(57)【要約】 【課題】  流動解析による仮想試験によって成形機による樹脂成形試験を代替し、樹脂材料試験と同時に仮想成形試験を実施することができ、溶融樹脂の粘度特性を評価するための試験を短時間かつ低コストで行うことができる樹脂粘度特性試験システム、その方法、及びそのプログラムを提供する。【解決手段】  溶融樹脂の粘度特性を測定する樹脂粘度測定装置１と、該樹脂粘度測定装置１により測定された粘度特性を使用して溶融樹脂の流動解析を行う樹脂流動解析装置２とからなる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融樹脂の粘度特性を測定する樹脂粘度測定装置と、該樹脂粘度測定装置により測定された粘度特性を使用して溶融樹脂の流動解析を行う樹脂流動解析装置とからなる樹脂粘度特性試験システム。
【請求項２】
前記樹脂流動解析装置が、前記粘度特性を数式化する数式化手段を有する請求項１に記載の樹脂粘度特性試験システム。
【請求項３】
溶融樹脂の粘度特性又は流動解析の結果を表示する表示装置を備えた請求項１又は２に記載の樹脂粘度特性試験システム。
【請求項４】
溶融樹脂の粘度特性又は流動解析の結果を記録する記録装置を備えた請求項１乃至３のいずれかに記載の樹脂粘度特性試験システム。
【請求項５】
樹脂粘度測定装置により溶融樹脂の粘度特性を測定する樹脂粘度測定手段と、前記樹脂粘度測定装置により測定された粘度特性を使用して溶融樹脂の流動解析を行う樹脂流動解析手段とからなる樹脂粘度特性試験方法。
【請求項６】
前記粘度特性を数式化する数式化手段を有する請求項５に記載の樹脂粘度特性試験方法。
【請求項７】
樹脂粘度測定装置により溶融樹脂の粘度特性を測定する樹脂粘度測定手段と、前記樹脂粘度測定装置により測定された粘度特性を使用して溶融樹脂の流動解析を行う樹脂流動解析手段とからなる樹脂粘度特性試験プログラム。
【請求項８】
前記粘度特性を数式化する数式化手段を有する請求項７に記載の樹脂粘度特性試験プログラム。
【請求項９】
溶融樹脂の粘度特性又は流動解析の結果を表示する表示手段を有する請求項７又は８に記載の樹脂粘度特性試験プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶融樹脂の粘度特性の評価が可能な樹脂粘度特性試験システム、その方法、及びそのプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、新しく合成樹脂を開発する場合には、物性測定を行って合成樹脂の溶融特性を把握し、更に実際の成形機を用いて成形試作し、これらの成形品に対して剛性や耐熱性などの各種試験を行い、目的に応じた合成樹脂が開発されたか評価している。また、溶融樹脂の粘度・ＰＶＴ・比熱・熱伝導率等は、それぞれ専用の試験装置で溶融物性を測定している。この溶融特性を評価する簡便な方法の一つとしてスパイラルフロー試験法があり、スパイラル状の通路を有するスパイラルフロー試験用金型を射出成形機に取り付け、この金型の通路内に溶融状態の合成樹脂を繰り返し射出して流動性を評価するものである（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特公平２−４２２９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来の評価方法では、どんなに簡便な方法であっても実際の成形機を用いて試験用金型に溶融樹脂を成形条件を変えて繰り返し射出して試験を行う為に、評価に時間を要するのみならず、実際の成形機が必要であると共に、充分な量の樹脂サンプルが必要であり、コストが高くなるという課題があった。
そこで、本発明は、溶融樹脂の粘度特性を評価するための試験を短時間かつ低コストで行うことができ、合成樹脂の開発を容易にすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するために、溶融樹脂の粘度特性を測定する樹脂粘度測定装置と、該樹脂粘度測定装置により測定された粘度特性を使用して溶融樹脂の流動解析を行う樹脂流動解析装置とからなる樹脂粘度特性試験システムを提供するものである。
【０００６】
また、本発明は、前記樹脂流動解析装置が、前記粘度特性を数式化する数式化手段を有する請求項１に記載の樹脂粘度特性試験システムを提供するものである。
【０００７】
また、本発明は、溶融樹脂の粘度特性又は流動解析の結果を表示する表示装置を備えた請求項１又は２に記載の樹脂粘度特性試験システムを提供するものである。
【０００８】
また、本発明は、溶融樹脂の粘度特性又は流動解析の結果を記録する記録装置を備えた請求項１乃至３のいずれかに記載の樹脂粘度特性試験システムを提供するものである。
【０００９】
また、本発明は、樹脂粘度測定装置により溶融樹脂の粘度特性を測定する樹脂粘度測定手段と、前記樹脂粘度測定装置により測定された粘度特性を使用して溶融樹脂の流動解析を行う樹脂流動解析手段とからなる樹脂粘度特性試験方法を提供するものである。
【００１０】
また、本発明は、前記粘度特性を数式化する数式化手段を有する請求項５に記載の樹脂粘度特性試験方法を提供するものである。
【００１１】
また、本発明は、樹脂粘度測定装置により溶融樹脂の粘度特性を測定する樹脂粘度測定手段と、前記樹脂粘度測定装置により測定された粘度特性を使用して溶融樹脂の流動解析を行う樹脂流動解析手段とからなる樹脂粘度特性試験プログラムを提供するものである。
【００１２】
また、本発明は、前記粘度特性を数式化する数式化手段を有する請求項７に記載の樹脂粘度特性試験プログラムを提供するものである。
【００１３】
また、本発明は、溶融樹脂の粘度特性又は流動解析の結果を表示する表示手段を有する請求項７又は８に記載の樹脂粘度特性試験プログラムを提供するものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る樹脂粘度特性試験システムによれば、溶融樹脂の粘度特性を測定する樹脂粘度測定装置と、該樹脂粘度測定装置により測定された粘度特性を使用して溶融樹脂の流動解析を行う樹脂流動解析装置とからなる構成を有することにより、樹脂粘度測定装置に少量の樹脂サンプルをセットすることによって溶融樹脂の粘度特性を測定することができ、測定した粘度特性を樹脂流動解析装置に入力して溶融樹脂の流動解析シミュレーションによりスパイラルフロー試験等を仮想的に実現し、流動解析シミュレーションの結果から樹脂粘度特性を評価することができ、成形機を用いた試験用金型による各種成形試作試験を省略することが可能となるから、新規樹脂溶融特性を短時間かつ低コストで行うことができる効果がある。
【００１５】
また、本発明は、前記樹脂流動解析装置が、前記粘度特性を数式化する数式化手段を有する請求項１に記載の構成を有することにより、数式化手段によって粘度特性を数式で表すことができ、この数式を使用して溶融樹脂の流動解析シミュレーションを行うことができる効果がある。
【００１６】
また、本発明は、溶融樹脂の粘度特性又は流動解析シミュレーションの結果を表示する表示装置を備えた請求項１又は２に記載の構成を有することにより、溶融樹脂の粘度特性又は流動解析シミュレーションの結果を数値、表、グラフ等の形式で表示することができるから、樹脂の粘度特性を容易に把握して客観的に評価することができる効果がある。
【００１７】
また、本発明は、溶融樹脂の粘度特性又は流動解析の結果を記録する記録装置を備えた請求項１乃至３のいずれかに記載の構成を有することにより、記録装置に溶融樹脂の粘度特性又は流動解析の結果を記録してデータとして蓄積することができると共に、蓄積された粘度特性データを使用して繰り返し溶融樹脂の流動解析を行うことができる効果がある。
【００１８】
また、本発明に係る樹脂粘度特性試験方法によれば、樹脂粘度測定装置により溶融樹脂の粘度特性を測定する樹脂粘度測定手段と、前記樹脂粘度測定装置により測定された粘度特性を使用して溶融樹脂の流動解析を行う樹脂流動解析手段とからなる構成を有することにより、樹脂粘度測定装置に少量の樹脂サンプルをセットすることによって溶融樹脂の粘度特性を測定することができ、測定した粘度特性を樹脂流動解析装置に入力して溶融樹脂の流動解析を行うことができるから、流動解析の結果から樹脂粘度特性を評価することができ、新規樹脂の溶融物性の評価を短時間かつ低コストで行うことができる効果がある。
【００１９】
また、本発明は、前記粘度特性を数式化する数式化手段を有する請求項５に記載の構成を有することにより、数式化手段によって粘度特性を数式で表すことができ、この数式を使用して溶融樹脂の流動解析を行うことができる効果がある。
【００２０】
また、本発明に係る樹脂粘度特性試験プログラムによれば、樹脂粘度測定装置により溶融樹脂の粘度特性を測定する樹脂粘度測定手段と、前記樹脂粘度測定装置により測定された粘度特性を使用して溶融樹脂の流動解析を行う樹脂流動解析手段とからなる構成を有することにより、樹脂粘度測定装置に少量の樹脂サンプルをセットすることによって溶融樹脂の粘度特性を測定することができ、測定した粘度特性を樹脂流動解析装置に入力して溶融樹脂の流動解析を行うことができるから、流動解析の結果から樹脂粘度特性を評価することができ、新規樹脂の溶融物性の評価を短時間かつ低コストで行うことができる効果がある。
【００２１】
また、本発明は、前記粘度特性を数式化する数式化手段を有する請求項７に記載の構成を有することにより、数式化手段によって粘度特性を数式で表すことができ、この数式を使用して溶融樹脂の流動解析を行うことができる効果がある。
【００２２】
また、本発明は、溶融樹脂の粘度特性又は流動解析の結果を表示する表示手段を有する請求項７又は８に記載の構成を有することにより、溶融樹脂の粘度特性又は流動解析の結果を数値、表、グラフ等の形式で表示することができるから、樹脂の粘度特性を容易に把握して客観的に評価することができる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明の実施の形態を図示する実施例に基づいて説明する。
本発明に係る樹脂粘度特性試験システムは、溶融樹脂の粘度特性を測定する樹脂粘度測定装置１と、該樹脂粘度測定装置１により測定された粘度特性を使用して溶融樹脂の流動解析を行う樹脂流動解析装置２とから構成してある。
【００２４】
一般に、溶融樹脂は、粘性的な性質と弾性的な性質を合わせもっているが、射出成形過程における溶融樹脂の流れは粘性的な性質が支配的であることから、粘性的な性質を知ることにより溶融樹脂の流動解析を行うことができる。また、射出成形の樹脂流動において、溶融樹脂は狭いキヤビティを流れることから、特に剪断流動が卓越することとなり、流動解析における樹脂の粘度は剪断粘度として表される。この剪断粘度は、溶融樹脂の剪断速度や温度により変化することから、本発明に係る樹脂粘度特性試験システムは、各剪断速度や温度に対する溶融樹脂の粘度特性を測定して、その粘度特性を使用して溶融樹脂の流動解析を行うことができるようにしてある。
【００２５】
図１に示す実施例において、樹脂粘度測定装置１は、キャピラリーレオメータであり、キャピラリーを通して溶融樹脂を押出するときの剪断速度、剪断応力を検出して、溶融樹脂の粘度を測定することができるようにしてある。
また、樹脂粘度測定装置１には、パーソナルコンピュータからなる制御装置３を設けてある。制御装置３は、樹脂粘度測定装置１を制御して溶融樹脂の粘度特性を測定する樹脂粘度測定手段４を有し、溶融樹脂の圧力・剪断速度・温度などを変化させて溶融樹脂の粘度を測定し、数値データとして出力することができるように構成してある。
【００２６】
制御装置３には、ＣＲＴディスプレーからなる表示装置７を設けてあり、樹脂粘度測定装置１で測定した溶融樹脂の粘度特性の数値データを表示して、樹脂の特性を評価することができるように構成してある。なお、表示装置として、ＣＲＴディスプレーに替えてプリンターを設けることもでき、ＣＲＴディスプレーとプリンターを併設することも可能である。
【００２７】
また、制御装置３には、ＦＤ・ＭＯ・ＣＤ−Ｒ・ハードディスク等の記録装置８を設けてあり、樹脂粘度測定装置１で測定した溶融樹脂の粘度特性を記録してデータベースを構築することができるように構成してある。
【００２８】
図１に示す実施例において、樹脂流動解析装置２は、粘度特性を使用して溶融樹脂の流動解析を行う樹脂流動解析手段６を有する射出成形ＣＡＥ（Computer Aided Engineering）からなり、制御装置３内に組み込んである。
また、樹脂流動解析装置２は、樹脂粘度測定装置１によって測定された粘度特性の数値データを粘度近似式により数式化する数式化手段５を有し、粘度特性を数式で表すことができるように構成してある。
このように、制御装置３に樹脂粘度測定手段４、数式化手段５、及び樹脂流動解析手段６を設けたことにより、各工程において得られたデータを容易に次工程に受け渡すことができると共に、各工程で樹脂の特性を評価することができる。
【００２９】
実施例において、数式化手段５で溶融樹脂の粘度特性を表す粘度近似式としては、以下の数１に示す「１次近似式」、数２に示す「２次近似式」、数３に示す「4Constant アレニウス式」、数４に示す「4Constant WLF式」の４式を使用し、測定する樹脂の特性に応じて選択することができる。
【００３０】
【数１】
2005131879.tif 000003
【００３１】
【数２】
2005131879.tif 000004
【００３２】
【数３】
2005131879.tif 000005
【００３３】
【数４−１】
2005131879.tif 000006
【００３４】
【数４−２】
2005131879.tif 000007
【００３５】
数式化手段５には、数１乃至数４の粘度近似式を予め登録してあり、樹脂粘度測定手段１で測定された数値データを受け取って、上記粘度近似式の係数を算出するようにしてある。この粘度近似式で表された溶融樹脂の粘度特性は、表示装置７にグラフ表示され、樹脂特性を検討することができると共に、数１乃至数４の粘度近似式の中から最適な近似式を選択して樹脂流動解析手段に受け渡すことができるようにしてある。また、記録装置８によって、粘度近似式データを記録することができるように構成してある。
【００３６】
樹脂流動解析手段６は、粘度以外の比熱・熱伝導率・ＰＶＴ等の樹脂データ（代表値を利用）、樹脂成形品又は金型の形状データ、及び射出温度・射出流量・射出圧力等の成形条件を入力することができるようにしてあり、これらのデータと数式化手段５により算出された粘度近似式を元に流動解析を行い、圧力・温度・流動パターン・流動長などの解析結果を出力することができるように構成してある。
この解析結果は、表やグラフ、又は、形状データにおける温度分布、圧力分布、又は流動パターンとして表示装置７に表示されるようにしてあると共に、記録装置８に記録することができるように構成してある。
【００３７】
次に、本発明に係る樹脂粘度特性試験システムにおいて、一連の作業を行った際に出力されるデータの例を示す。
樹脂粘度測定手段４で出力されるデータは、溶融樹脂の温度・剪断速度に対する粘度の数値データであり、表１のように表すことができる。
【００３８】
【表１】
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【００３９】
数式化手段５では、樹脂粘度測定手段４で出力された数値データを数式化して粘度近似式で表し、グラフを出力することができる。図２及び図３に示すグラフは、数３の４Constantアレニウス式で数式化したものであり、図２は樹脂の剪断速度の変化に対する粘度特性を温度別に表し、図３は樹脂の温度変化に対する粘度特性を剪断速度別に表してある。
【００４０】
次に、樹脂流動解析手段６では、形状データ（メッシュデータ）、樹脂物性データ、成形条件及び計算条件等のデータを入力して樹脂流動解析を行う。このうち、形状データは、代表的な試験用成形品の形状データとして、例えば図４に示すダンベル試験片や、図５に示すスパイラルフロー金型等の形状を予め登録してある。この中からいずれかの形状を選択し、設定された成形条件に基づき流動解析を行うことにより、充填パターン（図６参照）、圧力分布、温度分布等の解析結果を得ることができる。
【００４１】
樹脂流動解析手段６において、成形条件にある基準値からの変化量を入力することにより、射出温度・射出流量・射出圧力等の項目について感度解析を行うことができる。
図７は、射出圧力の変更による感度解析の結果を流動長変化により表したものである。図７（ａ）は基準の射出圧力で解析した結果であり、図７（ａ）から図７（ｅ）まで段階的に射出圧力が高くなるように変化させてある。
【００４２】
図８は、射出圧力の変更による流動長変化を、複数の樹脂について解析し、グラフ表示したものであり、これにより複数の樹脂について比較検討することができる。同様に、射出温度の変更による射出圧力の変化（図９参照）や、射出流量の変更による射出圧力の変化（図１０）等についても複数の樹脂について比較検討することができるから、合成樹脂の開発における樹脂特性の把握が容易になり、開発期間及びコストを低減することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明に係る樹脂粘度特性試験システムの一実施例を示す構成図
【図２】樹脂粘度特性を数式化したグラフ
【図３】樹脂粘度特性を数式化したグラフ
【図４】試験用成形品形状の一実施例を示す斜視図
【図５】試験用成形品形状の他の実施例を示す斜視図
【図６】樹脂流動解析の結果を示す図
【図７】樹脂流動解析の結果を比較する図
【図８】樹脂流動解析の結果を比較するグラフ
【図９】樹脂流動解析の結果を比較するグラフ
【図１０】樹脂流動解析の結果を比較するグラフ
【符号の説明】
【００４４】
１  樹脂粘度測定装置
２  樹脂流動解析装置
３  制御装置
４  樹脂粘度測定手段
５  数式化手段
６  樹脂流動解析手段
７  表示装置
８  記録装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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