JP5349403B2 - 光照射成形装置及び方法 - Google Patents

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Description

本発明は、光を透過する性質を有する一対のゴム型部に形成したキャビティ内に熱可塑性樹脂を充填し光を照射して成形品を成形する光照射成形装置及び方法に関する。
熱可塑性樹脂を用いて所定形状の成形品を得る方法としては、一般的には、射出成形、ブロー成形、押出成形、プレス成形等の種々の成形方法がある。
これに対し、例えば、特許文献1においては、成形型のキャビティ内に溶融状態の熱可塑性樹脂を充填する際に、0.78〜2μmの波長領域を含む電磁波を、成形型を介して熱可塑性樹脂に照射し、成形型を構成するゴムと熱可塑性樹脂との物性の違いにより、ゴム製の成形型に比べて、熱可塑性樹脂を積極的に加熱することが開示されている。
また、例えば、特許文献2においては、ゴム型のキャビティ内に充填した粒子状態の熱可塑性樹脂に、0.78〜2μmの波長領域を含む電磁波を照射して、この熱可塑性樹脂を加熱して溶融させ、キャビティにおいて残された空間に、溶融状態の熱可塑性樹脂を追加充填することが開示されている。
特開2007−216447号公報 特開2009−241455号公報
しかしながら、特許文献1においては、予め溶融させた熱可塑性樹脂を成形型のキャビティ内に充填するために、ペレット等の粒子状又は固形状の熱可塑性樹脂を予め溶融させるための装置が必要になる。また、特許文献2においても、溶融状態の熱可塑性樹脂を追加充填するために、同様の装置が必要になる。また、溶融状態の熱可塑性樹脂の充填を行う場合には、余分に熱可塑性樹脂を確保しておく必要があり、熱可塑性樹脂の使用量を少なくするためには十分ではない。
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、熱可塑性樹脂を予め溶融させてキャビティへ注入する装置が不要になり、少ない熱可塑性樹脂の使用量で成形品を成形することができる光照射成形装置及び方法を提供しようとするものである。
第1の発明は、光を透過する性質を有するゴム材料からなり、互いに合わさる対向側にキャビティを形成する一対のゴム型部と、
該一対のゴム型部の表面から、上記キャビティに配置した粒子状又は固形状の熱可塑性樹脂に光を照射する光照射手段と
上記一対のゴム型部に接続され、上記キャビティ内の真空引きを行う真空手段とを備えており、
該真空手段によって上記キャビティ内を吸引して該キャビティ内の圧力を上記一対のゴム型部の外部の圧力よりも低くし、上記光照射手段から照射する光によって上記キャビティに配置した上記熱可塑性樹脂を溶融させながら、上記一対のゴム型部を互いに接近させ、容積が縮小した上記キャビティに上記熱可塑性樹脂の成形品を成形するよう構成してあることを特徴とする光照射成形装置にある(請求項1)。
第2の発明は、光を透過する性質を有するゴム材料からなり、互いに合わさる対向側にキャビティを形成する一対のゴム型部と、
該一対のゴム型部の表面から、上記キャビティに配置した粒子状又は固形状の熱可塑性樹脂に光を照射する光照射手段とを用い、
該光照射手段から照射する光によって上記キャビティに配置した上記熱可塑性樹脂を溶融させながら、上記一対のゴム型部を互いに接近させ、容積が縮小した上記キャビティに上記熱可塑性樹脂の成形品を成形することを特徴とする光照射成形方法にある(請求項11)。
第1の発明の光照射成形装置は、一対のゴム型部の間に、成形する成形品よりも大きな容積のキャビティを形成しておき、粒子状又は固形状の熱可塑性樹脂を溶融させる際に、キャビティの容積を縮小させて成形品を得るものである。
本発明においては、一対のゴム型部の間のキャビティに粒子状又は固形状の熱可塑性樹脂を配置し、光照射手段によって一対のゴム型部の表面から光を照射する。このとき、光の多くはゴム型部を透過し、熱可塑性樹脂に吸収される。これにより、熱可塑性樹脂が加熱されて溶融する。このとき、一対のゴム型部を互いに接近させることにより、キャビティの容積が縮小して、溶融した熱可塑性樹脂がキャビティの全体に充填される。
こうして、容積が縮小したキャビティ内に熱可塑性樹脂の成形品を成形することができ、溶融した熱可塑性樹脂が冷やされて固化した後、一対のゴム型部を離型して成形品を取り出すことができる。
それ故、第1の発明の光照射成形装置によれば、熱可塑性樹脂を予め溶融させてキャビティへ注入する装置が不要になり、少ない熱可塑性樹脂の使用量で成形品を成形することができる。
なお、固形状の熱可塑性樹脂を用いる場合には、この固形状の熱可塑性樹脂をキャビティの一部に配置し、残部に粒子状の熱可塑性樹脂を配置することができる。
第2の発明の光照射成形方法によれば、上記光照射成形装置の発明と同様に、キャビティに注入する前に熱可塑性樹脂を予め溶融させる装置が不要になり、少ない熱可塑性樹脂の使用量で成形品を成形することができる。
実施例1における、原位置にある一対のゴム型部の間のキャビティに熱可塑性樹脂を配置した状態を、正面から見た断面で示す説明図。 実施例1における、原位置にある一対のゴム型部の間のキャビティに熱可塑性樹脂を配置した状態を、側方から見た断面で示す説明図。 実施例1における、一方側ゴム型部における吸引口及び複数の吸引ゲートの形成状態を、上方から見た状態の断面で示す説明図。 実施例1における、光の照射を受けた熱可塑性樹脂が溶融して、一対のゴム型部が若干互いに接近した状態を、正面から見た断面で示す説明図。 実施例1における、光の照射を受けた熱可塑性樹脂が溶融して、一対のゴム型部が最も接近した状態を、正面から見た断面で示す説明図。 実施例1における、成形品を正面から見た断面で示す説明図。 実施例1における、シリコーンゴムにおける光の透過率を示すグラフ。 実施例1における、他の一対のゴム型部の間のキャビティに熱可塑性樹脂を配置した状態を、側方から見た断面で示す説明図。 実施例2における、原位置にある一対のゴム型部を、正面から見た断面で示す説明図。 実施例2における、光の照射を受けた熱可塑性樹脂が溶融して、一対のゴム型部が部分的に順次接近していく状態を、正面から見た断面で示す説明図。
上述した第1、第2の発明の光照射成形装置及び方法における好ましい実施の形態につき説明する。
第1、第2の発明において、上記熱可塑性樹脂は、粒子状又は固形状のものを用いる。ここで、粒子状とは、球状、円筒状、その他粉砕品に見られる不定形状等の状態のことをいう。固形状とは、板状、棒状、線状等の状態をいう。
目的とする成形品の形状によって、粒子状、固形状の熱可塑性樹脂を適宜選択することができる。また、粒子状又は固形状の熱可塑性樹脂は、2種以上の形態のものを混合して用いることができる。
上記熱可塑性樹脂が粒子状である場合には、用いることができる熱可塑性樹脂の粒子径は、成形する成形品の厚み、すなわちキャビティの幅に依存するが、熱可塑性樹脂の粒子径は、1〜3000μmの範囲内とすることができる。熱可塑性樹脂の粒子径は、好ましくは、50〜3000μmの範囲内、更に好ましくは200〜2500μmの範囲内とすることができる。
また、熱可塑性樹脂の平均粒子径がこれらの範囲内であって、更に1〜100μmの範囲内の熱可塑性樹脂の小形粒子を含有していると、キャビティへの熱可塑性樹脂の粒子の充填に際して好ましい場合がある。粒子の嵩比重は、0.4以上が好ましく、より好ましくは0.45以上、更に好ましくは0.5以上である。
また、上記光照射手段は、0.78〜2μmの波長領域を含む光を発生させることが好ましい。この場合には、ゴム型部に比べてキャビティ内の熱可塑性樹脂に多くの光を吸収させることが容易であり、ゴム型部に比べて熱可塑性樹脂を積極的に加熱して溶融させることができる。
また、上記ゴム型部を介して上記熱可塑性樹脂に照射する光(電磁波)としては、波長が0.78〜2μmの領域の光だけでなく、これ以外の領域の光も含まれていてもよい。この場合において、ゴム型部を介して熱可塑性樹脂に照射する光は、波長が0.78〜2μmの領域の光を、これ以外の領域の光よりも多く含むことが好ましい。
また、上記成形品の成形に用いる熱可塑性樹脂(以下、単に熱可塑性樹脂ということがある。)としては、光(電磁波)を吸収し、加熱が促進されるものを用いることができる。
この熱可塑性樹脂は、熱可塑性を有する重合体を含むものであれば、特に限定されず、ABS樹脂(アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン樹脂)、ASA樹脂(アクリレート・スチレン・アクリロニトリル樹脂)、AES樹脂(アクリロニトリル・エチレン−プロピレン−ジエン・スチレン樹脂)等のゴム強化スチレン系樹脂、ポリスチレン、スチレン・アクリロニトリル共重合体、スチレン・無水マレイン酸共重合体、(メタ)アクリル酸エステル・スチレン共重合体等のスチレン系樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン等のオレフィン系樹脂、環状オレフィン樹脂、アクリル系樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、塩化ビニル系樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、フッ素樹脂、イミド系樹脂、ケトン系樹脂、スルホン系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレンオキシド、ポリビニルアルコール、ポリビニルエーテル、ポリビニルブチラール、フェノキシ樹脂、感光性樹脂、液晶ポリマー、生分解性プラスチック等が挙げられる。これらは、1種単独であるいは2種以上を組み合わせて用いることができる。
上記熱可塑性樹脂のうち、光照射成形に用いる熱可塑性樹脂として好適なものとして、ゴム強化スチレン系樹脂、オレフィン系樹脂、アクリル系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂及びポリカーボネート樹脂のアロイ、ゴム強化スチレン系樹脂及びポリカーボネート樹脂のアロイ、ゴム強化スチレン系樹脂及びポリエステル系樹脂のアロイ等が挙げられる。
さらに、上記熱可塑性樹脂は、非晶性熱可塑性樹脂であることが好ましい。
熱可塑性樹脂の冷却速度は、一対のゴム型部がゴム製であるため、金型の場合に比べて遅くなる。そのため、冷却中に熱可塑性樹脂の結晶性が高くなることがあり、これによって、成形品の寸法精度が低下したり、成形品の耐衝撃性が低下したりすることがある。これに対し、熱可塑性樹脂を非晶性熱可塑性樹脂にすることにより、上記成形品の寸法精度の低下及び耐衝撃性の低下等を防止できる場合がある。
上記熱可塑性樹脂は、目的や用途に応じて、更に、繊維状、粒子状、板状等の充填剤、メタリック顔料等の加飾剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、老化防止剤、帯電防止剤、難燃剤、耐候剤、可塑剤、滑剤、抗菌剤、親水性付与剤、淡色系着色剤等の添加剤を含有していてもよい。
また、上記一対のゴム型部は、透明又は半透明のシリコーンゴムからなることが好ましい。
この場合には、ゴム型部の作製が容易であるとともに、上記0.78〜2μmの波長領域を含む光により、ゴム型部をほとんど加熱することなく熱可塑性樹脂を選択的に加熱することができる。
また、シリコーンゴムの硬度は、JIS−A規格測定において25〜80であることが好ましい。
また、上記第1の発明においては、上記光照射成形装置は、上記真空手段によって上記キャビティ内を吸引して、上記一対のゴム型部に吸引力を発生させることにより、上記熱可塑性樹脂が溶融する際に上記一対のゴム型部が互いに接近するよう構成することが好ましい(請求項2)。
また、上記第2の発明においては、上記キャビティ内の真空引きを行う真空手段を用い、該真空手段によって上記キャビティ内の圧力を上記一対のゴム型部の外部の圧力よりも低くして、該一対のゴム型部に吸引力を発生させることにより、上記熱可塑性樹脂が溶融する際に上記一対のゴム型部を互いに接近させることが好ましい(請求項12)。
これらの場合には、真空手段によって発生させた吸引力(型締め力)によって、一対のゴム型部を互いに接近させることが容易である。また、吸引力を利用して一対のゴム型部を互いに接近させることにより、溶融した熱可塑性樹脂をキャビティの全体に容易に行き渡らせることができる。
なお、一対のゴム型部は、真空手段によって発生させる吸引力を利用する以外にも、一対のゴム型部に外力を加えて強制的に互いに接近させることもできる。
また、上記一対のゴム型部は、互いに接近させる前の原位置において、いずれか一方に設けた被嵌入凹部に対して他方に設けた嵌入凸部を嵌入し、該嵌入凸部と上記被嵌入凹部とによって上記一対のゴム型部の間に形成された分割面の全周を閉塞して構成することができる(請求項3)。
この場合には、一対のゴム型部を互いに接近させるために分割面に形成した隙間から熱可塑性樹脂が漏れ出すことを容易に防止することができる。
また、上記一対のゴム型部は、互いに接近させる前の原位置において、いずれか一方に設けたキャビティ形成凹部に対して、他方に設けたキャビティ形成凸部を配置し、上記一対のゴム型部の間に形成された分割面の全周に貼り付けられた樹脂テープによって、上記分割面の全周を閉塞して構成することもできる(請求項4)。
この場合にも、一対のゴム型部を互いに接近させるために分割面に形成した隙間から熱可塑性樹脂が漏れ出すことを容易に防止することができる。
また、上記一対のゴム型部の一方は、上記成形品の裏面を成形するキャビティ形成凸部と、該キャビティ形成凸部の全周に環状嵌入凹部を形成して突出する環状外周凸部とを設けてなり、上記一対のゴム型部の他方は、上記キャビティ形成凸部を内側に配置して上記成形品の意匠面を成形するキャビティ形成凹部と、該キャビティ形成凹部の全周縁部において突出し上記環状外周凸部の内周面に嵌入して上記環状嵌入凹部内に配置する環状内周凸部とを設けてなり、上記キャビティは、上記一対のゴム型部を互いに接近させる前の原位置において、上記キャビティ形成凸部の先端面と上記キャビティ形成凹部の底面との間、上記キャビティ形成凸部の外周面と上記環状内周凸部の内周面との間、上記環状嵌入凹部の底面と上記環状内周凸部の先端面との間に連続して形成し、上記一対のゴム型部の一方には、上記キャビティ形成凸部の先端面に開口する吸引口と、上記環状嵌入凹部の底面に開口する吸引ゲートとを形成し、上記吸引口及び上記吸引ゲートには、上記真空手段によって真空引きを行うための真空引き経路を連通させることが好ましい(請求項5)。
この場合には、一対のゴム型部の一方における環状外周凸部の内周面に対する、一対のゴム型部の他方における環状内周凸部の外周面の嵌入によって、一対のゴム型部を互いに接近させるために分割面に形成した隙間から熱可塑性樹脂が漏れ出すことを容易に防止することができる。
また、吸引口及び吸引ゲートを介してキャビティ内の真空引きを行うことにより、一対のゴム型部の間に容易に吸引力を発生させることができ、溶融した熱可塑性樹脂をキャビティの全体に容易に行き渡らせることができる。
また、吸引口には、キャビティに配置された粒子状の熱可塑性樹脂が溶融する際に、このキャビティに余剰になった溶融状態の熱可塑性樹脂を溢れ出させることもできる。
また、上記吸引口は、上記粒子状の熱可塑性樹脂を上記キャビティ内へ投入する投入口も兼ねていることが好ましい(請求項6)。
この場合には、キャビティ内に熱可塑性樹脂を配置する際には、一対のゴム型部を閉じた状態において吸引口から粒子状の熱可塑性樹脂を投入することができる。
また、上記一対のゴム型部は、上記一対のゴム型部の一方における上記環状嵌入凹部の底面と上記一対のゴム型部の他方における上記環状内周凸部の先端面とが当接するまで接近させ、上記環状嵌入凹部の底面と上記環状内周凸部の先端面との間に形成された余剰空間から、上記キャビティ形成凸部の外周面と上記環状内周凸部の内周面との間に形成された立壁空間へ上記熱可塑性樹脂を供給して、上記成形品を成形するよう構成することが好ましい(請求項7)。
この場合には、成形する成形品の寸法精度を安定させることができる。また、成形に用いる熱可塑性樹脂の余剰分を極力低減することができ、熱可塑性樹脂の使用量を少なくすることができる。
また、上記吸引ゲートは、上記吸引口よりも流路断面積が小さく、かつ、上記環状嵌入凹部の底面の環状形状における少なくとも互いに対向する辺において、上記キャビティ形成凹部の底面に対向する位置と、上記環状内周凸部に対向する位置とに開口して形成することが好ましい(請求項8)。
この場合には、吸引ゲートに粒子状の熱可塑性樹脂の目詰まりを生じ難くし、キャビティにおける端部まで熱可塑性樹脂を安定して行き渡らせることができる。
また、上記第1の発明においては、上記光照射手段は、上記一対のゴム型部の他方における外側面から光を照射するよう構成し、上記キャビティ形成凹部の側から先に上記キャビティ内に配置された上記粒子状の熱可塑性樹脂を溶融させて充填することにより、上記吸引ゲートが閉塞されることを防止して、上記キャビティの全体に上記熱可塑性樹脂が充填されるまで、上記真空手段による真空引きを継続するよう構成することができる(請求項9)。
また、上記第2の発明においては、上記光照射手段による光を、上記一対のゴム型部の他方における外側面から照射し、上記キャビティ形成凹部の側から先に上記キャビティ内に配置された上記粒子状の熱可塑性樹脂を溶融させて充填することにより、上記吸引ゲートが閉塞されることを防止して、上記キャビティの全体に上記熱可塑性樹脂が充填されるまで、上記真空手段による真空引きを継続することができる(請求項13)。
これらの場合には、吸引ゲートが閉塞されることを効果的に防止することができると共に、キャビティの全体に熱可塑性樹脂が充填されるまで、一対のゴム型部の間に吸引力を作用させておくことができる。
また、上記第1の発明においては、上記光照射手段は、上記一対のゴム型部の他方における外側面の一方側から他方側へ部分的に順次相対的に移動しながら光を照射するよう構成し、上記キャビティにおける一方側から他方側に向けて順次上記熱可塑性樹脂を充填するよう構成することもできる(請求項10)。
また、上記第2の発明においては、上記光照射手段による光を、上記一対のゴム型部の他方における外側面の一方側から他方側へ部分的に順次移動しながら照射し、上記キャビティにおける一方側から他方側に向けて順次上記熱可塑性樹脂を充填することもできる(請求項14)。
これらの場合には、キャビティ内の熱可塑性樹脂を部分的に溶融させていくことにより、キャビティの全体に熱可塑性樹脂を安定して行き渡らせることができる。
以下に、本発明の光照射成形装置及び方法に係る実施例につき、図面を参照して説明する。
(実施例1)
本例の光照射成形装置1は、図1、図2、図4に示すごとく、光Xを透過する性質を有するゴム材料からなると共に互いに合わさる対向側にキャビティ20を形成する一対のゴム型部2A、2Bと、一対のゴム型部2A、2Bの表面から、キャビティ20に配置した粒子状の熱可塑性樹脂6に光Xを照射する光照射手段4とを備えている。光照射成形装置1は、図4、図5に示すごとく、光照射手段4から照射する光Xによってキャビティ20に配置した熱可塑性樹脂6を溶融させながら、一対のゴム型部2A、2Bを互いに接近させ、容積が縮小したキャビティ20に熱可塑性樹脂6の成形品7を成形するよう構成してある。
なお、図1、図2は、一対のゴム型部2A、2Bが原位置P1にある状態で示し、図4は、一対のゴム型部2A、2Bが若干互いに接近した状態を示し、図5は、一対のゴム型部2A、2Bが最も接近した位置P2において成形品7を成形する状態を示す。
以下に、本例の光照射成形装置1及び方法につき、図1〜図8を参照して詳説する。
本例の一対のゴム型部2A、2Bは、ゴム材料としての透明又は半透明のシリコーンゴムからなる。この一対のゴム型部2A、2Bは、成形する成形品7のマスターモデル(手作りの現物等)を液状のシリコーンゴム内に配置し、このシリコーンゴムを硬化させ、硬化後のシリコーンゴムからマスターモデルを取り出して作製することができる。また、一対のゴム型部2A、2Bは、ゴム製であるため、成形後の成形品7を取り出す際の型開きを行うための分割面(パーティング面)205(図1、図2参照)を簡単にかつ任意に形成することができる。
本例においては、熱可塑性樹脂6として、非晶性熱可塑性樹脂であるとともにゴム変性熱可塑性樹脂であるABS樹脂の粒子を用いる。熱可塑性樹脂6としては、粒子径が1〜3000μmのものを用いることができる。また、本例の粒子状の熱可塑性樹脂6は、嵩比重が0.6程度の熱可塑性樹脂6の微細ペレットである。
図4に示すごとく、本例の光照射手段4は、0.78〜2μmの波長領域を含む光Xを発生させるよう構成されている。光照射手段4は、0.78〜2μmの波長領域(ほぼ近赤外線の波長領域に相当する。)を含む光Xを発するハロゲンランプを用いて構成してある。このハロゲンランプは、0.78〜2μmの波長領域内に(本例では約0.9μmに)光強度のピークを有するものを用いた。ハロゲンランプは、光源41と、光源41から発せられた光Xを集光して反射させるリフレクタ42とを用いて構成されている。
本例の光照射成形装置1は、光照射手段4によって、キャビティ20内に配置した熱可塑性樹脂6を、シリコーンゴムからなる一対のゴム型部2A、2Bに比べて、選択的に加熱して、安定した寸法精度の成形品7を成形することができるものである。
図7は、透明のシリコーンゴムと半透明のシリコーンゴムについて、横軸に波長(nm)をとり、縦軸に光Xの透過率(%)をとって、各シリコーンゴムにおける光Xの透過率を示すグラフである。同図において、各シリコーンゴムは、200〜2200(nm)の間の波長の光Xを透過させることがわかる。そのため、この波長の領域である近赤外線をシリコーンゴム製のゴム型部2A、2Bの表面に照射すると、当該近赤外線の多くを、ゴム型部2A、2Bを透過させてキャビティ2内の熱可塑性樹脂6に吸収させることができる。
図1に示すごとく、本例の光照射成形装置1は、一対のゴム型部2A、2B及び光照射手段4以外に、キャビティ20内の真空引きを行う真空手段5を備えている。真空手段5は、一対のゴム型部2A、2Bに接続するポンプであり、熱可塑性樹脂6が配置されたキャビティ20内の真空引きを行い、このキャビティ20内を真空状態にするよう構成されている。図4、図5に示すごとく、光照射成形装置1は、キャビティ20内の圧力を一対のゴム型部2A、2Bの外部の圧力よりも低くして、一対のゴム型部2A、2Bに吸引力(型締め力)Fを発生させることにより、熱可塑性樹脂6が溶融する際に一対のゴム型部2A、2Bが互いに接近するよう構成されている。
図6に示すごとく、本例の光照射成形装置1において成形する成形品7は、本体部71に対して、略垂直に又は傾斜して起立する立壁部72を形成してなるものである。本例の立壁部72は、本体部71に対する外縁部の全周から起立するものとした。これ以外にも、成形品7は、本体部71の適宜部分から立壁部72を略垂直に又は傾斜して起立させたものとすることができる。なお、後述する吸引口27に成形された成形部分73を切断して、成形品7とすることができる。
図1、図2に示すごとく、一対のゴム型部2A、2Bの一方である一方側ゴム型部2Aは、成形品7の裏面702を成形するキャビティ形成凸部21と、キャビティ形成凸部21の全周に環状嵌入凹部22を形成して突出する環状外周凸部23とを設けてなる。一対のゴム型部2A、2Bの他方である他方側ゴム型部2Bは、キャビティ形成凸部21を内側に配置して成形品7の意匠面701を成形するキャビティ形成凹部25と、キャビティ形成凹部25の全周縁部において突出し環状外周凸部23の内周面231に嵌入して環状嵌入凹部22内に配置する環状内周凸部26とを設けてなる。
本例のゴム型部2A、2Bにおける被嵌入凹部は、一方側ゴム型部2Aにおける環状嵌入凹部22及び環状外周凸部23によって形成されており、本例のゴム型部2A、2Bにおける嵌入凸部は、他方側ゴム型部2Bにおける環状内周凸部26によって形成されている。
他方側ゴム型部2Bにおける環状内周凸部26の外周面263は、一対のゴム型部2A、2Bを互いに接近させる前の原位置P1において、環状外周凸部23の内周面231に嵌入されている。一対のゴム型部2A、2Bは、互いに接近させる前後において、環状内周凸部26の外周面263と環状外周凸部23の内周面231とによって、一対のゴム型部2A、2Bの間に形成された分割面205の全周が閉塞されている。
一方側ゴム型部2Aにおける環状外周凸部23の内周面231に対する、他方側ゴム型部における環状内周凸部26の外周面263の嵌入によって、一対のゴム型部2A、2Bを互いに接近させるために分割面205に形成した隙間29から溶融した熱可塑性樹脂6Bが漏れ出すことを容易に防止することができる。
図1、図2に示すごとく、本例のキャビティ20は、一対のゴム型部2A、2Bを互いに接近させる前の原位置P1において、キャビティ形成凸部21の先端面211とキャビティ形成凹部25の底面251との間、キャビティ形成凸部21の外周面212と環状内周凸部26の内周面262との間、環状嵌入凹部22の底面221と環状内周凸部26の先端面261との間に連続して形成されている。
図4、図5に示すごとく、一対のゴム型部2A、2Bは、キャビティ20内に配置された熱可塑性樹脂6が溶融する際に、一方側ゴム型部2Aにおける環状嵌入凹部22の底面221と、他方側ゴム型部2Bにおける環状内周凸部26の先端面261とが当接するまで接近するよう構成されている。一対のゴム型部2A、2Bが互いに接近してキャビティ20内に成形品7を成形する際には、キャビティ形成凸部21とキャビティ形成凹部25との間に形成された本体空間201と、環状嵌入凹部22の底面221と環状内周凸部26の先端面261との間に形成された余剰空間203とから、キャビティ形成凸部21の外周面212と環状内周凸部26の内周面262との間に形成された立壁空間202へ熱可塑性樹脂6が供給される。なお、図4、図5において、粒子状の熱可塑性樹脂を6Aで示し、溶融した熱可塑性樹脂を6Bで示す。
図1、図2に示すごとく、一方側ゴム型部2Aには、キャビティ形成凸部21の先端面211に開口する吸引口27と、環状嵌入凹部22の底面221に開口する吸引ゲート28とが貫通形成してある。本例の吸引口27は、粒子状の熱可塑性樹脂6Aをキャビティ20内へ投入するための投入口の機能も兼ねている。また、吸引口27には、本体空間201に配置された粒子状の熱可塑性樹脂6Aが溶融する際に、この本体空間201に余剰になった溶融状態の熱可塑性樹脂6Bを溢れ出させることもできる。
本例において成形する成形品7は、上記のごとく立壁部72が本体部71の全周において略垂直又は傾斜状に起立するものである。そして、図3に示すごとく、吸引ゲート28は、環状嵌入凹部22の底面221の環状形状における四辺において、キャビティ形成凹部25の底面251に対向する位置と、環状内周凸部26に対向する位置との複数箇所に開口して形成してある。なお、図3は、一方側ゴム型部2Aにおける吸引口27及び複数の吸引ゲート28の形成状態を示す。
吸引ゲート28は、立壁部72を形成する位置に合わせて適宜形成することができる。
例えば、本体部71に対して互いに対向する辺にのみ立壁部72を形成する場合には、環状嵌入凹部22の底面221であって立壁部72を形成する一対の辺においては、キャビティ形成凹部25の底面251に対向する位置と、環状内周凸部26に対向する位置とにのみ開口して吸引ゲート28を形成し、図8に示すごとく、環状嵌入凹部22の底面221であって立壁部72を形成しない残りの一対の辺においては、キャビティ形成凹部25の底面251に対向する位置と、環状内周凸部26に対向する位置とには吸引ゲート28を形成しないことができる。この場合、環状嵌入凹部22の底面221であって立壁部72を形成しない残りの一対の辺においては、一方側ゴム型部2Aにおけるキャビティ形成凸部21の外周面212と他方側ゴム型部2Bにおける環状内周凸部26の内周面262とを接触させておき、溶融した熱可塑性樹脂6が、環状内周凸部26の先端面261と環状嵌入凹部22の底面221との間に流入しないようにすることができる。
図1、図2に示すごとく、吸引ゲート28は、吸引口27よりも流路断面積が小さく形成してあり、真空手段5によってキャビティ20内の気体(エア)を吸引する際に、キャビティ20内における粒子状の熱可塑性樹脂6Aが吸引されないよう、小さな流路断面積で形成してある。
一方側ゴム型部2Aにおいて他方側ゴム型部2Bと対向しない側には、バックアッププレート3が重ねて配置されている。そして、一方側ゴム型部2Aとバックアッププレート3との間には、真空手段5によって真空引きを行うための真空引き経路31が形成してある。真空引き経路31は、吸引口27及び複数の吸引ゲート28に連通してある。
また、図4、図5に示すごとく、本例の光照射手段4は、他方側ゴム型部2Bにおけるキャビティ形成凹部25の底面251と平行に形成された外側面206に対向して配設してある。光照射成形装置1においては、他方側ゴム型部2Bにおける外側面206に照射する光Xによって、キャビティ形成凹部25の側から先にキャビティ20内に配置された粒子状の熱可塑性樹脂6Aを溶融させる。そして、吸引ゲート28が閉塞されることを防止して、キャビティ20の全体に溶融した熱可塑性樹脂6Bが充填されるまで、真空手段5による真空引きを継続する。
図4、図5においては、吸引口27を設けた一方側ゴム型部2Aを下側にして配置した一対のゴム型部2A、2Bに対して、他方側ゴム型部2Bの上方から光照射手段4によって光Xを照射する状態を示した。これに対し、一対のゴム型部2A、2Bは、一方側ゴム型部2Aと他方側ゴム型部2Bとを水平方向に組み合わさる状態で配置し、水平方向から光Xを照射することもできる。また、他方側ゴム型部2Bを下側にして配置した一対のゴム型部2A、2Bに対して、一方側ゴム型部2Aの上方から光照射手段4によって光Xを照射することもできる。
次に、上記光照射成形装置1を用いた光照射成形方法及び本例による作用効果について説明する。
まず、樹脂配置工程として、一対のゴム型部2A、2Bの間に形成するキャビティ20内に粒子状の熱可塑性樹脂6Aを配置する。このとき、熱可塑性樹脂6Aは、一方側ゴム型部2Aに形成した吸引口(投入口)27から互いに組み合わせた状態の一対のゴム型部2A、2Bの間のキャビティ20内へ投入することができる。また、熱可塑性樹脂6Aは、開いた状態の他方側ゴム型部2Bにおけるキャビティ形成凹部25に対して配置することもできる。この場合、熱可塑性樹脂6Aを配置した状態の一対のゴム型部2A、2Bを互いに組み合わせる。
特に、固形状の熱可塑性樹脂6を用いる場合には、キャビティ形成凹部25又はキャビティ形成凸部21に対して熱可塑性樹脂6を配置した後、一対のゴム型部2A、2Bを組み合わせることができる。また、熱可塑性樹脂6は、粒子状のものと固形状のものとを組み合わせて用いることができる。
また、図1、図2に示すごとく、一対のゴム型部2A、2Bを組み合わせた状態においては、一方側ゴム型部2Aにおける環状外周凸部23の内周面231と、他方側ゴム型部2Bにおける環状内周凸部26の外周面263とによって、一対のゴム型部2A、2Bの間に形成された分割面205の全周が閉塞される。
次いで、樹脂成形工程として、図1に示すごとく、真空手段5によって真空引き経路31から吸引口27及び複数の吸引ゲート28を介してキャビティ20内の真空引きを開始する。このとき、キャビティ20において粒子状の熱可塑性樹脂6Aの間に形成された隙間から空気が吸引され、一対のゴム型部2A、2Bには、互いに接近しようとする吸引力Fが作用し、粒子状の熱可塑性樹脂6Aの粒子同士の間に圧力が加わる。
そして、図4に示すごとく、真空手段5による真空引きを継続した状態で、光照射手段4によって他方側ゴム型部2Bにおける外側面206へ0.78〜2μmの波長領域を含む光Xを照射する。このとき、光Xの多くは他方側ゴム型部2Bを透過し、キャビティ20内の熱可塑性樹脂6Aに吸収される。そして、光照射手段4に近い側に配置された他方側ゴム型部2Bにおけるキャビティ形成凹部25の底面251の近傍に位置する熱可塑性樹脂6Aが積極的に加熱され、キャビティ20内に配置された粒子状の熱可塑性樹脂6Aは、キャビティ20の本体空間201において他方側ゴム型部2Bのキャビティ形成凹部25の底面251の近傍に位置する粒子から先に溶融する。
このとき、粒子状の熱可塑性樹脂6Aの溶融によって、粒子同士の間の隙間が真空状態であることにより粒子状の熱可塑性樹脂6Aの粒子同士の間に作用していた圧力が開放され、一対のゴム型部2A、2Bに作用する吸引力Fによって、本体空間201における粒子状の熱可塑性樹脂6Aが溶融し、本体空間201の容積が減少する。これにより、本体空間201の容積が減少した分だけ一対のゴム型部2A、2Bが互いに接近する。
また、キャビティ20内の熱可塑性樹脂6Aが溶融を開始した後も、真空手段5によるキャビティ20内の真空引きを継続する。
図5に示すごとく、キャビティ20内における粒子状の熱可塑性樹脂6Aは、キャビティ20の本体空間201においてキャビティ形成凹部25の底面251の近傍に位置する粒子から先に溶融し、次いで、キャビティ形成凸部21の先端面211の近傍に位置する粒子へと順次溶融して行く。そして、キャビティ20における立壁空間202及び余剰空間203に配置された粒子状の熱可塑性樹脂6Aは、本体空間201に配置された粒子状の熱可塑性樹脂6Aの略全体が溶融するまで、溶融せずに粒子状態が維持される。これにより、吸引口27及び複数の吸引ゲート28に配置された粒子状の熱可塑性樹脂6Aの間に形成された隙間からキャビティ20における本体空間201の真空引きが継続される。
本体空間201における粒子状の熱可塑性樹脂6Aが溶融し、一対のゴム型部2A、2Bが互いに接近したときには、立壁空間202及び余剰空間203に配置された粒子状の熱可塑性樹脂6Aが溶融する。このとき、余剰空間203における溶融した熱可塑性樹脂6Bは、一対のゴム型部2A、2Bの接近によって余剰空間203の容積が減少する際に立壁空間202へと供給される。また、本体空間201において余剰となった溶融状態の熱可塑性樹脂6Bも、立壁空間202へと供給される。
こうして、立壁空間202における粒子状の熱可塑性樹脂6Aが溶融する際に、立壁空間202における熱可塑性樹脂6の不足分は、余剰空間203及び本体空間201から補充することができ、立壁空間202に成形する立壁部72の厚みが薄くなることを回避することができる。また、一対のゴム型部2A、2Bは、キャビティ20内に配置された熱可塑性樹脂6が溶融する際に、一方側ゴム型部2Aにおける環状嵌入凹部22の底面221と、他方側ゴム型部2Bにおける環状内周凸部26の先端面261とが当接するまで接近する。そして、環状嵌入凹部22の底面221と環状内周凸部26の先端面261との間には、薄いシート状(バリ状)の熱可塑性樹脂の成形品が成形される。
このように、樹脂成形工程においては、キャビティ20の全体に溶融した熱可塑性樹脂6Bが充填されるまで、真空手段5による真空引きを継続し、容積が減少したキャビティ20の全体に溶融した熱可塑性樹脂6Bを行き渡らせることができる。
次いで、樹脂冷却工程として、一対のゴム型部2A、2Bにおけるキャビティ20に溶融した熱可塑性樹脂6Bが充填された状態を維持する。このとき、溶融した熱可塑性樹脂6Bが冷やされて固化し、本体空間201に本体部71を成形すると共に立壁空間202に立壁部72を成形して、熱可塑性樹脂6の成形品7を成形することができる。
その後、成形品取出工程として、一対のゴム型部2A、2Bを離型して、成形した成形品7を取り出すことができる。
本例においては、ゴム型部2A、2Bに比べて熱可塑性樹脂6を選択的に加熱して溶融させることができ、ゴム型部2A、2Bの温度上昇を抑制して、熱可塑性樹脂6を効果的に加熱することができる。そのため、熱可塑性樹脂6の成形品7を成形する際に、ゴム型部2A、2Bの熱劣化を効果的に防止することができる。
また、キャビティ20の容積を縮小させて成形品7を成形するため、キャビティ20内へ溶融状態の熱可塑性樹脂6Bを充填する必要がない。また、熱可塑性樹脂6を予め溶融させてキャビティ20へ注入する樹脂注入ノズル等の装置が不要になる。また、キャビティ20内に配置した熱可塑性樹脂6のほぼすべてを成形品7の成形に使用することができる。
それ故、本例の光照射成形装置1及び方法によれば、熱可塑性樹脂6を予め溶融させてキャビティ20へ注入する装置が不要になり、少ない熱可塑性樹脂6の使用量で成形品7を成形することができる。
(実施例2)
本例においては、上記光照射成形装置1の構成を上記実施例1とは異なる構成にしたいくつかの例を示す。
上記一対のゴム型部2A、2Bは、上記環状外周凸部23の内周面231と上記環状内周凸部26の外周面263との嵌合によって一対のゴム型部2A、2Bの間の分割面205の全周を閉塞する以外にも、図9に示すごとく、一対のゴム型部2A、2Bの間に形成された分割面205の全周に貼り付けられた樹脂テープ35によって、分割面205の全周を閉塞する構造とすることもできる。
具体的には、一方側ゴム型部2Aに、キャビティ形成凸部210を形成すると共にその全周に環状凹部220を形成し、他方側ゴム型部2Bに、キャビティ形成凹部250を形成すると共にその全周に環状凸部260を形成する。
そして、一方側ゴム型部2Aの側面207と他方側ゴム型部2Bの側面207との間に掛け渡して貼り付けた樹脂テープ35によって、一方側ゴム型部2Aと他方側ゴム型部2Bとの間の分割面205における隙間29を塞ぐ。このとき、環状凹部220の底面と環状凸部260の先端面との間に、成形品7の成形に用いる熱可塑性樹脂6と同じ組成の熱可塑性樹脂6のスペーサ61を配置する。そして、このスペーサ61の高さを調節することによって、本体空間201の成形前の容積、すなわちキャビティ20の成形前の容積を意図する容積に設定することができる。この場合には、樹脂テープ35によって、溶融したキャビティ20内の熱可塑性樹脂6が分割面205における隙間29から外部へ漏れ出すことを防止することができる。
また、図10に示すごとく、上記光照射手段4は、他方側ゴム型部2Bにおけるキャビティ形成凹部25の底面251と平行に形成された外側面206の一方側から他方側へ、すなわち外側面206に対して、一対のゴム型部2A、2Bが合わさる合わせ方向に対して直交する方向の一方側から他方側へ、部分的に順次移動しながら光Xを照射するよう構成することができる。そして、熱可塑性樹脂6を配置したキャビティ20内を真空手段5によって真空状態にしておき、光照射手段4によって光Xを照射することにより、一対のゴム型部2A、2Bのキャビティ20における直交方向の一方側から他方側に向けて順次熱可塑性樹脂6を加熱して溶融させる。これにより、一対のゴム型部2A、2Bを直交方向の一方側から他方側に向けて順次互いに接近させ、キャビティ20の全体に熱可塑性樹脂6を充填して、成形品7を得ることができる。この場合には、キャビティ20内の粒子状の熱可塑性樹脂6Aを部分的に溶融させていくことにより、キャビティ20の全体に溶融した熱可塑性樹脂6Bを安定して行き渡らせることができる。
本例においても、光照射成形装置1のその他の構成は上記実施例1と同様であり、上記実施例1と同様の作用効果を得ることができる。
1 光照射成形装置
2A、2B ゴム型部
20 キャビティ
205 分割面
21 キャビティ形成凸部
22 環状嵌入凹部
23 環状外周凸部
25 キャビティ形成凹部
26 環状内周凸部
27 吸引口
28 吸引ゲート
3 バックアッププレート
31 真空引き経路
4 光照射手段
5 真空手段
6 熱可塑性樹脂
7 成形品
71 本体部
72 立壁部
X 光

Claims (14)

  1. 光を透過する性質を有するゴム材料からなり、互いに合わさる対向側にキャビティを形成する一対のゴム型部と、
    該一対のゴム型部の表面から、上記キャビティに配置した粒子状又は固形状の熱可塑性樹脂に光を照射する光照射手段と
    上記一対のゴム型部に接続され、上記キャビティ内の真空引きを行う真空手段とを備えており、
    該真空手段によって上記キャビティ内を吸引して該キャビティ内の圧力を上記一対のゴム型部の外部の圧力よりも低くし、上記光照射手段から照射する光によって上記キャビティに配置した上記熱可塑性樹脂を溶融させながら、上記一対のゴム型部を互いに接近させ、容積が縮小した上記キャビティに上記熱可塑性樹脂の成形品を成形するよう構成してあることを特徴とする光照射成形装置。
  2. 請求項1に記載の光照射成形装置において、該光照射成形装置は、上記真空手段によって上記キャビティ内を吸引して、上記一対のゴム型部に吸引力を発生させることにより、上記熱可塑性樹脂が溶融する際に上記一対のゴム型部が互いに接近するよう構成してあることを特徴とする光照射成形装置。
  3. 請求項1又は2に記載の光照射成形装置において、上記一対のゴム型部は、互いに接近させる前の原位置において、いずれか一方に設けた被嵌入凹部に対して他方に設けた嵌入凸部を嵌入してなり、
    該嵌入凸部と上記被嵌入凹部とによって上記一対のゴム型部の間に形成された分割面の全周が閉塞されていることを特徴とする光照射成形装置。
  4. 請求項1又は2に記載の光照射成形装置において、上記一対のゴム型部は、互いに接近させる前の原位置において、いずれか一方に設けたキャビティ形成凹部に対して、他方に設けたキャビティ形成凸部を配置してなり、
    上記一対のゴム型部の間に形成された分割面の全周に貼り付けられた樹脂テープによって、上記分割面の全周が閉塞されていることを特徴とする光照射成形装置。
  5. 請求項1又は2に記載の光照射成形装置において、上記一対のゴム型部の一方は、上記成形品の裏面を成形するキャビティ形成凸部と、該キャビティ形成凸部の全周に環状嵌入凹部を形成して突出する環状外周凸部とを設けてなり、
    上記一対のゴム型部の他方は、上記キャビティ形成凸部を内側に配置して上記成形品の意匠面を成形するキャビティ形成凹部と、該キャビティ形成凹部の全周縁部において突出し上記環状外周凸部の内周面に嵌入して上記環状嵌入凹部内に配置する環状内周凸部とを設けてなり、
    上記キャビティは、上記一対のゴム型部を互いに接近させる前の原位置において、上記キャビティ形成凸部の先端面と上記キャビティ形成凹部の底面との間、上記キャビティ形成凸部の外周面と上記環状内周凸部の内周面との間、上記環状嵌入凹部の底面と上記環状内周凸部の先端面との間に連続して形成されており、
    上記一対のゴム型部の一方には、上記キャビティ形成凸部の先端面に開口する吸引口と、上記環状嵌入凹部の底面に開口する吸引ゲートとが形成してあり、
    上記吸引口及び上記吸引ゲートには、上記真空手段によって真空引きを行うための真空引き経路が連通してあることを特徴とする光照射成形装置。
  6. 請求項5に記載の光照射成形装置において、上記吸引口は、上記粒子状の熱可塑性樹脂を上記キャビティ内へ投入するための投入口も兼ねていることを特徴とする光照射成形装置。
  7. 請求項5又は6に記載の光照射成形装置において、上記一対のゴム型部は、上記一対のゴム型部の一方における上記環状嵌入凹部の底面と上記一対のゴム型部の他方における上記環状内周凸部の先端面とが当接するまで接近させ、上記環状嵌入凹部の底面と上記環状内周凸部の先端面との間に形成された余剰空間から、上記キャビティ形成凸部の外周面と上記環状内周凸部の内周面との間に形成された立壁空間へ上記熱可塑性樹脂を供給して、上記成形品を成形するよう構成してあることを特徴とする光照射成形装置。
  8. 請求項5〜7のいずれか一項に記載の光照射成形装置において、上記吸引ゲートは、上記吸引口よりも流路断面積が小さく、かつ、上記環状嵌入凹部の底面の環状形状における少なくとも互いに対向する辺において、上記キャビティ形成凹部の底面に対向する位置と、上記環状内周凸部に対向する位置とに開口して形成してあることを特徴とする光照射成形装置。
  9. 請求項〜8のいずれか一項に記載の光照射成形装置において、上記光照射手段は、上記一対のゴム型部の他方における外側面から光を照射するよう構成してあり、
    上記キャビティ形成凹部の側から先に上記キャビティ内に配置された上記粒子状の熱可塑性樹脂を溶融させて充填することにより、上記吸引ゲートが閉塞されることを防止して、上記キャビティの全体に上記熱可塑性樹脂が充填されるまで、上記真空手段による真空引きを継続するよう構成してあることを特徴とする光照射成形装置。
  10. 請求項1〜8のいずれか一項に記載の光照射成形装置において、上記光照射手段は、上記一対のゴム型部の他方における外側面の一方側から他方側へ部分的に順次相対的に移動しながら光を照射するよう構成してあり、
    上記キャビティにおける一方側から他方側に向けて順次上記熱可塑性樹脂を充填するよう構成してあることを特徴とする光照射成形装置。
  11. 光を透過する性質を有するゴム材料からなり、互いに合わさる対向側にキャビティを形成する一対のゴム型部と、
    該一対のゴム型部の表面から、上記キャビティに配置した粒子状又は固形状の熱可塑性樹脂に光を照射する光照射手段とを用い、
    該光照射手段から照射する光によって上記キャビティに配置した上記熱可塑性樹脂を溶融させながら、上記一対のゴム型部を互いに接近させ、容積が縮小した上記キャビティに上記熱可塑性樹脂の成形品を成形することを特徴とする光照射成形方法。
  12. 請求項11に記載の光照射成形方法において、上記キャビティ内の真空引きを行う真空手段を用い、
    該真空手段によって上記キャビティ内の圧力を上記一対のゴム型部の外部の圧力よりも低くして、該一対のゴム型部に吸引力を発生させることにより、上記熱可塑性樹脂が溶融する際に上記一対のゴム型部を互いに接近させることを特徴とする光照射成形方法。
  13. 請求項12に記載の光照射成形方法において、上記光照射手段による光を、上記一対のゴム型部の他方における外側面から照射し、
    上記キャビティ形成凹部の側から先に上記キャビティ内に配置された上記粒子状の熱可塑性樹脂を溶融させて充填することにより、上記吸引ゲートが閉塞されることを防止して、上記キャビティの全体に上記熱可塑性樹脂が充填されるまで、上記真空手段による真空引きを継続することを特徴とする光照射成形方法。
  14. 請求項12に記載の光照射成形方法において、上記光照射手段による光を、上記一対のゴム型部の他方における外側面の一方側から他方側へ部分的に順次移動しながら照射し、
    上記キャビティにおける一方側から他方側に向けて順次上記熱可塑性樹脂を充填することを特徴とする光照射成形方法。
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