JP2021172047A - 観察装置及び観察方法 - Google Patents

Abstract

【課題】射出装置における成形材料内のフィラーの挙動をより詳細に観察する。【解決手段】シリンダと、スクリュとを有する射出装置における成形材料の挙動を模擬的に観察する観察装置１であって、筒体の少なくとも一部が所定の光に対して透過性を有する模擬シリンダ２と、前記模擬シリンダに挿入される模擬スクリュ３と、前記模擬シリンダに充填される試験材料Ｔ１と、前記試験材料に前記所定の光を照射する照射部と、前記試験材料を撮像する撮像部８と、を備え、前記試験材料は、フィラーと、前記所定の光に対して透過性を有する流体と、を含み、前記フィラーの一部は前記所定の光を吸収又は反射するように着色されている、観察装置。【選択図】図１

Description

本発明は、シリンダと、スクリュとを有する射出装置における成形材料の挙動を模擬的に観察する観察装置及び観察方法に関する。

複数の金型の間に形成されるキャビティへ成形材料を溶融させた融液を供給して成型品を成形する射出装置が知られている。例えば、特許文献１には、一般的な射出装置が開示されている。射出装置における射出工程では、金型と接続するシリンダ内にホッパから成形材料を供給し、当該シリンダに挿入されるスクリュの回転や、ヒータの熱等により、シリンダ内の成形材料を溶融する。そして、回転状態のスクリュをシリンダ内において金型方向に押し込むことで、溶融状態の成形材料を金型へ供給する。

射出工程において、成形材料の種類及び条件（例えば、粘度、温度）や、スクリュの種類及び条件（例えば、スクリュの形状、回転数）は、成型品の品質に関わる重要な要素である。このため、これらの要素を選定するために、コンピュータ上で各種のシミュレーションを行うことが考えられる。より正確なシミュレーションを行うために、溶融状態の成形材料がスクリュにより撹拌される様子を外部から観察し、現実に起こっている現象を理解することが必要となる。

特許文献２には、実機シリンダ内における実機スクリュによる溶融流動体の流動状態を再現するための技術として、可視シリンダと、可視シリンダ内に配置される３Ｄプリンタ製の試作スクリュと、可視シリンダ内に供給される疑似流体とを用い、可視シリンダ内において試作スクリュの作動と擬似流体の供給とを行う試験方法が開示されている。

特開２０１５−２４５６８号公報 特開２０１７−２１７７８６号公報

成形材料には、成型品の強度を向上させるために基材にフィラー（例えば、強化繊維）が混合される場合がある。この場合、成形材料中におけるフィラーの挙動（例えば、分散の程度、フィラー同士の衝突の様子）を観察することが重要となる。例えば、特許文献２の技術では、シリコンオイルに白色のガラス繊維を分散させた疑似流体を用いて観察を行う。

しかしながら、フィラーの濃度が高い場合、フィラー同士が重なると、フィラーの挙動を個別に観察することが困難となる。例えば、高濃度の白色フィラーが透明なシリコンオイルに混合されている場合、フィラー同士が密集する領域をカメラにより撮像しても、画像には白い塊が写る。このため、フィラーの密集状況を把握することはできる一方で、密集領域におけるフィラー１個ずつの挙動を観察することは困難である。

そこで、本発明は、フィラーの挙動をより詳細に観察することができる観察装置及び観察方法を提供することを目的とする。

（１）本発明に係る観察装置は、シリンダと、スクリュとを有する射出装置における成形材料の挙動を模擬的に観察する観察装置であって、筒体の少なくとも一部が可視光及び紫外光に対して透過性を有する模擬シリンダと、前記模擬シリンダに挿入される模擬スクリュと、前記模擬シリンダに充填される試験材料と、前記試験材料に可視光及び紫外光の少なくとも一方を照射する照射部と、可視光を感光し、前記試験材料を撮像する撮像部と、を備え、前記試験材料は、試験用フィラーと、可視光及び紫外光に対して透過性を有する流体と、を含み、前記試験用フィラーの一部は可視光及び紫外光の少なくとも一方を吸収又は反射するように着色されている、観察装置である。

このように構成することで、試験用フィラーは一部のみが着色されているため、撮像部により撮像される画像には着色された一部の試験用フィラーが他の試験用フィラーよりも強調されて写る。このように構成することで、試験用フィラーが高濃度に配合されている試験材料であっても、一部の試験用フィラーのみを代表的に写させることで、試験用フィラーの挙動を個別に観察することができる。

（２）好ましくは、前記照射部は、紫外光を照射し、前記試験用フィラーの一部は、紫外光を吸収し、可視光で発光する蛍光塗料又は蓄光塗料により着色されている。

照射部は、撮像部が感光しない紫外光を照射する。そして、試験用フィラーを着色している蛍光塗料は、紫外光を吸収して、撮像部を感光させる可視光で発光する。すなわち、撮像部は、暗視野のもと、試験用フィラーの蛍光を撮影する。撮像部は、照射部が照射する光によっては直接感光しないため、例えば模擬シリンダや模擬スクリュにおいて反射した光が画像に写ることを防止することができる。これにより、画像に写る光を一部の試験用フィラーに限定することができるため、試験用フィラーの挙動をより詳細に観察することができる。

（３）好ましくは、前記模擬スクリュの一部は、紫外光を吸収し、可視光で発光する蛍光塗料又は蓄光塗料により着色されている。

このように、模擬スクリュの一部を蛍光塗料又は蓄光塗料により着色することで、試験用フィラーが試験材料内に分散するときや、試験用フィラーが所定の領域に滞留するときの、試験用フィラーと模擬スクリュの一部との位置関係を観察することができる。

（４）好ましくは、前記照射部は、前記試験材料へ照射する方向を、第１方向と、前記第１方向と平行な第２方向と、に切り替える切替部を有し、前記撮像部が前記試験材料を撮像する視線方向は、前記第１方向及び前記第２方向と交差する。

このように構成することで、撮像部の視線方向（すなわち、奥行方向）における試験用フィラーの挙動の違いを観察することが可能となり、より詳細な観察を行うことができる。

（５）好ましくは、前記模擬シリンダに充填されている前記試験材料の圧力を調整する圧力調整部をさらに備える。このように構成することで、実際の成形材料に印加される圧力を模擬することができる。

（６）本発明に係る観察装置は、シリンダと、スクリュとを有する射出成形装置における成形材料の挙動を模擬的に観察する観察装置であって、筒体の少なくとも一部が第１光及び前記第１光と異なる波長の第２光に対して透過性を有する模擬シリンダと、前記模擬シリンダに挿入される模擬スクリュと、前記模擬シリンダに充填される試験材料と、前記試験材料へ前記第１光を第１方向に照射し、前記試験材料へ前記第２光を前記第１方向と平行な第２方向に照射する照射部と、前記第１光及び前記第２光に感光し、前記第１方向及び前記第２方向と交差する視線方向に前記試験材料を撮像する撮像部と、を備え、前記試験材料は、試験用フィラーと、前記第１光及び前記第２光に対して透過性を有する流体と、を含む、観察装置である。

このように構成することで、撮像部の視線方向（すなわち、奥行方向）における試験用フィラーの挙動の違いを観察することが可能となり、より詳細な観察を行うことができる。

（７）本発明に係る観察方法は、シリンダと、スクリュとを有する射出成形装置における成形材料の挙動を模擬的に観察する観察方法であって、筒体の少なくとも一部が可視光及び紫外光に対して透過性を有する模擬シリンダに、模擬スクリュを挿入し、かつ試験材料を充填する準備工程と、前記試験材料に可視光及び紫外光の少なくとも一方を照射する照射工程と、可視光域において前記試験材料を撮像する撮像工程と、を備え、前記試験材料は、試験用フィラーと、可視光及び紫外光に対して透過性を有する流体と、を含み、前記試験用フィラーの一部は、可視光及び紫外光の少なくとも一方を吸収又は反射するように着色されている、観察方法である。

試験用フィラーは一部のみが着色されているため、撮像工程により撮像される画像には着色された一部の試験用フィラーが他の試験用フィラーよりも強調されて写る。このように構成することで、試験用フィラーが高濃度に配合されている試験材料であっても、一部の試験用フィラーのみを代表的に写させることで、試験用フィラーの挙動を個別に観察することができる。

（８）好ましくは、前記試験用フィラーの一部は、可視光及び紫外光の少なくとも一方を吸収して、可視光で発光する蓄光塗料により着色されており、前記撮像工程は、前記照射工程において照射を停止した後、前記蓄光塗料が発光している間に、前記試験材料を撮像する。

照射工程と撮像工程を並行して行うと、試験用フィラーのほか模擬シリンダでの反射光も画像に写り込み、当該反射光が試験用フィラーの観察を阻害する場合がある。試験用フィラーを蓄光塗料により着色することで、照射工程と、撮像工程とを、互いにスイッチして行うことができるため、当該反射光が画像に写り込むことをぼうしすることができる。このため、画像のノイズを低減することができ、より詳細に試験用フィラーを観察することが可能となる。

本発明によれば、フィラーの挙動をより詳細に観察することができる。

第１実施形態に係る観察装置を示す模式図である。 図１の矢印ＩＩの切断線により切断した観察装置を示す断面図である。 第１実施形態に係る撮像部により撮像される画像の一例である。 第２実施形態に係る観察装置を示す断面図である。 第２実施形態に係る撮像部により撮像される画像の一例である。 第３実施形態に係る観察装置を示す断面図である。

＜第１実施形態＞
以下、本発明の第１実施形態を、図面を参照して説明する。

＜観察装置の全体構成＞
図１は、第１実施形態に係る観察装置１を示す模式図である。観察装置１は、シリンダとスクリュとを有する射出装置における成形材料の挙動を模擬的に観察する装置である。観察装置１は、模擬シリンダ２と、模擬スクリュ３と、駆動部４と、試験材料Ｔ１と、供給部５と、圧力調整部６と、照射部７と、撮像部８と、を備える。

模擬シリンダ２は、射出装置におけるシリンダを模擬している中空形状の筒体である。筒体が延びる方向を、以下「軸方向」と適宜称する。また、軸方向に直交する方向を、以下「径方向」と適宜称する。模擬シリンダ２の少なくとも一部は、シリンダと同じ内径や、同じ内周面形状を有する。一方で、模擬シリンダ２の他の一部は、シリンダと異なる形状を有していてもよい。例えば、実際のシリンダには金型と接続するノズルを有するが、模擬シリンダ２は当該ノズルに相当する形状を有していなくてもよい。なお、模擬シリンダ２は、実際の射出装置において用いられるシリンダそのものであってもよい。

模擬シリンダ２を構成する筒体の少なくとも一部（以下、「窓部」と称する。）は、所定の波長域の光に対して透過性を有する。本実施形態において、所定の波長域の光は、可視光及び紫外光である。より具体的には、窓部は、２６０ｎｍ以上３００ｎｍ未満の波長の光に対する透過率が１０％以上であり、３００ｎｍ以上８００ｎｍ以下の波長の光に対する透過率が８０％以上である材質で構成されている。窓部の材質は、樹脂（例えば、アクリル系樹脂、ポリエチレンテレフタレート系樹脂、ポリカーボネート系樹脂）であってもよいし、ガラスであってもよい。本実施形態において、模擬シリンダ２は全体がアクリル系樹脂により構成されている。すなわち、本実施形態において、模擬シリンダ２を構成する筒体の全部が窓部である。

模擬スクリュ３は、射出装置におけるスクリュを模擬している、軸方向に延びる棒体である。模擬スクリュ３は、棒状の芯体３１と、芯体３１の外周面に配置される翼部３２（スクリュープロペラ）と、を有する。模擬スクリュ３の少なくとも一部は、スクリュと同じ外径や、同じ外周面形状を有する。一方で、模擬スクリュ３の他の一部は、スクリュと異なる形状を有していてもよい。模擬スクリュ３は、模擬シリンダ２の軸方向一方側の端部から、模擬シリンダ２の内部へ挿入されている。

模擬スクリュ３は、例えば樹脂材料を用いて３Ｄプリンタにより造型される。模擬スクリュ３を３Ｄプリンタにより造形することで、様々な形状の模擬スクリュ３を容易に準備することができる。なお、模擬スクリュ３は、金属製であってもよいし、実際の射出装置において用いられるスクリュそのものであってもよい。

また、模擬スクリュ３の一部の外周面は、後述の蛍光塗料又は蓄光塗料により着色されている。本実施形態では、一例として、翼部３２の縁部分が、蛍光塗料により着色されている。

駆動部４は、モータと、ボールねじとを有する。駆動部４は、模擬スクリュ３と接続し、模擬スクリュ３を軸まわりに回転させる機能を有する。また、駆動部４は、模擬スクリュ３を軸方向に移動させる機能を有する。このように、駆動部４により模擬スクリュ３を回転及び移動させることで、実際のスクリュの動きを模擬することができる。なお、駆動部４は、模擬スクリュ３を回転させることのみ可能な構成であってもよい。すなわち、駆動部４は、模擬スクリュ３を軸方向に移動させる機能を有していなくてもよい。

試験材料Ｔ１は、射出装置において用いられる成形材料を模擬している。試験材料Ｔ１は、例えば成形材料の基材を模擬している流体（例えば、高粘度オイル）と、成形材料の試験用フィラーとを混合している材料である。流体は、所定の波長域の光（可視光及び紫外光）に対して透過性を有する。

試験用フィラーは、実際の成形材料において用いるフィラーと同じ材料であってもよいし、実際の成形材料において用いるフィラーとは異なる模擬材料であってもよい。模擬材料としては、例えば、実際のフィラーと同じ形状や、同じ物性（例えば、弾性）を有する材料が用いられる。

フィラー（及び試験用フィラー）は、例えば成型品の強度を向上させるために添加される強化繊維（ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維等）や、粒子である。本実施形態において、試験材料Ｔ１には高濃度の試験用フィラーが添加されている。具体的には、２０質量％濃度以上（例えば、３０質量％濃度）の試験用フィラーが添加されている。また、試験用フィラーの一部は、蛍光塗料又は蓄光塗料により着色されている。本実施形態では、一例として、１質量％濃度の試験用フィラー（全体の５％以下の試験用フィラー）が、蛍光塗料により着色されている。

蛍光塗料は、紫外光（例えば、２６５ｎｍ以上３４０ｎｍ以下の波長の光）を吸収し、蛍光として可視光（例えば、４００ｎｍ以上８００ｎｍ以下の波長の光）を発光する蛍光体を含む塗料である。蓄光塗料は、紫外光又は可視光を吸収した後、所定時間にわたって可視光を発光し続ける蓄光体を含む塗料である。

ここで、「着色」とは、試験用フィラーの表面に蛍光塗料又は蓄光塗料を塗布することのほか、試験用フィラーを構成する材料に蛍光塗料又は蓄光塗料を混ぜた状態で試験用フィラーを形成することも含む。

供給部５は、模擬シリンダ２の内部に、試験材料Ｔ１を供給する機能を有する。供給部５は、例えばホッパーである。

圧力調整部６は、模擬シリンダ２の内部における試験材料Ｔ１の圧力を調整する機能を有する。圧力調整部６は、模擬シリンダ２と一端が接続している配管６１と、配管６１の途中に挿入されているバルブ６２と、配管６１の他端に接続しているタンク６３と、バルブ６２よりも模擬シリンダ２側の配管６１と接続しているポンプ６４と、を有する。

圧力調整部６は、バルブ６２を閉じている状態で、ポンプ６４により模擬シリンダ２内へ圧力を印加することで、模擬シリンダ２内の試験材料Ｔ１の圧力を増加させることができる。また、圧力調整部６は、バルブ６２を開いて、模擬シリンダ２内から配管６１を介してタンク６３へ試験材料Ｔ１を排出することで、模擬シリンダ２内の試験材料Ｔ１の圧力を減少させることができる。

このように模擬シリンダ２内の試験材料Ｔ１の圧力を調整することで、実際の成形材料に印加される圧力を模擬することができる。タンク６３に排出された試験材料Ｔ１は、静的な観察試験（例えば、顕微鏡観察など）に用いられる。

図２は、図１の矢印ＩＩの切断線により切断した観察装置１を示す断面図である。図１及び図２を適宜参照しながら、照射部７と、撮像部８について説明する。

照射部７は、図１に２点鎖線により示すように、リング形状を有し、中心軸を模擬シリンダ２に向けて配置されているリング照明である。図２に示すように、照射部７は、リング形状を有する環状部７１と、環状部７１の一方側に、円周に沿って等間隔に配置されている複数の発光ダイオード７２（ＬＥＤ）と、を有する。本実施形態において、発光ダイオード７２は紫外発光ダイオード（ＵＶ−ＬＥＤ）である。より具体的には、発光ダイオード７２は、例えば、２６５ｎｍ以上３４０ｎｍ以下のピーク波長を有し、４００ｎｍ以上の波長帯域の光強度がピーク波長の１０％以下である紫外発光ダイオードである。

なお、照射部７は、発光ダイオード７２に代えて、紫外発光するその他のランプ（例えば、水銀ランプ）を用いてもよい。また、紫外光及び可視光を含む広帯域で発光するランプと、可視光域を遮断するフィルタとを用いて、紫外光のみを抽出する構成としてもよい。

撮像部８は、図１に２点鎖線により示すように、照射部７の中心軸上に配置されている高速度カメラである。具体的には、撮像部８は、１秒間に３０フレーム以上のモノクロ画像又はカラー画像を撮像することができるカメラである。カメラのセンサには、例えばＣＭＯＳイメージセンサが用いられる。撮像部８が感光する波長領域は、可視光域（例えば、４００ｎｍ以上８００ｎｍ以下）であり、紫外光（例えば、２６５ｎｍ以上３４０ｎｍ以下）には感光しない。すなわち、撮像部８は可視光域で撮像を行う。

本実施形態において、撮像部８は、１秒間に１万フレーム以上のモノクロ画像を撮像する高速度カメラである。図２に示すように、撮像部８は、視線方向Ｄ１を照射部７の中心軸に一致させている状態で、配置されている。ここで、視線方向Ｄ１は、模擬シリンダ２の軸方向（図２の紙面方向）と直交する方向であり、模擬シリンダ２の径方向と一致している。

以上の構成のほか、観察装置１には、図示省略する温度調整部が設けられていてもよい。温度調整部は、模擬シリンダ２の外周面に巻回されている抵抗加熱ヒータを有する。当該抵抗加熱ヒータにより模擬シリンダ２の内部に充填されている試験材料Ｔ１を加熱することで、試験材料Ｔ１の温度を調整する。

＜観察装置による観察方法＞
次に、図１及び図２に示す観察装置１による試験材料Ｔ１の観察方法について説明する。はじめに、供給部５から模擬シリンダ２の内部へ試験材料Ｔ１を供給し、模擬シリンダ２の内部を試験材料Ｔ１で満たす（充填工程）。次に、バルブ６２を閉じた状態でポンプ６４から模擬シリンダ２の内部へ圧力を印加し、試験材料Ｔ１を所定の圧力にする（加圧工程）。続いて、駆動部４により模擬スクリュ３を回転させる（回転工程）。回転工程の間、駆動部４により模擬スクリュ３を軸方向に往復移動させてもよい。

次に、照射部７により試験材料Ｔ１へ紫外光を照射する（照射工程）。また、紫外光が照射されている状態の試験材料Ｔ１を撮像部８により撮像する（撮像工程）。そして、撮像工程において撮像部８により撮像された画像に基づいて、試験材料Ｔ１中の試験用フィラーの挙動を観察する。なお、回転工程は、撮像工程の開始後に開始されてもよい。このように構成することで、未撹拌状態の試験用フィラーが、模擬スクリュ３により撹拌されていく様子を撮像部８により撮像することができる。

図３は、第１実施形態に係る撮像部８により撮像される画像Ｉｍ１の一例である。画像Ｉｍ１は、モノクロ画像であり、画素値０（黒）から画素値２５５（白）までの２５６階調の明るさ情報を含む。画素値は、輝度と同義であり、撮像部８の視野が明るいほど、画像Ｉｍ１には高い画素値（輝度）で写る。以下、１枚の画像Ｉｍ１により説明するが、実際には、撮像部８は高速度カメラであり、複数フレームの画像が取得される。

画像Ｉｍ１には、複数の小さい輝線Ｆ１と、画像Ｉｍ１の上下（又は左右）にわたる程の大きい輝線Ｂ１とが写る。小さい輝線Ｆ１と大きい輝線Ｂ１は、それぞれ照射部７により紫外光が照射されていることで蛍光塗料が発光している試験用フィラーと、翼部３２の縁部分であり、以下「試験用フィラーＦ１」、「縁部分Ｂ１」と称する。

ここで、試験用フィラーは一部のみが蛍光塗料により着色されているため、画像Ｉｍ１には着色された一部の試験用フィラーＦ１のみが写る。このように構成することで、フィラーが高濃度に配合されている試験材料Ｔ１であっても、一部の試験用フィラーＦ１のみを代表的に発光させることで、試験用フィラーの挙動を個別に観察することができる。

また、照射部７は、撮像部８が感光しない所定の光（具体的には、紫外光）を照射する。そして、試験用フィラーＦ１及び縁部分Ｂ１をそれぞれ着色している蛍光塗料が、当該所定の光を吸収して、撮像部８を感光させる可視光で発光する。すなわち、撮像部８は、暗視野のもと、試験用フィラーＦ１及び縁部分Ｂ１の蛍光を撮影する。撮像部８は、照射部７が照射する光によっては直接感光しないため、例えば模擬シリンダ２や模擬スクリュ３において反射した光が画像Ｉｍ１に写ることを防止することができる。これにより、画像Ｉｍ１に写る光を一部の試験用フィラーＦ１及び一部の模擬スクリュ３（縁部分Ｂ１）に限定することができるため、フィラーの挙動をより詳細に観察することができる。

また、本実施形態では、試験用フィラーＦ１に加えて、翼部３２の縁部分Ｂ１も蛍光塗料により着色することで、翼部３２の回転に伴う試験用フィラーＦ１の挙動を観察することができる。特に、翼部３２は、軸まわりの回転により試験材料Ｔ１を撹拌することができるため、翼部３２の縁部分Ｂ１を蛍光塗料で着色することにより、試験用フィラーＦ１が試験材料Ｔ１内に分散するときや、試験用フィラーＦ１が所定の領域に滞留するときの、試験用フィラーＦ１と翼部３２との位置関係を観察することができる。

＜第２実施形態＞
以上、第１実施形態に係る観察装置及び観察方法を説明した。しかしながら、本発明の実施に関してはこれに限られず、種々の変形を行うことができる。以下、本発明の第２実施形態に係る観察装置及び観察方法について、説明する。なお、以下の説明において、第１実施形態から変更のない部分については同じ符号を付し、説明を省略する。

図４は、第２実施形態に係る観察装置１ａを示す断面図である。図４は、図２と同様の断面における観察装置１ａを示す。観察装置１ａでは、試験材料Ｔ１に含まれる試験用フィラー及び模擬スクリュ３が、蛍光塗料及び蓄光塗料のいずれにも着色されていない点で、第１実施形態と相違する。また、観察装置１ａは、第１実施形態に係る照射部７に代えて、照射部７ａを備える点で、第１実施形態と相違する。照射部７ａは、白色光を照射する白色光源７３（例えば、ハロゲンランプ）と、照射調整部９と、を有する。

照射調整部９は、白色光源７３が照射する白色光の色を調整する色調整部９１と、試験材料Ｔ１への照射方向を調整する方向調整部９２と、を有する。色調整部９１は、例えば複数のカラーフィルタ９１ａ、９１ｂである。本実施形態では、緑色の光Ｌ１（本発明の「第１光」である。）のみを透過するカラーフィルタ９１ａと、緑色の光Ｌ１とは異なる波長の青色の光Ｌ２（本発明の「第２光」である。）のみを透過するカラーフィルタ９１ｂと、が光路に対して並列に設けられている。これら２個のカラーフィルタ９１ａ、９１ｂにより、白色光源７３が照射する白色光は、緑色の光Ｌ１と、青色の光Ｌ２の２種類の光となる。

なお、色調整部９１は、カラーフィルタ等の光学フィルタを用いずに、例えばプリズム等の分光要素を用いて白色光源７３が照射する白色光を複数種類の光に分光するように構成してもよい。

方向調整部９２は、例えば複数のミラー９２ａ、９２ｂである。本実施形態では、カラーフィルタ９１ａの後段（カラーフィルタ９１ａよりも模擬シリンダ２側）にミラー９２ａが設置され、カラーフィルタ９１ｂの後段にミラー９２ｂが設置される。ミラー９２ａは、緑色の光Ｌ１を撮像部８の視線方向Ｄ１及び模擬シリンダ２の軸方向と直交する第１方向に照射する。また、ミラー９２ｂは、青色の光Ｌ２を撮像部８の視線方向Ｄ１及び模擬シリンダ２の軸方向と直交し、かつ第１方向と平行な方向である第２方向に照射する。

図４に示すように、視線方向Ｄ１と第１方向とが交差する位置を第１レイヤＬｙ１と称し、視線方向Ｄ１と第２方向とが交差する位置を第２レイヤＬｙ２と称する。第２レイヤＬｙ２は、第１レイヤＬｙ１よりも径方向内側に位置する。

なお、方向調整部９２は、色調整部９１の前段（すなわち、色調整部９１と白色光源７３の間）に設置されてもよい。この場合、白色光の照射方向を第１方向及び第２方向に調整した後、それぞれの方向の光の色を色調整部９１により調整する。

第２実施形態に係る観察装置１ａによる試験材料Ｔ１の観察方法について説明する。はじめに、第１実施形態と同様の充填工程、加圧工程及び回転工程が実行される。続いて、白色光源７３が白色光を照射し、色調整部９１により緑色の光Ｌ１と、青色の光Ｌ２とがそれぞれ抽出された後、方向調整部９２により緑色の光Ｌ１は第１方向に、青色の光Ｌ２は第２方向にそれぞれ照射される（照射工程）。また、２種類の光Ｌ１、Ｌ２が照射されている状態の試験材料Ｔ１を撮像部８により撮像する（撮像工程）。そして、撮像工程において撮像部８により撮像された画像に基づいて、試験材料Ｔ１中の試験用フィラーの挙動を観察する。

図５は、第２実施形態に係る撮像部８により撮像される画像Ｉｍ２の一例である。画像Ｉｍ１は、カラー画像であり、各画素について、Ｒ値、Ｇ値及びＢ値がそれぞれ画素値０から画素値２５５までの２５６階調の明るさ情報により表現される。

画像Ｉｍ２には、複数の緑色の輝線Ｆ２と、複数の青色の輝線Ｆ３とが写る。区別のために、図５では青色の輝線Ｆ３にクロスハッチングを付す。緑色の輝線Ｆ２は、緑色の光Ｌ１を反射している試験用フィラーである。また、青色の輝線Ｆ３は、青色の光Ｌ２を反射している試験用フィラーである。

図４に示すように、青色の光Ｌ２が進む第２方向と視線方向Ｄ１とが交差する位置Ｌｙ２は、緑色の光Ｌ１が進む第１方向と視線方向Ｄ１とが交差する位置Ｌｙ１よりも、視線方向Ｄ１の奥側（撮像部８から遠い位置）にある。このため、撮像部８からみて手前側に位置する試験用フィラーは、画像Ｉｍ２において緑色の輝線Ｆ２として写り、撮像部８からみて奥側に位置する試験用フィラーは、画像Ｉｍ２において青色の輝線Ｆ３として写る。

このように、本実施形態に係る観察装置１ａによれば、撮像部８の視線方向Ｄ１の各レイヤＬｙ１、Ｌｙ２ごとに試験材料Ｔ１へ異なる色を照射することで、各レイヤＬｙ１、Ｌｙ２ごとの試験用フィラーの挙動を観察することができる。これにより、従来は把握できなかった撮像部８の視線方向Ｄ１（すなわち、奥行方向）における試験用フィラーの挙動の違いを観察することが可能となり、より詳細な観察を行うことができる。

なお、上記の実施形態では、緑色の光Ｌ１と青色の光Ｌ２とを用いるが、これらの光の色及び組合せは例示であり、例えば緑色の光と赤色の光を用いてもよいし、３色以上をそれぞれ平行な３方向に照射するように構成してもよい。

＜第３実施形態＞
以下、本発明の第３実施形態に係る観察装置及び観察方法について、説明する。なお、以下の説明において、第１実施形態から変更のない部分については同じ符号を付し、説明を省略する。

図６は、第３実施形態に係る観察装置１ｂを示す断面図である。図６は、図２と同様の断面における観察装置１ｂを示す。観察装置１ｂは、第１実施形態に係る照射部７に代えて、照射部７ｂを備える点で、第１実施形態と相違する。照射部７ｂは、紫外光を照射する紫外光源７４（例えば、水銀ランプ、紫外発光ダイオード）と、切替部９ａと、を有する。

切替部９ａは、ミラー９３と、ミラー９３の位置を移動させる移動機構９４と、を有する。移動機構９４は、例えばモータとボールねじを有するアクチュエータである。ミラー９３は移動機構９４に接続されており、移動機構９４により矢印ＡＲ１の方向に移動される。

例えば、移動機構９４によりミラー９３が移動され、図６中の破線で示す位置に位置決めされているとき、紫外光源７４から照射される紫外光は、ミラー９３により方向が変換されて、撮像部８の視線方向Ｄ１及び模擬シリンダ２の軸方向と直交する第１方向に照射される。また、移動機構９４によりミラー９３が移動され、図６中の実線で示す位置に位置決めされているとき、紫外光源７４から照射される紫外光は、ミラー９３により方向が変換されて、撮像部８の視線方向Ｄ１及び模擬シリンダ２の軸方向と直交し、かつ第１方向と平行な方向である第２方向に照射される。

ここで、第１方向と視線方向Ｄ１とが交差する位置を第１レイヤＬｙ３と称し、第２方向と視線方向Ｄ１とが交差する位置を第２レイヤＬｙ４と称する。第２レイヤＬｙ４は、第１レイヤＬｙ３よりも径方向内側に位置する。

第３実施形態では、第１実施形態と同様に、試験用フィラーの一部が蛍光塗料又は蓄光塗料により着色されている。着色されている試験用フィラーに紫外光が照射されると、当該試験用フィラーに塗られた蛍光塗料又は蓄光塗料は、可視光で発光する。本実施形態に係る照射工程では、移動機構９４によりミラー９３を矢印ＡＲ１に沿って移動させることで、撮像部８の視線方向Ｄ１の各レイヤＬｙ３、Ｌｙ４ごとに順次、紫外光を照射する。そして、撮像工程では、照射工程において各レイヤＬｙ３、Ｌｙ４ごとに順次、紫外光を照射する間、撮像部８により順次、複数の画像を取得する。

第３実施形態において、撮像部８により取得される画像には、当該画像の取得時に切替部９ａにより紫外光が照射されているレイヤに含まれ、かつ蛍光塗料又は蓄光塗料により着色されている一部の試験用フィラーが写る。これにより、各レイヤＬｙ３、Ｌｙ４ごとの試験用フィラーの挙動を観察することができる。すなわち、従来は把握できなかった撮像部８の視線方向Ｄ１（すなわち、奥行方向）における試験用フィラーの挙動の違いを観察することが可能となり、より詳細な観察を行うことができる。

＜変形例＞
以下、上記の第１〜第３実施形態に係る変形例について説明する。なお、以下の説明において、第１〜第３実施形態から変更のない部分については同じ符号を付し、説明を省略する。

上記の第１実施形態では、一部の試験用フィラー及び一部の模擬スクリュ３を蛍光塗料又は蓄光塗料により着色し、照射部７により紫外光を照射して蛍光塗料又は蓄光塗料を可視光で発光させ、撮像部８において可視光を撮像することで、試験用フィラーを観察する。このとき、撮像部８による画像の撮像は、照射部７の照射と同時に実行される。すなわち、照射工程と撮像工程は並行して実行される。

しかしながら、蓄光塗料を用いる場合、照射工程と撮像工程は、別々の時間に交互に実行されてもよい。蓄光塗料は、蓄光体に照射された紫外光又は可視光を吸収し、所定時間にわたって可視光を発光し続ける。このため、まず照射工程を行い、照射部７から試験材料Ｔ１へ紫外光を照射した後、照射部７の紫外光の照射を停止する。そして、照射部７の照射停止後、試験材料Ｔ１に含まれる一部の試験用フィラーに着色されている蓄光塗料が発光している間に、撮像部８が撮像を行う（撮像工程）。

このように、試験用フィラーを蓄光塗料により着色することで、照射部７による紫外光の照射と、撮像部８による撮像を、互いにスイッチして行うことができる。これにより、照射部７がノイズ光として照射する可視光が、模擬シリンダ２により反射して撮像部８により撮像される画像に写り込むことを防止することができる。このため、画像のノイズを低減することができ、より詳細に試験用フィラーを観察することが可能となる。

なお、本変形例において、照射部７が照射する光は、可視光であってもよい。撮像部８は、可視光により感光するため、照射部７が光を照射している間に撮像を行うと、試験用フィラーのほか模擬シリンダ２での反射光も画像に写り込み、当該反射光が試験用フィラーの観察を阻害する場合がある。しかしながら、本変形例では、照射部７による光照射と、撮像部８による撮像は、時間的に別々に行うため、当該反射光は画像に写り込まず、蓄光により発光する試験用フィラー及び一部の模擬スクリュ３のみを写すことが可能となる。

＜変形例２＞
上記の第１実施形態では、試験用フィラーの一部及び模擬スクリュ３の一部が蛍光塗料及び蓄光塗料により着色されているが、このような構成に代えて、試験用フィラーの一部及び模擬スクリュ３の一部がいわゆる通常の塗料（例えば、赤色、緑色又は青色の塗料）により着色されていてもよい。ここで、試験用フィラーの一部及び模擬スクリュ３の一部は、試験用フィラー及び模擬スクリュ３の元来の色とは異なる色に着色される。例えば、試験用フィラー及び模擬スクリュ３の元来の色が白色である場合、白色以外の色（例えば、赤色）に着色される。

すなわち、試験用フィラーの一部及び模擬スクリュ３の一部は、白色光の一部を吸収し、白色光の他の一部を反射するように着色されている。この場合、照射部７は、紫外光を照射する構成に代えて、白色光を照射する構成が採用される。また、撮像部８は、カラー画像を撮像する構成が採用される。

例えば、試験用フィラーの一部及び模擬スクリュ３の一部が赤色に着色されている場合、照射部７が白色光を照射している間に、撮像部８により画像を撮像すると、撮像部８には、模擬シリンダ２、着色されていない試験用フィラー、及び模擬スクリュ３の着色されていない部分で散乱した白色光が入射する。このため、撮像部８により撮像される画像は、明視野の画像となる。この明視野の画像の中で、赤色に写る部分が、試験用フィラーの一部及び模擬スクリュ３の一部である。

試験用フィラー及び模擬スクリュ３は、一部のみが赤色塗料により着色されているため、画像には一部の試験用フィラー及び模擬スクリュ３のみが赤色に写る。このように構成することで、フィラーが高濃度に配合されている試験材料Ｔ１であっても、試験用フィラーのうち一部の試験用フィラーのみを代表的に着色させることで強調され、フィラーの挙動を個別に観察することができる。

上記の変形例では、模擬スクリュ３で散乱した白色光が、画像において大部分を占め、特に明るく写る場合が多い。試験用フィラーの一部は、着色により個別に挙動を観察することができる。一方で、着色されていないその他の試験用フィラーも、個別の挙動観察はできないとしても、分散の程度などの観察を行うことは可能である。しかしながら、模擬スクリュ３の表面の色が、試験用フィラーの色と同色又は同系色の場合、画像において、着色されていない試験用フィラーと模擬スクリュ３との区別が困難になる。

そこで、模擬スクリュ３の表面を、試験用フィラーの一部を着色する色（以下、「第１色」と称する。）及び試験用フィラー自体の色の両方と異なる色（以下、「第２色」と称する。）に着色する。例えば、第１色が赤色であり、試験用フィラー自体の色が白色である場合、模擬スクリュ３の表面を、黒色（第２色）に着色する。例えば、試験用フィラーがガラス繊維である場合、光を散乱して白色に見えることが多い。

また、別の例として、第１色が赤色であり、試験用フィラー自体の色が黒色である場合、模擬スクリュ３の表面を、白色（第２色）に着色する。例えば、試験用フィラーが炭素繊維である場合、光を吸収して黒色に見えることが多い。

さらに、模擬スクリュ３の表面をスプレイ等により第２色に着色する際、模擬スクリュ３の表面のテカリを防止するためにマットコーティングをしてもよい。模擬スクリュ３の表面にテカリが生じ、その部分が撮像されると、画像の一部に特に輝度が高い領域が生じる。すなわち、ハレーション領域が生じる。このような領域において、試験用フィラーの挙動を観察するのは困難である。模擬スクリュ３の表面をマットコーティングしてテカリを防止することで、試験用フィラーの挙動を観察できる領域を広げることができる。

以上のとおり開示した実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。つまり、本発明の観察装置及び観察方法は、図示する形態に限られず、本発明の範囲内において他の形態であってもよい。

１、１ａ、１ｂ 観察装置 ２ 模擬シリンダ ３ 模擬スクリュ
３１ 芯体 ３２ 翼部 ４ 駆動部
５ 供給部 ６ 圧力調整部 ６１ 配管
６２ バルブ ６３ タンク ６４ ポンプ
７、７ａ、７ｂ 照射部 ７１ 環状部 ７２ 発光ダイオード
７３ 白色光源 ７４ 紫外光源 ８ 撮像部
９ 照射調整部 ９１ 色調整部 ９２ 方向調整部
９１ａ、９１ｂ カラーフィルタ ９２ａ、９２ｂ ミラー
９ａ 切替部 ９３ ミラー ９４ 移動機構
Ｔ１ 試験材料 Ｄ１ 視線方向 Ｉｍ１、Ｉｍ２ 画像
Ｆ１ 試験用フィラー Ｂ１ 縁部分 Ｌ１ 緑色の光
Ｌ２ 青色の光 Ｌｙ１ 第１レイヤ Ｌｙ２ 第２レイヤ
Ｌｙ３ 第１レイヤ Ｌｙ４ 第２レイヤ

Claims (8)

1. シリンダと、スクリュとを有する射出装置における成形材料の挙動を模擬的に観察する観察装置であって、
   筒体の少なくとも一部が可視光及び紫外光に対して透過性を有する模擬シリンダと、
   前記模擬シリンダに挿入される模擬スクリュと、
   前記模擬シリンダに充填される試験材料と、
   前記試験材料に可視光及び紫外光の少なくとも一方を照射する照射部と、
   可視光を感光し、前記試験材料を撮像する撮像部と、
   を備え、
   前記試験材料は、試験用フィラーと、可視光及び紫外光に対して透過性を有する流体と、を含み、
   前記試験用フィラーの一部は可視光及び紫外光の少なくとも一方を吸収又は反射するように着色されている、
   観察装置。
2. 前記照射部は、紫外光を照射し、
   前記試験用フィラーの一部は、紫外光を吸収し、可視光で発光する蛍光塗料又は蓄光塗料により着色されている、
   請求項１に記載の観察装置。
3. 前記模擬スクリュの一部は、紫外光を吸収し、可視光で発光する蛍光塗料又は蓄光塗料により着色されている、
   請求項２に記載の観察装置。
4. 前記照射部は、前記試験材料へ照射する方向を、第１方向と、前記第１方向と平行な第２方向と、に切り替える切替部を有し、
   前記撮像部が前記試験材料を撮像する視線方向は、前記第１方向及び前記第２方向と交差する、
   請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の観察装置。
5. 前記模擬シリンダに充填されている前記試験材料の圧力を調整する圧力調整部をさらに備える、
   請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の観察装置。
6. シリンダと、スクリュとを有する射出成形装置における成形材料の挙動を模擬的に観察する観察装置であって、
   筒体の少なくとも一部が第１光及び前記第１光と異なる波長の第２光に対して透過性を有する模擬シリンダと、
   前記模擬シリンダに挿入される模擬スクリュと、
   前記模擬シリンダに充填される試験材料と、
   前記試験材料へ前記第１光を第１方向に照射し、前記試験材料へ前記第２光を前記第１方向と平行な第２方向に照射する照射部と、
   前記第１光及び前記第２光に感光し、前記第１方向及び前記第２方向と交差する視線方向に前記試験材料を撮像する撮像部と、
   を備え、
   前記試験材料は、試験用フィラーと、前記第１光及び前記第２光に対して透過性を有する流体と、を含む、
   観察装置。
7. シリンダと、スクリュとを有する射出成形装置における成形材料の挙動を模擬的に観察する観察方法であって、
   筒体の少なくとも一部が可視光及び紫外光に対して透過性を有する模擬シリンダに、模擬スクリュを挿入し、かつ試験材料を充填する準備工程と、
   前記試験材料に可視光及び紫外光の少なくとも一方を照射する照射工程と、
   可視光域において前記試験材料を撮像する撮像工程と、
   を備え、
   前記試験材料は、試験用フィラーと、可視光及び紫外光に対して透過性を有する流体と、を含み、
   前記試験用フィラーの一部は、可視光及び紫外光の少なくとも一方を吸収又は反射するように着色されている、
   観察方法。
8. 前記試験用フィラーの一部は、可視光及び紫外光の少なくとも一方を吸収して、可視光で発光する蓄光塗料により着色されており、
   前記撮像工程は、前記照射工程において照射を停止した後、前記蓄光塗料が発光している間に、前記試験材料を撮像する、
   請求項７に記載の観察方法。

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