はじめに
機械設計では、部品を一体で作るか、分割して作るかで迷うことがあります。
たとえば、
- ブラケットを一体削り出しにするか
- プレートと取付座を溶接構造にするか
- 摩耗部だけ別部品にするか
- 調整部品を分けるか
- 大きな部品を分割してボルト止めにするか
といった場面です。
初心者のうちは、
「一体の方が強そう」
「部品点数が少ない方が良い」
「分割すると弱くなりそう」
と考えがちです。
しかし実務では、一体部品が必ず良いとは限りません。
分割した方が加工しやすく、安く作れたり、組立や交換がしやすくなったりすることがあります。
今回は、機械設計初心者向けに、
「部品を分割するか一体にするか」
について解説します。
一体部品のメリット
一体部品の大きなメリットは、部品点数を減らせることです。
ボルトやピンで組み合わせる必要がないため、組立工数を減らしやすくなります。
また、部品同士のズレが起きにくく、剛性を確保しやすい場合もあります。
たとえば、精度が必要な小さなブロック部品や、位置関係を変えたくない部品では、一体で作る方が安定することがあります。
一体部品が向いているのは、
部品が小さい
形状が単純
加工しやすい
位置関係を変えたくない
分解や交換の必要が少ない
といった場合です。
ただし、一体にすると加工範囲が増えたり、材料が大きくなったりすることがあります。
一体部品は、形状が単純で加工しやすい場合に効果的です。
一体部品の注意点
一体部品は便利ですが、注意点もあります。
形状が複雑になると、加工が難しくなります。
たとえば、深い溝、奥まったポケット、細い突起、工具が入りにくい内角などが増えると、加工時間が長くなります。
また、材料を大きなブロックから削り出す場合、材料費と加工費が高くなることがあります。
さらに、一部だけ摩耗した場合でも、部品全体を交換しなければならないことがあります。
一体部品で注意したいのは、
材料が大きくなりすぎないか
削り量が多くなりすぎないか
工具が入るか
加工基準を取りやすいか
摩耗部だけ交換できなくてよいか
という点です。
一体にすることで見た目はすっきりしますが、製作や保守が難しくなることがあります。
分割部品のメリット
分割部品のメリットは、加工しやすくなることです。
複雑な形状を一体で削り出すよりも、単純な部品に分けて作った方が加工しやすい場合があります。
たとえば、大きなブロックから一体で削り出すより、プレートとブロックを別々に作ってボルト止めする方が安くなることがあります。
また、摩耗する部分だけを交換部品にできるのも大きなメリットです。
ワーク受け、ガイド、ストッパ、当て板、パッドなどは、分割しておくとメンテナンスしやすくなります。
分割部品が向いているのは、
加工を簡単にしたい
材料を小さくしたい
摩耗部だけ交換したい
調整できる構造にしたい
標準品を組み合わせたい
といった場合です。
分割すると部品点数は増えますが、実務ではその方が使いやすいことも多いです。
分割部品の注意点
分割部品にも注意点があります。
部品を分けると、ボルト、ピン、位置決め、組立順序を考える必要があります。
固定方法が弱いと、使用中にズレたり、ガタが出たりすることがあります。
また、位置精度が必要な部分では、ボルトだけで位置を決めるのではなく、ノックピンや基準面を使うこともあります。
分割部品で注意したいのは、
どこで分割するか
ボルトで十分固定できるか
位置決め方法は必要か
組立時にズレないか
分解や交換がしやすいか
という点です。
分割すると加工しやすくなりますが、組立性や精度を考えないと、かえって扱いにくい構造になります。
摩耗する部分は分けて考える
実務で特に意識したいのが、摩耗する部分を分ける考え方です。
機械は使っているうちに、必ずどこかが摩耗します。
ワークが当たる面。
スライドする面。
ストッパが当たる面。
ガイドに触れる面。
シールが当たる面。
こうした部分を本体と一体にしてしまうと、摩耗したときに本体ごと交換しなければならない場合があります。
一方、摩耗部だけを別部品にしておけば、その部品だけ交換できます。
たとえば、
本体はSS400、当たり面だけ焼入れプレート
ブラケット本体はそのまま、ワーク受けだけ樹脂部品
ベースは共通、位置決めピンだけ交換式
のような考え方です。
摩耗部を分けると、保守性が良くなり、長く使いやすい構造になります。
調整が必要な部分は分割が有効
調整が必要な部分も、分割構造が有効です。
一体部品にしてしまうと、位置を変えにくくなります。
たとえば、センサー位置、ストッパ位置、ガイド位置、ワーク受け位置などは、現地調整が必要になることがあります。
このような場合は、ブラケットや取付座を分けて、長穴やシムで調整できるようにしておくと便利です。
設計時には、
どの方向に調整したいのか
どの部品を動かすのか
調整後に固定できるか
基準になる面や穴はあるか
を考えます。
調整が必要な場所まで一体にすると、あとから修正が大変になります。
調整が必要な部分は、最初から分割構造を検討するとよいです。
精度が必要な場合は一体が有利なこともある
分割すると加工しやすくなる一方で、精度が必要な場合は一体の方が有利なこともあります。
部品を分けると、組立時のズレや部品ごとの公差が重なります。
そのため、穴位置や面の位置関係を高精度に保ちたい場合は、一体加工の方が安定することがあります。
たとえば、
- ベアリング穴同士の芯間
- ガイド取付面と基準面の関係
- 治具の位置決め穴
- 小型ブロックの段差精度
などです。
このような場合は、一体で加工するか、分割後に組み付けた状態で加工する方法を検討します。
大切なのは、
加工しやすさだけでなく、必要な精度をどう確保するか
を考えることです。
初心者が確認したいポイント
部品を一体にするか分割するか迷ったときは、次の内容を確認するとよいです。
- 一体にする理由は明確か
- 分割した方が加工しやすくないか
- 材料が大きくなりすぎないか
- 削り量が多くなりすぎないか
- 工具が入る形状か
- 摩耗する部分だけ交換できるか
- 調整が必要な部分ではないか
- 分割後の固定方法は問題ないか
- 位置決めピンや基準面は必要か
- 組立時にズレないか
- 必要な精度を確保できるか
- メンテナンス時に外せるか
一体か分割かは、強度だけでなく、加工性、精度、組立性、保守性で判断することが大切です。
まとめ
部品を一体にするか分割するかは、機械設計でよく迷うポイントです。
一体部品には、部品点数を減らし、位置関係を安定させやすいメリットがあります。
一方で、加工が難しくなったり、材料費が高くなったり、摩耗部だけ交換できなくなったりすることがあります。
分割部品には、加工しやすい、交換しやすい、調整しやすいというメリットがあります。
ただし、固定方法や位置決め方法を考えないと、ズレやガタの原因になります。
大切なのは、
一体が良い、分割が良いと決めつけないこと
です。
部品の役割、加工方法、必要な精度、組立性、メンテナンス性を考えて判断します。
初心者のうちは、設計中に一度、
この部品は分けた方が作りやすくないか、交換しやすくないか
と考える習慣を持つとよいです。
次回は、
「交換しやすい部品設計の考え方」
について解説します。
