JP2008114393A - Resin sealing method and motor - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、樹脂封止方法に関し、特に、熱硬化性樹脂の圧力変化を検出することにより、熱硬化性樹脂の熱硬化状態を正確に把握して樹脂封止の良否を判断する樹脂封止方法に関するものである。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a resin sealing method, and in particular, a resin sealing that accurately determines the thermosetting state of a thermosetting resin by determining a pressure change of the thermosetting resin to judge whether the resin sealing is good or bad. It is about the method.
従来例えば、モータの製造工程において、コイル線が巻かれた固定子コイルをインサート成形により、コイル線の中に樹脂を注入して封止することが行われている。コイル線の中に樹脂を封入する目的は、コイル線間の絶縁性を高めることと、コイル線で発生する熱を外部に伝達して放熱させるためである。樹脂としては、熱硬化性樹脂が用いられている。熱硬化性樹脂は、一般的には、150℃付近で硬化する。
成形するときの条件としては、注入される樹脂の温度、樹脂の注入圧力、樹脂の注入速度、金型の温度バランス、上型と下型の離型タイミング、インサートするモータ等のワークの温度、その他をコントロールしている。成形品の不良の多くがクラック発生である。クラックが発生する原因は、硬化した樹脂内に発生する内部応力である。内部応力は、樹脂の硬化が急激に起こると増大するので、樹脂ができるだけ均等に熱を受けて徐々に硬化するように、成形条件を考慮している。
Conventionally, for example, in a manufacturing process of a motor, a stator coil around which a coil wire is wound is sealed by injecting resin into the coil wire by insert molding. The purpose of encapsulating the resin in the coil wire is to increase the insulation between the coil wires and to dissipate heat by transmitting heat generated in the coil wires to the outside. As the resin, a thermosetting resin is used. The thermosetting resin is generally cured at around 150 ° C.
The molding conditions include the temperature of the injected resin, the resin injection pressure, the resin injection speed, the mold temperature balance, the mold release timing of the upper and lower molds, the temperature of the workpiece such as the motor to be inserted, Others are controlled. Many of the defects of molded products are cracks. The cause of the crack is the internal stress generated in the cured resin. Since the internal stress increases when the resin hardens rapidly, the molding conditions are taken into consideration so that the resin is gradually cured by receiving heat as evenly as possible.
しかし、成形条件は多項目におよび、それらが複雑に作用して熱硬化状態が決まり、そして熱硬化状態により残留内部応力が決まるため、直接樹脂の熱硬化状態を管理する方法が産業界で望まれていた。すなわち、残留する内部応力が少なくなるような熱硬化状態を何らかのファクタで正確に把握し、その状態を維持するように、多項目にわたる成形条件を管理することが望まれていた。熱硬化状態を把握する方法として、従来以下のような方法が開示されている。
特許文献1は、金型内に注入された樹脂の圧力を計測したのでは、樹脂が加熱されてゲル化すると、樹脂の圧力の変化が鈍くなるので、硬化検出精度が悪くなるため、樹脂の圧力を計測しても熱硬化状態を把握することができないとしている。そして、樹脂の圧力計測の代わりに、誘電センサにより、樹脂の誘電率等を計測し樹脂の動的粘弾性に換算することにより、樹脂の熱硬化状態を把握する方法を提案している。
特許文献2は金型に、検出面に空間が形成された圧力センサが取り付けられた検出部を設け、樹脂が硬化したときに、検出部の空間が閉栓状態となり、金型面圧を受けなくなり、樹脂の硬化収縮に応じて圧力が低下することが記載されている。そして、圧力低下により、最終の硬化完了を知ることができると記載している。
However, there are many molding conditions, and the complex action of them determines the thermoset state, and the residual internal stress is determined by the thermoset state. It was rare. That is, it has been desired to accurately grasp the thermosetting state with a small amount of residual internal stress by some factor and manage the molding conditions over a plurality of items so as to maintain the state. Conventionally, the following methods have been disclosed as methods for grasping the thermosetting state.
In
In
しかしながら、従来の樹脂封止方法には、以下の問題があった。
(1)特許文献1に記載された技術では、誘電センサで計測している誘電特性が経時的に変化する値であり、リアルタイムに検出される誘電特性値から熱硬化状態を正確に把握するには、検出条件や検出値に極めて高い精度が要求され、実用化するにはコストが高く問題であった。さらに、予め準備する特性線にも同様の精度を必要とするため、よりコストが高くなっていた。
(2)特許文献2の図3に記載されたデータでは、樹脂圧力は金型を開くまで低下し続けており、樹脂圧力が急激に低下した時点をとらえて圧力低下を判断している。本出願人が、熱硬化樹脂に関する実験を行い、実際に計測したデータでは、樹脂圧力は徐々に低下し続けるのが普通であり、特許文献2の図3に示されるような急激な樹脂圧の低下は計測できなかった。
したがって、樹脂圧力は徐々に低下し続けるのであり、特許文献2に記載されているように、圧力の急激な低下の時点を採用して最終硬化完了を知ることは、実用化が困難であると考えられる。
However, the conventional resin sealing method has the following problems.
(1) In the technique described in
(2) In the data described in FIG. 3 of
Therefore, the resin pressure continues to decrease gradually, and as described in
この発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、熱硬化樹脂の熱硬化状態をリアルタイムで正確に把握することにより、製品を管理する樹脂封止方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a resin sealing method for managing a product by accurately grasping a thermosetting state of a thermosetting resin in real time. .
上記目的を達成するために、本発明の樹脂封止方法は、次のような方法を採用している。
(1)硬化収縮を伴う熱硬化性樹脂を金型に注入して、ワークを樹脂封止する樹脂封止方法において、金型内の樹脂圧力を計測し、前記樹脂圧力が下降から上昇に転ずる変極点を決定し、前記変極点を前記熱硬化性樹脂の熱硬化状態の指標とすることを特徴とする。
(2)(1)に記載する樹脂封止方法において、前記金型への前記熱硬化性樹脂注入開始から前記変極点までの時間を熱硬化時間とし、前記熱硬化時間を前記熱硬化性樹脂の熱硬化状態の指標とすることを特徴とする。
(3)(1)に記載する樹脂封止方法において、前記金型への前記熱硬化性樹脂注入後、前記樹脂圧力が上昇から下降に転ずる時点から前記変極点までの時間を熱硬化時間と定義し、前記熱硬化時間を前記熱硬化性樹脂の熱硬化状態の指標とすることを特徴とする。
(4)(2)または(3)に記載する樹脂封止方法において、前記熱硬化時間が、予め定められた所定範囲内にあるか否かにより、成形品の良否を決定することを特徴とする。
In order to achieve the above object, the resin sealing method of the present invention employs the following method.
(1) In a resin sealing method in which a thermosetting resin accompanied by curing shrinkage is injected into a mold and the workpiece is resin-sealed, the resin pressure in the mold is measured, and the resin pressure changes from falling to rising. An inflection point is determined, and the inflection point is used as an index of a thermosetting state of the thermosetting resin.
(2) In the resin sealing method described in (1), the time from the start of injection of the thermosetting resin into the mold until the inflection point is set as a thermosetting time, and the thermosetting time is set as the thermosetting resin. It is characterized by being used as an index of the thermosetting state.
(3) In the resin sealing method described in (1), after the thermosetting resin is injected into the mold, the time from the time when the resin pressure changes from rising to falling to the inflection point is referred to as a thermosetting time. The thermosetting time is defined as an index of the thermosetting state of the thermosetting resin.
(4) In the resin sealing method described in (2) or (3), the quality of the molded product is determined depending on whether the thermosetting time is within a predetermined range. To do.
(5)(1)乃至(4)に記載する樹脂封止方法のいずれか1つにおいて、前記樹脂圧力を計測する圧力センサが、金型内に形成された溝に埋め込まれており、前記圧力センサの表面が、前記金型の表面と同じ高さに位置することを特徴とする。
(6)(1)乃至(5)に記載する樹脂封止方法のいずれか1つにおいて、前記圧力センサを、前記金型の温度が最も低い箇所に設置したことを特徴とする。
(7)(1)乃至(6)に記載するいずれか1つの樹脂封止方法を用いて製造されたことを特徴とするモータである。
(5) In any one of the resin sealing methods described in (1) to (4), a pressure sensor for measuring the resin pressure is embedded in a groove formed in a mold, and the pressure The surface of the sensor is located at the same height as the surface of the mold.
(6) In any one of the resin sealing methods described in (1) to (5), the pressure sensor is installed in a place where the temperature of the mold is the lowest.
(7) A motor manufactured using any one of the resin sealing methods described in (1) to (6).
上記工程を有する樹脂封止方法の作用及び効果について説明する。
熱硬化性樹脂の熱硬化に伴う収縮率は、容積率として7〜8%あるので、最終寸法の精度を保持するため、一般的に熱硬化性樹脂に膨張剤を添加している。そして、膨張剤を膨張させることにより、熱硬化性樹脂の収縮を補っている。したがって、金型内で空間が発生することはなく、金型内には熱硬化性樹脂が隙間無く充填されており、金型を開くまでは、熱硬化性樹脂内は加圧状態にある。
注入する樹脂温度は、50℃前後に加熱されており、ワークの温度は130℃前後に加熱されている。金型にはヒータが埋め込まれており、金型は155℃前後に加熱されている。しかし、金型は、複雑な形状を しているため、金型をヒータで均一に加熱することは困難であり、金型内には、どうしても温度のバラツキが発生してしまう。
The effect | action and effect of the resin sealing method which has the said process are demonstrated.
Since the shrinkage ratio accompanying thermosetting of the thermosetting resin is 7 to 8% as a volume ratio, an expansion agent is generally added to the thermosetting resin in order to maintain the accuracy of the final dimensions. Then, the expansion of the expansion agent compensates for the shrinkage of the thermosetting resin. Therefore, no space is generated in the mold, and the mold is filled with the thermosetting resin without any gap, and the thermosetting resin is in a pressurized state until the mold is opened.
The resin temperature to be injected is heated to around 50 ° C., and the temperature of the workpiece is heated around 130 ° C. A heater is embedded in the mold, and the mold is heated to around 155 ° C. However, since the mold has a complicated shape, it is difficult to uniformly heat the mold with a heater, and temperature variation inevitably occurs in the mold.
熱硬化性樹脂自体は、液状、ゲル状、固体状を問わずに、加熱されると膨張する。そして、同時に液相状態から固体相状態に相変化することにより、容積率として7〜8%程度収縮する。これが、熱硬化収縮である。したがって、成形の全ての工程において、熱硬化性樹脂内においては、ミクロ的に観察すれば、膨張と収縮とが同時に発生しているのである。しかし、全体をマクロ的に観察すれば、熱膨張と硬化収縮との比較で、どちらが優勢であるかにより、全体が収縮するか、全体が膨張するかの状態にあると言える。
硬化開始後は、硬化収縮と熱膨張とが同時に生じるが、硬化開始当初は、硬化収縮が支配的であり、型内圧力は徐々に下降する。そして、硬化がほぼ完了すると、熱膨張が支配的になり、型内圧力は上昇に転じる。
型内圧力が下降から上昇へと転じる変極点は、完全な熱硬化完了時点と正確に対応したものではないが、熱硬化性樹脂の熱硬化状態を正確に反映している。
また、検出値自体の絶対精度が高くなくても、検出値の変化、すなわち、検出値が減少から増加に変化する変極点タイミングは比較的容易かつ正確に把握できるため、簡単かつ正確に熱硬化状態を把握することができる。
The thermosetting resin itself expands when heated regardless of whether it is liquid, gel, or solid. At the same time, a phase change from the liquid phase state to the solid phase state causes the volume ratio to shrink by about 7 to 8%. This is thermosetting shrinkage. Therefore, in all the molding processes, in the thermosetting resin, if observed microscopically, expansion and contraction occur simultaneously. However, if the whole is observed macroscopically, it can be said that the whole shrinks or the whole expands depending on which is dominant in comparison between thermal expansion and cure shrinkage.
After the start of curing, cure shrinkage and thermal expansion occur simultaneously, but at the beginning of cure, cure shrinkage is dominant, and the in-mold pressure gradually decreases. When the curing is almost completed, the thermal expansion becomes dominant, and the in-mold pressure starts to increase.
The inflection point at which the in-mold pressure changes from lowering to increasing does not accurately correspond to the complete thermosetting completion point, but accurately reflects the thermosetting state of the thermosetting resin.
Even if the absolute accuracy of the detected value itself is not high, the change in the detected value, that is, the inflection point timing at which the detected value changes from decreasing to increasing, can be grasped relatively easily and accurately. The state can be grasped.
製造工程において、同じ熱硬化性樹脂を用いて、同じワークについての樹脂封止工程を繰り返し行っている。製造前に、成形条件として、樹脂の温度、金型への樹脂の注入圧力、注入速度、金型の温度バランス、上型と下型の離型タイミング、インサートするモータ等のワークの温度等を決定し、その成形条件で、50〜100程度のテスト製造を行い、変極点のタイミングを計測している。そして、テスト製造した製品が良品であることを全数検査している。成形開始から変極点までの熱硬化時間を統計処理することにより、熱硬化状態に問題がないとすることのできる、熱硬化時間の所定範囲を決定している。すなわち、良品の統計データとして、中心値から3σの範囲を良品として定めると良い。
そして、製造工程においては、成形開始から変極点までの熱硬化時間をリアルタイムに計測して、その値が所定範囲内にあるときは良品としている。所定範囲から外れたものについては、不良品として再検査している。所定の範囲から外れたものについて再検査したときに、良品が多ければ、所定範囲を広げる方向で再検討すれば良い。
熱硬化時間を 、「金型への熱硬化性樹脂注入開始から変極点までの時間」と定義すると、2つの利点がある。第1の利点は、熱硬化樹脂の注入開始は、常に容易かつ正確に把握できるため、管理するときに簡単であり、実用上便利である。また、第2には、熱硬化状態の異常を検出するのみでなく、熱硬化性樹脂の射出注入不良により注入時間が長くなったときも、熱硬化時間が所定範囲から外れるため、検出することができる利点がある。
一方、熱硬化時間を、「金型への前記熱硬化性樹脂注入後、樹脂圧力が上昇から下降に転ずる時点から変極点までの時間」と定義しても、マクロ的に観察すれば、熱硬化が開始するのは、樹脂圧力が上昇から下降に転じる時点からであるから、熱硬化時間そのものを、より正確に把握して、対応できる利点はある。
In the manufacturing process, the same thermosetting resin is used to repeat the resin sealing process for the same workpiece. Prior to manufacturing, molding conditions include resin temperature, resin injection pressure, injection speed, mold temperature balance, mold release timing of upper and lower molds, temperature of workpieces such as motors to be inserted, etc. Determined, test production of about 50 to 100 is performed under the molding conditions, and the timing of the inflection point is measured. All of the tested products are inspected to be good. By statistically processing the thermosetting time from the start of molding to the turning point, a predetermined range of the thermosetting time that can be regarded as having no problem in the thermosetting state is determined. That is, as statistical data of non-defective products, a range of 3σ from the center value may be determined as non-defective products.
And in a manufacturing process, the thermosetting time from a shaping | molding start to an inflection point is measured in real time, and when the value is in a predetermined range, it is considered a good product. Items outside the specified range are re-inspected as defective products. If there are a lot of non-defective products when reexamination is made on items that are out of the predetermined range, it may be reexamined in the direction of expanding the predetermined range.
If the thermosetting time is defined as “time from the start of thermosetting resin injection to the mold to the turning point”, there are two advantages. The first advantage is that the start of injection of the thermosetting resin can always be easily and accurately grasped, so that it is easy to manage and practically convenient. Secondly, not only detecting abnormalities in the thermosetting state, but also detecting when the injection time becomes longer due to poor injection of the thermosetting resin, because the thermosetting time is out of the predetermined range. There is an advantage that can be.
On the other hand, if the thermosetting time is defined as “the time from when the resin pressure changes from rising to falling after the thermosetting resin is injected into the mold to the turning point”, if it is observed macroscopically, Curing starts from the time when the resin pressure changes from rising to lowering, so there is an advantage that the thermal curing time itself can be grasped more accurately and handled.
また、樹脂圧力を測定する圧力センサが、金型内に形成された溝に埋め込まれており、圧力センサの表面が、金型の表面と同じ高さに位置するので、熱硬化性樹脂が金型内に充満している状態で、金型の一部として熱硬化性樹脂に接触して、熱硬化性樹脂の圧力をリアルタイムで計測することができる。特許文献2では、圧力センサの検出面付近に空間を形成しなければならないが、これは、成形品の外形がその空間により変形する可能性があり、実際的ではない。
また、圧力センサを、金型の温度が最も低い箇所に設置しているので、金型に温度のバラツキがあっても、一番条件の悪い箇所の変極点を把握することにより、熱硬化性樹脂の熱硬化状態が最も遅いと想定される箇所における熱硬化状態を把握できるため、製品の良否を的確に判断することができる。
In addition, a pressure sensor for measuring the resin pressure is embedded in a groove formed in the mold, and the surface of the pressure sensor is located at the same height as the surface of the mold. In a state where the mold is filled, the pressure of the thermosetting resin can be measured in real time by contacting the thermosetting resin as a part of the mold. In
In addition, since the pressure sensor is installed at the location where the temperature of the mold is the lowest, even if there is a variation in temperature of the mold, the thermosetting property can be determined by grasping the inflection point at the location with the worst conditions. Since it is possible to grasp the thermosetting state at the location where the thermosetting state of the resin is assumed to be the slowest, it is possible to accurately determine the quality of the product.
本発明の実施の形態である方法の第1の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。
始めに、モータの製造工程における、巻線コイルが巻かれた固定子コイルをインサート成形により、巻線コイルの中に樹脂を注入して封止する樹脂封止工程について説明する。巻線コイルの中に樹脂を封入する目的は、巻線コイル間の絶縁性を高めることと、巻線コイルで発生する熱を外部に伝達して放熱させるためである。樹脂としては、熱硬化性樹脂が用いられている。熱硬化性樹脂としては、不飽和ポリエステル、エポキシ樹脂等を使用している。これらの熱硬化性樹脂は、120℃〜150℃で硬化する。
成形するときの条件としては、樹脂の温度、注入圧力、注入速度、金型の温度バランス、上型と下型の離型タイミング、インサートするモータ等のワークの温度等をコントロールしている。
A first example of a method according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
First, a resin sealing process in which a stator coil around which a winding coil is wound in a motor manufacturing process is sealed by injecting resin into the winding coil by insert molding will be described. The purpose of encapsulating the resin in the winding coil is to increase the insulation between the winding coils and to transmit the heat generated by the winding coils to the outside for heat dissipation. As the resin, a thermosetting resin is used. As the thermosetting resin, unsaturated polyester, epoxy resin or the like is used. These thermosetting resins are cured at 120 ° C to 150 ° C.
As conditions for molding, resin temperature, injection pressure, injection speed, mold temperature balance, mold release timing of upper mold and lower mold, temperature of workpiece such as motor to be inserted, and the like are controlled.
図1に、樹脂封止工程で使用する成形機の概略構成を示す。成形機は大きく分けて、金型装置2と樹脂注入装置1とより構成されている。
金型装置2の構成を説明する。ベース盤18上に下型盤11が搭載されている。また、ベース盤には、複数本のタイバー12が立設されている。タイバー12には、上型盤15が設置されている。上型盤15には、油圧シリンダ14が固設されている。金型は、上型17と下型16から構成されている。油圧シリンダ14は、上型17を上下に移動させ、上型17を下型16と密着または離間させることにより、金型の開閉を行う。
図示しないコイル線が巻かれた固定子コイルを、上型17と下型16とが開いた状態のときに型内に装着し、その後、油圧シリンダ14により上型17を下型16に対して密着させ押圧する。このようにして、固定子コイルをインサートした状態で、金型内に熱硬化性樹脂を注入する。金型キャビティ内の空間、及びコイル線間に熱硬化性樹脂が充填される。そして、金型を加熱することにより、充填された熱硬化性樹脂が加熱され硬化され、コイル線の中に樹脂が注入された状態で封止される。
FIG. 1 shows a schematic configuration of a molding machine used in the resin sealing process. The molding machine is roughly divided into a
The configuration of the
A stator coil wound with a coil wire (not shown) is mounted in the mold when the
図2に、金型装置に熱硬化性樹脂を注入するための樹脂注入装置1を示す。中空形状のシリンダ22の中空部にらせん状のスクリュ21が内蔵されている。シリンダ22の中空先端部23は、金型装置2の金型内に接続している。スクリュ21の右端には、ピストン25が取り付けられている。ピストン25は、油圧シリンダ26の中空部に内蔵されている。シリンダ22の途中に、熱硬化性樹脂をシリンダ22内に充填するための充填口27が開口している。充填口27の内径には、熱硬化性樹脂をシリンダ22内に圧入するためのスタッフィング28が移動可能に嵌合されている。
シリンダ22の外周は、図示しないウォータージャケットにより取り囲まれ、ウォータージャケット内を流れる温水により、熱硬化性樹脂の温度は50℃±3℃に保たれている。熱硬化性樹脂を、50℃に加熱している理由は、熱硬化性樹脂が硬化しない範囲で加熱することにより、金型から熱を得て硬化するときの効率を高めるためである。
FIG. 2 shows a
The outer periphery of the
図2が樹脂を計量した状態を示し、図3が樹脂を金型装置2に対して射出した状態を示し、図4が成形終了時の状態を示している。
図2のスクリュ21が図中左端にあるときに、充填口27に熱硬化性樹脂24を満タンとして、スタッフィング28により、熱硬化性樹脂24を700〜900cc程度の所定量をシリンダ22内に充填する。このとき、スクリュ21はフリーな状態であり、熱硬化性樹脂24がシリンダ22内に充填されると、スクリュの作用により右方向に移動し、図2に示す位置まで来る。このとき、熱硬化性樹脂24には、スタッフィング28による押圧力、及びスクリュ21の背圧により、圧力がかかった状態である。シリンダ22内の熱硬化性樹脂24は、ウォータージャケット内を流れる温水により、50℃±3℃に制御されている。
2 shows a state in which the resin is weighed, FIG. 3 shows a state in which the resin is injected into the
When the
次に、油圧シリンダ26に油圧をかけることにより、ピストン25及びスクリュ21を回転しない状態で押して左方向に図3に示す位置まで移動させる。これにより、熱硬化性樹脂24が金型装置2の上型17と下型16とで形成された金型空間内に注入される。
金型内への熱硬化性樹脂24の注入圧力、及び注入速度は、熱硬化性樹脂24の熱硬化状態を決定する大きな要因であり、共に管理されている。図10に油圧シリンダ26による注入圧力変化を示す。横軸が時間であり、縦軸が油圧シリンダ26にかけら圧力である。始め急速に圧力がP1まで上昇され、その後、圧力を低下させて一定圧P2として制御され、時間Tで注入を終了させている。
成形機への熱硬化性樹脂24の注入が終了すると、スクリュ21を回転しない状態で右方向に移動させ、スタッフィング28を少し上昇させることにより、熱硬化性樹脂にかかっていた圧力を低下させる。すなわち、スクリュ21と熱硬化性樹脂24との間に空間が形成される。また、スタッフィング28と熱硬化性樹脂24との間に空間が形成される。
Next, by applying hydraulic pressure to the
The injection pressure and injection speed of the
When the injection of the
上型17と下型16との拡大図を図5に示す。固定子コア3にコイル線4が巻かれた固定子が上型17と下型16とで形成された成形空間にインサートされている。成形空間には、注入口17aが連通している。成形空間の四隅の位置の金型に、歪ケージからなる圧力センサ5が埋め込まれている。すなわち、金型に形成された溝の中に圧力センサ5を装着している。圧力センサ5の検出面が、周囲の金型の表面と同じ高さになるように装着されており、無駄な隙間は存在していない。
上型17と下型16には、圧力センサ5の取り付け箇所近傍を含めて、十数か所に温度線センサ32が埋め込まれて、金型各部の温度をリアルタイムで計測している。
また、下型16の下部には、真空通路16aが連通し、真空通路16aは、真空配管31を介して真空ポンプ30に接続している。真空通路16aには、真空圧センサ33が取り付けられている。
真空ポンプ30は、熱硬化性樹脂を金型内に注入するときに、樹脂がスムーズに流れるように、金型内を所定の真空状態に制御している。
An enlarged view of the
In the
Further, a
The
図6に、成形機の制御ブロック図を示す。マイクロコンピュータからなる成形制御装置31の入力側には、圧力センサ5、温度センサ32、真空圧センサ33、スクリュ油圧センサ34、及びスクリュストロークセンサ35が接続されている。また、成形制御装置31の出力側には、真空ポンプ30、スクリュ油圧ポンプ36、スクリュ冷温調器ヒータ37、金型ヒータ38、金型油圧シリンダ14、及びスタッフィング28が電気的に接続されている。
FIG. 6 shows a control block diagram of the molding machine. A
図7に、圧力センサ5が計測した実測値を示す。横軸が時間であり、縦軸が圧力を示している。時間軸に沿って、期間をA,B,C,Dに分けて説明する。
期間Aは、射出成形の開始により、熱硬化性樹脂が所定の圧力で金型内に注入される期間である。樹脂が物理的に注入されている段階であり、入熱が不十分なため、未だ化学反応が始まっていない状態である。そのため、期間Aにおいては、金型内に熱硬化性樹脂が充填されるに連れて、圧力値が上昇する。
次に、期間Bにおいては、熱硬化性樹脂が金型により加熱され、硬化反応(スチレンと高分子が結合する化学反応)を開始する。硬化反応に伴い、熱硬化性樹脂の硬化収縮が生じるため、圧力は低下する。硬化進行中、樹脂の流動性は低下する。
すなわち、熱硬化性樹脂自体は、液状、ゲル状、固体状を問わずに、加熱されると膨張する。そして、同時に液状状態から固体状に変化することにより、容積率として7〜8%程度収縮する。したがって、成形の全ての工程において、熱硬化性樹脂内においては、ミクロ的に観察すれば、膨張と収縮とが同時に発生しているのである。しかし、全体をマクロ的に観察すれば、熱膨張と硬化収縮との比較で、どちらが優勢であるかにより、全体が収縮するか、全体が膨張するかの状態にあると言える。
硬化開始後は、硬化収縮と熱膨張とが同時に生じるが、硬化開始当初からの期間Bにおいては、硬化収縮が支配的であり、型内圧力は徐々に下降する。
FIG. 7 shows actual measurement values measured by the
The period A is a period in which the thermosetting resin is injected into the mold at a predetermined pressure by the start of injection molding. This is the stage where the resin is physically injected, and since the heat input is insufficient, the chemical reaction has not yet started. Therefore, in period A, the pressure value increases as the mold is filled with the thermosetting resin.
Next, in the period B, the thermosetting resin is heated by the mold, and a curing reaction (chemical reaction in which styrene and a polymer are bonded) is started. As the curing reaction occurs, the shrinkage of the thermosetting resin occurs, so the pressure decreases. As the curing proceeds, the fluidity of the resin decreases.
That is, the thermosetting resin itself expands when heated regardless of whether it is liquid, gel, or solid. At the same time, by changing from a liquid state to a solid state, the volume ratio shrinks by about 7 to 8%. Therefore, in all the molding processes, in the thermosetting resin, if observed microscopically, expansion and contraction occur simultaneously. However, if the whole is observed macroscopically, it can be said that the whole shrinks or the whole expands depending on which is dominant in comparison between thermal expansion and cure shrinkage.
After the start of curing, curing shrinkage and thermal expansion occur simultaneously, but during the period B from the beginning of curing, the curing shrinkage is dominant, and the in-mold pressure gradually decreases.
次に、化学反応がほぼ終了し、さらに入熱が進行すると、硬化がほぼ完了する変極点E
を境として、入熱による熱膨張が支配的になり、型内圧力は上昇に転じる。この期間は、硬化を定着安定化させる意味がある。かつ、ひけを無くす効果もある。
型内圧力が下降から上昇へと転じる変極点Eは、完全な熱硬化完了時点と正確に対応したものではないが、熱硬化性樹脂の熱硬化状態を正確に反映している。
また、検出値自体の絶対精度が高くなくても、検出値の変化、すなわち、検出値が減少から増加に変化する変極点タイミングは比較的容易かつ正確に把握できるため、簡単かつ正確に熱硬化状態を把握することができる
最後に、期間Dにおいては、金型が離型されるため、圧力は一挙に大気圧まで低下する。
Next, when the chemical reaction is almost completed and the heat input further proceeds, the inflection point E where the curing is almost completed.
At the boundary, thermal expansion due to heat input becomes dominant, and the pressure inside the mold starts to rise. This period has a meaning of fixing and stabilizing the curing. It also has the effect of eliminating sink marks.
The inflection point E at which the pressure inside the mold changes from lowering to rising does not accurately correspond to the complete thermosetting completion point, but accurately reflects the thermosetting state of the thermosetting resin.
Even if the absolute accuracy of the detected value itself is not high, the change in the detected value, that is, the inflection point timing at which the detected value changes from decreasing to increasing, can be grasped relatively easily and accurately. The state can be grasped. Finally, in the period D, since the mold is released, the pressure is reduced to the atmospheric pressure all at once.
金型温度を155℃±5℃に制御し、樹脂温度を50℃±3℃に制御し、ワーク温度を130℃±5℃に制御し、スクリュ油圧ポンプ36の油圧を約5MPaに制御して、同一条件で、60回成形試験を行った。本実験では、金型温度を、温度が低いと推定される金型の8個所で計測している。金型温度は、計測箇所によりバラツキがある。本実験では、155℃±5℃に制御しているのは、8箇所のうち、最も低い温度の箇所である。温度の最も低い箇所において、熱硬化が遅れるため、硬化した樹脂内に残留応力が残り、耐クラック性が低下すると考えられるからである。
熱硬化性樹脂注入開始から変極点までの時間(図7における A+B)を、熱硬化時間と定義する。熱硬化時間のデータを図8に示す。横軸は、60回の実験の回数を示し、縦軸は熱硬化時間を秒で表している。
熱硬化時間の平均値は、91秒であり、標準偏差σの3倍値である3σ=16秒であった。この値を考慮して、熱硬化時間の規格値を、90秒±18秒と定めた。これが、所定の範囲である。全てのデータは、成形制御装置31に記憶されており、また、所定範囲の計算も、成形制御装置31が行い、数値を記憶している。
この所定の範囲は、熱硬化性樹脂の成分変更、金型の変更、ワークの形状変更等、少しでも成形条件に変更があった場合には、再度実験により決定されるべきものである。
The mold temperature is controlled to 155 ° C ± 5 ° C, the resin temperature is controlled to 50 ° C ± 3 ° C, the workpiece temperature is controlled to 130 ° C ± 5 ° C, and the hydraulic pressure of the screw hydraulic pump 36 is controlled to about 5 MPa. The molding test was performed 60 times under the same conditions. In this experiment, the mold temperature is measured at eight locations on the mold where the temperature is estimated to be low. The mold temperature varies depending on the measurement location. In this experiment, the temperature of 155 ° C. ± 5 ° C. is controlled at the lowest temperature among the eight locations. This is because thermosetting is delayed at the lowest temperature, so that residual stress remains in the cured resin and crack resistance is considered to deteriorate.
The time from the start of thermosetting resin injection to the turning point (A + B in FIG. 7) is defined as the thermosetting time. The data of the heat curing time is shown in FIG. The horizontal axis represents the number of 60 experiments, and the vertical axis represents the thermosetting time in seconds.
The average value of the heat curing time was 91 seconds, and 3σ = 16 seconds, which is three times the standard deviation σ. In consideration of this value, the standard value of the thermosetting time was determined to be 90 seconds ± 18 seconds. This is a predetermined range. All the data is stored in the
This predetermined range should be determined by experiment again if there is any change in molding conditions, such as thermosetting resin component change, mold change, or workpiece shape change.
熱硬化時間が90+18=118秒を越えることは、例えば、金型の最も低い温度の箇所で熱硬化性樹脂の熱硬化が遅れるため、早く硬化した樹脂との間で内部応力が残留し、最悪の場合には、クラックが発生してしまうからである。
また、熱硬化時間が90−18=72秒を下回ることは、金型の最も高い温度の箇所で熱硬化性樹脂の熱硬化が早すぎるため、遅く硬化した樹脂との間で内部応力が残留し、最悪の場合には、クラックが発生してしまうからである。しかし、一般的には、金型温度が局所的に高くなる場合より、局所的に低くなるケースが多い。む
目に見えるクラックが発生しない場合でも、耐久性が低下し長時間使用するとクラックが発生する可能性が高くなる。クラックが発生すると、モータのコイル線付近まで水分が浸入する可能性があり、絶縁状態が悪くなる問題が生じるからである。
If the thermosetting time exceeds 90 + 18 = 118 seconds, for example, since thermosetting of the thermosetting resin is delayed at the location of the lowest temperature of the mold, internal stress remains with the resin that has been cured quickly, and the worst case occurs. In this case, cracks are generated.
Moreover, if the thermosetting time is less than 90-18 = 72 seconds, the thermosetting resin is too fast to cure at the highest temperature part of the mold, so that internal stress remains between the resin that has been cured slowly. In the worst case, cracks are generated. However, in general, there are many cases where the mold temperature is locally lower than when the mold temperature is locally increased. Even if there are no visible cracks, the durability decreases and the possibility of cracks increases when used for a long time. This is because when cracks occur, moisture may enter the vicinity of the coil wire of the motor, resulting in a problem of poor insulation.
図9に、金型の制御温度を低下させた場合に、圧力センサ5が計測した実測値を示す。実線S1が金型温度を155℃に制御した場合を示し、一点鎖線S2が金型温度を150℃に制御した場合を示し、点線S3が金型温度を145℃に制御した場合を示している。
また、H1は、実線S1(金型温度155℃)における変極点を示し、H2は、一点鎖線S2(金型温度150℃)における変極点を示し、H3は、点線S3(金型温度145℃)における変極点を示している。実線S1(金型温度155℃)における熱硬化時間は、約97℃であり、一点鎖線S2(金型温度150℃)における熱硬化時間は、約103℃であり、点線S3(金型温度145℃)における熱硬化時間は、約112℃である。
金型温度を低下させると変極点が遅くなり、熱硬化時間が長くなることがわかる。金型温度155℃、150℃、145℃の実験で得た成形品に対して、冷熱試験を行った。冷熱試験は、成形品温度を150℃と−40℃とで200回程、サイクル的に変化させたときのクラックの発生の有無を検査する方法である。大きな内部応力が残留している場合には、クラックが発生する。今回は、3つの成形品のいずれもクラックが発生することがなかった。これにより、熱硬化時間が118秒以下であれば、耐クラック性で問題が無いことを確認した。
FIG. 9 shows measured values measured by the
H1 represents the inflection point on the solid line S1 (mold temperature 155 ° C.), H2 represents the inflection point on the alternate long and short dash line S2 (mold temperature 150 ° C.), and H3 represents the dotted line S3 (mold temperature 145 ° C.). The inflection point is shown. The thermal curing time at the solid line S1 (mold temperature 155 ° C.) is about 97 ° C., the thermal curing time at the one-dot chain line S2 (mold temperature 150 ° C.) is about 103 ° C., and the dotted line S3 (mold temperature 145). C.) is about 112 ° C.
It can be seen that when the mold temperature is lowered, the inflection point becomes slow and the heat curing time becomes long. A cold test was performed on the molded product obtained in the experiments at a mold temperature of 155 ° C, 150 ° C, and 145 ° C. The cold test is a method of inspecting the presence or absence of cracks when the temperature of the molded product is changed cyclically at 150 ° C. and −40 ° C. about 200 times. If large internal stress remains, cracks occur. This time, no cracks occurred in any of the three molded products. As a result, it was confirmed that there was no problem in crack resistance when the thermosetting time was 118 seconds or less.
以上詳細に説明したように、本実施例の樹脂封止方法によれば、硬化収縮を伴う熱硬化性樹脂を金型に注入して、ワークを樹脂封止する樹脂封止方法において、圧力センサ5により金型内の樹脂圧力を計測し、樹脂圧力が下降から上昇に転ずる変極点Eを決定し、変極点Eを熱硬化性樹脂の熱硬化状態の指標とするので、熱硬化性樹脂の品質状態、特に耐クラック性を容易かつ正確に管理することができる。すなわち、型内圧力が下降から上昇へと転じる変極点は、完全な熱硬化完了時点と正確に対応したものではないが、熱硬化性樹脂の熱硬化状態を正確に反映しているので、樹脂封止方法における指標として優れている。
また、検出値自体の絶対精度が高くなくても、検出値の変化、すなわち、検出値が減少から増加に変化する変極点タイミングは比較的容易かつ正確に把握できる点、極めて実用的である。
As described above in detail, according to the resin sealing method of the present embodiment, in the resin sealing method of injecting a thermosetting resin with curing shrinkage into a mold and sealing the workpiece, the
Further, even if the absolute accuracy of the detected value itself is not high, it is extremely practical in that the change of the detected value, that is, the inflection point timing at which the detected value changes from decreasing to increasing can be grasped relatively easily and accurately.
また、本実施例の樹脂封止方法によれば、金型への熱硬化性樹脂注入開始から変極点Eまでの時間を熱硬化時間とし、熱硬化時間を熱硬化性樹脂の熱硬化状態の指標としているので、工程における管理の利便性を高くすることができる。
また、熱硬化時間が、予め定められた所定範囲内にあるか否かにより、成形品の良否を決定しているので、さらに利便性を高めることができる。また、成形機の管理において、リアルタイムで判断可能なため、品質の安定性を高めることができる。
熱硬化時間が所定範囲内にないときには、その成形品を再度試験することが行われている。そして、決められている所定範囲が狭すぎる場合には、その範囲を変更することを検討することができる。
熱硬化状態の異常を検出するのみでなく、熱硬化性樹脂の射出注入不良により注入時間が長くなったときも、熱硬化時間が所定範囲から外れるため、検出することができる利点がある。
In addition, according to the resin sealing method of this example, the time from the start of injection of the thermosetting resin into the mold to the inflection point E is set as the thermosetting time, and the thermosetting time is set in the thermosetting state of the thermosetting resin. Since the index is used, the convenience of management in the process can be increased.
Moreover, since the quality of the molded product is determined depending on whether the thermosetting time is within a predetermined range, it is possible to further improve convenience. Moreover, since the determination of the molding machine can be made in real time, the stability of quality can be improved.
When the thermosetting time is not within a predetermined range, the molded product is tested again. If the predetermined range is too narrow, it can be considered to change the range.
In addition to detecting abnormalities in the thermosetting state, there is an advantage that when the injection time becomes longer due to injection injection failure of the thermosetting resin, the thermosetting time is out of the predetermined range, so that it can be detected.
また、本実施例の樹脂封止方法によれば、樹脂圧力を計測する圧力センサが、金型内に形成された溝に埋め込まれており、圧力センサ5の表面が、金型の表面と同じ高さに位置するので、特許文献2に開示された従来技術が、圧力センサ5の検出部に空間を設ける必要があるのに対して、全く隙間を必要としないため、発泡剤を入れて成形品の寸法精度を上げる必要のある成形品に対しても、問題なく利用することができる。
また、圧力センサ5を、金型の温度が最も低い箇所に設置しているので、金型の全体において、最も熱硬化時間が長い箇所に対応させているため、安定して熱硬化反応を行わせることができる。さらに、金型のうち最も高い温度になる箇所に圧力センサを設置して、熱硬化時間が所定範囲より短くなる場合をチェックしても良い。
Further, according to the resin sealing method of the present embodiment, the pressure sensor for measuring the resin pressure is embedded in the groove formed in the mold, and the surface of the
In addition, since the
本実施例の樹脂封止方法により製造されたモータは、硬化された樹脂内に残留する内部応力が小さいので、クラックが発生する可能性が低く、耐クラック性を向上させることができるため、品質の安定したモータを提供することができる。 The motor manufactured by the resin sealing method of the present embodiment has a low internal stress remaining in the cured resin, so the possibility of cracking is low and the crack resistance can be improved. A stable motor can be provided.
なお、この発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜変更することにより実施することもできる。
例えば、本実施例では、変極点を指標として利用するのに、金型装置への熱硬化性樹脂の注入開始から変極点までの時間である熱硬化時間を用いているが、変極点のタイミングを別な基準点、例えば圧力が降下し始める変極点から計測しても同様である。
また、本実施例では、熱硬化時間を「期間A+B」で定義したが、熱硬化時間を「B」で定義しても、マクロ的に観察すれば、熱硬化が開始するのは、樹脂圧力が上昇から下降に転じる時点からであるから、熱硬化時間そのものを、より正確に把握して、対応できる利点がある。
In addition, this invention is not limited to each said embodiment, It can also implement by changing a part of structure suitably in the range which does not deviate from the meaning of invention.
For example, in this embodiment, in order to use the inflection point as an index, a thermosetting time which is a time from the start of injection of the thermosetting resin into the mold apparatus to the inflection point is used. This is the same even if the measurement is performed from another reference point, for example, an inflection point at which the pressure starts to drop.
In this example, the thermosetting time is defined as “period A + B”. However, even if the thermosetting time is defined as “B”, the thermosetting starts when the macroscopic observation is performed. Since it is from the time when the temperature changes from rising to falling, there is an advantage that the thermosetting time itself can be grasped more accurately and dealt with.
1 樹脂注入装置
2 金型装置
5 圧力センサ
16 下型
17 上型
31 成形制御装置
DESCRIPTION OF
Claims (7)
金型内の樹脂圧力を計測し、前記樹脂圧力が下降から上昇に転ずる変極点を決定し、前記変極点を前記熱硬化性樹脂の熱硬化状態の指標とすることを特徴とする樹脂封止方法。 In a resin sealing method in which a thermosetting resin with curing shrinkage is injected into a mold and a workpiece is resin sealed,
Resin sealing characterized by measuring resin pressure in a mold, determining an inflection point at which the resin pressure changes from falling to rising, and using the inflection point as an index of a thermosetting state of the thermosetting resin Method.
前記金型への前記熱硬化性樹脂注入開始から前記変極点までの時間を熱硬化時間と定義し、前記熱硬化時間を前記熱硬化性樹脂の熱硬化状態の指標とすることを特徴とする樹脂封止方法。 In the resin sealing method according to claim 1,
The time from the start of injection of the thermosetting resin into the mold to the inflection point is defined as a thermosetting time, and the thermosetting time is used as an index of the thermosetting state of the thermosetting resin. Resin sealing method.
前記金型への前記熱硬化性樹脂注入後、前記樹脂圧力が上昇から下降に転ずる時点から前記変極点までの時間を熱硬化時間と定義し、前記熱硬化時間を前記熱硬化性樹脂の熱硬化状態の指標とすることを特徴とする樹脂封止方法。 In the resin sealing method according to claim 1,
After the injection of the thermosetting resin into the mold, the time from the time when the resin pressure changes from rising to falling to the inflection point is defined as the thermosetting time, and the thermosetting time is defined as the heat of the thermosetting resin. A resin sealing method characterized by being an indicator of a cured state.
前記熱硬化時間が、予め定められた所定範囲内にあるか否かにより、成形品の良否を決定することを特徴とする樹脂封止方法。 In the resin sealing method according to claim 2 or claim 3,
A resin sealing method, wherein the quality of a molded product is determined depending on whether the thermosetting time is within a predetermined range.
前記樹脂圧力を計測する圧力センサが、金型内に形成された溝に埋め込まれており、前記圧力センサの表面が、前記金型の表面と同じ高さに位置することを特徴とする樹脂封止方法。 In any one of the resin sealing methods as described in Claim 1 thru | or 4,
The pressure sensor for measuring the resin pressure is embedded in a groove formed in a mold, and the surface of the pressure sensor is located at the same height as the surface of the mold. Stop method.
前記圧力センサを、前記金型の温度が最も低い箇所に設置したことを特徴とする樹脂封止方法。 In any one of the resin sealing methods as described in Claim 1 thru | or 5,
A resin sealing method, wherein the pressure sensor is installed at a place where the temperature of the mold is the lowest.
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