JP6184452B2 - 圧力センサ付ピンおよび成形装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、成形装置の金型内の成形部に充填された流動樹脂や溶解樹脂の圧力を検出する圧力センサ付ピンに関するものである。

金型内の成形部に充填された流動樹脂や溶解樹脂の圧力を検出するために、金型に組み込まれている圧力センサ付ピンがあり、特許文献１や特許文献２に記載されているような圧力センサ付ピンが知られている。

特開昭６３−０６８２５４号 特開平１０−０７６５５４号

図８は特許文献１に記載された圧力センサ付ピンの断面図である。特許文献１に記載された圧力センサ付ピン１００は、固定部１０１に中空の穴１０２を設け、円筒の内壁１０３に複数の歪ゲージ１０４が設けられている。この固定部１０１は棒状部１０５と一体的になっており、固定部１０１はツバ部の筐体を兼ねている。

また、図９は特許文献２に記載された圧力センサ付ピンの断面図である。特許文献２に記載された圧力センサ付ピン２００は、棒状部２０１の末端部２０２にツバ部２０３が設けられており、ツバ部２０３は第一筐体２０４と第二筐体２０５と第三筐体２０６に覆われている。歪ゲージ２０７はツバ部２０３に第三筐体２０６と対向するように設けられている。

特許文献１や特許文献２に記載された圧力センサ付ピンは、成形装置の金型内の成形部に設けられ、当該部分に充填された流動樹脂や溶解金属の圧力を検出することで、不良品の自動判別や金型内の状態を把握することができる。この検出値にバラツキがあると、不良品の自動判別や金型内の状態を把握することができなくなってしまう。

しかし、特許文献１に記載されている圧力センサ付ピン１００は、複数の歪ゲージ１０４を設けなければ正確な圧力を検出することができないといった問題がある。また、複数の歪ゲージ１０４によって圧力を検出しているため、棒状部１０５にかかる圧力の方向によっては、検出値にバラツキが生じてしまうといった問題がある。

さらに、複数の歪ゲージ１０４を円周状に均等に設けなければ検出値にバラツキが生じてしまうといった問題もある。また、複数の歪ゲージ１０４を設けることや、円筒の内壁１０３に円周状に均等に設けることは高い組立て精度が要求される。

また、特許文献２に記載された圧力センサ付ピン２００は、第一筐体２０４と棒状部２０１のクリアランス２０８の寸法公差によっては様々な問題が発生する。例えば、第一筐体２０４と棒状部２０１のクリアランス２０８が狭すぎると、摺動抵抗が発生してしまう。そのことによって、検出値のバラツキが生じてしまうといった問題がある。また、第一筐体２０４と棒状部２０１が摺動抵抗によって摩耗してしまうことによって圧力センサ付ピン２００の寿命が短くなってしまうといった問題もある。

一方、第一筐体２０４と棒状部２０１のクリアランス２０８が広すぎると、クリアランス２０８から筐体内へ異物が侵入してしまうといった問題がある。また、クリアランス２０８から金型内で発生したガスが侵入して歪ゲージ２０７が浸食されることによって、圧力を検出することができなくなってしまうといった問題もある。

さらに、棒状部２０１と第一筐体２０４のクリアランス２０８を一定値以内にしなければならないことは高い加工精度が要求される。

そこで、本発明は、上記の問題点を解決し、金型内の成形部に充填された流動樹脂や溶解金属の圧力をバラツキなく検出することができ、かつ、高い組立て精度や高い加工精度が要求されることのない圧力センサ付ピンを提供することを目的とする。

請求項１記載の圧力センサ付ピンは、棒状部とツバ部と圧力検出素子からなり、前記ツバ部は、前記棒状部の末端部と一体的に設けられたツバ部第一部材と、前記ツバ部第一部材の外周に沿って前記棒状部と反対方向に延在したツバ部側面部材と、前記ツバ部側面部材の内面に接し、前記ツバ部第一部材と略平行に設けられたツバ部第二部材からなり、前記圧力検出素子は、前記ツバ部第一部材の前記棒状部が設けられている側とは反対側に設けられ、前記棒状部の先端部に圧力を受けることで、前記圧力に対応する電気信号を出力することを特徴とする。

請求項２に記載の圧力センサ付ピンは、請求項１の圧力センサ付ピンにおいて、圧力検出素子が歪ゲージであり、ツバ部第一部材の歪量が最も大きい範囲に設けられていることを特徴とする。

請求項３に記載の圧力センサ付ピンは、請求項１の圧力センサ付ピンにおいて、圧力検出素子が圧電素子であり、ツバ部第一部材のたわみ量が大きい範囲に設けられていることを特徴とする。

請求項４に記載の圧力センサ付ピンは、請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の圧力センサ付ピンにおいて、棒状部の中心と、圧力検出素子の中心が一致することを特徴する。

請求項５に記載の圧力センサ付ピンは、請求項１から請求項４のいずれか１つに記載の圧力センサ付ピンにおいて、ツバ部第二部材は板状部材からなり、ツバ部側面と接着性の樹脂によって接着されていることを特徴する。

請求項６に記載の圧力センサ付ピンは、請求項１から請求項５のいずれか１つに記載の圧力センサ付ピンにおいて、ツバ部側部材はツバ部第二部材をはめ込むための溝が設けられていることを特徴とする。

請求項７に記載の圧力センサ付ピンは、請求項１から請求項６のいずれか１つに記載の圧力センサ付ピンにおいて、ツバ部は収容領域を有し、前記収容領域に樹脂が充填されていることを特徴する。

請求項８に記載の金型は、請求項１から請求項７のいずれか１つに記載の圧力センサ付ピンが組み込まれていることを特徴とする。

請求項９に記載の成形装置は、請求項８に記載の金型が組み込まれていることを特徴とする。

本発明によれば、高い組立て精度や高い加工精度が要求されることのない圧力センサ付ピンを提供することができる。また、圧力検出素子がツバ部第一部材の歪量やたわみ量の最も大きい範囲に設けられていることで、正確な圧力を検出することができる。さらに、寸法公差による影響がないことよって、圧力をバラツキなく検出することができる。

本発明の実施形態が組み込まれた金型を示した説明図である。 本発明に係る圧力センサ付ピンの外観を示した説明図である。 本発明に係る圧力センサ付ピンの中心を通る実線Ａ−Ａを含む平面で切断した際の圧力センサ付ピンの断面図である。 本発明に係る圧力センサ付ピンの他の実施例における断面図である。 本発明に係る略スポークホイール状の歪ゲージを示した説明図である。 本発明に係る略スポークホイール状の歪ゲージを設ける範囲について示した説明図である。 本発明に係る圧電素子を設ける範囲について示した説明図である。 特許文献１に記載されている圧力センサ付ピンの断面図である。 特許文献２に記載されている圧力センサ付ピンの断面図である。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、この実施するための形態によって本発明が限定されるものではなく、この形態に基づいて当業者などによりなされる実施可能な他の形態、実施例および運用技術などはすべて本発明の範疇に含まれる。

最初に、本発明の圧力センサ付ピンが組み込まれている金型について説明する。この金型は、加熱溶融させた流動樹脂や溶解金属を金型内に注入し、冷却・固化させる事によって、成形品を得る成形装置に取り付けられている。

図１に示すように、金型１０は、図示しない成形装置の固定側ホルダに取り付けられている固定側取付板２０と、図示しない成形装置の可動側ホルダに取り付けられている可動側取付板３０を有している。固定側取付板２０には、雌型であるキャビティ２１を有する固定側型板２２が取り付けられている。可動側取付板３０には、雄型であるコア３１を有する可動側型板３２がスペーサーブロック３３を介して取り付けられている。

キャビティ２１とコア３１によって設けられた空間が成形部１１である。この成形部１１の形状によって成形品の形状が決まる。

この金型１０は、固定側型板２２と可動側型板３２の間で分割可能である。図示しない成形装置の可動側ホルダの動きに合わせ、可動側型板３２は板面に垂直な方向に沿って固定側型板２２に対して可動し、これによって固定側型板２２と可動側型板３２の開閉が行われる。

固定側取付板２０には、図示しない成形装置のシリンダのノズルから金型内に溶融した樹脂を注入する際の経路となるスプル２３が設けられている。溶解した樹脂はスプル２３を通りキャビティ２１とコア３１の間の成形部１１に充填されて成形品を形成する。

可動側取付板３２には、エジェクタプレート１２が設けられている。エジェクタプレート１２には、金型１０が開いた時にコア３１から突出して成形部１１に形成された成形品を金型外に突き出す圧力センサ付ピン１が組み込まれている。

なお、圧力センサ付ピン１がエジェクタプレート１２に組み込まれている例について説明したが、圧力センサ付ピン１を組み込む場所については、この形態に限定されることはない。例えば、固定側型板２２や可動側型板３２に圧力センサ付ピン１を直接組み込んでも良い。その場合、圧力センサ付ピン１は成形部１１に形成された成形品を金型外に付き出す機能を持たなくても良い。

圧力センサ付ピン１について、図２と図３を用いて説明する。図２は圧力センサ付ピン１の外観図である。図３は、図２の圧力センサ付ピン１の中心を通る実線Ａ−Ａを含む平面で切断した際の圧力センサ付ピン１の断面図である。

図３に示すように、圧力センサ付ピン１は、先端部２ａが成形部１１に形成された成形品と当接する棒状部２と、棒状部２の末端部２ｂと一体的に設けられたツバ部３と、圧力検出素子４を有している。棒状部２の先端部２ａに圧力を受けることで、当該圧力に対応する電気信号が出力される。

棒状部２とツバ部３の材料はＳＫＨ５１といった金属材料である。この材料は、耐摩耗性がある、靱性を持つ、熱衝撃または熱疲労に強いといった観点から選択されている。

この棒状部２とツバ部３の材料は前記観点を満たしていれば良く、他の高速度鉱や合金工具鉱（例えば、ＳＫＤ６１）などの金属材料を使用することもできる。

ツバ部３は、棒状部２の末端部２ｂと一体的に設けられたツバ部第一部材３ａと、ツバ部第一部材３ａの外周に沿って棒状部２と反対方向に延在したツバ部側面部材３ｃと、ツバ部側面部材３ｃの内面に接し、ツバ部第一部材３ａと略平行に設けられたツバ部第二部材３ｂから構成されている。

ツバ部第一部材３ａとツバ部第二部材３ｂとツバ部側面部材３ｃから構成されているツバ部３は、収容領域を有している。また、ツバ部３の内径３ｗは棒状部２の外径２ｗよりも大きい。

また、ツバ部第一部材３ａとツバ部側面部材３ｃは一体的に設けられている。つまり、棒状部２とツバ部第一部材３ａとツバ部側面部材３ｃは一体的に設けられている。

ツバ部第二部材３ｂは板状部材であり、接着性の樹脂５によってツバ部側面部材３ｃに接着され、ツバ部３を封止している。

この接着性の樹脂５はツバ部第二部材３ｂをツバ部側面部材３ｃに接着できれば良く、望ましくは、耐熱温度の高いシリコーン系接着剤やエポキシ系接着剤といった材料を使用することができる。

また、ツバ部第二部材３ｂはツバ部第一部材３ａやツバ部側面部材３ｃと同じ材料であっても、異なる材料でも良い。異なる材料としては、ツバ部３を封止できれば良く、望ましくは、ステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ３０３）などの金属材料、２００℃付近の耐熱性を有する樹脂材料、ガラス強化材を含んだピーク材料を用いることができる。

なお、ツバ部３の形状の例について説明したが、ツバ部３の形状については限定されることはない。例えば、図４に示すように、ツバ部側面部材３ｃにはツバ部第二部材３ｂをはめ込むためのツバ部側面部材３ｃの溝６が設けられていても良い。ツバ部側面部材３ｃにはツバ部第二部材３ｂを設けるツバ部側面部材３ｃの溝６を設けることで、強固にツバ部第二部材３ｂを接着することができる。

また、接着性の樹脂５の設け方の例について説明したが、収容領域を有するツバ部３に樹脂を充填しても良い。ツバ部３に樹脂を充填することで、圧力検出素子４を異物やガスによる浸食から保護することができる。

この樹脂はツバ部第二部材３ｂとツバ部側面部材３ｃを接着するための接着性の樹脂５でも良く、異なる樹脂であっても良い。異なる材料としては、ツバ部３に充填できれば良く、望ましくは、柔軟性を有するシリコーン系樹脂やウレタン系樹脂といった材料を用いることができる。

圧力検出素子４は、ツバ部第一部材３ａの棒状部２が設けられている側とは反対側に設けられている。実施形態の１つとして、圧力検出素子４を図５に示すような略スポークホイール状の歪ゲージ４ａを用いて説明する。略スポークホイール状の歪ゲージ４ａは、放射状に配置された複数のセンサ部分の端部を、全体が一筆書きになるように円弧で接続した、略スポークホイール状をなしている。図５は図３の圧力センサ付ピン１を矢印Ｂの方向から見た図であり、ツバ部第二部材３ｂは省略している。

成形部１１と当接する棒状部２の先端部２ａに圧力がかかると、棒状部２を介してツバ部第一部材３ａに圧力が伝達される。圧力が伝達されるとツバ部第一部材３ａはたわむ。このツバ部第一部材３ａがたわんだ時の歪量が、略スポークホイール状の歪ゲージ４ａによって圧力に対応する電気信号として出力される。

電気信号は、金型１の外の図示しない制御装置へ導出される。その場合、略スポークホイール状の歪ゲージ４ａの図示しない導線はツバ部側面３ｃに設けた図示しない貫通孔を通して外部に導出される。そして、図示しない制御装置によって圧力に変換されることで、圧力が検出できる。

ツバ部第一部材３ａがたわみ過ぎる厚さでは、ツバ部第一部材３ａが降伏点に達してしまい、弾性限界を超えて塑性変形してしまう。逆に、ツバ部第一部材３ａがたわまない厚さでは、略スポークホイール状の歪ゲージ４ａが圧力を検出することができない。成形時に棒状部２の先端部２ａが受ける圧力によって、ツバ部第一部材３ａの最大の歪量が１０〜３０μｍとなるような厚さが好ましい。また、ツバ部第一部材３ａが塑性変形しない厚さが好ましい。

図６に示すように棒状部２の中心２ｃと略スポークホイール状の歪ゲージ４ａの中心４ｃが一致するように歪ゲージ４ａ設ける。つまり、図５に示した略スポークホイール状の歪ゲージ４ａの中心４ｃと、図６に一点鎖線で示した棒状部２の中心２ｃは一致する。棒状部２の中心２ｃと略スポークホイール状の歪ゲージ４ａの中心４ｃが一致することによって、棒状部２を介して略スポークホイール状の歪ゲージ４ａに均等に圧力が伝達され、検出値にバラツキが生じることがなくなる。

また、略スポークホイール状の歪ゲージ４ａは、ツバ部第一部材３ａの歪量が最も大きい範囲に設けられている。歪量が大きい範囲とは、棒状部２の外径２ｗとツバ部３の内径３ｗで囲まれる範囲をいう。好ましくは図６に斜線部で示した歪ゲージの設置部７である。この歪ゲージの設置部７は棒状部２の中心２ｃに対して外径２ｗよりもやや外側からツバ部３の内径３ｗよりもやや内側の範囲である。略スポークホイール状の歪ゲージ４ａをツバ部第一部材３ａの歪量が最も大きい範囲に設けることによって、最大の感度で圧力を検出することができる。

なお、圧力検出素子４の例について説明したが、圧力検出素子４については限定されることはない。例えば、圧力検出素子４として他の形状の歪ゲージや圧電素子を用いても良い。他の形状の歪ゲージとしては、矩形状の歪ゲージや円周状の歪ゲージを用いることができる。

圧力検出素子４として、圧電素子８を用いた場合について図７を用いて説明する。圧電素子８はツバ部第一部材３ａとツバ部第一部材３ｂに挟まれた状態で設けられている。この圧電素子８を設ける範囲は、ツバ部第一部材３ａのたわみ量が最も大きい範囲に設けられている。このたわみ量が大きい範囲はツバ部３の内径３ｗよりも内側である。好ましくは図７に斜線部で示した圧電素子の設置部９である。この圧電素子の設置部９は棒状部２の外径２ｗと略一致する範囲である。圧電素子８をツバ部第一部材３ａのたわみ量が最も大きい範囲に設けることによって、最大の感度で圧力を検出することができる。

また、棒状部２と圧電素子８の中心８ｃが一致するように圧電素子８を設ける。棒状部２の中心２ｃと圧電素子８の中心８ｃが一致することによって、棒状部２を介して圧電素子８に均等に圧力が伝達され、検出値にバラツキが生じることがなくなる。

以上に説明した圧力センサ付ピンによれば、高い組立て精度や高い加工精度が要求されることのない圧力センサ付ピンで、金型内の成形部に充填された流動樹脂や溶解金属の圧力をバラツキなく検出することができる。

１ 圧力センサ付ピン
２ 棒状部
２ａ 棒状部の先端部
２ｂ 棒状部の末端部
２ｃ 棒状部の中心
２ｗ 棒状部の外径
３ ツバ部
３ａ ツバ部第一面
３ｂ ツバ部第二面
３ｃ ツバ部側面
３ｗ ツバ部の内径
４ 圧力検出素子
４ａ 略スポークホイール状の歪ゲージ
４ｃ 略スポークホイール状の歪ゲージの中心
５ 接着性の樹脂
６ ツバ部側面の溝
７ 歪ゲージの設置部
８ 圧電素子
８ｃ 圧電素子の中心
９ 圧電素子の設置部
１０ 金型
１１ 成形部
１２ エジェクタプレート
２０ 固定側取付板
２１ キャビティ
２２ 固定側型板
２３ スプル
３０ 可動側取付板
３１ コア
３２ 可動側型板
３３ スペーサーブロック

Claims (9)

1. 棒状部とツバ部と圧力検出素子からなり、
   前記ツバ部は、前記棒状部の末端部と一体的に設けられたツバ部第一部材と、前記ツバ部第一部材の外周に沿って前記棒状部と反対方向に延在したツバ部側面部材と、前記ツバ部側面部材の内面に接し、前記ツバ部第一部材と略平行に設けられたツバ部第二部材からなり、
   前記圧力検出素子は、前記ツバ部第一部材の前記棒状部が設けられている側とは反対側に設けられ、
   前記棒状部の先端部に圧力を受けることで、前記圧力に対応する電気信号を出力することを特徴とする圧力センサ付ピン。
2. 圧力検出素子が歪ゲージであり、ツバ部第一部材の歪量が最も大きい範囲に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ付ピン。
3. 圧力検出素子が圧電素子であり、ツバ部第一部材のたわみ量が最も大きい範囲に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ付ピン。
4. 棒状部の中心と、圧力検出素子の中心が一致することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の圧力センサ付ピン。
5. ツバ部第二部材は板状部材からなり、
   ツバ部側面部材と接着性の樹脂によって接着されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１つに記載の圧力センサ付ピン。
6. ツバ部側面部材はツバ部第二部材をはめ込むための溝が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１つに記載の圧力センサ付ピン。
7. ツバ部は収容領域を有し、前記収容領域に樹脂が充填されていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１つに記載の圧力センサ付ピン。
8. 請求項１から請求項７のいずれか１つに記載の圧力センサピンが組み込まれていることを特徴とする金型。
9. 請求項８に記載の金型が組み込まれていることを特徴とする成形装置。
   

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