構造・公差の最適化で品質改善
熱の影響を考慮した公差設計検討

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小型化に伴う高密度なモジュール設計が増加する中、熱設計に対する重要性が高まっていますが、使用環境における熱の影響を完全に排除する熱設計は非常に困難です。

公差は設計者が設定した寸法に対して、加工・組立における許容範囲を指定するものです。熱の影響により、部品に曲げや歪みが生じた場合、状況に応じた対応策の検討が必要となります。

熱の影響により大きく部品の姿勢が変化する場合は、図面で指定した寸法で規制している相対的な位置関係が満足できなくなります。このような場合、製品の品質・性能を公差でコントロールすることは極めて困難であるため、構造の見直しにより熱の影響の緩和を行う必要があります。

一方、熱の影響により部品の姿勢が変化しない場合においては、使用される環境による熱の影響で、製品を構成する部品の姿勢が変化する程ではなくても、品質・性能に問題が生じることがあります。各部品の膨張・収縮によりどの程度ばらつきに影響が出るかを、公差解析の中で検証し改善策を検討することができます。

熱の影響を考慮した公差設計検討 : 資料サンプル

1.構造の見直しを検討する場合

構造を見直す際の指針として、「寸法寄与度」を用いることができます。寸法寄与度は、品質・性能に対する寸法の感度を示す数値です。この値が高い寸法の変化を抑えることで、品質・性能への影響を軽減できます。 例えば、テールランプユニットのランプ間の隙間ばらつきを考慮する場合、熱の影響を受けるブラケットの中で、隙間ばらつきに対して高い寸法寄与度を持つ寸法を熱の影響を受けない構造にすることで、熱による品質・性能の悪化を防止することが可能です。

2.公差の見直しを検討する場合

熱の影響で、製品を構成する部品の姿勢が変化する程ではなくても、各部品の膨張・収縮によりばらつきのノミナル値が影響を受ける可能性が考えられます。 熱の影響によるノミナル値の移動量を評価するため、熱の影響を受ける部
                          品の測定対象に対して影響の大きな寸法の熱による変化量を求め、その結果を
                          公差解析モデルに反映します。 

3.温度変化を許容するための公差検討

温度上昇が発生しても品質を満足するための公差検討を、最適化ツールであるOptimusを使用して実施しました。 最適化の条件として、Cpk=1.0を目的関数、12箇所の寸法に対する公差を設計変数に用いました。 その結果、それぞれの公差を見直すことで、Cpk=1.0、歩留り率 99.9%と、要求品質を満足できることが確認できました。

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