[解析事例] Moldex3Dにより光学製品の精密成形工程を最適化

Fig. 1 プリズムアレイは日光を収集するように設計された光学製品です

プラスチックプリズムアレイの性能を向上させるため、PMLラボはインモールド精密圧縮（IMMC） 工程を研究してきました。プリズムアレイは、日光を収集するように設計された光学製品です。この構造を考慮し、ゲート位置を薄肉部分に配置したところ、フローバランスが悪くなり、大規模な体積収縮（変形）が発生してしまいました。この欠陥は光の収集/伝達/出力に大きな影響を及ぼします。この欠陥による体積収縮と残留応力を低減するため、PLMラボはMoldex3Dを導入し、成形工程の最適化を図りました。

Fig. 2 光学製品には２つの凹みがあるため、フローバランスが悪くなります

まず始めに、PMLラボはMoldex3Dを使って従来の射出成形工程をシミュレーションしました。解析結果から、厚い部分のヒケ指数が大きくなることがわかりました （Fig. 3-左）。溶融温度が高温なので、表面が内部方向に引っ張られてヒケが発生します。ヒケのシミュレーション結果でも、製品の端部に潜在的な収縮エリアが発生することを示しています （Fig. 3）。

Fig.3 保圧時のヒケ指数（左） とヒケ変位 （右）

射出成形工程のシミュレーションの実行後、新たな成形方法としてIMMC をMoldex3D でテストすることになりました。解析結果ではIMMCの体積収縮の最大値（Fig. 4）は、射出成形のもの（Fig. 4）と比較して18.9%減少することがわかりました。そり変形問題に関しても、IMMCではZ変位が71%改善できることがわかりました（Fig. 5）。

（a）	（b）

Fig. 4 保圧解析による体積収縮最大値（a） 射出成形品　-2.9%〜2.323% ; （b） IMMCによる成形品 -3.7%〜0.69%

（a）	（b）

Fig. 5 そり変形解析によるZ変位（a） 射出成形品 -1.497〜0.701mm（b） IMMCによる成形品 -0.325〜0.311mm

Moldex3Dを使って２つの成形工程の光学解析結果を比較すると、射出成形品のゲート近くのフリンジパターン（干渉縞）がより顕著であることがわかります （Fig. 6）。この解析結果から光学製品では、高い保圧圧力によって発生する残留応力が大きいことがわかります。一方、IMMC製品のゲート近くのフリンジパターン（干渉縞）は小規模でした。これはインモールド圧縮により、ゲート近くの圧力があまり上がらなかったためと考えられます。

Fig. 6 射出成形工程（左）と IMMC 工程 （右）のトータルフリンジパタン（干渉縞）解析の結果

次にPMLラボは、実際の成形品とシミュレーション結果の比較検証を行いました。ヒケ解析では、実際の成形品とシミュレーション結果が類似傾向を示しました（Fig. 7）。IMMCシミュレーション結果と実際の成形品との比較でも、類似傾向を示すことが確認されました。Fig. 8のように、IMMCによってヒケが完全に解消され、欠陥のない光学製品を製造することができました。

Fig. 7 Moldex3Dのヒケ解析と実際の成形品の比較

Fig. 8 IMMC工程によって成形された製品には致命的な欠陥はない