JP7058899B1 - 熱応動スイッチの樹脂封止方法と樹脂封止装置 - Google Patents

Abstract

【課題】熱可塑性樹脂により樹脂封止した熱応動スイッチを容易、迅速に製造可能とする装置、方法を提供する。【解決手段】熱応動スイッチの樹脂封止装置１０は、ターンテーブル１００と、円周状にしてターンテーブル１００に設置された複数の金型２００とを有する。金型２００には、熱可塑性樹脂を通す注入通路が形成されており、ターンテーブル１００は、回転することにより金型２００をそれぞれ、開いた金型２００へ熱応動スイッチを送り込む投入位置１１０と、金型２００を閉じて熱応動スイッチを金型２００に配置し、注入通路と熱応動スイッチのケースの開口とを連通させる配置位置１２０と、加熱して軟化させた熱可塑性樹脂を注入通路を通して開口からケース内へ注入する注入位置１３０と、熱可塑性樹脂を注入した熱応動スイッチを冷却する冷却位置１４０と、冷却した熱応動スイッチを金型２００を開いて取り出す排出位置１５０とに移動させる。【選択図】図１

Description

ここに開示する発明は、熱応動スイッチに関する。

熱応動スイッチの一つであるサーモスタットに関して、熱可塑性樹脂で樹脂封止したホットメルト充填のサーモスタットの素子が提案されている（特許文献１）。この熱可塑性樹脂によるサーモスタットの樹脂封止は、樹脂の加熱軟化→軟化樹脂のケース内注入→樹脂の冷却硬化という過程を経る。

登録実用新案第３０５２６２１号公報

本発明は、熱可塑性樹脂により樹脂封止したサーモスタット等の熱応動スイッチを容易に製造可能とする、樹脂封止方法と樹脂封止装置を提案する。

本発明の一態様として、熱応動スイッチの樹脂封止方法は、自動化装置により、熱応動スイッチを金型に配置してこの金型の注入通路と熱応動スイッチのケースの開口とを連通させる配置工程と、加熱して軟化させた熱可塑性樹脂を金型の注入通路を通して開口からケース内へ注入する注入工程と、熱可塑性樹脂を注入した熱応動スイッチを冷却する冷却工程と、冷却した熱応動スイッチを金型から取り出す排出工程とを実行すること含む。

この樹脂封止方法の一態様として、自動化装置が、複数の金型を円周状にして設置したターンテーブルを有し、それぞれの金型に関し、ターンテーブルの回転に従って配置工程と注入工程と冷却工程と排出工程とを順番に実行する態様とすることができる。排出工程後は、ターンテーブルの回転に従って配置工程から各工程を繰り返すことができる。

本発明の一態様として、熱応動スイッチの樹脂封止装置は、少なくとも１つのターンテーブルと、円周状にしてターンテーブルに設置された複数の金型とを有する。それぞれの金型には、熱可塑性樹脂を通す注入通路が形成されている。ターンテーブルは、回転することにより金型をそれぞれ、開いた金型へ熱応動スイッチを送り込む投入位置と、金型を閉じて熱応動スイッチを該金型に配置し、金型の注入通路と熱応動スイッチのケースの開口とを連通させる配置位置と、加熱して軟化させた熱可塑性樹脂を注入通路を通して開口からケース内へ注入する注入位置と、熱可塑性樹脂を注入した熱応動スイッチを冷却する冷却位置と、冷却した熱応動スイッチを金型を開いて取り出す排出位置とに移動させる。排出位置の次には、ターンテーブルの回転に従って投入位置から繰り返すことができる。この場合にターンテーブルは、排出位置の次に、金型から熱応動スイッチが排出されていることをセンサにより確認する確認位置へ金型を移動させ、この確認位置から投入位置へ金型を移動させる態様とすることができる。

樹脂封止装置の実施例を上方から見て示す上面図。 樹脂封止装置の実施例を側方から見て示す側面図。 樹脂封止に使用する金型の実施例を示す斜視図。 図３の金型を構成する上金型の下面、下金型の上面、金型台の上面を示す図。 投入位置にある金型を示す図で、投入工程を説明する。 配置位置にある金型を示す図で、配置工程を説明する。 注入位置にある金型を示す図で、注入工程を説明する。 冷却位置にある金型を示す図で、冷却工程を説明する。 排出位置にある金型を示す図で、排出工程を説明する。 確認位置にある金型を示す図で、確認工程を説明する。

本発明に係る樹脂封止方法の各工程を実行する自動化装置を実施する形態として、以下に、樹脂封止装置の実施例を示して説明する。

図１及び図２に示すように、樹脂封止装置１０は、ターンテーブル１００を少なくとも１つと、このターンテーブル１００に円周状にして設置された複数の金型２００とを有する。ターンテーブル１００は、装置下部に収容された図示せぬモータにより図中に矢示する円周方向に回転し、この回転により金型２００をそれぞれ、投入位置１１０、配置位置１２０、注入位置１３０、冷却位置１４０、排出位置１５０、確認位置１６０へ順番に移動させる。ターンテーブル１００の中心には支持柱１０１が立設されていて、ターンテーブル１００はこの支持柱１０１のまわりを回転する。支持柱１０１は回転せず、その頂部には円盤台１０２が設けられ、ここに各種機器の支持器具（アングル材など）が装着される。

図３に示される封止対象の熱応動スイッチＴＳ（本例ではサーモスタット）は、ケースＳＣの中にスイッチ要素を収めてあり、このケースＳＣの一側部が開口ＳＯとしてあってリード線Ｌがここから延出している。

本例では、同形の金型２００が８個、ターンテーブル１００に等間隔で円周状に設置され、ターンテーブル１００の回転で位置を移動していく。金型２００は、図３及び図４に示すように、上金型２１０、下金型２２０、そして金型台２３０から構成され、閉じたときに上金型２１０と下金型２２０との間に熱応動スイッチＴＳのリード線Ｌを挟み込み、そして、閉じた上金型２１０と下金型２２０とにおいて内部に注入通路２４０（図７）が形成される。

下金型２２０は、横に倒した角柱状で、上面から見ると（図４）、六角ボルトなどの固定具を通す固定孔２２１が左右の端に設けられ、中央に、注入通路２４０を形成する下側ゲート溝２２２が掘られ、その両脇にリード線Ｌを通すための下側リード溝２２３が掘られている。下金型２２０は、金型台２３０の型受け凹部２３１に嵌め込まれて固定孔２２１を通した六角ボルトなどの固定具により固定される。下側リード溝２２３において、熱応動スイッチＴＳに対向する端面に開口する部分に、樹脂吐出方向へ漏斗状に開く拡開部分２２３ａ（図４中、下金型の部分拡大図参照）が形成されている。

上金型２１０は、全体的には四角形の平板状で、その下面において、金型台２３０に固定した下金型２２０と相応する部位に、土塁部２１１が突設されている。下面から見ると（図４）、この土塁部２１１の中央に、注入通路２４０を形成する上側ゲート溝２１２が掘られ、その両脇にリード線Ｌを通すための上側リード溝２１３が掘られている。上側ゲート溝２１２は、図７から分かるように、上金型２１０を貫通して上面側で漏斗状に拡開して開口している。また、上金型２１０の中央には、通風（冷却工程での冷却効率向上）及び軽量化を目的として貫通孔２１４が形成されている。上側ゲート溝２１２が下側ゲート溝２２２の位置と一致し、上側リード溝２１３が下側リード溝２２３の位置と一致する。上側リード溝２１３において、熱応動スイッチＴＳに対向する端面に開口する部分に、樹脂吐出方向へ漏斗状に開く拡開部分２１３ａ（図４中、上金型の部分拡大図参照）が形成されている。

上側リード溝２３１と下側リード溝２２３とが合わせられて形成されるリード線通路は、両者の拡開部分２１３ａ，２２３ａにより、金型端面において円錐台状に拡開する円錐台状拡開部分をもつ。注入通路２４０から注入された樹脂は、その一部がリード線通路の円錐台状拡開部分に入り込み、相応する円錐台形状の樹脂封止部分をリード線Ｌの根元周りに形成する。この円錐台形状の根元樹脂封止部分（根元の盛り上がり）により、リード線Ｌのつながる熱応動スイッチＴＳの端子からの封止距離が確保されて断線に強くなり、且つ、封止樹脂とリード線Ｌとの追従性（剥離防止性能）が向上する。

金型台２３０は、上金型２１０及び下金型２２０を支持する金型支持部２３２と、この金型支持部２３２よりも一段高く（厚く）なった素子投入部２３３とに区分される（図４）。金型支持部２３２において、素子投入部２３３との境の部分には、下金型２２０を固定する型受け凹部２３１が形成され、反対側の角部には、２本の開閉支柱２１５を上下滑動可能に通し且つ閉じた上金型２１０と当接して支持する２つの型受け凸部２３４が設けられる。開閉支柱２１５は、その頂部に上金型２１０が、固定孔２１６を利用して、六角ボルトなどの固定具により固定される。素子投入部２３３は、上面から見ると（図４）、中央軸線に沿って素子配置凹部２３５を有し、ここに熱応動スイッチＴＳを受け入れる。素子配置凹部２３５の幅は熱応動スイッチＴＳのケースＳＣの幅（ケース幅）に適合させてあり、素子配置凹部２３５に投入された熱応動スイッチＴＳは、素子配置凹部２３５の軸方向へ滑動できる一方、軸方向と交差する幅方向へは移動できないように、動きが規制される。素子配置凹部２３５の底面の一部は、熱応動スイッチＴＳのケース幅よりも狭い狭隘部２３６としてあり、この狭隘部２３６の両脇に深掘り部２３７が形成されている。狭隘部２３６とその両脇の深掘り部２３７とにより、後述するフィンガーが、素子配置凹部２３５へ熱応動スイッチＴＳを投入し、また素子配置凹部２３５から熱応動スイッチＴＳを取り出すことができる。

２本の開閉支柱２１５は、金型台２３０及びターンテーブル１００を貫通して下方へ延伸し（図２、図７参照）、装置下部に設けられた図示せぬアクチュエータにより駆動されて上昇し下降する。開閉支柱２１５を上昇させると上金型２１０が下金型２２０から離れて金型２００が開く。そして、開閉支柱２１５を下降させると、上金型２１０が下金型２２０へ密着して金型２００が閉じる。また、金型台２３０は、ターンテーブル１００を貫通して下方へ延伸する金型支柱２３８で支持されており、図示せぬアクチュエータにより金型支柱２３８が駆動されて上昇すると、金型台２３０と上金型２１０及び下金型２２０からなる金型２００全体がターンテーブル１００から上昇する。

以下、ターンテーブル１００の回転により１つ１つの金型２００が順次位置していく投入位置１１０、配置位置１２０、注入位置１３０、冷却位置１４０、排出位置１５０、確認位置１６０に対応して実行される本実施例の樹脂封止方法について、工程ごとに説明する。

［投入工程］
図５に示す投入位置１１０では、開閉支柱２１５が上昇して上金型２１０が上がり、下金型２２０から離れて金型２００が開く。開いた金型２００において、金型台２３０の素子配置凹部２３５に、素子移載器３００から熱応動スイッチＴＳが投入される。素子移載器３００は、下部に一対のフィンガー３０１を有し、このフィンガー３０１が熱応動スイッチＴＳの幅方向で互いに接近し離間することで、熱応動スイッチＴＳを掴み、放すことができる。また、素子移載器３００は、ターンテーブル１００の半径方向に前進、後退し、ターンテーブル１００の外側へ後退したときにフィンガー３０１が熱応動スイッチＴＳを掴み、ターンテーブル１００の外側から素子配置凹部２３５の上へ前進したときにフィンガー３０１が掴んでいた熱応動スイッチＴＳを放して素子配置凹部２３５に投入する。フィンガー３０１は、熱応動スイッチＴＳを掴み、放すときに上下にも動作することができ、特に、素子配置凹部２３５へ投入するときには下降して深掘り部２３７に入り、ここで互いに離間して熱応動スイッチＴＳを放す。

［配置工程］
図６に示す配置位置１２０では、開閉支柱２１５が下降して上金型２１０が下がり、型受け凸部２３４に当接して下降が止まると共に下金型２２０に密着して金型２００が閉じる。このときに熱応動スイッチＴＳのリード線Ｌは、上側リード溝２１３と下側リード溝２２３とで形成されるリード線通路を通って保持される。そして、素子配置凹部２３５の中にある熱応動スイッチＴＳのケースＳＣは、降りてきた上金型２１０と素子配置凹部２３５の底面とで挟まれて挟持される。金型２００が閉じると、押し込みロッド４００がターンテーブル１００の外側から素子配置凹部２３５の中へ、ターンテーブル１００の半径方向に前進してきて、熱応動スイッチＴＳを押し込み、閉じた上金型２１０及び下金型２２０の端面に熱応動スイッチＴＳを押し付けるように働き、これにより、熱応動スイッチＴＳが金型２００の適正位置に配置される。押し込み後の押し込みロッド４００はターンテーブル１００の外側へ後退する。押し込みロッド４００の作用で熱応動スイッチＴＳがきちんと配置されると、そのケースＳＣの開口ＳＯと注入通路２４０とが連通する。本実施例によれば、配置位置１２０の上方に赤外線式や超音波式などのセンサ５００が設置され、このセンサ５００が、上金型２１０の高さを計測している。これより、リード線Ｌが上側リード溝２１３と下側リード溝２２３とで形成されるリード線通路から外れて上金型２１０と下金型２２０との間に噛み込まれてしまっていないかどうかが検出される。センサ５００は、円盤台１０２から延びた支持器具５０１を使用して定位置に設置される。

［注入工程］
図７に示す注入位置１３０では、充填機６００において加熱して軟化させた熱可塑性樹脂が、注入通路２４０を通して開口ＳＯからケースＳＣの中へ注入される。充填機６００では、貯蔵部６０１から樹脂ペレットが導入部６０２（例えばスクリューフィーダ）を通り供給されて加熱され、軟化し、加圧部６０３からノズルブロック６０４を通して注入通路２４０へ送り込まれる（図２参照）。ノズルブロック６０４は支持具６０５で上金型２１０の上方に設置されており、下面に円錐形の弾性ノズル６０６を有する。弾性ノズル６０６の円錐形は、注入通路２４０の漏斗状の開口形状に相応している。この弾性ノズル６０６を通し注入通路２４０へ熱可塑性樹脂が送り込まれる。注入位置１３０で金型２００は、金型支柱２３８の上昇により全体が持ち上げられて、上金型２１０の上面がノズルブロック６０４へ押し付けられ、上金型２１０の上面に開口した注入通路２４０の漏斗状開口が弾性ノズル６０６に密着する。この注入工程による熱可塑性樹脂のホットメルト充填で、前述の特許文献１に開示されるサーモスタットのような、熱可塑性樹脂で樹脂封止した熱応動スイッチＴＳが生成される。

［冷却工程］
図８に示す冷却位置１４０は、図１及び図２から分かるとおり、ターンテーブル１００において注入位置１３０の次に続けて３箇所設けられ、連続する３ステージ設定とされている。この設定により冷却に十分な時間をとることができ、製造のタクトタイムを全体的に縮めることに成功している。各冷却位置１４０では、樹脂注入後の金型２００は閉じたままで、その上方に設置された送風器７００から冷却風が吹き付けられる。送風器７００は、冷却風の噴出ノズル７０１を２本備え、チューブ７０２から冷却空気が供給される。送風器７００は冷却位置１４０ごとに１つずつ提供されており、それぞれ円盤台１０２から延びた支持器具７０３を使用して定位置に設置される。上金型２１０には上述のとおり貫通孔２１４が開けられているので、吹き付けられる冷却風が貫通孔２１４を通って上金型２１０の下側、特に上金型２１０と金型台２３０との間にも回り込み、冷却効率を向上させる。

［排出工程］
図９に示す排出位置１５０では、３ステージの冷却位置１４０で冷却された熱応動スイッチＴＳが、素子排出器８００により、開いた金型２００から取り出される。素子排出器８００において、概略的に示すアクチュエータ８０１が図示せぬレールに沿ってターンテーブル１００の半径方向に前進、後退し、そして上昇、下降できるように構成される。さらに、このアクチュエータ８０１により駆動されて熱応動スイッチＴＳの幅方向で互いに接近し離間する一対のフィンガー８０２が、アクチュエータ８０１から垂下している。排出位置１５０で上金型２１０が開閉支柱２１５の上昇で下金型２２０から離れ金型２００が開くと、アクチュエータ８０１がターンテーブル１００の外側から金型台２３０の上方まで前進し、次いで下降することで、互いに離間したフィンガー８０２が深掘り部２３７へ入る。続いてアクチュエータ８０１に駆動されてフィンガー８０２が深掘り部２３７の中で互いに接近すると、熱応動スイッチＴＳのケースＳＣがフィンガー８０２の対向面に掘られた凹部８０３に嵌まって把持され、アクチュエータ８０１が上昇することで素子配置凹部２３５から熱応動スイッチＴＳが取り出される。フィンガー８０２で熱応動スイッチＴＳを把持したアクチュエータ８０１は、ターンテーブル１００の外側へ後退する。

本実施例では、この後退した位置で把持されている熱応動スイッチＴＳに対し、ゲート除去器８０４が下方からせり出してきて、ケースＳＣから突き出ているゲート部分ＧＰがカットされる。ゲート部分ＧＰは注入通路２４０の中で硬化した部分である。ゲート除去器８０４はニッパー型で、せり出してくると刃の部分が自動で開いてから閉じ、後退した位置で把持されている熱応動スイッチＴＳのゲート部分ＧＰを切断して除去する。ゲート部分ＧＰの除去が終わった後にフィンガー８０２が互いに離間して熱応動スイッチＴＳを放す。

［確認工程］
排出位置１５０で排出工程を実行した後の金型２００は、投入位置１１０へ戻る前に、図１０に示す確認位置１６０を経る。この確認位置１６０にはセンサ９００が設置されており、金型２００から熱応動スイッチＴＳが排出されて金型２００が空であることが確認される。センサ９００は、例えばレーザやＣＣＤカメラを使用する光学式で、円盤台１０２から延びた支持器具９０１を使用して金型２００上方の定位置に設置され、素子配置凹部２３５に熱応動スイッチＴＳが残っていないかどうか検出する。確認位置１６０で金型２００は、上金型２１０が下金型２２０から少し浮いた半開きの状態にされる。熱応動スイッチＴＳが排出されていない場合、センサ９００からの検出信号を受けて樹脂封止装置１０はターンテーブル１００を停止させ、警報を発する。

確認位置１６０で排出確認した後、金型２００は投入位置１１０へ戻り、ターンテーブル１００の回転に従って上述の各工程が繰り返される。

この実施例で使用している金型２００を構成する上金型２１０及び下金型２２０は、無電解ニッケルめっき（Ｎｉ－Ｐめっき）した上にフッ素樹脂をコーティングした金型で、熱応動スイッチＴＳの離型性、摺動性を高くしてある。

上記実施例を通して説明した樹脂封止方法及び樹脂封止装置によれば、熱可塑性樹脂により樹脂封止したサーモスタット等の熱応動スイッチを容易に且つ迅速に製造可能である。特に、熱可塑性樹脂の注入に金型を使用したことによって、高圧で熱可塑性樹脂を吐出することが可能となっており、短時間（一例では３秒以下）で充填を完了することができる。一実施例によると、投入～冷却完了までのタクトタイムはほぼ６秒で、数十秒以上かかっていた従来技術の製法に比べて数秒単位までタクトタイムを短くできている。

１０ 樹脂封止装置
１００ ターンテーブル
１１０ 投入位置
１２０ 配置位置
１３０ 注入位置
１４０ 冷却位置
１５０ 排出位置
１６０ 確認位置
２００ 金型
２１０ 上金型
２２０ 下金型
２３０ 金型台
２４０ 注入通路

Claims (10)

1. 熱応動スイッチの樹脂封止方法であって、
   自動化装置により、
   前記熱応動スイッチを金型に配置して該金型の注入通路と前記熱応動スイッチのケースの開口とを連通させる配置工程と、
   加熱して軟化させた熱可塑性樹脂を前記注入通路を通して前記開口から前記ケース内へ注入する注入工程と、
   前記熱可塑性樹脂を注入した前記熱応動スイッチを冷却する冷却工程と、
   冷却した前記熱応動スイッチを前記金型から取り出す排出工程とを実行すること含み、
   前記自動化装置が、複数の前記金型を円周状にして設置したターンテーブルを有し、
   それぞれの前記金型に関し、前記ターンテーブルの回転に従って前記配置工程と前記注入工程と前記冷却工程と前記排出工程とを順番に実行する、樹脂封止方法。
2. 前記排出工程において、前記ケースから突き出ている前記熱可塑性樹脂のゲート部分をカットすることを含む、請求項１に記載の樹脂封止方法。
3. 前記冷却工程において、前記金型に空気を吹き付けて冷却を行う、請求項１又は２に記載の樹脂封止方法。
4. 前記排出工程の後、前記配置工程の前に、センサにより前記熱応動スイッチの排出を確認する確認工程を更に実行する、請求項１～３のいずれか１項に記載の樹脂封止方法。
5. 熱応動スイッチの樹脂封止装置であって、
   少なくとも１つのターンテーブルと、
   円周状にして前記ターンテーブルに設置された複数の金型とを有し、
   それぞれの前記金型には、熱可塑性樹脂を通す注入通路が形成されており、
   前記ターンテーブルは、回転することにより前記金型をそれぞれ、
   開いた前記金型へ前記熱応動スイッチを送り込む投入位置と、
   前記金型を閉じて前記熱応動スイッチを前記金型に配置し、前記注入通路と前記熱応動スイッチのケースの開口とを連通させる配置位置と、
   加熱して軟化させた前記熱可塑性樹脂を前記注入通路を通して前記開口から前記ケース内へ注入する注入位置と、
   前記熱可塑性樹脂を注入した前記熱応動スイッチを冷却する冷却位置と、
   冷却した前記熱応動スイッチを前記金型を開いて取り出す排出位置とに移動させる、樹脂封止装置。
6. 前記排出位置で取り出される前記熱応動スイッチの前記ケースから突き出ている前記熱可塑性樹脂のゲート部分をカットするゲート除去器を更に有する、請求項５に記載の樹脂封止装置。
7. 前記冷却位置において前記金型に空気を吹き付ける送風器を更に有する、請求項５又は６に記載の樹脂封止装置。
8. 前記ターンテーブルは、前記排出位置の次に、前記金型から前記熱応動スイッチが排出されていることをセンサにより確認する確認位置へ前記金型を移動させ、この確認位置から前記投入位置へ前記金型を移動させる、請求項５～７のいずれか１項に記載の樹脂封止装置。
9. 前記金型は、無電解ニッケルめっきした上にフッ素樹脂をコーティングした金型である、請求項５～８のいずれか１項に記載の樹脂封止装置。
10. 前記金型に、前記熱応動スイッチから延びているリード線を通すためのリード線通路が形成されており、該リード線通路が円錐台状拡開部分を有する、請求項５～９のいずれか１項に記載の樹脂封止装置。

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