(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電着塗装により被塗物を塗装するシミュレーション解析において、前記被塗物に形成された隙間の液溜まり状態を予測する電着塗装の液溜まり予測方法であって、
前記隙間において液溜まりが生じる閾値を算出する工程と、
各隙間において、隙間寸法が前記閾値より大きい領域を表面流体領域に設定する工程と、
隙間寸法が前記閾値以下の領域を狭小流体領域に設定する工程と、
前記表面流体領域を被塗物表面高さ方向に、１層のメッシュに分割する工程と、
前記狭小流体領域を被塗物表面高さ方向に、前記１層のメッシュよりも細かい複数のメッシュに分割する工程と、
を含むことを特徴とする電着塗装の液溜まり予測方法。
【請求項２】
さらに前記メッシュ分割された各要素にナビエストークス方程式を適用し、各要素の挙動を算出する工程を含み、
前記ナビエストークス方程式は、表面張力のパラメータを含むことを特徴とする請求項１に記載された電着塗装の液溜まり予測方法。
【請求項３】
前記各要素の挙動を算出する工程にあっては、
流体領域を電着液に設定する工程と、
重力方向を指定する工程と、
流体領域における外部との境界を空気とする工程と、
所定時間進行させる工程と、
加温による温度変化の条件を加え、所定時間進行させる工程と、
パネル表面の電着液が収束状態であるかを判定する工程とを含み、
前記収束状態の判定結果に基づき、液だれの状態を予測することを特徴とする請求項２に記載された電着塗装の液溜まり予測方法。
【請求項４】
コンピュータに、電着塗装により被塗物を塗装するシミュレーション解析を実行させ、前記被塗物に形成された隙間の液溜まり状態を予測するためのプログラムであって、
前記隙間において液溜まりが生じる閾値を算出するステップと、
各隙間において、隙間寸法が前記閾値より大きい領域を表面流体領域に設定するステップと、
隙間寸法が前記閾値以下の領域を狭小流体領域に設定するステップと、
前記表面流体領域を被塗物表面高さ方向に、１層のメッシュに分割するステップと、
前記狭小流体領域を被塗物表面高さ方向に、前記１層のメッシュよりも細かい複数のメッシュに分割するステップと、
を有することを特徴とするプログラム。
【請求項５】
さらに前記メッシュ分割された各要素にナビエストークス方程式を適用し、各要素の挙動を算出するステップを有し、
前記ナビエストークス方程式は、表面張力のパラメータを含むことを特徴とする請求項４に記載されたプログラム。
【請求項６】
前記各要素の挙動を算出するステップにあっては、
流体領域を電着液に設定するステップと、
重力方向を指定するステップと、
流体領域における外部との境界を空気とするステップと、
所定時間進行させるステップと、
加温による温度変化の条件を加え、所定時間進行させるステップと、
パネル表面の電着液が収束状態であるかを判定するステップとを含み、
前記収束状態の判定結果に基づき、液だれの状態を予測することを特徴とする請求項５に記載されたプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電着塗装の液溜まり予測方法及びプログラムに関し、特に電着塗装により被塗物を塗装するシミュレーション解析において、被塗物を電着槽から引き上げた際の液溜まりの状態、ひいては加温後の液だれの状態を予測することのできる電着塗装の液溜まり予測方法及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば自動車の製造工程において、図９に示すような車両ボディＷ（被塗物）の外板及び袋部内などに対し、防錆等を目的とした下地塗装が行われる。一般に、この下地塗装においては、被塗物である車両ボディＷなどを、塗料が充填された電着槽に浸漬しつつ槽内を移動させ、被塗物に塗膜形成する電着塗装が行われている。より具体的には、前記電着塗装は、図１０に模式的に示すように電着槽５０内に水性塗料からなる電着液５１が充填され、さらに槽底部に複数設けられた塗料攪拌機５２によって槽内の電着液５１に所定の流れが形成される。そして、コンベアーなどの搬送手段５３にハンガー５４を介して車体ボディＷを吊着すると共に車体ボディＷを槽内の電着液５１に浸漬し、前記搬送手段５３により車体ボディＷを槽５０内で移動させる。
【０００３】
図１１に模式的に示すように、例えばカチオン電着塗装の場合、槽５０内においては車体ボディＷ側を陰極とし、槽５０内に設置した陽極板６０との間に直流電流が流される。これにより、電着液５１において水の電気分解が生じ、塗料粒子５１ａとＯＨ−が反応する中和作用によって車体ボディＷの表面に塗膜５５が析出される。
【０００４】
前記のように被塗物が車両ボディＷの場合、その表面に必要最低限の厚さの塗膜を形成する必要がある。しかしながら、車両ボディＷを電着槽５０内に浸漬した場合、例えば袋部内では膜形成の時間がかかるため、長時間の浸漬となり、外板や内板外側における塗膜の析出が過剰となる。そのため外板や内板外側の膜厚が厚くなりすぎ、無駄なコストが生じるという課題が生じていた。
前記課題を少しでも解決するためには、例えば特許文献１のように、電着塗装のシミュレーションを行うことによって、必要最低限の膜厚の塗膜を形成し、且つ余剰な塗膜を出来るだけ低減できるような電着塗装に係る諸条件（塗膜形成に関連したパラメータ群）を求めることが必要といえる。
【０００５】
ところで、車体ボディＷを電着液に浸漬してこれを引き上げた際、袋状部位には電着液が溜まり、乾燥処理のために車体ボディＷを加温すると溜まった電着液が沸騰して溢れ、２次たれが生じるという問題がある。
このような課題に対し特許文献２には、車体パネルから所定範囲内の小領域のみを流体領域とし、流体領域における外部との境界を空気とすることにより車体ボディが電着槽から離脱する状態を模擬する解析方法が開示されている。
この方法によれば、車体パネルの引上後に袋状部分等に残存した電着液の挙動を解析し、電着液が自重によりパネル表面に沿って下方へ流出するか否かを知ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−４１３９５号公報
【特許文献２】特許第４７２９２９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
また、前記のように電着槽５０に浸漬される車両ボディＷには、例えば２枚の板を合わせて形成された部位が多数存在し、それら部位には電着液５１が浸入する微小な隙間が存在する。
しかしながら、特許文献２に開示される解析方法にあっては、実際の車体ボディの引上後に、前記微小な隙間に表面張力により保持された液溜まりが存在しても、そのような液溜まりは引上の際、即座に自重により流れ落ちるものとして予測されていた。
また、前記微小な隙間に表面張力により保持された液溜まりは、車体ボディＷが加温されて乾燥処理されると、表面張力が低下し、パネル表面に液たれすることが知見されているが、それをシミュレーションにおいて予測することができないという課題があった。
【０００８】
本発明は、前記した点に着目してなされたものであり、電着塗装により被塗物を塗装するシミュレーション解析において、被塗物を電着槽から引き上げた際、被塗物に存在する微小な隙間の液溜まりの状態、ひいては加温後の液だれの状態を予測することのできる電着塗装の液溜まり予測方法及びコンピュータ実行可能なプログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記した課題を解決するために、本発明に係る電着塗装の液溜まり予測方法は、電着塗装により被塗物を塗装するシミュレーション解析において、前記被塗物に形成された隙間の液溜まり状態を予測する電着塗装の液溜まり予測方法であって、前記隙間において液溜まりが生じる閾値を算出する工程と、各隙間において、隙間寸法が前記閾値より大きい領域を表面流体領域に設定する工程と、隙間寸法が前記閾値以下の領域を狭小流体領域に設定する工程と、前記表面流体領域を被塗物表面高さ方向に、１層のメッシュに分割する工程と、前記狭小流体領域を被塗物表面高さ方向に、前記１層のメッシュよりも細かい複数のメッシュに分割する工程と、を含むことに特徴を有する。
尚、さらに前記メッシュ分割された各要素にナビエストークス方程式を適用し、各要素の挙動を算出する工程を含み、前記ナビエストークス方程式は、表面張力のパラメータを含むことが望ましい。
また、前記各要素の挙動を算出する工程にあっては、流体領域を電着液に設定する工程と、重力方向を指定する工程と、流体領域における外部との境界を空気とする工程と、所定時間進行させる工程と、加温による温度変化の条件を加え、所定時間進行させる工程と、パネル表面の電着液が収束状態であるかを判定する工程とを含み、前記収束状態の判定結果に基づき、液だれの状態を予測することが望ましい。
【００１０】
このような方法によれば、電着塗装により被塗物を塗装するシミュレーション解析において、被塗物引き上げ後に液溜まりが生じる隙間を狭小流体領域とし、その領域を表面からの高さ方向に複数のメッシュの要素に分割するとともに、各要素の挙動を解析する演算式に、表面張力のパラメータが含められる。
これにより、シミュレーションにおいて被塗物を引き上げた際に、液溜まりする部位の特定だけでなく、加温後の表面張力の低下により生じる液だれの状態を予測することができる。
即ち、シミュレーション解析において液だれの状態を検証することによって、電着塗装後に液だれの生じないモデル設計を行うことができる。
【００１１】
また、前記課題を解決するために本発明に係るプログラムは、コンピュータに、電着塗装により被塗物を塗装するシミュレーション解析を実行させ、前記被塗物に形成された隙間の液溜まり状態を予測するためのプログラムであって、前記隙間において液溜まりが生じる閾値を算出するステップと、各隙間において、隙間寸法が前記閾値より大きい領域を表面流体領域に設定するステップと、隙間寸法が前記閾値以下の領域を狭小流体領域に設定するステップと、前記表面流体領域を被塗物表面高さ方向に、１層のメッシュに分割するステップと、前記狭小流体領域を被塗物表面高さ方向に、前記１層のメッシュよりも細かい複数のメッシュに分割するステップと、を有することに特徴を有する。
尚、さらに前記メッシュ分割された各要素にナビエストークス方程式を適用し、各要素の挙動を算出するステップを有し、前記ナビエストークス方程式は、表面張力のパラメータを含むことが望ましい。
また、前記各要素の挙動を算出するステップにあっては、流体領域を電着液に設定するステップと、重力方向を指定するステップと、流体領域における外部との境界を空気とするステップと、所定時間進行させるステップと、加温による温度変化の条件を加え、所定時間進行させるステップと、パネル表面の電着液が収束状態であるかを判定するステップとを含み、前記収束状態の判定結果に基づき、液だれの状態を予測することが望ましい。
【００１２】
このようなプログラムをコンピュータに実行させることにより、電着塗装により被塗物を塗装するシミュレーション解析において、被塗物引き上げ後に液溜まりが生じる隙間を狭小流体領域とし、その領域を表面からの高さ方向に複数のメッシュの要素に分割するとともに、各要素の挙動を解析する演算式に、表面張力のパラメータが含められる。
これにより、シミュレーションにおいて被塗物を引き上げた際に、液溜まり部位の特定だけでなく、加温後の表面張力の低下により生じる液だれの状態を予測することができる。
即ち、シミュレーション解析において液だれの状態を検証することによって、電着塗装後に液だれの生じないモデル設計を行うことができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、電着塗装により被塗物を塗装するシミュレーション解析において、被塗物を電着槽から引き上げた際、被塗物に存在する微小な隙間の液溜まりの状態、ひいては加温後の液だれの状態を予測することのできる電着塗装の液溜まり予測方法及びコンピュータ実行可能なプログラムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、電着塗装により被塗物を塗装するシミュレーション解析において、本発明の電着塗装の液溜まり予測方法を実施する設計支援シミュレーション装置のハードウエア構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、情報処理装置により実行される各機能を示す機能ブロック図である。
【図３】図３は、設計支援シミュレーション装置による電着塗装の液溜まり予測方法のステップを示すフローである。
【図４】図４は、電着液が溜まる隙間寸法の閾値Ｄを算出する方法を説明するための断面図である。
【図５】図５は、表面流体領域と狭小流体領域とを説明するための車体パネルの断面図である。
【図６】図６は、表面流体領域と狭小流体領域とを説明するための車体パネルの断面図である。
【図７】図７は、表面流体領域と狭小流体領域とをメッシュ分割した状態を示す車体パネルの断面図である。
【図８】図８は、表面温度係数と粘性係数の温度に対する変化を示すグラフである。
【図９】図９は、被塗物としての車体ボディの側面図である。
【図１０】図１０は、被塗物である車両ボディを電着槽に浸漬した状態を示す断面図である。
【図１１】図１１は、電着塗装の原理を説明するために槽内の状態を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係る電着塗装の液溜まり予測方法及びプログラムの実施の形態につき、図面に基づいて説明する。
図１は、電着塗装により被塗物を塗装するシミュレーション解析において、本発明の電着塗装の液溜まり予測方法を実施する設計支援シミュレーション装置のハードウエア構成を示すブロック図である。
【００１６】
図示する設計支援シミュレーション装置１は、電着塗装のシミュレーションを行い、解析モデルを形成する情報処理装置２と、ユーザからの各種要求を受け付ける入力装置３と、情報処理装置２が行った処理結果を出力する出力装置４とを備える。また、情報処理装置２は、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）等のネットワークＮＷを介してＣＡＤ装置５に接続されている。
【００１７】
情報処理装置２は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）１００と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）等により構成された主記憶装置１０１と、Ｉ／Ｏインタフェース１０２と、ネットワークインタフェース１０３と、ハードディスク等により構成された補助記憶装置１０４とを有する。
また、補助記憶装置１０４には、電着塗装の解析モデルを形成し電着液の液溜まり状態を解析するための各機能を実施するプログラムが記憶されている。そして、前記各機能は、ＣＰＵ１００（コンピュータ）が補助記憶装置１０４に格納されている前記プログラムを主記憶装置１０１にロードして実行することにより実現される。
また、入力装置３は、キーボードやマウス等により構成され、ユーザからの各種要求や解析条件等を受け付けて情報処理装置２に出力するものである。
また、出力装置４は、例えば液晶ディスプレイにより構成され、情報処理装置２が出力する画像情報を出力するものである。
【００１８】
次に、情報処理装置２により実行される各機能について説明する。
図２は、情報処理装置２により実行される各機能を示す機能ブロック図である。図２に示すように、情報処理装置２には、制御部１０と、データ取得部１１と、解析部１２と、出力部１３とが具備される。
制御部１０は、情報処理装置２の全体の動作を制御する。また、制御部１０は、入力装置２を介して設計者が入力する各種要求を受け付ける。そして制御部１０は、前記受け付けた要求に従い、データ取得部１１、解析部１２、及び出力部１３を制御し、設計者からの要求に応じた各種の処理を行う。
【００１９】
また、データ取得部１１は、ネットワークＮＷに接続されているＣＡＤ装置４との間で通信し、解析データの授受を行う。例えば、データ取得部１１は、ネットワークＮＷを介してＣＡＤ装置４にアクセスし、ＣＡＤ装置４に格納されている設計情報（ＣＡＤ情報）を取得する。また、データ取得部１１は、入力装置２を介して、設計者が入力する解析に用いる各種条件の入力を受け付ける。
また、解析部１２は、ＣＡＤ装置４から取得した車体ボディの設計情報及び解析条件情報を用いて、電着塗装のシミュレーション結果（解析モデル）を出力する。
また、出力部１３は、解析部１２から解析結果を取得し、その解析結果を示す画像情報を生成し、出力装置３に、その生成した画像情報を出力する。
【００２０】
続いて、設計支援シミュレーション装置１による電着塗装の液溜まり状態の予測方法について図３のフローに沿って説明する。
先ず、設計者はＣＡＤ装置４において車体ボディの形状を形成する。そして、設計者が入力装置３を介して入力した命令をデータ取得部１１が受け付け、この命令に従い補助記憶装置１０４に格納されている前記プログラムが主記憶装置１０１にロードされ実行される。
【００２１】
前記プログラムが実行されると、制御部１０がＣＡＤ装置４から車体ボディの設計情報を解析部１２に供給する（図３のステップＳ１）。
解析部１２においては、車体ボディの設計情報に基づき、車体パネル上の隙間（例えば２枚のパネル間の隙間）に電着液が溜まる隙間寸法の閾値Ｄを算出する（図３のステップＳ２）。この閾値Ｄの算出方法について説明すると、図４に示すように例えばパネル３０、３１間に寸法ｄの隙間がある場合、そこに入り込んだ電着液５１の重量が表面張力より小さければ垂れずに溜まる状態となる。
【００２２】
図４の断面図を二次元の面として考えれば、重量（隙間寸法ｄ×高さ寸法Ｌ×密度ρ×重力加速度ｇ）が４箇所の張力の合計よりも小さければ液が溜まることになる。したがって、式（１）、式（２）が成立し、閾値Ｄは式（３）と定義できる。尚、式中のＦは表面張力、θは液面のパネルに対する接触角である。
【数１】
0006535287.tif 000002
【数２】
0006535287.tif 000003
【数３】
0006535287.tif 000004
【００２３】
次いで、解析部１２は、算出した閾値Ｄの２分の１の寸法Ｄ／２の高さ（パネル表面からの高さ）を表面流体領域（シミュレーション要素として含める電着液５１の流体領域）に設定する（図３のステップＳ３）。
また、解析部１２は、パネルの隙間ｄが閾値Ｄ以下の領域を狭小流体領域（シミュレーション要素として含める電着液５１の流体領域）に設定する（図３のステップＳ４）。
【００２４】
前記ステップＳ３、Ｓ４について具体的に説明すると、図５に示すようにパネル３２上に寸法ｄ１の隙間４０と寸法ｄ２の隙間４１とがあり、ｄ１＞閾値Ｄ、ｄ２≦閾値Ｄの場合、電着槽内に浸漬された状態では、隙間４０にはパネル表面からＤ／２の高さまで表面流体領域が形成されるものと設定される。また、隙間４１内はすべて狭小流体領域が形成されるものと設定される。
即ち、このパネル３２を電着槽から引き上げると、図６に示すように隙間４０からは電着液５１が流れ落ち、隙間４１には電着液５１が溜まるものとされる。
【００２５】
次に解析部１２は、図７に示すようにステップＳ３で設定した表面流体領域を１層の要素にメッシュ分割にし、狭小流体領域を複数（図では１０層）の要素に細かくメッシュ分割する（図３のステップＳ５）。
ここで設計者が入力装置３から入力した条件に基づき、流体領域が電着液５１に設定され（図３のステップＳ６）、また、重力方向が設定され（図３のステップＳ７）、さらに流体領域における外部との境界が空気に設定される（図３のステップＳ８）。
【００２６】
さらに設計者が入力装置３を介して入力した指示により、槽引き上げ後の状態から所定時間経過するよう計算が進行される。これは、被塗物の表面から電着液が重力により流れ落ちることを考慮した処理である。
また、解析部１２は、加温による条件を加え、所定時間進行させて（図３のステップＳ１０）、パネル表面の電着液が収束状態であるか（乾燥し定着したか否か）を判定する（図３のステップＳ１１）。
前記ステップＳ１１において電着液が収束状態で無ければ、加温を継続して所定時間進行させ（図３のステップＳ１０）、これを収束状態になるまで繰り返す（図３のステップＳ１１）。
【００２７】
ここで、前記ステップＳ１１での収束状態を判定する際の演算式について説明する。
図８（ａ）は、解析部１２が計算した表面張力係数σと温度との関係を示す曲線のグラフであり、図８（ｂ）は、粘性係数μと温度との関係を示す曲線のグラフである。
図８（ａ）、図８（ｂ）に示すように温度が上昇すると表面張力係数σ、粘性係数μは徐々に低下する。
【００２８】
本実施の形態において使用する演算式は、これら表面張力係数σ及び粘性係数μの変化を考慮したものであり、式（４）のナビエストークス方程式（運動量保存式）で表される。
尚、図（４）において表面張力Ｆｖｉ（ｘ）は、式（５）に示す通りである。また、式（４）において、ｘｉは位置座標（ｍ）、ｕｉはｘｉ方向の流速（ｍ／ｓ）、ｔは時間（ｓ）、ρは密度（ｋｇ／ｍ３）、Ｐは圧力（Ｐａ）、μは粘性係数（Ｐａ・ｓ）、ｇｉは重力加速度（ｍ／ｓ２）、βは体積膨張率（ｌ／Ｋ）、Ｔは温度（Ｋ）、Ｔ０は基準温度（Ｋ）である。また、式（５）において、σは表面張力係数、κは表面の曲率、ｎｉは表面の法線ベクトル、ρは平均密度（ρ１＋ρ２）／２である。
【００２９】
【数４】
0006535287.tif 000005
【数５】
0006535287.tif 000006
【００３０】
解析部１２においては、各メッシュ分割された要素領域に前記式（４）を適用し、時間の経過による挙動をみることになる。
また、狭小流体領域において、シミュレーション上の時間経過により表面張力が低下すれば、前記式（４）のバランスが崩れ、液だれが発生する。言い換えれば、解析モデルにおいて、液溜まりの部位の特定だけでなく、液だれの発生量や流れ方、垂れ跡の位置等が特定される。
【００３１】
以上のように本発明に係る実施の形態によれば、電着塗装により被塗物を塗装するシミュレーション解析において、被塗物引き上げ後に液溜まりが生じる隙間を狭小流体領域とし、その領域を表面からの高さ方向に複数のメッシュの要素に分割するとともに、各要素の挙動を解析する演算式に、表面張力のパラメータが含められる。
これにより、シミュレーションにおいて被塗物を引き上げた際に、液溜まりとなる部位の特定だけでなく、加温後の表面張力の低下により生じる液だれの状態を予測することができる。
即ち、シミュレーション解析において液だれの状態を検証することによって、電着塗装後に液だれの生じないモデル設計を行うことができる。
【００３２】
尚、前記実施の形態においては、狭小流体領域を高さ方向に１０のメッシュに細かく分割するものとしたが、その形態に限定されるものではなく、複数のメッシュ分割であればよく、例えば５分割や１５分割などでもよい。
また、前記実施の形態においては、被塗物を車体ボディとしたが、その形態に限定されるものではなく、電着塗装可能な被塗物であれば、車体ボディ以外のものにも適用することができる。
【符号の説明】
【００３３】
１          設計支援シミュレーション装置
２          情報処理装置
３          入力装置
４          出力装置
５          ＣＡＤ装置
１０        制御部（コンピュータ）
１１        データ取得部
１２        解析部（コンピュータ）
１３        出力部
５０        電着槽
５１        電着液
１００      ＣＰＵ（コンピュータ）
１０１      主記憶装置
１０４      補助記憶装置
Ｗ          車体ボディ（被塗物）
【図１】
0006535287.tif 000007
【図２】
0006535287.tif 000008
【図３】
0006535287.tif 000009
【図４】
0006535287.tif 000010
【図５】
0006535287.tif 000011
【図６】
0006535287.tif 000012
【図７】
0006535287.tif 000013
【図８】
0006535287.tif 000014
【図９】
0006535287.tif 000015
【図１０】
0006535287.tif 000016
【図１１】
0006535287.tif 000017