(57)【要約】【課題】  射出成形シミュレーション結果から得られた充填終了時点における溶融材料温度分布を観察することにより、流動先端の後に流れてくる溶融材料の流動における異常流動による不連続な分布を抽出することが可能である事を見出し、フローマーク状の外観不良を効率的かつ確実に予測、評価、表示することが可能な射出成形シミュレーション方法、装置およびプログラムを提供すること。【解決手段】  成形品の形状を微小要素に分割した計算モデルを作成し、シミュレーション条件に基づいて、上記作成された計算モデルの各微小要素における溶融材料の温度を算出し、上記算出された各微小要素における上記溶融材料の温度に基づいて、金型への上記溶融材料の充填が完了した際の上記溶融材料の温度分布を算出し、上記算出された温度分布に基づいて、フローマークが発生すると予測する。【選択図】      図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力されたシミュレーション条件に基づいて、射出成形における溶融材料の流れをシミュレーションする射出成形シミュレーション方法において、
成形品の形状を微小要素に分割した計算モデルを作成し、
前記シミュレーション条件に基づいて、前記作成された計算モデルの各微小要素における前記溶融材料の温度を算出し、
前記算出された各微小要素における前記溶融材料の温度に基づいて、金型への前記溶融材料の充填が完了した際の前記溶融材料の温度分布を算出し、
前記算出された温度分布に基づいて、フローマークが発生すると予測することを特徴とする射出成形シミュレーション方法。
【請求項２】
入力されたシミュレーション条件に基づいて、射出成形における溶融材料の流れをシミュレーションする射出成形シミュレーション方法において、
成形品の形状を微小要素に分割した計算モデルを作成し、
前記シミュレーション条件に基づいて、前記作成された計算モデルの各微小要素における前記溶融材料の温度を算出し、
前記算出された各微小要素における前記溶融材料の温度に基づいて、金型への前記溶融材料の充填が完了した際の前記溶融材料の温度分布を算出し、
前記算出された温度分布において、同一温度である等値面が前記金型の壁面に略直角になっている前記微小要素を検出し、
前記検出された微小要素に対応する成形品の部位にフローマークが発生すると予測することを特徴とする射出成形シミュレーション方法。
【請求項３】
前記算出された温度分布を表示することを特徴とする請求項１または２に記載の射出成形シミュレーション方法。
【請求項４】
前記算出された温度分布に基づいて、前記検出された微小要素を表示することを特徴とする請求項２に記載の射出成形シミュレーション方法。
【請求項５】
前記フローマークが発生すると予測された場合、前記シミュレーション条件を変えて再シミュレーションすることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の射出成形シミュレーション方法。
【請求項６】
前記再シミュレーションする際のシミュレーション条件は、少なくとも前記溶融材料の物性値、前記成形品の形状、前記溶融材料の温度、前記金型の温度、前記溶融材料の充填速度の何れか１つを変えたシミュレーション条件であることを特徴とする請求項５に記載の射出成形シミュレーション方法。
【請求項７】
前記再シミュレーションする際のシミュレーション条件は、前記フローマークが発生しないようなシミュレーション条件であることを特徴とする請求項５又は６に記載の射出成形シミュレーション方法。
【請求項８】
入力されたシミュレーション条件に基づいて、射出成形における溶融材料の流れをシミュレーションする射出成形シミュレーション装置において、
成形品の形状を微小要素に分割した計算モデルを作成する計算モデル作成手段と、
前記シミュレーション条件に基づいて、前記計算モデル作成手段によって作成された計算モデルの各微小要素における前記溶融材料の温度を算出する溶融材料温度算出手段と、
前記溶融材料温度算出手段によって算出された各微小要素における前記溶融材料の温度に基づいて、金型への前記溶融材料の充填が完了した際の前記溶融材料の温度分布を算出する溶融材料温度分布算出手段と、
前記溶融材料温度分布算出手段によって算出された温度分布に基づいて、フローマークが発生すると予測するフローマーク発生予測手段と、
を備えたことを特徴とする射出成形シミュレーション装置。
【請求項９】
入力されたシミュレーション条件に基づいて、射出成形における溶融材料の流れをシミュレーションする射出成形シミュレーション装置において、
成形品の形状を微小要素に分割した計算モデルを作成する計算モデル作成手段と、
前記シミュレーション条件に基づいて、前記計算モデル作成手段によって作成された計算モデルの各微小要素における前記溶融材料の温度を算出する溶融材料温度算出手段と、
前記溶融材料温度算出手段によって算出された各微小要素における前記溶融材料の温度に基づいて、金型への前記溶融材料の充填が完了した際の前記溶融材料の温度分布を算出する溶融材料温度分布算出手段と、
前記溶融材料温度分布算出手段によって算出された温度分布において、同一温度である等値面が前記金型の壁面に略直角になっている前記微小要素を検出する直交微小要素検出手段と、
前記直交微小要素検出手段によって検出された微小要素に対応する成形品の部位にフローマークが発生すると予測するフローマーク発生予測手段と、
を備えたことを特徴とする射出成形シミュレーション装置。
【請求項１０】
前記溶融材料温度分布算出手段によって算出された温度分布を表示する温度分布表示手段をさらに備えることを特徴とする請求項８または９に記載の射出成形シミュレーション装置。
【請求項１１】
前記温度分布表示手段は、前記溶融材料温度分布算出手段によって算出された温度分布に基づいて、前記直交微小要素検出手段によって検出された微小要素を表示することを特徴とする請求項９に記載の射出成形シミュレーション装置。
【請求項１２】
前記フローマーク発生予測手段によってフローマークが発生すると予測された場合、前記シミュレーション条件を変えて再シミュレーションすることを特徴とする請求項８乃至１１の何れか１項に記載の射出成形シミュレーション装置。
【請求項１３】
前記再シミュレーションする際のシミュレーション条件は、少なくとも前記溶融材料の物性値、前記成形品の形状、前記溶融材料の温度、前記金型の温度、前記溶融材料の充填速度の何れか１つを変えたシミュレーション条件であることを特徴とする請求項１２に記載の射出成形シミュレーション装置。
【請求項１４】
前記再シミュレーションする際のシミュレーション条件は、前記フローマークが発生しないようなシミュレーション条件であることを特徴とする請求項１２又は１３に記載の射出成形シミュレーション装置。
【請求項１５】
入力されたシミュレーション条件に基づいて、射出成形における溶融材料の流れをシミュレーションするコンピュータ実行可能な射出成形シミュレーションプログラムにおいて、
成形品の形状を微小要素に分割した計算モデルを作成する手順と、
前記シミュレーション条件に基づいて、前記作成された計算モデルの各微小要素における前記溶融材料の温度を算出する手順と、
前記算出された各微小要素における前記溶融材料の温度に基づいて、金型への前記溶融材料の充填が完了した際の前記溶融材料の温度分布を算出する手順と、
前記算出された温度分布に基づいて、フローマークが発生すると予測する手順と、
をコンピュータに実行させることを特徴とする射出成形シミュレーションプログラム。
【請求項１６】
入力されたシミュレーション条件に基づいて、射出成形における溶融材料の流れをシミュレーションするコンピュータ実行可能な射出成形シミュレーションプログラムにおいて、
成形品の形状を微小要素に分割した計算モデルを作成する手順と、
前記シミュレーション条件に基づいて、前記作成された計算モデルの各微小要素における前記溶融材料の温度を算出する手順と、
前記算出された各微小要素における前記溶融材料の温度に基づいて、金型への前記溶融材料の充填が完了した際の前記溶融材料の温度分布を算出する手順と、
前記算出された温度分布において、同一温度である等値面が前記金型の壁面に略直角になっている前記微小要素を検出する手順と、
前記検出された微小要素に対応する成形品の部位にフローマークが発生すると予測する手順と、
をコンピュータに実行させることを特徴とする射出成形シミュレーションプログラム。
【請求項１７】
前記算出された温度分布を表示する手順をさらに実行させることを特徴とする請求項１５または１６に記載の射出成形シミュレーションプログラム。
【請求項１８】
前記算出された温度分布に基づいて、前記検出された微小要素を表示する手順をさらに実行させることを特徴とする請求項１６に記載の射出成形シミュレーションプログラム。
【請求項１９】
前記フローマークが発生すると予測された場合、前記シミュレーション条件を変えて再シミュレーションを実行させることを特徴とする請求項１５乃至１８の何れか１項に記載の射出成形シミュレーションプログラム。
【請求項２０】
前記再シミュレーションする際のシミュレーション条件は、少なくとも前記溶融材料の物性値、前記成形品の形状、前記溶融材料の温度、前記金型の温度、前記溶融材料の充填速度の何れか１つを変えたシミュレーション条件であることを特徴とする請求項１９に記載の射出成形シミュレーションプログラム。
【請求項２１】
前記再シミュレーションする際のシミュレーション条件は、前記フローマークが発生しないようなシミュレーション条件であることを特徴とする請求項１９又は２０に記載の射出成形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】
本発明は、射出成形品に発生するフローマーク等の外観不良を予測、評価、表示する射出成形シミュレーション方法、射出成形シミュレーション装置および射出成形シミュレーションプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
鋳物、樹脂などの溶融材料の射出成形により成形品を製作するとき、溶融材料の充填挙動が製品の品質に大きな影響を与える。製造時の充填挙動が不適切な場合、製品内部に製品としては致命的な欠陥が発生する。これらの欠陥の発生を防止するためには製造方法の最適化が必要であるが、現状では人間の過去の経験や勘に頼った試行錯誤的な最適化方法がとられている。
【０００３】
特に、射出成形機を用いてプリズムなどの光学素子を製造する場合、その表面にあたかも溶融材料が流れた波模様や縞模様に似た痕跡が現れて、成形品の外観を著しく損ね、製品不良の一原因になる。通常、そのような痕跡をフローマークと呼んでいる。
【０００４】
一方、近年のコンピュータの性能向上や数値解析手法の発展に伴い、製造条件の最適化のためにコンピュータシミュレーションを利用することも試みられている。現状では解析に必要なデータとして使用する溶融材料の物性値、成形品の形状、溶融材料の温度、金型温度、充填速度等を入力して溶融材料の射出成形における流動解析を行い、充填状況、圧力分布、渦度分布、流速分布、温度分布などの解析結果から製造条件の適否を評価している。
【０００５】
しかし、前述した従来の射出成形シミュレーションにおける種々の解析結果の表示方法では溶融材料の充填状況、圧力分布、渦度分布、流速分布、温度分布などの情報を忠実に表現することはできるが、これらの情報から充填状況が欠陥のない健全な製品を製造するのに適切なものになっているか否かについては直接的に評価することはできない。溶融材料の射出成形における流動解析結果を評価するには溶融材料の充填状況、圧力分布、渦度分布、流速分布、温度分布などの情報をもとに充填が順序良く進行しているか、最終充填部は適切な位置になっているか、流れが乱れている部分はないかなどについて人間が得られた解析結果を総合的に判断して、成形品である製品内のどこに欠陥が発生するかを予測あるいは推測している。
【０００６】
しかしながら、このような流動解析結果の評価方法では判断を下す人間の過去の経験や勘に依存する部分が大きいため判断する人間によって解析結果の評価が異なる場合がある。従って、このような流動解析結果の評価方法では充填途中に発生する流れの乱れや空気の巻き込みによる気泡の発生などの現象を的確に把握し、評価することは非常に難しい。
【０００７】
また、溶融材料の流動解析を利用して金型設計あるいは成形条件の設定、溶融材料の選択等の検討を行う事によって、射出成形に際して成形品に形成されるフローマークの発生を予測する技術も開示されているが、溶融材料の流動時の剪断応力の値がその溶融材料の臨界剪断応力値を越えた場合にフローマークが発生する場合に限られている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特許第３２５５７５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、このフローマークの発生メカニズムについては、流動先端における異常流動を原因とするものではなく、流動先端の後に流れてくる溶融材料の流動において、異常流動や異常冷却を起こし不連続な分布を起こして発生するものと推定される。この様な外観不良が発生すると、成形条件などで対策できる場合もあるが、成形条件では対策しきれない場合は、ゲートやランナー形状および場合によっては製品形状を変更して対策することが必要になり、時間やコストがかかってしまうという問題点があった。
【０００９】
また、この様な外観不良を予測するために、有限要素法などを利用した溶融材料の射出成形シミュレーションソフトの利用が進められているが、上記原因によるフローマークを射出成形シミュレーションソフトの結果により予測するためには、上記流動の不連続分布を、充填段階の各部位における、剪断速度、剪断応力、溶融材料温度、溶融材料圧力などの数多くの結果をくまなく逐次評価しなければならず、莫大な時間もかかり、見落としも起こるなどの問題点があった。
【００１０】
また、上記特許文献１に開示されているような技術は、平板などの表裏面に特定の位相のズレを持って交互に発生するフローマークに関するものであり、プリズムのような厚肉の光学素子等においてゲートから少し過ぎた部位に発生する、フローマーク状の外観不良現象に関しては予測することは不可能であるという問題点があった。
【００１１】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、射出成形シミュレーション結果から得られた充填終了時点における溶融材料温度分布を観察することにより、流動先端の後に流れてくる溶融材料の流動における異常流動による不連続な分布を抽出することが可能である事を見出し、フローマーク状の外観不良を効率的かつ確実に予測、評価、表示することが可能な射出成形シミュレーション方法、射出成形シミュレーション装置および射出成形シミュレーションプログラムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、上記課題を解決するため、下記のような構成を採用した。
すなわち、本発明の一態様によれば、本発明の射出成形シミュレーション方法は、入力されたシミュレーション条件に基づいて、射出成形における溶融材料の流れをシミュレーションする射出成形シミュレーション方法であって、成形品の形状を微小要素に分割した計算モデルを作成し、上記シミュレーション条件に基づいて、上記作成された計算モデルの各微小要素における上記溶融材料の温度を算出し、上記算出された各微小要素における上記溶融材料の温度に基づいて、金型への上記溶融材料の充填が完了した際の上記溶融材料の温度分布を算出し、上記算出された温度分布に基づいて、フローマークが発生すると予測することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の一態様によれば、本発明の射出成形シミュレーション方法は、入力されたシミュレーション条件に基づいて、射出成形における溶融材料の流れをシミュレーションする射出成形シミュレーション方法であって、成形品の形状を微小要素に分割した計算モデルを作成し、上記シミュレーション条件に基づいて、上記作成された計算モデルの各微小要素における上記溶融材料の温度を算出し、上記算出された各微小要素における上記溶融材料の温度に基づいて、金型への上記溶融材料の充填が完了した際の上記溶融材料の温度分布を算出し、上記算出された温度分布において、同一温度である等値面が上記金型の壁面に略直角になっている上記微小要素を検出し、上記検出された微小要素に対応する成形品の部位にフローマークが発生すると予測することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の射出成形シミュレーション方法は、上記算出された温度分布を表示することが望ましい。
また、本発明の射出成形シミュレーション方法は、上記算出された温度分布に基づいて、上記検出された微小要素を表示することが望ましい。
【００１５】
また、本発明の射出成形シミュレーション方法は、上記フローマークが発生すると予測された場合、上記シミュレーション条件を変えて再シミュレーションすることが望ましい。
【００１６】
また、本発明の射出成形シミュレーション方法は、上記再シミュレーションする際のシミュレーション条件が、少なくとも上記溶融材料の物性値、上記成形品の形状、上記溶融材料の温度、上記金型の温度、上記溶融材料の充填速度の何れか１つを変えたシミュレーション条件であることが望ましい。
【００１７】
また、本発明の射出成形シミュレーション方法は、上記再シミュレーションする際のシミュレーション条件が、上記フローマークが発生しないようなシミュレーション条件であることが望ましい。
【００１８】
また、本発明の一態様によれば、本発明の射出成形シミュレーション装置は、入力されたシミュレーション条件に基づいて、射出成形における溶融材料の流れをシミュレーションする射出成形シミュレーション装置であって、成形品の形状を微小要素に分割した計算モデルを作成する計算モデル作成手段と、上記シミュレーション条件に基づいて、上記計算モデル作成手段によって作成された計算モデルの各微小要素における上記溶融材料の温度を算出する溶融材料温度算出手段と、上記溶融材料温度算出手段によって算出された各微小要素における上記溶融材料の温度に基づいて、金型への上記溶融材料の充填が完了した際の上記溶融材料の温度分布を算出する溶融材料温度分布算出手段と、上記溶融材料温度分布算出手段によって算出された温度分布に基づいて、フローマークが発生すると予測するフローマーク発生予測手段とを備えたことを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の一態様によれば、本発明の射出成形シミュレーション装置は、入力されたシミュレーション条件に基づいて、射出成形における溶融材料の流れをシミュレーションする射出成形シミュレーション装置であって、成形品の形状を微小要素に分割した計算モデルを作成する計算モデル作成手段と、上記シミュレーション条件に基づいて、上記計算モデル作成手段によって作成された計算モデルの各微小要素における上記溶融材料の温度を算出する溶融材料温度算出手段と、上記溶融材料温度算出手段によって算出された各微小要素における上記溶融材料の温度に基づいて、金型への上記溶融材料の充填が完了した際の上記溶融材料の温度分布を算出する溶融材料温度分布算出手段と、上記溶融材料温度分布算出手段によって算出された温度分布において、同一温度である等値面が上記金型の壁面に略直角になっている上記微小要素を検出する直交微小要素検出手段と、上記直交微小要素検出手段によって検出された微小要素に対応する成形品の部位にフローマークが発生すると予測するフローマーク発生予測手段とを備えたことを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の射出成形シミュレーション装置は、上記溶融材料温度分布算出手段によって算出された温度分布を表示する温度分布表示手段をさらに備えることが望ましい。
また、本発明の射出成形シミュレーション装置は、上記温度分布表示手段が、上記溶融材料温度分布算出手段によって算出された温度分布に基づいて、上記直交微小要素検出手段によって検出された微小要素を表示することが望ましい。
【００２１】
また、本発明の射出成形シミュレーション装置は、上記フローマーク発生予測手段によってフローマークが発生すると予測された場合、上記シミュレーション条件を変えて再シミュレーションすることが望ましい。
【００２２】
また、本発明の射出成形シミュレーション装置は、上記再シミュレーションする際のシミュレーション条件が、少なくとも上記溶融材料の物性値、上記成形品の形状、上記溶融材料の温度、上記金型の温度、上記溶融材料の充填速度の何れか１つを変えたシミュレーション条件であることが望ましい。
【００２３】
また、本発明の射出成形シミュレーション装置は、上記再シミュレーションする際のシミュレーション条件が、上記フローマークが発生しないようなシミュレーション条件であることが望ましい。
【００２４】
また、本発明の一態様によれば、本発明の射出成形シミュレーションプログラムは、入力されたシミュレーション条件に基づいて、射出成形における溶融材料の流れをシミュレーションするコンピュータ実行可能な射出成形シミュレーションプログラムであって、成形品の形状を微小要素に分割した計算モデルを作成する手順と、上記シミュレーション条件に基づいて、上記作成された計算モデルの各微小要素における上記溶融材料の温度を算出する手順と、上記算出された各微小要素における上記溶融材料の温度に基づいて、金型への上記溶融材料の充填が完了した際の上記溶融材料の温度分布を算出する手順と、上記算出された温度分布に基づいて、フローマークが発生すると予測する手順とをコンピュータに実行させることを特徴とする。
【００２５】
また、本発明の一態様によれば、本発明の射出成形シミュレーションプログラムは、入力されたシミュレーション条件に基づいて、射出成形における溶融材料の流れをシミュレーションするコンピュータ実行可能な射出成形シミュレーションプログラムであって、成形品の形状を微小要素に分割した計算モデルを作成する手順と、上記シミュレーション条件に基づいて、上記作成された計算モデルの各微小要素における上記溶融材料の温度を算出する手順と、上記算出された各微小要素における上記溶融材料の温度に基づいて、金型への上記溶融材料の充填が完了した際の上記溶融材料の温度分布を算出する手順と、上記算出された温度分布において、同一温度である等値面が上記金型の壁面に略直角になっている上記微小要素を検出する手順と、上記検出された微小要素に対応する成形品の部位にフローマークが発生すると予測する手順とをコンピュータに実行させることを特徴とする。
【００２６】
また、本発明の射出成形シミュレーションプログラムは、上記算出された温度分布を表示する手順をさらに実行させることが望ましい。
また、本発明の射出成形シミュレーションプログラムは、上記算出された温度分布に基づいて、上記検出された微小要素を表示する手順をさらに実行させることが望ましい。
【００２７】
また、本発明の射出成形シミュレーションプログラムは、上記フローマークが発生すると予測された場合、上記シミュレーション条件を変えて再シミュレーションを実行させることが望ましい。
【００２８】
また、本発明の射出成形シミュレーションプログラムは、上記再シミュレーションする際のシミュレーション条件が、少なくとも上記溶融材料の物性値、上記成形品の形状、上記溶融材料の温度、上記金型の温度、上記溶融材料の充填速度の何れか１つを変えたシミュレーション条件であることが望ましい。
【００２９】
また、本発明の射出成形シミュレーションプログラムは、上記再シミュレーションする際のシミュレーション条件が、上記フローマークが発生しないようなシミュレーション条件であることが望ましい。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、射出成形シミュレーション結果から得られた充填終了時点における溶融材料温度分布を観察することにより、流動先端の後に流れてくる溶融材料の流動における異常流動による不連続な分布を抽出することが可能である事を見出し、フローマーク状の外観不良を効率的かつ確実に予測、評価、表示することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
本発明が適用される射出成形シミュレーション装置は、入力されたシミュレーション条件に基づいて、射出成形における溶融材料の流れをシミュレーションする射出成形シミュレーション装置であり、以下の実施の形態で説明する内容を実行する。
【００３２】
図１は、フローマークを説明するための図である。
図１に示されているのは、ランナー部１３を流れてきた溶融材料がゲート部１２を通って金型に充填された際、プリズムである製品部１１の一部にフローマーク１４が発生したことを示している。
【００３３】
図２は、射出成形シミュレーションによる解析モデル全体を示す図である。
図２に示したプリズムの解析モデル（以下、基本モデルという。）は、幅７ｍｍ、高さ７．５ｍｍの五角形断面で奥行き８ｍｍ のプリズム形状の製品部１１およびゲート部１２の他、ランナー部１３全体およびスプルー部１５まで含めて忠実にモデル化したものである。
【００３４】
図３は、解析モデルの製品部を示す図であり、図２に示した解析モデルのうち、ランナー部１３の一部、ゲート部１２および製品部１１を拡大した図である。
図３において、ＸＹＺの各座標軸は、ゲート部１２の溶融材料流入方向がＸ軸の正方向、製品部１１であるプリズムの五角形頂点方向がＹ軸の正方向、紙面略奥行き方向がＺ軸の正方向である。
【００３５】
また、この解析モデルは、側面にゲート部１２を設け、スプルー部１５、ランナー部１３を含めて、テトラ要素と呼ばれる三角形４面体要素を用いて作成した有限要素法モデルであり、総節点数：１４，７１３、総要素数：７２，５４９である。この解析での成形条件は、
溶融材料温度：２６０（℃）
金型温度    ：１３０（℃）
射出速度    ：第１速が０．０〜０．０６３（ｓｅｃ），２９．４（ｃｃ／ｓｅｃ）
第２速が０．０６３〜０．１７５（ｓｅｃ），１４．７（ｃｃ／ｓｅｃ）
第３速が０．１７５〜０．２６１（ｓｅｃ），４．４１（ｃｃ／ｓｅｃ）
第４速が０．２６１〜０．３４３（ｓｅｃ），７．３５（ｃｃ／ｓｅｃ）
保圧条件  ：  第１段が０．０〜０．６（ｓｅｃ），１００（ＭＰａ）
第２段が０．６〜４．６（ｓｅｃ），８０（ＭＰａ）
第３段が４．６〜８．５（ｓｅｃ），６０（ＭＰａ）
冷却時間  ：  １３０（ｓｅｃ）
である。
【００３６】
そして、上述のような成形条件を用いて射出成形解析を行った。
図４は、解析結果の表示例を示す図であり、図５は、解析結果の断面図表示例を示す図である。
【００３７】
図４に示した解析結果は、解析結果の代表的であり、溶融材料の流れていく時間経過を表示形態（例えば、色）を変えて表示した、フローパターンと呼ばれるものである。
図５に示した解析結果は、溶融材料の充填が完了した際の溶融材料温度の分布を示しており、ゲート部１２の中心かつＸＹ平面での断面図の表示である。溶融材料の温度分布であるから外側、すなわち金型に接している側から内部に向けて、全体的には温度が高くなっている。すなわち、その溶融材料の温度が略同一である等値面を見ると、殆どの部位で金型の壁面と略平行に位置していることになる。
【００３８】
しかしながら、一部において溶融材料の温度の等値面が金型壁面と略直角に位置している直角部位１６がある。この直角部位１６が図１に示したフローマーク１４の発生位置と一致している。
【００３９】
図６は、ゲート部を高さ方向に拡大した解析モデルを示す図である。
以下、この拡大された解析モデルをゲート部拡大モデルという。なお、拡大されたゲート部（拡大ゲート部）１２Ａ以外は、図２および図３に示したモデルと全く同じ形状である。
【００４０】
図７は、拡大ゲート部を用いた解析結果の表示例を示す図であり、図８は、拡大ゲート部を用いた解析結果の断面図表示例を示す図である。
図７に示した解析結果は、拡大ゲート１２Ａを用いた場合のフローパターンを示している。この図７に示したフローパターンを図４に示したフローパターンと比較すると、特に差違は見受けられない。
【００４１】
しかしながら、図８に示した断面図を図５に示した断面図と比較すると、図８においては、図５に見られたような溶融材料の温度の等値面が金型壁面と略直角に位置している直角部位１６に相当するような部位は見当たらない。また、実際の成形においても、ゲートを拡大することにより、発生していたフローマークが消えて外観不良の対策となることは知られている。この様に対策案の効果もシミュレーション結果で確認できている。
【００４２】
図９は、拡大ゲート部を高さ方向にさらに拡大した解析モデルを示す図である。
以下、このさらに拡大された解析モデルをゲート部過拡大モデルという。なお、さらに拡大されたゲート部（過拡大ゲー部）１２Ｂ以外は、図２および図３、あるいは図６に示したモデルと全く同じ形状である。
【００４３】
図１０は、過拡大ゲート部を用いた解析結果の断面図表示例を示す図である。
図１０に示した断面図を図５に示した断面図と比較すると、図１０においても再び図５に見られたような溶融材料の温度の等値面が金型壁面と略直角に位置している直角部位１６Ａが同じような位置に見られる。また、実際の成形においても、ゲートがつながる成形品部に段差がなかったり、段差が小さい場合に、フローマークが発生することが知られている。この様にゲートまわりの形状変化により、フローマークが発生したり発生しなくなったりする現象がシミュレーション結果で確認できている。
【００４４】
次に、シミュレーション結果の溶融材料の温度分布を分析する際の別の手法について説明する。
図１１は、基本モデルの解析結果から充填完了時の溶融材料の温度分布の等値面を示す図である。
【００４５】
図１１に示した表示においても、一部において溶融材料の温度の等値面が金型壁面と略直角に位置している直角部位１６がある。この直角部位１６が図１に示したフローマーク１４の発生位置と一致している。
【００４６】
図１２は、ゲート部拡大モデルの解析結果から充填完了時の溶融材料の温度分布の等値面を示す図であり、図１３は、ゲート部過拡大モデルの解析結果から充填完了時の溶融材料の温度分布の等値面を示す図である。
【００４７】
これらの図１２および図１３からも、図８および図１０から得られたものと同様にフローマークの有無を予測することが出来る。また、これら図１１乃至図１３に示したような等値面表示を用いることにより、フローマークの発生部位を３次元的に把握することができるので、その形状や部位が把握しやすい。また、図５、図８あるいは図１０に示した断面図表示では、複数方向の断面を、ある程度の幅で刻んで見ていかなければならないため、時間がかかってしまう。しかし、図１１乃至図１３に示したような等値面表示では、表示する値を変化させながら見る方向を変えて分析することが出来、効率的に評価することが可能である。
【００４８】
しかし、一方では、この図１１乃至図１３に示したような等値面表示だけに頼ってしまうと溶融材料温度の等値面が金型壁面と略直角に位置している部位１６、１６Ａを見落としてしまう恐れもある。そこで、これら断面図表示と等値面表示の二つの表示方法両方を用いることで、検出精度も高く、形状も把握しやすく評価することが可能になる。
【００４９】
また、これまではフローマーク１４の発生部位の予測という内容で説明してきたが、この分析手法で評価しながら、成形品形状やゲート配置、ランナー形状、成形条件等を変更して検討し、フローマーク１４の発生しないこれらの条件を求めることもできる。
【００５０】
また、ここでは、光学素子のプリズムを例に挙げて説明したが、一般的な成形品でも同様なフローマーク１４が発生することはあり、そのような成形品も対象となることは明らかである。
【００５１】
次に、上述のフローマークの検出の際、コンピュータによるシミュレーションを利用する技術について説明する。
ＣＡＥ（Computer Aided Engineering）技術を利用して製造方法の最適化にコンピュータシミュレーションを利用する技術がある。この解析に必要なデータとして使用する溶融材料の物性値、成型品の形状、溶融材料の温度、金型温度、充填速度等を入力して溶融材料の射出成形における流動解析を行い、充填状況、圧力分布、渦度分布、流速分布、温度分布などの解析結果から製造条件の適否を評価している。
【００５２】
ここでは、解析結果の溶融材料の温度分布から、溶融材料温度の等値面が金型壁面に略直角になっている部位を検出する方法について述べる。
解析結果の溶融材料の温度は解析モデルの各節点毎に得ることが出来る。節点間の空間、あるいは節点上の温度値間の温度値に関しても、内挿することにより必要に応じて求めることは容易である。
【００５３】
このように解析モデル内に関しては、任意の位置、温度値のデータを算出することが可能である。この温度値データから、温度値の等しい点を結ぶことにより、等値面を算出することも容易である。
【００５４】
図１４は、ゲート部拡大モデルにおける溶融材料温度の等値面表示の例を示す図である。
このゲート部拡大モデルは、図６、図７、図８および図１２に提示したゲート部拡大モデルと同様である。
【００５５】
図１４において、溶融材料温度の等値面は３つの節点を結んだ三角形で表示されている。図１４に表示されているのは、充填完了時、溶融材料温度が２５９．５℃の溶融材料温度等値面１７である。
【００５６】
次に、溶融材料温度等値面１７が金型壁面１８に略直角になっている部位を検出する範囲を設定する。検出する溶融材料温度等値面１７が、解析モデルの中心部では意味が無いので、ある程度表面に近い範囲を設定する。
【００５７】
その方法としては、まず、求められた溶融材料温度等値面１７の各三角形の図心を求めておく。一方で、解析モデルの成形品部の、局部、極小的な形状を除いた代表形状の最小肉厚Ｄを求めておく。そして、成形品部の金型壁面１８から内側にＤ／５の距離の平行面１９を設ける。この金型壁面１８と平行面１９で挟まれた領域２０内に図心が存在する溶融材料温度の等値面を、溶融材料温度等値面１７が金型壁面１８に略直角になっている部位を検出する対象となる溶融材料温度の等値面とする。
【００５８】
この方法について、図１５に、断面が５角形の例を取り上げ、図１６に、断面が矩形の例を取り上げ、それぞれ２次元としてわかりやすく図に示した。それぞれ、ハッチングで示した領域２０が金型壁面１８と平行面１９で挟まれた範囲であり、この範囲に図心が存在する溶融材料温度の等値面を、溶融材料温度等値面１７が金型壁面１８に略直角になっている部位を検出する対象としている。
【００５９】
次に対象となる溶融材料温度等値面１７の各々に最も距離が近い金型壁面１８を選ぶ。その溶融材料温度等値面１７と選んだ金型壁面２０との間のなす角度、Θを算出する。このΘが直角に近いもの、例えば、Θが７０乃至１１０度の範囲にある等値面を抽出する。この抽出された等値面が、溶融材料温度等値面１７が金型壁面１８に略直角になっている直角部位２１となる。
【００６０】
この方法で検出された溶融材料温度等値面１７が金型壁面１８に略直角になっている直角部位２１のみを表示した例を、図１７に示した。この様にして、溶融材料温度等値面１７が金型壁面１８に略直角になっている直角部位２１を検出することができる。
【００６１】
以上説明したように、本発明が適用される射出成形シミュレーション装置は、まず、成形品の形状を微小要素に分割した計算モデルを作成し、次に、上記シミュレーション条件に基づいて、上記作成された計算モデルの各微小要素における上記溶融材料の温度を算出する。そして、上記算出された各微小要素における上記溶融材料の温度に基づいて、金型への上記溶融材料の充填が完了した際の上記溶融材料の温度分布を算出し、上記算出された温度分布に基づいて、フローマークが発生すると予測する。
【００６２】
あるいは、本発明が適用される射出成形シミュレーション装置は、上記算出された温度分布において、同一温度である等値面が上記金型の壁面に略直角になっている上記微小要素を検出し、上記検出された微小要素に対応する成形品の部位にフローマークが発生すると予測する。
【００６３】
さらに、射出成形シミュレーション装置は、上記算出された温度分布を表示したり、上記算出された温度分布に基づいて、上記検出された微小要素を表示したりする。
また、射出成形シミュレーション装置は、上記フローマークが発生すると予測された場合、上記シミュレーション条件を変えて再シミュレーションするが、その再シミュレーションする際のシミュレーション条件は、少なくとも上記溶融材料の物性値、上記成形品の形状、上記溶融材料の温度、上記金型の温度、上記溶融材料の充填速度の何れか１つを変えたシミュレーション条件であり、上記フローマークが発生しないようなシミュレーション条件である。
【００６４】
以上、本発明の各実施の形態を、図面を参照しながら説明してきたが、本発明が適用される射出成形シミュレーション装置は、その機能が実行されるのであれば、上述の各実施の形態等に限定されることなく、単体の装置であっても、複数の装置からなるシステムあるいは統合装置であっても、ＬＡＮ、ＷＡＮ等のネットワークを介して処理が行なわれるシステムであってもよいことは言うまでもない。
【００６５】
また、バスに接続されたＣＰＵ、ＲＯＭやＲＡＭのメモリ、入力装置、出力装置、外部記録装置、媒体駆動装置、可搬記録媒体、ネットワーク接続装置で構成されるシステムでも実現できる。すなわち、前述してきた各実施の形態のシステムを実現するソフトェアのプログラムコードを記録したＲＯＭやＲＡＭのメモリ、外部記録装置、可搬記録媒体を、射出成形シミュレーション装置に供給し、その射出成形シミュレーション装置のコンピュータがプログラムコードを読み出し実行することによっても、達成されることは言うまでもない。
【００６６】
この場合、可搬記録媒体等から読み出されたプログラムコード自体が本発明の新規な機能を実現することになり、そのプログラムコードを記録した可搬記録媒体等は本発明を構成することになる。
【００６７】
プログラムコードを供給するための可搬記録媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、磁気テープ、不揮発性のメモリーカード、ＲＯＭカード、電子メールやパソコン通信等のネットワーク接続装置（言い換えれば、通信回線）を介して記録した種々の記録媒体などを用いることができる。
【００６８】
また、コンピュータがメモリ上に読み出したプログラムコードを実行することによって、前述した各実施の形態の機能が実現される他、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているＯＳなどが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によっても前述した各実施の形態の機能が実現される。
【００６９】
さらに、可搬型記録媒体から読み出されたプログラムコードやプログラム（データ）提供者から提供されたプログラム（データ）が、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵなどが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によっても前述した各実施の形態の機能が実現され得る。
【００７０】
すなわち、本発明は、以上に述べた各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の構成または形状を取ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】フローマークを説明するための図である。
【図２】射出成形シミュレーションによる解析モデル全体を示す図である。
【図３】解析モデルの製品部を示す図である。
【図４】解析結果の表示例を示す図である。
【図５】解析結果の断面図表示例を示す図である。
【図６】ゲート部を高さ方向に拡大した解析モデルを示す図である。
【図７】拡大ゲート部を用いた解析結果の表示例を示す図である。
【図８】拡大ゲート部を用いた解析結果の断面図表示例を示す図である。
【図９】拡大ゲート部を高さ方向にさらに拡大した解析モデルを示す図である。
【図１０】過拡大ゲート部を用いた解析結果の断面図表示例を示す図である。
【図１１】基本モデルの解析結果から充填完了時の溶融材料の温度分布の等値面を示す図である。
【図１２】ゲート部拡大モデルの解析結果から充填完了時の溶融材料の温度分布の等値面を示す図である。
【図１３】ゲート部過拡大モデルの解析結果から充填完了時の溶融材料の温度分布の等値面を示す図である。
【図１４】ゲート部拡大モデルにおける溶融材料温度の等値面表示の例を示す図である。
【図１５】等値面検出領域（５角形断面の例）を示す図である。
【図１６】等値面検出領域（矩形断面の例）を示す図である。
【図１７】溶融材料温度の等値面が金型壁面に略直角になっている部位の表示例を示す図である。
【符号の説明】
【００７２】
１１      製品部
１２      ゲート部
１２Ａ    拡大ゲート部
１３      ランナー部
１４      フローマーク
１５      スプルー部
１６      直角部位
１６Ａ    直角部位
１７      溶融材料温度等値面
１８      金型壁面
１９      平行面
２０      領域
２１      直角部位
【図１５】
2006168190.tif 000003
【図１６】
2006168190.tif 000004
【図１】
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【図２】
2006168190.tif 000006
【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】
2006168190.tif 000018
【図１７】
2006168190.tif 000019