iyoblog (3-45)「設計の働き方改革とDR(設計審査)の具体的取り組み法」設計力向上研究会(伊豫部将三)編
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事例編・第五部「DR- 2(詳細設計着手時の不具合予防)実施法編」
iyoblog (3-45)・「詳細設計でねじ締結部の確認項目」
「現状と問題点」
機械・電機装置類では、部材同士の結合手段としてねじ締結法が多く用いられる。
ねじ締結の問題点としては、座面の平行度が悪く 1 度傾斜していると疲れ強さが 4 分の 1 低下する事が知られている。
他に引っ張り強さが 1170 N/mm2( = 120 kgf/mm2 )以上の抗張力鋼では、ねじ部へ負荷が掛ると一時的に引張り強さが増加するが、その後急激に低下し、或る時間経過後に遅れ破壊が多発する現象が知られている。
ここで遅れ破壊とは、水中で 100 時間以上経過した後に前触れ無く突然破断に至る現象を云う。
遅れ破壊の原因は、静的疲労と言われ水素脆性に起因すると言われている。
更にボルトまたはナット座面と接触する構造部材面が締付け後に陥没し、放置したままでねじ緩み原因となる事が知られている。
筆者自身が設計した装置で締付け時トルクと 24 時間経過後のトルクを測定し、10 %以上のトルク減少を確認して増し締めに当たった経験を持つ。
構造部材がアルミ系の場合には、締付けトルクの低下値は鉄系部材より大きい。
また振動には、ねじ緩みは原則無抵抗(注・雌ねじ・雄ねじ共に標準径組合せの場合)である。
ねじ締結は、必ず緩むものと心得て置く必要がある。
図 1 と図 2 へ「詳細設計でねじ締結部の確認項目」を示す。

「着眼点・分析と評価法」
ねじ締付け後座面陥没の有無は、当初の目標締付けトルク値(注・締結後の残留張力は弾性変形内に留める)を決めてねじ締付けを行い、6 時間後、12 時間後、24 時間後の増締めトルクを測定する。
その結果時間経過と共に、増締めトルク値の減少を確かめる事ができる。
そのため通常の機械装置類では、後からねじ緩み防止には 24 時間または 48 時間経過後に必ず増締めを行う事が望ましい。
量産品やアルミ系部材で後から増締めが困難な場合では、必ず緩み防止上の工夫が必要である。
「改善点と取組み実施法」
ねじ緩みに起因した不具合事故を防ぐには、割りピン止め、菊座金折曲げ止め、ダブルナット、ナット締めの後ねじ軸を貫通する穴明けしワイヤを通し絡げるなどを必ず実施する。
製品が特にアルミ部材の場合では、雌ねじ側有効径を小さくするか、または雄ねじ側有効径を大きくして双方の弾性変形分を確実に無くす迄締付け力を確保する。
その他緩み防止では、ナット側や別部品を追加するなどの工夫が特許上で色々提案されている。
大型自動車タイヤ取付けでは、回転方向で逆(注・左向き)ねじが暫く使われていたが、現在は左右共に右ねじに統一され、これにより急停止繰返し時の慣性力でねじ緩みに至り脱輪事故発生例も報告されている。
「実施による改善効果」
機械・電機装置類設計時のボルト締結法で悩む事は、組立工数を減らす上で太目を選択し本数を減らすか? 細目を選択し本数を多くするか? である。
その時考えるのが細目の高張力鋼ボルトで本数も減らせないか? である。
その時静的疲労で起こる遅れ破壊を確実に防止するためには、ボルトに掛る最終締付け時の残留応力を 780 N/mm2 以下へ確実に抑える事が大切となる。
できれば 600 N/mm2 程度までへ抑えて置く事が望ましい。
これにより、ボルトの遅れ破壊防止を確実に実施が可能となる。
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「引用文献」
・本稿は筆者(伊豫部将三)が執筆し、日刊工業新聞社月刊「機械設計」誌2017年3月号臨時増刊号へ投稿掲載した「設計の品質保証に必須のDR実施法 50 事例」部分へ今回ブログ掲載に当りタイトルを「設計の働き方改革とDRの具体的取り組み法」へ変更し、加筆し不備部は訂正した。
なお原本入手ご希望の方は、出版元(日刊工業新聞社・出版局)へお問い合わせを給わりたく、何分宜しくお願い申し上げます。
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「全体目次」
「総論 」
iyoblog (3-0-1)・(はじめに) 設計の品質保証を左右するDR(Design Review = 設計審査)
「解説」
iyoblog (3-0-2)・第1章・DR-0(商品開発企画の仕様書と構想図作成段階)の取組み法と現状実態
iyoblog (3-0-3)・第2章・DR-1(開発試作品設計・検証および基本設計段階)の取組み法と現状実態
iyoblog (3-0-4)・第3章・DR-2(詳細組立図と部品設計・出図図書作成段階)の取組み法と現状実態
事例編・第一部「DR組織および事前準備関連取り組み法」
iyoblog (3-01)・市場クレームの手戻り予防では、DRの主要目的を点検会から事前指導会へ重点を転換する
iyoblog (3-02)・客先指摘仕様洩れ手戻り予防では、基本仕様項目の主要部はDR会が作成する
iyoblog (3-03)・事前市場ニーズ調査では、先行競合品と併せ、新規見込み購買層調査も義務付ける
iyoblog (3-04)・先行技術調査では、先行メーカー動向と併せ、新規参入見込みメーカー有無動向調査も義務付ける
iyoblog (3-05)・開発仕様書の要求機能設定では、市場ニーズ調査から従来品に無い特徴機能設定を義務付ける
iyoblog (3-06)・開発品の要求性能設定では、市場ニーズ調査から従来品に無い特徴性能設定を義務付ける
iyoblog (3-07)・開発品の要求特性設定では、従来品に無い特徴有る特性設定を義務付ける
iyoblog (3-08)・要求設計条件設定では、従来品に無い寿命値設定を義務付ける
iyoblog (3-09)・要求設計条件設定では、従来品に無い信頼度値設定を義務付ける
iyoblog (3-10)・開発品の構想図作成では、従来品に無い原理・方式・構造選択を義務付ける
事例編・第二部「DR-0 ・商品企画・関連仕様作成取り組み法」
iyoblog (3-11)・開発仕様書と構想図作成段階で確認すべき項目
iyoblog (3-12)・開発仕様書案で確認すべき項目
iyoblog (3-13)・構想図案で確認すべき項目
iyoblog (3-14)・メカ系構想設計部位案で確認すべき項目
iyoblog (3-15)・制御・実装系構想設計部位案で確認すべき項目
iyoblog (3-16)・計測器系構想設計部位案で確認すべき項目
iyoblog (3-17)・メカ系構想設計部位案で検証前に確認すべき項目
iyoblog (3-18)・制御・実装系構想設計部位案で検証前に確認すべき項目
iyoblog (3-19)・計測器系構想設計部位案で検証前に確認すべき項目
iyoblog (3-20)・構想設計案作成図書で確認すべき項目
「事例編・第三部・DR-1(1) ・ 商品企画・関連仕様作成実施取り組み法」
iyoblog (3-21)・試作品設計段階で事前確認すべき項目
iyoblog (3-22)・メカ系部位試作品設計案で事前確認すべき項目
iyoblog (3-23)・制御・実装系部位試作品設計案で事前確認すべき項目
iyoblog (3-24)・計測器系部位試作品設計案で事前確認すべき項目
iyoblog (3-25)・メカ系部位試作品案の検証で事前確認すべき項目
iyoblog (3-26)・制御・実装系部位試作品案の検証前に確認すべき項目
iyoblog (3-27)・計測器系部位試作品案の検証前に確認すべき項目
iyoblog (3-28)・メカ系部位試作品案の検証結果評価法で事前確認すべき項目
iyoblog (3-29)・制御・実装系部位試作品案の検証結果評価法で確認すべき項目
iyoblog (3-30)・計測器系部位試作品案の検証結果評価法で確認すべき項目
「事例編・第四部・DR-1(2) ・ 基本設計着手時の不具合予防取り組み法」
iyoblog (3-31)・基本設計で開発品と既存品組合せ部位の確認項目
iyoblog (3-32)・基本設計で環境条件の確認項目・その1
iyoblog (3-33)・基本設計で環境条件の確認項目・その2
iyoblog (3-34)・基本設計で環境条件の確認項目・その3
iyoblog (3-35)・基本設計で鉄系材料使用部位の確認項目・その1
iyoblog (3-36)・基本設計で鉄系材料使用部位の確認項目・その2
iyoblog (3-37)・基本設計で非鉄系材料使用部位の確認項目・その1
iyoblog (3-38)・基本設計で非鉄系材料使用部位の確認項目・その2
iyoblog (3-39)・基本設計で非金属系材料使用部位の確認項目・その1
iyoblog (3-40)・基本設計で非金属系材料使用部位の確認項目・その2
「事例編・第五部・DR-2 ・ 詳細設計着手時の不具合予防取り組み法」
iyoblog (3-41)・詳細設計で炭素鋼熱処理部品の確認項目
iyoblog (3-42)・詳細設計で部品形状の確認項目
iyoblog (3-43)・詳細設計で衝撃強さ確保の確認項目
iyoblog (3-44)・詳細設計で摩耗強さ確保の確認項目
iyoblog (3-45)・詳細設計でねじ締結部の確認項目
iyoblog (3-46)・詳細設計で部品素材選択の確認項目
iyoblog (3-47)・詳細設計でステンレス鋼選択の確認項目
iyoblog (3-48)・詳細設計で深絞り品置き割れ防止の確認項目
iyoblog (3-49)・詳細設計で溶接品質確保の確認項目
iyoblog (3-50)・詳細設計で異種金属接触による腐食防止の確認項目
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「筆者略歴」
1957年4月~1974年3月の17年間・富士重工業㈱(注・現社名スバル)三鷹製作所(現・群馬県大泉町へ移転)生産技術部門に勤務。乗用車用エンジン・ミッション製造の工場自動化機器・専用機設計業務へ従事。1974年技術士(機械部門・第7916号)登録、伊豫部技術士事務所を開設。開発・設計および生産技術部門の技術コンサルタントとして現在に至る。この間、上場および中堅企業100社以上で社員教育や業務改善支援業務に従事。現在までに、社団法人日本技術士会理事、りそな中小企業振興財団「中小企業庁長官新技術・新製品賞」贈賞の専門審査委員、東大和市商工会理事、等を歴任。
著書「設計の故障解析51(CD-ROM付)」、「設計の基本仕様51(CD-ROM付)」、「設計のマネジメント101」、「設計者の心得と実務101」、「設計の経験則101」、「設計の凡ミス退治101」、「設計のムダ退治101」、「ハンドリング簡易自動化201」、「設計審査(DR=Design Review)支援ツール集・Ⅰ(事前審査編)」以上日刊工業新聞社から刊行。月刊「機械設計」誌へ長期連載等あり。「品質機能展開50事例(CD-ROM付)」、「MC選定資料マニアル」、熊谷卓氏と共著「組立・ハンドリング自動化実例図集」、以上新技術開発センターから刊行などが有る。
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