射出成形では金型の試作段階では、3次元CADモデルに基づいた樹脂流動解析によって成形性の検討や成形不良の潰し込みが行われています。その際、樹脂流動解析ソフトウェアの材料データベースに格納されたプラスチックごとの粘度や熱容量といった物性値が参照されています。
近年、環境配慮型素材が注目され、リサイクルプラスチックやバイオプラスチックの使用が拡大しています。しかし、これらのプラスチックは従来のバージンプラスチックと比較して物性のばらつきが大きく、従来の成形方法では品質の担保が困難という課題があります。
この問題に対応する方法の一つとして、金型製作前の成形品質を樹脂流動解析によって確認する方法が試みられています。しかし、既存の樹脂流動解析ソフトウェアの材料データベースにはリサイクルプラスチックやバイオプラスチックのデータが含まれていないため、これらの物性値は新規に測定して入手する必要があります。一方で、プラスチックの物性値を測定する計測機器は高価であり、物性値測定のハードルが高いことが課題となっています。このため、樹脂流動解析に必要なプラスチックの物性値を簡易的に測定できるツールの開発が求められています。
この課題に応えるべく、高価な測定機器を使用せずに樹脂粘度を推定し、粘度モデルを作成するアルゴリズム及び金型の開発に着手しました。この開発は、双葉電子工業株式会社との共同開発となります。この金型には樹脂圧力センサと樹脂温度センサが搭載されており、これらのセンサで取得されるデータを活用して、射出成形機のノズル通過後の樹脂粘度を推定します。この技術より、比較的低コストでの樹脂粘度モデルの推定が可能になります。
樹脂流動解析とは、溶融した樹脂の運動方程式の数値解を求めるプロセスです。この解析によって得られた数値解と、実際の成形時に樹脂圧力センサと樹脂温度センサで計測された実測値との乖離が小さいほど、実現象を正確に捉えられており、高精度な樹脂流動解析であるといえます。樹脂流動解析では、樹脂粘度モデルとよばれる圧力・温度・速度に依存した樹脂粘度を表す数式が使用されており、実験データに基づいてパラメータが推定されます。したがって、樹脂流動解析の精度は、樹脂粘度の推定精度に大きく左右されます。今回は、Cross-WLFモデルを用いた粘度推定を実施します。
また、リサイクルプラスチックやバイオプラスチックでは、実験データのばらつきが大きいことから、外乱などの変動に対してロバストな樹脂粘度モデルのパラメータ推定アルゴリズムの開発が求められています。
本共同開発では双葉電子工業(株)が高精度センサを提供し、(株)MAZINがこれまでの金型内圧データ分析で培った分析技術をベースとしてアルゴリズムを構築します。これにより、高精度な樹脂粘度推定用金型の開発を目指しています。
