谷藤 眞一郎
株式会社HASL

はじめに

HASLは、プラスチック押出成形プロセスを実用的に解析可能なソフトウェアの開発/販売を専業とするベンチャー企業でである。

2010年の起業以来，先端的な解析技術及びプリ/ポスト技術を駆使し、様々な問題に対応できるソフトウェアを製品化している。

計算安定性に優れ，計算時間が短く，操作性の良いソフトウェアの実用化を目標に掲げ開発を継続しており、国内外の多くのユーザが、既にこれらのソフトウェアを活用して押出成形品の生産性や品質の向上を図っている。

2.5D解析技術

2.5D解析技術とは

Generalized Hele-Shaw formulation

射出成形CAE分野で長年培われてきた圧力勾配流れ用2.5D解析技術を牽引流れと圧力勾配流れの双方を定量化可能な仕様へ独自のアイデアに基づき一般化し、スクリュー押出機内樹脂流動の高速/高精度2.5D解析技術を実用化た。

3Dモデルの2.5D展開技法

UV mapping technology

CG分野のテクスチャーマップで利用されている3Dモデルの2D展開技法(UV mapping)を応用し、複雑形状モデルを効率的に作成可能なプリプロセッシング機能を構築し、ユーザーが自由自在に解析モデルをカスタマイズ可能にした。

このような技法は、Low end CAEでは対応できず、High end CAEでは対応可能であるものの、高度な技術と多大な作業時間を要しする。

HASL製品の位置づけ

High end CAEとLow end CAEのいいとこどり

従来のHigh end CAEは高精度が得られましたが、高コストでした。主に専任解析担当者を配置できるR&D部門で使われている。

従来のLow end CAEは低コストですが、解析結果の精度は「ほどほど」でした。思いに専任の解析担当者を配置できない成形現場で用いられていた。

HASLはLow end CAE並みに簡単な入力操作で短時間に結果が得られます。解析結果は3Dデータとして出力される。

競合製品との比較

HASL製品は下表に示すように、解析モデルをCADデータで入力する必要が無く、3Dモデル図で出力されます。

代表的な製品

Single Screw Simulator

単軸スクリュ押出機用解析ソフトウェア

機能

単軸スクリュー押出機のホッパー/ソリッドフイード領域内における固体ペレットの搬送（圧力）状態や溶融可塑化領域内における固体ソリッドベッドと溶融領域の分布状態、計量領域と混合領域における溶融樹脂の熱流動状態を一貫して定量化できる。

特長

バリアフライトや複雑なミキシングエレメントを配置した一般的な単軸スクリューにも対応可能な実用的解析システムである。

解析例

圧力分布、温度分布、滞留時間分布、ソリッドベッド分布等の解析が可能です。下図にはスクリュ回転数によるスクリュ軸方向の圧力分布の実験検証結果を示しす。

 

Twin Screw Simulator

同方向回転二軸スクリュ押出機内熱流動解析ソフトウェア

機能

二軸スクリュ緒元の数値入力により、効率的にモデルの基本形状を作成するテンプレート機能と、ユーザごとの個別モデルに柔軟に対応可能なカスタマイズ機能を併せ持っている。

解析に必要なメッシュ分割作業や境界条件設定作業などは、意識する必要がない。

特長

圧力勾配流れ/推進流れ/漏洩流れの全てを考慮可能なGeneralized Hele-Shaw formulationの採用により、大規模2.5Dモデルの高精度／高速演算が可能である。

解析例

圧力分布、温度分布。充満率分布等の解析が可能である。

下の図は、スクリュ回転数に対する圧力分布の実測値と計算結果を比較したものである。

 

Flat Simulator

コートハンガーダイ用解析ソフトウェア

上流側ランナーはスクリュー押出機と連結しているため円形断面、下流側リップランド出口では、シート成形のために矩形断面形状。

この大きな断面形状の変化を経て流れる樹脂流動を出口で均一化させるため、多くの技術者がMD/TD断面形状やマニフォールド形状の最適設定に苦心している。

機能

ランナー、マニフォールド、プリランド、チョーク、リップランドから構成されるフラットダイ（コートハンガーダイ）内の熱流動状態と樹脂滞留時間を定量化ができる。

特長

TD/MD断面形状やマニフォールド断面形状を自在にモデリングするテンプレート機能に加え、各領域の流路クリアランスを任意に変更可能なカスタマイズ編集機能を装備している。

解析例

圧力分布、温度分布、流速分布、滞留時間分布、法線分布等の解析が可能です。下図はダイリップにおける流速分布（赤）と滞留時間分布（青）を解析した結果である。

 

Spiral Simulator

スパイラルマンドレルダイ解析用ソフトウェア

上流側ランナーはスクリュー押出機と連結しているため円形断面、下流側ダイは、二重管断面形状。円管を二重管の壁面に連結することで樹脂のウェルド（会合）が形成される。

多くの技術者は、ウェルドを低減するためのスパイラルチャネルの最適設計に苦心している。

機能

ランナー、スパイラルチャネル、先端ダイから構成されるスパイラルマンドレルダイ内の熱流動状態と樹脂滞留時間を定量化できる。

特長

解析モデルを効率的に生成するテンプレート機能に加え、各領域の流路クリアランスを任意に変更可能なカスタマイズ編集機能を装備している。

また、トレーサー粒子の運動シミュレーション機能を利用することでウェルドラインの可視化が可能である。

解析例

圧力分布、温度分布、流速分布等が解析可能である。

下の図は4条スパイラルダイリップにおける流速分布とウェルドライン発生の様子を解析した結果である。