特許 7328431 圧力測定装置および射出成形機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-08-07

(45)【発行日】2023-08-16

(54)【発明の名称】圧力測定装置および射出成形機

(51)【国際特許分類】

   B29C 45/20 20060101AFI20230808BHJP

   B29C 45/76 20060101ALI20230808BHJP

【ＦＩ】

B29C45/20

B29C45/76

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2022163288

(22)【出願日】2022-10-11

【審査請求日】2023-06-08

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000132725

【氏名又は名称】株式会社ソディック

(72)【発明者】

【氏名】佐光 巧

【審査官】神田 和輝

(56)【参考文献】

【文献】特表２００２－５２７７４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】仏国特許出願公開第０２６８６６９５（ＦＲ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２２Ｄ １７／００－１７／３２

Ｂ２９Ｃ

Ｇ０１Ｌ ７／００－２７／０２

Ｇ０１Ｎ １１／００－１１／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

射出成形機の成形材料を射出する射出ユニットに取り付け可能な圧力測定装置であって、
前記射出ユニットに取り付けられ、前記射出ユニットによって射出された前記成形材料が流通する測定シリンダと、
締結手段と、
前記測定シリンダに取り付けられ、前記成形材料が流通する互いに仕様が異なる複数のダイと、
前記成形材料の排出先を、前記複数のダイのいずれか１つに択一的に切り換える流路切換ピンと、
前記測定シリンダ内の前記成形材料の圧力を測定する圧力センサと、を備え、
前記測定シリンダは、
前記射出ユニットのノズル取付孔に螺合する第１のシリンダと、
側面に前記複数のダイが取り付けられるダイ取付孔が形成された第２のシリンダと、を含み、
前記締結手段は、前記第１のシリンダと前記第２のシリンダとを締結し、
正面視において、前記第２のシリンダの中心軸を通る鉛直線と、前記ダイ取付孔の中心を通る直線とのなす角度は、４０°以下である、圧力測定装置。

【請求項2】

前記複数のダイは、
断面円筒形状の第１のキャピラリーが形成された第１のキャピラリーダイと、
断面円筒形状の第２のキャピラリーが形成された第２のキャピラリーダイと、を含み、
前記第１のキャピラリーは、所定の流入角、直径および有効長を有し、
前記第２のキャピラリーは、前記第１のキャピラリーと同一の流入角および直径を有し、前記第１のキャピラリーよりも短い有効長を有する、請求項１に記載の圧力測定装置。

【請求項3】

前記複数のダイは、
断面矩形形状の第１のスリットが形成された第１のスリットダイと、
断面矩形形状の第２のスリットが形成された第２のスリットダイと、を含み、
前記第１のスリットは、所定の流入角、幅、隙間および有効長を有し、
前記第２のスリットは、前記第１のスリットと同一の流入角、幅および隙間を有し、前記第１のスリットよりも短い有効長を有する、請求項１に記載の圧力測定装置。

【請求項4】

前記締結手段は、前記第１のシリンダに形成されるフランジと当接するとともに前記第２のシリンダに螺合するカバーナットである、請求項１に記載の圧力測定装置。

【請求項5】

前記測定シリンダを所望の温度に加熱するヒータをさらに備える、請求項１に記載の圧力測定装置。

【請求項6】

請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の圧力測定装置が取り付けられた射出成形機であって、
前記圧力センサで測定した前記成形材料の前記圧力に基づき、前記成形材料の粘度を算出する制御装置を備える、射出成形機。

【請求項7】

前記制御装置は、前記粘度の算出にあたり、バーグレー補正を実施可能であるとともに、バーグレー補正の実施の有無を切り換え可能に構成される、請求項６に記載の射出成形機。

【請求項8】

前記制御装置は、前記粘度の算出によって得られたデータに基づき、グラフを描画可能に構成される、請求項６に記載の射出成形機。

【請求項9】

前記グラフは、剪断速度および前記粘度の対数グラフである、請求項８に記載の射出成形機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、射出成形機の成形材料を射出する射出ユニットに取り付け可能な圧力測定装置と、当該圧力測定装置が取り付けられた射出成形機に関する。

【背景技術】

【0002】

射出成形を行うにあたり、成形材料の溶融粘度を把握したいという需要がある。例えば、溶融粘度を把握しておくことで、成形条件を導き出す参考になる。特に、生分解プラスチック材料や、ナノファイバー、金属粉末、セラミックス粉末等が添加されたコンパウンド材料といった材料は、溶融特性や流動特性についての知見が乏しいことが多く、溶融粘度を把握しておくことは有用である。あるいは、溶融粘度を測定することで、品質管理に役立てることもできる。例えば、バージン材とリサイクル材とを混合して成形材料として使用する場合は、溶融粘度を確認することで成形材料の劣化度合いを推定することができる。

【0003】

成形材料の溶融粘度を測定する装置の１つに、キャピラリーレオメータがある。キャピラリーレオメータは、シリンダと、シリンダ出口に取り付けられた細孔を有するダイと、シリンダ内圧力を測定する圧力センサと、を備える装置である。キャピラリーレオメータは、シリンダに充填した試料をピストンで押し出し、このときのシリンダ内圧力を測定することで、試料の粘度測定を行う。本明細書では、特に断りがない限り、断面円筒形状の細孔を有するダイをキャピラリーダイといい、断面矩形形状の細孔を有するダイをスリットダイという。

【0004】

キャピラリーレオメータを含めた一般的な粘度測定装置は、比較的高価であり、射出成形機のユーザに広く普及しているとはいえない。また、シリンダに手作業で試料としての成形材料を充填するといった作業も必要となり、測定に手間がかかる。そのため、射出成形機の装置を利用して、より簡易な機構で溶融粘度を測定することが考えられる。例えば、特許文献１は、ノズルが取り付けられたノズルアダプタに圧力センサを設け、樹脂圧力を測定することで溶融粘度を算出する射出成形機を開示している。特許文献１の射出成形機は、ノズルをキャピラリーダイとして使用することで、キャピラリーレオメータと同様の測定を行っている。射出成形機を使用することで、実際の射出成形に近い環境下で測定ができるという利点もある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１５－０６６７００号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

粘度測定のための圧力測定を行うにあたり、ダイを異なる仕様のものに交換する場合がある。例えば、ダイの細孔入口および細孔出口で生じた圧力損失を考慮して真の剪断応力を求めるバーグレー（Ｂａｇｌｅｙ）補正を実施する場合は、細孔の有効長が異なる２以上のダイを使用し、それぞれのダイを使用時の圧力を測定する必要がある。特許文献１の射出成形機において、バーグレー補正を実施しようとすると、測定の途中でキャピラリーダイとして使用するノズルを交換しなければいけない。

【0007】

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、使用するダイを、互いに仕様が異なる複数のダイから択一的に選択可能に構成することで、より簡易に圧力測定を行うことができる、射出成形機に取り付け可能な圧力測定装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明によれば、射出成形機の成形材料を射出する射出ユニットに取り付け可能な圧力測定装置であって、射出ユニットに取り付けられ、射出ユニットによって射出された成形材料が流通する測定シリンダと、締結手段と、測定シリンダに取り付けられ、成形材料が流通する互いに仕様が異なる複数のダイと、成形材料の排出先を、複数のダイのいずれか１つに択一的に切り換える流路切換ピンと、測定シリンダ内の成形材料の圧力を測定する圧力センサと、を備え、前記測定シリンダは、前記射出ユニットのノズル取付孔に螺合する第１のシリンダと、側面に前記複数のダイが取り付けられるダイ取付孔が形成された第２のシリンダと、を含み、前記締結手段は、前記第１のシリンダと前記第２のシリンダとを締結し、正面視において、前記第２のシリンダの中心軸を通る鉛直線と、前記ダイ取付孔の中心を通る直線とのなす角度は、４０°以下である、圧力測定装置が提供される。

【発明の効果】

【0009】

本発明に係る圧力測定装置は、射出成形機に取り付け可能であり、互いに仕様が異なる複数のダイのうち、使用するダイを流路切換ピンによって択一的に選択可能に構成される。これにより、ダイの切り換えが必要な場合であっても、容易にダイの切り換え作業を行うことができる。ひいては、より簡易に圧力測定を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】射出ノズルが取り付けられた状態の、本発明の実施形態に係る射出成形機の概略構成図である。

【図2】圧力測定装置が取り付けられた状態の、本発明の実施形態に係る射出成形機の概略構成図である。

【図3】圧力測定装置を上方から見た斜視図である。

【図4】圧力測定装置を下方から見た斜視図である。

【図5】圧力測定装置の側面断面図である。

【図6】圧力測定装置のＶＩ－ＶＩ矢視図であり、正面断面図である。

【図7】第１のキャピラリーダイおよび第２のキャピラリーダイの断面図である。

【図8】制御装置のブロック図である。

【図9】「シンプル測定モード」時の粘度測定用のＧＵＩの一例である。

【図10】「バーグレー補正モード」時の粘度測定用のＧＵＩの一例である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、図面を用いて本発明の実施形態について説明する。各図面において、視認性を向上させる等の目的のため、一部の構成要素は図示省略されていることがある。以下に説明される各種変形例は、それぞれ任意に組み合わせて実施することができる。

【0012】

本実施形態の射出成形機は、成形材料を射出する射出ユニット１と、不図示の金型の開閉および型締を行う不図示の型締ユニットと、射出ユニット１および型締ユニットを制御する制御装置７と、を備える。射出成形を行う際は、射出ユニット１は、成形材料を可塑化させ、所定量を計量した後に、射出ノズル４６から射出する。型締ユニットは、金型を保持するとともに、金型を開閉および型締可能に構成されている。型締ユニットは、射出成形にあたり、成形材料が射出されるときは、金型を閉じ、所定圧力の型締力を金型に対して付与する。射出ノズル４６から金型のキャビティ内に射出された成形材料が冷却されて成形品となった後、型締ユニットは金型を開いて成形品を排出し、再度金型を閉じる。型締ユニットとしては、直圧式やトグル式等、周知の構成が採用できる。

【0013】

本明細書において、射出成形機によって射出可能な材料を広く成形材料といい、樹脂を主材とする材料の他、金属粉末にバインダーとしての樹脂を添加したＭＩＭ材や、セラミック粉末にバインダーとしての樹脂を添加したＣＩＭ材も含まれる。また、以下においては、熱可塑性の成形材料を使用する射出成形機を例として説明するが、本発明は熱硬化性の成形材料を使用する射出成形機にも適用可能である。熱硬化性の成形材料には、熱硬化性液状材料であるＬＩＭ材が含まれる。

【0014】

本実施形態の射出成形機は、可塑化部２と射出部４とが別体に構成された、いわゆるスクリュプリプラ式射出成形機である。図１に示されるように、射出ユニット１は、可塑化部２と、ジャンクション３と、射出部４と、を備える。図１においては、一部の構成が断面図して示される。以下においては、図１における左側、すなわち成形材料が射出される側を前側とする。また、図１における右側、すなわち成形材料が供給される側を後側とする。

【0015】

可塑化部２は、可塑化シリンダ２１と、可塑化スクリュ２３と、逆止装置２５と、可塑化スクリュ駆動装置２７と、ヒータ２９と、を備える。可塑化シリンダ２１は、バンドヒータ等のヒータ２９によって所定の温度に加熱される中空の筒体である。可塑化シリンダ２１の後端部には、成形材料が供給される材料投入口２１１が形成されている。可塑化スクリュ２３は、可塑化シリンダ２１内に回転自在に設けられる。可塑化スクリュ２３は、材料投入口２１１から可塑化シリンダ２１内に供給された成形材料を、ヒータ２９による熱と、剪断熱によって溶融しながら、前方へと送る。逆止装置２５は、可塑化スクリュ２３を前進させる任意のアクチュエータであり、例えば流体圧シリンダまたは電動シリンダである。逆止装置２５は、計量完了時に可塑化スクリュ２３を前進させて流路を塞ぎ、射出時の成形材料の逆流を防止する。可塑化スクリュ駆動装置２７は、可塑化スクリュ２３を回転させる任意のアクチュエータであり、例えば油圧モータまたは電動モータである。

【0016】

ジャンクション３は、可塑化部２と射出部４とを接続する。ジャンクション３は、ヒータによって所定の温度に加熱されていてもよい。

【0017】

射出部４は、射出シリンダ４１と、プランジャ４２と、プランジャ駆動装置４３と、エンコーダ４４と、ノズルシリンダ４５と、射出ノズル４６と、ヒータ４７，４８と、を備える。

【0018】

射出シリンダ４１は、バンドヒータ等のヒータ４７によって所定の温度に加熱される中空の筒体である。プランジャ４２は、射出シリンダ４１内に進退自在に設けられた、略円柱状部材である。プランジャ駆動装置４３は、プランジャ４２を前後退させる任意のアクチュエータであり、例えば油圧シリンダまたは電動シリンダである。エンコーダ４４は、プランジャ４２の位置を読み取るセンサである。エンコーダ４４で読み取ったプランジャ４２の位置情報と不図示のタイマーにより、プランジャ４２の移動速度である射出速度が算出可能である。

【0019】

ノズルシリンダ４５は、射出シリンダ４１の前方に取り付けられ、バンドヒータ等のヒータ４７によって所定の温度に加熱される筒体である。ノズルシリンダ４５は、ジャンクション３と射出シリンダ４１とを接続する供給流路と、射出シリンダ４１と射出ノズル４６とを接続する排出流路と、をそれぞれ有する。ノズルシリンダ４５の前面には、射出ノズル４６を取付可能なノズル取付孔４５１が形成されている。より具体的には、ノズル取付孔４５１の内壁には、射出ノズル４６の後端部に形成された雄ねじと螺合する雌ねじが形成される。射出ノズル４６は、射出成形時はノズルシリンダ４５に取り付けられる。射出ノズル４６は、コイルヒータ等のヒータ４８により所定温度に加熱される。

【0020】

可塑化部２によって溶融された成形材料は、ジャンクション３、ノズルシリンダ４５を通り、射出シリンダ４１へと送られる。射出シリンダ４１ではプランジャ４２の前方に成形材料が貯留され、所望の量の成形材料が計量される。計量後、逆止装置２５により可塑化部２への逆流が防止された後、プランジャ４２を前進させると、ノズルシリンダ４５を経由して射出ノズル４６へと成形材料が送られる。このようにして、成形材料が射出ノズル４６から射出される。

【0021】

ここで、本実施形態の圧力測定装置５について説明する。圧力測定装置５は、成形材料の粘度測定のための圧力測定を行う際、射出ユニット１に取り付けられる。圧力測定装置５の取り付け位置は、射出シリンダ４１よりも前方であればよいが、作業性の観点からは、図２に示されるように、射出ノズル４６に代えて取り付けられることが好ましい。すなわち、射出ノズル４６をノズルシリンダ４５から取り外し、ノズルシリンダ４５のノズル取付孔４５１に圧力測定装置５の測定シリンダ５０を取り付ければよい。圧力測定装置５の詳細な取り付け方法については、後述する。

【0022】

図３から図６に示されるように、本実施形態の圧力測定装置５は、測定シリンダ５０と、圧力センサ６１と、第１のキャピラリーダイ６２と、第２のキャピラリーダイ６３と、流路切換ピン６４と、固定プレート６５と、位置決めロッド６６と、ヒータ６７，６８と、を備える。

【0023】

測定シリンダ５０は、射出ユニット１に取り付けられ、射出ユニット１によって射出された成形材料が流通する。本実施形態の測定シリンダ５０は、第１のシリンダ５１と、第２のシリンダ５２と、を含み、第１のシリンダ５１と第２のシリンダ５２とは分離可能に構成される。第１のシリンダ５１および第２のシリンダ５２は、カバーナット５３によって締結される。カバーナット５３には、バンドヒータであるヒータ６７が巻回される。

【0024】

第１のシリンダ５１は、流路５１１と、取付部５１２と、フランジ５１３と、を有する。流路５１１は、第１のシリンダ５１の内部に軸方向に貫通して形成され、ノズルシリンダ４５の排出流路と接続される。取付部５１２は、第１のシリンダ５１の後端部に設けられ、ノズル取付孔４５１に形成された雌ねじと螺合する雄ねじが形成される。フランジ５１３は、第１のシリンダ５１の前端部に設けられ、カバーナット５３と当接する。

【0025】

第２のシリンダ５２は、流路５２１と、流路切換ピン取付孔５２２と、流路５２３と、ダイ取付孔５２４と、圧力センサ取付孔５２５と、位置決めロッド挿通孔５２６と、ヒータ取付孔５２７と、を有する。また、第２のシリンダ５２の後端部には、カバーナット５３の内孔に形成された雌ねじと螺合する雄ねじが形成される。

【0026】

流路５２１は、第２のシリンダ５２の内部に軸方向に形成され、流路５１１と流路切換ピン取付孔５２２とに接続される。流路切換ピン取付孔５２２は、第２のシリンダ５２の前面に形成された穴である。流路切換ピン取付孔５２２には、流路切換ピン６４が回転自在に嵌挿される。流路５２３は、第２のシリンダ５２の内部に径方向に形成され、流路切換ピン取付孔５２２とダイ取付孔５２４とに接続される。ダイ取付孔５２４は、第２のシリンダ５２の側面に形成された穴である。ダイ取付孔５２４には、第１のキャピラリーダイ６２および第２のキャピラリーダイ６３が、それぞれ固定される。本実施形態では、ダイ取付孔５２４の内壁には雌ねじが、第１のキャピラリーダイ６２および第２のキャピラリーダイ６３の外周には雄ねじがそれぞれ形成され、互いが螺合することで容易に脱着が可能となっている。圧力センサ取付孔５２５は、第２のシリンダ５２の側面と流路５２１とに貫通して形成された孔である。圧力センサ取付孔５２５には、圧力センサ６１が取り付けられる。位置決めロッド挿通孔５２６は、第２のシリンダ５２の側面と流路切換ピン取付孔５２２とに貫通して形成された孔である。位置決めロッド挿通孔５２６には、位置決めロッド６６が挿通される。ヒータ取付孔５２７は、第２のシリンダ５２に形成された孔であり、カートリッジヒータであるヒータ６８が挿通される。

【0027】

流路５２３、ダイ取付孔５２４および位置決めロッド挿通孔５２６は、ダイの個数に応じて複数設けられる。本実施形態では、２つの流路５２３、ダイ取付孔５２４および位置決めロッド挿通孔５２６が、それぞれ設けられる。ただし、３以上のダイが取り付け可能に構成されてもよい。

【0028】

圧力センサ６１は、測定シリンダ５０内の成形材料の圧力を測定する圧力トランスデューサである。圧力センサ６１の測定位置は、第１のキャピラリーダイ６２および第２のキャピラリーダイ６３よりも上流側の位置であればよいが、第１のキャピラリーダイ６２および第２のキャピラリーダイ６３に近接していることが望ましい。本実施形態では、圧力センサ６１は、圧力センサ取付孔５２５に固定され、第２のシリンダ５２の流路５２１内を流通する成形材料の圧力を測定する。本実施形態では、圧力の検出値は制御装置７へと送られ、制御装置７が粘度の算出を行う。ただし、圧力の検出値を表示する表示器を設け、測定者が表示された検出値を読み取って粘度の算出を行ってもよい。

【0029】

本実施形態では、成形材料が流通する互いに仕様が異なるダイとして、第１のキャピラリーダイ６２と、第２のキャピラリーダイ６３と、が測定シリンダ５０に取り付けられる。図７に示されるように、第１のキャピラリーダイ６２には、所定の流入角、直径および有効長を有する、断面円筒形状の細孔である第１のキャピラリー６２１が形成される。また、第２のキャピラリーダイ６３には、第１のキャピラリー６２１と同一の流入角および直径を有し、第１のキャピラリー６２１よりも短い有効長を有する第２のキャピラリー６３１が形成される。第１のキャピラリー６２１および第２のキャピラリー６３１には、流路切換ピン６４を経由して送られた成形材料が流通する。ここで、流入角とは、細孔入口に形成されてもよいテーパー部のテーパー角度のことをいう。本実施形態の第１のキャピラリーダイ６２および第２のキャピラリーダイ６３のようにテーパー部を設けない場合は、流入角は１８０°として扱われる。第１のキャピラリーダイ６２および第２のキャピラリーダイ６３における、第１のキャピラリー６２１および第２のキャピラリー６３１以外の流路は、圧力損失が無視できる程度の流路径を有していればよい。また、第１のキャピラリーダイ６２および第２のキャピラリーダイ６３の流路出口には、任意の形状の工具と嵌合する工具穴６２２，６３２がそれぞれ形成されてもよい。本実施形態では、六角レンチと嵌合する六角穴が、工具穴６２２，６３２として形成される。このようにすれば、ダイ取付孔５２４への、第１のキャピラリーダイ６２および第２のキャピラリーダイ６３の取り付け作業が容易となる。

【0030】

流路切換ピン６４は、複数のダイから、本実施形態では第１のキャピラリーダイ６２と第２のキャピラリーダイ６３とから、使用するダイを択一的に選択する。換言すれば、流路５１１，５２１から供給される成形材料の排出先を、複数のダイのいずれか１つに択一的に切り換える。本実施形態の流路切換ピン６４は、流路切換ピン取付孔５２２に回転自在に嵌挿された円筒状部材であり、流路６４１と、工具穴６４２と、凹部６４３と、を有する。流路６４１は、中間部で９０°屈曲しており、入口側は流路５２１と接続され、出口側は流路５２３の１つと接続される。流路切換ピン６４を回転させることで、流路６４１と接続される流路５２３を切り換えることができ、ひいては、使用するダイを選択することができる。工具穴６４２は、流路切換ピン６４の前面に形成され、任意の形状の工具と嵌合する穴である。本実施形態では、六角レンチと嵌合する六角穴が、工具穴６４２として形成される。工具穴６４２に工具を嵌合させることで、流路切換ピン６４を回転させることができる。凹部６４３は、流路切換ピン６４の側面に形成された穴であり、流路６４１が流路５２３の１つと接続されたときに、位置決めロッド挿通孔５２６の１つと接続される位置に設けられる。すなわち、本実施形態では、流路切換ピン６４は第２のシリンダ５２の中心軸上に設けられ、流路６４１の出口側と流路５２３とが接続されたとき、凹部６４３と位置決めロッド挿通孔５２６は、中心軸を挟んで反対側に位置する。

【0031】

固定プレート６５は、第２のシリンダ５２の前面にボルト等で固定される板状部材であり、流路切換ピン６４と当接して、流路切換ピン６４の脱落を防止する。工具穴６４２を覆わないように、固定プレート６５の中央部には開口が形成される。

【0032】

位置決めロッド６６は、位置決めロッド挿通孔５２６に挿通される棒状部材を有する。位置決めロッド６６は、流路切換ピン６４を回転させて使用するダイを選択した後に、位置決めロッド挿通孔５２６に挿通される。これにより、位置決めロッド６６の先端が凹部６４３に嵌合し、流路切換ピン６４が正確に位置決めされるとともに不意の回転が防止される。

【0033】

本実施形態の流路切換ピン６４は、工具を利用して手動で回転可能に構成されるが、流体圧シリンダや電動モータ等の任意のアクチュエータにより自動で回転可能に構成されてもよい。このとき、流路切換ピン６４によるダイの切り換えは、制御装置７により制御されてもよい。

【0034】

以上のような圧力測定装置５により、溶融した成形材料の圧力が測定される。圧力測定装置５を射出ユニット１に装着した状態で、射出成形時と同様に、成形材料の溶融、計量および射出が行われる。プランジャ４２によって押し出された成形材料は、ノズルシリンダ４５を通り、流路５１１、流路５２１、流路６４１、流路５２３を順に通過して、複数のダイのうち流路切換ピン６４で選択した１つのダイから排出される。このとき、圧力センサ６１は、流路５２１を流動する成形材料の圧力を測定する。本実施形態のような圧力測定装置５であれば、使用するダイを流路切換ピン６４により容易に切り換え可能であるので、作業性がよい。

【0035】

第１のキャピラリーダイ６２または第２のキャピラリーダイ６３から排出された成形材料が飛散しないためには、第１のキャピラリーダイ６２または第２のキャピラリーダイ６３、ひいては、ダイ取付孔５２４が下方を向くよう、測定シリンダ５０が射出ユニット１に取り付けられることが好ましい。測定シリンダ５０は、具体的には以下の手順で取り付けられる。まず、カバーナット５３を第１のシリンダ５１に挿通し、第１のシリンダ５１の取付部５１２をノズルシリンダ４５のノズル取付孔に螺合させる。次に、第１のシリンダ５１と第２のシリンダ５２とを係合させ、第２のシリンダ５２のダイ取付孔５２４が下方を向くように位置決めする。この状態で、カバーナット５３を第２のシリンダ５２に螺合させ、カバーナット５３の壁面５３１が第１のシリンダ５１のフランジ５１３と当接するまで、カバーナット５３を回転させる。このようにして、第１のシリンダ５１と第２のシリンダ５２とが締結される。

【0036】

第２のシリンダ５２に取り付けられる各部材は、第１のシリンダ５１と第２のシリンダ５２の締結前に取り付けられてもよいし、締結後に取り付けられてもよい。また、本実施形態では、カバーナット５３により第１のシリンダ５１と第２のシリンダ５２とを締結したが、ボルト等の他の締結手段が使用されてもよい。

【0037】

以上のような手順で第１のシリンダ５１と第２のシリンダ５２との締結を終えた後は、第１のシリンダ５１がノズル取付孔４５１に螺合したとき、ダイ取付孔５２４が下方を向くよう、位置合わせが行われている。そのため、上記の手順により締結された第１のシリンダ５１および第２のシリンダ５２であれば、以降は組みあがった状態でノズルシリンダ４５に取り付けられてもよい。ただし、取り付ける射出成形機が変更になる場合は、再度同様の手順での位置合わせが必要となる。

【0038】

すべてのダイ取付孔５２４が下方を向くようにするためには、ダイ取付孔５２４が第２のシリンダ５２の側面の片側に形成されている必要がある。正面視において、第２のシリンダ５２の中心軸を通る鉛直線と、ダイ取付孔５２４の中心を通る直線とのなす角度は、４０°以下であることが望ましい。

【0039】

ここで、本実施形態の制御装置７について説明する。制御装置７は、射出ユニット１および型締ユニットを制御するとともに、圧力測定装置５によって測定した成形材料の圧力値に基づき、粘度の算出を行う。

【0040】

制御装置７は、ハードウェアとソフトウェアを任意に組み合わせて構成されてよく、例えば図８に示されるように、演算装置７１と、記憶装置７２と、入力装置７３と、表示装置７４と、を備える。演算装置７１は、ＣＰＵ等の任意の演算回路であり、各部を制御するための種々の演算を行うとともに、粘度測定に係る演算を行う。記憶装置７２は、ＲＡＭ、ＲＯＭおよび補助記憶装置が任意で組み合わされて構成されてよく、演算装置７１による演算に必要なデータ等を記憶する。入力装置７３および表示装置７４は、それぞれ単体の装置であってもよいし、タッチパネルのように両者を兼用する装置であってもよい。本実施形態では、入力装置７３および表示装置７４として、タッチパネルおよび入力キーとを備えた操作盤が設けられる。

【0041】

制御装置７は、射出成形時および粘度測定時に、射出ユニット１の可塑化スクリュ駆動装置２７、逆止装置２５およびプランジャ駆動装置４３を制御して、成形材料の溶融、計量、および射出を行う。

【0042】

制御装置７は、ヒータ２９，４７，４８，６７，６８を制御し、可塑化シリンダ２１、射出シリンダ４１、ノズルシリンダ４５、射出ノズル４６、測定シリンダ５０を、所望の温度に加熱する。ただし、射出成形のときは、ヒータ６７，６８は使用されない。また、粘度測定のときは、ヒータ４８は使用されない。ヒータ２９，４７，４８，６７，６８には熱電対等の温度センサが設けられており、ヒータ２９，４７，４８，６７，６８は測定温度に基づきフィードバック制御されてよい。

【0043】

制御装置７は、圧力測定装置５の圧力センサ６１で測定した成形材料の圧力に基づき、粘度の算出を行う。制御装置７は、粘度を算出するにあたり、バーグレー補正を実施可能であってよい。バーグレー補正は、ダイの細孔入口および細孔出口で生じた圧力損失を考慮して真の剪断応力を求める補正である。バーグレー補正を実施する場合は、１回の粘度算出にあたり、２回の圧力測定が必要となる上、ダイの切り換えが必要となる。そのため、バーグレー補正の実施の有無を測定者が任意に切り換え可能に構成し、より正確に粘度を検出したい場合はバーグレー補正を実施し、簡易な測定で十分であればバーグレー補正を実施しないようにしてもよい。また、制御装置７は、粘度を算出するにあたり、ラビノビッチ（Ｒａｂｉｎｏｗｉｔｓｃｈ）補正を実施可能であってよい。ラビノビッチ補正は、流体である成形材料の非ニュートン性を考慮して真の剪断速度を求める補正である。ラビノビッチ補正は常に実施してもよいし、ラビノビッチ補正の実施の有無を測定者が任意に切り換え可能に構成してもよい。演算を容易にすることを優先する場合は、ラビノビッチ補正は実施しなくてもよい。

【0044】

粘度算出においては、測定シリンダ５０内の成形材料の圧力の値が用いられる。圧力の検出値は成形材料の射出中に上下し得るが、検出圧力として、検出値が略横ばいになった時点の検出値を使用してよい。あるいは、検出圧力として、圧力が略横ばいになっていると推定される、射出後半における検出値の平均値を使用してよい。また、粘度算出においては、射出速度の値も用いられる。計算に使用する射出速度は、設定値でもよいし、エンコーダ４４に基づいて算出した実測値でもよいが、実測値を使用した方がより正確な粘度計算を行うことができる。実測値の場合は、射出速度が略横ばいになった時点の値を使用してよいし、射出後半における射出速度の平均値を使用してよい。

【0045】

図９および図１０は、表示装置７４に表示される、粘度測定用のＧＵＩ８の一例を示している。粘度測定用のＧＵＩ８へは、通常の射出成形用のＧＵＩから移動可能である。ＧＵＩ８は、例えば、測定条件入力フォーム８１１と、測定結果表示テーブル８１２と、読込結果表示テーブル８１３と、モード切換ボタン８２と、測定開始ボタン８３と、データ読込ボタン８４１と、データクリアボタン８４２と、選択ボタン８５１と、選択解除ボタン８５２と、グラフ描画ボタン８６と、保存ボタン８７と、設定ボタン８８と、閉ボタン８９と、を備える。

【0046】

測定条件入力フォーム８１１は、粘度の算出にあたって必要なデータおよび粘度測定に係る設定値の入力欄を有する。具体的に、測定者は、入力装置７３を介して、ダイの仕様（キャピラリーダイの場合はキャピラリーの直径および有効長）、射出速度の設定値、任意に設定可能な測定名を入力する。本実施形態では、射出速度について、複数の値を入力可能に構成される。制御装置７は、複数の射出速度が入力されているとき、所定の順番で射出速度を変更して複数回の粘度測定を行う。

【0047】

本実施形態では、ヒータ温度は通常の射出成形用のＧＵＩにおいて設定するが、測定条件入力フォーム８１１にヒータ温度に係る入力欄を設けてもよい。ヒータ２９，４７，６７，６８に係るヒータ温度としては、通常、同一の温度が設定される。粘度測定を行うにあたっては、各部の温度が安定していることが望ましい。例えば、射出成形用のＧＵＩから粘度測定用のＧＵＩ８に移行した後、任意に設定した昇温待ち時間が経過するまで粘度測定を開始できないように制限を設け、温度の安定性を担保してもよい。

【0048】

モード切換ボタン８２が押下されると、バーグレー補正の実施の有無が切り換えられる。具体的に、モード切換ボタン８２により、バーグレー補正を実施しない「シンプル測定モード」と、バーグレー補正を実施する「バーグレー補正モード」に切り換えることができる。前述の通り、ラビノビッチ補正を実施可能に構成する場合は、ラビノビッチ補正の有無についても、選択可能に構成されてよい。

【0049】

測定開始ボタン８３が押下されると、入力されたデータおよび設定値に基づき、成形材料を圧力測定装置５から射出して、溶融した成形材料の粘度測定を行う。前述の通り、複数の射出速度が入力されているときは、連続して複数回の測定が行われる。また、「バーグレー補正モード」が選択されている場合、一方のダイ、例えば第１のキャピラリーダイ６２を使用した測定が完了した後、ダイの切り換えを促すメッセージが表示される。測定者は、流路切換ピン６４を操作して他方のダイ、例えば第２のキャピラリーダイ６３に切り換え、ダイの切り換えが完了したことを制御装置７に入力する。これを受けて、同一の射出速度で第２のキャピラリーダイ６３を使用した測定が行われる。ただし、前述した通り、流路切換ピン６４によるダイの切り換えは、制御装置７によりアクチュエータを制御することで、自動で行われてもよい。このとき、測定途中で測定者によるダイの切り換えに係る手動操作が不要となるので、より効率よく粘度測定が行える。

【0050】

本実施形態において、粘度測定時の計量値は、射出ユニット１で計量可能な最大値である。すなわち、プランジャ４２が後退限に達するまで、成形材料の計量を行う。ただし、安定した測定が行える範囲内で、計量値は別の値でもよいし、任意に設定可能に構成してもよい。

【0051】

測定結果表示テーブル８１２は、現在の粘度測定によって得られたデータを測定回ごとに一覧表示する。また、読込結果表示テーブル８１３は、過去の粘度測定によって得られたデータを測定回ごとに一覧表示する。データ読込ボタン８４１が押下されると、記憶装置７２の補助記憶装置またはフラッシュメモリ等の外部記憶媒体７５に保存されている測定結果に係るデータを参照して、読込結果表示テーブル８１３に表示する。データクリアボタン８４２が押下されると、測定結果表示テーブル８１２および読込結果表示テーブル８１３に表示されているデータをリセットする。測定結果表示テーブル８１２および読込結果表示テーブル８１３に表示されるデータは、測定結果に係るデータの一部であってもよい。測定結果表示テーブル８１２および読込結果表示テーブル８１３に表示されるデータには、例えば、射出速度、剪断速度、検出圧力、粘度、温度、測定名のデータが含まれてよい。表示するデータは、測定者が任意に選択可能であってよい。測定者は、測定結果表示テーブル８１２と読込結果表示テーブル８１３のデータを比較することで、成形材料の特性を把握することが容易となる。測定結果のデータに含まれる射出速度および温度は、設定値、実測値、またはその両方であってよい。特に、実測値が設定値と略同一になることが見込まれる場合は、設定値のみがデータとして保存されてもよい。

【0052】

測定者によるタップ操作等により、測定結果表示テーブル８１２または読込結果表示テーブル８１３に表示されるデータのうち、１以上の行が仮選択される。この状態で選択ボタン８５１が押下されると、仮選択された行が選択される。あるいは、仮選択を挟まずに、測定者によるタップ操作等により、行が直接選択可能なように構成されてもよい。この場合、選択ボタン８５１は省略されてもよい。選択解除ボタン８５２が押下されると、行の選択がリセットされる。ここで、グラフ描画ボタン８６が押下されると、選択した行のデータに基づき、グラフが表示装置７４に表示される。つまり、制御装置７は、粘度の算出によって得られたデータに基づき、グラフを描画可能に構成される。表示されるグラフは、いわゆるフローカーブ、すなわち、剪断速度をｘ軸、粘度をｙ軸とする、対数グラフであってよい。グラフ表示可能に構成することで、成形材料の特性が視覚的に理解できる。グラフのデータは、画像データとして、記憶装置７２の補助記憶装置またはフラッシュメモリ等の外部記憶媒体７５に保存可能であってもよい。

【0053】

保存ボタン８７が押下されると、測定結果に係るデータが、ＣＳＶ形式等の任意の形式で出力され、記憶装置７２の補助記憶装置またはフラッシュメモリ等の外部記憶媒体７５に保存される。出力されるデータには、測定回ごとのダイの仕様（キャピラリーダイの場合はキャピラリーの直径および有効長）、射出速度、剪断速度、検出圧力、粘度、温度、測定名のデータが含まれてよい。補正を実施した場合は、補正前の粘度と補正後の粘度の両方のデータが含まれてよい。

【0054】

設定ボタン８８が押下されると、所定の設定画面が表示される。本実施形態では、通常、粘度測定ごとに変更する必要のない設定情報を、測定条件入力フォーム８１１とは別の設定画面に表示している。設定画面においては、例えば、プランジャ４２の直径、粘度測定時に設定可能な射出速度の最小値および最大値、昇温待ち時間が設定できる。これらの設定については、変更にパスワード等の認証を要するようにしてもよい。また、プランジャ４２の直径は射出成形機の機種設定のデータを参照してもよく、このときプランジャ４２の直径に係る入力欄は省略されてもよい。

【0055】

閉ボタン８９が押下されると、粘度測定用のＧＵＩ８が閉じられ、通常の射出成形用のＧＵＩに移動する。

【0056】

以下に、制御装置７が溶融した成形材料の圧力に基づき、粘度を算出する計算式を具体的に説明する。ここで、
η_ａｐ［Ｐａ・ｓ］：見かけの粘度
η［Ｐａ・ｓ］：真の粘度
τ_ａｐ［Ｐａ］：見かけの剪断応力
τ［Ｐａ］：真の剪断応力
γ_ａｐ［ｓ^－１］：見かけの剪断速度
γ［ｓ^－１］：真の剪断速度
Ｐ_Ｌ［Ｐａ］：第１のキャピラリーダイ６２使用時の検出圧力
Ｐ_Ｓ［Ｐａ］：第２のキャピラリーダイ６３使用時の検出圧力
Ｐ_０［Ｐａ］：有効長が０ｍｍのときの推定圧力
Ｄ_Ｃ［ｍｍ］：第１のキャピラリー６２１および第２のキャピラリー６３１の直径
Ｌ_Ｃ［ｍｍ］：第１のキャピラリー６２１の有効長
Ｓ_Ｃ［ｍｍ］：第２のキャピラリー６３１の有効長
Ｑ［ｍｍ^３／ｓ］：体積流量
Ｄ_Ｐ［ｍｍ］：プランジャ４２の直径
Ｖ［ｍｍ／ｓ］：射出速度
ｎ：構造粘度指数
とする。

【0057】

見かけの粘度η_ａｐは、以下の式の通り、見かけの剪断応力τ_ａｐを見かけの剪断速度γ_ａｐで除した値である。

【0058】

【数1】

【0059】

ここで、見かけの剪断応力τ_ａｐは、以下の式で求められる。バーグレー補正を行わない場合は、見かけの剪断応力τ_ａｐの算出にあたり、第１のキャピラリーダイ６２を使用しても第２のキャピラリーダイ６３を使用してもよいが、１のキャピラリーダイ６２を使用した場合の方が測定誤差は小さい。以下の式は、第１のキャピラリーダイ６２を使用した場合の計算式であり、第２のキャピラリーダイ６３を使用した場合は、検出圧力Ｐ_Ｌおよび有効長Ｌ_Ｃに代えて検出圧力Ｐ_Ｓおよび有効長Ｓ_Ｃを使用する。

【0060】

【数2】

【0061】

また、見かけの剪断速度γ_ａｐは、以下の式で求められる。

【0062】

【数3】

【0063】

以上の計算式により、見かけの剪断応力τ_ａｐおよび見かけの剪断速度γ_ａから、見かけの粘度η_ａｐが求められる。簡易的な粘度測定を行う場合は、以上の計算式により見かけの粘度η_ａｐを求めればよい。より正確な粘度測定を行う場合は、バーグレー補正およびラビノビッチ補正のうち、少なくとも一方、好ましくは両方の補正が行われる。

【0064】

バーグレー補正は、細孔入口および細孔入口で生じた圧力損失を考慮して、真の剪断応力τを求める補正である。成形材料が細孔を通過するとき、細孔入口、細孔内部および細孔出口で圧力損失が発生する。第１のキャピラリーダイ６２使用時の検出圧力Ｐ_Ｌから細孔（キャピラリー）の有効長が０ｍｍのときの推定圧力Ｐ_０を差し引くことで、細孔入口および細孔出口で圧力損失が発生しなかったときの第１のキャピラリーダイ６２使用時の圧力（Ｐ_Ｌ－Ｐ_０）を推定できる。バーグレー補正を行った真の剪断応力τは、以下の式で求められる。

【0065】

【数4】

【0066】

ここで、推定圧力Ｐ_０は、以下の式で求められる。式から明らかなとおり、バーグレー補正を行う場合は、使用するダイを切り換えて２回の圧力測定を行い、第１のキャピラリーダイ６２使用時の検出圧力Ｐ_Ｌと、第２のキャピラリーダイ６３使用時の検出圧力Ｐ_Ｓと、を把握しておく必要がある。

【0067】

【数5】

【0068】

見かけの剪断速度γ_ａｐは、測定対象である成形材料の構造粘度指数ｎが１であるとき、すなわち、成形材料がニュートン流体であった場合の剪断速度の値である。しかしながら実際は、成形材料は一般に非ニュートン流体であるため、真の剪断速度γと見かけの剪断速度γ_ａｐとにはずれが生じる。ラビノビッチ補正は、見かけの剪断速度γ_ａｐに構造粘度指数ｎによって定まる所定の係数を乗算し、真の剪断速度γを得る補正である。ラビノビッチ補正を行った真の剪断速度γは、以下の式で求められる。

【0069】

【数6】

【0070】

ここで、構造粘度指数ｎは、見かけの剪断速度γ_ａｐの対数と真の剪断応力τの対数の勾配である。ゆえに、構造粘度指数ｎは、以下の式で求められる。ただし、バーグレー補正を行わず、ラビノビッチ補正のみ行う場合は、真の剪断応力τに代えて見かけの剪断応力τ_ａｐを計算に用いる。

【数7】

【0071】

バーグレー補正およびラビノビッチ補正により、それぞれ真の剪断応力τおよび真の剪断速度γが算出される。このとき、真の粘度ηは、以下の式の通り、真の剪断応力τを真の剪断速度γで除した値である。

【数8】

【0072】

本発明は、既にいくつかの例が具体的に示されているように、図面に示される実施形態の構成に限定されず、本発明の技術思想を逸脱しない範囲で種々の変形または応用が可能である。

【0073】

例えば、本実施形態では、断面円筒形状の細孔であるキャピラリーを有するキャピラリーダイを使用する場合の粘度算出に係る計算式を説明したが、キャピラリーダイに代えて、断面矩形形状の細孔であるスリットを有するスリットダイが使用されてもよい。すなわち、成形材料の粘度を検出するにあたり、所定の流入角、幅、隙間および有効長を有する第１のスリットが形成された第１のスリットダイと、第１のスリットと同一の流入角、幅および隙間を有し、第１のスリットよりも短い有効長を有する第２のスリットが形成された第２のスリットダイと、が使用されてもよい。

【0074】

スリットダイを使用する場合は、見かけの剪断応力τ_ａｐ、見かけの剪断速度γ_ａｐ、真の剪断応力τおよび真の剪断速度γは、キャピラリーダイを使用した場合の式に代えて、以下の式で求められる。ただし、
η_ａｐ［Ｐａ・ｓ］：見かけの粘度
η［Ｐａ・ｓ］：真の粘度
τ_ａｐ［Ｐａ］：見かけの剪断応力
τ［Ｐａ］：真の剪断応力
γ_ａｐ［ｓ^－１］：見かけの剪断速度
γ［ｓ^－１］：真の剪断速度
Ｐ_Ｌ［Ｐａ］：第１のスリットダイ使用時の検出圧力
Ｐ_Ｓ［Ｐａ］：第２のスリットダイ使用時の検出圧力
Ｐ_０［Ｐａ］：有効長が０ｍｍのときの推定圧力
Ｂ［ｍｍ］：スリットの幅
Ｈ［ｍｍ］：スリットの隙間
Ｌ_Ｓ［ｍｍ］：第１のスリットの有効長
Ｓ_Ｓ［ｍｍ］：第２のスリットの有効長
Ｄ_Ｐ［ｍｍ］：プランジャ４２の直径
Ｖ［ｍｍ／ｓ］：射出速度
ｎ：構造粘度指数
とする。

【0075】

【数9】

【0076】

ただし、本式は第１のスリットダイを使用した場合の式であり、第２のスリットダイを使用した場合は、検出圧力Ｐ_Ｌおよび有効長Ｌ_Ｓに代えて検出圧力Ｐ_Ｓおよび有効長Ｓ_Ｓを使用する。

【0077】

【数10】

【0078】

【数11】

【0079】

ただし、

【0080】

【数12】

【0081】

【数13】

【0082】

ただし、

【0083】

【数14】

【0084】

本実施形態の圧力測定装置５は、複数種類のダイを切り換えて粘度測定を行う場合において、特に有効である。本実施形態では、バーグレー補正を実施できるように、有効長のみが異なる２種類のダイが測定シリンダ５０に取り付けられたが、有効長以外の仕様が異なっていてもよい。バーグレー補正以外に、粘度測定にあたり仕様の異なるダイに交換するケースとしては、例えば、以下のような状況が考えられる。ある成形材料について剪断速度と粘度の関係を調べる場合、射出速度を変えて複数回粘度測定を行うことになる。しかしながら、射出成形機において、射出速度には上限および下限が存在するため、射出成形機のスペックによっては所望の剪断速度が得られない場合がある。こういった場合は、キャピラリーダイの場合は直径が異なるダイ、スリットダイの場合は幅および隙間の少なくとも一方が異なるダイに切り換えれば、所望の剪断速度における粘度を測定することができる。

【0085】

圧力測定装置５を取付可能な射出成形機は、可塑化部と射出部とを一体に構成した、いわゆるインラインスクリュ式射出成形機でもよい。ただし、本実施形態の射出成形機のように、可塑化スクリュ２３を前進させて逆流防止する逆止装置２５を備えたスクリュプリプラ式射出成形機であれば、インラインスクリュ式射出成形機と比べて計量・射出の安定性に優れているので、より正確に成形材料の粘度の測定を行う事ができる。

【符号の説明】

【0086】

１ 射出ユニット
４５１ ノズル取付孔
５ 圧力測定装置
５０ 測定シリンダ
５１ 第１のシリンダ
５２ 第２のシリンダ
５２４ ダイ取付孔
６１ 圧力センサ
６２ 第１のキャピラリーダイ
６２１ 第１のキャピラリー
６３ 第２のキャピラリーダイ
６３１ 第２のキャピラリー
６４ 流路切換ピン
６７ ヒータ
６８ ヒータ
７ 制御装置

【要約】      （修正有）

【課題】射出成形機に取り付け可能な圧力測定装置であって、容易にダイの切り換え作業が可能な圧力測定装置を提供する。
【解決手段】射出成形機の成形材料を射出する射出ユニットに取り付け可能な圧力測定装置５であって、射出ユニットに取り付けられ、射出ユニットによって射出された成形材料が流通する測定シリンダと、測定シリンダに取り付けられ、成形材料が流通する互いに仕様が異なる複数のダイ６２，６３と、成形材料の排出先を、複数のダイ６２，６３のいずれか１つに択一的に切り換える流路切換ピン６４と、測定シリンダ内の成形材料の圧力を測定する圧力センサと、を備える、圧力測定装置５が提供される。
【選択図】図６

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】