JPH09286032A - モールド品の硬化方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】モールド硬化プロセスをより厳密に計測・制御
することによって、欠陥のないモールド品を短時間で製
造するモールド品の硬化方法を提供する。 【解決手段】モールド硬化装置に取り付けられたモール
ド品埋め込み型センサ５などのセンサから出力される信
号を実時間で演算装置に取り込み演算を行い、演算結果
に基づいて硬化プロセスを制御する信号を出力し、モー
ルド硬化装置内部に設置した硬化制御材を樹脂中に投入
するなどのコントロール手段１３によって硬化プロセス
を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はモールド品の硬化方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】エポキシ樹脂やポリエステル樹脂などの
樹脂を用いてモールド電磁コイル，ＧＩＳ用モールドス
ペーサ，集積回路パッケージなどのモールド品が製作さ
れている。これらのモールド品の硬化方法は、樹脂の物
理量を金型に取り付けられたセンサで計測することによ
って硬化プロセスを管理している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】モールド品の硬化は長
時間を要し、短時間化が必須である。硬化時間を短縮す
るために、型中に注入する樹脂各部の温度及び詳細な各
種の物理量の管理が必要になる。本発明は樹脂各部の詳
細な各種の物理量の管理が可能なモールド品の硬化方法
を提供するものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、硬化樹脂内部
の物理量をリアルタイムで計測する各種モールド品埋め
込み型センサを用いて硬化プロセスを管理することによ
って課題を解決できる。

【０００５】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を、
図面に基づいて詳細に説明する。

【０００６】図１は本発明になる全体の流れ、特にモー
ルド品の硬化方法を示す図である。金属を主体とした金
型２の内部には１ないし数個の金属・樹脂成型品などか
らなるインサート材４を含む硬化対象の樹脂品３で構成
されている。樹脂品３と金型２を含む硬化装置の１ない
し複数箇所に設置されているモールド樹脂埋め込み型セ
ンサ５は、情報伝達手段を経由して計測系６に繋がって
いる。ＣＰＵ８には、入力バッファ７，トリガ信号発生
器９，プログラムＲＯＭ１０，ＲＡＭ１１，出力バッフ
ァ１２が接続されている。硬化装置コントローラ１３
は、金型２または樹脂品３に繋がっていて、樹脂品３の
内部に混入されている硬化制御材入りカプセル１４が破
裂することによっても硬化プロセスがコントロールされ
る。トリガ信号発生器９からは一定間隔（例えば１分間
隔）で信号が出力される。トリガ信号発生器９からの信
号がＣＰＵ８に入力されると、ＣＰＵ８は入力バッファ
７に蓄積されているデータを取り込む。さて計測系６に
は、金型２・樹脂品３の表面または内部に１ないし複数
箇所に設置したセンサ５から出力される信号がリアルタ
イムに取り込まれて、計測系６はさらに信号を入力バッ
ファ７へ出力するようになっている。ＣＰＵ８は入力バ
ッファ７に蓄積されているデータを取り込んだ時、あら
かじめ与えられたプログラムＲＯＭ１０内のプログラム
・ＲＡＭ１１内のデータに基づいて演算を行い、出力バ
ッファ１２に演算結果を出力する。出力バッファ１２に
入力された演算結果は硬化装置コントローラ１３に信号
として出力されて、硬化装置コントローラ１３は信号に
基づいて金型２，樹脂品３を逐次制御する。以上のよう
な一連の過程が、トリガ信号発生器９からの信号をCPU8
が関知したときに起こる。

【０００７】図２は金型の内部の硬化対象のモールド樹
脂および金型と、センサとの接続形態を表している。硬
化対象のモールド樹脂６２と金型６３内に、金型埋め込
み型表面センサ６４，モールド樹脂表面接着センサ６
５，モールド品埋め込み型センサ６６が設置され、セン
サ導出口６７などを経由して金型外部に延びているケー
ブル・光ファイバ・導波管６８を介し、温度計・誘電率
計・ＡＥ・モールドプロセス監視器６９のうち１ないし
複数個に繋がっている。金型埋め込み型表面センサ６４
のタイプには主に金型温度センサがあり、モールド樹脂
表面接着センサ６５のタイプには主に歪み応力センサ，
誘電率センサがあり、更にモールド品埋め込み型センサ
６６のタイプは電界が小さい箇所などでモールド品に埋
め込んで使用するセンサであり主に樹脂温度センサ，歪
み応力センサ，樹脂粘度センサがある。

【０００８】図３は種々の硬化装置コントローラと硬化
手法を示しており、樹脂注入口７２に樹脂注入圧力・速
度制御コントローラ７３が取り付けられ、金型６３には
金型温度コントローラ７４が取り付けられ、モールド樹
脂６２には硬化制御剤を含むカプセル７５が一定の割合
でモールド樹脂６２各部分に均一な密度で混入されてい
る。樹脂注入圧力・速度制御コントローラ７３は樹脂注
入圧力・速度をコントロールすることによってモールド
樹脂６２に加わる圧力をコントロールし、金型温度コン
トローラ７４は金型の温度をコントロールすることによ
って間接的にモールド樹脂６２の温度をコントロールす
る。カプセル７５は硬化開始時の樹脂の温度以上のある
温度に融点を有しており、樹脂の温度上昇によって破裂
する。カプセル７５を破裂されると、硬化制御剤がモー
ルド樹脂６２中に均一に投入されて硬化反応速度を制御
する。

【０００９】図４は初期条件データとしてＲＡＭ１１中
に格納されるデータの計測方法、及び入力方法を示す図
で、金属を主体とした金型２の内部には１ないし数個の
金属・樹脂成型品などからなるインサート材４を含む硬
化対象の樹脂品３で構成されている。樹脂と金型を含む
硬化装置の１ないし複数箇所に設置されているセンサ５
は、情報伝達手段を経由して計測系６に繋がっている。
ＣＰＵ８には、入力バッファ７，トリガ信号発生器９，
プログラムＲＯＭ１０，ＲＡＭ１１が接続されている。
ＲＡＭ１１中に格納されるデータの計測方法にあたって
はプログラムＲＯＭ１０内に格納されている計測プログ
ラム８２を実行状態８４にして、その後計測系６の電源
を投入しておき、最後に金型に樹脂を注入しモールド硬
化プロセスを開始させ、計測プログラム８２によって計
測したモールド硬化の終了までの計測系６から入力され
るデータを、ＲＡＭ１１へ記録制御８５を行う。硬化プ
ロセスを何度か繰り返す。数回分（例えば、５回分）の
計測データについて、該計測データを入力データとして
処理プログラムによって演算を行い、演算結果８３を初
期条件データとしてＲＡＭ１１に記憶させる。

【００１０】図５は樹脂埋め込み型センサの例として、
２経路式ＦＦ型光ファイバ温度センサとその設置方法を
示した。（ａ）は、２経路式ＦＦ型光ファイバ温度セン
サの構成図であり、光源部ユニット９４から測定用光フ
ァイバ９２と基準信号用光ファイバ９３は外部に伸びて
いて、基準信号用光ファイバ９３はそのまま受光部ユニ
ット９６に繋がれており測定用光ファイバ９２は温度計
測部９５で折り返してから受光部ユニット９６に繋がっ
ていて温度計測部９５との往復分の測定用光ファイバ９
２は束ねられて外側を被覆されている。測定用光ファイ
バ９２と基準信号用光ファイバ９３は同一の材料から構
成されているものを使用し、その構成として光ファイバ
のコア（光伝送部）１１５，クラッド（光反射部）１１
４には、ガラスを用いたものとプラスチックを用いたも
のを使用した。光源部ユニット９４は、レーザ源１０
０，ハーフミラー１０１，ミラー１０２からなり、レー
ザ源１００から放出されたレーザ光はハーフミラー１０
１で２経路に分光されて、一方はハーフミラー１０１を
透過して基準信号用光ファイバ９３に入力し（経路
Ａ）、他方はハーフミラー１０１で反射され更にミラー
１０２で反射され測定用光ファイバ９２に入力（経路
Ｂ）する。この時点で経路Ａと経路Ｂのレーザ光の位相
は同位相である。経路Ｂのレーザ光は温度計測部９５に
到達したとき温度計測部９５の温度を関知して位相のず
れを生ずる。受光部ユニット９６は、ミラー１０３，ハ
ーフミラー１０４，光位相干渉計１０５からなり、基準
信号用光ファイバ９３からの出力(経路Ａ)はミラー１０
３で反射され更にハーフミラー１０４で反射され光位相
干渉計１０５に入力し、一方測定用光ファイバ９２から
の出力（経路Ｂ）はハーフミラー１０４を透過して光位
相干渉計１０５に入力する。この時点では経路Ｂのレー
ザ光が温度計測部９５によって位相のずれが生じている
ため、一般に経路Ａと経路Ｂのレーザ光の位相は異な
り、光位相干渉計１０５で光の干渉が現われる。光の干
渉模様は温度計測部９５の温度にのみ依存していて、光
位相干渉計１０５は温度計測部９５の温度値１０６を出
力する。(ｂ)は、モールド硬化プロセス中の樹脂内部温
度を計測する場合の２経路式ＦＦ型光ファイバ温度セン
サの設置方法を示したものである。２経路式ＦＦ型光フ
ァイバ温度センサの外観は、光源部ユニット９４と受光
部ユニット９６が一体となったモジュール１１３，測定
用光ファイバ９２のモジュール１１３からの往復分が束
ねられて外側を被覆されている光ファイバケーブル１１
２，光ファイバケーブル１１２の先端に測定用光ファイ
バ９１を内包する温度計測部９５という構成になってい
る。設置方法は樹脂を流し込む以前に、温度計測部９５
を金型１１１の穴の空いた部分から金型１１１内部に挿
入し、樹脂１１０が金型１１１に流れ込んだ時、樹脂１
１０の内部に埋もれるように設置する。樹脂１１０を金
型１１１に注入し硬化プロセスが開始されると、モジュ
ール１１３から温度値１０６が出力されて、計測系へリ
アルタイムで伝送される。

【００１１】図６は樹脂埋め込み型センサの例として、
ポリシランファイバを用いたスペクトル温度センサとそ
の設置方法を示したものである。（ａ）は、ポリシラン
ファイバを用いたスペクトル温度センサの構成図であ
り、光源部ユニット１１６から測定用ポリシランファイ
バ１２２と基準信号用ポリシランファイバ１２３は外部
に伸びていて、基準信号用ポリシランファイバ１２３は
そのまま受光部ユニット１１８に繋がれており測定用ポ
リシランファイバ１２２は温度計測部１１７で折り返し
てから受光部ユニット１１８に繋がっていて温度計測部
１１７との往復分の測定用ポリシランファイバ１２２は
束ねられて外側を被覆されている。光源部ユニット１１
６は、混合色光源１１９，ハーフミラー１２０，ミラー
１２１からなり、混合色光源から放出された混合色光は
ハーフミラー１２０で２経路に分光されて、一方はハー
フミラー１２０を透過して基準信号用ポリシランファイ
バ１２３に入力し（経路Ａ）、他方はハーフミラー１２
０で反射され更にミラー１２１で反射され測定用ポリシ
ランファイバ１２２に入力（経路Ｂ）する。この時点で
経路Ａと経路Ｂに入力した混合色光の波長波高スペクト
ルは同一である。（経路Ａ)，(経路Ｂ）ともにポリシラ
ンファイバに入力した混合色光はポリシランファイバ中
に含有されるケイ素の光吸収・発光の繰り返しによって
ポリシランファイバ中を伝達される。温度計測部１１７
の温度に依存してポリシランファイバ中に含有されるケ
イ素の光吸収・発光スペクトルが変化するために（経路
Ａ），（経路Ｂ）から受光部ユニット１１８内の波長波
高スペクトル温度計測装置１２４に入力されるの波長波
高スペクトルには相違が現われるので、波長波高スペク
トルの相違を波長波高スペクトル温度計測装置１２４は
温度値１２５に変換して出力する。ここで測定用ポリシ
ランファイバ１２２と基準信号用ポリシランファイバ１
２３の材料としてはケイ素Ｓｉの主錯に有機高分子基Ｐ
が結合したポリシラン１２６を用いた。(ｂ)は、モール
ド硬化プロセス中の樹脂内部温度を計測する場合のポリ
シランファイバを用いたスペクトル温度センサの設置方
法を示したものである。ポリシランファイバを用いたス
ペクトル温度センサの外観は、光源部ユニット１１６と
受光部ユニット１１８が一体となったモジュール１２
７，測定用ポリシランファイバ１２２のモジュール１２
７からの往復分が束ねられて外側を被覆されているポリ
シランファイバケーブル１２８，ポリシランファイバケ
ーブル１２８の先端に測定用ポリシランファイバ１２２
を内包する温度計測部１１７という構成になっている。
設置方法は樹脂を流し込む以前に、温度計測部１１７を
金型１２９の穴の空いた部分から金型１２９内部に挿入
し、樹脂130が金型１２９に流れ込んだ時、樹脂１３０
の内部に埋もれるように設置する。樹脂１３０を金型１
２９に注入し硬化プロセスが開始されると、モジュール
１２７から温度値１２５が出力されて、計測系へリアル
タイムで伝送される。

【００１２】図７は異物（センサ端）の種類と等電位線
の分布について、電磁場解析ソフトを使用して計算した
結果を示したものである。ソフトは、電力機器の実製品
設計ツールとしても用いられていて、解析結果に対する
信頼性はかなり高いものであることが実証されている。
(ａ)は、対象とした解析モデルの樹脂モールドコイルと
異物（センサ端）１３３の位置を断面図で示す。インサ
ート材であるコイル１３１の回りに含浸硬化させたモー
ルド樹脂１３２がありモールド樹脂１３２内のコイル１
３１角部近傍に線上の異物（センサ端）１３３が存在す
る。コイルにＶ（ｋｖ）の直流の正電位を与え、モール
ド樹脂１２２（誘電率Ｅ１）の外側に断面がコイル１３
１と相似形状で相似比が１：２〜３の位置にアース電極
があり、コイル１３１角部から１／３Ｌ（Ｌ：コイル１
３１の長辺の長さ）の位置に異物（センサ端）１３３が
位置するとして、電位分布について解析した。コイル１
３１角部と異物（センサ端）１３３の付近１３４に関し
て、異物（センサ端）１３３が、金属電線１３５の場合
の解析結果が（ｂ），異物（センサ端）１３３が、光フ
ァイバ１３６の場合の解析結果が（ｃ）である。（ｂ）
と（ｃ）を比較して明らかなことは、（ｂ）では金属電
線１３５の存在により等電位線が乱されているのに対
し、（ｃ）では光ファイバ１３６の半径のほぼ２倍の半
径を有する光ファイバ１３６の中心軸と中心を共有する
同心円より外側では等電位線が光ファイバ１３６が存在
しない場合と同じ等電位線の分布となっていて、等電位
線の分布が光ファイバ１３６が存在しても乱されていな
いことが判る。以上の解析結果をもとに、（ｄ）に示す
ように樹脂１３９の内部に温度計測部１３７と光ファイ
バケーブル１３８からなるセンサ端が埋め込まれた状態
で樹脂１３９を硬化後、（ｅ）に示すように樹脂１３９
からなる製品１４１の表面と光ファイバケーブル１３８
の交点１４２で光ファイバケーブル１３８を切断して製
品１４１を完成させた。（ｂ）は、モールド硬化プロセ
ス中の樹脂内部温度を計測する場合のポリシランファイ
バを用いたスペクトル温度センサの設置方法を示したも
のである。ポリシランファイバを用いたスペクトル温度
センサの外観は、光源部ユニット１１６と受光部ユニッ
ト１１８が一体となったモジュール１２７，測定用ポリ
シランファイバ１２２のモジュール１２７からの往復分
が束ねられて外側を被覆されているポリシランファイバ
ケーブル１２８，ポリシランファイバケーブル128の先
端に測定用ポリシランファイバ１２２を内包する温度計
測部１１７という構成になっている。設置方法は樹脂を
流し込む以前に、温度計測部１１７を金型１２９の穴の
空いた部分から金型１２９内部に挿入し、樹脂１３０が
金型１２９に流れ込んだ時、樹脂１３０の内部に埋もれ
るように設置する。樹脂１３０を金型１２９に注入し硬
化プロセスが開始されると、モジュール１２７から温度
値１２５が出力されて、計測系へリアルタイムで伝送さ
れる。

【００１３】図８は樹脂埋め込み型センサの例として、
樹脂各部の静電容量を計測する樹脂粘度センサの外観と
電極型状及び設置方法について述べた。樹脂粘度センサ
は計測モジュール１５１と測定部１５２が電線１５３を
介して接続されている。測定部１５２には平行電極１５
８が取り付けられている。平行電極１５８は一枚が５mm
×１０mmの寸法であり極板間は３mmである。交流電源１
５４により５０Ｈｚ・１００Ｖを印加しておき、バリア
ブルコンデンサー１５５を調整して、抵抗157，コイル
１５６，バリアブルコンデンサー１５５，平行電極１５
８の閉回路で共振が起こった時点におけるバリアブルコ
ンデンサー１５５の静電容量から平行電極１５８の静電
容量を導出する。測定部１５２については電極として、
円筒電極１６０と導電芯１５９を使用可能であることを
確認した。樹脂粘度センサの外観は、計測モジュール１
５１と測定部１５２、そして計測モジュール１５１と測
定部１５２を接続する電線１５３を束ねて外側を被覆し
たケーブル１６３という構成になっている。設置方法は
樹脂を流し込む以前に、測定部１５２を静電容量を計測
すべき位置に設置して、ケーブル１６３は金型１６２の
口出し部から外に排出する。測定部１５２の設置をすべ
て終了した後に、樹脂１６１を注入したとき、測定部１
５２の平行電極１５８の間に樹脂１６１が充填されて、
平行電極158の間に樹脂１６１の静電容量の測定が可能
となる。樹脂１６１の硬化中、バリアブルコンデンサー
１５５を調整して、抵抗１５７，コイル１５６，バリア
ブルコンデンサー１５５，平行電極１５８の閉回路で共
振を起こして、その時刻における樹脂１６１の静電容量
を計測した。硬化終了後、金型１６２から完成品１６４
を取り出し、完成品１６４から外部に突出しているケー
ブル１６３を完成品164の外面１６５に沿って切断し
た。

【００１４】図９は樹脂粘度センサに用いた電極の詳細
について示した。電極１７１からは電線１７２が伸びて
計測系に繋がっている。電極１７１の端部１７３を全辺
に渡って内側に２０〜３０度だけ折曲げることによって
樹脂投入時に電極１７１間に流れ込んだ樹脂が硬化進行
に伴って電極１７１間に確実に固定し、更に外部電界中
に電極１７１が存在することによって生ずる電極１７１
の端部１７３付近の電界集中に対応するために折曲げ加
工した端部１７３に折曲げ部分全体を覆うように高誘電
率セラミック１７４を焼き付けて電界集中による電気的
破壊を防止する。以上のように加工された電極１７１は
モールド品の完成品の中に埋め込んで、電界が加わる環
境下での使用にも十分耐えうる。

【００１５】

【発明の効果】本発明によれば、恒久的なモールド品埋
め込み型センサを使用するので、厳密に硬化プロセスを
計測できるとともに、完成品からセンサを外すプロセス
を省略できるので製造プロセスを簡略化でき、センサ端
の材料として誘電率が樹脂に近いものを用いたり或いは
センサ端に電界中の使用に耐え得る加工をしたものを埋
め込むので、完成品の電気的特性が悪化することはな
い。

【００１６】硬化プロセス中に樹脂の中に混入した硬化
制御剤を含むカプセルを外部要因により破裂させること
によって硬化制御剤を樹脂中に投入するので、モールド
品の部位に偏ることなく一様に硬化進行が可能となり、
電気的に機械的に耐性の大きい完成品を製造できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のモールド品の硬化方法を示すブロック
図。

【図２】金型の内部の硬化対象のモールド品および金型
と、センサとの接続形態の説明図。

【図３】硬化装置コントローラと硬化手法の説明図。

【図４】ＲＡＭ１１に格納されるデータの入力方法を示
す説明図。

【図５】２経路式ＦＦ型光ファイバ温度センサとその設
置方法を示す説明図。

【図６】ポリシランファイバ温度センサとその設置方法
を示す説明図。

【図７】異物（センサ端）の種類と等電位線の分布の関
係を示す説明図。

【図８】樹脂粘度センサの外観と電極型状及び設置方法
を示す説明図。

【図９】樹脂粘度センサの電極の説明図。

【符号の説明】

５…センサ、１３…硬化装置コントローラ。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】樹脂の硬化プロセスに関して時系列的に、
   モールド品埋め込み型センサを使用して樹脂の硬化中、
   樹脂各部分の物理量を計測し制御系が取り込み、硬化プ
   ロセスを制御することを特徴とするモールド品の硬化方
   法。
2. 【請求項２】ケイ素化合物からなる光学系材料ファイバ
   を計測媒体として用い、計測部を硬化対象のモールド品
   の任意の位置に埋め込み、光をプローブとして温度を計
   測して制御する請求項１に記載のモールド品の硬化方
   法。
3. 【請求項３】有機高分子化合物からなる光学系ファイバ
   を計測媒体として用い、計測部を硬化対象のモールド品
   の任意の位置に埋め込み、光をプローブとして温度を計
   測して制御する請求項１に記載のモールド品の硬化方
   法。
4. 【請求項４】導電性電極に加工を施した電極センサ端を
   硬化対象のモールド品に一つ以上埋め込み、前記電極間
   に存在する樹脂の静電容量を計測して、これより樹脂の
   粘度を導出して制御する請求項１に記載のモールド品の
   硬化方法。
5. 【請求項５】樹脂の中に一様に混入した要素を外部要因
   にてコントロールして、硬化プロセスを制御する請求項
   １に記載のモールド品の硬化方法。