商品化の相談窓口で製品の耐久性を高める6つの設計改善策

製品のアイデアを商品化する際、機能や外観が完成していても、耐久性が不十分であれば市場投入後の故障や品質トラブルにつながる可能性があります。特に、繰り返し使用される機器や屋外に設置される製品では、使用環境や経年劣化を考慮した設計が欠かせません。

商品化の相談窓口では、製品の構想段階から設計、試作、評価、量産準備まで幅広い課題を相談できます。耐久性に不安がある場合も、材料選定や構造設計、部品の固定方法、環境対策などを総合的に見直すことで、故障リスクを低減できる可能性があります。

ただし、耐久性を高めるために単純に材料を厚くしたり、強度の高い素材へ変更したりするだけでは、十分な改善につながらない場合があります。製品の使用条件や故障原因を整理し、必要な箇所に適切な対策を講じることが重要です。

この記事では、商品化の相談窓口を活用して製品の耐久性を高める6つの設計改善策を解説します。実際の製品開発で確認すべき技術的なポイントに加え、試作品を使った評価方法や相談前に準備したい情報も紹介します。

商品化の相談窓口で耐久性を検討する重要性

商品化を成功させるためには、製品が必要な機能を備えているだけでなく、想定される使用期間にわたって性能を維持できることが重要です。初期段階では正常に動作していても、繰り返し使用するうちに部品が摩耗したり、固定部分が緩んだり、外装が破損したりする場合があります。

こうした問題は、設計段階で耐久性を十分に検討していなかったことが原因となるケースがあります。例えば、試作品の動作確認だけで商品化を進めた場合、長期間の振動や温度変化によって発生する不具合を見落とす可能性があります。

また、製品の耐久性は単一の部品だけで決まるものではありません。材料の特性、構造形状、締結方法、製造精度、使用環境など、複数の要素が相互に影響します。個々の部品に十分な強度があっても、接合部に負荷が集中していれば、製品全体としての耐久性が不足することがあります。

商品化の相談窓口を活用するメリットは、こうした複合的な課題を製品全体の視点から整理できることです。設計担当者だけでは判断しにくい材料の加工特性や製造工程の制約についても、適切な専門家や製造会社と連携することで、実現可能な改善方法を検討しやすくなります。

耐久性の改善では、製品が壊れないことだけを目標にするのではなく、どのような条件で、どの程度の期間、必要な性能を維持するかを明確にする必要があります。使用条件が異なれば、求められる耐久性も変わるためです。

例えば、室内で固定して使用する電子機器と、屋外で頻繁に持ち運ぶ測定機器では、重点的に確認すべき故障要因が異なります。前者では内部温度や長期間の部品劣化が重要になる場合があり、後者では落下、振動、水分、粉じんなどへの対策が重要になることがあります。

このような違いを踏まえ、商品化の相談窓口では、製品の用途に合った耐久性の目標設定から着手することが効果的です。

設計改善策1：使用環境と製品寿命の目標を明確にする

製品の耐久性を高める第一の改善策は、使用環境と製品寿命の目標を具体的な設計条件へ落とし込むことです。

耐久性に問題がある製品では、「長期間使用できること」「多少の衝撃に耐えること」といった抽象的な要求だけで設計が進められている場合があります。しかし、こうした表現では設計担当者と製造担当者の間で認識が異なり、必要な強度や試験条件を適切に決められません。

例えば、手持ち式の製品であれば、通常の操作時に加わる荷重だけでなく、持ち運び中の振動、机への置き方、不注意による落下なども検討対象になります。屋外で使用する製品であれば、雨水、紫外線、温度変化、湿度、砂ぼこりなどが故障や劣化の原因となる可能性があります。

設計条件を整理する際は、使用場所、使用頻度、想定される操作方法、保管環境、輸送条件などを区別することが重要です。通常使用時に発生する負荷と、偶発的に発生する衝撃では、適切な設計対策や評価方法が異なります。

さらに、製品寿命の目標を明確にする必要があります。一定期間の使用を想定する場合でも、連続運転する製品と、一日に数回だけ使用する製品では、部品に蓄積される負荷が大きく異なります。

可動部分を持つ製品では、使用年数だけでなく動作回数も重要な指標です。例えば、開閉機構や操作ボタンでは、想定使用頻度から必要な繰り返し動作回数を設定することで、耐久試験の条件を具体化できます。

一方、常時稼働する機器では、累積稼働時間や温度条件などを考慮した評価が必要になります。樹脂部品の変形、電子部品の温度上昇、接着部分の経年変化など、時間の経過とともに発生する不具合も検討しなければなりません。

ここで注意したいのは、製品寿命と保証期間は必ずしも同じではないという点です。設計上の目標寿命は、実際の使用条件や保守方法を踏まえて設定し、その達成可能性を試験や解析によって確認する必要があります。

商品化の相談窓口へ依頼する際には、製品の使用シーンをできるだけ具体的に説明すると効果的です。実際の操作方法や設置場所の写真、想定される利用頻度などを共有することで、必要な耐久性能を整理しやすくなります。

最初に使用条件を明確にしておけば、過剰な強度設計を避けながら、故障リスクの高い箇所へ優先的に対策を実施できます。耐久性を高める設計改善の出発点として、要求仕様の具体化は欠かせません。

設計改善策2：応力集中を抑える構造設計に改善する

第二の改善策は、製品に力が加わった際の荷重の伝わり方を見直し、応力集中を抑えることです。

製品の破損は、必ずしも全体の強度不足によって発生するわけではありません。特定の角部や穴の周辺、肉厚が急激に変化する部分などに応力が集中することで、局所的な亀裂や変形が発生する場合があります。

例えば、樹脂製の筐体にねじ穴を設けた場合、穴の周辺に十分な支持構造がなければ、締付け時や使用時の荷重によって亀裂が発生する可能性があります。また、細い支持部分と厚い本体部分の接続箇所では、曲げ荷重によって局所的な負荷が大きくなることがあります。

このような問題に対しては、角部に適切な丸みを設けたり、荷重を受ける部分の形状を変更したりする方法が考えられます。急激な断面変化を緩和することで、応力集中を低減できる場合があります。

ただし、丸みを大きくすれば必ず強度が高くなるわけではありません。材料、加工方法、周辺形状との関係によって効果が変わるため、製造条件も含めた検討が必要です。

また、薄肉部品では補強リブを追加する方法が有効な場合があります。補強リブは、製品全体の肉厚を増やさずに剛性を高める手段として利用できます。一方で、リブの配置や厚さが不適切だと、成形時の収縮差や内部応力によって反りや外観不良を引き起こす可能性があります。

そのため、補強構造を追加する際には、荷重方向と製造方法の両方を考慮することが重要です。

さらに、設計改善では荷重をどの部品で受けるかという視点が欠かせません。例えば、筐体の一部に荷重が集中している場合、内部フレームや支持部材へ力を分散させることで、外装の破損リスクを低減できる可能性があります。

設計変更の効果を確認する方法としては、構造解析や試作品による荷重試験が挙げられます。構造解析を利用すれば、特定条件における変形や応力分布を推定でき、改善箇所の検討に役立ちます。

ただし、解析結果は材料物性や拘束条件、荷重条件などの入力内容に左右されます。実際の製品では組立誤差や材料のばらつきも存在するため、解析だけで耐久性を保証することはできません。

商品化の相談窓口では、破損しやすい部分の写真や試験結果を共有し、どのような荷重によって問題が発生しているのかを整理するとよいでしょう。

単純に部品を厚くするのではなく、荷重経路を適切に設計することで、製品の重量や外形寸法への影響を抑えながら、必要な耐久性を確保しやすくなります。

設計改善策3：材料と表面処理を使用条件に合わせて見直す

第三の改善策は、製品に使用する材料と表面処理を実際の使用条件に合わせて見直すことです。

製品開発では、加工しやすさや外観を優先して材料を選択する場合があります。しかし、商品化後の耐久性を考えると、機械的な強度だけでなく、耐熱性、耐候性、耐摩耗性、耐薬品性なども重要になります。

例えば、樹脂材料は軽量で複雑な形状を製作しやすい一方、種類によって温度変化や紫外線、薬品に対する耐性が大きく異なります。屋外で使用する製品に適切でない材料を採用すると、長期間の紫外線曝露によって変色や物性低下が進む可能性があります。

また、高温環境や継続的な荷重を受ける部分では、樹脂のクリープ変形にも注意が必要です。クリープとは、荷重が継続して加わることで、時間の経過とともに変形が進む現象です。初期の強度試験で問題がなくても、長期間の使用後に固定部分が緩んだり、寸法が変化したりする場合があります。

金属材料でも、引張強さや硬さだけで耐久性を判断することは適切ではありません。繰り返し荷重を受ける製品では疲労特性が重要になり、水分や薬品に接触する製品では腐食への対策が必要になります。

異なる金属を接触させる構造では、使用環境によって異種金属接触腐食が発生する可能性があります。特に水分が存在する環境では、材料の組み合わせや絶縁方法を検討することが重要です。

材料変更を行う場合には、加工方法との適合性も確認しなければなりません。試作時には切削加工で製作できた部品でも、量産時に成形加工へ変更すると、材料の流動性や収縮特性によって設計上の制約が生じる場合があります。

表面処理による耐久性改善も有効な選択肢です。金属部品では、適切な表面処理によって耐食性や耐摩耗性を向上させられる場合があります。ただし、処理方法によって寸法や表面状態が変わることがあるため、精密な嵌合部分や摺動部分では注意が必要です。

樹脂部品では、材料自体の耐候性を高める方法に加えて、適切な表面保護を検討する方法もあります。ただし、表面処理だけでは内部の劣化や強度不足を解決できない場合があるため、材料と構造の両面から判断する必要があります。

商品化の相談窓口では、現在使用している材料、必要な性能、想定される環境条件を伝えたうえで、代替材料の候補を比較することが効果的です。

材料の変更によって改善できる性能と、構造変更が必要な問題を区別することで、無駄な試作を減らしながら耐久性の向上を目指せます。

設計改善策4：締結部と接合部の耐久性を高める

第四の改善策は、ねじ締結部や接着部、嵌合部などの接合構造を見直すことです。

製品の故障では、主要部品そのものよりも、部品同士を固定している部分が先に損傷する場合があります。特に振動を受ける製品や、繰り返し操作される機器では、締結部の緩みや接合部の疲労が問題になりやすくなります。

ねじ締結では、ねじのサイズだけでなく、締付け力、ねじ山のかみ合い長さ、座面の状態、被締結部材の剛性などが耐久性に影響します。

例えば、樹脂部品に直接ねじを締め込む構造では、過大な締付けによってねじ穴が損傷する可能性があります。また、使用中に温度が変化すると、材料の熱膨張差によって締付け状態が変化する場合があります。

繰り返し分解する製品では、ねじ穴の摩耗やねじ山の破損にも注意が必要です。必要に応じて金属製のねじ受け部品を組み込むなど、使用回数や荷重条件に合った構造を選ぶことが重要です。

振動による緩みが問題になる場合には、締付け条件の適正化や、使用条件に合った緩み止め構造を検討します。ただし、緩み止め部品を追加するだけでは、締結面の沈み込みや部材の変形による軸力低下を防げない場合があります。

そのため、締結部を評価する際には、ねじ単体ではなく、周辺部品を含めた構造全体を確認する必要があります。

接着構造を採用している場合には、接着剤の種類だけでなく、接着面積、表面状態、硬化条件、荷重方向などが重要になります。一般に、接着部に対して剥離方向の力が集中する構造では、せん断方向の荷重を中心に受ける構造と比べて不利になることがあります。

接着剤の性能は温度や湿度、薬品への接触などによって変化する場合があるため、実際の使用環境を想定した確認が必要です。

また、異なる材料を接合する場合には、熱膨張差による負荷も考慮しなければなりません。温度変化が大きい環境では、接合部に繰り返し変形が発生し、長期間の使用で剥離や亀裂につながる可能性があります。

商品化の相談窓口では、接合部に加わる荷重、組立手順、分解の必要性、使用環境をまとめて相談すると効果的です。

締結部や接合部の設計を改善することで、使用中の緩みや破損を減らすだけでなく、組立品質のばらつきを抑えることにもつながります。

設計改善策5：防水・防塵・放熱構造を最適化する

第五の改善策は、製品内部を保護する防水・防塵構造と、内部の熱を逃がす放熱構造を適切に設計することです。

屋外用機器や工場設備に組み込まれる製品では、水分や粉じんの侵入によって、電子回路の不具合、金属部品の腐食、可動部分の摩耗などが発生する可能性があります。

こうした問題を防ぐためには、製品の開口部や接合部を確認し、必要な密閉性を確保することが重要です。

筐体の合わせ面では、シール材やガスケットを使用して水分や粉じんの侵入を抑える方法があります。ただし、シール材は取り付ければ十分というものではありません。適切な圧縮状態を確保できなければ、密閉性能が不足する場合があります。

また、シール材の種類によっては、長期間圧縮された状態で使用すると復元性が低下することがあります。温度変化や薬品への接触による劣化も考慮する必要があります。

防水構造では、外部からの水の侵入だけでなく、内部で発生する結露にも注意が必要です。筐体内部に湿気が残っている場合や、温度変化によって内部表面が冷却される場合には、密閉構造であっても結露が生じる可能性があります。

そのため、使用条件によっては、適切な通気構造や湿気対策を組み合わせることが求められます。

一方、電子機器では放熱性能も重要です。内部部品から発生する熱が逃げにくい構造では、温度上昇によって部品の劣化が進んだり、動作が不安定になったりする可能性があります。

しかし、放熱のために開口部を増やすと、防水・防塵性能を確保しにくくなる場合があります。反対に、密閉性を優先しすぎると、内部温度が上昇することがあります。

このため、防水・防塵・放熱は個別に検討するのではなく、相互の影響を考慮して設計することが重要です。

例えば、熱伝導性を持つ部材を利用して内部の熱を外装へ伝える方法や、発熱部品の配置を変更して局所的な温度上昇を抑える方法などが考えられます。

また、水がかかる可能性のある製品では、浸入防止だけでなく、水が滞留しにくい形状や排水経路の検討が有効な場合もあります。ただし、排水口を設けると密閉性に影響するため、製品の要求性能に応じて適切な構造を選ぶ必要があります。

商品化の相談窓口へ相談する際には、使用場所、想定される水のかかり方、粉じんの種類、内部の発熱条件などを整理しておくとよいでしょう。

求められる保護性能を明確にしたうえで、温度試験や防水・防塵試験を実施することが、長期間安定して使用できる製品の開発につながります。

設計改善策6：組立精度とメンテナンス性を改善する

第六の改善策は、組立精度のばらつきを抑え、必要に応じて点検や部品交換ができる構造に改善することです。

製品の耐久性は、設計図面上の寸法や材料性能だけでは決まりません。実際の製造現場で部品を加工し、組み立てた際の精度や作業品質によっても変化します。

例えば、複数の部品を組み合わせる構造では、それぞれの部品が許容寸法内に収まっていても、寸法の累積によって組立状態に問題が生じる場合があります。

このような寸法の積み重なりは、部品間の隙間や締結位置、可動部分の動きに影響します。組立時に無理な力が必要になる構造では、部品に初期応力が残り、使用中の亀裂や変形につながる可能性があります。

そのため、設計段階で寸法公差の積み重なりを検討し、重要な位置決め部分と調整可能な部分を区別することが重要です。

また、組立方向や部品の向きを間違えやすい構造では、作業ミスが製品の耐久性に影響することがあります。似た形状の部品を誤った方向で取り付けると、外観上は問題がなくても、荷重の伝達やシール性能に不具合が生じる可能性があります。

こうした問題を防ぐには、部品の形状や位置決め構造を工夫し、正しい方向でしか組み立てられない設計を検討することが有効です。

さらに、量産を想定する場合には、組立作業の再現性も重要になります。締付け位置が作業者によって変わる構造や、シール材の配置が安定しない構造では、完成品ごとの品質にばらつきが生じる場合があります。

専用治具の活用や組立手順の標準化も有効ですが、設計自体を組み立てやすくすることで、作業条件への依存を減らせる場合があります。

メンテナンス性も耐久性を考えるうえで重要な要素です。長期間使用する製品では、摩耗部品や消耗部品の交換が必要になることがあります。

しかし、交換が必要な部品へアクセスしにくい構造では、点検や補修の際に周辺部品を傷つけるリスクがあります。また、分解と再組立を繰り返すことで、ねじ穴やシール部分が劣化する場合もあります。

そのため、交換頻度が高い部品を取り外しやすい位置に配置したり、必要な部分だけを分解できる構造にしたりすることが効果的です。

ただし、分解しやすさを優先するあまり、締結箇所が増えたり、外装の剛性や密閉性が不足したりすることも考えられます。使用環境と保守方法に応じたバランスが必要です。

商品化の相談窓口では、組立工程を含めて設計を確認してもらい、製造時の品質安定性と使用後の保守性を両立できる構造を検討するとよいでしょう。

試作品を活用して耐久性を検証する方法

耐久性を高める設計改善策を検討した後は、試作品を使って改善効果を確認することが重要です。

設計上は強度や耐環境性能が十分であると考えられていても、実際の製品では想定していなかった荷重や変形が発生する場合があります。そのため、解析や材料データによる検討に加え、実物を使った評価が必要になります。

最初に行いたいのは、故障につながる可能性が高い箇所の特定です。製品全体を同じ条件で試験するだけでは、重要な不具合を見落とす可能性があります。

例えば、操作部分には繰り返し荷重が加わり、外装の角部には落下時の衝撃が集中する場合があります。また、固定部分では振動による緩み、屋外に露出する部分では紫外線や湿度による劣化が問題になることがあります。

こうした故障要因を整理し、それぞれに対応した試験条件を設定することが効果的です。

繰り返し動作する機構では、想定使用回数に基づいた耐久試験を実施します。試験中には、破損の有無だけでなく、操作力の変化、異音、摩耗、位置ずれなども確認すると、故障の兆候を把握しやすくなります。

落下や衝撃への耐性を確認する場合には、実際の使用状況から想定される落下方向や衝突面を考慮する必要があります。試験条件を過度に厳しくすると、通常使用では発生しにくい故障が生じる一方、条件が不十分であれば市場での故障リスクを見落とす可能性があります。

温度変化による影響を確認する場合には、使用温度範囲を踏まえた温度試験や温度サイクル試験が考えられます。材料の熱膨張差による変形や、接合部分の劣化などを確認することが目的です。

また、防水・防塵性能が求められる製品では、使用環境に合った試験方法を選択する必要があります。単に水をかけて動作を確認するだけでは、必要な保護性能を十分に評価できない場合があります。

試作品による評価では、試験前後の状態を同じ方法で記録することも重要です。寸法、外観、操作力、電気的な特性などを必要に応じて測定し、変化量を比較できるようにします。

不具合が発生した場合には、破損箇所だけでなく、試験条件と発生までの経過を残すことが効果的です。写真や測定データを記録することで、構造変更や材料変更の検討に役立てられます。

さらに、試験結果は合格か不合格かだけで判断するのではなく、原因分析に活用する必要があります。例えば、落下試験で筐体の角部が破損した場合、材料の強度不足だけでなく、内部部品の固定方法や衝撃の伝わり方が影響している可能性があります。

耐久試験で不具合が発生した場合は、原因を推定して設計を変更し、再度評価することが重要です。変更によって別の問題が発生する可能性もあるため、改善した箇所だけでなく、周辺機能への影響も確認する必要があります。

また、試作段階で良好な結果が得られても、量産品が同じ品質になるとは限りません。材料ロットや加工条件、組立状態のばらつきが性能に影響する可能性があります。

商品化の相談窓口では、試作品の評価結果と量産工程の管理方法を関連付けながら検討すると、設計改善を製品品質の安定化につなげやすくなります。

商品化の相談窓口で設計改善を進める際の注意点

商品化の相談窓口を活用して耐久性を改善する際には、相談内容を具体的に整理しておくことが重要です。

まず、製品の目的と使用条件を明確にする必要があります。どのような利用者が、どのような環境で、どの程度の頻度で使用する製品なのかが分かれば、必要な耐久性能を検討しやすくなります。

すでに試作品がある場合には、設計図面や部品構成、使用材料などの情報を用意すると効果的です。外観写真だけでは判断できない問題でも、内部構造や固定方法が分かれば、具体的な改善方法を提案しやすくなります。

また、過去に破損や動作不良が発生している場合には、その状況をできるだけ詳細に共有することが重要です。破損した箇所、使用期間、発生時の操作、周囲の温度や湿度などを整理しておくと、原因分析に役立ちます。

不具合の原因が明確でない段階では、材料や構造を安易に変更しないことも大切です。例えば、部品が破損したという理由だけで高強度材料へ変更しても、応力集中や締結方法が原因であれば、問題が再発する可能性があります。

そのため、相談窓口では最初に故障要因を整理し、仮説に基づいて改善策を検討する進め方が適しています。

設計改善の優先順位も重要です。すべての部品を同時に変更すると、どの改善策が効果を発揮したのか判断しにくくなる場合があります。

故障が発生した際の影響が大きい箇所や、使用頻度の高い部分を優先して検討すると、効率的に改善を進めやすくなります。

さらに、商品化では耐久性だけでなく、製造性や組立性との両立も求められます。試作品では問題なく製作できる構造でも、量産工程では加工精度や作業条件の制約によって品質が安定しない場合があります。

例えば、非常に厳しい寸法公差を指定すると、加工工程や検査工程の負担が増える可能性があります。一方、必要な精度を確保しなければ、組立時の位置ずれや過大な負荷が発生することがあります。

そのため、重要な機能に関係する寸法と、それ以外の寸法を区別し、必要な部分へ適切な公差を設定することが重要です。

相談窓口を選ぶ際には、設計だけでなく試作、評価、製造工程まで見据えた対応ができるかを確認するとよいでしょう。設計担当と製造担当が連携できる体制であれば、試作結果を量産設計へ反映しやすくなります。

また、相談時には、改善後の性能をどのような方法で検証するかについても確認する必要があります。設計変更が完了しただけでは、耐久性が向上したと判断できません。

必要な評価項目、判定基準、試験に使用するサンプルの条件などを事前に整理し、検証結果に基づいて次の判断ができるようにすることが大切です。

設計変更の履歴を管理することも重要です。複数回の試作を実施する場合、部品形状や材料、締結条件などが変わることがあります。変更内容と試験結果が対応していなければ、過去の不具合が解消された理由を追跡しにくくなります。

製品の仕様、変更理由、評価結果を継続的に記録することで、開発担当者や製造委託先が変わった場合でも、判断の根拠を共有しやすくなります。

商品化の相談窓口は、単に設計図面を作成してもらう場所ではなく、製品の課題を整理し、必要な専門技術を組み合わせて改善を進めるための窓口として活用することが効果的です。

まとめ

商品化の相談窓口で製品の耐久性を高めるためには、材料や部品の強度だけでなく、製品全体の構造と使用環境を総合的に見直す必要があります。

まず、使用環境と製品寿命の目標を明確にすることで、必要な耐久性能を具体的に設定できます。そのうえで、応力集中を抑える構造設計、材料と表面処理の見直し、締結部と接合部の改善、防水・防塵・放熱構造の最適化、組立精度とメンテナンス性の改善を進めることが重要です。

これらの改善策は、それぞれ独立したものではありません。材料を変更すれば締結条件が変わる場合があり、密閉構造を改善すれば放熱条件に影響する場合もあります。製品全体への影響を確認しながら設計を進めることが、安定した耐久性能を実現するための基本です。

また、設計改善の効果は、試作品による試験や評価を通じて確認する必要があります。破損の有無だけでなく、変形、摩耗、劣化、組立状態の変化などを記録し、改善前後の違いを客観的に判断することが大切です。

商品化後も、実際の使用現場から得られる情報は製品改善に役立ちます。故障が発生した場所や使用状況、補修内容などを継続的に記録することで、試作段階では把握できなかった課題を発見できる可能性があります。

特に、建設現場や設備設置現場で使用する製品では、現場写真と位置情報、施工記録を関連付けて管理することが有効です。破損箇所の状態や設置環境を記録しておけば、不具合の再発傾向を把握し、次の設計改善へ反映しやすくなります。

こうした現場情報の記録と管理には、LRTK Phoneを活用できます。LRTK Phoneは、現場写真や位置情報、施工記録を管理するための製品です。製品の設置状況や現場で確認された問題を記録し、設計担当者や品質管理担当者との情報共有に活用することで、商品化後の継続的な品質改善にもつなげられます。

商品化を進める際には、設計段階の耐久性検討から試作評価、量産品質の安定化、使用現場での記録管理までを一連の活動として捉えることが重要です。商品化の相談窓口を適切に活用し、検証結果に基づく設計改善を積み重ねることで、長期間安心して使用できる製品づくりを目指せます。