(57)【要約】【課題】成形品の要求性能を満たすように樹脂材料の組成比率を決定する、樹脂材料の配合決定方法を提供する。【解決手段】成形物の製品の要求物性値に基づいて、樹脂材料の原料群及びその組成比率を決定し、複数のサンプル樹脂を製造する。サンプル樹脂について評価された性能と、その原料群の組成比率とに基づいて、最小二乗法を用いて、組成比率と性能との関係を示すモデル式を決定する。モデル式から全ての要求性能を満たすと共にコストが最小の樹脂材料の配合を決定する。【選択図】    図１
2004182839.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂成型品の要求性能に基づいて、該樹脂成型品の原料群と該原料群の組成比率とを指定する組成を複数選定するステップと、
前記選定された複数の組成に基づいてそれぞれ原料群を配合して複数の樹脂材料を製造するステップと、
前記製造した複数の樹脂材料の組成と、該樹脂材料について測定された、前記要求性能に対応する性能の測定値とに基づいて、前記要求性能を満たす原料群の組成比率のモデル式を求めるステップと、
前記モデル式に基づいて、前記要求性能を満たす原料群の組成比率を算出するステップとを有することを特徴とする樹脂材料の配合決定方法。
【請求項２】
前記原料群の組成比率を算出するステップは、所定以下のコスト又は最小のコストを与える組成比率を算出する、請求項１に記載の樹脂材料の配合決定方法。
【請求項３】
前記組成比率のモデル式を求めるステップは、部分的最小二乗法を用いる、請求項１又は２に記載の樹脂材料の配合決定方法。
【請求項４】
前記組成を複数選定するステップは、適当な組成比率を与えれば前記要求性能を満足すると予測される原料群と、該原料群の前記要求性能を満足しないと予測される組成比率とを指定する組成を少なくとも１つ選定する、請求項３に記載の樹脂材料の配合決定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、樹脂材料の配合決定方法に関し、特に、多数種類の原料を微妙な組成比率で組み合わせて、樹脂成形品の要求性能を満たす樹脂材料の配合（組成）を決定するために好適に使用される、樹脂材料の配合決定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
樹脂成形品は、一般に、多数のポリオレフィンや、多数のゴム材、その他の多数の原料からそれぞれ適当な原料を１つ以上選定し、それら選定した原料と適当な助剤とを適当な比率で配合し、混練した樹脂材料を成形装置で成形して得られる。樹脂成形品は、極めて広範囲な分野で使用されているので、特定の樹脂成形品に要求される性能を満たす樹脂材料の配合比率を選定することは、多くの困難を伴う。
【０００３】
医療用の点滴バッグや点滴チューブ等も樹脂成型品として製造される。例えば、点滴バッグを製造するために使用される樹脂材料の配合を新たに決定する際には、約５００種類にも及ぶポリオレフィン、約２０００種類にも及ぶゴム材、及び、約３００種類にも及ぶその他の原料と、約２００種類にも及ぶ助剤とを含む原料群の候補から、過去の経験に基づいて１００種類〜１５０種類の原料群を選定し、これらの原料群について点滴バッグの要求性能（要求物性）を満たすように組成比率を決定する必要がある。なお、本明細書では、用語「原料群」には便宜上助剤も含まれる。
【０００４】
樹脂材料を製造する材料メーカには、その樹脂材料から成型品を製造する製品メーカから、複数の物性項目、例えば１０種類程度の物性項目について、成型品に必要な物性値である要求物性値が示される。材料メーカは、この要求物性値及び過去の経験に基づいて適当な原料群を選定し、更にこれら原料群の組成比率を適当に定めて得られた複数の樹脂材料をサンプル用として製造する。このサンプル樹脂材料は製品メーカに供給され、製品メーカは、サンプル樹脂材料から実際に成型品を製造し、その成型品について物性値を測定し、全ての要求物性値が得られたか否かを調べる。
【０００５】
要求物性値が得られないと、その情報は材料メーカに与えられ、材料メーカは、実測された物性値と要求物性値とを比較して、要求物性値を満たすための原料群の組成比率を新たに推定し、再度サンプル樹脂材料を製造して製品メーカに供給する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、要求性能を満足する成型製品を得るためには、材料メーカと製品メーカとの間で上記処理が何回も繰り返される。このため、例えば、点滴バッグの樹脂材料の配合が最終的に決定する迄に数年を要することも多い。従って、製品の要求性能を満たす樹脂材料の配合が簡易に得られる、樹脂材料の配合決定方法が望まれていた。
【０００７】
また、最終的に製品の要求性能を満たす樹脂材料が得られた後にも、そのような要求性能を満たす樹脂材料中で最もコストが低い樹脂材料を得るためには、更に複数の樹脂材料を製造して物性値の評価をすることも多い。このため、製品の要求性能を満たしつつコストが低い樹脂材料の配合を得る、樹脂材料の配合決定方法も望まれていた。
【０００８】
本発明は、上記に鑑み、樹脂成型品の要求性能を満たす樹脂材料の配合比率を容易に決定できる、樹脂材料の配合決定方法を提供することを目的とする。
【０００９】
本発明は、上記目的を達成した上で、更に、樹脂成型品の要求性能を満たしつつコストが低い樹脂材料の配合を得る、樹脂材料の配合決定方法を提供することをも目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の樹脂材料の配合決定方法は、樹脂成型品の要求性能に基づいて、該樹脂成型品の原料群と該原料群の組成比率とを指定する組成を複数選定するステップと、
前記選定された複数の組成に基づいてそれぞれ原料群を配合して複数の樹脂材料を製造するステップと、
前記製造した複数の樹脂材料の組成と、該樹脂材料について測定された、前記要求性能に対応する性能の測定値とに基づいて、前記要求性能を満たす原料群の組成比率のモデル式を求めるステップと、
前記モデル式に基づいて、前記要求性能を満たす原料群の組成比率を算出するステップとを有することを特徴とする。
【００１１】
本発明の樹脂材料の配合決定方法によると、製造した樹脂材料の組成と、実測された性能の測定値とに基づいて、製品の要求性能を満たす原料群の組成比率のモデル式（モデル）を求め、このモデル式を利用することにより、要求性能を満たす原料群の組成比率が容易に算出できる。
【００１２】
本発明の好ましい態様の樹脂材料の配合決定方法は、原料群の組成比率を算出するステップは、所定以下のコスト又は最小のコストを与える組成比率を算出する。製品の要求性能を満たす樹脂材料の原料群の組成比率がモデル式で与えられているので、要求性能を満たす各原料の組成比率が幅を持った範囲として求められ、組成比率選定の自由度が高まる。このため所定以下のコストや最小のコストを与える組成比率が容易に求められる。
【００１３】
組成比率のモデル式を求めるステップでは、部分的最小二乗法を用いることが好ましい。このような数学的手法の採用によって、モデル式は容易に求められる。
【００１４】
モデル式を部分的最小二乗法によって求める場合には特に、前記組成を複数選定するステップは、適当な組成比率を与えれば前記要求性能を満足すると予測される原料群と、該原料群の前記要求性能を満足しないと予測される組成比率とを指定する組成を少なくとも１つ選定することが好ましい。一般に最小二乗法等の数学的手法では、変数の変動範囲における中央付近の数値よりも端部又は範囲外の数値のサンプルを含む方がよいモデル式を与える。このため、要求性能を満足しないと予測される組成比率を指定する組成を少なくとも１つ与えることによって、精度よくモデル式が与えられる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し、本発明の実施形態例に基づいて本発明を更に詳細に説明する。図１は、本発明の樹脂材料の配合決定方法における処理を示すフローチャートである。なお、以下の説明では、点滴バッグを製造するための樹脂材料に本発明の配合方法を適用したものとして説明する。
【００１６】
先ず、顧客の製品メーカから、製品である点滴バッグの要求物性が入力され、樹脂を製造する材料メーカにウェブ上で提示される（ステップＳ１）。要求性能は、要求物性項目及びその物性値レベルからなり、例えば、硬度が８０〜９０、引き裂き強度が５０Ｎ／ｎ以上、溶融粘度が（１２１．６）：４．１〜４．１６、溶融粘度の傾きが（１２１．６〜１２１６）：０．５〜０．６等の要求物性を含む。材料メーカは、過去の経験に基づいて、その要求性能を実現可能な原料群を選定し、決定する（ステップＳ２）。原料群が決定したら、その原料群を用いて過去に製造した樹脂材料から得られた成型品の物性値をデータベース上から引き出す。
【００１７】
過去の樹脂成型品の原料群の組成比率と物性値との関係を、実験計画法を適用して評価し、各原料の組成比率が物性値にどのように影響するかを調べる。要求物性値を満たす各原料の組成比率の範囲が推定され、例えば、推定された各原料の組成比率範囲中の数値、その上限及び下限の近傍又は僅かに外れた値を主として選定し、樹脂材料の原料群の組成比率を、例えば２０種類程度定める（ステップＳ３）。
【００１８】
定められた各組成比率に基づいて原料群を配合し、２０種類程度の樹脂材料がサンプル樹脂として製造される（ステップＳ４）。得られたサンプル樹脂は、材料メーカ内でその一般物性が測定される（ステップＳ５）と共に、製品メーカに供給され、製品メーカによって、要求物性項目についての物性値測定が行われる（ステップＳ６）。各サンプル樹脂材料について測定された物性値は、データとして材料メーカに渡される。材料メーカ側では、サンプル樹脂の原料群の組成比率と、測定された物性値とについて解析が行われ、モデリングによって、物性値の組合せと原料群の組成比率との関係を示すモデル式が算出される（ステップＳ７）。このモデリングには、最小二乗法が利用される。
【００１９】
モデル式が得られると、原料群の組成比率の最適化が行われる（ステップＳ８）。この最適化では、要求物性値を満足する原料群の組成比率の内で、最小のコストを与える組成比率がモデル式に基づいて算出される（ステップＳ９）。なお、コストには、環境に与える負荷も含まれる。
【００２０】
算出された樹脂材料の配合に基づいて、樹脂材料が実際に製造され、製品メーカに供給され、そこで樹脂材料から成型品が製造される。その成形製品について、要求物性を満たすか否かのテストが行われる（ステップＳ１０）。テストに合格すれば、最終的に樹脂材料の配合が決定される。万一、要求性能が得られなければ、再度ステップＳ７に戻り、モデル式を修正し、或いは、ステップＳ８に戻り最適化を行う。
【００２１】
本実施形態例では、ステップＳ７では、原料群の組成比率と、その配合の樹脂材料から得られた製品の物性値とに基づいてモデル式を算出するので、要求性能を満たす原料群の組成比率がある幅を持って得られる。このため、要求性能を満たす原料群の組成比率について選択の自由度が高まる。従って、ステップＳ８において、要求物性を満足し、且つ、コストが最小となる、又は、所定以下のコストとなる組成比率の樹脂材料の配合が選定できる。
【００２２】
また、ステップＳ２において、要求性能を満たすと推測される原料群の選定が成された後に、要求性能を満たさないと予測される原料群の組成比率を含む組成が少なくとも１つは選定されるので（ステップＳ３）、それから得られた成型品の物性値の測定データを利用してモデル式を選定する際に（ステップＳ７）、得られるモデル式の精度が向上する。
【００２３】
以下、上記実施形態例のステップの詳細について更に説明する。
【００２４】
ステップＳ２における原料群の選択では、過去のデータの解析と経験とに基づいて、前記要求物性を満たすための原料群を選択する際に、様々な配合制約条件、例えば、複数のゴム材について、各ゴム材の相互の溶解性が高いこと等の制約条件が適用される。
【００２５】
ステップＳ３における組成比率の選定では、データベースに蓄積された過去のデータ、つまり、原料群の組成比率とその材料から得られた成型品の物性の実測値との関係が参照される。参照したデータから、実験計画法に基づいて各原料の組成比率の影響が判定される。例えば、原料Ａの組成比率が１０％では、或る要求物性項目の要求物性値の下限が守られず、原料Ａの組成比率が４０％以上ではその要求物性値の上限が守られず、従って、その要求物性値を得るためには原料Ａの組成が１０〜４０％の範囲にあることが必須である等の条件が、各要求物性項目毎に得られる。
【００２６】
また、データベースの過去のデータに基づいて、原料のグループ毎の配合比率の制約条件も設定される。この制約条件としては、例えば、ポリオレフィン材の組成比率の合計が１０％〜４０％の範囲で、ゴム材の組成比率の合計が１０％〜９０％で、ゴム材とオイル材の重量比が７／３〜３／７であること等の条件が設定される。
【００２７】
上記制約条件下で、原料群の組成比率が大きく異なる組成比率をサンプル材料の原料群の組成比率として選定する。図２は、ステップＳ３で選定される原料群の組成比率を、３種類の原料Ａ、Ｂ、Ｃの例で模式的に示している。同図に示すように、原料群の組成比率の選定では、要求性能を満たさないと予測される特別な組成比率が選定される。つまり、要求物性を満たす組成比率は、破線の枠の内側にあると推定されているのに、破線の枠の頂点に相当する組成比率が選定される。なお、過去にデータがあれば、そのデータを利用し、また、それに近い組成比率は避けて選定する。全体として、例えば、２０種類又はそれ以下の種類の組成が選定される。
【００２８】
図３（ａ）は、選定された組成が１９種類の場合について、７種類の原料の組成比率を示し、また、図３（ｂ）は、選定された１９種類の組成の各サンプル樹脂材料について測定された物性値を記入する表を示している。
【００２９】
ステップＳ７におけるモデル式の算出では、先ず、下記のようなモデル式が導入される：
Ｙ（ｙ１，ｙ２，ｙ３，．．．）＝ａ・ｆ（ｘ１，ｘ２，．．．，（ｘ１・ｘ２），（ｘ１・ｘ３），．．．）
ここで、ｙ１，ｙ２，ｙ３，．．．は各物性値、ｘ１、ｘ２、ｘ３、．．．は、各原料の組成比率である。
【００３０】
このモデル式は、最小二乗法によってその係数が決定される。この様子を図４に示した。なお、簡単化のために、原料の種類の数及び要求物性項目の数がそれぞれ３つの場合（３次元）で示した。先ず、各原料の組成比率を示す座標軸Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，．．．を持つＸ座標空間で、実際に製造されたサンプル樹脂の各組成（ｘ１，ｘ２，ｘ３，．．．）をプロットする。次いで、プロットされた組成比率の分散が最大になる軸（隠れ軸１）と、これに直交する軸（隠れ軸２）とを求める。同様に、各物性項目を示す座標軸Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３，．．．を持つＹ座標空間で、実際に測定された各サンプル材料の物性値（ｙ１，ｙ２，ｙ３，．．．）をプロットする。次いで、プロットされた物性値の分散が最大になる軸（隠れ軸１）と、これに直交する軸（隠れ軸２）とを求める。
【００３１】
Ｘ座標空間及びＹ座標空間で得られた双方の隠れ軸１をそれぞれＸ軸及びＹ軸に変換して、このＸ−Ｙ座標上で先のデータを組成と物性値との関係でプロットする。同様に、Ｘ座標空間及びＹ座標空間で得られた双方の隠れ軸２をそれぞれＸ軸及びＹ軸に変換して、Ｘ−Ｙ座標上で先のデータを組成と物性値との関係でプロットする。双方のＸ−Ｙ座標軸上で最小二乗法を用いて求めた関係式から、マトリックス演算等の既知の手法を用いて演算を行うことによって、最終的にモデル式が決定される。
【００３２】
図５は、上記モデル式の説明能力を評価したグラフを示す。各物性項目について、モデル式で得られた２つの値が示されている。各物性項目の左側に示した白抜きのグラフは、全サンプルを使って得られたモデル式から計算された各サンプルの物性値を、各サンプルで実測された物性値によって正規化して示し、各物性項目の右側に示した黒色のグラフは、全サンプルから１つ除いたサンプルを使って得られたモデル式から計算された各サンプルの物性値を、各サンプルで実測された物性値によって正規化して示している。各物性値について双方のグラフが１に近いほど、その物性についてはモデル式の精度が高いことを示し、また、左側のグラフが高いにも拘わらず右側のグラフが低いことは、使用したサンプルとは別のサンプルを使用した場合には異なったモデル式になった確率が高いことを示す。同図の例では、得られたモデル式を使用することによって、硬度等の物性値については良好な精度が得られ、引裂強度等の物性値については低い精度の計算値しか得られなかったことを示している。
【００３３】
本発明の樹脂の配合決定方法を、風呂の樹脂製蓋を製品とする樹脂材料の配合に適用した。図６（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ、製品の要求物性項目について、サンプル樹脂の物性の実測値と、本発明方法を適用して得られたモデル式から計算された物性値との相関を示すグラフであり、各グラフにはその要求物性値が枠で示されている。同図（ａ）は、溶融粘度の物性項目について、１９種類のサンプル樹脂の物性測定値とモデル式からの計算値（予測値）とを示すもので、要求物性値として４．１〜４．３が示されている。同様に、（ｂ）〜（ｄ）はそれぞれ、１９個のサンプル樹脂から得られた、溶融粘度傾き、Ａ硬度、及び、引裂強度についての同様なグラフ及び要求物性値を示している。各図は、実測値と予測値の比較的良好な相関を示している。
【００３４】
各物性項目についてグラフを観察すると、サンプル樹脂の物性値は、広範囲にばらついており、その一部は要求物性を満たすものである。このように、組成比率が大きく異なるため物性値が大きく異なるサンプル樹脂を提供することによって、良好な精度を与えるモデル式が得られる。また、このようなサンプル樹脂を提供することによって、個々のサンプル樹脂材料で全ての要求物性値を満たすものはないものの、求めたモデル式からは、全ての要求性能を同時に満たす原料群の組成比率が得られることが理解できる。換言すると、本発明によって、サンプル樹脂材料の種類の大幅な削減が可能である。
【００３５】
図７は、モデル式から得られた複数候補の樹脂材料から、原料コストが最も低い樹脂材料を選定する際の様子を表形式で示している。候補１〜候補８の樹脂材料は、全ての要求物性値を満たすものとして、モデル式から算出された組成比率を有する樹脂材料である。同図に示すように、各候補毎に原料群の原価（コスト）が計算される。この例では、候補４及び候補８は、要求物性項目では指定されなかったものの、例えば、ゴム材／オイル材比や、耐熱性等の制約条件から実製品としては不適当なものとして排除されている。本リストから、候補２が、硬度８０〜９０、引裂強度５０以上、溶融粘度４．１〜４．３、溶融粘度傾き０．５〜０．５６の要求物性を満足し、且つ、最も低い原価で製造できるものとして選定される。
【００３６】
以上、本発明をその好適な実施形態例に基づいて説明したが、本発明の樹脂材料の配合決定方法は、上記実施形態例の構成にのみ限定されるものではなく、上記実施形態例の構成から種々の修正及び変更を施したものも、本発明の範囲に含まれる。例えば、上記実施形態例で使用した実験計画法や最小二乗法は、単に例示であり、種々の数学的手法が使用できる。また、例示した点滴バッグ等の成型品に限らず、本発明の配合方法は、あらゆる種類の成型品のための樹脂材料の配合に適用可能である。
【００３７】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明の樹脂材料の配合決定方法によると、モデル式を導入することによって、限られた数の樹脂材料の物性測定値から、全ての要求物性を満足する配合の樹脂材料を求めることが出来る効果がある。また、要求物性を満足する樹脂材料の内で、最もコストが低い製品、或いは、所定以下のコストの製品を選定することも出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態例に係る樹脂材料の配合決定方法を示すフローチャート。
【図２】サンプル樹脂の組成比率の選定を模式的に示すグラフ。
【図３】（ａ）は、サンプル樹脂で選定される組成比率を示す表、（ｂ）は、そのサンプル樹脂の物性測定値を記入するための表。
【図４】組成比率及び物性測定値から、モデル式の算出の手法を模式的に示すグラフ。
【図５】モデル式によって各物性値を求めた際の確かさを示すグラフ。
【図６】モデル式から得られた物性計算値と測定値との相関関係を示すグラフ。
【図７】モデル式から算出され、要求物性を満たす組成比率の樹脂材料から目的の樹脂材料を選定する様子を示す表。
【図１】
2004182839.tif 000003
【図２】
2004182839.tif 000004
【図３】
2004182839.tif 000005
【図４】
2004182839.tif 000006
【図５】
2004182839.tif 000007
【図６】
2004182839.tif 000008
【図７】
2004182839.tif 000009