特許 7538029 樹脂構造物製造方法、および、樹脂構造物製造装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-13

(45)【発行日】2024-08-21

(54)【発明の名称】樹脂構造物製造方法、および、樹脂構造物製造装置

(51)【国際特許分類】

   B29C 39/44 20060101AFI20240814BHJP

   B29C 39/24 20060101ALI20240814BHJP

   B29C 39/26 20060101ALI20240814BHJP

【ＦＩ】

B29C39/44

B29C39/24

B29C39/26

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2020213790

(22)【出願日】2020-12-23

(65)【公開番号】P2022099792

(43)【公開日】2022-07-05

【審査請求日】2023-05-12

(73)【特許権者】

【識別番号】502129933

【氏名又は名称】株式会社日立産機システム

(74)【代理人】

【識別番号】110001689

【氏名又は名称】青稜弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】河野 務

(72)【発明者】

【氏名】小林 将人

(72)【発明者】

【氏名】田村 幸三

(72)【発明者】

【氏名】芝山 慎一

【審査官】田代 吉成

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１８－５０１９８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５８－１８９１６３（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２９Ｃ ３９／４４

Ｂ２９Ｃ ３９／２４

Ｂ２９Ｃ ３９／２６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

真空中で金型を用いて樹脂構造物を製造する樹脂構造物製造方法であって、
金型の傾斜角度をパラメータとして、真空中での金型への樹脂注入プロセスにおける樹脂流動解析を行い、
前記樹脂流動解析の結果から求められるボイドの発生を抑制することができる前記金型の傾斜角度の時間変化に関するデータを出力し、
前記金型を傾斜させる制御装置に前記データを入力し、前記データに基づいて前記金型を傾斜させて樹脂構造物を製造する、
ことを特徴とする樹脂構造物製造方法。

【請求項2】

請求項１に記載の樹脂構造物製造方法であって、
前記樹脂流動解析の結果から求められるボイドの発生を抑制することができる前記金型の傾斜角度の時間変化に関するデータを記録媒体に出力し、当該記録媒体を介して前記データを前記制御装置に入力する、
ことを特徴とする樹脂構造物製造方法。

【請求項3】

請求項１に記載の樹脂構造物製造方法であって、
前記樹脂流動解析の結果から求められるボイドの発生を抑制することができる前記金型の傾斜角度の時間変化に関するデータの入出力を、ネットワークを介して行う、
ことを特徴とする樹脂構造物製造方法。

【請求項4】

請求項１に記載の樹脂構造物製造方法であって、
前記樹脂流動解析の結果から求められるボイドの発生を抑制することができる前記金型の傾斜角度の時間変化に関するデータを、手入力により前記制御装置に入力する、
ことを特徴とする樹脂構造物製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、樹脂構造物製造方法、および、樹脂構造物製造装置に関する。

【背景技術】

【0002】

真空中において金型の空間内に樹脂を注ぎ込んで樹脂の構造体を形成して、樹脂構造物を製造する方法が知られている。この製造方法により製造された樹脂構造物は、例えば、電力機器の樹脂絶縁層形成などの用途に用いられている。この製造方法では、製造プロセスの初期段階で真空容器内は減圧されているが、減圧された空気が残留している。そして、真空中での樹脂構造物の製造においては、金型空間内の残留空気を樹脂と置換する必要があり、この置換ができないと残留空気が樹脂構造物にボイドを発生させる問題がある。このとき、樹脂材料の構造体の形状が複雑になると、金型空間内の残留空気と樹脂との置換が難しくなり、ボイドが発生しやすい。なお、ボイドが発生すると樹脂絶縁性能の低下や外観不良の問題が生じる。

【0003】

そこで、真空中でボイド発生を抑制して樹脂構造物を製造する方法として、真空容器内で金型傾斜角度を変更しながら、金型に樹脂を注ぎ込む方法が考えられる。ここで、真空容器内で型を回転させながら樹脂を注ぎ込む例として、例えば特許文献１に記載のものがある。これは、樹脂中の充填材の分布を制御することを目的に、真空容器内の回転機構で型を回転させて１Ｇ以上の遠心力を発生させる製造方法である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１０－１７６９６９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１は、真空容器内の回転機構で型を回転させて樹脂中の充填材の分布を制御することを可能とする製造方法に関するものであり、ボイドを抑制することについての記載はないと考えられる。

【0006】

そこで、本発明は、真空容器内での適切な金型傾斜によりボイドの発生を抑制して、絶縁性能の向上や製品外観を向上した樹脂構造物を製造する方法、および、当該樹脂構造物の製造装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の第１の観点によれば、以下の樹脂構造物製造方法が提供される。すなわち、樹脂構造物製造方法は、真空中で金型を用いて樹脂構造物を製造する樹脂構造物製造方法である。樹脂構造物製造方法は、金型の傾斜角度をパラメータとして、真空中での金型への樹脂注入プロセスにおける樹脂流動解析を行い、前記樹脂流動解析の結果から求められるボイドの発生を抑制することができる前記金型の傾斜角度の時間変化に関するデータを出力し、前記金型を傾斜させる制御装置に前記データを入力し、前記データに基づいて前記金型を傾斜させて樹脂構造物を製造する。

【0008】

本発明の第２の観点によれば、以下の樹脂構造物製造装置が提供される。すなわち、樹脂構造物製造装置は、真空容器と、金型と、金型角度変更部材と、を備える。真空容器には、真空軸受けが設けられている。金型は、真空容器の内部に配置される。金型角度変更部材は、真空軸受けに挿通されており、真空容器の外部からの動力に基づいて金型を傾斜させる。

【0009】

本発明の第３の観点によれば、以下の樹脂構造物製造装置が提供される。すなわち、樹脂構造物製造装置は、真空容器と、金型と、複数の油圧シリンダと、を備える。金型は、真空容器の内部に配置される。複数の油圧シリンダは、駆動して金型を傾斜させることができるように、真空容器の下部にそれぞれ設けられている。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、真空容器内での適切な金型傾斜によりボイドの発生を抑制して、絶縁性能の向上や製品外観を向上した樹脂構造物を製造する方法、および、当該樹脂構造物の製造装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】第１実施形態に係り、樹脂構造物の製造システムの一例を示す図である。

【図2】流動解析方法に用いる計算機とネットワーク環境の一例を示す図である。

【図3】樹脂構造物の製造に用いる金型の一例を示す図である。

【図4】金型の空間内における樹脂の挙動解析を説明するための図である。

【図5】図４の拡大領域（部分観察領域）において、金型の空間内における樹脂の挙動解析を説明するための図である。

【図6】図４の拡大領域（部分観察領域）において、金型を傾斜させた場合での樹脂の挙動解析を説明するための図である。

【図7】ボイドが発生しやすいと考えられる金型の構造の例について説明するための図である。

【図8】第２実施形態に係り、外部からの動力で駆動する部材を用いて真空容器内の金型を傾斜させる樹脂構造物製造装置の一例を示す図である。

【図9】第３実施形態に係り、外部からの動力で駆動する部材を用いて真空容器内の金型を傾斜させる樹脂構造物製造装置の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明を実施する上で好適となる実施形態について図面を用いて詳細に説明する。尚、下記はあくまでも実施の例に過ぎず、発明の内容が下記の具体的態様に限定されるものではない。本発明は、下記態様を含めて種々の態様に変形することが無論可能である。

【0013】

本実施形態の樹脂構造物の製造システムについて、図１を参照しながら説明する。このシステムでは、真空容器１の内部に設置した金型１１の空間１５に樹脂１２を注ぎ込んで樹脂１２の構造体を形成することによって、樹脂構造物が製造される。本実施形態で製造された樹脂構造物は、例えば、電力機器の樹脂絶縁層などの用途に用いられる。

【0014】

樹脂構造物の製造にあたって、金型１１の空間１５への樹脂１２の注入は、真空容器１の上部に形成された樹脂注入口２を介して行われる。すなわち、樹脂注入口２には、中空部分が形成されたホース部材が挿通され、当該ホース部材は、金型１１の上部に接続される。従って、真空容器１の外部から供給される樹脂１２は、ホース部材を通って金型１１の空間１５へ注入される。なお、ホース部材は、可撓性を有しており、任意に変形することができる。

【0015】

ところで、樹脂構造物の製造時では、真空容器１の内部は減圧されているが、真空容器１の内部に減圧された空気が残留している。従って、樹脂構造物を形成する場合、金型１１の空間１５中の残留空気を樹脂１２と置換する必要があり、この置換ができないと残留空気が製造する樹脂構造物にボイドとして残る。このとき、樹脂１２の構造体の形状が複雑になると、金型１１の空間１５中の残留空気を樹脂１２と置換することが難しくなるので、ボイドが発生しやすくなる。なお、ボイドが発生すると樹脂絶縁性能の低下や外観不良などの問題が生じる。

【0016】

そこで、真空中でボイド発生を抑制して樹脂構造物を製造する方法として、真空容器１の内部で金型１１の傾斜角度を適切に変更しながら、金型１１に樹脂１２を注ぎ込む方法が考えられる。そして、金型１１の適切な傾斜角度を決めるために、金型１１の内部を可視化することが必要になると考えられる。しかしながら、実際の金型１１は金属製であり、内部は可視化できない（つまり、視認できない）。また、一般的に、金型１１の内部での樹脂１２の挙動が複雑であるので、単純な実験以外の手段により、金型１１の内部を可視化する必要があると考えられる。

【0017】

そこで、本実施形態では、金型１１の内部を可視化する手段として、図１に示す流動解析方法が用いられる。そして、この流動解析方法により、金型１１の傾斜角度の時間変化に関するデータが算出される。なお、流動解析方法は、計算機（２５、２６）を用いて行う。

【0018】

本実施形態での流動解析方法の具体的な説明をする前に、先ず、図２を参照しながら、流動解析方法に用いる計算機（２５、２６）の構成について説明する。図２は、流動解析方法に用いる計算機とネットワーク環境の一例を示す図である。本実施形態では、図２に示すように、流動解析方法には、２台の計算機（第１の計算機２５、第２の計算機２６）が用いられ、それぞれの計算機（２５、２６）を複数人で利用することにより、複数人で流動解析方法が行われるようになっている。

【0019】

それぞれの計算機（２５、２６）は、プロセッサと、データ保存装置と、を備える。プロセッサは、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）などの適宜の演算装置とすることができる。データ保存装置は、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）などの適宜の記憶装置とすることができる。また、それぞれの計算機（２５、２６）は、ユーザインタフェースとして、キーボードなどの適宜の入力装置を備える。

【0020】

データ保存装置には、流動解析方法を行うためのプログラムが記録される。データ保存装置に記録されたプログラムをプロセッサが実行することにより、流動解析方法が実行されて、金型１１の傾斜角度の時間変化に関するデータが算出される。そして、プロセッサは、前記のプログラムを実行して、算出した当該データを、計算機（２５、２６）のデータ保存装置に記録する。なお、算出した当該データは、１台の計算機だけに保存されてもよく、複数の計算機に保存されてもよい。

【0021】

そして、本実施形態では、計算機（２５、２６）は、ネットワークを介して後述する製造装置の数値制御装置３（制御装置）に接続されており、算出したデータ（金型１１の傾斜角度の適切な時間変化に関するデータ）は、ＬＡＮ回線２７や無線回線などのネットワークを経由して、計算機（２５、２６）から数値制御装置３に出力される。従って、当該データの入出力が簡易に実行されるようになっている。

【0022】

なお、本実施形態では、２台の計算機（２５、２６）が用いられているが、例えば複数人で流動解析方法を行わない場合では、計算機は１台であってもよく、１台の計算機により流動解析方法が実行されてもよい。また、計算機を３台以上設けて、複数人で流動解析方法が行われてもよい。また、ユーザによる計算機の操作により、ネットワークを介した数値制御装置３に対するデータの出力が実行されてもよいし、算出したデータが自動的に数値制御装置３へ出力されるように計算機が構成されていてもよい。

【0023】

次に、流動解析方法の内容について具体的に説明する。流動解析方法は、図１に示すステップ１００１～ステップ１００６からなる解析方法である。各ステップについて詳しく説明する。

【0024】

ステップ１００１では、製品構造のデータが、ユーザによって計算機（２５、２６）に入力される。製品構造のデータは、製造する樹脂構造物の大きさや形状に関するデータであり、このデータには、例えば、製造する樹脂構造物の注型部の寸法などが含まれる。

【0025】

ステップ１００２では、プロセス条件（金型１１の傾斜角度の時間変化に関するデータなど）が、ユーザによって計算機（２５、２６）に入力される。このステップ１００２では、経験に基づくデータが入力される。従って、ユーザは、樹脂構造物を製造するときの金型１１の傾斜について、経験に基づいた妥当性があるデータを入力することができる。ここで、「金型１１の傾斜角度の時間変化に関するデータ」は、樹脂構造物の製造時における金型１１の傾斜角度の時間変化を定めたデータであり、本明細書の説明において、当該データを、単に傾斜角データと呼ぶことがある。

【0026】

ステップ１００３では、金型１１に注入する樹脂１２の粘度や発熱反応などの物性値が、ユーザによってデータベース（図１において物性ＤＢ）に入力される。データベースには、樹脂１２の物性値などが記憶され、計算機（２５、２６）は、流動解析方法において、データベースから計算に必要なデータを適宜に取得することができる。

【0027】

なお、上記したステップ１００１からステップ１００３は、ステップ１００４において用いるデータを入力（準備）するための処理であるので、ステップ１００１からステップ１００３は、必ずしもこの順番で処理が実行されなくてもよい。

【0028】

ステップ１００４では、上記のステップ１００１～１００３で入力（準備）されたデータを用いて、計算機（２５、２６）が、真空中での樹脂注入プロセスにおける樹脂流動解析を実行する。このステップ１００４は、樹脂流動解析により、上記したステップ１００２で入力した傾斜角データで金型１１を傾斜させる場合における、金型１１の内部を可視化するステップである。

【0029】

ステップ１００４における樹脂流動解析は、連続の式（１）、ナビエストークスの式（２）、エネルギ保存式（３）に後述する樹脂（例えば、後述する熱硬化性樹脂）の粘度などの物性値を入力することにより、樹脂材料の流動に伴う、速度、圧力、温度を計算する。

【0030】

すなわち、この樹脂流動解析では、一般的に下記の式（１）～（３）が用いられる。
∂ρ/ ∂t + ∇・ρu = 0 ‥‥‥ (１)
∂u /∂t + (u・∇)u =‐1/ρ∇P +η/ρ∇²u + g ‥‥‥ (２)
ρC(∂T /∂t +∇・Tu )=λ∇²T +ρdQ /dt +ηγ² ‥‥‥ (３)
ここで，ρ；密度，P：圧力，u：流速，Ｃ：比熱， g：重力加速度，γ：せん断速度，T：温度，λ：熱伝導率，η：粘度 (せん断)，ε：ひずみ速度テンソルを示す。

【0031】

真空中での樹脂構造物の製造には、熱硬化性樹脂（例えば、エポキシ樹脂を含んだ熱硬化性樹脂）が多く用いられており、上記した式（２）、（３）の粘度は、発熱反応を考慮した粘度式が用いられる。そして、一例として、発熱式としてＫａｍａｌ式（４）～（８）を、粘度式として発熱反応に伴って値が変化する粘度式（９）～（１１）を用いることで、上記の式（２）、（３）で用いる粘度が求められる。なお、発熱式、粘度式は式（４）～（１１）だけに限定されるものではなく、樹脂温度を含む式を任意に用いることができる。また、粘度は簡易的に一定値を用いて、樹脂の発熱は無視して計算することもできる。

【0032】

下記に式（４）～（１１）を示す。
dA/dt =( K₁+ K₂A^M) (1- A)^N ‥‥‥(４)
K₁=Ka exp(-Ea /T) ‥‥‥(５)
K₂=Kb exp(-Eb /T) ‥‥‥(６)
A=Q/Q0 ‥‥‥(７)
dQ/dt=Q0(K₁+K₂A^M)(1-A)^N ‥‥‥(８)
η=η_m(Agel/Agel-A)^(D+EA) ‥‥‥(９)
η_m=η₀/（(1+η₀・γ/τ)^(1-n) ‥‥‥(10)
η₀=Fexp(G/T) ‥‥‥(11)
ここで，A：反応率，t：時間，T:温度，dA/dt :反応速度，K1, K2 :温度の関数となる係数，N,M, Ka,Ea,Kb,Eb:材料固有の係数，Q :任意時刻までの発熱量，Q₀ :反応終了時までの総発熱量，dQ/dt ：発熱反応速度，η：粘度，Agel:ゲル化時の反応率，η₀:初期粘
度，γ：せん断速度τ,D,E,n,F,G:材料固有の係数を表す。

【0033】

なお、樹脂流動解析に用いるＫａｍａｌ式や係数、粘度式や求められる粘度に関するデータが、上記したステップ１００３で用いるデータベースに登録されてもよく、計算機（２５、２６）は、樹脂流動解析において、データベースに登録されたデータを利用してもよい。

【0034】

このように（つまり、上記した式（１）～（３）等を適宜に用いて）、ステップ１００４では、計算機（２５、２６）は、ステップ１００２で入力した傾斜角データで金型１１を傾斜させる場合における金型１１内の樹脂１２の流れの解析を行い、この解析によって金型１１内の樹脂流動の挙動の可視化を行う。そして、計算機（２５、２６）は、ステップ１００５において、ステップ１００４で計算された結果に基づいてボイド発生の有無を評価する。

【0035】

ステップ１００５において、ボイドが発生すると評価された場合、ステップ１００１やステップ１００２が再度行われる。すなわち、ユーザは、ステップ１００１で入力する製品構造のデータやステップ１００２で入力する傾斜角データなどを見直して、変更したデータを計算機（２５、２６）に入力する。ここで、入力するデータは、樹脂構造物が適切に製造されると考えられる範囲で見直して変更することができる。そして、ステップ１００４において、変更した内容（見直した内容）での樹脂流動解析が再度実行され、ステップ１００５において、ボイドの発生の有無が再度評価される。

【0036】

その一方、ステップ１００５において、ボイドが発生しないと評価された場合、ステップ１００６において、ボイドが発生しないと評価された金型１１の傾斜角度の時間変化に関するデータ（つまり、ボイドが発生しないと評価された傾斜角データ）が出力される。この傾斜角データは、ステップ１００２で入力されたデータに樹脂流動解析（つまり、金型１１の内部における樹脂流動の可視化）を行い、金型１１を傾斜させた場合にボイドが発生しないと評価されたデータである。

【0037】

なお、ステップ１００１からステップ１００５の処理においては、最適化計算を行う最適化ソフトが用いられてもよく、これにより、金型１１の傾斜角度の時間変化の最適解（つまり、最適な傾斜角データ）を自動的に求めてもよい。ここで、真空容器１と金型１１の寸法などから傾斜角度の最大と最小の角度（つまり、傾斜させることができる角度の範囲）を事前にソフトウェアに入力できるものとする。また、ステップ１００１やステップ１００２では、適切なデータの探索に、適宜の探索アルゴリズム（例えば、遺伝的アルゴリズム）が用いられてもよい。

【0038】

ステップ１００６から出力される傾斜角データは、樹脂構造物を製造する製造装置の数値制御装置３に入力される。数値制御装置３は、金型１１の傾斜を制御することができるコンピュータであり、演算装置と、傾斜角データに基づいて金型１１の適切な傾斜を実行するためのプログラムが記憶された記憶装置と、データの入出力を行うためのインタフェースと、を備える。なお、ステップ１００６から出力される傾斜角データ（つまり、流動解析方法により算出された傾斜角データ）は、上記で説明したように、計算機（２５、２６）のデータ保存装置に記録される（図１のフローチャートのＥＮＤに対応）。

【0039】

上記で説明したように、本実施形態では、オンラインにより、計算機（２５、２６）と数値制御装置３が接続されており、上記のステップ１００６において出力される解析結果のデータ（つまり、傾斜角データ）が、ネットワークを介して製造装置の数値制御装置３に入力される。しかしながら、その一方で、傾斜角データを入出力する方法に関しては、例えば、下記のような方法も挙げることができる。

【0040】

例えば、上記のステップ１００６において出力されて計算機（２５、２６）のデータ保存装置に記録される解析結果のデータ（傾斜角データ）を、適宜の記録媒体に出力し、当該記録媒体を介して当該データを数値制御装置３に入力することができる。ここで、記録媒体としては、例えば、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）、ＵＳＢメモリなどを用いることができる。なお、ＵＳＢメモリは、ＵＳＢフラッシュメモリ、または、ＵＳＢフラッシュドライブ（ＵＳＢ Ｆｌａｓｈ Ｄｒｉｖｅ）と呼ばれることもある。また、例えば、記録媒体としてＣＤやＤＶＤを用いる場合、ＣＤやＤＶＤの読み込みや書き込みに使用する装置（ＣＤ－Ｒドライブ、ＣＤ－ＲＷドライブ、ＤＶＤ－Ｒドライブ、ＤＶＤ－ＲＷドライブなど）が適宜に用いられる。また、例えば、記録媒体としてＵＳＢメモリを用いる場合、計算機（２５、２６）や数値制御装置３には、ＵＳＢメモリを接続するためのポートが形成される。

【0041】

このデータ入出力に関する手法によれば、ユーザは、解析結果のデータを記録媒体に取り出すことができ、記録媒体に保存された当該データを数値制御装置３に入力することができる。

【0042】

また、上記のステップ１００６において出力される解析結果のデータ（傾斜角データ）は、ユーザによる手入力により数値制御装置３に入力されてもよい。この場合、例えば、計算機（２５、２６）にユーザインタフェースとしてのディスプレイが設けられ、計算機（２５、２６）のデータ保存装置に記録される解析結果のデータが当該ディスプレイに表示されるように、計算機（２５、２６）が構成されていてもよい。そして、ユーザは、ディスプレイに表示される傾斜角データを参照して、数値制御装置３に傾斜角データを手入力してもよい。なお、計算機（２５、２６）のディスプレイとは異なる別の適宜のディスプレイに傾斜角データが表示されてもよい。

【0043】

このデータ入出力に関する手法によれば、ユーザは、手入力に基づいて、製造装置の数値制御装置３に解析結果のデータを直接的に入力することができる。

【0044】

本実施形態では、ステップ１００６において出力した傾斜角データに基づく金型１１の傾斜を実現するための構成として、製造装置は、モータ５と、真空軸受け６と、回転軸７（金型角度変更部材）と、を備える。モータ５は、真空容器１の外部に配置される。真空軸受け６は、真空容器１に設けられる。回転軸７は、モータ５を駆動源として回転する軸であり、真空軸受け６に挿通されている。この回転軸７は、回転することによって金型１１を傾斜させることができるように、例えば金型１１や後述する金型設置台１０に接続されて設けられる。なお、モータ５の駆動は、コントローラとして構成されたモータ制御装置４によって制御される。

【0045】

数値制御装置３にステップ１００６において出力される傾斜角データが入力された場合、数値制御装置３は、傾斜角データに対応する傾斜角度に金型１１を傾斜させるための信号（つまり、金型１１の傾斜角度を傾斜角データに基づく傾斜角度にするための回転軸７の回転を実現させるための信号）を、モータ制御装置４に出力する。そして、モータ制御装置４は、入力された信号に基づいてモータ５を駆動させて回転軸７を回転させ、傾斜角データに対応する傾斜角度に金型１１を傾斜させる。本実施形態では、このようにして、樹脂構造物の製造時において、金型１１の傾斜角度が傾斜角データに基づく所定の角度になるように金型１１を傾斜させている。従って、本実施形態では、真空軸受け６に挿通され、モータ制御装置４によって制御される外部のモータ５で駆動する回転軸７によって、真空容器１の内部において金型１１の傾斜角度を高精度に再現する製造装置が実現している。

【0046】

なお、本実施形態では、真空容器１の内部には、金型１１の設置台である金型設置台１０が設けられ、金型１１は、金型固定用ねじ８によって金型設置台１０に固定される。この金型設置台１０には、金型１１を着脱しやすくするために、金型設置台１０上で金型１１をスライドさせるのに利用する金型スライド機構９が適宜に設けられてもよい。

【0047】

以上の説明より、流動解析方法に基づいて算出されたボイドの発生がないと評価された傾斜角データを、製造条件として用いて樹脂構造物を製造することが可能になるので、ボイド発生を抑制して、絶縁性能の向上や製品外観の向上を図った樹脂構造物を製造する方法が実現される。

【0048】

次に、金型１１の空間１５における樹脂１２の挙動解析に基づいて、金型１１の傾斜角度を評価した事例（つまり、金型１１を可視化して、金型１１の傾斜角度を評価した事例）について説明する。図３を参照しながら、先ず、この事例に用いた金型１１の構造について説明する。

【0049】

図３に示す金型１１の断面図において、金型１１には、製造される樹脂構造物の内側空間を区画する部分（図３において、内側空間区画部１３として示されている）が形成されており、この金型１１において、内側空間区画部１３は、金型１１の上下方向に延びるように形成されている。そして、内側空間区画部１３には、金型１１の上下方向に対して垂直する方向に突出する突出部分１４が形成されている。

【0050】

図３のＡ－Ａ’断面図に示すように、突出部分１４は、断面円状に形成されており、突出部分１４の周囲には、金型１１の空間１５が形成されている。この突出部分１４の周囲の空間１５に流れる樹脂１２により、製造される樹脂構造物において突出する部分（製品凸部と呼ぶことがある）が形成される。

【0051】

ここで、この事例の評価に用いた樹脂１２の物性値や途中時間における樹脂充填領域の計算結果などを示す。樹脂１２は、エポキシ樹脂を用いた。エポキシ樹脂の密度は、１５００ｋｇ／ｍ３、粘度は２Ｐａ・ｓ一定とした。熱計算は行わず、前記の式（１）（２）を用いた計算を行い、金型１１の空間１５における樹脂１２の充填領域を出力した。金型１１は、図１に示す真空容器１の中に配置して、初期の減圧後の金型１１の空間１５における残留空気の圧力は０．１気圧、樹脂注入口２の圧力は１気圧、樹脂１２の充填時間を１０ｓとした。

【0052】

この事例においては、真空容器１の上部に形成された樹脂注入口２に挿通され、金型１１の上部に接続されたホース部材から、真空容器１の外部から金型１１の空間１５に樹脂１２が注入された。そして、図４に示すように、金型１１の上部から注入された樹脂１２は、金型１１の空間１５において重力により下方へ流れ、下方に充填された。樹脂１２が下方に充填された後、樹脂１２は金型１１の空間１５において上方へ流れ、突出部分１４の周囲の空間１５にも樹脂１２が充填された。

【0053】

ここで、ボイドが発生しやすい傾向がある突出部分１４の周囲の空間１５における樹脂１２の充填挙動を説明するために、図４の部分観察領域１６における解析結果として、部分観察領域１６における樹脂１２の流動挙動の時間変化を図５に示す。金型１１の設置状態は、図４の場合と同一であり、図５において、金型１１の傾斜角度は０°である。すなわち、図５は、傾斜角度０°の場合の樹脂１２の充填挙動を示している。

【0054】

図５に示すように、突出部分１４の下側の空間１５と、突出部分１４の上側の空間１５と、を流れる樹脂１２は、最終的に突出部分１４の上側の空間で合流する。このように、２か所から流れる樹脂１２が合流する場合、合流する個所（ボイド発生個所１７）においては、残留空気(初期圧力０．１気圧)の逃げ場がなくなり、樹脂１２との置換ができない。このため、残留空気がボイドとなって残留する結果となった。また、突出部分１４の基端側よりも先端側にボイドが発生しやすい傾向が見られた。

【0055】

次に、金型をθ＝３０°傾斜させた場合の樹脂１２の流動挙動の時間変化を図６に示す。図６に示すように、金型１１を傾斜させることによって、金型１１の下方から上方へ流れる樹脂１２は、突出部分１４の周りを伝わって上方に流れた。このとき、突出部分１４の周りの空間１５において、一様な樹脂１２の流れが実現でき、ボイドが発生しない結果となった。従って、金型１１を傾斜させることによってボイドの発生を抑制できることが、樹脂１２の挙動解析（つまり、金型１１の可視化）により明らかになった。

【0056】

なお、樹脂構造物にボイドを発生させやすい突出部分１４は、例えば、図１、図３、図４に示すように、金型１１の複数個所に形成される場合があるが、樹脂流動解析に基づいて傾斜角データを算出して金型１１を適切に傾斜させることにより、製品全体のボイドの発生を抑制することができる。また、本計算では熱計算は行わず、発熱反応は考慮せず、粘度一定の解析を行ったが、本発明はこれだけに限定されるものではなく、熱計算、または発熱反応、または粘度変化の考慮をした解析によって、金型１１の傾斜角度の適切な時間変化に関するデータ（傾斜角データ）を求めることができる。

【0057】

更に、上記した樹脂１２の挙動解析の結果を踏まえると、下記のように考えることができる。突出部分１４の近傍の空間１５（つまり、製造される樹脂構造物の製品凸部が形成される空間１５）において、２つの樹脂１２の流れが合流する可能性がある個所に、ボイドが発生すると考えられる。そのため、次のように突出部分１４の形状が定められることにより、製造する樹脂構造物の製品凸部にボイドが発生しやすくなると考えられる。

【0058】

すなわち、図７に例示されているように、突出部分１４は、金型１１の上下方向に対して垂直する方向に突出しており、製造する樹脂構造物の製品凸部を形成する空間１５において、突出部分１４の下側に第１空間１５Ａ、突出部分１４の上側に第２空間１５Ｂ、第１空間１５Ａと第２空間１５Ｂを連通する第３空間１５Ｃ、が区画されるように、突出部分１４の形状が定められる。

【0059】

このように突出部分１４の形状が定められる場合、金型１１を傾斜させないことにより、２つの樹脂１２の流れが合流して、製造される樹脂構造物の製品凸部にボイドが発生すると考えられる。そこで、このような場合であっても、樹脂流動解析に基づいて取得する傾斜角データを用いて金型１１を適切に傾斜させることによって、樹脂１２の流れの合流が発生しないようにすることができ、これにより、製造する樹脂構造物の製品凸部にボイドが発生することを抑制することができる。

【0060】

なお、製品凸部にボイドを発生させやすいと考えられる突出部分１４の形状は、図に開示されている突出部分１４の形状に限定されない。すなわち、図示されていない突出部分１４であって、製造する樹脂構造物に製品凸部が形成される空間において、第１空間１５Ａと第２空間１５Ｂと第３空間１５Ｃを区画するように形状が定められた突出部分１４も含まれる。このような場合であっても、上記と同様に傾斜角データに基づいて金型１１を傾斜させることで、製造する樹脂構造物の製品凸部にボイドが発生することを抑制することができる。

【0061】

例えば、図７の下側に図示されている突出部分１４の形状の一例のように、突出部分１４の下側に第１空間１５Ａ、突出部分１４の上側に第２空間１５Ｂ、突出部分１４の先端側に第３空間１５Ｃを区画するように、突出部分１４の形状が定められても、傾斜角データに基づいて金型１１を傾斜させて樹脂１２の合流が発生しないようにすることで、製品凸部にボイドが発生することを抑制することができる。

【0062】

また、図示された突出部分１４には、傾斜が形成されているが、突出部分１４に傾斜が形成されていない形状であっても、傾斜角データに基づいて金型１１を傾斜させて樹脂１２の合流が発生しないようにすることで、製品凸部にボイドが発生することを抑制することができる。また、突出部分１４の形状が、先端側から見た場合において、例えば断面四角状に形成されている場合であっても、金型１１を傾斜させて製品凸部にボイドが発生することを抑制することができる。

【0063】

なお、金型１１の傾斜角度の範囲は、樹脂構造物を適切に製造することができれば特に限定されないが、金型１１の傾斜角度の範囲は、一例として、下記のように定めることができる。すなわち、金型１１を傾斜させた場合において、突出部分１４の上側の第２空間１５Ｂが突出部分１４の下側の第１空間１５Ａよりも高くなっており、且つ、上側の第２空間１５Ｂと下側の第１空間１５Ａの両方に樹脂１２の流れが発生しないように、金型１１の傾斜角度の範囲が定められる。

【0064】

また、金型１１を傾斜させるタイミングは、樹脂構造物を適切に製造することができればよく、一例として、下記のタイミングにすることができる。すなわち、金型１１を傾斜させるタイミングは、金型１１の空間１５において上方へ流れる樹脂１２が突出部分１４に差し掛かるタイミングにすることができる。

【0065】

次に、樹脂構造物の製造に用いることができる樹脂１２の例について説明する。真空中での樹脂構造物の製造に用いられる樹脂１２には、エポキシ（Ｅｐоｘｙ）樹脂、フェノール（Ｐｈｅｎоｌ）樹脂、ポリエステル（Ｐｏｌｙｅｓｔｅｒ）樹脂などを主成分とする熱硬化性樹脂が用いられる。なお、この樹脂１２（つまり、上記した熱硬化性樹脂）には、フィラーが充填されていても良い。フィラーとしては、例えばシリカ、マイカ、タルクなどの成分を含む無機材料、カーボンや高分子材料などの成分を含む有機材料、銅、アルミニウム、金、銀、鉄などの成分を含む金属材料を用いることができる。

【0066】

本実施形態では、真空容器１に真空軸受け６が設けられており、真空軸受け６に挿通された回転軸７を、モータ制御装置４により制御されるモータ５の動力に基づいて回転させることにより、金型１１を適切な角度に傾斜させていた。しかしながら、本発明は、これだけに限定されるものではなく、例えば、下記の第２実施形態や第３実施形態で説明する構造であってもよい。

【0067】

第２実施形態について図８を参照しながら説明する。なお、上述した実施形態と同様の説明については省略する場合がある。第２実施形態では、真空軸受け６や回転軸７などは省略されており、金型１１の適切な傾斜を実現させるための部材として、制御装置１９と、油圧駆動源２０と、複数の油圧シリンダ２１と、が用いられている。

【0068】

制御装置１９は、油圧駆動源２０の動作を制御することができるコンピュータであり、プロセッサと記憶装置を備える。記憶装置には、入力される傾斜角データに基づいて、油圧駆動源２０の動作を制御するためのプログラムが記憶され、当該プログラムは、プロセッサによって実行される。

【0069】

油圧駆動源２０は、真空容器１の外部に設けられ、それぞれの油圧シリンダ２１に作動油を供給することができる装置である。

【0070】

それぞれの油圧シリンダ２１は、真空容器１の下部に設けられており、それぞれの油圧シリンダ２１と真空容器１の間は、シール材などを用いて気体が通過しないようにシールされている。それぞれの油圧シリンダ２１には、ピストンが収容されており、それぞれの油圧シリンダ２１から真空容器１の内部へピストンロッドが伸びている。そして、それぞれのピストンロッドは、リンク機構１８を介して金型設置台１０の下部に接続されている。このリンク機構１８は、ピストンロッドの往復運動を変換して、金型１１を傾斜させる機構として構成されている。

【0071】

制御装置１９は、入力される傾斜角データに基づいて、金型１１を適切に傾斜させるための信号を油圧駆動源２０に出力し、油圧駆動源２０は、制御装置１９から入力される信号に基づいて、単数ないし複数の油圧シリンダ２１の動作を制御する。そして、油圧シリンダ２１が動作することにより、傾斜角データに基づく金型１１の傾斜が実行され、ボイドが発生しないように金型１１を適宜に傾斜させながら樹脂構造物を製造することができる。なお、金型１１を任意の方向と角度に傾斜させることができるように、複数の油圧シリンダ２１を真空容器１の下部に設けることも可能である。本実施形態では、制御装置１９によって制御される外部の油圧駆動源２０で駆動する油圧シリンダ２１によって、真空容器１の内部において金型１１の傾斜角度を高精度に再現する製造装置が実現している。

【0072】

次に、第３実施形態について図９を参照しながら説明する。なお、上述した実施形態と同様の説明については省略する場合がある。図９に示すように、第３実施形態では、第１実施形態の場合における、モータ制御装置４と、モータ５と、回転軸７と、が省略されており、傾斜角データに基づく金型１１の適切な傾斜を実現させるための部材として、ロボット制御装置２２と、ロボット制御用モータ２３と、ロボットアーム２４（金型角度変更部材）と、が用いられている。

【0073】

ロボット制御装置２２は、ロボット制御用モータ２３の動作を制御するコントローラである。

【0074】

ロボット制御用モータ２３は、ロボットアーム２４を動作させるための駆動源であり、真空容器１の外部に設けられる。

【0075】

ロボットアーム２４は、ロボット制御用モータ２３を駆動源として動作することができるように構成されている。ロボットアーム２４は、真空軸受け６に挿通されており、金型設置台１０に接して金型１１を任意の方向に回転させることができるように設けられている。なお、図９には一つの軸しか開示されていないが、本実施形態では、ロボットアーム２４は、多軸のロボットアーム（多関節ロボットアーム）とされている。

【0076】

ロボット制御装置２２は、数値制御装置３から入力される傾斜角データに基づいて、金型１１を適切に傾斜させるための信号をロボット制御用モータ２３に出力し、ロボット制御用モータ２３は、ロボット制御装置２２から入力される信号に基づいて駆動して、ロボットアーム２４を動作させる。そして、ロボットアーム２４が動作することにより、傾斜角データに基づく傾斜角度に金型１１を傾斜させることができ、ボイドが発生しないように金型１１を適宜に傾斜させながら、樹脂構造物を製造することができる。

【0077】

本実施形態では、真空軸受け６に挿通され、ロボット制御装置２２によって制御される外部のロボット制御用モータ２３で駆動するロボットアーム２４によって、真空容器１の内部において金型１１の傾斜角度を高精度に再現する製造装置が実現している。また、多軸のロボットアーム２４を用いることで、金型１１を任意の方向と角度に容易に傾斜させることができる。

【0078】

なお、傾斜角データに基づく金型１１の適切な回転が実行されればよく、ロボットアーム２４の構造は、適宜に変更してもよい。例えば、ロボットアーム２４のアームの数や軸の数、関節の形状などは適宜に変更してもよい。例えば、１軸のロボットアーム２４を用いて、傾斜角データに基づく回転を実現させてもよい。また、例えば、ロボットアーム２４は、直動関節を有して構成されていてもよい。

【0079】

また、ロボットアーム２４は、金型１１に接することによって、金型１１を回転させることができるように設けられてもよい。金型設置台１０や金型１１に運動方向を変換する機構（例えば、リンクに係る機構）が、単数又は複数設けられてもよく、ロボットアーム２４は、当該機構に接して金型１１を傾斜させてもよい。

【0080】

以上、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明のより良い理解のために詳細に説明したのであり、必ずしも説明の全ての構成を備えるものに限定されるものではない。

【0081】

真空容器１は、大気の侵入を防ぐことができる容器であり、真空容器１の内部空間は、例えば、真空ポンプを用いて減圧することによって真空にすることができる。

【0082】

金型１１を加熱することにより、金型１１内の樹脂１２を加熱するためのヒータ装置が、金型１１に取り付けられていてもよい。このヒータ装置は、演算装置と記憶装置とを備える適宜のコンピュータによって制御される構成とすることができる。この場合、ヒータ装置を適宜に動作させるためのプログラムが記録装置に記憶され、演算装置が当該プログラムを読み込んでヒータ装置を動作させる。当該コンピュータは、例えば、制御装置（３、１９）とされていてもよい。その一方で、ヒータ装置は、ユーザによってＯＮ／ＯＦＦ制御される構成でもよく、この場合、ＯＮ／ＯＦＦスイッチを真空容器１の外部に設けることができる。

【0083】

金型１１への樹脂１２の注入方法は、金型１１を適切に傾斜させてボイド発生を抑制した樹脂構造物の製造が適切に実行されれば、特に限定されない。金型１１への樹脂１２の注入は、一例として、樹脂１２をホース部材に送り出すためのポンプを真空容器１の外部に設け、当該ポンプを駆動させることにより、実行することができる。当該ポンプは、制御装置（３、１９）によって制御されるように構成されてもよいし、制御装置（３、１９）とは異なるコンピュータによって制御されるように構成されてもよい。この場合、制御装置（３、１９）や当該コンピュータの記憶装置には、ポンプを適切に駆動させるためのプログラムが記憶され、制御装置（３、１９）や当該コンピュータの演算装置が当該プログラムを読み込んでポンプの制御を行う。その一方で、ポンプは、ユーザの直接的な操作に基づいて駆動する構成であってもよい。

【0084】

流動解析方法を実行する計算機（２５、２６）は、樹脂構造物の製造装置の一部として構成されていてもよい。これにより、流動解析方法を実行する計算機（２５、２６）を備える樹脂構造物製造装置が提供される。

【0085】

プロセッサ（演算装置）の一例としてはＣＰＵやＧＰＵが考えられるが、所定の処理を実行する主体であれば他の半導体デバイスでもよい。

【符号の説明】

【0086】

１ 真空容器
２ 樹脂注入口
３ 数値制御装置（制御装置）
４ モータ制御装置
５ モータ
６ 真空軸受け
７ 回転軸（金型角度変更部材）
８ 金型固定用ねじ
９ 金型スライド機構
１０ 金型設置台
１１ 金型
１２ 樹脂
１３ 内側空間区画部
１４ 突出部分
１５ 金型の空間
１６ 部分観察領域
１７ ボイド発生個所
１８ リンク機構
１９ 制御装置
２０ 油圧駆動源
２１ 油圧シリンダ
２２ ロボット制御装置
２３ ロボット制御モータ
２４ ロボットアーム（金型角度変更部材）
２５ 第１の計算機
２６ 第２の計算機
２７ ＬＡＮ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】