(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャビティへの充填過程とそれに続く保圧，冷却過程における充填物質の流動および収縮現象を、有限の要素に分割されたモデルを用いて、離散化された方程式を数値解析的に解くことでシミュレートする充填保圧冷却過程の解析手段において、
それぞれが固有の名前で区別される複数の機能単位から構成された解析機能を備え、個々の機能単位の名前と実際の処理内容の対応を保持する定義蓄積部と、機能単位をその機能を実現する実際の処理内容にまで還元実行する実行部と、外部ファイルに記述された名前で示される機能呼出し要求を読み込んで解釈する構文解析部とを備えていることを特徴とする充填保圧冷却過程の解析手段。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、射出成形品の製造過程中のキャビティへの充填物質の充填過程に対応する数値解析を行うための充填保圧冷却過程の解析手段に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
キャビティへの充填過程の解析方法としては、キャビティおよびキャビティ内へ充填物質を導入する導入通路を有限の要素に分割して、充填物質の流れを支配する方程式を離散化し、数値解析により近似解を得る方法が一般的に行われている。
【０００３】
このような解析方法としては、Ｈｅｌｅ−Ｓｈａｗ  流れを基本とし、非等温場に拡張した方法が発表されている。（  小山清人：  成形加工，６，５９１（１９９４）、Ｗａｎｎｇ，Ｋ．Ｋ．，  金井訳：  成形加工，３，４６（１９９１）  等の文献参照）
実用的な射出充填解析方法は、バルブゲートホットランナーや多点ゲートにも対応している。
【０００４】
実際の射出成形技術には、２  色成形やスアシスト射出成形など様々な射出応用成形技術があるが、このような種々の射出応用成形技術の充填解析に対しては、それぞれ専用の解析システムを用意することにより対応していた。これらの解析システムに採用される解析方法においては、解法のアルゴリズムの全てが直接プログラムコードそのもので記述されており、解析システムごとにそのアルゴリズムに基づいたプログラムを生成することが行われていた。
【０００５】
また、近年の射出応用成形技術の発展によって、射出成形のバリエーションは更に多様化の様相を見せており、加えて、射出圧縮、射出プレス、射出ガス注入後圧縮等、複合的な手法がとられるようになってきたことも、射出応用成形技術のバリエーションの多様化に拍車をかける要因となっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したような射出応用成形技術のバリエーションの多様化の趨勢のもとでは、従来の解析システムの構築方法では次のような問題がある。
一つは、成形方法の新しいバリエーションに対応するときには、その度に解析システムを改変する等して再構築する必要があり、そのための解析ツールとなるるプログラムの開発や保守には多大な労力と時間を要するという問題である。
【０００７】
また一つは、従来の解析システムを構成するアルゴリズムやイタレーションの個々の手順が固定的な手順であるために、予め用意した複数の手順を、バリエーションの要求に応じて選択的に組み合わせることによって対応しようとすると、多くのオプションスイッチを要することになり、非実用的であるという問題である。
【０００８】
そこで本発明は種々のバリエーションに対する解析システムを容易に構築できるフレキシブルな充填保圧冷却過程の解析手段を提供することを目的としてなされたものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前述した課題を解決するために、キャビティへの充填過程とそれに続く保圧，冷却過程における充填物質の流動および収縮現象を、有限の要素に分割されたモデルを用いて、離散化された方程式を数値解析的に解くことでシミュレートする充填保圧冷却過程の解析手段において、それぞれが固有の名前で区別される複数の機能単位から構成された解析機能を備え、個々の機能単位の名前と実際の処理内容の対応を保持する定義蓄積部と、機能単位をその機能を実現する実際の処理内容にまで還元実行する実行部と、外部ファイルに記述された名前で示される機能呼出し要求を読み込んで解釈する構文解析部とを備えたものである。
【００１０】
なお、ここでいうところの機能単位は、従来の解析手段に含まれていた処理を、物理的もしくは数学的に意味のある小さな単位毎にまとめたものであって、各々の機能単位が特有の目的を帯している。
例えば、定型データファイルの読み込み機能、質量集中化機能、マトリクスの作成機能、行列演算機能、緩和計算機能、境界条件の変更機能、一次元非定常伝熱計算機能、内部変数の保持内容の表示機能等のような個別の機能単位である。
【００１１】
ひとつの目的のために複数の異なる手段が用意される場合もあるが、それらは互いに異なる名前の別の命令として異なる手続きとして区別されるものである。もしくは、同じ名前であっても事前に命名空間を明示的に指定することで異なる手続きとして区別される。
【００１２】
定義蓄積部は、個々の機能単位を表す名前、即ち命令と実際の処理内容の対応関係を保持する。本発明における解析手段には、定義蓄積部に予め多数の命令の定義が用意されるが、後から命令を追加もしくは再定義することもできる。
実行部は、定義蓄積部の情報を参照して、命令をその機能を実現する実際の処理内容にまで還元し、それらの各機能を逐次呼び出して実行する。命令は、データの格納先の変数名やファイル名を表す文字列、数値などを引数としてとることができる。命令と引数とが組合わさった記述を命令文と呼ぶ。還元された実行内容に制御構造が含まれる場合には、その制御構造の取り決めと条件の評価結果に従って制御の流れを変えるフロー制御を行う。制御構造としては、繰り返しや条件分岐、大域脱出等がある。
【００１３】
構文解析部は、外部ファイルに記述された、解析手段への要求を読み込んで解釈する。以後、構文解析部に読み込まれる外部ファイルを制御ファイルと呼ぶ。
【００１４】
制御ファイルは、機能単位の呼出しをその名前で指示する命令文と、命令文とともに用いられ命令文の評価結果に従って制御の流れを変えるための制御構造を記述する制御文とを含んでいる。命令文、制御文は構文解析部によって解釈され、実行部に引き渡される。
制御ファイルは、更に幾つかの機能をまとめた高次の機能に対し、その実際の処理内容の記述と命名を行う手続き定義文を含んでいてもよい。定義文は、構文解析部によって解釈され、その機能を実現する実際の処理内容と名前の対応関係が定義蓄積部内の記憶領域に追加される。定義は、新たな名前についての定義だけでなく、既に定義されている機能の名前を再定義するものであってもよい。
【００１５】
なお、予め解析手段に用意され最初から定義されている機能を基本機能と呼び、後から定義される機能を拡張機能と呼ぶ。基本機能としては表１にあげられているものがある。
制御ファイルは、命令文、制御文、定義文の他に、構造解析部においては無視され、処理系の動作に影響を与えないが、人間の理解を助けるための注釈文を含んでもよい。
【００１６】
制御ファイルは、通常は、外部記憶装置に予め用意されたものであるが、操作者が対話的に入力するものであってもよい。また、他のプロセスによって動的に生成入力されるものであってもよい。更に、特殊な例ではあるが、例えば解析手段の内部情報が一定の条件を満たしたときに呼び出される手続きが発行する出力のように、当該解析手段自身の出力の一部を間接的に取り組むものであってもよい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
図１に示すように、解析手段１は、個々の機能単位の名前と実際の処理内容との対応関係を保持する定義蓄積部２と、機能単位のそれぞれの機能を実現する実際の処理内容にまで還元実行し、更にその評価結果に従って制御の流れを変える実行部３と、外部ファイル４に記述された名前で示される機能呼出し要求を読み込んで解釈する構文解析部５とを備えている。
【００１８】
外部ファイル４から本発明の解析手段１に読み込まれた制御ファイルは、構文解析部５によって解釈されて、実行部３へ引き渡される。実行部３は、定義蓄積部２の命令の定義を参照しつつ制御ファイルの命令の中に含まれる名前を実際の解析処理内容にまで還元し、解析の手順を逐次実行していく。機能単位のうち、基本機能として最初から用意されているものには、例えば、表１に示されたようなものがある。
【００１９】
【表１】
0003571824.tif 000002
【００２０】
本発明の解析手段の動作を説明するために、単純な制御ファイルの一例を図２に示した。
この例では、ステップ１において、”ｐａｒｔ．ｍｅｓｈ”，”＄ＲＥＳＩＮＤＢ／ＰＰ／Ｊ７４３．ｍａｔｅ”，”ＣＡＳＥ０１．ｃｏｎｄ”，”ＰＰ−Ｓｔａｎｄａｒｄ．ｃａｌｃ”という名前の４つのデータファイルを外部ファイル４から読み込んだのち、ステップ２において、機能単位ｊｕｓｔｐａｃｋｅｄ（）の評価結果が真となるまで、機能単位ＨｅｌｅＳｈａｗＣａｌｃｕｒａｔｉｏｎ（）  が繰り返し呼び出されて実行される。
【００２１】
機能単位ｊｕｓｔｐａｃｋｅｄ（）の評価結果が真となると、ステップ３において、解析結果が指定された出力手段６に出力される。
【００２２】
機能単位ＨｅｌｅＳｈａｗＣａｌｃｕｒａｔｉｏｎ（）  は、図３に示すような手続きのひとまとまりに命名された名前であり、この名前に対応する実際の処理内容は定義蓄積部２に保持されている。実行部３は、名前の定義を参照して機能を実現する実際の処理内容に還元し、その処理を逐次実行していく。
【００２３】
本発明によれば、図２のステップ１の記述を例えば図４のステップ１’のように変えるだけで、固定的であったデータファイルの指定が、利用者との対話形式で選択して指定できるように変えることができるのである。
【００２４】
また、実用的な定義文を含む外部ファイルを図５のように定義しておき、個々の一般的な制御ファイルから、図５の外部ファイルＳｔａｎｄａｒｄ．ｄｅｆを参照するように構成することができる。例えば、図６に示した一般的な制御ファイルの場合には、図５の外部ファイルＳｔａｎｄａｒｄ．ｄｅｆを参照する命令を記述しておくことにより、簡潔に記述することができる。
【００２５】
即ち、図６の場合には、構文解析部５はステップ５において外部ファイルＳｔａｎｄａｒｄ．ｄｅｆを参照して、機能単位ＬｏａｄＳｅｓｓｉｏｎ（）  とＨｅｌｅＳｈａｗＣａｌｃｕｒａｔｉｏｎ（）  とＲｅｐｏｒｔ（）とを定義蓄積部２に蓄積する。そして、ステップ６においては定義蓄積部２を参照して機能単位ＬｏａｄＳｅｓｓｉｏｎ（）  を図５におけるステップ１１に展開し、ステップ１１における各機能は実行部３において機能を実現する実際の処理内容に還元されて逐次実行される。
【００２６】
ステップ７においては、同様に定義蓄積部２を参照して機能単位ＨｅｌｅＳｈａｗＣａｌｃｕｒａｔｉｏｎ（）  を図５におけるステップ１２に展開し、実行部３において実際の処理内容に還元されて逐次実行される。
ステップ８においても同様にして機能単位Ｒｅｐｏｒｔ（）が実行されるのである。
【００２７】
このように、本発明の解析手段は、制御ファイルに記述されている命令文、定義文、制御文等を解釈して実行することで、解析手段の改変・再構築をすることなく解析手続きのブロックフローを生成することが可能になっている。
また、解析手続きにおける変数、形状モデルの内部表現等を動的に変更することも可能になっている。
【００２８】
従来ならば、処理系内部の変数、形状モデル、解析フローの変更のためには解析手段の改変・再構築が必要であったが、本発明によれば解析手段の改変・再構築を要することなく、射出成形の多様なバリエーションに対応する処理を極めて短時間で且つ柔軟に実現することが可能になるのである。
【００２９】
図７はカスケードインジェクションのシミュレーションに本発明の解析手段を適用する場合の実施例を示したものである。
バルブゲートの時間差作動により低圧成形を可能にする成形手段、即ちカスケードインジェクションに対しては、図７のような制御ファイルによって対応することができる。これは図６の制御ファイルにおけるステップ７の前にステップ２０の部分を追加しただけである。
【００３０】
カスケードインジェクションにおいては、最初に溶融樹脂が導入されるゲートとは別に、キャビティ内に開口するバルブゲートを備えたホットランナーを用意し、溶融樹脂の流動先端が該バルブゲート位置を通過したあとに該バルブゲートを開放することにより、樹脂導入位置を流動先端に近づけ、結果的に充填に必要な圧力を劇的に低下させることができる。
【００３１】
【実施例】
図７に示した制御ファイルは、バルブゲート位置の対面あるいはその近傍に温度センサーもしくは光センサー等の樹脂を検知できるセンサーを配置し、溶融樹脂先端のバルブゲート位置通過を検知した直後にそのバルブゲートを開放するように構成された成形装置のシミュレーションのための制御ファイルである。
【００３２】
このようなカスケードインジェクションのシミュレーションのために変更を要した箇所はステップ２０に示した箇所だけである。ステップ２０においては、バルブゲートの節点番号とセンサーの節点番号を設定し、センサーが溶融樹脂を検知したときにバルブゲートを開放する手続きを追加したものである。そして、全領域に充填されるまでの最大圧力を出力するように構成されている。
【００３３】
即ち、図７においては、図６の制御ファイルにステップ２０を追加するだけで、バルブゲートに対応するメッシュの内部表現がバルブの開閉の状況に合わせて動的に変更されるのである。
このような追加表記によってカスケードインジェクションに対応するのに要した時間は１０分未満であった。これは、従来のように開発言語を用いてプログラムを修正して、カスケードインジェクション専用の解析手段を再構築する方法に比べて生産性が顕著に改善されたことの立証である。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、解析手続きのブロックフローを変更することが解析手段の改変・再構築をすることなしに可能となる。これによって、従来のように多数のオプションスイッチを用意したりすることなしに、予め用意された多数の解法、機能を必要に応じて組み合わせることにより実際の成形プロセスでの多様な制御に対応する解析条件を柔軟に且つ自在につくり出すことができる。
【００３５】
例えば、１）シャットオフピンへの対応
２）バルブゲートの時間差作動（カスケードインジェクション）への対応
３）動的に温度制御されるホットチップを配した金型での充填保圧解析への対応
４）成形プロセスの各ステージ毎に、状態量変化の考慮などの付加的な解析手段を指定する制御への対応
５）キャビティ形状データの動的な変更により、射出プレスや射出圧縮に対応
６）記憶域を動的に確保し、多層充填に対応
等の多様な問題に対して素早く柔軟に対応することが出来るのである。
【００３６】
その結果として、射出成形の新しいバリエーションに対応させるために、解析ツールの保守・開発に要していた多大な労力と時間を大幅に削減することが出来るのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる充填保圧冷却過程の解析手段の構成の概要を説明する図である。
【図２】単純な制御ファイルの一例である。
【図３】機能単位の一例の概要を説明するフローダイヤグラムである。
【図４】利用者との対話形式でデータファイルが指定できるように変更した制御
ファイルの例である。
【図５】手続き定義ファイルの例である。
【図６】一般的な制御ファイルの例である。
【図７】実施例（カスケードインジェクション）の場合の制御ファイルの例である。
【符号の説明】
１  解析手段
２  定義蓄積部
３  実行部
４  外部ファイル
５  構文解析部
【図１】
0003571824.tif 000003
【図２】
0003571824.tif 000004
【図３】
0003571824.tif 000005
【図４】
0003571824.tif 000006
【図５】
0003571824.tif 000007
【図６】
0003571824.tif 000008
【図７】
0003571824.tif 000009