(57)【要約】【課題】実形状の計測データの有る形状面と計測データの無い形状面とを組とする金型成形解析用モデルにおいて、計測データの無い形状面についても容易に希望する形状面が作成できる金型成形解析用モデルを得ること。【解決手段】成形品の片面に当接する面を設計形状データより表現した金型成形解析用モデルの第１面１１と、前記第１面から成形品の厚み分離れている面を設計形状データにより表現した金型成形解析用モデルの第２面２１とを用意し、第１面と第２面との間に成形品の厚みを確保するための板厚情報３０を入れて連結し、現存する金型の第１面相当部分を計測して得られた計測形状データ４１を用意し、この計測形状データと第１面の設計形状データとの差分に相当する変位量５０を算出し、この変位量を修正量として第１面を三次元的に移動させることにより、第１金型モデルの出来上がり形状を得ると共に、第２面を一緒に連行して形状を変形させ第２面の出来上がり形状を得る。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形品の片面に当接する第１面と、
前記第１面から前記成形品の厚み分だけ離れていて、かつ当該第１面の移動に連動して移動する第２面と、を有する、
ことを特徴とする金型成形解析用モデル。
【請求項２】
前記第１面は、現存する金型の第１面相当部分を計測した計測形状データによって移動修正され、前記第２面は、当該移動修正される前記第１面の修正量に連動して移動する、ことを特徴とする請求項１に記載の金型成形解析用モデル。
【請求項３】
前記修正量は、前記第１面の設計形状データと前記現存する金型の第１面相当部分を計測した計測形状データとの差分に相当する三次元的な変位量である、ことを特徴とする請求項２に記載の金型成形解析用モデル。
【請求項４】
前記第１面および前記第２面は、複数の節点からなるモデルであり、前記第１面の前記修正は、各節点ごとに行われる、ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の金型成形解析用モデル。
【請求項５】
前記第１面は前記成形品の片面の反転形状を有するキャビティ型部分であり、前記第２面は前記第１面の設計形状データから前記成形品の厚み分離れている設計形状データからなるコア型部分である、
ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の金型成形解析用モデル。
【請求項６】
成形品の片面に当接する面を設計形状データにより表現した金型成形解析用モデルの第１面と、前記第１面から前記成形品の厚み分離れている面を設計形状データにより表現した金型成形解析用モデルの第２面と、を用意する段階と、
前記第１面と前記第２面との間に成形品の厚みを確保するための板厚情報を入れて連結する段階と、
現存する金型の前記第１面に相当する部分を計測し、得られた測定点の位置により、前記第１面の計測形状データを用意する段階と、
前記第１面の計測形状データと前記第１面の設計形状データとの差分に相当する変位量を算出する段階と、
前記変位量を修正量として前記第１面を三次元的に移動させることにより、前記第１面の出来上がり形状を得ると共に、この第１面の移動に際し、当該第１面に前記板厚情報で連結された前記第２面を一緒に連動して前記第２面の形状を変形させ、前記第２面の出来上がり形状を得る段階と、
を含むことを特徴とする金型成形解析用モデルの作成方法。
【請求項７】
前記連結する段階は、
前記板厚情報として、前記第１面の移動に伴って前記第２面が形状変形する際に、前記第１面および前記第２面間の板厚方向の距離を維持することが可能な梁要素を使用し、
この梁要素を前記第２面の全ての節点に対して設定し、かつ、それぞれの最近点となる前記第１面の節点を端点とすると共に、
前記第１面の外周部ならびに曲率値が大きい形状特徴部の節点については３方向の回転自由度を固定とし、その他の節点については３方向の回転自由度をフリーにする、
ことを特徴とする請求項６記載の金型成形解析用モデルの作成方法。
【請求項８】
前記計測データにより形成される前記第１面についての計測面に計測形状データの欠落している非計測部分を含む場合、その非計測部分の周囲の計測形状データの存在する計測済み部分から求めた前記変位量に基づいて、その非計測部分での前記第１面の節点に対応する部位での推定変位量を算出し、その算出された推定変位量を前記非計測部分の前記第１面の節点に対応する部位での変位量として用いて前記非計測部分を補間する、
ことを特徴とする請求項６または７に記載の金型成形解析用モデルの作成方法。
【請求項９】
前記第１面は、曲率値が大きい形状特徴部を境界として複数の形状面要素に分割し、
前記形状面要素の外周分割線上の節点の変位量を基礎として、前記形状面要素内の全ての節点について、各節点の方向ベクトルを求め、
前記方向ベクトルを用いて前記形状面要素内の各節点の変位量を求める、
ことを特徴とする請求項６ないし８のいずれかに記載の金型成形解析用モデルの作成方法。
【請求項１０】
前記形状面要素内の各節点の方向ベクトルを求めるため、前記形状面要素の外周分割線上の各節点と前記形状面要素内の求めるべき節点との距離から、各外周分割線での変位量について加重平均を求めて、各節点の方向ベクトルを求める変換マトリックスとし、
次に、形状面要素の節点を含む外周から求めた外積ベクトルについて、各形状面要素の面積比による加重平均のベクトルを法線方向とし、それに各節点の変換マトリックスをかけて前記方向ベクトルとする、
ことを特徴とする請求項９記載の金型成形解析用モデルの作成方法。
【請求項１１】
前記第１面は成形品の一方の片面に当接する面を有するキャビティ型部分であり、前記第２面は成形品の他方の片面に当接する面を有するコア型部分である、
ことを特徴とする請求項６ないし１０のいずれかに記載の金型成形解析用モデルの作成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンピュータを用いて金型成形のシミュレーションを行うための金型成形解析用モデル、およびその作成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、車両部品などの設計・製作に際し、予めコンピュータにより強度計算や変形解析などのシュミレーションを行い、その結果を基にした設計・製作が広く行われている。
【０００３】
例えば自動車の内装部品であるインストルメントパネル等の樹脂製品には非常に細かい凹凸模様が転写されることがある。このような樹脂製品を製造するための金型は、一般に電鋳法を用いて成形される。しかし、一回で希望する凹凸模様の付いた高品質な曲面を得ることは難しく、電鋳法で金型を鋳造する際には、熟練した職人の手による調整とモデルの鋳造を粘り強く繰り返す必要がある。
【０００４】
そこで、コンピュータ援用設計（ＣＡＤ）による金型の設計形状データを利用して、金型成形解析用モデルのＦＥＭ（有限要素法）によるメッシュデータ（設計形状データ）を作成し、作成したメッシュデータの補正対象節点について計測形状データとの変位量を算出し、該変位量だけ補正対象節点の位置を補正して出来上がり形状のメッシュデータすなわちメッシュ状の解析用モデルを得る方法がある（特許文献１参照）。これによれば、変形したＦＥＭ用形状データによる金型成形用解析モデルを容易に作成することができる。
【特許文献１】特開２００４−２７２７８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１は、設計形状データに対する計測形状データの変位量を算出し、その変位量だけ節点の位置を補正して出来上がり形状のメッシュデータすなわち解析用モデルを得る方法であり、計測形状データが存在しない解析対象の形状データについては、この方法で作成することができない。
【０００６】
このため、計測データが存在する例えばキャビティ型の部分と、計測データの存在しない例えばコア型の部分とを組とする金型成形解析用モデルを作成する場合には、次のような課題がある。
【０００７】
すなわち、キャビティ型の部分については、電鋳法で繰り返し型が製造され、出来上がった実形状の計測データがあるため、特許文献１の方法の適用が可能である。しかし、コア型の部分については、ＮＣ制御による加工法で製造され、実形状の計測データが存在しないため、コア型の部分については特許文献１の方法では作成することができない。このコア型の形状面についても計測データを採るとすると、非常に多くの時間と労力を要することになる。
【０００８】
そこで本発明の課題は、上記キャビティ型部分とコア型部分の如く、実形状の計測データの有る形状面と計測データの無い形状面とを組とする金型成形解析用モデルにおいて、計測データの無い形状面についても容易に希望する形状面が作成できる金型成形解析用モデルおよびその作成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の金型成形解析用モデルは、成形品の片面に当接する第１面と、前記第１面から前記成形品の厚み分だけ離れていて、かつ当該第１面の移動に連動して移動する第２面と、を有する、ことを特徴とする。
【００１０】
また本発明の金型成形解析用モデルの作成方法は、
成形品の片面に当接する面を設計形状データより表現した金型成形解析用モデルの第１面と、前記第１面から前記成形品の厚み分離れている面を設計形状データにより表現した金型成形解析用モデルの第２面と、を用意する段階と、
前記第１面と前記第２面との間に成形品の厚みを確保するための板厚情報を入れて連結する段階と、
現存する金型の前記第１面に相当する部分を計測し、得られた測定点の位置により、前記第１面の計測形状データを用意する段階と、
前記第１面の計測形状データと前記第１面の設計形状データとの差分に相当する変位量を算出する段階と、
前記変位量を修正量として前記第１面を三次元的に移動させることにより、前記第１面の出来上がり形状を得ると共に、この第１面の移動に際し、当該第１面に前記板厚情報で連結された前記第２面を一緒に連動して前記第２面の形状を変形させ、前記第２面の出来上がり形状を得る段階と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、金型成形解析用モデルの第１面と第２面との間に成形品の板厚情報を挿入する。これにより、第１面を、これからずれた計測された実形状位置まで三次元的に移動させたとき、第１面に板厚情報で連結された第２面が一緒に連行されて、第２面の形状が、自然に目的とする形状に出来上がる。
【００１２】
このため、計測された計測形状データが存在しない例えばコア型の部分についても、そのコア型形状面の計測データを採る必要がなくなる。
【００１３】
このため、計測形状データの有るキャビティ型部分と、計測形状データの無いコア型部分とを組とする金型成形解析用モデルの作成において、従来のように、キャビティ型を形状計測した後に板厚のオフセット処理（成形品の厚さに相当する間隔を付ける）を行い、更に板厚が一定でないコア型に必要な部位について設計を行う、という手順に拘束されない。板厚オフセット処理とコア型の設計とを、キャビティ型の形状計測より前、例えばキャビティ型の設計と同時期に実施して、予め事前に実施しておくことができる。従って、キャビティ型の設計からコア型の製作までに要する日数を短縮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、本発明の一実施形態を図面にしたがって詳細に説明する。  
【００１５】
図１は、本発明の方法を実施するために用いられる一装置構成を示したものである。  
【００１６】
この装置は、画像処理をすることができるコンピュータであり、図形演算装置１、画像表示装置２、キーボード３、メモリ４、ハードディスク５を主たる構成要素として構成されている。入力されたデータに基づく画像処理はＣＰＵからなる図形演算装置１によって行なわれる。
【００１７】
メモリ４はＲＡＭ、ＲＯＭを代表的に示したものであり、ハードディスク５と共に記憶装置を構成している。この記憶装置のハードディスク５には、複数の節点からなる第１面と第２面についての３次元の設計形状データが記憶されている。例えば、メス型のキャビティ型部分である第１面の設計形状データと、前回試作されたキャビティ型の実形状を計測して得られたキャビティ型部分の計測面の形状データ（計測形状データ）と、オス型のコア型部分である第２面の設計形状データとが記憶される。また、このハードディスク５には、完成した形成解析用モデルについての３次元形状データが記憶される。これらの３次元形状データは、適宜このハードディスク５からＲＡＭまたは外部装置に読み出されて、形状変更や解析などに利用される。
【００１８】
画像表示装置２は、ＣＲＴや液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイなどである。この画像表示装置２は、上記３次元形状データに基づいてキャビティ型部分とコア型部分の各３次元形状モデルを表示し、また、図形演算装置１によって画像処理が施された後に得られる金型成形解析用モデルを表示する際に用いられる。
【００１９】
最後に、図形演算装置１は、種々の演算と制御を実行するプロセッサであり、具体的にはＣＰＵである。プロセッサは、上記記憶装置のＲＯＭまたはハードディスク５に格納されているプログラムを実行することによって、種々の役割を担当している。詳細は、フローチャートによって後述するので、詳しい説明を省略する。
【００２０】
まず金型成形解析用モデルの作成方法を概念的に説明する。
【００２１】
ここでは、自動車の内装部品であるインストルメントパネルの樹脂製品を成形するためのメス型であるキャビティ型と、そのオス型であるコア型を一組とする金型の製造を例とする。
【００２２】
上記金型のうち、キャビティ型は、インストルメントパネルの一方の片面に細かい凹凸模様を転写することを目的として、電鋳法を用いて成形される。しかし電鋳法によっても、一回で希望する凹凸模様の付いた高品質な曲面を得ることは難しいため、キャビティ型を鋳造する際には、熟練した職人の手による調整とモデルの鋳造を粘り強く繰り返すこととなる。他方の片面については、このような細かい凹凸模様は付さないので、コア型についてはＮＣ制御加工法により製造される。
【００２３】
図２に示す金型成形解析用モデルは、成形品の片面に当接する第１面１１を有するキャビティ型部分１０と、その第１面１１から成形品の厚み分だけ離れていて、かつ当該第１面１１の移動に連動して、移動修正する第２面２１を有するコア型部分２０とを一組とする。
【００２４】
図２（ａ）は、コア型部分２０を目的の形に変形する前の金型成形解析用モデルを示す。ここでは、成形品の片面に当接する第１面（キャビティ面）１１を設計形状データのメッシュにより表現したキャビティ型部分１０と、このキャビティ型部分１０の第１面１１から成形品の厚み分だけ離れている第２面（コア面）２１を設計形状データのメッシュにより表現したコア型部分２０とが、用意される。このキャビティ型部分１０およびコア型部分２０は、ハードディスク５に記憶され、画像表示装置２の画面に表示される。さらに、現存する金型の第１面１１に相当する部分を計測し、得られた測定点の位置を図形演算装置１に入力することにより、計測形状データ４１のメッシュにより表現したキャビティ型部分１０についての計測形状面４０が用意される。この計測形状データ４１もハードディスク５に記憶され、計測形状面４０が画像表示装置２の画面に表示される。
【００２５】
キャビティ型部分１０の第１面１１とコア型部分２０の第２面２１との間には、成形品の厚みを確保するためのデータである板厚情報３０（ｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４で示す）が入れられ、第１面１１と第２面２１が連結される。この板厚情報３０の入力は、例えばキーボード３によって行なわれる。
【００２６】
キャビティ型部分１０の計測形状データ４１（計測形状面４０）と設計形状データ（第１面１１）との差が、図形演算装置１により算出され、変位量５０として定められる。
【００２７】
次に、キャビティ型部分１０に上記した変位量５０を与えて、解析により変形する。すなわち変位量５０がゼロとなるようにキャビティ型部分１０の第１面１１を三次元的に移動させることにより、キャビティ型部分１０の出来上がり形状を得る。また、このキャビティ型部分１０の第１面１１の移動に際し、第１面１１に板厚情報３０で連結された第２面２１を一緒に連動して、コア型部分２０の第２面２１の形状を解析により変形し修正させ、これによりコア型部分２０の出来上がり形状を得る。
【００２８】
図２（ｂ）に、この変形後のモデルを示す。図示するように、キャビティ型部分１０の第１面１１は計測形状面４０と重なる。また、この第１面１１に板厚情報３０を隔てて、コア型部分２０の変形後の形状データ２０ａにより表現される変形後の第２面２１ａが位置している。この変形後の形状データ２０ａは、目的とするコア型加工データとして用いられる。
【００２９】
この方法によれば、コア型の計測形状データ４１を必要とすることなく、コア型の加工データを短時間で作成することができる。
【００３０】
また上記構造を用いることにより、上下の金型の当て面部における板厚情報３０がマイナスになる部位も表現することができる。
【００３１】
図３はこの例を示したもので、上下の金型を合わせる時に密着させる当て面部６０を有する金型の断面を示す。このような当て面部６０の型設計においては、図３の右下に拡大して示すように、実際の設計データとして、コア型部分２０の変形後の第２面２１ａがキャビティ型部分１０の第１面１１に食い込むように取りしろ２２を設けることができる。すなわち、上下型の当て面部６０における板厚情報３０がマイナスになるように表現して、その部位の変形後の形状を得ることができる。
【００３２】
しかし、上述した方法の場合、形状によっては次のような問題が生じうる。すなわち、キャビティ型部分１０の第１面１１を計測形状面４０に合わせる形状変形をした場合に、これに連動して変形されるコア型部分２０に予期しない微小な変形が生じて、所望のコア型形状面を得ることができない虞がある、という問題である。例えば図４の場合、キャビティ型部分１０の第１面１１を図４（ａ）から図４（ｂ）に移動変形しようとすると、途中で第１面１１が計測形状面４０に触ってしまい、これに応じた変化を第２面２１がしない虞がある。
【００３３】
そこで、この問題を解決するため、板厚情報３０を適切に構成する。すなわち、上記した形状変更時の板厚方向の距離確保のための板厚情報３０には、キャビティ型部分１０の第１面１１の移動に伴ってコア型部分２０の第２面２１が連行される際に、第１面１１および第２面２１間の板厚方向の距離を維持可能な線要素（バー要素）を使用する。ここでは線要素として剛体梁要素３１、３３を用いる。また、この剛体梁要素をコア型部分２０の第２面２１の全ての節点に対して設定し、かつ、それぞれの最近点となるキャビティ型部分１０の第１面の節点を端点とする。
【００３４】
上記に加え、キャビティ型部分１０の第１面の外周部１４ならびに曲率値が大きい形状特徴部１５（角部）（図１４参照）については、図５（ａ）に示すように、その剛体梁要素（第１剛体梁要素）３１に係る節点３２の回転自由度、すなわち３方向の回転自由度ｒｘ、ｒｙ、ｒｚを固定（回転のみ固定）とする。また、その他の剛体梁要素、つまり第１面１１の外周部１４ならびに形状特徴部１５より内側の剛体梁要素（第２剛体梁要素３３）に係る節点３４については、図５（ｂ）に示すように、３方向の回転自由度ｒｘ、ｒｙ、ｒｚをフリーにする。
【００３５】
このようにすると、第１面１１および第２面２１間において、外周部１４および形状特徴部１５については、設計時の板厚方向および板厚量がそのまま確保され、その他の部位については曲げ変形での板厚量が確保されることから、図４（ｂ）のように所望のコア型形状面を得ることができる。従って、キャビティ型部分１０の移動変形時に、連行されるコア型部分２０が微小変形してしまう、という問題を解決することができる。
【００３６】
さらに、計測データを得ることのできない部位、例えば計測できない部位や穴の空いている部位については、図６のように周囲の変位量５０から当該部位の変位量５０を求めることにより、所望の形状を得ることができる。
【００３７】
例えば、図６に示す例では、計測データにより形成されるキャビティ型部分１０の計測形状面４０に、計測形状データ４１が欠落している非計測部分４２を含む。この場合、その非計測部分４２の周囲の計測データの存在する計測済み部分から求めた変位量５０に基づいて、その非計測部分４２でのキャビティ型部分１０の第１面の節点１２に対応する部位での推定変位量５１を算出する。そして、その算出された推定変位量５１を非計測部分４２のキャビティ型部分１０の第１面の節点１２に対応する部位での変位量５０として用いて非計測部分４２を補間する。図６中に、点線４３にて、この周囲の変位量５０から求めた推定変位量５１によるキャビティ型部分１０の変形後の形状を示す。
【００３８】
ここで上述した形状データ作成方法を用いた場合の利点を、金型の型設計から型作成までの制作日程の見地から説明する。
【００３９】
従来の方法では、計測物のキャビ型形状面から、計測物が存在しないコア型加工面を得る場合、図８（ａ）〜（ｃ）に比較例として示すように、（ａ）先にキャビ型形状面について計測をし、（ｂ）その後に、板厚処理を行って、（ｃ）コア型の加工面を得る。このため、計測形状データ４１の有るキャビティ型部分と、計測形状データ４１の無いコア型部分とを組とする金型成形解析用モデルの作成において、図８（ｄ）の如き制作日程を組むことになる。
【００４０】
すなわち、まずキャビ型について、設計、製作、計測の各工程を行い、その後に面作成を行う。コア型については、このキャビティ型の形状計測と面作成が行われるのを待ってから、板厚のオフセット処理（成形品の厚さに相当する間隔を付ける）を行う。更に板厚が一定でないコア型に必要な部位について設計を行い、制作工程に移す、という手順による（図８（ｄ））。これは、コア型についての板厚のオフセット処理が、必ず計測形状面４０の作成が終了した後でないと開始できない関係にあることに基づく。したがって、日程的には図８（ｄ）に示すように全工程がシリーズ的に続くことになり、設計開始から制作完了までの期間が大幅にかかってしまう。
【００４１】
これに対し、本発明の場合、キャビティ型部分の設計形状面（第１面）を計測形状面４０に合わせた際、この設計形状面に板厚情報３０を介して連結されたコア型部分の設計形状面（第２面）が一緒に連行され、キャビティ型部分とコア型部分の面作成が同時的に行われる。従って、キャビティ型部分の設計形状データによる第１面１１が定まれば、この第１面１１を基準にしてコア型部分の設計形状データを作成することができる。そこで、本発明では、例えば図７に示すように制作日程を組むことができる。
【００４２】
図７の例では、キャビ型について設計、製作、計測の各工程が行われることは同じである。しかし、そのキャビティ型の設計工程が終了した時点で、コア型の板厚オフセット処理の工程が開始され、これに続いてコア型の設計が行われている点で、図８（ｄ）と異なっている。また、キャビティ型の形状の計測工程の後、本発明の方法によりキャビティ型部分とコア型部分の面作成が同時的に行われ、コア型の加工面が作製される点でも、図８（ｄ）と異なっている。
【００４３】
このように、板厚オフセット処理とコア型の設計工程とを、キャビティ型の形状計測工程より前のキャビティ型の設計と同時期に併行して実施することにより、キャビティ型の設計からコア型の製作までに要する期間（日数）を従来に比べて短縮することができる。
【００４４】
以下、本実施の形態の具体例について説明する。
【００４５】
図９は本具体例で使用するデータを説明するための図である。有限要素法による解析のためには、解析対象物に対して複数の三角形要素または四角形要素などの有限要素からなるメッシュを設定する必要がある。
【００４６】
キャビティ型部分１０の第１面１１を、設計形状データのメッシュ（キャビティメッシュ１３）により形成する。またコア型部分２０の第２面２１を設計形状データのメッシュ（コアメッシュ２３）により形成する。キャビティメッシュ１３とコアメッシュ２３の間に、板厚情報３０として剛体梁要素３５（図１０参照）を入れて連結し、コアメッシュ２３をキャビティメッシュ１３から成形品の厚み分だけ離す。また計測形状面４０を、計測形状データ４１のメッシュ（計測形状メッシュ４３）により形成する。
【００４７】
また、このキャビティ型部分１０の第１面１１と計測形状面４０については、それぞれの外周部１４，４５ならびに形状特徴部１５、４６において、キャビティメッシュ１３と計測形状メッシュ４３との間を連結するコンネクト（ＣＯＮＮＥＣＴ）を設ける。なお、計測形状面４０の外周部４５および面内の形状特徴部１５である形状特徴線４６を示す梁要素の全体をアウトライン４４（ＯＵＴＬＩＮＥ４４）と称する（図１７参照）。
【００４８】
ここで「キャビティメッシュ１３」とは、ＣＡＤ設計データのキャビティ型形状面データから作成した解析用のシェル要素のことである。フィレット端末などの形状特徴部１５（稜線）で区別した範囲ごとに、識別子としての物理特性番号Ｐ＝１、Ｐ＝２、Ｐ＝３…を振り分ける。
【００４９】
また「コアメッシュ２３」とは、ＣＡＤ設計データのコア型形状面データから作成した解析用のシェル要素のことである。メッシュパターンはフリーでよい。
【００５０】
「板厚情報３０」は、キャビティメッシュ１３とコアメッシュ２３の距離（板厚）を保持する目的で導入される。この例の場合、図１０に示すように、それぞれの節点間、すなわちキャビティメッシュの節点１６とコアメッシュの節点２４をつなぐ剛体梁要素３５として導入される。
【００５１】
この剛体梁要素３５は、コアメッシュの節点２４の全てに対して設定し、それぞれ最近点となるキャビティメッシュの節点１６を端点する。従って、キャビティメッシュの節点１６は複数の剛体梁要素３５の端点になる場合と、剛体梁要素３５の端点にならない場合がある。
【００５２】
図１０に示す例では、コアメッシュ２３の節点２４は５個ずつ２ラインに配置されているのに対し、キャビティメッシュ１３の節点１６は４個ずつ３ラインに配置されている。そして、キャビティメッシュ１３の両側の４個の節点１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄは、左から３番目のもの（節点１４ｃ）が２つのコアメッシュの節点２４と剛体梁要素３５で結ばれ、残りの左から１番目、２番目、４番目のもの（節点１４ａ、１４ｂ、１４ｄ）は１対１でコアメッシュの節点２４と剛体梁要素３５で結ばれている。しかし、キャビティメッシュ１３の中央列の節点はいずれのコアメッシュの節点２４とも剛体梁要素３５で結ばれていない。
【００５３】
「アウトライン（ＯＵＴＬＩＮＥ）４４」は、図１１に示すように、計測点から抽出した外周部４５および形状特徴線４６を示す梁要素の全体である。ここでの形状特徴線４６は、キャビティメッシュ１３の物理特性番号を区別する形状特徴線と本数が一致する必要があり、ＣＡＤ設計データの稜線を投影するなどの手法により作成される。
５）コンネクト
「コンネクト（ＣＯＮＮＥＣＴ）５２」は、図９に示すように、アウトライン４４の分岐点およびコーナー部と、これらに対応するキャビティメッシュの節点１６とを結ぶ梁要素である。
【００５４】
「計測形状面４０」は、図１２に示すように、計測点から作成したＳＴＬ（Ｓｔｅｒｅｏ  Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ  ｆｉｌｅ）要素で表現される面である。
【００５５】
図１３は、本実施の形態による処理内容の一例を示すフローチャートである。図１３のフローチャートに示される処理手順は、コンピュータプログラムとしてハードディスク５などの記録装置ないし記録媒体に格納されており、図形演算装置１のプロセッサによって実行される。また、言い換えれば、図１３は、本実施の形態の金型成形解析用モデルの作成方法の各段階を示すものともいえる。以下、図示のステップＳ０１〜Ｓ１４を順を追って説明する。
【００５６】
（１）キャビティメッシュ１３、コアメッシュ２３を作成する（Ｓ０１）。
【００５７】
まずＣＡＤ設計データのキャビティ型形状面データとコア型形状面データから、図１４に示すように解析用のシェル要素であるキャビティメッシュ１３とコアメッシュ２３を作成する。
【００５８】
（２）キャビティメッシュ１３をグループ分けする（Ｓ０２）。
【００５９】
キャビティメッシュ１３を、角部、外周、Ｒ止まりなどの形状特徴部１５を境界として、図１５に示すように、複数個のメッシュ状の形状面要素１７にグループ分けし、同一グループ内のメッシュ要素に、識別子として同じ物理特性番号を付加して識別する。本実施形態の場合、同一物理特性番号として（Ｐ）を用い、Ｐ＝１、Ｐ＝２、Ｐ＝３…の形状面要素１７にグループ分けし、同一グループ内のメッシュ要素に同一物理特性番号（Ｐ）を付している。
【００６０】
（３）板厚情報３０を作成する（Ｓ０３）。
【００６１】
図１６に示すように、キャビティメッシュ１３とコアメッシュ２３の間に、板厚情報３０となるバー（ＢＡＲ）要素として剛体梁要素３５を作成する。すなわちキャビティメッシュ１３の節点１６とコアメッシュ２３の節点２４を剛体梁要素３５でつなぐ（図１０参照）。剛体梁要素３５は、図１０で説明したように、コアメッシュ２３の節点２４の全てに対して設定し、それぞれ最近点となるキャビティメッシュ１３の節点１６を端点する。
【００６２】
（４）アウトライン４４を作成する（Ｓ０４）。
【００６３】
図１７に示すように、計測形状面の外周部４５および計測形状面の形状特徴部４６にアウトライン４４を作成する。
【００６４】
（５）コンネクトを作成する（Ｓ０５）。
【００６５】
図１８に示すように、アウトライン４４の形状特徴部４４ａと、キャビティメッシュ１３の外周上の対応する位置、つまり外周部１４の形状特徴部１４ａとを結ぶ梁要素を作成し、コンネクト５２とする。ここでアウトライン４４の形状特徴部４４ａとはアウトライン４４上の分岐点およびコーナー部をいい、キャビティメッシュ１３の外周部１４の形状特徴部１４ａとは、キャビティメッシュ１３の外周部上に在る複数個の節点のうち、アウトライン４４上の形状特徴部１５に対応する節点１４ａをいう。
【００６６】
要するに、コンネクト５２としては、図１８に示すように、アウトライン４４の形状特徴部４４ａである分岐点およびコーナー部と、これに対応するキャビティメッシュ１３の外周部１４上の節点１４ａを結ぶ梁要素を作成し、コンネクト５２とする。
【００６７】
（６）アウトライン４４をコンネクト単位で分割する（Ｓ０６）。
【００６８】
アウトライン４４をコンネクト５２単位で分割することにより、図１９に示すように、計測形状メッシュ４３のアウトライン４４の両端がコンネクト５２になるようなアウトライン分割線４７（分割線１〜１０）を求める。
【００６９】
（７）キャビティメッシュグループの外周分割線を求める（Ｓ０７）。
【００７０】
キャビティメッシュグループ、すなわち、キャビティメッシュ１３でグループ単位に分けた形状面要素１７（図１５の形状面要素Ｐ＝１、Ｐ＝２、Ｐ＝３）の各々について、図２０（ａ）に示すように外周１８を求め、その外周１８を分割した分割線の両端が、図２０（ｂ）の如くコンネクト５２になるような外周分割線１９（分割線Ａ〜Ｄ）を、各形状面要素１７ごとに、つまり各キャビティメッシュグループ毎に求める。
【００７１】
（８）外周分割線１９とアウトライン分割線４７を対応付ける（Ｓ０８）。
【００７２】
図２１に示すように、同じコンネクトを共有しているキャビティメッシュグループの外周分割線１９（分割線Ａ〜Ｄ）と、計測形状面４０のアウトライン分割線４７（分割線１〜１０）とを対とする。
【００７３】
（９）外周分割線の各節点の変位量５０を求める（Ｓ０９）。
【００７４】
形状面要素１７つまりキャビティメッシュグループの外周分割線１９に関し、図２２に示すように、その外周分割線１９上における各節点１６のパラメタ値Ｐａを定める。そして、これと同じパラメタ値Ｐａとなる対応位置Ｘを、計測形状面４０のアウトライン４４上において求め、外周分割線１９の節点１６からその対応位置Ｘまでの移動量を変位量５０（変位量Ｖ）とする。
【００７５】
ここでパラメータ値は、図２３に示すように、外周分割線１９上にｎ個存在する各節点１６間の距離Ｌ１、Ｌ２…Ｌｎの総和、つまり外周分割線１９の全長と、外周分割線１９の全部についての該当パラメタ値Ｐａまでの距離Ｌａの総和との比により、以下の式で求められる（図２３参照）。
【００７６】
【数１】
2009129099.tif 000003
【００７７】
（１０）キャビティメッシュの節点１６の方向ベクトルを求める（Ｓ０１０）。
【００７８】
図２４（ａ）に形状面要素（キャビティメッシュグループ）１７の外周分割線１９上の節点１６の変位量Ｖを示す。この変位量Ｖは正確な算出ができるものである。そこで、この変位量Ｖを基礎とする平均的な値として、図２４（ｂ）に示すように、形状面要素１７の内部における全ての節点１６について、各節点１６の方向ベクトルを求める。
【００７９】
そのために、まず、図２５（ａ）に示すように、外周分割線１９上の各節点１６と求める節点７１との間の距離Ｌ１、Ｌ２、…Ｌｎを求める。ここで、ｎは外周分割線１９上の節点１６の数であり、図２５（ａ）には計１２個の節点１６のうち、代表的に角隅の４つの節点１６までの距離Ｌ１、Ｌ４、Ｌ７、Ｌ１０を示してある。次に、この距離Ｌｎから、図２５（ｂ）に示すような各々の外周分割線１９の変位量Ｖｎについて、その加重平均Ｖａを求め、各節点１６の方向ベクトルを求める変換マトリックスＶａとする。図２５（ｂ）には、求める変換マトリックスＶａについて、外周の各節点１６までの距離Ｌｎを横軸で、各節点１６の変位量Ｖｎを縦軸で、表してある。求めた変換マトリックスにより各節点１６を変換した後のイメージ（変換後の節点１６ａによる形状面要素１７ａ）を図２４（ｂ）に示す。
【００８０】
上記の加重平均（変換マトリックス）Ｖａは、次式で求められる。
【００８１】
【数２】
2009129099.tif 000004
【００８２】
ここでＶｍｉｎは上記変位量５０のうちの最小変位量（図２５（ｂ）参照）であり、Ｌｘは着目している節点７１から外周分割線１９上の節点１６までの距離、Ｖｘはその着目している節点７１における変位量５０である。
【００８３】
次に、形状面要素１７ａの節点１６ａを含む辺からもとめた外積ベクトルについて、図２６（ａ）に示すように、各形状面要素１７ａの面積比による加重平均のベクトルを法線方向７２とし、それに各節点１６ａの変換マトリックスをかけて、図２６（ｂ）に示すような方向ベクトル７３とする。
【００８４】
（１１）方向ベクトル７３から各節点１６ａの変位量５０を求める（Ｓ０１１）。
【００８５】
図２７（ａ）に示すように、上記の方向ベクトル７３と、三次元形状の表面を表示するＳＴＬモデルのファセット要素７４（以下単にＳＴＬファセット７４という）との交点７５を求める。そして、節点１６ａからその交点７５（変位量位置）までの移動量を、変位量Ｖｂ（変位量５０）とする。図２７（ｂ）に各節点１６についての移動量を示す。
【００８６】
（１２）ＳＴＬファセット７４との交点７５がない節点の変位量を求める（Ｓ０１２）。
【００８７】
ＳＴＬファセット７４との交点７５が無く変位量が求まらなかった節点１６については、図２８に示すように、その周りの求まった変位量Ｖｂとその距離による加重平均をもとめ、その節点１６の仮想的なＳＴＬファセット７４までの変位量Ｖｃとする。
【００８８】
（１３）求まった変位量Ｖｂ、Ｖｃで形状変形解析を実施する（Ｓ０１３）。
【００８９】
変位量Ｖｂ、Ｖｃの求まったキャビティ型部分１０を解析ソフトに読み込み、変位量Ｖｂ、Ｖｃに従った形状変形の解析を実施する。すなわち、キャビティ型部分１０のキャビティメッシュ１３を変位量５０だけ移動させてキャビティ型部分１０の第１面１１の出来上がり形状を得る。このとき、剛体梁要素３５を介してコアメッシュ２３が一緒に連行され、コア型部分２０の第２面２１の形状が適正に変形し、所望するコア型部分２０の出来上がり形状が得られる。
【００９０】
（１４）変形したコア型部分２０の形状面要素１７をＣＡＤ面化する（Ｓ０１４）。
【００９１】
ＣＡＥソフト（有限要素法）等を使用して、求まったコア型部分２０のＦＥＭ面要素からＣＡＤ面を作成する。
【００９２】
以上のように、本発明の金型成形解析用モデルの作成方法によれば、計測形状データの無いコア型部分２０であっても、キャビティ型部分１０を計測形状に合わせるべく変形する際に、その変形量だけ連動して変形することにより、容易に所望の加工形状を得ることができる。
【００９３】
上記の実施形態では、電鋳法により製造されるキャビティ型とＮＣ制御による加工法で製造されるコア型を例にして説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、実形状の計測データが存在する第１面と、実形状の計測データが存在しない第２面とを組とする金型成形解析用モデルについては、そのすべてに適用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】本発明の方法を実施するために用いられる一装置構成を示した図である。
【図２】本発明の金型成形解析用モデルの作成方法を示したもので、（ａ）は設計形状データのモデルを変形する前の形態を、（ｂ）は変形後の形態を示した図である。
【図３】図３はこの例を示したもので、上下の金型を合わせる時に密着させる当て面部６０を有する金型の断面を示す。
【図４】本発明の金型成形解析用モデルの他の作成方法を示したもので、（ａ）は設計形状データのモデルを変形する前の形態を、（ｂ）は変形後の形態を示した図である。
【図５】本発明で用いる板厚情報の剛体梁要素とこれに係る節点の回転自由度との関係を示した図である。
【図６】本発明の計測データを得ることのできない部位について、周囲の変位量から当該部位の形状を求める説明に供する図である。
【図７】本発明のモデル作成方法を用いた場合の、金型の制作日程を示す図である。
【図８】比較例の作成方法（ａ）〜（ｃ）と、これを用いた場合の金型の制作日程（ｄ）を示した図である。
【図９】本発明の具体例で使用するデータを説明するための図である。
【図１０】キャビティメッシュとコアメッシュの間に剛体梁要素を入れて連結した状態の一部を拡大して示す詳細図である。
【図１１】アウトラインの説明に供する図である。
【図１２】計測形状面の説明に供する図である。
【図１３】本実施の形態による処理内容の一例を示すフローチャートである。
【図１４】キャビティメッシュ、コアメッシュを作成する段階の説明に供する図である。
【図１５】キャビティメッシュをグループ分けする段階の説明に供する図である。
【図１６】板厚情報を作成する段階の説明に供する図である。
【図１７】アウトラインを作成する段階の説明に供する図である。
【図１８】コンネクトを作成する段階の説明に供する図である。
【図１９】アウトラインをコンネクト単位で分割する段階の説明に供する図である。
【図２０】キャビティメッシュグループの外周分割線を求める段階の説明に供する図である。
【図２１】外周分割線とアウトライン分割線を対応付ける段階の説明に供する図である。
【図２２】外周分割線の各節点の変位量を求める段階の説明に供する図である。
【図２３】変位量を求める際のパラメタ値Ｐａの説明に供する図である。
【図２４】キャビティメッシュの節点の方向ベクトルを求める段階の説明に供する図である。
【図２５】方向ベクトルを求める変換マトリックスＶａの説明に供する図である。
【図２６】法線方向と方向ベクトルとを示した図である。
【図２７】方向ベクトルから各節点の変位量を求める段階の説明に供する図である。
【図２８】ＳＴＬファセットとの交点がない節点の変位量を求める段階の説明に供する図である。
【符号の説明】
【００９５】
１    図形演算装置、
２    画像表示装置、
３    キーボード、
４    メモリ、
５    ハードディスク、
１０    キャビティ型部分、
１１    第１面、
１２    第１面の節点、
１３    キャビティメッシュ、
１４    第１面の外周部、
１４ａ    外周部の形状特徴部、
１５    形状特徴部、
１５    形状特徴線、
１６    キャビティメッシュの節点、
１７    形状面要素、
１８    外周、
１９    外周分割線、
２０    コア型部分、
２０ａ    変形後の形状データ、
２１    第２面、
２１ａ    変形後の第２面、
２２    取りしろ、
２３    コアメッシュ、
２４    コアメッシュの節点、
３０    板厚情報、
３１    第１剛体梁要素、
３２    節点、
３３    第２剛体梁要素、
３４    節点、
３５    剛体梁要素、
４０    計測形状面、
４１    計測形状データ、
４２    非計測部分、
４３    計測形状メッシュ、
４４    アウトライン、
４４ａ    アウトラインの形状特徴部、
４５    計測形状面の外周部、
４６    計測形状面の形状特徴部、
４７    アウトライン分割線、
５０    変位量、
５１    推定変位量、
５２    コンネクト、
６０    当て面部、
７１    求める節点、
７２    法線方向、
７３    方向ベクトル、
７４    ファセット要素（ＳＴＬファセット）、
７５    交点。
【図１】
2009129099.tif 000005
【図２】
2009129099.tif 000006
【図３】
2009129099.tif 000007
【図４】
2009129099.tif 000008
【図５】
2009129099.tif 000009
【図６】
2009129099.tif 000010
【図７】
2009129099.tif 000011
【図８】
2009129099.tif 000012
【図９】
2009129099.tif 000013
【図１０】
2009129099.tif 000014
【図１１】
2009129099.tif 000015
【図１２】
2009129099.tif 000016
【図１３】
2009129099.tif 000017
【図１４】
2009129099.tif 000018
【図１５】
2009129099.tif 000019
【図１６】
2009129099.tif 000020
【図１７】
2009129099.tif 000021
【図１８】
2009129099.tif 000022
【図１９】
2009129099.tif 000023
【図２０】
2009129099.tif 000024
【図２１】
2009129099.tif 000025
【図２２】
2009129099.tif 000026
【図２３】
2009129099.tif 000027
【図２４】
2009129099.tif 000028
【図２５】
2009129099.tif 000029
【図２６】
2009129099.tif 000030
【図２７】
2009129099.tif 000031
【図２８】
2009129099.tif 000032