特開 2023-50692 温度センサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023050692

(43)【公開日】2023-04-11

(54)【発明の名称】温度センサ

(51)【国際特許分類】

   G01J 5/0818 20220101AFI20230404BHJP

   B29C 45/78 20060101ALI20230404BHJP

【ＦＩ】

G01J5/08 A

B29C45/78

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021160929

(22)【出願日】2021-09-30

(71)【出願人】

【識別番号】000201814

【氏名又は名称】双葉電子工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100116942

【弁理士】

【氏名又は名称】岩田 雅信

(74)【代理人】

【識別番号】100167704

【弁理士】

【氏名又は名称】中川 裕人

(72)【発明者】

【氏名】井上 恭

【テーマコード（参考）】

2G066

4F206

【Ｆターム（参考）】

2G066AC01

2G066BA30

2G066BA38

2G066BB13

4F206AP05

4F206AQ01

4F206JA07

4F206JP11

4F206JQ81

(57)【要約】

【課題】温度センサの耐熱性の向上を図った上で高い測定精度を確保する。
【解決手段】成形機において使用される温度センサであって、光ファイバが挿通される筒状のファイバプローブと、ファイバプローブが軸方向において変位可能な状態で挿入されるシャフト部を有する外筐部と、ファイバプローブの先端側に位置されファイバプローブの先端部を保護する保護窓部と、ファイバプローブを保護窓部側に付勢する弾性部材とを備える。これにより、加熱時又は冷却時におけるファイバプローブと外筐部の膨張又は収縮の程度に拘わらず、弾性部材の付勢力によってファイバプローブの先端部が保護窓部に押し付けられる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

成形機において使用される温度センサであって、
光ファイバが挿通される筒状のファイバプローブと、
前記ファイバプローブが軸方向において変位可能な状態で挿入されるシャフト部を有する外筐部と、
前記ファイバプローブの先端側に位置され前記ファイバプローブの先端部を保護する保護窓部と、
前記ファイバプローブを前記保護窓部側に付勢する弾性部材とを備えた
温度センサ。

【請求項2】

前記弾性部材の前記ファイバプローブに対する付勢力を調節する調節ねじが設けられた
請求項１に記載の温度センサ。

【請求項3】

前記外筐部が前記ファイバプローブを保護するための蓋部を有し、
前記調節ねじが前記蓋部に螺合された
請求項２に記載の温度センサ。

【請求項4】

前記弾性部材としてバネが用いられた
請求項１から請求項３の何れかに記載の温度センサ。

【請求項5】

前記ファイバプローブの基端面が被押圧面として形成され、
前記弾性部材として平板状のゴムが用いられ、
前記弾性部材が前記被押圧面に面接触された
請求項１から請求項３の何れかに記載の温度センサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、成形機において使用され光ファイバを用いた温度センサについての技術分野に関する。

【背景技術】

【0002】

樹脂成形品を成形する成形機には、キャビティ等における樹脂の温度や圧力を測定するためのセンサが設けられている。このようなセンサとして、例えば、キャビティに充填された樹脂の温度を測定するための光ファイバが挿通されたファイバプローブをキャビティに連通させ、光ファイバを通して樹脂から放出される赤外線を検出器に伝達する温度センサが知られている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００８－２３２７５３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、上記のような温度センサにおいては、より高温環境での測定を行うために、ファイバプローブの先端側にガラス製の保護窓部を配置することにより耐熱性の向上を図ったものがある。こうした保護窓部を備えた温度センサには、保護窓部を支持すると共にファイバプローブを熱から保護するための外筐部が設けられている。

【0005】

ところが、保護窓部を備えた温度センサにおいては、成形機から発せられる熱によって外筐部がファイバプローブより高温になり、外筐部がファイバプローブよりも膨張することによって、ファイバプローブと保護窓部の間に隙間が生じ、隙間において光学干渉が発生することにより測定精度が低下するおそれがある。

【0006】

そこで、本発明は、耐熱性の向上を図った上で高い測定精度を確保することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

第１に、本発明に係る温度センサは、成形機において使用される温度センサであって、光ファイバが挿通される筒状のファイバプローブと、前記ファイバプローブが軸方向において変位可能な状態で挿入されるシャフト部を有する外筐部と、前記ファイバプローブの先端側に位置され前記ファイバプローブの先端部を保護する保護窓部と、前記ファイバプローブを前記保護窓部側に付勢する弾性部材とを備えたものである。

【0008】

これにより、加熱時又は冷却時におけるファイバプローブと外筐部の膨張又は収縮の程度に拘わらず、弾性部材の付勢力によってファイバプローブの先端部が保護窓部に押し付けられる。

【0009】

第２に、上記した温度センサにおいては、前記弾性部材の前記ファイバプローブに対する付勢力を調節する調節ねじが設けられることが望ましい。

【0010】

これにより、調節ねじによって弾性部材のファイバプローブに対する付勢力を調節することが可能になる。

【0011】

第３に、上記した温度センサにおいては、前記外筐部が前記ファイバプローブを保護するための蓋部を有し、前記調節ねじが前記蓋部に螺合されることが望ましい。

【0012】

これにより、蓋部が調節ねじを支持する機能とファイバプローブ等を覆う機能を有する。

【0013】

第４に、上記した温度センサにおいては、前記弾性部材としてバネが用いられることが望ましい。

【0014】

これにより、弾性部材が高い耐熱性を有するため、測定環境に応じて専用の弾性部材を用いる必要がなくなる。

【0015】

第５に、上記した温度センサにおいては、前記ファイバプローブの基端面が被押圧面として形成され、前記弾性部材として平板状のゴムが用いられ、前記弾性部材が前記被押圧面に面接触されることが望ましい。

【0016】

これにより、弾性部材の付勢力が被押圧面に均一に作用され易くなる。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、加熱時又は冷却時におけるファイバプローブと外筐部の膨張又は収縮の程度に拘わらず、弾性部材の付勢力によってファイバプローブの先端部が保護窓部に押し付けられるため、ファイバプローブと保護窓部の間に隙間が形成されず、高い測定精度を確保することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】図２乃至図５と共に本発明の実施の形態を示すものであり、本図は、温度センサの断面図である。

【図2】温度センサが加熱された状態におけるファイバプローブの変位の様子を示す説明図である。

【図3】温度センサが冷却された状態におけるファイバプローブの変位の様子を示す説明図である。

【図4】弾性部材としてゴムが用いられた例を示す断面図である。

【図5】弾性部材が蓋部とファイバプローブに支持された例を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下に、本発明の温度センサを実施するための形態について、添付図面を参照して説明する（図１乃至図５参照）。

【0020】

なお、温度センサは筒状のファイバプローブを有しており、以下の説明にあっては、ファイバプローブの軸方向を上下方向としファイバプローブの先端側を下方として、上下左右の方向を示すものとする。ただし、以下に示す上下左右の方向は説明の便宜上のものであり、本発明の実施に関しては、これらの方向に限定されることはない。

【0021】

＜温度センサの構成＞
まず、温度センサの構成について説明する（図１参照）。

【0022】

温度センサ１は、図示しない射出成形機に取り付けられ、例えば、射出ユニットにおける樹脂の温度の測定に用いられる。なお、温度センサ１が取り付けられる成形機は射出成形機に限らず、温度センサ１は押出成形機やブロー成形機等に取り付けられていてもよい。

【0023】

温度センサ１は、ファイバプローブ２と保護窓部３と外筐部４と弾性部材５とを有している。

【0024】

ファイバプローブ２は、軸方向が上下方向にされた筒状部６と筒状部６の上端部に連続された鍔部７とを有している。鍔部７の外径は筒状部６の外径より大きくされている。鍔部７の上面は被押圧面７ａとして形成されている。ファイバプローブ２は、例えば、金属材料によって形成されている。

【0025】

ファイバプローブ２には光ファイバ８が挿通されて保持されている。光ファイバ８は一端部８ａが筒状部６に挿通され、一端部８ａに連続された屈曲部８ｂが鍔部７の内部において、例えば、略直角に屈曲されている。光ファイバ８において、屈曲部８ｂと他端部との間の部分は中間部８ｃとして設けられ、中間部８ｃは鍔部７の外周面からファイバプローブ２の外方に位置されている。光ファイバ８の他端部には図示しない検出器等が接続されている。

【0026】

保護窓部３はそれぞれ円柱状に形成された小径部９と大径部１０から成り、小径部９の上端側に大径部１０が連続されている。大径部１０の上面は接触面１０ａとして形成されている。保護窓部３は、接触面１０ａがファイバプローブ２の先端面２ａと接触した状態で外筐部４の後述する窓支持部に支持されている。保護窓部３は、例えば、サファイアガラスによって形成されている。

【0027】

外筐部４はシャフト部１１と窓支持部１２と配置部１３と蓋部１４とを有している。外筐部４は、例えば、金属材料によって形成されている。外筐部４の内部にはファイバプローブ２が配置されている。

【0028】

シャフト部１１は軸方向が上下方向にされた筒状に形成され、ファイバプローブ２の筒状部６が挿通されている。シャフト部１１の外側には、温度センサ１を射出成形機に取り付けるための設置用ナット４０が取り付けられている。

【0029】

窓支持部１２は軸方向が上下方向にされた筒状にされ、上端部がシャフト部１１の下端部に外嵌されている。窓支持部１２の下端部には内方に張り出されたフランジ状の受け部１２ａが設けられている。

【0030】

窓支持部１２の内部には保護窓部３の先端部を除いた部分とスペーサー１５とオーリング１６が配置されている。スペーサー１５は円筒状に形成され、上下両端面がそれぞれシャフト部１１の下面と保護窓部３における接触面１０ａの外周部とに接している。オーリング１６は円環状に形成され、大径部１０の下面と受け部１２ａの上面とに密着されている。

【0031】

配置部１３はシャフト部１１の上端部から外方に張り出されたフランジ部１７とフランジ部１７の外周部から上方に突出された環状部１８とを有している。環状部１８には上方に開口され径方向に貫通された切欠１８ａが形成されている。環状部１８の上端部には上方に開口された被取付孔１８ｂ、１８ｂ、・・・が周方向に離隔して形成されている。配置部１３の内部にはファイバプローブ２の鍔部７が配置され、切欠１８ａに光ファイバ８の中間部８ｃが挿通されている。

【0032】

蓋部１４は円環状に形成され、中央部に螺孔１９が形成されている。螺孔１９には調節ねじ２０が螺合されている。蓋部１４の外周部には上下に貫通されたねじ挿通孔１４ａ、１４ａ、・・・が環状部１８の被取付孔１８ｂ、１８ｂ、・・・と対応する位置に形成されている。蓋部１４は、ねじ挿通孔１４ａを挿通された取付ねじ５０が被取付孔１８ｂに螺合されることによって配置部１３の上面に取り付けられる。蓋部１４が配置部１３に取り付けられた状態において、調節ねじ２０の下面とファイバプローブ２の被押圧面７ａとの間に弾性部材５が配置される。

【0033】

弾性部材５としては、例えば、圧縮コイルばねが用いられている。ファイバプローブ２は、弾性部材５の弾性力によって下方（先端側）へ付勢され、先端面２ａが保護窓部３の接触面１０ａに押し付けられる。なお、弾性部材５として、皿ばねや板ばね等が用いられてもよい。

【0034】

温度センサ１においては、調節ねじ２０を回転させて螺孔１９に対する螺合位置を変化させることにより、ファイバプローブ２に対する弾性部材５の付勢力の調節が可能にされている。

【0035】

＜弾性部材の機能＞
次に、温度センサ１における弾性部材５の機能について説明する（図２及び図３参照）。

【0036】

なお、図２及び図３においては、ファイバプローブ２及び保護窓部３の変位の様子をわかりやすくするために、一部を省略すると共に、ファイバプローブ２及び保護窓部３の変位量を誇張して示している。

【0037】

図２左図は、加熱されていない状態における温度センサ１を表している。このときのファイバプローブ２の先端面２ａと保護窓部３の接触面１０ａの上下方向における高さを線Ａで示す。

【0038】

温度センサ１は、例えば、測定時に、射出成形機において生じる熱によって加熱される。温度センサ１においては、測定の初期段階において、外側に位置された外筐部４に対する加熱量が内側に位置されたファイバプローブ２に対する加熱量より大きくなるため、外筐部４の膨張の程度がファイバプローブ２の膨張の程度より大きくなる。外筐部４が膨張すると、窓支持部１２の膨張に伴って窓支持部１２に支持された保護窓部３がファイバプローブ２から離隔する方向（下方）へ変位され、接触面１０ａが線Ａより下方に変位される（図２右図の線Ｂ参照）。

【0039】

このように保護窓部３が下方に変位されるが、温度センサ１においては、弾性部材５の付勢力によってファイバプローブ２が保護窓部３側に付勢されているため、ファイバプローブ２が保護窓部３に追従して下方に変位され、先端面２ａが保護窓部３の接触面１０ａに押し付けられた状態が維持される。

【0040】

上記の状態からさらに温度センサ１が加熱されると、外筐部４の内側に位置されているファイバプローブ２が次第に高温になり、ファイバプローブ２の膨張の程度が大きくなる。このとき、ファイバプローブ２と外筐部４の相対的な膨張の程度に応じて保護窓部３が上下動される可能性があるが、膨張によるファイバプローブ２の保護窓部３に対する押圧力が弾性部材５によって吸収され、ファイバプローブ２の保護窓部３に対する過度な押し付けが防止された状態で、先端面２ａが接触面１０ａに押し付けられた状態が維持される。

【0041】

一方、加熱により温度センサ１の各部が膨張した状態（図３左図参照）から、温度センサ１に対する加熱が停止されると、ファイバプローブ２と外筐部４が収縮されていく。このとき、先ず、外筐部４の収縮の程度がファイバプローブ２の収縮の程度より大きくなり、保護窓部３がファイバプローブ２に近づく方向（上方）へ変位される（図３右図参照）。

【0042】

このとき、ファイバプローブ２が保護窓部３によって下方から押圧され、ファイバプローブ２が弾性部材５の付勢力に反してシャフト部１１に対して上方に変位され、ファイバプローブ２の先端面２ａ及び保護窓部３の接触面１０ａが線Ｃから線Ｄまで上方に変位される。したがって、外筐部４の収縮時に保護窓部３に対して過剰に力が付与されず、保護窓部３の破損を防止することができる。

【0043】

上記の状態からさらに温度センサ１が冷却されると、ファイバプローブ２の収縮の程度が大きくなる。このとき、ファイバプローブ２と外筐部４の相対的な収縮の程度に応じて保護窓部３が上下動される可能性があるが、収縮による保護窓部３のファイバプローブ２に対する押圧力が弾性部材５によって吸収され、保護窓部３のファイバプローブ２に対する過度な押し付けが防止された状態で、先端面２ａが接触面１０ａに押し付けられた状態が維持される。

【0044】

このように、温度センサ１は、加熱時又は冷却時におけるファイバプローブ２と外筐部４の膨張又は収縮の程度に拘わらず、弾性部材５の付勢力によってファイバプローブ２の先端部が保護窓部３に押し付けられた状態が維持されると共に、ファイバプローブ２と保護窓部３の間に生じる押圧力が弾性部材５によって吸収される。

【0045】

したがって、ファイバプローブ２と保護窓部３の間に隙間が形成されず、温度センサ１による高い測定精度を確保することができる。また、保護窓部３に対して過剰に力が付与されず、保護窓部３の破損を防止することができる。

【0046】

また、温度センサ１には、弾性部材５のファイバプローブ２に対する付勢力を調節する調節ねじ２０が設けられている。

【0047】

これにより、調節ねじ２０によって弾性部材５のファイバプローブ２に対する付勢力を調節することが可能になるため、ファイバプローブ２や射出成形機の種類や温度センサ１の構成に応じてファイバプローブ２に対する弾性部材５の付勢力を任意に選択して、温度センサ１を最適な測定状態にすることができる。

【0048】

さらに、温度センサ１においては、調節ねじ２０が外筐部４の蓋部１４に螺合されている。

【0049】

これにより、蓋部１４が調節ねじ２０を支持する機能とファイバプローブ２等を覆う機能を有するため、調節ねじ２０を支持するための専用の部材を必要とせず、部品点数の削減を図った上で弾性部材５の付勢力を任意に選択することができる。

【0050】

さらにまた、温度センサ１においては、弾性部材５としてバネが用いられている。

【0051】

これにより、弾性部材５が高い耐熱性を有するため、測定環境に応じて専用の弾性部材５を用いる必要がなく、温度センサ１の高い汎用性を確保することができる。

【0052】

＜その他＞
上記には、弾性部材５としてばねが用いられた例を示したが、弾性部材５としてゴムが用いられてもよい（図４参照）。弾性部材５は、例えば、平板状に形成され、上下両面がそれぞれ調節ねじ２０とファイバプローブ２の被押圧面７ａとに面接触されている。

【0053】

これにより、弾性部材５の付勢力が被押圧面７ａに均一に作用され易くなるため、ファイバプローブ２の軸方向以外の方向への変位が抑制され、ファイバプローブ２を確実に保護窓部３側へ付勢することができる。

【0054】

なお、弾性部材５として用いられるゴムとしては、天然ゴムや合成ゴムに限らず、シリコンゴムが用いられてもよい。弾性部材５として天然ゴム等と比較して高い耐熱性を有するシリコンゴムを用いることにより、温度センサ１の高い汎用性を確保することができる。また、弾性部材５として、上記のばねやゴムに代えて、発泡体等が用いられてもよい。

【0055】

また、上記には、円環状の蓋部１４に調節ねじ２０が螺合された例を示したが、蓋部１４に代えて、円板状の蓋部１４Ａが設けられ、弾性部材５が蓋部１４Ａの下面と被押圧面７ａの間に配置されていてもよい（図５参照）。これにより、部品点数の削減を図ることができる。

【符号の説明】

【0056】

１…温度センサ
２…ファイバプローブ
２ａ…先端面
３…保護窓部
４…外筐部
５…弾性部材
７ａ…被押圧面
８…光ファイバ
１１…シャフト部
１４…蓋部
２０…調節ねじ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】