JP3192034U - 細管式粘度計 - Google Patents
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Abstract
【課題】試験中に逐次流動特性を算出して表示装置にその結果を表示することが可能な細管式粘度計を提供する。
【解決手段】表示装置24に表示させる表示ウィンドウ内に、ヒータ3の温度を所定温度に設定して熱可塑性プラスチックの流動特性を評価する試験を実行するときに、温度センサ22が検出する試験中の「温度」、ピストン6の変位である「ストローク」および見かけの粘度の計算値を示す「粘度」の各表示領域を配置している。シリンダ2に試料SPを充填し、試料に試験力を与え始めるときのピストンの位置を0として、制御装置30は、ストローク値を所定の時間間隔ごとに計測し、その各表示領域の数値を更新するとともに、ストローク値に基づいて各種流動特性を示す値を算出している。
【選択図】図1
【解決手段】表示装置24に表示させる表示ウィンドウ内に、ヒータ3の温度を所定温度に設定して熱可塑性プラスチックの流動特性を評価する試験を実行するときに、温度センサ22が検出する試験中の「温度」、ピストン6の変位である「ストローク」および見かけの粘度の計算値を示す「粘度」の各表示領域を配置している。シリンダ2に試料SPを充填し、試料に試験力を与え始めるときのピストンの位置を0として、制御装置30は、ストローク値を所定の時間間隔ごとに計測し、その各表示領域の数値を更新するとともに、ストローク値に基づいて各種流動特性を示す値を算出している。
【選択図】図1
Description
この考案は、材料の粘度測定を行う細管式粘度計に関する。
この種の細管式粘度計は、樹脂、トナー、ゴム、セラミック、食品、化粧品、薬品、塗料、繊維などの所望温度条件下における粘度を測定するものであり、試料を充填するためのシリンダと、シリンダ内に挿入されるピストンとを有する粘度計本体と、各種流動特性を算出する制御装置とを備える(特許文献1参照)。
図6は、粘度計本体10の縦断面図である。
この粘度計本体10は、試料SPを充填するシリンダ2と、シリンダ2の外周に設けられたヒータ3と、シリンダ2の底面に配設されたダイ4と、シリンダ2に螺合させることによりダイ4をシリンダ2の底面に固定するダイ押さえ5と、試料SPが充填されたシリンダ2に挿入されるピストン6とを備える。ダイ4には、試料SPを通過させるための孔部4aが設けられ、ヒータ3により所定の温度に調整された試料SPに対しピストン6を介して試験圧力を与えると、試料SPが孔部4aから押し出される。そして、シリンダ2に充填された試料SPをピストン6により孔部4aから押し出すときの、ピストン6の移動量、移動に要した時間などから各種流動特性が算出される。
このような細管式粘度計を使用して、熱可塑性プラスチックの流動特性を評価するための試験を行うときには、試験規格(JIS K 7210、ISO 1133、ASTM D1238)に従って試験が行われる。例えば、熱可塑性プラスチックの溶融時の流動性を表す数値であるMFR(melt mass−flow rate)、MVR(melt volume−flow rate)を自動測定法により算出する場合、ピストン6が所定の時間内に移動する距離を測定、または、ピストン6が所定の距離を移動する時間を測定している。これらの数値は所定の時間が経過、または、ピストン6が所定の距離を移動するのに要した時間が経過してから算出されるものであるため、従来の細管式粘度計において、これらの算出された流動特性を表示装置に表示する場合には、所定の時間が経過、または、ピストン6が所定の距離を移動するのに要した時間が経過した試験終了後に算出された流動特性を表示装置に表示するようにしている。
また、JIS K 7210付属書Cには、流れ値(フローレート)Qが規定されており、このフローレートQと一致するように、ピストン6を移動させることが必要となる。このため、図6に示す粘度計本体10を備える細管式粘度計では、フローレートQを下記式(1)により算出している。
なお、Aはピストン6の断面積(cm2)、S1はピストン6が所定の距離を移動するときの時間計測を開始する計測開始位置(mm)、S2はその計測終了位置(mm)、Δtはピストン6が計測開始位置S1から計測終了位置S2に達するまでの経過時間(s)である。
ここでピストン6へ負荷を与え始めるときのピストン6の位置を0とし、S1=3mm、S2=7mmとすると、少なくともピストン6の移動量が3mmを通過し、7mmを通過するまでの経過時間Δtがわかるまでの時間が試験時間として必要となる。このため、特許文献1に記載の従来の細管式粘度計では、算出された流動特性を表示装置に表示する場合には、試験中の測定データ(例えば、ピストン6の変位)を記憶部に記憶し、試験終了後にそれらの測定データとパラメータに基づいてフローレートQを算出している。さらに、算出されたフローレートQと、ダイ4の孔部4aの直径Dを利用して見かけのせん断速度(s−1)を算出するとともに、算出されたフローレートQと、ダイ4の孔部4aの直径Dおよびダイ長さLおよび試験圧力を利用して見かけの粘度(Pa・s)を算出し、これらの数値を一括して表示装置に表示するようにしている。
上述したように、特許文献1に記載されている従来の細管式粘度計では、試験中に逐次流動特性を算出するのではなく、試験終了後に記憶部に記憶した測定データを用いて算出することから、オペレータは、試験中の流動特性の変化の状況を把握することができなかった。一方で、試験によっては、算出される流動特性の変化に一定の傾向があり、試験終了を待たずに材料の状態を判断できる場合がある。このような場合にも、試験終了を待たなければ材料の流動特性の評価ができないとすると、時間が無駄に浪費されることになる。
また、物性変化が短時間で生じる樹脂の射出成型製品などの製造においては、材料の流動特性の評価を製造途中の製品の状態管理に生かすために、試験結果が生産工程に速やかにフィードバックされることが求められている。したがって、従来のように試験が終了するまで材料の流動特性の評価ができないとすると、製造途中の製品の状態管理に材料の流動特性の評価を十分に生かすことが困難となる。特に、試料SPを押し出すピストン6に負荷する試験力が小さい試験条件では、試料SPがシリンダ2の底部から流れ出るまでに時間がかかるため、試験時間も長くなり、生産工程へのフィードバックが不可能となる場合もある。
この考案は上記課題を解決するためになされたものであり、試験中に逐次流動特性を算出して表示装置にその結果を表示することが可能な細管式粘度計を提供することを目的とする。
請求項1に記載の考案は、シリンダ内に充填した試料をピストンで押圧することにより前記シリンダの底部に設けられた細管孔から流出させ、試料の流動特性を求める細管式粘度計において、表示装置と、入力装置と、前記入力装置を介して予め設定された所定間隔で読み取られた前記ピストンのストローク値に基づいて、試験中に試料の流動特性を算出するとともに、前記表示装置に算出された試料の流動特性を示す値を即時的に表示するコンピュータと、を備えたことを特徴とする。
請求項2に記載の考案は、請求項1に記載の細管式粘度計において、前記所定間隔は、一定の時間間隔または前記ピストンの移動間隔であり、前記コンピュータは、一定の時間が経過、または、前記ピストンが一定量移動したときに、試料の流動特性を算出して前記表示装置に試料の流動特性を示す値を即時的に表示する。
請求項3に記載の考案は、請求項1に記載の細管式粘度計において、前記所定間隔は、一定の時間間隔および一定の時間間隔の前後での前記ピストンの移動量で定まる間隔であり、前記コンピュータは、一定の時間が経過し、かつ、前記ピストンの移動量が前回の一定の時間の間に移動したピストンの移動量を超えているときに、試料の流動特性を算出して前記表示装置に試料の流動特性を示す値を即時的に表示する。
請求項4に記載の考案は、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の細管式粘度計において、前記流動特性を示す値は、フローレート、見かけのせん断速度、見かけの粘度の各々である。
請求項5に記載の考案は、請求項4に記載の細管式粘度計において、前記コンピュータは、前記表示装置に、試験中の時間とフローレートとの関係、時間と見かけのせん断速との関係、時間と見かけの粘度との関係を示すグラフをさらに表示する。
請求項1から請求項5に記載の考案によれば、所定間隔で読み取られたピストンの移動量に基づいて、試験中に試料の流動特性を算出するとともに、表示装置に算出された試料の流動特性を示す値を即時的に表示するコンピュータを備えることから、試験中に逐次流動特性を算出して表示装置にその結果をリアルタイムに表示することが可能となる。これにより、試験終了を待たずに試料の状態、すなわち、熱可塑性樹脂などから成る製品の状態を推測できることから、製品の生産サイクルへのフィードバックを迅速に行うことが可能となる。
以下、この考案の実施の形態を図面に基づいて説明する。図1は、この考案に係る細管式粘度計の主要な構成を示す概要図である。
この細管式粘度計は、シリンダ2内に充填した試料SPをピストン6により押し出す粘度計本体10と、粘度計本体10のピストン6に負荷を与える負荷機構と、ピストン6の移動量および移動に要した時間(ピストン6の速度)、試料SPの温度から、試料SPの流れ特性、粘性などの流動特性を演算する制御装置30を備える。
図1に示す粘度計本体10は、図6に示す粘度計本体10と同様の構成を有する。すなわち、試料SPを充填するシリンダ2と、シリンダ2の外周に設けられたヒータ3と、シリンダ2の底面に配設されたダイ4と、シリンダ2に螺合させることによりダイ4をシリンダ2の底面に固定するダイ押さえ5と、試料SPが充填されたシリンダ2に挿入されるピストン6とを備える。ダイ4には、試料SPを通過させるための孔部4aが設けられ、ヒータ3により所定の温度に調整された試料SPに対しピストン6を介して試験圧力を与えると、試料SPが孔部4aから押し出される。なお、試料SPの温度は、シリンダ2に配設された温度センサ22により検出され、検出値は制御装置30に入力される。
負荷機構は、ピストン6に負荷を与える負荷軸11と、負荷軸11を上下に駆動する負荷レバー12とを備える。負荷レバー12は、一端に設けられた移動支点Bを支点として揺動可能となっており、力点Cである他端に輪軸13を介して取り付けられた分銅14の作用により負荷レバー12が揺動し、作用点Oからピストン6に鉛直方向の負荷が作用する。また、負荷レバー12の力点C側には、負荷レバー12に対して分銅14と逆方向に力を作用させるバランス分銅15がプーリ16を介して接続されている。なお、分銅14は、試験条件に応じて異なる重さのものに取り換え可能となっている。
分銅14によるシリンダ2への負荷の付与は、電磁弁21の駆動により上下動するエアシリンダ19により規制されている。すなわち、エアシリンダ19が上昇している状態では、負荷軸11を介してピストン6に負荷がかからない位置で負荷レバー12の傾斜が規制され、エアシリンダ19が下降している状態では、分銅14の重量と輪軸13および負荷レバー12のテコ比に応じた荷重が、負荷軸11を介してピストン6に作用する。したがって、シリンダ2に試料SPを充填するときにはエアシリンダ19を上昇させて負荷軸11が降下しないように負荷レバー12を支え、試料SPに試験力を与えるときには、エアシリンダ19を下降させて負荷レバー12の支持を解除する。なお、電磁弁21の駆動は、制御装置30により制御される。
負荷軸11の一端は、ジョイント17を介してピストン6に接続され、他端には負荷軸11の上下の移動量を検出するポテンショメータ23が配設されている。ピストン6の変位はポテンショメータ23により検出され、ポテンショメータ23の検出値は制御装置30に入力される。
制御装置30はこの考案のコンピュータであり、各種演算を実行するCPU31と、この細管式粘度計の全体動作を制御するプログラムを格納するとともに、温度センサ22およびポテンショメータ23の検出値を記憶するメモリ32を備える。制御装置30には、入力装置25と表示装置24が接続され、表示装置24には、温度センサ22およびポテンショメータ23の検出値を用いて算出された材料の流動特性を示す数値やグラフが表示される。
図2は、試験中の見かけの粘度の数値を表示装置24へ表示するときの態様の一例を示す説明図である。
この表示例では、表示装置24に表示させる表示ウィンドウ61内に、ヒータ3の温度を摂氏190度に設定して熱可塑性プラスチックの流動特性を評価する試験を実行するときに、温度センサ22が検出する試験中の「温度」、ピストン6の変位である「ストローク」および見かけの粘度の計算値を示す「粘度」の各表示領域を配置している。シリンダ2に試料SPを充填し、試料SPに試験力を与え始めるときのピストン6の位置を0として、制御装置30は、ストローク値(ピストン6の変位値)を50msごとに計測し、その各表示領域の数値を更新するとともに、ストローク値に基づいて各種流動特性を示す値を算出している。
なお、この細管式粘度計では、この表示例に示す「温度」、「ストローク」、「粘度」の表示項目の数値の更新を、時間間隔(s)またはピストン6の移動間隔(mm)のいずれかで設定することが可能である。すなわち、ストロークの読取を所定の時間間隔(s)、例えば50msごと、と設定してもよく、ピストン6の移動量の間隔(mm)、例えばピストン6が0.5mm移動するごとに要した時間(s)を読み取るようにしてもよい。このような所定の間隔は、試験を開始する前に、オペレータにより入力装置25を介して制御装置30に入力されメモリ32に記憶される。
試験が開始されると、50msごとにポテンショメータ23からの入力に基づくピストン6のストローク値が読み取られ、表示装置24の数値表示が更新される。同時に、読み取られたストローク値に基づいて、下記式(2)により、逐次フローレートQが算出される。
なお、Aはピストン6の断面積(cm2)、Srnはn回目に読み取られたストローク値(mm)、Srn−1はn−1回目の読取ストローク値(mm)、Tは予め設定されたストローク値を読み取る時間間隔(s)である。そして、フローレートQが算出されれば、見かけのせん断速度および見かけの粘度を算出することができる。すなわち、ピストン6の移動量に基づいて、試験中に試料SPの流動特性を算出されるとともに、それらの算出値の表示装置24での表示が更新される。すなわち、試料SPの流動特性を示す値が新たに得られると同時に即時的に表示される。
図2に示す表示例では、見かけの粘度である「粘度」の表示を所定間隔で更新表示するようにしているが、フローレートQおよび見かけのせん断速度についても、逐次算出された値を更新して表示するようにしてもよい。このような表示により、オペレータは、材料の流動特性に関する数値をリアルタイムでモニターすることが可能となる。
また、ストロークの読取時間間隔と粘度の算出間隔(表示を更新する所定間隔)は同じでなくてもよく、例えば、ストロークの読み取りは50msごとに行い、フローレートQや見かけの粘度を算出する間隔は1sごとに実行させて表示を更新するようにしてもよい。この様な場合には、上述した式(2)にけるTは、フローレートQを算出するためにオペレータが設定した時間間隔(s)となり、Srnはn回目の計算と同時刻に読み取られたストローク値(mm)、Srn−1はn−1回目の計算と同時刻に読み取られたストローク値(mm)となる。このような間隔でのフローレートQの算出は、ストロークの読取時間間隔と同じ間隔でフローレートQを算出する場合と比較して、CPU31の負荷を軽減することができる。
また、フローレートQを算出するためにオペレータが設定した時間間隔が経過しても、ピストン6の移動量が、前回の時間間隔Tでのピストン6の移動量を超えていた場合にのみ、前回のストローク値と今回のストローク値からフローレートQを計算し粘度を算出させることにより、表示装置に表示する各種流動特性を示す値を更新させるようにしてもよい。このように、制御装置30において、一定の時間間隔および一定の時間間隔の前後でのピストン6の移動量で定まる間隔で表示を更新するための各種流動特性を示す値の計算を行うことで、CPU31の負荷をより軽減することが可能となる。
図3から図5は、試料SPの流動特性の時間的変化を表すグラフである。図3は、表示装置24に表示される時間とフローレートQとの関係を示すグラフである。図4は、表示装置24に表示される時間と見かけのせん断速度との関係を示すグラフである。図5は、表示装置24に表示される時間と見かけの粘度との関係を示すグラフである。図3から図5では、横軸が時間(s)で共通しており、縦軸が制御装置30のCPU31の作用により算出された流動特性を示す値である。
この細管式粘度計では、表示装置24に、試験中に、図3から図5に示す試料SPの流動特性の時間的変化を表すグラフを、リアルタイムで表示することが可能である。図3から図5のグラフ中、実線(図の横軸の60sより前)は、それまでに逐次算出されたフローレート、見かけのせん断速度、見かけの粘度のそれぞれの値をプロットしたもので、2点鎖線(図の横軸の60s以降)は、説明の便宜上、試験を続行した場合の変化を仮想的に示したもので、実際の表示装置24への表示ではまだ表示されない部分である。
ある熱可塑性プラスチックを射出成型して製品を制作する生産プロセスにおいては、同種の原料を同条件で加熱して射出成型することが頻繁に行われる。このように、ある程度原料が決まっている場合、図3から図5に実線と2点鎖線で連続して示すように、流動特性の時間的変化には、一定の傾向が表れる。図3から図5に示す例では、いずれの流動特性についても、20sから80sの間の数値は、ほぼ横ばいとなる傾向を示している。このことから、オペレータは、各グラフに実線で示す60sまで計測した状態でも、試料SPの流動特性を把握することが可能である。
なお、この明細書においてせん断速度を見かけのせん断速度、粘度を見かけの粘度と呼称し、図4および図5の縦軸を、見かけのせん断速度および見かけの粘度としているのは、この実施形態においては、ダイ4の孔部4aの入り口において乱流が発生しないと仮定したニュートン流体を想定した計算式を用いてせん断速度および粘度を算出しており、真の値とは異なることを示すものである。
このように、この考案に係る細管式粘度計では、試験終了を待たずに試料SPの状態、すなわち、製品の状態を推測できることから、製品の生産サイクルへのフィードバックを迅速に行うことが可能となる。
1 試料
2 シリンダ
3 ヒータ
4 ダイ
5 ダイ押さえ
6 ピストン
10 粘度計本体
11 負荷軸
12 負荷レバー
13 輪軸
14 分銅
15 バランス分銅
16 プーリ
17 ジョイント
19 エアシリンダ
21 電磁弁
22 温度センサ
23 ポテンショメータ
24 表示装置
25 入力装置
30 制御装置
61 表示ウィンドウ
2 シリンダ
3 ヒータ
4 ダイ
5 ダイ押さえ
6 ピストン
10 粘度計本体
11 負荷軸
12 負荷レバー
13 輪軸
14 分銅
15 バランス分銅
16 プーリ
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19 エアシリンダ
21 電磁弁
22 温度センサ
23 ポテンショメータ
24 表示装置
25 入力装置
30 制御装置
61 表示ウィンドウ
Claims (5)
- シリンダ内に充填した試料をピストンで押圧することにより前記シリンダの底部に設けられた細管孔から流出させ、試料の流動特性を求める細管式粘度計において、
表示装置と、
入力装置と、
前記入力装置を介して予め設定された所定間隔で読み取られた前記ピストンの移動量に基づいて、試験中に試料の流動特性を算出するとともに、前記表示装置に算出された試料の流動特性を示す値を即時的に表示するコンピュータと、
を備えたことを特徴とする細管式粘度計。 - 請求項1に記載の細管式粘度計において、
前記所定間隔は、一定の時間間隔または前記ピストンの移動間隔であり、
前記コンピュータは、一定の時間が経過、または、前記ピストンが一定量移動したときに、試料の流動特性を算出して前記表示装置に試料の流動特性を示す値を即時的に表示する細管式粘度計。 - 請求項1に記載の細管式粘度計において、
前記所定間隔は、一定の時間間隔および一定の時間間隔の前後での前記ピストンの移動量で定まる間隔であり、
前記コンピュータは、一定の時間が経過し、かつ、前記ピストンの移動量が前回の一定の時間の間に移動したピストンの移動量を超えているときに、試料の流動特性を算出して前記表示装置に試料の流動特性を示す値を即時的に表示する細管式粘度計。 - 請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の細管式粘度計において、
前記流動特性を示す値は、フローレート、見かけのせん断速度、見かけの粘度の少なくとも1つである細管式粘度計。 - 請求項4に記載の細管式粘度計において、
前記コンピュータは、前記表示装置に、試験中の時間とフローレートとの関係、時間と見かけのせん断速との関係、時間と見かけの粘度との関係を示すグラフの少なくとも1つをさらに表示する細管式粘度計。
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CN204389339U (zh) | 2015-06-10 |
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