂはベースプレート７に固定支持されており、図１に示すように、それらのシリンダー軸が上側チャンバ５を押し上げるように構成されている。したがって、エアシリンダ１１ａ，１１ｂの押し上げる力を超える下向きの力が作用していない状態では、上側チャンバ５は上限位置に押し上げられている。
【００２５】
真空チャンバの全体形状は、本発明においては特に限定されないが、四角形または円筒形とすると好適である。加工対象物品１００の形状は多くは四角形であるから、真空チャンバの全体形状を四角形とすると真空チャンバの内容積が小さくて済み空間の利用効率がよい。また、真空チャンバの全体形状を円筒形とすると、側シール部材９を介して嵌め合いとなる部分は、曲率半径の大きな滑らかな表面（円筒面）となる。したがって、上下動する条件下においても気密性を得ることが容易である。
なお、真空チャンバの全体形状を円筒形としたときの本発明の真空熱プレスの構成を示す斜視図を図２に示す。図２において、図１と同一部分には同一符号を付してある。
【００２６】
以上の構成において、次に、本発明の真空熱プレス装置の動作について図３〜図５を参照して説明する。図３〜図５において図１と同一部分には同一符号を付してある。
まず、接触離脱手段（図示せず）を動作させ上加圧部材１を離脱状態とする。このとき真空チャンバの内部は開放状態となっている。オペレータは下加工部材２に重ね合わさっている下ヒータ４の上に加工対象物品１００を載置する。
【００２７】
次に、接触離脱手段（図示せず）を動作させ上加圧部材１を接触状態とする。上加圧部材１と上側チャンバ５とは上シール部材８を介して接触するから真空チャンバの内部は密閉状態となる。エアシリンダ１１ａ，１１ｂの押し上げる力は、上加圧部材１、それに重ね合せて取り付けられている上ヒータ３、上側チャンバ５、等を押し上げる大きさを有している。すなわち、エアシリンダ１１ａ，１１ｂは上シール部材８を押し上げて支持しており上側チャンバ５は上限位置のままであり下降はしない。したがって、図３に示すように、上加圧部材１に重ね合せて取り付けられている上ヒータ３と加工対象物品１００とは密着せず、間隔を空けて対向している。
【００２８】
次に、真空チャンバの内部にある空気をその真空吸引孔１０から配管（図しせず）を通じて真空ポンプ（図示せず）によって吸引する。密閉状態であるから、真空チャンバの内部は真空状態となり、真空度が高まるに連れて真空チャンバの内部の空気圧は下降する。したがって、上加圧部材１の外側に作用する大気圧と上境界面（内側）との気圧差が大きくなる。その気圧差により上加圧部材１には下向きの力が作用し、接触している上側チャンバ５にも下向きの力が作用する。
【００２９】
エアシリンダ１１ａ，１１ｂの押し上げる力は、その気圧差による下向きの力に対向して上側チャンバ５、等を押し上げる続ける大きさを有してはいない。すなわち、真空度が高まると下向きの力によって上側チャンバ５は上加圧部材１の位置によって規程される位置に押し下げられる。このときエアシリンダ１１ａ，１１ｂは、上加圧部材１との接触状態をその位置に係わらず保持する。そして、図４に示すように、上加圧部材１に重ね合せて取り付けられている上ヒータ３と加工対象物品１００とが密着する。勿論、下ヒータ４と加工対象物品１００も密着する。
【００３０】
次に、上ヒータ３と加工対象物品１００と下ヒータ４とが密着した状態において、上ヒータ３と下ヒータ４とを発熱させる。その発熱による熱は熱伝導により加工対象物品１００を加熱する。加工対象物品１００は温度上昇する。また、上加圧部材１、等の周辺の部材も温度上昇する。
【００３１】
次に、所定の加工条件（圧力、温度、時間）となるように、必要な制御が行なわれる。たとえば、真空度、ヒータ発熱量、冷却水流量、等を時間の経過に合わせて制御する。このとき、上加圧部材１は板状であるから熱伝導が速やかに行なわれ、上ヒータ３や加工対象物品１００の温度を高感度に反映すると考えられる。したがって、図５に示すように、上加圧部材１の温度をサーモビューア２００等の温度計測機器によって外側から計測することで、加工対象物品１００の実体温度やその分布を推定する（演算により導出する）ことができる。
【００３２】
次に、所定の加工条件での加工対象物品１００の加工を終えると、上ヒータ３と下ヒータ４の発熱を停止する。
次に、真空ポンプの運転を停止し、弁を操作する等により真空チャンバの内部に空気を取り入れる。
次に、接触離脱手段（図示せず）を動作させ上加圧部材１を離脱状態とする。このとき真空チャンバの内部は開放状態となるから、オペレータは下ヒータ４の上に載置されている加工済の加工対象物品１００を取り出す。
【００３３】
【発明の効果】
以上のとおりであるから、本発明の請求項１に係る真空熱プレス装置によれば、加圧機構を簡易化し、加熱冷却処理を短時間に効率良く行うことができ、実体温度の計測が容易な真空熱プレス装置が提供される。
また本発明の請求項２に係る真空熱プレス装置によれば、気密が保持された状態で真空チャンバの上境界面と下境界面との間隔を変化させることができる。
また本発明の請求項３に係る真空熱プレス装置によれば、上下動する条件下においても気密性を得ることが容易である。
また本発明の請求項４に係る真空熱プレス装置によれば、真空チャンバの内部を密閉する接触状態と、開放する離脱状態とを実現できる。
また本発明の請求項５に係る真空熱プレス装置によれば、上シール部材により上側チャンバと上加圧部材が接触する部位の気密を得ることができる。
また本発明の請求項６に係る真空熱プレス装置によれば、下側チャンバの真空吸引孔から真空吸引を行なうことができる。
また本発明の請求項７に係る真空熱プレス装置によれば、エアシリンダにより上側チャンバが押し上げられる。
また本発明の請求項８に係る真空熱プレス装置によれば、ベースプレートにより下側チャンバが固定支持される。
また本発明の請求項９に係る真空熱プレス装置によれば、ベースプレートにより下加圧部材を下側チャンバの内部に固定支持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の真空熱プレス装置の構成を示す断面図である。
【図２】真空チャンバの全体形状を円筒形としたときの本発明の真空熱プレスの構成を示す斜視図である。
【図３】本発明の真空熱プレス装置の動作（非加圧時）を示す断面図である。
【図４】本発明の真空熱プレス装置の動作（加圧時）を示す断面図である。
【図５】本発明の真空熱プレス装置における温度計測方法を示す断面図である。
【図６】従来の熱プレス装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
１　上加圧部材
２　下加圧部材
３　上ヒータ
４　下ヒータ
５　上側チャンバ
６　下側チャンバ
７　ベースプレート
８　上シール部材
９　側シール部材
１０　真空吸引孔
１１ａ，１１ｂ　エアシリンダ
１００　加工対象物品
【図１】
2004136334.tif 000003
【図２】
2004136334.tif 000004
【図３】
2004136334.tif 000005
【図４】
2004136334.tif 000006
【図５】
2004136334.tif 000007
【図６】
2004136334.tif 000008