(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
射出成形プロセスのシミュレーション方法において、成形品形状モデルから成形金型内の成形品部の樹脂挙動を数値シミュレーションによって予測する第１の予測ステップと、前記第１の予測ステップで求めた樹脂挙動から前記成形金型の変形量を数値シミュレーションによって予測する第２の予測ステップと、前記成形金型の変形量から成形品の肉厚を求めるステップと、前記成形金型の変形量から求めた成形品の肉厚から成形金型内の成形品部の樹脂挙動を数値シミュレーションによって予測するステップとを有することを特徴とする射出成形プロセスのシミュレーション方法。
【請求項２】
前記第２の予測ステップは、パーティングの開きを考慮するため、パーティング面と前記成形金型の型開きの方向を設定する設定ステップと、前記パーティング面に対して接触条件を与える接触条件付与ステップとを具備したことを特徴とする請求項１記載の射出成形プロセスのシミュレーション方法。
【請求項３】
前記数値シミュレーションは、有限要素法、差分法、有限体積法、及び境界要素法のいずれか１つであることを特徴とする請求項１記載の射出成形プロセスのシミュレーション方法。
【請求項４】
射出成形プロセスのシミュレーション装置において、成形品形状モデルから成形金型内の成形品部の樹脂挙動を数値シミュレーションによって予測する第１の予測手段と、前記第１の予測手段で求めた樹脂挙動から前記成形金型の変形量を数値シミュレーションによって予測する第２の予測手段と、前記成形金型の変形量から成形品の肉厚を求める手段と、前記成形金型の変形量から求めた成形品の肉厚から成形金型の成形品部の樹脂挙動を数値シミュレーションによって予測する手段とを具備したことを特徴とする射出成形プロセスのシミュレーション装置。
【請求項５】
第２の予測手段は、パーティングの開きを考慮するため、パーティング面と前記成形金型の型開きの方向を設定する設定手段と、前記パーティング面に対して接触条件を与える接触条件付与手段とを具備したことを特徴とする請求項４記載の射出成形プロセスのシミュレーション装置。
【請求項６】
前記数値シミュレーションは、有限要素法、差分法、有限体積法、及び境界要素法のいずれか１つであることを特徴とする請求項４記載の射出成形プロセスのシミュレーション装置。
【請求項７】
射出成形プロセスのシミュレーション装置を制御するための制御プログラムを格納した記憶媒体であって、前記制御プログラムは、成形品形状モデルから成形金型内の成形品部の樹脂挙動を数値シミュレーションによって予測する第１の予測モジュールと、前記成形金型の変形量を数値シミュレーションによって予測する第２の予測モジュールと、前記成形金型の変形量から成形品の肉厚を求めるモジュールと、前記成形金型の変形量から求めた成形品の肉厚から成形金型の成形品部の樹脂挙動を数値シミュレーションによって予測するモジュールとを具備したことを特徴とする記憶媒体。
【請求項８】
前記制御プログラムは、パーティングの開きを考慮するため、パーティング面と前記成形金型の型開きの方向を設定する設定モジュールと、前記パーティング面に対して接触条件を与える接触条件付与モジュールとを具備したことを特徴とする請求項７記載の記憶媒体。
【請求項９】
前記数値シミュレーションは、有限要素法、差分法、有限体積法、及び境界要素法のいずれか１つであることを特徴とする請求項８記載の記憶媒体。
【請求項１０】
前記記憶媒体は、フロッピー(登録商標)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（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｋ  Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＣＤ−Ｒ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｋ  Ｒｅｃｏｒｄａｂｌｅ）、磁気テープ、不揮発性メモリカード、及びＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）チップのいずれか１つであることを特徴とする請求項７〜９のいずれか１項に記載の記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、射出成形プロセスのシミュレーション方法及び装置並びにこの射出成形プロセスのシミュレーション装置を制御するための制御プログラムを格納した記憶媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、射出成形プロセスのシミュレーションでは、成形品の肉厚は成形加工中に変化しないことを前提としたシミュレーションが行われていた。また、たとえ成形金型の変形による成形品の肉厚の変化を考慮するものであっても、樹脂流動路の厚さが変化することによる樹脂の流動抵抗の変化を考慮するだけであった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、溶融樹脂を射出成形すると、射出時に成形金型の剛性が弱いため射出圧力に負け、パーティングが開き、その後冷却されると収縮が起こり、その分、成形金型が閉じるという現象が起きている。そのため、一般の射出成形加工では、パーティングが開いた状態から樹脂の冷却・収縮が進行し、パーティングが閉じるまでキャビティ面により樹脂は圧縮力を受ける。そのため、キャビティ面から受ける圧縮力を考慮しないシミュレーションでは、実際に比べて樹脂圧力が低くなってしまい、予測精度の低下を来している。
【０００４】
本発明は上述した従来の技術の有するこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その第１の目的とするところは、キャビティ面が樹脂を圧縮する現象を精度よく予測できる射出成形プロセスのシミュレーション方法及び装置を提供することにある。
【０００５】
また、本発明の第２の目的とするところは、上述した本発明の射出成形プロセスのシミュレーション装置を制御するための制御プログラムを格納した記憶媒体を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記第１の目的を達成するために請求項１記載の射出成形プロセスのシミュレーション方法は、射出成形プロセスのシミュレーション方法において、成形品形状モデルから成形金型内の成形品部の樹脂挙動を数値シミュレーションによって予測する第１の予測ステップと、前記第１の予測ステップで求めた樹脂挙動から前記成形金型の変形量を数値シミュレーションによって予測する第２の予測ステップと、前記成形金型の変形量から成形品の肉厚を求めるステップと、前記成形金型の変形量から求めた成形品の肉厚から成形金型内の成形品部の樹脂挙動を数値シミュレーションによって予測するステップとを有することを特徴とする。
【０００７】
また、上記第１の目的を達成するために請求項２記載の射出成形プロセスのシミュレーション方法は、請求項１記載の射出成形プロセスのシミュレーション方法において、前記第２の予測ステップは、パーティングの開きを考慮するため、パーティング面と前記成形金型の型開きの方向を設定する設定ステップと、前記パーティング面に対して接触条件を与える接触条件付与ステップとを具備したことを特徴とする。
【０００８】
また、上記第１の目的を達成するために請求項３記載の射出成形プロセスのシミュレーション方法は、請求項１記載の射出成形プロセスのシミュレーション方法において、前記数値シミュレーションは、有限要素法、差分法、有限体積法、及び境界要素法のいずれか１つであることを特徴とする。
【００１２】
また、上記第１の目的を達成するために請求項４記載の射出成形プロセスのシミュレーション装置は、射出成形プロセスのシミュレーション装置において、成形品形状モデルから成形金型内の成形品部の樹脂挙動を数値シミュレーションによって予測する第１の予測手段と、前記第１の予測手段で求めた樹脂挙動から前記成形金型の変形量を数値シミュレーションによって予測する第２の予測手段と、前記成形金型の変形量から成形品の肉厚を求める手段と、前記成形金型の変形量から求めた成形品の肉厚から成形金型の成形品部の樹脂挙動を数値シミュレーションによって予測する手段とを具備したことを特徴とする。
【００１３】
また、上記第１の目的を達成するために請求項５記載の射出成形プロセスのシミュレーション装置は、請求項４記載の射出成形プロセスのシミュレーション装置において、第２の予測手段は、パーティングの開きを考慮するため、パーティング面と前記成形金型の型開きの方向を設定する設定手段と、前記パーティング面に対して接触条件を与える接触条件付与手段とを具備したことを特徴とする。
【００１４】
また、上記第１の目的を達成するために請求項６記載の射出成形プロセスのシミュレーション装置は、請求項４記載の射出成形プロセスのシミュレーション装置において、前記数値シミュレーションは、有限要素法、差分法、有限体積法、及び境界要素法のいずれか１つであることを特徴とする。
【００２８】
また、上記第２の目的を達成するために請求項７記載の記憶媒体は、射出成形プロセスのシミュレーション装置を制御するための制御プログラムを格納した記憶媒体であって、前記制御プログラムは、成形品形状モデルから成形金型内の成形品部の樹脂挙動を数値シミュレーションによって予測する第１の予測モジュールと、前記成形金型の変形量を数値シミュレーションによって予測する第２の予測モジュールと、前記成形金型の変形量から成形品の肉厚を求めるモジュールと、前記成形金型の変形量から求めた成形品の肉厚から成形金型の成形品部の樹脂挙動を数値シミュレーションによって予測するモジュールとを具備したことを特徴とする。
【００２９】
また、上記第２の目的を達成するために請求項８記載の記憶媒体は、請求項７記載の記憶媒体において、前記制御プログラムは、パーティングの開きを考慮するため、パーティング面と前記成形金型の型開きの方向を設定する設定モジュールと、前記パーティング面に対して接触条件を与える接触条件付与モジュールとを具備したことを特徴とする。
【００３０】
また、上記第２の目的を達成するために請求項９記載の記憶媒体は、請求項８記載の記憶媒体において、前記数値シミュレーションは、有限要素法、差分法、有限体積法、及び境界要素法のいずれか１つであることを特徴とする。
【００３９】
また、上記第２の目的を達成するために請求項１０記載の記憶媒体は、請求項７〜９のいずれか1項に記載の記憶媒体において、前記記憶媒体は、フロッピー(登録商標)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（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｋ  Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＣＤ−Ｒ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｋ  Ｒｅｃｏｒｄａｂｌｅ）、磁気テープ、不揮発性メモリカード、及びＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）チップのいずれか１つであることを特徴とする。
【００４８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図面に基づき説明する。
【００４９】
図１は、本実施の形態に係る射出成形プロセスのシミュレーション方法及び装置における処理全体の流れを示す図である。
【００５０】
同図において、１は成形品形状モデル作成部で、図２（ａ）に示すような成形品２０１を図２（ｂ）に示すように微小要素に分割して成形品形状モデル２０２を作成する部分である。２は金型形状モデル・パーティング面作成部で、図３に示すような金型形状モデル３０１及び図４に示すようなパーティング面４０１を作成する部分である。
【００５１】
図３は、成形金型部の要素分割を示す図であり、同図（ａ）は全体を示す図、（ｂ）はパーティング面を拡大した図、（ｃ）は（ｂ）をｙ方向から見た図である。そして、成形金型の固定側金型と可動側金型はパーティング面を境に分離している。
【００５２】
図４は、パーティング面を定義するための図であり、同図において、４０１はパーティング面で、これは図示のように、その面と開く向きで定義される。図において、Ｖは金型が開く方向を示している。パーティング面４０１上にある節点は金型が開く方向Ｖに力が作用する場合はフリー、また、金型が閉じる方向に力が作用する場合は向かい合う固定側の節点と可動側の変位が等しいという条件が設定される。
【００５３】
再び図１に戻って、３は成形品部の充填・保圧・冷却収縮プロセスシミュレーション部（以下、第１シミュレーション部と記述する）であり、成形品形状モデル作成部１で作成された成形品形状モデル２０２及び後述するデータ抽出部５で得られた成形品の肉厚・肉厚時間変化量を用いて、樹脂の充填・保圧・冷却収縮のプロセスをシミュレーションする部分で、後述する基礎方程式に基づいて温度、圧力、密度等の樹脂の挙動の予測を行う。
【００５４】
ここで、前記基礎方程式について説明する。
【００５５】
エネルギ方程式は温度Ｔを変数とすると次の偏微分方程式で現される。
【００５６】
【数１】
0004428798.tif 000002
ρ：密度、Ｃｐ：比熱、Ｔ：温度、ｔ：時間、ｘ，ｙ：成形品の面方向の座標、ｚ：板厚方向の座標、ｕ，ｖ：ｘ，ｙ方向の速度、λ：熱伝導率
ヘレショウ流れを仮定し、連続の式に、運動方程式を代入することで圧力Ｐに関する偏微分方程式が得られる。
【００５７】
【数２】
0004428798.tif 000003
ｈ：板厚、ρ：密度、Ｐ：圧力、ｔ：時間、ｘ，ｙ：座標、θｈ／θｔは、板厚保の時間変化で、変形予測によって得られる刻々の変位から求められる。ここでコンダクタンスＳは次式で与えられる。
【００５８】
【数３】
0004428798.tif 000004
さらに、樹脂はｆ（Ｐ，ρ，Ｔ）＝０なる状態方程式が成り立つ。なお、ｆ（）は樹脂によって異なる方程式である。
【００５９】
４は金型変形シミュレーション部（以下、第２ミュレーション部と記述する）であり、金型形状モデル・パーティング面作成部２で作成された金型形状モデル３０１及びパーティング面４０１と型開きの方向並びに第１シミュレーション部３で得られた樹脂の圧力を基に、成形金型の変形予測を行う部分である。
【００６０】
第２シミュレーション部４において成形金型の変形予測を行う際の境界条件は図５のようになる。
【００６１】
図５は、金型変形予測に用いる境界条件を示す図であり、同図において、５０１は成形金型で、固定側金型５０１ａと可動側金型５０１ｂとからなり、固定側金型５０１ａは射出成形機に固定されるので、ｘ，ｙ，ｚ方向の変位がゼロという全面拘束の条件が与えられる。可動側金型５０１ｂには、型締力Ｆ、キャビティ表面には第１シミュレーション部３で得られる樹脂圧力Ｐが成形品から型表面に向かう表面力として与えられる。
【００６２】
再び図１に戻って、５はデータ抽出部であり、第２シミュレーション部４で得られた金型の変形量を基に、成形品の肉厚、成形品の肉厚の時間的変化量を抽出する部分である。
【００６３】
次に、本実施の形態に係る射出成形プロセスのシミュレーション方法及び装置の処理全体の流れについて図１を用いて説明する。
【００６４】
成形品形状モデル２０１（図１の１０６）及び金型形状モデル３０１（図１の１０８）、パーティング面４０１（図１の１０７）は、成形品モデル作成部１及び金型形状モデル・パーティング面作成部２で作成された状態で、ｔ＝０からスタートし（図１の１０１）、最初、成形品の肉厚は変化しないものとし、第１シミュレーション部３によって微小時間△ｔ後（図１の１０２）の樹脂の温度、圧力、密度を求める。
【００６５】
次に、第１シミュレーション部３で得られた樹脂の圧力をキャビティ面の圧力として（図１の１０３）、第２シミュレーション部４において成形金型の変形予測を行う際の境界条件として与え、成形金型の変形量（変位量）を求める。
【００６６】
次に、データ抽出部５により、成形金型の変形量（図１の１０４）から成形品の肉厚、成形品の肉厚の時間的変化量を求める。
【００６７】
次に、データ抽出部５によって得られた成形品の肉厚、成形品の肉厚の時間的変化量（図１の１０５）を基に、第１シミュレーション部３によって微小時間△ｔ後（図１の１０２）の樹脂の温度、圧力、密度を求める。
【００６８】
以上の処理を成形１サイクルになるまで繰り返し行って計算（予測）する。
【００６９】
図６は、充填・保圧・収縮冷却プロセス中の樹脂の圧力履歴を示す図であり、同図において、Ａは本発明方法及び装置により得られたシミュレーションの結果であり、Ｂは成形金型の変形を考慮しないで樹脂のみを対象として、充填・保圧・収縮冷却シミュレーションを行った結果である。
図６において明確なように、成形金型の変形を考慮した本発明の方が従来に比べて樹脂圧力が下がりづらくなっているのが分かる。
【００７０】
本実施の形態に係る射出成形プロセスのシミュレーション装置は、記憶媒体に格納された制御プログラムをコンピュータが読み出して実行することにより、上述した本実施の形態の機能が実現されるものであるが、本発明はこれに限定されるものではなく、前記制御プログラムの指示に基づきコンピュータ上で稼働しているＯＳ（オペレーティングシステム）等の実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって上述した本実施の形態の機能が実現される場合も含まれることは言うまでもない。
【００７１】
また、制御プログラムを格納する記憶媒体としては、例えば、フロッピーディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｋ  Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＣＤ−Ｒ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｋ  Ｒｅｃｏｒｄａｂｌｅ）、磁気テープ、不揮発性メモリカード、ＲＯＭチップ等を用いることができる。
【００７２】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明の射出成形プロセスのシミュレーション方法及び装置によれば、成形金型の変形を考慮したシミュレーションを行うことで、キャビィ面が樹脂を圧縮する現象を高精度で予測することが可能である。
【００７３】
また、本発明の記憶媒体によれば、上述した本発明の射出成形プロセスのシミュレーション装置を円滑に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る射出成形プロセスのシミュレーション方法及び装置における射出成形機及び成形金型を含む射出成形装置全体の挙動シミュレーションの動作の流れをを示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る射出成形プロセスのシミュレーション方法及び装置における成形品とその成形品モデルをを示す図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る射出成形プロセスのシミュレーション方法及び装置における金型モデルを示す図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る射出成形プロセスのシミュレーション方法及び装置におけるパーティング面を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る射出成形プロセスのシミュレーション方法及び装置における金型変形予測に用いる境界条件を示す図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係る射出成形プロセスのシミュレーション方法及び装置における充填・保圧・収縮冷却プロセス中の樹脂の圧力履歴を示す図である。
【符号の説明】
１        成形品モデル作成部
２        金型形状モデル・パーティング面作成部
３        成形品部の充填・保圧・冷却収縮プロセスシミュレーション部（第１シミュレーション部）
４        金型変形シミュレーション部（第２シミュレーション部）
５        データ抽出部
２０１    成形品
２０２    成形品モデル
３０１    金型モデル
４０１    パーティング面
５０１    成形金型
５０１ａ  固定側金型
５０１ｂ  可動側金型
【図１】
0004428798.tif 000005
【図２】
0004428798.tif 000006
【図３】
0004428798.tif 000007
【図４】
0004428798.tif 000008
【図５】
0004428798.tif 000009
【図６】
0004428798.tif 000010