JP2013123896A - 射出成形装置および射出成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】成形材料を無駄にすること無く、成形材料中に溶解あるいは泡として混入している気体を十分に脱気して、射出成型装置内の流路に成形材料を密に充填することができ、成形不良を生じることの無い射出成形装置と射出成形方法を提供する。
【解決手段】射出成形装置１は、成形材料である液状樹脂１１を貯蔵して圧送する貯蔵圧送部２と、貯蔵圧送部２から圧送された液状樹脂１１を計量して金型に射出する計量射出部３とを備えている。貯蔵圧送部２は液状樹脂１１を収容するタンク１２と、液状樹脂１１の脱気と圧送のための吸排気ポート２５とを備え、タンク１２の底面４２に設けられた樹脂送出口４３から、計量射出部３に設けられたノズル３４の吐出口３０に至るまでの樹脂流路のいずれの位置よりも、タンク１２は高い位置に設置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、樹脂、特に低粘度の樹脂を成形材料とする際に有効な射出成形装置および射出成形方法に関する。

液状シリコーン樹脂を射出成形する手段としては、ＬＩＭ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｍｏｌｄｉｎｇ）成形がこれまで一般的に知られている。また、印象材の分野では近年、高精度の転写用シリコーン印象材として、ＰＤＭＳ（Ｐｏｌｙ ＤｉＭｅｔｈｙｌ Ｓｉｌｏｘａｎｅ）が注目されている。ＰＤＭＳは、微細形状の転写性に優れ、透明で耐熱性があり、酸やアルカリにも強く、ガラスとの接着性に優れるという特質を有している。さらに、自家蛍光が少なく、生体に対して無毒であるという特質も有していることから、マイクロ流路やバイオチップ等に広く用いられており、今後更なる利用分野の拡大が期待されている。

このＰＤＭＳは、物性的には低粘度の液状シリコーン樹脂であることが大きな特徴であり、ＬＩＭ成形に用いられる樹脂の粘度は、その下限値が６０Ｐａ・ｓ（パスカル秒）であるのに対して、ＰＤＭＳの粘度は、その上限が２０Ｐａ・ｓ（パスカル秒）と、極めて低粘度である。従って、ＰＤＭＳを成形材料として射出成形を行うにあたっては、極めて低粘度であるという物性的な特質が特有の課題をもたらしている。

極めて低粘度な成形材料を用いる場合に顕在化する課題として、成形材料に対する気体の溶解の問題がある。
液体には若干ではあるが気体が溶け込むことが知られている。液状シリコーン樹脂の場合は、溶存ガスが圧力差や温度によって顕在化し気泡となると成形不良の原因となるため、できる限り気体の溶解は避けなければならない。また、圧送のために気液に圧力を加える様な場面では、ヘンリーの法則により溶解する気体の物質量は気体の圧力に比例して増大することが知られている。

空気等の気体による成形材料の圧送によって成形材料の供給を行うにあたっては、成形材料への気体の溶解は一般的な課題として存在しているが、粘度の高い成形材料を用いる場合には、成形材料表面とそれ以外の場所での濃度の不均衡が生じ、気体の溶解速度が徐々に低下するため、成形材料への気体の溶解は大きな問題を生じない。

しかし、ＰＤＭＳのように極めて低粘度な成形材料を用いる場合には、機械的な振動や成形材料を構成する分子の熱運動によって容易に撹拌が進むため、気体が成形材料に溶解しやすい。成形材料に気体が多く溶解した状態で射出成形を行うと、樹脂の流れによる、ちょっとした陰圧によって、気体が泡となって顕在化し、そのまま成形品の内部に留まった状態で硬化するため、成形不良の大きな原因となる。従って、極めて低粘度な成形材料を用いて射出成形を行う場合には、気体が溶解あるいは泡として混在していない密な状態の材料を用いることが極めて重要な課題である。

また従来は、射出成形装置内を密な状態の成形材料で完全に満たすようにするために、パージと呼ばれる成形材料の排出動作を繰り返し行っていた。このパージ動作だけで射出成形装置の中を成形材料で満たそうとすれば、巻き込んだ気泡の排出のため、少なくとも射出成形装置の内容積の１０倍以上の成形材料を廃棄する必要がある。

しかし、ＰＤＭＳのような極めて低粘度の液状シリコーンは、他の成形材料にくらべ比較的高価であり、例えば１リットル当たり１０万円もする樹脂もある。このため、材料を無駄にすることによる損失が大きい。例えば、射出成形装置の内容積は小型のものでも０．１リットル程度はあり、この場合、パージ動作で１リットルの材料を廃棄する計算になる。仮に、１リットル当たり１０万円の樹脂ならば、パージ動作だけで１０万円の損失が発生する。

このため、ＰＤＭＳを成形材料とした射出成形はこれまで行われておらず、一般的にはＰＤＭＳの成形には注型とよばれる手法がとられている。注型はビーカーや注射器で計り取った材料を型に流し込むだけの単純な手法であるため、気泡残りや、充填不良、厚みのばらつきと言った成形不良が多く発生し、品質が安定した成形を行うことができない。また１回の成形工程に２〜３時間を要するため、月に１万個といったような量産はこれまで行われてこなかった。

しかし、ＰＤＭＳの利用分野が拡大している昨今の状況においては、ＰＤＭＳのような極めて低粘度の樹脂を成形材料とする場合における量産化は不可欠であり、材料を無駄にすること無く、成形材料内に溶解している気体を効果的に取り除いて、射出成型装置内の流路に成形材料を密に充填することができ、成形不良を生じることの無い射出成形装置の実現が強く求められている。

成形材料内の気体の除去に関する技術の一例が、特許文献１、特許文献２に記載されている。また、液体材料と空気との接触を断つことを目的とした技術の一例が、特許文献３、特許文献４に記載されている。

特開平６−１２２１３１号公報 特開２０１０−６４４５７号公報 国際公開２００８/０８４８１３号公報 特開平８−１１９３８５号公報

しかし、特許文献１に記載されているものでは、成形材料の脱気はなされるものの、配管や成形機内に残留した気泡の処理は、パージと呼ばれる樹脂の排出動作に伴い押し出すしか手段が無い。また、連続して同じ材料を継ぎ足して使う際には、配管途中にベントを設け、材料タンクを交換した際に巻き込んだ、泡を含む材料だけを排出する工夫がなされている。

しかし、結局は配管の長さに応じて大量の樹脂の廃棄を伴うため、材料の無駄は避けられない。近年注目されている樹脂材料の中には、高価なものも存在しており、少量の樹脂材料で成形を行う例も少なくない。このような高価で少量の樹脂材料に対してパージを行うと、廃棄される量が無視できない量となるため、パージの動作を行うことなく成形材料内の気体の除去を行うことが必要である。

また、特許文献２に記載されているものは、液状樹脂専用の成形機であるが、材料の脱気については考慮されておらず、成形品への気泡の混入を防ぐことはできない。また、射出を終えた後に大気圧未満まで減圧することとなっており、この操作によって、材料中に気泡を発生させ、成形不良を生じさせる危険がある。さらに、量産するとなると、材料の貯蔵量はそれなりに大きなものとなるが、液状の樹脂材料は圧縮流体であるため、押したり引いたりする材料の体積が大きくなるに従って、成形機からの吐出量の制御が難しくなるという問題点が生じる。このため、貯蔵材料の加圧手段だけでは、量産化に十分に対応することができない。

また、特許文献３には、材料の表面の一部を被覆し移動可能なプレートを備える減圧脱気が可能な容器が報告されている。しかし、この技術は高粘度の液状樹脂を想定したものであり、２０Ｐａ・ｓ以下といった極めて低粘度の材料の場合には十分な効果が得られない。また、シャワーを用いて液面を増加させることによって、速やかに脱気を完了することを特徴としているが、極めて低粘度の材料の場合には、材料中を気泡が容易に移動できるため、表面積を増やす必要がない。

また、材料の表面の一部を被覆する移動可能なプレートは、材料が高粘度の場合に排出口の真上の液面が極端に下がる「ラットホール」を防止するために設けられたものであり、圧送する際の気体の溶け込みを防止するには不十分な大きさである。
さらに、成形材料を圧送する際に圧縮空気が再度成形材料に溶け込むことを防止する手段を有していない。また、成形材料が蓄積されるタンクの脱気だけを行っており、この構成によれば、パージ動作が必要であり、少量の樹脂を成形材料とする加工には適していない。

また、特許文献４に記載のものは、タンク内面と一部が微小間隔をもち、補充液が速やかに浮蓋の下側へ入って、空気との接触面積を減らすことを特徴とする、液面を覆う貯留タンク用浮蓋に関するものである。この技術によると、脱気が完了した材料に対して再び気体の溶解を防止する効果は得られるものの、脱気することを想定していないため、この構造のままでは、浮蓋が液体上に浮いた状態でタンク内を減圧することとなり、減圧脱気を行う際にはガスの脱気を妨げる方向に作用する。そのため、一旦、容器を開け、落とし蓋を取り除く作業が必要となる。仮に、気体の排出に十分な隙間をタンク内面との間に設けると、浮蓋が空気との接触面積を減少させるという機能を十分に果たすことができなくなる。

従って、従来のどのような技術を用いても、ＰＤＭＳのような極めて低粘度の樹脂を成形材料として、材料を無駄にすること無く、成形材料内に溶解あるいは泡として混入している気体を効果的に取り除くことはできない。

本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、成形材料を無駄にすること無く、成形材料中に溶解あるいは泡として混入している気体を十分に脱気して、射出成型装置内の流路に成形材料を密に充填することができ、成形不良を生じることの無い射出成形装置と射出成形方法を提供することを目的とする。

以上の課題を解決するために、本発明の射出成形装置は、成形材料である液状樹脂を貯蔵して圧送する貯蔵圧送部と、前記貯蔵圧送部から圧送された液状樹脂を計量して金型に射出する計量射出部とを備えた射出成形装置であって、前記貯蔵圧送部は液状樹脂を収容するタンクと、減圧による液状樹脂の脱気と圧送のための吸排気ポートとを備え、前記タンクの底面に設けられた樹脂送出口から、前記計量射出部に設けられたノズルの吐出口に至るまでの樹脂流路のいずれの位置よりも、前記タンクは高い位置に設置されていることを特徴とする。

タンクの底面に設けられた樹脂送出口から、計量射出部に設けられたノズルの吐出口に至るまでの樹脂流路のいずれの位置よりも、前記タンクは高い位置に設置されていることにより、液状樹脂の脱気を行う際に、発生する泡が樹脂流路内に留まることなく、速やかにタンク側へ上昇するようになる。そのため、タンクを減圧して脱気を行う際に、射出成形装置内の液状樹脂の脱気も同時に行われることとなり、計量射出部に気体を含まない樹脂を密に充填することができる。そのため、成形材料を無駄にすること無く、成形不良を生じることの無い射出成形装置を実現することができる。

本発明の射出成形装置においては、前記タンク内に収容された液状樹脂に対する落とし蓋が、前記タンクの上下方向に移動可能な構造で取り付けられており、前記落とし蓋は、液状樹脂の減圧脱気の際には脱気を妨げない上方の位置に配置され、前記タンク内を加圧して液状樹脂を圧送する際には下降して液状樹脂の表面を覆う位置に配置される構造とすることが好ましい。

落とし蓋をタンクの上下方向に移動可能な構造とすることにより、タンク内の液状樹脂の脱気を行う際には、落とし蓋を上昇させて落とし蓋が液状樹脂の表面を覆わないようにして脱気の促進を図るとともに、脱気が完了すると、落とし蓋を下降させて落とし蓋が液状樹脂の表面を覆うようにして、脱気後の液状樹脂と空気との接触を防止することができ、脱気工程によって実現された、成形材料に気体を含まない状態を維持することができる。

本発明の射出成形装置においては、前記タンクと前記樹脂流路の一部分には、液状樹脂の状態を目視できる目視可能部が設けられていることが好ましい。

目視可能部が設けられていることにより、タンクの蓋を開けずに液状樹脂の脱気の状態を詳細に監視することができ、脱気工程が完了したことを見届けて次の工程に移行することができ、脱気による効果を最大限引き出すことができる。

従来のタンク内で脱気を行う装置においては、真空度と時間から脱気の完了時点を判断していた。しかし、真空度が高い状態にあっても、材料から泡が完全に抜け切っているとは限らず、また、材料が異なれば脱気に必要な時間も様々であり、従来のやりかたでは、安定して高品質のものが得られるとは限らないといった不具合があった。これに対し、本発明では、材料である液状樹脂に気泡が含まれていないかを直接目視で確認できるため、脱気の完了時点を最短で、確実に判断でき、脱泡時間の短縮や、気泡混入による成形不良を減らすことが可能である。

本発明の射出成形装置においては、前記落とし蓋の下面は、前記タンクの底面と同一の形状となるように形成されていることが好ましい。

落とし蓋の下面とタンクの底面の形状を一致させることにより、成形材料である液状樹脂を無駄なく利用することができる。

本発明の射出成形方法は、成形材料である液状樹脂を貯蔵して圧送する貯蔵圧送部と、前記貯蔵圧送部から圧送された液状樹脂を計量して金型に射出する計量射出部とを備えた射出成形装置を用いた射出成形方法であって、液状樹脂を収容するタンクの底面に設けられた樹脂送出口から、液状樹脂を金型に導くノズルの吐出口に至るまでの樹脂流路のいずれの位置よりも高い位置に設置された前記タンク内の液状樹脂と、前記樹脂流路内の液状樹脂を脱気する工程と、脱気された液状樹脂と空気との接触を防止した状態で脱気された液状樹脂を圧送して、液状樹脂を射出して成形する工程とを有することを特徴とする。

これにより、液状樹脂の脱気を行う際に、発生する泡が樹脂流路内に留まることなく、速やかにタンク側へ上昇することが可能となり、計量射出部に泡を含まない樹脂を密に充填することができる。また、脱気が完了すると、脱気後の液状樹脂と空気との接触を防止した状態で液状樹脂を圧送することによって、脱気工程によって実現された、液状樹脂が射出成形装置内で密に充填された状態を維持することができる。

本発明によると、成形材料を無駄にすること無く、成形材料中に溶解あるいは泡として混入している気体を十分に脱気して、射出成型装置内の流路に成形材料を密に充填することができ、成形不良を生じることの無い射出成形装置と射出成形方法を実現することができる。

本発明の実施形態に係る射出成形装置の構造を示す図である。 液状樹脂をタンクへ投入している状態を示す図である。 脱気工程を示す図である。 脱気完了の状態を示す図である。 タンク内の液状樹脂の表面に対して落とし蓋を配置している状態を示す図である。 液状樹脂の圧送と計量の工程を示す図である。 金型に対して射出成形装置のノズルがタッチしている状態を示す図である。 液状樹脂を射出して金型内へ充填している様子を示す図である。 ニードル弁を閉じた状態を示す図である。 ノズルを金型から後退させている状態を示す図である。 型開きの様子を示す図である。 突き出しと離型の様子を示す図である。

以下に、本発明をその実施形態に基づいて説明する。
図１に、本発明の実施形態に係る射出成形装置の構造を示す。
射出成形装置１は、成形材料である液状樹脂を貯蔵して圧送する貯蔵圧送部２と、貯蔵圧送部２から圧送された液状樹脂を計量して金型に射出する計量射出部３とを備えている。射出成形装置１は、液状樹脂、特にＰＤＭＳのように、粘度の上限が２０Ｐａ・ｓという、極めて低粘度の液状樹脂を成形材料として射出成形を行う際に特に有効な装置である。

貯蔵送出部２は、液状樹脂１１を収容するためのタンク１２を備えており、タンク１２には、その内部に収容された液状樹脂１１の状態を目視できるようにするためののぞき窓１３が設けられている。のぞき窓１３は目視可能部として機能するものであり、ガラスやアクリル等の透明な材料を用いて形成することができる。また、目視可能部は、タンク１２内の液状樹脂１１の状態を目視できるものであれば、他の形態であってもよい。タンク１２には冷却水の流路１４が設けられており、タンク１２の外周は必要に応じて断熱材１５によって覆われている。

タンク１２の上部には、着脱可能な上部蓋２１が取り付けられ、上部蓋２１の上面中央にはロッド２２が上部蓋２１の上面を上下方向に貫通するように取り付けられている。ロッド２２の下方には、落とし蓋２３が取り付けられており、落とし蓋２３は外部アクチュエーター２４によって、タンク１２の上下方向に移動可能な構造となっている。上部蓋２１の側面には、空気の脱気と圧送のために用いられる吸排気ポート２５が設けられている。

落とし蓋２３は、タンク１２内に収容された液状樹脂１１の表面を覆うことができる。落とし蓋２３がタンク１２の上下方向に移動可能な構造となっていることにより、脱気の際には、落とし蓋２３を上昇させて落とし蓋２３が液状樹脂１１の表面を覆わないようにして脱気の促進を図るとともに、脱気が完了すると、落とし蓋２３を下降させて落とし蓋２３が液状樹脂１１の表面を覆うようにして、脱気後の液状樹脂と空気との接触を防止することを可能にしている。

計量射出部３は、液状樹脂を計量して金型に射出する棒状ピストンであるプランジャー３１と、液状樹脂を金型に導く導管であるノズル３４、および後述するその他の構成部材を備えている。

タンク１２の底面４２からは液状樹脂１１を送り出すための第一の流路２６が設けられており、第一の流路２６は計量射出部３内の第二の流路２７に接続されている。第一の流路２６を通って送り込まれた液状樹脂は、第二の流路２７を経てプランジャー前部２８に到達し、ここでプランジャー３１が移動して液状樹脂の射出量が計量される。

計量射出部３内にはニードルバルブ３２が設けられており、ニードルバルブ３２には、液状樹脂の逆流を防止するための逆止弁３３が設けられている。ノズル３４には液状樹脂の第三の流路２９が設けられており、プランジャー前部２８で計量された液状樹脂は、第三の流路２９を経てノズル３４の先端の吐出口３０から吐出される。

ニードルバルブ３２の下端側はノズル３４内の第三の流路２９に挿入されており、ニードルバルブ３２の下端部がノズル３４の先端の吐出口３０に接触し、あるいは接触を解除することにより、ニードル弁３５として機能する。ニードル弁３５を開くと、計量された液状樹脂は、プランジャー３１が、筒状のハウジングであるポット３６に沿って摺動して前進することにより、金型に対して射出される。ノズル３４の外周には冷却ジャケット３７が設けられている。

計量された液状樹脂が蓄積される部位には、液状樹脂の状態を目視するためののぞき窓３８が設けられている。のぞき窓３８は、ガラスやアクリル等の透明な材料を用いて形成することができる。計量された液状樹脂が蓄積される部位の周囲には、冷却水の流路３９が設けられ、その外周は必要な場合には断熱材４０で覆うことができる。ニードルバルブ３２の上方には、ニードル用のアクチュエーター４１が取り付けられている。

本発明の射出成形装置においては、タンク１２の底面４２に設けられた樹脂送出口４３からノズル３４の下端４４の吐出口３０に至るまでに、第一の流路２６と第二の流路２７と第三の流路２９とからなる一連の樹脂流路が設けられた構造となっているが、図１に示すように、この樹脂流路のいずれの位置よりも、タンク１２は高い位置に設置されている。この構造を採ることによって、後述する脱気工程の際に、発生する泡が樹脂流路内に留まることなく、速やかにタンク１２側へ上昇することが可能となり、計量射出部３に泡を含まない樹脂を密に充填することができる。また、ノズル３４の下端４４の吐出口３０から樹脂送出口４３に向かって、樹脂流路は常に上向き、若しくは斜め上向きとなるように形成されており、下向き若しくは斜め下向きとなる部位は存在していない。そのため、樹脂流路内で発生する泡が樹脂流路内に留まることをより効果的に防止することができる。

タンク１２の底面４２は、樹脂送出口４３を最下位とする傾斜面となっており、落とし蓋２３の下面４５は、タンク１２の底面４２と形状が一致する傾斜面となっている。タンク１２の底面４２の形状と、落とし蓋２３の下面４５の形状を一致させることにより、タンク１２内に貯蔵された液状樹脂１１を、タンク１２内に残すことなく計量射出部３に送り込むことができる。また、落とし蓋２３の下面４５が傾斜面となっていることにより、落とし蓋２３が樹脂の液面と接したときに、空気を巻き込まないようにすることができる。

次に、図２から図１２に基づいて、本発明の実施形態に係る射出成形装置の動作と、射出成形方法について説明する。なお、図２から図１２においては、説明上必要なものについてのみ符号を付しており、その他のものについては、図１と同様であるため符号を省略している。
図２は、液状樹脂１１をタンク１２へ投入している状態を示している。（ａ）はその全体図、（ｂ）は（ａ）のＡ部分の拡大図、（ｃ）は（ａ）のＢ部分の拡大図である。

図２に示す投入時には、ノズル３４の先端のニードル弁３５は閉じられ、逆流防止用の逆止弁３３は開いた状態で、上部蓋２１をタンク１２から取り外して、液状樹脂１１をタンク１２へ投入する。このときのプランジャー３１の位置は、脱気の速さを考慮すると、（ｂ）に示すように、前進位置としておくのが好ましい。脱気の際にタンク１２内で泡が発生して、液状樹脂１１がタンク１２内で膨れ上がることを考慮して、液状樹脂１１をタンク１２へ投入する量は、タンク１２の容積の３分の２程度とする。

液状樹脂１１の投入時には、射出成形装置の樹脂流路内には、（ｂ）に示すように、泡５１が存在している。また、（ｃ）に示すように、液状樹脂の充填が未充となっている箇所５２があり、射出成形装置内に液状樹脂が密に充填された状態とはなっていない。

図３は、脱気工程を示している。（ａ）はその全体図、（ｂ）は(ａ)のＣ部分の拡大図である。
図３に示す真空引き時には、上部蓋２１をタンク１２に取り付け、吸排気ポート２５によって真空引きを行う。これによって、タンク１２内が減圧され、液状樹脂１１内に含まれていた空気が顕在化して泡５１が多数発生する。タンク１２は、液状樹脂の第一の流路２６、第二の流路２７、第三の流路２９のいずれよりも高い位置に設置されているため、これらの液状樹脂の流路内で発生した泡５１は、（ｂ）に示すように、第一の流路２６を通ってタンク１２へ留まること無く導かれる。そのため、射出成形装置内の脱気を効果的に行うことができる。

このとき、落とし蓋２３は上昇した位置にあり、落とし蓋２３が液状樹脂１１の表面を覆わないようにして脱気の促進を図っている。
発生した泡５１は、時間の経過とともに破泡して解消するが、大気解放と真空引きを適宜繰り返すことにより、大気解放の際に泡が割れるため、脱気工程の時間を短縮することができる。

図４は、脱気完了の状態を示している。（ａ）はその全体図、（ｂ）は(ａ)のＤ部分の拡大図である。
脱気工程を所定の時間行うと、液状樹脂中に大きな泡は存在しなくなり、（ｂ）に示すように、ノズル３４の末端まで液状樹脂が充填されるようになり、液状樹脂は射出成形装置内で密に充填された状態となる。
タンク１２にはのぞき窓１３が設けられているため、脱気工程において液状樹脂１１中の泡の状態を監視することができ、泡の不存在を確認して次の工程に移行することができる。

図５は、落とし蓋２３を下降させて、タンク１２内の液状樹脂１１の表面に対して落とし蓋２３を配置している状態を示しており、落とし蓋２３の下降は、外部からの操作で行うことができ、一例として外部アクチュエーター２４の動作によって行うことができる。落とし蓋２３をタンク１２内の液状樹脂１１の表面に配置することにより、液状樹脂１１と空気との接触を防止することができ、脱気工程によって実現された、液状樹脂１１が射出成形装置内で密に充填された状態を維持することができる。

図６は、液状樹脂１１の圧送と計量の工程を示している。吸排気ポート２５から圧縮空気をタンク１２に送り込み、液状樹脂１１を圧送する。この圧送工程により、液状樹脂１１内に残留していた微小な気泡は消滅する。吸排気ポート２５から送り込まれる気体は、空気に限定されず、クリーンなガスであれば他の種類の気体であってもよい。

プランジャー３１を所定の位置まで動かして、射出する液状樹脂の計量を行う。この工程において、圧送圧力とプランジャー３１の計量位置とを常に一定の値に保つことにより、毎回一定量の液状樹脂を計量することが可能である。

圧送圧力が低すぎると、ポット３６へ送り込まれる液状樹脂の流量が減って、計量のスピードに間に合わずに負圧となり、泡が発生して成形不良の原因となる。その一方、圧送圧力が高すぎると、タンク１２の耐圧の問題が生じる。圧送圧力の一例として、０．３ＭＰａ程度の圧力で行うことができる。

図７は、金型に対して射出成形装置のノズルがタッチしている状態を示している。（ａ）はその全体図、（ｂ）は(ａ)のＥ部分の拡大図である。
本実施形態では、タンク１２や、ポット３６とプランジャー３１を含む射出ユニットが上下方向に動いて、予め熱した金型６１にノズル３４を押しあてて接続する。

図８は、液状樹脂を射出して金型内へ充填している様子を示している。（ａ）はその全体図、（ｂ）は(ａ)のＦ部分の拡大図、（ｃ）は(ａ)のＧ部分の拡大図、（ｄ）は(ａ)のＨ部分の拡大図である。

ニードルバルブ３２を上昇させ、（ｂ）に示すように、逆止弁３３を閉じる。この状態で、（ｃ）に示すように、ニードル弁３５を開いて、設定した速度と圧力で液状樹脂を金型６１内へ射出する。金型６１内に射出された液状樹脂１１は、熱せられた金型６１に触れると硬化が始まり、（ｄ）に示すように、金型６１内で完全に固まった状態で充填される。

図９は、ニードル弁３５を閉じて射出が停止した状態を示している。（ａ）はその全体図、（ｂ）は(ａ)のＩ部分の拡大図である。
ニードル弁３５を閉じることによって、金型６１への液状樹脂の射出が停止する。本実施形態では、逆止弁３３を開いている。

図１０は、ノズル３４を金型６１から後退させている状態を示している。（ａ）はその全体図、（ｂ）は(ａ)のＪ部分の拡大図である。
ニードル弁３５を閉じた状態で、ノズル３４を金型６１から後退させて離すことにより、金型６１からノズル３４への熱の伝導を断つ。この状態で、金型６１に充填された液状樹脂が所定の硬さになるまで待つ。連続して成形を行う場合には、この状態で次の成形のための計量を開始してもよい。

図１１は、型開きの様子を示している。（ａ）はその全体図、（ｂ）は(ａ)のＬ部分の拡大図である。
型開きの速度は、最初はゆっくり、その後速くして、止まるときにゆっくりするなどの制御を行うことが可能である。この時点では、金型６１の突き出し６２は浮き上がっていないため、成形品６３は金型６１から離れていない。

図１２は、突き出しと離型の様子を示している。（ａ）はその全体図、（ｂ）は(ａ)のＫ部分の拡大図である。
図１２に示した例では、金型６１の突き出し６２が浮き上がることによって、射出成形された成形品６３が金型６１から離型する。離型の方法は他の方法であってもよい。

以上説明したように、本発明の射出成形方法は、成形材料である液状樹脂１１を貯蔵して圧送する貯蔵圧送部２と、貯蔵圧送部２から圧送された液状樹脂１１を計量して金型に射出する計量射出部３とを備えた射出成形装置１を用いた射出成形方法であって、液状樹脂１１を収容するタンク１２の底面４２に設けられた樹脂送出口４３から、ノズル３４の吐出口３０に至るまでの樹脂流路のいずれの位置よりも高い位置に設置されたタンク１２内の液状樹脂と、樹脂流路内の液状樹脂を脱気する工程と、脱気された液状樹脂１１と空気との接触を防止した状態で、脱気された液状樹脂１１を圧送して、液状樹脂１１を射出して成形する工程とを有している。本実施形態では、脱気された液状樹脂１１と空気との接触を防止した状態とすることは、タンク１２の上下方向に移動可能な構造で取り付けられた落とし蓋２３によって、タンク１２内の脱気された液状樹脂１１の表面を覆うことによって実現している。

これらの工程を有することにより、液状樹脂１１の脱気を行う際に、発生する泡５１が樹脂流路内に留まることなく、速やかにタンク１２側へ上昇する。そのため、計量射出部３に泡を含まない樹脂を密に充填することができる。また、脱気が完了すると、落とし蓋２３が液状樹脂１１の表面を覆うようにして、脱気後の液状樹脂１１と空気との接触を防止する。そのため、脱気工程によって実現された、溶解や泡の混入といった形で気体を含まない液状樹脂で、射出成形装置内が密に充填された状態を維持することができる。

脱気と圧送を一つの容器で行う材料タンクの場合、従来のものでは、脱気と圧送の工程を切り替える度にタンクの蓋を開け、中の落とし蓋を出し入れする必要があった。このため、作業に時間を要する他、蓋の開け閉めの回数が多くなることにより、成形材料へ埃が混入するリスクが高くなり、材料が容器外に付着して汚くなるという問題点があった。

しかし、本発明では、蓋を開けることなく、落とし蓋２３を外部からの駆動によってタンク１２の上下方向に移動可能な構造としたことによって、減圧脱気の際に気体の脱気を妨げず、かつ、圧送する際には気体が再び材料に溶解することを防止することができ、２つの相反する課題を両立して解決することが可能である。また、容器外を汚すことも無く、埃の混入などのリスクも減らすことができる。

また、パージ動作が不要になるため、材料の無駄を極力省くことができ、少量の成形材料で成形を行うことが可能である。さらに、従来行われていた手作業から射出成形に変えることによって、機械による精密な計量や射出制御により、成形不良を解決することができる。また、１回の成形に必要な時間は３分程度に短縮される。これにより、品質が安定した成形を可能とするとともに、月に１万個といった数の量産を行うことが可能である。

本発明は、成形材料を無駄にすること無く、成形材料中に溶解あるいは泡として混入している気体を十分に脱気して、射出成型装置内の流路に成形材料を密に充填することができ、成形不良を生じることの無い射出成形装置と射出成形方法として利用することができ、特に、ＰＤＭＳのように、極めて低粘度の液状シリコーン樹脂を成形材料として射出成形を行う際に有効である。従って、ＰＤＭＳの利用分野の拡大に伴って、ＰＤＭＳを成形材料とした成形品の大量生産の場面において、産業上の利用範囲の拡大が予想される。

１ 射出成形装置
２ 貯蔵圧送部
３ 計量射出部
１１ 液状樹脂
１２ タンク
１３ のぞき窓
１４ 冷却水の流路
１５ 断熱材
２１ 上部蓋
２２ ロッド
２３ 落とし蓋
２４ 外部アクチュエーター
２５ 吸排気ポート
２６ 第一の流路
２７ 第二の流路
２８ プランジャー前部
２９ 第三の流路
３０ 吐出口
３１ プランジャー
３２ ニードルバルブ
３３ 逆止弁
３４ ノズル
３５ ニードル弁
３６ ポット
３７ 冷却ジャケット
３８ のぞき窓
３９ 冷却水の流路
４０ 断熱材
４１ ニードル用のアクチュエーター
４２ タンクの底面
４３ 樹脂送出口
４４ ノズルの下端
４５ 落とし蓋の下面
５１ 泡
５２ 液状樹脂の充填が未充となっている箇所
６１ 金型
６２ 突き出し
６３ 成形品

Claims (5)

1. 成形材料である液状樹脂を貯蔵して圧送する貯蔵圧送部と、前記貯蔵圧送部から圧送された液状樹脂を計量して金型に射出する計量射出部とを備えた射出成形装置であって、
   前記貯蔵圧送部は液状樹脂を収容するタンクと、減圧による液状樹脂の脱気と圧送のための吸排気ポートとを備え、前記タンクの底面に設けられた樹脂送出口から、前記計量射出部に設けられたノズルの吐出口に至るまでの樹脂流路のいずれの位置よりも、前記タンクは高い位置に設置されていることを特徴とする射出成形装置。
2. 前記タンク内に収容された液状樹脂に対する落とし蓋が、前記タンクの上下方向に移動可能な構造で取り付けられており、前記落とし蓋は、液状樹脂の減圧脱気の際には脱気を妨げない上方の位置に配置され、前記タンク内を加圧して液状樹脂を圧送する際には下降して液状樹脂の表面を覆う位置に配置されることを特徴とする請求項１記載の射出成形装置。
3. 前記タンクと前記樹脂流路の一部分には、液状樹脂の状態を目視できる目視可能部が設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の射出成形装置。
4. 前記落とし蓋の下面は、前記タンクの底面と同一の形状となるように形成されていることを特徴とする請求項２または３記載の射出成形装置。
5. 成形材料である液状樹脂を貯蔵して圧送する貯蔵圧送部と、前記貯蔵圧送部から圧送された液状樹脂を計量して金型に射出する計量射出部とを備えた射出成形装置を用いた射出成形方法であって、液状樹脂を収容するタンクの底面に設けられた樹脂送出口から、液状樹脂を金型に導くノズルの吐出口に至るまでの樹脂流路のいずれの位置よりも高い位置に設置された前記タンク内の液状樹脂と、前記樹脂流路内の液状樹脂を脱気する工程と、脱気された液状樹脂と空気との接触を防止した状態で脱気された液状樹脂を圧送して、液状樹脂を射出して成形する工程とを有することを特徴とする射出成形方法。

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