(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スクリュ式の可塑化装置において用いられる材料の樹脂物性と該可塑化装置の運転条件と該可塑化装置の構成データとを使用し、スクリュ特性式、質量保存の式及びエネルギー保存の式を用いて固相率、温度、圧力、可塑化能力のうち少なくとも１つの物理量を算出する物理量算出処理を行う可塑化シミュレーション装置であって、
スクリュの回転状態における物理量を前記物理量算出処理によって算出する第１物理量算出部と、
前記第１物理量算出部により算出された物理量を使用し、前記スクリュ特性式、質量保存の式及びエネルギー保存の式を用いて、前記スクリュの停止状態における物理量を算出する第２物理量算出部と、
前記第１物理量算出部により算出された物理量に基づいて、前記可塑化装置内部において所定の距離移動する樹脂量を示す押出量を算出する押出量算出部と
を備え、
前記第１物理量算出部は、算出された押出量の総量が所定の計量樹脂量に達するまで所定の時間刻み毎に物理量の算出を繰り返し、
前記押出量算出部は、前記第１物理量算出部により前記時間刻み毎に物理量が算出される度に前記押出量の算出を繰り返し、
前記第２物理量算出部は、前記押出量の総量が前記計量樹脂量に達した場合、前記第１物理量算出部により算出された物理量を使用し、前記スクリュ特性式、質量保存の式及びエネルギー保存の式を用いて、スクリュの停止状態における物理量を算出する可塑化シミュレーション装置。
【請求項２】
前記押出量の総量が前記計量樹脂量に達した場合、前記押出量の総量が前記計量樹脂量に達するまでの前記時間刻みの合計値を所定のサイクル時間から減算し、前記スクリュが停止状態を維持すべき時間を示す待機時間を算出する待機時間算出部を更に備え、
前記第２物理量算出部は、前記第１物理量算出部により算出された物理量を使用し、前記スクリュ特性式、質量保存の式及びエネルギー保存の式を用いて、前記待機時間における物理量の変化を算出する
請求項１記載の可塑化シミュレーション装置。
【請求項３】
前記第２物理量算出部は、前記第１物理量算出部により算出された物理量を使用し、前記スクリュ特性式、質量保存の式及びエネルギー保存の式を用いて、前記待機時間において伝熱の計算を行うことにより物理量を算出する
請求項２記載の可塑化シミュレーション装置。
【請求項４】
スクリュ式の可塑化装置において用いられる材料の樹脂物性と該可塑化装置の運転条件と該可塑化装置の構成データとを使用し、スクリュ特性式、質量保存の式及びエネルギー保存の式を用いて固相率、温度、圧力、可塑化能力のうち少なくとも１つの物理量を算出する物理量算出処理を行う可塑化シミュレーション装置が実行する可塑化シミュレーション方法であって、
スクリュの回転状態における物理量を前記物理量算出処理によって算出する第１物理量算出ステップと、
前記第１物理量算出ステップにより算出された物理量を使用し、前記スクリュ特性式、質量保存の式及びエネルギー保存の式を用いて、前記スクリュの停止状態における物理量を算出する第２物理量算出ステップと、
前記第１物理量算出ステップにより算出された物理量に基づいて、前記可塑化装置内部において所定の距離移動する樹脂量を示す押出量を算出する押出量算出ステップと
をシミュレーション装置が実行し、
前記第１物理量算出ステップでは、算出された押出量の総量が所定の計量樹脂量に達するまで所定の時間刻み毎に物理量の算出を繰り返し、
前記押出量算出ステップでは、前記第１物理量算出ステップにより前記時間刻み毎に物理量が算出される度に前記押出量の算出を繰り返し、
前記第２物理量算出ステップでは、前記押出量の総量が前記計量樹脂量に達した場合、前記第１物理量算出ステップにより算出された物理量を使用し、前記スクリュ特性式、質量保存の式及びエネルギー保存の式を用いて、スクリュの停止状態における物理量を算出する可塑化シミュレーション方法。
【請求項５】
スクリュ式の可塑化装置において用いられる材料の樹脂物性と該可塑化装置の運転条件と該可塑化装置の構成データとを使用し、スクリュ特性式、質量保存の式及びエネルギー保存の式を用いて固相率、温度、圧力、可塑化能力のうち少なくとも１つの物理量を算出する物理量算出処理をコンピュータに実行させるための可塑化シミュレーションプログラムであって、
コンピュータを、
スクリュの回転状態における物理量を前記物理量算出処理によって算出する第１物理量算出部と、
前記第１物理量算出部により算出された物理量を使用し、前記スクリュ特性式、質量保存の式及びエネルギー保存の式を用いて、前記スクリュの停止状態における物理量を算出する第２物理量算出部と、
前記第１物理量算出部により算出された物理量に基づいて、前記可塑化装置内部において所定の距離移動する樹脂量を示す押出量を算出する押出量算出部
として機能させ、
前記第１物理量算出部は、算出された押出量の総量が所定の計量樹脂量に達するまで所定の時間刻み毎に物理量の算出を繰り返し、
前記押出量算出部は、前記第１物理量算出部により前記時間刻み毎に物理量が算出される度に前記押出量の算出を繰り返し、
前記第２物理量算出部は、前記押出量の総量が前記計量樹脂量に達した場合、前記第１物理量算出部により算出された物理量を使用し、前記スクリュ特性式、質量保存の式及びエネルギー保存の式を用いて、スクリュの停止状態における物理量を算出する可塑化シミュレーションプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、スクリュ式の可塑化装置における所定のパラメータを算出する可塑化シミュレーション装置、その可塑化シミュレーション方法および可塑化シミュレーションプログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、スクリュ式押出機といった樹脂材料を可塑化する機構を備える可塑化装置において可塑化される樹脂材料の樹脂温度や固相率といった物理量を算出し、可塑化工程をシミュレートするシミュレーション技術が知られている。この種のシミュレーションとしては、スクリュが回転し続ける連続運転を想定して解析する定常解析が広く実施されている（下記、特許文献１、非特許文献１及び２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−００７９５１号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】日本製鋼所技報  ６３号
【非特許文献２】Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ  ｏｆ  Ｐｌａｓｔｉｃａｔｉｎｇ  Ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、実機のスクリュ式可塑化装置は、樹脂材料を可塑化する際にスクリュが回転し続けるが、型閉や型開等の工程においてはスクリュの回転が停止されるよう構成されている。即ち、スクリュ式可塑化装置は、スクリュが回転、待機を繰り返す間欠運転を行うものであり、スクリュが回転し続ける連続運転を行うものではない。このため、前述したような定常解析を行う技術では、このような回転、待機が繰り返される間欠運転の解析を行うことができないという問題があった。
【０００６】
本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、回転、待機が繰り返されるサイクル動作を再現することができる可塑化シミュレーション装置、可塑化シミュレーション方法および可塑化シミュレーションプログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決するため、本発明の一態様は、スクリュ式の可塑化装置において用いられる材料の樹脂物性と該可塑化装置の運転条件と該可塑化装置の構成データとを使用し、スクリュ特性式、質量保存の式及びエネルギー保存の式を用いて固相率、温度、圧力、可塑化能力のうち少なくとも1つの物理量を算出する物理量算出処理を行う可塑化シミュレーション装置であって、スクリュの回転状態における物理量を前記物理量算出処理によって算出する第１物理量算出部と、前記第１物理量算出部により算出された物理量を使用し、前記スクリュ特性式、質量保存の式及びエネルギー保存の式を用いて、前記スクリュの停止状態における物理量を算出する第２物理量算出部とを備える。
【０００８】
また、本発明の一態様は、スクリュ式の可塑化装置において用いられる材料の樹脂物性と該可塑化装置の運転条件と該可塑化装置の構成データとを使用し、スクリュ特性式、質量保存の式及びエネルギー保存の式を用いて固相率、温度、圧力、可塑化能力のうち少なくとも1つの物理量を算出する物理量算出処理を行う可塑化シミュレーション装置が実行する可塑化シミュレーション方法であって、スクリュの回転状態における物理量を前記物理量算出処理によって算出する第１物理量算出ステップと、前記第１物理量算出部により算出された物理量を使用し、前記スクリュ特性式、質量保存の式及びエネルギー保存の式を用いて、前記スクリュの停止状態における物理量を算出する第２物理量算出ステップとを実行する。
【０００９】
また、本発明の一態様は、スクリュ式の可塑化装置において用いられる材料の樹脂物性と該可塑化装置の運転条件と該可塑化装置の構成データとを使用し、スクリュ特性式、質量保存の式及びエネルギー保存の式を用いて固相率、温度、圧力、可塑化能力のうち少なくとも1つの物理量を算出する物理量算出処理をコンピュータに実行させるための可塑化シミュレーションプログラムであって、コンピュータを、スクリュの回転状態における物理量を前記物理量算出処理によって算出する第１物理量算出部と、前記第１物理量算出部により算出された物理量を使用し、前記スクリュ特性式、質量保存の式及びエネルギー保存の式を用いて、前記スクリュの停止状態における物理量を算出する第２物理量算出部として機能させる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、回転、待機が繰り返されるサイクル動作を再現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施の形態においてシミュレーションされるスクリュ式射出成形機を示す概略断面図である。
【図２】本実施の形態に係る可塑化シミュレーション装置のハードウェア構成を示すブロック図である。
【図３】本実施の形態に係る可塑化シミュレーション装置の機能構成を示す機能ブロック図である。
【図４】本実施の形態に係る可塑化解析処理を示すフローチャートである。
【図５】初期条件算出処理を示すフローチャートである。
【図６】３ゾーンモデルを説明するための図である。
【図７】非定常解析処理を示すフローチャートである。
【図８】待機物理量算出処理を示すフローチャートである。
【図９】計量時間と待機時間とを説明するための図である。
【図１０】ある時刻におけるスクリュの全計算領域に渡るシリンダ温度とメルトプールを示す図である。
【図１１】ある時刻におけるスクリュの全計算領域に渡る固相率と圧力を示す図である。
【図１２】ある計算領域におけるサイクル周期が短い場合の樹脂温度と可塑化能力の時間変化を示す図である。
【図１３】ある計算領域におけるサイクル周期が短い場合の固相率と可塑化能力の時間変化を示す図である。
【図１４】ある計算領域におけるサイクル周期が長い場合の樹脂温度と可塑化能力の時間変化を示す図である。
【図１５】ある計算領域におけるサイクル周期が長い場合の固相率と可塑化能力の時間変化を示す図である。
【図１６】可塑化シミュレーションプログラムが情報処理装置に適用される場合を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
【００１３】
本実施の形態においては、図１に示されるような、樹脂材料が投入されるホッパ１と、樹脂材料を溶融するためのシリンダ２と、樹脂材料を溶融混練すると共にシリンダ２先端部（下流側）へ搬送する単軸のスクリュ３とを備え、回転、待機を繰り返す非定常動作を行うスクリュ式射出成形機４の可塑化解析を行うシミュレーション装置を例にとり説明を行う。本実施の形態に係るシミュレーション装置は、スクリュ３が回転している回転状態の各種物理量を算出すると共に、該算出された物理量に基づいてスクリュ３が停止している停止状態の各物理量を算出するものである。なお、本実施の形態においては、可塑化装置として射出成形機を例に挙げ説明するが、これに限定されるものではなく、スクリュ式の押出機や単軸スクリュ式の可塑化装置においても本発明を適用することが可能である。以下、本実施の形態について図面を参照しつつ、その詳細を説明する。
【００１４】
（装置構成）
図２は、本実施の形態に係る可塑化シミュレーション装置のハードウェア構成を示すブロック図である。図２に示されるように、可塑化シミュレーション装置１０は、ＣＰＵ(Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ)１１、記憶部１２、入力部１３、表示部１４、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ  ｄｉｓｋ  ｄｒｉｖｅ）１５、を有する。
【００１５】
ＣＰＵ１１は記憶部１２上に展開されるＯＳ(Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ)、ＢＩＯＳ(Ｂａｓｉｃ  Ｉｎｐｕｔ／Ｏｕｔｐｕｔ  Ｓｙｓｔｅｍ)、アプリケーション等の各種プログラムを実行し、可塑化シミュレーション装置１０の制御を行う。記憶部１２は、所謂ＲＡＭ(Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ)などの揮発性のメモリであり、実行されるプログラムの作業領域として利用される。
【００１６】
入力部１３は、可塑化シミュレーション装置１０を使用するユーザからの入力を受け付けるものであり、例えば、ディスプレイ上の特定の位置を指定するためのポインティングデバイスであるマウスや、文字または特定の機能等が割り当てられた複数のキーが配列されたキーボードである。表示部１４は、ＯＳおよびＯＳ上で動作するアプリケーションのＧＵＩ（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ  Ｕｓｅｒ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）や解析結果を表示するディスプレイ等の出力装置である。このような出力装置により、例えば、解析結果として算出された物理量がヒストグラムといった形で表示される。ＨＤＤ１５は、後述する可塑化解析処理において用いられる各種パラメータや当該処理により算出される各種物理量といったデータが格納される、所謂不揮発性の記憶領域である。
【００１７】
（機能構成）
次に、可塑化シミュレーション装置１０の機能構成を説明する。図３は、本実施の形態に係る可塑化シミュレーション装置の機能構成を示す機能ブロック図である。図３に示されるように、可塑化シミュレーション装置１０は、取得部１０１と、解析部１０２と、判定部１０３と、出力部１０４とを、機能として有する。これら機能は、ＣＰＵ１１や記憶部１２等の前述したハードウェア資源が協働することにより実現される。
【００１８】
取得部１０１は、所定の物理量を算出するために必要な各種パラメータを取得するものである。なお、当該パラメータは、ユーザにより手入力された情報を取得してもよく、解析対象のスクリュ式射出成形機４に対応してＨＤＤ１５から取得するようにしてもよい。解析部１０２は、取得された各種パラメータに基づいてシミュレーションの解析値として各種物理量の算出を行うものである。判定部１０３は、可塑化解析処理における各種判定を行うものであり、出力部１０４は、解析部１０２の算出結果や判定部１０３の判定結果を受けて、表示部１４やＨＤＤ１５へ出力するものである。
【００１９】
（処理動作）
次に、図面を用いて、可塑化シミュレーション装置１０の動作の詳細を説明する。図４は、本実施の形態に係る可塑化解析処理を示すフローチャートである。図４に示されるように、本実施の形態に係る可塑化解析処理は、先ず、後述する非定常解析処理において用いられる初期条件としての物理量を算出するための初期条件算出処理が実行される（Ｓ１）。その後、算出された初期条件を用いて回転、待機のサイクルにおける解析結果としての物理量を算出することで非定常解析を行うための非定常解析処理が実行され（Ｓ２）、本フローは終了となる。
【００２０】
次に、前述した初期条件算出処理の詳細を説明する。図５は、初期条件算出処理を示すフローチャートである。図５に示されるように、先ず、取得部１０１は、各種パラメータを取得する（Ｓ１０１，Ｓ１０２，Ｓ１０３）。ステップＳ１０１では樹脂物性のデータ、例えば、粘度フィット関数のモデルパラメータ、固体および溶融体の密度、比熱、熱伝導率、融点、溶融熱量などの樹脂物性などが取得される。ステップＳ１０２では運転条件のデータ、例えば、スクリュ回転数、シリンダ設定温度、シリンダ設定温度境界位置、背圧、スクリュ位置、計算サイクル数、メッシュ数、サイクル時間、パージ時間、計量樹脂量、原料樹脂温度（樹脂温度の初期値）などが取得される。ステップＳ１０３ではスクリュ式射出成形機４の構成データ、例えば、シリンダ径、スクリュ径、スクリュ溝深さ、スクリュリード、フライト幅、フライトクリアランスなどが取得される。この構成データは、スクリュ３の先端部分やホッパ２近辺の供給部分など複数の計算領域（スクリュ３の各ポジション）における各値であることが好ましい。
【００２１】
以上の取得されたパラメータに基づいて、解析部１０２は、初期値の可塑化能力（単位時間において可塑化される重量：ｋｇ／ｈ）である初期可塑化能力の算出、計量時間（スクリュ３が継続回転する時間）中において数値解析を行う１ステップの時間（１時間ステップ）の長さを示す時間刻み（以後、計量時間刻みと称する）の入力、および各物理量の算出を行う（Ｓ１０４，Ｓ１０５，Ｓ１０６）。ここで説明した、可塑化能力、各物理量の具体的な算出方法については後述する。
【００２２】
物理量の算出後、判定部１０３は、算出された物理量のうちの先端圧力（計算領域のうちスクリュ３の先端部分の領域における圧力）が、取得部１０１により運転条件として取得された背圧を満足するか否かを判定する（Ｓ１０７）。この判定においては、先端圧力と背圧とがイコールの関係である場合に先端圧力が背圧を満足すると判定してもよく、先端圧力と背圧との差圧が所定の収束値以下である場合に先端圧力が背圧を満足すると判定してもよい。
【００２３】
先端圧力が背圧を満足する場合（Ｓ１０７，ＹＥＳ）、出力部１０４は、解析部１０２により算出された各物理量を非定常解析処理において用いる初期条件として記憶部１２やＨＤＤ１５へ格納し（Ｓ１０８）、本フローは終了となる。ここで出力される物理量としては、樹脂温度や固相率等が挙げられる。
【００２４】
一方、先端圧力が背圧を満足しない場合（Ｓ１０７，ＮＯ）、解析部１０２は、可塑化能力増減処理を行い（Ｓ１０９）、変化させた可塑化能力の値を用いて、再度ステップＳ１０５の計量時間刻みの入力を行う。ここで、初回は初期可塑化能力が可塑化能力増減処理の対象となり、次回以降は当該処理により変化された可塑化能力がその対象となる。したがって、先端圧力が背圧を満足するまで計量時間刻みと各物理量の算出、可塑化能力の増減が繰り返される。この初期条件算出処理によれば、樹脂材料がシリンダ２内に行き渡った状態で非定常解析処理へ移行することができる。なお、可塑化能力増減処理は、先端圧力が背圧を満足するよう可塑化能力を増減させる処理であり、先端圧力と背圧との差に基づく異なる値により可塑化能力が増減される。即ち、このステップＳ１０７とステップＳ１０９とにより所謂収束判定が行われる。
【００２５】
以下、上記可塑化能力、物理量の具体的な算出方法について説明する。先ず、初期可塑化能力の算出方法について説明する。初期可塑化能力は単位時間当たりの樹脂材料の重量（ｋｇ／ｈ）で示されるものであり、（１）式で表わされるスクリュ特性式を用いて算出される。
【００２６】
【数１】
0005888817.tif 000002
【００２７】
この（１）式においては、Ｑ：体積流量、Ａ及びＢ：係数、Ｖｂｚ：樹脂の流れ方向の移動速度、ｗ：スクリュ溝幅、ｈ：スクリュ溝深さ、φ：スクリュへリックス角、η：樹脂粘度、∂Ｐ／∂ｚ：圧力変化量である。（１）式における樹脂粘度ηは、（２）式の粘度式により求められる。
【００２８】
【数２】
0005888817.tif 000003
【００２９】
この（２）式においては、η：樹脂粘度、ｍ，ε，Ｔｒ及びｎ：粘度パラメータ、Ｔ：樹脂温度、ｄγ／ｄｔ：せん断速度、である。これら（１）式と（２）式とに、取得部１０１により取得された各パラメータのうちの必要なパラメータが導入されることで、初期可塑化能力（ｋｇ／ｈ）が算出される。ここでの必要なパラメータとは、図５に示されるスクリュ回転数、シリンダ径、スクリュ径、スクリュ溝深さ、スクリュ溝幅及び溶融体密度等である。
【００３０】
次に物理量の算出方法について説明する。本実施の形態においては、ステップＳ１０６で算出される物理量として溶融樹脂量、樹脂温度、固相率、スクリュ動力、圧力が挙げられる。これら物理量は全計算領域に渡って算出される。これらの物理量は、既に算出してある可塑化能力と、取得部１０１により取得された各パラメータのうちの必要なパラメータと、質量保存則およびエネルギー保存則を用いて算出される。本実施の形態においては、この算出はＴａｄｍｏｒモデルに倣い、図６に示されるような３ゾーンモデルを導入してゾーン毎に分けて行われる。具体的には、図６に示されるスクリュ３及びスクリュ３のフライト５からなる領域において樹脂材料が固形で存在するソリッドベッド５１は以下の（３）式と（４）式とが用いられる。
【００３１】
【数３】
0005888817.tif 000004
【００３２】
【数４】
0005888817.tif 000005
【００３３】
この（３）式および（４）式においては、ρ：樹脂密度、Ｘ：ソリッドベッド幅、ｈ：スクリュ溝深さ、δｍ：メルトフィルム厚み、Ｈ：エンタルピー、ｖｓｚ：ソリッドベッドの流れ方向移動速度、λ：融解熱、ｍｆ：ソリッドベッドのメルトフィルム側融解質量流速、ｍｐ：ソリッドベッドのメルトプール側融解質量流速、ｋｓ：固体樹脂の熱伝導率、Ｔｓ：ソリッドベッド温度、ｑｆｓ：メルトフィルムからソリッドベッド界面への熱流束、ｑｐｓ：メルトプールからソリッドベッド界面への熱流束、である。なお、メルトフィルム厚みは、算出してもよく、所定の定数を与えるようにしてもよい。
【００３４】
また、図６に示される溶融が促進されるメルトフィルム５２は以下の（５）式と（６）式とが用いられる。
【００３５】
【数５】
0005888817.tif 000006
【００３６】
【数６】
0005888817.tif 000007
【００３７】
この（５）式および（６）式においては、ρ：樹脂密度、Ｘ：ソリッドベッド幅、δｍ：メルトフィルム厚み、Ｈ：エンタルピー、ｖｆｚ：メルトフィルム流れ方向速度、ｖｆｘ：メルトフィルムかき出し方向速度、ｑｆｓ：ソリッドベッド界面からソリッドベッド内部への熱流束、ｋｍ：溶融体熱伝導率、Ｔｆ：メルトフィルム温度、ｑＢｆ：シリンダからメルトフィルムへの熱流束、ＱＧ：メルトフィルムでのせん断発熱量、ｍｆ：ソリッドベッドのメルトフィルム側融解質量流速、である。
【００３８】
また、図６に示される溶融樹脂が溜まるメルトプール５３には以下の（７）式と（８）式とが用いられる。
【００３９】
【数７】
0005888817.tif 000008
【００４０】
【数８】
0005888817.tif 000009
【００４１】
この（７）式および（８）式においては、ρ：樹脂密度、ｗ：スクリュ溝幅、Ｘ：ソリッドベッド幅、ｈ：スクリュ溝深さ、Ｈ：エンタルピー、ｖｐｚ：メルトプール流れ方向速度、δｍ：メルトフィルム厚み、ｑｐｓ：メルトプールからソリッドベッド界面への熱流束、ｋｍ：溶融体熱伝導率、Ｔｐ：メルトプール温度、ｖｆｘ：メルトフィルムかき出し方向速度、ｑＢｐ：シリンダからメルトプールへの熱流束、Ｑ’Ｇ：メルトプールせん断発熱量、ｍｐ：ソリッドベッドのメルトプール側融解質量流速、である。
【００４２】
前述した（３）式、（５）式、および（７）式はエネルギー保存則を示しており、（４）式、（６）式および（８）式は質量保存則を示している。また、質量保存則およびエネルギー保存則をソリッドベッド５１と、メルトフィルム５２と、メルトプール５３とに分けたため、この質量保存則およびエネルギー保存則を満足させるように溶融質量流速が導入されている。これらの数式に、既に算出してある可塑化能力と、取得部１０１により取得された各パラメータのうちの必要なパラメータとを導入することで、溶融樹脂量、樹脂温度、固相率、スクリュ動力、圧力を算出することができる。
【００４３】
次に、前述した非定常解析処理の詳細を説明する。図７は、非定常解析処理を示すフローチャートである。図７に示されるように、先ず、取得部１０１は、初期条件を記憶部１２またはＨＤＤ１５から取得する（Ｓ２０１）。取得後、解析部１０２は、計量時間刻みを入力する（Ｓ２０２）。ここでの計量時間刻みは、初回（ステップＳ２０１の後であって、ステップＳ２０５の後でない状態）は初期条件算出処理において算出された可塑化能力が導入されるため、ステップＳ１０５と同様の値が入力される。よって、この処理を省くようにしてもよい。
【００４４】
計量時間刻みの入力後、解析部１０２は、各物理量を算出する（Ｓ２０３）。ここで算出される物理量は、前述したステップＳ１０６と同様、溶融樹脂量、樹脂温度、固相率、スクリュ動力、圧力が挙げられ、全計算領域に渡って算出される。各物理量の算出は、前述したステップＳ１０６と同様の数式に、ステップＳ１０１において取得部１０１により取得された各パラメータのうちの必要なパラメータと、既に算出された可塑化能力（初期条件算出処理直後は、初期条件として算出された可塑化能力）と、既に算出された物理量が導入されることで算出される。なお、既に算出された物理量とは、初期条件算出処理直後であって、現サイクルが０である場合（１サイクルも経過していない場合）は初期条件算出処理により算出された初期条件が用いられる。一方、現サイクルが１以上である場合、前サイクルで算出された物理量（後述する待機時間終了時に算出された物理量、換言すると、１時間ステップ前で算出された物理量）が用いられる。ここで用いられる物理量とは、樹脂温度、固相率等である。
【００４５】
各物理量の算出後、判定部１０３は、先端圧力が背圧を満足するか否かを判定し（Ｓ２０４）、先端圧力が背圧を満足しない場合（Ｓ２０４，ＮＯ）、解析部１０２は、可塑化能力増減処理を行う（Ｓ２０５）。これらステップＳ２０４と、ステップＳ２０５の処理は前述したステップＳ１０７及びステップＳ１０９の処理と同様であるため、その詳細は省略する。
【００４６】
先端圧力が背圧を満足する場合（Ｓ２０４，ＹＥＳ）、判定部１０３は、時間を１ステップ分進め、総可塑化樹脂量が計量樹脂量（ステップＳ１０２により取得済み）に達したか否かを判定し（Ｓ２０６）、達していない場合（Ｓ２０６，ＮＯ）、ステップＳ２０３に戻り、再度各物理量の算出が行われる。ここで進められる時間は、既に入力した計量時間刻みである。１ステップ時間が進んだ時、樹脂材料は既に算出された可塑化能力とスクリュ溝断面積形状とから計算される速度で移動する。この速度に１計量時間刻み分の時間を乗じた距離だけシリンダ２内を樹脂材料が移動することとなる。したがって、ステップＳ２０３により算出される可塑化能力に基づく体積流量Ｑのうちの移動した分の樹脂量（押出量）が１ステップでの可塑化樹脂量（射出される十分可塑化された樹脂の量）とすることができる。よって、判定毎に、この１ステップでの可塑化樹脂量を足していき、総可塑化樹脂量が計量樹脂量となるまでステップＳ２０３に戻り、再度各物理量の算出が行われることで、所望の計量樹脂量が得られたか否かを把握することができる。
【００４７】
なお、可塑化樹脂量は当該判定が行われる前に現可塑化樹脂量に加算されて判定されるが、達していないとの判定の場合（Ｓ２０６，ＮＯ）に、現可塑化樹脂量に加算されるようにしてもよい。また、このとき、スクリュ３根元側（下流側）ではホッパ１からの樹脂材料供給により順次樹脂材料が補填される。
【００４８】
一方、総可塑化樹脂量が計量樹脂量に達した場合（Ｓ２０６，ＹＥＳ）、可塑化終了と判断されると共に可塑化終了時の物理量がＨＤＤ１５等に格納され、待機時間を算出することで待機時間中における物理量の変化を算出する待機物理量算出処理が行われる（Ｓ２０７）。待機物理量算出処理の詳細については後述する。待機物理量算出処理後、判定部１０３は、現在の計算サイクル数が予め設定した計算サイクル数（ステップＳ１０２により取得済み）に達しているか否かを判定し（Ｓ２０８）、達している場合（Ｓ２０８，ＹＥＳ）、出力部１０４は、算出した各物理量を記憶部１２やＨＤＤ１５、表示部１４等に出力し、本フローは終了となる。例えば、出力部１０４は、各物理量を計量時間刻み毎に、また、スクリュ３上の各計算領域（ポジション）毎に予め指定されたアウトプットファイルにアウトプットし、表示部１４上へ表示する。
【００４９】
一方、計算サイクル数が計算サイクル数に達していない場合（Ｓ２０８，ＮＯ）、現サイクル数に１を追加すると共に、ステップＳ２０３に戻り、後述する待機時間終了時の物理量に基づく各物理量の算出が行われる。
【００５０】
次に、待機物理量算出処理についてその詳細を説明する。図８は、待機物理量算出処理を示すフローチャートであり、図９は、計量時間と待機時間とを説明するための図である。
先ず、図８に示されるように、解析部１０２は、計量時間と、待機時間とを算出する（Ｓ３０１）。図９に示されるように、１サイクルは、計量時間と待機時間とに分けることができる。可塑化能力を有する回転開始（可塑化開始）から可塑化能力が０となる回転停止（可塑化終了）までを計量時間とした場合、１サイクルの時間はサイクル時間としてステップＳ１０２により取得済みであるため、サイクル時間から計量時間を減じれば可塑化能力が０（スクリュ３が停止している状態）である待機時間を算出することができる。よって、解析部１０２は、総可塑化樹脂量となるまでに加算した計量時間刻みの合計を計量時間とし、サイクル時間（ステップＳ１０２により取得済み）から当該計量時間を減算し、待機時間を算出する。この待機時間には、例えば、型開、型閉、射出保圧等のスクリュ３が回転しない時間が含まれている。
【００５１】
待機時間の算出後、解析部１０２は、待機時間中において数値解析を行う１ステップの時間の長さを示す時間刻み（以後、待機時間刻みと称する）を入力する（Ｓ３０２）。なお、ここで入力される待機時間刻みは、ステップＳ１０５やステップＳ２０２において入力される計量時間刻みと異なる値であってもよい。
【００５２】
待機時間刻みの入力後、解析部１０２は、各物理量の算出を行う（Ｓ３０３）。ここで算出される物理量は、前述したステップＳ１０６やステップＳ２０３とは異なり、スクリュ３が停止状態であるため、スクリュ動力および圧力以外が算出される。即ち、溶融樹脂量、樹脂温度、固相率、樹脂温度が、全計算領域に渡って算出される。各物理量の算出は、前述したステップＳ１０６やステップＳ２０３と同様の数式に、ステップＳ１０１において取得部１０１により取得された各パラメータのうちの必要なパラメータと、既に算出された物理量（１時間ステップ前に算出された物理量、または、可塑化終了時直後は、可塑化終了時の物理量）とが導入されることで算出される。ここでの既に算出された物理量とは、樹脂温度、固相率である。なお、スクリュ３は停止状態であるため、樹脂は移動することがない。よって、ここでの物理量の算出に関しては、待機時間においてもシリンダ２により樹脂材料は加熱されるため、その伝熱の計算のみがなされる。例えば、既に算出された物理量を使用すると共に、可塑化能力や樹脂の移動速度に関するパラメータを０として各数式を用いて計算を行うことで、待機時間中の樹脂温度と固相率の変化を算出することができる。
【００５３】
各物理量の算出後、判定部１０３は、現待機時間がサイクル時間（ステップＳ１０２により取得済み）に達したか否かを判定し（Ｓ３０４）、達している場合（Ｓ３０４，ＹＥＳ）、待機時間終了と判断し、待機時間終了時の各物理量をＨＤＤ１５等に格納して本フローは終了となる。なお、パージ後（１サイクル周期が終わった直後）から最初の可塑化開始までの間、所定の待機時間を入れ、その間の物理量の変化を算出するようにしてもよい。一方、達していない場合（Ｓ３０４，ＮＯ）、解析部１０２は、現待機時間に待機時間刻み分の時間を加算し、当該加算結果を現待機時間としてステップＳ３０３に戻り、再度各物理量の算出が行われる。
【００５４】
次に、本実施の形態に係る可塑化解析処理により出力された解析結果について１例を挙げて説明を行う。図１０は、ある時刻におけるスクリュの全計算領域に渡るシリンダ温度とメルトプールを示す図であり、図１１は、ある時刻におけるスクリュの全計算領域に渡る固相率と圧力を示す図である。図１２は、ある計算領域におけるサイクル周期が短い場合の樹脂温度と可塑化能力の時間変化を示す図であり、図１３は、ある計算領域におけるサイクル周期が短い場合の固相率と可塑化能力の時間変化を示す図である。図１４は、ある計算領域におけるサイクル周期が長い場合の樹脂温度と可塑化能力の時間変化を示す図であり、図１５は、ある計算領域におけるサイクル周期が長い場合の固相率と可塑化能力の時間変化を示す図である。
【００５５】
図１０〜図１５において示される６１はシリンダ温度、６２はメルトプール温度を示しており、６３は圧力、６４は固相率を示している。６５は樹脂温度を示しており、６６は可塑化能力を示している。各図に示されるように、本実施の形態によれば、ある時刻におけるスクリュの全計算領域に渡る、シリンダ温度とメルトプールの関係や、固相率と圧力の関係を容易に把握することができる。また、図１２〜図１５に示されるように、ある計算領域における樹脂温度と可塑化能力の時間変化や固相率と可塑化能力の時間変化を容易に把握することができる。
【００５６】
なお、図１０及び図１１に示されるように、スクリュ３の根本部分においてはホッパ１にペレット状の樹脂材料が供給されるためにシリンダ温度やメルトプール温度、圧力が低く、固相率は高い。一方、シリンダ３先端部に行くほど、シリンダ温度やメルトプール温度が高まると共に、固相率は低くなり、圧力に関してはシリンダ３の根本部から先端部かけて高まるが、ある計算領域（スクリュ３上のポジション）からは低くなっている。これらは樹脂材料が次第に溶融可塑化されていることを示しており、妥当な解析が行えている。
【００５７】
また、図１２および図１３に示されるように、可塑化能力の増減に伴い、樹脂温度や固相率が増減している。これは図１４及び図１５のようにサイクル周期を長くした場合においても再現されている。このように、間欠運転がなされた際の計算領域における樹脂温度や固相率、可塑化能力の時間変化が解析できている。
【００５８】
本実施の形態によれば、スクリュ３が停止状態にある待機時間においても物理量を算出できるため、回転、待機が繰り返されるサイクル動作を再現することができる。具体的には、所定の計量樹脂量が溜まるまでの時間を計量時間とし、１サイクル時間から当該計量時間を差し引いた時間を待機時間としているため、回転、待機が繰り返されるサイクル動作を再現することができる。また、時間変化毎に物理量を算出できるため、ある時間ごとの解析結果が得られ、スクリュの回転、待機を伴う可塑化解析において、あるインプット条件におけるアウトプットの変化を容易に観察することができる効果を奏する。
【００５９】
本発明は、その要旨または主要な特徴から逸脱することなく、他の様々な形で実施することができる。そのため、前述の実施の形態は、あらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、何ら拘束されない。更に、特許請求の範囲の均等範囲に属する全ての変形、様々な改良、代替および改質は、全て本発明の範囲内のものである。
【００６０】
また、実施の形態にて述べた可塑化シミュレーション装置１０における各種ステップを、可塑化シミュレーションプログラムとして、図１６に示されるような、コンピュータにより読み取り可能な可搬型の記録媒体８に記憶させ、当該記録媒体８を情報処理装置９に読み込ませることにより、前述した機能を情報処理装置９に実現させることができる。記録媒体８としては、例えば、光ディスク（ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤディスク等）、磁気ディスク（ハードディスクドライブ等）、フラッシュメモリ、ＩＣカード、更にネットワークを介することで伝送可能な媒体等、コンピュータで読み取りや実行が可能な全ての媒体が含まれる。
【符号の説明】
【００６１】
１  スクリュ式射出成形機、３  スクリュ、１０  可塑化シミュレーション装置、１０１  取得部、１０２  解析部、１０３  判定部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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