JP2012233821A

JP2012233821A - 導光体付きピン

Info

Publication number: JP2012233821A
Application number: JP2011103627A
Authority: JP
Inventors: Toshiharu Tanaka; 敏晴田中
Original assignee: Futaba Corp
Current assignee: Futaba Corp
Priority date: 2011-05-06
Filing date: 2011-05-06
Publication date: 2012-11-29
Anticipated expiration: 2031-05-06
Also published as: JP5551108B2

Abstract

【課題】従来よりもその長さを大幅に短くした導光体付きピンを提供すること。
【解決手段】単線の光ファイバ１７と、先端側に光ファイバ１７の外径よりも僅かに大径に設けられた保持孔１５と、保持孔１５から基端側まで連続してこの保持孔１５よりも大径に設けられた拡径部１６とを有する円筒状の中空軸部１２と、光ファイバ１７を拡径部１６に挿通させるとともにこの光ファイバ１７の先端部を保持孔１５に挿通保持させた状態で光ファイバ１７と中空軸部１２とを一体的に固定するために拡径部１６に基端側を余して充填される耐熱性接着剤１８とを備えた。また、拡径部１６の内面には、光ファイバ１７が受ける圧力に耐熱性接着剤１８が抵抗するように引っ掛かり加工としてねじ加工を施した。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば、成形金型のキャビティ内の樹脂の温度を測定する温度センサなどに好適に用いられる導光体付きピンに関するものである。

近年、成形金型のキャビティ内に樹脂を射出充填して部品を成形する射出成形法においては、成形される部品形状の高精度化・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。このような要求に応じるため、射出成形時の金型のキャビティ内の温度や圧力を測定して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に樹脂温度を測定するセンサや樹脂圧力を測定するセンサを設け、各センサからの情報を成形機にフィードバックするようにしている。金型のキャビティ内の樹脂温度を測定する一つの方法として、樹脂の輻射線（赤外線）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いため、導光体を金型内に必要となるエジェクタピンやコアピンなどに組み込むことで温度センサとすることができる。

図１には金型の模式的な断面図を示している。図１に示すように、金型１は、キャビティ４が設けられた第一の型板としての固定側型板２と、コアが設けられた第二の型板としての可動側型板３との界面で分かれて開閉される。可動側型板３には金型１が開いたときにコア５から突出して成形品を押し出すエジェクタピン１０が設けられている。エジェクタピン１０は、導光体が組み込まれることにより、上述したエジェクタピン本来の機能の他に、キャビティ４内に充填された樹脂温度を測定する機能を付加することができる。

例えば下記特許文献１には温度センサとしての機能を兼ね備えたエジェクタピンなどに好適に用いられる導光体付きピンが開示されている。下記特許文献１に開示される導光体付きピン（エジェクタピン）１００は、図５に示すように、円筒状の中空軸部１０２と、中空軸部１０２の下端に設けられ、この中空軸部１０２よりも拡径した鍔部１０３とからなるプローブピン１０１を備えている。また、鍔部１０３の下面は蓋部材１０４によって閉じられている。中空軸部１０２にはその内部を軸方向に貫通する一様な円形断面の中空部１０５が設けられ、中空軸部１０２の長さ方向の中央付近から上側には一様な断面で中空部１０５よりも拡径した拡径部１０６が設けられている。拡径部１０６にはステンレス（ＳＵＳ）製の管状スペーサ（スリーブピン）１０７が珪酸アルカリ系接着剤などの耐熱性接着剤からなる層１０８を介して固着されている。接着層１０８は、スリーブピン１０７の軸方向の全長にわたり設けられている。

スリーブピン１０７には単線の光ファイバ１０９が挿入されている。光ファイバ１０９は、その表面がスリーブピン１０７の内面に接着層１０８によって接着されることにより、スリーブピン１０７に固着されている。光ファイバ１０９は、導光体として機能させるためにコアの表面に反射層としてのクラッド層が設けられ、二層構造となっている。

光ファイバ１０９は、鍔部１０３に対応する位置で所定の曲率で９０°に屈曲されている。光ファイバ１０９は、鍔部１０３の下面に設けられた図示しない溝からエジェクタピン１００の外部に導出されている。光ファイバ１０９は、赤外線を受光する受光部１１０に接続されている。受光部１１０は、プリアンプ１１１、ゼロ調整器としての可変抵抗器１１２、ゲイン調整器としての可変抵抗器１１３を介してラックトップパソコンなどの外部コンピュータに接続されている。エジェクタピン１００の先端から光ファイバ１０９に入射した赤外線は、光ファイバ１０９を通って受光部１１０にて電気信号に変換され、最終的に温度信号に変換されて外部コンピュータの表示部１１４に温度表示される。

特開２００８−１４６８６号公報

ところで、近頃は金型を更に小型化したいという要望がある。また、温度センサを固定側型板に設けたいという要望もある。これらの要望に応じるためには金型内に設けられる導光体付きピンを更に短くする必要がある。しかしながら、図５に示すような導光体付きピン１００の構造では、エジェクタピンとしてキャビティ内から成形品を押し出すときに、プローブピン１０１の先端面が受ける圧力に耐えるために光ファイバ１０９とスリーブピン１０７の間の接着層１０８にはプローブピン１０１の長さに応じて所定長さ（３０〜７０ｍｍ）以上の長さが必要となることが強度試験の結果からわかった。なお、接着層１０８はスリーブピン１０７の軸方向の全長にわたって設けられており、接着層１０８の長さはスリーブピン１０７の全長Ｌ₂に相当する。ここで、例えば、スリーブピン１０７の長さを接着層１０８の最低限の長さ（３０ｍｍ）以下とした場合、光ファイバ１０９とスリーブピン１０７の間の接着力が不足して、光ファイバ１０９はスリーブピン１０７内にもぐり込んでしまう。したがって、スリーブピン１０７の長さを接着層１０８の最低限の長さ以上確保しようとすると、当然ながら、プローブピン１０１の全長Ｌ₁をスリーブピン１０７の全長Ｌ₂以下に形成することはできない。なお、スリーブピン１０７は、その後端面がプローブピン１０１の内面に形成されたザグリ１１５に支持されているため、プローブピン１０１との接着力の不足によりプローブピン１０１内にもぐり込んでしまうことはない。

また、図５に示すようなＬ字タイプの導光体付きピン１００では、光ファイバ１０９の屈曲部付近に異物が付着していると感度が低下して正確な温度測定ができなくなるため、光ファイバ１０９の屈曲部付近にまで接着層１０８を設けることができない。光ファイバ１０９の屈曲部付近まで接着層１０８を設けられないことを考慮すると、従来の構造では導光体付きピンを短くすることが更に困難になる。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、従来よりもその長さを大幅に短くした導光体付きピンを提供することを目的としている。具体的には、プローブピンの全長を３０ｍｍ以下とした導光体付きピンを提供することを目的としている。

次に、上記の課題を解決するための手段を、実施の形態に対応する図面を参照して説明する。
本発明に係る請求項１記載の導光体付きピンは、円柱状の導光体１７と、
先端側に前記導光体１７の外径よりも僅かに大径に設けられた保持孔１５と、前記保持孔１５から基端側まで連続して該保持孔１５よりも大径に設けられた拡径部１６とを有する円筒状の中空軸部１２と、
前記導光体１７を前記拡径部１６に挿通させるとともに該導光体１７の先端部を前記保持孔１５に挿通保持させた状態として、前記導光体１７と前記中空軸部１２とを一体的に固定するために前記拡径部１６に前記基端側を余して充填される接着剤１８と、を備えたことを特徴としている。

このような構成によれば、拡径部１６に充填された接着剤１８は、拡径部１６の内面との間に広い接着面積を得るため、拡径部１６に強固に接着される。この結果、導光体１７は中空軸部１２に一体的に固定される。このとき、接着剤１８は中空軸部１２の基端側を余して拡径部１６に充填されることから、例えば基端側に導光体１７の屈曲部が設けられていたとしても、接着剤１８が屈曲部に付着することはない。

請求項２記載の導光体付きピンは、前記拡径部１６の内面には、前記導光体１７が受ける圧力に前記接着剤１８が抵抗するように引っ掛かり加工を施したことを特徴としている。

このような構成によれば、接着剤１８は、導光体１７が圧力を受ける方向に対して抵抗力を備えるようになり、拡径部１６に更に強固に接着される。

請求項３記載の導光体付きピンは、前記引っ掛かり加工として雌ねじ加工を施したことを特徴としている。

このような構成によれば、拡径部１６の内面加工を容易に施せるうえ、接着剤１８は、導光体１７が圧力を受ける方向に対して大きな抵抗力を備えるようになる。

本発明によれば、導光体は接着剤を介して中空軸部と一体的に固定されるため、導光体を中空軸部に固定するために所定長さの接着層を必要としていた従来の構造に比べて導光体付きピンの全長を大幅に短くすることができる。この結果、本発明の導光体付きピンをエジェクタピンなどに用いることで金型を小型化することができる。また、金型の固定側型板に設ける温度センサとして用いることもできるなど、汎用性が向上する。

本発明の各実施の形態が組み込まれる金型の模式的な断面図である。第一及び第二の実施の形態を示す断面図である。第二の実施の形態を示す一部拡大図である。第二の実施の形態の変形例を示す断面図である。従来の導光体付きピン（エジェクタピン）を示す断面図である。

最初に、本発明の実施の形態が組み込まれる金型について簡単に説明する。
図１に示すように、金型１は、図示しない射出成形機などの成形装置に固定されている第一の型板としての固定側型板２と、固定側型板２に対して接離移動する第二の型板としての可動側型板３とを備えている。なお、図１において、一点鎖線は、固定側型板２と可動側型板３の境界線（パーティングライン）を示しており、矢線は、成形品を取り出すときのエジェクタピン１０による押出方向を示している。

固定側型板２には樹脂が充填されるキャビティ４が設けられ、可動側型板３にはキャビティ４と共に成形面を形成するコア５が設けられている。また、可動側型板３には、成形品を取り出すときにコア５から突出して成形品を押し出すエジェクタピン１０がその軸方向に摺動自在に設けられている。

エジェクタピン１０には、導光体が組み込まれることにより、成形品を押し出すというエジェクタピン本来の機能の他に、キャビティ４内に充填された樹脂温度を測定する機能が付加されたものがある。

本発明の実施の形態は、導光体付きピンを温度センサの機能が付加されたエジェクタピンに適用した場合である。以下、各実施の形態を図面を参照して説明する。

「第一の実施の形態」
まず、図２を参照して第一の実施の形態を説明する。
図２に示すように、この実施の形態の導光体付きピン（エジェクタピン）１０は、円筒状の中空軸部１２と、中空軸部１２の下端に設けられ、この中空軸部１２よりも拡径した鍔部１３とからなるプローブピン１１を備えている。なお、鍔部１３の下面は蓋部材１４によって閉じられている。鍔部１３は高温に晒されることがないため、蓋部材１４の固定はねじ止めや接着などの周知の方法で行うことができる。この実施の形態では、プローブピン１１（中空軸部１２、鍔部１３、蓋部材１４）には工具鋼（ＳＫＤ６１）を用いることが好ましい。

中空軸部１２の先端側には、その軸方向に穿設された一様な円形断面の孔である保持孔１５が設けられている。後述するが、この保持孔１５は、導光体が挿通されるとともにこれを保持する孔であり、導光体の外形よりも僅かに大径に設けられている。また、中空軸部１２には、保持孔１５の下端から基端側にかけて連続して保持孔１５よりも大径な拡径部１６が設けられている。拡径部１６は、保持孔１５と同様に一様な円形断面である。なお、「一様な断面」とは、当該部分が実質的に同一な断面であることを意味する。

導光体には単線の光ファイバ１７を用いている。光ファイバ１７は、導光体として機能するようにコアの表面に反射層としてのクラッド層が設けられ、二重構造となっている。光ファイバ１７は、石英ファイバであり、コアにはＧａ（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）などが添加されている。

光ファイバ１７は、鍔部１３に対応する位置で所定の曲率で９０°に屈曲されている。また、光ファイバ１７は、鍔部１３の下面に設けられた図示しない溝からプローブピン１１の外部に導出されている。プローブピン１１の外部に導出された光ファイバ１７は、図５に示すように、赤外線を受光する受光部１１０に接続されている。さらに、受光部１１０は、プリアンプ１１１、ゼロ調整器としての可変抵抗器１１２、ゲイン調整器としての可変抵抗器１１３を介してラックトップパソコンなどの外部コンピュータに接続されている。プローブピン１１、すなわち、エジェクタピン１０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を通って受光部１１０にて電気信号に変換され、最終的に温度信号に変換されて外部コンピュータの表示部１１４に温度表示される。又は、温度信号が成形装置の制御部にフィードバックされて利用されることもある。

この実施の形態では、光ファイバー１７はφ０．８８ｍｍのものを使用している。また、この実施の形態における主要部分の寸法は、中空軸部１２の外径がφ３ｍｍ、中空軸部１２の長さが１５〜１８ｍｍ、鍔部１３の外径がφ９．２ｍｍ、鍔部１３の長さが６ｍｍに形成されている。したがって、プローブピン１１は全長３０ｍｍ以下に形成されている。さらに、保持孔１５の内径がφ０．９ｍｍ、長さが５ｍｍに形成され、拡径部１６の内径がφ２ｍｍに形成されている。

拡径部１６には、光ファイバ１７を拡径部１６に挿通させるとともに、この光ファイバ１７の先端部を保持孔１５に挿通保持させた状態として、接着剤１８が充填されている。これにより、光ファイバ１７は中空軸部１２と一体的に固定される。また、接着剤１８は、中空軸部１２の基端側を余して拡径部１６に充填されており、光ファイバ１７の屈曲部付近にこの接着剤１８が付着することはない。さらに、光ファイバ１７と保持孔１５の隙間は２０μｍ以下となるため、エジェクタピン１０として使用したときにこの隙間に樹脂が進入することはない。エジェクタピン１０の先端面にボイドなどが発生することもない。

接着剤１８としては、エポキシ樹脂を用いてもよいが、エジェクタピン１０は３００℃以上の高温に晒されることがあるため、５００℃以上の高温にも耐える珪酸アルカリ系接着剤などの耐熱性接着剤が好ましい。

また、この実施の形態の製造時、特に接着剤１８を拡径部１６に充填するときは、中空軸部１１を図２に示す状態から逆さまにして基端側から注入する。このとき、保持孔１５に挿通された光ファイバ１７は中空軸部１１の先端面から突出しているが、後に端面処理を施して平坦となる。

上述した実施の形態によれば、拡径部１６に充填された接着剤１８は、拡径部１６の内面との間に広い接着面積を得るため、拡径部１６に強固に接着され、光ファイバ１７は中空軸部１１に一体的に固定される。これにより、光ファイバ１７を固定するために所定長さの接着層を必要としていた従来構造に比べて全長を大幅に短くすることができる。具体的には、従来構造の全長６０〜２２０ｍｍに対して、全長３０ｍｍ以下とすることができる。したがって、上述した実施の形態を用いれば、金型を小型化することができる。

また、従来構造よりも部品点数が少なくなるとともに、工数も少なくなる。

「第二の実施の形態」
次に、図３を参照して第二の実施の形態を説明する。
なお、第二の実施の形態は、図２を参照して上述した第一の実施の形態とは拡径部の内面に引っ掛かり加工が施されたことだけが相違しており、その他の構成は第一の実施の形態と同一である。したがって、第二の実施の形態において、第一の実施の形態と同等又は同一の箇所には同一の符号を付し、その説明を省略する。

図３に示すように、拡径部１６の内面には、エジェクタピン１０が成形品を押し出すときに光ファイバ１７が受ける圧力に接着剤１８が抵抗するように引っ掛かり加工が施されている。なお、図３における矢線Ｘが圧力が加わる方向である。第二の実施の形態では、引っ掛かり加工としてねじ加工が施されており、拡径部１６に充填された接着剤１８は、ねじ加工により形成された山部１９ａと谷部１９ｂの間に入り込むことによって矢線Ｘの方向に対して大きな抵抗力を備えるようになる。

第二の実施の形態において、山部１９ａと山部１９ａ（谷部１９ｂと谷部１９ｂ）の間は０．２５ｍｍ、山部１９ａと谷部１９ｂの高低差は０．１ｍｍに形成されている。その他の主要部分の寸法は第一の実施の形態と同じ寸法で形成されている。

上述した実施の形態によれば、第一の実施の形態と同様の効果に加えて、接着剤１８は、第一の実施の形態よりも光ファイバ１７が圧力を受ける方向（矢線Ｘの方向）に対して大きな抵抗力を備えるようになり、拡径部１６に更に強固に接着される。

また、ねじ加工を採用したことにより、拡径部１６の内面に接着剤１８の引っ掛かり加工を容易に施せるようになる。

さらに、図４には第二の実施の形態の変形例を示している。この例では、拡径部１６が、保持孔１５の下端から連続して保持孔１５よりも大径に設けられた第一の拡径部１６ａと、第一の拡径部１６の下端から中空軸部１１の基端側まで連続して第一の拡径部１６ａよりも大径に設けられた第二の拡径部１６ｂとからなる。

拡径部１６ａ，１６ｂのそれぞれの内面には引っ掛かり加工としてねじ加工が施されており、拡径部１６ａ，１６ｂに充填された接着剤１８は、図３に示すように、ねじ加工により形成された山部１９ａと谷部１９ｂの間に入り込むことによって矢線Ｘの方向に対して大きな抵抗力を備えるようになる。

この変形例では、拡径部１６ａ，１６ｂのそれぞれの内面にねじ加工を施しているが、いずれか一方の内面だけにねじ加工が施された構成としてもよい。

また、上述した第二の実施の形態では、拡径部１６の内面の全面にねじ加工を施しているが、充填された接着剤１８と接触する部分だけにねじ加工が施されてもよい。

さらに、上述した第二の実施の形態では、引っ掛かり加工としてねじ加工を採用しているが、ねじ加工に限らず、光ファイバ１７が受ける圧力に接着剤１８が抵抗するような加工であればよい。具体的には梨子地加工などがある。その他、例えば拡径部１６の内面の一部に凸部又は凹部が設けられてもよいし、拡径部１６の内面を一周する凸部又は凹部が設けられてもよい。

また、上述した第一及び第二の実施の形態では、導光体付きピンをエジェクタピン１０に用いているが、プローブピン１１の全長を短くすることができるため、図１に示すように、金型１の固定側型板２に設けられる温度センサ２０に用いてもよい。この場合、温度センサ２０はエジェクタピン１０のように摺動することがないため、プローブピン１１に必ずしもＳＫＤ６１を用いなくてもよい。

１２…中空軸部
１５…保持孔
１６…拡径部
１７…導光体（光ファイバ）
１８…接着剤（耐熱性接着剤）

Claims

円柱状の導光体と、
先端側に前記導光体の外径よりも僅かに大径に設けられた保持孔と、前記保持孔から基端側まで連続して該保持孔よりも大径に設けられた拡径部とを有する円筒状の中空軸部と、
前記導光体を前記拡径部に挿通させるとともに該導光体の先端部を前記保持孔に挿通保持させた状態として、前記導光体と前記中空軸部とを一体的に固定するために前記拡径部に前記基端側を余して充填される接着剤と、
を備えたことを特徴とする導光体付きピン。
前記拡径部の内面には、前記導光体が受ける圧力に前記接着剤が抵抗するように引っ掛かり加工を施したことを特徴とする請求項１記載の導光体付きピン。
前記引っ掛かり加工として雌ねじ加工を施したことを特徴とする請求項２記載の導光体付きピン。