JP4200218B2 - 樹脂特性測定装置及び樹脂特性測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、樹脂特性等を測定する際に用いて好適な樹脂特性測定装置及び樹脂特性測定方法に関する。

一般に、射出成形機における成形条件の設定は、オペレータのノウハウや経験等に大きく依存する側面があるとともに、各種物理量が相互に影響し合うため、多くの試打ちや設定作業時間が必要となる。このため、射出成形ＣＡＥ（射出成形コンピュータ支援技術）により仮想成形（シミュレーション）を行い、この仮想成形に基づいて成形条件等を設定することも行われている。

ところで、射出成形ＣＡＥにおいては、金型に射出充填する溶融樹脂の流動状況（樹脂特性）を正確に把握することが良好な仮想成形を実現する鍵となる。通常、射出成形ＣＡＥでは、溶融樹脂の樹脂特性として、樹脂圧Ｐ，比容積Ｖ及び樹脂温度Ｔを含むＰＶＴ特性や粘度特性等を用いるとともに、金型における溶融樹脂の流動状況を予測する際には、射出ノズルから金型に流入する溶融樹脂の流量を用いている。

従来、このようなＰＶＴ特性や粘度特性等の樹脂特性を測定する手段としては、特開平７−６３６６３号公報で開示されるキャピラリレオメータ等の専用測定機が知られている。しかし、射出成形機の場合、熱履歴や強い剪断応力に起因する分子量の分布変化等が発生するため、専用測定機で測定した樹脂特性は、実際の射出成形機における樹脂特性とは一致しない場合が多い。結局、専用測定機を用いても射出成形機にとっての望ましい樹脂特性を得ることができず、的確で正確な射出成形ＣＡＥは実現できない。

このため、樹脂特性を射出成形機により検出するようにした射出成形機の樹脂特性検出方法も知られている。例えば、特許第２５０７１４８号公報には、射出成形機のシリンダ内部から成形用金型のキャビティ部に至るまでの間に、シリンダ内部とキャビティ部間の溶融樹脂の流通を阻止する流路開閉機構を設け、この流路開閉機構を閉じた状態にし、スクリュに基準の押圧値の押圧力を付与してそのスクリュを平衡移動させ、このスクリュが平衡移動を停止した基準の停止位置におけるスクリュの位置値を得る第一工程、及びスクリュに基準の押圧値とは異なる押圧値の押圧力を付与してそのスクリュを平衡移動させ、このスクリュが平衡移動を停止した停止位置におけるスクリュの位置値を得、基準の停止位置からのスクリュ移動距離を得る第二工程を、溶融樹脂の所定溶融状態のもとで順次行い、押出値および移動距離の関係を所定関数式によって近似することにより溶融樹脂圧力値及び溶融樹脂容積値の関係式を得る樹脂特性検出方法が開示されている。また、特開平６−１６６０６８号公報には、樹脂温度センサー及び樹脂圧力センサーを埋設した湯道と、成形機ノズルと圧接すべく湯道の一端に設けたノズルタッチ面と、このノズルタッチ面と反対側の湯道の他端に連通して設けたキャピラリーと、成形機のプラテン又は成形機に取付けた金型に湯道を取付ける取付部とを有する成形機シリンダの特性評価装置が開示されている。
特開平７−６３６６３号 特許第２５０７１４８号 特開平６−１６６０６８号

しかし、上述した従来の樹脂特性測定装置（樹脂特性測定方法）は、次のような問題点があった。

第一に、新規素材の場合、確保できる樹脂量は、生産段階に移行していない実験室レベルの量となるため、測定に相当量の樹脂が必要となる従来の測定装置では、緻密で精度の高い樹脂特性を得ることができない。

第二に、得られる樹脂特性に係わるデータは、樹脂自身の物理的特性に限られるため、得られた樹脂特性に基づいて実際に成形処理を行った際に、どのような成形特性を得られるかなどの最終的な成形品の評価を含めた幅広いデータを得ることができず、新規素材に対する信頼性の高い評価を行うことができない。

第三に、各種樹脂特性を測定する場合、樹脂特性にそれぞれ対応する測定機能を付加する必要があるが、従来の測定装置はそれぞれ限定した樹脂特性に対する専用測定機として構成されるため、必要なデータを総合的に測定する場合、設備面においてコストアップや大型化を招く。

本発明は、このような背景技術に存在する課題を解決した樹脂特性測定装置及び樹脂特性測定方法の提供を目的とするものである。

本発明に係る樹脂特性測定装置１は、上述した課題を解決するため、少なくとも樹脂材料に係わる樹脂特性を測定するための測定装置であって、成形品を成形可能なキャビティ４と、外部から供給された被測定溶融樹脂Ｒをキャビティ４に供給可能な第一樹脂通路５と、この第一樹脂通路５の中途位置から分岐した第二樹脂通路６と、この第二樹脂通路６の先端に接続したプランジャユニット７と、第一樹脂通路５における分岐部の接続状態を切換える切換器８とを有する樹脂回路３を設けた金型部２を備えるとともに、樹脂回路３に被測定溶融樹脂Ｒを供給した際の物理量を検出する一又は二以上の物理量検出器９ａｔ，９ａｐ，９ｂｔ…を有する測定部９を備えてなることを特徴とする。

この場合、発明の好適な態様により、切換器８は、分岐部の前方（キャビティ４側）に位置する第一樹脂通路５における前側第一樹脂通路５ｆ，分岐部の後方（成形機Ｍ側）に位置する第一樹脂通路５における後側第一樹脂通路５ｒ及び第二樹脂通路６を選択的に接続又は遮断する三方切換弁８ｖを用いることができる。なお、物理量には、少なくとも樹脂温度Ｔａ…，樹脂圧Ｐａ…及びプランジャ位置Ｘ１…を含ませることができる。また、樹脂特性測定装置１には、金型部２に射出ノズルＭｉｎをノズルタッチすることにより第一樹脂通路５に被測定溶融樹脂Ｒを供給する射出成形機Ｍを備えることができ、射出成形機Ｍとしては、プリプラ式射出成形機Ｍｐを用いることができる。そして、射出成形機Ｍにも、内部に収容された被測定溶融樹脂Ｒの物理量を検出する一又は二以上の物理量検出器１０ｎｔ，１０ｎｐ，１０ｉｔ…を有する成形機測定部１０を設けることができるとともに、この物理量には、少なくとも樹脂温度Ｔｎ…，樹脂圧Ｐｎ…及びプランジャ位置Ｘｏ…を含ませることができる。

一方、本発明に係る樹脂特性測定方法は、上述した課題を解決するため、少なくとも樹脂材料に係わる樹脂特性を測定するに際し、成形品を成形可能なキャビティ４と、外部から供給された被測定溶融樹脂Ｒをキャビティ４に供給可能な第一樹脂通路５と、この第一樹脂通路５の中途位置から分岐した第二樹脂通路６と、この第二樹脂通路６の先端に接続したプランジャユニット７と、第一樹脂通路５における分岐部の接続状態を切換える切換器８とを有する樹脂回路３を設けた金型部２を使用し、切換器８を所定の切換位置Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３に切換えることにより、樹脂回路３に被測定溶融樹脂Ｒを供給し、供給した被測定溶融樹脂Ｒに係わる一又は二以上の物理量を検出することにより、少なくとも樹脂材料に係わる樹脂特性を測定するようにしたことを特徴とする。

この場合、発明の好適な態様により、金型部２に、射出成形機Ｍの射出ノズルＭｉｎをノズルタッチし、この射出成形機Ｍから樹脂回路３に対して被測定溶融樹脂Ｒを供給できるとともに、切換器８として三方切換弁８ｖを使用し、分岐部の前方（キャビティ４側）に位置する第一樹脂通路５の前側第一樹脂通路５ｆ，分岐部の後方に位置する第一樹脂通路５の後側第一樹脂通路５ｒ及び第二樹脂通路６を選択的に接続又は遮断することができる。

これにより、三方切換弁８ｖを、前側第一樹脂通路５ｆ及び第二樹脂通路６に対して後側第一樹脂通路５ｒを遮断する第一切換位置Ｃ１へ切換えるとともに、被測定溶融樹脂Ｒを、後側第一樹脂通路５ｒに供給することにより、被測定溶融樹脂ＲのＰＶＴ（樹脂圧−比容積−樹脂温度）特性を測定できる。

また、三方切換弁８ｖを、第二樹脂通路６と後側第一樹脂通路５ｒを接続し、かつ前側第一樹脂通路５ｆを第二樹脂通路６及び後側第一樹脂通路５ｒに対して遮断する第二切換位置Ｃ２へ切換えるとともに、被測定溶融樹脂Ｒを、後側第一樹脂通路５ｒ及び第二樹脂通路６を通してプランジャユニット７に供給することにより、被測定溶融樹脂Ｒの粘度特性を測定できる。この際、プランジャユニット７に供給した被測定溶融樹脂Ｒを、第二樹脂通路６及び後側第一樹脂通路５ｒを通して供給側に逆送することにより、被測定溶融樹脂Ｒの粘度特性を測定できるとともに、加えて、被測定溶融樹脂Ｒを、後側第一樹脂通路５ｒ及び第二樹脂通路６を通してプランジャユニット７に供給し、当該被測定溶融樹脂Ｒの粘度特性を測定する処理と、プランジャユニット７に供給した被測定溶融樹脂Ｒを、第二樹脂通路６及び後側第一樹脂通路５ｒを通して供給側に逆送することにより、被測定溶融樹脂Ｒの粘度特性を測定する処理とを繰返して行うことができる。なお、この粘度特性は、ｇを重力加速度，ｒを樹脂通路半径，Ｌを第二樹脂通路６の後側（分岐部側）位置であるａ地点から第二樹脂通路６の前側（プランジャユニット７側）位置であるｂ地点までの樹脂通路長，Ｑを流量，Ｐａをａ地点における樹脂圧，Ｐｂをｂ地点における樹脂圧としたときに、樹脂粘度ηを、η＝｛πｇｒ⁴／８ＬＱ｝（Ｐａ−Ｐｂ），樹脂剪断速度νを、ν＝４Ｑ／πｒ³により得、この樹脂粘度η及び樹脂剪断速度νから求めることができる。

さらに、三方切換弁８ｖを、前側第一樹脂通路５ｆと後側第一樹脂通路５ｒを接続し、かつ第二樹脂通路６を前側第一樹脂通路５ｆ及び後側第一樹脂通路５ｒに対して遮断する第三切換位置Ｃ３へ切換えるとともに、被測定溶融樹脂Ｒを、第一樹脂通路５を通してキャビティに供給することにより、被測定溶融樹脂Ｒの成形特性を得ることができる。

このような本発明に係る樹脂特性測定装置１及び樹脂特性測定方法によれば、次のような顕著な効果を奏する。

（１） プランジャユニット７を駆動して被測定溶融樹脂Ｒを供給側に戻す（逆送する）ことが可能になるため、新規素材のように、確保できる樹脂量が少ない場合、即ち、生産段階に移行していない実験室レベルの量であっても、被測定溶融樹脂Ｒを繰返し利用することにより十分なデータを得ることができ、緻密で精度の高い樹脂特性を得ることができる。

（２） 被測定溶融樹脂Ｒ自身の物理的特性のみならず、得られる樹脂特性に基づいて実際に成形処理を行った際における成形特性を同時に収集できるなど、最終的な成形品の評価を含めた幅広いデータを得れるため、新規素材等に対する信頼性の高い評価を行うことができる。

（３） 各種樹脂特性及び成形特性を一台の測定装置により測定できるため、必要なデータを総合的に測定する場合であっても、設備面におけるコストダウン及び小型化に寄与することができる。

（４） 好適な態様により、切換器８として、分岐部の前方に位置する第一樹脂通路５における前側第一樹脂通路５ｆ，分岐部の後方に位置する第一樹脂通路５における後側第一樹脂通路５ｒ及び第二樹脂通路６を選択的に接続又は遮断する三方切換弁８ｖを用いれば、所定の切換位置Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３へ容易かつ円滑に切換えることができる。

（５） 好適な態様により、物理量として、少なくとも樹脂温度Ｔａ…，樹脂圧Ｐａ…及びプランジャ位置Ｘ１…を含ませれば、射出成形において重要となる少なくともＰＶＴ特性及び粘度特性の双方を同時に測定することが可能となる。

（６） 好適な態様により、金型部２に射出ノズルＭｉｎをノズルタッチすることにより第一樹脂通路５に被測定溶融樹脂Ｒを供給する射出成形機Ｍを備えれば、一般的な射出成形機Ｍを直接利用できるとともに、射出成形機Ｍとして、プリプラ式射出成形機Ｍｐを用いれば、特に、被測定溶融樹脂Ｒを計量する際の安定化を図ることができる。

次に、本発明に係る最良の実施形態を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。

まず、本実施形態に係る樹脂特性測定装置１の構成について、図１〜図６を参照して説明する。

樹脂特性測定装置１は、成形品を成形可能なキャビティ４と、外部から供給された被測定溶融樹脂Ｒをキャビティ４に供給可能な第一樹脂通路５と、この第一樹脂通路５の中途位置から分岐した第二樹脂通路６と、この第二樹脂通路６の先端に接続したプランジャユニット７と、第一樹脂通路５における分岐部の接続状態を切換える切換器８とを有する樹脂回路３を有する金型部２を備える。

この場合、金型部２の基本的な形態は、射出成形に用いる一般的な金型の形態と同じであり、可動型２ｍと固定型２ｃを備え、不図示の型締装置に取付けることができる。したがって、型締装置により型開き，型閉じ及び型締めを行うことができる。また、金型部２には、不図示の加熱ヒータが付設され、後述する射出シリンダ４４側の加熱温度と同一温度に加熱制御可能である。

一方、金型部２の具体的な形態は、次のようになる。まず、可動型２ｍと固定型２ｃのパーティング面にキャビティ４を形成する。なお、キャビティ４の容積は必要最小限の大きさを確保し、不必要に大きくならないように考慮する。また、固定型２ｃの端面には、後述する射出成形機Ｍの射出ノズルＭｉｎの先端がノズルタッチするノズルタッチ面２１を設ける。そして、ノズルタッチ面２１とキャビティ４間に第一樹脂通路５を形成する。第一樹脂通路５の形成方向は、射出ノズルＭｉｎの射出方向に一致させる。さらに、第二樹脂通路６を、この第一樹脂通路５の中途位置から直角方向に分岐させ、固定型２ｃの上面（側面）２２に臨ませる。この場合、第一樹脂通路５及び第二樹脂通路６の内径は、剪断の発生を抑制するため、射出ノズルＭｉｎの内径に一致させる。

また、固定型２ｃの上面２２には、プランジャユニット７を取付け、第二樹脂通路６の先端に接続する。プランジャユニット７は、上面２２に先端を固定し、かつ内部が第二樹脂通路６の先端に連通するバレル部２３と、このバレル部２３に収容した逆送プランジャ部２４と、この逆送プランジャ部２４を進退駆動するプランジャ駆動部２５を備える。プランジャ駆動部２５は、油圧駆動系を用いてもよいし電気駆動系を用いてもよい。さらに、切換器８には、第一樹脂通路５の中途位置、即ち、第一樹脂通路５から第二樹脂通路６が分岐する分岐部に配設した三方切換弁８ｖを用いる。これにより、三方切換弁８ｖから前方の第一樹脂通路５は、前側第一樹脂通路５ｆとなり、三方切換弁８ｖから後方の第一樹脂通路５は、後側第一樹脂通路５ｒとなる。

よって、この三方切換弁８ｖにより、前側第一樹脂通路５ｆ，後側第一樹脂通路５ｒ及び第二樹脂通路６を選択的に接続又は遮断、具体的には、図４に示す第一切換位置Ｃ１，図５に示す第二切換位置Ｃ２，図６に示す第三切換位置Ｃ３にそれぞれ切換えることができる。この場合、第一切換位置Ｃ１では、前側第一樹脂通路５ｆ及び第二樹脂通路６に対して後側第一樹脂通路５ｒが遮断される。第二切換位置Ｃ２では、第二樹脂通路６と後側第一樹脂通路５ｒが接続され、かつ前側第一樹脂通路５ｆが第二樹脂通路６及び後側第一樹脂通路５ｒに対して遮断される。第三切換位置Ｃ３では、前側第一樹脂通路５ｆと後側第一樹脂通路５ｒが接続され、かつ第二樹脂通路６が前側第一樹脂通路５ｆ及び後側第一樹脂通路５ｒに対して遮断される。なお、各樹脂通路５ｆ，５ｒ，６にそれぞれ開閉弁を配設することにより同様の切換を行うことができるが、三方切換弁８ｖを用いることにより、各切換位置Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３へ容易かつ円滑に切換えることができる。以上のキャビティ４，第一樹脂通路５，第二樹脂通路６，プランジャユニット７及び三方切換弁８ｖは、樹脂回路３を構成する。

さらに、樹脂特性測定装置１には、樹脂回路３に被測定溶融樹脂Ｒを供給した際の物理量を検出する一又は二以上の物理量検出器９ａｔ，９ａｐ…を有する測定部９を備える。この場合、図１及び図３に示すように、ａ地点となる第二樹脂通路６の下側（三方切換弁８ｖ側）位置には、被測定溶融樹脂Ｒの温度（樹脂温度）Ｔａを検出する温度検出器９ａｔ及び被測定溶融樹脂Ｒの圧力（樹脂圧）Ｐａを検出する圧力検出器９ａｐを配設する。また、ｂ地点となる第二樹脂通路６の上側（プランジャユニット７側）位置には、被測定溶融樹脂Ｒの温度（樹脂温度）Ｔｂを検出する温度検出器９ｂｔ及び被測定溶融樹脂Ｒの圧力（樹脂圧）Ｐｂを検出する圧力検出器９ｂｐを配設する。また、プランジャユニット７における逆送プランジャ部２４の位置（逆送プランジャ位置）Ｘ１，Ｘ２を検出する位置検出器９ｃを配設する。そして、各検出器９ａｔ，９ａｐ，９ｂｔ，９ｂｐ，９ｃは、計測処理部３１に接続するとともに、この計測処理部３１は、各種処理を実行する処理コンピュータ３２に接続する。

他方、Ｍｐはプリプラ式射出成形機（射出成形機Ｍ）であり、金型部２のノズルタッチ面２１に、射出ノズルＭｉｎをノズルタッチして第一樹脂通路５に被測定溶融樹脂Ｒを供給することができる。なお、第一樹脂通路５に被測定溶融樹脂Ｒを供給する手段としては、専用の供給装置を用いることも可能であるが、本実施形態では、一般的な射出成形機Ｍを直接利用できる。特に、プリプラ式射出成形機Ｍｐを用いたため、被測定溶融樹脂Ｒを計量する際の安定化を図ることができる。

プリプラ式射出成形機Ｍｐは、樹脂材料を可塑化溶融する可塑化装置Ｍｍと、計量した溶融樹脂（被測定溶融樹脂）Ｒを金型部２に供給（射出）する射出装置Ｍｉを備える。可塑化装置Ｍｍは、可塑化シリンダ４１を備え、この可塑化シリンダ４１には、スクリュ４２を内蔵するとともに、後部には樹脂材料を可塑化シリンダ４１に供給するホッパー４３を備える。なお、可塑化シリンダ４１の後端には、スクリュ４２を回転させる図に現れないスクリュ駆動部を備える。また、射出装置Ｍｉは、射出シリンダ４４を備え、この射出シリンダ４４には、射出プランジャ４５を内蔵するとともに、前端には、射出ノズルＭｉｎを備え、さらに、後方には、射出プランジャ４５を進退移動させるプランジャ駆動部４６を備える。射出装置Ｍｉは、不図示の移動装置により支持され、射出ノズルＭｉｎが金型部２のノズルタッチ面２１にタッチする図２に示すノズルタッチ位置又は射出ノズルＭｉｎがノズルタッチ面２１から離間する図１に示すノズルタッチ解除位置に移動することができる。射出ノズルＭｉｎは、樹脂路４７を介して射出シリンダ４４の先端に連通するとともに、可塑化シリンダ４１の先端は樹脂路４８を介して樹脂路４７に連通する。樹脂路４８には、溶融樹脂の順流により開き、かつ逆流により閉じる逆流防止弁４９を配設する。なお、プリプラ式射出成形機Ｍｐとしては、できるだけ小型機を使用することが望ましい。例示のプリプラ式射出成形機Ｍｐは、最大射出容量が１．４〔ｃｃ〕である。

一方、プリプラ式射出成形機Ｍｐにも、内部に収容された被測定溶融樹脂Ｒの物理量を検出する一又は二以上の物理量検出器１０ｎｔ，１０ｎｐ…を有する成形機測定部１０を備える。この場合、図１に示すように、射出ノズルＭｉｎに、この射出ノズルＭｉｎ内における被測定溶融樹脂Ｒの温度（樹脂温度）Ｔｎを検出する温度検出器１０ｎｔ及び被測定溶融樹脂Ｒの圧力（樹脂圧）Ｐｎを検出する圧力検出器１０ｎｐを配設するとともに、射出シリンダ４４に、この射出シリンダ４４内における被測定溶融樹脂Ｒの温度（樹脂温度）Ｔｉを検出する温度検出器１０ｉｔ及び被測定溶融樹脂Ｒの圧力（樹脂圧）Ｐｉを検出する圧力検出器１０ｉｐを配設する。また、射出プランジャ４５の位置（射出プランジャ位置）Ｘｏ，Ｘｍを検出する位置検出器１０ｃを配設する。そして、各検出器１０ｎｔ，１０ｎｐ，１０ｉｔ，１０ｉｐ，１０ｃは、計測処理部３１に接続する。

次に、このような樹脂特性測定装置１を用いた本実施形態に係る樹脂特性測定方法について、図１〜図１１を参照して説明する。

本実施形態に係る樹脂特性測定装置１では、三方切換弁８ｖを、図４に示す第一切換位置Ｃ１へ切換えることにより、被測定溶融樹脂ＲのＰＶＴ（樹脂圧−比容積−樹脂温度）特性を測定できる。最初に、このＰＶＴ特性の測定方法について、各図を参照しつつ図７に示すフローチャートに従って説明する。

まず、測定準備として、射出ノズルＭｉｎをノズルタッチ面２１にノズルタッチさせるとともに、樹脂材料をホッパー４３に投入する。また、後側第一樹脂通路５ｒのエア抜きを行う（ステップＳ１）。エア抜きの方法としては複数の方法があるが、例えば、三方切換弁８ｖを図６に示す第三切換位置Ｃ３に切換え、プリプラ式射出成形機Ｍｐを作動させることによりエア抜きを行うことができる。この場合、プリプラ式射出成形機Ｍｐの作動により第一樹脂通路５に溶融樹脂Ｒが供給されるため、溶融樹脂Ｒが少なくとも三方切換弁８ｖを通過し、前側第一樹脂通路５ｆに進入するまで供給すれば、溶融樹脂Ｒが進入した分だけエア抜きを行うことができる。そして、溶融樹脂Ｒが前側第一樹脂通路５ｆまで進入したなら、三方切換弁８ｖを図４に示す第一切換位置Ｃ１に切換える（ステップＳ２）。これにより、前側第一樹脂通路５ｆ及び第二樹脂通路６に対して後側第一樹脂通路５ｒが遮断され、三方切換弁８ｖから後側第一樹脂通路５ｒ内には、被測定溶融樹脂Ｒが充填される。

この状態で測定に必要となる被測定溶融樹脂Ｒに対する所要量の計量を行う（ステップＳ３）。計量時には、ホッパー４３から供給される樹脂材料がスクリュ４２の回転により可塑化溶融され、樹脂路４８を介して樹脂路４７に進入する。この際、後側第一樹脂通路５ｒ側は、三方切換弁８ｖにより遮断されているため、樹脂路４７に進入した被測定溶融樹脂Ｒは、射出シリンダ４４内に蓄積され、射出プランジャ４５が後退して計量が行われる。計量が終了したならプランジャ駆動部４６を制御して圧抜きを行い、被測定溶融樹脂Ｒに付加される圧力を大気圧に開放する（ステップＳ４）。

そして、位置検出器１０ｃにより、このときの射出プランジャ位置Ｘｏを検出する（ステップＳ５）。また、プランジャ駆動部４６を駆動制御し、射出プランジャ４５により被測定溶融樹脂Ｒを所定圧力により加圧するとともに、この状態において計測処理を行う（ステップＳ６，Ｓ７）。即ち、温度検出器１０ｎｔ，１０ｉｔの一方又は双方により樹脂温度Ｔｎ及び／又はＴｉを検出するとともに、圧力検出器１０ｎｐ，１０ｉｐの一方又は双方により樹脂圧Ｐｎ及び／又はＰｉを検出する。さらに、位置検出器１０ｃにより射出プランジャ位置Ｘｍを検出し、射出プランジャ４５の移動量を求めることにより、公知の比容積算出方法を用いて比容積Ｖを算出する（ステップＳ８）。以上の計測処理が終了したなら、プランジャ駆動部４６を制御して圧抜きを行い、被測定溶融樹脂Ｒに付加される圧力を大気圧に開放する（ステップＳ９，Ｓ１０）。

次いで、樹脂温度と樹脂圧を順次変更し、ステップＳ５〜Ｓ１０までの処理を同様に行う（ステップＳ１１，Ｓ１２，Ｓ５…Ｓ１０）。一方、設定した測定回数に達したなら、測定に供した被測定溶融樹脂Ｒに対する測定を終了する（ステップＳ１１）。この場合、測定回数の設定は、被測定溶融樹脂Ｒに対して行った繰返し測定による被測定溶融樹脂Ｒの劣化を考慮したものであり、被測定溶融樹脂Ｒの性質により予め設定することができる。そして、設定した測定回数に達したなら、三方切換弁８ｖを図６に示す第三切換位置Ｃ３に切換える（ステップＳ１３）。

これにより、前側第一樹脂通路５ｆと後側第一樹脂通路５ｒが接続され、かつ第二樹脂通路６は前側第一樹脂通路５ｆ及び後側第一樹脂通路５ｒに対して遮断される。即ち、射出装置Ｍｉは、第一樹脂通路５を介してキャビティ４に接続され、キャビティ４に対して被測定溶融樹脂Ｒを射出充填して成形品を成形する通常の射出成形処理を行うことができ、被測定溶融樹脂Ｒを用いた成形品を得ることができる（ステップＳ１４）。よって、被測定溶融樹脂Ｒ自身の物理的特性のみならず、得られる樹脂特性（ＰＶＴ特性）に基づいて実際に成形処理を行った際の成形特性を同時に収集できるなど、最終的な成形品の評価を含めた幅広いデータを得ることができ、新規素材等に対する信頼性の高い評価を行うことができる。この場合、得られる成形特性（評価項目）としては、射出負荷圧力，計量トルク，可塑化能力，成形温度範囲，寸法安定性，機械的強度，残留歪み，成形品構造（分子構造），吸水性，耐薬品性，耐天候性等がある。

一方、目標とする測定数が残っている場合には、三方切換弁８ｖを第一切換位置Ｃ１に切換え、新たに計量を行うことにより、新たな被測定溶融樹脂ＲによりステップＳ２〜Ｓ１２と同様の処理を行い、データを収集する（ステップＳ１６，Ｓ２〜Ｓ１２）。そして、予め設定した測定回数に達したらステップＳ１３〜Ｓ１５と同様の射出成形処理を行い、成形特性を収集する（ステップＳ１１〜Ｓ１５）。以上の処理を、目標とする測定数まで行う（ステップＳ１６）。このようにして収集したデータをプロットすることにより、図１０に示すＰＶＴ特性、即ち、樹脂圧をパラメータとした樹脂温度に対する比容積特性を得ることができる。

他方、本実施形態に係る樹脂特性測定装置１では、三方切換弁８ｖを、図５に示す第二切換位置Ｃ２へ切換えることにより、被測定溶融樹脂Ｒの粘度特性を測定することができる。以下、この粘度特性の測定方法について、各図を参照しつつ図８に示すフローチャートに従って説明する。

まず、測定準備として、射出ノズルＭｉｎをノズルタッチ面２１にノズルタッチさせるとともに、樹脂材料をホッパー４３に投入する。また、プランジャユニット７の逆送プランジャ部２４を最前進位置まで移動させる。そして、三方切換弁８ｖを第二切換位置Ｃ２へ切換える（ステップＳ２１）。これにより、第二樹脂通路６と後側第一樹脂通路５ｒが接続され、かつ前側第一樹脂通路５ｆが第二樹脂通路６及び後側第一樹脂通路５ｒに対して遮断される。

次いで、この状態で測定に必要となる被測定溶融樹脂Ｒに対する所要量の計量を行う（ステップＳ２２）。計量時には、ホッパー４３から供給される樹脂材料がスクリュ４２の回転により可塑化溶融され、樹脂路４８を介して樹脂路４７に進入する。この際、射出プランジャ４５には所定の背圧を付与しておく。これにより、被測定溶融樹脂Ｒは、最初に、後側第一樹脂通路５ｒ及び第二樹脂通路６に進入し、逆送プランジャ部２４の前方まで被測定溶融樹脂Ｒが蓄積されるとともに、この後、樹脂路４７に進入した被測定溶融樹脂Ｒが、射出シリンダ４４内に蓄積され、射出プランジャ４５が後退して計量が行われる。計量が終了したならプランジャ駆動部４６を制御して圧抜きを行い、被測定溶融樹脂Ｒに付加される圧力を大気圧に開放する。この状態を図９（ａ）に示す。なお、図９（ａ）〜（ｃ）において、符号Ｒａ〜Ｒｆは、繰返し測定した際における被測定溶融樹脂Ｒを状態別に示したものであり、Ｒａは保圧分，Ｒｂは前工程滞留分，Ｒｃは滞留排除分，Ｒｄは測定分，Ｒｅは測定排除分，Ｒｆは保圧分をそれぞれ示している。

次いで、射出装置Ｍｉによる順方向の射出を行う（ステップＳ２３）。この場合、予め設定した射出速度により射出プランジャ４５を前進させて射出動作を行うとともに、射出動作中における計測処理を行う（ステップＳ２４）。即ち、ａ地点の温度検出器９ａｔにより樹脂温度Ｔａを検出するとともに、圧力検出器９ａｐにより樹脂圧Ｐａを検出し、また、ｂ地点の温度検出器９ｂｔにより樹脂温度Ｔｂを検出するとともに、圧力検出器９ｂｐにより樹脂圧Ｐｂを検出する。この場合、検出するタイミングは、図９（ｂ）に示すように、被測定溶融樹脂Ｒにおける測定分Ｒｄが第二樹脂通路６を通過する期間内に行う。さらに、この期間内における所定時間Δｔｍの前後における逆送プランジャ位置Ｘ１，Ｘ２を、それぞれ位置検出器９ｃにより検出する。この所定時間Δｔｍと逆送プランジャ位置Ｘ１，Ｘ２により被測定溶融樹脂Ｒの流量Ｑが得られる。

そして、得られた検出結果から、樹脂粘度η及び樹脂剪断速度νを、
η＝｛πｇｒ⁴／８ＬＱ｝（Ｐａ−Ｐｂ） …（０１）
ν＝４Ｑ／πｒ³ …（０２）
ただし ｇ ：重力加速度
ｒ ：樹脂通路半径
Ｌ ：ａ地点からｂ地点までの樹脂通路長
により算出する（ステップＳ２５）。

以上の計測処理が終了したなら、プランジャユニット７による逆方向の射出を行う（ステップＳ２６，Ｓ２７）。図９（ｃ）は、射出装置Ｍｉによる射出動作が終了した状態を示している。この場合、射出装置Ｍｉ側における被測定溶融樹脂Ｒの測定分Ｒｄは、プランジャユニット７側に移った状態になるため、プランジャユニット７におけるプランジャ駆動部２５を駆動制御し、予め設定した射出速度により逆送プランジャ部２４を前進させて射出動作を行うとともに、射出動作中における計測処理を行う（ステップＳ２８）。即ち、ａ地点の温度検出器９ａｔにより樹脂温度Ｔａを検出するとともに、圧力検出器９ａｐにより樹脂圧Ｐａを検出し、また、ｂ地点の温度検出器９ｂｔにより樹脂温度Ｔｂを検出するとともに、圧力検出器９ｂｐにより樹脂圧Ｐｂを検出する。この場合、検出するタイミングは、図９（ｂ）に示すように、被測定溶融樹脂Ｒにおける測定分Ｒｄが第二樹脂通路６を通過する期間内に行う。さらに、この期間内における所定時間Δｔｍの前後における逆送プランジャ位置Ｘ１，Ｘ２を、それぞれ位置検出器９ｃにより検出する。この所定時間Δｔｍと逆送プランジャ位置Ｘ１，Ｘ２により被測定溶融樹脂Ｒの流量Ｑが得られる。そして、得られた検出結果から、上述した（０１）式及び（０２）式により樹脂粘度η及び樹脂剪断速度νを算出する（ステップＳ２９）。以上の計測処理が終了したなら、プランジャ駆動部４６を制御して圧抜きを行い、被測定溶融樹脂Ｒに付加される圧力を大気圧に開放する。

次いで、樹脂温度と射出速度を順次変更し、ステップＳ２３〜Ｓ３０までの処理を同様に行う（ステップＳ３１，Ｓ３２，Ｓ２３…Ｓ３０）。一方、設定した測定回数に達したなら、測定に供した被測定溶融樹脂Ｒに対する測定を終了する（ステップＳ３１）。この場合、測定回数の設定は、被測定溶融樹脂Ｒに対して行った繰返し測定による被測定溶融樹脂Ｒの劣化を考慮したものであり、被測定溶融樹脂Ｒの性質により予め設定することができる。そして、設定した測定回数に達したなら、三方切換弁８ｖを図６に示す第三切換位置Ｃ３に切換える（ステップＳ３３）。

これにより、前側第一樹脂通路５ｆと後側第一樹脂通路５ｒが接続され、かつ第二樹脂通路６は前側第一樹脂通路５ｆ及び後側第一樹脂通路５ｒに対して遮断される。即ち、射出装置Ｍｉは、第一樹脂通路５を介してキャビティ４に接続され、キャビティ４に対して被測定溶融樹脂Ｒを射出充填して成形品を成形する通常の射出成形処理を行うことができ、被測定溶融樹脂Ｒを用いた成形品を得ることができる（ステップＳ３４）。よって、被測定溶融樹脂Ｒ自身の物理的特性のみならず、得られる樹脂特性（粘度特性）に基づいて実際に成形処理を行った際の成形特性を同時に収集できるなど、最終的な成形品の評価を含めた幅広いデータを得ることができるため、新規素材等に対する信頼性の高い評価を行うことができる。この場合、得られる成形特性（評価項目）としては、前述した射出負荷圧力，計量トルク，可塑化能力，成形温度範囲，寸法安定性，機械的強度，残留歪み，成形品構造（分子構造），吸水性，耐薬品性，耐天候性等がある。

一方、目標とする測定数が残っている場合には、三方切換弁８ｖを第二切換位置Ｃ２に切換え、新たに計量を行うことにより、新たな被測定溶融樹脂ＲによりステップＳ２１〜Ｓ３２と同様の処理を行い、データを収集する（ステップＳ３６，Ｓ２１〜Ｓ３２）。そして、予め設定した測定回数に達したら、ステップＳ３３〜Ｓ３５と同様の射出成形処理を行い、成形特性を収集する（ステップＳ３１〜Ｓ３５）。以上の処理を、目標とする測定数まで行う（ステップＳ３６）。このようにして収集したデータをプロットすることにより、図１１に示す粘度特性、即ち、樹脂温度をパラメータとした剪断速度に対する粘度特性を得ることができる。

このような本実施形態に係る樹脂特性測定装置１及び樹脂特性測定方法によれば、プランジャユニット７を駆動して被測定溶融樹脂Ｒを供給側に戻す（逆送する）ことが可能になるため、新規素材のように、確保できる樹脂量が少ない場合、即ち、生産段階に移行していない実験室レベルの量であっても、被測定溶融樹脂Ｒを繰返し利用することにより十分なデータを得ることができ、もって、緻密で精度の高い樹脂特性を得ることができる。また、各種樹脂特性及び成形特性を一台の測定装置により測定できるため、必要なデータを総合的に測定する場合であっても、設備面におけるコストダウン及び小型化に寄与することができる。さらに、検出する物理量として、樹脂温度Ｔａ…，樹脂圧Ｐａ…及びプランジャ位置Ｘ１…を含むため、射出成形において重要となる少なくともＰＶＴ特性及び粘度特性の双方を同時に測定することが可能となる。

以上、最良の実施形態について詳細に説明したが、本発明は、このような実施形態に限定されるものではなく、細部の構成，手法，数値等において、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更，追加，削除することができる。例えば、検出する物理量として樹脂圧，樹脂温度，プランジャ位置を例示したが、他の任意の物理量を含ませることができる。また、樹脂特性として、ＰＶＴ特性及び粘度特性を例示したが、被測定溶融樹脂Ｒの圧縮率特性，射出率特性等の他の各種樹脂特性の測定が可能である。さらに、例示の実施形態では、ＰＶＴ特性を測定して成形特性を測定する場合，粘度特性を測定して成形特性を測定する場合を示したが、ＰＶＴ特性を測定した後、粘度特性を測定し、この後、成形特性を測定してもよく、測定処理の組合わせや手順等は任意である。

本発明の最良の実施形態に係る樹脂特性測定装置の測定系の構成を含む原理的構成図、 同樹脂特性測定装置における機械系の構成図、 同樹脂特性測定装置の図１中Ａ−Ａ線断面図、 同樹脂特性測定装置における三方切換弁を第一切換位置に切換えた際の作用説明図、 同樹脂特性測定装置における三方切換弁を第二切換位置に切換えた際の作用説明図、 同樹脂特性測定装置における三方切換弁を第三切換位置に切換えた際の作用説明図、 同樹脂特性測定装置を用いてＰＶＴ特性及び成形特性を測定する際の処理手順を示すフローチャート、 同樹脂特性測定装置を用いて粘度特性及び成形特性を測定する際の処理手順を示すフローチャート、 同樹脂特性測定装置を用いて粘度特性を測定する際の作用説明図、 同樹脂特性測定装置により測定した一例を示すＰＶＴ特性図、 同樹脂特性測定装置により測定した一例を示す粘度特性図、

符号の説明

１ 樹脂特性測定装置
２ 金型部
３ 樹脂回路
４ キャビティ
５ 第一樹脂通路
５ｆ 前側第一樹脂通路
５ｒ 後側第一樹脂通路
６ 第二樹脂通路
７ プランジャユニット
８ 切換器
８ｖ 三方切換弁
９ 測定部
９ａｔ… 物理量検出器
１０ 成形機測定部
１０ｎｔ… 物理量検出器
Ｒ 被測定溶融樹脂
Ｍ 射出成形機
Ｍｐ プリプラ式射出成形機
Ｍｉｎ 射出ノズル
Ｃ１ 切換位置（第一切換位置）
Ｃ２ 切換位置（第二切換位置）
Ｃ３ 切換位置（第三切換位置）

Claims (16)

1. 少なくとも樹脂材料に係わる樹脂特性を測定するための樹脂特性測定装置において、成形品を成形可能なキャビティと、外部から供給された被測定溶融樹脂を前記キャビティに供給可能な第一樹脂通路と、この第一樹脂通路の中途位置から分岐した第二樹脂通路と、この第二樹脂通路の先端に接続したプランジャユニットと、前記第一樹脂通路における分岐部の接続状態を切換える切換器とを有する樹脂回路を設けた金型部を備えるとともに、前記樹脂回路に被測定溶融樹脂を供給した際の物理量を検出する一又は二以上の物理量検出器を有する測定部を備えてなることを特徴とする樹脂特性測定装置。
2. 前記切換器は、前記分岐部の前方（キャビティ側）に位置する前記第一樹脂通路における前側第一樹脂通路，前記分岐部の後方に位置する前記第一樹脂通路における後側第一樹脂通路及び前記第二樹脂通路を選択的に接続又は遮断する三方切換弁を用いることを特徴とする請求項１記載の樹脂特性測定装置。
3. 前記物理量には、少なくとも樹脂温度，樹脂圧及びプランジャ位置の一又は二以上を含むことを特徴とする請求項１記載の樹脂特性測定装置。
4. 前記金型部に射出ノズルをノズルタッチすることにより前記第一樹脂通路に被測定溶融樹脂を供給する射出成形機を備えてなることを特徴とする請求項１記載の樹脂特性測定装置。
5. 前記射出成形機は、プリプラ式射出成形機を用いることを特徴とする請求項４記載の樹脂特性測定装置。
6. 前記射出成形機には、内部に収容された被測定溶融樹脂の物理量を検出する一又は二以上の物理量検出器を有する成形機測定部を備えることを特徴とする請求項４又は５記載の樹脂特性測定装置。
7. 前記物理量には、少なくとも樹脂温度，樹脂圧及びプランジャ位置の一又は二以上を含むことを特徴とする請求項６記載の樹脂特性測定装置。
8. 少なくとも樹脂材料に係わる樹脂特性を測定するための樹脂特性測定方法において、成形品を成形可能なキャビティと、外部から供給された被測定溶融樹脂を前記キャビティに供給可能な第一樹脂通路と、この第一樹脂通路の中途位置から分岐した第二樹脂通路と、この第二樹脂通路の先端に接続したプランジャユニットと、前記第一樹脂通路における分岐部の接続状態を切換える切換器とを有する樹脂回路を設けた金型部を使用し、前記切換器を所定の切換位置に切換えることにより、前記樹脂回路に被測定溶融樹脂を供給し、供給した被測定溶融樹脂に係わる一又は二以上の物理量を検出することにより、少なくとも樹脂材料に係わる樹脂特性を測定することを特徴とする樹脂特性測定方法。
9. 前記金型部に、射出成形機の射出ノズルをノズルタッチし、この射出成形機から前記樹脂回路に対して被測定溶融樹脂を供給することを特徴とする請求項８記載の樹脂特性測定方法。
10. 前記切換器として三方切換弁を使用し、前記分岐部の前方（キャビティ側）に位置する前記第一樹脂通路における前側第一樹脂通路，前記分岐部の後方に位置する前記第一樹脂通路における後側第一樹脂通路及び前記第二樹脂通路を選択的に接続又は遮断することを特徴とする請求項８記載の樹脂特性測定方法。
11. 前記三方切換弁を、前記前側第一樹脂通路及び前記第二樹脂通路に対して前記後側第一樹脂通路を遮断する第一切換位置へ切換えるとともに、被測定溶融樹脂を、前記後側第一樹脂通路に供給することにより、被測定溶融樹脂のＰＶＴ（樹脂圧−比容積−樹脂温度）特性を測定することを特徴とする請求項１０記載の樹脂特性測定方法。
12. 前記三方切換弁を、前記第二樹脂通路と前記後側第一樹脂通路を接続し、かつ前記前側第一樹脂通路を前記第二樹脂通路及び前記後側第一樹脂通路に対して遮断する第二切換位置へ切換えるとともに、被測定溶融樹脂を、前記後側第一樹脂通路及び前記第二樹脂通路を通して前記プランジャユニットに供給することにより、被測定溶融樹脂の粘度特性を測定することを特徴とする請求項１０記載の樹脂特性測定方法。
13. 前記プランジャユニットに供給した被測定溶融樹脂を、前記第二樹脂通路及び前記後側第一樹脂通路を通して供給側に逆送することにより、被測定溶融樹脂の粘度特性を測定することを特徴とする請求項１２記載の樹脂特性測定方法。
14. 前記三方切換弁を、前記第二樹脂通路と前記後側第一樹脂通路を接続し、かつ前記前側第一樹脂通路を前記第二樹脂通路及び前記後側第一樹脂通路に対して遮断する第二切換位置へ切換えるとともに、被測定溶融樹脂を、前記後側第一樹脂通路及び前記第二樹脂通路を通して前記プランジャユニットに供給し、当該被測定溶融樹脂の粘度特性を測定する処理と、前記プランジャユニットに供給した被測定溶融樹脂を、前記第二樹脂通路及び前記後側第一樹脂通路を通して供給側に逆送することにより、被測定溶融樹脂の粘度特性を測定する処理とを繰返して行うことを特徴とする請求項１０記載の樹脂特性測定方法。
15. 前記粘度特性は、樹脂粘度η及び樹脂剪断速度νを、
    η＝｛πｇｒ⁴／８ＬＱ｝（Ｐａ−Ｐｂ）
    ν＝４Ｑ／πｒ³
    ただし ｇ：重力加速度
    ｒ：樹脂通路半径
    Ｌ：第二樹脂通路の後側（分岐部側）位置であるａ地点から第 二樹脂通路の前側（プランジャユニット側）位置であるｂ 地点までの樹脂通路長
    Ｑ：流量
    Ｐａ：ａ地点における樹脂圧
    Ｐｂ：ｂ地点における樹脂圧
    により得、この樹脂粘度η及び樹脂剪断速度νから求めることを特徴とする請求項１２，１３又は１４記載の樹脂特性測定方法。
16. 前記三方切換弁を、前記後側第一樹脂通路と前記前側第一樹脂通路を接続し、かつ前記第二樹脂通路を前記前側第一樹脂通路及び前記後側第一樹脂通路に対して遮断する第三切換位置へ切換えるとともに、被測定溶融樹脂を、前記第一樹脂通路を通して前記キャビティに供給することにより、被測定溶融樹脂の成形特性を得ることを特徴とする請求項１０記載の樹脂特性測定方法。

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