KR100605766B1

KR100605766B1 - 플라스틱 원료액의 주입 방법 및 주입 장치

Info

Publication number: KR100605766B1
Application number: KR1020057003309A
Authority: KR
Inventors: 이사오 가라사와; 겐이치 도노우치
Original assignee: 세이코 엡슨 가부시키가이샤
Priority date: 2002-08-28
Filing date: 2003-08-28
Publication date: 2006-07-28
Also published as: JP3772867B2; US20050263207A1; WO2004020171A1; KR20050059139A; CN1678442A; JP2004142429A; CN1678442B; EP1541314A4; EP1541314A1

Abstract

유체를 간헐적으로 일정량 흡인 토출하는 간헐식 정량 펌프(6)의 복수의 송액부(7a, 7b)를 병렬로 배치하고, 각각의 송액부(7a, 7b)의 흡인 토출의 타이밍을 달리하여 플라스틱 원료액을 토출시키며, 각각의 송액부(7a, 7b)에서 토출된 플라스틱 원료액을 합류시키고, 합류시킨 플라스틱 원료액을 주형 중합형(4)내에 주입한다. 플라스틱 원료액이 점도 상승하더라도 안정하게 송액할 수 있는 동시에, 주입시의 기포의 발생을 억제하여, 생산 수율이 양호하게 된다.

Description

플라스틱 원료액의 주입 방법 및 주입 장치{METHOD AND DEVICE FOR POURING PLASTIC RAW MATERIAL LIQUID}

본 발명은 플라스틱 렌즈의 주형 중합형(casting polymerization mold)에 플라스틱 원료액을 주입하는 등의 플라스틱 원료액의 주입 방법 및 주입 장치에 관한 것이다.

플라스틱 렌즈 등의 프라스틱 제품을 주형 중합(casting and polymerizing)할 때의, 플라스틱 원료액의 주형 중합형에의 주입 방법으로서는, 플라스틱 원료액이 유입되는 압력 용기를 압축 공기로 가압함으로써 플라스틱 원료액을 압송하고, 주입 노즐 근방에 설치된 주입 밸브의 개폐에 의해 원료의 공급을 개시, 정지하는 방법이 가장 일반적이다.

그러나, 플라스틱 렌즈의 원료액은 촉매 첨가 후의 시간경과에 의해 중합 반응이 서서히 진행함으로써, 점도 상승이 발생한다. 전술한 압축 공기에 의한 압출 주입 방법에서는, 점도 상승에 의한 압력손실이 대폭으로 증대하고, 시간이 경과함에 따라 토출 유량이 서서히 줄어들게 된다. 결과적으로, 플라스틱 원료액의 충전 시간이 길어짐으로써, 생산성이 저하한다고 하는 문제점이 있다.

그래서, 본 발명자는 일본 특허 공개 제 2002-18866 호에 개시되어 있는 바와 같이, 점도 상승이 일어나더라도 유량 저하가 일어나기 어려운 원료 공급 방식을 제안했다. 도 5에 그 개요를 모식적으로 나타내었다.

이 플라스틱 원료액의 주입 장치(100)는 원료 탱크(2)에 저장되어 있는 플라스틱 원료액(3)을 주형 중합형(4)에 송액 수단(20)을 이용하여 주입하는 것이다. 플라스틱 렌즈의 물체측의 면을 규정하는 성형형(成形型 : mold members)(41)의 렌즈 성형면과 안구측의 면을 규정하는 성형형(42)의 렌즈 성형면을 소정의 간격을 두고 대향시킨 상태로 위치 결정 유지한다. 이 상태로 성형형(41)의 외주면과 성형형(42)의 외주면에 걸쳐, 또한 양쪽의 성형형 외주면의 전체 주위에 점착 테이프(43)를 1 바퀴(one turn) 이상 권취하여 캐비티(44)를 갖는 주형 중합형(4)을 형성한다. 플라스틱 원료액(3)은 원료 탱크(2)로부터 송액 수단(20)을 거쳐, 주입 노즐(51)에 주입 밸브(52)를 거쳐서 이송되고, 주입 노즐(51)로부터 주형 중합형(4)의 주입구(45)에 주입된다. 송액 수단(20)으로서는, 롤러 펌프, 압전 소자를 이용한 펌프, 용적 계량식 펌프 등을 이용한다. 도 5에서는, 일 예로서, 송액 수단(20)으로서 롤러 펌프를 이용한 경우의 송액 회로를 나타낸다. 롤러 펌프(20)는 주형 중합형(4)내에 플라스틱 원료액(3)이 채워진 것을 검지하는 진공 흡인 노즐(9)을 갖는 충전 검출 수단(fill detecting means)으로부터의 신호를 수신하여, 구동축의 회전을 정지시킨다. 동시에 주입 밸브(52)도 닫혀진다. 원료 탱크(2)와 롤러 펌프(20) 사이에는 미세한 이물을 포집하기 위한 필터(53)가 배치되어 있다.

그러나, 롤러 펌프 등의 송액 수단을 이용한 플라스틱 원료액의 주입 방법에 있어서는 다음과 같은 문제점이 있다. 그것은 송액 수단(20)에 의해 발생하는 토출압의 맥동(脈動) 영향에 의해 미세한 기포가 발생한다고 하는 점이다. 송액 수단에 의해 발생하는 토출압의 맥동은 최대 압력과 최소 압력이 주기적으로 반복되는 맥동 파형으로 된다. 따라서, 원료 탱크를 압축 공기에 의해 가압한 경우와 같은 주입 유량을 확보하고자 하면, 압축 공기에 의해 송액하는 경우보다 높은 압력이 주기적으로 걸리게 된다. 그 때문에, 최대 압력시에 주입 노즐(51)로부터 토출되는 플라스틱 원료액(3)의 유량은 압축 공기에 의해 송액되는 경우의 주입 유량보다 많게 된다. 렌즈의 주형 중합형(4)의 주입구(45)는 작은 것도 존재하므로, 가는 주입 노즐(51)을 이용하여 주입할 필요가 있다. 최대 압력시에는, 플라스틱 원료액(3)이 주입 노즐(51)로부터 성형형(41, 42) 표면에 세게 부딪치기 때문에, 충격에 의한 기포가 발생한다. 또한, 플라스틱 원료액(3)이 주형 중합형(4)내에 주입되어 액면이 상승할 때의 주입 유량이 크면, 주입 노즐(51)에서 토출된 플라스틱 원료액(3)이 액면에 닿는 순간에, 액면이 함몰하여, 주위의 공기를 액내에 끌고 들어가더라도 기포가 발생한다. 주입 유량을 적게 하면 기포는 발생하지 않지만, 충전할 때까지 요구되는 시간이 극단적으로 길게 되어, 생산성이 매우 저하된다. 주입시에 발생한 기포에 의해 비교적 큰 기포는 부상하여 소멸되고, 미세한 기포는 발생한 위치에 머문다. 그 상태로, 열이나 자외선 조사에 의해서 플라스틱 원료액을 경화시키면, 경화 후에도 플라스틱 렌즈 내부에 남게 되어, 기포 불량으로 된다. 플라스틱 렌즈는 박형화·경량화가 진행되고 있고, 고가의 고굴절율 원료를 사용하는 것이 많아지고 있다. 따라서, 제조원가에 차지하는 원료비의 비율은 크고, 기포 불량 발생에 의한 양품율 저하는 비용 상승의 요인으로 된다.

본 발명은 상기 사정에 비추어 이루어진 것으로, 플라스틱 원료액이 점도 상승하더라도 안정하게 송액할 수 있는 동시에, 주입시의 기포의 발생을 억제하여, 생산 수율이 양호한 플라스틱 원료액의 주입 방법 및 주입 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

발명의 요약

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 플라스틱 원료액의 주입 방법은 유체를 간헐적으로 일정량 흡인 토출하는 복수의 송액부(送液部 : liquid delivery units)를 병렬로 배치하고, 각각의 상기 송액부의 흡인 토출의 타이밍을 달리하여 플라스틱 원료액을 토출시키며, 각각의 상기 송액부에서 토출된 플라스틱 원료액을 합류시키고, 합류시킨 플라스틱 원료액을 주형 중합형내에 주입하는 것이다.

유체를 간헐적으로 일정량 흡인 토출하는 송액부는 유체의 점도가 증가하더라도 일정량을 송액할 수 있지만, 토출압이 주기적으로 변동하여 토출압의 맥동이 발생하고, 주입시에 주입 노즐에서 플라스틱 원료액을 토출시킬 때에 기포가 발생한다. 병렬로 배치한 복수의 송액부의 각각의 토출 타이밍을 달리함으로써, 토출압의 맥동은 합류 후에 어긋난 위상으로 합성되기 때문에, 상호간섭을 일으켜 감쇠되어, 토출압이 평준화된다. 이에 따라, 주입 노즐에서 플라스틱 원료액을 토출시킬 때의 기포의 발생을 억제하여 생산 수율을 향상시킬 수 있다.

송액부의 흡인 토출로서, 부드럽고, 탄력성이 있는 튜브를 압출 롤러에 의해 순차적으로 압출하는 흡인 토출, 탄성체로 구성되는 다이어프램의 형상의 변화에 의해 왕복운동을 하는 흡인 토출, 및 실린더 내에서 플런저를 왕복운동시켜 실린더내의 용적을 변화시킴에 따른 흡인 토출에서 선택할 수 있다.

합류시킨 플라스틱 원료액의 유로에 유체의 압력에 따라 유체의 용적이 변동하는 어큐뮬레이터를 설치함으로써, 유체를 간헐적으로 일정량 흡인 토출하는 송액부의 맥동을 흡수하여, 토출압의 평준화에 기여할 수 있다.

또한, 합류시킨 플라스틱 원료액의 유로에 필터를 개재시킴으로써, 유체가 필터를 지날 때에 압력 손실이 발생하여, 유체의 유로의 저항으로 되기 때문에, 유로에 개재시킴으로써 맥동을 흡수하여, 토출압의 평준화에 기여할 수 있다.

본 발명의 플라스틱 원료액의 주입 장치는 플라스틱 원료액을 저장하는 원료 탱크와 주형 중합형의 주입구를 접속하는 주입 배관과, 상기 주입 배관의 도중에 설치되며 유체를 간헐적으로 일정량 흡인 토출하는 송액부를 갖는 간헐식 정량 펌프(intermittent constant-rate pump)를 구비하고, 상기 간헐식 정량 펌프가 병렬로 배치되어 동시에 구동됨으로써, 각각의 토출 타이밍이 다르게 한 복수의 상기 송액부를 구비하고, 상기 주입 배관이 각각의 상기 송액부의 토출구를 서로 접속하는 합류부를 구비하는 것이다.

간헐식 정량 펌프는 유체를 간헐적으로 일정량 흡인 토출하는 송액부와 이 송액부를 구동하는 구동부로 구성되고, 유체의 점도가 증가하더라도 송액부가 일정량을 송액할 수 있지만, 토출압이 주기적으로 변동하여 토출압의 맥동이 발생하여, 주입시에 주입 노즐에서 플라스틱 원료액을 토출시킬 때에 기포가 발생한다. 병렬 로 배치되어 동시에 구동되는 복수의 송액부의 각각의 토출 타이밍을 다르게 함으로써, 토출압의 맥동은 합류부에서 합류된 후에 어긋난 위상으로 합성되기 때문에, 상호간섭을 일으켜 감쇠하여, 토출압이 평준화된다. 이에 따라, 주입 노즐에서 플라스틱 원료액을 토출시킬 때의 기포의 발생을 억제할 수 있다.

간헐식 정량 펌프로서, 롤러 펌프, 다이어프램 펌프 및 플런저 펌프에서 선택할 수 있다.

복수의 송액부가 하나의 구동축에 의해 구동되는 것이 바람직하다. 이에 따라, 각 송액부 사이의 흡인 토출의 타이밍의 어긋남을 확실히 유지할 수 있다.

간헐식 정량 펌프의 토출구로부터 뒤쪽의 주입 배관에 유체의 압력에 따라 유체의 용적이 변동하는 어큐뮬레이터가 설치되는 것이 바람직하다. 이것에 의해서, 유체를 간헐적으로 일정량 흡인 토출하는 송액부의 맥동을 흡수하여, 토출압의 평준화에 기여할 수 있다.

간헐식 정량 펌프의 토출구로부터 뒤쪽의 주입 배관에 필터가 개재되어 있는 것이 바람직하다. 유체가 필터를 지날 때에 압력손실이 발생하여, 유체의 유로의 저항으로 되기 때문에, 유로에 개재시킴으로써 맥동을 흡수하여, 토출압의 평준화에 기여할 수 있다.

주형 중합형은 플라스틱 렌즈를 성형하는 대향하는 2장의 성형형 사이의 공간(gap)을 밀봉함으로써 형성되고, 상기 주입 배관의 선단에 장착되고 상기 주형 중합형의 주입구에 삽입되는 주입 노즐을 갖는 것이 바람직하다.

플라스틱 렌즈의 주형 중합형을 구성하는 2장의 성형형 사이의 주연부의 공 간은 좁은 것이 존재하기 때문에, 주입 노즐에서 주입하지 않으면 안되고, 토출압의 맥동의 영향을 받아 토출할 때의 높은 압력으로 토출시킬 때에 기포를 발생시키기 쉽다. 그 때문에, 본 발명의 맥동을 평준화시키는 기술이 유효하다.

도 1은 본 발명의 플라스틱 원료액의 주입 장치의 일 실시형태를 나타내는 개략 구성도,

도 2는 본 발명의 플라스틱 원료액의 주입 장치의 롤러 펌프의 구성을 나타내는 것으로, 도 2a는 이 플라스틱 원료액의 주입 장치의 롤러 펌프를 나타내는 평면도, 도 2b는 롤러 펌프의 펌프 헤드를 나타내는 측면도, 도 2c는 각 펌프 헤드에서 압출된 원료액의 토출 압력의 변동을 나타내는 그래프,

도 3은 다이어프램 펌프의 개략 구성도로서, 도 3a는 흡인시, 도 3b는 토출시를 나타내는 도면,

도 4는 플런저 펌프의 개략 구성도로서, 도 4a는 흡인시, 도 4b는 토출시를 나타내는 도면,

도 5는 종래의 플라스틱 원료액의 주입 장치를 나타내는 개략 구성도.

이하, 본 발명의 플라스틱 원료액의 주입 방법 및 주입 장치의 실시예에 대하여 설명하지만, 본 발명은 이하의 실시예에 한정되는 것이 아니다.

도 1에 도시하는 바와 같이, 본 발명의 플라스틱 원료액의 주입 장치(1)는 원료 탱크(2)내에 단량체로 중합 촉매가 배합된 플라스틱 원료액(3)이 저장되고, 이 플라스틱 원료액(3)을 주입 배관(5)을 거쳐서 간헐식 정량 펌프(6)에 의해 흡인 토출하여 플라스틱 렌즈를 주형 중합하기 위해 주형 중합형(4)의 캐비티(44)내에 주입하기 위한 장치이다.

주형 중합형(4)은 플라스틱 렌즈의 물체측의 면을 규정하는 성형형(41)의 렌즈 성형면과 안구측의 면을 규정하는 성형형(42)의 렌즈 성형면을 소정의 간격을 두고서 대향시킨 상태로 위치 결정 유지하고, 이 상태로 성형형(41)의 외주면과 성형형(42)의 외주면에 걸쳐, 또한 양쪽의 성형형 외주면의 전체 주위에 점착 테이프(43)를 1 바퀴 이상 권취함으로써, 이들 성형형(41, 42) 사이의 공간이 밀봉되어 캐비티(44)가 형성된다. 주형 중합형(4)의 플라스틱 원료액을 주입하는 주입구(45)는 점착 테이프(43)끼리가 겹치고 있는 영역을 벗김으로써 형성된다. 또는, 점착 테이프(43)의 소정의 위치에 미리 구멍을 개방함으로써 형성된다. 플라스틱 렌즈의 주형 중합형(4)을 구성하는 성형형(41, 42) 사이의 주연부의 공간은 예를 들면 볼록 렌즈의 경우에는 좁으며, 1㎜ 정도의 경우가 있다. 그 때문에, 주형 중합형(4)의 캐비티(44)에 원료액을 주입구(45)에서 주입하기 위해서는, 가는 주입 노즐(51)이 이용된다.

플라스틱 원료액의 주입 장치(1)의 주입 배관(5)은 원료 탱크(2)의 내부의 바닥부에 선단이 배치되고, 배관의 도중에 설치되는 간헐식 정량 펌프(6)에 의해서 원료 탱크(2)로부터 원료액(3)이 흡인되며, 간헐식 정량 펌프(6)에 의해서 토출된 원료액(3)을 종단의 주입 노즐(51)에서 주형 중합형(4)의 캐비티(44)에 주입하는 유로로 되어있다. 주입 배관(5)에는, 주입 노즐(51)에 직결(直結)하여 주입 노즐(51)에의 송액을 개방, 정지하는 주입 밸브(52)가 설치되고, 간헐식 정량 펌프(6)와 주입 밸브(52) 사이의 유로에 필터(53) 및 어큐뮬레이터(54)가 설치된다.

간헐식 정량 펌프(6)는 유체를 간헐적으로 일정량 흡인 토출하는 송액부(7)와 이 송액부(7)를 구동하는 구동부(8)로 구성되어 있다. 이 실시형태의 주입 장치의 간헐식 정량 펌프(6)는 롤러 펌프가 이용되고 있다. 롤러 펌프는 튜빙 펌프(tubing pump)라고도 하며, 부드럽고, 탄력성이 있는 튜브를 압출 롤러로써 순차적으로 압출하여, 흡인 토출하는 펌프이다. 롤러 펌프는 원료액이 튜브내를 흘러, 직접 구동부와 접촉하는 일이 없기 때문에, 원료액에 불순물을 혼입시키거나, 원료액이 구동부를 침범하는 일이 없다.

본 실시형태의 플라스틱 원료액의 주입 장치(1)로서는, 롤러 펌프(6a)는 1개의 구동축에 고정된 2개의 송액부를 1개의 구동부로 구동하는 구조의 것이 이용되고, 구동부(8)로서의 1개의 구동용 모터(81)와, 병렬로 배치되고, 구동용 모터(81)의 구동축(71)에 의해서 동축으로 구동되는 송액부(7)로서의 제 1 펌프 헤드(7a)와 제 2 펌프 헤드(7b)로 구성된다. 펌프 헤드(7a, 7b)는 예컨대 3개의 압출 롤러(72)가 구동용 모터(81)의 구동축(71)에 결합되어 있는 회전판의 주연부에 등간격으로 각각 회전 가능한 상태로 부착되어 있다. 압출 롤러(72)의 행정의 주연을 따라 배치되어 있는 부드럽고, 탄력성이 있는 튜브(73)를 구동용 모터(81)에 의해서 구동되는 회전판의 회전에 따라 압출 롤러(72)가 순차적으로 가압하도록 되어 있다. 구동용 모터(81)는 주입 유량 콘트롤을 실시하기 위해서, 회전 속도 제어 가능한 모터가 이용된다. 회전 속도 제어는 인버터에 의한 주파수 제어나 서보 모터나 스텝핑 모터에 의해서 된다.

주입 배관(5)은 롤러 펌프(6a)의 흡입측에서 분기하여 각각의 제 1 펌프 헤드(7a)와 제 2 펌프 헤드(7b)의 흡인측에 접속되어, 이들 펌프 헤드(7a, 7b)에 원료액을 공급하고, 이들 펌프 헤드(7a, 7b)의 토출측에서 분기가 서로 접속되어, 펌프 헤드(7a, 7b)에 의해서 토출된 플라스틱 원료액(3)은 합류부(10)에서 합류한다.

도 2a에 도시하는 바와 같이, 제 1 펌프 헤드(7a)와 제 2 펌프 헤드(7b)는 압출 롤러(72)의 상대위치가 서로 다르게 하여 구동축(71)에 부착되어 있다. 도 2b에 도시하는 바와 같이, 예컨대, 제 1 펌프 헤드(7a)와 제 2 펌프 헤드(7b)는 서로 회전 중심에서 방사상으로 120°의 각도로 균등하게 분할된 위치에 3개의 압출 롤러(72)가 부착되어 있다. 파선으로 나타내는 제 2 펌프 헤드(7b)의 압출 롤러(72)는 제 1 펌프 헤드(7a)의 압출 롤러(72)와 60°만큼 어긋난 상태로 구동축(71)에 고정되어 있다. 그 때문에, 도 2b에 도시하는 바와 같이, 제 1 펌프 헤드(7a)의 2개의 압출 롤러(72) 사이의 중간점에 각각 제 2 펌프 헤드(7b)의 파선으로 나타내는 압출 롤러(72)가 배치되어 있다.

도 2a에 나타내는 제 1 펌프 헤드(7a)의 압출측의 출구(A)와 제 2 펌프 헤드(7b)의 압출측의 출구(B)에서는, 도 2c에 도시하는 바와 같이, 시간(t)의 경과에 따라 토출압(p)은 각각 토출압이 제로(zero)에서 특정 토출압까지 주기적으로 변동하는 맥동 파형을 나타낸다. 출구(A)와 출구(B)의 토출압의 맥동 파형은 한쪽의 토출압이 최저시에 다른쪽의 토출압이 최대로 되도록, 위상이 1/2 어긋나 있다. 그 때문에, 이것들의 출구(A)와 출구(B)가 합류한 위치(C)에서는, 도 2c의 C로 도시하는 바와 같이, 합류 후의 맥동 파형은 상호간섭에 의해, 최대 압력과 최소 압력의 차가 작아진다. 즉, 토출압은 평준화되어, 맥동이 경감된다.

그 결과, 병렬로 배치된 송액부(7a, 7b)의 흡인 토출의 타이밍을 달리하여 플라스틱 원료액(3)을 토출시키고, 각각의 송액부(7a, 7b)에서 토출된 플라스틱 원료액(3)을 합류시키며, 합류시킨 플라스틱 원료액(4)을 주형 중합형(4)내에 주입 노즐(51)로부터 주입할 때에, 주입 노즐(51)로부터의 토출 유량이 평준화되어, 기포를 끌고 들어가는 것이 방지되어, 기포불량 발생을 억제할 수 있어, 생산 수율을 향상시킬 수 있다.

제 1 펌프 헤드(7a)와 제 2 펌프 헤드(7b)를 병렬로 이용하기 때문에, 소정의 주입 유량을 확보하기 위해서는, 구동용 모터(81)의 구동축(71)의 회전수를 종래보다 낮게 설정할 수 있다. 롤러 펌프(6a)에 이용하는 튜브(73)는 압축변형이 반복해서 일어나기 때문에, 장시간 사용하면 파열의 위험성이 있다. 롤러 펌프(6a)의 구동축(71)의 회전수를 낮게 설정할 수 있으면, 그만큼 튜브(73)에 걸리는 반복 부하도 경감되어, 튜브(73)의 사용 시간을 연장시킬 수 있어, 장기간 사용하더라도 튜브(73)가 파손되어 원료 누설을 일으키는 위험성도 회피할 수 있다.

또한, 병렬로 배치된 송액부(7)로서의 제 1 펌프 헤드(7a)와 제 2 펌프 헤드(7b)가 1개의 구동축(71)에 고정되고, 이들 제 1 펌프 헤드(7a)와 제 2 펌프 헤드(7b)가 1개의 구동축(71)에 의해 동시에 구동되어 이들의 압출 롤러(72)의 상호의 상대위치가 유지되기 때문에, 흡인 토출의 타이밍이 시간경과와 동시에 어긋나는 일이 없고, 안정한 토출의 평준화를 실시할 수 있다.

또한, 어큐뮬레이터(54)는 유체의 압력에 따라 유체의 용적이 변동하는 것으로, 예컨대 용기내에 주입 배관(5)과 연통하고 있는 액체와 계면을 형성하고 있는 공기 챔버(54a)를 구비하고 있다. 어큐뮬레이터(54)내의 공기 챔버(54a)는 댐퍼의 역활을 하여, 고압시에는 수축하고, 저압시에는 팽창한다. 어큐뮬레이터(54)를 간헐식 정량 펌프(6)와 주입 노즐(51) 사이의 주입 배관(5)에 접속함으로써 맥동을 흡수하여, 토출압의 평준화에 기여할 수 있다. 또한, 공기 챔버(54a)가 클수록 맥동 저감 효과는 크지만, 본 발명과 같이 주입 유량을 콘트롤하는 경우에는, 0.1㎖ 내지 10㎖, 바람직하게는 0.5㎖ 내지 3.0㎖로 관리해야 한다. 공기 챔버(54a)가 너무 크면, 토출 유량을 변화시켰을 때의 응답이 저하한다. 즉, 순간적으로 유량을 변화시키고 싶은 경우에는, 공기 챔버(54a)를 작게 해야 한다. 공기 챔버(54a)는 필터(53)의 캡슐 필터(capsule filter)나 카트리지 필터의 밴트부(vent)에 강제적으로 형성되더라도 좋다. 또한, 필터(53)내의 공기 챔버를 관리하기 위해서는, 필터(53) 내부의 공기가 빠지기 쉽게, 플라스틱 원료액(3)의 유동 방향을 하방에서 상으로 하는 것이 중요하다. 또한, 어큐뮬레이터(54) 자체를 탄성재로 하고, 공기 챔버를 없애도 동일한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 필터(53)는 원료액내의 미세한 이물을 포집하기 위한 것으로, 원료액(3)이 필터(53)를 지날 때에 압력손실이 발생하여, 유로의 유동 저항이 증대한다. 필터(53)를 간헐식 정량 펌프(6)와 주입 노즐(51) 사이의 주입 배관(5)에 직렬로 접속함으로써 맥동을 흡수하고, 토출압의 평준화에 기여한다. 여과 면적이 작은 디스크 필터로서는, 토출압의 맥동을 저감하는 효과는 작기 때문에, 여과 면적이 큰 캡슐 필터 또는 카트리지 필터가 바람직하다.

본 실시형태의 플라스틱 원료액의 주입 장치(1)에는, 캐비티(44)가 원료액(3)으로 충전되어 주입구(45)로부터 넘치는 원료액(3)을 검출하는 충전 검출 수단이 설치되어 있다. 주형 중합형(4)의 주입구(45)에 근접하여 충전 검출 수단을 구성하는 진공 흡인 노즐(9)의 선단이 배치되어 있다. 충전 검출 수단은 진공 흡인 노즐(9)이 주입구(45)에서 넘친 원료액(3)을 흡취하여, 진공 흡인 노즐(9)에 의해 흡인된 플라스틱 원료액(3)을 진공 흡인 회로의 도중에 설치된 센서로 검출함으로써, 캐비티(44)가 플라스틱 원료액(3)으로 충전되었음을 검출하도록 되어 있다. 도시하지 않는 제어계는 충전 검출 수단으로부터의 신호를 수신하여, 롤러 펌프(6a)의 구동용 모터(81)를 정지시키는 동시에 주입 밸브(52)도 폐쇄한다. 롤러 펌프(6a)의 구동축(71)의 회전을 정지시킴으로써 플라스틱 원료액(3)의 공급이 정지되지만, 주입 노즐(51)에서부터의 플라스틱 원료액(3)의 드립핑(dripping)을 방지하기 위해, 주입 밸브(52)가 설치되어 있다.

도시하지 않는 제어계는 롤러 펌프 구동용 모터(81)의 회전수를 제어하여, 주입 유량 콘트롤을 실시한다. 주입 유량의 콘트롤을 실시하는 것은, 주형 중합형(4)에는 용적이 매우 상이한 기종이 다수 존재하여, 소정의 시간내에 플라스틱 원료액(3)의 충전을 완료하기 위해서는, 용적에 따라 유량을 변화시키는 것이 바람직하기 때문이다. 또한, 주형 중합형(4)이 플라스틱 원료액(3)으로 채워지는 순간의 유량이 많아 원료를 쏟기 때문에, 가득 차게 되기 직전에 유량을 감소시킨 주입 패턴을 채용하는 것이 바람직하다. 또한, 구동용 모터(81)의 회전을 서서히 증가시켜, 주입 초기에 성형형에 부딪치는 플라스틱 원료액(3)의 모멘텀을 완화하는 제어를 실행하는 것이 바람직하다.

도 1에 나타내는 플라스틱 원료액의 주입 장치(1)의 조작에 대하여 설명한다. 주입 밸브(52)의 앞쪽에 주입 노즐(51)을 부착하고, 주입 노즐(51)의 선단을 주형 중합형(4)의 점착 테이프(43)면에 미리 개방된 주입구(45)에 삽입한다. 롤러 펌프(6a)를 구동시켜, 미리 조합된 플라스틱 원료액(3)이 충전된 원료 탱크(2)로부터 플라스틱 원료액(3)을, 미리 프로그램된 또는 주형 중합형(4)에 설치된 액면 센서의 신호에 따라 롤러 펌프(6a)의 구동용 모터(81)의 회전수를 제어하면서 주입 노즐(51)로부터 주형 중합형(4)의 주입구(45)를 거쳐서 주형 중합형(4)의 캐비티(44)에 주입한다. 주형 중합형(4)이 플라스틱 원료액(3)으로 채워지는 경우, 주입구(45)보다 플라스틱 원료액(3)이 넘치기 시작하면, 넘친 플라스틱 원료액(3)을 진공 흡인 노즐(9)이 흡인한다. 넘친 플라스틱 원료액(3)의 흡인 회로의 도중에 설치된 센서가 넘친 플라스틱 원료액(3)을 검지하고, 그 신호를 수신하여 롤러 펌프(6a)의 정지와 주입 밸브(52)의 폐쇄를 동시에 실행하는 것으로 충전이 완료된다.

도 1 및 도 2에서는, 2대의 송액부(7)의 펌프 헤드(7a, 7b)를 1개의 구동용 모터(81)에 의해 구동되는 1개의 구동축(71)에 의해서 동축으로 구동하는 롤러 펌프(6a)를 이용하고 있다. 펌프 헤드의 수량을 늘려, 위상을 약간 비키어 놓는 편이 토출압의 맥동 저감에 효과는 있지만, 주입 배관(5)이 복잡하게 되어, 배관의 세정성의 저하, 장치 비용이 증대한다고 하는 불량도 발생하기 때문에 2∼3개가 바람직하다. 단지, 압출 롤러(72)의 수나 그의 분할 각도는 본 실시형태에 한정되지 않는다. 또한, 1개의 송액부를 1개의 구동부에 의해 구동하는 롤러 펌프를 복수대 배치하고, 이것들의 송액부의 흡인 토출의 타이밍을 각각 다르게 하더라도 좋지만, 제어의 용이성이나 에너지 절약을 생각하면, 복수의 펌프 헤드를 1개의 구동용 모터로 구동하는 롤러 펌프가 바람직하다. 또한, 주형 중합형에 주입할 때의 최대 유량은 결정되어 있기 때문에, 단순히 펌프 헤드를 복수 배치하면 토출 유량이 증대하게 된다. 따라서, 구동축의 회전수를 작게 함으로써 소정의 유량을 확보한다. 상기 실시형태의 플라스틱 원료액의 주입 장치로서는, 간헐식 정량 펌프(6)로서 롤러 펌프를 이용한 예를 나타내었지만, 간헐식 정량 펌프로서, 롤러 펌프 이외에 다이어프램 펌프와 플런저 펌프를 예시할 수 있다.

도 3에 다이어프램 펌프의 송액부의 개략 구조를 나타낸다. 다이어프램 펌프의 송액부는 탄성체로 구성되는 얇은 막(다이어프램)의 형상의 변화에 의해 왕복운동을 하여, 흡인 토출을 실시한다. 다이어프램의 구동 방법으로서, 유압, 공기압, 플런저에 의한 기계적 왕복운동, 압전 소자 등이 있다. 도 3에 나타내는 다이어프램 펌프는 압전 소자로 구동하는 타입이다.

이 압전 소자를 이용한 다이어프램 펌프(6b)는 2개의 압전 소자를 내장한 다이어프램(61)을 이용한다. 다이어프램(61)에 전압을 인가하면 한쪽의 압전 소자는 신장하고 다른쪽의 압전 소자는 수축하는 성질을 이용한 것이다. 다이어프램(61)은 흡인구(62)와 토출구(63)가 설치된 압력 용기내의 공간을 흡인구(62)와 토출구(63)에 접속되어 있는 제 1 공간(64)과 이 제 1 공간(64)과는 별도의 제 2 공간(65)으로 2분할하도록 설치되어 있다. 흡인구(62)에는 압력 용기내의 부압에 의해 개구하는 체크 밸브(check valve)(62a)가, 토출구(63)에는 압력 용기내의 가압에 의해 개구하는 체크 밸브(check valve)(63a)가 각각 설치되어 있다.

다이어프램(61)에 교류 전압을 인가하며 다이어프램(61)은 그의 주기로 진동한다. 주입량의 제어는 전압을 변경함으로써 다이어프램(61)의 진폭을 제어하거나, 주파수를 변경함으로써 다이어프램(61)의 진동수를 제어한다.

도 3a에 도시하는 바와 같이, 다이어프램(61)이 제 2 공간(65)측에 변형하면, 제 1 공간(64)이 부압으로 되기 때문에, 흡인구(62)의 체크 밸브(62a)가 개방되고, 토출구(63)의 체크 밸브(63a)가 폐쇄되어, 유체가 흡인구(62)에서 제 1 공간(64)내로 유입한다. 다음에, 도 3b에 도시하는 바와 같이, 다이어프램(61)이 제 1 공간(64)측으로 변형하면, 제 1 공간(64)이 가압되기 때문에, 흡인구(62)의 체크 밸브(62a)는 폐쇄되고, 토출구(63)의 체크 밸브(63a)는 개방되어, 제 1 공간(64)내의 유체가 토출구(63)로부터 토출된다. 이와 같이, 다이어프램 펌프(6b)는 다이어프램(61)의 진동에 의해서 흡인 토출하기 때문에, 토출압에 맥동이 발생한다.

다이어프램 펌프(6b)에 의해 발생하는 플라스틱 원료액의 토출압의 맥동은 다이어프램 펌프(6b)를 복수개 병렬로 배치하고, 다이어프램(61)의 진동의 타이밍을 다르게 함으로써, 합류 후의 유체의 상호간섭에 의해 저감할 수 있다. 기계적 왕복운동에 의해 다이어프램을 구동하는 경우에는, 1개의 구동축으로 복수의 다이어프램을 구동하는 것이 가능하다. 압전 소자를 이용한 다이어프램 펌프(6b)의 경우, 다이어프램(61)의 진동의 타이밍을 다르게 하기 위해서는, 압전 소자 제어부에서 보내는 제어 전압의 주파수의 위상을 다르게 함으로써 가능하다.

도 4에 플런저 펌프의 송액부의 개략 구조를 나타낸다. 플런저 펌프는 실린더 내에서 환봉 형상(shape of a round rod)의 플런저를 왕복운동시켜, 실린더내의 용적을 변화시킴으로써 유체를 흡입하여, 송출하는 펌프이다. 플런저 펌프(6c)에는, 실린더(66)내를 왕복운동하는 플런저(67)가 배치되어 있다. 흡인구(68)와 토출구(69)가 실린더(66)와 접속되어 설치되고, 흡입구(68)에는 실린더(66)내의 부압에 의해 개구하는 체크 밸브(68a)가, 토출구(69)에는 실린더(66)내의 가압에 의해 개구하는 체크 밸브(69a)가 각각 설치되어 있다.

도 4a에 도시하는 바와 같이, 플런저(67)를 인입할 때에 실린더(66)내가 부압으로 되어, 흡인구(68)의 체크 밸브(68a)가 개방되고, 토출구(69)의 체크 밸브(69a)가 폐쇄되어, 유체가 흡인구(68)로부터 흡인된다. 도 4b에 도시하는 바와 같이, 플런저(67)를 압출하면, 실린더(66)내에 채워진 유체가 압출된다. 이 때, 흡인구(68)의 체크 밸브(68a)가 폐쇄되고, 토출구(69)의 체크 밸브(69a)가 개방된다. 플런저(67)는 플런저 제어부로부터의 신호를 받아, 인입, 압출 동작을 반복한다. 그 때문에, 유체의 토출압에 맥동이 발생한다.

플런저 펌프의 맥동을 저감하기 위해서는, 플런저 펌프의 송액부를 복수개 병렬로 배치하고, 플런저(67)의 동작 타이밍을 서로 다르게 함으로써 합류 후의 토출압의 맥동을 유체의 상호간섭에 의해 저감한다. 플런저 펌프도, 1개의 구동축에 의해 복수개의 플런저를 구동시켜 왕복운동시키는 것이 가능하다. 플런저 펌프에 의한 주입 유량의 제어는 플런저 제어부에서의 플런저의 이동 스트로크를 변경하거나, 플런저의 동작 주기를 변경하거나 함으로써 가능하다.

본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것이 아니다. 예컨대, 상기 설명에서는, 주형 중합형은 플라스틱 렌즈를 성형하기 위한 것으로서 설명하고 있지만, 본 발명은 렌즈에 한하지 않고 모든 주형 중합형에 적용할 수 있다. 또한, 간헐식 정량 펌프로서, 롤러 펌프, 다이어프램 펌프, 플런저 펌프의 3개에 대하여 설명하고 있지만, 맥동이 발생하는 정량 펌프이면, 이외의 것도 사용할 수 있는 것은 물론 이다. 또한, 병렬로 배치된 복수의 송액부의 흡인 토출의 타이밍을 다르게 할 수 있으면, 예컨대, 복수의 송액부를 1개의 구동부로 구동하는 간헐식 정량 펌프와 1개의 송액부를 1개의 구동부로 구동하는 간헐식 정량 펌프를 조합하거나, 이종(異種)의 간헐식 정량 펌프를 조합시키더라도 좋다.

(실시예)

이하에 본 발명의 실시예를 설명한다. 간헐식 정량 펌프로서, 120°로 균등하게 분할된 위치에 압출 롤러 3개를 갖는 펌프 헤드를 부착한 롤러 펌프를 이용했다. 펌프 헤드의 개수가 1개인 것과, 2개인 것을 비교한다. 2개의 경우에는, 펌프 헤드의 압출 롤러는 한쪽의 펌프 헤드의 2개의 압출 롤러의 중간에 다른쪽의 펌프 헤드의 압출 롤러가 존재하도록 구동축에 고정했다. 또한, 필터로서 캡슐 필터를 롤러 펌프의 뒤쪽의 배관에 설치하고, 어큐뮬레이터로서는 캡슐 필터의 밴트부에 1㎖의 공기 챔버를 설치했다. 상기한 3개의 맥동 저감 수단의 조합과, 플라스틱 원료액을 주형 중합형내에 주입했을 때의 기포의 발생 상황을 표 1에 나타내었다. 단지, 기포의 발생률은 주입시에 발생한 기포의 유무로서, 열 또는 자외선으로 경화시킨 후의 기포 불량의 값이 아니다.

[표 1]

펌프 헤드	1개				2개
필터	없음		있음		없음		있음
어큐뮬레이터	없음	있음	없음	있음	없음	있음	없음	있음
기포 발생률 (%)	70	12	16	5	3.2	0.2	0.8	0.0

표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 펌프 헤드 1개, 필터 없음, 어큐뮬레이터 없음의 조건(종래 기술의 주입 방법)에서는, 70% 발생하고 있었던 기포가 3개의 맥동 저감 수단을 조합시킨 것에서는 0%의 발생률로 된다. 이로부터, 본 발명의 주입 방법은 맥동을 저감하여, 주입시의 기포의 발생을 억제하는데 절대적인 효과가 있음이 실증되었다. 또한, 맥동 저감 수단은 개별적으로 실시하더라도 효과는 충분히 얻어진다.

본 발명의 플라스틱 원료액의 주입 방법 및 주입 장치는 예컨대 플라스틱 안경 렌즈의 생산의 일 공정인 주형 중합할 때에, 주형 중합형에 원료액을 주입하는 용도에 이용할 수 있다.

Claims

유체를 간헐적으로 일정량 흡인 토출하는 복수의 송액부(送液部 : liquid delivery units)를 병렬로 배치하고, 각각의 상기 송액부의 흡인 토출의 타이밍을 달리하여 플라스틱 원료액을 토출시키며, 각각의 상기 송액부에서 토출된 플라스틱 원료액을 합류시키고, 합류시킨 플라스틱 원료액을 주형 중합형(casting polymerization mold)내에 주입하는 것을 특징으로 하는

플라스틱 원료액의 주입 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 송액부의 흡인 토출은 부드럽고, 탄력성이 있는 튜브를 압출 롤러에 의해 순차적으로 압출하는 흡인 토출, 탄성체로 구성되는 다이어프램의 형상의 변화에 의해 왕복운동을 하는 흡인 토출, 및 실린더 내에서 플런저를 왕복운동시켜 실린더내의 용적을 변화시키는 것에 따른 흡인 토출에서 선택되는 것을 특징으로 하는

플라스틱 원료액의 주입 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 합류시킨 플라스틱 원료액의 유로에 유체의 압력에 따라 유체의 용적이 변동하는 어큐뮬레이터(accumulator)가 설치되는 것을 특징으로 하는

플라스틱 원료액의 주입 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 합류시킨 플라스틱 원료액의 유로에 필터를 개재시키는 것을 특징으로 하는

플라스틱 원료액의 주입 방법.
플라스틱 원료액을 저장하는 원료 탱크와 주형 중합형의 주입구를 접속하는 주입 배관과, 상기 주입 배관의 도중에 설치되며 유체를 간헐적으로 일정량 흡인 토출하는 송액부를 갖는 간헐식 정량 펌프(intermittent constant-rate pump)를 구비하고,

상기 간헐식 정량 펌프가, 병렬로 배치되어 동시에 구동됨으로써, 각각의 토출 타이밍이 다르게 한 복수의 상기 송액부를 구비하고,

상기 주입 배관이 각각의 상기 송액부의 토출구를 서로 접속하는 합류부를 구비하는 것을 특징으로 하는

플라스틱 원료액의 주입 장치.
제 5 항에 있어서,

상기 간헐식 정량 펌프가 롤러 펌프, 다이어프램 펌프 및 플런저 펌프에서 선택되는 것을 특징으로 하는

플라스틱 원료액의 주입 장치.
제 5 항에 있어서,

상기 복수의 송액부가 1개의 구동축으로 구동되는 것을 특징으로 하는

플라스틱 원료액의 주입 장치.
제 5 항에 있어서,

상기 간헐식 정량 펌프의 토출구로부터 뒤쪽의 주입 배관에 유체의 압력에 따라 유체의 용적이 변동하는 어큐뮬레이터가 설치되는 것을 특징으로 하는

플라스틱 원료액의 주입 장치.
제 5 항에 있어서,

상기 간헐식 정량 펌프의 토출구로부터 뒤쪽의 주입 배관에 필터가 개재되는 것을 특징으로 하는

플라스틱 원료액의 주입 장치.
제 5 항에 있어서,

상기 주형 중합형이 플라스틱 렌즈를 성형하는 대향하는 2장의 성형형(mold members) 사이의 공간(gap)을 밀봉함으로써 형성되고,

상기 주입 배관의 선단에 장착되고 상기 주형 중합형의 주입구에 삽입되는 주입 노즐을 구비하는 것을 특징으로 하는

플라스틱 원료액의 주입 장치.