JP4281091B2 - 樹脂成形部品の変形解析方法 - Google Patents

Description

本発明は、樹脂成形部品の成形変形、塗装変形及び耐熱変形の各項目に関する変形解析を行なうための変形解析方法に関するものである。

従来、例えば自動車のバンパー等の樹脂成形部品に関しては、図７に示すように、射出成形工程Ｐ１，塗装工程Ｐ２，組立工程Ｐ３を経て自動車に装着され、その後車両状態Ｐ４として使用されるようになっている。即ち、射出成形工程Ｐ１においては、射出開始と共に、成形型内に樹脂材料が充填され、型内で保圧冷却され、さらに離型後に室温まで自然冷却される。また、塗装工程Ｐ２においては、仕掛品在庫として室温で保管された後、塗装が行なわれる。さらに、組立工程Ｐ３においては、自動車ボディに対する樹脂成形部品の組付けが行なわれる。最後に、車両状態Ｐ４においては、自動車として製品使用されることになる。

ところで、上記各工程及び車両状態にあっては、図７の下段に示すように、それぞれ射出成形においては成形変形が、また保管時には自重変形が、塗装時には塗装変形が、さらに組立工程においては組付け変形が発生し、また製品使用時には耐熱変形が発生することが知られている。

これに対して、これらの変形をできるだけ小さくするように、当該樹脂成形部品の設計段階において、上述した各変形のうち、成形変形，塗装変形，耐熱変形は、従来から例えば所謂ＣＡＥの手法により変形解析が行なわれている。

上記成形変形は、当該樹脂成形部品の設計形状モデルから、成形条件，成形機，使用する樹脂材料の特性（物性）等に基づいて、解析ソフトを利用して解析が行なわれる。この場合、解析ソフトとしては市販の射出成形解析ソフトが使用される。

また、上記塗装変形は、当該樹脂成形部品の設計形状モデルから、塗装条件（主として温度及び時間），物性条件（温度条件），治具に載せた状態の形状，塗装治具の形状等に基づいて、解析ソフトを利用して解析が行なわれる。この場合、解析ソフトとしては市販の構造解析ソフトが使用される。

さらに、上記耐熱変形は、当該樹脂成形部品の設計形状モデルから、境界条件（樹脂成形部品を自動車ボディに取り付けた状態にて締結部位の座標，組付け状態），物性条件（温度条件）に基づいて、同様に解析ソフトを利用して解析が行なわれる。

また、特許文献１においては、熱変形解析にて、樹脂成形部品の加熱収縮を予測する方法が開示されている。この方法によれば、昇温時の射出成形品の弾塑性変形及びクリープ変形を計算すると共に、降温時の射出成形品の弾塑性変形を計算して、射出成形品の離型時の型出し温度に対応する射出成形品の熱収縮変形を解析する計算を行なうようになっている。ここで、加熱収縮とは、樹脂成形部品の再加熱によって、成形時の残留応力が緩和されて、さらに収縮することをいう。
特開２００２−１４８２３２号公報

しかしながら、上述した変形解析方法においては、図８に示すように、樹脂成形部品（設計形状モデル）に関して、上述した成形変形解析，塗装変形解析及び耐熱変形解析がそれぞれ単独で評価されるようになっている。従って、上流工程の解析結果が下流工程の解析で考慮されていない。例えば、成形変形解析の解析結果は、塗装変形解析及び耐熱変形解析に反映されず、また塗装変形解析の解析結果は耐熱変形解析に反映されない。このため、従来の変形解析方法においては、下流の変形解析、即ち塗装変形解析及び耐熱変形解析の精度が十分ではなかった。

このようにして、従来の変形解析方法においては、変形解析の精度が十分ではないことから、当該樹脂成形部品の設計がより長期間になってしまい、納期が延びてしまうと共に、開発コストが嵩み、また樹脂成形部品の設計の際の最適化手法の精度も低くなってしまう。

本発明は、このような事情を鑑みて創作されたものであり、成形変形解析，塗装変形解析及び耐熱変形解析を連成させて、変形解析結果の解析精度を向上させるようにした、樹脂成形部品の変形解析方法を提供することを目的とする。

上記目的は、本発明の第一の構成によれば、樹脂成形部品の設計形状モデルに基づいて成形変形解析を行ない、成形変形の変形モデルを計算する第一の段階と、第一の段階による成形変形の変形モデルを初期形状モデルとして塗装変形解析を行ない、塗装変形の変形モデルを計算する第二の段階と、第二の段階による塗装変形の変形モデルを初期形状モデルとして耐熱変形解析を行なう第三の段階と、を含む樹脂成形部品の変形解析方法により達成される。

本発明による変形解析方法は、好ましくは、上記第二の段階にて、上記成形変形の変形モデルに対して、加熱収縮分布を初期条件として塗装変形解析を行なう。

また、上記目的は、本発明の第二の構成によれば、樹脂成形部品の設計形状モデルに基づいて成形変形解析を行ない、成形変形の変形モデルを計算する第一の段階と、第一の段階による成形変形の変形モデルを初期形状モデルとして耐熱変形解析を行なう第二の段階と、を含む樹脂成形部品の変形解析方法により達成される。

本発明による変形解析方法は、好ましくは、上記第二の段階にて、成形変形の変形モデルに対して、加熱収縮分布を初期条件として耐熱変形解析を行なう。

上記第一の構成によれば、第二の段階にて、当該樹脂成形部品の塗装変形解析を行なう際に、第一の段階による成形変形の変形モデルを初期形状モデルとして塗装変形解析を行なうので、成形変形を考慮した塗装変形解析を行なうことができる。これにより、成形変形を織り込んだより高精度の塗装変形解析が行なわれることになる。
また、第三の段階にて、当該樹脂成形部品の耐熱変形解析を行なう際に、第二の段階による塗装変形の変形モデルを初期形状モデルとして耐熱変形解析を行なうので、塗装変形を考慮した耐熱変形解析を行なうことができる。この場合、塗装変形の変形モデルは、第二の段階にて成形変形を考慮した塗装変形解析により計算されているので、結果として、成形変形及び塗装変形を考慮したより高精度の耐熱変形解析が行なわれる。
このようにして、本発明の第一の構成によれば、塗装品としての樹脂成形部品についてより高精度の変形解析を行なうことができる。

上記第二の段階にて、上記成形変形の変形モデルに対して、加熱収縮分布を初期条件として塗装変形解析を行なう場合には、当該樹脂成形部品の成形後の再加熱により発生する加熱収縮を考慮することにより、塗装変形解析がより一層高精度に行なわれる。

また、上記第二の構成によれば、第二の段階にて、当該樹脂成形部品の耐熱変形解析を行なう際に、第一の段階による成形変形の変形モデルを初期形状モデルとして耐熱変形解析を行なうので、成形変形を考慮した耐熱変形解析を行なうことができる。これにより、成形変形を織り込んだより高精度の耐熱変形解析が行なわれる。
このようにして、本発明の第二の構成によれば、無塗装品としての樹脂成形部品について、より高精度の変形解析を行なうことができる。

上記第二の段階にて、上記成形変形の変形モデルに対して、加熱収縮分布を初期条件として耐熱変形解析を行なう場合には、当該樹脂成形部品の成形後の再加熱により発生する加熱収縮を考慮することにより、耐熱変形解析がより一層高精度に行なわれる。

このようにして、本発明によれば、得られた高精度の変形解析の結果を当該樹脂部品の設計にフィードバックすることによって、当該樹脂成形部品の設計の完成度がより高精度となり、納期が短縮されると共に、開発コストが低減され、また樹脂成形部品の設計の際の最適化手法の精度も向上する。即ち、本発明によれば、成形変形解析，塗装変形解析及び耐熱変形解析を連携させて、変形解析結果の解析精度を向上できる。

以下、図面に示した実施形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明を適用した樹脂成形部品の変形解析方法の一実施の形態の構成を示している。図１の樹脂成形部品の変形解析方法１０は、第一の段階２０，第二の段階３０及び第三の段階４０と、から構成されている。

上記第一の段階２０では、樹脂成形部品の設計形状モデル１１から、成形変形解析２１が行なわれ、この成形変形解析の結果に基づいて、成形変形の変形モデル２２が計算される。この成形変形解析２１は、前述した従来の成形変形解析と同様にして、コンピュータで稼動する解析ソフトを利用して行なわれる。例えば、成形条件，成形機，使用する樹脂材料の特性（物性）等に基づいて解析が行なわれ、解析ソフトとしては、市販の射出成形解析ソフトが使用され得る。

また、第二の段階３０では、上述した成形変形の変形モデル２２を初期形状モデルとして、塗装変形解析３１が行なわれ、この塗装変形解析の結果に基づいて塗装変形の変形モデル３２が計算される。この塗装変形解析３１は、前述した従来の塗装変形解析と同様にして、コンピュータで稼動する解析ソフトを利用して行なわれる。例えば、塗装条件（主として温度及び時間），物性条件（温度条件），治具に載せた状態の形状，塗装治具の形状等に基づいて解析が行なわれる。解析ソフトとしては、市販の構造解析ソフトが使用されることができる。

その際、塗装変形解析３１は、好ましくは上記成形変形の変形モデル２２における加熱収縮分布３３を考慮して行なわれるようになっている。この加熱収縮分布３３は、例えば前述した特許文献１に示されている手法を利用して、昇温時の射出成形品の弾塑性変形及びクリープ変形を計算すると共に、降温時の射出成形品の弾塑性変形を計算して、射出成形品の離型時の型出し温度に対応する射出成形品の熱収縮変形を解析することにより計算される。

上記第三の段階４０では、上述した塗装変形の変形モデル３２を初期形状モデルとして、耐熱変形解析４１が行なわれる。この耐熱変形解析４１は、前述した従来の耐熱変形解析と同様にして、コンピュータで稼動する解析ソフトを利用して行なわれる。例えば、境界条件（樹脂成形部品を自動車ボディに取り付けた状態における締結部位の座標，組付け状態），物性条件（温度条件）に基づいて、同様に解析ソフトを利用して解析が行なわれる。

ここで、各変形解析２１，３１，４１は、それぞれ従来の変形解析のために使用されていたコンピュータそして解析ソフトをそのまま利用することができる。そして、塗装変形解析３１及び耐熱変形解析４１において、初期形状モデルとして、成形変形解析２１又は塗装変形解析３１による変形モデル２２，３２を入力データとして利用するようになっている。各変形解析２１，３１，４１は、それぞれ別のコンピュータにより実行されてもよく、また互いにネットワーク接続された端末コンピュータにより実行されてもよく、さらには各端末コンピュータが接続されるサーバにて実行されてもよい。

本発明の実施形態による樹脂成形部品の変形解析方法は、以上のように構成されており次のように実施される。
即ち、図２のフローチャートに示すように、まずステップＳ１にて、樹脂成形部品の設計形状モデル１１から成形変形解析２１が行なわれ、ステップＳ２にて、成形変形の変形モデル２２が計算される。

次に、ステップＳ３にて、成形変形の変形モデル２２について、加熱収縮分布３３が計算される。続いて、ステップＳ４にて、成形変形の変形モデル２２を初期変形モデルとして、上加熱収縮分布３３を考慮して塗装変形解析３１が行なわれ、ステップＳ５にて、塗装変形の変形モデル３２が計算される。

最後に、ステップＳ６にて、上記塗装変形の変形モデル３２を初期変形モデルとして耐熱変形解析４１が行なわれる。
以上で、本発明の実施形態による変形解析が完了する。

その後、このようにして得られた成形変形解析２１，塗装変形解析３１及び耐熱変形解析４２がそれぞれ評価される。その際、塗装変形解析３１は、成形変形及び加熱収縮分布を考慮して行なわれることにより、成形変形そして加熱収縮を織り込んだ高精度の解析結果が得られることになると共に、耐熱変形解析４１は、成形変形，加熱収縮分布そして塗装変形を考慮して行なわれることにより、成形変形，加熱収縮及び塗装変形を織り込んだ高精度の解析結果が得られることになる。

このようにして、本発明の実施形態による解析方法１０によれば、塗装変形解析３１及び耐熱変形解析４１にて、上流、即ち成形変形解析２１，塗装変形解析３１の解析結果を利用することによって、各変形解析２１，３１，４１を互いに連成させて、より高精度の変形解析結果が得られる。従って、得られた高精度の変形解析の結果を当該樹脂部品の設計にフィードバックすることによって、当該樹脂成形部品の設計の完成度がより高精度となり、納期が短縮されると共に、開発コストが低減され、また樹脂成形部品の設計の際の最適化手法の精度も向上する。

次に、図３から図６は、樹脂成形部品として自動車のフロントバンパーについて変形解析の実施例を示している。
図３において、自動車のフロントバンパー５０について、変形解析を行なうべき横方向に並んだ１５箇所の測定点Ａ〜Ｏが示されている。この自動車のフロントバンパー５０について、上述した成形変形解析２１を行なったところ、図４に示すように、各測定点Ａ〜Ｏにて、符号Ｘ１で示す解析結果（成形変形の変形モデル２２）が得られた。これに対して、実際の成形変形を測定したところ、符号Ｘ２で示す実測値が得られた。

次に、自動車のフロントバンパー５０について、符号Ｘ１で示す成形変形の変形モデル２２に基づいて、上述した塗装変形解析３１（加熱収縮分布を考慮した場合及び考慮しない場合）を行なったところ、図５に示すように、各測定点Ａ〜Ｏにて、加熱収縮を考慮しない場合には、符号Ｙ１で示す解析結果が、また加熱収縮を考慮した場合には、符号Ｙ２で示す解析結果（塗装変形の変形モデル３２）が得られた。これに対して、実際の塗装変形を測定したところ、符号Ｙ３で示す実測値が得られた。なお、符号Ｙ４は、成形変形の変形モデル２２に対して加熱収縮のみを考慮した場合の解析結果である。

また、自動車のフロントバンパー５０について、符号Ｙ２で示す塗装変形の変形モデル３２に基づいて、上述した耐熱変形解析４１を行なったところ、図６に示すように、各測定点Ａ〜Ｏにて、符号Ｚ１で示す解析結果が得られた。これに対して、実際の耐熱変形を測定したところ、符号Ｚ２で示す実測値が得られた。

このようにして、各変形解析２１，３１，４１において、実測値Ｘ２，Ｙ４及びＺ２が解析結果を上回るようなことはなく、即ち、実際の樹脂成形部品を製造したとき、許容範囲を越えた変形、例えば波打ち変形等が発生するようなことはなく、高精度の変形解析結果が得られることが分かる。

以上説明したが、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で様々な形態で実施できる。例えば、上述した実施形態においては、塗装工程により塗装するようにした塗装品である樹脂成形部品の変形解析を行なう場合について説明したが、これに限らず、無塗装品である樹脂成形部品の変形解析に本発明を適用することも可能である。
この場合、図１において、点線で示すように、第二の段階３０が省略され、第三の段階４０にて、成形変形の変形モデル２２を初期形状モデルとして、加熱収縮分布３３を考慮して、耐熱変形解析４１が行なわれることになる。

本発明による樹脂成形部品の変形解析方法の構成を示す概略図である。 図１の樹脂成形部品の変形解析方法を示すフローチャートである。 変形解析を行なうべき自動車のフロントバンパーの測定点を示す概略正面図である。 図３の自動車のフロントバンパーの各測定点における成形変形の解析結果及び実測値を示すグラフである。 図３の自動車のフロントバンパーの各測定点における塗装変形の解析結果及び実測値を示すグラフである。 図３の自動車のフロントバンパーの各測定点における耐熱変形の解析結果及び実測値を示すグラフである。 樹脂成形部品の成形変形，塗装変形及び耐熱変形を示す説明図である。 従来の樹脂成形部品の変形解析方法の一例の構成を示す概略図である。

符号の説明

１０ 樹脂成形部品の変形解析方法
１１ 樹脂成形部品の設計形状モデル
２０ 第一の段階
２１ 成形変形解析
２２ 成形変形の変形モデル
３０ 第二の段階
３１ 塗装変形解析
３２ 塗装変形の変形モデル
３３ 加熱収縮分布
４０ 第三の段階
４１ 耐熱変形解析
５０ 自動車のフロントバンパー
Ａ〜Ｏ 測定点

Claims (4)

1. 樹脂成形部品の設計形状モデルに基づいて成形変形解析を行ない、成形変形の変形モデルを計算する第一の段階と、
   上記第一の段階による成形変形の変形モデルを初期形状モデルとして塗装変形解析を行ない、塗装変形の変形モデルを計算する第二の段階と、
   上記第二の段階による塗装変形の変形モデルを初期形状モデルとして耐熱変形解析を行なう第三の段階と、を含み、
   上記第二の段階が、上記成形変形の変形モデルを治具に載せた状態に基づいて上記塗装変形解析を行ない、
   上記第三の段階が、上記塗装変形の変形モデルを自動車ボディに組付けた状態に基づいて上記耐熱変形解析を行なうことを特徴とする、樹脂成形部品の変形解析方法。
2. 前記第二の段階にて、前記成形変形の変形モデルに対して、加熱収縮分布を初期条件として、塗装変形解析を行なうことを特徴とする、請求項１に記載の樹脂成形部品の変形解析方法。
3. 樹脂成形部品の設計形状モデルに基づいて成形変形解析を行ない、成形変形の変形モデルを計算する第一の段階と、
   上記第一の段階による成形変形の変形モデルを初期形状モデルとして耐熱変形解析を行なう第二の段階と、を含み、
   上記第二の段階が、上記成形変形の変形モデルを自動車ボディに組付けた状態に基づいて上記耐熱変形解析を行なうことを特徴とする、樹脂成形部品の変形解析方法。
4. 前記第二の段階にて、前記成形変形の変形モデルに対して、加熱収縮分布を初期条件として、耐熱変形解析を行なうことを特徴とする、請求項３に記載の樹脂成形部品の変形解析方法。
   

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