はじめに
CADで部品を設計し、図面どおりに加工も完了。
ところが、いざ組み立てようとすると……
「あれ？ ボルトが穴に入らない！」
機械設計の現場では、このような問題が起こることがあります。
今回は、部品同士の穴位置が合わなくなる原因と、設計段階でできる改善方法を紹介します。
こんな失敗が起きる
例えば、ベースプレートにブラケットを4本のボルトで固定する構造を考えてみます。
CAD上では、ベースプレートとブラケットの取付穴が完全に一致しています。
ところが、実際の部品を重ねてみると、2本のボルトは入るのに、残りの2本が入りません。
無理にボルトを入れようとすると、ブラケットが変形したり、ねじ山を傷めたりする可能性があります。
CAD上では穴位置が一致していても、加工された部品の穴位置には誤差があるのです。
なぜこの問題が起きるのか？
主な原因は、加工誤差と穴のクリアランスを考慮していないことです。
例えば、2枚のプレートに同じ穴ピッチを指示していても、実際にはそれぞれ加工誤差が生じます。
一方の穴が右にずれ、もう一方が左にずれると、両者の位置ずれは大きくなります。
特に注意したいのは、次のような構造です。
- 複数のボルトで固定するプレート
- 穴同士の距離が長いブラケット
- 溶接後に組み付けるフレーム
- 別々の加工工程で製作する部品
- ボルト径に対してクリアランスが小さい穴
穴の直径だけでなく、穴同士の位置関係を考える必要があります。
どう改善すればよい？
改善案①：適切なクリアランス穴にする
ボルトを通す穴には、加工誤差や組立誤差を考慮したクリアランスを確保します。
例えば、M6ボルトを使う場合、一般的なクリアランス穴の一例はφ6.6です。
ただし、φ6.6にすれば必ず組み立てられるわけではありません。
必要な穴径は、穴位置の公差や相手部品の精度によって判断します。
改善案②：位置決めと固定を分ける
位置精度が必要な場合は、ボルト穴だけで位置を決めようとしないことも重要です。
例えば、
- ノックピンで位置決めする
- 基準面に突き当てる
- ボルトは締結専用にする
といった方法があります。
ノックピンを使う場合も、ピンと穴の公差や組立方向を適切に設計する必要があります。
改善案③：必要に応じて長穴を使う
位置調整が必要なブラケットでは、片側を長穴にする方法もあります。
ただし、長穴は万能ではありません。
位置決め精度が必要な部分や、繰り返し荷重がかかる部分では、固定方法やずれ防止を別途検討する必要があります。
重要なのは、精度が必要な場所と、誤差を逃がしてよい場所を区別することです。
設計時に確認したいポイント
- 穴径に適切なクリアランスがある
- 穴ピッチや穴位置の公差を考慮している
- 組み合わせる部品の加工誤差を考えている
- 位置決めとボルト締結の役割が明確になっている
- 必要に応じて長穴や調整機構を設けている
特に複数のボルトで固定する場合は、穴位置が公差範囲内で最も不利にずれた状態でも組み立てられるかを確認すると、トラブル防止につながります。
まとめ
今回のポイントは、
「CAD上で穴位置が一致していても、現物の穴位置が完全に一致するとは限らない」
ということです。
部品同士をボルトで固定するときは、穴径だけでなく、加工誤差、穴位置の公差、位置決め方法まで考える必要があります。
設計時には、
「この穴位置が少しずれても、問題なく組み立てられるか？」
と確認する習慣を持つことが大切です。
次回は、「寸法公差の積み重ねで組み付かない」 という失敗事例を紹介します。
