JP5525912B2 - 樹脂成形品の変形原因部位特定方法及び変形不良抑制方法 - Google Patents

Description

本発明は、樹脂成形品を金型から取り出した後に発生する変形不良の原因となる収縮を生じる、樹脂成形品表面上の領域を特定する方法、及び金型から取り出した後の樹脂成形品の変形不良を抑えるための変形不良抑制方法に関する。

樹脂成形品は、金属や木材のような腐食がなく、安価で軽量である特徴を有するために、様々な分野で用いられている。また、リサイクルによって地球資源を節約するために、樹脂成形品の大部分は熱可塑性樹脂から形成されている。そして、圧縮成形、トランスファー成形、射出成形、押出成形、ブロー成形など種々の成形方法が用いられ、成形機及び金型構造の進歩により、複雑な形状の樹脂成形品も容易に成形できるようになっている。

特に射出成形による樹脂成形品の製造は、生産性が良好であったり、複雑な形状のものが容易に成形できたりすること等の利点があるため、工業製品から日用雑貨品にまで広い範囲で行われている。

射出成形用の金型から取り出した直後の樹脂成形品は高温である。樹脂成形品は取り出し後冷却されるが、この高温状態から低温状態への温度変化により樹脂成形品は変形する。この樹脂成形品の変形は、成形品全体を一様に変形させるものではない。このため、樹脂成形品に反り変形等の問題（以下、変形不良の問題という場合がある）が発生する。

このような変形不良を小さくするために樹脂成形品の変形解析が行われる。具体的には、樹脂成形部品の設計形状モデルから、成形条件、成形機、使用する樹脂材料の特性（物性）等に基づいて、解析ソフトを利用して解析が行なわれる（特許文献１）。

特開２００７−７１６７４号公報

特許文献１に記載されるような従来の変形解析を行っても、変形不良の原因となる位置の特定ができず、好適な成形条件の決定には、時間と手間がかかる。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、樹脂成形品を金型から取り出した後の変形不良の原因となる収縮を生じる樹脂成形品表面上の領域を容易に特定する方法を提供し、特定された領域の収縮挙動に基づいて好適な成形条件を決定し、変形不良を抑制する方法を提供することにある。

本発明者らは、以上の課題を解決するために鋭意研究を重ねた。その結果、金型から取り出した後の樹脂成形品表面の変位量の分布に基づいて収縮率の分布を導出する工程と、上記収縮率の分布に基づいて、周囲より収縮率の大きい領域を変形不良の原因となる収縮を生じる領域として特定する工程と、を備える方法であれば、上記課題が解決されることを見出し、本発明を完成するに至った。より具体的には、本発明は以下のものを提供する。

（１） 金型から取り出した後の樹脂成形品表面の変位量の分布に基づいて収縮率の分布を導出する工程と、前記収縮率の分布に基づいて、周囲より収縮率の大きい領域を変形不良の原因となる収縮を生じる領域として特定する工程と、を備える変形不良の原因特定方法。

（２） 前記収縮率の大きい領域は、収縮率が最も大きい領域である（１）の変形不良の原因特定方法。

（３） 金型から取り出した後の樹脂成形品の変形不良を抑える変形不良抑制方法であって、金型から取り出した後の樹脂成形品表面の収縮率の分布を導出する工程と、前記収縮率の分布に基づいて、周囲より収縮率の大きい領域を変形不良の原因となる収縮を生じる領域として特定する工程と、前記収縮率の大きい領域の収縮率を抑える成形条件を決定する工程と、を備える変形不良抑制方法。

（４） 前記収縮率の大きい領域は、収縮率が最も大きい領域である（３）に記載の変形不良抑制方法。

本発明によれば、樹脂成形品を金型から取り出した後に発生する変形不良の原因となる収縮を生じる樹脂成形品表面上の領域を容易に特定することができる。このように、変形不良の原因となる収縮を生じる位置が容易に決まるため、変形不良の原因となる領域の収縮量の変化を抑えるような成形条件も容易に決定することができ、変形不良を容易に抑制することができる。

（ａ）は不規則な斑点模様を備えた板状の樹脂成形品を示す図であり、（ｂ）は不規則な斑点模様を備える樹脂成形品の表面を複数の領域に分割した状態を示す図であり、（ｃ）は（ｂ）に示す複数の領域の一部の拡大図を示す図である。 （ａ）は撮影手段により樹脂成形品の変形を測定する様子を示す図であり、（ｂ）は変形後の樹脂成形品を示す図であり、（ｃ）は変形前の樹脂成形品の拡大図を示す図であり、（ｄ）は変形後の樹脂成形品の拡大図を示す図である。 実施例１で用いた樹脂成形品を示す図である。 実施例１の樹脂成形品の収縮率分布の結果を示す図である。 実施例１の樹脂成形品の変形状態を示す図である。

以下、本発明の実施形態について詳細に説明するが、本発明は、以下の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の目的の範囲内において、適宜変更を加えて実施することができる。なお、説明が重複する箇所については、適宜説明を省略する場合があるが、発明の要旨を限定するものではない。

＜変形不良の原因特定方法＞
本発明の変形不良の原因特定方法は、金型から取り出した後の樹脂成形品表面の変位量の分布に基づいて収縮率の分布を導出する工程（以下、「第一工程」という場合がある）と、前記収縮率の分布に基づいて、周囲より収縮率の大きい領域を変形不良の原因となる収縮を生じる領域として特定する工程（以下、「第二工程」という場合がある）と、を備える。以下、各工程について説明する。

［第一工程］
第一工程は、樹脂成形品の表面を複数の領域に分け、樹脂成形品を金型から取り出した後の各領域の変位量に基づいて収縮率の分布を測定する工程である。

樹脂成形品を成形するための樹脂材料は、特に限定されず従来公知の樹脂材料を用いることができる。また、複数の樹脂材料をブレンドした樹脂混合物も上記樹脂材料に含まれる。さらに、樹脂に対して核剤、カーボンブラック、無機焼成顔料等の顔料、酸化防止剤、安定剤、可塑剤、滑剤、離型剤及び難燃剤等の添加剤を添加して、所望の特性を付与した樹脂材料も含まれる。

樹脂成形品の形状も特に限定されず、どのような形状の樹脂成形品に対しても本発明を適用することができる。本発明で改善を目的とする反り変形等の変形不良は、偏肉成形品の場合に問題となりやすい。偏肉成形品は、一成形品内に厚肉部と薄肉部を備えるが、厚肉部と薄肉部とでは異なる変形挙動になりやすいからである。本発明はこのような偏肉成形品の変形不良の改善に最適である。

以下、収縮率分布の導出の一例について説明する。例えば、収縮率分布の測定は以下の方法で行うことができる。
不規則な模様を備える樹脂成形品の表面を複数の領域に分割し、一領域を一図柄として各領域の図柄の変形から各領域間の変位量を測定し、この変位量に基づいて収縮率分布を導出することができる。

「不規則な模様」とは、不規則な斑点模様、筋状模様、マーブル模様、皮革状模様等が挙げられる。また、模様は平面的な模様、立体的な模様のいずれであってもよい。また、模様を付す方法は特に限定されず、スプレーで模様を付す方法等が挙げられる。

「複数の領域に分割」について、図を用いて説明する。図１（ａ）には、板状の樹脂成形品１が示され、この樹脂成形品１は斑点模様１１を有する。図１（ｂ）には、板状の樹脂成形品１の表面が複数の領域１２に分割された様子が示されている。

「一領域を一図柄」とは、図１（ｃ）に示すように、各領域１２内の斑点模様１１をそれぞれ全体として一つの図柄とした場合に、分割された各領域１２が実質的に全て異なる図柄として認識されることを意味する。つまり、図１（ｃ）に示すように領域Ａの図柄と領域Ｂ、Ｃ、Ｄの図柄が全て異なることを意味する。

次いで、変位量の測定について説明する。以下のようにして、複数領域で変位量を求めることで変位量の分布を導出することができる。そして、導出された変位量分布から収縮率分布を導出することができる。変位量の測定は、上記領域の図柄間の変位量、図柄の変位量等から導出することができる。変位量の測定方法は特に限定されないが、樹脂成形品に測定器具等を接触させずに測定することが好ましい。樹脂成形品に測定器具を接触させると、接触のための接着剤等の影響で変形量が正確に測定できない場合があるからである。

非接触で変位量を測定する方法は特に限定されないが、非接触で変位量を測定する方法の一例を、図２（ａ）、（ｂ）に示す。

図２（ａ）には不規則な斑点模様を有する樹脂成形品２が撮影手段３に撮影される様子を示している。図２（ａ）に示す樹脂成形品２は、金型から取り出した直後で、ほとんど収縮していない状態にある。撮影手段３は変位量を測定するためのものであるが、このようにＣＣＤカメラ等の撮影手段を用いて変位量を測定する方法が好ましい。ＣＣＤカメラ等の撮影手段を用いる方法であれば、変位量を正確に測定しやすいからであり、さらに、カメラの撮影領域を広げることで大きな変位量を容易に測定することができ、また、カメラの撮影範囲を所定の倍率で拡大することで、小さな変位量も容易に測定することができる。つまり、変位量が小さい場合にも撮影範囲を拡大して、何度かに分けて変位量を測定することで、容易且つ正確に全体の変位量分布を導出できる。その結果、容易且つ正確に収縮率分布も得ることができる。

図２（ｂ）には、金型から取り出した後の冷却による収縮後の樹脂成形品２を示す。全体としてＸ方向にΔＸ、Ｙ方向にΔＹ収縮する。樹脂成形品２が全体的にほとんど一様に収縮する場合には、このように大きな領域の変位量を求めればよいが、実際には、樹脂成形品内で変位量、変形方向は様々である場合が非常に多い。

図２（ｃ）には、図１（ｃ）と同様の図であり、変形前の樹脂成形品の拡大図を示す。即ち、金型から取り出した直後で、ほとんど収縮していない状態が図２（ｃ）に示されている。図２（ｄ）には、金型から取り出した後の冷却による収縮後の図２（ｃ）と同じ位置の樹脂成形品の拡大図が示されている。

図２（ｃ）に示すように、収縮前の隣り合う領域間（領域Ｂと領域Ｃとの間）の距離がＸ_Ａであるとする。図２（ｄ）に示すように、収縮後に上記領域間の距離がＸ_Ａ’になったとする。このとき変位量は（Ｘ_Ａ−Ｘ_Ａ’）であり、収縮率は｛（Ｘ_Ａ−Ｘ_Ａ’）／Ｘ_Ａ｝×１００（％）である。各領域間の収縮率も同様に測定することで、収縮率分布を導出することができる。

なお、収縮率分布を導出する際には、上記のような領域間の距離を用いる方法に限定されない。また、上記のような細かい領域に分割するのは、局所的な変位量を測定するためであり、局所的な樹脂成形品表面の変位量を測定する方法であれば、どのような方法でも好ましく採用することができる。

なお、模様を有さない樹脂成形品に対しても、本発明を適用することができる。模様を有さない樹脂成形品の場合には、成形後に模様を付す必要がある。金型から取り出した直後から収縮が始まるため、模様は金型内で成形と同時に付する方法や、金型から取り出し直後に樹脂成形品に模様を付すことが好ましい。

なお、模様のパターンが認識できる様に領域を設定すれば解析は行える。このため、斑点が大きくても、その分領域を大きく設定すれば問題はない。したがって、最適な模様の大きさは領域の大きさによって変わる。即ち、斑点の大きさに合わせて領域を設定することになる。また、領域間の距離が短くなるように樹脂成形品の表面を分割し複数の領域に分けることで、より精度の高い測定が可能になる。ＣＣＤカメラ等の撮影手段を用いて測定を行う場合、撮影領域を拡大して撮影する、画素の高いカメラに変更する等して領域間の距離を短くすることができ、精度の高い測定が可能になる。

上記のような、ＣＣＤカメラを用い、斑点模様を付した変形量の測定は、例えば、デジタル３Ｄ−コリレーションシステムＶＩＣ−３Ｄ（Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ社製）を用いて行うことができる。

［第二工程］
第二工程では、上記第一工程で導出した収縮率分布に基づいて、周囲より収縮率の大きい領域を変形不良の原因となる収縮を生じる領域として特定する。局所的に収縮率が大きい箇所があると、この箇所が変形不良の原因になる。収縮率の大きい箇所が必ずしも変形が大きいとは限らないが、本発明の第一工程によれば、変形不良の原因となる局所的に収縮率の大きい箇所を容易に特定することができる。

また、最も収縮率が大きくなる領域は、変形不良の大きな原因となりやすいが、本発明によれば、最も収縮率が大きくなる位置も容易に特定することができる。

＜変形不良抑制方法＞
本発明の変形不良抑制方法は、上記収縮率分布より確認した局所的に収縮率が大きくなる箇所の収縮を抑える成形条件を導出する。局所的に収縮率が大きくなる箇所の位置、変位量に基づいて、成形条件を決定する。ここで、成形条件には、成形装置の設定条件等の一般的な成形条件に加え、樹脂成形品の形状の条件も含む。

例えば、無充填樹脂材料を成形してなる樹脂成形品の場合には、樹脂成形品の形状（肉厚部、薄肉部の位置、薄肉部の割合）、金型内での温度分布、圧力分布が樹脂成形品の反り等の変形に大きく影響する。したがって、特に、無充填樹脂材料の場合には、樹脂成形品の形状を検討することにより、樹脂成形品の変形を抑えることができる。なお、無充填樹脂材量とは、ガラス繊維等の強化用無機充填剤を含まない樹脂材料を指す。

上記無充填樹脂材量を成形してなる樹脂成形品に発生する反り等の変形を解消するために樹脂成形品の形状を検討する場合には、収縮率が大きい箇所をより薄肉にする変更、収縮率が大きい箇所の周囲を厚肉にする変更、収縮率が大きい箇所のみ金型の冷却を強化する変更等の成形条件の変更を行えば、変形不良が解消する傾向にある。

また、一度の成形条件の変更では、変形不良が解消しない場合がある。一つの変形不良の原因の解消が全体に反映されない場合も多いからである。このため、成形条件の変更を何度か行い、各成形品での局所的に収縮率が大きくなる箇所、変位量から好適な成形条件を考察することで、容易に変形不良の生じない成形条件を決定することができる。

以下に、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。

＜樹脂材料＞
無充填ポリアセタール樹脂：ジュラコンＭ９０−４４（ポリプラスチックス社製）

＜実施例１＞
図３に示すような形状、寸法の樹脂成形品を射出成形法により作製した。上記樹脂成形品を金型から取り出し後５秒以内に、樹脂成形品に対して顔料インクを噴霧し、樹脂成形品の表面に不規則な斑点模様を付した。

デジタル３Ｄ−コリレーションシステムＶＩＣ−３Ｄ（Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ社製）を用い、樹脂成形品表面を複数の領域に分割し、この複数の領域を用い、局所的な変位量を測定し、収縮率分布を導出した。測定時間は樹脂成形品を金型から取り出した後５分間である。なお、瞬時に樹脂成形品の表面を複数の領域に分割することができ、複数の領域に分割すると同時に変形量の測定を開始できるため、実質的な測定時間は模様を付した後５分間である。

上記のようにして得られた収縮率分布を図４（ａ）に示した。さらに実際の変形状態を示す図を図５（ａ）に示した。図４（ａ）に記載の結果から明らかなようにリブ部分では平均で１．５％の収縮率であり、ベース部分では平均で０．７７％の収縮率になり、リブ部分の収縮率とベース部分の収縮率との間に大きな差があることが確認された。この結果からリブ部分の厚みが分厚いことが変形不良の原因として推測された。

［成形条件の変更１］
リブ部分の厚みが原因となり、変形不良が生じていると推測されたため、以下の形状に変更した。
リブの厚みを２ｍｍｔ、ベースの厚みを４ｍｍｔに変更した以外は上記樹脂成形品と同様の方法で、収縮率分布を得た。得られた収縮率分布を図４（ｂ）に示した。また、実際の変形状態を示す図を図５（ｂ）に示した。図４（ｂ）に記載の結果から明らかなように、リブ部分では平均で０．４８％の収縮率であり、ベース部分では平均で１．０３％の収縮率になり、リブ部分の収縮率とベース部分の収縮率との間に大きな差があることが確認された。この結果からベース部分の厚みが分厚いことが変形不良の原因として推測された。

［成形条件の変更２］
ベース部分が均一に分厚い場合に変形不良が生じると推測されたため、以下の形状に変更した。リブの厚みを２ｍｍｔ、ベースの厚みを連続的に変化する厚みに変更した以外は上記樹脂成形品と同様の方法で、収縮率分布を得た。連続的に変化とは、Ｙ方向に厚みが２ｍｍｔから６ｍｍｔまで変化する（Ｙ＝０が２ｍｍｔ）。得られた収縮率分布を図４（ｃ）に示した。また、実際の変形状態を示す図を図５（ｃ）に示した。図４（ｃ）に記載の結果から明らかなように、ベース部分の厚みが２ｍｍｔの付近では平均で０．５２％の収縮率であり、厚みが６ｍｍｔ付近のベース部分では平均で１．３２％の収縮率になり、ベース部分の薄肉部の収縮率とベース部分の厚肉部の収縮率との間に大きな差があることが確認された。この結果からベース部分の肉厚が連続的に変化することが変形不良の原因と推測された。

［成形条件の変更３］
以上の結果と判断し、リブの厚みを２ｍｍｔ、ベースの厚みを２ｍｍｔに変更した。樹脂成形品の作製以降は上記のものと同様にして、収縮率分布を求めた。得られた収縮率分布を図４（ｄ）に示した。また、実際の変形状態を示す図を図５（ｄ）に示した。図４（ｄ）に記載の結果から明らかなように、リブ部分では平均で０．６２％の収縮率であり、ベース部分では平均で０．５６％の収縮率になり、リブ部分の収縮率とベース部分の収縮率との間にほとんど差が無いことが確認された。図５（ｄ）に示す通り樹脂成形品はほとんど変形しなかった。

１、２ 樹脂成形品
１１ 斑点模様
１２ 領域
３ 撮影手段

Claims (4)

1. 金型から取り出した後の樹脂成形品表面に不規則な模様を付し、前記不規則な模様を備える樹脂成形品の表面を複数の領域に分割し、一領域を一図柄として各領域の図柄の変形から各領域間の変位量を測定し、この変位量の分布に基づいて収縮率の分布を導出する工程と、
   前記収縮率の分布に基づいて、周囲より収縮率の大きい領域を、変形不良の原因となる収縮を生じる領域として特定する工程と、を備える変形不良の原因特定方法。
2. 前記収縮率の大きい領域は、収縮率が最も大きい領域である請求項１の変形不良の原因特定方法。
3. 金型から取り出した後の樹脂成形品の変形不良を抑える変形不良抑制方法であって、
   金型から取り出した後の樹脂成形品表面に不規則な模様を付し、前記不規則な模様を備える樹脂成形品の表面を複数の領域に分割し、一領域を一図柄として各領域の図柄の変形から各領域間の変位量を測定し、この変位量の分布に基づいて収縮率の分布を導出する工程と、
   前記収縮率の分布に基づいて、周囲より収縮率の大きい領域を変形不良の原因となる収縮を生じる領域として特定する工程と、
   前記収縮率の大きい領域の収縮率を抑える成形条件を決定する工程と、を備える変形不良抑制方法。
4. 前記収縮率の大きい領域は、収縮率が最も大きい領域である請求項３に記載の変形不良抑制方法。

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