(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
二個以上の検知手段を、キャビティ内での位置を認識し得るように、キャビティの内壁面に沿って設けられる一個の部品内に所定の配置で設け、認識しているキャビティ内での各検知手段の配置と各検知手段にて検知された材料の通過時間の差から、前記キャビティ内を流動する材料の流動状態を検知することを特徴とする成形型用材料流動センサ。
【請求項２】
前記検知手段は、前記キャビティをなす成形型が相対的に分離する際に、前記キャビティにて成形された成形品を先端で押して前記成形型から突き出すエジェクタピンの先端にあらわれる如く配されたことを特徴とする請求項１に記載の成形型用材料流動センサ。
【請求項３】
前記検知手段は、棒状に形成され、前記エジェクタピンの先端に自己の先端をあらわして棒軸方向に摺動可能に設けられて、前記キャビティ内を流動する材料の圧力が先端に加わる棒状部と、
該棒状部の基端側に固定されて前記棒状部に加わる加重により弾性的に変形する起歪部と、
該起歪部に発生する変形を検知する歪み検知素子と、
を具備したことを特徴とする請求項２に記載の成形型用材料流動センサ。
【請求項４】
前記検知手段が三個の検知手段で構成され、三個の検知手段は、それぞれが他の二個の検知手段に対して等間隔となるように一個の部品内に所定の配置で設けられて前記キャビティの内壁面に沿って配されていることを特徴とする請求項１〜請求項３の何れかに記載の成形型用材料流動センサ。
【請求項５】
前記検知手段が二個の検知手段で構成され、前記二個の検知手段は、材料の流れ方向に沿って所定間隔をおいて配されていることを特徴とする請求項１〜請求項３の何れかに記載の成形型用材料流動センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、成形型のキャビティ内に充填された材料の流動状態を検出することのできる成形型用材料流動センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
射出成形等において、成形金型のキャビティ内に充填された材料（例えば樹脂）の流れ、及び流れの方向や速度等の流動性を把握することは、安定した成形を行うための最も重要な要素とされている。また、成形品の外観にあらわれる不良現象は、キャビティ内の流動速度を制御することによって改善できることも知られている。
一般的な、キャビティ内の流動速度の制御は、射出機における送り出し速度（シリンダ速度）により行う。また、精密成形の分野では、材料流動解析ソフトを用い、材料の流れの速度や方向の解析を行って金型設計に反映させている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、射出機におけるシリンダ速度の制御によるキャビティ内の材料流動速度の制御は、キャビティ形状が単純な成形金型であれば可能であるが、キャビティ形状が複雑な成形金型では材料の流動が複雑となるため、シリンダ速度の制御だけではキャビティ内の流動速度を十分に制御することができない場合がある。
【０００４】
また、上記のような複雑なキャビティ形状の成形金型を、材料流動解析ソフトを用いて設計しても、成形金型内の流動現象を実測しないと、解析結果を評価することが困難である。
【０００５】
ところで、キャビティ形状が複雑な成形金型であっても、キャビティ内の流動状態を実測し、良質の成形が行われた際の成形条件を再現することができれば、不良品を減少させて、常に良質の成形を行うことが可能となる。そこで、キャビティ内の流動状態を実測する各種センサ類（例えばキャビティ内を流動する材料の圧力を検出するセンサ）を成形金型に取り付けることが考えられるが、成形金型に特別な孔加工及び溝加工を施さなければないので、手間及びコストがかかり、採用しにくい。
【０００６】
そこで本発明は、上記課題を解消するために、キャビティ内の材料の流動状態を実測でき、且つ、その施工を容易にすることができる成形型用材料流動センサを提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明による請求項１に記載された成形型用材料流動センサは、二個以上の検知手段を、キャビティ内での位置を認識し得るように、キャビティの内壁面に沿って設けられる一個の部品内に所定の配置で設け、認識しているキャビティ内での各検知手段の配置と各検知手段にて検知された材料の通過時間の差から、前記キャビティ内を流動する材料の流動状態を検知することを特徴としている。
【０００８】
請求項２に記載された成形型用材料流動センサでは、請求項１に記載の成形型用材料流動センサにおいて、前記検知手段は、前記キャビティをなす成形型が相対的に分離する際に、前記キャビティにて成形された成形品を先端で押して前記成形型から突き出すエジェクタピンの先端にあらわれる如く配されたことを特徴としている。
【０００９】
請求項３に記載された成形型用材料流動センサでは、請求項２に記載の成形型用材料流動センサにおいて、前記検知手段は、棒状に形成され、前記エジェクタピンの先端に自己の先端をあらわして棒軸方向に摺動可能に設けられて、前記キャビティ内を流動する材料の圧力が先端に加わる棒状部と、
該棒状部の基端側に固定されて前記棒状部に加わる加重により弾性的に変形する起歪部と、
該起歪部に発生する変形を検知する歪み検知素子と、
を具備したことを特徴としている。
【００１０】
請求項４に記載された成形型用材料流動センサでは、請求項１〜請求項３の何れかに記載の成形型用材料流動センサにおいて、前記検知手段は三個の検知手段で構成され、それぞれが他の二個の検知手段に対して等間隔となるように一個の部品内に所定の配置で設けられて前記キャビティの内壁面に沿って配されていることを特徴としている。
【００１１】
請求項５に記載された成形型用材料流動センサでは、請求項１〜請求項３の何れかに記載の成形型用材料流動センサにおいて、前記検知手段が二個の検知手段で構成され、前記二個の検知手段は、材料の流れ方向に沿って所定間隔をおいて配されていることを特徴としている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して具体的に説明する。
図１は成形型Ｂの断面図である。なお、本実施の形態では、成形型Ｂとして射出成形機における金型を例にして説明する。この成形型Ｂは、成形機の固定側ホルダに取り付けられる固定側取付板１０と、成形機の可動側ホルダに取り付けられる可動側取付板１１とを有している。固定側取付板１０には、雌型であるキャビティ１２ａを有する固定側型板１２が取り付けられている。可動側取付板１１には、雄型となるコア１３ａを有する可動側型板１３が、受け板１４とスペーサブロック１５を介して取り付けられている。
【００１３】
上記成形型Ｂは、固定側型板１２と可動側型板１３との間で分割可能とされている。具体的には、成形機の可動側ホルダの動きに合せ、可動側型板１３が板面に垂直な方向に沿って固定側型板１２に対して移動し、これによって固定側型板１２と可動側型板１３との間の開閉が行われる。また、固定側型板１２には、ガイドブシュ１９が設けられ、可動側型板１３には、ガイドポスト１８が設けられている。ガイドポスト１８は、ガイドブシュ１９に摺動可能に挿入されている。そして、固定側型板１２と可動側型板１３との間の開閉は、このガイドブシュ１９とガイドポスト１８によって案内されるので、固定側型板１２と可動側型板１３との間が閉じた時に、キャビティ１２ａとコア１３ａとが正確な位置関係で組み合わされることとなる。
【００１４】
前記固定側取付板１０には、成形機のシリンダのノズルから成形型Ｂ内に溶融した樹脂等の材料を注入する際の経路となるスプル１６と、成形型Ｂを成形機のシリンダのノズルに取り付ける際の位置決め手段となるロケートリング１７とが取り付けられている。
【００１５】
可動側取付板１１の下側には、エジェクトプレート２１が設けられている。エジェクトプレート２１には、成形型Ｂが開いた時にコア１３ａから突き出して、コア１３ａ側にある成形品を型の外に突き出すためのエジェクタピン２４が設けられている。また、エジェクトプレート２１には、成形型Ｂが閉じた時にエジェクトプレート２１を所定位置に復帰させることによって、エジェクタピン２４を引っ込めるためのリターンピン２２が設けられている。なお、図１中２４ａは、エジェクタピンであるが、このエジェクタピン２４ａはスプル１６内に成形されたランナーを成形品とともに突き出すものである。
【００１６】
エジェクタピン２４（２４ａ）は、図２（ａ），（ｂ）及び図３に示すように、成形品（ランナー）を突き出す如く平坦且つ略円形の先端を有したスリーブ部３０を有している。また、スリーブ部３０の後端には、スリーブ部３０よりも大径とされた段部３１が設けられている。
【００１７】
スリーブ部３０には案内部３２が穿設されている。案内部３２は、スリーブ部３０の先端部にて開口し、スリーブ部３０の後端に通じる略円形の内径をなしている。また、案内部３２は、スリーブ部３０に対して三個設けられ、スリーブ部３０の先端部において、それぞれが他の二個に対して等間隔となる正三角形の頂点に位置する如く配されている。
【００１８】
段部３１の内部には、案内部３２と連通した収納室３３が設けられている。この収納室３３は、下面が開口しているが、円形の蓋体３４で閉じられている。そして、前記各案内部３２及び収納室３３には、検知手段３５が配されている。
【００１９】
検知手段３５は、図２（ａ），（ｂ）及び図３に示すように、スリーブ部３０における各案内部３２内に収納された棒状部３６と、段部３１における収納室３３内に収納された起歪部３７及び歪み検知素子３８とからなる。
【００２０】
棒状部３６は、各案内部３２に対応して三個設けられ、それぞれ案内部３２内を自己の棒軸方向に摺動可能となるように、案内部３２の内径に沿って断面略円形に形成されている。そして、各棒状部３６の先端は、それぞれ案内部３２の先端の開口３２ａから、キャビティ１２ａ内に臨んでいる。また、棒状部３６の先端と案内部３２の先端は、実質的に同一平面を構成している。三個の棒状部３６は、上述した各案内部３２の配置から、前記同一平面において、それぞれが他の二個の棒状部３６に対して等間隔となるように配されている。さらに、各棒状部３６の後端には、収納室３３内に延出された略半球形の押圧子３６ａが一体に形成されている。
【００２１】
起歪部３７及び歪み検知素子３８は対をなし、各棒状部３６に対応して三個設けられて収納室３３内に配されている。
起歪部３７は、各棒状部３６に対応して対向する一対の支持部３７ａと、各支持部３７ａ上を跨ぐ梁部３７ｂとを有する断面略コ字状の部品である。この起歪部３７は、収納室３３を閉じる蓋体３４の内面に対して支持部３７ａを介して置かれ、梁部３７ｂの上面略中央に対して各棒状部３６の後端にある押圧子３６ａの下端部が接触するように固定されている。起歪部３７の梁部３７ｂは、棒状部３６に加わる荷重を受けて弾性的に変形し、支持部３７ａはこの荷重を支える。このため、起歪部３７は、必要な安全率は見込める強度の材質で一体に形成されている。
【００２２】
歪み検知素子３８は、各起歪部３７における梁部３７ｂの下面略中央に設けられている。この歪み検知素子３８は、棒状部３６に加わる荷重を受けた梁部３７ｂの弾性的な変形を検知する素子である。また、歪み検知素子３８は、各棒状部３６の直下にあって、上述の如く配された棒状部３６の配置と同様に、それぞれが他の二個の歪み検知素子３８に対して等間隔となるように配されている。歪み検知素子３８は、図４に示すように、所定電圧が加えられたブリッジ回路４０をなす抵抗体の一つとして構成されている。該抵抗体に弾性的な変形が生じると、ブリッジ回路４０内の抵抗比が可変して歪み検知素子３８（抵抗体）の歪み量に対応する歪み信号を出力する。ブリッジ回路４０の後段の増幅器４１では、前記歪み信号を検出し、処理手段４２に対して増幅信号を出力する。処理手段４２では、入力された増幅信号に基づいて演算処理を行う。このように、歪み検知素子３８は、抵抗線の弾性的な変形による抵抗値の可変を電圧の変化として出力する抵抗線歪みゲージとして用いることができる。
【００２３】
以上の構成における作用を説明する。
材料を成形型Ｂに射出する工程において、キャビティ１２ａ内に溶融した材料が射出されると、エジェクタピン２４（２４ａ）の先端に材料の圧力が加わる。各棒状部３６の先端に材料の圧力が加わり、棒状部３６に下向きの荷重がかかると、棒状部３６は起歪部３７の梁部３７ｂを下向きに押す。各支持部３７ａに支えられた梁部３７ｂの上面略中央に荷重がかかると、梁部３７ｂが撓み歪み検知素子３８がその歪み量に対応した信号を上記の如く処理手段４２に出力する。
【００２４】
処理手段４２での演算処理は以下のように行われる。
まず、図５に示すように、三個の歪み検知素子３８（Ｓ1 ，Ｓ2 ，Ｓ3 ）は、上述の如く、それぞれが他の二個の歪み検知素子３８に対して等間隔Ｐとなるように配されている。つまり、三個の歪み検知素子３８は、正三角形の各頂点に位置する如く配されている。また、歪み検知素子３８の一つ（Ｓ1 ）は、該歪み検知素子３８（Ｓ1 ）と前記正三角形の中心Ｏを通る中心線Ｙに対して直交する基準線Ｘにおける、中心線Ｙとの交点に位置する如く設定されている。すなわち、基準線Ｘに対し、歪み検知素子３８（Ｓ1 ）から歪み検知素子３８（Ｓ2 ）、あるいは歪み検知素子３８（Ｓ1 ）から歪み検知素子３８（Ｓ3 ）の間を結ぶ辺の角度は、６０°となる。この検知素子３８の配置データは、処理手段４２に有している。
【００２５】
このように配された各歪み検知素子３８（Ｓ1 ，Ｓ2 ，Ｓ3 ）に対し、上述の如く棒状部３６を介して材料の圧力が検知される。この際、図５（ａ），図５（ｂ）に示す如く、材料が歪み検知素子３８（Ｓ1 ）、歪み検知素子３８（Ｓ2 ）、歪み検知素子３８（Ｓ3 ）の順で通過したとする。この時の基準線Ｘに対する材料の流れ方向θは、各歪み検知素子３８（Ｓ1 ，Ｓ2 ，Ｓ3 ）間の配置（距離）と、各歪み検知素子３８（Ｓ1 ，Ｓ2 ，Ｓ3 ）が検知している材料の通過した時間差から、以下の計算式によって算出される。
【００２６】
【数１】
0004042223.tif 000002
【００２７】
また、上記計算式によって算出された材料の流れ方向θと上記時間差から、以下の計算式によって材料の速度Ｖが算出される。
【００２８】
【数２】
0004042223.tif 000003
【００２９】
仮に、Ｐ＝３mm，ｔ1 ＝２sec ，ｔ2 ＝４sec ，ｔ3 ＝７sec の時、材料の流れ方向θ＝３６．９°、材料の速度Ｖ＝０．５８９mm／sec となる。
【００３０】
また、各歪み検知素子３８は、抵抗線歪みゲージとして構成されており、予め処理手段４２に、各歪み検知素子３８からの出力とキャビティ１２ａ内の圧力との関係を示すデータを有するようにしていれば、曲げモーメントの計算式により棒状部３６にかかった荷重が求められ、キャビティ１２ａ内の圧力が算出される。この圧力の検知は、流動する材料の先端部を検知する他、連続した圧力の変化の検知をするとが可能である。
【００３１】
なお、成形完了後は、適当な冷却時間が経過したら、可動側型板１１と固定側型板１２との間が開いて成形品が取り出される。その際には、エジェクタピン２４（２４ａ）の先端の全面積が成形品の突き出しに関与する。すなわち、略同一平面を構成している棒状部３６とスリーブ部３０の各先端が成形品に接触することで、成形品に必要な押圧力を与える。
【００３２】
このように、上述した成形型用材料流動センサによれば、三個の検知手段３５を、所定の配置（正三角形の配置）を構成する如くエジェクタピン２４（２４ａ）の先端にユニット化して配し、キャビティ１２ａ内に臨むように設けたことにより、この各検知手段３５を通過する材料の流れ方向、速度、圧力を容易に実測することが可能となる。
【００３３】
したがって、キャビティ１２ａの形状が複雑な成形型Ｂであっても、キャビティ１２ａ内の流動状態を実測でき、これにより、良質の成形が行われた際の成形条件を容易に再現することが可能となるため、不良品を減少させて、常に良質の成形を行うことができる。
【００３４】
また、各検知手段３５がエジェクタピン２４（２４ａ）に収納される如くエジェクタピン２４（２４ａ）と一体とされているので、成形型Ｂに特別な加工を施すことなく、既存のエジェクタピンに替えるだけでよく、その設置を容易とすることができる。さらに、各検知手段３５がエジェクタピン２４（２４ａ）と一体とされていることにより、その測定点を簡単に増すことができる。これらによってキャビティ１２ａ内の各部の流動状態を精密に把握することが可能となる。
【００３５】
なお、上述した実施の形態において、ユニット化された三個の検知手段３５（歪み検知素子３８）は、正三角形の配置を構成する如く設けられているが、この限りでなく、各検知手段３５の位置関係が分かる所定の配置であって、キャビティ１２ａ内において各検知手段３５の位置を認識し得るようにすれば、各検知手段３５間の配置（距離）と、各検知手段３５にて検知した材料が通過した時間差から、上述した計算式を応用することによって材料の流動状態を把握することが可能である。
【００３６】
また、上述した実施の形態では、エジェクタピン２４（２４ａ）に対し、三個の検知手段３５をユニット化した構成であるが、図６に示すように、上述した検知手段３５と同様の構成の二個の検知手段３５をエジェクタピン２４（２４ａ）に対してユニット化して配してもよい。この場合、材料の流れ方向に沿って二個の検知手段３５を所定間隔Ｐをおいて配するようにし、（ｔ1 −ｔ2 ）／Ｐの計算式によって平均速度Ｖの算出が可能である。また、キャビティ１２ａ内の圧力の算出もできる。ゆえに、二個の検知手段３５を用いる場合は、材料の流れ方向が判断できる細い流路を構成するキャビティ１２ａの部位への採用が適しており、検知手段３５の数を減少させることができる。
【００３７】
また、上述した二個乃至三個の検知手段３５をユニット化したエジェクタピン２４（２４ａ）には、例えば段部３１等の表面位置に基準位置を外観から判断できる切り欠き等を設けておくとよい。これによれば、エジェクタピン２４（２４ａ）を取り付ける（取り替える）際に、キャビティ１２ａ内における各検知手段３５の位置を認識できる位置に容易に決めることが可能となる。
【００３８】
また、上述した歪み検知素子３８は圧電変換素子も使用できる。一般に圧電変換素子は、半導体である２層の硫化モリブデンを銀の上部電極下部電極によって挟み、全体をポリイミド等の絶縁体によって被覆し、両電極からそれぞれ端子を導出した構造となっている。その場合の検知手段３５は、荷重を受けた棒状部３６の下端が、収納室３３内に設けた圧電変換素子を押圧して信号を出力するような構造にする。スリーブ部３０やスリーブ部３０に案内される棒状部３６の構造は前述した例と同一である。
【００３９】
さらに、上述した二個乃至三個の検知手段３５は、棒状部３６、起歪部３７及び歪み検知素子３８（圧電変換素子）を有した構成であるが、これに限ることはない。具体的には、歪み検知素子３８に替えて、ピエゾ型の圧力検出素子や、音波の伝達の有無から材料の通過の検知をする超音波検知素子や、光の透過状態から材料の通過の検知をする光学式検知素子、あるいは温度の変化から材料の通過の検知をする温度検知素子などを用い、これらを、棒状部３６、起歪部３７を介することなくエジェクタピン２４（２４ａ）の先端に上記所定の配置であらわれる如く構成することが考えられる。
【００４０】
また、上述した検知手段３５は、二個乃至三個をエジェクタピン２４（２４ａ）以外の部品を以てユニット化してもよい。すなわち、鋳造における鋳型等のようにエジェクタピン２４（２４ａ）を使用しない成形型において、材料（溶金等）の流動状態を把握する際に適宜ユニット化された検知手段３５を採用する。このように、本発明によれば、材料の種類や、成形型の種類に限定されることなく、成形型内の材料の流動を実測できる。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明による成形型用材料流動センサは、二個以上の検知手段がキャビティ内を流動する材料の通過を検知することにより、認識しているキャビティ内における各検知手段の配置と、各検知手段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、速度等の流動状態を把握することができる。また、前記検知手段は、ユニット化されているので成形型へ設置する際の位置決めが容易となる。
【００４２】
また、前記検知手段をエジェクタピンを以てユニット化したことにより、成形型に特別な加工を施さずに既存のエジェクタピンに替えるだけでよく、その設置を容易とすることができる。さらに、各検知手段がエジェクタピンに一体とされているので、測定点を簡単に増すことができる。これらによってキャビティ内の各部の材料の流動状態を精密に把握できる。
【００４３】
また、エジェクタピンを以てユニット化された検知手段を、エジェクタピンの先端部にてキャビティ内の圧力が加わる棒状部と、棒状部を介して棒状部の圧力を受ける起歪部と、起歪部の歪み量を検知する歪み検知素子とで構成すれば、材料の流れ方向や速度の算出に加え、瞬間的あるいは連続した材料の圧力の算出も行うことができる。この構成は、歪み検知素子はキャビティ内に表出していないため、エジェクタピンによる成形品の突き出しの際の押圧力が直接歪み検知素子にかかることがなく、検知手段としての耐久性が高い。
【００４４】
また、三個の検知手段を用いた場合、それぞれが他の二個の検知手段に対して等間隔となるように前記キャビティの内壁面に沿って配すれば、容易な計算式を以てキャビティ内の材料の流動状態を把握することが可能となる。
【００４５】
また、二個の検知手段を用いた場合、材料の流れ方向が判断できるキャビティの部位への採用が適しており、検知手段の数を減少させることができる。
【００４６】
このように、本発明による成形型用材料流動センサでは、キャビティ内の材料の流動状況を実測できるため、複雑な形状のキャビティを使用する場合でも、材料の充填速度（射出成形の場合にはシリンダ回転速度）や保圧力、保圧力時間等の条件を随時補正できるため、安定した成形を行うことが可能となる。これは、不良成形を減少させて材料の節約につながる。
また、材料の流れ方向と速度を測定することで、解析ソフト等でシミュレーション結果との比較検証も可能となるため、成形型の設計評価や不良現象の解析に有効である。これは、成形型を設計し、成形品の量産をするまでの成形サイクル時間の短縮につながる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかる成形型の断面図。
【図２】（ａ）本発明の実施の形態にかかるエジェクタピンの平面図。
（ｂ）図２（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図。
【図３】本発明の実施の形態にかかる検知手段の斜視図。
【図４】本発明の実施の形態にかかる歪み検知素子と歪み検出を行う回路図。
【図５】（ａ）（ｂ）演算処理の解析図。
【図６】他の実施の形態を示す概略平面図。
【符号の説明】
１２ａ…キャビティ、２４，２４ａ…エジェクタピン、３５…検知手段、３６…棒状部、３７…起歪部、３８…歪み検知素子、Ｂ…成形型。
【図１】
0004042223.tif 000004
【図２】
0004042223.tif 000005
【図３】
0004042223.tif 000006
【図４】
0004042223.tif 000007
【図５】
0004042223.tif 000008
【図６】
0004042223.tif 000009