(57)【要約】【課題】寸法精度の高い成形品を得るための射出成形用金型を、短時間で製造することができる射出成形用金型とこれを用いた射出成形方法を提供する。【解決手段】ＣＡＥシミュレーションを利用して射出成形用金型を設計する際や成形条件を設定する際に従来は成形品の寸法精度を評価基準としていたのであるが、本発明は成形品の温度分布のばらつきを評価特性として用いる。そして成形品の温度分布のばらつきを最小とする最適解を求め、この最適解に基づいて金型設計を行い、金型を製造したうえ射出成形する。なお、成形品の温度分布のばらつきを評価特性として品質工学の手法を用いて主要パラメータを抽出し、抽出されたパラメータのＳＮ比が大きい値を選択することにより成形品の温度分布のばらつきを最小とする最適解を求めることができる。【選択図】    図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形品の温度分布のばらつきを評価特性として射出成形のＣＡＥシミュレーションを行い、成形品の温度分布のばらつきを最小とする最適解を求め、この最適解に基づいて金型設計を行い、金型を製造することを特徴とする射出成形用金型の製造方法。
【請求項２】
成形品の温度分布のばらつきを評価特性として射出成形のＣＡＥシミュレーションを行い、成形品の温度分布のばらつきを最小とする最適解を求め、この最適解に基づいて製造した射出成形用金型を用いて、前記最適解に基づいて設定された成形条件で成形を行うことを特徴とする射出成形方法。
【請求項３】
成形品の温度分布のばらつきを評価特性としてパラメータの要因効果図を作成することによりＳＮ比の変化が大きいパラメータを抽出し、抽出されたパラメータのＳＮ比が大きい値を選択することにより、成形品の温度分布のばらつきを最小とする最適解を求めることを特徴とする請求項１記載の射出成形用金型の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、寸法精度の高い樹脂成形品やセラミック成形品を得るための射出成形用金型の製造方法及びこれを用いた射出成形方法に関するものであり、特に寸法精度の高い熱可塑性樹脂の成形品や、樹脂バインダーを含んだセラミック成形品を射出成形するに適した射出成形用金型の製造方法及びこれを用いた射出成形方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特開平１０−１３８３０８号公報
【０００３】樹脂の射出成形品や、樹脂バインダーを含んだセラミックの射出成形品には、成形中や成形後に反りや引けなどの様々な変形が発生するため、寸法精度の高い成形品を得ることは容易ではない。寸法ばらつきの要因は金型形状のほかに、射出温度、冷却水温、保圧・冷却時間など様々なものがあり、しかもこれらの要因が複雑に絡み合っているため、各要因が寸法ばらつきにどのように影響しているかは推定することが困難である。そこで従来は実際に金型を製造して成形を行い、金型形状や成形条件を修正することを繰り返す試行錯誤によって最適な金型形状や成形条件を見付けていたのであるが、金型の製造に長い時間と多くの費用が必要となるという問題があった。
【０００４】そこで近年、特許文献１に示すようにＣＡＥ（コンピュータ援用エンジニアリング）シミュレーションによってコンピュータ上で金型設計と成形シミュレーションを行い、実際に金型を製造することなく金型形状や成形条件を様々に変化させて最適条件を見付け出す技術が開発されている。
【０００５】寸法精度の高い成形品を得るための射出成形用金型の製造にこのＣＡＥシミュレーションを用いる場合、図７に示すように金型形状、成形条件、樹脂材料に関するパラメータを少しずつ変化させながらＣＡＥシミュレーションを行い、成形品の寸法を評価する。そして寸法精度が最小となる最適解を求めて再現性を確認したうえ、金型を設計する。そしてこのようにして設計された金型を製作し、実際に成形を行って現物確認を行うという方法が取られる。また、現物がＣＡＥシミュレーションの結果と一致しない場合には演算に用いたパラメータの値が適切でなかったのであるから最初に戻り、ＣＡＥシミュレーションをやり直す。
【０００６】このように、従来は成形品の寸法を評価特性（評価基準）として最適解を見付ける方法が実施されてきた。ところがＣＡＥシミュレーションにより求められた最適解に基づいて金型を製造し、その金型を用いて実際に成形品を製造してみると、ＣＡＥシミュレーションの結果と一致しない場合が多いのが実情である。その理由は、成形品の寸法変形のメカニズムが極めて複雑であって材料物性値の測定も難しいためである。このように現段階におけるＣＡＥシミュレーションの評価結果の信頼性は低く、その後の金型の手直しに多くの時間や費用を要している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記した従来の問題点を解決し、ＣＡＥシミュレーションの評価結果の信頼性を大幅に高めることにより、寸法精度の高い成形品を得るための射出成形用金型を短時間で製造することができる射出成形用金型の製造方法及び、この金型を用いて寸法精度の高い成形品を製造することができる射出成形方法を提供するためになされたものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するためになされた本発明の射出成形用金型の製造方法は、成形品の温度分布のばらつきを評価特性として射出成形のＣＡＥシミュレーションを行い、成形品の温度分布のばらつきを最小とする最適解を求め、この最適解に基づいて金型設計を行い、金型を製造することを特徴とするものである。また本発明の射出成形方法は、成形品の温度分布のばらつきを評価特性として射出成形のＣＡＥシミュレーションを行い、成形品の温度分布のばらつきを最小とする最適解を求め、この最適解に基づいて製造した射出成形用金型を用いて、前記最適解に基づいて設定された成形条件で成形を行うことを特徴とするものである。なお、成形品の温度分布のばらつきを評価特性としてパラメータの要因効果図を作成することによりＳＮ比の変化が大きいパラメータを抽出し、抽出されたパラメータのＳＮ比が大きい値を選択することにより、成形品の温度分布のばらつきを最小とする最適解を求めることが好ましい。
【０００９】上記のように、本発明では射出成形のＣＡＥシミュレーションに用いる評価特性を成形品の寸法ではなく、成形品の温度分布のばらつきとした点に最大の特徴がある。すなわち本発明者は成形品の温度分布のばらつきが成形品の寸法ばらつきの原因であることを見出し、成形品の寸法ばらつきよりも計算を行い易い成形品の温度分布のばらつきを評価特性として用いることによりＣＡＥシミュレーションの評価結果の信頼性を大幅に高められることを確かめた。その結果、寸法精度の高い成形品を得るための射出成形用金型を、従来よりも短時間で製造することができ、またこの射出成形用金型を用いて寸法精度の高い成形品を製造することができるようになった。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下に本発明を、実施形態とともに詳細に説明する。
この実施形態では説明を簡素化するために、図１に示す平板状の成形品を射出成形するための金型の製造方法について述べる。しかし成形品の形状が変化しても、本発明の思想は普遍的に適用することができる。図１において、１は成形品の本体部分、２はそのランナー部分である。また図２はその射出成形用金型３の断面図であり、上側の固定型４と下側の可動型５とからなる。それぞれの内部に金型冷却用の冷却配管６、７が設けられている。図２中の寸法Ａが成形品のランナーサイズ、寸法Ｂがゲートサイズである。
【００１１】寸法精度の高い成形品を射出成形するうえでは、様々なパラメータが想定される。その代表的なものは、金型についてはランナーサイズ、ゲートサイズ、冷却回路、型材の熱伝導率などであり、成形条件については射出速度、射出温度、保圧圧力、保圧時間、冷却時間、取り出し時間、冷却水温度などであり、樹脂材料については熱伝導率、比熱などである。
【００１２】通常のＣＡＥシミュレーションでは、成形品の寸法を評価特性とし、これらのパラメータを全て振りながら（変化させながら）、成形品の寸法精度を高めるための最適解を求める。しかし本発明では従来とは異なり、成形品の温度分布のばらつきを評価特性とする。具体的には、例えば図１に示す成形品中の数個の評価ポイントＰにおける厚さ方向の数点の成形品温度をＣＡＥシミュレーションで求め、厚さ方向の温度分布を図３のように求める。また各評価ポイントＰ間の温度分布のばらつきを、図４のように求める。そしてどの評価ポイントＰにおいても、厚さ方向の温度分布が同じでばらつきがないことを理想条件とする。
【００１３】このように本発明では成形品の温度分布のばらつきを評価特性として射出成形のＣＡＥシミュレーションを行い、成形品の温度分布のばらつきを最小とする最適解を求めるのであるが、上記したように振るべきパラメータ（影響因子）の数が多く、その全てを演算するには長時間を要する。そこで品質工学の手法を取り入れ、どのパラメータが成形品の温度分布のばらつきにどのように影響するかを検討することが好ましい。
【００１４】図５はこのために用いられる要因効果図であり、縦軸は各パラメータの変化が評価特性である成形品の温度分布のばらつきに及ぼす影響を示すＳＮ比である。グラフが上下に長く延びているパラメータは成形品の温度分布のばらつきに対する影響が大きく、グラフが短いパラメータは成形品の温度分布のばらつきに対する影響が小さいことを意味している。この図５では、射出温度、保圧時間、冷却時間、冷却水温が主要因であり、射出温度と冷却水温の差が小さく、保圧時間、冷却時間が長い場合に成形品の温度分布のばらつきが小さくなることを示している。このようにしてＳＮ比の変化が大きいパラメータ（影響因子）を抽出し、ＳＮ比が大きいパラメータの値を選択する。
【００１５】図６はこのような品質工学の手法を取り入れた本発明のフローを示す図であり、先ず金型、成形条件、樹脂材料に関する前記した多数のパラメータを振った計算を品質工学の手法に従ってコンピュータ上で行わせる。
【００１６】この演算の結果から、成形品の各評価ポイントＰにおける厚さ方向の温度分布のばらつきを求め、射出温度、保圧時間、冷却時間、冷却水温などの抽出されたパラメータに注目し、ＳＮ比が大きい値を選択し、温度分布のばらつきが最小となる最適解を求める。そしてコンピュータ上で再現性を確認する計算を行ったうえ、その最適解を満足する金型設計を行い、実際に金型を製作する。そしてその金型を用いて最適解の成形条件に従って射出成形を行い、成形品の現物確認を行う。ここでの現物確認は寸法評価によって行い、実際に成形された現物の寸法精度がＣＡＥシミュレーションの通りであるかどうかを確認する。そして現物の寸法精度が満足できるレベルにあればそのまま実生産に移行することができる。しかし現物の寸法精度が悪い場合には最初に戻り、ＣＡＥシミュレーションをやり直す。
【００１７】寸法ばらつきは満足できたが、成形品の変形量が満足できるレベルでない場合には、図６の右側に示すように成形品の温度分布ができるだけ均一になるようにパラメータをチューニングする。そしてチューニングされたパラメータに従って再度金型設計を行い、実際に金型を製作するか、成形条件を再設定して成形品の現物確認を行う。成形された現物の寸法精度がＣＡＥシミュレーションの通りであるかどうかを確認し、現物の寸法精度が満足できるレベルにあれば実生産に移行するが、現物の寸法精度が悪い場合にはパラメータのチューニングをやり直す。
【００１８】上記したように、本発明の射出成形用金型の製造方法によれば、成形品の温度分布のばらつきを評価特性としてＣＡＥシミュレーションを行い、成形品の温度分布のばらつきを最小とする最適解を求め、この最適解に基づいて金型設計を行い、実金型を製造し、この金型を用いてこの最適解に基づいた条件で射出成形を行う。本発明において評価特性として用いた成形品の温度分布のばらつきはＣＡＥシミュレーションにより正確な計算が行い易く、従来の成形品の寸法精度自体を評価特性とした方法に比較して、ＣＡＥシミュレーションの評価結果の信頼性を大幅に高めることができる。本発明は熱可塑性樹脂の成形のみならず、樹脂バインダーを含んだセラミック成形品を射出成形する場合にも同様に適用することができる。
次に本発明の実施例を示す。
【００１９】
【実施例】図１に示すような、幅４０ｍｍ、長さ１１０ｍｍ、厚さ２ｍｍの平板状の成形品を射出成形するための金型を製造した。使用した樹脂はポリプロピレンである。ランナーサイズ、ゲートサイズ、冷却回路、型材の熱伝導率、射出速度、射出温度、保圧圧力、保圧時間、冷却時間、取り出し時間、冷却水温度、樹脂材料の熱伝導率、比熱の各パラメータから、ＣＡＥシミュレーションを行い、品質工学の手法により要因効果図を作成し、成形品の温度分布のばらつきに強く影響するパラメータとして射出温度、保圧時間、冷却時間、冷却水温を抽出した。
【００２０】そして射出温度を１８０℃〜２２０℃の範囲で、保圧時間を５〜１５秒の範囲で、冷却時間を２０〜３０秒の範囲で、冷却水温を６０℃〜８０℃の範囲でＳＮ比が大きい値を選択し、成形品の温度分布のばらつきを最小とする最適解を求めた。この最適解を満足するようにランナーサイズ、ゲートサイズ、冷却回路、型材の熱伝導率を決めて金型設計を行い、実金型を製造した。そしてこの金型を用いて、最適解を満足する成形条件で１００個の成形品を射出成形した。
【００２１】従来法では成形品の寸法ばらつきは±０．０５％、成形品の変形量は±０．２５％であったが、本発明の方法により設計製造された射出成形用金型を用いた場合には、成形品の寸法ばらつきは±０．０３％、成形品の変形量は±０．１％にまで減少させることができた。また本発明によればＣＡＥシミュレーションの評価結果の信頼性が高く、製作した実金型の修正や成形条件を設定するための試行錯誤は不要となった。
【００２２】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれば寸法精度の高い成形品を得るための射出成形用金型の評価特性として成形品の温度分布のばらつきを採用することにより、ＣＡＥシミュレーションの評価結果の信頼性を大幅に高めることができる。このため、ＣＡＥシミュレーションにより求めた最適解に従って、寸法精度の高い成形品を得るための射出成形用金型をほとんど手直しを要することなく短時間で製造することができ、成形条件を設定するための試行錯誤もほとんどない。またその結果、成形品の寸法ばらつきや成形品の変形量を従来よりも大幅に低下させることができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態における成形品の斜視図である。
【図２】本発明の実施形態における射出成形用金型の断面図である。
【図３】成形品の厚さ方向温度分布を示すグラフである。
【図４】成形品の評価ポイントＰ間の温度分布のばらつきを示すグラフである。
【図５】成形品の温度分布に及ぼす要因効果図である。
【図６】本発明法を示すフロー図である。
【図７】従来法を示すフロー図である。
【符号の説明】
１  成形品の本体部分、２  ランナー部分、３  射出成形用金型、４  固定型、５可動型、６  冷却配管、７  冷却配管
【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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