(57)【要約】【課題】プリズムを長寿命化することができる金型内可視化装置を提供する。【解決手段】金型内可視化装置１は、超臨界流体を含浸させた溶融樹脂が射出される１対の金型１２，１３にキャビティ１４に露出して設けられた第１，２のプリズム３１，６１と、プリズム３１を介してキャビティ１４内の溶融樹脂に光を照射する光源４１と、プリズム３１を介して該溶融樹脂を撮像する撮像手段７１と、各プリズム３１，６１を支持する第１，２の支持手段５１，８１とを備える。第１のプリズム３１は、入射面３２と、入射面３２に対して０°＜α＜９０°の角度を存して交差し、入射された光を反射する第１の反射面３３と、反射された光を反射する第２の反射面３４と、反射された光をキャビティ１４に出射する出射面３５とを備える。第１の支持手段５１は、第１のプリズム３１の第２の反射面３４に密着して設けられ、プリズム３１をキャビティ１４内の圧力に抗して支持する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超臨界流体を含浸させた溶融樹脂が射出される１対の金型のうちの一方の金型の内壁面に、キャビティに露出して設けられた第１のプリズムと、
第１のプリズムを介して該キャビティ内の該溶融樹脂に光を照射する光源と、
第１のプリズムを支持する第１の支持手段と、
該１対の金型のうちの他方の金型の内壁面に、該キャビティに露出して設けられた第２のプリズムと、
第２のプリズムを介して該キャビティ内の該溶融樹脂を撮像する撮像手段と、
第２のプリズムを支持する第２の支持手段とを備え、
第１のプリズムは、該光源の光が入射される第１の入射面と、第１の入射面に対向するとともに第１の入射面に対して０°＜α＜９０°の範囲の角度を存して交差し、第１の入射面から入射された光を反射する第１の反射面と、第１の反射面に対向し、第１の反射面で反射された光を反射する第２の反射面と、第２の反射面に対向し、第２の反射面で反射された光を該キャビティに出射する第１の出射面とを有し、
第１の支持手段は、第１のプリズムの少なくとも第２の反射面に密着して設けられ、第１のプリズムを該キャビティ内の圧力に抗して支持し、
第２のプリズムは、該キャビティを挟んで第１のプリズムの第１の出射面に対向し、該キャビティ内の該溶融樹脂の像が入射される第２の入射面と、第２の入射面に対向するとともに第２の入射面に対して０°＜β＜９０°の範囲の角度を存して交差し、第２の入射面から入射された像を反射する第３の反射面と、第３の反射面に対向し、第３の反射面で反射された像を反射する第４の反射面と、第４の反射面に対向し、第２の反射面で反射された像を該撮像手段に出射する第２の出射面とを有し、
第２の支持手段は、第２のプリズムの少なくとも第３の反射面に密着して設けられ、第２のプリズムを該キャビティ内の圧力に抗して支持することを特徴とする金型内可視化装置。
【請求項２】
前記支持手段は、線膨張係数が前記プリズムよりも大きく且つ前記金型よりも小さい材料からなることを特徴とする請求項１記載の金型内可視化装置。
【請求項３】
前記プリズムは石英ガラスからなり、前記金型は炭素鋼からなり、前記支持手段はチタンからなることを特徴とする請求項２記載の金型内可視化装置。
【請求項４】
前記キャビティ内に、前記溶融樹脂を分岐させ、第１のプリズム及び第２のプリズムの間の位置で合流させる中子を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の金型内可視化装置。
【請求項５】
前記キャビティ内の温度を検知する温度センサを備えることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の金型内可視化装置。
【請求項６】
前記キャビティ内の圧力を検知する圧力センサを備えることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の金型内可視化装置。
【請求項７】
前記１対の金型のうちの少なくともいずれか一方をコアバックさせるコアバック手段を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の金型内可視化装置。
【請求項８】
前記光源は、第１のプリズムに光を照射可能に設けられた可撓性の光ファイバーに接続されていることを特徴とする請求項７に記載の金型内可視化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、射出成形用金型内の溶融樹脂の挙動を観察する金型内可視化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
射出成形技術では、１対の金型により形成されるキャビティに溶融樹脂を射出すると、射出された溶融樹脂が合流する合流部においてウェルドラインが生じ外観不良が発生することがあるという問題がある。そこで、前記ウェルドラインの生成を抑制するために、合流部における溶融樹脂の挙動を観察することが望まれる。
【０００３】
一方、射出成形方法の１つとして、発泡体を得るために、超臨界流体を含浸させた溶融樹脂を射出成形する方法がある。このとき、キャビティ内の溶融樹脂中で発泡が生じることが知られている。そこで、溶融樹脂中の気泡を指標として前記溶融樹脂の挙動を観察することが考えられる。
【０００４】
従来、超臨界状態の二酸化炭素を含浸させ溶融されたポリスチレン樹脂を射出成形する際に金型内の溶融樹脂の挙動を観察することができる金型内可視化装置が提案されている（例えば非特許文献１参照）。前記金型内可視化装置は、１対の金型のうちの一方の金型の内壁面に、キャビティに露出して設けられたプリズムと、該プリズムを介して該キャビティ内の溶融樹脂を撮像する撮像手段と、該プリズムを介して該キャビティ内に光を照射する光源とを備え、該プリズムは直方体形状を有している。前記金型内可視化装置は、光源の光をプリズムを介してキャビティ内の溶融樹脂に照射し、溶融樹脂を撮像手段により撮像することにより、溶融樹脂中の気泡を指標として溶融樹脂の挙動を観察することができる。
【０００５】
しかしながら、前記金型内可視化装置は、高温高圧である溶融樹脂がキャビティ内に射出されると、該高圧によりプリズムが数回の使用で破損し、プリズムの寿命が短くなるという不都合がある。
【非特許文献１】“京都大学大学院工学研究科  材料プロセス工学研究室  研究活動  微細射出発泡成形の可視化観察の試み”、［online］、京都大学大学院、［平成２０年１１月６日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.cheme.kyoto-u.ac.jp/6koza/pdf/domestic_conference/2006-no10.pdf＞
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、かかる不都合を解消して、プリズムを長寿命化することができる金型内可視化装置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】
【０００７】
本発明者らは、直方体形状のプリズムを備えた従来の金型内可視化装置は、射出された溶融樹脂によりキャビティ内が高圧になると、該高圧によりプリズムのキャビティに露出する１つの底面に荷重が集中して該プリズムに曲げ応力が生じ、該曲げ応力が許容曲げ応力を超えるとプリズムが破損することを知見した。
【０００８】
そこで、前記目的を達成するために、本発明の金型内可視化装置は、超臨界流体を含浸させた溶融樹脂が射出される１対の金型のうちの一方の金型の内壁面に、キャビティに露出して設けられた第１のプリズムと、第１のプリズムを介して該キャビティ内の該溶融樹脂に光を照射する光源と、第１のプリズムを支持する第１の支持手段と、該１対の金型のうちの他方の金型の内壁面に、該キャビティに露出して設けられた第２のプリズムと、第２のプリズムを介して該キャビティ内の該溶融樹脂を撮像する撮像手段と、第２のプリズムを支持する第２の支持手段とを備え、第１のプリズムは、該光源の光が入射される第１の入射面と、第１の入射面に対向するとともに第１の入射面に対して０°＜α＜９０°の範囲の角度を存して交差し、第１の入射面から入射された光を反射する第１の反射面と、第１の反射面に対向し、第１の反射面で反射された光を反射する第２の反射面と、第２の反射面に対向し、第２の反射面で反射された光を該キャビティに出射する第１の出射面とを有し、第１の支持手段は、第１のプリズムの少なくとも第２の反射面に密着して設けられ、第１のプリズムを該キャビティ内の圧力に抗して支持し、第２のプリズムは、該キャビティを挟んで第１のプリズムの第１の出射面に対向し、該キャビティ内の該溶融樹脂の像が入射される第２の入射面と、第２の入射面に対向するとともに第２の入射面に対して０°＜β＜９０°の範囲の角度を存して交差し、第２の入射面から入射された像を反射する第３の反射面と、第３の反射面に対向し、第３の反射面で反射された像を反射する第４の反射面と、第４の反射面に対向し、第２の反射面で反射された像を該撮像手段に出射する第２の出射面とを有し、第２の支持手段は、第２のプリズムの少なくとも第３の反射面に密着して設けられ、第２のプリズムを該キャビティ内の圧力に抗して支持することを特徴とする。
【０００９】
本発明の金型内可視化装置では、射出された溶融樹脂によりキャビティ内が高圧となると、該高圧により第１のプリズム及び第２のプリズムは、それぞれキャビティから離間する方向へ荷重を受ける。これにより、第１のプリズムでは、キャビティに露出する第１の出射面に対向する第２の反射面に、前記荷重が集中する。このとき、第１のプリズムは、第２の反射面に密着されて第１の支持手段によりキャビティ内の圧力に抗して支持されていることにより、第２の反射面に集中する前記荷重により第１のプリズムに圧縮応力が生じることとなる。
【００１０】
一般に、各種材料において、同一の荷重を受ける場合には、許容曲げ応力と比較して許容圧縮応力の方が、８〜１０倍程度大きいことが知られている。したがって、本発明の金型内可視化装置は、第１のプリズムに圧縮応力が生じるように構成されていることにより、プリズムに曲げ応力が生じる従来の金型内可視化装置と比較して、第１のプリズムが数回の使用で破損することが防止され、第１のプリズムを長寿命化することができる。
【００１１】
また、第２のプリズムにおいても、第１のプリズムと同様に、キャビティに露出する第２の出射面に対向する第３の反射面に前記荷重が集中し、第２のプリズムが第３の反射面に密着されて第２の支持手段によりキャビティ内の圧力に抗して支持されていることにより、第３の反射面に集中する前記荷重により第２のプリズムに圧縮応力が生じることとなり、第２のプリズムを長寿命化することができる。
【００１２】
第１のプリズムにおいて、前記αが９０°の場合には、第１の出射面に荷重が集中することにより第１のプリズムに曲げ応力が生じることとなるので、第１のプリズムを長寿命化することができず、一方、前記αが０°の場合には、第１のプリズムを構成することができない。また、第２のプリズムにおいて、前記βが９０°の場合には、第２の入射面に荷重が集中することにより第２のプリズムに曲げ応力が生じることとなるので、第２のプリズムを長寿命化することができず、一方、前記βが０°の場合には、第２のプリズムを構成することができない。
【００１３】
本発明の金型内可視化装置では、超臨界流体を含浸させた溶融樹脂が１対の金型により形成されたキャビティ内に射出されると、キャビティ内の溶融樹脂中で発泡が生じる。本発明の金型内可視化装置は、第１のプリズムを介して光源の光をキャビティに照射しキャビティ内の溶融樹脂に透過させ、第２のプリズムを介して撮像手段により該溶融樹脂を撮像することにより、溶融樹脂中の気泡を指標として溶融樹脂の挙動を観察することができる。
【００１４】
また、本発明の金型内可視化装置は、キャビティ内の溶融樹脂の第１のプリズム側の片面に光を照射し、該溶融樹脂の第２のプリズム側の反対面に透過された光により該溶融樹脂を撮像するように構成されているので、溶融樹脂の片面に光を照射し、該面で反射した光により該溶融樹脂を撮像する従来の金型内可視化装置と異なり、溶融樹脂の表面のみならず該溶融樹脂の内部をも観察することができる。
【００１５】
ところで、キャビティに射出された溶融樹脂の熱によりキャビティ内が高温になると、前記プリズムと前記支持手段とが熱膨張して両者の間に間隙が形成され、該間隙に流入した溶融樹脂によりプリズムに圧力が掛かってプリズムが破損することがある。そこで、本発明の金型内可視化装置では、前記支持手段は、線膨張係数が前記プリズムよりも大きく且つ前記金型よりも小さい材料からなることが好ましい。前記構成によれば、キャビティ内が高温になって前記プリズムと前記支持手段とが熱膨張した場合でも両者の間に間隙が形成されることが抑制され、結果として該プリズムを長寿命化することができる。例えば、前記プリズムは石英ガラスからなり、前記金型は炭素鋼からなり、前記支持手段はチタンからなるものとすることができる。
【００１６】
また、本発明の金型内可視化装置は、前記キャビティ内に、前記溶融樹脂を分岐させ、第１のプリズム及び第２のプリズムの間の位置で合流させる中子を備えることが好ましい。前記構成によれば、キャビティに射出された溶融樹脂は、中子の上流側で分岐し中子を迂回して中子の下流側で合流することとなるので、この合流部を前記撮像手段にて撮像することにより、合流部における溶融樹脂の挙動に関する知見を得ることができる。
【００１７】
また、本発明の金型内可視化装置は、前記キャビティ内の温度を検知する温度センサを備えることが好ましい。前記構成によれば、撮像手段により撮像された溶融樹脂の像と温度センサにより検知された温度の情報とから、発泡現象と温度との相関関係を把握し、発泡に適切な温度条件を知ることができる。
【００１８】
また、本発明の金型内可視化装置は、前記キャビティ内の圧力を検知する圧力センサを備えることが好ましい。前記構成によれば、撮像手段により撮像された溶融樹脂の像と圧力センサにより検知された圧力の情報とから、発泡現象と圧力との相関関係を把握し、発泡に適切な圧力条件を知ることができる。
【００１９】
また、本発明の金型内可視化装置は、少なくともいずれか一方の金型をコアバックさせるコアバック手段を備えることが好ましい。前記構成によれば、少なくともいずれか一方の金型をコアバックすると、キャビティ内が減圧されるため、溶融樹脂中で生じる気泡の生成を助長することができる。
【００２０】
また、本発明の金型内可視化装置は、前記光源が、第１のプリズムに光を照射可能に設けられた可撓性の光ファイバーに接続されていることが好ましい。前記構成によれば、光源に接続され、第１のプリズムに光を照射可能な光ファイバーが可撓性であるので、コアバック手段により一方の金型をコアバックすることができるように金型内可視化装置を構成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。図１は本実施形態の金型内可視化装置が設けられた射出成形装置を示す正面断面図であり、図２は図１に示す金型内可視化装置の第１，２のプリズム及びその周辺部を示す正面断面図であり、図３は第１のプリズム及びその周辺部を示す組立図であり、図４は図１に示す金型内可視化装置のＡ−Ａ線断面図である。
【００２２】
図１に示す金型内可視化装置１は、射出成形装置１１により超臨界流体を含浸させた溶融樹脂を１対の金型１２，１３のキャビティ１４に射出する際に、射出された溶融樹脂の挙動を観察するための装置である。
【００２３】
図１に示す射出成形装置１１は、超臨界流体を含浸させた溶融樹脂を射出する射出機（図示せず）と、成形体の上側形状に沿う形状の凹部を有する可動式の第１の金型１２と、成形体の下側形状に沿う形状の凹部を有する固定式の第２の金型１３とを備え、これらの凹部により、縦が２００ｍｍ、横が８０ｍｍ、厚さが２ｍｍである薄板状のキャビティ１４が形成されている。金型１２，１３は、例えば０．５％の炭素を含む炭素鋼からなる。
【００２４】
前記射出機は、射出成形装置１１に挿入され、超臨界流体を含浸させた溶融樹脂をキャビティ１４に搬送するノズルを備えている。射出成型装置１１には前記ノズルが挿入されるスプルー１５が設けられ、スプルー１５とキャビティ１４との間にはゲート１６が設けられている。ゲート１６は、キャビティ１４の横方向に対して中央部と左端部と右端部との３箇所に設けられ、使用するゲート１６をゲート切換用駒１７により切り換え可能となっている。
【００２５】
第１の金型１２は、上部及び下部に油圧シリンダー１８，１９が設けられ、油圧シリンダー１８，１９に連結された摺動部材２０，２１を互いに離間することにより、第１の金型１２を最大０．５ｍｍの長さまでコアバックすることができる。
【００２６】
図２に示す金型内可視化装置１は、第１の金型１２の内壁面にキャビティ１４に露出して設けられた第１のプリズム３１と、第１のプリズム３１を介してキャビティ１４内の溶融樹脂に光を照射する光源４１と、第１のプリズム３１を支持する第１の支持手段５１とを備えるとともに、第２の金型１３の内壁面にキャビティ１４に露出して設けられ、第１のプリズム３１に対向する第２のプリズム６１と、第２のプリズム６１を介してキャビティ１４内の溶融樹脂を撮像する撮像手段７１と、第２のプリズム６１を支持する第２の支持手段８１とを、キャビティ１４の上流側と下流側の２箇所に備えている。
【００２７】
第１のプリズム３１は、例えば石英ガラス又はパイレックスガラス（登録商標）からなり、光源４１の光が入射される第１の入射面３２と、第１の入射面３２から入射された光を反射する第１の反射面３３と、第１の反射面３３で反射された光を反射する第２の反射面３４と、第２の反射面３４で反射された光をキャビティ１４に出射する第１の出射面３５とを備えている。反射面３３，３４は、例えばアルミニウムからなる反射膜を蒸着することにより形成されている。
【００２８】
第１の反射面３３は、第１の入射面３２に対向するとともに第１の入射面３２に対して０°＜α＜９０°の範囲の角度を存して交差している。本実施形態ではα＝４５°としているが、任意の角度とすることができる。第２の反射面３４は、第１の反射面３３に対して平行をなしている。第１の出射面３５は、第２の反射面３４に対向するとともに第１の入射面３２に対して平行をなしている。すなわち、第１の出射面３５は、第２の反射面３４に対して角度αを存して交差している。
【００２９】
本実施形態では、第２の反射面３４は、第１の入射面３２側の末端３４ａが、第２の反射面３４をキャビティ１４側に平行移動させたときに第１の出射面３５の第１の反射面３３側の末端３５ａと一致する位置に設けられているが、好ましくは、該末端３５ａよりも内方（図２示の位置よりも左側）の位置に設けられている。
【００３０】
以上により、第１のプリズム３１は、第１の入射面３２と反射面３３，３４とを含む平行四辺形部３６と、該平行四辺形部３６の１つの辺の一部を、該辺に直交し且つ該平行四辺形部３６から離間する方向に平行移動してなり、第１の出射面３５を含む突出部３７とで構成されている。
【００３１】
第１のプリズム３１に光を照射する光源４１は、キャビティ１４内の溶融樹脂が透明のみならず半透明であっても光が透過可能であるように、光強度が強い光源、例えばハロゲン光源が好ましい。本実施形態では、光源４１として、射出成形装置１１の外部にハロゲン光源を設けている。光源４１には、可撓性の光ファイバー４２が接続されている。光ファイバー４２は、第１の金型１２の内部を通って設けられ、先端が第１のプリズム３１の第１の入射面３２に対向して配置されている。
【００３２】
第１のプリズム３１を支持する第１の支持手段５１は、図２及び図３に示すように、第１の支持部材５２と、第２の支持部材５３と、第３の支持部材５４と、第４の支持部材５５とで構成されている。各支持部材５２，５３，５４，５５は、線膨張係数が第１のプリズム３１よりも大きく且つ第１の金型１２よりも小さい材料、例えばチタンからなる。
【００３３】
第１の支持部材５２及び第２の支持部材５３は、第１のプリズム３１の平行四辺形部３６に対して水平方向に延設された断面視台形状の部材である。第１の支持部材５２は、第１のプリズム３１の第２の反射面３４に密着可能に形成された斜面を備え、第２の支持部材５３は、第１のプリズム３１の第１の反射面３３に密着可能に形成された斜面を備えている。
【００３４】
第３の支持部材５４は、断面視凹字状の部材であって、底面５４ａがキャビティ１４に露出した状態で第１の金型１２に固定されている。第３の支持部材５４は、第１のプリズム３１の平行四辺形部３６と、第１のプリズム３１に密着する第１の支持部材５２及び第２の支持部材５３とを収容可能な凹部５４ｂを備えている。凹部５４ｂは、その底面に、第１のプリズム３１の突出部３７を収容可能であるとともに第３の支持部材５４の底面５４ａに開口する貫通孔５４ｃを備えている。また、第３の支持部材５４の上面には、複数のボルト穴５４ｄが設けられている。
【００３５】
第４の支持部材５５は、断面視下駄形状の部材であって、第３の支持部材５４の上面に接してその上面を覆うとともに、下駄歯部５５ａの内壁面が第３の支持部材５４の側面に接するように構成されている。第４の支持部材５５は、上面を厚さ方向に貫通して設けられ、光源４１に臨む位置に開口する開口部５５ｂを備えている。また、第４の支持部材５５には、上面を厚さ方向に貫通し第３の支持部材５４のボルト穴５４ｄに対応する位置に形成された複数の第１のボルト孔５５ｃと、上面を厚さ方向に貫通し下駄歯部５５ａの外側に形成された複数の第２のボルト孔５５ｄと、下駄歯部５５ａを水平方向に貫通する複数のネジ孔５５ｅとが設けられている。
【００３６】
第４の支持部材５５は、第１のプリズム３１と第１の支持部材５２及び第２の支持部材５３とが収容された第３の支持部材５４の上面に載せられる。このとき、第４の支持部材５５の開口部５５ｂでは、第１のプリズム３１の第１の入射面３２が露出する。また、第４の支持部材５５は、第１のボルト孔５５ｃと第３の支持部材５４のボルト穴５４ｄとに第１のボルト（図示せず）が螺着され第３の支持部材５４に固定されている。これにより、第１のプリズム３１は、第３の支持部材５４と第４の支持部材５５とで挟持され、上下方向への移動が規制されている。
【００３７】
また、第４の支持部材５５のネジ孔５５ｅにネジ（図示せず）が螺着され、該ネジの先端部が第１の支持部材５２及び第２の支持部材５３に当接することにより、第１の支持部材５２が第２の反射面３４に密着するとともに第２の支持部材５３が第２の反射面３４に密着している。これにより、第１のプリズム３１は、第３の支持部材５４と第４の支持部材５５とで挟持され、水平方向への移動が規制されている。以上により、第１のプリズム３１は、第１〜第４の支持部材５２，５３，５４，５５からなる第１の支持手段５１により、上下水平方向への移動が規制されて堅固に支持されている。このとき、第１のプリズム３１は、光源４１の光を、開口部５５ｂを通して第１の入射面３２から入射し、第１の反射面３３及び第２の反射面３４で反射し、第１の出射面３５から出射して、キャビティ１４内の溶融樹脂に照射することができる。
【００３８】
図２に示す第２のプリズム６１は、第１のプリズム３１がキャビティ１４に対して線対称に配置された形状となっていて、第１のプリズム３１と同一の材料からなる。第２のプリズム６１は、キャビティ１４内の溶融樹脂の像が入射される第２の入射面６２と、第２の入射面６２から入射された像を反射する第３の反射面６３と、第３の反射面６３で反射された像を反射する第４の反射面６４と、第４の反射面６４で反射された像を撮像手段７１に出射する第２の出射面６５とを備えている。
【００３９】
第２の入射面６２は、キャビティ１４を挟んで第１のプリズム３１の第１の出射面３５に対向している。第３の反射面６３は、第２の入射面６２に対向するとともに第２の入射面６２に対して０°＜β＜９０°の範囲の角度を存して交差している。本実施形態ではβ＝αである。第４の反射面６４は、第３の反射面６３に対して平行をなしている。第２の出射面６５は、第４の反射面６４に対向するとともに第２の入射面に対して平行をなしている。すなわち、第２の出射面６５は、第４の反射面６４に対して角度βを存して交差している。
【００４０】
以上により、第２のプリズム６１は、第２の出射面６５と反射面６３，６４とを含む平行四辺形部６６と、該平行四辺形部６６の１つの辺の一部を、該辺に直交し且つ該平行四辺形部６６から離間する方向に平行移動してなり、第２の入射面６２を含む突出部６７とで構成されている。
【００４１】
第２のプリズム６１を介してキャビティ１４内の溶融樹脂を撮像する撮像手段７１は、例えば倍率が１０００倍であるズームレンズを備え、０．２３ｍｍ×０．３ｍｍの領域を撮像することができる高速度カメラを用いることができる。撮像手段７１は、第２のプリズム６１の第２の出射面６５に対向して配置されている。
【００４２】
第２のプリズム６１を支持する第２の支持手段８１は、図２に示すように、第１の支持手段５１をキャビティ１４に対して線対称に配置した形状となっていて、第１の支持手段５１と同一の材料からなる。第２の支持手段８１は、第１の支持部材５２に対応する第５の支持部材８２と、第２の支持部材５３に対応する第６の支持部材８３と、第３の支持部材５４に対応する第７の支持部材８４と、第４の支持部材５５に対応する第８の支持部材８５とで構成されている。第８の支持部材８５は、上面を厚さ方向に貫通して設けられ、撮像手段７１に臨む位置に開口する開口部８５ａを備えている。
【００４３】
第２のプリズム６１は、第５の支持部材８２が第３の反射面６３に密着するとともに第６の支持部材８３が第４の反射面６４に密着することにより、第５の支持部材８２と第６の支持部材８３とで挟持されて、水平方向への移動が規制されている。また、第２のプリズム６１は、第７の支持部材８４と第８の支持部材８５とで挟持されて、上下方向への移動が規制されている。以上により、第２のプリズム６１は、第５〜第８の支持部材８２，８３，８４，８５からなる第２の支持手段８１により、上下水平方向への移動が規制されて堅固に支持されている。このとき、第２のプリズム６１は、キャビティ１４内の溶融樹脂の像を、第２の入射面６２から入射し、第３の反射面６３及び第４の反射面６４で反射し、第２の出射面６５から開口部８５ａを通して出射して、撮像手段７１に撮像させることができる。
【００４４】
さらに、金型内可視化装置１は、図１に示すように、キャビティ１４内の温度を検知する温度センサ９１と、キャビティ１４内の圧力を検知する圧力センサ９２と、第１の金型１２を第２の金型１３から離間する方向へコアバックさせるコアバック手段としての１対の油圧シリンダー１８，１９とを備えている。
【００４５】
また、金型内可視化装置１は、キャビティ１４の上流側に設けられた第１のプリズム３１及び第２のプリズム６１の近傍且つその上流側に、溶融樹脂を分岐させ、第１のプリズム３１及び第２のプリズム６１の間の位置で合流させる中子９３を備えている。
【００４６】
次に、図１を参照して金型内可視化装置１の作動を説明する。まず、ゲート切換用駒１７によりゲート１６を開閉する。例えば、３つのゲート１６のうち、中央部のゲート１６を開放するとともに、左端部及び右端部のゲート１６を閉鎖する。
【００４７】
次に、前記射出機（図示せず）により、超臨界流体を含浸させた溶融樹脂、例えば超臨界状態の窒素又は二酸化炭素を含有させて溶融させたポリ乳酸樹脂を、スプルー１５及びゲート１６を介して金型１２，１３のキャビティ１４に射出する。前記ポリ乳酸樹脂として、例えば、ユニチカ株式会社製のテラマック（登録商標）ＴＥ−２０００を挙げることができる。前記溶融樹脂の射出は、例えば、前記射出機内のシリンダー温度２００℃、射出圧力１３０ＭＰａ、射出速度２５ｍｍ／秒、キャビティ１４に対する充填時間は１．８秒、保圧時間８．２秒とすることができる。また、金型１２，１３のキャビティ１４における表面温度は３０℃とする。
【００４８】
前記溶融樹脂の射出によりキャビティ１４内が高圧になると、第１のプリズム３１及び第２のプリズム６１は、それぞれキャビティ１４から離間する方向へ荷重を受ける。第１のプリズム３１では、キャビティ１４に露出する第１の出射面３５に対向する第２の反射面３４に、前記荷重が集中する。このとき、第１のプリズム３１は、第２の反射面３４に第１の支持部材５２が密着されていることに加え、第１〜第４の支持部材５２，５３，５４，５５からなる第１の支持手段５１により上下水平方向への移動が規制されて堅固に支持されていることにより、キャビティ１４内の高圧に抗することができる。この結果、第２の反射面３４に集中する前記荷重により、第１のプリズム３１には圧縮応力が生じることとなる。
【００４９】
一般に、各種材料において、同一の荷重を受ける場合には、許容曲げ応力と比較して許容圧縮応力の方が、８〜１０倍程度大きいことが知られている。したがって、本実施形態の金型内可視化装置１は、第１のプリズム３１に圧縮応力が生じるように構成されていることにより、プリズムに曲げ応力が生じる従来の金型内可視化装置と比較して、第１のプリズム３１が数回の使用で破損することが防止され、第１のプリズム３１を長寿命化することができる。
【００５０】
また、第２のプリズム６１では、キャビティ１４に露出する第２の出射面６５に対向する第３の反射面６３に前記荷重が集中する。このとき、第２のプリズム６１は、第３の反射面６３に第５の支持部材８２が密着されていることに加え、第５〜第８の支持部材８２，８３，８４，８５からなる第２の支持手段８１により上下水平方向への移動が規制されて堅固に支持されていることにより、キャビティ１４内の高圧に抗することができる。この結果、第３の反射面６３に集中する前記荷重により、第２のプリズム６１には圧縮応力が生じることとなるので、第２のプリズム６１を長寿命化することができる。
【００５１】
第１のプリズム３１において、前記αが９０°の場合には、第１の出射面３５に荷重が集中することにより第１のプリズム３１に曲げ応力が生じることとなるので、第１のプリズム３１を長寿命化することができず、一方、前記αが０°の場合には、第１のプリズム３１を構成することができない。また、第２のプリズム６１において、前記βが９０°の場合には、第２の入射面６２に荷重が集中することにより第２のプリズム６１に曲げ応力が生じることとなるので、第２のプリズム６１を長寿命化することができず、一方、前記βが０°の場合には、第２のプリズム６１を構成することができない。
【００５２】
ところで、キャビティ１４に射出された溶融樹脂の熱によりキャビティ１４内が高温になると、プリズム３１，６１と支持手段５１，８１とが熱膨張して両者の間に間隙が形成され、該間隙に流入した溶融樹脂によりプリズム３１，６１に圧力が掛かってプリズム３１，６１が破損することがある。本実施形態の金型内可視化装置１では、支持手段５１，８１は、線膨張係数がプリズム３１，６１よりも大きく且つ金型１２，１３よりも小さい材料からなることにより、キャビティ１４内が高温になってプリズム３１，６１と支持手段５１，８１とが熱膨張した場合でも両者の間に間隙が形成されることが抑制され、結果としてプリズム３１，６１を長寿命化することができる。
【００５３】
本実施形態の金型内可視化装置１では、光源４１の光を、開口部５５ｂを通して第１のプリズム３１の第１の入射面３２から入射し、第１の反射面３３及び第２の反射面３４で反射し、第１の出射面３５から出射して、キャビティ１４内の溶融樹脂に照射して透過させるとともに、キャビティ１４内の溶融樹脂の像を、第２のプリズム６１の第２の入射面６２から入射し、第３の反射面６３及び第４の反射面６４で反射し、第２の出射面６５から開口部８５ａを通して出射して、撮像手段７１により撮像する。このようにして、本実施形態の金型内可視化装置１は、第１のプリズム３１を介して光源４１の光をキャビティ１４に照射し、第２のプリズム６１を介して撮像手段７１によりキャビティ１４内の溶融樹脂を撮像することができる。
【００５４】
本実施形態の金型内可視化装置１では、超臨界流体を含浸させた溶融樹脂がキャビティ１４内に射出されるとキャビティ１４内の溶融樹脂中で発泡が生じるので、気泡を指標として溶融樹脂の挙動を観察することができる。
【００５５】
また、キャビティ１４内に射出された流動する溶融樹脂は、図４に示すように、中子９３の上流側で分岐し中子９３を迂回して中子９３の下流側で合流し、下流側に流動するにつれて、キャビティ１４内に溶融樹脂が充填されるとともに該溶融樹脂中の気泡Ｂが膨張する。本実施形態の金型内可視化装置１では、キャビティ１４の上流側に設けられた撮像手段７１で、溶融樹脂が中子９３の下流側で合流する合流部Ｗを撮像することにより、合流部Ｗにおける溶融樹脂の挙動に関する知見を得ることができる。また、キャビティ１４の下流側に設けられた撮像手段７１で、下流側で膨張した気泡Ｂを観察することにより、充填状態における発泡状態を観察することができる。
【００５６】
本実施形態の金型内可視化装置１では、キャビティ１４内の溶融樹脂の第１のプリズム３１側の片面に光を照射し、該溶融樹脂の第２のプリズム６１側の反対面に透過された光により該溶融樹脂を撮像するように構成されている。これにより、本実施形態の金型内可視化装置１は、溶融樹脂の片面に光を照射し、該面で反射した光により該溶融樹脂を撮像する従来の金型内可視化装置と異なり、溶融樹脂の表面のみならず該溶融樹脂の内部をも観察することができる上に、溶融樹脂と該溶融樹脂中の気泡とのコントラストが大きい像を得ることができる。また、本実施形態の金型内可視化装置１は、従来の金型内可視化装置と比較して、単純な光路を形成することができるので、種々の波長の光を照射する光源４１を用いることができる。
【００５７】
また、本実施形態の金型内可視化装置１は、温度センサ９１及び圧力センサ９２を備えているので、検知された温度及び圧力の情報と撮像手段７１により撮像された溶融樹脂の像とから、発泡現象と温度及び圧力との相関関係を把握し、発泡に適切な温度条件及び圧力条件を知ることができる。
【００５８】
また、本実施形態の金型内可視化装置１は、油圧シリンダー１８，１９により第１の金型１２をコアバックさせることにより、キャビティ１４内を減圧させ、溶融樹脂中で生じる気泡の生成を助長することができる。
【００５９】
また、本実施形態の金型内可視化装置１は、光源４１に接続され、第１のプリズム３１に光を照射可能な光ファイバー４２が可撓性であるので、油圧シリンダー１８，１９により第１の金型１２をコアバックすることができるように金型内可視化装置１を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本実施形態の金型内可視化装置が設けられた射出成形装置を示す正面断面図。
【図２】図１に示す金型内可視化装置の第１，２のプリズム及びその周辺部を示す正面断面図。
【図３】第１のプリズム及びその周辺部を示す組立図。
【図４】図１に示す金型内可視化装置のＡ−Ａ線断面図。
【符号の説明】
【００６１】
１…金型内可視化装置、  １２，１３…１対の金型、  １２…一方の金型、  １３…他方の金型、  １４…キャビティ、  １８，１９…コアバック手段、  ３１…第１のプリズム、  ３２…第１の入射面、  ３３…第１の反射面、  ３４…第２の反射面、  ３５…第１の出射面、  ４１…光源、  ５１…第１の支持手段、  ６１…第２のプリズム、  ６２…第２の入射面、  ６３…第３の反射面、  ６４…第４の反射面、  ６５…第２の出射面、  ７１…撮像手段、  ８１…第２の支持手段、  ９１…温度センサ、  ９２…圧力センサ、  ９３…中子。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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