JP4628229B2 - 液状樹脂成形射出装置の混合装置 - Google Patents

Description

本発明は、少なくとも２種類の液状樹脂を所定比率で混合し、その混合液を高温の金型の中に射出して成形する液状樹脂成形機の射出装置の改良された混合装置に関する。

液状樹脂成形は、代表的にはＬＩＭ ( LIQUID INJECTION MOLDING )と呼称され、例えば、ＬＳＲ（液状シリコーンゴム）の成形やシリコンレンズの成形に採用される。この種の成形では、常温で液状の液状樹脂、例えば主剤と硬化剤の２液性の樹脂が使用され、それらが所定の比率で混合された後に高温の金型の中に充填されて成形品になる。このような成形のための射出装置は、少なくとも２種類の液状樹脂を所定比率で供給する供給装置と、それらの液状樹脂を混合する混合装置と、混合された混合液を金型に射出あるいは注入する射出装置とを含む。液状樹脂は、金型のキャビティの中に射出されるまで常温ないしそれ以下に保たれる。

この種の射出装置は、下記の実用新案登録出願もしくは特許出願などに開示されている。例えば、実公平３−２００９２号公報（特許文献１）には、複数の原液を金型に注入する直前に混合する射出装置が開示されている。また、特開平６−６３９９２号公報（特許文献２）には、少なくとも２液をスクリュによって混合する射出装置が開示されている。また、特開２０００−６１９９２号公報（特許文献３）には、スクリュプリプラ式射出装置を基本的な構成とする射出装置が開示されている。

上記先願の射出装置に対して本願出願人は、混合をより均一に微細に行うと共に速やかに行う液状樹脂成形機の射出装置を特願２００５−１６３９３９号において提案している。

その射出装置は、図８に示されるように、少なくとも２種類の原液（液状樹脂）を所定比率で供給する供給装置１０と、供給されたそれら原液を混合する混合装置２０と、混合されたそれら原液をプランジャ射出装置５０に送るために混合装置２０とプランジャ射出装置５０とを連通する連通部材３９と、プランジャ５２の後退制御によってそれら原液の混合液を一旦射出シリンダ５１で計量した後にプランジャ５２の前進制御によってその混合液を射出するプランジャ射出装置５０とを含む。そして、混合装置２０は、供給装置１０に少なくとも２本の材料供給孔２１ｂ、２１ｃを経由して連通する混合シリンダ２１と、その大部分の側面に多数の凸状突起２２ｂを有し、かつ混合シリンダ２１のシリンダ孔２１ａの中で回転又は前後動する混合軸２２と、混合軸２２の回転を制御して混合の強さを制御する回転駆動装置３０と、混合軸２２の前後動を制御してその混合液の逆流を防止する逆流防止機構４０とを備える。

特に、この先願の特徴を含む混合装置２０は、まず少なくとも２種類の原液を上流側にある供給装置１０から供給する。供給装置１０は、従来の原液の供給装置と同じものである。この供給装置１０は、例えば材料補給装置１２と送給装置１３とを有し、前者がそれら原液を送給装置１３に補給し、後者が補給されたそれら原料を一時的に貯留した後に混合装置２０に所定の混合比率で送給する。また、混合装置２０は、材料毎に混合シリンダ２１の基部近傍に少なくとも２個の材料供給孔２１ｂ、２１ｃを備えて、それらから供給装置１０の送給装置１３に連通される。

つぎに混合装置２０の混合軸２２は、その基部側の材料供給孔２１ｂ、２１ｃに望む箇所の近傍に複条短ピッチの螺旋溝２２ｃを有している。その螺旋溝２２ｃのねじれ方向は、混合軸２２が回転したときに原液を基部側から先端側に送り出す方向に傾斜させるように形成される。したがって、それら原液は、強制的に前方に送り出されてこの近傍に滞留を発生させることはない。

また、混合軸２２は、その大部分に多数の凸状突起２２ｂを有する。その凸状突起２２ｂは、混合軸２２に沿って互いに交差するように刻設された複数条の交差螺旋溝２２ｅによって区画されるように形成される。例えば、凸状突起２２ｂは菱形形状の細かくて背の低い突起となり、その個数は１周りで８個、軸方向に２０周程度に形成される。ただし、１周りで８個の突起とは、ジグザグに４個ずつ２列で周回する、合計８個の突起を指している。したがって、それら原液は、計量の際に混合軸２２の回転によって混合される。混合軸２２が回転するとき、それら原液は隣り合う凸状突起２２ｂによっておおよそ２分割される。例えば、上記のように凸状突起２２ｂが軸２２の１周りに８個存在する場合には、１回転の間におよそ２^８回の分割が行われる。それで、原液が軸の一回転の間に凸状突起２２ｂの１周分（ジグザグな８個で２列分）送られる場合には、約２^８回の分割が上記の２０周の分の突起で行われて、結局分割は２^８×２０回にも達する膨大な数の回数行われる。この分割回数は、控えめで想定した回数であっても従来のスタティックミキサの分割回数の比ではない。こうして、原液の混合が充分に微細化されかつ均一化される。

そして、以上のように混合された混合シリンダ２１中の原液は、つぎにプランジャ射出装置５０に送られて、射出シリンダ５１で射出に必要な１ショット分の混合液が計量される。その後、プランジャ射出装置５０はつぎの射出のタイミングまで待機する。この間に、軸性駆動装置２４は逆流防止機構４０を働かせて混合軸２２を前進させて逆流防止を行う。やがて射出のタイミングに至ると、プランジャ射出装置５０はプランジャ５２を前進させて混合液を金型のキャビティの中に注入（射出）する。

射出によって金型に注入された混合液は、加熱制御された金型の熱によって反応が促進され、キャビティの形状に倣って固化して成形品になる。この反応時間の間に、逆流防止機構４０が混合軸２２を後退させて混合シリンダ２１を射出シリンダ５１に連通する。そして、つぎの計量が上記と同様に行われる。こうして、一連の成形が完了する。

一方、特開２００５−１０４０１８号公報（特許文献４）には、複数の原料を計量ポンプから所定量だけ送り出し、それら原料を複数の移送路から漸次収束しながら下流側の合流部に流し込み、更にスタティックミキサによって混合する液状射出成形材料の供給装置が開示されている。より具体的には、その供給装置は、それら原料を別々の吐出口から所定量だけ吐出すように構成された計量ポンプと、それら吐出口にそれぞれ一端部が接続され、かつ同一平面上に傾斜して下流側に収束するＶ字路を形成する移送路と、その移送路の他端部が下流側端で合流した合流部と、その合流部と連通するスタティックミキサと、混合された原料を射出成形金型にスクリュによって押出して供給する押出し部とを備える。この供給装置は、複数本の移送路から原料を供給し、Ｙ字のように移送路を漸次収束して合流部へとその原料を導く。つぎに、その合流部で合流した原料は、更にその下流のスタティックミキサによって均一に混合される。そして、その混合された原料は、押出しスクリュによって金型に供給される。

実公平３−２００９２号公報 （第１図） 特開平６−６３９９２号公報 （図１、図２） 特開２０００−６１９９２号公報 （図１） 特開２００５−１０４０１８号公報 （図３）

しかしながら、特願２００５−１６３９３９号の射出装置の混合装置は、少なくとも２種類の原液を別々の材料供給孔から混合シリンダに注入する。この場合、注入されたそれら液状樹脂の粘性が極端に違うと均一に混合されないことがある。したがって、その混合装置は、それら液状樹脂を更に速やかに微細化、及び均一にするため、なお改良の余地があった。

また、特許文献４では、複数の原液を別々の移送路から合流部で合流させる際、その入り口での原液同士の衝突は回避されているが、スタティックミキサに達するまでの間それら原液は、単なる２条の流れのままで十分に混合されないと思われる。

その上、従来公知のスタティックミキサを採用していることから、上記特許文献１、及び特許文献３と同様の問題を含んでいる。すなわち、均一な混合を行うためには、十分な長さのスタティックミキサが必要であることから、ミキサ管中に混合された原液が多く存在する。したがって、依然として混合装置の大型化、休転や材料替えのメンテナンス性が悪い問題は、解消されていない。

そこで本発明は、液状樹脂の混合を更に速やかに開始して、混合を従来以上に均一に微細に行う液状樹脂成形射出装置の混合装置を提案する。

上記の課題を解決するために、本発明の液状樹脂成形射出装置（１）の混合装置（２０）は、
少なくとも２種類の液状樹脂を所定比率で供給する供給装置（１０）と、供給されたそれら液状樹脂を混合する混合装置（２０）と、プランジャ（５２）の後退制御によって、それら液状樹脂の混合液を一旦射出シリンダ（５１）で計量した後にプランジャの前進制御によって射出するプランジャ射出装置（５０）とを含む射出装置（１）において、その混合装置（２０）は、混合シリンダ（２１）と、その大部分の側面に互いに交差するように刻設された複数条の交差螺旋溝（２２ｅ）によって区画された多数の凸状突起（２２ｂ）を有し、かつ混合シリンダ（２１）のシリンダ孔（２１ａ）の中で回転又は前後動する混合軸（２２）と、混合軸（２２）の回転を制御して混合の強さを制御する回転駆動装置（３０）と、混合軸（２２）の前後動を制御してその混合液の逆流を防止する逆流防止機構（４０）とを備えると共に、さらに、供給装置（１０）と混合シリンダ（２１）を連通する材料供給部材（６１）を含む。そして、その材料供給部材（６１）は、互いに軸心を違えて対向して供給装置（１０）からの接続配管（１９ａ、１９ｂ）に連通する少なくとも２本の材料導入孔（６１ｂ、６１ｃ）と、それら材料導入孔（６１ｂ、６１ｃ）をまとめて混合シリンダ（２１）の材料供給孔（２１ｆ）に連通する１本の合流孔（６１ａ）とを備える。

また、混合軸（２２）は、材料供給孔（２１ｆ）に望む狭い範囲にその外径を基端側に漸増したテーパ部（２２ｈ）を有すると共に、凸状突起（２２ｂ）をテーパ部（２２ｈ）の直近位置にまで備えている。

なお、上記括弧内の符号は、含まれる構成要素を図面と参照するものであり、それらを図面のものだけに限定するものではない。

本発明の液状樹脂成形射出装置の混合装置が備える材料供給部材は、供給装置からの接続配管と連通する、互いに軸心を違えて対向した少なくとも２本の材料導入孔と、それら材料導入孔をまとめて混合シリンダの材料供給孔に連通する１本の合流孔とを有する。それで、供給装置から供給された少なくとも２種類の液状樹脂は、それら材料導入孔から合流孔へ流れ込む際に相互に渦巻き絡み合って流下して混合装置の混合シリンダへと注入され、つぎに、回転される混合軸の多数の凸状突起によって速やかに混合される。したがって、それら液状樹脂は、その材料供給部材によって、混合シリンダ内で混合が開始される前にすでにある程度混合することにより、従来以上に均一に、かつ微細に混合を行うことができる。その上、その材料供給部材は、短い合流孔内に少量のある程度混合されたそれら液状樹脂が存在するだけである。また、その形状も簡単であるから滞留も少なく、そして洗浄が容易でメンテナンス性が良い。

また、本発明の混合軸は、前記材料供給孔に望む狭い範囲にその外径を基端側に漸増したテーパ部を有すると共に、前記凸状突起をそのテーパ部の直近位置にまで備えている。したがって、前記混合シリンダに注入された前記液状樹脂は、狭いテーパ部を速やかに通過して、そのテーパ部の直近にある凸状突起によって直ちに混合が開始される。その結果、混合を従来以上に速やかに開始することができる。また、そのテーパ部によってこの近傍に滞留を発生させることはない。

本発明の混合装置２０は、図１、図２、及び図３で示される。そして、本発明は、前記背景技術にて説明され、本出願人が先に出願した特願２００５−１６３９３９号の混合装置部分の改良である。その先願と同等の部材には、同じ番号が付されると共に説明が省略される。

その混合装置２０は、シリンダ孔２１ａが形成された混合シリンダ２１と、その中で回転あるいは前後動する混合軸２２と、混合軸２２を回転する回転駆動装置３０と、混合軸２２を前後に移動する軸性駆動装置２４と、を含む。そして、混合装置２０は、混合シリンダ２１の基部近傍に材料供給孔２１ｆを備えて、それから材料供給部材６１を経由して供給装置１０の送給装置１３からの接続配管１９ａ、１９ｂに連通する。このような混合シリンダ２１の外周は冷却管により冷却される。

本発明の特徴である材料供給部材６１は、図４、図５、及び図６で示されるように、供給装置１０の送給装置１３からの接続配管１９ａ、１９ｂに連通する、互いに軸心を違えて対向した少なくとも２本の材料導入孔６１ｂ、６１ｃと、それら材料導入孔６１ｂ、６１ｃをまとめて混合シリンダ２１の材料供給孔２１ｆに連通する１本の合流孔６１ａとを備える。例えば、２本の材料導入孔６１ｂ、６１ｃが形成される場合、合流孔６１ａの断面積は、材料導入孔６１ｂ、６１ｃの２本の断面積を足し合わせた面積とおおむね同じ面積であると良い。したがって、合流孔６１ａの断面積の直径Ｄ、材料導入孔６１ｂ、６１ｃの断面積の直径ｄとして、Ｄ＝１．４×ｄとする円孔が形成されると良い。また、このような材料供給部材６１は混合シリンダ２１と同様に冷却される方が良い。

この材料供給部材６１では、少なくとも２種類の原液が、それら材料導入孔６１ｂ、６１ｃから合流孔６１ａへ流れ込む際に衝突することなく相互に渦巻き、その後、合流孔中を互いに螺旋状に絡み合いながら流下して混合装置２０の混合シリンダ２１へと注入される。そして、混合軸２２の回転される多数の凸状突起によって速やかに混合される。したがって、その材料供給部材６１によって、それら原液は、混合シリンダ２１内で混合が開始される前にすでにある程度混合することにより、たとえそれら原液の粘性が極端に違う場合でも、従来以上に均一に、かつ微細に混合を行うことができる。その上、材料供給部材６１は、短い合流孔６１ａ内に少量のある程度混合されたそれら原液が存在するだけであり、形状も簡単であるから滞留も少なく、そして洗浄が容易でメンテナンス性が良い。

なお、材料供給部材６１は、上記説明された２本の導入孔に限定されるものではない。着色剤（ピグメント）が混合される場合には、その材料の供給装置と管路（図示省略）が追加され、３種類の原液に合わせて３本の材料導入孔が軸心を違えて形成される。例えば、３本の材料導入孔６１ｂ、６１ｃ、６１ｄは、図７に示すようなＴ字型に形成されても良いし、また、Ｙ字型（図示省略）に形成されても良い。なお、着色剤の量が主剤に比べて少ない場合には、材料導入孔６１ｄの径は、その他の原液（液状樹脂）の材料導入孔６１ｂ、６１ｃより小さいものでも良い。

混合軸２２は、材料供給孔２１ｆに望む狭い範囲にその外径を基端側に漸増したテーパ部２２ｈを有すると共に、互いに交差するように刻設された複数条の交差螺旋溝２２ｅによって区画された多数の凸状突起２２ｂをテーパ部２２ｈの直近位置にまで備えている。

このような混合軸２２のテーパ部２２ｈは、材料供給孔２１ｆから注入される少なくとも２種類以上の液状樹脂を供給装置１０から圧送される圧力のみで速やかにテーパ面に沿って先端側へと送り出し、そのテーパ部２２ｈの直近にある凸状突起によって直ちに混合が開始される。その結果、混合を従来以上に速やかに開始することができる。また、テーパ部２２ｈの形状により、原液が速やかに先端側に送り出されることから、材料供給孔２１ｆより基端側での原液の滞留は発生しない。

本発明の液状樹脂成形射出装置の混合装置によれば、原液の混合がより速やかに開始される。その結果、均一に微細化されて混合比率も安定化する。それで、本発明の液状樹脂成形射出装置の混合装置は、混合される原液の混合比率や粘性の違いに起因する混合の組み合わせの制約を大幅に緩和して、液状樹脂成形機による成形の可能性をより広範囲にする。したがって、２液の組み合わせの可能性が従来以上に自由に選択可能となり、このことがこの種の原液の開発を多いに進展させる。

本発明の液状樹脂成形射出装置を断面で示す立面図である。 本発明の液状樹脂成形射出装置の混合装置を上方から見た図であって、特にその混合装置、及び材料供給部材の全体を示す平面図である。 本発明の液状樹脂成形射出装置の混合装置の主要部分、及び材料供給部材を拡大して示す断面図である。 本発明の材料供給部材の図５におけるIV−IV線断面図である。 本発明の材料供給部材の材料導入孔の図４におけるＶ−Ｖ線断面図である。 本発明の材料供給部材の材料導入孔の図４を右側面から見た平面図である。 ３本の材料導入孔を有する場合の本発明の材料供給部材の材料導入孔の図５に相当する断面図である。 特願２００５−１６３９３９号の射出装置を断面で示す立面図である。

符号の説明

１ 液状樹脂成形射出装置
１０ 供給装置
１９ａ 接続配管
１９ｂ 接続配管
２０ 混合装置
２１ 混合シリンダ
２１ａ 混合シリンダのシリンダ孔
２１ｆ 材料供給孔
２２ 混合軸
２２ｂ 凸状突起
２２ｈ テーパ部
２２ｅ 交差螺旋溝
４０ 逆流防止機構
３０ 回転駆動装置
５０ プランジャ射出装置
５１ 射出シリンダ
５２ プランジャ
６１ 材料供給部材
６１ａ 合流孔
６１ｂ 材料導入孔
６１ｃ 材料導入孔

Claims (2)

1. 少なくとも２種類の液状樹脂を所定比率で供給する供給装置と、供給された該液状樹脂を混合する混合装置と、プランジャの後退制御によって該液状樹脂の混合液を一旦射出シリンダで計量した後に該プランジャの前進制御によって射出するプランジャ射出装置とを含むと共に、前記混合装置に、混合シリンダと、その大部分の側面に互いに交差するように刻設された複数条の交差螺旋溝によって区画された多数の凸状突起を有し、かつ該混合シリンダのシリンダ孔の中で回転又は前後動する混合軸と、該混合軸の回転を制御して混合の強さを制御する回転駆動装置と、該混合軸の前後動を制御して前記混合液の逆流を防止する逆流防止機構とを備えた液状樹脂成形射出装置において、
   前記供給装置からの接続配管に連通する互いに軸心を違えて対向した少なくとも２本の材料導入孔と、該材料導入孔をまとめて前記混合シリンダの材料供給孔に連通する１本の合流孔とを含む材料供給部材を備えることを特徴とする液状樹脂成形射出装置の混合装置。
2. 前記混合軸は、前記材料供給孔に望む狭い範囲にその外径を基端側に漸増したテーパ部を有すると共に、前記凸状突起を該テーパ部の直近位置にまで備えていることを特徴とする請求項１記載の液状樹脂成形射出装置の混合装置。
   
   

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