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LED照明業界へのSolidWorks活用提案

拡大するLED照明の市場

かつて電球・蛍光灯がメインだった照明機器は青色LEDの登場により、LEDライトを用いた新たな照明機器として開発が進み、今では多くの企業が参入する市場へと変化しています。

電球型の照明器具に代わる次世代の照明として開発が進み、多くの製品が普及しています。

【様々な特長】
「長寿命」「高発光率」「省エネルギー」「耐衝撃」「紫外線・赤外線小」「小型・軽量」「視認性」

多くの企業が市場参入を試みることで、競合他社との製品争いが激しい市場へと変貌しています。

LEDライトを用いた新たな照明器具の登場!!

LEDライトを用いた
新たな照明器具の登場!!

LED照明機器の設計

多くの製品が市場に普及する中、生き残るためには市場からの要求に対応したより優れた製品の開発が必要です。競合製品に打ち勝つ優れた製品を作成するためには、価格の低下や性能の向上を目指し、より短期間での製品開発・性能評価を行うことが求められます。
ここで、LED照明の設計に適した3次元CADを活用し、設計業務をより効率的に行うことが重要です。

LED照明のおける設計上の特徴

LED照明の設計では、製品の性質上、下記の点について配慮した設計が重要となります。

  • 照明機器のデザイン性
    (外見に配慮された曲面形状を持つ複雑な形状の部品作成)
  • 製品内部の熱問題
    (LEDの発熱による製品への影響・安全性能の考慮)
  • 照明効果のイメージ
    (実物がそのように発光するかのイメージ・検証)

LED照明の設計では、より効率的な設計を行うため、これらの項目に対応した機能を備えたCADシステムが求められます。

LED設計に最適な豊富な機能を搭載したSolidWorks

SolidWorksを活用することで、その搭載された豊富な機能により、LED照明の設計をより効率的に行うことが可能になります。
また、SolidWorksの各種フィーチャー機能を活用した曲面形状の作成やCAE機能によるCAD上での解析により、熱問題の検証をすることができ、効率的な設計・製品評価を行うこともできます。
SolidWorksは、CADシステムの導入費用を抑えつつ、ハイエンドCADレベルの機能を使用でき、LED製品規模の製品作成に十分に対応した実績を備えています。

SolidWorks機能

フィーチャーベースによるモデリング

SolidWorksでは部品をモデリングする際に『フィーチャー』を組み合わせて作成していく為、簡単にイメージした形状を作成できます。

パラメトリックによる形状変更

モデリングを行う際に、各フィーチャーに寸法を使用して作成していく為、形状変更時は簡単に形状編集が行えます。

モデル形状をダイレクトに変更!!(右)

モデル形状をダイレクトに変更!!(右)

寸法に合わせて形状変化(右)

寸法に合わせて形状変化(右)

コンフィギュレーションによる類似モデルの作成

形状が類似したモデルを複数作成する場合、コンフィギュレーション機能により、1ファイル内に複数のバリエーションを作成することが可能です。

  • 複数の設計案を並行して検討
  • 1ファイルで複数の製品へ流用可能
  • ファイル数を削減し、HDの容量負荷を軽減

同系統のサイズ違いのモデルを作成

同系統のサイズ違いのモデルを作成

パターンによるフィーチャー・部品のコピー

(1)モデル上でフィーチャーを複製するパターン機能を使用することで、少ない手順で複雑な形状を作成することが可能です。

部分的に作成したカットフィーチャーを、パターン使用によりモデル上で加工要素をコピー

部分的に作成したカットフィーチャーを、パターン使用によりモデル上で加工要素をコピー

(2)部品上のフィーチャーだけでなく、アセンブリに組み込む構成部品をパターン機能を使用して配置することも可能です。

3次元モデルによる質量・重量の評価

取付けタイプの製品等、製品の重量が重要になるモデルに対して、SolidWorks機能を用いて製品の体積・重量を求めることが可能です。

取り付けた際十分な安全を維持する様、規定重量に収まる設計が必要(SolidWorks機能で評価)

取り付けた際十分な安全を維持する様、規定重量に収まる設計が必要(SolidWorks機能で評価)

ソリッドモデル同士の干渉認識

部品をアセンブリへ組み付けた後、アセンブリ上でソリッドモデル同士の干渉の有無を自動で検証することが可能です。

詳細設計により正確な形状を作りこんだ後、CAD上で部品同士の干渉問題を把握!!

詳細設計により正確な形状を作りこんだ後、CAD上で部品同士の干渉問題を把握!!

サーフェス機能を活用した曲面形状の作成

SolidWorksではスイープ・ロフトによるソリッド作成機能やサーフェス機能を活用することで曲面形状を持つモデルも容易に作成可能です。

照明器具やLED搭載製品には曲面形状を持つ製品が多数存在!!

特徴的なデザインをしたインテリア照明

特徴的なデザインをしたインテリア照明

自動車や建造物に合わせたライト・照明灯

自動車や建造物に合わせたライト・照明灯

PhotoView360によるフォトリアリスティックレンダリング

(1)3次元モデルに対して、材料・デカル・外観を定義し、実際の完成イメージをフォトリアリスティックレンダリングにより確認することが可能です。

各部品毎に定義された材料・外観を基にリアルレンダリングを自動作成!!(右)

各部品毎に定義された材料・外観を基にリアルレンダリングを自動作成!!(右)

(2)画面イメージを合成することで営業用・プレゼン資料へ流用することも可能です。

LED照明による熱問題

  • LED照明では発光素子から照射される光には熱を持たないが、電力消費の際に素子自体が発熱する性質を持ちます。加えて発光素子は熱に弱い性質を持ちます。
  • 熱による性能・寿命の低下を招く危険性があり、LED照明は従来の照明機器以上に熱問題に対する配慮が重要です。

SolidWorksによる熱問題の検証

  • LED照明の設計では、LED素子から発する熱を効率的に排熱し、一定の温度を保つことが重要になります。
  • SolidWorksには拡張機能として構造解析ツールや、熱流体解析ツールが搭載されており、これらを使用してLED照明の熱問題を試作品の作成を待たずに製品使用時の温度状況を設計初期段階で事前に検証することが可能です。
    (1)「熱流体解析 SolidWorks Flow Simulation」により、部品またはアセンブリモデル内外の流体、熱の流れを計算
    (2)「構造解析 SolidWorks Simulation」により、部品、アセンブリに発生する応力、変位、歪を計算

製品内外の温度分布をCAD上で検証

  • 設計データを用いてLEDから発する熱の温度分布を確認し、製品使用時の温度状況を検証し、安全性を確認
  • SolidWorks Flow Simulation なら、製品内外の熱流体、ボディ内部の熱伝導を計算し、熱分布を計算することができます。

熱流体解析による製品評価(例:LED電球を用いた解析)

熱流体解析による製品評価(例:LED電球を用いた解析)

計算した温度分布解析結果を基にした熱応力解析

熱流体解析して出力された温度分布の結果を基に、その計算結果を流用してモデルの熱応力を求めることが可能です。

熱源より伝達した温度を基に発生する歪みから生じる応力に耐えうる形状かどうかを応力解析で検証!!

熱源より伝達した温度を基に発生する歪みから生じる応力に耐えうる形状かどうかを応力解析で検証!!

実際に試作品を作成しなければ判断できない複雑な問題をCAD上で容易に検証することができます。

CADデータを使用した光学解析が可能なOPTISWorks

  • 実際に作成した製品がデザイナーのイメージした照明効果と異なる等の製品の性能を左右する光系のトラブルにより手戻りが発生すると、設計変更により工数が増大します。
  • SolidWorks社のパートナー製品であるOPTISWorksを使用すれば、SolidWorksデータを使用した光学解析が可能です。
  • 光学解析は複雑な解析内容になりますが、開発者以外にも解析結果を理解することができるように出力することが可能です。
  • OPTISWorksを使用すれば、試作品の作成を待たずに、製品の照明効果をCAD上で評価することができます。
  • 物理的な結果出力、シミュレーションにより、誰でも評価することができます。
  • SolidWorks上でのOPTISWorks解析結果の活用例
    製品の照明効果をSolidWorksのエンベロープ機能を利用して表現することで誰でも視覚的に効果を判断することができます。

OPTISWORKSによる光学解析の評価方法

OPTISWORKSによる光学解析の評価方法

SolidWorks上でのOPTISWorks解析結果の活用例

SolidWorks上でのOPTISWorks解析結果の活用例

LED照明設計におけるSolidWorks使用効果

設計作業効率の向上

  • 導入コストを抑えつつ、設計に最適な機能を使用することができます。
  • パラメトリックな形状変更により効率的な設計変更ができます。
  • コンフィギュレーション活用により、類似部品の作成を効率化することができます。

性能・安全性にかかわる問題を設計段階で検証することによる製品の作成期間の短縮

  • 定義された材料を基に製品全体の質量・重心・重量を計算することができます。
  • 製品内外の熱伝達効率を評価し、モデルの排熱効率を評価することができます。
  • 発生する熱から生じる熱応力を評価し、安全性能を評価することができます。
  • 製品の照明効果をSolidWorks上で事前に把握・検証することができます。

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