JP3236068B2 - 射出成形用金型の流動解析評価システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、射出成形時に発生する
外観不良であるヤケを防止するために、多点ゲート型の
射出成形機の各ゲート寸法を評価する射出成形用金型の
流動解析評価システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】射出成形の分野では、新たな製品の金型
を起こす場合、その金型の設計に当たり、設計者の経験
的ノウハウに頼って行われていた。

【０００３】すなわち、充填時の樹脂流量やゲート点数
に関係なくゲート径を経験則によって決定していた。そ
のため、設計された金型によって仮打ちを行い、その時
点でヤケや変形等の問題が発生したときに、初めてゲー
ト径等を再検討し、金型を再加工して再び仮打ちを行う
といった過程を経て、１つの新たな製品開発が行われて
いた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来の金
型設計では、設計者の経験によって設計される金型にバ
ラツキを生じるだけでなく、科学的計算に基づいた定量
的な評価が行えないため、決定された数値の適用範囲も
限られたものとなり、これを新しい分野に応用しようと
してもほとんど適用できないといった問題があった。ま
た、多点ゲート型の射出成形機では、流動の面からバラ
ンスをとることは行われているものの、樹脂が充填時に
金型表面から受ける温度については、そのバランスを考
慮することは行われていなかった。そのため、同時充填
であっても、各ゲートにおいて温度的にバラツキを生じ
ることがあった。

【０００５】本発明はかかる実情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、多点ゲート型の射出成形機の各ゲート
寸法を、樹脂が受ける温度の面から科学的計算に基づい
て定量的に評価を行う射出成形用金型の流動解析評価シ
ステムを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明に係わる射出成形用金型の流動解析評価シス
テムは、射出成形時に発生する外観不良であるヤケを防
止するために、多点ゲート型の射出成形機の各ゲート寸
法を評価するシステムであって、ゲート径をパラメータ
として樹脂充填解析を行うことにより、圧力、温度の分
布を算出する充填解析部と、この充填解析部での解析結
果に基づいて、前記各ゲート径の初期条件下での指標値
の算出を行う指標算出部と、この指標算出部による初期
解析結果に基づき、各指標値のいずれかがヤケ発生限界
を超えているか否かの判断を行う第１指標判断部と、前
記指標算出部による初期解析結果に基づき、各指標値が
所定範囲内にあるか否かの判断を行う第２指標判断部
と、前記第１指標判断部及び前記第２指標判断部の判断
結果に基づき、各指標値のいずれかがヤケ発生限界を超
えている場合、又は各指標値がヤケ発生限界内であって
も所定範囲内に無い場合には、その超えている指標値又
は所定範囲内に無い指標値に対応するゲート径を変化さ
せて再度充填解析を行わせ、その解析結果を再度前記第
１指標判断部及び前記第２指標判断部により判断させる
制御を行う制御部と、前記各指標判断部により求められ
た最終的な指標値に対応する各ゲート径を数値表示する
表示部とを備えた構成とする。

【０００７】

【作用】外観不良に関する樹脂流量、ゲート径とヤケと
の関係は、一般的には樹脂流量が大きい程ヤケやすく、
ゲート径が大きい程ヤケにくいといわれている。すなわ
ち、原則的には、各ゲートを通過する樹脂流量が一定
で、かつ各ゲート径が等しければ、各ゲートでの温度上
昇も必然的に同一となるはずである。しかしながら、実
際には、ゲート径を厳密に同一とすることは難しく、ま
た樹脂流量も一定とすることは困難である。そこで、こ
のようなバラツキのあるゲート間格差を埋めるため、指
標値の高いゲート径を小さくして樹脂流量を下げたり、
他のゲート径を大きくして指標値の高いゲート径の樹脂
流量を下げたりして、バランスを取るものである。

【０００８】すなわち、充填解析部では、ゲート径をパ
ラメータとして樹脂充填解析を行うことにより、圧力、
温度の分布を算出する。

【０００９】指標算出部では、この充填解析部での解析
結果に基づいて、各ゲート径の初期条件下での指標値
（例えば、最高樹脂温度〔以下、「最大温度」とい
う〕）の算出を行う。

【００１０】この後、第１指標判断部では、この指標算
出部による初期解析結果に基づき、各指標値のいずれか
がヤケ発生限界を超えているか否かの判断を行う。そし
て、いずれかの指標値がヤケ発生限界を超えている場
合、制御部は、その超えている指標値に対応するゲート
径を変化させて、充填解析部により再度充填解析を行わ
せ、その解析結果に基づく新たな指標値を再度第１指標
判断部により判断させる。このような判断を、各指標値
がヤケ発生限界内となるまで繰り返し行う。

【００１１】ヤケ発生限界内になると、次に第２指標判
断部は、各指標値が所定範囲内であるか否かの判断を行
う。そして、いずれかの指標値が所定範囲内でない場
合、制御部は、その所定範囲内でない指標値に対応する
ゲート径を変化させて、充填解析部により再度充填解析
を行わせ、その解析結果に基づく新たな指標値を再度第
１指標判断部及び第２指標判断部により判断させる。こ
のような判断を、各指標値がヤケ発生限界内でかつ所定
範囲内となるまで繰り返し行う。

【００１２】そして、このようにして第１指標判断部及
び第２指標判断部での判断をクリアした最終的な各指標
値に対応する各ゲート径を、表示部において数値表示す
る。

【００１３】これにより、ヤケの発生もなく、かつバラ
ンスのとれた各ゲート径の組み合わせを算出することが
できる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。

【００１５】図１は、本発明に係わる射出成形用金型の
流動解析評価システムの電気的構成を示すブロック図で
ある。

【００１６】同図において、ゲート径をパラメータとし
て樹脂充填解析を行う充填解析部１１の出力は、充填解
析部１１での解析結果に基づいて、各ゲート径の初期条
件下での指標値の算出を行う指標算出部１２に導かれて
いる。また、指標算出部１２の出力は、各指標値のいず
れかがヤケ発生限界を超えているか否かの判断を行う第
１指標判断部１３に導かれており、第１指標判断部１３
の出力は、各指標値が所定範囲内にあるか否かの判断を
行う第２指標判断部１４に導かれている。そして、各指
標判断部１３，１４の出力は、充填解析部１１に導かれ
るとともに、第２指標判断部１４の出力は、最終的に得
られた指標値に対応する各ゲート径の組み合わせを数値
表示する表示部１５に導かれている。また、本システム
全体の動作制御を行う制御部１６は、充填解析部１１、
指標算出部１２、第１指標判断部１３及び第２指標判断
部１４とそれぞれ双方向性の接続となっている。

【００１７】充填解析部１１には、入力データとして、
成形条件データと製品形状データと樹脂物性データとが
与えられている。ここで、成形条件データとは、充填時
間（射出率）、保圧圧力、保圧時間、金型温度分布、注
入樹脂温度等のデータのことであり、樹脂物性データと
は、粘度、密度、熱特性（熱伝導率、比熱、固化温度、
結晶化熱等）のことである。

【００１８】次に、上記構成の流動解析評価システムの
動作を説明する。

【００１９】図２は多点ゲート型の射出成形機の各ゲー
ト寸法を評価する場合の動作フローチャートを示してお
り、以下このフローチャートを参照して説明を行うもの
とする。

【００２０】まず、設計者は、充填解析部１１に樹脂流
量（流速）Ｑ、ゲート径Ｒ、ゲート点数ｎの各値を設定
する（ステップＳ１）。この後、充填解析部１１は、与
えられた成形条件データ、製品形状データ、樹脂物性デ
ータ等の各入力データに基づいて、充填解析を行う（ス
テップＳ２，Ｓ３）。例えば、成形品の形状モデルを図
３に示す形状のものとし、ゲート数は６点（Ｇ１〜Ｇ
６）とする。また、使用樹脂として塩化ビニル樹脂を使
用する。また、成形条件として注入流量６２cm³/sec 、
射出時間１４sec 、注入樹脂温度２０５度、金型温度５
５度、最大射出時間１８sec 、限界射出圧力１４００kg
/cm²等の各データを入力する。また、各ゲートの寸法
（直径）の初期値を１．８mmとする。

【００２１】ここでの充填解析では、各状態における流
れ場をＨｅｌｌ−Ｓｈａｗ流れと仮定して、有限要素法
を用いて解き、圧力、温度の分布を算出する。この算出
方法は、従来のものと同様であるので、ここでは詳細な
説明を省略する。

【００２２】指標算出部１２では、充填解析部１１にお
いて得られた解析結果を加工することにより、射出成形
時の外観不良であるヤケを表す指標値（例えば、最大温
度）を求める（ステップＳ４）。この指標値としては、
最大温度の他に、下式によって求めることもできる。

【００２３】

【数１】

【００２４】 ただし、Ａ，Ｂ：常数、Ｔ：温度、ｔ：時間ステップＳ４で求められた 指標値に基づき、現在の入力
条件におけるヤケの発生状態が予測される。この指標値
は、第１指標判断部１３及び第２指標判断部１４を介し
て表示部１５に表示される。

【００２５】図４は、各ゲートの初期条件での解析結果
の一例を示しており、縦軸に指標値である最大温度を、
横軸にゲート番号をそれぞれ取っている。図において、
最大温度３５０度のところがヤケ発生限界温度であり、
この温度は樹脂により既に周知の値である。この初期解
析結果では、ゲート番号２（Ｇ２）のゲートでヤケ発生
限界の３５０度を超えている。

【００２６】第１指標判断部１３では、上記の初期解析
結果に基づき、ゲート番号２のゲートの指標値がヤケ発
生限界を超えていることから（ステップＳ５）、ステッ
プＳ７，Ｓ８へと動作を進め、その超えているゲートの
ゲート径を所定幅（この所定幅は予め設定されており、
例えば０．１mmとしている）小さくし、そのゲート径で
もって上記ステップＳ２〜Ｓ４の処理を行い、各ゲート
部の新たな指標値の算出を行う。第１指標判断部１３で
は、このようにして算出した新たな指標値が、ヤケ発生
限界内となるまで上記ステップＳ２〜Ｓ４を繰り返す。

【００２７】このような動作の繰り返し途中において、
ゲート番号２のゲートの径を小さくした結果、ゲート番
号２のゲートの指標値はヤケ発生限界内となったもの
の、例えば図５及び図６に示すように、別のゲート（ゲ
ート番号３（Ｇ３）のゲート）の指標値がヤケ発生限界
を超えてしまった場合には（ステップＳ７）、この時点
で上記の処理を終了し、初期設定された各ゲート径の値
を一定幅（例えば１０％程度）だけ均等に大きく設定し
直して（ステップＳ１０）、再びステップＳ２から動作
を開始する。

【００２８】このような動作を繰り返した結果、全ての
指標値がヤケ発生限界内となったとき、そのときの各ゲ
ートの指標値を第２指標判断部１４に与える。

【００２９】第２指標判断部１４では、与えられたデー
タに基づき、各ゲートの指標値が所定範囲（この所定範
囲も予め設定されており、例えば最高温度と最低温度と
の差が１０度以内としている）内であるか否かの判断を
行う（ステップＳ６）。そして、所定範囲を超えている
場合には、ステップＳ７，Ｓ８へと動作を進め、その超
えているゲートのゲート径を所定幅（この所定幅も予め
設定されており、上記と同様に例えば０．１mmとしてい
る）小さくし、そのゲート径でもって上記ステップＳ２
〜Ｓ４の処理を行い、各ゲート部の新たな指標値の算出
を行う。

【００３０】第２指標判断部１４では、このようにして
算出した新たな指標値が、所定範囲内となるまで上記ス
テップＳ２〜Ｓ５を繰り返し、ヤケ発生限界内でかつ所
定範囲内となったときの各ゲートの指標値を表示部１５
に送出する（ステップＳ９）。図７は、このようにして
表示部１５に送出され、表示された指標値（最大温度）
とゲート番号との関係を示している。

【００３１】また、表示部１５では、送られてきた各ゲ
ートの指標値に対応する各ゲート径を数値表示する。図
８は、最終的に得られた各ゲート径の組み合わせの一例
を示している。

【００３２】本実施例では、ゲート番号２のゲート径
（直径）を１．５mmとし、その他のゲート径（直径）を
１．９mmとすることにより、温度的にバランスのとれた
ゲート径となることが判るものである。

【００３３】

【発明の効果】本発明に係わる射出成形用金型の流動解
析評価システムは、ゲート径をパラメータとして樹脂充
填解析を行う充填解析部と、この解析結果に基づいて各
ゲート径の初期条件下での指標値の算出を行う指標算出
部と、この指標算出部による初期解析結果に基づき、各
指標値のいずれかがヤケ発生限界を超えているか否かの
判断を行う第１指標判断部及び各指標値が所定範囲内に
あるか否かの判断を行う第２指標判断部と、前記各指標
判断部の判断結果に基づき、各指標値のいずれかがヤケ
発生限界を超えている場合、又は各指標値がヤケ発生限
界内であっても所定範囲内に無い場合には、その超えて
いる指標値又は所定範囲内に無い指標値に対応するゲー
ト径を変化させて再度充填解析を行わせ、その解析結果
を再度前記各指標判断部により判断させる制御を行う制
御部と、前記各指標判断部により求められた最終的な指
標値に対応する各ゲート径を数値表示する表示部とを備
えた構成としたので、ヤケの発生しない各ゲート寸法の
最適な組み合わせが一目でわかることから、製品設計に
おいて常に定量的な評価を行うことができ、従来のよう
な人手による評価のバラツキ、決定法のバラツキ等が防
止される。また、定量的な評価が行えることから、金型
修正回数が削減でき、その結果一つの製品の開発期間を
大幅に短縮することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる射出成形用金型の流動解析評価
システムの電気的構成を示すブロック図である。

【図２】多点ゲート型の射出成形機の各ゲート寸法を評
価する場合の動作を説明するためのフローチャートであ
る。

【図３】成形品形状モデルの一例を示す図である。

【図４】各ゲート径の初期条件での解析結果を示すグラ
フである。

【図５】第１指標判断部での処理過程を示すグラフであ
る。

【図６】第１指標判断部での処理過程を示すグラフであ
る。

【図７】ヤケ発生限界内でかつ所定範囲内となったとき
の各ゲートの指標値とゲート番号との関係を示すグラフ
である。

【図８】最終ゲート径の最適な組み合わせを示す表であ
る。

【符号の説明】

１１ 充填解析部 １２ 指標算出部 １３ 第１指標判断部 １４ 第２指標判断部 １５ 表示部 １６ 制御部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B29C 45/76,45/26 B22D 17/32 G06F 17/50 620 - 628

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 射出成形時に発生する外観不良であるヤ
   ケを防止するために、多点ゲート型の射出成形機の各ゲ
   ート寸法を評価するシステムであって、ゲート径をパ ラメータとして樹脂充填解析を行うことに
   より、圧力、温度の分布を算出する充填解析部と、 この充填解析部での解析結果に基づいて、前記各ゲート
   径の初期条件下での指標値の算出を行う指標算出部と、 この指標算出部による初期解析結果に基づき、各指標値
   のいずれかがヤケ発生限界を超えているか否かの判断を
   行う第１指標判断部と、 前記指標算出部による初期解析結果に基づき、各指標値
   が所定範囲内にあるか否かの判断を行う第２指標判断部
   と、 前記第１指標判断部及び前記第２指標判断部の判断結果
   に基づき、各指標値のいずれかがヤケ発生限界を超えて
   いる場合、又は各指標値がヤケ発生限界内であっても所
   定範囲内に無い場合には、その超えている指標値又は所
   定範囲内に無い指標値に対応するゲート径を変化させて
   再度充填解析を行わせ、その解析結果を再度前記第１指
   標判断部及び前記第２指標判断部により判断させる制御
   を行う制御部と、 前記各指標判断部により求められた最終的な指標値に対
   応する各ゲート径を数値表示する表示部とを備えたこと
   を特徴とする射出成形用金型の流動解析評価システム。