JP2007022068A - 射出成形方法および射出成形機 - Google Patents

Abstract

【課題】成形樹脂の溶融時に黄変が発生することを可及的に少なくするための成形材料の供給装置を提供する。
【解決手段】ホッパー２４の下方に位置しバレル１０に形成された成形材料供給口２０の上部へホッパー台１４を介して窒素ガスを導き、さらに成形材料供給口内の所定深さにてスクリュ軸１２の外周に向け窒素ガスを放出する窒素ガスの管路Ｐ１からなる窒素ガス供給手段を有し、また、前記放出された窒素ガスおよび残留している空気をバレル内周面およびスクリュ軸外周面との間隙を介して導き、さらにバレル支持台１６およびバレル押え１８の内部を通ってバレル支持台およびバレル押えに設けた外部接続口１６Ｂ、１８Ｂへ導くように形成した排出通路と同排出通路から前記窒素ガス等を吸引する真空発生器とを備え、前記成形材料供給口から可塑化ゾーンへの空気の混入を防ぎ、溶融樹脂の酸化に起因する黄変の発生を抑制する。
【選択図】図１

Description

本発明は導光板、光学レンズ等の光学用成形品を成形するための射出成形方法および射出成形機に関する。

射出成形機を用いて光学用成形品を成形する場合、その成形品には一般に高透明度が要求される。しかしながら、光学用成形材料として現在、多用されるシクロオレフィン系樹脂ペレットは、射出成形機の可塑化装置内において、加熱下での混練・溶融時に当該ペレットと共にホッパーから可塑化装置内へ巻き込まれた空気中の酸素による酸化によって黄変が発生しやすい。その対策としてシクロオレフィン系樹脂ペレット製造メーカでは、その酸化を防止する目的で可塑化装置への材料供給口すなわち、ホッパー口へ窒素ガスを供給しペレット周辺に存在する空気を窒素ガスに置換するよう基本的に推奨している。（特許文献１）
本発明者等は前記の推奨にしたがい、種々の条件下にて窒素ガスをホッパー口へ供給して光学用成形品を成形し、その黄変防止効果を確認している。しかしながら、光の低波長領域における高光線透過率が要求される光学系レンズ、例えば波長が４００ｎｍ近傍のブルーレーザを用いる光学系にて使用される成形レンズにおいては、当該成形レンズの成形材料であるシクロオレフィン系樹脂ペレットの加熱下での溶融・混練時に、そこに残留している少量の空気による酸化で起こる微小な黄変のため必ずしも当該成形レンズが良品とはならないという問題がある。ここで良品の一つの目安としては、例えば、波長が４００ｎｍ近傍（３８０ｎｍ〜４３０ｎｍの青紫レーザ）での当該成形レンズの光線透過率を反射防止膜用のＡＲコートなしの状態で９１％以上に到達することが当該成形レンズを成形する射出成形機ユーザに要求されているが、本発明者等の知見によっても、ＡＲコート（Anti- Reflection Coating）なしの状態で、現状では９０％に達していない状況にある。
特開２００４−２３０７２８（図１０）

本発明者等は、こうした微小な黄変の生成を防止するべく鋭意検討、実験を行い、その結果、通常、ホッパー内には窒素ガス供給前に空気が存在しており、窒素ガスを供給していても空気が外部からホッパー内部に補給されていること、さらにペレットの隙間に残留している空気がホッパー口を介してペレットと共に可塑化装置内へ供給される点に着眼し、こうした残留空気を、供給した窒素ガスで必要十分に置換するためには、推奨されている窒素ガスの供給のみでなく当該残留空気をも積極的に外部へ排出することが必要であることを見出した。

さらに、供給される不活性ガスの温度が、ホッパー内の成形材料およびその近傍雰囲気の温度に比べて低いと、供給された不活性ガスとホッパー内に存在している不活性ガスを含む気体との飽和蒸気圧の差異により、ホッパー内では僅かではあるが結露が生じ、その水滴が成形材料に付着したまま可塑化ゾーンに供給されると銀条が生じ、結果として成形品の品質を低下させる恐れがあることを見出した。

したがって、本発明の目的は、射出成形機において成形材料を可塑化装置内へ供給するに際し、空気中の酸素がペレットと共に当該可塑化装置内へ混入し、結果として成形品に黄変が生成されることを可及的に少なくするための射出成形方法および射出成形機を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、前記ホッパー内にペレットと共に投入されるかまたはホッパー内で生成されるペレット微小粉末が前記可塑化装置内へ混入し、結果として成形品に銀条や白化点（以下銀条等という）が生成されることを可及的に少なくする射出成形方法および射出成形機を提供することにある。

さらにまた、本発明の他の目的は、ホッパー内に供給された不活性ガスに起因して成形材料の表面に結露を生じることのないように、予め不活性ガスを、所定の温度、好適にはバレル内への成形材料供給口近傍の温度に加熱して供給するようにした、射出成形方法および射出成形機を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明に係る射出成形方法は、
内部にスクリュ軸を回転および進退可能に挿入してなるバレルに、ホッパーから成形材料を供給する工程と、
前記ホッパーからバレルに成形材料を供給する工程において、不活性ガス供給源から供給される不活性ガスを、前記ホッパー内からバレルに供給される成形材料を通って前記バレル内に導く不活性ガス供給工程と、
少なくとも不活性ガス供給工程をおこなう際に、前記バレル内を吸引排気する吸引排気工程とを備えて前記バレル内の空気を不活性ガスで置換することを特徴とする。

その場合、前記ホッパーは、第1のホッパー領域とバレルに接続された供給領域とを上下に配置し、前記成形材料供給工程は、成形材料を一旦第１のホッパー領域に貯溜する工程と、成形材料を第１のホッパー領域からバレルに接続された供給領域に供給し、該バレルに接続された供給領域からバレル内に供給する工程とを備え、
前記不活性ガス供給工程は、成形材料を貯溜している前記第１のホッパー領域内部に不活性ガスを供給して、前記第１のホッパー領域内の空気を不活性ガスで置換する工程と、少なくとも成形材料を前記バレルに接続された供給領域からバレルに供給する際に、不活性ガスをこの成形材料を通って前記バレルに接続された供給領域から前記バレル内に導く工程とを備えて構成することができる。

さらにその場合、前記不活性ガス供給工程において供給される不活性ガスは所定の温度または温度範囲に温度制御されて供給されることができる。

その場合、前記所定の温度または温度範囲はバレルに接続された供給領域の温度に基づいて定められることができる。

また、その場合、前記吸引排気工程は、成形材料を貯溜している第１のホッパー領域内部を吸引して、第１のホッパー領域内部の空気を不活性ガスで置換する工程と、少なくとも成形材料を前記バレルに接続された供給領域からバレルに供給する際に、バレル内を吸引排気する工程とを備えて構成することができる。

その場合、前記ホッパーは、第1のホッパー領域とバレルに接続された供給領域とを上下に配置すると共に前記供給領域とは反対側にて前記第1のホッパー領域に接続された第２のホッパー領域を有し、
前記成形材料供給工程は、成形材料を一旦第２のホッパー領域に貯溜する工程と、第２のホッパー領域に貯溜された成形材料を第１のホッパー領域に再貯溜する工程と、成形材料を第１のホッパー領域からバレルに接続された供給領域に投下し、該バレルに接続された供給領域からバレル内に供給する工程とを備え、
前記不活性ガス供給工程は、成形材料を貯溜している前記第１のホッパー領域内部に不活性ガスを供給して、前記第１のホッパー領域内の空気を不活性ガスで置換する工程と、成形材料を貯溜している前記第２のホッパー領域内部に不活性ガスを供給して、前記第２のホッパー領域内の空気を不活性ガスで置換する工程と、成形材料を前記バレルに接続された供給領域からバレルに供給する際に、不活性ガスをこの成形材料を通って前記バレルに接続された供給領域から前記バレル内に導く工程とを備えて構成することができる。

またその場合、前記吸引排気工程は、成形材料を貯溜している第１のホッパー領域内部を吸引して、第１のホッパー領域内部の空気を不活性ガスで置換する工程と、成形材料を貯溜している第２のホッパー領域内部を吸引して、第２のホッパー領域内部の空気を不活性ガスで置換する工程と、少なくとも成形材料を前記バレルに接続された供給領域からバレルに供給する際に、バレル内を吸引排気する工程と
を備えて構成することができる。

さらにその場合、前記不活性ガスは窒素ガスであることが好ましい。

さらにその場合、前記成形材料はシクロオレフィン系樹脂であることが好ましい。

また、前記目的を達成するため、本発明に係る射出成形機は、
内部にスクリュ軸を回転および進退可能に挿入してなるバレルと、成形材料を供給し、供給された成形材料を前記バレル内に供給するホッパーと、不活性ガス供給源から供給される不活性ガスを、該ホッパー内に供給された成形材料を通って前記バレル内に導く不活性ガス供給経路と、前記バレル内を吸引排気する吸引排気経路とを備えて構成される。

その場合、前記不活性ガス供給源から供給される不活性ガスを所定の温度または温度範囲となるよう加熱制御する加熱制御手段を、さらに備えて構成することができる。

その場合、前記加熱制御手段は、前記バレルに接続された供給領域の温度を検出する温度検出装置と、前記不活性ガス供給源から供給される不活性ガスを加熱する加熱装置と、同加熱装置を通過した前記不活性ガスの温度を検出する温度検出装置と、前記各温度検出装置により検出された供給領域の温度と前記加熱装置を通過した前記不活性ガスの温度との差が予め設定した範囲となるように前記加熱装置への供給熱量を制御する温度制御装置とを備えて構成することができる。

またその場合、ホッパーは、成形材料のホッパー内への保留及びバレルヘの落下を制御するシャッターを開閉可能に装着し、且つ、このシャッターと成形材料を受入れるホッパー端部との間を密閉する蓋を装着しており、
不活性ガス供給経路は、該シャッターと蓋との間に不活性ガスを導く供給経路と、ホッパー内の該シャッターよりも下方に不活性ガスを導く供給経路とを備えて構成することができる。

またその場合、該シャッターと蓋との間を吸引排気する吸引排気経路を更に備えて構成することができる。

さらにその場合、ホッパーは、第1のホッパー領域とバレルに接続された供給領域とを上下に配置すると共に前記供給領域とは反対側にて前記第1のホッパー領域に接続された第２のホッパー領域を有し、さらに、成形材料の、前記第２のホッパー領域内への保留および第２のホッパー領域から前記第１のホッパー領域への供給を制御する第１シャッターならびに、前記第１のホッパー領域内への保留およびバレルヘの落下を制御する第２シャッターを装着し、且つ、前記第１シャッターと成形材料を受入れるホッパー端部との間を密閉する蓋を装着しており、
不活性ガス供給経路は、第１シャッターと蓋との間に不活性ガスを導く第１不活性ガス供給経路と、第１シャッターと第２シャッターとの間に不活性ガスを導く第２不活性ガス供給経路と、前記第２シャッターよりも下方に位置する前記バレルに接続された供給領域に不活性ガスを導く第３不活性ガス供給経路とを備えて構成することができる。

その場合、第１シャッターと蓋との間を吸引排気する吸引排気経路と、第１シャッターと第２シャッターとの間を吸引排気する吸引排気経路とを更に備えて構成することができる。

さらにその場合、吸引排気経路は、真空ポンプまたは圧縮空気を用いて真空を発生するタイプの真空発生器を備えて構成することができる。

請求項１記載の本発明による射出成形方法によれば、バレル内の空気は不活性ガスで置換され、さらに、バレル内を吸引排気するようにしたので、バレル内に残留する空気は不活性ガスとともに強制的に吸引され外部に排出されるので、バレルの可塑化領域への空気の混入がほとんどなくなり、結果として成形材料の溶融・混練時に空気中の酸素による成形材料の黄変を防止することできるという効果を奏する。また、ホッパー内のペレット微小粉末も同様に不活性ガスとともに強制的に吸引され外部に排出されるので、前記可塑化領域へ混入し、結果として成形品に銀条等が生成されることを可及的に少なくするという効果を奏する。

また、請求項２記載の本発明による射出成形方法によれば、前述の効果に加え、第１のホッパー領域に貯溜された成形材料を貯溜した第１のホッパー領域内に不活性ガスを供給して、第１のホッパー領域内の空気を不活性ガスで置換するようにしたので、該第１のホッパー領域内に残留する空気すなわち、酸素の量を可及的に少なくした状態で成形材料がバレルに供給され、前記黄変の発生や銀条等の生成をさらに一層少なくする効果を奏する。

また、請求項３記載の本発明による射出成形方法によれば、不活性ガス供給工程において供給される不活性ガスは所定の温度または温度範囲に温度制御されて供給されるので、ホッパー内に供給されたとき成形材料に結露するのを防止するという効果を奏する。

また、請求項４記載の本発明による射出成形方法によれば、所定の温度または温度範囲はバレルに接続された供給領域の温度に基づいて定められようになっているので、当該供給領域の温度が変化してもその変化に追従した温度の不活性ガスをホッパーへ供給することができ、それにより成形材料に結露するのを防止することが可能となる。

また、請求項５記載の本発明による射出成形方法によれば、成形材料を一旦第１のホッパー領域に貯溜し、同貯溜した第１のホッパー領域内に不活性ガスを供給するとともに該第１のホッパー領域内を吸引排気して、第１のホッパー領域内の空気を不活性ガスで置換するようにしたので、より短時間で置換を達成することができる。

また、請求項６記載の本発明による射出成形方法によれば、ホッパーは、第1のホッパー領域とバレルに接続された供給領域とを上下に配置すると共に前記供給領域とは反対側にて前記第1のホッパー領域に接続された第２のホッパー領域を有し、
前記成形材料供給工程は、成形材料を一旦第２のホッパー領域に貯溜する工程と、第２のホッパー領域に貯溜された成形材料を第１のホッパー領域に再貯溜する工程と、成形材料を第１のホッパー領域からバレルに接続された供給領域に投下し、該バレルに接続された供給領域からバレル内に供給する工程とを備え、
前記不活性ガス供給工程は、成形材料を貯溜している前記第１のホッパー領域内部に不活性ガスを供給して、前記第１のホッパー領域内の空気を不活性ガスで置換する工程と、成形材料を貯溜している前記第２のホッパー領域内部に不活性ガスを供給して、前記第２のホッパー領域内の空気を不活性ガスで置換する工程と、成形材料を前記バレルに接続された供給領域からバレルに供給する際に、不活性ガスをこの成形材料を通って前記バレルに接続された供給領域から前記バレル内に導く工程と
を備えているので、ホッパーからバレル内への成形材料の供給は、該ホッパーへの成形材料の供給動作に影響されず連続的に遂行することができるという効果を奏する。

また、請求項７記載の本発明による射出成形方法によれば、前記請求項６に記載の効果に加え、第１および第２のホッパー領域に不活性ガスを供給するとともに吸引排気を行うようにしたので、より短時間で置換を達成することができる。

また、請求項８記載の本発明による射出成形方法によれば、不活性ガスとして窒素ガスを用いるので比較的安価である。

また、請求項９記載の本発明による射出成形方法によれば、成形材料はシクロオレフィン系樹脂であり、その成形品は光学的な透明性があるばかりでなく、とくに吸水性がアクリル樹脂に比べ非常に低いので、光学レンズとして使用される場合でも組成が変質しないという利点がある。

さらに、請求項１０記載の本発明による射出成形機によれば、内部にスクリュ軸を回転および進退可能に挿入してなるバレルと、成形材料を供給し、供給された成形材料を前記バレル内に供給するホッパーと、不活性ガスを、該ホッパー内に供給された成形材料を通って前記バレル内に導く不活性ガス供給経路と、前記バレル内を吸引排気する吸引排気経路とを備えているので、前述した請求項１記載の効果と同様な効果を奏する。

さらに、請求項１１記載の本発明による射出成形機によれば、不活性ガス供給源から供給される不活性ガスを所定の温度または温度範囲となるよう加熱制御する加熱制御手段を備えているので、請求項１０による効果に加え、不活性ガス供給源から供給される不活性ガスの温度がバレルに接続される供給領域の温度より低い場合であっても加熱制御手段により所定の温度まで加熱された状態でホッパーへ供給されるので、成形材料に結露することを防止することが可能となる。

さらに、請求項１２記載の本発明による射出成形機によれば、加熱制御手段は、バレルに接続された供給領域の温度を検出する温度検出装置と、前記不活性ガス供給源から供給される不活性ガスを加熱する加熱装置と、同加熱装置を通過した前記不活性ガスの温度を検出する温度検出装置と、前記各温度検出装置により検出された供給領域の温度と前記加熱装置を通過した前記不活性ガスの温度との差が予め設定した範囲となるように前記加熱装置への供給熱量を制御する温度制御装置とを備えているので、前記バレルに接続された供給領域の温度が射出成形機の運転中に変化しても、前記加熱装置を通過した不活性ガスの温度がそれに追従して制御され、したがって、前記供給領域からバレルへ供給される成形材料に結露するのを防止することが可能となる。

さらに、請求項１３記載の本発明による射出成形機によれば、ホッパーは、成形材料のホッパー内への保留及びバレルヘの落下を制御するシャッターを開閉可能に装着し、且つ、このシャッターと成形材料を受入れるホッパー端部との間を密閉する蓋を装着しており、
不活性ガス供給経路は、該シャッターと蓋との間に不活性ガスを導く供給経路と、ホッパー内の該シャッターよりも下方に不活性ガスを導く供給経路とを備えるよう構成したので、前述した請求項２記載の効果と同様な効果を奏する。

さらに、請求項１４記載の本発明による射出成形機によれば、シャッターと蓋との間を吸引排気する吸引排気経路を更に備えているので、前述した請求項５記載の効果と同様な効果を奏する。

さらに、請求項１５記載の本発明による射出成形機によれば、ホッパーは、第1のホッパー領域とバレルに接続された供給領域とを上下に配置すると共に前記供給領域とは反対側にて前記第1のホッパー領域に接続された第２のホッパー領域を有し、さらに、成形材料の、前記第２のホッパー領域内への保留および第２のホッパー領域から前記第１のホッパー領域への供給を制御する第１シャッターならびに、前記第１のホッパー領域内への保留およびバレルヘの落下を制御する第２シャッターを装着し、且つ、前記第１シャッターと成形材料を受入れるホッパー端部との間を密閉する蓋を装着しており、
不活性ガス供給経路は、第１シャッターと蓋との間に不活性ガスを導く第１不活性ガス供給経路と、第１シャッターと第２シャッターとの間に不活性ガスを導く第２不活性ガス供給経路と、前記第２シャッターよりも下方に位置する前記バレルに接続された供給領域に不活性ガスを導く第３不活性ガス供給経路とを備えているので、前述した請求項６記載の効果と同様な効果を奏するとともに、前記各第１乃至３の不活性ガス供給経路をそれぞれ設けることにより、それぞれの不活性ガス供給経路における不活性ガスの流量、圧力を個別に設定することが可能となる。

さらに、請求項１６記載の本発明による射出成形機によれば、第１シャッターと蓋との間を吸引排気する吸引排気経路と、第１シャッターと第２シャッターとの間を吸引排気する吸引排気経路とを更に備えているので、請求項１５記載の効果に加え、バレルに供給される成形材料の近傍にある空気は可及的に酸素を少なくすることができる。

さらに、請求項１７記載の本発明による射出成形機によれば、吸引排気経路は、真空ポンプまたは圧縮空気を用いて真空を発生するタイプの真空発生器を備えているので請求項１記載の効果と同様な効果を奏するとともに、特に市販されている吸引手段としての真空発生器は比較的小型、安価であり且つ、工場内に通常設備されている圧縮空気を利用することが可能であるので射出成形機ユーザのコスト負担を極力少なくできる。

さらに、請求項１８記載の本発明による光学用途成形品は、成形材料の溶融・混練時に空気中の酸素の混入や成形材料の微粉末の混入を防止しているので黄変の発生や銀条等の生成を可及的に少なくすることができる。

さらに、請求項１９記載の本発明による光学用途成形品としての導光板は、黄変や銀条等がないので、パソコン等の液晶表示画面へ光を導く光路の品質を向上させることができる。

さらに、請求項２０記載の本発明による光学用途成形品としての光学レンズは、黄変や銀条等がないので、低波長領域での高光線透過率を実現することが可能である。

さらに、請求項２１記載の本発明による光学用途成形品としてのレンズは、黄変や銀条等がないので、次世代ＤＶＤ装置等で使用を期待されるブルーレーザに対して高光線透過率を達成できる。

以下、本発明の好適実施例について、添付図面を参照し詳細に説明する。

図１は、本発明による射出成形機における成形材料の供給装置の要部を示すバレル軸方向縦断面図である。同図において、参照符号１０はその内部にて成形材料を加熱、溶融・混練する加熱筒（以下バレルと称する）であって、同図の右端側に配置されたバレル支持台１６により支持固定されている。参照符号１８はバレル支持台１６の側面に取付けられたバレル押えである。前記バレル１０の内部を貫通する孔には、スクリュ部１２Ａおよび軸部１２Ｂからなるスクリュ軸１２が回転および進退可能に配置されており、軸部１２Ｂの右方側は当該スクリュ軸１２の回転および進退用駆動機構３２と結合されている。

参照符号１４は、バレル１０の外周部に取付けられたホッパー台であって、その上端部には、ペレット状をした成形材料ＭＴを外部から受入れる投入口２４Ｂを有するホッパー２４の下端部を保持固定するプレート２６が取付けられている。前記ホッパー台１４およびバレル１０には図示のようにホッパー２４の下端部から落下する成形材料ＭＴをバレル１０内部へ導く孔がそれぞれ形成されている。参照符号２０はバレル１０に形成された前記孔であって、成形材料の材料供給口を構成している。

なお、材料供給口２０を含む、前記ホッパー台１４およびバレル１０に形成され成形材料ＭＴをバレル１０内部へ導く孔は、本発明における「バレルに接続された供給領域」を構成する。

参照符号１４Ａは、ホッパー台１４の側面に設けられた置換用の不活性ガスの導入口であって、置換用ガスとして使用する不活性ガスである窒素ガスは太い実線で示される管路Ｐ１により窒素ガス供給源２２から導入口１４Ａを介して側方からホッパー台１４内部の孔へ導かれ、さらにバレル１０に形成された前記材料供給口２０内を下方へ所定深さまで導かれている。この所定深さ位置の放出口から前記窒素ガスがスクリュ部１２Ａの外周に向けて放出されるようになっている。その場合、管路Ｐ１は材料供給口２０の領域において複数に分岐されていてもよい。また、図示しないが、ホッパー２４の側壁には、ホッパー２４内に貯溜されている成形材料ＭＴであるペレットの残量が目視できるよう上下方向に透明な窓を設けることもある。前記所定深さすなわち、管路Ｐ１の放出口はバレルの内周面からみて数ミリ〜１０ミリ程度離れた位置に配置される。

参照符号ＥＸは、太い破線で示されるように、前記材料供給口２０の底部からバレル１０内周面とスクリュ軸１２との間隙を通り、さらにリング状溝１６Ａ、１８Ａを介してバレル支持台１６およびバレル押え１８のそれぞれ内部に形成した通路から接続口１６Ｂ、１８Ｂを経て真空発生器２８、３０に到る窒素ガスの排出通路である。この排出通路ＥＸには材料供給口２０内の放出口から放出される窒素ガスによって放出口近傍にあるペレットの隙間に残留している空気が引き込まれ、窒素ガスと共に真空発生器２８、３０によって強制的に吸引され、適宜の回収装置を介してあるいは直接大気中へ放出されるようになっている。

前記真空発生器２８、３０としては、例えばシーケーディー（株）社製のＶＰＥ（商品名）シリーズを使用することができる。この種の真空発生器は、工場内で通常設備されている圧縮空気を利用して吸引力を発生させるものであり、比較的コンパクトであって射出成形機の適宜位置に取付けることが可能である。なお、参照符号Ｌは、バレル押え１８と前記回転および進退用駆動機構３２とのバレル軸方向の間隔であって、排出通路ＥＸが上方へ導かれるよう形成されることにより、真空発生器２８、３０を当該間隔の近傍に配置し、結果としてスクリュ軸１２の全長が長くなるのを回避することができる。

次に図１に示す装置の作動について説明する。

図１において、射出成形機のスクリュ軸１２が回転および進退駆動装置３２により図の左方へ射出動作を行った後、計量工程に入ると、スクリュ軸１２はバレル１０内で回転し、それに伴って材料供給口２０からスクリュ部１２Ａの溝部分へ成形材料ＭＴのペレットが供給される。スクリュ軸２０の回転によりペレットは可塑化ゾーンの方へ送られそこで加熱溶融されると共に混練されながらバレル先端部（図示しない）に可塑化された溶融樹脂として蓄積され、その蓄積量の増大に対応して、スクリュ軸２０は回転されつつ右方へ後退する。

この計量動作中、前記材料供給口２０では大気圧より若干高い（例えば１０％程度）圧力で窒素ガスが管路Ｐ１を介してバレル内へ供給されるとともに、材料供給口２０およびバレル１０内と連通している排出通路ＥＸを真空発生器２８、３０により吸引している。したがって、前述したように、材料供給口２０内に配置されている管路Ｐ１の放出口から放出される窒素ガスによって放出口近傍にあるペレットの隙間に残留している空気やペレット微粉末が引き込まれ、窒素ガスと共に排出通路ＥＸを通って強制的に吸引される。

その結果、前記可塑化ゾーンの方へは、窒素ガスおよび空気、微粉末の混入が妨げられるので、バレル先端部に蓄積される可塑化された溶融樹脂には黄変が発生せず、また銀条等の生成を抑制する。

なお、置換用ガスとしての不活性ガスは窒素ガス以外にもアルゴンガス等を使用することは可能であるが、実用的にはコストの点から窒素ガスの方が好ましい。

なお、図４に示すグラフは、反射防止膜用のコーティングであるＡＲコートを施す前の状態に対応しており、そのうちのグラフａは、バレル後部から真空発生器で吸引はせず、窒素ガスのみを供給する従来方式の実際の結果を示す。破線で示されるグラフｂは、図１に示される本発明の実施例に対応し、窒素ガスを供給しながらバレル後部からの吸引を行う場合の推定値を示す。さらに破線で示されるグラフｃは、図２に示される本発明の実施例に対応し、窒素ガスを供給しながらバレル後部からの吸引を行うことに加え、ホッパー内での窒素ガスによる置換を行う場合の推定値をそれぞれ示す。特に、グラフｃでは低波長領域である４００ｎｍ近傍での光線透過率が向上することを推定値として示す。前記グラフｂは、グラフａに比べ吸引排気による効果が期待できることを示す。また、グラフｃは、グラフｂに比べ密閉したホッパー内での置換による効果がさらに加わることによるものである。

図２は、図１と同様な構成を有する、本発明による射出成形機における成形材料の供給装置の要部を示すバレル軸方向縦断面図である。同図２中の各参照符号のうち、図１と同一参照符号は同一の構成部分を示しておりしたがって、それらの説明は重複するので省略する。図２において図１と相違する点は、プレート２６にシャッター４２を設けたこと、投入口から空気が混入するのを防ぐためホッパー２４の成形材料投入口に密閉用の蓋４０を設けたこと、ならびに、窒素ガス供給源２２からホッパー２４の側壁部に設けた導入口４４を介してホッパー２４の内側へ窒素ガスを導きさらに下方の所定深さ位置にて窒素ガスを下方に向け放出するようにしていること、さらに前記導入口４４と異なる側壁部に排気口４６を設けたことである。なお、前記排気口４６に等価なものとして蓋４０自体に排気口を設けてもよい。

前述したように、窒素ガスは太い実線で示される管路Ｐ２により窒素ガス供給源２２から導入口４４を介してホッパー２４内部下方に導かれ放出される。管路Ｐ２により供給される窒素ガスの圧力および流量は管路Ｐ１のそれと必ずしも同一である必要はない。また、排気通路ＥＸはバレル支持台１６には形成されておらず、バレル押え１８のみに形成され真空発生器３０にて吸引されるようになっているが、これは排気通路を単純化した例を示すものである。

次に、図２に示す装置の作動について図１の場合と相違する点を中心に説明する。

図２に示す例においては、蓋４０を開いてペレットを投入後、同蓋４０を密閉した状態において管路Ｐ２から供給される窒素ガスによりホッパー２４内の空気が排気口４６から窒素ガスと共に放出されるので、所定時間経過後にはホッパー２４内に残存する空気量は極めて少なくなり、そのような状態下でシャッター４２を適宜開くことによりホッパー台１４の孔および材料供給口２０内部に与えられるペレットの隙間にある残留空気の量は図１の場合と比べ格段に少なくなっており、その上さらに管路Ｐ１からの窒素ガスにより図１のような排気通路ＥＸを介して真空発生器３０により吸引される。

その結果、ペレットと共に可塑化ゾーンへ混入する残留空気はさらに一層少なくなる。

なお、図２においては、ホッパー２４の蓋４０を密閉した状態において管路Ｐ２から供給される窒素ガスによりホッパー２４内の空気が排気口４６から窒素ガスと共に放出される状態を例示しているが、図示しない吸引排気手段を排気口４６に接続して、ホッパー２４に窒素ガスを供給しながらさらに吸引排気を同時に行うことにより、置換の効率を高めることができる。

図２において、ホッパー２４内部での置換の効果のみを確認するため、真空発生器３０を作動させていない状態で、ホッパー２４に窒素ガスを供給し排気口４６から空気と共に排出するようにしたテストを行ったところ、１％以上の光線透過率向上を確認した。そのときのテスト条件として、電動型射出成形機ＥＣ４０Ｎ（東芝機械（株）製）を用い、サイクルタイムが約２分、供給窒素ガスの流量は３リットル／分、樹脂はシクロオレフィン、成形品は光学レンズである。なお、窒素ガスを供給するための元圧として工場エアーを用いた。

上記のテストからも、前記図４に示される破線グラフｂ、ｃのように推定したことには合理性があると考えられる。

図３は、図２と同様な構成を有する、本発明による射出成形機における成形材料の供給装置の要部を示すバレル軸方向縦断面図である。同図３では、図２においてホッパー２４の上にさらにもう一つのホッパー２４Ａを配置した例を示す。すなわち、ホッパー２４の上部にシャッター４２Ａを有するプレート２６Ａが搭載され、同プレート２６Ａにもう一つのホッパー２４Ａが取付けられている。ホッパー２４Ａには窒素ガスの導入口４４Ａおよび排気口４６Ａが設けられており、さらにその投入口には密閉用の蓋４０Ａが配置されている。窒素ガス供給源２２からは管路Ｐ３により窒素ガスがホッパー２４Ａ内部に導かれさらに下方の所定深さ位置にて放出されるようになっている。

なお、シャッター４２Ａは本発明における第１シャッターを構成し、シャッター４２は本発明における第２シャッターを構成している。また、前記管路Ｐ３は本発明における第１不活性ガス供給経路を構成し、前記管路Ｐ２は本発明における第２不活性ガス供給経路を構成し、さらに、前記管路Ｐ１は本発明における第３不活性ガス供給経路を構成している。

次に、図３に示す装置の作動について図１、図２の場合と相違する点を中心に説明する。

図３に示される構成の場合は、最上部のホッパー２４Ａにペレットが投入された後、蓋４０Ａが閉じられた状態で管路Ｐ３により窒素ガスが供給される。したがって、ホッパー２４Ａ内の空気は窒素ガスにより置換され排気口４６Ａから排出されるので所定時間後にはホッパー２４Ａ内の残存空気量は図２における場合と同様に極めて少なくなり、その状態でシャッター４２Ａを開いてホッパー２４へ与えられるようになっている。そしてこの間すなわち、ホッパー２４Ａへのペレットの投入動作時間およびその後の前記所定時間のあいだシャッター４２Ａは遮断した状態に保持されているので、ホッパー２４内のペレットの材料供給口２０への供給は前記ホッパー２４Ａへの投入動作に影響されることなく連続的に行うことが可能である。

なお、図３においては、ホッパー２４Ａはホッパー２４の真上に配置されており、射出成形機の高さがそれだけ高くなる。これを避けるため、ホッパー２４Ａを別の例えば低い場所に配置し、同配置されたホッパー２４Ａとプレート２６Ａとを管路で接続するようにしてもよい。この場合にはホッパー２４Ａからホッパー２４への成形材料の供給に重力を利用できないので窒素ガスを成形材料の搬送に利用することが可能である。

なお、本発明におけるホッパーとは、図１、図２において例示された単体としてのホッパー２４、２４だけでなく、図３に例示した２つのホッパー２４、２４Ａを１つのホッパーとみなしており、したがって、図３のホッパー２４および２４Ａは、本発明におけるホッパーの第１のホッパー領域および第２のホッパー領域を構成している。

バレルの可塑化ゾーンでは、一般に、バレル外周にバンドヒータが巻かれ、バレルを２５０〜３４０℃程度に加熱している。また、成形材料のバレルへの供給部は、バレルの端部に設けられているため、この供給部はバレルの可塑化ゾーンからの伝熱により徐々に暖められる。一例として成形運転開始時には４０℃位であっても、２〜３時間連続して成形運転を行なうと６０℃位まで温度上昇する。そのため本発明では、ホッパー下部の成形材料供給部に温度センサを設置し、供給される不活性ガスの温度が前記センサの検出温度とほぼ同一となるように、制御する加熱装置を備えるようにしている。

図５は、供給される不活性ガスに起因して、すなわち、ホッパー内へ供給された不活性ガスとホッパー内に存在している不活性ガスを含む気体との飽和蒸気圧の差異により、ホッパー内の成形材料の表面に結露が生じることを防止するため、ホッパーに供給される不活性ガスの温度を制御する加熱制御手段を備えた構成を例示し、図５の（ａ）は、図２において、窒素ガス供給用の管路にヒータを配置した構成を示し、（ｂ）は、当該ヒータの加熱制御のブロック図である。

同図（ａ）において、内部を模式的に示したヒータＨＴ２の右端部出口側には温度センサＴＳ２が配設され、ヒータＨＴ２で加熱制御された管路Ｐ２を流れる窒素ガスの温度θ2を検出するようになっている。また、バレルに接続された供給領域すなわち、成形材料供給口２０内の温度θを検出する温度センサＴＳが図示のように配設されている。

同様に、ヒータＨＴ１の右端部出口側には温度センサＴＳ１が配設され、ヒータＨＴ１で加熱制御された管路Ｐ１を流れる窒素ガスの温度θ1を検出するようになっている。

同図（ｂ）において、温度制御装置５０には、成形材料供給口２０近傍の温度θに対応する信号と、ヒータＨＴ２の出口側における窒素ガスの温度θ2に対応する信号がそれぞれ入力されている。さらに、温度制御装置５０はヒータＨＴ２への通電指令信号ＣＭＤによってヒータＨＴ２の電気抵抗Ｒへの電力供給、すなわち、供給熱量が制御される。

温度制御装置５０では、射出成形機の運転中は、通常、θはθ2より大きい値であり、一例として、両検出温度θとθ2との差が所定値δ以下となるように、前記通電指令信号ＣＭＤが形成される。ここで、所定値δを極く小さい値に設定すれば温度θ2は温度θの変化に対し追従することとなる。

また、図示しないが、ヒータＨＴ１に対しても図（ｂ）と同様な制御ブロックにより加熱制御が行われるようになっている。その場合、ヒータＨＴ１における所定値δとヒータＨＴ２における所定値δは同一であってもよいし、異なる値であってもよい。

また、図５（ａ）、（ｂ）においては、ヒータＨＴ１、ＨＴ２を窒素ガス供給用の管路Ｐ１、Ｐ２にそれぞれ対応して設けるようにしたが、温度θ1、温度θ2を同一温度に制御する場合は、窒素ガス供給源２２内で、あるいは、管路Ｐ１、Ｐ２上で、それぞれ単一のヒータ内を通過するようにして窒素ガスを所定温度に加熱制御するようにしてもよい。そうすることによりヒータおよび温度制御装置は１つで対応させることができる。

なお、図５（ｂ）に示した窒素ガスの加熱制御の構成では、成形材料供給口２０近傍の温度θに対してそれぞれの管路Ｐ１、Ｐ２から供給される窒素ガスの温度θ1、温度θ2が所定値δを超えないよう制御するものである。しかし、本実施例の趣旨は結露を防止することにあり、また、射出成形機が定常運転状態に達したときの成形材料供給口２０近傍の温度は前述したようにほぼ６０℃前後であることが予め分かっている場合には、前記窒素ガスの温度θ1、θ2が当該一定値６０℃となるように温度制御装置５０を操作することも可能である。この場合は、温度センサＴＳの検出信号θを制御用として利用していない。

また、図５（ｂ）において、温度制御装置５０中の所定値δの演算式は、θとθ2の差の絶対値として示される。射出成形機の運転開始直後は、特に冬季において、バレルの温度も低く、従って温度θが温度θ2より低い場合があり得る。そのような状態では、温度制御装置５０からのヒータＨＴ２への通電指令信号ＣＭＤを供給しないように制御することも可能である。

上述した実施例は射出成形機に関するものとして説明したが、特に図１に示す材料供給の下端近傍に窒素ガスを供給すると共にそこから真空発生器のような減圧手段により残留空気を窒素ガスと共に排出するという本発明の主要部分は押出機にも適用できることは明らかである。

以上、本発明の好適実施例について説明したが、本発明はこれら例示したものに限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、排出通路ＥＸをバレル支持台側にのみ配置すること、バレル内周面とスクリュ軸外周との間隙による排出通路部分の空気抵抗を少なくするためその部分にペレットが進入しない範囲で適宜深溝等の通路を形成すること、さらに吸引力を強くするため複数の真空発生器を配置すること、ホッパー内のペレット残量を自動的に検出しそれに関連させて各シャッターの開閉動作を自動的に制御すること、具体的には、成形材料の供給をローダにて自動供給する場合シャッター開はホッパー内が十分窒素ガスで置換されたことをタイマーで確認して行うこと、また、真空発生器の吸引力を調整可能とし、および／または管路Ｐ１による窒素ガスの供給圧および流量を調整可能とし、さらに前記吸引力と窒素ガス供給圧または供給量とを関連させて最も効率のよい吸引状態を設定すること、可塑化ゾーン側の適宜バレル位置にベント口を設け可塑化ゾーン側に混入した微量の残留空気をさらに排出するようにすることなどは当業者であれば容易に採用することが可能である。

本発明による射出成形機における成形材料の供給装置の要部を示すバレル軸方向縦断面図である。 図１と同様な構成を有する、本発明による射出成形機における成形材料の他の供給装置の要部を示すバレル軸方向縦断面図である。 ２つのホッパーを備えた本発明による射出成形機における成形材料のさらに他の供給装置の要部を示すバレル軸方向縦断面図である。 従来方式と本発明による方式による光学用途成形品における光線透過率の光波長に対する関係を示すグラフである。 ホッパーに供給される不活性ガスの温度を制御する加熱制御手段を備えた構成を例示し、（ａ）は、図２において窒素ガス供給用の管路にそれぞれヒータを配置した構成を示し、（ｂ）は、当該ヒータの加熱制御の構成を示す制御ブロック図である。

符号の説明

１０ バレル
１２ スクリュ軸
１４ ホッパー台
１６ バレル支持台
１８ バレル押え
２０ 成形材料供給口
２２ 窒素ガス供給源
２４ ホッパー
２６ プレート
２８ 真空発生器
３０ 真空発生器
３２ 回転および進退用駆動機構
４０ 蓋
４２ シャッター
４４ 導入口
４６ 排気口
５０ 温度制御装置
ＣＭＤ 通電指令信号
ＥＸ 排気通路
ＨＴ１、ＨＴ２ ヒータ
Ｐ１ 管路
Ｐ２ 管路
Ｐ３ 管路
Ｒ 電気抵抗
ＴＳ、ＴＳ１、ＴＳ２ 温度センサ

Claims (21)

1. 内部にスクリュ軸を回転および進退可能に挿入してなるバレルに、ホッパーから成形材料を供給する工程と、
   前記ホッパーからバレルに成形材料を供給する工程において、不活性ガス供給源から供給される不活性ガスを、前記ホッパー内からバレルに供給される成形材料を通って前記バレル内に導く不活性ガス供給工程と、
   少なくとも不活性ガス供給工程をおこなう際に、前記バレル内を吸引排気する吸引排気工程と、
   を備えて前記バレル内の空気を不活性ガスで置換することを特徴とする射出成形方法。
2. 前記ホッパーは、第1のホッパー領域とバレルに接続された供給領域とを上下に配置し、
   前記成形材料供給工程は、成形材料を一旦第１のホッパー領域に貯溜する工程と、成形材料を第１のホッパー領域からバレルに接続された供給領域に供給し、該バレルに接続された供給領域からバレルに供給する工程とを備え、
   前記不活性ガス供給工程は、成形材料を貯溜している前記第１のホッパー領域内部に不活性ガスを供給して、前記ホッパー内の空気を不活性ガスで置換する工程と、少なくとも成形材料を前記バレルに接続された供給領域からバレルに供給する際に、不活性ガスをこの成形材料を通って前記バレルに接続された供給領域から前記バレル内に導く工程と
   を備えている、
   請求項１記載の射出成形方法。
3. 前記不活性ガス供給工程において供給される不活性ガスは所定の温度または温度範囲に温度制御されて供給される請求項１または２記載の射出成形方法。
4. 前記所定の温度または温度範囲はバレルに接続された供給領域の温度に基づいて定められる請求項３に記載の射出成形方法。
5. 前記吸引排気工程は、成形材料を貯溜している第１のホッパー領域内部を吸引して、第１のホッパー領域内部の空気を不活性ガスで置換する工程と、少なくとも成形材料を前記バレルに接続された供給領域からバレルに供給する際に、バレル内を吸引排気する工程と
   を備えている請求項２記載の射出成形方法。
6. 前記ホッパーは、第1のホッパー領域とバレルに接続された供給領域とを上下に配置すると共に前記供給領域とは反対側にて前記第1のホッパー領域に接続された第２のホッパー領域を有し、
   前記成形材料供給工程は、成形材料を一旦第２のホッパー領域に貯溜する工程と、第２のホッパー領域に貯溜された成形材料を第１のホッパー領域に再貯溜する工程と、成形材料を第１のホッパー領域からバレルに接続された供給領域に投下し、該バレルに接続された供給領域からバレル内に供給する工程とを備え、
   前記不活性ガス供給工程は、成形材料を貯溜している前記第１のホッパー領域内部に不活性ガスを供給して、前記第１のホッパー領域内の空気を不活性ガスで置換する工程と、成形材料を貯溜している前記第２のホッパー領域内部に不活性ガスを供給して、前記第２のホッパー領域内の空気を不活性ガスで置換する工程と、成形材料を前記バレルに接続された供給領域からバレルに供給する際に、不活性ガスをこの成形材料を通って前記バレルに接続された供給領域から前記バレル内に導く工程と
   を備えている、
   請求項１記載の射出成形方法。
7. 前記吸引排気工程は、成形材料を貯溜している第１のホッパー領域内部を吸引して、第１のホッパー領域内部の空気を不活性ガスで置換する工程と、成形材料を貯溜している第２のホッパー領域内部を吸引して、第２のホッパー領域内部の空気を不活性ガスで置換する工程と、少なくとも成形材料を前記バレルに接続された供給領域からバレルに供給する際に、バレル内を吸引排気する工程と
   を備えている請求項６記載の射出成形方法。
8. 前記不活性ガスは窒素ガスである請求項１乃至７のいずれかに記載の射出成形方法。
9. 前記成形材料はシクロオレフィン系樹脂であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の射出成形方法。
10. 内部にスクリュ軸を回転および進退可能に挿入してなるバレルと、
    成形材料を供給し、供給された成形材料を前記バレル内に供給するホッパーと、
    不活性ガス供給源から供給される不活性ガスを、該ホッパー内に供給された成形材料を通って前記バレル内に導く不活性ガス供給経路と、
    前記バレル内を吸引排気する吸引排気経路と、
    を備えた射出成形機。
11. 前記不活性ガス供給源から供給される不活性ガスを所定の温度または温度範囲となるよう加熱制御する加熱制御手段を、さらに備えた請求項１０記載の射出成形機。
12. 前記加熱制御手段は、前記バレルに接続された供給領域の温度を検出する温度検出装置と、前記不活性ガス供給源から供給される不活性ガスを加熱する加熱装置と、同加熱装置を通過した前記不活性ガスの温度を検出する温度検出装置と、前記各温度検出装置により検出された供給領域の温度と前記加熱装置を通過した前記不活性ガスの温度との差が予め設定した範囲となるように前記加熱装置への供給熱量を制御する温度制御装置と、を備えた請求項１１記載の射出成形機。
13. ホッパーは、成形材料のホッパー内への保留及びバレルヘの落下を制御するシャッターを開閉可能に装着し、且つ、このシャッターと成形材料を受入れるホッパー端部との間を密閉する蓋を装着しており、
    不活性ガス供給経路は、該シャッターと蓋との間に不活性ガスを導く供給経路と、ホッパー内の該シャッターよりも下方に不活性ガスを導く供給経路と、を備えた請求項１０乃至１２のいずれかに記載の射出成形機。
14. 該シャッターと蓋との間を吸引排気する吸引排気経路を更に備えた、請求項１３記載の射出成形機。
15. ホッパーは、第1のホッパー領域とバレルに接続された供給領域とを上下に配置すると共に前記供給領域とは反対側にて前記第1のホッパー領域に接続された第２のホッパー領域を有し、さらに、成形材料の、前記第２のホッパー領域内への保留および第２のホッパー領域から前記第１のホッパー領域への供給を制御する第１シャッターならびに、前記第１のホッパー領域内への保留およびバレルヘの落下を制御する第２シャッターを装着し、且つ、前記第１シャッターと成形材料を受入れるホッパー端部との間を密閉する蓋を装着しており、
    不活性ガス供給経路は、第１シャッターと蓋との間に不活性ガスを導く第１不活性ガス供給経路と、第１シャッターと第２シャッターとの間に不活性ガスを導く第２不活性ガス供給経路と、前記第２シャッターよりも下方に位置する前記バレルに接続された供給領域に不活性ガスを導く第３不活性ガス供給経路と、を備えた、
    請求項１０記載の射出成形機。
16. 第１シャッターと蓋との間を吸引排気する吸引排気経路と、第１シャッターと第２シャッターとの間を吸引排気する吸引排気経路とを更に備えた、請求項１５記載の射出成形機。
17. 吸引排気経路は、真空ポンプまたは圧縮空気を用いて真空を発生するタイプの真空発生器を備えている請求項１０乃至１６のいずれかに記載の射出成形機。
18. 請求項１乃至９のいずれかに記載の方法を用いて成形された光学用途成形品。
19. 光学用途成形品は導光板である請求項１８記載の光学用途成形品。
20. 前記光学用途成形品は低波長領域での高光線透過率が要求される光学レンズである請求項１８記載の光学用途成形品。
21. 前記光学用途成形品はブルーレーザを用いる光学系にて使用されるレンズである請求項１８記載の光学用途成形品。

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