TWI491488B - 溫度控制順序決定裝置、成型裝置、程式、記錄媒體及溫度控制順序決定方法 - Google Patents
溫度控制順序決定裝置、成型裝置、程式、記錄媒體及溫度控制順序決定方法 Download PDFInfo
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Description
本發明係關於一種用以成型由熱硬化性材料形成之對象物之溫度控制順序決定裝置,更詳細而言,係關於一種可藉由預先模擬成型過程中之熱硬化性材料之特性變化而實現最佳之溫度控制的溫度控制順序決定裝置、成型裝置、程式、記錄媒體及溫度控制順序決定方法。
熱硬化性樹脂等之熱硬化性材料係藉由加熱而開始硬化反應,且具有硬化反應速度隨熱硬化性材料之溫度上升而加速之性質。又,該硬化反應通常為發熱反應,故而熱硬化性材料會隨硬化反應之進展而發熱(自我發熱)。
因此,於對熱硬化性材料加熱使其硬化而成型時,熱硬化性材料受到來自外部之加熱、及基於自我發熱之加熱而導致溫度上升,由此進一步加速硬化反應,故而可產生藉由過加熱而使硬化反應急遽進展之熱失控(Thermal runaway)。
圖40係用以說明由過加熱導致之熱硬化性材料之熱失控之圖
表。如圖40所示,藉由過加熱而導致熱硬化性材料之硬化反應速度急遽上升,藉此,產生熱硬化性材料之熱失控。於產生熱失控之情形時,會引起已成型之成型體之物性不均、應變、殘留應力、強度降低等問題。
關於此種問題,專利文獻1中揭示有一種技術,其係使用熱硬化性材料之硬化反應速度計算式、高壓釜(autoclave)中之熱收支方程式、高壓釜之環境溫度之測定值、及熱硬化性材料溫度之測定值,預測熱硬化性材料之當前時刻以後之溫度變化,並控制環境溫度。
[專利文獻1]日本專利公報「專利第4148400號公報(2008年09月10日發行)」
然而,如上所述之先前技術中,於藉由高壓釜或壓製裝置之電加熱器等溫度控制部而進行熱硬化性材料之溫度控制時,通常會產生數十秒或其以上之滯後時間。因此,於使用硬化反應以秒級進展之硬化反應速度較快之熱硬化性材料之情形時,即便反饋熱硬化性材料溫度之測定值而進行溫度控制,亦來不及抑制熱失控,從而存在無法充分地抑制熱失控之課題。
本發明係鑒於上述課題而完成者,其目的在於提供一種可抑制熱硬化性材料之成型製程中之熱失控、成型體之物性不均、應變、殘留應力及強度降低等之溫度控制順序決定裝置、成型裝置、程式、記錄媒體及溫度控制順序決定方法。
為解決上述課題,本發明之一態樣之溫度控制順序決定裝置之
特徵在於:其係適用於包含在與由熱硬化性材料形成之對象物之間進行熱交換之傳熱部、及控制自身或上述傳熱部之溫度之溫度控制部之成型裝置,且修正指定上述溫度控制部之動作之溫度控制順序者;且包含:預測機構,其預測上述對象物之成型過程中之上述熱硬化性材料之溫度及硬化反應速度之時間推移;及修正機構,其根據藉由上述預測機構所預測之上述熱硬化性材料之溫度及硬化反應速度之時間推移,而修正上述溫度控制順序;上述預測機構使用:算出上述熱硬化性材料之硬化反應速度之下述計算式:
dχ/dt:上述熱硬化性材料之硬化反應速度
χ:上述熱硬化性材料之硬化反應率
t:時間
T:上述熱硬化性材料之絕對溫度,A1
、T1
、A2
、T2
、m、n:上述熱硬化性材料所固有之反應參數;算出上述熱硬化性材料之發熱量之下述計算式:
q:上述熱硬化性材料之發熱量
Q:上述熱硬化性材料所固有之總發熱密度
M:上述熱硬化性材料之質量;藉由選自溫度源、熱流源、熱阻及熱容量之組合而等效地表現
上述熱硬化性材料、上述傳熱部、及上述溫度控制部之發熱及傳熱之等效熱電路,及修正前之上述溫度控制順序,而預測根據上述溫度控制順序而指定上述溫度控制部之動作之情形時的上述熱硬化性材料之溫度及硬化反應速度之時間推移。
為解決上述課題,本發明之一態樣之溫度控制順序決定方法之特徵在於:其係適用於包含在與由熱硬化性材料形成之對象物之間進行熱交換之傳熱部、及控制自身或上述傳熱部之溫度之溫度控制部之成型裝置,且修正指定上述溫度控制部之動作之溫度控制順序者;且包含:預測步驟,其預測上述對象物之成型過程中之上述熱硬化性材料之溫度及硬化反應速度之時間推移;及修正步驟,其根據藉由上述預測步驟所預測之上述熱硬化性材料之溫度及硬化反應速度之時間推移,而修正上述溫度控制順序;上述預測步驟使用:
算出上述熱硬化性材料之硬化反應速度之下述計算式:
dχ/dt:上述熱硬化性材料之硬化反應速度
χ:上述熱硬化性材料之硬化反應率
t:時間
T:上述熱硬化性材料之絕對溫度
A1
、T1
、A2
、T2
、m、n:上述熱硬化性材料所固有之反應參數;算出上述熱硬化性材料之發熱量之下述計算式:
q:上述熱硬化性材料之發熱量
Q:上述熱硬化性材料所固有之總發熱密度
M:上述熱硬化性材料之質量;藉由選自溫度源、熱流源、熱阻及熱容量之組合而等效地表現上述熱硬化性材料、上述傳熱部、及上述溫度控制部之發熱量及傳熱量之等效熱電路,及修正前之上述溫度控制順序,而預測根據上述溫度控制順序而指定上述溫度控制部之動作之情形時的上述熱硬化性材料之溫度及硬化反應速度之時間推移。
上述方法中,於預測步驟中,使用算出熱硬化性材料之硬化反應速度之計算式、算出熱硬化性材料之發熱量之計算式,等效地表現熱硬化性材料、傳熱部、及溫度控制部之發熱及傳熱之等效熱電路,及指定溫度控制部之動作之溫度控制順序,而事先預測對象物之成型過程中之熱硬化性材料之溫度及硬化反應速度之時間推移。然後,根據預測步驟中所預測之熱硬化性材料之溫度及硬化反應速度之時間推移,於修正步驟中,對指定溫度控制部之動作之溫度控制順序進行修正。因此,可根據修正後之溫度控制順序,而開始溫度控制部之溫度控制。
因此,根據上述方法,可實現一種能夠抑制熱硬化性材料之成型製程中之熱失控、抑制成型體之物性不均、應變、殘留應力及強度降低等之溫度控制順序決定方法。
如以上般,本發明之一態樣之溫度控制順序決定裝置係適應於包含在與由熱硬化性材料形成之對象物之間進行熱交換之傳熱部、及控制自身或上述傳熱部之溫度之溫度控制部之成型裝置,且修正指定上述溫度控制部之動作之溫度控制順序者;且包含:預測機構,其預測上述對象物之成型過程中之上述熱硬化性材料之溫度及硬化反應速
度之時間推移;及修正機構,其根據藉由上述預測機構所預測之上述熱硬化性材料之溫度及硬化反應速度之時間推移,而修正上述溫度控制順序;上述預測機構使用:算出上述熱硬化性材料之硬化反應速度之下述計算式:
dχ/dt:上述熱硬化性材料之硬化反應速度
χ:上述熱硬化性材料之硬化反應率
t:時間
T:上述熱硬化性材料之絕對溫度
A1
、T1
、A2
、T2
、m、n:上述熱硬化性材料所固有之反應參數;算出上述熱硬化性材料之發熱量之下述計算式:
q:上述熱硬化性材料之發熱量
Q:上述熱硬化性材料所固有之總發熱密度
M:上述熱硬化性材料之質量,藉由選自溫度源、熱流源、熱阻及熱容量之組合而等效地表現上述熱硬化性材料、上述傳熱部、及上述溫度控制部之發熱及傳熱之等效熱電路,及修正前之上述溫度控制順序,來預測根據上述溫度控制順序而指定上述溫度控制部之動作之情形時的熱硬化性材料之溫度及硬化反應速度之時間推移。
又,本發明之一態樣之溫度控制順序決定方法係適用於包含在與由熱硬化性材料形成之對象物之間進行熱交換之傳熱部、及控制自身或上述傳熱部之溫度之溫度控制部之成型裝置,且修正指定上述溫度控制部之動作之溫度控制順序者,且包含:預測步驟,其預測上述對象物之成型過程中之上述熱硬化性材料之溫度及硬化反應速度之時間推移;及修正步驟,其根據藉由上述預測步驟所預測之上述熱硬化性材料之溫度及硬化反應速度之時間推移,而修正上述溫度控制順序;上述預測步驟使用:算出上述熱硬化性材料之硬化反應速度之下述計算式:
dχ/dt:上述熱硬化性材料之硬化反應速度
χ:上述熱硬化性材料之硬化反應率
t:時間
T:上述熱硬化性材料之絕對溫度
A1
、T1
、A2
、T2
、m、n:上述熱硬化性材料所固有之反應參數,算出上述熱硬化性材料之發熱量之下述計算式:
q:上述熱硬化性材料之發熱量
Q:上述熱硬化性材料所固有之總發熱密度
M:上述熱硬化性材料之質量;
藉由選自溫度源、熱流源、熱阻及熱容量之組合而等效地表現上述熱硬化性材料、上述傳熱部、及上述溫度控制部之發熱及傳熱之等效熱電路,及修正前之上述溫度控制順序,而預測根據上述溫度控制順序而指定上述溫度控制部之動作之情形時的上述熱硬化性材料之溫度及硬化反應速度之時間推移。
因此,根據本發明之一態樣,發揮如下效果:提供一種能夠抑制熱硬化性材料之成型中之熱失控、抑制成型體之物性不均、應變、殘留應力及強度降低等之溫度控制順序決定裝置、成型裝置、程式、記錄媒體及溫度控制順序決定方法。
1‧‧‧成型裝置
1a‧‧‧成型裝置
3‧‧‧溫度控制順序決定部(溫度控制順序決定裝置)
4‧‧‧溫度控制部
5‧‧‧傳熱部
6‧‧‧輸入部
31‧‧‧預測機構
32‧‧‧修正機構
41‧‧‧溫度控制機構
42‧‧‧加熱冷卻部
43‧‧‧溫度檢測部(檢測部)
A‧‧‧剖面積
A1
、T1
、A2
、T2
、m、n‧‧‧反應常數
c‧‧‧比熱
C‧‧‧熱容量
dχ/dt‧‧‧硬化反應速度
H‧‧‧熱硬化性材料
hC
‧‧‧對流熱傳係數
hR
‧‧‧輻射熱傳係數
L‧‧‧傳熱方向之長度
Q‧‧‧發熱量
Q‧‧‧總發熱密度
R‧‧‧熱阻
S‧‧‧熱傳遞面之面積
t‧‧‧時間
T‧‧‧絕對溫度
Ta
‧‧‧空氣溫度
X、Y、Z‧‧‧x、y、z方向之長度
λ‧‧‧熱導率
ρ‧‧‧質量密度
圖1係表示實施形態1之成型裝置之概略構成之方塊圖。
圖2係表示於升溫速度5K/分下對熱硬化性材料進行DSC(Differential Scanning Calorimetry:示差掃描熱量)測定之結果所得之來自熱硬化性材料之熱流相對於溫度之依存性之一例的圖表。
圖3之(a)係表示於升溫速度5K/分下對試樣進行DSC測定之結果所得之反應速度之時間變化之一例的圖表,圖3之(b)係表示於升溫速度10K/分下對試樣進行DSC測定之結果所得之反應速度之時間變化之一例的圖表。
圖4之(a)係表示表現傳熱部之一維方向之傳熱之等效熱電路之電路圖,圖4之(b)係將圖4之(a)所示之等效熱電路區塊化所得之模式圖。
圖5之(a)係表示表現熱硬化性材料之發熱及一維方向之傳熱之等效熱電路之電路圖,圖5之(b)係將圖5之(a)所示之等效熱電路區塊化所得之模式圖。
圖6之(a)係表現傳熱部、熱硬化性材料、及溫度控制部之發熱及一維方向之傳熱之等效熱電路,圖6之(b)係將圖6之(a)所示之等效熱
電路區塊化所得之模式圖。
圖7係定義初始溫度控制順序之表。
圖8係表示與圖7所示之初始溫度控制順序對應之溫度控制部之溫度變化分佈之模式圖。
圖9係表示由預測機構產生之熱響應模擬結果之圖表。
圖10係定義修正後之溫度控制順序之表。
圖11係表示與圖10所示之修正後之溫度控制順序對應之溫度控制部之溫度變化分佈之模式圖。
圖12係表示執行圖10所示之修正後之溫度控制順序之情形時之熱響應模擬結果的圖表。
圖13之(a)係表示表現傳熱部之二維方向之傳熱之等效熱電路之電路圖,圖13之(b)係將圖13之(a)所示之等效熱電路區塊化所得之模式圖。
圖14之(a)係表示表現熱硬化性材料之發熱及二維方向之傳熱之等效熱電路之電路圖,圖14之(b)係將圖14之(a)所示之等效熱電路區塊化所得之模式圖。
圖15之(a)係表示表現對空氣之散熱之等效熱電路之電路圖,圖15之(b)係將圖15之(a)所示之等效熱電路區塊化所得之模式圖。
圖16係將表現傳熱部與熱硬化性材料之發熱及二維方向之傳熱之等效熱電路區塊化所得之模式圖。
圖17係表示實施形態2之成型裝置之概略構成之方塊圖。
圖18係表現傳熱部、熱硬化性材料、及溫度控制部之發熱及一維方向之傳熱之等效熱電路。
圖19係定義初始溫度控制順序之表。
圖20之(a)係表示與圖19所示之初始溫度控制順序對應之誘導溫度之溫度變化分佈之模式圖,圖20之(b)係表示藉由溫度檢測部而檢
測之檢測溫度之溫度變化分佈之模式圖。
圖21係定義修正後之溫度控制順序之表。
圖22之(a)係表示與圖21所示之修正後之溫度控制順序對應之誘導溫度之溫度變化分佈之模式圖,圖22之(b)係表示藉由溫度檢測部而檢測之檢測溫度之溫度變化分佈之模式圖。
圖23係定義修正後之溫度控制順序之另一表。
圖24之(a)係表示與圖23所示之修正後之溫度控制順序對應之誘導溫度之溫度變化分佈之模式圖,圖24之(b)係表示藉由溫度檢測部而檢測之檢測溫度之溫度變化分佈之模式圖。
圖25係表示於升溫速度10K/分下對熱硬化性材料進行DSC測定之結果所得之來自熱硬化性材料之熱流相對於溫度之依存性之一例的圖表。
圖26之(a)~圖26之(e)係表示以固定溫度對試樣進行等溫DSC測定之結果所得之硬化反應速度及硬化反應率之時間變化之一例的圖表,圖26之(a)表示於固定溫度60℃下對試樣進行等溫DSC測定之結果所得之硬化反應速度及硬化反應率之時間變化,圖26之(b)表示於固定溫度70℃下對試樣進行等溫DSC測定之結果所得之硬化反應速度及硬化反應率之時間變化,圖26之(c)表示於固定溫度80℃下對試樣進行等溫DSC測定之結果所得之硬化反應速度及硬化反應率之時間變化,圖26之(d)表示於固定溫度90℃下對試樣進行等溫DSC測定之結果所得之硬化反應速度及硬化反應率之時間變化,圖26之(e)表示於固定溫度100℃下對試樣進行等溫DSC測定之結果所得之硬化反應速度及硬化反應率之時間變化。
圖27係表示阿列尼厄斯圖表之一例之圖表。
圖28之(a)~圖28之(c)係表示固定升溫速度下之硬化反應速度及硬化反應率之變化之一例之圖表,圖28之(a)表示於升溫速度10K/分
下之試樣之硬化反應速度及硬化反應率之變化,圖28之(b)表示於升溫速度20K/分下之試樣之硬化反應速度及硬化反應率之變化,圖28之(c)表示於升溫速度40K/分下之試樣之硬化反應速度及硬化反應率之變化。
圖29係定義初始溫度控制順序之表。
圖30係表示與圖29所示之初始溫度控制順序對應之溫度控制部之溫度變化分佈之模式圖。
圖31係表示由預測機構產生之熱響應模擬結果之圖表。
圖32係定義修正後之溫度控制順序之表。
圖33係表示與圖32所示之修正後之溫度控制順序對應之溫度控制部之溫度變化分佈之模式圖。
圖34係表示執行圖32所示之修正後之溫度控制順序之情形時之熱響應模擬結果的圖表。
圖35係定義溫度控制順序之表之一例。
圖36係表示根據圖35所示之溫度控制順序而構成之變數群之一例之表。
圖37係表示運算元候補之一例之表。
圖38係定義評價函數之表之一例。
圖39係表示用以說明圖38所示之參數之等效熱電路之一例之電路圖。
圖40係用以說明由過加熱導致之熱硬化性材料之熱失控之圖表。
若根據圖1~圖16對本發明之一實施形態進行說明,則為如下。
首先,參照圖1對本實施形態之成型裝置1之構成進行說明。
圖1係表示本實施形態之成型裝置1之概略構成之方塊圖。本實施形態之成型裝置1係藉由加熱由熱硬化性材料H而形成之成型對象(對象物),使熱硬化性材料H硬化,而將成型對象成型者。
如圖1所示,成型裝置1包含:溫度控制順序決定部(溫度控制順序決定裝置)3、溫度控制部4、傳熱部5、及輸入部6。
溫度控制順序決定部3係對成型製程中之熱硬化性材料H之溫度及硬化反應速度之時間推移進行預測,且根據預測結果而修正初始溫度控制順序者。溫度控制順序決定部3包含預測機構31、及修正機構32。
預測機構31係於執行成型製程之前對成型製程中之熱硬化性材料H之溫度及硬化反應速度之時間推移進行預測者。
具體而言,預測機構31模擬於執行作為初始值被賦予之用以指定溫度控制部4之動作之溫度控制順序(以下,稱為初始溫度控制順序)之情形時的成型製程中之熱硬化性材料H之溫度及硬化反應速度之時間推移。
預測機構31將已預測之熱硬化性材料H之溫度及硬化反應速度之時間推移之熱響應模擬結果(參照圖9)及初始溫度控制順序等輸出至修正機構32中。再者,關於預測機構31之處理之詳情,將於以下描述。
修正機構32係根據藉由預測機構31所預測之熱硬化性材料H之溫度及硬化反應速度之時間推移之熱響應模擬結果,修正初始溫度控制順序者。具體而言,修正機構32於自預測機構31輸出有熱響應模擬結
果時,根據該熱響應模擬結果,以抑制由過加熱導致之熱硬化性材料H之熱失控之方式,修正初始溫度控制順序。
修正機構32將已修正之初始溫度控制順序(以下,稱為修正後之溫度控制順序)輸出至溫度控制部4。再者,關於修正機構32之處理之詳情,將於以下描述。
溫度控制部4係用以控制熱硬化性材料H之溫度者。具體而言,溫度控制部4根據所輸入之溫度控制順序而控制溫度控制部4自身之溫度。而且,通過傳熱部5而對熱硬化性材料H進行加熱、冷卻,藉此控制熱硬化性材料H之溫度。即,該溫度控制部4係根據修正後之溫度控制順序而控制自身之溫度,且通過傳熱部5而對熱硬化性材料H進行加熱、冷卻,藉此控制熱硬化性材料H之溫度。溫度控制部4包含溫度控制機構41、及加熱冷卻部42。
溫度控制機構41係控制加熱冷卻部42之加熱、冷卻輸出者。具體而言,溫度控制機構41係以使加熱冷卻部42之溫度根據所輸入之溫度控制順序而推移之方式,控制加熱冷卻部42之加熱、冷卻輸出。
加熱冷卻部42係執行加熱或冷卻之動作者。具體而言,加熱冷卻部42根據來自溫度控制機構41之輸出信號,對加熱冷卻部42自身進行加熱或冷卻。該加熱冷卻部42包含鎳鉻合金線等加熱器、水冷管等冷卻機構、及熱導率較高之金屬板等,且與傳熱部5抵接而對傳熱部5進行加熱或冷卻。本實施形態中,金屬板包含鋁,其厚度為約30mm左右。
傳熱部5係與熱硬化性材料H之間進行熱交換者。傳熱部5例如係包含熱導率較高之金屬之模具等。傳熱部5係藉由加熱冷卻部42而調整其溫度,且與熱硬化性材料H之間進行熱交換。
本實施形態中,傳熱部5包含SUS(Stainless Steel,不鏽鋼),厚度為20mm,熱導率為20W/K/m左右。再者,於使傳熱部5之厚度變薄之情形時,可縮短對熱硬化性材料H之傳熱之滯後時間,另一方面,於使傳熱部5之厚度變厚之情形時,可提高熱硬化性材料H之面內之溫度均勻性。
本實施形態中成型之熱硬化性材料H例如熱導率為0.2W/K.m,比熱為1.5J/K.g,比重為1.2g/cm3
,厚度為0.8mm左右。於成型裝置1中,相對於熱硬化性材料H而上下對稱地配置有傳熱部5與加熱冷卻部42,故而於等效熱電路中,將熱硬化性材料H之厚度設為0.4mm,且將與傳熱部5不同之另一個接點設為對稱邊界條件(熱流=0)。
其次,參照圖2~圖9,對預測機構31之處理之詳情進行說明。
如上所述,預測機構31模擬於執行初始溫度控制順序之情形時的成型製程中之熱硬化性材料H之溫度及硬化反應速度之時間推移。具體而言,預測機構31藉由以下之(1)~(3),而模擬成型製程中之熱硬化性材料H之溫度及硬化反應速度之時間推移。
DSC(Differential Scanning Calorimetry:示差掃描熱量)測定係使試樣之溫度固定或連續地變化而測定各時間點之發熱量者。藉由固定升溫速度下之DSC測定,而可求出熱硬化性材料H之總發熱密度。
圖2係表示於升溫速度5K/分下對熱硬化性材料H進行DSC測定之結果所得之來自熱硬化性材料之熱流相對於溫度之依存性之一例的圖表。例如,連結視熱硬化性材料H之發熱量=0之2點(圖中,50℃與280℃)且作為基線,減去熱硬化性材料H之熱容量或放熱產生之熱消耗,藉此可決定熱硬化性材料H之總發熱密度為160J/g。
又,預測機構31使用下述計算式(Kamal之模型式)而算出熱硬化性材料H之硬化反應速度。
dχ/dt:熱硬化性材料H之硬化反應速度
χ:熱硬化性材料H之硬化反應率
t:時間
T:熱硬化性材料H之絕對溫度
A1
、T1
、A2
、T2
、m、n:熱硬化性材料H所固有之反應參數。
進而,預測機構31使用下述計算式而算出熱硬化性材料H之發熱量。
q:熱硬化性材料H之發熱量
Q:熱硬化性材料H所固有之總發熱密度
M:熱硬化性材料H之質量。
為了求出該等反應參數,比較不同之升溫速度下之DSC測定結果即可。
圖3之(a)係表示於升溫速度5K/分下對試樣進行DSC測定之結果所得之反應速度之時間變化之圖表,圖3之(b)係表示於升溫速度10K/分下對試樣進行DSC測定之結果所得之反應速度之時間變化之圖表。
於該等測定結果中,著眼於發熱波峰位置及高度、發熱波峰之上升梯度、發熱波峰之尾端梯度、及發熱波峰之寬度,以使實測值與
計算值之差異減小之方式調整反應參數。
藉此,可求出熱硬化性材料H所固有之反應參數(A1
、T1
、A2
、T2
、m、n)。具體而言,A1
=2.8×105
/s,T1
=8000K,A2
=1.2×1014
/s,T2
=12600K,m=1.6,n=3.2。
再者,如上所述,熱硬化性材料H之硬化反應速度可由下述計算式表示:
於決定反應參數時,於對固定升溫速度下之DSC測定結果進行擬合之方法中,除硬化反應率χ外絕對溫度T亦產生變化,故而難以唯一地決定反應參數。再者,關於使用有固定溫下之等溫DSC測定結果之方法,將於以下描述。
又,預測機構31構成等效熱電路,該等效熱電路藉由自溫度源、熱流源、熱阻及熱容量中選擇之組合而等效地表現熱硬化性材料H、傳熱部5、及溫度控制部4之發熱及傳熱。
再者,於實際之成型裝置1之溫度控制部4中,為了將加熱冷卻部42之溫度誘導為所需之溫度,溫度控制機構41通常會藉由反饋控制而控制發熱量(即,作為熱流源而發揮作用),此處,為了簡化,將溫度控制部4作為可直接規定加熱冷卻部42之溫度之溫度源而表現。
所謂等效熱電路,係藉由溫度源、熱流源、熱阻、熱容量之組合而等效地或近似地表現假定之系統之熱電路。傳熱、發熱現象可藉由與電子電路之導電現象之類比而處理,溫度與電位、熱流與電流、熱阻/電導與電阻/電導、熱容量與電容、熱電路與電子電路分別成為
對應關係。
圖4之(a)係表示表現傳熱部5之一維方向之傳熱之等效熱電路之電路圖,圖4之(b)係將圖4之(a)所示之等效熱電路區塊化所得之模式圖。
如圖4之(a)及圖4之(b)所示,傳熱部5之一維方向之傳熱可藉由熱阻R及熱容量C之組合而表示。此時,熱阻R及熱容量C分別表示為如下。
圖5之(a)係表示表現熱硬化性材料H之發熱及一維方向之傳熱之等效熱電路之電路圖,圖5之(b)係將圖5之(a)所示之等效熱電路區塊化所得之模式圖。
如圖5之(a)及圖5之(b)所示,熱硬化性材料H之發熱及一維方向之傳熱可藉由熱阻R、熱容量C及發熱量q之組合而表示。此時,熱阻R、熱容量C、硬化反應速度dχ/dt、及發熱量q分別表示為如下。
圖6之(a)係表現傳熱部5、熱硬化性材料H、及溫度控制部4之發熱及一維方向之傳熱之等效熱電路,圖6之(b)係將圖6之(a)所示之等
效熱電路區塊化所得之模式圖。
如圖6之(a)及圖6之(b)所示,表現傳熱部5、熱硬化性材料H、及溫度控制部4之發熱及傳熱之等效熱電路可為將圖4之(a)所示之傳熱部5之等效熱電路、與圖5之(a)所示之熱硬化性材料H之等效熱電路連接而成之構成,且可藉由熱阻R、熱容量C、發熱量q、及溫度源TC
(相當於溫度控制部4)之組合而表示。
此時,傳熱部5之熱阻RM
,及熱容量CM
分別表示為如下。
又,熱硬化性材料H之熱阻RS
、熱容量CS
、硬化反應速度dχ/dt、及發熱量q分別表示為如下。
圖7係定義初始溫度控制順序之表。如圖7所示,於初始溫度控制順序中,被賦予控制溫度之各種程式。初始溫度控制順序包含溫度控制步驟1~3,各溫度控制步驟係根據目標溫度、變溫速度、及經過時間而規定。
圖8係表示與圖7所示之初始溫度控制順序對應之溫度控制部4之溫度變化分佈之模式圖。於根據圖7所示之初始溫度控制順序之情形時,溫度控制部4之溫度以圖8所示之溫度變化分佈之方式而推移。
再者,於初始溫度控制順序之溫度控制步驟2中,將150℃下之保持時間取為300秒之較長時間,其原因在於,藉由應力緩和而使成型對象之成型精度穩定化。該初始溫度控制順序可係藉由使用者經由輸入部6而輸入者,亦可係預先記憶於成型裝置1中者。
然後,預測機構31使用如上所述之反應參數、等效熱電路及初始溫度控制順序,藉由熱響應模擬,而算出熱硬化性材料H之硬化反應率χ、硬化反應速度dχ/dt、及絕對溫度T之時間推移。
圖9係表示預測機構31之熱響應模擬結果之圖表。如圖9所示,根據預測機構31之熱響應模擬結果而可得知,於執行初始溫度控制順序之情形時,於130秒前後熱硬化性材料H之硬化反應速度急遽上升,有可能產生由過加熱導致之熱硬化性材料H之熱失控。
再者,該熱響應模擬結果之熱硬化性材料H之過升溫之最大值為11.7K,硬化反應速度之最大值為0.609/s,最終之硬化反應率為0.983。
其次,參照圖10~圖12,對修正機構32之處理之詳情進行說明。
如上所述,修正機構32係根據藉由預測機構31所預測之熱硬化性材料H之溫度及硬化反應速度之時間推移之熱響應模擬結果,以抑制由過加熱導致之熱硬化性材料H之熱失控之方式,修正初始溫度控制順序。
此處,為了抑制由過加熱導致之熱硬化性材料H之熱失控,只要
降低加熱過程中之升溫速度即可。此時,為了避免成型製程時間變得過長,較佳為僅於一部分區間應用低升溫速度。藉由硬化反應速度式之「χm
」及「(1-χ)n
」之因子,尤其於硬化反應之前半(硬化反應率為0.05~0.2)會加速地推進硬化反應,故而於硬化反應之前半設為低升溫速度為有效。
圖10係定義修正後之溫度控制順序之表。如圖10所示,修正機構32以使預測機構31之熱響應模擬結果中產生有熱硬化性材料H之熱失控之溫度帶之升溫速度變低之方式,將產生有熱失控之溫度控制步驟細化,規定變速溫度,藉此修正初始溫度順序。
圖11係表示與圖10所示之修正後之溫度控制順序對應之溫度控制部4之溫度變化分佈之模式圖,圖12係表示執行圖10所示之修正後之溫度控制順序之情形時之熱響應模擬結果之圖表。
在根據圖10所示之修正後之溫度控制順序之情形時,溫度控制部4之溫度以圖11所示之溫度變化分佈之方式推移,於預測機構31之熱響應模擬結果中產生有熱硬化性材料H之熱失控之溫度帶之升溫速度變低。本實施形態中,將包含硬化反應率成為0.05之溫度125.7℃及硬化反應率成為0.1之溫度128.8℃之溫度帶110℃~130℃之變溫速度自1.0K/s降低至0.2K/s。
因此,如圖12所示,藉由執行修正後之溫度控制順序,而可抑制由過加熱導致之熱硬化性材料H之熱失控。再者,修正後之溫度控制順序下之熱硬化性材料H之過升溫之最大值為0.0K,硬化反應速度之最大值為0.100/s,最終之硬化反應率為0.984。
因此,根據本實施形態之成型裝置1,溫度控制部4可根據經最佳化之修正後之溫度控制順序,而開始溫度控制部4自身之溫度控制。
因此,根據本實施形態,可實現一種抑制熱硬化性材料H之成型
製程中之熱失控、且抑制成型體之物性不均、應變、殘留應力及強度降低等之成型裝置1。
再者,修正機構32較佳為,以使熱硬化性材料H之溫度與溫度控制部4(加熱冷卻部42)之溫度之差於各時間點成為10℃以下之方式修正初始溫度控制順序。藉此,可抑制熱硬化性材料H之硬化反應速度之急遽上升,抑制熱失控。
又,修正機構32較佳為,以使熱硬化性材料H之硬化反應速度於各時間點成為0.1/秒以下之方式修正初始溫度控制順序。藉此,可有效地抑制熱硬化性材料H之熱失控。
又,修正機構32較佳為,以使初始溫度控制順序之結束時間點之熱硬化性材料H之硬化反應率成為0.8以上之方式修正初始溫度控制順序。藉此,可提高成型製程結束時之熱硬化性材料H之硬化反應率。
其次,參照圖13~圖16,對等效熱電路之變形例進行說明。
於上述說明中,對預測機構31使用一維之等效熱電路而模擬成型製程中之熱硬化性材料H之溫度及硬化反應速度之時間推移之情形進行了說明,但本發明並不限定於此。亦可代替一維之等效熱電路而使用二維等效熱電路進行熱響應模擬。
圖13之(a)係表示表現傳熱部5之二維方向之傳熱之等效熱電路之電路圖,圖13之(b)係將圖13之(a)所示之等效熱電路區塊化所得之模式圖。
如圖13之(a)及圖13之(b)所示,傳熱部5之二維方向之傳熱可藉由熱阻RX
、熱阻RZ
、及熱容量C之組合而表示。此時,熱阻RX
、熱阻RZ
、及熱容量C分別表示為如下。
圖14之(a)係表示表現熱硬化性材料H之發熱及二維方向之傳熱之等效熱電路之電路圖,圖14之(b)係將圖14之(a)所示之等效熱電路區塊化所得之模式圖。
如圖14之(a)及圖14之(b)所示,熱硬化性材料H之發熱及二維方向之傳熱可藉由熱阻RX
、熱阻RZ
、熱容量C、及發熱量q之組合而表示。此時,熱阻R、熱容量C、硬化反應速度dχ/dt、及發熱量q分別表示為如下。
圖15之(a)係表示表現對空氣之散熱之等效熱電路之電路圖,圖15之(b)係將圖15之(a)所示之等效熱電路區塊化所得之模式圖。
如圖15之(a)及圖15之(b)所示,對空氣之散熱可藉由發熱量q而表示。此時,發熱量q分別表示為如下。
[數式20]q
=(h C
+h R
)S
(T
-T a
)
hC
係對流熱傳係數,hS
係輻射熱傳係數,S係熱傳遞面(與空氣之接觸表面)之面積,Ta
係空氣溫度,hC
與hS
係根據圖15所示之式而算出。
圖16係將表現傳熱部5、熱硬化性材料H及溫度控制部4之發熱及二維方向之傳熱之等效熱電路區塊化所得之模式圖。如圖16所示,表現傳熱部5、熱硬化性材料H、及溫度控制部4之發熱及二維方向之傳熱之等效熱電路可藉由傳熱部5之等效熱電路塊、熱硬化性材料H之等效熱電路塊、表現對空氣之散熱之等效熱電路塊、及溫度源TC
(相當於溫度控制部4)之組合而表示。
藉由使用此種二維等效熱電路,而可對更複雜之系統進行解析。例如,對旋轉對稱之構造,可使用圓柱座標而構成熱電路。
再者,藉由使用三維等效熱電路,而可進行與現實更接近之解析,但等效熱電路之構成變得複雜,故而此處未圖示。
若根據圖17~圖24對本發明之另一實施形態進行說明,則為如下。再者,為便於說明,對於與上述實施形態中說明之圖式具有相同功能之構件,標註相同符號,省略其說明。
首先,參照圖17對本實施形態之成型裝置1a之構成進行說明。圖17係表示本實施形態之成型裝置1a之概略構成之方塊圖。與實施形態1之成型裝置1之主要不同之點在於,本實施形態之成型裝置1a中,溫度控制部4包含溫度檢測部(檢測部)43,根據藉由該溫度檢測部43所檢測之傳熱部5之溫度而進行加熱冷卻部42之反饋控制。
溫度檢測部43係檢測傳熱部5及加熱冷卻部42之至少一者之溫度者。本實施形態中,溫度檢測部43檢測傳熱部5之溫度,且將所檢測
之傳熱部5之溫度輸出至溫度控制機構41中。
溫度控制機構41係控制加熱冷卻部42之加熱、冷卻輸出者。本實施形態中,根據所輸入之溫度控制順序、及藉由溫度檢測部43所檢測之傳熱部5之溫度(檢測溫度),為了使檢測溫度接近於誘導溫度而進行對加熱冷卻部42之反饋控制。即,將加熱冷卻部42作為致動器,將加熱冷卻部42之加熱、冷卻輸出作為控制輸入,將檢測溫度作為控制對象,使用PID(Proportional-Integral-Derivative,比例積分微分)等之反饋控制方法。
再者,所實現之加熱冷卻部42之升溫、降溫速度之上限係根據加熱冷卻部42之加熱、冷卻輸出之最大能力而決定。
其次,參照圖18,對預測機構31之處理之詳情進行說明。
如上所述,預測機構31根據DSC測定、等效熱電路及初始溫度控制順序,而模擬成型製程中之熱硬化性材料H之溫度及硬化反應速度之時間推移。
圖18係表現傳熱部5、熱硬化性材料H、及溫度控制部4之發熱及一維方向之傳熱之等效熱電路。本實施形態中,溫度控制機構41為了將傳熱部5之溫度誘導為所需之溫度,藉由反饋控制而控制發熱量。因此,如圖18所示,於等效熱電路中,溫度控制部4係作為熱流源而表現。
其次,參照圖19~圖24,對修正機構32之處理之詳情進行說明。
圖19係定義初始溫度控制順序之表。如圖19所示,於初始溫度控制順序中,被賦予控制溫度之各種程式。初始溫度控制順序包含溫
度控制步驟1~3,各溫度控制步驟係根據目標溫度、觸發溫度及經過時間而規定。
各溫度控制步驟係於檢測溫度達到觸發溫度之後,於經過時間之後結束。又,未被賦予觸發溫度之溫度控制步驟係自步驟開始而經過了經過時間之後結束。
圖20之(a)係表示與圖19所示之初始溫度控制順序對應之誘導溫度之溫度變化分佈之模式圖,圖20之(b)係表示藉由溫度檢測部43而檢測之檢測溫度之溫度變化分佈之模式圖。如圖20之(a)所示,於誘導溫度之圖表中對目標溫度之變化成階段狀。相對於此,如圖20之(b)所示檢測溫度需要滯後時間,升溫、降溫速度具有上述之上限且接近於誘導溫度,為了收斂於誘導溫度附近而升溫、降溫速度進一步降低。
此處,修正機構32為了抑制由過加熱導致之熱硬化性材料H之熱失控,以降低加熱過程中之升溫速度之方式修正初始溫度控制順序。
圖21係定義修正後之溫度控制順序之表。如圖21所示,修正機構32以使加熱過程中之升溫速度變低之方式,將溫度控制步驟細化,規定變速溫度,藉此修正初始溫度順序。
圖22之(a)係表示與圖21所示之修正後之溫度控制順序對應之誘導溫度之溫度變化分佈之模式圖,圖22之(b)係表示藉由溫度檢測部43而檢測之檢測溫度之溫度變化分佈之模式圖。
於根據圖21所示之修正後之溫度控制順序而控制溫度控制部4之情形時,如圖22之(a)所示,步驟編號3中之誘導溫度成為0.2K/s。因此,如圖22之(b)所示,檢測溫度之加熱過程中之升溫速度變低,如圖22之(b)所示,藉由執行修正後之溫度控制順序,而可抑制由過加熱導致之熱硬化性材料H之熱失控。
但是,如圖22之(a)及圖22之(b)所示,基於圖21所示之修正後之
溫度控制順序之傳熱部5之溫度控制中,每次溫度控制步驟轉移均需要收斂時間,故而成型製程時間會延長。又,收斂時間根據周圍之環境(氣溫、冷卻水溫等)而變化,故而針對每一成型射出之成型製程條件不同,成為成型精度不均之因素。
因此,修正機構32較佳為,藉由設定與目標溫度不同之觸發溫度,而以避免溫度控制步驟轉移時之收斂時間,縮短成型製程時間之方式修正初始溫度控制順序。
圖23係定義修正後之溫度控制順序之另一表。如圖23所示,修正機構32係以使加熱過程中之升溫速度變低之方式,將溫度控制步驟細化,規定變速溫度,並且設定與目標溫度不同之觸發溫度,藉此修正初始溫度順序。
圖24之(a)係表示與圖23所示之修正後之溫度控制順序對應之誘導溫度之溫度變化分佈之模式圖,圖24之(b)係表示藉由溫度檢測部43而檢測之檢測溫度之溫度變化分佈之模式圖。
於根據圖23所示之修正後之溫度控制順序而控制溫度控制部4之情形時,如圖24之(a)及圖24之(b)所示,藉由設定與目標溫度不同之觸發溫度,而在為了收斂而升溫、降溫速度降低之前轉移至下一個溫度控制步驟,可縮短成型製程時間。又,由於溫度控制步驟轉移時之升溫、降溫速度並未降低,故而可減少因周圍之環境(氣溫、冷卻水溫等)而導致之溫度控制步驟轉移之時序不均,針對每一成型射出可使成型製程條件均勻化,降低成型精度之不均。
再者,修正機構32較佳為,在將熱硬化性材料H之硬化反應率取0.05以上且0.2以下之某值之時間點之熱硬化性材料H之溫度設為凝膠化溫度時,將溫度控制步驟中之包含溫度控制部4之溫度成為凝膠化溫度之時間點之溫度控制步驟,於溫度控制部4之溫度成為凝膠化溫度之時間點以前之時間點,分割成兩個溫度控制步驟,藉此修正初始
溫度控制順序。如此分割溫度控制步驟,縮短包含於反應速度式之特性上最加速地推進硬化反應之凝膠化溫度之溫度控制步驟,藉此可縮短成為低升溫速度之時間。
又,修正機構32較佳為,在將熱硬化性材料H之硬化反應率取0.05以上且0.2以下之某值之時間點之熱硬化性材料H之溫度設為凝膠化溫度時,將溫度控制步驟中之包含溫度控制部4之溫度成為凝膠化溫度之時間點之溫度控制步驟,於溫度控制部4之溫度成為凝膠化溫度之時間點以後之時間點,分割成兩個溫度控制步驟,藉此修正初始溫度控制順序。如此分割溫度控制步驟,縮短包含於反應速度式之特性上最加速地推進硬化反應之凝膠化溫度之溫度控制步驟,藉此可縮短成為低升溫速度之時間。
又,修正機構32較佳為,藉由對溫度控制步驟中之包含溫度控制部4之溫度成為凝膠化溫度之時間點之溫度控制步驟,於未被賦予變溫速度之情形時,賦予較溫度控制機構之加熱能力之極限值低之值而修正初始溫度控制順序,於被賦予變溫速度之情形時,降低該變溫速度而修正初始溫度控制順序。藉此,可降低包含成為凝膠化溫度之時間點之溫度控制步驟中之熱硬化性材料H之升溫速度,因而可容易地抑制熱硬化性材料H之熱失控。
又,修正機構32較佳為,藉由對溫度控制步驟中之包含溫度控制部4之溫度成為凝膠化溫度之時間點之溫度控制步驟,降低目標溫度而修正溫度控制順序。藉此,可降低包含成為凝膠化溫度之時間點之溫度控制步驟中之熱硬化性材料H之升溫速度,因而可容易地抑制熱硬化性材料H之熱失控。
若根據圖25~圖34對本發明之另一實施形態進行說明,則為如下。再者,為便於說明,對於與上述實施形態中所說明之圖式具有相
同功能之構件,標註相同符號,並省略其說明。
與實施形態1之主要不同之點在於,本實施形態中,藉由等溫DSC測定而決定反應參數。
圖25係表示於升溫速度10K/分下對熱硬化性材料H進行DSC測定之結果所得之來自熱硬化性材料H之熱流相對於溫度之依存性之一例的圖表。例如,連結視熱硬化性材料H之發熱量=0之2點(圖中,50℃與265℃)且作為基線,減去熱硬化性材料H之熱容量或放熱產生之熱消耗,藉此可決定熱硬化性材料H之總發熱密度為410J/g。
預測機構31為了求出假定熱硬化性材料H之硬化反應速度由下述計算式表示時之反應參數,而使用等溫DSC測定之結果。
dχ/dt:熱硬化性材料H之硬化反應速度
χ:熱硬化性材料H之硬化反應率
t:時間
T:熱硬化性材料H之絕對溫度
A1
、T1
、A2
、T2
、m、n:熱硬化性材料H所固有之反應參數
K1
、K2
:由熱硬化性材料H與溫度而決定之反應參數。
再者,於等溫DSC測定中,亦難以與測定結果一致之方式唯一地決定反應參數,但注意以下之事項,決定反應參數。
即,於發熱量(硬化反應速度)較小時,測定誤差或基線誤差相對變大,因而減少擬合中之權重。
又,以與時間經過(硬化反應率增加)所引起之硬化反應加速匹配之方式,規定反應參數m(例如,m=1.4)。
又,以與時間經過(硬化反應率增加)所引起之硬化反應減速匹配之方式,規定反應參數n(例如,n=3.2)。
圖26之(a)~圖26之(e)係表示於固定溫度下對試樣進行等溫DSC測定之結果所得之硬化反應速度及硬化反應率之時間變化之一例的圖表,圖26之(a)表示於固定溫度60℃下對試樣進行等溫DSC測定之結果所得之硬化反應速度及硬化反應率之時間變化,圖26之(b)表示於固定溫度70℃下對試樣進行等溫DSC測定之結果所得之硬化反應速度及硬化反應率之時間變化,圖26之(c)表示於固定溫度80℃下對試樣進行等溫DSC測定之結果所得之硬化反應速度及硬化反應率之時間變化,圖26之(d)表示於固定溫度90℃下對試樣進行等溫DSC測定之結果所得之硬化反應速度及硬化反應率之時間變化,圖26之(e)表示於固定溫度100℃下對試樣進行等溫DSC測定之結果所得之硬化反應速度及硬化反應率之時間變化。
於圖26之(a)所示之固定溫度60℃下對試樣進行等溫DSC測定後之結果為,固定溫度60℃下之K1
及K2
之值成為:K1
=2.63×10-5
,K2
=0.003。
又,於圖26之(b)所示之固定溫度70℃下對試樣進行等溫DSC測定後之結果為,固定溫度70℃下之K1
及K2
之值成為:K1
=0.00012,K2
=0.00579。
又,於圖26之(c)所示之固定溫度80℃下對試樣進行等溫DSC測定後之結果為,固定溫度80℃下之K1
及K2
之值成為:K1
=0.000164,K2
=0.0189。
又,於圖26之(d)所示之固定溫度90℃下對試樣進行等溫DSC測定後之結果為,固定溫度90℃下之K1
及K2
之值成為:K1
=0.0006,K2
=0.0501。
又,於圖26之(e)所示之固定溫度100℃下對試樣進行等溫DSC測定後之結果為,固定溫度100℃下之K1
及K2
之值成為:K1
=0.002,K2
=0.154。
其次,將不同之溫度(60℃~100℃)下之K1
、K2
之值繪成阿列尼厄斯圖表。
圖27係表示阿列尼厄斯圖表之一例之圖表。可根據圖27所示之阿列尼厄斯圖表,而決定A1
=1.15×1012
/s,T1
=12750K,A2
=3.98×1013
/s,T2
=12440K,(Q=410J/g,m=1.4,n=3.2)。
圖28之(a)~圖28之(c)係表示固定升溫速度下之硬化反應速度及硬化反應率之變化之一例的圖表,圖28之(a)表示於升溫速度10K/分下之試樣之硬化反應速度及硬化反應率之變化,圖28之(b)表示於升溫速度20K/分下之試樣之硬化反應速度及硬化反應率之變化,圖28之(c)表示於升溫速度40K/分下之試樣之硬化反應速度及硬化反應率之變化。
如圖28之(a)~圖28之(c)所示,可知於任一升溫速度下,均與等溫DSC測定結果大致一致。藉此而斷定,由等溫DSC測定而求出之各反應參數之值為妥當。
如此,藉由根據參數K1
及K2
之阿列尼厄斯圖表決定反應參數A1
、T1
、A2
及T2
,而使同時決定之參數之數目減少,故而可容易地決
定反應參數A1
、T1
、A2
、T2
、m、n。
再者,關於等效熱電路之構成,與實施形態1為相同,故而此處省略說明。
圖29係定義初始溫度控制順序之表,圖30係表示與圖29所示之初始溫度控制順序對應之溫度控制部4之溫度變化分佈之模式圖。再者,圖29所示之初始溫度控制順序與圖7所示之初始溫度控制順序為相同。
預測機構31使用以上述方式決定之反應參數、等效熱電路及初始溫度控制順序,藉由熱響應模擬而算出熱硬化性材料H之硬化反應率χ、硬化反應速度dχ/dt、及絕對溫度T之時間推移。
圖31係表示預測機構31之熱響應模擬結果之圖表。如圖31所示,根據預測機構31之熱響應模擬結果而可得知,於執行初始溫度控制順序之情形時,於130秒前後熱硬化性材料H之硬化反應速度急遽上升,有可能產生由過加熱導致之熱硬化性材料H之熱失控。
再者,該熱響應模擬結果之熱硬化性材料H之過升溫之最大值為127.6K,硬化反應速度之最大值為7.573/s,最終之硬化反應率為0.982。
修正機構32根據藉由預測機構31所預測之熱硬化性材料H之溫度及硬化反應速度之時間推移之熱響應模擬結果,以抑制由過加熱導致之熱硬化性材料H之熱失控之方式,修正初始溫度控制順序。
圖32係定義修正後之溫度控制順序之表。如圖32所示,修正機構32以使預測機構31之熱響應模擬結果中產生有熱硬化性材料H之熱失控之溫度帶之升溫速度變低之方式,將溫度控制步驟細化,規定變速溫度,藉此修正初始溫度順序。
圖33係表示與圖32所示之修正後之溫度控制順序對應之溫度控制部4之溫度變化分佈之模式圖,圖34係表示執行圖32所示之修正後之溫度控制順序之情形時之熱響應模擬結果的圖表。
在基於圖32所示之修正後之溫度控制順序之情形時,溫度控制部4之溫度以圖33所示之溫度變化分佈之方式而推移,於預測機構31之熱響應模擬結果中產生有熱硬化性材料H之熱失控之溫度帶之升溫速度變低。本實施形態中,將包含硬化反應率成為0.1之溫度114.7℃及硬化反應率成為0.2之溫度124.7℃之溫度帶110℃~130℃之變溫速度自1.0K/s降低至0.2K/s。
因此,如圖34所示,藉由執行修正後之溫度控制順序,而可抑制由過加熱導致之熱硬化性材料H之熱失控。再者,修正後之溫度控制順序下之熱硬化性材料H之過升溫之最大值為0.0K,硬化反應速度之最大值為0.045/s,最終之硬化反應率為0.978。
如此,根據本實施形態,可實現如下之成型裝置1:一方面藉由等溫DSC測定而容易地決定反應參數,一方面抑制熱硬化性材料H之成型製程中之熱失控、成型體之物性不均、應變、殘留應力及強度降低等。
若根據圖35~圖39對本發明之另一實施形態進行說明,則為如下。再者,為便於說明,對於與上述實施形態中說明之圖式具有相同功能之構件,標註相同符號,省略其說明。
本實施形態中,對使用評價函數之溫度控制順序之自動最佳化進行說明。
本實施形態中,修正機構32使變數群之各變數變化,求出使評價函數為最小值(或極小值)之各變數之值。即,修正機構32將變數群
設為x1
、x2
、...、xn
,評價函數f=f(x1
、x2
、...、xn
),求出f(x1
、x2
、...、xn
)之最小值。或者,修正機構32藉由求出與初始值(x1
、x2
、...、xn
)接近之f(x1
、x2
、...、xn
)之極小值,而修正溫度控制順序。
再者,作為求出如f(x1
、x2
、...、xn
)般之多變數函數之極小值之方法,可使用例如Newton-Raphson法、最陡下降法(Steepest descent method)、共軛梯度法、或黃金分割法等公知之方法。
首先,修正機構32藉由自溫度控制順序中選擇步驟編號及項目(目標溫度/變溫速度/經過時間中之任一者),而特定設為變數之參數,且藉由1個以上之變數構成變數群。
圖35係定義溫度控制順序之表之一例,圖36係表示根據圖35所示之溫度控制順序而構成之變數群之一例之表。
修正機構32藉由對溫度控制步驟之步驟編號、與該溫度控制步驟中之目標溫度、變溫速度或經過時間加以特定而成之1個以上之變數而構成變數群。於假定已被賦予圖35所示之溫度控制順序之情形時,圖36所示之變數群例如由3個變數而構成,No.1係步驟編號3與目標溫度之組合之變數,No.2係步驟編號3與變溫之組合之變數,No.3係步驟編號4與目標溫度之組合之變數。
其次,修正機構32構成按動作順序予以定序之選自運算元候補中之運算元之評價函數。評價函數係如下之函數:包含以動作順序而排列之1個以上之連續之運算元,以排列順序被評估,針對每一運算元執行特定之動作,於最後之運算元之動作後,返回該時間點之函數值。
圖37係表示運算元候補之一例之表。圖37中,對第i號之運算元,將vi
表示為當前之值,ti
表示為目標值,wi
表示為權重。如圖37所示,運算元候補中,有輸出運算元、算術運算元及控制運算元之種類,對各自定義動作(更新條件)。
輸出運算元係藉由熱響應模擬而算出之輸出值,算術運算元係使用有此前算出之輸出或算術運算元之值之運算,控制運算元係設為對熱響應模擬之輸入之參數。修正機構32自此種運算元候補中選擇1個以上之運算元,針對每一運算元設定必要之參數。
再者,圖37所示之運算元候補為例示,不必將該等全部採用於評價函數之構成中。又,於運算元候補中,亦可追加其他種類(功能)。
圖38係定義評價函數之表之一例,圖39係表示用以說明圖38所示之參數之等效熱電路之一例的電路圖。
於圖38所示之評價函數之情形時,於運算元No.1(動作名:時間)中,計算步驟編號5結束時之經過時間並代入至v1
,將權重0代入至w1
。由於權重為0,故而於運算元No.1中不更新評價函數f,轉移至一下個運算元。再者,運算元No.5係假定由熱失控導致之硬化反應之過加速者。
其次,於運算元No.2(動作名:小於)中,於v1
大於目標值600之情形時,將評價函數f加上0.01×(v1
-600)2
。
其次,於運算元No.3(動作名:溫度)中,計算節點2(參照圖39)與節點1(參照圖39)之溫度差之最大值並代入至v3
中,將權重0代入至w3
。由於權重為0,故而於運算元No.3中不更新評價函數f,轉移至下一個運算元。再者,運算元No.3係假定熱失控之過升溫者。
其次,於運算元No.4(動作名:小於)中,於v3
大於目標值10之情形時,將評價函數f加上1×(v3
-10)2
。
其次,於運算元No.5(動作名:速度)中,計算區塊2(參照圖39)之反應速度之最大值並代入至v5
,將權重0代入至w5
。由於權重為0,故而於運算元No.5中不更新評價函數f,轉移至下一個運算元。
其次,於運算元No.6(動作名:小於)中,於v5
大於目標值0.1之情形時,將評價函數f加上100×(v5
-0.1)2
。
其次,於運算元No.7(動作名:設定大小)中,將區塊2之厚度L變更為0.5。利用控制運算元所做之變更於以後所有之運算元中適用。再者,運算元No.7係檢驗相對於熱硬化性材料H之厚度變化之穩定性者。
以此方式,根據針對每一運算元規定之動作而更新之評價函數f係於最後之運算元之動作後以接近於極小之方式使變數群變化。藉此,可使用使更新後之評價函數接近於極小之變數群之值,而修正溫度控制順序。
因此,根據本實施形態,修正機構32可藉由將多種運算元候補自由地組合,而製作靈活之最佳化指標,或可設定即便對於熱硬化性材料之特性或外部環境之變動亦為穩定之成型製程條件。
本發明並不限定於上述各實施形態,於申請專利範圍所示之範圍內可進行各種變更,對於將分別揭示於不同之實施形態中之技術手段適當組合所得之實施形態,亦包含於本發明之技術範圍內。
最後,成型裝置1之各區塊,尤其預測機構31、修正機構32及溫度控制機構41可藉由形成於積體電路(IC(integrated circuit)晶片)上之邏輯電路而以硬體實現,亦可使用CPU(Central Processing Unit,中央處理單元)而以軟體實現。
於後者之情形時,成型裝置1包含:執行實現各功能之程式之命令之CPU;儲存有上述程式之ROM(Read Only Memory,唯讀記憶體);展開上述程式之RAM(Random Access Memory,隨機存取記憶
體);及儲存上述程式及各種資料之記憶體等記憶裝置(記錄媒體)等。而且,本發明之目的亦可藉由以下而達成:將由電腦可讀取地記錄有實現上述功能之軟體即成型裝置1之控制程式之程式碼(執行形式程式、中間碼程式、原始程式碼)之記錄媒體供給至上述成型裝置1,該電腦(或CPU或MPU(Microprocessor Unit,微處理單元))讀出記錄於記錄媒體中之程式碼並執行。
作為上述記錄媒體,可使用非暫時性之有形媒體(non-transitory tangible medium),例如:磁帶或卡式磁帶等之帶類;包含floppy(註冊商標)軟碟/硬碟等之磁碟或CD-ROM(Compact Disc Read-Only Memory,唯讀記憶光碟)/MO(Magneto Optical Disc,磁光碟)/MD(MiniDisc,微型光碟)/DVD(Digital Versatile Disc,數位多功能光碟)/CD-R(Compact Disc-Recordable,可錄光碟)等光碟之碟類;IC卡(包含記憶體卡)/光卡等之卡類;遮罩式ROM(Read-Only Memory,唯讀記憶體)/EPROM(Erasable Programmable Read Only Memory,可抹除可程式化唯讀記憶體)/EEPROM(Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory,電子可抹除可程式化唯讀記憶體)(註冊商標)/快閃ROM等之半導體記憶體類;或PLD(Programmable logic device,可程式化邏輯元件)或FPGA(Field Programmable Gate Array,場可程式化閘陣列)等之邏輯電路類等。
又,成型裝置1亦可與通訊網路可連接地構成,且經由通訊網路而供給上述程式碼。該通訊網路只要可傳送程式碼即可,並無特別限定。例如,可利用網際網路、內聯網路、外聯網路、LAN(Local Area Network,局域網路)、ISDN(Integrated Service Digital Network,整合服務數位網路)、VAN(Value Added Network,增值網路)、CATV(Cable Television,有線電視)通訊網、虛擬專用網路(Virtual Private Network)、電話線網路、行動通訊網、衛星通訊網等。又,構
成該通訊網路之傳送媒體亦只要是可傳送程式碼之媒體即可,並不限定於特定之構成或種類者。例如,既可利用IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers,(美國)電機電子工程師學會)1394高效能串聯匯流排、USB(universal serial bus,通用串列匯流排)、電力線載波、有線電視線路、電話線、ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line,非對稱數位用戶線路)線路等之有線,亦可利用如IrDA(Infrared Data Association,紅外線數據協定)或遙控之紅外線、Bluetooth(藍牙,註冊商標)、IEEE 802.11無線、HDR(High Data Rate,高資料率)、NFC(Near Field Communication,近距離通訊)、DLNA(Digital Living Network Alliance,數位生活網路聯盟)、行動電話網、衛星線路、數位地面網等之無線。再者,本發明亦可以由將上述程式碼以電子傳送方式而實現之埋入至載波中之電腦資料信號之形態而實現。
為解決上述課題,本發明之一態樣之溫度控制順序決定裝置之特徵在於:其係適用於包含在與由熱硬化性材料形成之對象物之間進行熱交換之傳熱部、及控制自身或上述傳熱部之溫度之溫度控制部之成型裝置,且修正指定上述溫度控制部之動作之溫度控制順序者;且包含:預測機構,其預測上述對象物之成型過程中之上述熱硬化性材料之溫度及硬化反應速度之時間推移;及修正機構,其根據藉由上述預測機構所預測之上述熱硬化性材料之溫度及硬化反應速度之時間推移,而修正上述溫度控制順序;上述預測機構使用:算出上述熱硬化性材料之硬化反應速度之下述計算式:
dχ/dt:上述熱硬化性材料之硬化反應速度
χ:上述熱硬化性材料之硬化反應率
t:時間
T:上述熱硬化性材料之絕對溫度
A1
、T1
、A2
、T2
、m、n:上述熱硬化性材料所固有之反應參數;算出上述熱硬化性材料之發熱量之下述計算式:
q:上述熱硬化性材料之發熱量
Q:上述熱硬化性材料所固有之總發熱密度
M:上述熱硬化性材料之質量;藉由選自溫度源、熱流源、熱阻及熱容量之組合而等效地表現上述熱硬化性材料、上述傳熱部、及上述溫度控制部之發熱及傳熱之等效熱電路,及修正前之上述溫度控制順序,而預測根據上述溫度控制順序而指定上述溫度控制部之動作之情形時的上述熱硬化性材料之溫度及硬化反應速度之時間推移。
於上述構成中,預測機構使用算出熱硬化性材料之硬化反應速度之計算式,算出熱硬化性材料之發熱量之計算式,等效地表現熱硬化性材料與傳熱部之發熱及傳熱之等效熱電路,及指定溫度控制部之動作之溫度控制順序,而事先預測對象物之成型過程中之熱硬化性材料之溫度及硬化反應速度之時間推移。然後,根據藉由預測機構所預測之熱硬化性材料之溫度及硬化反應速度之時間推移,修正機構對指定溫度控制部之動作之溫度控制順序進行修正。因此,可根據修正後
之溫度控制順序,而開始溫度控制部之溫度控制。
因此,根據上述構成,可實現一種能夠抑制熱硬化性材料之成型製程中之熱失控、且抑制成型體之物性不均、應變、殘留應力及強度降低等之溫度控制順序決定裝置。
又,本發明之一態樣之溫度控制順序決定裝置較佳為,上述預測機構根據對上述熱硬化性材料之1組固定升溫速度條件下之示差掃描熱量測定之測定結果,決定上述總發熱密度Q,將對上述熱硬化性材料之2組以上之固定溫度條件下之示差掃描熱量測定之測定結果,針對各個上述固定溫度利用上述硬化反應速度及上述發熱量之計算式進行擬合,藉此決定上述反應參數m、n及針對各個上述固定溫度之下述計算式
之參數K1
及K2
之值,且根據上述參數K1
及K2
之阿列尼厄斯圖表而決定上述反應參數A1
、T1
、A2
及T2
。
根據上述構成,同時決定之參數之數目減少,因而可容易地決定反應參數A1
、T1
、A2
、T2
、m、n。
又,本發明之一態樣之溫度控制順序決定裝置較佳為,上述修正機構以上述熱硬化性材料之溫度與上述溫度控制部之溫度之差於各時間點成為10℃以下之方式,修正上述溫度控制順序。
於上述構成中,由於修正機構係以熱硬化性材料之溫度與溫度控制部之溫度之差於各時間點成為10℃以下之方式修正溫度控制順序,因而可抑制熱硬化性材料之硬化反應速度之急遽上升,可抑制熱
失控。
因此,根據上述構成,可減少對成型體之損傷及殘留應力。
又,本發明之一態樣之溫度控制順序決定裝置較佳為,上述修正機構係以上述熱硬化性材料之硬化反應速度於各時間點成為0.1/秒以下之方式,修正上述溫度控制順序。
於上述構成中,修正機構以熱硬化性材料之硬化反應速度於各時間點成為0.1/秒以下之方式修正溫度控制順序,因而可有效地抑制熱硬化性材料之熱失控。
因此,根據上述構成,可降低對成型體之成型不均及凹痕之產生。
又,本發明之一態樣之溫度控制順序決定裝置較佳為,上述修正機構以上述溫度控制順序之結束時間點之上述熱硬化性材料之硬化反應率成為0.8以上之方式,修正上述溫度控制順序。
於上述構成中,修正機構以溫度控制順序之結束時間點之熱硬化性材料之硬化反應率成為0.8以上之方式修正溫度控制順序,因而可提高成型製程結束時之熱硬化性材料之硬化反應率。
因此,根據上述構成,可避免由熱硬化性材料之未硬化成分殘留而導致之成型不均或對傳熱部之熱硬化性材料之殘留(脫模不良)。
又,本發明之一態樣之溫度控制順序決定裝置較佳為,上述溫度控制部進而包含:將自身進行加熱或冷卻之加熱冷卻部;及檢測上述傳熱部及上述加熱冷卻部之至少一者之溫度之檢測部;將藉由上述檢測部而檢測之上述傳熱部或上述加熱冷卻部之溫度設為檢測溫度,控制上述加熱冷卻部之輸出以將上述檢測溫度誘導為誘導溫度;修正前之上述溫度控制順序包含連續之溫度控制步驟;對上述溫度控制步驟之各者,賦予上述誘導溫度之時間變化程式、與結束上述溫度控制步驟之條件。
於上述構成中,可根據自修正機構輸出之修正後之溫度控制順序、與藉由檢測部檢測之檢測溫度,而對加熱冷卻部之溫度進行反饋控制。
因此,根據上述構成,可對干擾進行穩定之溫度控制。
又,本發明之一態樣之溫度控制順序決定裝置較佳為,對上述溫度控制步驟之各者,賦予每一上述溫度控制步驟之目標溫度、及選擇性地賦予使上述誘導溫度變化之變溫速度;於被賦予上述變溫速度之上述溫度控制步驟中,上述溫度控制部隨著該溫度控制步驟之開始,使上述誘導溫度藉由上述變溫速度而朝向上述目標溫度連續地變化;於未被賦予上述變溫速度之上述溫度控制步驟中,上述溫度控制部隨著該溫度控制步驟之開始,使上述誘導溫度朝向上述目標溫度階段狀地變化;進而,對上述溫度控制步驟之各者,賦予該溫度控制步驟之經過時間、及選擇性地賦予觸發溫度;於被賦予上述觸發溫度之上述溫度控制步驟中,上述溫度控制部自上述檢測溫度達到上述觸發溫度起而經過上述經過時間之後,結束該溫度控制步驟;於未被賦予上述觸發溫度之上述溫度控制步驟中,上述溫度控制部自開始執行上述溫度控制步驟起而經過上述經過時間之後,結束該溫度控制步驟。
根據上述構成,可對溫度控制部賦予與熱硬化性材料之特性相應之適當之分佈之誘導溫度,故而可一方面抑制熱失控一方面縮短成型製程時間。
又,本發明之一態樣之溫度控制順序決定裝置較佳為,將上述熱硬化性材料之硬化反應率取0.05以上且0.2以下之某值之時間點之上述熱硬化性材料之溫度設為凝膠化溫度,上述修正機構將上述溫度控制步驟中、包含上述溫度控制部之溫度成為上述凝膠化溫度之時間點之溫度控制步驟,於上述溫度控制部之溫度成為上述凝膠化溫度之時間點以前之時間點分割成兩個溫度控制步驟,藉此修正上述溫度控制
順序。
此處,為了防止熱失控而使升溫速度(變溫速度)降低即可,若自成型製程之最初至最後緩慢升溫,則成型製程需要較長時間。因此,為了防止熱失控而細化為必要最小限度之時間帶,藉由於經細化之時間帶中使升溫速度降低(或使溫度降低),而使成型製程無需較長時間,從而可防止熱失控。
根據上述構成,修正機構係藉由將溫度控制步驟中、包含溫度控制部之溫度成為凝膠化溫度之時間點之溫度控制步驟,於溫度控制部之溫度成為凝膠化溫度之時間點以前之時間點分割成兩個溫度控制步驟,而修正溫度控制順序。如此分割溫度控制步驟,縮短包含於反應速度式之特性上最加速地推進硬化反應之凝膠化溫度之溫度控制步驟,藉此可縮短成為低升溫速度之時間。
又,本發明之一態樣之溫度控制順序決定裝置較佳為,將上述熱硬化性材料之硬化反應率取0.05以上且0.2以下之某值之時間點之上述熱硬化性材料之溫度設為凝膠化溫度,上述修正機構藉由將上述溫度控制步驟中、包含上述溫度控制部之溫度成為上述凝膠化溫度之時間點之溫度控制步驟,於上述溫度控制部之溫度成為上述凝膠化溫度之時間點以後之時間點分割成兩個溫度控制步驟,而修正上述溫度控制順序。
根據上述構成,修正機構將溫度控制步驟中之包含溫度控制部之溫度成為凝膠化溫度之時間點之溫度控制步驟,於溫度控制部之溫度成為凝膠化溫度之時間點以後之時間點,分割成兩個溫度控制步驟,藉此修正溫度控制順序。如此分割溫度控制步驟,縮短包含於反應速度式之特性上最加速地推進硬化反應之凝膠化溫度之溫度控制步驟,藉此可縮短成為低升溫速度之時間。
又,本發明之一態樣之溫度控制順序決定裝置較佳為,上述修
正機構針對上述溫度控制步驟中包含上述溫度控制部之溫度成為上述凝膠化溫度之時間點之溫度控制步驟,於未被賦予上述變溫速度之情形時,賦予較上述加熱冷卻部之加熱能力之極限值為低之值而修正上述溫度控制順序,於被賦予上述變溫速度之情形時,降低該變溫速度而修正上述溫度控制順序。
根據上述構成,修正機構係針對溫度控制步驟中之包含溫度控制部之溫度成為凝膠化溫度之時間點之溫度控制步驟,於未被賦予變溫速度之情形時,賦予較加熱冷卻部之加熱能力之極限值為低之值而修正溫度控制順序,於被賦予變溫速度之情形時,降低該變溫速度而修正溫度控制順序。其結果為,可降低包含成為凝膠化溫度之時間點之溫度控制步驟中之熱硬化性材料之升溫速度,因而可容易地抑制熱硬化性材料之熱失控。
又,本發明之一態樣之溫度控制順序決定裝置較佳為,上述修正機構針對上述溫度控制步驟中之包含上述溫度控制部之溫度成為上述凝膠化溫度之時間點之溫度控制步驟,藉由降低上述目標溫度而修正上述溫度控制順序。
根據上述構成,修正機構係針對溫度控制步驟中之包含溫度控制部之溫度成為凝膠化溫度之時間點之溫度控制步驟,藉由降低目標溫度而修正溫度控制順序。其結果為,可降低包含成為凝膠化溫度之時間點之溫度控制步驟中之熱硬化性材料之升溫速度,故而可容易地抑制熱硬化性材料之熱失控。
又,本發明之一態樣之溫度控制順序決定裝置較佳為,上述修正機構針對1個以上之上述溫度控制步驟,藉由賦予與上述目標溫度不同之上述觸發溫度而修正上述溫度控制順序。
根據上述構成,修正機構藉由賦予與目標溫度不同之觸發溫度而修正溫度控制順序,因而在為了收斂而升溫、降溫速度降低之前轉
移至下一個溫度控制步驟,從而可縮短成型製程時間。
又,本發明之一態樣之溫度控制順序決定裝置較佳為,上述修正機構:由1個以上之變數而構成變數群,該等1個以上之變數係特定上述溫度控制步驟之步驟編號、及該溫度控制步驟中之上述目標溫度、上述變溫速度或上述經過時間;構成按動作順序予以定序之選自複數個運算元候補中之運算元之評價函數;根據用以更新針對每一上述運算元規定之評價函數之更新條件而更新上述評價函數,以更新後之上述評價函數接近於極小之方式使上述變數群之值變化,藉此修正上述溫度控制順序。
於上述構成中,修正機構係:藉由1個以上之變數而構成變數群,該1個以上之變數係特定溫度控制步驟之步驟編號、及該溫度控制步驟中之目標溫度、變溫速度或經過時間;構成按動作順序予以定序之選自複數個運算元候補中之運算元之評價函數。而且,修正機構根據用以更新針對每一運算元而規定之評價函數之更新條件而更新評價函數,以使更新後之評價函數接近於極小之方式使變數群之值變化。藉此,可使用使更新後之評價函數接近於極小之變數群之值,而修正溫度控制順序。
因此,根據上述構成,修正機構藉由將多種運算元候補自由地組合,而可製作靈活之最佳化指標,或可設定即便對於熱硬化性材料之特性或外部環境之變動亦穩定之成型製程條件。又,根據上述構成,可實現電腦之溫度控制順序之自動最佳化。
又,為解決上述課題,本發明之一態樣之成型裝置之特徵在於具備上述溫度控制順序決定裝置。
根據上述構成,可實現一種能夠抑制熱硬化性材料之成型製程中之熱失控、且抑制成型體之物性不均、應變、殘留應力及強度降低等之成型裝置。
再者,上述溫度控制順序決定裝置亦可藉由電腦而實現,該情形時,藉由使電腦作為上述各機構進行動作而由電腦實現控制裝置之程式、及記錄其之電腦可讀取之記錄媒體亦包含於本發明之範疇。
為解決上述課題,本發明之一態樣之溫度控制順序決定方法之特徵在於:其係適用於包含在與由熱硬化性材料形成之對象物之間進行熱交換之傳熱部、及控制自身或上述傳熱部之溫度之溫度控制部之成型裝置,且修正指定上述溫度控制部之動作之溫度控制順序者;且包含:預測步驟,其預測上述對象物之成型過程中之上述熱硬化性材料之溫度及硬化反應速度之時間推移;及修正步驟,其根據藉由上述預測步驟所預測之上述熱硬化性材料之溫度及硬化反應速度之時間推移,而修正上述溫度控制順序;上述預測步驟使用:算出上述熱硬化性材料之硬化反應速度之下述計算式:
dχ/dt:上述熱硬化性材料之硬化反應速度
χ:上述熱硬化性材料之硬化反應率
t:時間
T:上述熱硬化性材料之絕對溫度
A1
、T1
、A2
、T2
、m、n:上述熱硬化性材料所固有之反應參數;算出上述熱硬化性材料之發熱量之下述計算式:
q:上述熱硬化性材料之發熱量
Q:上述熱硬化性材料所固有之總發熱密度
M:上述熱硬化性材料之質量;藉由選自溫度源、熱流源、熱阻及熱容量之組合而等效地表現上述熱硬化性材料、上述傳熱部、及上述溫度控制部之發熱量及傳熱量之等效熱電路,及修正前之上述溫度控制順序,而預測根據上述溫度控制順序而指定上述溫度控制部之動作之情形時的上述熱硬化性材料之溫度及硬化反應速度之時間推移。
上述方法中,於預測步驟中,使用算出熱硬化性材料之硬化反應速度計算式,算出熱硬化性材料之發熱量之計算式,等效地表現熱硬化性材料、傳熱部及溫度控制部之發熱及傳熱之等效熱電路,及指定溫度控制部之動作之溫度控制順序,而事先預測對象物之成型過程中之熱硬化性材料之溫度及硬化反應速度之時間推移。然後,根據預測步驟中所預測之熱硬化性材料之溫度及硬化反應速度之時間推移,於修正步驟中,修正指定溫度控制部之動作之溫度控制順序。因此,可根據修正後之溫度控制順序,而開始溫度控制部之溫度控制。
因此,根據上述方法,可實現一種能夠抑制熱硬化性材料之成型製程中之熱失控、且抑制成型體之物性不均、應變、殘留應力及強度降低等之溫度控制順序決定方法。
又,本發明之一態樣之溫度控制順序決定方法較佳為,於上述預測步驟中,根據對上述熱硬化性材料之1組固定升溫速度條件下之示差掃描熱量測定之測定結果,決定上述總發熱密度Q,將對上述熱硬化性材料之2組以上之固定溫度條件下之示差掃描熱量測定之測定結果,針對各個上述固定溫度利用上述硬化反應速度及上述發熱量之計算式進行擬合,藉此決定上述反應參數m、n及針對各個上述固定溫度之下述計算式
之參數K1
及K2
之值,且根據上述參數K1
及K2
之阿列尼厄斯圖表而決定上述反應參數A1
、T1
、A2
及T2
。
根據上述方法,同時決定之參數之數目減少,故而可容易地決定反應參數A1
、T1
、A2
、T2
、m、n。
又,本發明之一態樣之溫度控制順序決定方法較佳為,於上述修正步驟中,以上述熱硬化性材料之溫度與上述溫度控制部之溫度之差於各時間點成為10℃以下之方式,修正上述溫度控制順序。
上述方法中,於修正步驟中,以熱硬化性材料之溫度與溫度控制部之溫度之差於各時間點成為10℃以下之方式修正溫度控制順序,因而可抑制熱硬化性材料之硬化反應速度之急遽上升,可抑制熱失控。
因此,根據上述方法,可減少對成型體之損傷及殘留應力。
又,本發明之一態樣之溫度控制順序決定方法較佳為,於上述修正步驟中,以上述熱硬化性材料之硬化反應速度於各時間點成為0.1/秒以下之方式,修正上述溫度控制順序。
上述方法中,於修正步驟中,以熱硬化性材料之硬化反應速度於各時間點成為0.1/秒以下之方式修正溫度控制順序,因而可有效地抑制熱硬化性材料之熱失控。
因此,根據上述方法,可降低對成型體之成型不均及凹痕之產生。
又,本發明之一態樣之溫度控制順序決定方法較佳為,於上述
修正步驟中,以上述溫度控制順序之結束時間點之上述熱硬化性材料之硬化反應率成為0.8以上之方式,修正上述溫度控制順序。
上述方法中,於修正步驟中,以溫度控制順序之結束時間點之熱硬化性材料之硬化反應率成為0.8以上之方式修正溫度控制順序,因而可提高成型製程結束時之熱硬化性材料之硬化反應率。
因此,根據上述方法,可避免熱硬化性材料之未硬化成分殘留而導致之成型不均或對傳熱部之熱硬化性材料之殘留(脫模不良)。
又,本發明之一態樣之溫度控制順序決定方法較佳為,上述溫度控制部進而包含:將自身進行加熱或冷卻之加熱冷卻部;及檢測上述傳熱部及上述加熱冷卻部之至少一者之溫度之檢測部;將藉由上述檢測部而檢測之上述傳熱部或上述加熱冷卻部之溫度作為檢測溫度,控制上述加熱冷卻部之輸出將上述檢測溫度誘導為誘導溫度;修正前之上述溫度控制順序包含連續之溫度控制步驟;對上述溫度控制步驟之各者,賦予上述誘導溫度之時間變化程式、與結束上述溫度控制步驟之條件。
上述方法中,可根據修正後之溫度控制順序、與藉由檢測部檢測之檢測溫度,而對加熱冷卻部之溫度進行反饋控制。
因此,根據上述方法,可對干擾進行穩定之溫度控制。
又,本發明之一態樣之溫度控制順序決定方法較佳為,對上述溫度控制步驟之各者,賦予每一上述溫度控制步驟之目標溫度、及選擇性地賦予使上述誘導溫度變化之變溫速度,於被賦予上述變溫速度之上述溫度控制步驟中,上述溫度控制部隨著該溫度控制步驟之開始,使上述誘導溫度藉由上述變溫速度而朝向上述目標溫度連續地變化,於未被賦予上述變溫速度之上述溫度控制步驟中,上述溫度控制部隨著該溫度控制步驟之開始,使上述誘導溫度朝向上述目標溫度階段狀地變化,進而,對上述溫度控制步驟之各者,賦予該溫度控制步
驟之經過時間、及選擇性地賦予觸發溫度,於被賦予上述觸發溫度之上述溫度控制步驟中,上述溫度控制部自上述檢測溫度達到上述觸發溫度而經過上述經過時間之後,結束該溫度控制步驟,於未被賦予上述觸發溫度之上述溫度控制步驟中,上述溫度控制部自開始執行上述溫度控制步驟而經過上述經過時間之後,結束該溫度控制步驟。
根據上述方法,可對溫度控制部賦予與熱硬化性材料之特性相應之適當之分佈之誘導溫度,故而可一方面抑制熱失控一方面縮短成型製程時間。
又,本發明之一態樣之溫度控制順序決定方法較佳為,將上述熱硬化性材料之硬化反應率取0.05以上且0.2以下之某值之時間點之上述熱硬化性材料之溫度設為凝膠化溫度,於上述修正步驟中,將上述溫度控制步驟中、包含上述溫度控制部之溫度成為上述凝膠化溫度之時間點之溫度控制步驟,於上述溫度控制部之溫成為上述凝膠化溫度之時間點以前之時間點分割成兩個溫度控制步驟,藉此修正上述溫度控制順序。
如上所述,藉由分割為必要最小限度之部分(時間)之步驟,使升溫速度降低(或使溫度降低),而使成型製程無需較長時間,故而可防止熱失控。
根據上述方法,於修正步驟中,將溫度控制步驟中、包含溫度控制部之溫度成為凝膠化溫度之時間點之溫度控制步驟,於溫度控制部之溫度成為凝膠化溫度之時間點以前之時間點分割成兩個溫度控制步驟,藉此修正溫度控制順序。如此分割溫度控制步驟,縮短包含於反應速度式之特性上最加速地推進硬化反應之凝膠化溫度之溫度控制步驟,藉此可縮短成為低升溫速度之時間。
又,本發明之一態樣之溫度控制順序決定方法較佳為,將上述熱硬化性材料之硬化反應率取0.05以上且0.2以下之某值之時間點之上
述熱硬化性材料之溫度設為凝膠化溫度,於上述修正步驟中,將上述溫度控制步驟中之包含上述溫度控制部之溫度成為上述凝膠化溫度之時間點之溫度控制步驟,於上述溫度控制部之溫度成為上述凝膠化溫度之時間點以後之時間點分割成兩個溫度控制步驟,藉此修正上述溫度控制順序。
根據上述方法,於修正步驟中,將溫度控制步驟中之包含溫度控制部之溫度成為凝膠化溫度之時間點之溫度控制步驟,於溫度控制部之溫度成為凝膠化溫度之時間點以後之時間點,分割成兩個溫度控制步驟,藉此修正溫度控制順序。如此分割溫度控制步驟,縮短包含於反應速度式之特性上最加速地推進硬化反應之凝膠化溫度之溫度控制步驟,藉此可縮短成為低升溫速度之時間。
又,本發明之一態樣之溫度控制順序決定方法較佳為,於上述修正步驟中,藉由針對上述溫度控制步驟中包含上述溫度控制部之溫度成為上述凝膠化溫度之時間點之溫度控制步驟,於未被賦予上述變溫速度之情形時,賦予較上述加熱冷卻部之加熱能力之極限值為低之值而修正上述溫度控制順序,於被賦予上述變溫速度之情形時,降低該變溫速度而修正上述溫度控制順序。
根據上述方法,於修正步驟中,藉由針對溫度控制步驟中包含溫度控制部之溫度成為凝膠化溫度之時間點之溫度控制步驟,於未被賦予變溫速度之情形時,賦予較加熱冷卻部之加熱能力之極限值為低之值而修正溫度控制順序,於被賦予變溫速度之情形時,降低該變溫速度而修正溫度控制順序。其結果為,可降低包含成為凝膠化溫度之時間點之溫度控制步驟中之熱硬化性材料之升溫速度,故而可容易地抑制熱硬化性材料之熱失控。
又,本發明之一態樣之溫度控制順序決定方法較佳為,於上述修正步驟中,針對上述溫度控制步驟中之包含上述溫度控制部之溫度
成為上述凝膠化溫度之時間點之溫度控制步驟,藉由降低上述目標溫度而修正上述溫度控制順序。
根據上述方法,於修正步驟中,針對溫度控制步驟中之包含溫度控制部之溫度成為凝膠化溫度之時間點之溫度控制步驟,藉由降低目標溫度而修正溫度控制順序。其結果為,可降低包含成為凝膠化溫度之時間點之溫度控制步驟中之熱硬化性材料之升溫速度,故而可容易地抑制熱硬化性材料之熱失控。
又,本發明之一態樣之溫度控制順序決定方法較佳為,於上述修正步驟中,針對1個以上之上述溫度控制步驟,藉由賦予與上述目標溫度不同之上述觸發溫度而修正上述溫度控制順序。
根據上述方法,於修正步驟中,藉由賦予與目標溫度不同之觸發溫度而修正溫度控制順序,因而在為了收斂而降低升溫、降溫速度之前轉移至下一個溫度控制步驟,可縮短成型製程時間。
又,本發明之一態樣之溫度控制順序決定方法較佳為,於上述修正步驟中,由1個以上之變數而構成變數群,該等1個以上之變數係特定上述溫度控制步驟之步驟編號、及該溫度控制步驟中之上述目標溫度、上述變溫速度或上述經過時間;構成按動作順序予以定序之選自複數個運算元候補中之運算元之評價函數,根據用以更新針對每一上述運算元規定之評價函數之更新條件而更新上述評價函數,以更新後之上述評價函數接近於極小之方式使上述變數群之值變化,藉此修正上述溫度控制順序。
上述方法中,於修正步驟中,藉由1個以上之變數而構成變數群,該1個以上之變數洗對溫度控制步驟之步驟編號、與該溫度控制步驟中之目標溫度、變溫速度或經過時間加以特定而成,構成按動作順序予以定序之選自複數個運算元候補中之運算元之評價函數。而且,根據用以更新針對每一運算元規定之評價函數之更新條件而更新
評價函數,以使更新後之評價函數接近於極小之方式使變數群之值變化。藉此,可使用更新後之評價函數接近於極小之變數群之值,來修正溫度控制順序。
因此,根據上述方法,使用者藉由將多種運算元候補自由地組合,而可製作靈活之最佳化指標,亦可設定即便對於熱硬化性材料之特性或外部環境之變動亦穩定之成型製程條件。又,根據上述方法,可實現電腦之溫度控制順序之自動最佳化。
本發明可較佳地利用於藉由控制由熱硬化性材料形成之對象物之溫度而成型之成型裝置。
1‧‧‧成型裝置
3‧‧‧溫度控制順序決定部(溫度控制順序決定裝置)
4‧‧‧溫度控制部
5‧‧‧傳熱部
6‧‧‧輸入部
31‧‧‧預測機構
32‧‧‧修正機構
41‧‧‧溫度控制機構
42‧‧‧加熱冷卻部
H‧‧‧熱硬化性材料
Claims (29)
- 一種溫度控制順序決定裝置,其特徵在於:其係適用於成型裝置且修正指定溫度控制部之動作之溫度控制順序者;該成型裝置包含:在與由熱硬化性材料形成之對象物之間進行熱交換之傳熱部;及控制自身或上述傳熱部之溫度之上述溫度控制部;且該溫度控制順序決定裝置包含:預測機構,其預測上述對象物之成型過程中之上述熱硬化性材料之溫度及硬化反應速度之時間推移;及修正機構,其根據藉由上述預測機構所預測之上述熱硬化性材料之溫度及硬化反應速度之時間推移,而修正上述溫度控制順序;上述預測機構包含:參數決定機構,其使用算出上述熱硬化性材料之硬化反應速度之下述數式1:
- 如請求項1之溫度控制順序決定裝置,其中上述參數決定機構:根據對上述熱硬化性材料之1組固定升溫速度條件下之示差掃描熱量測定之測定結果,決定上述總發熱密度Q;將對上述熱硬化性材料之2組以上之固定溫度條件下之示差掃描熱量測定之測定結果,針對各個上述固定溫度利用上述硬化 反應速度及上述發熱量之數式進行擬合,藉此決定上述反應參數m、n及針對各個上述固定溫度之下述數式3:
- 如請求項1或2之溫度控制順序決定裝置,其中上述修正機構係以上述熱硬化性材料之溫度與上述溫度控制部之溫度之差於各時間點成為10℃以下之方式,修正上述溫度控制順序。
- 如請求項1或2之溫度控制順序決定裝置,其中上述修正機構係以上述熱硬化性材料之硬化反應速度於各時間點成為0.1/秒以下之方式,修正上述溫度控制順序。
- 如請求項1或2之溫度控制順序決定裝置,其中上述修正機構係以上述溫度控制順序之結束時間點之上述熱硬化性材料之硬化反應率成為0.8以上之方式,修正上述溫度控制順序。
- 如請求項1之溫度控制順序決定裝置,其中上述溫度控制部進而包含:將自身進行加熱或冷卻之加熱冷卻部;及檢測上述傳熱部及上述加熱冷卻部之至少一者之溫度之檢測部;將藉由上述檢測部而檢測之上述傳熱部或上述加熱冷卻部之溫度作為檢測溫度,控制上述加熱冷卻部之輸出以將上述檢測溫度誘導為誘導溫度;修正前之上述溫度控制順序包含連續之溫度控制步驟;對上述溫度控制步驟之各者,賦予上述誘導溫度之時間變化 程式、與結束上述溫度控制步驟之條件。
- 如請求項6之溫度控制順序決定裝置,其中對上述溫度控制步驟之各者,賦予每一上述溫度控制步驟之目標溫度、及選擇性地賦予使上述誘導溫度變化之變溫速度;於被賦予上述變溫速度之上述溫度控制步驟中,上述溫度控制部隨著該溫度控制步驟之開始,使上述誘導溫度藉由上述變溫速度而朝向上述目標溫度連續地變化;於未被賦予上述變溫速度之上述溫度控制步驟中,上述溫度控制部隨著該溫度控制步驟之開始,使上述誘導溫度朝向上述目標溫度階段狀地變化;進而,對上述溫度控制步驟之各者,賦予該溫度控制步驟之經過時間、及選擇性地賦予觸發溫度;於被賦予上述觸發溫度之上述溫度控制步驟中,上述溫度控制部自上述檢測溫度達到上述觸發溫度起經過上述經過時間之後,結束該溫度控制步驟;於未被賦予上述觸發溫度之上述溫度控制步驟中,上述溫度控制部自開始上述溫度控制步驟起經過上述經過時間之後,結束該溫度控制步驟。
- 如請求項7之溫度控制順序決定裝置,其中將上述熱硬化性材料之硬化反應率取0.05以上且0.2以下之某值之時間點之上述熱硬化性材料之溫度設為凝膠化溫度;上述修正機構係將上述溫度控制步驟中、包含上述溫度控制部之溫度成為上述凝膠化溫度之時間點之溫度控制步驟,於上述溫度控制部之溫度成為上述凝膠化溫度之時間點以前之時間點分割成兩個溫度控制步驟,藉此修正上述溫度控制順序。
- 如請求項7之溫度控制順序決定裝置,其中將上述熱硬化性材料 之硬化反應率取0.05以上且0.2以下之某值之時間點之上述熱硬化性材料之溫度設為凝膠化溫度;上述修正機構係將上述溫度控制步驟中、包含上述溫度控制部之溫度成為上述凝膠化溫度之時間點之溫度控制步驟,於上述溫度控制部之溫度成為上述凝膠化溫度之時間點以後之時間點分割成兩個溫度控制步驟,藉此修正上述溫度控制順序。
- 如請求項8或9之溫度控制順序決定裝置,其中上述修正機構係針對上述溫度控制步驟中包含上述溫度控制部之溫度成為上述凝膠化溫度之時間點之溫度控制步驟,於未被賦予上述變溫速度之情形時,賦予較上述加熱冷卻部之加熱能力之極限值為低之值而修正上述溫度控制順序,於被賦予上述變溫速度之情形時,降低該變溫速度而修正上述溫度控制順序。
- 如請求項8或9之溫度控制順序決定裝置,其中上述修正機構係針對上述溫度控制步驟中包含上述溫度控制部之溫度成為上述凝膠化溫度之時間點之溫度控制步驟,藉由降低上述目標溫度而修正上述溫度控制順序。
- 如請求項7至9中任一項之溫度控制順序決定裝置,其中上述修正機構係針對1個以上之上述溫度控制步驟,藉由賦予與上述目標溫度不同之上述觸發溫度而修正上述溫度控制順序。
- 如請求項7之溫度控制順序決定裝置,其中上述修正機構:由1個以上之變數而構成變數群,該等1個以上之變數係特定上述溫度控制步驟之步驟編號、及該溫度控制步驟中之上述目標溫度、上述變溫速度或上述經過時間;構成按動作順序予以定序之選自複數個運算元候補中之運算元之評價函數;根據用以更新針對每一上述運算元規定之評價函數之更新條 件而更新上述評價函數,以更新後之上述評價函數接近於極小之方式使上述變數群之值變化,藉此修正上述溫度控制順序。
- 一種成型裝置,其特徵在於:其具備如請求項1、2、6至9、或13中任一項之溫度控制順序決定裝置。
- 一種程式,其係使電腦作為如請求項1、2、6至9、或13中任一項之溫度控制順序決定裝置所具備之各機構而動作。
- 一種記錄媒體,其記錄有如請求項15之程式且為電腦可讀取。
- 一種溫度控制順序決定方法,其特徵在於:其係適用於成型裝置且且修正指定溫度控制部之動作之溫度控制順序者;該成型裝置包含:在與由熱硬化性材料形成之對象物之間進行熱交換之傳熱部;及控制自身或上述傳熱部之溫度之上述溫度控制部;且該溫度控制順序決定方法包含:預測步驟,其預測上述對象物之成型過程中之上述熱硬化性材料之溫度及硬化反應速度之時間推移;及修正步驟,其根據藉由上述預測步驟所預測之上述熱硬化性材料之溫度及硬化反應速度之時間推移,而修正上述溫度控制順序;上述預測步驟包含:參數決定步驟,其使用算出上述熱硬化性材料之硬化反應速度之下述數式4:
- 如請求項17之溫度控制順序決定方法,其中於上述參數決定步 驟中,根據對上述熱硬化性材料之1組固定升溫速度條件下之示差掃描熱量測定之測定結果,決定上述總發熱密度Q;將對上述熱硬化性材料之2組以上之固定溫度條件下之示差掃描熱量測定之測定結果,針對各個上述固定溫度利用上述硬化反應速度及上述發熱量之數式進行擬合,藉此決定上述反應參數m、n及針對各個上述固定溫度之下述數式6:
- 如請求項17或18之溫度控制順序決定方法,其中於上述修正步驟中,以上述熱硬化性材料之溫度與上述溫度控制部之溫度之差於各時間點成為10℃以下之方式,修正上述溫度控制順序。
- 如請求項17或18之溫度控制順序決定方法,其中於上述修正步驟中,以上述熱硬化性材料之硬化反應速度於各時間點成為0.1/秒以下之方式,修正上述溫度控制順序。
- 如請求項17或18之溫度控制順序決定方法,其中於上述修正步驟中,以上述溫度控制順序之結束時間點之上述熱硬化性材料之硬化反應率成為0.8以上之方式,修正上述溫度控制順序。
- 如請求項17之溫度控制順序決定方法,其中上述溫度控制部進而包含:將自身進行加熱或冷卻之加熱冷卻部;及檢測上述傳 熱部及上述加熱冷卻部之至少一者之溫度之檢測部;將藉由上述檢測部而檢測之上述傳熱部或上述加熱冷卻部之溫度作為檢測溫度,控制上述加熱冷卻部之輸出以將上述檢測溫度誘導為誘導溫度;修正前之上述溫度控制順序包含連續之溫度控制步驟;對上述溫度控制步驟之各者,賦予上述誘導溫度之時間變化程式、與結束上述溫度控制步驟之條件。
- 如請求項22之溫度控制順序決定方法,其中對上述溫度控制步驟之各者,賦予每一上述溫度控制步驟之目標溫度、及選擇性地賦予使上述誘導溫度變化之變溫速度;於被賦予上述變溫速度之上述溫度控制步驟中,上述溫度控制部隨著該溫度控制步驟之開始,使上述誘導溫度藉由上述變溫速度而朝向上述目標溫度連續地變化;於未被賦予上述變溫速度之上述溫度控制步驟中,上述溫度控制部隨著該溫度控制步驟之開始,使上述誘導溫度朝向上述目標溫度階段狀地變化;進而,對上述溫度控制步驟之各者,賦予該溫度控制步驟之經過時間、及選擇性地賦予觸發溫度;於被賦予上述觸發溫度之上述溫度控制步驟中,上述溫度控制部自上述檢測溫度達到上述觸發溫度起經過上述經過時間之後,結束該溫度控制步驟;於未被賦予上述觸發溫度之上述溫度控制步驟中,上述溫度控制部自開始上述溫度控制步驟起經過上述經過時間之後,結束該溫度控制步驟。
- 如請求項23之溫度控制順序決定方法,其中將上述熱硬化性材料之硬化反應率取0.05以上且0.2以下之某值之時間點之上述熱 硬化性材料之溫度設為凝膠化溫度;於上述修正步驟中,將上述溫度控制步驟中、包含上述溫度控制部之溫度成為上述凝膠化溫度之時間點之溫度控制步驟,於上述溫度控制部之溫度成為上述凝膠化溫度之時間點以前之時間點分割成兩個溫度控制步驟,藉此修正上述溫度控制順序。
- 如請求項23之溫度控制順序決定方法,其中將上述熱硬化性材料之硬化反應率取0.05以上且0.2以下之某值之時間點之上述熱硬化性材料之溫度設為凝膠化溫度;於上述修正步驟中,將上述溫度控制步驟中、包含上述溫度控制部之溫度成為上述凝膠化溫度之時間點之溫度控制步驟,於上述溫度控制部之溫度成為上述凝膠化溫度之時間點以後之時間點分割成兩個溫度控制步驟,藉此修正上述溫度控制順序。
- 如請求項24或25之溫度控制順序決定方法,其中於上述修正步驟中,藉由針對上述溫度控制步驟中包含上述溫度控制部之溫度成為上述凝膠化溫度之時間點之溫度控制步驟,於未被賦予上述變溫速度之情形時,賦予較上述加熱冷卻部之加熱能力之極限值為低之值而修正上述溫度控制順序,於被賦予上述變溫速度之情形時,降低該變溫速度而修正上述溫度控制順序。
- 請求項24或25之溫度控制順序決定方法,其中於上述修正步驟中,針對上述溫度控制步驟中包含上述溫度控制部之溫度成為上述凝膠化溫度之時間點之溫度控制步驟,藉由降低上述目標溫度而修正上述溫度控制順序。
- 如請求項23至25中任一項之溫度控制順序決定方法,其中於上述修正步驟中,針對1個以上之上述溫度控制步驟,藉由賦予與 上述目標溫度不同之上述觸發溫度而修正上述溫度控制順序。
- 如請求項23之溫度控制順序決定方法,其中於上述修正步驟中,由1個以上之變數而構成變數群,該等1個以上之變數係特定上述溫度控制步驟之步驟編號、及該溫度控制步驟中之上述目標溫度、上述變溫速度或上述經過時間;構成按動作順序予以定序之選自複數個運算元候補中之運算元之評價函數;根據用以更新針對每一上述運算元規定之評價函數之更新條件而更新上述評價函數,以更新後之上述評價函數接近於極小之方式使上述變數群之值變化,藉此修正上述溫度控制順序。
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