JP2009234038A - 透明部品製造用ペレットおよびその製造方法と製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】透明部品を成形する際に内部に異物が混在する確率を低くできる樹脂ペレットおよびその製造方法と製造装置を提供する。
【解決手段】環状オレフィンなどの透明樹脂で形成された樹脂ペレット３１はストランド方式で形成された円柱形状であり、外周面３１ａには複数の圧痕３２が形成されている。個々の圧痕３２は、平坦面である内底面と、傾斜内側面を有している。よって、樹脂ペレット３１はその形状および寸法と圧痕３２の寸法を均一にでき、しかも圧痕の形成による樹脂小片が形成されにくい。そのため、この樹脂ペレット３１から成形された透明部品は内部に異物が混入していない透明度の高いものとなる。
【選択図】図３

Description

本発明は、表示部を覆う透明カバーまたはレンズなどの光学部品あるいはその他の透明部品を合成樹脂により形成する際に使用される透明部品製造用ペレットおよびその製造方法と製造装置に関する。

携帯用機器の表示部には液晶パネルなどの表示パネルを覆う透明カバーが設けられている。この透明カバーは、透明な樹脂材料で形成されているが、表示パネルの表示画像を鮮明に見えるようにするためには、透明カバーに異物が混入していないことが必要である。これは、透明な樹脂材料で形成されたレンズやプリズムやその他の光学部品においても同じである。

前記透明カバーや前記光学部品などの透明部品を合成樹脂で形成する工程は、一定の形状および寸法となるように規格化された樹脂ペレットを使用する。透明部品の製造工程で、前記樹脂ペレットが溶融押出し機に供給され、溶融押出し機内で樹脂ペレットが加熱され加圧され混練されて溶融状態となり、溶融状態の樹脂がダイから押し出される。押し出された溶融樹脂は、成形すべき部品の形状のキャビティを有する金型内に射出されるなどして、透明部品が形成される。

しかし、従来の製造工程において成形された透明部品には、その内部に微細な異物が混入することがある。内部に異物が混入していると、透明カバーとして使用したときにその下の表示パネルの画像内に、前記異物が汚れのような状態で表示されてしまう。またレンズやプリズムなどの光学部品の場合は、前記異物の混入によって光学機能に支障を来たすおそれがある。

透明部品内に異物が混入する頻度は、その製造工程の環境によって左右されるが、さらに本発明に至る研究過程において、異物が混入する原因のひとつが、樹脂ペレットの形状や樹脂ペレットの製造工程に存在していることを確認することができた。

樹脂ペレットの製造方法として、以下の特許文献１および特許文献２に記載されたストランド方式が知られている。このストランド方式は、溶融し押出しされた溶融樹脂がストランドダイによって押し出されてストランド（紐）となって冷却される。冷却されて硬化したストランドは、ペレタイジング工程に送り出され、ペレタイジング工程で、ストランドが保持ロールで保持されてカッターロールで規定の長さに切断される。

透明部品を製造する過程で、樹脂ペレットを均一に溶融させるためには、樹脂ペレットの形状および寸法を規格通り均一に揃えることが重要である。均一な形状と寸法の樹脂ペレットを溶融押出し機に供給することで、個々の樹脂ペレットを均一に溶融させることが可能となる。そのために、前記ペレタイジング工程で、連続的に送り出される前記ストランドを保持ロールでしっかり保持して、カッターロールで個々の樹脂ペレットを切断することが必要である。

しかし、従来のペレタイジング工程において、保持ロールでストランドを保持する際に、またはストランドが保持ロールから離れる際に、ストランドまたは切断後の樹脂ペレットから樹脂の小片が剥がれ、この小片が樹脂ペレットの表面に付着しまたは樹脂ペレット群内に混入するのが確認されている。この場合、透明部品の製造工程において、溶融押出し機内に、樹脂ペレットと共に前記小片が混入することが避けられなくなる。溶融押出し機内で、均一な形状と寸法の樹脂ペレットに熱と圧力を十分に与えて樹脂ペレットを均一に溶融させようとしても、樹脂ペレットよりも寸法が十分に小さい前記小片が存在していると、この小片に十分な熱と圧力を与えることはできない。そのため、前記小片が十分に溶融することなく透明樹脂の内部に混入したまま押し出され、成形された透明部品内に、前記小片が異物として残りやすくなる。
特開平６−２１８７２８号公報 特開２０００−２４２９７１号公報

本発明は上記従来の課題を解決するものであり、外形を規定の形状や寸法に高精度に形成することができ、しかも表面からの小片の脱落を防止して、完成した透明部品内に異物が混入しにくい透明部品製造用ペレットおよびその製造方法と製造装置を提供することを目的としている。

本発明は、溶融樹脂を硬化させて透明部品を製造する工程で、前記溶融樹脂の供給源として使用される透明な樹脂ペレットにおいて、
外表面に、所定形状および所定寸法に切断する際に加圧された圧痕が形成されており、前記圧痕が、平坦面の内底面と前記内底面から前記外表面に向けて対向間隔が徐々に広がる傾斜内側面とを有していることを特徴とするものである。

本発明の樹脂ペレットは、ペレタイジング工程において、その外表面に前記圧痕が形成されるようにしっかり保持された状態で切断されるため、樹脂ペレットの外形の形状と寸法が均一に揃えられたものとなり、透明部品の製造工程の溶融押出し機内で均一に加圧され加熱されやすくなる。また、前記圧痕が、平坦面の内底面と前記内底面から前記外表面に向けて対向間隔が徐々に広がる傾斜内側面とを有する形状であるため、ペレタイジング工程において、樹脂ペレットの外表面から樹脂の小片などが剥がれにくくなる。よって、樹脂ペレットで透明部品を製造する際に、透明部品の内部に十分に溶融できない樹脂の小片が残ることを防止できる。

本発明の樹脂ペレットの製造方法は、透明な樹脂材料を溶融し押出してストランドを形成する工程と、
前記ストランドを冷却する工程と、
前記ストランドを保持ロールで保持するとともに、カッターロールで所定の長さに切断するペレタイジング工程とを有し、
前記ペレタイジング工程では、前記保持ロールの表面に設けられた凸部によって、前記ストランドの外表面に、平坦面の内底面と前記内底面から前記外表面に向けて対向間隔が徐々に広がる傾斜内側面を有する圧痕を形成しながら、前記カッターロールで前記ストランドを切断することを特徴とするものである。

本発明の樹脂ペレットおよび前記本発明の樹脂ペレットの製造方法において、樹脂ペレットを形成する樹脂として環状オレフィンが好ましく使用される。

また、本発明の樹脂ペレットの製造装置は、透明な樹脂材料を溶融し押出してストランドを形成する溶融押出し部と、
前記ストランドを冷却する冷却部と、
前記ストランドを保持ロールで保持するとともに、カッターロールで所定の長さに切断するペレタイジング部とを有し、
前記保持ロールの外周面には、前記ストランドを保持する複数の凸部が設けられており、前記凸部は、裁頭角錐形状または裁頭円錐形状であることを特徴とするものである。

上記のように、保持ロールの裁頭角錐形状または裁頭円錐形状の凸部が形成されていると、保持ロールでストランドを確実に保持した状態で個々の樹脂ペレットに切断することができ、切断後の樹脂ペレットの形状と寸法を均一にできる。また凸部がストランドから離れるときに、ストランドの表面の樹脂に損傷を与えにくくなり、樹脂ペレットを形成する際に、樹脂の小片などが混入するのを防止できる。

本発明は、透明部品を形成する際に、透明部品の内部に、十分に溶融していない樹脂の小片が異物として残る現象の発生確率を低減させることができ、透明部品の品質を高めることができる。

図１は本発明の樹脂ペレットを製造する製造装置の説明図、図２は前記製造装置のペレタイジング部を示す拡大図である。図３は前記製造装置で製造された樹脂ペレットの斜視図、図４は前記樹脂ペレットの外表面に形成された圧痕を拡大して示す斜視図である。図５は、図２に示す保持ロールの表面に形成された凸部の形状を示す拡大斜視図である。図６は第２の実施の形態の保持ロールに設けられる凸部の拡大斜視図である。図７と図８は樹脂ペレットから製造された透明部品の例を示す斜視図である。

図１に示す樹脂ペレットの製造装置１は、溶融押出し部２と冷却部３およびペレタイジング部４を有している。

溶融押出し部２には溶融押出し機１０が設けられている。この溶融押出し機１０は内部にスクリュー軸１１が設けられている。この溶融押出し機１０は、内部にスクリュー軸１１が多軸で設けられた多軸スクリュー押出し機である。溶融押出し機１０の吐出部にはストランドダイ１２が設けられている。ストランドダイ１２には、スクリュー軸１１の数に対応して複数のノズル１２ａが設けられている。

溶融押出し機１０の前段には、樹脂材料を計量し混合するフィーダーやミキサーが設けられているが、図１ではこれらの図示を省略している。

溶融押出し部２に供給される合成樹脂材料は、携帯用機器などの表示部を覆う透明カバーや、レンズやプリズムなどの光学部品を製造するための透明樹脂である。透明樹脂は熱可塑性樹脂であり、例えば環状オレフィン・コーポリマー（ＣＯＣ）が使用される。環状オレフィン・コーポリマーは、光線透過率が９０％以上で低複屈折の優れた光学特性を持ち、さらに剛性や強度などの機械的特性も優れている。

フィーダーやミキサーによって計量されて混合された樹脂材料は、溶融押出し機１０で加熱され加圧されて混練されて溶融樹脂となり、ストランドダイ１２で、所定の直径のストランド３０として連続的に押し出される。ストランド３０は、断面が円形、長円形、あるいは楕円形であり、その断面の形状は長さ方法の各箇所において均一である。

冷却部３は、冷却槽１５に冷却水１６が貯められており、冷却槽１５内には冷却案内ロール１７，１７が設けられている。ストランドダイ１２で押し出されたストランド３０は、冷却案内ロール１７，１７で冷却水１６内を案内されて冷却される。冷却されたストランド３０は、取り出しロール１８で冷却槽１５から取り出され、案内ロール１９ａ，１９ｂで案内されてペレタイジング部４に送られる。

ペレタイジング部４には、一対の保持ロール２１ａ，２１ｂが設けられている。冷却されたストランド３０は、保持ロール２１ａ，２１ｂで連続的に送られながら、あるいは間欠的に送られながら、回転するカッターロール２２によって規定された長さ寸法に切断されて、樹脂ペレット３１が形成される。個々に切断された樹脂ペレット３１は、収集箱２３で収集される。

図２は、ペレタイジング部４の構造を拡大して示している。図２に示すように、保持ロール２１ａ，２１ｂのそれぞれの表面には複数の凸部２５が形成されている。保持ロール２１ａ，２１ｂは一定の間隔で対向して、互いに逆向きに回転駆動されており、冷却されたストランド３０は、保持ロール２１ａと保持ロール２１ｂとで保持されて送り出される。

カッターロール２２は、その表面に、周方向へ一定のピッチに配列した刃２２ａが設けられている。カッターロール２２の下部には、受けダイ２４が設けられており、保持ロール２１ａ，２１ｂで送り出されたストランド３０が、受けダイ２４で下から受けられて、連続回転するカッターロール２２の刃２２ａで切断される。

ストランド３０は、表面に凸部２５を有する保持ロール２１ａと保持ロール２１ｂとでしっかりと保持されて送り出されてカッターロール２２で切断されるため、切断された後の樹脂ペレット３１は、均一な長さ寸法に形成される。図３に示すように、切断された樹脂ペレット３１は、外周面３１ａが円筒面または楕円筒面であり、両端面３１ｂ，３１ｂが、前記円筒面の中心軸Ｏ−Ｏに対して直交する平坦面となる。

樹脂ペレット３１によって樹脂製品を整形する際に、多数の樹脂ペレット３１が溶融押出し機に供給されるが、樹脂ペレット３１の形状と寸法を均一にそろえることで、それぞれの樹脂ペレット３１に均一に熱と圧力を与えて溶融させることができるようになる。また、図３に示すように、ストランド３０が保持ロール２１ａと保持ロール２１ｂとでしっかりと保持されて送り出されるために、樹脂ペレット３１の外周面３１ａに、前記凸部２５が押し付けられた圧痕３２が形成される。

図４は、樹脂ペレット３１の外周面３１ａに形成された個々の圧痕３２の形状を示し、図５は、保持ロール２１ａと保持ロール２１ｂの表面に形成された凸部２５を示している。

前記凸部２５は、平坦面である頂部２５ａと、それぞれが平坦面である４つの傾斜側面２５ｂを有しており、その形状はいわゆる裁頭四角錐である。頂部２５ａは、長方形または正方形の平坦面または菱型や平行四辺形の平坦面であり、頂部２５ａは、保持ロール２１ａ，２１ｂの外周面が接する平面と平行である。また凸部２５の裾部の形状は、頂部２５ａと同じであり、長方形、正方形、菱型あるいは平行四辺形などである。４つの傾斜側面２５ｂは、前記頂部２５ａから保持ロールの外周面に向うにしたがって対向間隔が徐々に広がるテーパー平面である。

図４に示すように、前記凸部２５によって形成される圧痕３２は、樹脂ペレット３１の外周面３１ａから窪んだ位置にある内底面３２ａと、この内底面３２ａから外周面３１ａに向けて延びる４つの傾斜内側面３２ｂとを有している。内底面３２ａは、前記凸部２５の頂部２５ａが転写された長方形や正方形または菱型や平行四辺形の平坦面であり、内底面３２ａは、樹脂ペレット３１の外周面３１ａが接する面と平行である。圧痕３２のそれぞれの傾斜内側面３２ｂは、前記凸部２５の傾斜側面２５ｂが転写されたものであり、内底面３２ａから外周面３１ａまでその対向間隔が徐々に広がる平面である。

前記圧痕３２の開口部において、長い側の対角線の長さをＷ１とし、短い側の対角線の長さをＷ２としたときに、図３に示すように長い対角線が、樹脂ペレット３１の中心軸Ｏ−Ｏと平行に向けられ、短い対角線が中心軸Ｏ−Ｏと直交する側に向けられる。対角線の長さＷ１とＷ２は、共に１ｍｍ以下である。圧痕３２の深さ寸法Ｄは、長い対角線の長さＷ１の２／３以下であることが好ましく、さらに好ましくは１／２以下である。また、内底面３２ａの対角線の長さＷａは、前記長さＷ１の２／３以下であることが好ましく、さらに好ましくは１／２以下である。同様に、内底面３２ａの他の対角線の長さＷｂは、前記長さＷ２の２／３以下であることが好ましく、さらに好ましくは１／２以下である。

樹脂ペレット３１の表面に形成された圧痕３２は、図５に示す裁頭四角錐の凸部２５が転写した形状であり、内底面３２ａが平坦面で、傾斜内側面３２ｂが比較的緩い傾斜面であり、且つ深さＤが長辺の２／３以下である。そのため、凸部２５から転写される圧痕３２の形状のばらつきを少なくできる。それぞれの樹脂ペレット３１の外周面３１ａに形成される圧痕３２の寸法と形状のばらつきを少なくでき、前記寸法と形状を均一にできるので、透明部品を製造する際に樹脂ペレット３１を溶融押出し機に供給したときに、個々の樹脂ペレット３１に熱と圧力を均一に作用させることができ、樹脂ペレット３１を均一に溶融させることができる。

また、樹脂ペレット３１に前記形状の圧痕３２を形成する工程では、凸部２５によって浅い圧痕３２を形成するため、凸部２５で加圧するときおよび凸部２５が圧痕３２から離れるときに、圧痕３２の内部が損傷しにくくなり、樹脂ペレット３１を製造する際に、樹脂の小片が脱落して混入する確率を低くできる。よって、樹脂の小片が樹脂ペレット３１に混ざることにより、この小片が十分に溶融せずに、透明部品内に異物として残るなどの現象を少なくできる。

透明部品の製造方法では、複数の樹脂ペレット３１が溶融押出し機に供給され、溶融押出し機で樹脂ペレット３１が加熱され加圧され混練されて溶融されて、溶融押出し機に取り付けられているダイで溶融樹脂が押し出される。そして、溶融樹脂が成形型内に射出されて、透明部品が製造される。製造される透明部品は、図７に示す透明カバー４１や、図８に示すレンズなどの光学部品４２である。

凸部２５を有する保持ロール２１ａ，２１ｂで保持したストランド３０を送り出して切断することで、個々の樹脂ペレット３１の形状と寸法を均一にでき、且つ樹脂ペレット３１の外周面３１ａに形成される圧痕３２が浅く且つ平坦な内底面３２ａを有して破損の少ない均一な形状にできる。また、ペレタイジング部４での切断工程で、樹脂ペレット３１から樹脂の小片や樹脂粉が剥がれて離脱する減少を低減できる。

そのため、樹脂ペレット３１を溶融押出し機で均一に溶融でき、成形された透明カバー４１や光学部品４２内に溶融していない樹脂である異物が混入したり曇りが発生する確率を少なくできる。

なお、保持ロール２１ａ，２１ｂに形成される凸部の形状は、平坦な頂部と頂部から基部にかけてなだらかに傾斜する傾斜側面が形成されていれば、裁頭四角錐に限定されるものではなく、裁頭三角錐などでもよいし、図６に示すように、裁頭円錐の凸部２６を使用し、この凸部２６の形状を転写して、樹脂ペレット３１の外周面３１ａに圧痕を形成してもよい。

図１と図２に示すストランド方式で、環状オレフィン・コーポリマーの樹脂ペレット３１を製造した。樹脂ペレットの断面は楕円形であり、長径が２．７ｍｍで短径が２．１ｍｍであった。樹脂ペレットの長さは３．０〜３．１ｍｍであった。１個の樹脂ペレットの外周面に平均して４〜１０個の圧痕３２を形成した。圧痕３２の形状は、Ｗ１が約０．６５ｍｍで、Ｗａが約０．５ｍｍ、Ｗ２が約０．８５ｍｍで、Ｗｂが約０．３５ｍｍであり、深さＤが約０．１ｍｍであった。

前記樹脂ペレットを溶融押出し機に供給して、図７に示す長方形の透明カバー４１を射出成形した。透明カバーは、６０ｍｍ×７０ｍｍで厚さを１．３ｍｍとした。

比較例として、前記Ｗ1とＷ２が実施例と同じで且つ先端が尖った四角錐の凸部を使用した保持ロール２１ａ，２１ｂを使用して、ストランドから樹脂ペレットを切断した。樹脂ペレットの直径と長さ寸法および圧痕の数は実施例と同じにした。ただし、圧痕は逆四角錐形状であるが、その底部に損傷が見られるものが多かった。この比較例の樹脂ペレットを使用して実施例と同じ寸法の透明透明カバーを製造した。

この透明カバーは、寸法の最大値が０．１５ｍｍ以下の異物が１個入っているものは正常とし、０．１５ｍｍを超える大きさの異物が１個以上入っていたり、０．１５以下の異物であっても２個以上入っているものを不良とした。

実施例と比較例の透明カバーをそれぞれ１０万個ずつ製造したところ、実施例の樹脂ペレットを使用した透明カバーの不良率は１．８％であり、比較例の樹脂ペレットを使用した透明カバーの不良率は２．７％であった。

本発明の樹脂ペレットの製造装置と製造方法の実施の形態を示す説明図、 図１に示すペレタイジング部の拡大説明図、 製造された樹脂ペレットの実施の形態を示す斜視図、 樹脂ペレットの外周面に形成されている圧痕の斜視図、 保持ロールの表面に形成されている凸部の斜視図、 凸部の他の例を示す斜視図、 透明部品の一例の透明カバーを示す斜視図、 透明部品の一例の光学部品を示す斜視図、

符号の説明

１ ペレット製造装置
２ 溶融押出し部
３ 冷却部
４ ペレタイジング部
１０ 溶融押出し機
１２ ストランドダイ
１５ 冷却槽
２１ａ，２１ｂ 保持ロール
２２ カッターロール
２５ 凸部
２５ａ 頂部
２５ｂ 傾斜側面
３０ ストランド
３１ 樹脂ペレット
３２ 圧痕
３２ａ 内底面
３２ｂ 傾斜内側面
４１ 透明カバー
４２ 光学部品

Claims (5)

1. 溶融樹脂を硬化させて透明部品を製造する工程で、前記溶融樹脂の供給源として使用される透明な樹脂ペレットにおいて、
   外表面に、所定形状および所定寸法に切断する際に加圧された圧痕が形成されており、前記圧痕が、平坦面の内底面と前記内底面から前記外表面に向けて対向間隔が徐々に広がる傾斜内側面とを有していることを特徴とする樹脂ペレット。
2. 樹脂は環状オレフィンである請求項１記載の樹脂ペレット。
3. 透明な樹脂材料を溶融し押出してストランドを形成する工程と、
   前記ストランドを冷却する工程と、
   前記ストランドを保持ロールで保持するとともに、カッターロールで所定の長さに切断するペレタイジング工程とを有し、
   前記ペレタイジング工程では、前記保持ロールの表面に設けられた凸部によって、前記ストランドの外表面に、平坦面の内底面と前記内底面から前記外表面に向けて対向間隔が徐々に広がる傾斜内側面を有する圧痕を形成しながら、前記カッターロールで前記ストランドを切断することを特徴とする樹脂ペレットの製造方法。
4. 樹脂を環状オレフィンとする請求項３記載の樹脂ペレットの製造方法。
5. 透明な樹脂材料を溶融し押出してストランドを形成する溶融押出し部と、
   前記ストランドを冷却する冷却部と、
   前記ストランドを保持ロールで保持するとともに、カッターロールで所定の長さに切断するペレタイジング部とを有し、
   前記保持ロールの外周面には、前記ストランドを保持する複数の凸部が設けられており、前記凸部は、裁頭角錐形状または裁頭円錐形状であることを特徴とする樹脂ペレットの製造装置。

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