図面 (/)

技術 射出成形条件の解析方法、及びその解析結果の提供方法

出願人 U-MHIプラテック株式会社
発明者 上地哲男赤澤公雄水野貴司筒井健司桑原耕治
出願日 2006年10月4日 (14年2ヶ月経過) 出願番号 2006-273486
公開日 2007年3月15日 (13年9ヶ月経過) 公開番号 2007-066320
状態 特許登録済
技術分野 CAD プラスチック等の射出成形
主要キーワード 受けねじ ニュートン力学 連続的動作 油圧式駆動装置 流動圧力損失 センサ信号値 ノズル流量 電動式駆動装置
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2007年3月15日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (10)

課題

より実際の射出条件に近い射出成形条件解析方法を提供すること。

解決手段

樹脂成形品形状に対応した金型キャビテイの形状を数学的に定義した金型形状データと、射出成形機射出装置金型を連結する樹脂通路形状を数学的に定義した樹脂通路形状データと、金型キャビティ表面温度と、粘度を含む温度に依存する充填樹脂物性データと、スプル入口部の溶融樹脂の圧力と温度と流量を含む射出条件データとを含む入力データを用い、射出ノズル流路形状シリンダバレル部に貯溜される溶融樹脂の圧縮性を考慮して溶融樹脂の金型キャビテイ内への流動特性を算出する射出成形条件の解析方法である。解析のために次のような手順が実行される。(1)形状データの入力(2)射出条件データの入力(3)バレル部条件データの入力(4)成形樹脂金型内における挙動解析(5)ノズル流量等の計算

概要

背景

従来、射出成形機を用いて樹脂製品成形する場合は、例えば図8に示した手順で予めシミュレーションによって成形条件予測値を求め、この予測値に基づいて実際の溶融樹脂射出を行っている。
まず、金型形状及び樹脂成形品形状である形状データを形状データ入力部101に入力すると、この形状データ103は有限要素法境界要素法差分法などの数値解析法で使えるような微小要素に分解されて形状データ記憶部105に記憶される。
次いで、充填樹脂の流量と温度を射出条件データ入力部111に入力すると、これらの流量と温度データ113は数値処理されて射出条件データ記憶部115に記憶される。
さらに、前記形状データ103及び充填樹脂の流量と温度113を金型内挙動解析部121に入力すると、充填過程中における溶融樹脂の流動解析充填終了からゲートシールまでの保圧過程解析、及びゲートシール後の型内冷却過程の解析を行い、この解析過程成形樹脂の金型内部における挙動データ123を算出する。こののち、挙動データ123は挙動データ記憶部125に記憶される。

概要

より実際の射出条件に近い射出成形条件解析方法を提供すること。樹脂成形品形状に対応した金型キャビテイの形状を数学的に定義した金型形状データと、射出成形機の射出装置金型を連結する樹脂通路形状を数学的に定義した樹脂通路形状データと、金型キャビティ表面温度と、粘度を含む温度に依存する充填樹脂の物性データと、スプル入口部の溶融樹脂の圧力と温度と流量を含む射出条件データとを含む入力データを用い、射出ノズル流路形状シリンダバレル部に貯溜される溶融樹脂の圧縮性を考慮して溶融樹脂の金型キャビテイ内への流動特性を算出する射出成形条件の解析方法である。解析のために次のような手順が実行される。(1)形状データの入力(2)射出条件データの入力(3)バレル部条件データの入力(4)成形樹脂の金型内における挙動解析(5)ノズル流量等の計算

目的

本発明は、前記課題を解決し、バレル部内の溶融樹脂の圧縮性と、射出成形機の構成機器に起因する機械的な樹脂流動遅れとを考慮に入れた、より実際の射出条件に近い射出成形条件の解析方法と、射出成形条件の解析結果をインターネットを介して提供する方法とを提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
0件

この技術が所属する分野

(分野番号表示ON)※整理標準化データをもとに当社作成

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

樹脂成形品形状に対応した金型キャビティの形状を数学的に定義した金型形状データと、射出成形機射出装置金型を連結する樹脂通路形状を数学的に定義した樹脂通路形状データと、金型キャビティの表面温度と、粘度を含む温度に依存する充填樹脂物性データと、スプル入口部の溶融樹脂の圧力と温度と流量を含む射出条件データとを含む入力データを用い、射出ノズル流路形状シリンダバレル部に貯溜される溶融樹脂の圧縮性を考慮して溶融樹脂の金型キャビティ内への流動特性を算出する射出成形条件解析方法であって、前記解析方法の解析シミュレーション手順は、(1)形状データの入力(2)射出条件データの入力(3)バレル部条件データの入力(4)成形樹脂金型内における挙動解析(5)ノズル流量等の計算を含むことを特徴とする射出成形条件の解析方法。

請求項2

前記挙動解析、ノズル流量等の計算において、以下の関係式を用いることを特徴とする射出成形条件の解析方法。<関係式>(a)スプル入口以降金型キャビティ内で成立する関係PC=f1(η,β,Q,l) (式a)(b)ノズル部の関係PB−PC=f2(η,Q)(式b)(c)バレル部での関係VB・β・dPB/dt=−AB・vs−Q (式c−1)dVB/dt=−AB・vs(式c−2)(d)スクリュー駆動条件で決る関係vs=f3(t)(式d)ここに、PBはノズル入口圧力、PCはスプル入口圧力(=ノズル出口圧力)あるいは金型充填圧力、βは樹脂圧縮率、ηは溶融粘度、Qはノズル樹脂の流量、lは金型キャビティの形状データ、VBはバレル部の溶融樹脂の容積、ABはバレル部の断面積、vSはスクリュー速度、f1とf2は特性関数、f3は射出速度の司令値に対して制御結果として得られる射出速度と制御系パラメータとの関係をあらわす関数である。

請求項3

金型キャビティ内へ溶融樹脂を充填完了した後の溶融樹脂に対する冷却特性を算出することにより、樹脂が冷却されるときの収縮に伴う容積減少補償するに要する溶融樹脂の充填圧力を算出する保圧算出工程をさらに含むことを特徴とする請求項1または2に記載の射出成形条件の解析方法。

請求項4

前記射出スクリューの速度又は速度信号は、射出スクリューを直線駆動する駆動装置速度制御装置によって制御された速度または速度信号であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の射出成形条件の解析方法。

請求項5

前記直線駆動装置ボールネジと該ボールネジを回転駆動するモータとから成る電動式の駆動装置であることを特徴とする請求項4に記載の射出成形条件の解析方法。

請求項6

前記直線駆動装置が油圧式であることを特徴とする請求項5に記載の射出成形条件の解析方法。

請求項7

記入力データに、目標樹充填流量パターン制御コントローラ内パラメータとを加えることによって、射出成形機を構成する機器に起因する機械的な遅れを考慮した、ノズル内流動する溶融樹脂の充填流量を算出する解析方法であることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の射出成形条件の解析方法。

請求項8

コンピュータを介して、利用者から射出成形条件の解析の申し込みをデータ解析業者のコンピュータが受け付けるステップと、前記利用者から送信された射出成形基礎データを受信し、前記請求項1〜7のいずれか一に記載された解析方法を用いて、データ解析業者のコンピュータで計算するステップと、この算出された結果及び利用者識別子に対応してデータベースに記憶された課金情報インターネットによって、前記利用者に送信するステップとを含んでなる解析結果の提供方法

技術分野

0001

本発明は、射出成形機を用いて樹脂製品成形するにあたって、金型内充填させる溶融樹脂挙動解析する方法、及びインターネットを介して行う射出成形条件の解析結果の提供方法に関する。

背景技術

0002

従来、射出成形機を用いて樹脂製品を成形する場合は、例えば図8に示した手順で予めシミュレーションによって成形条件予測値を求め、この予測値に基づいて実際の溶融樹脂の射出を行っている。
まず、金型形状及び樹脂成形品形状である形状データを形状データ入力部101に入力すると、この形状データ103は有限要素法境界要素法差分法などの数値解析法で使えるような微小要素に分解されて形状データ記憶部105に記憶される。
次いで、充填樹脂の流量と温度を射出条件データ入力部111に入力すると、これらの流量と温度データ113は数値処理されて射出条件データ記憶部115に記憶される。
さらに、前記形状データ103及び充填樹脂の流量と温度113を金型内挙動解析部121に入力すると、充填過程中における溶融樹脂の流動解析、充填終了からゲートシールまでの保圧過程の解析、及びゲートシール後の型内冷却過程の解析を行い、この解析過程成形樹脂の金型内部における挙動データ123を算出する。こののち、挙動データ123は挙動データ記憶部125に記憶される。

発明が解決しようとする課題

0003

しかしながら、前記従来の技術では、射出条件データ入力部111には、充填樹脂流量及び温度のみ113を入力しており、シリンダ内バレル部に溜まっている溶融樹脂の圧縮性に関するデータは入力しておらず、該部に充満する溶融樹脂の圧縮性は解析に考慮されていない。このバレル部内の溶融樹脂量は大きいた め、圧縮性を考慮しない場合、実際の射出条件は、前記従来のシミュレーションによって得られる予測値とずれるおそれがあり、実機を用いて予測値の調整や補 正を何回も行う必要があった。また、バレル部に溜まった溶融樹脂の圧縮率が変化した場合には、その都度、予測値の調整を行う必要があった。
さらに、前記従来の技術においては、モータボールねじなど、射出成形機を構成する機器動作遅れ等に関するデータは入力されない。よって、従来のシミュレーションによっては、充填される溶融樹脂の流量を所定の目標応答パターンに近づけるような充填樹脂の応答に応じた射出成形機における制御コントローラ性能評価を行うことが困難であった。

0004

本発明は、前記課題を解決し、バレル部内の溶融樹脂の圧縮性と、射出成形機の構成機器に起因する機械的な樹脂流動遅れとを考慮に入れた、より実際の射出条件に近い射出成形条件の解析方法と、射出成形条件の解析結果をインターネットを介して提供する方法と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

0005

本発明に係る射出成形条件の解析方法は、樹脂成形品形状に対応した金型キャビティの形状を数学的に定義した金型形状データと、射出成形機の射出装置金型を連結する樹脂通路形状を数学的に定義した樹脂通路形状データと、金型キャビティの表面温度と、粘度を含む温度に依存する充填樹脂の物性データと、スプル入口部の溶融樹脂の圧力と温度と流量を含む射出条件データとを含む入力データを用い、射出ノズル流路形状シリンダのバレル部に貯溜される溶融樹脂の圧縮性を考慮して溶融樹脂の金型キャビティ内への流動特性を算出する射出成形条件の解析方法である。
前記解析方法の解析シミュレーション手順は、
(1)形状データの入力
(2)射出条件データの入力
(3)バレル部条件データの入力
(4)成形樹脂の金型内における挙動解析
(5)ノズル流量等の計算
を含む。
前記挙動解析、ノズル流量等の計算においては、以下の関係式が用いられる。
<関係式>
(a)スプル入口以降金型キャビティ内で成立する関係
PC=f1(η,β,Q,l) (式a)
(b)ノズル部の関係
PB−PC=f2(η,Q) (式b)
(c)バレル部での関係
VB・β・dPB/dt=−AB・vs−Q (式c−1)
dVB/dt=−AB・vs (式c−2)
(d)スクリュー駆動条件で決る関係
vs=f3(t) (式d)
ここに、PBはノズル入口圧力、PCはスプル入口圧力(=ノズル出口圧力)あるいは金型充填圧力、βは樹脂圧縮率、ηは溶融粘度、Qはノズル樹脂の流量、lは金型キャビティの形状データ、VBはバレル部の溶融樹脂の容積、ABはバレル部の断面積、vSはスクリュー速度、f1とf2は特性関数、f3は射出速度の司令値に対して制御結果として得られる射出速度と制御系パラメータとの関係をあらわす関数である。

0006

このように、射出条件データには、スプル入口での溶融樹 脂の圧力、温度、流量(又は流速)などを含むことができる。そして、解析は少なくともこのようなスプル入口における条件に基づいて行なわれる。また、上記 の樹脂通路には、スプル、ランナゲートといった射出装置のノズル先端と、金型の本体あるいは金型の成形品の形状に対応する部分をつなぐ部分が含まれる。また、前記バレル部に収容された溶融樹脂の圧縮性に関するデータは、溶融樹脂をシリンダから押し出すスクリューの移動速度、バレル部断面積、ノズル−スプル間の流路断面積流量特性係数、及び樹脂圧縮率の少なくともいずれかを含むことができる。

0007

前記シリンダ内には、シリンダの軸方向に前進又は後退することが可能なスクリューが配設されており、このスクリューの前方側に位置するバレル部には、溶融樹脂が収容されている。スクリューを前進させると、バレル部内の溶融樹脂が押し出され、シリンダ先端部のノズルから金型内のキャビティに溶融樹脂が流動圧入される。この場合において、前記バレル部に収容された溶融樹脂の量は非常に大きく、かつ、圧力が加えられると弾性的に圧縮される。これにより、射出開始後、ボールネジ等に配設したロードセルによって圧力が検出されてから、金型内部の圧力が出力されるまでに時間遅れが生じる。しかしながら、従来は、このバ レル部の溶融樹脂は非圧縮性を有するもの、即ち、加圧されても全く圧縮されないと仮定して流動解析シミュレーションを行っていた。

0008

本発明によれば、このバレル部内の溶融樹脂の圧縮性も考慮に入れた流動解析を行って、従来よりも、実際の射出条件に更に近く正確な挙動データを得ることができる。よって、シミュレーションの結果をそのまま用いて射出成形を行うことができ、従来のように、何回も実機を用いてシミュレーションの結果を補正する 必要がなくなり、コスト面のみならず、生産作業面においても非常に有利となる。

0009

そして、本発明によれば、上述の解析方法において、金型キャビティ内へ溶融樹脂を充填完了した後の溶融樹脂に対する冷却特性を算出することにより、樹脂が 冷却されるときの収縮に伴う容積減少補償するに要する溶融樹脂の充填圧力を算出する保圧算出工程をさらに含むようにすることができる。
さらに、本発明に係る射出成形条件の解析方法の別の態様は、前記入力データに、目標樹充填流量パターンと制御コントローラ内パラメータとを加えることによって、射出成形機を構成する機器に起因する機械的な遅れを考慮した、ノズル内流動する溶融樹脂の充填流量を算出する方法である。

0010

射出成形機は、モータやボールネジなどの様々な機器から構成されており、この機器には各々、いわゆるあそびあるいはあそび代を有する。このあそびは、回転運動を行う機械であれば必然的につきまとうものであるため、設備的な対策によって、無くすことはできない。
そこで、本発明によれば、主に、この機械のあそびに起因する機械的な樹脂流動の遅れを流動解析シミュレーションに取り入れることによって、従来よりも更に正確な樹脂の挙動データを算出することができる。

0011

そして、本発明に係る射出成形条件の解析方法の更に別の態様は、前記制御コントローラ内パラメータが、スクリューの移動速度を演算制御する制御装置PID演算部のゲイ常数である方法である。PID制御は、制御偏差現在値、過去からの積分値と、微分係数とを用いて操作量を決定する自動制御方法である。

0012

なお、本発明に係る射出成形条件の解析方法においては、前記射出成形機を構成する機器は、溶融樹脂をシリンダ内から押し出すスクリューと、該スクリューを前後方向に移動させるボールネジと、該ボールネジを回転させるモータとからなる電動式駆動装置、あるいは油圧により直線駆動を行う油圧式駆動装置のいずれでもよい。

0013

さらに、本発明に係る射出成形条件の解析結果の提供方法は、コンピュータを介して、利用者から射出成形条件の解析の申し込みをデータ解析業者のコンピュータが受け付けるステップと、前記利用者から送信された射出成形の基礎データを受信し、前記解析方法を用いて、データ解析業者のコンピュータで計算するステップと、この算出された結果及び利用者識別子に対応してデータベースに記憶された課金情報をインターネットによって、前記利用者に送信するステップとを含んでなる方法である。
本発明によれば、データ解析業者の保有するホームページに利用者がアクセスし、所定の申し込みをしたのち、簡単な基礎データを入力するだけで、バレル部樹脂の圧縮率と機械的遅れを加味した射出成形条件のシミュレーションをすることができる。

発明を実施するための最良の形態

0014

以下に、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。
[射出成形機の構造]
図1は、本発明の実施形態に用いる射出成形機の概略図である。
射出成形機の後部には、回転可能なサーボモータ1,1が上下に配設され、これらは互いに同期回転するように同期ベルト3によって連結されている。また、サーボモータ1,1の先端部は、タイミングベルト5,5によってボールネジ7,7に連結されている。該ボールネジ7,7にはボールナット9,9が螺合され ている。このボールナット9,9はプッシャープレート11,11を介して、シリンダ13内のスクリュー15の基部に接続され、該スクリュー15は、回転可能に支持されている。

0015

一方、図2に示すように、可塑化シリンダ13内には、前記したように、前後方向に移動可能なスクリュー15が配設されており、該スクリュー15の前部は、バレル部17と呼する溶融樹脂溜りが形成されている。更にシリンダ13の先端部には、ノズル21が形成されて、スプル、ランナ、ゲートをこの順に有する金型23に接続されている。この金型23の内部には、製品形状に合致した形状のキャビティ25が形成されており、パーテイング面で分離・開閉可能に構成されている。

0016

前記構成を有する射出成形機の動作状況を次に説明する。シリンダ13は図示しない台盤に固定され、プッシャープレート11は台盤上をボールねじ7とナット9から成る直線駆動機構を介して前後進駆動される。スクリュー15は、プッシャープレート11に回転支持されていてシリンダ13内で回転可能及び前進後退可能に駆動される。

0017

次に、射出成形作業が連続的動作に入った段階から概説する。
射出が完了した段階では可塑化段階では、スクリュー15はシリンダ13に対しての最前進位置にある。図示しない回転駆動装置でスクリュー15を回転するとスクリューの基部に供給された固形の樹脂はスクリューのねじ溝に沿って送られる。樹脂はこの時シリンダ内壁面、ねじ溝面の間で摩擦を受けて発熱する。一方シリンダ13は外部にヒータを設けて加熱しているので、シリンダ13内の樹脂は摩擦の拠る発熱と外部加熱受けねじ溝のリードに沿った送り動作に伴って順次溶融する。溶融した樹脂はバレル17に貯溜される。溶融樹脂がバレル17に貯溜するにしたがって、スクリュー13は後退する。溶融樹脂の貯溜量が所定量に達すると スクリューの回転は停止され射出工程に移る。

0018

射出成形時には、サーボモータ1,1が駆動され、ボールネジ7,7が回転し、該ボールネジ7,7に螺合するボールナット9,9及びプッシャープレート11,11は、図1の左方向に前進し、これに合わせてスクリュー15も前進してシリンダ13内に収容された溶融樹脂が金型23のキャビティ25内に射出され、このとき射出圧力はロードセル27(図1参照)で検出される。
以上はボールねじ方式の直線駆動機構であるが、油圧駆動式に置き換えることが可能であることは言うまでもない。油圧駆動式の例としては、特開平10−109339号公報に記載のものがある。

0019

[第1の実施の形態]
以下に、第1の実施の形態として、金型23内に溶融樹脂を射出して充填させる際に、バレル部17の溶融樹脂の圧縮率を考慮して解析を行う解析手順図3を用いて説明する。
(1)形状データの入力
まず、金型形状と樹脂成形品の形状(以下、形状データともいう)に関するデータをコンピュータの形状データ入力部31に入力すると、この入力された形状データ23は、有限要素法、境界要素法、差分法などの数値解析法で使えるような微小要素に分解されて形状データ記憶部35に記憶される。

0020

(2)射出条件データの入力
次いで、充填樹脂の物性データと流量と温度、及びスクリューの移動速度(以下、射出条件データともいう)の時間応答のデータを射出条件データ入力部37に入力すると、これらのデータ39は後述の計算に適した単位換算などの数値処理が施されて射出条件データ記憶部41に記憶される。なお、前記物性データは、樹脂の溶融密度比熱熱伝導率などの熱特性や、溶融時の粘度特性などを少なくともいくつか含むものである。また、前記射出条件データ39は、射出、保圧、冷却条件を定めるために有効なデータである。

0021

(3)バレル部条件データの入力
さらに、バレル部の断面積及び長さ、ノズル径及び長さ、スプル径及び長さ、流量係数、樹脂の粘度及び樹脂の圧縮率(以下、バレル部条件データという)をバレル部条件データ入力部43に入力すると、前記バレル部条件データ45は、後述の計算に適した単位換算などの数値処理を施されて、バレル部条件データ記憶部47に記憶される。

0022

(4)成形樹脂の金型内における挙動解析
こののち、前記形状データ33、前記射出条件データ39、及び、後述のノズル流量等の記憶部に記憶されたノズル流量データ49を金型内挙動解析部51に入力すると、金型内部に充填中における溶融樹脂の流動解析、充填終了からゲートシールまでの保圧過程の解析、及びゲートシール後の型内冷却過程の解析を行い、この解析過程の成形樹脂の金型内部における挙動データ53を算出する。該挙動データ53は、成形樹脂の型内挙動データ記憶部55に記憶される。

0023

(5)ノズル流量等の計算
前記バレル部条件データ記憶部47に記憶されたバレル部条件データ45、前記射出条件データ記憶部41に記憶された射出条件データ39、及び、前記型内挙 動データ記憶部55に記憶された挙動データ53の中の金型内スプル圧力57をノズル流量等の計算部59に入力すると、該計算部において、バレル部17の溶融樹脂の容積、バレル部17の溶融樹脂の圧力、及びノズル流量などのデータ61が計算され、ノズル流量等の記憶部63に記憶される。

0024

なお、バレル部17の溶融樹脂の容積VBは次式により計算される。
dVB/dt=−AB・vs (式1)
ただし、VBはバレル部の溶融樹脂の容積、ABはバレル部の断面積、vSはスクリュー速度である。
バレル部17の溶融樹脂の圧力PBは次式により計算される。
VB・β・dPB/dt=−AB・vs−Q (式2)
ただし、PBはバレル部の溶融樹脂の圧力、Qはノズル樹脂の流量、βは樹脂圧縮率である。
ノズル部での樹脂流量Qは、次式により計算される。
Q=[(PB−PC)/Ar]1/n (式3)
ただし、PCは金型スプルの入口の圧力、Arはノズルの通路断面積、nは流量特性に関わる定数である。

0025

以上を整理すると以下の様になる。
(a)スプル入口以降金型内で成立する関係
PC=f1(η,β,Q,l) (式4)
(b)ノズル部の関係
PB−PC=f2(η,Q) (式5)
(c)バレル部での関係
VB・β・dPB/dt=−AB・vs−Q (式6)
dVB/dt=−AB・vs (式7)
(d)スクリューの駆動条件で決る関係
vs=f3(t) (式8)
ここに、PBはノズル入口圧力、lは金型キャビティの形状データである。
PCはスプル入口圧力(=ノズル出口圧力)であって、金型充填圧力としても考えられるものである。f1とf2は特性関数であり、f3は、射出速度の司令値に対して制御結果として得られる射出速度と制御系のパラメータとの関係をあらわす関数である。f1、f2、f3は、理論的あるいは実験的データにより決定することができる。本発明においては、これらの関数のうち特にf2(t)は、樹脂圧縮率βにも依存している。
式4のみに拠る解析が、有限要素法、境界要素法、FAN法等数値解析手法を用いたCADCAECAMで提案されている従来技術の流動解析内容を総括的に示す部分である。

0026

これに対し、本発明においては、Q又はvsを予め与えてQ=vs*ABを得て式6などに拠って解析する。さらに、本発明によれば、vsとしては駆動系動特性から決まるvsを用いることができる。例えば、射出スクリューの速度、射出スクリュー駆動装置の速度、射出スクリュー用のボールネジの回転駆動モータの速度、あるいは射出スクリューの直線駆動用油圧系駆動状態などに関するセンサ信号値制御信号値に関連付けてvsの値、すなわちf3(t)を定めることができる。図9に示すように、信号司令値に対応した速度司令値が与えられ、それぞれのコントローラ151、152により、電動機駆動または油圧駆動式装置といった制御対象154が制御される。すなわち、XS、vsがコントローラ151、152からそれぞれ出力される。vsは解析装置153に出力されて解析される。

0027

[第2の実施の形態]
第1の実施形態の式4から式8を連立させて解析する場合を示す。
以下に、第2の実施の形態として、金型23内に溶融樹脂を射出して充填させる際に、バレル部17の溶融樹脂の圧縮率と射出成形機の構成機器に起因する機械的な遅れの双方を考慮して解析を行う解析手順を図4を用いて説明する。
(1)解析条件データの入力
まず、充填樹脂の流量の目標パターン、制御コントローラ内のパラメータ、後述する機構動作計算部への入力諸元、及び形状データ(金型形状と樹脂成形品の形 状)を、後述の計算に適した単位換算などの数値処理を行ったり、形状データについては有限要素法、境界要素法、差分法などの数値解析法に適した微小要素に 分解して解析条件データ入力部71に入力し、解析条件データ記憶部73に記憶させる。
なお、前記機構動作計算部とは、アンプ、モータ1、ロードセル27、ボールネジ7、スクリュー15の動作の計算を行う部位を示す。

0028

(2)制御コントローラ計算部への入力
次いで、前記解析条件データ記憶部73に記憶した充填樹脂の流量の目標パターンと制御コントローラ内のパラメータ、また、機構動作計算記憶部に記憶されたモータ位置、及び樹脂充填解析計算値記憶部に記憶されたノズル樹脂流量と型内樹脂圧力を、制御コントローラ計算部75に入力すると、制御出力77である位 置指令トルク制限指令を計算して、制御コントローラ出力記憶部79に記憶される。
なお、制御コントローラ計算部75における計算方法は、充填樹脂の流量の目標パターンと樹脂充填解析計算部が計算したノズル樹脂流量との差を小さくする計算方法(いわゆる馴染み制御)、又は、馴染み制御と同じ目的を有するPID制御や最適制御等の公知の制御計算手法を用いて計算を行う。

0029

(3)機構動作計算部への入力
さらに、前記解析条件データ記憶部73に記憶した充填樹脂の流量の目標パターンと制御コントローラ内のパラメータ、また、制御コントローラ出力記憶部79 に記憶された位置指令とトルク制限指令、樹脂充填解析計算値記憶部に記憶されたバレル部樹脂圧力を、機構動作計算部81に入力すると、スクリュー速度やモータ位置などを計算して、機構動作計算値記憶部83に記憶される。
この機構動作計算部においては、ニュートン力学並進運動方程式、回転運動方程式に則った公知の方程式を解く計算方法を用いて計算を行う。

0030

(4)樹脂充填解析計算部
そして、前記解析条件データ記憶部73に記憶された金型形状と樹脂成形品形状、及び、機構動作計算値記憶部83に記憶されたスクリュー速度を樹脂充填解析計算部85に入力すると、型内樹脂圧力、ノズル樹脂流量、バレル部樹脂圧力等が計算され、樹脂充填解析計算値記憶部87に記憶される。なお、この計算は、前記第1の実施の形態で説明した「(5)ノズル流量等の計算」におけるものと同じ計算方法を用いる。

0031

ここでの計算は、式5又はノズル入口以降からゲートまでを数値解析によって計算する場合を示すものである。
すなわち、式5の関係を式3に拠らずに数値演算処理する場合に相当に相当する。
次いで、図5を用いて、1次元要素でn分割してモデル化されたノズル形状に対するノズル部での圧力損失解析の流れを説明する。
まず、ステップ400にて流動解析に使用された射出速度データV(V0)に、前記(式3)で求めたノズル樹脂流量Qを計算する。
ステップ401では、サンプリング周期離散化された時間情報を表すカウンタNを「1」に設定し、金型側のノズル端部の樹脂圧力損失累積PN1を「0」とする(ステップ403)。
ステップ404において、ノズル形状モデル内の要素番号カウンタiを「1」に設定し、要素iでのせん断速度γiを円管内の式9から求める(ステップ405)。
γi=4Q/(πRi3) ・・・・(式9)
ここで、Riは要素iにおける半径である。

0032

次にステップ406で、要素i内での溶融粘度ηiを樹脂温度T(なお、この樹脂温度は、ノズルに設定された温度より経験的に予想して求める。例えば、ノズル設定温度に10度加算した温度とする。)、せん断速度γiから、例えば次の式10に示す粘度モデル式などによって求める。
ηi=A×γiB×Exp(C×T) ・・・・(式10)
ここで、A、B、Cは定数である。ステップ408は、(式6)に示す円管内の流動圧力損失式から要素i内での圧力損失ΔPiを求め、節点iの圧力損失累計PNiにΔPiを加え節点i+1の圧力損失累計PNi+1を求める(ステップ409)。
ΔPi=Li×Q×8ηi/(πRi4) ・・・・(式6)
ここでLiは要素iの長さ、Riは要素iにおける半径、ηiは要素iにおける溶融粘度であり、予め入力されている。

0033

次に、要素番号iをi+1として(ステップ410)、ステップ405に戻り、iがnを超えるまで406〜410の操作を実行して求められた成形機側のノズル端部の節点での圧力損失累計PNn+1をPloss(N)として記憶する(ステップ411)。
ステップ412は、カウンタNを「1」加算し、カウンタNの値が樹脂流動解析で得られた樹脂流入口の樹脂圧力のデータの数N0になるまでステップ402〜412の演算を繰り返し、圧力損失カーブPloss(N)を計算する。

0034

なお、前述の第2の実施形態による溶融樹脂のノズル流量を図6に示す。この図6は、従来の方法によってノズル流量を解析したグラフと、第2の実施形態によって解析したノズル流量とを同一のスクリュー速度において対比して描いたものである。また、下側には、スクリュー速度が同一時間軸で示してある。
この図6から判るように、本発明の方がノズル流量の時間的遅れを明確に示しており、滑らかな曲線状を描いている。特に、充填が開始された直後は、バレル部の樹脂量が多いため、圧縮による収縮量が大きくなり従来との相違が大きくなり、これは、充填量の差として充填終了まで影響を及ぼすことになる。

0035

これまで述べた射出成形条件の解析方法による作用効果について説明する。
前記の第1の実施形態によれば、バレル部から型内の全ての溶融樹脂を一体として取り扱って解析計算することによって、バレル部の樹脂の圧縮性を考慮して、スクリューの動きに対する樹脂流動の遅れを考慮することが可能となり、高速充填時の金型内部の樹脂圧力、ノズル樹脂流量などの充填挙動を精度良く計算することができる。
また、射出成形機のバレル部、ノズル部及び金型内の全ての樹脂の圧縮性を一つのプログラム内で取り扱い、バレル部、ノズル部、金型内の全域に亘る圧力分布温度分布を計算することができる。
さらに、充填流量を射出条件とし、金型内の圧力分布、温度分布を計算する手法として、有限要素法、境界要素法、差分法などのいかなる数値解析やその分割次数が2次元であるか又は3次元であるかにかかわらず、使用することができる。

0036

一方、前記第2の実施形態によれば、射出成形機の制御コントローラに入力するパラメータと目標樹脂充填流量パターンを入力することによって、射出成形機を構成するモータやボールネジなどの機械的な駆動装置の電気的又は機械的な動作遅れとバレル部樹脂の圧縮性による応答遅れとを考慮したノズル樹脂充填流量の経時的な特性値を算出することができる。
また、バレル部の樹脂の圧力を介して制御コントローラにフィードバックして、樹脂の圧縮性を考慮した制御出力である位置指令を計算することができる。
さらに、制御パラメータを変更したとき、射出成形機の駆動部を構成する機器の諸元を変更したとき、金型形状を変更したときのそれぞれにおいて、機械的な遅れとバレル部樹脂の圧縮性による遅れとを一括して考慮して、1回の計算によって成形品の品質評価を行うことができる。

0037

なお、本発明は、前述した実施の形態に限定されることなく、本発明の技術思想に基づいて種々の変更及び変形が可能である。
例えば、第1の実施の形態においては、成形樹脂の金型内挙動解析部51とノズル流量等の計算部59とを分けて別々に入力及び計算をしたが、これらは一体にして計算することも可能である。ほとんどの成形樹脂の金型内挙動解析手法では、その内部で多次元連立方程式を解いており、この連立方程式と前述した式1〜式3までを連立して解くことによって、金型内挙動解析部51とノズル流量等の計算部59とにおける計算を一体に行うことができる。

0038

また、本発明に係る解析方法をインターネットを介して第三者利用可能にすることができる。例えば、図7に示すように、まず、利用者登録を行った利用者91が、利用者識別子と提供要求内容を表すリクエストから構成される商品購入要求情報93とをインターネット94内の課金可能ウェブサーバ95に送信する。次いで、このサーバ95からインターフェース96を介してデータ提供者の保有するホームページに設けられたシミュレーションソフトウェア97(本発明に係る解析シミュレーション)にアクセスすることができる。利用者91が基礎データを入力すると、型内樹脂の圧力分布、温度分布、バレル部の溶融樹脂の圧縮性や機械的遅れを考慮したノズル樹脂流量が前記シミュレーションソフトウェア97によって算出されるため、この算出値と課金情報を利用者91に送信する。そして、前記課金情報は利用者識別子に対応してデータベースに記憶される。

図面の簡単な説明

0039

本発明の実施形態に用いる射出成形機を示す概略図である。
図1の要部を示す拡大断面図である。
第1の実施形態に係る解析方法の手順を示すフローチャートである。
第2の実施形態に係る解析方法の手順を示すフローチャートである。
第2の実施形態に係るノズル部での圧力損失解析を示すフローチャートである。
第2の実施形態に係るシミュレーション結果を示すグラフである。
本発明に係る解析シミュレーションをインターネットを介して第三者に利用可能にするシステム概念図である。
従来の解析方法の手順を示すフローチャートである。
本発明において用いられる制御系統を示すダイアグラムである。

符号の説明

0040

1サーボモータ3
3同期ベルト
5タイミングベルト
7ボールネジ
9ボールナット
11プッシャープレート
13シリンダ
15スクリュー
17バレル
21ノズル
23金型
25キャビティ25

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

関連する公募課題

ページトップへ

技術視点だけで見ていませんか?

この技術の活用可能性がある分野

分野別動向を把握したい方- 事業化視点で見る -

(分野番号表示ON)※整理標準化データをもとに当社作成

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

関連する挑戦したい社会課題一覧

この 技術と関連する公募課題

関連する公募課題一覧

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ