JP2011025530A - 樹脂注型金型 - Google Patents

Abstract

【課題】注入溝から注入される低温の熱硬化性樹脂を所定の高温まで昇温させ、キャビティー内に充填する樹脂注型金型を得る。
【解決手段】金型１ａの合せ面に彫られた所定形状の硬化物を得る複数のキャビティー２ａ、２ｂと、複数のキャビティー２ａ、２ｂ内に熱硬化性樹脂を充填する注入口とを備え、注入口を、金型１ａの側面に設けた注入溝３ａと、注入溝３ａから分岐した第１の分岐溝４ａ、４ｂと、第１の分岐溝４ａ、４ｂに連接されるとともに、キャビティー２ａ、２ｂに繋がった第２の分岐溝５ａ、５ｂとで構成し、第２の分岐溝５ａ、５ｂよりも第１の分岐溝４ａ、４ｂの容積を大きくしたことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を加熱硬化させて硬化物を得る樹脂注型金型に係り、特に、注入口から充填される樹脂温度を所定の温度まで加熱し得る樹脂注型金型に関する。

従来、樹脂注型金型には、所定形状の硬化物を得るため、複数のキャビティーが彫られている。複数のキャビティー内には、樹脂注型金型の側面に設けられた注入溝から分岐溝を介してエポキシ樹脂のような熱硬化性樹脂が充填される。充填前のエポキシ樹脂は、ポットライフを確保するため、４０〜７０℃の低温で保温され、また、樹脂注型金型では、数十分の短時間で硬化物を得るため、金型温度が１２０〜１５０℃の高温に設定され、加熱硬化が行われる（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００５−２８７６０号公報 （第４〜５ページ、図１）

上記の従来の樹脂注型金型においては、次のような問題がある。低温に保温されたエポキシ樹脂は、注入溝から分岐溝を通過する間に加熱され、キャビティー内に充填される。しかしながら、キャビティー内に充填される樹脂温度は、時間経過に伴って異なってくる。即ち、充填直後では樹脂注型金型からの熱を受けて所定の温度まで加熱されるものの、充填が進むにつれて注入溝部分では熱が奪われて金型温度が低下し、所定の温度に達し難くなる。

このため、キャビティー内では、温度分布の異なった状態で加熱反応を起こすことになる。この状態で加熱硬化が進むと、充填直後の部分と充填完了時の部分とでは硬化状態が異なり、残留応力が発生し易くなる。硬化物に大きな残留応力が残ると、曲げ強度などの機械的特性を低下させる。このため、注入溝から分岐溝に達するまでの間に充分に加熱でき、キャビティー内への充填時には最初から最後までが所定の温度に達するものが望まれていた。

本発明は上記問題を解決するためになされたもので、注入溝からキャビティー内に充填される熱硬化性樹脂を所定の温度まで加熱し得る樹脂注型金型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、本発明の樹脂注型金型は、金型の合せ面に彫られた所定形状の硬化物を得る複数のキャビティーと、前記複数のキャビティー内に熱硬化性樹脂を充填する注入口とを備え、前記注入口を、前記金型の側面に設けた注入溝と、前記注入溝から分岐した第１の分岐溝と、前記第１の分岐溝に連接されるとともに、前記キャビティーに繋がった第２の分岐溝とで構成し、前記第２の分岐溝よりも前記第１の分岐溝の容積を大きくしたことを特徴とする。

本発明によれば、注入溝に連接された第１の分岐溝の容積をキャビティーに連接された第２の分岐溝よりも大きくしているので、熱硬化性樹脂は二段階で加熱され、充填直後から完了まで所定の温度に達したものをキャビティー内に充填することができる。

本発明の実施例１に係る樹脂注型金型の構成を示す正面図。 本発明の実施例１に係る樹脂注型金型の構成を示す側面図。 本発明の実施例１に係る樹脂注型金型による樹脂温度の変化を説明する図。 本発明の実施例２に係る樹脂注型金型の構成を示す拡大正面図。 本発明の実施例３に係る樹脂注型金型の構成を示す拡大正面図。

注入溝に連接された第１の分岐溝内で低温にて保温された熱硬化性樹脂を一旦留めて加熱し、キャビティーに繋がった第２の分岐溝で更に加熱し、所定の温度に達した熱硬化性樹脂をキャビティー内に充填するものである。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に係る樹脂注型金型を図１〜図３を参照して説明する。図１は、本発明の実施例１に係る樹脂注型金型の構成を示す正面図、図２は、本発明の実施例１に係る樹脂注型金型の構成を示す側面図、図３は、本発明の実施例１に係る樹脂注型金型による樹脂温度の変化を説明する図である。なお、図１は、二分割された樹脂注型金型の一方の金型の合わせ面を示す。

図１に示すように、一方の金型１ａの略中央部には、所定形状の硬化物を得る複数のキャビティー２ａ、２ｂが離間して彫られている。金型１ａの図示下部の側面には、エポキシ樹脂のような熱硬化性樹脂を充填する断面半円状の注入溝３ａが図示上下方向に設けられている。注入溝３ａ端には、この注入溝３ａを境として、図示右方向に断面半円状の第１の分岐溝４ａが連接されている。第１の分岐溝４ａ端には、一方のキャビティー２ａに繋がった断面半円状の第２の分岐溝５ａが連接されている。

一方のキャビティー２ａの図示上部には、スリット状の第１の排気溝６ａが設けられ、断面半円状の樹脂溜り７ａに繋がっている。樹脂溜り７ａの図示上部には、スリット状の第２の排気溝８ａが設けられ、金型１ａ外に繋がっている。

注入溝３ａを境とした図示左方向には、図示右方向と同様に、第１の分岐溝４ｂ、および第２の分岐溝５ｂが連接され、他方のキャビティー２ｂに繋がっている。他方のキャビティー２ｂの図示上部には、第１の排気溝６ｂが設けられ、樹脂溜り７ｂと第２の排気溝８ｂを介して金型１ａ外に繋がっている。なお、注入溝３ａの中心を境として、図示左右は、対称配置となっている。

そして、図２に示すように、一方の金型１ａと他方の金型１ｂを合わせると、注入溝３ａは断面半円状が合わさって断面円状となり、第１の分岐溝４ａ、４ｂも断面円状となる。第２の分岐溝５ａ、５ｂは、一方の金型１ａのみに設けられており、断面半円状のままである。なお、第１、第２の排気溝６ａ、６ｂ、８ａ、８ｂは断面矩形状となり、樹脂溜り７ａ、７ｂは断面円状となる。

ここで、例えば、一方と他方の金型１ａ、１ｂを合わせたときの注入溝３ａは、直径２ｃｍ−長さ５ｃｍ、第１の分岐溝４ａ、４ｂは、それぞれ直径２ｃｍ−長さ２０ｃｍ、第２の分岐溝５ａ、５ｂは、それぞれ半円が直径１ｃｍ−長さ５ｃｍとなっている。即ち、第２の分岐溝５ａ、５ｂに対し、第１の分岐溝４ａ、４ｂの容積は約３０倍となっている。この場合、第１の分岐溝４ａ、４ｂの長さを第２の分岐溝５ａ、５ｂよりも長くして容積を大きくすれば、熱伝導の単位面積が増し、エポキシ樹脂を加熱する効率を向上させることができる。

次に、キャビティー２ａ、２ｂ内にエポキシ樹脂を充填するときの樹脂温度の変化を図３を参照して説明する。なお、一方のキャビティー２ａを用いて説明する。

エポキシ樹脂は、４０〜７０℃の所定の低温Ｔ１に保温されており、金型１ａ、１ｂは、１２０〜１５０℃の所定の高温Ｔ２に加熱されている。この状態で、注入溝３ａから図示しない加圧装置で液状のエポキシ樹脂を加圧して時間ｔ０に注入すると、樹脂温度は、緩やかに上昇し、時間ｔ１に第１の分岐溝４ａに達する。第１の分岐溝４ａでは、容積が大きいので、全体が充填されるまでに数分を要し、一旦、樹脂が留まる。樹脂温度は、短時間で急激に上昇するものの、時間経過とともに上昇率が低下する特性となる。時間ｔ２では、温度Ｔ２に僅かに達しない。

第１の分岐溝４ａが充填されると、第２の分岐溝５ａにエポキシ樹脂が充填され、時間ｔ３にキャビティー２ａ内への充填が始まる。樹脂温度は、更に加熱され、時間ｔ３では、ほぼ温度Ｔ２に達する。第２の分岐溝５ａでは、断面半円状となっているので、断面円状と比べて、エポキシ樹脂が接する表面積が大きく、短時間で樹脂全体を満遍なく温度Ｔ２に加熱することができる。

即ち、第１の分岐溝４ａでエポキシ樹脂全体を大まかに加熱し、第２の分岐溝５ａでほぼ温度Ｔ２まで加熱して、キャビティー２ａ内に充填するものである。注入溝３ａの部分においては、外気に曝され、また、エポキシ樹脂の充填時に急激に温度が奪われるので、樹脂温度を所定値に加熱する効果は期待できない。しかしながら、第１の分岐溝４ａに、一旦、樹脂を留めて加熱し、第２の分岐溝５ａで更に加熱する二段階で加熱することにより、キャビティー２ａ内に充填される樹脂温度を、充填直後から充填完了時まで制御することができる。

ここで、注入溝３ａ、第１の分岐溝４ａ、第２の分岐溝５ａをキャビティー２ａに熱硬化性樹脂を充填する注入口と定義する。キャビティー２ｂ側では、注入口３ａ、第１の分岐溝４ｂ、第２の分岐溝５ｂが注入口となる。

なお、キャビティー２ａ内にエポキシ樹脂が充填され始めると、第１の排気溝６ａから残留空気が排気される。キャビティー２ａ内が充填されると、流動状態のエポキシ樹脂は樹脂溜り７ａに達し、更に第２の排気溝８ａにも流れ込むようになる。しかしながら、第１の排気溝６ａや第２の排気溝８ａでは、ゲル化が急速に始まり、流れが止まるようになる。流れが止まると、キャビティー２ａ内が加圧され、数十分の所定時間保持すれば、硬化物を得ることができる。

キャビティー２ａ内においては、充填時の温度がほぼ温度Ｔ２に達し、ゲル化時の温度分布が良好となるので、残留応力の少ないものとなる。離型して取出した硬化物は、必要により二次加熱硬化される。

上記実施例１の樹脂注型金型によれば、注入溝３ａに連接された第１の分岐溝４ａ、４ｂの容積を、キャビティー２ａ、２ｂに連接された第２の分岐溝５ａ、５ｂよりも大きくしているので、低温で保温されたエポキシ樹脂が第１の分岐溝４ａ、４ｂに一旦留まって加熱され、第２の分岐溝５ａ、５ｂで更に加熱され、所定の樹脂温度に達したものをキャビティー２ａ、２ｂ内に充填することができ、温度分布が良好で、残留応力の少ない硬化物を得ることができる。

次に、本発明の実施例２に係る樹脂注型金型を図４を参照して説明する。図４は、本発明の実施例２に係る樹脂注型金型の構成を示す拡大正面図である。なお、この実施例２が実施例１と異なる点は、注入溝の大きさである。図４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。また、一方の金型を用いて説明する。

図４に示すように、断面半円状の注入溝３ａの直径を第１の分岐溝４ａ、４ｂよりも大きくしている。即ち、注入溝３ａの断面積を大きくしている。

これにより、エポキシ樹脂を短時間で第１の分岐溝４ａ、４ｂに到達させることができ、第１の分岐溝４ａ、４ｂで所定温度まで加熱することができる。実施例１の図３に示したように、エポキシ樹脂の温度上昇特性は、最初に急激に上昇し、その後、上昇率が低下する傾向を示す。このため、低温のエポキシ樹脂を短時間で第１の分岐溝４ａ、４ｂに充填することにより、二段階での加熱のうちの一段階目の大まかな加熱を早く行うことができる。

上記実施例２の樹脂注型金型によれば、実施例１と同様の効果を得ることができるほかに、エポキシ樹脂の加熱を短時間とすることができる。

次に、本発明の実施例３に係る樹脂注型金型を図５を参照して説明する。図５は、本発明の実施例３に係る樹脂注型金型の構成を示す拡大正面図である。なお、この実施例３が実施例２と異なる点は、第２の分岐溝端を狭くしたことである。図５において、実施例２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５に示すように、第２の分岐溝５ａ、５ｂがキャビティー２ａ、２ｂに連接する部分の第２の分岐溝５ａ、５ｂ端に、断面三角状の環状の突起部９ａ、９ｂを設けている。

これにより、第２の分岐溝５ａ、５ｂ内でエポキシ樹脂が硬化したときには、突起部９ａ、９ｂが細径となり、キャビティー２ａ、２ｂ内で硬化した硬化物との切離しを容易とすることができる。切離し後には、第２の分岐溝５ａ、５ｂ側を表面仕上げするバリ取り作業をするが、この作業が容易となる。

上記実施例３の樹脂注型金型によれば、実施例２と同様の効果を得ることができるほかに、硬化物の表面仕上げ作業を容易とすることができる。

１ａ、１ｂ 金型
２ａ、２ｂ キャビティー
３ａ 注入溝
４ａ、４ｂ 第１の分岐溝
５ａ、５ｂ 第２の分岐溝
６ａ、６ｂ 第１の排気溝
７ａ、７ｂ 樹脂溜り
８ａ、８ｂ 第２の排気溝
９ａ、９ｂ 突起部

Claims (5)

1. 金型の合せ面に彫られた所定形状の硬化物を得る複数のキャビティーと、
   前記複数のキャビティー内に熱硬化性樹脂を充填する注入口とを備え、
   前記注入口を、前記金型の側面に設けた注入溝と、
   前記注入溝から分岐した第１の分岐溝と、
   前記第１の分岐溝に連接されるとともに、前記キャビティーに繋がった第２の分岐溝とで構成し、
   前記第２の分岐溝よりも前記第１の分岐溝の容積を大きくしたことを特徴とする樹脂注型金型。
2. 前記第１の分岐溝の長さを前記第２の分岐溝よりも長くしたことを特徴とする請求項１に記載の樹脂注型金型。
3. 前記注入溝の断面積を前記第１の分岐溝よりも大きくしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の樹脂注型金型。
4. 前記注入溝および前記第１の分岐溝を一方と他方の金型の合せ面に設け、前記第２の分岐溝を前記一方の金型に設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の樹脂注型金型。
5. 前記キャビティーに繋がる前記第２の分岐溝端に突起部を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の樹脂注型金型。

Images