JP3870766B2 - 成形品の射出成形方法、成形品のウエルドラインの予測方法および成形品の成形条件設定方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流動解析を用いて金型内における溶融材料が合流した位置におけるウエルドラインを予測する方法および、ウエルドラインの幅が目標値以下となるように射出条件を設定する射出条件設定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、射出成形においてウエルドラインの発生する部位を概ね予想できることが知られている。ウエルドラインとは、溶融樹脂がキャビティ内において分岐するように流れた後に、再度合流して接合する部位に形成される溝であり、成形後の成形品の機能及び外見上の見栄えを損なう。このため、ウエルドラインを、成形品の意匠性を損なわない箇所に発生させるか、その幅を狭くする方法が採られている。
【０００３】
こうした技術として、特開平９−１９９５３号公報が知られている。この技術は、流動解析を用いて、ウエルドラインの位置と固化層の厚さを求め、固化層の厚さによりウエルドラインの発生予測をする技術である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の技術では、金型内を流れる溶融樹脂に形成される固化層の厚みを正確に予測することが困難であるだけでなく、固化層の厚みとウエルドラインとの幅との相関関係が小さい場合が多く、ウエルドラインの幅を正確に予測する技術として不十分であった。
【０００５】
本発明は、上記従来の技術の問題を解決するものであり、ウエルドラインの位置および幅を正確に予測することができるウエルドラインの予測方法および、ウエルドラインにより意匠性を損なわない成形品の成形条件設定方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上記課題を解決するためになされた本発明は、
流動解析を用いて金型内における溶融材料が合流した位置におけるウエルドラインを予測するウエルドラインの予測方法において、
予備成形品を射出成形したときにウエルドラインが発生すると予測される位置における溶融材料の内圧の時間的変化の関数に基づいた昇圧速度および、該昇圧速度に対応しかつ凹所の幅で実測されたウエルドラインの幅を少なくともパラメータとした昇圧速度マップを準備する工程Ａと、
金型のキャビティ形状、溶融材料の条件、射出速度、射出圧を含む射出成形条件を設定する工程Ｂと、
上記射出成形条件に基づいて、上記流動解析によりウエルドラインの位置を求める工程Ｃと、
上記工程Ｃで求められたウエルドラインの位置におけるウエルドラインの幅を求める工程であり、上記工程Ａの昇圧速度マップに基づき、上記工程Ｂで設定された射出速度および射出圧に対応する昇圧速度を求め、該昇圧速度に対応する上記ウエルドラインの幅を求める工程Ｄと、
を備えたことを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の他の態様は、
流動解析を用いて金型内における溶融材料が合流した位置におけるウエルドラインを予測し、ウエルドラインの幅が目標値以下となるように射出成形条件を設定する成形品の成形条件設定方法において、
予備成形品を射出成形したときにウエルドラインが発生すると予測される位置における溶融材料の内圧の時間的変化の関数に基づいた昇圧速度および、該昇圧速度に対応しかつ凹所の幅で実測されたウエルドラインの幅を少なくともパラメータとした昇圧速度マップを準備する工程Ａと、
金型のキャビティ形状、溶融材料の条件、射出速度、射出圧を含む射出成形条件を設定する工程Ｂと、
上記射出成形条件に基づいて、上記流動解析によりウエルドラインの位置を求める工程Ｃと、
上記工程Ｃで求められたウエルドラインの位置におけるウエルドラインの幅を求める工程であり、上記工程Ａの昇圧速度マップに基づき、上記工程Ｂで設定された射出速度および射出圧に対応する昇圧速度を求め、該昇圧速度に対応する上記ウエルドラインの幅を求める工程Ｄと、
上記工程Ｄで求められたウエルドラインの幅が目標値を超えている場合には、上記工程Ｂの射出成形条件を変更する工程Ｅと、
を備えたことを特徴とする。
【０００８】
本発明にかかる射出成形工程において、各種の条件、例えば、溶融樹脂が合流したときの会合角、金型の温度や、射出圧、射出速度、樹脂の物性等によりウエルドラインの大きさを調整するが、昇圧速度マップに基づいてウエルドラインの幅を調節する。まず、成形品のウエルドラインの幅を測定し、昇圧速度マップから、このときの昇圧速度を求める。この昇圧速度に基づいて、該昇圧速度を与える射出速度、射出圧を求める。よって、この射出速度および射出圧で射出成形を再度行なう。これにより、ウエルドラインを視認されない幅に設定できる。
【０００９】
昇圧速度マップは、実際に射出成形したときに、ウエルドラインが発生すると予測される位置における溶融材料の内圧の時間的変化の関数に基づき上記昇圧速度を求めるとともに、この昇圧速度で射出したときに形成されるウエルドラインの幅に基づいて作成されており、実際に形成されるウエルドラインの幅と強い相関関係がある。よって、ウエルドラインの幅を調節する指標として、射出速度および射出圧を設定するための条件が容易に分かり、作業性を向上させることができる。
【００１０】
また、本発明の他の態様にかかるウエルドラインの予測方法では、射出成形条件に基づき、流動解析を用いて、金型内を流れる溶融材料が合流した箇所で発生するウエルドラインを予測する。すなわち、金型のキャビティ形状、溶融材料の条件、射出速度、射出圧などの射出条件を設定して、流動解析を行ない、ウエルドラインの位置を求める。そして、ウエルドラインの位置におけるウエルドラインの幅を、昇圧速度マップに基づいて求める。
【００１１】
よって、金型を製作する前および成形前の設計段階において、ウエルドラインの位置およびウエルドラインの幅を正確に予測することができ、設計作業の短縮化および最適化を実現できる。
【００１２】
また、他の発明の態様は、
流動解析を用いて金型内における溶融材料が合流した位置におけるウエルドラインを予測し、ウエルドラインの幅が目標値以下となるように射出条件を設定する成形品の成形条件設定方法において、
金型のキャビティ形状、溶融材料の条件、射出速度、射出圧を含む射出成形条件を設定する工程と、
上記射出成形条件に基づいて、ウエルドラインの位置を求める工程と、
昇圧速度およびウエルドラインの幅を少なくともパラメータとしかつ予め求められた昇圧速度マップに基づき、上記工程により求められたウエルドラインの位置におけるウエルドラインの幅が上記目標値以下になる昇圧速度を求め、この昇圧速度を生じる射出速度および射出圧を射出条件に設定する工程と、
を備え、
上記昇圧速度マップは、実際に射出成形したときに、ウエルドラインが発生すると予測される位置における溶融材料の内圧の時間的変化の関数に基づき上記昇圧速度を求めるとともに、この昇圧速度で射出したときのウエルドラインの幅に基づいて作成されていることを特徴とする。
【００１３】
他の発明の態様では、ウエルドラインの幅が所定幅以上であるときに、昇圧速度マップに基づき、ウエルドラインの幅が目標値以下になる昇圧速度を求め、この昇圧条件における射出速度および射出圧を求め、これを射出条件に設定する。そして、再度、流動解析を行ない、ウエルドラインの幅を求める。そして、目標値以下のウエルドラインの幅となったときの、射出速度および射出圧を含む射出条件とする。
【００１４】
したがって、表面に意匠性を損なうようなウエルドラインのない成形品を設計するのに、実際に金型を試作する必要がなく、設計するまでの時間の短縮化およびコストの低減を図ることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以上説明した本発明の構成・作用を一層明らかにするために、以下本発明の好適な実施例について説明する。
【００１６】
図１は本発明の一実施の形態にかかる成形品１０を示す平面図である。成形品１０は、携帯電話のケーシングである。成形品１０は、樹脂射出成形により形成されており、表示部や多数のボタンを出没させるための開口部１２を備えている。開口部１２の間には、ウエルドライン１４が形成されている。ウエルドライン１４は、溶融樹脂が射出成形機のゲート位置から射出されて、開口部１２の周縁に沿って流れ、合流した箇所に形成されている。図２は成形品１０のウエルドライン１４の周辺を示す断面図である。
【００１７】
次に、成形品１０を射出成形する工程について説明する。図３は成形品１０の射出工程を説明する説明図であり、金型のキャビティの形状で表わしている。図３において、ゲート位置Ｇｔから溶融樹脂を射出すると、溶融樹脂は、分岐して開口部となる間のキャビティＣｔに沿って流れる。そして、キャビティＣｔにて合流してウエルドライン１４（図２）が形成される。
【００１８】
こうした射出成形工程において、各種の条件、例えば、溶融樹脂が合流したときの会合角、金型の温度や、射出圧、射出速度、樹脂の物性等によりウエルドラインの大きさを調整するが、この実施例では、図４の昇圧速度マップに基づいて、ウエルドラインの幅を調節する。図４は昇圧速度とウエルドラインの幅との関係を金型温度毎に示している。
【００１９】
ウエルドラインの幅は、以下の手順により調節する。まず、図２に示す射出後の成形品１０のウエルドライン１４の幅を測定する。そして、図４からウエルドライン１４の幅より小さい値であって、ウエルドラインが視認されなくなる幅（例えば、２μｍ）の昇圧速度を求める。この昇圧速度に基づいて、該昇圧速度を与える射出速度、射出圧を求める。この昇圧速度および射出圧は、予めモデル実験で求めてある。よって、この射出速度および射出圧で射出成形を再度行なう。これにより、ウエルドラインを視認されない幅に設定できる。
【００２０】
したがって、ウエルドラインの幅からウエルドラインの近傍の昇圧速度を推定でき、この昇圧速度に基づいて、ウエルドラインを生じない射出速度および射出圧を容易に求めることができる。このように、ウエルドラインの幅を射出速度および射出圧により容易に調節でき、ウエルドラインの視認されない成形品を得ることができる。
【００２１】
次に、図４の昇圧速度マップを求めた手順およびその根拠について説明する。図４の昇圧速度マップは、射出成形時における溶融樹脂の内圧の時間的変化を求めることにより得られている。
【００２２】
まず、昇圧速度マップを求めるために行なった実験について説明する。図５は携帯電話のケーシングを射出成形している場合を説明する説明図である。図５において、多数の開口を有する携帯電話を成形するための成形型では、溶融樹脂が合流する箇所にウエルドラインＷＬが形成されると予測される。ウエルドラインＷＬが形成されると予測される箇所に近接した両側に、圧力センサＰＳを設置する。そして、実際に射出成形を行なったときの、圧力センサＰＳからの検出値を求め、そのときの経時変化を図６に示すようにプロットする。この検出値の経時変化で表わされる曲線を、傾きで近似して、その傾きを昇圧速度とする。この昇圧速度が得られたときのウエルドラインの幅を求め、これを図４に示すようにプロットし、この作業を繰り返すことにより昇圧速度マップを求める。
【００２３】
次に、図４の昇圧速度マップにおける昇圧速度とウエルドラインの幅との相関関係について説明する。ウエルドラインの幅は、溶融樹脂が固化したときに形成される固化層の剛性と溶融樹脂の内圧との釣り合いにより求められる。
【００２４】
図７は固化層の付近の形状を示す説明図、図８は固化層の付近を拡大してその付近の力関係を説明する説明図である。溶融樹脂が金型のキャビティを流れ、その先端部同士がぶつかると、その瞬間にガスの存在により空隙を隔てて金型に対して非接触となる状態、つまり図８に示す片持ち梁の形状となる。このとき、溶融樹脂の先端部は、金型の表面で冷却固化される。すなわち、図９に示す溶融樹脂の温度分布に示すように、溶融樹脂の温度は、溶融樹脂が金型に接触して冷却されるから、金型表面からの距離が小さいほど低く、距離が大きいほど高くなる。ここで、金型に接触した瞬間の固化層の温度は、金型温度にほぼ近似した値として求めることができる。
【００２５】
そして、図１０に示すように、溶融樹脂の先端部の冷却により固化層の厚みが増すが、固化層の厚さの増大は、固化層の剛性を増大することを意味する。すなわち、固化層の剛性Ｆは、片持ち梁と仮定した場合に、次式により表わされる。
Ｆ＝Ｅ×Ｉ
ここで、Ｅは温度に依存するヤング率（図１１）であり、Ｉは肉厚の３乗に比例する断面２次モーメントである。固化層の剛性Ｆの経時変化を図１２に示す。
【００２６】
また、図８に示すように、金型の表面と固化層の先端には、空隙が形成され、その間にガスがあるから、固化層の先端を金型の表面に押しつけるには、ガス圧に抗する力を要する。
【００２７】
したがって、ウエルドラインの幅は、固化層の剛性とガス圧とを合わせた抗力と、固化層が受ける溶融樹脂の内圧との力関係により定まり、つまり図１３に示すように、溶融樹脂の内圧が固化層の剛性とガス圧との合計の抗力を下回ったときに固化層の先端が金型に押し付けられる力が弱くウエルドラインの幅が大きくなり、一方、溶融樹脂の内圧が上記抗力を上回ったときに固化層の先端が金型に押し付ける力が大きく、ウエルドラインが発生しないと予測する。
【００２８】
このように昇圧速度とウエルドラインの幅との関係に裏付けられた図４の昇圧速度マップに基づいて、ウエルドラインの幅を調節することができる。この場合において、ウエルドラインが視認できる幅は、成形品の表面形状によって異なり、つまり艶、シボ模様などにより異なるから、成形品に応じて射出速度、射出圧を設定することにより、ウエルドラインが視認されない意匠性に優れた成形品を得ることができる。
【００２９】
次に、射出成形時における流動解析を用いてウエルドラインを評価する方法および成形品の設計方法について説明する。流動解析の評価方法及び設計方法は、市販の流動解析ソフトウェアを使用してコンピュータにより、図１４のフローチャートに示すように実施する。一般的に入手可能な市販の流動解析ソフトウェアは各種存在するが、例えば次のものが、本発明の実施に使用可能である。
Ｃ−ＭＯＬＤ、ＭＴＩ、ＭＭＡ（販売代理店：モールドフロージャパン株式会社）
プラメッツ（開発元：株式会社プラメディアリサーチ）
ケーラム（販売元：トヨタ自動車株式会社）
Ｉ−ＤＥＡＳ プラスチックス（販売代理店：株式会社電通国際情報サービス）
Ｉ−ＭＡＰ（販売代理店：株式会社東洋コミュニケーションシステム）
ＴＩＭＯＮ（開発元：東レ株式会社）
【００３０】
まず、ステップＳ１００では、上記流動解析ソフトウェアをインストールしたコンピュータに、成形品の射出成形に使用する金型のデータの他、ウエルドラインの位置や固化層の厚さに影響を及ぼすあらゆるデータを入力する。ステップＳ１００でコンピュータに入力するデータとしては、最低限、次の(1) 〜(8) のものが必要である。このうち、 (1) 〜(4) のデータは特に重要であり、特に正確な値を入力する必要がある。なお、金型の温度は、キーボードから入力するほかに、プログラムにより演算したデータを用いてもよい。(5) 〜(6) のデータがそれに次いで重要であるため、やはり正確な値を入力する必要がある。(7) 〜(8) のデータが計算結果に及ぼす影響は低いが、より厳密な計算結果を得るためには、正確な値を入力することが好ましい。
(1) 金型内のキャビティの三次元形状（厚さ、幅、断面形状及び平面形状を含む）
(2) ゲートの個数及び各ゲートの位置
(3) 金型の温度
(4) 射出速度
(5) 射出する溶融樹脂（加熱溶融した熱可塑性樹脂）の物性値（粘度、熱伝導率、比熱）
(6) 射出する溶融樹脂の温度
(7) 射出圧力
(8) 射出時間
【００３１】
続くステップＳ１０２では、ウエルドラインの位置を予測する予測計算処理と、固化層の厚さの予測計算処理とを行なう。上記ステップＳ１０２にて予測計算を行なった後に、ステップＳ１０４にて、予測計算の結果をディスプレイに画像出力し、つまりウエルドラインの位置、および固化層の厚さを表示する。続いて、ステップＳ１０６にて、ウエルドラインが発生する予測される付近の固化層の厚さを求め、さらに、続くステップＳ１０８にて、ステップＳ１０６で求められた固化層を形成している箇所の昇圧速度を求める。昇圧速度は、図１０、図１３のグラフに基づいて算出する。
【００３２】
続くステップＳ１１０にて、ステップＳ１０８で求めた昇圧速度に設定したときのウエルドラインの幅を図４の昇圧速度マップにより求め、その値が、成形品で視認されかつ不具合となるウエルドラインの幅を超えている場合には、ステップＳ１１０へ進んで、射出速度、射出圧、金型の温度などの条件を変更する。そして、ステップＳ１００に戻り、再度、ウエルドラインの評価を行なって、所望以下のウエルドラインの幅となったときに、この条件にて金型を製作するとともに（ステップＳ１１２）、上述した条件により実際の射出成形工程を行なう。
【００３３】
したがって、金型を製作する前および成形前の設計段階において、ウエルドラインの位置およびウエルドラインの幅を正確に予測することができ、設計作業の短縮化および最適化を実現できる。
【００３４】
なお、この発明は上記実施例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態にかかる成形品１０を示す平面図である。
【図２】成形品１０のウエルドライン１４の周辺を示す断面図である。
【図３】成形品の射出工程を説明する説明図である。
【図４】昇圧速度とウエルドラインの幅との関係を金型温度毎に示している昇圧速度マップである。
【図５】携帯電話のケーシングを射出成形している場合を説明する説明図である。
【図６】溶融樹脂の内圧の経時変化を示すグラフである。
【図７】固化層の付近の形状を示す説明図である。
【図８】固化層の付近を拡大してその付近の力関係を説明する説明図である。
【図９】射出成形時における溶融樹脂の温度分布の経時変化を示す説明図である。
【図１０】溶融樹脂の先端部の固化層の厚さの経時変化を示す説明図である。
【図１１】ヤング率の温度依存性を説明する説明図である。
【図１２】固化層の曲げ剛性の経時変化を示す説明図である。
【図１３】固化層の剛性、溶融樹脂の内圧およびウエルドラインの幅との関係を示すグラフである。
【図１４】ウエルドラインの評価方法を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
１０...成形品
１２...開口部
１４...ウエルドライン
ＰＳ...圧力センサ
ＷＬａ...ウエルドライン
【発明の属する技術分野】
本発明は、流動解析を用いて金型内における溶融材料が合流した位置におけるウエルドラインを予測する方法および、ウエルドラインの幅が目標値以下となるように射出条件を設定する射出条件設定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、射出成形においてウエルドラインの発生する部位を概ね予想できることが知られている。ウエルドラインとは、溶融樹脂がキャビティ内において分岐するように流れた後に、再度合流して接合する部位に形成される溝であり、成形後の成形品の機能及び外見上の見栄えを損なう。このため、ウエルドラインを、成形品の意匠性を損なわない箇所に発生させるか、その幅を狭くする方法が採られている。
【０００３】
こうした技術として、特開平９−１９９５３号公報が知られている。この技術は、流動解析を用いて、ウエルドラインの位置と固化層の厚さを求め、固化層の厚さによりウエルドラインの発生予測をする技術である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の技術では、金型内を流れる溶融樹脂に形成される固化層の厚みを正確に予測することが困難であるだけでなく、固化層の厚みとウエルドラインとの幅との相関関係が小さい場合が多く、ウエルドラインの幅を正確に予測する技術として不十分であった。
【０００５】
本発明は、上記従来の技術の問題を解決するものであり、ウエルドラインの位置および幅を正確に予測することができるウエルドラインの予測方法および、ウエルドラインにより意匠性を損なわない成形品の成形条件設定方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上記課題を解決するためになされた本発明は、
流動解析を用いて金型内における溶融材料が合流した位置におけるウエルドラインを予測するウエルドラインの予測方法において、
予備成形品を射出成形したときにウエルドラインが発生すると予測される位置における溶融材料の内圧の時間的変化の関数に基づいた昇圧速度および、該昇圧速度に対応しかつ凹所の幅で実測されたウエルドラインの幅を少なくともパラメータとした昇圧速度マップを準備する工程Ａと、
金型のキャビティ形状、溶融材料の条件、射出速度、射出圧を含む射出成形条件を設定する工程Ｂと、
上記射出成形条件に基づいて、上記流動解析によりウエルドラインの位置を求める工程Ｃと、
上記工程Ｃで求められたウエルドラインの位置におけるウエルドラインの幅を求める工程であり、上記工程Ａの昇圧速度マップに基づき、上記工程Ｂで設定された射出速度および射出圧に対応する昇圧速度を求め、該昇圧速度に対応する上記ウエルドラインの幅を求める工程Ｄと、
を備えたことを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の他の態様は、
流動解析を用いて金型内における溶融材料が合流した位置におけるウエルドラインを予測し、ウエルドラインの幅が目標値以下となるように射出成形条件を設定する成形品の成形条件設定方法において、
予備成形品を射出成形したときにウエルドラインが発生すると予測される位置における溶融材料の内圧の時間的変化の関数に基づいた昇圧速度および、該昇圧速度に対応しかつ凹所の幅で実測されたウエルドラインの幅を少なくともパラメータとした昇圧速度マップを準備する工程Ａと、
金型のキャビティ形状、溶融材料の条件、射出速度、射出圧を含む射出成形条件を設定する工程Ｂと、
上記射出成形条件に基づいて、上記流動解析によりウエルドラインの位置を求める工程Ｃと、
上記工程Ｃで求められたウエルドラインの位置におけるウエルドラインの幅を求める工程であり、上記工程Ａの昇圧速度マップに基づき、上記工程Ｂで設定された射出速度および射出圧に対応する昇圧速度を求め、該昇圧速度に対応する上記ウエルドラインの幅を求める工程Ｄと、
上記工程Ｄで求められたウエルドラインの幅が目標値を超えている場合には、上記工程Ｂの射出成形条件を変更する工程Ｅと、
を備えたことを特徴とする。
【０００８】
本発明にかかる射出成形工程において、各種の条件、例えば、溶融樹脂が合流したときの会合角、金型の温度や、射出圧、射出速度、樹脂の物性等によりウエルドラインの大きさを調整するが、昇圧速度マップに基づいてウエルドラインの幅を調節する。まず、成形品のウエルドラインの幅を測定し、昇圧速度マップから、このときの昇圧速度を求める。この昇圧速度に基づいて、該昇圧速度を与える射出速度、射出圧を求める。よって、この射出速度および射出圧で射出成形を再度行なう。これにより、ウエルドラインを視認されない幅に設定できる。
【０００９】
昇圧速度マップは、実際に射出成形したときに、ウエルドラインが発生すると予測される位置における溶融材料の内圧の時間的変化の関数に基づき上記昇圧速度を求めるとともに、この昇圧速度で射出したときに形成されるウエルドラインの幅に基づいて作成されており、実際に形成されるウエルドラインの幅と強い相関関係がある。よって、ウエルドラインの幅を調節する指標として、射出速度および射出圧を設定するための条件が容易に分かり、作業性を向上させることができる。
【００１０】
また、本発明の他の態様にかかるウエルドラインの予測方法では、射出成形条件に基づき、流動解析を用いて、金型内を流れる溶融材料が合流した箇所で発生するウエルドラインを予測する。すなわち、金型のキャビティ形状、溶融材料の条件、射出速度、射出圧などの射出条件を設定して、流動解析を行ない、ウエルドラインの位置を求める。そして、ウエルドラインの位置におけるウエルドラインの幅を、昇圧速度マップに基づいて求める。
【００１１】
よって、金型を製作する前および成形前の設計段階において、ウエルドラインの位置およびウエルドラインの幅を正確に予測することができ、設計作業の短縮化および最適化を実現できる。
【００１２】
また、他の発明の態様は、
流動解析を用いて金型内における溶融材料が合流した位置におけるウエルドラインを予測し、ウエルドラインの幅が目標値以下となるように射出条件を設定する成形品の成形条件設定方法において、
金型のキャビティ形状、溶融材料の条件、射出速度、射出圧を含む射出成形条件を設定する工程と、
上記射出成形条件に基づいて、ウエルドラインの位置を求める工程と、
昇圧速度およびウエルドラインの幅を少なくともパラメータとしかつ予め求められた昇圧速度マップに基づき、上記工程により求められたウエルドラインの位置におけるウエルドラインの幅が上記目標値以下になる昇圧速度を求め、この昇圧速度を生じる射出速度および射出圧を射出条件に設定する工程と、
を備え、
上記昇圧速度マップは、実際に射出成形したときに、ウエルドラインが発生すると予測される位置における溶融材料の内圧の時間的変化の関数に基づき上記昇圧速度を求めるとともに、この昇圧速度で射出したときのウエルドラインの幅に基づいて作成されていることを特徴とする。
【００１３】
他の発明の態様では、ウエルドラインの幅が所定幅以上であるときに、昇圧速度マップに基づき、ウエルドラインの幅が目標値以下になる昇圧速度を求め、この昇圧条件における射出速度および射出圧を求め、これを射出条件に設定する。そして、再度、流動解析を行ない、ウエルドラインの幅を求める。そして、目標値以下のウエルドラインの幅となったときの、射出速度および射出圧を含む射出条件とする。
【００１４】
したがって、表面に意匠性を損なうようなウエルドラインのない成形品を設計するのに、実際に金型を試作する必要がなく、設計するまでの時間の短縮化およびコストの低減を図ることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以上説明した本発明の構成・作用を一層明らかにするために、以下本発明の好適な実施例について説明する。
【００１６】
図１は本発明の一実施の形態にかかる成形品１０を示す平面図である。成形品１０は、携帯電話のケーシングである。成形品１０は、樹脂射出成形により形成されており、表示部や多数のボタンを出没させるための開口部１２を備えている。開口部１２の間には、ウエルドライン１４が形成されている。ウエルドライン１４は、溶融樹脂が射出成形機のゲート位置から射出されて、開口部１２の周縁に沿って流れ、合流した箇所に形成されている。図２は成形品１０のウエルドライン１４の周辺を示す断面図である。
【００１７】
次に、成形品１０を射出成形する工程について説明する。図３は成形品１０の射出工程を説明する説明図であり、金型のキャビティの形状で表わしている。図３において、ゲート位置Ｇｔから溶融樹脂を射出すると、溶融樹脂は、分岐して開口部となる間のキャビティＣｔに沿って流れる。そして、キャビティＣｔにて合流してウエルドライン１４（図２）が形成される。
【００１８】
こうした射出成形工程において、各種の条件、例えば、溶融樹脂が合流したときの会合角、金型の温度や、射出圧、射出速度、樹脂の物性等によりウエルドラインの大きさを調整するが、この実施例では、図４の昇圧速度マップに基づいて、ウエルドラインの幅を調節する。図４は昇圧速度とウエルドラインの幅との関係を金型温度毎に示している。
【００１９】
ウエルドラインの幅は、以下の手順により調節する。まず、図２に示す射出後の成形品１０のウエルドライン１４の幅を測定する。そして、図４からウエルドライン１４の幅より小さい値であって、ウエルドラインが視認されなくなる幅（例えば、２μｍ）の昇圧速度を求める。この昇圧速度に基づいて、該昇圧速度を与える射出速度、射出圧を求める。この昇圧速度および射出圧は、予めモデル実験で求めてある。よって、この射出速度および射出圧で射出成形を再度行なう。これにより、ウエルドラインを視認されない幅に設定できる。
【００２０】
したがって、ウエルドラインの幅からウエルドラインの近傍の昇圧速度を推定でき、この昇圧速度に基づいて、ウエルドラインを生じない射出速度および射出圧を容易に求めることができる。このように、ウエルドラインの幅を射出速度および射出圧により容易に調節でき、ウエルドラインの視認されない成形品を得ることができる。
【００２１】
次に、図４の昇圧速度マップを求めた手順およびその根拠について説明する。図４の昇圧速度マップは、射出成形時における溶融樹脂の内圧の時間的変化を求めることにより得られている。
【００２２】
まず、昇圧速度マップを求めるために行なった実験について説明する。図５は携帯電話のケーシングを射出成形している場合を説明する説明図である。図５において、多数の開口を有する携帯電話を成形するための成形型では、溶融樹脂が合流する箇所にウエルドラインＷＬが形成されると予測される。ウエルドラインＷＬが形成されると予測される箇所に近接した両側に、圧力センサＰＳを設置する。そして、実際に射出成形を行なったときの、圧力センサＰＳからの検出値を求め、そのときの経時変化を図６に示すようにプロットする。この検出値の経時変化で表わされる曲線を、傾きで近似して、その傾きを昇圧速度とする。この昇圧速度が得られたときのウエルドラインの幅を求め、これを図４に示すようにプロットし、この作業を繰り返すことにより昇圧速度マップを求める。
【００２３】
次に、図４の昇圧速度マップにおける昇圧速度とウエルドラインの幅との相関関係について説明する。ウエルドラインの幅は、溶融樹脂が固化したときに形成される固化層の剛性と溶融樹脂の内圧との釣り合いにより求められる。
【００２４】
図７は固化層の付近の形状を示す説明図、図８は固化層の付近を拡大してその付近の力関係を説明する説明図である。溶融樹脂が金型のキャビティを流れ、その先端部同士がぶつかると、その瞬間にガスの存在により空隙を隔てて金型に対して非接触となる状態、つまり図８に示す片持ち梁の形状となる。このとき、溶融樹脂の先端部は、金型の表面で冷却固化される。すなわち、図９に示す溶融樹脂の温度分布に示すように、溶融樹脂の温度は、溶融樹脂が金型に接触して冷却されるから、金型表面からの距離が小さいほど低く、距離が大きいほど高くなる。ここで、金型に接触した瞬間の固化層の温度は、金型温度にほぼ近似した値として求めることができる。
【００２５】
そして、図１０に示すように、溶融樹脂の先端部の冷却により固化層の厚みが増すが、固化層の厚さの増大は、固化層の剛性を増大することを意味する。すなわち、固化層の剛性Ｆは、片持ち梁と仮定した場合に、次式により表わされる。
Ｆ＝Ｅ×Ｉ
ここで、Ｅは温度に依存するヤング率（図１１）であり、Ｉは肉厚の３乗に比例する断面２次モーメントである。固化層の剛性Ｆの経時変化を図１２に示す。
【００２６】
また、図８に示すように、金型の表面と固化層の先端には、空隙が形成され、その間にガスがあるから、固化層の先端を金型の表面に押しつけるには、ガス圧に抗する力を要する。
【００２７】
したがって、ウエルドラインの幅は、固化層の剛性とガス圧とを合わせた抗力と、固化層が受ける溶融樹脂の内圧との力関係により定まり、つまり図１３に示すように、溶融樹脂の内圧が固化層の剛性とガス圧との合計の抗力を下回ったときに固化層の先端が金型に押し付けられる力が弱くウエルドラインの幅が大きくなり、一方、溶融樹脂の内圧が上記抗力を上回ったときに固化層の先端が金型に押し付ける力が大きく、ウエルドラインが発生しないと予測する。
【００２８】
このように昇圧速度とウエルドラインの幅との関係に裏付けられた図４の昇圧速度マップに基づいて、ウエルドラインの幅を調節することができる。この場合において、ウエルドラインが視認できる幅は、成形品の表面形状によって異なり、つまり艶、シボ模様などにより異なるから、成形品に応じて射出速度、射出圧を設定することにより、ウエルドラインが視認されない意匠性に優れた成形品を得ることができる。
【００２９】
次に、射出成形時における流動解析を用いてウエルドラインを評価する方法および成形品の設計方法について説明する。流動解析の評価方法及び設計方法は、市販の流動解析ソフトウェアを使用してコンピュータにより、図１４のフローチャートに示すように実施する。一般的に入手可能な市販の流動解析ソフトウェアは各種存在するが、例えば次のものが、本発明の実施に使用可能である。
Ｃ−ＭＯＬＤ、ＭＴＩ、ＭＭＡ（販売代理店：モールドフロージャパン株式会社）
プラメッツ（開発元：株式会社プラメディアリサーチ）
ケーラム（販売元：トヨタ自動車株式会社）
Ｉ−ＤＥＡＳ プラスチックス（販売代理店：株式会社電通国際情報サービス）
Ｉ−ＭＡＰ（販売代理店：株式会社東洋コミュニケーションシステム）
ＴＩＭＯＮ（開発元：東レ株式会社）
【００３０】
まず、ステップＳ１００では、上記流動解析ソフトウェアをインストールしたコンピュータに、成形品の射出成形に使用する金型のデータの他、ウエルドラインの位置や固化層の厚さに影響を及ぼすあらゆるデータを入力する。ステップＳ１００でコンピュータに入力するデータとしては、最低限、次の(1) 〜(8) のものが必要である。このうち、 (1) 〜(4) のデータは特に重要であり、特に正確な値を入力する必要がある。なお、金型の温度は、キーボードから入力するほかに、プログラムにより演算したデータを用いてもよい。(5) 〜(6) のデータがそれに次いで重要であるため、やはり正確な値を入力する必要がある。(7) 〜(8) のデータが計算結果に及ぼす影響は低いが、より厳密な計算結果を得るためには、正確な値を入力することが好ましい。
(1) 金型内のキャビティの三次元形状（厚さ、幅、断面形状及び平面形状を含む）
(2) ゲートの個数及び各ゲートの位置
(3) 金型の温度
(4) 射出速度
(5) 射出する溶融樹脂（加熱溶融した熱可塑性樹脂）の物性値（粘度、熱伝導率、比熱）
(6) 射出する溶融樹脂の温度
(7) 射出圧力
(8) 射出時間
【００３１】
続くステップＳ１０２では、ウエルドラインの位置を予測する予測計算処理と、固化層の厚さの予測計算処理とを行なう。上記ステップＳ１０２にて予測計算を行なった後に、ステップＳ１０４にて、予測計算の結果をディスプレイに画像出力し、つまりウエルドラインの位置、および固化層の厚さを表示する。続いて、ステップＳ１０６にて、ウエルドラインが発生する予測される付近の固化層の厚さを求め、さらに、続くステップＳ１０８にて、ステップＳ１０６で求められた固化層を形成している箇所の昇圧速度を求める。昇圧速度は、図１０、図１３のグラフに基づいて算出する。
【００３２】
続くステップＳ１１０にて、ステップＳ１０８で求めた昇圧速度に設定したときのウエルドラインの幅を図４の昇圧速度マップにより求め、その値が、成形品で視認されかつ不具合となるウエルドラインの幅を超えている場合には、ステップＳ１１０へ進んで、射出速度、射出圧、金型の温度などの条件を変更する。そして、ステップＳ１００に戻り、再度、ウエルドラインの評価を行なって、所望以下のウエルドラインの幅となったときに、この条件にて金型を製作するとともに（ステップＳ１１２）、上述した条件により実際の射出成形工程を行なう。
【００３３】
したがって、金型を製作する前および成形前の設計段階において、ウエルドラインの位置およびウエルドラインの幅を正確に予測することができ、設計作業の短縮化および最適化を実現できる。
【００３４】
なお、この発明は上記実施例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態にかかる成形品１０を示す平面図である。
【図２】成形品１０のウエルドライン１４の周辺を示す断面図である。
【図３】成形品の射出工程を説明する説明図である。
【図４】昇圧速度とウエルドラインの幅との関係を金型温度毎に示している昇圧速度マップである。
【図５】携帯電話のケーシングを射出成形している場合を説明する説明図である。
【図６】溶融樹脂の内圧の経時変化を示すグラフである。
【図７】固化層の付近の形状を示す説明図である。
【図８】固化層の付近を拡大してその付近の力関係を説明する説明図である。
【図９】射出成形時における溶融樹脂の温度分布の経時変化を示す説明図である。
【図１０】溶融樹脂の先端部の固化層の厚さの経時変化を示す説明図である。
【図１１】ヤング率の温度依存性を説明する説明図である。
【図１２】固化層の曲げ剛性の経時変化を示す説明図である。
【図１３】固化層の剛性、溶融樹脂の内圧およびウエルドラインの幅との関係を示すグラフである。
【図１４】ウエルドラインの評価方法を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
１０...成形品
１２...開口部
１４...ウエルドライン
ＰＳ...圧力センサ
ＷＬａ...ウエルドライン
Claims (3)
- 流動解析を用いて金型内における溶融材料が合流した位置におけるウエルドラインを予測するウエルドラインの予測方法において、
予備成形品を射出成形したときにウエルドラインが発生すると予測される位置における溶融材料の内圧の時間的変化の関数に基づいた昇圧速度および、該昇圧速度に対応しかつ凹所の幅で実測されたウエルドラインの幅を少なくともパラメータとした昇圧速度マップを準備する工程Ａと、
金型のキャビティ形状、溶融材料の条件、射出速度、射出圧を含む射出成形条件を設定する工程Ｂと、
上記射出成形条件に基づいて、上記流動解析によりウエルドラインの位置を求める工程Ｃと、
上記工程Ｃで求められたウエルドラインの位置におけるウエルドラインの幅を求める工程であり、上記工程Ａの昇圧速度マップに基づき、上記工程Ｂで設定された射出速度および射出圧に対応する昇圧速度を求め、該昇圧速度に対応する上記ウエルドラインの幅を求める工程Ｄと、
を備えたことを特徴とする成形品のウエルドラインの予測方法。 - 流動解析を用いて金型内における溶融材料が合流した位置におけるウエルドラインを予測し、ウエルドラインの幅が目標値以下となるように射出成形条件を設定する成形品の成形条件設定方法において、
予備成形品を射出成形したときにウエルドラインが発生すると予測される位置における溶融材料の内圧の時間的変化の関数に基づいた昇圧速度および、該昇圧速度に対応しかつ凹所の幅で実測されたウエルドラインの幅を少なくともパラメータとした昇圧速度マップを準備する工程Ａと、
金型のキャビティ形状、溶融材料の条件、射出速度、射出圧を含む射出成形条件を設定する工程Ｂと、
上記射出成形条件に基づいて、上記流動解析によりウエルドラインの位置を求める工程Ｃと、
上記工程Ｃで求められたウエルドラインの位置におけるウエルドラインの幅を求める工程であり、上記工程Ａの昇圧速度マップに基づき、上記工程Ｂで設定された射出速度および射出圧に対応する昇圧速度を求め、該昇圧速度に対応する上記ウエルドラインの幅を求める工程Ｄと、
上記工程Ｄで求められたウエルドラインの幅が目標値を超えている場合には、上記工程Ｂの射出成形条件を変更する工程Ｅと、
を備えたことを特徴とする成形品の成形条件設定方法。 - 請求項２の上記射出成形条件にて成形品を射出成形する成形品の射出成形方法。
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