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構造強度を考慮した公差の最適化
製造・組立工程で発生するバラツキを考慮した公差設計プロセスを採用することで、CADモデル（理想形状）では対応できなかった、弾性体の変形を考慮した公差設定が可能になります。自動車のテールライトユニットを対象として、3次元公差マネジメントツールCETOL6σ、最適設計支援ツールOptimus、マルチフィジックス解析ツールAnsysを用いて公差検討を実施した事例をご紹介します。また、CETOL6σとExcelをOptimusにより連携し、歩留まり向上と改善コストの最小化を実施した事例をご紹介します。
弾性体で公差検討を行う理由
弾性体において変形の生じる原因にはさまざまありますが、その多くが製造条件や成型条件、物性値や固定条件、温度条件により発生するものです。製造バラツキ（公差）に起因する変形は「過剰拘束」のみです。「過剰拘束」とは、現実の構造物において、拘束箇所が多数あり、更に各固定箇所において過剰な方向の拘束が行われていることにより構造物に応力や変形が発生している状態を指します。CADモデルベースの構造解析では、理想的な形状をもとに解析が実施され、過剰拘束の影響は考慮されていないため、公差解析の結果を構造解析の解析条件に加える、あるいは構造解析の結果を公差解析の解析条件に加えることにより問題を解決します。
弾性変形を考慮した公差検討事例①
テールライトユニットを車体に取り付ける際、製造バラツキにより、取付穴の位置および取付面高さにバラツキが生じます。更に、取り付け箇所が4箇所あり全て同条件でボルト固定するため、過剰拘束が発生します。この取付穴位置／面高さのバラツキ及び過剰拘束によって、テールライトユニットに応力が生じます。テールライトユニットに生じる応力が許容値内に納まるよう、公差を最適化します。製造・組立時に発生するバラツキを考慮した強度評価を行うことで、手戻りや後加工の発生を低減します。
弾性変形を考慮した公差検討事例②
テールライトユニットの品質管理は、構造強度だけではなく、テールランプとコーナーランプ間の隙間についても、デザイン上重要な品質管理ポイントです。過剰拘束によりテールライトユニットが変形し、テールランプとコーナーランプ間隙間のノミナル値に変化が生じます。そこで、変形の生じたテールライトユニットのテールランプとコーナーランプの隙間が許容値内に納まるよう、公差を最適化します。使用環境の影響（自重、過剰拘束、熱変形等）を考慮した公差評価を行うことで、手戻りや後加工の発生を低減します。
Excel連動による公差とコストの最適化
コストは削減し、品質は向上させたい・・・これらの要求を満たせる公差設計のプロセスを、実際にコストテーブルのサンプルを使用してご紹介します。具体的には、「公差寄与度」の高い公差値から、「歩留り」を満足しつつ「改善コストを最小限」にする最適化を実施します。他にも「公差寄与度」の低い公差値を緩和することで、「歩留り」を満足しつつ「コスト削減」を検討することも可能です。
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