可視化観察

本研究では，検討したスクリュ形状の妥当性を確認する手段として，動的可視化観察を 行うことにした．しかし，実際の樹脂を用いた可視化観察では加熱が必要となるため，こ れまでと同様にスクリュを製作する必要となり，工数の削減には至らない．そのため，常 温で樹脂が完全溶融した状態を再現できる擬似流体を用い，透明なアクリルシリンダに充 満させて，流体の挙動を直接観察することを検討した．また，この時のスクリュについて は，常温の流体中で使用するため，各部品の材質をプラスチックで製作することを検討し た．以下に，その詳細を示す．

8.2.1 実験材料

樹脂が完全溶融した状態を再現する擬似流体として，常温で流動性を有することと，無色 透明であることを条件に，Photo. 8-1(a)に示す液状シリコーンオイル（信越化学工業(株)製

KF-96H-6万cSt）を用いた．Fig.8-1には，シリコーンオイルの見かけ動粘度とせん断速度

の関係を示す．一般的に，シリコーンオイルはせん断速度の粘度依存性はないが，1000 cSt 以上の粘度を有する場合は，せん断速度により見かけ上の粘度低下があるとされており [120]，非ニュートン流体として取り扱うことができると考えられる．本実験に用いたシリ コーンオイルは，樹脂温度200℃における溶融状態を想定した場合，Fig.5-2における実際 の使用域との対比換算により，動粘度は12万 cStに相当するため，実際の樹脂溶融粘度に 対して約1/3に相当する．また，シリコーンオイルの流動状態を追跡するために，Photo.

8-1(a)に示すトレーサー（材質PP 約2×1mm）を用いた．

(a) Silicon oil (b) Tracer

Photo. 8-1 Experimental materials for visualization test.

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Fig. 8-1 Appearance kinetic viscosity data of KF96H silicone oil at 25℃ [120].

8.2.2 実験方法

可視化実験は，Photo 4-3に示す射出成形機にアクリル材で製作したシリンダを装着 し，Photo 8-3に示すように実際の可塑化と同様にスクリュを回転させて行った．実験に 用いたスクリュは，Photo. 8-2に示す3Dプリンタ（武藤工業(株)製 CubeX Duo）を用 いて，Fig.8-2(a)と(b)に示す各種スクリュ形状を造形した．スクリュ外径は旋盤で仕上 げ，Fig.8-3(c)に示すスクリュシャフトへ組み付け，1本のスクリュとして使用した．本検 討で用いたスクリュは，V&Long-DスクリュとV&Rスクリュの2種である．なお，造形 に使用した材料はABS樹脂である．

可視化観察は，Table 8-1に示す可塑化条件によりスクリュを回転させ，トレーサーの 軌跡をハイスピードカメラ（(株)フォトロン社製 FASTCAM-512PCI）を用いて記録し た．

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Table 8-1 Plasticization conditions for visualization test.

Photo. 8-2 3D printer.

Fig. 8-2 Tested screw for the visualization test.

　Screw diameter (mm) 24

　Screw rotaition speed (min^-1) 100

　Back pressure (MPa) 0

　Cylinder temperature (℃) room temp.

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Photo. 8-3 Experimental method for visualization test.

8.2.3 可視化解析方法

ハイスピードカメラで記録した動画より，動画解析ソフト（DITECT社製 Dipp Motion Pro）を用い，スクリュの回転に伴うトレーサーの挙動を解析し，軸方向への移動速度と滞 留時間を計測した．計測位置は，Fig.8-3(a)に示す A，B，C の3箇所とし，流動方向をX 座標，回転方向をY座標とした場合に，トレーサーが現在の位置（X, Y）からtn 時間後に 移動した位置（Xn, Yn）を定義する．このとき，トレーサーの軸方向への移動平均速度Vxは，

式（8-1）により算出することができる．

𝑽

=

𝒏 (8-1)

ここで，VX が正の値を示す場合は流動方向に移動したことを示し，負の値を示す場合は 逆流したことを示す．実際の測定は，A～Cの各地点を通過する際に，スクリュが180°回 転した時の移動量を計測し，式(8-1)により平均移動速度を算出し比較を行った．

以上の方法により，V&Long-DスクリュとV&Rスクリュのトレーサーの軸方向への移

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動平均速度を比較し，前章の結果に対する現象の確認を行った．

Fig. 8-3 Analysis method of the visualization data.

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