(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エポキシ樹脂に無機充填剤を混合し撹拌して主剤を生成する工程と、この主剤に硬化剤を添加し硬化剤添加樹脂を生成する工程と、この硬化剤添加樹脂を金型内で注型する工程と、この注型された前記樹脂を硬化する工程とを含むエポキシ樹脂注型品の製造方法において、
前記主剤の生成時にエポキシ樹脂の誘電特性を計測し、この計測結果に基づいて前記エポキシ樹脂と無機充填剤との混合時間または温度の少なくとも一方を制御することを特徴とするエポキシ樹脂注型品の製造方法。
【請求項２】
エポキシ樹脂に無機充填剤を混合し撹拌して主剤を生成する工程と、この主剤に硬化剤を添加し硬化剤添加樹脂を生成する工程と、この硬化剤添加樹脂を金型内で注型する工程と、この注型された前記樹脂を硬化する工程とを含むエポキシ樹脂注型品の製造方法において、
前記硬化剤添加樹脂の誘電特性を計測し、硬化剤添加後の樹脂の可使用時間を判定することを特徴とするエポキシ樹脂注型品の製造方法。
【請求項３】
エポキシ樹脂に無機充填剤を混合し撹拌して主剤を生成する工程と、この主剤に硬化剤を添加し硬化剤添加樹脂を生成する工程と、この硬化剤添加樹脂を金型内で注型する工程と、この注型された前記樹脂を硬化する工程とを含むエポキシ樹脂注型品の製造方法において、
前記主剤または硬化添加樹脂の少なくとも一方の誘電特性を計測し、この計測結果に基づいて金型内に注型された樹脂の硬化時間または硬化温度の少なくとも一方を制御することを特徴とするエポキシ樹脂注型品の製造方法。
【請求項４】
エポキシ樹脂に無機充填剤を混合し撹拌する主剤混合部と、この主剤混合部に設けられたエポキシ樹脂と無機充填剤の撹拌装置と、この主剤混合部に設けられて主剤の誘電特性を計測する誘電特性検出部と、前記誘電特性検出部からの検出値に基づいて前記撹拌装置の運転を制御する撹拌制御部と、
前記主剤混合部から供給された主剤に硬化剤を添加する硬化剤添加部と、この硬化剤添加部に設けられて硬化剤添加樹脂の誘電特性を検出する誘電特性検出部と、前記誘電特性検出部からの検出値に基づいて硬化剤添加樹脂の可使用時間を判定する可使用時間判定部と、
前記硬化剤添加部から供給された硬化剤添加樹脂を注型する金型と、この金型に設けられたヒータと、前記主剤混合部の誘電特性検出部と硬化剤添加部の誘電特性検出部とに接続されかつこれら誘電特性検出部からの検出値に基づいて前記金型に設けられたヒータの温度と金型内に注型した硬化剤添加樹脂の硬化時間とを設定する注型制御部とを備えていることを特徴とするエポキシ樹脂注型品の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばガス遮断器などの電力機器に用いる絶縁スペーサや樹脂モールドコイルなどのエポキシ樹脂注型品の製造方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、重電機器は、充電部である導体などの金属部分をエポキシ樹脂などの絶縁体によって支持している。この場合、エポキシ注型材料は、エポキシ樹脂にアルミナやシリカ粒子などの無機充填剤を混合し調整された主剤と、硬化剤より成る。樹脂混合工程は、製品何個分かの主剤をまとめて調整した後、攪拌を継続し、充填剤の分散と樹脂温度を維持しながら次工程を待ち、注型金型に製造に必要な条件が整うと、必要量の主剤と硬化剤を混合し樹脂注入を行う。このため従来の技術では主剤を予め多量に調整するため、製品毎に主剤の混合履歴が異なる樹脂の注型が行われていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、エポキシ樹脂中で無機充填剤を混練すると、充填剤の精製工程で残留したイオン性の不純物が溶出する。この不純物イオンは樹脂硬化の際、触媒として反応に作用し、反応速度にばらつきを生ずる原因となる。しかし、従来の技術では、主剤混合の条件管理ができないために樹脂の反応速度にばらつきを生じ、注型製品の品質を一定に保つことが困難であった。たとえば、主剤混合時間が長く不純物イオン濃度の高くなった樹脂で注型した製品は、同じ硬化温度および時間を与えても反応が速くなり離型時の反応率が高くなる。その結果、このような樹脂で注型した製品では、金型内での体積収縮も大きくなって残留歪が発生し、クラック等の機械的欠陥や部分放電等の電気的欠陥が発生する恐れがある。一方、主剤混合時間が短く不純物イオン濃度の低い樹脂で注型した製品は、離型時の反応率が低くなり強度が低下するため、離型の際の応力により製品に機械的欠陥を生じやすい。
【０００４】
以上の課題を回避するため、製品毎にその都度主剤を混合調整することも理論上は可能であるが、実際にそのような方法を行うと、製品に合わせて混合設備を用意したり、混合調整の度に洗浄工程が必要になったりして、生産性を著しく損なうおそれがあった。
【０００５】
本発明の目的は、前記のような従来技術の問題点を解決したエポキシ樹脂注型品の製造方法および装置を提供することにあり、より具体的には、エポキシ注型樹脂調整中に発生するイオン成分の濃度をコントロールし、樹脂の反応性を精密に管理することにより、製品品質の安定化を図ったエポキシ樹脂注型品の製造方法および装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、エポキシ樹脂に無機充填剤を混合し撹拌して主剤を生成する工程と、この主剤に硬化剤を添加し硬化剤添加樹脂を生成する工程と、この硬化剤添加樹脂を金型内で注型する工程と、この注型された前記樹脂を硬化する工程とを含むエポキシ樹脂注型品の製造方法において、前記主剤の混合時に樹脂の誘電特性を計測し、この計測結果に基づいて前記エポキシ樹脂と無機充填剤との混合時間または温度の少なくとも一方を制御することを特徴とする。この場合、混合時間の制御は、連続する撹拌作業時間を変更するか、撹拌作業を間欠的に行うことにより達成される。
【０００７】
このような構成を有する請求項１の発明では、主剤の誘電特性を検出することにより、エポキシ樹脂の反応速度に影響を与える充填剤に由来するイオン濃度を監視でき、主剤と充填剤との混合時間や温度を制御することでそのイオン濃度を所定の値に保持することが可能となる。その結果、混合方式、混合羽形状、混合槽内温度分布などが異なる樹脂撹拌設備を用いても、エポキシ樹脂の反応速度を所望の値に制御することができ、
請求項２の発明は、前記のような工程を含むエポキシ樹脂注型品の製造方法において、硬化剤添加樹脂の誘電特性を計測し、硬化剤添加後の樹脂の可使用時間を判定することを特徴とする。このような構成を有する請求項２の発明では、注入前の樹脂の特性が把握できるので、安定した材料管理が可能となる。
【０００８】
請求項３の発明は、前記のような工程を含むエポキシ樹脂注型品の製造方法において、主剤または硬化剤添加樹脂の少なくとも一方の誘電特性を計測し、この計測結果に基づいて金型内に注型された樹脂の硬化時間または硬化温度の少なくとも一方を制御することを特徴とする。このような構成を有する請求項３の発明では、たとえ主剤や硬化剤添加樹脂の反応性にばらつきを生じても、後の樹脂硬化工程を制御することによって反応性を改善し、製品の品質を保つことができる。
【０００９】
請求項４の発明は、前記のような方法を採用したエポキシ樹脂注型品の製造装置において、エポキシ樹脂に無機充填剤を混合し撹拌する主剤混合部と、この主剤混合部に設けられたエポキシ樹脂と無機充填剤の撹拌装置と、この主剤混合部に設けられて主剤の誘電特性を計測する誘電特性検出部と、前記誘電特性検出部からの検出値に基づいて前記撹拌装置の運転を制御する撹拌制御部と、
前記主剤混合部から供給された主剤に硬化剤を添加する硬化剤添加部と、この硬化剤添加部に設けられて硬化剤添加樹脂の誘電特性を検出する誘電特性検出部と、前記誘電特性検出部からの検出値に基づいて硬化剤添加樹脂の可使用時間を判定する可使用時間判定部と、
前記硬化剤添加部から供給された硬化剤添加樹脂を注型する金型と、この金型に設けられたヒータと、前記主剤混合部の誘電特性検出部と硬化剤添加部の誘電特性検出部とに接続されかつこれら誘電特性検出部からの検出値に基づいて前記金型に設けられたヒータの温度と金型内に注型した硬化剤添加樹脂の硬化時間とを設定する注型制御部とを備えていることを特徴とする。
【００１０】
このような構成を有する請求項４の発明によれば、主剤混合部に設けられた誘電特性検出部によってエポキシ樹脂と無機充填剤の混合時における誘電特性を検出し、この検出値を撹拌制御部に入力する。この撹拌制御部が前記検出値に基づいて主剤混合部に設けられた撹拌装置の運転時間を制御することにより、主剤のイオン濃度を所定の値に設定する。また、主剤混合部の誘電特性検出部は、混合作業によって得られた主剤の誘電特性の検出値を注型制御部に入力することにより、この主剤を金型に注型した場合の反応速度を判断し、注型時における適切な硬化時間を設定すると共に、ヒータを制御して金型を加熱することにより適切な反応温度を設定する。同様に、硬化剤添加部に設けられた誘電特性検出部によって硬化剤添加樹脂の誘電特性を検出し、この検出値を注型制御部に入力することにより、注型時における硬化時間と金型温度とを制御する。
【００１１】
また、硬化剤添加部に設けられた誘電特性検出部によって硬化剤添加樹脂の誘電特性を検出し、この検出値を可使用時間判定部に入力することにより、硬化剤を添加した主剤の可使用時間、すなわちポットライフを管理する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の一つを図面を参照して説明する。
【００１３】
（１）実施の形態の構成
図１は本発明によるエポキシ樹脂注型品の製造装置を示す構成図である。この実施の形態において、主剤混合部は、エポキシ樹脂と無機充填剤の注形材料主剤混合槽（プリミキサー）１を備えている。この主剤混合槽１には、攪拌装置としてモーター２によって回転する攪拌羽根３が設けられている。このモーター２には、その回転速度、運転時間、運転間隔を設定する攪拌制御部４が接続されている。この主剤混合槽１は配管５を介して硬化剤添加部を構成するファイナルミキサー６に接続されている。このファイナルミキサー６には、前記主剤混合槽１と同様に、モーター７によって回転する攪拌羽根８が設けられている。ファイナルミキサー６は配管９を介して注型金型１０に接続されている。この注型金型１０は、真空槽１１内に格納されており、配管９に接続された樹脂の注入口１２と、樹脂の硬化反応時に金型を所定の温度に加熱するヒーター１３を備えている。
【００１４】
前記主剤混合槽１には、その内部に供給されたエポキシ樹脂と無機充填材の誘電特性を検出するセンサー１４が設けられている。このセンサー１４は、主剤の誘電特性検出部１５に接続され、この誘電特性検出部１５が前記攪拌制御部４に接続されている。また、前記ファイナルミキサー６にも、その内部の樹脂の誘電計測用のセンサー１６が設けられている。このセンサー１６も硬化剤添加樹脂の誘電特性検出部１７に接続され、この誘電特性検出部１７に可使用時間判定部１８が接続されている。また、注型金型１０部分には、そのヒーター１３の温度を設定すると共に、金型内における樹脂の硬化時間を設定する注型制御部１９が接続され、この注型制御部１９に前記主剤混合槽１とファイナルミキサー６に接続された誘電特性検出部１５，１７が接続されている。
【００１５】
前記のような誘電特性計測用のセンサー１４，１６の一例を図２に示した。図２の３種のセンサーはポリマー計測用センサーで、（Ａ）がセラミックプレート２１上に櫛形電極２０を設けたセンサー（マイクロメット社製）、（Ｂ）がポリイミドフィルム２２上に櫛形電極２０を設けたフィルム状センサー（同社製商品名ＩＤＥＸセンサー）、（Ｃ）がガード２３表面に設けられたセラミック２４に櫛形電極２０を支持させた機器装着型センサー（同社製商品名ＴＭＳセンサー）である。これらのセンサーは、外形は異なっていてもその基本的な作用は同一であって、センサーに設けられた櫛形電極２０間に入った樹脂の誘電損失係数を計測するものである。
【００１６】
（２）実施の形態の作用
前記のような構成を有する本実施の形態の作用は次の通りである。
【００１７】
まず、エポキシ樹脂と無機充填材とを主剤混合槽１内に供給し、モーター２を駆動して攪拌羽根３を回転させることで混合する。この際、センサー１４に接続された誘電特性検出部１５によって、混合中の樹脂の誘電特性を検出する。一般に、ポリマーなどの誘電体においては、Ｄｅｂｙｅ  の双極子理論より誘電損失係数ε”は次式（１）で表され、
【数１】
ε”＝（εｌ  −εｈ  ）ωτ／（１＋ω２  τ２  ）…（１）
εｈ  ：非緩和誘電率（高周波誘電率）
εｌ  ：緩和誘電率（低周波誘電率）
τ：双極子緩和時間
ω：角周波数２πｆ
さらに伝導電流が流れる場合、電気伝導率をσ、真空の誘電率をε０  とすれば、ε”は次式で表される。
【数２】
0003634020.tif 000002
（２）式において、周波数が十分低くωτ＜＜１の場合には、第２項を無視することができ、次の（３）式が得られる。
【数３】
ε”＝σ／（ωε０  ）      …（３）
よって電気伝導率σおよびその逆数である等価抵抗率ρは近似的に以下（４）（５）式で表される。
【数４】
σ＝ε”ε０  ω            …（４）
【数５】
ρ＝１／σ＝１／ε”ε０  ω      …（５）
【００１８】
図３にはエポキシ注型樹脂主剤混合中の電気伝導率の経時変化を示す。計測周波数１Ｈｚとし計算は（４）式による。エポキシ注型樹脂は、ビスフェロールＡ型エポキシ樹脂（チバガイギー社製：ＣＴ２００，エポキシ当量３９０）９０重量部、脂環式エポキシ樹脂（チバガイギー社製：ＣＹ−１７５）１０重量部に対し、充填剤として粒子状アルミナ（昭和電工社製：平均粒径１２μｍ）２５０重量部を配合し、主剤混合槽１にて１２０℃で真空混合した。混合中、充填剤から発生するアルカリ金属等の不純物イオンの影響で、樹脂中の電気伝導率が上昇する。発生するイオンの種類が同じであるならば電気伝導度はイオン濃度に比例する。従来の通常混合の場合、混合時間とともにイオン濃度が増加し、樹脂硬化の際、イオン性物質が触媒として反応に作用し、反応速度にばらつきを生ずる原因となる。
【００１９】
そこで、本実施の形態においては、主剤混合時の樹脂中のイオン濃度が一定になるよう充填剤の沈降を防止する程度に撹拌条件を制御する。すなわち、前記センサーの出力値を誘電特性検出部１５において判定し、この検出部１５に接続されている攪拌制御部４によって撹拌羽根３の回転数を低下させるか間欠撹拌を行う。本実施の形態では、主剤混合槽１に間欠撹拌を導入し混合時の樹脂の誘電特性をセンサー１４で監視して、電気伝導率が３×１０−１０  Ω・ｃｍになるように制御した。その結果、図３中に点線で示したように、樹脂の混合により成分の分散が得られたら充填剤の沈降が生じない程度に穏やかな撹拌条件を与えることにより、イオンの濃度を一定に保つことができる。
【００２０】
次に、前記のようにして得られた主剤は、配管５を通ってファイナルミキサー６に送られ、そこで硬化剤と混合された後、配管９および注入口１２を通って注型金型１０内に送り込まれる。注型金型１０には、注型制御部１９が設けられており、この注型制御部１０に前記主剤混合槽１およびファイナルミキサー６の誘電特性検出部１５，１７が接続されているため、この誘電特性検出部１５，１７からの信号により、ヒーター１３の温度を設定し、注型金型１０内における樹脂の反応温度を制御する。また、硬化時間も前記誘電特性検出部１５，１７からの信号により樹脂内のイオン濃度を判定して、それに応じた硬化時間を設定する。その結果、主剤の混合後の経時変化したり、硬化剤添加時における攪拌作業により樹脂内のイオン濃度が主剤の混合完了時点から変化しても、金型内で樹脂が製品毎に常に一定の硬化速度を得られるようヒータ温度を変化させたり、常に同じ硬化度で離型するよう硬化時間を可変制御することができる。また、各工程で使用される種々の混合撹拌設備の撹拌効率が異なっても、誘電特性検出部からの指令によりイオン濃度を管理することができる。
【００２１】
また、本実施の形態では、ファイナルミキサー６に設けられた誘電特性検出部１７に可使用時間判定部１８が接続されているので、ファイナルミキサー内に貯留されている硬化剤添加樹脂の誘電特性を検出することにより、その可使用時間を判定することができる。すなわち、硬化剤を添加した樹脂をファイナルミキサー６内に放置した場合に、徐々に硬化反応が進んでいくが、樹脂が硬化すると樹脂中のイオン成分の動きが拘束され等価抵抗率の上昇として硬化の進行を検知することができる。
【００２２】
（３）他の実施の形態
本発明は、図示の実施の形態に限定されるものではなく、誘電特性計測によるモニタリングは、ファイナルミキサー中の主剤、硬化剤の混合条件の管理や金型内部での樹脂硬化工程の管理に使用することができる。また、工程中にさらに主剤混合条件に偏差を生じ反応性に異常が起きても注型金型内部での樹脂の誘電特性をモニターすることにより、一定の品質の注型品を得ることができる。
【００２３】
【実施例】
本発明の一実施例を図４を用いて説明する。図４は混合条件の異なる注型樹脂主剤に硬化剤である無水フタル酸（チバガイギー社製：ＨＴ９０１）３０重量部を加えて混合後、１２０℃で硬化させた時の硬化特性を誘電計測による等価抵抗率の変化で示したものである。誘電計測には０．０１〜１００Ｈｚの周波数を用いた。樹脂が硬化すると樹脂中のイオン成分の動きが拘束され等価抵抗率の上昇として硬化の進行を検知することができる。図では主剤混合槽における混合作業を８時間行った主剤を硬化させた場合、４時間混合品に比べ反応が速くなることが示されている。つまり従来の製造方法ではこの実線の範囲内で硬化反応工程のばらつきを生じた。一方、本発明の撹拌制御により電気伝導度を３×１０−１０  Ω・ｃｍに保った主剤を用いると図中破線の硬化特性のように一定の反応性を得ることができる。
【００２４】
【発明の効果】
以上の通り本発明のエポキシ樹脂注型品の製造方法および装置によれば、エポキシ注型樹脂調整中に発生するイオン成分の濃度のコントロールが可能となり、樹脂の反応性を精密に管理することによって生産性を損なうことなく機械的、電気的欠陥の無い品質の安定したエポキシ樹脂注型品を得ることができる。特に、エポキシ樹脂注型工程において、混合方式、混合羽根形状、槽内温度分布など攪拌効率の異なる樹脂混合攪拌設備を用いても常に同じ反応性が得られるように工程管理することが可能となり、機械的、電気的欠陥の無い品質の安定したエポキシ樹脂注型品を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のエポキシ樹脂注型品の製造装置の実施の形態の一つを表す構成図
【図２】図１の実施の形態に用いる誘電計測用のセンサーの構成図
【図３】本発明の作用を表すエポキシ注型材料主剤の電気伝導度の特性変化を示すグラフ
【図４】本発明の一実施例を表すエポキシ注型材料の硬化特性図
【符号の説明】
１…主剤混合槽
２，７…モーター
３，８…攪拌羽根
４…攪拌制御部
５，９…配管
６…ファイナルミキサー
１０…注型金型
１１…真空槽
１２…樹脂の注入口
１３…ヒーター
１４，１６…センサー
１５，１７…誘電特性検出部
１８…可使用時間判定部
１９…注型制御部
【図１】
0003634020.tif 000003
【図２】
0003634020.tif 000004
【図３】
0003634020.tif 000005
【図４】
0003634020.tif 000006