JP4368721B2 - 射出成形品の製造パラメータの決定方法、射出成形品の製造方法、射出成形装置及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、樹脂を射出成形する場合の製造パラメータの決定方法に関し、特に、射出成形品の製造に必要な型締力を低減することができるような射出成形品の製造パラメータの決定方法、射出成形品の製造方法、射出成形装置及びプログラムに関する。

射出成形機を用いて樹脂を成形する場合、成形に必要な型締力を可能な限り小さくしたいとの要望がある。通常では装置への設定型締力は成形に必要な型締力に安全率を見込んだ値が用いられるため、成形に必要な型締力が小さいほど射出成形機の加圧駆動系出力も小さくて良く、小型装置への代替が可能な場合には、ランニングコストが低減されるからである。また、同一の装置であっても、必要な型締力が小さいほど、設定型締力低減による省電力化、金型の保護等の利点が得られる。

型締力は、（キャビティ内の樹脂圧×投影面積）によって表されるので、成形に必要な最低限の型締力（最大型締力）を低減させるには、これらの双方又はいずれかを制御することになる。キャビティ内の樹脂圧は、使用する樹脂の流動性、流入速度、温度、ランナーを含む注入流路における圧損等をパラメータとして変化する。しかしながら、製品を安定的に成形するために、それぞれのパラメータに最適な範囲が決められており、これらの調整はその制約の範囲内で行わなければならない。一方、投影面積は製品形状が決まれば原則として決まってしまうものである。しかし、製品の形状によっては、実質的に投影面積を減少させることができる。

例えば、特許文献１には、製品形状が長手方向に延びている場合、キャビティ内に溶融樹脂を射出するゲートを充填開始側から充填完了側に向けて複数配置するとともに、充填開始側のゲートの射出開始から所定の時間差にて、溶融樹脂が順次キャビティ内へ射出することにより、充填の最終段階において、先に注入した樹脂がほぼ冷却・固化した状態になり、これにより、最終ゲートから射出される溶融樹脂が埋めるべき実質的な投影面積を、キャビティの全投影面積よりかなり小さくする技術が記載されている。しかしながら、このような長尺の形状では、注入の時間差を付けるタイミングの判断が容易であるが、この方法を一般的な形状の製品に応用するのは難しい。一般的な形状では、注入のタイミングをどのようにずらせば所望の効果が得られるかを予測するのは非常に困難だからである。従って、ゲートからの射出の開始や、流入量の減少又は停止を行なうタイミングを判断するために、勘や経験を頼りに人手によって試行錯誤を繰り返す必要がある。

特開２００２−３５５８６６号公報（第２頁）

この発明は上記のような課題に鑑み、任意の形状の樹脂製品を射出成形する場合でも、成形に必要な型締力を低く抑えることにより、装置の小型化、製造コストの低下を図ることができるような射出成形品の製造パラメータの決定方法、射出成形品の製造方法、射出成形装置及びプログラムを提供することを目的とする。

この発明は、前記目的を達成するためになされたもので、キャビティへの複数の樹脂流入路を有する金型を用いて射出成形を行なう場合に、射出成形に必要な型締力を制御するために前記樹脂流入路からキャビティへの樹脂材料の流入量を時系列的に設定する製造パラメータを、射出成形過程を計算する数値解析手法と計算機支援による最適化手法の組み合わせにより事前に求める方法であって、前記製造パラメータは、前記複数の樹脂流入路それぞれに配置されたバルブゲートである流入量調整弁の動作を制御するパラメータであり、一つのバルブゲートをタイミング調整用ゲートに設定し、他のバルブゲート動作を任意に設定したときに、充填工程中の同時刻に全てのバルブゲートが全閉とならないように前記タイミング調整用ゲートの動作を制約する条件の中で製造パラメータを最適化する、ことを特徴とする射出成形品の製造パラメータの決定方法である。

このように、樹脂流入路からの樹脂材料の流入量を時系列的に設定する製造パラメータを、射出成形過程を計算する数値解析手法と計算機支援による最適化手法の組み合わせを用いて求めることにより、人手による試行錯誤を繰り返すことなく、迅速に正確なパラメータを算出することができ、射出成形工程中に生じる最大型締力の制御を実効的に行なうことができる。なお、射出成形とは、広く射出成形全般を指し、例えば、射出プレス成形、射出圧縮成形、発泡射出成形等も含まれる。

製造パラメータとしては、複数の樹脂流入路に配置された流入量調整弁の動作を制御するパラメータが好適である。金型への全樹脂流入量を調整する手段のような他の流量調整手段に関するパラメータを、独立的にあるいは調整弁制御パラメータと併用して用いることができる。成形に用いる樹脂材料としては、対象とする製品や製造条件に応じて種々のものが採用可能であるが、熱可塑性樹脂が好適である。その場合には、前記樹脂流入路のランナー部分は保温手段を有するホットランナーとすることで、流量調整を円滑に行なうことができる。流入量調整弁は、いわゆるバルブゲートとして構成してもよい。

流入量調整弁の動作の制御方法としては、流量を可変に制御するようにしてもよいが、実用的には、全開または全閉のどちらかに動作させるだけでも十分である。実用的な制約条件として、充填工程中の同時刻に全てのバルブゲートが全閉とならない条件（すなわち、「充填工程中の同時刻に全てのバルブゲートが全閉となる条件」を含まない条件）の中で製造パラメータを最適化するのが好ましい。そして、最適化の作業を効率化するために、複数の樹脂流入路にそれぞれバルブゲートを配置した場合には、一つのバルブゲートをタイミング調整用ゲートに設定し、他のバルブゲート動作を任意に設定したときに、同時刻に全てのバルブゲートが全閉とならないように（すなわち、同時刻に少なくとも１つのバルブゲートが開くように）前記タイミング調整用ゲートの動作を制約するようにしてもよい。

この発明においては、樹脂成分に対し、発明の目的を損なわない範囲内で、ガラス繊維、シリカアルミナ繊維、アルミナ繊維、炭素繊維、麻、ケナフ等の植物より得られる有機繊維、合成繊維などの繊維状補強材；ホウ酸アルミニウムウィスカー、チタン酸カリウムウィスカーなどの針状の補強材；ガラスビーズ、タルク、マイカ、グラファイト、ウォラストナイト、ドロマイトなどの無機充填材；フッ素樹脂、金属石鹸類などの離型改良剤；染料、顔料などの着色剤；酸化防止剤；熱安定剤；紫外線吸収剤；帯電防止剤；界面活性剤などの通常の添加剤を１種以上添加することができる。この発明で使用可能な熱可塑性樹脂とは、一般に熱可塑性樹脂と称されるもの全てを指し、例えば、無定形ポリマー、半結晶性ポリマー、結晶性ポリマー、液晶ポリマー等であってよい。また、熱可塑性樹脂は、一種類であってもよく、複数のポリマー成分のブレンドであってもよい。

具体的には、低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、プロピレン系樹脂、エチレンプロピレン共重合体等のオレフィン系樹脂；ポリスチレン、ハイインパクトポリスチレン、ＡＢＳ樹脂等のスチレン系樹脂；ポリメチルメタクリレート等のアクリル系樹脂；ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル系樹脂；ポリカーボネート、変性ポリカーボネート等のポリカーボネート系樹脂；ポリアミド６６、ポリアミド６、ポリアミド４６等のポリアミド系樹脂；ポリオキシメチレンコポリマー、ポリオキシメチレンホモポリマー等のポリアセタール樹脂；ポリエーテルスルホン、ポリエーテルイミド、熱可塑性ポリイミド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンサルファイド等のエンジニアリングプラスチック、スーパーエンジニアリングプラスチック；セルロースアセテート、セルロースアセテートブチレート、エチルセルロース等のセルロース誘導体；液晶ポリマー、液晶アロマチックポリエステル等の液晶系ポリマー；熱可塑性ポリウレタンエラストマー、熱可塑性スチレンブタジエンエラストマー、熱可塑性ポリオレフィンエラストマー、熱可塑性ポリエステルエラストマー、熱可塑性塩化ビニルエラストマー、熱可塑性ポリアミドエラストマー等の熱可塑性エラストマー等が挙げられる。

さらに好適な樹脂材料として、大型の自動車部品等に対して用いられる低流動性のポリプロピレン系樹脂が挙げられる。樹脂の流動性は、例えば、JIS-K7210に規定された方法で測定されるメルトフローレート（MFR、単位：g/10分）によって表される。この出願において低流動性樹脂として想定しているのは、上記の方法により、温度230℃、荷重2.16kgで測定された値が、０．５〜２０、好ましくは１．０〜１０の範囲にあるものである。汎用のポリプロピレン系熱可塑性樹脂において衝撃強度に優れる材料は、溶融時の流動性が低くなる傾向にあり、製品の耐衝撃性を向上させるには、可能な限り流動性の低い樹脂を選択するのが好ましい。MFRの値が０．５より小さいものに関しては、流動性があまりにも低く、射出成形法によって成形することは実用的でないと考えられる。また、MFRの値が２０を超えるものについては、成形に必要な型締力が過大になってしまうという問題が起きにくい。

このような低流動性樹脂は、流動性の高い樹脂を成形するような条件で成形すると、必要な型締力が多大となり、成形機の型締能力を超えてしまったり、装置コストやランニングコストが増大する。しかしながら、このような樹脂であってもこの発明の方法によって必要な型締力を低下させることができるので、型締能力が小さい成形機でも成形が可能となり、あるいは成形のためのエネルギーコスト等を低減させることができる。

この発明の他の態様は、キャビティへの複数の樹脂流入路を有する金型を用いて射出成形を行なう場合に、射出成形に必要な型締力を制御するために、前記樹脂流入路からキャビティへの樹脂材料の流入量を時系列的に設定する製造パラメータを、射出成形過程を計算する数値解析手法と計算機支援による最適化手法の組み合わせにより事前に求め、この製造パラメータに基づいて前記樹脂流入路からの樹脂材料の流入量を時系列的に制御しつつ射出成形を行なう方法であって、前記製造パラメータは、前記複数の樹脂流入路それぞれに配置されたバルブゲートである流入量調整弁の動作を制御するパラメータであり、一つのバルブゲートをタイミング調整用ゲートに設定し、他のバルブゲート動作を任意に設定したときに、充填工程中の同時刻に全てのバルブゲートが全閉とならないように前記タイミング調整用ゲートの動作を制約する条件の中で製造パラメータを最適化する、ことを特徴とする射出成形品の製造方法である。

この発明のさらなる他の態様は、キャビティへの複数の樹脂流入路を有する金型を用いて射出成形を行なう場合に、射出成形に必要な型締力を制御するために、前記樹脂流入路からキャビティへの樹脂材料の流入量を時系列的に設定する製造パラメータを、射出成形過程を計算する数値解析手法と計算機支援による最適化手法の組み合わせにより事前に求める手段と、キャビティへの複数の樹脂流入路を有する金型に前記樹脂流入路を介して溶融樹脂材料を供給する成形機本体と、射出成形に必要な型締力を制御するために、射出成形過程を計算する数値解析手法と計算機支援による最適化手法の組み合わせにより事前に求められた製造パラメータを記憶する記憶部と、この製造パラメータに基づいて前記成形機本体を制御し、前記樹脂流入路からの樹脂材料の流入量を時系列的に制御しつつ射出成形を行なわせる制御部とを有し、前記製造パラメータは、前記複数の樹脂流入路それぞれに配置されたバルブゲートである流入量調整弁の動作を制御するパラメータであり、一つのバルブゲートをタイミング調整用ゲートに設定し、他のバルブゲート動作を任意に設定したときに、充填工程中の同時刻に全てのバルブゲートが全閉とならないように前記タイミング調整用ゲートの動作を制約する条件の中で製造パラメータを最適化する、ことを特徴とする射出成形装置である。上記の射出成形品の製造方法及び射出成形装置の態様では、上記の製造パラメータを用いて樹脂流入路からの樹脂材料の流入量を時系列に制御する場合もあれば、装置特性に応じて上記の製造パラメータを加工（補正）した上で、当該加工（補正）された製造パラメータを用いて樹脂流入路からの樹脂材料の流入量を時系列的に制御する場合もある。

この発明のさらなる他の態様は、キャビティへの複数の樹脂流入路を有する金型を用いて射出成形を行なう場合に、射出成形に必要な型締力を制御するために、前記樹脂流入路からキャビティへの樹脂材料の流入量を時系列的に設定する製造パラメータを、射出成形過程を計算する数値解析手法と計算機支援による最適化手法の組み合わせにより事前に求める工程をコンピュータに実行させるプログラムであって、前記製造パラメータは、前記複数の樹脂流入路それぞれに配置されたバルブゲートである流入量調整弁の動作を制御するパラメータであり、一つのバルブゲートをタイミング調整用ゲートに設定し、他のバルブゲート動作を任意に設定したときに、充填工程中の同時刻に全てのバルブゲートが全閉とならないように前記タイミング調整用ゲートの動作を制約する条件の中で製造パラメータを最適化する、プログラムである。

請求項１ないし請求項１４に記載の発明によれば、樹脂流入路からキャビティへの樹脂材料の流入量を時系列的に設定する製造パラメータを、射出成形過程を計算する数値解析手法と計算機支援による最適化手法の組み合わせを用いて求めることにより、人手による試行錯誤を繰り返すことなく、迅速に正確なパラメータを算出することができる。従って、任意の形状の樹脂製品を射出成形する場合でも、最大型締力を低く抑えることにより、装置の小型化、製造コストの減少を図ることができるような射出成形品の製造パラメータの決定方法を提供することができる。

以下、図面を参照して、この発明の実施の形態を詳しく説明する。この実施の形態では、図１に示すような一方向に長く延びた（縦横比＝１６／３）平板状の部材を、予め決められた樹脂材料を用いて射出成形法により製造する場合を例示する。図２に示すように、キャビティCVには、平板の１つの側端の中央と左右に３つのゲート（G１，G２，G３）を配置している。この発明においては、ゲートの数は２つ以上であればよく、樹脂製品の形状や寸法に応じて適宜に設定することができる。

この発明では、少なくとも１つのゲートをバルブによって開閉が可能なバルブゲートとして構成し、このバルブゲートの開度を調整することにより、型締力を最小とするような射出成形を行なう。この実施の形態では、図２に示すように３つのゲートのいずれもバルブゲートとして構成されているが、後述する最適化の結果として、いずれかを、充填工程中において常時、全開又は全閉とすることになる場合には、実機の金型にはバルブゲートは不要となる。各ゲートは、ランナーRを介してノズルN先端に連絡しており、ランナーRは中で樹脂が固化しないように所定の温度に制御された、いわゆるホットランナーになっている。

図３には、本発明の射出成形装置の構成例を示す。この図３に示すように、射出成形装置１０は、図２のノズルNから溶融樹脂材料を供給する成形機本体１１と、射出成形過程を計算する数値解析手法と計算機支援による最適化手法との組合わせにより求められた製造パラメータを記憶する記憶部１２と、この製造パラメータに基づいて成形機本体１１を制御し、図２の複数のゲートGl〜G3からの溶融樹脂材料の流入量を時系列的に制御しつつ射出成形を行わせる制御部１３とを有している。

この実施の形態では、射出成形過程を計算する数値解析と計算機支援による最適化手法の組み合わせにより、最大型締力が最小となるような各バルブゲートの開閉のタイミングを求める。射出成形過程を計算する数値解析の手法としては、近年、有限要素法をベースとし、成形中において要素間に作用する関係に基づく計算式を用いて樹脂の挙動を解析するものが、実用化されてきている。この実施の形態では、Moldflow Plastics Insight 2.0 rev1（商品名：Moldflow Corporation製）を使用している。計算機支援による最適化手法も、同様に多くのものが開発されている。ここでは、ソフトウエアとして、iSIGHT 6.0 (商品名：Engineous Software Inc.製)を用い、非線形性の強い問題を扱うことになるため、解空間を大域的に探索でき、局所最適解（Local Optimum）に陥る危険が少なく、大域最適値（Global Optimum）を見つけやすいとされるSA（焼きなまし法）を用いた。以下に、解析の全般の流れを、図４のフロー図に沿って説明する。

（１）解析用モデルの作成
まず、ステップ２において、射出成形過程における樹脂の流れを解析するための解析用モデルを作成する。この実施の形態では、以下の長尺平板モデルを用いた。
寸法：幅1600mm、長さ300mm、厚さ3mm
要素数：2862、節点数：1558、サイド3点ゲート
ランナー径：6mmφ（ホットランナー）、ゲート：4mmφ×7.5mmL（バルブゲート）

（２）成形条件の設定
ステップ３において、射出成形を行なうための条件設定を行なう。まず、材料として選択した樹脂の物性値等のデータを入力する必要がある。ここでは、樹脂として、表１に示すように、ポリプロピレン系樹脂である住友ノーブレンNP156（商品名、住友化学工業株式会社製、以下同様）、住友ノーブレンAH561、住友ノーブレンAZ564を用いている。表において、MFRはメルトフローレート（単位：g/10分）であり、JIS-K7210に規定されているように、温度２３０℃、荷重２．１６kgで測定される樹脂流動性を表す指標である。住友ノーブレンAH561は低流動性樹脂として例示している。入力すべき物性値としては、例えば、熱伝導率、比熱、流動停止温度、粘度等がある。

他の成形条件として、樹脂温度／ホットランナー温度／金型温度を、それぞれ200〜240℃／200〜240℃／50℃に設定し、射出速度は等速設定とし、射出時間が約６〜８秒となるように設定した。

（３）計算機支援による最適化工程
ステップ４から後の工程は、計算機支援による最適化工程である。すなわち、ステップ４において、設計変数と呼ばれる求めるべきパラメータ（ここではバルブゲートの開閉のタイミング）の初期値を設定し、ステップ５において、樹脂の流入プロセスを計算し、ステップ６においてその結果ファイルを出力する。そして、ステップ７において、その結果ファイルに基づき、評価関数としての型締力を算出し、ステップ８において、その算出値が最適解に収束しているかを評価する。そして、収束していない場合には、ステップ９において、最適化手法のアルゴリズムに基づいて設計変数を修正し、ステップ５からステップ８までの工程を繰り返す。ステップ８において評価関数が最適解に収束していると判断された時には、最適化工程を終了する。評価関数が最適解に収束していると判断されない時には、ステップ９以降の工程を繰り返す。

最適化手法のアルゴリズムとしては、この実施の形態では、焼きなまし法を採用している。金属の焼きなましにおいては、ゆっくり冷やすことで、高い状態にあった各分子エネルギーが一様に低い状態に落ち着く。焼きなまし法はこれをモデルとしており、最適解の探索を急速に進めるのでは無く、部分的には解の改悪を許すことで解の多様性を生み出し、大域探索を可能とする手法である。最適解への収束は、所定の回数の計算を行った後に判断するようにしている。

（４）開閉タイミングの設定における制約条件付与
この実施の形態ではバルブゲートは３つ有り、開閉タイミングはこれら全てを独立に操作することを前提としてもよい。しかしながら、これらのバルブゲートは実作業上の制約から完全に独立に操作できない場合があり、そのような不要解を予め排除するように、最適化作業をより絞った条件下で行なう方が効率的である。そこで、以下のような制約条件を設けた。

まず、この実施の形態では、各バルブゲートの開度自体を連続的にあるいは段階的に調整することはせず、実用性を考慮して開と閉の２位置のみを採るものとした。ここで、各バルブゲートが射出成形工程で採りうる動作パターンを考える。ホットランナー中では樹脂は固化しないから、各バルブゲートは射出成形の開始後でも閉状態で待機することができ、その後任意の時間に開動作を行なうことができる。また、一度開となって樹脂が通過したバルブゲートを閉とすることもできる。しかし、一度開としてから閉としたバルブゲートを開とすると、閉とする時間にもよるが、バルブゲートから先では樹脂の固化が進んでいる可能性があり、外観悪化等の成形不良が懸念される。従って、開→閉→開の操作パターンは採用しないこととした。従って、１つのバルブゲートの操作パターンとして考えられるのは、ア）常開、イ）常閉、ウ）閉→開、エ）開→閉、オ）閉→開→閉の5パターンである。これを第１の制約条件とした。

また、実成形上、全ゲートが同時に閉となると、ランナーやバルブゲートに異常な圧力が作用すると考えられるし、解析上もソフトウエア上の問題によりエラーが発生しやすい。その対策として、この実施の形態では、成形中、最低一つのゲートが開となっていることを第２の条件とした。

第１と第２の条件を組み合わせた結果として、バルブゲートの動作に関して以下の制約条件が導かれる。すなわち、３つのうち、２つのバルブゲートは第１の条件の５つのパターン内において任意に操作できるが、双方が閉となるタイミングにおいては３番目のバルブゲートは開でなければならない。ここで、任意に動作できるバルブゲートを任意制御ゲート、他のゲートの動作から拘束を受けるゲートを調整用ゲートと呼ぶ。１つのバルブゲートを調整用ゲートに選択して、その条件下で設計変数を変化させれば、全ての設計変数が網羅されるが、調整用ゲートの選択を変更してもよい。

（５）開閉タイミングの設定におけるケース分け
例えば、バルブゲートA，B，Cの内で、バルブゲートA，Bを任意制御ゲートとし、バルブゲートCを調整用ゲートとして選択した場合の各バルブゲートのタイミングを変数として設定する場合の工程を具体的に説明すると、以下のようになる。
1)任意制御ゲートA、Bについての開閉タイミングを第１の条件下において任意に設定する。
2)設定されたゲートA、Bの開閉タイミングについて、射出開始から射出終了までの開時間帯を重ね合わせ、双方のゲートとも閉となるタイミングの有無を判定する。
3)ゲートA、Bが同時に閉となるタイミングがなければ調整用ゲートCの開閉タイミングは制約条件無しに任意に設定することができる（図５のケース１参照）。
4)ゲートA、B同時閉が存在すれば、その時間帯についてゲートCを開とする。
開時間帯が複数できる場合には、第１の条件に従うように（開→閉→開のパターンは採らない）、開時間帯にはさまれた閉時間帯を開時間帯に変更して連続させる。この場合、ゲートCの開閉タイミングは、上記の開放時間を前後に延長する方向で変動させるという設定のみが可能である（図６のケース２参照）。図７は、ケース２の極端な場合であり、成形の初期と終期にゲートA、B同時閉が存在するので、成形の初期と終期においてゲートCは開である必要が有る。一方、第１の条件より、開→閉→開のパターンは採用できないため、ゲートCが常時開となっている。

結論として、調整用ゲートとしてCを選択した場合、ゲートA、Bについての開閉タイミングは第１の条件下において任意に設定できるが、ゲートCは、ケース１の場合のように自由設定できるか、又はケース２の場合のように所定範囲を開放とするように、若しくはケース３の場合のように全範囲を開放とするように、拘束される。この実施の形態では、ステップ４又はステップ９において、ゲート制御用プログラムがこのようなケース分けを判断した後、最適化支援ソフトがそれぞれの制約条件の範囲でバルブゲートの開閉タイミングを設計変数として設定し、最適化を行なう。１つのゲートを調整用ゲートCとした場合に判定できなかった場合でも、別のゲートを調整用ゲートに選択して同様の工程を行なうことで解析精度が向上する場合も有る。なお、調整用ゲートの選択は、等価なものに関しては重複して行なう必要が無い。例えば、図２に示すバルブゲートG１とバルブゲートG３が対称の位置にあって射出成形条件上差異が無い場合には、一方のみを調整用ゲートとして選択すればよい。この実施の形態では、バルブゲートが３つの場合を例示したが、これが４つ以上の場合でも、同様である。

（６）設計変数としての開閉タイミングの設定
上記のようなケース分けを前提として、設計変数としての開閉タイミングを設定する方法をさらに具体的に説明する。ここでは、設計変数を以下のように設定しており、これを参照して説明する。
ゲートA〜ゲートCの開放タイミング（秒）・・ ta1、tb1、tc1
ゲートA〜ゲートCの開放継続時間 （秒）・・ dta、dtb、dtc
ゲートCの開タイミング変動係数 ・・ α
ゲートCの閉タイミング変動係数 ・・ β
なお、ta1、tb1、tc1は射出開始時を0としている。

まず、調整用ゲートとしてゲートCを選択した後、ゲート制御用プログラムを用い、独立変数として任意制御ゲートA，Bに関する開閉タイミングta1、tb1、開放継続時間dta、dtbを設定し、上述したケース分けを行なう。ケース1の場合は、ゲートCの開閉タイミングも独立に設定するから、 結局ta1、tb1、tc1、 及びdta、dtb、dtcの全てを独立変数として使用する。ケース2の場合は、図８に示すように、ta1、tb1、dta、dtbから、ゲートCの開閉タイミング限界値to、tc（制約条件を満足するための必要最低限の値）を算出する。そして、この開の範囲を前後に延ばす場合を考慮すると、ゲートCの開閉タイミングを tco、tccとした場合、
tco = to×α
tcc = tc ＋ （te - tc）×β
として設定される。ここで、teは射出完了の時間である。α、βは、0≦α≦1、 0≦β≦1を満たす任意の値で、これらを変化させることによりゲートCの開閉タイミングを任意に変動させることができる。

（７）評価関数
評価関数として、最大型締力を算出した。型締力は、解析ソフトによってキャビティ内の樹脂圧を算出し、これに投影面積を掛けることによって求められる。

（８）実施例１
図１に示すような製品を射出成形する際の開閉タイミングを、表１のNP156という材料を用いて成形する場合を、上述した解析モデルと手法を用いて最適化した計算例を説明する。調整用ゲートとしては、図２のバルブゲートG３を選択した場合について実施した。成形条件として、樹脂温度／ホットランナー温度／金型温度をそれぞれ230℃／230℃／50℃に、射出時間が約８秒となるように設定し、設計変数についてステップ４で設定した初期条件、及びステップ９で用いた制約条件は、以下の通りである。
ａ）制約条件
0≦ta1≦8、 0≦tb1≦8、 0≦tc1≦8、 0≦dta≦8、 0≦dtb≦8、 0≦dtc≦8、
0≦α≦1、 0≦β≦1
計算では射出時間は約８秒弱（条件により変動）で完了するので、ta1〜tc1、dta〜dtcの上限を８(秒)とした。
ｂ）初期条件
ta1=tb1=tc1=0、dta=8、dtb=dtc=0、α=β=0.5

結果を、表２にまとめて示す。

（９）検討結果
表２において、ア）〜エ）は、成形途中でバルブゲートの開閉を行わない従来の方法によるもの、オ）は、端部側のゲートを調整用ゲートとして選択し、バルブゲートの最適化を行ったものである。図９には、オ）の場合のゲート開閉タイミングを示す。図９に示すように、ゲート1は射出開始から5．6秒後まで閉じており、5．6秒後から射出完了まで開放される。ゲート2は射出開始から2．4秒後まで閉じており、2．4秒後から4．5秒後まで開放され、4．5秒後から射出完了まで閉じている。ゲート3は射出開始から6．2秒後まで開放され、6．2秒後から射出完了まで閉じている。このようにゲート開放と閉操作を組合わせることにより、表2に示すように、大幅な型締力の低減が可能となり、ゲート操作を行わない場合に1000トン強の型締力が必要であったところが、200トン弱まで低減できるとの結果を得た。

（１０）実施例２
図１に示すような製品を射出成形する際の開閉タイミングを、表１のAH561という低流動性樹脂（MFR=3）を材料として用いて成形する場合を、上述した解析モデルと手法を用いて最適化した計算例を説明する。成形条件として、樹脂温度／ホットランナー温度／金型温度をそれぞれ220℃／220℃／50℃に、射出時間が約６秒になるように設定した。設計変数については、ステップ４で設定した初期条件はdta=6とした以外は実施例１と同じであり、ステップ９で用いた制約条件は、ta1〜tc1、dta〜dtcの上限を6(秒)とした以外は同じである。なお、比較例として、AH561について、樹脂温度／ホットランナー温度／金型温度を220℃／220℃／50℃とした温度条件下と樹脂温度／ホットランナー温度／金型温度を240℃／240℃／50℃とした温度条件下で、ゲート開閉制御をしない場合（常開）について計算をした。また、表１のAZ564（高流動性樹脂、MFR=30）について樹脂温度／ホットランナー温度／金型温度を200℃／200℃／50℃とした温度条件下と樹脂温度／ホットランナー温度／金型温度を220℃／220℃／50℃とした温度条件下で、ゲート開閉制御をしない場合（常開）について計算をした。

結果を、表３にまとめて示す。

表３では、高流動性樹脂であるAZ564と低流動性樹脂であるAH561について、ゲート
操作を行わない従来の方法での解析結果を比較例として示した。これによれば、従来の方
法では、高流動性樹脂の場合は、樹脂温度及びホットランナー温度を２２０℃とすれば1000トン以下の型締力で成形可能であるが、低流動性樹脂については、樹脂温度及びホットランナー温度を２４０℃としても型締力1000トン以下では成形できない。しかしながら、最適化されたバルブゲート操作を行なうことにより、２２０℃において低流動性樹脂についても型締力500トン以下で成形ができる。従って、低流動性樹脂AH561を高流動性樹脂の成形用装置と同じ装置を用いて低コストで成形することができる。また、高流動性樹脂に替えて低流動性樹脂を採用することにより、条件によっては製品の薄肉化ができる場合もある。

この発明の一実施の形態を説明するための成形用キャビティとゲートの位置を示す図である。 この発明の一実施の形態を説明するための成形用キャビティと樹脂流路を示す図である。 この発明の一実施の形態の射出成形装置の構成を示すブロック図である。 この発明の射出成形品の製造パラメータの決定方法の一実施の形態を説明するフロー図である。 この発明の射出成形品の製造パラメータの決定方法の一実施の形態におけるゲート操作のパターンの一例を示す図である。 この発明の射出成形品の製造パラメータの決定方法の一実施の形態におけるゲート操作のパターンの他の一例を示す図である。 この発明の射出成形品の製造パラメータの決定方法の一実施の形態におけるゲート操作のパターンの他の一例を示す図である。 この発明の射出成形品の製造パラメータの決定方法の一実施の形態におけるゲート操作のパターンの他の一例を示す図である。 この発明の射出成形品の製造パラメータの決定方法の一実施の形態におけるゲート操作のパターンの他の一例を示す図である。

符号の説明

１０ 射出成形装置
１１ 成形機本体
１２ 記憶部
１３ 制御部
CV キャビティ
G1, G2, G3 ゲート
R ランナー
N ノズル

Claims (9)

1. キャビティへの複数の樹脂流入路を有する金型を用いて射出成形を行なう場合に、
   射出成形に必要な型締力を制御するために、前記樹脂流入路からキャビティへの樹脂材料の流入量を時系列的に設定する製造パラメータを、射出成形過程を計算する数値解析手法と計算機支援による最適化手法の組み合わせにより事前に求める方法であって、
   前記製造パラメータは、前記複数の樹脂流入路それぞれに配置されたバルブゲートである流入量調整弁の動作を制御するパラメータであり、
   一つのバルブゲートをタイミング調整用ゲートに設定し、他のバルブゲート動作を任意に設定したときに、充填工程中の同時刻に全てのバルブゲートが全閉とならないように前記タイミング調整用ゲートの動作を制約する条件の中で製造パラメータを最適化する、
   ことを特徴とする射出成形品の製造パラメータの決定方法。
2. 成形に用いる樹脂材料が熱可塑性樹脂であることを特徴とする請求項１記載の射出成形品の製造パラメータの決定方法。
3. 成形に用いる樹脂材料がポリプロピレン系樹脂であることを特徴とする請求項１記載の射出成形品の製造パラメータの決定方法。
4. 成形に用いる樹脂材料が低流動性樹脂であることを特徴とする請求項１記載の射出成形品の製造パラメータの決定方法。
5. 前記樹脂流入路は保温手段を有するホットランナーを含むことを特徴とする請求項１記載の射出成形品の製造パラメータの決定方法。
6. 前記製造パラメータは、金型への全樹脂流入量を調整する手段の動作を設定するパラメータを含むことを特徴とする請求項１記載の射出成形品の製造パラメータの決定方法。
7. キャビティへの複数の樹脂流入路を有する金型を用いて射出成形を行なう場合に、
   射出成形に必要な型締力を制御するために、前記樹脂流入路からキャビティへの樹脂材料の流入量を時系列的に設定する製造パラメータを、射出成形過程を計算する数値解析手法と計算機支援による最適化手法の組み合わせにより事前に求め、
   この製造パラメータに基づいて前記樹脂流入路からの樹脂材料の流入量を時系列的に制御しつつ射出成形を行なう方法であって、
   前記製造パラメータは、前記複数の樹脂流入路それぞれに配置されたバルブゲートである流入量調整弁の動作を制御するパラメータであり、
   一つのバルブゲートをタイミング調整用ゲートに設定し、他のバルブゲート動作を任意に設定したときに、充填工程中の同時刻に全てのバルブゲートが全閉とならないように前記タイミング調整用ゲートの動作を制約する条件の中で製造パラメータを最適化する、
   ことを特徴とする射出成形品の製造方法。
8. キャビティへの複数の樹脂流入路を有する金型を用いて射出成形を行なう場合に、
   射出成形に必要な型締力を制御するために、前記樹脂流入路からキャビティへの樹脂材料の流入量を時系列的に設定する製造パラメータを、射出成形過程を計算する数値解析手法と計算機支援による最適化手法の組み合わせにより事前に求める手段と、
   キャビティへの複数の樹脂流入路を有する金型に前記樹脂流入路を介して溶融樹脂材料を供給する成形機本体と、
   射出成形に必要な型締力を制御するために、射出成形過程を計算する数値解析手法と計算機支援による最適化手法の組み合わせにより事前に求められた製造パラメータを記憶する記憶部と、
   この製造パラメータに基づいて前記成形機本体を制御し、前記樹脂流入路からの樹脂材料の流入量を時系列的に制御しつつ射出成形を行なわせる制御部とを有し、
   前記製造パラメータは、前記複数の樹脂流入路それぞれに配置されたバルブゲートである流入量調整弁の動作を制御するパラメータであり、
   一つのバルブゲートをタイミング調整用ゲートに設定し、他のバルブゲート動作を任意に設定したときに、充填工程中の同時刻に全てのバルブゲートが全閉とならないように前記タイミング調整用ゲートの動作を制約する条件の中で製造パラメータを最適化する、
   ことを特徴とする射出成形装置。
9. キャビティへの複数の樹脂流入路を有する金型を用いて射出成形を行なう場合に、射出成形に必要な型締力を制御するために、前記樹脂流入路からキャビティへの樹脂材料の流入量を時系列的に設定する製造パラメータを、射出成形過程を計算する数値解析手法と計算機支援による最適化手法の組み合わせにより事前に求める工程をコンピュータに実行させるプログラムであって、
   前記製造パラメータは、前記複数の樹脂流入路それぞれに配置されたバルブゲートである流入量調整弁の動作を制御するパラメータであり、
   一つのバルブゲートをタイミング調整用ゲートに設定し、他のバルブゲート動作を任意に設定したときに、充填工程中の同時刻に全てのバルブゲートが全閉とならないように前記タイミング調整用ゲートの動作を制約する条件の中で製造パラメータを最適化する、
   プログラム。
   

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