JP2000211005A - 射出成形品の欠陥予測・評価方法及び欠陥予測・評価装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】溶融材料の流動解析結果に基づいて、成形品の
欠陥を予測し、溶融材料の型内への充填挙動の良否を評
価する射出成形品の欠陥予測・評価方法を提供する。 【解決手段】溶融材料の射出成形における流動解析を行
う際、充填解析部２１で、射出成形品の形状データ、物
性データ等を基に数値解析法を用いて金型内に溶融材料
が充填される過程をシミュレーションし、溶融材料の変
動挙動及び金型内の未充填部の圧力変動を数値解析し、
該数値解析で得られた充填挙動のデータを、所定の時間
間隔で出力する。出力されたデータを基に、圧力変動算
出部２２で、各微小要素のガス圧力値及びガス圧力最大
値を算出する。算出されたガス圧力値及びガス圧力最大
値に基づいて、欠陥予測部２４で、射出成形品に発生す
る欠陥発生位置を予測し、充填挙動評価部２５で、溶融
材料の充填挙動の良否を評価する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鋳造品、樹脂など
の溶融材料を射出成形するに際し、気泡や空気の巻き込
みのない高品質の製品を製作するための最適条件および
溶融材料の最適射出条件を数値解析結果より判定する方
法に係り、特に射出成形品の欠陥を予測し、かつ溶融材
料が型内に流入する際の充填挙動の良否を評価する方法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、溶融材料による射出成形において
型内への充填挙動の流動解析では、射出成形により成形
される成形品および射出成形に使用する型から流動解析
を行うための微小要素に分割された形状モデルを作成
し、差分法、有限要素法、境界要素法、FAN法、コント
ロールボリューム法などの数値解析法を用いて、非圧縮
性流体が満たすべき連続の式、および流体の運動方程式
であるナビエ・ストークスの式、さらに流体の持つ熱エ
ネルギーを評価するためのエネルギーの式などを基礎式
として数値演算を行うのが一般的である。

【０００３】溶融材料の型内への充填挙動解析として流
動解析と熱伝導解析を組み合わせた解析例（大塚他：鋳
物60巻第12号（1988）、757：「コンピュータによるダ
イカスト鋳物の湯流れ解析システム」）が報告されてい
る。

【０００４】しかし、型内への充填挙動を明らかにする
ための自由表面の移動を考慮した流れ解析技術では、自
由表面上の圧力境界条件を一定の大気圧として解析して
いたため、型内の気体部分の圧力については考慮されて
いなかった。

【０００５】このような型内への溶融材料の射出成形シ
ミュレーションにおいて、解析結果を評価する方法とし
ては、各微小要素が溶融材料で充填された時刻が同じも
のを結んだ等時間線で表示したり、或いはある時間での
流速分布、温度分布、充填状況などを３次元グラフィッ
クスで表示し、技術者がこれらの情報を総合的に判断し
て充填挙動の良否を判断していた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】鋳物、樹脂などの溶融
材料の射出成形法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ことは
よく知られている。射出時の充填挙動が不適切な場合、
製品内部に致命的な欠陥が発生する場合がある。特にダ
イカスト等の射出速度が速いプロセスでは気泡、空気の
巻き込みなどの欠陥が製品内部に多数存在し、機械加工
などの後工程でこれら欠陥により、製品が不良品となる
場合が数多く見られる。

【０００７】これら製品内部に発生する欠陥を防止する
ためには、ランナやゲート条件、射出速度や速度切り替
えのタイミング、射出温度などの製造条件の最適化が必
要である。しかし、現状では技術者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。

【０００８】また、近年のコンピュータハードウェアの
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。

【０００９】実際の鋳造品を製造する前の段階でシミュ
レーションプログラムを用いた鋳造条件の最適化を行う
ことができれば、コスト低減、試作期間の短縮などに大
きく寄与できるものと期待できる。

【００１０】現状のコンピュータシミュレーションを利
用した成形品の製造条件の最適化方法では、数値解析に
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、型温度、射出速度等の入力デ
ータを入力した後、溶融材料の射出成形における流動解
析を実施し、各時間での流速分布、温度分布、充填状況
などの解析結果のグラフィック表示から、技術者がこれ
らの情報を総合的に判断して製造条件の適否を評価して
いる。

【００１１】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
材料の流速分布、温度分布、充填状況などの情報を忠実
に表現することはできるが、これらの情報から充填挙動
が気泡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。

【００１２】また、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、溶融材料の流速分布、温度分
布、充填状況などの情報を基に、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技術者が解析
によって得られた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。

【００１３】さらに、従来の解析方法では型内に溶融材
料が流れ込むことによって型内の気体圧力が上昇し、こ
れが溶融材料の流動を妨げる現象になることなどは考慮
されていないのが一般的であった。したがって、より実
地に近いシミュレーションを実施するためには、ガスの
***、合体、型からのガスの逃げなどを考慮し、キャビ
ティ内の気体圧力変化も解析する必要がある。

【００１４】また、型内への溶融材料の充填挙動は非定
常現象であり、気泡欠陥は充填開始から充填終了までの
どの時点で発生するかはわからない。そのため、充填開
始から充填終了までのすべての時点での解析結果から不
適切な流れや液相線温度以下になった領域がないかどう
か判断する必要がある。

【００１５】さらに、流速分布、温度分布、充填状況、
圧力分布などの解析結果を総合的に判断する際、定量的
な判断基準が存在しないため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く、判断する技術者によっ
て解析結果の評価が異なる場合がある。

【００１６】したがって、このような従来の流動解析結
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予測
し、充填挙動の良否を評価することは非常に難しかっ
た。

【００１７】本発明の目的は、溶融材料の流動解析結果
に基づいて、成形品の欠陥を予測し、溶融材料の型内へ
の充填挙動の良否を評価する射出成形品の欠陥予測・評
価方法及び欠陥予測・評価装置を提供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明における射出成形品の欠陥予測・評価方法の
特徴とするところは、射出成形金型に溶融材料が充填さ
れる過程における射出成形金型内の未充填部のガス圧力
分布を基に、気泡等の欠陥発生位置を予測し、かつ溶融
材料の充填挙動の良否を評価することにある。

【００１９】具体的には本発明は次に掲げる方法及び装
置を提供する。

【００２０】本発明は、射出成形により成形される成形
品及び前記射出成形に使用する金型の形状から流動解析
を行うための微小要素に分割された解析形状モデルを作
成し、数値解析法を用いて前記解析形状モデル内へ充填
される溶融材料の充填挙動を数値解析し、該数値解析結
果に基づき、前記射出成形品の欠陥を予測し、かつ前記
充填挙動を評価する射出成形品の欠陥予測・評価方法に
おいて、前記溶融材料の充填開始から充填終了までの所
要時間を所定の時間間隔に分け、該所定の時間間隔毎
に、前記分割された微小要素について、前記溶融材料が
充填されている微小要素と、前記溶融材料が充填されて
ない微小要素とに区別を行なうステップと、前記溶融材
料が充填されない微小要素について、前記溶融材料或い
は前記金型で取り囲まれたガス領域の情報を調べるステ
ップと、前記ガス領域の情報から前記ガス領域のガス圧
力分布を求めるステップと、前記求めたガス圧力分布を
基に、前記充填開始からの経過時間と該経過時点での圧
力や温度の情報を、各微小要素の位置に関する位置情報
と共に記憶するステップと、前記記憶した各情報を演算
処理し、該演算処理結果を前記各微小要素の位置に関す
る位置情報と共に記憶するステップと、前記演算処理結
果を基に、気泡等の欠陥発生位置を予測するステップ
と、前記演算処理結果を基に、溶融材料の充填挙動の良
否を評価するステップとを有することを特徴とする射出
成形品の欠陥予測・評価方法を提供する。

【００２１】好ましくは、前記所定の時間間隔毎に前記
各微小要素におけるガス圧力値を算出し、任意の時間で
の前記ガス圧力値の分布からその時点での前記溶融材料
の充填挙動の良否を評価する。

【００２２】好ましくは、前記所定の時間間隔毎に算出
された前記各微小要素におけるガス圧力値を溶融材料の
充填開始から充填終了までの間について比較することに
より前記各微小要素におけるガス圧力の最大値を算出
し、該算出した最大値の分布から前記溶融材料の充填挙
動の良否を評価する。

【００２３】好ましくは、予め策定された前記成形品の
形状データ、型データ及び前記溶融材料の力学的、熱的
な物性値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、前記流動解析結果に基づき前記充填挙動の良
否を評価し、前記充填挙動が否と評価された場合、前記
評価結果が良いと認められるまで前記入力データを変更
し、前記数値解析を繰り返す。

【００２４】また、本発明は、射出成形品の形状デー
タ、物性データ及び境界条件等のデータを入力する入力
装置と、前記入力されたデータに基づいて、前記射出成
形品の解析形状モデル内への溶融材料の充填挙動を数値
解析し、該数値解析結果に基づき、前記射出成形品の欠
陥を予測し、かつ前記充填挙動を評価する予測・評価装
置と、前記予測・評価結果を表示する表示装置とを有す
る欠陥予測・評価装置において、前記予測・評価装置は、
前記入力されたデータを基に数値解析法を用いて前記射
出成形品の金型内に溶融材料を充填する過程をシミュレ
ーションし、前記溶融材料の速度、圧力、温度等の変動
挙動及び型内の未充填部の圧力変動を数値解析し、該数
値解析で得られた充填挙動のデータを、所定の時間間隔
で出力する充填解析部と、前記出力された充填挙動のデ
ータに基づいて、前記各微小要素のガス圧力値及びガス
圧力最大値を算出する圧力変動算出部と、前記算出され
た前記各微小要素のガス圧力値及びガス圧力最大値を、
前記各微小要素の位置情報と共に記憶する記憶部と、前
記算出されたガス圧力値及びガス圧力最大値、或いは前
記記憶されたガス圧力値及びガス圧力最大値に基づい
て、前記射出成形品に発生する欠陥発生位置を予測する
欠陥予測部と、前記算出されたガス圧力値及びガス圧力
最大値、或いは前記記憶されたガス圧力値及びガス圧力
最大値に基づいて、前記溶融材料の充填挙動の良否を評
価する充填挙動評価部と、前記欠陥発生位置及び前記充
填挙動を前記表示装置に表示する予測・評価結果表示部
とを有することを特徴とする射出成形品の欠陥予測・評
価装置を提供する。

【００２５】本発明によれば、金型内の未充填部（気
体）の圧力値であるガス圧力パラメータを採用し、これ
を溶融材料の充填開始から充填終了までの間で調べるこ
とにより、溶融材料の型内への充填挙動の評価判定を容
易に行うことができる。

【００２６】一般的に溶融材料の射出成形プロセスでは
金型内に取り残された空気を押し潰すことを目的に、充
填末期や充填終了後射出圧力を増大させこれを保持する
工程を行っている。

【００２７】しかし、あまり製品内に取り残された空気
が多い場合は、増圧をかけてもすべてを押し潰すことは
できない場合もある。この場合、製品内に含まれている
気体部分は増圧により体積が減少し、それに反比例して
気体圧力は上昇するものと考えられる。すなわち、溶融
材料の型内への充填挙動を数値解析する際、型内の気体
圧力も求めることができれば、解析領域中で気体圧力が
高い部分は気泡の存在確率も高くなるものと予想され
る。

【００２８】また、従来の欠陥予測法では最終充填部に
多く気泡欠陥が発生することが知られているが、本発明
によれば最終充填部だけでなく、充填途中で巻き込まれ
た空気による気泡欠陥の予測までもが可能となる。

【００２９】つまり、所定の時間間隔毎に求めた各微小
要素におけるガス圧力パラメータを溶融材料の充填開始
から充填終了までの間について比較し、各微小要素にお
けるガス圧力パラメータの最大値を算出する。このガス
圧力パラメータの最大値は過去の圧力変化の履歴までも
含んだ情報となっているため、充填途中で巻き込まれた
空気による気泡欠陥の予測までもが可能である。

【００３０】さらに、実際の製品を製造する前に数値解
析によって与えられた製造条件に対する溶融材料の充填
挙動を解析し、上記の溶融材料の充填挙動の評価方法を
用いて充填挙動を評価し、充填挙動が適切になるまで入
力データを変更することにより、その製品の適切な製造
条件を導き出すことができる。

【００３１】この結果、欠陥を含まない高品質の射出成
形品が製造可能となる。また、新規に計画された製品に
対しても事前のシミュレーションにより金型の修正すべ
き箇所などを予め特定することができるため、金型の修
正に必要な時間や費用を削減することができ、射出成形
品の製造コストを大幅に削減することができる。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態例に係
る射出成形品の欠陥予測・評価方法及び欠陥予測・評価装
置を、図を用いて説明する。

【００３３】なお、本実施の形態例では、アルミニウム
合金部品をダイカストプロセスで製造する場合を例に説
明するが、本発明はこれに限定するものではなく、樹
脂、アルミニウム合金、マグネシウム合金、銅合金、亜
鉛合金などの溶融材料を射出成形する際の射出成形品の
欠陥予測・評価方法としても同様に利用できる。また、
完全に溶融させた材料ばかりではなく固相と液相の状態
が混ざり合った半溶融状態の溶融材料を射出成形するよ
うなプロセスにも同様に適用できる。

【００３４】図１は、発明の実施の形態例に係る射出成
形品の欠陥予測・評価装置の機能構成を示す。欠陥予測・
評価装置は、被解析物の形状データ、物性データおよび
境界条件などのデータ等を入力する入力装置１と、入力
されたデータを基づいて被解析物の解析形状モデル内へ
の溶融材料の充填挙動を数値解析し、該数値解析結果に
基づき、射出成形品の欠陥を予測し、かつ充填挙動を評
価する予測・評価装置２と、予測・評価結果を表示するCR
T、プリンタ等の表示装置３とで構成されている。

【００３５】また、予測・評価装置２は、充填解析部２
１と、圧力変動算出部２２と、記憶部２３と、欠陥予測
部２４と、充填挙動評価部２５と、予測・評価結果表示
部２６とで構成されている。

【００３６】充填解析部２１は、入力装置１から入力さ
れたデータを基に、金型内に溶融材料を充填する過程
を、差分法、有限要素法、境界要素法、FAN法などを含
む数値解析法を用いてシミュレーションし、溶融材料の
速度、圧力、温度等の変動挙動及び型内の未充填部の圧
力変動を数値解析する。そして、数値解析で得られた溶
融材料の金型内での充填挙動のデータを、所定の時間間
隔で圧力変動算出部２２に送る。

【００３７】圧力変動算出部２２は、送られてきた充填
挙動のデータに基づいて、各微小要素のガス圧力値、及
び各微小要素のガス圧力最大値を算出する。

【００３８】記憶部２３は、算出された各微小要素のガ
ス圧力値、及び各微小要素のガス圧力最大値を各微小要
素の位置情報と共に記憶する。

【００３９】欠陥予測部２４は、圧力変動算出部２２で
算出されたガス圧力値及びガス圧力最大値、或いは記憶
装置２３に記憶されたガス圧力値及びガス圧力最大値に
基づいて、気泡等の欠陥発生位置を予測する。

【００４０】充填挙動評価部２５は、圧力変動算出部２
２で算出されたガス圧力値及びガス圧力最大値、或いは
記憶装置２３に記憶されたガス圧力値及びガス圧力最大
値に基づいて、溶融材料の充填挙動の良否を評価する。

【００４１】詳細には、所定の時間間隔毎に算出された
各微小要素におけるガス圧力値を基に、任意の時間での
ガス圧力値の分布からその時点での溶融材料の射出成形
における充填挙動の良否を評価する。

【００４２】また、所定の時間間隔毎に算出された各微
小要素におけるガス圧力値を溶融材料の充填開始から充
填終了までの間について比較することにより各微小要素
におけるガス圧力の最大値を算出し、その最大値の分布
から溶融材料の射出成形における充填挙動の良否を評価
する。

【００４３】予測・評価結果表示部２６は、予測・評価結
果、例えば欠陥発生位置及び充填状況を３次元グラフィ
ックで表示装置３に表示する。

【００４４】上述した充填解析部２１、圧力変動算出部
２２、記憶部２３、欠陥予測部２４、充填挙動評価部２
５、予測・評価結果表示部２６は、各々メモリに記録さ
れたプログラムとプロセッサを有する欠陥予測・評価装
置内蔵のコンピュータで実現できる。

【００４５】図２は、図１の欠陥予測・評価装置で実行
される欠陥予測・評価方法のフローチャートを示す。始
めに、ステップ１０１で解析形状モデル内への溶融材料
の充填開始から充填終了までの間で、所定の時間間隔毎
に、解析形状モデル内の任意の微小要素について、溶融
材料の充填挙動により充填された微小要素と、溶融材料
が存在しない未充填の微小要素との区別を行う。

【００４６】次に、溶融材料が存在しない未充填の微小
要素について、溶融材料あるいは型で取り囲まれたガス
領域を調べる（ステップ１０２）。

【００４７】次に、ガス領域の体積変化や温度変化、型
のパーティングラインからのガス漏れや型の通気度、ベ
ントからのガスの流出などの情報からガス領域の圧力分
布を求める（ステップ１０３）。

【００４８】次に、ガス領域の圧力分布を基に、解析形
状モデル内の任意の微小要素について充填開始からの経
過時間とその時点での圧力や温度などの情報を、それぞ
れの微小要素の位置に関する位置情報と共に記憶する
（ステップ１０４）。

【００４９】次に、ステップ１０１からステップ１０４
までを数値解析の充填開始から充填終了まで所定の時間
間隔毎に繰り返し行う。

【００５０】次に、流動解析終了後、所定の時間間隔毎
に算出された各微小要素におけるガス圧力値及びをガス
圧力最大値を基に、気泡等の欠陥発生位置を予測し（ス
テップ１０５）、また溶融材料の充填挙動の良否を評価
する（ステップ１０６）。

【００５１】次に、ステップ１０７で予測結果である気
泡等の欠陥発生位置及び評価結果である溶融材料の充填
状況を表示する。

【００５２】以上、ステップ１０１から１０７を実施す
ることにより、気泡等の欠陥発生位置の予測、かつ溶融
材料の充填挙動の良否を評価することができる。

【００５３】また、本実施の形態例に係る射出成形品の
製造条件作成方法は、以下のステップによって達成され
る。

【００５４】始めに、ステップ２０１でランナやゲート
条件、射出速度や速度切り替えのタイミング、射出温度
などの射出成形のための製造条件を策定する。

【００５５】次に、前述した１０１から１０７のステッ
プを実施し、欠陥発生位置を予測し、かつ充填挙動の良
否を評価する（ステップ２０２）。

【００５６】次に、ステップ２０２で、欠陥が発生し、
かつ充填挙動が良くないと評価された場合は、ステップ
２０１で策定した製造条件を変更する（ステップ２０
３）。

【００５７】次に、充填挙動が良く、かつ欠陥が発生し
ないものであると認められるまで、ステップ２０１から
ステップ２０３を繰り返し実施する。

【００５８】これにより、射出成形の適切な製造条件を
導き出すことができる。

【００５９】次に、図２の欠陥予測・評価方法を、実際
の実施例を用いて説明する。

【００６０】［実施例１］射出成形により成形される成
形品及び射出成形に使用する金型において、金型内の流
動解析を行う手順は、従来の解析法と同じである。

【００６１】図３に示すように、金型内の流動解析を行
うために、射出成形により成形される成形品と、射出成
形に使用する金型とから形状モデルを作成する。

【００６２】本実施例で採り上げたダイカスト部品は、
平板状の製品中に縦横にリブが立っている形状であり、
コンピュータシミュレーションを利用してゲート条件を
最適化したものである。

【００６３】図中の４は溶融材料を金型内に射出する湯
口、５は湯口４と製品部をつなぐゲート、６は製品を形
作るキャビティ部、７は製品完成後切り離してしまうオ
ーバーフローを示している。

【００６４】本実施例では、被解析部分を直交６面体メ
ッシュで要素分割したが、使用する流動解析プログラム
に応じて、三角形要素、四面体要素、その他の多面体要
素あるいは境界を変形したBFC要素などを含む要素で要
素分割しても良い。

【００６５】これら要素分割された成形品および金型の
形状モデルに対して、溶融材料が流れ込むランナ位置や
その速度、及びキャビティ内に流れ込むゲート位置など
を必要に応じて設定する。これらの操作により、溶融材
料の射出成形における流動解析を行うための形状データ
の設定を完了する。

【００６６】さらに、溶融材料の射出成形における流動
解析を行うための物性データの設定作業を行う。すなわ
ち、使用する金型の密度、比熱、熱伝導率などの熱的な
物性値、および使用する溶融材料の密度、比熱、熱伝導
率などの熱的な物性値や粘度を示す粘性係数、金型と溶
融材料との間の熱伝達係数などの熱的境界条件を設定す
る。

【００６７】さらに、型内のガス圧力を解析するための
パーティングラインや型の通気度、オーバーフローの位
置などの情報を設定することにより流動解析を行うため
の物性データの設定作業を完了する。

【００６８】本実施例においては、前述した図３の形状
モデルに対してキャビティ内のガス圧力変化も考慮した
流動解析を行った。ガス部分は密度や運動量が流体部分
に比べて十分に小さいため、ガスの圧縮性流動現象につ
いては無視し、自由表面上の圧力境界条件を設定するた
めの圧力分布のみの算出を行った。

【００６９】ガスの圧縮性流動現象を無視した場合、そ
の圧力は準定常的な取り扱いができる。ポリトロピック
過程を仮定するとガスの圧力Ｐ、体積Ｖの関係は次式
（数１)で表すことができる。

【００７０】 Ｐ・Ｖa＝Const ……………………………（数１） ここで a はポリトロピック定数であり、a＝1ならば等
温変化、a＝0ならば等圧変化、a＝CP/CVならば断熱変化
となる。（CP：定圧比熱 CV：定積比熱）（数１）式か
らガス部の圧力を評価する場合、前の時間ステップにお
けるガスの圧力と体積、そして現在の時間ステップにお
けるガスの体積がわかっていれば、現在の時間ステップ
における圧力を求めることができる。

【００７１】流体部の解析において、各要素の充填率 F
値から流体セル、自由表面セル、ガスセルへ分類する
ことができ、流体セルについては、連続の式及びナビエ
・ストークス方程式を適用して圧力や速度などを決定す
る。ガスセルについては、現在の体積と、ひとつ前の時
間ステップにおける圧力と体積から、現在の圧力を求め
ることができる。

【００７２】ここで、流体や型で取り囲まれた個別のガ
ス部の圧力を求めるためにはガスの領域を分類する必要
がある。そのため、各時間ステップにおける流体の充填
状況からガスがつながった部分を見付け出し、これを障
害物や液体で囲まれた領域でグループ化して、各々のガ
スグループについてそれぞれの体積を求める。

【００７３】さらに、これらのガスグループがベント、
オーバーフロー、パーティングラインに接している場合
にはガスが解析領域外へ抜けていく現象も加味する必要
がある。

【００７４】そして、現在の体積と前の時間ステップに
おける体積と圧力を使ってそれぞれのグループについて
別々の圧力を求める。この際、ガスの***や合体が起こ
り得るので、ガスがどのグループからどのグループへ変
化したかを常に記憶することが必要となる。

【００７５】本実施例では、数値解析における金型内へ
の溶融材料の充填開始から充填終了までの所要時間を任
意の数に分割し、充填途中の分割されたある時間におけ
る未充填部分のガス圧力を記録し、これを分割されたあ
る時間における充填時間におけるデータとする。

【００７６】ここで、時間の分割数は数値解析における
時間ステップ全てとするのが望ましいが、全時間ステッ
プが膨大な数になる場合には2〜100ステップ毎に記録し
ても差し支えない。この操作を数値解析における金型内
への溶融材料の充填開始から充填終了まで繰り返し行う
ことにより、本実施の形態例のガス圧力パラメータを算
出することができる。

【００７７】図４には、実際のダイカスト部品での発生
した欠陥位置８と、解析により得られた気体圧力の高い
部分９、すなわち楕円印で囲んだ欠陥発生位置とを示し
てある。初期の条件においては、湯口４から流入した溶
湯は２本のゲート５に別れてキャビティ部６に流入する
条件になっていた。

【００７８】この条件で生産された部品は、射出成形
後、オーバーフロー７、ゲート５、湯口４などを切り離
し、平滑度が要求される底面部を機械加工した際、欠陥
位置８を示す場所に気泡の巻き込みと思われる欠陥が多
数発生したため、製品として不合格になったものであ
る。

【００７９】本条件では、湯口４から流入した溶湯は２
つのゲート５からキャビティ部６に流れ込み、反ゲート
側の壁に衝突後、流れを反転させてゲート５側へと流れ
ている。このため、充填途中でオーバーフロー７に溶湯
が達してしまっているため、空気を排出するためのオー
バーフローの機能が十分発揮されていないことが解析結
果から判明され、溶融材料が型内に流入する際の充填挙
動が良くないことが明らかになった。

【００８０】図４の気体圧力の高い部分９は、充填開始
から充填終了までの各要素の気体圧力を各計算ステップ
すべてにおいて記憶しておき、その最大値が10気圧以上
になった領域を×印で表示したものである。

【００８１】パラメータの最大値は過去の各要素の圧力
変化の履歴までも含んだ情報となっているため、充填途
中で巻き込まれた空気による気泡欠陥の予測までもが可
能である。

【００８２】図４に示すように、実際のダイカスト部品
での発生した欠陥位置８と本実施例による気体圧力の高
い部分９とは位置的に非常によく一致しており、本発明
が、射出成形品の欠陥を予測し、かつ型内に溶融材料が
流入する際の充填挙動の良否を評価するための欠陥予測
・評価方法として利用できることを、本実施例により実
証できた。

【００８３】［実施例２］前述した実施例１の条件で
は、機械加工後多数の欠陥が発生したため、その対策と
してゲート条件の改良を行った。改良後の形状モデルを
図５に示す。

【００８４】図５に示すように、改良条件では、湯口４
に付いた２本のゲート５を塞ぎ、製品側面部から対角線
方向に溶湯を射出し充填させるようにした。また、最終
充填部になると思われる製品側面部に新たにオーバーフ
ロー７を追加することで空気を排出するようにした。

【００８５】実施例１と同様に、本形状に対してキャビ
ティ部６内のガス圧力変化を考慮した流動解析を行っ
た。解析の結果得られたガス圧力の高い部分を図６に示
す。

【００８６】図６に示すように、気体圧力の高い部分９
は、充填開始から充填終了までの各要素の気体圧力を各
計算ステップすべてにおいて記憶しておき、各要素の気
体圧力の最大値が３気圧以上になった領域を×印で表示
したものである。本条件では、ガス圧力の高い部分はゲ
ート５上部に広く分布しており、この部分での空気の巻
き込みなどが発生するものと予想されるものの、製品と
して欠陥までに至らず、合格品であり、また、溶融材料
が型内に流入する際の充填挙動も良好であった。

【００８７】本発明の欠陥予測・評価精度を実証するた
め、ダイカスト金型のゲート部を改良して実際に製品を
成形した。射出成形後、オーバーフロー、ゲート、湯口
などを切り離し、ブリスター試験により製品内部の残存
ガス分布を調べた。

【００８８】ブリスター試験により融点直下まで加熱さ
れたアルミニウム合金は軟化し、製品内部の残存ガスが
膨張して製品表面にふくらみが生じるため、このふくら
みの分布から残存ガスの分布を調べることができる。本
試験は520℃の雰囲気中に１時間の条件で行った。

【００８９】ブリスター試験の結果、図６中の楕円印で
囲んだ残存ガス領域１０に多数のふくらみが発生した。
これは先の解析結果から予測された気体圧力の高い部分
９、すなわち欠陥発生位置とよく一致しており、従っ
て、実施例１と同様に、本発明が、射出成形品の欠陥を
予測し、かつ型内に溶融材料が流入する際の充填挙動の
良否を評価するための欠陥予測・評価方法として利用で
きることを、本実施例により実証することができた。

【００９０】

【発明の効果】本発明によれば、射出成形により成形さ
れる成形品および射出成形に使用する金型を微小要素に
分割した形状モデル内に溶融材料が流入する際の流動解
析においてキャビティ内の未充填部の圧力値であるガス
圧力パラメータを採用し、ガス圧力パラメータを溶融材
料の充填開始から充填終了までの間で調べることによ
り、射出成形品の欠陥を予測し、かつ溶融材料の型内へ
の充填挙動の評価を容易に行うことができる。

【００９１】また、本発明によれば、樹脂、アルミニウ
ム合金、マグネシウム合金、銅合金、亜鉛合金などの溶
融材料を射出成形する際の流動解析結果の評価方法とし
て利用でき、さらに、完全に溶融させた材料ばかりでは
なく、固相と液相の状態が混ざり合った半溶融状態の溶
融材料を射出成形するようなプロセスにおいても、射出
成形品の欠陥を予測し、かつ溶融材料の型内への充填挙
動の要否の評価を容易に行うことができる。

【００９２】従って、型の設計段階で成形品の流動解析
を行うことで型の製造条件の適否を容易に判定できる。
また、これら判定結果から、欠陥のない高品質の成形品
を得るためのゲート位置やその数、湯道方案、射出速度
などの製造条件を適切に設定できるため、射出成形にお
ける型製造条件の最適化を図ることができる。

【００９３】さらに、型作製の前段階でのシミュレーシ
ョンにより、型の修正すべき箇所などを予め特定するこ
とができるため、型の修正に必要な時間や費用を削減す
ることができ、射出成形品の製造コストを大幅に削減す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態例に係る射出成形品の欠陥
予測・評価装置の機能構成のブロック図である。

【図２】図１の欠陥予測・評価装置で実行される欠陥予
測・評価方法のフローチャート図である

【図３】初期条件の解析形状モデルを示す図である。

【図４】初期条件の解析結果及び欠陥発生位置を示す図
である。

【図５】条件改良後の解析形状モデルを示す図である。

【図６】条件改良後の解析結果及び欠陥発生位置を示す
図である。

【符号の説明】

１入力装置、２予測・評価装置、２１…充填解析部、２
２…圧力変動算出部、２３…記憶部、２４…欠陥予測
部、２５…充填挙動評価部、２６…予測・評価結果表示
部、３…表示装置、４…流入口、５…ゲート、６…キャ
ビティ部、７…オーバーフロー、８…欠陥位置、９…気
体圧力の高い部分、１０…残存ガス領域

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鶴田 国之 茨城県ひたちなか市武田1060番地 日立工 機株式会社内 Ｆターム(参考） 4F206 AM23 JA07 JN25 JP13 JP14 JP18 JP22 JP30 JQ81

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】射出成形により成形される成形品及び前記
   射出成形に使用する金型の形状から流動解析を行うため
   の微小要素に分割された解析形状モデルを作成し、数値
   解析法を用いて前記解析形状モデル内へ充填される溶融
   材料の充填挙動を数値解析し、該数値解析結果に基づ
   き、前記射出成形品の欠陥を予測し、かつ前記充填挙動
   を評価する射出成形品の欠陥予測・評価方法において、 前記溶融材料の充填開始から充填終了までの所要時間を
   所定の時間間隔に分け、該所定の時間間隔毎に、前記分
   割された微小要素について、前記溶融材料が充填されて
   いる微小要素と、前記溶融材料が充填されてない微小要
   素とに区別を行なうステップと、 前記溶融材料が充填されない微小要素について、前記溶
   融材料或いは前記金型で取り囲まれたガス領域の情報を
   調べるステップと、 前記ガス領域の情報から前記ガス領域のガス圧力分布を
   求めるステップと、 前記求めたガス圧力分布を基に、前記充填開始からの経
   過時間と該経過時点での圧力や温度の情報を、各微小要
   素の位置に関する位置情報と共に記憶するステップと、 前記記憶した各情報を演算処理し、該演算処理結果を前
   記各微小要素の位置に関する位置情報と共に記憶するス
   テップと、 前記演算処理結果を基に、気泡等の欠陥発生位置を予測
   するステップと、 前記演算処理結果を基に、溶融材料の充填挙動の良否を
   評価するステップとを有することを特徴とする射出成形
   品の欠陥予測・評価方法。
2. 【請求項２】請求項１において、前記所定の時間間隔毎
   に前記各微小要素におけるガス圧力値を算出し、任意の
   時間での前記ガス圧力値の分布からその時点での前記溶
   融材料の充填挙動の良否を評価することを特徴とする射
   出成形品の欠陥予測・評価方法。
3. 【請求項３】請求項１において、前記所定の時間間隔毎
   に算出された前記各微小要素におけるガス圧力値を溶融
   材料の充填開始から充填終了までの間について比較する
   ことにより前記各微小要素におけるガス圧力の最大値を
   算出し、該算出した最大値の分布から前記溶融材料の充
   填挙動の良否を評価することを特徴とする射出成形品の
   欠陥予測・評価方法。
4. 【請求項４】請求項１ないし請求項３において、予め策
   定された前記成形品の形状データ、型データ及び前記溶
   融材料の力学的、熱的な物性値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、前記流動解析結果に基
   づき前記充填挙動の良否を評価し、前記充填挙動が否と
   評価された場合、前記評価結果が良いと認められるまで
   前記入力データを変更し、前記数値解析を繰り返すこと
   を特徴する射出成形品の欠陥予測・評価方法。
5. 【請求項５】射出成形品の形状データ、物性データ及び
   境界条件等のデータを入力する入力装置と、前記入力さ
   れたデータに基づいて、前記射出成形品の解析形状モデ
   ル内への溶融材料の充填挙動を数値解析し、該数値解析
   結果に基づき、前記射出成形品の欠陥を予測し、かつ前
   記充填挙動を評価する予測・評価装置と、前記予測・評価
   結果を表示する表示装置とを有する欠陥予測・評価装置
   において、 前記予測・評価装置は、前記入力されたデータを基に数
   値解析法を用いて前記射出成形品の金型内に溶融材料を
   充填する過程をシミュレーションし、前記溶融材料の速
   度、圧力、温度等の変動挙動及び型内の未充填部の圧力
   変動を数値解析し、該数値解析で得られた充填挙動のデ
   ータを、所定の時間間隔で出力する充填解析部と、 前記出力された充填挙動のデータに基づいて、前記各微
   小要素のガス圧力値及びガス圧力最大値を算出する圧力
   変動算出部と、 前記算出された前記各微小要素のガス圧力値及びガス圧
   力最大値を、前記各微小要素の位置情報と共に記憶する
   記憶部と、 前記算出されたガス圧力値及びガス圧力最大値、或いは
   前記記憶されたガス圧力値及びガス圧力最大値に基づい
   て、前記射出成形品に発生する欠陥発生位置を予測する
   欠陥予測部と、 前記算出されたガス圧力値及びガス圧力最大値、或いは
   前記記憶されたガス圧力値及びガス圧力最大値に基づい
   て、前記溶融材料の充填挙動の良否を評価する充填挙動
   評価部と、 前記欠陥発生位置及び前記充填挙動を前記表示装置に表
   示する予測・評価結果表示部とを有することを特徴とす
   る射出成形品の欠陥予測・評価装置。