JP5215428B2 - 液状樹脂材料の供給装置及び液状樹脂材料の供給方法 - Google Patents

Description

本発明は、液状樹脂材料を金型へ供給する供給技術に関する。

型締装置で型締めされた金型へ、射出装置から樹脂材料を射出することで成形品を得る、射出成形法が広く実用化されている。
射出装置に供給される樹脂材料は、樹脂ビーズ（固体）が一般的である。すなわち、樹脂ビーズが加熱筒に投入され、加熱とスクリュー回転により可塑化・混練され、流動化材料が得られる。この流動化材料が金型へ射出され、固まって成形品となる。

ところで、シリコーンゴムに代表される樹脂材料の場合は、射出装置に供給される前から液状材料の形態で、射出装置に供給され、金型内で固まる。このように、射出装置に供給される前から液状材料であるものを、「液状樹脂材料」と呼ぶことにする。

この液状樹脂材料の一例に、２液型液状樹脂材料がある。２液型液状樹脂材料は、１液が主剤であり、他の１液が硬化剤に代表される添加剤である。
主剤に硬化剤を混ぜると、硬化剤の作用により、常温では数時間〜数十時間で、又成形温度では数十秒〜数十分で所定の硬度まで硬化する。
硬化剤を使用する場合は、配管等の詰まりを避けるために、主剤に出来るだけ遅くに添加することが望まれる。

このように固まりやすい液状樹脂材料の供給技術が各種提案されている（例えば、特許文献１（図１）参照。）。

特許文献１を次図に基づいて説明する。
図１０は従来の技術の液状樹脂材料供給装置の原理図であり、主剤２０１が、ポンプ２０２により計量シリンダ２０３に圧送される。この計量シリンダ２０３で計量したのち、主剤２０１は射出装置２０４の加熱筒２０５へ供給される。また、硬化剤２０６が、ポンプ２０７により計量シリンダ２０８に圧送される。この計量シリンダ２０８で計量したのち、硬化剤２０６は射出装置２０４の加熱筒２０５へ供給される。

主剤２０１と硬化剤２０６は、加熱筒２０５でスクリュー２０９により混練され、その後に白抜き矢印２１１のように射出される。

特許文献１の技術には、次に述べるような検討事項が存在する。
射出装置２０４が必須であるため、装置費用が嵩む。
また、スクリュー２０９で混合（混練）すると、混合が不十分になる虞がある。
また、スクリュー２０９で混合（混練）すると、外の空気を巻き込む虞がある。

そこで、射出装置が不要であり、材料の十分な混合が得られ且つ材料に気泡を含ませないような液状樹脂材料の供給技術が求められる。

特許第４３７３９３２号公報

本発明は、射出装置が不要であり、材料の十分な混合が得られる液状樹脂材料の供給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、主剤に硬化剤などの添加剤を添加した液状樹脂材料を、十分に攪拌混合する撹拌混合機構と、得られた液状混合材料を圧送するポンプ機構と、送られてきた液状混合材料を一定量計量し、間欠的に金型へ供給する定量計量供給機構とからなる液状樹脂材料の供給装置であって、
前記定量計量供給機構は、前記ポンプ機構で送られる前記液状混合材料を貯えるポット部並びにこのポット部へ前記液状混合材料を導入する流入口及び前記ポット部から前記液状混合材料を排出する流出口を有する本体部と、この本体部に移動自在に取付けられるプランジャと、前記本体部に設けられ前記プランジャを前進側へ押出すプランジャ押出手段と、前記ポンプ機構と前記流入口とを結ぶ第１流路に設けられ前記第１流路を開閉する流入弁と、前記流出口と前記金型とを結ぶ第２流路に設けられ前記第２流路を開閉する流出弁とからなり、
前記流入口は、前記プランジャの軸方向に前記流出口より前記プランジャ押出手段側にオフセットした部位に設けられ、
前記プランジャには、このプランジャが最も前進した位置にあっても前記流入口から供給される前記液状混合材料を前記プランジャの先端へ導く材料流路
が設けられていることを特徴とする。

請求項２に係る発明では、材料流路は、プランジャの外周面に螺旋状に設けられた螺旋溝であることを特徴とする。

請求項３に係る発明では、第２流路は、金型を型締めする型締装置に設けられる注入口に、着脱自在に連結されることを特徴とする。

請求項４に係る発明では、プランジャとプランジャ押出手段とは、分離されている特徴とする。

請求項５に係る発明は、請求項１記載の液状樹脂材料の供給装置を用いて行う液状樹脂材料の供給方法であって、
前記流出弁を閉じ、前記流入弁を開き、前記ポンプ機構により、前記液状混合材料を送出す送出工程と、
送出される前記液状混合材料の圧力でプランジャが後退し、前記ポット部に溜まる前記液状混合材料の量が所定量に達したら前記流入弁を閉じる定量計量工程と、
次に、前記流出弁を開き、前記プランジャ押出手段で前記プランジャを前進させて、前記液状混合材料を前記金型へ供給する材料供給工程と、
からなることを特徴とする。

請求項６に係る発明は、請求項５記載の液状樹脂材料の供給方法であって、
前記プランジャと前記プランジャ押出手段とは、分離されており、
材料供給工程が完了したら、前記プランジャ押出手段を強制的に後退させることを特徴とする。

請求項１に係る発明では、主剤に硬化剤などの添加剤を添加した液状樹脂材料を、十分に攪拌混合する撹拌混合機構を備えている。結果、混合不足が解消できる。

また、定量計量供給機構は、液状混合材料を貯えるポット部並びにこのポット部へ液状混合材料を導入する流入口及びポット部から液状混合材料を排出する流出口を有する本体部と、この本体部に移動自在に取付けられるプランジャとを備え、流入口は、プランジャの軸方向に流出口よりプランジャ押出手段側にオフセットした部位に設けられ、プランジャには、このプランジャが最も前進した位置にあっても流入口から供給される液状樹脂材料をプランジャの先端へ導く材料流路が設けられている。

液状混合材料は、その一部が流入口に滞留しやすい。滞留すると材料が硬化し、清掃が必要となる。
その点、本発明では流入口付近の材料をプランジャに設けた材料通路を介してポット部へ強制的に導くようにした。このため、流入口付近の材料が流入口付近に滞留する心配はない。

このような定量計量供給機構を採用したため、予め混合した液状混合材料を定量計量供給機構から直接金型へ供給することができる。結果、射出装置が不要となる。
本発明によれば、射出装置が不要であり、材料の十分な混合が得られる液状樹脂材料の供給装置が提供される。

請求項２では、材料流路は、プランジャの外周面に螺旋状に設けられた螺旋溝である。
螺旋溝であるから、直線溝よりも流路抵抗が大きく、液状混合材料の逆流防止が図れる。

請求項３に係る発明では、第２流路は、型締装置に設けられる注入口に着脱自在に連結される。
連結はねじ連結が好適である。連結により、第２流路の先端が圧力で注入口から外れることを防止できる。

請求項４に係る発明では、プランジャとプランジャ押出手段とが分離されている。
プランジャとプランジャ押出手段とを連結した場合には、プランジャとプランジャ押出手段とを樹脂圧で押し返す必要があり、プランジャの移動に円滑さが欠け、計量精度に悪影響が出る。
本発明では、プランジャとプランジャ押出手段とが分離されているため、プランジャ押出手段を高速で後退させることができる。プランジャは単独で樹脂圧を受けるため、移動がより滑らかになり、計量精度がより向上する。

請求項５に係る発明によれば、請求項１と同様に、主剤に硬化剤などの添加剤を添加した液状樹脂材料を、十分に攪拌混合する撹拌混合機構を備えている。結果、混合不足が解消できる。加えて、予め混合した液状混合材料を定量計量供給機構から直接金型へ供給することができる。結果、射出装置が不要となる。
本発明によれば、射出装置が不要であり、材料の十分な混合が得られる液状樹脂材料の供給方法が提供される。

請求項６に係る発明によれば、請求項４と同様に、プランジャとプランジャ押出手段とが分離されているため、プランジャ押出手段を高速で後退させることができる。プランジャは単独で樹脂圧を受けるため、移動がより滑らかになり、計量精度がより向上する。

本発明に係る液状樹脂材料を用いた成形設備の原理図である。 撹拌混合機構の原理図である。 ポンプ機構の原理図である。 定量計量供給機構の原理図である。 図４の作用説明図である。 型締装置の要部断面図である。 図６の要部断面図である。 図７の作用説明図である。 本発明に係る液状樹脂材料の供給方法を説明するフロー図である。 従来の技術の液状樹脂材料供給装置の原理図である。

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。

本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１に示すように、成形設備１０は、金型１１と、この金型１１を型締めする型締装置１２と、金型１１へ液状樹脂材料を供給する供給装置２０とからなる。
この液状樹脂材料の供給装置２０は、主剤に硬化剤などの添加剤を添加した液状樹脂材料を、十分に攪拌混合する撹拌混合機構３０と、得られた液状混合材料を圧送するポンプ機構５０と、このポンプ機構５０から第１流路５１を介して送られてきた液状混合材料を一定量計量し、間欠的に第２流路６１を通じて金型１１へ供給する定量計量供給機構６０とからなる。

図２に示すように、撹拌混合機構３０は、例えば、基台３１と、この基台３１にスラスト軸受３２及びラジアル軸受３３を介して回転可能に載せられる回転台３４と、基台３１に取付られ回転台３４を回す減速機付きモータ３５と、基台３１の側方に建てられるシリンダ３６と、このシリンダ３６から上へ延びるピストンロッド３７に固定され水平に延びる横バー３８と、この横バー３８の先端から鉛直に下へ延ばすロッド３９と、このロッド３９の下端に固定される錨形状の撹拌羽根４１、４１と、ロッド３９の途中に固定される蓋４２と、この蓋４２から延ばされるフレキシブルホース４３と、このフレキシブルホース４３の先端に接続される真空ポンプ４４とからなる。真空ポンプ４４は横バー３８に載せたが、設置位置は任意である。

主剤に硬化剤などの添加剤を添加した液状樹脂材料４６が入れられている容器４７を、回転台３４に載せる。次に、撹拌羽根４１、４１が液状樹脂材料４６に没するようにして、ロッド３９を下げ、蓋４２で容器４７の上部開口を塞ぐ。蓋４２にシール材４８が付いているため、容器４７は蓋４２で密閉される。

モータ３５で回転台３４を毎秒１回転程度の速度で回す。すると、静止している回転羽根４１、４１に対して容器４７が回転し、この容器４７に液状樹脂材料４６が連れて回る。同時に、真空ポンプ４４で容器４７内を負圧（大気圧より低圧）にする。

相対回転差により、液状樹脂材料４６に、ロッド３９周りの流れに加えて上下の循環流れが発生する。このような三次元的な流れにより、主剤に添加剤が均一に混合される。
液状樹脂材料４６に含まれている気泡は、上下の循環流れにより液面４９へ押し上げられる。蓋４２と液面４９との間は、負圧であるため、気泡が液面４９から上昇し、真空ポンプ４４へ向かう。

撹拌混合機構３０は、真空撹拌混合機と呼ばれ、真空により気泡を除去し、撹拌により混合を促す。所定時間の撹拌混合（脱気を含む。）が終了したら、容器４７を次工程へ移す。十分に混合された液状樹脂材料を、以下、液状混合材料を呼ぶことにする。

移された容器４７に、ポンプ機構５０を装着する。
図３に示すように、ポンプ機構５０は、落とし蓋状の円板５２と、この円板５２の中心から立てた吸込管５３と、この吸込管５３の上端に接続されるポンプケーシング５４と、このポンプケーシング５４の上面に固定されポンプケーシング５４に内蔵されるポンプ羽根を高速で回すポンプモータ５５と、ポンプケーシング５４から横へ延びる吐出管５６とからなる。

容器４７の内容物は十分に混合された後の液状混合材料５８である。
この液状混合材料５８の上面（液面）に載せるようにして、容器４７に円板５２を上から挿入する。円板５２にはＯリングなどのシール材５９が付いており、円板５２が密に容器４７の内周面に嵌る。そして、ポンプモータ５５を始動する。液状混合材料５８が吐出管５６から吐出される。この吐出に伴って液状混合材料５８の上面が下がるが、円板５２も一緒に下がるため、円板５２の下に外気が進入する心配はなく、液状混合材料５８に空気が混入することがない。

ポンプ機構５０で圧送される液状混合材料５８は、第１流路５１を介して定量計量供給機構６０に送られる。
定量計量供給機構６０は、図４に示すように、液状混合材料を貯えるポット部６２並びにこのポット部６２へ液状混合材料を導入する流入口６３及びポット部６２から液状混合材料を排出する流出口６４を有する本体部６５と、この本体部６５に移動自在に取付けられポット部６２に溜まった液状混合材料の圧力で後退（図では上昇）するプランジャ６６と、本体部６５に設けられプランジャ６６を前進側へ押出すプランジャ押出手段６７と、第１流路５１に設けられ液状混合材料の流れを遮断又は許容する流入弁６８と、第２流路６１に設けられ液状混合材料の流れを遮断又は許容する流出弁６９とからなる。

そして、流入口６３は、プランジャ６６の軸方向に流出口６４よりプランジャ押出手段側にＬだけオフセットした部位に設けられる。
さらには、プランジャ６６には、このプランジャ６６が最も前進した位置にあっても流入口６３から供給される液状樹脂材料をプランジャ６６の先端へ導く材料流路７１が設けられている。

材料流路７１は、プランジャ６６の外周面に螺旋状に設けられた螺旋溝７２が好適である。
螺旋溝７２であるから、プランジャ６６に軸直角方向の力が加わる心配が無く、プランジャ６６と本体部６５との摺動抵抗を下げることができる。
また、螺旋溝７２であるから、直線溝よりも流路抵抗が大きく、液状混合材料の逆流防止が図れる。

プランジャ押出手段６７は、シリンダ７３と、このシリンダ７３に収納されるピストン７４と、このピストン７４から延びるピストンロッド７５とからなるエアシリンダが好適である。そして、プランジャ押出手段６７は、ブラケット７６を介して本体部６５に取付けられる。

定量計量供給機構６０の作用を次に説明する。
図４にて、流出弁６９を閉じ、流入弁６８を開けると、第１流路５１を通じて液状混合材料が流入口６３に至る。液状混合材料５８は螺旋溝７２に沿って旋回しながら下降しプランジャ６６の図面下方に溜まる。螺旋溝７２は１８０°ピッチで２条設けると、流路面積が稼げると共に、軸直角方向の力が相殺され、プランジャ６６にとって好ましい。

また、流入口６３からの液状混合材料は、全量が螺旋溝７２に流入する。そのため、液状混合材料の一部が流入口６３付近に滞留し、固化する心配はない。
さらには、螺旋溝７２であるから、直線溝よりも流路抵抗が大きく、液状混合材料が逆流しにくくなり、逆流防止が図れる。

プランジャ６６の図面下方に溜まる液状混合材料の圧力でプランジャ６６が押し上げられる。このプランジャ６６の押し上げストロークとポット部６２の内断面積との積で、液状混合材料の量が定まる。

図５（ａ）に示すように、所定の液状混合材料５８がポット部６２に溜まった時点で、計量が完了し、流入弁６８を閉じる。
ここで、プランジャ６６の後退限における流入口６３の位置は、材料流路７１に当接することが望ましい。これにより、液状混合材料５８が常に材料流路７１を通ってポット部６２に計量されるため、材料の滞留による材料硬化を確実に防止することができる。
次の材料供給では、流出弁６９を開き、プランジャ押出手段６７でプランジャ６６を前進させる。
すると、（ｂ）に示すように液状混合材料が第２流路６１へ押出される。
材料供給が完了したら、プランジャ押出手段６７を後退させる。これで、図４に戻る。

図４において、プランジャ６６とプランジャ押出手段６７とを連結することも可能である。しかしこの場合には、プランジャ６６とプランジャ押出手段６７とを樹脂圧で押し返す必要があり、プランジャ６６の移動に円滑さが欠け、計量精度に悪影響が出る。
本実施例では、プランジャ６６とプランジャ押出手段６７とが分離されているため、プランジャ押出手段６７を高速で後退させることができる。また、プランジャ６６は単独で樹脂圧を受けるため、移動がより滑らかになり、計量精度がより向上する。

次に、第２通路６１と型締装置１２と金型１１の関係を説明する。
図６に示すように、型締装置１２に、注入口７８と、この注入口７８から延びると共に分岐するランナー７９と、このランナー７９から金型１１側のキャビティ８１、８１に向かうゲート８２、８２と、これらのゲート８２、８２の各々を開閉するニードル８３、８３と、このニードル８３、８３を個々に前進させる駆動機構（図７で説明する。）とが設けられている。

また、注入口７８に、連結管８５の先端がねじ込まれる。この連結管８５の基部には予め三方弁８６が取付けられている。三方弁８６の残る２口のうち、１口に大気放出管８７が取付けられ、残る１口に第２通路６１が着脱自在に取付けられる。
レバー８８を操作することで、第２通路６１と連結管８５とのみを連通する第１形態と、連結管８５と大気放出管８７とのみを連通する第２形態とが、選択できる。

材料供給工程では第１形態を選択する。いわゆるエア抜きを実施するときには第２形態を選択することができる。
第２通路６１が三方弁８６から外れた状態で、工具掛け部８９にスパナーなどの工具を掛けて、連結管８５を注入口７８にねじ込む又は注入口７８から外す。

図７に示すように、駆動機構９０は、ニードル８３の基部を押して前進させる傾斜部９１及びニードル８３の後退動を許容するポケット部９２を含むカム面９３を有するドライバー部材９４と、このドライバー部材９４を、ニードル８３の移動方向に直交する方向へ移動させる駆動部材９５と、移動方向以外の方向へドライバー部材９４がずれることを防止するために金型１３の一面９６に設けられるガイド部材９７、９７とからなる。
駆動部材９５は、Ｌ字金具９８により、金型１３の他の面９９（一面９６と直交する面）に取付ける。

駆動部材９５は、例えば、シリンダ１０１と、このシリンダ１０１に移動自在に収納されるピストン１０２と、このピストン１０２から延びる第１ピストン軸１０３及び第２ピストン軸１０４と、２本のエアホース１０５、１０５とからなるエアシリダユニットが好適であるが、油圧シリンダ、電動シリンダであってもよい。

好ましくは、ニードル８３の基部に鍔部１０６を設け、この鍔部１０６と型締装置１２との間に圧縮コイルばね１０７を介在させ、この圧縮コイルばね１０７でニードル８３を弁開側へ付勢するようにする。

以上の構成からなる駆動機構９０の作用を次に述べる。
図７では、ニードル８３で、ゲート８２が塞がれている。次に、材料供給に備えて、駆動部材９５により、ドライバー部材９４を後退させる（矢印（１））。
図７の作用を図８に基づいて説明する。
（ａ）は、ドライバー部材９４により、ニードル８３が前進しているところの弁閉状態を示す。
（ｂ）に示すように、ドライバー部材９４を移動し（矢印（２））、ランナー７９へ液状混合材料５８を供給すると、ニードル８３は供給圧力と圧縮コイルばね１０７の付勢力との合力で、後退し、弁開状態になり、状混合材料５８がキャビティ８１へ供給される。

圧縮コイルばね１０７の作用により、液状混合材料５８の供給圧力が低い場合であっても、確実に弁開状態を得ることができ、成形作業の安定化を図ることができる。

次に、液状樹脂材料の供給方法をフロー図に基づいて説明する。
図９に示すように、液状樹脂材料を攪拌混合機構で十分に撹拌混合する（ＳＴ０１）。容器を移動し（ＳＴ０２）、この容器にポンプ機構をセットする（ＳＴ０３）。並行して第２流路の先端を型締装置に連結する（ＳＴ０４）。これで準備工程が終了する。

次に、流出弁を閉じ（ＳＴ０５）、流入弁を開き（ＳＴ０６）、ポンプ機構を運転し液状混合材料を送出する（ＳＴ０７）。この工程が送出工程となる。
送出される液状混合材料の圧力でプランジャが後退する。このプランジャが所定の位置まで後退するか、送出し時間が所定の時間に達するか、又はポット部の圧力を監視し、この圧力が所定値に達したら、計量が完了したと判断して（ＳＴ０８）、流入弁を閉じる（ＳＴ０９）。これで定量計量工程が完了した。

次に、流出弁を開き（ＳＴ１０）、プランジャ押出手段でプランジャを前進させて、液状混合材料を金型へ供給する（ＳＴ１１）。プランジャが前進限まで前進するか、又は供給時間が所定の時間に達したら材料供給工程が完了する（ＳＴ１２）。

材料供給工程が完了したら、プランジャ押出手段を強制的に後退させる（ＳＴ１３）。ＳＴ１４で、運転を続ける必要がなければ、このフローを終わり、運転を続ける必要があれば、ＳＴ０５に戻す。

尚、実施例では、液状混合材料５８として、主剤に硬化剤などの添加剤を添加した２液型液状樹脂材料を採用したが、更に着色剤等を添加した３液以上の構成としても良い。また、２液型液状樹脂材料に換えて、主剤に硬化剤が予め添加された１液型液状樹脂材料に着色剤を添加した構成としても良い。

本発明は、射出装置を用いることなく、シリコーンゴムに代表される液状樹脂材料を、金型へ注入する液状樹脂材料の供給技術に好適である。

１１…金型、１２…型締装置、２０…液状樹脂材料の供給装置、３０…撹拌混合機構、５０…ポンプ機構、５１…第１流路、５８…液体混合材料、６０…定量計測供給機構、６１…第２流路、６２…ポット部、６３…流入口、６４…流出口、６５…本体部、６６…プランジャ、６７…プランジャ押出手段、６８…流入弁、６９…流出弁、７１…材料流路、７２…螺旋溝、７８…注入口。

Claims (6)

1. 主剤に硬化剤などの添加剤を添加した液状樹脂材料を、十分に攪拌混合する撹拌混合機構と、得られた液状混合材料を圧送するポンプ機構と、送られてきた液状混合材料を一定量計量し、間欠的に金型へ供給する定量計量供給機構とからなる液状樹脂材料の供給装置であって、
   前記定量計量供給機構は、前記ポンプ機構で送られる前記液状混合材料を貯えるポット部並びにこのポット部へ前記液状混合材料を導入する流入口及び前記ポット部から前記液状混合材料を排出する流出口を有する本体部と、この本体部に移動自在に取付けられるプランジャと、前記本体部に設けられ前記プランジャを前進側へ押出すプランジャ押出手段と、前記ポンプ機構と前記流入口とを結ぶ第１流路に設けられ前記第１流路を開閉する流入弁と、前記流出口と前記金型とを結ぶ第２流路に設けられ前記第２流路を開閉する流出弁とからなり、
   前記流入口は、前記プランジャの軸方向に前記流出口より前記プランジャ押出手段側にオフセットした部位に設けられ、
   前記プランジャには、このプランジャが最も前進した位置にあっても前記流入口から供給される前記液状混合材料を前記プランジャの先端へ導く材料流路が設けられていることを特徴とする液状樹脂材料の供給装置。
2. 前記材料流路は、前記プランジャの外周面に螺旋状に設けられた螺旋溝であることを特徴とする請求項１記載の液状樹脂材料の供給装置。
3. 前記第２流路は、前記金型を型締めする型締装置に設けられる注入口に、着脱自在に連結されることを特徴とする請求項１記載の液状樹脂材料の供給装置。
4. 前記プランジャと前記プランジャ押出手段とは、分離されている特徴とする請求項１記載の液状樹脂材料の供給装置。
5. 請求項１記載の液状樹脂材料の供給装置を用いて行う液状樹脂材料の供給方法であって、
   前記流出弁を閉じ、前記流入弁を開き、前記ポンプ機構により、前記液状混合材料を送出す送出工程と、
   送出される前記液状混合材料の圧力でプランジャが後退し、前記ポット部に溜まる前記液状混合材料の量が所定量に達したら前記流入弁を閉じる定量計量工程と、
   次に、前記流出弁を開き、前記プランジャ押出手段で前記プランジャを前進させて、前記液状混合材料を前記金型へ供給する材料供給工程と、
   からなることを特徴とする液状樹脂材料の供給方法。
6. 請求項５記載の液状樹脂材料の供給方法であって、
   前記プランジャと前記プランジャ押出手段とは、分離されており、
   材料供給工程が完了したら、前記プランジャ押出手段を強制的に後退させることを特徴とする液状樹脂材料の供給方法。

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