(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
昇降温に伴って生じる射出成形品の変形と共に、昇降温の最中に時間の経過に伴って生じる射出成形品のクリープ変形及び熱収縮変形を解析するための射出成形品の熱変形解析方法において、
射出成形品を金型から取り出した時点の型出し温度に対応する前記射出成形品の熱収縮率を基に熱収縮変形を解析することを特徴とする射出成形品の熱変形解析方法。
【請求項２】
射出成形品モデルのメッシュ状に分解された各要素もしくは節点の型出し温度に対応する熱収縮率を基に有限要素法により熱収縮変形を解析することを特徴とする請求項１記載の射出成形品の熱変形解析方法。
【請求項３】
射出成形品を所定温度まで昇温する際の前記射出成形品の弾塑性変形を前記射出成形品の弾塑性変形特性に基づいて計算する昇温時変形計算ステップと、前記射出成形品を前記所定温度に所定時間置いたときの前記射出成形品のクリープ変形を前記射出成形品のクリープ特性に基づいて計算するクリープ変形計算ステップと、前記射出成形品を前記所定温度から降温する際の前記射出成形品の弾塑性変形を前記射出成形品の弾塑性変形特性に基づいて計算する降温時変形計算ステップと、前記射出成形品を前記所定温度に前記所定時間置いたときの前記射出成形品の熱収縮変形を前記射出成形品の熱収縮率に基づいて計算する熱収縮変形計算ステップとを備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の射出成形品の熱変形解析方法。
【請求項４】
射出成形品を所定温度まで昇温する際の前記射出成形品の弾塑性変形を前記射出成形品の弾塑性変形特性に基づいて計算する昇温時変形計算ステップと、前記射出成形品を前記所定温度に所定時間置いたときの前記射出成形品のクリープ変形を前記射出成形品のクリープ特性に基づいて計算するクリープ変形計算ステップと、前記射出成形品を前記所定温度から降温する際の前記射出成形品の弾塑性変形を前記射出成形品の弾塑性変形特性に基づいて計算する降温時変形計算ステップとを備え、
前記昇温時変形計算ステップ、前記クリープ変形計算ステップ及び前記降温時変形計算ステップのいずれかに前記射出成形品の熱収縮変形の計算を組み込むことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の射出成形品の熱変形解析方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、昇降温に伴って生じる射出成形品の変形と共に、昇降温の最中に時間の経過に伴って生じる射出成形品のクリープ変形に加えて熱収縮変形を解析するための射出成形品の熱変形解析方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
本出願人は特願平１１−３３７８６５により、昇降温に伴って変形が生じると共に昇降温の最中に時間の経過に伴って変形が生じる部材の熱変形を解析する熱変形解析方法であって、昇降温の最中に時間の経過に伴って生じる部材のクリープ変形に関するクリープ特性と、昇降温の最中に時間の経過に伴って生じる部材の熱収縮変形に関する熱収縮特性とに基づいて部材の熱変形を解析する熱変形解析方法を提案した。これにより、樹脂成形品等の熱収縮特性を有する部材について熱変形を熱収縮特性を含めて高精度に解析することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような熱変形解析に際して、樹脂成形品の熱収縮特性は、単純な方法としては、対応の成形条件で対応の板厚に成形した試験片を想定される試験の加熱温度で試験し、その収縮寸法により収縮率を算出する方法がある。しかし、保圧力、金型冷却時間等の成形条件が変更されると対応する試験片を製作して試験を行い、さらに製品板厚が部位によりかなり異なる場合も対応の試験が必要であり、加熱収縮のデータを揃える試験回数が多くなる。
【０００４】
本発明は、特に射出成形品について加熱収縮特性が成形終了時点の金型からの取出し温度に対応して変化することを確認したことを基に、射出成形品の形状或は成形条件の変更に対して容易に対応でき、しかも高精度に加熱収縮特性を含めた熱変形を解析可能にする射出成形品の熱変形解析方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、この目的を達成するために、請求項１により、昇降温に伴って生じる射出成形品の変形と共に、昇降温の最中に時間の経過に伴って生じる射出成形品のクリープ変形及び熱収縮変形を解析するための射出成形品の熱変形解析方法において、射出成形品を金型から取り出した時点の型出し温度に対応する射出成形品の熱収縮率を基に熱収縮変形を解析することを特徴とする。
【０００６】
加熱収縮率は、型出し時点で射出成形品が高温の場合には内部応力の緩和が進行して小さくなり、逆に低温の場合には緩和が進行せずに大きくなる。また、射出成形条件は型出し温度に反映される。型出し温度に対応する熱収縮率は原料樹脂の組成により変化するが、熱収縮変形はこのような種々の条件を反映する型出し温度に対応するそれぞれの原料樹脂の熱収縮率を基に独自の解析ステップで或は昇降温に伴って生じる熱変形及びクリープ変形のいずれかの解析ステップに組み込んで解析される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１乃至図４を基に本発明の実施の形態による射出成形品の熱変形解析方法をポリプロピレン系の自動車のインストルメントパネルについてコンピュータ利用の有限要素法により実施する場合について説明する。先ず、熱変形解析に際しては、次のようにして予め試験により加熱温度に達した時点の収縮長を基に熱収縮率データを求めておく。
【０００８】
即ち、解析対象のインストルメントパネルに対応する成形条件で、対応する組成のゴム、タルク等が混入されたポリオレフィンの原料樹脂により、短冊形の試験片を複数個射出成形する。即ち、例えば５℃程度の型出し温度の低下に相当する時間経過ごとに最低２個づつ順に型出して、試験の加熱温度８０℃及び１１０℃用に複数段階の型出し温度用の試験片を製作する。
【０００９】
次いで、２組の試験片を８０℃及び１１０℃に加熱し、加熱収縮が確実に飽和状態に達する時間経過後に、その収縮寸法を測定して加熱収縮率を算出する。図２はこのようにして求めた型出し温度−加熱収縮率特性を示すもので、それぞれ高い相関性を有する直線特性に近似される。
【００１０】
続いて、８０℃近辺及び１１０℃近辺間の範囲内において加熱温度の変化に対して加熱収縮率が略比例関係を有することが確認されているために、下記の式（１）により、これらの２種類の型出し温度−加熱収縮率特性を基に、加熱温度Ｔｘに対する各型出し温度の加熱収縮率Ｃｘを算出して、所定範囲の加熱温度について型出し温度の変化に対する加熱収縮率データを作成する。
【００１１】
Ｃｘ＝Ｃ１＋（Ｃ２−Ｃ１）×（Ｔｘ−８０℃）／（３０℃）    （１）
（Ｃ１は加熱温度８０℃での加熱収縮率、Ｃ２は加熱温度１１０℃での加熱収縮率）
【００１２】
尚、このようなデータは、２点以上の加熱温度を基に作成しても良く、全て試験を基に作成しても良く、また製品板厚、その他の射出成形条件が変更されても型出し温度の変化に反映されることにより、同種の樹脂原料の射出成形品であれば共通に使用できる。
【００１３】
図３は、解析対象となる可能性のある異なる組成のポリオレフィン製の試験片についての同様な試験データを示すもので、前述の試験片に対してブロックコポリマの重量設計が異なって相対的に低分子量で、タルクが配合されていない樹脂原料の試験片の型出し温度−加熱収縮率特性を高精度に近似する直線データとして点線で示し、さらにブロックコポリマの重量設計が異なり、ゴムが多く、タルクが少ない試験片を一点斜線で示す。このような原料樹脂のインストルメントパネルを解析対象とする可能性がある場合にも、所定範囲の加熱温度について同様に型出し温度の変化に対する加熱収縮率データを作成しておく。
【００１４】
熱変形解析は、このような試験データが作成されているのを前提に、メッシュ状要素に分割された図４に示すインストルメントパネルモデル（同図でメッシュ状要素は一部のみ記載して、他は省略してある）について、有限要素法により図１に示す手順で解析を行う。
【００１５】
先ず、有限要素法により熱変形に加えて型出し温度も解析するために、線膨張係数、ヤング率、ポアソン比、製品形状、その支持状態等のインストルメントパネルの条件、試験温度の条件、熱伝導率、比熱、ＰＶＴ線図等の原料樹脂の条件及び射出成形の条件を入力する（ステップＳ１）。加熱時間は通常少なくとも加熱収縮が飽和する時間に設定される。次いで、昇温時の弾塑性変形を計算し（ステップＳ２）、さらに後述の周知のナッティングの式によりクリープ変形を計算する（ステップＳ３）。続いて、熱収縮特性を弾塑性変形特性を組み込んで降温時の弾塑性変形を次のようにして計算する（ステップＳ４）。
【００１６】
即ち、周知の樹脂流動解析ソフトにより入力済みの製品形状、原料樹脂、射出成形等の解析条件を基に解析された各要素の型出し温度に対応する各要素の熱収縮率データを作成してをテキスト形式で出力させる。次いで、下記の（２）による熱収縮を線膨張に組み込んだ見掛け上の線膨張係数β１を用いて降温時の弾塑性変形の計算を行う。
【００１７】
β１＝β＋α１／（Ｔ１−Ｔ２）    （２）
（βは解析対象のインストルメントパネルの線膨張係数、α１はテキスト出力された各要素の熱収縮率、Ｔ１は降温前の温度、Ｔ２は降温後の温度）
【００１８】
照合された試験片の加熱温度はＴ１、Ｔ２に対応しており、見掛けの線膨張係数β１によりステップＳ４の降温時の全体的な弾塑性変形の計算を行い、昇降温に伴う変形及び昇降温の最中に時間経過に伴う変形の解析を終了する。製品形状が変更された場合、有限要素モデルを変更する必要があり、したがって各要素の型出し温度も変化するが、型出し温度を再解析することにより前述の型出し温度−加熱収縮率特性データを共用できる。射出流量、保圧力、保圧時間、冷却時間、金型温度等の射出成形条件が変更された場合、その再入力により型出し温度を再解析して同様にデータは共用できる。
【００１９】
別の実施の形態として、ステップＳ２の昇温時の弾塑性変形の計算に熱収縮特性を弾塑性変形特性を組み込んで、下記の式（３）による見掛け上の線膨張係数β２を用いて行うこともできる。熱収縮率α２は前述のものであり、Ｔ３は昇温前の温度、Ｔ４は昇温後の温度であり、照合した試験片の加熱温度に対応している。
【００２０】
β２＝β＋α２／（Ｔ４−Ｔ３）    （３）
【００２１】
また別の実施の形態として、計算時間がかなり長くなるのを甘受するならば、熱収縮変形をステップＳ３のクリープ変形の計算に組み込むこともできる。即ち、下記の式（４）に示すように、少なくとも経過時間ｔと解析対象のインストルメントパネルの応力σとの関数で表現されるクリープ歪みεｃｒ（σ，ｔ，・・）と、前述のものを経過時間ｔの関数で表現した熱収縮率α（ｔ）との和によりクリープ変形と熱収縮変形とに基づく総合歪みεを考える。
【００２２】
ε＝εｃｒ（σ，ｔ，・・）＋α（ｔ）    （４）
（・・はその他の変数を表す）
【００２３】
そして、この総合歪みの時間微分を求めれば、下記の式（５）に示すように、歪み速度を得ることができる。クリープ歪みεｃｒ（σ，ｔ，・・）として周知の下記の式（６）のナッティングの式を用いれば、歪み速度は式（７）のようになる。
【００２４】
δε／δｔ＝δεｃｒ（σ，ｔ，・・）／δｔ＋δα（ｔ）／δｔ    （５）
ｄεｃｒ／ｄｔ＝Ａσｎｔｍ    （６）
（Ａ、ｎ、ｍは材質により規定される定数）
δε／δｔ＝Ａσｎｔｍ＋δα（ｔ）／δｔ    （７）
【００２５】
したがって、ステップＳ３のクリープ変形の計算は、こうして求めた歪み速度を昇温開始時から降温終了時までを積分区間として時間積分することにより行うことができる。
【００２６】
さらに別の実施の形態として、前述の昇温時変形計算ステップ又は降温時変形計算ステップに熱収縮変形の計算を組み込む方法よりも僅かに計算時間は長くなるが、図１において、降温時の弾塑性変形を計算するステップ４に続いて、このステップに熱収縮変形の計算を組み込むことなく、射出成形品を所定温度に所定時間置いたときの射出成形品の熱収縮変形を射出成形品の熱収縮率に基づいて計算する熱収縮変形計算ステップをステップＳ５として追加することもできる。
【００２７】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、射出成形品の型出し温度に対応する熱収縮率を基に熱変形解析を行うことにより、加熱により熱収縮する射出成形品の熱変形解析が高精度に行われる。同一種の樹脂原料について製品形状或は種々の成形条件の変動に対応して型出し温度が変動することにより、種々の射出成形品の熱変形解析が試験片による予備試験無しで高精度に行われる。その際、請求項２の発明によれば、メッシュ分解した射出成形品モデルの各要素もしくは節点の型出し温度を解析することにより、複雑な製品形状或は支持構造の射出成形品であっても高精度に熱変形解析を行うことができる。請求項３又は請求項４の発明により、熱収縮特性による熱変形は独自の計算ステップで又は昇降温の熱変形解析もしくはクリープ変形の解析に組み込んで行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による射出成形品の熱変形解析方法の解析ステップの概略を説明する図である。
【図２】同方法を実施する際の試験片の型出し温度−加熱収縮率特性を説明する図である。
【図３】さらに別種の樹脂原料の試験片の型出し温度−加熱収縮率特性を説明する図である。
【図４】同方法の解析対象となる有限要素法によりメッシュ状に分解されたインストルメントパネルモデルの図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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