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射出成形過程における成形品板厚方向の固化層観察 Visualization of

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射出成形過程における成形品板厚方向の固化層観察
Visualization of Thickness Direction during Injection Molding
Key words:
(金沢工大
Injection Molding/Visualization/Resin Flow/Solidification
院)○(学)熊谷
吉郎
(金沢工大)町谷
(金沢工大)(正)瀬戸
雅宏
(正)山部
1.緒言
善幸
昌
は高射出率の実験を行うと成形品板厚方向で光
射出成形品のそり変形を精度よく予測するた
量が不均一になるため可視化実験が困難であっ
めには,成形時における成形品温度分布はもち
た.これより金型キャビティ側にコア側と同様
ろん,成形品板厚方向の線膨張係数分布を予測
の光源取り入れ用の機構を設け実験を行った.
する必要がある.筆者らはこれまで,非晶性材
また,高速度カメラもこれまで 1 秒間 240 コマ
料について成形過程中の金型内樹脂流動観察を
のものからカラー撮影ができ 1 秒間 500 コマ以
行い,成形品板厚方向の樹脂流速分布によって
上 も の が 必 要 で あ る と 考 え , MEMRECAM
生じるせん断応力と分子配向,線膨張係数の関
ci-Expo(
(株)ナックイメージテクノロジー製)
係について検討してきた.その結果,樹脂の固
を用いた.
液境界付近で高いせん断応力が発生し,また,
せん断応力から分子配向度,線膨張係数を予測
1)
できることを明らかにしてきた .
供試材料は日本ポリスチレン株式会社製,ポ
リスチレン,使用グレード G690N を用いた.
2-2.樹脂流動速度測定
このように,成形品板厚方向の線膨張係数分
樹脂流動速度を測定するため光切断法及び
3)
を用いて行った.光切断法はキャビテ
布を予測するためには,樹脂の固化層成長を含
PIV 法
めた樹脂流速の予測が重要である.しかし,こ
ィ壁面の一部にアクリルブロックを用いた金型
れまでの板厚方向の可視化実験は,観察の困難
を使用し成形品の板厚方向からシート状の光源
さから実際の成形よりも低射出率で検討してい
を成形過程にある樹脂に照射し,照射した場所
たため
1)2)
,実際の成形のような高射出率での
固化層成長を把握できていなかった.
に高速度カメラの焦点を合わせることにより任
意の点を撮影できる方法である.PIV 法は光切
本研究では,高射出率の条件でも金型内の樹
断法によって得られた任意の場所の樹脂流速を
脂流動の可視化観察が行えるように,金型およ
測定するために,樹脂の流れの場に追跡用粒子
び実験設備を改良し,種々の射出率条件での樹
を混入し光源を用いて 2 コマ以上の瞬間映像を
脂流動および固化層の成長挙動を観察し,各条
撮影し,画像処理により 2 次元的な粒子位置を
件での比較を行ったので報告する.
測定し流速分布を求める方法である.
2.実験方法
3.実験結果および考察
2-1.実験設備
樹脂流動速度分布および固化層
従来の可視化用金型では金型内への光源取り
PIV 法を用いて算出した樹脂流動速度分布を
入れはコア側からだけであったが,この方法で
Fig.1 に示す.
(a)は射出率 5.88[cm3/s]でこ
Yoshiro Kumagai*, Yosiyuki Machiya, Masahiro SETO,
Masashi YAMABE: Department
Engineering,
Kanazawa
of Material Design
Institute
Technology,*3-1Yatsukaho, Mattou, 924-0838, Japan,
Tel. 076-274-9258,
Fax. 076-274-9251
E-mail: [email protected]
of
れまでの可視化実験と同様,低射出率で実験を
,
行った結果であり,
(b)は射出率 17.64[cm3/s]
(c)は射出率 29.40[cm3/s]とこれまでの可
視化実験よりも射出率を高くしたときの樹脂流
速分布の結果である.ともに縦軸に流動速動を
示し,横軸に成形品板厚方向の位置を示す.FF
(Flow Front)通過直後では樹脂は成形品板厚
化させると,射出率が低い条件の方が,固化層
方向全体にほぼ均等に流れ,その後充填が進む
が厚くなっている.
につれ樹脂流動速度は上昇する.最も樹脂流動
また,Fig.1 の樹脂流速が最大値を示したと
速度が上昇したときの樹脂流速は FF 通過直後
(b)
で 3.528[cm3],
きの射出量は
(a)
で 2.94[cm3],
の樹脂流速と比較し(a)
で約 30%,
(b)
で約 20%,
(c)で 2.94[cm3]とほぼ同等である.先に述べ
(c)で約 10%上昇している.
たように同じ射出量では射出率が低い条件で固
また Fig.2 は射出量ごとの固化層成長を示し
化が速く進むことから,低射出率の FF 通過直後
たものである.縦軸に成形品板厚方向の位置を
の樹脂流速と樹脂流速の最大値の差が高射出率
示し,横軸は測定時間に射出率を掛けることに
の差より大きくなっているのは低射出率では固
より算出した射出量を示している.射出率を変
化層成長が速く流動領域が狭くなったためであ
ると考えられる.
0.0[s]
0.5[s]
1.0[s]
Core
50
0.5
0.0
-0.5
-1.0
Cavity
-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
1.5
Core
Thickness of cavity[mm]
Cavity
3
250
(a)Injection rate 5.88[cm /s]
-1.5
0
Fig.2
3
6
9
12
15
17..232
The injected volume[cm3]
Comparison with solidification layer
0.0[s]
0.2[s]
0.5[s]
200
4.結言
150
(1) 高射出率の条件で可視化実験を行う
ことができた.
100
(2) 射出率を高くすることにより樹脂流速
50
0
-1.5
Cavity
の FF 通過直後と最大値の差が小さく
なった.
-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
1.5
Core
Thickness of cavity[mm]
(3) 射出率を変化させたときの樹脂流速の
最大値の変化は固化層の成長と関係が
3
400
Flow velocity ofresin[mm/s]
5.88[cm3/s]
17.64[cm3/s]
29.40[cm3/s]
1.0
0
-1.5
Flow velocity ofresin[mm/s]
1.5
solidification[mm]
Flow velocity ofresin[mm/s]
100
(b)Injection rate 17.64[cm /s]
0.0[s]
0.1[s]
0.2[s]
300
ある.
謝辞
本研究を遂行するにあたり,東京大学
横井
秀俊先生および東京工業大学佐藤勲先生ご助
200
言をいただいたことに深謝いたします.
100
参考文献
0
-1.5
Cavity
-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
Thickness of cavity[mm]
1.5
1)
瀬戸雅宏・山部昌,成形加工,15,5,363(2003)
Core
2)
瀬戸雅宏・山部昌,成形加工
3)
横井秀俊ら,成形加工
(c)Injection rate 29.40[cm3/s]
Fig.1 Measurement of the resin flow velocity
‘00,273(2000)
’90,P143(1990)
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