JPH10244579A - 押出機内樹脂流路の熱／流動解析方法 - Google Patents
押出機内樹脂流路の熱／流動解析方法Info
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- JPH10244579A JPH10244579A JP9053483A JP5348397A JPH10244579A JP H10244579 A JPH10244579 A JP H10244579A JP 9053483 A JP9053483 A JP 9053483A JP 5348397 A JP5348397 A JP 5348397A JP H10244579 A JPH10244579 A JP H10244579A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】熱、流動に関する各方程式の時間増分項を考慮
した収束計算を行う。 【解決手段】時刻ｔn よりΔｔだけ時間を進めて、スク
リュ軸回りに各ブロックをΔｔ分回転させ、フライトの
噛合部分で一方のブロック面が他方のブロック内のスク
リュ部分に入り込まないようにメッシュデータの変形を
行い（ステップＳ１〜Ｓ５）、時刻ｔn+1 でのメッシュ
データの各格子点上の粘度を求め、流速場を運動方程式
を解くことで求め、ポアソン方程式を解くことでメッシ
ュデータの各格子点上の圧力増分を求めて流速の補正を
行い、温度場をエネルギー方程式を解くことで求め（ス
テップＳ６〜Ｓ１０）、解析領域内の粒子位置座標を検
出して粒子の流速を内挿計算し、粒子をその流速で移動
させ、Δｔだけ時間を進めて２つのブロック内の全ての
物理量が周期的非定常状態に至るまでループを継続する
（ステップＳ１１，Ｓ１２）。
した収束計算を行う。 【解決手段】時刻ｔn よりΔｔだけ時間を進めて、スク
リュ軸回りに各ブロックをΔｔ分回転させ、フライトの
噛合部分で一方のブロック面が他方のブロック内のスク
リュ部分に入り込まないようにメッシュデータの変形を
行い（ステップＳ１〜Ｓ５）、時刻ｔn+1 でのメッシュ
データの各格子点上の粘度を求め、流速場を運動方程式
を解くことで求め、ポアソン方程式を解くことでメッシ
ュデータの各格子点上の圧力増分を求めて流速の補正を
行い、温度場をエネルギー方程式を解くことで求め（ス
テップＳ６〜Ｓ１０）、解析領域内の粒子位置座標を検
出して粒子の流速を内挿計算し、粒子をその流速で移動
させ、Δｔだけ時間を進めて２つのブロック内の全ての
物理量が周期的非定常状態に至るまでループを継続する
（ステップＳ１１，Ｓ１２）。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、２軸押出機におけ
る樹脂流動状態の解析方法に関するものである。
る樹脂流動状態の解析方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】２軸押出機における樹脂流動状態を解析
するものとして、本出願人は特開平４−３６４９２１号
公報に記載の押出機内樹脂流路の熱流動解析方法を提案
している。
するものとして、本出願人は特開平４−３６４９２１号
公報に記載の押出機内樹脂流路の熱流動解析方法を提案
している。
【０００３】この解析方法は、バレル内に２軸のスクリ
ュが設けられ、これらスクリュの回転によってバレル内
の樹脂が押し出されるように形成された押出機におい
て、バレル内の樹脂流路を６面体セル要素で空間的に３
次元微小要素に分割したメッシュデータに基づき、熱、
流動を支配する各基礎方程式を全て３次元で取り扱うと
ともに、実際の現象に則した各種の境界条件によって数
値解析を行い離散化するものである。
ュが設けられ、これらスクリュの回転によってバレル内
の樹脂が押し出されるように形成された押出機におい
て、バレル内の樹脂流路を６面体セル要素で空間的に３
次元微小要素に分割したメッシュデータに基づき、熱、
流動を支配する各基礎方程式を全て３次元で取り扱うと
ともに、実際の現象に則した各種の境界条件によって数
値解析を行い離散化するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、２軸押出機
は、本来、スクリュフライトの噛合状態が周期的に変化
するため、内部の流動状態は、周期的な非定常流動とな
っている。
は、本来、スクリュフライトの噛合状態が周期的に変化
するため、内部の流動状態は、周期的な非定常流動とな
っている。
【０００５】しかしながら、上記した従来の解析方法で
は、このような周期的な非定常流動を考慮していないた
め、スクリュの回転に伴うメッシュ形状の回転と、各ス
クリュ軸ごとに分割された２つのブロックの接合面での
メッシュの変形とをコントロールすることが難しいとい
った問題が残されていた。また、各スクリュフライトの
噛合位相ごとに定常解析を行っているため、各スクリュ
フライトの噛合位相間の流動による関連性が全く考慮さ
れておらず、流跡線解析においても厳密性に欠けるとい
った問題も残されていた。
は、このような周期的な非定常流動を考慮していないた
め、スクリュの回転に伴うメッシュ形状の回転と、各ス
クリュ軸ごとに分割された２つのブロックの接合面での
メッシュの変形とをコントロールすることが難しいとい
った問題が残されていた。また、各スクリュフライトの
噛合位相ごとに定常解析を行っているため、各スクリュ
フライトの噛合位相間の流動による関連性が全く考慮さ
れておらず、流跡線解析においても厳密性に欠けるとい
った問題も残されていた。
【０００６】本発明はこのような問題点を解決すべく創
案されたもので、その目的は、２軸押出機内の溶融樹脂
の樹脂履歴を精度良く定量化することのできる押出機内
樹脂流路の熱／流動解析方法を提供することにある。
案されたもので、その目的は、２軸押出機内の溶融樹脂
の樹脂履歴を精度良く定量化することのできる押出機内
樹脂流路の熱／流動解析方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の押出機内樹脂流路の熱／流動解析方法は、
バレル内に２軸のスクリュが設けられ、これらスクリュ
の回転によってバレル内の樹脂が押し出されるように形
成された押出機において、前記バレル内の樹脂流路を空
間的に３次元微小要素に分割したメッシュデータに基づ
き、熱、流動を支配する各基礎方程式を時間増分項を含
めて全て３次元で取り扱うとともに、実際の現象に則し
た各種の境界条件（スクリュ回転数、各壁面温度、流入
量、流入温度など）と樹脂特性（流動特性、熱特性、機
械物性など）とに基づいて、非定常数値解析を行い離散
化するに際し、前記２軸スクリュフライトが噛み合う領
域を、各スクリュ軸ごとに２つのブロックに分けて前記
樹脂流路を３次元微小要素に分割し、各領域間の境界面
で互いに境界条件の受け渡し処理を行いつつ、前記時間
増分項による時間ステップごとにブロックを回転させ、
前記領域において一方のブロック面が他方のブロック内
のスクリュ部分に入り込まないようにメッシュデータの
変形を行い、このようにして各時間ステップごとに離散
化された流速ベクトルに基づいて、スクリュの回転に伴
う解析対象領域内の任意の位置の樹脂の流跡線を算出す
ることにより、温度、剪断速度、粘度、応力、圧力など
の履歴を定量化するものである。
め、本発明の押出機内樹脂流路の熱／流動解析方法は、
バレル内に２軸のスクリュが設けられ、これらスクリュ
の回転によってバレル内の樹脂が押し出されるように形
成された押出機において、前記バレル内の樹脂流路を空
間的に３次元微小要素に分割したメッシュデータに基づ
き、熱、流動を支配する各基礎方程式を時間増分項を含
めて全て３次元で取り扱うとともに、実際の現象に則し
た各種の境界条件（スクリュ回転数、各壁面温度、流入
量、流入温度など）と樹脂特性（流動特性、熱特性、機
械物性など）とに基づいて、非定常数値解析を行い離散
化するに際し、前記２軸スクリュフライトが噛み合う領
域を、各スクリュ軸ごとに２つのブロックに分けて前記
樹脂流路を３次元微小要素に分割し、各領域間の境界面
で互いに境界条件の受け渡し処理を行いつつ、前記時間
増分項による時間ステップごとにブロックを回転させ、
前記領域において一方のブロック面が他方のブロック内
のスクリュ部分に入り込まないようにメッシュデータの
変形を行い、このようにして各時間ステップごとに離散
化された流速ベクトルに基づいて、スクリュの回転に伴
う解析対象領域内の任意の位置の樹脂の流跡線を算出す
ることにより、温度、剪断速度、粘度、応力、圧力など
の履歴を定量化するものである。
【０００８】数値解析とは、樹脂流路データ（メッシュ
データ）を各種の条件（スクリュ回転周速、壁面温度、
流入量など）に基づいて流動場、温度場を最終的に周期
的非定常解が得られるまで繰り返し収束計算することを
意味し、その解析スキームは、有限要素法、有限差分
法、有限体積法などが挙げられるが、計算時間、計算容
量の点から、有限差分法が望ましい。また、有限差分法
での解法は、ＭＡＣ法であっても、ＳＩＭＰＬＥ法であ
っても良く、収束法は、ＳＯＲ法、ヤコビ法、ガウス・
ザイデル法であっても良い。また、メッシュデータは６
面体セル要素の他、４面体セル要素等でもよい。
データ）を各種の条件（スクリュ回転周速、壁面温度、
流入量など）に基づいて流動場、温度場を最終的に周期
的非定常解が得られるまで繰り返し収束計算することを
意味し、その解析スキームは、有限要素法、有限差分
法、有限体積法などが挙げられるが、計算時間、計算容
量の点から、有限差分法が望ましい。また、有限差分法
での解法は、ＭＡＣ法であっても、ＳＩＭＰＬＥ法であ
っても良く、収束法は、ＳＯＲ法、ヤコビ法、ガウス・
ザイデル法であっても良い。また、メッシュデータは６
面体セル要素の他、４面体セル要素等でもよい。
【０００９】このように、各時間ステップごとに、スク
リュフライトの噛合位相のメッシュデータを修正し、
熱、流動に関する各基礎方程式の時間増分項を考慮した
収束計算を行うことによって、周期的非定常解析が可能
となる。そのため、本来の２軸押出機内の流動状態を厳
密に表現することができるので、２軸押出機内の溶融樹
脂の完全充満部又は未充満部での樹脂履歴を精度よく定
量化することができる。ここで、溶融樹脂の完全充満部
とは、２軸押出機内のバレルとスクリュとの間の樹脂流
路において、樹脂が溶融流動状態で、樹脂流路を１００
％占める部分のことであり、未充満部とは、樹脂流路が
１００％未満のことである。
リュフライトの噛合位相のメッシュデータを修正し、
熱、流動に関する各基礎方程式の時間増分項を考慮した
収束計算を行うことによって、周期的非定常解析が可能
となる。そのため、本来の２軸押出機内の流動状態を厳
密に表現することができるので、２軸押出機内の溶融樹
脂の完全充満部又は未充満部での樹脂履歴を精度よく定
量化することができる。ここで、溶融樹脂の完全充満部
とは、２軸押出機内のバレルとスクリュとの間の樹脂流
路において、樹脂が溶融流動状態で、樹脂流路を１００
％占める部分のことであり、未充満部とは、樹脂流路が
１００％未満のことである。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。なお、以下の例では、完全
充満部を対象として説明しているが、未充満部の場合で
もＶＯＦ法（Volume of fluid 法）等を用いれば、同様
に流動解析を行うことができる。
て図面を参照して説明する。なお、以下の例では、完全
充満部を対象として説明しているが、未充満部の場合で
もＶＯＦ法（Volume of fluid 法）等を用いれば、同様
に流動解析を行うことができる。
【００１１】本発明の熱／流動解析方法が適用される２
軸押出機は、スクリュ回転方向がそれぞれの軸で反対の
もの、同じもののいずれでも良いが、本実施形態では、
スクリュ回転方向が反対のもの、すなわち２軸異方向回
転押出機に適用した場合について説明する。
軸押出機は、スクリュ回転方向がそれぞれの軸で反対の
もの、同じもののいずれでも良いが、本実施形態では、
スクリュ回転方向が反対のもの、すなわち２軸異方向回
転押出機に適用した場合について説明する。
【００１２】また、本発明の熱／流動解析方法が適用さ
れる２軸押出機への充填樹脂は、熱と剪断によるエネル
ギーとによって溶融性、流動性を発現する熱可塑性樹脂
であって、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ
スチレン、ポリカーボネート、硬質塩化ビニル樹脂、軟
質塩化ビニル樹脂、ナイロン樹脂、ポリビニルアセター
ル樹脂、アクリル樹脂、アセタール樹脂、ポリエステル
樹脂などが挙げられる。これらの熱可塑性樹脂には、可
塑剤、充填剤などが添加されてもよい。また、熱や剪断
によるエネルギーによって不溶化（硬質反応）し、再加
熱しても融解しない熱硬化性樹脂で、例えばフェノール
樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、アニリン樹脂、不飽
和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、エポキ
シ樹脂、アルキド樹脂、珪素樹脂、ポリイミド樹脂、ポ
リウレタン樹脂などでもよい。
れる２軸押出機への充填樹脂は、熱と剪断によるエネル
ギーとによって溶融性、流動性を発現する熱可塑性樹脂
であって、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ
スチレン、ポリカーボネート、硬質塩化ビニル樹脂、軟
質塩化ビニル樹脂、ナイロン樹脂、ポリビニルアセター
ル樹脂、アクリル樹脂、アセタール樹脂、ポリエステル
樹脂などが挙げられる。これらの熱可塑性樹脂には、可
塑剤、充填剤などが添加されてもよい。また、熱や剪断
によるエネルギーによって不溶化（硬質反応）し、再加
熱しても融解しない熱硬化性樹脂で、例えばフェノール
樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、アニリン樹脂、不飽
和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、エポキ
シ樹脂、アルキド樹脂、珪素樹脂、ポリイミド樹脂、ポ
リウレタン樹脂などでもよい。
【００１３】図１は、本発明の押出機内樹脂流路の熱／
流動解析方法を実行するためのシステム構成図を示して
いる。このシステムは、押出機内樹脂流路を６面体セル
要素で３次元的に分割して熱流動解析を行うためのメッ
シュデータを作成する押出機メッシュ生成プログラムを
備えたプリプロセッサ（メッシュジェネレータ）１１、
プリプロセッサ１１で作成されたメッシュデータと実際
の現象により規定される種々の境界条件とを用いて流動
場と温度場とを繰り返し計算するアナリシスプログラム
を備えたソルバープロセッサ１２、ソルバープロセッサ
１２のアナリシスプログラムにより３次元に離散化され
た各物理量をメッシュデータ上に図化し、かつ各要素の
流速を用いて樹脂の流跡線を表示する流跡線表示プログ
ラムを備えたポストプロセッサ１３、及び解析結果をグ
ラフ化するグラフプロセッサ１４によって構成されてい
る。
流動解析方法を実行するためのシステム構成図を示して
いる。このシステムは、押出機内樹脂流路を６面体セル
要素で３次元的に分割して熱流動解析を行うためのメッ
シュデータを作成する押出機メッシュ生成プログラムを
備えたプリプロセッサ（メッシュジェネレータ）１１、
プリプロセッサ１１で作成されたメッシュデータと実際
の現象により規定される種々の境界条件とを用いて流動
場と温度場とを繰り返し計算するアナリシスプログラム
を備えたソルバープロセッサ１２、ソルバープロセッサ
１２のアナリシスプログラムにより３次元に離散化され
た各物理量をメッシュデータ上に図化し、かつ各要素の
流速を用いて樹脂の流跡線を表示する流跡線表示プログ
ラムを備えたポストプロセッサ１３、及び解析結果をグ
ラフ化するグラフプロセッサ１４によって構成されてい
る。
【００１４】プリプロセッサ１１は、押出機内のスクリ
ュ形状を特徴づける主要なパラメータと、３次元各方向
の分割数とを規定して、メッシュデータを作成するとと
もに、操業条件（境界条件など）、樹脂特性、アナリシ
スプログラムの収束条件などをコントロールするパラメ
ータの設定を行う。
ュ形状を特徴づける主要なパラメータと、３次元各方向
の分割数とを規定して、メッシュデータを作成するとと
もに、操業条件（境界条件など）、樹脂特性、アナリシ
スプログラムの収束条件などをコントロールするパラメ
ータの設定を行う。
【００１５】２軸異方向回転押出機の台形スクリュに対
する入力パラメータを以下に示す。すなわち、まず２軸
異方向回転押出機の樹脂流路を微小要素に分割し、６面
体ソリッドモデル要素の集合体とする。この分割は、ス
クリュ軸方向分割数、半径方向分割数、円周方向分割数
を決定するとともに、図２及び図３に示すように、スク
リュ内半径（ＲＩ）、スクリュ外半径（ＲＯ）、バレル
内半径（ＲＢ）、スクリュ軸間距離（ＲＬ）、フライト
ピッチ（ＰＩＣＨ）、フライト頂幅（Ａ）、フライト圧
力角（ＡＬＦ）、フライト条数（ＩＳＮ）を設定するこ
とによって行われる。この場合、形状が複雑になるた
め、解析対象をスクリュ軸ごとに２つのブロックに分け
てメッシュデータを作成する。
する入力パラメータを以下に示す。すなわち、まず２軸
異方向回転押出機の樹脂流路を微小要素に分割し、６面
体ソリッドモデル要素の集合体とする。この分割は、ス
クリュ軸方向分割数、半径方向分割数、円周方向分割数
を決定するとともに、図２及び図３に示すように、スク
リュ内半径（ＲＩ）、スクリュ外半径（ＲＯ）、バレル
内半径（ＲＢ）、スクリュ軸間距離（ＲＬ）、フライト
ピッチ（ＰＩＣＨ）、フライト頂幅（Ａ）、フライト圧
力角（ＡＬＦ）、フライト条数（ＩＳＮ）を設定するこ
とによって行われる。この場合、形状が複雑になるた
め、解析対象をスクリュ軸ごとに２つのブロックに分け
てメッシュデータを作成する。
【００１６】図４は、このようなプリプロセッサ１１に
より生成された２軸異方向回転押出機のメッシュデータ
の軸直角断面図を示している。ソルバープロセッサ１２
のアナリシスプログラムは、流動解析部と温度解析部と
からなり、プリプロセッサ１１により作成されたデータ
ファイルを用い、マルチブロック法を用いて各ブロック
間の物理量が滑らかにつながるように、ブロック間で相
互に境界条件の受け渡しを行って計算を進める。また、
流動解析部と温度解析部との収束計算により、解析領域
全体が周期的非定常状態に至るまで時間ステップを更新
し、時間ステップ内では繰り返し収束計算を行う。
より生成された２軸異方向回転押出機のメッシュデータ
の軸直角断面図を示している。ソルバープロセッサ１２
のアナリシスプログラムは、流動解析部と温度解析部と
からなり、プリプロセッサ１１により作成されたデータ
ファイルを用い、マルチブロック法を用いて各ブロック
間の物理量が滑らかにつながるように、ブロック間で相
互に境界条件の受け渡しを行って計算を進める。また、
流動解析部と温度解析部との収束計算により、解析領域
全体が周期的非定常状態に至るまで時間ステップを更新
し、時間ステップ内では繰り返し収束計算を行う。
【００１７】図５に、アナリシスプログラムの基本フロ
ーチャートを示す。まず、プリプロセッサ１１により作
成されたデータファイルを読み込み、定数の設定を行う
（ステップＳ１）。次に、時刻ｔn より時間増分Δｔだ
け時間を進め（時刻ｔn+1 ）、スクリュ軸回りに各ブロ
ックをΔｔ分回転させ（ステップＳ２，Ｓ３）、スクリ
ュフライトの噛合部分において一方のブロック面が他方
のブロック内のスクリュ部分に入り込まないようにメッ
シュデータの変形を行って（ステップＳ４）、境界条件
の設定を行う（ステップＳ５）。
ーチャートを示す。まず、プリプロセッサ１１により作
成されたデータファイルを読み込み、定数の設定を行う
（ステップＳ１）。次に、時刻ｔn より時間増分Δｔだ
け時間を進め（時刻ｔn+1 ）、スクリュ軸回りに各ブロ
ックをΔｔ分回転させ（ステップＳ２，Ｓ３）、スクリ
ュフライトの噛合部分において一方のブロック面が他方
のブロック内のスクリュ部分に入り込まないようにメッ
シュデータの変形を行って（ステップＳ４）、境界条件
の設定を行う（ステップＳ５）。
【００１８】次に、その時刻ｔn+1 でのメッシュデータ
の各格子点上の粘度を温度と剪断速度とから求め（ステ
ップＳ６）、流速場を運動方程式を解くことで求める
（ステップＳ７）。次に、圧力に関するポアソン方程式
を例えばＳＯＲ法を用いて解くことで、メッシュデータ
の各格子点上の圧力増分を求め（ステップＳ８）、この
圧力増分で流速の補正を行う（ステップＳ９）。また、
温度場をエネルギー方程式を解くことで求める（ステッ
プＳ１０）。
の各格子点上の粘度を温度と剪断速度とから求め（ステ
ップＳ６）、流速場を運動方程式を解くことで求める
（ステップＳ７）。次に、圧力に関するポアソン方程式
を例えばＳＯＲ法を用いて解くことで、メッシュデータ
の各格子点上の圧力増分を求め（ステップＳ８）、この
圧力増分で流速の補正を行う（ステップＳ９）。また、
温度場をエネルギー方程式を解くことで求める（ステッ
プＳ１０）。
【００１９】次に、プリプロセッサ１１により作成され
たデータファイルで規定される解析領域内の粒子位置座
標を検出し、この粒子位置座標の含まれる要素と、その
回りの要素の流速とから、その粒子の流速を内挿計算す
る（ステップＳ１１）。その後、粒子をその流速で移動
させ、再び時間増分Δｔだけ時間を進める（ステップＳ
２）といったループの処理を、２つのブロック内の全て
の物理量が周期的非定常状態に至るまでこのループを継
続する（ステップＳ１２）。
たデータファイルで規定される解析領域内の粒子位置座
標を検出し、この粒子位置座標の含まれる要素と、その
回りの要素の流速とから、その粒子の流速を内挿計算す
る（ステップＳ１１）。その後、粒子をその流速で移動
させ、再び時間増分Δｔだけ時間を進める（ステップＳ
２）といったループの処理を、２つのブロック内の全て
の物理量が周期的非定常状態に至るまでこのループを継
続する（ステップＳ１２）。
【００２０】このようにして、各時間ステップ（時間増
分Δｔ）ごとに、スクリュフライトの噛合位相のメッシ
ュデータを修正し、熱、流動に関する各基礎方程式の時
間増分項を考慮した収束計算を行うことによって、周期
的非定常解析が可能となる。そのため、本来の２軸押出
機内の流動状態を厳密に表現することができるので、２
軸押出機内の溶融樹脂の樹脂履歴（温度、剪断速度、粘
度、応力、圧力など）を精度よく定量化することができ
る。
分Δｔ）ごとに、スクリュフライトの噛合位相のメッシ
ュデータを修正し、熱、流動に関する各基礎方程式の時
間増分項を考慮した収束計算を行うことによって、周期
的非定常解析が可能となる。そのため、本来の２軸押出
機内の流動状態を厳密に表現することができるので、２
軸押出機内の溶融樹脂の樹脂履歴（温度、剪断速度、粘
度、応力、圧力など）を精度よく定量化することができ
る。
【００２１】ポストプロセッサ１３は、プリプロセッサ
１１により作成されたメッシュデータ及びアナリシスプ
ログラムによる計算結果を用いて、メッシュデータ上に
各物理量の分布図、各要素の流速に基づく流跡線を表示
する。また、解析コントロールデータのスイッチ切り替
えにより、収束計算の収束状況や各物理量の履歴を図化
出力する。
１１により作成されたメッシュデータ及びアナリシスプ
ログラムによる計算結果を用いて、メッシュデータ上に
各物理量の分布図、各要素の流速に基づく流跡線を表示
する。また、解析コントロールデータのスイッチ切り替
えにより、収束計算の収束状況や各物理量の履歴を図化
出力する。
【００２２】図６ないし図８は、２軸異方向回転押出機
での流速、温度の解析結果の図化出力を示しており、図
６は、アナリシスプログラムの計算結果による軸直角断
面での流速ベクトル図、図７は、アナリシスプログラム
の計算結果による軸直角断面での温度コンター図、図８
は、アナリシスプログラムの計算結果による３次元鳥瞰
図での樹脂流跡線図である。
での流速、温度の解析結果の図化出力を示しており、図
６は、アナリシスプログラムの計算結果による軸直角断
面での流速ベクトル図、図７は、アナリシスプログラム
の計算結果による軸直角断面での温度コンター図、図８
は、アナリシスプログラムの計算結果による３次元鳥瞰
図での樹脂流跡線図である。
【００２３】本発明の押出機内樹脂流路の熱／流動解析
方法によれば、本来の２軸押出機内の流動状態を厳密に
表現することができるので、高度化する２軸押出機内で
の混練工程及び反応工程における工学的な指針を得るこ
とができ、新規材料に対する条件、設備の両面での最適
化を行うことができる。また、解析結果と実際のプロセ
スでの評価結果とを蓄積することで、データベースを構
築し、開発期間の大幅な短縮を図ることができるもので
ある。
方法によれば、本来の２軸押出機内の流動状態を厳密に
表現することができるので、高度化する２軸押出機内で
の混練工程及び反応工程における工学的な指針を得るこ
とができ、新規材料に対する条件、設備の両面での最適
化を行うことができる。また、解析結果と実際のプロセ
スでの評価結果とを蓄積することで、データベースを構
築し、開発期間の大幅な短縮を図ることができるもので
ある。
【００２４】
【発明の効果】本発明の押出機内樹脂流路の熱／流動解
析方法は、バレル内に２軸のスクリュが設けられ、これ
らスクリュの回転によってバレル内の樹脂が押し出され
るように形成された押出機において、バレル内の樹脂流
路を空間的に３次元微小要素に分割したメッシュデータ
に基づき、熱、流動を支配する各基礎方程式を時間増分
項を含めて全て３次元で取り扱うとともに、実際の現象
に則した各種の境界条件と樹脂特性とに基づいて、非定
常数値解析を行い離散化するに際し、２軸スクリュフラ
イトが噛み合う領域を、各スクリュ軸ごとに２つのブロ
ックに分けて樹脂流路を３次元微小要素に分割し、各領
域間の境界面で互いに境界条件の受け渡し処理を行いつ
つ、時間増分項による時間ステップごとにブロックを回
転させ、前記領域において一方のブロック面が他方のブ
ロック内のスクリュ部分に入り込まないようにメッシュ
データの変形を行い、このようにして各時間ステップご
とに離散化された流速ベクトルに基づいて、スクリュの
回転に伴う解析対象領域内の任意の位置の樹脂の流跡線
を算出することにより、温度、剪断速度、粘度、応力、
圧力などの履歴を定量化するように構成している。つま
り、各時間ステップごとに、スクリュフライトの噛合位
相のメッシュデータを修正し、熱、流動に関する各基礎
方程式の時間増分項を考慮した収束計算を行うことによ
って、周期的非定常解析が可能となるものである。その
ため、本来の２軸押出機内の流動状態を厳密に表現する
ことができるので、２軸押出機内の溶融樹脂の樹脂履歴
を精度よく定量化することができるものである。
析方法は、バレル内に２軸のスクリュが設けられ、これ
らスクリュの回転によってバレル内の樹脂が押し出され
るように形成された押出機において、バレル内の樹脂流
路を空間的に３次元微小要素に分割したメッシュデータ
に基づき、熱、流動を支配する各基礎方程式を時間増分
項を含めて全て３次元で取り扱うとともに、実際の現象
に則した各種の境界条件と樹脂特性とに基づいて、非定
常数値解析を行い離散化するに際し、２軸スクリュフラ
イトが噛み合う領域を、各スクリュ軸ごとに２つのブロ
ックに分けて樹脂流路を３次元微小要素に分割し、各領
域間の境界面で互いに境界条件の受け渡し処理を行いつ
つ、時間増分項による時間ステップごとにブロックを回
転させ、前記領域において一方のブロック面が他方のブ
ロック内のスクリュ部分に入り込まないようにメッシュ
データの変形を行い、このようにして各時間ステップご
とに離散化された流速ベクトルに基づいて、スクリュの
回転に伴う解析対象領域内の任意の位置の樹脂の流跡線
を算出することにより、温度、剪断速度、粘度、応力、
圧力などの履歴を定量化するように構成している。つま
り、各時間ステップごとに、スクリュフライトの噛合位
相のメッシュデータを修正し、熱、流動に関する各基礎
方程式の時間増分項を考慮した収束計算を行うことによ
って、周期的非定常解析が可能となるものである。その
ため、本来の２軸押出機内の流動状態を厳密に表現する
ことができるので、２軸押出機内の溶融樹脂の樹脂履歴
を精度よく定量化することができるものである。
【図１】本発明の押出機内樹脂流路の熱／流動解析方法
を実行するためのシステム構成図である。
を実行するためのシステム構成図である。
【図２】プリプロセッサの入力パラメータ変数の説明図
である。
である。
【図３】プリプロセッサの入力パラメータ変数の説明図
である。
である。
【図４】プリプロセッサにより生成された２軸異方向回
転押出機のメッシュデータの軸直角断面図である。
転押出機のメッシュデータの軸直角断面図である。
【図５】アナリシスプログラムの基本フローチャートで
ある。
ある。
【図６】アナリシスプログラムの計算結果による軸直角
断面での流速ベクトル図である。
断面での流速ベクトル図である。
【図７】アナリシスプログラムの計算結果による軸直角
断面での温度コンター図である。
断面での温度コンター図である。
【図８】アナリシスプログラムの計算結果による３次元
鳥瞰図での樹脂流跡線図である。
鳥瞰図での樹脂流跡線図である。
１１ プリプロセッサ １２ ソルバープロセッサ １３ ポストプロセッサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 撰 裕喜 京都市南区上鳥羽上調子町２−２ 積水化 学工業株式会社内
Claims (1)
- 【請求項１】 バレル内に２軸のスクリュが設けられ、
これらスクリュの回転によってバレル内の樹脂が押し出
されるように形成された押出機において、 前記バレル内の樹脂流路を空間的に３次元微小要素に分
割したメッシュデータに基づき、熱、流動を支配する各
基礎方程式を時間増分項を含めて全て３次元で取り扱う
とともに、実際の現象に則した各種の境界条件と樹脂特
性とに基づいて、非定常数値解析を行い離散化するに際
し、前記２軸スクリュフライトが噛み合う領域を、各ス
クリュ軸ごとに２つのブロックに分けて前記樹脂流路を
３次元微小要素に分割し、各領域間の境界面で互いに境
界条件の受け渡し処理を行いつつ、前記時間増分項によ
る時間ステップごとにブロックを回転させ、前記領域に
おいて一方のブロック面が他方のブロック内のスクリュ
部分に入り込まないようにメッシュデータの変形を行
い、このようにして各時間ステップごとに離散化された
流速ベクトルに基づいて、スクリュの回転に伴う解析対
象領域内の任意の位置の樹脂の流跡線を算出することに
より、温度、剪断速度、粘度、応力、圧力などの履歴を
定量化することを特徴とする押出機内樹脂流路の熱／流
動解析方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05348397A JP3725648B2 (ja) | 1997-03-07 | 1997-03-07 | 押出機内樹脂流路の熱／流動解析方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05348397A JP3725648B2 (ja) | 1997-03-07 | 1997-03-07 | 押出機内樹脂流路の熱／流動解析方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10244579A true JPH10244579A (ja) | 1998-09-14 |
| JP3725648B2 JP3725648B2 (ja) | 2005-12-14 |
Family
ID=12944100
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP05348397A Expired - Fee Related JP3725648B2 (ja) | 1997-03-07 | 1997-03-07 | 押出機内樹脂流路の熱／流動解析方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3725648B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006103316A (ja) * | 2004-09-10 | 2006-04-20 | Toyo Seiki Seisakusho:Kk | 成形加工性評価システム及びその方法 |
| JP2007007951A (ja) * | 2005-06-29 | 2007-01-18 | Toshiba Mach Co Ltd | 押出スクリュの均一溶融シミュレーション方法およびその方法を実行するコンピュータプログラムおよび押出スクリュの均一溶融シミュレーション装置 |
| WO2007119506A1 (ja) * | 2006-03-28 | 2007-10-25 | The Japan Steel Works, Ltd. | スクリュ式押出機の脱揮シミュレーション装置、およびスクリュ式押出機の脱揮シミュレーションプログラム |
| WO2008035541A1 (fr) * | 2006-09-19 | 2008-03-27 | The Japan Steel Works, Ltd. | Appareil d'estimation de performance de volatilisation et procédé d'estimation de performance de volatilisation |
| JP2013180494A (ja) * | 2012-03-01 | 2013-09-12 | Sumitomo Rubber Ind Ltd | 流体の混練状態のシミュレーション方法 |
-
1997
- 1997-03-07 JP JP05348397A patent/JP3725648B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006103316A (ja) * | 2004-09-10 | 2006-04-20 | Toyo Seiki Seisakusho:Kk | 成形加工性評価システム及びその方法 |
| JP2007007951A (ja) * | 2005-06-29 | 2007-01-18 | Toshiba Mach Co Ltd | 押出スクリュの均一溶融シミュレーション方法およびその方法を実行するコンピュータプログラムおよび押出スクリュの均一溶融シミュレーション装置 |
| JP4643373B2 (ja) * | 2005-06-29 | 2011-03-02 | 東芝機械株式会社 | 押出スクリュの均一溶融シミュレーション方法およびその方法を実行するコンピュータプログラムおよび押出スクリュの均一溶融シミュレーション装置 |
| WO2007119506A1 (ja) * | 2006-03-28 | 2007-10-25 | The Japan Steel Works, Ltd. | スクリュ式押出機の脱揮シミュレーション装置、およびスクリュ式押出機の脱揮シミュレーションプログラム |
| US8140307B2 (en) | 2006-03-28 | 2012-03-20 | The Japan Steel Works, Ltd | Devolatilization simulation apparatus for screw extruders and devolatilization simulation program for screw extruders |
| WO2008035541A1 (fr) * | 2006-09-19 | 2008-03-27 | The Japan Steel Works, Ltd. | Appareil d'estimation de performance de volatilisation et procédé d'estimation de performance de volatilisation |
| US8306799B2 (en) | 2006-09-19 | 2012-11-06 | The Japan Steel Works, Ltd | Devolatilization performance prediction apparatus and devolatilization performance prediction method |
| JP2013180494A (ja) * | 2012-03-01 | 2013-09-12 | Sumitomo Rubber Ind Ltd | 流体の混練状態のシミュレーション方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3725648B2 (ja) | 2005-12-14 |
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