JP5484209B2

JP5484209B2 - トランスファー成型方法とトランスファー成型装置

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Publication number: JP5484209B2
Application number: JP2010135638A
Authority: JP
Inventors: 晋二角陸; 龍馬村瀬; 信久川西
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2010-06-15
Filing date: 2010-06-15
Publication date: 2014-05-07
Anticipated expiration: 2030-06-15
Also published as: CN102328377B; JP2012000794A; CN102328377A

Description

本発明は、液状熱硬化性樹脂のトランスファー成型装置に関するものである。

液状熱硬化性樹脂のトランスファー成型プロセスを図７（ａ）〜（ｆ）に示す。
図７（ａ）では、トランスファー成型装置が第１金型１と第２金型２とで構成されている。適正な温度に制御された金型のポット３０に、ディスペンサー３１等を用いて液状熱硬化性樹脂３２を供給する。このときプランジャー３３は後退した位置に配置されている。樹脂供給完了後にディスペンサー３３を金型外に移動させ、図７（ｂ）では、金型を閉じ、金型に高圧をかける。

その後に図７（ｃ）では、プランジャー３３を前進させ、樹脂に一定圧力を加えた図７（ｄ）の状態で保持して樹脂を硬化させる。なお、プランジャー３３はポット３０内を摺動するためにポット内径に対して適正なクリアランスを有している。

樹脂硬化が完了した後に図７（ｅ）では、プランジャー３３を後退させ、金型を開き、図７（ｆ）のようにハンド３４によって成型物３５を取り出す。
この樹脂成形プロセスにおいて、図７（ｃ）でプランジャー３３を前進させて樹脂に一定圧力を加える際には、まだ液状樹脂の硬化が進行しておらず低粘度の状態にある。例えば、図８に示す２液性シリコーン樹脂（信越化学工業（株）ＬＰＳ−３４１２など）を供給樹脂に使用した場合には、１２０℃で温調された金型に供給した時点では、粘度が２Ｐａ・ｓｅｃ以下で、水に近い状態になっている。

図９に示すように、供給樹脂はキャビティ３６内で硬化反応を起こすが、プランジャー３３を前進させ、樹脂に一定圧を加えるタイミング（時間：１０秒付近）では、樹脂はほとんど硬化反応が進行していないため、樹脂がプランジャー３３とポット３０の間に周り込み硬化する。

このようにプランジャー３３とポット３０の間に流れ込み硬化した樹脂は圧縮されているため、プランジャー３３の摺動に対して大きな抵抗となる。また、樹脂の周り込み量はショット毎増加するため、ショット毎に必要な成型圧が大きくなり、成型物３５の寸法がばらついたり、圧力不足による気泡が成型物３５に発生したりする。

この周り込み樹脂によるプランジャーの摺動抵抗の変化を防止するために、図１０（ａ）（ｂ）に示す特許文献１などが提案されている。
この特許文献１では、プランジャー３３の先端部に溝３６ａ，３６ｂを備え、溝３６ａにフッ素樹脂等からなるパッキン３７を備え、プランジャー３３とポット３０の間に周り込む樹脂の流れをパッキン３７で止め、プランジャー３３の摺動抵抗の変動を防止している。

特開２００６−３５１９６９号

しかしながら、パッキン３７の上部で硬化した樹脂の密度が高く、プランジャー３３に大きな摺動抵抗が加わり、成型時に大きなプランジャー起動力が必要になる。
また、プランジャー壁面に付着硬化した樹脂、およびパッキン表面の磨耗が激しく、この磨耗粉が成型物に混入する問題がある。

また、頻繁なパッキン３７の交換が必要となり、金型温度を下げでのプランジャー３３の取り外し、取り付けの作業が余儀なくされ、長時間のメンテナンスが必要である。
本発明はプランジャーの部分に流れ込み硬化した樹脂を自動的に除去して、プランジャー摺動抵抗の発生や成型物へのパッキン表面の磨耗粉の混入を防止できるトランスファー成型装置を提供することを目的とする。

本発明のトランスファー成型方法は、第１金型と第２金型とで構成したキャビティの内のポットに液状熱硬化性樹脂を配置し、プランジャーにて液状熱硬化性樹脂を加圧して成形するに際し、前記キャビティに連通した円筒小径部と、円筒小径部の前記キャビティとは反対側に連通して形成され前記円筒小径部よりも大径の円筒空隙部を有する前記ポットの内部で、前記キャビティの側の端部の外周に長手方向に間隔を空けて複数の溝が形成された前記プランジャーを移動させて液状熱硬化性樹脂を加圧するとともに、複数の前記溝の少なくとも一つの溝が前記円筒空隙部に位置する状態で、前記円筒空隙部に流体供給口から圧縮流体を供給して前記プランジャーに付着した樹脂を除去し、前記プランジャーから除去された樹脂滓を、前記円筒空隙部と前記流体供給口の接続個所に対して、前記キャビティとは反対側の位置で前記円筒空隙部に連通する流体排出口から圧縮流体とともに排出することを特徴とする。

また、本発明のトランスファー成型装置は、第１金型と第２金型とで構成したキャビティの内のポットに配置した液状熱硬化性樹脂を、前記ポットの内部を移動するプランジャーにて加圧するトランスファー成型装置において、前記ポットは、前記キャビティに連通した円筒小径部と、円筒小径部の前記キャビティとは反対側に連通して形成され前記円筒小径部よりも大径の円筒空隙部を有し、前記プランジャーの前記キャビティの側の端部の外周に、前記プランジャーの長手方向に間隔を空けて複数の溝が形成されており、複数の前記溝の少なくとも一つの溝が前記円筒空隙部に位置する状態で、前記円筒空隙部に圧縮流体を供給する流体供給口を設け、前記円筒空隙部と前記流体供給口の接続個所に対して、前記キャビティとは反対側の位置で前記円筒空隙部に連通して前記円筒空隙部の空気を排出する流体排出口を設けたことを特徴とする。

この構成によると、プランジャーの部分に流れ込み硬化した樹脂を自動的に除去して、プランジャー摺動抵抗の発生や成型物へのパッキン表面の磨耗粉の混入を防止できる。

本発明の実施の形態の液状熱硬化性樹脂のトランスファー成型装置の構成図同実施の形態の可動側金型の要部切り欠き斜視図とその要部の拡大図同実施の形態のピースの拡大斜視図同実施の形態の成形完了後のプランジャーの動きを示す断面図同実施の形態のプランジャーの動きと圧縮空気の噴射のタイミングチャート図同実施の形態の成形完了後の樹脂カス除去の工程図一般的な液状熱硬化性樹脂のトランスファー成型工程図２液性シリコーン樹脂の各温度における粘度データ２液性シリコーン樹脂の硬化データ従来例の構成図

本発明の液状熱硬化性樹脂成型方法を、図１〜図６に示す具体的な実施の形態に基づいて説明する。
この液状熱硬化性樹脂成型金型は、図示しない型開閉装置の固定側プレートに取り付く第１金型としての固定側金型１と、前記型開閉装置の可動側に取り付く第２金型としての可動側金型２を有している。固定側金型１と可動側金型２との間に成型物を形成するための空隙部であるキャビティ３が形成されている。

可動側金型２のキャビティ３には、供給された樹脂を溜めるポット４が形成されている。ポット４内には可動可能なプランジャー５が内接されている。プランジャー５には、プランジャー駆動部としてのエアーシリンダ６が接続されている。エアーシリンダ６への圧縮エアーの供給により、プランジャー５の前後進の動作が可能である。またプランジャー５の押し圧は、エアーシリンダ６への圧縮エアーの圧力の調整により、調整される。

キャビティ３に連通した円筒小径部４ａを有するポット４には、円筒小径部４ａの前記キャビティ３とは反対側に連通して円筒小径部４ａよりも大径の円筒空隙部１５が形成されている。

プランジャー５の先端部の外周には、プランジャー５の長手方向に間隔を空けて複数の溝、ここでは溝１１ａ，１１ｂが形成されており、円筒空隙部１５は、プランジャー５が図１に示すように後退した位置において、少なくとも２本目の溝１１ｂが円筒空隙部１５に連通するように形成されている。

なお、溝１１ａ，１１ｂの型締め方向の長さは、円筒空隙部１５の半径と円筒小径部４ａの半径との差の長さよりも小さい。また、溝１１ａ，１１ｂの型締め方向と垂直な方向の深さは、円筒空隙部１５の半径と円筒小径部４ａの半径との差の長さよりも小さい。

プランジャー５に形成された溝１１ｂよりも下側のプランジャー５の外周には、溝１０が形成されている。具体的には、溝１０は、プランジャー５の軸心を中心に延長された螺旋形状であって、溝１０の頂点の径は、溝１１ａ，１１ｂが形成されているプランジャー５の先端部の外周と同径またはほぼ同径である。溝１０の頂点と底部との間の深さは、溝１１ａ，１１ｂから離れてエアーシリンダ６に近づくに伴って徐々に浅くなっている。

可動側金型２は、型締め方向に第１，第２，第３のブロック２ａ，２ｂ，２ｃで構成されており、第１のブロック２ａには、キャビティ３の一部と、ポット４の円筒小径部４ａと、円筒空隙部１５が形成される凹部２ｄが形成されている。凹部２ｄには図３に示すピース１６を挿入してプランジャー５との間に円筒空隙部１５が形成されている。

ピース１６は、プランジャー５が挿通する貫通孔が中心に形成された鍔部１７とこの鍔部１７よりも外径が小さい整流部１８を有している。整流部１８には、流体供給口としてのエアー供給口７から第１のブロック２ａの凹部２ｄに供給された圧縮空気１９を、プランジャー５の軸心から偏芯した位置に向けて噴出するように、エアー供給口７からプランジャー５の周面に向かう圧縮流体の流路をプランジャー５の周方向に分割する複数のフィン９，９，・・・が形成されている。

第２のブロック２ｂには、第１のブロック２ａの凹部２ｄに連通してプランジャー５が挿通される貫通孔２０が形成されており、貫通孔２０の直径は第１のブロック２ａの円筒小径部４ａと同径またはほぼ同径である。プランジャー５が図１に示すように後退した位置において、プランジャー５の外周に形成されている溝１０の一部が位置している。また、第２のブロック２ｂには貫通孔２０に連通する流体排出口としてのエアー排出口８が形成されている。

このように構成された液状熱硬化性樹脂成型金型のエアー供給口７とエアー排出口８に対して、図１に示すようにエアー供給口７には圧縮エアー源１２が接続され、エアー排出口８には集塵装置１３を介して吸引装置１４が接続されている。

可動側金型２が固定側金型１に押し付けられて型閉じして成型物を形成する際には、ポット４の内部で、プランジャー５を移動させて液状熱硬化性樹脂を加圧する。このキャビティ３での成型完了後、エアー供給口７から円筒空隙部１５に、図５のタイミングチャートに示すようにエアーを流しながら、エアーシリンダ６のエアー供給ポートの切換えにより、図４（ａ）に示すようにプランジャー５が後退した状態と図４（ｂ）に示すようにプランジャー５が前進した状態に少なくとも１回以上、プランジャー５を前後進させる。

プランジャー５に付着する樹脂の状態を図６（ａ）〜（ｅ）に示す。
成型時には、プランジャー５の先端部の１本目の溝１１ａに樹脂が満杯に入り込み、溝１１ａ内の樹脂内圧が上がり、プランジャー５は調芯され、プランジャー５とポット４との間の隙間が均一になる。粘性流体が隙間を流れる際の流量は隙間の厚みの二乗に比例するため、隙間が均一になることにより、偏りが有った場合に対して、プランジャー５の側面に流れ込む樹脂量は１／４程になる。

更に、２本目以降の溝１１ｂが設けられている。この溝が無い場合には、第１のブロック２ａとプランジャー５との摺動部分の始端から、第１のブロック２ａとプランジャー５との間の僅かな隙間に、樹脂が流れ込む長さは長くなるが、この実施の形態のように２本目以降の溝１１ｂが設けたことによって、第１のブロック２ａとプランジャー５との間の隙間の容積を、溝が無い場合の第１のブロック２ａとプランジャー５との隙間の容積の数百倍の容積にできるため、第１のブロック２ａとプランジャー５との摺動部分の始端から流れ込む樹脂の長さを極端に短くできる。

材料や、温度等の条件にもよるが、本実施の形態では、プランジャー５の１本目の溝１１ａと２本目の溝１１ｂには樹脂が付着しており、溝１１ａと溝１１ｂの樹脂滓２１は図６（ａ）に示すように繋がっている。

成型完了後、図６（ｂ）に示すようにプランジャー５を、プランジャー５の１本目の溝がポットの内径が小さい円筒小径部４ａに嵌まり込んだ位置でかつ、プランジャー５の２本目の溝１１ｂが円筒空隙部１５に露出した位置となるように、プランジャー５を型開き方向に後退させる。

この配置では、溝１１ｂが円筒小径部４ａに嵌まり込んでいたそれまでの状態では圧縮されていた樹脂が、プランジャー５が後退して溝１１ｂが円筒空隙部１５に露出することによって、溝１１ｂで圧縮されていた樹脂が開放され、溝１１ｂに付着した環状の樹脂の外径は、円筒小径部４ａの内径よりも広がる。

次に、図６（ｃ）から図６（ｄ）に示すように、プランジャー５がポット４の中を、型締め方向へ前進すると、円筒空隙部１５と円筒小径部４ａの径の違いによって発生している段部２２に樹脂滓２１が引っかかり、溝１１ａと溝１１ｂに付着した樹脂滓２１が、溝１１ａ，１１ｂの間で分離される。この現象はポット４の先端部に溝が３本以上ある場合には、２本目以降の溝においても同様に発生して、ポット４の先端の複数の溝に付着した樹脂が、溝の間で分離される。

このようにして分断された樹脂は、段部２２および溝１１ｂに付着し、図６（ｅ）に示すように、プランジャー５を後退させたタイミングに、円筒空隙部１５に、さらにエアー供給口７から圧縮空気を流すことにより剥離され、圧縮空気と共に流され、溝１０の中を流れて、エアー排出口８から集塵装置１３に搬送され、吸引装置１４に捕捉される。

ポット４と内接するプランジャーの隣接する溝部間の型締め方向の長さが、ポット４の２段円筒形状の段部（円筒空隙部１５の半径と円筒小径部の半径との差）の長さ以上であった場合は、分断された樹脂の長さが、エアー供給口７に設けられたポット４の２段円筒形状の段部２２の長さ（円筒空隙部１５の内径と円筒小径部４ａの内径との差の１／２）よりも長くなり、この円筒空隙部１５の型開き方向の端部の溝に、樹脂が詰る可能性が発生する。溝１１ａ，１１ｂの間の型締め方向の長さは、円筒空隙部１５の型締め方向の長さよりも短くすることが望ましい。

同様に、溝１１ａ，１１ｂの深さが、ポット４の２段円筒形状の段部（円筒空隙部１５の半径と円筒小径部の半径との差）の量以上であった場合には、分断された樹脂の長さがエアー供給口に設けられた円筒空隙部とプランジャー表面の隙間よりも長くなり、この円筒空隙部１５に樹脂が詰る可能性が発生する。このために、溝部１１の深さは、段部２２の量以下にすることが望ましい。

さらに、プランジャー５の軸中心よりプランジャー５の半径の１／３以上偏芯した位置に向けて、エアー供給口７より圧縮空気を噴出することにより、円筒空隙部１５の周囲に供給されたエアーはプランジャー５の周りを回転する。

これにより、プランジャー５の周りには渦流が発生し、エアーの流速が増大し、プランジャー５に付着した樹脂が剥離しやすくなる。エアー排出口８の方向はエアーの流れをスムーズにするために、エアー供給口７に対して逆方向にプランジャー５の軸中心よりプランジャー５の半径の１／３以上離すことが望ましい。

エアー供給口７には圧縮エアー源１２が接続され、エアー排出口８には樹脂カスを集めるための集塵装置１３が接続されている。集塵装置１３の先に吸引装置１４を接続すると、エアー供給口７とエアー排出口８との間の圧力差が大きくなり、エアー流速が増大し、樹脂カスの剥離性能が増大する。圧縮エアーの供給圧が充分に高く、集塵装置１３と金型との距離が近い場合は、吸引装置１４が無くても良い。また、吸引装置１４の吸引力が充分に大きい場合は、エアー供給口７に圧縮エアー源１２を接続せずに大気開放しても良い。

また、上記のようにエアー供給口７からの圧縮空気をピース１６に形成されたフィン９の間からプランジャー５に噴射することで、プランジャー５の周りを流れるエアーを均一に回し、かつ高速に流すことが可能になる。

また、上記のようにエアーの供給位置の後方、すなわち溝１１ａ，１１ｂの後方において、螺旋形状の溝１０を設けることにより、エアーの回転力を更に上げることが可能となり、エアー流路末端でのエアー流速の低下を防止できる。溝１０の溝深さをエアー供給口７からエアー排出口８に向かう方向で徐々に浅くすることにより、エアー流路面積が狭くなりエアー流路末端でのエアー流速の低下を更に抑制できる。

なお、フィン９と螺旋形状の溝１０による実施品におけるプランジャー５の周りを流れるエアーの流速増大の効果を解析するために、比較のために次の比較品１と比較品２におけるプランジャー５の周りを流れるエアーの流れを観察した。

・実施品フィン９＋螺旋形状の溝１０を設けたモデル
・比較品１
フィン９を設けず（プランジャー５の中心に向かって圧縮空気を噴射）
＋螺旋形状の溝１０を設けたモデル
・比較品２
フィン９を設け＋溝１０の形状が螺旋形状でない場合
その結果、フィン９及び螺旋形状の溝１０によりそれぞれプランジャー５の周りを流れるエアーの流速が増大し、プランジャー５及びポット４に付着した樹脂カスを剥離する能力が増大していることが判明した。

なお、溝１０の形状は螺旋形状の場合が最も良好な結果を確認できたが、螺旋していない直線状の溝を、エアー供給口７とエアー排出口８の配列方向に沿うようプランジャー５の周面に形成した場合であっても、溝１０を形成しなかった場合に比べて、剥離した樹脂滓とエアーの良好な流れを確認した。

また、上記の実施の形態では圧縮流体として圧縮空気を使用したが、Ｎ２などの各種の不活性ガスを圧縮流体として使用することもできる。
なお、上記の実施の形態では液状熱硬化性樹脂のトランスファー成型装置の場合を例に挙げて説明したが、タブレット状樹脂をポット４に供給し、このタブレット状樹脂を溶融し、溶融された樹脂をプランジャー５でキャビティ３に押し出すトランスファー成型にも同様に適用できる。

本発明は液状熱硬化性樹脂をプランジャーによってキャビティに圧入する各種の樹脂成形の高性能化に寄与する。

１固定側金型（第１金型）
２可動側金型（第２金型）
２ａ，２ｂ，２ｃ第１，第２，第３ブロック
２ｄブロック２ａの凹部
３キャビティ
４ポット
５プランジャー
６エアーシリンダ
７エアー供給口（流体供給口）
８エアー排出口（流体排出口）
９フィン
１０螺旋形状の溝
１１ａ，１１ｂプランジャー５の先端部の溝
１２圧縮エアー源
１３集塵装置
１４吸引装置
１５円筒空隙部
１６ピース
１７鍔部
１８整流部
１９圧縮空気（圧縮流体）
２０貫通孔
２１樹脂
２２段部

Claims

第１金型と第２金型とで構成したキャビティの内のポットに液状熱硬化性樹脂を配置し、プランジャーにて液状熱硬化性樹脂を加圧して成形するに際し、
前記キャビティに連通した円筒小径部と、円筒小径部の前記キャビティとは反対側に連通して形成され前記円筒小径部よりも大径の円筒空隙部を有する前記ポットの内部で、前記キャビティの側の端部の外周に長手方向に間隔を空けて複数の溝が形成された前記プランジャーを移動させて液状熱硬化性樹脂を加圧するとともに、
複数の前記溝の少なくとも一つの溝が前記円筒空隙部に位置する状態で、前記円筒空隙部に流体供給口から圧縮流体を供給して前記プランジャーに付着した樹脂を除去し、
前記プランジャーから除去された樹脂滓を、前記円筒空隙部と前記流体供給口の接続個所に対して、前記キャビティとは反対側の位置で前記円筒空隙部に連通する流体排出口から圧縮流体とともに排出する
トランスファー成型方法。
第１金型と第２金型とで構成したキャビティの内のポットに配置した液状熱硬化性樹脂を、前記ポットの内部を移動するプランジャーにて加圧するトランスファー成型装置において、
前記ポットは、
前記キャビティに連通した円筒小径部と、
円筒小径部の前記キャビティとは反対側に連通して形成され前記円筒小径部よりも大径の円筒空隙部を有し、
前記プランジャーの前記キャビティの側の端部の外周に、前記プランジャーの長手方向に間隔を空けて複数の溝が形成されており、
複数の前記溝の少なくとも一つの溝が前記円筒空隙部に位置する状態で、前記円筒空隙部に圧縮流体を供給する流体供給口を設け、
前記円筒空隙部と前記流体供給口の接続個所に対して、前記キャビティとは反対側の位置で前記円筒空隙部に連通して前記円筒空隙部の空気を排出する流体排出口を設けた
トランスファー成型装置。
前記複数の溝が形成されている端部から他端に向かって前記プランジャーの外周に形成され前記円筒空隙部に連通した溝を設けた
請求項２記載のトランスファー成型装置。
前記溝は、前記プランジャーの軸心を中心に延長された螺旋形状である
請求項３に記載のトランスファー成型装置。
螺旋形状の前記溝の深さが、流体供給口から流体排出口に向かう方向で徐々に浅くなっている
請求項４に記載のトランスファー成型装置。
複数の前記溝の隣接する溝間の型締め方向の長さが、前記円筒空隙部の半径と前記円筒小径部の半径との差の長さよりも小さい
請求項２に記載のトランスファー成型装置。
複数の前記溝の型締め方向と垂直な方向の深さが、前記円筒空隙部の半径と前記円筒小径部の半径との差の長さよりも小さい
請求項２に記載のトランスファー成型装置。
前記プランジャーの軸心から偏芯した位置に向けて圧縮流体を噴出するように前記流体供給口を配置した
請求項４に記載のトランスファー成型装置。
前記流体供給口と前記円筒空隙部の間に、前記流体供給口から前記プランジャーの周面に向かう圧縮流体の流路を前記プランジャーの周方向に分割するフィンを配置した
請求項２に記載のトランスファー成型装置。
前記流体排出口の空気排出先に、集塵装置を配置した
請求項２に記載のトランスファー成型装置。