特許 7274245 離型条件評価方法、離型条件評価システムおよびプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-05-08

(45)【発行日】2023-05-16

(54)【発明の名称】離型条件評価方法、離型条件評価システムおよびプログラム

(51)【国際特許分類】

   B29C 33/42 20060101AFI20230509BHJP

   B29C 45/76 20060101ALI20230509BHJP

【ＦＩ】

B29C33/42

B29C45/76

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2023507393

(86)(22)【出願日】2023-01-31

(86)【国際出願番号】 JP2023003024

【審査請求日】2023-02-02

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】304021277

【氏名又は名称】国立大学法人 名古屋工業大学

(74)【代理人】

【識別番号】110002424

【氏名又は名称】ケー・ティー・アンド・エス弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】糸魚川 文広

(72)【発明者】

【氏名】樋口 和夫

【審査官】▲高▼村 憲司

(56)【参考文献】

【文献】特開２００９－１５４５３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１４９８４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－２９１１７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２２－１５８６８９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２９Ｃ ３３／００ － ３３／７６

Ｂ２９Ｃ ４５／００ － ４５／８４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

界面エネルギーを算出する算出手段と、データベースに登録されている付着仕事を抽出する抽出手段と、離型条件を評価する評価手段と、を備えた離型条件評価システムによる離型条件評価方法であって、
前記算出手段が、対象金型を構成する対象鋼材の表面における第１表面エネルギー、および、前記対象金型で成形品を成形する対象樹脂材料の表面における第２表面エネルギーに基づき、前記対象鋼材および前記対象樹脂材料それぞれの表面が接触して形成される界面の界面エネルギーを算出する算出手順と、
前記抽出手段が、複数種類の樹脂材料それぞれと前記対象鋼材との界面における温度に応じた付着仕事が登録されたデータベースから、前記対象樹脂材料に対応する付着仕事であり、かつ、前記算出手順にて算出した界面エネルギー以上となる付着仕事を抽出する抽出手順と、
前記評価手段が、前記抽出手順にて抽出した付着仕事に基づき、前記対象金型で前記対象樹脂材料による成形品を成形する際の離型条件を評価する評価手順と、を備え、
前記評価手順では、前記評価手段が、前記抽出手順にて抽出した付着仕事および該付着仕事に対応する温度を前記離型条件として評価する、
離型条件評価方法。

【請求項2】

前記抽出手順では、前記抽出手段が、複数種類の樹脂材料それぞれと前記対象鋼材との界面における温度に応じた付着仕事、および、温度に応じて降伏点を超えることなく弾性変形可能な特定離型速度が登録されたデータベースから、前記対象樹脂材料に対応し、かつ前記算出手順にて算出した界面エネルギー以上となる付着仕事、および、該付着仕事に対応する温度における前記特定離型速度を抽出して、
前記評価手順では、前記評価手段が、前記抽出手順にて抽出した付着仕事、該付着仕事に対応する温度、および、前記特定離型速度を前記離型条件として評価する、
請求項１に記載の離型条件評価方法。

【請求項3】

前記離型条件評価システムが、それぞれ表面エネルギーを特定する第１特定手段および第２特定手段をさらに備えている場合において、
前記第１特定手段が、対象金型を構成する対象鋼材の表面における第１表面エネルギーを特定する第１特定手順と、
前記第２特定手段が、前記対象金型で成形品を成形する対象樹脂材料の表面における第２表面エネルギーを特定する第２特定手順と、を備え、
前記算出手順では、前記算出手段が、前記第１特定手順にて特定した前記第１表面エネルギー、および、前記第２特定手順にて特定した前記第２表面エネルギーに基づいて前記界面エネルギーを算出する、
請求項１または請求項２に記載の離型条件評価方法。

【請求項4】

対象金型を構成する対象鋼材の表面における第１表面エネルギー、および、前記対象金型で成形品を成形する対象樹脂材料の表面における第２表面エネルギーに基づき、前記対象鋼材および前記対象樹脂材料それぞれの表面が接触して形成される界面の界面エネルギーを算出する算出手段と、
複数種類の樹脂材料それぞれと前記対象鋼材との界面における温度に応じた付着仕事が登録されたデータベースから、前記対象樹脂材料に対応する付着仕事であり、かつ、前記算出手段により算出された界面エネルギー以上となる付着仕事を抽出する抽出手段と、
前記抽出手段により抽出された付着仕事に基づき、前記対象金型で前記対象樹脂材料による成形品を成形する際の離型条件を評価する評価手段と、を備え、
前記評価手段は、前記抽出手段により抽出された付着仕事および該付着仕事に対応する温度を前記離型条件として評価する、
離型条件評価システム。

【請求項5】

コンピュータを請求項４に記載の各手段として機能させるためのプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、金型で樹脂材料による成形品を成形する際の離型条件を評価する方法に関する。

【背景技術】

【0002】

金型で樹脂材料による成形品を成形するに際しては、樹脂メーカの推奨する条件や職人の経験によって、離型時の温度やノックアウトピンによる離型速度などの離型条件まで定められることが一般的であるが、離型不良による意図しない成形品の変形が発生してしまい、離型条件の再設定が必要になるケースも多い。

【0003】

この問題の対策として、近年では、離型不良による成形品の変形を抑制すべく、事前に離型条件を評価することも提案されている（特許文献１参照）。具体的には、樹脂材料による組成物を金属板上でトランスファー成形してその表面エネルギーが一定値以上であれば離型性良好と判断する、というものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００９－１５４５３６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ただ、上記技術では、事前に各材料を用いた成形が必要になるため、離型性良好となるまでに多くの成形が必要になるなど、離型条件の評価に多くの時間とコストを要してしまうといった課題があった。

【0006】

本開示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、より時間とコストを抑えて簡便に離型性を評価できるようにすることである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するため第１局面は、対象金型を構成する対象鋼材の表面における第１表面エネルギー、および、前記対象金型で成形品を成形する対象樹脂材料の表面における第２表面エネルギーに基づき、前記対象鋼材および前記対象樹脂材料それぞれの表面が接触して形成される界面の界面エネルギーを算出する算出手順と、複数種類の樹脂材料それぞれと前記対象鋼材との界面における温度に応じた付着仕事が登録されたデータベースから、前記対象樹脂材料に対応する付着仕事であり、かつ、前記算出手順にて算出した界面エネルギー以上となる付着仕事を抽出する抽出手順と、前記抽出手順にて抽出した付着仕事に基づき、前記対象金型で前記対象樹脂材料による成形品を成形する際の離型条件を評価する評価手順と、を備え、前記評価手順では、前記抽出手順にて抽出した付着仕事および該付着仕事に対応する温度を前記離型条件として評価する、離型条件評価方法である。

【0008】

また、上記局面は以下に示す第２局面のようにしてもよい。
第２局面において、前記抽出手順では、複数種類の樹脂材料それぞれと前記対象鋼材との界面における温度に応じた付着仕事、および、温度に応じて降伏点を超えることなく弾性変形可能な特定離型速度が登録されたデータベースから、前記対象樹脂材料に対応し、かつ前記算出手順にて算出した界面エネルギー以上となる付着仕事、および、該付着仕事に対応する温度における前記特定離型速度を抽出して、前記評価手順では、前記抽出手順にて抽出した付着仕事、該付着仕事に対応する温度、および、前記特定離型速度を前記離型条件として評価する。

【0009】

また、上記局面は以下に示す第３局面のようにしてもよい。
第３局面において、対象金型を構成する対象鋼材の表面における第１表面エネルギーを特定する第１特定手順と、前記対象金型で成形品を成形する対象樹脂材料の表面における第２表面エネルギーを特定する第２特定手順と、を備え、前記算出手順では、前記第１特定手順にて特定した前記第１表面エネルギー、および、前記第２特定手順にて特定した前記第２表面エネルギーに基づいて前記界面エネルギーを算出する。

【発明の効果】

【0010】

上記局面の離型性評価方法では、対象金型で対象樹脂材料による成形品を成形する際の離型条件として、付着仕事および温度を評価することができる。そのため、この評価結果に基づいて離型温度など具体的な離型条件を簡易的に設定することができる。

【0011】

ここでは、対象鋼材、対象樹脂材料それぞれの表面エネルギーに基づいて簡便に離型条件を評価できるため、事前に各材料を用いた成形が不要となる結果、離型条件の評価に要する時間とコストを削減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本開示の一実施形態における離型性評価システム１の装置構成を示すブロック図

【図2】本開示の一実施形態における離型条件評価方法の手順を示すフローチャート

【図3】本開示の一実施形態における第１特定手順、第２特定手順の様子を示す図

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下に本発明を実施するための形態を、図面を参照して詳細に説明する。
（１）装置構成

【0014】

離型性評価システム１は、本開示の離型性評価方法を実施するために使用される装置であり、図１に示すように、画像撮影用のカメラ１０、外部との通信を制御する通信部２０、ユーザとのやりとりを行うユーザインタフェース３０、情報を記憶するためのメモリ４０、離型性評価システム１全体の動作を制御する制御部５０を備える携帯情報端末である。

【0015】

ユーザインタフェース３０は、ディスプレイ３１や、ディスプレイ３１の表示面に沿って設置されたタッチパネル３３を備える。

【0016】

（２）離型性評価方法の手順；図２
本離型性評価方法では、まず、対象金型を構成する対象鋼材の表面における第１表面エネルギーを特定する第１特定手順が実施される（ｓ１１０）。ここでは、液滴法により第１表面エネルギーを特定する。

【0017】

具体的には、図３に示すように、対象鋼材と同じ材料により構成されたサンプル１００の表面に２種類の溶液１１０、１２０を別々に滴下し、それぞれの液滴における接触角θ１、θ２を測定した後、下記数式１、数式２の連立方程式を解くことにより対象鋼材における表面エネルギーをγＡ（＝分散成分γＡｄ＋極性成分γＡｐ）を算出する。これら数式では、各溶液における既知の表面エネルギーをγ１（＝分散成分γ１ｄ＋極性成分γ１ｐ）、γ２（＝分散成分γ２ｄ＋極性成分γ２ｐ）として計算する。

【0018】

【数1】

【0019】

なお、液滴における接触角θ１、θ２の測定は、カメラ１０などで液滴を側方から撮影した画像に基づいて実測する、滴下する液滴量や平面視で円形に拡がる液滴の面積などに基づいて近似的に算出する、といった方法が考えられる。
本実施形態では、サンプル１００として合金鋼（ＳＫＤ６１）、溶液１１０として水（Ｈ２Ｏ）、溶液１２０としてジョードメタン（ＣＨ２Ｉ２）をそれぞれ用い、各溶液の接触角θ１、θ２の測定値（θ１＝８５．４°、θ２＝３７．７°）に基づいて上記数式の連立方程式を解いたところ、対象鋼材の表面エネルギーγＡとして３９．４ｍＪ／ｍｍ２（＝分散成分γＡｄ＋極性成分γＡｐ＝３８．７＋０．７）が算出された。

【0020】

次に、対象金型で成形品を成形する対象樹脂材料の表面における第２表面エネルギーを特定する第２特定手順が実施される（ｓ１２０）。ここでは、上記と同様、液滴法により第２表面エネルギーを特定する。

【0021】

具体的には、対象樹脂材料と同じ材料により構成されたサンプル２００の表面に２種類の溶液２１０、２２０を別々に滴下し、それぞれの液滴における接触角θ１、θ２を測定した後、下記数式３、数式４の連立方程式を解くことにより対象樹脂材料における表面エネルギーをγＢ（＝分散成分γＢｄ＋極性成分γＢｐ）を算出する。これら数式では、各溶液における既知の表面エネルギーをγ１（＝分散成分γ１ｄ＋極性成分γ１ｄ）、γ２（＝分散成分γ２ｄ＋極性成分γ２ｐ）として計算する。

【0022】

【数2】

本実施形態では、サンプル２００としてポリアミド、溶液１１０として水（Ｈ２Ｏ）、溶液１２０としてジョードメタン（ＣＨ２Ｉ２）をそれぞれ用い、各溶液の接触角θ１、θ２の測定値（θ１＝７８．５°、θ２＝２７．９°）に基づいて上記数式の連立方程式を解いたところ、対象樹脂材料の表面エネルギーγＢとして４５．３ｍＪ／ｍｍ２（＝分散成分γＡｄ＋極性成分γＡｐ＝４１．７＋３．６）が算出された。

【0023】

次に、ｓ１１０にて特定された第１表面エネルギーγＡ、および、ｓ１２０にて特定された第２表面エネルギーγＢに基づき、対象鋼材および対象樹脂材料それぞれの界面における界面エネルギーを算出する算出手順が実施される（ｓ１３０）。ここでは、下記数式５に基づいて界面エネルギーγＡＢを算出する。

【0024】

【数3】

本実施形態では、サンプル１００である合金鋼およびサンプル２００であるポリアミドそれぞれの界面エネルギーγＡＢとして、上記数式に基づいて１．１ｍＪ／ｍｍ２が算出された。

【0025】

本実施形態において、この算出手順は、制御部５０が内蔵メモリ５１に格納されたプログラムに従って実行する離型性評価処理の一ステップ（界面エネルギー算出処理）である。具体的には、タッチパネル３３への所定の操作を受けたり、通信部２０を介して受信したりすることで第１表面エネルギーγＡおよび第２表面エネルギーγＢを取得した後、これらに基づいて界面エネルギーγＡＢを算出する処理が実行される。

【0026】

次に、対象樹脂材料に対応する付着仕事をあらかじめ用意されたデータベースから抽出する抽出手順が実施される（ｓ１４０）。データベースは、複数種類の樹脂材料それぞれに対し、対象鋼材との界面における温度に応じた付着仕事（＝界面の剥離に必要なエネルギー）、および、温度に応じて降伏点を超えることなく弾性変形可能な特定離型速度が登録されたものである。そして、この抽出手順では、上記データベースから、対象樹脂材料に対応する付着仕事であり、かつ算出手順にて算出した界面エネルギー以上となる付着仕事と、この付着 仕事に対応する温度における特定離型速度と、を抽出する。

【0027】

本実施形態において、この抽出手順は、上述した離型性評価処理の一ステップ（付着仕事抽出処理）である。具体的には、界面エネルギー算出処理にて算出された界面エネルギー、および、メモリ４０にあらかじめ格納されたデータベースから該当する付着仕事および特定離型速度を抽出する処理が実行される。

【0028】

そして、上述した抽出手順にて抽出した付着仕事に基づき、対象金型で対象樹脂材料による成形品を成形する際の離型条件を評価する評価手順、が実施される（ｓ１５０）。ここでは、抽出手順にて抽出した付着仕事、この付着仕事に対応する温度、および、特定離型速度を離型条件として評価する。

【0029】

本実施形態において、この評価手順は、上述した離型性評価処理の一ステップ（条件評価処理）である。具体的には、付着仕事抽出処理にて抽出された付着仕事、温度および特定離型速度を、これらパラメータに基づいてどのような離型条件とすべきかといった情報とともにディスプレイ３１に表示する処理が実行される。

【0030】

（３）変形例
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態をとり得ることはいうまでもない。

【0031】

例えば、上記実施形態では、離型性評価システム１としての機能が単一の携帯情報端末に搭載されている構成を例示した。しかし、離型性評価システム１は、必要な機能それぞれが複数の装置に分散して搭載されたものであってもよい。

【0032】

（４）作用効果
上記実施形態の離型性評価方法では、対象金型で対象樹脂材料による成形品を成形する際の離型条件として、付着仕事、温度および特定離型速度を評価することができる。そのため、この評価結果に基づいて離型温度や離型速度など具体的な離型条件を簡易的に設定することができる。

【0033】

ここでは、対象鋼材、対象樹脂材料それぞれの表面エネルギーに基づいて簡便に離型条件を評価できるため（図３参照）、事前に各材料を用いた成形が不要となる結果、離型条件の評価に要する時間とコストを削減することができる。

【産業上の利用可能性】

【0034】

本開示の離型性評価方法では、対象金型で対象樹脂材料による成形品を成形する際の離型条件として、付着仕事、温度および特定離型速度を評価することができる。

【符号の説明】

【0035】

１…離型性評価システム、１０…カメラ、２０…通信部、３０…ユーザインタフェース、３１…ディスプレイ、３３…タッチパネル、４０…メモリ、５０…制御部、５１…内蔵メモリ、１００…サンプル、１１０…溶液、１２０…溶液、２００…サンプル、２１０…溶液、２２０…溶液。

【要約】

対象金型を構成する対象鋼材の表面における第１表面エネルギー、および、前記対象金型で成形品を成形する対象樹脂材料の表面における第２表面エネルギーに基づき、前記対象鋼材および前記対象樹脂材料それぞれの表面が接触して形成される界面の界面エネルギーを算出する算出手順と、複数種類の樹脂材料それぞれと前記対象鋼材との界面における温度に応じた付着仕事が登録されたデータベースから、前記対象樹脂材料に対応する付着仕事であり、かつ、前記算出手順にて算出した界面エネルギー以上となる付着仕事を抽出する抽出手順と、前記抽出手順にて抽出した付着仕事に基づき、前記対象金型で前記対象樹脂材料による成形品を成形する際の離型条件を評価する評価手順と、を備え、前記評価手順では、前記抽出手順にて抽出した付着仕事および該付着仕事に対応する温度を前記離型条件として評価する、離型条件評価方法。

【図1】

【図2】

【図3】