JP2000011033A - ３次元ｃａｄによる金型の設計方法およびその設計装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】自由曲線の複雑な形状の製品の３次元ＣＡＤに
より金型を設計する場合でも、熟練しないオペレータが
簡単にそのパート面を設定することができる３次元ＣＡ
Ｄによる金型の設計方法およびその設計装置を提供す
る。 【解決手段】３次元ＣＡＤシステムで金型ブロックソリ
ッドから製品形状をした製品ソリッドを引き算してその
金型ブロックソリッド内に空洞部を作成し、その空洞部
を利用して前記金型ブロックソリッドをパート面で分割
することにより金型のキャビティとコアとを設計する場
合に、製品１の形状の上面から見た最外周の形状を結ぶ
３次元の等傾曲線３を描き、等傾曲線３をｘｙｚ方向及
び／またはｘｙ方向に拡大したスケーリング曲線４を描
き、ついで等傾曲線３と拡大した曲線４との間にルール
ド面を形成し、そのルールド面４をパート面２とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【発明の属する技術分野】本発明は、３次元ＣＡＤシス
テムにより、製品データをソリッド化して金型の構造設
計をする金型の設計方法およびその設計装置に関する。
さらに詳しくは、金型を３次元ＣＡＤシステムにより設
計する際に、金型をキャビティとコアとに分割する分割
面（パート面）を容易に設定することができる金型の設
計方法およびその装置に関する。

【従来の技術】一般的に３次元ＣＡＤシステムによる金
型設計手法としては、図４（ｂ）に示されるような製品
ソリッド（製造する製品のコンピュータによる３次元形
状モデルのデータ）５１を直方体ソリッドなどの金型ブ
ロックソリッド５２に埋め込み、引き算を行うことによ
って、製品（金型内で樹脂成形される成形物）となる空
洞５３を、金型ブロックソリッド５２内に形成する（図
４（ａ）参照）。そして、この空洞を境界としてパート
面５４で上下に分割し、金型の主要部分であるキャビテ
ィソリッド５５とコアソリッド５６を形成する。この金
型の設計方法においては、図４に示されるような簡単な
構造の製品であればその分割面は平面であるため、パー
ト面５４を容易に設計することができる。しかし、図５
（ａ）に製品の斜視図、図５（ｂ）にそのコア側金型の
一部の斜視図がそれぞれ示されるような高さが自由曲線
で変化するような複雑な３次元構造の製品の金型の設計
をする場合、３次元ＣＡＤにより設計する方法では、図
５（ｂ）に示されるように、製品形状で直線部分のパー
ト面Ｙは、その曲面エッジＢをｘ方向、ｙ方向にそれぞ
れ延長する方法で形成されるが、自由曲線で高さが変わ
る部分Ａのパート面Ｘは、その形状に応じてパート面を
設定しなければならない。そのため、従来は手作業でパ
ート面Ｘを形成して両側のパート面Ｙと接続するように
形成しなければならない。

【発明が解決しようとする課題】従来の３次元の金型の
設計方法では、前述のように、自由曲線で高さが変る製
品形状の部分のパート面を決定するには、手作業でやら
ざるを得ないため、非常に時間がかかると共に、作業者
の熟練度が低いとパート面の形成作業を行えないという
問題がある。さらに、その熟練度により、接線方向の連
続性を確保することができず、滑らかなパート面になら
ないで、稜線が角貼ったパート面になるという問題があ
る。本発明は、このような問題を解決するためになされ
たもので、自由曲線で高さが変わる複雑な形状の製品の
金型を３次元ＣＡＤにより設計する場合でも、熟練しな
いオペレータが簡単にそのパート面を設計することがで
きる３次元ＣＡＤによる金型の設計方法およびその設計
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】本発明の３次元ＣＡＤに
よる金型の設計方法は、３次元ＣＡＤシステムを用い、
金型ブロックソリッドから製品形状をした製品ソリッド
を引き算して該金型ブロックソリッド内に空洞部を作成
し、該空洞を利用して前記金型ブロックソリッドをパー
ト面で分割することにより金型のキャビティとコアとを
設計する金型の設計方法であって、（ａ）前記製品形状
の上面から所定角度方向（θ）から見た最外周の形状を
結ぶ３次元の等傾曲線を描き、（ｂ）前記等傾曲線内の
所定点を中心として、該等傾曲線を、ｘｙｚ方向及び／
またはｘｙ方向に拡大したスケーリング曲線を描き、
（ｃ）ついで前記等傾曲線と拡大して得られたスケーリ
ング曲線との間に直線的な面であるルールド面を形成
し、該ルールド面を前記パート面とするものである。こ
こにソリッドとは、たとえば製品などの表面データを肉
厚を有するデータとしてＣＡＤ内に形成したデータを意
味し、製品形状のそのようなデータを製品ソリッド、金
型ブロックのそのようなデータを金型ブロックソリッド
などと呼ぶ。また、ｘｙ方向とは、ｘｙ平面の面方向を
意味し、ｚ軸方向を含まない意味である。さらに、ルー
ルド面とは、ＣＡＤで通常行われる２つの線分の両端を
それぞれ結んで、その間の線分間を直線で結んで形成さ
れる面を意味する。この方法を用いることにより、自由
曲線により複雑な変化をする部分があっても、まず等傾
曲線を描きその等傾曲線をｘｙｚ方向及び／またはｘｙ
方向に拡大してルールド面を形成するため、熟練しない
オペレータでも簡単に形成することができる。しかも、
製品形状の最外周ラインを用いているため、金型のパー
ト面とすることは金型構造上から言って何等支障がな
い。本発明の３次元ＣＡＤによる金型の設計装置は、金
型ブロックソリッドから製品形状をした製品ソリッドを
引き算して該金型ブロックソリッド内に空洞部を作成す
る手段と、前記製品形状の上面から所定角度方向（θ）
から見た最外周の形状を結ぶ３次元の等傾曲線を描く手
段、前記等傾曲線内の所定点を中心として、該等傾曲線
を、ｘｙｚ方向及び／またはｘｙ方向に拡大したスケー
リング曲線を描く手段と、前記等傾曲線と拡大したスケ
ーリング曲線との間に直線的な面であるルールド面を形
成することによりパート面を形成する手段とを有してい
る。また、本発明の記録媒体は、金型ブロックソリッド
から製品形状をした製品ソリッドを引き算して該金型ブ
ロックソリッド内に空洞部を作成する工程、前記製品形
状の上面から所定角度方向（θ）から見た最外周の形状
を結ぶ３次元の等傾曲線を描く工程、前記等傾曲線内の
所定点を中心として、該等傾曲線を、ｘｙｚ方向及び／
またはｘｙ方向に拡大したスケーリング曲線を描く工
程、前記等傾曲線と拡大したスケーリング曲線との間に
直線的な面であるルールド面を形成する工程、および該
ルールド面をパート面として前記金型ブロックソリッド
をキャビティとコアとに分割する工程、を実行させるた
めのプログラムがコンピュータで読取可能に記録されて
いる。

【発明の実施の形態】次に、図面を参照しながら本発明
の３次元ＣＡＤによる金型の設計方法およびその設計装
置について説明をする。本発明の３次元ＣＡＤによる金
型の設計方法は、３次元ＣＡＤシステムを用い、金型ブ
ロックソリッドから製品形状をした製品ソリッドを引き
算してその金型ブロックソリッド内に空洞部を作成し、
その空洞部を利用して前記金型ブロックソリッドをパー
ト面で分割することにより金型のキャビティとコアとを
設計する場合に、図１に製品の一部にパート面２を形成
した斜視図が示され、図２（ａ）〜（ｃ）にその形成工
程の説明図が示されるように、 （ａ）図１は、製品１の形状の真上（図７（ａ）および
図８（ａ）に示すように、θ＝０°の場合）から見た最
外周の形状を結ぶ３次元の等傾曲線３を表す。また、製
品形状によっては、図７（ｂ）および図８（ｂ）に示す
ように、ある所定角度方向から見た（θ≠０°の場合）
最外周の形状を結ぶ３次元の等傾曲線を求める。 （ｂ）等傾曲線３をｘｙｚ方向に（ｚ座標は、角度で指
定され、図１は、θ＝０°の場合）拡大したスケーリン
グ曲線４を表す。すなわち、図７（ｂ）および、図８
（ｂ）に示すように、製品のパート面形状によっては、
製品の先端形状に応じて、ｚ座標は角度θ（≠０°）を
指定して拡大し、スケーリング曲線を求める。 （ｃ）等傾曲線３と拡大したスケーリング曲線４との間
を直線で結んだ面であるルールド面５を形成し、そのル
ールド面５をパート面２とするものである。次に、本実
施例を、図面に従って説明すると、まず、図２に示され
るように、製品１を所定角度方向（図２の場合は、真上
（θ＝０°）から見た場合）から見て最外周の輪郭とな
る等傾曲線３を形成する。図２の等傾曲線３は、製品の
湾曲部（自由曲線あるいは曲面を構成している部分）を
真上から見て最外周になる部分で、その湾曲部の頂点を
構成する曲線となり、それがパート面として最適な位置
とは限らない。すなわち、湾曲部を真上（θ＝０°）か
ら見るだけではなく所定角度方向（θ≠０°）から見
て、湾曲部の形状に最適なパート面位置の等傾曲線とな
るように、真上から角度θ分ずらして（θ≠０°）し
て、最適なパート面位置を求める。（図７（ｂ）及び図
８（ｂ）参照） 次に、図２（ｂ）に示されるように、前記等傾曲線３
を、ｘｙｚ方向にスケーリングをかけて、たとえば３〜
５倍に拡大したスケーリング曲線４を形成する。すなわ
ち、前記等傾曲線３は３次元曲線であるが、製品外形に
より、ｚ軸方向には拡大せず、ｘｙ方向のみに拡大（ｚ
座標は、角度θにて指定し、θ＝０°）ｘｙ平面内のみ
で拡大する。その結果、スケーリング曲線４も３次元の
曲線になるが、ｚ軸方向については等傾曲線３と同じｚ
座標で、ｘｙ平面内のみで拡大される。また、湾曲部の
形状においては、ｚ座標にθの値を指定して、ｚ方向に
も拡大する。（図７（ｂ）、図８（ｂ）参照） 次に、図６において、前記手段を具体的に説明すると、 （１）製品形状の最外周ラインをｘｙｚのｍ個のスプラ
インの制御点Ｃ(Ｘｍ，Ｙｍ，Ｚｍ)で記憶する。（図６
（ａ）参照） （２）前記制御点Ｃにより、スプライン曲線から等傾曲
線３を作成する。（図６（ａ）） （３）前記等傾曲線３内にスケーリング中心点Ｐを決定
し、Ｐ点と前記制御点Ｃを結んだ距離ｌをｎ倍に拡大し
た点Ｓｎ（Ｘ１ｘｎ，Ｙ１ｘｎ）を求める。（図６
（ｂ）参照） （４）（３）は製品形状の最外周を真上（θ＝０°）か
ら見た場合で、製品外形の最外周を所定角度方向（θ≠
０°）から見た場合は、前述したｘｙ方向にｚ方向の角
度θを加えてＳｎ（Ｘ１ｘｎ，Ｙ１ｘｎ，Ｚ１＋ｌ（ｎ
−１）ｓｉｎθ）を求める。（図６（ｃ）参照） （５）前記制御点Ｓｎを結んでスケーリング曲線４を作
成する。（図６（ｄ）参照） （６）前記等傾曲線３とスケーリング曲線４間にルール
ド面５を作成し、パート面とする。（図６（ｅ）参照） 前述する（４）は図７（ｂ）に示すように、角度θを変
えることによって３次元的なパート面を作成することが
できる。それはつまり、製品の先端形状に合わせて角度
θを決定するということで、図７（ｂ）のような製品の
端面が鋭角の場合、θを鋭角に合わせてｘｙ方向に対し
て斜め方向から見るようにし、鋭角に合わせたパート面
を決定する。また、図８（ａ）のように、製品端面が円
弧状の場合、製品形状の外周を真上から（θ＝０°）見
ると、最外周ラインが、円弧の端部に来ることになり、
金型のパート合わせが非常にやり難く、そのため成形時
にバリ等が発生することがある。そのため、図８（ｂ）
のように角度θをもたせて（θ≠０°）、パート面を、
円弧の中央部のもっていくと、金型のパート合わせがし
易く、成形品にバリ等の発生が少なくなる。次に、図２
（ｃ）に示すように、等傾曲線３とスケーリング曲線４
との間を直線で結んで面を形成し、ルールド面５を形成
する。スケーリング曲線４は等傾曲線３を拡大した曲線
であるため、曲線の長さは等傾曲線３と異なるが、ＣＡ
Ｄでは、異なる長さの線分間に直線的な曲線であるルー
ルド面５を形成することができる。このルールド面５を
大きめに作成し、所望の金型の大きさに切ることによ
り、図１に示されるパート面２を形成することができ
る。図１〜２に示される説明図には、製品の空洞部を形
成する工程の図が示されていないが、図４に示されるよ
うに金型ブロックソリッドから製品ソリッドを引くこと
により、空洞部を形成することができ、その空洞部の周
囲の金型ブロックソリッドを前述のパート面２で切断す
ることにより、図３に示されるように、金型のコア部６
と金型のキャビティ部７を設計することができる。な
お、図３では、それぞれ半分づつ程度示されているのみ
である。本実施例では、等傾曲線３を形成した後、一部
製品外形に合わせてｚ方向の角度θをもたせている部分
以外、その等傾曲線をｘｙ方向のみにスケーリングして
ルールド面５を形成しているため、主観的な要素が全然
入らず、熟練しない者でもその手順により均一な設計を
することができる。また、上面から見た最外周の曲線で
ある等傾曲線を用いているため、金型のパート面にして
も、成形品を金型から分離することができると共に、一
義的にその位置を決めることができる。しかも、複雑な
自由曲線でも、ルールド面５は連続した曲面として得ら
れるため、接線方向の接続も容易にかつ、確実に得るこ
とができる。その結果、短時間で安定した品質の金型設
計が得られる。また、製品形状の最外周を真上からだけ
でなく、所定角度をもって見た等傾曲線あるいは、それ
を拡大してスケーリング曲線を作成しているだめ、金型
加工時にパート面合わせが容易で、成形品質の良い金型
を提供することができる。本発明によれば、非常に簡単
な工程で客観的に設計することができるため、この方法
をプログラム化することができ、前述の製造工程を関連
づけて連続的に実行させるようにプログラム化すること
により、本発明の記録媒体が構成され、この工程を行わ
せる手段により本発明の金型装置が構成されている。ま
た、本発明によれば、従来、熟練度を用したオペレータ
により自由曲線部のＮＣ加工がプログラミングされてい
たが、本プログラムによる３次元ＣＡＤ（ｃｏｍｐｕｔ
ｅｒ ａｉｄｅｄ ｄｅｓｉｂｎ）／ＣＡＭ（ｃｏｍｐｕ
ｔｅｒ ａｉｄｅｄ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）（金
型設計・生産支援システム）により、金型設計者が入力
したプログラムから自動的にＮＣ加工ができ、設計から
加工まで一貫した自動化が可能となる。

【発明の効果】本発明によれば、複雑な曲線形状の製品
の成形金型を設計する場合でも、容易にそのパート面を
定めることができ、しかも稜線が角張ることもなく滑ら
かにパート面を形成することができる。その結果、最近
の自動車部品の樹脂成形品化などにより、非常に複雑な
形状の成形品が多用される状況下においても、簡単に成
形品用の金型を設計することができ、コストダウンに大
きく寄与する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の金型設計方法により製品の形状にパー
ト面を形成した状態の一部の説明図である。

【図２】図１のパート面を形成する工程の説明図であ
る。

【図３】図１の製品のコアとキャビティの一部の説明図
である。

【図４】３次元ＣＡＤにより金型を設計する方法の説明
図である。

【図５】金型を設計する際のパート面を形成する際の問
題点を説明する図である。

【図６】等傾曲線およびスケーリング曲線を作成する方
法を説明する図である。

【図７】製品形状（製品端部に鋭角を有する形状）の最
外周ラインを真上から（θ＝０°）見た図７（ａ）と、
所定角度（θ≠０°）をもって見た図７（ｂ）である。

【図８】同じく、製品形状（製品端部に円弧を有する形
状）の最外周ラインを真上から（θ＝０°）見た図８
（ａ）と、所定角度（θ≠０°）をもって見た図８
（ｂ）である。

【符号の説明】

１ 製品 ２ パート面 ３ 等傾曲線 ４ スケーリング曲線 ６ 金型のコア部 ７ 金型のキャビティ部 θ 製品形状の上面から所定角度

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】３次元ＣＡＤシステムを用い、金型ブロッ
   クソリッドから製品形状をした製品ソリッドを引き算し
   て該金型ブロックソリッド内に空洞部を作成し、該空洞
   を利用して前記金型ブロックソリッドをパート面で分割
   することにより金型のキャビティとコアとを設計する金
   型の設計方法であって、（ａ）前記製品形状の上面から
   所定角度方向（θ）から見た最外周の形状を結ぶ３次元
   の等傾曲線を描き、（ｂ）前記等傾曲線内の所定点を中
   心として、該等傾曲線を、ｘｙｚ方向及び／またはｘｙ
   方向に拡大したスケーリング曲線を描き、（ｃ）ついで
   前記等傾曲線と拡大して得られたスケーリング曲線との
   間に直線的な面であるルールド面を形成し、該ルールド
   面を前記パート面とする３次元ＣＡＤによる金型の設計
   方法。
2. 【請求項２】金型ブロックソリッドから製品形状をした
   製品ソリッドを引き算して該金型ブロックソリッド内に
   空洞部を作成する手段と、前記製品形状の上面から所定
   角度方向（θ）から見た最外周の形状を結ぶ３次元の等
   傾曲線を描く手段、前記等傾曲線内の所定点を中心とし
   て、該等傾曲線を、ｘｙｚ方向及び／またはｘｙ方向に
   拡大したスケーリング曲線を描く手段と、前記等傾曲線
   と拡大したスケーリング曲線との間に直線的な面である
   ルールド面を形成することによりパート面を形成する手
   段とを有する３次元ＣＡＤによる金型の設計装置。
3. 【請求項３】金型ブロックソリッドから製品形状をした
   製品ソリッドを引き算して該金型ブロックソリッド内に
   空洞部を作成する工程、前記製品形状の上面から所定角
   度方向（θ）から見た最外周の形状を結ぶ３次元の等傾
   曲線を描く工程、前記等傾曲線内の所定点を中心とし
   て、該等傾曲線を、ｘｙｚ方向及び／またはｘｙ方向に
   拡大したスケーリング曲線を描く工程、前記等傾曲線と
   拡大したスケーリング曲線との間に直線的な面であるル
   ールド面を形成する工程、および該ルールド面をパート
   面として前記金型ブロックソリッドをキャビティとコア
   とに分割する工程、を実行させるためのプログラムを記
   録したコンピュータ読取可能な記録媒体。