繊維強化樹脂射出成形品の固有振動数の推定方法
【課題】射出成形によって得られる繊維強化樹脂射出成形品の固有振動数を理論モード解析によって推定できる解析方法を提供する。
【解決手段】繊維強化樹脂射出成形品の固有振動数の推定方法であって、前記推定方法が、前記繊維強化樹脂射出成形品の樹脂流動解析を実行して、前記繊維強化樹脂射出成形品の弾性パラメータ及び繊維配向パラメータを算出するステップＩ、前記ステップＩで算出した弾性パラメータ及び繊維配向パラメータを、前記繊維強化樹脂射出成形品の理論モード解析に導入して、前記理論モード解析を実行して、固有振動数の算出値を得るステップＩＩを含む繊維強化樹脂射出成形品の固有振動数の推定方法。
【解決手段】繊維強化樹脂射出成形品の固有振動数の推定方法であって、前記推定方法が、前記繊維強化樹脂射出成形品の樹脂流動解析を実行して、前記繊維強化樹脂射出成形品の弾性パラメータ及び繊維配向パラメータを算出するステップＩ、前記ステップＩで算出した弾性パラメータ及び繊維配向パラメータを、前記繊維強化樹脂射出成形品の理論モード解析に導入して、前記理論モード解析を実行して、固有振動数の算出値を得るステップＩＩを含む繊維強化樹脂射出成形品の固有振動数の推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維強化樹脂射出成形品の固有振動数の推定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車分野を中心に、物品の軽量化の要請は技術開発の中心的課題の１つであり、物品中の金属部品の樹脂部品代替化又は物品用部品の樹脂化が進められており、繊維強化樹脂射出成形品は代表的な樹脂部品として知られている。
一方、物品用部品の軽量化に伴い、モーター等の駆動による樹脂部品への振動負荷の増大に伴う、耐震性の低下、振動に伴う騒音の発生等が問題とならないことが要請されている。
このような樹脂部品の振動に対する挙動を解析して、樹脂部品の構造設計する場合に、樹脂部品の固有振動数を実験的に求める実験モード解析がしばしば行われる（例えば、非特許文献１）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】積層複合材料を用いた偏平パネルの構造設計（実験モード解析法による積層パラメータ同定）釧路工業高等専門学校紀要４１号７−１２頁
【非特許文献２】Ｊｅｆｆｅｒｙ Ｇ．Ｂ．，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ Ｒｏｙａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ，Ａ１０２，１６１（１９２２）
【非特許文献３】Ｆｏｌｇｅｒ，Ｆ．Ｐ． ａｎｄ Ｃ．Ｌ．Ｔｕｃｋｅｒ，Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅ Ｐｌａｓｔｉｃ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ， ３， ９８（１９８４）
【非特許文献４】Ｇ．Ｐ．ＴＡＮＤＯＮ ａｎｄ Ｇ．Ｊ．ＷＥＮＧ：Ｔｈｅ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ Ａｓｐｅｃｔ Ｒａｔｉｏ ｏｆ Ｉｎｃｌｕｓｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ Ｅｌａｓｔｉｃ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｕｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｌｙ Ａｌｉｇｎｅｄ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ， Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ， Ｖｏｌ． ５， Ｎｏ．４ ｐ．３２７−３３３（１９８４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、繊維強化樹脂射出成形品を製造して実験モード解析を行うことは、正確な固有振動数を算出きる一方で、時間と労力を要するので、理論モード解析によって効率的、かつ、正確に固有振動数を算出できることが望ましい。
【０００５】
本発明は、射出成形によって得られる繊維強化樹脂射出成形品の固有振動数を理論モード解析によって推定できる解析方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、
（１）繊維強化樹脂射出成形品の固有振動数の推定方法であって、
前記推定方法が、
前記繊維強化樹脂射出成形品の樹脂流動解析を実行して、
前記繊維強化樹脂射出成形品の弾性パラメータ及び繊維配向パラメータを算出するステップＩ、
前記ステップＩで算出した弾性パラメータ及び繊維配向パラメータを、
前記繊維強化樹脂射出成形品の理論モード解析に導入して、
前記理論モード解析を実行して、
固有振動数の算出値を得るステップＩＩを含む繊維強化樹脂射出成形品の固有振動数の推定方法、及び
（２）繊維強化樹脂射出成形品の製造方法であって、
前記（１）記載の繊維強化樹脂射出成形品の固有振動数の推定方法で繊維強化樹脂射出成形品の固有振動数を算出する工程を含む繊維強化樹脂射出成形品の製造方法
である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、射出成形によって得られる繊維強化樹脂射出成形品の固有振動数を理論モード解析によって推定できる解析方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】繊維強化樹脂射出成形品の斜視図
【図２】繊維強化樹脂射出成形品の寸法（単位ｍｍ）
【図３】繊維強化樹脂射出成形品の１点ゲート位置
【図４】繊維強化樹脂射出成形品の３点ゲート位置
【図５】ハンマリング試験の加振点と測定部位
【図６】実施例の強化樹脂射出成形品の樹脂流動解析における有限要素法に基づく要素分割
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の推定方法は、繊維強化樹脂射出成形品の樹脂流動解析を実行して、
前記繊維強化樹脂射出成形品の弾性パラメータ及び繊維配向パラメータを算出するステップＩを含む。
本発明の推定方法は、ステップＩで、繊維強化樹脂射出成形品の弾性パラメータと繊維の配向状態を反映する繊維配向パラメータを算出して、これらのパラメータを、後述するステップＩＩにおける理論モード解析に導入して、繊維強化樹脂射出成形品の固有振動数を算出する点に特徴を有する。
【００１０】
本発明の推定方法における繊維強化樹脂射出成形品は、実際に製造した繊維強化樹脂射出成形品でもよいし、射出成形条件と材料の物性を指定することによってモデル化された仮想的な繊維強化樹脂射出成形品でもよい。
これらの場合、本発明の推定方法で算出された固有振動数を有する繊維強化樹脂射出成形品をモデルにして、より効果的に、実際に開発可能な繊維強化樹脂射出成形品を設計して製造することができる。
【００１１】
具体的には、繊維強化樹脂射出成形品の固有振動数が予測できれば、共振での破壊回避等、効果的に振動、音対策が可能となる。例えば、繊維強化樹脂射出成形品のある振動モードで最も振幅が大きい部位に対し、板厚増し等の剛性を上げるとか金具で固定する等の具体的対策を行うことで、振幅を抑制し振動問題を解決した繊維強化樹脂射出成形品を設計して製造することができる。
【００１２】
即ち、本発明は、繊維強化樹脂射出成形品の製造方法であって、本発明の繊維強化樹脂射出成形品の固有振動数の推定方法で繊維強化樹脂射出成形品の固有振動数を算出する工程を含む繊維強化樹脂射出成形品の製造方法を開示する。
【００１３】
ステップＩは、好ましくは、
樹脂流動解析モデルを入力するステップＩ−１、及び
前記繊維強化樹脂射出成形品について有限要素法に基づく要素分割、及び、
樹脂流動解析モデルに対する境界条件として、前記繊維強化樹脂射出成形品の製造時の射出条件並びに樹脂流動ゲートの種類
を入力して前記樹脂流動解析を実行するステップＩ−２
を含む。
【００１４】
ステップＩ−１における樹脂流動解析モデルは、繊維強化樹脂射出成形品の射出成形条件、射出成形する樹脂組成物の樹脂及び繊維の種類及び物性等に応じて、適したモデルを選択できるが、
Ｔａｎｄｏｎ−Ｗｅｎｇマイクロメカニクスモデルを、弾性パラメータを算出するためのモデルとして、
希薄溶液中の楕円体配向挙動の予測モデルであるＪｅｆｆｅｒｙモデル（非特許文献２）を高濃度状態に拡張したＦｌｏｇｅｒ−Ｔｕｃｋｅｒモデルを、繊維配向パラメータを算出するためのモデルとして採用することが好ましい。
【００１５】
ステップＩ−２における有限要素法に基づく要素分割は、繊維強化樹脂射出成形品の形状及び大きさに応じて適した要素分割が選択される。
【００１６】
ステップＩ−３で入力する射出条件としては、樹脂温度（℃）、金型温度（℃）、射出速度（ｍｍ／ｓ）、保持圧力（ＭＰａ）、保圧時間（秒）及び冷却時間（秒）が好ましく挙げられる。
【００１７】
ステップＩ−２における樹脂流動ゲートは、繊維強化樹脂射出成形品の形状及び大きさに応じて、射出成形時の樹脂の流動状態が適切にモデル化されるように選択される。
例えば、単純な直方体で近似できる形状で、小型の繊維強化樹脂射出成形品であれば、１点ゲートを選択できる場合があり、複雑な形状で、大型の繊維強化樹脂射出成形品であれば、複数のゲートを選択することが好ましい。
【００１８】
樹脂流動解析は、現在では、様々な市販の解析ソフトウェア（例えば、
樹脂流動解析ソフトウェア３Ｄ ＴＩＭＯＮ（東レエンジニアリング社製）、
樹脂射出成形用流動解析ソフトウェアＭｏｌｄｅｘ３Ｄ（セイロジャパン社製）、
樹脂流動解析ソフトウェアＭｏｌｄｆｌｏｗ Ｉｎｓｉｇｈｔｓ ２０１０（Ａｕｔｏｄｅｓｋ社製）等を利用できるが、
デファクトスタンダードの観点から、
樹脂流動解析ソフトウェアＭｏｌｄｆｌｏｗ Ｉｎｓｉｇｈｔｓ ２０１０（Ａｕｔｏｄｅｓｋ社製）によって実行することが好ましい。
【００１９】
また、後述するステップＩＩにおける理論モード解析には、振動特性への繊維配向影響を反映させる観点から、ステップＩの樹脂流動解析を実行して、
弾性パラメータとして、
ＭＤ方向の弾性率Ｅ１、ＴＤ方向の弾性率Ｅ２、ポアソン比ν、及び、
せん断弾性率τ１２、τ２３並びにτ３１を算出し、
繊維配向パラメータとして、ＭＤ方向角度θを算出することが好ましい。
【００２０】
本発明の推定方法は、ステップＩで算出した弾性パラメータ及び繊維配向パラメータを、
前記繊維強化樹脂射出成形品の理論モード解析に導入して、
前記理論モード解析を実行して、
固有振動数の算出値を得るステップＩＩを含む。
【００２１】
ステップＩＩは、好ましくは、
前記ステップＩで算出された弾性パラメータ及び繊維配向パラメータを入力するステップステップＩＩ−１、及び
前記繊維強化樹脂射出成形品について有限要素法に基づく要素分割を入力して前記理論モード解析を実行するステップＩＩ−２
を含む。
【００２２】
ステップＩで算出された弾性パラメータ及び繊維配向パラメータは、例えば、後述する構造解析ソフトウェアＮＸ Ｎａｓｔｒａｎを使用する場合、
弾性パラメータとして、
ＭＤ方向の弾性率Ｅ１、ＴＤ方向の弾性率Ｅ２、ポアソン比ν、及び、
せん断弾性率τ１２、τ２３並びにτ３１を、
繊維配向パラメータとして、ＭＤ方向角度θを入力することが好ましい。
【００２３】
ステップＩＩ−２における有限要素法に基づく要素分割は、繊維強化樹脂射出成形品の形状及び大きさに応じて適した要素分割が選択される。
【００２４】
理論モード解析は、現在では、様々な市販の構造解析ソフトウェア（例えば、
汎用非線形構造解析ソフトウェアＭａｒｃ（ＭＳＣ Ｓｏｆｔｗａｒｅ社製）、
構造解析ソフトウェアＡＮＳＹＳ（ＡＮＳＹＳ社製）、
汎用非線形有限要素解析ソフトウェアＡＢＡＱＵＳ（ＳＩＭＵＬＩＡ社製）、
構造解析ソフトウェアＮＸ Ｎａｓｔｒａｎ（シーメンス社製）等を利用できるが、
デファクトスタンダードの観点から、
構造解析ソフトウェアＮＸ Ｎａｓｔｒａｎ（シーメンス社製）によって実行することが好ましい。
【００２５】
本発明の推定方法の対象となる繊維強化樹脂射出成形品は、通常使用されるエンジニアリングプラスチック用の熱可塑性樹脂と繊維強化樹脂に使用される繊維を含む樹脂組成物を射出成形して得ることができるが、比較的安価で入手しやすく自動車部品でも多用されている観点から、ポリアミド樹脂及びガラス繊維を含むポリアミド樹脂組成物を射出成形して得られるものが好ましい。
【実施例】
【００２６】
〔繊維強化樹脂射出成形品〕
繊維強化樹脂射出成形品（図１）を、下記繊維強化樹脂組成物を、下記条件で射出成形して試験片として製造した。
（１）繊維強化樹脂組成物：ガラス繊維強化ナイロン(ガラス３０％含有）（宇部興産株式会社製）
（２）射出成形機：品名 ＭＤ１００（(株）ニイガタマシンテク社製）
（３）繊維強化樹脂成形品の寸法（図２）：
幅３１ｍｍ、長さ２５０ｍｍ、厚み２．５ｍｍ
（４）射出条件：
樹脂温度２７５℃、金型温度５５℃、射出速度８０ｍｍ／ｓ、
保持圧力３５ＭＰａ、保圧時間１０ｓｅｃ、冷却時間２０ｓｅｃ
（５）樹脂流動ゲートの種類：１点ゲートと３点ゲートの２種類を製造した。
１点ゲートは、図３に示される射出成形型枠の長さ方向の端部で幅方向の中央部を、
３点ゲートは、図４に示される射出成形型枠の幅方向の端部で長さ方向の側部の３箇所を射出点とする。
【００２７】
〔ステップＩ〕
繊維強化樹脂射出成形品について、射出成形解析ソフトウェアＡｕｔｏｄｅｓｋ Ｍｏｌｄｆｌｏｗ Ｉｎｓｉｇｈｔｓ ２０１０を使用して、以下の条件を選択又は入力して下記弾性パラメータ及び繊維配向パラメータを算出した。
【００２８】
樹脂流動解析モデルとして、
弾性パラメータを算出するためのＴａｎｄｏｎ−Ｗｅｎｇマイクロメカニクスモデル、及び、繊維配向パラメータを算出するためのＦｌｏｇｅｒ−Ｔｕｃｋｅｒモデルを採用した。
繊維強化樹脂射出成形品についての有限要素法に基づく要素分割として、３節点三角形要素を使用し、要素数９３４２、節点数４７９３の条件で行った。
各要素を厚み方向に２０層の分割定義を行い、計算モデルを適用して層ごとの物性値を算出した。各要素に対して、厚み方向に対して均一としたものと力学的に等価となるよう、各層の物性値を重み付け平均して、等価物性値を算出した（図６）。
【００２９】
解析モデルに対して、境界条件となる射出条件として、
樹脂温度２７５℃、金型温度５５℃、射出速度８０ｍｍ／ｓ、
保持圧力３５ＭＰａ、保圧時間１０ｓｅｃ、冷却時間２０ｓｅｃ
樹脂流動ゲートの種類（１点ゲート又は３点ゲート）
を、樹脂流動解析ソフトウェアに入力し、９３４２の要素毎に、弾性及び繊維配向パラメータとして、
流れ方向弾性率：Ｅ１、ＴＤ方向弾性率：Ｅ２、ポアソン比：ν
せん断弾性率：τ１２、τ２３、τ３１、流れ方向角度：θ
を算出した。
【００３０】
なお、流れ方向角度とは、要素座標のＸ軸からの流れ方向の角度を表す。
図６においては、９３４２の要素のそれぞれは節点（例えば、節点１２１、２３４、４５６）で構成されており、節点１２１→２３４方向がＸ軸、それに直交するようにＹ軸が設定されて、要素座標となる。
【００３１】
〔ステップＩＩ〕
上記ステップＩで算出された弾性パラメータと繊維配向パラメータとを導入して、構造解析ソフトウェアＮＸ Ｎａｓｔｒａｎを使用して、繊維強化樹脂射出成形品（１点ゲート品及び３点ゲート品）の固有振動数を算出した。
【００３２】
繊維強化樹脂射出成形品についての有限要素法に基づく要素分割として、６節点三角形要素を使用し、要素数９３４２、節点数１８，９２７の条件で行った。
【００３３】
上記要素分割の設定の下で、表１の各パラメータの値を入力して、上記構造解析ソフトウェアで算出した１点ゲート試験片及び３点ゲート試験片の各モードに対応する固有振動数として表１の値を得た。
【００３４】
〔実験モード解析〕
上記ステップＩ及びＩＩを実行して算出された固有振動数を、実験モード解析によって算出される固有振動数と比較した。
繊維強化樹脂射出成形品について、以下の条件でハンマリング試験を行った。
周波数１つの計測点に対して、加振点（ＨＩＴ ＰＯＩＮＴ）Ａ〜Ｃを打撃し周波数伝達関数（以下、ＦＲＦともいう）を計測後、次の計測点の加速度計を移動させる加速度計移動方式を採用した（図５）。
加速度計の信号はＦＦＴアナライザ（ＬＭＳ社製Ｐｉｍｅｎｔ）を用いて周波数分析した。
【００３５】
樹脂の吸水による弾性率変化の影響を排除するため、試験片は成形品の水分率が０重量％となるようにハンマリング試験前に繊維強化樹脂成形品を乾燥した。
【００３６】
実験モード解析により得られた各モードに対応する固有振動数として表１の値を得た。
【００３７】
【表１】
【００３８】
表２に示される結果から、本発明の推定方法によれば、繊維強化樹脂射出成形品について、その射出成形条件と、樹脂流動解析から算出される弾性パラメータ及び繊維配向パラメータとを導入した理論モード解析を行うことによって、実験モード解析と同様の精度で繊維強化樹脂射出成形品の固有振動数を算出できることがわかる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維強化樹脂射出成形品の固有振動数の推定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車分野を中心に、物品の軽量化の要請は技術開発の中心的課題の１つであり、物品中の金属部品の樹脂部品代替化又は物品用部品の樹脂化が進められており、繊維強化樹脂射出成形品は代表的な樹脂部品として知られている。
一方、物品用部品の軽量化に伴い、モーター等の駆動による樹脂部品への振動負荷の増大に伴う、耐震性の低下、振動に伴う騒音の発生等が問題とならないことが要請されている。
このような樹脂部品の振動に対する挙動を解析して、樹脂部品の構造設計する場合に、樹脂部品の固有振動数を実験的に求める実験モード解析がしばしば行われる（例えば、非特許文献１）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】積層複合材料を用いた偏平パネルの構造設計（実験モード解析法による積層パラメータ同定）釧路工業高等専門学校紀要４１号７−１２頁
【非特許文献２】Ｊｅｆｆｅｒｙ Ｇ．Ｂ．，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ Ｒｏｙａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ，Ａ１０２，１６１（１９２２）
【非特許文献３】Ｆｏｌｇｅｒ，Ｆ．Ｐ． ａｎｄ Ｃ．Ｌ．Ｔｕｃｋｅｒ，Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅ Ｐｌａｓｔｉｃ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ， ３， ９８（１９８４）
【非特許文献４】Ｇ．Ｐ．ＴＡＮＤＯＮ ａｎｄ Ｇ．Ｊ．ＷＥＮＧ：Ｔｈｅ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ Ａｓｐｅｃｔ Ｒａｔｉｏ ｏｆ Ｉｎｃｌｕｓｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ Ｅｌａｓｔｉｃ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｕｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｌｙ Ａｌｉｇｎｅｄ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ， Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ， Ｖｏｌ． ５， Ｎｏ．４ ｐ．３２７−３３３（１９８４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、繊維強化樹脂射出成形品を製造して実験モード解析を行うことは、正確な固有振動数を算出きる一方で、時間と労力を要するので、理論モード解析によって効率的、かつ、正確に固有振動数を算出できることが望ましい。
【０００５】
本発明は、射出成形によって得られる繊維強化樹脂射出成形品の固有振動数を理論モード解析によって推定できる解析方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、
（１）繊維強化樹脂射出成形品の固有振動数の推定方法であって、
前記推定方法が、
前記繊維強化樹脂射出成形品の樹脂流動解析を実行して、
前記繊維強化樹脂射出成形品の弾性パラメータ及び繊維配向パラメータを算出するステップＩ、
前記ステップＩで算出した弾性パラメータ及び繊維配向パラメータを、
前記繊維強化樹脂射出成形品の理論モード解析に導入して、
前記理論モード解析を実行して、
固有振動数の算出値を得るステップＩＩを含む繊維強化樹脂射出成形品の固有振動数の推定方法、及び
（２）繊維強化樹脂射出成形品の製造方法であって、
前記（１）記載の繊維強化樹脂射出成形品の固有振動数の推定方法で繊維強化樹脂射出成形品の固有振動数を算出する工程を含む繊維強化樹脂射出成形品の製造方法
である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、射出成形によって得られる繊維強化樹脂射出成形品の固有振動数を理論モード解析によって推定できる解析方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】繊維強化樹脂射出成形品の斜視図
【図２】繊維強化樹脂射出成形品の寸法（単位ｍｍ）
【図３】繊維強化樹脂射出成形品の１点ゲート位置
【図４】繊維強化樹脂射出成形品の３点ゲート位置
【図５】ハンマリング試験の加振点と測定部位
【図６】実施例の強化樹脂射出成形品の樹脂流動解析における有限要素法に基づく要素分割
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の推定方法は、繊維強化樹脂射出成形品の樹脂流動解析を実行して、
前記繊維強化樹脂射出成形品の弾性パラメータ及び繊維配向パラメータを算出するステップＩを含む。
本発明の推定方法は、ステップＩで、繊維強化樹脂射出成形品の弾性パラメータと繊維の配向状態を反映する繊維配向パラメータを算出して、これらのパラメータを、後述するステップＩＩにおける理論モード解析に導入して、繊維強化樹脂射出成形品の固有振動数を算出する点に特徴を有する。
【００１０】
本発明の推定方法における繊維強化樹脂射出成形品は、実際に製造した繊維強化樹脂射出成形品でもよいし、射出成形条件と材料の物性を指定することによってモデル化された仮想的な繊維強化樹脂射出成形品でもよい。
これらの場合、本発明の推定方法で算出された固有振動数を有する繊維強化樹脂射出成形品をモデルにして、より効果的に、実際に開発可能な繊維強化樹脂射出成形品を設計して製造することができる。
【００１１】
具体的には、繊維強化樹脂射出成形品の固有振動数が予測できれば、共振での破壊回避等、効果的に振動、音対策が可能となる。例えば、繊維強化樹脂射出成形品のある振動モードで最も振幅が大きい部位に対し、板厚増し等の剛性を上げるとか金具で固定する等の具体的対策を行うことで、振幅を抑制し振動問題を解決した繊維強化樹脂射出成形品を設計して製造することができる。
【００１２】
即ち、本発明は、繊維強化樹脂射出成形品の製造方法であって、本発明の繊維強化樹脂射出成形品の固有振動数の推定方法で繊維強化樹脂射出成形品の固有振動数を算出する工程を含む繊維強化樹脂射出成形品の製造方法を開示する。
【００１３】
ステップＩは、好ましくは、
樹脂流動解析モデルを入力するステップＩ−１、及び
前記繊維強化樹脂射出成形品について有限要素法に基づく要素分割、及び、
樹脂流動解析モデルに対する境界条件として、前記繊維強化樹脂射出成形品の製造時の射出条件並びに樹脂流動ゲートの種類
を入力して前記樹脂流動解析を実行するステップＩ−２
を含む。
【００１４】
ステップＩ−１における樹脂流動解析モデルは、繊維強化樹脂射出成形品の射出成形条件、射出成形する樹脂組成物の樹脂及び繊維の種類及び物性等に応じて、適したモデルを選択できるが、
Ｔａｎｄｏｎ−Ｗｅｎｇマイクロメカニクスモデルを、弾性パラメータを算出するためのモデルとして、
希薄溶液中の楕円体配向挙動の予測モデルであるＪｅｆｆｅｒｙモデル（非特許文献２）を高濃度状態に拡張したＦｌｏｇｅｒ−Ｔｕｃｋｅｒモデルを、繊維配向パラメータを算出するためのモデルとして採用することが好ましい。
【００１５】
ステップＩ−２における有限要素法に基づく要素分割は、繊維強化樹脂射出成形品の形状及び大きさに応じて適した要素分割が選択される。
【００１６】
ステップＩ−３で入力する射出条件としては、樹脂温度（℃）、金型温度（℃）、射出速度（ｍｍ／ｓ）、保持圧力（ＭＰａ）、保圧時間（秒）及び冷却時間（秒）が好ましく挙げられる。
【００１７】
ステップＩ−２における樹脂流動ゲートは、繊維強化樹脂射出成形品の形状及び大きさに応じて、射出成形時の樹脂の流動状態が適切にモデル化されるように選択される。
例えば、単純な直方体で近似できる形状で、小型の繊維強化樹脂射出成形品であれば、１点ゲートを選択できる場合があり、複雑な形状で、大型の繊維強化樹脂射出成形品であれば、複数のゲートを選択することが好ましい。
【００１８】
樹脂流動解析は、現在では、様々な市販の解析ソフトウェア（例えば、
樹脂流動解析ソフトウェア３Ｄ ＴＩＭＯＮ（東レエンジニアリング社製）、
樹脂射出成形用流動解析ソフトウェアＭｏｌｄｅｘ３Ｄ（セイロジャパン社製）、
樹脂流動解析ソフトウェアＭｏｌｄｆｌｏｗ Ｉｎｓｉｇｈｔｓ ２０１０（Ａｕｔｏｄｅｓｋ社製）等を利用できるが、
デファクトスタンダードの観点から、
樹脂流動解析ソフトウェアＭｏｌｄｆｌｏｗ Ｉｎｓｉｇｈｔｓ ２０１０（Ａｕｔｏｄｅｓｋ社製）によって実行することが好ましい。
【００１９】
また、後述するステップＩＩにおける理論モード解析には、振動特性への繊維配向影響を反映させる観点から、ステップＩの樹脂流動解析を実行して、
弾性パラメータとして、
ＭＤ方向の弾性率Ｅ１、ＴＤ方向の弾性率Ｅ２、ポアソン比ν、及び、
せん断弾性率τ１２、τ２３並びにτ３１を算出し、
繊維配向パラメータとして、ＭＤ方向角度θを算出することが好ましい。
【００２０】
本発明の推定方法は、ステップＩで算出した弾性パラメータ及び繊維配向パラメータを、
前記繊維強化樹脂射出成形品の理論モード解析に導入して、
前記理論モード解析を実行して、
固有振動数の算出値を得るステップＩＩを含む。
【００２１】
ステップＩＩは、好ましくは、
前記ステップＩで算出された弾性パラメータ及び繊維配向パラメータを入力するステップステップＩＩ−１、及び
前記繊維強化樹脂射出成形品について有限要素法に基づく要素分割を入力して前記理論モード解析を実行するステップＩＩ−２
を含む。
【００２２】
ステップＩで算出された弾性パラメータ及び繊維配向パラメータは、例えば、後述する構造解析ソフトウェアＮＸ Ｎａｓｔｒａｎを使用する場合、
弾性パラメータとして、
ＭＤ方向の弾性率Ｅ１、ＴＤ方向の弾性率Ｅ２、ポアソン比ν、及び、
せん断弾性率τ１２、τ２３並びにτ３１を、
繊維配向パラメータとして、ＭＤ方向角度θを入力することが好ましい。
【００２３】
ステップＩＩ−２における有限要素法に基づく要素分割は、繊維強化樹脂射出成形品の形状及び大きさに応じて適した要素分割が選択される。
【００２４】
理論モード解析は、現在では、様々な市販の構造解析ソフトウェア（例えば、
汎用非線形構造解析ソフトウェアＭａｒｃ（ＭＳＣ Ｓｏｆｔｗａｒｅ社製）、
構造解析ソフトウェアＡＮＳＹＳ（ＡＮＳＹＳ社製）、
汎用非線形有限要素解析ソフトウェアＡＢＡＱＵＳ（ＳＩＭＵＬＩＡ社製）、
構造解析ソフトウェアＮＸ Ｎａｓｔｒａｎ（シーメンス社製）等を利用できるが、
デファクトスタンダードの観点から、
構造解析ソフトウェアＮＸ Ｎａｓｔｒａｎ（シーメンス社製）によって実行することが好ましい。
【００２５】
本発明の推定方法の対象となる繊維強化樹脂射出成形品は、通常使用されるエンジニアリングプラスチック用の熱可塑性樹脂と繊維強化樹脂に使用される繊維を含む樹脂組成物を射出成形して得ることができるが、比較的安価で入手しやすく自動車部品でも多用されている観点から、ポリアミド樹脂及びガラス繊維を含むポリアミド樹脂組成物を射出成形して得られるものが好ましい。
【実施例】
【００２６】
〔繊維強化樹脂射出成形品〕
繊維強化樹脂射出成形品（図１）を、下記繊維強化樹脂組成物を、下記条件で射出成形して試験片として製造した。
（１）繊維強化樹脂組成物：ガラス繊維強化ナイロン(ガラス３０％含有）（宇部興産株式会社製）
（２）射出成形機：品名 ＭＤ１００（(株）ニイガタマシンテク社製）
（３）繊維強化樹脂成形品の寸法（図２）：
幅３１ｍｍ、長さ２５０ｍｍ、厚み２．５ｍｍ
（４）射出条件：
樹脂温度２７５℃、金型温度５５℃、射出速度８０ｍｍ／ｓ、
保持圧力３５ＭＰａ、保圧時間１０ｓｅｃ、冷却時間２０ｓｅｃ
（５）樹脂流動ゲートの種類：１点ゲートと３点ゲートの２種類を製造した。
１点ゲートは、図３に示される射出成形型枠の長さ方向の端部で幅方向の中央部を、
３点ゲートは、図４に示される射出成形型枠の幅方向の端部で長さ方向の側部の３箇所を射出点とする。
【００２７】
〔ステップＩ〕
繊維強化樹脂射出成形品について、射出成形解析ソフトウェアＡｕｔｏｄｅｓｋ Ｍｏｌｄｆｌｏｗ Ｉｎｓｉｇｈｔｓ ２０１０を使用して、以下の条件を選択又は入力して下記弾性パラメータ及び繊維配向パラメータを算出した。
【００２８】
樹脂流動解析モデルとして、
弾性パラメータを算出するためのＴａｎｄｏｎ−Ｗｅｎｇマイクロメカニクスモデル、及び、繊維配向パラメータを算出するためのＦｌｏｇｅｒ−Ｔｕｃｋｅｒモデルを採用した。
繊維強化樹脂射出成形品についての有限要素法に基づく要素分割として、３節点三角形要素を使用し、要素数９３４２、節点数４７９３の条件で行った。
各要素を厚み方向に２０層の分割定義を行い、計算モデルを適用して層ごとの物性値を算出した。各要素に対して、厚み方向に対して均一としたものと力学的に等価となるよう、各層の物性値を重み付け平均して、等価物性値を算出した（図６）。
【００２９】
解析モデルに対して、境界条件となる射出条件として、
樹脂温度２７５℃、金型温度５５℃、射出速度８０ｍｍ／ｓ、
保持圧力３５ＭＰａ、保圧時間１０ｓｅｃ、冷却時間２０ｓｅｃ
樹脂流動ゲートの種類（１点ゲート又は３点ゲート）
を、樹脂流動解析ソフトウェアに入力し、９３４２の要素毎に、弾性及び繊維配向パラメータとして、
流れ方向弾性率：Ｅ１、ＴＤ方向弾性率：Ｅ２、ポアソン比：ν
せん断弾性率：τ１２、τ２３、τ３１、流れ方向角度：θ
を算出した。
【００３０】
なお、流れ方向角度とは、要素座標のＸ軸からの流れ方向の角度を表す。
図６においては、９３４２の要素のそれぞれは節点（例えば、節点１２１、２３４、４５６）で構成されており、節点１２１→２３４方向がＸ軸、それに直交するようにＹ軸が設定されて、要素座標となる。
【００３１】
〔ステップＩＩ〕
上記ステップＩで算出された弾性パラメータと繊維配向パラメータとを導入して、構造解析ソフトウェアＮＸ Ｎａｓｔｒａｎを使用して、繊維強化樹脂射出成形品（１点ゲート品及び３点ゲート品）の固有振動数を算出した。
【００３２】
繊維強化樹脂射出成形品についての有限要素法に基づく要素分割として、６節点三角形要素を使用し、要素数９３４２、節点数１８，９２７の条件で行った。
【００３３】
上記要素分割の設定の下で、表１の各パラメータの値を入力して、上記構造解析ソフトウェアで算出した１点ゲート試験片及び３点ゲート試験片の各モードに対応する固有振動数として表１の値を得た。
【００３４】
〔実験モード解析〕
上記ステップＩ及びＩＩを実行して算出された固有振動数を、実験モード解析によって算出される固有振動数と比較した。
繊維強化樹脂射出成形品について、以下の条件でハンマリング試験を行った。
周波数１つの計測点に対して、加振点（ＨＩＴ ＰＯＩＮＴ）Ａ〜Ｃを打撃し周波数伝達関数（以下、ＦＲＦともいう）を計測後、次の計測点の加速度計を移動させる加速度計移動方式を採用した（図５）。
加速度計の信号はＦＦＴアナライザ（ＬＭＳ社製Ｐｉｍｅｎｔ）を用いて周波数分析した。
【００３５】
樹脂の吸水による弾性率変化の影響を排除するため、試験片は成形品の水分率が０重量％となるようにハンマリング試験前に繊維強化樹脂成形品を乾燥した。
【００３６】
実験モード解析により得られた各モードに対応する固有振動数として表１の値を得た。
【００３７】
【表１】
【００３８】
表２に示される結果から、本発明の推定方法によれば、繊維強化樹脂射出成形品について、その射出成形条件と、樹脂流動解析から算出される弾性パラメータ及び繊維配向パラメータとを導入した理論モード解析を行うことによって、実験モード解析と同様の精度で繊維強化樹脂射出成形品の固有振動数を算出できることがわかる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維強化樹脂射出成形品の固有振動数の推定方法であって、
前記推定方法が、
前記繊維強化樹脂射出成形品の樹脂流動解析を実行して、
前記繊維強化樹脂射出成形品の弾性パラメータ及び繊維配向パラメータを算出するステップＩ、
前記ステップＩで算出した弾性パラメータ及び繊維配向パラメータを、
前記繊維強化樹脂射出成形品の理論モード解析に導入して、
前記理論モード解析を実行して、
固有振動数の算出値を得るステップＩＩを含む繊維強化樹脂射出成形品の固有振動数の推定方法。
【請求項２】
前記ステップＩが、
樹脂流動解析モデルを入力するステップＩ−１、及び
前記繊維強化樹脂射出成形品について有限要素法に基づく要素分割、及び、
樹脂流動解析モデルに対する境界条件として、前記繊維強化樹脂射出成形品の製造時の射出条件並びに樹脂流動ゲートの種類
を入力して前記樹脂流動解析を実行するステップＩ−２
を含む請求項１記載の繊維強化樹脂射出成形品の固有振動数の推定方法。
【請求項３】
前記樹脂流動解析モデルとして、
弾性パラメータを算出するためのＴａｎｄｏｎ−Ｗｅｎｇマイクロメカニクスモデル、及び、
繊維配向パラメータを算出するためのＦｌｏｇｅｒ−Ｔｕｃｋｅｒモデル
を入力する請求項２記載の繊維強化樹脂射出成形品の固有振動数の推定方法。
【請求項４】
前記射出条件として、
樹脂温度（℃）、金型温度（℃）、射出速度（ｍｍ／ｓ）、保持圧力（ＭＰａ）、保圧時間（秒）及び冷却時間（秒）
を入力する請求項２又は３記載の繊維強化樹脂射出成形品の固有振動数の推定方法。
【請求項５】
前記ステップＩにおいて、樹脂流動解析を実行して、
前記弾性パラメータとして、
流れ方向の弾性率Ｅ１、垂直方向の弾性率Ｅ２、ポアソン比ν、及び、
せん断弾性率τ１２、τ２３並びにτ３１を算出し、
前記繊維配向パラメータとして、流れ方向角度θを算出する請求項１〜４のいずれか１項記載の固有振動数の推定方法。
【請求項６】
前記樹脂流動解析を、樹脂流動解析ソフトウェアＡｕｔｏｄｅｓｋ Ｍｏｌｄｆｌｏｗ Ｉｎｓｉｇｈｔｓ ２０１０によって実行する請求項１〜５のいずれか１項記載の繊維強化樹脂射出成形品の固有振動数の推定方法。
【請求項７】
前記ステップＩＩが、
前記ステップＩで算出された弾性パラメータ及び繊維配向パラメータを入力するステップステップＩＩ−１、及び
前記繊維強化樹脂射出成形品について有限要素法に基づく要素分割を入力して前記理論モード解析を実行するステップＩＩ−２
を含む請求項１〜６のいずれか１項記載の繊維強化樹脂射出成形品の固有振動数の推定方法。
【請求項８】
前記理論モード解析を、構造解析ソフトウェアＮＸ Ｎａｓｔｒａｎによって実行する請求項１〜７のいずれか１項記載の繊維強化樹脂射出成形品の固有振動数の推定方法。
【請求項９】
前記繊維強化樹脂射出成形品が、ポリアミド樹脂及びガラス繊維を含むポリアミド樹脂組成物を射出成形して得られる請求項１〜８のいずれか１項記載の繊維強化樹脂射出成形品の固有振動数の推定方法。
【請求項１０】
繊維強化樹脂射出成形品の製造方法であって、
請求項１〜９のいずれか１項記載の繊維強化樹脂射出成形品の固有振動数の推定方法で繊維強化樹脂射出成形品の固有振動数を算出する工程を含む繊維強化樹脂射出成形品の製造方法。
【請求項１】
繊維強化樹脂射出成形品の固有振動数の推定方法であって、
前記推定方法が、
前記繊維強化樹脂射出成形品の樹脂流動解析を実行して、
前記繊維強化樹脂射出成形品の弾性パラメータ及び繊維配向パラメータを算出するステップＩ、
前記ステップＩで算出した弾性パラメータ及び繊維配向パラメータを、
前記繊維強化樹脂射出成形品の理論モード解析に導入して、
前記理論モード解析を実行して、
固有振動数の算出値を得るステップＩＩを含む繊維強化樹脂射出成形品の固有振動数の推定方法。
【請求項２】
前記ステップＩが、
樹脂流動解析モデルを入力するステップＩ−１、及び
前記繊維強化樹脂射出成形品について有限要素法に基づく要素分割、及び、
樹脂流動解析モデルに対する境界条件として、前記繊維強化樹脂射出成形品の製造時の射出条件並びに樹脂流動ゲートの種類
を入力して前記樹脂流動解析を実行するステップＩ−２
を含む請求項１記載の繊維強化樹脂射出成形品の固有振動数の推定方法。
【請求項３】
前記樹脂流動解析モデルとして、
弾性パラメータを算出するためのＴａｎｄｏｎ−Ｗｅｎｇマイクロメカニクスモデル、及び、
繊維配向パラメータを算出するためのＦｌｏｇｅｒ−Ｔｕｃｋｅｒモデル
を入力する請求項２記載の繊維強化樹脂射出成形品の固有振動数の推定方法。
【請求項４】
前記射出条件として、
樹脂温度（℃）、金型温度（℃）、射出速度（ｍｍ／ｓ）、保持圧力（ＭＰａ）、保圧時間（秒）及び冷却時間（秒）
を入力する請求項２又は３記載の繊維強化樹脂射出成形品の固有振動数の推定方法。
【請求項５】
前記ステップＩにおいて、樹脂流動解析を実行して、
前記弾性パラメータとして、
流れ方向の弾性率Ｅ１、垂直方向の弾性率Ｅ２、ポアソン比ν、及び、
せん断弾性率τ１２、τ２３並びにτ３１を算出し、
前記繊維配向パラメータとして、流れ方向角度θを算出する請求項１〜４のいずれか１項記載の固有振動数の推定方法。
【請求項６】
前記樹脂流動解析を、樹脂流動解析ソフトウェアＡｕｔｏｄｅｓｋ Ｍｏｌｄｆｌｏｗ Ｉｎｓｉｇｈｔｓ ２０１０によって実行する請求項１〜５のいずれか１項記載の繊維強化樹脂射出成形品の固有振動数の推定方法。
【請求項７】
前記ステップＩＩが、
前記ステップＩで算出された弾性パラメータ及び繊維配向パラメータを入力するステップステップＩＩ−１、及び
前記繊維強化樹脂射出成形品について有限要素法に基づく要素分割を入力して前記理論モード解析を実行するステップＩＩ−２
を含む請求項１〜６のいずれか１項記載の繊維強化樹脂射出成形品の固有振動数の推定方法。
【請求項８】
前記理論モード解析を、構造解析ソフトウェアＮＸ Ｎａｓｔｒａｎによって実行する請求項１〜７のいずれか１項記載の繊維強化樹脂射出成形品の固有振動数の推定方法。
【請求項９】
前記繊維強化樹脂射出成形品が、ポリアミド樹脂及びガラス繊維を含むポリアミド樹脂組成物を射出成形して得られる請求項１〜８のいずれか１項記載の繊維強化樹脂射出成形品の固有振動数の推定方法。
【請求項１０】
繊維強化樹脂射出成形品の製造方法であって、
請求項１〜９のいずれか１項記載の繊維強化樹脂射出成形品の固有振動数の推定方法で繊維強化樹脂射出成形品の固有振動数を算出する工程を含む繊維強化樹脂射出成形品の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−８２０９６（Ｐ２０１３−８２０９６Ａ）
【公開日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２２２６１（Ｐ２０１１−２２２２６１）
【出願日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【出願人】（００００００２０６）宇部興産株式会社 (2,022)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【出願人】（００００００２０６）宇部興産株式会社 (2,022)
【Ｆターム（参考）】
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