成形後の寸法変化が読み切れずアッセンブリがうまくいかない現実

成形後の寸法変化の予測がもたらす製造現場の課題

製造現場、特に精密部品や樹脂製品のアッセンブリ工程において、最大の課題の一つは「成形後の寸法変化の読み切れなさ」にあります。

図面通りの寸法で設計し、金型を用いて成形しても、実際にはいくつもの要素が複雑に絡み合い、狙った寸法通りに仕上がることは稀です。

寸法変化を正確に予測できないことは、部品同士がスムーズに組み合わさらない、隙間やガタが生じる、最悪の場合アッセンブリ（組み立て）ができないなど、現場に多大なコストと手間をもたらします。

成形品の寸法変化が起こる主な原因

成形後の寸法変化には、様々な原因が絡んでいます。

主な要因は以下の通りです。

樹脂や金属の収縮率

多くの材料は、高温で成形され、冷却される過程で必ず「収縮」が発生します。

この収縮率は材料ごと、さらにはメーカーやロットごとにも若干異なります。

加えて、部品の厚みや形状により部位ごとの収縮度合いも異なり、均一な寸法精度が出ません。

金型の精度と劣化

理想的な金型があっても、成形を繰り返すことで金型自体が摩耗したり変形したりします。

金型温度や冷却のムラも、仕上がりに大きな寸法ばらつきを生じさせる要因となります。

成形条件のわずかな差異

材料の温度や圧力、冷却時間、金型の開閉タイミングなど、成形条件は細かく管理されています。

しかし、同じ条件を再現してもミクロンレベルのわずかな差異が、最終製品の寸法に影響を及ぼします。

計測環境とばらつき

製品の計測方法や測定機器、作業環境の温湿度の違いによっても寸法値に差が生まれます。

人為的なミスもゼロではありません。

これら多様な要因が重なり合い、「設計通りの寸法に成形される」とは限らないという現実を生み出しています。

アッセンブリ不良のよくある事例

寸法変化を読み切れずに生じるアッセンブリ不良には、以下のような事例が多く見られます。

部品の嵌合不良

本来ぴったりはまるはずの部品同士が、「キツすぎて入らない」「逆に緩くてガタが大きい」といった現象が頻出します。

寸法公差の許容範囲を超過

設計時には許容していた公差内なのに、成形後の収縮やバラつきで実際には公差を超え、組み立て困難となります。

組立用治具との不一致

組立用のジグや自動機に部品がフィットしないなど、工程自体がストップするケースも。

これらが1つでも発生すると、工程の手直しや追加工、最悪のケースでは金型修正が必要になり、コスト増や納期遅延の大きなリスクとなります。

寸法変化を読み切るためのアプローチ

製造現場で寸法変化を可能な限り「読み切る」ためには、複数のアプローチを組み合わせることが重要です。

CAE（シミュレーション）の活用

現在では樹脂流動解析や成形収縮シミュレーションなど、CAE（Computer Aided Engineering）ツールが普及しています。

これにより、設計段階から成形時の収縮や変形、ヒケの発生位置などを事前予測することが可能です。

ただし、材料特性や実際の成形条件の精度まで完全に再現するのは困難であり、シミュレーション結果はあくまで「目安」と考えるべきです。

過去データの蓄積と活用

自社、あるいは同業他社で実際に発生した寸法変化・不良データを体系的に蓄積し、設計段階で参考にすることが有効です。

特定の材料や形状における実績値は、理論よりも現実に即した推定に役立ちます。

試作段階での実機測定

本量産前に、小ロットの試作品を成形して実測値を得るのも、寸法変化を読み切るためには不可欠です。

試作で得たズレを設計にフィードバックし、金型修正や組立工程の調整を行うことで量産トラブルを最低限に抑えられます。

金型設計時の“マージン”設定

どうしても寸法が読み切れない場合、公差を広めに取る、組立時に“逃げ代”を設けるなど、設計側で柔軟なマージン設計を行うのも重要です。

極限までタイトな寸法設計よりも、現場でのばらつきを許容できる設計の方が、長期的な安定生産に寄与します。

アッセンブリ不良を未然に防ぐ具体的施策

現場でよく行われている、寸法変化とアッセンブリ不良への対応策をご紹介します。

部品嵌合部の設計工夫

差し込み部や勘合部にテーパーを設けて挿入をしやすくする、クリアランスを多めにとる、金型のピンポイントな調整で勘合寸法だけ微修正を可能にするなどが効果的です。

また、嵌合部に応力逃し溝やスリットを設けることで、成形ばらつきに対する組付け性を高められます。

組み付け治具の可変設計

部品ごとに若干の寸法差が出ても組立できるよう、治具を可変式やフリーなクリアランス構造にすることで歩留まりが上がります。

初心者が組み立てても安定した品質が得られるよう、作業マニュアルやチェックリストもあわせて整備すると良いでしょう。

測定・検査体制の強化

成形現場での寸法測定頻度を細かくし、特にクリティカル寸法（組立精度に効くサイズ）は100%検査対象とする企業もあります。

また、NGが出た場合の「即フィードバック→ライン調整」というサイクルを作ることで、不良流出や組立停止を最小限に抑えています。

社内連携が不可欠な理由

設計・生産技術・金型・成形・組立・品質管理と、複数部門が密に連携しなければ、寸法変化やアッセンブリ不良への対応は難しいのが実情です。

事前のデザインレビュー（DR）や、工程FMEAでのリスク評価、現場からのフィードバックを設計へ素早く反映する流れを、日常的に運用することが重要です。

近年の技術進化と今後への期待

AI活用による成形条件と寸法ばらつきの予測や、3Dスキャナによる全数寸法データの自動取り込みなど、最新技術の導入も進んでいます。

今後はますます「読み切れなさ」を補完するリアルタイム分析や、デジタルツイン技術が普及し、「現場の勘と経験」だけに頼らないスマートファクトリー化が進むでしょう。

まとめ：現実を踏まえた設計・現場対応が必須

成形後の寸法変化は、完全には読み切れない——これは製造業に囚われる現実と言えます。

しかし、技術と現場の知見を最大限活かし、デジタルとアナログの力を融合することで、トラブルを最小限に抑え安定したアッセンブリを実現できます。

課題の正確な把握こそが、現場力と競争力強化への第一歩となるのです。