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品質工学で寿命信頼性を確保した事例(自動止水栓)


 風呂の水を設定量で自動的に止める止水栓を開発して、1億回の寿命試験をして 出荷したところ、市場では半年足らず(約200 回)で故障してしまいました。 原因は,スリップ機構(図1)の摩擦トルクが劣化により増大して、機能限界を超えたため、 プラスチックの伝達歯車が破壊して止水ができなくなったためです。寿命試験では標準の使い 方で連続の繰り返し試験を行っていたのですが、市場における使い方は、高温でしかも一日に1 回の間欠的な使い方しかしていなかったのです。すなわち、摩擦スリップ機構の摩擦トルクが、温度や使用条件のノイズで大きく変化してしまったのです。

 品質工学の機能性評価とパラメータ設計は、以下のような手順で進めました。

1.問題を起こしたスリップ機構の「理想機能」を「皿ばねの締め付け量M と回転つまみの回転力y との比例関係」がyβMであることと考える。(図2)

 ・信号因子:締め付け量M(皿ばねの撓み量mm)

 ・出力特性:回転力y(トルク計で測る kg・cm)

2.ノイズ(誤差因子)は,理想機能を乱す使用条件として最も影響が大きいと思われる温水を劣化条件として選ぶ。

 ・N1( 25℃の水で,0 時間) N2(100℃温水で24 時間放置)

 3. 機能性を評価するために,SN比と感度を求める。

 4. 機能性を改善するために,制御因子(皿ばね,摩擦板の材質や寸法)を選んで直交表に割り付け て,パラメータ設計を行い,ノイズの影響を受けない最適条件を求める。

 以上の結果により、対策前の200 時間に対して、対策後は1000 時間と寿命を改善できました。(図3)

 機能性評価とパラメータ設計のメリットをまとめてみます。

1.従来の寿命試験では市場の品質が分からない

2.僅か24 時間で品質評価ができる(SN比と直交表の活用)

3.感度の変化率から寿命の推定ができる


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