JP2007038499A - 注型金型および注型方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 注型金型に温度勾配をつけ、絶縁欠陥の生じ難い注型品を得る。
【解決手段】 キャビティー３および注入口４が設けられた可動側金型２と、前記可動側金型２を固定するとともに、温度制御手段を有する可動側熱板９と、キャビティー１３および注入口１４が設けられた固定側金型１２と、前記固定側金型１２を固定するとともに、温度制御手段を有する固定側熱板１９とを備え、前記可動側金型２および前記固定側金型１２は、前記注入口４、１４に対して遠い部分の温度を高く、且つ、前記注入口４、１４に近い部分の温度を低くするとともに、単位長さ当たりの温度勾配に直線性を持たせたことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、エポキシ樹脂のような絶縁材料を注型して得られる注型品の絶縁欠陥を抑制し得る注型金型および注型方法に関する。

スイッチギヤのような電気機器においては、電気的特性や機械的特性などの優れたエポキシ樹脂のような絶縁材料を注型金型で注型した注型品が多用されている。注型品は、注型金型に彫られたキャビティー内に、注入口から液状の絶縁材料を注入し、加熱硬化させることにより得られる。しかしながら、注型金型の温度分布が不均一であると、ヒケやボイドなどの絶縁欠陥を生じることがある。

従来、これらの絶縁欠陥を防ぐため、注入口に近い部分の温度を低くし、注入口から遠い部分の温度を高くする温度勾配をつけた注型金型で注型品を得る技術が知られている。これにより、注入口に対して遠い部分の絶縁材料から硬化が始まり、最後に注入口付近が硬化するようになるので、絶縁欠陥の生じ難い注型品が得られるようになる（例えば、特許文献１参照。）。
特開平７−１５６１６６号公報 （第５ページ、図２）

上記の従来の注型金型においては、次のような問題がある。

注入口に対して遠い部分の温度が高く、注入口に近い部分の温度が低くなるような温度勾配をつけるものの、例えば、注型金型の中間部が注入口に近い部分の温度とさほど変わらない程度では、注入口に対して遠い部分の硬化は早く始まるが、中間部と注入口に近い部分との硬化の始まりに所定の差を出すことができない。逆に、中間部が注入口に対して遠い部分の温度とさほど変らない程度の温度勾配では、注入口から遠い部分と中間部との硬化の始まりに所定の差を出すことができない。

このように、温度勾配の温度差が不均一であると、注入口に対して遠い部分から注入口へ向かって絶縁材料を順次硬化させることが困難となり、ヒケ、ボイドなどの絶縁欠陥が発生することがある。絶縁欠陥を生じると、その注型品は電気機器に適用することができなくなる。

このため、注入口に対して遠い部分から注入口に向かって絶縁材料が確実に順次硬化し、注型品に絶縁欠陥が生じ難くなるような温度勾配が望まれていた。

本発明は上記問題を解決するためになされたもので、注入口に対して遠い部分から注入口に向かって絶縁材料が順次硬化するような温度勾配をつけ、絶縁欠陥の生じ難い注型品が得られる注型金型および注型方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の注型金型は、キャビティーおよび注入口が設けられた可動側金型と、前記可動側金型を固定するとともに、温度制御手段を有する可動側熱板と、前記可動側金型のキャビティーおよび注入口と組み合わされるキャビティーおよび注入口が設けられた固定側金型と、前記固定側金型を固定するとともに、前記可動側金型と同様な温度制御手段を有する固定側熱板とを備え、前記可動側金型および前記固定側金型は、前記注入口に対して遠い部分の温度を高く、且つ、前記注入口に近い部分の温度を低くするとともに、単位長さ当たりの温度勾配に直線性を持たせたことを特徴とする。

本発明によれば、注型金型の注入口に対して遠い部分の温度を高く、注入口に近い部分の温度を低くする温度勾配に直線性を持たせているので、キャビティー内の絶縁材料が注入口に対して遠い部分から注入口部分に向かって順次硬化し、絶縁欠陥の生じ難い注型品を得ることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

先ず、本発明の実施例１に係る注型金型を図１乃至図３を参照して説明する。図１は、本発明の実施例１に係る注型金型の構成を示す断面図、図２は、本発明の実施例１に係る注型金型の温度分布を説明する図、図３は、本発明の実施例１に係る絶縁材料の硬化を説明する図である。

図１に示すように、注型金型は、図示中央部を境にして、図示右側の可動側金型部１ａと図示左側の固定側金型部１ｂで構成されている。

可動側金型部１ａには、可動側金型２が設けられており、一側面の略中央部に断面方形状の可動側キャビティー３が彫られている。可動側キャビティー３の図示下部には、この可動側キャビティー３と可動側金型２の外側とを結ぶエポキシ樹脂のような絶縁材料を注入する可動側注入口４が設けられている。また、可動側金型２には、温度を測定する温度センサ５、６、７が取り付けられている。温度センサ５は、可動側注入口４に近い可動側キャビティー３の近傍部分、温度センサ６は、可動側キャビティー３の中間部、温度センサ７は、可動側注入口４に対して遠い可動側キャビティー３の近傍部分に設けられている。

このような可動側金型２は、複数のヒータ８が埋め込まれた可動側熱板９に固定され、また、可動側熱板９は、注型金型を閉鎖するクランプ装置の可動側固定部材１０に固定されている。これらの可動側金型２、可動側熱板９、可動側固定部材１０は、架台１１上を点線で示すように図示左右方向に移動できるようになっている。

固定側金型部１ｂには、固定側金型１２が設けられており、可動側金型２の可動側キャビティー３と対向する面に固定側キャビティー１３が彫られている。固定側キャビティー１３の図示下部には、可動側注入口４と同様な固定側注入口１４が設けられている。また、固定側金型１２には、可動側金型２と同様に、温度を測定する温度センサ１５、１６、１７が取り付けられている。温度センサ１５は、固定側注入口１４に近い固定側キャビティー１３の近傍部分、温度センサ１６は、固定側キャビティー１３の中間部、温度センサ１７は、固定側注入口１４から遠い固定側キャビティー１３の近傍部分に設けられている。

このような固定側金型１２は、複数のヒータ１８が埋め込まれた固定側熱板１９に固定され、また、固定側熱板１９は、クランプ装置の固定側固定部材２０に固定されている。固定側固定部材２０は、可動側固定部材１０と共通の架台１１に固定されている。

可動側注入口４、固定側注入口１４と対向する可動側金型２、固定側金型１２外には、図示上下方向に移動自在の注入ヘッド２１が設けられている。可動側注入口４と固定側注入口１４とを組み合わせると筒状となり、この部分に注入ヘッド２１を嵌合させ、絶縁材料が注入されるようになっている。なお、注入ヘッド２１には、温度センサ２２が取り付けられている。

ここで、温度センサ２２は、注入口４、１４付近のＡ点の温度を測定するものである。また、温度センサ５、１５の点をＢ点、温度センサ６、１６の点をＣ点、および温度センサ７、１７の点をＤ点とすると、Ｂ点からＣ点までと、Ｃ点からＤ点までは、等間隔である。

そして、注型金型を用いて注型品を注型する場合を説明する。先ず、可動側金型２と固定側金型１２とをクランプ装置で強固に締め付け、この状態を保って、可動側注入口４と固定側注入口１４に注入ヘッド２１を嵌合させる。次に、図示しない真空装置で可動側キャビティー３内および固定側キャビティー１３内を真空にする。

ここで、可動側金型２と固定側金型１２とは、予めそれぞれのヒータ８、１８を図示しない制御装置で制御、加熱している。温度分布は、図２に示すように、Ｂ点からＤ点までに直線性があり、Ｂ点が低く、Ｄ点が高くなっている。更に、この直線上に、Ａ点があり、最も低い温度となっている。即ち、Ａ点からＤ点までは、単位長さ当たりの温度差が同様になっている。

例えば、Ａ点の温度Ｔ１がＴ１＝１１２．５℃、Ｂ点の温度Ｔ２がＴ２＝１１５℃、Ｃ点の温度Ｔ３がＴ３＝１２０℃、Ｄ点の温度Ｔ４がＴ４＝１２５℃に設定されている。また、Ａ点からキャビティー３、１３の入口までは１５ｃｍである。Ｂ点からＣ点までは３０ｃｍ、Ｃ点からＤ点までは３０ｃｍと、Ｂ点とＣ点間、Ｃ点とＤ点間は、等間隔である。これより、６０ｃｍの長さを有するキャビティー３、１３内の温度差は、温度１０℃となる。温度差が１０℃を超えると、一般的なエポキシ樹脂では、高温側での硬化が極端に早くなり、後述する絶縁材料が発熱し、硬化するまでの時間を制御することが困難となる。逆に、温度差が３℃を下回ると、高温側と低温側で硬化するまでの時間差が短く、発熱硬化する時間を制御することが困難となる。なお、キャビティー３、１３の長さは、２０〜１００ｃｍのもので用いることができる。

このような可動側金型２および固定側金型１２の温度調整は、可動側熱板９および固定側熱板１９に埋め込まれた複数のヒータ８、１８の発熱量を制御することにより行われる。なお、ヒータ８、１８に限らず、可動側熱板９および固定側熱板１９に温風や冷風などを流して温度調整を行ってもよい。このように、温度分布を制御するものを温度制御手段と定義する。

次に、可動側キャビティー３内および固定側キャビティー１３内に絶縁材料を注入する。絶縁材料は、一般的な液状のビスフェノール系エポキシ樹脂を、例えば温度８０℃に保温したものを用いる。すると、可動側キャビティー３内および固定側キャビティー１３内には、時間経過とともに、絶縁材料が図示下方から上方向に向かって充填されていく。

この場合、図３に示すように、Ａ点を温度Ｔ１、Ｂ点を温度Ｔ２、Ｃ点を温度Ｔ３、Ｄ点を温度Ｔ４に設定した温度は、絶縁材料の注入により冷却されて一旦低下するものの、その後上昇し、設定した温度を越える。この上昇は、絶縁材料が加熱され発熱を起こすためであり、絶縁材料が硬化すると（図示黒丸で示すゲル化点）、その後、緩やかにそれぞれ設定した温度に落ち着く。

ここで、各点の硬化は、Ｄ点が最も早い時間ｈ１、次いでＣ点の時間ｈ２、次いでＢ点の時間ｈ３、最後にＡ点の時間ｈ４となる。この時間ｈ１からｈ２まで、ｈ２からｈ３まで、ｈ３からｈ４までの時間差は、同様となっている。即ち、Ｄ点からＡ点までの単位長さ当たりの温度差が同様となっているので、絶縁材料が発熱し、硬化するまでの時間差も同様となる。

次に、絶縁材料が硬化し、離型すれば、注型品が得られる。このように注入口４、１４に対して遠い部分から注入口４、１４に向かって順次硬化させた注型品は、残留応力が少なく、ヒケ、ボイドなどの絶縁欠陥が抑制されたものとなる。

上記実施例１の注型金型によれば、可動側金型２、固定側金型１２の温度勾配に直線性を持たせ、絶縁材料を注入して硬化させているので、可動側注入口４、固定側注入口１４に対して遠い部分から可動側注入口４、固定側注入口１４に向かって絶縁材料を順次硬化させることができ、絶縁欠陥の生じ難い注型品を得ることができる。

上記実施例１では、一般的なエポキシ樹脂を用い、Ｂ点からＤ点までの温度差を温度１０℃として説明したが、エポキシ樹脂に硬化促進剤を添加し、硬化を早めたものにおいては、小さな温度差で硬化反応を起こすので、Ｂ点からＤ点までの温度差を温度２〜３℃にしてもよい。

次に、本発明の実施例２に係る注型金型を再び図２を参照して説明する。なお、この実施例２が実施例１と異なる点は、注型金型の温度分布である。注型金型の構成は、実施例１と同様であるので、その詳細な説明を省略する。

図２に示すように、Ａ点の温度Ｔ５は、Ｂ点からＤ点までの直線上から外れて低くなっている。これは、Ａ点が外気温度に触れる個所であり、温度の低下が大きいことを考慮したものである。なお、Ｂ点からＤ点までは、単位長さ当たり直線性を持った温度勾配がつけられている。

これにより、可動側注入口４、固定側注入口１４付近の絶縁材料の硬化が最も遅れ、充分に硬化できない可能性が起きる。しかしながら、可動側キャビティー３内、固定側キャビティー１３内では、可動側注入口４、固定側注入口１４に対して遠い部分から可動側注入口４、固定側注入口１４に向かって順次硬化するので、絶縁欠陥の生じ難い注型品を得ることができる。

なお、可動側注入口４、固定側注入口１４で硬化した絶縁材料は切削加工されるので、未硬化であっても、可動側キャビティー３内と固定側キャビティー１３内で硬化した注型品に与える影響はない。

上記実施例２では、実施例１と同様な効果のほかに、可動側注入口４、固定側注入口１４付近の温度制御をラフにすることができる。

次に、本発明の実施例３に係る注型金型を図４および図５を参照して説明する。図４は、本発明の実施例３に係る注型金型の構成を示す要部断面図、図５は、本発明の実施例３に係る絶縁材料の硬化を説明する図である。なお、この実施例３が実施例１と異なる点は、キャビティーの形状である。各図において、実施例１と同様の構成部分においては、同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。

図４に示すように、可動側金型２に彫られた可動側キャビティー３０は、中間部を境にして、図示上部の小容量部３０ａと、図示下部の小容量部３０ａよりも容量の大きい大容量部３０ｂとに分かれて構成されている。また、固定側金型１２に彫られた固定側キャビティー３１も同様に、中間部を境にして、図示上部の小容量部３１ａと、図示下部の大容量部３１ｂとに分かれて構成されている。

このような可動側キャビティー３０内と固定側キャビティー３１内とに絶縁材料を注入すると、各点での発熱上昇する温度が異なってくる。このため、Ｂ点、Ｃ点、Ｄ点の設定温度を異ならせている。即ち、図５に示すように、Ｂ点を温度Ｔ２、Ｃ点を温度Ｔ３に設定すると、Ｄ点の温度Ｔ４は、単位長さ当たりの温度差以上の幅で高くしている。これは、小容量部３０ａ、３１ａで発熱上昇する温度が大容量部３０ｂ、３１ｂよりも低いためである。

これにより、小容量部３０ａ、３１ａでの硬化（ゲル化）時の温度を高くでき、各点での硬化までの時間差（ｈ２からｈ３、ｈ３からｈ４）を同様とすることができる。このため、絶縁材料を注入口４、１４に対して遠い部分から順次硬化させることができる。なお、可動側キャビティー３０や固定側キャビティー３１の形状は、複雑な場合が多く、発熱して上昇する温度を各点で求め、硬化時の温度と硬化するまでの時間とに直線性を持たせることは困難さを伴う。このため、少なくとも、可動側金型２と固定側金型１２とに単位長さ当たり直線性を持った温度勾配をつけるものとする。

上記実施例３では、実施例１と同様な効果のほかに、複雑な形状の可動側キャビティー３０や固定側キャビティー３１に対しても絶縁欠陥の生じ難い注型品を得ることができる。

本発明の実施例１に係る注型金型の構成を示す断面図。 本発明の実施例１に係る注型金型の温度分布を説明する図。 本発明の実施例１に係る絶縁材料の硬化を説明する図。 本発明の実施例３に係る注型金型の構成を示す要部断面図。 本発明の実施例３に係る絶縁材料の硬化を説明する図。

符号の説明

１ａ 可動側金型部
１ｂ 固定側金型部
２ 可動側金型
３、３０ 可動側キャビティー
４ 可動側注入口
５、６、７、１５、１６、１７、２２ 温度センサ
８、１８ ヒータ
９ 可動側熱板
１０ 可動側固定部材
１１ 架台
１２ 固定側金型
１３、３１ 固定側キャビティー
１４ 固定側注入口
１９ 固定側熱板
２０ 固定側固定部材
２１ 注入ヘッド
３０ａ、３１ａ 小容量部
３０ｂ、３１ｂ 大容量部

Claims (5)

1. キャビティーおよび注入口が設けられた可動側金型と、
   前記可動側金型を固定するとともに、温度制御手段を有する可動側熱板と、
   前記可動側金型のキャビティーおよび注入口と組み合わされるキャビティーおよび注入口が設けられた固定側金型と、
   前記固定側金型を固定するとともに、前記可動側金型と同様な温度制御手段を有する固定側熱板とを備え、
   前記可動側金型および前記固定側金型は、前記注入口に対して遠い部分の温度を高く、且つ、前記注入口に近い部分の温度を低くするとともに、単位長さ当たりの温度勾配に直線性を持たせたことを特徴とする注型金型。
2. 前記可動側熱板および前記固定側熱板には、複数のヒータが埋め込まれていることを特徴とする請求項１に記載の注型金型。
3. 注型品を得るキャビティーが彫られた金型と、
   前記キャビティー内に絶縁材料を注入する注入口と、
   前記金型を固定するとともに、温度制御手段を有する熱板とを備え、
   先ず、前記金型を前記熱板により、前記注入口に対して遠い部分の温度を高く、且つ、前記注入口に近い部分の温度を低くするとともに、単位長さ当たりの温度勾配に直線性を持たせるように加熱し、
   次いで、前記キャビティー内に前記絶縁材料を注入して硬化させることを特徴とする注型方法。
4. 前記絶縁材料が、前記注入口に対して遠い部分から前記注入口に向かって、順次発熱しゲル化することを特徴とする請求項３に記載の注型方法。
5. 前記金型の温度勾配は、２〜１０℃であり、この金型の最低温度よりも前記キャビティー内に注入される直前の前記絶縁材料の温度が低いことを特徴とする請求項３または請求項４に記載の注型方法。

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