JP5108320B2 - 樹脂材料計量方法及び樹脂材料計量装置 - Google Patents

Description

本発明は、液体状の樹脂材料を計量し、所定の一定量の材料を得るための樹脂材料計量方法及び樹脂材料計量装置に関する。

例えば、携帯電話端末などに用いられる小型の撮影用レンズについては、コストの低減や小型化などのために、プラスチック製のレンズを用いる場合が多い。また、この種のプラスチック製の部品は、一般に射出成形装置を用いて製造されている。しかし、レンズのような小型の部品を射出成形で製造する場合、金型には製品となるキャビティ以外にも、ランナ等の他の樹脂充填部分があるため、樹脂充填部分の容積が製品の容積に対して相対的に多くなる。その結果、廃材が樹脂材料のかなりの割合を占めてしまうので無駄が多くなる。このような製造時に生じる廃材の生成を防止できる成形方法は従来より知られている。例えば、予め製品（製造する部品）の重量と同じ量の樹脂のプリフォーム（塊）を形成し、このプリフォームを、金型を用いて圧縮することにより製品を成形する。これによれば、最終製品と同じ重量の樹脂だけを金型に注入することになるので、廃材の生成を防止できる。

このような圧縮成形用のプリフォームを得るためには、製品の重量と同じ量の樹脂を正確に計量して取り出す必要がある。このような計量方法に関する従来技術として、例えば特許文献１が知られている。
特許文献１にはペレット状の油脂類を計量するための技術が開示されている。具体的には、下部がくびれたタンクの内部に貯蔵された原料（油脂類）を攪拌スクリューでタンク下方に押し出し、タンク下方の排出口から棒状に垂れ下がった原料の長さを、タンクの下方に設置された光学センサを用いて検出し、垂れ下がった原料の長さをコンピュータ（ＣＰＵ）などを用いて重量に換算し、一定重量の原料が得られる状態を把握する。そして、一定の長さの原料を排出口付近に設置されたカッターを用いて切断する。
特開平７−２８０６３３号公報

しかしながら、特許文献１の技術を採用した場合には、必ずしも高精度で原料を計量できるとは限らない。すなわち、タンク下方の排出口から棒状に垂れ下がった原料については、それ自身の重量によって形状に変形が生じ、タンク外に出ることによって温度や圧力の変化も生じるので、垂れ下がった原料の長さと、その部分の原料の重量との対応関係は複雑に変化する。従って、コンピュータを用いて検出長さから重量への換算の際に様々な補正計算を実施したとしても、精度の高い計測結果を得るのは実際上困難である。
一方、例えば携帯電話端末などに用いられる小型の撮影用レンズを製造する場合には、プリフォームの重量について、０．１ｍｇ程度の計量精度が要求されるのが実情である。従って、より高精度な計量方法の開発が望まれていた。
本発明は、小型部品にも適用できる高精度の計量が可能な樹脂材料計量方法及び樹脂材料計量装置を提供することを目的とする。

本発明に係る上記目的は、下記構成により達成される。
（１） 液体状の樹脂材料を計量して所定の一定量の材料を得るための樹脂材料計量方法であって、
上端側に吐出口を有して鉛直方向に向かって形成され内部空間の断面積が一定のシリンダと、該シリンダの内部空間に挿入されるピストンとによって構成されるシリンダピストン機構を用い、前記シリンダの内部空間に流動性を有する樹脂材料を充填した後、
前記シリンダの内部空間の断面積と前記ピストンの移動ストロークとに基づいて決定される前記樹脂材料の容積の関係から、予め規定した容積の樹脂材料に相当する前記ピストンの移動ストローク長を求め、
前記シリンダ内の樹脂材料を、前記ピストンを前記鉛直方向に前記移動ストローク長分移動させて前記吐出口から上方に向けて吐出させ、
前記吐出された樹脂材料を前記シリンダ内の樹脂材料から切断することを特徴とする樹脂材料計量方法。 この樹脂材料計量方法によれば、シリンダの吐出口から吐出される樹脂の容積が、ピストンのストロークとシリンダの断面積とに基づいて正確に把握される。すなわち、吐出口から吐出される樹脂材料の実際の量は、それをシリンダの内部空間から押し出したピストンの移動距離（ストローク）に相当するシリンダ内の容積に等しくなる。つまり、シリンダの断面積が一定であるためにピストンの移動距離に比例する値として、吐出される樹脂材料の容積を容易にかつ正確に把握できる。これにより、吐出口から吐出された樹脂材料は、所定の樹脂量として切断により分離された量が、規定の一定量と高い精度で一致するようになる。
また、この樹脂材料計量方法によれば、吐出口から上方に向けて樹脂を吐出するので、重力により樹脂材料の密度が変化する等の計量精度の影響を軽減することができる。例えば、特許文献１に開示されているように、下方に向けて原料を吐出する場合には、吐出された原料に加わる重力の影響によって、吐出された原料の太さや形状が変化したり、吐出前の原料に加わる張力により密度にばらつきが生じる可能性がある。また、下向き吐出の場合は樹脂材料が棒状となってハンドリングが面倒になる。しかし、吐出口から上方に向けて樹脂を吐出する場合には、吐出された樹脂が自重で吐出口の周囲に溜まるため、吐出された樹脂の重量によってシリンダ内の樹脂に加わる力はほとんど変化しない。従って、より高精度の計量が可能になる。また、上向きに吐出すると樹脂材料が丸くなる傾向が強くなり、切り出した樹脂材料を圧縮する等の後工程で、ハンドリング性が高められ、樹脂材料の圧縮も容易となる。
（２） （１）記載の樹脂材料計量方法であって、
前記シリンダ内の樹脂材料の圧力を検出し、該検出される圧力値が、前記樹脂材料の吐出時における高い圧力値から、吐出終了後に所定の低い圧力値に戻ったときに前記樹脂材料の切断を行うことを特徴とする樹脂材料計量方法。
この樹脂材料計量方法によれば、吐出口の近傍で実際に樹脂材料に加わっている圧力を検出し、この圧力が所定圧力に戻ったときに切断機構を用いて樹脂を切断するので、樹脂材料の粘度や樹脂材料とシリンダ内壁との摩擦などの影響を受けることなく、切断により取り出される樹脂材料、すなわちプリフォームの量を常に一定に維持できる。一般に、ピストンでシリンダ内の樹脂材料を吐出口から吐出させる際には、ピストンの押圧によって樹脂材料に圧力が加わり、樹脂材料が圧縮された状態で前記吐出口から吐出される。従って、ピストンの移動が停止した直後のタイミングでは、まだ規定量の樹脂材料が吐出口から吐出されていない可能性があり、圧力の低下を待って、樹脂材料の圧縮が解除された後に切断することで、このような問題を解消することができる。
（３） （１）又は（２）記載の樹脂材料計量方法であって、
前記シリンダの内径が、０．５ｍｍ〜５ｍｍであることを特徴とする樹脂材料計量方法。 この樹脂材料計量方法によれば、内径の小さいシリンダを用いるので、シリンダ内における樹脂の密度などのばらつきの影響による吐出量の変化が生じにくくなる。従って、より高精度の計量が可能になる。
（４） （１）〜（３）のいずれか１項記載の樹脂材料計量方法であって、
前記樹脂材料は熱可塑性ポリマーであり、前記樹脂材料をガラス転移点以上の温度に加熱した状態で吐出することを特徴とする樹脂材料計量方法。
この樹脂材料計量方法によれば、ガラス転移点以上の温度に加熱された樹脂材料を取り出すので、樹脂材料が流路途中で硬化して詰まりや滞留を引き起こすことがなく、円滑な流動性を示し、圧縮成形工程にかかる所要時間を短縮できる。また、樹脂の溶融及び固化の繰り返しによって生じる特性の劣化も防止できる。
（５） （１）〜（４）のいずれか１項記載の樹脂材料計量方法であって、
前記ピストン移動による吐出−樹脂切断毎に、前記シリンダへ樹脂材料を供給することを特徴とする樹脂材料計量方法。 この樹脂材料計量方法によれば、樹脂材料の吐出毎に樹脂材料をシリンダ内に供給するので、安定した計量が行え、測定精度が向上する。
（６） （１）〜（４）のいずれか１項記載の樹脂材料計量方法であって、
前記ピストン移動による吐出−樹脂切断動作を２回以上行った後に、前記シリンダへの樹脂材料供給を一度行うことを特徴とする樹脂材料計量方法。
この樹脂材料計量方法によれば、複数回、計量を行いつつ樹脂材料を吐出した後、シリンダへの樹脂材料の供給を纏めて１回行うので、シリンダ内の樹脂材料を複数回分の吐出量とすることができ、樹脂材料の計量サイクルを短縮できる。
（７） （１）〜（６）のいずれか１項記載の樹脂材料計量方法であって、
前記切断されて取り出される樹脂材料がプラスチックレンズ形成用のプリフォームであることを特徴とする樹脂材料計量方法。 この樹脂材料計量方法によれば、プラスチックレンズ形成用のプリフォームを取り出す場合を想定している。従って、プリフォームの容積及び重量は非常に小さく、高い計量精度が要求され、廃材を減らすことが重要となるが、これらを満足する仕様にできる。
（８） 液体状の樹脂材料を計量して所定の一定量の材料を得るための樹脂材料計量装置であって、
上端側に吐出口を有して鉛直方向に向かって形成され内部空間の断面積が一定のシリンダと、
前記シリンダの内部空間に挿入されるピストンと、
前記シリンダの内部空間に流動性を有する樹脂材料を充填する樹脂材料充填手段と、
前記シリンダの内部空間の断面積と前記ピストンの移動ストロークとに基づいて決定される前記樹脂材料の容積の関係から、予め規定した容積の樹脂材料に相当する前記ピストンの移動ストローク長を求め、前記シリンダ内の樹脂材料を、前記ピストンを前記鉛直方向に前記移動ストローク長分移動させて前記吐出口から上方に向けて吐出させる制御部と、
前記吐出された樹脂材料を前記シリンダ内の樹脂材料から切断する樹脂材料切断手段と、
を備えたことを特徴とする樹脂材料計量装置。 この樹脂材料計量装置によれば、吐出口から吐出される樹脂材料の容積が、ピストンのストロークとシリンダの横断面積とに基づいて把握される。すなわち、吐出口から吐出される樹脂材料の実際の量は、それをシリンダの内空間から押し出したピストンの移動距離（ストローク）に相当するシリンダ内の容積に等しく、シリンダの内部空間の横断面積が一定であるため、実際にはピストンの移動距離に比例する値として、吐出される樹脂材料の量を容易に把握できる。その結果、高精度の計量が実現する。
また、吐出口から上方に向けて樹脂を吐出するので、重力により樹脂材料の密度が変化する等の計量精度の影響を軽減することができる。
（９） （８）記載の樹脂材料計量装置であって、
前記シリンダ内の樹脂材料の圧力を検出する圧力センサを備え、
前記制御部が、前記圧力センサで検出される圧力値が前記樹脂材料の吐出時における高い圧力値から吐出終了後に所定の低い圧力値に戻ったときに前記樹脂材料切断手段により前記樹脂材料の切断を行うことを特徴とする樹脂材料計量装置。
この樹脂材料計量装置によれば、吐出口の近傍で実際に樹脂材料に加わっている圧力を検出し、この圧力が所定圧力に戻ったときに切断機構を用いて樹脂を切断するので、樹脂材料の圧縮が解除されずに圧縮状態のまま切断されることがなくなり、樹脂材料の粘度や樹脂材料とシリンダ内壁との摩擦などの影響を受けることなく、切断により取り出される樹脂材料の量を常に一定に維持できる。
（１０） （８）又は（９）記載の樹脂材料計量装置であって、
前記シリンダの内径が、０．５ｍｍ〜５ｍｍであることを特徴とする樹脂材料計量装置。
この樹脂材料計量装置によれば、内径の小さいシリンダを用いるので、シリンダ内における樹脂の密度などのばらつきの影響による吐出量の変化が生じにくくなる。従って、より高精度の計量が可能になる。
（１１） （８）〜（１０）のいずれか１項記載の樹脂材料計量装置であって、
前記シリンダ内の樹脂材料をガラス転移点以上の温度に加熱する加熱手段を備えたことを特徴とする樹脂材料計量装置。 この樹脂材料計量装置によれば、ガラス転移点以上の温度に加熱された樹脂材料を取り出すので、樹脂材料が流路途中で硬化して詰まりや滞留を引き起こすことがなく、円滑な流動性を示し、圧縮成形工程にかかる所要時間を短縮できる。また、樹脂の溶融及び固化の繰り返しによって生じる特性の劣化も防止できる。

本発明によれば、取り出される樹脂材料の量は、シリンダ内におけるピストンのストロークとシリンダの断面積とに基づいて正確に決定されるので、高精度な樹脂材料の計量が行える。また、シリンダ内で樹脂材料の膨張や収縮が生じる場合であっても、吐出口の樹脂材料の圧力を検出することで、取り出される樹脂材料の量（切断により分離される量）を、高精度に設定することができる。

以下に、本発明の樹脂材料計量方法及び樹脂材料計量装置に関する好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は圧縮成形用プリフォーム計量装置の一構成例を示す正面図である。
圧縮成形用プリフォーム計量装置１００は、プリプラ式射出成形機と共通する構成を有しており、本発明に係る樹脂材料計量装置が搭載されている。本実施形態においては、特に圧縮成形用のプリフォーム（一定量の樹脂の塊）を成形することを例に説明する。本実施形態においてはカメラ付き携帯電話端末等に用いられる撮影用のプラスチックレンズを製造することを想定しており、このプラスチックレンズは、例えば直径が２ｍｍ程度の非常に小型なもので、図１に示す圧縮成形用プリフォーム計量装置１００は、極めて少量材料からなるプリフォームの生成に適するように構成されている。

まず、本実施形態の圧縮成形用プリフォーム計量装置１００の構成について説明する。装置フレーム２５上には、ピストン上下動機構３、さらにその上に前記ピストンが縦向きに挿入され、樹脂を一定量、上方に向けて吐出させる樹脂吐出機構５が配置されている。樹脂吐出機構５のシリンダ１０は、下端部１０ｂから上端部１０ｃまでを上下方向（鉛直方向であって図中矢印Ａ１の方向と平行）に向かって穿設された貫通孔１０ａを有し、この貫通孔１０ａによって細長く延びる内空間が形成されている。この貫通孔（内空間）１０ａの横断面形状は円形であり、その横断面の直径及び断面積が貫通孔１０ａの全体に渡って均一になるように形成されている。ここで、貫通孔１０ａの横断面の直径は、１０ｍｍ以下が望ましく、現実的には０．５ｍｍ〜５ｍｍ程度の大きさがよい。貫通孔１０ａの横断面の直径が小さい方がより高精度の計量が可能になるが、小さすぎると１回の吐出容積が減少して計量時間が余分にかかることになる。また、貫通孔１０ａの断面積が小さすぎると、シリンダは長くなってシリンダの加工が困難となるばかりか、吐出時の樹脂圧力が高くなりすぎ、ピストンの挫屈や吐出時の樹脂圧低下に時間がかかるといった問題を生じることになる。

シリンダ１０の貫通孔１０ａには、下端部１０ｂからピストン１１の一部分が挿入される。ピストン１１は、貫通孔１０ａの内側形状と同様に、断面形状が円形の細長い形状である。シリンダ１０の横断面の直径及び断面積は、ピストン１１の直径と同等であり、ピストン１１はシリンダ１０の貫通孔１０ａを上下方向に摺動可能になっている。ピストン１１のストロークは、樹脂製品の形状精度が０．２〜０．５％、好ましくは±０．１％程度であり、ピストンの位置精度がサーボモータの精度を考慮すると約１μｍ程度となる点から、１ｍｍ以上必要とされる。

ピストン１１の基端側は、ピストン上下動機構３の支持板１６に固定され、支持板１６の上下動によってピストン１１をシリンダ１０内に摺動可能にしている。上下動機構３は、上下方向（矢印Ａ１方向）に沿って延びるガイド１７，１８を備え、支持板１６にはこれらガイド１７，１８と嵌合するガイド孔が形成されている。これらの貫通孔にガイド１７，１８が挿入された状態で支持板１６が上下動することで、ピストン１１の上下移動が実現されている。なお、支持板１６とガイド１７，１８との間には、傾きやぶれ防止のためボールベアリング等が介装される。

また、ピストン上下動機構３は、装置フレーム２５上に支持板１６及びピストン１１を矢印Ａ１方向に駆動させるためのリニアアクチュエータを備える。具体的には、駆動源として装置フレーム２５上に固設した電動モータ１９と、電動モータ１９の駆動軸に連結された図示しないギアとを有し、支持板１６に固定されたボールネジ２０が前記ギアに螺号している。従って、電動モータ１９を駆動すると、電動モータ１９に連結されたギアが回動し、これによりボールネジ２０が移動し、ボールネジ２０に連結された支持板１６も矢印Ａ１方向に上下動する。なお、電動モータ１９としては、サーボモータやステッピングモータ等が用いられる。

ピストン１１のストローク方向（支持板１６の矢印Ａ１方向）の移動に関する位置情報を検出するために、支持板１６の近傍に変位センサ２１が設けてある。変位センサ２１は、矢印Ａ１方向の、支持板１６と装置フレーム２５の図中上側の板との間の相対的な位置関係を検出する。

一方、シリンダ１０の外周面の一部には樹脂材料充填手段としての可塑化機構１２が連結してある。可塑化機構１２は、製品の原料である樹脂材料をスクリュー１２ａで撹拌しながら吐出前方へ押出し、加熱と樹脂間の摩擦熱により溶融して流動性を持った液体状の樹脂３０を生成するとともに、シリンダ１０の貫通孔１０ａへ樹脂を吐出する。貫通孔１０ａへの樹脂を吐出する際は、可塑化機構１２の内空間とシリンダ１０の貫通孔１０ａとを連通する流路１２ｂを通じて行う。流路１２ｂの途中には樹脂３０の逆流を阻止する逆止弁２６が設けてある。また、スクリュー１２ａは可塑化機構駆動部２３により駆動される。

シリンダ１０の内部には、ヒータ２８が埋設されている。このヒータ２８は、シリンダ１０の貫通孔１０ａに注入された樹脂３０を加熱し、樹脂３０の温度がガラス転移点以上に維持されるようにしている。また、シリンダ１０の外周には、断熱材７が適宜な配置場所に設けられている。また、図示は省略するが、装置フレーム２５のシリンダ１０の近傍にもヒーターが設けられるとともに、そのヒーターのシリンダ１０から離れた側には冷却水等により冷やされる構成となっている。

シリンダ１０の貫通孔１０ａと可塑化機構１２の流路１２ｂとの合流点からシリンダ１０の上端部１０ｃまでの間の吐出口１５の近傍には、貫通孔１０ａと連通する開口部が形成され、この開口部に圧力センサ１３が設置してある。圧力センサ１３は、吐出口１５の近傍における樹脂３０に加わる圧力を検出する。

また、吐出口１５の周囲には、吐出された樹脂を切断する樹脂材料切断手段としてのカッター１４が設置してある。図１に示す構成例では、カッター１４は吐出口１５の左右に配置された一対刃１４ａ、１４ｂで構成されている。これらの刃１４ａ、１４ｂはカッター駆動部２２により駆動される。カッター駆動部２２により刃１４ａ，１４ｂを駆動すると、刃１４ａ、１４ｂは互いに接近する方向及び離間する方向に駆動され、刃１４ａ、１４ｂが往復することにより、吐出口１５から吐出される樹脂３０が切断される。図１に示す構成例では、カッター１４はプレート２７の上に設置されているが、吐出後の樹脂が切断できれば、何処に配置されていても構わない。なお、カッター１４は、樹脂材料のガラス転移点Ｔｇより若干高め（Ｔｇ＋５０℃程度）に加熱してある。これは、カッター１４が常温であると、刃の部分から樹脂が固まり、切断時に樹脂材料が飛散するようになり、逆に高すぎると、カッター１４の刃に樹脂材料が貼り付いてしまうためである。

制御部２４は、図１に示す装置の各部の動作を制御する。つまり、制御部２４には、圧力センサ１３と、カッター駆動部２２と、可塑化機構駆動部２３と、変位センサ２１と、電動モータ１９とが、少なくとも接続されている。なお、制御部２４についてはマイクロプロセッサなどを内蔵した専用の制御回路で構成することもでき、汎用性のあるプログラマブルコントローラやパーソナルコンピュータを用いて構成することもできる。

ここで、図１に示す圧縮成形用プリフォーム計量装置を用いてプリフォームを生成する制御動作の具体例を図２にフローチャートで示した。また、図２のフローチャートの各段階における圧縮成形用プリフォーム計量装置の状態を図３及び図４にそれぞれ示した。なお、図２に示す各処理は、制御部２４の制御により実現される。以下に、プリフォームの生成す処理手順の各内容について説明する。

ステップＳ１では、変位センサ２１によって検出される位置情報を参照しながら電動モータ１９を駆動し、支持板１６の位置を上下方向に移動することにより、ピストン１１を初期状態として定めた所定の位置に位置決めする。

ステップＳ２では、可塑化機構１２を駆動することにより、図３（ａ）に示すように、加熱により流動状態にされた樹脂３０を可塑化機構１２の内空間から矢印Ａ３方向に押し出し、流路１２ｂを通じてシリンダ１０内の貫通孔１０ａに注入する。これと同時に、必要な体積の樹脂材料３０を注入するため、変位センサ２１によって検出される位置情報を参照しながら電動モータ１９を駆動して、ピストン１１を矢印Ａ２方向に所定距離だけ下降させる。この動作により、図３（ｂ）に示すようにシリンダ１０の貫通孔１０ａのうちピストン１１が存在しない空き領域に流動状態の樹脂材料３０が充填される。なお、この樹脂材料注入の際は、カッター１４により吐出口１５を塞いでおくことが好ましい。

ステップＳ３は、樹脂材料の注入が完了した状態を想定している。すなわち、図３（ｂ）に示すように、シリンダ１０の貫通孔１０ａの空き領域に流動状態の樹脂材料３０が満たされたことを確認し、可塑化機構１２からの樹脂材料３０の押し出しを停止するとともに、ピストン１１の移動を停止する。その後は逆止弁２６が閉じられるので、可塑化機構１２へ逆流することはない。

ステップＳ４では、電動モータ１９を駆動して、図４（ｃ）に示すように、ピストン１１を矢印Ａ４方向に移動し、シリンダ１０の貫通孔１０ａに注入された樹脂材料３０をピストン１１で押し上げる。そして、貫通孔１０ａ内に注入されている樹脂材料３０の上端が吐出開始位置、すなわち吐出口１５の位置まで押し上げて、ピストン１１の移動を一旦停止する。このとき、カッター１４は開状態としておく。また上記以外にも、樹脂材料３０を吐出口１５から少量はみ出させてからカッター１４で切断し、樹脂断面を整えてもよい。この場合、より高精度に樹脂容量の制御が可能となる。

ステップＳ５では、シリンダ１０からの樹脂材料３０の吐出を開始する前の基準位置を記憶するために、ステップＳ４が終了した時点におけるピストン１１の位置（高さ）を表す情報を変位センサ２１から入力し、ピストン位置ｈ_０として記憶する。

ステップＳ６では、電動モータ１９を駆動して、ピストン１１を矢印Ａ４方向に再び上昇させる。これにより、図４（ｄ）に示すようにシリンダ１０の内空間１０ａに注入された樹脂材料３０がピストン１１で上方に向かって押し上げられ、吐出口１５から徐々に吐出される。
なお、吐出口１５から吐出される樹脂材料３０は、シリンダ１０内部で加熱手段であるヒータ２８により、予めガラス転移点以上の温度に加熱されている。

ステップＳ７では、現在のピストン１１の位置（高さ）を表す情報を変位センサ２１から逐次入力し、現在のピストン位置ｈを把握する。そして、基準位置に対するピストン１１の移動ストロークをΔｈ（ｈ−ｈ_０）として検出する。更に、検出された移動ストロークの値を予め定めた閾値（予め定めたプリフォームの容積分に相当）と比較することにより、所定の移動ストロークに到達したか否かを識別する。検出された移動ストロークが閾値未満であれば、ステップＳ６に戻ってピストン１１の上昇を継続し、移動ストロークが閾値に到達した場合には次のステップＳ８に進む。

ステップＳ８では、電動モータ１９の駆動を停止することにより、ピストン１１の移動を停止する。ステップＳ６、Ｓ７の動作によりで吐出口１５から吐出された樹脂材料３０は、その吐出口１５の上方に溜まり、徐々に吐出口１５の周囲に堆積する。これにより、図４（ｄ）に示すように堆積した樹脂材料３０Ｂが形成される。

ステップＳ９では、切断制御のタイミングを決定するために、圧力センサ１３によって樹脂材料３０にかかる圧力を繰り返し検出し、検出された圧力値を予め定めた閾値（略常圧）と比較する。そして、検出された圧力が所定値まで減圧されたことを認識すると、次のステップＳ１０に進む。

ステップＳ１０では、カッター駆動部２２によるカッター１４の駆動によって樹脂材料３０を切断し、吐出口１５の上方に堆積した樹脂材料３０Ｂをシリンダ１０内部の樹脂材料３０から切り離す。切り離された樹脂材料３０Ｂが圧縮成形用のプリフォーム３０Ｃとして利用される。

ところで、圧力センサ１３によって検出される樹脂材料の圧力は、例えば図５に示すように変化する。すなわち、図５に示す時刻ｔ１でステップＳ６以降の処理が開示され、吐出口１５から樹脂材料３０が吐出される。そして、ピストン１１の上方への移動に伴う押圧によって、樹脂材料の圧力は徐々に増加し、ある程度大きな圧力値で安定する。この状態で吐出口１５からの樹脂材料３０の吐出が行われる。

そして、ピストン１１が所定ストロークだけ移動すると、ピストン１１の移動が停止する。従って、樹脂材料３０の吐出が終了する時刻ｔ２以降は、樹脂材料３０に加わる圧力が徐々に解放され、検出される圧力も時間の経過と共に低下する。
ピストン１１の移動を停止した後で、樹脂材料３０の圧力状態が安定すると、樹脂材料３０に加わる圧力が常圧に戻るので、検出される圧力が所定値以下に低下する。そのため、圧力が低下して安定した時刻ｔ３において、カッター１４が駆動され、堆積した樹脂材料３０Ｂが切断される。

次に、樹脂材料３０Ｂの切断時における具体的な動作例を図６に示した。
すなわち、樹脂材料３０を吐出口１５から吐出する前は、図６（ａ）に示すように吐出口１５付近には樹脂材料３０が存在せず、図２のステップＳ６以降の制御により樹脂材料３０を吐出口１５から吐出することにより、図６（ｂ）に示すように吐出口１５の位置及びその周囲に堆積した樹脂材料３０Ｂが生成される。そして、ステップＳ１０でカッター１４を駆動するときには、樹脂材料３０Ｂはガラス転移点Ｔｇ以上の温度を保持された塊状となる。そして、刃１４ａ及び刃１４ｂの双方が吐出口１５の左右からそれぞれ水平方向に移動して吐出口１５に接近し、図６（ｃ）に示すように樹脂材料３０Ｂの下側に入り込んで刃１４ａと刃１４ｂとが接触する。これにより樹脂材料３０Ｂが切断される。

上記のように、樹脂材料圧力が下がったタイミングでカッター１４を駆動して樹脂材料３０を切断することにより、抽出されるプリフォーム３０Ｃの計量精度が高くなる。すなわち、吐出口１５の近傍で樹脂材料３０に圧力が加わっていると、樹脂材料３０に圧縮力による収縮が生じて密度が変化するため、ピストン１１の移動ストロークと樹脂材料３０の吐出量（重量）との関係が一定にならない。しかし、図２に示す制御により樹脂材料３０に加えられた圧力が十分に解放された後で切断を実施することにより、抽出されるプリフォーム３０Ｃの重量とピストン１１の移動ストロークとが比例関係に維持される。つまり、プリフォーム３０Ｃの重量をピストン１１の移動ストロークに比例する値として高精度で制御できる。実際には、樹脂材料３０の密度や温度が一定であれば、貫通孔１０ａの内空間の横断面積とピストン１１の移動ストロークとの積として求められる容積と、プリフォーム３０Ｃの重量とが比例関係になる。なお、貫通孔１０ａ内の横断面積は一定なので、横断面積として定数を用いて計算することができる。

なお、圧力センサ１３を設置する位置は計量精度上重要である。すなわち、圧力センサ１３を設置する位置は、計量精度に大きな影響を及ぼすことがわかっている。図７に圧力センサを設置する位置と計量ばらつきとの関係を表すグラフを示した。
図７に示すグラフの横軸は、シリンダ１０の貫通孔１０ａの上端側に配置された圧力センサの吐出口１５からの距離であり、縦軸は各位置における計量ばらつき量を表している。図７に示すような特性例の場合には、計量ばらつきが最小になる距離αに相当する位置に、圧力センサ１３を設置すればよい。

なお、上記例では、装置をセットしてから１回目の計量動作について説明したが、二回目以降の計量動作については、ピストン１１の先端から吐出口１５まで溶融した樹脂材料３０が充填されているので、二回目以降の計量動作については前述のＳ１とＳ４のステップは不要となる。ピストン１１の移動ストロークの範囲は、図４（ｄ）に示すように、貫通孔１０ａ内における可塑化機構１２からの流路１２ｂとの合流点から吐出口１５までの間を含ませないようにすることが好ましい。流路１２ｂとの合流点より下側（吐出口側とは反対側）でピストン１１を移動させる動作とすることで、吐出口１５から流路１２ｂとの合流点までの間で樹脂材料の非充填域を発生させることなく、常に正確な流量制御で樹脂材料の連続供給が可能となる。

上述の装置の構成及び動作については、様々な変形や改良が考えられる。いくつかの変形例について以下に説明する。
前述の動作は、ピストン１１の移動による一度の吐出毎に、シリンダ１０へ樹脂材料を供給するものであったが、本処理手順においては、ピストン１１の移動により吐出動作を２回以上行った後、シリンダ１０への材料供給を一度行うようにしている。
本処理手順を図８に示した。図８に示す処理手順を行うための制御対象の装置の構成については図１に示すものと同様である。
ステップＳ２１では、電動モータ１９を駆動してシリンダ１０内でピストン１１を下降させ、シリンダ１０の貫通孔１０ａ内に可塑化機構１２から樹脂材料３０を注入する。

ステップＳ２２では、電動モータ１９を駆動してシリンダ１０内でピストン１１を上昇させる。ピストン１１の移動ストロークは、所望の吐出量となるだけの移動ストローク長とする。この動作により、貫通孔１０ａに注入されている樹脂材料３０が、ピストン１１の上昇ストロークによって計量されながら吐出口１５から吐出される。

ステップＳ２３では、吐出した樹脂材料をカッターにより切断する。これにより、１個のプリフォームが出来上がる。
ステップＳ２４では、吐出した樹脂材料の個数が所望の個数に達したか否かを判断する。１回の樹脂材料のシリンダ注入で得られるプリフォームの総数は、シリンダ１０の貫通孔１０ａ内に注入された樹脂材料の容積とプリフォーム単体の容積に応じて最大個数が決まる。ここでは、樹脂材料からなるプリフォームが所望の個数となるまでステップ２２を繰り返し行う。
この方式によれば、複数回、計量を行いつつ樹脂材料を吐出した後、シリンダ１０への樹脂材料の供給を纏めて１回行うので、シリンダ１０内の樹脂材料を複数回分の吐出量とすることができ、樹脂材料の吐出サイクルを短縮できる。また、複数回吐出を繰り返しても、ピストン１１は一方向に移動するだけであり、計量精度を損なうことなく連続吐出が可能となる。

また、樹脂材料を吐出した後のカッターによる切断前に、図２のステップＳ８以降の処理と同様に、圧力が解放された後でカッターを駆動して樹脂材料の切断を実施し、プリフォームを抽出するようにしてもよい。この場合には、正確な量のプリフォームが簡単にして得られる。

次に、図１に示したカッター１４に関する変形例について説明する。
図９は図１に示す装置に用いるカッターの変形例の構成を示す断面図で、図９（ａ）に示す変形例においては、支持板５２とそれに固定された刃５３とでカッターを構成している。また、支持板５２はプレート２７の上に、薄板状の断熱材５１を介して配置してある。このため、プレート２７の温度が上昇しても刃５３の温度上昇は抑制される。刃５３の温度は、シリンダの温度が樹脂材料のガラス転移点温度Ｔｇ＋５０℃以上であるのに対して、Ｔｇ〜Ｔｇ＋５０℃までと、相対的に低い温度に維持されることにより、樹脂材料３０の切断が確実となる。

一方、図９（ｂ）に示す変形例においては、吐出口１５を塞ぐように複数枚（図示例では３枚）の刃５３Ａを可動に設け、所謂レンズシャッター型のカッターを構成している。このようなカッターの構成では、樹脂材料の切断が最後に点状となるので、切れ口が綺麗に仕上がる。

一方、図１０に示す変形例においては、カッターの刃の代わりにレーザ光６３の照射による灰化によって樹脂材料３０を切断する場合を想定している。すなわち、図１０に示す装置においては、シリンダ１０の吐出口１５の近傍にレーザ光源（レーザ発振器）６１が設置してあり、レーザ光源６１から出射されたレーザ光６３を、プリズム６２を用いてシリンダ１０の上端部１０ｃの近傍の樹脂材料３０の位置まで導くように構成してある。この場合のレーザ光源６１としては、高出力半導体レーザ、ＹＡＧレーザ、ＣＯ_２レーザ等、適宜のものが利用可能である。

一方、図１１に示す変形例においては、刃の代わりに厚みのある板状部材１４Ｂを水平移動可能に設けてある。すなわち、プレート２７上で板状部材１４Ｂを矢印Ａ５の方向に水平に移動することにより、板状部材１４Ｂの側面（先端面）で吐出口１５上の堆積した樹脂材料３０Ｂを吐出口１５において引きちぎり、プリフォーム３０Ｃを取り出すように構成してある。この構成によれば、簡単な構造でプリフォーム３０Ｃを確実に取り出すことができる。

以上説明した各実施形態の圧縮成形用プリフォーム計量装置によって、１つずつ計量され抽出されるプリフォームは、図示しないハンドリング機構により把持されて次工程の圧縮成形工程に送られ、適宜な加工を経て製品になる。なお、プリフォームをガラス転移温度Ｔｇ以上（高くてもＴｇ＋３０℃程度）の温度を維持しつつ搬送する場合には、次工程での加熱時間が短くて済む。

ここで、圧縮成形工程における動作例を図１２に示した。この例では、３つの金型４１、４２、４３を用いてプリフォーム３０Ｃを圧縮成形する場合を想定している。
図１２（ａ）に示すように、先ず３つの金型４１、４２、４３を互いに離間させた状態で、図１の装置から抽出された１つのプリフォーム３０Ｃを金型４３内に配置された金型４１の上に投入し、プリフォーム３０Ｃを加熱する。次に、図１２（ｂ）に示すように、金型４１，４３を金型４２に向けて移動して、プリフォーム３０Ｃを金型４３内で、金型４１と金型４２との間でプレスして、製品形状に整形する。そして、加圧状態のままプリフォーム３０Ｃを冷却した後、金型４１，４２を開き、圧縮成形されたプリフォーム（製品３０Ｄ）を取り出す。これにより、所望形状の製品３０Ｄ、例えばプラスチックレンズが出来上がる。なお、プリフォーム３０Ｃ投入時の金型温度はガラス転移点Ｔｇより高くても低くても良いが、高くなっている方が、プリフォーム３０Ｃの加熱が短時間で済むため好ましい。また、冷却時にプリフォーム３０Ｃは収縮するので、この冷却に合わせてプレスを行う方が金型形状を高精度で転写できる。また、プリフォームがＴgよりもかなり高い場合は、型温をＴg程度で一定にすることもできる。

以上説明した各実施形態において、ピストン１１のストロークとシリンダ１０の内空間の横断面積とに基づいて、吐出口１５から吐出される樹脂材料の体積を把握し、ピストン１１の移動により予め規定した体積の樹脂材料を吐出口１５から上向きに吐出した後、吐出口１５の近傍に配置されたカッター１４を用いて切断し、一定量の吐出樹脂を取り出すことで、高精度に計量された圧縮成形用のプリフォームを得ることができる。
なお、上述した樹脂材料計量方法は適宜な変更が可能である。例えば、シリンダ１０内に樹脂材料を注入する際にピストン１１を固定して樹脂を注入したり、１ショット目の始めに樹脂の注入後にピストン１１を上方にストロークさせることでピストン上方を樹脂で満たすこと等が可能である。

以上のように、本発明の圧縮成形用プリフォームの計量方法及び計量装置によれば、吐出口から吐出される樹脂材料の体積又は重量を、ピストンのストロークとシリンダの断面積とに基づいて把握するので、吐出口から吐出された樹脂材料に膨張や収縮が生じたり、形状が変化したとしても、プリフォームとして取り出される樹脂材料の量（切断により分離される量）には影響がなく、高精度の計量を実施できる。また、吐出口から樹脂材料を上方に向かって吐出することにより、重力の影響により樹脂材料密度が変動して計量誤差が生じることを防止できる。

従って、例えばカメラ付き携帯電話端末などに用いられる撮影用のプラスチックレンズのように、体積や重量が非常に小さい部品を射出形成で製造する場合であっても、本発明を適用することにより、プリフォームの体積・重量を、設計通りに制御することができ、また、無駄な廃材の発生を大幅に削減できる。

圧縮成形用プリフォーム計量装置の一構成例を示す正面図である。 図１に示す圧縮成形用プリフォーム計量装置を用いてプリフォームを生成する制御動作の具体例を示すフローチャートである。 図２のフローチャートの各段階における圧縮成形用プリフォーム計量装置の状態（ａ），（ｂ）を示す断面図である。 図２のフローチャートの各段階における圧縮成形用プリフォーム計量装置の状態（ｃ），（ｄ）を示す断面図である。 圧力センサによって検出される樹脂材料の圧力の時間変化を示すグラフである。 樹脂材料の切断時における具体的な動作を示す説明図（ａ），（ｂ），（ｃ）である。 圧力センサを設置する位置と計量精度との関係を示すグラフである。 プリフォームを成形するための制御動作の変形例を示すフローチャートである。 図１に示す装置に用いるカッターの変形例の構成を示す断面図で（ａ）は断熱材を用いた例、（ｂ）はレンズシャッタ型のカッターの例を示す図である。 レーザ光の照射による灰化によって樹脂材料を切断する場合を示す説明図である。 板状部材を水平移動することで樹脂材料を引きちぎる切断方法を示す説明図（ａ），（ｂ）である。 圧縮成形工程の動作に関するそれぞれの状態（ａ），（ｂ），（ｃ）を示す説明図である。

符号の説明

１０，１０Ｂ シリンダ
１０ａ 内空間
１０ｂ 下端部
１０ｃ 上端部
１１ ピストン
１２ 可塑化機構
１２ａ スクリュー
１２ｂ 流路
１３ 圧力センサ
１４ カッター
１４ａ，１４ｂ 刃
１５ 吐出口
１６ 支持板
１７，１８ ガイド
１９ 電動モータ
２０ ボールネジ
２１ 変位センサ
２２ カッター駆動部
２３ 可塑化機構駆動部
２４ 制御部
２５ 装置フレーム
２６ 逆止弁
２７ プレート
２８ ヒータ
３０ 樹脂材料
３０Ｂ 堆積した樹脂材料
３０Ｃ プリフォーム
３０Ｄ 製品
４１，４２，４３ 金型
５１ 断熱材
５２，５５ 支持板
５３ 刃
５６ 冷却水路
６１ レーザ光源
６２ プリズム
６３ レーザ光
Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ａ５ 矢印

Claims (11)

1. 液体状の樹脂材料を計量して所定の一定量の材料を得るための樹脂材料計量方法であって、
   上端側に吐出口を有して鉛直方向に向かって形成され内部空間の断面積が一定のシリンダと、該シリンダの内部空間に挿入されるピストンとによって構成されるシリンダピストン機構を用い、前記シリンダの内部空間に流動性を有する樹脂材料を充填した後、
   前記シリンダの内部空間の断面積と前記ピストンの移動ストロークとに基づいて決定される前記樹脂材料の容積の関係から、予め規定した容積の樹脂材料に相当する前記ピストンの移動ストローク長を求め、
   前記シリンダ内の樹脂材料を、前記ピストンを前記鉛直方向に前記移動ストローク長分移動させて前記吐出口から上方に向けて吐出させ、
   前記吐出された樹脂材料を前記シリンダ内の樹脂材料から切断することを特徴とする樹脂材料計量方法。
2. 請求項１記載の樹脂材料計量方法であって、 前記シリンダ内の樹脂材料の圧力を検出し、該検出される圧力値が、前記樹脂材料の吐出時における高い圧力値から、吐出終了後に所定の低い圧力値に戻ったときに前記樹脂材料の切断を行うことを特徴とする樹脂材料計量方法。
3. 請求項１又は請求項２記載の樹脂材料計量方法であって、
   前記シリンダの内径が、０．５ｍｍ〜５ｍｍであることを特徴とする樹脂材料計量方法。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか１項記載の樹脂材料計量方法であって、
   前記樹脂材料は熱可塑性ポリマーであり、前記樹脂材料をガラス転移点以上の温度に加熱した状態で吐出することを特徴とする樹脂材料計量方法。
5. 請求項１〜請求項４のいずれか１項記載の樹脂材料計量方法であって、
   前記ピストン移動による吐出−樹脂切断毎に、前記シリンダへ樹脂材料を供給することを特徴とする樹脂材料計量方法。
6. 請求項１〜請求項４のいずれか１項記載の樹脂材料計量方法であって、
   前記ピストン移動による吐出−樹脂切断動作を２回以上行った後に、前記シリンダへの樹脂材料供給を一度行うことを特徴とする樹脂材料計量方法。
7. 請求項１〜請求項６のいずれか１項記載の樹脂材料計量方法であって、
   前記切断されて取り出される樹脂材料がプラスチックレンズ形成用のプリフォームであることを特徴とする樹脂材料計量方法。
8. 液体状の樹脂材料を計量して所定の一定量の材料を得るための樹脂材料計量装置であって、
   上端側に吐出口を有して鉛直方向に向かって形成され内部空間の断面積が一定のシリンダと、
   前記シリンダの内部空間に挿入されるピストンと、
   前記シリンダの内部空間に流動性を有する樹脂材料を充填する樹脂材料充填手段と、
   前記シリンダの内部空間の断面積と前記ピストンの移動ストロークとに基づいて決定される前記樹脂材料の容積の関係から、予め規定した容積の樹脂材料に相当する前記ピストンの移動ストローク長を求め、前記シリンダ内の樹脂材料を、前記ピストンを前記鉛直方向に前記移動ストローク長分移動させて前記吐出口から上方に向けて吐出させる制御部と、
   前記吐出された樹脂材料を前記シリンダ内の樹脂材料から切断する樹脂材料切断手段と、
   を備えたことを特徴とする樹脂材料計量装置。
9. 請求項８記載の樹脂材料計量装置であって、
   前記シリンダ内の樹脂材料の圧力を検出する圧力センサを備え、
   前記制御部が、前記圧力センサで検出される圧力値が前記樹脂材料の吐出時における高い圧力値から吐出終了後に所定の低い圧力値に戻ったときに前記樹脂材料切断手段により前記樹脂材料の切断を行うことを特徴とする樹脂材料計量装置。
10. 請求項８又は請求項９記載の樹脂材料計量装置であって、
    前記シリンダの内径が、０．５ｍｍ〜５ｍｍであることを特徴とする樹脂材料計量装置。
11. 請求項８〜請求項１０のいずれか１項記載の樹脂材料計量装置であって、
    前記シリンダ内の樹脂材料をガラス転移点以上の温度に加熱する加熱手段を備えたことを特徴とする樹脂材料計量装置。

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