(57)【要約】【課題】熱膨張時に取付け穴で逃げ量が制限される場合に、常温に復帰する際に生じる変形をより確実に抑制可能にする樹脂成形品の取付け逃げ量決定方法を提供する。【解決手段】特定部位で取付け面に完全拘束される共に、残りの複数の取付け部位に突設された係入部材が、取付け面の取付け穴に係入される樹脂成形品に対して、常温からの昇温による熱膨張に応じて取付け穴の形状を係入部材を逃がすように設定するために、基準位置からの逃げ方向及び逃げ量を許容最大逃げ量の範囲内で決定する逃げ量決定方法において、各取付け部位Ｃ１〜Ｃ１１に生じる熱膨張による総応力が最小になるように、各取付け穴の二次元面での逃げ方向及び逃げ量を決定し、降温の際に各取付け部位Ｃ１〜Ｃ１１に生じる熱収縮による総応力が最大になるように、一部の取付け部位の二次元面での逃げ方向及び逃げ量を基準位置から熱膨張に対して決定された方向とは逆方向に決定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
特定部位で取付け面に完全拘束される共に、残りの複数の取付け部位に突設された係入部材が、取付け面に形成された取付け穴に係入されて取付けられる樹脂成形品に対して、常温から所定の高温への昇温による熱膨張に応じて取付け穴の形状を係入部材を逃がすように設定するために、各取付け部位の基準位置からの逃げ方向及び逃げ量を許容最大逃げ量の範囲内で決定する樹脂成形品の取付け逃げ量決定方法において、
各取付け部位に生じる熱膨張による総応力が最小になるように、各取付け穴の二次元面での逃げ方向及び逃げ量を決定し、
所定の高温から常温への降温の際に各前記取付け部位に生じる熱収縮による総応力が最大になるように、一部の前記取付け部位の前記二次元面での逃げ方向及び逃げ量を基準位置から前記熱膨張に対して決定された方向とは逆方向に決定することを特徴とする樹脂成形品の取付け逃げ量決定方法。
【請求項２】
熱膨張に対して各取付け穴の形状による互いの応力の影響下で各取付け部位の応力を最小値に収斂させるように二次元方向の逃げ量と応力との関係を規定する熱膨張応答曲面と、熱収縮に対して各前記取付け穴の形状による互いの応力の影響下で各前記取付け部位の応力を最大値に収斂させるように二次元方向の逃げ量と応力との関係を規定する熱収縮応答曲面とをそれぞれ作成し、
各前記取付け部位について、前記熱膨張に対する二次元面での逃げ量を所属の前記熱膨張応答曲面の応力最小値から決定し、前記熱収縮に対する前記二次元面での逃げ量を所属の前記熱収縮応答曲面の応力最大値から決定することを特徴とする請求項１記載の樹脂成形品の取付け逃げ量決定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特定部位で取付け面に完全拘束される共に、残りの複数の取付け部位に突設された係入部材が、取付け面に形成された取付け穴に係入されて取付けられる樹脂成形品に対して、常温から所定の高温への昇温による熱膨張に応じて取付け穴の形状を係入部材を逃がすように設定するために、各取付け部位の基準位置からの逃げ方向及び逃げ量を許容最大逃げ量の範囲内で決定するプレート状の樹脂成形品の取付け逃げ量決定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の樹脂成形品の取付けは、熱膨張による変形を逃がすために、取付け穴を長穴に形成することが行われているが、長穴の寸法は組付け誤差上で逃げ量が制限される場合がある。したがって、このような場合、その制限範囲内で、熱変形に応じて取付け穴の形状の長穴方向及び長さ幅を設定する必要がある。一般的に構造物の最適設計方法としては、特許文献１による１回ごとの解析結果を参照して次の解析の入力条件を決め、応答値が所望の値を中心とするある範囲にはいるまで繰返し構造応答解析を行う逐次解法による最適設計方法、特許文献２による実験計画法の直交表に基き決められた回数の相関関係を調べ応答値が所望の値となるような設計変数の値を推定する実験計画法を用いる最適設計方法、特許文献３により実験計画法による解析結果を空間形状を規定する応答曲面処理を行って製品形状を最適化する製品形状設計方法等が周知である。
【０００３】
一方、冒頭の樹脂成形品について、その特定の完全拘束位置からの距離・方向、線膨張係数及び上昇温度に応じて、取付け誤差上で許容される最大逃げ量の範囲で、各部位の長穴構造の長さ及び方向を決定する前述の逐次解法の類の設計が行われている。その際、取付け穴の個数が多い場合、実験計画法を利用することも行われている。
【特許文献１】特開平６−８９３２２号公報
【特許文献１】特開平１０−２０７９２６号公報
【特許文献１】特開２００２−１５０１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような方法により、取付け穴の形状を決定できるとしても、逃げ量の許容範囲を越えて樹脂成形品の熱変形により例えばクリップである係入部材が変位する場合、クリップが長穴で拘束され、このような場合長時間の高温状態でクリープ変形を生じる可能性がある。しかしながら、その状態で常温への降温時の熱収縮による樹脂成形品の変形と、熱膨張用に決定した逃げ穴形状との関連については、従来特に意識されていなかった。
【０００５】
本願発明者等は、この点に着眼して、図６により、特定のＰＰ材製で厚み２ｍｍ、長さ３００ｍｍのプレート状の試験片（同図Ａ）の基端を完全拘束し、先端に付属のピンＰ１を逃がすための熱膨張方向の長溝２を裏側の取付け面に形成して、熱膨張時及び熱収縮時の変形状態をシェル要素５４８個のメッシュ状のモデルを基に、クリープ変形を含めた熱変形をＣＡEにより解析した。
【０００６】
同図Ｂにおいて、実線は２３℃から８０℃に昇温させた場合のＹ軸方向（長手方向）の逃げ量の設定に対する各要素の総応力を示すもので、逃げ量１．１ｍｍはＹ軸方向の膨張量に対応するもので、それ以内の逃げ量に対してはピンＰ１の拘束により相応の応力を生じることになる。点線は、昇温後１０時間経過した状態での総応力を示す。一点鎖線は、１０時間経過後から２３℃に降温させた場合の総応力を示すもので、Ｙ軸方向に０．５ｍｍ程度よりも大きいと応力は生じないが、それ以下になると熱収縮による応力が徐々に大きくなる。
【０００７】
つまり、同図Ｃに示すように、膨張量に応じて逃げ量を大きくする程Ｙ軸方向の変位量は大きくなるが、熱収縮時の変位量は、高温状態で生じるクリープ変形による永久変形状態からの収縮により、基準位置を越えて逆方向へ変位する。また、膨張時のＹ軸方向の逃げ量を０．５ｍｍ程度に設定すると、降温時、即ち熱収縮時の変位量は逆方向に最大になる。このことは、Ｙ軸方向の逃げ量を膨張量に応じて１．１ｍｍに設定すると伸びを拘束する応力は発生しないが、逆に逃げを設定しないとピンＰ１は変位しないとしても熱膨張時に面直方向へ変形させ、熱収縮時には原寸に戻り、さらに熱膨張時の逃げ量を０．５ｍｍ程度に設定して逃げを拘束すると、熱膨張時の変形が影響して２３℃に温度復帰させた場合には、面直方向の永久変形を保持して、ピンＰ１は原位置よりも逆に−Ｙ軸方向へ０．４ｍｍ程度変位するのが確認される。
【０００８】
つまり、熱膨張時の逃げ量と、熱収縮時に拘束を回避するのに必要な逆方向の逃げ量との関係は、２次曲線となり極大値が発生し、線膨張応力を膨張量以下の逃げ量で逃がすと、熱収縮時には拘束応力を逃がすには基準位置を過ぎて逆方向の逃げ量が必要になる可能性がある。換言すれば、樹脂製品の複数個の取付け穴個々について考えれば、熱収縮時には拘束応力を基準位置で熱収縮応力を残して拘束した方が熱収縮時の変形は抑制されるが、樹脂製品の全体の熱収縮時変形をより少なくするには、基準位置よりも逆方向の逃げ量の設定も考慮して、全体的に応力を大きくした状態で拘束した方が、熱収縮時の変形をより有効に抑制できる可能性がある。
【０００９】
そこで、本発明は、互いの逃げ量が影響し合う取付け穴全体については、熱収縮時の逃げ量は、基準位置からの逆方向の逃げ量も考慮して総応力を大きく設定する方が、樹脂成形品全体の熱収縮時の変形を抑制し得ることに着眼したもので、熱膨張時に取付け穴で逃げ量が制限される場合に、常温に復帰する際に生じる変形をより確実に抑制可能にする樹脂成形品の取付け逃げ量決定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、この目的を達成するために、請求項１により、特定部位で取付け面に完全拘束される共に、残りの複数の取付け部位に突設された係入部材が、取付け面に形成された取付け穴に係入されて取付けられる樹脂成形品に対して、常温から所定の高温への昇温による熱膨張に応じて取付け穴の形状を係入部材を逃がすように設定するために、各取付け部位の基準位置からの逃げ方向及び逃げ量を許容最大逃げ量の範囲内で決定する樹脂成形品の取付け逃げ量決定方法において、各取付け部位に生じる熱膨張による総応力が最小になるように、各取付け穴の二次元面での逃げ方向及び逃げ量を決定し、所定の高温から常温への降温の際に各取付け部位に生じる熱収縮による総応力が最大になるように、一部の取付け部位の二次元面での逃げ方向及び逃げ量を基準位置から熱膨張に対して決定された方向とは逆方向に決定することを特徴とする。
【００１１】
特に、逃げを有する取付け部位数が多い場合、請求項２により、熱膨張に対して各取付け穴の形状による互いの応力の影響下で各取付け部位の応力を最小値に収斂させるように二次元方向の逃げ量と応力との関係を規定する熱膨張応答曲面と、熱収縮に対して各取付け穴の形状による互いの応力の影響下で各取付け部位の応力を最大値に収斂させるように二次元方向の逃げ量と応力との関係を規定する熱収縮応答曲面とをそれぞれ作成し、各取付け部位について、熱膨張に対する二次元面での逃げ量を所属の熱膨張応答曲面の応力最小値から決定し、熱収縮に対する二次元面での逃げ量を所属の熱収縮応答曲面の応力最大値から決定する。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１の発明によれば、熱膨張に対する長穴形状の逃げ量が制限される場合に、それに起因して発生する面直方向の永久変形状態から常温に復帰する過程での熱収縮時に発生する変形が、基準位置から逆方向への逃げ量の設定を含むことにより全体として有効に抑制される。請求項２の発明によれば、応答曲面を作成することにより、取付け穴を多数備える場合に、全体的に変形を有効に抑制可能となる逃げ量が設定可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１乃至図３を基に本発明の実施の形態による樹脂成形品の取付け逃げ量決定方法を、自動車のバックドアの内装用樹脂成形品であるバックドアパネル１に適用した場合について説明する。このバックドアパネルは、図１に示すように、取付け面であるバックドアに中央上部の完全拘束点Ｃｏで変位不能に拘束されると共に、残りの取付け部位Ｃ１〜Ｃ１１の裏面には、図２に示すように、ピン９が一体に形成され、バックドア側の取付け穴８にバックドアパネル１に沿った平面において、車幅方向のＹ軸及び直交する上下方向のＺ軸に沿って変位を許容されて取付けられるようになっている。
【００１４】
本発明は、所定の大きさを有するピン９に対する取付け穴の実際の長穴構造を設定するために、各取付け部位であるそれぞれピン９の中心位置に対する２次元面での逃げ量を最適解析した基礎データを作成するものであり、取付け部位Ｃ１〜Ｃ１１につき、許容最大変位量をバックドアパネル１の組付け誤差を考慮して３ｍｍに設定するのを前提に、取付け面に沿った二次元面における各取付け穴Ｃ１〜Ｃ１１の基準位置からの取付け部位のＹ軸及びＺ軸方向の逃げ量を、それぞれの取付け部位のピン９に生じる熱膨張による総応力が最小になるように、また所定の高温からの降温の際に一部の取付け部位について、基準位置から熱膨張時に変位する方向とは逆方向の設定も含めてそれぞれの取付け部位のピン９に生じる熱収縮による総応力を最大にするように決定する。
【００１５】
このために、バックドアパネル１の常温、例えば２３℃から８０℃に熱膨張させた際の可変のＹ軸、Ｚ軸方向の逃げ量に対するピン９部分に相当する取付け部位に生じる応力を規定する熱膨張応答曲面と、所定の昇温後所定時間、例えば１０時間経過後に常温に降温した場合の可変のＹ軸、Ｚ軸方向の逃げ量に対するピン９に生じる応力を規定する熱収縮応答曲面とを各取付け部位Ｃ１〜Ｃ１１について作成する。熱膨張応答曲面は、所定の高温への昇温による熱膨張に対して各取付け部位で異なる逃げ量に応じた拘束状態もしくは応力の互いの影響下で、所属の取付け部位Ｃ１〜Ｃ１１に生じる応力を最小値に収斂させるように、二次元方向の逃げ量と応力との関係を規定する。熱収縮応答曲面は、所定の高温から常温への降温による熱収縮に対してそれぞれの応力の互いの影響下で、所属の取付け部位Ｃ１〜Ｃ１１に生じる応力を最大値に収斂させるように二次元方向の逃げ量と応力との関係を規定する。
【００１６】
図３Ａは、取付け部位Ｃ４の熱膨張応答曲面を例示するもので、変位不可能の完全拘束点Ｃｏに対して図で見て左側は左方へ、右側は右方へ熱膨張変位する方向をＹ軸とし、下方への熱膨張変位をＺ軸とし、Ｙ軸及びＺ軸方向への最大許容逃げ量３ｍｍの範囲で逃げ量を設定したときの取付け部位に生じる応力が、残りの取付け部位Ｃ１〜Ｃ３、Ｃ５〜Ｃ１１の逃げ量の設定状態との関係を反映して求められる。
【００１７】
これらの応答曲面の作成の前提として、例えばＡＢＡＱＵＳ社製の商品名ＡＢＡＱＵＳのコンピュータソフトウエアを用いて、各取付け部位Ｃ１〜Ｃ１１につき、二次元方向の逃げ量を設定した状態で、バックドアパネル１の形状・構造及びその線膨張係数を基に昇温時に発生する変形に起因する応力及びクリープ変形を伴なう可能性のある降温時の応力は解析可能である。したがって、許容最大変位量３ｍｍの範囲で例えば０．５ｍｍステップのｙ,zの種々の組合せについて解析した応力解析データを基に、実験計画法を利用して、取付け部位Ｃ１〜Ｃ１１につき、他の取付け部位の拘束状態に対応した応力の互いの影響を考慮してそれぞれの応力の演算式を作成する。例えば、熱膨張時の取付け部位Ｃ４の応力σe（ｙ,z）は、下記のように規定される。
【００１８】
σe４（z，ｙ）＝σe１（ｙ,z）＋σe２（ｙ,z）＋σe３（ｙ,z）＋σe５（ｙ,z）
＋σe６（ｙ,z）・・・＋σe１０（z，ｙ）
ここで、σe1（ｙ,z）〜σe３（ｙ,z）、σe５（ｙ,z）〜σe１１（ｙ,z）は、それぞれ独立に可変のパラメータとして、ｙ,zが０．５ｍｍステップで基準位置から膨張方向へ設定されたときの取付け部位Ｃ４への応力の影響量となる。このように、応力σe（ｙ,z）は、他の取付け部位の応力の影響量を加算もしくは減算されて規定される。
【００１９】
熱膨張応答曲面は、全ての取付け部位Ｃ１〜Ｃ１１について、ｙ,zの０．５ｍｍステップの種々の組合せについて前述の演算式で応力の演算を繰返すことにより、各部位の互いの影響下で応力を徐々に小さくする方向へｙ,zを可変させて、各取付け部位Ｃ１〜Ｃ１１の応力をそれぞれ最小値に収斂させるように逐次プロットする最適化処理により作成される。この最小値を規定するｙ,zにより、ｙ,zの合成による逃げ方向に逃げ量が決定され、したがってそれぞれの部位で応力の互いの影響下でバックドアパネル１の熱膨張時の応力分布が最小方向へバランスするように決定される。熱膨張応答曲面の作成には、Ａｌｔｉｒ社製の商品名Ｈｙｐeｒ  Ｓｔｕｄｙによる構造解析用のコンピュータソフトウエアを用いることができる。
【００２０】
８０℃に昇温させて１０時間経過した後に、２３℃に降温させた際の熱収縮による変形・応力を求めるには、各取付け部位Ｃ１〜Ｃ１１につき、他の取付け部位の２次元方向の逃げ量との互いの影響を考慮した応力の演算式を前述の基礎データを基に作成する。例えば、取付け部位Ｃ４の応力σe（ｙ,z）は、下記のように規定される。この場合、基準位置から膨張方向に対して逆方向への逃げも考慮しても０．５ｍｍステップのｙ,zの組合せを設定する。
σs４（z，ｙ）＝σs1（ｙ,z）＋σs２（ｙ,z）＋σs３（ｙ,z）
＋σs５（z，ｙ）・・・＋σs１１（z，ｙ）
【００２１】
即ち、σs４（z，ｙ）について、残りの取付け部位のパラメータとして設定されたｙ,zに応じて応力の影響量が加減される。その際、基準位置に復帰する場合には、z，ｙ＝０となる。このように、全ての取付け部位Ｃ１〜Ｃ１１の演算式を基に互いの逃げ量及び方向の影響下で応力を徐々に大きくする方向へｙ,zを可変させて三次元に逐次プロットし、応力を最大に収斂させる最適化処理により、熱収縮応答曲面が作成され、各取付け部位Ｃ１〜Ｃ１１の応力を最大に分布させるｙ,zが決定される。一部の取付け部位について、最大応力は膨張時のｙ,zと逆符号で解析される。図３Ｂは、取付け部位Ｃ４の熱収縮応答曲面を例示する。
【００２２】
熱膨張時に、例えば、取付け部位Ｃ４の逃げ量・方向は、図３Ａの熱膨張応答曲面におけるσeｍｉｎに対応して，ｙ＝ａｍｍ,ｚ＝ｂｍｍに決定され、熱収縮に対しては図３Ｂの熱収縮応答曲面におけるσsｍａｘに対応して，ｙ＝ｃｍｍ,ｚ＝ｄｍｍと決定される。このＣ４は、完全拘束点Ｃｏから離間距離が短いことにより、ｙ,ｚによる逃げ量は３ｍｍの範囲内に設定され、熱収縮に対応する逃げ量・方向は、基準位置を逆方向へ越えないことにより、熱膨張の設定値に応じて長穴がそのまま設定されることになる。一方、コナー部のＣ８の逃げ量・方向は、近辺のＣ７及びＣ９に対する影響度が大きく、またそれぞれ完全拘束点Ｃｏからの離間距離が長いことにより、熱変形量が大きくなって逃げを拘束されることにより、これらの熱収縮時のｙ,ｚは互いに最大応力に収束するように基準位置よりも逆方向の符号の解析結果も含めて設定される。
【００２３】
以上、応答曲面を利用する場合について説明したが、図４に示すように、完全拘束点Ｃｏから分散した取付け部位Ｃ２１〜Ｃ２６の個数が少ない場合、各部位の基準位置からの逃げ量を熱膨張による応力を最小に、熱収縮時には最大にするように逐次解法による最適設計法で決定する。即ち、Ｃ２１、Ｃ２６については基準位置からＹ軸方向へ逃げ量が設定される。Ｃ２４、Ｃ２５については、コーナ部での斜め方向の膨張・収縮に対して逃げ量が、共に例えば２ｍｍ程度に制限されていることにより、図５に点線で示すように、Ｃ２４についてはＹ軸方向へ外寄りのＣ２５に熱収縮時に基準位置で拘束させるように、変形量に応じて基準位置よりも点線で示す逆方向へ応力を生じさせないように逃げ量が算出される。逆に、Ｃ２５についてはＺ軸方向へ外寄りのＣ２４に熱収縮時に基準位置で拘束させるように、点線で示すように、変形量に応じて基準位置よりも逆方向へ逃げ量が算出される。Ｃ２２、Ｃ２３については、これらに対して対称的に設定される。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の形態による樹脂成形品の取付け逃げ量決定方法が適用されるバックドアパネルの正面図である。
【図２】同バックドアパネルに設けられるピン及びその係入する取付け穴の斜視図である。
【図３】同方法による応答曲面を示す図であり、同図Ａは熱膨張応答曲面、同図Ｂは熱収縮応答曲面である。
【図４】別の実施の形態による樹脂成形品の取付け逃げ量決定方法が適用されるバックドアパネルの正面図である。
【図５】図５の方法による解析結果を説明する図である。
【図６】本発明の前提となる試験例を説明する図である。
【符号の説明】
【００２５】
１  バックドアパネル
８  取付け穴
９  ピン
Ｃｏ  完全拘束点
Ｃ１〜Ｃ１１、Ｃ２１〜Ｃ２６  取付け部位
【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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