JP4829729B2

JP4829729B2 - 車体ボディにおける浸漬液排出時間のシミュレーション方法およびこのシミュレーション方法を実行するコンピュータが実行可能なプログラム

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Publication number: JP4829729B2
Application number: JP2006250308A
Authority: JP
Inventors: 建栄沈
Original assignee: Fuji Jukogyo KK
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2006-09-15
Filing date: 2006-09-15
Publication date: 2011-12-07
Anticipated expiration: 2026-09-15
Also published as: JP2008071219A

Description

本発明は、車体ボディに形成された浸漬液排出孔から排出される浸漬液の排出時間をシミュレーションする車体ボディにおける浸漬液排出時間のシミュレーション方法およびこのシミュレーション方法を実行するコンピュータが実行可能なプログラムに関する。

自動車等の車体ボディの塗装工程では、フロアパネル，サイドパネルおよびルーフパネル等のプレス成形部品により集成された車体ボディを、電着溶液（浸漬液）が充填された処理槽内に完全に浸漬（フルディップ）して塗装を施すようにしている。このように車体ボディにおいては、フルディップ方式を採用することにより、その表面に形成される塗膜厚さを略均一にして見栄えを良くしたり、溶接箇所にも同様の塗装処理を施して防錆効果を高めたりするようにしている。

車体ボディには、所定の構造強度を確保するために、通常、複数の凹凸が形成されており、車体ボディの凹部には、電着塗装を終えて処理槽より車体ボディを引き上げた際に、電着溶液が凹部に残留しないように電着溶液を外部に排出する浸漬液排出孔が設けられている。この浸漬液排出孔から電着溶液が完全に排出されない状態で次の工程に移行した場合には、残留した電着溶液が次の工程における成分の異なる他の浸漬液中に混入し、当該浸漬液の品質が劣化して車体ボディの塗装品質を悪化させ、また、電着溶液を処理槽の外部に持ち出すことになるので、電着溶液の消費量が増加して製造コストが嵩むといった問題が生じる。

そこで、電着溶液の排出時間を短縮するために浸漬液排出孔を多数個設置したり、浸漬液排出孔の大きさを大きくしたりすること等が考えられるが、いずれの場合においても、車体ボディの構造強度を低下させることになるばかりか、防音，防振のために浸漬液排出孔を閉塞するグロメット（ゴム製の封止体）の装着をする場合、その装着作業が煩雑になるという別の問題が生じることになる。

車体ボディに残留した浸漬液を外部に排出する浸漬液排出孔の構造としては、例えば、グロメットを必要としない開閉可能な浸漬液排出孔構造（特許文献１参照）や、各パネルの接合部分に浸漬液が連通する連通路を形成する接合部材を介在させ、浸漬液を迅速に排出できるようにしたもの（特許文献２参照）が知られている。
特開平０７−０８１６４０号公報特開２００４−０３４８５５号公報

しかしながら、上記各特許文献に記載された技術によれば、いずれも車体ボディの凹部に残留する浸漬液を速やかに排出することができるものの、浸漬液排出孔を開閉可能に形成する必要があったり（特許文献１）、車体ボディを構成する各パネルに加えて連通路を形成する接合部材が必要になったりする（特許文献２）等、製造工程が煩雑であり、その結果、製造コストが嵩むといった問題が生じる。

本発明の目的は、浸漬液排出孔の構造を変更せずに浸漬液の外部への持ち出しを抑制すべく、浸漬液排出孔からの浸漬液排出時間をシミュレーションすることができる車体ボディにおける浸漬液排出時間のシミュレーション方法およびこのシミュレーション方法を実行するコンピュータが実行可能なプログラムを提供することにある。

本発明の車体ボディにおける浸漬液排出時間のシミュレーション方法は、車体ボディに形成された浸漬液排出孔から排出される浸漬液の排出時間を、流体解析装置を用いてシミュレーションする車体ボディにおける浸漬液排出時間のシミュレーション方法であって、前記流体解析装置の制御部により、複数の要素に分割された前記車体ボディの数値計算モデルに基づき、前記浸漬液排出孔を検出する排出孔検出ステップと、前記排出孔検出ステップで検出した前記浸漬液排出孔の面積を求める面積演算ステップと、前記浸漬液排出孔を複数の要素により閉塞する排出孔閉塞ステップと、前記車体ボディの処理槽からの引き上げ時における重力方向に基づき、閉塞された前記浸漬液排出孔のうち、液溜まり部となる前記浸漬液排出孔を予測する液溜まり部予測ステップと、前記液溜まり部予測ステップで予測された前記液溜まり部に溜まる前記浸漬液の体積を求める体積演算ステップと、前記面積演算ステップで求めた面積データおよび前記体積演算ステップで求めた体積データに基づき、前記液溜まり部から排出される前記浸漬液の排出時間を求める排出時間演算ステップと、前記排出時間演算ステップで求めた前記液溜まり部における前記排出時間のうち、最も長い排出時間を前記車体ボディにおける前記浸漬液の完全排出時間とする完全排出時間設定ステップと、前記完全排出時間設定ステップで設定された前記完全排出時間を外部に表示させる完全排出時間表示ステップと、を実行することを特徴とする。

本発明の車体ボディにおける浸漬液排出時間のシミュレーション方法を実行するコンピュータが実行可能なプログラムは、車体ボディに形成された浸漬液排出孔から排出される浸漬液の排出時間をシミュレーションする車体ボディにおける浸漬液排出時間のシミュレーション方法を実行するコンピュータが実行可能なプログラムであって、複数の要素に分割された前記車体ボディの数値計算モデルに基づき、前記浸漬液排出孔を検出する排出孔検出ステップと、前記排出孔検出ステップで検出した前記浸漬液排出孔の面積を求める面積演算ステップと、前記浸漬液排出孔を複数の要素により閉塞する排出孔閉塞ステップと、前記車体ボディの処理槽からの引き上げ時における重力方向に基づき、閉塞された前記浸漬液排出孔のうち、液溜まり部となる前記浸漬液排出孔を予測する液溜まり部予測ステップと、前記液溜まり部予測ステップで予測された前記液溜まり部に溜まる前記浸漬液の体積を求める体積演算ステップと、前記面積演算ステップで求めた面積データおよび前記体積演算ステップで求めた体積データに基づき、前記液溜まり部から排出される前記浸漬液の排出時間を求める排出時間演算ステップと、前記排出時間演算ステップで求めた前記液溜まり部における前記排出時間のうち、最も長い排出時間を前記車体ボディにおける前記浸漬液の完全排出時間とする完全排出時間設定ステップと、前記完全排出時間設定ステップで設定された前記完全排出時間を外部に表示させる完全排出時間表示ステップと、を有することを特徴とする。

本発明の車体ボディにおける浸漬液排出時間のシミュレーション方法によれば、流体解析装置の制御部により、車体ボディの数値計算モデルから車体ボディの浸漬液排出孔の面積を求めるとともに当該浸漬液排出孔を複数の要素で閉塞し、液溜まり部となる浸漬液排出孔を予測して当該液溜まり部に溜まる浸漬液の体積を求める。そして、流体解析装置の制御部は、面積データと体積データとから浸漬液の排出時間を求めて、当該排出時間のうち最も長い排出時間を車体ボディから浸漬液が排出される完全排出時間とするので、車体ボディから浸漬液が完全に排出されるまでの時間をシミュレーションすることができる。

したがって、シミュレーションした完全排出時間の長短に基づきライン速度を調整することで、車体ボディの浸漬液排出孔の構造を変更せずに浸漬液の外部への持ち出しを抑制することができるので、浸漬液の消費量を低減することができる。また、シミュレーション結果を車体ボディの設計段階にフィードバックして浸漬液排出孔を設計することで、車体ボディの構造強度や生産性等を考慮した車体ボディの設計を行うことができる。さらに、異種形状の車体ボディの数値計算モデルに基づくシミュレーション結果に応じてライン速度を適宜調整することで、異種形状の車体ボディをライン上に混在させることができ、多品種少量生産等に対応できる。

本発明の車体ボディにおける浸漬液排出時間のシミュレーション方法を実行するコンピュータが実行可能なプログラムによれば、コンピュータに、車体ボディの数値計算モデルから車体ボディの浸漬液排出孔の面積を演算させるとともに当該浸漬液排出孔を複数の要素で閉塞させ、液溜まり部となる浸漬液排出孔を予測させて当該液溜まり部に溜まる浸漬液の体積を演算させる。そして、面積データと体積データとから浸漬液の排出時間を演算させて、当該排出時間のうち最も長い排出時間を車体ボディから浸漬液が排出される完全排出時間とするので、車体ボディから浸漬液が完全に排出されるまでの時間をシミュレーションすることができる。

以下、本発明の一実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明のシミュレーション方法を実行する流体解析装置を示すブロック図を、図２は車体ボディの塗装ラインを説明する説明図を、図３は車体ボディのフロアパネルの数値計算モデルを示す斜視図を、図４は数値計算モデルの要素を説明する説明図をそれぞれ表している。

図１に示すように、本発明に係るシミュレーション方法を実行する流体解析装置１０は、解析対象となる車体ボディ（図示せず）の解析条件等を入力するキーボード１１と、解析処理結果等を表示するディスプレイ１２と、車体ボディの各種データ等を保存するＨＤＤ（ハードディスクドライブ）１３と、ＦＤ（フレキシブルディスク）に解析処理結果等を保存したりするＦＤＤ（フレキシブルディスクドライブ）１４とを有している。

この流体解析装置１０には、さらに、ＣＰＵ１５，ＲＯＭ１６およびＲＡＭ１７からなる制御部１８と、キーボード１１のキーボードコントローラ１９と、ディスプレイ１２のディスプレイコントローラ２０と、ＨＤＤ１３およびＦＤＤ１４のディスクコントローラ２１と、流体解析装置１０をネットワーク２２と接続するためのネットワークインターフェースコントローラ２３とが設けられており、これらは相互にシステムバス２４を介して通信可能となっている。

制御部１８を構成するＣＰＵ１５は、ＲＯＭ１６やＨＤＤ１３に保存されたソフトウェア、または、ＦＤＤ１４から供給されるソフトウェアを実行することにより、システムバス２４に接続された種々の構成部材を総括的に制御するようになっている。すなわち、ＣＰＵ１５は、所定の処理シーケンスに従ってＲＯＭ１６やＨＤＤ１３、あるいはＦＤＤ１４からソフトウェアを読み出して、そのプログラムを実行することにより、図５のフローチャートに示す動作を実現する制御を行うようになっている。

ＣＰＵ１５は、解析対象となる車体ボディの各種データをＨＤＤ１３から読み出して、この読み出した各種データから複数の要素に分割された二次元の数値計算モデルを構築するようになっている。また、ＣＰＵ１５は、構築した数値計算モデルに基づいて、図５のフローチャートに示す動作を実現するために必要な、車体ボディにおける浸漬液排出孔の検出，液溜まり部の予測および浸漬液の排出時間の演算等を行うようになっている。

制御部１８を構成するＲＡＭ１７は、ＣＰＵ１５のメインメモリあるいはワークエリア等として機能するものである。キーボードコントローラ１９は、キーボード１１や図示しないポインティングデバイス等の入力手段からの入力信号を制御し、ディスプレイコントローラ２０は、ディスプレイ１２の表示を制御するようになっている。ディスクコントローラ２１は、ブートプログラム，種々のアプリケーション，編集ファイル，ユーザファイルおよびネットワーク管理プログラム等を保存または読み出すＨＤＤ１３やＦＤＤ１４とのアクセスを制御するようになっている。ネットワークインターフェースコントローラ２３は、ネットワーク２２上の他のデバイス（図示せず）と双方向にデータを送受信するようになっている。

本実施の形態に係るシミュレーション方法は、乗用車等の車体ボディの電着塗装時において、車体ボディの凹部に残留した電着溶液（浸漬液）が浸漬液排出孔を介して外部に抜けるまでの排出時間をシミュレーションするものである。まず、車体ボディの塗装ラインについて図２を参照して説明する。

図２に示すように、電着塗装の対象となる車体ボディ３０は、プレス成形されたフロアパネル，サイドパネルおよびルーフパネル等よりなる複数の車体パネル（図示せず）をスポット溶接等により接合することで形成されている。この車体ボディ３０は、搬送装置３１のハンガ３２に吊り下げられた状態で塗装ライン３３上を略水平方向に搬送されるようになっている。

搬送装置３１の塗装ライン３３の前段には、前処理ライン（図示せず）が設けられており、この前処理ラインでは、車体ボディ３０に対して電着塗装の前処理として、湯洗，脱脂，水洗，表面調整，皮膜化成，水洗，乾燥の処理をこの順番で連続して施すようにしている。この前処理ラインにおける処理を終えた後、車体ボディ３０は、塗装ライン３３に移行して電着槽（処理槽）３４に向かって下降し、電着溶液（浸漬液）３５に完全に浸漬された状態で略水平方向に移動するようになっている。この状態のもとで、車体ボディ３０と電着槽３４内の電極（図示せず）に所定の大きさの電圧を加えることにより、車体ボディ３０の表面に所定の膜厚の塗膜を析出させることができる。

その後、搬送装置３１により車体ボディ３０を電着槽３４から引き上げ、この姿勢を保持した状態で車体ボディ３０の凹部（図示せず）に溜まった電着溶液３５が浸漬液排出孔（図示せず）を介して外部に排出されるのを待ち、引き続き、車体ボディ３０に電着せずに付着している余剰の電着溶液３５を、水洗スプレー等により除去するようになっている。

次に、本実施の形態に係るシミュレーション方法について詳細に説明する。なお、本実施の形態においては、解析手法として有限要素法を用いるとともに、車体ボディ３０を構成するフロアパネルおよびサイドパネルよりなるボディパネルを解析対象として解析を行っている。

図３に示すものは、車体ボディ３０を構成するボディパネル４０の数値計算モデルを表しており、図１に示す流体解析装置１０の制御部１８は、ボディパネル４０の表面を複数の要素４１（図３の破線円内にその一部を示す）に分割して種々の数値計算を行うための二次元の数値計算モデルを構築するようになっている。ただし、二次元の数値計算モデルを構築するにあたり、例えば、車体ボディ３０の衝突変形シミュレーション等で用いられる二次元の数値計算モデルを流用することができる。

ボディパネル４０の数値計算モデルは、Ｘ−Ｙ軸方向（水平方向）に形成されるフロアパネル部４０ａと、Ｚ軸方向（垂直方向）に起立する４つのドアパネル部４０ｂを有しており、各ドアパネル部４０ｂは略半ドアの状態に設定されている。このように、各ドアパネル部４０ｂを略半ドアの状態とすることにより車体ボディ３０が電着槽３４（図２参照）内に実際に浸漬される状態を模擬的に作り出している。そして、各ドアパネル部４０ｂとフロアパネル部４０ａとの間には、比較的大きな面積を有する間隙Ｇ（図中網掛け部分）が形成されている。

ボディパネル４０を構成するフロアパネル部４０ａには、ボディパネル４０に所定の構造強度を付与するための複数の凹部４２，４３が形成されており、各凹部４２，４３には浸漬液排出孔としての排出孔４２ａ，４３ａが形成されている。なお、図３においては、一対の凹部４２，４３および排出孔４２ａ，４３ａが形成されているものを示しているが、実際のボディパネル４０の数値計算モデルには無数の凹部および排出孔が形成されている。

各凹部４２，４３はそれぞれ略半球形状に形成されており、凹部４２の排出孔４２ａは面積Ｓ１に設定されており、凹部４３の排出孔４３ａは面積Ｓ２（Ｓ１＜Ｓ２）に設定されている。また、凹部４２の体積Ｖ１は凹部４３の体積Ｖ２よりも小さく設定されている（Ｖ１＜Ｖ２）。

図４に示すように、ボディパネル４０の数値計算モデルを構成する複数の要素（図中符号２〜１０）は、三角形以上の多角形の平面により形成されており、各要素は複数の節点（図中丸印符号）と各節点を結ぶ線分（エッジ）とから構成されている。各節点は、それぞれＸＹＺ軸方向の座標データを備えており、この座標データにより所定の基準位置からそれぞれの節点がどの位置にあるのかを判断できるようになっている。

図１に示す流体解析装置１０のＨＤＤ１３には、表１に示すように、ボディパネル４０となる複数の要素を形成する数値データが予め保存されている。

これらの数値データは、４桁のデータ番号，要素番号，その要素に属する節点番号，その節点を結んで形成されるエッジのエッジ番号により構成され、例えば、図４に示す要素番号〔２〕に対応する数値データは、データ番号〔０００２〕を参照する。また、ＨＤＤ１３に保存された数値データの中には、複数の節点のＸＹＺ軸方向の座標データがあり、例えば、図４に示す節点番号〔１２５〕に対応する座標データは、データ番号〔１００６〕を参照する。

図１に示す流体解析装置１０の制御部１８は、ボディパネル４０の数値計算モデルに基づく全ての要素の属性を液体(LIQUID)に設定するようになっており、このように全ての要素の属性を液体、つまり、図２に示す電着溶液３５に設定することにより、ボディパネル４０が電着槽３４から引き上げられた後のボディパネル４０の周辺が電着溶液３５で満たされた状態を模擬的に作り出している。

図５は本発明のシミュレーション方法の動作を説明するフローチャートを、図６は図３の凹部周辺の要素を一部抜き出して示す模式図を、図７は図６の排出孔を複数の要素で塞いだ状態を示す模式図を、図８は図３の凹部周辺の電着溶液の状態を示す断面図を、図９は凹部に溜まる電着溶液の気液境界面を説明する説明図を、図１０は図３の一対の凹部に実際に溜まる電着溶液の状態を示す断面図をそれぞれ表している。

図５のフローチャートに示すように、まず、図１で示した流体解析装置１０に電源を投入して制御部１８に電力が供給されると、制御部１８の初期設定が行われるとともに、ＨＤＤ１３等からＲＡＭ１７に解析処理のソフトウェアが読み込まれ、本発明に係るシミュレーション方法を実行するプログラムが実行される（ステップＳ１）。

次に、操作者により解析対象となる車体パネル、ここではボディパネル４０を解析対象とすべくこれに対応する車体パネル(Body_i)を、キーボード１１を介して入力する（ステップＳ２）。

続くステップＳ３においては、ボディパネル４０の電着槽３４からの引き上げ角度を考慮して電着溶液の排出時間を正確にシミュレーションするために、重力方向Ｇ（例えば、引き上げ角度右方斜め上３０°等）をキーボード１１から入力する。すると、ボディパネル４０の数値計算モデルに重力方向Ｇが付加されて、ＨＤＤ１３からＲＡＭ１７に読み込まれる。このとき、ボディパネル４０の全ての要素４１（図３参照）の属性は液体となっている。

ステップＳ４では、ボディパネル４０に形成される排出孔４２ａ，４３ａ（図３参照）を含む複数の排出孔を検出する。このステップＳ４における排出孔の検出は、ＲＡＭ１７に読み込まれたボディパネル４０の数値データ（表１参照）を参照し、表２に示すようにデータ番号順に排出孔の検出に必要な数値データを求めることにより行う。

例えば、表２のデータ番号〔０００２〕において、まず、要素番号〔２〕における節点の数を求める。この場合、要素番号〔２〕の節点の数は『４』となる（図４参照）。続いて、要素番号〔２〕に隣接する隣接要素を検出して要素番号をリストアップする。この場合、要素番号〔３〕，〔４〕，〔５〕，〔７〕の要素が隣接要素となる（図４参照）。そして、要素番号〔２〕の節点の数『４』と、検出した隣接要素の数『４』とが一致するので、要素番号〔２〕の周囲全てが隣接要素により塞がれていると判定され、要素番号〔２〕の各節点を結ぶそれぞれのエッジがフリーエッジではない、つまり、要素番号〔２〕には排出孔が隣接していない（フリーエッジ無）と判定される。このように、「要素の節点の数＝検出した隣接要素の数」となった場合に「フリーエッジ無」と判定される。

一方、表２に示すように、次のデータ番号〔０００３〕においては、要素番号〔３〕の節点の数が『４』であるのに対し、隣接要素の数が『３』（要素番号〔２〕，〔４〕，〔６〕）となりその数が一致しない。したがって、要素番号〔３〕の周囲の一部が隣接要素で塞がれていない、つまり、要素番号〔３〕は排出孔を形成するフリーエッジを備えている（フリーエッジ有）と判定される。このように、「要素の節点の数＞検出した隣接要素の数」となった場合に「フリーエッジ有」と判定される。

このように、ステップＳ４においては、データ番号順に各要素のフリーエッジの有無を検出するとともに、当該検出されたフリーエッジの各節点を連ねることで形成される連続したフリーエッジを、ボディパネル４０に形成される排出孔（図３の排出孔４３ａ参照）として検出するようになっている。

ステップＳ５では、ステップＳ４で検出した複数の排出孔を、それぞれ表３に示すようにリストアップするとともにＲＡＭ１７に保存する。

ＲＡＭ１７への保存内容としては、表３に示すように、検出順に排出孔に排出孔番号を付与するとともに、各排出孔のそれぞれに対応して、排出孔を形成する要素番号，排出孔を形成するフリーエッジ番号，排出孔を形成するフリーエッジの節点番号を保存するようになっている。ここで、ステップＳ４およびステップＳ５によって、本発明における排出孔検出ステップを構成している。

ステップＳ６では、ステップＳ５でＲＡＭ１７に保存した複数の排出孔(Hole_i)の面積(S_i)を計算する（図６に示す排出孔４３ａの面積Ｓ２参照）。ここで、排出孔(Hole_i)の面積(S_i)は、排出孔(Hole_i)を形成するフリーエッジの各節点のＸ−Ｙ軸方向の座標データを用いて所定の計算を行うことにより求められ、この計算に必要となる座標データは表１から参照する。

その後、ステップＳ７では、ステップＳ６で求めた複数の排出孔(Hole_i)の面積(S_i)を、表３の右側欄に示すように、各排出孔番号に対応させてＲＡＭ１７に保存する。ここで、ステップＳ６およびステップＳ７によって、本発明における面積演算ステップを構成している。

ステップＳ８では、ステップＳ７で保存した複数の排出孔(Hole_i)の面積(S_i)を、所定の大きさの面積(Smax)と比較する。ここで、所定の大きさの面積(Smax)とは、ボディパネル４０を電着槽３４から引き上げるのと略同時に電着溶液３５を電着槽３４（図２参照）へ排出することができる大きさの面積であり、本実施の形態においては、図３に示す各ドアパネル部４０ｂとフロアパネル部４０ａとの間に形成された間隙Ｇの面積を面積(Smax)として用いている。

ステップＳ８でyesと判断、つまり、排出孔(Hole_i)の面積(S_i)が、面積(Smax)と同等かそれ以上の大きさの面積であると判断された場合には、当該排出孔(Hole_i)の面積(S_i)は、ボディパネル４０の引き上げと略同時に電着溶液３５を電着槽３４へ排出することができる、つまり、当該排出孔(Hole_i)については排出時間を計算する必要が無い（無視できる）としてステップＳ１０へ進む。

一方、ステップＳ８でnoと判断、つまり、排出孔(Hole_i)の面積(S_i)が、面積(Smax)よりも小さい面積であると判断された場合には、当該排出孔(Hole_i)の面積(S_i)は、ボディパネル４０の引き上げ後の電着溶液３５の電着槽３４への排出に、ある程度の時間が掛かり、当該排出孔(Hole_i)については排出時間を計算する必要がある（無視できない）としてステップＳ９へ進む。

ステップＳ９では、排出時間の計算対象となる排出孔(Hole_i)を複数の要素で閉塞するとともに閉塞した排出孔(Hole_i)をＲＡＭ１７に保存する。ここで、排出孔(Hole_i)の閉塞は、略半球形状の凹部４３の曲率（図７参照）に沿わせて排出孔４３ａの内側に隣接する要素を次々と連続して繋げていくことにより行われる。凹部４３の曲率は、凹部４３を形成する要素のＸＹＺ軸方向の座標データを表１から参照して所定の計算により求めることができる。

なお、ステップＳ９では排出孔(Hole_i)を閉塞しているが、これは、後述の液溜まり部予測ステップにおいて、電着溶液３５が排出孔(Hole_i)を介して電着槽３４に排出されると判断されることを回避するためである。ここで、ステップＳ９によって、本発明における排出孔閉塞ステップを構成している。

続くステップＳ１０では、ステップＳ５でリストアップした全ての排出孔(Hole_i)を対象に、ステップＳ６〜ステップＳ９の処理を実行したか否かを判断する。ステップＳ１０でnoと判断、つまり、未だ全ての排出孔(Hole_i)についてステップＳ６〜ステップＳ９の処理を実行していないと判断した場合には、ステップＳ１１に進んで「Ｉ＝ｉ＋１」としてカウントする。そして、次の排出孔番号の排出孔（表３参照）を対象としてステップＳ６に戻る。ステップＳ１０でyesと判断した場合にはステップＳ１２へ進む。

ステップＳ１２では、ステップＳ９で閉塞した各排出孔(Hole_i)のそれぞれに対応する凹部を対象に、ボディパネル４０の引き上げ時に電着溶液３５が溜まる液溜まり部(Pudd_i)となるか否かを判定する。ここで、液溜まり部(Pudd_i)の判定には、図８に示すように、ボディパネル４０を図中矢印(MOVE)方向に引き上げる際の引き上げ角度(α)が考慮される。この引き上げ角度(α)は、上記ステップＳ３で入力された情報に基づくものである。

ボディパネル４０には、例えば、図８に示すような異種形状の凹部Ａや凹部４３が複数形成されており、このうち、凹部Ａはボディパネル４０が引き上げ角度(α)で引き上げられることにより液溜まり部(Pudd_i)とはならない。そこで、ステップＳ１２では、このような液溜まり部(Pudd_i)とならない凹部Ａを排除するために、各排出孔(Hole_i)に対応する凹部の中から液溜まり部(Pudd_i)の有無を判定するようにしている。

凹部４３および凹部Ａが液溜まり部(Pudd_i)となるか否かを判定するに当たり、まず、図６〜図８に示すように、フロアパネル部４０ａを形成する要素（フロアパネル部要素）と凹部４３を形成する要素（凹部要素）との境界エッジＣ１を検出する。この境界エッジＣ１の検出には、ステップＳ３で重量方向Ｇの情報が付加される前のＺ軸方向の座標データ（表１参照）が用いられる。

境界エッジＣ１を検出するに当たり、ボディパネル４０を形成する要素のうちの殆どがフロアパネル部４０ａを形成しており、まず、フロアパネル部要素が備える節点のＺ軸方向の座標データを基準座標データとする。そして、このフロアパネル部要素（全ての節点が基準座標データを備える）と、基準座標データよりも小さい座標データを備える節点を有する凹部要素との境界部分に形成されるエッジを検出し、この検出したエッジを境界エッジＣ１とする。

このように、Ｚ軸方向の座標データを用いることによって凹部４３の境界エッジＣ１を検出することができ、これと同様の手順で凹部Ａの境界エッジＣ２についても検出する。ただし、この境界エッジの検出は、凹部Ａおよび凹部４３以外の全ての排出孔(Hole_i)に対応する凹部についても行われる。

凹部４３および凹部Ａの境界エッジＣ１，Ｃ２を検出した後、図８に示すように、車体ボディ３０の引き上げ角度(α)に基づき表１に示す座標データを変換する。そして、境界エッジＣ１，Ｃ２を形成する節点のうち、Ｚ軸方向の座標データが最も小さい節点を重力方向Ｇに対して最低位置にある節点として、当該節点を最低節点Ｐ１，Ｐ２とする。

その後、最低節点Ｐ１，Ｐ２のＺ軸方向の座標データと、凹部４３および凹部Ａを形成する凹部要素が備える各節点のＺ軸方向の座標データとの大小を比較、つまり、比較対象の各節点が、最低節点Ｐ１，Ｐ２に対して高い位置にあるか否かを判定する。そして、上記判定により最低節点Ｐ１，Ｐ２よりも低い位置にあるとされた節点を備える凹部要素の属性を液体のままで変更せず、一方、最低節点Ｐ１，Ｐ２よりも高い位置にあるとされた節点のみを備える凹部要素の属性を気体(AIR)に変更する。

このように、最低節点Ｐ１，Ｐ２のＺ軸方向の座標データを基準に、比較対象となる凹部４３および凹部Ａを形成する凹部要素の属性を液体または気体とすることにより、凹部４３および凹部Ａに電着溶液３５が溜まるか否かを判定できる。ここで、図８に示すように、凹部Ａを形成する各凹部要素は、最低節点Ｐ２よりも低い位置にある節点を備えていないので、その属性が全て空気に変更され、したがって、凹部Ａには電着溶液３５が溜まらないと判定されることになる。なお、上記判定は、凹部４３および凹部Ａ以外の全ての凹部についても同様に判定する。

ステップＳ１２でボディパネル４０に形成される全ての凹部に対して電着溶液３５が溜まるか否かを判定した後、ステップＳ１３へ進む。ステップＳ１３では、電着溶液３５が溜まる凹部（例えば凹部４３）を液溜まり部(Pudd_i)とするとともに、表４に示すように、液溜まり部(Pudd_i)と判定された凹部に液溜まり部番号を付与してＲＡＭ１７に保存する。ここで、ステップＳ１２およびステップＳ１３によって、本発明における液溜まり部予測ステップを構成している。

ステップＳ１４では、ステップＳ１３でＲＡＭ１７に保存した液溜まり部(Pudd_i)に溜まる電着溶液３５の体積(V_i)を計算する。体積(V_i)を求めるに当たり、まず、図９の凹部（＝液溜まり部）４３に示すように、気液境界面（図中濃色網掛部）の面積Ｓ３を求める。この気液境界面の面積Ｓ３は、属性が液体の要素（図中濃色網掛部）と属性が気体の要素（図中網掛無し部）との境界を形成するエッジの節点（図中黒点）のＸ−Ｙ軸方向の座標データを用いて求める。

次に、気液境界面を形成するエッジの節点のＺ軸方向の座標データと、凹部４３の最低位置にある節点Ｐ３（図中黒点）のＺ軸方向の座標データとから凹部４３に溜まる電着溶液３５の高さ（深さ）を求める。そして、気液境界面の面積Ｓ３と電着溶液３５の高さとを用いて所定の計算を行うことにより、凹部４３に溜まる電着溶液３５の体積(V_i)を求める。ここで、ステップＳ１４によって、本発明における体積演算ステップを構成している。

なお、凹部４３に実際に溜まる電着溶液３５の気液境界面は、図９の淡色網掛部に示すようになる。したがって、例えば、実際の気液境界面を形成する実境界点Ｑ３（図中白点）のＸＹＺ軸方向の座標データを、実境界点Ｑ３が形成されるエッジＥの節点Ｑ１および節点Ｑ２のＸＹＺ軸方向の座標データから所定の計算により求め、これにより、より正確に電着溶液３５の体積(V_i)を求めることが可能となる。

続くステップＳ１５では、ステップＳ１４で求めた液溜まり部(Pudd_i)に溜まる電着溶液３５の体積(V_i)を、表４に示すように、各液溜まり部(Pudd_i)に対応させてＲＡＭ１７に保存する。

ステップＳ１６では、ステップＳ１５でＲＡＭ１７に保存した体積(V_i)と、この体積(V_i)に対応する凹部に形成された排出孔(Hole_i)の面積(S_i)とをＲＡＭ１７から呼び出し、これらの対となる体積データおよび面積データに基づき各データに対応する液溜まり部(Pudd_i)から排出される電着溶液３５の排出時間(Ti)を計算する。ここで、排出時間(Ti)の計算には、ＲＡＭ１７から呼び出した体積データおよび面積データに加え、電着溶液３５の粘度特性等を加味し、例えば、ベルヌーイの式などの周知の計算方法により求めることができる。

ここで、図１０に示すように、ボディパネル４０は電着槽３４から重力方向Ｇに対して引き上げ角度(α)をもって引き上げられるため、各凹部４２，４３に形成された排出孔４２ａ，４３ａが電着槽３４の外部に露出するまでの露出時間に差が生じる（表４参照）。この露出時間差は、ボディパネル４０の引き上げ角度（α）と、図２に示す塗装ライン３３の搬送装置３１の搬送速度（ライン速度）とを考慮して求められ、ステップＳ１６において計算される排出時間(Ti)には、この露出時間差が予め加算されている。

続くステップＳ１７では、ステップＳ１６で求めた排出時間(Ti)を、表４に示すように、各液溜まり部(Pudd_i)に対応させてＲＡＭ１７に保存する。ここで、ステップＳ１６およびステップＳ１７によって、本発明における排出時間演算ステップを構成している。

ステップＳ１８では、ステップＳ１３でリストアップした全ての液溜まり部(Pudd_i)を対象に、ステップＳ１６およびステップＳ１７の処理を実行したか否かを判断する。ステップＳ１８でnoと判断、つまり、未だ全ての液溜まり部(Pudd_i)についてステップＳ１６およびステップＳ１７の処理を実行していないと判断した場合には、ステップＳ１９に進んで「Ｉ＝ｉ＋１」としてカウントする。そして、次の液溜まり部番号の液溜まり部（表４参照）を対象としてステップＳ１６に戻る。ステップＳ１８でyesと判断した場合にはステップＳ２０へ進む。

ステップＳ２０では、まず、ステップＳ１７でＲＡＭ１７に保存された複数の排出時間(Ti)の中から最も長い排出時間(Ti)を検出（表４の網掛け部参照）する。次いで、当該検出した排出時間(Ti)を、ボディパネル４０の電着槽３４からの引き上げ後に各液溜まり部(Pudd_i)に溜まった電着溶液３５が完全に排出される完全排出時間(Tmax)に設定する。そして、当該設定した完全排出時間(Tmax)をＲＡＭ１７に保存してステップＳ２１へ進む。ここで、ステップＳ２０によって、本発明における完全排出時間設定ステップを構成している。

続くステップＳ２１では、ステップＳ２０でＲＡＭ１７に保存した完全排出時間(Tmax)を呼び出すとともに、図１に示すディスプレイコントローラ２０を制御することにより、ディスプレイ１２に完全排出時間(Tmax)を表示させ、次いで、ステップＳ２２へ進み、ボディパネル４０から電着溶液３５が完全に排出される完全排出時間のシミュレーションが終了する。これにより、ディスプレイ１２を介して流体解析装置１０のシミュレーション結果（完全排出時間(Tmax)の計算）を操作者に知らせることができる。ここで、ステップＳ２１によって本発明における完全排出時間表示ステップを構成している。

以上詳述したように、本発明に係る車体ボディにおける浸漬液排出時間のシミュレーション方法によれば、流体解析装置１０の制御部１８により、ボディパネル４０の数値計算モデルからボディパネル４０に形成される凹部の排出孔の面積を求めるとともに、当該排出孔を複数の要素で閉塞し、液溜まり部となる排出孔を予測して当該液溜まり部に溜まる電着溶液３５の体積を求める。そして、流体解析装置１０の制御部１８は、面積データと体積データとから電着溶液３５の排出時間を求めて、当該排出時間のうち最も長い排出時間をボディパネル４０から電着溶液３５が排出される完全排出時間とするので、ボディパネル４０から電着溶液３５が完全に排出されるまでの時間をシミュレーションすることができる。

したがって、シミュレーションした完全排出時間の長短に基づき塗装ライン３３のライン速度を調整することで、ボディパネル４０の排出孔の構造を変更せずに電着溶液３５の外部への持ち出しを抑制することができるので、電着溶液３５の消費量を低減することができる。また、シミュレーション結果をボディパネル４０の設計段階にフィードバックして排出孔を設計することで、ボディパネル４０の構造強度や生産性等を考慮したボディパネル４０の設計を行うことができる。さらに、異種形状のボディパネルの数値計算モデルに基づくシミュレーション結果に応じて塗装ライン３３のライン速度を適宜調整することで、異種形状のボディパネルをライン上に混在させることができ、多品種少量生産等に対応できる。

また、本発明に係る車体ボディにおける浸漬液排出時間のシミュレーション方法を実行するコンピュータが実行可能なプログラムによれば、流体解析装置１０に、ボディパネル４０の数値計算モデルからボディパネル４０の排出孔の面積を演算させるとともに当該排出孔を複数の要素で閉塞させ、液溜まり部となる排出孔を予測させて当該液溜まり部に溜まる電着溶液３５の体積を演算させる。そして、面積データと体積データとから電着溶液３５の排出時間を演算させて、当該排出時間のうち最も長い排出時間をボディパネル４０から電着溶液３５が排出される完全排出時間とするので、ボディパネル４０から電着溶液３５が完全に排出されるまでの時間をシミュレーションすることができる。したがって、上述のシミュレーション方法と同様の作用効果を奏することができる。

なお、本発明は上述した各実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、上記実施の形態においては、車体ボディ３０を構成するボディパネル４０を電着溶液３５に浸漬し、ボディパネル４０の表面に塗膜を析出するもの（電着塗装するもの）を示したが、本発明はこれに限らず、車体ボディを金属溶液で満たされた処理槽に浸漬し、車体ボディの表面にめっき処理等を施すものに対しても適用することができる。

本発明のシミュレーション方法を実行する流体解析装置を示すブロック図である。車体ボディの塗装ラインを説明する説明図である。車体ボディのフロアパネルの数値計算モデルを示す斜視図である。数値計算モデルの要素を説明する説明図である。本発明のシミュレーション方法の動作を説明するフローチャートである。図３の凹部周辺の要素を一部抜き出して示す模式図である。図６の排出孔を複数の要素で塞いだ状態を示す模式図である。図３の凹部周辺の電着溶液の状態を示す断面図である。凹部に溜まる電着溶液の気液境界面を説明する説明図である。図３の一対の凹部に実際に溜まる電着溶液の状態を示す断面図である。

符号の説明

１０流体解析装置
１１キーボード
１２ディスプレイ
１３ＨＤＤ
１４ＦＤＤ
１５ＣＰＵ
１６ＲＯＭ
１７ＲＡＭ
１８制御部
１９キーボードコントローラ
２０ディスプレイコントローラ
２１ディスクコントローラ
２２ネットワーク
２３ネットワークインターフェースコントローラ
２４システムバス
３０車体ボディ
３１搬送装置
３２ハンガ
３３塗装ライン
３４電着槽
３５電着溶液（浸漬液）
４０ボディパネル（車体ボディ）
４１要素

Claims

車体ボディに形成された浸漬液排出孔から排出される浸漬液の排出時間を、流体解析装置を用いてシミュレーションする車体ボディにおける浸漬液排出時間のシミュレーション方法であって、
前記流体解析装置の制御部により、
複数の要素に分割された前記車体ボディの数値計算モデルに基づき、前記浸漬液排出孔を検出する排出孔検出ステップと、
前記排出孔検出ステップで検出した前記浸漬液排出孔の面積を求める面積演算ステップと、
前記浸漬液排出孔を複数の要素により閉塞する排出孔閉塞ステップと、
前記車体ボディの処理槽からの引き上げ時における重力方向に基づき、閉塞された前記浸漬液排出孔のうち、液溜まり部となる前記浸漬液排出孔を予測する液溜まり部予測ステップと、
前記液溜まり部予測ステップで予測された前記液溜まり部に溜まる前記浸漬液の体積を求める体積演算ステップと、
前記面積演算ステップで求めた面積データおよび前記体積演算ステップで求めた体積データに基づき、前記液溜まり部から排出される前記浸漬液の排出時間を求める排出時間演算ステップと、
前記排出時間演算ステップで求めた前記液溜まり部における前記排出時間のうち、最も長い排出時間を前記車体ボディにおける前記浸漬液の完全排出時間とする完全排出時間設定ステップと、
前記完全排出時間設定ステップで設定された前記完全排出時間を外部に表示させる完全排出時間表示ステップと、を実行することを特徴とする車体ボディにおける浸漬液排出時間のシミュレーション方法。
車体ボディに形成された浸漬液排出孔から排出される浸漬液の排出時間をシミュレーションする車体ボディにおける浸漬液排出時間のシミュレーション方法を実行するコンピュータが実行可能なプログラムであって、
複数の要素に分割された前記車体ボディの数値計算モデルに基づき、前記浸漬液排出孔を検出する排出孔検出ステップと、
前記排出孔検出ステップで検出した前記浸漬液排出孔の面積を求める面積演算ステップと、
前記浸漬液排出孔を複数の要素により閉塞する排出孔閉塞ステップと、
前記車体ボディの処理槽からの引き上げ時における重力方向に基づき、閉塞された前記浸漬液排出孔のうち、液溜まり部となる前記浸漬液排出孔を予測する液溜まり部予測ステップと、
前記液溜まり部予測ステップで予測された前記液溜まり部に溜まる前記浸漬液の体積を求める体積演算ステップと、
前記面積演算ステップで求めた面積データおよび前記体積演算ステップで求めた体積データに基づき、前記液溜まり部から排出される前記浸漬液の排出時間を求める排出時間演算ステップと、
前記排出時間演算ステップで求めた前記液溜まり部における前記排出時間のうち、最も長い排出時間を前記車体ボディにおける前記浸漬液の完全排出時間とする完全排出時間設定ステップと、
前記完全排出時間設定ステップで設定された前記完全排出時間を外部に表示させる完全排出時間表示ステップと、を有することを特徴とする車体ボディにおける浸漬液排出時間のシミュレーション方法を実行するコンピュータが実行可能なプログラム。