(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱炉内に設置した成形型を熱風により加熱する場合における上記成形型の温度を予測する方法であって、
上記成形型近傍を含めて上記加熱炉内の任意の点での風速を気流解析により算出する風速算出ステップと、
上記風速算出ステップにより求めた任意の点での風速のうち上記成形型近傍の風速に基づいて上記成形型の表面温度を算出する温度算出ステップと、
を含むことを特徴とする、成形型の温度予測方法。
【請求項２】
前記温度算出ステップで算出した表面温度が前記成形型で均一分布となるまで前記風速算出ステップに戻り、前記加熱炉内に導入する熱風の総量及び向きを再設定して前記気流解析を行うことを特徴とする、請求項１に記載の成形型の温度予測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成形型に熱風を当てて加熱する際の成形型の温度を予測する、成形型の温度予測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両の部品のうち、例えばインストルメントパネルなどは、パウダースラッシュ成形などにより製造されている。パウダースラッシュ成形とは、加熱した成形型を合成樹脂パウダーの入ったパウダーボックス上に被せてパウダーボックスと共に回転することで、成形型に沿ったパウダー層を形成させてゲル化した後、成形型を冷却することにより成形品の製造を行う技術である。
【０００３】
図３は、パウダースラッシュ成形の工程の一例を模式的に示す図である。図中の実線の矢印Ａは成形型１の移動方向を示し、点線の矢印Ｂは移動機構４０による成形型１の移動を示す。パウダースラッシュ成形は、図３に示すように、加熱炉１０内に成形型１を搬送機２０のハンガー２１に吊り下げて加熱炉１０内に搬送して成形型１を加熱する工程と、搬送機２のハンガー２１から成形型１を取り外しパウダーボックス３０を下側からあてがって成形型１とパウダーボックス３０とを一緒に回転させて成形型１の内表面にパウダー層を形成する工程と、移動機構４０により浴槽５０の上方に移動させて水冷を行う工程と、成形型１から成形品２を取り外す工程と、を順次行って成形される。
【０００４】
図４は、図３に示す加熱炉１０内の概略図で、（ａ）は成形型１に対する熱風の吹き出し口１１の位置関係を示す図、（ｂ）は吹き出し口１１の構造の概略を示す図である。
加熱炉１０は、図４（ａ）に示すように、加熱炉１０内に搬送された成形型１の下側から熱風を吹き出す吹き出し口１１を備え、吹き出し口１１から導入された熱風で成形型１を加熱することができる構成となっている。吹き出し口１１は、吹き出し量及び向きを制御するための吹き出し調整手段として、例えば、図４（ｂ）に示すように、上側ルーバー１１ａと該上側ルーバー１１ａに直交した下側ルーバー１１ｂの上下二段のルーバーを備えている。各ルーバー１１ａ，１１ｂは図示しない回転駆動部により揺動して、吹き出す熱風の総量及び熱風の向きの調整を行うことができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、インストルメントパネル等の成形品を製造する場合には、品質確保の要請から、加熱炉１０内での成形型１の温度を均一化することが必要である。
しかしながら、熱風により成形型１を加熱する場合、成形型１の形状に依存するため成形型１を均一に加熱するには熱風の総量や向きを逐一調整する必要があるが、ルーバー１１ａ，１１ｂの開度の調整は試行錯誤して、トライアンドエラーで行われる。そのため、経験と熟練が必要になるばかりか不良品が作製されるため、成形の手間やコスト高となる課題がある。
【０００６】
特に、図３に示すような一連の工程の中で併産車両の部品がある場合には、その異種の成形型に対しても熱風の総量や向きが最適条件となるよう試行錯誤を繰り返すことが必要になる。同一の製造工程の中で、例えば、Ａ車用の成形型、Ｂ車用の成形型、Ｃ車用の成形型の他に新車用の成形型を用いて成形を行う場合には、新車用の成形型で、感覚やコツでルーバーの開度を調整して成形を行って品質の確認を行い、成形不良であれば再度ルーバーの開度を調整する必要があるだけでなく、４種類の成形型を用いて成形を行ってもルーバーの開度が同一で成形不良が生じないよう、ルーバーの開度の調整を繰り返す必要がある。
【０００７】
そこで、本発明は、上記課題に鑑み、成形型を熱風で加熱して成形する際、熱風の吹き出し量及び向きを調整する吹き出し調整手段の調整を効率良く行う、成形型の温度予測方法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】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は、加熱炉内に設置した成形型を熱風により加熱する場合における成形型の温度を予測する方法であって、成形型近傍を含めて加熱炉内の任意の点での風速を気流解析により算出する風速算出ステップと、風速算出ステップにより求めた任意の点での風速のうち成形型近傍の風速に基づいて成形型の表面温度を算出する温度算出ステップと、を含むことを特徴とする。
上記構成において、好ましくは、温度算出ステップで算出した表面温度が成形型で均一分布となるまで風速算出ステップに戻り、加熱炉内に導入する熱風の総量及び向きを再設定して気流解析を行う。
【０００９】
上記構成によれば、加熱炉内での熱風の風速解析結果に基づいて、風速と温度との関係を用いて成形型の温度を予測することができるので、加熱炉内に導入する熱風の総量や向きを調整して気流解析によるシミュレーションを行い、そのシミュレーション結果に基づいて成形型の温度の適否を判断することができる。そのため、実際にルーバーなどの吹き出し調整手段の調整を逐一行って成形を行う必要がないため、加熱炉内への熱風の吹き出し調整の条件出しを行う労力が軽減され、従来と比べて短時間で、且つ精度良く熱風の吹き出し量及び向きの調整を行うことができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、加熱炉内での風速を気流解析により行い、その結果により成形型の温度を机上で予測することができる。よって、事前に成形の成否について検討を行うことができ、成形型に対して当てる熱風の総量や向きの事前調整を短時間かつ資材を無駄使いせず行うことができる。また、形状や大きさの異なる成形型を同一の成形工程で同時に並列的に製造する際に、各成形型に対して当てる熱風の総量や向きを同一にして成形可能かどうか事前に判断でき、成形不良を少なくして製造コストの削減や時間短縮を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を説明する。
図１は、本発明の成形型の温度予測方法のフローを示す図である。図１に示すフロー図は、例えば図３に示すように熱風を加熱炉１０内に導入することで加熱炉１０内に配置された成形型１の加熱を行い、その後、加熱された成形型にパウダーボックスが当てがわれてパウダーボックス３０と成形型１とが共に回転して成形型の内面形状に沿ったパウダー層を形成するパウダー層形成処理、成形型１の水冷処理及び脱型処理を行うことで、成形品を製造する場面の準備段階を想定している。また、図１に示すフローには、コンピュータのＣＰＵ（集中制御部）がコンピュータの記憶部に記憶されたプログラムを読み取り実行することで実現される処理、即ち、初期設定処理（ＳＴＥＰ２）及び気流解析処理（ＳＴＥＰ３）も含まれている。
【００１２】
本発明は、加熱炉内の成形型の加熱温度を加熱炉内に導入した熱風の気流解析結果に基いて、成形型近傍での風速から経験的に予測しようとするものである。そのため、予め実際の加熱炉内での成形型の温度分布を例えば赤外線サーモグラフィーなどの温度検出器を用いて測定を行う一方、その成形型近傍での風速を成形型に設けたセンサーの検出結果や気流解析の結果から求めることで、風速と温度との変換式を求めておく。
【００１３】
加熱炉内に成形型を入れて熱風により成形型を加熱して成形を行う場合には、予めコンピュータなどを用いてシミュレーションを行い、加熱炉内に導入する熱風の風量や向きを調整する調整手段の調整具合をどのようにするか決定する。
その際、先ず、成形に用いる成形型の形状や大きさ、風速と温度との変換式Ｔ＝ｆ（ｕ）の入力設定を行う（ＳＴＥＰ１）。
ここで、変換式は、例えば次式のように表すことができる。
Ｔ＝ｆ（ｕ）＝Ａｓｑｒｔ（ｕ）＋Ｂ
ここで、Ｔは成形型の温度ｔ（℃）、ｕは風速（ｍ／秒）、Ａ，Ｂは実験的に求めた定数であり、ｓｑｒｔ（ｕ）はｕの平方根を示す関数である。
【００１４】
この変換式は、流動中の流体とこれに接する固体表面との間に温度差がある場合に生じる熱伝達の一式、即ち、連続の式、ナビエ・ストークスの式及び熱エネルギーのつりあいの式などからモデリングを行うことによっても求められる。しかし、成形型の形状が一般に複雑であることから、次のように実験的に求めるのがよい。
実際に用いる加熱炉における熱風の吹き出し口の調整手段を制御してその吹き出し口の開度、即ち熱風の総量と向きとを変化させて成形型の加熱を行い、赤外線放熱エネルギー検出器で成形型の温度分布を求める。一方、その際の成形型の各位置での風速を気流解析で求めたり、センサーで検出する。そして、これらの成形型での温度分布の結果と風速との関係とから、前述の式での関数ｆ（ｕ）の適切な形や定数Ａ，Ｂの値を精度よく求めることができる。
【００１５】
図２は、変換式をグラフ化して示す図である。横軸は風速（ｍ／秒）であり、縦軸は成形型の予測温度（℃）を示している。図２に示すグラフは、上記変換式において、Ａ＝１６２．３８，Ｂ＝１３８．０６として実験的に求めたものである。
ここで求められた成形型の温度予測式や定数Ａ，Ｂなどの基本情報は、予めプログラム上に導入しておくことで、ＣＰＵに入力設定を行うことができる。
【００１６】
このようにしてバックデータの設定入力（ＳＴＥＰ１）の後、実際に成形型を加熱する加熱炉内への吹き出し総量及び風向きの初期値の設定入力がされる（ＳＴＥＰ２）。この範囲は、熱風の吹き出し量及び風向は、成形処理を行う者が予め成形型の形状や大きさ、成形素材、例えばパウダースラッシュ成形の場合であれば、合成樹脂パウダーの種類に応じて決められ、バックデータの設定入力と共に、予め範囲を設けて設定されておくことで、後のステップにおいて例えばプルダウンで選択することができる。
【００１７】
次に、気流解析処理を行う（ＳＴＥＰ３）。
気流解析処理は、いくつかの段階に別れ、先ず、実際の加熱炉へ導入する熱風の総量や風向きを調整するための調整手段の調整値の設定を行う（ＳＴＥＰ３ａ）。例えば、調整手段が図４（ｂ）に示すような上下一対のルーバー１１ａ，１１ｂの場合には、各ルーバー１１ａ，１１ｂの開度及び向きの条件値の設定を行う。
その後、熱風の調整手段、例えばルーバーから熱風を導入した際の加熱炉内での任意領域での風速を算出する（ＳＴＥＰ３ｂ）。ここで、風速は、例えばナビエ・ストークスの式のように一般的な式から予め入力されている成形型の形状や大きさから境界条件を考慮して求められる。その際、市販の流体解析モジュールを用いて算出してもよい。
その後、加熱炉内の任意領域のうち成形型近傍における各領域の風速を上記変換式に代入することにより、成形型の任意の表面における温度を算出して予測する（ＳＴＥＰ３ｃ）。
続いて、成形型の任意表面における予測温度に基づく成形型の温度分布が、成形品に適した範囲にあるか否かを判断する（ＳＴＥＰ３ｄ）。例えば、成形型の温度分布の最大値と最小値が既定の範囲内にあるかどうかなどを判断して、判定を行う。特に、成形型の温度分布が均一であるか否かを判定することで、成形不良を少なくすることができる。特に成形型１に対して当たる熱風が少ない場合には成形型１の温度が低くなるので、均一に熱風が当たるようにしなければならないこともこの判定で確認することができる。
判定の結果、ＮＧであれば、ＳＴＥＰ３ａに戻り、上下ルーバーの開度及び向きの条件について再設定を行い、ＳＴＥＰ３ｄの判定がＯＫとなるまで繰り返す。
【００１８】
そして、ＳＴＥＰ３ｄでＯＫとなった時のＳＴＥＰ３ａの熱風の調整手段の条件値、例えば、上下ルーバーの開度及び向き条件値を、成形時に加熱炉で成形型を加熱する際の熱風の調整手段に反映させて、実際のルーバー等の調整手段を調整する（ＳＴＥＰ４）。
その後、実際に、調整された調整手段により熱風の総量及び向きが調整された状態で、加熱炉内で成形型の加熱を行うが、実際の加熱炉内に設けられたサーモグラフィーなどの温度計測機器により成形型の温度分布が測定され、適正に成形型が加熱されているか、実際の温度分布の適正判断を行う（ＳＴＥＰ５）。このとき、ＳＴＥＰ３の気流解析により求めた条件設定が好ましくなければ、再度ＳＴＥＰ２に戻り、温度分布が適正と判断した場合には、加熱された成形型により成形を行い成形品の成形状況の確認を行う（ＳＴＥＰ６）。
【００１９】
以上説明したように、熱風を用いて加熱される成形型の加熱状況を気流解析とその結果に基づく温度算出によって予測することで、実際の加熱炉の熱風の調整手段の適正条件を求め、その後、実際の加熱炉において適正条件下で成形型の加熱を行って適正条件の確認を行うことで、成形型の加熱条件を無駄なくかつ効率的に得ることができる。これにより、成形品を効率的に作製することができ、安価に車両部品などの成形品を得ることができる。
【００２０】
以上の説明ではパウダースラッシュ成形を前提にしたが、成形型を予め熱風で加熱して成形を行う各種成形技術に適用でき、また成形品も例えば基材／ポリウレタンフォーム／表皮の３層からなるソフトインストルメントパネルなどの表皮成形を行うことができ、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の成形型の温度予測方法のフローを示す図である。
【図２】図１でのバックデータの入力として入力される変換式をグラフ化して示す図である。
【図３】パウダースラッシュ成形の工程の一例を模式的に示す図である。
【図４】図３に示す加熱炉内の概略図で、（ａ）は成形型に対する熱風の吹き出し口の位置関係を示す図、（ｂ）は吹き出し口の構造の概略を示す図である。
【符号の説明】
【００２２】
１：成形型
２：成形品
１０：加熱炉
１１：吹き出し口
１１ａ，１１ｂ：ルーバー
２０：搬送機
２１：ハンガー
３０：パウダーボックス
４０：移動機構
５０：浴槽
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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