ニンテンドースイッチが曲がる問題は「残留応力」による一考察 (冷やしてもムダだよ!)

こんにちわ。
元任天堂社員だった人こと管理人のはちく(@hachiku_89)です。

夏休みのさなか、とあるゲームまとめブログを見ていて、とても悲しい気持ちになったので、この投稿をしたいと思います。

▼オレ的ゲーム速報
【悲報】ニンテンドースイッチ、ねじれ曲がる

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話を始める前に、このブログを初めて訪れた人たちへ簡単に自己紹介。
(事の詳細を書いた投稿は、非公開にしてしまいましたので・・・・)

任天堂にて
ゲーム機の設計評価、生産技術、品質管理に約10年携わる
・ゲームソフトのユーザー目線評価業務からソフトの品質向上を行う

といった技術系社員としての経歴を持つ筆者です。

こういうことを踏まえて読んでいただけたら、うれしいです。

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スイッチが内部の熱によって変形する?

問題が起きた多くの方が、スイッチの変形を嘆き、悲しみ、これ以上の症状の進行を止めるため

「スイッチを冷やして」

いらっしゃいました。

技術者としては、健気かつ無意味としか言いようがありません。

皆さん、ゲーム機の素材を

「チーズ」や「チョコレート」

のように思っているのでしょうか。

ゲーム機のケース・筐体(=任天堂では「ハウジング」と呼びます)は、通常ABSという素材を使っています。
スイッチのハウジングも、恐らくABSでしょう。

素材としてABSの融点は100度程度。
(難燃化してると思うので、もう少し融点が上がる)
スイッチ内部に100度以上の熱源が有れば、ハウジングは溶け始めるでしょうが・・・

そんな爆熱なゲーム機販売できるわけないーー!!
やけど被害者多数で、集団訴訟もんです。

スイッチをサーモグラフィーで測定した写真が有りましたが、表面は40度未満。
スイッチ内部はもう少し熱いかも。。。

この温度では、ハウジングの融解温度には遠く及びません。

任天堂の「ものづくり」において、「真夏の車内温度」を想定してゲーム機に熱を加える環境試験を行っています。

この高温環境試験をパスした物が商品化されているのですから、通常利用における発熱で「ハウジングが変形(曲がる)問題は起きない」というのが、私の考えです

反りの原因は「残留応力」

ここからが本題です。
話が回り道になりますが、ゲーム機のハウジングの作り方を説明します。

ペレットと呼ぶ粒状のプラスチック素材を加熱しドロドロにとかして、ハウジングの金型に高温高圧射出して成形します。
(詳しくは、「プラスチック成形」でググってください)

判らない方は、たい焼きの型に液体のタネを流し込むというイメージでOK

たい焼きは、加熱するとタネが固まります。
プラスチック成形では、高温の液体が冷えてくると固まってきます。 

金型から取りだした、プラスチックは徐々に冷えてきて硬化していくのですが、その際にプラスチック内部に「残留応力」というのが発生します。

「残留応力」とは、プラスチックの内側と外側で冷える速度に違いが有るため、収縮しようとする力がひずみ、内部に残ってしまうことです。
(専門家からすると雑な解説なのですが、便宜上このような理解で良いです。)

原因についてはこれだけでは無く諸説あり、興味がある方は専門ページを見てくださいね。

 プラスチック射出成形品は、溶融樹脂を高圧で金型内に充填し、冷却固化させて成形品を取り出しますが、これらの一連のプロセスによって成形品には残留応力が発生します。  通常の射出成形では溶けた樹脂を金型のキャビティ内へ充填させる際には20~50...


ガチガチに固まったプラスチックが、「縮む」って何言ってるの??

とお思いでしょうが、内部の分子レベルではそんな力学が発生してます。

例として、刀鍛冶が熱い刀を水に入れて急激に冷やして硬度を上げる「焼き入れ」「焼きなまし」という技術。
鉄という固体を加熱冷却して収縮させるということでは同じ事です。

残留応力が残ったハウジングはどうなるか?

時間が経つにつれて、内部に残った応力(ひずみ)によって、「ゆがみ」「曲がり」「反り」「ひび(クラック)」が起こります。

ポイントなのは

「時間が経つにつれて」

です。

つまり、金型から取りだしてスイッチの部品として組み上げて、海を渡ってお客さんの手元に届くぐらいの経過時間では、症状は発生しないのです。

ハウジング部品としての検査
完成品としての検査
設計通りの寸法公差を出し、各工程の検査をクリア。

任天堂が定める厳しい品質基準を合格したものを出荷しているのです。

となると、任天堂が不良品を売ってるとは言えないでしょう。 

管理人はちく(@hachiku_89)のまとめ

最後に元技術者として、この問題を社内ではどう考えるかを予想します。

・ゲームをプレイする上で「性能上」「機能上」「安全上」の問題が発生する訳では無い
・となると、外観品位(品質)の経時変化であり、ユーザーの感じ方の問題 

結構キツイ物言いですが、ジャッジとしてはこうなります。

反りによってドックに入らない機構的問題もちらほらあるそうですが、「発生率」を加味して「修理対応」で吸収、トータルとして解決する考え方もあるので、やっぱり緊急度は低いんじゃないかなぁ。

もちろん、市場で起きている問題には変わりないので、対策はするでしょう。
(成形時の射出条件を振ってみたり、流体シミュレーションをしたり、アニール処理を入れたりなど)

しかし、上記の判断から優先順位が低く、効果がすぐに見えてこない問題だと考えます。

この手のトラブルって、潮が引くように収束していくというのを実体験として持っています。
液晶のドット欠けや尿液晶、どちらも官能的な問題でしたよね。

もちろん舞台裏で関係各社それぞれ努力し、沈静化させたわけですけども。

さて、残留応力の問題は「プラスチック成形技術ではよく知られた不具合」です。
今回の問題も、各社の努力で収まってくれると信じてます。 

ということで、私の一考察が皆さんの参考になれば幸いです。

ちなみに、私スイッチまだ買えてません・・・(T-T)

(お願い)
本投稿の引用については、リンクと必要最低限の分量に留め、ご引用ください。
以前、全文を引用掲載してるサイトがありましたので、ご理解お願いします。

コメント

  1. アインシュタイン より:

    つまりこの記事は実際に筐体が曲がっている問題があるにも関わらず、「残留応力」によってプラスチックが変形するのは仕方がないことで任天堂に非はないって言いたいのですか?

    少なくともその「残留応力」とやらで筐体が変形するゲーム機というのは初めて聞きましたが、他のゲーム機はどうなんでしょう?そういう問題起きていませんよね。それってつまりはSwitchの製造過程に問題があるってことなのでは?

    • 管理人 より:

      「非が無い」とまでは言いません。
      今回の投稿は、現象のいち考察と対応の判断プロセスを書いたまでです。

      「製造過程に問題がある」のは確かですが、正しい設計や製造をしても「問題は起きる」のです。
      そのため、試作品を作りながら設計通りの物ができるよう経験を積み修正を繰り返していくものです。
      なので、この問題も修正されると思います。

  2.   より:

    ツッコミどころがいくつもあり、退職して二年以上経っても任天堂的思考は抜けないんだなと思わざるをえません。
    32000円という決して安くは無いゲーム機が、たった二、三ヶ月でドックにも入らないほど曲がった購入者に胸を張って「問題ない!ほっときゃすぐ忘れるよ!」とか言えるんですか?

    • 管理人 より:

      そこまでの問題があれば、TVで遊べないのですから修理に出してください。

  3. サガラ より:

    冷静な分析をどうも
    原因が熱ではなかったというのは意外でした。これ、スマホやタブレットでも同様の問題が発生したりしてるんでしょうかね?金属ボディを使うこと多いのもそのせいかな
    というか、筆者は一時期アンチ任天堂派に神輿のように担がれてたと思いましたが、今回は手の平返しのコメント付いてて笑えますな。期待した内容では無かったということなんでしょうが、物事は相対的に判断すべきですよねぇ

    • 管理人 より:

      スマホやタブレットにおける金属ボディの採用は、電磁波対策や剛性、高級感的なメリットがあるので使ってるようですね。

      私のスタンスは今回の対応も含めて、「是々非々」で考えてます。
      読者様には製造上の限界があることを伝えたいし、その対応については「頑張れー」と思います。
      ご理解のあるコメントありがとうございました。

  4. 青龍 より:

    任天堂で起きてたら、他のメーカーの製品も曲がってるはずだって発想ですか?うちはSONYから東芝・パナソニック・DELL等々国内外のメーカーの製品を使用してますが、据え置き・携帯問わずどのゲームハードも家電も曲がるとかなったことないですよ。
    任天堂擁護の方々にいつも言ってるのですが、ホントに任天堂が好きなら嘘で持ち上げるのではなく、間違ってたら指摘するのがホントのファンじゃないですか?自分は悪くないって態度だからサードにも見捨てられるし、まともな企業は相手にしなくなるんですよ。

  5. 名無しのいくじったー より:

    結局問題をわかってても何も対策してないで
    筺体開発して売ったってことで
    GOサイン出した時点でメーカーの責任でしょう
    まともなもの作れなかったんだよね

  6. ちんちくりん より:

    面白い考察ですね
    任天堂の技術力のなさというか、こういう間抜けを雇っていたことに驚愕です
    あなたの言うことが正しいなら世の中のガンプラは曲がりまくってるでしょうし
    何十年といろいろなゲームハードが発売されていて、話題にならないはずですよ
    なぜ今スイッチだけなんでしょうね
    この回答はバカでも分かると思いますが、分からないかなあw

    • へなちょこ より:

      ガンプラはABS樹脂製じゃないですよ(W

  7. 名無しパン より:

    空気清浄機のプラスチック製の台座部分が曲がってたのは経験有るなぁ。サポートに問い合わせたら3点で支えるものなので、2点が接地していて安定していたら触ってグラついても品質基準は満たしているので問題ない(メーカー側として)と言われた。

    ただ、触ってぐらつくのはアレなのでダンボール片噛ませて安定させました。世界最王手の日本の大手空調メーカーです。

    某大手メーカーの電子レンジでも台座の部分が変形してるって価格コムとかで一時期騒がれてましたっけか。

    両方共中国製。中国の協力工場とかが勝手に材質変えてリコールに繋がったって例も有りましたが、今回の件はどうなんでしょうかね。

    不具合をゼロには出来ないですし、交換で対応するのが一番かなとは思うのですが。この件について詳しくないので交換に応じてるのかどうか。

    私の場合は空気清浄機の台座の変形は社内品質基準内ということで交換はされませんでした。

  8. ASK より:

    金型から取りだしてスイッチの部品として組み上げて、海を渡ってお客さんの手元に届くぐらいの経過時間では、症状は発生しないのです。とありますが、お客さんの手元に届くまでが不良品かどうかの基準としたらひどい話です。

  9. あああああ より:

    本当にドックに入らないレベルの奴は流石に修理対応するだろ・・・

    • 管理人 より:

      機構的に問題が起きているのですから、修理対応するでしょうね。
      それを「問題無い」って言うのかなぁ…。

  10. ASK より:

    金属も硬度が高いとすぐに折れてしまうのと同じで、硬すぎるとプラスチックも当然割れてしまうので、わざと残留応力を持たせているのでしょうか?ドッグの片方をラバー材質等にすればよかったですね。

    • 管理人 より:

      「残留応力」は望んで作るモノでは無くて、意図せず起こってしまう現象です。
      全体が均一に冷えていけば、収縮差が起こらないと思いますが、厚みや射出孔からの距離等の問題もあり、どうしても起こりうる不具合にはなりますね。

      とりあえず、ラバー素材の採用は発想に無かったですね。

      • ASK より:

        ご回答ありがとうございます!学生の頃、射出成型金型を制作したことがあるので懐かしくなりついコメントしてしまいました。

  11. 名無しさん より:

    ブログ主は専門分野のようなので十二分に理解してると思いますが、個人的に不足してるなぁと思った内容を少しだけコメントさせていただきます。
    プラスチックの場合、アニーリング(ブログ内ではアニール処理と書いてありますね)という焼きなましとほぼ同じ手法により残留応力を除去することができますが、製造コストが結構上がります。また、一般的なプラスチック製品の場合はこの処理を行うことは珍しいです。
    ではアニーリング以外でどうやって内部応力による変形を防ぐのかというと、角の部分にR(アール、丸み)をつける、リブと呼ばれる柱のようなものを付けることによる物理的な強化法があります。コントローラや他のゲーム機などが歪み難いのはここにあります。分解したことがある方ならすぐにピンと来ることかと思いますが、基盤がギッチリ入ってるわけではなく、強度確保・冷却用の空間確保の為に割りと大きめに作られているのです。
    ではなぜスイッチが歪んだのかというと、「スイッチ本体の薄さ」が原因かと思われます。
    液晶などの基盤やバッテリーを備えた上での携帯のしやすさのために薄く軽くしたことにより、上記のリブやRが小さくなり、結果的に残留応力に耐えられなくなって変形したのではないかと思います。
    コメントやブログ内に書いてあるとおり、ドックに入らなくなるほど変形した場合は製品として問題しかありませんので、修理・交換対応はするでしょう。ある意味では初期不良ですね。費用を要求してきた場合は文句を言っていいかと。
    残留応力は時折予期しない変形を起こしますし、数ヶ月から年単位かけて変形することもあるので予測が難しく、対策をとるといっても結構難しいものです。が、任天堂の開発陣がもう少し形状について考察することができたのなら防げた範囲のものではないかとも思いますね。
    ・・・技術大国ニッポン信仰が行き過ぎて、何か不具合があるとすぐに技術不足って言う方も身の回り含めて結構多くて非常に残念です。製造コストと開発期限に挟まれた現場を是非とも経験してもらいたい。そして、もっと製造技術や物体の構造について皆さんに学んでもらいたい。この手の専門分野・技術をあまり知らない方にはこの苦労、中々理解して貰えないものです・・・技術面などを書いただけでもすぐ擁護扱いされますからね・・・

    • 管理人 より:

      コメントありがとうございます!
      対策の検討や選択法にも踏み込まれ、私が言いたかったことが120%書かれてあり、大変胸がすく思いです。

      >製造コストと開発期限に挟まれた現場を是非とも経験してもらいたい。
      おっしゃるとおりです。
      「他の製品では起こってないのに、スイッチでは起こった。」
      → 任天堂は不良品を作っている
      という、短絡的なコメントが多かったのは唖然としました。

  12. 物理大好きさん より:

    中の人の分かりやすい分析ありがとうございます。
    私も破竹さんに賛成派閥です。

    外力を除去した後でも物体内に存在する応力がかかっていますよね。
    フックの法則により残留応力に対応するひずみを、残留ひずみがあり、残留応力の分布は様々ですが、物体の平衡状態を満足するため、物体全体では正負の残留応力が釣り合っていることによることが根本原因と考えます。
    いかがでしょうか?

    残留応力の発生は望ましいときと望ましくないときがありますよね。
    一般的に、圧縮の残留応力は強度を向上させ、引張の残留応力は強度を低下させます。
    例えば、レーザーピーニングはタービンエンジンファンブレードのような金属部品に有益な圧縮の残留応力を与えます。また、スマートフォンのディスプレイに使用されている強化ガラスにも応用され、大きくて薄く、かつ、き裂・擦り傷に抵抗のあるものを実現しています。しかし、意図しない残留応力の発生は構造物の早期破壊を引き起こす場合もあることは、皆さんもご経験ではないでしょうか。

    残留応力は様々なメカニズムで発生します。
    例えば、塑性変形や温度勾配、物質の相転移などがある。溶接時に発生する熱は局所的な材料の膨張を発生させます。
    溶接中は、溶接されている部品が移動したり、溶融金属が膨張を吸収するが、溶接完了時には、ある部分は他の場所以上に早く冷却され、残留応力が残る結果となることは、少し学問をかじられたら分かります。

    今回の議論は任天堂の中の破竹さんではなくとも、物理好きには理解できる文章で解説されていることが秀逸でした。

  13. 任天堂信者 より:

    私はswitchを今までに4台購入したのですがそのうち2台は最初から両端が液晶側に向けて曲がっていました。
    もう1台は裏も表も中心が膨らんでおり、残りの1台はまっすぐでした。
    まっすぐな奴をしばらく使っていて気づいたのですが、ドックに入れてしばらくプレイした後に観察するとプレイ前より曲がっているのです。
    曲がる向きは最初から曲がっていた2台と同じ様にです。
    そしてしばらくして本体の熱が取れたころに再度観察するとまたまっすぐに戻っています。

    私はプラスチック成型について全く詳しくはないので自信は無いのですが、この症状を見るとはちくさんのおっしゃる様な残留応力によってプラスチックが固まるにつれて曲がっていくという見解は間違っているのではないかと思います。

  14. だいぶ経過したので、、、 より:

    もう議論やめにしませんか、、、

  15. 茶虎 より:

    現場の苦労を知って欲しいという割に、お客さんの気持ちを知ろうとしてないですよね。お客さんの気持ちを知って汲み取った上で言うセリフです
    原因がなんなのか、素材がなんなのか、そんな事はお客さんには関係ありません。
    重要なのは買って短期間で変形してしまった、この一点につきます。短期間で変形してしまった方に、高い品質基準でーとか言ったら怒られますよ。どこがやねん!って言われて返す言葉がありません
    お客さんは素材がなんなのかなんて知った事じゃありませんから、プラスチックはプラスチックでしょ他のは曲がらないじゃないってそりゃ言いますよ、お客さんは。
    それを短絡的だーとか言ってるようじゃ客商売なんて出来ません。仮にもプロがそんな事口走るようじゃそっちのが短絡的だと言えますし唖然としますね。
    どうぞ一度カスタマーセンターで電話を取ってみてくださいよと言いたくなります。お客さんの相手をする現場の苦労を知ってますか?
    三万円も出して買った製品が変形したらお客さんは不安になりますよ。
    技術的には問題ありません、それ以上曲がりませんよと言い切れるかと言われたらそれも言い切れない。じゃあ問題無い内に交換してくれと言われても仕方ないですよね
    そのまま放っておいて保障切れだから無償対応しませんとか、いつ曲がったか分からないから対応出来ませんとか言われちゃたまったもんではないでしょう。そこを情緒的な問題とか言っちゃうと余計こじれます

  16. まだこの正論に対しての反論をいうバカども、、、 より:

    もう議論やめにしませんか、、、
    破竹さんのいうことの方が正しいですよ。
    私はここで離脱させていただきます。

    否定的な意見をいうバカども、おさらば。自演乙。