(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発泡樹脂原料に強化繊維材を混合した繊維強化樹脂原料が金型にそのゲートから注入されて反応射出成形されたパネル状の成形品に対して物性解析を行うための繊維強化反応射出成形品の物性解析方法において、
同種の繊維強化樹脂原料により反応射出成形されたパネル状のモデル成形品について、その金型ゲート位置からの流動距離に応じて変化する物性としての密度の変化に対する物性分布モデルデータを試験により予め作成し、
成形品の各部位の密度を前記成形品の金型ゲート位置からの流動距離に応じて前記物性分布モデルデータを基に想定して、密度分布の解析を行うことを特徴とする繊維強化反応射出成形品の物性解析方法。
【請求項２】
発泡樹脂原料に強化繊維材を混合した繊維強化樹脂原料が金型にそのゲートから注入されて反応射出成形されたパネル状の成形品に対して物性解析を行うための繊維強化反応射出成形品の物性解析方法において、
同種の繊維強化樹脂原料により反応射出成形されたパネル状のモデル成形品について、密度変化に応じて変化する物性に対してモデル成形品の金型ゲート位置からの流動距離に応じて変化する物性変化の物性分布モデルデータを試験により予め作成し、
成形品の各部位の物性を前記成形品の金型ゲート位置からの流動距離に応じて前記物性分布モデルデータを基に想定して、物性分布の解析を行うことを特徴とする繊維強化反応射出成形品の物性解析方法。
【請求項３】
モデル成形品が、その端部を金型ゲート位置とする略長方形状であり、端部から対向する反対端部までの長さが、想定される成形品の金型ゲート位置からの最長の流動距離に対応することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の繊維強化反応射出成形品の物性解析方法。
【請求項４】
複数個のゲートを備えた金型により製作される成形品に対して、その各部位の物性が、最も近い金型ゲート位置からの流動距離に応じて想定されることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか記載の繊維強化反応射出成形品の物性解析方法。
【請求項５】
物性が、繊維強化樹脂原料の流動方向に平行な方向と、異方性を呈する直交方向とに応じて２種類に解析されることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか記載の繊維強化反応射出成形品の物性解析方法。
【請求項６】
発泡樹脂原料に強化繊維材を混合した繊維強化樹脂原料が金型にそのゲートから注入されて反応射出成形されたパネル状の成形品のモデルをメッシュ状に分解して、物性を解析入力データとして有限要素法により構造解析を行う繊維強化反応射出成形品の構造解析方法において、
同種の繊維強化樹脂原料により反応射出成形されたパネル状のモデル成形品について、その金型ゲート位置からの流動距離に応じて変化する物性としての密度の変化に対する物性分布モデルデータを試験により予め作成し、
成形品の各部位の密度を前記成形品の金型ゲート位置からの流動距離に応じて前記物性分布モデルデータを基に想定して、密度分布の解析を行い、
この解析された密度が構造解析の解析入力データとされることを特徴とする繊維強化反応射出成形品の構造解析方法。
【請求項７】
発泡樹脂原料に強化繊維材を混合した繊維強化樹脂原料が金型にそのゲートから注入されて反応射出成形されたパネル状の成形品のモデルをメッシュ状に分解して有限要素法により構造解析を行う繊維強化反応射出成形品の構造解析方法において、
同種の繊維強化樹脂原料により反応射出成形されたパネル状のモデル成形品について、密度変化に応じて変化する物性に対してモデル成形品の金型ゲート位置からの流動距離に応じて変化する物性変化の物性分布モデルデータを試験により予め作成し、
成形品の部位の物性を前記成形品の金型ゲート位置からの流動距離に応じて前記物性分布モデルデータを基に想定して、物性分布の解析を行い、
この解析された物性が構造解析の解析入力データとされることを特徴とする繊維強化反応射出成形品の構造解析方法。
【請求項８】
物性解析に際して、物性が、繊維強化樹脂原料の流動方向に平行な方向と、異方性を呈する直交方向とに応じて２種類に解析され、
構造解析に際して、金型ゲート位置からの流動距離に加えて、繊維強化樹脂原料の流動方向も解析することを特徴とする請求項６乃至請求項７のいずれか記載の繊維強化反応射出成形品の構造解析方法。
【請求項９】
成形品が流動方向に沿って複数領域に分割され、この領域数に応じて複数段階に変化する流動距離を基に物性分布が解析されることを特徴とする請求項６乃至請求項８のいずれか記載の繊維強化反応射出成形品の構造解析方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発泡樹脂原料に強化繊維材を混合した繊維強化樹脂原料が金型にそのゲートから注入されて反応射出成形されたパネル状成形品の物性分布の解析を行うための物性解析方法及び解析した物性を基にパネル成形品の構造を解析するための構造解析方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
繊維強化なしのポリプロピレン等の射出成形品の解析については、異方性の物性変動を伴わず、また密度分布も略均一に成形され、したがって一様な物性入力により温度に対応する物性を基に有限要素法により熱変形を数値解析する等の種々の構造解析が行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
一方、繊維強化反応射出成形（Ｒ−ＲＩＭ）は、ガラス繊維等の強化材の混入により、注入された繊維強化樹脂原料の金型ゲート位置からの直進流動方向に対して平行方向及び直交方向とで大きく物性が異なる可能性があり、また繊維と樹脂原料との比重差に伴って成形品内に密度差を生じ易くなる。そこで、このような物性変動を考慮して、周知の流動解析ソフトにより解析された流動方向に応じてそれぞれの部位の密度、或いは繊維配向状態を想定して有限要素法の構造解析ソフトへ入力する手法が考えられるが、この入力のための計算が大規模になると云う問題がある。
【０００４】
本発明は、このような点に鑑みて、繊維強化反応射出成形品の熱変形、荷重変形等の構造解析に際して重要な物性となる密度の変化が、金型のゲート口からの流動距離に対応することを確認したことを基に、繊維強化反応射出成形品の部位により変化する可能性のある密度及び密度に関連する物性分布を簡単に解析可能にするパネル状の繊維強化反応射出成形品の物性解析方法及びこの物性解析方法を用いた構造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、発泡樹脂原料に強化繊維材を混合した繊維強化樹脂原料が金型にそのゲートから注入されて反応射出成形されたパネル状の成形品に対して物性解析を行うための繊維強化反応射出成形品の物性解析方法において、請求項１により、同種の繊維強化樹脂原料により反応射出成形されたパネル状のモデル成形品について、その金型ゲート位置からの流動距離に応じて変化する物性としての密度の変化に対する物性分布モデルデータを試験により予め作成し、成形品の各部位の密度を成形品の金型ゲート位置からの流動距離に応じて物性分布モデルデータを基に想定して、密度分布の解析を行うか、或いは請求項２により、密度変化に応じて変化する物性に対してモデル成形品の金型ゲート位置からの流動距離に応じて変化する物性変化の物性分布モデルデータを試験により予め作成し、成形品の各部位の物性を成形品の金型ゲート位置からの流動距離に応じて物性分布モデルデータを基に想定して、物性分布の解析を行うことを特徴とする。
【０００６】
成形品の各部位の密度又は密度に関数関係を有する物性分布が、その金型ゲート位置からの流動距離に応じてモデル成形品の物性分布モデルデータを基に、物性値、基準物性値に対する係数或いは距離関数として解析される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１乃至図７を基に本発明の実施の形態による繊維強化反応射出成形品の物性解析方法及び構造解析方法を説明する。図１は、解析対象として自動車のドアに取り付けられる厚さ３ｍｍ程度のパネル状のドアトリム９を示すもので、両側及び上部は内側へ僅かに曲がる曲面状に形成され、下部には外方へ僅かに突出する凸部９ｂを備え、下流側正面に開口部９ａが形成されている。
【０００８】
図２は、ドアトリム９と同一樹脂原料の成分、強化繊維材の種類及び混合比を同一にした同種の繊維強化樹脂原料により、同一成形条件で側部にゲートを有する金型による発泡射出成形で製作されたモデル成形品１を示す。このモデル成形品は、横幅がドアトリム９の金型ゲート位置９ｃからの最長の流動距離に対応して６０ｃｍ、縦幅は取り扱い易さ、剛性を考慮して１５ｃｍ、同様に厚みはドアトリム９より僅かに厚めの５ｍｍの長方形のパネル状である。この厚みは、ドアトリム９と同程度もしくは大幅に相違しないようにするのが好ましい。成形条件としては、射出圧、射出時間、原料温度、型温、キュア時間等について大幅に相違しないようにするのが好ましいが、これらの射出条件の多少の変動でも物性は殆ど左右されない。
【０００９】
モデル成形品１について、想定される構造解析に必要な密度及び密度に関数関係にある物性に対して、金型ゲート位置１ａからの流動距離Ｒに応じて強化繊維材の混合に起因して変化する物性分布モデルデータを試験により作成しておく。先ず、室温での流動距離Ｒに対するモデル成形品１の密度変化データを作成する（図３）。同様に、荷重−変位等の種々の構造解析を予め想定して、密度変化に応じて非直線的に変化する物性分布モデルデータを試験により作成しておく。例えば、室温での流動距離Ｒに対するヤング率変化の物性分布モデルデータを繊維強化樹脂原料の金型ゲート位置１ａからの直進流動方向に平行及びその直交の双方の方向について作成する（図４）。同図で直交異方性のヤング率変化は点線で示す。また、室温での応力−塑性歪変化の物性分布モデルデータをモデル成形品１の両側端部に引張り荷重を加えて作成する（図５）。その際、段階的に変化する密度ρ、即ち流動距離Ｒに対応して複数種類の物性分布モデルデータを作成し、流動距離Ｒに応じて所定の応力に対する歪が検索されるようにしておく。
【００１０】
これらの物性分布モデルデータに加えて、変位量の解析に必要な密度変化に対して非直線もしくは直線の関数関係を呈する降伏点、塑性歪−応力、ポアソン比、クリープ特性及び膨張係数についての密度、即ち流動距離Ｒに応じて変化する物性分布モデルデータを試験で作成しておく。比重以外の物性については、ヤング率と同様に異方性の物性変動を考慮して、金型ゲート位置１ａからの直進流動方向に平行な物性と、その直交方向の直交異方性との２種類の物性分布モデルデータを作成しておく。さらに、各物性について段階的に温度を変化させた物性分布モデルデータを作成しておく。
【００１１】
このような物性分布モデルデータが作成されているのを前提に、ドアトリム９が四隅の拘束点Ｌ１〜Ｌ４で拘束され、例えば加熱温度１００℃で４時間放置した状態で中央の荷重点Ｃ１へ荷重２Ｎを付与した場合の厚み方向の変位量を次のようにして有限要素法により解析する。
【００１２】
即ち、ドアトリム９のコンピュータ上のモデルをメッシュ状に分割した要素について物性分布モデルデータ、拘束点、荷重点、荷重量、加熱温度等のデータ入力を行うと共に、計算を複雑にしないように、ドアトリム９の金型ゲート位置９ｃから約６０ｃｍの長手方向の直進流動方向に沿って３分割して、その領域１、領域２及び領域３のそれぞれ中心位置までの３段階の流動距離Ｒに応じて、必要な前述の異方性を含めた物性を３段階に解析して有限要素解析用の解析入力データとする。密度変化に比例関係にある線膨張係数及び比重について図３に示す密度変化の物性分布モデルデータから基準物性値に対する比例計算を行って解析入力データとする。但し、密度に対して非直線的に変化する物性についても流動距離Ｒの変化する係数を予め求めておき、流動距離Ｒを略ゼロにする基準物性値に係数を乗算して流動距離Ｒに対応する物性を解析することができる。要するに、図７に示すように、種々の物性について、ｆａ（Ｒ）、ｆｂ（Ｒ）、ｆｃ（Ｒ）、……として流動距離Ｒの関数として規定したデータベースを作成しておく。
【００１３】
また、図１において矢示したように、ドアトリム９のモデルについて別の周知の解析ソフトにより繊維強化樹脂原料の流動方向も解析しておく。これにより、図示のように、領域１において、流動方向が金型ゲート位置９ｃからの直進流動方向に平行な方向から直交方向に向けて大きく曲がる場合、その部位については直交異方性を考慮して解析結果を評価する。
【００１４】
図６はドアトリム９のこのような有限要素法による荷重に対する厚み方向の変位量の構造解析結果を示すもので、３層の３０部位Ｐ１〜Ｐ３０について１０ｍｍより小さな範囲で変動する変位量の解析結果を○で示す。この解析結果は、各部位の変位量を実測した実験結果と高精度に対応することが確認されている。つまり、密度分布が変化し、また異方性の物性を伴う繊維強化反応射出成形品の構造解析が、物性データの入力作業を容易にして高精度で行われ得ることが確認された。また、繊維強化樹脂原料の流動方向も解析することにより、繊維強化された反応射出成形品の物性もしくは構造特性の異方性を考慮した物性もしくは構造解析が高精度に行われる。
【００１５】
このような解析に際して、開口部９ａの下流側については金型ゲート位置９ｃからの流動距離が流動方向に回り込みを伴う距離となるが、形状的に大幅に異ならないために領域３の物性として想定できる。但し、成形品の形状により流動距離が、周囲と大幅に変化する場合には、別の領域を独立に設定する必要がある。同様な方法により、密度が変化し易い繊維強化射出成形による成形品の種々の物性分布の解析或いはその物性により規定される構造解析が、簡単な方法で妥当な精度で行われる。また、数倍程度に形状が大きくなる自動車のインストルメントパネル、バンパの解析についても、金型ゲートが複数個設けられることにより、パネル状成形品の各部位の流動距離が前述の６０ｃｍ程度もしくはそれ以内の場合、前述の物性分布モデルデータを用いて物性分布の解析或いは物性分布に対応した構造解析を行うことができる。つまり、複数個の金型ゲートを備えたパネル状成形品の金型に対して、各部位の物性が、最も近い金型ゲートに対する流動距離で設定される。
【００１６】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、モデル成形品の金型ゲート位置からの流動距離に対する密度分布のモデルデータを試験により予め用意しておくことにより、同種の繊維強化樹脂原料によるパネル状成形品の密度分布が、その部位から金型ゲート位置までの流動距離を密度分布のモデルデータと照合することにより容易に解析される。同様に、請求項２の発明によれば、密度に応じて直線もしくは非直線的に変化する物性の分布についても流動距離を物性分布モデルデータと照合することにより容易に解析される。
【００１７】
請求項３の発明によれば、標準形状のモデル成形品の物性分布モデルデータを種々の構造のパネル状成形品の物性分布の解析に利用できる。また、請求項４の発明によれば、モデル成形品よりも大幅に大きな構造のパネル状の成形品に対する物性分布の解析にも利用できる。請求項５の発明によれば、直交異方性の物性を考慮した解析が同様に容易に行われる。
【００１８】
請求項６の発明によれば、密度分布が均一にならない繊維強化反応射出成形品に対する有限要素法による構造解析が、物性分布モデルデータを参照して物性データを入力することにより容易に行われる。同様に、請求項７の発明によれば、密度に関数関係を有する物性分布が均一にならない繊維強化反応射出成形品に対する構造解析も容易に行われる。その際、請求項８の発明によれば、構造解析が、物性の異方性を考慮した高精度の構造解析が可能となる。また、請求項９の発明によれば、物性変化を複数段階の変化として想定することにより、構造解析が一層容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による繊維強化反応射出成形品の構造解析方法の解析対象となるドアトリムの正面図である。
【図２】同構造解析方法を実施するための物性解析に用いるモデル成形品の正面図である。
【図３】同モデル成形品により実測した流動流動距離に対する密度分布モデルデータを示す。
【図４】同モデル成形品により実測した流動流動距離に対するヤング率分布モデルデータを示す。
【図５】同モデル成形品により実測した複数段階の密度変化に対する応力−歪み分布モデルデータデータを示す。
【図６】同モデル成形品の物性分布モデルデータにより解析した荷重に対する変位量データを示す。
【図７】同モデル成形品により作成される物性分布モデルデータを説明する図である。
【符号の説明】
１  モデル成形品
１ａ、９ｃ  金型ゲート位置
９  ドアトリム
Ｃ１  荷重点
Ｌ１〜Ｌ４  拘束点
【図１】
0003800323.tif 000002
【図２】
0003800323.tif 000003
【図３】
0003800323.tif 000004
【図４】
0003800323.tif 000005
【図５】
0003800323.tif 000006
【図６】
0003800323.tif 000007
【図７】
0003800323.tif 000008