[解析事例] Moldex3Dによる冷却ファンブラケットの変形量改善

本事例では、Dllta Group によるMoldex3Dを用いた冷却ファンブラケットの成形プロセス最適化事例をご紹介いたします。

コンピュータは使用時に部品から熱が発生するため、温度を下げるための冷却モジュールが広く使用されています。 このようなパワーマネジメントと冷却ソリューションをけん引する世界的なリーディングカンパニーである Delta Group は、革新的な製品開発を行うため日々、専門技術を磨いてきました。
そういった中、Dllta Groupは設計検証と成形プロセスの最適化を行うための解決策として、Moldex3D 射出成形シミュレーションソリューションを採用しました。Moldex3Dを使用して冷却ファンブラケットの潜在的な成形欠陥を事前に検出し、成形条件パラメータを最適化して製品品質を改良することで製造コストの削減に成功しました。

図1. コンピュータの冷却モジュールのファンブラケット

• ・残留応力による深刻な製品変形
• ・平面度の規格：2mmを満たさない

Delta Groupは、Moldex3Dを使って製品変形の根本原因を事前検証し、製品設計変更のフィードバックにより設計の最適化を行い、変形を最小限に抑えることができました。

• ・変形を3mm から 0.15mmに軽減
• ・欠陥率は 45% から 16%に減少
• ・サイクル時間の短縮とコスト削減

冷却ファンブラケットの機能は、冷却コンポーネントの実装とサポートです。その平面度は、組立て作業にとって極めて重要です。このケースでは、収縮が原因で冷却ファンブラケットの角が陥没し、要求される寸法スペックの0.2mm を満たすことができませんでした。よってここでの主な改善目的は、寸法の安定性を改善することです。

図2. 収縮により、冷却ファンブラケットの角が凹み、寸法公差を超えてしまいました

図3. 製品変形は 0.3 mm

製品品質を効率的に改良するため、Delta Groupの R&Dチームは、Moldex3Dの流動解析、保圧解析、冷却解析モジュールを使い、元の設計の問題を明らかにしました。

図4 は元の設計の流動解析結果です。構造上の問題により、製品強度に問題が生じています。充填完了時にコーナー部分が充填されるため、保圧が不十分です。これが体積収縮による変形を引き起こし、製品強度にも影響を及ぼします。

図4. 流動解析結果

図5で示すように、解析の温度分布結果から保圧完了時の温度が230℃（黄色）よりも高いことがわかります。この場合、厚い部分に内部熱集中が発生し、不均一な収縮を引き起こすことがあります。

図5. 保圧時の温度分布結果

図6 は冷却解析結果です。ここから冷却完了時（赤色）に部分的に蓄熱が起きていることがわかります。これは製品変形や冷却時間の延長を引き起こします。

図6. 冷却時の温度分布結果

問題の根本原因を明らかにした後、Delta Groupは Moldex3D Warp 解析を使って、改良後の設計と元の設計（リブ）、修正後1（ダブルリブ）、修正後2（ダブルリブ＆円柱）の比較を行いました。この3つの設計の比較を行うことで、Z-変位の変化を観察し、ブラケットの変形を検証しました。解析結果から、修正後2のそり変形が最小（-0.39mm から 0.36mm）となり、この中で最も良い設計であることがわかりました (図7、8)。

図7. Moldex3Dを使って3つの設計を比較し、 修正後2のZ-変位が最小となるため、これが最も良い設計であると判断しました

図8. Delta Group はMoldex3D シミュレーションソフトウェアを使って、円柱を含むダブルリブが最適な設計であると結論づけました

最終的にZ-変位が20%改善（0.3mm から0.15mmへ）され欠陥率は45% から16%に低減し、さらに開発サイクルは3日も短縮されました。また、シミュレーション結果が実際の結果と同傾向を示し、Moldex3D シミュレーションソリューションは Delta Group で高い評価を得ることになりました。