(57)【要約】【課題】  成形に使用される各樹脂の設定温度の変化に応じて、溶融樹脂の粘度を求めることのできる溶融樹脂の粘度演算方法を提供する。【解決手段】  樹脂のガラス転移温度Ｔｇに常数ａを加算した数値Ｘ１を、樹脂の標準成形温度Ｔａから減算して数値Ｘ２を算出し、数値Ｘ２を常数ｂで除算して数値Ｘ３を算出し、数値Ｘ３を常数ｃから減算して数値Ｘ４を算出し、数値Ｘ４を数値Ｘ２で除算して樹脂の温度変化に伴なう粘度変化率△η／℃を演算するとともに、実際の成形温度Ｔｃから標準成形温度Ｔａを減算した数値Ｙ１に粘度変化率△η／℃を乗算して数値Ｙ２を算出し、標準成形温度Ｔａにおける標準粘度ηｄから数値Ｙ２を減算して樹脂の実際の成形温度Ｔｃに対応した粘度ηを演算する。【選択図】 図２
2006110949.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂の標準成形温度と樹脂のガラス転移温度とから該樹脂の温度変化に伴なう粘度変化率を演算するとともに、該粘度変化率を用いて樹脂の成形温度に対応した粘度を演算することを特徴とする溶融樹脂の粘度演算方法。
【請求項２】
樹脂のガラス転移温度Ｔｇに常数ａを加算した数値Ｘ１を、該樹脂の標準成形温度Ｔａから減算して数値Ｘ２を算出し、該数値Ｘ２を常数ｂで除算して数値Ｘ３を算出し、該数値Ｘ３を常数ｃから減算して数値Ｘ４を算出し、該数値Ｘ４を前記数値Ｘ２で除算して該樹脂の温度変化に伴なう粘度変化率△η／℃を演算するとともに、実際の成形温度Ｔｃから標準成形温度Ｔａを減算した数値Ｙ１に前記粘度変化率△η／℃を乗算して数値Ｙ２を算出し、標準成形温度Ｔａにおける標準粘度ηｄから該数値Ｙ２を減算して該樹脂の実際の成形温度Ｔｃに対応した粘度ηを演算する溶融樹脂の粘度演算方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の溶融樹脂の粘度演算方法を格納したコンピュータ読取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、射出成形、注型成形、押出成形等の成形に用いる溶融樹脂の粘度演算方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
射出成形、注型成形、押出成形等の樹脂成形においては、樹脂を溶融状態にして金型内部に供給、或いは金型を介して押出して成形がなされる。そして前記成形の際に溶融樹脂の流動状態をシュミレーションする際には、溶融樹脂の粘度を求めることが重要となる。前記溶融樹脂の粘度を求めるためには、溶融樹脂の供給圧力・速度、溶融樹脂通路の断面積等の形状、および前記溶融樹脂の温度（成形温度）が重要な要素となる。とりわけ溶融樹脂の温度は粘度と密接な関係にあり、溶融樹脂の温度上昇とともに粘度が低下するのは周知の通りである。しかし溶融樹脂の粘度が温度とともに変化するといっても、樹脂の種類毎によりその変化する比率は大きく異なっている。そこで従来から、樹脂の種類に応じて、溶融樹脂の温度に対応する樹脂の粘度を簡易な方法で知ることが望まれていた。
【０００３】
従来の溶融樹脂の粘度を求めるものとしては、特許文献１、特許文献２、特許文献３に記載されたものが知られている。非ニュートン流体である溶融樹脂は、せん断応力をひずみ速度により除算した粘度を求める公式をそのまま適用することはできない。そこで特許文献１、特許文献２には、射出圧力を実測することにより溶融樹脂の粘度の演算または計測を行うことが記載されている。また特許文献３には、粘性流体の粘度、通路長さ、流速及び通路断面積に基づく圧力損失の公式に、せん断速度に基づく粘度係数、せん断長さに基づく粘度係数、樹脂種類による粘度係数を乗じて圧力損失を予測する方法が記載されている。しかし前記特許文献１ないし特許文献３に記載のものは、いずれも、各樹脂の成形温度の変化に応じて、溶融樹脂の粘度を求めることができるものではなかった。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１４２２０４号公報（００１８ないし００２２、図９）
【特許文献２】特開平１１−１０６９３号公報（００４４、００４５）
【特許文献３】特開平１０−８０９４１号公報（０００５、０００６）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明では上記の問題を鑑みてなされたものであって、成形に使用される各樹脂の成形温度の変化に応じて、溶融樹脂の粘度を求めることのできる溶融樹脂の粘度演算方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の請求項１に記載の溶融樹脂の粘度演算方法は、樹脂の標準成形温度と樹脂のガラス転移温度とから樹脂の温度変化に伴なう粘度変化率を演算するとともに、その粘度変化率を用いて樹脂の成形温度に対応した粘度を演算することを特徴とする。
【０００７】
本発明の請求項２に記載の溶融樹脂の粘度演算方法は、樹脂のガラス転移温度Ｔｇに常数ａを加算した数値Ｘ１を、樹脂の標準成形温度Ｔａから減算して数値Ｘ２を算出し、数値Ｘ２を常数ｂで除算して数値Ｘ３を算出し、数値Ｘ３を常数ｃから減算して数値Ｘ４を算出し、数値Ｘ４を数値Ｘ２で除算して樹脂の温度変化に伴なう粘度変化率△η／℃を演算するとともに、実際の成形温度Ｔｃから標準成形温度Ｔａを減算した数値Ｙ１に粘度変化率△η／℃を乗算して数値Ｙ２を算出し、標準成形温度Ｔａにおける標準粘度ηｄから該数値Ｙ２を減算して樹脂の実際の成形温度Ｔｃに対応した粘度ηを演算することを特徴とする。
【０００８】
本発明の請求項３に記載のコンピュータ読取り可能な記録媒体は、請求項１または請求項２に記載の溶融樹脂の粘度演算方法を格納したものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の溶融樹脂の粘度演算方法は、樹脂の標準成形温度とガラス転移温度とから樹脂の粘度変化率を演算するとともに、その粘度変化率を用いて該樹脂の粘度を演算するようにしたので、簡単な方法により、溶融樹脂の成形温度に対応した粘度を求めることができる。そして各樹脂の成形温度に対応した粘度が算出されることにより、成形機の選定や、成形機における成形条件の設定、金型のキャビティや溶融樹脂通路の設計等に活用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の実施形態について図１、図２を参照して説明する。図１は、各樹脂の粘度変化率を示すグラフである。図２は、本実施形態の粘度の演算方法における演算ソフトの入力画面図である。
【００１１】
射出成形により成形品を成形するに当たっては、成形品を成形するキャビティと該キャビティに向けて溶融樹脂導入路が形成された金型と、溶融樹脂を前記金型に供給して成形するのに適した射出成形機が用いられる（いずれも図示せず）。そして前記射出成形機に供給されたペレット等からなる固体樹脂は、前記射出成形機の加熱筒内において溶融状態とされ、前記金型のキャビティ内に射出充填される。その際、溶融樹脂の成形温度（実際に成形機に設定するのは加熱筒温度およびノズル温度）、射出圧力、および射出速度が重要な成形条件となる。よって本実施形態では前記溶融樹脂の成形温度と溶融樹脂の粘度との関係に着目し、溶融樹脂の成形温度から溶融樹脂の粘度を算出することにより、射出成形機の成形条件の設定等に活用するようにしたものである。
【００１２】
溶融樹脂の温度変化に伴なう粘度の変化は、各樹脂により大きく異なるが、本実施形態では下記の数式１によりそれぞれの樹脂について粘度変化率を求めることができる。
【００１３】
【数１】
2006110949.tif 000003
【００１４】
上記の数式１について説明すると、溶融樹脂のガラス転移温度Ｔｇに５０（常数ａ）を加算した数値Ｘ１を、該樹脂の標準成形温度Ｔａから減算して数値Ｘ２を算出し、該数値Ｘ２を０．３５（常数ｂ）で除算して数値Ｘ３を算出し、該数値Ｘ３を１６００（常数ｃ）から減算して数値Ｘ４を算出し、該数値Ｘ４を前記数値Ｘ２で除算して該樹脂の温度変化に伴なう粘度変化率△η／℃を演算する。なお数式１に用いる常数ａ、常数ｂ、常数ｃについては必ずしも本数値に限定されるものではなく近似した値であってもよい。また同一の結果を得るために演算方法・順序等を変更してもよい。更にまた単位としてポアズ（Ｐ）を用いて粘度変化率△η／℃を求めるようにしてもよい。
【００１５】
図１は、この数式１により各樹脂の粘度変化率△η／℃を演算して示すものである。例えばポリスチレン（ＰＳ）の場合では、標準成形温度Ｔａ＝２２０℃、ガラス転移温度Ｔｇ＝１００℃であるから、その数値を前記の数式１に代入すると、粘度変化率△η／℃＝２Ｐａ・ｓが算出される。またポリプロピレン（ＰＰ）の場合では、標準成形温度Ｔａ＝２４０℃、ガラス転移温度Ｔｇ＝−１０℃であるから、その数値を上の数式１に代入すると、粘度変化率△η／℃＝０．５Ｐａ・ｓが算出される。また前記数式１とは別に、各樹脂の標準成形温度Ｔａにおける標準粘度ηｄは、樹脂の流動が極低速と仮定して粘度ηｄの数値が予め準備されている。
【００１６】
次に実際の成形温度Ｔｃが標準成形温度Ｔａと異なる場合、それに対応した粘度ηを次の数式２において算出する。
【００１７】
【数２】
2006110949.tif 000004
【００１８】
そして例えばポリスチレン（ＰＳ）の場合では、標準成形温度Ｔａ＝２２０℃、標準粘度ηｄ＝３６０Ｐａ・ｓであるが、実際には２４０℃で成形しようとする場合、前記数値および上記数式１で求めた粘度変化率△η／℃＝２Ｐａ・ｓを前記の数式２に代入して演算する。具体的には成形温度Ｔｃから標準成形温度Ｔａを減算した数値Ｙ１に前記粘度変化率△η／℃を乗算して数値Ｙ２を算出し、標準成形温度Ｔａにおける標準粘度ηｄから該数値Ｙ２を減算して該樹脂の実際の成形温度Ｔｃに対応した粘度ηを演算し、実際の成形温度２４０℃に対応する粘度ηが３２０Ｐａ・ｓと算出される。なおこの場合の粘度ηについても樹脂の流動が極低速と仮定してのものである。またポリプロピレン（ＰＰ）の場合では、標準成形温度Ｔａ＝２４０℃、標準粘度ηｄ＝２６０Ｐａ・ｓであるが、実際には２６０℃で成形しようとする場合、その数値および上記数式１で求めた粘度変化率△η／℃＝０．５Ｐａ・ｓを前記の数式２に代入すると、実際の成形温度２６０℃に対応する粘度ηが２５０Ｐａ・ｓと算出される。
【００１９】
次に本実施形態を図２の演算ソフトの入力画面に添って説明すると、上段の樹脂名に対応するセル１から樹脂名を選択入力または直接入力すると、その樹脂のガラス転移温度Ｔｇ、標準成形温度Ｔａ、標準粘度ηｄ、粘度ηが各セル２，３，５，６に表示される。なお標準成形温度Ｔａのみを入力した際には、標準粘度ηｄ、粘度ηは同じ値が表示される。そして樹脂温度を表示するセル３の下のセル４には実際の成形温度（成形温度Ｔｃ）が入力可能に設けられ、実際の加熱筒の設定温度等が入力可能となっている。そして前記セル４に実際の成形温度（成形温度Ｔｃ）を入力すると、実際の成形温度（成形温度Ｔｃ）における粘度ηが前記粘度変化率△η／℃を用いた数式２を用いて修正されてセル６に算出される。なお演算ソフトの入力画面では粘度変化率△η／℃はセルに表示されないが、別途表示されるようにしてもよい。
【００２０】
また図２において演算ソフトに設定されていない樹脂や、設定されていても標準的な樹脂とは別のグレードの場合は、セル２，３，５の右側に配置されたセル７，８，９からその樹脂のガラス転移温度Ｔｇ、標準成形温度Ｔａ、標準粘度ηｄを入力してその樹脂の粘度ηを求めることもできる。更には、射出装置から実際に溶融樹脂をパージし、その際の射出速度、射出圧力、ノズルの断面積や長さ等から求めた粘度をセル９に直接入力することもできる。前記のように直接セル９に任意粘度入力を行った場合は、前記セル９に入力された値がセル６にそのまま粘度ηとして表示される。このようにして算出された実際の成形温度（成形温度Ｔｃ）における粘度ηは、そのまま利用してもよく、更に下記のようにして樹脂通路およびせん断速度等との関係において流動中の粘度や樹脂の圧力損失を求め、成形条件等の設定に利用してもよい。
【００２１】
次に上記により算出された粘度ηを用いた、円管からなる樹脂通路流動中における粘度の演算について説明する。図２における「円管流動中の樹脂粘度の計算」のセル１０にはセル６の粘度ηがそのまま表示される。次のセル１１には、流動通路の樹脂の流れる長さＬに対する円管の直径ｄの比率であるＬ／Ｄが入力されるようになっている。また次のセル１２には、せん断速度γが入力されるようになっている。なおせん断速度γについては、次の数式３から求められる。
【００２２】
【数３】
2006110949.tif 000005
【００２３】
次にセル１３には、せん断速度による粘度係数Ｃが次の数式４により演算される。
【００２４】
【数４】
2006110949.tif 000006
【００２５】
更にせん断速度γを媒介変数として、樹脂の流れる長さＬをその通路の直径ｄで除した値をせん断長さと定義し、該せん断長さに対する粘度低下の変化を次の数式５により求め、セル１４に表示する。
【００２６】
【数５】
2006110949.tif 000007
【００２７】
なお、せん断速度γは通路が円管の場合における式を示したので、ノズルおよびスプルにはそのまま適用出来る。しかし、台形や方形の通路断面を有するランナにおいては上式とは別の式を適用する必要がある。
【００２８】
さらに、Ｃ２として樹脂種類による粘度係数を定義した。該Ｃ２は樹脂の種類の相違によって変化する粘度を補正する経験値としての係数であり、標準グレードの樹脂では１．０とし、ガラス繊維を含有する樹脂では１．１〜１．２とし、難燃性グレードでは１．５〜１．８を基準とする。そして次に前記粘度係数Ｃ２を用いた次の数式６により粘度修正係数Ｃ３を求め、セル１５に表示する。なおセル７，８，９において樹脂のグレードに対応した値を入力した場合は、ここでＣ２により補正を行わなくてもよい。
【００２９】
【数６】
2006110949.tif 000008
【００３０】
そして次の数式７により流動中の樹脂粘度ηｖを求め、セル１６に表示する。
【００３１】
【数７】
2006110949.tif 000009
【００３２】
よって前記数式７により流動中の樹脂粘度ηｖが算出されるから、非ニュートン流体である溶融樹脂の流動のシュミレーションに利用することができる。
【００３３】
また前記粘度η、せん断速度による粘度係数Ｃ、せん断速度を媒介変数としたせん断長さに基づく粘度係数Ｃ１、および粘度係数Ｃ２を用い、公式８（以下においては数式８として記載）に乗じて、溶融樹脂の圧力損失△ｐを求める数式９を得ることもできる。
【００３４】
【数８】
2006110949.tif 000010
【００３５】
【数９】
2006110949.tif 000011
【００３６】
そして実際に各樹脂を用いて様々な円管通路径と樹脂の流れる長さ（または通路長さ）を有するノズル等に適用して成形を行い、その場合の圧力損失の実測値と前記演算値△ｐとを比較した結果、実測値と演算値△ｐとの差は±１０％以内であり、実用に耐え得るものであることが確認された。そして前記に求められた圧力損失△ｐを用いて射出速度や射出圧力等の成形条件の算出、型締圧力の検証、および成形に使用される射出成形機や金型の選択等に利用することが可能である。
【００３７】
上記演算ソフトは一般には射出成形機とは独立したパソコン等に格納され実行されるが、最近の多くの射出成形機はマイクロプロセッサによる制御装置を搭載するので、該制御装置で演算するようにしてもよい。その場合、演算結果により圧力損失が大きく、成形が不可能なことが予測されたときは警報を発したり、設定された射出圧力を最高射出圧力の範囲内で自動的に上昇させることも出来る。
【００３８】
また本発明については、一々列挙はしないが、上記した本実施形態のものに限定されず、当業者が本発明の趣旨を踏まえて変更を加えたものについても、適用されることは言うまでもないことである。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】各樹脂の粘度変化率を示すグラフである。
【図２】本実施形態の粘度の演算方法における演算ソフトの入力画面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１，２，３，４，５，６，７，８，９，１０，１１，１２，１３，１４，１５，１６    セル
【図１】
2006110949.tif 000012
【図２】
2006110949.tif 000013