JP5003145B2 - ガラス板の曲げ成形難易度判定方法 - Google Patents

Description

車両の窓、特に自動車等の窓に用いられる曲げ成形されるガラス板の成形に関し、特に、曲げ成形されるガラス板の形状の、コンピュータを用いたシミュレーション技術による設計方法に関する。

車両の車体設計において、窓ガラスの形状の設計も、車体の設計と同時に行われる。ほとんどの窓ガラスの形状は湾曲形状であり、このようなガラス形状は、自重曲げやプレス曲げ、あるいは自重曲げとプレス曲げの両方の方法を用いて、曲げ成形される。窓ガラスの湾曲した形状の設計に対応して、設計された形状の窓ガラスが、容易であるか困難かが問われ、従来、さまざまな形状の窓ガラスを製造した経験から、容易かどうかを判断してきた。

製造が非常に困難と判定した場合は、設計段階で設計を変更することが可能である。しかし、設計段階で容易と判断したにもかかわらず、試作段階で設計通りの形状が得られないと、部分的な設計変更を行わざるを得なくなり、車体の設計にも大きく影響するなどの問題が生じる。

設計段階では、例えば、特許文献１などに開示されているように、ＣＡＤデータを用いて、製造条件などを決定されるが、製造が容易かどうかは判断されず、試作段階で大きな問題の生じる恐れがある。
特開２００４−１４５６７４号公報

曲げ成形しようとするガラス板の、試作段階での成形不可になることを防ぐと共に、設計段階で成形可能なガラス板の設計形状とするための、成形難易度の判定手段を提供する。

本発明のガラス板の曲げ成形難易度判定方法は、ガラス板状体の曲げ成形の難易度をコンピュータを用いて判定する方法であって、
（ａ）計算機の入力装置が、曲げ成形して得ようとしている湾曲形状のガラス板の設計形状のデータを計算機の記憶装置に入力する、湾曲形状入力ステップと、
（ｂ）前記計算機の演算装置が、前記記憶装置に入力された前記ガラス板の設計形状を要素に分割する、要素分割ステップと、
（ｃ）前記計算機の演算装置が、前記湾曲形状のガラス板を平面形状に成形する場合に、前記ガラス板に発生する主ひずみを計算するために、前記要素分割ステップで得られたデータの数値解析を実行し、前記湾曲形状のガラス板を平面形状にしたときに、前記各要素に発生する主ひずみの値を、前記要素毎に算定する、主ひずみ算定ステップと、
（ｄ）前記計算機の演算装置が、前記主ひずみ算定ステップで算定された前記ガラス板の各要素の主ひずみの値を、予め設定した合計する範囲内で、前記合計する範囲内に含まれている全要素の主ひずみの値を合計して、その合計値を算出する合計ステップと、
（ｅ）前記計算機の演算装置が、前記主ひずみ算定ステップで算定したガラス板の各要素の主ひずみの値のうちの最大値を選定する最大値選定ステップと、
（ｆ）前記計算機の表示装置が、前記合計ステップ（ｄ）と前記最大値選定ステップ（ｅ）とで得られた値を計算結果として前記計算機の表示装置に表示し、前記計算機の表示装置に表示された前記計算結果を予め作成している難易度分類表と対比させて、ガラス板の成形の難易度を判定する、分類分けを人が行う分類分けステップと、を有することを特徴とする板ガラスの曲げ成形難易度判定方法である。

また、本発明のガラス板の曲げ成形難易度判定方法は、前記合計ステップで、前記合計する範囲として、前記ガラス板全体および前記ガラス板の辺部とが設定されており、前記計算機の演算装置が、それぞれの範囲に含まれる要素の主ひずみの値の合計値を算出することを特徴とする曲げ成形難易度判定方法である。

また、本発明のガラス板の曲げ成形難易度判定方法は、前記主ひずみ算定ステップと前記分類分けステップとの間に、前記計算機の演算装置が、前記主ひずみ算定ステップで算定された各要素の主ひずみの値をガラス板の厚みあるいはガラス板の厚みの自乗で除算するステップを追加したことを特徴とするガラス板の曲げ成形難易度判定方法である。

設計形状に起因する成形の難易度が、定量的に判定でき、成形困難となる形状を設計の段階で回避することを可能にする。

本発明の曲げ成形難易度判定方法は、図1あるいは図２の各ステップを、例えば、図３に示す構成の計算機によって実施される。

計算機は、演算装置１０２と記憶装置１０３とで構成される計算機本体１０１、計算機本体１０１にデータを入力するための入力装置１０４、入力データや計算結果などを表示するための表示装置１０５で構成され、パーソナルコンピュータで実施することができる。

形状データ入力ステップ１０では、曲げ成形されるガラス板の設計形状のデータ、ガラス板の厚みを入力手段を介して前記計算機の記憶装置に入力する。

要素分割ステップ２０は、数値解析を行うために、形状データ入力ステップ１０で前記記憶装置に入力されたガラス板の設計形状を前記計算機の演算装置で要素に分割する。要素の個数は、ガラス板の大きさにもよるが、１千〜１万個程度とすることが好ましい。

ガラス板の設計形状（湾曲した形状）を平面形状にしたときに生じる主ひずみを、主ひずみ算定ステップ３０で、前記演算装置によって数値解析し、分割された各要素に生じる主ひずみの値を、各要素毎に算定する。数値解析には、有限要素法、有限差分法などを用いることが好ましい。

合計ステップ４０では、ステップ３０で前記要素毎に算定された主ひずみの値を前記演算装置で合計するもので、前記要素毎に算定された主ひずみの値を合計する範囲の、成形の難易度を判定するのに用いる。前記合計する範囲は、ガラス全体の成形の難易度を判定するためには、前記ガラス板を構成する全要素の主ひずみの値を合計することが望ましいため、前記ガラス板全体とし、さらに、ガラス板の周辺部の成形の難易度を判定するため、前記合計する範囲をガラス板の辺部毎に設定し、前記辺部毎に前記各辺部に含まれる要素の主ひずみの値の合計値を算定することが望ましい。

ガラス全体の主ひずみの合計値からは、ガラス板全体の成形の難易度が判定され、辺部の主ひずみの合計値からは、辺部の成形の難易度の判定がなされる。

ガラス板の形状は、ほとんどが、略四角形か略三角形なので、略四角形の場合は、４辺の辺毎に、その辺部毎に含まれる要素の主ひずみの値の合計を行い、略三角形の場合は、三辺について、その辺部毎に含まれる要素の主ひずみの値の合計を行う。

最大値選定ステップ５０は、ガラス板の辺部の要素に算定された主ひずみの値のうちの最大値を、前記演算装置によって辺毎に算定する。最大値からは、ガラス板の辺毎の成形の難易度、すなわち局所的な成形の難易度を判定される。

合計ステップ４０と最大値選定ステップ５０とは、実行の順序が逆でもよい。

本発明では、湾曲形状のガラス板の設計データから、平面形状にしたときに生ずる主ひずみを、平面形状のガラス板を湾曲させるときに生ずる主ひずみと等価なものとみなし、分類分けステップ６０では、ステップ４０で得られる合計値やステップ５０で得られる最大値にもと基づいて、設計された形状のガラス板の、成形の難易度を分類分けする。

分類分けは、表１に示すような対比表を作成しておき、ステップ４０で得られる合計値やステップ５０で得られる最大値を計算結果として前記計算機の表示装置に表示し、前記表示装置に表示された前記計算結果を該対比表の値と対比して、表の左の欄のどの難易度に相当するかを決定し、分類分けをするのが好ましい。

分類は、成形不可、難、やや難および容易の４分類程度が好ましいが、成形不可、難および容易の３分類でもかまわない。

成形不可は、設計形状のガラス板に曲げ成形することがほとんど不可能なものである。難は、設計形状のガラス板に曲げ成形することがかなり困難で、例えば、試作途中で設計変更を予定する必要のあるものである。やや難および容易は、試作段階で試行錯誤の努力によって目的の設計形状が得られるもので、試行錯誤を多く要するものがやや難、あまり要しないものが容易である。

表１の中で、分類分けに用いられる値ａ１、ｂ１およびｃ１はガラス全体の主ひずみの合計値、ａ２、ｂ２およびｃ２は辺の主ひずみの合計値、ａ３、ｂ３およびｃ３は辺に生じる主ひずみの最大値であり、これらの値は、代表的な形状を仮定して、計算して求めた主ひずみの値を、その形状に実際に曲げたときの実際の曲げ成形の難易度に当てはめて決めることができる。

あるいは、試作あるいは生産で曲げ成形したガラス板の難易度の実績に、それらの設計形状に対して図１に示すステップで算定した主ひずみの値を当てはめて、表１を作成することができる。

成形難易度の判定は、図２に示すフローチャートに従っても、判定することができる。

図２のフローチャートは、図１に示す判定が主ひずみの値を用いて行うのに対して、主ひずみの値をガラス板の厚みあるいは厚みの自乗で除算した値を用いて判定するものである。図２のステップ５０までのフローは、図１のステップ５０までのフローとまったく同じである。

図１の判定では、数値解析で得られる主ひずみが、厚みに依存しない傾向があるので、厚みによる成形の難易度の差異が出にくい。

このため、座屈の考え方を加味して、厚いものの方が成形しやすいということを加味するため、主ひずみを厚みあるいは厚みの自乗で除した値を用いて判定することが望ましい。

さらに、曲げ変形や座屈の考え方から、厚みの考慮は、厚みの自乗を用いることが好ましい。

図２の除算ステップ７０は、ガラス板の各要素に生じる主ひずみの値をガラス板の厚みで除算するステップである。ガラス板の厚みで主ひずみを除算することより、湾曲形状に形成することの難易度を、ガラス板の厚いものの方が、同じ主ひずみでも成形が容易となるように判断される。

除算ステップ７０は、主ひずみ算定ステップ３０の次に実行してもよいが、計算回数をすくなくするために、分類分けステップ６０の直前に実行することが好ましい。

図２の分類分けステップ６０は、対比する値が全てガラス板の厚みの自乗で除算されている点が、図１の分類分けステップ６０と異なる点で、対比する表は表２のようになり、主ひずみを厚みの自乗で除算した値を用いて、分類分けを行う。その他については、分類分けステップ６０は図１の分類分けステップ６０と同じである。

なお、表２の分類分けに用いられる値ａ１´、ｂ１´およびｃ１´はガラス全体の主ひずみの合計値を厚みの自乗で除算した値、ａ２´、ｂ２´およびｃ２´は辺の主ひずみの合計値を厚みの自乗で除算した値、ａ３´、ｂ３´およびｃ３´は辺に生じる主ひずみの最大値厚みの自乗で除算した値であり、これらの値は、代表的な形状を仮定して、計算して求めた主ひずみの値を厚みの自乗で除算した値を、その厚みのガラス板をその形状に実際に曲げたときの実際の曲げ成形の難易度に当てはめて決めることができる。

あるいは、試作あるいは生産で曲げ成形したガラス板の難易度の実績に、それらの設計形状に対して図２に示すステップで算定した主ひずみの値を厚みの自乗で除算した値に当てはめて、表２を作成することができる。

成形難易度の判定は、図２に示すフローチャートに従っても、判定することができる。

４車種のフロントガラスについて、図２のフローに従って、算出した主ひずみの値を厚みの自乗で除算した値について評価した。評価の結果を表３に示す。表３の値は、図２のフローチャートで求めた値を１０００倍した値である。
表の３により車種Ａ、Ｃは、成形不可として、曲げ形状の変更を行った。

本発明による曲げ成形難易度判定方法の手順を示すフローチャートである。 本発明による曲げ成形難易度判定方法の図１とは異なる手順を示すフローチャートである。 図１および図２に示すフローチャートを実施するための装置の構成を示す図である。

１０１ 計算機本体
１０２ 演算装置
１０３ 記憶装置
１０４ 入力装置
１０５ 表示装置

Claims (3)

1. ガラス板状体の曲げ成形の難易度をコンピュータを用いて判定する方法であって、
   （ａ）計算機の入力装置が、曲げ成形して得ようとしている湾曲形状のガラス板の設計形状のデータを計算機の記憶装置に入力する、湾曲形状入力ステップと、
   （ｂ）前記計算機の演算装置が、前記記憶装置に入力された前記ガラス板の設計形状を要素に分割する、要素分割ステップと、
   （ｃ）前記計算機の演算装置が、前記湾曲形状のガラス板を平面形状に成形する場合に、前記ガラス板に発生する主ひずみを計算するために、前記要素分割ステップで得られたデータの数値解析を実行し、前記湾曲形状のガラス板を平面形状にしたときに、前記各要素に発生する主ひずみの値を、前記要素毎に算定する、主ひずみ算定ステップと、
   （ｄ）前記計算機の演算装置が、前記主ひずみ算定ステップで算定された前記ガラス板の各要素の主ひずみの値を、予め設定した合計する範囲内で、前記合計する範囲内に含まれている全要素の主ひずみの値を合計して、その合計値を算出する合計ステップと、
   （ｅ）前記計算機の演算装置が、前記主ひずみ算定ステップで算定したガラス板の各要素の主ひずみの値のうちの最大値を選定する最大値選定ステップと、
   （ｆ）前記計算機の表示装置が、前記合計ステップ（ｄ）と前記最大値選定ステップ（ｅ）とで得られた値を計算結果として前記計算機の表示装置に表示し、前記計算機の表示装置に表示された前記計算結果を予め作成している難易度分類表と対比させて、ガラス板の成形の難易度を判定する、分類分けを人が行う分類分けステップと、を有することを特徴とする板ガラスの曲げ成形難易度判定方法。
2. 前記合計ステップで、前記合計する範囲として、前記ガラス板全体および前記ガラス板の辺部とが設定されており、前記計算機の演算装置が、それぞれの範囲に含まれる要素の主ひずみの値の合計値を算出することを特徴とする請求項１に記載の曲げ成形難易度判定方法。
3. 前記主ひずみ算定ステップと前記分類分けステップとの間に、前記計算機の演算装置が、前記主ひずみ算定ステップで算定された各要素の主ひずみの値をガラス板の厚みあるいはガラス板の厚みの自乗で除算するステップを追加したことを特徴とする請求項１に記載の板ガラスの曲げ成形難易度判定方法。

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