定量吐出装置及び定量吐出方法
【課題】密度が一定の溶融樹脂を吐出することができる定量吐出装置及び定量吐出方法を提供する。
【解決手段】シャッター部材１３を閉位置に移動させた状態で、溶融樹脂をスクリュー２より計量室９に充填した後、ニードル弁１１を閉位置に移動させて計量室９を密閉空間とする。次に、プランジャ１２を動作させて、計量室９に設けた圧力検出センサ１０により検出される圧力検出値を記憶部１９に記憶された基準値にする。その後、シャッター部材１３を開位置に移動させ、プランジャ１２の精密駆動によってノズル６の吐出口９ｂより溶融樹脂を吐出させる。
【解決手段】シャッター部材１３を閉位置に移動させた状態で、溶融樹脂をスクリュー２より計量室９に充填した後、ニードル弁１１を閉位置に移動させて計量室９を密閉空間とする。次に、プランジャ１２を動作させて、計量室９に設けた圧力検出センサ１０により検出される圧力検出値を記憶部１９に記憶された基準値にする。その後、シャッター部材１３を開位置に移動させ、プランジャ１２の精密駆動によってノズル６の吐出口９ｂより溶融樹脂を吐出させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶融樹脂の定量吐出装置及び定量吐出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧縮成形型を有する圧縮成形装置には、溶融樹脂を吐出する定量吐出装置が組み込まれ、所定量の溶融樹脂が開放された圧縮成形型の下型に供給されるよう構成されている。圧縮成形装置は、圧縮成形機と共に、切断機構、搬送機構を含んでおり、切断機構により下型に吐出された樹脂を切断し、搬送機構により下型を圧縮成形機に搬送し、圧縮成形する。このとき、下型に吐出される樹脂の重量のばらつきは、成形体の形状のばらつきとなる。
【０００３】
例えば、レンズのような精密な部品を圧縮成形方法により製造する際には、レンズの厚みのばらつきを抑えるため、供給される材料の重量は１ｍｇ以下の精度が要求されることもある。そのため、圧縮成形方法の材料供給工程には、きわめて正確な重量の溶融樹脂を吐出できる方法が求められている。
【０００４】
従来、溶融樹脂の定量吐出方法として、スクリューからなる可塑化部により可塑化された溶融樹脂を、決められた量のスクリューの回転又はスクリュー自体の前後駆動によって、開放された吐出口より吐出する方法が知られている。また、スクリューにより可塑化された溶融樹脂を、計量室に充填し、計量室に備えられた精密駆動可能なプランジャの前後駆動によって、開放された吐出口より吐出する方法が知られている（特許文献１参照）。この特許文献１には、吐出口を閉鎖した状態で、溶融樹脂を計量室に充填した後、可塑化部と計量室の間の流路を閉鎖し、その後、吐出口を開放し、計量室に備えられたプランジャの前後駆動によって吐出する方法が開示されている。この方法によれば、吐出口を閉じた状態で溶融樹脂を計量室に充填するため、計量室全体への溶融樹脂の充填が補償される。また、可塑化部と計量室の間の流路を閉鎖することにより、吐出の際に溶融樹脂が可塑化部へ逆流することを防ぐことができ、正確な容量の吐出が可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平３−１３７９５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の吐出方法では、溶融樹脂の計量の際に溶融樹脂の密度を制御していないため、吐出される溶融樹脂の重量にばらつきが生じるという問題があった。すなわち、可塑化部より計量室に充填される溶融樹脂の可塑化溶融状態の違いや、流路の温度ムラなどの影響により、計量室に充填した溶融樹脂の密度にばらつきが生じる。そのため、正確な容量の溶融樹脂を吐出したとしても重量にばらつきが生じることがあった。
【０００７】
これに対し、樹脂の密度を制御する手段としては、溶融樹脂を可塑化部から計量室に充填する際に、可塑化部側から圧力をかけ、計量室の溶融樹脂内圧を制御することが考えられる。しかしながら、可塑化部側からの加圧では、流路の温度ムラにより流路内の溶融樹脂の粘度にばらつきが生じるため、計量室の溶融樹脂内圧を正確に制御することが困難である。また、吐出の際に可塑化部側への逆流を防ぐため、可塑化部と計量室の間の流路をニードル弁で閉鎖する。このニードル弁の駆動によって計量室の溶融樹脂内圧が変化するため、吐出直前の計量室の溶融樹脂内圧を正確に制御することが困難である。
【０００８】
そこで、本発明は、密度が一定の溶融樹脂を吐出することができる定量吐出装置及び定量吐出方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の定量吐出装置は、樹脂原材料を可塑化させる可塑化部と、前記可塑化部からの溶融樹脂を導入するための導入口と溶融樹脂を吐出するための吐出口とを有する計量室が形成された本体部と、前記導入口を開閉するニードル弁と、前記吐出口を開閉するシャッター部材と、前記計量室に配置され、前記計量室に充填された溶融樹脂を押圧するプランジャと、前記計量室の圧力を検出する圧力検出センサと、前記計量室の圧力の基準値を記憶する記憶部と、前記ニードル弁、前記シャッター部材及び前記プランジャを駆動制御する駆動制御部と、を備え、前記駆動制御部は、前記計量室に充填された溶融樹脂を前記吐出口から吐出させるのに先立って、前記ニードル弁及び前記シャッター部材を閉位置に動作させて前記計量室を密閉空間にし、前記圧力検出センサによって検出される圧力検出値が前記記憶部に記憶された基準値となるように前記プランジャを動作させて前記計量室に充填された溶融樹脂を加圧することを特徴とする。
【００１０】
本発明の定量吐出方法は、樹脂原材料を可塑化させる可塑化部と、前記可塑化部からの溶融樹脂を導入するための導入口と溶融樹脂を吐出するための吐出口とを有する計量室が形成された本体部と、前記導入口を開閉するニードル弁と、前記吐出口を開閉するシャッター部材と、前記計量室に配置され、前記計量室に充填された溶融樹脂を押圧するプランジャと、前記計量室の圧力を検出する圧力検出センサと、前記計量室の圧力の基準値を記憶する記憶部と、前記ニードル弁、前記シャッター部材及び前記プランジャを駆動制御する駆動制御部と、を備えた定量吐出装置を用いた定量吐出方法であって、前記駆動制御部により前記ニードル弁を開位置、前記シャッター部材を閉位置に動作させて、前記導入口から前記計量室に溶融樹脂を充填する充填工程と、前記充填工程にて前記計量室への溶融樹脂の充填が完了した後、前記駆動制御部により前記ニードル弁を閉位置に動作させて前記計量室を密閉空間とし、前記圧力検出センサによって検出される圧力検出値が前記記憶部に記憶された基準値となるように前記駆動制御部により前記プランジャを動作させて、前記計量室に充填された溶融樹脂を加圧する加圧工程と、前記加圧工程にて前記圧力検出センサによって検出される圧力検出値が前記基準値となった後、前記駆動制御部により前記シャッター部材を開位置に動作させると共に前記プランジャを動作させて、前記吐出口から溶融樹脂を吐出させる吐出工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、計量室を密閉空間とし、圧力検出センサによって検出される圧力検出値が基準値となるようにプランジャにより溶融樹脂を加圧するようにしたので、計量室に充填された溶融樹脂の密度を一定の値にすることができる。したがって、吐出毎の溶融樹脂の重量のばらつきを小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係る定量吐出装置の概略断面を示す模式図である。
【図２】本発明の本実施形態に係る定量吐出装置の概略断面を示す模式図であって、定量吐出装置を用いた定量吐出方法の充填工程、加圧工程及び吐出工程の各工程を順次示した模式図である。（ａ）は充填工程、（ｂ）は加圧工程、（ｃ）は吐出工程を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係る定量吐出装置の概略断面を示す模式図である。
【００１４】
図１において、定量吐出装置１００は、溶融樹脂となる樹脂原料が投入されるホッパー１と、ホッパー１に投入された樹脂原材料を加熱混練して、可塑化する可塑化部としてのスクリュー２と、を備えている。また、定量吐出装置１００は、スクリュー２を収容する筒体であるバレル３を備えている。このバレル３には、上部マニホールド４、下部マニホールド５及びノズル６からなる本体部７が接続して設けられている。
【００１５】
上部マニホールド４には、スクリュー２から供給される溶融樹脂の流路８が形成されている。下部マニホールド５及びノズル６には、導入口９ａ及び吐出口９ｂを有し、溶融樹脂を充填し加圧を行うための計量室９が形成されている。計量室９には計量室９の圧力（つまり、計量室９に充填された溶融樹脂の圧力）を検出する圧力検出センサ１０が設けられている。流路８と計量室９とは導入口９ａを介して連通しており、この導入口９ａを開閉する位置（本実施形態では流路８）には、ニードル弁１１が設けられている。このニードル弁１１は、導入口９ａを開放する開位置と導入口９ａを閉塞する閉位置との間で移動することで導入口９ａを開閉可能である。
【００１６】
定量吐出装置１００は、計量室９に摺動可能に配置され、精密な前後移動を可能とし、計量室９に充填された溶融樹脂を押圧するプランジャ１２を備えている。計量室９の外部には、吐出口９ｂを開放する開位置と吐出口９ｂを閉塞する閉位置とに移動可能なシャッター部材１３が設けられている。
【００１７】
ここで、バレル３、上部マニホールド４、下部マニホールド５、ノズル６にはそれぞれヒーター及び温度センサが設けられ、個別に精密に温度調節が可能に構成されている。つまり、バレル３、上部マニホールド４、下部マニホールド５、ノズル６は、それぞれ一定の温度となるように制御される。
【００１８】
定量吐出装置１００は、ニードル弁１１を駆動するニードル弁駆動部１４、シャッター部材１３を駆動するシャッター駆動部１５、及びプランジャ１２を駆動するプランジャ駆動部１６と、これら駆動部を制御する制御部１７とからなる駆動制御部１８を備えている。つまり、駆動制御部１８は、ニードル弁１１、シャッター部材１３及びプランジャ１２を駆動制御する。
【００１９】
更に、定量吐出装置１００は、計量室９の圧力（つまり、計量室９に充填された溶融樹脂の圧力）を示す値であって、比較対象となる基準値を予め記憶している記憶部１９を備えている。
【００２０】
図２は、本発明の本実施形態に係る定量吐出装置の概略断面を示す模式図であって、定量吐出装置を用いた定量吐出方法の充填工程、加圧工程及び吐出工程の各工程を順次示した模式図である。
【００２１】
まず、ホッパー１に投入された樹脂原材料は、スクリュー２により加熱混練され可塑化される。その後、可塑化された溶融樹脂は、スクリュー２の回転により流路８を通り、計量室９に導入される。このとき、駆動制御部１８は、図２（ａ）に示すように、ニードル弁１１を開位置、シャッター部材１３を閉位置に動作させている。また、駆動制御部１８は、プランジャ１２を予め設定された退避位置に後退させている。これにより、計量室９には、導入口９ａを介して溶融樹脂が充填され、吐出口９ｂが閉鎖された計量室９に溶融樹脂が満たされる（充填工程）。
【００２２】
次に、上述した充填工程にて計量室９への溶融樹脂の充填が完了した後、駆動制御部１８は、図２（ｂ）に示すように、シャッター部材１３を閉位置に維持した状態でニードル弁１１を閉位置に動作させる。これにより、計量室９は密閉空間となる。つまり、ニードル弁１１の下面、プランジャ１２の前面、シャッター部材１３の上面で規定される閉鎖空間が作られる。そして、駆動制御部１８は、圧力検出センサ１０によって検出される圧力検出値が記憶部１９に記憶された基準値となるように溶融樹脂を押圧する方向（矢印Ｘ方向）にプランジャ１２を動作させる。このプランジャ１２の精密駆動により、計量室９に充填された溶融樹脂が加圧される（加圧工程）。以上の駆動制御部１８の制御による加圧動作は、計量室９に充填された溶融樹脂を吐出口９ｂから吐出させるのに先立って行われる。このように、計量室９に充填された溶融樹脂は、所定の圧力が付与されたことにより加圧工程毎に一定の値の密度となる。
【００２３】
次に、上述した加圧工程にて圧力検出センサ１０によって検出される圧力検出値が基準値となった後、駆動制御部１８は、図２（ｃ）に示すように、シャッター部材１３を開位置に動作させると共にプランジャ１２を更に矢印Ｘ方向に動作させる。このとき、ニードル弁１１は、閉位置に維持した状態である。これにより、計量室９に充填された溶融樹脂Ｒがプランジャ１２に押されて吐出口９ｂから吐出される（吐出工程）。
【００２４】
以上の動作により、吐出する毎に密度が一定の溶融樹脂Ｒを、一定の容量だけ吐出することができる。従って、きわめて正確な重量の溶融樹脂を吐出することができ、吐出毎の溶融樹脂の重量のばらつきを小さくすることができる。
【００２５】
また、上記の溶融樹脂の定量吐出方法を圧縮成形方法の材料供給工程に適用することにより、圧縮成形の成形体の形状ばらつきをきわめて小さくすることができる。
【００２６】
また、上記の圧縮成形方法により、レンズやプリズムなどの精密な光学素子を製造することによって、素子の形状ばらつきを小さくでき、集光効率や焦点距離、反射効率などのばらつきをきわめて小さくすることができる。
【００２７】
なお、本発明に用いる樹脂原料は格別限定されず、本製造方法に適用できる熱可塑性樹脂であれば問題ない。例えばポリオレフィン系樹脂や、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエチレンテレフタラートなどを用いることができる。
【実施例】
【００２８】
［実施例１］
本発明の実施例として、本発明の方法を用いて溶融樹脂を吐出し、その吐出重量ばらつきを評価した。原料樹脂として、ポリオレフィン系樹脂である日本ゼオン（株）製ゼオネックスＥ４８Ｒを使用した。バレル３、上部マニホールド４、下部マニホールド５、ノズル６の温度は、それぞれ、２２０℃、２５０℃、２７０℃、２５０℃である。シャッター部材１３を閉じた状態で、スクリュー２により可塑化した溶融樹脂を計量室９に充填し、ニードル弁１１を閉鎖する。その後、プランジャ１２の駆動によって溶融樹脂の内圧を８ＭＰａに調整し、０．５秒間加圧状態を保持する。その後、プランジャ１２を停止し、同時にシャッター部材１３を開放し、プランジャ１２の位置制御駆動により吐出する。プランジャ１２の駆動距離は、圧力保持の停止位置から２．７ｍｍである。最後に、吐出口９ｂより吐出された溶融樹脂Ｒをノズル６の先端面で切断し、切断した樹脂の重量を電子天秤で計測した。
【００２９】
［比較例１］
比較例として、本発明の方法において、加圧工程を行わずに溶融樹脂を吐出し、その吐出重量ばらつきを評価した。原料樹脂、温度条件、プランジャ１２の駆動距離は実施例１と同様である。シャッター部材１３を閉じた状態で、スクリュー２により可塑化した溶融樹脂を計量室９に充填し、ニードル弁１１を閉鎖する。その後、シャッター部材１３を開放し、プランジャ１２の位置制御駆動により吐出した。最後に、吐出口９ｂより吐出された溶融樹脂Ｒをノズル６の先端面で切断し、切断した樹脂の重量を電子天秤で計測した。
【００３０】
［実施例２］
原料樹脂として、ポリカーボネート樹脂である帝人化成（株）製パンライトＡＤ−５５０３を使用し、本発明の方法を用いて溶融樹脂を吐出して、その吐出重量ばらつきを評価した。吐出方法、吐出条件、評価方法は実施例１と同様である。
【００３１】
［比較例２］
比較例として、実施例２と同様の原料樹脂を使用し、本発明の方法において、加圧工程を行わずに溶融樹脂を吐出して、その吐出重量ばらつきを評価した。吐出方法、吐出条件、評価方法は比較例１と同様である。
【００３２】
表１に、実施例１、比較例１、実施例２、比較例２の評価結果を示す。表１に示す結果からわかるように、本発明の実施例においては、本発明を実施していない比較例に対して、最大吐出重量と最小吐出重量の差が小さく、すなわち吐出重量のばらつきが小さい。これは、実施例では加圧工程があり、計量室内の溶融樹脂の密度を吐出毎に一定にしているためである。ここで、実施例と比較例では平均吐出重量が大きく異なっている。これは、実施例では加圧工程で計量室内の溶融樹脂の密度を上げているため、同じ容量でも重くなるからである。また、加圧工程で計量室の溶融樹脂内圧を上げているため、シャッター部材１３を開放する際に溶融樹脂内圧が吐出圧力となり、プランジャ１２の駆動量以上に樹脂が吐出されるためである。ただし、この吐出重量はプランジャ１２の駆動量に比例しており、プランジャ１２の駆動量を調整することにより所望の吐出重量とすることが可能である。
【００３３】
【表１】
【００３４】
［実施例３］
本発明の実施例として、本発明の吐出方法を、圧縮成形方法の材料供給工程に用いてレンズを製造し、レンズの厚みのばらつきを評価した。製造したレンズの形状は、直径が１０ｍｍの両凸球面形状である。原料樹脂として、ポリオレフィン系樹脂である日本ゼオン（株）製ゼオネックスＥ４８Ｒを使用した。吐出方法、吐出条件は実施例１と同様である。吐出した溶融樹脂Ｒをレンズの片面となる下型に乗せ、溶融樹脂Ｒをノズル６の先端面で切断する。次に、樹脂を乗せた下型を圧縮成形機に搬送し、下型を胴型に嵌め込む。その後、予め胴型に摺動可能に備えられた上型を駆動させ、上型と下型で樹脂を挟み圧縮成形を行う。圧縮成形の条件は、圧縮開始時の上型、下型、胴型の温度がそれぞれ１８０℃、圧縮終了時の上型、下型、胴型の温度がそれぞれ１３０℃、圧縮成形圧力は２．５ＭＰａである。最後に、製造したレンズの厚みをダイヤルゲージで計測した。
【００３５】
［比較例３］
比較例として、本発明の方法において、加圧工程を行わない方法を、圧縮成形方法の材料供給工程に用いてレンズを製造し、レンズの厚みのばらつきを評価した。製造したレンズの形状は、実施例３と同様である。吐出方法、吐出条件は比較例１と同様である。圧縮成形方法、成形条件、評価方法は実施例３と同様である。
【００３６】
表２に、実施例３と比較例３の評価結果を示す。表２に示す結果からわかるように、本発明の実施例においては、本発明を実施していない比較例に対して、レンズ厚みのばらつきが小さい。これは、本発明の吐出方法により、圧縮成形に供給される樹脂の重量ばらつきが小さくなったためである。
【００３７】
【表２】
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明は、各種圧縮成形方法の材料供給工程及び材料供給装置に利用することができる。特に、レンズやプリズムなどの光学素子を成形するための圧縮成形方法の材料供給工程及び材料供給装置に適している。
【符号の説明】
【００３９】
２…スクリュー（可塑化部）、７…本体部、９…計量室、９ａ…導入口、９ｂ…吐出口、１０…圧力検出センサ、１１…ニードル弁、１２…プランジャ、１３…シャッター部材、１８…駆動制御部、１９…記憶部、１００…定量吐出装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶融樹脂の定量吐出装置及び定量吐出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧縮成形型を有する圧縮成形装置には、溶融樹脂を吐出する定量吐出装置が組み込まれ、所定量の溶融樹脂が開放された圧縮成形型の下型に供給されるよう構成されている。圧縮成形装置は、圧縮成形機と共に、切断機構、搬送機構を含んでおり、切断機構により下型に吐出された樹脂を切断し、搬送機構により下型を圧縮成形機に搬送し、圧縮成形する。このとき、下型に吐出される樹脂の重量のばらつきは、成形体の形状のばらつきとなる。
【０００３】
例えば、レンズのような精密な部品を圧縮成形方法により製造する際には、レンズの厚みのばらつきを抑えるため、供給される材料の重量は１ｍｇ以下の精度が要求されることもある。そのため、圧縮成形方法の材料供給工程には、きわめて正確な重量の溶融樹脂を吐出できる方法が求められている。
【０００４】
従来、溶融樹脂の定量吐出方法として、スクリューからなる可塑化部により可塑化された溶融樹脂を、決められた量のスクリューの回転又はスクリュー自体の前後駆動によって、開放された吐出口より吐出する方法が知られている。また、スクリューにより可塑化された溶融樹脂を、計量室に充填し、計量室に備えられた精密駆動可能なプランジャの前後駆動によって、開放された吐出口より吐出する方法が知られている（特許文献１参照）。この特許文献１には、吐出口を閉鎖した状態で、溶融樹脂を計量室に充填した後、可塑化部と計量室の間の流路を閉鎖し、その後、吐出口を開放し、計量室に備えられたプランジャの前後駆動によって吐出する方法が開示されている。この方法によれば、吐出口を閉じた状態で溶融樹脂を計量室に充填するため、計量室全体への溶融樹脂の充填が補償される。また、可塑化部と計量室の間の流路を閉鎖することにより、吐出の際に溶融樹脂が可塑化部へ逆流することを防ぐことができ、正確な容量の吐出が可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平３−１３７９５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の吐出方法では、溶融樹脂の計量の際に溶融樹脂の密度を制御していないため、吐出される溶融樹脂の重量にばらつきが生じるという問題があった。すなわち、可塑化部より計量室に充填される溶融樹脂の可塑化溶融状態の違いや、流路の温度ムラなどの影響により、計量室に充填した溶融樹脂の密度にばらつきが生じる。そのため、正確な容量の溶融樹脂を吐出したとしても重量にばらつきが生じることがあった。
【０００７】
これに対し、樹脂の密度を制御する手段としては、溶融樹脂を可塑化部から計量室に充填する際に、可塑化部側から圧力をかけ、計量室の溶融樹脂内圧を制御することが考えられる。しかしながら、可塑化部側からの加圧では、流路の温度ムラにより流路内の溶融樹脂の粘度にばらつきが生じるため、計量室の溶融樹脂内圧を正確に制御することが困難である。また、吐出の際に可塑化部側への逆流を防ぐため、可塑化部と計量室の間の流路をニードル弁で閉鎖する。このニードル弁の駆動によって計量室の溶融樹脂内圧が変化するため、吐出直前の計量室の溶融樹脂内圧を正確に制御することが困難である。
【０００８】
そこで、本発明は、密度が一定の溶融樹脂を吐出することができる定量吐出装置及び定量吐出方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の定量吐出装置は、樹脂原材料を可塑化させる可塑化部と、前記可塑化部からの溶融樹脂を導入するための導入口と溶融樹脂を吐出するための吐出口とを有する計量室が形成された本体部と、前記導入口を開閉するニードル弁と、前記吐出口を開閉するシャッター部材と、前記計量室に配置され、前記計量室に充填された溶融樹脂を押圧するプランジャと、前記計量室の圧力を検出する圧力検出センサと、前記計量室の圧力の基準値を記憶する記憶部と、前記ニードル弁、前記シャッター部材及び前記プランジャを駆動制御する駆動制御部と、を備え、前記駆動制御部は、前記計量室に充填された溶融樹脂を前記吐出口から吐出させるのに先立って、前記ニードル弁及び前記シャッター部材を閉位置に動作させて前記計量室を密閉空間にし、前記圧力検出センサによって検出される圧力検出値が前記記憶部に記憶された基準値となるように前記プランジャを動作させて前記計量室に充填された溶融樹脂を加圧することを特徴とする。
【００１０】
本発明の定量吐出方法は、樹脂原材料を可塑化させる可塑化部と、前記可塑化部からの溶融樹脂を導入するための導入口と溶融樹脂を吐出するための吐出口とを有する計量室が形成された本体部と、前記導入口を開閉するニードル弁と、前記吐出口を開閉するシャッター部材と、前記計量室に配置され、前記計量室に充填された溶融樹脂を押圧するプランジャと、前記計量室の圧力を検出する圧力検出センサと、前記計量室の圧力の基準値を記憶する記憶部と、前記ニードル弁、前記シャッター部材及び前記プランジャを駆動制御する駆動制御部と、を備えた定量吐出装置を用いた定量吐出方法であって、前記駆動制御部により前記ニードル弁を開位置、前記シャッター部材を閉位置に動作させて、前記導入口から前記計量室に溶融樹脂を充填する充填工程と、前記充填工程にて前記計量室への溶融樹脂の充填が完了した後、前記駆動制御部により前記ニードル弁を閉位置に動作させて前記計量室を密閉空間とし、前記圧力検出センサによって検出される圧力検出値が前記記憶部に記憶された基準値となるように前記駆動制御部により前記プランジャを動作させて、前記計量室に充填された溶融樹脂を加圧する加圧工程と、前記加圧工程にて前記圧力検出センサによって検出される圧力検出値が前記基準値となった後、前記駆動制御部により前記シャッター部材を開位置に動作させると共に前記プランジャを動作させて、前記吐出口から溶融樹脂を吐出させる吐出工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、計量室を密閉空間とし、圧力検出センサによって検出される圧力検出値が基準値となるようにプランジャにより溶融樹脂を加圧するようにしたので、計量室に充填された溶融樹脂の密度を一定の値にすることができる。したがって、吐出毎の溶融樹脂の重量のばらつきを小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係る定量吐出装置の概略断面を示す模式図である。
【図２】本発明の本実施形態に係る定量吐出装置の概略断面を示す模式図であって、定量吐出装置を用いた定量吐出方法の充填工程、加圧工程及び吐出工程の各工程を順次示した模式図である。（ａ）は充填工程、（ｂ）は加圧工程、（ｃ）は吐出工程を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係る定量吐出装置の概略断面を示す模式図である。
【００１４】
図１において、定量吐出装置１００は、溶融樹脂となる樹脂原料が投入されるホッパー１と、ホッパー１に投入された樹脂原材料を加熱混練して、可塑化する可塑化部としてのスクリュー２と、を備えている。また、定量吐出装置１００は、スクリュー２を収容する筒体であるバレル３を備えている。このバレル３には、上部マニホールド４、下部マニホールド５及びノズル６からなる本体部７が接続して設けられている。
【００１５】
上部マニホールド４には、スクリュー２から供給される溶融樹脂の流路８が形成されている。下部マニホールド５及びノズル６には、導入口９ａ及び吐出口９ｂを有し、溶融樹脂を充填し加圧を行うための計量室９が形成されている。計量室９には計量室９の圧力（つまり、計量室９に充填された溶融樹脂の圧力）を検出する圧力検出センサ１０が設けられている。流路８と計量室９とは導入口９ａを介して連通しており、この導入口９ａを開閉する位置（本実施形態では流路８）には、ニードル弁１１が設けられている。このニードル弁１１は、導入口９ａを開放する開位置と導入口９ａを閉塞する閉位置との間で移動することで導入口９ａを開閉可能である。
【００１６】
定量吐出装置１００は、計量室９に摺動可能に配置され、精密な前後移動を可能とし、計量室９に充填された溶融樹脂を押圧するプランジャ１２を備えている。計量室９の外部には、吐出口９ｂを開放する開位置と吐出口９ｂを閉塞する閉位置とに移動可能なシャッター部材１３が設けられている。
【００１７】
ここで、バレル３、上部マニホールド４、下部マニホールド５、ノズル６にはそれぞれヒーター及び温度センサが設けられ、個別に精密に温度調節が可能に構成されている。つまり、バレル３、上部マニホールド４、下部マニホールド５、ノズル６は、それぞれ一定の温度となるように制御される。
【００１８】
定量吐出装置１００は、ニードル弁１１を駆動するニードル弁駆動部１４、シャッター部材１３を駆動するシャッター駆動部１５、及びプランジャ１２を駆動するプランジャ駆動部１６と、これら駆動部を制御する制御部１７とからなる駆動制御部１８を備えている。つまり、駆動制御部１８は、ニードル弁１１、シャッター部材１３及びプランジャ１２を駆動制御する。
【００１９】
更に、定量吐出装置１００は、計量室９の圧力（つまり、計量室９に充填された溶融樹脂の圧力）を示す値であって、比較対象となる基準値を予め記憶している記憶部１９を備えている。
【００２０】
図２は、本発明の本実施形態に係る定量吐出装置の概略断面を示す模式図であって、定量吐出装置を用いた定量吐出方法の充填工程、加圧工程及び吐出工程の各工程を順次示した模式図である。
【００２１】
まず、ホッパー１に投入された樹脂原材料は、スクリュー２により加熱混練され可塑化される。その後、可塑化された溶融樹脂は、スクリュー２の回転により流路８を通り、計量室９に導入される。このとき、駆動制御部１８は、図２（ａ）に示すように、ニードル弁１１を開位置、シャッター部材１３を閉位置に動作させている。また、駆動制御部１８は、プランジャ１２を予め設定された退避位置に後退させている。これにより、計量室９には、導入口９ａを介して溶融樹脂が充填され、吐出口９ｂが閉鎖された計量室９に溶融樹脂が満たされる（充填工程）。
【００２２】
次に、上述した充填工程にて計量室９への溶融樹脂の充填が完了した後、駆動制御部１８は、図２（ｂ）に示すように、シャッター部材１３を閉位置に維持した状態でニードル弁１１を閉位置に動作させる。これにより、計量室９は密閉空間となる。つまり、ニードル弁１１の下面、プランジャ１２の前面、シャッター部材１３の上面で規定される閉鎖空間が作られる。そして、駆動制御部１８は、圧力検出センサ１０によって検出される圧力検出値が記憶部１９に記憶された基準値となるように溶融樹脂を押圧する方向（矢印Ｘ方向）にプランジャ１２を動作させる。このプランジャ１２の精密駆動により、計量室９に充填された溶融樹脂が加圧される（加圧工程）。以上の駆動制御部１８の制御による加圧動作は、計量室９に充填された溶融樹脂を吐出口９ｂから吐出させるのに先立って行われる。このように、計量室９に充填された溶融樹脂は、所定の圧力が付与されたことにより加圧工程毎に一定の値の密度となる。
【００２３】
次に、上述した加圧工程にて圧力検出センサ１０によって検出される圧力検出値が基準値となった後、駆動制御部１８は、図２（ｃ）に示すように、シャッター部材１３を開位置に動作させると共にプランジャ１２を更に矢印Ｘ方向に動作させる。このとき、ニードル弁１１は、閉位置に維持した状態である。これにより、計量室９に充填された溶融樹脂Ｒがプランジャ１２に押されて吐出口９ｂから吐出される（吐出工程）。
【００２４】
以上の動作により、吐出する毎に密度が一定の溶融樹脂Ｒを、一定の容量だけ吐出することができる。従って、きわめて正確な重量の溶融樹脂を吐出することができ、吐出毎の溶融樹脂の重量のばらつきを小さくすることができる。
【００２５】
また、上記の溶融樹脂の定量吐出方法を圧縮成形方法の材料供給工程に適用することにより、圧縮成形の成形体の形状ばらつきをきわめて小さくすることができる。
【００２６】
また、上記の圧縮成形方法により、レンズやプリズムなどの精密な光学素子を製造することによって、素子の形状ばらつきを小さくでき、集光効率や焦点距離、反射効率などのばらつきをきわめて小さくすることができる。
【００２７】
なお、本発明に用いる樹脂原料は格別限定されず、本製造方法に適用できる熱可塑性樹脂であれば問題ない。例えばポリオレフィン系樹脂や、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエチレンテレフタラートなどを用いることができる。
【実施例】
【００２８】
［実施例１］
本発明の実施例として、本発明の方法を用いて溶融樹脂を吐出し、その吐出重量ばらつきを評価した。原料樹脂として、ポリオレフィン系樹脂である日本ゼオン（株）製ゼオネックスＥ４８Ｒを使用した。バレル３、上部マニホールド４、下部マニホールド５、ノズル６の温度は、それぞれ、２２０℃、２５０℃、２７０℃、２５０℃である。シャッター部材１３を閉じた状態で、スクリュー２により可塑化した溶融樹脂を計量室９に充填し、ニードル弁１１を閉鎖する。その後、プランジャ１２の駆動によって溶融樹脂の内圧を８ＭＰａに調整し、０．５秒間加圧状態を保持する。その後、プランジャ１２を停止し、同時にシャッター部材１３を開放し、プランジャ１２の位置制御駆動により吐出する。プランジャ１２の駆動距離は、圧力保持の停止位置から２．７ｍｍである。最後に、吐出口９ｂより吐出された溶融樹脂Ｒをノズル６の先端面で切断し、切断した樹脂の重量を電子天秤で計測した。
【００２９】
［比較例１］
比較例として、本発明の方法において、加圧工程を行わずに溶融樹脂を吐出し、その吐出重量ばらつきを評価した。原料樹脂、温度条件、プランジャ１２の駆動距離は実施例１と同様である。シャッター部材１３を閉じた状態で、スクリュー２により可塑化した溶融樹脂を計量室９に充填し、ニードル弁１１を閉鎖する。その後、シャッター部材１３を開放し、プランジャ１２の位置制御駆動により吐出した。最後に、吐出口９ｂより吐出された溶融樹脂Ｒをノズル６の先端面で切断し、切断した樹脂の重量を電子天秤で計測した。
【００３０】
［実施例２］
原料樹脂として、ポリカーボネート樹脂である帝人化成（株）製パンライトＡＤ−５５０３を使用し、本発明の方法を用いて溶融樹脂を吐出して、その吐出重量ばらつきを評価した。吐出方法、吐出条件、評価方法は実施例１と同様である。
【００３１】
［比較例２］
比較例として、実施例２と同様の原料樹脂を使用し、本発明の方法において、加圧工程を行わずに溶融樹脂を吐出して、その吐出重量ばらつきを評価した。吐出方法、吐出条件、評価方法は比較例１と同様である。
【００３２】
表１に、実施例１、比較例１、実施例２、比較例２の評価結果を示す。表１に示す結果からわかるように、本発明の実施例においては、本発明を実施していない比較例に対して、最大吐出重量と最小吐出重量の差が小さく、すなわち吐出重量のばらつきが小さい。これは、実施例では加圧工程があり、計量室内の溶融樹脂の密度を吐出毎に一定にしているためである。ここで、実施例と比較例では平均吐出重量が大きく異なっている。これは、実施例では加圧工程で計量室内の溶融樹脂の密度を上げているため、同じ容量でも重くなるからである。また、加圧工程で計量室の溶融樹脂内圧を上げているため、シャッター部材１３を開放する際に溶融樹脂内圧が吐出圧力となり、プランジャ１２の駆動量以上に樹脂が吐出されるためである。ただし、この吐出重量はプランジャ１２の駆動量に比例しており、プランジャ１２の駆動量を調整することにより所望の吐出重量とすることが可能である。
【００３３】
【表１】
【００３４】
［実施例３］
本発明の実施例として、本発明の吐出方法を、圧縮成形方法の材料供給工程に用いてレンズを製造し、レンズの厚みのばらつきを評価した。製造したレンズの形状は、直径が１０ｍｍの両凸球面形状である。原料樹脂として、ポリオレフィン系樹脂である日本ゼオン（株）製ゼオネックスＥ４８Ｒを使用した。吐出方法、吐出条件は実施例１と同様である。吐出した溶融樹脂Ｒをレンズの片面となる下型に乗せ、溶融樹脂Ｒをノズル６の先端面で切断する。次に、樹脂を乗せた下型を圧縮成形機に搬送し、下型を胴型に嵌め込む。その後、予め胴型に摺動可能に備えられた上型を駆動させ、上型と下型で樹脂を挟み圧縮成形を行う。圧縮成形の条件は、圧縮開始時の上型、下型、胴型の温度がそれぞれ１８０℃、圧縮終了時の上型、下型、胴型の温度がそれぞれ１３０℃、圧縮成形圧力は２．５ＭＰａである。最後に、製造したレンズの厚みをダイヤルゲージで計測した。
【００３５】
［比較例３］
比較例として、本発明の方法において、加圧工程を行わない方法を、圧縮成形方法の材料供給工程に用いてレンズを製造し、レンズの厚みのばらつきを評価した。製造したレンズの形状は、実施例３と同様である。吐出方法、吐出条件は比較例１と同様である。圧縮成形方法、成形条件、評価方法は実施例３と同様である。
【００３６】
表２に、実施例３と比較例３の評価結果を示す。表２に示す結果からわかるように、本発明の実施例においては、本発明を実施していない比較例に対して、レンズ厚みのばらつきが小さい。これは、本発明の吐出方法により、圧縮成形に供給される樹脂の重量ばらつきが小さくなったためである。
【００３７】
【表２】
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明は、各種圧縮成形方法の材料供給工程及び材料供給装置に利用することができる。特に、レンズやプリズムなどの光学素子を成形するための圧縮成形方法の材料供給工程及び材料供給装置に適している。
【符号の説明】
【００３９】
２…スクリュー（可塑化部）、７…本体部、９…計量室、９ａ…導入口、９ｂ…吐出口、１０…圧力検出センサ、１１…ニードル弁、１２…プランジャ、１３…シャッター部材、１８…駆動制御部、１９…記憶部、１００…定量吐出装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂原材料を可塑化させる可塑化部と、
前記可塑化部からの溶融樹脂を導入するための導入口と溶融樹脂を吐出するための吐出口とを有する計量室が形成された本体部と、
前記導入口を開閉するニードル弁と、
前記吐出口を開閉するシャッター部材と、
前記計量室に配置され、前記計量室に充填された溶融樹脂を押圧するプランジャと、
前記計量室の圧力を検出する圧力検出センサと、
前記計量室の圧力の基準値を記憶する記憶部と、
前記ニードル弁、前記シャッター部材及び前記プランジャを駆動制御する駆動制御部と、を備え、
前記駆動制御部は、前記計量室に充填された溶融樹脂を前記吐出口から吐出させるのに先立って、前記ニードル弁及び前記シャッター部材を閉位置に動作させて前記計量室を密閉空間にし、前記圧力検出センサによって検出される圧力検出値が前記記憶部に記憶された基準値となるように前記プランジャを動作させて前記計量室に充填された溶融樹脂を加圧することを特徴とする定量吐出装置。
【請求項２】
樹脂原材料を可塑化させる可塑化部と、
前記可塑化部からの溶融樹脂を導入するための導入口と溶融樹脂を吐出するための吐出口とを有する計量室が形成された本体部と、
前記導入口を開閉するニードル弁と、
前記吐出口を開閉するシャッター部材と、
前記計量室に配置され、前記計量室に充填された溶融樹脂を押圧するプランジャと、
前記計量室の圧力を検出する圧力検出センサと、
前記計量室の圧力の基準値を記憶する記憶部と、
前記ニードル弁、前記シャッター部材及び前記プランジャを駆動制御する駆動制御部と、を備えた定量吐出装置を用いた定量吐出方法であって、
前記駆動制御部により前記ニードル弁を開位置、前記シャッター部材を閉位置に動作させて、前記導入口から前記計量室に溶融樹脂を充填する充填工程と、
前記充填工程にて前記計量室への溶融樹脂の充填が完了した後、前記駆動制御部により前記ニードル弁を閉位置に動作させて前記計量室を密閉空間とし、前記圧力検出センサによって検出される圧力検出値が前記記憶部に記憶された基準値となるように前記駆動制御部により前記プランジャを動作させて、前記計量室に充填された溶融樹脂を加圧する加圧工程と、
前記加圧工程にて前記圧力検出センサによって検出される圧力検出値が前記基準値となった後、前記駆動制御部により前記シャッター部材を開位置に動作させると共に前記プランジャを動作させて、前記吐出口から溶融樹脂を吐出させる吐出工程と、を有することを特徴とする定量吐出方法。
【請求項１】
樹脂原材料を可塑化させる可塑化部と、
前記可塑化部からの溶融樹脂を導入するための導入口と溶融樹脂を吐出するための吐出口とを有する計量室が形成された本体部と、
前記導入口を開閉するニードル弁と、
前記吐出口を開閉するシャッター部材と、
前記計量室に配置され、前記計量室に充填された溶融樹脂を押圧するプランジャと、
前記計量室の圧力を検出する圧力検出センサと、
前記計量室の圧力の基準値を記憶する記憶部と、
前記ニードル弁、前記シャッター部材及び前記プランジャを駆動制御する駆動制御部と、を備え、
前記駆動制御部は、前記計量室に充填された溶融樹脂を前記吐出口から吐出させるのに先立って、前記ニードル弁及び前記シャッター部材を閉位置に動作させて前記計量室を密閉空間にし、前記圧力検出センサによって検出される圧力検出値が前記記憶部に記憶された基準値となるように前記プランジャを動作させて前記計量室に充填された溶融樹脂を加圧することを特徴とする定量吐出装置。
【請求項２】
樹脂原材料を可塑化させる可塑化部と、
前記可塑化部からの溶融樹脂を導入するための導入口と溶融樹脂を吐出するための吐出口とを有する計量室が形成された本体部と、
前記導入口を開閉するニードル弁と、
前記吐出口を開閉するシャッター部材と、
前記計量室に配置され、前記計量室に充填された溶融樹脂を押圧するプランジャと、
前記計量室の圧力を検出する圧力検出センサと、
前記計量室の圧力の基準値を記憶する記憶部と、
前記ニードル弁、前記シャッター部材及び前記プランジャを駆動制御する駆動制御部と、を備えた定量吐出装置を用いた定量吐出方法であって、
前記駆動制御部により前記ニードル弁を開位置、前記シャッター部材を閉位置に動作させて、前記導入口から前記計量室に溶融樹脂を充填する充填工程と、
前記充填工程にて前記計量室への溶融樹脂の充填が完了した後、前記駆動制御部により前記ニードル弁を閉位置に動作させて前記計量室を密閉空間とし、前記圧力検出センサによって検出される圧力検出値が前記記憶部に記憶された基準値となるように前記駆動制御部により前記プランジャを動作させて、前記計量室に充填された溶融樹脂を加圧する加圧工程と、
前記加圧工程にて前記圧力検出センサによって検出される圧力検出値が前記基準値となった後、前記駆動制御部により前記シャッター部材を開位置に動作させると共に前記プランジャを動作させて、前記吐出口から溶融樹脂を吐出させる吐出工程と、を有することを特徴とする定量吐出方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１２−２５０４４９（Ｐ２０１２−２５０４４９Ａ）
【公開日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１２４９８２（Ｐ２０１１−１２４９８２）
【出願日】平成２３年６月３日（２０１１．６．３）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月３日（２０１１．６．３）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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