WO2005010782A1 - 最適形状の設計方法及び設計システム - Google Patents

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cad
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Takanori Sasaki
Toshiharu Yamamoto
Yoshihito Fukasawa
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Asahi Kasei Life & Living Corporation
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    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
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    • G06F2113/20—Packaging, e.g. boxes or containers

Definitions

  • the present invention relates to a design method and a design system for an optimal shape of a cushioning material used for a cushioning package.
  • the buffer thickness and pressure receiving area satisfying the mechanical design conditions are determined by referring to the cushioning performance data of the plate-like cushioning material. After deciding and forming the shape of the cushioning material so as to satisfy these, the design is repeated until the optimum shape can be obtained under these conditions. Has been done.
  • Patent Document 1 CAD (Computer Aided Design) data of various cushioning members for packaging products is prepared in advance using a library group.
  • CAD Computer Aided Design
  • a buffer member is designed by selecting the appropriate one according to a target buffer member from these.
  • Patent Document 2 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-7487
  • the minimum value of the buffer material volume at which the maximum deceleration of the buffered object satisfies the design allowable value is detected, and the buffer material is detected.
  • a proposal has been made for finding the optimum shape of a structure based on the shape of the cushioning material that maximizes the rigidity when the volume is the minimum volume.
  • Patent Document 3 the maximum weight, minimum life, minimum reliability, minimum strength, durability, minimum environmental operating conditions. It has been proposed to set the customer's component requirements such as fitness and cost as parameters as parameters.
  • an optimal shape of a cushioning material can be obtained by inputting an optimization region, and addition / deletion of ribs, bosses, and the like can be obtained.
  • a material that can optimize the shape of the buffer material with a change in topology (phase 'form) by a short time can be obtained.
  • design specifications can be obtained by inputting the design specifications, initial shape, applicable range of design parameters, and boundary conditions of the cushioning material. There are proposals for designing a satisfactory optimal model.
  • Patent Document 1 JP-A-9-144551
  • Patent Document 2 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-7487
  • Patent Document 3 JP 2000-331035 A
  • Patent Document 4 JP 2001-297118 A
  • Patent Document 5 JP-A-3-224063
  • the present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to design an optimal shape of a cushioning material used for a cushioning package easily and accurately in consideration of moldability and manufacturing cost. It is an object of the present invention to provide a design method of an optimal shape capable of performing the above and a design system of the optimal shape using the method.
  • a typical configuration of the method for designing an optimum shape according to the present invention for achieving the above object is defined as CAD data of the cushioning material created based on the design data of the cushioning material used for the cushioning packaging.
  • CAD data of the cushioning material created based on the design data of the cushioning material used for the cushioning packaging.
  • a dynamic response amount including at least one of a maximum deceleration and a maximum displacement generated in the object to be shocked upon a drop impact and a creep displacement generated when the shock absorbing material is used for a long time is detected.
  • Detecting whether or not the cushioning material shape defined as the CAD data can be manufactured, detecting a correlation between the CAD data of the cushioning material, the dynamic response amount, and the manufacturing possibility, and based on the correlation.
  • the correlation between the CAD data of the cushioning material, the mechanical response amount, and the availability of manufacture is updated based on the CAD data of the cushioning material, and the mechanical response amount is updated based on the updated correlation. It is characterized in that an optimum shape of the cushioning material that satisfies the design conditions of the cushioning material and can be manufactured is detected.
  • a typical configuration of the optimal shape design system includes input means for inputting design data of a cushioning material used for cushioning packaging, and design of the cushioning material input by the input means.
  • the CAD means that defines the cushioning material shape based on the data, and the cushioning material shape defined by the CAD means, the maximum deceleration and maximum displacement that occur in the buffered object and the creep displacement that occurs when the cushioning material is used for a long time
  • a mechanical response amount calculating means for detecting a mechanical response amount comprising at least one of the above; a manufacturing possibility detecting means for detecting whether or not the buffer material shape defined by the CAD means can be manufactured;
  • the correlation between the CAD data of the defined cushioning material, the mechanical response amount detected by the mechanical response amount calculating means, and the production availability information detected by the production availability detection means is calculated.
  • CAD data of the cushioning material created based on the design data of the cushioning material used for the cushioning packaging, and the cushioning material defined as the CAD data For the shape, the correlation between the mechanical response, which consists of at least one of the maximum deceleration and maximum displacement of the buffered object at the time of a drop impact and the creep displacement generated during long-term use of the cushioning material, is detected as to whether or not it can be manufactured.
  • the dynamic response amount satisfies the design conditions of the cushioning material, and the optimal shape of the cushioning material that can be manufactured
  • the CAD data of the cushioning material is changed until is detected, and based on the changed CAD data of the cushioning material, the correlation between the CAD data of the cushioning material, the mechanical response amount, and the availability of manufacture is updated, Based on the updated correlation, the amount of mechanical response satisfies the design conditions of the cushioning material, and by detecting the optimal shape of the cushioning material that can be manufactured, the optimal shape of the cushioning material can be easily and accurately determined. Can be designed.
  • CAD data defined by the CAD means based on the buffer design data input by the input means, and the cushion material shape defined by the CAD means
  • the mechanical response amount comprising at least one of the maximum deceleration, maximum displacement, and creep displacement generated during long-term use of the cushioning material, calculated by the mechanical response amount calculating means.
  • the correlation with the manufacturing availability information detected by the availability detection means is detected, and based on the correlation, the dynamic response amount satisfies the design conditions of the cushioning material, and the optimal shape of the cushioning material that can be manufactured is determined.
  • the CAD data of the cushioning material is changed until it is detected, and based on the changed CAD data of the cushioning material, the correlation between the CAD data of the cushioning material, the mechanical response amount, and the availability of manufacture is updated. ,That The optimization control means detects the optimal shape of the cushioning material based on the new correlation so that the dynamic response amount satisfies the design condition of the cushioning material and can be manufactured. The optimum shape of the cushioning material can be output and displayed. This makes it possible to easily and accurately design the optimal shape of the cushioning material.
  • the present invention Since the present invention has the above-described configuration and operation, it is possible to easily and accurately design the optimal shape of the cushioning material used for the cushioning package in consideration of moldability and manufacturing cost.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of an optimal shape design system according to the present invention.
  • FIG. 2 is a flowchart showing an example of a processing procedure at the time of detecting an optimum shape.
  • FIG. 3 is a diagram showing, in CAD data, a shape of an object to be buffered and a cushioning material for packaging the material at an early stage of design.
  • Fig. 4 shows the relationship between the CAD data of the cushioning material, the mechanical response, the availability of production, and the production cost. It is a figure which shows a relationship.
  • FIG. 5 is a diagram showing, as CAD data, an example of the shape of the cushioning material that does not satisfy the design conditions in the process of finding the optimum shape.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of an optimum shape of the cushioning material by CAD data.
  • FIG. 7 is a diagram showing another shape of the cushioning material in an early stage of design using CAD data. Explanation of symbols
  • reference numeral 1 denotes design data required for designing a cushioning material 4 which is an article manufactured using a molding die as a cushioning material used for a cushioning package to be designed.
  • Device for inputting design data via a communication line such as a keyboard, a mouse, or the Internet provided in a personal computer or the like.
  • [0020] 2 performs predetermined arithmetic processing based on the design data input by the input device 1.
  • An arithmetic processing unit that calculates the optimal shape of the cushioning material 4 is a CRT (CRT) or a printer 3 that serves as display means for displaying the optimal shape of the cushioning material 4 calculated by the arithmetic processing unit 2. And the like.
  • the display device 3 also has a function of reading design results stored in a database file or the like and outputting and displaying the results.
  • the arithmetic processing unit 2 controls the arithmetic processing performed by the arithmetic processing unit, and receives an input from an input unit 1 and an optimization control unit 2 a serving as an optimization control unit for detecting an optimal shape of the cushioning material 4.
  • the CAD section 2b serving as CAD means for defining the cushioning material shape of the cushioning material 4 based on the design data of the cushioning material 4, and the cushioning material shape of the cushioning material 4 defined by the CAD section 2b. It is a means for calculating the amount of mechanical response that detects at least one of the maximum deceleration and maximum displacement generated in the buffered object 5 at the time of a drop impact and the creep displacement generated during long-term use of the cushioning material 4.
  • Production possibility detection unit 2d as production possibility detection means that detects the production possibility of the cushioning material shape of cushioning material 4 defined by CAD unit 2b, and buffer defined by CAD unit 2b Cost to detect the production cost by changing the shape of the cushioning material of material 4 It has a cost calculation unit 2e and the like, which are used as calculation means.
  • the CAD data created by the CAD unit 2b based on the design data of the cushioning material 4 and the dynamic response amount calculation unit 2c detect the CAD data.
  • the correlation between the mechanical response amount, the production availability information detected by the production availability detection unit 2d, and the production cost information detected by the cost calculation unit 2e is detected, and production is possible based on this correlation.
  • the CAD data of the cushioning material 4 was changed until the optimal shape of the cushioning material 4 was detected such that the mechanical response amount satisfied the design conditions of the cushioning material 4 and the production cost was the minimum.
  • the CAD data Based on the CAD data, the CAD data, the mechanical response amount newly detected by the mechanical response amount calculation unit 2c, the manufacturing availability information detected again by the manufacturing availability detection unit 2d, and the cost calculation unit 2e Correlation based on production cost information newly detected in The relationship is updated, and the dynamic response amount satisfies the design conditions of the cushioning material 4 based on the updated correlation, and is optimal for detecting the optimal shape of the cushioning material 4 that can be manufactured and has the minimum manufacturing cost. Performs a conversion operation.
  • the production possibility detection unit 2d when the production possibility is detected by the production possibility detection unit 2d, when the cushioning material 4 and the molding die are released, the pulling directions shown in FIGS. 3, 5, 6, and 7 are used. perpendicular to a Production is detected by the fact that the outer periphery of the cross-sectional shape of each cross section divided by a plurality of planes does not intersect by projecting from the drawing direction a.
  • the dynamic response amount detected by the mechanical response amount calculation unit 2c is the maximum deceleration and the maximum displacement generated in the buffered object 5 wrapped by the cushioning material 4 at the time of a drop impact. And at least one of the creep displacements generated when the cushioning material 4 is used for a long time is set.
  • step S1 design data of the cushioning material 4 to be designed is input via a keyboard or a communication line such as the Internet as the input device 1.
  • the shape, weight, drop height, drop direction, design allowance for example, The maximum deceleration that occurs in the buffer 5, the maximum displacement of the buffer 5 to determine bottoming or falling off from the buffer 4, and the buffer 4 to determine the settling of the buffer 4 during long-term use
  • the mechanical properties of the material used for the outer box and cushioning material eg, stress, buffer thickness and maximum deceleration, instantaneous maximum strain, creep strain).
  • the dimensions of the outer box such as a cardboard box, the position of the buffer 5 to be accommodated in the outer box, and the like are also input as design conditions as necessary.
  • the mechanical properties of the material used for the outer box and the cushioning material 4 can be determined by preparing a storage device or a database file storing various data of the materials, depending on the strength and the material used. Alternatively, a mechanical property value may be searched for and used.
  • step S2 in FIG. 2 the process proceeds to step S2 in FIG. 2, and the initial design shape of the cushioning material 4 is converted into the initial shape as shown in FIG. Create a new CAD data Ml.
  • shape data for example, dimensions, angles, presence or absence of ribs and holes, etc. serving as design variables are defined in advance.
  • the CAD data M of the previously designed case may be selected from a database or the like and used.
  • a plurality of selected and selected initial shapes of the cushioning material 4 and the shape data included in each initial design shape may be defined as a design variable.
  • steps S3, S4, and S5 the process proceeds to steps S3, S4, and S5, and the following processing is performed in steps S3, S4, and S5 for the design data input in step S1 and the CAD data M defined in step S2.
  • step S3 the dynamic response amount calculation unit 2c sets the CA defined in step S2.
  • the dynamic response amount corresponding to the mechanical property value of the material used for the cushioning material 4 is input as appropriate on the spot, or stored in advance in a system database.
  • the mechanical properties of the material used for the cushioning material 4 are searched for and input by the search engine for the corresponding mechanical response, or the mechanical properties of the material used for the cushioning material 4 If so, the mechanical response is calculated using the relational expression.
  • step S4 the production possibility detection unit 2d appropriately applies a draft to the CAD data M defined in step S2 for mold release in the case of production using a molding die.
  • the production possibility is detected by detecting the force.
  • the cross section of each of the cushioning members 4 divided by a plurality of planes perpendicular to the drawing direction a has a cross-sectional area gradually reduced with respect to the drawing direction a, and the outer periphery of the cross section or Use a program to check that the inner circumference does not intersect the outer or inner circumference of another cross section when viewed from the drawing direction a, or use some CAD software (for example, Solid Works Co. It may be detected by applying the draft check function provided in Works (product name).
  • the cost calculator 2e calculates a production cost for the CAD data M defined in step S2. For example, if a bead foam molded product is used as the cushioning material 4, the material cost is calculated by multiplying the volume of CAD data M equivalent to the amount of material used by the material unit price, and the processing cost is the running cost of the molding machine. The production cost is calculated. When an extruded foam is used as the cushioning material 4, the material cost is a value obtained by dividing the unit cost of the raw material by the number of raw materials in consideration of the board cutting. The manufacturing cost is calculated by applying the cost of punching and die.
  • step S6 the design variables of the CAD data Ml shown in FIG. 3 are obtained by using the mechanical response amount, the production availability information, and the production cost information calculated in step S3, step S4, and step S5.
  • the correlation between the mechanical response, the availability of manufacturing, and the manufacturing cost is derived, for example, as shown in the graph of FIG. 4, and based on this correlation, the mechanical response that can be manufactured and the mechanical response is Find the optimal shape of cushioning material 4 that satisfies the design allowance of cushioning material 4 and minimizes the manufacturing cost.
  • the design conditions are not satisfied as in the case of the CAD data M2 shown in Figs.
  • the process moves from step S6 to step S2 until the optimal shape is determined, and the CAD data M is changed as shown in Fig. 4. Then, the correlation between the dynamic response amount, the availability of fabrication and the fabrication cost is updated, and finally the optimum shape is obtained.
  • FIG. 4 starts from the CAD data Ml shown in FIG. 3 and sequentially changes the CAD data to M2, M3,..., M8, and at the ninth time, for example, optimizes the cushioning material 4 as shown in FIG.
  • This figure shows how CAD data Mopt of the shape was obtained.
  • a general-purpose optimization program such as iSight (trade name) manufactured by Engineous Software Inc. is applied to the optimization control unit 2a for finding the optimum shape of the cushioning material 4 to be designed.
  • FIG. 7 is a diagram showing another shape of the cushioning material in the initial stage of design using CAD data.
  • reference numeral 4a denotes holes formed at the four corners of the buffer member 4
  • 4b denotes a slit extending from the hole 4a to the opening of the buffer member 4.
  • the present invention can be applied to a design method and a design system of an optimal shape of a cushioning material used for a cushioning package.

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Abstract

　本発明は、緩衝包装に使用する緩衝材の最適形状を容易且つ的確に設計することが可能な最適形状の設計方法及びこれを用いた最適形状の設計システムを提供することを可能にすることを目的としている。 　そして、その構成は、ＣＡＤ部２ｂにより定義された緩衝材４のＣＡＤデータＭと、力学的応答量算出部２ｃにより検出された力学的応答量と、製作可否検出部２ｄにより検出された製作可否情報と、コスト算出部２ｅにより検出された製作コスト情報との相関関係を検出し、該相関関係に基づいて力学的応答量が緩衝材４の設計条件を満足し、且つ製作可能で、且つ最小製作コストとなる緩衝材４の最適形状が検出されるまで緩衝材４のＣＡＤデータＭを変更し、その変更したＣＡＤデータＭに基づいて前記相関関係を更新し、その更新された相関関係に基づいて緩衝材４の最適形状を検出する最適化制御部２ａを設けて構成したことを特徴とする。

Description

明 細 書
最適形状の設計方法及び設計システム
技術分野
[0001] 本発明は、緩衝包装に使用する緩衝材の最適形状の設計方法及び設計システム に関するものである。
背景技術
[0002] 従来、緩衝包装に使用する緩衝材の最適形状の設計にぉレ、ては、板状緩衝材の 緩衝性能データを参考にして、力学的設計条件を満足する緩衝厚さと受圧面積を決 定し、これ等を満足するように緩衝材形状を形成した後、成型性の可否判断及び製 作コストを算出し、これ等の条件で最適形状が得られるまで再検討を繰り返す設計が 行われている。
[0003] 従来の構造最適化方法としては、特開平 9-44551号公報 (特許文献 1)に記載され たように、製品を梱包する各種緩衝部材の CAD(ComputerAided Design)データを予 めライブラリ群に格納しておき、この中から目的の緩衝部材に応じて適宜選択するこ とで緩衝部材の設計を行うものが提案されている。
[0004] また、特開 2002-7487号公報 (特許文献 2)に記載されたように、被緩衝物の最大減 速度が設計許容値を満足する緩衝材体積の最小値を検出し、緩衝材体積が最小体 積であるときの剛性を最大とする緩衝材形状に基づいて構造物の最適形状を求める ものが提案されている。
[0005] また、特開 2000-331035号公報 (特許文献 3)に記載されたように、設計対象の最大 重量、最小寿命、最小信頼性、最小強度、耐久性、最小環境運転条件、基準に対す る適応度、コスト等の顧客の部品要求条件をパラメータとして設定するものも提案さ れている。
[0006] また、特開 2001-297118号公報（特許文献 4)に記載されたように、最適化領域を入 力することで緩衝材の最適形状が得られ、リブやボス等の追加/削除によるトポロジ (位相'形態)変化を伴う緩衝材の形状を短時間に最適化出来るものも提案されてい る。 [0007] また、特開平 3-224063号公報 (特許文献 5)に記載されたように、緩衝材の設計仕 様、初期形状、設計パラメータの適用範囲、境界条件を入力することで設計仕様を 満足する最適モデルを設計するものも提案されている。
[0008] 特許文献 1 :特開平 9一 44551号公報
特許文献 2：特開 2002 - 7487号公報
特許文献 3 :特開 2000 - 331035号公報
特許文献 4 :特開 2001— 297118号公報
特許文献 5：特開平 3 - 224063号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0009] し力、しながら、前述の従来例では、設計検討の繰り返しを少なくするためには、設 計者の勘や経験が必須であったため、設計の自動化が困難であった。また、力学的 設計条件を満足する緩衝厚さと受圧面積を決定してから、その他の評価項目を確認 するため、最終の設計結果は真の最適解とはなり難いという問題があった。
[0010] 本発明は前記課題を解決するものであり、その目的とするところは、緩衝包装に使 用する緩衝材の最適形状を容易且つ的確に成型可否及び製作コストまで考慮して 設計することが可能な最適形状の設計方法及びこれを用いた最適形状の設計シス テムを提供せんとするものである。
課題を解決するための手段
[0011] 前記目的を達成するための本発明に係る最適形状の設計方法の代表的な構成は 、緩衝包装に使用する緩衝材の設計データに基づいて作成された該緩衝材の CAD データとして定義された緩衝材形状について、落下衝撃時に被緩衝物に生じる最大 減速度、最大変位及び前記緩衝材の長期使用時に生じるクリープ変位のうちの少な くとも 1つからなる力学的応答量を検出すると共に、前記 CADデータとして定義され た緩衝材形状について製作可否を検出し、前記緩衝材の CADデータと、前記力学 的応答量と、前記製作可否との相関関係を検出し、前記相関関係に基づいて前記 力学的応答量が前記緩衝材の設計条件を満足し、且つ製作可能となる前記緩衝材 の最適形状が検出されるまで前記緩衝材の CADデータを変更し、その変更した前 記緩衝材の CADデータに基づいて該緩衝材の CADデータと、前記力学的応答量 と、前記製作可否との相関関係を更新し、その更新された相関関係に基づいて前記 力学的応答量が前記緩衝材の設計条件を満足し、且つ製作可能となる前記緩衝材 の最適形状を検出することを特徴とする。
[0012] また、本発明に係る最適形状の設計システムの代表的な構成は、緩衝包装に使用 する緩衝材の設計データを入力する入力手段と、前記入力手段により入力された緩 衝材の設計データに基づいて緩衝材形状を定義する CAD手段と、前記 CAD手段 により定義された緩衝材形状について、被緩衝物に生じる最大減速度、最大変位及 び前記緩衝材の長期使用時に生じるクリープ変位のうちの少なくとも 1つからなる力 学的応答量を検出する力学的応答量算出手段と、前記 CAD手段により定義された 緩衝材形状について製作可否を検出する製作可否検出手段と、前記 CAD手段によ り定義された緩衝材の CADデータと、前記力学的応答量算出手段により検出された 力学的応答量と、前記製作可否検出手段により検出された製作可否情報との相関 関係を検出し、該相関関係に基づいて前記力学的応答量が前記緩衝材の設計条 件を満足し、且つ製作可能となる前記緩衝材の最適形状が検出されるまで前記緩衝 材の CADデータを変更し、その変更した前記緩衝材の CADデータに基づいて該緩 衝材の CADデータと、前記力学的応答量と、前記製作可否との相関関係を更新し、 その更新された相関関係に基づいて前記力学的応答量が前記緩衝材の設計条件 を満足し、且つ製作可能となる前記緩衝材の最適形状を検出する最適化制御手段 と、前記最適化制御手段により検出された前記緩衝材の最適形状を出力表示するた めの表示手段とを有することを特徴とする。
発明の効果
[0013] 本発明に係る最適形状の設計方法によれば、緩衝包装に使用する緩衝材の設計 データに基づいて作成された該緩衝材の CADデータと、その CADデータとして定 義された緩衝材形状について、落下衝撃時に被緩衝物に生じる最大減速度、最大 変位及び前記緩衝材の長期使用時に生じるクリープ変位のうちの少なくとも 1つから なる力学的応答量と、製作可否との相関関係を検出し、その相関関係に基づいて力 学的応答量が緩衝材の設計条件を満足し、且つ製作可能となる緩衝材の最適形状 が検出されるまで緩衝材の CADデータを変更し、その変更した緩衝材の CADデー タに基づいて該緩衝材の CADデータと、力学的応答量と、製作可否との相関関係を 更新し、その更新された相関関係に基づいて力学的応答量が緩衝材の設計条件を 満足し、且つ製作可能となる緩衝材の最適形状を検出することで、緩衝材の最適形 状を容易且つ的確に設計することが出来る。
[0014] 本発明に係る最適形状の設計システムによれば、入力手段により入力された緩衝 材の設計データに基づいて CAD手段により定義された CADデータと、 CAD手段に より定義された緩衝材形状について、力学的応答量算出手段により算出された被緩 衝物に生じる最大減速度、最大変位及び前記緩衝材の長期使用時に生じるクリープ 変位のうちの少なくとも 1つからなる力学的応答量と、製作可否検出手段により検出さ れた製作可否情報との相関関係を検出し、その相関関係に基づいて力学的応答量 が緩衝材の設計条件を満足し、且つ製作可能となる緩衝材の最適形状が検出され るまで緩衝材の CADデータを変更し、その変更した緩衝材の CADデータに基づレ、 て該緩衝材の CADデータと、力学的応答量と、製作可否との相関関係を更新し、そ の更新された相関関係に基づいて力学的応答量が緩衝材の設計条件を満足し、且 つ製作可能となるように最適化制御手段が緩衝材の最適形状を検出し、表示手段に より、その緩衝材の最適形状を出力表示することが出来る。これにより、緩衝材の最 適形状を容易且つ的確に設計することが出来る。
[0015] 本発明は、上述の如き構成と作用とを有するので、緩衝包装に使用する緩衝材の 最適形状を容易且つ的確に成型可否及び製作コストまで考慮して設計することが出 来る。
図面の簡単な説明
[0016] [図 1]図 1は本発明に係る最適形状の設計システムの概略構成を示すブロック図であ る。
[図 2]図 2は最適形状検出時の処理手順の一例を示すフローチャートである。
[図 3]図 3は被緩衝物と、その被緩衝物を包装する緩衝材の設計初期段階での形状 を CADデータで示した図である。
[図 4]図 4は緩衝材の CADデータと、力学的応答量と、製作可否と、製作コストとの相 関関係を示す図である。
[図 5]図 5は最適形状を求める過程において設計条件を満足しない緩衝材の形状の 一例を CADデータで示した図である。
[図 6]図 6は緩衝材の最適形状の一例を CADデータで示した図である。
[図 7]図 7は緩衝材の設計初期段階での他の形状を CADデータで示した図である。 符号の説明
[0017] 1…入力装置
2…演算処理装置
2a…最適化制御部
2b' "CAD部
2c…力学的応答量算出部
2d…製作可否検出部
2e…コスト算出部
3…表示装置
4…緩衝材
4a…孔
4b…スリット
5…被緩衝物
M, Ml— M8, Mopt' CADデータ
発明を実施するための最良の形態
[0018] 図により本発明に係る最適形状の設計方法及び設計システムの一実施形態を具 体的に説明する。
[0019] 図 1において、 1は設計対象の緩衝包装に使用する緩衝材として、成形金型を用い て製作される物品である緩衝材 4を設計するために必要とする設計データを入力す るための入力手段としての入力装置であって、パーソナルコンピュータ等に設けられ たキーボードやマウス或いはインターネット等の通信回線を介して設計データを入力 可能な入力装置である。
[0020] 2は入力装置 1により入力された設計データに基づいて所定の演算処理を行って 緩衝材 4の最適形状を演算する演算処理装置であり、 3は演算処理装置 2で演算さ れた緩衝材 4の最適形状を出力表示するための表示手段となる CRT (ブラウン管）或 いはプリンタ等の表示装置である。この表示装置 3はデータベース 'ファイル等に格 納された設計結果を読み込んで出力表示する機能も備えている。
[0021] 演算処理装置 2は、その演算処理部で行う演算処理を制御し、緩衝材 4の最適形 状を検出する最適化制御手段となる最適化制御部 2aと、入力装置 1により入力され た緩衝材 4の設計データに基づいて該緩衝材 4の緩衝材形状を定義する CAD手段 となる CAD部 2bと、この CAD部 2bで定義された緩衝材 4の緩衝材形状につレ、て、 落下衝撃時に被緩衝物 5に生じる最大減速度、最大変位及び緩衝材 4の長期使用 時に生じるクリープ変位のうちの少なくとも 1つからなる力学的応答量を検出する力学 的応答量算出手段となる力学的応答量算出部 2cと、 CAD部 2bで定義された緩衝 材 4の緩衝材形状について製作可否を検出する製作可否検出手段となる製作可否 検出部 2dと、 CAD部 2bで定義された緩衝材 4の緩衝材形状につレ、て製作コストを 検出するコスト算出手段となるコスト算出部 2e等を有して構成されている。
[0022] 最適化制御部 2aでは、図 4に示して後述するように、 CAD部 2bで緩衝材 4の設計 データに基づいて作成された CADデータと、力学的応答量算出部 2cで検出された 力学的応答量と、製作可否検出部 2dで検出された製作可否情報と、コスト算出部 2e で検出された製作コスト情報との相関関係を検出すると共に、この相関関係に基づ いて製作可能で且つ力学的応答量が緩衝材 4の設計条件を満足し、且つ最小製作 コストとなるような緩衝材 4の最適形状が検出されるまで該緩衝材 4の CADデータを 変更し、その変更した CADデータに基づいて、該 CADデータと、力学的応答量算 出部 2cで新たに検出された力学的応答量と、製作可否検出部 2dで再度検出された 製作可否情報と、コスト算出部 2eで新たに検出された製作コスト情報とに基づいて先 の相関関係を更新し、その更新された相関関係に基づいて力学的応答量が緩衝材 4の設計条件を満足し、且つ製作可能で、且つ最小製作コストとなる緩衝材 4の最適 形状を検出する最適化演算処理を行う。
[0023] 本実施形態では、製作可否検出部 2dにより製作可能を検出する場合、緩衝材 4と 成形金型とを離型する際に図 3、図 5、図 6及び図 7に示す抜き方向 aに対して垂直な 複数の平面で分割される各断面の断面形状の外周が該抜き方向 aから投影して交 差しないことで製作可能を検出している。
[0024] また、力学的応答量算出部 2cにより検出する力学的応答量として、本実施形態で は、落下衝撃時に緩衝材 4により包装される被緩衝物 5に生じる最大減速度、最大変 位及び緩衝材 4の長期使用時に生じるクリープ変位のうちの少なくとも 1つを検出す るように設定している。
[0025] 次に、図 2を用いて、本発明に係る最適形状の設計方法により緩衝材 4の最適形状 が検出されるまでの処理手順の一例について説明する。先ず、ステップ S1において 、入力装置 1としてキーボード或いはインターネット等の通信回線等を経由して、設計 対象の緩衝材 4の設計データを入力する。
[0026] 例えば、緩衝包装用の緩衝材 4の最適形状を設計する場合には、設計データとし て、被緩衝物 5の形状、重量、落下高さ、落下方向、設計許容値 (例えば、被緩衝物 5に生じる最大減速度、底付き或いは緩衝材 4からの脱落を判定するための被緩衝 物 5の最大変位、長期使用時の緩衝材 4のへたりを判定するための緩衝材 4のタリー プ変位等の機械的応答量の許容値等）、外箱及び緩衝材 4に使用する素材の機械 的物性値 (例えば、応力、緩衝厚さと最大減速度、瞬間最大歪み、クリープ歪みの関 係等）を入力する。また、段ボール箱等の外箱の寸法、外箱に収める被緩衝物 5の位 置等も必要に応じて設計条件として入力する。
[0027] 尚、外箱、緩衝材 4に使用する素材の機械的物性値は、それ等の各種データを格 納した記憶装置或いはデータベース 'ファイルを用意しておき、ここ力 、用いる素材 に応じて機械的物性値を検索し、これを利用するようにしても良い。
[0028] 演算処理装置 2ではこれ等の設計データが入力されると、図 2のステップ S2に移行 し、緩衝材 4の設計初期形状を CAD部 2bを用いて、例えば、図 3に示すような CAD データ Mlを作成する。このときに、設計変数となる形状データ（例えば、寸法、角度 、リブや穴の有無等）を定義しておく。
[0029] 尚、この設計初期形状は新たに作成する方法以外に、先に設計した事例の CAD データ Mをデータベース等から選択して使用しても良レ、。このとき、更にデータべ一 スに格納されている図 3及び図 7に示すような異なる緩衝材 4の設計初期形状を複数 選択し、複数選択された緩衝材 4の設計初期形状と各々の設計初期形状に含まれる 前記形状データを設計変数として定義するようにしても良レ、。
[0030] 次いで、ステップ S3、ステップ S4及びステップ S5に移行し、ステップ S1で入力され た設計データ及びステップ S2で定義した CADデータ Mについて以下の処理を夫々 のステップ S3, S4, S5で行う。
[0031] ステップ S3では、力学的応答量算出部 2cにおいて前記ステップ S2で定義した CA
Dデータ Mに対して、被緩衝物 5に生じる最大減速度等といった設計許容値との大 小を比較する力学的応答量を算出する。
[0032] この力学的応答量の算出には、緩衝材 4に使用する素材の機械的物性値に対応 する力学的応答量をその場で適宜入力するか、或いは予めシステムのデーターベー スに格納されている緩衝材 4に使用する素材の機械的物性値力 該当する力学的 応答量を検索エンジンにより検索して入力するか、或いは緩衝材 4に使用する素材 の機械的物性値が関係式で表されていれば、その関係式により力学的応答量の計 算を行う。
[0033] 一方、ステップ S4では、製作可否検出部 2dにおいて、前記ステップ S2で定義した CADデータ Mに対し、成形金型を用いて製作される場合の離型のための抜き勾配 が適切に施されているか否力を検出することにより製作可否を検出する。
[0034] この成形可否検出は抜き方向 aと垂直な複数の平面で分割した緩衝材 4の各々の 断面が該抜き方向 aに対して、その断面積が徐々に小さくなり且つ断面の外周或い は内周が抜き方向 aから見たときに他の断面の外周或いは内周と交差していないこと を調べるプログラムを用いたり、或いは一部の CADソフト（例えば、 Solid Works Co卬 oration製の Solid Works ;商品名）に備わっている抜き勾配確認機能を適用して 検出しても良い。
[0035] また、ステップ S5では、コスト算出部 2eにおいて、前記ステップ S2で定義した CAD データ Mに対して製作コストを算出する。例えば、緩衝材 4としてビーズ発泡成型品 を使用する場合には、材料費として素材使用量に相当する CADデータ Mの体積に 素材単価を乗じた値、加工費として成形機のランニングコスト等が適用され、製作コ ストが算出される。 [0036] また、緩衝材 4として押出発泡品を使用する場合には、材料費として原反単価を板 取りを考慮した原反取数で割った値、加工費としてカット費、熱貼加工費、抜き型代 等が適用され、製作コストが算出される。
[0037] そして、ステップ S6に移行し、ステップ S3、ステップ S4及びステップ S5で算出され た力学的応答量、製作可否情報、製作コスト情報を用いて、図 3に示す CADデータ Mlの設計変数と力学的応答量、製作可否及び製作コストとの相関関係を、例えば、 図 4に示すグラフのように導き、この相関関係に基づレ、て製作可能で且つ力学的応 答量が設計対象の緩衝材 4の設計許容値を満足し、且つ製作コストが最小となる緩 衝材 4の最適形状を求める。
[0038] 設計対象の緩衝材 4の最適形状を求める過程において、例えば、図 4及び図 5に 示す CADデータ M2のように設計条件を満足しない (製作不可能、力学的応答量が 設計許容値を超える）、或いは製作コストがより安価になる緩衝材形状が存在し得る 場合には最適形状が求まるまでステップ S6から前記ステップ S2に移行し、図 4に示 すように、 CADデータ Mを変更して力学的応答量、製作可否及び製作コストとの相 関関係を更新し、最終的に最適形状を求める。
[0039] 図 4は図 3に示す CADデータ Mlから開始して、順次、 CADデータ M2, M3,…， M8と変更し、 9回目に、例えば、図 6に示すような緩衝材 4の最適形状の CADデー タ Moptが得られた様子を示す。設計対象の緩衝材 4の最適形状を求める最適化制 御部 2aには、例えば、 Engineous Software Inc.製の iSight (商品名）といった汎用最適 化プログラムが適用される。
[0040] 図 7は緩衝材の設計初期段階での他の形状を CADデータで示した図である。図 7 中、 4aは緩衝材 4の 4隅に穿設される孔であり、 4bは該孔 4aから緩衝材 4の開口部 まで延長されたスリットである。このように、データベースに格納されている前述した図 3及び図 7に示すような異なる緩衝材 4の設計初期形状を複数選択し、複数選択され た緩衝材 4の設計初期形状と各々の設計初期形状に含まれる前記形状データを設 計変数として定義するようにしても良レ、。
[0041] 本実施形態では、設計変数として CADデータ Mを用いているため、求められた最 適形状に対して、その図面や機械加工用の NCデータを作成する作業が容易となる [0042] 更に、力学的応答量だけではなぐ製作可否や製作コストも最適化の条件に加えて いるため、加工性、経済性も含めたより生産性の高い最適形状を得ることが出来る。 産業上の利用可能性
[0043] 本発明の活用例として、緩衝包装に使用する緩衝材の最適形状の設計方法及び 設計システムに利用することが出来る。

Claims

請求の範囲
[1] 緩衝包装に使用する緩衝材の設計データに基づいて作成された該緩衝材の CAD データとして定義された緩衝材形状について、落下衝撃時に被緩衝物に生じる最大 減速度、最大変位及び前記緩衝材の長期使用時に生じるクリープ変位のうちの少な くとも 1つからなる力学的応答量を検出すると共に、前記 CADデータとして定義され た緩衝材形状について製作可否を検出し、
前記緩衝材の CADデータと、前記力学的応答量と、前記製作可否との相関関係 を検出し、
前記相関関係に基づいて前記力学的応答量が前記緩衝材の設計条件を満足し、 且つ製作可能となる前記緩衝材の最適形状が検出されるまで前記緩衝材の CADデ ータを変更し、
その変更した前記緩衝材の CADデータに基づレ、て該緩衝材の CADデータと、前 記力学的応答量と、前記製作可否との相関関係を更新し、その更新された相関関係 に基づいて前記力学的応答量が前記緩衝材の設計条件を満足し、且つ製作可能と なる前記緩衝材の最適形状を検出することを特徴とする最適形状の設計方法。
[2] 緩衝包装に使用する緩衝材の設計データに基づいて作成された該緩衝材の CAD データとして定義された緩衝材形状について、落下衝撃時に被緩衝物に生じる最大 減速度、最大変位及び前記緩衝材の長期使用時に生じるクリープ変位のうちの少な くとも 1つからなる力学的応答量を検出すると共に、前記 CADデータとして定義され た緩衝材形状について製作可否を検出すると共に、前記 CADデータとして定義され た緩衝材形状について製作コストを検出し、
前記緩衝材の CADデータと、前記力学的応答量と、前記製作可否及び前記製作 コストとの相関関係を検出し、
前記相関関係に基づいて前記力学的応答量が前記緩衝材の設計条件を満足し、 且つ製作可能で、且つ最小製作コストとなる前記緩衝材の最適形状が検出されるま で前記緩衝材の CADデータを変更し、
その変更した前記緩衝材の CADデータに基づレ、て、該緩衝材の CADデータと、 前記力学的応答量と、前記製作可否及び前記製作コストとの相関関係を更新し、そ の更新された相関関係に基づいて前記力学的応答量が前記緩衝材の設計条件を 満足し、且つ製作可能で、且つ最小製作コストとなる前記緩衝材の最適形状を検出 することを特徴とする最適形状の設計方法。
[3] 前記緩衝材は成形金型を用いて製作される物品であって、該物品と成形金型とを 離型する際に抜き方向に対して垂直な複数の平面で分割される各断面の断面形状 の外周が該抜き方向から投影して交差しないことで製作可能を検出することを特徴と する請求の範囲第 1項または第 2項に記載の最適形状の設計方法。
[4] 緩衝包装に使用する緩衝材の設計データを入力する入力手段と、
前記入力手段により入力された緩衝材の設計データに基づいて緩衝材形状を定 義する CAD手段と、
前記 CAD手段により定義された緩衝材形状について、被緩衝物に生じる最大減 速度、最大変位及び前記緩衝材の長期使用時に生じるクリープ変位のうちの少なく とも 1つからなる力学的応答量を検出する力学的応答量算出手段と、
前記 CAD手段により定義された緩衝材形状について製作可否を検出する製作可 否検出手段と、
前記 CAD手段により定義された緩衝材の CADデータと、前記力学的応答量算出 手段により検出された力学的応答量と、前記製作可否検出手段により検出された製 作可否情報との相関関係を検出し、該相関関係に基づいて前記力学的応答量が前 記緩衝材の設計条件を満足し、且つ製作可能となる前記緩衝材の最適形状が検出 されるまで前記緩衝材の CADデータを変更し、その変更した前記緩衝材の CADデ ータに基づいて該緩衝材の CADデータと、前記力学的応答量と、前記製作可否と の相関関係を更新し、その更新された相関関係に基づいて前記力学的応答量が前 記緩衝材の設計条件を満足し、且つ製作可能となる前記緩衝材の最適形状を検出 する最適化制御手段と、
前記最適化制御手段により検出された前記緩衝材の最適形状を出力表示するた めの表示手段と、
を有することを特徴とする最適形状の設計システム。
[5] 緩衝包装に使用する緩衝材の設計データを入力する入力手段と、 前記入力手段により入力された緩衝材の設計データに基づいて緩衝材形状を定 義する CAD手段と、
前記 CAD手段により定義された緩衝材形状について、被緩衝物に生じる最大減 速度、最大変位及び前記緩衝材の長期使用時に生じるクリープ変位のうちの少なく とも 1つ力 なる力学的応答量を検出する力学的応答量算出手段と、
前記 CAD手段により定義された緩衝材形状について製作可否を検出する製作可 否検出手段と、
前記 CAD手段により定義された緩衝材形状について製作コストを検出するコスト算 出手段と、
前記 CAD手段により定義された緩衝材の CADデータと、前記力学的応答量算出 手段により検出された力学的応答量と、前記製作可否検出手段により検出された製 作可否情報と、前記コスト算出手段により検出された製作コスト情報との相関関係を 検出し、該相関関係に基づいて前記力学的応答量が前記緩衝材の設計条件を満 足し、且つ製作可能で、且つ最小製作コストとなる前記緩衝材の最適形状が検出さ れるまで前記緩衝材の CADデータを変更し、その変更した前記緩衝材の CADデー タに基づいて該緩衝材の CADデータと、前記力学的応答量と、前記製作可否及び 前記製作コストとの相関関係を更新し、その更新された相関関係に基づいて前記力 学的応答量が前記緩衝材の設計条件を満足し、且つ製作可能で、且つ最小製作コ ストとなる前記緩衝材の最適形状を検出する最適化制御手段と、
前記最適化制御手段により検出された前記緩衝材の最適形状を出力表示するた めの表示手段と、
を有することを特徴とする最適形状の設計システム。
[6] 前記緩衝材は成形金型を用いて製作される物品であって、前記製作可否検出手 段は該物品と成形金型とを離型する際に抜き方向に対して垂直な複数の平面で分 割される各断面の断面形状の外周が該抜き方向から投影して交差しないことで製作 可能を検出することを特徴とする請求の範囲第 4項または第 5項に記載の最適形状 の設計システム。
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