（有）増田技術事務所　【品質工学2.0】

品質工学で開発を行うと「なぜ、合理的・効率的な開発ができるのか？」を説明します。
また同時に、品質工学では、どのような手順で最適条件を求めるのかについても説明します。
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説明の順序は、以下の通りです。
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1.3.1　最適条件の求め方（簡単に説明）
1.3.2　プレス打抜きの最適加工条件（事例）
1.3.3　機械式腕時計の最適設計条件（事例）
1.3.4　最適条件の求め方（詳細）
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先ずは、「最適条件の求め方」を簡単に説明します。
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Step1　いろんな条件の組合せを作る
Step2　大きなノイズを与える
Step3　ノイズに対する強さを算出する
Step4　最適な組合せを選ぶ
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Step1から4の手順で開発を行えば、最適条件が求まります。
それでは次に、このStep1から4の手順について、具体的な事例で説明をします。
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品質工学で最適条件を求める手順について、具体的な事例で説明をします。
1つ目の事例は、「プレス打抜き加工での最適加工条件」を求める開発です。
　※詳細な内容を知りたい方は、こちらの資料をご参照下さい。
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プレス打抜き加工の概要について述べます。
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プレス打抜き加工とは、金型（パンチとダイ）を用いて、材料を任意の形に打ち抜く加工です。
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今回測定したのは、プレスの「せん断周囲長さ」と「打抜きエネルギー」です。
「せん断周囲長さ」と「打抜きエネルギー」は、グラフのようにリニアな関係になります。

「せん断周囲長さ」は、打ち抜きの際、金型（パンチ）と試験片が接触する長さです。
試験片の幅が4mmならば、「せん断周囲長さ」は4mm×2=8mmになります。

次に「打抜きエネルギー」について詳しく説明します。
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このグラフは、実際に打抜き加工を行ったときのデータです。
横軸は「パンチストローク」、縦軸は「打抜き荷重」です。
「打抜きエネルギー」とは、「パンチストローク」と「打抜き荷重」の積です。
つまり、黄色で着色された面積が「打抜きエネルギー」になります。
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品質工学では、ノイズに強い最適条件を求めます。
それでは、プレス打抜き加工における「ノイズ」とは何でしょうか？
いくつかのノイズが考えられますが、今回の開発では「金型の摩耗」をノイズとしました。
これは「劣化」というノイズに分類されます。

まとめると、プレス打抜きの最適加工条件の開発においては、「金型が摩耗しても、その影響が小さい最適打抜き加工条件を探す」ことが、品質工学での開発のねらいになります。
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品質工学で最適条件を求める手順【Step1】は、「いろんな加工条件の組合せを作る」です。
プレス打抜きの加工条件として、以下の7つの加工条件を設定しました。
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・パンチ材質
・パンチシャー角
・クリアランス
・板押さえ力
・打抜きスピード
・潤滑
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そして、それぞれの条件において、2から3水準の数値（または材質など）を設定し、条件の組合せを作ります。
例えば、ある組合せでは、以下のような加工条件の組合せになります。
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・パンチ材質：SKD
・パンチシャー角：2.86deg
・クリアランス60μｍ
・板押さえ力：125N
・打抜きスピード：10mm/s
・潤滑：あり
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このようにして、いろんな組合せの条件を作ります。
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品質工学で最適条件を求める手順【Step2】は、「大きなノイズを与えて実験する」です。
【Step1】で作った「いろんな加工条件の組合せ」において、ノイズを与えた実験を行います。
今回設定したプレス打抜きでのノイズは、「金型の摩耗」です。
そこで、「摩耗していない新品の金型」と「摩耗している金型」を用意して、それぞれにおいて、いろんな加工条件の組合せでプレス打抜きの実験を行います。
今回は、金型のエッヂに0.1C（0.1mmの面取り加工）を施したものを「摩耗した金型」として実験しました。
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まずは、「摩耗していない新品金型」をプレス機にセットし、打抜き実験を行ってデータをとります。
次に、「摩耗した金型」をプレス機にセットし、打抜き実験を行ってデータをとります。

測定したデータは、上記のようになります。
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せん断周囲長さ：プレス打抜きする長さ
打抜きエネルギー：プレス打抜きに要するエネルギー
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せん断周囲長さが2倍になれば、打抜きに要するエネルギーも2倍になるはずです。
つまり、上記のグラフにように、比例の関係になります。
また、「新品の金型」よりも「摩耗した金型」の方が、打抜きに要するエネルギーは高くなります。
金型が摩耗している方が、切れ味が悪くなりますので、当然、打抜きに要するエネルギーは高くなります。
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【Step1】で、「いろんな加工条件の組合せ」を作りましたので、「いろんな加工条件の組合せ」毎のデータが、実験により得られます。
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・組合せＡ：摩耗による影響が大→摩耗に弱い→ノイズに弱い
・組合せＢ：摩耗による影響が小→摩耗に強い→ノイズに強い
・組合せＣ：摩耗による影響が中→摩耗に中位→ノイズに中位
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このように、加工条件の組合せが変わると、「摩耗」というノイズに対する強さが変わります。
品質工学では、「ノイズに強いものを最適」としますので、この場合は「組合せＢがベスト」ということになります。
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品質工学で最適条件を求める手順【Step3】は、「ノイズに対する強さを算出する」です。
前回の【Step2】において、「摩耗」というノイズに対する「強弱」が明らかとなりました。
この「強弱」は、実験結果をグラフにプロットしてみると、一目瞭然です。
しかし、「強弱」の違いが微妙な場合は、この「強弱」を目で見て判断することは、とても難しくなります。
そこで、このノイズに対する「強弱」を、数値として算出する必要が出てきます。
品質工学では、このノイズに対する「強弱」を「ＳＮ比」という尺度で計算しています。
ＳＮ比の計算式は、図中のようになります。
次に、数式中の「σ」と「β」について説明します。
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ＳＮ比の数式中にある「σ」は、「ばらつき」を表しています。
【摩耗した金型】と【新品の金型】の間にラインを引き、そのラインの「傾き」が「β」になります。
実際には、もっと複雑な計算をしていますが、イメージとしては上記のような「σ」と「β」になります。
※詳細な計算方法をお知りになりたい方は、関連書籍をお読みになるか、または本格的なセミナーを受講していただければと思います。
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この計算式でＳＮ比を算出すると、上記で紹介したプレス打抜きの加工条件の組合せでは、以下のような算出結果になります。
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・加工条件の組合せＡ→10（db）
・加工条件の組合せＢ→18（db）
・加工条件の組合せＣ→13（db）
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ここで重要なのは、「ＳＮ比が高い」=「ノイズに強い」ということです。
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「各加工条件の組合せ」と「ＳＮ比の算出結果」を見てみましょう。
「組合せＢ」のように、ばらつきが小さいもの、つまり、「ノイズに強い」組合せでは、ＳＮ比が高くなっています。
ＳＮ比は、相対的なものですので、「複数の組合せを比べて、どちらの方が良いか」ということを評価する尺度として使います。
よって、「15db以上は良い」というような、絶対的な尺度としての評価は行いません。
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「ＳＮ比が高い」条件の方が良い、ということはご理解いただけたと思います。
しかし、ＳＮ比だけで評価して良いでしょうか？
例えば、ご覧のように「組合せＢ」と「組合せＥ」があったとします。
この場合、「組合せＢ」の方がＳＮ比が高くなっています。
しかし、グラフのデータをよく見てみると、「組合せＥ」の方が全体的に打抜きエネルギーが低くなっており、新品の金型でも摩耗したした金型でも、どちらでも切れ味が良いということを示しています。
ということで、ＳＮ比だけで評価するのは問題がありそうです。
そこで品質工学では、ＳＮ比とは別に「感度」という尺度でも評価を行います。
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「感度」について説明をします。
「感度」の計算式をご覧下さい。そこには「β」しか入っていません。
つまり、「感度」とは「傾き」を表しています。
先ほどの「組合せＢ」と「組合せＥ」の「感度」は、グラフのようなイメージになります。
プレス打抜きの開発の場合、横軸は「せん断周囲長さ」、縦軸は「打抜きエネルギー」ですので、「感度」が低い方が『切れ味が優れており、良い条件』ということになります。
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ということで、品質工学では、「ＳＮ比」と「感度」の両方で評価を行います。
プレス打抜きの開発の場合は、
　・「ＳＮ比」が高くて
　・「感度」が低い
という条件が、最適条件になります。
ご覧のように、「組合せＢ」はＳＮ比は高いですが、「感度」も高くなっています。
「組合せＥ」は、ＳＮ比は低いですが、「感度」は低くなっています。
ＳＮ比と感度のどちらを重要視するかで最適条件は変わりますが、この場合は「組合せＥ」を選んだ方が最適な条件と言えます。
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最適条件を求める手順【Step4】は、「最適な組合せを選ぶ」です。
【Step3】で得られた「ＳＮ比」と「感度」、そして「加工条件」の関係を解析すると、要因効果図と呼ばれるグラフが得られます。
（※この要因効果図を作成する方法については、機会がありましたらまたご説明します）
これは、各加工条件の各水準の効果を表しているものです。
例えば、「パンチ材質」は、［SKD］と［超硬］では、［超硬］の方が「ＳＮ比が高くて最適」ということになります。
また、「打抜きスピード」は、ＳＮ比はどの条件でも同じレベルですが、感度は[10]が一番低くなります。よって、[10]が最適な条件になります。
このようにして、全ての加工条件を見ていくと、薄緑色を付けた水準が、「最適条件の組合せ」ということになります。
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これで「プレス打抜きでも最適加工条件」が求まりました。
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まとめます。
プレス打抜き加工において、品質工学を用いて開発を行った結果、「金型の摩耗に強く、（切れ味の良い）、最適加工条件が求まった」ということになります。
「金型の摩耗に強い」ということは、「金型の寿命を延ばすことができる」ということになります。
よって、金型のコストを低く抑えることが可能となります。
また、摩耗しても切れ味の低下が小さいので、プレス打抜き面の品質も良好になります。
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【目次】
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1）はじめに＆目次
2）品質工学の概要
3）最適とは何か？
4）なぜ、市場でトラブルが減少するのか？
5）なぜ、合理的・効率的な開発ができるのか？
6）機械式腕時計の最適設計条件
7）最適条件の求め方（詳細）
8）なぜ、コストを低減できるのか？
9）品質工学の導入方法
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