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公開番号2025124917
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-26
出願番号2025099347,2022045352
出願日2025-06-13,2022-03-22
発明の名称設計プログラム、設計装置および設計方法
出願人日本発條株式会社
代理人弁理士法人酒井国際特許事務所
主分類G06F 30/23 20200101AFI20250819BHJP(計算;計数)
要約【課題】素線の断面やピッチによらず、要求を満たすコイルばねの設計を行うことができる設計プログラム、設計装置および設計方法を提供すること。
【解決手段】本発明に係る設計プログラムは、コンピュータに、コイルばねの特性に基づいて設定される制約条件を設定し、当該コイルばねの設計目標を示す目的関数を設定し、コイルばねの特性を算出するための解析モデルを作成し、コイルばねの素線断面形状を表現するパラメータと、素線間の距離とを含む複数の設計変数からなる設計案ごとに、解析モデルに基づいて特性を算出し、各設計案の特性が、制約条件を満たすか否かを判定し、制約条件を満たすと判定された設計案のうち、目的関数を満たす設計案を選択する、ことを実行させる。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
コンピュータに、
コイルばねの特性に基づいて設定される制約条件を設定し、
当該コイルばねの設計目標を示す目的関数を設定し、
前記コイルばねの特性を算出するための解析モデルを作成し、
前記コイルばねの素線断面形状を表現するパラメータと、素線間の距離とを含む複数の設計変数からなる設計案ごとに、前記解析モデルに基づいて特性を算出し、
各設計案の特性が、前記制約条件を満たすか否かを判定し、
前記制約条件を満たすと判定された設計案のうち、前記目的関数を満たす設計案を選択する、
ことを実行させることを特徴とする設計プログラム。
続きを表示（約 850 文字）【請求項２】
前記素線断面形状を表現するパラメータは、素線断面に対し、当該素線断面の中心位置を原点とする直交座標を用いて設定される、
ことを特徴とする請求項１に記載の設計プログラム。
【請求項３】
前記素線断面において、該素線断面の外縁と接する円を設定し、
前記素線断面形状を表現するパラメータとして、前記円の中心位置の座標、前記円の長軸の長さおよび短軸の長さからなる円径、前記素線断面の外縁と前記円との接点の座標、前記円の向きが設定される、
ことを特徴とする請求項２に記載の設計プログラム。
【請求項４】
コイルばねの特性を算出するための解析モデルを作成する解析モデル作成部と、
前記コイルばねの素線断面形状を表現するパラメータと、素線間の距離とを含む複数の設計変数からなる設計案ごとに、前記解析モデルに基づいて特性を算出する算出部と、
各設計案の特性が、前記コイルばねの特性に基づいて設定される制約条件を満たすか否かを判定する判定部と、
前記制約条件を満たすと判定された設計案のうち、当該コイルばねの設計目標を示す目的関数を満たす設計案を選択する選択部と、
を備えることを特徴とする設計装置。
【請求項５】
コイルばねの設計案を選択する設計装置が、
前記コイルばねの特性に基づいて設定される制約条件を設定し、
当該コイルばねの設計目標を示す目的関数を設定し、
前記コイルばねの特性を算出するための解析モデルを作成し、
前記コイルばねの素線断面形状を表現するパラメータと、素線間の距離とを含む複数の設計変数からなる設計案ごとに、前記解析モデルに基づいて特性を算出し、
各設計案の特性が、前記制約条件を満たすか否かを判定し、
前記制約条件を満たすと判定された設計案のうち、前記目的関数を満たす設計案を選択する、
ことを特徴とする設計方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、設計プログラム、設計装置および設計方法に関するものである。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
構造体の設計は、設計情報を入力して得られる解析結果に基づいて実施される（例えば、特許文献１を参照）。構造体のなかでもコイルばねは、従来、線材間の距離（ピッチ）が小さいものであれば、曲げ応力を無視しても、ねじりモーメントとせん断応力を考慮することによって実際の変形状態や応力状態に対応するために、せん断応力を解析し、この解析結果に基づいて設計されていた。しかしながら、近年のコイルばねの高応力化に伴って、ピッチが大きいものが使用されるようになり、曲げ応力の影響を無視することができなくなってきている。また、設計の段階で、実際の使用状態の応力状態を知るために動的な挙動での応力状態を確認することも求められる。動的な挙動における応力状態について、非特許文献１では、コイルばねの圧縮時の末端の影響を考慮した素線軸に沿っての断面力、および断面モーメントの分布を明示し、最大ねじりモーメントが自由コイルの付け根から（３／４）πの位置に生じ、その位置が実物の折損位置と一致していることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特許第６５６５２８５号公報
【非特許文献】
【０００４】
コイルばねの静的ならびに動的挙動、清水浩他、日本機械学会論文集、２７巻１７９号、１１１９－１１２９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、コイルばねに使用する素線には様々な断面の素線が用いられ、その断面や素線の巻回間隔（ピッチ）によって作製されるコイルばねの特性が異なる。しかしながら、非特許文献１では、断面が円の素線を一定のピッチで巻回したコイルばねに限定されており、他の断面形状の素線を用いるものや、ピッチが異なるコイルばねについては考慮されていない。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、素線の断面やピッチによらず、要求を満たすコイルばねの設計を行うことができる設計プログラム、設計装置および設計方法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】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る設計プログラムは、コンピュータに、コイルばねの特性に基づいて設定される制約条件を設定し、当該コイルばねの設計目標を示す目的関数を設定し、前記コイルばねの特性を算出するための解析モデルを作成し、前記コイルばねの素線断面形状を表現するパラメータと、素線間の距離とを含む複数の設計変数からなる設計案ごとに、前記解析モデルに基づいて特性を算出し、各設計案の特性が、前記制約条件を満たすか否かを判定し、前記制約条件を満たすと判定された設計案のうち、前記目的関数を満たす設計案を選択する、ことを実行させることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る設計プログラムは、上記発明において、前記素線断面形状を表現するパラメータは、素線断面に対し、当該素線断面の中心位置を原点とする直交座標を用いて設定される、ことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る設計プログラムは、上記発明において、前記素線断面において、該素線断面の外縁と接する円を設定し、前記素線断面形状を表現するパラメータとして、前記円の中心位置の座標、前記円の長軸の長さおよび短軸の長さからなる円径、前記素線断面の外縁と前記円との接点の座標、前記円の向きが設定される、ことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る設計装置は、コイルばねの特性を算出するための解析モデルを作成する解析モデル作成部と、前記コイルばねの素線断面形状を表現するパラメータと、素線間の距離とを含む複数の設計変数からなる設計案ごとに、前記解析モデルに基づいて特性を算出する算出部と、各設計案の特性が、前記コイルばねの特性に基づいて設定される制約条件を満たすか否かを判定する判定部と、前記制約条件を満たすと判定された設計案のうち、当該コイルばねの設計目標を示す目的関数を満たす設計案を選択する選択部と、を備えることを特徴とする。
（【００１１】以降は省略されています）

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