熱収縮と反りをCAEで事前補正し手直し費と立ち上げロスを最小化

はじめに――製造業の「手直し」と「立ち上げロス」への挑戦

ものづくりの現場に長く身を置いている方であれば、製品の生産立ち上げ時や量産初期に発生する「手直し費」や「立ち上げロス」に悩まされてきた経験が一度はあるのではないでしょうか。

特に射出成形をはじめとするプラスチック製品の生産現場では、「熱収縮」やそれによって起こる「反り」といった課題がつきまといます。

図面通りに金型を作ったにもかかわらず、実際の成形品が歪んでしまい、それを修正するために何度も金型を手直しする……。

このアナログな課題は、今もなお多くの工場で続いています。

本記事では、こうした長年の課題に現場感覚で切り込みながら、CAE（Computer Aided Engineering）を賢く活用して事前に熱収縮や反りを予測・補正し、「手直し費」と「立ち上げロス」を最小化するための最新ノウハウを、ラテラルシンキング的な視点も交えて解説します。

昭和時代から根強い「現場での手直し」の実態

なぜ手直しが繰り返されるのか

日本の製造業は、「現場カイゼン力」こそが世界に誇る強みと言われます。

ですが、裏を返せば「現場でカバーすればいい」「現物合わせが当たり前」という暗黙の前提が、今なお根強いのも事実です。

射出成形においても、金型設計や製作段階でデータやノウハウが十分蓄積されていない、もしくはそれを横展開しきれていない企業ほど、「手直しありき」で工程が進みがちです。

金型製作・成形試作→現物をチェック→バリ・反り・寸法不良→手直し→再成形……というサイクルが延々と続きます。

この泥臭いプロセスが、全体コスト・納期を圧迫しているのです。

アナログ文化からの脱却の難しさ

現場担当者や熟練工の「経験と勘」は確かに貴重な資産です。

ただ、属人化や世代交代によって、その知見が正しく伝承されず、「誰がやってもある程度同じ品質を出せる」仕組みが整わない。

その結果、属人的な手直し工数が増大し、バイヤーとの調整や納期遅延、下流工程でのトラブルを引き起こす事例は後を絶ちません。

CAE活用の本質――なぜ今あらためて注目されるのか

「問題の発生源」を事前に見抜く武器

CAE、すなわち「設計や製造プロセスをコンピューター上でシミュレーションする技術」は、今や設計・生産管理の現場でなし崩し的に使われ始めています。

こと射出成形の現場では、「樹脂流動解析」「冷却解析」「熱収縮・反りシミュレーション」などの分野が加速度的に進化しています。

例えば、

– 金型設計前に、実際の成形時を模擬して「どこがどれだけ収縮するか」解析する
– 反り量や異常な応力分布を可視化・数値化し、設計値を事前に補正する

といった処理が、かつてと比べて遥かに短時間・低コストで実現できるようになっています。

「昭和アナログ現場」との融合ポイント

ただし、「現場の勘」と「CAEの数値」は、時として乖離することも多いです。

なぜなら、蓄積された現場ノウハウには、CAEがまだ完全に再現しきれないきめ細かい要素（例えば材料ロットごとの差異、成形機のクセ、工場独自の冷却条件など）が数多く存在するからです。

そのため本質的な活用は、「CAEだよりの設計」だけで完結するのではなく、

– CAEで得た予測値と現場経験値を比較し、両者の乖離を繰り返しすり合わせる
– 解析結果と実成形品の差異を蓄積・データベース化し、次に活かす

という地道な「ラテラルシンキング（水平思考）」的なアプローチが鍵となります。

熱収縮・反り対策のCAEを使った具体的アプローチ

ステップ1：事前解析で「リスク箇所」を割り出す

まずは設計段階でCAEを用い、成形シミュレーションを走らせます。

材料物性値・金型仕様・成形条件（樹脂温度、金型温度、圧力、冷却時間など）を現場の実態に近い値で詳細設定し、出来上がり品の収縮挙動・反り・残留応力を可視化します。

ここで大切なのは、「結果の数値だけを見る」のではなく、「どの箇所にどれだけリスクがあるか」を現場感覚で洗い出すことです。

特定部分の肉厚変化、冷却効率の悪い箇所、ゲート近傍の樹脂流れむらの有無など、現場トラブルが起こりやすいポイントをハイライトします。

ステップ2：設計値・金型補正で「未然防止」

CAEの結果で反りが大きいと判明した箇所について、金型設計段階で「逆方向」への補正を施します。

たとえば、「ここは最終的に0.2mm沈み込む」と分かった場合、金型キャビティの該当部に+0.2mmの逆テーパーをつけて図面化する。

従来なら「現物合わせ」で手探りしていた微調整を、（初版金型製作時点で）科学的な裏付けをもって盛り込めるのが大きな利点です。

加えて、各種リブ・ボス・アンダーカットなど、「熱だまり」や「肉厚変化」を起こす設計要素に対し、局所的な冷却配管の調整や、樹脂流動への配慮も設計段階で盛り込んでいきます。

ステップ3：実成形との突き合わせでPDCAを回す

こうしてCAEで補正をかけた金型で初回トライ（試作成形）を実施し、出来上がった現物の寸法・反り量を測定します。

測定値とCAE予測値の乖離を確認し、必要に応じてさらに追加補正をかけます。

この際、CAEの限界（例えば樹脂ロット起因の収縮変動、成形機のわずかな動的不安定性等）は割り切って、実際の現物測定値を最優先しつつ、データベースに蓄積していきます。

このPDCAサイクルを回すことで、同種案件の「最初のトライでほぼ良品域に入る」ノウハウが自社リソースとして強靱化していくのです。

手直し費・立ち上げロス削減のインパクト

定量的な効果

実際に上記のようなCAE活用プロセスを徹底したケースでは、従来の

– 金型手直し回数　平均3回→1回未満
– トライ費用・人件費　40％以上削減
– 品質安定までの「立ち上げリードタイム」　1/2〜1/3に圧縮

といった定量的効果が得られています。

納期遅延や大量のスクラップ廃棄、加工ラインの余剰待機などの間接コストも抑制でき、利益率向上・バイヤーとの信頼関係強化につながる好事例が増えています。

バイヤー・サプライヤー双方に生まれるメリット

バイヤー（調達・購買）側から見ると、「安定した品質・納期を短期間で実現してくれるサプライヤー」は極めて高く評価され、次工程の設計・生産計画が非常に立てやすくなります。

一方、サプライヤーからしても、「現物合わせ・手直し漫然作業の削減」と「データベース化による案件処理力アップ」で受託案件数・売上増にもつなげられます。

この“WIN-WIN”の発展サイクルは、個々の工場だけでなく、業界全体の競争力底上げに確実に寄与します。

よくある疑問・ハードル――「ウチにはまだ早い？」

「CAEって敷居が高そう」への現場的回答

– 「初期投資が大きいのでは？」
– 「人材育成が間に合わないかも」
– 「本当に現物に近い形で再現できるの？」

こうした疑問は未だ多くいただきます。

しかし、近年はクラウド型CAEサービスの普及や、自動最適化システム（AI連携型熱収縮予測など）も進み、必ずしも大規模設備導入や専門人材育成が必須条件ではなくなっています。

むしろ「現場経験豊富な技術者」と「CAEツール担当者」が横並びで協働し、お互いの知見を出し合う場の設計が肝要です。

実現のヒント：小規模・部分導入から始める

「いきなり全工程・全品種でやる」と重く考えず、影響の大きい主要部品・外観品など「重要性の高いアイテム」から試す。

部分的・段階的に導入し、実際に「手直しコストがどう減ったか」を現場ベースで確認するサイクルの確立が、間違いなく業務定着への近道となります。

まとめ——業界の「脱アナログ」は現場から

手直し費や立ち上げロスの最小化は、単なるコスト削減の枠を超えて、これからの製造業の競争力そのものを左右します。

現場起点で、現物合わせとCAE解析の知見を何度も水平展開し、個人から組織、工場全体へと高めていくプロセス——。

これこそが、「昭和アナログ世代」から「デジタル×現場智」の新しいものづくり現場への進化の第一歩です。

今こそ“現場からの革新”で、製造業の未来をより強く、より賢く、そして誇れるものにしていきましょう。