| 研究課題/領域番号 |
20K04201
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分18020:加工学および生産工学関連
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| 研究機関 | 金沢工業大学 |
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研究代表者 |
瀬戸 雅宏 金沢工業大学, 工学部, 教授 (90367459)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
2022年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2021年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2020年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
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| キーワード | 射出成形 / 繊維強化樹脂 / 配向制御 / 機械的特性 / 軽量化設計 / 物性発現 / 強度設計 / 繊維配向 / 計量化 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
申請者らはこれまで，樹脂部品の軽量化を目的に射出発泡成形技術ならびに金属と樹脂接合技術を確立してきた．しかし，自動車業界ではさらなる軽量化技術が求められている．一般に部品設計においては，材料を均質な等方材料として取り扱うが，実際には特定の方向に荷重が作用する場合が多く，その方向に強度・剛性を発現させることで材料を有効に使用でき，軽量化を実現できる可能性がある．
本研究課題では，繊維強化射出成形品に生じる力学的特性の異方性に着目し，この異方性を積極的に制御して，実際の使用環境に応じて力学的特性を発現させ，無駄なく材料を使用することで軽量化を図る技術を確立することを目的とする．
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| 研究実績の概要 |
【最終年度の成果】
これまでの研究成果をもとに数値解析を実施し，機械特性の比較および繊維配向制御による軽量化への影響（効果）について検証した．金型内を流動する樹脂材料は金型による冷却によってキャビティ表面近傍から固化層を形成しながら充填される．この固化層形成は樹脂金型界面の熱伝達減少によって決定されるため，数値解析においては境界条件として熱伝達係数が必要となる．今期はこの熱伝達係数を実験的に計測し，数値解析における境界条件として定義し計算を行った．その結果，固化層成長の予測精度は低いものの，成形プロセス条件（繊維配向制御因子）による繊維配向制御の傾向を再現できることがわかった．また，繊維配向から機械特性を予測しその結果を構造解析にマッピングして計算を行った結果，繊維配向制御によって約30%程度の軽量化が達成することが確認された．
【研究機関全体の成果】
本研究課題では，機械特性の発現，制御を目的とした繊維配向制御手法の確立を目的とした．まず，射出成形における繊維配向制御因子とその影響，さらには配向メカニズムについて検討した．その結果，繊維配向は樹脂流動に伴うせん断流動の影響を大きく受け，さらには固化層との境界で強く配向することがわかった．この結果から配向を制御するためには，成形中の固化層制御が重要であることを示唆している．また，数値解析（流動―構造連成解析）により繊維配向制御による部品軽量化の効果を研修した結果，3割程度の軽量化を実現できることが分かった．しかしながら，精度向上には繊維配向メカニズムから繊維配向予測モデルの構築が必要であり，樹脂流動に伴う繊維配向挙動，さらには繊維同士，樹脂と繊維の相互作用を考慮した配向モデルの構築が不可欠であり，今後これらの検証を進めることとした．
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