(57)【要約】【課題】  樹脂と埋め込み金物の境界面に発生する残留応力を低減するとともに、エポキシ樹脂注形品の特性向上及び品質を安定させることのできるエポキシ樹脂注形品の保温方法及び保温器具を提供する。【解決手段】  載置面にコロコンを備えるとともに４本の脚の先端にキャスタを備えた架台２上に鉄板１が載置され、この鉄板１上には一次硬化を終え金型から取り出されたエポキシ樹脂からなる絶縁部品３が搭載されている。鉄板１の内部にはヒータ線４が埋め込まれ、鉄板１の表面には鉄板１の温度を測定する温度センサ５が設けられている。コネクタ６及び７を介して、モニタ制御盤８が接続され、このモニタ制御盤８では、温度センサ５に測定される鉄板１の温度を観測できるとともに、鉄板１内の温度をヒータ線４を介して設定することができるように構成されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金型内にエポキシ樹脂を注入して加熱硬化させる一次硬化工程と、一次硬化されたエポキシ樹脂注形品の製品寸法を決定する二次硬化工程との間に、前記エポキシ樹脂注形品を、内部に加温手段を備えた加温板上に載置し、所定時間一定温度に加温する保温工程を備えたことを特徴とするエポキシ樹脂注形品の保温方法。
【請求項２】
前記エポキシ樹脂注形品を加温する温度は、一次硬化後のガラス転移温度から二次硬化温度の範囲内であることを特徴とする請求項１記載のエポキシ樹脂注形品の保温方法。
【請求項３】
金型内にエポキシ樹脂を注入して加熱硬化させる一次硬化と、一次硬化されたエポキシ樹脂注形品の製品寸法を決定する二次硬化との間に、前記エポキシ樹脂注形品を保温するエポキシ樹脂注形品の保温器具であって、
内部に加温手段を備え、一次硬化されたエポキシ樹脂注形品を載置する載置台を形成した加温板と、
前記加温板を載置する架台と、
前記加温板には加温板の温度を測定する温度センサが設けられ、
前記加温手段と前記温度センサには、前記加温板の温度を制御部が接続されていることを特徴とするエポキシ樹脂注形品の保温器具。
【請求項４】
前記架台は、移動可能に構成されるとともに、前記加温板をスライド移動可能に載置することを特徴とする請求項３記載のエポキシ樹脂注形品の保温器具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エポキシ樹脂注形品の加圧ゲル化法等による量産方式によって製造される製品に対し、一次硬化後から二次硬化時に発生する樹脂と埋め込み金物の境界面に発生する応力を低減させるエポキシ樹脂注形品の保温方法及び保温器具に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、エポキシ樹脂注型品は、固体絶縁物としての電気絶縁性や機械的特性に優れていることから様々な分野で使用されている。特に高電圧の電力変電機器の絶縁物として多用されており長期の信頼性を必要とされている。
【０００３】
一般に、注形品の硬化は、成形するために型内で行う一次硬化と、最終的な物性を付与し製品寸法を決定するための二次硬化とに分かれる。近年、高品質で信頼性の高い注形品を短時間で大量生産するために加圧ゲル化法が適用されているが、この加圧ゲル化法においては反応性の高いエポキシ樹脂が用いられ、金型の温度を樹脂温度よりも数段高くした状態で金型内に樹脂を注入し、硬化が完了するまで硬化時の収縮分の樹脂を補うために加圧補給し続けるものである。
【特許文献１】特開平１０−１３０４６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、加圧ゲル化方式では、金型から製品を取り出すことが可能な一定の硬度に達した状態で製品を取り出すが、このとき、硬化の際の収縮力が樹脂と埋め込み金物との境界面に残留応力として発生する。特に、反応性の高いエポキシ樹脂を用いて短時間に硬化するため、硬化収縮及び発熱が大きく、樹脂と埋め込み金物の境界面への残留応力の影響は大きい。
【０００５】
また、離型後の温度低下により、熱収縮によって発生する応力が更に樹脂と埋め込み金物との境界面に付与されるが、特に樹脂の肉厚を多く設定している製品形状の場合は離型後の製品の内部と外側での温度差や樹脂と導体との熱伝導率の違いにより、樹脂と金物の境界面との状態がより不安定となりやすい。このように、高温で一次硬化を行う場合は熱収縮による影響が大きく、安定した製品を製造するためには課題となっていた。
【０００６】
一方、一次硬化後の温度低下の影響を少なくすることで上記の残留応力の影響を軽減することは可能であるが、二次硬化炉の保有状況や工程管理の現状からみて、個々の製品に適した条件で温度低下を防ぐ管理を行うことは困難であった。特に、加圧ゲル化方式などの短時間で生産性の高い製造方式の場合には、より顕著な課題となっていた。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、樹脂と埋め込み金物の境界面に発生する残留応力を低減するとともに、エポキシ樹脂注形品の特性向上及び品質を安定させることのできるエポキシ樹脂注形品の保温方法及び保温器具を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明は、金型内にエポキシ樹脂を注入して加熱硬化させる一次硬化工程と、一次硬化されたエポキシ樹脂注形品の製品寸法を決定する二次硬化工程との間に、前記エポキシ樹脂注形品を、内部に加温手段を備えた加温板上に載置し、所定時間一定温度に加温する保温工程を備えたことを特徴とする。
【０００９】
以上のような本発明によれば、従来は、一次硬化後のエポキシ樹脂注形品に対して、保温工程を設けることなく、単に室温まで温度を低下させた後、一定の個数をまとめて二次硬化を実施していたが、本発明では、一次硬化後に内部にヒータ線等の加温手段を備えた加温板上で、一次硬化後のエポキシ樹脂注形品を一定温度で一定時間保温するため、一次硬化後において、エポキシ樹脂と埋め込み金物との境界面に発生する残留応力及び製品の温度低下による熱収縮を低減し、機械的特性及び絶縁性能の向上及び品質の安定化を図ることができる。
【００１０】
また、本発明は、上記発明に加えて前記エポキシ樹脂注形品を加温する温度が、一次硬化後のガラス転移温度から二次硬化温度の範囲内であることを特徴とする。
以上のような態様では、一次硬化と二次硬化との間で、エポキシ樹脂注形品を一次硬化で付与されたガラス転移温度以下とした場合は、エポキシ樹脂と埋め込み金物との間における残留応力を開放することが困難であり、一方でエポキシ樹脂注形品の温度が二次硬化温度を超えると極端な反応の進行や酸化劣化による影響を受けるが、本発明ではエポキシ樹脂注形品の保温温度が一次硬化で付与されたガラス転移温度を下限値とし、上限は次工程である二次硬化温度の範囲内としているため、上記のような弊害がない。
【００１１】
本発明は、また、上記方法を実現する装置の発明として、金型内にエポキシ樹脂を注入して加熱硬化させる一次硬化と、一次硬化されたエポキシ樹脂注形品の製品寸法を決定する二次硬化との間に、前記エポキシ樹脂注形品を保温するエポキシ樹脂注形品の保温器具であって、内部に加温手段を備え、一次硬化されたエポキシ樹脂注形品を載置する載置台を形成した加温板と、前記加温板を載置する架台と、前記加温板には加温板の温度を測定する温度センサが設けられ、前記ヒータ線と前記温度センサには、前記加温板の温度を制御部が接続されていることを特徴とする。
【００１２】
以上のような態様では、一次硬化後に、内部にヒータ線等の加温手段を備えた加温板上で、一次硬化後のエポキシ樹脂注形品を一定温度で一定時間保温することにより、一次硬化後において、エポキシ樹脂と埋め込み金物との境界面に発生する残留応力及び製品の温度低下による熱収縮を低減し、機械的特性及び絶縁性能の向上及び品質の安定化を図ることができるとともに、温度センサにより周囲及び加温板上の温度を制御部により制御することによって、個々の製品に適した条件で温度低下を防ぐ管理を行うことが可能である。
【００１３】
また、前記保温器具における他の態様では、前記架台は、移動可能に構成されるとともに、前記加温板をスライド移動可能に載置していることを特徴とする。
以上のような態様では、架台を、キャスタ等の移動部材により移動可能に構成し、架台上の加温板をコロコン等のスライド部材によりスライド移動可能に構成することによって、保温工程終了後は、加温板ごと二次硬化炉内へ搬入することができる。したがって、一次硬化後に保温工程を追加したとしても、多数個の製品に対し同様の処置を一括で行うことができ、かつそのまま次工程へ移行できるため、余分な工程を増やすことなく生産性を落とすことはない。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、樹脂と埋め込み金物の境界面に発生する残留応力を低減するとともに、エポキシ樹脂注形品の特性向上及び品質を安定させることのできるエポキシ樹脂注形品の保温方法及び保温器具を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に、本発明を実施するための最良の形態（以下「本実施形態」と呼ぶ）について図を参照して説明する。なお、背景技術や課題で既に説明した内容と共通の前提事項は適宜省略する。
【００１６】
［１．構成］
図１は、本実施形態のエポキシ樹脂注形品の保温器具を示す図であり、載置面にコロコンを備えるとともに４本の脚の先端にキャスタを備えた架台２上に、加温板としての鉄板１が載置され、この鉄板１上には一次硬化を終え金型から取り出されたエポキシ樹脂注形品である絶縁部品３が搭載されている。この絶縁部品３は、ガス絶縁開閉装置等に用いられる円板状の絶縁スペーサや樹脂の肉厚が１００ｍｍを超える円筒状の絶縁筒等である。また、鉄板１は、架台２の載置面に設けられたコロコンにより、架台２上を移動可能になっている。
【００１７】
ここで、一般に絶縁部品３が大きい製品の場合は、この部品３を冶具等で所定の寸法に矯正する場合があるが、この場合、この冶具等と絶縁部品３との温度差があれば、冶具等による温度低下により、絶縁部品３の熱収縮による影響が生じる。そこで、鉄板１上には絶縁部品３だけでなく、部品成型用の冶具等も載置可能である。
【００１８】
鉄板１の内部にはヒータ線４が複数埋め込まれ、鉄板１の表面には鉄板１の温度を測定する温度センサ５が設けられている。また、鉄板１の側面一端には、このヒータ線４及び温度センサ５に電力を供給するコネクタ６及び７が着脱自在な構成で取り付けられている。
【００１９】
また、このコネクタ６及び７を介してモニタ制御盤８が接続され、このモニタ制御盤８では温度センサ５に測定される鉄板１の温度を観測できるとともに、鉄板１の温度をヒータ線４を介して設定することができるように構成されている。このモニタ制御盤８では２００℃以下の温度であれば容易に昇温可能に構成されている。
【００２０】
鉄板１の各サイドには、図に示すように断熱板９が設けられており、この断熱板９の存在により鉄板１を安定的に恒温状態に保たれている。
【００２１】
［２．作用効果］
以上のような構成からなる本実施形態では、一次硬化が終了したガス絶縁部品３を鉄板１上に載置し、モニタ制御盤８で温度監視しながら、ヒータ線４を介して鉄板１の温度を一定時間所定の温度に保持することによって、絶縁部品３を保温する。
【００２２】
ここで、ヒータ線４の設定温度は、一次硬化で付与されたガラス転移温度以上にしないと応力が開放されないこと、二次硬化温度を超えると反応が進行してしまうこと、１５０℃を超えるとエポキシ樹脂の熱劣化が始まることを考慮して設定する必要がある。これに基づけば、例えば一次硬化後のガラス転移温度が１００℃程であれば、１３０℃程度で保温することが望ましい。また、一般的な注形樹脂であれば時間は５時間未満とすれば反応の進行に与える影響が少ない。
【００２３】
上記のようにして絶縁部品３を加温板である鉄板１上で所定温度一定時間保温した後は、架台２をキャスタを転がして二次硬化炉１０の付近まで移動させ、二次硬化炉１０内へは、鉄板１を架台２上のコロコンによりスライド移動させて搬入する。このとき、ヒータ線４及び温度センサ５に接続されたコネクタ６及び７は鉄板１から外す。
【００２４】
以上のような本実施形態では、次のような効果を奏する。すなわち、従来は、一次硬化後の絶縁部品に対して、保温工程を設けることなく、単に室温まで温度を低下させた後、一定の個数をまとめて二次硬化を実施していたが、本実施形態では、一次硬化後に、内部にヒータ線４を備えた鉄板１上で、一次硬化後の絶縁部品３を一定温度で一定時間保温するため、一次硬化後において、エポキシ樹脂と埋め込み金物との境界面に発生する残留応力及び製品の温度低下による熱収縮を低減し、機械的特性及び絶縁性能の向上及び品質の安定化を図ることができる。
【００２５】
また、本実施形態の保温器具によれば、鉄板１にヒータ線４を埋め込み、一定の温度にて加温できる構造とし、当該鉄板１上に直接絶縁部品３やそれに用いる冶具を載置し、保温することが可能である。また、鉄板１に設けられた温度センサ５を介してモニタ制御盤８により、鉄板１上の温度をモニタリングすることが可能である。
【００２６】
架台２には、ヒータ線４とセンサ５のコネクタ６及び７が鉄板１から着脱可能に構成され、さらにキャスタとコロコンが設けられていることによって、架台２自体の移動と鉄板１の架台２上での移動が容易となるとともに、保温工程終了後は、鉄板１ごと二次硬化炉１０内へ搬入することができる。したがって、一次硬化後に保温工程を追加したとしても、多数個の製品に対し同様の処置を一括で行うことができ、かつそのまま次工程へ移行できるため、余分な工程を増やすことなく生産性を落とすことはない。
【００２７】
一次硬化と二次硬化との間で、絶縁部品３を一次硬化で付与されたガラス転移温度以下とした場合は、エポキシ樹脂と埋め込み金物との間における残留応力を開放することが困難であり、一方で絶縁部品３の温度が二次硬化温度を超えると極端な反応の進行や酸化劣化による影響を受けるが、本実施形態では、絶縁部品３の保温温度が一次硬化で付与されたガラス転移温度を下限値とし、上限は次工程である二次硬化温度の範囲内としているため、上記のような弊害がない。
【００２８】
［３．実施例］
次に、上記のような保温処理による実施例を比較例とともに示す。表１に示すように、本実施形態に示す保温工程を経た円盤状の絶縁スペーサ（実施例）と保温工程を経ない絶縁スペーサ（比較例）との圧力負荷による製品強度を測定した。そうしたところ、実施例では３．２ＭＰａであるのに対して、比較例は２．８ＭＰａであって、本実施形態の保温工程を経ることによって機械的強度が２割以上向上したことがわかる。このように一次硬化の後、保温工程を経ることによって絶縁部品の強度が向上する。
【表１】
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【００２９】
また、表２には、樹脂の肉厚が１００ｍｍを超える円筒状の絶縁部品を４つ用意し、一次硬化のガラス転移温度を１００℃程度とした後、本実施形態の保温器具を用いての４通りの保温条件で、１００℃以上の高温と０℃以下の低温に絶縁部品３を交互に曝し（温度負荷条件）、熱衝撃を加えるヒートショック試験を行った結果をまとめた。なお、表２における「破壊」とは、樹脂及び樹脂と埋め込み金物の境界面に割れが生じた場合のことをいう。また、縦欄の「温度負荷条件」は、(1) 〜(7) の順で高温と低温を交互に７回繰り返したことを表し、表中「Ｔｇ」は、一次硬化後のガラス転移温度を示す。
【表２】
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【００３０】
これによれば、一次硬化後のガラス転移温度より保温条件が低ければ低いほど、絶縁部品の破壊が早く、一次硬化後のガラス転移温度以上の温度で保温工程を追加することにより熱衝撃に強くなっていることがわかる。
【００３１】
このように、一次硬化後のガラス転移温度以上の温度で保温工程を追加することにより残留応力による影響が低減され、内部欠陥発生の抑制及び熱衝撃に対し、製品強度が向上することがわかる。
【００３２】
以上のように、一次硬化後に保温工程を加えることにより、円板状の絶縁スペーサ等の機械的強度が２割以上向上することがわかる。また、円盤状ではなく樹脂の肉厚が１００ｍｍを超える円筒状の絶縁部品についても、一次硬化を高温短時間で行うと熱収縮により、表２「３０℃×４時間」の「(1) 保温後」に表れるように、内部に５０％以上の不具合が発生していたが、本実施形態では、５％以下の歩留まりまで解消された。さらに、強制的にヒートショックを与えた場合、従来では破壊する温度領域でも破壊せず、残留応力の開放による強度の向上が確認された。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施形態に係る保温器具の構成を示すイメージ図。
【符号の説明】
【００３４】
１…鉄板
２…架台
３…ガス絶縁部品
４…ヒータ線
５…温度センサ
６，７…コネクタ
８…モニタ制御盤
９…断熱板
１０…二次硬化炉
【図１】
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