ＴＲＩＺ＆ＴＭ＆シミュレーションによるコマの開発～全日本製造業コマ大戦への挑戦～その２

株式会社アイデア 片桐 朝彦

第１１回 日本ＴＲＩＺシンポジウム 2015.9.4

ＣＯＮＴＥＮＴＳ
はじめに ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 03『全日本製造業コマ大戦』について ・・・・・ 05（１）問題の本質化・・・・・ 07
機能-属性分析、原因-結果分析 ・・・ 08（２）設計課題の抽出・・・・・・・・・・ 11（３）パラメーター設計
・・・・・・・・・・ 13（４）ＣＡＥによるシミュレーション
・・・・・ 16（５）ＴＲＩＺ１号
・・・・・・・・・・・・・・ 17（６）まとめ・・・・・・・・・・・・・・ 21

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はじめに今まで経験したことの無い技術分野において、競争力の高い製品を、短期間で開発しなければならない時、あなたはどのようにアプローチしますか？

ＴＲＩＺ『全日本製造業コマ大戦』という新しく誕生した技術分野において、ＴＲＩＺ、タグチメソッド、ＣＡＥを駆使した製品開発の取り組みをご紹介させていただきます。

ＣＡＥ

タグチメソッド

シミュレーション

パラメーター設計

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はじめに今まで経験したことの無い技術分野において、競争力の高い製品を、短期間に開発しなければならないとき、あなたはどのようにアプローチしますか？

従来勘？
経験？
思いつき？
ひたすら試作？
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第1段階：システムの把握【機能-属性分析】【原因-結果分析】による多角的、多面的、徹底的な課題抽出
第２段階：アイデア出し【ＴＲＩＺ】ツールによる多角的、多面的、徹底的なアイデアの抽出
第３段階：タグチメソッド
ロバスト設計で最適設計＝強いコマを早く、安く作る
第４段階：シミュレーション
ＣＡＥによる納期短縮、試作費用削減
4全日本製造業コマ大戦とは■コマ大戦とは？
全国の中小製造業が自社の誇りを賭けて作成したコマを持ち寄り、一対一で戦う大会です。小さなコマを製造業が本気で設計し、プロの機械を使用して自社の持てる技術を全て注ぎ込み作成します。 プロの技が、土俵の上でぶつかり合います。

■どんなルール？
•相手のコマよりも長く回り続けた方が勝ち•土俵の外に出たら負け•2連勝した時点で試合終了•勝者は敗者のコマをもらえる(それまでの戦利品を含み総取り)

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コマ大戦のルール：仕様確認
コマの仕様

・コマの直径は、静止状態で回転軸に対しφ20mm以下
・寸法の確認は、φ20.001のリングゲージにより行う
・片方の手の指だけで回すこと

勝敗

・土俵の外に出るか、先に止まってしまったら負け・土俵との接地面以外の部分が動いていても、接地面が止まっていたら負け・行司が「見合って」の掛け声を掛けた時点より３０秒以内に試合を開始できなければ、1敗とする

禁止事項

・2か所以上の接地面で回り続けるコマは禁止
・回転軸が変わるコマは禁止
・部品交換により外形寸法が変わるコマは禁止
・受付後競技以外の時間にコマに触ることは禁止
・外部からコマの回転を補助・助長するような補助具の使用は禁止

土俵の仕様

φ250mm 凹R700mm ケミカルウッド製

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（１）問題の本質化【機能-属性分析】（原因-結果分析）
目的＝高性能なコマを作る
・コマのインプットは？
・コマのアウトプット（ターゲット）は？
・コマの構成要素とそれらの働きは？
・構成要素の持つ属性は？
・機能と属性の相互作用、相関関係は？
・リソース（周辺に存在する全てのもの）は？

原因-結果分析】（根本原因分析）
目的＝負けない（勝てる）コマを作る
・負ける原因①：相手より先に止まってしまう原因は？
・負ける原因②：土俵の外に出てしまう原因は？
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7システムの把握①：機能-属性分析
知見の無い（少ない）技術分野の場合、機能-属性分析により、システムのインプット、ターゲット（アウトプット)、構成部品、要素、機能、属性、相互作用などを掌握する
質量
重心
慣性モーメント

回転体：
材質
外径
バンク角
形状

バンク角
先端部：
材質
摩擦係数
形状
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つまみ：材質
太さ
長さ
形状
表面性状

土俵面の材質：塩ビシート

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システムの把握①：機能-属性分析
機能モデルの作成

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9システムの把握②：原因-結果分析
好ましくない結果＝負ける その因果関係を明らかにし、問題解決のための着眼点を網羅する

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（２）設計課題の抽出①：機能-属性分析
機能モデルからの課題定義【課題の定義】
有害作用、不足作用、過剰作用を抽出し、最小問題を定義する①どのようにしてつまみが指をすべる機能を除去するか?
②どのようにして指がつまみをひねるを強化するか?
③どのようにしてつまみが重心を高くする機能を除去するか?
④どのようにしてバンク角が重心を高くする機能を除去するか?
⑤どのようにして回転体が重心を高くする機能を除去するか?
⑥どのようにして質量が摩擦抵抗を高める機能を除去するか?
⑦どのようにして芯ブレが摩擦抵抗を高める機能を除去するか?
⑧どのようにして空気抵抗が回転エネルギを弱める機能を除去するか?
⑨どのようにして相手コマが回転エネルギを弱める機能を除去するか?
⑩どのようにして摩擦抵抗が回転エネルギを弱める機能を除去するか?
⑪どのようにして角速度が空気抵抗を生み出す機能を除去するか?
⑫どのようにして相手コマが軸の傾きを生み出す機能を除去するか?
⑬どのようにして軸の傾きが土俵に接触する機能を除去するか?
⑭どのようにして重心が軸の傾きを大きくする機能を除去するか?
⑮どのようにして指がつまみを保持するを強化するか?

第１１回 日本ＴＲＩＺシンポジウム 2015.9.4【技術的矛盾の定義】
有害作用に着目し、それを発生している構成要素と有用作用の関係から、技術的矛盾を探す①改善：つまみを持ちやすくする為に長くする
悪化：重心が高くなる②改善：モーメントを大きくする為に回転体を重くする
悪化：重心が高くる③改善：モーメントを大きくする為に回転体を重くする
悪化：摩擦抵抗が大きくなる④改善：軸の傾きを大きくする為にバンク角を大きくする
悪化：重心が高くなる【物理的矛盾の定義】
技術的矛盾で、反対の特性を持つ構成要素の物理的矛盾を定義する①つまみは持ちやすくする為に長くする必要があるが重心を低くする為には短くする必要がある②バンク角は軸の傾きを大きくする為に大きくする必要があるが重心を低くする為には小さくする必要がある③回転体はモーメントを大きくするために重くする必要があるが重心を低くする為には軽くする必要がある④回転体はモーメントを大きくする為に重くする必要があるが摩擦抵抗を小さくする為には軽くする必要がある

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設計課題の抽出②：原因-結果分析
根本原因からの課題定義【根本原因の特定】
矢印の入ってこない要因のうち、自分たちがコントロールできる要因を根本原因とする。
（図中の黄色、及び青色の要因）【中核問題の定義】
根本原因のうち、機能-属性分析から出てこない課題（相手との接触、失投）を、今回扱う中核問題として抽出する（図中の青色の要因）【失投要因】①先端形状が平たい②力む③つまみが持ち難い（投入時に軸が傾く）

第１１回 日本ＴＲＩＺシンポジウム 2015.9.4【相手との接触要因】①相手と外周で接触する・相手と接触しない方法は？
・外周以外の場所で接触するには？
②相手との接触で摩擦抵抗を生じる・相手のエネルギーを吸収する方法は？
・接触しても摩擦を生じない方法は？
③相手より軽い・軽くても飛ばされない方法は？
④接触時横向きの衝撃を受ける・衝撃を逃がす構造は？
＊逆説的に、勝つ為の課題も定義する【その他】①相手の軸、安定性を攻撃する方法は？
②相手の摩擦抵抗を増大させる方法は？
③相手投手の失投を誘う方法は？

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（３）パラメーター設計※）設計者がコントロールできない
誤差因子
・対戦相手
・土俵との摩擦・回し手の技術

システム（コマ）信号
回転エネルギー

出力
回転時間
10090

制御因子
・材質
・寸法
・構造

※）設計者がコントロールできる

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回転時間

80706050403020100234

回転エネルギー

13光造形と金属加工で実物を試作

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14要因効果図
材質はSN比を優先でリン青銅を選択

肉抜き径はSN比優先で55％を選択（db)
SN比（ばらつき）：最適条件

ばらつき少ない

：初期条件

（db)
感度
（回る長さ）：初期条件
長く回る：最適条件

鋼球直径はφ4の方がSN比、感度ともに高い

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（４）ＣＡＥによる仮想対戦（SolidWorks Motion)

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（５）ＴＲＩＺ１号の秘密①
軽量素材、中空構造による低重心化
滑り難い平目ローレット、指に食い付くシャープエッジ加工
ｱﾙﾐ

組立時の芯ブレを防ぐ圧入構造
軸が倒れた状態での接触でもベクトルが重心に作用する曲面

タングステンベアリング

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パラメータ設計による回転体の素材、外径/内径比率、高さ、重心位置、バンク角等の最適化

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ＴＲＩＺ１号の秘密②
倒立対応用鋼球
回転モーメントの寄与率が低い
中心部は肉抜きｱﾙﾐ

低粘度オイル封入による低摩擦力化
バンク角微調整用シム
タングステン
Φ３精密級鋼球（ＳＵＪ）

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ＴＲＩＺ１号の秘密③
回転が低下し、軸が傾いてくると、回転体下面より先にベアリング外輪（フランジ部分）が土俵と接触する。
これにより、土俵との摩擦による回転力の急激な低下を防ぎ、接戦時に優位に立つ軸が傾いた状態で失投しても、フランジ部分の回転で吸収して立ち直る

回転体
ベアリング鋼球（フランジタイプ）

土俵
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ＴＲＩＺ１号の戦績
２０１４年９月１６日
中日本ブロック予選 Ｇ２
北名古屋場所
１次予選：全勝で勝ち抜け
２次予選：同率で惜敗
世界大会出場ならず
２０１４年１０月２５日
エキシビジョンマッチ Ｇ３
上田地域産業展場所
無敗で完全優勝！

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（６）まとめ
第1段階：システムの把握【機能-属性分析】【原因-結果分析】による多角的、多面的、徹底的な課題抽出
第２段階：アイデア出し【ＴＲＩＺ】ツールによる多角的、多面的、徹底的なアイデアの抽出
第３段階：タグチメソッド
ロバスト設計で最適設計＝強いコマを早く、安く作る
第４段階：シミュレーション
ＣＡＥによるリスク回避、納期短縮、試作費用削減
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22

ＴＲＩＺによるコマ大戦への挑戦は続く・・・
May TRIZ be with you
ＴＲＩＺとともにあらんことを・・・
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ご清聴ありがとうございました！
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