(57)【要約】  キャビティ（３）内を通過する成形用材料（Ｍ）のフローフロント（Ｆ）に向けて光を投射する単一の光ファイバセンサ（２）を、金型（１）内のキャビティ壁面（４）に設置し、演算装置において、前記光ファイバセンサ（２）のセンサ出力に基づき、そのセンサ出力が低下する第１の検出時間と、そのセンサ出力が安定する第２の検出時間との差を示す経過時間を計算し、この経過時間と、光ファイバセンサ（２）のファイバ径及び成形用材料（Ｍ）のフローフロントの形状を示す関数とから、前記成形用材料（Ｍ）のフローフロント（Ｆ）の通過速度を演算する。本発明によれば、２点以上のセンサ組み込みを必要とせず、可視化金型のようなガラス等を組み込んだ特殊な金型を必要とせずに、小型の単一のセンサで容易に、金型内における成形用材料の流動速度を計測することが可能な成形用材料の流動速度計測方法及び流動速度計測装置を提供可能である。
2009057752.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金型内の成形用材料の流動速度を計測するための流動速度計測方法であって、
金型内のキャビティ壁面に設置されかつキャビティ内を通過する成形用材料のフローフロントに向けて光を投射する単一の光ファイバセンサのセンサ出力に基づき、そのセンサ出力が低下する第１の検出時間と、そのセンサ出力が安定する第２の検出時間との差を示す経過時間を計算し、この経過時間と、前記光ファイバセンサのファイバ径及び成形用材料のフローフロントの形状を示す関数とから、前記成形用材料のフローフロント通過速度を演算することを特徴とする成形用材料の流動速度計測方法。
【請求項２】
前記演算した成形用材料のフローフロント通過速度を、前記成形条件に応じて予め定めた補正データに基づき補正することを特徴とする請求項１記載の成形用材料の流動速度計測方法。
【請求項３】
前記光ファイバセンサからのセンサ出力に基づき演算された成形用材料のフローフロント通過速度が、予め定めた速度範囲を外れた場合に、成形不良と判定することを特徴とする請求項１又は２に記載の成形用材料の流動速度計測方法。
【請求項４】
金型内の成形用材料の流動速度を計測するための流動速度計測装置であって、
金型内のキャビティ壁面に設置されて、キャビティ内を通過する成形用材料のフローフロントに向けて光を投射する単一の前記光ファイバセンサと、
この前記光ファイバセンサのセンサ出力に基づき、そのセンサ出力が低下する第１の検出時間と、そのセンサ出力が安定する第２の検出時間との差を示す経過時間を計算し、この経過時間と、前記光ファイバセンサのファイバ径及び成形用材料のフローフロントの形状を示す関数とから、前記成形用材料のフローフロント通過速度を演算する演算装置と、を具備することを特徴とする流動速度計測装置。
【請求項５】
前記演算装置には、前記演算した成形用材料のフローフロント通過速度を、成形条件に応じて補正する補正データが予め記憶された記憶装置が設けられ、
前記演算装置は、この記憶装置の補正データに基づき、前記演算した成形用材料のフローフロント通過速度を適正値に補正することを特徴とする請求項４記載の成形用材料の流動速度計測装置。
【請求項６】
前記演算装置で演算した成形用材料のフローフロント通過速度が異常値を示しているか判定する判定装置を設けてなり、
この判定装置では、前記演算装置で演算された成形用材料のフローフロント通過速度が、予め定めた速度範囲を外れた場合に、成形不良と判定することを特徴とする請求項４又５のいずれかに記載の成形用材料の流動速度計測装置。
【請求項７】
単一の前記光ファイバセンサは、金型部品内に直接装填され、前記キャビティ壁面に露出する前記金型部品の端面に、単一の前記光ファイバセンサの端面が露出しているセンサユニットとされ、このセンサユニットが前記金型内に装填されていることを特徴とする請求項４に記載の成形用材料の流動速度計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、射出成形、圧縮成形、トランスファー成形等に使用される金型内において、成形用材料の流動速度を計測するための方法及びそのシステムに関する。
本願は、２００７年１０月３１日に日本国に出願された特願２００７−２８３８５３号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
従来、金型内において、成形用材料の流動速度を計測するための技術として、特開２０００−１０２９５９号公報（特許文献１）、特開平１１−１６５３１８号公報（特許文献２）、特開２００２−１６０２６３号公報（特許文献３）、特開平９−１９９５４号公報（特許文献４）が知られている。【０００３】
特許文献１に示される成形型用材料流動センサは、溶融した材料が射出されるキャビティに、歪ゲージからなる３個の検知装置が設けられたものであって、これら各検知装置にて検知された材料の通過の時間差から、材料の流れ方向、速度、圧力等の流動状態を演算する。また、特許文献２に示される流動特性評価装置は、金型に設けられた複数の測定子にて流動体の通過時間を検知し、その通過時間を基にして、流動体の移動速度を演算する。なお、測定子としては、光電センサ、近接スイッチ、圧力センサ、歪ゲージ、熱電対、赤外線センサなどが用いられる。【０００４】
特許文献３に示される流動速度ベクトルセンサは、金型キャビティ内に、保持部材を介して少なくとも２個以上の熱電対からなるセンサを取り付け、このセンサにて検出される樹脂の通過時間と、これらセンサ間の距離との関係から、樹脂の流動速度を求めるものである。また、特許文献４に示される樹脂速度測定装置は、型内の樹脂流路に沿って間隔をおいて複数個の光ファイバセンサを配置し、これら各センサによって検出された溶融樹脂の先端通過時間から、前記溶融樹脂の速度を演算するものである。
【特許文献１】特開２０００−１０２９５９号公報
【特許文献２】特開平１１−１６５３１８号公報
【特許文献３】特開２００２−１６０２６３号公報
【特許文献４】特開平９−１９９５４号公報
【非特許文献１】金藤、横井、成形加工シンポジア’０４，４９（２００４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
金型内流動材料のフローフロント速度計測には、（１）上記特許文献に示されるように、金型内の２箇所以上に温度センサ、圧カセンサ、光ファイバセンサ等のフローフロントの通過を検知するセンサを埋め込み、その間の時間差により計測を行う方式の他、（２）可視化金型によりフローフロント挙動を直接可視化して計測する方式などもある。しかしながら、このような技術において、（１）では、２点間の平均速度が計測できるものの、複数のセンサを近接して埋め込むことが必要であり、これらセンサ間の距離を正確に定める必要があり、また、検出誤差も大きく正確な速度測定をすることができないという問題があった。また、（２）では可視化金型という特殊な金型が必要で、一般の金型内での速度を計測することができないという問題があった。【０００６】
本発明は、従来の有していた問題を解決しようとするものであって、２点以上のセンサ組み込みを必要とせず、可視化金型のようなガラス等を組み込んだ特殊な金型を必要とせずに、小型の単一のセンサで容易に、金型内における成形用材料の流動速度を計測することが可能な成形用材料の流動速度計測方法及び流動速度計測装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そして、上記目的を達成するために本発明の第一の態様は、金型内の成形用材料の流動速度を計測するための流動速度計測方法であって、金型内のキャビティ壁面に設置されかつキャビティ内を通過する成形用材料のフローフロントに向けて光を投射する単一の光ファイバセンサのセンサ出力に基づき、そのセンサ出力が低下する第１の検出時間と、そのセンサ出力が安定する第２の検出時間との差を示す経過時間を計算し、この経過時間と、光ファイバセンサのファイバ径及び成形用材料のフローフロントの形状を示す関数とから、前記成形用材料のフローフロント通過速度を演算することを特徴とする。【０００８】
また、本発明の第二の態様は、前記演算した成形用材料のフローフロント通過速度を、前記成形条件に応じて予め定めた補正データに基づき適正値に補正することを特徴とする。【０００９】
また、本発明の第三の態様は、前記光ファイバセンサからのセンサ出力に基づき演算された成形用材料のフローフロント通過速度が、予め定めた速度範囲を外れた場合に、成形不良と判定することを特徴とする。【００１０】
また、本発明の第四の態様は、金型内の成形用材料の流動速度を計測するための流動速度計測装置であって、金型内のキャビティ壁面に設置されて、キャビティ内を通過する成形用材料のフローフロントに向けて光を投射する単一の光ファイバセンサと、この光ファイバセンサのセンサ出力に基づき、そのセンサ出力が低下する第１の検出時間と、そのセンサ出力が安定する第２の検出時間との差を示す経過時間を計算し、この経過時間と、光ファイバセンサのファイバ径及び成形用材料のフローフロントの形状を示す関数とから、前記成形用材料のフローフロント通過速度を演算する演算装置と、を備えることを特徴とする。【００１１】
また、本発明の第五の態様は、前記演算手段には、前記演算した成形用材料のフローフロント通過速度を、成形条件に応じて補正する補正データが予め記憶された記憶装置が設けられ、前記演算装置は、この記憶装置の補正データに基づき、前記演算した成形用材料のフローフロント通過速度を適正値に補正することを特徴とする。【００１２】
また、本発明の第六の態様は、前記演算装置で演算した成形用材料のフローフロント通過速度が異常値を示しているか判定する判定装置を設けてなり、この判定装置では、前記演算装置で演算された成形用材料のフローフロント通過速度が、予め定めた速度範囲を外れた場合に、成形不良と判定することを特徴とする。【００１３】
また、本発明の第七の態様は、単一の前記光ファイバセンサを、エジェクターピン、シャンク付きインサートピン、インサートブロック等の金型部品内に、前記キャビティ壁面に露出する前記金型部品の端面に単一の前記光ファイバセンサの端面が露出するように直接装填してセンサユニットを製作し、このセンサユニットを前記金型内に装填することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に示される成形用材料の流動速度計測方法では、金型内のキャビティ壁面に設置されかつキャビティ内を通過する成形用材料のフローフロントに向けて光を投射する単一の光ファイバセンサのセンサ出力に基づき、そのセンサ出力が低下する第１の検出時間と、そのセンサ出力が安定する第２の検出時間との差を示す経過時間を計算し、この経過時間と、光ファイバセンサのファイバ径及び成形用材料のフローフロントの形状を示す関数とから、前記成形用材料のフローフロント通過速度を演算する。そして、このような演算によって、従来のように２点以上のセンサ組み込みを必要とせず、また可視化金型のようなガラス等を組み込んだ特殊な金型を必要とせずに、単一の光ファイバセンサのセンサ出力に基づき金型内における成形用材料の流動速度を算出することが可能となって、センサ部分を小型化することが可能となる。【００１５】
本発明に示される成形用材料の流動速度計測方法では、前記演算した成形用材料のフローフロント通過速度を、成形条件に応じて予め定めた補正データに基づき適正値に補正するようにしたので、前記成形用材料のフローフロント通過速度を、誤差を最小限に抑えて高い精度で求めることができる。【００１６】
本発明に示される成形用材料の流動速度計測方法では、光ファイバセンサからのセンサ出力に基づき演算された成形用材料のフローフロント通過速度が、予め定めた速度範囲を外れた場合に、成形不良と判定するようにしたので、成形用材料のフローフロント通過速度の低下を検知することでショート、通過速度の上昇を検知することでバリといったトラブルを速やかに検出することができる。【００１７】
本発明に示される成形用材料の流動速度計測装置では、キャビティ内を通過する成形用材料のフローフロントに向けて光を投射する単一の光ファイバセンサを、金型内のキャビティ壁面に設置し、演算装置において、前記光ファイバセンサのセンサ出力に基づき、そのセンサ出力が低下する第１の検出時間と、そのセンサ出力が安定する第２の検出時間との差を示す経過時間を計算し、この経過時間と、光ファイバセンサのファイバ径及び成形用材料のフローフロントの形状を示す関数とから、前記成形用材料のフローフロント通過速度を演算する。そして、このような演算装置での演算によって、従来のように２点以上のセンサ組み込みを必要とせず、また可視化金型のようなガラス等を組み込んだ特殊な金型を必要とせずに、単一の光ファイバセンサのセンサ出力に基づき金型内における成形用材料の流動速度を算出することが可能となって、センサ部分を小型化することが可能となる。【００１８】
本発明に示される成形用材料の流動速度計測装置では、演算装置に、演算した成形用材料のフローフロント通過速度を、成形条件に応じて補正する補正データが記憶された記憶装置をさらに設け、前記演算装置では、この記憶装置の補正データに基づき、前記演算した成形用材料のフローフロント通過速度を適正値に補正するようにしたので、前記成形用材料のフローフロント通過速度を、誤差を最小限に抑えて高い精度で求めることができる。【００１９】
本発明に示される成形用材料の流動速度計測装置では、演算装置にて、金型のキャビティ壁面に設けた光ファイバセンサから出力されたセンサ出力に基づき成形用材料のフローフロント通過速度を演算した後、判定手段にて、演算装置で演算された成形用材料のフローフロント通過速度が、予め定めた速度範囲を外れた場合に、成形不良と判定するようにした。これによって成形用材料のフローフロント通過速度が低下することを検知することでショート、通過速度の上昇を検知することでバリといったトラブルを速やかに検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１Ａ】フローフロントＦが光ファイバセンサ２のセンサ端面２Ａに到達した状態を示すモデル図である。
【図１Ｂ】フローフロントＦが光ファイバセンサ２のセンサ端面２Ａを覆った状態を示すモデル図である。
【図２】光ファイバセンサ２のセンサ出力を示す図である。
【図３】図２のセンサ出力を微分した図である。
【図４】光ファイバセンサ２のセンサ出力からフローフロントＦの速度を計算するためのステップを示すフローチャートである。
【図５】光ファイバセンサ２をキャビティ壁面４に２つ取り付けた図である。
【図６】流動速度計測装置１００を示す図である。
【図７】実測に用いたキャビティ３と、光ファイバセンサ２の寸法を示す図である。
【図８Ａ】２点間計測による平均フローフロント速度を表すグラフで、着色されたＰＰを用いた流動速度の測定結果である。
【図８Ｂ】２点間計測による平均フローフロント速度を表すグラフで、無着色のＰＰを用いた流動速度の測定結果である。
【図８Ｃ】ＣＢ（カーボンブラック）の含有の有無によるＰＰへの着色の有無と、キャビティの厚さ２mm又は４mmの場合を組合せて、平均フローフロント速度に対するフローフロント速度を計測した結果である。
【図９】図７に示す測定装置を用いて、ＧＦＰＰ（ガラス繊維強化ＰＰ）について、異なるガラス繊維（ＧＦ）充填率の条件下での、射出率に対するフローフロント速度計測結果である。
【図１０】エジェクターピン型センサユニットを示す図である。
【符号の説明】
【００２１】
１  金型  
２  光ファイバセンサ  
２Ａ  センサ端面  
３  キャビティ  
４  キャビティ壁面  
１０  センサ部  
１１  演算処理ユニット  
１２  演算装置  
１３  判定装置  
１４  記憶装置  
１５  エジェクターピン
１００  流動速度計測装置  
Ｍ  成形用材料  
Ｆ  フローフロント  
Ｓ  センサ出力
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に、図１〜図８を参照して、本発明の成形用材料の流動速度計測方法及びこの方法が適用された流動速度測定装置について説明する。【００２３】
まず、図１Ａ及び図１Ｂは、本発明の実施形態に用いられる金型１と、この金型１に設置された直径Ｄの光ファイバセンサ２との取付け状態をモデル的に示す図である。金型１は、射出成形、圧縮成形、トランスファー成形等に使用されるものであって、この金型１内には、上下方向に一定の間隔を有するようにキャビティ３が形成され、このキャビティ３内にて成形用材料Ｍが矢印ａで示す方向に流動される。なお、このキャビティ３は、紙面と直交する方向に対して幅を有する板状に形成されている。【００２４】
光ファイバセンサ２は、下側のキャビティ壁面４に配置されており、キャビティ３の中心線３Ａに対して直交するように、下方から上方に向けてキャビティ３内にセンサ光が照射される。そして、キャビティ３に向けて下方から投射されたセンサ光は、成形用材料Ｍが無い状態では、対向する上側のキャビティ壁面４で反射した後、再び光ファイバセンサ２のセンサ端面２Ａへと戻ってくる。そして、光ファイバセンサ２は、その反射光量を受光、計測してこれを検出信号として出力する。ここで、図１Ａに示すように、成形用材料ＭのフローフロントＦが光ファイバセンサ２のセンサ端面２Ａに近づくと、フローフロントＦが光ファイバセンサ２からの投射光を遮り、その遮り方（フローフロントＦと光ファイバセンサ２との位置関係）によって、センサ出力（図２を参照）が変動する。【００２５】
図１Ａは、成形用材料ＭのフローフロントＦの先端が、光ファイバセンサ２の左端の延長線上に到達した状態を示す図であり、この状態に達した時間を「ｔ＝ｔ１」と仮定している。また、図１Ｂは、さらにフローフロントＦが矢印ａ方向に前進してセンサ端面２Ａに成形用材料のフロント樹脂が完全に接して覆い尽くした状態を示す図であり、この状態に達した時間を「ｔ＝ｔ２」と仮定している。まず、図１Ａに示すように、フローフロントＦの先端部がセンサ端面２Ａに到達する以前は、光ファイバセンサ２から投射される光は、対向する上側のキャビティ壁面４で反射した後、光ファイバセンサ２のセンサ端面２Ａに戻って来る。ここで図１Ａに光ファイバセンサ２から投射される光の開口角αが０の場合（図１Ａの開口角α＝０°の場合）、光ファイバセンサ２の投射光はキャビティ３の厚さ方向（矢印ｂで示す）に直進して、上側のキャビティ壁面４で反射した後、その反射光が、そのまま同じ経路を辿ってセンサ端面２Ａに入射する。一方、光ファイバセンサ２の特性により先の開口角αが０で無く、一定の角度を有している場合があり、このときには、点線で示すように光ファイバセンサ２の投射光は一定の広がりを持って、キャビティ３内を進むために、対向する上側のキャビティ壁面４で反射した反射光が、光ファイバセンサ２のセンサ端面２Ａに戻る比率が減少する。ここでフローフロントＦの先端部が、光ファイバセンサ２のセンサ端面２Ａの左端に到達した場合（図１Ａに示す場合）、開口角が０の光ファイバセンサ２では、その投射光がフローフロントＦの先端部に反射して、前記フローフロントＦを正確に捉えることができるが、開口角が一定の角度を有する光ファイバセンサ２では、その投射光が、フローフロントＦの先端部ではない曲面部（図１Ａに符号Ｆｗで示す）で反射して、その反射光がセンサ端面２Ａとは異なる方向に向けて進み、その結果、反射光が、光ファイバセンサ２のセンサ端面２Ａに戻る比率が低下する。このため、固有の開口角αを有する光ファイバセンサ２の特性に応じて、センサ出力又はセンサ出力に基づき演算される演算値に補正係数を乗じて補正する必要がある（後述する）。【００２６】
そして、このような光ファイバセンサ２の出力電圧の変化を示したのが図２である。図２は、センサ端面２Ａの領域をフローフロントＦの通過にともなって計測されたセンサ出力変化の事例である。成形用材料Ｍが光ファイバセンサ２を通過する前においては、ほぼ一定のセンサ出力があるが、その後、成形用材料Ｍの通過に伴ってセンサ出力が急激に変動を始め、大きな２つの上下のピークを示す変動を経た後に、再びほぼ一定値となるように回帰する出力変化が認められる。これは、最初の変動開始時間「ｔ１」と、その後の一様に回帰する変動終了時間「ｔ２」とが、成形用材料Ｍが光ファイバセンサ２のセンサ端面２Ａを通過することと関係している。【００２７】
すなわち、図２に示すように、フローフロントＦの先端部がセンサ端面２Ａの左端に到達した場合（図１Ａで示す状態）、その到達時間ｔ１からセンサ出力が低下し始める。光ファイバセンサ２のセンサ出力は、図２にｔ１とｔ２の間に示すように、光ファイバセンサ２の出力特性（ターゲットとなる成形用材料Ｍとの距離によってピークを示す出力特性）に起因して、下側と上側に２つのピークを形成する挙動を示す。その後、成形用材料Ｍが光ファイバセンサ２のセンサ端面２Ａに接触して、このセンサ端面２Ａを完全に覆いつくす時間ｔ２以後は、センサ出力の変動はなくなり、横ばいのセンサ出力を示す。また、成形材料の厚さによっては上述したピークを形成せずに、単調にセンサ出力が低下した後に、低下した値において光ファイバセンサの出力が安定する場合もある。
したがって、本実施形態においては、フローフロントＦの先端部がセンサ端面２Ａに達した際、センサ出力が低下する時刻ｔ１と、成形用材料Ｍが光ファイバセンサ２のセンサ端面２Ａに接触し、ファイバセンサの出力が安定する時刻ｔ２とにより、成形用材料Ｍの通過速度を算出する。【００２８】
なお、図１のモデルでは、フローフロントＦの速度に関係なく、フローフロントＦの断面形状は半円形状となると仮定している。そして、このような仮定の下で、上述したように光ファイバセンサ２のセンサ出力が低下し始める時間ｔ１は、フロントフロントＦの先端部がセンサ端面２Ａに到達した時間に対応したときであり、また、光ファイバセンサ２のセンサ出力変動が安定する時間ｔ２は、フローフロントＦが光ファイバセンサ２のセンサ端面２Ａと全面接触するときであると規定した場合に、フローフロントＦの通過速度（ｖ）は、フロント半径（ｒ）、ファイバ径（D）、経過時間（Δｔ＝ｔ１−ｔ２）と、以下のような関係にあると定めることができる。
式（１）  ｖ＝（Ｄ＋ｒ）／Δｔ【００２９】
ここで、上述した演算式（式１）は、図１Ａに示されるように、センサ端面２Ａからの投射光が直進（α＝０°）すると仮定して定められている。しかし、センサ端面２Ａからの光は、実際にはある開口角αを持って広がって投射される。このため、フローフロントＦが光ファイバセンサ２に接近する場合、光ファイバセンサ２の投射光の開口角領域を遮り始めるフローフロントＦの位置は、直進（α＝０°）すると仮定した場合よりもやや上流側に移動する。その結果、開口角αが大きくなるに従って、フロント半径を示す「ｒ」も大きくなり、計測されたｔ１、ｔ２に基づき、演算式（式１）で算出されるｖ値は、α＝０°の場合よりやや大きく示されることになる。このために、光ファイバセンサ２の開口角αに応じた、補正が必要となる。【００３０】
また、前述したように、フローフロントＦの断面形状は、半円形を仮定しているが、実際には射出速度によって微妙に変化することが知られており、フローフロントＦの先端形状に対応した補正も必要となる。一方、成形用材料Ｍが着色されているか否かによっても、先の演算式（式１）の計算結果は異なるものとなり、成形用材料の種類に応じた補正が必要となる。すなわち、各種条件（光ファイバセンサ２からの投射光の開口角α、フローフロントＦの断面形状、成形用材料Ｍの着色、充填材の種類と含有率など）に応じて、先の演算式（式１）の計算結果に、予め設定しておいた補正係数を乗じるなどの補正を行うようにすると良い。
また、上述の記載において、フローフロントの形状を半円形として演算を行うこととしているが、楕円関数、あるいは２次曲線など関数を用いて、フローフロントの形状を近似した演算式（上記式１の演算式に対応した）を生成して演算を行っても良い。【００３１】
そして、以上のような演算式（式１）を用いて、実際に成形用材料ＭのフローフロントＦの速度を算出するための方法を、図４のフローチャートを用いて具体的に説明する。【００３２】
（１）光ファイバセンサ２のセンサ出力の取り込みを開始した後（ステップ１）まず、金型１のキャビティ３内に充填された成形用材料ＭのフローフロントＦが、図１Ａに示すように、光ファイバセンサ２のセンサ端面２Ａの左端に到達した場合には、ほぼ定常値であった光ファイバセンサ２のセンサ出力（符号Ｓで示す）は、図２で示すように急激に低下する。このとき、センサ出力が急激に低下する変位点Ｓ１の時間を、第１の検出時間「ｔ１」として検出する。具体的には、この変位点Ｓ１は、図３で示すように、センサ出力Ｓの傾きを示す微分値（ｆ´（ｔ））が、予め定めておいたしきい値Ｎ１（例えば、Ｎ１＝−１００）を下回ったか否かを判定することで求めるようにする（ステップ２）。すなわち、センサ出力Ｓの傾きを示す微分値（ｆ´（ｔ））が、予め定めておいたしきい値Ｎ１（例えば、Ｎ１＝−１００）を下回らない場合に、成形用材料ＭのフローフロントＦが光ファイバセンサ２のセンサ端面２Ａの左端に未だ到達しないと判定し、また、予め定めておいたしきい値Ｎ１（例えば、Ｎ１＝−１００）を下回った場合に、成形用材料ＭのフローフロントＦが光ファイバセンサ２のセンサ端面２Ａの左端に到達したと判定し、このときの時間を、変位点Ｓ１を示す第１の検出時間ｔ１とするものである。【００３３】
（２）その後、成形用材料ＭのフローフロントＦが、光ファイバセンサ２のセンサ端面２Ａを通過するに従って、光ファイバセンサ２のセンサ出力Ｓは、下側と上側に２つのピークを形成する挙動が生じる。すなわち、センサ出力Ｓの大きな変動は、成形用材料ＭのフローフロントＦが、光ファイバセンサ２のセンサ端面２Ａを通過していることを意味するものであり、従って、この変動を検出することで、成形用材料ＭのフローフロントＦが、光ファイバセンサ２のセンサ端面２Ａを通過中であるか否かを検出する（ステップ３）。
具体的な処理としては、ステップ２の後で図３に示すように、センサ出力Ｓの傾きを示す微分値（ｆ´（ｔ））が、予め定めておいたしきい値Ｎ２（例えば、Ｎ２＝＋８０〜−８０）の範囲に一定時間あるか否かを監視し、しきい値Ｎ２の範囲内にない（つまり微分値の値が大きい）場合に、成形用材料ＭのフローフロントＦが、光ファイバセンサ２のセンサ端面２Ａを通過中と判断し、また、しきい値Ｎ２の範囲内にある（つまり収束に向かっている）場合に、成形用材料ＭのフローフロントＦが、光ファイバセンサ２のセンサ端面２Ａを通過して、図１Ｂに示す状態になったと判定する。そして、図１Ｂに達したセンサ出力Ｓが安定する時間を、変位点Ｓ２を示す第２の検出時間ｔ２とするものである。【００３４】
（３）上記（１）及び（２）で求めた第１の検出時間（ｔ１）、第２の検出時間（ｔ２）から経過時間（Δｔ＝ｔ１−ｔ２）を計算し、この経過時間（Δｔ）と、予め計測して設定しておいたフロント半径（ｒ）、ファイバ径（D）とから、先の演算式（式１）により成形用材料Ｍのフローフロント通過速度（ｖ）を計算する（ステップ４）。【００３５】
以上のような成形用材料の流動速度計測方法によれば、金型１内のキャビティ壁面４に設置されかつキャビティ３内を通過する成形用材料ＭのフローフロントＦに向けて光を投射する単一の光ファイバセンサ２のセンサ出力Ｓに基づき、そのセンサ出力Ｓが低下する第１の検出時間と、そのセンサ出力Ｓの変動がピークを越えて安定する第２の検出時間との差を示す経過時間（Δｔ）を計算し、この経過時間と、光ファイバセンサ２のファイバ径（Ｄ）及び成形用材料Ｍのフローフロント半径（ｒ）とから、演算式（式１）に基づき前記成形用材料ＭのフローフロントＦの通過速度（ｖ）を演算することができる（ステップ２〜ステップ４の処理）。そして、ここで演算された通過速度（ｖ）は、予め設定しておいた各種条件（光ファイバセンサ２からの投射光の開口角α、フローフロントＦの断面形状、成形用材料Ｍの着色、充填材の種類と含有率など）に応じて、予め設定しておいた補正係数を乗じるなどの補正を行うようにする。【００３６】
また、上述した成形用材料の流動速度計測方法では、光ファイバセンサ２からのセンサ出力に基づき演算された成形用材料のフローフロント通過速度（ｖ）が、予め定めた速度範囲を外れた場合に、成形不良と判定するようにし、これにより成形用材料のフローフロント通過速度の低下を検知することでショート、通過速度の上昇を検知することでバリといったトラブルを速やかに検出するようにしても良い。その際、上述したような光ファイバセンサ２は、図５に示すように、金型１のキャビティ壁面４の複数箇所（図５では2箇所）に一定の間隔をおいて設けても良い。そして、金型１のキャビティ壁面４の複数箇所にそれぞれ設けた光ファイバセンサ２からのセンサ出力Ｓに基づき、各光ファイバセンサ２設置箇所における成形用材料ＭのフローフロントＦの通過速度（ｖ）をそれぞれ演算し、演算された各光ファイバセンサ２の設置箇所でのフローフロントＦの通過速度（ｖ）が、予め定めた速度範囲を外れた場合に、成形不良と判定する。【００３７】
次に、上記の成形用材料の流動速度計測方法を適用した流動速度測定装置１００について説明する。この流動速度測定装置１００は、図６に示すように、この金型１のキャビティ壁面４に設置されてキャビティ３に向けて光を照射する直径Ｄの光ファイバセンサ２を有するセンサ部１０と、センサ部１０からの出力データを処理する演算処理ユニット１１とからなる。この演算処理ユニット１１は、光ファイバセンサ２のセンサ出力Ｓを取り込み、前記センサ出力Ｓを基にしてフローフロントＦの通過速度（ｖ）を演算する演算装置１２と、演算装置１２で算出したフローフロントＦの通過速度（ｖ）を基にして、金型１内に成形不良が発生しているか否かを判定する判定手段１３とを主な構成要素としている。【００３８】
センサ部１０は、図１Ａ及び図１Ｂで示した構成と同一であって、金型１のキャビティ３内を流動する成形用材料ＭのフローフロントＦに、光ファイバセンサ２から光を投射した後、その投射した光の反射光をセンサ端面２Ａで受光するものであって、前記センサ端面２Ａでの光の受光量に応じた出力ボルトを、センサ出力Ｓとして出力する。【００３９】
演算装置１２は、図４で示す処理フローが予め設定され、この処理フローに基づき先に説明した演算処理を実行する。なお、この演算処理で使用されるフローフロントＦの通過速度（ｖ）の演算式（式１）、光ファイバセンサ２のファイバ径（Ｄ）、成形用材料Ｍのフローフロント半径（ｒ）といったデータは、符号１４で示す記憶装置に予め記憶しておく。また、この演算装置１２では、記憶手段１４に別途記憶した補正係数（光ファイバセンサ２からの投射光の開口角α、フローフロントＦの断面形状、成形用材料Ｍの着色、充填材の種類と含有率などの条件に応じて各種設定しておく）に応じて、先の流速演算式（式１）で計算したフローフロントＦの通過速度（ｖ）を補正すると良い。【００４０】
判定装置１３は、演算装置１２で演算したフローフロントＦの通過速度（ｖ）に基づき、成形不良が発生しているか否かを判定するものである。具体的には、フローフロントＦの通過速度（ｖ）が既定値より低下した場合にショートと判定し、通過速度（ｖ）が既定値より上昇した場合にバリが発生すると判定し、この判定結果に基づき成形時のトラブルを速やかに検出することができる。なお、この既定値は先の記憶装置１４に記憶しておくと良い。また、このような成形不良の判定は、図５に示すように、金型１のキャビティ壁面４の複数箇所に光ファイバセンサ２を配置し、これら複数の光ファイバセンサ２のセンサ出力Ｓに基づき、光ファイバセンサ２の各設置箇所における成形用材料ＭのフローフロントＦの通過速度（ｖ）をそれぞれ演算し、それぞれの通過速度（ｖ）が適正か否かを判定しても良い。また、このような判定装置１３を設けることは必須ではなく、演算装置１２で演算したフローフロントＦの通過速度（ｖ）をそのまま出力しても良い。【００４１】
次に、本発明の流動速度測定装置１００を実際に用いた計測例について図７を参照して説明する。この図７は、計測に用いたキャビティ３の形状を具体的に示すものである（センサの長軸方向から見た図）。キャビティ３は、幅３０mm、長さ８５mm、厚さ２mm又は４mmの矩形状（２種類の厚さを用意）で、キャビティ３の中心線３Ａに沿って、ゲート３Ｂから４５mm、６０mmの位置に直径０．５mmの光ファイバセンサ２が埋め込まれている（それぞれｃｈ１、ｃｈ２と呼称する）。成形用材料Ｍの樹脂には、無着色ならびに黒色に着色したPP（プライムポリプロJ−３０５４HP、（株）プライムポリマー）を使用した。成形では樹脂温度を２２０℃に、金型１温度を５０℃とした。ここでは射出率を6段階（５、１０、２０、４０、６０、８０cm3／ｓ）に変化させて、フローフロントＦの通過時のｃｈ１、ｃｈ２それぞれのフローフロントＦの通過速度（ｖ）を求め（演算装置１２の演算結果による）、この通過速度（ｖ）を、基準値（図８にＶ１で示す）と比較し、これら値がどれだけ相違しているかにより、流動速度測定装置１００が計測した通過速度（ｖ）の精度を検証した。【００４２】
この結果を、図８Ａ及び図８Ｂに比較して示す。図８Ａは成形用材料Ｍとして着色したＰＰを使用した場合の計測結果、図８Ｂは成形用材料Ｍとして着色していないＰＰを使用した場合の計測結果で、キャビティ３の厚さを２mmと４mmにして、光ファイバセンサ２のｃｈ１、ｃｈ２にてフローフロントＦの通過速度（ｖ）をそれぞれ計測した。何れの場合も、各プロットは以下を表す。●：ｃｈ１、キャビティ３の厚さ４ｍｍ、□：ｃｈ２、キャビティ3の厚さ４ｍｍ、△：ｃｈ１、キャビティ３の厚さ２ｍｍ、◇：ｃｈ２、キャビティ３の厚さ２ｍｍ。そして、これらｃｈ１、ｃｈ２で計測したフローフロントＦの通過速度（ｖ）を参照して分かるように、いずれの板厚、射出率でのｃｈ１、ｃｈ２の測定結果もほぼ一つの直線状（いずれも点線で示す）に乗り、特に着色樹脂では基準値Ｖ１に近似した測定結果を示している。そして、これらの測定結果（点線で示す）はいずれも比例関係を示し、基準値Ｖ１に対して僅かな傾きの差しかないことから、これらｃｈ１、ｃｈ２で計測したフローフロントＦの通過速度（ｖ）に、実験に基づき事前に求めた樹脂の特性に応じた補正係数を乗じることにより、フローフロント速度を高精度に計測できることが可能となる。尚、成形材料Ｍとして着色していないＰＰを使用した場合の計測結果は、測定精度の向上により、後日、図８Ｃに示すような、ＰＰへの着色が無い場合でも、基準値Ｖ１に近似した測定結果が得られている。図８Ｃは、ＣＢ（カーボンブラック）の含有の有無によるＰＰへの着色の有無と、キャビティの厚さ２mm又は４mmの場合を組合せて、フローフロント速度を計測した結果である。図８Ｃの縦軸（フローフロント速度）は、ｃｈ２を用いた場合である。各プロットは以下を表す。●：キャビティ３の厚さ４ｍｍ、ＣＢ含有、■：キャビティの厚さ２ｍｍ、ＣＢ含有、○：キャビティ３の厚さ４ｍｍ、ＣＢ含有無、□：キャビティ３の厚さ２ｍｍ、ＣＢ含有無。
更に、図７に示す測定装置を用いて、ＧＦＰＰ（ガラス繊維強化ＰＰ）について、異なるガラス繊維（ＧＦ）充填率でのフローフロント速度計測を行った。縦軸（フローフロント速度）は、ｃｈ２を用いた場合である。各ＧＦ充填率（１０重量％、２０重量％、３０重量％）でのフローフロント速度比較を図９に示す。尚、各プロットは以下を示す。●：ガラス繊維充填率１０重量パーセント、□：ガラス繊維充填率２０重量パーセント、▲：ガラス繊維充填率３０重量パーセント。ＧＦＰＰでは、図８Ｃに示すような無充填材に比べて波形の再現性が低く示された。また、図９からＧＦ充填率が高くなるほど出力が低下する傾向が認められた。本手法は、フローフロント断面形状を半円形として仮定しているため、フローフロント形状が異なると誤差が大きくなる。金藤、横井、成形加工シンポジア’０４，４９（２００４）（非特許文献１）からＧＦ高充填率材では、フローフロント先端部に繊維の滞留層が形成すること、非対称な湧き出し流れが生成することが明らかになっている。これより、ＧＦＰＰでは繊維充填率が高くなるほどフローフロント先端領域の繊維滞留層によってフローフロントが大きくせりだし、フローフロント長（図１Ａに示す半円形状のフローフロントＦの半径に相当）が長くなると考えられる。この結果、ｔ２に時間遅れが生じて速度が低く算出されたものと推察された。また、非対称な湧き出し流れに起因して再現性が低下したものと考えられた。しかしながら、いずれのＧＦ充填率でも射出率とフローフロント速度は比例関係にあることが明らかであることから、各種条件下の実験値とセンサ出力から算出された速度との比較データに基づき補正処理をすることで、誤差要因が大きいＧＦＰＰでもフローフロント速度のモニタが可能であることが示唆された。【００４３】
以上詳細に説明したように本実施形態に示した成形用材料の流動速度計測装置１００では、キャビティ３内を通過する成形用材料ＭのフローフロントＦに向けて光を投射する単一の光ファイバセンサ２を、金型１内のキャビティ壁面４に設置し、演算装置１２において、前記光ファイバセンサ２のセンサ出力Ｓに基づき、そのセンサ出力Ｓが低下する第１の検出時間（ｔ１）と、そのセンサ出力Ｓの変動がピークを越えて安定する第２の検出時間（ｔ２）との差を示す経過時間（Δｔ）を計算し、この経過時間（Δｔ）と、光ファイバセンサ２のファイバ径（Ｄ）及び成形用材料Ｍのフローフロント半径（ｒ）とから、演算式（式１）により前記成形用材料ＭのフローフロントＦの通過速度（ｖ）を演算する。そして、このような演算装置１２での演算によって、従来のように２点以上のセンサ組み込みを必要とせず、また可視化金型のようなガラス等を組み込んだ特殊な金型を必要とせずに、単一の光ファイバセンサ２のセンサ出力Ｓに基づき金型１内における成形用材料Ｍの流動速度を算出することが可能となって、センサ部分を大幅に小型化することが可能となる。【００４４】
また、上記成形用材料Ｍの流動速度計測装置１００では、演算装置１２に、演算した成形用材料ＭのフローフロントＦの通過速度（ｖ）を、成形条件（材料着色、フローフロントの形状、センサ開口角α、充填材の種類と含有率などの条件）に応じて補正する補正データが記憶された記憶装置１４をさらに設け、前記演算装置１２では、この記憶装置１４の補正データに基づき、前記演算した成形用材料ＭのフローフロントＦの通過速度（ｖ）を適正値に補正するようにしたので、先の通過速度（ｖ）を、誤差を最小限に抑えて高い精度で求めることができる。【００４５】
また、上記成形用材料Ｍの流動速度計測装置１００では、演算装置１２にて、金型１のキャビティ壁面４に設けた光ファイバセンサ２から出力されたセンサ出力に基づき成形用材料Ｍのフローフロント通過速度（ｖ）を演算した後、判定装置１３にて、演算装置１２で演算した成形用材料Ｍのフローフロント通過速度（ｖ）が、予め定めた速度範囲を外れた場合に、成形不良と判定するようにした。これによって成形用材料Ｍのフローフロント通過速度（ｖ）の低下を検知することでショート、通過速度の上昇を検知することでバリといったトラブルを速やかに検出することができる。【００４６】
尚、本流動速度計測装置１００を金型１に装填するに当たり、図１０に示すエジェクターピン１５や、その他シャンク付きインサートピン、インサートブロックなどの金型部品内に（或いは金型部品形状と同一或いは類似形状とした部品内に）、前記キャビティ壁面に露出する前記金型部品の端面に前記光ファイバセンサ２の端面２Ａが露出するように、前記光ファイバセンサ２を直接装填してセンサユニットを製作し、このセンサユニットを金型内へ装填しても良い。
このようにセンサをユニット化することで、前記金型キャビティやランナー等に直接前記光ファイバセンサを埋設するなどの加工を施すことなく、前記センサユニットを挿入することで容易に本計測方法を測定対象とする金型に適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明によれば、２点以上のセンサ組み込みを必要とせず、可視化金型のようなガラス等を組み込んだ特殊な金型を必要とせずに、小型の単一のセンサで容易に、金型内における成形用材料の流動速度を計測することが可能な成形用材料の流動速度計測方法及び流動速度計測装置の提供が可能である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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