(57)【要約】【課題】金型の設計製作前に正しい収縮率を求めることにより金型製作後の試作回数の低減を図る射出成形品の成形収縮率予測方法を提供する。【解決手段】流動解析により成形品内の体積収縮の分布を求め、かつ、残留応力解析により分子配向強度の指標である複屈折度を求める。また、複屈折度と成形収縮異方性の関係を実際に測定する。この測定データを基に前記解析で求めた成形品微少領域における体積収縮率の成形品分布を、前記解析で求めた複屈折度の分布に従って実際に測定された収縮異方性にあわせて体積収縮率を各方向の成形収縮率に振り分け、成形品の成形収縮量と収縮方向の分布を予測する。【選択図】  図３
2007083602.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
充填過程で溶融樹脂の流動性を示す粘度データを基に金型内の所定の空隙を流れるのに必要な溶融樹脂圧力の成形品内分布とその圧力の時間の経過に伴う圧力変化P(t)を求めるとともに成形品内の溶融樹脂の移動と金型温度と金型及び溶融樹脂の熱伝導率から成形品の各場所における温度の時間の経過に伴う温度変化T(t)を求め、かつ樹脂流動の時間の経過に伴う樹脂流速変化v(t)の分布を求める流動解析工程と、
保圧・冷却過程における溶融樹脂の温度、金型温度、金型及び樹脂の熱伝導率から成形品の各場所における温度または圧力の時間の経過に伴う温度または圧力変化と肉厚方向の温度分布T(t,th)を求めるとともに冷却に伴う金型内樹脂の体積変化を圧力、密度（比容積）、温度に関するデータを基に成形品内の体積収縮率の分布として求める保圧・冷却解析工程と、
前記樹脂流速変化v(t)、前記温度変化T(t)及び圧力変化P(t)と樹脂流動に伴う分子の配向の緩和に関する粘弾性データを基に分子の配向がどのように成形品に残留するかを求めるとともに分子が配向することで成形品内に残留する応力を用いて流動方向とそれに直交する肉厚方向の複屈折度の分布Δｎ(th)を求める残留応力解析工程と、
実成形品の所定の成形収縮を測定する場所における実成形品の肉厚方向の平均的な分子配向の指標である光学的異方性を含む複屈折度Δｎを測定し、かつ前記複屈折度を測定した実成形品の領域における流動方向とそれに直交する方向の異方性を含む成形収縮率を測定して前記複屈折度Δｎと成形収縮率との関係を求める異方性測定工程と、
前記複屈折度Δｎと成形収縮率との関係を基に前記複屈折度の分布Δｎ(th)に合わせて成形品内の微少領域に成形収縮率を与えることにより成形品の成形収縮量と収縮方向の分布を求める収縮そり解析工程とを備えることを特徴とする射出成形品の成形収縮率予測方法。
【請求項２】
不透明な樹脂あるいは応力光学係数が不明な材料に対してその流動方向とそれに直交する方向の成形収縮率が測定可能な形状及び加工を施した形状のサンプル成形品を、保持圧力を変化させて成形するテストサンプル成形工程と、
前記テストサンプル成形工程におけるサンプル成形品の形状及び成形条件を基に充填過程における溶融樹脂の流動性を示す粘度データ及び物性データを用いて金型内の所定の空隙を流れるのに必要な溶融樹脂圧力の成形品内分布とその圧力の時間経過に伴う圧力変化P(t)を求めるとともに成形品内の溶融樹脂移動と金型温度、金型及び樹脂の熱伝導率から成形品の各場所における温度と時間経過に伴う温度変化T(t)を求め、かつ樹脂流動の時間の経過に伴う樹脂流速変化v(t)の分布を求める流動解析工程と、
保圧・冷却過程における溶融樹脂の温度、金型温度、金型及び樹脂の熱伝導率から成形品の各場所における温度または圧力の時間経過に伴う温度または圧力変化と肉厚方向の温度分布T(t,th)を求めるとともに、冷却に伴う金型内樹脂の体積変化を圧力、密度（比容積）、温度に関するデータを基に成形品内の体積収縮率の分布として求める保圧・冷却解析工程と、
前記樹脂流速変化v(t)、前記温度変化T(t)および圧力変化P(t)と樹脂流動に伴う分子の配向の緩和に関する粘弾性データを基に分子の配向がどのように成形品に残留するかを求めるとともに分子が配向することで成形品内に残留する流動方向の応力成分σi(th)及びそれと直交する肉厚方向の応力成分σj(th)またはこれら応力成分σi(th)及び応力成分σj(th)に応力光学係数を乗算することで複屈折度の分布Δｎ(th)を求め、かつ前記サンプル成形品内の成形収縮率を測定する場所における残留応力分布を求める残留応力解析工程と、
前記サンプル成形品の所定の領域における流動方向とそれに直交する方向の異方性を含む成形収縮率の成形品内分布を測定する成形品収縮異方性測定工程と、
前記成形品収縮異方性測定工程で測定された流動方向とそれに直交する方向の成形収縮率と前記流動方向の応力成分σi(th)及び応力成分σj(th)との関係または前記流動方向とそれに直交する方向の成形収縮率と前記複屈折度の分布Δｎ(th)との関係から複屈折度と流動方向の成形収縮率ΔＬ／／（P(t),Ｔ(t,th)）および流動方向と直交する方向の成形収縮率ΔＬ⊥（P(t),Ｔ(t,th)）の関係を求める工程と、
該工程で求めた関係結果を基に前記流動方向の応力成分σi(th)及びそれと直交する方向の応力成分σj(th)または前記複屈折度の分布Δｎ(th)との関係を基に前記流動方向の応力成分σi(th)及びそれと直交する方向の応力成分σj(th)または複屈折度の分布Δｎ(th)に合わせて成形品内の微小領域に成形収縮率を与えることにより成形品の成形収縮量と収縮方向の分布を求める収縮そり解析工程とを備えることを特徴とする射出成形品の成形収縮率予測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラスチック射出成形品の金型製作の際に必要な成形収縮率の予測方法に関し、さらに詳しくは、成形品内の体積収縮の分布を予測することに対して、解析により詳細に流動方向（ＭＤ）、それに直交する方向（ＴＤ）あるいは成形品厚さ方向（ＮＤ）の成形収縮率を予測する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラスチック射出成形に使用される樹脂は、射出成形機のスクリューシリンダー内での加熱、混練によるせん断発熱等によって溶融される。溶融状態の樹脂は、室温に比べて高温であることから体積膨張により密度が低くなっている。また、溶融混練された樹脂は、射出成形機のスクリューあるいはプランジャーによって金型内に充填され冷却される。このとき、樹脂は金型内で冷却され、その密度は上昇する。その結果、体積収縮が成形品内のあちこちで起こり、そのままでは成形品表面に窪みが発生し、いわゆるヒケと呼ばれる不良現象を起こすことなる。それを抑えるために、溶融樹脂を金型内に充填した後、それに引き続いて樹脂の充填圧力（保持圧力）より低い所定の圧力をかけて溶融樹脂を更に金型内に押し込むという保圧過程を経ることにより、樹脂の冷却に伴う体積収縮分を補うようになっている。この保圧過程中に、成形品に樹脂が流れ込む部分であるゲートが固化することによって、成形品内への樹脂の流入は停止する。この時点では、成形品の温度は、室温よりも高いことから、体積収縮はそれ以降も室温に至るまで継続する。
しかし、ある程度の圧力をかけて溶融樹脂を金型内に充填することにより、溶融樹脂が圧縮され密度が高い状態で金型内に充填されることから、不良現象であるヒケは生じにくくなる。溶融樹脂が金型内に充填する充填過程から、保圧・冷却過程を通り固化した後、最終的に室温まで冷却するときの体積収縮が、成形品の３次元的な収縮（ＭＤ、ＴＤ、ＮＤ）と関係する。
【０００３】
一般的に成形品の室温時の寸法は、金型に彫り込まれたキャビティ（空所）寸法より小さく、見かけ上収縮する。このため、射出成形用金型を製作する場合は、試験的な形状を有する金型を用いて試験片を成形することで製品の見かけ上の収縮を決定し、これに従って金型の設計及び製作を行っている。
【０００４】
射出成形は、金型に樹脂を充填する充填過程と、その後冷却にともなって起こる樹脂の体積収縮によるヒケなどの不良現象を避けるために圧力をかけて、体積収縮分を補うように溶融樹脂を充填する保圧過程と、さらに、ゲート部が固化した後に製品が取り出せるような温度に下がるまで金型を冷却する冷却過程を経て行われる。
また、射出成形に際しての各種の解析は、これらの素過程を順次計算することによって行われる。また、成形品にはいろいろな形状があることから、これら成形品の形状の離散的解析手法として、通常、有限要素法が用いられている。これは成形品を微少領域に分割し、その微少領域で起こる現象を求め、全体の現象としてとらえる方法である。
【０００５】
従来における射出成形品の成形収縮率を予測する方法について図１及び図２を参照して説明する。
図１において、射出成形品の成形収縮率予測は、流動解析工程、保圧・冷却解析工程及び収縮そり解析工程を経て行われる。
【０００６】
（流動解析工程）
流動解析に際しては、溶融した樹脂が粘性体であるという考えのもとに、樹脂の流動性を示す粘度を測定し、その粘度及び樹脂物性データを基に、次に示す計算を行う。
１）金型内の所定の空隙を流れるに必要な溶融樹脂圧力の成形品内分布と、その圧力の時間の経過に伴う変化である圧力変化P(t)を求める。
また、溶融樹脂は、温度の変化でその粘度が変化するため、溶融樹脂と金型などへの熱移動による温度変化を次の２）で求める必要がある。すなわち、
２）成形品内の溶融樹脂の流れ（熱源）の移動と金型温度と金型及び樹脂の熱伝導率から成形品の各場所における温度の時間の経過に伴う変化である温度変化T(t)を求める。
基本的には上記２つを練成させて計算を行うことが流動解析であるが、樹脂流速の時間の経過に伴う変化である樹脂流速変化v(t)も求める。
【０００７】
（保圧・冷却解析工程）
樹脂の熱伝導率は、金型のそれに比べてきわめて低いこのことから、金型内に流れ込んだ樹脂は、金型に近いところは急激に冷えるが、成形品の厚方向の中心部は、徐々に冷却され固化する。
上記流動解析工程の２）で求められる温度変化T(t)は、樹脂が金型に流入する充填過程の間だけである。そこで、さらに保圧・冷却過程における成形品の厚さ方向の温度分布や製品内温度分布を求める。基本的には、樹脂の温度、金型温度、金型及び樹脂の熱伝導率から成形品の各場所における温度の時間の経過に伴う温度変化と厚み方向の温度分布T(t,th)を求める。
また、保圧過程においては、冷却に伴う金型内樹脂の体積収縮量と樹脂流入点における圧力とのバランスによって体積収縮を補う流動が起こる。冷却に伴う樹脂の体積変化を圧力、密度（比容積）、温度の関係のデータを用いて計算することで、成形品内の体積収縮分布を求める。
【０００８】
（収縮そり解析工程）
収縮そり解析に際しては、成形品内の圧力が大気圧になったときの温度をデータから求め、その温度と室温との差に線膨張係数をかけることで、製品内の微少領域の線収縮量ΔL(P(t)，T(t,th))を見積もる。この分布を成形品全体に与えることにより、形状による構造的に弱い部分を起点に変形が起こる。その結果、成形品の収縮量やそり変形量を求めることができる。
【０００９】
次に、図２に示す射出成形品の成形収縮率予測方法について説明する。
この成形収縮率予測は、流動解析工程、保圧・冷却解析工程及び残留応力解析工程を経て行われる。
図２に示す流動解析工程及び保圧・冷却解析工程は、上記図１で説明した場合と同様に行われるので、その説明は省略し、図１と異なる部分についてのみ説明する。図１と異なる部分は保圧・冷却解析の結果を基に残留応力の解析を行い、成形品の残留応力を求めるところにある。
【００１０】
（残留応力解析工程）
流動解析及び保圧・冷却解析により充填、保圧・冷却中の樹脂流動の挙動、すなわち樹脂流速の時間変化v(t)、温度の時間変化T(t)、及び圧力の時間変化P(t)から、流動に伴う分子の配向とその緩和に関係する粘弾性データを基に、分子の配向がどのように成形品に残留するかを計算する。分子が配向することで製品内に応力が残る。この残留応力は、流動方向とそれに直交する方向の光学密度差と関係があるから、ある係数をかけることにより、複屈折度Δｎ(th)の分布を得ることができる（例えば、非特許文献１参照）。
【非特許文献１】山田  高光  ：“光学素子に対する射出成形ＣＡＥ技術の適用について”，日刊工業新聞社刊  型技術  平成１６年１２月１日発行  第１９巻  第１３号ｐ６８−６９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従来の成形収縮率予測においては、流動解析を用いることで流動、冷却過程における温度と圧力の時間の経過に伴う変化から体積収縮を見積もることが可能である。
しかしながら、体積収縮を各線方向（ＭＤ、ＴＤ、あるいはＮＤ）に分配するとき、各方向に等方的に収縮を分配し体積収縮の変化をシミュレーションするか、各方向に一定の割合で線方向の収縮を分配するしかなかった。
また、射出成形においては、成形品の成形収縮に異方性が存在し、その異方性の割合は成形条件や樹脂を流入するゲートからの距離によって変化する。この現象は、従来の流動解析を用いただけでは、流動による分子配向を求めることができないとともに、それによる収縮異方性の影響を考慮できないため、成形収縮率予測のシミュレーションができず、金型の試作回数が増大し、金型コストも増大するという問題がある。
【００１２】
また、分子配向から光学異方性を算出し、透明光学部品における不具合を予測するための残留応力解析が存在する。この残留応力解析は、分子配向の度合と光学的な複屈折に関するシミュレーションが可能であるが、成形収縮率の異方性を算出するまでの機能が存在しないため、正確な成形収縮率予測ができなかった。
【００１３】
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、その目的は、金型の設計製作前に射出成形品の正しい成形収縮率を求めることができるとともに、金型の試作回数を低減して金型の低コスト化を可能にした射出成形品の成形収縮率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】
【００１４】
上記目的を達成するために本発明に係る射出成形品の成形収縮率予測方法は、充填過程で溶融樹脂の流動性を示す粘度データを基に金型内の所定の空隙を流れるのに必要な溶融樹脂圧力の成形品内分布とその圧力の時間の経過に伴う圧力変化P(t)を求めるとともに成形品内の溶融樹脂の移動と金型温度と金型及び溶融樹脂の熱伝導率から成形品の各場所における温度の時間の経過に伴う温度変化T(t)を求め、かつ樹脂流動の時間の経過に伴う樹脂流速変化v(t)の分布を求める流動解析工程と、保圧・冷却過程における溶融樹脂の温度、金型温度、金型及び樹脂の熱伝導率から成形品の各場所における温度または圧力の時間の経過に伴う温度または圧力変化と肉厚方向の温度分布T(t,th)を求めるとともに冷却に伴う金型内樹脂の体積変化を圧力、密度（比容積）、温度に関するデータを基に成形品内の体積収縮率の分布として求める保圧・冷却解析工程と、前記樹脂流速変化v(t)、前記温度変化T(t)及び圧力変化P(t)と樹脂流動に伴う分子の配向の緩和に関する粘弾性データを基に分子の配向がどのように成形品に残留するかを求めるとともに分子が配向することで成形品内に残留する応力を用いて流動方向とそれに直交する肉厚方向の複屈折度の分布Δｎ(th)を求める残留応力解析工程と、実成形品の所定の成形収縮を測定する場所における実成形品の肉厚方向の平均的な分子配向の指標である光学的異方性を含む複屈折度Δｎを測定し、かつ前記複屈折度を測定した実成形品の領域における流動方向とそれに直交する方向の異方性を含む成形収縮率を測定して前記複屈折度Δｎと成形収縮率との関係を求める異方性測定工程と、前記複屈折度Δｎと成形収縮率との関係を基に前記複屈折度の分布Δｎ(th)に合わせて成形品内の微少領域に成形収縮率を与えることにより成形品の成形収縮量と収縮方向の分布を求める収縮そり解析工程とを備えることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係る射出成形品の成形収縮率予測方法は、不透明な樹脂あるいは応力光学係数が不明な材料に対してその流動方向とそれに直交する方向の成形収縮率が測定可能な形状及び加工を施した形状のサンプル成形品を、保持圧力を変化させて成形するテストサンプル成形工程と、前記テストサンプル成形工程におけるサンプル成形品の形状及び成形条件を基に充填過程における溶融樹脂の流動性を示す粘度データ及び物性データを用いて金型内の所定の空隙を流れるのに必要な溶融樹脂圧力の成形品内分布とその圧力の時間経過に伴う圧力変化P(t)を求めるとともに成形品内の溶融樹脂移動と金型温度、金型及び樹脂の熱伝導率から成形品の各場所における温度と時間経過に伴う温度変化T(t)を求め、かつ樹脂流動の時間の経過に伴う樹脂流速変化v(t)の分布を求める流動解析工程と、保圧・冷却過程における溶融樹脂の温度、金型温度、金型及び樹脂の熱伝導率から成形品の各場所における温度または圧力の時間経過に伴う温度または圧力変化と肉厚方向の温度分布T(t,th)を求めるとともに、冷却に伴う金型内樹脂の体積変化を圧力、密度（比容積）、温度に関するデータを基に成形品内の体積収縮率の分布として求める保圧・冷却解析工程と、前記樹脂流速変化v(t)、前記温度変化T(t)および圧力変化P(t)と樹脂流動に伴う分子の配向の緩和に関する粘弾性データを基に分子の配向がどのように成形品に残留するかを求めるとともに分子が配向することで成形品内に残留する流動方向の応力成分σi(th)及びそれと直交する肉厚方向の応力成分σj(th)またはこれら応力成分σi(th)及び応力成分σj(th)に応力光学係数を乗算することで複屈折度の分布Δｎ(th)を求め、かつ前記サンプル成形品内の成形収縮率を測定する場所における残留応力分布を求める残留応力解析工程と、前記サンプル成形品の所定の領域における流動方向とそれに直交する方向の異方性を含む成形収縮率の成形品内分布を測定する成形品収縮異方性測定工程と、前記成形品収縮異方性測定工程で測定された流動方向とそれに直交する方向の成形収縮率と前記流動方向の応力成分σi(th)及び応力成分σj(th)との関係または前記流動方向とそれに直交する方向の成形収縮率と前記複屈折度の分布Δｎ(th)との関係から複屈折度と流動方向の成形収縮率ΔＬ／／（P(t),Ｔ(t,th)）および流動方向と直交する方向の成形収縮率ΔＬ⊥（P(t),Ｔ(t,th)）の関係を求める工程と、該工程で求めた関係結果を基に前記流動方向の応力成分σi(th)及びそれと直交する方向の応力成分σj(th)または前記複屈折度の分布Δｎ(th)との関係を基に前記流動方向の応力成分σi(th)及びそれと直交する方向の応力成分σj(th)または複屈折度の分布Δｎ(th)に合わせて成形品内の微小領域に成形収縮率を与えることにより成形品の成形収縮量と収縮方向の分布を求める収縮そり解析工程とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明においては、流動解析により成形品内の成形収縮率分布を予測し、分子配向を残留応力解析により算出し、成形品の部分的な成形収縮異方性を求めることで成形品全体の収縮率分布をシミュレーションしたので、金型の設計製作前に正しい収縮率を求めることができ、これにより金型製作後の試作回数が低減され、金型の低コスト化が可能になるという効果がある。
【００１７】
また、本発明においては、サンプル成形品における複屈折度Δｎが測定できない場合、流動解析工程、保圧・冷却解析工程、残留応力解析工程を経ることで、成形収縮率測定個所における残留応力分布である流動方向の応力成分σi(th)及びそれと直交する方向の応力成分σj(th)または、大凡その値である応力光学係数Ｋを樹脂物性として入力することにより複屈折度Δｎを求めることができる。これにより、応力光学係数Ｋが求まらない不透明な材料や測定が困難な材料の場合でも、金型の設計製作前に正しい収縮率を求めることができ、これにより金型製作後の試作回数が低減され、金型の低コスト化が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
（実施の形態１）
以下、本発明にかかる射出成形品の成形収縮率予測方法の実施の形態について図面を参照して説明する。
図３は本発明にかかる射出成形品の成形収縮率予測方法の具体例を示す工程説明図である。
図３において、本実施の形態１における射出成形品の成形収縮率予測方法は、流動解析工程１１、保圧・冷却解析工程１２、残留応力解析工程１３、異方性測定工程１４及び収縮そり解析工程１５から構成される。
【００１９】
流動解析工程１１では、充填過程で溶融樹脂の流動性を示す粘度データを基に金型内の所定の空隙を流れるのに必要な溶融樹脂圧力の成形品内分布とその圧力の時間の経過に伴う圧力変化P(t)を求める。さらに、成形品内の溶融樹脂の移動と金型温度と金型及び樹脂の熱伝導率から成形品の各場所における温度の時間の経過に伴う温度変化T(t)を求める。また、樹脂流動の時間の経過に伴う樹脂流速変化v(t)の分布を求める。
【００２０】
保圧・冷却解析工程１２では、保圧・冷却過程における溶融樹脂の温度、金型温度、金型及び溶融樹脂の熱伝導率から成形品の各場所における温度の時間の経過に伴う温度変化と成形品肉厚方向の温度分布T(t,th)を求める。さらに、冷却に伴う金型内樹脂の体積変化を圧力、密度（比容積）、温度に関するデータを基に成形品内の体積収縮率の分布として求める。
【００２１】
残留応力解析工程１３では、前記樹脂流速変化v(t)、前記温度変化T(t)及び圧力変化P(t)と樹脂流動に伴う分子の配向の緩和に関する粘弾性データを基に分子の配向がどのように成形品に残留するかを求めるとともに分子が配向することで成形品内に残留する応力を用いて光弾性側から流動方向とそれに直交する肉厚方向の複屈折度の分布Δｎ(th)を求める。
この複屈折度Δｎは、配向方向（流動方向）に平行な屈折率ｎｉと垂直な方向の屈折率ｎｊとの差として定義される。そして、この複屈折度Δｎと収縮力（応力σ）との間には、Δｎ＝ｎｉ−ｎｊ＝Ｋσの関係がある。ただし、Ｋは応力光学係数である。
【００２２】
異方性測定工程１４では、実成形品の所定の成形収縮を測定する場所における実成形品の肉厚方向の平均的な分子配向の指標である光学的異方性を含む複屈折度Δｎを測定し、さらに、この複屈折度Δｎを測定した実成形品の領域における流動方向とそれに直交する方向の異方性を含む成形収縮率を測定する。これにより、図５に示すような複屈折度Δｎと成形収縮率との関係を求める。すなわち、複屈折度Δｎに対する流動方向の線収縮率Ｓｈ／／（Δｎ）及びこの流動方向に直交する方向の線収縮率Ｓｈ⊥（Δｎ）の関係を求める。
【００２３】
収縮そり解析工程１５では、前記複屈折度Δｎと成形収縮率との関係を基に前記複屈折度の分布Δｎ(th)に合わせて成形品内の微少領域に成形収縮率を与えることにより成形品の成形収縮量と収縮方向の分布を求める。すなわち、流動方向の線収縮量（成形収縮率）ΔＬ／／（P(t),Ｔ(t,th)）および流動直交方向の線収縮量（成形収縮率）ΔＬ⊥（P(t),Ｔ(t,th)）を算出する。
【００２４】
このように本実施の形態１においては、体積収縮を計算するために流動解析を用いて成形品の各場所における樹脂温度の時間変化を計算し、さらに、保圧・冷却解析を行うことで、体積収縮の成形品内分布と金型への溶融樹脂からの熱伝達に伴う成形品肉厚方向の固化層の成長速度を計算する。そして、流動解析の結果を基に残留応力の解析を行って成形品の各場所における固化に伴う肉方向に凍結された分子配向強度の指標である複屈折度Δｎの分布を求める。
【００２５】
ここで、流動方向と成形品長手方向が一致するように加工した、例えば図４に示すような、所定の成形収縮が測定できるように金型にケガキ線を付けた金型を用いて成形品を成形する。
本実施の形態１において、異方性測定に用いられる試料には、結晶や強化材の影響が収縮異方性に影響を与えることを避けるために、非晶性の非強化熱可塑性樹脂であるＡＢＳ（アクリロニトリルブタジエンスチレン共重合樹脂）を使用した。また、試料としてのサンプル成形品１００は、図４(Ａ），(Ｂ）に示すように、長さ２００ｍｍ、幅４０ｍｍ、厚さ２ｍｍの平板からなり、この平板状のサンプル成形品１００は、樹脂の流動方向がサンプル品１００の長さ方向と同一になるように曲面加工されたファンゲート（図４（Ａ），（Ｂ）に示す部分１００Ａに対応する）から樹脂を金型内に充填することにより成形されたものである。
【００２６】
また、図４（Ａ）において、流動方向（長さ方向）の線分Ａ−Ｂ，Ｂ−Ｃ，Ｃ−Ｄ，Ｅ−Ｆ，Ｆ−Ｇ，Ｇ−Ｈ，及び流動方向と直行する方向の線分Ａ−Ｅ，Ｂ−Ｆ，Ｃ−Ｇ，Ｄ−Ｈは金型に予め形成されたけがき線であり、ＡＢＦＥで囲まれた領域はゲートに近い領域１を表し、ＣＤＨＧで囲まれた領域はゲートから遠い領域２を表している。
【００２７】
図４（Ａ），（Ｂ）に示すサンプル品１００において、流動方向の成形収縮率Ｓｆは（１）式によって求められる。
Ｓｆ＝（Ｌ０−Ｌ）／Ｌ０・・・・・・・・・・（１）
ここで、Ｌ０は、金型上のケガキ線ＡとＢ間（あるいはＣとＤ間など）の距離であり、Ｌは、ケガキ線ＡとＢ間（あるいはＣとＤ間など）のそれぞれに対応するサンプル成形品１００における線間の距離であり、これらの距離Ｌ０とＬをマイクロスコープ等の測定器により測定し、これらの測定値を（１）式に代入することにより、流動方向の成形収縮率Ｓｈが求められる。
また、流動方向に直交する直交方向の成形収縮率Ｓｖも同様に、金型上のケガキ線ＡとＥ間（あるいはＣ−Ｇ間など）に対応する距離を測定し、この測定値を流動方向の成形収縮率Ｓｆの式と同様な式に代入することにより、直交方向の成形収縮率Ｓｖを求める。
また、この実験例では、ゲートからの距離による収縮異方性について検討を行うため、ゲートに近い領域１と遠い領域２とに測定個所を分けて測定し、その測定値に基づいて、ゲートに近い領域１及び遠い領域２における流動方向の成形収縮率Ｓｆ、及び直交方向の成形収縮率Ｓｖをそれぞれ求めた。
【００２８】
また、このような成形品の所定の成形収縮を測定する場所における光学測定を行い肉厚方向の平均的な分子配向の指標である複屈折度Δｎを測定する。また、複屈折度を測定した領域における成形収縮率を流動方向とそれに直交する方向で測定する。この結果を基にして、流動方向（Ｓｈ／／）とそれに直交する方向（Ｓｈ⊥）の成形収縮率と複屈折度Δｎとの間に図５に示すような関係を持たせる。
図５は、図４に示す成形品の領域１および領域２において平均的な複屈折度Δｎおよび成形収縮率を測定した結果を示している。この図５において、白抜きの四角で示す各点は流動方向の複屈折度Δｎの変化に対する成形収縮率を表し、また、黒丸で示す点は流動方向と直交する方向の複屈折度Δｎの変化に対する成形収縮率を表している。
【００２９】
流動解析で求めた成形収縮率に対して、異方性測定工程で求めた異方性を含む成形収縮率と複屈折度Δｎの関係をあてはめ、成形品の各場所と各肉厚方向の層に関して適用し、異方性を持った収縮量ΔLを成形品の各場所で計算する。この収縮量を元に収縮そり解析を実施し、成形品の収縮率分布が異方性を持って計算される。
成形品全体の複屈折度Δｎの分布と図５に示される関係を基にして、体積収縮変化が線収縮率に変換する時、各場所の複屈折度Δｎの値を基に計算し収縮そり解析を実施した。この結果、成形収縮量に異方性を持たせることができる。
【００３０】
図６に実験で得られた収縮率と保圧圧力の関係および本発明にかかる解析で得られた結果を示す。
この図６において、白抜きの丸で示す各点は流動方向の一回目の実験における保持圧力の変化に対する収縮異方性の変化を表し、白抜きの四角で示す各点は流動方向と直交する方向の一回目の実験における保持圧力の変化に対する収縮異方性の変化を表し、さらに、黒塗りの丸で示す各点は流動方向の二回目の実験における保持圧力の変化に対する収縮異方性の変化を表し、黒塗りの四角で示す各点は流動方向と直交する方向の二回目の実験における保持圧力の変化に対する収縮異方性の変化を表している。
また、図６において、細い破線で示す線は流動方向の一回目の解析における保持圧力の変化に対する収縮異方性の変化を表し、太い破線で示す線は流動方向と直交する方向の一回目の解析における保持圧力の変化に対する収縮異方性の変化を表し、さらに、細い実線で示す線は流動方向の二回目の解析における保持圧力の変化に対する収縮異方性の変化を表し、太い実線で示す線は流動方向と直交する方向の二回目の解析における保持圧力の変化に対する収縮異方性の変化を表している。
【００３１】
図７は、図４に示すように領域１および２の場所による収縮率異方性を示す。そして、場所による収縮異方性の差や保持圧力の変化に伴う収縮異方性の変化の計算値と実測値の関係も表している。
この図７において、黒塗りの丸で示す各点は実測による領域１の保持圧力の変化に対する収縮異方性の変化を表し、黒塗りの四角で示す各点は実測による領域２の保持圧力の変化に対する収縮異方性の変化を表している。また、実線で示す線は解析による領域１の保持圧力の変化に対する収縮異方性の変化を表し、破線で示す線は解析による領域２の保持圧力の変化に対する収縮異方性の変化を表している。
【００３２】
上述のように、収縮率異方性を持って成形収縮率の予測が可能であることから、従来の方法で算出されるそり変形量と本発明によるそり変形量との比較を図８に示すような半円筒状の形状に対して行った時の結果を図９に示す。
この図９において、実験番号１，２，３，４の実験のいずれも従来の技術を用いた解析結果よりも実測に近い結果を得た。収縮異方性の成形品内分布が予測できることから、そり変形をより詳細に予測できた。
【００３３】
このような本実施の形態によれば、射出成形用金型において、金型の設計製作前に成形収縮率の見込めるようになることで、見込み違いによる金型の作り変えあるいは変更の回数を低減することができるとともに金型の低コスト化ができる。また、変形量を見込むことにより、金型修正にともなう試作回数の低減を行うことが可能となる。
【００３４】
（実施の形態２）
図１０は本発明にかかる射出成形品の成形収縮率予測方法の他の具体例を示す工程説明図である。
図１０において、本実施の形態２における射出成形品の成形収縮率予測方法は、テストサンプル成形工程２１、流動解析工程２２、保圧・冷却解析工程２３、残留応力解析工程２４、成形品収縮異方性測定工程２５、収縮異方性と光学異方性もしくは残留応力異方性との関係を求める工程２６及び収縮そり解析工程２７とから構成される。
【００３５】
テストサンプル成形工程２１では、  不透明な樹脂あるいは応力光学係数が不明な材料に対してその流動方向とそれに直交する方向の成形収縮率が測定可能な形状及び加工を施した、例えば、図４に示すような平板形状のテストサンプル成形品を保持圧力を変化させて成形する。
【００３６】
流動解析工程２２では、テストサンプル成形工程２１におけるサンプル成形品の形状及び成形条件を基に充填過程における溶融樹脂の流動性を示す粘度データ及び物性データを用いて金型内の所定の空隙を流れるのに必要な溶融樹脂圧力の成形品内分布とその圧力の時間経過に伴う圧力変化P(t)を求めるとともに成形品内の溶融樹脂移動と金型温度、金型及び樹脂の熱伝導率から成形品の各場所における温度と時間経過に伴う温度変化T(t)を求め、かつ樹脂流動の時間の経過に伴う樹脂流速変化v(t)の分布を求める。
【００３７】
保圧・冷却解析工程２３では、保圧・冷却過程における溶融樹脂の温度、金型温度、金型及び樹脂の熱伝導率から成形品の各場所における温度または圧力の時間経過に伴う温度または圧力変化と肉厚方向の温度分布T(t,th)を求めるとともに、冷却に伴う金型内樹脂の体積変化を圧力、密度（比容積）、温度に関するデータを基に成形品内の体積収縮率の分布として求める。
【００３８】
残留応力解析工程２４では、前記樹脂流速変化v(t)、前記温度変化T(t)および圧力変化P(t)と樹脂流動に伴う分子の配向の緩和に関する粘弾性データを基に分子の配向がどのように成形品に残留するかを求めるとともに分子が配向することで成形品内に残留する流動方向の応力成分σi(th)と、それと直交する肉厚方向の応力成分σj(th)、またはこれら応力成分σi(th)及び応力成分σj(th)に応力光学係数Ｋを乗算することで複屈折度の分布Δｎ(th)を求め、かつ前記サンプル成形品内の成形収縮率を測定する場所における残留応力分布を求める。
すなわち、応力光学係数Kが求まらない不透明な材料や測定が困難な材料の場合、サンプル成形品における複屈折度Δｎが測定できないことが考えられる。この場合は、残留応力解析工程２４において、成形収縮率測定個所における残留応力分布である流動方向の応力成分σi(th)と、それと直交する肉厚方向の応力成分σj(th)または、大凡の値である応力光学係数Kを樹脂物性として入力することで、複屈折度Δｎを求めることができる。
【００３９】
成形品収縮異方性測定工程２５では、サンプル成形品の所定の測定領域における流動方向とそれに直交する方向の異方性を含む成形収縮率の成形品内分布を測定する。すなわち、流動方向の線収縮率Ｓｈ／／及びこの流動方向に直交する方向の線収縮率Ｓｈ⊥を求める。
【００４０】
収縮異方性と光学異方性もしくは残留応力異方性との関係を求める工程２６では、成形品収縮異方性測定工程で測定された流動方向とそれに直交する方向の成形収縮率と前記流動方向の応力成分σi(th)及び応力成分σj(th)との関係または前記流動方向とそれに直交する方向の成形収縮率と前記複屈折度の分布Δｎ(th)との関係から複屈折度Δｎと流動方向の線収縮量（成形収縮率）ΔＬ／／（P(t),Ｔ(t,th)）および流動直交方向の線収縮量（成形収縮率）ΔＬ⊥（P(t),Ｔ(t,th)）の関係を求める。
また、収縮そり解析工程２７では、前記工程２６で求めた関係結果を基にして、流動方向の応力成分σi(th)及びそれと直交する方向の応力成分σj(th)または前記複屈折度の分布Δｎ(th)との関係を基に前記流動方向の応力成分σi(th)及びそれと直交する方向の応力成分σj(th)または複屈折度の分布Δｎ(th)に合わせて成形品内の微小領域に成形収縮率を与えることにより成形品の成形収縮量と収縮方向の分布を求める。すなわち、流動方向の線収縮量（成形収縮率）ΔＬ／／（P(t),Ｔ(t,th)）および流動直交方向の線収縮量（成形収縮率）ΔＬ⊥（P(t),Ｔ(t,th)）を算出することができる。
【００４１】
このような本実施の形態２によれば、サンプル成形品における複屈折度Δｎが測定できない場合、流動解析工程、保圧・冷却解析工程、残留応力解析工程を経ることで、成形収縮率測定個所における残留応力分布である流動方向の応力成分σi(th)及びそれと直交する方向の応力成分σj(th)または、大凡その値である応力光学係数Ｋを樹脂物性として入力することにより複屈折度Δｎを求めることができる。これにより、応力光学係数Ｋが求まらない不透明な材料や測定が困難な材料の場合でも、複屈折度Δｎと流動方向の線収縮量（成形収縮率）ΔＬ／／（P(t),Ｔ(t,th)）および流動直交方向の線収縮量（成形収縮率）ΔＬ⊥（P(t),Ｔ(t,th)）の関係を求めることができる。この結果を図３に示すような通常の透明な成形品において適用することで、金型の設計製作前に正しい収縮率を求めることができ、これにより金型製作後の試作回数が低減され、金型の低コスト化が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】従来における収縮そり解析の工程説明図である。
【図２】従来における残留応力解析の工程説明図である。
【図３】本発明にかかる成形収縮率予測方法の一例を示す工程説明図である。
【図４】（Ａ）は本実施の形態に用いた試験品の平面図、（Ｂ）は試験品の側面図である。
【図５】本実施の形態における複屈折度Δｎと成形収縮率との関係を示すグラフである。
【図６】本実施の形態における保圧圧力と成形収縮率の実測値と解析値の比較結果を示すグラフである。
【図７】本実施の形態における保圧圧力と成形収縮率異方性分布の実測値と解析値の比較結果を示すグラフである。
【図８】半円筒形状を持つ成形品の説明図である。
【図９】半円筒形状を持つ成形品のそり変形に関する実測値と解析値の比較結果を示すグラフである。
【図１０】本発明にかかる成形収縮率予測方法の他の例を示す工程説明図である。
【符号の説明】
【００４３】
１１  流動解析工程
１２  保圧・冷却解析工程
１３  残留応力解析工程
１４  異方性測定工程
１５  及び収縮そり解析工程
２１  テストサンプル成形工程
２２  流動解析工程
２３  保圧・冷却解析工程
２４  残留応力解析工程
２５  成形品収縮異方性測定工程
２６  収縮異方性と光学異方性もしくは残留応力異方性との関係を求める工程
２７  収縮そり解析工程
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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