金型ムラ検査装置および金型ムラ検査方法
【課題】防眩効果を奏する製品を成形するための金型に関して、たとえその金型によって製品を成形しなくても、製品に得られるであろうムラを金型から把握することができるようにする。
【解決手段】金型ムラ検査装置１０１は、表面に形成された凹凸形状によって防眩効果を奏する製品を成形するための金型１の表面のムラの検査装置であって、金型１の被検査面１ａに向けて投光するための投光ファイバ１１と、被検査面１ａからの反射光７２を受光しうる１以上の受光ファイバ１２と、前記１以上の受光ファイバ１２が受光する光の強度を検出するための検出部２０と、前記１以上の受光ファイバ１２を被検査面１ａに平行に移動させるための移動部２６とを備える。
【解決手段】金型ムラ検査装置１０１は、表面に形成された凹凸形状によって防眩効果を奏する製品を成形するための金型１の表面のムラの検査装置であって、金型１の被検査面１ａに向けて投光するための投光ファイバ１１と、被検査面１ａからの反射光７２を受光しうる１以上の受光ファイバ１２と、前記１以上の受光ファイバ１２が受光する光の強度を検出するための検出部２０と、前記１以上の受光ファイバ１２を被検査面１ａに平行に移動させるための移動部２６とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面に形成された凹凸形状によって防眩効果を奏する製品を成形するための金型について用いることのできる金型ムラ検査装置および金型ムラ検査方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
防眩効果を持たせた製品を製造するためには、製品の表面に微細な凹凸形状を形成することが有効であることが知られている。そのような構成を備える防眩フィルムの一例が特開２００６−５３３７１号公報（特許文献１）に記載されている。この文献では、防眩フィルムを得るために、フィルムを成形するための金型の表面に微粒子を衝突させて凹凸形状を予め設けておくこととされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−５３３７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
金型の表面に凹凸形状を形成し、その金型で製品を成形することによって、防眩効果を有する製品を得ようとする場合、凹凸形状形成処理を直接施す対象は金型であるにもかかわらず、その金型から得られる製品にどのような光学特性が表れるのかは、実際に製品を作製してみるまでわからない。特に、金型に起因して製品に生じるムラは、金型での確認が困難であった。
【０００５】
これは、金型表面と防眩処理が施される製品表面とで性質が大きく異なることによる。防眩処理が施される面の多くは、透明体または黒色体である。このような処理対象の表面は反射する光量が少ない。したがって、金型によって付与された凹凸による光散乱すなわち乱反射がわずかに増加するだけで、その部分が白っぽく見え、ムラとして認識される。一方、金型は一般に金属で作製されるので、その表面には金属光沢がある。このような表面は反射する光量が多いので、凹凸によるわずかな光散乱すなわち乱反射の違いを確認することは困難である。
【０００６】
このため、従来、金型の表面において既にわずかに生じているムラを目視で確認するには限られた条件で蛍光灯を当てて反射具合を注視するなどの熟練作業を要した。
【０００７】
さらに、金型の大きさが１００ｍｍ角を超える場合にはＣＣＤカメラなどの機器を用いてムラを測定・記録することも、照明状態の調整が難しく、難度の高い作業であった。また、金型がロール形状の場合は、同時に撮影することができるのは金型の外周の一部のムラのみであり、外周の全周にわたるムラの発生状況を同時に把握することはできなかった。
【０００８】
そこで、本発明は、たとえその金型によって製品を成形しなくても、製品に得られるであろうムラを金型から把握することができる金型ムラ検査装置および金型ムラ検査方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明に基づく金型ムラ検査装置は、表面に形成された凹凸形状によって防眩効果を奏する製品を成形するための金型の表面のムラの検査装置であって、上記金型の被検査面に向けて投光するための投光ファイバと、上記被検査面からの反射光を受光しうる１以上の受光ファイバと、上記１以上の受光ファイバが受光する光の強度を検出するための検出部と、上記１以上の受光ファイバを上記被検査面に平行に移動させるための移動部とを備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、投光ファイバからの光を被検査面の軸方向に沿って順に照射し、それぞれの位置で検出できる乱反射成分の状況を受光ファイバで収集することができるので、金型によって製品を成形することなく、製品に得られるであろうムラを金型から把握することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に基づく実施の形態１における金型ムラ検査装置の概念図である。
【図２】本発明に基づく実施の形態１における金型ムラ検査装置が備える光ファイバ束の断面図である。
【図３】本発明に基づく実施の形態１における金型ムラ検査装置が備えるコリメートレンズユニットの端部の断面図である。
【図４】本発明に基づく実施の形態１においてムラを可視化した画像の一例である。
【図５】本発明に基づく実施の形態２における金型ムラ検査装置の概念図である。
【図６】本発明に基づく実施の形態２における金型ムラ検査装置が備える光ファイバ束の断面図である。
【図７】本発明に基づく実施の形態２における金型ムラ検査装置が備えるコリメートレンズユニットの端部の断面図である。
【図８】本発明の効果を確認するための実験において採用した同軸モードの説明図である。
【図９】本発明の効果を確認するための実験におけるシステム構成図である。
【図１０】金型で作製した防眩フィルムによって実際に生じたムラの写真である。
【図１１】金型から得た光の強度の分布を可視化した画像である。
【図１２】本発明の効果を確認するための実験によりもうひとつの試料から得られたムラの可視化画像である。
【図１３】本発明に基づく実施の形態３における金型ムラ検査方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
防眩製品の一種として防眩フィルム（「ＡＧ（Anti-Glare）フィルム」ともいう。）を挙げることができる。防眩フィルムの製造方法として、凹凸形状が形成された金型の表面形状をフィルム表面に転写することによって、フィルムに防眩処理を施すという方法がある。この方法においては、将来その金型から得られるであろう製品の光学特性を推定する技術が求められる。発明者らは、金型の表面形状を何らかの方法で分析してムラを観測しやすくする装置および方法を検討し、試行錯誤の末に本発明に至った。
【００１３】
まず、本発明に関係する構成要素について基本的な考え方の説明をし、その後に各実施の形態について説明する。
【００１４】
（防眩処理用金型）
「防眩処理用金型」とは、表面に数μｍ〜数ｍｍ程度の凹凸形状を有する金型である。この金型は、通常、フィルムへのＵＶエンボス法による転写や、成型加工の際に用いられ、加工対象物に防眩処理表面を形成する。防眩処理用金型としては、銅面にエッチングを施した後、硬質クロムメッキで耐擦傷性を持たせた形態のものが用いられうる。他に、ビーズショット法により、表面に細かな凹凸が形成された金属板なども防眩処理用金型として用いられる。金型の形状としては、板状やロールトゥロールプロセスで用いられるロール状の金型などがある。
【００１５】
（投光ファイバ）
「投光ファイバ」とは、発光器により発せられた光を導き、１点から被検査面に向けて光を照射する役割を果たす光ファイバである。投光ファイバは、シングルモードまたはマルチモードの光ファイバの単線であってもよく、複数の光ファイバが束となった形態のものも考えられる。
【００１６】
（受光ファイバ）
「受光ファイバ」は、被検査面から反射された光を検出部に導く役割を果たす光ファイバである。投光ファイバは、シングルモードまたはマルチモードの光ファイバの単線であってもよく、複数の光ファイバが束となった形態のものも考えられる。
【００１７】
（光ファイバ）
投光ファイバまたは受光ファイバを複数の光ファイバの束によって構成する場合、束の断面形状は、円形であっても楕円形であってもよく、四角形、多角形、環状、線状などであってもよい。光ファイバの位置決めを容易にするために、光ファイバの束の全体としての断面形状は、回転対称性を有する形状が好ましく、特に円形が好ましい。検査対象物が、円筒形状の金型である場合のように、被検査面が何らかの曲率を有する曲面である場合には、その曲率に応じて、得られる反射光が円形となるように、楕円形に束ねられた光ファイバの束を用いることが好ましい。
【００１８】
（光源）
光源としては、ハロゲンランプ、タングステンランプ、水銀灯に代表される電球の他に、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザ素子など、各種光源を用いることができる。光源としては、特に、ノイズ除去のために必要に応じて変調をかけることが容易であるＬＥＤ、半導体レーザ素子、半導体励起レーザ素子といった固体光源を用いることが好ましい。
【００１９】
電球やＬＥＤなどを光源として用いた場合には、光ファイバから出射した光は広がりながら進行する。しかし、本発明においては、乱反射の影響をより明確に把握できるようにするために、投光ファイバから出射された光は被検査面に到達するまでに概略平行光とする必要がある。このため、光ファイバから出射した光が広がりながら進行する光である場合には適宜レンズを組み合わせて光を平行光に近い形に整えればよい。このような操作は、一般的に、凸レンズまたは凹面鏡により実現することができる。また、光ファイバから出射した光を概平行光とすることができるレンズが、ファイバセンサメーカから市販されている。このようなレンズとしては、たとえば、株式会社キーエンス製の型式Ｆ−３ＨＡなどがある。このレンズと専用の光ファイバ（株式会社キーエンス製ＦＵ−３５ＦＺなど）とを組み合わせることによりレンズからおよそ２０ｍｍ〜４０ｍｍ前後の範囲において、概略平行光を実現することができる。Ｆ−３ＨＡは、開口直径が約４．３ｍｍであって、凸レンズを備えており、レンズ先端から０〜２０ｍｍの位置においてスポット径が約４ｍｍの概略平行光となるように設計されている。
【００２０】
（移動部）
光ファイバの束を被検査面に対して相対的に移動させる手段としては、一般的にメカニカル標準部品として販売されているリニアガイドや、シャフト上にリニアブッシュを移動させる機構などが例示される。リニアガイドは、ＴＨＫ株式会社など多くのメーカーによって製造・販売されている。平行移動は手動で行なうこととしてもよいが、測定精度や省力化の観点からは、自動で平行に移動できるリニアアクチュエータを用いることが特に好ましい。リニアアクチュエータとしては、ＴＨＫ株式会社製ＧＬＭ２０シリーズや、オリエンタルモーター株式会社製サーボリニアアクチュエーターＥＸＺシリーズ他、多くのメーカーから多様な製品が販売されている。
【００２１】
（実施の形態１）
（構成）
図１〜図３を参照して、本発明に基づく実施の形態１における金型ムラ検査装置１０１について説明する。図１に示すように、本実施の形態における金型ムラ検査装置１０１は、表面に形成された凹凸形状によって防眩効果を奏する製品を成形するための金型１の表面のムラの検査装置であって、金型１の被検査面１ａに向けて投光するための投光ファイバ１１と、被検査面１ａからの反射光を受光しうる１以上の受光ファイバ１２と、１以上の受光ファイバ１２が受光する光の強度を検出するための検出部２０と、１以上の受光ファイバ１２を被検査面１ａに平行に移動させるための移動部２６とを備える。投光ファイバ１１と複数の受光ファイバ１２とを合わせたものは光ファイバ束１３となっている。光ファイバ束１３の端にコリメートレンズユニット１０が配置されている。
【００２２】
金型１はロール形状である。金型１の中心軸には金型１自体を回転させるためのモータ２７が接続されている。移動部２６はリニアアクチュエータ４１とセンサボックス４２とを含む。リニアアクチュエータ４１はセンサボックス４２を金型１の軸方向すなわち図１における紙面垂直方向に沿って直線的に移動させることができる。検査部２０、投光ファイバ１１、受光ファイバ１２およびコリメートレンズユニット１０はセンサボックス４２の内部に設置されている。図１においてコリメートレンズユニット１０はセンサボックス４２を示す長方形からはみ出しているが、コリメートレンズユニット１０はセンサボックス４２に対して固定されており、センサボックス４２が移動したときにはコリメートレンズユニット１０も共に移動する。図１においてセンサボックス４２は箱状の部材として描かれているが、必ずしも箱状の部材である必要はなく、フレームのみのものであってもよく、関係する各構成要素を相対的に一体的に固定しただけのものであってもよい。
【００２３】
光ファイバ束１３の断面を図２に示す。この例では、１本の投光ファイバ１１の周りに６本の受光ファイバ１２が配置されている。受光ファイバ１２の本数は６本に限らず、他の本数であってもよい。たとえば、後に示す実験で用いた株式会社キーエンス製ＦＵ−３５ＦＺでは受光ファイバの本数は８本である。
【００２４】
コリメートレンズユニット１０の内部構造の概要を図３に示す。筐体１５の内部に光ファイバ束１３の端が配置されており、この端に対して焦点が合う位置にコリメートレンズ１４が配置されている。コリメートレンズ１４は筐体１５によって保持されている。
【００２５】
図１に示すように、コリメートレンズユニット１０は、被検査面１ａに対して垂直に配置するのではなく、垂直からある程度傾けた姿勢で配置されている。投光ファイバ１１から光７１が出射し、被検査面１ａで反射している。光７１は被検査面１ａで反射することによって正反射成分と乱反射成分とを生じている。正反射成分である反射光７２はコリメートレンズユニット１０には直接当たらない方向に進行している。コリメートレンズユニット１０の姿勢は、正反射成分である反射光７２はコリメートレンズユニット１０の受光ファイバ１２に入射しないが乱反射成分（図示せず）は受光ファイバ１２に入射しうる程度に設定されている。
【００２６】
上記説明において「１以上の受光ファイバ１２」が「被検査面１ａからの反射光を受光しうる」ものとしたのは、受光ファイバ１２は常に反射光を受光し続けるわけではなく、乱反射成分の発生状況によっては、反射光のいかなる成分も受光しない状況も起こりうるからである。乱反射成分の発生状況によっては、「１以上の受光ファイバ１２」は乱反射成分の一部を受光する状況となりうる。
【００２７】
（作用・効果）
本実施の形態における金型ムラ検査装置１０１では、移動部２６によって金型１の軸方向のスキャンが可能である。このようにスキャンすることによって、投光ファイバ１１からの光７１を被検査面１ａの軸方向に沿って順に照射し、それぞれの位置で検出できる乱反射成分の状況を受光ファイバ１２で収集することができる。さらにここで示したようにモータ２７によって金型１の周方向のスキャンが可能であることが好ましい。軸方向と周方向との両方についてスキャンすることにより、２次元的に広がりを有する被検査面１ａの全域にわたって乱反射成分の状況を受光ファイバ１２で収集することができる。こうして得られた情報を２次元的にマップ状に整理した一例を図４に示す。このようにして、何ら熟練作業を要さずにムラを可視化することができる。図４に示すように整理して表示すれば、金型がたとえ円筒形状であっても平面的に表示することができるので、金型の外周面のムラ発生状況を瞬時に把握することができ、好都合である。以上のように、本実施の形態における金型ムラ検査装置では、金型の被検査面に光を照射し、その反射光の受光の有無および強度を受光ファイバによって検出することとしているので、たとえその金型によって製品を成形しなくても、製品に生じるであろうムラを金型から把握することができる。
【００２８】
なお、金型ムラ検査装置１０１は、本実施の形態で示したように、被検査面１ａからの反射光を受光しうる複数の受光ファイバ１２を備え、複数の受光ファイバ１２は投光ファイバ１１を取り囲むように配置されていることが好ましい。この構成を採用することにより、投光ファイバと複数の受光ファイバとをコンパクトにまとめることができる。
【００２９】
（実施の形態２）
（構成）
図５〜図７を参照して、本発明に基づく実施の形態２における金型ムラ検査装置について説明する。本実施の形態における金型ムラ検査装置１０２は、基本的には実施の形態１で説明した金型ムラ検査装置１０１と同様の構成を備えているが、さらに以下の構成を備えている。
【００３０】
図５に示すように、金型ムラ検査装置１０２は、被検査面１ａからの反射光７２を受光しうる複数の受光ファイバによる受光ファイバ束１７を備える。受光ファイバ束１７は、中心に位置する第１受光ファイバ１２ｆと、第１受光ファイバ１２ｆの周囲を取り囲む複数の第２受光ファイバ１２ｇとを含む。投光ファイバ１１から出射して被検査面１ａで反射した光を第１受光ファイバ１２ｆが受光できるような位置に、受光ファイバ束１７が配置されている。
【００３１】
受光ファイバ束１７の断面を図６に示す。この例では、１本の第１受光ファイバ１２ｆの周りに６本の第２受光ファイバ１２ｇが配置されている。第２受光ファイバ１２ｇの本数は６本に限らず、他の本数であってもよい。
【００３２】
図５に示すように、投光ファイバ１１の先端にはコリメートレンズユニット１０が設けられているが、このコリメートレンズユニット１０には投光ファイバ１１以外の光ファイバも含まれていてもよい。コリメートレンズユニット１０には少なくとも投光ファイバ１１が含まれていればよい。一方、受光ファイバ束１７の先端にはコリメートレンズユニット１０ｉが設けられている。
【００３３】
コリメートレンズユニット１０ｉの内部構造の概要を図７に示す。筐体１５の内部に受光ファイバ束１７の端が配置されており、この端に対して焦点が合う位置にコリメートレンズ１４が配置されている。コリメートレンズ１４は筐体１５によって保持されている。
【００３４】
図５に示すように、光源としてのＬＥＤ３０から発せられた光は非球面コンデンサレンズ３１を介して投光ファイバ１１に入射する。投光ファイバ１１からは被検査面１ａに向けて光７１が出射する。光７１は被検査面１ａで反射して反射光７２となる。反射光７２はコリメートレンズユニット１０ｉに入射する。コリメートレンズユニット１０ｉの内部には受光ファイバ束１７に含まれる第１受光ファイバ１２ｆの端面が露出しているので、反射光７２の一部は第１受光ファイバ１２ｆに入射しうる。コリメートレンズユニット１０，１０ｉと被検査面１ａとの相対的な位置関係はこのような条件を考慮して定められたものである。
【００３５】
受光ファイバ束１７のうち第１受光ファイバ１２ｆはフォトダイオード３２ｆに光を伝達し、第２受光ファイバ１２ｇはフォトダイオード３２ｇに光を伝達する。
【００３６】
検査部２０は、ＬＥＤドライバ３３とＡ／Ｄコンバータ３４とを備える。ＬＥＤドライバ３３はＬＥＤ３０に指示を送るものであり、Ａ／Ｄコンバータ３４はフォトダイオード３２ｆ，３２ｇで検出された光量を信号化処理するものとなっている。図５では、ＬＥＤ３０およびフォトダイオード３２ｆ，３２ｇは検査部２０の外にあるものとして示しているが、ＬＥＤ３０およびフォトダイオード３２ｆ，３２ｇのうち一部または全部は、検査部２０の一部として設けられていてもよい。図５では、検査部２０はセンサボックス４２の内部に設置されているように描かれているが、検査部２０はセンサボックス４２の外に設置されていてもよい。
【００３７】
なお、図５においてコリメートレンズユニット１０に接続された光ファイバの一部が下方に延在してその先にＸ印が付されているのは、これらの光ファイバが不使用であることを意味する。コリメートレンズユニット１０に保持された複数の光ファイバのうちでは投光ファイバ１１のみが使用されている。
【００３８】
実施の形態１で説明したように、リニアアクチュエータ４１はセンサボックス４２を金型１の軸方向に沿って直線的に移動させることができるので、センサボックス４２の移動に伴って、コリメートレンズユニット１０，１０ｉは相対的な位置関係を保ったまま移動することができる。
【００３９】
（作用・効果）
本実施の形態では、光７１が被検査面１ａで正反射した成分である反射光７２は、受光ファイバ束１７のうちの第１受光ファイバ１２ｆに入射し、光７１が被検査面１ａで乱反射した成分である散乱光７３の一部は、受光ファイバ束１７のうちの第２受光ファイバ１２ｇに入射する。
【００４０】
本実施の形態における金型ムラ検査装置においても実施の形態１と同様に、移動部２６によって金型１の軸方向のスキャンが可能であり、モータ２７によって金型１の周方向のスキャンが可能である。
【００４１】
本実施の形態では、金型の表面でほぼ正反射した成分を第１受光ファイバ１２ｆで受光し、乱反射した成分を第２受光ファイバ１２ｇで受光することができるが、表面のムラに関係する凹凸の存在する箇所においては、正反射成分と乱反射成分との光量の配分が変動するので、第１受光ファイバ１２ｆと第２受光ファイバ１２ｇとの各々で受光する光量が変動する。
【００４２】
本実施の形態では、被検査面１ａの全面にわたってスキャンすることによって、投光ファイバ１１からの光７１を被検査面１ａの全面に順に照射し、それぞれの位置で検出できる正反射成分および乱反射成分の状況を受光ファイバ束１７で収集することができる。こうして得られた情報を２次元的にマップ状に整理することによって、実施の形態１で示したのと同様に、何ら熟練作業を要さずにムラを可視化することができる。こうして、実施の形態１で説明したのと同様の効果を得ることができる。
【００４３】
（実験）
本発明によって実際にムラが可視化できるか否か確認するために、発明者らは、実験を行なった。
【００４４】
この実験では、図２、図３に示したように、１本の投光ファイバ１１の周りに複数本の受光ファイバ１２が配置されたファイバ束１３を用いた。このファイバ束１３を、図８に示すようにいわゆる「同軸モード」となるように構成した。図８はファイバ束１３から被検査面１ａに向かう光７１と、被検査面１ａからファイバ束１３に戻る反射光７２とを一直線上に展開して表示した図である。図８において左に表示されたファイバ束１３と右に表示されたファイバ束１３とが同一のものであるが、説明の便宜上このように２ヶ所に表示されている。図１に示した金型ムラ検査装置１０１では、光７１の正反射成分である反射光７２はコリメートレンズユニット１０には直接当たらないように設定されていたが、この実験においては、光７１の正反射成分が投光ファイバ１１に入射するような位置関係となるようにコリメートレンズユニット１０を設置した。
【００４５】
この実験では、投光ファイバ１１として株式会社キーエンス製ＦＵ−３５ＦＺの中心側ファイバ、受光ファイバ１２として株式会社キーエンス製ＦＵ−３５ＦＺの周辺側ファイバ、コリメートレンズユニット１０として株式会社キーエンス製Ｆ−３ＨＡを用いた。
【００４６】
ＦＵ−３５ＦＺは、直径約１．１ｍｍの円形領域の中心部に直径約０．０５ｍｍの多数の光ファイバを直径約０．５ｍｍの円形に束ねた光ファイバ束を配置し、この光ファイバ束の周囲を直径約０．２６５ｍｍの光ファイバ８本が取り囲む構成となっている。中心に配置された光ファイバ束を一体の光ファイバとみなせば、周辺部の光ファイバの直径は中心部に配置された光ファイバの直径よりも小さくなっている。コリメートレンズユニット１０としてのＦ−３ＨＡは、開口直径が約４．３ｍｍであって、凸レンズを備えており、レンズ先端から０〜２０ｍｍの位置においてスポット径が約４ｍｍの概略平行光となるように設計されている。ここでは、レンズ先端が被検査面１ａから約２０ｍｍ離れた位置となるようにＦ−３ＨＡを設置した。このとき、被検査面１ａにおけるスポットの直径は約４ｍｍであった。
【００４７】
投光ファイバ１１は、株式会社キーエンス製ファイバアンプＦＳ−Ｖ３１Ｍの「投光」側に接続し、受光ファイバ１２は同機の「受光」側に接続した。さらにＦＳ−Ｖ３１Ｍのアナログ出力（１Ｖ〜５Ｖ）を、１２ｂｉｔＡ／Ｄコンバータに接続した。Ａ／ＤコンバータとしてはMicrochip Technology Inc社製マイクロコントローラｄｓＰＩＣ３０Ｆ４０１３−３０Ｉ／Ｐを用いた。
【００４８】
さらに移動部を含めたシステム構成は図９に示すとおりである。この実験では移動部に相当するＸ軸モータとしてＥＺＸ９ＬＨ−８０ＷＡを用いた。さらにロール状の金型を回転させるためにθ軸モータとしてＡＲ９８ＡＡ−Ｈ５０−２を用いた。Ｘ軸モータはリニアアクチュエータ４１に相当し、θ軸モータはモータ２７に相当する。Ｘ軸モータとθ軸モータとの協働により、コリメートレンズユニットＦ−３ＨＡは金型の外周の全面をスキャンすることができた。
【００４９】
この構成によれば、正反射成分は投光ファイバ１１に入射するので検出されないが、乱反射成分の一部は受光ファイバ１２に入射するので、ファイバセンサアンプＦＳ−Ｖ３１Ｍによって検出することができる。検出された光の強度をデジタル化し、数値表現することができる。こうして得られたデータの一部を表１に示す。
【００５０】
【表１】
【００５１】
表１において「出力１２ｂｉｔ整数値」として表示された数値は、電圧の大きさをＡ／Ｄ変換して整数化したものであり、受光ファイバ１２に入射した光の強度に対応する。この数値が大きい位置は光が散乱している度合いが高いということになり、この数値が小さい位置は光が散乱する度合いが低いということになる。この数値としては、常に整数値が出力されるように設定されたものである。この数値は、ファイバセンサアンプからの出力が０Ｖのときに０を示し、５Ｖのときに４０９５を示すように設定されたものである。
【００５２】
この実験に用いた金型を使って実際に防眩フィルムを作製し、その防眩フィルムを黒い板に貼り付けた状態でムラが見えるように蛍光灯の光を当てて撮影したものを図１０に示す。図１０において上下方向に延在するように見えている数本の白っぽい筋は蛍光灯が映り込んだものである。図１０において左右方向に延在するように見えている多数の白っぽい筋は発明者らが関心を寄せているムラである。
【００５３】
一方、この金型を用いて実験を行なって得た数値から光強度の分布を２次元的にマップ状に表示したものを図１１に示す。表１の右欄に示した数値が大きい位置は白く、小さい位置は黒く表現している。図１１に表示した領域は図１０に表示した領域をフィルムに転写する元となった金型上の領域である。図１１では左右方向に延在する複数の筋が見えている。これらの筋は図１０でムラとして見えていたものとほぼ一致していることがわかる。
【００５４】
この実験により、従来はフィルムを実際に成形した後に目視で確認していたムラが、フィルムを成形することなく金型を直接スキャンすることによってわかりやすく可視化することができることが確かめられた。
【００５５】
なお、図４に示したムラの可視化画像は、あるひとつの試料から得られた結果であるが、もうひとつの試料から得られたムラの可視化画像を、参考のために図１２に示す。
【００５６】
上記各実施の形態および実験においては、前記投光ファイバにおいて光を外部へ出射するための開口部の径に比べて、前記１以上の受光ファイバにおいて外部から光を受け入れるための開口部の径は、同じまたはより小さくなっていることが好ましい。この構成を採用することにより、受光ファイバは所望の光の成分のみを受光しやすくなり、不所望の光の成分が混入して受光される確率を低くすることができる。また、この構成を採用することにより、受光ファイバに対して入射する光の量はわずかな角度の変化によって大きく変動することとなるので、光の強度の変化を敏感に検出することが可能となる。
【００５７】
上記各実施の形態で示したように、金型１は円柱形状であり、移動部２６は、投光ファイバ１１および前記１以上の受光ファイバ１２を金型１の中心軸に平行に移動させることができることが好ましい。この構成を採用することにより、金型が円柱形状である場合において、金型の軸方向にわたってスキャンすることができるからである。このように軸方向にわたってのスキャンができなくてもムラの有無を検出する上ではある程度の手がかりとなるデータを得ることができるが、軸方向のスキャンができることによってムラ情報を２次元的に把握することが容易となるので好ましい。
【００５８】
また、金型としては円柱形状以外のものもありうるが、その場合も何らかの移動機構によって、製品に転写される面のなるべく広い領域をスキャンすることが好ましい。
【００５９】
（実施の形態３）
（検査方法）
図１３を参照して、本発明に基づく実施の形態３における金型ムラ検査方法について説明する。本実施の形態における金型ムラ検査方法のフローチャートを図１３に示す。金型ムラ検査方法は、表面に形成された凹凸形状によって防眩効果を奏する製品を成形するための金型の表面のムラの検査方法であって、１以上の受光ファイバを被検査面に平行に移動させながら、前記１以上の受光ファイバが受光する光の強度情報を収集する工程Ｓ１と、前記収集する工程Ｓ１によって得た強度情報から前記金型の表面のムラの有無を判断する工程Ｓ２とを含み、前記収集する工程Ｓ１は、前記金型の前記被検査面に向けて投光ファイバから投光する工程Ｓ１１と、前記被検査面からの反射光を前記１以上の受光ファイバによって受光する工程Ｓ１２とを含む。
【００６０】
この金型検査方法は、実施の形態１，２のいずれかで説明した金型ムラ検査装置（図１または図５参照）を用いて行なうことができる。その場合、工程Ｓ１１では、投光ファイバ１１から被検査面１ａに向けて投光すればよい。工程Ｓ１２では、受光ファイバ１２、第１受光ファイバ１２ｆまたは第２受光ファイバ１２ｇで反射光を受光すればよい。工程Ｓ１では、受光した光の強度情報を検査部２０で収集すればよい。検査部２０以外に図示しない情報処理装置を接続し、情報処理装置で強度情報を収集することとしてもよい。工程Ｓ２はこのような情報処理装置で行なうことが好ましい。
【００６１】
金型ムラ検査方法の第１の局面において、投光する工程Ｓ１１および受光する工程Ｓ１２は、図２に示したように、投光ファイバ１１の周りを複数の受光ファイバ１２で取り囲むように配置した光ファイバ束１３を用いて行ない、収集する工程Ｓ１は、光ファイバ束１３を移動させることによって行なうことが好ましい。この構成を採用することにより、投光ファイバと複数の受光ファイバとを光ファイバ束１３としてコンパクトにまとめることができ、光ファイバ束１３を移動させることによって、投光ファイバと受光ファイバとの相対的位置関係を維持したまま移動させることができる。
【００６２】
金型ムラ検査方法の第２の局面において、受光する工程Ｓ１２は、図５に示したように、被検査面１ａからの反射光７２を受光しうる複数の受光ファイバによる受光ファイバ束１７を用いて行ない、受光ファイバ束１７は、中心に位置する第１受光ファイバ１２ｆと、第１受光ファイバ１２ｆの周囲を取り囲む複数の第２受光ファイバ１２ｇとを含むことが好ましい。この構成を採用することにより、役割の異なる複数の受光ファイバをコンパクトにまとめることができる。
【００６３】
金型ムラ検査方法は、前記ムラの有無を判断する工程Ｓ２は、前記ムラを可視化する工程を含むことが好ましい。実際に可視化した例は既に図４、図１２に示したとおりである。このようにすれば、作業者は何ら熟練作業を要さずにムラを把握することができる。
【００６４】
前記投光ファイバにおいて光を外部へ出射するための開口部の径に比べて、前記１以上の受光ファイバにおいて外部から光を受け入れるための開口部の径は、同じまたはより小さくなっていることが好ましい。このようにすることにより、受光ファイバは所望の光の成分のみを受光しやすくなり、不所望の光の成分が混入して受光される確率を低くすることができる。また、この構成を採用することにより、受光ファイバに対して入射する光の量はわずかな角度の変化によって大きく変動することとなるので、光の強度の変化を敏感に検出することが可能となる。
【００６５】
なお、上記各実施の形態では、金型としてロール形状の金型を例に挙げて説明したが、本発明を適用する上では、金型はロール形状に限らず、他の形状の金型であってもよい。たとえば平板形状の金型であってもよい。
【００６６】
なお、本発明は、防眩処理用金型において得られる製品に生じるであろうムラを、製品ではなく金型に対する測定によって把握することを想定してなされた発明であるが、この考え方自体は、防眩処理用金型に限らず、他の用途の金型においても適用することができる。すなわち、製品の表面におけるムラの有無が問題となるような分野においてその製品の表面性状を決定するための金型に対して、本発明を適用することによって、ムラの把握が可能となると考えられる。したがって、防眩処理用金型以外の金型に対しても本発明は適用可能である。
【符号の説明】
【００６７】
１ 金型、１ａ 被検査面、１０，１０ｉ コリメートレンズユニット、１１ 投光ファイバ、１２ 受光ファイバ、１２ｆ 第１受光ファイバ、１２ｇ 第２受光ファイバ、１３ 光ファイバ束、１４ コリメートレンズ、１５ 筐体、１７ 受光ファイバ束、２０ 検出部、２６ 移動部、２７ モータ、３３ ＬＥＤドライバ、３４ Ａ／Ｄコンバータ、４１ リニアアクチュエータ、４２ センサボックス、７１ 光、７２ 反射光、１０１，１０２ 金型ムラ検査装置。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面に形成された凹凸形状によって防眩効果を奏する製品を成形するための金型について用いることのできる金型ムラ検査装置および金型ムラ検査方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
防眩効果を持たせた製品を製造するためには、製品の表面に微細な凹凸形状を形成することが有効であることが知られている。そのような構成を備える防眩フィルムの一例が特開２００６−５３３７１号公報（特許文献１）に記載されている。この文献では、防眩フィルムを得るために、フィルムを成形するための金型の表面に微粒子を衝突させて凹凸形状を予め設けておくこととされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−５３３７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
金型の表面に凹凸形状を形成し、その金型で製品を成形することによって、防眩効果を有する製品を得ようとする場合、凹凸形状形成処理を直接施す対象は金型であるにもかかわらず、その金型から得られる製品にどのような光学特性が表れるのかは、実際に製品を作製してみるまでわからない。特に、金型に起因して製品に生じるムラは、金型での確認が困難であった。
【０００５】
これは、金型表面と防眩処理が施される製品表面とで性質が大きく異なることによる。防眩処理が施される面の多くは、透明体または黒色体である。このような処理対象の表面は反射する光量が少ない。したがって、金型によって付与された凹凸による光散乱すなわち乱反射がわずかに増加するだけで、その部分が白っぽく見え、ムラとして認識される。一方、金型は一般に金属で作製されるので、その表面には金属光沢がある。このような表面は反射する光量が多いので、凹凸によるわずかな光散乱すなわち乱反射の違いを確認することは困難である。
【０００６】
このため、従来、金型の表面において既にわずかに生じているムラを目視で確認するには限られた条件で蛍光灯を当てて反射具合を注視するなどの熟練作業を要した。
【０００７】
さらに、金型の大きさが１００ｍｍ角を超える場合にはＣＣＤカメラなどの機器を用いてムラを測定・記録することも、照明状態の調整が難しく、難度の高い作業であった。また、金型がロール形状の場合は、同時に撮影することができるのは金型の外周の一部のムラのみであり、外周の全周にわたるムラの発生状況を同時に把握することはできなかった。
【０００８】
そこで、本発明は、たとえその金型によって製品を成形しなくても、製品に得られるであろうムラを金型から把握することができる金型ムラ検査装置および金型ムラ検査方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明に基づく金型ムラ検査装置は、表面に形成された凹凸形状によって防眩効果を奏する製品を成形するための金型の表面のムラの検査装置であって、上記金型の被検査面に向けて投光するための投光ファイバと、上記被検査面からの反射光を受光しうる１以上の受光ファイバと、上記１以上の受光ファイバが受光する光の強度を検出するための検出部と、上記１以上の受光ファイバを上記被検査面に平行に移動させるための移動部とを備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、投光ファイバからの光を被検査面の軸方向に沿って順に照射し、それぞれの位置で検出できる乱反射成分の状況を受光ファイバで収集することができるので、金型によって製品を成形することなく、製品に得られるであろうムラを金型から把握することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に基づく実施の形態１における金型ムラ検査装置の概念図である。
【図２】本発明に基づく実施の形態１における金型ムラ検査装置が備える光ファイバ束の断面図である。
【図３】本発明に基づく実施の形態１における金型ムラ検査装置が備えるコリメートレンズユニットの端部の断面図である。
【図４】本発明に基づく実施の形態１においてムラを可視化した画像の一例である。
【図５】本発明に基づく実施の形態２における金型ムラ検査装置の概念図である。
【図６】本発明に基づく実施の形態２における金型ムラ検査装置が備える光ファイバ束の断面図である。
【図７】本発明に基づく実施の形態２における金型ムラ検査装置が備えるコリメートレンズユニットの端部の断面図である。
【図８】本発明の効果を確認するための実験において採用した同軸モードの説明図である。
【図９】本発明の効果を確認するための実験におけるシステム構成図である。
【図１０】金型で作製した防眩フィルムによって実際に生じたムラの写真である。
【図１１】金型から得た光の強度の分布を可視化した画像である。
【図１２】本発明の効果を確認するための実験によりもうひとつの試料から得られたムラの可視化画像である。
【図１３】本発明に基づく実施の形態３における金型ムラ検査方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
防眩製品の一種として防眩フィルム（「ＡＧ（Anti-Glare）フィルム」ともいう。）を挙げることができる。防眩フィルムの製造方法として、凹凸形状が形成された金型の表面形状をフィルム表面に転写することによって、フィルムに防眩処理を施すという方法がある。この方法においては、将来その金型から得られるであろう製品の光学特性を推定する技術が求められる。発明者らは、金型の表面形状を何らかの方法で分析してムラを観測しやすくする装置および方法を検討し、試行錯誤の末に本発明に至った。
【００１３】
まず、本発明に関係する構成要素について基本的な考え方の説明をし、その後に各実施の形態について説明する。
【００１４】
（防眩処理用金型）
「防眩処理用金型」とは、表面に数μｍ〜数ｍｍ程度の凹凸形状を有する金型である。この金型は、通常、フィルムへのＵＶエンボス法による転写や、成型加工の際に用いられ、加工対象物に防眩処理表面を形成する。防眩処理用金型としては、銅面にエッチングを施した後、硬質クロムメッキで耐擦傷性を持たせた形態のものが用いられうる。他に、ビーズショット法により、表面に細かな凹凸が形成された金属板なども防眩処理用金型として用いられる。金型の形状としては、板状やロールトゥロールプロセスで用いられるロール状の金型などがある。
【００１５】
（投光ファイバ）
「投光ファイバ」とは、発光器により発せられた光を導き、１点から被検査面に向けて光を照射する役割を果たす光ファイバである。投光ファイバは、シングルモードまたはマルチモードの光ファイバの単線であってもよく、複数の光ファイバが束となった形態のものも考えられる。
【００１６】
（受光ファイバ）
「受光ファイバ」は、被検査面から反射された光を検出部に導く役割を果たす光ファイバである。投光ファイバは、シングルモードまたはマルチモードの光ファイバの単線であってもよく、複数の光ファイバが束となった形態のものも考えられる。
【００１７】
（光ファイバ）
投光ファイバまたは受光ファイバを複数の光ファイバの束によって構成する場合、束の断面形状は、円形であっても楕円形であってもよく、四角形、多角形、環状、線状などであってもよい。光ファイバの位置決めを容易にするために、光ファイバの束の全体としての断面形状は、回転対称性を有する形状が好ましく、特に円形が好ましい。検査対象物が、円筒形状の金型である場合のように、被検査面が何らかの曲率を有する曲面である場合には、その曲率に応じて、得られる反射光が円形となるように、楕円形に束ねられた光ファイバの束を用いることが好ましい。
【００１８】
（光源）
光源としては、ハロゲンランプ、タングステンランプ、水銀灯に代表される電球の他に、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザ素子など、各種光源を用いることができる。光源としては、特に、ノイズ除去のために必要に応じて変調をかけることが容易であるＬＥＤ、半導体レーザ素子、半導体励起レーザ素子といった固体光源を用いることが好ましい。
【００１９】
電球やＬＥＤなどを光源として用いた場合には、光ファイバから出射した光は広がりながら進行する。しかし、本発明においては、乱反射の影響をより明確に把握できるようにするために、投光ファイバから出射された光は被検査面に到達するまでに概略平行光とする必要がある。このため、光ファイバから出射した光が広がりながら進行する光である場合には適宜レンズを組み合わせて光を平行光に近い形に整えればよい。このような操作は、一般的に、凸レンズまたは凹面鏡により実現することができる。また、光ファイバから出射した光を概平行光とすることができるレンズが、ファイバセンサメーカから市販されている。このようなレンズとしては、たとえば、株式会社キーエンス製の型式Ｆ−３ＨＡなどがある。このレンズと専用の光ファイバ（株式会社キーエンス製ＦＵ−３５ＦＺなど）とを組み合わせることによりレンズからおよそ２０ｍｍ〜４０ｍｍ前後の範囲において、概略平行光を実現することができる。Ｆ−３ＨＡは、開口直径が約４．３ｍｍであって、凸レンズを備えており、レンズ先端から０〜２０ｍｍの位置においてスポット径が約４ｍｍの概略平行光となるように設計されている。
【００２０】
（移動部）
光ファイバの束を被検査面に対して相対的に移動させる手段としては、一般的にメカニカル標準部品として販売されているリニアガイドや、シャフト上にリニアブッシュを移動させる機構などが例示される。リニアガイドは、ＴＨＫ株式会社など多くのメーカーによって製造・販売されている。平行移動は手動で行なうこととしてもよいが、測定精度や省力化の観点からは、自動で平行に移動できるリニアアクチュエータを用いることが特に好ましい。リニアアクチュエータとしては、ＴＨＫ株式会社製ＧＬＭ２０シリーズや、オリエンタルモーター株式会社製サーボリニアアクチュエーターＥＸＺシリーズ他、多くのメーカーから多様な製品が販売されている。
【００２１】
（実施の形態１）
（構成）
図１〜図３を参照して、本発明に基づく実施の形態１における金型ムラ検査装置１０１について説明する。図１に示すように、本実施の形態における金型ムラ検査装置１０１は、表面に形成された凹凸形状によって防眩効果を奏する製品を成形するための金型１の表面のムラの検査装置であって、金型１の被検査面１ａに向けて投光するための投光ファイバ１１と、被検査面１ａからの反射光を受光しうる１以上の受光ファイバ１２と、１以上の受光ファイバ１２が受光する光の強度を検出するための検出部２０と、１以上の受光ファイバ１２を被検査面１ａに平行に移動させるための移動部２６とを備える。投光ファイバ１１と複数の受光ファイバ１２とを合わせたものは光ファイバ束１３となっている。光ファイバ束１３の端にコリメートレンズユニット１０が配置されている。
【００２２】
金型１はロール形状である。金型１の中心軸には金型１自体を回転させるためのモータ２７が接続されている。移動部２６はリニアアクチュエータ４１とセンサボックス４２とを含む。リニアアクチュエータ４１はセンサボックス４２を金型１の軸方向すなわち図１における紙面垂直方向に沿って直線的に移動させることができる。検査部２０、投光ファイバ１１、受光ファイバ１２およびコリメートレンズユニット１０はセンサボックス４２の内部に設置されている。図１においてコリメートレンズユニット１０はセンサボックス４２を示す長方形からはみ出しているが、コリメートレンズユニット１０はセンサボックス４２に対して固定されており、センサボックス４２が移動したときにはコリメートレンズユニット１０も共に移動する。図１においてセンサボックス４２は箱状の部材として描かれているが、必ずしも箱状の部材である必要はなく、フレームのみのものであってもよく、関係する各構成要素を相対的に一体的に固定しただけのものであってもよい。
【００２３】
光ファイバ束１３の断面を図２に示す。この例では、１本の投光ファイバ１１の周りに６本の受光ファイバ１２が配置されている。受光ファイバ１２の本数は６本に限らず、他の本数であってもよい。たとえば、後に示す実験で用いた株式会社キーエンス製ＦＵ−３５ＦＺでは受光ファイバの本数は８本である。
【００２４】
コリメートレンズユニット１０の内部構造の概要を図３に示す。筐体１５の内部に光ファイバ束１３の端が配置されており、この端に対して焦点が合う位置にコリメートレンズ１４が配置されている。コリメートレンズ１４は筐体１５によって保持されている。
【００２５】
図１に示すように、コリメートレンズユニット１０は、被検査面１ａに対して垂直に配置するのではなく、垂直からある程度傾けた姿勢で配置されている。投光ファイバ１１から光７１が出射し、被検査面１ａで反射している。光７１は被検査面１ａで反射することによって正反射成分と乱反射成分とを生じている。正反射成分である反射光７２はコリメートレンズユニット１０には直接当たらない方向に進行している。コリメートレンズユニット１０の姿勢は、正反射成分である反射光７２はコリメートレンズユニット１０の受光ファイバ１２に入射しないが乱反射成分（図示せず）は受光ファイバ１２に入射しうる程度に設定されている。
【００２６】
上記説明において「１以上の受光ファイバ１２」が「被検査面１ａからの反射光を受光しうる」ものとしたのは、受光ファイバ１２は常に反射光を受光し続けるわけではなく、乱反射成分の発生状況によっては、反射光のいかなる成分も受光しない状況も起こりうるからである。乱反射成分の発生状況によっては、「１以上の受光ファイバ１２」は乱反射成分の一部を受光する状況となりうる。
【００２７】
（作用・効果）
本実施の形態における金型ムラ検査装置１０１では、移動部２６によって金型１の軸方向のスキャンが可能である。このようにスキャンすることによって、投光ファイバ１１からの光７１を被検査面１ａの軸方向に沿って順に照射し、それぞれの位置で検出できる乱反射成分の状況を受光ファイバ１２で収集することができる。さらにここで示したようにモータ２７によって金型１の周方向のスキャンが可能であることが好ましい。軸方向と周方向との両方についてスキャンすることにより、２次元的に広がりを有する被検査面１ａの全域にわたって乱反射成分の状況を受光ファイバ１２で収集することができる。こうして得られた情報を２次元的にマップ状に整理した一例を図４に示す。このようにして、何ら熟練作業を要さずにムラを可視化することができる。図４に示すように整理して表示すれば、金型がたとえ円筒形状であっても平面的に表示することができるので、金型の外周面のムラ発生状況を瞬時に把握することができ、好都合である。以上のように、本実施の形態における金型ムラ検査装置では、金型の被検査面に光を照射し、その反射光の受光の有無および強度を受光ファイバによって検出することとしているので、たとえその金型によって製品を成形しなくても、製品に生じるであろうムラを金型から把握することができる。
【００２８】
なお、金型ムラ検査装置１０１は、本実施の形態で示したように、被検査面１ａからの反射光を受光しうる複数の受光ファイバ１２を備え、複数の受光ファイバ１２は投光ファイバ１１を取り囲むように配置されていることが好ましい。この構成を採用することにより、投光ファイバと複数の受光ファイバとをコンパクトにまとめることができる。
【００２９】
（実施の形態２）
（構成）
図５〜図７を参照して、本発明に基づく実施の形態２における金型ムラ検査装置について説明する。本実施の形態における金型ムラ検査装置１０２は、基本的には実施の形態１で説明した金型ムラ検査装置１０１と同様の構成を備えているが、さらに以下の構成を備えている。
【００３０】
図５に示すように、金型ムラ検査装置１０２は、被検査面１ａからの反射光７２を受光しうる複数の受光ファイバによる受光ファイバ束１７を備える。受光ファイバ束１７は、中心に位置する第１受光ファイバ１２ｆと、第１受光ファイバ１２ｆの周囲を取り囲む複数の第２受光ファイバ１２ｇとを含む。投光ファイバ１１から出射して被検査面１ａで反射した光を第１受光ファイバ１２ｆが受光できるような位置に、受光ファイバ束１７が配置されている。
【００３１】
受光ファイバ束１７の断面を図６に示す。この例では、１本の第１受光ファイバ１２ｆの周りに６本の第２受光ファイバ１２ｇが配置されている。第２受光ファイバ１２ｇの本数は６本に限らず、他の本数であってもよい。
【００３２】
図５に示すように、投光ファイバ１１の先端にはコリメートレンズユニット１０が設けられているが、このコリメートレンズユニット１０には投光ファイバ１１以外の光ファイバも含まれていてもよい。コリメートレンズユニット１０には少なくとも投光ファイバ１１が含まれていればよい。一方、受光ファイバ束１７の先端にはコリメートレンズユニット１０ｉが設けられている。
【００３３】
コリメートレンズユニット１０ｉの内部構造の概要を図７に示す。筐体１５の内部に受光ファイバ束１７の端が配置されており、この端に対して焦点が合う位置にコリメートレンズ１４が配置されている。コリメートレンズ１４は筐体１５によって保持されている。
【００３４】
図５に示すように、光源としてのＬＥＤ３０から発せられた光は非球面コンデンサレンズ３１を介して投光ファイバ１１に入射する。投光ファイバ１１からは被検査面１ａに向けて光７１が出射する。光７１は被検査面１ａで反射して反射光７２となる。反射光７２はコリメートレンズユニット１０ｉに入射する。コリメートレンズユニット１０ｉの内部には受光ファイバ束１７に含まれる第１受光ファイバ１２ｆの端面が露出しているので、反射光７２の一部は第１受光ファイバ１２ｆに入射しうる。コリメートレンズユニット１０，１０ｉと被検査面１ａとの相対的な位置関係はこのような条件を考慮して定められたものである。
【００３５】
受光ファイバ束１７のうち第１受光ファイバ１２ｆはフォトダイオード３２ｆに光を伝達し、第２受光ファイバ１２ｇはフォトダイオード３２ｇに光を伝達する。
【００３６】
検査部２０は、ＬＥＤドライバ３３とＡ／Ｄコンバータ３４とを備える。ＬＥＤドライバ３３はＬＥＤ３０に指示を送るものであり、Ａ／Ｄコンバータ３４はフォトダイオード３２ｆ，３２ｇで検出された光量を信号化処理するものとなっている。図５では、ＬＥＤ３０およびフォトダイオード３２ｆ，３２ｇは検査部２０の外にあるものとして示しているが、ＬＥＤ３０およびフォトダイオード３２ｆ，３２ｇのうち一部または全部は、検査部２０の一部として設けられていてもよい。図５では、検査部２０はセンサボックス４２の内部に設置されているように描かれているが、検査部２０はセンサボックス４２の外に設置されていてもよい。
【００３７】
なお、図５においてコリメートレンズユニット１０に接続された光ファイバの一部が下方に延在してその先にＸ印が付されているのは、これらの光ファイバが不使用であることを意味する。コリメートレンズユニット１０に保持された複数の光ファイバのうちでは投光ファイバ１１のみが使用されている。
【００３８】
実施の形態１で説明したように、リニアアクチュエータ４１はセンサボックス４２を金型１の軸方向に沿って直線的に移動させることができるので、センサボックス４２の移動に伴って、コリメートレンズユニット１０，１０ｉは相対的な位置関係を保ったまま移動することができる。
【００３９】
（作用・効果）
本実施の形態では、光７１が被検査面１ａで正反射した成分である反射光７２は、受光ファイバ束１７のうちの第１受光ファイバ１２ｆに入射し、光７１が被検査面１ａで乱反射した成分である散乱光７３の一部は、受光ファイバ束１７のうちの第２受光ファイバ１２ｇに入射する。
【００４０】
本実施の形態における金型ムラ検査装置においても実施の形態１と同様に、移動部２６によって金型１の軸方向のスキャンが可能であり、モータ２７によって金型１の周方向のスキャンが可能である。
【００４１】
本実施の形態では、金型の表面でほぼ正反射した成分を第１受光ファイバ１２ｆで受光し、乱反射した成分を第２受光ファイバ１２ｇで受光することができるが、表面のムラに関係する凹凸の存在する箇所においては、正反射成分と乱反射成分との光量の配分が変動するので、第１受光ファイバ１２ｆと第２受光ファイバ１２ｇとの各々で受光する光量が変動する。
【００４２】
本実施の形態では、被検査面１ａの全面にわたってスキャンすることによって、投光ファイバ１１からの光７１を被検査面１ａの全面に順に照射し、それぞれの位置で検出できる正反射成分および乱反射成分の状況を受光ファイバ束１７で収集することができる。こうして得られた情報を２次元的にマップ状に整理することによって、実施の形態１で示したのと同様に、何ら熟練作業を要さずにムラを可視化することができる。こうして、実施の形態１で説明したのと同様の効果を得ることができる。
【００４３】
（実験）
本発明によって実際にムラが可視化できるか否か確認するために、発明者らは、実験を行なった。
【００４４】
この実験では、図２、図３に示したように、１本の投光ファイバ１１の周りに複数本の受光ファイバ１２が配置されたファイバ束１３を用いた。このファイバ束１３を、図８に示すようにいわゆる「同軸モード」となるように構成した。図８はファイバ束１３から被検査面１ａに向かう光７１と、被検査面１ａからファイバ束１３に戻る反射光７２とを一直線上に展開して表示した図である。図８において左に表示されたファイバ束１３と右に表示されたファイバ束１３とが同一のものであるが、説明の便宜上このように２ヶ所に表示されている。図１に示した金型ムラ検査装置１０１では、光７１の正反射成分である反射光７２はコリメートレンズユニット１０には直接当たらないように設定されていたが、この実験においては、光７１の正反射成分が投光ファイバ１１に入射するような位置関係となるようにコリメートレンズユニット１０を設置した。
【００４５】
この実験では、投光ファイバ１１として株式会社キーエンス製ＦＵ−３５ＦＺの中心側ファイバ、受光ファイバ１２として株式会社キーエンス製ＦＵ−３５ＦＺの周辺側ファイバ、コリメートレンズユニット１０として株式会社キーエンス製Ｆ−３ＨＡを用いた。
【００４６】
ＦＵ−３５ＦＺは、直径約１．１ｍｍの円形領域の中心部に直径約０．０５ｍｍの多数の光ファイバを直径約０．５ｍｍの円形に束ねた光ファイバ束を配置し、この光ファイバ束の周囲を直径約０．２６５ｍｍの光ファイバ８本が取り囲む構成となっている。中心に配置された光ファイバ束を一体の光ファイバとみなせば、周辺部の光ファイバの直径は中心部に配置された光ファイバの直径よりも小さくなっている。コリメートレンズユニット１０としてのＦ−３ＨＡは、開口直径が約４．３ｍｍであって、凸レンズを備えており、レンズ先端から０〜２０ｍｍの位置においてスポット径が約４ｍｍの概略平行光となるように設計されている。ここでは、レンズ先端が被検査面１ａから約２０ｍｍ離れた位置となるようにＦ−３ＨＡを設置した。このとき、被検査面１ａにおけるスポットの直径は約４ｍｍであった。
【００４７】
投光ファイバ１１は、株式会社キーエンス製ファイバアンプＦＳ−Ｖ３１Ｍの「投光」側に接続し、受光ファイバ１２は同機の「受光」側に接続した。さらにＦＳ−Ｖ３１Ｍのアナログ出力（１Ｖ〜５Ｖ）を、１２ｂｉｔＡ／Ｄコンバータに接続した。Ａ／ＤコンバータとしてはMicrochip Technology Inc社製マイクロコントローラｄｓＰＩＣ３０Ｆ４０１３−３０Ｉ／Ｐを用いた。
【００４８】
さらに移動部を含めたシステム構成は図９に示すとおりである。この実験では移動部に相当するＸ軸モータとしてＥＺＸ９ＬＨ−８０ＷＡを用いた。さらにロール状の金型を回転させるためにθ軸モータとしてＡＲ９８ＡＡ−Ｈ５０−２を用いた。Ｘ軸モータはリニアアクチュエータ４１に相当し、θ軸モータはモータ２７に相当する。Ｘ軸モータとθ軸モータとの協働により、コリメートレンズユニットＦ−３ＨＡは金型の外周の全面をスキャンすることができた。
【００４９】
この構成によれば、正反射成分は投光ファイバ１１に入射するので検出されないが、乱反射成分の一部は受光ファイバ１２に入射するので、ファイバセンサアンプＦＳ−Ｖ３１Ｍによって検出することができる。検出された光の強度をデジタル化し、数値表現することができる。こうして得られたデータの一部を表１に示す。
【００５０】
【表１】
【００５１】
表１において「出力１２ｂｉｔ整数値」として表示された数値は、電圧の大きさをＡ／Ｄ変換して整数化したものであり、受光ファイバ１２に入射した光の強度に対応する。この数値が大きい位置は光が散乱している度合いが高いということになり、この数値が小さい位置は光が散乱する度合いが低いということになる。この数値としては、常に整数値が出力されるように設定されたものである。この数値は、ファイバセンサアンプからの出力が０Ｖのときに０を示し、５Ｖのときに４０９５を示すように設定されたものである。
【００５２】
この実験に用いた金型を使って実際に防眩フィルムを作製し、その防眩フィルムを黒い板に貼り付けた状態でムラが見えるように蛍光灯の光を当てて撮影したものを図１０に示す。図１０において上下方向に延在するように見えている数本の白っぽい筋は蛍光灯が映り込んだものである。図１０において左右方向に延在するように見えている多数の白っぽい筋は発明者らが関心を寄せているムラである。
【００５３】
一方、この金型を用いて実験を行なって得た数値から光強度の分布を２次元的にマップ状に表示したものを図１１に示す。表１の右欄に示した数値が大きい位置は白く、小さい位置は黒く表現している。図１１に表示した領域は図１０に表示した領域をフィルムに転写する元となった金型上の領域である。図１１では左右方向に延在する複数の筋が見えている。これらの筋は図１０でムラとして見えていたものとほぼ一致していることがわかる。
【００５４】
この実験により、従来はフィルムを実際に成形した後に目視で確認していたムラが、フィルムを成形することなく金型を直接スキャンすることによってわかりやすく可視化することができることが確かめられた。
【００５５】
なお、図４に示したムラの可視化画像は、あるひとつの試料から得られた結果であるが、もうひとつの試料から得られたムラの可視化画像を、参考のために図１２に示す。
【００５６】
上記各実施の形態および実験においては、前記投光ファイバにおいて光を外部へ出射するための開口部の径に比べて、前記１以上の受光ファイバにおいて外部から光を受け入れるための開口部の径は、同じまたはより小さくなっていることが好ましい。この構成を採用することにより、受光ファイバは所望の光の成分のみを受光しやすくなり、不所望の光の成分が混入して受光される確率を低くすることができる。また、この構成を採用することにより、受光ファイバに対して入射する光の量はわずかな角度の変化によって大きく変動することとなるので、光の強度の変化を敏感に検出することが可能となる。
【００５７】
上記各実施の形態で示したように、金型１は円柱形状であり、移動部２６は、投光ファイバ１１および前記１以上の受光ファイバ１２を金型１の中心軸に平行に移動させることができることが好ましい。この構成を採用することにより、金型が円柱形状である場合において、金型の軸方向にわたってスキャンすることができるからである。このように軸方向にわたってのスキャンができなくてもムラの有無を検出する上ではある程度の手がかりとなるデータを得ることができるが、軸方向のスキャンができることによってムラ情報を２次元的に把握することが容易となるので好ましい。
【００５８】
また、金型としては円柱形状以外のものもありうるが、その場合も何らかの移動機構によって、製品に転写される面のなるべく広い領域をスキャンすることが好ましい。
【００５９】
（実施の形態３）
（検査方法）
図１３を参照して、本発明に基づく実施の形態３における金型ムラ検査方法について説明する。本実施の形態における金型ムラ検査方法のフローチャートを図１３に示す。金型ムラ検査方法は、表面に形成された凹凸形状によって防眩効果を奏する製品を成形するための金型の表面のムラの検査方法であって、１以上の受光ファイバを被検査面に平行に移動させながら、前記１以上の受光ファイバが受光する光の強度情報を収集する工程Ｓ１と、前記収集する工程Ｓ１によって得た強度情報から前記金型の表面のムラの有無を判断する工程Ｓ２とを含み、前記収集する工程Ｓ１は、前記金型の前記被検査面に向けて投光ファイバから投光する工程Ｓ１１と、前記被検査面からの反射光を前記１以上の受光ファイバによって受光する工程Ｓ１２とを含む。
【００６０】
この金型検査方法は、実施の形態１，２のいずれかで説明した金型ムラ検査装置（図１または図５参照）を用いて行なうことができる。その場合、工程Ｓ１１では、投光ファイバ１１から被検査面１ａに向けて投光すればよい。工程Ｓ１２では、受光ファイバ１２、第１受光ファイバ１２ｆまたは第２受光ファイバ１２ｇで反射光を受光すればよい。工程Ｓ１では、受光した光の強度情報を検査部２０で収集すればよい。検査部２０以外に図示しない情報処理装置を接続し、情報処理装置で強度情報を収集することとしてもよい。工程Ｓ２はこのような情報処理装置で行なうことが好ましい。
【００６１】
金型ムラ検査方法の第１の局面において、投光する工程Ｓ１１および受光する工程Ｓ１２は、図２に示したように、投光ファイバ１１の周りを複数の受光ファイバ１２で取り囲むように配置した光ファイバ束１３を用いて行ない、収集する工程Ｓ１は、光ファイバ束１３を移動させることによって行なうことが好ましい。この構成を採用することにより、投光ファイバと複数の受光ファイバとを光ファイバ束１３としてコンパクトにまとめることができ、光ファイバ束１３を移動させることによって、投光ファイバと受光ファイバとの相対的位置関係を維持したまま移動させることができる。
【００６２】
金型ムラ検査方法の第２の局面において、受光する工程Ｓ１２は、図５に示したように、被検査面１ａからの反射光７２を受光しうる複数の受光ファイバによる受光ファイバ束１７を用いて行ない、受光ファイバ束１７は、中心に位置する第１受光ファイバ１２ｆと、第１受光ファイバ１２ｆの周囲を取り囲む複数の第２受光ファイバ１２ｇとを含むことが好ましい。この構成を採用することにより、役割の異なる複数の受光ファイバをコンパクトにまとめることができる。
【００６３】
金型ムラ検査方法は、前記ムラの有無を判断する工程Ｓ２は、前記ムラを可視化する工程を含むことが好ましい。実際に可視化した例は既に図４、図１２に示したとおりである。このようにすれば、作業者は何ら熟練作業を要さずにムラを把握することができる。
【００６４】
前記投光ファイバにおいて光を外部へ出射するための開口部の径に比べて、前記１以上の受光ファイバにおいて外部から光を受け入れるための開口部の径は、同じまたはより小さくなっていることが好ましい。このようにすることにより、受光ファイバは所望の光の成分のみを受光しやすくなり、不所望の光の成分が混入して受光される確率を低くすることができる。また、この構成を採用することにより、受光ファイバに対して入射する光の量はわずかな角度の変化によって大きく変動することとなるので、光の強度の変化を敏感に検出することが可能となる。
【００６５】
なお、上記各実施の形態では、金型としてロール形状の金型を例に挙げて説明したが、本発明を適用する上では、金型はロール形状に限らず、他の形状の金型であってもよい。たとえば平板形状の金型であってもよい。
【００６６】
なお、本発明は、防眩処理用金型において得られる製品に生じるであろうムラを、製品ではなく金型に対する測定によって把握することを想定してなされた発明であるが、この考え方自体は、防眩処理用金型に限らず、他の用途の金型においても適用することができる。すなわち、製品の表面におけるムラの有無が問題となるような分野においてその製品の表面性状を決定するための金型に対して、本発明を適用することによって、ムラの把握が可能となると考えられる。したがって、防眩処理用金型以外の金型に対しても本発明は適用可能である。
【符号の説明】
【００６７】
１ 金型、１ａ 被検査面、１０，１０ｉ コリメートレンズユニット、１１ 投光ファイバ、１２ 受光ファイバ、１２ｆ 第１受光ファイバ、１２ｇ 第２受光ファイバ、１３ 光ファイバ束、１４ コリメートレンズ、１５ 筐体、１７ 受光ファイバ束、２０ 検出部、２６ 移動部、２７ モータ、３３ ＬＥＤドライバ、３４ Ａ／Ｄコンバータ、４１ リニアアクチュエータ、４２ センサボックス、７１ 光、７２ 反射光、１０１，１０２ 金型ムラ検査装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に形成された凹凸形状によって防眩効果を奏する製品を成形するための金型の表面のムラの検査装置であって、
前記金型の被検査面に向けて投光するための投光ファイバと、
前記被検査面からの反射光を受光しうる１以上の受光ファイバと、
前記１以上の受光ファイバが受光する光の強度を検出するための検出部と、
前記１以上の受光ファイバを前記被検査面に平行に移動させるための移動部とを備える、金型ムラ検査装置。
【請求項２】
前記被検査面からの反射光を受光しうる複数の受光ファイバを備え、前記複数の受光ファイバは前記投光ファイバを取り囲むように配置されている、請求項１に記載の金型ムラ検査装置。
【請求項３】
前記被検査面からの反射光を受光しうる複数の受光ファイバによる受光ファイバ束を備え、前記受光ファイバ束は、中心に位置する第１受光ファイバと、前記第１受光ファイバの周囲を取り囲む複数の第２受光ファイバとを含み、
前記投光ファイバから出射して前記被検査面で反射した光を前記第１受光ファイバが受光できるような位置に、前記受光ファイバ束が配置されている、請求項１に記載の金型ムラ検査装置。
【請求項４】
前記投光ファイバにおいて光を外部へ出射するための開口部の径に比べて、前記１以上の受光ファイバにおいて外部から光を受け入れるための開口部の径は、同じまたはより小さくなっている、請求項１から３のいずれかに記載の金型ムラ検査装置。
【請求項５】
前記金型は円柱形状であり、前記移動部は、前記投光ファイバおよび前記１以上の受光ファイバを前記金型の中心軸に平行に移動させることができる、請求項１から４のいずれかに記載の金型ムラ検査装置。
【請求項６】
表面に形成された凹凸形状によって防眩効果を奏する製品を成形するための金型の表面のムラの検査方法であって、
１以上の受光ファイバを被検査面に平行に移動させながら、前記１以上の受光ファイバが受光する光の強度情報を収集する工程と、
前記収集する工程によって得た強度情報から前記金型の表面のムラの有無を判断する工程とを含み、
前記収集する工程は、前記金型の前記被検査面に向けて投光ファイバから投光する工程と、前記被検査面からの反射光を前記１以上の受光ファイバによって受光する工程とを含む、金型ムラ検査方法。
【請求項７】
前記投光する工程および前記受光する工程は、前記投光ファイバの周りを複数の受光ファイバで取り囲むように配置した光ファイバ束を用いて行ない、前記収集する工程は、前記光ファイバ束を移動させることによって行なう、請求項６に記載の金型ムラ検査方法。
【請求項８】
前記受光する工程は、前記被検査面からの反射光を受光しうる複数の受光ファイバによる受光ファイバ束を用いて行ない、前記受光ファイバ束は、中心に位置する第１受光ファイバと、前記第１受光ファイバの周囲を取り囲む複数の第２受光ファイバとを含む、請求項６に記載の金型ムラ検査方法。
【請求項９】
前記ムラの有無を判断する工程は、前記ムラを可視化する工程を含む、請求項６から８のいずれかに記載の金型ムラ検査方法。
【請求項１０】
前記投光ファイバにおいて光を外部へ出射するための開口部の径に比べて、前記１以上の受光ファイバにおいて外部から光を受け入れるための開口部の径は、同じまたはより小さくなっている、請求項６から９のいずれかに記載の金型ムラ検査方法。
【請求項１】
表面に形成された凹凸形状によって防眩効果を奏する製品を成形するための金型の表面のムラの検査装置であって、
前記金型の被検査面に向けて投光するための投光ファイバと、
前記被検査面からの反射光を受光しうる１以上の受光ファイバと、
前記１以上の受光ファイバが受光する光の強度を検出するための検出部と、
前記１以上の受光ファイバを前記被検査面に平行に移動させるための移動部とを備える、金型ムラ検査装置。
【請求項２】
前記被検査面からの反射光を受光しうる複数の受光ファイバを備え、前記複数の受光ファイバは前記投光ファイバを取り囲むように配置されている、請求項１に記載の金型ムラ検査装置。
【請求項３】
前記被検査面からの反射光を受光しうる複数の受光ファイバによる受光ファイバ束を備え、前記受光ファイバ束は、中心に位置する第１受光ファイバと、前記第１受光ファイバの周囲を取り囲む複数の第２受光ファイバとを含み、
前記投光ファイバから出射して前記被検査面で反射した光を前記第１受光ファイバが受光できるような位置に、前記受光ファイバ束が配置されている、請求項１に記載の金型ムラ検査装置。
【請求項４】
前記投光ファイバにおいて光を外部へ出射するための開口部の径に比べて、前記１以上の受光ファイバにおいて外部から光を受け入れるための開口部の径は、同じまたはより小さくなっている、請求項１から３のいずれかに記載の金型ムラ検査装置。
【請求項５】
前記金型は円柱形状であり、前記移動部は、前記投光ファイバおよび前記１以上の受光ファイバを前記金型の中心軸に平行に移動させることができる、請求項１から４のいずれかに記載の金型ムラ検査装置。
【請求項６】
表面に形成された凹凸形状によって防眩効果を奏する製品を成形するための金型の表面のムラの検査方法であって、
１以上の受光ファイバを被検査面に平行に移動させながら、前記１以上の受光ファイバが受光する光の強度情報を収集する工程と、
前記収集する工程によって得た強度情報から前記金型の表面のムラの有無を判断する工程とを含み、
前記収集する工程は、前記金型の前記被検査面に向けて投光ファイバから投光する工程と、前記被検査面からの反射光を前記１以上の受光ファイバによって受光する工程とを含む、金型ムラ検査方法。
【請求項７】
前記投光する工程および前記受光する工程は、前記投光ファイバの周りを複数の受光ファイバで取り囲むように配置した光ファイバ束を用いて行ない、前記収集する工程は、前記光ファイバ束を移動させることによって行なう、請求項６に記載の金型ムラ検査方法。
【請求項８】
前記受光する工程は、前記被検査面からの反射光を受光しうる複数の受光ファイバによる受光ファイバ束を用いて行ない、前記受光ファイバ束は、中心に位置する第１受光ファイバと、前記第１受光ファイバの周囲を取り囲む複数の第２受光ファイバとを含む、請求項６に記載の金型ムラ検査方法。
【請求項９】
前記ムラの有無を判断する工程は、前記ムラを可視化する工程を含む、請求項６から８のいずれかに記載の金型ムラ検査方法。
【請求項１０】
前記投光ファイバにおいて光を外部へ出射するための開口部の径に比べて、前記１以上の受光ファイバにおいて外部から光を受け入れるための開口部の径は、同じまたはより小さくなっている、請求項６から９のいずれかに記載の金型ムラ検査方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１３】
【図４】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１３】
【図４】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１１−２１４９８２（Ｐ２０１１−２１４９８２Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−８３０１９（Ｐ２０１０−８３０１９）
【出願日】平成２２年３月３１日（２０１０．３．３１）
【出願人】（０００００２０９３）住友化学株式会社 (8,981)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月３１日（２０１０．３．３１）
【出願人】（０００００２０９３）住友化学株式会社 (8,981)
【Ｆターム（参考）】
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