(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形品の成形過程における流動解析によりウェルドライン位置を予測するに際し、前記成形品の解析形状モデル、材料物性データおよび成形条件データをメモリ上に読み込む解析条件読み込み工程と、前記解析形状モデル、前記材料物性データおよび前記成形条件データに基づいて流動解析を行う流動解析工程と、前記流動解析工程の出力結果に基づいて前記解析形状モデルにおける各要素または節点における流動ベクトルを求める流動ベクトル作成工程と、前記流動解析工程から出力される会合角分布の結果から任意の会合角以下となる位置をウェルドライン起点とし該起点発生位置に仮想粒子を発生させる仮想粒子発生工程と、前記流動ベクトル作成工程で作成された流動ベクトルに沿って起点発生位置の仮想粒子を移動させ、各時刻で前記仮想粒子が到達した位置の座標を仮想粒子追跡軌跡記憶手段に記憶する、あるいは、前記各時刻で前記仮想粒子が到達した位置の座標から最も近い節点の位置を仮想粒子追跡軌跡記憶手段に記憶する仮想粒子追跡工程とを有し、前記記憶した各時刻での仮想粒子が到達した位置の座標あるいは節点をつなげたラインをウェルドラインとすることを特徴とするウェルドライン予測方法。
【請求項２】
成形品の成形過程における流動解析によりウェルドライン位置を予測するに際し、前記成形品の解析形状モデル、材料物性データおよび成形条件データをメモリ上に読み込む解析条件読み込み手段と、前記解析形状モデル、前記材料物性データおよび前記成形条件データに基づいて流動解析を行う流動解析手段と、前記流動解析手段の出力結果に基づいて前記解析形状モデルにおける各要素または節点における流動ベクトルを求める流動ベクトル作成手段と、前記流動解析手段から出力される会合角分布の結果から任意の会合角以下となる位置をウェルドライン起点とし該起点発生位置に仮想粒子を発生させる仮想粒子発生手段と、前記流動ベクトル作成手段で作成された流動ベクトルに沿って起点発生位置の仮想粒子を移動させ、各時刻で前記仮想粒子が到達した位置の座標を仮想粒子追跡軌跡記憶手段に記憶する、あるいは、前記各時刻で前記仮想粒子が到達した位置の座標から最も近い節点の位置を仮想粒子追跡軌跡記憶手段に記憶する仮想粒子追跡手段とを有し、前記記憶した各時刻での仮想粒子が到達した位置の座標あるいは節点をつなげたラインをウェルドラインとすることを特徴とするウェルドライン予測装置。
【請求項３】
請求項１記載のウェルドライン予測方法の各工程をコンピュータを用いて実行するためのコンピュータプログラム。
【請求項４】
請求項３記載のコンピュータプログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
【請求項５】
請求項１記載のウェルドライン予測方法を用いてウェルドライン位置を予測し、成形品の形状、材料物性および成形条件を最終決定し、この結果に基づいて成形品を製造する成形品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、射出成形品、ダイカスト品やチクソモールディング品、鋳造品などの成形品の成形過程において、成形型内で溶融成形材料の複数の流れが合流する部位に形成されるウェルドラインや成形品型内の肉厚差によって流速が著しく変化する部位に発生するウェルドラインの位置を予測する方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ウェルドライン予測は、流動解析を行い、その結果求められる流動パターンから、複数の流れが合流する合流角度である会合角（図９参照）を算出し、会合角が小さいほど強いウェルドラインが生成すると考えられてきた。例えば、特開平７−１５２９号公報に樹脂の射出成形品におけるウェルドラインの外観上の強弱を予測する方法が開示されている。以下の(1)〜(4)にその方法についての手順を示す。
(1)成形製品型形状を多数の要素に分割して各要素における溶融樹脂の速度ベクトルを流動解析により求める。
(2)隣接する二つの要素において速度ベクトルが同一平面にあって交差すれば、両要素の界面がウェルドラインになるとして、そのような要素を、全要素の中から、ウェルドラインを構成するウェルド要素として選択する。
(3)隣接する複数のウェルド要素の速度ベクトルがなす角度を、製品型内で溶融樹脂の複数の流れが合流する合流角度として求める。
(4)全ての合流角度を比較し、合流角度が大きい程ウェルドラインが強く現れ、合流角度が小さい程ウェルドラインが弱く現れると予測する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術の場合、流動解析によって求められた複数の流れが合流する合流角度（会合角）がある規定の角度（例えば180度）になるとウェルドラインとして表示することが出来なくなり、ウェルドラインはあたかも消滅したように扱われる。実際のウェルドライン生成現象を考えると、溶融樹脂は高粘性のものが多く、乱流が起こりにくいため、分岐していた流れが合流してからも異なる流れから運ばれた溶融樹脂同士が混ざり合うことはほとんど無い。そのため、たとえ合流角度がある規定の角度（例えば180度）になった場合であっても、ウェルドラインは流動が停止する部位もしくは、形状の端部に到達するまで消滅しないことが多い。このため、流動解析によって求められた合流角がある規定の角度（例えば180度）になったときにウェルドラインが消滅したと考える従来技術は実際のウェルドライン生成現象を正確に把握しきれていない。
【０００４】
本発明は以上のような状況に鑑みてなされたもので、実際のウェルドラインの生成現象をより正確に把握し、より容易にウェルドラインの位置を予測する方法および装置ならびにこれらを利用した成形品の製造方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【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本発明によれば、成形品の成形過程における流動解析によりウェルドライン位置を予測するに際し、前記成形品の解析形状モデル、材料物性データおよび成形条件データをメモリ上に読み込む解析条件読み込み工程と、前記解析形状モデル、前記材料物性データおよび前記成形条件データに基づいて流動解析を行う流動解析工程と、前記流動解析工程の出力結果に基づいて前記解析形状モデルにおける各要素または節点における流動ベクトルを求める流動ベクトル作成工程と、前記流動解析工程から出力される会合角分布の結果から任意の会合角以下となる位置をウェルドライン起点とし該起点発生位置に仮想粒子を発生させる仮想粒子発生工程と、前記流動ベクトル作成工程で作成された流動ベクトルに沿って起点発生位置の仮想粒子を移動させ、各時刻で前記仮想粒子が到達した位置の座標を仮想粒子追跡軌跡記憶手段に記憶する、あるいは、前記各時刻で前記仮想粒子が到達した位置の座標から最も近い節点の位置を仮想粒子追跡軌跡記憶手段に記憶する仮想粒子追跡工程とを有し、前記記憶した各時刻での仮想粒子が到達した位置の座標あるいは節点をつなげたラインをウェルドラインとすることを特徴とするウェルドライン予測方法が提供される。
【０００６】
また、本発明の別の形態によれば、成形品の成形過程における流動解析によりウェルドライン位置を予測するに際し、前記成形品の解析形状モデル、材料物性データおよび成形条件データをメモリ上に読み込む解析条件読み込み手段と、前記解析形状モデル、前記材料物性データおよび上記成形条件データに基づいて流動解析を行う流動解析手段と、前記流動解析手段の出力結果に基づいて前記解析形状モデルにおける各要素または節点における流動ベクトルを求める流動ベクトル作成手段と、前記流動解析手段から出力される会合角分布の結果から任意の会合角以下となる位置をウェルドライン起点とし該起点発生位置に仮想粒子を発生させる仮想粒子発生手段と、前記流動ベクトル作成手段で作成された流動ベクトルに沿って起点発生位置の仮想粒子を移動させ、各時刻で前記仮想粒子が到達した位置の座標を仮想粒子追跡軌跡記憶手段に記憶する、あるいは、前記各時刻で前記仮想粒子が到達した位置の座標から最も近い節点の位置を仮想粒子追跡軌跡記憶手段に記憶する仮想粒子追跡手段とを有し、前記記憶した各時刻での仮想粒子が到達した位置の座標あるいは節点をつなげたラインをウェルドラインとすることを特徴とするウェルドライン予測装置が提供される。
【０００７】
また、本発明の別の形態によれば、上記のウェルドライン予測方法の各工程をコンピュータを用いて実行するためのコンピュータプログラムが提供される。
【０００８】
また、本発明の別の形態によれば、上記のコンピュータプログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体が提供される。
【０００９】
また、本発明の別の形態によれば、上記のウェルドライン予測方法を用いてウェルドライン位置を予測し、成形品の形状、材料物性および成形条件を最終決定し、この結果に基づいて成形品を製造する成形品の製造方法が提供される。
【００１０】
以下、用語の定義をする。
【００１１】
本発明において、「解析形状モデル」はコンピュータを使った流動解析に使用される節点、要素、要素特性などで記述されるデータのことをいう。「流動ベクトル」は各要素もしくは各節点での溶融材料の流れの方向を表したベクトルのことをいう。流動ベクトルはさらに流れの速さを含んでいてもよく、各方向の速さの成分の組として保持されるものであってもよい。「成形条件」は溶融材料温度、充填時間、充填速度、充填圧力、金型温度などのことをいう。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明のウェルドライン予測方法及び装置の実施形態を説明する。
【００１３】
図１は、本発明のウェルドライン予測を行う装置の一実施例を示すブロック図である。本実施形態例において、（１００）はコンピュータ、（１０１）はキーボード、（１０２）はマウス、（１０３）はディスプレイ、（１０４）は補助記憶装置である。（１０４）にはハードディスクの他、FD、MO（光磁気ディスク）、PD、DVD（デジタル多目的ディスク）等の取り外し可能な補助記憶装置も利用可能である。
【００１４】
補助記憶装置（１０４）には、CADデータ記憶手段（１０５）、解析形状モデル記憶手段（１０６）、流動解析結果記憶手段（１０７）、仮想粒子追跡軌跡記憶手段（１０８）が含まれる。
【００１５】
コンピュータ（１００）にはCPUおよびメモリ上に展開したサブルーチンからなる、CADデータ作成手段（１０９）、解析形状モデル作成手段（１１０）、解析条件読み込み手段（１１１）、流動解析手段（１１２）、流動解析結果読み込み（１１３）、流動ベクトル作成手段（１１４）、仮想粒子発生手段（１１５）、仮想粒子追跡手段（１１６）が含まれる。
【００１６】
CADデータ作成手段（１０９）は、成形品形状をコンピュータ上で作成する手段であり、I-DEAS（SDRC社製）、CATIA（Dassult社製）、UniGraphics（UGS社製）といった多くのCADに搭載されている既存の技術である。
【００１７】
解析形状モデル作成手段（１１０）は、CADデータ作成手段（１０９）で作成されたCADデータに対して、図３に示すようにCADデータから中立面を作成し、2次元シェル要素を自動作成したり、また3次元ソリッド要素を自動作成する。このようにCADデータから解析形状モデルを作成する方法は、I-DEAS（SDRC社製）、CATIA（Dassult社製）、UniGraphics（UGS社製）といった多くのCADに搭載されている既存の技術である。
【００１８】
流動解析手段（１１２）は、解析形状モデル作成手段（１１０）で作成した解析形状モデルと解析条件読み込み手段（１１１）でメモリ上に読み込んだ材料物性や解析条件に基づいて、流動時の圧力と温度、流速などを求める手段であり、TIMON（東レ）、MOLDFLOW（MOLDFLOW社）といった流動解析ソフトに搭載されている既存の技術である。そして形状、材料物性、成形条件のメモリへの読み込みは、補助記憶装置（１０４）から行ってもよいが、すでにメモリ上に展開されているデータをそのまま利用する場合は、上記展開をもって読み込みが行われたものとみなす。
【００１９】
流動ベクトル作成手段（１１４）は、流動解析手段（１１２）でなされた流動解析の結果の１つである、任意の解析ステップでの各要素もしくは各節点の速度ベクトルを作成し、これを流動ベクトルとする。また、流動解析手段（１１２）でなされた流動解析の結果の１つである流動先端到達時間データを基に、流動先端到達時間勾配ベクトルを作成し、これを流動ベクトルとしてもよい。
【００２０】
仮想粒子発生手段（１１５）はウェルドラインの形成が行なわれる起点を発生させるもので、例えば、流動解析手段（１１２）でなされた流動解析の出力結果の１つである流動先端到達時間データを基に、流動先端をグループ化し、異なるグループの流動先端が合流する位置をウェルドラインの起点発生位置とする。あるいは、流動解析手段（１１２）でなされた流動解析実施時に流動先端をグループ分けし、異なるグループの流動先端が合流する位置をウェルドライン起点発生位置としてもよい。また、流動解析手段（１１２）でなされた流動解析の実施時に任意の会合角以下となる位置をウェルドライン起点としてもよい。また、流動解析手段（１１２）でなされた流動解析から出力される会合角分布の結果から、任意の会合角以下となる位置をウェルドライン起点とする。前記任意の会合角は樹脂の種類や要素の大きさなどによって、ユーザーが設定する。そして、前記ウェルドライン起点発生位置には仮想粒子を発生させる。
【００２１】
仮想粒子追跡手段（１１６）は、流動ベクトル作成手段（１１４）で作成された流動ベクトルに沿って前記仮想粒子を移動させ、各時刻で前記仮想粒子が到達した位置の座標を記憶する。あるいは、前記各時刻で前記仮想粒子が到達した位置の座標から最も近い節点の位置を記憶する。
【００２２】
前記記憶した各時刻での仮想粒子が到達した位置の座標あるいは節点をつなげたラインがウェルドラインとなる。
【００２３】
図４以下に、具体的なウェルドライン予測例を示す。
【００２４】
図４は中央に直径15mmの孔があいている、150mm×50mmで肉厚は2mmから5mmのテーパーを有する平板の図面及びCADデータである。図５は２次元シェル要素にて自動的に作成させた解析形状モデルで、６２２個の節点と１１１６個の要素で構成されている。
【００２５】
図５の形状について、東レ社製ナイロン６の樹脂物性データを用いて、▲位置をゲートにして流動解析を実施した流動パターンを図６に示す。
【００２６】
図７は従来技術の流動会合角の解析によって得られるウェルドラインである。
【００２７】
図８は本形態によって出力されるウェルドラインである。このように、従来技術である会合角では摘出しきれない、ウェルドラインの位置を捉えることが出来る。
【００２８】
このようにして、ウェルドラインの位置を予測することにより、任意の製造条件下のウェルドラインの位置を知ることが出来るので、必要に応じて、成形品形状、材料物性および成形条件を適宜修正することで所望の位置にウェルドラインを移動させるなどして最終的な製造条件を決定し、この結果に基づいて実際に成形品を製造すればよい。
【００２９】
なお、上記のように本形態のウェルドライン予測装置はコンピュータとこれにロードされたソフトウェア（プログラム）により実現されている。かかるソフトウェアは、フロッピーディスク、CD-ROMなどの有形記憶媒体または無線もしくは有線のネットワークなどの伝送手段を通じて流通される。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、流動解析を実施した結果を基に、容易に正確なウェルドラインの位置を予測することが出来る。これによって、製品肉厚やゲート位置の変更などによるウェルドラインの位置を製品・金型設計の段階から検討することが出来、製品・金型設計の効率化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態例の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態例のフローチャートである。
【図３】CAD形状と解析形状モデル図である。
【図４】150×50×（２〜５）テーパ肉厚の平板図および前記平板図のCADデータである。
【図５】図５の平板に対する解析形状モデルである。
【図６】図６の解析形状モデルに対する流動パターンである。
【図７】図７の流動パターンに対する従来技術によるウェルドライン表示である。
【図８】図７の流動パターンに対する本発明によるウェルドライン表示である。
【図９】会合角説明図
【符号の説明】
100 コンピュータ
101 キーボード
102 マウス
103 ディスプレイ
104 補助記憶装置
105 CADデータ記憶手段
106 解析形状モデル記憶手段
107 流動解析結果記憶手段
108仮想粒子追跡軌跡記憶手段
109 CADデータ作成手段
110 解析形状モデル作成手段
111 流動解析手段
112 流動解析結果読み込み手段
113 流動ベクトル作成手段
114 仮想粒子発生手段
115 仮想粒子追跡手段
【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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