JP4097879B2 - 注型装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばガス絶縁開閉装置等の電力機器に用いる絶縁スペーサ、ブッシング、樹脂モールドコイル、モールドバルブなどのエポキシ樹脂注型品を短時間で注型する場合に好適な注型装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１３に、この種の注型装置の従来例を示している。この注型装置は、熱板１を含む外郭壁によって囲まれた真空チャンバ２内に、樹脂成形用のキャビティ３を有する金型４を配置した構成となっている。熱板１は例えば金型４の両側面部を支持する１対の対向壁として構成され、それぞれ駆動装置である油圧式開閉装置５のシリンダ６によって開閉可能とされている。また、各熱板１内にはヒータ７が埋設され、金型４に設けた温度センサ８およびこれに接続された温度制御装置９によって、温度制御されるようになっている。
【０００３】
真空チャンバ２は真空バルブ１０を有する配管１１を介して真空ポンプ１２に接続されている。また、金型４の例えば下部に樹脂注入用の注型口１３が設けられ、この注型口１３には真空チャンバ２を経て外部に導出された樹脂導入用の配管１４を介して樹脂混合タンク１５が接続されている。樹脂混合タンク１５には溶融状態の樹脂１６が収容され、加圧装置１７および加圧バルブ１８の操作によって樹脂１６を注型口１３からキャビティ３に供給できるようになっている。
【０００４】
そして注型時には、まず金型４に予め加熱乾燥した埋込金物１９を設置し、この金型４を真空チャンバ２内に開閉装置５によって固定支持させて閉鎖し、真空ポンプ１２と真空バルブ１０の操作により真空チャンバ２を真空にする、この後、樹脂混合タンク１５の真空を開放し、加圧バルブ１８および加圧装置１７の操作により樹脂混合タンク１５内を加圧することにより、金型４の底部に設けられた注型口１３からキャビティ３内へ樹脂１６の注入を行う。キャビティ３中に樹脂１６が充填された後は、熱板８内のヒータ７に通電することによって加熱し、硬化させる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来の注型装置においては、金型４が熱板１に直接的に支持された構成とされている。このような構成によると、一般に開閉装置５のシリンダ６の駆動距離が固定されていることから、それに合わせて金型４の肉厚が制限され、品種の異なる様々な寸法の注型品に対応する場合、必ずしも最適な肉厚を持った金型４を搭載することができない場合がある。
【０００６】
また、真空チャンバ２内の金型４の温度制御については一般に、真空チャンバ２外に配置されている熱板１からの熱伝導により行なうため、金型４の温度分布の制御をきめ細かく行うことができない。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、多品種の注型品を製造する際に最適な厚みを持った金型を搭載することができるとともに、金型温度の制御を詳細かつ厳密に行うことができ、これにより信頼性の高い注型品を製造することができる注型装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明では、熱板を含む外郭壁によって囲まれた真空チャンバ内に、樹脂成形用のキャビティを有する金型を配置し、前記熱板を駆動装置によって開閉可能とした注型装置において、前記金型を前記熱板に着脱可能な金型脚を介して固定支持させ、この金型脚による前記金型の支持位置を可変としたことを特徴とする注型装置を提供する。
【０００９】
請求項２の発明では、金型内に、樹脂充填方向と直交する方向に沿う複数本の棒状ヒータを埋設したことを特徴とする請求項１記載の注型装置を提供する。
【００１０】
請求項３の発明では、棒状ヒータの端部は金型の外面部に位置し、この棒状ヒータの端部外周に、その金型よりも線膨張係数が大きいポリテトラフルオロエチレン製等のシール用リングを配置し、前記棒状ヒータと前記金型との接合部をシールしたことを特徴とする請求項２記載の注型装置を提供する。
【００１１】
請求項４の発明では、棒状ヒータの熱出力を金型内に注入される樹脂量に応じて独立に制御する温度制御装置を設けたことを特徴とする請求項２または３記載の注型装置を提供する。
【００１２】
請求項５の発明では、熱板に別のヒータを設置したことを特徴とする請求項１から４までのいずれかに記載の注型装置を提供する。
【００１３】
請求項６の発明では、棒状ヒータの熱出力制御のための温度センサを、金型内の棒状ヒータに近接する部位に設けたことを特徴とする請求項２から５までのいずれかに記載の注型装置を提供する。
【００１４】
請求項７の発明では、棒状ヒータの熱出力制御のための温度センサを、金型内面側の対キャビティ界面部位に設けたことを特徴とする請求項２から５までのいずれかに記載の注型装置を提供する。
【００１５】
請求項８の発明では、棒状ヒータの熱出力制御のための温度センサを、金型内の棒状ヒータに近接する部位と、金型内面側の対キャビティ界面部位とにそれぞれ設け、樹脂の注入硬化プロセスに応じた前記各温度センサの使い分けを可能としたことを特徴とする請求項２から５までのいずれかに記載の注型装置を提供する。
【００１６】
請求項９の発明では、金型のキャビティ内に埋込金物を配置し、この埋込金物に近接した部位の金型内部に棒状ヒータを配置したことを特徴とする請求項２から８までのいずれかに記載の注型装置を提供する。
【００１７】
請求項１０の発明では、金型内面に、埋込金物を覆う配置で掘り込みを形成したことを特徴とする請求項１から９までのいずれかに記載の注型装置を提供する。
【００１８】
請求項１１の発明では、金型の埋込金物設置部近傍の肉厚を他の部分よりも大きくし、当該部の熱容量を大きくしたことを特徴とする請求項１から１０までのいずれかに記載の注型装置を提供する。
【００１９】
請求項１２の発明では、金型の注型口側の肉厚を最小とし、前記注型口から遠ざかるに従って次第に肉厚を大とする傾斜を、前記金型の外面に形成したことを特徴とする請求項１から１１までのいずれかに記載の注型装置を提供する。
【００２０】
請求項１３の発明では、注型口からキャビティに至る経路の金型の肉厚を、キャビティ周りよりも小さくしたことを特徴とする請求項１から１２までのいずれかに記載の注型装置を提供する。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る注型装置の実施形態について図１〜図１２を参照して説明する。なお、従来例と対応する部位には図１３と同一の符号を使用する。
【００２２】
図１は注型装置の全体を示す構成図である。この図１に示すように、本実施形態の注型装置は、熱板１を含む外郭壁によって囲まれた真空チャンバ２内に、樹脂成形用のキャビティ３を有する金型４を配置した構成となっている。熱板１は例えば金型４の両側面部を支持する１対の対向壁として構成され、それぞれ駆動装置である油圧式開閉装置５のシリンダ６によって開閉可能とされている。
【００２３】
金型４内にはヒータ７および温度センサ８が設けられ、この温度センサ８に接続された温度制御装置９によってヒータ（棒状ヒータ）７による金型温度の制御が行なわれるようになっている。棒状ヒータ７の構成については、後に詳述する。
【００２４】
真空チャンバ２は、真空バルブ１０を有する配管１１を介して真空ポンプ１２に接続されている。また、金型４の例えば下部に樹脂注入用の注型口１３が設けられ、この注型口１３には真空チャンバ２を経て外部に導出された樹脂導入用の配管１４を介して樹脂混合タンク１５が接続されている。樹脂混合タンク１５には溶融状態の樹脂１６が収容され、加圧装置１７および加圧バルブ１８の操作によって樹脂１６を注型口１３からキャビティ３に供給できるようになっている。
【００２５】
そして本実施形態においては、金型４が熱板１に着脱可能な複数の金属製の金型脚２０を介して固定支持されている。これらの金型脚２０は、例えば断面が凸形のものであり、それぞれ幅広い部分の端部がボルト等の締結具２１によって熱板１に着脱可能に固定され、また凸形に突出する幅の狭い部分を金型４の側面に当接させることにより、その金型を両側から挟持する状態で固定支持している。
【００２６】
このような構成の本実施形態においても、注型時には、例えば金型４に予め加熱乾燥した埋込金物１９を設置し、金型４を真空チャンバ２内で開閉装置５によって閉鎖し、真空ポンプ１２と真空バルブ１０の操作により真空チャンバ２を真空にした後、樹脂混合タンク１５の真空を開放し、加圧バルブ１８と加圧装置１７の操作により樹脂混合タンク１５内を加圧することにより、金型４の底部に設けられた注型口１３からキャビティ３内へ樹脂１６の注入を行う。そして、キャビティ３中に樹脂１６が充填された後、熱板８内のヒータ７に通電することによって加熱し、硬化させるものであるが、金型脚２０による金型４の着脱可能な支持構造および後述するヒータ構造に基づき、下記の如く、従来例と異なる作用効果が奏される。
【００２７】
すなわち、本実施形態では図１に示したように、金型４が、油圧開閉装置５によりシリンダ６で駆動する熱板１に、金属製の金型脚２０を介して固定支持され、この金型脚２０は熱板１にボルト等の締結具２１で固定されているので、金型４および金型脚２０は取り外し可能となっている。
【００２８】
したがって、本実施の形態によると、シリンダ６の駆動距離および２枚の熱板１の間隔は固定されていたとしても、金型脚２０を例えば厚さの異なるものと交換等することにより、金型の厚さを変えることができる。したがって、シリンダ６の駆動距離および２枚の熱板１の間隔は固定されていても、金型脚２０の厚さを変えることにより、製品に応じた厚みの金型４を注型装置に搭載することができる。
【００２９】
図２はヒータ構成を詳細に説明するための図１の要部拡大図であり、図３は図２のＸ−Ｘ線に沿う部分断面図である。
【００３０】
これらの図に示すように、本実施形態の棒状ヒータ７は注型口１３の樹脂注入方向（図の上下方向）に対して直交する方向（横方向）に複数本平行に配置され、これら複数本の棒状ヒータ７に通電することにより、樹脂を硬化させる。これらの棒状ヒータ７の熱出力は、温度センサ８および温度制御装置９によって個々に独立して制御される。
【００３１】
このように、本実施形態においては、棒状のヒータ７の各々によって熱出力を調整することができるので、注型口１３から反注型口２２に向けて低温から高温となるよう温度勾配を設けることが可能になる。したがって、温度制御により反注型口２２側から注型口１３に向けて樹脂を順序良く硬化させ、高品質な注型品を製造することができる。
【００３２】
すなわち、本実施形態では金型脚２０が樹脂充填方向に対して直交する方向に設置されているので、金型脚２０の熱伝導率が高いため、金型脚内の温度は樹脂充填方向に対して直交する方向に対して略一定とすることができる。
【００３３】
本実施形態においては、樹脂充填方向に対して垂直に設置された棒状ヒータ７により、注型口１３から反注型口２２に向けて温度が高くなるように、つまり等高線を注型口１３に対して垂直に分布するように制御することにより、その制御精度の向上が図れる。
【００３４】
また本実施形態においては、図３に示すように、棒状ヒータ７が金型４を貫通しており、この棒状ヒータ７の端部は金型４の外面部に位置し、この棒状ヒータ７の端部外周に、その金型４よりも線膨張係数が大きいポリテトラフルオロエチレン製のシール用リング２３を配置し、棒状ヒータ７と金型４との接合部をシールしてある。
【００３５】
このような構成によると、ポリテトラフルオロエチレンが金型４の素材である金属よりも線膨張係数が大きいため、棒状ヒータ７の通電により金型４およびポリテトラフルオロエチレン製リング２３が加熱されると、このリング２３が金型４に比べて大幅に膨張する。したがって、膨張したリング２３によってシール機能が高められるため、例えばシール不足によって棒状ヒータ７の発熱部が減圧状態となり絶縁破壊するような事態の発生を防止することができる。
【００３６】
次に、図４〜図１２によって本実施形態の各種変形例を説明する。
【００３７】
図４は熱板加熱についてのものであり、熱板１内に別のヒータ７ａを設けた例を示している。この例では、熱板１内に設けたヒータ７ａに通電を行うことにより、熱板１も所定の温度まで加熱するようにしている。
【００３８】
これにより、樹脂の注入過程および硬化中における真空チャンバ２内の温度の一定保持が図れる。また、離型時に開閉装置５の操作によりシリンダ６を駆動し、金型４を開放しても、ヒータ７ａによって金型４の周りの温度を室温以上に保持できるため、金型４の温度低下を抑制することが可能となる。
【００３９】
この図４に示したヒータ構成によれば、樹脂充填中および硬化中に真空チャンバ２内の温度を一定に保つことにより、注型装置周囲の雰囲気温度の差によって及ぼされる製品への影響を抑止することができる。また、離型後の金型４の温度低下が少ないため、再注型の際等における金型４の予熱に要する時間を短縮することができる。
【００４０】
図５は、金型４の温度制御についての変形例を示している。
【００４１】
この例では図５に示すように、棒状ヒータ７の熱出力制御のための温度センサ８が、金型４内の棒状ヒータ７に近接する部位に設けられている。この場合、温度センサ８と棒状ヒータ７との最短距離は、その温度センサ８を金型４に埋め込むための掘り込み加工が可能な５ｍｍである。また、最大距離は下記の制約によって１０ｍｍが適当である。すなわち、樹脂注入時には、樹脂が金型４よりも低温であるため金型４の温度が下降し、温度制御装置９によって金型４内の棒状ヒータ７の熱出力が上昇する。金属製である金型４は熱伝導率が大きく、ヒータ熱出力を上昇しすぎると、温度上昇が過大になることがある。温度センサ８が樹脂温度の影響を受け難い距離が１０ｍｍである。
【００４２】
このような図５の構成によれば、温度センサ８が棒状ヒータ７に近接して設置されているので、棒状ヒータ７による加熱の度合を敏感に感知することができる。また、樹脂注入時には樹脂に熱を供給することによる金型４の温度低下の影響を受け難くなるため、過度に棒状ヒータ７の熱出力が上昇することが抑制でき、より精密な温度制御が可能になる。したがって、金型温度の精密な制御が可能になることにより、高品質な注型品を製造することができる。
【００４３】
図６は、金型４の温度制御についての他の変形例を示している。
【００４４】
この例では図６に示すように、棒状ヒータ７の熱出力制御のための温度センサ８が、金型４の内面側のキャビティ３との界面部位に設けられている。このように、温度センサ８を金型４とキャビティ３との界面付近に設置することにより、キャビティ３内に充填された樹脂の発熱よる金型４の温度上昇を感知し易くなる。したがって、樹脂の発熱による金型４の温度上昇を素早く感知し、ヒータ熱出力の制御において早急にフィードバックできるので、金型４の温度管理の精度向上が図れる。
【００４５】
なお、温度センサ８とキャビティ３との距離は、できるだけ小さい方が望ましいが、一定の限度がある。発明者の検討によると、温度センサ８を金型４に埋め込むための掘り込み加工が可能で、座屈が生じない程度の強度が得られる５ｍｍが最小である。
【００４６】
図７は、金型４の温度制御についての別の変形例を示している。
【００４７】
この例では図７に示すように、棒状ヒータ７の熱出力制御のための温度センサ８が、金型４内の棒状ヒータ７に近接する部位（図７の左側に図示した部位）と、金型４内面側の対キャビティ３界面部位（図７の右側に図示した部位）とにそれぞれ設けられ、樹脂の注入硬化プロセスに応じた各温度センサ８の使い分けが可能とされている。
【００４８】
例えば、樹脂注入時には棒状ヒータ７付近に設置した温度センサ（図７の左側に図示した温度センサ）８を用い、樹脂硬化時には金型４とキャビティ３との界面付近に設置した温度センサ（図７の右側に図示した温度センサ）８を用いるというように、樹脂の注入硬化プロセスに応じて使い分ける。
【００４９】
このような構成によると、樹脂硬化時には金型４とキャビティ３との界面付近に設置した温度センサ８を用いることにより、樹脂の発熱による金型４の温度上昇を感知し易くなる。また、樹脂注入時には棒状ヒータ７付近の温度センサ８を用いることにより、樹脂に熱を供給することによる金型４の温度低下の影響を受け難くなるため、過度に棒状ヒータ７の熱出力が上昇するのを抑制することができ、より精密な温度制御が可能になる。したがって、本実施形態においては、金型４の温度管理の精度を向上することができる。
【００５０】
図８は、棒状ヒータ７の配置構成についての変形例を示している。
【００５１】
この例では図８に示すように、金型４のキャビティ３内に埋込金物１９が配置され、この埋込金物１９に近接した部位の金型４内部に棒状ヒータ７（７ｂ）が内径側に寄った配置とされている。
【００５２】
このような構成によると、注型時に埋込金物１９の周りに注入される樹脂は、金型４に加えて埋込金物１９からも熱が供給されるため、硬化が早く進む。したがって、埋込金物１９の周りの樹脂は、埋込金物１９を締めつける方向に収縮しつつ硬化するので、埋込金物１９と樹脂との間に圧縮応力が働き、これらの界面での剥離を防止することができる。
【００５３】
図９は、金型４のキャビティ形状についての変形例を示している。なお、この図９〜図１２等においては棒状ヒータの図示を省略している。
【００５４】
この例では図９に示すように、金型４の内面に、埋込金物１９を例えば上下方向から覆う配置で、掘り込み２３が形成されている。
【００５５】
このような構成によると、掘り込み２３内に充填された樹脂は、硬化する際に埋込金物１９を包むように収縮し、また樹脂と埋込金物１９との接触面積が増加する。したがって、本例によると、埋込金物１９と樹脂との接着性向上が図れる。
【００５６】
図１０は、金型４の肉厚構成についての変形例を示している。
【００５７】
この例では、金型４の埋込金物１９の設置部近傍に、その肉厚が他の部分よりも大きい厚肉部２４が形成されており、これにより当該部の熱容量が大きく設定されている。
【００５８】
このような構成によると、金型４のうち埋込金物１９付近の熱容量が大きいため、埋込金物１９付近の樹脂は、それ以外の領域よりも多く熱を供給され、硬化が早く進む。したがって、本例によると、樹脂が埋込金物１９の周りから硬化が始まり、埋込金物１９を圧縮する方向に硬化収縮するので、これらの界面の接着性が向上する。
【００５９】
図１１は、金型４の肉厚構成についての別の変形例を示している。
【００６０】
この例では図１１に示すように、金型４の注型口１３側の肉厚が最小とされ、この注型口１３から遠ざかるに従って次第に肉厚を大とする傾斜面２５が形成されている。
【００６１】
このような構成によると、金型４の厚みに傾斜状に変化しているため、金型４よりも低温の樹脂を注型口１３からキャビティ３内に充填した場合に、金型４内に温度勾配が生じ、注型口１３側が低温となり、反注型口２２側が高温となる。したがって本例によれば、金型４に生じる温度勾配によって、キャビティ３に充填される樹脂を、反注型口２２側から注型口１３に向かって順次に硬化させることができ、樹脂の充填が完了する前に樹脂によって注型口１３が閉塞することなく、樹脂を反注型口側から順序良く硬化させることができる。なお、図１１ではヒータ７ｃとして線状のものを示しているが、棒状ヒータを適用できることは勿論である。
【００６２】
図１２は、金型４の肉厚構成についてのさらに別の変形例を示している。
【００６３】
この例では図１２に示すように、注型口１３からキャビティ３に至る経路の金型４の肉厚が、そのキャビティ３の周りに比して小さくなっている。
【００６４】
このように、注型口１３からキャビティ３に至る経路の金型４の厚みを、キャビティ３の周りよりも肉薄とした構成によると、注型口１３からキャビティ３に至る経路の金型４の熱容量が小さくなるため、この経路内にある樹脂は熱量の供給を受けにくくなり、キャビティ３内の樹脂よりも硬化が遅れる。したがって、本例によっても、注型口１３からキャビティ３に至る経路内で、充填完了前に樹脂が硬化し、注型口１３が閉塞することを有効に防止することができる。
【００６５】
【発明の効果】
以上で詳述したように、本発明によれば、金型を熱板に金型脚を介して支持させることにより、多品種の注型品を製造する際に、その金型脚の厚さ設定等により、それぞれ最適な厚みを持った金型を搭載することができる。また、金型の温度が注型口側で低く、反注型口側で高くなるように金型に温度勾配を設けることにより、樹脂の充填が完了する前に樹脂によって注型口が閉塞することなく、樹脂を反注型口側から順序良く硬化させることができる。また、金型温度は金型内に具備した棒状ヒータと温度センサとを用いて精度よく、かつ再現性のよい制御を行うことができる。さらに熱板にもヒータを挿入する等により、金型温度が注型装置の周囲の温度に影響されないようにして、真空チャンバ内の金型温度の制御を詳細かつ厳密に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る注型装置の一実施形態を示す全体構成図。
【図２】 図１に示す注型装置の金型および温度制御装置を示す構成図。
【図３】 図１に示す金型の構成図。
【図４】 前記実施形態の変形例を示すもので、金型と熱板、熱板内ヒータの構成図。
【図５】 前記実施形態の変形例を示すもので、金型と温度制御装置の構成図。
【図６】 前記実施形態の変形例を示すもので、金型と温度制御装置の構成図。
【図７】 前記実施形態の変形例を示すもので、金型と温度制御装置の構成図。
【図８】 前記実施形態の変形例を示すもので、金型と金型内ヒータの構成図。
【図９】 前記実施形態の変形例を示すもので、金型形状の説明図。
【図１０】 前記実施形態の変形例を示すもので、金型形状の説明図。
【図１１】 前記実施形態の変形例を示すもので、金型形状の説明図。
【図１２】 前記実施形態の変形例を示すもので、金型形状の説明図。
【図１３】 従来の注型装置を示す構成図。
【符号の説明】
１ 熱板
２ 真空チャンバ
３ キャビティ
４ 金型
５ 開閉装置
６ シリンダ
７ 棒状ヒータ
８ 温度センサ
９ 温度制御装置
１０ 真空バルブ
１１ 配管
１２ 真空ポンプ
１３ 注型口
１４ （樹脂注入用）配管
１５ 樹脂混合タンク
１６ 樹脂
１７ 加圧装置
１８ 加圧バルブ
１９ 埋込金物
２０ 金型脚
２１ 締結具
２２ 反注型口
２３ リング
２４ 厚肉部
２５ 傾斜面
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばガス絶縁開閉装置等の電力機器に用いる絶縁スペーサ、ブッシング、樹脂モールドコイル、モールドバルブなどのエポキシ樹脂注型品を短時間で注型する場合に好適な注型装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１３に、この種の注型装置の従来例を示している。この注型装置は、熱板１を含む外郭壁によって囲まれた真空チャンバ２内に、樹脂成形用のキャビティ３を有する金型４を配置した構成となっている。熱板１は例えば金型４の両側面部を支持する１対の対向壁として構成され、それぞれ駆動装置である油圧式開閉装置５のシリンダ６によって開閉可能とされている。また、各熱板１内にはヒータ７が埋設され、金型４に設けた温度センサ８およびこれに接続された温度制御装置９によって、温度制御されるようになっている。
【０００３】
真空チャンバ２は真空バルブ１０を有する配管１１を介して真空ポンプ１２に接続されている。また、金型４の例えば下部に樹脂注入用の注型口１３が設けられ、この注型口１３には真空チャンバ２を経て外部に導出された樹脂導入用の配管１４を介して樹脂混合タンク１５が接続されている。樹脂混合タンク１５には溶融状態の樹脂１６が収容され、加圧装置１７および加圧バルブ１８の操作によって樹脂１６を注型口１３からキャビティ３に供給できるようになっている。
【０００４】
そして注型時には、まず金型４に予め加熱乾燥した埋込金物１９を設置し、この金型４を真空チャンバ２内に開閉装置５によって固定支持させて閉鎖し、真空ポンプ１２と真空バルブ１０の操作により真空チャンバ２を真空にする、この後、樹脂混合タンク１５の真空を開放し、加圧バルブ１８および加圧装置１７の操作により樹脂混合タンク１５内を加圧することにより、金型４の底部に設けられた注型口１３からキャビティ３内へ樹脂１６の注入を行う。キャビティ３中に樹脂１６が充填された後は、熱板８内のヒータ７に通電することによって加熱し、硬化させる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来の注型装置においては、金型４が熱板１に直接的に支持された構成とされている。このような構成によると、一般に開閉装置５のシリンダ６の駆動距離が固定されていることから、それに合わせて金型４の肉厚が制限され、品種の異なる様々な寸法の注型品に対応する場合、必ずしも最適な肉厚を持った金型４を搭載することができない場合がある。
【０００６】
また、真空チャンバ２内の金型４の温度制御については一般に、真空チャンバ２外に配置されている熱板１からの熱伝導により行なうため、金型４の温度分布の制御をきめ細かく行うことができない。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、多品種の注型品を製造する際に最適な厚みを持った金型を搭載することができるとともに、金型温度の制御を詳細かつ厳密に行うことができ、これにより信頼性の高い注型品を製造することができる注型装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明では、熱板を含む外郭壁によって囲まれた真空チャンバ内に、樹脂成形用のキャビティを有する金型を配置し、前記熱板を駆動装置によって開閉可能とした注型装置において、前記金型を前記熱板に着脱可能な金型脚を介して固定支持させ、この金型脚による前記金型の支持位置を可変としたことを特徴とする注型装置を提供する。
【０００９】
請求項２の発明では、金型内に、樹脂充填方向と直交する方向に沿う複数本の棒状ヒータを埋設したことを特徴とする請求項１記載の注型装置を提供する。
【００１０】
請求項３の発明では、棒状ヒータの端部は金型の外面部に位置し、この棒状ヒータの端部外周に、その金型よりも線膨張係数が大きいポリテトラフルオロエチレン製等のシール用リングを配置し、前記棒状ヒータと前記金型との接合部をシールしたことを特徴とする請求項２記載の注型装置を提供する。
【００１１】
請求項４の発明では、棒状ヒータの熱出力を金型内に注入される樹脂量に応じて独立に制御する温度制御装置を設けたことを特徴とする請求項２または３記載の注型装置を提供する。
【００１２】
請求項５の発明では、熱板に別のヒータを設置したことを特徴とする請求項１から４までのいずれかに記載の注型装置を提供する。
【００１３】
請求項６の発明では、棒状ヒータの熱出力制御のための温度センサを、金型内の棒状ヒータに近接する部位に設けたことを特徴とする請求項２から５までのいずれかに記載の注型装置を提供する。
【００１４】
請求項７の発明では、棒状ヒータの熱出力制御のための温度センサを、金型内面側の対キャビティ界面部位に設けたことを特徴とする請求項２から５までのいずれかに記載の注型装置を提供する。
【００１５】
請求項８の発明では、棒状ヒータの熱出力制御のための温度センサを、金型内の棒状ヒータに近接する部位と、金型内面側の対キャビティ界面部位とにそれぞれ設け、樹脂の注入硬化プロセスに応じた前記各温度センサの使い分けを可能としたことを特徴とする請求項２から５までのいずれかに記載の注型装置を提供する。
【００１６】
請求項９の発明では、金型のキャビティ内に埋込金物を配置し、この埋込金物に近接した部位の金型内部に棒状ヒータを配置したことを特徴とする請求項２から８までのいずれかに記載の注型装置を提供する。
【００１７】
請求項１０の発明では、金型内面に、埋込金物を覆う配置で掘り込みを形成したことを特徴とする請求項１から９までのいずれかに記載の注型装置を提供する。
【００１８】
請求項１１の発明では、金型の埋込金物設置部近傍の肉厚を他の部分よりも大きくし、当該部の熱容量を大きくしたことを特徴とする請求項１から１０までのいずれかに記載の注型装置を提供する。
【００１９】
請求項１２の発明では、金型の注型口側の肉厚を最小とし、前記注型口から遠ざかるに従って次第に肉厚を大とする傾斜を、前記金型の外面に形成したことを特徴とする請求項１から１１までのいずれかに記載の注型装置を提供する。
【００２０】
請求項１３の発明では、注型口からキャビティに至る経路の金型の肉厚を、キャビティ周りよりも小さくしたことを特徴とする請求項１から１２までのいずれかに記載の注型装置を提供する。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る注型装置の実施形態について図１〜図１２を参照して説明する。なお、従来例と対応する部位には図１３と同一の符号を使用する。
【００２２】
図１は注型装置の全体を示す構成図である。この図１に示すように、本実施形態の注型装置は、熱板１を含む外郭壁によって囲まれた真空チャンバ２内に、樹脂成形用のキャビティ３を有する金型４を配置した構成となっている。熱板１は例えば金型４の両側面部を支持する１対の対向壁として構成され、それぞれ駆動装置である油圧式開閉装置５のシリンダ６によって開閉可能とされている。
【００２３】
金型４内にはヒータ７および温度センサ８が設けられ、この温度センサ８に接続された温度制御装置９によってヒータ（棒状ヒータ）７による金型温度の制御が行なわれるようになっている。棒状ヒータ７の構成については、後に詳述する。
【００２４】
真空チャンバ２は、真空バルブ１０を有する配管１１を介して真空ポンプ１２に接続されている。また、金型４の例えば下部に樹脂注入用の注型口１３が設けられ、この注型口１３には真空チャンバ２を経て外部に導出された樹脂導入用の配管１４を介して樹脂混合タンク１５が接続されている。樹脂混合タンク１５には溶融状態の樹脂１６が収容され、加圧装置１７および加圧バルブ１８の操作によって樹脂１６を注型口１３からキャビティ３に供給できるようになっている。
【００２５】
そして本実施形態においては、金型４が熱板１に着脱可能な複数の金属製の金型脚２０を介して固定支持されている。これらの金型脚２０は、例えば断面が凸形のものであり、それぞれ幅広い部分の端部がボルト等の締結具２１によって熱板１に着脱可能に固定され、また凸形に突出する幅の狭い部分を金型４の側面に当接させることにより、その金型を両側から挟持する状態で固定支持している。
【００２６】
このような構成の本実施形態においても、注型時には、例えば金型４に予め加熱乾燥した埋込金物１９を設置し、金型４を真空チャンバ２内で開閉装置５によって閉鎖し、真空ポンプ１２と真空バルブ１０の操作により真空チャンバ２を真空にした後、樹脂混合タンク１５の真空を開放し、加圧バルブ１８と加圧装置１７の操作により樹脂混合タンク１５内を加圧することにより、金型４の底部に設けられた注型口１３からキャビティ３内へ樹脂１６の注入を行う。そして、キャビティ３中に樹脂１６が充填された後、熱板８内のヒータ７に通電することによって加熱し、硬化させるものであるが、金型脚２０による金型４の着脱可能な支持構造および後述するヒータ構造に基づき、下記の如く、従来例と異なる作用効果が奏される。
【００２７】
すなわち、本実施形態では図１に示したように、金型４が、油圧開閉装置５によりシリンダ６で駆動する熱板１に、金属製の金型脚２０を介して固定支持され、この金型脚２０は熱板１にボルト等の締結具２１で固定されているので、金型４および金型脚２０は取り外し可能となっている。
【００２８】
したがって、本実施の形態によると、シリンダ６の駆動距離および２枚の熱板１の間隔は固定されていたとしても、金型脚２０を例えば厚さの異なるものと交換等することにより、金型の厚さを変えることができる。したがって、シリンダ６の駆動距離および２枚の熱板１の間隔は固定されていても、金型脚２０の厚さを変えることにより、製品に応じた厚みの金型４を注型装置に搭載することができる。
【００２９】
図２はヒータ構成を詳細に説明するための図１の要部拡大図であり、図３は図２のＸ−Ｘ線に沿う部分断面図である。
【００３０】
これらの図に示すように、本実施形態の棒状ヒータ７は注型口１３の樹脂注入方向（図の上下方向）に対して直交する方向（横方向）に複数本平行に配置され、これら複数本の棒状ヒータ７に通電することにより、樹脂を硬化させる。これらの棒状ヒータ７の熱出力は、温度センサ８および温度制御装置９によって個々に独立して制御される。
【００３１】
このように、本実施形態においては、棒状のヒータ７の各々によって熱出力を調整することができるので、注型口１３から反注型口２２に向けて低温から高温となるよう温度勾配を設けることが可能になる。したがって、温度制御により反注型口２２側から注型口１３に向けて樹脂を順序良く硬化させ、高品質な注型品を製造することができる。
【００３２】
すなわち、本実施形態では金型脚２０が樹脂充填方向に対して直交する方向に設置されているので、金型脚２０の熱伝導率が高いため、金型脚内の温度は樹脂充填方向に対して直交する方向に対して略一定とすることができる。
【００３３】
本実施形態においては、樹脂充填方向に対して垂直に設置された棒状ヒータ７により、注型口１３から反注型口２２に向けて温度が高くなるように、つまり等高線を注型口１３に対して垂直に分布するように制御することにより、その制御精度の向上が図れる。
【００３４】
また本実施形態においては、図３に示すように、棒状ヒータ７が金型４を貫通しており、この棒状ヒータ７の端部は金型４の外面部に位置し、この棒状ヒータ７の端部外周に、その金型４よりも線膨張係数が大きいポリテトラフルオロエチレン製のシール用リング２３を配置し、棒状ヒータ７と金型４との接合部をシールしてある。
【００３５】
このような構成によると、ポリテトラフルオロエチレンが金型４の素材である金属よりも線膨張係数が大きいため、棒状ヒータ７の通電により金型４およびポリテトラフルオロエチレン製リング２３が加熱されると、このリング２３が金型４に比べて大幅に膨張する。したがって、膨張したリング２３によってシール機能が高められるため、例えばシール不足によって棒状ヒータ７の発熱部が減圧状態となり絶縁破壊するような事態の発生を防止することができる。
【００３６】
次に、図４〜図１２によって本実施形態の各種変形例を説明する。
【００３７】
図４は熱板加熱についてのものであり、熱板１内に別のヒータ７ａを設けた例を示している。この例では、熱板１内に設けたヒータ７ａに通電を行うことにより、熱板１も所定の温度まで加熱するようにしている。
【００３８】
これにより、樹脂の注入過程および硬化中における真空チャンバ２内の温度の一定保持が図れる。また、離型時に開閉装置５の操作によりシリンダ６を駆動し、金型４を開放しても、ヒータ７ａによって金型４の周りの温度を室温以上に保持できるため、金型４の温度低下を抑制することが可能となる。
【００３９】
この図４に示したヒータ構成によれば、樹脂充填中および硬化中に真空チャンバ２内の温度を一定に保つことにより、注型装置周囲の雰囲気温度の差によって及ぼされる製品への影響を抑止することができる。また、離型後の金型４の温度低下が少ないため、再注型の際等における金型４の予熱に要する時間を短縮することができる。
【００４０】
図５は、金型４の温度制御についての変形例を示している。
【００４１】
この例では図５に示すように、棒状ヒータ７の熱出力制御のための温度センサ８が、金型４内の棒状ヒータ７に近接する部位に設けられている。この場合、温度センサ８と棒状ヒータ７との最短距離は、その温度センサ８を金型４に埋め込むための掘り込み加工が可能な５ｍｍである。また、最大距離は下記の制約によって１０ｍｍが適当である。すなわち、樹脂注入時には、樹脂が金型４よりも低温であるため金型４の温度が下降し、温度制御装置９によって金型４内の棒状ヒータ７の熱出力が上昇する。金属製である金型４は熱伝導率が大きく、ヒータ熱出力を上昇しすぎると、温度上昇が過大になることがある。温度センサ８が樹脂温度の影響を受け難い距離が１０ｍｍである。
【００４２】
このような図５の構成によれば、温度センサ８が棒状ヒータ７に近接して設置されているので、棒状ヒータ７による加熱の度合を敏感に感知することができる。また、樹脂注入時には樹脂に熱を供給することによる金型４の温度低下の影響を受け難くなるため、過度に棒状ヒータ７の熱出力が上昇することが抑制でき、より精密な温度制御が可能になる。したがって、金型温度の精密な制御が可能になることにより、高品質な注型品を製造することができる。
【００４３】
図６は、金型４の温度制御についての他の変形例を示している。
【００４４】
この例では図６に示すように、棒状ヒータ７の熱出力制御のための温度センサ８が、金型４の内面側のキャビティ３との界面部位に設けられている。このように、温度センサ８を金型４とキャビティ３との界面付近に設置することにより、キャビティ３内に充填された樹脂の発熱よる金型４の温度上昇を感知し易くなる。したがって、樹脂の発熱による金型４の温度上昇を素早く感知し、ヒータ熱出力の制御において早急にフィードバックできるので、金型４の温度管理の精度向上が図れる。
【００４５】
なお、温度センサ８とキャビティ３との距離は、できるだけ小さい方が望ましいが、一定の限度がある。発明者の検討によると、温度センサ８を金型４に埋め込むための掘り込み加工が可能で、座屈が生じない程度の強度が得られる５ｍｍが最小である。
【００４６】
図７は、金型４の温度制御についての別の変形例を示している。
【００４７】
この例では図７に示すように、棒状ヒータ７の熱出力制御のための温度センサ８が、金型４内の棒状ヒータ７に近接する部位（図７の左側に図示した部位）と、金型４内面側の対キャビティ３界面部位（図７の右側に図示した部位）とにそれぞれ設けられ、樹脂の注入硬化プロセスに応じた各温度センサ８の使い分けが可能とされている。
【００４８】
例えば、樹脂注入時には棒状ヒータ７付近に設置した温度センサ（図７の左側に図示した温度センサ）８を用い、樹脂硬化時には金型４とキャビティ３との界面付近に設置した温度センサ（図７の右側に図示した温度センサ）８を用いるというように、樹脂の注入硬化プロセスに応じて使い分ける。
【００４９】
このような構成によると、樹脂硬化時には金型４とキャビティ３との界面付近に設置した温度センサ８を用いることにより、樹脂の発熱による金型４の温度上昇を感知し易くなる。また、樹脂注入時には棒状ヒータ７付近の温度センサ８を用いることにより、樹脂に熱を供給することによる金型４の温度低下の影響を受け難くなるため、過度に棒状ヒータ７の熱出力が上昇するのを抑制することができ、より精密な温度制御が可能になる。したがって、本実施形態においては、金型４の温度管理の精度を向上することができる。
【００５０】
図８は、棒状ヒータ７の配置構成についての変形例を示している。
【００５１】
この例では図８に示すように、金型４のキャビティ３内に埋込金物１９が配置され、この埋込金物１９に近接した部位の金型４内部に棒状ヒータ７（７ｂ）が内径側に寄った配置とされている。
【００５２】
このような構成によると、注型時に埋込金物１９の周りに注入される樹脂は、金型４に加えて埋込金物１９からも熱が供給されるため、硬化が早く進む。したがって、埋込金物１９の周りの樹脂は、埋込金物１９を締めつける方向に収縮しつつ硬化するので、埋込金物１９と樹脂との間に圧縮応力が働き、これらの界面での剥離を防止することができる。
【００５３】
図９は、金型４のキャビティ形状についての変形例を示している。なお、この図９〜図１２等においては棒状ヒータの図示を省略している。
【００５４】
この例では図９に示すように、金型４の内面に、埋込金物１９を例えば上下方向から覆う配置で、掘り込み２３が形成されている。
【００５５】
このような構成によると、掘り込み２３内に充填された樹脂は、硬化する際に埋込金物１９を包むように収縮し、また樹脂と埋込金物１９との接触面積が増加する。したがって、本例によると、埋込金物１９と樹脂との接着性向上が図れる。
【００５６】
図１０は、金型４の肉厚構成についての変形例を示している。
【００５７】
この例では、金型４の埋込金物１９の設置部近傍に、その肉厚が他の部分よりも大きい厚肉部２４が形成されており、これにより当該部の熱容量が大きく設定されている。
【００５８】
このような構成によると、金型４のうち埋込金物１９付近の熱容量が大きいため、埋込金物１９付近の樹脂は、それ以外の領域よりも多く熱を供給され、硬化が早く進む。したがって、本例によると、樹脂が埋込金物１９の周りから硬化が始まり、埋込金物１９を圧縮する方向に硬化収縮するので、これらの界面の接着性が向上する。
【００５９】
図１１は、金型４の肉厚構成についての別の変形例を示している。
【００６０】
この例では図１１に示すように、金型４の注型口１３側の肉厚が最小とされ、この注型口１３から遠ざかるに従って次第に肉厚を大とする傾斜面２５が形成されている。
【００６１】
このような構成によると、金型４の厚みに傾斜状に変化しているため、金型４よりも低温の樹脂を注型口１３からキャビティ３内に充填した場合に、金型４内に温度勾配が生じ、注型口１３側が低温となり、反注型口２２側が高温となる。したがって本例によれば、金型４に生じる温度勾配によって、キャビティ３に充填される樹脂を、反注型口２２側から注型口１３に向かって順次に硬化させることができ、樹脂の充填が完了する前に樹脂によって注型口１３が閉塞することなく、樹脂を反注型口側から順序良く硬化させることができる。なお、図１１ではヒータ７ｃとして線状のものを示しているが、棒状ヒータを適用できることは勿論である。
【００６２】
図１２は、金型４の肉厚構成についてのさらに別の変形例を示している。
【００６３】
この例では図１２に示すように、注型口１３からキャビティ３に至る経路の金型４の肉厚が、そのキャビティ３の周りに比して小さくなっている。
【００６４】
このように、注型口１３からキャビティ３に至る経路の金型４の厚みを、キャビティ３の周りよりも肉薄とした構成によると、注型口１３からキャビティ３に至る経路の金型４の熱容量が小さくなるため、この経路内にある樹脂は熱量の供給を受けにくくなり、キャビティ３内の樹脂よりも硬化が遅れる。したがって、本例によっても、注型口１３からキャビティ３に至る経路内で、充填完了前に樹脂が硬化し、注型口１３が閉塞することを有効に防止することができる。
【００６５】
【発明の効果】
以上で詳述したように、本発明によれば、金型を熱板に金型脚を介して支持させることにより、多品種の注型品を製造する際に、その金型脚の厚さ設定等により、それぞれ最適な厚みを持った金型を搭載することができる。また、金型の温度が注型口側で低く、反注型口側で高くなるように金型に温度勾配を設けることにより、樹脂の充填が完了する前に樹脂によって注型口が閉塞することなく、樹脂を反注型口側から順序良く硬化させることができる。また、金型温度は金型内に具備した棒状ヒータと温度センサとを用いて精度よく、かつ再現性のよい制御を行うことができる。さらに熱板にもヒータを挿入する等により、金型温度が注型装置の周囲の温度に影響されないようにして、真空チャンバ内の金型温度の制御を詳細かつ厳密に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る注型装置の一実施形態を示す全体構成図。
【図２】 図１に示す注型装置の金型および温度制御装置を示す構成図。
【図３】 図１に示す金型の構成図。
【図４】 前記実施形態の変形例を示すもので、金型と熱板、熱板内ヒータの構成図。
【図５】 前記実施形態の変形例を示すもので、金型と温度制御装置の構成図。
【図６】 前記実施形態の変形例を示すもので、金型と温度制御装置の構成図。
【図７】 前記実施形態の変形例を示すもので、金型と温度制御装置の構成図。
【図８】 前記実施形態の変形例を示すもので、金型と金型内ヒータの構成図。
【図９】 前記実施形態の変形例を示すもので、金型形状の説明図。
【図１０】 前記実施形態の変形例を示すもので、金型形状の説明図。
【図１１】 前記実施形態の変形例を示すもので、金型形状の説明図。
【図１２】 前記実施形態の変形例を示すもので、金型形状の説明図。
【図１３】 従来の注型装置を示す構成図。
【符号の説明】
１ 熱板
２ 真空チャンバ
３ キャビティ
４ 金型
５ 開閉装置
６ シリンダ
７ 棒状ヒータ
８ 温度センサ
９ 温度制御装置
１０ 真空バルブ
１１ 配管
１２ 真空ポンプ
１３ 注型口
１４ （樹脂注入用）配管
１５ 樹脂混合タンク
１６ 樹脂
１７ 加圧装置
１８ 加圧バルブ
１９ 埋込金物
２０ 金型脚
２１ 締結具
２２ 反注型口
２３ リング
２４ 厚肉部
２５ 傾斜面
Claims (13)
- 熱板を含む外郭壁によって囲まれた真空チャンバ内に、樹脂成形用のキャビティを有する金型を配置し、前記熱板を駆動装置によって開閉可能とした注型装置において、前記金型を前記熱板に着脱可能な金型脚を介して固定支持させ、この金型脚による前記金型の支持位置を可変としたことを特徴とする注型装置。
- 金型内に、樹脂充填方向と直交する方向に沿う複数本の棒状ヒータを埋設したことを特徴とする請求項１記載の注型装置。
- 棒状ヒータの端部は金型の外面部に位置し、この棒状ヒータの端部外周に、その金型よりも線膨張係数が大きいポリテトラフルオロエチレン製等のシール用リングを配置し、前記棒状ヒータと前記金型との接合部をシールしたことを特徴とする請求項２記載の注型装置。
- 棒状ヒータの熱出力を金型内に注入される樹脂量に応じて独立に制御する温度制御装置を設けたことを特徴とする請求項２または３記載の注型装置。
- 熱板に別のヒータを設置したことを特徴とする請求項１から４までのいずれかに記載の注型装置。
- 棒状ヒータの熱出力制御のための温度センサを、金型内の棒状ヒータに近接する部位に設けたことを特徴とする請求項２から５までのいずれかに記載の注型装置。
- 棒状ヒータの熱出力制御のための温度センサを、金型内面側の対キャビティ界面部位に設けたことを特徴とする請求項２から５までのいずれかに記載の注型装置。
- 棒状ヒータの熱出力制御のための温度センサを、金型内の棒状ヒータに近接する部位と、金型内面側の対キャビティ界面部位とにそれぞれ設け、樹脂の注入硬化プロセスに応じた前記各温度センサの使い分けを可能としたことを特徴とする請求項２から５までのいずれかに記載の注型装置。
- 金型のキャビティ内に埋込金物を配置し、この埋込金物に近接した部位の金型内部に棒状ヒータを配置したことを特徴とする請求項２から８までのいずれかに記載の注型装置。
- 金型内面に、埋込金物を覆う配置で掘り込みを形成したことを特徴とする請求項１から９までのいずれかに記載の注型装置。
- 金型の埋込金物設置部近傍の肉厚を他の部分よりも大きくし、当該部の熱容量を大きくしたことを特徴とする請求項１から１０までのいずれかに記載の注型装置。
- 金型の注型口側の肉厚を最小とし、前記注型口から遠ざかるに従って次第に肉厚を大とする傾斜を、前記金型の外面に形成したことを特徴とする請求項１から１１までのいずれかに記載の注型装置。
- 注型口からキャビティに至る経路の金型の肉厚を、キャビティ周りよりも小さくしたことを特徴とする請求項１から１２までのいずれかに記載の注型装置。
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