JP2008143111A - ガス溶解度予測方法並びに発泡性樹脂の流動解析方法及びプログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】金型内へ射出された発泡性樹脂のガス溶解度を、溶解度式(I): C=α(t)×A(T)×P+β(t) [Cは発泡性樹脂のガス溶解度、tは発泡性樹脂が金型内に射出されてからの時間、Tは発泡性樹脂の温度、Pは発泡性樹脂の圧力、α(t)は時間tの関数、A(T)は発泡性樹脂及び該発泡性樹脂に溶解しているガスの関係により定まる温度Tの関数、β(t)は時間tの関数を表す] を用いて求める。この発泡性樹脂のガス溶解度を用いて算出した粘度を成形条件データとして、CAEシステムにて発泡射出成形シミュレーションを行う。
【選択図】図4
Description
例えば、発泡射出成形法の一手法であるUSM法は、発泡剤又は気体を含む原料樹脂を金型内のキャビティに射出して充填したのち、該キャビティの一部を拡大させて発泡させる方法である。
このようなCAE解析手法は、先ず、計算機援用設計(CAD)システムにより作成された最終的な樹脂成形品に対応する成形品モデルデータに対して、ゲート、ランナ等の金型構成用素の付帯条件を付加してCAE解析用の有限要素からなる成形品有限要素モデルデータを作成し、次いで、作成した成形品有限要素モデルデータにより射出成形における金型内の溶湯の流れや凝固状態をシミュレーションするCAE解析を行い、所望の成形品形状が得られる金型形状及び成形条件(射出成形機に設定するための温度や圧力等のプロファイル等)を決定するものである。
また、前記樹脂のガス溶解度の予測方法を採用することにて樹脂のガス溶解度をより正確に求めるので、より精度の高い発泡樹脂の流動解析を行うことができる。
図1は本発明の一実施例に係る発泡射出成形シミュレーション方法の流れ図、図2は発泡性樹脂の粘度とせん断速度との関係を示す図、図3はヘンリーの法則に基づく樹脂のガス溶解度を示す図、図4は本実施例に係る修正溶解度式に基づく樹脂のガス溶解度を示す図、図5は溶解度低下第一変数αと時間の関係を示す図、図6は溶解度低下第二変数βと時間の関係を示す図である。
前記CAEシステムには、発泡射出成形シミュレーションを行うために必要となる発泡射出成形の成形条件データが予め設定される。この成形条件データには、『発泡性樹脂の粘度η』が含まれる。この発泡性樹脂の粘度ηは、下記[数1]に示す粘度式を用いて算出することができる。
図2では、発泡性樹脂の粘度ηをせん断速度の関数として表したものを、異なる二つのガス溶解度Cの発泡性樹脂について示しており、発泡性樹脂のガス溶解度Cが低いほど、せん断速度が速いことがわかる。
以下、例えば図3に示されるような、ヘンリーの法則に基づく発泡性樹脂のガス溶解度Cと樹脂圧力との関係を示す線を、「ヘンリーの法則に基づく溶解度線」と記載する。
このヘンリーの法則に基づく溶解度線は、原点を通る直線であって、樹脂圧力Pが大きくなるほど発泡性樹脂のガス溶解度Cは増大する。また、ヘンリーの法則に基づく溶解度線は、樹脂温度Tが低いほど、前記直線の傾きは小さい。
つまり、[数2]に示すヘンリーの法則に基づく溶解度式に、発泡性樹脂が金型内へ射出されてからの溶解度の時間変化を表現するための変数を加味して、金型内における発泡性樹脂のガス溶解度Cを予測するのである。従って、修正溶解度式は、発泡性樹脂及び該発泡性樹脂に溶解しているガスの関係により定まる発泡性樹脂の温度Tの関数A(T)と、発泡性樹脂の圧力Pと、発泡性樹脂が金型内へ射出されてからの溶解度の時間変化を表現するための変数とを、含んで構成されることとなる。
なお、発泡性樹脂が金型内へ射出されたときに、樹脂圧力Pが低下し始め、発泡性樹脂のガス溶解度Cが変化を始めることとなる。
また、前記溶解度低下第二変数β(t)は、例えば図6に示すように、時間tの経過に伴って減少し、ゼロに近づく変数である。
つまり、修正溶解度線は、時間tの経過に伴って、やがてヘンリーの法則に基づく溶解度線に近づくこととなる。
なお、前記溶解度低下第一変数α(t)、並びに、溶解度低下第二変数β(t)は、実験的に求められ、予めCAEシステムに設定される。
この修正溶解度線は、原点を通らない直線であって、樹脂圧力Pが大きくなるほど発泡性樹脂のガス溶解度Cは増大する。
また、この修正溶解度線は、樹脂温度Tが低いほど、直線の傾きは大きく、つまり、樹脂温度Tが低いほど多くのガスが発泡性樹脂に溶解する。
そして、同一の樹脂温度Tで比較すれば、ヘンリーの法則に基づく溶解度線の傾きよりも、修正溶解度線の傾きの方が小さい。
この流動解析方法には、上述の修正溶解度式が採用される。
前記CAEシステムは、電子計算機である汎用コンピュータに発泡射出成形CAE解析プログラムをインストールしたものであって、前記プログラム及びこれに使用されるパラメータ、並びにデータベースが格納された記憶部が備えられる。前記CAEシステムのデータベースには、金型の付帯条件データや、成形条件データや性能データ等が格納される。前記発泡射出成形のCAE解析プログラムには、発泡性樹脂の流動解析プログラム、凝固解析プログラム等のサブプログラムが含まれる。
なお、CAEシステムとして、発泡射出成形シミュレーションを行う専用装置を採用することもできる。
本実施例においては、CAEシステムによる発泡射出成形シミュレーションに、発泡射出成形における金型内の発泡性樹脂の湯流れのシミュレーションが含まれる。この発泡射出成形シミュレーションを通じて、発泡性樹脂の流動解析が行われ、発泡性樹脂の流動パターンや、金型内に発泡性樹脂が充填されたときの発泡性樹脂の圧力(樹脂圧力P)、発泡性樹脂の温度(樹脂温度T)、及び、発泡性樹脂を発泡させる気体の樹脂への溶解度(ガス溶解度C)等が、算出される。
なお、前記CADシステムは、計算機援用設計(Computer Aided Design)の技術にて、有限要素モデルデータを作成するための手段であって、本実施例においてはCAEシステムに作成した成形品モデルデータを提供可能に構成される。
前記成形条件データに含まれる「発泡性樹脂の粘度η0」は、[数2]に示すヘンリーの法則に基づく溶解度式を用いて算出され、予めCAEシステムのデータベースに設定されたものである。
なお、前記成形品有限要素モデルデータに、金型温度、発泡性樹脂の射出速度、温度、算出した粘度η1、比熱、ガス圧力、体積などの、発泡性樹脂の仕様及び特性等を含む、成形条件データと、発泡射出成形装置の性能データとを、再度付与して、第二次発泡射出成形シミュレーションを行う構成ともできる。
この第二次発泡射出成形シミュレーションの結果に基づいて、所望の成形品形状が得られる金型形状及び成形条件(射出成形機に設定するための温度や圧力等のプロファイル等)が決定される。
Claims (7)
- 発泡剤又は気体を添加した発泡性樹脂を金型内へ射出して、発泡体である成形品を得る発泡射出成形加工における、前記発泡性樹脂内へのガス溶解度を予測する方法であって、
発泡性樹脂及び該発泡性樹脂に溶解しているガスの関係により定まる発泡性樹脂の温度の関数と、発泡性樹脂の圧力と、発泡性樹脂が金型内へ射出されてからの溶解度の時間変化を表現するための変数とを用いて、発泡性樹脂内へのガス溶解度を求めることを特徴とする、
ガス溶解度予測方法。 - 発泡剤又は気体を添加した発泡性樹脂を金型内へ射出して、発泡体である成形品を得る発泡射出成形加工における、前記発泡性樹脂内へのガス溶解度を予測する方法であって、
前記金型内へ射出された発泡性樹脂のガス溶解度を、
溶解度式(I): C=α(t)×A(T)×P+β(t)
[前記溶解度式(I)中、Cは発泡性樹脂のガス溶解度、tは発泡性樹脂が金型内に射出されてからの時間、Tは発泡性樹脂の温度、Pは発泡性樹脂の圧力、α(t)は時間tの関数、A(T)は発泡性樹脂及び該発泡性樹脂に溶解しているガスの関係により定まる温度Tの関数、β(t)は時間tの関数を表す]
を用いて求めることを特徴とする、ガス溶解度予測方法。 - 前記溶解度式(I)において、α(t)は、時間tの経過に伴って増大し、1に近づく変数であることを特徴とする、請求項2に記載のガス溶解度予測方法。
- 前記溶解度式(I)において、β(t)は、時間tの経過に伴って減少し、ゼロに近づく変数であることを特徴とする、請求項2又は請求項3に記載のガス溶解度予測方法。
- 発泡剤又は気体を添加した発泡性樹脂を金型内へ射出して、発泡体である成形品を得る発泡射出成形加工を評価するためにCAEシステムにて行われる発泡性樹脂の流動解析方法であって、
請求項2〜請求項4の何れか一項に記載の溶解度式(I)にて求めたガス溶解度を用いて発泡性樹脂の粘度を算出し、
算出した発泡性樹脂の粘度を成形条件として採用することを特徴とする、
発泡性樹脂の流動解析方法。 - 発泡射出成形装置にて発泡剤又は気体を添加した発泡性樹脂を金型内へ射出して、発泡体である成形品を得る発泡射出成形加工を、評価するためのCAEシステムにて行われる発泡性樹脂の流動解析方法であって、
成形品に対応する成形品モデルデータを取得するステップと、
前記成形品モデルデータに金型構成要素の付帯条件を付与した成形品有限要素モデルデータを作成するステップと、
前記成形品有限要素モデルデータに、予め設定される発泡性樹脂の粘度を少なくとも含む成形条件データと、発泡射出成形装置の性能データとを付与して、発泡性樹脂の流動解析を行うステップと、
前記発泡性樹脂の流動解析にて得られた発泡性樹脂の温度及び圧力と、請求項2〜請求項4の何れか一項に記載の溶解度式(I)とより求めたガス溶解度を用いて、発泡性樹脂の粘度を算出するステップと、
算出した発泡性樹脂の粘度を成形条件として採用して、発泡性樹脂の流動解析を行うステップとを、
含むことを特徴とする、発泡性樹脂の流動解析方法。 - 発泡射出成形装置にて発泡剤又は気体を添加した発泡性樹脂を金型内へ射出して、発泡体である成形品を得る発泡射出成形加工を、評価するためのCAEシステムに、
成形品に対応する成形品モデルデータを取得する処理と、
前記成形品モデルデータに金型構成要素の付帯条件を付与した成形品有限要素モデルデータを作成する処理と、
前記成形品有限要素モデルデータに、発泡性樹脂の粘度を少なくとも含む成形条件データと、発泡射出成形装置の性能データとを付与して、発泡性樹脂の流動解析を行う処理と、
前記発泡性樹脂の流動解析にて得られた発泡性樹脂の温度及び圧力と、請求項2〜請求項4の何れか一項に記載の溶解度式(I)とにより求めたガス溶解度を用いて、発泡性樹脂の粘度を算出する処理と、
算出した発泡性樹脂の粘度を成形条件として採用して、発泡性樹脂の流動解析を行う処理とを、
実行させることを特徴とする、発泡性樹脂の流動解析プログラム。
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