JP2008197126A - 導光体付ピンおよび導光体付ピンを有する温度センサならびに射出成形用金型 - Google Patents
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Abstract
【課題】
導光体付エジェクタピンを比較的単純な構造で実現し、且つ耐衝撃性を向上させる。
【解決手段】円筒状の中空軸部と、前記中空軸部に内接して第１の耐熱性接着材層で固着される管状スペーサと、前記管状スペーサに内接して第２の耐熱性接着材層で固着される円柱状の導光体を有し、前記導光体はその表面の一部に緩衝層が形成され、前記第２の耐熱接着材層の前記中空軸部内の端部は前記緩衝層上に形成される構成する導光体付きエジェクタピンにより上記課題を解決する。
【選択図】図１
導光体付エジェクタピンを比較的単純な構造で実現し、且つ耐衝撃性を向上させる。
【解決手段】円筒状の中空軸部と、前記中空軸部に内接して第１の耐熱性接着材層で固着される管状スペーサと、前記管状スペーサに内接して第２の耐熱性接着材層で固着される円柱状の導光体を有し、前記導光体はその表面の一部に緩衝層が形成され、前記第２の耐熱接着材層の前記中空軸部内の端部は前記緩衝層上に形成される構成する導光体付きエジェクタピンにより上記課題を解決する。
【選択図】図１
Description
本発明は、温度センサに光を導くための温度センサ用導光器に関する。特に成形金型のキャビティ内の樹脂の温度を測定するための導光体付ピンに関する。
近年、成形金型のキャビティ内に樹脂を射出充填して製品を成形する射出成形法においては、成形される部品の形状精度・微細化の要求が高まっている。また新しく開発された高機能性材料はその性能を発揮させるために従来よりも高温・高圧の条件をより精密且つ安定的に制御する必要がある。これらの要求に対応するため射出成形時の金型キャビティ内の温度・圧力を測定し成形条件にフィードバックする、いわゆるインテリジェント化が進んでいる。
具体的には金型のキャビティ内の樹脂圧力を測定するセンサ、樹脂温度を測定するセンサを設け、これらの情報を成形機にフィードバックするようになって来ている。
金型のキャビティ内の樹脂温度を測定する方法の一つとして樹脂の赤外輻射線から直接的に測定する方法がある。この場合樹脂から放出される赤外輻射線は、光ファイバ束を導光体として赤外線検出器に伝達されることが多く、かかる導光体は金型内に必要となるエジェクタピン・コアピン等に組み込むことが出来る。
金型のキャビティ内の樹脂温度を測定する方法の一つとして樹脂の赤外輻射線から直接的に測定する方法がある。この場合樹脂から放出される赤外輻射線は、光ファイバ束を導光体として赤外線検出器に伝達されることが多く、かかる導光体は金型内に必要となるエジェクタピン・コアピン等に組み込むことが出来る。
図５は一般的な金型の断面図であるが、この金型はキャビティ１を設けた第１の型板としての固定側型板２とコア３を設けた第２の型板としての可動側型板４との界面で分かれて開閉される。エジェクタピン１００はキャビティ内に樹脂が充填された際は導光体として樹脂温度の測定に関与し、金型が開いたときに前記コアから突出して成形品を金型外に突き出すエジェクタピンとして機能する。なお図５では配線等は省略している。
本願出願人は比較的単純な構造でピン長さ調整の容易な導光体付ピンを特許文献１に開示している。図６に当該ピンの構造を示す。
図６の分図（ａ）に上面図、分図（ｂ）にａ‐ａ´部での矢印方向の断面図、分図（ｃ）に左側面図を示す。エジェクタピン２００は円筒状の中空軸部１０を有し、その下端に中空軸部１０より拡径した鍔部１１が設けられる。鍔部１１の下面には蓋部材１３が固定される。
図６の分図（ａ）に上面図、分図（ｂ）にａ‐ａ´部での矢印方向の断面図、分図（ｃ）に左側面図を示す。エジェクタピン２００は円筒状の中空軸部１０を有し、その下端に中空軸部１０より拡径した鍔部１１が設けられる。鍔部１１の下面には蓋部材１３が固定される。
中空軸部１０には内部を軸方向に貫通する断面が一様な円形断面の中空部１４が設けられ、中空軸部１０の長さ方向の中央付近より上側は断面が一様で中空部１４より拡径した拡径部１５が設けられている。
前記拡径部１５にはステンレス（ＳＵＳ）製の管状のスペーサ１６が接着材で固着される。エジェクタピン２００は管状スペーサ１６の部分で切断されるので、管状スペーサ１６の軸方向全長に渡り接着材により前記拡径部１５にエポキシ樹脂等で固着されるようにする。
前記拡径部１５にはステンレス（ＳＵＳ）製の管状のスペーサ１６が接着材で固着される。エジェクタピン２００は管状スペーサ１６の部分で切断されるので、管状スペーサ１６の軸方向全長に渡り接着材により前記拡径部１５にエポキシ樹脂等で固着されるようにする。
管状スペーサ１６には単線の光ファイバ１７が挿入され、管状スペーサ１６の内面に光ファイバ１７の表面が接着材１８で固着される。光ファイバ１７は導光体として機能するようコアの表面に反射層としてのクラッド層を設けた２層構造を有する。
光ファイバ１７は鍔部１１に対応する位置で所定の局率で９０度曲げられ、鍔部１１の下面に設けた溝１２からエジェクタピン２００の外部に導出される。
そして光ファイバ１７は赤外線を受光する受光部２１に接続され、受光部２１はプリアンプ２２、ゼロ調整器、ゲイン調整器としての可変抵抗器２３・２４を介してラップトップパソコンの表示部２５に接続される。
エジェクタピン２００の先端から光ファイバ１７に入射した赤外線は光ファイバ１７を通り受光部２１で光電気変換された上、最終的に温度信号に変換され表示部２５で温度表示される。或いは温度信号が射出成形機の制御部にフィードバックされて利用される。
そして光ファイバ１７は赤外線を受光する受光部２１に接続され、受光部２１はプリアンプ２２、ゼロ調整器、ゲイン調整器としての可変抵抗器２３・２４を介してラップトップパソコンの表示部２５に接続される。
エジェクタピン２００の先端から光ファイバ１７に入射した赤外線は光ファイバ１７を通り受光部２１で光電気変換された上、最終的に温度信号に変換され表示部２５で温度表示される。或いは温度信号が射出成形機の制御部にフィードバックされて利用される。
光ファイバには石英ガラス製やプラスチック製のものがあるが、金型内に射出される樹脂の温度は２００℃〜５００℃にもなるので、上記のような金型内の温度測定用のピンには耐熱性に優れた石英ガラス製の光ファイバが用いられる。ここで石英ガラス製光ファイバは傷の防止や補強等のためにクラッド層の表面にシリコーンやＰＦＡ（ポリテトラフルオロエチレン）などの樹脂製の１層又は２層の被覆層が形成されるのが一般的である。
しかし被覆層の耐熱温度は２５０℃程度なので、特許文献１に開示した金型内温度測定用ピンでは樹脂に接触する先端部分及び光ファイバを加熱・曲げ加工する部分のように光ファイバの被覆層が高温に晒される部分（以下「被覆高温部」とする。）に被覆層があると不都合なことからピン内部の光ファイバの被覆層は全て除去していた。
しかし被覆層の耐熱温度は２５０℃程度なので、特許文献１に開示した金型内温度測定用ピンでは樹脂に接触する先端部分及び光ファイバを加熱・曲げ加工する部分のように光ファイバの被覆層が高温に晒される部分（以下「被覆高温部」とする。）に被覆層があると不都合なことからピン内部の光ファイバの被覆層は全て除去していた。
ここで特許文献１に開示した金型内温度測定用ピンでは耐衝撃性があまり高くないという問題が生じた。図７に落下衝撃試験での破壊状態を示す。分図（ａ）に示すように管状スペーサ１６の下端部で光ファイバ１７にクラック２６が生ずることがあった。分図（ｂ）は接着材１８の量を増やして管状スペーサ１６の下面に接着材１８の肉盛りをした例だが、この場合は接着材１８が固化した接着材層の肉盛りの端部に相当する部分から光ファイバ１７にクラック２６が生ずることがあった。
そこで本発明は特許文献１に開示したエジェクタピンの問題点を解決し、導光体付ピンにおいて耐衝撃性の向上を課題とする。ここで「ピン」は上述のエジェクタピンや、成形品の突き出し機能を有しないコアピンの他、高温での温度測定用のピンを含む用語として用いる。
本発明に係る導光体付ピンは円筒状の中空軸部と、前記中空軸部に内接して耐熱性接着材層で固着される円柱状の導光体を有し、前記導光体はその表面の一部に緩衝層が形成され、前記中空軸部内の前記耐熱接着材層の端部は前記緩衝層上に配設されていることを特徴としている。
また本発明に係る導光体付ピンは中空軸部と導光体の間に管状スペーサを有することができ、導光体として光ファイバを用いることができ、緩衝層として光ファイバの被覆層を用いることができる。また本発明に係る導光体付ピンは温度センサや成形用金型に組み込むことができる。
本発明によれば軸部を任意の位置で切断可能とした比較的単純な構造の導光体付ピンにおいて耐衝撃性を向上する効果がある。
本発明の実施の形態を図１に基づいて説明する。ここで従来技術と共通する部分は同じ符号を用いる。本発明に係る導光体付きピンは図６に示す従来技術と同様に受光部２１・プリアンプ２２等と組合わせて温度センサとして用いることができる。
図１の分図（ａ）に底面図、分図（ｂ）にａ‐ａ´部での矢印方向の断面図、分図（ｃ）に管状スペーサ１６下端部の拡大図を示す。エジェクタピン４００は円筒状の中空軸部１０を有し、その下端に中空軸部１０より拡径した鍔部１１が設けられる。
図１の分図（ａ）に底面図、分図（ｂ）にａ‐ａ´部での矢印方向の断面図、分図（ｃ）に管状スペーサ１６下端部の拡大図を示す。エジェクタピン４００は円筒状の中空軸部１０を有し、その下端に中空軸部１０より拡径した鍔部１１が設けられる。
鍔部１１の下面には管状のジャバラホース３１が固定され、当該ジャバラホース３１の内壁には光ファイバ１７と干渉しないよう側壁に開口を有する管状のファイバ固定パイプ３２が固定される。当該ファイバ固定パイプ３２の内部にはコア・クラッド・第１被覆層３３・第２被覆層３４を有する光ファイバ１７が多少の隙間を持って収納される。
第１被覆層３３・第２被覆層３４は中空軸部１０に向かって延在するが、光ファイバ１７を９０度曲げる際に被覆高温部となる範囲から先は後述する一部分を残してカッター、溶剤等を用いて除去される。
前記鍔部１１、ジャバラホース３１、ファイバ固定パイプ３２の固定はそれぞれ接着・溶接等の周知の方法で行うことができる。
前記鍔部１１、ジャバラホース３１、ファイバ固定パイプ３２の固定はそれぞれ接着・溶接等の周知の方法で行うことができる。
中空軸部１０には内部を軸方向に貫通する断面が一様な円形断面の中空部１４が設けられ、中空軸部１０の長さ方向の中央付近より上側は断面が一様で中空部１４より拡径した拡径部１５が設けられている。なお本明細書で「断面が一様」とは当該部分の断面形状が実質的に同一であることをいう。
前記拡径部１５にはステンレス（ＳＵＳ）製の管状のスペーサ１６が接着材で固着される。エジェクタピン４００は管状スペーサ１６の部分で切断されるので、管状スペーサ１６の軸方向全長に渡り接着材により前記拡径部１５に固着されるようにする。接着材としてはエポキシ樹脂や珪酸アルカリ系接着剤等の耐熱性接着材が好適である。この接着材が固化した層を第１の接着材層２７とする。
管状スペーサ１６には単線の光ファイバ１７が挿入され、管状スペーサ１６の内面に光ファイバ１７の表面が接着材１８で固着される。この部分の接着にもエポキシ樹脂や珪酸アルカリ系接着剤等の耐熱性接着材が好適である。この接着材が固化した層を第２の接着材層２８とする。
光ファイバ１７は導光体として機能するようコアの表面に反射層としてのクラッド層を設けた２層構造を有する。光ファイバ１７は石英ガラス製であり、コアにはGe(ゲルマニウム)やP(リン)、クラッドにはB(ホウ素)やF(フッ素)などが添加される。
光ファイバ１７の素線は中空軸部１０内においては図１分図（ｂ）に示すように管状のスペーサ１６の端面に当接する部分から鍔部１１方向へ所定長さの１次被覆層を残してある。ここで「当接」とは実際に接触している場合の他、被覆層の厚さ程度の隙間を有して近接している場合も含む。
そして図１分図（ｃ）に示すように管状のスペーサ１６と光ファイバ１７間の第２の接着材層２８は光ファイバ１７の独立した１次被覆層３５の上に乗り上げてその下端は前記独立した１次被覆層３５上に形成される。
そして図１分図（ｃ）に示すように管状のスペーサ１６と光ファイバ１７間の第２の接着材層２８は光ファイバ１７の独立した１次被覆層３５の上に乗り上げてその下端は前記独立した１次被覆層３５上に形成される。
本実施の形態では光ファイバー１７はφ１ｍｍ程度の物を使用し、管状スペーサ１０はそれに対応して内径φ１ｍｍ程度、外径φ２．５ｍｍ程度、長さ１００ｍｍ程度の物を使用した。ＳＵＳ製の管状スペーサは引抜き成形により形成され、比較的容易に内径の小さい管を得ることができた。
工具鋼（ＳＫＤ）製の中空軸部１０は内径φ２．５ｍｍ程度、外径φ４ｍｍ程度、長さ２００ｍｍ程度の物を使用した。ＳＫＤ製の鍔部１１は径φ１０ｍｍ厚さ６ｍｍとした。ＳＵＳ製のジャバラホースは外径φ３．４ｍｍの物を使用した。
工具鋼（ＳＫＤ）製の中空軸部１０は内径φ２．５ｍｍ程度、外径φ４ｍｍ程度、長さ２００ｍｍ程度の物を使用した。ＳＫＤ製の鍔部１１は径φ１０ｍｍ厚さ６ｍｍとした。ＳＵＳ製のジャバラホースは外径φ３．４ｍｍの物を使用した。
図１に示す本発明に係る導光体付ピンについて落下衝撃試験を行った。高さ０．５ｍからコンクリートの床に自由落下を５回繰返す試験をサンプル数ｎ＝１０について行ったが、光ファイバ１７がクラックしたものは無かった。
従来技術に示す導光体付ピンでは半数程度のサンプルでクラックが発見されており、本発明により耐衝撃性が改善されていることが確認できた。
従来技術に示す導光体付ピンでは半数程度のサンプルでクラックが発見されており、本発明により耐衝撃性が改善されていることが確認できた。
ここで、本発明が耐衝撃性を向上するメカニズムについて考察する。光ファイバ１７は管状のスペーサ１６の部分で固定される一種の片持梁と考えられる。そして従来技術においては管状のスペーサ１６と光ファイバ１７は固化後の剛性が高い耐熱性接着材で固定される。衝撃試験の際には光ファイバ１７は自重により曲げモーメントが生じるので、形状的に応力集中し易く、且つ剛体的に支持されている接着材層の端部でクラックが発生したものと考えられる。
本発明では光ファイバ１７は弾性を有するシリコーンの１次被覆層を介して耐熱性接着材の層と固定される。衝撃試験の際に光ファイバ１７の自重による曲げモーメントが生じても１次被覆層がその応力を緩和する緩衝層として機能するので光ファイバ１７にクラックが生じるほどの応力がかからないものと考える。
上記最良の形態では緩衝層３５として光ファイバの独立した１次被覆を用いたが、緩衝層３５はこれに限るものではない。上述の所定箇所に弾性部材を配設したものであれば良く、溶液状のシリコーンラバーを刷毛で塗布した後に乾燥させてシリコーンラバー層を形成する、ポリイミドの粘着フィルムを巻きつける、ラバーのチューブを装着する、光ファイバの１次被覆と２次被覆を残す等の方法で形成してもよい。
図２に本発明の他の実施例としてエジェクタピン５００を示す。図の構成や主要な点は図１に示したエジェクタピン４００と同様である。エジェクタピン４００との相違点は環状のスペーサ１６をなくし、中空軸部１０の上部を図１の環状のスペーサ１６の内径と同じ径の縮径部３６にした点である。
エジェクタピン４００ではエジェクタピンの長さを半完成品の状態で切断して調整出来るようにしている。そのために光ファイバ１７を固着する細径の穴を長く開ける必要があるがＳＫＤ材にこのような加工を施すのは困難なことから環状のスペーサ１６を用いている。
エジェクタピン５００はエジェクタピンの長さが予め決まっている場合を対象にしたものである。この場合、縮径部３５の長さは樹脂の射出圧で光ファイバ１７の接着がずれない範囲で短くできるので、中空軸部１０の上側から径の小さなドリル・エンドミル等で直接穴加工することができる。エジェクタピン４００と比較して部品点数の削減、加工工数の低減を図ることができる。
図３に本発明の他の実施例としてエジェクタピン６００を示す。図の構成や主要な点は図１に示したエジェクタピン４００と同様である。エジェクタピン４００との相違点は光ファイバ１７に中空部１４との隙間を埋めるＯリング３７を装着した点である。
上述のように光ファイバ１７の衝撃試験でのクラックは自重により固着部に過大な曲げモーメントがかかるためと考えられる。そこで光ファイバ１７にＯリング３７を装着することで光ファイバ１７の変形量を低減し、固着部にかかる曲げモーメントを一層低減できるのでより確実に光ファイバ１７のクラックを防止できる。
Ｏリング３７は管状スペーサ１６の下端と鍔部１１の間に設けられるが、この部分はそれ程高温に晒されることはない。Ｏリング３７の材質はシリコーンゴム、ネオプレンゴム等一般的なゴムを用いることができる。また図３ではＯリング３７は１個設けてあるが、複数個設けても良い。
図４に本発明の他の実施例としてエジェクタピン７００を示す。図の構成や主要な点は図１に示したエジェクタピン４００と同様である。エジェクタピン４００との相違点は光ファイバ１７と中空部１４との隙間を埋める緩衝材３８を充填した点である。この場合も実施例２と同様の効果が得られる。
緩衝材３８は中空軸部１０の側面に設けた開口部３９から充填する。充填材としてはエポキシ接着材、シリコーン接着材等を用いることができる。
尚、実施例２及び本例のように光ファイバの表面に異物が接触すると赤外線透過率が減少する傾向がある。導光体の要求透過率特性と耐衝撃性のバランスを考慮して適切な方法を選択する必要がある。
尚、実施例２及び本例のように光ファイバの表面に異物が接触すると赤外線透過率が減少する傾向がある。導光体の要求透過率特性と耐衝撃性のバランスを考慮して適切な方法を選択する必要がある。
１ キャビティ
２ 固定側型板
３ コア
４ 可動側型板
１０ 管状スペーサ
１１ 鍔部
１２ 溝
１３ 蓋部材
１４ 中空部
１５ 拡径部
１６ 中空軸部
１７ 光ファイバ
１８ 耐熱性接着材
２１ 受光部
２２ プリアンプ
２３ ゼロ調整器
２４ ゲイン調整器
２５ 表示部
２６ クラック
３１ ジャバラホース
３２ ファイバ固定パイプ
３３ １次被覆層
３４ ２次被覆層
３５ 緩衝層
３６ 縮径部
３７ Ｏリング
３８ 緩衝部材
２ 固定側型板
３ コア
４ 可動側型板
１０ 管状スペーサ
１１ 鍔部
１２ 溝
１３ 蓋部材
１４ 中空部
１５ 拡径部
１６ 中空軸部
１７ 光ファイバ
１８ 耐熱性接着材
２１ 受光部
２２ プリアンプ
２３ ゼロ調整器
２４ ゲイン調整器
２５ 表示部
２６ クラック
３１ ジャバラホース
３２ ファイバ固定パイプ
３３ １次被覆層
３４ ２次被覆層
３５ 緩衝層
３６ 縮径部
３７ Ｏリング
３８ 緩衝部材
Claims (7)
- 円筒状の中空軸部と、
前記中空軸部に内接して耐熱性接着材層で固着される円柱状の導光体を有し、
前記導光体はその表面の一部に緩衝層が形成され、前記中空軸部内の前記耐熱接着材層の端部は前記緩衝層上に配設されていることを特徴とする導光体付ピン。 - 円筒状の中空軸部と、
前記中空軸部に内接して第１の耐熱性接着材層で固着される管状スペーサと、
前記管状スペーサに内接して第２の耐熱性接着材層で固着される円柱状の導光体を有し、
前記導光体はその表面の一部に緩衝層が形成され、前記中空軸部内の前記第２の耐熱接着材層の端部は前記緩衝層上に配設されていることを特徴とする導光体付ピン。 - 前記導光体がコア及びクラッド層を有する光ファイバであることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の導光体付ピン。
- 前記緩衝層が光ファイバの被覆層であることを特徴とする請求項３記載の導光体付ピン。
- 円筒状の中空軸部と、
前記中空軸部に内接して第１の耐熱性接着材層で固着される管状スペーサと、
前記管状スペーサに内接して第２の耐熱性接着材層で固着される円柱状の被覆層を有する光ファイバを有し、
前記光ファイバはその表面の一部に被覆層が形成され、前記中空軸部内の前記第２の耐熱接着材層の端部は前記被覆層上に配設されていることを特徴とする導光体付ピン。 - 少なくとも導光体付ピンと受光部とプリアンプを有する温度センサにおいて、
前記導光体付ピンが円筒状の中空軸部と、
前記中空軸部に内接して第１の耐熱性接着材層で固着される管状スペーサと、
前記管状スペーサに内接して第２の耐熱性接着材層で固着される円柱状の導光体を有し、
前記導光体はその表面の一部に緩衝層が形成され、前記中空軸部内の前記第２の耐熱接着材層の端部は前記緩衝層上に配設されていることを特徴とする温度センサ。 - キャビティを有する第１の型板と、コアを有し前記第１の型板に対して相対的に移動可能とされた第２の型板とを組合せ、前記キャビティと前記コアの間に樹脂を充填して成形品を成形する成形用金型において、
円筒状の中空軸部と、
前記中空軸部に内接して第１の耐熱性接着材層で固着される管状スペーサと、
前記管状スペーサに内接して第２の耐熱性接着材層で固着される円柱状の導光体を有し、
前記導光体はその表面の一部に緩衝層が形成され、前記中空軸部内の前記第２の耐熱接着材層の端部は前記緩衝層上に配設されている導光体付ピンを備えたことを特徴とする成形用金型。
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| JP2007028996A JP5103029B2 (ja) | 2007-02-08 | 2007-02-08 | 導光体付ピンおよび導光体付ピンを有する温度センサならびに射出成形用金型 |
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