JP7407642B2

JP7407642B2 - 設計支援装置および設計支援方法

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Publication number: JP7407642B2
Application number: JP2020061886A
Authority: JP
Inventors: 彰百済; 耕平末吉
Original assignee: Toray Engineering Co Ltd
Current assignee: Toray Engineering Co Ltd
Priority date: 2020-03-31
Filing date: 2020-03-31
Publication date: 2024-01-04
Anticipated expiration: 2040-03-31
Also published as: JP2021162978A; WO2021200058A1

Description

本発明は、設計支援装置および設計支援方法に関する。

従来、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂を含む樹脂組成物または熱硬化性樹脂を含む樹脂組成物を射出成形等することにより得られる樹脂成形品には、高い寸法精度が要求される場合が多い。このような樹脂成形品は、表面の硬化、金型による拘束によって硬化時の収縮が阻害される部分と比較的自由に収縮できる部分とが生じる。樹脂成形品は、収縮のばらつきによってそりが発生する。そりが発生した樹脂成形品は、寸法精度が著しく低下する。そのため、樹脂成形品は、製造前にそりの発生を予測し、そりが発生し難い形状および製造方法を検討する必要がある。

そりを予測する方法としては、コンピュータを利用した射出成形のＣＡＥ（コンピ
ュータ援用エンジニアリング）を用いる方法がある。前記ＣＡＥは、例えば、製品形状、成形条件、材料物性値を設定し、そり解析を行うことにより、リブの追加等の形状変更、ゲート位置、射出速度等の成形条件の変更、材料の変更を、コンピュータ上で検討することができる。

樹脂成形体を試作する前の設計段階においては、製品形状、成形条件、材料を最適化するために、多くの条件で前記ＣＡＥによる解析を行い、目的とする製品の機能、制約条件に応じた仕様を決定していく方法が一般的である。このようなそり変形を考慮して形状、成形条件等を決定するための方法が、特許文献１に開示されている。特許文献１には、コンピュータを用いて、射出成形品におけるそり変形に影響する領域を分析するそり影響領域分析方法が開示されている。そり影響領域分析方法は、所望する領域に肉厚、長さ等のパラメータを与え、それぞれそり変形解析を行う。そり影響領域分析方法は、得られたそり変形量から、そり変形量に対する感度を求め、そり変形が最小になるように最適化する。

しかし、そり影響領域分析方法は、作業者が設定した製品形状等の設計変更パラメータの範囲内で反りを最小化するためのパラメータ値を反復計算によって算出する方法である。すなわち、そり影響領域分析方法は、反りを最小化するための対策案を設計変更パラメータの設定無しでは算出できない。

特開２００４－２６８４２８号公報

本発明の目的は、樹脂成形品のそり変形の対策案を算出することができる設計支援装置および設計支援方法を提供することである。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、第１の発明は、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂を含む樹脂組成物または熱硬化性樹脂を含む樹脂組成物を用いた樹脂成形品の設計支援装置である。前記設計支援装置は、前記樹脂成形品の形状モデルを生成するモデル生成部と、前記形状モデルを離散化解析方法によって計算を行うための節点を頂点とする複数の微小要素に分割した分割モデルを生成する分割モデル生成部と、離散化解析方法によって前記分割モデルのそり変形に対する少なくとも一部の微小要素のそり感度を算出するそり変形解析部と、前記そり感度に基づいて前記分割モデルにおけるリブの生成起点とリブの延伸方向を算出するリブ位置算出部と、を有する。

前記リブ位置算出部は、前記分割モデルにおける少なくとも一つの任意の範囲において、前記そり感度の最大値から所定の範囲内のそり感度である前記節点を前記リブの生成起点の候補として設定する。次に、前記リブ位置算出部は、前記リブの生成起点の候補である節点の任意の方向である第１方向において前記リブの生成起点の候補である節点を含む微小要素と隣接する微小要素との間の連続する面の傾きの変化率である変曲値を算出する。また、前記リブ位置算出部は、前記リブの生成起点の前記第１方向に垂直な方向である第２方向において前記リブの生成起点の候補である節点を含む微小要素と隣接する微小要素との間の連続する面の傾きの変化率である変曲値を算出する。また、前記リブ位置算出部は、前記リブの生成起点の前記第１方向及び前記第２方向に垂直な方向である第３方向において前記リブの生成起点の候補である節点を含む微小要素と隣接する微小要素との間の連続する面の傾きの変化率である変曲値を算出する。そして、前記リブ位置算出部は、前記第１方向、前記第２方向及び前記第３方向のうち、変曲値が最も大きい方向を前記リブの延伸方向に設定する。

第２の発明の前記リブ位置算出部は、前記第１方向、前記第２方向及び前記第３方向のうち、変曲値が２番目に大きい方向を前記リブの高さ方向に設定する。

第３の発明の前記リブ位置算出部は、前記第１方向、前記第２方向及び前記第３方向のうち、変曲値が３番目に大きい方向を前記リブの幅方向に設定する。

第４の発明の前記リブ位置算出部は、前記リブ位置算出部が算出した前記リブの生成起点、前記リブの延伸方向のうち少なくとも一つを前記分割モデルに重畳表示させる。

第５の発明は、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂を含む樹脂組成物または熱硬化性樹脂を含む樹脂組成物を用いた樹脂成形品の設計支援方法である。前記設計支援方法は、前記樹脂成形品の形状モデルを取得し、前記形状モデルを離散化解析方法によって計算を行うための節点を頂点とする複数の微小要素に分割した分割モデルを生成する分割モデル生成工程と、離散化解析方法によって前記分割モデルのそり変形に対する少なくとも一部の微小要素のそり感度を算出するそり感度解析工程と、前記そり感度に基づいて前記分割モデルにおけるリブの生成起点とリブの延伸方向を算出するリブ位置算出工程と、を含む。

前記リブ位置算出行程において、前記分割モデルにおける少なくとも一つの任意の範囲において、前記そり感度が最大値から所定の範囲内のそり感度である前記節点を前記リブの生成起点の候補として設定する。次に、前記リブ位置算出部は、前記リブの生成起点の候補である節点の任意の方向である第１方向において前記リブの生成起点の候補である節点と隣接する節点を含む微小要素と隣接する微小要素との間の連続する面の傾きの変化率である変曲値を算出する。また、前記リブ位置算出部は、前記リブの生成起点の前記第１方向に垂直な方向である第２方向において前記リブの生成起点の候補である節点を含む微小要素と隣接する微小要素との間の連続する面の傾きの変化率である変曲値を算出する。また、前記リブ位置算出部は、前記リブの生成起点の前記第１方向及び前記第２方向に垂直な方向である第３方向において前記リブの生成起点の候補である節点を含む微小要素と隣接する微小要素との間の連続する面の傾きの変化率である変曲値を算出する。そして、前記リブ位置算出部は、前記第１方向、前記第２方向及び前記第３方向のうち、変曲値が最も大きい方向を前記リブの延伸方向に設定する。

第６の発明の前記リブ位置算出工程は、前記第１方向、前記第２方向及び前記第３方向のうち、変曲値が２番目に大きい方向を前記リブの高さ方向に設定する。

第７の発明の前記リブ位置算出工程は、前記第１方向、前記第２方向及び前記第３方向のうち、変曲値が３番目に大きい方向を前記リブの幅方向に設定する。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

第１の発明においては、設計支援装置は、そり変形解析の結果に基づいて、微小要素毎の収縮による分割モデル全体の変形量を全ての微小要素毎に算出する。つまり、前記設計支援装置は、そり感度解析によって、各微小要素の収縮が前記分割モデル全体に与える影響の度合いであるそり感度を算出する。前記設計支援装置は、前記そり感度の最大値から所定の範囲内のそり感度である位置をリブ生成起点の候補として設定する。従って、前記設計支援装置は、設計変更パラメータが設定されていなくても、前記分割モデル全体にそりの影響を与える割合が大きい位置にそりを抑制する対策としてのリブの生成起点の候補を設定する。また、前記設計支援装置は、前記リブ生成起点の候補である節点が含まれる微小要素と隣接する微小要素との間の連続する面の傾きの変化率である変曲値が最も大きい方向を前記リブの延伸方向に設定する。従って、前記設計支援装置は、前記設計変更パラメータが設定されていなくても、前記リブ生成起点の候補である節点が含まれる微小要素に隣接する微小要素間の面の傾きの変化の度合が大きい部分に沿って前記リブを延伸させる。これにより、前記設計支援装置は、樹脂成形品のそり変形の対策案を算出することができる。

第５の発明の設計支援方法においても、第１の発明の前記設計支援装置と同様に、前記設計変更パラメータが設定されていなくても、前記分割モデル全体にそりの影響を与える割合が大きい位置にそりを抑制する対策としてのリブの生成起点の候補を設定する。また、設計支援方法は、前記リブ生成起点の候補である節点が含まれる微小要素に隣接する微小要素間の面の傾きの変化の度合が大きい部分に沿って前記リブを延伸させる。これにより、前記設計支援方法は、前記樹脂成形品のそり変形の対策案を算出することができる。

第２の発明においては、前記設計支援装置は、前記リブ生成起点において、３軸方向における前記変曲値が２番目に大きい方向を前記リブの高さ方向に設定する。従って、前記設計支援装置は、前記設計変更パラメータが設定されていなくても、２番目に前記リブ生成起点の候補である節点が含まれる微小要素に隣接する微小要素間の面の傾きの変化の度合が大きい方向に沿って前記リブの曲げ強度を向上させるための前記リブを高くする。これにより、前記設計支援装置は、前記樹脂成形品のそり変形の対策案を算出することができる。

第６の発明の設計支援方法においても、第２の発明の前記設計支援装置と同様に、前記設計変更パラメータが設定されていなくても、２番目に前記リブ生成起点の候補である節点が含まれる微小要素に隣接する微小要素間の面の傾きの変化の度合が大きい方向に沿って前記リブの曲げ強度を向上させるための前記リブを高くする。これにより、前記設計支援装置は、前記樹脂成形品のそり変形の対策案を算出することができる。

第３の発明においては、前記設計支援装置は、前記リブの生成起点、前記リブの延伸方向のうち少なくとも一つを前記リブ生成起点において、３軸方向における前記変曲値が３番目に大きい方向を前記リブの幅方向に設定する。従って、前記設計支援装置は、前記設計変更パラメータが設定されていなくても、３番目に前記リブ生成起点の候補である節点が含まれる微小要素に隣接する微小要素間の面の傾きの変化の度合が大きい方向に沿ってリブのねじれ強度を向上させるためのリブを厚くする。これにより、前記設計支援装置は、前記樹脂成形品のそり変形の対策案を算出することができる。

第７の発明の設計支援方法においても、第３の発明の前記設計支援装置と同様に、前記設計変更パラメータが設定されていなくても、３番目に前記リブ生成起点の候補である節点が含まれる微小要素に隣接する微小要素間の面の傾きの変化の度合が大きい方向に沿ってリブのねじれ強度を向上させるためのリブを厚くする。これにより、前記設計支援装置は、前記樹脂成形品のそり変形の対策案を算出することができる。

第４の発明においては、前記設計支援装置は、前記リブの生成起点、前記リブの延伸方向のうち少なくとも一つを前記分割モデルに重畳表示させる。この際、前記設計支援装置は、前記分割モデルにそり変形解析結果またはそり感度解析結果を更に重畳表示させることができる。これにより、前記設計支援装置は、前記樹脂成形品のそり変形の対策案を算出し、且つ明確に表示することができる。

本発明に係る設計支援装置のハードウェアの全体構成を示すブロック図。本発明に係る設計支援装置のソフトウェアの全体構成を示すブロック図。形状モデルを示す斜視図。分割モデルを示す斜視図。本発明に係るそり変形解析の解析結果によるそり変形の状態を示す斜視図。本発明に係るそり感度解析の解析結果によるそり感度の状態を示す斜視図。本発明に係るそり感度解析の解析結果と対策案であるリブの形状を示す斜視図。本発明に係る設計支援方法のステップを示すフローチャートを表す図。

まず、図１を用いて、本実施形態における設計支援装置１のハードウェア構成について説明する。設計支援装置１のハードウェアは、例えばパソコンから構成される。設計支援装置１は、中央演算処理装置２、主記憶装置３、補助記憶装置４、入力装置５および表示措置を備える。

中央演算処理装置２は、各種演算を行う計算機である。中央演算処理装置２は、そり変形解析用の形状モデルＭ１の生成処理、分割モデルＭ２の生成処理、そり変形解析の計算処理、そり感度解析の計算処理、解析結果の表示処理等を行う。中央演算処理装置２は、補助記憶装置４に格納されている各種プログラムおよびデータ等を主記憶装置３に読み込ませる。また、中央演算処理装置２は、主記憶装置３に読み込ませた各種プログラムおよびデータを実行する。

主記憶装置３は、中央演算処理装置２が計算処理を行うプログラム及びデータが一時的に格納される装置である。主記憶装置３は、ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）等から構成される。主記憶装置３は、補助記憶装置４に接続されている。

補助記憶装置４は、中央演算処理装置２が計算処理を行うプログラム及びデータが格納される装置である。補助記憶装置４は、ハードディスク等から構成される。補助記憶装置４は、中央演算処理装置２の制御信号により、主記憶装置３に、プログラムおよびデータを送信可能に構成されている。

入力装置５は、中央演算処理装置２に信号を入力する端末である。入力装置５は、キーボード、マウス、タッチパネル等から構成されている。入力装置５は、作業者によって入力される形状モデルＭ１、分割モデルＭ２を作成するための操作信号、そり変形解析を行うための各種条件等を中央演算処理装置２に送信する。

表示装置６は、中央演算処理装置２の計算結果を表示する装置である。表示装置６は、液晶モニター等から構成される。表示装置６は、形状モデルＭ１、分割モデルＭ２、そり変形解析結果およびそり感度解析結果等を表示する。

中央演算処理装置２は、主記憶装置３に接続される。中央演算処理装置２は、主記憶装置３に格納されているプログラムおよびデータを取得することができる。

中央演算処理装置２は、補助記憶装置４に接続される。中央演算処理装置２は、補助記憶装置４に格納されているプログラムおよびデータを主記憶装置３に送信させることができる。

中央演算処理装置２は、インターフェースを介して入力装置５に接続される。中央演算処理装置２は、入力装置５から制御信号を取得することができる。

中央演算処理装置２は、インターフェースを介して表示装置６に接続される。中央演算処理装置２は、計算結果を表示装置６に送信することができる。

次に、図２から図７を用いて、設計支援装置１の具体的な構成および機能について説明する。設計支援装置１は、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂を含む樹脂組成物または熱硬化性樹脂を含む樹脂組成物を用いた樹脂成形品のそり変形を抑制する対策案を算出する装置である。設計支援装置１は、ハードウェアであるパソコンの補助記憶装置４に格納されている。設計支援装置１は、モデル生成部１１、分割モデル生成部１２、そり変形解析部１３およびリブ位置算出部１４を備える。設計支援装置１の各部の機能は、パソコンの中央演算処理装置２が補助記憶装置４に格納されている各部のプログラム等を主記憶装置３に読み込ませ、且つ中央演算処理装置２が各プログラム等を実行することで実現される。

図２と図３とに示すように、モデル生成部１１は、樹脂成形品の形状モデルＭ１を生成する。モデル生成部１１は、３ＤＣＡＤを含む。モデル生成部１１は、入力装置５からの入力によって解析対象である樹脂成型品の形状モデルＭ１を生成する。形状モデルＭ１は、形状を構成する点、直線、面等の情報により構成されている。モデル生成部１１は、生成した形状モデルＭ１を表示装置６にさせる。

図２と図４とに示すように、分割モデル生成部１２は、形状モデルＭ１を複数の微小要素Ｅに分割する。分割モデル生成部１２は、モデル生成部１１で生成された形状モデルＭ１を取得する。分割モデル生成部１２は、取得した形状モデルＭ１を３角形、４角形等の２次元要素、または三角錐、三角柱、６面体等の３次元要素から構成される微小要素Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３・・Ｅ（ｎ）に仮想的に分割する（以下、単に「微小要素Ｅ」と記す）。形状モデルＭ１には、微小要素Ｅに分割されることで、離散化解析方法である有限要素解析によって計算を行うための節点Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３・・Ｎ（ｎ）が生成される（以下、単に「節点Ｎ」と記す）。節点Ｎは、微小要素Ｅの頂点に生成される。例えば、４面体からなる微小要素Ｅ１は、４つの節点Ｎを有する。なお、分割モデル生成部１２は、微小要素Ｅの頂点に生成される節点Ｎ以外に、各頂点の節点Ｎ間に中間節点を生成してもよい。これにより、有限要素解析の計算量は増大するが、節点Ｎ間を中間節点で補間することで有限要素解析の解析精度が向上する。分割モデル生成部１２は、生成した分割モデルＭ２を表示装置６に表示させる。

図２と図５とに示すように、そり変形解析部１３は、有限要素解析によって分割モデルＭ２（微小要素Ｅは図示せず）のそり変形解析を行う。そり変形解析は、樹脂材料の収縮ひずみによるそりを算出する。そり変形解析部１３は、分割モデル生成部１２で生成された分割モデルＭ２を取得する。また、そり変形解析部１３は、パソコンの入力装置５から入力された材料物性データ、境界条件等の解析条件を取得する。材料物性データは、樹脂の弾性係数、粘度、熱伝導率等の熱物性、状態線図等である。境界条件は、ゲート位置、射出速度、射出温度、金型温度である。そり変形解析部１３は、射出成形中の樹脂温度、圧力、速度等の履歴を算出する。さらに、そり変形解析部１３は、算出した各履歴に基づいて、各微小要素Ｅ（図４参照）の収縮ひずみを算出する。そり変形解析部１３は、この収縮ひずみを全微小要素Ｅに与え、有限要素法による熱収縮解析を行う。そり変形解析部１３は、全微小要素Ｅのそり変形解析結果（第１のそり変形解析結果と呼ぶ）を算出する。第１のそり変形解析結果は、各節点Ｎの変位量として算出される。そり変形解析部１３は、算出した第１のそり変形解析結果を表示装置６に表示させる。

図２と図６に示すように、そり変形解析部１３は、有限要素法解析によって分割モデルＭ２の少なくとも一部の微小要素のそり感度解析を行う。そり変形解析部１３は、例えば微小要素Ｅ１のみが第１のそり変形解析結果だけ収縮しているとする解析条件において有限要素法による熱収縮解析を行う。そり変形解析部１３は、全微小要素Ｅのそり変形解析結果（第２のそり変形解析結果と呼ぶ）を算出する。第２のそり変形解析結果は、微小要素Ｅ１の収縮が分割モデルＭ２全体及ぼす影響の度合いであるそり感度Ｓを表している（図６薄墨部分）。これを全微小要素Ｅについて繰り返すことにより、そりに対する全微小要素Ｅのそり感度Ｓが求まる。そり変形解析部１３は、算出した第２のそり変形解析結果を表示装置６に表示させる。

そり変形解析部１３は、第１のそり変形解析結果より得られた各節点ＮのＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の変位量データから構成されるベクトルＶ（式（１）参照）を生成する。

なお、式（１）中の添え字の数字は節点Ｎの番号を示している。たとえばｘ１は節点Ｎ１のｘ方向変位量を表す。次に微小要素Ｅの収縮による第２のそり変形解析結果にて得られた各節点Ｎの変位量データをベクトルＶ’１とする。

そり変形解析部１３は、ＶとＶ’１の内積を分割モデルＭ２全体のそりに対する微小要素Ｅ１のそり感度Ｓ１として算出する（式（２）参照）。これを全節点Ｎについて繰り返すことでそり感度Ｓの分布が得られる。そり変形解析部１３は、算出した第２のそり変形解析結果の集合体である感度分布を表示装置６によって分割モデルＭ２に重畳表示させる。

図２と図７に示すように、リブ位置算出部１４は、分割モデルＭ２の第１のそり変形解析結果で示されるそり変形を抑制するためのリブＬの位置を算出する。

初めに、リブ位置算出部１４は、リブＬを設ける際の基準位置となるリブＬの生成起点を算出する。リブ位置算出部１４は、分割モデルＭ２において任意に指定された少なくとも一つの範囲内において、そり変形解析部１３が算出したそり感度Ｓの最大値から所定の範囲内のそり感度Ｓである節点Ｎを算出する。リブ位置算出部１４は、そり感度Ｓの最大値から所定の範囲内のそり感度Ｓである節点Ｎをリブの生成起点の候補であるリブ生成起点Ｐに設定する。例えば、リブ位置算出部１４は、算出したそり感度Ｓの全体に対する割合として、そり感度Ｓが最大値である１００％から９０％の範囲に含まれる節点Ｎをリブ生成起点Ｐの候補として設定する。

次に、リブ位置算出部１４は、リブ生成起点Ｐの各候補から延伸されるリブＬの延伸方向Ｄｅを算出する。リブ位置算出部１４は、リブ生成起点Ｐの各候補において、リブＬの延伸方向Ｄｅの基準となる任意に設定された第１方向、第２方向および第３方向における変曲値を算出する。変曲値は、リブ生成起点Ｐの候補である節点Ｎｐを含む複数の微小要素Ｅの間における連続する面の傾きの変化率である。なお、第１方向、第２方向および第３方向は、作業者によって任意に設定された互いに直交する方向である。つまり、第２方向は、第１方向に垂直な方向である。また、第３方向は、第１方向と第２方向とに垂直な方向である。本実施形態において、第１方向、第２方向および第３方向は、モデル生成部１１において設定された形状モデルＭ１のグローバル座標系であるＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向とする。

リブ生成起点Ｐの候補である節点Ｎｐの変曲値は、リブ生成起点Ｐの候補である節点Ｎｐを含む複数の微小要素Ｅ（例えば、微小要素Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３）から算出する。

リブ生成起点Ｐの候補である節点ＮｐのＸ方向の変曲値Ｉｘを算出する場合、リブ位置算出部１４は、リブ生成起点Ｐの候補である節点Ｎｐを含む微小要素Ｅ１において、微小要素Ｅ１に含まれる各節点Ｎの変位量をＸ方向の座標値で微分した値であるＸ方向の傾き値を算出する。次に、リブ位置算出部１４は、算出した各節点ＮのＸ方向の傾き値を平均した微小要素Ｅ１のＸ方向の傾き値を算出する。同様にして、リブ位置算出部１４は、微小要素Ｅ２、Ｅ３についてＸ方向の傾き値を算出する。次に、リブ位置算出部１４は、微小要素Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３のＸ方向の傾き値を平均した節点Ｎｐの傾き値を算出する。

次に、リブ位置算出部１４は、節点Ｎｐの傾き値を微分することで節点ＮｐのＸ方向の変曲値Ｉｘを算出する。同様にして、リブ位置算出部１４は、節点ＮｐのＹ方向の変曲値Ｉｙ、Ｚ方向の変曲値Ｉｚを算出する。このように、リブ位置算出部１４は、節点Ｎｐを含む微小要素の各節点Ｎの変位量を各座標値で２階微分することで、節点Ｎｐを含む微小要素Ｅ間で連続する面の傾きの変化率である変曲値Ｉｘ、Ｉｙ、Ｉｚを算出する。

リブ位置算出部１４は、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向における変曲値Ｉｘ、Ｉｙ、Ｉｚのうち１番目に値が大きい変曲値Ｉｘに対応するＸ方向をリブＬの延伸方向Ｄｅに設定する。また、リブ位置算出部１４は、算出した各方向における変曲値のうち２番目に値が大きい変曲値Ｉｙに対応するＹ方向をリブＬの高さ方向Ｄｈに設定する。また、リブ位置算出部１４は、算出した各方向における変曲値のうち３番目に値が大きい変曲値Ｉｚに対応するＺ方向をリブＬの幅方向Ｄｗに設定する。リブ位置算出部１４は、算出したリブ生成起点Ｐ、リブＬの延伸方向Ｄｅ、リブＬの高さ方向ＤｈおよびリブＬの幅方向Ｄｗを表示装置６に表示させる。この際、リブ位置算出部１４は、各変曲値Ｉｘ、Ｉｙ、Ｉｚの値に応じた幅方向Ｄｗ、高さ方向Ｄｈおよび幅方向Ｄｗの大きさを有するリブＬとして表示させてもよい。

このように構成される設計支援装置１は、初めに樹脂成型品の分割モデルＭ２を使用してそり変形解析を行う。設計支援装置１は、そり変形解析の結果に基づいて、一つの微小要素Ｅ（例えば微小要素Ｅ１）の収縮を起因とする分割モデルＭ２全体の変形量を全ての微小要素Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３・・Ｅ（ｎ）毎に算出する。このように、設計支援装置１は、そり感度解析として、微小要素Ｅの収縮による分割モデルＭ２全体の変形量であるそり感度Ｓを算出する。次に、設計支援装置１は、そり感度Ｓの最大値から所定の範囲内のそり感度Ｓである節点Ｎｐをリブ生成起点Ｐの候補として設定する。つまり、設計支援装置１は、分割モデルＭ２のそり変形に影響を与える割合が大きい微小要素Ｅ（節点Ｎ）を少なくとも一つ特定する。

更に、設計支援装置１は、リブ生成起点Ｐの候補である節点Ｎｐにおいて、任意の３方向において変曲値Ｉｘ、Ｉｙ、Ｉｚをそれぞれ算出する。設計支援装置１は、変曲値が１番目に大きい方向を前記リブＬの延伸方向Ｄｅに設定し、変曲値が２番目に大きい方向をリブＬの高さ方向Ｄｈに設定し、変曲値が３番目に大きい方向を幅方向Ｄｗに設定する。つまり、設計支援装置１は、リブ生成起点Ｐにおいて、任意の定めた３方向におけるそり変形による変化率が大きい順にリブＬの延伸方向Ｄｅ、リブＬの高さ方向Ｄｈ、リブＬの幅方向Ｄｗとする。従って、前記設計支援装置１は、設計変更パラメータが設定されていなくても、前記分割モデルＭ２のそり変形を抑制するようにリブ生成起点Ｐ、延伸方向Ｄｅ、高さ方向Ｄｈおよび幅方向Ｄｗを決定する。これにより、設計支援装置１は、リブ生成起点Ｐの各候補において、樹脂成形品のそり変形の対策案であるリブＬの形状等を算出することができる。

また、設計支援装置１は、リブ生成起点Ｐの候補である節点Ｎｐ、リブＬの延伸方向Ｄｅのうち少なくとも一つを分割モデルＭ２に重畳表示させる。この際、設計支援装置１は、分割モデルＭ２にそり変形解析結果またはそり感度解析結果を更に重畳表示させることができる。これにより、設計支援装置１は、樹脂成形品のそり変形の対策案であるリブＬの形状等をリブ生成起点Ｐの候補である節点Ｎｐ毎に算出し、且つ明確に表示することができる。

次に、図８を用いて、本発明の一実施形態における設計支援装置１による設計支援方法について具体的に説明する。

図８に示すように、モデル生成工程であるステップＳ１１０において、設計支援装置１のモデル生成部１１は、入力装置５から入力される操作信号等に基づいて樹脂成型品の形状モデルＭ１を生成する。モデル生成部１１は、ステップを分割モデル生成工程であるステップＳ１２０に移行させる。

分割モデル生成工程であるステップＳ１２０において、設計支援装置１の分割モデル生成部１２は、入力装置５から入力される操作信号等に基づいて形状モデルＭ１を複数の微小要素Ｅに分割した分割モデルＭ２を生成する。分割モデル生成部１２は、ステップをそり変形解析工程であるステップＳ１３０に移行させる。

そり変形解析工程であるステップＳ１３０において、設計支援装置１のそり変形解析部１３は、入力装置５から入力される解析条件と生成した分割モデルＭ２とを用いて、有限要素法解析による分割モデルＭ２のそり変形解析を行う。そり変形解析部１３は、ステップをステップＳ１４０に移行させる。

そり変形解析工程であるステップＳ１４０において、そり変形解析部１３は、そり変形解析の解析結果である第１のそり変形解析結果を表示装置６に表示する。そり変形解析部１３は、ステップをそり感度解析工程であるステップＳ１５０に移行させる。

そり感度解析工程であるステップＳ１５０において、そり変形解析部１３は、パソコンの入力装置５から入力される解析条件と算出した第１のそり変形解析結果とを用いて、有限要素法解析によって前記分割モデルＭ２のそり変形に対するそり感度解析を行う。そり変形解析部１３は、ステップをステップＳ１６０に移行させる。

そり感度解析工程であるステップＳ１６０において、そり変形解析部１３は、そり感度解析の解析結果である第２のそり変形解析結果を表示装置６に表示する。そり変形解析部１３は、ステップをリブ位置算出工程であるステップＳ１７０に移行させる。

リブ位置算出工程であるステップＳ１７０において、設計支援装置１のリブ位置算出部１４は、解析結果である第２のそり変形解析結果を用いて、リブ生成起点Ｐの候補である節点Ｎｐを特定する。そり変形解析部１３は、ステップをステップＳ１８０に移行させる。

リブ位置算出工程であるステップＳ１８０において、リブ位置算出部１４は、特定したリブ生成起点Ｐの各候補において、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向における変曲値Ｉｘ、Ｉｙ、Ｉｚを算出する。そり変形解析部１３は、ステップをステップＳ１９０に移行させる。

リブ位置算出工程であるステップＳ１９０において、リブ位置算出部１４は、特定したリブ生成起点Ｐの各候補において、算出した各方向における変曲値Ｉｘ、Ｉｙ、Ｉｚのうち１番目に大きい値の方向をリブＬの延伸方向Ｄｅに設定し、２番目に大きい値の方向をリブＬの高さ方向Ｄｈに設定し、３番目に大きい値の方向をリブＬの幅方向Ｄｗに設定する。リブ位置算出部１４は、ステップをステップＳ２００に移行させる。

リブ位置算出工程であるステップＳ２００において、リブ位置算出部１４は、リブ生成起点Ｐの各候補と、リブ生成起点Ｐの各候補におけるリブＬの延伸方向Ｄｅと、リブＬの高さ方向Ｄｈと、リブＬの幅方向Ｄｗとのうち少なくとも一つを分割モデルＭ２と共に表示装置６に表示に表示する。リブ位置算出工程は、ステップを終了させる。

なお、本実施形態において、設計支援装置１は、離散化解析方法である有限要素法解析によってそり変形解析およびそり感度解析を行っている。しかし、設計支援装置１が用いることができる離散化解析方法は、有限要素法解析に限定されない。設計支援装置１は、例えば境界要素法解析、有限体積法解析、有限差分法解析を用いてもよい。

なお、本実施形態において、設計支援装置１は、分割モデルＭ２全体において、そり感度Ｓが最大値から所定の範囲内である各節点ＮにリブＬを設ける対策案を算出している。しかしながら、設計支援装置１は、分割モデルＭ２において任意に指定された少なくとも一つの範囲内において、そり変形解析部１３が算出したそり感度Ｓが最大値から所定の範囲内である節点Ｎを算出する構成でもよい。従って、設計支援装置１は、分割モデルＭ２の所定の範囲内毎に複数のリブＬを設ける対策案を算出することができる。

本発明の樹脂成形品の設計支援装置１および設計支援方法は、以上で説明した形態に限らず本発明の範囲内において他の形態のものであってもよい。たとえば、本発明は、射出成形品だけでなく、プレス成形によるそり変形の抑制に適用することができる。

上述の実施形態は、代表的な形態を示したに過ぎず、一実施形態の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。

１設計支援装置
２中央演算処理装置
３主記憶装置
４補助記憶装置
５入力装置
６表示装置
１１モデル生成部
１３そり変形解析部
１４リブ位置算出部
Ｐリブ生成起点
ＤｅリブＬの延伸方向
ＤｈリブＬの高さ方向
ＤｗリブＬの幅方向

Claims

熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂を含む樹脂組成物または熱硬化性樹脂を含む樹脂組成物を用いた樹脂成形品の設計支援装置であって、
前記樹脂成形品の形状モデルを生成するモデル生成部と、
前記形状モデルを離散化解析方法によって計算を行うための節点を頂点とする複数の微小要素に分割した分割モデルを生成する分割モデル生成部と、
離散化解析方法によって前記分割モデルのそり変形に対する少なくとも一部の微小要素のそり感度を算出するそり変形解析部と、
前記そり感度に基づいて前記分割モデルにおけるリブの生成起点とリブの延伸方向を算出するリブ位置算出部と、を有し、
前記リブ位置算出部は、
前記分割モデルにおける少なくとも一つの任意の範囲において、前記そり感度の最大値から所定の範囲内のそり感度である前記節点を前記リブの生成起点の候補として設定し、
前記リブの生成起点の候補である節点の任意の方向である第１方向において前記リブの生成起点の候補である節点を含む微小要素と隣接する微小要素との間の連続する面の傾きの変化率である変曲値を算出し、前記リブの生成起点の前記第１方向に垂直な方向である第２方向において前記リブの生成起点の候補である節点を含む微小要素と隣接する微小要素との間の連続する面の傾きの変化率である変曲値を算出し、前記リブの生成起点の前記第１方向及び前記第２方向に垂直な方向である第３方向において前記リブの生成起点の候補である節点を含む微小要素と隣接する微小要素との間の連続する面の傾きの変化率である変曲値を算出し、前記第１方向、前記第２方向及び前記第３方向のうち、変曲値が最も大きい方向を前記リブの延伸方向に設定する設計支援装置。
前記リブ位置算出部は、
前記第１方向、前記第２方向及び前記第３方向のうち、変曲値が２番目に大きい方向を前記リブの高さ方向に設定する請求項１に記載の設計支援装置。
前記リブ位置算出部は、
前記第１方向、前記第２方向及び前記第３方向のうち、変曲値が３番目に大きい方向を前記リブの幅方向に設定する請求項１または請求項２に記載の設計支援装置。
前記リブ位置算出部は、
前記リブ位置算出部が算出した前記リブの生成起点の候補と、前記リブの生成起点の候補における前記リブの延伸方向とのうち少なくとも一つを前記分割モデルに重畳表示させる請求項１に記載の設計支援装置。
熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂を含む樹脂組成物または熱硬化性樹脂を含む樹脂組成物を用いた樹脂成形品の設計支援方法であって、
前記樹脂成形品の形状モデルを取得し、前記形状モデルを離散化解析方法によって計算を行うための節点を頂点とする複数の微小要素に分割した分割モデルを生成する分割モデル生成工程と、
離散化解析方法によって前記分割モデルのそり変形に対する少なくとも一部の微小要素のそり感度を算出するそり感度解析工程と、
前記そり感度に基づいて前記分割モデルにおけるリブの生成起点とリブの延伸方向を算出するリブ位置算出工程と、を含み、
前記リブ位置算出工程において、
前記分割モデルにおける少なくとも一つの任意の範囲において、前記そり感度が最大値から所定の範囲内のそり感度である前記節点を前記リブの生成起点の候補として設定し、前記リブの生成起点の候補である節点の任意の方向である第１方向において前記リブの生成起点の候補である節点と隣接する節点を含む微小要素と隣接する微小要素との間の連続する面の傾きの変化率である変曲値を算出し、前記リブの生成起点の前記第１方向に垂直な方向である第２方向において前記リブの生成起点の候補である節点を含む微小要素と隣接する微小要素との間の連続する面の傾きの変化率である変曲値を算出し、前記リブの生成起点の前記第１方向及び前記第２方向に垂直な方向である第３方向において前記リブの生成起点の候補である節点を含む微小要素と隣接する微小要素との間の連続する面の傾きの変化率である変曲値を算出し、前記第１方向、前記第２方向及び前記第３方向のうち、変曲値が最も大きい方向を前記リブの延伸方向に設定する設計支援方法。
前記リブ位置算出工程は、
前記第１方向、前記第２方向及び前記第３方向のうち、変曲値が２番目に大きい方向を前記リブの高さ方向に設定する請求項５に記載の設計支援方法。
前記リブ位置算出工程は、
前記第１方向、前記第２方向及び前記第３方向のうち、変曲値が３番目に大きい方向を前記リブの幅方向に設定する請求項５または請求項６に記載の設計支援方法。