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
【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、小形化を図り、エジェクタピンの長さ調整を容易にする。
【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、
前記光ファイバと、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する導光体付エジェクタピンにより上記課題を解決する。
導光体付エジェクタピンを比較的単純な構造で実現し、小形化を図り、エジェクタピンの長さ調整を容易にする。
【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、
前記光ファイバと、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する導光体付エジェクタピンにより上記課題を解決する。
【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
【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
【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。
【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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００８−１４６８６（Ｐ２００８−１４６８６Ａ）
【公開日】平成２０年１月２４日（２００８．１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１８４００９（Ｐ２００６−１８４００９）
【出願日】平成１８年７月４日（２００６．７．４）
【出願人】（０００２０１８１４）双葉電子工業株式会社 (201)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１月２４日（２００８．１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年７月４日（２００６．７．４）
【出願人】（０００２０１８１４）双葉電子工業株式会社 (201)
【Ｆターム（参考）】
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