(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金型で成形した成型品の３次元形状を有限個の多数の要素に分割して近似した応力解析モデルを作成する第１のステップと、
上記応力解析モデルに、表層部を構成する要素の密度が内部を構成する要素の密度よりも高くなるような密度分布を付与する第２のステップと、
予め実測により求めておいた各密度毎の応力−歪み線図を用いて、上記応力解析モデルに上記成型品に加えられる荷重に相当する応力を作用させたときの上記成型品の変形状態を求める第３のステップと、
上記荷重の大きさと上記成型品の変形状態とから、上記成型品の荷重−撓み特性または応力分布を予測する第４のステップとを有することを特徴とする成型品の応力解析方法。
【請求項２】
上記成型品が合成樹脂発泡品であることを特徴とする請求項１に記載の成型品の応力解析方法。
【請求項３】
上記成型品が軟質ポリウレタンフォームであることを特徴とする請求項２に記載の成型品の応力解析方法。
【請求項４】
上記成型品が自動車用のシートパッドであることを特徴とする請求項３に記載の成型品の応力解析方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、自動車用のシートパッド等のクッションパッドなどに用いられる成型品の荷重−撓み特性や応力分布荷などの応力特性を、有限要素法を用いて解析する成型品の応力解析方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動車用のシートパッド等のクッションパッドや自動車用内装品などには、金型に液状または粘性流体状の樹脂を流し込んで成形した樹脂成形品や樹脂発泡品などの成型品が多く用いられている。これらの成型品に要求される特性の一つとして、荷重を加えたときの上記成型品の撓み特性がある。例えば、自動車用のシートパッドの場合には、上記撓み特性、すなわち荷重−撓み特性が自動車の乗り心地性の一つとして評価されている。
上記シートパッドを設計する方法としては、試作用の成形金型を用いて実際に試作品を作製したり、あるいは既製のシートパッドを削ったり上記シートパッドと同じ樹脂を盛ったりする手加工をして試作品を作製して、上記試作品の荷重―撓み曲線を測定し、上記試作結果に基づいてシートパッドの形状・材料を設計する方法がある。しかしながら、このような試作用の成形金型を用いて実際に試作品を作製する方法では、コスト高になるだけでなく、試作に時間がかかり設計効率が悪かった。また、上記手加工による方法では、実際の製品とは構造や性状が異なるため、振動特性や撓み特性が変化するので、信頼性の点で問題があった。
【０００３】
一方、設計効率を向上させるため、有限要素法を用いてシートパッドの応力解析を行い、上記解析結果に基づいて試作品を作製することにより試作の回数を少なくする試みも行われている。
従来のシートパッドの有限要素法による応力解析においては、分割された各要素は同一組成の材料から構成されていることから、例えば、応力−歪み特性等の物理的特性は、各要素で同一であると仮定して解析を行ってきた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記成型品は金型内で成形されるため、製品内で密度分布が均一ではない。すなわち、金型に接する表層部には、コア部と呼ばれる内部よりも密度が高く通気性の少ない層が形成されるため、表層部とコア部とでは剛性、すなわち応力−歪み特性も異なっている。
したがって、従来の応力解析方法のように、上記成型品が均一な密度分布を持つと仮定して解析した場合には、成型品の荷重−撓み特性や応力分布を精度よく予測することできないので、試作回数を低減して設計効率を改善することができないといった問題点があった。特に、上記成型品が発泡体である場合には、表層部とコア部との密度差が大きいので、実際の製品に近い荷重−撓み特性や応力分布を予測することが困難であった。
【０００５】
本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、成型品の荷重―撓み特性や応力分布を正確に予測することのできる応力解析方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載の成型品の応力解析方法は、金型で成形した成型品の３次元形状を有限個の多数の要素に分割して近似した応力解析モデルを作成する第１のステップと、上記応力解析モデルに、表層部を構成する要素の密度が内部を構成する要素の密度よりも高くなるような密度分布を付与する第２のステップと、予め実測により求めておいた各密度毎の応力−歪み線図を用いて、上記応力解析モデルに上記成型品に加えられる荷重に相当する応力を作用させたときの上記成型品の変形状態を求める第３のステップと、上記荷重の大きさと上記成型品の変形状態とから、上記成型品の荷重−撓み特性または応力分布を予測する第４のステップとを有することを特徴とするものである。これにより、上記成型品の荷重―撓み特性や応力分布などの応力特性を正確に予測できる。
【０００９】
また、請求項２に記載の成型品の応力解析方法は、上記成型品を、表層部と内部との密度差の大きな、合成樹脂発泡品としたことを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載の成型品の応力解析方法は、上記成型品を軟質ポリウレタンフォーム成形品としたことを特徴とする。
【００１１】
請求項４に記載の成型品の応力解析方法は、上記成形品を自動車用のシートパッドとしたことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づき説明する。
図１は、本実施の形態に係わる自動車用のシートパッド１０の形状を示す模式図である。上記シートパッド１０を形成する際には、例えば、イソシアネート成分とポリオール成分を主な原料とした液状のポリウレタンを金型のキャビティ内に注入して発泡・成形した後脱型し、軟質のポリウレタンフォームを得る。このとき、上記成形過程においては、金型に接している表層部とコア部と呼ばれる内部との間では温度差による固化速度の相違が生じ、そのため、表層部にはコア部よりも密度が高く通気性の少ない層が形成される。
図２は、上記シートパッド１０の有限要素法解析モデル（以下、応力解析モデルという）２０を示す模式図で、この応力解析モデル２０は、自動車用のシートパッド１０の３次元形状を、ソリッド要素から成る多数の要素に分割して作成した３次元モデルである。
【００１３】
上記シートパッド１０の応力解析モデル２０を解析して荷重−撓み曲線を予測する際には、例えば、図３に示すように、尻型加圧板３０からの荷重に相当する応力を上記応力解析モデル２０に対して作用させ、上記荷重下におけるシートパッド１０の変形形状を求めて、シートパッド１０の荷重−撓み曲線を予測する。
なお、使用する加圧板は、上記尻型加圧板３０に限るものではなく、加える応力の種類によって適宜選択されるもので、例えば、φ８０やφ２００の円盤状の加圧板なども用いられる。
本実施の形態では、上記シートパッドの応力解析モデル２０の応力解析を行う際に、図２に示すように、成形時に金型に接していた表層部２１と、上記表層部２１の内部であるコア部２２とに分け、表層部２１を構成する要素の密度を、コア部２２を構成する要素の密度よりも高く設定するとともに、予め、図４に示すような、上記シートパッド１０を構成する軟質ポリウレタンの密度毎の応力−歪み曲線を求め、この応力−歪み曲線に基づいて、上記シートパッド１０の荷重−撓み特性を解析し予測するようにした。
軟質ポリウレタンの応力−歪み曲線は強い非線型を示す。一般に、自動車用のシートパッドでは、着座時に座骨結節直下に応力が集中するシートは乗り心地が悪いシートとされ、尻下の応力が分散されたシートは乗り心地が良いシートとされている。したがって、乗り心地が良いシートパッド１０を設計する際には、尻型加圧板３０によって、加圧時のシート表面応力分布が座骨結節直下に集中せず、応力が分散するように、形状設計あるいは材料設計を行う必要がある。
【００１４】
図５は、シートパッド１０のテストピースの解析例を示す図で、３種類の材料Ａ，Ｂ，Ｃから成るテストピースのそれぞれについて、荷重−撓み曲線を予測したものである。同図において、実線は本実施の形態による予想曲線、破線は実際テストピースで実測した荷重−撓み曲線で、密度分布を考慮に入れて解析した本実施の形態による荷重−撓み予想曲線は、３種類の材料Ａ，Ｂ，Ｃのいずれにおいても、実測した荷重−撓み曲線にほぼ近い特性を示している。
また、図６（ａ）は、シートパッド製品の解析例を示す図で、（ａ）図は、シートパッド製品の製品表面の圧力分布すなわち座圧の解析例であり、（ｂ）図は荷重−撓み予測曲線を示す図である。
製品レベルにおいても、密度分布を考慮に入れて解析した座圧の分布及び荷重−撓み予想曲線は、実際に試作して実測した座圧の分布及び荷重−撓み特性とほぼ近い特性を示している。
このように、本実施の形態では、表層部２１を構成する要素の密度を、コア部２２を構成する要素の密度よりも高く設定した、実際に試作した製品と内部構造がよく一致するモデルを用いて応力解析をするようにしたので、正確な荷重−撓み特性及び応力分布を得ることができる。したがって、少ない試作でシートパッド１０を設計することができ、設計効率の向上を図ることができる。
【００１５】
なお、上記実施の形態では、軟質ポリウレタンフォームから構成された自動車用シートパッド１０の応力解析方法について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、一般の金型を用いた成型品や、ポリエチレン，ポリ塩化ビニル，ポリスチレンなどの熱可塑弾性フォームや、エポキシ樹脂，シリコーン樹脂，シリコーンゴム，ＮＢＲ，ＥＰＤＭ等の熱硬化性弾性フォームなどから成るクッションや自動車用内装製品等の樹脂成形品に対しても適応可能である。
また、本発明は、特に、表層部と内部との密度差が大きい上記樹脂の発泡体から成る成型品の応力解析に適している。
【００１６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、金型で成形した成型品の３次元有限要素法モデルを応力解析する際に、モデルに密度分布を付与し、実際に試作した製品と同様の内部構造を有するモデルを用いて解析したので、解析精度が向上し、設計効率の向上を図ることができる。このとき、当該成型品の各密度毎の応力−歪み曲線を予め求め、この応力−歪み曲線に基づいて上記成型品の荷重−撓み予想曲線を求めるようにしたので、ポリウレタンフォームパッドなどの表層部と内部との密度差の大きな、合成樹脂発泡品の応力解析を正確に行うことができる。
また、製品表面の圧力分布すなわち座圧の解析も精度良く行うことが可能となるため、乗り心地に大きく影響を及ぼす座圧の最適化解析も行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本実施の形態に係わるシートパッドを示す模式図である。
【図２】  本実施の形態に係わるシートパッドの応力解析モデルを示す模式図である。
【図３】  シートパッドへの荷重条件を示す示す図である。
【図４】  軟質ポリウレタンの応力−歪み曲線を示す図である。
【図５】  テストピースの解析例を示す図である。
【図６】  製品の解析例を示す図である。
【符号の説明】
１０  シートパッド、２０  応力解析モデル、２１  表層部、２２  コア部、３０  尻型加圧板。
【図１】
0004421084.tif 000002
【図２】
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【図３】
0004421084.tif 000004
【図４】
0004421084.tif 000005
【図５】
0004421084.tif 000006
【図６】
0004421084.tif 000007