JP2015009526A - 樹脂成形装置及び樹脂成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】良好な脱気度を保ちつつ、生産性を向上させることができる樹脂成形技術を提供することを課題とする。
【解決手段】エレメント３２は、壁４３に空気は通すが液状樹脂は通さない微細穴４４が多数設けられている多孔管である。いわゆる中空糸膜製管が最適である。矢印（１）のように、空気が含まれている液状樹脂を流すと、一部の空気が矢印（２）、（２）のように壁４３を透過してエレメント３２の外へ流出する。エレメント３２の外は真空であるため、空気の流出が促される。結果、空気濃度が下がった液状樹脂が矢印（３）のようにエレメント３２から流出する。
【効果】空気の移動距離が短いため、短時間で脱気が可能となる、良好な脱気度を保ちつつ、生産性を向上させることができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、液状樹脂が樹脂材料供給路を介して型へ供給される樹脂成形装置及び方法に関する。

液状樹脂を型へ射出し、反応硬化させて樹脂成形品を得ることは広く行われている。何らかの理由により、液状樹脂に空気が混じると、樹脂成形品に小さな空洞ができる。空洞が表面に現れるとピンホールと呼ばれる欠陥となり外観性が低下する。また、内部に空洞ができると、強度低下が懸念される。

よって、空気を除去する技術、すなわち脱気技術が求められ、各種の脱気法が提案されてきた（例えば、特許文献１（第１図）参照。）。

特許文献１の第１図に示されるように、Ａ成分タンク（１）（括弧付き数字は、特許文献１に記載された符号を示す。以下同様）にＡ成分材料が貯留され、Ｂ成分タンク（２）にＢ成分材料が貯留される。
２つの成分材料は、スタティックミキサー（４）で撹拌混合さる。混合材は、減圧緩衝アダプター（７）を介して型（１２）へ供給される。

減圧緩衝アダプター（７）に真空ホース（９）が接続されているため、減圧緩衝アダプター（７）内が減圧される。この減圧により混合材に内包される空気が排出される。脱気された混合材が、型（１２）に供給されるため、良質の樹脂成形品が得られる。

減圧緩衝アダプター（７）の拡大断面図を図７に示す。
図７において、バルブ１０１を閉じ、バルブ１０２を開いて、所定量の混合材１０３を供給し、バルブ１０２を閉じる。混合材１０３の高さ（深さ）Ｈは、数十ｍｍとなる。

この状態で真空ポンプ１０４を始動する。すると、容器１０５内で且つ混合液１０３の上方の空間１０６が減圧される。特許文献１第２頁右下欄第１３行に「約５分間、−７６ｃｍＨｇ」との記載がある。すなわち、真空度−７６ｃｍＨｇで約５分間脱気される。

ところで、下位のバルブ１０１の近傍に存在する気泡１０７は、高さＨだけ混合材１０３中を浮上する。混合材１０３は粘性液体であるため、気泡１０７が空間１０６に到達するまでの所要時間は５分を超える場合がある。
すると、空気が十分に除去されない混合材１０３が型へ供給される心配があり、成形品不良が起こる。
対策として、脱気時間を１０分、２０分のように延長すると、脱気度は向上するが、生産性が半減する。

良好な脱気度を保ちつつ、生産性を向上させることができる樹脂成形技術が求められる。

特開昭６１−１２１９０３号公報

本発明は、良好な脱気度を保ちつつ、生産性を向上させることができる樹脂成形技術を提供することを課題とする。

請求項１に係る発明は、液状樹脂が樹脂材料供給路を介して型へ供給され、樹脂成形品を得る樹脂成形装置であって、
前記樹脂材料供給路に、前記液状樹脂に混入している空気を除去する脱気機構が介設され、
この脱気機構は、脱気容器と、この脱気容器に収納される複数のエレメントと、前記脱気容器内で且つ前記エレメントの外又は内の空間を排気する真空ポンプとからなり、
このエレメントは、壁に前記空気は通すが前記液状樹脂は通さない微細穴が多数設けられている管であることを特徴とする。

請求項２に係る発明では、樹脂材料供給路は、液状樹脂を貯える樹脂貯留タンクと、この樹脂貯留タンクから液状樹脂を取り出して樹脂貯留タンクへ戻す循環路と、この循環路に介設され液状樹脂を循環させる循環ポンプと、樹脂貯留タンク又は循環路から分岐し型まで延びる連結路と、この連結路に介設され液状樹脂を圧送する圧送ポンプとからなり、循環路による液状樹脂の循環と、連結路による液状樹脂の型への供給を切り替える制御部を備えていることを特徴とする。

請求項３に係る発明では、循環路に、この循環路を流れる液状樹脂の含有気体濃度を計る含有気体濃度計を備え、この含有気体濃度計で計測する含有気体濃度に応じて循環ポンプの回転速度を制御するポンプ速度制御部を備えていることを特徴とする。

請求項４に係る発明は、液状樹脂が樹脂材料供給路を介して型へ供給され、樹脂成形品を得るものであり、前記樹脂材料供給路に、前記液状樹脂に混入している空気を除去する脱気機構が介設され、この脱気機構はエレメントを備え、このエレメントは、壁に前記空気は通すが前記液状樹脂は通さない微細穴が多数設けられている管である樹脂成形装置を用いて実施する樹脂成形方法であって、
循環ポンプで樹脂貯留タンク内の前記液状樹脂を循環させると共に前記脱気機構で脱気する循環脱気工程と、
脱気が完了したら前記樹脂貯留タンク内の前記液状樹脂を、前記型へ供給する加圧供給工程とからなることを特徴とする。

請求項５に係る発明は、脱気完了は、含有気体濃度計で計測した含有気体濃度が脱気管理値を下回ったときであることを特徴とする。

請求項１に係る発明では、脱気機構は、脱気容器と、この脱気容器に収納される複数のエレメントと、脱気容器内で且つエレメントの外又は内の空間を排気する真空ポンプとからなり、このエレメントは、壁に空気は通すが液状樹脂は通さない微細穴が多数設けられている管からなる。
エレメントを構成する多孔管は、外径が数ｍｍのものを採用することができる。エレメント外は真空空間である。多孔管の中心に気泡があるとすると、この気泡は数ｍｍの半分の距離を移動するだけで、真空空間に到達し排気される。

従来の技術で述べた高さ（深さ）Ｈは、数十ｍｍであり、この数十ｍｍが気泡の移動距離に相当する。一方、請求項１での移動距離は数ｍｍである。
脱気所要時間は気泡の移動距離にほぼ比例するから、本発明によれば脱気所要時間は、従来の１／１０程度に短縮することができ、従来よりも生産性を大幅に高めることができる。脱気が盛んに行われるため、脱気度は良好となる。
よって、本発明によれば、良好な脱気度を保ちつつ、生産性を向上させることができる樹脂成形技術が提供される。

請求項２に係る発明では、循環路で液状樹脂を循環させるときには、第２バルブを閉じ、第１バルブを開く制御を行い、連結路で液状樹脂を型へ供給するときには、第１バルブを閉じ、第２バルブを開く制御を行う。

循環路に配置するエレメントは微細穴を有するために、エレメントの壁は必然的に薄い膜となる。薄い膜であるためエレメントの耐圧力は小さい。このようなエレメントの破損を防止するために、本発明では、連結路で液状樹脂を型へ供給するときには、第１バルブを閉じことで、圧送ポンプの吐出圧が循環路に加わらないようにする。

循環ポンプの吐出圧より、圧送ポンプの吐出圧が遥かに高く設定することができるため、生産性が低下する心配はない。
よって、本発明によれば、生産性を維持しつつ、エレメントの長寿命化を図ることができる。
さらには、脱気容器（実施例では仕切り板）にエレメントを固定している固定部（例えば、エポキシ樹脂のような接着性樹脂を用いることができる）の破損を防止することができる。

請求項３に係る発明では、循環路に含有気体濃度計を備え、この含有気体濃度計で計測する含有気体濃度に応じて循環ポンプの回転速度を制御する。
含有酸素量に応じて循環ポンプの回転速度を制御することで、生産性を調整することができると共にエレメントへの負担を調整することができる。

請求項４に係る樹脂成形方法は、循環脱気工程と、加圧供給工程とからなる。循環脱気工程と加圧供給工程とを時系列的に区分した。循環脱気工程では液状樹脂は低圧で循環され、加圧供給工程では液状樹脂は高圧で圧送される。循環脱気工程で使用されるエレメントに、高圧の液状樹脂が流入することはないため、エレメントの耐久性を高める必要はない。加えて、脱気容器、特に脱気容器にエレメントを固定している固定部の耐久性を高める必要がない。

請求項５に係る発明は、脱気完了は、含有気体濃度計で計測した含有気体濃度が脱気管理値を下回ったときとする。
脱気完了を時間で管理することはよく行われる。時間での管理は簡単であるが、設定時間が短すぎると脱気不十分の液状樹脂が型へ供給され、好ましくない。そこで、設定時間は安全を見込んで長めに設定される。しかし、設定時間が長いほどサイクルタイムが延びて生産性が低下する。

この点、本発明は含有気体濃度が脱気管理値を下回ったら脱気完了と判定する。含有気体濃度を監視するため、脱気不十分の液状樹脂が型へ供給される心配はない。

本発明に係る樹脂成形装置の原理図である。 脱気機構の断面図である。 図２の３部拡大図である。 樹脂成形装置の作用図である。 図３の５−５線断面図である。 変形例を示す図である。 従来の減圧緩衝アダプターの作用説明図である。

本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。

図１に示すように、樹脂成形装置１０は、第１液状樹脂１１Ａが第１樹脂材料供給路２０Ａを介してミキシングヘッド１２に送られ、第２液状樹脂１１Ｂが第２樹脂材料供給路２０Ｂを介してミキシングヘッド１２に送られ、このミキシングヘッド１２で混合された後に、型１３へ供給され、樹脂成形品を得る装置である。

好ましくは、余剰の第１液状樹脂１１Ａはリターン路１４Ａを介して樹脂貯留タンク２１Ａへ戻され、余剰の第２液状樹脂１１Ｂはリターン路１４Ｂを介して樹脂貯留タンク２１Ｂへ戻されるようにする。リターン路１４Ａ、１４Ｂで流動させ続けるため、次の供給まで間があっても液状樹脂１１Ａ、１１Ｂの変質を防止することができる。なお、リターン路１４Ａ、１４Ｂは省くことができるため、以下の説明では、リターン路１４Ａ、１４Ｂの説明は省略する。

第１液状樹脂１１Ａは、例えば、Ａ成分液としてのポリオールであり、第２液状樹脂１１Ｂは、例えば、Ｂ成分液としてのイソシアネートである。Ａ成分液とＢ成分液を混合することで反応し、硬化する。硬化を考慮して、直前のミキシングヘッド１２で混合し、反応を開始させる。

なお、本発明は、第１樹脂材料供給路２０Ａだけにも適用できる。この場合は、第２樹脂材料供給路２０Ｂは省かれ、ミキシングヘッド１２は不要となる。

第１樹脂材料供給路２０Ａは、第１液状樹脂１１Ａを貯える樹脂貯留タンク２１Ａと、この樹脂貯留タンク２１Ａから第１液状樹脂１１Ａを取り出して樹脂貯留タンク２１Ａへ戻す循環路２２Ａと、この循環路２２Ａに介設され第１液状樹脂１１Ａを循環させる循環ポンプ２３Ａと、循環路２２Ａから分岐し（又は想像線で示すように樹脂貯留タンク２１Ａから分岐し）型１３まで延びる連結路２４Ａと、この連結路２４Ａに介設され第１液状樹脂１１Ａを圧送する圧送ポンプ２５Ａとからなる。

循環路２２Ａに、脱気機構３０が介設される。さらに、この脱気機構３０の上流側にて循環路２２Ａに第１バルブ２６Ａが介設される。
また、連結路２４Ａには、圧送ポンプ２５Ａと樹脂貯留タンク２１Ａ又は循環路２２Ａの間位置に、第２バルブ２７Ａが介設される。

循環路２２Ａで第１液状樹脂１１Ａを循環させるときには、第２バルブ２７Ａを閉じ、第１バルブ２６Ａを開く。
又は、連結路２４Ａで第１液状樹脂１１Ａを型１３へ加圧供給するときには、第１バルブ２６Ａを閉じ、第２バルブ２７Ａを開く。
第１バルブ２６Ａの開閉制御及び第２バルブ２７Ａの開閉制御は、弁開閉制御部２８Ａで一括して実施する。

第２樹脂材料供給路２０Ｂは、第１樹脂材料供給路２０Ａと同構成であるため、符号の添え字ＡをＢに変更する。詳しい説明は省略する。

図２に示すように、脱気機構３０は、脱気容器３１と、この脱気容器３１に収納される複数のエレメント３２と、脱気容器３１内で且つエレメント３２の外の空間を排気する真空ポンプ３３とからなる。なお、真空ポンプ３３でエレメント３２の内の空間を排気するようにしてもよい。

詳細には、脱気容器３１は、筒部３４と、入口管３５を備え筒部３４の一方の開口を塞ぐ板３６と、出口管３７を備え筒部３４の他方の開口を塞ぐ板３８とからなる。脱気容器３１内には、板３６に平行に第１仕切板４１が渡され、板３６に平行に第２仕切板４２が渡される。第１仕切り板４１と板３６との間に第１室４５が形成され、第２仕切り板４２と板３８との間に第２室４６が形成される。
そして、数本以上のエレメント３２が、第１仕切板４１と第２仕切板４２とに掛け渡される。

図３に示すように、エレメント３２は、壁４３に空気は通すが液状樹脂は通さない微細穴４４が多数設けられている多孔管である。いわゆる中空糸膜製管が最適である。
矢印（１）のように、空気が含まれている液状樹脂を流すと、一部の空気が矢印（２）、（２）のように壁４３を透過してエレメント３２の外へ流出する。エレメント３２の外は真空であるため、空気の流出が促される。結果、空気濃度が下がった液状樹脂が矢印（３）のようにエレメント３２から流出する。

図２にて、入口管３５を介して、第１室４５へ流入した液状樹脂は多数本のエレメント３２に分流し、多数本のエレメント３２の各々を流れる。この流れの間に、図３で説明したように空気の一部が真空ポンプ３３で排出され、空気濃度が下げられた液状樹脂が第２室４６に集まり、出口管３７から排出される。循環を繰り返すことで、効果が累積して空気濃度がより低下する。

以上の構成からなる樹脂成形装置１０の作用を次に述べる。
図４（ａ）は、循環工程を説明する図であり、先ず、入口弁４７Ａ、４７Ｂを開いて、樹脂貯留タンク２１Ａ、２１Ｂへ所定量の第１・第２樹脂材料１１Ａ、１１Ｂを貯留させる（貯留工程）。
次に、入口弁４７Ａ、４７Ｂを閉じ、第２バルブ２７Ａ、２７Ｂを閉じ、第１バルブ２６Ａ、２６Ｂを開き、循環ポンプ２３Ａ、２３Ｂを作動させる。第１・第２樹脂材料１１Ａ、１１Ｂを循環させると、脱気機構３０、３０により脱気がなされる（循環脱気工程）。

循環脱気工程では、脱気機構３０、３０の出口で含有気体濃度計４９Ａ、４９Ｂにより、液状樹脂に残存する酸素の濃度を連続的に計測する。樹脂成形品で許容される含有気体濃度を脱気管理値として予めポンプ速度制御部５０Ａ、５０Ｂに記憶させる。ポンプ速度制御部５０Ａ、５０Ｂは、含有気体濃度計４９Ａ、４９Ｂで計測した含有気体濃度が脱気管理値を下回ったとき、脱気が完了したと判定する。

なお、含有気体濃度計４９Ａ、４９Ｂは、酸素濃度計が好適であるが、その他に、配管に設けたガラスなどで構成される窓を通して液状樹脂内の気泡をカメラ等にて監視し計測する方法や、液状樹脂に光を当ててその反射光の屈折度を計る濁度計であってもよく、種類、構造は任意である。

図４（ｂ）は加圧供給工程を説明する図であり、脱気が完了したという情報を受けた弁開閉制御部２８Ａ、２８Ｂは、第１バルブ２６Ａ、２６Ｂを閉じ、第２バルブ２７Ａ、２７Ｂを開き、圧送ポンプ２５Ａ、２５Ｂを作動させ、樹脂貯留タンク２１Ａ、２１Ｂ内の液状樹脂１１Ａ、１１Ｂを、連結路２４Ａ、２４Ｂ及びミキシングヘッド１２を介して型１３に加圧供給する（加圧供給工程）。

図４（ａ）では、循環ポンプ２３Ａの吐出圧は、エレメント（図３、符号３２）の耐圧に基づいて決定される。エレメントの耐圧は小さいため、循環ポンプ２３Ａは低圧ポンプとなる。

一方、図４（ｂ）では、圧送ポンプ２５Ａの吐出圧は、脱気機構３０に及ばない。第１バルブ２６Ａが閉じられているからである。結果、圧送ポンプ２５Ａの吐出圧は、エレメントの耐圧に無関係に自由に決定することができる。圧送ポンプ２５Ａの吐出圧はＡ成分液とＢ成分液の混合に必要な圧力に基づいて決定される。型１３の耐圧は大きいため、圧送ポンプ２５Ａは高圧ポンプとなる。

なお、図４（ａ）にて、含有気体濃度計４９Ａ、４９Ｂで計測する含有気体濃度に応じて循環ポンプ２３Ａ、２３Ｂの回転速度を制御することが望ましい。具体的には、液体樹脂の性質（例えば材料粘度等）によって循環流速と脱気効率の関係が変化することから、例えば循環流速と脱気効率が比例関係にある材料の場合は回転速度を高めて循環流速を高め脱気を促す。結果、脱気時間が延びる心配はなく、生産性が維持される。残存酸素が少ないときには、循環流速と脱気効率が比例関係にある材料の場合は回転速度を下げて循環流速を下げる。結果、エレメントへの負担が軽減され、エレメントの更なる長寿命化が可能となる。
すなわち、ポンプ速度制御部５０Ａ、５０Ｂに、脱気完了の判定と、循環ポンプ２３Ａ、２３Ｂの回転制御とを実施させる。

次に、本発明のエレメント３２と従来の減圧緩衝アダプターとを比較検討する。
図５は図３の５−５線断面図であり、エレメント３２は外径ｄが数ｍｍの管である。エレメント３２外は真空空間である。管の中心に気泡５１があるとすると、この気泡５１は数ｍｍの半分の距離ｈを移動するだけで、真空空間に到達し排気される。

一方、図７に示す高さ（深さ）Ｈは、数十ｍｍである。Ｈとｈは、気泡の移動距離に相当する。図７の距離Ｈは数十ｍｍで、図５の距離ｈは数ｍｍである。
脱気所要時間は気泡の移動距離にほぼ比例するから、本発明によれば脱気所要時間は、１／１０程度に短縮することができ、生産性を大幅に高めることができる。速やかに脱気されるため、脱気度は良好となる。

本発明に係る別実施例を次に説明する。
図６に示すように、循環路２２Ａに、２個又はそれ以上の個数の脱気機構３０、３０を並列に配置することは好ましい。その他の構成要素は図１と同一であるため、符号を流用して詳細な説明は省略する。

脱気機構３０を２個にすると液状樹脂の流量を倍増させることができる。逆に、脱気機構３０、３０の各々を小型化することができる。

脱気機構３０、３０は、並列配置の外、直列に配置することも可能である。すなわち、循環路２２Ａに、エレメント３２を直列に複数個配置することで、処理効率を高めることができる。ただし、直列配置では、エレメント３２を１個配置した場合に比較して、圧力損失が増大する。流量が低下しないように圧力設定を行う必要がある。

尚、本発明は、成形前に脱気が必要な液状樹脂を用いた各種成型法（例えば、射出成型法や真空注入法など）へ適用が可能である。

本発明は、液状樹脂に空気が混ざる虞があり、脱気する必要がある樹脂成形装置及び方法に好適である。

１０…樹脂成形装置、１１Ａ…液状樹脂（第１液状樹脂）、１１Ｂ…液状樹脂（第２液状樹脂）、１３…型、２０Ａ…樹脂材料供給路（第１樹脂材料供給路）、２０Ｂ…樹脂材料供給路（第２樹脂材料供給路）、２１Ａ、２１Ｂ…樹脂貯留タンク、２２Ａ、２２Ｂ…循環路、２３Ａ、２３Ｂ…循環ポンプ、２４Ａ、２４Ｂ…連結路、２５Ａ、２５Ｂ…圧送ポンプ、２６Ａ、２６Ｂ…第１バルブ、２７Ａ、２７Ｂ…第２バルブ、２８Ａ、２８Ｂ…弁開閉制御部、３０…脱気機構、３１…脱気容器、３２…エレメント、３３…真空ポンプ、４３…エレメントの壁、４４…微細穴、４９Ａ、４９Ｂ…含有気体濃度計、５０Ａ、５０Ｂ…ポンプ速度制御部、５１…気泡。

Claims (5)

1. 液状樹脂が樹脂材料供給路を介して型へ供給され、樹脂成形品を得る樹脂成形装置であって、
   前記樹脂材料供給路に、前記液状樹脂に混入している空気を除去する脱気機構が介設され、
   この脱気機構は、脱気容器と、この脱気容器に収納される複数のエレメントと、前記脱気容器内で且つ前記エレメントの外又は内の空間を排気する真空ポンプとからなり、
   このエレメントは、壁に前記空気は通すが前記液状樹脂は通さない微細穴が多数設けられている管であることを特徴とする樹脂成形装置。
2. 前記樹脂材料供給路は、前記液状樹脂を貯える樹脂貯留タンクと、この樹脂貯留タンクから前記液状樹脂を取り出して前記樹脂貯留タンクへ戻す循環路と、この循環路に介設され前記液状樹脂を循環させる循環ポンプと、前記樹脂貯留タンク又は前記循環路から分岐し前記型まで延びる連結路と、この連結路に介設され前記液状樹脂を圧送する圧送ポンプとからなり、
   前記循環路による前記液状樹脂の循環と、前記連結路による前記液状樹脂の前記型への供給を切り替える制御部を備えていることを特徴とする請求項１記載の樹脂成形装置。
3. 前記循環路に、この循環路を流れる前記液状樹脂の含有気体濃度を計る含有気体濃度計を備え、この含有気体濃度計で計測する含有気体濃度に応じて前記循環ポンプの回転速度を制御するポンプ速度制御部を備えていることを特徴とする請求項２記載の樹脂成形装置。
4. 液状樹脂が樹脂材料供給路を介して型へ供給され、樹脂成形品を得るものであり、前記樹脂材料供給路に、前記液状樹脂に混入している空気を除去する脱気機構が介設され、この脱気機構はエレメントを備え、このエレメントは、壁に前記空気は通すが前記液状樹脂は通さない微細穴が多数設けられている管である樹脂成形装置を用いて実施する樹脂成形方法であって、
   循環ポンプで樹脂貯留タンク内の前記液状樹脂を循環させると共に前記脱気機構で脱気する循環脱気工程と、
   脱気が完了したら前記樹脂貯留タンク内の前記液状樹脂を、前記型へ供給する加圧供給工程とからなることを特徴とする樹脂成形方法。
5. 前記脱気完了は、前記含有気体濃度計で計測した含有気体濃度が脱気管理値を下回ったときであることを特徴とする請求項４記載の樹脂成形方法。

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