(57)【要約】【課題】形状的な応力集中部を備える樹脂成形品に荷重が加えられ、樹脂成形品が破壊する場合、樹脂成形品は応力集中部が破壊するが、この応力集中部に発生する応力をより正確に予測し、限界荷重予測方法を提供する。【解決手段】形状的な応力集中部を備えない所定の周囲環境の応力測定樹脂試験片に対して、荷重を加えた際の上記応力測定樹脂試験片の限界応力と、形状的な応力集中部を備える樹脂成形品に荷重を加えた場合に解析により求まる応力集中部に発生する解析応力と、から算出される予測限界荷重を、実測により求めた実測限界荷重で除することにより得られる補正係数と、応力集中部を備えない所定の温度のひずみ測定樹脂試験片に対して、ひずみ測定樹脂試験片に引っ張り方向に荷重を加えた際の破断ひずみと、の相関関係を所定の形式の関数で表す。【選択図】図７
2010249523.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
形状的な応力集中部を備える樹脂成形品が破壊する荷重を加えた場合の該樹脂成形品の応力集中部に発生する発生応力を予測し、応力集中部を有する樹脂成形品の限界荷重予測方法であって、
形状的な応力集中部を備えない所定の周囲環境の応力測定樹脂試験片に対して、荷重を加えた際の前記応力測定樹脂試験片の限界応力を導出する限界応力導出工程と、
応力集中部を備えない所定の温度のひずみ測定樹脂試験片に対して、前記ひずみ測定樹脂試験片に引っ張り方向に荷重を加えた際の破断ひずみを導出する破断ひずみ導出工程と、
所定の曲率半径を有する応力集中部を備える応力集中樹脂試験片に対して、所定の荷重を加えた際に、前記応力集中部に発生する解析応力を解析により導出する解析応力導出工程と、
前記解析応力から算出される単位荷重当たりの解析応力を用いて前記限界応力を除することにより予測限界荷重を算出する予測限界荷重算出工程と、
前記応力集中樹脂試験片における、前記応力集中樹脂試験片が破壊する際の実測限界荷重を導出する実測限界荷重導出工程と、
前記実測限界荷重を用いて前記予測限界荷重を除することにより補正係数を求める補正係数導出工程と、
樹脂材料の種類及び／又は前記所定の周囲環境を変更し、前記補正係数導出工程と同様にして、補正係数を求める工程を少なくとも一回行い、破断歪みと補正係数との相関関係を所定の形式の関数で導出する相関関係導出工程と、
前記破断歪みと補正係数との相関関係を元に推定補正係数を決定する推定補正係数決定工程と、を備えることを特徴とする限界荷重予測方法。
【請求項２】
前記所定の形式の関数が下記式（Ｉ）を満たすことを特徴とする請求項１に記載の限界荷重予測方法。
【数１】
2010249523.tif 000007
（式（Ｉ）中のｙは補正係数、ｘは破断歪み、ａは係数、ｎは定数を表す。）
【請求項３】
前記曲率半径を変更し、前記相関関係導出工程と同様にして、前記相関関係を前記所定の形式の関数で導出する工程を少なくとも一回行う複数相関関係導出工程を、前記相関関係導出工程後にさらに備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の限界荷重予測方法。
【請求項４】
前記所定の形式の関数における定数と曲率半径との関係を導出する関係式導出工程をさらに備えることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の限界荷重予測方法。
【請求項５】
前記所定の形式の関数における定数と曲率半径との関係が、下記式（ＩＩ−ａ）、（ＩＩ−ｂ）を満たすことを特徴とする請求項４に記載の限界荷重予測方法。
【数２】
2010249523.tif 000008
（式（ＩＩ−ａ）中のａは係数、Ｒは曲率半径、ｃ１、ｄ１は定数を表す。）
【数３】
2010249523.tif 000009
（式（ＩＩ−ｂ）中のｎは定数、Ｒは曲率半径、ｃ２、ｄ２は定数を表す。）
【請求項６】
前記応力測定樹脂試験片が前記ひずみ測定樹脂試験片と同じであり、前記限界応力導出工程において、引っ張り方向に荷重を加えることにより限界応力を導出することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の限界荷重予測方法。
【請求項７】
前記解析が線形解析であることを特徴とする、請求項１から６のいずれかに記載の限界荷重予測方法。
【請求項８】
前記推定補正係数決定工程が、請求項４又は５に記載の方法で導出した関係式を用いて、破断ひずみと曲率半径を元に推定補正係数を算出する工程であり、
前記樹脂成形品に所望の荷重を加えた際の解析応力に前記推定補正係数を乗じる事による、形状的な応力集中部を備える樹脂成形品の応力集中部に発生する発生応力を予測する発生応力予測工程と、をさらに備えることを特徴とする限界荷重予測方法。
【請求項９】
請求項８に記載された方法で予測した発生応力で前記限界応力を除し、前記所望の荷重を乗ずる事により、前記樹脂成形品の限界荷重を算出することを特徴とする限界荷重予測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は形状的な応力集中部を備える樹脂成形品が破壊する荷重を加えた場合の該樹脂成形品の応力集中部に発生する発生応力を予測し、予測された発生応力をもとに限界荷重を予測する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
樹脂材料には、熱的性質、力学的性質に優れるものも多く、軽量である等の利点から様々な分野に利用されている。また、近年では材料の物性を向上させる改良も盛んに行われている。その結果、樹脂材料は、様々な環境下で使用されるようになっている。
【０００３】
上記の通り樹脂材料からなる樹脂成形品は、様々な場面で使用され、使用される場面によっては、非常に高い機械的強度を求められる場合もある。このような要求に応えるために、例えば、特許文献１に記載の熱可塑性樹脂等、多くの機械的強度に優れた樹脂成形品を得るための樹脂組成物が開示されている。
【０００４】
上記のように樹脂材料を改良し、樹脂成形品の機械的強度を改善することも重要であるが、樹脂材料の改良や選択の際には、所定の樹脂材料を実際に樹脂部品に適用した場合に、樹脂部品が、どのような方向の、どの程度の荷重まで耐えられるかについて予測することができれば、樹脂材料の改良が行いやすくなり、樹脂材料の選択も容易になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１７４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、樹脂部品は複雑な形状をしたものが多く、樹脂部品に所定の荷重を加えた場合、応力が優先的に集中して厚みや幅が大きく破損しやすくなっている部分を備える場合が多い。荷重を加えた際に上記のように応力が集中してしまい厚みや幅が大きく変形する部分を応力集中部という。応力集中部を備える樹脂成形品に対して荷重を加えた場合、上記応力集中部にどの程度の応力が発生するかを予測することが極めて困難である。このため、応力集中部を備える樹脂成形品が、どのような荷重まで耐えられるかを正確に予測する方法は、開示されていない。
【０００７】
本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、形状的な応力集中部を備える樹脂成形品に荷重が加えられ、樹脂成形品が破壊する場合、樹脂成形品は応力集中部が破壊するが、この応力集中部に発生する応力をより正確に予測し、限界荷重予測方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた。その結果、形状的な応力集中部を備えない所定の周囲環境の応力測定樹脂試験片に対して、荷重を加えた際の上記応力測定樹脂試験片の限界応力と、形状的な応力集中部を備える樹脂成形品に荷重を加えた場合に解析により求まる応力集中部に発生する解析応力と、から算出される予測限界荷重を、実測により求めた実測限界荷重で除することにより得られる補正係数と、応力集中部を備えない所定の温度のひずみ測定樹脂試験片に対して、ひずみ測定樹脂試験片に引っ張り方向に荷重を加えた際の破断ひずみと、の間に相関関係があることを見出し、本発明を完成するに至った。より具体的には本発明は以下のものを提供する。
【０００９】
（１）  形状的な応力集中部を備える樹脂成形品が破壊する荷重を加えた場合の該樹脂成形品の応力集中部に発生する発生応力を予測し、応力集中部を有する樹脂成形品の限界荷重予測方法であって、形状的な応力集中部を備えない所定の周囲環境の応力測定樹脂試験片に対して、荷重を加えた際の前記応力測定樹脂試験片の限界応力を導出する限界応力導出工程と、応力集中部を備えない所定の温度のひずみ測定樹脂試験片に対して、前記ひずみ測定樹脂試験片に引っ張り方向に荷重を加えた際の破断ひずみを導出する破断ひずみ導出工程と、所定の曲率半径を有する応力集中部を備える応力集中樹脂試験片に対して、所定の荷重を加えた際に、前記応力集中部に発生する解析応力を解析により導出する解析応力導出工程と、前記解析応力から算出される単位荷重当たりの解析応力を用いて前記限界応力を除することにより予測限界荷重を算出する予測限界荷重算出工程と、前記応力集中樹脂試験片における、前記応力集中樹脂試験片が破壊する際の実測限界荷重を導出する実測限界荷重導出工程と、前記実測限界荷重を用いて前記予測限界荷重を除することにより補正係数を求める補正係数導出工程と、樹脂材料の種類及び／又は前記所定の周囲環境を変更し、補正係数導出工程と同様にして、補正係数を求める工程を少なくとも一回行い、破断歪みと補正係数との相関関係を所定の形式の関数で導出する相関関係導出工程と、前記破断歪みと補正係数との相関関係を元に推定補正係数を決定する推定補正係数決定工程と、を備えることを特徴とする限界荷重予測方法。
【００１０】
（２）  前記所定の形式の関数が下記式（Ｉ）を満たすことを特徴とする（１）に記載の限界荷重予測方法。
【数１】
2010249523.tif 000003
（式（Ｉ）中のｙは補正係数、ｘは破断歪み、ａは係数、ｎは定数を表す。）
【００１１】
（３）  前記曲率半径を変更し、前記相関関係導出工程と同様にして、前記相関関係を前記所定の形式の関数で導出する工程を少なくとも一回行う複数相関関係導出工程を、前記相関関係導出工程後にさらに備えることを特徴とする（１）又は（２）に記載の限界荷重予測方法。
【００１２】
（４）  前記所定の形式の関数における定数と曲率半径との関係を導出する関係式導出工程をさらに備えることを特徴とする（１）から（３）のいずれかに記載の限界荷重予測方法。
【００１３】
（５）  前記所定の形式の関数における定数と曲率半径との関係が、下記式（ＩＩ−ａ）、（ＩＩ−ｂ）を満たすことを特徴とする（４）に記載の限界荷重予測方法。
【数２】
2010249523.tif 000004
（式（ＩＩ−ａ）中のａは係数、Ｒは曲率半径、ｃ１、ｄ１は定数を表す。）
【数３】
2010249523.tif 000005
（式（ＩＩ−ｂ）中のｎは定数、Ｒは曲率半径、ｃ２、ｄ２は定数を表す。）
【００１４】
（６）  前記応力測定樹脂試験片が前記ひずみ測定樹脂試験片と同じであり、前記限界応力導出工程において、引っ張り方向に荷重を加えることにより限界応力を導出することを特徴とする（１）から（５）のいずれかに記載の限界荷重予測方法。
【００１５】
（７）  前記解析が線形解析であることを特徴とする、（１）から（６）のいずれかに記載の限界荷重予測方法。
【００１６】
（８）  前記推定補正係数決定工程が、（４）又は（５）に記載の方法で導出した関係式を用いて、破断ひずみと曲率半径を元に推定補正係数を算出する工程であり、前記樹脂成形品に所望の荷重を加えた際の解析応力に前記推定補正係数を乗じる事による、形状的な応力集中部を備える樹脂成形品の応力集中部に発生する発生応力を予測する発生応力予測工程と、をさらに備えることを特徴とする限界荷重予測方法。
【００１７】
（９）  （８）に記載された方法で予測した発生応力で前記限界応力を除し、前記所望の荷重を乗ずる事により、前記樹脂成形品の限界荷重を算出することを特徴とする限界荷重予測方法。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、形状的な応力集中部を備える樹脂成形品に荷重を加えられ、樹脂成形品が破壊する場合、樹脂成形品は応力集中部が破壊するが、この応力集中部に発生する応力をより正確に予測することができ、さらに上記予測で求められた発生応力をもとに限界荷重もより正確に予測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】両側に切り欠きのある形状的な応力集中部を備える樹脂試験片を示す図である。
【図２】形状的な応力集中部を備えない樹脂試験片を示す図である。
【図３】片側に切り欠きのある形状的な応力集中部を備える樹脂試験片を示す図である。
【図４】応力集中部を備えるＬ字の樹脂試験片を示す図である。
【図５】補正係数と破断歪みとの関係を表すべき乗近似関数（ｙ＝ａｘ−ｎ）を示す図である。
【図６】補正係数と破断歪みとの相関関係を複数示す図である。
【図７】所定の形式の関数の係数（ａ１、ａ２）、定数（ｎ１、ｎ２）と曲率半径（Ｒ）との関係を示す図である。
【図８】それぞれの破壊形態での曲率半径と補正係数との関係を示す図である。
【図９】実施例で用いた樹脂試験片を示す図である。
【図１０】実施例の限界応力の測定方法を示す図である。
【図１１】実施例で用いた樹脂成形品を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の一実施形態について詳細に説明するが、本発明は、以下の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の目的の範囲内において、適宜変更を加えて実施することができる。
【００２１】
＜限界荷重予測方法＞
本発明は、形状的な応力集中部を備える樹脂成形品が破壊する荷重を加えた場合の該樹脂成形品の応力集中部に発生する発生応力を予測し、該樹脂成形品の限界荷重を予測する方法である。本発明の限界荷重予測方法は、形状的な応力集中部を備えない所定の周囲環境の応力測定樹脂試験片に対して、荷重を加えた際の前記応力測定樹脂試験片の限界応力を導出する限界応力導出工程と、応力集中部を備えない所定の温度のひずみ測定樹脂試験片に対して、上記ひずみ測定樹脂試験片に引っ張り方向に荷重を加えた際の破断ひずみを導出する破断ひずみ導出工程と、所定の曲率半径を有する応力集中部を備える応力集中樹脂試験片に対して、所定の荷重を加えた際に、上記応力集中部に発生する解析応力を解析により導出する解析応力導出工程と、上記解析応力から算出される単位荷重当たりの解析応力を用いて上記限界応力を除することにより予測限界荷重を算出する予測限界荷重算出工程と、上記応力集中樹脂試験片における、上記応力集中樹脂試験片が破壊する際の実測限界荷重を導出する実測限界荷重導出工程と、上記実測限界荷重を用いて上記予測限界荷重を除することにより補正係数を求める補正係数導出工程と、樹脂材料の種類及び／又は上記所定の周囲環境を変更し、補正係数導出工程と同様にして、補正係数を求める工程を少なくとも一回行い、破断歪みと補正係数との相関関係を所定の形式の関数で導出する相関関係導出工程と、上記破断歪みと補正係数との相関関係を元に推定補正係数を決定する推定補正係数決定工程と、を備えることを特徴とする。上記推定補正係数の決定後、例えば、上記樹脂成形品に所望の荷重を加えた際の解析応力に上記推定補正係数を乗じる事による、形状的な応力集中部を備える樹脂成形品の応力集中部に発生する発生応力を予測する発生応力予測工程と、上記発生応力で前記限界応力を除し、前記所望の荷重を乗ずる事により、前記樹脂成形品の限界荷重を算出する限界荷重予測工程とを行うことで限界荷重を予測することができる。以下、本発明の限界荷重予測方法の一例について説明する。
【００２２】
［樹脂材料の決定］
本発明は、全ての樹脂材料を対象とすることができる。また、複数の樹脂材料をブレンドした樹脂混合物も上記樹脂材料に含まれる。さらに、樹脂に対して核剤、カーボンブラック、無機焼成顔料等の顔料、酸化防止剤、安定剤、可塑剤、滑剤、離型剤及び難燃剤等の添加剤を添加して、所望の特性を付与した樹脂組成物も上記樹脂材料に含まれる。したがって、所望の樹脂成形品の原料となる樹脂材料が樹脂試験片又は樹脂材料となる。
【００２３】
［樹脂材料の成形］
樹脂材料を選択した後、樹脂材料を成形する。成形方法は特に限定されないが、圧縮成形、トランスファー成形、射出成形、押出成形、ブロー成形等種々の成形方法を挙げることができる。このように成形された樹脂材料は、樹脂試験片となる。
【００２４】
［限界応力導出工程］
限界応力導出工程とは、形状的な応力集中部を備えない所定の周囲環境の応力測定樹脂試験片に対して、荷重を加えた際に上記応力測定樹脂試験片の破壊箇所に発生する限界応力を導出する工程である。限界応力とは、脆性破壊形態を示す樹脂材料においては破壊応力、延性破壊形態を示す樹脂材料においては降伏応力のことを指し、樹脂材料における強度的な使用限界の応力のことを意味する。
【００２５】
限界応力の測定方法は特に限定されず、従来公知の方法で測定することができる。例えば、樹脂試験片を曲げることにより限界応力を測定する場合には、一般的な曲げ試験機を用いて測定することができ、樹脂試験片を引っ張り方向に引っ張ることにより限界応力を測定する場合には、一般的な引張試験機を用いて限界応力を測定することができる。
【００２６】
「応力集中部」とは、荷重が樹脂試験片に加わった際に、他の部分よりも応力が優先的に集中して破損しやすくなっている部分であり、応力集中部は、荷重を加えた場合に、樹脂試験片内の他の部分と比較して肉厚や幅が大きく変化する部分である。「形状的な応力集中部」とは、凹み、溝、薄肉部等が設けられた樹脂試験片を指す。例えば、図１（ａ）に示すような樹脂試験片が挙げられる。図１（ａ）の樹脂試験片を図１（ｂ）に示すように引っ張り方向（白抜き矢印の方向）に引っ張ると、図１（ｂ）に示すように、応力集中部に応力が集中し応力が矢印方向にかかる。
【００２７】
また、「形状的な応力集中部を備えない樹脂試験片」とは、例えば、図２（ａ）に示すような樹脂試験片が挙げられる。図２（ａ）の樹脂試験片を図２（ｂ）に示すように引っ張り方向（白抜き矢印の方向）に引っ張ると、図２（ｂ）に示すように、破壊箇所には応力が矢印方向に均一にかかる。
【００２８】
形状的な応力集中部を備えない樹脂試験片を用いることで、樹脂試験片に荷重を加えた場合に、樹脂試験片の破壊箇所にかかる応力をより正確に測定することができる。その結果、樹脂材料の限界応力をより正確に導出することができる。なお。上記の通り、形状的な応力集中部を備えない樹脂試験片を用いる理由は、より正確に限界応力を求めることにある。
【００２９】
「周囲環境」とは、温度、雰囲気（大気中、水中、燃料中等）のことを指す。周囲環境が異なると導出される限界応力の値も異なる。したがって、周囲環境を所定の周囲環境に決めて、同様の周囲環境で後述する解析応力の導出等を行わなければ正確に樹脂成形品の性質を予測することができない。ただし、所定の周囲環境には、上記本発明の効果を害さない程度に周囲環境の異なる条件のものまで含まれる。
【００３０】
［破断歪み導出工程］
破断歪み導出工程とは、形状的な応力集中部を備えない所定の温度のひずみ測定樹脂試験片に対して、上記ひずみ測定樹脂試験片に引っ張り方向に荷重を加えた際の破断ひずみを導出する工程である。歪み測定樹脂試験片に対して引っ張り方向に荷重を加えた場合の樹脂試験片の歪み量は、樹脂試験片の温度が異なると変動してしまうため、所定の温度で歪み量を測定する必要がある。また、所定の温度とは、上記所定の周囲環境に含まれる温度と同じ条件である。
【００３１】
破断歪みとは、樹脂試験片に上記荷重を加えた際に破断するまでの歪み量を指す。樹脂試験片の破断歪みは従来公知の引っ張り試験機を用いて、樹脂試験片が破断するまでの伸び（％）で表すことができる。
【００３２】
破断歪み測定試験片は、応力測定樹脂試験片と同様に形状的な応力集中部を備えない樹脂試験片である。このため、引っ張り試験機を用いる限界応力の測定方法であれば、同時に破断歪みを測定することができる。これらを同時に測定することで、後述する補正係数と破断歪みとの関係を容易に導出することができる。
【００３３】
［解析応力導出工程］
解析応力導出工程とは、所定の曲率半径を有する応力集中部を備える応力集中樹脂試験片に対して、所定の荷重を加えた際に、上記応力集中部に発生する応力を解析により導出する工程である。
【００３４】
「所定の曲率半径を有する応力集中部を備える応力集中樹脂試験片」とは、例えば、図１（ａ）に示すような両側に切り欠きがある樹脂試験片、図３（ａ）に示すような片側のみに切り欠きがある樹脂試験片、図４（ａ）に示すようなＬ字型の試験片が挙げられる。これらの試験片は、切り欠きの先端部分やＬ字のコーナー部で応力が集中し、これらの部分には所定の曲率半径がある。
【００３５】
図１（ａ）に示すような両側に切り欠きがある応力集中樹脂試験片に対して、図１（ｂ）に示すように引っ張り方向（白抜き矢印の方向）に荷重を加えると、応力集中部には、上述の通り矢印の方向に応力が加わる。図３（ａ）に示すような片側に切り欠きがある応力集中試験片に対して、図３（ｂ）に示すように引っ張り方向（白抜き矢印方向）に荷重を加えると、応力集中部には図３（ｂ）の矢印方向に応力がかかる。また、図３（ｃ）に示すように、図３（ａ）に示す応力集中樹脂試験片を三点曲げすると、応力集中部には、矢印方向に応力がかかる。図４（ａ）に示すようなＬ型の応力集中樹脂試験片に対して、図４（ｂ）中の白抜き矢印の方向に荷重を加えると、応力集中部には矢印に示す方向に応力がかかる。このように所定の荷重の加え方によって応力集中部に発生する応力が異なる。また、上記の通り、応力集中部を備える応力集中樹脂試験片に対して荷重を加えると、応力集中部に大きな応力が発生する。
【００３６】
上記の通り、応力集中樹脂試験片の種類、荷重の加え方によって、応力集中部に発生する応力が異なる。したがって、後述する通り、複数の応力集中樹脂試験片、複数の破壊形態で後述する補正係数、関係式等を導出することが好ましい。形状的な応力集中部を備える様々な樹脂成形品についても予測をすることができるからである。
【００３７】
また、上記の図１、３、４に示すような応力集中樹脂試験片、及び破壊形態を考慮することで、ほとんどの形状の樹脂試験片に対して予測を行うことができる。
【００３８】
解析の方法は、特に限定されず線形解析であってもよいし、非線形解析であってもよい。しかし、本発明は線形解析のような簡単な解析により得られた値を補正することで実測値に極めて近い値を予測できることに特徴がある。したがって、本工程の解析は、より簡易な線形解析であることが好ましい。
【００３９】
［予測限界荷重算出工程］
予測限界荷重算出工程とは、上記解析応力から算出される単位荷重当たりの解析応力を用いて限界応力を除することにより予測限界荷重を算出する工程である。ここでの予測破壊荷重は、実際の破壊荷重とは差がある。本発明の限界荷重予測方法を用いれば、より実測に近い限界荷重を予測することができる。本発明はこの段階で予測される限界荷重よりもさらに精度の高い予測を行うことを目的としている。なお「限界荷重」とは、脆性破壊形態を示す樹脂材料においては破壊荷重、延性破壊形態を示す樹脂材料においては降伏荷重のことを指し、樹脂材料における強度的な使用限界の荷重のことを意味する。
【００４０】
［実測限界荷重導出工程］
実測限界荷重導出工程とは、応力集中樹脂試験片が実際に破壊する際の応力集中樹脂試験片の実測限界荷重を導出する工程である。上記解析応力導出工程で非線形解析を用いた場合の予測限界荷重と実測限界荷重との差は、線形解析を用いた場合よりも小さい。しかしながら非線形解析は、線形解析よりも手間がかかる。上記の通り本発明は、上記解析工程で線形解析を用いても、最終的に実測値に近づけるために予測値を補正することができる点が特徴の一つである。
【００４１】
［補正係数導出工程］
補正係数導出工程とは、上記実測限界荷重導出工程で得られた実測限界荷重を用いて、上記予測限界荷重算出工程で得られた予測限界荷重を除することにより補正係数を求める工程である。補正係数は、解析応力に乗ずることで解析値を実測値にする値又は解析値を実測値に近づけるための値である。
【００４２】
［相関関係導出工程］
相関関係導出工程とは、樹脂材料の種類及び／又は上記所定の周囲環境を変更し、上記補正係数導出工程と同様にして、補正係数を求める工程を少なくとも一回行い、破断ひずみと補正係数との相関関係を所定の形式の関数で導出する工程である。本発明の特徴の一つは、破断歪みと補正係数との間に相関関係があり、所定の形式の関数で導出できることを見出した点である。
【００４３】
「補正係数導出工程と同様にして」とは、上記樹脂材料の種類等の条件を変更して、上述の限界応力導出工程から補正係数導出工程までを行うことを指す。
【００４４】
図５には、破断歪みと補正係数との関係を示した。縦軸が補正係数、横軸が破断歪みである。点Ａは、上記補正係数導出工程で得られた補正係数と上記破断歪み導出工程で得られた破断歪みとの関係を示す点である。点Ｂは、樹脂材料又は上記所定の周囲環境を変更して、上述の限界応力導出工程から補正係数導出工程までを行うことで得られた補正係数と破断歪みとの関係を示す点である。
【００４５】
上記の通り条件を変更して、補正係数と破断歪みとの関係が二種類導出できれば、破断歪みと補正係数との間の相関関係を所定の形式の関数で表すことができる。したがって、破断歪みと補正係数との相関関係を求めるためには、樹脂材料の種類及び／又は所定の周囲環境を変更して少なくとも一回補正係数を求める必要がある。
【００４６】
図５に示す点Ａ、点Ｂに対して所定の形式の関数のフィッティングを行うことによって所定の形式の近似関数を求める。近似関数の形式としては特に限定されないが、べき乗近似、対数近似、線形近似、多項式近似、指数近似等が挙げられる。補正係数と破断歪みとの関係を適切に表すためにはべき乗近似が好ましい。図５には、補正係数と破断歪みとの関係を表すべき乗近似関数（ｙ＝ａｘ−ｎ（ｙは補正係数。ｘは破断歪み、ａは係数、ｎは定数を表す））を示した。関数をｙ＝ａ１ｘ−ｎ１とする（ｙが補正係数、ｘが破断歪み、ａ１が係数、ｎ１が定数を表す）。
【００４７】
また、破断歪みと補正係数との関係をより適切な所定の形式の関数で表すためには、補正係数をより多く求めることが好ましい。具体的には補正係数を七点以上求めておけば、より適切な関数を導出することができる。
【００４８】
［複数相関関係導出工程］
複数相関関係導出工程とは、上記曲率半径を変更し、上記相関関係導出工程と同様にして、上記相関関係を上記所定の形式の関数で導出する工程を少なくとも一回行う工程である。本工程は必須の工程ではないが、補正係数と破断歪みとの関係をさらに多く求めることで、より正確に推定補正係数を決定することができ、予測の精度がさらに向上する。
【００４９】
［関係式導出工程］
関係式導出工程とは、上記所定の形式の関数における定数と曲率半径との関係を導出する工程である。導出方法は特に限定されないが、より多くの上記相関関係をもとに求める方法が好ましい。なお、関係式導出工程は必須の工程ではないが、本工程により導出される関係式を用いることで、後述する通り、予測の精度が高まる。
【００５０】
曲率半径を変更し、限界応力導出工程から相関関係導出工程までを行い、補正係数と破断歪みとの相関関係を導出する。図６に示すように上記ｙ＝ａ１ｘ−ｎ１に加えて、さらにｙ＝ａ２ｘ−ｎ２（ｙが補正係数、ｘが破断歪み、ａ２が係数、ｎ２が定数を表す）が導出される。ここで補正係数と破断歪みとの相関関係は、上記相関関係導出工程で導出した近似関数と同じ形式にする必要がある。本工程では、所定の形式の関数の係数（ａ１、ａ２）、定数（ｎ１、ｎ２）と曲率半径（Ｒ）との関係を求めるために、関数の形式をそろえる必要があるからである。
【００５１】
図７（ａ）には、係数ａと曲率半径（Ｒ）との関係を示した。所定の形式の関数に近似することで本工程の目的の関係式が導出される。所定の形式は、上記の相関関係導出工程の場合と同様に特に限定されないが、べき乗関数に近似することが好ましい。より適切な関係を導出することができるからである。導出した関数をａ＝ｃ１Ｒｄ１（Ｒは曲率半径、ｃ１、ｄ１は定数）とする。
【００５２】
図７（ｂ）には、定数ｎと曲率半径との関係を示した。所定の形式の関数に近似することで本工程の目的の関係式が導出される。上記係数ａと曲率半径との関係の場合と同様にべき乗関数に近似することが好ましい。導出した関数をｎ＝ｃ２Ｒ−ｄ２（Ｒは曲率半径、ｃ２、ｄ２は定数）とする。
【００５３】
上記のように所定の形式の関数の定数と曲率半径との関係をより正確に求めるためには、補正係数と破断歪みとの関係を表す所定の形式の関数を三つ以上導出することが好ましい。
【００５４】
［推定補正係数決定工程］
推定補正係数決定工程とは、破断ひずみと曲率半径を元に、補正係数と破断歪みとの相関関係を用いて推定補正係数を決定する工程である。本工程では先ず、対象となる応力集中部を備えた樹脂成形品の応力集中部の曲率半径を測定する。測定は従来公知の方法により行うことができる。測定後、補正係数と破断歪みとの相関関係から推定補正係数を決定する。この際、複数の相関関係を求めておけばより精度の高い推定補正係数の決定を行うことができる。なお、破断歪みは樹脂材料と温度が決まれば定まるものであり、破断歪みを従来公知の方法で実測してもよいし、カタログ等で得ることができる場合にはその値を用いることができる。
【００５５】
所定の形式の関数の定数と曲率半径との関係を求めている場合には、関係式ａ＝ｃ１Ｒｄ１に曲率半径を代入し係数ａを求める。次いで、ｎ＝ｃ２Ｒ−ｄ２に曲率半径を代入し係数ｎを求める。そして、破断歪みと補正係数との関係を求める。最後に、破断歪みの値を破断歪みと補正係数との間の関係式に代入し、補正係数を推定する。このように推定補正係数を決定することで、推定される補正係数がより正確になり、予測の精度が高まる。
【００５６】
［発生応力予測工程］
発生応力予測工程とは、形状的な応力集中部を備える樹脂成形品に所望の荷重を加えた際の解析応力に上記推定補正係数を乗じる事による、形状的な応力集中部を備える樹脂成形品の応力集中部に発生する応力を予測する工程である。応力集中部の曲率半径は、樹脂成形品に対して荷重を引っ張り方向に加え、破断するまでの間に変動する。しかし、線形解析では、曲率半径の変化を考慮できないため、実際より大きな応力値を発生応力として予測してしまう。本発明で予測することができる発生応力は、所望の荷重を加えてから破壊まで応力集中部を変形させたと仮定した場合の応力集中部に発生する応力である。
【００５７】
従来は、樹脂成形品に対して荷重が加えられてから破壊するまでの間に、応力集中部の曲率半径の大きさが変化する点を考慮できなかったために、解析応力による予測では実測値と大きく異なる予測しかできなかった。しかしながら、本発明では解析応力に補正係数を乗じることで実測に近づけることができ、非常に正確に応力集中部に発生する応力を予測することができる。
【００５８】
応力集中樹脂試験片の種類、荷重の加え方によって、応力集中部に発生する応力が異なる。したがって、幅広く様々な樹脂成形品に対して適用するためには、応力集中部の種類毎に相関関係を求める必要がある。形状的な応力集中部を備える様々な樹脂成形品に対応するためには、図１（ａ）に示すような両側に切り欠きを設けた応力集中樹脂試験片、図３（ａ）に示すような片側に切り欠きを設けた応力集中樹脂試験片、図４（ａ）に示すようなＬ型の応力集中樹脂試験片を用い、図１（ｂ）、図３（ｂ）、（ｃ）、図４（ｂ）に示すような破壊形態毎に相関関係を導出する必要がある。上記のような応力集中樹脂試験片及び破壊形態を考慮しておけば、形状的な応力集中部を備える様々な樹脂成形品に対応することができる。
【００５９】
具体的には、図８に示すように、それぞれの破壊形態での曲率半径と補正係数との関係を表すことができる。曲率半径が同じであれば、Ｌ字の応力集中試験片を用いた図４（ｂ）に示す破壊形態の場合の補正係数が最も高くなり、次に高いのは図３（ｃ）に示すような三点曲げであり、三番目に大きいのは両側に切り欠きのある試験片を引っ張ることで破壊する図１（ｂ）に示すような破壊形態であり、最も補正係数が小さくなるのは図３（ｂ）に示すような片側にのみ切り欠きのある応力集中樹脂試験片を引っ張り方向に破壊する形態である。上記の通り、破壊形態によって補正係数は異なるため、破壊形態毎に破断歪みと補正係数との相関関係を導出し、最終的な関係式を導出する必要がある。
【００６０】
［限界荷重予測工程］
限界荷重予測工程は、上記発生応力予測工程で予測した発生応力で上記限界応力を除し、上記所望の荷重を乗ずる事により、樹脂成形品の限界荷重を算出する工程である。上述の通り従来は樹脂成形品に対して荷重が加えられてから破壊するまでの間に、応力集中部の曲率半径の大きさが変化する点を考慮できなかったために、実際の限界破壊荷重と大きな差がある予測になる場合があった。しかしながら、本発明は上述の曲率半径の変化も考慮に入れて予測するため、より実測に近い値を予測することができる。
【実施例】
【００６１】
以下に、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。
【００６２】
＜樹脂材料＞
ポリアセタール樹脂１：ジュラコンＭ９０（ポリプラスチックス社製）
ポリアセタール樹脂２：ジュラコンＧＨ−２５（ポリプラスチックス社製）
ポリブチレンテレフタレート樹脂１：ジュラネックス２００２（ウィンテックポリマー社製）
ポリブチレンテレフタレート樹脂２：ジュラネックス３３００（ウィンテックポリマー社製）
ポリフェニレンサルファイド樹脂１：フォートロン０２２０Ａ９（ポリプラスチックス社製）
ポリフェニレンサルファイド樹脂２：フォートロン１１４０Ａ１（ポリプラスチックス社製）
液晶性樹脂１：ベクトラＡ９５０（ポリプラスチックス社製）
液晶性樹脂２：ベクトラＡ１３０（ポリプラスチックス社製）
【００６３】
＜樹脂材料の成形＞
樹脂材料毎に成形条件を適宜調整し、それぞれの樹脂材料毎に成形条件を適宜調整し図９（ａ）に示すような応力集中部を備えない応力測定樹脂試験片を射出成形により成形した。また、図９（ｂ）に示すようなＬ字型の樹脂成形品を得た。コーナー部の曲率半径（Ｒ）が３．０ｍｍ、１．０ｍｍ、０．５ｍｍの三種類の応力集中樹脂試験片を射出成形により成形した。
【００６４】
＜限界応力導出工程＞
ポリアセタール樹脂１を用いて成形した図９（ｃ）に示す応力測定樹脂試験片（厚み４ｍｍ、その他の寸法は図９（ｃ）中に記載）を用いて、限界応力の導出を行った。具体的には、周囲環境が大気中、２３℃の条件で、図１０に示すように６４ｍｍのスパンで支え、中間位置に上方から荷重Ｐをかける方法で、試験機（「テンシロンＲＴＡ−２５０」、ＯＲＩＥＮＴＥＣ社製）を用いて、３点曲げによる限界応力を測定した（支点間距離６４ｍｍ）。限界荷重が１５０Ｎであり、限界応力（曲げ強さ）が９０ＭＰａであった。
【００６５】
＜破断歪み導出工程＞
ポリアセタール樹脂１を用いて成形した図９（ａ）に示す応力測定樹脂試験片を用いて、破断歪みの導出を行った。具体的には、周囲環境が大気中、２３℃の条件で、ひずみ測定樹脂試験片の両端をそれぞれ、図９中の点線部分までチャックで固定し（チャック間の距離が１１５ｍｍ）、引張試験機（「テンシロンＲＴＣ−１３２５」、ＯＲＩＥＮＴＥＣ社製）を用いて引張試験を行った。その結果、チャック間での伸びが４０．２ｍｍになり、破断歪みは３５％であった。
【００６６】
＜解析応力導出工程＞
ポリアセタール樹脂１を用いて成形した図９（ｂ）に示す応力集中試験片（Ｒ＝０．５）に対して、図４（ｂ）に示す白抜き矢印で示す方向に１Ｎの荷重を加える場合について、応力集中部（Ｌ字試験片のコーナー部）に発生する応力を、線形解析ソフト（「Ｉ−ＤＥＡＳ」、ＥＤＳ社製）を用いて解析し、解析応力を導出した。解析応力の値は３．７９ＭＰａであった。
【００６７】
＜予測限界荷重算出工程＞
限界応力９０ＭＰａを単位荷重当たりの解析応力３．７９ＭＰａを用いて除することにより、予測限界荷重が得られた。予測限界荷重は２３．７Ｎであった。
【００６８】
＜実測限界荷重導出工程＞
ポリアセタール樹脂１を用いて成形した図９（ｂ）に示す応力集中試験片（Ｒ＝０．５ｍｍ、厚み３ｍｍ、その他の寸法は図９（ｂ）中に記載）に対して、図４（ｂ）の白抜き矢印で示す方向に試験機（「テンシロンＲＴＡ−２５０」、ＯＲＩＥＮＴＥＣ社製）を用いて荷重を加えて上記応力集中樹脂試験片が破壊する際の荷重を実測した。限界荷重の測定結果は、５５．６Ｎであった。
【００６９】
＜補正係数導出工程＞
実測限界荷重５５．６Ｎを用いて予測限界荷重２３．７Ｎを除することにより補正係数を得た補正係数は０．４２７であった。
【００７０】
＜相関関係導出工程＞
測定の際の所定の温度又は樹脂材料の種類を表１の２列目以降に示す各条件に変更した以外は、上記補正係数の導出と同様にして、各条件での補正係数を求めた。補正係数と破断歪みとの相関関係を表す近似式ｙ＝Ａ１ｘ−ｎ１（ｙが補正係数、ｘが破断歪み、ａ１は係数、ｎ１は定数を表す）が得られた。近似式は計算ソフトを用いて求めた。
【００７１】
＜複数相関関係導出工程・関係式導出工程＞
曲率半径が１．０ｍｍの試験片を用いた以外は、上記の相関関係の導出と同様の方法で、曲率半径が１．０の応力集中試験片を用いた場合の相関関係を得た。使用した樹脂材料の種類、所定の温度については、表１に示した。また、得られた近似式は、ｙ＝Ａ２ｘ−ｎ２（ｙが補正係数、ｘが破断歪み、ａ２は係数、ｎ２は定数を表す）であった。
【００７２】
曲率半径が３．０ｍｍの試験片を用いた以外は、上記の相関関係の導出と同様の方法で、曲率半径が３．０ｍｍの応力集中試験片を用いた場合の相関関係を得た。使用した樹脂材料の種類、所定の温度については、表１に示した。また、得られた近似式は、ｙ＝Ａ３ｘ−ｎ３（ｙが補正係数、ｘが破断歪み、ａ３は係数、ｎ３は定数を表す）であった。
【００７３】
【表１】
2010249523.tif 000006
【００７４】
Ｒとａとの関係を表す近似関数（関数の形式は、ａ＝ｃ１Ｒｄ１（Ｒは曲率半径、ｃ１、ｄ１は定数））と、Ｒとｎとの関係を表す近似関数（関数の形式は、ｎ＝ｃ２Ｒ−ｄ２（Ｒは曲率半径、ｃ２、ｄ２は定数））を求めた。なお、近似式は、計算ソフトを用いて求めた。
【００７５】
＜推定補正係数決定工程＞
ポリアセタール樹脂１を成形してなる、図１１に示すような応力集中部を備える樹脂成形品（図１１中の寸法の単位はｍｍ）の応力集中部の曲率半径を測定した。曲率半径は１．０ｍｍであった。この曲率半径を上記近似関数（ａ＝ｃ１Ｒｄ１、ｎ＝ｃ２Ｒ−ｄ２）に代入し、ａとｎを求めた。その結果、曲率半径１．０ｍｍでの補正係数と破断歪みとの相関関係を表す近似式が得られた。上記破断歪み導出工程と同様の方法で、大気中、２３℃の状態の成形品の破断歪みを測定した。破断歪みは３５％であった。この破断歪みを補正係数と破断歪みとの相関関係を表す近似式に代入し補正係数を推定した。決定された推定補正係数は０．５１であった。
【００７６】
＜発生応力予測工程＞
上記樹脂成形品に対して、図１１中の矢印で示す方向に１Ｎの荷重を加える場合について、応力集中部（Ｌ字試験片のコーナー部）に発生する応力を、解析ソフト（「Ｉ−ＤＥＡＳ」）を用いて線形静解析し、解析応力を導出した。解析応力の値は１．３６ＭＰａであった。この解析応力に補正係数０．５１を乗じることで、応力集中部に発生する発生応力を予測した。予測した発生応力の値は０．６９ＭＰａであった。
【００７７】
＜限界荷重予測工程＞
限界応力９０ＭＰａを単位荷重当たりの予測発生応力０．６９ＭＰａを用いて除することにより、予測限界荷重が得られた。予測限界荷重は１３０．４Ｎであった。限界荷重を実測したところ、得られた実測限界荷重は１２０Ｎであった。したがって、本発明によれば、限界荷重の予測の精度が高いことが確認された。
【図１】
2010249523.tif 000010
【図２】
2010249523.tif 000011
【図３】
2010249523.tif 000012
【図４】
2010249523.tif 000013
【図５】
2010249523.tif 000014
【図６】
2010249523.tif 000015
【図７】
2010249523.tif 000016
【図８】
2010249523.tif 000017
【図９】
2010249523.tif 000018
【図１０】
2010249523.tif 000019
【図１１】
2010249523.tif 000020