JPH06270175A - 多段階圧縮成型により熱可塑性シート材料で封入したインサート - Google Patents

多段階圧縮成型により熱可塑性シート材料で封入したインサート

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JPH06270175A
JPH06270175A JP4144784A JP14478492A JPH06270175A JP H06270175 A JPH06270175 A JP H06270175A JP 4144784 A JP4144784 A JP 4144784A JP 14478492 A JP14478492 A JP 14478492A JP H06270175 A JPH06270175 A JP H06270175A
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Lloyd Fox
ロイド・フオツクス
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 本発明は、少なくとも1層の熱可塑性シート
材料を用いて多段階圧縮成型法により封入し、熱サイク
ルの間に目に見える重大な亀裂を起こさないインサー
ト、例えば変圧器などに関する。 【効果】 本発明の方法により、熱サイクルの間に重大
な亀裂を起こさない方法でインサートを封入することが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【背景】本発明は、多段階圧縮成型法により少なくとも
1層の熱可塑性シート材料を用いて封入したインサー
ト、特に金属を含む電気機能装置、例えば変圧器、セン
サー、ソレノイド及び回路板に関する。
【0002】過去には、環境保護、熱伝導性、電気絶縁
性、遮蔽及び化学薬品に対する保護の理由でポリマー樹
脂を用いてインサートを封入してきた。このような封入
は通常押し出し及び射出成型法により行われる(例えば
U.S.特許4,632,798−Eickman)。
得られる封入インサートは、ある場合には、及びインサ
ートが電気的性質である場合特に熱に長期間さらされ
る。そのような封入装置の封入層は、このような熱への
暴露又は熱サイクルの間に広範囲の亀裂を起こすことが
あることが見いだされた。この封入層の亀裂は、熱膨張
係数の差、樹脂の収縮又は不十分な機械的性質から起こ
り、これはそれぞれ押し出し及び/又は射出成型作業中
に起こる樹脂中の繊維の摩耗及び/又は樹脂の分解によ
ると思われる。
【0003】熱サイクルの間に広範囲の、好ましくは少
しも目に見える亀裂を起こさない封入インサートの開発
が本発明の目的であった。本発明において、そのような
封入インサートを製造できることが見いだされた。特
に、インサートの封入に少なくとも1層の熱可塑性シー
ト材料を用いることにより、及びさらに多段階圧縮成型
法によりインサートを封入することにより、このような
インサートを製造することができることが見いだされ
た。
【0004】どのようなインサートも本文に記載の熱可
塑性シート材料を用いて本文に記載の多段階圧縮成型法
により封入することができる。特に本発明を適用するこ
とができるインサートの例には、電気機能装置、例えば
変圧器及びその部品、ソレノイド、センサーならびに回
路板、及び熱に長期間さらされる又は熱サイクルを行う
他の金属装置が含まれる。
【0005】
【発明の要約】本発明は、多段階圧縮成型法により少な
くとも1層の熱可塑性シート材料に封入されたインサー
トに関する。得られるインサートは、熱サイクルの間に
目に見える重大な亀裂を起こさない。本発明は特に封入
電気インサート、例えば変圧器、ソレノイド、センサ
ー、回路板及び熱に長期間さらされる他の装置の製造に
有用である。
【0006】本発明の場合少なくとも1層の熱可塑性シ
ート材料を用いて本文に記載の多段階圧縮成型法により
インサートを封入する。
【0007】ここで用いる熱可塑性シート材料は熱可塑
性ポリマー材料から製造し、それは5−55重量%、好
ましくは10−50重量%のガラス繊維材料を含む。前
述の重量%は、熱可塑性ポリマー材料及びガラス繊維材
料のみに基づく。
【0008】熱可塑性シート材料に用いる熱可塑性ポリ
マー材料は、繊維、ペレット又はフレークの形態である
ことができる。有用な熱可塑性ポリマー材料には、ポリ
エステル(好ましくはポリエチレンテレフタレート)、
ポリアミド、アクリル樹脂、熱可塑性エラストマー又は
ゴム(例えばDu Pont製造のHytrelRを例
とするコポリエーテルエステル、Du Pont製造の
AlcrynRを例とする可塑剤及び安定剤と配合した
部分的架橋ハロゲン化ポリオレフィンアロイ)、及びポ
リオレフィン(例えばポリプロピレン)が含まれる。
【0009】熱可塑性シート材料に用いるガラス繊維材
料は、ガラス繊維のみから成ることができ、あるいはガ
ラス材料中にガラス繊維が存在すれば繊維、フレーク又
は球の混合物であることができる。繊維のみを含むこと
が好ましい。
【0010】熱可塑性シート材料は、熱可塑性ポリマー
材料及びガラス繊維材料の他に酸化防止剤、難燃剤及び
/又は粘度調整剤などの他の添加剤を含むことができ
る。
【0011】インサートの回りの封入層が電気絶縁性で
あることが望ましい場合、ポリエチレンテレフタレート
繊維(例えばDacronR)から製造し、5−55重
量%、好ましくは10−50重量%のガラス繊維を含
む、少なくとも1層の熱可塑性シート材料を用いてイン
サートを封入するのが好ましい。
【0012】インサートの回りの封入層が熱伝導性であ
ることが望ましい場合、5−60重量%、好ましくは1
0−45重量%の少なくとも1種類の熱伝導性材料、例
えば炭素繊維、金属被覆炭素繊維、金属粉末、金属繊
維、コークス、カーボンブラック、炭素粉末又はこれら
の混合物をさらに含む、少なくとも1層の熱可塑性シー
ト材料でインサートを封入しなければならない。好まし
い熱伝導性熱可塑性シート材料は、30−45重量%の
ポリエチレンテレフタレート繊維、5−35重量%のガ
ラス繊維及び約35−50重量%のメソフェーズピッチ
から遠心紡糸した炭素繊維を含む(ここに参照として挿
入するU.S.特許4,861,653に記載)。
【0013】熱可塑性シート材料及びその予備成型物
は、同時係属U.S.特許出願番号07/315,83
6に対応し、ここに参照として挿入する欧州特許034
1977に記載の通りに製造する。
【0014】インサートは、同一又は異なる1層又はそ
れ以上の熱可塑性シート材料を用いて封入することがで
きる。電気装置の場合、特に変圧器の場合、少なくとも
1層の熱伝導性熱可塑性シート材料及び少なくとも1層
の電気絶縁性熱可塑性シート材料を用いてインサートを
封入することを薦める。
【0015】本発明において、熱可塑性シート材料への
インサートの封入は、多段階圧縮成型法により行う。第
1段階でインサートの一部を圧縮成型法により封入し、
その後の段階でインサートの他の部分を、インサートの
全体が封入されるまで圧縮成型法により封入する。イン
サートの最上部を封入し、その後インサートの底部分を
封入する2回の圧縮成型操作により全封入法を完了する
のが好ましい。しかし封入するインサートの複雑さに依
存して、全体の封入に2回以上の圧縮成型操作が必要で
あり得ることは理解されねばならない。
【0016】図1及び図2を参照して圧縮成型法につ
き、さらに特別に記載する。図1は、インサートが変圧
器である場合の封入の第1部を示す。図1において、イ
ンサート(1)(すなわち変圧器)は、金型(3)及び
上部パンチ(4)を持つ圧縮成型集中ダイの金型キャビ
ティ(2)に挿入される。封入の第1部で封入されない
インサートの部分は、遮蔽インサート(5)により圧縮
成型操作から遮蔽される。
【0017】変圧器の場合のように封入されているイン
サートが露出ワイアを含む場合、工業的に標準の中空ス
ライドにより露出ワイアを封入操作から保護するのが良
い。封入の第1段階が完了した後、中空スライドをパン
チの方に引き込む;これは、導電性封入材料からワイア
を遮蔽する非導電性ワイアホルダーに置換することがで
きる。囲いをしたワイアは、外部の電気接続の基とな
る。
【0018】熱可塑性シート材料(6)(又は下記で議
論するその予備成型物)を、封入するインサートの露出
部分の上に置く。インサートの露出部分全体を封入する
のに十分な材料を使用しなければならない。熱可塑性シ
ート材料又はその予備成型物は、封入するインサートの
上に置く前に任意に外部の炉で熱可塑性シート材料中の
熱可塑性ポリマー材料の融点以上、分解温度以下に加熱
するのが好ましい。金型の温度は、熱可塑性シート材料
中の熱可塑性ポリマー材料の融点近辺の温度に保つ。封
入するインサートは、予備加熱をしないのが好ましい。
その後上部パンチ(4)を金型キャビティ(2)中に完
全に下げることにより金型を密閉し、それによってイン
サートの露出面の回りに熱可塑性シート材料を強制的に
押し付ける。金型の圧力を1平方インチ当たり500−
3,000ポンド、好ましくは1平方インチ当たり50
0−1,000ポンドに上げる。金型温度を熱可塑性シ
ート材料中の熱可塑性ポリマー材料の融点以下に下げ、
その後金型圧力を1平方インチ当たり0ポンドに下げ、
上部パンチを金型の上に上げる。熱可塑性シート材料又
はその予備成型物をインサート上に置いてから上部パン
チを上げるまでの、この封入段階の完了に要する時間
は、約10−20分であろう。
【0019】熱可塑性シート材料をそのまま使用する代
わりに、熱可塑性シート材料の予備成型物を使用するの
が好ましい。予備成型物は、嵩密度が熱可塑性シート材
料のわずか10−20%なので好ましい。1層又は多層
であることができ、多層の方が普通である熱可塑性シー
ト材料の予備成型物は、平板の形態に製造することがで
き、該平板は、初期の操作で熱可塑性シート材料を圧縮
することにより部分的に又は全体が固められている。別
の場合予備成型物は、封入するインサートの全体又は部
分の形に成型することができる。そのような場合、部分
的又は全体的予備成型物は、初期の段階で熱可塑性シー
ト材料を加熱及び圧縮することにより製造することがで
きる。熱可塑性シート材料からの予備成型物の製造法の
例は、上記の欧州特許明細書0341977に記載され
ている。
【0020】上記に従い、封入の第1段階に関してイン
サートを封入した後、それを金型キャビティ中でひっく
り返し、遮蔽インサート(5)を圧縮成型集中ダイから
除去し、部分的封入インサートに取り付けた遮蔽インサ
ート(5’)に置き換え、上記と同一方法でインサート
の他の部分を封入する。この封入の第2段階を図2に示
す。(図1と同一の番号を付けた構造は、図1と同一の
構造を示すことを意味する。)図2において、封入の第
1段階を(6)で示し、封入の第2段階を(9)で示
す。
【0021】圧縮成型法によりインサートを封入する従
来の方法は、インサートを金型キャビティに置き、イン
サートの回りに封入材料(又はその予備成型物)を置
き、金型を閉め、封入法が完了するまで加熱する方法で
ある。このような方法も可能であるが、変圧器などの電
気装置の場合特に封入の際の過剰の熱への暴露によりイ
ンサートの機能が損なわれる可能性があるので、熱い金
型中におけるインサートの滞留時間を短縮する要望が常
にあった。
【0022】封入/圧縮成型操作の際の金型中における
インサートの滞留時間は、図3に示す方法に従って短縮
することができることが見いだされた。図3において、
封入するインサート(11)を、(金型キャビティに装
置を置くのと対照的に)圧縮成型集中装置の非加熱パン
チ(12)の末端に固定する。インサートは、例えばボ
ルト(13)を用いてパンチに固定することができる。
インサートの選定した部分の封入を防ぐために遮蔽イン
サート(14)をパンチに取り付けることができる。熱
可塑性シート材料(15)又はその予備成型物は、上記
の通り外部の炉で予備加熱してから金型キャビティの底
に置くのが好ましい。金型は、熱可塑性シート材料中の
熱可塑性ポリマー材料の融点の少し下の温度に予備加熱
するのが好ましい。その後非加熱上部パンチに固定した
インサートを熱可塑性シート材料(又はその予備成型
物)を含む金型中に圧し下げる。その後金型圧力を1平
方インチ当たり500−3,000ポンド、好ましくは
1平方インチ当たり500−1,000ポンドに上げ
る。その後金型温度を熱可塑性材料に使用した熱可塑性
ポリマー材料の融点以下に下げ、金型圧力を0psiに
下げる。そしてパンチを金型キャビティから上げ、部分
的に封入したインサートを取り除く。インサートの他の
部分は、同一の方法で封入する。この方法による加熱金
型中におけるインサートの滞留時間は、(インサートを
金型に直接置き、熱可塑性シート材料をインサート上に
置く場合の10−20分に対して)1部分当たり約1−
3分である。
【0023】インサートは、1回以上の上記のいずれの
方法によっても封入することができる。方法を繰り返
し、同一又は異なる多層の熱可塑性シート材料を適用す
ることができる。別の場合、同一又は異なる1層以上の
熱可塑性シート材料を金型キャビティ中の封入するイン
サート上に置くことにより、又は同一又は異なる1層以
上の熱可塑性シート材料から予備成型物を作ることによ
り、単一成型操作で同一又は異なる1層以上の熱可塑性
シート材料を適用することができる。
【0024】インサートを多段階圧縮成型法により封入
し、第1封入部分はその後の封入の際に再熔融しないの
で、種々の封入/圧縮段階の間に合わせ目がある。合わ
せ目は、エラストマー材料を用いたコーキングにより、
超音波溶接により、又は誘導加熱により封止することが
できる。合わせ目の封止は風雨障壁になり、さらに封止
した合わせ目が変圧器の封入部分の間の伸縮目地として
作用できるようにする。別の場合、封入の間の合わせ目
が目違いの形になるように圧縮成型集中ダイ中の金型を
設計することができ、その場合トングは薄い先端の形で
あり、容易に熔融し、生ずる合わせ目の封止を助けるこ
とができる。
【0025】
【実施例】実施例C1−C7及び1の組成物の成分を下
記の表1に示す。
【0026】実施例C1−C7の組成物は、以下のよう
にして調製した:PET樹脂を100℃及び−18℃露
点で約2時間乾燥した。PET樹脂を表1に挙げる他の
成分とドライブレンドし、シリンダー温度を260−3
00℃に設定した二軸スクリュー押し出し機で押し出し
た。熔融物がダイを出る時の温度は、280−300℃
の範囲である。最終生成物を細断し、100℃及び−1
8℃露点で約2時間乾燥した。
【0027】実施例1の熱可塑性シート材料を、45%
のPET(DacronR)繊維、10%のガラス繊
維、及び45%のU.S.特許4,861,653に記
載の炭素繊維から調製した。熱可塑性シート材料を調製
し、欧州特許明細書0341977の指示の通りに多層
予備成型物に成型した。
【0028】実施例C1−C7の組成物を用いて内径が
1/2”、外径が1”及び長さが1−5/8”の中空シ
リンダーを封入した。シリンダーは、樹脂の1/16”
の層でその末端と外表面を封入した。実施例C1−C7
の場合の封入は、以下の射出成型法により行った:押し
出した組成物を100℃及び−18℃露点で約2時間乾
燥した。その後それを標準の汎用暫増圧縮スクリュー式
射出成型機に装填した。射出成型機のシリンダー温度を
260−295℃に設定し、金型温度を93℃に設定
し、射出圧力を10−16,000psiに設定した。
熔融物の温度は280−300℃であった。
【0029】それぞれの封入金属シリンダーを約200
℃に加熱し、その温度に3時間保持した。その後封入金
属シリンダーを室温に冷却し、その温度に6時間保持し
た。サイクルをさらに4回繰り返した。5回のサイクル
の後に、目に見える亀裂が観察されなかったら試験は成
功と考えた。表Iは、実施例C1−C7の組成物で封入
したシリンダーの場合に、目に見える亀裂が起こったサ
イクル数を示す。
【0030】実施例1の熱可塑性シート材料を用いて、
ホッケーのパックの形をした、外径が1−7/8”及び
長さが1”の鋼の円形インサートを封入した。インサー
トは、上記の熱可塑性シート材料の3/16”の層で封
入した。封入は、以下の多段階圧縮成型法により行っ
た:標準的圧縮成型集中ダイの金型を250℃に加熱し
た。予備成型物の形の熱可塑性シート材料を外部の炉で
270℃に加熱し、熱い金型の底に置いた。加熱してい
ない鋼のインサートを金型に置いた。インサートの上部
に遮蔽インサートを置き、インサートの下半分のみが封
入されるようにした。インサートを熱い熱可塑性シート
材料中に圧し、それにより熱可塑性シート材料が遮蔽イ
ンサートに達するまでインサートの回りを上がるように
した。成型圧力は1,000psiであった。圧力を
1,000psiに保って金型を200℃以下に冷却し
た。温度が200℃以下に達したら、圧力を0psiに
下げ、金型を取り外し、部分的に封入したインサートを
取り出した。その後金型を250℃に再加熱した。再び
予備形成物の形の熱可塑性シート材料を270℃に加熱
し、金型中に置いた。部分的封入インサートの封入部分
を金型中に置き、インサートの封入部分を一体遮蔽部分
として作用させた。1,000psiの圧力でインサー
トを熱可塑性シート材料中に押し込んだ。樹脂は、前に
封入した表面に達するまでインサートの回りを上げられ
た。その後金型を200℃に冷却し、圧力を0psiに
下げ、金型を取り外し、全体を封入したインサートを取
り出した。実施例1の多段階圧縮成型封入シリンダーに
つき、上記の通りに熱サイクルを行った。5回のサイク
ルの後、亀裂は見えなかった。
【0031】
【表1】
【0032】本発明の主たる特徴及び態様は、以下の通
りである。
【0033】1.少なくとも1層の熱可塑性シート材料
で封入したインサートにおいて、該封入を多段階圧縮成
型法により行い、該熱可塑性シート材料が熱可塑性ポリ
マー材料及びガラス繊維材料から成ることを特徴とする
インサート。
【0034】2.第1項に記載のインサートにおいて、
1層以上の熱可塑性シート材料を用いて封入することを
特徴とするインサート。
【0035】3.第1項に記載のインサートにおいて、
熱可塑性シート材料がポリエチレンテレフタレート繊維
及びガラス繊維を含むことを特徴とするインサート。
【0036】4.第1項に記載のインサートにおいて、
熱可塑性シート材料がポリエチレンテレフタレート繊
維、ガラス繊維、及びメソフェーズピッチから遠心紡糸
した炭素繊維を含むことを特徴とするインサート。
【0037】5.第1項に記載のインサートにおいて、
少なくとも1層の炭素繊維を含まない第3項に記載の熱
可塑性シート材料及び少なくとも1層の第4項に記載の
熱可塑性シート材料を用いて封入することを特徴とする
インサート。
【0038】6.第1項に記載のインサートにおいて、
電気装置であることを特徴とするインサート。
【0039】7.第5項に記載のインサートにおいて、
変圧器であることを特徴とするインサート。
【0040】8.第1項に記載の多段階圧縮成型法にお
いて、(a)金型を含む圧縮成型集合ダイの上部パンチ
に、インサートの一部が封入に対して露出されるように
インサートを固定し、(b)インサートの露出部分の封
入に十分な量で金型の底に置かれた熱可塑性シート材料
中にインサートが押し込まれるまで、パンチを圧縮成型
集合ダイキャビティ中に下げ、(c)金型に1平方イン
チ当たり500−3,000ポンドの圧力をかけ、金型
の温度が熱可塑性ポリマー材料の融点以下に下がってか
ら圧力を0psiに下げ、(d)インサート全体が熱可
塑性シート材料で封入されるまで、インサートの封入さ
れていない部分に関して段階(a)−(c)の方法を繰
り返し、(e)多段階圧縮成型法から生ずる合わせ目
を、任意にエラストマー材料を用いてコーキングする、
超音波により溶接する、又は誘導加熱することにより封
止する段階から成ることを特徴とする方法。
【0041】9.第1項に記載の多段階圧縮成型法にお
いて、(a)金型及び上部パンチを備えた圧縮成型集合
ダイキャビティの底に、インサートの一部が封入に対し
て露出され、インサートの残り部分が1個かそれ以上の
遮断インサートにより封入から保護されるようにインサ
ートを置き、(b)熱可塑性シート材料をインサートの
封入する部分の上に配置し、(c)金型を熱可塑性ポリ
マー材料の融点より少し低温に加熱し、(d)パンチを
キャビティ及び金型中に完全に下げることにより金型キ
ャビティを閉じ、(e)成型温度を熱可塑性ポリマー材
料の融点以下に下げながら1平方インチ当たり500−
3,000ポンドの圧力を金型にかけ、温度が下がった
ら圧力を1平方インチ当たり0ポンドに下げ、(f)イ
ンサート全体が封入されるまで、インサートの封入され
ていない部分に関して段階(a)−(e)の方法を繰り
返し、(g)多段階圧縮成型法から生ずる合わせ目を、
任意にエラストマー材料を用いてコーキングする、超音
波により溶接する、又は誘導加熱することにより封止す
る段階から成ることを特徴とする方法。
【0042】10.第8又は9項に記載の方法におい
て、多段階圧縮成型から生ずるインサート上の合わせ目
をトング及び溝の形とし、該トングが細い先端であるよ
うに金型を設計することを特徴とする方法。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、インサートが変圧器である場合の封入
の第1段階を示す。
【図2】図2は、封入の第2段階を示す。
【図3】図3は、インサートの滞留時間を短かくするこ
とができる封入/圧縮成型操作を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロイド・フオツクス アメリカ合衆国メリーランド州21901ノー スイースト・スクールハウスレイン17 (72)発明者 ジヨン・カール・ソレンバーガー アメリカ合衆国デラウエア州19806ウイル ミントン・ウツドロード5

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも1層の熱可塑性シート材料で
    封入したインサートにおいて、該封入を多段階圧縮成型
    法により行い、該熱可塑性シート材料が熱可塑性ポリマ
    ー材料及びガラス繊維材料から成ることを特徴とするイ
    ンサート。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の多段階圧縮成型法にお
    いて、 (a)金型を含む圧縮成型集合ダイの上部パンチに、イ
    ンサートの一部が封入に対して露出されるようにインサ
    ートを固定し、 (b)インサートの露出部分の封入に十分な量で金型の
    底に置かれた熱可塑性シート材料中にインサートが押し
    込まれるまで、パンチを圧縮成型集合ダイキャビティ中
    に下げ、 (c)金型に1平方インチ当たり500−3,000ポ
    ンドの圧力をかけ、金型の温度が熱可塑性ポリマー材料
    の融点以下に下がってから圧力を0psiに下げ、 (d)インサート全体が熱可塑性シート材料で封入され
    るまで、インサートの封入されていない部分に関して段
    階(a)−(c)の方法を繰り返し、 (e)多段階圧縮成型法から生ずる合わせ目を、任意に
    エラストマー材料を用いてコーキングする、超音波によ
    り溶接する、又は誘導加熱することにより封止する段階
    から成ることを特徴とする方法。
  3. 【請求項3】 請求項1に記載の多段階圧縮成型法にお
    いて、 (a)金型及び上部パンチを備えた圧縮成型集合ダイキ
    ャビティの底に、インサートの一部が封入に対して露出
    され、インサートの残り部分が1個かそれ以上の遮断イ
    ンサートにより封入から保護されるようにインサートを
    置き、 (b)熱可塑性シート材料をインサートの封入する部分
    の上に配置し、 (c)金型を熱可塑性ポリマー材料の融点より少し低温
    に加熱し、 (d)パンチをキャビティ及び金型中に完全に下げるこ
    とにより金型キャビティを閉じ、 (e)成型温度を熱可塑性ポリマー材料の融点以下に下
    げながら1平方インチ当たり500−3,000ポンド
    の圧力を金型にかけ、温度が下がったら圧力を1平方イ
    ンチ当たり0ポンドに下げ、 (f)インサート全体が封入されるまで、インサートの
    封入されていない部分に関して段階(a)−(e)の方
    法を繰り返し、 (g)多段階圧縮成型法から生ずる合わせ目を、任意に
    エラストマー材料を用いてコーキングする、超音波によ
    り溶接する、又は誘導加熱することにより封止する段階
    から成ることを特徴とする方法。
JP4144784A 1991-05-15 1992-05-11 多段階圧縮成型により熱可塑性シート材料で封入したインサート Pending JPH06270175A (ja)

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