JP2000079619A - 熱硬化性樹脂の注型装置及び注型方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】騒音や振動を防ぎ、混合後の樹脂の硬化度の変
化に対応することのできる熱硬化性樹脂の注型装置及び
注型方法を得ること。 【解決手段】混合液を貯留した樹脂槽２の出口側に対し
て、回転容積形一軸偏心ねじポンプ１の吸入側を接続す
る。この回転容積形一軸偏心ねじポンプ１は、固定子９
の内部の回転子８が複数の連続した波状に湾曲してい
る。固定子９の吸入側は、外筒の内部にカップリングロ
ッド１ｃが内蔵されており、このカップリングロッド１
ｃは電動機５の回転軸に連結されている。電動機５の回
転軸の端部にトルク計を連結して、このトルク計で混合
液の粘度を測定して、混合液の注入時間や離型時間を求
める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液体を混合して金
型に注入しこの金型で硬化させる熱硬化性樹脂の注型装
置及び熱硬化性樹脂の注型方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】プラスチック製の絶縁部品のなかでも、
特に高電圧に適用する絶縁部品の材料として、エポキシ
樹脂が多用されている。このエポキシ樹脂は、主剤と硬
化剤の２液または３液以上の液体をその樹脂に応じた温
度と混合比で混合し、金型に注入した後加温し硬化させ
る。

【０００３】特に、近年採用されている生産性の高い加
圧ゲル化法または高速注型法（以下、両者を合わせて加
圧ゲル化法等と言う。）は、混合後の樹脂を移送装置で
金型へ送り、この金型に樹脂を充填した後に、大気圧以
上 500ｋＰａ以下の圧力を加えて注型する方法である。

【０００４】大気圧以上 500ｋＰａ以下の圧力に樹脂が
硬化するまで保持することで、金型の内部での樹脂の硬
化収縮分の樹脂を補給して、ボイドやひけなどの欠陥部
の発生を防ぎ、短時間で製造する。そのため、この注型
過程で金型の温度は、注入口が最も遅く硬化する条件に
なるように設定されている。

【０００５】加圧ゲル化法等による注型装置には、樹脂
の計量と混合から注入，硬化，金型の離型までを完全に
自動化した注型装置や、樹脂の計量と混合までは手動
で、注入，硬化，金型の離型は、完全自動化した装置
等、生産個数や製品の形状などによって、様々な装置が
採用される。

【０００６】例えば、完全に自動化されたドイツのフォ
ーゲル社の注型装置は、樹脂を貯留する槽に樹脂の重量
を計測するロードセルが設置され、回転式混合器内に定
められた量の樹脂を移送し、この回転式混合器で混合さ
れた樹脂をシリンダで金型に注入する。

【０００７】注入後もシリンダで押されているために、
金型の内部の樹脂は加圧されている。硬化時間が規定時
間経過後に金型を開いて硬化した製品を取り出す。通常
は、取り出した製品を更に別の恒温槽に入れて、二次硬
化（または後硬化）させる。また、注型装置によって
は、樹脂の計量と混合器への移送は人手で行い、混合器
で混合した後、空気圧によって、金型に注入し、加圧す
る方法もある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このうちフ
ォーゲル社の注型装置では、シリンダの往復運動によっ
て移送される樹脂に不連続（樹脂の移動の一時的な停
止）や脈動が発生し、パイプの内部の圧力が瞬間的に上
がる。

【０００９】もし、この不連続と脈動が頻繁に繰り返し
発生すると、長期に亘る稼動中には繰り返し疲労が発生
するおそれがある。また、使用する樹脂は製造ロットや
保管期間の長短で性状がばらつくが、従来の注型装置で
は、プログラマブルコントローラ等で設定された条件で
注型されるために、樹脂のばらつきに対応して注型条件
を変えることはできない。

【００１０】また、人手で混合器に注入する注型作業の
場合でも、通常は注入時間や離型時間などの注型条件は
作業仕様書で決められているために、樹脂の性状の製造
ロットによるばらつきによって注型条件を変えることは
できない。さらに、空気圧で加圧する方法も、配管の内
壁などに固着した樹脂で、圧力損失が増えるので、金型
の内部への樹脂の定量移送が難しい。

【００１１】従来の注型装置では、樹脂を保管した複数
の槽から樹脂を計量して混合槽に移送し注入する。その
ため、樹脂の保管槽には、樹脂を計量するために、ロー
ドセルの上に載せなければならず、注型装置が大形で複
雑となる。

【００１２】一方、混合器は回転式のために振動や騒音
が発生し、一定の温度にするためにはヒータの容量も増
える。また、混合時間が長くなると混合器の内部で樹脂
の硬化反応も進む。

【００１３】したがって、成形中に何らかのトラブルが
発生して注型作業が中断した場合には、樹脂の硬化反応
が進んで品質一定の熱硬化性樹脂を得ることはできな
い。混合器は、内部の樹脂を使い切る度に洗浄するわけ
ではないので、混合器の壁面や羽根に残存する樹脂が付
着・硬化し、後から注入された樹脂に混入するおそれも
ある。

【００１４】また、注型用の樹脂は、製造ロット毎に僅
かに異なる製造条件や保管条件で特性がばらつく。例え
ば、保管条件では樹脂の温度、湿度や時間等のばらつき
があり、樹脂槽の内部でも混合時の温度や時間などの条
件で、混合後の樹脂の粘度や硬化度が異なってくる。と
ころが、従来の注型装置では、これらの樹脂の性状の如
何にかかわらず予め決められた一定の注型条件で行って
いる。

【００１５】そこで、本発明の第１の目的は、騒音や振
動を防ぐことのできる熱硬化性樹脂の注型装置を得るこ
とであり、第２の目的は、混合後の樹脂の性状の相違に
も容易に対応することのできる熱硬化性樹脂の注型方法
を得ることである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】請求項１に対応する発明
の熱硬化性樹脂の注型装置は、複数液混合形の注型樹脂
の混合液を貯留する樹脂槽と、この樹脂槽に吸入側が接
続された回転容積形一軸偏心ねじポンプと、この回転容
積形一軸偏心ねじポンプの吐出側に接続され真空室に収
納された金型とを備えたことを特徴とする。

【００１７】請求項２に対応する発明の熱硬化性樹脂の
注型装置は、複数液混合形の各樹脂液を個別に貯留する
樹脂槽と、この樹脂槽に吸入側が接続された前段の回転
容積形一軸偏心ねじポンプと、この回転容積形一軸偏心
ねじポンプの吐出側に流入側が接続された静止形混合器
と、この静止形混合器の流出側に吸入側が接続された後
段の回転容積形一軸偏心ねじポンプと、この回転容積形
一軸偏心ねじポンプの吐出側に接続され真空室に収納さ
れる金型とを備えたことを特徴とする。

【００１８】請求項３に対応する発明は、複数液混合形
の混合液を回転容積形一軸偏心ねじポンプを介して金型
に注入しこの金型で成形する熱硬化性樹脂の注型方法に
おいて、回転容積形ねじポンプのトルク及び混合液の温
度から混合液の反応状態を推定し、金型に注入する混合
液の注入時間を求めることを特徴とする。

【００１９】請求項４に対応する発明は、複数液混合形
の混合液を回転容積形一軸偏心ポンプを介して金型に注
入しこの金型で成形する熱硬化性樹脂の注型方法におい
て、回転容積形ポンプのトルク及び混合液の温度から混
合液の反応状態を推定し、成形された成形品の離型時間
を求めることを特徴とする。

【００２０】このような手段によって、請求項１に対応
する発明では、注入樹脂の脈動を防ぎ、金型に連続的に
注入する。請求項２に対応する発明では、樹脂槽に個別
に貯留した各樹脂を初段の回転容積形一軸偏心ねじポン
プから静止形混合器に送って混合した後終段の回転容積
形一軸偏心ねじポンプで金型に注入する。

【００２１】請求項３に対応する発明においては、樹脂
液の製造ロットや混合液の経過時間などで異なる反応状
態に対応して注入時間を決める。請求項４に対応する発
明においては、樹脂液の製造ロットや混合液の経過時間
などで異なる反応状態に対応して離型時間を決める。

【００２２】

【発明の実施の形態】（実施例１）発明者らは、無機質
充填材の65重量％を含む二液性エポキシ樹脂を図示しな
い混合液で混合した後、後述する図１で示す注型装置の
樹脂槽２に注入し、混合した樹脂に混入した空気を抜く
ために、１Ｔｏｒｒ以下の真空度で10分間脱泡した。

【００２３】一方、10Ｔｏｒｒに保持した真空室４の内
部にヒータで135℃に保持した金型６を挿入し、図１及
び図２で後述する回転容積形一軸偏心ねじポンプ（商品
名）１で、５分間かけて混合樹脂を金型６の内部に注入
した。

【００２４】注入後も、回転容積形一軸偏心ねじポンプ
１の回転数を下げて、２ｋｇｆ／ｃｍ² の圧力で30分間
樹脂を加圧した後に、金型６から製品を取り出した。さ
らに、別の恒温槽で二次硬化した後に、外観検査と機械
的特性の調査を行ったが、ボイドやひけはなく、機械的
特性も製品の規格値を満足した。

【００２５】図１は、前述した本発明の注型装置の第１
の実施形態を示す図で、請求項１に対応する図、図２
は、図１で示した回転容積形一軸偏心ねじポンプ１の拡
大詳細図である。

【００２６】図１及び図２において、真空室４の内部に
は、収納された金型３が縦断面図で示され、真空室４の
上端に接続された配管には、空圧用の弁12Ｃが接続さ
れ、この弁12Ｃに接続された配管には、図示しない真空
ポンプが接続されている。

【００２７】真空室４の底部に貫設された配管の上端
は、金型３の底部に図示しない継手を介して接続され、
下端にはＬ字形の配管を経て回転容積形一軸偏心ねじポ
ンプ（注；商品名）１の吐出側に接続されている。この
回転容積形一軸偏心ねじポンプの図１では右端の回転軸
７には、電動機５が図示しないカップリングを介して連
結されている。

【００２８】回転軸７の右側は、回転容積形一軸偏心ね
じポンプ１の外筒の右端に挿入された一対のラジアル軸
受１ｄで支えられ、回転軸７の左端は、カップリング１
ｂを介してカップリングロッド１ｃの右端に連結されて
いる。

【００２９】このカップリングロッド１ｃの左端には、
波形に形成された回転子８の右端が連結され、この回転
子８の外周は、内周に雌ねじが形成された筒状の固定子
９となっている。

【００３０】この固定子９の左端には、金型３に上端が
接続された前述したＬ字形の配管に接続されるカップリ
ングが固定され、回転容積形一軸偏心ねじポンプ１の外
筒には、カップリング１ｂの上部に対して、弁12Ｂを介
して、樹脂槽２に接続されるカップリングが突設されて
いる。

【００３１】このように構成された熱硬化性樹脂の注型
装置においては、樹脂槽２から真空室４の金型３に注入
する樹脂の移送を連続的に脈動なく且つ静かに行うこと
ができる。

【００３２】（実施例２）図３は、本発明の注型装置の
第２の実施形態を示すブロック図で、第１の実施形態で
示した図１に対応し、請求項２に対応する図である。図
３において、三液混合形の注型樹脂のうち、Ａ液が貯留
された樹脂槽２Ａ及びＢ液が貯留された樹脂槽２ＢとＣ
液が貯留された樹脂槽２Ｃのそれぞれの出口側に対し
て、それぞれ回転容積形一軸偏心ねじポンプ１Ａ，１
Ｂ，１Ｃの吸込側が接続されている。

【００３３】これらの回転容積形一軸偏心ねじポンプ１
Ａ，１Ｂ，１Ｃの吐出側には、ストップバルブ11Ａ，11
Ｂ，11Ｃの流入側が接続され、これらのストップバルブ
11Ａ，11Ｂ，11Ｃの流出側は、静止形管内混合器10の流
入側に接続されている。

【００３４】この静止形管内混合器10の流出側には、回
転容積形一軸偏心ねじポンプ１Ａ，１Ｂ，１Ｃと比べて
容量の大きい回転容積形一軸偏心ねじポンプ１Ｄの吸込
側が接続され、このポンプ１Ｄの吐出側には、逆止弁11
Ｄを経て金型６が接続されている。

【００３５】発明者らは、図３に示すように、樹脂槽２
Ａ，２Ｂ，２Ｃに三液型の樹脂の各液を注入し各樹脂槽
２Ａ，２Ｂ，２Ｃの出口側に接続した回転容積形一軸偏
心ねじポンプ１Ａ，１Ｂ，１Ｃを樹脂の混合比が等しく
なる様に回転させ、逆止弁11Ａ，11Ｂ，11Ｃを経て静止
型管内混合器10を通し、回転容積形一軸偏心ねじポンプ
１Ｄを通し、実施例１と同じ条件で注型を行った。二次
硬化後に、外観検査と機械的特性の調査を行ったが、ボ
イドやひけはなく、機械的特性も製品の規格値を満足し
た。

【００３６】（実施例３）保管期間を過ぎたエポキシ樹
脂を混合後、図２で示すトルク計21を取り付けトルク表
示器21ａが接続された回転容積形一軸偏心ねじポンプに
通したところ、粘度が高く、トルク値も高く表示され
た。

【００３７】図４は、トルク表示器21ａで表示されたト
ルク計21の検出値と異なる製造ロットのエポキシ樹脂の
粘度とトルクとの関係を発明者らが図２で示した注型装
置で調べた結果を示すグラフで、直線Ｂ１は、或る製造
ロットの粘度であり、直線Ｂ２は、異なる製造ロットの
粘度の特性を示す。

【００３８】図４に示すように、製造ロットが異なる
と、トルク表示器21ａで表示されたトルクが同一値でも
製造ロットによっては、粘度が僅かにばらつく。これに
対して、絶縁部品を成形するときには、金型３の種別や
製品の形状及び注型機の種別毎に適切な上限管理値Ａ１
と下限管理値Ａ２を決めて行っている。

【００３９】したがって、電動機５の軸端にトルク計21
を取り付け、このトルク計21に接続したトルク表示器21
ａの値と、金型６に注入される樹脂の温度などから、樹
脂の反応状態を推定して金型６に注入された樹脂の硬化
反応時間を求めることができる。

【００４０】図５は、混合液の粘度と温度との関係を硬
化の進行度毎に示したグラフである。図５に示すよう
に、混合液は、粘度と温度が逆比例し、硬化度が上がる
と、同一温度でも粘度が上がってくる。曲線Ｄは、硬化
度が上がったときの等硬化度曲線であり、斜線で示した
範囲Ｆは、今回用いた注型材料に対して硬化度と粘度Ｃ
１，Ｃ２及び温度Ｅ１，Ｅ２が最適となる一例を示す。

【００４１】（実施例３）発明者らは、硬化度が管理値
上限のエポキシ樹脂を、図１で示した注型装置で、離型
時間を変えず注入速度だけを変えるように設定して実施
例１と同様の金型温度、真空度で注型した。

【００４２】すなわち、通常は５分で注入するところ
を、４分10秒で注入完了した。二次硬化後に、外観検査
と機械特性の調査を行ったが、ボイドやひけはなく、機
械的特性も製品の規格値を満足した。

【００４３】（実施例４）さらに、発明者らは、硬化度
が管理値の上限のエポキシ樹脂を、図１で示した注型装
置で、注入速度を変えず充填完了後の離型までの充填時
間を変えるように設定して実施例１の金型温度、真空度
で注型した。すなわち、通常は30分で離型するところ
を、26分で離型した。二次硬化後に、外観検査、機械特
性調査を行ったが、ボイドやひけはなく、製品の規格値
を満足した。

【００４４】

【発明の効果】以上、請求項１に対応する発明によれ
ば、複数液混合形の注型樹脂の混合液を貯留する樹脂槽
と、この樹脂槽に吸入側が接続された回転容積形一軸偏
心ねじポンプと、この回転容積形一軸偏心ねじポンプの
吐出側に接続され真空室に収納された金型とを備えるこ
とで、注入樹脂の脈動を防いで、金型に連続的に注入し
たので、騒音や振動を防ぐことのできる熱硬化性樹脂の
注型装置を得ることができる。

【００４５】請求項２に対応する発明によれば、複数液
混合形の各樹脂液を個別に貯留する樹脂槽と、この樹脂
槽に吸入側が接続された前段の回転容積形一軸偏心ねじ
ポンプと、この回転容積形一軸偏心ねじポンプの吐出側
に流入側が接続された静止形混合器と、この静止形混合
器の流出側に吸入側が接続された後段の回転容積形一軸
偏心ねじポンプと、この回転容積形一軸偏心ねじポンプ
の吐出側に接続され真空室に収納される金型とを備える
ことで、樹脂槽に個別に貯留した各樹脂を初段の回転容
積形一軸偏心ねじポンプから静止形混合器に送って混合
した後、終段の回転容積形一軸偏心ねじポンプで金型に
注入したので、騒音や振動を防ぐことのできる熱硬化性
樹脂の注型装置を得ることができる。

【００４６】請求項３に対応する発明によれば、複数液
混合形の混合液を回転容積形一軸偏心ねじポンプを介し
て金型に注入しこの金型で成形する熱硬化性樹脂の注型
方法において、回転容積形ねじポンプのトルク及び混合
液の温度から混合液の反応状態を推定し、金型に注入す
る混合液の注入時間を求めることで、樹脂液の製造ロッ
トや混合液の経過時間などで異なる反応状態に対応して
注入時間を決めたので、混合後の樹脂の性状の相違にも
容易に対応することのできる熱硬化性樹脂の注型方法を
得ることができる。

【００４７】請求項４に対応する発明によれば、複数液
混合型の混合液を回転容積形一軸偏心ポンプを介して金
型に注入しこの金型で成形する熱硬化性樹脂の注型方法
において、回転容積形ポンプのトルク及び混合液の温度
から混合液の反応状態を推定し、成形された成形品の離
型時間を求めることで、樹脂液の製造ロットや混合液の
経過時間などで異なる反応状態に対応して離型時間を決
めたので、混合後の樹脂の性状の相違にも容易に対応す
ることのできる熱硬化性樹脂の注型方法を得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の熱硬化性樹脂の注型装置及び注型方法
の第１の実施形態を示す縦断面図。

【図２】図１の部分拡大詳細図。

【図３】本発明の熱硬化性樹脂の注型装置及び注型方法
の第２の実施形態を示すブロック図。

【図４】本発明の熱硬化性樹脂の注型装置及び注型方法
で注型する混合液の性状（トルクと温度との関係）を示
すグラフ。

【図５】本発明の熱硬化性樹脂の注型装置及び注型方法
で注型する混合液の硬化度の違いによる粘度と温度との
関係を示すグラフ。

【符号の説明】

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ…回転容積形一軸偏心ねじ
ポンプ、２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ…樹脂槽、３…金型、４
…真空室、５…電動機、６…キャビティ、７…回転軸、
８…回転子、９…固定子、10…静止形混合器、11Ａ，11
Ｂ，11Ｃ，11Ｄ…逆止弁、12Ａ，12Ｂ，12Ｃ…弁、21…
トルク計、21ａ…トルク表示器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 槙島 聡 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中工場内 (72)発明者 宮川 勝 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中工場内 Ｆターム(参考） 4F204 AA36 AA39 AP04 AP05 AR11 EA03 EB01 EF23

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数液混合形の注型樹脂の混合液を貯留
   する樹脂槽と、この樹脂槽に吸入側が接続された回転容
   積形一軸偏心ねじポンプと、この回転容積形一軸偏心ね
   じポンプの吐出側に接続され真空室に収納された金型と
   を備えた熱硬化性樹脂の注型装置。
2. 【請求項２】 複数液混合形の各樹脂液を個別に貯留す
   る樹脂槽と、この樹脂槽に吸入側が接続された前段の回
   転容積形一軸偏心ねじポンプと、この回転容積形一軸偏
   心ねじポンプの吐出側に流入側が接続された静止形混合
   器と、この静止形混合器の流出側に吸入側が接続された
   後段の回転容積形一軸偏心ねじポンプと、この回転容積
   形一軸偏心ねじポンプの吐出側に接続され真空室に収納
   される金型とを備えた熱硬化性樹脂の注型装置。
3. 【請求項３】 複数液混合形の混合液を回転容積形一軸
   偏心ねじポンプを介して金型に注入しこの金型で成形す
   る熱硬化性樹脂の注型方法において、前記回転容積形ね
   じポンプのトルク及び前記混合液の温度から前記混合液
   の反応状態を推定し、前記金型に注入する前記混合液の
   注入時間を求める熱硬化性樹脂の注型方法。
4. 【請求項４】 複数液混合形の混合液を回転容積形一軸
   偏心ポンプを介して金型に注入しこの金型で成形する熱
   硬化性樹脂の注型方法において、前記回転容積形ポンプ
   のトルク及び前記混合液の温度から前記混合液の反応状
   態を推定し、前記成形された成形品の離型時間を求める
   熱硬化性樹脂の注型方法。