[解析事例] CAEツールを利用したカメラレンズ筐体の真円度改善

本事例の目的は、最良の製造工程の条件の組み合わせを見つけ出すことで、カメラレンズの筐体製品（図1）の真円度を改善することにありました。Moldex3Dを利用して各製造工程の条件を最適化した後、中原大学のチームは、樹脂内のガラス繊維の最適含有量を見つけ出す必要がありました。

図1　本事例のカメラレンズの筐体製品

Moldex3Dを利用することで、異なる製造工程条件の評価を通じて製品設計を最適化することができ、労働力とコストの浪費を防ぐことができます。本事例において、当初、樹脂に添加するガラス繊維が製品の収縮量減少に寄与し、比較的良好な真円度を得ることができると期待していました。しかし実際には、繊維強化プラスチックを添加すると、寸法精度の向上を図れないばかりでなく、かえって逆効果になる事態が発生しました。Moldex3Dによるシミュレーションの結果から、製品の繊維がZ軸方向に整列して不均一な収縮が生じ、真円度に悪影響を与えていることが明らかになりました。図2は、Moldex3Dの解析結果と実験結果を並べて比較したものであり、このふたつの間には高い一致性が見られます。また、繊維の添加によって真円度が悪化していることもわかります。

図2　解析結果と実験結果の双方で繊維の添加により真円度が悪化

表1は、製造工程の条件（溶融温度：290〜310℃、モールド温度：100〜150℃、射出速度：30〜90 mm/s）ごとの検証結果を示したものです。本表から、溶融温度と射出速度は製品の真円度に大きな影響を与えていませんが、金型温度の上昇によって真円度の値が顕著に低下し、製品がより真円に近づいていることがわかります。

表1　異なる製造工程条件のシミュレーション検証結果

図3は、繊維が樹脂の流動方向と同方向（Z軸方向）に整列することを示したものです。この状況では、製品に不均一な収縮を生じさせ、真円度の値が高くなる主な原因になります。

図3　繊維がプラスチックの流動方向と同方向（Z軸方向）に整列

製品の厚肉部分と薄肉部分が同時に充填され、製品の真円度が改善されることを期待し、中原大学のチームは、流動バランスを改善するための3つのゲートの位置の設計変更を行いました（図4）。

図4　3つのゲート位置の設計を変更

設計の変更後、表2に示す通り、PC樹脂単体およびPC+30% GFの双方で真円度が35%以上改善しました。

表2　ゲート設計の変更により真円度が改善