(57)【要約】 【課題】真空断熱材製造時のレーザー光による金属箔溶接封止を確実に行うことのできる真空レーザー溶接封止機を提供する。【解決手段】真空レーザー溶接封止機は、チャンバ下部（２）と、このチャンバ下部と係合して密閉空間（８）を形成し、かつ開閉可能で、光透過窓（６）を備えたチャンバ蓋（１）と、前記空間内には、被封止物を金属外被材で包まれた状態で載置する支持体と、前記金属外被材どうしを密着させる押さえ機構（１６）とを有する本体部（１０）と、前記本体部の外部に設けられ、前記空間内の排気を行って真空にする真空化装置と、前記本体部の外部に設けられ、前記光透過窓を介してレーザーを前記密着された金属外被材に照射することにより前記金属外被材を溶接して封止するレーザー溶接機構（３１−３３）とを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバ下部と、このチャンバ下部と係合して密閉空間を形成し、かつ開閉可能で、光透過窓を備えたチャンバ蓋と、前記空間内には、被封止物を金属外被材で包まれた状態で載置する支持体と、前記金属外被材どうしを密着させる押さえ機構とを有する本体部と、
前記本体部の外部に設けられ、前記空間内の排気を行って真空にする真空化装置と、
前記本体部の外部に設けられ、前記光透過窓を介してレーザーを前記密着された金属外被材に照射することにより前記金属外被材を溶接して封止するレーザー溶接機構と、
を備えた真空レーザー溶接封止機。
【請求項２】
前記押さえ機構は、押さえと同時に前記金属外被材を密着させるように押さえ部材が溶接位置を中心に前記金属外被材を両側に伸ばすようにスライドする機構であることを特徴とする、請求項１に記載の真空レーザー溶接封止機。
【請求項３】
前記押さえ機構は、前記光透過窓の中心線に対して両側に２組設けられたことを特徴とする請求項２に記載の真空レーザー溶接封止機。
【請求項４】
前記レーザー溶接機構は、前記光透過窓に沿ってレーザー照射ヘッドを平行移動させる移動機構を備えたことを特徴とする、請求項１ないし３のいずれかに記載の真空レーザー溶接封止機。  
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は真空断熱材や電池等の被封止物をレーザー溶接により真空封止する真空レーザー溶接封止機に関する。
【背景技術】
【０００２】
真空断熱材は、グラスウール等の芯材をガスバリア性を有する外被材で包装し、チャンバの内部を減圧して真空状態とし外被材を封止することで製造される。また、物品を真空封止する場合にも封止を行うチャンバとして真空チャンバが用いられ、外被材の封止部の接着には通常は樹脂系接着剤が用いられる。
【０００３】
特許文献１には、外被材として金属を使用し、真空容器内で透明窓から照射するレーザー光による溶接封止を行う方法および装置が開示されている。  
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−９００６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、真空断熱材の製造においては真空包装機に投入する前に芯材、および外被材を十分に乾燥させる必要があり、乾燥に長時間を要する。また、封止封止剤として樹脂系接着剤を使用した場合の酸素透過率は０％ではない。
【０００６】
特許文献１に記載の金属外被材をレーザー溶接して封止する封止方法はこの点では有効であるが、真空断熱材のような大型の被封止物を薄膜の金属箔で封止するためには、２枚の金属箔を長い距離平坦に固定し、被封止物に密着させる必要がある。
【０００７】
そこで本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、真空断熱材製造時のレーザー光による金属箔溶接封止を確実に行うことのできる真空レーザー溶接封止機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明によれば、
チャンバ下部と、このチャンバ下部と係合して密閉空間を形成し、かつ開閉可能で、光透過窓を備えたチャンバ蓋と、前記空間内には、被封止物を金属外被材で包まれた状態で載置する支持体と、前記金属外被材どうしを密着させる押さえ機構とを有する本体部と、
前記本体部の外部に設けられ、前記空間内の排気を行って真空にする真空化装置と、
前記本体部の外部に設けられ、前記光透過窓を介してレーザーを前記密着された金属外被材に照射することにより前記金属外被材を溶接して封止するレーザー溶接機構と、
を備えた真空レーザー溶接封止機が提供される。
【０００９】
前記押さえ機構は、押さえと同時に前記金属外被材を密着させるように押さえ部材が溶接位置を中心に前記金属外被材を両側に伸ばすようにスライドする機構であることが好ましい。
【００１０】
前記レーザー溶接機構は、前記光透過窓に沿ってレーザー照射ヘッドを平行移動させる移動機構を備えると良い。
【発明の効果】
【００１１】
本発明にかかる真空レーザー溶接封止機では、被封止物を金属外被材で包まれた状態で載置する支持体と、前記金属外被材どうしを密着させる押さえ機構とヒータとをチャンバ内に備え、チャンバ外に真空化装置およびレーザー溶接機構を備えることにより、乾燥、真空引き、封止の一連の作業を１つの装置で行うことができるため、効率的な封止作業が可能となる。特にレーザーを用いた真空中の非接触溶接封止が可能となるため、きわめて低い酸素透過率を長期にわたって維持できる製品を製造できる。
【００１２】
押さえ機構は、押さえと同時に前記金属外被材を密着させるように押さえ部材が溶接位置を中心に前記金属外被材を両側に伸ばすようにスライドする機構とすることにより、金属外被材のしわやたるみを除去し、金属外被材どうしを確実に密着させることができる。
【００１３】
光透過窓に沿ってレーザー照射ヘッドを平行移動させる移動機構を備えることにより、連続的なシーム溶接が可能となり、封止性能が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明にかかる真空レーザー溶接封止機の一実施例を示す概略平面図である。
【図２】図１の右側面から見た断面図である。
【図３】図１の正面から見た断面図である。
【図４】溶接封止のためにレーザー光が移動する様子を示す説明図である。
【図５】図１の外被材押さえ治具部の詳細図である。
【図６】図５の外被材押さえ治具部の動作を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
【００１６】
図１は本発明にかかる真空レーザー溶接封止機の一実施例を説明する概略平面図であり、図２は図１の右側面から見た断面図、図３は図１の正面から見た断面図である。
【００１７】
真空レーザー溶接封止機は、チャンバ下部をなす底板２と、この底板の全周縁部に各辺の先端部が搭載されることにより、空間であるチャンバ８が形成されるチャンバ蓋１を有している。この底板とチャンバ蓋との接触部にはＯリングが介装され、底板とチャンバ蓋とを圧力をかけながら密着させあるいは開放する開閉機構（図示せず）を備えることにより、閉じたときには底板とチャンバ蓋２によってチャンバ８は機密性を備え、封止対象物の交換等の場合には、チャンバ蓋１を開閉機構で開放させることができる。
【００１８】
底版２の一部に、外部に設けられた真空ポンプ（図示せず）との接続用の孔部９（波線で表現）が設けられ、ここに真空ポンプからのホースが接続され、真空ポンプを駆動させて真空引きすることによって機密性を備えたチャンバは真空度が１Ｐａ以下の高真空チャンバとなる。
【００１９】
さらにチャンバ８内には乾燥工程の短縮と、より高真空封止による高断熱性達成と、品質保持のために熱乾燥および真空乾燥用の加熱ヒータ（図示せず）が備えられており、高真空を保ったままチャンバ内を２００℃まで加熱することができる。このヒータは底版２内に埋め込まれ絶縁シーズヒータ、チャンバ蓋１の内面壁に取り付けられたフィルム状ヒータなど、種々の形態をとることができる。この加熱により水分の沸点に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る。
【００２０】
なお、被封止物への悪影響がない限り、加熱温度は高いほど乾燥効率も良好である。
【００２１】
一方、チャンバ蓋１にはチャンバ８内に配置される外被材の溶接位置に対応した位置に透過窓６が開けられ、この位置に対応してレーザー光透過ガラス５がチャンバ蓋１の内側に設けられている。図１の実施例の場合、長い断熱材等の外被材をシーム溶接できるよう、真空レーザー溶接封止機の一辺に直線状に形成される。
【００２２】
この透過窓は、溶接対象物に応じて複数箇所に設けることができる。
【００２３】
チャンバ８の外に備えられたレーザー溶接器で発せられたレーザー光は透過窓６に対して垂直に照射されるが、透過窓に沿って移動させるため、図２および図３に示されるように、チャンバ蓋１上には透過窓に平行なレール３１に係合して水平方向に摺動する移動部材３２より成るロボット機構３０が設けられ、移動部材３２に取り付けられたレーザー照射ヘッド３３を移動させるようにしている。
【００２４】
次に、溶接対象物を取り扱う機構につき、図２と図５を参照して説明する。
【００２５】
チャンバ８の内部には定盤４とシール台３と押さえ治具１６が備えられている。
【００２６】
一方、チャンバ８の外のチャンバ蓋１の上面には、照射窓の中央の両側にエアーシリンダ１１がチャンバ蓋１に対して垂直な方向をなすように設けられ、このエアーシリンダ１１のそれぞれには連結バー１３が取り付けられている。この連結バー１３はシリンダ取り付け部を中心として対称的な長さを有しており、その両端部にはスライドシャフト１４がエアーシリンダ１１のシリンダロッドと平行に、すなわちチャンバ蓋１の上面に対して垂直に配置されている。これらのスライドシャフト１４はチャンバ蓋１を貫通してチャンバ蓋１に取り付けられたリニア軸受１２によってそれぞれガイドされている。このリニア軸受け１２のチャンバ蓋１上の径が大きい部分１２ａはフランジであり、チャンバ蓋上でリニア軸受け１２を安定的に取り付けるためのものである。
【００２７】
チャンバ蓋１を貫通した、チャンバ８内のスライドシャフト１４の先端にはブラケット１５が取り付けられている。ブラケット１５にはこれとほぼ直角をなして押さえ治具１６が固着され、両者の固着部は、透過窓の方向に垂直な方向に設けられた軸１７により、両者一体としてこの軸１７の回りを回動する。
【００２８】
次にこの真空レーザー溶接封止機の動作について図２を参照して説明する。
【００２９】
まず、封止対象物の支持体としての定盤４上に外被材２０が載置され、その上に被封止物２１が載置される。さらにその上にもう１枚の外被材２０が重ねて載置される。ここで封止対象物が例えば真空断熱材の場合、外被材２０としてはステンレス材のＳＵＳ３０４の厚さ５０μ〜８０μの箔が代表的なものではあるが、他の耐環境性の良好な種々の材料を使用することができる。
【００３０】
外被材に金属箔、特にステンレス鋼ＳＵＳ３０４を使用することで厚さ５０μの素材を溶接面最小１ｍｍのピンポイントで溶接することができるようになり、酸素透過率０％を長期間保つことができる。
【００３１】
また、被封止物２１は真空断熱材の場合、グラスファイバやセラミック粉末等多孔質のものが好適である。
【００３２】
真空断熱材の製造には、被封止物と外被材がともに十分に乾燥していることが必要であるので、チャンバ蓋１を閉じて真空引きを行って真空度１Ｐａ以下とし、同時にヒータにより、２００℃の加熱を行う。これにより、チャンバ８内部では高い真空度での真空乾燥と高温乾燥が同時に行われるため、短時間で乾燥工程が終了する。
【００３３】
乾燥と真空引き工程が終了するとシール台３に載せている外被材２０を押さえ治具１６によって固定し、レーザー溶接機からレーザー透過ガラスを介して溶接箇所にレーザーを導き、シール台３に設置された外被材２０に照射され溶接が行われる。
【００３４】
押さえ治具１６の動作をシール台３と外被材押さえ部の詳細図である図６を参照して説明する。
【００３５】
外被材押さえ機構の動作は、エアーシリンダ１１のシリンダロッドが収縮することにより、取り付けられた連結バー１３、スライドシャフト１４、ブラケット１５が下降する。押さえ治具１６は軸１７により吊り下げられた状態であり軸１７を中心に自由に回動することができる。
【００３６】
押さえ治具１６は外被材押さえ面（下面）の溶接位置の反対方向である後端部に突起１６ａが設けられている。押さえ治具１６が下降すると、破線で示されるように、シール台３上の外被材を押さえ治具１６後端部の突起１６ａで押さえた状態になる。このとき先端部１６ｂは浮いており外被材２０を押さえていない。さらにブラケット１５が下降すると、軸１７は左右に移動できないため、押さえ治具１６は軸１７を軸に回動し、実線で示すように、後端部１６ａは後方に移動し、先端部１６ｂは外被材２０を押さえることができる。
【００３７】
このように、押さえ治具１６は後端部で外被材２０を押さえたまま後方に移動することによって、外被材２０は溶接位置から外側の方向に引っ張られ、しわやたるみを無くすことができると同時に、押さえ治具の先端で確実に押さえることができ、２枚の外被材２０を密着させることができる。
【００３８】
この真空レーザー溶接封止機を用いることにより、外被材にＳＵＳ３０４を使用することで厚さ５０μの素材を溶接面最小１ｍｍのピンポイントで溶接することができる。
【００３９】
そして、真空断熱材の外被材に金属箔を使用し金属箔を直接レーザー溶接して封止することにより、酸素透過率０％を永年保つことができる。
【００４０】
以上の実施例では、外被材の片側だけを封止しているが、通常は反対側も封止が必要であるので、一旦チャンバ蓋をあけ、反対側の溶接位置をセットして同様の方法を行うことにより封じが行われる。なお、全周にわたって封止を行うときはさらに同じ工程を２回繰り返せばよい。
【００４１】
なお、２枚の金属箔の間に封止対象物を置く代わりに１枚の大きな金属箔で包むようにしたり、予め２枚の金属箔の３辺を溶接して袋状に形成したものの中に封止対象物を入れて残りの１辺を本発明にかかる真空レーザー溶接封止機により溶接を行って封止するようにすることもできる。  
以上の実施例では、押さえ治具を動作させる駆動手段としてエアーシリンダ１１を用いているが、エアーシリンダに限られることなく、油圧を用いたもの、電磁アクチュエータ等往復動作するものであればどのようなものでも使用可能である。
【００４２】
また、押さえ機構としては実施例に示した機構だけでなく、外被材の押さえつけと外方への引っ張りを同時にできるようなものであれば、どのような構成のものでも良く、例えば本実施例のような１つのブラケットが両方の機能を持つようなものの他、押さえつけ部材と引っ張り部材を別の部材とすることもできる。
【符号の説明】
【００４３】
１  チャンバ蓋
２  下ケース
３  シール台
４  定盤
５  透過ガラス
６  透過窓
７  Ｏリング
８  チャンバ
９  孔部
１０  本体部
１１  エアーシリンダ
１２  スライド軸受
１２ａ  フランジ
１３  連結バー
１４  スライドシャフト
１５  ブラケット
１６  押さえ治具
１７  軸
２０  外被材
２１  被封止物
３０  ロボット
３１  レール
３２  移動部材
３３  レーザー照射ヘッド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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