特開 2024-135201 測定ユニット、射出成形装置及び測定方法

(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】P2024135201

(43)【公開日】2024-10-04

(54)【発明の名称】測定ユニット、射出成形装置及び測定方法

(51)【国際特許分類】

   B29C 45/76 20060101AFI20240927BHJP

   B29C 45/17 20060101ALI20240927BHJP

   B29C 45/26 20060101ALI20240927BHJP

【ＦＩ】

B29C45/76

B29C45/17

B29C45/26

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023045767

(22)【出願日】2023-03-22

(71)【出願人】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(74)【代理人】

【識別番号】110003708

【氏名又は名称】弁理士法人鈴榮特許綜合事務所

(72)【発明者】

【氏名】鷹見 凌

(72)【発明者】

【氏名】東 真也

(72)【発明者】

【氏名】佐山 聡

【テーマコード（参考）】

4F202

4F206

【Ｆターム（参考）】

4F202AJ08

4F202AM19

4F202AP02

4F202AP16

4F202AR17

4F202CA11

4F202CB01

4F202CK90

4F206AJ08

4F206AM19

4F206AP02

4F206AP16

4F206AR17

4F206JA07

4F206JL02

4F206JM04

4F206JN14

4F206JP11

4F206JP17

4F206JQ57

4F206JQ81

(57)【要約】

【課題】射出成形において、射出ユニットから成形金型のキャビティに充填されている樹脂の粘度をリアルタイムで適切に導出可能にする測定ユニットを提供すること。
【解決手段】実施形態によれば、測定ユニットは、ベース部、エレメント及び荷重センサを備える。ベース部は、ノズルから射出された溶融樹脂が成形金型のキャビティに向かって流れる流路に隣接する流路隣接面を備える。エレメントは、ベース部と接触しない状態でベース部の流路隣接面に配置され、ベース部とエレメントとの間には、隙間が形成される。荷重センサは、流路を流れる溶融樹脂からエレメントに作用するせん断荷重を測定する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ノズルから射出された溶融樹脂が成形金型のキャビティに向かって流れる流路に隣接する流路隣接面を備えるベース部と、
前記ベース部と接触しない状態で前記ベース部の前記流路隣接面に配置され、前記ベース部との間に隙間が形成されるエレメントと、
前記流路を流れる前記溶融樹脂から前記エレメントに作用するせん断荷重を測定する荷重センサと、
を具備する、測定ユニット。

【請求項2】

前記ベース部と前記エレメントとの間の前記隙間に充填され、前記流路を流れる前記溶融樹脂より粘度が高い充填流体をさらに具備する、請求項１の測定ユニット。

【請求項3】

請求項１又は２の測定ユニットと、
前記測定ユニットの前記荷重センサが測定した前記せん断荷重、及び、前記エレメントにおいて前記流路に隣接する面の面積に基づいて、前記溶融樹脂によるせん断応力を算出し、算出した前記せん断応力、前記エレメントが配置される部分での前記流路の径、及び、前記溶融樹脂の平均流速に基づいて、前記溶融樹脂の粘度を算出するコントローラと、
を具備する、射出成形装置。

【請求項4】

前記流路へ前記溶融樹脂を射出する前記ノズルを備える射出ユニットと、
前記ノズルからの前記溶融樹脂が前記流路を通して充填される前記キャビティを形成する前記成形金型と、
をさらに具備し、
前記コントローラは、算出した前記溶融樹脂の前記粘度に基づいて、前記射出ユニット及び前記成形金型の動作を制御することにより、前記溶融樹脂が前記キャビティに充填された後における成形条件を調整する、
請求項３の射出成形装置。

【請求項5】

ノズルから溶融樹脂を射出することにより、ベース部の流路隣接面が隣接する流路において、射出された前記溶融樹脂を成形金型のキャビティに向かって流すことと、
前記ベース部と接触しない状態で前記ベース部の前記流路隣接面に配置され、かつ、前記ベース部との間に隙間が形成されるエレメントにおいて、前記流路を流れる前記溶融樹脂から前記エレメントに作用するせん断荷重を測定することと、
を具備する、測定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、測定ユニット、射出成形装置及び測定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

射出成形では、射出ユニットのノズルから射出した溶融樹脂を成形金型のキャビティに充填し、キャビティにおいて充填された溶融樹脂を用いて、成形品が成形される。ここで、射出成形では、溶融樹脂の原料となるペレットの特性、及び、射出成形が行われている環境の環境温度等に対応して、キャビティに充填される溶融樹脂の粘度が変化する。このため、射出ユニットからキャビティに溶融樹脂が充填されている状態において、充填されている樹脂の粘度をリアルタイムで適切に導出可能にすることが、求められている。そして、適切に導出された溶融樹脂の粘度に対応させて、溶融樹脂がキャビティに充填された後における成形条件を調整することにより、成形される成形品のバラツキを抑制することが、求められている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平５－３２９８６４号公報

【特許文献2】特開２０１５－６６７００号公報

【特許文献3】特許第６８２５０５５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明が解決しようとする課題は、射出成形において、射出ユニットから成形金型のキャビティに充填されている樹脂の粘度をリアルタイムで適切に導出可能にする測定ユニット、射出成形装置及び測定方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

実施形態によれば、測定ユニットは、ベース部、エレメント及び荷重センサを備える。ベース部は、ノズルから射出された溶融樹脂が成形金型のキャビティに向かって流れる流路に隣接する流路隣接面を備える。エレメントは、ベース部と接触しない状態でベース部の流路隣接面に配置され、ベース部とエレメントとの間には、隙間が形成される。荷重センサは、流路を流れる溶融樹脂からエレメントに作用するせん断荷重を測定する。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】図１は、第１の実施形態に係る射出成形装置を示す概略図である。

【図2】図２は、第１の実施形態に係る射出成形装置の成形金型において、測定ユニット及びその近傍の構成を、流路の軸方向に対して平行又は略平行な断面で概略的に示す断面図である。

【図3】図３は、図２のＹ１－Ｙ１線断面を概略的に示す断面図である。

【図4】図４は、第１の実施形態に係る射出成形装置において、測定ユニットの詳細な構成の一例を、流路の軸方向に対して平行又は略平行な断面で概略的に示す断面図である。

【図5】図５は、第１の実施形態に係る射出成形装置において、コントローラによって行われる処理の一例を概略的に示すフローチャートである。

【図6】図６は、第１の実施形態に係る射出成形装置の流路において、軸方向の寸法が微小になる円管状の領域に作用する力について説明する概略図である。

【図7】図７は、第１の変形例に係る射出成形装置において、測定ユニット及びその近傍の構成を、流路の軸方向に対して平行又は略平行な断面で概略的に示す断面図である。

【図8】図８は、第２の変形例に係る射出成形装置を示す概略図である。

【図9】図９は、第３の変形例に係る射出成形装置を示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下、実施形態等について、図面を参照して説明する。

【0008】

（第１の実施形態）
まず、実施形態等の一例として、第１の実施形態について説明する。図１は、第１の実施形態に係る射出成形装置１を示す。図１等に示すように、射出成形装置１は、成形金型２、射出ユニット３及びコントローラ５を備える。

【0009】

成形金型２は、固定型６及び可動型７を備える。成形金型２では、可動型７は、固定型６に対して移動可能であり、固定型６に対して開閉可能である。成形金型２では、可動型７の移動方向として、可動型７の開閉方向（矢印Ｍ１及び矢印Ｍ２で示す方向）が規定される。図１では、可動型７が固定型６に対して閉じた状態が、示される。また、可動型７が固定型６に対して閉じた状態では、可動型７と固定型６との間に、キャビティ８が形成される。射出成形では、可動型７が固定型６に対して閉じた状態において、キャビティ８に溶融樹脂が充填される。そして、キャビティ８において充填された溶融樹脂を用いて、成形品が成形される。なお、溶融樹脂は、例えば、熱可塑性樹脂を溶融させた流体である。

【0010】

射出ユニット３は、シリンダ１１及びスクリュー１２を備える。射出ユニット３では、シリンダ１１の内部にスクリュー１２が挿入され、スクリュー１２は、射出ユニット３の前後方向（矢印Ｎ１及び矢印Ｎ２で示す方向）に沿って、シリンダ１１に対して移動可能である。また、シリンダ１１には、前方側（矢印Ｎ１側）の端部にノズル１３が設けられ、ノズル１３には、射出口１５が形成される。射出成形では、シリンダ１１の内部に溶融樹脂を充填した状態で、スクリュー１２を前方側へ移動させる。これにより、ノズル１３の射出口１５から、溶融樹脂が射出される。

【0011】

成形金型２では、固定型６に、スプルーブッシュ１６が固定される。成形金型２では、固定型６及びスプルーブッシュ１６によって、流路１７が規定される。可動型７が固定型６に対して閉じた状態では、流路１７の一端は、キャビティ８と連通する。また、流路１７では、キャビティ８に連通する側とは反対側の端に、開口１８が形成される。射出成形では、ノズル１３をスプルーブッシュ１６に開口１８で当接させ、ノズル１３がスプルーブッシュ１６及び固定型６を押圧する状態で、ノズル１３の射出口１５から流路１７へ溶融樹脂を射出する。そして、ノズル１３から射出された溶融樹脂は、流路１７を通してキャビティ８に供給され、キャビティ８に溶融樹脂が充填される。

【0012】

また、本実施形態の射出成形装置１には、流路１７において測定を行う測定ユニット２０が、設けられる。測定ユニット２０は、キャビティ８に溶融樹脂が充填されている状態において、キャビティ８に向かう溶融樹脂の流れに起因して流路１７で発生するせん断荷重ｆを、測定する。測定ユニット２０においてせん断荷重ｆを測定する構成等は、後述する。

【0013】

コントローラ５は、プロセッサ又は集積回路、及び、メモリ等の記憶媒体を備える。プロセッサ又は集積回路は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、マイコン、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、及び、ＤＳＰ（Digital Signal processor）等のいずれかを含む。コントローラ５は、プロセッサ等を１つのみ備えてもよく、プロセッサ等を複数備えてもよい。

【0014】

射出成形装置１では、コントローラ５によって、射出成形に関する後述の制御処理及び調整処理が、行われる。例えば、コントローラ５は、可動型７の移動を含む成形金型２の動作を制御する。また、コントローラ５は、スクリュー１２の移動を含む射出ユニット３の動作を制御する。また、コントローラ５は、測定ユニット２０での測定結果、すなわち、溶融樹脂の流れに起因するせん断荷重ｆについての測定結果を取得する。ただし、ある一例では、コントローラ５は、せん断荷重ｆについての測定結果を取得しなくてもよい。

【0015】

射出成形を行う際には、射出ユニット３のシリンダ１１の内部に、溶融樹脂を充填する。この際、コントローラ５は、射出ユニット３に設けられる加熱ユニット（図示しない）の動作を制御する等して、シリンダ１１に充填された溶融樹脂の温度を調整する。そして、コントローラ５は、可動型７の移動を制御する等して、可動型７を固定型６に対して閉じ、固定型６と可動型７との間にキャビティ８を形成する。そして、シリンダ１１に溶融樹脂が充填された状態で、射出ユニット３のノズル１３をスプルーブッシュ１６に開口１８で当接さる。

【0016】

そして、コントローラ５は、ノズル１３がスプルーブッシュ１６及び固定型６を押圧する状態で、スクリュー１２を前方側へ移動させ、ノズル１３から流路１７に溶融樹脂を射出させる。これにより、ノズル１３から射出された溶融樹脂が、キャビティ８に充填される。溶融樹脂のキャビティ８への充填においては、コントローラ５は、スクリュー１２の移動を制御することにより、スクリュー１２の前方側への移動を開始させる移動開始位置、及び、スクリュー１２の前方側への移動速度を調整する。これにより、溶融樹脂のキャビティ８への充填において、ノズル１３からの溶融樹脂の射出速度等が調整される。すなわち、キャビティ８への溶融樹脂の充填では、ノズル１３からの溶融樹脂の射出速度を制御する速度制御が行われる。なお、ノズル１３から射出される溶融樹脂の温度、及び、ノズル１３からの溶融樹脂の射出速度等は、キャビティ８への溶融樹脂の充填における成形条件として、調整される。

【0017】

また、射出成形では、キャビティ８に溶融樹脂を充填すると、溶融樹脂の射出速度を制御する速度制御から、スクリュー１２から溶融樹脂への圧力を制御する圧力制御へ切替えられる。圧力制御が行われている状態では、スクリュー１２から溶融樹脂への圧力が、保持圧力で保持される。スクリュー１２から溶融樹脂へ保持圧力が作用することにより、溶融樹脂の逆流等が防止される。射出速度を制御する速度制御から溶融樹脂への圧力を制御する圧力制御へ切替えられるスクリュー１２の位置を、“Ｖ／Ｐ切替え位置”とも称する。

【0018】

コントローラ５は、スクリュー１２の移動等を含む射出ユニット３の動作を制御することにより、Ｖ／Ｐ切替え位置及び保持圧力を調整する。また、コントローラ５は、射出ユニット３の動作を制御することにより、保持圧力でスクリュー１２から溶融樹脂への圧力を保持する時間である圧力保持時間を調整する。なお、Ｖ／Ｐ切替え位置、溶融樹脂へ作用させる保持圧力、及び、圧力保持時間等は、溶融樹脂への保持圧力の印加における成形条件として、調整され、キャビティ８に溶融樹脂を充填した後の成形条件として、調整される。

【0019】

射出成形では、溶融樹脂に保持圧力を圧力保持時間だけ作用させた後、スクリュー１２を後方側へ移動し、保持圧力の印加を解除する。そして、可動型７が固定型６に対して閉じた状態を維持したまま、キャビティ８において、充填した溶融樹脂を冷却し、樹脂を硬化させる。そして、キャビティ８において樹脂が硬化すると、コントローラ５は、可動型７の移動を制御することにより、可動型７を固定型６に対して開く。ここで、保持圧力の印加を解除してから可動型７を開くまでの時間を、“冷却時間”とも称する。コントローラ５は、成形金型２等の動作を制御することにより、冷却時間を調整する。なお、冷却時間等は、溶融樹脂の冷却における成形条件として、調整され、キャビティ８に溶融樹脂を充填した後の成形条件として、調整される。

【0020】

図２は、測定ユニット２０及びその近傍の構成を示す。図３は、図２のＹ１－Ｙ１線断面を示す。図２及び図３に示すように、流路１７では、流路１７の中心軸Ｃが規定される。流路１７及びその近傍では、中心軸Ｃに沿う方向が、軸方向として規定される。また、軸方向の一方側が下流側となり、下流側は、溶融樹脂をキャビティ８に充填している状態での溶融樹脂の流れ方向（矢印Ｆ１）に相当する。そして、軸方向について下流側とは反対側が、上流側となる。

【0021】

また、流路１７及びその近傍では、中心軸Ｃの軸回り方向が、周方向として規定される。また、流路１７及びその近傍では、流路１７の径方向について中心軸Ｃに近づく側が、内周側となり、流路１７の径方向について中心軸Ｃから離れる側が、外周側となる。図２は、流路１７の軸方向に対して平行又は略平行な断面を示し、図３は、流路１７の軸方向に対して直交又は略直交する断面を示す。

【0022】

図２及び図３に示すように、測定ユニット２０は、ベース部２１を備える。本実施形態では、スプルーブッシュ１６によって、ベース部２１が形成される。ベース部２１は、流路１７に外周側から隣接する流路隣接面２２を備える。図２及び図３の構成では、ベース部２１は、周方向の全周に渡って、流路１７を外周側から覆う。また、ベース部２１の流路隣接面２２には、外周側へ凹む凹部２３が形成される。

【0023】

また、測定ユニット２０は、エレメント２５及び荷重センサ２６を備える。エレメント２５は、ベース部２１の流路隣接面２２の凹部２３に配置される。エレメント２５には、内周側から流路１７が隣接し、エレメント２５は、流路１７に外周側から隣接する面２７を備える。エレメント２５は、流路１７の周方向について一部の範囲に渡ってのみ、形成される。キャビティ８への溶融樹脂の充填においてキャビティに向かって溶融樹脂が流れている状態では、エレメント２５には、溶融樹脂の流れに起因して発生するせん断荷重ｆが作用する。エレメント２５では、せん断荷重ｆは、流路１７の軸方向に沿って作用する。なお、エレメント２５では、流路１７に隣接する面２７が、せん断荷重ｆが作用する面となる。

【0024】

凹部２３では、エレメント２５に対して流路１７の下流側に隣接して、隙間ｄ１が形成され、エレメント２５に対して流路１７の上流側に隣接して、隙間ｄ２が形成される。また、凹部２３では、エレメント２５に対して外周側に隣接して、隙間ｄ３が形成される。そして、凹部２３では、エレメント２５に対して流路１７の周方向の一方側に隣接して、隙間ｄ４が形成され、エレメント２５に対して流路１７の周方向について隙間ｄ４とは反対側に隣接して、隙間ｄ５が形成される。このため、エレメント２５は、ベース部２１との間に隙間ｄ１～ｄ５が形成される状態で、凹部２３に配置され、ベース部２１とは接触しない。

【0025】

エレメント２５がベース部２１と接触しない構成であるため、ノズル１３から流路１７への溶融樹脂の射出において、ノズル１３からスプルーブッシュ１６及び固定型６へ押圧による荷重が作用しても、ノズル１３からの押圧による荷重は、ベース部２１を形成するスプルーブッシュ１６からエレメント２５に伝達されない。このため、ノズル１３から射出した溶融樹脂をキャビティ８に充填している状態では、ノズル１３からの押圧による荷重は、エレメント２５に作用せず、流路１７の軸方向に沿う荷重として、溶融樹脂の流れに起因するせん断荷重ｆのみが、エレメント２５に作用する。

【0026】

なお、高温の溶融樹脂を流路１７に流している状態では、ベース部２１及びエレメント２５の温度が膨張し、ベース部２１及びエレメント２５が熱膨張する。本実施形態では、ベース部２１及びエレメント２５が熱膨張しても、エレメント２５とベース部２１との間の隙間ｄ１～ｄ５は維持され、エレメント２５は、ベース部２１に接触しない。そして、ノズル１３からの押圧による荷重がベース部２１を含むスプルーブッシュ１６に作用している状態でも、エレメント２５とベース部２１との間の隙間ｄ１～ｄ５は維持され、エレメント２５は、ベース部２１に接触しない。

【0027】

また、エレメント２５には、流路１７を流れる溶融樹脂の重力が作用することがある。本実施形態では、溶融樹脂の重力がエレメント２５に作用しても、エレメント２５とベース部２１との間の隙間ｄ１～ｄ５は維持され、エレメント２５は、ベース部２１に接触しない。ここで、溶融樹脂の重力がエレメント２５に作用する場合、溶融樹脂の重力は、流路１７の径方向に沿う荷重として、すなわち、流路１７の軸方向に対して交差する（直交又は略直交する）方向への荷重として、エレメント２５に作用する。また、エレメント２５とベース部２１との間の隙間ｄ１～ｄ５のそれぞれは、流路１７を流れる溶融樹脂が隙間ｄ１～ｄ５に流入しない程度の大きさに、形成される。

【0028】

荷重センサ２６は、エレメント２５において、流路１７の軸方向に作用する荷重を検知及び測定する。ここで、流路１７をとおしてキャビティ８に溶融樹脂を充填している状態では、前述のように、エレメント２５には、流路１７の軸方向に沿う荷重として、流路を流れる溶融樹脂によるせん断荷重ｆのみが、作用する。このため、キャビティ８に溶融樹脂を充填している状態では、荷重センサ２６は、流路１７を流れる溶融樹脂からエレメント２５に作用するせん断荷重ｆを測定する。荷重センサ２６は、例えば、ロードセルである。

【0029】

また、本実施形態では、流路１７の軸方向についてエレメント２５が配置される範囲の全寸法に渡って、流路１７の断面積が均一又は略均一になり、流路１７の半径Ｒが均一又は略均一になる。すなわち、流路１７の軸方向についてエレメント２５が配置される範囲では、流路１７の断面積が変化せず、流路１７の半径Ｒが変化しない。

【0030】

図４は、測定ユニット２０の詳細な構成の一例を示す。なお、測定ユニット２０では、ベース部２１の流路隣接面２２にエレメント２５が配置され、ベース部２１とエレメント２５との間に隙間ｄ１～ｄ５が形成される構成であれば、図４の一例の構成に限るものではない。なお、図４では、流路１７の軸方向に対して平行又は略平行な断面を示す。

【0031】

図４の一例では、ベース部２１に回転円環３１が取付けられ、回転円環３１には、ロープ３２が巻回される。そして、ロープ３２において回転円環３１からの延出端が、エレメント２５に接続される。回転円環３１を回転することにより（矢印Ｙ２）、ロープ３２の回転円環３１らの延設長が変化する。図４の一例では、ロープ３２の回転円環３１からの延設長を調整することにより、ベース部２１の流路隣接面２２に対するエレメント２５の面２７の傾きが、調整される。そして、測定ユニット２０では、エレメント２５がベース部２１の流路隣接面２２に対して内周側へ突出せず、かつ、エレメント２５がベース部２１の流路隣接面２２に対して外周側へ凹まない状態に、流路隣接面２２に対する面２７の傾きが、調整される。

【0032】

また、図４の一例では、複数の板バネ３３が設けられる。そして、板バネ３３のそれぞれでは、一端がベース部２１に接続され、他端がエレメント２５に接続される。図４の一例では、板バネ３３によって、流路１７の軸方向、流路１７の径方向及び流路１７の周方向のそれぞれについてのエレメント２５の位置が、調整される。そして、測定ユニット２０では、ベース部２１とエレメント２５との間の隙間ｄ１～ｄ５のそれぞれが維持される状態に、エレメント２５の位置が調整される。

【0033】

図５は、コントローラ５によって行われる処理の一例を、フローチャートで示す。図５の一例の処理は、射出成形において１つの成形品を形成する度に行われる。図５の一例の処理を開始すると、コントローラ５は、キャビティ８に溶融樹脂を充填している状態において溶融樹脂からエレメント２５に作用するせん断荷重ｆについて、荷重センサ２６での測定結果を取得する（Ｓ１０１）。

【0034】

そして、コントローラ５は、荷重センサ２６が測定したせん断荷重ｆ、及び、エレメント２５において流路に隣接する面２７の面積Ａに基づいて、流路１７を流れる溶融樹脂によるせん断応力τを算出する（Ｓ１０２）。せん断応力τは、せん断荷重ｆ及び面積Ａを用いて、式（１）のようにして算出される。面積Ａについての情報は、例えば、コントローラ５の記憶媒体等に記憶される。なお、せん断荷重ｆの単位は、例えば、Ｎであり、面積Ａの単位は、例えば、ｍ^２であり、せん断応力τの単位は、例えば、Ｐａである。

【0035】

【数1】

【0036】

そして、コントローラ５は、算出したせん断応力τ、エレメント２５が配置される部分での流路１７の半径（径）Ｒ、及び、溶融樹脂の平均流速ｕ_ａｖｅに基づいて、溶融樹脂の粘度μを算出する（Ｓ１０３）。粘度μは、せん断応力τ、半径Ｒ及び平均流速ｕ_ａｖｅを用いて、式（２）のようにして算出される。半径Ｒに関する情報は、例えば、コントローラ５の記憶媒体等に記憶される。

【0037】

また、平均流速ｕ_ａｖｅは、流路１７の半径Ｒ、射出ユニット３のシリンダ１１の半径Ｒｓ、及び、ノズル１３からの溶融樹脂の平均射出速度ｖ_ａｖｅを用いて、式（３）のようにして算出される。半径Ｒｓに関する情報は、例えば、コントローラ５の記憶媒体等に記憶され、平均射出速度ｖ_ａｖｅは、キャビティ８に溶融樹脂を充填している状態における射出ユニット３の制御情報に基づいて、算出可能である。なお、平均流速ｕ_ａｖｅ及び平均射出速度ｖ_ａｖｅの単位は、例えば、ｍ／ｓであり、半径Ｒ，Ｒｓの単位は、例えば、ｍであり、粘度μの単位は、例えば、Ｐａ・ｓである。

【0038】

【数2】

【0039】

また、溶融樹脂によるせん断応力τに対する溶融樹脂の粘度μの関係である式（２）の関係は、以下のようにして、導出可能である。図６は、流路１７において軸方向の寸法がｄｘと微小になる円管状の領域βに作用する力について説明する。ここで、円管状の領域βにおいて、流路１７の軸方向について一方側の端面α１に作用する圧力ｐを、規定する。この場合、領域βでは、流路１７の軸方向について端面α１とは反対側の端面α２に、圧力ｐ＋（ｄｐ／ｄｘ）ｄｘが作用する。また、領域βには、溶融樹脂によるせん断応力τが、外周部分に作用する。このため、領域βでの力のつり合いは、流路１７の半径Ｒを用いて、式（４）のようになる。そして、式（４）から、せん断応力τは、式（５）のようになる。

【0040】

【数3】

【0041】

また、流路１７において半径Ｒの円管状の部分では、粘度μの溶融樹脂の定常流による流速分布で示される流速ｕは、ナビエ・ストークスの方程式を変形して、式（６）のようになる。ここで、ｒは、流路１７における径方向についての位置を示すパラメータであり、０以上Ｒ以下の範囲の値になり得る。そして、半径Ｒの円管状の部分での流量Ｑは、径方向について０以上Ｒ以下の範囲で式（６）の流速ｕを積分することにより、式（７）のようにして、算出される。

【0042】

【数4】

【0043】

そして、式（７）の流速を流路１７の断面積で除算することにより、溶融樹脂の平均流速ｕ_ａｖｅが、式（８）のようにして算出される。そして、式（８）から、式（９）で示す関係が成り立つ。そして、式（５）のｄｐ／ｄｘに式（９）の関係を代入することにより、式（１０）の関係が成り立つ。そして、式（１０）から、前述した式（２）の関係が導出される。

【0044】

【数5】

【0045】

図５の一例では、前述のようにして溶融樹脂の粘度μを算出すると、コントローラ５は、算出した溶融樹脂の粘度μに基づいて、キャビティ８に溶融樹脂を充填した後における射出ユニット３及び成形金型２の動作を制御する。すなわち、粘度μに基づいて、溶融樹脂への保持圧力の印加、及び、溶融樹脂の冷却における射出ユニット３及び成形金型２の動作が、制御される。そして、コントローラ５は、粘度μに基づく射出ユニット３及び成形金型２の動作の制御によって、溶融樹脂がキャビティ８に充填された後における成形条件を調整する（Ｓ１０４）。したがって、溶融樹脂への保持圧力の印加、及び、溶融樹脂の冷却における成形条件が、算出された粘度μに基づいて、調整される。この際、例えば、前述のＶ／Ｐ切替え位置、保持圧力、圧力保持時間及び冷却時間のいずれかが、粘度μに基づいて調整される。

【0046】

なお、ある一例では、溶融樹脂からエレメント２５に作用するせん断荷重ｆについての荷重センサ２６での測定結果を、コントローラ５は、取得しない。この場合、コントローラ５とは別のコンピュータ（サーバ）等が、せん断荷重ｆについての測定結果を取得する。そして、コントローラ５とは別のコンピュータが、前述のようにして、溶融樹脂によるせん断応力τを算出し、溶融樹脂の粘度μを算出する。そして、ユーザインタフェース等を用いて、溶融樹脂の粘度μについての算出結果が、射出成形装置１のユーザ等に告知される。粘度μについての算出結果は、例えば、画面表示及び音声等のいずれかによって、告知される。

【0047】

そして、射出成形装置１のユーザ等は、告知された粘度μについての算出結果に基づいて、溶融樹脂がキャビティ８に充填された後における成形条件を、設定する。この際、ユーザインタフェースの操作入力部等を用いて、成形条件が設定される。そして、コントローラ５は、ユーザ等によって設定された成形条件に基づいて、キャビティ８に溶融樹脂を充填した後における射出ユニット３及び成形金型２の動作を制御する。

【0048】

また、ある一例では、せん断荷重ｆについての測定結果が、ユーザインタフェース等を用いて、射出成形装置１のユーザ等に告知されてもよい。この場合、射出成形装置１のユーザ等によって、せん断荷重ｆについての測定結果から、溶融樹脂によるせん断応力τが算出され、溶融樹脂の粘度μが算出される。そして、射出成形装置１のユーザ等は、算出した粘度μに基づいて、溶融樹脂がキャビティ８に充填された後における成形条件を、設定する。

【0049】

本実施形態では、スプルーブッシュ１６から形成されるベース部２１と接触しない状態で、ベース部２１の流路隣接面２２にエレメント２５が配置され、ベース部２１とエレメント２５との間に、隙間ｄ１～ｄ５が形成される。そして、荷重センサ２６は、流路１７を流れる溶融樹脂からエレメント２５に作用するせん断荷重ｆを測定する。本実施形態では、エレメント２５がベース部２１に接触しないため、ノズル１３から射出した溶融樹脂をキャビティ８に充填している状態では、ノズル１３からの押圧による荷重は、エレメント２５に作用しない。このため、溶融樹脂をキャビティ８に充填している状態において、溶融樹脂の流れに起因してエレメント２５に作用するせん断荷重ｆが、リアルタイムで適切に測定される。

【0050】

せん断荷重ｆが適切に測定されることにより、キャビティ８に溶融樹脂を充填している状態において、せん断荷重ｆ及び式（１）等を用いて、充填されている溶融樹脂に起因するせん断応力τを、リアルタイムで適切に導出可能となる。そして、せん断応力τが適切に算出されることにより、キャビティ８に溶融樹脂を充填している状態において、せん断応力τ及び式（２）等を用いて、充填されている溶融樹脂の粘度μを、リアルタイムで適切に導出可能となる。

【0051】

また、本実施形態では、コントローラ５は、前述のようにしてリアルタイムで適切に導出された溶融樹脂の粘度μに基づいて、射出ユニット３及び成形金型２の動作を制御し、溶融樹脂がキャビティ８に充填された後における成形条件を調整する。このため、リアルタイムで適切に算出された溶融樹脂の粘度μに基づいて、Ｖ／Ｐ切替え位置、保持圧力、圧力保持時間及び冷却時間等が、調整される。これにより、溶融樹脂の粘度μに起因する成形品のバラツキが、適切に抑制される。

【0052】

（変形例）
図７に示す第１の変形例では、ベース部２１とエレメント２５との間の隙間ｄ１～ｄ５に、充填流体３５が充填される。充填流体３５は、流路１７を流れる溶融樹脂より、粘度が高い。なお、図７は、測定ユニット２０及びその近傍の構成を、流路１７の軸方向に対して平行又は略平行な断面を示す。

【0053】

本変形例でも、前述の実施形態等と同様の作用及び効果を奏する。すなわち、本変形例でも、キャビティ８に溶融樹脂が充填されている状態において、溶融樹脂の流れに起因してエレメント２５に作用するせん断荷重ｆが、リアルタイムで適切に測定され、充填されている溶融樹脂の粘度μが、リアルタイムで適切に導出可能となる。また、本変形例では、隙間ｄ１～ｄ５に、溶融樹脂より粘度が高い充填流体３５が、充填される。このため、流路１７を流れる溶融樹脂の隙間ｄ１～ｄ５への流入が、さらに適切に防止される。

【0054】

図８に示す第２の変形例の射出成形装置１では、成形金型２の固定型６に、ヒータ等の加熱ユニット３６が搭載される。加熱ユニット３６は、測定ユニット２０の近傍に配置される。加熱ユニット３６の動作は、コントローラ５によって、制御される。コントローラ５は、加熱ユニット３６の動作を制御することにより、成形金型２において測定ユニット２０及びその近傍の温度を調整する。本変形例でも、前述の実施形態等と同様の作用及び効果を奏する。

【0055】

また、本変形例のある一例では、コントローラ５は、溶融樹脂への保持圧力の印加、及び、キャビティ８での溶融樹脂の冷却のそれぞれが行われている状態において、加熱ユニット３６によって、測定ユニット２０及びその近傍を加熱させる。これにより、溶融樹脂への保持圧力の印加、及び、キャビティ８での溶融樹脂の冷却のそれぞれが行われている状態では、測定ユニット２０及びその近傍の温度は、キャビティ８及びその近傍の温度に比べて、高くなる。このため、溶融樹脂の冷却によってキャビティ８において樹脂が硬化しても、流路１７において測定ユニット２０の近傍では、樹脂は、硬化することなく、溶融した状態で維持される。流路１７において測定ユニット２０の近傍で樹脂が溶融した状態で維持されることにより、溶融樹脂の冷却が終了した後の成形品を成形金型２（キャビティ８）から取出す作業において、作業性が向上する。

【0056】

図９に示す第３の変形例の射出成形装置１では、成形金型２及び射出ユニット３に加えて、アダプタ４０が設けられる。そして、アダプタ４０の内部には、流路４１が規定される。本変形例では、射出成形において、射出ユニット３のノズル１３から、アダプタ４０の流路４１に、溶融樹脂が射出される。この際、ノズル１３がアダプタ４０を押圧する状態で、ノズル１３の射出口１５から流路４１へ溶融樹脂を射出する。そして、ノズル１３から射出された溶融樹脂は、アダプタ４０の流路４１、及び、固定型６及びスプルーブッシュ１６によって規定される流路１７の順に通って下流側へ流れ、キャビティ８に充填される。

【0057】

また、本変形例では、測定ユニット２０は、成形金型２ではなく、アダプタ４０に設けられる。そして、測定ユニット２０は、キャビティ８に溶融樹脂が充填されている状態において、キャビティ８に向かう溶融樹脂の流れに起因して流路４１で発生するせん断荷重ｆを、測定する。本変形例では、アダプタ４０によって、前述のベース部２１が形成される。

【0058】

ただし、本変形例では、ベース部２１がアダプタ４０から形成されることを除き、測定ユニット２０の構成等は、前述の実施形態等と同様になる。すなわち、本変形例でも、ベース部２１と接触しない状態で、ベース部２１の流路隣接面２２にエレメント２５が配置され、ベース部２１とエレメント２５との間に、隙間ｄ１～ｄ５が形成される。そして、荷重センサ２６は、キャビティ８に向かってを流れる溶融樹脂からエレメント２５に作用するせん断荷重ｆを測定する。

【0059】

本変形例でも、エレメント２５がベース部２１に接触しないため、ノズル１３から射出した溶融樹脂をキャビティ８に充填している状態では、ノズル１３からの押圧による荷重は、エレメント２５に作用しない。このため、溶融樹脂をキャビティ８に充填している状態において、溶融樹脂の流れに起因してエレメント２５に作用するせん断荷重ｆが、リアルタイムで適切に測定される。そして、溶融樹脂をキャビティ８に充填している状態において、せん断荷重ｆの測定結果に基づいて、充填されている溶融樹脂の粘度μが、リアルタイムで適切に導出可能となる。したがって、本変形例でも、前述の実施形態等と同様の作用及び効果を奏する。

【0060】

これらの少なくとも一つの実施形態又は実施例によれば、エレメントは、ベース部と接触しない状態でベース部の流路隣接面に配置され、ベース部とエレメントとの間には、隙間が形成される。そして、荷重センサは、流路を流れる溶融樹脂からエレメントに作用するせん断荷重を測定する。これにより、射出成形において、射出ユニットから成形金型のキャビティに充填されている樹脂の粘度をリアルタイムで適切に導出可能にする測定ユニット、射出成形装置及び測定方法を提供することができる。

【0061】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0062】

１…射出成形装置、２…成形金型、３…射出ユニット、５…コントローラ、６…固定型、７…可動型、８…キャビティ、１３…ノズル、１７…流路、２０…測定ユニット、２１…ベース部、２２…流路隣接面、２５…エレメント、２６…荷重センサ、２７…面、３５…充填流体、４０…アダプタ、４１…流路、ｄ１～ｄ５…隙間、ｆ…せん断荷重、τ…せん断応力。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】