WO2007077628A1

WO2007077628A1 - ネジ締結部解析モデル作成方法、プログラム及び装置

Info

Publication number: WO2007077628A1
Application number: PCT/JP2006/300077
Authority: WO
Inventors: Misao Inoke; Rikako Shinomiya
Original assignee: Fujitsu Limited
Priority date: 2006-01-06
Filing date: 2006-01-06
Publication date: 2007-07-12
Also published as: EP1970826B1; EP1970826A1; EP1970826A4; JPWO2007077628A1; JP4729585B2; US8078442B2; US20080189091A1

Abstract

　ベースとカバー等の２つの部材をネジにより締結したネジ締結部を３次元モデルから抽出し、ネジ締結部に配置してるネジ、ネジ貫通穴及びネジ穴の各円弧面を、円弧面を近似する多角形、例えば六角形又は八角形の多角面体に変更する。多角面体に変更したネジ、ネジ貫通穴及びネジ穴のエッジ面に沿った多面体メッシュの割付けによりメッシュ状の解析単位に分割した解析モデルを生成する。最終的に、メッシュ分割したネジとネジ穴の接触部分の摩擦を無限大に設定して固着状態とする。

Description

ネジ締結部解析モデル作成方法、プログラム及び装置

技術分野

[0001] 本発明は、ネジ締結部を持つ機器の 3次元モデルをメッシュ切りして解析モデルを作成するネジ締結部解析モデル作成方法、プログラム及び装置に関し、特に、ネジとネジ穴のメッシュが正確に嵌合する解析モデルを生成するネジ締結部解析モデル作成方法、プログラム及び装置に関する。

背景技術

[0002] 近年、ハードディスクドライブなどの情報処理機器にあっては、媒体の高密度化、装置の耐衝撃向上に伴、、ネジにより締結された部材間の温度変化によるズレ解析、摩擦を考慮した衝撃による部材間のズレ解析により、事前に検証しておくことが重要になっている。

[0003] 例えば機器の使用環境を考慮した温度サイクル試験として常温 20°Cと高温 70°C の間で環境温度をサイクル変化させる試験を行う場合があり、このような温度サイクル試験を行うと、温度に対し熱膨張条件の異なる 2つの部材を固定して、るネジ締結部では、温度の変化による熱膨張の度合いの相違に起因してネジ締結力が適切でない場合には、部材間のズレが瞬間的に発生する問題があり、ズレ解析による事前の検証が必要となる。

[0004] このようなネジ締結された部材間のズレ解析に際しては、 CADで作成されたネジ締結部をもつ機器の 3次元モデルを対象にメッシュ切りを行ってメッシュ分割された解析モデルを作成する必要がある。

特許文献 1：特開 2001— 265836号公報

特許文献 2：特開平 9 - 245072号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0005] し力しながら、従来のメッシュ切りにあっては、三角形又は不等辺四角形を使用してネジ外形となる外周円弧面のメッシュ切り、及びネジ穴となる内周円弧面のメッシュ切りを行っている力三角形や不等辺四角形のエッジは直線であるのに対し、ネジゃネジ穴のエッジは円弧となっているため、メッシュサイズを小さくして精度を高めても、メッシュ切りしたネジ外周の円弧エッジおよびネジ穴内周の円弧エッジは複数のメッシュが円弧に沿って並んだ多角形のメッシュエッジとなり、ネジとネジ穴の嵌合部分に、ネジとネジ穴のメッシュが重なり合う部分や隙間が発生し、ネジをネジ穴に固着することができない問題がある。

[0006] 図 24は解析対象とする機器の 3次元モデルの分解図であり、ベース 100は周囲の上端部にネジ穴 102を設けており、ベース 100にカバー 104を載せてネジ 106で締結固定する構造を持つ。

[0007] 図 25は図 24のベース 100の一部を取り出しており、ネジ穴 102には間にカバー 10

4を介してネジ 106が締結される。このネジ穴 102を設けたベース 100を三角形メッシュを使用してメッシュ切り（メッシュ生成）すると、図 26のようになる。

[0008] 図 26 (A)はメッシュ切りしたベース 100であり、そのネジ穴 102— 1の部分を拡大すると図 26 (B)のようになり、また平面から見ると図 26 (C)のようになる。ここでメッシュ切りする前のネジ穴 102のエッジは図 25のように円弧であり、図 26のように三角形メッシュを使用してメッシュ切りすると、円弧エッジに沿って三角形のメッシュを生成すること力も、多角形エッジのネジ穴 102— 1となる。

[0009] 図 27 (A) - (C)は図 26 (A) - (C)のメッシュ切りした後のベース 100のエッジはそのままでメッシュを消去して示しており、ネジ穴 102— 1はメッシュ切りにより多角形の円筒穴となり、その途中にエッジの飛び出しがある。

[0010] 図 28 (A) (B)は三角形メッシュを使用してメッシュ切りしたネジ 106— 1であり、円筒面に沿って三角形にメッシュを生成するため、多角形エッジをもつ不均一な角柱形状となり、平面に対しエッジが飛び出したり窪んだりしている。

[0011] 図 29 (A) (B)は図 28 (A) (B)のメッシュ切りした後のネジ 106— 1のエッジはそのままでメッシュを消去して示しており、メッシュ切りによりエッジ面に凹凸をもった角柱形状となっている。なお、図 29 (C)は透視状態で示す。

[0012] このようなネジ締結部のメッシュ切りによりネジとネジ穴の嵌合部分に重なり合う部分や隙間が発生して正確に嵌合できない問題を解消するため、図 30 (A)のネジ 10 6によりカバー 104をベース 100のネジ穴 102に締結したネジ締結部につき、図 30 ( B)のようにネジ 106を省略し、ネジ穴 102をもつベース 100の下面を固定し、カバー 104上面のネジ 106との接触部 108をネジ軸力 110で押下し、この状態で温度変化に対する部材間のズレを解析して、る。

[0013] しかし、ズレ解析を必要とする機器のネジ締結部は複数あり、しかも、図 31のように、ベース 100のネジ穴 102— 1, 102— 2の配置位置 112— 1, 112— 2の高さ HI, H2が異なることで段差をもつ場合があり、ネジ締結部に段差があると、熱膨張と熱収縮に対するベース 100側の変位は段差に応じて異なり、単にカバー 104上面のネジとの接触部 108— 1, 108— 2をネジ軸力 110— 1, 110— 2で押下しただけの固定方法では段差に起因した熱膨張と熱収縮が考慮されず、厳密なズレ解析には至っていない。

[0014] 本発明は、ネジ締結部におけるネジとネジ穴の嵌合にエッジの重なりや隙間を生ずることのないメッシュ切りを簡単且つ容易に実現して部材間のズレ解析が厳密にできるネジ締結部解析方法、プログラム及び装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0015] 本発明はネジ締結部解析モデル作成方法を提供する。本発明のネジ締結部解析モデル作成方法は、

少なくとも 2つ以上部材をネジにより締結したネジ締結部を 3次元モデル力抽出するネジ締結部抽出ステップと、

ネジ締結部に配置してるネジ、ネジ貫通穴及びネジ穴の各円弧面を、円弧面を近似する多角形の多角面体に変更する形状変更ステップと、

多角面体に変更したネジ、ネジ貫通穴及びネジ穴の各エッジ面に沿った多面体メッシュの割付けによりメッシュ状の解析単位に分割した解析モデルを生成するメッシュ生成ステップと、

メッシュ分割したネジとネジ穴の接触部分の摩擦を無限大に設定して固着状態とする接触定義ステップと、

を実行させることを特徴とする。

[0016] ここで、形状変更ステップは、ネジ、ネジ貫通穴及びネジ穴の円弧面を、 6角形又は 8角形の多角面体に変更する。

[0017] 形状変更ステップは、前記ネジ、ネジ貫通穴及びネジ穴の形状属性が一致して、る否か検証し、不一致の場合は形状属性を一致させた後に形状変更する。

[0018] 形状変更ステップは、ネジ、ネジ貫通穴及びネジ穴の形状属性として、ネジの外径とネジ穴の穴径がー致いるか否か、ネジ、ネジ貫通穴及びネジ穴のエッジ形状の始点と終点が一致しているか否力検証し、不一致の場合は一致させた後に形状変更する。

[0019] メッシュ生成ステップは、形状変更後の多角面体のネジ外形形状、ネジ貫通穴及びネジ穴の穴形状の各々に割付けるメッシュ集合で構成された単位寸法のメッシュデータを予め準備し、ネジ、ネジ貫通穴及びネジ穴の寸法に適合するようにメッシュデータのスケール変更してメッシュ集合を割付ける。

[0020] 単位寸法のメッシュデータは、メッシュ集合の要素数を示す要素データ、各要素の結合頂点の総数を示す節点データ、要素の材質を示す材料データ及び接触する要素を定義する接触データで構成される。

[0021] 3次元モデルの一方の部材は、機器の収納ケースであり、他方の部材は収納ケースにネジ締結により固定されるカバーである。

[0022] 本発明は、解析装置のコンピュータで実行されるネジ締結部解析モデル作成プログラムを提供する。本発明のネジ締結部解析モデル作成プログラムは、解析装置のコンピュータに、

ネジ締結部に配置してるネジ、ネジ貫通穴及びネジ穴の円弧面を、円弧面を近似する多角形の多角面体に変更する形状変更ステップと、

メッシュ分割したネジとネジ穴の接触部分の摩擦を無限大に設定して固着状態とする接触定義ステップと、を実行させることを特徴とする。

[0023] 本発明は、ネジ締結部解析モデル作成装置を提供する。本発明のネジ締結部解析モデル作成装置は、

少なくとも 2つ以上部材をネジにより締結したネジ締結部を 3次元モデル力抽出するネジ締結部抽出部と、

ネジ締結部に配置してるネジ、ネジ貫通穴及びネジ穴の円弧面を、円弧面を近似する多角形の多角面体に変更する形状変更部と、

多角面体に変更したネジ、ネジ貫通穴及びネジ穴の各エッジ面に沿った多面体メッシュの割付けによりメッシュ状の解析単位に分割した解析モデルを生成するメッシュ生成部と、

メッシュ分割したネジとネジ穴の接触部分の摩擦を無限大に設定して固着状態とする接触定義部と、

を備えたことを特徴とする。

発明の効果

[0024] 本発明によれば、メッシュ生成する前に三次元モデルにおけるネジ、ネジ貫通穴及びネジ穴の円孤エッジを、多角形の線分エッジに変更しておくことにより、線分に沿つて三角形や不等辺四角形のメッシュが割付けられるため、メッシュ生成後のネジ形状、カバーのネジ貫通穴及びベースのネジ穴の間で重なりや隙間を生ずることなく正確に嵌合することができる。

[0025] このため三次元モデルにおける部材間のネジ締結部のメッシュが正確に嵌合した解析モデルを作成できることで、摩擦を考慮した温度変化による部材間のズレ解析、摩擦を考慮した衝撃による部材間ズレ解析など、厳密な解析が行えるようになり、製品の品質向上に寄与できる。

[0026] またネジ形状、ネジ貫通穴とネジ穴の穴形状につ!、て、各形状を実現するメッシュ集合で構成された単位寸法のメッシュデータをライブラリ化しておくことで、メッシュ生成の際にはライブラリ化されたメッシュデータを適用モデルの寸法に合うようにスケール変更するだけでメッシュ生成を簡単且つ高速に実現でき、 3次元モデル力も解析モデルの生成に例えば 50時間程度掛かっていたものを、本発明により約半分の 25 時間程度に短縮することができる。

図面の簡単な説明

[図 1]本発明によるネジ締結部解析モデル作成装置の機能構成のブロック図

[図 2]図 1のライブラリファイルに格納されたメッシュデータの説明図

[図 3]図 1の装置を実現するコンピュータのハードウェア環境のブロック図

[図 4]3次元モデルのネジ締結部円弧を八角形に変更する本発明のよる形状変更処理の説明図

[図 5]図 4のネジを取り出して示した説明図

[図 6]図 4のカバーを取り出して示した説明図

[図 7]図 4のベースを取り出して示した説明図

[図 8]本発明の処理対象となるベースにカバーをネジ締結する機器の 3次元モデルの説明図

[図 9]図 8のベースを形状変更した形状変更モデルの説明図

[図 10]図 8のカバーとネジを形状変更した形状変更モデルの説明図

[図 11]メッシュ生成の対象とする形状変更モデルの一部の説明図

[図 12]図 11のベースの形状変更モデルを対象に三角形メッシュを使用してメッシュ生成した解析モデルの説明図

[図 13]図 12のベース解析モデルからメッシュを消去してエッジ形状を示した説明図 [図 14]図 11のネジの形状変更モデルを対象に三角形メッシュを使用してメッシュ生成した解析モデルの説明図

[図 15]図 12のネジ解析モデルからメッシュを消去してエッジ形状を示した説明図 [図 16]図 11のネジの形状変更モデルを対象に不等辺四角形メッシュを使用してメッシュ生成した解析モデルの説明図

[図 17]図 16のネジ解析モデルからメッシュを消去してエッジ形状を示した説明図 [図 18]3次元モデルのネジ締結部円弧を六角形に変更する本発明のよる形状変更処理の説明図

[図 19]図 18のネジを取り出して示した説明図

[図 20]図 18のカバーを取り出して示した説明図 [図 21]図 18のベースを取り出して示した説明図

[図 22]本発明によるネジ締結部形状変更処理のフローチャート

[図 23]本発明による解析モデル生成処理のフローチャート

[図 24]従来のネジ締結部のズレ解析に使用する 3次元モデルの説明図

[図 25]メッシュ切りの対象とする図 1のベースを取り出して示した説明図

[図 26]図 25のベースをメッシュ切りした解析モデルの説明図

[図 27]図 26のメッシュを消去してエッジ形状を示した説明図

[図 28]図 25のネジをメッシュ切りした解析モデルの説明図

[図 29]図 28のメッシュを消去してエッジ形状を示した説明図

[図 30]メッシュ切りをせずに部材間のズレ解析に使用する解析モデルの説明図

[図 31]ネジ締結部に段差を持つ解析モデルの説明図

発明を実施するための最良の形態

[0028] 図 1は本発明によるネジ締結部解析モデル作成装置の機能構成のブロック図である。図 1において、本発明によるネジ締結部解析モデル作成装置 10に対しては 3次元モデル格納ファイル 14が設けられており、 3次元モデル格納ファイル 14には CAD システム 12を使用した設計作業で作成された解析対象機器の 3次元モデルが格納されている。

[0029] またネジ締結部解析モデル作成装置 10の出力側には解析モデル格納ファイル 16 が設けられており、作成されたネジ締結部解析用の解析モデルを格納し、これを使用して解析装置 18で、ネジにより締結された部材間の温度変化によるズレ解析や摩擦を考慮した衝撃などによる部材間のズレ解析を行うようにして、る。

[0030] ネジ締結部解析モデル作成装置 10には、ネジ締結部抽出部 20、形状変更部 22 及びメッシュ生成部 24が設けられ、形状変更部 22に対してはメッシュデータライブラリ 26が接続されている。

[0031] ネジ締結部抽出部 20は 3次元モデル格納ファイル 14より、処理対象とするベースとカバーなどの 2つ以上部材をネジにより締結した 3次元モデルを読み込み、この 3次元モデルをディスプレイ上に表示した状態で、ユーザ操作に基づくネジ締結部の抽出処理指定を受けてネジ抽出部を自動的に抽出する。 [0032] 形状変更部 22は、ネジ締結部抽出部 20で抽出された 3次元モデルの 1または複数のネジ締結部を対象に、ネジ締結部に配置しているネジ、カバーのネジ貫通穴及びベースのネジ穴のそれぞれの円弧面を、円弧面に近似する多角形の多面体の形状に変更する。形状変更部 22で変更する多面体の形状としては、六角形または八角形の多面体に変更することが望ましい。

[0033] ここで、六角形または八角形以外に、例えば四角形もしくは三角形、あるいは十角形、十二角形としてもよいが、画数が少ない場合には円筒体との相違が大きすぎることから不適切であり、一方、画数を増やすと多角形を構成する一つ一つの直線線分が短くなつて、次に行うメッシュ切りの際のメッシュサイズが不必要に小さくなつて処理負担が大きくなることから、画数を増やすメリットは少ない。したがって、本実施形態としては、六角形または八角形の多角面体に変更することが望ましい。もちろん必要に応じて、これ以外の多角面体に変更することを妨げるものではない。

[0034] また形状変更部 22にあっては、形状変更に先立ち、処理対象とする 3次元モデルにおけるネジ、ネジ貫通穴及びネジ穴の形状属性が一致して!/、るか否かを検証し、不一致の場合には形状属性を一致させた後に形状変更を行う。このネジ、ネジ貫通穴及びネジ穴の形状属性の検証としては、

(1)ネジの外径とネジ穴の穴径がー致して、る力否かの検証。

(2)ネジ穴の穴、ネジ貫通穴及びネジ穴のエッジ形状の始点と終点が一致して!/、るか否かの検証、

を行う。

[0035] メッシュ生成部 24は形状変更部 22で変更された六角形または八角形の多角面体を持つネジ外径形状、ネジ貫通穴及びネジ穴の穴形状の各々に対し、三角形メッシュあるいは不等辺四角形メッシュを使用したメッシュの割付けによりメッシュ状の解析単位に分割するメッシュ切り（メッシュ生成）を行う。

ここで、メッシュ生成部 24で使用する三角形メッシュ及び不等辺四角形メッシュは共に立体であり、三角形メッシュの場合には各面が三角形状を持った四面体で構成され、不等辺四角形メッシュにつ、ては各辺が不等辺四角形で構成された六面体で構成されている。 [0036] このような三角形メッシュまたは不等辺四角形メッシュを用いたメッシュ生成にあつては、形状変更部 22によりネジ、ネジ貫通穴及びネジ穴の変更面が六角形または八角形の多角面体に変更されていることでフラットなエッジ面となっている。このため、フラットなエッジ面に沿って三角形メッシュあるいは不等辺四角形メッシュを並べるように割り付けることでメッシュ生成を行っているため、四角形または八角形の多角面体によるエッジ面を持つネジの外径形状を超えてメッシュが飛び出したり窪んだりすることはない。

[0037] 同様にネジ貫通穴及びネジ穴の穴形状についても、六角形または八角形の多角面体によるフラットなエッジ内面に対し、三角形メッシュまたは不等辺四角形メッシュを割り付けて並べることで、エッジ内面を超えてエッジが飛び出したり、逆にエッジが窪んだりするようなことはなぐネジ外径及びネジ貫通穴とネジ穴の穴内面のエッジ面に正しく整列してメッシュを生成することができる。

[0038] またメッシュ生成部 24にあっては、形状変更後のネジ外径形状、ネジ貫通穴及びネジ穴の穴形状の各々に割り付けるメッシュとして、複数のメッシュ集合で構成された単位寸法のメッシュデータを予め準備して、これをメッシュデータライブラリ 26に保存している。そして、実際に形状変更が済んだモデルに適用してメッシュ生成をする際には、対象モデルの寸法に適合するようにメッシュデータライブラリ 26の単位寸法を持つメッシュデータをスケール変更して割り付けることで、ネジ単位、ネジ貫通穴単位及びネジ穴単位にメッシュ生成を自動的に行うことができる。

[0039] 特にネジについては、独立した 1つの部品モデルとして使用できることから、メッシュデータライブラリ 26に単位寸法のネジを構築するメッシュ集合で構成されたメッシュデータを予め作成して保存するライブラリ化を図っておくことで、形状変更後のネジにっき、その寸法サイズに適合したスケール変更によるメッシュデータの適用で高速且つ正確にネジのメッシュ生成を実行することができる。

[0040] もちろん、ネジ貫通穴ゃネジ穴についても、穴部分を含む所定の領域につき 1つの部品モデルとして切り出し、メッシュ集合で構成された単位寸法のメッシュデータとして予めメッシュデータライブラリ 26に保存しておくことで、実際の適用に際してはネジ貫通穴及びネジ穴の寸法に適合するように穴形状のメッシュデータのスケールを変更してメッシュ生成することができる。

[0041] ここで本発明のネジ締結部解析モデル作成装置 10における解析モデルの生成は、ネジ、ネジ貫通穴を持つカバー、ネジ穴を設けたベースのそれぞれの 3次元モデルの分解状態で、形状変更部 22による形状変更、メッシュ生成部 24によるメッシュ生成を行った後に、ベースにカバーを位置合せしてネジを挿入する組立を行って解析モデルを作成してもよいし、最初力ネジによるベースに対するカバーの締結状態となる嵌合状態について形状変更及びメッシュ生成を行うこともできる。

[0042] ネジ、カバー、ベースの分解状態で形状変更及びメッシュ生成を行った場合には、ネジ挿入時にネジの接触面とネジ穴の接触面の摩擦係数を 0として挿入し、挿入後に摩擦係数を無限大とすることで締結させる。

[0043] 一方、組立状態のモデルについて形状変更及びメッシュ生成により解析モデルを作成した場合には、作成後にネジとネジ穴の摩擦を無限大とすることで固着することができる。いずれの場合についても、ベースを固定してカバーをネジにより固着するネジ軸力につ、ては、ネジとネジ穴の摩擦を無限大とした段階で開放する。

[0044] 図 2は図 1のメッシュデータライブラリ 26に格納されるメッシュデータの説明図であり、処理対象としたネジ締結部を管理するネジカウンタのカウンタ値 92、節点データ 94 、要素データ 95、材料データ 96及び接触データ 98で構成される。

[0045] 節点データ 94は、例えば形状変更されたネジを生成する三角形メッシュまたは四角形メッシュの結合頂点の総数を格納している。要素データ 95は、例えば形状変化したネジを生成するのに必要なメッシュの数である。材料データ 96はネジの材質である。更に接触データ 98は、ネジの場合にはネジ穴と接触するメッシュを定義したデータである。

[0046] このようなメッシュデータ 90を、ネジ用、ネジ貫通穴用及びネジ穴のそれぞれにつき単位寸法として作成しておき、実際のメッシュ生成となるネジ、ネジ貫通穴、ネジにつき、縦、横、高さに適合したスケールに倍率変更してメッシュ生成を自動的に行うことがでさる。

図 3は図 1のネジ締結部解析モデル作成装置 10を実現するコンピュータのハードウエア環境のブロック図である。 [0047] 図 3のコンピュータにお!/、て、 CPU28のバス 30には、 RAM32、 ROM34、ハードディスクドライブ 36、キーボード 40,マウス 42,ディスプレイ 44を接続したデバイスィンタフェース 38、更にインターネットや LANなどの外部と通信接続するネットワークァダプタ 46を設けている。

[0048] ハードディスクドライブ 36には本発明のネジ締結部解析モデル作成処理を実行するアプリケーションプログラムが格納されており、コンピュータを起動して OSが展開した状態で、ハードディスクドライブ 36から本発明によるネジ締結部解析モデル作成用のアプリケーションプログラムを呼び出して RAM32上に展開し、 CPU28により実行する。

[0049] また図 1の CADシステム 12及び解析装置 18についても、図 3と同じコンピュータのハードウェア環境が使用され、ハードウェアとしては同じコンピュータであれば、ハードディスクドライブ 36に CADシステム用のアプリケーションプログラム及び解析装置 1 8用のアプリケーションプログラムを格納して、 RAM32に読み出して CPU28により実行することで、本発明のネジ締結部解析モデル作成に必要な CADシステム 12による 3次元モデルの設計及び、作成した解析モデルを使用した解析装置 18による部材間のずれ解析を行うことができる。

[0050] 図 4は 3次元モデルのネジ締結部における円弧を八角形に変更する本発明による形状変更処理の説明図である。図 4 (A)は処理対象とする 3次元モデル 48のネジ締結部を取り出しており、ベース 50にはネジ穴 58が設けられ、ベース 50の上部にはネジ貫通穴 56を備えたカバー 52が配置され、ネジ貫通穴 56を介してネジ穴 58にネジ 54が挿入されて嵌合されて、る。

[0051] この 3次元モデル 48のネジ締結部につき、図 1の形状変更部 22により形状変更処理を実行し、図 4 (B)に示す形状変更モデル 60を生成する。形状変更モデル 60において、ベース 50のネジ穴 58は八角ネジ穴 72となる。またネジ 54における頭部及びネジ本体となる軸部はそれぞれ八角形に形状変更され、更にカバー 52のネジ貫通穴 56も八角ネジ貫通穴 70に変更される。

[0052] 図 5は図 4のネジ 54を取り出して形状変更前と変更後を示している。図 5 (A)は形状変更前であり、ネジ 54は円筒状の頭部 62と軸部 64で構成されている。このネジ 5 4にっき形状変更を行うと、図 5 (B)のように頭部 62は八角頭部 66に変更され、軸部

64は八角軸部 68に変更される。

[0053] 図 6は図 4の変更前と変更後のカバー 52の平面図である。図 6 (A)の変更前の力バー 52には丸いネジ貫通穴 56が形成されている力これが形状変更により図 6 (B) のように八角ネジ貫通穴 70に変更される。

[0054] 図 7は図 4のベース 50の変更前と変更後であり、図 7 (A)の変更前のベース 50のネジ穴 58は円筒穴である力図 7 (B)の形状変更後のネジ穴 58は八角ネジ穴 72に変更されている。

[0055] 図 8は本発明の処理対象となるベースにカバーをネジ締結する機器例えばノヽードディスクドライブの 3次元モデルの説明図である。図 8 (A)はベース 50の 3次元モデルであり、上方に開口したベース 50の周囲上端部の 6箇所にネジ穴 58— 1〜58— 6 を設けている。またベース 50の内部にはヨーク 74が配置され、ヨーク 74の上部の 3 箇所にネジ穴 58— 11〜58— 13を設けて!/、る。

[0056] 図 8 (B)はベース 50に装着されるカバー 52であり、ベース 50側のネジ穴 58— 1〜

58— 6に対応してネジ貫通穴 56— 1〜56— 6を形成し、またヨーク 74のネジ穴 58— 11〜58— 13【こ対応してネジ貫通穴 56— 11〜56— 13を形成して!/ヽる。更【こ図 8 (C )はベース 50とカバー 52の締結に使用するネジ 54であり、頭部 62とネジ切りが行われる軸部 64で構成されてヽる。

[0057] 図 9は図 7のベース 50を形状変更した形状変更モデルの説明図である。図 9 (A)のベース 50の形状変更モデルにあっては、ベース 50の周囲上端に形成した 6箇所のネジ穴は八角ネジ穴 72— 1〜72— 6に形状変更され、またヨーク 74の 3つのネジ穴も八角ネジ穴 72— 11〜72— 13に形状変更されている。

[0058] 図 9 (B)はヨーク 74の部分を拡大して示しており、ベース 50には八角ネジ穴 72— 1 が形成され、ヨーク 74には八角ネジ穴 72— 11〜72— 13が形成されている。

図 10は図 8のカバー 52とネジ 54を形状変更した形状変更モデルの説明図である。

[0059] 図 10 (A)はカバー 52の形状変更モデルであり、周囲 6箇所に設けた 6つのネジ貫通穴は、八角ネジ貫通穴は八角ネジ貫通穴 70— 1〜70— 6に形状変更され、このうち図示しな!、八角ネジ貫通穴 70— 1につ、ては、形状変更したネジ 54を装着してヽる。また、ヨーク 74に対応した 3つのネジ穴も八角ネジ貫通穴 70— 11〜70— 13に形状変更されている。

[0060] 図 10 (B)は図 10 (A)のカバー 52のネジ 54の装着部分を拡大しており、ヨーク用の 3つの八角ネジ貫通穴 70— 11〜70— 13が八角形の貫通穴形状を持っていることが分かる。更に図 10 (C)は形状変更したネジ 54であり、八角頭部 66と八角軸部 68 で構成されている。

[0061] 図 11は本発明によるメッシュ生成の対象とする形状変更モデルの一部を取り出した説明図である。図 11にあっては、ベース 50のコーナー部分に設けたネジ穴が八角ネジ穴 72に形状変更されており、これにカバーのネジ貫通穴（図示せず)を介して嵌合するネジ 54が示され、ネジ 54は形状変更により八角頭部 66と八角軸部 68で構成されている。

[0062] 図 12は図 11のベースの形状変更モデルを対象に、三角形メッシュを使用してメッシュ生成した解析モデルの説明図である。図 12 (A)は三角メッシュ 78を使用してメッシュ生成したベース 50であり、ベース 50の上端コーナー部の八角ネジ穴 72のメッシュ生成部分は図 12 (B)に拡大して示すようになり、また平面から見ると図 12 (C)のようになる。

[0063] この八角ネジ穴 72に対する三角形メッシュ 78の割付けによるメッシュ生成は、 8角ネジ穴 72の内周エッジ面が平面力も見て正八角形を構成する直線線分を連結したエッジ形状であり、各エッジ線分が直線であることから、このエッジ線分に沿って三角メッシュのエッジ面を完全に一致させる割付けができる。

[0064] このため、メッシュ生成した八角ネジ穴 72にあっては、八角ネジ穴 72の内周エッジ面から三角メッシュが飛び出したり、メッシュ面から内側に窪んだりするような凹凸は発生せず、八角ネジ穴 72のエッジ面に沿った正確なメッシュ生成が実現できる。

[0065] 図 13 (A)〜（C)は、図 12 (A)〜（C)のベース解析モデルに示しているメッシュを消去してエッジ形状のみを示した説明図である。このように、生成したメッシュにっきメッシュを消してエッジ形状だけを残してみると、ベース 50の八角ネジ穴 72はメッシュ生成前と全く同じ生成メッシュのエッジによる一致した形状を形成することができて、る [0066] 図 14は図 11のネジ 54の形状変更モデルを対象に三角形メッシュを使用してメッシュ生成した解析モデルの説明図である。図 14 (A)はメッシュ生成したネジ 54にっき八角頭部 78側力も見た説明図であり、図 14 (B)は逆にネジ 54を上下入れ替えて八角軸部 68側力も見た説明図である。

[0067] この形状変更したネジ 54についても、八角頭部 66及び八角軸部 68は八角形多面体としてのフラットなエッジ面を持っていることから、このエッジ面に沿って三角形メッシュを配列することで、メッシュの一部がエッジ面力飛び出したり窪んだりすることなぐ正確に八角頭部 66及び八角軸部 68に沿ったメッシュ生成が実現できる。

[0068] 図 15 (A) (B)は、図 14 (A) (B)のネジ 54からメッシュを消去してエッジ形状のみを示しており、メッシュを消去した後のエッジ形状はメッシュ生成前の形状変更により得られたネジ 54の形状変更モデルと全く同一形状となっている。なお図 15 (C)はメッシュを消去した状態の透視図である。

[0069] 図 16は図 11のネジの形状変更モデルを対象に不等辺四角形メッシュを使用してメッシュ生成した解析モデルの説明図である。図 16 (A)はネジ 54を八角頭部 66側から見ており、図 16 (B)は上下を逆にして八角軸部 68側力も見ている。図 16 (A) (B) のネジ 54にあっては、六面体となる不等辺四角形メッシュ 80を八角頭部 66の八角形の各エッジ面及び八角軸部 68の各エッジ面に沿って内側に割り付けることで、メッシュを生成している。

[0070] 図 17 (A) (B)は、図 16 (A) (B)の不等辺四角形メッシュ 80を使用したネジ 54の解析モデルにつき、メッシュを消去してエッジ形状のみで表した説明図である。この場合にっ、ても、メッシュを消去して残ったエッジ形状はメッシュ生成前の形状変更モデルに一致した外径形状をもっており、メッシュ生成によりネジ 54に飛び出しや窪みが発生しないことが分かる。なお図 17 (C)はメッシュを消去した状態の透視図である

[0071] ここで図 2に示したデータ構造を持つライブラリイ匕したメッシュデータ 90にあっては、図 14に示した三角形メッシュ 78を使用してメッシュ生成したネジ 54、もしくは図 16に示した不等辺四角形メッシュ 80を使用してメッシュ生成したネジ 54を対象にメッシュデータを生成している。 [0072] 即ち図 14または図 16のメッシュ生成されたネジ 54にっき、各メッシュを単位寸法に正規化し、メッシュ生成の際に順番に取り出される処理カウンタで与えられるカウンタ値 92をインデックスとして、ネジ 54を形成する三角形メッシュまたは四角形メッシュのエッジ部分が連結する結合頂点の数を節点データ 94として格納し、またネジ 54を形成するメッシュの数を要素データ 95として格納し、またネジの材質を材料データ 96として格納し、更にネジ 54におけるネジ穴と接触するメッシュにつ、て接触部分である旨の定義情報を設定した接触データ 98を作成することになる。

[0073] このようなメッシュデータ 90は、図 14または図 16の単体モデルとしてのネジ 54についてはライブラリ化は必須のものとなる。一方、図 12に示したベース 50の八角ネジ穴 72については、この八角ネジ穴 72を含む例えば矩形の立方体領域を切り出し、これをメッシュデータとしてライブラリイ匕することで、同様に、実際に適用する八角ネジ穴 7 2のスケールに適合したスケール変更でメッシュ生成が実現できる。この点はカバー 5 2のネジ貫通穴についても、同様にして、単位寸法によるメッシュ集合としてのライブラリイ匕を図ればよい。

[0074] 図 18は 3次元モデルのネジ締結部の円弧を六角形に変更する本発明による形状変更処理の説明図である。図 18 (A)は形状変更前の 3次元モデル 48であり、これは図 4 (A)と同じものである。この 3次元モデル 48のネジ締結部につき、ネジ 54、ネジ穴 58及びネジ貫通穴 56の円弧を六角形に変更する形状変更を行うことで、図 18 (B )の形状変更モデル 82を生成する。

[0075] 形状変更モデル 82にあっては、ベース 50のネジ穴 58は六角ネジ穴 88となり、カバ一 52のネジ貫通穴 56は六角ネジ貫通穴 86となり、更にネジ 54における頭部及び軸部はそれぞれ六角頭部、六角軸部となる。

[0076] 図 19は図 18のネジ 54の変更前と変更後であり、図 19 (A)の変更前のネジ 54の頭部 62及び軸部 64は、形状変更により図 19 (B)のように六角頭部 84及び六角軸部 8 5となっている。

[0077] 図 20は図 18のカバー 52における変更前と変更後であり、図 20 (A)の変更前の力バー 52のネジ貫通穴 56は、変更後は図 20 (B)のように六角ネジ貫通穴 86となっている。更に図 21は図 18のベース 50の形状変更前と形状変更後であり、図 21 (A)の変更前のネジ穴 58は、変更後は図 21 (B)のように六角ネジ穴 88となっている。

[0078] この図 18〜図 21に示した形状変更モデル 82のネジ 54における六角頭部 84、六角軸部 85、カバー 52の六角ネジ貫通穴 86、更にベース 50の六角ネジ穴 88にっき、例えばメッシュデータライブラリ 26に準備された六角メッシュ用のライブラリデータを使用して、図 12、図 14あるいは図 16に示したと同様に、三角形メッシュあるいは不等辺四角形メッシュを使用したメッシュ生成を行う。

[0079] この場合にも、ネジ 54については六角外周エッジ面、ネジ穴については六角内周エッジ面に沿ったメッシュの割付けが行われ、各エッジ面からメッシュが飛び出したり逆に窪んだりすることなぐ正確に六角形に形状変更されたネジ、ネジ貫通穴及びネジ穴のメッシュ生成ができ、ネジ締結部における嵌合状態を正確に実現することができる。

[0080] 図 22は図 1のネジ締結部解析モデル作成装置 10によるネジ締結部形状変更処理のフローチャートである。図 22において、まずステップ S1でオペレータが処理対象とする 3次元モデルを 3次元モデル格納ファイル 14から読み出してディスプレイ上に表示する。続いてステップ S 2で、表示された 3次元モデルにおけるネジ締結部を自動的に検索して、その場所を示すハイライト表示が行われる。

[0081] 続、て、ステップ S3でノヽイライト表示したネジ締結部のネジ、ネジ貫通穴、ネジ穴を選択し、ステップ S4でネジ、ネジ貫通穴、ネジ穴の形状特性が一致する力否力判定する。この形状特性は前述したように、ネジの外径とネジ穴の穴径がー致するか否かの検証、ネジ、ネジ貫通穴及びネジ穴の始点と終点が一致しているか否かの検証を行う。ステップ S4でもし形状特性が不一致の場合には、ステップ S5で形状特性を一致させる調整を実行する。

[0082] 続、てステップ S6で、ネジ締結部のネジ、ネジ貫通穴及びネジ穴の各円弧の部分を、予め設定した変更形状である六角形または八角形に変更して形状変更モデルを生成する。続、てステップ S 7で全てのネジ締結部の処理が終了した力否かチェックし、未終了であればステップ S3に戻って次のネジ締結部について同様な処理を繰り返し、ステップ S7で全てのネジ締結部の処理を終了すると、一連のネジ締結部の形状変更処理を終了する。 [0083] 図 23は図 1のネジ締結部解析モデル作成装置 10における解析モデル生成処理のフローチャートである。図 23において、解析モデル生成処理は、ステップ S1で図 22 の形状変更処理で作成された形状変更モデルをディスプレイ上に表示し、、てステツプ S2でネジ処理カウンタをクリアした後、ステップ S3でネジ締結部をノヽイライト表示し、ステップ S4でノヽイライト表示したネジ締結部の中力処理対象とするネジ締結部を選択する。

[0084] 続いてステップ S5でネジ処理カウンタを 1つカウントアップし、ステップ S6で選択したネジ締結部に対応するメッシュデータをメッシュデータライブラリ 26からロードする。このライブラリからロードするメッシュデータは、ネジ、ネジ貫通穴及びネジ穴の 3種類である。

[0085] 続、てステップ S7で、ロードしたメッシュデータを節点データ、要素データ、材料データ及び接触データに展開して解析データとし、このときのネジ処理カウンタの値をインデックスとして保存することで、これによりメッシュ生成ができる。

[0086] 続、てステップ S8で全てのネジ締結部を解析データに展開したか否かチェックし、未処理であればステップ S4に戻り、同様な処理を繰り返し、ステップ S8で全てのネジ締結部につき解析データの展開が済むと一連の処理を終了し、これによつてメッシュ生成した解析モデルを作成し、解析装置 18による部材間のずれ解析を行うことが可能となる。

[0087] ここで図 23のフローチャートにあっては、ネジ締結部を構成するネジ、ネジ貫通穴及びネジ穴の 3つにつき、ライブラリから対応するメッシュデータをロードして展開して V、るが、他の実施形態としてネジにつ、てのみメッシュデータをライブラリ化して、るような場合には、ネジについてのみ図 23の解析モデル処理による自動的なメッシュ生成を行い、それ以外のメッシュ生成についてはオペレータによる対話作業を通じてメッシュ生成すること〖こなる。

[0088] またネジ、ネジ貫通穴及びネジ穴のそれぞれにっきメッシュデータをライブラリ化していた場合には、ネジ単位、ネジ貫通穴単位、ネジ穴単位にメッシュ生成処理を繰り返すようにしてもよい。

[0089] また本発明は、図 3のコンピュータで実行される本発明によるネジ締結部モデル作成処理を実現するプログラムを提供するものであり、このプログラムは図 22及び図 23 のフローチャートに示した内容を備える。

[0090] 更に本発明は、ネジ締結部解析モデル作成処理用のプログラムを格納したコンビユータ可読の記録媒体を提供するものであり、この記録媒体としては CD— ROM、フ口ッピィディスク (R)、 DVDディスク、光磁気ディスク、 ICカードなどの可搬型記憶媒体や、コンピュータシステムの内外に設けられたノヽードディスクなどの記憶装置の他、回線を介してプログラムを保持するデータベース、あるいは他のコンピュータシステム並びにそのデータベースや、更に回線上の伝送媒体を含むものである。

[0091] なお本発明は、その目的と利点を損なうことのない適宜の変形を含み、更に上記の実施形態に示した数値による限定は受けない。

Claims

請求の範囲

[1] 少なくとも 2つ以上部材をネジにより締結したネジ締結部を 3次元モデル力抽出するネジ締結部抽出ステップと、

前記ネジ締結部に配置しているネジ、ネジ貫通穴及びネジ穴の各円弧面を、円弧面を近似する多角形の多角面体に変更する形状変更ステップと、

前記多角面体に変更したネジ、ネジ貫通穴及びネジ穴の各エッジ面に沿った多面体メッシュの割付けによりメッシュ状の解析単位に分割した解析モデルを生成するメッシュ生成ステップと、

前記メッシュ分割したネジとネジ穴の接触部分の摩擦を無限大に設定して固着状態とする接触定義ステップと、

を備えたことを特徴とするネジ締結部解析モデル作成方法。

[2] 請求項 1記載のネジ締結部解析モデル作成方法に於!ヽて、前記形状変更ステップは、前記ネジ、ネジ貫通穴及びネジ穴の円弧面を、 6角形又は 8角形の多角面体に変更することを特徴とするネジ締結部解析モデル作成方法。

[3] 請求項 1記載のネジ締結部解析モデル作成方法に於!ヽて、前記形状変更ステップは、前記ネジ、ネジ貫通穴及びネジ穴の形状属性が一致している否力検証し、不一致の場合は形状属性を一致させた後に形状変更することを特徴とするネジ締結部解析モデル作成方法。

[4] 請求項 3記載のネジ締結部解析モデル作成方法に於ヽて、前記形状変更ステップは、前記ネジ、ネジ貫通穴及びネジ穴の形状属性として、前記ネジの外径と前記ネジ穴の穴径が一致いるか否か、前記ネジ、ネジ貫通穴及びネジ穴のエッジ形状の始点と終点が一致しているか否力検証し、不一致の場合は一致させた後に形状変更することを特徴とするネジ締結部解析モデル作成方法。

[5] 請求項 1記載のネジ締結部解析モデル作成方法に於!、て、前記メッシュ生成ステップは、形状変更後の多角面体のネジ外形形状、ネジ貫通穴及びネジ穴の穴形状の各々に割付けるメッシュ集合で構成された単位寸法のメッシュデータを予め準備し、前記ネジ、ネジ貫通穴及びネジ穴の寸法に適合するように前記メッシュデータのスケール変更してメッシュ集合を割付けることを特徴とするネジ締結部解析モデル作成方法。

[6] 請求項 5記載のネジ締結部解析モデル作成方法に於、て、前記単位寸法のメッシュデータは、前記メッシュ集合の要素数を示す要素データ、各要素の結合頂点の総数を示す節点データ、要素の材質を示す材料データ及び接触する要素を定義する接触データで構成されることを特徴とするネジ締結部解析モデル作成方法。

[7] 請求項 1記載のネジ締結部解析モデル作成方法に於いて、前記 3次元モデルの一方の部材は、機器の収納ケースであり、他方の部材は前記収納ケースにネジ締結により固定されるカバーであることを特徴とするネジ締結部解析モデル作成方法。

[8] 解析装置のコンピュータに、

前記ネジ締結部に配置してるネジ、ネジ貫通穴及びネジ穴の各円弧面を、円弧面を近似する多角形の多角面体に変更する形状変更ステップと、

を実行させることを特徴とするネジ締結部解析モデル作成プログラム。

[9] 請求項 8記載のネジ締結部解析モデル作成プログラムに於、て、前記形状変更ステツプは、前記ネジ、ネジ貫通穴及びネジ穴の円弧面を、 6角形又は 8角形の多角面体に変更することを特徴とするネジ締結部解析モデル作成プログラム。

[10] 請求項 8記載のネジ締結部解析モデル作成プログラムに於いて、前記形状変更ステツプは、前記ネジ、ネジ貫通穴及びネジ穴の形状属性が一致している否か検証し

、不一致の場合は形状属性を一致させた後に形状変更することを特徴とするネジ締結部解析モデル作成プログラム。

[11] 請求項 10記載のネジ締結部解析モデル作成プログラムに於いて、前記形状変更ステップは、前記ネジ、ネジ貫通穴及びネジ穴の形状属性として、前記ネジの外径と前記ネジ穴の穴径がー致いるか否か、前記ネジ、ネジ貫通穴及びネジ穴のエッジ形状の始点と終点が一致している力否力検証し、不一致の場合は一致させた後に形状変更することを特徴とするネジ締結部解析モデル作成プログラム。

[12] 請求項 8記載のネジ締結部解析モデル作成プログラムに於ヽて、前記メッシュ生成ステップは、形状変更後の多角面体のネジ外形形状、ネジ貫通穴及びネジ穴の穴形状の各々に割付けるメッシュ集合で構成された単位寸法のメッシュデータを予め準備し、前記ネジ、ネジ貫通穴及びネジ穴の寸法に適合するように前記メッシュデータのスケール変更してメッシュ集合を割付けることを特徴とするネジ締結部解析モデル作成プログラム。

[13] 請求項 8記載のネジ締結部解析モデル作成プログラムに於ヽて、前記単位寸法のメッシュデータは、前記メッシュ集合の要素数を示す要素データ、各要素の結合頂点の総数を示す節点データ、要素の材質を示す材料データ及び接触する要素を定義する接触データで構成されることを特徴とするネジ締結部解析モデル作成プログラム

[14] 請求項 8記載のネジ締結部解析モデル作成プログラムに於、て、前記 3次元モデルの一方の部材は、機器の収納ケースであり、他方の部材は前記収納ケースにネジ締結により固定されるカバーであることを特徴とするネジ締結部解析モデル作成プログラム。

[15] 少なくとも 2つ以上部材をネジにより締結したネジ締結部を 3次元モデル力抽出するネジ締結部抽出部と、

前記ネジ締結部に配置してるネジ、ネジ貫通穴及びネジ穴の各円弧面を、円弧面を近似する多角形の多角面体に変更する形状変更部と、

前記多角面体に変更したネジ、ネジ貫通穴及びネジ穴の各エッジ面に沿った多面体メッシュの割付けによりメッシュ状の解析単位に分割した解析モデルを生成するメッシュ生成部と、

前記メッシュ分割したネジとネジ穴の接触部分の摩擦を無限大に設定して固着状態とする接触定義部と、

を備えたことを特徴とするネジ締結部解析モデル作成装置。

[16] 請求項 15記載のネジ締結部解析モデル作成装置に於いて、前記形状変更部は、前記ネジ、ネジ貫通穴及びネジ穴の円弧面を、 6角形又は 8角形の多角面体に変更することを特徴とするネジ締結部解析モデル作成装置。

[17] 請求項 15記載のネジ締結部解析モデル作成装置に於いて、前記形状変更部は、形状変更に先立って前記ネジ、ネジ貫通穴及びネジ穴の形状属性が一致して、る否か検証し、不一致の場合は形状属性を一致させた後に形状変更することを特徴とするネジ締結部解析モデル作成装置。

[18] 請求項 17記載のネジ締結部解析モデル作成装置に於いて、前記形状変更部は、前記ネジ、ネジ貫通穴及びネジ穴の形状属性として、前記ネジの外径と前記ネジ穴の穴径がー致いるか否か、前記ネジの穴、ネジ貫通穴及びネジ穴のエッジ形状の始点と終点が一致しているか否力検証し、不一致の場合は一致させた後に形状変更することを特徴とするネジ締結部解析モデル作成装置。

[19] 請求項 15記載のネジ締結部解析モデル作成装置に於いて、前記メッシュ切り部は、形状変更後の多角面体のネジ外形形状、ネジ貫通穴及びネジ穴の穴形状の各々に割付けるメッシュ集合で構成された単位寸法のメッシュデータを予め準備し、前記ネジ、ネジ貫通穴及びネジ穴の寸法に適合するように前記メッシュデータのスケール変更してメッシュ集合を割付けることを特徴とするネジ締結部解析モデル作成装置。

[20] 請求項 19記載のネジ締結部解析モデル作成装置に於いて、前記単位寸法のメッシュデータは、前記メッシュ集合の要素数を示す要素データ、各要素の結合頂点の総数を示す節点データ、要素の材質を示す材料データ及び接触する要素を定義する接触データで構成されることを特徴とするネジ締結部解析モデル作成装置。