[解析事例] 射出成形の効率化を図るホットランナー設計にMoldex3Dを活用

今回、Sunonwealthでは、射出圧力が高すぎて不安定になり、その都度射出圧力が大きく変化していることを発見しました。そこでサンオンウェルスでは、メーカーから提供されたデータをもとに、Moldex3D Advanced Hot Runner による解析を実施し、解析によってホットランナーの問題点を見つけ、さらなる最適化を図ろうとしました。
メルトフロント温度の解析を通じて、ホットランナーシステムの温度が相対的に低い部分があり、温度場に異常があることがわかりました（時間：EOF(End of Filling : 流動終了時点)）。図1に示すように、ホットランナ内部では矢印の位置で、メルトフロント温度が低すぎる傾向を示し（図1a）、ホットランナ外部でも同様の傾向を示しています（図1b）。

図1 メルトフロント温度の解析結果。(a) ホットランナ内部、(b) ホットランナ外部 (時間= EOF)

ホットランナー内の局所的な低温の現象と場所を発見した後、さらに原因を解明するために、Sunonwealthは充填の各段階での温度変化を分析し、その結果を図2に示しました。その結果、充填開始時（0.078秒）にホットランナ内の矢印で示した位置で樹脂温度が極めて低くなっていることが分かりました。0.156秒では高速射出剪断熱のため、コールドスラッグが減少し、VPまで充填しても材料温度が低くなる傾向はほとんど見られませんでした。

図2 各時点でのメルトフロント温度の解析結果。(a) 0.078 秒、(b) 0.156 秒、(c) 0.231 秒、(d) 0.329 秒(VP)

さらに、各段階でのメルトフロント温度の変化を観察したところ、図3のような結果が得られました。EOFではコールドスラッグは角の部分にしか現れず、EOC(End of Cooling : 冷却終了時点)になるとコールドスラッグが複数個所に現れるようになりました。型開き時には、さらにコールドスラッグの温度は低くなっています。また、ホットランナー部温度の結果（図4）からも同様のことが確認できました。

図3 各時点でのメルトフロント温度の解析結果。(a)EOF，(b)EOP，(c)EOC，(d) 型開き

図4 各時点でのホットランナー部のメルトフロント温度。(a)EOF，(b)EOP，(c)EOC，(d) 型開き
＊EOP : End of Packing(保圧終了時点)

上記の解析結果より、Sunonwealthは、ホットランナープレート、加熱コイル、ランナー角度を最適化しました（図5）。最適化設計後の解析結果を図6に示します。ホットランナー内側の低温傾向はなくなり、ホットランナー外側も同様の結果となりました。

図5 ホットランナーのオリジナル設計と最適化設計の比較（オープンバージョン）

図6 設計最適化後のメルトフロント温度の解析結果。(a) ホットランナ内部、(b) ホットランナ外部（時間=EOF)

金型トライアル結果を図7、図8に示します。この結果から、ホットランナー最適化後、射出時の異常に高い圧力が改善されたことがわかります。

図7 実成形の圧力応答比較（ホットノズルとノズル圧力損失）

図8 実成形の圧力応答比較（射出時）