JP4526925B2 - 液状シリコーンゴムの発泡射出成形法 - Google Patents

Description

本発明は液状シリコーンゴムの発泡射出成形法に関する。

成形材料を発泡して使うことにより、省資源につながり、軽量化と更にクッション性が向上する等の数々の利点を有しているシリコーンゴムは、家庭用品、家電、ＯＡ機器、自動車機器等に幅広い用途がある。

従来のシリコーンゴムの発泡成形法では、ミラブル型等のシリコーンゴムに発泡剤を予め混練し発泡反応させて発泡材料を得（例えば、特許文献１及び２等参照）、得られた発泡材料を成形することでシリコーンゴムの発泡成形品を得ている。

特表２００１−５２３７４３号公報 特開平９−１２４８２０号公報

しかし、発泡剤による発泡反応によって得られたシリコーンゴムの発泡材料を用いた成形では、先ず発泡材料を得るための発泡反応を密封容器で行うことができないために材料中に異物が混入し易く、また、成形時の成形サイクルタイムが約５〜８分と長く、更に発泡後の発泡材料では成形中の発泡倍率の調整・変更ができない等の不都合を有している。

また、ミラブル型のシリコーンゴムは液状シリコーンゴムに比して高価であり、更に発泡剤を必要とするためコスト高であった。

そこで本発明の課題は、異物の混入の心配の無い材料の使用が可能であり、成形時の成形サイクルタイムの短縮化が可能であり、成形中での発泡倍率の調整・変更が可能であり、低コストな液状シリコーンゴムを用いた射出成形が可能な発泡射出成形法を提供することにある。

上記課題を解決する本発明は下記構成を有する。
１．ガス供給装置、液状シリコーンゴム原料供給装置、ガス導入装置、制御装置、加圧装置、分散装置及び吐出装置を有するガス混入装置を用いて、液状シリコーンゴム発泡材料を形成し、これを射出成形機ノズルに導入し、この射出成形機ノズルから前記液状シリコーンゴム発泡材料を金型のキャビティに射出充填する液状シリコーンゴムの発泡射出成形法において、
前記制御装置がモーター及び弁を制御することによって、ピストンがシリンダー内を往復移動して吸入工程と吐出工程を行うピストンポンプを用い、該ピストンポンプの吸入工程において前記シリンダー内に０．１〜５ｋｇ／ｃｍ ^２ のガスを供給し、前記ピストンが吸入端に達して吸入行程が終了し且つ前記シリンダー内に調整された圧力のガスが充填された状態となった後で、前記シリンダー内に液状シリコーンゴム原料を供給し、該液状シリコーンゴム原料の供給の終了後に前記ピストンポンプの吐出工程を行い、前記吐出工程において前記ガス及び液状シリコーンゴム原料をバルブノズルに導入し、このバルブノズルから前記射出成形機ノズルに導入し、この射出成形機ノズルから前記液状シリコーンゴム発泡材料を金型のキャビティに射出充填することで射出成形中での発泡倍率の調整・変更が前記制御装置により制御される構成であることを特徴とする液状シリコーンゴムの発泡射出成形法。

２．ガス供給装置、液状シリコーンゴム原料供給装置、ガス導入装置、制御装置、加圧装置、分散装置及び吐出装置を有するガス混入装置を用いて、液状シリコーンゴム発泡材料を形成し、これを射出成形機ノズルに導入し、この射出成形機ノズルから前記液状シリコーンゴム発泡材料を金型のキャビティに射出充填する液状シリコーンゴムの発泡射出成形法において、
前記制御装置がモーター及び弁を制御することによって、ピストンがシリンダー内を往復移動して吸入工程と吐出工程を行うピストンポンプを用い、該ピストンポンプの吸入工程において前記シリンダー内に０．１〜５ｋｇ／ｃｍ ^２ のガスを供給し、前記ピストンが吸入端に達して吸入行程が終了し且つ前記シリンダー内に調整された圧力のガスが充填された状態となった後で、前記シリンダー内に液状シリコーンゴム原料を供給し、該液状シリコーンゴム原料の供給の終了後に前記ピストンポンプの吐出工程を行い、前記吐出工程において前記ガス及び液状シリコーンゴム原料をバルブノズルに導入し、このバルブノズルから、ゲートの開閉動作をオープンゲート方式、空気圧・油圧式又はスプリング方式に
より行う射出成形機ノズルに導入し、この射出成形機ノズルから前記液状シリコーンゴム発泡材料を金型のキャビティに射出充填することで射出成形中での発泡倍率の調整・変更が前記制御装置により制御される構成であることを特徴とする液状シリコーンゴムの発泡射出成形法。

３．射出成形機ノズルが、ゲートの開閉動作がスプリング方式であり、ノズルの流路の中央にニードルを配置し、このニードルの先端部をノズルのゲートに係合させると共に、該ニードルの後端大径部側にスプリングを配置して、該スプリングによる押圧力と前記流路に導入される成形用材料の圧力との差により該ニードルを移動させて前記ノズルのゲートの開閉制御を行う構成であることを特徴とする上記２に記載の液状シリコーンゴムの発泡射出成形法。

請求項１に示す発明によれば、高粘度材料へのガス混入方法を用いて、液状シリコーンゴム発泡材料を形成し、該液状シリコーンゴム発泡材料を金型のキャビティに射出充填する構成とすることで、低コストの液状シリコーンゴムを用いた発泡射出成形が可能となった。

しかも、従来の発泡剤によって発泡反応させたシリコーンゴムの発泡材料を用いた技術に比して、異物の混入の心配の無い材料の使用が可能であり、成形時の成形サイクルタイムの短縮化が可能であり、成形中での発泡倍率の調整・変更が可能となる等の効果を発揮できる。尚、従来、液状シリコーンゴムの発泡射出成形は不可能と云われていた。

請求項２又は３に示す発明によれば、汎用の射出成形ノズルを使用した上で、液状シリコーンゴムの発泡射出成形が可能となった。

特に、請求項３に示す発明によれば、スプリングによる押圧力と前記流路に導入される成形用材料の圧力との差によりニードルを移動させてノズルのゲートの開閉制御を行う構成のスプリング方式の射出成形機ノズルを使用する構成によって、ゲート付近の樹脂の流れが阻害されることなく、しかもゲートの開閉が樹脂の流れに連動するので、成形品にフローマークやウェルドラインがつき難いという効果を発揮できる。

先ず、本発明に用いる液状シリコーンゴムについて説明する。

液状シリコーンゴムとはＬＳＲ組成物と称されるものを示し、例えば、反応性基を有する液状のポリオルガノシロキサン、架橋剤、硬化触媒等を主剤としている。

硬化機構から分類すると縮合反応型、付加反応型、ラジカル反応型等が挙げられるが、硬化速度や反応副生成物の問題等から付加型のＬＳＲ組成物が好ましい。

例えば、ポリオルガノシロキサンとしては、主鎖シロキサンの官能基にメチル基、ビニル基、水酸基、ケトン基等を有するものが挙げられるが、付加型としてビニル基を有するものが好ましい。

また、架橋剤としては、水酸基を持ったポリシロキサン等が用いられる。触媒としては、白金化合物、有機金属系化合物等が用いられる。

更に、ＬＳＲ組成物には、反応制御剤、補強用シリカ、その他の充填材且つ／又は添加剤等を含有してもよい。

次に、添付の図面に従って本発明を更に詳細に説明する。
図１は本発明に係る射出成形装置の一実施例を示す概略断面図、図２は液状シリコーンゴム原料へのガス混入方法に用いられる装置の回路図、図３はバルブノズル（ゲート閉状態）の一例を示す断面図、図４は図３のバルブノズルのゲート開状態を示す断面図である。

図１に示すように、本発明に係る射出成形装置は、ガス混入装置１、ノズル例えば、バルブノズル２、金型３（上型３１、下型３２）とから主として構成されている。

ガス混入装置１による液状シリコーンゴム原料へのガス混入方法を用いて、液状シリコーンゴム発泡材料を形成し、これをバルブノズル２に導入し、該バルブノズル２によって金型３のキャビティ３３に射出充填することで液状シリコーンゴムの発泡射出成形が可能となる。

金型３の基本的な構成は公知公用の射出成形用金型を特別の制限なく用いることができる。

次に、本発明に用いられる液状シリコーンゴム原料へのガス混入方法について説明する。
ピストンがシリンダー内を往復移動して吸入工程と吐出工程を行うピストンポンプを用い、前記ピストンポンプの吸入工程において前記シリンダー内に０．１〜５ｋｇ／ｃｍ^２のガスを供給し、前記ピストンが吸入端に達して吸入行程が終了し且つ前記シリンダー内に調整された圧力のガスが充填された状態となった後で、前記シリンダー内に液状シリコーンゴム原料を供給し、前記液状シリコーンゴム原料の供給の終了後に前記ピストンポンプの吐出工程を行い、前記吐出工程において前記ガス及び液状シリコーンゴム原料をバルブノズルに導入する。

図２は、液状シリコーンゴム原料へのガス混入方法に用いられるガス混入装置の回路図である。
図２において、ガス混入装置１は、ガス供給装置１０、液状シリコーンゴム原料供給装置１１、ガス導入装置１２、制御装置１９、加圧装置１３、分散装置１４、吐出装置１５
から構成されている。

ガス供給装置１０は、０．１〜５ｋｇ／ｃｍ ^２ の範囲内、好ましくは０．１〜３ｋｇ／ｃｍ^２程度の範囲内で調整された低圧力のガスを供給するものであり、コンプレッサからの圧縮空気を受け入れるポート１０１、圧力調整弁１０４、ガス流量計１０５等から構成される。該ガス供給装置１０としては、圧力空気を供給する。

液状シリコーンゴム原料供給装置１１は、高粘度材料を、例えば、１００〜３００ｋｇ／ｃｍ^２程度の範囲内、好ましくは１５０〜２５０ｋｇ／ｃｍ^２程度の範囲内で調整された高圧力で管路１１１に送出する。該液状シリコーンゴム原料供給装置１１としては、例えば、フォロアプレート式のプランジャーポンプ１１２等が用いられる。プランジャーポンプ１１２は、収納缶に充填された液状シリコーンゴム原料４を高圧で管路１１１に送出する。

ガス導入装置１２は、交互に動作する２つのピストンポンプ１２１・１２２からなっている。各ピストンポンプ１２１・１２２は、夫々のピストンがモーター１２３・１２４によって往復直線駆動され、これによってピストンがシリンダー内を往復移動して吸入工程と吐出工程を行う。ピストンポンプ１２１・１２２は、管路１１１と管路１２５との間に介在し、液状シリコーンゴム原料供給装置１１から圧送される液状シリコーンゴム原料４と、ガス供給装置１０から送出されるガスとを、所定の比率で、夫々別々にバッチ式に導入する。

制御装置１９は、各ピストンポンプ１２１・１２２のシリンダー内に、吸入工程においてガスを供給し、吸入工程の後に液状シリコーンゴム原料４を供給し、液状シリコーンゴム原料４の供給の終了後に吐出工程を行ってガス及び液状シリコーンゴム原料４を管路１２５に吐出するように、モーター１１３・１２３・１２４及び弁を制御する。

加圧装置１３は、モーターにより直線往復駆動されるピストンによって流体を加圧するピストンポンプ１３１・１３２、開閉弁１３３・１３４・１３５・１３６、圧力センサー１３７・１３８等から構成されている。

管路１２５を通りガス導入装置１２から送出された混入状物は、交互に動作するピストンポンプ１３１・１３２によって加圧され、管路１３９に圧送される。シリンダー内の圧力は圧力センサ１３７・１３８によって検出され、検出信号が制御装置１９に送られる。ピストンポンプ１３１・１３２からの押出し圧力は、例えば、１５０ｋｇ／ｃｍ²以上である。ピストンを駆動するモータは制御装置１９からの信号によって制御され、これによってピストンポンプ１３１・１３２の吸入と押出し、及びその流量（押出し量）が制御されている。

分散装置１４は、分散用管路１４１、開閉弁１４２からなる。分散用管路１４１内において、混合状物の圧力は、例えば、１５０ｋｇ／ｃｍ²以上、２００〜２５０ｋｇ／ｃｍ²、流量は１００〜１０００ｍｌ／ｍｉｎ．程度である。加圧された混合状物が分散用管路１４１を流通する間に、ガスが平均直径０．０１ｍｍ程度の微細なものとなって高粘度材料４内に分散する。

吐出装置１５は、分散装置１４から送出する混合状物を常圧に戻して吐出させ発泡させるためのものである。吐出装置１５は、吐出用管路１５１、吐出開閉弁１５２、ノズル１５３などからなっている。

分散装置１４から送出された混合状物は、吐出開閉弁１５２が開いているときは、液状シリコーンゴム原料４とガスとの混合状物がノズル１５３から射出成形装置のノズル、例えば、バルブノズルに導入される。そしてキャビティ２２０内の大気圧中に射出したときにガスが膨張して発泡する。

本発明は上記のような液状シリコーンゴム原料へのガス混入方法を用いて、液状シリコーンゴム発泡材料を形成する。

本発明に用いられる射出成形装置のノズルの一例について図３及び図４に基づき説明する。なお、射出成形機ノズルについては本発明者の先提案技術である特許第２８５０２０３号に記載のものが一例である。

図３、図４に示す例では、ノズル２１０が複数配置されており、それぞれのノズル２１０を通して加圧された成形材料が多数個取りまたは多点ゲートのキャビティ２２０内に射出される。尚、この例は液状シリコーンゴム（ＬＳＲ）を射出成形するものとして設計されている。

ノズル２１０は、先端にゲート２１１が備えられている流路２１２と、この流路２１２の中心に配置されるニードル２１３とで構成されており、このニードル２１３の先端部２１４は、ゲート２１１に対して挿入・引抜き動作を行う弁となっている。また、ニードル２１３の後部は大径部２１５となっており、この大径部２１５はニードル２１３との断面積差を大きくすることにより低圧力でも射出を可能にすることができる。

流路２１２に図示しない吐出装置１５のノズル１５３から射出成形機のノズルにＬＳＲが導入され、流路２１２が一定値以上の圧力に至ると、ニードル２１３は、スプリング２１７の押圧力に抗して図面上において上方向に移動され、ゲート２１１に挿入されていた先端部２１４が後退する結果、ゲート２１１が開となり、ＬＳＲがキャビティ２２０内に射出される。一定時間のＬＳＲの射出が行われた後、キャビティ内の液状シリコーンゴム発泡材料が一定値以上の圧力に至り、流路２１２の圧力が一定値以下に下がり、また射出成形機ノズルのがゲート２１１から相対的に離れるように移動するので、ニードル２１３は、スプリング２１７の押圧力が開放され、ゲート２１１に挿入されていた先端部２１４が後進する結果、ゲート２１１が閉となり、図面上において下方向に移動され先端部２１４がゲート２１１に挿入されゲート２１１が閉鎖される結果、ＬＳＲの射出は停止される。

上記において、ニードル２１３の作動、即ち、ゲート２１１の開閉制御は、射出成形機ノズル２１０等により導入されるＬＳＲの圧力とスプリング２１７の強さに関係している。従って、スプリング２１７の押圧力が強ければ流路２１２に導入されるＬＳＲの圧力をより高くしなければゲート２１１を開とすることができない。

ノズル２１０が複数個配置されている多数個取り多点ゲートのキャビティ２２０による射出成形では、ノズル２１０毎にＬＳＲの射出・射出停止（ゲート２１１の開・閉）のタイミングを制御することが必要である。そこで本発明に係る射出成形機ノズルでは、各ノズル２１０毎にスプリング２１７の押圧力を調整する機構が用意されている。

上記の機構としては、例えば、スプリング２１７の基端を支持するプレート２３１に連続するブロック２３２に対しテーパー部で接触する調整ブロック２３３を配置し、この調整ブロック２３３を、調整ネジ２３４の正回転・逆回転操作により往復直線運動させることにより、スプリング２１７の基端を支持するプレート２３１の位置を、図面上において上下に移動させる機構が適用される。プレート２３１が図面上において上方向に移動されるとスプリング２１７の押圧力は弱められ、逆に下方向に移動されるとスプリング２１７の押圧力は強められる。

従って、液状シリコーンゴム原料へのガス混入装置１の吐出装置１５のノズル１５３により導入されるＬＳＲの圧力が低くてもゲート２１１が開となるようにノズル２１０を調整するためには、調整ブロック２３３を、図面上のおいて左方向に移動させて、スプリング２１７の押圧力を弱めればよい。逆の操作では、調整ブロック２３３を、図面上のおいて右方向に移動させて、スプリング２１７の押圧力を強めればよい。

上記から自明なように、ノズル２１０の開閉制御は、吐出装置１５のノズル１５３から導入されるＬＳＲの圧力とスプリング２１７の押圧力との関数で決定されるが、本発明においては、各ノズル２１０毎にスプリング２１７の押圧力を調整する機構が設けられているので、ＬＳＲの圧力を優先とする制御が好ましく実施可能となる。

スプリング２１７の押圧力を調整する機構としては、スプリング２１７の基端を支持するプレート２３１の位置を移動させる様々な機構が採用可能であり、図示した機構でいえば、調整ネジ２３４をモーターにより正逆回転させる機構、調整ブロック２３３をソレノイドにより移動させる機構、とすることができ、更に、調整ブロック２３３に代えて偏心カムを利用し、その回動位置によりバネ圧を調整する機構、ニードル２１３と同軸線上でプレート２３１に連続して調整ネジを配置して、この調整ネジの回転操作によりプレート２３１の位置を変更してバネ圧を調整する機構、等が採用可能である。

更に好ましい態様では、吐出装置１５のノズル１５３によるＬＳＲの圧力をある一定の値としたときの、各スプリング２１７の押圧力の調整が自動制御される。即ち、射出シリンダー等の内圧の自動制御に連動してスプリング２１７の押圧力を自動制御する方式である。

本発明は上記のようなノズル、又は公知公用のノズルを特別の制限なく用いて、液状シリコーンゴム発泡材料を射出し、成形することができる。

本発明に用いられる射出成形装置の一実施例を示す概略断面図 液状シリコーンゴム原料へのガス混入方法に用いられる装置の回路図 ノズルの一例を示す断面図 図３の中央部縦断面図

符号の説明

１ ガス混入装置
２ ノズル
３ 金型
４ 液状シリコーンゴム原料

Claims (3)

1. ガス供給装置、液状シリコーンゴム原料供給装置、ガス導入装置、制御装置、加圧装置、分散装置及び吐出装置を有するガス混入装置を用いて、液状シリコーンゴム発泡材料を形成し、これを射出成形機ノズルに導入し、この射出成形機ノズルから前記液状シリコーンゴム発泡材料を金型のキャビティに射出充填する液状シリコーンゴムの発泡射出成形法において、
   前記制御装置がモーター及び弁を制御することによって、ピストンがシリンダー内を往復移動して吸入工程と吐出工程を行うピストンポンプを用い、該ピストンポンプの吸入工程において前記シリンダー内に０．１〜５ｋｇ／ｃｍ ^２ のガスを供給し、前記ピストンが吸入端に達して吸入行程が終了し且つ前記シリンダー内に調整された圧力のガスが充填された状態となった後で、前記シリンダー内に液状シリコーンゴム原料を供給し、該液状シリコーンゴム原料の供給の終了後に前記ピストンポンプの吐出工程を行い、前記吐出工程において前記ガス及び液状シリコーンゴム原料をバルブノズルに導入し、このバルブノズルから前記射出成形機ノズルに導入し、この射出成形機ノズルから前記液状シリコーンゴム発泡材料を金型のキャビティに射出充填することで射出成形中での発泡倍率の調整・変更が前記制御装置により制御される構成であることを特徴とする液状シリコーンゴムの発泡射出成形法。
2. ガス供給装置、液状シリコーンゴム原料供給装置、ガス導入装置、制御装置、加圧装置、分散装置及び吐出装置を有するガス混入装置を用いて、液状シリコーンゴム発泡材料を形成し、これを射出成形機ノズルに導入し、この射出成形機ノズルから前記液状シリコーンゴム発泡材料を金型のキャビティに射出充填する液状シリコーンゴムの発泡射出成形法において、
   前記制御装置がモーター及び弁を制御することによって、ピストンがシリンダー内を往復移動して吸入工程と吐出工程を行うピストンポンプを用い、該ピストンポンプの吸入工程において前記シリンダー内に０．１〜５ｋｇ／ｃｍ ^２ のガスを供給し、前記ピストンが吸入端に達して吸入行程が終了し且つ前記シリンダー内に調整された圧力のガスが充填された状態となった後で、前記シリンダー内に液状シリコーンゴム原料を供給し、該液状シリコーンゴム原料の供給の終了後に前記ピストンポンプの吐出工程を行い、前記吐出工程において前記ガス及び液状シリコーンゴム原料をバルブノズルに導入し、このバルブノズルから、ゲートの開閉動作をオープンゲート方式、空気圧・油圧式又はスプリング方式により行う射出成形機ノズルに導入し、この射出成形機ノズルから前記液状シリコーンゴム発泡材料を金型のキャビティに射出充填することで射出成形中での発泡倍率の調整・変更
   が前記制御装置により制御される構成であることを特徴とする液状シリコーンゴムの発泡射出成形法。
3. 射出成形機ノズルが、ゲートの開閉動作がスプリング方式であり、ノズルの流路の中央にニードルを配置し、このニードルの先端部をノズルのゲートに係合させると共に、該ニードルの後端大径部側にスプリングを配置して、該スプリングによる押圧力と前記流路に導入される成形用材料の圧力との差により該ニードルを移動させて前記ノズルのゲートの開閉制御を行う構成であることを特徴とする請求項２に記載の液状シリコーンゴムの発泡射出成形法。

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