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部品形状の誤差をどこまで許す？ 仮想形状で機械設計の未来を変える
理想と現実とのギャップ
機器の性能や寿命は、部品の仕上がり具合に大きく左右されます。たとえば、回転する円筒部品は、滑らかで真円に近い形が理想ですが、実際には加工誤差は避けられません。誤差をまったく許容しないと、多くの部品が不良品となり、経済的損失が生じます。そこで機械設計では、形状や位置、傾きなどに対して、どこまでズレを許せるかをあらかじめ定めます。これを「幾何公差」と呼び、「±0.01 mm」のように図面で指定します。幾何公差を適切に設定することで、製品全体の品質のばらつきを抑え、不良品の発生を防ぐことができます。
適切な公差を決める「品質を予測する技術」
幾何公差は、機械としての機能を満たすために設計者が決めますが、現状では勘や経験に頼る部分が多く、負担が大きいのが実情です。公差の種類や数値が品質にどう影響するか、どの機械が適しているかを自動で計算し、設計を支援する仕組みが求められています。そこで、ランダムな公差をもつ仮想部品をコンピュータ上で大量に生成・組立シミュレーションし、ばらつきを予測する手法の研究が進んでいます。現在は単純形状の部品を対象に予測が可能で、今後は複雑な形状や他の品質評価にも対応させ、より実用的な技術へと発展する予定です。
製造工程で常に一定の品質を保つために
部品の品質は、使用する製造設備にも左右されます。中には、加工のたびに特有の表面の跡が出る機械もあります。そこで、部品メーカーの設備に合わせて幾何公差を設定すれば、より正確な品質管理が可能です。研究では、工作機械ごとの加工痕や形状の特徴をコンピュータ上で仮想的に再現し、それらを多数生成した際の平均やばらつき（分散）も制御できるようにしています。ばらつきを抑えることは製造業の重要な課題であり、コストをかけずに予測・設計に反映できるこの技術は、設計手法やモノづくりの未来を変える可能性をもっています。
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先生情報 / 大学情報
山陽小野田市立山口東京理科大学工学部 機械工学科 准教授大塚 章正 先生
興味が湧いてきたら、この学問がオススメ！
機械工学、精密工学、経営工学先生が目指すSDGs
メッセージ
若い時の勉強は、機械製品の一部の部品を作成している状況に似ています。部品だけを見ると何の製品ができるか想像し難いです。将来、何か問題解決しようとする時、数学、物理、化学だけでなく人文系も含めた様々な知識が役立ちます。まずは一つでいいので部品を丁寧に作成してください。部品にはサイズや形といった要素があり、その要素に一つでも不具合があると製品全体がうまく動かなくなるからです。そして丁寧につくった部品をできるだけ多く用意してください。あなたが大学や就職の進路を決める時に、可能性が増えると思います。
先生への質問
- 先輩たちはどんな仕事に携わっているの？
山陽小野田市立山口東京理科大学に関心を持ったあなたは
山陽小野田市立山口東京理科大学は「確かな基礎教育」を掲げ、基礎学力を育成する体系的な教育を行っています。2016年4月、公立大学法人へと移行、2018年4月西日本初の公立の薬学部を設置し、工学部・薬学部の二学部体制となりました。東京理科大学の姉妹校として、基礎学力を重視した実力主義の教育を受け継ぎ、工学・薬学の専門的な学術を教育・研究するとともに、地域産業界・医療界で活躍する人材を育成します！
