(57)【要約】【課題】金型の温度分布に対応するように冷却配管を効率良く設定する。【解決手段】本方法は、金型Ｍの温度分布１を複数の温度領域２〜５に区画する境界線６〜９を、演算装置により生成する工程と、複数の温度領域２〜５のうち、最も高温の温度領域２における最高温度の位置Ｔ１を始点とし、始点Ｔ１から境界線６に向かうベクトルＶ１を、演算装置により生成する工程と、演算装置により、冷却配管Ｐの位置をベクトルＶ１の方向に沿って設定する工程とを備える。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金型の温度分布に対応するように冷却配管を設定する方法において、
前記温度分布を複数の温度領域に区画する境界線を、演算装置により生成する工程と、
前記複数の温度領域のうち、最も高温の温度領域における最高温度の位置を始点とし、前記始点から前記境界線に向かうベクトルを、前記演算装置により生成する工程と、
前記演算装置により、前記冷却配管の位置を前記ベクトルの方向に沿って設定する工程と、を備えることを特徴とする冷却配管の設定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダイカスト鋳造等に使用される金型に対して冷却配管を最適に設定する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ダイカスト鋳造または樹脂射出成形等において、溶湯や溶融樹脂により加熱されて高温になる金型を冷却し、金型の温度を適正に維持することは、成形品の品質及び生産性を向上させる上で不可欠である。従来、金型の冷却方法としては、金型内部に形成された冷却配管に、冷却水等の冷却媒体を流通させることにより行われている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
また、金型に冷却配管を好適に配すべく、金型をモデル化して冷却解析が行われている。この冷却解析では、まず金型を三次元モデル化し、この金型モデルの伝熱・凝固解析を行う。そして、この解析結果に基づき、金型モデルにおける比較的高温の領域（ホットスポット）に、冷却配管をモデル化して配置する。その上で、再度、伝熱・凝固解析を行い、冷却配管の配置によって金型の温度が十分に均一化されているか否かを確認する。  
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１０３６２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来のように伝熱・凝固解析に基づいて冷却配管の配置を決定する場合、好適な結果が出るまで、冷却配管の位置の設定及び伝熱・凝固解析を繰り返し行う必要があった。したがって、最適な冷却配管の配置を得るのに多大な時間を要していた。
【０００６】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、金型の温度分布に対応して冷却配管を効率良く設定することが可能な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】
【０００７】
本発明は、上記の課題を解決するためのものであり、金型の温度分布に対応するように冷却配管を設定する方法において、前記温度分布を複数の温度領域に区画する境界線を、演算装置により生成する工程と、前記複数の温度領域のうち、最も高温の温度領域における最高温度の位置を始点とし、前記始点から前記境界線に向かうベクトルを、前記演算装置により生成する工程と、前記演算装置により、前記冷却配管の位置を前記ベクトルの方向に沿って設定する工程と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
かかる構成によれば、金型の温度分布を境界線によって複数の温度領域に区画し、そのうちの最も高温の温度領域における最高温度の位置を始点として、境界線に向かうベクトルを設定し、このベクトルの方向に沿って冷却配管を設定する。
【０００９】
すなわち、このベクトルは、最も高温の位置を始点としており、最も高温の温度領域から、隣接する比較的低温の温度領域に向かって指向することから、このベクトルに沿って冷却配管を配設することにより、高温の温度領域における最高温度の位置（始点）から優先的に冷却配管を設定できる。このように優先順位の高い位置から順に冷却配管を設定することで、金型に係る温度分布に対応して、冷却配管を効率良く設定することが可能になり、ひいては金型の製造コストを可及的に低減することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、金型の温度分布に対応して冷却配管を効率良く設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】境界線によって複数の温度領域に区切った状態を示す金型の温度分布図である。
【図２】第１温度領域における最高温度点を特定した状態を示す金型の温度分布図である。
【図３】各温度領域にベクトルを設定した状態を示す金型の温度分布図である。
【図４】図３の部分拡大図である。
【図５】冷却配管の深さを設定する工程を示す金型の断面図である。
【図６】冷却配管の位置を設定する過程を示す金型の温度分布図である。
【図７】冷却配管の位置を設定した状態を示す金型の温度分布図である。
【図８】第１温度領域における最高温度点を特定した状態を示す金型の温度分布図である。
【図９】第１温度領域における最高温度点を特定した状態を示す金型の温度分布図である。
【図１０】第１温度領域にベクトルを設定した状態を示す金型の温度分布図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。図１乃至図１０は、本発明に係る冷却配管の設定方法に係る一実施形態を示す。なお、本発明の対象となる金型には、ダイカスト鋳造用や射出成形用のものが含まれる。
【００１３】
本発明に係る冷却配管の配置方法は、図示しない演算装置（画像処理装置）によって実行され得る。この演算装置は、金型の三次元モデルに対し、既知の伝熱・凝固解析を行うように構成される。演算装置は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ、モニタ、入力インタフェース等の各種ハードウェアを実装するコンピュータである。演算装置は、ＣＰＵにより構成される演算処理部と、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ等により構成される記憶部とを主に備える。
【００１４】
演算装置の演算処理部は、記憶部に保存されている解析プログラムを実行し、その解析結果に基づいて、金型Ｍの三次元モデルのデータ（金型データ）に対して冷却配管Ｐの位置を演算する。演算装置の記憶部は、金型Ｍに関する三次元データ、温度分布作成用データ、及び伝熱・凝固解析を行うプログラム、冷却配管Ｐを配置するためのプログラム等を記憶している。
【００１５】
以下、演算装置によって金型データに冷却配管Ｐを設定する方法について説明する。まず、図１に示すように、演算装置は、金型データに対する伝熱解析の結果に基づいて、金型Ｍに係る温度分布１を作成する（温度分布作成工程）。
【００１６】
本実施形態では、演算装置の演算により、例えば５０℃の温度幅ごとに、温度分布１に対して複数の境界線６〜９が生成される。温度分布１は、各境界線６〜９によって複数の温度領域２〜５に区画される（温度領域設定工程）。具体的には、温度分布１は、２００℃を越え２５０℃以下の温度領域（以下「第１温度領域」という）２と、１５０℃を越え２００℃以下の温度領域（以下「第２温度領域」という）３と、１００℃を越え１５０℃以下の温度領域（以下、「第３温度領域」という）４、１００℃以下の温度領域（以下「第４温度領域」という）５とに区分されている。なお、温度分布１に設定される温度領域（２〜５）の数及びその温度幅は、金型Ｍの種別、大きさ等に応じて適宜設定できる。
【００１７】
第１温度領域２は、例示する複数の温度領域２〜５のうちで最も高温の領域である。図１に示すように、この第１温度領域２は、長尺状に構成され、第１境界線６によって区切られている。
【００１８】
第２温度領域３は、第１温度領域２よりも低温の領域であり、第１温度領域２を囲むように環状に構成される。また、第２温度領域３は、第１温度領域２の形状に対応するように、長尺状に構成される。図１に示すように、第２温度領域３は、第１境界線６と第２境界線７とによって区切られている。
【００１９】
第３温度領域４は、第２温度領域３よりも低温の領域であり、第１温度領域２及び第２温度領域３を囲むように、環状に構成される。また、第３温度領域４は、第１温度領域２、及び第２温度領域３の形状に対応するように、長尺状に構成される。図１に示すように、第３温度領域４は、第２境界線７と第３境界線８とによって区切られている。
【００２０】
第４温度領域５は、第３温度領域４よりも低温の領域であり、第１温度領域２乃至第３温度領域４を囲むように、環状に構成される。また、第４温度領域５は、第１温度領域２乃至第３温度領域４の形状に対応するように、長尺状に構成される。図１に示すように、第４温度領域５は、第３境界線８と第４境界線９とによって区切られている。なお、各境界線６〜９は、各温度領域２〜５を区画するように、環状に構成される。
【００２１】
各境界線６〜９は、金型Ｍの解析で使用されるＣＳＶデータ（温度分布データ）に基づいて設定される。このＣＳＶデータは、図１における「×」印の位置に関するものであり、それぞれ金型Ｍにおける位置（Ｘ座標、Ｙ座標及びＺ座標）と、その温度（℃）とによって構成されている。演算装置は、このＣＳＶデータに基づいて、金型Ｍの温度分布１に対して各境界線６〜９を設定することにより、各温度領域２〜５を区分することができる。
【００２２】
各温度領域２〜５の設定が完了すると、演算装置は、最も温度の高い第１温度領域２に関して冷却配管Ｐの位置を設定する。この場合、演算装置は、第１温度領域２のうちで最も高温の位置（以下「最高温度点」という）Ｔ１を検出し（図２参照）、この最高温度点Ｔ１を始点とするベクトルＶ１を生成する（ベクトル生成工程）。図３に示すように、このベクトルＶ１の終点は、第１境界線６上に設定される。具体的には、演算装置は、ベクトルＶ１の始点から最も遠い、第１境界線６上の点を検出し、この点をベクトルＶ１の終点として設定する。
【００２３】
また、演算装置は、最高温度点Ｔ１を始点とする複数のベクトルＶ１，Ｖ２を第１温度領域２に設定することができる。図３では、第１温度領域２に二つのベクトルＶ１，Ｖ２が設定される場合を例示する。
【００２４】
二つのベクトルＶ１，Ｖ２のうち、一方のベクトルＶ１は、上述のように、最高温度点Ｔ１（始点）から第１境界線６までの距離が最大となる点を終点とするものである。この場合における一方のベクトルＶ１の終点は、第１温度領域２が長尺状である場合における長手方向の一端部の位置に相当する。また、他方のベクトルＶ２の終点は、第１温度領域２における長手方向の他端部の位置に相当する。なお、各ベクトルＶ１，Ｖ２の終点は、第１温度領域２の長手方向端部に設定されなくともよく、例えば、始点からの距離が所定の閾値を越える場合等において、第１境界線６上の各所に設定され得る。
【００２５】
演算装置は、第１温度領域２にベクトルＶ１，Ｖ２を設定すると、第２温度領域３、第３温度領域４、第４温度領域５の順にベクトルＶ３〜Ｖ８を設定する（図３参照）。
【００２６】
第２温度領域３におけるベクトルＶ３，Ｖ４は、第１温度領域２に設定されたベクトルＶ１，Ｖ２と繋がるように設定される。すなわち、各ベクトルＶ３，Ｖ４の始点は、第１温度領域２に設定されたベクトルＶ１，Ｖ２の終点と一致する。また、各ベクトルＶ３，Ｖ４の終点は、第２境界線７上にあり、かつ、この第２境界線７上において、最高温度点Ｔ１から最も離れた位置にあり、又は長尺状に構成される第２温度領域３の長手方向における各端部にある。
【００２７】
第３温度領域４に設定されるベクトルＶ５，Ｖ６は、第２温度領域３に設定されるベクトルＶ３,Ｖ４と繋がるように設定される。すなわち、各ベクトルＶ５，Ｖ６の始点は、第２温度領域３に設定されたベクトルＶ３，Ｖ４の終点と一致する。また、各ベクトルＶ５，Ｖ６の終点は、第３境界線８上にあり、かつ、この第３境界線８上において、最高温度点Ｔ１から最も遠い位置にあり、又は長尺状の第３温度領域４の長手方向における各端部にある。
【００２８】
第４温度領域５に設定されるベクトルＶ７，Ｖ８は、第３温度領域４に設定されるベクトルＶ５,Ｖ６と繋がるように設定される。すなわち、各ベクトルＶ７，Ｖ８の始点は、第３温度領域４に設定されたベクトルＶ５，Ｖ６の終点と一致する。また、各ベクトルＶ７，Ｖ８の終点は、第４境界線９上にあり、かつ、この第４境界線９上において、最高温度点Ｔ１から最も遠い位置にあり、又は長尺状の第４温度領域５の長手方向における各端部にある。
【００２９】
ところで、金型Ｍには、冷却配管Ｐの他に、製品を成形するためのキャビティ等の構成要素（以下「他の構成要素」という）１０が形成されており、冷却配管Ｐは、他の構成要素１０と所定の間隔をおいて形成する必要がある。このため、演算装置は、他の構成要素１０に関して、所定の残肉が確保されるよう、閾値（以下「残肉閾値」という）ＳＨを設定する。演算装置は、各温度領域２〜５にベクトルＶ１〜Ｖ８を設定する場合に、他の構成要素１０に設定される残肉閾値ＳＨと一致するか、又はその範囲外に位置するように、各ベクトルＶ１〜Ｖ８を設定する。
【００３０】
具体的には、図４に示すように、第３温度領域４における長手方向の端部に終点を設定したベクトルＶ６（二点鎖線で示す）が他の構成要素１０の残肉閾値ＳＨの範囲に重なる場合、ベクトルＶ６が残肉閾値ＳＨの範囲外に位置するように、ベクトルＶ６の終点の位置を第３境界線８上で変更する（変更後のベクトルＶ６を実線で示す）。
【００３１】
この残肉閾値ＳＨは所定の半径を有する球状に設定され得る。以下、この点について、図５を参照しながら説明する。図５に示すように、冷却配管Ｐは、所定の深さを有する直線状の穴として構成される。演算装置は、冷却配管Ｐと他の構成要素１０との間に所定の残肉が確保されるように、他の構成要素１０に対して残肉閾値ＳＨを球状に設定する。さらに演算装置は、他の構成要素１０に設定される残肉閾値ＳＨと重ならないように、冷却配管Ｐの深さを設定する。
【００３２】
各温度領域２〜５にベクトルＶ１〜Ｖ８を設定すると、演算装置は、第１温度領域２に設定されたベクトルＶ１，Ｖ２に基づいて冷却配管Ｐを設定する（冷却配管設定工程）。この場合、演算装置は、図６に示すように、最高温度点Ｔ１を中心とする第１の円１１を描く。この第１の円１１の直径は、冷却配管Ｐの直径に相当する。すなわち、第１の円１１の位置は、冷却配管Ｐの位置を意味する。
【００３３】
さらに演算装置は、この第１の円１１の直径よりも大きな直径を有する同心状の第２の円１２を設定する。第２の円１２は、冷却配管Ｐが他の構成要素１０に干渉することなく、適切な離間距離を確保するために、確認的に設定される。換言すれば、第２の円１２は、冷却配管Ｐに関する残肉閾値ＳＨを示すものである。この残肉閾値ＳＨは、実際には三次元的に設定され、所定の半径（ＳＨ）を有する球状に設定され得る。
【００３４】
図６では、最高温度点Ｔ１を中心として設定された第２の円１２は、他の構成要素１０と重なっている。このような場合、冷却配管Ｐと他の構成要素１０との間の残肉が適正に確保できないため、演算装置は、冷却配管Ｐの位置を、ベクトルＶ１に沿って、このベクトルＶ１の終点に向かう方向に移動させる。具体的には、演算装置は、図７に示すように、冷却配管Ｐの位置を示す第１の円１１を、第２の円１２とともにベクトルＶ１に沿って最高温度点Ｔ１よりも終点側に移動させるとともに、第２の円１２を他の構成要素１０に接触するように配置させる。これにより、第１温度領域２における最初の冷却配管Ｐの位置が確定する。
【００３５】
演算装置は、可能であれば、第１温度領域２に設定される一方のベクトルＶ１上で、複数の冷却配管Ｐを設定する。例えば、図示はしないが、二番目の冷却配管ＰをベクトルＶ１上に設定する場合には、演算装置は、一番目に設定された冷却配管Ｐに係る第２の円１２に接するように、二番目の冷却配管Ｐに係る第１の円１１及び第２の円１２を設定する。
【００３６】
この場合において、一番目（最初）の冷却配管Ｐに係る第２の円１２と二番目の冷却配管Ｐに係る第２の円１２とは交差することになるが、演算装置は、この交差に基づく残肉の良否の判定を行わない。一番目の冷却配管Ｐに係る第２の円１２に、二番目の冷却配管Ｐに係る第１の円１１が接することにより、これら二つの冷却配管Ｐの間隔は、適正な残肉を確保するように設定されるからである。但し、二番目の冷却配管Ｐに係る第２の円１２に、他の構成要素１０が重なる場合には、演算装置は、適正な残肉を確保すべく、二番目の冷却配管Ｐの位置を示す第１の円１１をベクトルＶ１の終点に向かって移動させる。
【００３７】
演算装置は、可能であれば、三番目の冷却配管Ｐ、四番目の冷却配管Ｐというように、ベクトルＶ１の方向に沿って第１温度領域２に順次、冷却配管Ｐを設定する。一方のベクトルＶ１に対する冷却配管Ｐの設定が完了すると、演算装置は、他方のベクトルＶ２に対して冷却配管Ｐを設定する。この設定は、上記のように、一方のベクトルＶ１に対する冷却配管Ｐの設定と同様な方法によって行われる。
【００３８】
同様に、演算装置は、第２温度領域３乃至第４温度領域５に係るベクトルＶ３〜Ｖ８に対して、冷却配管Ｐを設定する。
【００３９】
なお、演算装置は、図１乃至図７にて説明した金型Ｍの状態（温度分布１、各温度領域２〜５、各境界線６〜９、各ベクトルＶ１〜Ｖ８、第１の円１１、第２の円１２等の状態）をそのモニタに表示させることができる。
【００４０】
図８及び図９は、冷却配管Ｐの設定方法に係る他の例を示す。この例では、第１温度領域２に複数箇所に最高温度点が存在する場合について説明する。図８に示すように、金型Ｍの温度分布１における第１温度領域２には、二つの最高温度点Ｔ１，Ｔ２が存在する。
【００４１】
この場合、演算装置は、第１温度領域２における重心１３を演算により求め、この重心１３から各最高温度点Ｔ１，Ｔ２までの距離Ｄ１，Ｄ２を演算して比較する。この図８では、Ｄ１＜Ｄ２となる場合を例示しており、演算装置は、重心１３からの距離が小さい最高温度点Ｔ１を、最初に設定するベクトルＶ１の始点として採用する。さらに演算装置は、図９に示すように、最高温度点Ｔ１から第１境界線６に向かうベクトルＶ１を第１温度領域２に設定する。その後の工程は、上記の図１乃至図７に示す例と同じである。
【００４２】
図１０は、冷却配管Ｐの設定方法に係る他の例を示す。図１乃至図９の例では、第１温度領域２が長尺状に形成されていたが、この例では、第１温度領域２が湾曲状に構成されている。なお、図１０では、説明の便宜上、第３温度領域４及び第４温度領域５の図示を省略している。
【００４３】
この例では、演算装置は、最高温度点Ｔ１を中心とする同心円（又は同心円弧）Ｃ１〜Ｃ６を生成する。各同心円Ｃ１〜Ｃ６の半径は、一定の値で増加するように設定される。演算装置は、各同心円Ｃ１〜Ｃ６に対して、第１境界線６との二つの交点ＩＰ１，ＩＰ２を検出するとともに、各同心円Ｃ１〜Ｃ６における二つの交点ＩＰ１，ＩＰ２の間における円弧の長さを演算する。
【００４４】
演算装置は、各同心円Ｃ１〜Ｃ６に係る円弧の長さを演算すると、各円弧の中点ＭＰ１〜ＭＰ６の位置を演算する。さらに演算装置は、各中点ＭＰ１〜ＭＰ６を、ベクトルＶ１１〜Ｖ１７の始点又は終点として設定する。例えば、演算装置は、最高温度点Ｔ１を始点とし、最も半径の小さな同心円Ｃ１における円弧の中点ＭＰ１を終点とするベクトルＶ１１を設定する。次に、演算装置は、この中点ＭＰ１を始点とし、二番目に半径の小さな同心円Ｃ２に係る円弧の中点ＭＰ２を終点とするベクトルＶ１２を設定する。同様に演算装置は、同心円Ｃ３〜Ｃ６に係る円弧の中点ＭＰ３〜ＭＰ６に基づいて、各ベクトルＶ１３〜Ｖ１７を設定する。
【００４５】
以上により、第１温度領域２の湾曲形状に沿って、複数のベクトルＶ１１〜Ｖ１７が連続的に設定される。演算装置は、各ベクトルＶ１１〜Ｖ１７の方向に沿って、上記の図１乃至図７の例と同様に冷却配管Ｐを設定する。このように、本例では、第１温度領域２が湾曲状に形成される場合であっても、この湾曲の形状に応じて、複数のベクトルＶ１１〜Ｖ１７を設定し、これらの方向に沿って冷却配管Ｐを設定する。これにより、第１温度領域２の最高温度点Ｔ１から、第１温度領域２の端部までの範囲で、好適かつ効率良く冷却配管Ｐを設定でき、金型の製造コストを可及的に低減できる。
【００４６】
以上説明した本実施形態に係る冷却配管Ｐの設定方法によれば、金型Ｍにおける温度分布１を各境界線６〜９によって各温度領域２〜５に区画するとともに、最も高温の第１温度領域２における最高温度点Ｔ１を始点として、各境界線６〜９に向かう複数のベクトルＶ１〜Ｖ８、Ｖ１１〜Ｖ１７を設定する。特に本方法では、温度の高い第１温度領域２に設定したベクトルＶ１，Ｖ２の方向に沿って、温度の高い位置から優先的に冷却配管Ｐを設定することができる。さらに、本方法では、第１温度領域２に冷却配管Ｐを設定した後、第２温度領域３、第３温度領域４、第４温度領域５の順に冷却配管Ｐを設定する。このように、本方法では、温度の高い位置、温度の高い温度領域から優先的に冷却配管Ｐを設定することで、冷却効果を最適化できる冷却配管Ｐの設定を効率良く行うことができる。
【００４７】
なお、本発明は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、また、上記した作用効果に限定されるものでもない。本発明は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００４８】
１          温度分布
２          温度領域（第１温度領域）
３          温度領域（第２温度領域）
４          温度領域（第３温度領域）
５          温度領域（第４温度領域）
６          境界線（第１境界線）
７          境界線（第２境界線）
８          境界線（第３境界線）
９          境界線（第４境界線）
Ｍ          金型
Ｔ１          最高温度の位置（最高温度点）
Ｔ２        最高温度の位置（最高温度点）
Ｖ            ベクトル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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