(57)【要約】【課題】解析時間を長大化することなく、より正確な解析結果を得ること。【解決手段】缶容器に対応する寸法および質量を有した中空の円筒型外殻部ｍ４１を規定する外殻規定部２０と、外殻部ｍ４１の内部を満たす飲料部分に対応する寸法および質量を有した中実の円柱型中実部ｍ４２を規定する中実規定部３０と、任意の回転軸回りの外殻慣性モーメントＪｃおよび中実慣性モーメントＪｖを算出する慣性モーメント算出部４０と、中実慣性モーメントＪｖに流体部分の粘度Ｃに応じた補正を行う慣性モーメント補正部５０と、中実部ｍ４２が外殻部ｍ４１の内部を満たす位置に配置され、かつ外殻慣性モーメントＪｃを有する外殻部ｍ４１と補正慣性モーメントＪｖ′を有する中実部ｍ４２とが一体に運動するものとして解析モデルＡＭ４の合成を行う解析モデル合成部６０とを備え、この解析モデルＡＭ４に基づいて運動の解析を行う。【選択図】        図１
2005050206.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器の内部に流体が封入された製品の運動を解析する方法において、
製品の諸元データが与えられた場合に容器と流体部分とをそれぞれ個別のモデル要素として規定するモデル要素規定工程と、
所定の回転軸が与えられた場合に前記モデル要素規定工程で規定されたそれぞれのモデル要素に対して当該回転軸回りの慣性モーメントを個別に算出し、容器のモデル要素に対しては該算出した慣性モーメントを対応付ける一方、流体部分のモデル要素に対しては算出した慣性モーメントに流体粘性に応じた補正を施した後にこれを対応付け、さらに各モデル要素が一体に運動するものとして解析モデルの規定を行う解析モデル規定工程と、
前記解析モデル規定工程で規定された解析モデルに基づいて運動の解析を行う解析工程と
を含むことを特徴とする製品の運動解析方法。
【請求項２】
前記解析モデル規定工程は、与えられた諸元データから得られる流体の粘度をＣとした場合、流体部分のモデル要素に対して算出された慣性モーメントに下式を満たす補正係数Ｐを乗算し、該乗算結果を流体部分のモデル要素に対応付けることを特徴とする請求項１に記載の製品の運動解析方法。
Ｐ＝ａ×Ｃb
但し、ａおよびｂは、前記モデル要素規定工程で規定された容器のモデル要素の内部形状および内部寸法から決定される係数および指数である。
【請求項３】
容器の内部に流体が封入された製品の運動を解析する装置において、
製品の諸元データが与えられた場合に容器と流体部分とをそれぞれ個別のモデル要素として規定するモデル要素規定手段と、
所定の回転軸が与えられた場合に前記モデル要素規定手段によって規定されたそれぞれのモデル要素に対して当該回転軸回りの慣性モーメントを個別に算出し、容器のモデル要素に対しては該算出した慣性モーメントを対応付ける一方、流体部分のモデル要素に対しては算出した慣性モーメントに流体粘性に応じた補正を施した後にこれを対応付け、さらに各モデル要素が一体に運動するものとして解析モデルの規定を行う解析モデル規定手段と
を備え、前記解析モデル規定手段によって規定された解析モデルに基づいて運動の解析を行うことを特徴とする製品の運動解析装置。
【請求項４】
前記解析モデル規定手段は、与えられた諸元データから得られる流体の粘度をＣとした場合、流体部分のモデル要素に対して算出された慣性モーメントに下式を満たす補正係数Ｐを乗算し、該乗算結果を流体部分のモデル要素に対応付けることを特徴とする請求項３に記載の製品の運動解析装置。
Ｐ＝ａ×Ｃb
但し、ａおよびｂは、前記モデル要素規定手段で規定された容器のモデル要素の内部形状および内部寸法から決定される係数および指数である。
【請求項５】
前記モデル要素規定手段は、
容器の諸元データが与えられた場合に該諸元データに対応する形状、寸法および質量を有した中空の第１モデル要素を、容器のモデル要素として規定する第１モデル要素規定部と、
流体部分の諸元データが与えられた場合に前記第１モデル要素規定手段によって規定された第１モデル要素の内部を満たす形状、寸法および質量を有した中実の第２モデル要素を、流体部分のモデル要素として規定する第２モデル要素規定部と
を備えることを特徴とする請求項３に記載の製品の運動解析装置。
【請求項６】
前記解析モデル規定手段は、
所定の回転軸が与えられた場合に前記モデル要素規定手段によって規定されたそれぞれのモデル要素に対して当該回転軸回りの慣性モーメントを個別に算出する慣性モーメント算出部と、
流体部分のモデル要素に対して前記慣性モーメント算出部が算出した慣性モーメントを、与えられた流体部分の諸元データから得られる粘度に応じて補正を行う慣性モーメント補正部と、
前記モデル要素規定手段によって規定された流体部分のモデル要素が容器のモデル要素の内部を満たす位置に配置され、かつ前記慣性モーメント算出部が算出した慣性モーメントを容器のモデル要素に対応付ける一方、前記慣性モーメント補正部が補正した慣性モーメントを流体部分のモデル要素に対応付ける解析モデル合成部と
を備えたことを特徴とする請求項３に記載の製品の運動解析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、缶入り飲料やペットボトル飲料等のように、容器の内部に流体を封入した製品の運動を解析する方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、機器や機構を作製する場合には、設計段階において予め仮想の解析モデルを用いて種々のシミュレーションを行い、当該シミュレーションの解析結果を実際の製品に反映させることが行われている。例えば、缶容器の内部に飲料が封入された缶入り飲料やペットボトル容器の内部に飲料が封入されたペットボトル飲料等の商品を販売する自動販売機においても、商品を収納する収納ラック、投入された商品を収納ラックに搬送するためのトップトレイ、あるいは収納ラックに収納された商品を払い出すためのベンドメックやシュータ等々、商品を取り扱う自動販売機の内部機構を作製する場合には、コンピュータシステムにおいて解析モデル化した商品および内部機構を用いて商品の挙動をシミュレーションし、このシミュレーションの解析結果から得られる商品の挙動を考慮した設計を行うようにしている。
【０００３】
商品の解析モデル化に関しては、従来より種々の方法が提案されている。例えば、自動販売機の商品である缶入り飲料を、中実の円柱状を成す仮想の剛体要素（以下、単に円柱型剛体要素という）として取り扱うのも、こうしたシミュレーションにおける解析モデル化の一例である。
【０００４】
図７は、缶入り飲料の解析モデルとして円柱型剛体要素を用いた運動解析のための説明図である。ここで示した解析例は、缶入り飲料が内部機構の傾斜面Ｓを転動する場合を想定しており、傾斜面Ｓを転動する際の缶入り飲料の速度変化をシミュレーションするものである。
【０００５】
この運動解析で用いられる缶入り飲料の解析モデルＡＭ１は、外形寸法や総質量（缶容器＋飲料部分）といった缶入り飲料の諸元データが与えられた場合に、この諸元データに対応する寸法および質量を有した単一の円柱型剛体要素ｍ１として規定され、この円柱型剛体要素ｍ１が傾斜面Ｓに載置されたものとして運動の解析が行われる。円柱型剛体要素ｍ１が載置される傾斜面Ｓには、予め表面の摩擦係数や傾斜角度等の条件が規定されている。
【０００６】
傾斜面Ｓに載置された円柱型剛体要素ｍ１は、重力の作用並びに傾斜面Ｓの表面から受ける摩擦力Ｆ１により、重心を通る軸心Ｃ１回りに回転し、傾斜面Ｓに沿って転動を開始する。転動によって円柱型剛体要素ｍ１の重心が移動する速度（以下、単に転がり速度Ｖ１という）は、円柱型剛体要素ｍ１の軸心Ｃ１回りにおける慣性モーメントの影響を受けることになり、傾斜面Ｓとの間に滑りがないものとすると、当該円柱型剛体要素ｍ１の運動方程式に、上述した種々の入力データを代入することによって算出され、図８中の太い実線で示すように、時間の経過とともに大きくなる傾向を示す。
【０００７】
同図８中にプロットされた白抜き丸印は、実際の缶入り飲料を傾斜面Ｓで転動させた際の重心の転がり速度Ｖ０を計測した実測結果である。この実測結果と上述したシミュレーションによる解析結果とでは、時間の経過とともにそれぞれの転がり速度Ｖ０，Ｖ１が大きくなる傾向は同様となる。
【０００８】
しかしながら、両者の間には、個々の値に大きな差が生じている。具体的には、実際の缶入り飲料が転動する場合の転がり速度Ｖ０に対して、円柱型剛体要素ｍ１が転動する場合の転がり速度Ｖ１はその変化率が小さく、個々の値も小さいものとなっている。これは、缶入り飲料を解析モデル化する際に、中空の缶容器と、缶容器の内部に封入された飲料部分とを一体に回転する円柱型剛体要素ｍ１として取り扱った結果、軸心Ｃ１回りの慣性モーメントが実際の缶入り飲料のそれよりも過大となることに起因して発生したものと考えられる。従って、図７に示した解析モデルＡＭ１を用いて商品の挙動をシミュレーションした場合には、特に、短時間の内に転動方向が変化するような運動を解析する際に、慣性モーメントの影響がより大きなものとなって現れることになり、解析精度が著しく低下することになる。
【０００９】
こうした問題を解決するには、缶容器に封入された飲料部分を流体として取り扱う解析モデルを用いることが考えられる。例えば、図９および図１０に示す解析例では、缶入り飲料の缶容器のみを中空円柱状の剛体要素（以下、単に円筒型剛体要素ｍ２１という）として規定するとともに、内部に封入される飲料部分を複数の微小球型を成す剛体要素（以下、単に微小球型剛体要素ｍ２２という）が集合したものとして規定した解析モデルＡＭ２を用いるようにしている（例えば、特許文献１参照）。この解析モデルＡＭ２では、微小球型剛体要素ｍ２２のそれぞれが円筒型剛体要素ｍ２１の内部を個別に、かつ自由に移動できるものとして規定され、それぞれの移動の際、各微小球型剛体要素ｍ２２の相互間、並びに円筒型剛体要素ｍ２１との間に接触力（摩擦力Ｆ２２）が発生するように規定されている。
【００１０】
上記のような解析モデルＡＭ２を適用してシミュレーションを行えば、円筒型剛体要素ｍ２１のみが重力の作用並びに傾斜面Ｓの表面から受ける摩擦力Ｆ２により、重心を通る軸心Ｃ２回りに回転して傾斜面Ｓを転動する。この間、微小球型剛体要素ｍ２２は、円筒型剛体要素ｍ２１の回転に伴って相互間や円筒型剛体要素ｍ２１との間に摩擦力Ｆ２２を生じさせながら円筒型剛体要素ｍ２１の内部を自由に移動することになり、流体と同様の流動性を呈するようになる。この結果、仮想の解析モデルＡＭ２であっても、慣性モーメントが過大となることはなく、実際の缶入り飲料に近い挙動を示すようになり、転がり速度Ｖ１に関しても実測結果に即した解析結果を得ることが可能になる。
【００１１】
【特許文献１】特開２０００−３２２４０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
図９および図１０に示した解析モデルＡＭ２を適用するシミュレーションにあっては、正確な解析を行う場合、微小球型剛体要素ｍ２２の数量をできるだけ増やすことが好ましい。つまり、微小球型剛体要素ｍ２２の数量が増えれば、流体としての流動性がより顕著に現れるようになり、正確な解析結果を得ることが可能になる。
【００１３】
しかしながら、微小球型剛体要素ｍ２２の数量を増やした場合には、個々の挙動を解析演算するために必要となる運動方程式の数も増えることとなる。このため、正確な解析を行うためには、膨大な量の演算を行わなければならず、コンピュータシステムを用いるとはいえ、解析のために必要となる時間が長大となる結果、実用性の点で問題がある。
【００１４】
本発明は、上記実情に鑑みて、解析時間を長大化することなく、より正確な解析結果を得ることのできる運動解析方法および運動解析装置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】
【００１５】
上記の目的を達成するために、本発明の請求項１に係る製品の運動解析方法は、容器の内部に流体が封入された製品の運動を解析する方法において、製品の諸元データが与えられた場合に容器と流体部分とをそれぞれ個別のモデル要素として規定するモデル要素規定工程と、所定の回転軸が与えられた場合に前記モデル要素規定工程で規定されたそれぞれのモデル要素に対して当該回転軸回りの慣性モーメントを個別に算出し、容器のモデル要素に対しては該算出した慣性モーメントを対応付ける一方、流体部分のモデル要素に対しては算出した慣性モーメントに流体粘性に応じた補正を施した後にこれを対応付け、さらに各モデル要素が一体に運動するものとして解析モデルの規定を行う解析モデル規定工程と、前記解析モデル規定工程で規定された解析モデルに基づいて運動の解析を行う解析工程とを含むことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の請求項２に係る製品の運動解析方法は、上述した請求項１において、前記解析モデル規定工程が、与えられた諸元データから得られる流体の粘度をＣとした場合、流体部分のモデル要素に対して算出された慣性モーメントに下式を満たす補正係数Ｐを乗算し、該乗算結果を流体部分のモデル要素に対応付けることを特徴とする。
Ｐ＝ａ×Ｃb
但し、ａおよびｂは、前記モデル要素規定工程で規定された容器のモデル要素の内部形状および内部寸法から決定される係数および指数である。
【００１７】
また、本発明の請求項３に係る製品の運動解析装置は、容器の内部に流体が封入された製品の運動を解析する装置において、製品の諸元データが与えられた場合に容器と流体部分とをそれぞれ個別のモデル要素として規定するモデル要素規定手段と、所定の回転軸が与えられた場合に前記モデル要素規定手段によって規定されたそれぞれのモデル要素に対して当該回転軸回りの慣性モーメントを個別に算出し、容器のモデル要素に対しては該算出した慣性モーメントを対応付ける一方、流体部分のモデル要素に対しては算出した慣性モーメントに流体粘性に応じた補正を施した後にこれを対応付け、さらに各モデル要素が一体に運動するものとして解析モデルの規定を行う解析モデル規定手段とを備え、前記解析モデル規定手段によって規定された解析モデルに基づいて運動の解析を行うことを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の請求項４に係る製品の運動解析装置は、上述した請求項３において、前記解析モデル規定手段が、与えられた諸元データから得られる流体の粘度をＣとした場合、流体部分のモデル要素に対して算出された慣性モーメントに下式を満たす補正係数Ｐを乗算し、該乗算結果を流体部分のモデル要素に対応付けることを特徴とする。
Ｐ＝ａ×Ｃb
但し、ａおよびｂは、前記モデル要素規定手段で規定された容器のモデル要素の内部形状および内部寸法から決定される係数および指数である。
【００１９】
また、本発明の請求項５に係る製品の運動解析装置は、上述した請求項３において、前記モデル要素規定手段が、容器の諸元データが与えられた場合に該諸元データに対応する形状、寸法および質量を有した中空の第１モデル要素を、容器のモデル要素として規定する第１モデル要素規定部と、流体部分の諸元データが与えられた場合に前記第１モデル要素規定手段によって規定された第１モデル要素の内部を満たす形状、寸法および質量を有した中実の第２モデル要素を、流体部分のモデル要素として規定する第２モデル要素規定部とを備えることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の請求項６に係る製品の運動解析装置は、上述した請求項３において、前記解析モデル規定手段が、所定の回転軸が与えられた場合に前記モデル要素規定手段によって規定されたそれぞれのモデル要素に対して当該回転軸回りの慣性モーメントを個別に算出する慣性モーメント算出部と、流体部分のモデル要素に対して前記慣性モーメント算出部が算出した慣性モーメントを、与えられた流体部分の諸元データから得られる粘度に応じて補正を行う慣性モーメント補正部と、前記モデル要素規定手段によって規定された流体部分のモデル要素が容器のモデル要素の内部を満たす位置に配置され、かつ前記慣性モーメント算出部が算出した慣性モーメントを容器のモデル要素に対応付ける一方、前記慣性モーメント補正部が補正した慣性モーメントを流体部分のモデル要素に対応付ける解析モデル合成部とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る製品の運動解析方法および運動解析装置によれば、容器と流体部分とをそれぞれ個別のモデル要素として規定し、かつ容器のモデル要素に対しては算出した慣性モーメントを対応付ける一方、流体部分のモデル要素に対しては算出した慣性モーメントに流体粘性に応じた補正を施した後にこれを対応付け、さらに各モデル要素が一体に運動するものとして解析モデルの規定を行うようにしているため、解析時間を長大化することなく、より正確な解析結果を得ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
まず、本発明の実施例を説明する前に、図７に示したものとは対極的となる解析モデルを用いた運動解析について説明を行う。図１１および図１２に示した解析モデルＡＭ３は、缶入り飲料が内部機構の傾斜面Ｓを転動する場合を想定し、傾斜面Ｓを転動する際の缶入り飲料の速度変化をシミュレーションするためのもので、缶入り飲料の缶容器が円筒型剛体要素ｍ３１として規定してあるとともに、缶入り飲料の飲料部分が円柱型剛体要素ｍ３２として規定してある。
【００２３】
円筒型剛体要素ｍ３１は、寸法や質量といった缶容器の諸元データが与えられた場合に、この諸元データに対応する外径、長さ、板厚および質量を有した単一の剛体として規定したものである。円柱型剛体要素ｍ３２は、質量を含む飲料部分の諸元データが与えられた場合に、この諸元データに対応する質量を有し、かつ円筒型剛体要素ｍ３１の内部を満たす形状および寸法を有した単一の剛体として規定したものである。円筒型剛体要素ｍ３１と円柱型剛体要素ｍ３２との間は、重心を通る軸心Ｃ３付近において相対的に回転可能に連結されているものとして規定してある。尚、解析モデルＡＭ３が載置される傾斜面Ｓに予め表面の摩擦係数や傾斜角度等の条件が規定してあるのは、図７に示した解析例と同様である。
【００２４】
傾斜面Ｓに載置された解析モデルＡＭ３は、重力の作用並びに傾斜面Ｓの表面から受ける摩擦力Ｆ３により、缶入り飲料の缶容器に相当する円筒型剛体要素ｍ３１が重心を通る軸心Ｃ３回りに回転し、傾斜面Ｓに沿って転動を開始する。この場合、缶入り飲料の飲料部分に相当する円柱型剛体要素ｍ３２は、円筒型剛体要素ｍ３１に対して回転可能であり、しかも重力以外の外力が作用しないため、傾斜面Ｓに対して回転することなく傾斜面Ｓに沿って斜め下方へ移動するのみである。この結果、円筒型剛体要素ｍ３１の転動による解析モデルＡＭ３の重心が移動する速度（以下、単に転がり速度Ｖ３という）は、円柱型剛体要素ｍ３２の軸心Ｃ３回りにおける慣性モーメントの影響を受けず、円筒型剛体要素ｍ３１の軸心Ｃ３回りにおける慣性モーメントの影響だけを受けることになり、円筒型剛体要素ｍ３１と傾斜面Ｓとの間に滑りがないものとすると、解析モデルＡＭ３の運動方程式により、図１３中の破線で示すようになる。すなわち、解析モデルＡＭ３によるシミュレーションの解析結果は、実際の缶入り飲料を傾斜面Ｓで転動させた際の転がり速度Ｖ０よりも僅かに大きな変化率をもって、時間の経過とともに大きくなる傾向を示す。
【００２５】
これら実測結果と上述したシミュレーションによる解析結果との相違は、実際の缶入り飲料が転動する場合に飲料部分が缶容器の回転を抑制するように作用していることに起因するものと考えられる。但し、図７の解析例で示したように、中空の缶容器と、缶容器の内部に封入された飲料部分とを一体に回転する円柱型剛体要素ｍ１として取り扱った場合には、軸心Ｃ１回りの慣性モーメントが過大となる。
【００２６】
本発明者らは、これらの解析結果を踏まえて考察を行った結果、飲料部分の慣性モーメントが、缶入り飲料の缶容器と飲料部分との間に作用する粘性に応じた分だけ転がり速度に影響を与えていることを見出し、本発明を創作するに至った。
【００２７】
以下に添付図面を参照して、本発明に係る運動解析装置および運動解析方法の好適な実施例について詳細に説明する。
【実施例】
【００２８】
図１および図２は、本発明に係る運動解析方法を説明するための概念図である。ここで例示する解析例においては、円柱状を成す缶入り飲料（製品）が自動販売機の内部機構において傾斜面Ｓを転動する場合を想定し、この缶入り飲料が傾斜面Ｓを転動する際の速度変化をシミュレーションするもので、缶入り飲料の缶容器を外殻部（第１モデル要素）ｍ４１として規定し、かつ缶入り飲料の飲料部分を中実部（第２モデル要素）ｍ４２として規定した解析モデルＡＭ４を用いるようにしている。
【００２９】
外殻部ｍ４１は、形状、寸法および質量といった缶容器の諸元データが与えられた場合に、この諸元データに対応する形状、寸法および質量を有した単一の剛体として規定されるものである。本実施例においては、缶容器の形状が中空の円柱状であることを示す形状データ、缶容器の外径、長さ、板厚を示す寸法データ、缶容器の質量を示す質量データが与えられた場合に、缶容器と同一の寸法および質量を有した中空円柱状剛体要素である外殻部ｍ４１が規定されることになる。尚、缶容器の質量に関しては、必ずしも直接諸元データとして与える必要はない。例えば、缶容器の材質名とその密度とを関連付けたデータベースを予め用意しておけば、缶容器の質量の代わりに材質名が与えられた場合でも、この材質名から特定される密度と、諸元データから算出される体積とから質量を導出することが可能である。
【００３０】
中実部ｍ４２は、質量および粘度といった飲料部分の諸元データが与えられた場合に、この諸元データに対応する質量を有し、かつ外殻部ｍ４１の内部を満たす形状および寸法を有した単一の剛体として規定されるものである。本実施例においては、外殻部ｍ４１の形状および寸法が規定された時点で中実部ｍ４２の形状および寸法が決定されることになり、さらに飲料部分の質量を示すデータが与えられた場合に、缶容器の内部に封入された飲料部分と同一の寸法および質量を有した中実円柱状剛体要素として中実部ｍ４２が規定されることになる。尚、飲料部分の質量および／または粘度に関しては、必ずしも直接諸元データとして与える必要はない。例えば、飲料部分の成分名とその密度とを関連付けたデータベースを予め用意しておけば、飲料部分の質量の代わりに成分名が与えられた場合でも、この成分名から特定される密度と、外殻部ｍ４１の形状および寸法から特定される中実部ｍ４２の体積とから質量を導出することが可能である。同様に、飲料部分の成分名とその粘度とを関連付けたデータベースを予め用意しておけば、飲料部分の粘度の代わりに成分名が与えられた場合でも、この成分名から粘度を特定することが可能である。この場合、上述したデータベースに温度状態ごとの粘度を関連づけて格納し、かつ飲料部分の諸元データとして温度データを与えるようにしても良い。
【００３１】
また、これら規定された外殻部ｍ４１および中実部ｍ４２に対しては、それぞれ傾斜面Ｓを転動する際に回転軸となる軸心Ｃ４、つまり個々の重心を通る軸心Ｃ４回りの慣性モーメントＪｃ，Ｊｖを算出する。外殻部ｍ４１および中実部ｍ４２の各慣性モーメントＪｃ，Ｊｖは、それぞれに規定された形状、寸法および質量から既知の演算式を適用して適宜算出することが可能である。
【００３２】
さらに、中実部ｍ４２の慣性モーメントＪｖに対しては、その粘性に応じた補正を行う。この中実部ｍ４２の慣性モーメントＪｖに対する補正は、「飲料部分の慣性モーメントが、缶入り飲料の缶容器と飲料部分との間に作用する粘性に応じた分だけ転がり速度に影響を与える」という上述の考察結果に基づいて行うものである。具体的には、飲料部分の粘度Ｃに応じた補正係数Ｐを規定し、この補正係数Ｐを中実部ｍ４２の慣性モーメントＪｖに乗算することによって補正慣性モーメントＪｖ′（＝Ｊｖ×Ｐ）を算出するようにしている。
【００３３】
図３に示したグラフは、飲料部分の粘度Ｃと、実際の缶入り飲料を転動させた場合の実験結果から導出した補正係数Ｐとの関係を示したものである。同図３においては、実線が缶入り飲料における両者の関係を示し、破線がビン・ペットボトル飲料における両者の関係を示している。この実験結果から明らかなように、外径の大小に関わらず、いずれの缶入り飲料においても、飲料部分の慣性モーメントＪｖに対する補正係数Ｐは、飲料部分の粘度Ｃに対して累乗の関係にあることが分かる。飲料部分の粘度Ｃに関しては、その値が大きいほど缶容器の転がり速度に対して飲料部分の慣性モーメントＪｖが大きな影響を与えていることが分かる。さらに、飲料部分の粘度Ｃが同一である場合には、容器の形状が複雑なものであるほど、その慣性モーメントＪｖが缶容器の転がり速度に大きな影響を与えていることが分かる。
【００３４】
これらの結果から、上述した補正係数Ｐとしては、飲料部分の粘度をＣとした場合、下式（１）を満たすものとして表すことができる。
Ｐ＝ａ×Ｃb            ・・・  （１）
【００３５】
上式（１）のａおよびｂは、外殻部ｍ４１の内部形状から決定される係数および指数である。これらａおよびｂの具体的な値は、実際の缶入り飲料を転動させることによって予め求めておくことが可能であり、例えば、φ＝５２ｍｍ前後の細径缶入り飲料の場合には、ａ＝０．１４、ｂ＝０．３６であり、ペットボトル飲料の場合には、ａ＝０．３６、ｂ＝０．１７となる。つまり、係数ａは、容器が複雑な形状なものであるほど大きな値となり、指数ｂは、容器が複雑な形状なものであるほど小さな値となり、これらの係数ａおよび指数ｂに基づいて規定される補正係数Ｐは、容器が複雑な形状なものであるほど大きい値であるが、変化率が小さい傾向の値となる。
【００３６】
上記のようにして重心を通る軸心Ｃ４回りの慣性モーメントＪｃを算出した外殻部ｍ４１、および重心を通る軸心Ｃ４回りの補正慣性モーメントＪｖ′を算出した中実部ｍ４２は、互いの軸心Ｃ４を合致させた状態で中実部ｍ４２が外殻部ｍ４１の内部を満たす位置に配置され、かつ互いに一体に運動する解析モデルＡＭ４として規定されることになる。尚、解析モデルＡＭ４が載置される傾斜面Ｓに予め表面の摩擦係数や傾斜角度等の条件が規定されているのは、図７に示した解析例と同様である。
【００３７】
傾斜面Ｓに載置された解析モデルＡＭ４は、重力の作用並びに傾斜面Ｓの表面から受ける摩擦力Ｆ４により、重心を通る軸心Ｃ４回りに回転し、傾斜面Ｓに沿って転動を開始する。この場合、傾斜面Ｓとの間に滑りがないものとし、かつ傾斜面Ｓに沿った変位をｘ、軸心Ｃ４回りの角度変化をθすると、傾斜面Ｓに沿った重心の並進運動に関する運動方程式が下式（２）のようになり、重心を通る軸心Ｃ４回りの回転運動に関する運動方程式が下式（３）のようになる。
【００３８】
【数１】
2005050206.tif 000003
【数２】
2005050206.tif 000004
【００３９】
ここで、ｇは重力加速度、αは傾斜面Ｓの傾斜角度、Ｍは缶入り飲料の総質量（缶容器＋飲料部分）、ｒは缶容器の半径である。
【００４０】
これらの運動方程式から、解析モデルＡＭ４の傾斜面Ｓに沿った変位ｘおよび解析モデルＡＭ４の重心が傾斜面Ｓに沿って移動する転がり速度Ｖ４は、それぞれ下式（４）および（５）で表すことができるようになる。
【００４１】
【数３】
2005050206.tif 000005
【数４】
2005050206.tif 000006
【００４２】
図４は、上述の解析モデルＡＭ４を用いた缶入り飲料の運動解析を具現化するための運動解析装置を示したものである。ここで示した運動解析装置は、例えば記録媒体に記録したプログラムをコンピュータシステムに読み込ませることによって実現されるもので、主制御部１０、外殻規定部（第１モデル要素規定部）２０、中実規定部（第２モデル要素規定部）３０、慣性モーメント算出部４０、慣性モーメント補正部５０、解析モデル合成部６０および演算処理部７０を備えている。
【００４３】
主制御部１０は、ＲＯＭやＲＡＭ等のメモリ８０に格納されたプログラムやデータおよび／またはキーボードやマウス等の入力手段１を通じて入力された入力データに基づいて運動解析装置を統括的に制御するためのものである。また、この主制御部１０は、出力データが与えられた場合、あるいは出力データを生成した場合には、ディスプレイやプリンタ等の出力手段２を通じて出力データを出力する機能も有している。
【００４４】
外殻規定部２０は、上述した外殻部ｍ４１を規定するためのものである。すなわち、主制御部１０を通じて缶容器に関する形状、外径寸法、長さ寸法、板厚寸法および質量といった諸元データが与えられた場合に、この諸元データと同一の形状、寸法および質量を有した外殻部ｍ４１を規定する部分である。外殻部ｍ４１を規定した外殻部規定データは、主制御部１０に与えられた後、例えばメモリ８０のＲＡＭに格納されることになる。
【００４５】
中実規定部３０は、上述した中実部ｍ４２を規定するためのものである。すなわち、主制御部１０を通じて飲料部分の質量を示す諸元データが与えられ、さらに外殻部規定データが与えられた場合に、諸元データと同一の質量を有し、かつ外殻部ｍ４１の内部を満たす形状および寸法を有した中実部ｍ４２を規定する部分である。中実部ｍ４２を規定した中実部規定データは、主制御部１０に与えられた後、例えばメモリ８０のＲＡＭに格納されることになる。
【００４６】
慣性モーメント算出部４０は、外殻規定部２０で規定された外殻部ｍ４１および中実規定部３０で規定された中実部ｍ４２に対してそれぞれ回転軸回りの慣性モーメントＪｃ，Ｊｖを算出するためのものである。具体的には、主制御部１０を通じて回転軸を特定するためのデータ（例えば回転軸の座標データ）、外殻部規定データおよび中実部規定データが与えられた場合に、既知の演算式を用いてそれぞれの回転軸回りの慣性モーメントＪｃ，Ｊｖの算出を行う。算出した外殻部ｍ４１の慣性モーメント（以下、単に外殻慣性モーメントＪｃという）の値および中実部ｍ４２の慣性モーメント（以下、単に中実慣性モーメントＪｖという）の値は、それぞれが主制御部１０に与えられた後、例えばメモリ８０のＲＡＭに格納されることになる。
【００４７】
慣性モーメント補正部５０は、上述した補正慣性モーメントＪｖ′を算出するためのものである。すなわち、主制御部１０を通じて飲料部分の粘度Ｃを示す諸元データが与えられ、さらに外殻部規定データおよび中実慣性モーメントＪｖの値が与えられた場合に、外殻部規定データに基づいて特定される外殻部ｍ４１の内部形状および内部寸法から係数ａおよび指数ｂを決定するとともに、これら係数ａおよび指数ｂの値と飲料部分の粘度Ｃとから上式（１）に基づいて補正係数Ｐを規定し、この補正係数Ｐを中実慣性モーメントＪｖに乗算することによって補正慣性モーメントＪｖ′の算出を行う。算出した補正慣性モーメントＪｖ′の値は、主制御部１０に与えられた後、例えばメモリ８０のＲＡＭに格納されることになる。
【００４８】
解析モデル合成部６０は、各部で規定されたデータを解析モデルＡＭ４として合成するためのものである。すなわち、主制御部１０を通じて外殻部規定データ、中実部規定データ、外殻慣性モーメントＪｃの値および補正慣性モーメントＪｖ′の値が与えられた場合に、互いの軸心Ｃ４を合致させた状態で中実部ｍ４２が外殻部ｍ４１の内部を満たす位置に配置され、かつ両者が一体に運動するとともに、外殻部ｍ４１が外殻慣性モーメントＪｃを有する一方、中実部ｍ４２が補正慣性モーメントＪｖ′を有するものとして解析モデルＡＭ４の合成を行う。解析モデルＡＭ４を合成した解析モデルデータは、主制御部１０に与えられた後、例えばメモリ８０のＲＡＭに格納されることになる。
【００４９】
演算処理部７０は、主制御部１０を通じて運動の条件を示す条件データが与えられ、さらに解析モデルデータが与えられた場合に、これらのデータに基づいて運動方程式を立てて運動の解析演算を行うためのものである。演算処理部７０による運動の解析結果は、主制御部１０に与えられることになる。
【００５０】
図５は、上述した運動解析装置の主制御部１０が実行する処理内容を示したフローチャートである。以下、このフローチャートを参照しながら、円柱状を成す缶入り飲料が自動販売機の内部機構において傾斜面Ｓを転動する場合の時間経過に伴う傾斜面Ｓに沿った変位ｘおよび転がり速度Ｖ４の変化を解析する方法について説明する。
【００５１】
まず、主制御部１０は、解析に必要となるデータが入力されたか否かを監視する（ステップＳ１０１）。解析に必要となるデータとしては、缶入り飲料の缶容器に関する諸元データ、飲料部分に関する諸元データ、回転軸を特定するための座標データ、運動の条件を設定するための条件データである。
【００５２】
缶容器に関して入力すべき諸元データとしては、缶容器の形状、外径寸法、長さ寸法、板厚寸法および質量を示すものである。但し、上述したように、予めメモリ８０のＲＯＭに缶容器の材質名とその密度とを関連付けたデータベースを用意してある場合には、質量として入力する必要はなく、材質名を入力すれば良い。
【００５３】
飲料部分に関して入力すべき諸元データとしては、飲料部分の質量および粘度Ｃを示すものである。但し、上述したように、予めメモリ８０のＲＯＭに飲料部分の成分名と密度および粘度Ｃとを関連付けたデータベースを用意してある場合には、質量および粘度Ｃを入力する必要はなく、成分名を入力すれば良い。
【００５４】
回転軸を特定するための座標データとしては、入力手段１のキーボードから数値や文字として入力しても良いが、例えば缶容器や飲料部分の諸元データが入力された時点で、対応する画像を出力手段２のディスプレイに表示させ、入力手段１のマウス操作によって指示された画像中の位置を座標データとして取得するようにしても良い。尚、本実施例では、傾斜面Ｓを転動する場合を想定しているため、重心を通る軸心Ｃ４が回転軸となる。
【００５５】
運動の条件を設定するための条件データとしては、本実施例の場合、解析モデルＡＭ４が載置される傾斜面Ｓの摩擦係数や傾斜角度αを示すものである。尚、予めメモリ８０のＲＯＭに材質名とその摩擦係数とを関連付けたデータベースを用意してある場合には、摩擦係数を入力する必要はなく、材質名を入力すれば主制御部１０に傾斜面Ｓの摩擦係数を示すデータが与えられることになる。
【００５６】
解析に必要となるデータが入力されたことを確認した主制御部１０は、外殻規定部２０に缶容器の諸元データを与えることにより、該外殻規定部２０を通じて外殻部ｍ４１を規定し（ステップＳ１０２）、さらに中実規定部３０に飲料部分の諸元データおよび外殻部規定データを与えることにより、該中実規定部３０を通じて中実部ｍ４２を規定する処理を行う（ステップＳ１０３）。
【００５７】
さらに、主制御部１０は、慣性モーメント算出部４０に回転軸の座標データ、外殻部規定データおよび中実部規定データを与えることにより、該慣性モーメント算出部４０を通じて外殻慣性モーメントＪｃおよび中実慣性モーメントＪｖを算出する処理を行う（ステップＳ１０４）。
【００５８】
次いで、主制御部１０は、慣性モーメント補正部５０に粘度Ｃを示すデータおよび外殻部規定データを与えることにより、該慣性モーメント補正部５０を通じて補正係数Ｐを規定する処理を行い（ステップＳ１０５）、さらに慣性モーメント補正部５０に中実慣性モーメントＪｖの値を与えることにより、該慣性モーメント補正部５０を通じて補正慣性モーメントＪｖ′を算出する処理を行う（ステップＳ１０６）。
【００５９】
補正慣性モーメントＪｖ′を算出した主制御部１０は、解析モデル合成部６０に外殻部規定データ、中実部規定データ、外殻慣性モーメントＪｃの値および補正慣性モーメントＪｖ′の値を与えることにより、該解析モデル合成部６０を通じて解析モデルＡＭ４を合成する処理を行う（ステップＳ１０７）。
【００６０】
さらに、主制御部１０は、演算処理部７０に解析モデルデータ、並びに傾斜面Ｓの摩擦係数および傾斜角度αを示すデータを与えることにより、該演算処理部７０を通じて解析モデルＡＭ４の傾斜面Ｓに沿った変位ｘおよび解析モデルＡＭ４の重心が傾斜面Ｓに沿って移動する転がり速度Ｖ４を演算し（ステップＳ１０８）、その演算結果を出力データとして出力手段２に与えることにより、例えば図６に示すように、グラフ化した解析結果の表示を行い（ステップＳ１０９）、今回の処理を終了する。
【００６１】
ここで、上述した運動解析によれば、缶容器の内部に飲料が封入された缶入り飲料を外殻部ｍ４１と中実部ｍ４２とが一体に運動するように解析モデルＡＭ４を規定しているため、解析演算を行うのに必要となる運動方程式としては一つの解析モデルＡＭ４に関わるものだけとなり、解析のために必要となる時間が長大となることはない。
【００６２】
しかも、飲料部分の慣性モーメントＪｖが、缶入り飲料の缶容器と飲料部分との間に作用する粘性に応じた分だけ転がり速度Ｖ４に影響を与えるように解析モデルＡＭ４を規定しているため、外殻部ｍ４１と中実部ｍ４２とが一体に運動するものとして規定した解析モデルＡＭ４であっても、慣性モーメントＪｃ＋Ｊｖ′が過大となることはなく、実際の缶入り飲料に近い挙動を示すようになり、図６に示したように、転がり速度Ｖ４に関しても実測結果に即した正確な解析結果を得ることが可能になる。
【００６３】
なお、上述した実施例では、円柱状を成す缶入り飲料の運動を解析するものを例示しているが、本発明はこれに限定されず、容器の内部に流体が封入された製品であれば、例えばペットボトル飲料等、その他のものにも適用することが可能である。この場合、必ずしも自動販売機の商品である必要もないし、流体が飲料である必要もない。
【００６４】
また、上述した実施例では、傾斜面を転動する場合の製品の速度変化を解析するようにしているが、必ずしも傾斜面を転動する場合の速度変化を解析するものに限らず、回転軸を適宜変更することにより、その他の運動を解析する場合にも適用することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
以上のように、本発明に係る運動解析方法および運動解析装置は、解析時間を長大化することなく、容器の内部に流体が封入された製品の運動を正確に解析する場合に有用であり、特に、シミュレーションの解析結果に基づいて自動販売機等の機器や機構の設計を行うのに適している。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明に係る運動解析方法を説明するための概念図である。
【図２】図１の斜視図である。
【図３】飲料部分の粘度と、実際の缶入り飲料を転動させた場合の実験結果から導出した補正係数との関係を示したグラフである。
【図４】本発明に係る運動解析装置を示した機能ブロック図である。
【図５】図４に示した運動解析装置の主制御部が実行する処理内容を示すフローチャートである。
【図６】図１に示した解析モデルによる転がり速度と、実際の製品を転動させた際の転がり速度とを比較して示すグラフである。
【図７】製品の解析モデルとして容器と流体部分とを一体の円柱型剛体要素として運動解析を行う場合の説明図である。
【図８】図７に示した解析モデルによる転がり速度と、実際の製品を転動させた際の転がり速度とを比較して示すグラフである。
【図９】製品の解析モデルとして容器を円筒型剛体要素、流体部分を複数の微小球型剛体要素として運動解析を行う場合の説明図である。
【図１０】図９の斜視図である。
【図１１】製品の解析モデルとして容器を円筒型剛体要素、流体部分を円柱型剛体要素とし、かつ両者が互いに分離されたものであると規定して運動解析を行う場合の説明図である。
【図１２】図１１の斜視図である。
【図１３】図７に示した解析モデルによる転がり速度と、図１１に示した解析モデルによる転がり速度と、実際の製品を転動させた際の転がり速度とを比較して示すグラフである。
【符号の説明】
【００６７】
１      入力手段
２      出力手段
１０      主制御部
２０      外殻規定部
３０      中実規定部
４０      慣性モーメント算出部
５０      慣性モーメント補正部
６０      解析モデル合成部
７０      演算処理部
８０      メモリ
ＡＭ４      解析モデル
Ｃ      粘度
Ｃ４      軸心
Ｆ４      摩擦力
Ｊｃ      外殻慣性モーメント
Ｊｖ      中実慣性モーメント
Ｊｖ′      補正慣性モーメント
Ｐ      補正係数
Ｓ      傾斜面Ｓ
Ｖ４      転がり速度
ｍ４１      外殻部
ｍ４２      中実部
α      傾斜角度
【図１】
2005050206.tif 000007
【図２】
2005050206.tif 000008
【図３】
2005050206.tif 000009
【図４】
2005050206.tif 000010
【図５】
2005050206.tif 000011
【図６】
2005050206.tif 000012
【図７】
2005050206.tif 000013
【図８】
2005050206.tif 000014
【図９】
2005050206.tif 000015
【図１０】
2005050206.tif 000016
【図１１】
2005050206.tif 000017
【図１２】
2005050206.tif 000018
【図１３】
2005050206.tif 000019