JP3367907B2 - 熱硬化性樹脂の注型方法 - Google Patents

熱硬化性樹脂の注型方法

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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方
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】発明の目的は、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
方法を提供することであ
【0016】
【課題を解決するための手段】求項1に記載の発明
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。
【0017】請求項1に記載の発明によると、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ことができる
【0018】請求項2に記載の発明は、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
【0019】請求項2に記載の発明によると、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ことができる
【0020】
【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。
【0021】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。
【0022】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。
【0023】図1は、本発明に係る注型装置の断面図、
2は、図1回転容積形一軸偏心ねじポンプの拡大詳
細図である。
【0024】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。
【0025】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。
【0026】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。
【0027】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。
【0028】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。
【0029】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。
【0030】(実施例2) 図3は、本発明に係る他の注型装置のブロック図であ
。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2
B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,
1B,1Cの吸込側が接続されている。
【0031】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。
【0032】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。
【0033】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。
【0034】(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。
【0035】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。
【0036】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。
【0037】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。
【0038】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。
【0039】(実施例3)さらに、 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。
【0040】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。
【0041】(実施例4) 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
【0042】
【発明の効果】以上説明したように、請求項1に記載の
発明によると、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。
【0043】また、請求項2に記載の発明によると、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 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 (56)参考文献 特開 平8−53562(JP,A) 特開 昭57−4718(JP,A) 特開 平10−202674(JP,A) 特開 平2−219702(JP,A) 特開 平10−77974(JP,A) 特開 平4−189703(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B29C 39/00 - 39/44

Claims (2)

    (57)【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
  2. 【請求項2】 複数液混合形の注型樹脂の混合液を回転
    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
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CN104002447B (zh) * 2014-05-15 2015-10-28 华南理工大学 一种偏心转子体积脉动形变塑化输运方法及装置
CN107521015A (zh) * 2017-08-10 2017-12-29 南方电网科学研究院有限责任公司 支撑绝缘子的制作方法及制作装置

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