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樹脂流動解析について

樹脂流動解析は、CAE(Computer Added Engineering)の一種で、金型内の見えない樹脂の流れをコンピューターで計算させる事で、樹脂の流れ方、圧力、温度、流量、収縮、等を数値で表示する事が出来ます。
数値化する事で、次の3つ検証を行います。

1.成形の可能性(流動解析)
2.生産性(保圧、冷却解析)
3.品質(そり変形解析)

<歴史>
樹脂流動解析の歴史は古く1970年代に遡ります。

1Dの計算から始まり代表的なものは、中立面を使いHele-shaw法を使用した2.5D解析になります。
80年代90年代は、ほぼ、2.5Dの解析を活用しています。
そして、革新的な技術としては、疑似3D(Dual Domainメッシュ)です。
現在、商用のソフトウェアでは、Autodesk Moldflow(モールドフロー)がこの技術を活用しています。
3Dの形状をそのままで、中立面を作成せず2次元半の計算を実施できるので利便性が高いです。
2000年以降は、コンピューターの性能が向上し64ビット化されることで、3D解析が主流となってきました。
3D樹脂流動解析の日本国内の先駆者は、現在の東レの3D TIMON(スリーディータイモン)と言えます。

弊社では、商用の樹脂流動解析ソフト主要メーカーをベンチマークした上で、Moldex3D(モルデックススリーディー)を選択し導入しました。
Moldex3Dの特徴は、3次元で流動+非定常金型温度解析、大規模計算が出来る事です。
又、唯一粘弾性を考慮した充填+冷却+そりの計算が可能なツールとなっております。

故にエンジニアリングツールとしては、信頼性が高く優秀です。
解析ソフトの販売とサポート、受託解析等のエンジニアリングサービスも提供しています。

詳しくは、こちらをご覧ください。

ア行

◎足回り:金型のキャビ、コアを除いた部品を指す。イジェクター周り(プレート、ピン等)やガイドピン、ブッシュ等
◎アンギュラーピン:金型のスライドコアを稼働させるピン
◎アンダーカット:製品形状の凹凸がキャビコアを開くときに邪魔になり開けなくなる形状。スライド構造が必要となる。
◎アンシス(ANSYS):業界最大手のCAEソフトウェア、構造、流体、熱、その他組み合わせも可能。
◎入子 :金型のベースのポケット加工した所に組み込む、キャビ、コア等の金型部品をいう。 
◎イジェクター :金型の製品を取り出す機構の事をいう。
◎イジェクターピン: 製品を取り出すために突き出しをするピンの事      
◎インジェクション :射出成形の事をいう。
◎インロー(いんろう):金型が成形圧力でズレたり変形するのを防止する凹凸の合わせの事
◎ウェルドライン :外樹脂が流れて合流した箇所に樹脂温度が下がったために完全に融合出来ず線が出来る現象の事。
◎エアートラップ:金型内に樹脂が流入した際に、金型内の空気が外に逃げられない事をいう。
◎エアベント:金型内の空気を外に排出するための彫り込みをいう。一般的には、深さ0.03㎜程度、樹脂によって異なる。
◎エジェクターピン:製品を金型から突き出しするピンの事。イジェクターピンとも呼ぶ(英語のejectをどう発音)
◎FRP(エフアールピー):Fiber Reinforced Plastic 繊維強化プラスチックのこと。
◎MF:モールドフローの略
◎MDX:モールデックス3Dの略
◎温調器:金型の温度を維持するための設備機器、主に水、油が媒体となります。

カ行

◎ガイドブッシュ:金型の開閉の際に、開閉位置を導いてくれるピンが収まるブッシュ
◎ガイドピン:金型が閉じる際に位置を誘導するためのピン
◎型締力:成形機の金型を保持する力の事。必要型締力は、金型内圧力×投影面積で計算される。
◎金型:射出成形で使用する製品形状を彫り込んだ精密器具、固定側、稼働側で開くように作られている。
◎金型温度:成形条件の1項目、樹脂により推奨温度域が異なる。
◎加熱筒:成形機のシリンダーの事をいう
◎ガラス転移温度:ガラス状態になる温度、非晶性樹脂だと、この温度より高いと柔らかくなり、以下だと固くなる。
◎乾燥機:樹脂を乾燥させる箱型の設備の事。熱風式と、除湿式がある。乾燥条件は、樹脂によって異なる。
◎キャビティ:(キャビ)金型の製品形状を彫り込んでいる部分若しくは、製品面。金型固側の事を指す。
◎逆流防止リング:成形機のスクリューの先端の少し後ろに設置しているリング:射出時に樹脂の逆流を防ぐ。
◎クッション量: 成形の際に成形機のスクリューが最も前進した時のスクリュー位置の事
◎クラック(割れ):残留応力によって製品が割れてしまう事。ちょっとした衝撃や、時間経過、塗料等で発生。
◎クロス(Cross)モデル式:樹脂粘度をCAEソフトで計算できるように式にしたもの5定数式ともいう。
◎クロスWLFモデル式:樹脂粘度をCAEで計算できるように式にしたもの。7定数式ともいう。
◎傾斜コア:アンダーカットを抜く為にコア側に角度をつけて抜けるようにしたもの。
◎計量値 :射出成形機で、樹脂量を制御するのに使うスクリュー位置の事。成形機で異なる。
◎ゲート:製品に樹脂を入れる入口の事 形状や配置する場所よって呼び方が異なる(例、ピンゲート、サイドゲート等)
◎ゲートシール:ゲートが固まって閉じてしまう事。
◎結晶性樹脂:分子が規則的に並んでラメラ構造を持つ結晶部分がある樹脂。結晶化をどの程度するかは、熱履歴による
◎結晶融解温度:結晶化している固体のものの結晶が溶けてガラス状態へ変化していく温度
◎コア :金型の稼働側の事を指す。
◎構造解析 :対象の応力、変形、強度を計算で求める事。FEM(有限要素法)解析を用いるのが一般的である。
◎コールドランナー: 樹脂が通る湯道の事で、金型を彫り込んだもの
◎コールドスラグ:樹脂が固まったカスの事。成形時にスラグが製品に流れていくと不良になる。
◎固化温度:樹脂が固化する温度とされている。固化温度をノンフロー温度として計算する場合もある。

サ行

◎3定数:粘度計算式の1つ。商用の解析ソフトでは、3D TIMONが使っている。別にパワーローモデルの事も指す。
◎ジェッティング:樹脂がゲートから出た際に金型にくっ付かず空中を舞うように飛んで行ってしまった結果起きる現象
◎収縮率 金型を設計する時に製品よりも大きく金型を作る。樹脂によって異なる。(千分の〇〇)で表示する
◎充填:樹脂が金型内を流れて製品形状を満たすまでの過程をいう。その後、追加で樹脂を補充するのは、保圧工程。
◎充填:厳密にいうと100%まで樹脂が入るとそれ以降は、保圧ソルバーで計算させる必要がある。流動を参照
◎充填パターン:樹脂の流れ方を表示する事。解析結果の事をいう。
◎充填保圧:樹脂が金型へ流入する事を流動としそれ以降は圧力によって保持し冷えて収縮する樹脂を補充する工程の事
◎樹脂:プラスチックの事主に熱可塑性(熱を加えて溶かし冷やして固める)と熱硬化(熱を加えて固める)がある。
◎樹脂温度:成形条件の1項目。樹脂温度と加熱筒(シリンダー)設定温度はイコールでは無いと注意が必要である。
◎樹脂断熱層:ホットランナーのノズル先端が冷えないように、樹脂で断熱をする仕組みと形状の事。
◎樹脂流動解析:樹脂の流れを、理論計算値で求めるもの。樹脂物性は、ソフトにより異なる。
◎C-Mold(シーモールド):コーネル大学で研究開発された樹脂流動解析ソフトその後、Moldflowに買収された。
◎射出圧力:熔融した樹脂を金型に射出する圧力のこと。但し、成形機は、速度制御で一次
◎ショートショット:射出した樹脂が樹脂が金型内に充填出来ていない状態。樹脂不足、圧力不足、固化が原因。
◎シリンダー:成形機の樹脂を加熱して溶融させる筒の部分
◎シルバーストリーク:成形不良の一種、シルバー、若しくは、銀条と呼ばれる。主に樹脂の乾燥不足が原因とされる。
◎スキン層:樹脂が金型に入り金型と接した面では、固化が起こっている。その固化した薄い箇所の事。
◎スクリュー:成形機で樹脂を搬送し圧縮し撹拌する為に、回転する金属製の円柱部品で溝が加工せれている。
◎ストローク:スクリューの前進位置、後退位置の距離
◎スプルー:成形機のノズルから樹脂が最初に流入する流路でテーパ加工がしてある。ブッシュで交換できる
◎スライド機構:金型の構造の種類コア、ピン、バーを使って、アンダーカット形状が離形できるようにしたもの。
◎3D TIMON:国産の3D樹脂流動解析、東レグループ、ユーザー毎のカスタマイズが可能
◎成形条件:射出成形において成形機等の設定を行う条件の事。CAEでも入力が必要な項目である。
◎成形不良:主に外観不良(ウェルド、シルバー、フローマーク、ひけ)形状寸法不良(そり)強度不良がある。
◎繊維配向:ガラス繊維等が成形時に並んでいる向きの事をいう。度合によって収縮異方性が生じる。そりの要因となる。
◎センサー:温度と圧力を測定するためのもの、Iタイプ、Jタイプがある。
◎せん断発熱:射出成形時に熔融樹脂が金型に充填される際、固化する箇所の摩擦で温度が上昇する現象。
◎そり:成形品の変形をいう。収縮差、金型温度差、配向要因によって起こるとされている。
◎ソルバー(Solver):コンピューターを用いて数値計算をさせるプログラムの事。

タ行

◎WLF(ダブルエルエフ)式:計算式の一つ。温度依存のシフトファクターを表現する。
◎ためらい流れ:流れ難い箇所を樹脂が流れるには、乗り越える圧力が必要で、その為に肉薄の箇所の流れが遅くなる事
◎ダルシーフロー:多孔質媒体内の流れで良く使われる式。フィルター通過でも使われる。TIMONは主に使用
◎断熱版:金型温度を100℃以上の高温にする時に金型と金型取付盤の間に設置する。材質はベークライトが主流
◎テトラメッシュ:解析で使用するメッシュのひとつ。四面体、△で表示される。
◎デュアルドメインメッシュ:3次元形状の表と裏の表面メッシュを作成し同期させつつ計算を行う手法(特許技術)

ナ行

◎ナビエストークス:NS方程式とも記述される。流体の運動を示す非線形偏微分方程式である。MDXとMFは主にこれを使用
◎抜き勾配:成形品が金型から取り出される時に抜けやすくする為につける勾配の事。
◎粘度:樹脂の流動特性のひとつ。一般的には、溶融粘度の事を指す。他にも、伸長粘度、粘弾性という特徴がある。
◎粘弾性:粘性と弾性の性質を持つ。ばねとダッシュポットのモデルで説明される。時間軸を長くすると様々な現象も説明
◎熱可塑性樹脂:熱を加えると溶融して柔らかくなり、冷やすと固まる樹脂
◎熱硬化性樹脂:熱を加えると硬化反応を起こし固まる樹脂
◎熱伝導率:熱の伝えやすさを表す。SI単位でW/m・K
◎ノズル:成形機のノズルや、ホットランナーのノズルを指す。

ハ行

◎パージ:成形機のシリンダー内にある樹脂を排出する事。樹脂を変えるときに行う。
◎ハーモニカ入子:ハーモニカの形をした構造の入子部品、ガスを排出する為に金型に設置する。
◎バッフル:金型の冷却回路に板を入れて冷媒が行き来できるようにした構造のもの。
◎バブラー:金型冷却回路の一種、噴水が湧き出るように冷媒が流れるようにしている。
◎ばり:成形時キャビティからPL面へ樹脂が漏れ出してしまう現象。バリ取りが必要になるので、修正が必要
◎バルブゲート:ホットランナーのゲートがピンの上下動作で開閉式になっているもの。
◎非結晶性樹脂:分子鎖がランダムに配列して結晶部分がない樹脂。例:ポリスチレン(PS) ポリ塩化ビニル(PVC)
◎白化:突き出しした時に過分な力により変形変色しておこる。又、内部残留応力によっても起こる。
◎BLM(ビーエルエム):境界層メッシュの事。外側をプリズムで押し出して中をテトラメッシュで埋めて作成される。
◎ピーエル(PL):パーティングラインの略。金型のキャビコアの割線の事。
◎ヒーター:成形機、ホットランナー、金型等で使用されている。カートリッジヒータ、バンドヒータ、鋳込みと種類多
◎比熱:単位質量当たりの1℃温度を上げるのに必要な熱量 J/g・K
◎PVT(ピーブイティー):P(Pressure)圧力、V(Volume)体積、T(Temperture)温度の状態を表す事
◎ファウンテンフロー:樹脂が流れるのを噴水が沸き上がるようにと模した言葉。真ん中をメインで流れる。
◎フラッシュ:バリの事。
◎フィラー:添加剤の事。目的に応じて異なるものを混ぜる。一例。強度を増すのにガラス、炭素繊維を樹脂に混ぜる。
◎プラメディア:樹脂流動解析CAEの一つで2次元半をメインとしていた。サイバネットシステム合併吸収された。
◎プラネッツX:PlanetsX(樹脂流動解析ソフト)現在は、ANSYSのアドインソフトとなっている。
◎プリ:プリプロセッサーの省略呼称、CAEでソルバーに渡す前段階の作業を行います。(メッシュ作成等)
◎フローマーク:ゲートから流れていく樹脂の先頭が金型に接する時に暴れてしまい転写不良がおこり縞が出る現象
◎プリズムメッシュ:三角柱の形状のメッシュ
◎ヘキサメッシュ:六面体のメッシュ
◎ヘジテーション:ためらい流れの事。樹脂が流れる際、流動抵抗より射出圧力が上がっていないで一時止まった様子
◎ペレット:プラスチックを粒状にしたもの。
◎ベント:金型から、空気を逃がす隙間、溝の事(エアーベントの事)標準的には1/100~2/100mm程度
◎保持圧力(保圧):成形機が金型を保持している状態、樹脂を金型に充填して追加で樹脂補充する時の圧力の事。
◎ボイド:肉厚部で樹脂が収縮した際に外側が先に固化し引っ張られて内部に空洞が出来る現象。空気等の巻き込みもある
◎ポスト:ポストプロセッサーの省略呼称。ソルバーでの計算終了後、結果を表示するプログラムの事
◎ポーラス材:ポーラス構造を持つ材料の事。金型から余剰ガス等を排出するのに使用される。
◎ホットランナー:樹脂が通る湯道が冷えないように温めているもの。ノズル、マニホールド、ヒーター等の部品で構成

マ行

◎メッシュ:解析で計算するために形状を分割する必要があり格子状になることからメッシュと呼ぶ。形で呼び名が異なる。
◎メルト:樹脂の溶けている状態の事
◎メルトフローインデックス:(MFI)樹脂の品質管理の項目として活用されている。数値が落ちると劣化の判断
◎メルトフローレート:(MFR) 樹脂をある一定の温度で重しを載せて押し出された樹脂の重さを測定(g)
◎メルトフロント:樹脂流動先端の事。
◎Moldex3D:モルデックススリーディーと呼ぶ。台湾メーカーのコアテックシステムが開発している樹脂流動解析ソフト
◎MoldFlow:AutodeskMoldflowの事。樹脂流動解析では、トップシェア。

ヤ行

◎焼け:製品表面が黒く焼け焦げた状態となる事。金型内の空気や、樹脂から出る分解ガスが断熱圧縮で焦げて出来る。
◎有限差分法:微分方程式を解く際に差分近似方程式で解くことを指す。FDMとも呼ぶ。
◎有限体積法:計算の離散化の一種、FVMと呼ばれる。計算する積分点は体積を持っている。
◎有限要素法:数値解析法の一種、FEM解析とも呼ばれる。
◎融点:個体が液体になる温度。樹脂の場合は、この温度になると熔融していく。
◎湯道:ランナーの古い表現

ラ行

◎ランナー(コールドランナー):樹脂が通る湯道の事をいう。加熱して冷えないようにしたものは、ホットランナーと呼ぶ
◎リターンピン:イジェクタープレートが前進して製品を突き出しした後、そのプレートを元に戻す為のピン
◎流動:樹脂が金型の体積を満たすまで流れる工程の事。流入とも呼ぶ。
◎流動ソルバー:樹脂の流れを計算させるプログラム、偏微分方程式を解くことになる。ナビエストークスが有名である。

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