CAS E ST U DY 東プレ株式会社設計・開発から製造までの3次元CAD統一を実現。次の課題は、より短期・低コストでより良いものを作るためのシミュレーション高効率と低騒音を実現して、さまざまな空調機器に採用されているシロッコファンから、半導体工場などで用いられるクリーンユニット、一般住宅用換気システムまで、東プレは独創技術を進化させてより広範囲な市場を開拓してきた。東プレ株式会社（以降、東プレ）の空調機器部は、設計・開発から製造までのCADをSolidWorksにチャレンジ：一本化して、一貫したものづくりを加速している。次の課題は、より短期間かつ低コストでより良い製設計・開発部門と製造部門が別の3次元CADを用いていたが、2010年、SolidWorksに統一。設計から製造まで、一貫して3次元データを用いて、効率の良いものづくりのできる体制ができた。次のチャレンジとして、SolidWorks Simulationの解析機能を活用して、より良い製品を、より短期間、より低コストで作りたい。品を生み出すための「シミュレーションの活用」である。高度な加工技術ときめ細かな対応が強みの空調機器独立系自動車プレス部品メーカーの東プレは、高度な加工技術というコアテクノロジーを、空調機器、事務機器、冷凍機器、電子機器の領域へ拡大してきた。東プレの空調機器は、高度な加工技術および生産技術革新により、堅牢で高品質な製品を軽量かつ低コストで作れるのが強みだ。「シロッコファン（多翼ファン）からターボファン（後向きファン）まで大小100種類の製品を用意して、カスタム要求にもきめ細かく対応しています。納入先でモーターなどに組み込んでからの使い勝手についても提案をしながら、お客様と一体になって開発に取り組んできました」と、空調機器部技術部技術Gr 課長の高橋勝巳氏は語る。用途は、製造装置の送風機や、半導体工場のクリーンユニットなど多彩だが、近年伸びているのが、一般住宅用換気システムだ。設計から製造までの統一CADとしてSolidWorksを選択相模原事業所の空調技術部では、設計・開発から改善・モデルチェンジまでを行い、子会社である東プレ岐阜株式会社が生産する。空調技術部の設計部門では、15年前にミッドレンジクラスの3次元CADを導入して、設計3次元化に踏み切った。一方、東プレ岐阜の工場では、7 〜 8年前に、数十ライセンスのSolidWorksを導入した。「タレットパンチプレスのNCデータ生成がやりやすいという理由でSolidWorksを選定したそうですが、使いやすいので利用が広がり、設計の微修正から、治具制作や強度確認などのシミュレーション、協力会社での金型製作に至るまで、工場内で一貫してSolidWorksデータを活用する体制が確立しています」と、空調機器部技術部開発Gr 主任研究員の川浪隆幸氏は説明する。設計部門と製造部門が別CADを使っていると、データ連携に手間がかかって非効率な場合もあるため、2010年、空調技術部と東プレ岐阜の3次元CADを統一することになり、全面的にSolidWorks へ移行した。「設計ツールとしてのSolidWorksには満足しています。設計者も、比較的短期間で操作を習得でき、スムーズに移行を果たせました」と高橋氏は語る。ソリューション：破壊強度解析を行って、ブレードなどの主な部品の接合方法によって異なってくる変形の傾向を把握でき、さらに、ブレード表面を補強することで変形を改善できることも検証できた。試験設備を使った破壊試験より前の段階で、さまざまなアイデアを試してみることが可能になったのである。さらに最適値解析をして、現行製品では3.2ミリある板厚を2.3ミリ程度まで薄くできるという見込みを得た。改善やモデルチェンジを効率よく行う道も開けてきたのである。結果： ● 覚えやすいSolidWorksによって、設計・開発から製造までの「CAD統一」をスムーズに実現。3 次元データで一貫した効率よいものづくり基盤を確立できた ● SolidWorksで、精度の高い設計データが作れるようになり、干渉チェックも確実にできるようになった ●シミュレーションと一体化したSolidWorksへの移行により、「設計者自身による解析」など、解析のさらなる活用に道が開けた成熟した技術領域だからこそシミュレーションが活きる SolidWorksのもうひとつの魅力は、CADとシミュレーションが一体化していることだ。「これまで、流体解析はANSYSを使って私が担当してきましたが、設計ツールがSolidWorksに移行したことで、もっと多種類の解析を容易にできるようになったのは大きなチャンスです。3次元化は、設計と解析の両輪がそろってこそ、大きな効果をあげることができます。また、比較的構造解析は難易度が低く、取り組み易いので、設計者全員が『設計しながら解析する』体制にして、問題点の発見と解決を前倒しにしていきたい」と川浪氏は将来構想を語る。解析を活用する最大の目的は、設計・開発期間の短縮である。「性能追求もありますが、全体の安全性が低下するようでは元も子もありません。したがって、開発で一番時間をかけているのが、品質確認のプロセスです。現在は『作って壊して』を繰り返していますが、これをシミュレーションに置き換えることで、『安全な設計』へとより短い時間で行き着きくこと風を切る方向にブレードが回転する後向きファンの一種であるプラグファン。高効率を発揮するため、コンパクト化が可能。東プレは、オフィスビルの省エネに貢献するエアハン用高効率プラグファンでも知られる。ができれば、大きな強みとなるはず」と高橋氏は期待感を語る。より多くのアイデアや形状を試せるシミュレーション設計者もシミュレーションを活用したいと意欲的だ。そこで、前準備として、川浪氏がシミュレーションの事例を作り、どのような場面でどのように使えば有効であるかを検証しているところである。まず、破壊強度解析に取り組んだ。東プレでは、試作品を使用回転数より数倍速く回転させて、ブレード（羽根）が遠心力でどのように曲がるか、破断ポイントはどこかを把握する破壊強度試験を実施している。川浪氏は、後向きファンの一種であるプラグファンを取り上げ、ブレードなどの各部をエッジ接続した場合、面接合した場合、一部をエッジまたは面接合した場合について、破壊強度解析を行った。その結果、接合方法によって異なる変形の傾向を把握でき、さらに、ブレード表面を補強することで変形を改善できることも検証できた。破壊強度試験は、1カ月かけて作った試作を壊れるまで回転させる試験であり、さまざまな形状を試験することはできない。ところがSolidWorks Simulationであれば、最短15分でシミュレーションがプラグファン設計データ。干渉箇所をチェックし、SolidWorksのキャビティ機能でモデル修正を行ってからシミュレーションする。完了するため、半日かければ多種の形状パターン、さまざまなアイデアを試すことができる。さらに、破壊強度解析結果を用いて最適化解析をしたところ、最大変形を2.63ミリまで許容するなら、現在の製品では3.2ミリある板厚を2.3ミリ程度まで薄くできるというシミュレーション結果を得た。もし2.3ミリに薄くすれば、製品重量を1.4kg軽量化できるし、材料コストも下げられる。シミュレーションを活用することで、改善やモデルチェンジを効率よく行うという道も見えてきた。ファンの振動特性を求める固有値解析にもトライしているところだ。固有値は、騒音や振動を抑え、製品寿命を長くするうえで重要な要素だ。現在は、実機を試験したうえで防振ゴムを挿入するなどの対策を講じているが、シミュレーションを使えば、より上流工程で設空調機器部技術部技術Gr 課長高橋勝巳氏計変更などの根本的な対策をとることも可能になる。「納入先でモーターなどへ取り付けたときの振動や騒音についても、固有値がわかっていれば、より的確な提案ができるでしょう。空調機は成熟した技術であるからこそ、『プラスアルファ』を求められます。東プレは納入後にもメーカーならではの経験とノウハウを提供できることをアピールして、顧客との長い信頼関係を築いていきたい」と川浪氏は熱く語る。より短期間かつ低コストでより良いものを作るために、また、顧客に対する「プラスアルファ」のサービスを強化していくために、東プレは今後、シミュレーションを積極的に活用していこうとしている。空調機器部技術部開発Gr 主任研究員川浪隆幸氏ソリッドワークス・ジャパン株式会社東プレ株式会社東プレ株式会社（東京都中央区日本橋3-12-2）は、東証1部上場の自動車プレス部品メーカー。空調機器、冷凍機器、電子機器も製造。設立1935年。資本金56億 1,000万円。連結売上高806億8,900万円（2011年3月末日現在）。 http://www.topre.co.jp/ 〒108-0022 東京都港区海岸 3-18-1 ピアシティ芝浦ビル TEL: 03-5442-4001（代表） FAX: 03-5442-6256（代表） E-mail: [email protected] www.solidworks.co.jp SolidWorksは米国ソリッドワークス社の登録商標です。また、それ以外に記載されている会社名及び商品名も各社の商標又は登録商標です。 SWJ-CSD-151-0512