JP5344232B2 - 樹脂充填方法、および樹脂充填装置 - Google Patents

Description

本発明は、ケース内に配置したリアクトルを樹脂で封入するための樹脂充填装置、および樹脂充填方法に関するものである。

ハイブリッド自動車などのＤＣ−ＤＣコンバータなどの構成部品として、例えば、図３に示すようなリアクトル２が知られている。リアクトル２は、並列される一対のコイル２０と、コイル２０に挿通されるコア２１とを備える。このリアクトル２の両コイル２０は接続部２０ｊを介して接続されている。また、コイル２０とコア２１との間には両者の絶縁を確保するボビン２３が配置されている。

このようなリアクトル２をケース９（例えば、アルミニウム製）に収納してステー９０でケース９に固定した後、熱伝導性の高い樹脂４で封入した構成とすることがある（例えば、特許文献１参照）。リアクトル２をケース９に収納することでリアクトル２の設置性が向上する。また、樹脂４とケース９を介してリアクトル２で発生した熱を外部に効率良く放熱することができる。

ところで、ケース９内に樹脂４を充填する際、樹脂４に気泡が混入すると、ケース９内の樹脂充填率が低下し、それに伴いリアクトル２の放熱特性が低下する虞がある。気泡の混入を防止するには真空中でケース９内に樹脂４を充填することが有効である。このような真空中での樹脂４の充填を実施する具体的な構成として、例えば、図４に示すような樹脂充填装置３が利用されている。この装置３は、ケース９を内部に収納する真空槽３１と、真空槽３１内のケース９に樹脂４を充填するディスペンサ機構とを備える。

ディスペンサ機構は、樹脂４を貯留する樹脂貯留タンク３２と、このタンク３２に接続され樹脂４を吐出する吐出バルブ３３と、吐出バルブ３３を制御する制御装置３５とを備える。吐出バルブ３３としては、例えば、特許文献２に記載のような加圧エア式のものを採用でき、その場合、制御装置３５は吐出バルブ３３への加圧エアを調節する。このようなディスペンサ機構で樹脂４をケース９に充填する際は、制御装置３５からの加圧エアにより樹脂貯留タンク３２から吐出バルブ３３内に一旦樹脂４を貯留させ、さらに制御装置３５からの加圧エアにより吐出バルブ３３からケース９へ樹脂４を圧送する。

特開２００７−１１６０６６号公報 特開２００５−１８３７８７号公報

しかし、上記ディスペンサ機構を利用した構成では、樹脂を圧送によりケース内に吐出する構成であるため、樹脂充填装置が複雑で大がかりになるという問題がある。また、構成が複雑であるためメンテナンスが煩雑であるという問題もある。そのため、樹脂充填装置を簡単な構成として、そのメンテナンス性を改善することが望まれている。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、リアクトルをケース内に樹脂封入する際、簡単な構成で気泡の混入を防止できる樹脂充填装置、および樹脂充填方法を提供することにある。

本発明樹脂充填装置は、並列される一対のコイルを備えるリアクトルを収納するケース内に樹脂を充填するための樹脂充填装置に係る。そして、本発明樹脂充填装置は、真空槽と、樹脂貯留容器と、連通管と、排気機構とを備える。真空槽は、リアクトルを入れるケースを内部に収納する。樹脂貯留容器は、真空槽の外部に配され、樹脂を貯留する。連通管は、真空槽の内外に連通する。連通管の一端は、ケースの内周面とケースに収納されるリアクトルの外周面との隙間、もしくはリアクトルに備わる並列されるコイル間の隙間に挿通されてケース内に開口する。連通管の他端は樹脂貯留容器に開口する。排気機構は、連通管を介して樹脂を樹脂貯留容器からケース内に引き込むことができるように、真空槽内を真空引きする。そして、本発明樹脂充填装置は、樹脂の圧送手段を有さないことを特徴とする。

本発明樹脂充填装置は、従来構成のように樹脂の圧送手段を有さないため、装置の構成が簡単で、メンテナンスが容易である。その結果、ケースに樹脂で封入したリアクトルを効率良く生産することができる。

本発明樹脂充填装置の一形態として、連通管の一端がコイルに備わる絶縁被覆よりも低硬度であることが好ましい。

上記構成であれば、ケースの内周面とケースに収納されるリアクトルの外周面との隙間、もしくはリアクトルに備わる並列されるコイル間の隙間に連通管を配するときに、連通管でリアクトル（特に、コイルの絶縁被覆）を損傷することなくケース内に連通管を差し込むことができる。

本発明樹脂充填装置の一形態として、前記連通管の一端は、弾性変形体であることが好ましい。

上記構成であれば、連通管の一端のとり回しが容易であるし、前記隙間への一端の挿入の際に、リアクトルを損傷することを効果的に抑制できる。ここで言う弾性変形体とは、ヤング率が３００ＭＰａ〜２０００ＭＰａのものである。

本発明樹脂充填装置の一形態として、前記隙間に挿通された状態の連通管の一端の形状は、前記隙間の形状に沿った扁平形状であることが好ましい。

上記構成であれば、連通管からの樹脂の吐出量を十分に確保できるだけの連通管の流路断面積を得ることができる。

流路断面積を確保するために前記隙間へ挿通された状態の一端の形状を扁平形状とする構成は、予め前記隙間の形状に合わせた扁平形状の一端を有する連通管を用意し、その一端を前記隙間に挿通することで形成することができる。その他、一端を弾性変形体で形成するのであれば、前記隙間に挿入する前の一端の外形を前記隙間より大きくし、この一端を扁平に変形させて前記隙間に挿通することで上記構成を形成することもできる。

本発明樹脂充填装置の一形態として、装置に備わる真空槽内でケースを加熱する加熱機構を備えることが好ましい。

樹脂の充填時に加熱機構でケースを加熱することで、ケース内に樹脂を行き渡らせることが容易になる。これは、熱硬化性樹脂を硬化させるために加熱した場合、樹脂が硬化し始める前に樹脂の粘度が一時的に大幅に低下する現象を利用している。また、加熱によりケースに充填された樹脂からの脱泡を促進することもできる。さらに、樹脂の充填後において、加熱機構により熱硬化性樹脂の硬化を促進することもできる。

一方、本発明樹脂充填方法は、並列される一対のコイルを備えるリアクトルを収納するケース内に樹脂を充填する方法であって、本発明樹脂充填装置を用い、この樹脂充填装置の樹脂貯留容器が配置される雰囲気と同装置の真空槽内の雰囲気との差圧によって前記樹脂貯留容器から前記ケース内に前記樹脂を充填することを特徴とする。

本発明樹脂充填方法は、樹脂貯留容器からケースへの樹脂の充填に、樹脂貯留容器と真空槽との差圧を利用しているので、従来の樹脂充填装置に備わるディスペンサ機構のような樹脂の圧送手段を省略した樹脂充填装置を使用してケースに樹脂を充填できる。

また、本発明樹脂充填方法の一形態として、樹脂をケースに充填する際の真空槽の雰囲気圧力は、１００Ｐａ以下であることが好ましい。

本発明樹脂充填方法はもともと、差圧を利用して樹脂を真空槽に引き込む構成であり、真空槽の雰囲気圧力が大気圧よりも大幅に低いため、ケースに充填した樹脂から気泡を取り除く効果を有する。この真空槽の雰囲気圧力を１００Ｐａ以下とすることで、樹脂の脱泡をより確実に行うことができる。また、このような雰囲気圧力であれば、真空槽への樹脂の引き込みを迅速に行うことができる差圧を形成することができる。

本発明樹脂充填装置および樹脂充填方法によれば、簡単な構成で気泡の混入を防止しつつリアクトルをケース内に樹脂封入することができる。

本発明樹脂充填装置の概略構成図である。 本発明樹脂充填装置の連通管の一端がリアクトルを収納するケースに配置された状態を示す模式図であって、（Ａ）はケース開口部から見た図を、（Ｂ）は（Ａ）のＸ−Ｘ断面を示す図である。 （Ａ）は一般的なリアクトルの概略斜視図を、（Ｂ）は（Ａ）のリアクトルをケースに収納し、樹脂で封入した状態を示す概略斜視図である。 ディスペンサ機構を用いた従来の樹脂充填装置の概略構成図である。

＜実施形態１＞
≪全体構成≫
図１に示す本発明樹脂充填装置１は、ケース９内に収納された状態のリアクトル（図３で例示したリアクトル２と同じ構成のもの）を樹脂４で封入するための装置である。この装置１は、ケース９を収納する真空槽１１と、真空槽１１の外側で樹脂４を貯留する樹脂貯留容器１２と、真空槽１１の内外に連通する連通管１３と、真空槽１１の内部を真空排気する排気機構１４とを備える。この樹脂充填装置１の最も特徴とするところは、樹脂４をケース９内に充填する際に、真空槽１１内の雰囲気圧力と、樹脂貯留容器１２の配置される雰囲気圧力との差圧により容器１２から真空槽１１に樹脂４を引き込む点にある。また、この樹脂充填装置１は、樹脂４の移送に上記差圧を利用しているため、樹脂４を圧送する構成を有さない。以下、本発明樹脂充填装置１の各構成について詳細に説明すると共に、差圧を利用したケース９への樹脂４の充填方法を説明する。

（真空槽）
真空槽１１は、内部に収納したケース９を大気雰囲気から隔離することができる密閉容器である。真空槽１１は、後述する排気機構１４を接続するための排気ポート１１０と、真空状態にした内部雰囲気を常圧に戻すためのリークバルブ１１１と、内部の真空度を測定する真空計１１２とを備える。

上記排気ポート１１０にはバルブが形成されており、排気機構１４により真空槽１１から排気される気体の量を微調整することができる。また、バルブを閉じることで真空槽１１の真空度を維持することにも利用できる。排気ポート１１０のバルブの開閉は、図示しない制御手段で制御することができる。

リークバルブ１１１は、開放することで真空槽１１内の雰囲気圧力を迅速に常圧に戻すことができる。リークバルブ１１１は、制御手段で制御しても良いし、手動で開閉できるようにしても良い。もちろん、ケース９への樹脂４の充填中は閉じておく。

真空計１１２は、真空槽１１内の真空度を測定することができる機器であって、市販品を利用することができる。また、真空計１１２は、制御手段に接続され、測定した真空度のデータを制御手段に転送できるようになっている。真空度は、後述する樹脂貯留容器１２から真空槽１１内に樹脂４を引き込む際に、引き込む樹脂４の量を決定するための重要な要因である。樹脂４の引き込み量を決定する要因については後段で詳述する。

（樹脂貯留容器）
樹脂貯留容器１２は、真空槽１１の外部に配された樹脂４を貯留するための容器であって、図１に示すように大気中に開放された状態にある。但し、後述する実施形態２に示すように、容器１２は大気から隔離された密閉容器であっても良い。

（樹脂）
樹脂貯留容器１２に貯留される樹脂４は、絶縁性、熱伝導性に優れるものを使用することができる。例えば、絶縁性として、１０^１０Ω以上の絶縁抵抗を有し、熱伝導性として、１．２Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有する樹脂４が好ましい。具体的な材料としては、ウレタン樹脂やエポキシ樹脂などを利用できる。

（連通管）
連通管１３は、真空槽１１の内外に連通される長尺管であり、図示しない制御手段により開閉を制御されるバルブ１３０を備える。バルブ１３０は、連通管１３における真空槽１１近傍で真空槽１１の外側に配されている。この連通管１３の一端１３ａは、真空槽１１内に配されたケース９に挿入され、ケース９内の底部近傍に開口している。一端１３ａが底部近傍に開口していると、樹脂４がケース９に吐出される際に気泡（ケース９周りは殆ど真空雰囲気なので極微量ではある）を巻き込む可能性が低い。一方、連通管１３の他端１３ｂは、樹脂貯留容器１２内に貯留される樹脂４中に開口している。

上記連通管１３の一端１３ａの断面形状は特に限定されない。例えば、一端１３ａの断面形状は円形であっても良いし、上記挿入する隙間の形状に合わせて扁平であっても良い。一端１３ａの挿入箇所は、図２に示すようにリアクトル２の並列される一対のコイル２０の隙間や、ケース９の内周面とリアクトル２の外周面との隙間を挙げることができる。

上記連通管１３の一端１３ａは、適宜取り替え可能なように、一端１３ａ以外の部分とは別部材とすることができる。一端１３ａは、ケース９の底部近傍にまで挿入するときに、リアクトルと接触し易い部分である。そのため、一端１３ａは、リアクトルのコイルに備わる絶縁被覆（ポリウレタンや、ポリエステル、ポリエステルイミド、ポリイミド、ポリアミドイミドなど）を損傷しないよう材質で構成することが好ましい。例えば、一端１３ａは、ポリエチレンやポリプロピレンなどのプラスチック材料で構成することができる。その他、一端１３ａは、を絶縁被覆よりも硬度が大幅に低い材質、特に、ゴムなどの弾性変形体で構成することが好ましい。

また、一端１３ａを弾性変形体で構成する場合、上記隙間に挿入する前の一端１３ａの断面が上記隙間よりも大きくてもかまわない。例えば、前記隙間に挿入前の一端１３ａの断面形状が前記隙間よりも大きな外径を有する円形であっても、前記隙間に挿入する際、図２に示すように扁平に押し潰した状態とすることができる。挿入前の一端１３ａの断面を大きくすれば、樹脂４の流路断面積を大きくできるので、ケース９への樹脂４の充填を迅速に行うことができる。

（排気機構）
排気機構１４は、排気ポート１１０を介して真空槽１１に連結され、真空槽１１内の気体を排気する機器である。排気機構１４としては、例えば、真空ポンプを利用することができる。

（加熱機構）
加熱機構１５は、例えば図示するようにケース９を載置する加熱台１５０と、加熱台１５０に電力を供給して加熱台１５０の温度を上昇させる温度調節装置１５１とを備える。加熱機構１５により、ケース９に充填した樹脂４を加熱することで、樹脂４の粘度を一時的に低下させ、ケース９内に樹脂４を余すところ無く行き渡らせることができる。また、ケース９内の樹脂４を加熱することで、樹脂４の脱泡を促進させることができる。

≪樹脂の流量の調整≫
以上の構成を備える樹脂充填装置１において、樹脂貯留容器１２から真空槽１１への樹脂４の引き込み量、即ち樹脂４の流量は、５０ｍｌ／ｍｉｎ以上であることが好ましい。この流量は、圧送手段を用いた従来の樹脂充填装置における流量とほぼ同じ流量である。差圧を利用した簡易な構成とすることで、圧送手段を用いた構成と比べて樹脂４の流量が小さい傾向にある。しかし、次段に示す流量決定条件を操作することで流量５０ｍｌ／ｍｉｎ以上を達成することは可能である。

樹脂４の流量は主として、真空槽１１内の雰囲気圧力と樹脂貯留容器１２が配置される雰囲気圧力との差圧や、樹脂４の比重、樹脂４の粘度、連通管１３のとり回し状態（主に容器１２から連通管１３の最高到達点までの高さ）、連通管１３の流路断面積（特に、一端１３ａの流路断面積）などにより決定される。このように樹脂４の流量の調整は、複数の流量決定条件により決定されるが、最も重要な条件は、差圧、樹脂４の粘度、流路断面積である。これらの好ましい値は、以下の通りである。
差圧…０．１ＭＰａ
樹脂の粘度…１０Ｐａ・ｓ以下
流路断面積…５０ｍｍ^２以上

≪樹脂充填手順≫
図１の状態に準備された樹脂充填装置１を使用してケース９内に収納したリアクトルを樹脂４で封入するには、例えば、以下のように行う。

まず、図２に示すようにリアクトル２をケース９内に配置して、ステー９０によりリアクトル２をケース９に固定する。そして、リアクトル２の並列される一対のコイル２０間の隙間に連通管１３の一端１３ａを挿入する。ここで、図２の一端１３ａは、可撓性を有し、かつ上記隙間への挿入前には隙間よりも大きな外径を有する断面円形とする。一端１３ａは、隙間への挿入時には扁平に押し潰して上記隙間に挿入する。

次に、連通管１３のバルブ１３０とリークバルブ１１１を閉じると共に、排気ポート１１０のバルブを開放して、真空ポンプ（排気機構）１４により真空槽１１内の気体を排気する。目標真空度は、１００Ｐａ以下であり、目標真空度を達成したときの真空槽１１の雰囲気圧力と、樹脂貯留容器１２の雰囲気圧力（大気圧）との差圧は約０.１ＭＰａである。真空ポンプ１４は、樹脂４の充填操作を行う間中、動作させ続けることが好ましい。

次いで、連通管１３のバルブ１３０を開放し、真空槽１１内と樹脂貯留容器１２の雰囲気圧力との差圧により容器１２から真空槽１１へ樹脂４を引き込む。その際、ケース９周りが真空雰囲気なので、樹脂４の充填操作中に樹脂４の脱泡も同時に行われる。

具体的な樹脂４の引き込み量（樹脂４の流量）は、次段に列挙する充填条件であれば、およそ５０ｍｌ／ｍｉｎであった。ケース９内にリアクトルを封入する際に必要とされる樹脂４の量をおよそ１００ｍｌとすると、約２分で樹脂４の充填を終えることができる。これは、圧送圧力０．１ＭＰａの従来構成の樹脂充填装置により樹脂を充填する場合と殆ど同じ数値であるので、本発明装置１を使用することで、樹脂によるリアクトルの封入作業の効率が低下することはない。

（充填条件）
（１） 連通管１３の一端１３ａにおける流路断面積
…２.５ｍｍ×２.５ｍｍ×π（隙間への挿入前の一端１３ａの内径５ｍｍ）
（２） 樹脂４の種類
…エポキシ樹脂
（３） エポキシ樹脂の粘度
…４.０Ｐａ・ｓ
（４） 真空槽１１内の圧力
…約１００Ｐａ
（５） 容器１２内の樹脂４の液面から連通管１３の最高到達点までの高さ
…３００ｍｍ

最後に、ケース９内に所定量の樹脂４が充填されるように、真空ポンプ１４を動作させた後、真空ポンプ１４を停止する。その際、速やかに排気ポート１１０のバルブを閉じると共に、リークバルブ１１１を開放する。ここで、ケース９への樹脂４の充填を止めるタイミングは、流量の理論値に基づいて決定しても良いし、連通管１３に流量計を設けて、測定した実際の流量に基づいて決定しても良いし、あるいは、容器１２の質量を測定し、容器１２における樹脂４の減少量に基づいて決定しても良い。

ここで、樹脂充填装置１が加熱機構１５を有する構成の場合、加熱機構１５でケース９を加熱しつつケース９への樹脂４の充填を行なうと、樹脂４の充填効率を向上させることができるし、樹脂４の脱泡を促進することもできる。もちろん、加熱機構１５は、ケース９内への樹脂４の充填が終了した後、樹脂４の硬化を促進させることに利用しても良い。

上記一連の樹脂充填操作は、図示しない制御手段により自動制御すると良い。

＜実施形態２＞
実施形態２では、実施形態１の構成に加えて樹脂貯留容器を収納する脱泡槽を備える樹脂充填装置を説明する。この樹脂充填装置は、脱泡槽を備える以外は、実施形態１の樹脂充填装置と同様であるため、両装置で共通する構成については同一符号を付してその説明を省略する。また、本実施形態の説明にあたって図１を利用する。

脱泡槽１６は、樹脂貯留容器１２を収納し、同容器１２を外部の大気雰囲気から隔離することができるものである。つまり、脱泡槽１６は、真空槽１１と同じ構成を備える。この脱泡槽１６は、排気ポート１６０を備えており、排気機構１４に接続されている。排気機構１４は、真空槽１１に接続されるものと同じものを利用しても良いし、別に用意しても良い。また、脱泡槽１６は、内部の真空度を低下させるためのリークバルブ１６１と、内部の真空度を測定する真空計１６２とを備える。

以上の構成を備える樹脂充填装置１でケース９内に樹脂４を充填する場合、ケース９に樹脂４を充填する前に、脱泡槽１６を真空状態（例えば１００Ｐａ程度）とし、樹脂貯留容器１２における充填前の樹脂４の脱泡を行う。そして、脱泡槽１６のリークバルブ１６１を開放し、脱泡槽１６内を常圧に戻した後、実施形態１の樹脂充填装置と同様の手順により容器１２から真空槽１１内のケース９に樹脂４の充填を行う。

ここで、脱泡槽１６と真空槽１１で共通の排気機構１４を利用する場合、充填前の樹脂４の脱泡時は、真空槽１１の排気ポート１１０を閉じて、脱泡槽１６の排気ポート１６０を空けておいて排気機構１４を動作させる。そして、樹脂４の充填時は、真空槽１１の排気ポート１１０を開放し、脱泡槽１６の排気ポート１６０を閉じておいて排気機構１４を動作させると良い。

以上の構成を備える実施形態２の樹脂充填装置１によれば、ケース９に充填された樹脂４に気泡が混入される可能性を実施形態１の構成よりも低くすることができる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるわけではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更することができる。例えば、実施形態２において、樹脂貯留容器１２自体を密閉容器としても良い。つまり、容器１２自体が脱泡槽１６の役割を兼ねる構成とすることができる。

本発明樹脂充填装置および樹脂充填方法は、ケースに収納したリアクトルを樹脂で封入することに好適に利用することができる。

１ 樹脂充填装置
１１ 真空槽
１１０ 排気ポート １１１ リークバルブ １１２ 真空計
１２ 樹脂貯留容器
１３ 連通管 １３ａ 一端 １３ｂ 他端 １３０ バルブ
１４ 排気機構（真空ポンプ）
１５ 加熱機構 １５０ 加熱台 １５１ 温度調節装置
１６ 脱泡槽
１６０ 排気ポート １６１ リークバルブ １６２ 真空計
２ リアクトル
２０ コイル ２１ コア ２３ ボビン ２０ｊ 接続部
３ 樹脂充填装置
３１ 真空槽 ３２ 樹脂貯留タンク ３３ 吐出バルブ ３４ 真空ポンプ
４ 樹脂
３５ 制御装置
９ ケース ９０ ステー

Claims (7)

1. 並列される一対のコイルを備えるリアクトルを収納するケース内に樹脂を充填するための樹脂充填装置であって、
   前記ケースを内部に収納する真空槽と、
   前記真空槽の外部に配され、樹脂を貯留する樹脂貯留容器と、
   前記ケースの内周面と前記リアクトルの外周面との隙間、もしくは前記並列される一対のコイル間の隙間に変形した状態で挿通されて前記ケース内に開口する一端と、前記樹脂貯留容器内に開口する他端とを有し、前記一端が前記コイルに備わる絶縁被覆よりも低硬度な弾性変形体から構成される連通管と、
   前記連通管を介して前記樹脂を樹脂貯留容器からケース内に引き込むことができるように、前記真空槽内を真空引きする排気機構とを備え、
   前記樹脂の圧送手段を有さない樹脂充填装置。
2. 前記一端が前記ケースの底部近傍で開口する請求項１に記載の樹脂充填装置。
3. 前記隙間に挿通された状態の前記連通管の一端の断面形状は、前記隙間の形状に沿った扁平形状である請求項１または請求項２に記載の樹脂充填装置。
4. 前記真空槽内で前記ケースを加熱する加熱機構を備える請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の樹脂充填装置。
5. 並列される一対のコイルを備えるリアクトルを収納するケース内に樹脂を充填する樹脂充填方法であって、
   前記ケースを真空槽の内部に収納する収納工程と、
   前記真空槽の外部に配される樹脂貯留容器内に樹脂を貯留する樹脂貯留工程と、
   連通管の一端であって前記コイルに備わる絶縁被覆よりも低硬度な弾性変形体から構成される箇所を、前記ケースの内周面と前記リアクトルの外周面との隙間、もしくは前記並列される一対のコイル間の隙間に変形した状態で挿通してケース内に開口させ、前記連通管の他端を前記樹脂貯留容器内に開口させる連通工程と、
   前記真空槽内を真空引きすることで、前記樹脂貯留容器が配置される雰囲気と前記真空槽内の雰囲気とに差圧を発生させ、この差圧により前記連通管を介して前記樹脂を前記樹脂貯留容器から前記ケース内に充填する樹脂充填工程とを備える樹脂充填方法。
6. 前記連通工程において、前記一端を前記ケースに開口する位置が、前記ケースの底部近傍である請求項５に記載の樹脂充填方法。
7. 前記樹脂充填工程において、前記樹脂を前記ケースに充填する際の前記真空槽の雰囲気圧力は、１００Ｐａ以下である請求項５または請求項６に記載の樹脂充填方法。

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