JP2009166436A - 射出成形装置及びレンズ成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】射出成形に用いる材料の損失を低減することが可能な射出成形装置及びレンズ成形方法を提供する。
【解決手段】射出成形装置１は、原料混合液を供給する供給部２と、供給部２により供給された原料混合液を射出する射出部３と、射出部３により射出された原料混合液で成形体を形成する成形部４と、を備えている。供給部２は、原料混合液としての液状シリコーン樹脂が入れられ、射出部３に直接取り付けられて液状シリコーン樹脂を直接射出部３に供給する容器２１と、容器２１に入れられた液状シリコーン樹脂を射出部３に押し出すピストン２２と、を有する。この容器２１は、容器２１の中で液体材料を混合攪拌して液状シリコーン樹脂を作製して脱泡処理を行った後に冷蔵保管されたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば光学レンズなどの成形に用いられる射出成形装置及びレンズ成形方法に関するものである。

量産化やコストダウンの観点から、近年、射出成形による光学レンズの製造が盛んに行われている。特に、携帯機器に組み込まれる小型カメラやＬＥＤ(Light Emitting Diode)発光装置に組み込まれる光学レンズは、主に射出成形により製造されている。従来では、アクリル樹脂やポリカーボネート樹脂等の熱可塑性樹脂を用いて光学レンズの成形が行われていたが、最近のＬＥＤは高出力化される傾向にあり、また、レンズを含む光学部品を回路基板に半田付けするために耐熱性及び耐変色性の要求レベルが高くなっていることに対応すべく、液状シリコーン樹脂を成形材料に用いることが提案されている（例えば特許文献１及び特許文献２参照）。

このような液状シリコーン樹脂を成形材料に用いる場合には、通常、液状シリコーン基剤と硬化剤とを主に含む原料組成物が用いられるが、光学的に均一な光学レンズを得るためには、各材料が均一に混合されること、硬化が均一に行われることが重要である。
特許文献１では、二液型シリコーン樹脂組成物の主剤と副剤とを製造ライン上で連続的に混合して金型に押し出す方法が開示され、また、特許文献２では、シリコーン系基剤と架橋剤とをバッチ式で混合した物を缶体から供給して金型に押し出す成形装置が開示されている。

特開２００７−３８４４３号公報 特開平６−１２２１３１号公報

ここで、射出成形装置の供給ライン中に、材料を供給する送液装置やこれらを接続する配管、簡易的な混合装置が配設されている場合には、この部分に滞留する材料が多く、品種の切り替え時や作業終了時に必然的に射出成形に使用できない材料ロスが多量に発生し、材料歩留まりを悪化させる要因になる。特に、光学部品の射出成形品のように極小型成形品であるにもかかわらず、非常に高額な材料を用いるものについては、この材料ロスは無視できないものである。

本発明は、射出成形に用いる材料の損失を低減することが可能な射出成形装置及びレンズ成形方法を提供することを目的とする。

本発明が適用される射出成形装置は、液体材料を収容可能に構成され、当該液体材料を排出する排出口を有する容器と、前記容器に収容される液体材料を加圧する加圧手段と、前記容器が取り付けられ、前記加圧手段により加圧されて当該容器の前記排出口から加圧供給される前記液体材料を成形金型に射出する射出部と、を含むものである。

ここで、前記射出部に設けられ、前記成形金型に射出される前の液体材料を冷却する冷却機能部を更に含み、前記容器は、前記冷却機能部により冷却されることを特徴とすることができる。そして、前記冷却機能部は、前記射出部から取り外し可能に構成されていることを特徴とすることができる。

また、前記容器は、前記射出部に着脱可能に取り付けられ、前記容器は、混合攪拌調質して液体材料を作製するための専用容器であることを特徴とすることができる。

本発明が適用されるレンズ成形方法は、複数の原料を所定の比率で混合して攪拌及び調質を行うことにより容器の中で液体材料を作製し、前記容器で作製した液体材料を別の容器に移し替えることなく当該容器に収容させ、液体材料を収容している前記容器を、レンズ成形用の金型に液体材料を射出する射出装置に取り付け、前記射出装置に取り付けられた前記容器から供給される液体材料を当該射出装置から前記金型に射出させることを含むものである。

ここで、前記容器を前記射出装置に取り付ける前及び当該射出装置に取り付けた後に当該容器に収容されている液体材料の温度調整を行うことを特徴とすることができる。

本発明によれば、射出成形に用いる材料の損失を低減することが可能な射出成形装置及びレンズ成形方法を提供することが可能になる。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本実施の形態に係る射出成形装置を示す概略構成図である。
図１に示す射出成形装置１は、液状シリコーン基剤（主剤）及び硬化剤を含む原料液を互いに混合してなる原料混合液（バッチ混合液、液体材料）を押し出して成形体を形成するものである。この射出成形装置１は、原料混合液を供給する供給部２と、供給部２により供給された原料混合液を射出する射出部３と、射出部３により射出された原料混合液で成形体を形成する成形部４と、を備えている。なお、この射出成形装置１による成形体は、例えば極小型の光学レンズである。したがって、射出成形１回当たりの原料混合液の使用量は極少量である。

供給部２は、原料混合液としての液状シリコーン樹脂（熱硬化性樹脂、液体材料）が入れられる容器（専用容器）２１と、容器２１に入れられた液状シリコーン樹脂を射出部３に押し出すピストン（加圧手段）２２と、を有する。

ここで、容器２１に入れられる液状シリコーン樹脂は、液状シリコーン基剤及び硬化剤を事前に十分混合攪拌して均一になるように処理される。すなわち、供給する数種類の液体材料の混合比率に大きな差がある場合や混合する液体材料の特性、特に粘度に大きな差がある場合には、供給部２と射出部３との間の供給ライン中にスタティックミキサーや成形機のスクリュのような簡易な混合装置を設けて混合装置のみで材料液を完全に均一混合することは困難であり、安定した射出成形を妨げる原因となる。そのため、本実施の形態では、供給ライン中で混合することなく、交換可能な容器２１にて事前に混合、攪拌、調質（脱泡も含む）を行っている。

射出部３は、液状シリコーン樹脂用の流路としての内部空間を持つスクリュシリンダ３１と、スクリュシリンダ３１の流路の下流側に取り付けられ、液状シリコーン樹脂を成形部４に注入するノズル３２と、スクリュシリンダ３１の流路内で液状シリコーン樹脂をノズル３２の方向に送り出すように回転するスクリュ３３と、を有する。また、射出部３は、スクリュ３３を回転させるためのモータ３４と、スクリュ３３を押し出す射出シリンダ３５と、スクリュシリンダ３１内の液状シリコーン樹脂を冷却して温度制御する機能を持つジャケット（冷却機能部）３６と、を有する。なお、モータ３４は、図示しない制御部により制御されている。

ジャケット３６としては、従来から周知慣用の技術を用いて構成することが可能であり、例えば、冷却水（例えば約１０℃の水道水）で所定の温度に冷却（保冷）制御することが考えられる。このジャケット３６を射出部３から取り外し可能に構成することが考えられる。なお、射出成形に用いる液体材料によっては、冷却する必要がない場合があり、その場合には、ジャケット３６を省略することが可能である。

スクリュシリンダ３１の外周面には、容器２１に入れられている液体シリコーン樹脂を受け入れる受け入れ部３７と、受け入れ部３７に形成された、容器２１の雄ねじ部２４に対応する雌ねじ部３８と、有する。
付言すると、この雌ねじ部３８は、容器２１を射出部３のスクリュシリンダ３１に取り付ける際に用いられるものである。このため、後述するように、容器２１の雌ねじ部３８に容器２１の雄ねじ部２４を螺合することで、容器２１がスクリュシリンダ３１に取り付けられる。このようにすると、容器２１の内部空間Ａ₂₁とスクリュシリンダ３１の内部空間Ａ₃₁とが互いに連通する。

成形部４は、固定側と移動側とに分割可能であり、かつ、液状シリコーン樹脂が射出されて成形体を形成するためのキャビティを固定側と移動側とで構成する金型（成形金型）４１を有する。また、成形部４は、金型４１を所定温度に加熱するヒータ４２と、金型４１の固定側を取付ける取付盤である固定盤４３と、金型４１の可動側を取付ける型開閉の動作側の取付盤である可動盤４４と、を有する。

図２は、容器２１及びその取り付けを説明するための図であり、（ａ）は容器２１の外観斜視図、（ｂ）は容器２１を取り付ける射出部３を含む部分断面図である。
図２の（ａ）又は（ｂ）に示すように、容器２１の底部には、材料取り出し口（排出口）２３が設けられている。この材料取り出し口２３には、スクリュシリンダ３１の雌ねじ部３８（図２の（ｂ）参照）に対応する雄ねじ部２４が形成されている。

また、図２の（ｂ）に示すように、容器２１の雄ねじ部２４がスクリュシリンダ３１の雌ねじ部３８に螺合することで射出部３側に取り付けられると、容器２１の材料取り出し口２３及びスクリュシリンダ３１の受け入れ部３７を介して、容器２１の内部空間Ａ₂₁とスクリュシリンダ３１の内部空間Ａ₃₁とが互いに接続される。
なお、材料取り出し口２３には、スクリュシリンダ３１に容器２１が装着される際に、図示しない蓋部が開くように開閉機構を配設することが考えられる。また、容器２１の上部に開閉式の材料投入口を設け、材料投入時の際に開閉を行うように構成することが考えられる。

更に説明すると、容器２１がスクリュシリンダ３１に取り付けられると、射出部３のジャケット３６により温度制御される。このため、容器２１に入れられている液体シリコーン樹脂がジャケット３６により冷却される。

このように、容器２１は、カートリッジ式として液体シリコーン樹脂の残留状況に応じて交換使用することが可能に構成されている。すなわち、容器２１は、射出部３に取り付けられるように構成されており、射出部３に対して容易に取り外し可能に構成されている。そして、作業者は、他の容器２１との交換作業を容易に行うことができる。

図３は、射出成形の準備段階の処理手順を説明するフローチャートである。
図３に示すフローチャートには、射出部３に取り付けられる容器２１についての準備段階の手順が示されている。まず、専用の容器２１を用意し、その容器２１の中に原料を投入する（ステップ１０１）。この原料としては、１種類以上の液体材料である。すなわち、１種類の場合も考えられ、また、複数の種類の場合も考えられる。例えば、上述したように、液状シリコーン基剤及び硬化剤という２種類の液体材料を、所定の比率になるように必要量を投入する。

そして、容器２１の中の液状シリコーン基剤及び硬化剤を混合攪拌する（ステップ１０２）。この混合攪拌の処理により、液状シリコーン基剤及び硬化剤が十分に混ざって均一化される。このような混合の手法としては、投入する材料の物性に応じてスクリュ攪拌装置やプロペラ式攪拌装置等の既知の液体混合手法を用いても良いが、気泡混入が発生しないような混合手法を用いることがより望ましい。

その後、容器２１の中で調質して液状シリコーン樹脂を作製する（ステップ１０３）。ここにいう調質には、脱泡も含まれる。すなわち、容器２１内での液体材料の混合後、液中に混在する気泡の脱泡を実施する。脱泡方法としては、例えば、容器２１を自然放置することによる脱泡、真空引きすることによる真空脱泡、遠心力を用いる脱泡等を利用することが考えられる。
このように、１種類以上の液体材料を専用容器である容器２１内に必要量投入した後、混合、脱泡操作を行うことにより、液状シリコーン樹脂の作製がなされる。

容器２１にて作製された液状シリコーン樹脂は、別の容器に移し替えられることなく容器２１のまま所定の温度で保管（冷蔵保管）される（ステップ１０４）。
このようにして、容器２１には、均一に混合、脱泡された液体材料としての液状シリコーン樹脂を得ることができる。その後、後述するように、容器２１を射出部３側に取り付けることで、スクリュシリンダ３１に直接接続され、気泡混入のない均質な材料液を射出部３に供給することが可能になる。

図４は、射出成形段階の処理手順を説明するフローチャートである。
図４に示すフローチャートには、図３に示すフローチャートによって作製され容器２１に保管されている液状シリコーン樹脂を用いて射出成形する手順が示されている。まず、射出部３のジャケット３６を作動させ（ステップ２０１）、ジャケット３６の冷却機能を発揮させるようにする。例えば、水道水の供給により温度を一定に保つ構成の場合には、ジャケット３６への水道水の供給を開始させる。
また、射出成形に用いる液状シリコーン樹脂は熱硬化性であり、そのため、成形部４のヒータ４２をオンにして金型４１を所定温度に加熱する（ステップ２０２）。

そして、図３のステップ１０４にて保管している容器２１を取り出して射出部３に取り付ける（ステップ２０３）。すなわち、容器２１の雄ねじ部２４をスクリュシリンダ３１の雌ねじ部３８に螺合させることで、容器２１を射出部３に取り付ける（装着する）。上述したように、これによって、容器２１の内部空間Ａ₂₁とスクリュシリンダ３１の内部空間Ａ₃₁とが相互に連通する。したがって、容器２１の中の液状シリコーン樹脂をスクリュシリンダ３１に供給することが可能になる。
また、容器２１を射出部３に取り付けることで、容器２１は、射出部３のジャケット３６により冷却されることになる。このため、容器２１に専用の冷却機能部を設ける必要がない。

その後、ピストン２２（図１参照）を作動して容器２１の中の液状シリコーン樹脂を押し出す（ステップ２０４）。すなわち、ピストン２２で容器２１内を加圧することにより、液状シリコーン樹脂を容器２１の材料取り出し口２３からスクリュシリンダ３１の受け入れ部３７を介してスクリュシリンダ３１の内部空間Ａ₃₁に供給する。

その次には、射出部３のモータ３４及び射出シリンダ３５を作動して射出する（ステップ２０５）。すなわち、モータ３４及び射出シリンダ３５が作動すると、スクリュ３３がノズル３２の方向に移動し、これによりスクリュシリンダ３１の内部空間Ａ₃₁の圧力が高まる。そして、その圧力により所定量の液状シリコーン樹脂がノズル３２を介して金型４１のキャビティに射出される。

金型４１はヒータ４２により加熱されているので、金型４１に射出された所定量の液状シリコーン樹脂は硬化する。硬化した液状シリコーン樹脂は、光学レンズとしての所定形状に成形されており、型開きして金型４１から光学レンズを取り出す（ステップ２０６）。

その後の処理は、射出成形が終了するか否かで異なる（ステップ２０７）。すなわち、射出成形を終了するときには一連の処理手順を終了し、その一方で、射出成形を継続するときにはステップ２０８に進む。すなわち容器２１の残量が少ないか否かを確認する（ステップ２０８）。残量が少なくないときには、ステップ２０４に戻り、残量が少ないときには容器２１を他の容器２１と交換した後に（ステップ２０９）、ステップ２０４に戻る。なお、容器２１の交換作業は、図３のステップ１０４にて保管している容器２１を取り出し、スクリュシリンダ３１に取り付けられている残量が少ない容器２１を外して、新たな容器２１を取り付ける。

このように、本実施の形態では、供給部２から成形部４までの液状シリコーン樹脂が移動する経路が短く構成されており、液状シリコーン樹脂が滞留する区間が短距離化されるように構成されている。このため、１回の射出成形当たりの材料の使用量が少ない小型光学レンズ等を成形する場合であり、かつ、非常に高価な液状シリコーン樹脂を用いる場合に、品種切り替え時や作業終了時の部品洗浄等に伴う液状シリコーン樹脂の損失を低減することが可能であり、小型光学レンズ製造時のコストダウンを図ることが可能になる。

また、本実施の形態では、射出成形に用いる液状シリコーン樹脂を容器２１で作製し、容器２１で冷蔵し、かつその容器２１を射出成形装置１の射出部３に直接取り付ける構造を採用している。また、容器２１は、射出部３に取り付けられる前及び取り付けた後に冷却（温度調整）されている。このため、完全に均一混合した液状シリコーン樹脂を射出部３に供給することが可能になり、安定した射出成形が可能になる。

本実施の形態に係る射出成形装置を示す概略構成図である。 容器及びその取り付けを説明するための図であり、（ａ）は容器の外観斜視図、（ｂ）は容器を取り付ける射出部を含む部分断面図である。 射出成形の準備段階の処理手順を説明するフローチャートである。 射出成形段階の処理手順を説明するフローチャートである。

符号の説明

１…射出成形装置、２…供給部、２１…容器、２２…ピストン、２３…材料取り出し口、２４…雄ねじ部、３…射出部、３１…スクリュシリンダ、３２…ノズル、３３…スクリュ、３４…モータ、３５…射出シリンダ、３６…ジャケット、３７…受け入れ部、３８…雌ねじ部、４…成形部、４１…金型、４２…ヒータ、４３…固定盤、４４…可動盤

Claims (6)

1. 液体材料を収容可能に構成され、当該液体材料を排出する排出口を有する容器と、
   前記容器に収容される液体材料を加圧する加圧手段と、
   前記容器が取り付けられ、前記加圧手段により加圧されて当該容器の前記排出口から加圧供給される前記液体材料を成形金型に射出する射出部と、
   を含む射出成形装置。
2. 前記射出部に設けられ、前記成形金型に射出される前の液体材料を冷却する冷却機能部を更に含み、
   前記容器は、前記冷却機能部により冷却されることを特徴とする請求項１に記載の射出成形装置。
3. 前記冷却機能部は、前記射出部から取り外し可能に構成されていることを特徴とする請求項２に記載の射出成形装置。
4. 前記容器は、前記射出部に着脱可能に取り付けられ、
   前記容器は、混合攪拌調質して液体材料を作製するための専用容器であることを特徴とする請求項１に記載の射出成形装置。
5. 複数の原料を所定の比率で混合して攪拌及び調質を行うことにより容器の中で液体材料を作製し、
   前記容器で作製した液体材料を別の容器に移し替えることなく当該容器に収容させ、
   液体材料を収容している前記容器を、レンズ成形用の金型に液体材料を射出する射出装置に取り付け、
   前記射出装置に取り付けられた前記容器から供給される液体材料を当該射出装置から前記金型に射出させることを含むレンズ成形方法。
6. 前記容器を前記射出装置に取り付ける前及び当該射出装置に取り付けた後に当該容器に収容されている液体材料の温度調整を行うことを特徴とする請求項５に記載のレンズ成形方法。

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