JP4844933B2 - 被塗装樹脂成形部品の塗装冶具の設計方法 - Google Patents

Description

本発明は樹脂成形部品の塗装の精度を向上させる方法に係り、特に被塗装樹脂成形部品の外側表面に塗装を施すための塗装用冶具の製作条件を決定する方法に関する。

従来、例えば自動車のバンパー等の外側表面に塗装が施される被塗装樹脂成形部品に関しては、射出成形によって成形された当該樹脂成形部品である所謂ワークを、塗装用の塗装冶具に載置し、その外側表面に塗装を施すことによって塗面が形成されて完成品としている。

このワークの従来の塗装工程は、先ずワークの設計値を用いて、該ワークの内側表面の形状どおりに象られた外側表面を有する塗装冶具が製作される。次いで、この塗装冶具の上記外側表面に対し、上記ワークの上記内側表面を当接させるように、該ワークを該塗装冶具に設置する。その後、塗装冶具に設置固定されたワークの外側表面に塗装が施される。最後に、その塗面を乾燥させつつ塗装冶具からワークが離脱され、完成品となって保管される。

この種の塗装冶具においては、ワークの成形に起因する意図しない変形や成形されたワークの保管に起因する意図しない変形が考慮されていないうえ、塗装時の加熱に伴う熱変形も考慮されていない。

また、従来の塗装冶具は、塗装冶具の外側表面形状を当接するワークの内側形状に酷似させて形成されワークに対する接触面が、ワークの内側表面に沿って接触する構造になっている。従って、塗装時にはワークに熱変形が生じ、ワークと塗装冶具とが互いに密着して取り外し困難になることがあった。

このため、ワークの塗装冶具からの離脱性の向上策として、予め塗装冶具におけるワークとの当接面の端部形状を、職人の経験や勘によって、ワークから徐々に若干離間するように変形させて設計する必要があった。このような従来の樹脂成形部品の変形解析法の例が、先に本発明者等によって特許文献１に開示されている。また、クリープ変形特性を解析して樹脂形成品の拘束条件または形状の決定に反映させる方法が特許文献２及び３に開示されている。
特開２００７−７１６７４号公報 特開２００１−１５３７７２号公報 特開２００１−１５３８２７号公報

従来の塗装方法においては、ワークの成形に伴う所謂、引けや反り等の意図しない変形やワークの保管に伴う自重等による意図しない変形が考慮されないままの図面値に基づいて塗装冶具が設計されている。このため、塗装時のクリープ変形等によって面歪が生じることがあった。

また、標準形状からずれたワークは、当該塗装樹脂成形部品の組付対象に対する組付時に、必要以上に組付応力が掛かるという問題があった。

本発明は上記問題点に鑑みて創作されたものであり、ワークを支持する塗装冶具の支持部位や形状を合理的に決定できるようにし、ワークの塗面の面精度を向上させて品質の安定性を向上させると共に、完成品の形状精度を向上させることによって、当該塗装樹脂成形部品の組付対象に対する組付応力を減少させ、組付作業負担を低減させることを可能とする、被塗装樹脂成形部品の塗装冶具の設計方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の被塗装樹脂成形部品の塗装冶具の設計方法は、塗装対象である樹脂成形部品の成形に伴う意図しない変形及び保管に伴う意図しない変形を、ＣＡＥ（Computer-Aided Engineering）を利用した変形解析によって算出し、この算出結果として得られた樹脂成形部品ＣＡＥモデルに対し、該樹脂成形部品ＣＡＥモデルに塗装を施した際に樹脂成形部品ＣＡＥモデルに生じる熱膨張の大きい部位をＣＡＥによって算出する第一の段階と、この第一の段階によって得られた熱膨張の大きい部位に塗装冶具の接触条件を追加し、この追加条件を含めて前記樹脂成形部品ＣＡＥモデルの塗装による熱変形を改めてＣＡＥによって算出する第二の段階とを、これらのＣＡＥによる算出結果が所定の許容範囲内となるまで繰り返し、第一の塗装冶具の接触条件を得る面歪評価工程と、樹脂成形部品ＣＡＥモデルに対し、塗装時のクリープ変形の結果として得られる形状が、予め設計された最終的な設計形状モデルの図面値に近似するように塗装冶具を適当な部位に接触させて支持する接触条件を追加し、この追加条件を含めて樹脂成形部品ＣＡＥモデルの塗装による熱変形を改めてＣＡＥによって算出して、この算出結果と予め設計された最終的な設計形状モデルとを比較してこれらのＣＡＥによる算出結果が所定の許容範囲となるまで繰り返す、第二の塗装冶具の接触条件を得る比較工程と、第一の塗装冶具の接触条件と第二の塗装冶具の接触条件との相関関係から塗装冶具の形状を決定する形状決定工程と、を含み、塗装による熱変形の結果として得られる樹脂成形部品の形状を、予め設計した設計形状モデルに対し所定の許容範囲で近似させたことを特徴としている。

本発明によれば、ワークである樹脂成形部品の成形変形と保管変形とをＣＡＥを利用して樹脂成形部品ＣＡＥモデルを算出しておき、この樹脂成形部品ＣＡＥモデルに対して、塗装を施した際の熱膨張の大きい部位に塗装冶具の接触条件を追加して順次ＣＡＥを施して面歪を評価する工程と、先の樹脂成形部品ＣＡＥモデルに対して、適当な部位を塗装冶具を接触させた際の塗装時のクリープ変形の結果が、予め設計された最終的な設計形状モデルの図面値に近似するように接触条件を変化させてＣＡＥを施し、予め設計された最終的な設計形状モデルと比較して、その算出結果が所定の許容範囲となるまでこの操作を繰り返す比較工程と、から成る二通りの工程によってそれぞれ塗装冶具とワークとの接触条件を割り出し、その後、それらの接触条件の相関関係から最良の接触条件を導出することによって、塗装冶具の形状を決定するようにしたことで、安定した品質のワークの塗面を従来に比べて短期間で得ることができることに加え、塗装作業の終了後にはワークを容易に塗装冶具から離脱することができる。

また、ワークの完成品の形状精度を向上させることによって、ワークの組付対象に対する組付応力を減少させることができ、これによって組付作業負担を低減させることを可能とする。

以下、本発明の好ましい実施の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
本実施形態の被塗装樹脂成形部品の塗装冶具の設計方法においては、樹脂成形部品、即ちワークとして自動車のバンパーを例に説明する。なお、バンパーは、所要の合成樹脂が予め設計された金型によって成形されて成るものであるが、本実施形態の塗装冶具を製作するに当たっては必ずしも実際に成形された現物のパンバーが必要な訳ではない。本実施形態の塗装冶具の設計にあたって必要とされるのは、バンパーの最終的な設計図面値或いは設計数値としてのバンパーの最終的な設計形状モデルである。

本実施形態における塗装冶具の設計は、図１に示すように、先ず、Ｓｔｅｐ１において、塗装対象であるバンパー、即ち樹脂成形部品の最終的な設計形状モデルを準備し、続いてＳｔｅｐ２において、Ｓｔｅｐ１で得られた設計モデルに対しＣＡＥを利用した変形解析を施すことによって、バンパーの成形に伴う意図しない変形及び保管に伴う意図しない変形を考慮した樹脂成形部品ＣＡＥモデルを得る。この変形解析には、ＭＯＬＤＦＬＯＷ（登録商標）や３Ｄ−ＴＩＭＯＮ（登録商標）といった既存のソフトウェアを利用することができる。

そして、Ｓｔｅｐ３として、先の樹脂成形部品ＣＡＥモデルに対して所定の条件でＣＡＥを施し、その結果として得られた第一の塗装ワークモデルの面歪を評価する面歪評価工程１０１を経て、第一の塗装冶具の接触条件を得る。

面歪評価工程１０１とは別に、Ｓｔｅｐ４として、先の樹脂成形部品ＣＡＥモデルに対して、別の所定の条件でＣＡＥを施し、その結果として得られた第二の塗装ワークモデルを、予め設計された最終的な図面値と比較する比較工程２０１を経て第二の塗装冶具の接触条件を得る。

なお、面歪評価工程１０１と、比較工程２０１とは、それぞれ独立に樹脂成形部品ＣＡＥモデルに対して施されるＣＡＥを利用する演算工程であって、どちらの工程を先に処理しても或いは両者を同時に処理してもよく、処理順序は限定されない。

次いで、Ｓｔｅｐ５として、面歪評価工程１０１と比較工程２０１とから成る二通りの演算工程において、それぞれ独立に算出した塗装冶具とワークとの接触条件を、それらの接触条件の相関関係から最良の接触条件を導出し、塗装冶具の形状を決定する形状決定工程３０１を経る。その後のＳｔｅｐ６においては、Ｓｔｅｐ５において決定した塗装冶具の形状を塗装冶具の製作用の設計図に反映させる。

面歪評価工程１０１は、図２に示すように、熱膨張の大きい部位をＣＡＥによって算出する第一の段階１０２と、前段階の結果に対して条件を追加してＣＡＥによって再算出する第二の段階１０３とを含む。面歪評価工程１０１は、それら第一の段階１０２と第二の段階１０３におけるＣＡＥによる算出結果が所定の許容範囲内となるまで繰り返される。

第一の段階１０２は、ＣＡＥを利用して、樹脂成形部品ＣＡＥモデルの適宜の部位を適宜の広さで塗装冶具によって支持しながら塗装を施した際に、該樹脂成形部品ＣＡＥモデルに生じる熱膨張の大きい部位を算出するというものである。この第一段階１０２の最初のステップでは、樹脂成形部品ＣＡＥモデルの内側中央部を適宜の広さで塗装冶具によって支持するよう条件設定を行う。

第二の段階１０３は、ＣＡＥを利用して、前段階において算出された第一の塗装ワークモデルの熱膨張の大きい部位に、適当な広さで塗装冶具を接触させる接触条件を追加して、再度熱膨張の大きい部位を算出するというものである。
これらの第一の段階１０２及び第二の段階１０３におけるＣＡＥによる処理は、その算出結果である第一の塗装ワークモデルの面歪が所定の許容範囲内に収まるまで繰り返される。

比較工程２０１は、図３に示すように、ワーク上、即ち樹脂成形部品ＣＡＥモデルの内側表面の適宜の部位を、適宜の広さの塗装冶具を接触させて支持して塗装を施した際に、その結果としてクリープ変形した第二の塗装ワークモデルの形状が、予め設計された最終的な設計形状モデルの図面値に近似するように、塗装冶具の接触条件を追加し随時ＣＡＥを施す工程である。

つまり、比較工程２０１では、適宜の広さの塗装冶具を樹脂成形部品ＣＡＥモデルの適当な部位に接触させて支持する接触条件を追加若しくは変更し、この追加乃至変更条件を含めて樹脂成形部品ＣＡＥモデルの塗装による熱変形を改めてＣＡＥによって算出して、この算出結果と予め設計された最終的な設計形状モデルとを比較する。比較工程２０１は、その比較の結果が所定の許容範囲となるまで塗装冶具の接触条件の追加若しくは変更を含めたＣＡＥを繰り返し演算する。

形状決定工程３０１は、面歪評価工程１０１において得られた第一の塗装冶具の接触条件と、比較工程２０１において得られた第二の塗装冶具の接触条件とから成るそれぞれ独立に算出した塗装冶具とワークとの接触条件に基き、それらの接触条件の相関関係を考慮した実験計画法によって両条件から最良の接触条件を導出して塗装冶具の形状を決定し、その結果を塗装冶具の設計に反映させるというものである。この際の算出方法としては、両条件の論理積、論理和もしくは平均を利用することができる。

以上説明したように、本発明の被塗装樹脂成形部品の塗装冶具の設計方法は、塗装対象である樹脂成形部品の数値モデルに対してその成形変形と保管変形とをＣＡＥによって算出し、その結果に対して、塗装時の熱膨張点を塗装冶具によって接触支持する接触条件を追加していくことによって熱変形を所定の範囲に収める工程と、塗装時に塗装冶具によって接触支持して塗装した結果塗装変形した形状が所要の形状に近づくように接触条件を選択する工程と、のそれぞれ独立した接触条件の割り出し工程を経て、それら独立に割り出した接触条件を元に実験計画法によって最良の接触条件を導出し、その結果を塗装冶具の設計に反映させるものであって、その主旨を逸脱しない範囲において様々な形態で実施することができる。

本実施形態の塗装冶具の設計手順を示すフローチャートである。 図１におけるｓｔｅｐ３の手順を示すフローチャートである。 図１におけるｓｔｅｐ４の手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１０１ 面歪評価工程
１０２ 第一の段階
１０３ 第二の段階
２０１ 比較工程
３０１ 形状決定工程

Claims (1)

1. 塗装対象である樹脂成形部品の成形に伴う意図しない変形及び保管に伴う意図しない変形を、ＣＡＥを利用した変形解析によって算出し、この算出結果として得られた樹脂成形部品ＣＡＥモデルに対し、該樹脂成形部品ＣＡＥモデルに塗装を施した際に上記樹脂成形部品ＣＡＥモデルに生じる熱膨張の大きい部位をＣＡＥによって算出する第一の段階と、この第一の段階によって得られた熱膨張の大きい部位に塗装冶具の接触条件を追加し、この追加条件を含めて上記樹脂成形部品ＣＡＥモデルの塗装による熱変形を改めてＣＡＥによって算出する第二の段階とを、これらのＣＡＥによる算出結果が所定の許容範囲内となるまで繰り返し、第一の塗装冶具の接触条件を得る面歪評価工程と、
   上記樹脂成形部品ＣＡＥモデルに対し、塗装時のクリープ変形の結果として得られる形状が、予め設計された最終的な設計形状モデルの図面値に近似するように塗装冶具を適当な部位に接触させて支持する接触条件を追加し、この追加条件を含めて上記樹脂成形部品ＣＡＥモデルの塗装による熱変形を改めてＣＡＥによって算出して、この算出結果と予め設計された最終的な設計形状モデルとを比較してこれらのＣＡＥによる算出結果が所定の許容範囲となるまで繰り返す、第二の塗装冶具の接触条件を得る比較工程と、
   上記第一の塗装冶具の接触条件と上記第二の塗装冶具の接触条件との相関関係から塗装冶具の形状を決定する形状決定工程と、
   を含み、塗装による熱変形の結果として得られる上記樹脂成形部品の形状を、予め設計した設計形状モデルに対し所定の許容範囲で近似させたことを特徴とする、被塗装樹脂成形部品の塗装冶具の設計方法。