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【発明の名称】 導光体付ピンならびに導光体付ピンを有する射出成形用金型
【発明者】 【氏名】高山 定則

【氏名】川崎 博明

【氏名】山岸 秀雄

【氏名】田中 敏晴

【要約】 【課題】

【構成】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耐熱性接着材で固着される光ファイバを有し、
【特許請求の範囲】
【請求項1】
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耐熱性接着材で固着される円柱状の導光体を有し、
前記導光体と、前記管状スペーサと前記中空軸部先端面が実質的に同一面を構成していることを特徴とする導光体付ピン。
【請求項2】
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記載の導光体付ピン。
【請求項3】
前記管状スペーサの熱膨張係数が前記中空軸の熱膨張係数より大きいことを特徴とする請求項1記載の導光体付ピン。
【請求項4】
キャビティを有する第1の形板と、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の型板とを組合わせ、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耐熱性接着材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耐熱性接着材で固着される円柱状の導光体を有し、
前記導光体と、前記管状スペーサと前記中空軸部先端面が実質的に同一面を構成し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。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
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。
【背景技術】
【0002】
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。
【0003】
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。
【0004】
金型のキャビティ内の樹脂温度を測定する方法は、金型に埋め込んだ熱電対により間接的に測定する方法や、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い。
【0005】
図4に特許文献1に開示された赤外輻射導光器を示す。当該導光器は金型に設けたエジェクタピンの機能も果たしている。エジェクタピン100には内部を貫通する中空部1が設けられている。このエジェクタピン100の中空部1の金型のキャビティ面Cに面した一端には拡径部2が設けられ、内部にテーパー状孔を有する支持スリーブ3を収容し、当該支持スリーブ3はテーパー状のサファイアコーン4を収容する。
【0006】
サファイアコーン4の大径端はエジェクタピンの端部とほぼ同一平面に配置され、小径端は中空部1内にケーブル状に配置した可撓性束状の光ファイバ5と接続される。光ファイバ5の他方の先端には赤外線輻射の受光部及び演算部(図示しない。)が設けられ、受光部に入射した赤外線から演算部で金型内の樹脂温度を演算する。
【0007】
ここで本件出願人が出願に係る発明に至る過程で検討した赤外輻射導光器の機能を有するエジェクタピン200を図5に示す。図5では図4と共通する部分には同じ符号を用いている。分図5(a)に上面図、分図5(b)にa‐a´部での断面図、分図5(c)に左側面図を示す。エジエクタピン200は内部を貫通する円断面の中空部1が設けられた中空軸状であり、その内部を導光体として単線の光ファイバ5が貫通し、光ファイバ5と中空軸部6の間はエポキシ系接着材7で固定されている。
【0008】
【特許文献1】特開昭58−137721号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
特許文献1に開示された赤外輻射導光器はエジェクタピンに赤外輻射導光器の機能を複合化したものであり、金型に赤外輻射導光器用の追加工をすることなく温度測定を可能とする。
またサファイアコーン4はテーパー面で支持スリーブ3に支持され、支持スリーブ3は中空部1の拡径部2との段差で支持されているので、金型内の樹脂圧力が高くなってもサファイアコーン4がずれることはなく、成形品に窪み等の品質の劣化を生じさせることがない。
【0010】
しかし当該エジェクタピン100は構造が複雑なため加工が困難であり、径の細いエジェクタピンを作ることが難しかった。径の大きいエジェクタピン100は小形精密部品の成形には用いることができなかった。
エジェクタピンの長さは個々の金型によって変わるが、当該エジェクタピン100は構造上、予め寸法を決めてから製造する必要がある。そのため予め半完成品を準備し、顧客の注文に応じて長さ調整をしたピンを短納期で納入することは難しかった。
また複雑な構造に起因して非常に高価なものとなってしまい、一つの金型に複数の本エジェクタピンを設けることは実際上困難であった。
【0011】
図5に示す本件出願人が出願に係る発明をするに至る過程で検討した赤外輻射導光器付エジェクタピン200は特許文献1に開示されたものと比較し構造が単純であり細い径のエジェクタピンを作ることができ、価格も比較的安価にできる。また中空軸部6はどの位置で切断しても同じ断面形状なので、予め中空軸部を長めの同一寸法とした半完成品を準備し、顧客の注文に応じて長さ調整をしたエジェクタピンを短納期で納入することができる。
【0012】
ここでエジェクタピンは成形時の高圧力を受け、樹脂から発生する腐食性ガスに晒される厳しい環境で繰り返し使用されるため硬度・耐食性に優れた工具鋼(SKD)で作られることが多い。工具鋼はその硬さのため穴あけ加工が難しく径の小さい長穴を設けることは困難である。図5に示すエジェクタピン200では円断面の中空部1の内径は小さいものでもφ2mmになってしまい、直径φ1mmの光ファイバ5の周囲には光ファイバ5の半径と同じだけの隙間ができるのでその部分をエポキシ樹脂7で埋める必要があった。
【0013】
そのため図5に示すエジェクタピン200ではエポキシ樹脂7が固まる間に光ファイバ5が中空部1の中心からずれてしまい製品としての見栄えが悪いばかりでなく、測定位置精度が悪化することがあった。また図6に示すようにエポキシ樹脂層7が厚いため内部でボイド8が発生することがある。中空軸部6を例えばb−b´部で切断した際にはボイド8が表面に露出し平滑な表面が得られないという問題があった。
【0014】
そこで本発明は特許文献1及び図5に開示したエジェクタピンの問題点を解決し、光ファイバを中空軸部の中心に位置決めし、接着材層の気泡の発生を防ぎ、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を提供することを課題とする。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。
【課題を解決するための手段】
【0015】
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耐熱性接着材で固着される円柱状の導光体を有し、前記導光体と、前記管状スペーサと前記中空軸部先端面が実質的に同一面を構成していることを特徴としている。
【0016】
また上記の本発明に係る導光体付ピンは導光体としてコア及びクラッド層を有する光ファイバを用いることができ、前記管状スペーサの熱膨張係数が前記中空軸の熱膨張係数より大きくな材料とすることができる。また本発明に係る導光体付ピンは成形用金型に組み込むことができる。
【発明の効果】
【0017】
本発明によれば導光体付ピンを比較的単純な構造で実現するので細い径のピンを作ることができ、小形精密部品の成形管理に用いることを可能にする効果がある。
また価格も比較的安価にできるので一つの金型に複数の導光体付ピンを備えることが可能となり成形条件のより厳密な管理を可能にする効果がある。
【0018】
また中空軸部はどの位置で切断しても同じ断面形状なので、予め中空軸部を長めの同一寸法とした長めの半完成品を準備し、顧客の注文に応じて長さ調整をしたピンの短納期での納入を可能にする効果がある。
更に光ファイバを中空軸部の中心に位置決めし、接着材層の気泡の発生を防ぐ効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【0019】
本発明の実施の形態を図1、図2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。図1の分図1(a)に上面図、分図1(b)にa‐a´部での断面図、分図1(c)に左側面図を示す。エジェクタピン300は円筒状の中空軸部6を有し、その下端に中空軸部6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。鍔部11の部分は高温に晒されることはないので、鍔部11への蓋部材13の固定はねじ止め、接着等の周知の方法で行うことができる。
本実施の形態では中空軸部6、鍔部11、蓋部材13で構成されるエジェクタピン本体部分には工具鋼(SKD61)を用いた。
【0020】
中空軸部6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1が設けられ、中空軸部6の長さ方向の中央付近より上側は断面が一様で中空部1より拡径した拡径部2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。
【0021】
前記拡径部2にはステンレス(SUS)製の管状のスペーサ10が接着材で固着される。エジェクタピン300は管状スペーサ10の部分で切断されるので、管状スペーサ10の軸方向全長に渡り接着材により前記拡径部2に固着されるようにする。接着材としてはエポキシ樹脂を用いることもできるが、エジェクタピンは成形時に300℃を越える高温に晒されることがあるので500℃以上の温度まで耐熱性のある珪酸アルカリ系接着剤等の耐熱性接着材が好適である。
【0022】
管状スペーサ10には単線の光ファイバ5が挿入され、管状スペーサ10の内面に光ファイバ5の表面が接着材14で固着される。この部分の接着にも耐熱性接着材が好適である。光ファイバ5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層構造にしてある。光ファイバ5はシリカガラス製であり、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。
【0023】
光ファイバ5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300の外部に導出される。
そして光ファイバ5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300の先端から光ファイバ5に入射した赤外線は光ファイバ5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。
【0024】
本実施の形態では光ファイバー5はφ1mmの物を使用し、管状スペーサ10は内径φ1.1mm、外形φ3mm、長さ100mm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。中空軸部6は内径φ3.1mm、外形φ5mm、長さ200mmの物を使用した。鍔部11は径φ9mm厚さ5mm、蓋部材13はφ9mm厚さ3mmとした。
【0025】
本実施の形態に係るエジェクタピン300は長さ200mm、外径5mmとなるが、これは導光体を持たない規格品のエジェクタピンと変わらない寸法である。そのためエジェクタピン300は既存の小形精密部品用の金型においてもエジェクタピンと置き換えて用いることができる。
【0026】
図2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31を設けた第1の型板としての固定側型板32とコア33を設けた第2の型板としての可動側型板34との界面で分かれて開閉される。エジェクタピン300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2では光ファイバ5や受光部21等は省略している。
【0027】
中空軸部6は管状スペーサ10が固着された部分であればどの位置で切断しても同じ断面形状なので、予め中空軸部を長めの同一寸法とした半完成品を準備し、顧客の注文に応じて長さ調整をしたピンの納入を短期間で可能にする。
更に光ファイバ5と管状スペーサ10、管状スペーサ10と拡径部2の隙間はそれぞれ0.1mmと狭いので、耐熱性接着材層は薄くなり内部にボイドが発生する心配はない。また光ファイバ5が中空軸部6の中心からずれることもない。
【0028】
エジェクタピン300の構造を成形時の樹脂圧に対する耐圧力、樹脂から揮発したガスに対する耐食性の観点から検証する。上記実施の形態における中空軸部6の外形φ5mm、管状スペーサ10の外形φ3mm、光ファイバ5の直径φ1mmの場合、各部の断面積を比較すると中空軸部6が64%、管状スペーサ10が32%、光ファイバ5が4%となり、中空軸部6と管状スペーサ10が主に成形時の樹脂圧を受けることになる。本実施の形態では管状スペーサ10は中空軸部6の拡径部2と中空部1の段差で支持された上、拡径部2に接着されておりずれることはなく十分な耐圧力を有する。
【0029】
次に耐食性の観点では管状スペーサ10はSUS製としたのでSKDと比較してもそれ程耐食性が劣ることはない。また光ファイバ5も酸化物であり比較的良好な耐食性を有する。接着材として用いる耐熱性接着材も主に珪酸ソーダ、珪酸カリウムなどの無機バインダとアルミナ、酸化ジルコニアなどの充填剤から構成され比較的良好な耐食性を有する。従ってエジェクタピン300は耐食性の点でも問題はない。
管状スペーサ10の材質としてSUSの他、アルミニウムや表面に耐腐食コートした鉄・銅を用いてもよい。
【0030】
次にエジェクタピン300の製造方法の概要を説明する。まず管状スペーサ10の外面に耐熱性接着材を塗布し、中空軸部6の拡径部2に挿入する。接着材は拡径部2に塗布してもよい。次に管状スペーサ10内面に耐熱性接着材を充填し、鍔部11の側から予め曲げ加工した光ファイバ5を管状スペーサ10に挿入する。光ファイバ5の曲げ加工は加熱成形等周知の方法で行うことができる。光ファイバ5を鍔部11に設けた溝12にはめ込んだ後、蓋部材13を鍔部11に固定する。そして加熱乾燥して半製品として完成する。
【0031】
エジェクタピン300は管状スペーサ10が設けられた範囲内で切断して長さを調整する。切断は切削液を用いつつ切断砥石により行う。そして先端を研削して平坦化し、光ファイバ5の表面を研磨して完成する。
【実施例1】
【0032】
図3に本発明の他の実施例としてエジェクタピン400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300と同様である。エジェクタピン300との相違点は中空軸部6に拡径部2を設けていない点である。
【0033】
エジェクタピン300においては拡径部2を設けるために、中空部1のドリル加工および拡径部2のドリル加工を行い、両者の段の形状を整えるためリーマ加工等の仕上げ加工をする必要がある。
エジェクタピン400では拡径部2をなくしたため上記加工が中空部1のドリル加工だけとなり加工工数を削減できる。
【0034】
エジェクタピン400では管状スペーサ10を拡径部2の段差で支えることができないので耐圧力の点でエジェクタピン300よりは不利となる。この対応として中空軸部6よりも熱膨張係数の大きな材料を管状スペーサ10に用いた。
エジェクタピン400に樹脂の射出圧がかかる際にはエジェクタピンを含む金型の温度は300℃近くになっている。中空軸部6と管状スペーサ10の間は高剛性の耐熱性接着材が充填されているので上記膨張係数の差により中空軸部6と管状スペーサ10の接触面に垂直方向の応力が発生する。これにより両者の接触面方向のずれを防止することができた。
【0035】
本実施例では中空軸部6の材質として用いた工具鋼(SKD61)の熱膨張係数は125.4×10-7であり、管状スペーサ10として用いたSUSの熱膨張係数は173×10−7である。成形温度250℃での両者の膨張係数の差による歪は0.1%程度と想定されるがこの系で成形試験を行ったところ問題ないことが確認できた。
【0036】
エジェクタピン400において中空軸部6よりも管状スペーサ10の熱膨張係数が大きいものであれば材質は上記例に限られるものではない。例えば中空軸部6の材質として用いた工具鋼(SKD61)を用いた場合には管状スペーサ10としてアルミニウム等も用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【0037】
【図1】本発明の一実施形態に係る導光体付エジェクタピンの構造を示す図である。
【図2】本発明の一実施形態に係る導光体付エジェクタピンを金型に組み込んだ図である。
【図3】本発明の一実施形態に係る導光体付エジェクタピンの構造を示す図である。
【図4】従来の導光体付エジェクタピンの構造を示す図である。
【図5】本発明に至る過程における導光体付エジェクタピンの構造を示す図である。
【図6】本発明に至る過程における導光体付エジェクタピンの構造を示す図である。
【符号の説明】
【0038】
1 中空部
2 拡径部
3 支持スリーブ
4 サファイアコーン
5 光ファイバ
6 中空軸部
7 エポキシ系接着剤
8 ボイド
10 管状スペーサ
11 鍔部
12 溝
13 蓋部材
14 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
31 キャビティ
32 固定側型板
33 コア
34 可動側型板
【出願人】 【識別番号】000201814
【氏名又は名称】双葉電子工業株式会社
【出願日】 平成18年7月4日(2006.7.4)
【代理人】
【公開番号】 特開2008−14686(P2008−14686A)
【公開日】 平成20年1月24日(2008.1.24)
【出願番号】 特願2006−184009(P2006−184009)