[解析事例] Moldex3Dによる成形品質改善（Widex社）

一般的に、補聴器は非常に小さくかつ繊細な機器であるといえます。今回取り上げるWidex社の事例では、様々なゲート位置と各部品の製品板厚設計の検討にMoldex3D eDesignを利用しました。Moldex3Dは、充填フェーズにおける流動挙動の調査、ひけの低減や反り変形の見極めに役立ちました。解析結果を詳細に確認することで、Widex社は、金型の試作を行う前に設計の最適化を行うことができました。また、ゲート位置の変更によって体積収縮の分布がより均一になり、最終的な反り変形の問題も改善できました。

図1. バッテリーホルダーのCADモデル

• ・複雑な形状と金型
• ・許容誤差の維持
• ・製品表面の滑らかさ
• ・流動性の高い材料
• ・微小で散らばりやすい部品
• ・複数の部品（ポリマーや金属）による金型製造の難化

Moldex3D eDesignは、簡単かつ迅速にメッシュを生成します。これにより、短期間で複数の設計案を解析評価できます。フル 3D解析によるウェルドラインや体積収縮、または反り変形などの解析結果から、Widex社は、製品に生じる潜在的な問題を正確かつ効果的に予測できました。

Moldex3D eDesignによるゲート位置の最適化がWidex社にもたらした5つのメリット。

• ・開発期間の短縮とコストの削減
• ・金型試作期間および市場投入までに要する時間の短縮
• ・製品品質の向上：反り変形の最小化、ひけと応力の除去
• ・工程の許容範囲拡大または加工困難な材料の利用
• ・サイクルタイムの短縮と材料の節減（2次的効果）

今回の事例では、ひとつの補聴器製品に複数の部品（バッテリーホルダー、バッテリーコネクター、上蓋）が含まれていました。

バッテリーホルダーは薄い曲面をもつ複数の部品から成立っており、図1に示す黄色い部分は利用時に露出します。このような部品ではウェルドラインの位置やひけがしばしば問題となるため、Widex社はMoldex3D eDesignを使って部品のゲートとランナーを作成し、3D解析で充填挙動と体積収縮の問題を予測しました。

図2. ゲート位置の異なる3つの設計案と、関連するウェルドライン領域（Moldex3Dの予測による）

図2は、ゲート位置が異なる3つの設計案です。（Gate Location 1：元のゲート設計、Gate Location 2：第2案、Gate Location 3：元の設計と第2案を組み合わせた設計案）

解析の結果、Gate Location 2 では重要な位置にウェルドラインが生じてしまったため、機械的な問題を避けるためにこの案は不採用になりました。

元の設計案である Gate Location 1 はフローリーダーが必要ですが、ウェルドラインの位置は許容できるものでした。しかし一方で、体積収縮が非常に大きくひけの問題も明らかでした（図3）。そこで第2ゲートを追加することで、ウェルドラインの位置を保ったままで最大体積収縮を許容範囲まで低減することに成功しました（図4）。

次に、バッテリーコネクターには、金属インサートが中央に配置されないという問題がありました（図6）。ゲート付近にバリが確認されたことから（図5）、充填時にフローバランスが崩れた場合には金属インサートが移動していることがわかります。
Moldex3Dを使った解析で、充填圧力が高く、またキャビティに流入する材料が金属の下側を流れているために金属を押し上げていることが判明しました（図6）。

最後に、上蓋に関する主な問題は、ひけや反り変形の問題につながる収縮をどのように制御するかという点でした。Widex社が行った複数の変更案のMoldex3Dによるテスト解析の結果（図7）、反り変形の傾向も正確に予測でき、ひけの問題を無事に解決することがでました（図8）。

図7. Moldex3Dによる板厚が異なる設計案の反り変形解析

図8. 複数の設計案のMoldex3Dによる解析結果から、体積収縮状況を改善