特開 2023-153704 樹脂と金属間の熱伝達係数の計測装置及び計測方法

(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】P2023153704

(43)【公開日】2023-10-18

(54)【発明の名称】樹脂と金属間の熱伝達係数の計測装置及び計測方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 25/18 20060101AFI20231011BHJP

   G01K 1/14 20210101ALI20231011BHJP

【ＦＩ】

G01N25/18 D

G01K1/14 L

【審査請求】未請求

【請求項の数】18

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022063128

(22)【出願日】2022-04-05

(71)【出願人】

【識別番号】000003137

【氏名又は名称】マツダ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001427

【氏名又は名称】弁理士法人前田特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】谷川 卓矢

(72)【発明者】

【氏名】宮本 嗣久

(72)【発明者】

【氏名】小川 淳一

【テーマコード（参考）】

2F056

2G040

【Ｆターム（参考）】

2F056CL06

2G040AB08

2G040BA08

2G040BA24

2G040CA02

2G040DA03

2G040DA14

2G040DA21

2G040FA01

2G040ZA08

(57)【要約】

【課題】パンチ２１をポット６の溶融樹脂１１に押し当てて樹脂及１１及びパンチ２１の温度を測定し、樹脂１１とパンチ２１の間の熱伝達係数を求める。パンチ２１を溶融樹脂１１に押し当てたときの樹脂側温度センサ１３の移動を防止する。
【解決手段】樹脂１１とパンチ２１の界面からの離隔距離が異なる樹脂１１の各点の温度を測定する複数の温度測定子をまとめて一つのブロック３４に保持し、そのブロック３４をポット６に支持部材３５を介して支持する。ポット６に溶融樹脂を貯留しブロック３４の上面が溶融樹脂１１の上面付近に位置付けられた状態になるようにし、その状態でパンチ２１をポット６に嵌入して溶融樹脂１１に押し当てる。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

溶融した樹脂を貯留するポットと、
上記ポットに嵌入されて先端面が上記樹脂に押し当てられる金属製のパンチと、
上記樹脂の温度を測定する樹脂側温度センサと、
上記パンチの温度を測定するパンチ側温度センサと、
上記樹脂及び上記パンチ各々の測定温度から上記樹脂と上記パンチの間の熱伝達係数を求める演算装置とを備えた熱伝達係数計測装置であって、
上記樹脂側温度センサは、
上記樹脂と上記パンチの界面からの離隔距離が異なる当該樹脂の各点の温度を電気的に測定する複数の温度測定子と、この複数の温度測定子を保持する一つのブロックと、該ブロックをその上面が上記樹脂の上面付近に位置付けられるように上記ポットに支持する支持部材とを備えていることを特徴とする熱伝達係数計測装置。

【請求項2】

請求項１において、
上記樹脂側温度センサの上記温度測定子は、２種類の金属素線の先端同士を接合して熱接点とした熱電対であることを特徴とする熱伝達係数計測装置。

【請求項3】

請求項２において、
上記熱電対の上記金属素線は上記熱接点以外の上記樹脂に埋設される部分が、融点が上記樹脂の融点よりも高い高耐熱性樹脂によって絶縁コートされていることを特徴とする熱伝達係数計測装置。

【請求項4】

請求項１又は請求項２において、
上記ブロックは、その上面が上記溶融した樹脂の上面と面一になるように上記ポットに支持されていることを特徴とする熱伝達係数計測装置。

【請求項5】

請求項１又は請求項２において、
上記パンチ側温度センサは、各々上記パンチに埋設され該パンチの温度を電気的に測定する複数の温度測定子を備え、
上記パンチ側温度センサの上記複数の温度測定子は、上記パンチの上方から下方に向かって延びて、又は上記パンチの外周側から中心に向かって延びて、各々の先端の温度測定点が上記パンチの軸心を中心とする同じ円周上に間隔をおいて配置されていることを特徴とする熱伝達係数計測装置。

【請求項6】

請求項５において、
上記パンチ側温度センサの上記複数の温度測定子は、上記樹脂と上記パンチの界面からの離隔距離が異なる上記パンチの各点の温度を測定するべく、各々の上記温度測定点の位置が上記パンチの軸方向にずらされていることを特徴とする熱伝達係数計測装置。

【請求項7】

請求項１又は請求項２において、
上記ポットは、その内部に収容した樹脂の温度を調節する温度調節装置を備えていることを特徴とする熱伝達係数計測装置。

【請求項8】

請求項１又は請求項２において、
上記樹脂は熱可塑性であることを特徴とする熱伝達係数計測装置。

【請求項9】

請求項１又は請求項２において、
上記ポットの上記樹脂を貯留する樹脂貯留部及び上記パンチの嵌入部は、上記パンチの嵌入方向に直交する断面形状が真円形状であることを特徴とする熱伝達係数計測装置。

【請求項10】

請求項１又は請求項２において、
上記熱電対の上記金属素線における上記ブロックより上記ポットの内周面側に突出した部分は、上記支持部材よりも下側に突出するように湾曲した湾曲部を有することを特徴とする熱伝達係数計測装置。

【請求項11】

溶融した樹脂を貯留したポットにパンチを嵌入してその先端面を樹脂に押し当てる工程と、
上記樹脂及び上記パンチの温度を測定する工程と、
上記樹脂及び上記パンチ各々の測定温度から上記樹脂と上記パンチの間の熱伝達係数を求める工程とを備え、
上記樹脂と上記パンチの界面からの離隔距離が異なる当該樹脂の各点の温度を電気的に測定する複数の温度測定子を一つのブロックに保持し、そのブロックを上記ポットに支持部材を介して支持しておき、
上記ポットに溶融した樹脂を貯留し、且つ上記ブロックの上面が当該樹脂の上面付近に位置付けられた状態になるようにし、その状態で上記パンチを上記ポットに嵌入してその先端面を樹脂に押し当てることを特徴とする熱伝達係数計測方法。

【請求項12】

請求項１１において、
上記樹脂側温度センサの上記温度測定子は、２種類の金属素線の先端同士を接合して熱接点とした熱電対であることを特徴とする熱伝達係数計測方法。

【請求項13】

請求項１１又は請求項１２において、
上記熱電対の上記金属素線は上記熱接点以外の上記樹脂に埋設される部分が、融点が上記樹脂の融点よりも高い高耐熱性樹脂によって絶縁コートされていることを特徴とする熱伝達係数計測方法。

【請求項14】

請求項１１又は請求項１２において、
上記ブロックは、その上面が上記溶融した樹脂の上面と面一になるように上記ポットに支持し、
上記パンチの先端面を上記樹脂に押し当てたときに該先端面の一部を上記ブロックの上面に接触した状態にすることを特徴とする熱伝達係数計測方法。

【請求項15】

請求項１１又は請求項１２において、
上記パンチ側温度センサは、各々上記パンチに埋設され該パンチの温度を電気的に測定する複数の温度測定子を備え、
上記パンチ側温度センサの上記複数の温度測定子は、上記パンチの上方から下方に向かって延びて、又は上記パンチの外周側から中心に向かって延びて、各々の先端の温度測定点が上記パンチの軸心を中心とする同じ円周上に間隔をおいて配置されていることを特徴とする熱伝達係数計測方法。

【請求項16】

請求項１５において、
上記パンチ側温度センサの上記複数の温度測定子は、上記樹脂と上記パンチの界面からの離隔距離が異なる上記パンチの各点の温度を測定するべく、各々の温度測定点の位置が上記パンチの軸方向にずらされていることを特徴とする熱伝達係数計測方法。

【請求項17】

請求項１１又は請求項１２において、
上記パンチを上記ポットに嵌入する前に、上記ポットの内部において上記樹脂を温度調節装置によって加熱溶融して所定温度に調節することを特徴とする熱伝達係数計測方法。

【請求項18】

請求項１１又は請求項１２において、
上記樹脂は熱可塑性であることを特徴とする熱伝達係数計測方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は樹脂と金属間の熱伝達係数の計測装置及び計測方法に関する。

【背景技術】

【0002】

相接する２つの物体間の熱伝達係数を両物体の温度分布に基いて算出することは一般に知られている。

【0003】

例えば、特許文献１にはモータのステータコアとケースの間の熱伝達係数を測定する方法が記載されている。この方法では、ケースと同じ材質ケースブロックをステータコアと同じ材質のコアブロックに接触させて加圧され、その状態でコアブロックがヒータにより加熱される。両ブロックが温度変化のない定常状態になった後に、両ブロックの温度分布が測定され、その温度分布に基いて熱伝達計数が算出される。

【0004】

特許文献２には、熱間鍛造される素材とパンチの間の熱伝達計数を測定する方法が記載されている。この方法では、素材が大気炉で所定温度に加熱されて下型に収容される。その素材にパンチが押し付けられ、押し付け前後のパンチの温度変化が測定される。この測定された温度変化と、事前に熱伝達係数を所定の値に設定して行なう数値シミュレーションによる温度変化が比較される。そして、両温度変化が所定条件になるまで、熱伝達係数を設定し直して数値シミュレーションを繰り返すことにより、熱伝達係数が求められる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１８－２００２２６号公報

【特許文献2】特開２０１８－８２９９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１，２は金属製の固体間の熱伝達係数を求めるが、本発明は、溶融した樹脂が固化していくときのその樹脂と金属（パンチ）の間の熱伝達係数を計測する。その熱伝達係数によって、例えば射出成形において樹脂から金型にどのくらいの熱が伝わるかがわかるため、成形中や脱型後の樹脂の温度分布を把握することができる。

【0007】

計測対象が溶融樹脂である場合も、その溶融樹脂を貯留したポットにパンチを嵌入して溶融樹脂に押し当て、その状態で樹脂及びパンチの温度を測定して熱伝達係数を求めるという、金属固体間の熱伝達係数の計測と同様の手法を採ることはできる。

【0008】

しかし、樹脂の場合は、金属とは違って、熱伝導率が低く、熱容量が大きい。そのため、図７に示すように、樹脂には、パンチとの界面付近でしか顕著な勾配のある温度分布（パンチ嵌入方向の温度分布）を生じない上に、樹脂とパンチの界面における温度差も小さい。なお、図７は樹脂－金型間の熱伝達係数とＡｌ－金型間の熱伝達係数を同等（２５００Ｗ／ｍ^２Ｋ）と仮定した伝熱解析による計算結果であり、２５℃のパンチを２００℃の樹脂及びＡｌ各々に押し当ててから２０秒経過した時点のパンチ、樹脂及びＡｌの温度分布を示している。

【0009】

従って、測定対象が樹脂であるとき信頼度が高い熱伝達係数を得るには、界面付近の樹脂の温度分布を正確に捉えることが必要になる。

【0010】

そこで問題になるのは、パンチによる加圧下において、上記温度分布を得るための熱電対等の複数の温度測定子を上記界面付近に所定の間隔で位置ずれなく保持した状態をいかにして保つかということである。パンチを樹脂に押し当てたときに樹脂を介して温度測定子に圧力が加わると、個々の温度測定子の位置がずれて温度測定子の間隔が変化する、或いは複数の温度測定子全てが樹脂の内部に深く沈み込んでしまうという問題である。

【0011】

本発明は、パンチを樹脂に押し当てたときの温度測定子のパンチ嵌入方向における位置ずれを抑えて、信頼度が高い熱伝達係数を計測できるようにすることを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

本発明は、上記課題の解決のために、複数の温度測定子を一つのブロックに保持し、このブロックをポットに支持するようにした。

【0013】

ここに開示する熱伝達係数計測装置は、
溶融した樹脂を貯留するポットと、
上記ポットに嵌入されて先端面が上記樹脂に押し当てられる金属製のパンチと、
上記樹脂の温度を測定する樹脂側温度センサと、
上記パンチの温度を測定するパンチ側温度センサと、
上記樹脂及び上記パンチ各々の測定温度から上記樹脂と上記パンチの間の熱伝達係数を求める演算装置とを備えた熱伝達係数計測装置であって、
上記樹脂側温度センサは、
上記樹脂と上記パンチの界面からの離隔距離が異なる当該樹脂の各点の温度を電気的に測定する複数の温度測定子と、この複数の温度測定子を保持する一つのブロックと、該ブロックをその上面が上記樹脂の上面付近に位置付けられるように上記ポットに支持する支持部材とを備えていることを特徴とする。

【0014】

また、ここに開示する熱伝達係数計測方法は、
溶融した樹脂を貯留したポットにパンチを嵌入してその先端面を樹脂に押し当てる工程と、
上記樹脂及び上記パンチの温度を測定する工程と、
上記樹脂及び上記パンチ各々の測定温度から上記樹脂と上記パンチの間の熱伝達係数を求める工程とを備え、
上記樹脂と上記パンチの界面からの離隔距離が異なる当該樹脂の各点の温度を電気的に測定する複数の温度測定子を一つのブロックに保持し、そのブロックを上記ポットに支持部材を介して支持しておき、
上記ポットに溶融した樹脂を貯留し、且つ上記ブロックの上面が当該樹脂の上面付近に位置付けられた状態になるようにし、その状態で上記パンチを上記ポットに嵌入してその先端面を樹脂に押し当てることを特徴とする。

【0015】

上記計測装置、計測方法によれば、複数の温度測定子を一つのブロックにまとめて保持するから、それらの温度測定点のパンチ嵌入方向の間隔が溶融樹脂へのパンチの押当てによって変化することが避けられる。すなわち、パンチが溶融樹脂の上面に押し当てられたときに、パンチがブロックに当接しても、パンチからの圧力は温度測定子には直接には伝わらないから、複数の温度測定子の温度測定点の間隔が変化することが避けられる。

【0016】

仮に、パンチからの圧力がブロックを介して支持部材に伝わり、該支持部材が変形することによってブロックがパンチの嵌入方向に動くことがあっても、それはパンチに随従した動きになる。従って、ブロックに保持されている複数の温度測定子とパンチの先端面との位置関係、ひいてはパンチの先端面が押し当てられる樹脂の上面と複数の温度測定子との位置関係には大きな変化を生じない。

【0017】

このように、パンチを樹脂に押し当てたときに複数の温度測定子がパンチ嵌入方向に位置ずれすることが抑えられるから、樹脂の界面付近の温度分布を正確に捉えることができ、信頼度が高い熱伝達係数を得ることができる。

【0018】

上記樹脂側温度センサの上記温度測定子としては、サーミスタや測温抵抗体を採用することもできるが、好ましいのは、２種類の金属素線の先端同士を接合して熱接点（温度測定点）とした熱電対である。熱電対の場合、その素線を細くして低剛性とすることができるから、樹脂の相変化、冷却収縮の抵抗になることが避けられ、従って、歪みによって温度測定精度が低下することも避けられる。

【0019】

上記計測装置及び計測方法各々の一実施形態では、上記熱電対の上記金属素線は上記熱接点以外の上記樹脂に埋設される部分が、融点が上記樹脂の融点よりも高い高耐熱性樹脂によって絶縁コートされている。従って、各熱電対の２本の素線の熱接点以外の部分が溶融樹脂によって偶発的にショートすることが避けられる。

【0020】

上記計測装置及び計測方法各々の一実施形態では、上記ブロックは、その上面が上記溶融した樹脂の上面と面一になるように上記ポットに支持され、上記パンチの先端面を上記樹脂に押し当てたときに該先端面の一部が上記ブロックの上面に接触した状態になるようにする。パンチとブロックの接触により、両者の相対的な位置関係が固定された状態になるから、複数の温度測定子がパンチ嵌入方向に沈み込むことが確実に避けられる。

【0021】

上記計測装置及び計測方法各々の一実施形態では、上記パンチ側温度センサは、各々上記パンチに埋設され該パンチの温度を電気的に測定する複数の温度測定子を備え、この複数の温度測定子は、上記パンチの上方から下方に向かって延びて、又は上記パンチの外周側から中心に向かって延びて、各々の先端の温度測定点が上記パンチの軸心を中心とする同じ円周上に間隔をおいて配置されている。

【0022】

これによれば、温度測定子自体がパンチ先端面と各温度測定点の間で熱を奪う介在物にならない。また、各測定点が同一円周上に配置されているから、樹脂から各温度測定点までの熱の移動条件は同じになる。よって、各温度測定子で測定される温度の信頼性が高くなり、ひいてはそれらの測定温度に基いて得られる熱伝達係数の信頼性が高くなる。

【0023】

上記計測装置及び計測方法各々の一実施形態では、上記パンチ側温度センサの上記複数の温度測定子は、上記樹脂と上記パンチの界面からの離隔距離が異なる上記パンチの各点の温度を測定するべく、各々の上記温度測定点の位置が上記パンチの軸方向にずらされている。従って、パンチにおけるパンチ嵌入方向の温度分布を確実に捉えることができ、得られる熱伝達係数の信頼性が高くなる。

【0024】

上記計測装置の一実施形態では、上記ポットは、その内部に収容した樹脂の温度を調節する温度調節装置を備えている。ここに、樹脂を外部で昇温してからポットに移すと、ポット等に熱を奪われて樹脂が複雑な温度分布になってしまう。これに対して、当該実施形態によれば、ポット内で樹脂を所定温度に調節することができるから、パンチをポットに嵌入する前に樹脂温度の均一性を高めることができ、信頼性が高い熱伝達係数を得る上で有利になる。樹脂は、ポット内で温度調節装置によって加熱溶融して温度調節してもよく、また、外部で加熱溶融してポットに移し、ポット内で温度調節装置によって温度調節するようにしてもよい。

【0025】

上記計測方法の一実施形態では、上記パンチを上記ポットに嵌入する前に、上記ポットの内部において上記樹脂を温度調節装置によって加熱溶融して所定温度に調節する。これによれば、ポット内で樹脂を所定温度に調節することができるから、パンチをポットに嵌入する前に樹脂温度の均一性を高めることができ、信頼性が高い熱伝達係数を得る上で有利になる。

【0026】

上記樹脂は熱可塑性であっても熱硬化性であってもよい。

【0027】

上記計測装置の一実施形態では、上記ポットの上記樹脂を貯留する樹脂貯留部及び上記パンチの嵌入部は、上記パンチの嵌入方向に直交する断面形状が真円形状である。これにより、パンチをポットに嵌入するときのポットに対するパンチの位置合わせが容易になる。

【0028】

上記計測装置の一実施形態では、上記熱電対の上記金属素線における上記ブロックより上記ポットの内周面側に突出した部分は、上記支持部材よりも下側に突出するように湾曲した湾曲部を有する。本構成によれば、例えば高圧力下の計測等において、パンチの嵌入によりブロックが大きく下方に変位しても、湾曲部のしなりにより、金属素線のせん断や損傷を抑制できる。そうして、計測の信頼性を確保できる。

【発明の効果】

【0029】

本発明によれば、パンチを溶融樹脂に押し当てたときの温度測定子のパンチ嵌入方向における位置ずれが防止されるから、樹脂の界面付近の温度を確実に測定することができ、よって、信頼性が高い熱伝達係数を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0030】

【図1】実施形態１に係る熱伝達係数計測装置の斜視図。

【図2】同装置の断面図。

【図3】パンチを溶融樹脂に押し当てる前と後の同装置の一部を示す断面図。

【図4】同装置の樹脂側温度センサの配置を示す断面図。

【図5】樹脂側温度センサの斜視図。

【図6】パンチを樹脂に押し当てたときの実施形態と比較例のパンチ温度の経時変化を示すグラフ図。

【図7】パンチを樹脂及びＡｌ各々に押し当ててから所定時間経過した時点のパンチ、樹脂及びＡｌの温度分布を示すグラフ図。

【図8】実施形態２に係る熱伝達係数計測装置の図４相当図。

【図9】実施形態２に係る熱伝達係数計測装置の図５相当図。

【発明を実施するための形態】

【0031】

以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

【0032】

（実施形態１）
＜熱伝達係数計測装置＞
図１に示す熱伝達係数計測装置１は熱可塑性樹脂と金属間の熱伝達係数を計測する装置である。この熱伝達係数計測装置１は、溶融樹脂を貯留するポット装置２、パンチ装置３及び演算装置４を備えてなる。

【0033】

ポット装置２は、ベース５と、ベース５の上に支持したポット６と、このポット６の上端開口を塞ぐ蓋７とを備えてなる。図２に示すように、ポット６は、金属製基台８と、この基台８に固定された軸心が垂直になって金属製円筒体９とによって構成されている。基台８と円筒体９によって樹脂１１を貯留する樹脂貯留部１２が形成されている。樹脂貯留部１２の水平断面形状（後述するパンチ嵌入方向に直交する断面形状）は真円形状である。樹脂貯留部１２には、熱伝達係数を計測するための樹脂１１の温度を測定する樹脂側温度センサ１３が設けられている。樹脂側温度センサ１３については後に詳述する。

【0034】

ポット装置２は、樹脂貯留部１２に収容した樹脂１１を加熱溶融して所定温度に調節する温度調節装置を備えている。温度調節装置は、基台８に埋設された複数本の棒状ヒータ１５、基台８の温度を測定する温度センサ（熱電対）１６、並びに温度センサ１６による測定温度が所定値になるように棒状ヒータ１５の作動を制御する制御装置（図示省略）を備えている。さらに、温度調節装置は、円筒体９に巻き付けられたバンドヒータ１７、円筒体９の温度を測定する温度センサ（熱電対）１８、並びに温度センサ１８による測定温度が所定値になるようにバンドヒータ１７の作動を制御する制御装置（図示省略）を備えている。

【0035】

ポット６の上端開口を塞ぐ蓋７には、ポット６に貯留された樹脂１１の表面に窒素を供給して樹脂１１の酸化を防ぐ窒素供給管１９が接続されている。

【0036】

パンチ装置３は、ポット６に嵌入される金属製の円柱状パンチ２１と、パンチ２１に埋設された複数の（本実施形態では棒状にした３本の）温度測定子２３よりなるパンチ側温度センサ２２と、断熱材２６と、弾性シール２７とを備えてなる。パンチ２１の頂面には加圧試験機の加圧ロッドが結合されるロッド取付孔（ねじ孔）２８が開口している。

【0037】

＜パンチ側温度センサ２２について＞
複数の温度測定子２３各々は熱電対よりなり、いずれもパンチ２１の上端部よりパンチ嵌入方向の前方、すなわち、下方に延びている。複数の温度測定子２３は、樹脂１１とパンチ２１の接触界面（以下、単に「界面」という。）からの離隔距離が異なるパンチ２１の各点の温度を測定するべく、各々の先端の温度測定点２３ａの位置がパンチ２１の軸方向にずらしてある。図１からもわかるように、複数の温度測定子２３各々の先端の温度測定点２３ａは、パンチ２１の軸心を中心とする同じ円周上に間隔をおいて配置されている。

【0038】

本実施形態では、３本の温度測定子２３各々の温度測定点２３ａは、パンチ２１の先端面から２ｍｍ離れた位置、４ｍｍ離れた位置、並びに６ｍｍ離れた位置に配置されている。

【0039】

＜パンチとポット間の断熱及び樹脂漏れ防止について＞
パンチ２１のポット６に嵌入される嵌入部２１ａは当該嵌入方向に直交する断面形状が真円形状である。嵌入部２１ａは、パンチ２１の基部（上部）２１ｂと同心で且つ基部２１ｂよりも小径に形成されている。この嵌入部２１ａに各々円環状である断熱材２６及び弾性シール２７が後者を上側に配置して且つ互いに上下に接触させて嵌められている。弾性シール２７の上面は、基部２１ｂにおける嵌入部２１ａの上端から周囲に出張った部分の下面に当接している。この下面が後述の押圧部２９となっている。

【0040】

図３に示すように、断熱材２６は、円筒体であって、嵌入部２１ａがポット６に嵌入したときに該嵌入部２１ａの外周面とポット６の内周面（円筒体９の内周面）の間に介在するように設けられている。パンチ２１がポット６に嵌入していく途中、並びにパンチ２１がポット６の樹脂１１に押し当てられた状態での、ポット６とパンチ２１の間の熱移動がこの断熱材２６によって抑制される。

【0041】

弾性シール２７は、所謂Ｏリングであって、嵌入部２１ａがポット６に嵌入したときに断熱材２６の上側において嵌入部２１ａの外周面とポット６の内周面の間に介在するように設けられている。パンチ２１がポット６の樹脂１１に押し当てられたときにポット６とパンチ２１の嵌入部２１ａの間から樹脂１１が漏れることが弾性シール２７によって阻止される。

【0042】

この樹脂漏れの阻止について説明する。パンチ２１の嵌入部２１ａに嵌められた断熱材２６及び弾性シール２７各々の外周面とポット６の内周面の間には、嵌入部２１ａがポット６に嵌入していくときにポット６内の気体（窒素ガス）が外部に抜けるようにするクリアランスが設けられている。つまり、嵌入部２１ａに嵌められた断熱材２６及び弾性シール２７各々の外周面とポット６の内周面は全周にわたって隙間なく密接しているのではなく、当該嵌入を円滑にすることも狙いとして、嵌入時に上記外周面と内周面の間の少なくともいずれかの部位に僅かのクリアランスができるようにされている。

【0043】

そうして、図３（Ａ）に示すようにパンチ２１の先端面がポット６の樹脂１１に接触し、図３（Ｂ）に示すようにその先端面が樹脂１１に押し当てられると、パンチ２１の押圧部２９から弾性シール２７に圧力が加わる。断熱材２６は樹脂１１に支えられて実質的に動かないから、押圧部２９からの上記圧力によって弾性シール２７が断熱材２６の上端面に押し付けられることになる。その結果、弾性シール２７はその内周部及び外周部がそれぞれ内周側及び外周側に出っばるように弾性変形して、端的に言えば、押し潰されて、パンチ２１の嵌入部２１ａの外周面とポット６の内周面に強く押し当てられる。よって、パンチ２１の嵌入部２１ａの外周面とポット６の内周面の間から樹脂１１が漏れることが阻止される。

【0044】

＜樹脂側温度センサ１３について＞
図４に示すように、樹脂側温度センサ１３は、複数（本実施形態では３つ）の温度測定子３１を備えている。複数の温度測定子３１は、パンチ嵌入方向（上下方向）に微小間隔をおいて水平に配置されて一つのブロック３４に保持されている。そうして、このブロック３４の上面がポット６に貯留される溶融樹脂１１の上面付近に位置付けられるように、好ましくは、ブロック３４の上面が溶融樹脂１１に浸らないよう、さらには溶融樹脂１１の上面とブロックの上面が面一になるように、ブロック３４がポット６に支持部材３５によって支持されている。

【0045】

図５に示すように、複数の温度測定子３１各々は２種類の金属素線３１ａ，３１ｂの先端同士を接合して熱接点（温度測定点）３１ｃとした熱電対である。金属素線３１ａ，３１ｂは、その熱接点３１ｃ以外の上記樹脂に埋設される部分が、融点が上記樹脂の融点よりも高い高耐熱性樹脂によって絶縁コートされている。

【0046】

複数の温度測定子３１は、金属素線３１ａ，３１ｂの熱接点３１ｃに近い部分が上下に微小間隔をあけた状態にまとめられて電気絶縁材よりなるブロック３４に保持されている。すなわち、複数の温度測定子３１各々の熱接点３１ｃに近い部分を上下に微小間隔をあけた状態に集積させ、その部分が包み込まれた状態になるように、電気絶縁材を固めて直方体状のブロック３４としている。電気絶縁材としては耐熱セメントを好ましく用いることができる。ブロック３４の上面は平滑である。ブロック３４は、その平滑な上面が水平になるように支持部材３５によってポット６に支持されている。

【0047】

複数の温度測定子３１各々の金属素線３１ａ，３１ｂは、ブロック３４よりポット６の樹脂貯留部１２の中央側に突出した部分が平面視でＶ字状になるように、突出端同士が接合されて熱接点３１ｃとされている。複数の温度測定子３１各々の熱接点３１ｃは、樹脂貯留部１２の中央においてパンチ嵌入方向に微小間隔をあけて並んでいる。

【0048】

本実施形態では、３つの温度測定子３１各々の熱接点（温度測定点）３１ｃは、ブロック３４の上面から０．５ｍｍ離れた位置、１．５ｍｍ離れた位置、並びに２．５ｍｍ離れた位置に配置されている。

【0049】

なお、複数の温度測定子３１各々の金属素線３１ａ，３１ｂにおけるブロック３４よりポット６の樹脂貯留部１２の内周面側に突出した部分は、ポット６の外部まで水平に延びている。

【0050】

支持部材３５は、電気絶縁性を有する高耐熱繊維よりなり、ブロック３４の上端の隅に固定されて水平に設けられており、可撓性を有する。ポット６を構成する円筒体９は、上下に合わされた上側円筒部９ａと下側円筒部９ｂよりなる。支持部材３５は、ポット６の樹脂貯留部１２の中央部を跨いでポット６の一方から他方にわたるように、その両側部が上側円筒部９ａと下側円筒部９ｂの間に挟み込まれてポット６に固定されている。

【0051】

溶融樹脂１１が冷却に伴って収縮してくると、ブロック３４の位置が下がってくる。この樹脂の収縮にブロック３４（つまりは温度測定子３１）を随従させるために、支持部材３５については所定の荷重が加わると破断するようにする。例えば、支持部材３５としては、繊維径が４μｍ～１３μｍであり破断歪みが５．５％以下である複数本の繊維を合わせてなる太さ（tex番手）が１．７ｇ／１０００ｍ～２５００ｇ／１０００ｍの繊維束を好適に用いることができる。

【0052】

＜演算装置４について＞
樹脂側温度センサ１３によって測定される樹脂１１の温度、並びにパンチ側温度センサ２２によって測定されるパンチ２１の温度は、電気信号に変換されて温度データとして演算装置４に入力される。演算装置４はこの温度データを演算処理することにより熱伝達係数ｈを求める。

【0053】

具体的には、樹脂側温度センサ１３によって測定される界面からの離隔距離が異なる複数点の温度データから、フィッティングによって樹脂１１の界面付近のパンチ嵌入方向の温度分布が求められる。パンチ側温度センサ２２によって測定される界面からの離隔距離が異なる複数点の温度データから、フィッティングによってパンチ２１のパンチ嵌入方向の温度分布が求められる。この樹脂１１及びパンチ２１各々の温度分布から当該界面における樹脂１１側の温度Ｔｒとパンチ２１側の温度Ｔｍが求められる。

【0054】

樹脂１１とパンチ２１の界面を通過する熱流束をｑとすると、熱伝達係数ｈは、「ｈ＝ｑ／(Ｔｒ－Ｔｍ)」で与えられる。演算装置４は樹脂１１側の温度Ｔｒとパンチ２１側の温度Ｔｍと既知の熱流束ｑに基いて熱伝達係数ｈを算出する。

【0055】

熱流束ｑは、パンチ２１の表面からパンチ嵌入方向に長さＬ離れた位置の温度をＴｅとし、パンチ２１の熱伝導率ａとすると、ｑ＝ａ×(Ｔｍ－Ｔｅ)／Ｌで与えられる。よって、上記フィッティングで得られるＴｍと上記Ｔｅ、熱伝導率ａ及び長さＬから熱流束ｑを求める。なお、予め測定し電子的に格納して保存した熱流束ｑを熱伝達係数ｈの算出に用いるようにしてもよい。

【0056】

＜熱伝達係数の計測方法＞
熱伝達係数計測装置１を用いた樹脂と金属の間の熱伝達係数の計測方法を説明する。

【0057】

＜準備工程＞
加圧試験機の加圧ロッドにパンチ装置３を取り付け、パンチ２１の下方にポット装置２を設置する。計測対象樹脂１１をポット６の樹脂貯留部１２に入れてポット６の上端開口を蓋７で塞ぐ。窒素供給管１９からポット６内に窒素ガスを供給する。その状態で、基台８に埋設した棒状ヒータ１５及び円筒体９に巻き付けたハンドヒータ１７によって樹脂１１を加熱溶融して所定温度（例えば２００℃）にする。樹脂１１の量は、これを加熱溶融して所定温度にしたときに、樹脂側温度センサ１３のブロック３４の上面が樹脂１１の上面付近に位置付けられた状態になるようにする。好ましくは、ブロック３４の上面が溶融樹脂１１に浸らないように、さらには樹脂１１の上面がブロック３４の上面と面一になるようにする。

【0058】

＜ポットの溶融樹脂にパンチを嵌入して押し当てる工程＞
ヒータ１５，１７による樹脂１１の加熱を停止して（加熱時でも可）ポット６から蓋７を外す。加圧試験機を作動させて、パンチ２１をポット６に嵌入しパンチ２１の先端面を溶融樹脂１１に押し当てる。パンチ２１をポット６に嵌入していったとき、パンチ２１の嵌入部２１ａに嵌められた断熱材２６及び弾性シール２７各々の外周面とポット６の内周面の間のクリアランスから、ポット６内の気体（窒素ガス）が外部に抜けていく。

【0059】

図３（Ａ）に示すようにパンチ２１の先端面がポット６の溶融樹脂１１に接触して押し付けられると、図３（Ｂ）に示すように、断熱材２６が溶融樹脂１１に支えられて動かない状態でパンチ２１が溶融樹脂１１に若干押し込まれる。これにより、パンチ２１の押圧部２９から弾性シール２７に圧力が加わって弾性シール２７が断熱材２６の上端面に押し付けられる。その結果、弾性シール２７が押し潰される形に弾性変形してその内周側及び外周側がパンチ２１の嵌入部２１ａの外周面とポット６の内周面に強く押し当てられる。

【0060】

よって、断熱材２６によってポット６からパンチ２１への熱移動が防止されるとともに、パンチ２１の嵌入部２１ａの外周面とポット６の内周面の間から溶融樹脂１１が漏れることが弾性シール２７によって確実に阻止される。

【0061】

また、パンチ２１を溶融樹脂１１の上面に押し当てたときに、パンチ２１がブロック３４に当接しても、パンチ２１からの圧力は温度測定子３１には直接には伝わらないから、複数の温度測定子３１の温度測定点３１ｃの間隔が変化することが避けられる。

【0062】

ブロック３４の上面が溶融樹脂１１の上面より上方へ若干突出した状態になっていても、パンチ２１がブロック３４に当たると、支持部材３５が撓むことによってブロック３４はその上面が溶融樹脂１１の上面と面一になるまでパンチ２１に追随して押し下げられることになる。従って、複数の温度測定子３１の温度測定点３１ｃの間隔が変化することはなく、また、ブロック３４の上面が溶融樹脂１１の上面と面一になることにより、各温度測定点３１ｃの界面からの離隔距離が所期の離隔距離となる。

【0063】

＜樹脂及びパンチの温度を測定する工程＞
パンチ２１が樹脂１１に押し当てられた状態になったら、パンチ２１の位置を固定し、樹脂側温度センサ１３及びパンチ側温度センサ２２によって樹脂１１及びパンチ２１の温度を測定する。樹脂側温度センサ１３は複数の温度測定子３１を備えてなるから、界面からの離隔距離が相異なる複数点の樹脂温度が樹脂側温度センサ１３によって測定されることになる。パンチ側温度センサ２２は複数の温度測定子２３を備えてなるから、界面からの離隔距離が相異なる複数点のパンチ温度がパンチ側温度センサ２２によって測定されることになる。

【0064】

樹脂１１が冷却して収縮していくときは支持部材３５が破断することによってブロック３４が樹脂１１の収縮に随従していくため、ブロック３４の上面が樹脂１１の上面と略面一になった状態が保たれる。従って、樹脂１１の収縮によって樹脂１１とパンチ２１の間に隙間を生じても、樹脂１１の略狙い通りの各位置の温度を測定することができる。

【0065】

＜測定温度から熱伝達係数を求める工程＞
樹脂側温度センサ１３及びパンチ側温度センサ２２によって測定された樹脂１１及びパンチ２１各々の複数点の温度から樹脂１１とパンチ２１の間の熱伝達係数を演算装置４によって求める。

【0066】

具体的には、界面からの離隔距離が異なる複数点の樹脂側の温度データから、フィッティングによって樹脂１１の界面付近のパンチ嵌入方向の温度分布が求められる。界面からの離隔距離が異なる複数点のパンチ側の温度データから、フィッティングによってパンチ２１のパンチ嵌入方向の温度分布が求められる。この樹脂１１及びパンチ２１各々の温度分布から当該界面における樹脂１１側の温度Ｔｒとパンチ２１側の温度Ｔｍが求められる。この界面の温度差(Ｔｒ－Ｔｍ)と予め電子的に格納して保存された熱流束ｑに基いて熱伝達係数ｈ＝ｑ／(Ｔｒ－Ｔｍ)が算出される。

【0067】

樹脂１１は、その上面に押し当てられたパンチ２１に熱を奪われることにより、溶融状態から冷却固化していく。すなわち、液相から固相への相変化を起こす。本実施形態では、パンチ２１が樹脂１１に押し当てられた時点から樹脂１１及びパンチ２１の温度の測定を開始し、界面の温度差(Ｔｒ－Ｔｍ)の経時変化から樹脂１１が液相から固相に変化するときの熱伝達係数の変化を求める。

【0068】

樹脂１１の収縮によって樹脂１１とパンチ２１の間に隙間を生じたときは、その隙間（空気層）を挟んだ樹脂１１からパンチ２１への熱移動の熱伝達係数が計測されることになる。

【0069】

＜断熱材と弾性シールの組み合わせによる効果＞
上記実施形態と、パンチ２１の嵌入部２１の上端にＯリング溝を設けてこの溝に上記弾性シール（Ｏリング）２７を嵌めた比較例（断熱材なし）とについて、パンチ２１を樹脂１１に押し当てたときのパンチ側温度センサ２２の温度測定子２３によって測定されるパンチ側温度の経時変化を調べた。その結果を図６に示す。

【0070】

実施形態（断熱材と弾性シールの組合わせ）は比較例（断熱材なし）に比べて、温度測定子２３によって測定される温度が低くなっており、断熱材２６がポット６からパンチ２１への熱移動の抑制に効果的に働いていることがわかる。また、比較例（断熱材なし）では界面からの距離２ｍｍの測定点と距離４ｍｍ及び距離６ｍｍの各測定点の温度差が大きい。これは、ポット６とパンチ２１の間の隙間に樹脂が侵入し、さらには樹脂漏れを生じて、ポット６からパンチ２１への不均等な熱移動を生じているためと認められる。これに対して、実施形態（断熱材と弾性シールの組合わせ）では、各測定点間の温度差が小さい。このことから、ポット６とパンチ２１の間への樹脂の侵入や樹脂漏れが断熱材２６と弾性シールによって防止されていること、従って、ポット６からパンチ２１への不均等な熱移動が防止されていることがわかる。

【0071】

＜樹脂側温度センサの効果＞
上記実施形態と、３つの温度測定子（熱電対）３１をブロック３４に保持してポット６の樹脂貯留部１２の中央に側方から延ばして配置した比較例（支持部材なし）とについて、パンチ２１を溶融樹脂１１に押し当てその樹脂１１が冷却固化したときに各温度測定子３１の温度測定点３１ｃがどのような位置になっているかを調べた。

【0072】

実施形態（支持部材あり）も比較（支持部材なし）も、３つの温度測定子３１は、各温度測定点３１ｃがブロック３４の上面から０．５ｍｍ離れた位置、１．５ｍｍ離れた位置、並びに２．５ｍｍ離れた位置になるようにブロック３４に保持した。そして、ブロック３４をその上面が溶融樹脂１１の上面と面一になるように位置付けた状態で、パンチ２１をポット６に嵌入して溶融樹脂１１に押し当てた。界面からの離隔距離が０．５ｍｍ、１．５ｍｍ及び２．５ｍｍの各位置の温度測定することを狙いとするものである。

【0073】

比較例（支持部材なし）では、界面からの離隔距離０．５ｍｍ位置の温度測定を狙いとする温度測定点３１ｃは、パンチ２１の押当て樹脂１１の冷却固化により、樹脂１１の上面から３．２３８ｍｍ離隔した位置に沈み込んでいた。界面からの離隔距離１．５ｍｍ、２．５ｍｍの各位置の温度測定を狙いとする温度測定点３１ｃも０．５ｍｍ位置の温度測定を狙いとする温度測定点３１ｃと同様に深く沈み込んでいた。

【0074】

一方、実施形態（支持部材あり）では、界面からの離隔距離が０．５ｍｍ、１．５ｍｍ及び２．５ｍｍの各位置の温度測定を狙いとする各温度測定点３１ｃは、パンチ２１の押当て樹脂１１の冷却固化後の樹脂１１の上面からの離隔距離がそれぞれ０．５０２ｍｍ、１．５５７ｍｍ、２．３６０ｍｍであった。

【0075】

この結果から、実施形態の場合、３つの温度測定点３１ｃの間隔は樹脂１１の冷却固化（収縮）の影響で多少変化するものの、パンチ２１が樹脂１１に押し当てられたときは支持部材３５によってブロック３４の上面が樹脂１１の上面と略面一になった状態が保たれ、樹脂１１が冷却して収縮していくときは支持部材３５が破断することによってブロック３４の上面が樹脂１１の上面と略面一になった状態が保たれ、略狙い通りの位置の樹脂温度を測定できることが明らかになった。

【0076】

なお、上記実施形態は樹脂が熱可塑性であるケースであるが、本発明が熱硬化性樹脂にも適用できることはもちろんである。

【0077】

（実施形態２）
以下、本開示に係る他の実施形態について詳述する。なお、これらの実施形態の説明において、実施形態１と同じ部分については同じ符号を付して詳細な説明を省略する。

【0078】

上記実施形態１では、図４及び図５に示すように、複数の温度測定子３１各々の金属素線３１ａ，３１ｂにおけるブロック３４よりポット６の樹脂貯留部１２の内周面側に突出した部分は、ポット６の外部まで水平に延びている構成であった。また、支持部材３５は、１本であり、ブロック３４の上端の隅に固定されて水平に設けられている構成であった。

【0079】

しかしながら、金属素線３１ａ，３１ｂの形状や、支持部材３５の配置及び本数等は上記構成に限られない。

【0080】

例えば、図８及び図９に示すように、支持部材３５を２本以上（図９では２本）設けてもよいし、支持部材３５をブロック３４の下端の隅に固定してもよい。

【0081】

また、複数の温度測定子３１各々の金属素線３１ａ，３１ｂにおけるブロック３４よりポット６の樹脂貯留部１２の内周面側に突出した部分は、水平に延びる代わりに、湾曲した形状、好ましくは下方に湾曲した湾曲部３１ｄを有する形状であってもよい。なお、湾曲部３１ｄは、支持部材３４よりも下側に突出するように湾曲していることがより好ましい。

【0082】

パンチ２１の嵌入により、樹脂１１とパンチ２１との界面及びその近傍における樹脂１１は、冷却されて固化される。上記実施形態１の構成では、例えば約８ＭＰａ以下の低圧力下における計測では、樹脂１１の上記界面及びその近傍の温度を確実に測定することができ、よって、信頼性が高い熱伝達係数を得ることができる。

【0083】

しかしながら、例えば約８ＭＰａを超える、好ましくは１０ＭＰａ以上の高圧力下における計測では、パンチ２１の嵌入により、固化した樹脂１１中に埋め込まれた金属素線３１ａ，３１ｂのせん断や損傷が生じ、計測の信頼性を確保し難くなるおそれがある。

【0084】

図８及び図９に示す構成では、金属素線３１ａ，３１ｂは湾曲部３１ｄを有する。当該湾曲部３１ｄの大部分は、支持部材３５よりも下方に配置されている。パンチ２１の嵌入により、支持部材３５は上述のごとく破断されるが、湾曲部３１ｄの周辺の樹脂１１は、パンチ２１の下面から十分離れた位置に配置されており、パンチ２１が嵌入しても、依然として溶融状態にある。従って、例えば高圧力下の計測等において、パンチ２１の嵌入によりブロック３４が大きく下方に変位しても、湾曲部３１ｄのしなりにより、金属素線３１ａ，３１ｂのせん断や損傷を抑制できる。そうして、計測の信頼性を確保できる。

【0085】

なお、図８及び図９に示す構成では、湾曲部３１ｄは、屈曲形状を有しているが、当該構成に限られず、例えば滑らかな曲線状等であってもよい。

【符号の説明】

【0086】

１ 熱伝達係数計測装置
２ ポット装置
３ パンチ装置
４ 演算装置
６ ポット
１１ 樹脂
１２ 樹脂貯留部
１３ 樹脂側温度センサ
１５，１７ 温度調節装置を構成するヒータ
１６，１８ 温度調節装置を構成するセンサ
２１ パンチ
２１ａ 嵌入部
２１ｂ 基部
２２ パンチ側温度センサ
２３ 温度測定子
２３ａ 温度測定点
３１ 温度測定子
３１ａ，３１ｂ 金属素線
３１ｃ 熱接点（温度測定点）
３４ ブロック
３５ 支持部材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】