JP7471970B2 - 金型合わせ面の汚れ検知装置および金型合わせ面の汚れ検知方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、金型合わせ面の汚れ検知装置および金型合わせ面の汚れ検知方法に関する。

従来、金型を利用した樹脂成形を行う場合、加熱された溶融樹脂が金型に形成された成形領域（キャビティとコアで形成する空間領域）内で硬化する際に溶融樹脂に含まれるガス成分が排出されることが知られている。発生したガスは、金型に形成されたガスベントや金型を構成する複数の部品の組合せ面（隙間）から排出されるようになっているが、排出の過程でガス成分が凝縮して成形領域面（キャビティ面、コア面）等に残留してしまう場合がある。成形領域面でガス成分が凝縮し残留すると、成形品に凝縮物の形状が転写されてしまったり、成形品の離型性が低下してしまったり、金型の破損を招いたり等の不具合の原因になる場合がある。そのため、定期的に金型のメンテナンス（清掃や洗浄等）が行われている。そして、適切なタイミングで効率的なメンテナンスが行えるように、メンテナンスの時期を推定する技術が種々提案されている。

特開平８－１７２５号公報 特開２０００－７１３０２号公報 特開２０１８－７９６１８号公報 特開２００３－３４０８７５号公報

しかしながら、従来の推定技術は、ガスベントの詰まりを測定したり、成形品を離型させるためのイジェクトピンの挙動を観察したりして、金型の表面の汚れ（凝縮したガス成分による残留物の有無等）を間接的に検知してメンテナンス時期を推定するものであった。また、金型の表面の状態を光学的に評価する技術も提案されているが、金型の表面（合わせ面）の状態は、金型ごとに異なるため、評価精度が不安定であったり、精度が低かったりするという問題がある。

そこで、本発明の課題の一つは、金型の表面（合わせ面）の状態が直接的に評価できるとともに、より高精度の評価ができる、金型合わせ面の汚れ検知装置を提供することを目的の一つとする。

実施形態の金型合わせ面の汚れ検知装置は、例えば、センサ部と、反射部と、処理部とを備える。センサ部は、第一の面を備える第一の型と第一の面と対面する第二の面を備える第二の型とが閉動作した際に第一の面と第二の面とで成形領域を形成する金型における第一の面の成形領域以外の位置に配置されて、検出光の送受光を行う。反射部は、第二の面のセンサ部と対面する位置に配置された、第一の反射領域と当該第一の反射領域より反射率の低い第二の反射領域とを備える。処理部は、第一の反射領域で反射した第一の検出光と第二の反射領域で反射した第二の検出光との比較結果に基づき、少なくとも第二の面の汚れレベルを検知する。

図１は、本実施形態の金型合わせ面の汚れ検知装置の構成を説明する例示的かつ模式的に示す構成図である。 図２は、本実施形態の金型合わせ面の汚れ検知装置に含まれるセンサ部と反射部の構成を説明する例示的かつ模式的に示す説明図である。 図３は、本実施形態の金型合わせ面の汚れ検知装置に含まれるセンサ部において、センサ部から照射された検出光が反射面の第一の反射領域（鏡面領域）で反射して第一の検出光として受光されている状態を示す例示的かつ模式的な説明図である。 図４は、本実施形態の金型合わせ面の汚れ検知装置に含まれるセンサ部において、センサ部から照射された検出光が反射面の第二の反射領域（黒体領域）で反射して第二の検出光として受光されている状態を示す例示的かつ模式的な説明図である。 図５は、本実施形態の金型合わせ面の汚れ検知装置に含まれるセンサ部において、センサ部から照射された検出光が汚れの付着した反射面の第一の反射領域（鏡面領域）で反射して第一の検出光として受光されている状態を示す例示的かつ模式的な説明図である。 図６は、本実施形態の金型合わせ面の汚れ検知装置に含まれるセンサ部の前方位置に配置されたシャッタ部と、その駆動機構を示す例示的かつ模式的な断面図である。 図７は、本実施形態の金型合わせ面の汚れ検知装置の動作(検知方法)を説明する例示的なフローチャートである。

以下、実施形態を図面に基づいて説明する。以下に記載する実施形態の構成、ならびに当該構成によってもたらされる作用および結果（効果）は、あくまで一例であって、以下の記載内容に限られるものではない。

図１は、本実施形態の金型合わせ面の汚れ検知装置（以下、「汚れ検知装置１０」という）の構成を説明する例示的かつ模式的に示す構成図である。

汚れ検知装置１０は、射出形成機とともに利用され、当該射出成形機に組み付けられる金型１２の汚れに関するメンテナンス時期を検知する。

上述したように、溶融樹脂を用いた射出成形の場合、溶融樹脂が硬化する過程で当該溶融樹脂に含まれるガス成分が排出される。その排出ガスは、金型１２に形成されたガスベントや金型１２を構成する複数の部品の組合せ面（隙間）から排出されるようになっているが、排出の過程でガス成分が凝縮して成形品が接触する成形領域面（キャビティ面やコア面）等に残留してしまう場合がある。成形領域面でガス成分が凝縮し残留すると、成形品に凝縮物の形状が転写されてしまったり、成形品の離型性が低下してしまったり、金型１２の破損を招いたり等の不具合の原因になる場合がある。そのため、成形品の品質維持や成形効率、不良率の低下、金型１２の適切な保守等を実現するために定期的に金型１２のメンテナンスが必要になる。金型１２のメンテナンスは、例えば、分解清掃や薬品等も用いた洗浄、金型表面の磨き作業等が行われる。金型１２のメンテナンスは、例えば、成形回数が所定回数に達した場合や射出成形機を所定期間運転した場合に行うことができる。しかしながら、排出されるガス成分の凝縮は、成形条件や射出成形機の運転環境等により異なるため、成形品の生産台数や運転期間等によるメンテナンス時期の管理では、汚れ状態（汚れレベル）の管理は不十分となる可能性があり、より適切なメンテナンス時期の検知が重要となる。

そこで、本実施形態の汚れ検知装置１０は、図１に示されるように、金型１２の表面（合わせ面）の汚れレベルを光学的により正確に検知するために、センサ部１４、反射部１６、および処理部として機能する汚れ検知部１８を備える。なお、図１の場合、図示の簡略化のため、射出成形機は、金型１２と射出成形機を制御する成形機制御装置２０のみを図示し、射出成形機本体は、図示を省略し、その詳細な説明は省略する。また、図１の場合、汚れ検知部１８は成形機制御装置２０の一部として構成されている例を示している。

金型１２は、第一の面１２ａａを備える第一の型としての例えばキャビティ側１２ａ（固定側ともいう）と、第一の面１２ａａと対面する第二の面１２ｂａを備える第二の型としての例えばコア側１２ｂ（可動側ともいう）とで構成された矢印Ｐ１，Ｐ２方向に開閉動作可能な分割金型である。第一の面１２ａａと第二の面１２ｂａとは分割面ともいう。第一の面１２ａａには例えば成形品の一方面を形成する成形領域面１２ａｂ（キャビティ面、凹面）が形成され、第二の面１２ｂａには例えば成形品の他方面を形成する成形領域面１２ｂｂ（コア面）が形成されている。コア側１２ｂは、例えば、図示を省略した油圧制御等の駆動機構によって矢印Ｐ１，Ｐ２方向に移動可能である。キャビティ側１２ａとコア側１２ｂとが閉動作して第一の面１２ａａと第二の面１２ｂａとが密着することにより、成形領域空間Ｓを形成するように成形領域面１２ａｂに成形領域面１２ｂｂが嵌まり込む。

成形領域空間Ｓに図示を省略した樹脂射出孔から加熱された溶融樹脂が供給され、所定量が充填された後、所定期間経過することで、溶融樹脂が成形品の形状に硬化する。その後、キャビティ側１２ａとコア側１２ｂとを開動作させるとともに、例えばコア側１２ｂに設けられた進退可能なエジェクタピン（不図示）により硬化した成形品を成形領域面１２ｂｂから押し出して排出する。排出された成形品は、樹脂射出孔に対応する位置に形成されたゲートを排除する処理等を行った後に完成品となる。

なお、金型１２は、成形品の形状に応じて種々形状が存在する。例えば、金型の開閉に合わせて金型入れ子が側面方向に移動する機構を有する場合もある。

上述したように、溶融樹脂が硬化する際に排出されるガス成分が、例えばコア側１２ｂに設けられたガスベント（不図示）を介して金型１２の外部に排出される過程で成形領域面１２ａｂや成形領域面１２ｂｂで凝縮して残留する場合がある。また、排出ガスは、密着した第一の面１２ａａと第二の面１２ｂａの僅かな隙間からも金型１２の外部に抜けて行く。その結果、成形領域面１２ａｂや成形領域面１２ｂｂと連続した面である第一の面１２ａａや第二の面１２ｂａにも成形領域面１２ａｂや成形領域面１２ｂｂと同様に凝縮したガス成分が残留する。

そこで、本実施形態の汚れ検知装置１０は、キャビティ側１２ａの成形領域面１２ａｂ以外の位置（望ましくは、成形領域面１２ａｂの近接位置）に、検出光の送受光を行うセンサ部１４を配置する。また、コア側１２ｂにおいて、センサ部１４と対面する位置、すなわち、成形領域面１２ｂｂ以外の位置に反射部１６を配置している。

反射部１６は、その反射領域（反射面２２）を第二の面１２ｂａと同一面上に露出した状態で配置されている。また、反射部１６の反射領域は、成形領域面１２ｂｂを構成する材料、つまりコア側１２ｂの構成材料と同じ材料で同じ面粗さで形成されている。前述したように、硬化の際に溶融樹脂から排出されるガス成分は、成形領域面１２ａｂや成形領域面１２ｂｂに続いて、第一の面１２ａａと第二の面１２ｂａとの間を通って金型１２の外部に抜けて行く。反射部１６の反射領域と成形領域面１２ｂｂとを同じ材料で同じ面粗さで構成しておくことにより、凝縮したガス成分の残留程度は、各部位で実質的に同等であると見なすことができる。したがって、成形領域面１２ｂｂ、第二の面１２ｂａおよび反射部１６の反射面の汚れレベルは実質的に同じであると見なすことができる。そして、センサ部１４が、検出光を反射部１６に向けて照射して、反射部１６で反射した反射光を検出することにより、反射部１６の汚れレベルを検知することで、第二の面１２ｂａの汚れレベル、さらには成形領域面１２ｂｂの汚れレベルを検知し、当該汚れレベルの管理を高精度で行うことができる。なお、硬化の際に溶融樹脂から排出されるガス成分は、成形領域面１２ａｂや成形領域面１２ｂｂに続いて、第一の面１２ａａと第二の面１２ｂａとの間を通って金型１２の外部に抜けて行くため、凝縮したガス成分の残留程度は、キャビティ側１２ａ側でも実質的に同等であると見なすことができる。したがって、キャビティ側１２ａとコア側１２ｂの少なくとも一方の汚れレベルの管理を行えば、実質的に、キャビティ側１２ａおよびコア側１２ｂ両方の汚れレベルの管理、つまり、金型１２全体の汚れレベルの管理を行っているものと見なすことができる。

図２は、センサ部１４と反射部１６との構成を示す例示的かつ模式的な説明図である。センサ部１４は、例えば、検出光として、可視光や赤外光、レーザ等を用いたフォトセンサである。センサ部１４は、図２に示されるように、第１センサ部２４と第２センサ部２６を備える。第１センサ部２４は、反射部１６の第一の反射面２２ａ用の検出光を照射する第１照射部２４ａと、第一の反射面２２ａで反射した反射光である第一の検出光を受光可能な第１受光部２４ｂとを備える。同様に、第２センサ部２６は、反射部１６の第二の反射面２２ｂ用の検出光を照射する第２照射部２６ａと、第二の反射面２２ｂで反射した反射光である第二の検出光を受光可能な第２受光部２６ｂとを備える。なお、第１照射部２４ａと第２照射部２６ａとは、実質的に同じ検出光（同じ種類、同じ波長で同じ強度の光）を反射部１６の第一の反射面２２ａ、第二の反射面２２ｂにそれぞれ照射するものとする。また、後述するが、第一の反射面２２ａは、表面を鏡面加工した鏡面領域であり、第二の反射面２２ｂは、同様に表面を鏡面加工した後、鏡面上に反射率を低下させるために薄膜、例えば黒体膜を設けた黒体領域である。

図３～図５は、センサ部１４と反射部１６による検出光の送受光の状態を例示的かつ模式的に示す図である。例えば、汚れが実質的にない状態（新品状態やメンテナンス直後の状態）の第一の反射面２２ａに第１照射部２４ａが検出光を照射した場合、図３に示されるように、照射した検出光２８は、第一の反射面２２ａの鏡面で、ほぼ減衰を伴うことなく完全反射する。その結果、例えば照射する検出光２８を１００％とした場合、１００％の反射光３０（第一の検出光）が第１受光部２４ｂで受光される。

一方、第二の反射面２２ｂの場合、第２照射部２６ａが検出光を照射した場合、図４に示されるように、検出光２８は、黒体領域で実施的な無反射となる。例えば照射する検出光２８を１００％とした場合、０％～数％程度の反射光３２（第二の検出光）が第２受光部２６ｂで受光される（実質的に受光されない）。なお、第二の反射面２２ｂの場合、汚れの有無に拘わらず、無反射の状態の変化は少なく、反射光３２（第二の検出光）の受光状態は安定して低いとういう試験結果を発明者らは得ている。

また、図５は、汚れＣが付着した第一の反射面２２ａに第１照射部２４ａが検出光を照射した場合を示す例示的かつ模式的な図である。図５に示されるように、検出光２８は、溶融樹脂から排出されたガス成分が凝縮した結果として汚れた鏡面の汚れ程度に応じて反射光の減衰が生じて、照射する検出光２８を１００％とした場合、１００％の照射に対して例えば５０％の反射光３４（第一の検出光）が第１受光部２４ｂで受光されている状態である。

上述のように、第一の反射面２２ａは、汚れの有無（汚れレベル）に応じて、反射状態が変化する。一方、第二の反射面２２ｂは、黒体領域による無反射のため汚れの有無（程度）に拘わらず、反射状態が実質的に変化しない。したがって、第一の反射面２２ａ（第一の反射領域）で反射して得られた第一の検出光と第二の反射面２２ｂ（第二の反射領域）で反射して得られた第二の検出光（実質的な無反射）との比較結果（例えば、反射強度の差分）を得ることで、第二の検出光を基準値とした、第一の検出光の変化を正確に得ることができる。そして、第一の検出光の変化を継続的に取得することで、反射面２２（第一の反射面２２ａ）の汚れレベルの遷移を検知することができる。

例えば、コア側１２ｂに反射部１６が存在せず、センサ部１４が直接コア側１２ｂの第二の面１２ｂａ等で反射する反射光（第一の検出光）を検出したとする。この場合、第二の面１２ｂａの状態（例えば、表面の粗さやセンサ部１４に対する傾き（姿勢）等）は、金型ごとに異なる場合ある。そのためセンサ部１４における反射光の検知精度が低下したりばらついたりする場合がある。一方、本実施形態の汚れ検知装置１０の場合、コア側１２ｂの第二の面１２ｂａと同一面上に反射部１６を配置して、センサ部１４が照射する検出光を反射する。したがって、反射光（第一の検出光）の検知精度が低下したりばらついたりすることが抑制できる。さらに、本実施形態の汚れ検知装置１０の反射部１６は、鏡面領域である第一の反射面２２ａと第一の反射面２２ａより反射率の低い（実施的に非反射）の例えば黒体領域である第二の反射面２２ｂを備える。したがって、第一の反射面２２ａの汚れレベルを、基準値を示す第二の反射面２２ｂに対して常に得ることができる。その結果、第一の反射面２２ａ（第二の面１２ｂａ、成形領域面１２ｂｂ）、つまり、金型１２の汚れレベルを正確に得ることができる。

ところで、溶融樹脂から排出されるガス成分がセンサ部１４の検出光のセンサ面（第１センサ部２４や第２センサ部２６またはそのカバー部材）に付着した場合、汚れ検知精度が低下する虞がある。そこで、本実施形態の汚れ検知装置１０のセンサ部１４のセンサ面１４ａは、キャビティ側１２ａの第一の面１２ａａより内側に凹んだ凹部３６内に位置させている。その結果、センサ面１４ａに溶融樹脂から排出されるガス成分の凝縮物が付着する可能性を低減させている。また、センサ面１４ａ（センサ部１４）が凹部３６の内部に収容されることにより、他の物体や付着物等と接触する可能性が低減可能となり、破損等の発生回避が可能となる。

さらに、センサ部１４は、センサ面１４ａの前方の位置で、かつ凹部３６の内部の位置に、開閉可能なシャッタ部３８を備えてもよい。シャッタ部３８は、例えば、センサ部１４の動作時（第１センサ部２４、第２センサ部２６の送受光時）のみ駆動部４０によって開動作を行い、その他の状態では閉動作している。例えば、溶融樹脂から排出されるガス成分がガスベントや金型１２の隙間から排出される前はシャッタ部３８を閉じて、センサ面１４ａにガス成分が接触することを回避して、センサ面１４ａにガス成分に起因する汚れが付着してしまうことを防止している。シャッタ部３８の開閉機構の詳細に関しては後述する。

続いて、成形機制御装置２０の構成を説明する。成形機制御装置２０は、例えば、コンピュータ等で構成され、ハードウェアとソフトウェアが協働することにより、金型１２のメンテナンスタイミングの推定処理および射出成形処理を実行する。具体的には、成形機制御装置２０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）４２、ＲＯＭ（Read Only Memory）４４、ＲＡＭ（Random Access Memory）４６およびＳＳＤ（Solid State Drive）やＨＤＤ（hard disk drive）等の記憶部４８を備える。ＣＰＵ４２、ＲＯＭ４４、およびＲＡＭ４６は、同一の回路基板内に設けられていてもよい。

ＣＰＵ４２は、ＲＯＭ４４等の不揮発性の記憶装置にインストールされ記憶されたプログラムを読み出し、当該プログラムにしたがって演算処理を実行することができる。ＣＰＵ４２は、例えば、汚れ検知処理を実行する汚れ検知部１８および射出成形処理を実行する射出形成処置部５０を実現する。

ＲＯＭ４４は、各種プログラムおよび当該プログラムの実行に必要なパラメータ等を記憶する。ＲＡＭ４６は、ＣＰＵ４２での演算で用いられる各種データや第１受光部２４ｂで受光した第一の反射光、第２受光部２６ｂで受光した第二の反射光を一時的に記憶（保持）する。記憶部４８は、書き換え可能な不揮発性の記憶部であって、成形機制御装置２０の電源がオフされた場合にあってもＣＰＵ４２が取得した汚れレベルや射出形成の回数等を記憶し続ける。なお、記憶部４８は、成形機制御装置２０とは別に設けられてもよい。

汚れ検知部１８は、詳細モジュールとして、発光制御部１８ａ、受光制御部１８ｂ、比較部１８ｃ、判定部１８ｄ、警報出力部１８ｅ、シャッタ制御部１８ｆを備える。また、射出形成処置部５０は、詳細モジュールとして、金型制御部５０ａ、樹脂射出制御部５０ｂ等を含む。

発光制御部１８ａは、第１センサ部２４の第１照射部２４ａおよび第２センサ部２６の第２照射部２６ａの発光制御を行う。第１照射部２４ａと第２照射部２６ａは、同じ発光素子で構成され、発光制御部１８ａは、第１照射部２４ａと第２照射部２６ａとを実質的に同じタイミング、同じ強度で発光させる。発光制御部１８ａは、キャビティ側１２ａとコア側１２ｂが閉動作し、溶融樹脂が金型１２の内部に射出され、当該溶融樹脂から排出されるガス成分が金型１２の内部から排気された後、シャッタ部３８が開動作した後に、第１照射部２４ａおよび第２照射部２６ａの発光制御を実行する。

受光制御部１８ｂは、第１照射部２４ａが発光している期間、第一の反射面２２ａで反射した第一の検出光の受光制御、および第２照射部２６ａが発光している期間、第二の反射面２２ｂで反射した第二の検出光の受光制御を行う。なお、第１センサ部２４と第２センサ部２６との間には、図示を省略した隔壁等が設けられ、相互に他方の光の影響を受け難い構造になっている。そのため、受光制御部１８ｂは、第１受光部２４ｂおよび第２受光部２６ｂが受光した光量に対応する値（例えば、電圧値）を正確に取得することができる。なお、第１センサ部２４による検出光の照射および第２センサ部２６による検出光の受光は、金型１２（キャビティ側１２ａ、コア側１２ｂ）が閉動作した状態のままで実行される。その結果、第１センサ部２４および第２センサ部２６と、反射面２２（第一の反射面２２ａ、第二の反射面２２ｂ）との距離、すなわちセンサ面と測定面との距離を精度よく一定に保つことができる。したがって、検出光の送受光を安定して行うことができる。また、金型１２が閉動作した状態で検出光の送受光を行うことで、第１照射部２４ａおよび第２照射部２６ａ以外の光（外光等）が第１受光部２４ｂおよび第２受光部２６ｂの受光に影響することを抑制可能となり、外光等によるノイズの影響を低減または排除することができる。

比較部１８ｃは、受光制御部１８ｂが取得した第１受光部２４ｂの検出値（電圧値）と第２受光部２６ｂの検出値（電圧値）の差分を算出する。前述したように、第１受光部２４ｂの検出値（電圧値）は、鏡面領域である第一の反射面２２ａの汚れ具合（汚れレベル）に応じて変化する。つまり、汚れが増加する程、検出値が低下する。一方、第２受光部２６ｂの検出値（電圧値）は、黒体領域である第二の反射面２２ｂでは無反射となるため汚れ具合（汚れレベル）に拘わらず実質的に一定の値を示す。つまり、第２受光部２６ｂは、第一の反射面２２ａの汚れレベルの変動に対する基準値を常に示す。その結果、測定条件等が変動した場合でも常に、基準値に対する第一の反射面２２ａの汚れレベルを数値化した状態で示し、検知結果のばらつきや精度低下の抑制に寄与することができる。

判定部１８ｄは、汚れ検知装置１０の汚れ検知部１８において、汚れレベルの検知を行う処理部として機能する。判定部１８ｄは、比較部１８ｃによる比較結果と予め設定された所定の汚れ判定値との比較を行い、第一の反射面２２ａ（第二の面１２ｂａ）、すなわち成形領域面１２ｂｂの汚れレベルがメンテナンスの必要なレベルに到達したか否かの判定を行う。なお、汚れ判定値は、予め試験等により、成形品の品質や成形効率等を考慮して設定することができる。また、汚れ判定値は、成形機制御装置２０の運用中でも適宜変更可能としてもよい。また、汚れ判定値は、直ちにメンテナンスを必要とする単一の値でもよいし、メンテナンスの予告を含む複数の段階を示す値でもよい。例えば、メンテナンスを時期が近づいていることを示す第一段階値（メンテナンス予告値）、次回に成形機制御装置２０の始動前にメンテナンスを推奨する第二段階値（メンテナンス推奨値）、直ちに成形機制御装置２０を停止してメンテナンスをすることが望ましいことを示す第三段階値（メンテナンス警報値）等を設定してもよい。

警報出力部１８ｅは、判定部１８ｄにより、第一の反射面２２ａの汚れレベル、すなわち成形領域面１２ｂｂ（金型１２）の汚れレベルが、メンテナンス（清掃や洗浄等）が必要なレベルに達したと判定した場合、警報を出力する。警報出力部１８ｅは、視覚的な警報としての表示警報や聴覚的な警報としての音声警報を出力することができる。警報として、成形機制御装置２０に設けられた表示部（不図示）にメンテナンスが必要であることを示すメッセージを表示させるようにしてもよいし、警報灯を点灯させるようにしてもよい。また、音声メッセージやアラーム等の音声警報を出力させるようにしてもよい。表示警報と音声警報を組み合わせてもよい。また、成形機制御装置２０が上位システムによって一括管理されている場合、例えば、複数台の成形機制御装置２０が一括管理されている場合や他の設備とともに一括管理されている場合等には、その上位システムにメンテナンス情報（警報情報）を出力するようにしてもよい。

シャッタ制御部１８ｆは、駆動部４０を制御してシャッタ部３８の開閉動作を実行する。

図６は、シャッタ制御部１８ｆによって制御される駆動部４０およびシャッタ部３８を含むシャッタ開閉機構を示す例示的かつ模式的な断面図である。

前述したように、センサ部１４は、キャビティ側１２ａに形成された凹部３６の奥に配置されている。そして、第１照射部２４ａ、第１受光部２４ｂおよび第２照射部２６ａ、第２受光部２６ｂの制御線５２（信号線）は、凹部３６の奥側（第一の面１２ａａの対向面）に連通した状態で形成された配線路５４を通してキャビティ側１２ａの外部に引き出される。つまり、センサ部１４は、凹部３６と配線路５４で形成される段付きの穴の段部（肩部）に着座する形で配置されている。そして、シャッタ部３８は、センサ部１４のセンサ面１４ａの前方の位置で、かつ凹部３６の内部に位置している。開閉可能なシャッタ部３８は、駆動部４０の一例としての流体圧シリンダ５６（例えば、油圧シリンダ）の進退可能なロッド５６ａにブラケット３８ａを介して接続されている。流体圧シリンダ５６は、給排管６０を介してシリンダの第１油室に供給される作動油および第２油室から排出される作動油の流動に基づく油圧変化によってロッド５６ａを、キャビティ側１２ａ内部に形成された可動空間５８で矢印Ｄ方向に移動させる。その結果、センサ部１４を第一の面１２ａａ側から遮蔽するシャッタ部３８を閉鎖位置に移動させる。同様に、給排管６０を介してシリンダの第２油室に供給される作動油および第１油室から排出される作動油の流動に基づく油圧変化によってロッド５６ａを、可動空間５８で矢印Ｕ方向に移動してシャッタ部３８を開放位置に移動させて、センサ部１４を凹部３６内部で露出させる。

シャッタ制御部１８ｆは、金型１２に溶融樹脂が射出され、金型１２内で溶融樹脂の硬化が進行しガス成分が金型１２から抜けきったタイミングで、シャッタ部３８を開動作させる。そして、シャッタ部３８が完全に開いた状態で、発光制御部１８ａによる発光制御および受光制御部１８ｂによる受光制御が実行される。所定期間の送受光制御が実行された後、発光制御部１８ａ、受光制御部１８ｂは一旦送受光制御を停止し、シャッタ制御部１８ｆはシャッタ部３８を閉動作する。その後、金型１２は開動作して硬化した成形品が排出される。その結果、センサ部１４は、閉動作している金型１２の内部で、ガス成分に晒されることが抑制され、センサ面１４ａへのガス成分の付着（凝縮物の付着）を抑制可能となり、センサ面１４ａの汚れによる検知結果の変動発生を回避することができる。また、シャッタ部３８を凹部３６の内部の位置に配置することにより、他の構成部材や金型１２に付着した異物等との干渉や接触を防止し、破損や動作不良を回避することができる。

なお、シャッタ部３８を駆動する駆動部４０は、流体圧シリンダの他、例えば、ギア機構を備えるモータ等で構成してもよいし、カム機構等を用いた機構で開閉動作を実現してもよく、同様の効果を得ることができる。

図１２戻り、射出形成処置部５０は、金型制御部５０ａ、樹脂射出制御部５０ｂにより成形品の成形制御を行う。

金型制御部５０ａは、金型１２（キャビティ側１２ａ、コア側１２ｂ）の開閉制御を行う。図１の場合、キャビティ側１２ａは固定側で、コア側１２ｂが移動側なので、金型制御部５０ａは、例えば、液圧制御（油圧制御等）等により、コア側１２ｂをキャビティ側１２ａに対して接離させる。

樹脂射出制御部５０ｂは、金型制御部５０ａによるコア側１２ｂの閉動作、つまりキャビティ側１２ａとコア側１２ｂとで形成される成形領域空間Ｓの密閉が完了したことが確認されたら、樹脂ノズルからスプール、ライナー、ゲートを介して、所定量の溶融樹脂を所定の射出速度で成形領域空間Ｓに充填する。

金型制御部５０ａは、樹脂射出制御部５０ｂによる溶融樹脂の充填完了後、金型１２の閉動作状態を維持する。そして、所定の硬化期間（冷却期間）の経過後に、金型１２（コア側１２ｂ）を開動作させるとともに、エジェクタピン等を突出させて、硬化した成形品を成形領域空間Ｓから排出して、次の射出成形サイクルに移行する。

このように構成される汚れ検知装置１０を備える射出成形機の動作の一例を図７に示すフローチャートを用いて説明する。なお、図７は、射出成形機を連続して動作させている場合の射出成形の１サイクルを示すフローチャートである。

まず、汚れ検知部１８は、判定部１８ｄにおいて、現在の金型１２がメンテナンスを必要とすることを示す汚れフラグがＯＮになっているかを確認し（Ｓ１００）汚れフラグがＯＮでない場合（Ｓ１００のＮｏ）、すなわち、金型１２の汚れていない、または許容できる汚れレベルの場合である。この場合、金型制御部５０ａは、金型１２（コア側１２ｂ）を閉動作させる（Ｓ１０２）。

続いて、樹脂射出制御部５０ｂは、溶融樹脂の射出を開始し、所定量の溶融樹脂が閉じた金型１２に形成された成形領域空間Ｓに対して充填（射出）を完了したか否か確認する（Ｓ１０４）。所定量の溶融樹脂の射出が完了していない場合（Ｓ１０４のＮｏ）、溶融樹脂の射出を継続する。一方、所定量の溶融樹脂の射出が完了した場合（Ｓ１０４のＹｅｓ）、金型制御部５０ａは、硬化期間（時間）の計測を開始する（Ｓ１０６）。硬化期間は、成形品ごと（金型１２ごと）に予め設定されている。金型制御部５０ａは、所定の硬化期間が経過するまで計測を継続し（Ｓ１０６のＮｏ）する。金型制御部５０ａが、所定の硬化期間が経過したと判定した場合（Ｓ１０６のＹｅｓ）、すなわち、溶融樹脂が硬化する過程で排出されるガス成分が金型１２から排出されたと見なされた場合、シャッタ制御部１８ｆは、シャッタ部３８を開動作する（Ｓ１０８）。

シャッタ部３８が開動作されたことが検出された場合、発光制御部１８ａは、第１照射部２４ａから反射面２２の第一の反射面２２ａへ、第２照射部２６ａから反射面２２の第一の反射面２２ａに向けて検出光を照射する（Ｓ１１０：照射ステップ）。また、受光制御部１８ｂは、第一の反射面２２ａで反射した第一の検出光を第１受光部２４ｂで受光する受光処理および第二の反射面２２ｂで反射した第二の検出光を第２受光部２６ｂで受光する受光処理を実行する（Ｓ１１２：受光ステップ）。なお、本実施形態の場合、第二の反射面２２ｂは、黒体領域なので、第２受光部２６ｂの受光量は、実質的に「０」または極僅かである。

発光制御部１８ａは、検出光の照射開始から所定の検出期間（時間）が経過したか否か判定し、所定の検出期間が経過していない場合（Ｓ１１４のＮｏ）、Ｓ１１０に移行し、第１センサ部２４および第２センサ部２６による検出光の送受光を継続して行う。

Ｓ１１４において、所定の検出期間が経過した場合（Ｓ１１４のＹｅｓ）、シャッタ制御部１８ｆは、シャッタ部３８の閉動作を行うとともに、金型制御部５０ａは、金型１２（コア側１２ｂ）の開動作を行う（Ｓ１１６）。

比較部１８ｃは、第１受光部２４ｂで受光した第一の反射光と第２受光部２６ｂで受光した第二の反射光の検出値の比較（差分の算出）を行い、判定部１８ｄは、比較結果（現在の汚れレベル）と予め定められた閾値Ａ（メンテナンスを必要とする汚れレベルの基準値）と比較する（Ｓ１１８）。比較の結果、現在の汚れレベルが、閾値Ａ以上の場合（Ｓ１１８のＹｅｓ）、判定部１８ｄは、金型１２がメンテナンスを必要とする汚れレベルに達したと判定し、メンテナンスが必要なことを示す汚れフラグをＯＮする（Ｓ１２０：検知ステップ）。その結果、警報出力部１８ｅは、成形機制御装置２０に備えられた表示装置や警告灯等を用いて作業者が視覚的に認識可能なメンテナンス警報を出力する（Ｓ１２２）。また、警報出力部１８ｅは、視覚的な警報に代えて、または併せて音声によるメンテナンス警報を出力するようにしてもよい。また、射出成形機を管理する上位システムが存在する場合、警報出力部１８ｅは上位システムにメンテナンス警報情報を提供してもよい。

判定部１８ｄは、警報出力部１８ｅによりメンテナンス警報が出力された場合、すなわち、作業者にメンテナンスの実行を促した場合、汚れフラグをＯＦＦし（Ｓ１２４）、一旦このフローを終了する。この場合、射出成形機は、自動的または作業者による手動により運転が停止され、金型１２のメンテナンス（分解掃除や洗浄等）が実施されることになる。

Ｓ１１８において、現在の汚れレベルが、閾値Ａ未満であると判定された場合（Ｓ１１８のＮｏ）、判定部１８ｄは、前回のメンテナンス実施後の成形数が所定の生産数を示す閾値Ｂ以上になったか否か判定する（Ｓ１２６）。金型１２および射出成形機の状態を最適な状態に保つためには、金型１２がメンテナンスを必要とする汚れレベルに到達していない場合でも、定期的にメンテナンスを実施することが望ましい。そこで、金型１２がメンテナンスを必要とする汚れレベルに到達していない場合でも閾値Ｂ以上の所定数の成形品を生産した場合（Ｓ１２６のＹｅｓ）、Ｓ１２０の処理に移行して、判定部１８ｄは、メンテナンスを推奨する汚れフラグをＯＮする。この場合、汚れレベルが閾値Ａ以上となった場合、つまり、金型１２にメンテナンスを必要とする汚れが実際に存在する場合と異なる汚れフラグをＮＯして、区別するようにしてもよい。この場合、警報出力部１８ｅは、汚れフラグの種類に応じて異なるメンテナンス警報を出力するようにしてもよい。この場合、作業者に、メンテナンス警報の種類に応じたメンテナンス内容を選択させるようにしてもよい。例えば、Ｓ１２６の処理で汚れフラグがＯＮした場合、Ｓ１１８の処理で汚れフラグがＯＮした場合に比べて、一部のメンテナンス工程を省略した簡易的なメンテナンスを実行させるようにしてもよい。

Ｓ１２６において、前回のメンテナンス後、まだ所定数の成形品の生産を行っていない場合（Ｓ１２６のＮｏ）、すなわち成形品の生産数が閾値Ｂ未満の場合で、成形を継続する場合（Ｓ１２８のＹｅｓ）、Ｓ１００に移行し、上述したように、金型１２の汚れレベルの検知を行いながら成形品の生産を継続して行う。一方、成形を継続しない場合（Ｓ１２８のＮｏ）、例えば、成形品の生産数が計画生産量に達した場合や射出成形機の電源がＯＦＦされた場合等は、このフローを一旦終了する。なお、この場合、判定部１８ｄの判定結果は、記憶部４８等に保存され、次回射出成形機が再始動した場合に参照される。

なお、Ｓ１００において、汚れフラグがＯＮしていた場合（Ｓ１００のＹｅｓ）、成形機制御装置２０は、射出成形処理を実行することなく、Ｓ１２２に移行して、警報出力部１８ｅはメンテナンス警報を出力し、作業者に金型１２のメンテナンスを促す。

このように、本実施形態の汚れ検知装置１０は、センサ部１４と、反射部１６と、判定部１８ｄを備える。センサ部１４は、第一の面１２ａａを備える第一の型（キャビティ側１２ａ）と第一の面１２ａａと対面する第二の面１２ｂａを備える第二の型（コア側１２ｂ）とが閉動作した際に第一の面１２ａａと第二の面１２ｂａとで成形領域（成形領域空間Ｓ）を形成する金型１２における第一の面１２ａａの成形領域以外の位置に配置されて、検出光の送受光を行う。また、反射部１６は、第二の面ｂａのセンサ部１４と対面する位置に配置された、第一の反射領域（第一の反射面２２ａ）と当該第一の反射領域（第一の反射面２２ａ）より反射率の低い第二の反射領域（第二の反射面２２ｂ）とを備える。判定部１８ｄは、第一の反射領域（第一の反射面２２ａ）で反射した第一の検出光と第二の反射領域（第二の反射面２２ｂ）で反射した第二の検出光との比較結果に基づき、少なくとも第二の面１２ｂａの汚れレベルを検知する。この構成によれば、金型１２の表面の状態を直接的に検知して、汚れレベルを数値化した状態で評価することができるとともに、反射部１６を用いたより高精度の汚れ評価が実現できる。

また、本実施形態の汚れ検知装置１０のセンサ部１４は、当該センサ部１４のセンサ面１４ａを第一の面１２ａａに形成された凹部３６の内部に位置させるようにしてもよい。この構成によれば、金型１２が閉動作を行った際やキャビティ側１２ａのメンテナンス時等にセンサ部１４が破損したり、配置姿勢が変わったりするリスクを回避しやすくなる。

また、本実施形態の汚れ検知装置１０のセンサ部１４のセンサ面１４ａの前方の位置で、かつ凹部３６の内部の位置に、開閉可能なシャッタ部３８を備えるようにしてもよい。この構成によれば、金型１２に射出された溶融樹脂が硬化する過程で排出されるガス成分とセンサ部１４のセンサ面１４ａとが接触することを回避し、センサ面１４ａにガス成分の凝縮物が付着することを抑制し易くなる。

また、本実施形態の汚れ検知装置１０の第一の反射領域（第一の反射面２２ａ）と第二の反射領域（第二の反射面２２ｂ）とは、第二の面１２ｂａと同一面上に露出した状態で配置されるようにしてもよい。この構成によれば、成形品が接触する成形領域面１２ｂｂに対するガス成分の接触状況と、実質的に同じ状況で第一の反射領域（第一の反射面２２ａ）と第二の反射領域（第二の反射面２２ｂ）にガス成分を接触させることができる。その結果、第一の反射領域（第一の反射面２２ａ）と第二の反射領域（第二の反射面２２ｂ）を用いて検知した汚れレベルを成形領域面１２ｂｂの汚れレベルとして検知できる。そして、金型１２の表面の状態を直接的に検知して、評価することができるとともに、反射部１６を用いたより高精度の汚れ評価が実現できる。

なお、図１に示す例の場合、キャビティ側１２ａにセンサ部１４を配置し、コア側１２ｂに反射部１６を配置する例を示したが、検出光の送受光ができれば、コア側１２ｂにセンサ部１４を配置し、キャビティ側１２ａに反射部１６を配置しても同様の効果を得ることができる。また、本実施形態では、金型１２に一対のセンサ部１４と反射部１６を配置して、汚れレベルの検知を行う例を示したが、金型１２に複数対のセンサ部１４と反射部１６を配置してもよい。この場合、金型１２の配置場所によって、センサ部１４と反射部１６の配置を逆にしてもよい。この場合、個々のセンサ部１４から得られる汚れレベルの平均値を金型１２全体の汚れレベルとしてもよいし、最大の汚れレベルを金型１２全体の汚れレベルとしもよい。なお、複数対のセンサ部１４と反射部１６を金型１２に設けることにより、汚れレベルの分布状態が取得可能となり、メンテナンス作業に反映させることができる。その結果、メンテナンス作業に効率化に寄与できる。

また、図１に示す構成の場合、汚れ検知部１８が成形機制御装置２０に含まれる形態を示したが、汚れ検知部１８は、成形機制御装置２０とは別に独立した形態や他のシステムと一体化した形態でもよく、同様の効果を得ることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０…汚れ検知装置、１２…金型、１２ａ…キャビティ側（第一の型）、１２ａａ…第一の面、１２ａｂ，１２ｂｂ…成形領域面、１２ｂ…コア側（第二の型）、１２ｂａ…第二の面、１４…センサ部、１４ａ…センサ面、１６…反射部、１８…汚れ検知部、１８ａ…発光制御部、１８ｂ…受光制御部、１８ｃ…比較部、１８ｄ…判定部（処理部）、１８ｅ…警報出力部、１８ｆ…シャッタ制御部、２０…成形機制御装置、２２…反射面、２２ａ…第一の反射面、２２ｂ…第二の反射面、２４…第１センサ部、２４ａ…第１照射部、２４ｂ…第１受光部、２６…第２センサ部、２６ａ…第２照射部、２６ｂ…第２受光部、３６…凹部、３８…シャッタ部、４０…駆動部、４２…ＣＰＵ、５０…射出形成処置部、５０ａ…金型制御部、５０ｂ…樹脂射出制御部。

Claims (5)

1. 第一の面を備える第一の型と前記第一の面と対面する第二の面を備える第二の型とが閉動作した際に前記第一の面と前記第二の面とで成形領域を形成する金型における前記第一の面の前記成形領域以外の位置に配置されて、検出光の送受光を行うセンサ部と、
   前記第二の面の前記センサ部と対面する位置に配置された、第一の反射領域と当該第一の反射領域より反射率の低い第二の反射領域とを備える反射部と、
   前記第一の反射領域で反射した第一の検出光と前記第二の反射領域で反射した第二の検出光との比較結果に基づき、少なくとも前記第二の面の汚れレベルを検知する処理部と、
   を備える、金型合わせ面の汚れ検知装置。
2. 前記センサ部は、当該センサ部のセンサ面を前記第一の面に形成された凹部の内部に位置させている、請求項１に記載の金型合わせ面の汚れ検知装置。
3. 前記センサ面の前方の位置で、かつ前記凹部の内部の位置に、開閉可能なシャッタ部を備える、請求項２に記載の金型合わせ面の汚れ検知装置。
4. 前記第一の反射領域と前記第二の反射領域とは、前記第二の面と同一面上に露出した状態で配置されている、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の金型合わせ面の汚れ検知装置。
5. 第一の面を備える第一の型と前記第一の面と対面する第二の面を備える第二の型とが閉動作した際に前記第一の面と前記第二の面とで成形領域を形成する金型における前記第一の面の前記成形領域以外の位置に配置されたセンサ部から検出光を照射するステップと、
   前記検出光が照射された場合に、前記第二の面の前記センサ部と対面する位置に配置された反射部のうち第一の反射領域で反射した第一の検出光と、前記第一の反射領域より反射率の低い第二の反射領域で反射した第二の検出光とを、受光するステップと、
   前記第一の検出光と前記第二の検出光との比較結果に基づき、少なくとも前記第二の面の汚れレベルを検知するステップと、
   を含む、金型合わせ面の汚れ検知方法。

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