(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂成形における樹脂成形特性を検出する方法において、
徐冷状態で比容積の温度依存性を測定し、急冷状態で比容積の温度依存性を測定して、徐冷状態での固化温度と急冷状態での固化温度との差ΔＴを決定し、
徐冷状態で粘度の温度依存性を求めて、粘度の温度依存性をΔＴだけシフトさせて、急冷状態の樹脂成形特性の検出に用いられる粘度を推定することを特徴とする樹脂成形特性検出方法。
【請求項２】
樹脂成形における樹脂成形特性を検出する方法において、
徐冷状態で比容積の温度依存性を測定し、急冷状態で比容積の温度依存性を測定して、徐冷状態での固化温度と急冷状態での固化温度との差ΔＴを決定し、
徐冷状態で粘度の温度依存性を求めて、徐冷状態での固化温度以下における粘度の温度依存性をΔＴだけシフトさせて、
ΔＴだけシフトさせた粘度の温度依存性と、徐冷状態での固化温度以上における粘度の温度依存性とを近似曲線で結ぶことにより、急冷状態の樹脂成形特性の検出に用いられる粘度を推定することを特徴とする樹脂成形特性検出方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の樹脂成形特性を検出する方法において、
検出に必要な温度範囲で、急冷状態の樹脂成形特性の検出に用いられる粘度を推定することを特徴とする樹脂成形特性検出方法。
【請求項４】
請求項１または２に記載の樹脂成形特性を検出する方法において、
徐冷状態での固化温度近傍で、急冷状態の樹脂成形特性の検出に用いられる粘度を推定することを特徴とする樹脂成形特性検出方法。
【請求項５】
樹脂成形における樹脂成形特性を検出する方法において、
徐冷時の粘度を温度Ｔの関数として表し、
徐冷時の粘度を温度Ｔ＋ΔＴ１の関数として、修正した粘度を表し、
ΔＴ１を変化させて、修正した粘度を用いた樹脂成形特性の推定値と実測値との比較をし、
樹脂成形特性の推定値と実測値との差が最も小さくなるΔＴ１を求めて、急冷状態の樹脂成形特性の検出に用いられる粘度を推定することを特徴とする樹脂成形特性検出方法。
【請求項６】
請求項５に記載の樹脂成形特性を検出する方法において、
樹脂成形特性の推定値と実測値とは、樹脂成形特性推定の対象となる金型と形状が類似した金型を使用して求められることを特徴とする樹脂成形特性検出方法。
【請求項７】
請求項５または６に記載の樹脂成形特性を検出する方法において、
樹脂成形特性は、金型内の樹脂圧力であることを特徴とする樹脂成形特性検出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、樹脂成形特性検出方法に関する。特に本発明は、樹脂の射出成形における樹脂成形特性を検出する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
樹脂の射出成形における樹脂成形特性の算出には、有限要素法によるシミュレーションが用いられてきた。有限要素法によるシミュレーションでは、粘度、PVT特性、比熱、熱伝導率、樹脂密度などの物性値、要素分割の対象となる射出成形に用いられる型の形状、射出成形の条件などの境界条件、および運動方程式、連続方程式、エネルギ方程式などの構成方程式を用いて、温度、圧力、配向、収縮、そりなどの樹脂特性が算出される。有限要素法による樹脂射出成形のシミュレーションソフトとしては、Moldflow、C-mold、Planets、IMAPなどがある。また、特開平１１−１８４９０６は、成形解析シミュレーションを行うとともに、実成形を行った結果に基づいて、解析シミュレーションに用いるパラメータを調節することを開示する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の解析方法による樹脂成形特性の推定においては、実測定値との誤差が生じていた。樹脂成形特性の推定値と実特性値との誤差は、射出成形の型が大きくなるにつれて増大する。このため、特に、自動車のバンパー、インストルメントパネルなどのような薄肉大型の射出成形時の樹脂成形特性の推定値は、誤差が大きくなる。成形樹脂の充填性、ばり、および面品質不良などの成形不具合は、樹脂成形特性の推定値に基づいて予測される。従って、樹脂成形特性の推定値に誤差が含まれると、成形不具合を正しく予測することも困難になる。
【０００４】
また、特開平１１−１８４９０６は、樹脂成形特性の推定値と実特性値との誤差を少なくするために、粘度値を変化させて収束計算を繰り返す必要があるので、結果を得るまでに時間がかかっていた。
【０００５】
そこで本発明は、上記の課題を解決することのできる樹脂成形特性検出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】
上記課題を解決するために、本発明の樹脂成形特性検出方法は、樹脂成形における樹脂成形特性を検出する方法において、徐冷状態で比容積の温度依存性を測定し、急冷状態で比容積の温度依存性を測定して、徐冷状態での固化温度と急冷状態での固化温度との差ΔＴを決定し、徐冷状態で粘度の温度依存性を求めて、粘度の温度依存性をΔＴだけシフトさせて、急冷状態の樹脂成形特性の検出に用いられる粘度を推定することを特徴とする。
【０００７】
本発明の樹脂成形特性検出は、たとえばMoldflow、C-mold、Planets、IMAPのような有限要素法による樹脂成形特性解析シミュレーションに適用可能である。
【０００８】
従来の解析方法においては、解析に用いられる粘度は、温度とせん断速度に依存する変数として取り扱われてきた。本発明では、粘度を樹脂冷却速度にさらに依存する変数として取り扱う。これにより、成形樹脂特性の計算精度の向上が実現される。
【０００９】
本発明の樹脂成形特性検出方法は、樹脂成形における樹脂成形特性を検出する方法において、徐冷状態で比容積の温度依存性を測定し、急冷状態で比容積の温度依存性を測定して、徐冷状態での固化温度と急冷状態での固化温度との差ΔＴを決定し、徐冷状態で粘度の温度依存性を求めて、徐冷状態での固化温度以下における粘度の温度依存性をΔＴだけシフトさせて、ΔＴだけシフトさせた粘度の温度依存性と、徐冷状態での固化温度以上における粘度の温度依存性とを近似曲線で結ぶことにより、急冷状態の樹脂成形特性の検出に用いられる粘度を推定することを特徴とする。
【００１０】
本発明において、検出に必要な温度範囲で、急冷状態の樹脂成形特性の検出に用いられる粘度を推定してもよいし、徐冷状態での固化温度近傍で、急冷状態の樹脂成形特性の検出に用いられる粘度を推定してもよい。
【００１１】
本発明の樹脂成形特性検出方法は、樹脂成形における樹脂成形特性を検出する方法において、徐冷時の粘度を温度Ｔの関数として表し、徐冷時の粘度を温度Ｔ＋ΔＴ１の関数として、修正した粘度を表し、ΔＴ１を変化させて、修正した粘度を用いた樹脂成形特性の推定値と実測値との比較をし、樹脂成形特性の推定値と実測値との差が最も小さくなるΔＴ１を求めて、急冷状態の樹脂成形特性の検出に用いられる粘度を推定することを特徴とする。また、本発明において、樹脂成形特性の推定値と実測値とは、樹脂成形特性推定の対象となる金型と形状が類似した金型を使用して求められることが好ましい。そして、本発明において、樹脂成形特性は、金型内の樹脂圧力であることが好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、好適な実施の形態（以下、実施形態という）について説明する。
【００１３】
まず、本発明の背景について説明する。現状では、粘度測定は恒温状態（平衡状態）でしか行うことができず、実成形時のような急冷状態（非平衡状態）では行うことができない。このため、粘度に関してはやむを得ず、粘度物性測定時の値を用いている。しかし、実際には、粘度は、同じ温度であっても、樹脂冷却速度の差により実成形時と粘度物性測定時とで異なるので、粘度物性測定時の値を解析シュミレーションに用いることが、実測定との誤差の原因になっていると思われる。
【００１４】
そこで、本発明では、樹脂成形特性の解析に用いられる粘度値に、冷却速度依存性を考慮した粘度値が用いられる。以下に、本発明をIMAPに適用したケースの概略を説明する。IMAPにおいては、射出成形時の樹脂の流れは、下記の項目に挙げる仮定の下で、運動の式、連続の式、エネルギーなどの支配方程式によって記述される。
【００１５】
[仮定]
（１）慣性力と重力は粘性力に比べて十分に小さいので、これらを無視する。
（２）成形樹脂の厚さ方向の流れを無視する。
（３）成形樹脂の流れ方向の熱伝導度を無視する。
（４）壁面での滑りはないとする。
【００１６】
IMAPによる成形樹脂特性の算出では、まず、充てん中の樹脂の流れを解析する充てん解析が行われた後、樹脂の収縮を補うための保圧工程とその後の冷却工程の解析が行われる。
【００１７】
[実施形態１]
本実施形態においては、急冷状態の樹脂成形特性の検出に用いられる粘度値は、所定の温度範囲において、恒温状態で求められた粘度値を基準として、所定の温度範囲における、急冷状態の粘度値と恒温状態の粘度とのずれを補正することによって推定される。推定された粘度値は、樹脂成形特性の検出に用いられる。
【００１８】
粘度値の推定は、具体的には、以下の要領で行われる。まず射出成形に用いる金型の冷却速度と同様な条件での比容積の温度依存性と、徐冷状態での比容積の温度依存性とを測定する。図１に樹脂材料の温度−比容積曲線を示す。図１において、実線で表された曲線は、徐冷状態での比容積の温度依存性を示し、点線で表された曲線は、急冷状態での比容積の温度依存性を示す。また、Tsは樹脂の固化温度を示す。図１より、急冷時の比容積の曲線は、徐冷時の曲線をΔTだけ左にシフトした曲線にほぼ一致することがわかる。すなわち、急冷状態の樹脂の比容積特性は、徐冷状態の比容積特性からΔTだけ遅れていると見なすことができる。
【００１９】
これは次のように解釈することができる。一般的に、温度変化に伴って、恒温状態にない分子が恒温状態に落ち着くには、一定の時間を要する。この場合、温度変化が急激な場合には、ある温度における分子状態は、その温度になる前の温度の分子状態をある程度保っていると推測される。
【００２０】
このような現象は、粘度に関しても同様に生じていると推察される。そこで、比容積特性から求めたシフト量ΔTを粘度についても適用する。
【００２１】
図２は、粘度値の修正方法を示す。ただし、せん断速度は一定とする。図２において、黒三角を結んだ曲線は、修正前の粘度の温度特性を示し、黒丸を結ぶ曲線は、修正後の粘度の温度特性を示す。ここで、修正前の粘度のデータは、徐冷状態において予め測定された樹脂の粘度の測定結果である。修正前の粘度のデータは、既知の値であればよく、文献データを利用してもよい。修正後の粘度は、修正前の粘度全体をΔTだけ左へずらすことによって得られる。ある温度で、修正前後の粘度を比較すると、修正後の粘度が修正前の粘度より低いことがわかる。この差は、温度が低くなるにつれて顕著になる。
【００２２】
次に、粘度の修正の変形例について説明する。図１において、徐冷状態と急冷状態の比容積特性の差は、樹脂の固化温度Ts近傍において顕著であることが見てとれる。そこで、粘度に関しても固化温度Ts近傍の一部についてのみ修正を行ってもよい。
【００２３】
図３は、粘度値の修正方法の変形例を示す。この場合には、修正後の粘度は、次の手順によって得られる。まず、固化温度Ts以下における修正前の粘度の値をΔTだけ左へずらす。これによって、温度Ts-ΔT以下の範囲の粘度特性を示す曲線が得られる。この曲線と、温度Ts-ΔT以上の範囲の修正前の粘度の曲線とを滑らかに結ぶ近似曲線を新たに作成する。
【００２４】
以上説明した手法を樹脂の射出成形の圧力解析に実際に適用して検証した。
【００２５】
[検証例]
図４は、実施形態１の解析方法による樹脂圧力の解析結果を示す。この例では、射出成形する部品として自動車のバンパーが用いられた。図４（Ａ）は、バンパーのハーフモデル形状を示す模式図である。型内の樹脂圧力は、本実施形態による解析方法によって推定された。また、比較のために、従来の解析方法でも推定されるとともに、実測も行われた。樹脂圧力は、射出成形に用いられる樹脂がバンパーの型内に導入されるゲート直下、およびゲートから離れた末端部において、推定または測定された。
【００２６】
本実施形態の解析方法では、まず、金型の冷却に相当する冷却速度における比容積の温度依存性と、徐冷時の比容積の温度依存性との比較が行われた。これにより、ΔT=30℃が求められた。次に、徐冷時の温度に依存する粘度値全体を、ΔTだけ左にずらすことにより求められた。こうして求められた粘度の推定値を、解析シミュレーションに適用することにより、樹脂圧力が推定された。
【００２７】
図４（Ｂ）は、ゲート直下における樹脂圧力の解析結果を示し、図４（Ｃ）は、末端部における樹脂圧力の解析結果を示す。図４（Ｂ）および図４（Ｃ）において、黒四角、白三角、太実線は、それぞれ、本実施形態による解析方法の結果、従来の解析方法による結果、実測による結果を示す。
【００２８】
ゲート直下における樹脂圧力は、実測値から、射出が開始された直後に急激に上昇し、ピーク値をとった後に、徐々に減少するという傾向を有することがわかる。本実施形態の解析方法による解析結果、および従来法による解析結果ともに、この傾向は再現されている。ただし、従来法においては、射出開始後からピークになるまでの間の値が、実測値に比べて3〜4割程度高い数値を示した。一方、本実施形態の解析方法では、実測値との差は、わずかにピーク部分に差が見られるだけであり、樹脂圧力が精度良く推定されていることがわかる。
【００２９】
また、末端部における樹脂圧力は、実測値から、射出開始から樹脂が末端部に到達するまでの一定時間が経過した後、上昇し始め、ゲート直下のときより低いピーク値をとった後に、ゆっくりと減少するという傾向を有することがわかる。本実施形態による解析方法は、この傾向が精度良く再現されており、ピーク付近にわずかに差が見られる程度である。しかし、従来法では、樹脂圧力の推定値はゼロを示しており、樹脂圧力が正しく再現されていないことがわかる。上記の比較検討により、冷却速度依存性を考慮した解析方法は、従来法に比べて樹脂圧力をはるかに精度良く再現できるという特長を備えていることが明らかである。
【００３０】
[実施形態２]
本実施形態においては、急冷状態の樹脂成形特性の検出に用いられる粘度値は、樹脂特性推定の対象となる金型と形状が類似した金型における樹脂成形特性の実測値から、実冷却時の粘度値が推定される。推定された粘度値は、樹脂成形特性の検出に用いられる。
【００３１】
粘度値の推定は、たとえば、以下の要領で行われる。まず、樹脂成形特性推定の対象となる金型と形状が類似した金型について、冷却温度依存性をしない粘度値を使った従来の解析手法による樹脂特性の推定と、実測定とが行われる。このままでは、樹脂成形特性の推定値は、実測値との差を含む。そこで、樹脂成形特性の推定値が、実測値に近づくように、樹脂成形特性の推定に用いる粘度値を修正する。たとえば、徐冷時の粘度値を温度の関数としてη(T)と表し、修正した粘度値をη(T+ΔT1)と表す。ΔT1を変化させて、修正した粘度値を用いた樹脂成形特性の推定値と実測値との比較を行い、樹脂成形特性の推定値と実測値との差が最も小さくなるΔT1が求められる。このようにして、粘度値η(T+ΔT1)が決定される。
【００３２】
[検証例]
図５は、実施形態２の解析方法による樹脂圧力の解析結果を示す。この例では、射出成形する部品として、自動車のインストルメントパネルが用いられた。図５（Ａ）は、インストルメントパネルの形状を示す模式図である。型内の樹脂圧力は、本実施形態による解析方法によって推定された。また、比較のために、従来の解析方法でも推定されるとともに、実測も行われた。樹脂圧力は、射出成形に用いられる樹脂がインストルメントパネルの型内に導入されるゲート直下、およびゲートから離れた末端部において、推定または測定された。
【００３３】
本実施形態の解析方法では、まず、型内の樹脂圧力推定の対象となるインストルメントパネルと形状が類似した他のインストルメントパネル用の金型の型内圧力実測値から、実際の冷却時の粘度を推定した。求められた粘度の推定値を、解析シミュレーションに適用することにより、樹脂圧力が推定された。
【００３４】
図５（Ｂ）は、ゲート直下における樹脂圧力の解析結果を示し、図５（Ｃ）は、末端部における樹脂圧力の解析結果を示しす。図５（Ｂ）および図５（Ｃ）において、黒四角、白三角、太実線は、それぞれ、本実施形態による解析方法の結果、従来の解析方法による結果、実測による結果を示す。
【００３５】
図５（Ｂ）、図５（Ｃ）ともに、従来の解析方法による推定値と実測値との間に見られた差が、本実施形態の解析方法によって大幅に改善されていることがわかる。特に、従来の解析方法では、図５（Ｂ）において、実測値には見られない急峻なピークを有するのに対して、本実施形態の解析方法ではそのようなピークは見られず、実測値を精度良く再現していることがわかる。
【００３６】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることができる。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００３７】
【発明の効果】
上記説明から明らかなように、本発明によれば、射出成形された樹脂の成形特性を精度良く推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  樹脂材料の温度−比容積曲線を示すグラフである。
【図２】  粘度値の修正方法を示す図である。
【図３】  粘度値の修正方法の変形例を示す図である。
【図４】  実施形態１の解析方法による樹脂圧力の解析結果を示す図である。
【図５】  実施形態２の解析方法による樹脂圧力の解析結果を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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