JPH076932B2

JPH076932B2 - 熱硬化性樹脂の硬化収縮力測定用装置およびその装置を用いた硬化収縮力測定方法

Info

Publication number: JPH076932B2
Application number: JP19745384A
Authority: JP
Inventors: 敏也大嶋; 章彦川上
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1984-09-19
Filing date: 1984-09-19
Publication date: 1995-01-30
Anticipated expiration: 2010-01-30
Also published as: JPS6175247A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野この発明は、熱硬化性樹脂の硬化収縮力測定用装置およ
びその装置を用いた硬化収縮力測定方法に関する。たと
えば、電子部品の外装等に用いられる熱硬化性樹脂は、
その硬化に伴う収縮力が強過ぎると電子部品をひび割れ
させたり、電子部品の特性を劣化させる原因になる。そ
こで、電子部品の外装樹脂としての熱硬化性樹脂は、予
めその硬化時の収縮力を知る必要がある。この発明は、
そのような熱硬化性樹脂の硬化時の収縮力を測定するた
めの改良された装置および方法に関するものである。

従来技術一般に、熱硬化性樹脂の硬化時の収縮力の測定にはひず
みゲージを用いる。たとえば、第５図に示すように、シ
リコーン製の有底上面開口の低い円筒状容器１の内底面
２中央部にたとえば鉄などの金属性のリング３を固定す
る。このリング３の内周面にひずみゲージ４を貼着し、
所定の電子回路（図示せず）等と接続する。そして、室
温下で、リング３の外周面と容器１との間で規定される
空間に熱硬化性樹脂を注入し、電気オーブン装置等の中
へ入れて加熱し、注入した樹脂を硬化させる。このと
き、樹脂は硬化に伴って収縮し、リング３の外周面に応
力が加わる。そのため、ミクロ的に見ると、リング３は
まわりから締め付けられて縮みまたは歪み、そのときの
応力はリング３の内周面に添付されたひずみゲージ４の
抵抗値変化として現われる。したがって、このひずみゲ
ージ４の抵抗値変化からリング３に加わる応力、言い換
えれば熱硬化性樹脂の硬化時の収縮力を測定することが
できる。

ところで、ひずみゲージ４は、一般にそのひずみ特性が
温度によって変化する。すなわち、第６図に示すよう
に、ひずみゲージ４の抵抗値変化に基づいて求めること
のできるひずみ、つまり見かけひずみは温度によって大
きく影響される。また、第６図にハッチングで示すよう
に、温度変化に伴う見かけひずみの変化量は製品によっ
て一定範囲内でのばらつきがあり、またその変化も非直
線的である。

そこで、実際にひずみゲージ４の出力に基づいて熱硬化
性樹脂の硬化収縮力を測定する際には、ひずみゲージ４
の見かけひずみではなく、真のひずみを求め、それに基
づいて硬化収縮力を測定しなければならない。このため
に、従来の装置では、予め見かけひずみ特性を測定した
見かけひずみ特性のほぼ等しいひずみゲージ４を２つ用
意し、一方のひずみゲージ４を実際に熱硬化性樹脂を注
入する測定用の装置のリング３に添付し、他方は熱硬化
性樹脂を注入しないダミー用の装置のリング３に添付し
て、両者を同時に電気オーブン装置に入れ、両者から得
られる出力によって真のひずみを求めていた。つまり、
測定用の装置に添付したひずみゲージ４の出力をf
₁（ｔ）、ダミー装置に添付したひずみゲージ４の出力
をf₂（ｔ）として、ｆ（ｔ）＝t₁（ｔ）−f₂（ｔ）但し、ｔは温度変化によって真のひずみ値を求めていた。

発明が解決しようとする問題点しかしながら、このような測定装置および測定方法で
は、熱硬化性樹脂がその硬化時に生じる発熱が考慮され
ておらず、硬化時に発熱を伴う熱硬化性樹脂の硬化収縮
力測定には利用することができないという欠点があっ
た。というのは、測定用の装置とダミー装置とを同じ電
気オーブン装置に入れて熱したとしても、熱硬化性樹脂
の硬化に伴う発熱の分だけ測定用装置のひずみゲージ４
の方が温度が高くなり、ダミー装置のひずみゲージ４に
よって得られる見かけひずみは測定用装置のものと同一
条件下で得られた特性とは言えなくなってしまうからで
ある。したがって、電子部品の外装に用いる熱硬化性樹
脂、特にセラミック電子部品に用いる熱硬化性樹脂に
は、硬化に伴い発熱するものが多く、上述のような従来
の装置およびその装置を用いた測定方法は利用できない
という問題点があった。

また、熱硬化性樹脂が硬化時に発熱しないものの場合で
も、上述のごとく、ひずみゲージ４は製品ごとにその見
かけひずみ特性にばらつきがある。よって、たとえ見か
けひずみ特性の近いゲージをそれぞれ測定装置用とダミ
ー装置用として用いても、両者の間には多少の特性の差
が存在し、その差は従来の装置では黙認せざるを得ず、
測定結果に厳密性を強く要求される場合には、従来の装
置は使用できないという問題点もあった。

問題点を解決するための手段そこで、この発明の装置は、次のように構成されてい
る。

内底面と内側面とを有する容器と、その容器の内底面ほ
ぼ中央部に、中心軸が垂直方向になるように立てて配置
された円筒体とを含み、円筒体外周面と容器の内底面お
よび内側面とで規定される空間に被測定熱硬化性樹脂が
入れられるようにされており、さらに、円筒体内周面に
は熱硬化性樹脂が硬化するときの収縮力が外周面に加わ
ったとき、その圧力に応じて抵抗値が変化するひずみゲ
ージが添付され、また、円筒体の側壁の上端面には穴が
形成されていて、その穴内には温度検知手段の検温部が
挿入されている。温度検知手段はひずみゲージの温度変
化に伴うひずみ量を補正するために、ひずみゲージの温
度とみなすことのできる円筒体の温度を測定するように
されている。そして、ひずみゲージには、見かけひずみ
検出手段が電気的に接続され、これによって、ひずみゲ
ージに生じる抵抗変化に基づいて円筒体外周面に加わる
見かけひずみが検出される。さらに、温度検知手段およ
び見かけひずみ検出手段には、補正演算手段が結合さ
れ、それによって、ひずみゲージに生じる抵抗変化のう
ち温度変化によって生じる変化量に基づいて、見かけひ
ずみ検出手段が検出した見かけひずみを補正する。

好ましい実施例では、温度検知手段は熱電対で構成さ
れ、検温部が上述の穴内に入れられてシリコーンでその
すき間が封入されている。また、容器はたとえばシリコ
ーンで形成された離型性の良い内側面が円周形状のもの
が用いられる。

この出願に係るもう１つの方法発明は、次の〜で示
す各ステップによって構成されている。

すなわち、上述した測定装置を準備する。被測定樹脂を入れな
い空の状態で、準備した装置を温度を可変できる雰囲気
内に配置する。たとえば、電気オーブン装置内にその装
置を配置する。装置が配置された雰囲気の温度を、室
温から被測定樹脂の硬化に必要な温度にその樹脂が硬化
するときに生じる発熱温度を加えた温度まで上昇させ
る。雰囲気の温度上昇に伴って変化するひずみゲージ
の抵抗値と、そのときに温度検知手段の検知する温度と
を、複数のポイントで読出し、温度−抵抗値の関係を求
める。このとき、読出すポイント、すなわち温度変化に
よってひずみゲージの抵抗値がいかに変化するかの検出
ポイントは、多ければ多いほどよい。次に、求めた温
度−抵抗値の関係に基づいて、ひずみゲージの温度変化
による見かけひずみの変化を表わす温度−見かけひずみ
関数Ｆ（ｔ）を演算する。この演算は、好ましくはマイ
クロコンピュータによって行なえば、短時間で求めるこ
とができる。次いで、準備した装置に被測定樹脂を入
れて温度を可変できる雰囲気内に配置する。そして、
雰囲気の温度を室温から被測定樹脂の硬化に必要な温度
まで上昇させる。このとき、雰囲気の温度上昇に伴っ
て変化するひずみゲージの抵抗値とそのときに温度検知
手段によって検知される温度とを検出する。〈〉で
検出した抵抗値に基づいて見かけひずみを求める。
〈〉で演算しておいた温度−見かけひずみ関数と
〈〉で温度検出手段によって得られた温度とによっ
て、特定の温度下における見かけひずみを求める。次
いで、〈〉で求めた見かけひずみから〈〉で求めた
見かけひずみを減算して真のひずみを求める。

作用この発明の装置およびその装置を用いた熱硬化性樹脂の
硬化収縮力測定方法では、装置を予め空の状態で加熱
し、ひずみゲージの温度変化に基づく見かけひずみ関数
を求める。次に、実際に被測定熱硬化性樹脂を入れて加
熱して該樹脂を硬化させ、そのときのひずみゲージのひ
ずみ変化を求める。そして、そのときに温度に対応する
見かけひずみを、上記関数によって補正するようにして
いる。ひずみゲージの温度は、装置が空の状態では雰囲
気の温度とほぼ一致しているが、装置に被測定樹脂を入
れた場合は、樹脂が硬化するときの発熱によって雰囲気
の温度とひずみゲージの温度とが一致しない。そこで、
この発明ではひずみゲージの各状態での正確な温度は、
温度検知手段によって検知される。したがって、上記見
かけひずみ関数およびその関数を用いた補正は正確にな
される。

実施例第１図は、この発明の好ましい実施例の装置20およびそ
の装置をマイクロコンピュータ15に接続した概略図であ
る。第２図は、第１図の装置20の拡大部分図である。

第１図および第２図を参照して、容器１は低い円筒状
で、底２を有している。容器１は、離型性の良いように
シリコーンで形成されている。容器１の内底面２中央部
には、同心円状に筒形のたとえば鉄でできたリング３が
配置されている。リング３は容器内底面２と、たとえば
接着剤で固定されている。リング３の内周面には、ひず
みゲージ４が貼り付けられている。ひずみゲージ４はリ
ング３の高さ方向中央部付近に、リング３の円周方向に
沿って配置され、たとえばフェノール系の熱硬化型接着
剤でリング３の内周面に密着するように貼り付けられて
いる。したがって、リング３のわずかな伸縮はそのまま
ひずみゲージ４に伝達される。

ひずみゲージ４は、第２図に示すように、たとえばポリ
イミドの薄膜片41やベークライト紙片41等の上に、たと
えばニッケル・銅の合金でできた抵抗線42が所定方向に
平行に複数本並ぶように配置されたものである。そし
て、ひずみゲージ４は、それが貼り付けられた部材がミ
クロ的に見て伸縮することにより、抵抗線の長さが変化
して抵抗値が変化するものである。一般にこの抵抗値変
化は電圧変化として測定され、貼り付けられた部材のひ
ずみまたはその部材に加わる力が求められる。

第２図をさらに参照して、リング３には、側壁の上端面
７から下方に向かって穴８が形成されていて、この穴８
に熱電対９が挿入されている。穴８の上端と熱電対９と
のすき間は、シリコーン10によって封入されている。こ
の熱電対９によってリング３の温度、言い換えればリン
グ３に添付されたひずみゲージ４の温度とみなすことの
できるリング３の温度が測定される。

ここで、第3A図〜第3C図を参照して、この実施例に用い
られているひずみゲージ４の抵抗変化の測定原理と、そ
の場合の結線方法とについて説明をする。

一般に、抵抗変化を測定するには、第3A図に示すような
ブリッジ回路が用いられる。第3A図のブリッジ回路に
は、次の等式が成立する。

ｅ＝（1/4）｛ΔR1/R1−ΔR2/R2 ＋ΔR3/R3−ΔR4/RS｝Ｅただし、ΔR/R:抵抗の変化率そこで、抵抗R1に代えてひずみゲージ４を接続すれば、
出力電圧ｅの変化により、ひずみゲージの抵抗変化を検
出することができる。ところが、ひずみゲージ４をこの
ブリッジ回路に接続する場合、ひずみゲージ４からブリ
ッジ回路までの接続用リード線が長い場合には、リード
線の抵抗値がひずみゲージ４の抵抗値に直列して加わ
り、かつリード線の抵抗は温度により微小に変化するの
で、これを除去しなければならない。そのため、第3B図
に示すように、この実施例ではいわゆる３線結線方式が
とられている。この３線結線方式は、等価的に第3C図に
示すブリッジ回路となり、ひずみゲージ４が接続された
往復リード線43,44が、それぞれ片側ずつブリッジ回路
の相異なる両片に入り、両者は同抵抗値r,同抵抗温度係
数のため、その変化は相殺される。なお、引込リード45
の抵抗値ｒは電圧測定のために回路に影響を与えない。

第１図に戻って、ひずみゲージ４の出力および熱電対９
の出力は、たとえばマイクロコンピュータ15で構成され
る所定の回路に与えられる。すなわち、ひずみゲージ４
の出力は見かけひずみ検出回路11に与えられ、熱電対９
の出力は温度−見かけひずみ補正回路12に与えられる。
見かけひずみ検出回路11では、上述した原理に基づいて
測定される抵抗変化率から見かけひずみが検出され、温
度−見かけひずみ補正回路12に出力される。温度−見か
けひずみ補正回路12は、予め求められた見かけひずみ関
数Ｆ（ｔ）が記憶されたメモリ16を含んでおり、熱電対
９から与えられる温度と見かけひずみ関数Ｆ（ｔ）とに
基づいて、ひずみゲージ４の抵抗変化から求められる見
かけひずみの補正をし、補正された値が表示装置13で表
示され、かつ印字装置14によって印字される。

次に、上述したこの実施例を用いて熱硬化性樹脂の硬化
収縮力を測定する場合の測定方法について説明をする。
以下の説明では、上述のようにこの実施例の装置20をマ
イクロコンピュータ15に接続して、マイクロコンピュー
タ15によってひずみゲージ４のひずみ値、言い換えれば
ひずみゲージ４が添付されたリング３に加わる熱硬化性
樹脂の収縮力の算出方法について説明をする。

第4A図および第4B図は、マイクロコンピュータ15の動作
を説明するためのフロー図であり、この実施例を用いた
熱硬化性樹脂の硬化収縮力測定は、このフロー図に従う
順序で行なわれる。第4A図および第4B図のうち、第4A図
は、この装置20を空の状態で加熱して、予めひずみゲー
ジ４の見かけひずみ関数Ｆ（ｔ）を求める場合のフロー
図であり、第4B図は、この装置20に測定しようとする熱
硬化性樹脂を入れてその硬化収縮力を測定する場合のフ
ロー図である。

まず、第4A図を参照して説明する。第１図に示すよう
に、この装置20を準備して、マイクロコンピュータ15に
接続し、ひずみゲージ４の出力および熱電対９の出力が
マイクロコンピュータ15に与えられるようにする。そし
て、この装置20をたとえば電気オーブン装置（図示せ
ず）に入れ、該オーブン装置によって室温から徐々に高
温まで熱していく。マイクロコンピュータ15では、熱電
対９の入力である温度を読取り、たとえば温度が10℃上
昇するごとにひずみゲージ４の抵抗値を読取り、見かけ
ひずみの検出を行なう。そして、温度が予め定める被測
定樹脂の硬化に必要な温度にその樹脂が硬化するときの
発熱温度を加えた温度、たとえば300℃まで上昇するま
で、10℃刻みで上記の温度の読取りおよび見かけひずみ
の検出を繰返す。そして、測定が終了した場合、マイク
ロコンピュータでは、上記読取りおよび検出結果に基づ
いて、温度による見かけひずみ関数Ｆ（ｔ）を演算す
る。そして、その関数Ｆ（ｔ）をメモリ16に記憶して、
動作を終える。

次に、この実施例の装置20に測定しようとする熱硬化性
樹脂を入れる。熱硬化性樹脂は、上述のようにリング３
の外周面と容器１の内底面２および内周面で囲まれた空
間に入れられる。そして、それをたとえば電気オーブン
装置内に入れ、電気オーブン装置によって室温から所定
の硬化温度まで徐々に加熱される。このとき、この実施
例の装置20に接続されたマイクロコンピュータ15によっ
て、熱電対９の出力である温度がたとえば10℃上昇する
ごとにひずみゲージ４で検出される抵抗変化が読取られ
る。マイクロコンピュータ15では読取った抵抗変化に基
づいて、見かけひずみStを算出する。

次に、算出したひずみStを、メモリ16に記憶しておいた
関数Ｆ（ｔ）に基づいて補正する。すなわち、たとえば
温度t₁のときに算出した見かけひずみをSt₁とすれば、
その算出したひずみSt₁から該温度t₁のときの関数Ｆ（t
₁）を減算して、ひずみゲージ４の温度変化による見か
けひずみを補正する。

このようにして、たとえば温度が10℃上昇するごとに測
定を繰返して、熱硬化性樹脂が硬化し、室温に戻るまで
測定が行なわれる。そして、求められた測定値は、たと
えば表示装置13に表示され、あるいは印字装置14によっ
て印字されて測定動作は終了する。

発明の効果以上のように、この発明によれば、熱硬化性樹脂の硬化
収縮力測定を正確に行なえる装置およびその装置を用い
た測定方法を提供することができる。特に、熱硬化性樹
脂が硬化時に発熱しても、その発熱によって生じるひず
みゲージの見かけひずみが補正され、実際の硬化収縮力
が正確に測定できる装置およびその装置を用いた測定方
法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例の装置を示す斜視図であ
る。第２図は、第１図の装置の拡大部分図である。第3A
図〜第3C図は、ひずみゲージ４による抵抗変化率の測定
原理とその結線方法を示す回路図である。第4A図，第4B
図は、この装置をマイクロコンピュータに接続して測定
を行なう場合の動作順序を示すフロー図である。第５図
は従来例の熱硬化性樹脂の硬化収縮力測定用装置を示す
斜視図である。第６図はひずみゲージのひずみ−温度特
性図である。図において、１は容器、２は容器内底面、３は円筒状の
リング、４はひずみゲージ、８はリングに形成した穴、
９は熱電対を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】熱硬化性樹脂が入れられて加熱され、該樹
脂の硬化に伴って生じる収縮力を測定するための装置で
あって、内底面と内側面とを有する容器と、前記容器の内底面ほぼ中央部に、中心軸が垂直方向にな
るように立てて配置された円筒体とを含み、前記円筒体外周面と前記容器の内底面および内側面とで
規定される空間に前記樹脂が入れられるようにされてお
り、さらに、前記円筒体内周面に添付され、前記樹脂が硬化するとき
の収縮力が前記円筒体外周面に加わったとき、その収縮
力に応じて抵抗値が変化するひずみゲージと、前記円筒体の側壁の上端面に穴が形成されていて、その
穴内に検温部が挿入され、前記ひずみゲージの温度変化
に伴うひずみ量を補正するために、前記ひずみゲージの
温度とみなすことのできる前記円筒体の温度を測定する
温度検知手段と、前記ひずみゲージに電気的に接続され、前記ひずみゲー
ジに生じる抵抗変化に基づいて前記円筒体外周面に加わ
る見かけひずみを検出する見かけひずみ検出手段と、前記温度検知手段および前記見かけひずみ検出手段に結
合され、前記ひずみゲージに生じる抵抗変化のうち温度
変化によって生じる変化量に基づいて、前記見かけひず
み検出手段が検出した見かけひずみを補正する補正演算
手段とを含む、熱硬化性樹脂の硬化収縮力測定用装置。
【請求項２】前記温度検知手段は熱電対である、特許請
求の範囲第１項記載の熱硬化性樹脂の硬化収縮力測定用
装置。
【請求項３】前記熱電対は、その検温部が前記穴に入れ
られてシリコーンですき間が封入されている、特許請求
の範囲第２項記載の熱硬化性樹脂の硬化収縮力測定用装
置。
【請求項４】前記容器は、離型性の良い容器である、特
許請求の範囲第１項，第２項または第３項記載の熱硬化
性樹脂の硬化収縮力測定用装置。
【請求項５】前記容器はシリコーンで形成されていて、
前記内側面が円周形状をしている、特許請求の範囲第４
項記載の熱硬化性樹脂の硬化収縮力測定用装置。
【請求項６】前記ひずみゲージは、前記円筒体の円周方
向に沿って熱硬化性接着剤で接着されている、特許請求
の範囲第１項，第２項または第５項記載の熱硬化性樹脂
の硬化収縮力測定用装置。
【請求項７】熱硬化性樹脂が入れられて加熱され、該樹
脂の硬化に伴って生じる収縮力を測定するための装置で
あって、内底面と内側面とを有する容器と、前記容器の
内底面ほぼ中央部に、中心軸が垂直方向になるように立
てて配置された円筒体とを含み、前記円筒体外周面と前
記容器の内底面および内側面とで規定される空間に前記
樹脂が入れられるようにされており、さらに、前記円筒
体内周面に添付され、前記樹脂が硬化するときの収縮力
が前記円筒体外周面に加わったとき、その収縮力に応じ
て抵抗値が変化するひずみゲージと、前記円筒体の側壁
の上端面に穴が形成されていて、その穴内に検温部が挿
入され、前記ひずみゲージの温度変化に伴うひずみ量を
補正するために、前記ひずみゲージの温度とみなすこと
のできる前記円筒体の温度を測定する温度検知手段とを
含む装置を準備する第１の工程と、前記装置に被測定装置を入れない空の状態で、前記装置
を温度を可変できる雰囲気内に配置する第２の工程と、前記第２の工程において前記雰囲気の温度を、室温から
被測定樹脂の硬化に必要な温度にその樹脂が硬化すると
きの発熱温度を加えた温度まで上昇させる第３の工程
と、前記第３工程において前記雰囲気の温度上昇に伴って変
化する前記ひずみゲージの抵抗値とそのときに前記温度
検知手段の出力する温度とを検出して、複数の温度にお
けるひずみゲージの抵抗値−温度の関係を求める第４の
工程と、前記第４の工程で求めた抵抗値−温度の関係に基づい
て、前記ひずみゲージの温度変化による見かけひずみの
変化を表わす温度−見かけひずみ関数を予め演算してお
く第５の工程と、前記装置に被測定樹脂を入れて、前記装置を温度を可変
できる雰囲気内に配置する第６の工程と、前記第６の工程において前記雰囲気の温度を室温から被
測定樹脂の硬化に必要な温度まで上昇させる第７の工程
と、前記第７の工程において前記雰囲気の温度上昇に伴って
変化する前記ひずみゲージの抵抗値とそのときに前記温
度検知手段によって得られる温度とを検出する第８の工
程と、前記第８の工程で検出した抵抗値に基づいて見かけひず
みを求める第９の工程と、前記第５の工程で予め演算しておいた前記温度−見かけ
ひずみ関数と第８の工程で前記温度検知手段によって得
られた温度とによって、特定の温度下における見かけひ
ずみを求める第10の工程と、前記第９の工程で求めた見かけひずみから前記第10の工
程で求めた見かけひずみを減算して真のひずみを求める
第11の工程とを備える、硬化収縮力測定用装置を用いた熱硬化性樹脂
の硬化収縮力測定方法。