[解析事例] Moldex3D成功例：反り変形抑制とサイクルタイム短縮例

まず、GoHope社はMoldex3Dを用いてオリジナルデザインを解析し、その結果から充填時の不均一な樹脂流れが製品の収縮にムラを生じさせ、これが反り変形につながっていることを解明しました。Fig. 2は、X方向における反り変形の解析結果です；反り変形が大きく、生産工程時の部品組み立てにおいて問題を生じる恐れがあります。Fig. 3に緑色で示す部分が樹脂の溶融部分（温度が固化点=135°Cを超える部分）です。ただしゲートが保圧工程で既に固化していることから、保圧時間は必要以上に長く設定されており、短縮が可能であることがわかります。さらに、Moldex3Dの解析結果から、現在の工程パラメーターでは顧客の予想以上に長い冷却時間がかけられていることも判明しました。そのため、保圧時間と冷却時間を短縮することで全体のサイクルタイムの短縮が望めることが判りました。

上記の課題を念頭に、樹脂流れの不均一とサイクルタイムの短縮のためにGoHope社は最初のデザイン変更を実施しました（Revised1）。オリジナルの2点ゲートのデザインでは不均一な樹脂流れが製品の収縮にムラを生じさせていました。この問題を解決するために2点ゲートのデザインを1点ゲートのデザインに変更し、さらに、ゲート位置を製品の中央に移しました（Fig. 4）。　また、工程パラメーターの調整も行い（保圧時間を8.7秒から7秒に、冷却水の温度を55°Cから25°Cに変更）、全体のサイクルタイムの短縮を図りました。

Fig. 4: Original 1のゲートデザインと変更を加えたRevised 1のゲートデザイン

続いて、Moldex3Dを用いてRevised1のデザインにおける改善状況を調査しました。解析の結果から、以下のことがわかりました：

・冷却水の温度を下げることで、冷却時間の短縮が可能。ただし、この場合にはコアキャビティの成形温度差が増加するため、反り変形の問題は拡大する。

・Fig. 5に示すように、製品形状から、ゲート数の変更（2点→1点）では反り変形の問題は解消されない。また、冷却温度の低下により金型温度差が拡大したことで他にも悪影響が確認された。このため、GoHope社は部品板厚のデザイン変更を検討。

Fig. 5: 総変位量はOriginal 1（左）のデザインよりもRevised 1（右）の方が多い。

そこで、GoHope社は、対案として部品板厚の変更を軸に進めることを検討しました。Revised2のデザインでは、ゲートデザインをOriginal1のデザインと同じ2点ゲートに戻し、ゲート位置も同様にOriginal1に合わせ、冷却水の温度は（Revised1と同じ）25°Cとしました。そして、板厚のデザイン調整も行い、壁の板厚を2.3mmから2.15mmに変更する事で（Fig.2）、保圧時間が5秒まで短くでき、冷却時間も20秒から18秒に短縮する事が出来ました。

Fig. 6: Original 1のデザインの板厚とRevised 2のデザインの板厚

Moldex3DでRevised2のデザインを解析し、以下のことがわかりました：

・Original1〜Revised2の3つのデザイン変更案はいずれも製品の外観要求を満足させており、部品の光沢面にウェルドラインやエアトラップは確認されない（Fig. 7）

・部品板厚の減少により、水温25°Cの冷却水は非常に高い効果を示した（Fig. 8）

・オリジナルデザインでは8.7秒だった保圧時間は、Revised2のデザインではわずか5秒に短縮可能（Fig.9）

・部品の反り変形が大幅に改善（Fig. 10）

Fig. 7: 部品の光沢面にウェルドラインやエアトラップは確認されない

Fig. 8: 部品の板厚を薄くし、冷却水の温度が25°Cの場合、非常に高い効果を示した。Revised 2として示すように、冷却時間は16.7秒に短縮可能。

Fig. 9: 保圧時間は5秒で十分であるため、Revised 2のデザインが最適設計であると判断

Fig. 10: 製品の収縮が大幅に改善されたRevised 2のデザインは、反り変形量が最も少ない

GoHope社は、Moldex3Dの解析結果から最適な製品デザインと工程パラメーターを効率的に導き出すことに成功しました。Moldex3Dによる解析の評価を経て、反り変形の低減とサイクルタイムの短縮に最も効果的なデザインとして、Revised2のデザインがベストであると自信をもって結論付けました。