微細加工部品のコストと、検査がその半分を占める理由
微細加工が初めての発注者は、重さが数分の1グラムの部品の価格に驚くことがよくあります。その驚きは、たいてい材料を見ることから来ています。微細部品では、材料はほとんど関係ありません。コストは、段取り、機械時間、工具、そして部品が正しいと証明するための作業、つまり検査、バリ取り、洗浄、書類作成にあります。このガイドでは、典型的な微細加工の見積を分解し、どの図面とRFQの選択が見積を変えるのかを示します。検査は答えの大きな部分を占めるため、微細部品はどう測るかのガイドの続きとして読めます。
微細部品でお金がかかる場所
表は、公差の厳しい微細部品について、試作数量と量産数量での典型的な内訳を示しています。数値は例示的な割合であり、価格表ではありません。
| コスト要素 | 試作、20個 | 量産、5,000個 |
|---|---|---|
| 材料(棒材の残材を含む) | 2〜5 % | 5〜10 % |
| プログラミングと段取り | 35〜50 % | 2〜5 % |
| 機械時間 | 15〜25 % | 40〜55 % |
| 工具と折損 | 5〜10 % | 8〜15 % |
| 検査と報告書 | 15〜25 % | 10〜20 % |
| バリ取り、洗浄、梱包 | 5〜10 % | 8〜15 % |
±0.005 mmの形状が複数ある部品の例示的な範囲です。実際の割合は、メーカー、加工方法、形状によって異なります。
目立つ点が2つあります。試作数量では、仕事の大半が段取りと検査です。量産数量では機械時間が主役になりますが、検査と取り扱いは、部品の数に比例して増えるため、重要なままです。
段取りとプログラミング
微細部品は、最初の切りくずが出る前に、本格的な技術作業が必要です。スイス型旋盤では、15〜20本の工具の取り付けと調整、重なり合う加工のプログラミング、最初の部品の測定と補正が必要になることがあります。5軸の微細ミーリング機には、5 mmの部品を歪ませずに保持する治具、工具長と振れの確認、暖機の手順が必要です。
段取りに数時間から丸1日かかるのが普通です。20個の試作では、そのコストをごく少数の部品で分けることになります。同じ部品が、20個では高い単価、5,000個ではその何分の1かの単価で見積られる理由です。2〜3通りの数量で見積を依頼し、年間の見込み数量を伝えれば、メーカーは適切な加工方法を選べます。
機械時間と工具摩耗
微細工具は、1刃あたり数ミクロンの切り込みで切削します。40,000 rpm以上でも、材料の除去は遅くなります。チタンや316Lのような硬い、または粘りのある材料は、微細加工の材料のガイドで説明したように、低速での切削とより頻繁な工具交換を強いられます。
工具の折損は、見えにくいコストです。部品の内部で0.2 mmのドリルが折れると、通常は部品が廃棄になり、機械が止まります。メーカーはこのリスクを価格に含めます。とくに、深く小さな穴や鋭い形状では顕著です。最もリスクの高い形状を避ける図面は、廃棄率の面で元が取れます。
検査がコストの半分を占める理由
大きな部品では、標準的なゲージによる数回の確認で、ほとんどの公差をカバーできます。公差の厳しい微細部品では、重要な形状ごとに約1ミクロンを分解できる方法、つまり管理された室内での三次元測定機、画像測定機、専用ゲージが必要です。
| 検査要件 | 部品またはロットあたりの一般的な時間 | 価格への影響 |
|---|---|---|
| 目視と合否のゲージ検査、抜き取り | 1個あたり数秒 | 低い |
| 三次元測定機での重要形状、ロットごとの抜き取り | ロットあたり10〜30分 | 中程度 |
| 初品検査報告書、30〜50寸法 | 1回あたり2〜6時間 | 試作では高い |
| 複数の形状を三次元測定機で全数検査 | 1個あたり数分 | 数量が多いと非常に高い |
| 材料証明書、適合証明書 | ロットごとの事務作業時間 | 低い〜中程度 |
目安となる一般的な値で、見積ではありません。
完全な初品検査報告書と複数の±0.005 mmの形状を含む小規模な試作では、三次元測定機の時間が加工時間と同じか、それを上回ることがあります。このガイドのタイトルの由来です。これは間接費ではありません。±0.005 mmという公差を現実のものにするための作業です。
バリ取り、洗浄、梱包
微細部品のバリは、やすりでは取れません。メーカーは、顕微鏡下の手作業によるバリ取り、細かい研磨材を使う砥粒式や振動式の方法、電解バリ取り、熱バリ取りを使います。どれも時間か外注の工程が加わります。その後、部品は超音波洗浄と慎重な乾燥が必要で、多くは絡まったり、曲がったり、紛失したりしないよう、トレイやチューブに1個ずつ梱包されます。
図面にエッジの状態が書かれていないと、メーカーは安全のために最も慎重な方法で見積るか、最も安い方法で見積って不合格のリスクを負うことになります。どちらも、見積を比較する助けにはなりません。
数量が単価を変える仕組み
コスト曲線の形は、加工方法によって異なります。
| 数量 | 一般的に最適な加工方法 | 単価の傾向 |
|---|---|---|
| 1〜10個 | 微細ミーリング機またはCNC旋盤 | 最も高い、段取りが支配的 |
| 10〜500個 | 微細ミーリング機またはスイス型 | 急速に下がる |
| 500〜5,000個 | スイス型または専用のミーリング段取り | 低い、サイクルタイムが支配的 |
| 5,000個以上 | スイス型、複数個取り治具 | 最も低い、工具と取り扱いが重要 |
一般的なパターンで、ルールではありません。
仮の例を挙げます。内ねじと±0.005 mmの直径が2つある、⌀3 x 7 mmのチタン製歯科部品です。10個では、メーカーは主に段取りと初品検査報告書を見積ります。1,000個では、同じ段取りと報告書が100倍の部品数で分けられるため、単価は試作価格の何分の1かになることがあります。発注者が10個しか依頼しなかったなら、量産価格は見えないままだったでしょう。
見積を下げる図面の変更
節約の大半は、交渉ではなく図面から生まれます。
- 機能に関係しない公差を緩める。 ±0.005 mmははめあいと基準だけに適用し、それ以外にはISO 2768か普通公差のブロックを使います。
- 内側コーナーに半径を付ける。 鋭い内側コーナーは、より小さな工具か放電加工を必要とします。
- 小さな形状の深さを制限する。 ポケットは工具径の約3倍まで、穴はドリル径の約10倍までに収めます。
- 許される場合は快削グレードを選ぶ。 機能が許すなら、316Lの代わりに303、銅の代わりにC36000を選びます。
- エッジの状態と検査方法を定義する。 たとえば「10倍で目に見えるバリなし」です。
- 書類をリスクに合わせる。 重要でない試作品で、改訂のたびに完全な初品検査報告書を求めるのは高くつきます。
微細ミーリングと旋削における形状サイズと公差のガイドには、設計ルールがさらに詳しく載っています。
発注者が見落としがちなコスト
見積に1行として現れなくても、部品の総コストに含まれてしまうコストがあります。価格を比較する前に確認する価値があります。
- 設計変更。 段取り後の改訂は、再プログラミング、新しい工具、多くの場合は新しい初品検査報告書を意味します。微細部品では、わずかな図面変更が、最初の段取りと同じ費用になることもあります。
- 2次加工。 不動態化、陽極酸化、電解研磨、熱処理、コーティングは、外注されることが多くあります。それぞれが、リードタイム、輸送、非常に小さな部品の取り扱いリスクを増やします。
- 特殊梱包。 個別のトレイ、クリーンルーム用の袋、ピン用のチューブには、費用と場所がかかります。バルク梱包は安いものの、部品を傷める可能性があります。
- 運賃と関税。 微細部品は軽いため、航空便も手頃ですが、出荷のたびに関税と通関手数料がかかります。納入をまとめるほうが、単価を下げるよりも多く節約できることがよくあります。
- お客様の拠点での受入検査。 サプライヤの報告書が信用できないために毎ロットを再測定しなければならないなら、そのコストはサプライヤ選定に帰属します。
- 廃棄と再認定。 ロットで失敗する安いメーカーは、時間、新たな試作発注、ときには製品発売の遅れという代償をもたらします。
| 隠れたコスト | 一般的な引き金 | 抑える方法 |
|---|---|---|
| 再段取りと新たな初品検査報告書 | 発注後の図面改訂 | 数量を発注する前に重要な形状を確定する |
| 外注仕上げの遅れ | メーカー外でのコーティングや不動態化 | 誰が行うかを尋ね、リードタイムに加える |
| 受入検査 | サプライヤの報告書が不十分または欠如 | 方法と報告書の形式を事前に合意する |
| 再認定 | 問題発生後のサプライヤ変更 | 数量を確約する前に試作発注を行う |
目安となる一般的なパターンで、すべてを網羅したものではありません。
2つの見積が異なる場合は、これらの項目が含まれているか、除外されているか、単に言及されていないだけかを確認してください。最も低い単価が、納入された良品1個あたりの最も低いコストとは限りません。
見積を比較しやすくするRFQの記載事項
同じ部品の見積が3倍も違う場合、たいていはメーカーが異なる前提を置いたためです。RFQに次の内容を記載してください。
- STEPモデルとPDF図面。
- 材質のグレードと規格。
- 2〜3段階の数量と年間数量。
- 最も厳しい公差と、想定する検査方法。
- 必要な書類:初品検査報告書、適合証明書、材料証明書。
- エッジの状態、表面仕上げ、コーティングの有無。
- 納入条件。メーカー渡し(EXW)か、関税込み持込渡し(DDP)かなど。
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よくあるご質問
材料がほとんど要らない小さな部品が、なぜこれほど高いのですか。
価格を決めるのは、機械時間、段取り、摩耗したり折れたりする小さな工具、そして、ほとんど見えない部品を測定し、バリを取り、洗浄し、梱包する時間だからです。材料費は通常、全体のごく一部です。
微細部品のコストのうち、検査はどのくらいを占めますか。
公差と書類によって異なります。±0.005 mmの形状が複数あり、完全な初品検査報告書が必要な部品では、最初のロットで検査時間が加工時間と同じになることがあります。公差の緩い部品では、ごく小さな割合です。
微細加工の見積を下げる最も早い方法は何ですか。
本当に重要な公差を見直すことです。機能に関係しない形状を±0.02 mmや普通公差等級に緩め、内側コーナーに半径を付け、現実的な数量を示すことで、通常はサプライヤを変えるよりも多くの削減につながります。
同じ微細部品でも、見積が大きく異なるのはなぜですか。
メーカーごとに選ぶ加工方法(スイス型、CNC旋盤、微細ミーリング機)、想定する検査の手間、RFQが不完全なときのリスクの見込み方が異なるためです。完全なRFQなら、ばらつきは小さくなります。
参照した規格・資料
- ISO 2768-1:1989, General tolerances for linear and angular dimensions
- ISO 286-1:2010, ISO code system for tolerances on linear sizes
- Wikipedia: Engineering tolerance
このガイドの数値は、目安となる一般的な値です。実際の値は、図面、材料証明書、マッチングしたメーカーによって決まります。