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公開番号2025005374
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-16
出願番号2024028843
出願日2024-02-28
発明の名称架橋反応シミュレーション装置
出願人住友理工株式会社
代理人弁理士法人あいち国際特許事務所
主分類G16C 20/10 20190101AFI20250108BHJP(特定の用途分野に特に適合した情報通信技術)
要約【課題】ポリマー部の架橋反応の設定条件を算出することができる架橋反応シミュレーション装置を提供する。
【解決手段】記憶部2と、対象ワークモデルWMのポリマー部12の架橋反応に係る設定条件の解析を行う設定条件解析部8と、を備える架橋反応シミュレーション装置1であって、記憶部2は、ポリマー特性値PMと、対象ワークモデル弾性率Ksと、ポリマー部12の架橋反応における設定条件と、ポリマー部12の架橋反応における反応時間と、が関係づけられた関係性データCDと、を記憶し、設定条件解析部8は、ポリマー特性値取得部181と、対象ワークモデル弾性率取得部182と、関係性データ取得部183と、ポリマー特性値PVに基づいて、関係性データCDの、対象ワークモデル弾性率ks、設定条件、および反応時間の関係を補正する補正部184と、を備える。
【選択図】図1a
特許請求の範囲【請求項１】
シミュレーションに用いるデータを記憶する記憶部と、
対象ワークモデルのポリマー部の架橋反応に係る設定条件の解析を行う設定条件解析部と、
を備える架橋反応シミュレーション装置であって、
前記記憶部は、
前記対象ワークモデルの前記ポリマー部を構成する原料ポリマーに関する特性値であるポリマー特性値と、
前記対象ワークモデルの前記ポリマー部の弾性率である対象ワークモデル弾性率と、前記対象ワークモデル弾性率を有する前記対象ワークモデルの前記ポリマー部の架橋反応における設定条件と、前記対象ワークモデル弾性率を有する前記対象ワークモデルの前記ポリマー部の架橋反応における反応時間と、が関係づけられた関係性データと、を記憶し、
前記設定条件解析部は、
前記ポリマー特性値を取得するポリマー特性値取得部と、
前記対象ワークモデル弾性率を取得する対象ワークモデル弾性率取得部と、
前記関係性データを取得する関係性データ取得部と、
前記ポリマー特性値に基づいて、前記関係性データの、前記対象ワークモデル弾性率、前記設定条件、および前記反応時間の関係を補正する補正部と、を備える、架橋反応シミュレーション装置。
続きを表示（約 2,800 文字）【請求項２】
前記ポリマー特性値は、前記原料ポリマーの弾性に関する特性値を含み、さらに、前記原料ポリマーのスコーチタイムおよびムーニー粘度の少なくとも1つを含む、請求項１に記載の架橋反応シミュレーション装置。
【請求項３】
前記記憶部は、さらに、成形型モデルを記憶し、
前記対象ワークモデルは、
前記ポリマー部と、
前記ポリマー部に接合された接合部材と、を備え、
前記補正部は、前記ポリマー特性値に基づいて、前記関係性データの、前記対象ワークモデル弾性率と、前記設定条件と、前記反応時間と、前記ポリマー部の型内への注入時の温度、前記接合部材の温度、および、前記ポリマー部に対する追加的な架橋反応の条件の少なくとも１つと、の関係を補正する、請求項１に記載の架橋反応シミュレーション装置。
【請求項４】
さらに、
対象ワークモデルのポリマー部の架橋反応時の伝熱解析を行う伝熱解析部と、
前記伝熱解析の結果を用いて前記ポリマー部の架橋反応の反応率の解析を行う架橋反応解析部と、
前記架橋反応解析部により解析された前記ポリマー部の架橋反応の反応率を用いて構造解析を行う構造解析部と、を備え、
前記記憶部は、さらに、
原料ポリマーを含んで構成される前記ポリマー部を有する前記対象ワークモデルと、
基準反応温度での基準反応時間のときの架橋反応の反応量に対する、対象反応温度での対象反応時間のときの架橋反応の反応量の比を等価反応量として定義し、アレニウスプロットの傾きを表す傾き係数を含んで定義される等価反応量算出モデルと、
前記ポリマー部の架橋反応の進行度に応じて設定された前記傾き係数と、を記憶し、
前記架橋反応解析部は、
前記伝熱解析の結果として、架橋反応における前記対象ワークモデルの前記ポリマー部の各要素について時刻毎の温度を取得する温度取得部と、
取得した前記架橋反応における前記ポリマー部の各要素についての時刻毎の温度、前記等価反応量算出モデル、対象時刻における前記架橋反応の前記進行度に応じた前記傾き係数に基づいて、時刻毎の前記ポリマー部の前記等価反応量を算出し、算出した前記等価反応量に基づいて前記ポリマー部の架橋反応の反応率を算出する反応率算出処理部と、を備え、
前記構造解析部は、
前記架橋反応解析部の前記反応率算出処理部により算出された前記ポリマー部の各要素における前記反応率を取得する反応率取得部と、
前記ポリマー部において、取得した前記反応率に応じた弾性率を割り当てる弾性率割当部と、
前記ポリマー部に前記弾性率を割り当てた状態で構造解析を行うことにより、前記対象ワークモデル弾性率を取得する対象ワークモデル弾性率取得部と、を備える、請求項１に記載の架橋反応シミュレーション装置。
【請求項５】
さらに、
対象ワークモデルのポリマー部の架橋反応時の伝熱解析を行う伝熱解析部と、
前記伝熱解析の結果を用いて前記ポリマー部の架橋反応の反応率の解析を行う架橋反応解析部と、
前記架橋反応解析部により解析された前記ポリマー部の架橋反応の反応率を用いて構造解析を行う構造解析部と、
機械学習を行う演算処理部と、を備え、
前記記憶部は、さらに、
原料ポリマーを含んで構成される前記ポリマー部を有する前記対象ワークモデルと、
基準反応温度での基準反応時間のときの架橋反応の反応量に対する、対象反応温度での対象反応時間のときの架橋反応の反応量の比を等価反応量として定義し、アレニウスプロットの傾きを表す傾き係数を含んで定義される等価反応量算出モデルと、
前記傾き係数と、
前記反応率または前記等価反応量に関するデータから選択された訓練データと、
前記訓練データを用いて機械学習を行うことにより生成された学習済みモデルと、を記憶し、
前記架橋反応解析部は、
前記伝熱解析の結果として、架橋反応における前記対象ワークモデルの前記ポリマー部の各要素について時刻毎の温度を取得する温度取得部と、
取得した前記架橋反応における前記ポリマー部の各要素についての時刻毎の温度、前記等価反応量算出モデル、対象時刻における前記傾き係数に基づいて、時刻毎の前記ポリマー部の前記等価反応量を算出し、算出した前記等価反応量に基づいて前記ポリマー部の架橋反応の反応率を算出する反応率算出処理部と、を備え、
前記構造解析部は、
前記架橋反応解析部の前記反応率算出処理部により算出された前記ポリマー部の各要素における前記反応率を取得する反応率取得部と、
前記ポリマー部において、取得した前記反応率に応じた弾性率を割り当てる弾性率割当部と、
前記ポリマー部に前記弾性率を割り当てた状態で構造解析を行うことにより、前記対象ワークモデル弾性率を取得する対象ワークモデル弾性率取得部と、を備え
前記演算処理部は、
前記訓練データを用いて前記機械学習を行うことにより前記学習済みモデルを生成し、
前記学習済みモデルを用いて目的変数を予測する、請求項１に記載の架橋反応シミュレーション装置。
【請求項６】
前記傾き係数が、前記ポリマー部の架橋反応の進行度に応じて設定される、請求項５に記載の架橋反応シミュレーション装置。
【請求項７】
前記演算処理部は、前記ポリマー部の架橋反応の反応率を予測する前記学習済みモデルを生成する、請求項５または６に記載の架橋反応シミュレーション装置。
【請求項８】
前記演算処理部が、
前記ポリマー部の架橋反応の反応率を予測する反応率予測処理と、
前記対象ワークモデル弾性率を予測する対象ワークモデル弾性率予測処理と、を処理する、請求項７に記載の架橋反応シミュレーション装置。
【請求項９】
前記反応率予測処理が、前記設定条件から、前記対象ワークモデルの前記ポリマー部の最終反応率を予測し、
前記対象ワークモデル弾性率予測処理が、前記設定条件と、前記最終反応率と、に基づいて、前記対象ワークモデル弾性率を予測する、請求項８に記載の架橋反応シミュレーション装置。
【請求項１０】
前記演算処理部は、前記ポリマー部の前記等価反応量を目的変数として、前記学習済みモデルを生成する、請求項５または６に記載の架橋反応シミュレーション装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、架橋反応シミュレーション装置に関する。
続きを表示（約 5,200 文字）【背景技術】
【０００２】
従来より、ポリマーを架橋反応させることにより化学物質の物性を向上させることが行われている。このようなポリマーとしてゴムが例示される。ゴムは、原料ゴムに硫黄やその他の架橋剤，加硫促進剤等を加え、加熱を行なうことによって、ゴム分子鎖間あるいはその分子鎖の中に三次元網目状の架橋構造が形成されている。
【０００３】
ゴムの加硫度、すなわち、ゴムの架橋反応の反応率を推定する技術として、非特許文献１に記載のものがある。上記の技術は、アレニウスの式に基づいて、ゴムの温度履歴から加硫度を推定し、適切な加硫条件（金型温度、加硫時間）を推定する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
有松利雄、“加硫工程設計の実際”、日本ゴム協会誌、第５９巻，第３号，（１９８６）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の技術を、ゴムだけでなく、樹脂やエラストマー等の架橋反応に適用することが望まれる。架橋反応の反応率は原料ポリマーの特性によって変化する。このため、適切な設定条件を推定するためには、原料ポリマーの特性によって変化するパラメータを用いて設定条件を推定することが考えられる。しかしながら、上記の技術は、原料ポリマーの特性によって変化するパラメータを含まないため、架橋反応の反応率を精度よく推定することができなかった。このため、架橋反応の設定条件を適切に推定することが困難であるという課題があった。
【０００６】
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、架橋反応の設定条件を適切に推定可能な架橋反応シミュレーション装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、
シミュレーションに用いるデータを記憶する記憶部と、
対象ワークモデルのポリマー部の架橋反応に係る設定条件の解析を行う設定条件解析部と、
を備える架橋反応シミュレーション装置であって、
前記記憶部は、
前記対象ワークモデルの前記ポリマー部を構成する原料ポリマーに関する特性値であるポリマー特性値と、
前記対象ワークモデルの前記ポリマー部の弾性率である対象ワークモデル弾性率と、前記対象ワークモデル弾性率を有する前記対象ワークモデルの前記ポリマー部の架橋反応における設定温度と、前記対象ワークモデル弾性率を有する前記対象ワークモデルの前記ポリマー部の架橋反応における反応時間と、が関係づけられた関係性データと、を記憶し、
前記設定条件解析部は、
前記ポリマー特性値を取得するポリマー特性値取得部と、
前記対象ワークモデル弾性率を取得する対象ワークモデル弾性率取得部と、
前記関係性データを取得する関係性データ取得部と、
前記ポリマー特性値に基づいて、前記関係性データの、前記対象ワークモデル弾性率、前記設定温度、および前記反応時間の関係を補正する補正部と、を備える、架橋反応シミュレーション装置にある。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の一態様によれば、架橋反応の対象となる原料ポリマーのポリマー特性値から、所望の対象ワークモデル弾性率を有する製品を得るための、ポリマー部の架橋反応の設定条件を算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
実施形態１－１の架橋反応シミュレーション装置を示すブロック図。
実施形態１－１に係る記憶部の詳細を示す模式図。
実施形態１－１において、成形型モデルに対象ワークモデルを配置した状態を示す図。
実施形態１－１の対象ワークモデルを示す図。
実施形態１－１の架橋反応シミュレーション装置の動作を示すフローチャート。
実施形態１－１において、成形型モデルに対象ワークモデルを配置した状態の各部の温度の経時変化を示す図。
従来技術において、ポリマー部の温度の実測値と予測値とを示すグラフ。
実施形態１－１において、ポリマー部の温度の実測値と予測値とを示すグラフ。
実施形態１－１において、カーボンブラックの含有量に対する熱伝導率の変化量を示すグラフ。
実施形態１－１において、成形型モデルに対象ワークモデルが配置された状態の解析メッシュの様子を説明するための図。
実施形態１－１の加硫試験機の構造を示す模式図。
実施形態１－１の加硫試験機によって測定されたトルクの、反応率への変換方法を説明するための図であって、（ａ）は、トルクの、反応時間に対する変化を示すグラフであり、（ｂ）は、反応率の、反応時間に対する変化を示すグラフである。
実施形態１－１の架橋反応解析処理における、傾き係数の算出方法を説明するための図。
実施形態１－１の架橋反応解析処理における、等価反応量の算出方法を説明するための図。
実施形態１－１の架橋反応解析処理における、等価反応量増加量から等価反応量を算出する方法を説明するための図。
実施形態１－１の架橋反応解析処理における、等価反応量から反応率への変換方法を説明するための図。
従来技術において、ポリマー部の反応率の、実測値と予測値とを示す図。
実施形態１－１において、架橋反応の反応進行度に応じて区分し、活性化エネルギーを、区分ごとに算出する方法を説明するための図。
実施形態１－１において、ポリマー部の反応率の、実測値と予測値とを示す図。
実施形態１－１において、反応率の、反応時間に対する変化量の表現方法を説明するための図。
実施形態１－１において、反応率の、反応時間に対する変化量を示す図。
実施形態１－１の第二関数を示す図。
実施形態１－１における、対象ワークモデルの解析メッシュの様子を説明するための図。
ポリマー部に内部気泡が発生した状態を示す図。
架橋反応における、ブローポイントにおける反応率、脱型時における反応率および最終反応率を示す図。
（ａ）複数のサンプルのブローポイントにおける反応率を示すグラフ。（ｂ）複数のサンプルのブローポイントにおける、加硫試験機によって測定されたトルクを示すグラフ。
内部気泡を抑制するメカニズムを説明するための図。
実施形態１－１において、ポリマー部の反応率分布を示すヒートマップ図。
実施形態１－１において、金型温度が低温の場合の、反応時間に対する、対象ワークモデルの軸直角方向の弾性率の変化量を示す図。
実施形態１－１において、金型温度が中温の場合の、反応時間に対する、対象ワークモデルの軸直角方向の弾性率の変化量を示す図。
実施形態１－１において、金型温度が高温の場合の、反応時間に対する、対象ワークモデルの軸直角方向の弾性率の変化量を示す図。
実施形態１－１において、ポリマー部の弾性率と、内部気泡の発生状況の、反応時間に対する変化を示す図。
実施形態１－１において、内部気泡の発生予想結果を視覚的に表示する図。
実施形態１－１において、成形型モデルの他の例を示すである。
実施形態１－１における、対象ワークモデル弾性率Ｋｓの変化を表すグラフであり、（ａ）は、対象ワークモデル弾性率Ｋｓの、架橋反応の設定温度に対する変化を表すグラフであり、（ｂ）は、対象ワークモデル弾性率Ｋｓの、ポリマー特性値ＲＫｓに対する変化を示すグラフである。
実施形態１－１において、シミュレーション結果を実測データで校正する過程を示すグラフであり、（ａ）は、弾性率の、設定温度に対する変化を示すシミュレーション結果であり、（ｂ）は、弾性率の、設定温度に対する変化を示す実測データであり、（ｃ）は、シミュレーション結果のグラフのピークと、実測データのグラフのピークとを一致させた状態を示すグラフである。
実施形態１－１において、図３６（ｃ）で得られたグラフを、異なるＲＫｓの値にシフトした状態を示す図である。
実施形態１－１において、異なるＲＫｓに対するシミュレーション結果と実測データとの比較を示す図であり、（ａ）は、ＲＫｓ＝１４３の場合におけるシミュレーション結果と実測データとの比較であり、（ｂ）は、ＲＫｓ＝１７８の場合におけるシミュレーション結果と実測データとの比較を示す図である。
実施形態１－１において、弾性率を、架橋反応の設定温度で調節する方法を示す図である。
実施形態１－２において、シミュレーション結果を実測データで校正する過程を示すグラフであり、（ａ）は、弾性率の、反応時間に対する変化を示すシミュレーション結果であり、（ｂ）は、弾性率の、反応時間に対する変化を示す実測データであり、（ｃ）は、シミュレーション結果のグラフのピークと、実測データのグラフのピークとを一致させた状態を示すグラフである。
実施形態１－３において、表を用いて、設定温度と反応時間とをシフトすることにより、シミュレーション結果を実測データに合わせて校正する方法を示す図である。
実施形態１－４において、表を用いて、反応時間をシフトすることにより、シミュレーション結果を実測データに合わせて校正する方法を示す図である。
実施形態１－５において、表を用いて、設定時間をシフトすることにより、シミュレーション結果を実測データに合わせて校正する方法を示す図である。
実施形態１－６において、表を用いて、設定温度、反応時間、および弾性率をシフトすることにより、シミュレーション結果を実測データに合わせて校正する方法を示す図である。
実施形態１－７において、表を用いて、特定のセルの弾性率の値を変更することにより、シミュレーション結果を実測データに合わせて校正する方法を示す図である。
実施形態２－１に係る架橋反応シミュレーション装置を示すブロック図である。
実施形態２－１に係る記憶部の詳細を示す図である。
実施形態２－１に係る架橋反応シミュレーション装置のメインフローを示すフローチャートである。
実施形態２－１に係るシミュレーション処理を示すフローチャートである。
実施形態２－１に係る予測処理を示すフローチャートの一部である。
実施形態２－１において、シミュレーション処理により得られた反応率と、機械学習により予測された反応率と、の相関を示す図である。
実施形態２－２に係る予測処理を示すフローチャートの一部である。
実施形態２－２に係る予熱処理を示すフローチャートの一部である。
実施形態２－２に係る予熱処理を示すフローチャートの一部である。
実施形態２－２の変形例に係る予熱処理を示すフローチャートの一部である。
実施形態２－２の変形例に係る予熱処理を示すフローチャートの一部である。
実施形態２－３に係る予測処理を示すフローチャートである。
実施形態２－３において、シミュレーション処理により得られた反応率と、機械学習により予測された反応率と、の相関を示す図である。
実施形態２－４に係る予測処理を示すフローチャートの一部である。
実施形態２－４に係る予熱処理を示すフローチャートの一部である。
実施形態２－４に係る予熱処理を示すフローチャートの一部である。
実施形態３－１に係る予測処理を示すフローチャートの一部である。
実施形態３－２に係る予測処理を示すフローチャートである。
実施形態３－３に係る予測処理を示すフローチャートの一部である。
実施形態３－４に係る予測処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（実施形態１－１）
１．架橋反応シミュレーション装置１の構成
１－１．架橋反応シミュレーション装置１の全体構成
実施形態１－１の架橋反応シミュレーション装置１（内部気泡推定装置の一例）の全体構成について、図１を参照して説明する。本形態の架橋反応シミュレーション装置１は、原料ポリマーの分子鎖同士を架橋させる架橋反応についてのシミュレーションを行い、架橋反応の設定条件を予測する。
（【００１１】以降は省略されています）

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