マイクロ・メド・マシニング：スイス型旋盤の枠を超えた精密加工

1987年、ジムとジョーのデイビス兄弟がジョブショップを立ち上げたとき、医療業界で大きな成功を収められると確信していました。彼らはすでに半分はそこに到達していました。ゼロから始める代わりに、二人とも勤めていた医療機器会社が縮小する際、その精密スイス型旋盤部門を買い取ったのです。こうしてMicro Med Machining, Inc.（フロリダ州マイアミレイクス）が誕生しました。

若き二人には多くの強みがありました。父親の機械工場で育ち、二人とも製造工学の学位を持ち、前職の製造管理インターンプログラムを修了していました。金属加工プロセス全般、特に医療業界向けスイス型旋盤加工に精通し、業界の品質要求と規制環境をよく理解していました。さらに、業界標準を一貫して満たせる加工部品サプライヤーを見つけるのがいかに難しいか、自らの経験から知っていました。きっと埋めるべきニッチがあるはずです。

最初の5ヶ月間、Micro Medの仕事は前のオーナーのカテーテルと埋め込み型ペースメーカーの部品製造のみでした。しかしその後、ショップの展望は大きく開けました。従業員19名でスタートし、現在は100名を超え、売上高はそれ以上の割合で成長しています。

その成長は、医療業界が信頼できるサプライヤーを必要としているという彼らの予測が正しかったことに加え、テクノロジーの適用方法が大きく寄与しています。当初は主に自動スイス型旋盤とハーディンカッカー、二次加工設備を揃えていました。現在では、ショップの非常に複雑な部品の大半をマルチ軸CNC旋削フライス複合機で加工しています。同ショップには様々な構成のこうした高度なマシンが30台あります。

テクノロジーは旧来の自動機より高価ですが、ショップの非常に複雑な部品の大半をワンチャッキングで完全加工できる能力をもたらします。本質的には、より高性能な設備で複数セットアップのコストを置き換えており、トータルコストは低減し、顧客が求める品質レベルをロットごとに提供できます。しかし、Micro Medの技術的方程式は、優れたマシンを工場に置くだけでは成立しません。これらのマシンに関する膨大なプロセスノウハウこそが、このショップを平凡な競合から際立たせています。

ショップの最重要プロセスノウハウはここでは開示できませんが、この卓越したショップを動かしているものの一端をご紹介します。Micro Medでの取り組みをご覧ください。

部品とマシン

プロセスへの要求を理解するには、まず部品を見るのが早道です。複雑で精密、そして小さい。Micro Medのサンプル部品展示は、機械工場というより宝石店のようです。典型的な製品には、ボーンスクリュー、微細チューブ、継手、バルブ、微小手術器具部品、デンタルポストなどがあります。精密ネジは長さ1mm、直径1mm、1mm粗ねじまで対応します。外観が極めて重要で、ほぼすべての部品が20倍顕微鏡で仕上げ検査されます。いかなるバリも許容されません。

これらの小さな部品を難しくしているのは、難削材であることです。約65%がチタン、30%が最も硬いステンレス鋼、残りが金やプラチナなどの貴金属です。60%以上の部品に何らかのフライスや穴あけが必要です。クロス穴は一般的で、中には直径0.005インチ（より小さい穴は放電加工）もあります。これらの小さな穴の多くは高精度かつ深穴である必要があります。例えば、あるチューブ部品はチタン製で、直径0.04インチのセンター穴を壁厚わずか0.007インチの状態で1.5インチの深さまで加工する必要があります。部品は丸物だけではありません。かなりの数の本質的にプリズマティックな部品が、フライス機能とバー材から加工するワークホールディングの利点により、CNCスイス型マシンで製造されています。

すべてのマルチ軸マシンはシチズン製（丸紅シチズン・シンコム、ニュージャージー州アレンデール）です。比較的シンプルな3軸設計のマシンもあれば、特徴的なスイス型スライディングヘッドストックとガイドブッシュ（Z）、単軸工具タレット（X）、メインスピンドルの回転位置決め（C）を備えています。タレットには固定工具と回転工具の両方を搭載し、旋削やオンセンターの穴あけ・フライスが可能です。

Micro Medの他のマシンはかなり複雑です。Eシリーズは6軸設計で、第2の2軸タレットとバックワーク用サブスピンドルを追加しています。ツインタレットによりピンチ旋削（2つの工具で同時旋削）が可能で、効率的であると同時に、薄肉ワークが単一工具でたわむ傾向を打ち消します。また、第2タレットにより、主軸または副主軸に保持されたワークでより幅広い加工が可能になります。さらに、両スピンドルで同時に旋削やフライス加工を実行できます。

ショップの8軸M-20モデルはさらに進んでいます。第2タレットの代わりに8ステーションのガングプレートを備え、最大5つの固定工具と3つの回転工具を保持できます。ガング工具はタレットの工具切り替え時間を排除するため、旋削作業で極めて効率的です。これらのマシンにはガングプレート工具用のY軸機能もあり、動力ステーションでオフセンターのフライス・穴あけが可能です。第8の旋回軸は、工程内ワーク/工具測定やロボットによるワーク操作に対応します。

これらすべてのマシンの目的は、非常に複雑な部品であってもワンチャッキングで加工できることです。この能力のメリットは多数あり。最も明確なのは、ジョブを単機能マシンの系列にルーティングする時間、労力、仕掛品コストを削減できることです。また、ジョブを1台のマシンだけで完結できるため、ますます厳しくなる顧客の納期要求に対してはるかに迅速に対応できます。ラッシュオーダーを処理するのは、3〜4台のマシンを経由させるよりも、1台だけならはるかに簡単です。

同様に重要なのは定性的なメリットです。ワークがワークホルダから離れ、再びチャッキングされるたびに、プロセスに新たな寸法変動要素が加わります。Micro Medの仕事では0.001インチ公差が典型的ですが、しばしば「テン」（0.0001インチ）を一貫して保持する必要があります。これらの小さな部品を二次加工用に治具する難しさを考えると、ワークホールディング公差の積み上げがそれほど高くなくても、総加工プロセスを許容範囲外に追い込んでしまいます。プロセス全体でワークを1回の把持で保持し、この問題を根本から排除する方がはるかに優れています。

ワークの物理的制御を常に維持することは、プロセス管理能力に科学的な信頼性をもたらします。これはMicro Medの品質重視の顧客にとって中心的な関心事です。ジョー・デイビス氏は言います。「今の顧客はあなたのCpk値を見ています。プロセスが管理下にあることを知りたいのです。」最も高度な顧客には、統計的に信頼性の高い製造実現可能性スタディを提供できます。これが新規ビジネス獲得に大きく貢献しています。

それでも競争においてコストは主要な考慮事項です。ショップが目指す品質レベルを考えると、セットアップ排除のコストメリットは絶大です。好例は、別のサプライヤーが6セットアップで単機能チャッカーとフライス盤の系列で生産していた医療用コネクタです。月産4,500個で、顧客は1個8ドル支払っていました。Micro Medは部品を分析、加工性向上のための簡単な変更を提案し、6軸マシンで加工しました。「コストを4ドル強まで下げられました」とデイビス氏。元のサプライヤーが法外な料金を請求していたのか？「そうではありません。おそらく彼のコストに見合った妥当な価格だったでしょう。ただ、その仕事をこなす最良のプロセスを持っていなかっただけです。」

より良いプロセス

誰でも設備を購入できますが、それを最大限に活用するのは別問題であり、Micro Medが卓越しているのはここです。プロセスの創造性は効率と品質の両面で極めて重要で、それはマシンを熟知した人材からしか生まれません。標準工具で何ができて何ができないかを知り、工具をどう改造・特注するかを知ることも重要です。この専門知識により、マシン開発者さえ驚くような加工が可能になります。「これらのマシンを最大限に活用しないのは、レーシングカーを時速50マイルで走らせるようなものです」とデイビス氏。Micro Medでは全開で走ります。

ただしこれは比喩で、高速切削がこのショップの目的ではありません。医療業界にとって重要なのは、部品の仕上げ、つまりバリなしで外観上完璧であることですが、その最終工程の効率と品質は、最初の切削で金属をどう除去したかに大きく依存します。仕上げは手作業であり、どんな精密加工ショップでも最小限に抑えたい工程です。「喜んでマシン加工時間を仕上げ時間とトレードします」とデイビス氏。しかし、そのトレードオフの恩恵を受けられるのは、加工ルーチンを慎重に構築した場合のみです。

バリはおそらく最大の懸念事項です。バリ対策のベストは発生させないこと、避けられない場合は、合理的な効率で二次工程で除去できるようプロセスを管理することです。つまり、バリの方向、大きさ、除去に要することを考慮しなければなりません。これらはサイクルタイムに大きく影響します。しかしこの場合、スピードよりもマシンから出てくる部品の状態が重要です。

部品たわみの管理も、加工サイクルに顕著な時間を追加する要因であり、おそらくこのショップの最高の企業秘密の領域です。Micro Medは、極めてタフな材料で作られた非常に細長い部品に対して精密な寸法精度を維持し、しばしばワーク以上にたわみやすい繊細な工具で加工しています。これらの条件に適した切削速度、送り、切り込み深さを極めて細かなレベルで理解する必要があります。例えば、8パスで済みそうなねじが実際には18パス必要な場合があります。また、ねじをセクションごとに切削し、それらを完璧にブレンドする方法も見出しました。頻繁に遅く骨の折れるプロセスですが、プロセスの予測可能性がショップの最優先事項であるため、価値があります。

工具寿命も重要な要素です。工具コストそのものよりも、プロセスの定性的管理を維持するためです。オペレーターは、摩耗した工具がプロセスをアウトオブコントロール状態に追い込む前に交換するよう常に警戒しなければなりません。また、不良工具をプロセスから完全に排除しなければなりません。工具品質は、プラチナのような一見柔らかい材料でも、特にプラチナでは極めて重要です。プラチナは高研磨性材料であり、その価値からスクラップはコストが高くつきます。デイビス氏は簡潔に言います。「直径0.012インチの穴をあけるとき、工具品質は極めて重要で、市販工具がそのまま使えるとは思えません。」

平均ロットが1,500〜2,000個、マルチ軸旋削フライス複合機は高価な資産であるため、オペレーターはジョブの段取り替えを非常に上手く行う必要があります。その方法の一つが工具プリセットです。一部のマシンでは、追加タレットを購入しています。これにより工具をマシン外でセットアップ・合格させ、「数テン以内」に収められます。タレットをマウントすれば、セットアップワークを数個加工するだけでプロセスを稼働させられます。これが一桁分の段取り替え時間に近づいているわけではありません。マシンが複雑すぎるためです。しかし、マシン上で全工具を個別にロード・ダイヤルインするのに6時間かかるところを、1時間でジョブを立ち上げられます。

他にも知っておくべきことは多数あります。プログラミングも重要ですが、マシンのコントロールがかなり助けてくれます。個々の旋削・フライス加工を独立してプログラミングし、CNCが自動的にそれらを単一の効率的なルーチンにまとめます。ワークホールディングも重要で、特にサブスピンドルでの加工済みワーク把持では、特注コレットを作ることもあります。知るべきことは山ほどあります。しかし、この重要なプロセス情報をマスターしていることが、Micro Medと競合との決定的な違いだと、彼ら自身が認めています。

エンベロープを押し広げる

Micro Medは、日常業務で期待されることを実行し、結果を注意深く観察することで、こうした知見の一部を得てきました。例えば、新しいプロセスをSPCで認定し、その後生産管理のためにプロセスをチャート化します。しかし、ショップの最も強力な競争優位性の大半は、プロセスのエンベロープを常に押し広げ、品質基準を損なわない新たな効率を執拗に求め続ける姿勢から生まれています。

デイビス兄弟は「プロセスの冒険心」、つまり新しいアイデアを試し、難題を解決する傾向に大きな誇りを持っています。しかし、それが単なる見栄ではありません。プロセスへの継続的な実験が、競争優位を維持するために必要な学習経験をショップにもたらすと信じているからです。それこそが、この生産ショップがプロトタイピングを引き受ける大きな理由です。生産設備で部品とプロセスを同時に開発し、そこで得られる知識のためです。文字通り、彼らの高性能な生産設備の最外縁と、サービスする業界の特殊な要求を融合させようとしています。ショップのキーパーソンが医療業界出身であるため、この点で大きなアドバンテージがあります。業界の制約内で適切なプロセスに関する豊富な知識を持ち、顧客の設計開発を支援し、機能性を犠牲にせず、一般的な規制制約に抵触せずに製造性を向上させることさえできます。こうした理由から、ショップの経営陣はビジネスを極めて集中させることを決めています。Micro Medはマルチ軸スイス型旋削による超高品質加工が最も得意であり、それを継続します。興味深いことに、この強力で一貫した焦点は、従業員個人の品質基準をMicro Medがサービスする顧客の種類に適したレベルに調整するのを助け、結果として品質と効率の適切なバランスを達成させています。これは医療業界では微妙な問題です。コスト意識が高まる一方で、部品は依然として完璧でなければならないからです。「完璧を求める姿勢を植え付けたいが、同時に実務上の要求を超えるレベルを達成するために時間を浪費してほしくもない」とデイビス氏。「繊細なバランスであり、汎用的な加工を混ぜることは破壊的な曖昧さをショップにもたらすだけだと感じています。」

Micro Medは難加工部品に注力し続けます。デイビス氏は、そうした部品はまだまだたくさんあり、自社の能力でそれらの仕事を獲得し続けられると確信しています。MMS

編集部注：Micro Med訪問から2週間後、同社がカスタムチューブ部品メーカーのUniform Tubesに売却されたことが発表されました。Uniform TubesはMicro Medにエンジニアリングと営業支援を強化します。ジョー・デイビス氏によれば、経営陣とミッションは維持されます。