JP2670738B2 - 高分子材料の成形加工特性測定方法とその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高分子材料の成形加工
特性測定方法とその装置に関する。

【従来の技術】射出成形における高分子材料溶融体の射
出成形押し出し条件は、金型内の溶融体の流れによって
決められる他、金型内における圧力（Ｐ）・比体積
（Ｖ）・温度（Ｔ）の各条件によって決まる。そこで、
従来上記の高分子溶融体の圧力（Ｐ）・比体積（Ｖ）・
温度（Ｔ）（以下ＰＶＴと略記する）の関係を測定する
ＰＶＴ測定装置が提案されている。従来のＰＶＴ測定装
置においては、図７に記載のように、ヒーター２と温度
センサー３とによって炉体温度制御と炉内温度検出可能
な炉体１内に高分子材料溶融体４は充填され、加圧装置
５のピストン６によって加圧されている。炉内温度の制
御と検出炉内温度は、炉体温度制御と炉内温度検出部９
を介してコンピュータ８に接続され、表示部１０に表示
される。加圧力は、ピストン６に設けた圧力セル７で検
出し、加圧力測定検出部１１を介してコンピュータ８に
取り込まれ、表示部１０に表示される。溶融体の比体積
変化は、ピストン６にセットされているスケール１２で
変位量を測定し、変位量測定検出部１３を介して同様に
コンピュータ８に取り込み、表示部１０に表示される。
１４は圧力設定部で、高分子材料溶融体４の試料に応じ
コンピュータ８によって加圧力測定検出部１１を介して
加圧装置５に適宜な加圧力を設定することが可能であ
る。炉体１の温度コントロールは、温度操作部で行わ
れ、温度変化に伴う溶融体の温度、圧力、比体積の変化
のデータはコンピュータ８と表示部１０に送受信され、
主として高分子材料の射出成形時における成形効率を主
眼とした成形特性が得られる。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】一方、金型内から取り
出した成形品の寸法精度は現在μｍ単位の精度が要求さ
れている。射出成形時の金型内における溶融体が、射出
成形温度と金型の温度差によって急激に冷却されるとき
に生ずる成形品の寸法精度の誤差を予測するためには、
上記のＰＶＴの特性の他に溶融体の熱拡散係数やポアソ
ン比、あるいは高温高圧下における粘弾性を知る必要が
あり、それにより金型内の冷却過程における成形品の状
態を予測することができる。また、より高精度な成形品
を製造するための金型設計の資料として必要となる。Ｐ
ＶＴの他にポアソン比を知ることによって、金型内に拡
散した溶融体の部分的ポアソン比の分布を金型内の成形
品にシュミレーションして、成形条件や成形効率、ある
いは成形品の寸法精度を向上するための金型設計の貴重
な情報が得られる。ポアソン比は物体に応力を加えて伸
長させたときの、伸びひずみと横方向の伸縮ひずみの比
で表される材料の体積変形に関する弾性定数であり、数
１の次式で表される。

【数１】 （σはポアソン比、εx ，εy はそれぞれ応力方向およ
びその直交方向のひずみ） 高分子におけるポアソン比の測定が求められるのは、次
のような理由からである。工業材料としての高分子が出
現して以来、その粘弾性を測定し評価することが要求さ
れてきた。これらの高分子材料は、様々な方向からの荷
重のもとで使用されるため、正確な応力解析および予測
が必要とされるが、それを行う重要な条件としてポアソ
ン比の値が必要である。より基礎的な面では、ポアソン
比に関する研究は余りなされていないが、ポアソン比は
応力やひずみ、温度など外部から与えられた変化により
生じる物質の状態変化の指針として潜在的な価値がある
と考えられる。一般的には、高分子固体のポアソン比の
測定には、直接ひずみゲージを試料に張り付けて寸法変
化を計測したり、体積変化を測る方法がある。しかし、
いずれも一部を除く高分子のように大きな歪を示すもの
には、ひずみゲージが破損するためにこの方法は適さな
い場合もある。また、試料や外部条件が限られるなどの
欠点を持つ。したがってデータも限られた条件でしか得
られておらず、温度変化などに伴うポアソン比の連続測
定、あるいは高温高圧下における高分子溶融体のポアソ
ン比の測定はほとんどなされていない。そこで比較的簡
単でしかも外部条件の設定が行い易い測定方法の考案が
必要である。

【０００３】

【課題を解決するための手段】実際の高分子のポアソン
比の値は、室温で０．３前後であるとされている。しか
し、温度の上昇により融解したときは液体状態とみなす
ことが可能であるため、ポアソン比の値は０．５と考え
られる。つまり高分子におけるポアソン比の値は温度と
ともに変化しているはずである。図８にポアソン比の値
を一定と仮定して、音速と弾性率から実験的に求めたポ
リスチレンの比体積の温度変化を示す。比体積は温度の
上昇にともなって一様に増加すると予測されるが途中で
比体積の減少がみられる。これは、ポアソン比の値を一
定と仮定したことによる誤差である。そこで、逆に比体
積の温度変化のデータがあれば音速と弾性率からポアソ
ン比の温度変化を計算することができる。超音波伝搬法
によるポアソン比の計算式は次の通りである。無限媒体
の縦波の音速Ｖlは、数２の次式で与えられる。

【数２】 （λ，μはラメの定数、ρは密度） ここでラメの常数は、数３、数４の式に従ってヤング率
とポアソン比で置き換えることができる。

【数３】

【数４】 （σ：ポアソン比、Ｅ：ヤング率） 数２式に、数３、数４式を代入して次の数５式が得られ
る。

【数５】 （ν：比容積） 数５式をポアソン比について解くと次の数６式になる。

【数６】 上記数６式においてｘは次の数７式である。

【数７】 したがって、この数６、数７式に測定した音速値Ｖ1 、
弾性率Ｅおよび比容積νを代入することによりポアソン
比σが算出できる。また、高温高圧下における高分子溶
融体の超音波測定は少量の試料で良い、測定精度が高
い、温度制御が容易であるなどの特徴があり、ポアソン
比測定には最適な方法である。

【０００４】そこで本発明は、高分子材料の温度や圧力
の変化に伴うポアソン比の変化特性を高分子材料の成形
加工特性として測定する高分子材料の成形加工特性測定
方法において、温度管理可能な炉体内に充填した高分子
材料の温度や圧力に依存する比体積の変化と共に、超音
波伝達時間の変化を測定し、その測定値からポアソン比
を演算することを特徴とする高分子材料の成形加工特性
測定方法を提供するものである。また、本発明は、温度
管理可能な炉体内に高分子材料を充填し、該溶融体の温
度及び圧力の変化に伴う比体積の変化をそれぞれ測定
し、発振素子からの超音波を前記高分子材料に伝達し該
溶融体を通った音波を受振素子に伝達し、前記溶融体の
温度及び圧力の変化に伴う前記発振素子から受振素子ま
での超音波伝達時間の変化を測定し、その測定値から前
記高分子材料の超音波伝達速度を演算し且つその演算結
果と前記温度及び圧力の変化に伴う比体積の測定値及び
前記高分子材料のヤング率からポアソン比を演算するこ
とからなる高分子材料の成形加工特性測定方法を提供す
るものである。また、本発明は、温度管理可能な炉体内
に充填した高分子材料の温度及び圧力の変化に伴う比体
積の変化を測定する測定手段を有する高分子材料の成形
加工特性測定装置において、前記炉体内に充填した高分
子材料の温度及び圧力、比体積の変化に伴う超音波伝達
時間の変化を測定する超音波測定手段と、その超音波測
定値、及び前記温度及び圧力の変化に伴う比体積の測定
値、及び前記高分子材料のヤング率から高分子材料の温
度及び圧力、比体積の変化に伴うポアソン比を演算する
演算手段を具備することを特徴とする高分子材料の成形
加工特性測定装置を提供するものである。また、本発明
は、温度管理可能な炉体内に充填した高分子材料の温度
及び圧力の変化に伴う比体積の変化を測定する測定手段
を有すると共に、発振素子からの超音波を前記高分子材
料に伝達し該高分子材料を通った超音波を受振素子に伝
達する超音波伝達媒介手段を介して、前記高分子材料の
温度及び圧力、比体積の変化に伴う前記発振素子から受
振素子までの超音波伝達時間の変化を測定する手段を有
し、その超音波伝達時間測定値、及び前記温度及び圧力
の変化に伴う比体積の測定値、及び前記高分子材料のヤ
ング率から高分子材料の温度や圧力の変化に伴うポアソ
ン比を演算する演算手段を具備する高分子材料の成形加
工特性測定装置において、前記超音波伝達媒介手段が前
記高分子材料を間に発振側と受振側とで実質的に同じ音
波伝達特性を有する溶融石英からなることを特徴とする
高分子材料の成形加工特性測定装置を提供するものであ
る。また、本発明は、上記の高分子材料の成形加工特性
測定装置において、前記音波伝達媒介手段が前記溶融体
を間に加圧方向に対し、平行な縦方向又は直交した横方
向に沿って発振側と受振側とに振り分けて配置した溶融
石英からなることを特徴とする高分子材料の成形加工特
性測定装置を提供するものである。また、本発明は、前
記の高分子材料の成形加工特性測定装置において、前記
音波伝達媒介手段が前記溶融体に加圧方向に対し、平行
な縦方向又は直交した横方向に沿って一端が前記溶融体
に接し他端が発振素子及び受振素子に接する発振側と受
振側とが同一の溶融石英からなり、発振素子からの音波
を前記高分子材料に伝達し該高分子材料を通って反射し
た音波を受振素子に伝達することを特徴とする高分子材
料の成形加工特性測定装置を提供するものである。ま
た、本発明は、上記の高分子材料の成形加工特性測定装
置において、前記音波伝達媒介手段と当接する発振素子
又は受振素子に冷却手段を設けたことを特徴とする高分
子材料の成形加工特性測定装置を提供するものである。

【０００５】

【作用】上記の構成を有する本発明方法とその装置によ
れば、炉体内に充填した高分子材料の温度や圧力の変化
に伴う比体積の変化と共に、音波伝達時間の変化を測定
し、その測定値からポアソン比を演算することができ、
高分子材料の成形加工特性として高分子材料溶融体の温
度変化に伴うポアソン比の変化特性を容易に測定するこ
とができる。また、本発明によれば、温度管理可能な炉
体内に充填した高分子材料の温度や圧力の変化に伴う前
記高分子材料の音波伝達時間を、発振素子からの音波を
前記高分子材料に伝達し該高分子材料を通った音波を受
振素子に伝達する音波伝達媒介手段によって、前記高分
子材料の温度や圧力の変化に伴う前記発振素子から受振
素子までの音波伝達時間の変化を測定し、その測定値か
ら前記高分子材料の音波伝達速度を演算し且つその演算
結果と前記温度や圧力、比体積の測定値等からポアソン
比を演算することができる。また、本発明に係る高分子
材料の成形加工特性測定装置によれば、前記高分子材料
を間に発振側と受振側とで実質的に同じ音波伝達特性を
有する溶融石英からなる前記音波伝達媒介手段によっ
て、発振側と受振側との音波伝達媒介手段の音波伝達特
性に差異がなくなり、音波伝達時間測定値からポアソン
比を正確に演算することができる。また、本発明に係る
高分子材料の成形加工特性測定装置によれば、前記音波
伝達媒介手段が前記高分子材料を間に加圧方向に対し、
平行な縦方向又は直交した横方向に沿って発振側と受振
側とに振り分けて配置した溶融石英からなるものにあっ
ては、発振素子からの音波を発振側の伝達媒体である溶
融石英から前記溶融体に伝達し該高分子材料を通って貫
通した音波を受振側の伝達媒体を介して直線的に受振素
子に伝達することとなり、一端が前記高分子材料に接し
他端が発振素子及び受振素子に接する発振側と受振側と
が同一の溶融石英からなるものにあっては、同じ伝達媒
体が発振素子からの音波を前記溶融体に伝達し該溶融体
を通って反射した音波を受振素子に伝達することとな
る。このとき、音波伝達媒介手段が前記高分子材料を間
に加圧方向に対し平行な縦方向に配置したものにあって
は、その加圧力によって高分子材料との境界での音波の
伝達が容易であり、音波を伝達し難い高分子材料の場合
には、充填する樹脂の量を減らして音波の伝達具合を調
整することができる。また、音波伝達媒介手段が前記高
分子材料を間に加圧方向に対し直交した横方向に配置し
たものにあっては、加圧力に無関係に高分子材料の幅が
決まっているので、その幅を検出する必要なく、演算が
容易にできる。また、音波伝達媒介手段が一端が前記高
分子材料に接し他端が発振素子及び受振素子に接する反
射式のものにあっては、発振側と受振側とを兼用するこ
とにより簡素な構造にすることができる。また、本発明
に係る高分子材料の成形加工特性測定装置によれば、前
記音波伝達媒介手段と当接する発振素子又は受振素子を
冷却することによって、炉体から音波伝達媒介手段を介
して伝達される熱から発振素子又は受振素子を守ること
ができる。

【０００６】

【実施例】以下図示する実施例に基づいて本発明を詳細
に説明すると、図１、図２、図３又は図４に記載の本発
明に係る高分子材料の成形加工特性測定装置の各実施例
おいて、１は、図では一部省略して記載してあるが、図
７に記載の従来のＰＶＴ測定装置のように、ヒーター２
と温度センサー３とによって炉体温度制御と炉内温度検
出可能な炉体であり、炉体１内には、高分子材料４が充
填され、加圧装置５のピストン６によって加圧されてい
る。１５は断熱材である。同様に、炉内温度の制御と検
出炉内温度は、炉体温度制御と炉内温度検出部９を介し
てコンピュータ８に接続され制御され、炉内温度は表示
部１０に表示されるように構成してある。同様に、加圧
力は、ピストン６に設けた圧力セル７で検出し、加圧力
測定検出部１１を介してコンピュータ８に取り込まれ、
表示部１０に表示される。また同様に、高分子材料４の
比体積の変化は、ピストン６にセットされているスケー
ル１２で変位量を測定し、変位量測定検出部１３を介し
て同様にコンピュータ８に取り込み、表示部１０に表示
される。圧力設定部１４では、高分子材料４の試料に応
じコンピュータ８によって加圧力測定検出部１１を介し
て加圧装置５に適宜な加圧力を設定することが可能であ
る。炉体１の温度コントロールは、温度操作部で行わ
れ、高分子材料の温度、圧力、比体積の変化のデータは
コンピュータ８と表示部１０に送受信される。図１に記
載の実施例において、１６はピストン６の加圧方向に沿
って炉体１の中央に貫通して設けた炉孔で、該炉孔１６
の中央部に充填した高分子材料４を間に、ピストン６側
とその反対側に、音波伝達媒介手段の発振側の媒体取付
部材１７と受振側の媒体取付部材１８が一直線上に振り
分けて設けてある。それぞれの媒体取付部材１７、１８
には、その中心軸孔部を貫通して、音波伝達性に優れた
実質的に同じ音波伝達特性を有する溶融石英等からなる
音波伝達媒体１９、２０がそれぞれ一体に嵌着して設け
てある。ピストン６側の媒体取付部材１７の後端はピス
トン６に圧接している一方、反対側の媒体取付部材１８
は炉体１に締め付けナット２１によって一体に固定して
あり、音波伝達媒体１９、２０のそれぞれの先端面はピ
ストン６の加圧力を受けて高分子材料溶融体４に圧接す
るように構成してある。音波伝達媒体１９、２０のそれ
ぞれの後端面は、外部に露出しており、実施例の場合、
ピストン６側の音波伝達媒体１９の後端面には、電気発
振信号を機械的な音波（縦波）に変換するトランスデュ
ーサからなる発振素子２２が貼着してある一方、反対側
の音波伝達媒体２０の後端面には、機械的な音波（縦
波）を電気発振信号に変換するトランスデューサからな
る受振素子２６が貼着して設けてある。発振素子２２に
は、発振器２３から出力された電気発振信号が増幅器２
４で増幅され、媒体取付部材１７に取り付けたコネクタ
ー２５を介して入力するように、前記各構成部材が接続
されている一方、受振素子２６には、前記発振素子２２
から音波伝達媒体１９、高分子材料４、音波伝達媒体２
０を通じ受振された音波を電気受振信号に変換し、媒体
取付部材１７に取り付けたコネクター２７、増幅器２８
を介してデジタルオシロスコープ２９に入力するよう
に、前記各構成部材が接続されている。また、前記デジ
タルオシロスコープ２９には前記発振器２３からトリガ
ー発振信号が入力するようにトリガー回路３０が接続し
てあり、デジタルオシロスコープ２９によって、発振素
子２２から発信された音波が音波伝達媒体１９、高分子
材料４、音波伝達媒体２０を経て受振素子に到達する伝
達時間が測定できるように構成してある。デジタルオシ
ロスコープ２９によって測定された前記音波伝達時間は
コンピュータ８に入力されるように接続されている。こ
の伝達時間には、音波伝達媒体１９、２０を伝達する時
間も含まれているが、音波伝達媒体１９、２０を伝達す
る時間は、予め測定しておくことができるから、コンピ
ュータ８の演算部においては、前記デジタルオシロスコ
ープ２９によって測定された伝達時間から、予め測定し
てある音波伝達媒体１９、２０を伝達する時間を差し引
き、高分子材料４の間隔（距離）を前記差し引きして求
めた伝達時間を割ることによって、目的の音速を求める
ことができるようにプログラムされている。同時に、コ
ンピュータ８の演算部には、前記数６式及び数７式がプ
ログラムされている。

【数８】 上記数６式においてｘは次の数７式である。

【数９】 したがって、この数６、数７式に前記本発明装置で高分
子材料４の温度変化に対応して測定した音速値Ｖ1 、弾
性率Ｅおよび比体積νを入力することによりポアソン比
σを演算することができるように構成してある。図５、
図６は、前記本発明装置でそれぞれ成形特性の異なる高
密度ポリエチレンを溶融体４として、ポアソン比の温
度、圧力依存性を測定したものである。図５の実施例の
場合は、高分子材料４の温度を約１０゜Ｃから５０゜Ｃ
までは１０゜毎に、５０゜Ｃから約９０゜Ｃまでは５゜
毎に、温度変化に対応して音速値Ｖ1 、弾性率Ｅおよび
比体積νを測定すると共に、加圧力を４段階に可変にし
て測定して得られた特性曲線であり、図６の実施例の場
合は、高分子材料４の温度を約２０゜Ｃから１００゜Ｃ
までは２０゜毎に、１００゜Ｃから約１８０゜Ｃまでは
１０゜毎に、温度変化に対応して音速値Ｖ1 、弾性率Ｅ
および比体積νを測定すると共に、加圧力を４段階に可
変にして測定して得られた特性曲線である。また、図１
に記載の実施例において、前記音波伝達媒体１９、２０
と当接する発振素子２２、受振素子２３には、冷却手段
として冷却エアー発生器３０、３１がそれぞれ設けてあ
り、発振素子２２、受振素子２３に冷却エアーを吹きつ
けることにより、音波伝達媒体１９、２０から伝達され
る炉体１の熱から保護できるように構成してある。３２
は冷却エアー発生器３０、３１にそれぞれエアーを供給
するコンプレッサーである。

【０００７】図２に記載の実施例は、上記の図１の高分
子材料の成形加工特性測定装置において、前記音波伝達
媒介手段の音波伝達媒体１９、２０が前記高分子材料４
を間に加圧方向に対し、平行な縦方向に沿って発振側と
受振側とに振り分けて配置した溶融石英等からなるのに
対して、前記音波伝達媒介手段の音波伝達媒体１９、２
０が前記高分子材料４を間に加圧方向に対し、直交した
横方向に沿って発振側と受振側とに振り分けて配置した
溶融石英等からなることを特徴とする高分子材料の成形
加工特性測定装置に関するものである。図２の実施例に
おいて図１の実施例の場合と同等の機能を有する構成部
分は、同一の符号を付して示してあり、重複する説明は
省略するものとする。図２の実施例の場合、ピストン６
の加圧方向に沿って炉体１の中央に貫通して設けた炉孔
１６は、その底部を締め付けナット２１によって固定さ
れたメタルストッパー３３で閉鎖され、その上部炉孔１
６に充填された高分子材料４には、ピストン６が直接的
に当接している。前記音波伝達媒体１９、２０を中心軸
部にそれぞれ具備する発振側の媒体取付部材１７と受振
側の媒体取付部材１８は、炉孔１６の中央部に充填した
高分子材料４を間に、横方向に一直線上に振り分けて設
けてある。従って、図２の実施例の場合、ピストン６の
加工が容易であると共に、音波伝達媒体１９、２０の間
に位置する高分子材料溶融体４の距離が一定であるか
ら、音速計算が容易な構成となっている。

【０００８】図３に記載の実施例は、上記の図１の高分
子材料の成形加工特性測定装置において、前記音波伝達
媒介手段の音波伝達媒体１９、２０が前記溶融体４を間
に加圧方向に対し、平行な縦方向に沿って発振側と受振
側とに振り分けて配置した溶融石英等からなるのに対し
て、前記音波伝達媒介手段の音波伝達媒体３４が、加圧
方向に対し平行な縦方向に沿って、一端面が前記高分子
材料４に接し他端面が発振素子及び受振素子３５に接す
る発振側と受振側とが同一の溶融石英等からなり、発振
素子３５からの音波を前記溶融体４に伝達し該溶融体４
を通って反射した音波を受振素子３５によって受信する
ことを特徴とする高分子材料の成形加工特性測定装置に
関する。図３の実施例において図１又は図２の実施例の
場合と同等の機能を有する構成部分は、同一の符号を付
して示してあり、重複する説明は省略するものとする。
図３の実施例の場合、ピストン６の加圧方向に沿って炉
体１の中央に貫通して設けた炉孔１６は、その底部を締
め付けナット２１によって固定されたメタルストッパー
３３で閉鎖され、その上部炉孔１６に充填された高分子
材料４には、ピストン６の加圧力を受ける媒体取付部材
１７を貫通する音波伝達媒体３４が当接している。３６
は発振素子及び受振素子３５に発振側の発振器の発振信
号を伝達すると共に、受振側の受振信号をデジタルオシ
ロスコープ２９に伝達するコネクターである。３７は発
振素子及び受振素子３５を冷却する冷却エアー発生器で
ある。従って、図３の実施例の場合、図１の実施例と同
様に、ピストン６の加圧力によって音波伝達媒体３４と
溶融体４との境界での音波の伝達が容易であり、音波を
伝達し難い高分子材料の場合には、充填する樹脂の量を
減らして音波の伝達具合を調整することができる一方、
音波伝達媒体３４が発振側と受振側とを兼用することに
より簡素な構造にすることができる。

【０００９】図４に記載の実施例は、上記の図２の高分
子材料溶融体の成形加工特性測定装置において、前記音
波伝達媒介手段の音波伝達媒体１９、２０が前記溶融体
４を間に加圧方向に対し直交する横方向に沿って発振側
と受振側とに振り分けて配置した溶融石英等からなるの
に対して、前記音波伝達媒介手段の音波伝達媒体３４
が、加圧方向に対し直交する横方向に沿って、図３の実
施例と同様に、一端面が前記溶融体４に接し他端面が発
振素子及び受振素子３５に接する発振側と受振側とが同
一の溶融石英等からなり、発振素子３５からの音波を前
記溶融体４に伝達し該溶融体４を通って反射した音波を
受振素子３５によって受信することを特徴とする高分子
材料の成形加工特性測定装置に関する。図４の実施例に
おいて図１、図２又は図３の実施例の場合と同等の機能
を有する構成部分は、同一の符号を付して示してあり、
重複する説明は省略するものとする。図４の実施例の場
合、ピストン６の加圧方向に沿って炉体１の中央に貫通
して設けた炉孔１６は、その底部を締め付けナット２１
によって固定されたメタルストッパー３３で閉鎖され、
その上部の炉孔１６に充填された高分子材料４には、ピ
ストン６が直接に当接している。３６は発振素子及び受
振素子３５に発振側の発振器の発振信号を伝達すると共
に、炉孔１６内の溶融体４を横断して反射してきた受振
側の受振信号をデジタルオシロスコープ２９に伝達する
コネクターである。３７は発振素子及び受振素子３５を
冷却する冷却エアー発生器である。従って、図４の実施
例の場合、図２の実施例と同様に、ピストン６の加工が
容易であると共に、音波伝達媒体１９、２０の間に位置
する高分子材料４の距離が一定であるから、音速計算が
容易な構成となっている一方、音波伝達媒体３４が発振
側と受振側とを兼用することにより簡素な構造にするこ
とができる。

【００１０】

【効果】以上の通り、上記の構成を有する本発明方法と
その装置によれば、炉体内に充填した高分子材料の温度
や圧力の変化に伴う比体積の変化と共に、超音波伝達時
間の変化を測定し、その測定値からポアソン比を演算す
ることができ、高分子材料溶融体の成形特性として高分
子材料の温度変化に伴うポアソン比の変化特性を容易に
測定することができ、高分子材料の温度や圧力の変化に
伴う比体積の変化とポアソン比の変化特性を知ることに
よって、金型内に拡散した溶融体の部分的ポアソン比の
分布を金型内の成形品にシュミレーションして、成形条
件や成形効率、あるいは成形品の寸法精度を向上するた
めの金型設計の貴重な情報が得られる効果がある。ま
た、本発明によれば、温度管理可能な炉体内に充填した
高分子材料の温度変化に伴う前記高分子材料の超音波伝
達時間は、発振素子からの音波を前記高分子材料に伝達
し該高分子材料を通った音波を受振素子に伝達する超音
波伝達媒介手段によって、前記高分子材料の温度や圧力
の変化に伴う前記発振素子から受振素子までの超音波伝
達時間の変化を測定し、その測定値から前記高分子材料
の超音波伝達速度を演算し且つその演算結果と前記温度
及び圧力の変化に伴う比体積の測定値及び前記高分子材
料のヤング率からポアソン比を演算することができ、高
分子材料の成形加工特性として高分子材料の温度や圧力
の変化に伴うポアソン比の変化特性を簡単な構成で容易
に測定することができる効果がある。また、本発明に係
る高分子材料の成形加工特性測定装置によれば、前記高
分子材料を間に発振側と受振側とで実質的に同じ超音波
伝達特性を有する溶融石英からなる前記超音波伝達媒介
手段によって、発振側と受振側との超音波伝達媒介手段
の音波伝達特性に差異がなくなり、超音波伝達時間測定
値からポアソン比を正確に演算することができる効果が
ある。また、本発明に係る高分子材料の成形加工特性測
定装置によれば、前記超音波伝達媒介手段が前記高分子
材料を間に加圧方向に対し、平行な縦方向又は直交した
横方向に沿って発振側と受振側とに振り分けて配置した
溶融石英からなるものにあっては、発振素子からの音波
を発振側の伝達媒体である溶融石英から前記高分子材料
に伝達し該高分子材料を通って貫通した音波を受振側の
伝達媒体を介して直線的に受振素子に伝達することとな
り、一端が前記高分子材料に接し他端が発振素子及び受
振素子に接する発振側と受振側とが同一の溶融石英から
なるものにあっては、同じ伝達媒体が発振素子からの音
波を前記溶融体に伝達し該高分子材料を通って反射した
音波を受振素子に伝達することとなる。このとき、超音
波伝達媒介手段が前記高分子材料を間に加圧方向に対し
平行な縦方向に配置したものにあっては、その加圧力に
よって溶融体との境界での音波の伝達が容易に行うこと
ができ、音波を伝達し難い高分子材料の場合には、充填
する樹脂の量を減らして音波の伝達具合を調整すること
ができる効果がある。また、超音波伝達媒介手段が前記
高分子材料を間に加圧方向に対し直交した横方向に配置
したものにあっては、加圧力に無関係に高分子材料の幅
が決まっているので、その幅を検出する必要なく、演算
が容易にできる効果がある。また、超音波伝達媒介手段
が一端が前記高分子材料に接し他端が発振素子及び受振
素子に接する反射式のものにあっては、発振側と受振側
とを兼用することにより簡素な構造にすることができる
効果がある。また、本発明に係る高分子材料の成形加工
特性測定装置によれば、前記超音波伝達媒介手段と当接
する発振素子又は受振素子を冷却することによって、炉
体から超音波伝達媒介手段を介して伝達される熱から発
振素子又は受振素子を守ることができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る高分子材料の成形加工特性測定方
法とその装置の一実施例の要部の一実施態様を概略して
示す概略説明図

【図２】本発明に係る高分子材料の成形加工特性測定方
法とその装置の他の一実施例の要部の一実施態様を概略
して示す概略説明図

【図３】本発明に係る高分子材料の成形加工特性測定方
法とその装置のまた他の一実施例の要部の一実施態様を
概略して示す概略説明図

【図４】本発明に係る高分子材料の成形加工特性測定方
法とその装置の更に他の一実施例の要部の一実施態様を
概略して示す概略説明図

【図５】本発明に係る高分子材料の成形加工特性測定方
法とその装置の一実施態様における実施結果を概略して
示す概略説明図

【図６】本発明に係る高分子材料の成形加工特性測定方
法とその装置の他の一実施態様における実施結果を概略
して示す概略説明図

【図７】本発明に係る高分子材料の成形加工特性測定方
法とその装置の従来例の要部の一実施態様を概略して示
す概略説明図

【図８】本発明に係る高分子材料の成形加工特性測定方
法とその装置の原理を説明するための概略説明図

【符号の説明】

１・・・炉体 ２・・・ヒーター ３・・・温度センサー ４・・・高分子材料 ５・・・加圧装置 ６・・・ピストン ７・・・加重検出器 ８・・・コンピュータ ９・・・炉体温度制御検出部 １０・・表示部 １１・・加圧力制御測定検出部 １２・・スケール １３・・変位量測定検出部 １４・・加圧設定部 １５・・断熱材 １６・・炉孔 １７・・媒体取付部材 １８・・媒体取付部材 １９・・音波伝達媒体 ２０・・音波伝達媒体 ２１・・締め付けナット ２２・・発振素子 ２３・・発振器 ２４・・増幅器 ２５・・コネクター ２６・・メタルストッパー ２７・・コネクター ２８・・トリガー回路 ２９・・デジタルオシロスコープ ３０・・冷却エアー発生器 ３１・・冷却エアー発生器 ３２・・コンプレッサー ３３・・メタルストッパー ３４・・音波伝達媒体 ３５・・発振素子及び受振素子 ３６・・コネクター ３７・・冷却エアー発生器

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高分子材料の温度及び圧力の変化に伴う
   ポアソン比の変化特性を高分子材料溶融体の成形加工特
   性として測定する高分子材料の成形加工特性測定方法に
   おいて、温度管理可能な炉体内に充填した高分子材料の
   温度及び圧力の変化に伴う比体積の変化と共に、超音波
   伝達時間の変化を測定し、その測定値からポアソン比を
   演算することを特徴とする高分子材料の成形加工特性測
   定方法
2. 【請求項２】 温度管理可能な炉体内に高分子材料を充
   填し、該溶融体の温度及び圧力の変化に伴う比体積の変
   化をそれぞれ測定し、発振素子からの超音波を前記高分
   子材料に伝達し該溶融体を通った音波を受振素子に伝達
   し、前記溶融体の温度及び圧力の変化に伴う前記発振素
   子から受振素子までの超音波伝達時間の変化を測定し、
   その測定値から前記高分子材料の超音波伝達速度を演算
   し且つその演算結果と前記温度及び圧力の変化に伴う比
   体積の測定値及び前記高分子材料のヤング率からポアソ
   ン比を演算することからなる高分子材料の成形加工特性
   測定方法
3. 【請求項３】 温度管理可能な炉体内に充填した高分子
   材料の温度及び圧力の変化に伴う比体積の変化を測定す
   る測定手段を有する高分子材料の成形加工特性測定装置
   において、前記炉体内に充填した高分子材料の温度及び
   圧力、比体積の変化に伴う超音波伝達時間の変化を測定
   する超音波測定手段と、その超音波測定値、及び前記温
   度及び圧力の変化に伴う比体積の測定値、及び前記高分
   子材料のヤング率から高分子材料の温度及び圧力、比体
   積の変化に伴うポアソン比を演算する演算手段を具備す
   ることを特徴とする高分子材料の成形加工特性測定装置
4. 【請求項４】 温度管理可能な炉体内に充填した高分子
   材料の温度及び圧力の変化に伴う比体積の変化を測定す
   る測定手段を有すると共に、発振素子からの超音波を前
   記高分子材料に伝達し該高分子材料を通った超音波を受
   振素子に伝達する超音波伝達媒介手段を介して、前記高
   分子材料の温度及び圧力、比体積の変化に伴う前記発振
   素子から受振素子までの超音波伝達時間の変化を測定す
   る手段を有し、その超音波伝達時間測定値、及び前記温
   度及び圧力の変化に伴う比体積の測定値、及び前記高分
   子材料のヤング率から高分子材料の温度や圧力の変化に
   伴うポアソン比を演算する演算手段を具備する高分子材
   料の成形加工特性測定装置において、前記超音波伝達媒
   介手段が前記高分子材料を間に発振側と受振側とで実質
   的に同じ音波伝達特性を有する溶融石英からなることを
   特徴とする高分子材料の成形加工特性測定装置
5. 【請求項５】 請求項４に記載の高分子材料の成形加工
   特性測定装置において、前記超音波伝達媒介手段が前記
   溶融体を間に加圧方向に対し、平行な縦方向又は直交し
   た横方向に沿って発振側と受振側とに振り分けて配置し
   た溶融石英からなることを特徴とする高分子材料の成形
   加工特性測定装置
6. 【請求項６】 請求項４に記載の高分子材料の成形加工
   特性測定装置において、前記超音波伝達媒介手段が前記
   高分子材料に加圧方向に対し、平行な縦方向又は直交し
   た横方向に沿って一端が前記高分子材料に接し他端が発
   振素子及び受振素子に接する発振側と受振側とが同一の
   溶融石英からなり、発振素子からの音波を前記高分子材
   料に伝達し該溶融体を通って反射した音波を受振素子に
   伝達することを特徴とする高分子材料の成形加工特性測
   定装置
7. 【請求項７】 請求項４、５又は６に記載の高分子材料
   の成形加工特性測定装置において、前記超音波伝達媒介
   手段と当接する発振素子又は受振素子に冷却手段を設け
   たことを特徴とする高分子材料の成形加工特性測定装置