JP6578664B2

JP6578664B2 - ゴム栓の設計方法

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Publication number: JP6578664B2
Application number: JP2015023933A
Authority: JP
Inventors: 一裕藤澤
Original assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Priority date: 2015-02-10
Filing date: 2015-02-10
Publication date: 2019-09-25
Anticipated expiration: 2035-02-10
Also published as: JP2016148890A

Description

本発明は、容器の開口部に圧縮状態で嵌合されるゴム栓を設計するための方法に関する。

例えば、注射器に用いられる薬液を保管するために、薬液が充填される容器と、容器の開口部に圧縮状態で嵌合されるゴム栓とが用いられている。ゴム栓に要求される性能としては、例えば、容器の内部を気密に保つ性能（気密性）が含まれる。

特許第３５３０８３２号公報

従来のゴム栓の設計方法では、試作されたゴム栓を容器の開口部に実際に嵌合させて、上記性能が評価されていた。しかしながら、ゴム栓の試作には、金型を製造する必要があるため、コストや時間が増大しやすい。このため、ゴム栓を効率良く設計することが難しいという問題があった。

本発明は、以上のような実状に鑑み案出されたもので、容器の開口部に圧縮状態で嵌合されるゴム栓を、効率良く設計するための方法を提供することを主たる目的としている。

本発明に係るゴム栓の設計方法は、容器の開口部に圧縮状態で嵌合されるゴム栓を、コンピュータを用いて設計するための方法であって、前記コンピュータに、前記容器を有限個の要素でモデル化した容器モデルを入力する工程と、前記コンピュータに、前記ゴム栓を有限個の要素でモデル化したゴム栓モデルを入力する工程と、前記コンピュータが、前記容器モデルに圧縮状態で嵌合されたときの前記ゴム栓モデルの変形形状を計算する計算工程とを含み、前記計算工程は、前記容器モデルを膨張させるか、又は、前記ゴム栓モデルを収縮させることにより、前記ゴム栓モデルを変形させることなく前記容器モデルの前記開口部に配置する第１変形計算工程、及び前記容器モデルを収縮させるか、又は、前記ゴム栓モデルを膨張させることにより、前記ゴム栓モデルを前記容器モデルに嵌合させる第２変形計算工程を含み、前記計算工程に先立ち、前記容器モデルと前記ゴム栓モデルとの接触による変形を無効にする工程と、前記容器モデルの前記開口部と前記ゴム栓モデルとを芯合わせして、前記容器モデルと前記ゴム栓モデルとを重複させて配置する工程とが行われ、前記計算工程は、前記第１変形計算工程後、かつ、前記第２変形計算工程前に、前記容器モデルと前記ゴム栓モデルとの接触による変形を有効にする工程をさらに含むことを特徴とする。

本発明は、容器の開口部に圧縮状態で嵌合されるゴム栓を、コンピュータを用いて設計するための方法であって、前記コンピュータに、前記容器を有限個の要素でモデル化した容器モデルを入力する工程と、前記コンピュータに、前記ゴム栓を有限個の要素でモデル化したゴム栓モデルを入力する工程と、前記コンピュータが、前記容器モデルに圧縮状態で嵌合されたときの前記ゴム栓モデルの変形形状を計算する計算工程とを含み、前記計算工程は、前記容器モデルを膨張させるか、又は、前記ゴム栓モデルを収縮させることにより、前記ゴム栓モデルを変形させることなく前記容器モデルの前記開口部に配置する第１変形計算工程、及び前記容器モデルを収縮させるか、又は、前記ゴム栓モデルを膨張させることにより、前記ゴム栓モデルを前記容器モデルに嵌合させる第２変形計算工程を含み、前記容器及び前記ゴム栓の少なくとも一部を覆う凹部を含むキャップをさらに含み、前記コンピュータに、前記キャップを有限個の要素でモデル化したキャップモデルを入力する工程、並びに前記コンピュータが、前記容器モデル及び前記ゴム栓モデルに圧縮状態で取り付けられたときの前記キャップモデルの変形形状を計算するキャップモデル変形計算工程をさらに含むことを特徴とする。

本発明に係る前記ゴム栓の設計方法において、前記キャップモデル変形計算工程は、前記キャップモデルを膨張させることにより、前記キャップモデルを変形させることなく、前記容器モデル及び前記ゴム栓モデルの少なくとも一部を、前記キャップモデルの凹部に配置する第３変形計算工程、並びに前記キャップモデルを収縮させることにより、前記容器モデル及び前記ゴム栓モデルの少なくとも一部に、前記キャップモデルを圧縮状態で取り付ける第４変形計算工程を含むのが望ましい。

本発明に係る前記ゴム栓の設計方法において、前記キャップモデル変形計算工程に先立ち、前記キャップモデルと前記容器モデルとの接触による変形、及び、前記キャップモデルと前記ゴム栓モデルとの接触による変形を無効にする工程、並びに前記キャップモデルの凹部及び前記容器モデル、又は、前記キャップモデルの凹部及び前記ゴム栓モデルを芯合わせして、前記キャップモデルを、前記容器モデル又は前記ゴム栓モデルに重複させて配置する工程が行われ、前記キャップモデル変形計算工程は、前記第３変形計算工程後、かつ、前記第４変形計算工程前に、前記キャップモデルと前記容器モデルとの接触による変形、及び、前記キャップモデルと前記ゴム栓モデルとの接触による変形を有効にする工程をさらに含むのが望ましい。

本発明は、容器の開口部に圧縮状態で嵌合されるゴム栓を、コンピュータを用いて設計するための方法であって、前記コンピュータに、前記容器を有限個の要素でモデル化した容器モデルを入力する工程と、前記コンピュータに、前記ゴム栓を有限個の要素でモデル化したゴム栓モデルを入力する工程と、前記コンピュータが、前記容器モデルに圧縮状態で嵌合されたときの前記ゴム栓モデルの変形形状を計算する計算工程とを含み、前記計算工程は、前記容器モデルを膨張させるか、又は、前記ゴム栓モデルを収縮させることにより、前記ゴム栓モデルを変形させることなく前記容器モデルの前記開口部に配置する第１変形計算工程、及び前記容器モデルを収縮させるか、又は、前記ゴム栓モデルを膨張させることにより、前記ゴム栓モデルを前記容器モデルに嵌合させる第２変形計算工程を含み、前記コンピュータに、注射針を有限個の要素でモデル化した注射針モデルを入力する工程、及び前記コンピュータが、前記容器モデルに嵌合された前記ゴム栓モデルに、前記注射針モデルを押し込んで、前記ゴム栓モデルの変形形状を計算する工程をさらに含むことを特徴とする。

本発明に係る前記ゴム栓の設計方法において、前記ゴム栓モデルは、前記容器モデルの開口部の上縁面に接する基部と、前記基部よりも前記ゴム栓モデルの軸芯側に形成され、かつ、前記注射針モデルが押し込まれる刺込部とを含み、前記刺込部の前記要素の大きさは、前記基部の前記要素の大きさよりも小であるのが望ましい。

本発明のゴム栓の設計方法は、コンピュータが、容器モデルに圧縮状態で嵌合されたときのゴム栓モデルの変形形状を計算する計算工程を含んでいる。計算工程は、容器モデルを膨張させるか、又は、ゴム栓モデルを収縮させることにより、ゴム栓モデルを変形させることなく容器モデルの開口部に、配置する第１変形計算工程、及び容器モデルを収縮させるか、又は、ゴム栓モデルを膨張させることにより、ゴム栓モデルを容器モデルに嵌合させる第２変形計算工程を含んでいる。

このように、本発明の設計方法では、ゴム栓を試作する必要がないため、金型を製造するためのコストや時間が増大することがない。従って、本発明の設計方法では、ゴム栓を効率良く設計することができる。

また、計算工程では、例えば、容器モデルの開口部にゴム栓モデルを押し込むことなく、容器モデルの開口部にゴム栓モデルを圧縮状態で嵌合させることができる。このため、ゴム栓モデルの局部的な大変形に起因する要素潰れを防ぐことができるため、ゴム栓モデルの嵌合状態を確実に計算することができる。従って、本発明のゴム栓の設計方法では、ゴム栓を効率良く設計することができる。

本実施形態のゴム栓の設計方法を実行するコンピュータの一例を示す斜視図である。ゴム栓が嵌合された容器の部分拡大図である。図２の分解図である。ゴム栓の平面図である。本実施形態の設計方法の具体的手順の一例を示すフローチャートである。モデル入力工程の処理手順の一例を示すフローチャートである。容器モデル、ゴム栓モデル及びキャップモデルを視覚化して示す図である。ゴム栓モデルの斜視図である。（ａ）は、重複して配置された容器モデル及びゴム栓モデルを示す断面図、（ｂ）は、ゴム栓モデル及び膨張した容器モデルを示す断面図、（ｃ）は、容器モデルの開口部に嵌合されたゴム栓モデルを示す断面図である。本実施形態の計算工程の処理手順の一例を示すフローチャートである。（ａ）は、重複して配置されたキャップモデル、容器モデル及びゴム栓モデルを示す断面図、（ｂ）は、容器モデル、ゴム栓モデル及び膨張したキャップモデルを示す断面図、（ｃ）は、容器モデル、ゴム栓モデル及び収縮したキャップモデルを示す断面図である。本実施形態のキャップモデル変形計算工程の処理手順の一例を示すフローチャートである。（ａ）、（ｂ）は、注射針モデルが押し込まれたゴム栓モデルを示す断面図である。

以下、本発明の実施の一形態が図面に基づき説明される。
本実施形態のゴム栓の設計方法（以下、単に「設計方法」ということがある）は、容器の開口部に圧縮状態で嵌合されるゴム栓を、コンピュータを用いて設計するための方法である。

図１は、本実施形態の設計方法を実行するコンピュータの一例を示す斜視図である。コンピュータ１は、本体１ａ、キーボード１ｂ、マウス１ｃ及びディスプレイ装置１ｄを含む。この本体１ａには、演算処理装置（ＣＰＵ）、ＲＯＭ、作業用メモリ、磁気ディスクなどの記憶装置、及び、ディスクドライブ装置１ａ１、１ａ２などが設けられる。なお、記憶装置には、本実施形態の設計方法を実行するための処理手順（プログラム）が予め記憶される。

図２は、ゴム栓が嵌合された容器の部分拡大図である。図３は、図２の分解図である。本実施形態の容器２は、注射器（図示省略）に用いられる薬液Ｍが充填されるバイアル瓶として構成されている。容器２は、例えば、耐薬品性に優れるガラスや、プラスチック等の樹脂等によって形成されている。本実施形態の容器２は、薬液Ｍが充填される収容部３と、収容部３の上方が開放された開口部４とを含んで構成されている。

収容部３は、上下にのびる軸芯ＣＬを中心とした有底円筒状に形成された本体部３ａと、本体部３ａの上端から漸次縮径する縮径部３ｂとを含んで構成されている。開口部４は、軸芯ＣＬを中心とした円筒状に形成されている。本実施形態の開口部４は、収容部３の縮径部３ｂの上端から上方にのびる筒部４ａと、筒部４ａの上端側でフランジ状にのびる鍔部４ｂとを含んで構成されている。

ゴム栓５は、容器２に充填された薬液Ｍを封止するためのものである。ゴム栓５は、例えば、ブチルゴム等の弾性体によって形成されている。図３に示されるように、本実施形態のゴム栓５は、基部６と、刺込部７と、栓部８とを含んで構成されている。図４は、ゴム栓５の平面図である。

図３及び図４に示されるように、基部６は、軸芯ＣＬを中心とするリング状に形成されている。容器２に嵌合される前において、基部６の外径Ｌ２ａは、容器２の鍔部４ｂの外径Ｌ１ａよりも僅かに小に設定されている。基部６の下面は、容器２にゴム栓５が嵌合された状態において、容器２の開口部４の上縁面に接している。

基部６には、その上面から上方に突出する突起６ｔが設けられている。突起６ｔは、軸芯ＣＬ側から半径方向外側に向かって放射状にのびている。突起６ｔは、例えば、断面半球状に形成されている。このような突起６ｔは、後述するキャップ１１とゴム栓５との間に隙間を形成する。このような隙間は、キャップ１１を容器２及びゴム栓５から容易に取り外すのに役立つ。

刺込部７は、注射器の注射針（図示省略）が刺し込まれる部分である。刺込部７は、基部６よりも軸芯ＣＬ側に形成されている。注射針の刺し込み性を高めるために、刺込部７の厚さは、基部６の厚さよりも小に設定されている。

栓部８は、基部６から下方にのび、かつ、軸芯ＣＬを中心とする円筒状に形成されている。ゴム栓５が容器２に嵌合される前において、栓部８の最外径Ｌ２ｂは、容器２の開口部４の内径Ｌ１ｂよりも大に設定されている。このような栓部８が容器２の開口部４に圧縮状態で嵌合されることにより、容器２に充填された薬液Ｍ（図２に示す）が気密に保持されうる。

本実施形態のゴム栓５には、基部６及び刺込部７の外面を覆うシート状の被覆部１０が含まれている。被覆部１０は、例えば、ビニール等の樹脂から形成されたフィルムによって形成されている。このような被覆部１０は、容器２の内部を気密に保持するのに役立つ。

図２及び図３に示されるように、本実施形態では、容器２及びゴム栓５の少なくとも一部を覆うキャップ１１が設けられている。キャップ１１は、軸芯ＣＬを中心とする円盤状に形成された基部１２と、基部１２の外端から下方にのびるフランジ１３とを含み、断面コ字状に形成されている。このような基部１２及びフランジ１３により、容器２及びゴム栓５の少なくとも一部を覆う凹部１４が形成される。また、キャップ１１の軸芯ＣＬ側には、注射針（図示省略）を通過させるための孔部１５が設けられている。

キャップ１１が容器２及びゴム栓５に取り付けられる前において、キャップ１１の凹部１４の内径Ｌ３ａは、容器２の鍔部４ｂの外径Ｌ１ａと略同一に設定されている。また、キャップ１１のフランジ１３の高さＨ３ａは、容器２の鍔部４ｂの高さＨ１ａと、ゴム栓５の基部６の高さＨ２ａとの和（Ｈ１ａ＋Ｈ２ａ）よりも小に設定されている。

図２に示されるように、キャップ１１は、凹部１４内に配置された容器２及びゴム栓５に、圧縮状態で取り付けられる。本実施形態のキャップ１１は、例えば、アルミニウム等の金属によって形成されている。

図５は、本実施形態の設計方法の具体的手順の一例を示すフローチャートである。
本実施形態の設計方法では、先ず、コンピュータ１に、設計方法で用いられるシミュレーションモデルが入力される（モデル入力工程Ｓ１）。図６は、モデル入力工程Ｓ１の処理手順の一例を示すフローチャートである。

本実施形態のモデル入力工程Ｓ１では、先ず、容器２（図２に示す）を有限個の要素でモデル化した容器モデルが入力される（工程Ｓ１１）。

図７は、容器モデル２２、ゴム栓モデル２５及びキャップモデル３１を視覚化して示す図である。本実施形態の容器モデル２２は、図２に示した容器２の開口部４の一部のみがモデル化されている。即ち、容器モデル２２は、開口部４の一部を、数値解析法により取り扱い可能な有限個の要素４１でモデル化（離散化）した開口部２４を有する三次元モデルとして設定される。本実施形態の開口部２４は、筒部４ａ（図２に示す）をモデル化した筒部２４ａと、鍔部４ｂ（図２に示す）をモデル化した鍔部２４ｂとを含んでいる。容器モデル２２の筒部２４ａ及び鍔部２４ｂの各寸法は、容器２の筒部４ａ及び鍔部４ｂの各寸法に基づいて設定されている。数値解析法として、本実施形態では有限要素法が採用される。

本実施形態の要素４１としては、ソリッド要素（六面体要素）が用いられている。なお、このような六面体要素に限定されるわけではなく、これ以外にも、例えば、複雑な形状を表現するのに適した四面体要素などが用いられても良い。また、各要素４１には、要素番号、節点４１ｓの番号、節点４１ｓの座標値、及び、容器２（図２に示す）の材料特性（例えば密度、ヤング率、ポアソン比、又は、熱膨張率等）などの数値データが定義される。これらの数値データは、コンピュータ１に記憶される。

熱膨張率は、物体の長さ及び体積が、温度の上昇によって膨張する割合を示したものである。本実施形態の熱膨張率としては、容器モデル２２が三次元モデルとして設定されるため、体膨張率が定義される。このような熱膨張率に基づいて、容器モデル２２の体積は、下記式（１）で定義されうる。
Ｖ＝Ｖ0（１＋αｔ）…（１）
ここで、各変数及び定数は、次のとおりである。
Ｖ：容器のｔ℃での体積
Ｖ0：容器の基準温度（０℃）での体積
α：容器の熱膨張率（体膨張率）
ｔ：基準温度（０℃）からの温度変化

上記式（１）では、温度変化ｔを増減させることにより、容器モデル２２の体積Ｖを、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の比率を維持しつつ、リニアに増減させることができる。また、容器モデル２２は、数値データであるため、例えば、温度変化ｔに非常に大きな数値を代入して、現実では不可能な大きさに膨張させることができる。なお、熱膨張率αとしては、例えば、一般的な容器２の材料（本実施形態では、ガラス）の熱膨張率（例えば、１×１０^−５〜１０×１０^−５（１／℃）程度）に設定されるのが望ましい。

図８は、ゴム栓モデル２５の斜視図である。次に、本実施形態のモデル入力工程Ｓ１では、コンピュータ１に、ゴム栓５（図２に示す）を有限個の要素４２でモデル化したゴム栓モデル２５が入力される（工程Ｓ１２）。本実施形態のゴム栓モデル２５は、容器モデル２２と同様に、三次元モデルとして設定される。

ゴム栓モデル２５は、ゴム栓５の基部６（図３に示す）をモデル化した基部２６、刺込部７（図３に示す）をモデル化した刺込部２７、栓部８（図３に示す）をモデル化した栓部２８、及び、被覆部１０（図３に示す）をモデル化した被覆部３０を含んでいる。基部２６には、基部６の突起６ｔ（図３に示す）をモデル化した複数の突起２６ｔが設けられている。栓部２８は、ゴム栓５の栓部８のうち、容器２に接する領域Ｔ１（図３に示す）のみがモデル化されている。これにより、計算対象を小さくすることができ、計算時間を短縮しうる。被覆部３０には、突起２６ｔに沿って突出する突起部３０ｔが設けられている。

図７に示されるように、ゴム栓モデル２５の基部２６、刺込部２７、栓部２８、及び、被覆部３０の各寸法は、図３に示したゴム栓５の基部６、刺込部７、栓部８、及び、被覆部１０の各寸法に基づいて設定されている。このため、ゴム栓モデル２５の栓部２８の最外径Ｌ２ｂは、容器モデル２２の開口部２４の内径Ｌ１ｂよりも大に設定されている。

図８に示されるように、本実施形態の要素４２は、基部２６、刺込部２７及び栓部２８を構成する第１要素４２ａと、被覆部３０を構成する第２要素４２ｂとを含んで構成されている。第１要素４２ａとしては、図７に示した容器モデル２２の要素４１と同様に、ソリッド要素（六面体要素）が用いられている。第２要素４２ｂとしては、シェル要素（四角形要素）が用いられている。各要素４２ａ、４２ｂは、要素番号、節点４２ｓの番号、節点４２ｓの座標値、及び、ゴム栓５（図２に示す）の材料特性（例えば密度、ヤング率、ポアソン比、降伏応力、又は、熱膨張率等）などの数値データが定義される。

ソリッド要素として構成される第１要素４２ａの熱膨張率は、体膨張率が設定される。第１要素４２ａの熱膨張率は、例えば、一般的なゴム栓５の材料の熱膨張率（例えば、１０×１０^−５〜３０×１０^−５（１／℃）程度）に設定されるのが望ましい。シェル要素として構成される第２要素４２ｂの熱膨張率は、面膨張率が設定される。第２要素４２ｂの熱膨張率は、例えば、一般的な被覆部１０の材料の熱膨張率（例えば、５×１０^−５〜２０×１０^−５（１／℃）程度）に設定されるのが望ましい。このような熱膨張率が設定されることにより、上記式（１）と同様に、ゴム栓モデル２５の体積を、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の比率を維持しつつ、リニアに増減させることができる。

基部２６及び刺込部２７と、被覆部３０との間には、相対移動不能の固定条件が設定されている。これにより、図７に示されるように、基部２６、刺込部２７、栓部２８、及び、被覆部３０は、一体として変形計算されうる。また、ゴム栓モデル２５の外面２５ｏと、容器モデル２２の開口部２４の内面２４ｉとの間には、モデルのすり抜けを防ぐ接触条件が設定される。これらの情報は、コンピュータ１に記憶される。

次に、本実施形態のモデル入力工程Ｓ１では、コンピュータ１に、キャップ１１（図２に示す）を有限個の要素４３でモデル化したキャップモデル３１が入力される（工程Ｓ１３）。本実施形態のキャップモデル３１は、容器モデル２２やゴム栓モデル２５と同様に、三次元モデルとして設定される。本実施形態のキャップモデル３１は、キャップ１１の基部１２（図２に示す）をモデル化した基部３２と、フランジ１３（図２に示す）をモデル化したフランジ３３とを含んで構成されている。これらの基部３２及びフランジ３３により、キャップモデル３１には、凹部３４が形成されている。また、基部３２には、キャップ１１の孔部１５（図３に示す）に基づいて設定された孔部３５が設けられている。

キャップモデル３１の基部３２及びフランジ３３の各寸法は、図３に示したキャップ１１の基部１２及びフランジ１３の各寸法に基づいて設定されている。このため、キャップモデル３１の凹部３４の内径Ｌ３ａは、容器モデル２２の鍔部２４ｂの外径Ｌ１ａと略同一に設定されている。さらに、キャップモデル３１のフランジ３３の高さＨ３ａは、容器モデル２２の鍔部２４ｂの高さＨ１ａと、ゴム栓モデル２５の基部２６の高さＨ２ａとの和（Ｈ１ａ＋Ｈ２ａ）よりも小に設定されている。

本実施形態の要素４３としては、容器モデル２２の要素４１と同様に、ソリッド要素（六面体要素）が用いられている。また、要素４３は、要素番号、節点４３ｓの番号、節点４３ｓの座標値、及び、キャップ１１（図２に示す）の材料特性（例えば密度、ヤング率、ポアソン比、又は、熱膨張率等）などの数値データが定義される。

ソリッド要素として構成される要素４３の熱膨張率は、体膨張率が設定される。要素４３の熱膨張率は、例えば、一般的なキャップ１１の材料の熱膨張率（例えば、１×１０^−５〜３×１０^−５（１／℃）程度）に設定されるのが望ましい。このような熱膨張率が設定されることにより、上記式（１）と同様に、キャップモデル３１の体積を、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の比率を維持しつつ、リニアに増減させることができる。

また、キャップモデル３１の内面３１ｉと、容器モデル２２の外面２２ｏとの間には、モデルのすり抜けを防ぐ接触条件が設定される。さらに、キャップモデル３１の内面３１ｉと、ゴム栓モデル２５の外面２５ｏとの間には、モデルのすり抜けを防ぐ接触条件が設定される。これらの情報は、コンピュータ１に記憶される。

次に、本実施形態のモデル入力工程Ｓ１では、コンピュータ１に、注射針（図示省略）を有限個の要素４４でモデル化した注射針モデルが入力される（工程Ｓ１４）。本実施形態の注射針モデル３６は、図７に示した容器モデル２２、ゴム栓モデル２５及びキャップモデル３１と同様に、三次元モデルとして設定されている。また、注射針モデル３６は、その外径Ｌ４が上方側から下方側に向かって漸減している。

本実施形態の要素４４としては、容器モデル２２の要素４１（図７に示す）と同様に、ソリッド要素（六面体要素）が用いられている。また、要素４４は、要素番号、節点４４ｓの番号、節点４４ｓの座標値、及び、注射針（図示省略）の材料特性（例えば密度、ヤング率、ポアソン比、又は、減衰係数等）などの数値データが定義される。

次に、本実施形態の設計方法では、後述する計算工程Ｓ４に先立ち、容器モデル２２とゴム栓モデル２５との接触による変形を無効にする工程Ｓ２、及び、容器モデル２２の開口部２４とゴム栓モデル２５とを芯合わせして、容器モデル２２とゴム栓モデル２５とを重複させて配置する工程Ｓ３とが行われる。

図７に示されるように、工程Ｓ２では、容器モデル２２の開口部２４の内面２４ｉと、ゴム栓モデル２５の外面２５ｏとの間の接触条件が無効に設定される。これにより、容器モデル２２とゴム栓モデル２５とが互いにすり抜け可能に定義される。

図９（ａ）は、重複して配置された容器モデル２２及びゴム栓モデル２５を示す断面図である。工程Ｓ３では、軸芯ＣＬを基準として、容器モデル２２の開口部２４とゴム栓モデル２５とが芯合わせされる。図７に示したように、ゴム栓モデル２５の栓部２８の最外径Ｌ２ｂは、容器モデル２２の開口部２４の内径Ｌ１ｂよりも大に設定されている。しかも、工程Ｓ２において、ゴム栓モデル２５の外面２５ｏとの間の接触条件が無効に設定されている。このため、容器モデル２２の鍔部２４ｂとゴム栓モデル２５の栓部２８との一部が重複して配置される。容器モデル２２及びゴム栓モデル２５の各座標値が、コンピュータ１に記憶される。

次に、本実施形態の設計方法では、コンピュータ１が、容器モデル２２に圧縮状態で嵌合されたときのゴム栓モデル２５の変形形状を計算する（計算工程Ｓ４）。図１０は、本実施形態の計算工程Ｓ４の処理手順の一例を示すフローチャートである。

本実施形態の計算工程Ｓ４は、先ず、容器モデル２２を膨張させるか、又は、ゴム栓モデル２５を収縮させることにより、ゴム栓モデル２５を容器モデル２２の開口部２４に配置する（第１変形計算工程Ｓ４１）。本実施形態では、ゴム栓モデル２５を収縮させずに、容器モデル２２を膨張させている。図９（ｂ）は、ゴム栓モデル２５及び膨張した容器モデル２２を示す断面図である。

容器モデル２２の膨張は、上記式（１）及び容器モデル２２の熱膨張率に基づいて、温度変化ｔを初期値（例えば、２０℃）から徐々に大きくすることによって計算される。容器モデル２２の膨張は、容器モデル２２の開口部２４の内径Ｌ１ｂが、ゴム栓モデル２５の栓部２８の最外径Ｌ２ｂよりも大きくなるまで（即ち、容器モデル２２とゴム栓モデル２５とが重複しなくなるまで）行われる。これにより、容器モデル２２にゴム栓モデル２５を当接させて変形させることなく、容器モデル２２の開口部２４にゴム栓モデル２５の栓部２８を配置することができる。なお、容器モデル２２の膨張により、開口部２４の上縁面と、ゴム栓モデル２５の基部２６の下面が当接する場合は、容器モデル２２の膨張とともに、上下方向に徐々に離間させるのが望ましい。

次に、計算工程Ｓ４では、第１変形計算工程Ｓ４１後、かつ、後述する第２変形計算工程Ｓ４３前に、容器モデル２２とゴム栓モデル２５との接触による変形が有効にされる（工程Ｓ４２）。工程Ｓ４２は、容器モデル２２の開口部２４の内面２４ｉと、ゴム栓モデル２５の外面２５ｏとの間の接触条件が有効に設定される。これにより、容器モデル２２とゴム栓モデル２５とが互いにすり抜け不能に定義される。

次に、計算工程Ｓ４では、容器モデル２２を収縮させるか、又は、ゴム栓モデル２５を膨張させることにより、ゴム栓モデル２５を容器モデル２２に嵌合させる（第２変形計算工程Ｓ４３）。本実施形態では、第１変形計算工程Ｓ４１で膨張させた容器モデル２２を収縮させている。図９（ｃ）は、容器モデル２２に嵌合されたゴム栓モデル２５を示す断面図である。

容器モデル２２の収縮は、上記式（１）及び容器モデル２２の熱膨張率に基づいて、温度変化ｔを初期値（例えば、２０℃）に徐々に戻すことによって計算される。これにより、容器モデル２２を元の体積に収縮される。なお、第１変形計算工程Ｓ４１において、容器モデル２２とゴム栓モデル２５とを上下方向に離間させた場合には、容器モデル２２の収縮とともに、徐々に接近させるのが望ましい。

容器モデル２２の収縮により、容器モデル２２の開口部２４が、ゴム栓モデル２５の栓部２８及び基部２６に当接する。そして、容器モデル２２がさらに収縮されることにより、容器モデル２２の開口部２４の輪郭に沿って、ゴム栓モデル２５が圧縮変形される。これにより、第２変形計算工程Ｓ４３では、容器モデル２２にゴム栓モデル２５を圧縮状態で嵌合させた状態が計算される。また、第２変形計算工程Ｓ４３では、ゴム栓モデル２５と容器モデル２２の開口部２４との隙間の体積についても計算されるのが望ましい。これらの計算結果は、コンピュータ１に記憶される。

このような容器モデル２２及びゴム栓モデル２５の変形計算は、図７に示した要素４１、図８に示した要素４２ａ及び要素４２ｂの形状及び材料特性等に基づいて、各要素４１、４２ａ及び４２ｂの質量マトリックス、剛性マトリックス及び減衰マトリックスがそれぞれ作成される。さらに、これらのマトリックスが組み合わされて、全体の系のマトリックスが作成される。そして、コンピュータ１が、各種の条件を当てはめて運動方程式を作成して、これらを単位時間Ｔｘ（ｘ＝０、１、…）ごと（例えば、１μ秒ごと）に、容器モデル２２及びゴム栓モデル２５の変形計算を行う。このような変形計算は、例えば、JSOL 社製の LS-DYNA などの市販の有限要素解析アプリケーションソフトを用いて計算することができる。なお、後述するキャップモデル３１（図７に示す）及び注射針モデル３６（図８に示す）を用いた変形計算も、同様の手順で計算される。

このように、本実施形態の計算工程Ｓ４は、例えば、容器モデル２２の開口部２４に、開口部２４よりも大きなゴム栓モデル２５を押し込む実際の工程を再現することなく、容器モデル２２の開口部２４にゴム栓モデル２５を圧縮状態で嵌合させることができる。このため、ゴム栓モデル２５の局部的な大変形に起因する要素潰れを防ぐことができるため、ゴム栓モデル２５の嵌合状態を確実に計算することができる。従って、本実施形態の設計方法では、ゴム栓５を効率良く設計することができる。

しかも、本実施形態の設計方法では、ゴム栓５（図２に示す）を試作する必要がない。このため、金型を製造するためのコストや時間が増大することがない。従って、本実施形態の設計方法では、ゴム栓５を効率良く設計することができる。なお、本実施形態では、容器モデル２２の膨張及び収縮が、熱膨張率に基づいて計算される態様が例示されたが、これに限定されるわけではない。例えば、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の比率を維持しつつ、容器モデル２２の体積をリニアに増減させることができれば、熱膨張率に基づいて計算する必要はない。

本実施形態の計算工程Ｓ４では、容器モデル２２を膨張させた後に（第１変形計算工程Ｓ４１）、容器モデル２２を収縮させて、ゴム栓モデル２５を容器モデル２２に嵌合させる（第２変形計算工程Ｓ４３）態様が例示されたが、これに限定されるわけではない。例えば、ゴム栓モデル２５を収縮させた後に（第１変形計算工程Ｓ４１）、ゴム栓モデル２５を膨張させて、ゴム栓モデル２５を容器モデル２２に嵌合させてもよい（第２変形計算工程Ｓ４３）。このような計算工程Ｓ４においても、ゴム栓モデル２５を容器モデル２２に嵌合させることができる。

また、第１変形計算工程Ｓ４１では、容器モデル２２を膨張させるとともに、ゴム栓モデル２５を収縮させてもよい。さらに、第２変形計算工程Ｓ４３では、容器モデル２２を収縮させるとともに、ゴム栓モデル２５が膨張させてもよい。これにより、ゴム栓モデル２５を容器モデル２２に早期に嵌合させることができる。

また、これまでの実施形態では、第１変形計算工程Ｓ４１において、容器モデル２２を膨張させるか、又は、ゴム栓モデル２５を収縮させる態様が例示されたが、これに限定されるわけではない。例えば、ゴム栓モデル２５を容器モデル２２の開口部２４に配置できるように、モデル入力工程Ｓ１において、膨張させた容器モデル２２、又は、収縮させたゴム栓モデル２５が予め設定されてもよい。これにより、計算工程Ｓ４において、第１変形計算工程Ｓ４１を実質的に省略することができるため、計算時間を短縮することができる。

次に、本実施形態の設計方法では、後述するキャップモデル変形計算工程Ｓ７に先立ち、工程Ｓ５及び工程Ｓ６が行われる。工程Ｓ５では、キャップモデル３１と容器モデル２２との接触による変形、及び、キャップモデル３１とゴム栓モデル２５との接触による変形が無効に設定される。また、工程Ｓ６では、キャップモデル３１の凹部３４及び容器モデル２２、又は、キャップモデル３１の凹部３４及びゴム栓モデル２５を重複して配置させている。

本実施形態の工程Ｓ５では、図７に示されるように、キャップモデル３１の内面３１ｉと、容器モデル２２の外面２２ｏとの間の接触条件が無効に設定される。これにより、キャップモデル３１と容器モデル２２とが互いにすり抜け可能に定義される。さらに、キャップモデル３１の内面３１ｉと、ゴム栓モデル２５の外面２５ｏとの間の接触条件が無効に設定される。これにより、キャップモデル３１とゴム栓モデル２５とが互いにすり抜け可能に定義される。

図１１（ａ）は、重複して配置されたキャップモデル３１、容器モデル２２及びゴム栓モデル２５を示す断面図である。本実施形態の工程Ｓ６では、軸芯ＣＬを基準として、キャップモデル３１の凹部３４、容器モデル２２及びゴム栓モデル２５が芯合わせされる。図７に示したように、キャップモデル３１のフランジ３３の高さＨ３ａは、容器モデル２２の鍔部２４ｂの高さＨ１ａと、ゴム栓モデル２５の基部２６の高さＨ２ａとの和（Ｈ１ａ＋Ｈ２ａ）よりも小に設定されている。しかも、工程Ｓ５において、キャップモデル３１、容器モデル２２及びゴム栓モデル２５の接触条件が無効にされている。このため、キャップモデル３１とゴム栓モデル２５とが重複して配置される。キャップモデル３１、容器モデル２２及びゴム栓モデル２５の各座標値が、コンピュータ１に記憶される。

次に、本実施形態の設計方法では、コンピュータ１が、容器モデル２２及びゴム栓モデル２５に圧縮状態で取り付けられたときのキャップモデル３１の変形形状を計算する（キャップモデル変形計算工程Ｓ７）。図１２は、本実施形態のキャップモデル変形計算工程Ｓ７の処理手順の一例を示すフローチャートである。

本実施形態のキャップモデル変形計算工程Ｓ７は、先ず、キャップモデル３１を膨張させることにより、容器モデル２２及びゴム栓モデル２５の少なくとも一部を、キャップモデル３１の凹部３４に配置する（第３変形計算工程Ｓ７１）。図１１（ｂ）は、容器モデル２２、ゴム栓モデル２５及び膨張したキャップモデル３１を示す断面図である。

キャップモデル３１の膨張は、上記式（１）及びキャップモデル３１の熱膨張率に基づいて、温度変化ｔを初期値（例えば、２０℃）から徐々に大きくすることによって計算される。キャップモデル３１の膨張は、キャップモデル３１のフランジ３３の高さＨ３ａが、容器モデル２２の鍔部２４ｂの高さＨ１ａと、ゴム栓モデル２５の基部２６の高さＨ２ａとの和（Ｈ１ａ＋Ｈ２ａ）よりも大きくなるまで行われる。さらに、キャップモデル３１の膨張は、キャップモデル３１の凹部３４の内径Ｌ３ａ（図７に示す）が、容器モデル２２の鍔部２４ｂの外径Ｌ１ａ（図７に示す）よりも大きくなるまで行われる。これにより、第３変形計算工程Ｓ７１では、容器モデル２２及びゴム栓モデル２５に、キャップモデル３１を当接させて変形させることなく、キャップモデル３１の凹部３４に、容器モデル２２の開口部２４及びゴム栓モデル２５の基部２６を配置することができる。

次に、キャップモデル変形計算工程Ｓ７では、第３変形計算工程Ｓ７１後、かつ、後述する第４変形計算工程Ｓ７３前に、キャップモデル３１と容器モデル２２との接触による変形、及び、キャップモデル３１とゴム栓モデル２５との接触による変形が有効に設定される（工程Ｓ７２）。本実施形態の工程Ｓ７２では、先ず、キャップモデル３１の内面３１ｉと、容器モデル２２の外面２２ｏとの間の接触条件が有効に設定される。これにより、キャップモデル３１と容器モデル２２とが互いにすり抜け不能に定義される。さらに、キャップモデル３１の内面３１ｉと、ゴム栓モデル２５の外面２５ｏとの間の接触条件が有効に設定される。これにより、キャップモデル３１とゴム栓モデル２５とが互いにすり抜け不能に定義される。

次に、キャップモデル変形計算工程Ｓ７では、キャップモデル３１を収縮させることにより、容器モデル２２及びゴム栓モデル２５の少なくとも一部に、キャップモデル３１を圧縮状態で取り付ける（第４変形計算工程Ｓ７３）。図１１（ｃ）は、容器モデル２２、ゴム栓モデル２５及び収縮したキャップモデル３１を示す断面図である。

キャップモデル３１の収縮は、上記式（１）及びキャップモデル３１の熱膨張率に基づいて、温度変化ｔを初期値（例えば、２０℃）に徐々に戻すことによって計算される。これにより、キャップモデル３１を元の体積に収縮される。

キャップモデル３１の収縮により、キャップモデル３１の凹部３４が、容器モデル２２の鍔部２４ｂ及びゴム栓モデル２５の基部２６に当接する。そして、キャップモデル３１がさらに収縮されることにより、キャップモデル３１よりも剛性が小さいゴム栓モデル２５が、キャップモデル３１の凹部３４の輪郭に沿って圧縮変形される。これにより、第４変形計算工程Ｓ７３は、容器モデル２２の鍔部２４ｂ及びゴム栓モデル２５の基部２６に、キャップモデル３１を圧縮状態で取り付けた状態が計算される。また、第４変形計算工程Ｓ７３では、キャップモデル３１と容器モデル２２の鍔部２４ｂとの隙間の体積、及び、キャップモデル３１とゴム栓モデル２５の基部２６との隙間の体積についても計算されるのが望ましい。これらの計算結果は、コンピュータ１に記憶される。

このように、本実施形態のキャップモデル変形計算工程Ｓ７は、例えば、キャップモデル３１の凹部３４に、凹部３４よりも大きなゴム栓モデル２５や容器モデル２２を押し込む実際の工程を再現することなく、容器モデル２２の鍔部２４ｂ及びゴム栓モデル２５の基部２６に、キャップモデル３１を圧縮状態で取り付けることができる。このため、キャップモデル３１やゴム栓モデル２５の局部的な大変形に起因する要素潰れを防ぐことができるため、ゴム栓５を効率良く設計することができる。

なお、本実施形態では、キャップモデル３１の膨張及び収縮が、熱膨張率に基づいて計算される態様が例示されたが、これに限定されるわけではない。例えば、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の比率を維持しつつ、キャップモデル３１の体積をリニアに増減させることができれば、熱膨張率に基づいて計算する必要はない。

本実施形態のキャップモデル変形計算工程Ｓ７では、キャップモデル３１を膨張させた後に（第３変形計算工程Ｓ７１）、キャップモデル３１を収縮させて、容器モデル２２及びゴム栓モデル２５に、キャップモデル３１を取り付ける（第４変形計算工程Ｓ７３）態様が例示されたが、これに限定されるわけではない。例えば、容器モデル２２及びゴム栓モデル２５を収縮させて、容器モデル２２及びゴム栓モデル２５をキャップモデル３１の凹部３４に配置した後に、容器モデル２２及びゴム栓モデル２５を膨張させてもよい。このようなキャップモデル変形計算工程Ｓ７においても、容器モデル２２及びゴム栓モデル２５に、キャップモデル３１を取り付けることができる。

また、容器モデル２２及びゴム栓モデル２５を、キャップモデル３１の凹部３４に配置できるように、モデル入力工程Ｓ１において、膨張させたキャップモデル３１が予め設定されてもよい。これにより、キャップモデル変形計算工程Ｓ７において、第３変形計算工程Ｓ７１を実質的に省略することができるため、計算時間を短縮することができる。

次に、本実施形態の設計方法では、コンピュータ１が、容器モデル２２に嵌合されたゴム栓モデル２５に、注射針モデル３６を押し込んで、ゴム栓モデル２５の変形形状を計算する（工程Ｓ８）。工程Ｓ８では、図３に示したゴム栓５の刺込部７への注射針（図示省略）を刺し込みが再現される。図１３（ａ）、（ｂ）は、注射針モデル３６が押し込まれたゴム栓モデル２５を示す断面図である。

図１３（ａ）に示されるように、本実施形態の工程Ｓ８では、キャップモデル３１の孔部３５から容器モデル２２の筒部２４ａに向かって、注射針モデル３６が軸芯ＣＬに沿って移動される。注射針モデル３６の移動速度Ｖａは、例えば、５mm／Ｓ〜２０mm／Ｓ程度に設定される。注射針モデル３６に設定される荷重Ｆは、例えば、１５Ｎ〜２５Ｎ程度に設定される。

注射針モデル３６の剛性は、ゴム栓モデル２５の剛性よりも大きい。このため、図１３（ｂ）に示されるように、注射針モデル３６の移動とともに、ゴム栓モデル２５の刺込部２７の変形が計算される。また、工程Ｓ８では、注射針モデル３６に作用するゴム栓モデル２５からの応力や、押し込み量等が計算される。このような刺込部２７の圧縮変形により、ゴム栓５の刺込部７への注射針（図示省略）を刺し込みが再現されうる。従って、本実施形態の設計方法では、注射針の刺し込み性に優れたゴム栓５を効率良く設計することができる。これらの計算結果は、コンピュータ１に記憶される。

工程Ｓ８において、注射針モデル３６が押し込まれる刺込部２７の変形は、容器モデル２２の開口部２４の上縁面に接する基部２６の変形に比べて大きくなる。このため、刺込部２７の要素４２ａの大きさは、基部２６の要素４２ａの大きさよりも小に設定されるのが望ましい。これにより、注射針モデル３６の移動に伴って、刺込部２７を柔軟に変形させることができるため、局部的な大変形に起因する要素潰れを防ぐことができる。なお、刺込部２７の要素４２ａの大きさは、基部２６の要素４２ａの大きさの１／４〜１／２程度が望ましい。

次に、本実施形態の設計方法では、コンピュータ１が、ゴム栓モデル２５と容器モデル２２との嵌合状態が良好か否かを判断する（工程Ｓ９）。ゴム栓モデル２５と容器モデル２２との嵌合状態は、例えば、ゴム栓モデル２５と容器モデル２２の開口部２４との隙間の体積や接触圧力、及び、ゴム栓モデル２５の形状等に基づいて判断される。

ゴム栓モデル２５と容器モデル２２との嵌合状態が良好であると判断された場合（工程Ｓ９で、「Ｙ」）には、ゴム栓モデル２５に基づいて、ゴム栓５が製造される（工程Ｓ１０）。他方、ゴム栓モデル２５と容器モデル２２との嵌合状態が良好でないと判断された場合（工程Ｓ９で、「Ｎ」）には、ゴム栓５（図２に示す）の形状等が変更されて（工程Ｓ２１）、工程Ｓ１〜工程Ｓ９が再度実施される。

このように、本実施形態の設計方法では、ゴム栓５（図２に示す）を試作することなく、コンピュータ１を用いて、ゴム栓５と容器２の開口部４との嵌合状態を評価することができる。従って、ゴム栓５の金型を製造するためのコストや時間が増大することがないため、ゴム栓５を効率良く設計することができる。

本実施形態の工程Ｓ９は、ゴム栓モデル２５と容器モデル２２との嵌合状態だけでなく、キャップモデル３１の取り付け状態が良好か否かについても判断されるのが望ましい。キャップモデル３１の取り付け状態は、例えば、キャップモデル３１と容器モデル２２の鍔部２４ｂとの隙間の体積や接触圧力、及び、キャップモデル３１とゴム栓モデル２５の基部２６との隙間の体積や接触圧力に基づいて判断される。これにより、キャップ１１の取り付け状態が優れるゴム栓５を効率良く設計することができる。

さらに、本実施形態の工程Ｓ９は、例えば、注射針モデル３６に作用するゴム栓モデル２５の応力に基づいて、注射針モデル３６の刺し込み性が判断されるのが望ましい。これにより、注射針（図示省略）の刺し込み性に優れるゴム栓５を設計することができる。

以上、本発明の特に好ましい実施形態について詳述したが、本発明は図示の実施形態に限定されることなく、種々の態様に変形して実施しうる。

図５、図６及び図１０に示した処理手順に従って、容器モデルに圧縮状態で嵌合されたときのゴム栓モデルの変形形状が計算された（実施例）。実施例では、容器モデルを膨張させることにより、ゴム栓モデルを変形させることなく容器モデルの開口部に配置するとともに（第１変形計算工程）、容器モデルを収縮させることにより、ゴム栓モデルを容器モデルに嵌合させた（第２変形計算工程）。

さらに、実施例では、図１２に示した処理手順に従って、容器モデル及びゴム栓モデルに圧縮状態で取り付けられたときのキャップモデルの変形形状や、注射針モデルが押し込まれたときのゴム栓モデルの変形形状についても計算された。

比較のために、容器モデルを膨張、又は、ゴム栓モデルを収縮させることなく、ゴム栓モデルを容器モデルに嵌合させた（比較例）。なお、共通仕様は、次のとおりである。ゴム栓モデルの材料定数は、ゴムの引張試験のＳ−Ｓカーブから同定された。
容器モデル、キャップモデル、注射針モデル：
要素の材料特性：
密度：７．８×１０^−９（ton／mm³）
ヤング率：２０．５×１０^５（ＭＰａ）
ポアソン比：０．３
熱膨張率：１×１０^−５（１／℃）
ゴム栓モデル：
基部、刺込部及び栓部の要素
密度：１．０×１０^−９（ton／mm³）
ポアソン比：０．４９８
材料定数：３．７８（Ｎ／mm²）
被覆部の要素
密度：１．０×１０^−９（ton／mm³）
ヤング率：４６０ＭＰａ
ポアソン比：０．４６
降伏応力：２３ＭＰａ
降伏後の塑性硬化係数：４３
熱膨張率：１０×１０^−５（１／℃）
実施例：
刺込部の要素の大きさ／基部の要素の大きさ：１／４

テストの結果、実施例では、要素潰れによる計算落ちが発生することなく、容器モデルに圧縮状態で嵌合されたときのゴム栓モデルの変形形状が計算された。さらに、実施例では、容器モデル及びゴム栓モデルに圧縮状態で取り付けられたときのキャップモデルの変形形状や、注射針モデルが押し込まれたときのゴム栓モデルの変形形状についても、安定して計算された。従って、実施例では、ゴム栓を効率良く設計することができた。

他方、比較例では、容器モデルにゴム栓モデルが強く押し付けられ、ゴム栓モデルの要素の体積が負となる要素潰れが生じた。この要素潰れにより、計算落ちが発生したため、ゴム栓を効率良く設計することができなかった。

２容器
４開口部
５ゴム栓
２２容器モデル
２４開口部
２５ゴム栓モデル

Claims

容器の開口部に圧縮状態で嵌合されるゴム栓を、コンピュータを用いて設計するための方法であって、
前記コンピュータに、前記容器を有限個の要素でモデル化した容器モデルを入力する工程と、
前記コンピュータに、前記ゴム栓を有限個の要素でモデル化したゴム栓モデルを入力する工程と、
前記コンピュータが、前記容器モデルに圧縮状態で嵌合されたときの前記ゴム栓モデルの変形形状を計算する計算工程とを含み、
前記計算工程は、前記容器モデルを膨張させるか、又は、前記ゴム栓モデルを収縮させることにより、前記ゴム栓モデルを変形させることなく前記容器モデルの前記開口部に配置する第１変形計算工程、及び
前記容器モデルを収縮させるか、又は、前記ゴム栓モデルを膨張させることにより、前記ゴム栓モデルを前記容器モデルに嵌合させる第２変形計算工程を含み、
前記計算工程に先立ち、
前記容器モデルと前記ゴム栓モデルとの接触による変形を無効にする工程と、
前記容器モデルの前記開口部と前記ゴム栓モデルとを芯合わせして、前記容器モデルと前記ゴム栓モデルとを重複させて配置する工程とが行われ、
前記計算工程は、前記第１変形計算工程後、かつ、前記第２変形計算工程前に、前記容器モデルと前記ゴム栓モデルとの接触による変形を有効にする工程をさらに含むことを特徴とするゴム栓の設計方法。
容器の開口部に圧縮状態で嵌合されるゴム栓を、コンピュータを用いて設計するための方法であって、
前記コンピュータに、前記容器を有限個の要素でモデル化した容器モデルを入力する工程と、
前記コンピュータに、前記ゴム栓を有限個の要素でモデル化したゴム栓モデルを入力する工程と、
前記コンピュータが、前記容器モデルに圧縮状態で嵌合されたときの前記ゴム栓モデルの変形形状を計算する計算工程とを含み、
前記計算工程は、前記容器モデルを膨張させるか、又は、前記ゴム栓モデルを収縮させることにより、前記ゴム栓モデルを変形させることなく前記容器モデルの前記開口部に配置する第１変形計算工程、及び
前記容器モデルを収縮させるか、又は、前記ゴム栓モデルを膨張させることにより、前記ゴム栓モデルを前記容器モデルに嵌合させる第２変形計算工程を含み、
前記容器及び前記ゴム栓の少なくとも一部を覆う凹部を含むキャップをさらに含み、
前記コンピュータに、前記キャップを有限個の要素でモデル化したキャップモデルを入力する工程、並びに
前記コンピュータが、前記容器モデル及び前記ゴム栓モデルに圧縮状態で取り付けられたときの前記キャップモデルの変形形状を計算するキャップモデル変形計算工程をさらに含むことを特徴とするゴム栓の設計方法。
前記キャップモデル変形計算工程は、前記キャップモデルを膨張させることにより、前記キャップモデルを変形させることなく、前記容器モデル及び前記ゴム栓モデルの少なくとも一部を、前記キャップモデルの凹部に配置する第３変形計算工程、並びに
前記キャップモデルを収縮させることにより、前記容器モデル及び前記ゴム栓モデルの少なくとも一部に、前記キャップモデルを圧縮状態で取り付ける第４変形計算工程を含む請求項２記載のゴム栓の設計方法。
前記キャップモデル変形計算工程に先立ち、
前記キャップモデルと前記容器モデルとの接触による変形、及び、前記キャップモデルと前記ゴム栓モデルとの接触による変形を無効にする工程、並びに
前記キャップモデルの凹部及び前記容器モデル、又は、前記キャップモデルの凹部及び前記ゴム栓モデルを芯合わせして、前記キャップモデルを、前記容器モデル又は前記ゴム栓モデルに重複させて配置する工程が行われ、
前記キャップモデル変形計算工程は、前記第３変形計算工程後、かつ、前記第４変形計算工程前に、前記キャップモデルと前記容器モデルとの接触による変形、及び、前記キャップモデルと前記ゴム栓モデルとの接触による変形を有効にする工程をさらに含む請求項３記載のゴム栓の設計方法。
容器の開口部に圧縮状態で嵌合されるゴム栓を、コンピュータを用いて設計するための方法であって、
前記コンピュータに、前記容器を有限個の要素でモデル化した容器モデルを入力する工程と、
前記コンピュータに、前記ゴム栓を有限個の要素でモデル化したゴム栓モデルを入力する工程と、
前記コンピュータが、前記容器モデルに圧縮状態で嵌合されたときの前記ゴム栓モデルの変形形状を計算する計算工程とを含み、
前記計算工程は、前記容器モデルを膨張させるか、又は、前記ゴム栓モデルを収縮させることにより、前記ゴム栓モデルを変形させることなく前記容器モデルの前記開口部に配置する第１変形計算工程、及び
前記容器モデルを収縮させるか、又は、前記ゴム栓モデルを膨張させることにより、前記ゴム栓モデルを前記容器モデルに嵌合させる第２変形計算工程を含み、
前記コンピュータに、注射針を有限個の要素でモデル化した注射針モデルを入力する工程、及び
前記コンピュータが、前記容器モデルに嵌合された前記ゴム栓モデルに、前記注射針モデルを押し込んで、前記ゴム栓モデルの変形形状を計算する工程をさらに含むことを特徴とするゴム栓の設計方法。
前記ゴム栓モデルは、前記容器モデルの開口部の上縁面に接する基部と、
前記基部よりも前記ゴム栓モデルの軸芯側に形成され、かつ、前記注射針モデルが押し込まれる刺込部とを含み、
前記刺込部の前記要素の大きさは、前記基部の前記要素の大きさよりも小である請求項５記載のゴム栓の設計方法。