　早速、表組みを作成します。確認したいのは、ウェルドライン発生に関する要因です。例えば、充填パターンを乱す主原因は、薄肉部の肉厚なのか、それとも樹脂の温度の低下なのかを探ってみましょう。この2つの傾向が大まかにでも把握できれば、おのずと対応策も見えてくるはず。そこで表組みの縦軸に肉厚を取り、横軸に樹脂温度を設定しました。そして、肉厚は基準となる1.0mmから1.3mm、1.6mmと0.3mm刻みで厚くしていき、樹脂温度は基準300度を中心に320度、280度と、上下40度の幅を取るようにしました（図C）。

図C マトリクスの例

4. マトリクスを利用しながら解析

　では、前項で設定した条件に基づき、早速解析を進めていきましょう。まず、凹部の肉厚が1.0mmのモデルを使って、樹脂温度を高温（320度）、基準温（300度）、低温（280度）と3パターンでシミュレーションしてみます（図D）。

図D 凹部の肉厚が1.0mmの場合 *画像クリックで拡大します

　結果はご覧のとおり、この肉厚1.0mmのままでは、樹脂温度を基準温度より高めても、複雑なウェルドラインが消える気配（図D上段）はありません。充填解析を見てみると（図D下段）、やはり樹脂温度にかかわりなく充填パターンは乱れたままで、改善された様子はありません。

　次は凹部の肉厚を1.3mmにしてみましょう（図E）。

図E 凹部の肉厚が1.3mmの場合　*画像クリックで拡大します

　しかしウェルドラインははっきり残り（図E上段）、樹脂温度にかかわりなく充填パターンにも大きな変化はありません（図E下段）。最後は、マトリクスに準備した最厚の1.6mmまで凹部の肉厚を厚くしたモデルです（図F）。

図F 凹部の肉厚が1.6mmの場合 *画像クリックで拡大します

　見ると、この厚さでは300度から320度まで樹脂温度では、複雑なウェルドラインが一気に解消されました。

　以上の結果を基に表組みを埋めていきます。図Gがウェルドラインの有無に関する検証のマトリクスです。

図G T＝1.6mm以外はウェルドラインの問題が発生する

　図Gより、複雑なウェルドライン発生を抑えるには、凹部の肉厚は1.6mm以上の厚みを持たせ、樹脂温度は300度以上が望ましいことが分かります。

　また、図Hの樹脂温度低下に関するマトリクスによると、厚さ1.3mm以下で樹脂温度280度以下になると、薄肉部の樹脂温度が著しく低下し、成形性に問題が生まれるようです。

図H T＝1.3mm以上の肉厚があれば、樹脂温度低下の問題は発生しない

　以上から、肉厚1.6mmをこのモデルの設計値とすることで、高い設計品質を実現できると判明しました。

　このように温度と肉厚、圧力などが複雑に絡み合う樹脂成形も、条件を変えながら解析を繰り返し、マトリクスにまとめることで、目指すべき方向性を見いだせることが分かります。中には、解析を使わずに方向を見いだす熟練者の成形技能士もいますが、彼らは部品の肉厚変更（設計変更）は行えず、樹脂温度や圧力など限られた手立てしか持っていません。そして、その少ない手段で安定した生産を行うには、やはり最適化された設計品質の高い形状が望ましいのです。設計者が解析を用いて事前検討すべきであるのはそのためです。そして、それさえ行えば、熟練者の成形技能士や金型技術者とも対等に言葉を交わし、検討を行えるはず。――それこそが「解析を上手に使う」ということなのです。

用語説明

エアートラップ：キャビティ内部に入り込んだガスのこと。このガスが排気されないまま樹脂内部にとらわれてしまうと、これが発火して汚点や焼けなどの表面不良、成形品内部のボイドやバブル、ショートショットなどの成形不良を引き起こす場合がある。

◇

　機械設計者のための樹脂流動解析入門はこれにて完結です。ご愛読ありがとうございました。（編集部）

Profile

執筆・構成：柳井完司（やないかんじ）

1958年生まれ。コピーライター、ライター。建築・製造系のCAD、CG関連の記事を中心に執筆する（雑誌『建築知識』『My home+』（ともにエクスナレッジ社）など）。

監修・資料提供：オートデスクマーケティング　笹谷一志（ささやかずし）

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