1.3 幾何×材料、負荷×速度、温度×化学 が典型強相互作用
複数の因子が単に足し算で効くのではなく、互いに相手の効き方そのものを変えてしまう場合である。代表例は次の3つである。
組合せ 典型例 問題の本質
幾何 × 材料 肉厚×樹脂種 形状によって材料特性の現れ方が変わる
負荷 × 速度 面圧×摺動速度 エネルギー投入・発熱・摩耗モードが変わる
温度 × 化学 温度×濃度 反応速度・劣化速度・拡散挙動が変わる
このタイプの本質は、機能を成立させる別々の役割を分担している点にある。
たとえば摩耗であれば、
• 幾何：接触面積、面圧分布、油膜形成性を決める
• 材料：硬度、弾性率、凝着しやすさ、耐摩耗性を決める
• 負荷：接触応力、発熱量を決める
• 速度：摩擦熱、油膜状態、摩耗モードを決める
つまり、摩耗量は「材料が良ければ少ない」「速度が低ければ少ない」という単純な足し算ではない。同じ材料でも、面圧が低い条件では優秀だが、面圧が高い条件では急に摩耗することがある同じ速度でも、潤滑が成立している場合と境界潤滑に落ちている場合では意味が違う。
このように、一方の因子が他方の因子の効く土俵を変えてしまうため、強い交互作用になりやすい。
このタイプでは、水準幅を大きくしすぎるとすぐにレジームが変わる。これは、1.1節にも関係する。
幾何、材料、負荷、速度、温度、化学条件などは、それぞれ機能上の役割が違うことに中止して、因子や水準を決定する必要がある。たとえば、
• 材料は耐環境性を持たせる因子
• 幾何は荷重分布を整える因子
• 表面処理は界面状態を作る因子
• 温度は反応エネルギーを与える因子
であるにもかかわらず、全部を同列の制御因子にしてしまうと、最適条件が「特定の状況にだけ合う組合せ」になりやすい。まずこの整理と検討が重要である。
幾何（形状）と材料の場合、いずれかを固定できる場合は、もう一方を因子にして実験するのが実務的である。しかし、両方を同時に検討したい場合は、無理に一つの直交表でまとめない。ここでは代表的な3つの指針を示す。
１）分割実験
• 材料A用の最適化実験
• 材料B用の最適化実験
を分ける。このほうが実験回数は増えるが、確認実験で利得が崩れるリスクは下がる。
2）強交互作用組合せを外側条件・層別条件にする
材料差や負荷差を、制御因子ではなくノイズ条件または層別条件（標示因子）として置くこともある。たとえば、材料種を外側に置き、その変動に対して安定な制御条件（例えば形状）を探す。
3） 水準ずらしが有効な場合
負荷×速度、温度×化学のような量的因子では、水準を単純な等差で置くよりも、スケール感で置いたほうがよい場合が多い。
たとえば速度なら、
• 10, 20, 30 mm/s よりも、
• 標準の0.5倍、標準、標準の2倍
のほうが、機能上の意味が分かりやすい場合がある。
負荷も同様で、
• 許容面圧の30%、50%、70%
のように、設計限界に対する比率で置くほうがよい
以上は説明のための例であり、どのような水準やずらし方を取ればよいのかは、個々の固有技術に関わることはいうまでもない。
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