JP6259752B2 - 樹脂粘度算出機能を有する流動解析装置 - Google Patents

Description

この発明は樹脂粘度算出機能を有する流動解析装置に関し、より詳しくは樹脂を金型キャビティに注入して成形するときの挙動をコンピュータによるシミュレーションを介して解析するコンピュータ支援の開発支援装置（Computer Aided Engineering）用の樹脂粘度算出機能を有する流動解析装置に関する。

コンピュータによるシミュレーションを介して金型設計、商品設計などの開発を支援する装置としては、有限要素法、有限体積法、差分法、境界要素法などを用いて成形中の金型内樹脂流動挙動をシミュレーションする技術が、樹脂部品に対してすでに広く活用されている。

シミュレーションを行うためには、事前に樹脂物性をコンピュータへ入力しなければならない。必要な樹脂物性としては、粘度、熱伝導率、比熱、密度などがあるが、粘度は流動挙動へ著しく影響を及ぼす重要な物性といえる。

ところで、成形には、モノマーを高温に温度制御された金型内に流し込みながら、または流し込んだ後で化学反応（架橋、重合など）を伴って賦形されるプロセスもある。例えば、エポキシ樹脂のような熱硬化性樹脂を用いた成形は、架橋による硬化反応を伴う。信頼できる解析結果を得るためには、反応を生じながら時間と共に変化する粘度に対して精度良く合わせた粘度カーブフィッティング式をコンピュータへ入力した後に、金型内樹脂流動挙動をシミュレーションしなければならない。

この硬化反応を伴う樹脂を用いたシミュレーションでは、粘度が複雑に変化するため、下記の特許文献１，２に記載されているように、有限要素法などを用いて流動性樹脂の流動挙動を解析することが知られている。

特開２００３−０６８７７６号 特開２０１４−０５８０４９号

特許文献１，２記載の技術はエポキシ樹脂などの１種類の硬化反応を生じる熱硬化性樹脂のみに対して広く活用されているが、樹脂の中には２種類の硬化反応を生じるものも存在する。例えば、原料モノマーとしてε-カプロラクタムを用いたナイロン６の合成では、第１の硬化反応（短時間側）として重合、第２の硬化反応（長時間側）として結晶化の２種類の硬化反応を生じる。従って、特許文献１，２記載の技術ではこのような複数の硬化反応を伴う樹脂に対応することができなかった。

従って、この発明の目的は上記した課題を解決し、複数の硬化反応を伴う樹脂を金型キャビティに注入して成形するときの挙動をコンピュータによるシミュレーションを介して解析する開発支援装置用の樹脂粘度算出機能を有する流動解析装置において、樹脂の粘度変化を精度良く算出し、よって流動解析側において金型キャビティでの樹脂の流動挙動を精度良く把握して適切な成形条件、金型キャビティ形状、注入口数とその配置等を見出すことを可能にした樹脂粘度算出機能を有する流動解析装置を提供することにある。

上記した課題を解決するために、請求項１にあっては複数の硬化反応が生じる樹脂原料成分を含む樹脂を金型キャビティに注入して成形するときの挙動をコンピュータによるシミュレーションを介して解析する開発支援装置用の樹脂粘度算出機能を有する流動解析装置において、前記金型キャビティに注入されるべき樹脂の示差走査熱量を測定して昇温開始からｍ秒後の重合による硬化反応を示す第１発熱カーブと、ｎ（ｎ＞ｍ）秒後の結晶化による硬化反応を示す第２発熱カーブとで合成される合成発熱カーブを測定する合成発熱カーブ測定手段と、前記測定された合成発熱カーブを前記第１発熱カーブと第２発熱カーブとに分離（算出）する第１、第２発熱カーブ分離手段と、前記分離された第１発熱カーブに基づいて前記樹脂の硬化度αを算出する硬化度算出手段と、前記樹脂の初期粘度に前記算出された硬化度αに関連した値を乗じて前記樹脂の重合による粘度ηpを算出する粘度算出手段と、前記算出された樹脂の重合による粘度ηpを前記開発支援装置に入力する入力手段とを備え、前記第１、第２発熱カーブ分離手段は、前記樹脂の示差走査熱量を測定して昇温開始からｏ（ｏ＞ｎ）秒後の結晶融解による吸熱カーブを測定し、前記測定された吸熱カーブに基づいて前記第２発熱カーブを分離すると共に、前記合成発熱カーブから前記分離された第２発熱カーブを差し引くことで前記第１発熱カーブを分離する如く構成した。

請求項２に係る樹脂粘度算出機能を有する流動解析装置にあっては、前記第１、第２発熱カーブ分離手段は、前記樹脂の示差走査熱量の測定において、前記合成発熱カーブまで昇温させた後に、一旦冷却させてから、再度昇温して前記吸熱カーブまで測定する如く構成した。

請求項３に係る樹脂粘度算出機能を有する流動解析装置にあっては、前記粘度算出手段は、前記分離された第２発熱カーブに基づいて前記樹脂の結晶化度Ｘcを算出し、前記硬化度αから算出された樹脂の重合による粘度ηpに前記算出された結晶化度Ｘcに関連した値を乗じて前記樹脂の重合と結晶化による粘度ηpcを算出すると共に、前記入力手段は、前記算出された樹脂の重合と結晶化による粘度ηpcを前記開発支援装置に入力する如く構成した。

請求項４に係る樹脂粘度算出機能を有する流動解析装置にあっては、前記樹脂の粘度変化曲線を測定する粘度変化測定手段と、前記測定された粘度変化曲線に基づいて前記算出された樹脂の重合による粘度ηpのフィッティング精度が向上するように補正する粘度補正手段を備えると共に、前記入力手段は前記補正された樹脂の重合による粘度ηpを前記開発支援装置に入力する如く構成した。

請求項５に係る樹脂粘度算出機能を有する流動解析装置にあっては、前記樹脂の粘度変化曲線を測定する粘度変化測定手段と、前記測定された粘度変化曲線に基づいて前記算出された樹脂の重合と結晶化による粘度ηpcのフィッティング精度がさらに向上するように補正する粘度補正手段を備えると共に、前記入力手段は前記補正された樹脂の重合と結晶化による粘度ηpcを前記開発支援装置に入力する如く構成した。

請求項６に係る樹脂粘度算出機能を有する流動解析装置にあっては、前記第１、第２発熱カーブ分離手段は、前記分離された第１発熱カーブと第２発熱カーブとを再び合成して前記合成発熱カーブと一致するか否か検証する検証手段を備える如く構成した。

請求項１に係る樹脂粘度算出機能を有する流動解析装置にあっては、金型キャビティに注入されるべき樹脂の示差走査熱量を測定して昇温開始からｍ秒後の重合による硬化反応を示す第１発熱カーブと、ｎ（ｎ＞ｍ）秒後の結晶化による硬化反応を示す第２発熱カーブとで合成される合成発熱カーブを測定し、測定された合成発熱カーブを第１発熱カーブと第２発熱カーブとに分離し、分離された第１発熱カーブに基づいて樹脂の硬化度αを算出し、樹脂の初期粘度に算出された硬化度αに関連した値を乗じて樹脂の重合による粘度ηpを算出すると共に、算出された樹脂の重合による粘度ηpを開発支援装置に入力し、樹脂の示差走査熱量を測定して昇温開始からｏ（ｏ＞ｎ）秒後の結晶融解による吸熱カーブを測定し、測定された吸熱カーブに基づいて第２発熱カーブを分離すると共に、合成発熱カーブから分離された第２発熱カーブを差し引くことで第１発熱カーブを分離する如く構成したので、複数の硬化反応を生じる樹脂の粘度変化を適切に算出することができ、流動解析側において金型キャビティでの樹脂の流動挙動を精度良く把握して適切な成形条件、金型キャビティ形状、注入口数とその配置等を見出すことができる。また、第１、第２発熱カーブを容易に分離（あるいは算出）することができる。

請求項２に係る樹脂粘度算出機能を有する流動解析装置にあっては、第１、第２発熱カーブ分離手段は、樹脂の示差走査熱量の測定において、合成発熱カーブまで昇温させた後に、一旦冷却させてから、再度昇温して吸熱カーブまで測定する如く構成したので、上記した効果に加え、重合、結晶化による発熱カーブの測定と、結晶融解による吸熱カーブの測定とを別々に行うことも可能となり、試験の自由度を高めることができる。

請求項３に係る樹脂粘度算出機能を有する流動解析装置にあっては、分離された第２発熱カーブに基づいて樹脂の結晶化度Ｘcを算出し、硬化度αから算出された樹脂の重合による粘度ηpに算出された結晶化度Ｘcに関連した値を乗じて樹脂の重合と結晶化による粘度ηpcを算出すると共に、算出された樹脂の重合と結晶化によるηpcを開発支援装置に入力する如く構成したので、複数の硬化反応を生じる樹脂の粘度変化を一層適切に算出することができ、流動解析側において金型キャビティでの樹脂の流動挙動を精度良く把握して一層適切な成形条件、金型キャビティ形状、注入口数とその配置等を見出すことができる。

請求項４に係る樹脂粘度算出機能を有する流動解析装置にあっては、樹脂の粘度変化曲線を測定し、測定された粘度変化曲線に基づいて算出された樹脂の重合による粘度ηpのフィッティング精度が向上するように補正すると共に、補正された樹脂の重合による粘度ηpを開発支援装置に入力する如く構成したので、上記した効果に加え、粘度変化を一層適切に算出することができる。

請求項５に係る樹脂粘度算出機能を有する流動解析装置にあっては、樹脂の粘度変化曲線を測定し、測定された粘度変化曲線に基づいて算出された樹脂の重合と結晶化によるηpcのフィッティング精度がさらに向上するように補正すると共に、補正された樹脂の重合と結晶化によるηpcを開発支援装置に入力する如く構成したので、上記した効果に加え、粘度変化を一層適切に算出することができる。

請求項６に係る樹脂粘度算出機能を有する流動解析装置にあっては、分離された第１発熱カーブと第２発熱カーブとを再び合成して合成発熱カーブと一致するか否か検証する如く構成し、一致の程度が不十分な場合は分離を修正することができるので、上記した効果に加え、粘度変化を一層適切に算出することができる。

この発明の第１実施例に係る粘度算出機能を有する流動解析装置を用いて行われる製品設計から量産までの工程を示す説明図である。 図１に示す装置の処理を示すフロー・チャートである。 図２の処理によって得られる熱量カーブ全体の測定結果を示すデータ図である。 図２の処理によって得られる合成発熱カーブから分離された第１発熱カーブと第２発熱カーブの算出結果を示すデータ図である。 図２の処理によって得られる合成発熱カーブと吸熱カーブの測定結果を示すデータ図である。 図２の処理によって得られる合成発熱カーブから分離された第１発熱カーブと第２発熱カーブを再び合成して、元の合成発熱カーブと一致するか否か検証した結果を示すデータ図である。 図２の処理によって得られる粘度の測定結果と算出結果を示すデータ図である。 この発明の第２実施例に係る粘度算出機能を有する流動解析装置の処理を示すフロー・チャートである。 図８の処理によって得られる粘度の測定結果と算出結果を示すデータ図である。

以下、添付図面を参照してこの発明に係る粘度算出機能を有する流動解析装置を実施するための形態について説明する。

図１はこの発明の第１実施例に係る粘度算出機能を有する流動解析装置を用いて行われる製品設計から量産までの工程を示す説明図である。

図１において符号１０は粘度算出機能を有する流動解析装置を示し、装置１０は開発支援装置（ＣＡＥ）１２用の装置、より具体的には開発支援装置１２の一部を構成する装置として構成される。開発支援装置１２はコンピュータからなり、金型１４内の樹脂流動挙動を解析するための対話形式のシミュレーションプログラム１６が格納される。

金型１４は上型１４ａと下型１４ｂを備え、その間にキャビティ１４ｃが形成される。キャビティ１４ｃは上型１４ａに形成される注入路から樹脂２０が注入機１４ｄによって注入（充填）される。樹脂２０は複数の反応性原料樹脂成分を混合させてなるモノマーからなる。キャビティ１４ｃは減圧ポンプ１４ｅに接続されて減圧（真空引き）可能に構成される。

開発支援装置（コンピュータ）１２はディスプレイ１２ａとキーボードやマウスなどの入力手段１２ｂを備え、樹脂２０を金型キャビティ１４ｃに注入して成形、より具体的にはＲＴＭ（Resin Transfer Molding）法などの成形を行うときの挙動を格納された対話形式のプログラム１６によるシミュレーションを介して解析する。

粘度算出機能を有する流動解析装置１０は開発支援装置１２とシミュレーションプログラム１６を共用すると共に、樹脂２０のＤＳＣ（Differential Scanning Calorimetry。示差走査熱量）を測定するためのＤＳＣ分析器２２と、樹脂２０の粘度を測定するためのレオメータ２４からの測定結果が送られる。尚、開発支援装置１２は、コンピュータを２台以上用いて、樹脂粘度算出機能用のコンピュータで粘度変化を計算した結果を別の流動解析用のコンピュータに送り解析しても良い。また、ＤＳＣ分析器２２とレオメータ２４は具体的には金型キャビティ１４ｃに注入されるべき樹脂２０の試料の熱量と粘度を測定する。

流動解析は具体的には製品設計から量産までの工程の一環として行われ、設計者（エンジニア）は、入力装置１２ｂを介してデータを入力し、プログラム１６に格納された指示に従い、対話形式で製品モデル２６を設計する。

ＣＡＥにおいては、金型１４を用いて製品製造を行う場合、設計者は先ず製品設計工程で製品モデル２６を設計し、その作成した製品モデル２６を使用して金型設計工程で金型モデル２８を設計する。

次いで、設計者は、作成した金型モデル２８を使用して金型加工データを作成し、そのデータを使用してＮＣ加工装置３０などによって金型１４を製造し、製造した金型１４を使用してＲＴＭ法などの成形を行うことによって製品３２を製造する。

図２は粘度算出機能を有する流動解析装置１０の処理を示すフロー・チャート、図３から図７はそれによって得られる発熱カーブなどの測定結果を示す説明図である。図２フロー・チャートのプログラムは開発支援装置（コンピュータ）１２によって実行される。

以下説明すると、Ｓ１０において樹脂２０を一定昇温速度条件、例えば４℃／ｍｉｎで加熱しながらＤＳＣ分析器２２を用いてＤＳＣ（示差走査熱量）を測定し、２種類の硬化反応が生じる際の発熱カーブａと結晶融解が生じる際の吸熱カーブｄを測定する。樹脂２０は具体的には、ナイロン６の合成原料モノマーとして、室温で固体顆粒状のε-カプロラクタム、触媒、重合開始剤等の混合物からなる。

図３にその測定結果を示す。同図に示す如く、７０℃付近でモノマーが融解して液化することによる吸熱が、１２０から１７０℃付近で重合による発熱（第１発熱カーブｂ）と結晶化による発熱（第２発熱カーブｃ）が、２００から２２０℃付近でポリマーの結晶が融解して液化することによる吸熱（吸熱カーブｄ）が見られた。

尚、この熱量カーブの測定において、樹脂を結晶化による発熱（第２発熱カーブｃ）まで昇温させた後、一旦冷却させ、再度昇温させた熱量カーブ測定においても、２００から２２０℃付近で該吸熱（吸熱カーブｄ）が見られた。

図３において横軸は一定昇温速度で加熱したときの温度を示すことから、発熱カーブａは、時間的に先行する短時間側で（換言すれば昇温開始からｍ秒後に）生じる第１の硬化反応（重合）の発熱カーブｂと、長時間側で（換言すれば昇温開始からｎ（ｎ＞ｍ）秒後に）生じる第２の硬化反応（結晶化）の発熱カーブｃとで合成される合成発熱カーブからなる。

成形は樹脂２０が金型キャビティ１４ｃ内の末端まで到達できる成形条件（成形品のサイズ、樹脂２０の温度、金型１４の温度）の範囲で行わなければならない。つまり、樹脂２０に十分な流動性が確保されている範囲内で流動（注入）を完了させる必要があるため、シミュレーションのための粘度カーブフィッティングは、先ずは粘度が十分に増加していない、換言すれば硬化反応が十分に進行していない低粘度（短時間）側の精度が重要となる。第１実施例はこの点に着目してなされた。

そこで、Ｓ１２において測定された合成発熱カーブａを第１発熱カーブｂと第２発熱カーブｃとに分離し、第１発熱カーブｂなどから硬化度α（ｔ）を算出する。図４に分離された第１発熱カーブｂと第２発熱カーブｃを示す。

分離について説明すると、上記したように合成発熱カーブａのうちの低温側は重合による硬化反応が、高温側は結晶化による硬化反応が生じていることから、これらより第１発熱カーブｂと第２発熱カーブｃとに分離（算出）する。

即ち、第２の硬化反応である結晶化による発熱量（第２発熱カーブｃの発熱量）は、より高温側（換言すれば昇温開始からｏ（ｏ＞ｎ）秒後）に認められる、形成された結晶の融解による吸熱量（吸熱カーブｄの吸熱量）に理論的に等しくなる。従って、合成発熱カーブａの面積をＳ、第１発熱カーブｂの面積をＳ１、第２発熱カーブｃの面積をＳ２、吸熱カーブｄの面積をＳ３とするとき、図５に示す如く、第２発熱カーブｃの面積Ｓ２は吸熱カーブｄの面積Ｓ３と等しくなる。

尚、吸熱カーブｄの面積Ｓ３の算出には、熱量カーブの測定において、樹脂を結晶化による発熱（第２発熱カーブｃ）まで昇温させた後、一旦冷却させ、再度昇温させた熱量カーブ測定で見られる吸熱（吸熱カーブｄ）を採用しても構わない。

第１、第２発熱カーブｂ，ｃの分離に際しては、統計学で使用される分布曲線（ガウス分布、コーシー分布など）を用いて分離する。実施例の場合、数１に示すガウス分布を用いた（μ：平均値、σ：標準偏差）。即ち、面積Ｓ２がＳ３と等しくなるように左右で半値幅が異なるガウス分布曲線を活用して第２発熱カーブｃを算出し、合成発熱カーブａから、算出した第２発熱カーブｃを差し引いて、第１発熱カーブｂを算出した。尚、これらカーブ形状は左右対称でないことも多いので、左右で半値幅が異なるような分布曲線を用いても良い。

このように、Ｓ１２においては測定された合成発熱カーブａを第１発熱カーブｂと第２発熱カーブｃとに分離する。

より具体的には、ＤＳＣ分析器２２を用いて樹脂２０の示差走査熱量を測定し、昇温開始からｍ秒後に生じる第１の硬化反応である重合による第１発熱カーブｂとｎ（ｎ＞ｍ）秒後に生じる第２の硬化反応である結晶化による第２発熱カーブｃとからなる合成発熱カーブａと、ｏ（ｏ＞ｎ）秒後に生じる結晶融解による吸熱カーブｄを測定する。次に、合成発熱カーブａを第１発熱カーブｂと第２発熱カーブｃとに分離する。まず、第２発熱カーブｃの面積Ｓ２（発熱量）が、吸熱カーブｄの面積Ｓ３（吸熱量）に等しく、かつ、図５のように合成発熱カーブａの高温側と第２発熱カーブｃの高温側がほぼ一致するように分布曲線（式１−１）を設定して第２発熱カーブｃを算出する。さらに、算出した第２発熱カーブｃを合成発熱カーブａから差し引くことで、第１発熱カーブｂが算出される。この手順により第１発熱カーブｂと第２発熱カーブｃの分離が行われる。

Ｓ１２の処理においては、次いで、算出された第１発熱カーブｂなどから硬化度α（ｔ）を算出する。

数２の式２−１（所定の式（１））に硬化度α（ｔ）などを用いて粘度ηp（ｔ）を求める粘度カーブフィッティング式を示す。式２−１の初期粘度ηtp（Ｔ，γドット）は式２−２から求められ、硬化反応速度ｄα／ｄｔは式２−３で表される。

数２においてηp：樹脂の重合による粘度、ηtp：初期粘度、ｔ：時間、Ｔ：温度、γドット：せん断速度、αgel；ゲル化点における硬化度、α：硬化度、Ｅ1，Ｅ2，Ｅ3，Ｆ1，Ｃ1，Ｃ2，Ｃ3，Ａ1，Ａ2，ｍ，ｎは樹脂の反応粘度パラメータである。

このように、第１発熱カーブｂと式２−３とから重合のみによる硬化度α（ｔ）を算出する。それらデータに式２−３を適用することで、Ａ1，Ａ2，Ｅ1，Ｅ2，ｍ，ｎなど各パラメータの最適値が求まる。

またＳ１２の処理においては、合成発熱カーブａを第１、第２発熱カーブｂ，ｃに分離した後、図６に示す如く、分離された第１発熱カーブｂと第２発熱カーブｃとを再び合成して合成発熱カーブａ’を作成し、測定された（図３に示す）合成発熱カーブａと一致するか否か検証する。

図２フロー・チャートにあっては次いでＳ１４に進み、レオメータ２４を用い、等温加熱かつ一定せん断速度の条件で樹脂２０の粘度データの経時変化を測定する。図７に測定された粘度データの経時変化を示す。

次いでＳ１６に進み、分離した第１発熱カーブｂから数２の式２−３を用いて算出された硬化度α（ｔ）を式２−１（所定の式（１））に代入し、樹脂２０の重合による粘度ηp（ｔ）を算出する。式２−１は、概括すると、初期粘度ηtp（Ｔ，γドット）に算出された硬化度αに関連した値を乗じることで、重合により硬化した樹脂２０の重合による粘度ηp（ｔ）を算出するように構成される。

このとき、式２−１で算出される粘度カーブが図７に示す実測データに合うように、数２の式（式２−１，２−２，２−３）のＡ1，Ａ2，Ｃ1，Ｃ2，Ｃ3，Ｅ1，Ｅ2，Ｅ3，Ｆ1，ｍ，ｎなど各パラメータを決めて粘度カーブフィッティング（曲線あてはめ）を行う。

図７に実施例による粘度カーブフィッティング結果を示す。同図において実線が測定値、破線が第１発熱カーブｂから算出されたフィッティング値である。参考までに、一点鎖線で第１発熱カーブｂと第２発熱カーブｃから算出されたフィッティング値（第２実施例で後述）も示す。図７に示す場合、樹脂２０の温度が１１０℃と低く、第１の硬化反応である重合しか生じていないため、フィッティング値が測定値と経時的に良く一致することが確認された。

次いでＳ１８に進み、算出された樹脂の重合による粘度ηp（ｔ）を開発支援装置１２に入力し、コンピュータによるシミュレーションを通じて金型キャビティ１４ｃ内の樹脂流動挙動を解析する。

この実施例は上記の如く構成したので、複数の硬化反応を生じる樹脂２０の粘度変化を適切に算出することができ、流動解析側において金型キャビティ１４ｃでの樹脂の流動挙動を精度良く把握して適切な成形条件、金型キャビティ形状、注入口数とその配置等を見出すことができる。

図８はこの発明の第２実施例に係る粘度算出機能を有する流動解析装置１０の処理を示す、図２と同様のフロー・チャートである。

尚、第２実施例に係る粘度算出機能を有する流動解析装置１０の構成は、図１に示す第１実施例と異ならないため、説明は省略する。

第１実施例においては、比較的低温で粘度が緩やかに増加する（硬化反応が十分に進行していない）条件の低粘度（短時間）側が一致するように粘度カーブをフィッティングしたが、比較的高温で粘度が急激に増加する（硬化反応が十分に進行する）条件においても、低粘度が確保し続けられるタイミングを予測することが必要であるため、低粘度（短時間）側だけでなく高粘度（長時間）側でも粘度カーブをフィッティングできることが望ましい。

そこで、第２実施例においては、短時間側で生じる硬化反応である重合による第１発熱カーブｂと、長時間側で生じる硬化反応である結晶化による第２発熱カーブｃとを用いて粘度カーブフィッティングを行うようにした。

図８フロー・チャートを参照して説明すると、図２フロー・チャートのＳ１０からＳ１６までの処理と同様、Ｓ１００からＳ１０６までの処理を行い、Ｓ１０８に進み、分離した第２発熱カーブｃなどから結晶化度Ｘc（ｔ）を算出する。

即ち、第２発熱カーブｃが結晶化の場合は数２の式をそのまま使うことはできないため、硬化度α（ｔ）の代替として結晶化度Ｘc（ｔ）を用いることとした。結晶化度Ｘc（ｔ）は数３に示す一般化アブラミ式３−１より算出することとした（ρc：結晶部密度、ρl：非結晶部密度、Ｇ：核成長速度、Ｎ：核生成頻度、Ｖ：結晶体積）。

結晶体積Ｖの算出に必要な球晶サイズｒは式３−３で、核成長速度Ｇと核生成頻度Ｎは式３−４から３−６で表される（Ｔm：融点、Ｔg：ガラス転移点、Ｃ1，Ｃ2：ＷＬＦ定数、Ｃ3，Ｃ4，Ｇc，Ｎc：樹脂パラメータ）。

このように、第２実施例においては、第１実施例において第１発熱カーブｂと式２−３とから重合のみによる硬化度α（ｔ）を算出したように、第２発熱カーブｃと式３−１とから結晶化による結晶化度Ｘc（ｔ）を算出するようにした。それらデータに数３に示す式を適用することで、核成長速度Ｇ、核生成頻度Ｎ、球晶サイズｒ、結晶体積Ｖ、樹脂パラメータＣ3，Ｃ4，Ｇc，Ｎcなど各パラメータの最適値が求まる。尚、結晶部密度ρc、非晶部密度ρl、融点Ｔm、ガラス転移点Ｔg、ＷＬＦ定数Ｃ1，Ｃ2は既知の値を使用する。

また、粘度カーブフィッティング式を新たに考案した。即ち、第１の硬化反応による粘度の変化中または変化後に第２の硬化反応が生じるので、第１の硬化反応による粘度変化式２−１で求められる粘度に第２の硬化反応が加わるように式を考案した。数４にその式を示す。

数４においてηpc：樹脂の重合と結晶化による粘度、ηp：樹脂の重合による粘度、Ｘcmax：最大結晶化度、Ｘc：結晶化度、ｔ：時間、Ｅ4，Ｆ2は樹脂の反応粘度パラメータである。

Ｓ１０８においては、分離した第１発熱カーブｂと数２の式２−３を用いて算出された硬化度α（ｔ）と、第２発熱カーブｃと数３の式３−１を用いて算出された結晶化度Ｘc（ｔ）から数４の式４−１（所定の式（１ａ））を用いて樹脂２０の重合と結晶化による粘度ηpc（ｔ）を算出する。式４−１は、概括すると、重合により硬化した樹脂２０の粘度ηp（ｔ）に算出された結晶化度Ｘcに関連した値を乗じることで、結晶化により硬化した樹脂２０の重合と結晶化による粘度ηpc（ｔ）を算出するように構成される。

図９に第２実施例による粘度カーブフィッティング結果を示す。図９において、図７と同様、実線が測定値を、破線が第１発熱カーブｂから算出されたフィッティング値ηp（ｔ）を、一点鎖線が第１発熱カーブｂと第２発熱カーブｃから算出されたフィッティング値ηpc（ｔ）を示す。

第１実施例に比し、第２実施例の場合は温度が比較的高温の１４０℃まで昇温されるので、第２の硬化反応である結晶化も進行しているため、第１の硬化反応のみによるフィッティング値ηp（ｔ）は経時的に測定値と乖離するが、第１の硬化反応と第２の硬化反応によるフィッティング値ηpc（ｔ）が測定値と良く一致することを確認することができた。

次いでＳ１１０に進み、算出された樹脂の重合と結晶化による粘度ηpc（ｔ）を開発支援装置１２に入力し、コンピュータによるシミュレーションを通じて金型キャビティ１４ｃ内の樹脂流動挙動を解析する。

第２実施例は上記の如く構成したので、２種類以上の硬化反応を生じる樹脂２０の粘度変化を一層適切に算出することができ、流動解析側において金型キャビティ１４ｃでの樹脂の流動挙動を精度良く把握して適切な成形条件、金型キャビティ形状、注入口数とその配置等を見出すことができる。

上記した如く、この発明の第１、第２実施例にあっては、複数の硬化反応が生じる樹脂原料成分を含む樹脂２０を金型キャビティ１４ｃに注入して成形するときの挙動をコンピュータによるシミュレーションを介して解析する開発支援装置１２用の樹脂粘度算出機能を有する流動解析装置１０において、前記金型キャビティ１４ｃに注入されるべき樹脂２０の示差走査熱量を測定して昇温開始からｍ秒後の重合による硬化反応を示す第１発熱カーブｂと、ｎ（ｎ＞ｍ）秒後の結晶化による硬化反応を示す第２発熱カーブｃとで合成される合成発熱カーブａを測定する合成発熱カーブ測定手段（ＤＳＣ分析器２２，Ｓ１０，Ｓ１００）と、前記測定された合成発熱カーブａを前記第１発熱カーブｂと第２発熱カーブｃとに分離する第１、第２発熱カーブ分離手段（Ｓ１２，Ｓ１０２）と、前記分離された第１発熱カーブｂに基づいて前記樹脂２０の硬化度α（ｔ）を算出する硬化度算出手段（Ｓ１２，Ｓ１０２）と、前記樹脂２０の初期粘度ηtp（ｔ）に前記算出された硬化度αに関連した値を乗じて、より具体的には所定の式（１）に基づき、前記樹脂２０の重合による粘度ηp（ｔ）を算出する粘度算出手段（Ｓ１６，Ｓ１０６）と、前記算出された樹脂の重合による粘度ηp（ｔ）を前記開発支援装置１２に入力する入力手段（Ｓ１８，Ｓ１１０）とを備え、前記第１、第２発熱カーブ分離手段（Ｓ１２，Ｓ１０２）は、前記樹脂２０の示差走査熱量を測定して昇温開始からｏ（ｏ＞ｎ）秒後の結晶融解による吸熱カーブｄを測定し、前記測定された吸熱カーブｄに基づいて前記第２発熱カーブｃを分離すると共に、前記合成発熱カーブａから前記分離された第２発熱カーブｃを差し引くことで前記第１発熱カーブｂを分離する如く構成したので、複数の硬化反応を生じる樹脂の粘度変化を適切に算出することができ、流動解析側において金型キャビティでの樹脂の流動挙動を精度良く把握して適切な成形条件、金型キャビティ形状、注入口数とその配置等を見出すことができる。また、第１、第２発熱カーブｂ，ｃを容易に分離（あるいは算出）することができる。

また、前記第１、第２発熱カーブ分離手段（Ｓ１２，Ｓ１０２）は、前記樹脂２０の示差走査熱量の測定において、前記合成発熱カーブａまで昇温させた後に、一旦冷却させてから、再度昇温して前記吸熱カーブｄまで測定する如く構成したので、上記した効果に加え、重合、結晶化による発熱カーブの測定と、結晶融解による吸熱カーブの測定とを別々に行うことも可能となり、試験の自由度を高めることができる。

また、前記粘度算出手段（Ｓ１６，Ｓ１０６）は、前記分離された第２発熱カーブｃに基づいて前記樹脂２０の結晶化度Ｘc（ｔ）を算出し、前記硬化度α（ｔ）から算出された樹脂２０の重合による粘度ηp（ｔ）に前記算出された結晶化度Ｘcに関連した値を乗じて、より具体的には所定の式（１ａ）に基づき、前記樹脂２０の重合と結晶化による粘度ηpc（ｔ）を算出すると共に、前記入力手段（Ｓ１８，Ｓ１１０）は、前記算出された樹脂の重合と結晶化による粘度ηpc（ｔ）を前記開発支援装置１２に入力する如く構成したので、複数の硬化反応を生じる樹脂の粘度変化を一層適切に算出することができ、流動解析側において金型キャビティでの樹脂の流動挙動を精度良く把握して一層適切な成形条件、金型キャビティ形状、注入口数とその配置等を見出すことができる。

また、前記樹脂２０の粘度変化曲線を測定する粘度変化測定手段（レオメータ２４，Ｓ１４，Ｓ１０４）と、前記測定された粘度変化曲線に基づいて前記算出された樹脂の重合による粘度ηp（ｔ）のフィッティング精度が向上するように補正する粘度補正手段（Ｓ１６，Ｓ１０６）を備えると共に、前記入力手段（Ｓ１８，Ｓ１１０）は前記補正された樹脂の重合による粘度ηp（ｔ）を前記開発支援装置１２に入力する如く構成したので、上記した効果に加え、粘度変化を一層適切に算出することができる。

また、前記樹脂２０の粘度変化曲線を測定する粘度変化測定手段（レオメータ２４，Ｓ１０４）と、前記測定された粘度変化曲線に基づいて前記算出された樹脂の重合と結晶化による粘度ηpc（ｔ）のフィッティング精度がさらに向上するように補正する粘度補正手段（Ｓ１０８）を備えると共に、前記入力手段（Ｓ１１０）は前記補正された樹脂の重合と結晶化による粘度ηpc（ｔ）を前記開発支援装置１２に入力する如く構成したので、上記した効果に加え、粘度変化を一層適切に算出することができる。

また、前記第１、第２発熱カーブ分離手段（Ｓ１２，Ｓ１０２）は、前記分離された第１発熱カーブｂと第２発熱カーブｃとを再び合成して前記合成発熱カーブａと一致するか否か検証する検証手段（Ｓ１２，Ｓ１０２）を備える如く構成したので、上記した効果に加え、粘度変化を一層適切に算出することができる。

尚、上記実施例では、ε-カプロラクタムの重合によるナイロン６の合成とその結晶化を例に挙げ、重合と結晶化の二つの硬化反応による発熱カーブの分離を行ったが、対応する吸熱カーブが独立して測定可能な場合には、同様の分離（算出）方法を用いて、三つ以上の発熱反応による合成発熱カーブを分離することもできる。

また、合成吸熱カーブを独立した発熱カーブを利用して分離する場合も同様である。原料や生じる化学反応がこれらに限られないことは、いうまでもない。装置構成も開示したものに限られるものではない。

１０ 粘度算出機能を有する流動解析装置、１２ 開発支援装置（コンピュータ）、１２ａ ディスプレイ、１２ｂ 入力手段、１４ 金型、１４ａ 上型、１４ｂ 下型、１４ｃ キャビティ、１４ｄ 注入機、２０ 樹脂、２２ ＤＳＣ分析器、２４ レオメータ

Claims (6)

1. 複数の硬化反応が生じる樹脂原料成分を含む樹脂を金型キャビティに注入して成形するときの挙動をコンピュータによるシミュレーションを介して解析する開発支援装置用の樹脂粘度算出機能を有する流動解析装置において、前記金型キャビティに注入されるべき樹脂の示差走査熱量を測定して昇温開始からｍ秒後の重合による硬化反応を示す第１発熱カーブと、ｎ（ｎ＞ｍ）秒後の結晶化による硬化反応を示す第２発熱カーブとで合成される合成発熱カーブを測定する合成発熱カーブ測定手段と、前記測定された合成発熱カーブを前記第１発熱カーブと第２発熱カーブとに分離する第１、第２発熱カーブ分離手段と、前記分離された第１発熱カーブに基づいて前記樹脂の硬化度αを算出する硬化度算出手段と、前記樹脂の初期粘度に前記算出された硬化度αに関連した値を乗じて前記樹脂の重合による粘度ηpを算出する粘度算出手段と、前記算出された樹脂の重合による粘度ηpを前記開発支援装置に入力する入力手段とを備え、前記第１、第２発熱カーブ分離手段は、前記樹脂の示差走査熱量を測定して昇温開始からｏ（ｏ＞ｎ）秒後の結晶融解による吸熱カーブを測定し、前記測定された吸熱カーブに基づいて前記第２発熱カーブを分離すると共に、前記合成発熱カーブから前記分離された第２発熱カーブを差し引くことで前記第１発熱カーブを分離することを特徴とする樹脂粘度算出機能を有する流動解析装置。
2. 前記第１、第２発熱カーブ分離手段は、前記樹脂の示差走査熱量の測定において、前記合成発熱カーブまで昇温させた後に、一旦冷却させてから、再度昇温して前記吸熱カーブまで測定することを特徴とする請求項１に記載の樹脂粘度算出機能を有する流動解析装置。
3. 前記粘度算出手段は、前記分離された第２発熱カーブに基づいて前記樹脂の結晶化度Ｘcを算出し、前記硬化度αから算出された樹脂の重合による粘度ηpに前記算出された結晶化度Ｘcに関連した値を乗じて前記樹脂の重合と結晶化による粘度ηpcを算出すると共に、前記入力手段は、前記算出された樹脂の重合と結晶化による粘度ηpcを前記開発支援装置に入力することを特徴とする請求項１または２に記載の樹脂粘度算出機能を有する流動解析装置。
4. 前記樹脂の粘度変化曲線を測定する粘度変化測定手段と、前記測定された粘度変化曲線に基づいて前記算出された樹脂の重合による粘度ηpを補正する粘度補正手段を備えると共に、前記入力手段は前記補正された樹脂の重合による粘度ηpを前記開発支援装置に入力することを特徴とする請求項１または２に記載の樹脂粘度算出機能を有する流動解析装置。
5. 前記樹脂の粘度変化曲線を測定する粘度変化測定手段と、前記測定された粘度変化曲線に基づいて前記算出された樹脂の重合と結晶化による粘度ηpcを補正する粘度補正手段を備えると共に、前記入力手段は前記補正された樹脂の重合と結晶化による粘度ηpcを前記開発支援装置に入力することを特徴とする請求項３に記載の樹脂粘度算出機能を有する流動解析装置。
6. 前記第１、第２発熱カーブ分離手段は、前記分離された第１発熱カーブと第２発熱カーブとを再び合成して前記合成発熱カーブと一致するか否か検証する検証手段を備えることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の樹脂粘度算出機能を有する流動解析装置。

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