JP6731320B2 - 金型の設計支援方法及び金型の設計支援システム - Google Patents

Description

本発明は、樹脂成形やプレス加工、鋳造、鍛造などの工程で用いられる金型と生産技術の設計を支援する技術に関する。

通常、金型は過去の設計データに基づき設計される。金型の製作後は試打・検査が行われる。試打・検査において、その金型自体に不具合があった場合やその金型により成形された製品に不具合があった場合などには、金型の修正や、場合によっては金型の再設計・再製作が行われる。不具合が発生するとコストや納期などの点で非常に問題となるので、的確な金型の設計や製作が要求される。また、不具合が発生した場合には、その要因を究明し、今後の金型の設計に不具合の原因をフィードバックすることは重要である。

本発明者等は金型に関する不具合等に関するデータを容易に収集できる金型電子カルテシステムを提唱した（特許文献１参照）。この金型電子カルテシステムにより、金型の不具合の原因の究明が容易になった。

特開２０１５−１７９３４８号公報

本発明者等はこのような金型に関する不具合の原因が金型の設計に起因する点に着目し、金型に関する不具合の原因を可能な限り有効に、金型の設計支援に活用することを鋭利検討し、本発明を着想するに至った。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、金型の設計に起因する不具合の発生を極力抑えることができる金型の設計支援方法及び金型の設計支援システムを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る金型の設計支援方法は、金型を設計する際に、金型で成形される製品の所定部位の要求寸法と、これに応じた金型の対応部位の狙い値寸法及び製品の所定部位の過去の測定データとを２次元表示した閾値表を提示し、前記閾値表の狙い値寸法及び前記過去の測定データに、前記設計に基づき製作された金型で成形した製品の所定部位を測定したデータを、即時反映する。

本発明では、閾値表の狙い値寸法及び過去の測定データに、設計に基づき製作された金型で成形した製品の所定部位を測定したデータを、即時反映しているので、リアルタイムに更新される最新の閾値表を参照して金型を設計することができる。従って、金型の設計に起因する不具合の発生を極力抑えることができる。

本発明の一形態に係る金型の設計支援方法では、前記金型を設計する際に、過去に設計した金型の所定部位の設計寸法と、当該金型で成形した製品の所定部位の測定データとの関係を示す分布表を提示する。この場合、過去の分布表のデータに、設計に基づき製作された金型で成形した製品の所定部位を測定したデータを、即時反映してもよい。

本発明では、分布表を提示することで、設計者は金型の寸法をより的確に決定することができ、金型の設計に起因する不具合の発生を極力抑えることができる。

本発明の一形態に係る金型の設計支援方法では、前記閾値表は、成形条件ごとに、金型で成形される製品の所定部位の要求寸法と、これに応じた金型の対応部位の狙い値寸法及び製品の所定部位の過去の測定データとを２次元表示する。

本発明では、成形条件ごとに閾値表を提示することにより、設計者側で的確な成形条件を決定することができる。

本発明の一形態に係る金型の設計支援システムは、金型で成形される製品の所定部位の要求寸法、要求寸法に応じた金型の対応部位の狙い値寸法及び要求寸法に応じた製品の所定部位の過去の測定データを蓄積するデータベースと、前記データベースに蓄積された要求寸法、狙い値寸法及び過去の測定データに基づき金型で成形される製品の所定部位の要求寸法と、これに応じた金型の対応部位の狙い値寸法及び製品の所定部位の過去の測定データとを２次元表示した閾値表を提示する提示部と、前記金型で成形した製品の所定部位を測定する測定器と、前記測定器で測定したデータを入力する入力部と、前記入力部により入力された測定データを前記データベースに即時反映する手段とを具備する。

本発明では、閾値表の狙い値寸法及び過去の測定データに、設計に基づき製作された金型で成形した製品の所定部位を測定したデータを、即時反映しているので、リアルタイムに更新される最新の閾値表を参照して金型を設計することができる。従って、金型の設計に起因する不具合の発生を極力抑えることができる。

本発明では、リアルタイムに更新される最新の閾値表を参照して金型を設計することができるので、金型の設計に起因する不具合の発生を極力抑えることができる。

本発明の一実施形態に係る金型の設計支援システムの構成を示す図である。 閾値表の一例を示すグラフである。 分布表の一例を示すグラフである。 金型と製品との寸法の違いを説明するための図である。 データベースの一例を示す図である。 金型の設計から出荷までの一連の流れを示す図である。 成形トライ時のチェックリスト（検査項目）を示す表である。 プレス加工によってプレスされる製品を示す図である。 プレス加工時の閾値表の一例を示すグラフである。 条件Ａによりプレス加工時を行った場合の閾値表の一例を示すグラフである。 条件Ｂによりプレス加工時を行った場合の閾値表の一例を示すグラフである。 樹脂成形において、製品Ｘの設計値に対して、成形された製品Ｘの測定値（実測値）をプロットしたグラフである。 成形条件Ａにより樹脂成形を行った場合の閾値表の一例を示すグラフである。 成形条件Ｂにより樹脂成形を行った場合の閾値表の一例を示すグラフである。 成形条件Ａと成形条件Ｂとの傾向比較を一覧可能にした閾値表を示すグラフである。 成形条件Ｂとした場合の製品Ｘの設計値と測定値との比較を示すグラフである。 金型の設計時の画面の一例を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る金型の設計支援システムの構成を示す図である。
同図に示すように、金型の設計支援システム１は、通信用ネットワーク１０に設計用ＰＣ２０、データベース３０、検査用タブレット４０等を有線又は無線により接続して構成される。

金型の設計支援システム１は、金型を設計する際に後述する閾値表をＰＣ２０の画面状に提示し、閾値表の狙い値寸法及び過去の測定データに、当該設計に基づき製作された金型で成形した製品の所定部位を測定したデータを、即時反映するシステムである。

閾値表は、典型的には図２に示すように、金型で成形される製品の所定部位の要求寸法（Ｘ軸の外形寸法）に対して、これに応じた金型の対応部位の狙い値寸法及び製品の所定部位の過去の測定データをマッピングした２次元表示の表である。図２では、製品の所定部位の過去の測定データは見込値として表示している。ここでのＹ軸の見込値は、製品の設計値と製品の実測値との差分である。閾値表には、製品の所定部位の上限値公差及び下限値公差を含めて表示してもよい。また見込値ではなく製品の実測値を製品の所定部位の過去の測定データとして表示してもよい。

金型の設計支援システム１では、金型を設計する際に閾値表とともに、分布表を提示することも可能である。

分布表は、典型的には図３に示すように、過去に設計した金型の所定部位の設計寸法（設計値）と、当該金型で成形した製品の所定部位の測定データ（実測値）との関係を示した表である。このデータについても当該設計に基づき製作された金型で成形した製品の実測値が即時反映される。

設計用ＰＣ２０は金型の設計者が使用する端末であり、画面上で上記の閾値表や分布表を提示する。設計者は、提示された閾値表や分布表を参照して画面上で金型を設計する。例えば、図４に示すように、製品５０の所定部位の要求寸法Ａ１と、この製品５０を成形する金型５１の所定部位の設計寸法Ａ２とは異なる。これは金型５１による成形工程での収縮や変形などを見越した金型寸法値を設定する必要があるからである。従って、設計者は金型５１を設計するときにその差分を予め考慮し、金型５１の設計寸法を決定する。そのとき、設計者は提示された閾値表や分布表を参照する。

データベース３０は、金型で成形される製品の所定部位の要求寸法、要求寸法に応じた金型の対応部位の狙い値寸法及び要求寸法に応じた製品の所定部位の過去の測定データ、更には所定の検査項目のデータを蓄積する。

データベース３０は、例えば図５に示すように、検査用タブレット４０より測定データや所定の検査項目のデータ（図５左表のデータ）を受信すると、上記の蓄積されたデータにそのデータを即時反映する。図５の右表がデータは反映後を示している。

なお、上記の閾値表や分布表は設計用ＰＣ２０からの要求に応じてデータベース３０側で生成してもよいし、設計用ＰＣ２０がデータベース３０からデータを受けて設計用ＰＣ２０側で生成してもよい。

検査用タブレット４０は、金型自体及び金型で成形した製品の所定部位を測定する測定器４１（図１参照）で測定したデータを入力する入力部を有する。測定器４１としては、ノギス、ハイトゲージ、マイクロメータ、ピンゲージなどがある。測定器４１がデジタル出力を有する場合には、検査用タブレット４０は典型的にはＷｉ−Ｆｉを介して測定器４１による測定結果を入力する。測定器４１による測定結果を検査用タブレット４０のタッチパネルより入力してもよい。なお、検査用端末としてＰＣなどを用いてもよい。

測定器４１で測定され検査用タブレット４０に入力されたデータは通信用ネットワーク１０を介してデータベース３０に送信される（図１参照）。

図６は金型の設計から出荷までの一連の流れを示しており、金型は設計工程６０１、加工・組立工程６０２、試打・検査工程６０３を経て出荷工程６０４に至り、出荷される。
加工・組立工程６０２は、加工により金型部品を製作し、これらの金型部品により金型を組み立てる工程である。試打・検査工程６０３は、加工・組立工程６０２で製作された金型によって製品を試打し、金型及び試打した製品の寸法等を検査する工程である。出荷工程６０４は、出荷に際して金型の最終チェックを行う工程である。

加工・組立工程６０２、試打・検査工程６０３、出荷工程６０４では、試作トライ、試作生産、試作改修、量産トライが行われる。

ここで、試作トライとは、開発期間内での製品サンプルや試験評価にために製品試作用の少量試作製造を行うことである。
試作改修とは、試作トライの結果から不具合項目のある金型を修正することである。
量産トライとは、量産移行判断をするために少量試作を行うことである。量産トライでは、量産金型での量産段取り確認や量産金型での最終確認の試作などが行われる。
試作トライ、試作生産、試作改修、量産トライのいずれにおいても、製作された金型によって製品が成形され、金型自体及び成形された製品の検査が行われる。検査項目としては、典型的には金型及び製品各部の寸法の測定、更には図７に示した項目の検査がある。これらの検査結果は、検査用タブレット４０に入力され、通信用ネットワーク１０を介してデータベース３０に送信される。データベース３０は、検査用タブレット４０より測定データや検査データを受信すると、上記の蓄積されたデータにそのデータを即時反映する。これにより、設計者は、リアルタイムに更新された最新の閾値表や分布表を参照して金型を設計することができる。また、検査データも参照することができる。

しかも加工・組立工程６０２、試打・検査工程６０３、出荷工程６０４では、試作トライ、試作生産、試作改修、量産トライが行われることから、多数のデータを収集でき、このようなデータに基づき生成される閾値表や分布表、検査結果は信頼性の高いものとなる。また金型自体の測定データにより金型の加工・組立精度を知ることができる。

次に、設計から測定データの取集までの流れを説明する。
設計者は設計用ＰＣ２０を使って金型を設計する際に、設計用ＰＣ２０の画面上に図２に示した閾値表や図３に示した分布表、更には検査項目データ（図７参照）を表示する。例えば設計者は図２に示した閾値表から金型の所定部位の寸法を決定する。より具体的には、設計者は、閾値表から、設計値である製品の寸法（Ｘ軸）に対して、関数ａ＝０．００９２１２Ｘ＋２．１８０３１９を使って金型の所定部位の寸法（見込み値ａ）を算出する。その際に、閾値表には各データがマッピングされているので、設計者はマッピングされたデータから見込み値ａを補正してもよい。設計用ＰＣ２０の画面上には金型の部位ごとないしは製品の部位ごとに閾値表及び分布表が表示できるようになっているので、設計者は表示された閾値表及び分布表を参照しながら金型の各部位の寸法を決定する。なお、上記の見込み値とは、金型の寸法と製品の設計値との差分である。

設計者は金型の寸法を決定すると、そのデータを設計用ＰＣ２０の画面上で入力する。データの入力はキーボードを使ってもよいが、閾値表からそのままデータが入力できるような構成を採用してもよい。

このような設計データは通信用ネットワーク１０を介してデータベース３０、更には別の管理用のデータベースに送信される。設計データは加工・組立工程６０２、試打・検査工程６０３、出荷工程６０４等で使われる。
加工・組立工程６０２においては、設計データに基づき金型が製作される。試打・検査工程６０３においては、製作された金型によって製品が成形され、金型自体の検査とともに、成形された製品の寸法測定や所定の項目の検査（図７参照）が行われる。測定データ及び検査結果は、入力部としての検査用タブレット４０に入力され、通信用ネットワーク１０を介してデータベース３０に送信される。データベース３０は、検査用タブレット４０より測定データ及び検査結果を受信すると、上記の蓄積されたデータにそのデータを即時反映する。従って、設計者はこの後に金型を設計する場合には最新の測定データや検査結果によって更新された閾値表や分布表、更には検査結果を使って金型を設計することができる。

次に、プレス用の金型の設計に本発明を適用した場合の実施形態を説明する。
図８はプレス加工によってプレスされる製品を示す図である。
図８において、符号８０１の本プレス加工前の半製品（別のプレス加工で成形）、符号８０２は本プレス加工後の製品を示している。
このプレス加工に使われる金型のｙの寸法は、下記の式より算出する。
ｙ＝αｘ＋β
ｘ：製品の設計値
ｙ：見込値（＝金型の寸法）
ここで、この式は例えば図９に示す閾値表によって示される。
図９の点線は製品の設計値、細線は製品の実測値を示している。本来は、これらの線にギャップが生じないことが好ましい。つまり、点線と細線が一致することが好ましい。曲線に近づける手段としては、スプリングバックという戻り変形による誤差を極小化するための「強み当て」やスプリングバックで変形した時にちょうど狙い形状になるような「オーバーハング」等の手法がある。
図１０は条件Ａによりプレス加工時を行った場合の閾値表、図１１は条件Ｂによりプレス加工を行った場合の閾値表を示す。
このような閾値表は、試打・検査工程６０３においてそれぞれの条件でプレス加工を行い、それぞれの条件の製品の検査を行い、その検査結果を検査用タブレット４０に入力し、データベース３０に送信し、データを蓄積することによって生成することができる。

設計者は例えばそれぞれの条件の閾値表を参照することで当該条件に対する傾向を把握することができる。設計者はプレス加工の条件として図１１の条件Ｂを指定してもよいが、更に条件Ａ及び条件Ｂから把握される傾向から別の条件Ｃを指定してもよい。従って、複数の種類の閾値表を設計者に提示することによって、設計者はより適切な条件を指示することが可能となる。なお、図１７はこのような設計時の設計用ＰＣ２０の画面の一例を示している。ここでは、画面左側に閾値表を表示し、画面右側に製品の設計図を表示している。設計者は表示された閾値表を参考にしながら設計図に表示された製品の寸法を決定し、その数値を入力する。これにより、これに応じた金型５１の所定部位の設計寸法が決定することになる。

次に、樹脂を成形する金型の設計に本発明を適用した場合の実施形態を説明する。

図１２は製品Ｘの設計値に対して、成形された製品Ｘの測定値（実測値）をプロットしたグラフである。同図では上限値公差及び下限値公差をそれぞれ実線で示している。図に示して領域１２０１には、公差から外れているため、成形条件変更等で改善する必要がある。樹脂成形の際の成形条件変更としては、成形サイクル、型温、射出スピード、保圧などの条件変更がある。
図１３は成形条件Ａにより樹脂成形を行った場合の閾値表、図１４は成形条件Ｂにより樹脂成形を行った場合の閾値表を示す。これらの閾値表において、Ｙ軸は公差／設計のずれの値である。図１５は成形条件Ａと成形条件Ｂとの傾向比較を一覧可能にした閾値表である。

このような閾値表は、プレス加工の場合と同様で、試打・検査工程６０３においてそれぞれの成形条件で樹脂成形を行い、それぞれの成形条件の製品の検査を行い、その検査結果を検査用タブレット４０に入力し、データベース３０に送信し、データを蓄積することによって生成することができる。

設計者は、この閾値表から公差に対してどの成形条件が成立するかを比較することができる。すなわち設計者は図１５の閾値表から成形条件Ｂの方が製品の設計値に対してより小さい「ずれ」で成形することが可能であることがわかる。従って、設計者は成形条件をＢに見直すことにより図１６に示すように製品の測定値が公差から外れることはなくなる。なお、成形条件Ａ及び成形条件Ｂから把握される傾向から別の成形条件Ｃを指定してもよい。また成形条件Ａと成形条件Ｂとを比較すると例えば成形時間が成形条件Ａの方が短いような場合、製品の設計値によっては（例えば設計値が小さいとき）生産性を優先させて成形条件Ａを選択することができる。

本発明は上記の実施形態に限定されず、その技術思想の範囲内で様々な変形が可能であり、その変形も本発明の技術的範囲に属するものである。
例えば、上記の実施形態では、設計者に閾値表及び分布表を提示するものであったが、設計者に閾値表だけを提示してもよい。
また、測定値を標準偏差やＣＰＫ（工程能力指数）値などの統計処理をして設計者が判断しやすい情報に加工し、設計者にその情報を提示してもよい。
更に、上記の実施形態では、金型を製作して量産する側に出荷するまでの例をとり説明したが、データベースに金型を使って量産する側からの製品の測定データを例えばオンライン即時入力し、その入力データも含めて閾値表や分布表を生成してもよい。

１ 金型の設計支援システム
１０ 通信用ネットワーク
２０ 設計用ＰＣ
３０ データベース
４０ 検査用タブレット

Claims (4)

1. 金型を設計する際に、金型で成形される製品の所定部位の要求寸法と、これに応じた金型の対応部位の狙い値寸法及び製品の所定部位の過去の測定データとを２次元表示した閾値表を提示し、
   前記閾値表の狙い値寸法及び前記過去の測定データに、前記設計に基づき製作された金型で成形した製品の所定部位を測定したデータを、即時反映する
   金型の設計支援方法。
2. 請求項１に記載の金型の設計支援方法であって、
   前記金型を設計する際に、過去に設計した金型の所定部位の設計寸法と、当該金型で成形した製品の所定部位の測定データとの関係を示す分布表を提示する
   金型の設計支援方法。
3. 請求項１又は２に記載の金型の設計支援方法であって、
   前記閾値表は、成形条件ごとに、金型で成形される製品の所定部位の要求寸法と、これに応じた金型の対応部位の狙い値寸法及び製品の所定部位の過去の測定データとを２次元表示する
   金型の設計支援方法。
4. 金型で成形される製品の所定部位の要求寸法、要求寸法に応じた金型の対応部位の狙い値寸法及び要求寸法に応じた製品の所定部位の過去の測定データを蓄積するデータベースと、
   前記データベースに蓄積された要求寸法、狙い値寸法及び過去の測定データに基づき金型で成形される製品の所定部位の要求寸法と、これに応じた金型の対応部位の狙い値寸法及び製品の所定部位の過去の測定データとを２次元表示した閾値表を提示する提示部と、
   前記金型で成形した製品の所定部位を測定する測定器と、
   前記測定器で測定したデータを入力する入力部と、
   前記入力部により入力された測定データを前記データベースに即時反映する手段と
   を具備する金型の設計支援システム。