| 研究課題/領域番号 |
20K04223
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| 研究機関 | 金沢大学 |
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研究代表者 |
北山 哲士 金沢大学, 設計製造技術研究所, 教授 (90339698)
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| 研究分担者 |
伊藤 誠 金沢大学, 機械工学系, 助教 (30845160)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | 最適設計 / 機械学習 / プラスチック射出成形 / 多目的最適化 |
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| 研究実績の概要 |
プラスチック射出成形品の品質と生産性を劇的に改善するためには，金型内の水管経路設計の抜本的な見直しと，革新的射出成形法の研究開発が必要である．プラスチック部品の代表的な品質不良であるウェルドラインの抑制と生産性向上を目的とし，RHCMの金型温度プロファイルとプロセスパラメータの最適条件をシミュレーションによって決定した．型締力は，射出成形時に金型が開こうとするのを押さえる力であり，これを小さくすることでより小さな射出成形機での生産ができ，消費電力（エネルギー）の削減にも繋がると考えた．また，射出時間とウェルドラインの関係をシミュレーションで調べ，射出時間を短くすることがウェルドラインの抑制に効果があることが判明した．しかし，射出時間が短すぎると，溶融樹脂がキャビティに充填しないショートショットが発生することが判明したため，ショートショットの定量化方法を考案し，それを制約条件として扱った．また，研究初年度は，水管経路に流れる冷却水の圧力損失が小さくなるような三次元冷却水管経路を設計・製造した．それを用いて，型締力の低減と射出時間を短くするようなプロセスパラメータの最適値を機械学習を用いた最適設計法を用いて決定し，検証実験を行った．その結果，型締力と射出時間の間のトレードオフ関係を明らかにすると同時に，最適なプロセスパラメータを決定した．シミュレーション結果を射出成形機を用いて実験し，その妥当性を検証することができた．設計した三次元冷却水管は一様に加熱冷却できていることをシミュレーション上で確認した．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
水管内に流れる冷却水の圧力損失を小さくするような三次元冷却水管経路の設計を行い，また金属３Dプリンターを用いて製作した．プラスチック部品の品質として考えているウェルドラインと，生産性の指標の一つとして，新たに型締力が有効であることをシミュレーションによって決定することができた．機械学習を用いた最適設計法を用いて，プロセスパラメータの多目的最適化を実施し，パレートフロントを同定し，最適なプロセスパラメータを決定することができた．さらに，シミュレーション結果を用いて射出成形機を用いた実験を行い，最適化を行ったシミュレーションの妥当性を検証することができた．
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| 今後の研究の推進方策 |
RHCMのプロセスパラメータには，これまで扱ってきたプロセスパラメータに加え，金型温度プロファイルがあり，これを含めた全体最適化を行う必要がある．今後は，品質であるウェルドラインや反り，生産性指標として代表的なサイクルタイムなどを考えた，３目的以上の多目的最適化を行う方針である．RHCMの加熱方式についても，多方面から検討し，シミュレーションのみならず，実験でも行うことができる方式を検討していく．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
研究分担者が未使用のため，次年度使用額が生じている．次年度は，分担者の研究計画を見直すとともに，計画通り進めるようにする．
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