公差が設計・生産・コストに与える影響

部品設計時に考慮すべきもう一つのポイント

これまで、よくある調達問題と、それらを最初から部品設計に組み込まない方法についてブログで語ってきました。多くは公差と、それらがプロセスに与える影響、そして最終的にコストにどう響くかを理解することに帰着します。

つい最近、あるお客様から「Metal Cuttingのウェブサイトで『1000万分の1インチ（0.000010インチ）の公差が可能』かつ『CNC旋盤加工対応』と読みました。±0.000010インチを保持するCNC旋盤、ぜひ見せてください！」と言われました。

「はい、できます！」と答えられたらどれほど嬉しかったか。しかし真実は、公差は常に部品製造に必要な特定のプロセスまたはプロセス群に依存するということです。Metal Cuttingであれ、他のどの会社であれ、マーケティング目的で自社能力を説明する際、その能力がすべての機械とすべてのプロセスに等しく適用されるわけではないことを覚えておく必要があります。

厳しい公差は複数プロセスを意味する

図面上でも、公差の積み上げが誤解されることがよくあります。現実には、あらゆる製造部品は複数のプロセスを必要とする可能性があり、それらのプロセスがすべて同じ能力を持つわけではありません。例えば、Metal Cuttingでは部品ODを研削する際に±0.000010インチの厳しい公差を保持できますが、そのレベルの公差は現在の切断能力を超えています（部品を非常に厳しいサイズで選別することは可能ですが、それでもおそらく±0.000010インチまでは難しいでしょう）。

要点は、図面全体で単一の公差や単一のプロセスを使うことはできないということです。Metal Cuttingを含め、どのベンダーも減算製造能力すべてを単一の公差で記述することはできません。異なる公差には異なるプロセスが必要となり、すべてのプロセスが同じ公差で結果を出せるわけではないからです。

厳しい公差＋複数プロセス＝高コスト

公差とコストの関係も忘れてはなりません。以前のブログで指摘した通り、公差をわずか桁一つ厳しくするだけで、コストが2〜3倍に跳ね上がることがあります。その厳しい公差が、使用予定の特定プロセスの能力内で「普通」でない限り、公差が厳しければ厳しいほど生産コストは高くなります。

「可能な限り最も厳しい公差」をデフォルトにしたくなる誘惑があります。しかしバイヤーが「できるだけ厳い公差で」と要求してくる場合、我々は通常こう切り返します。「いくら払うつもりですか？ 何個作る必要がありますか？」（ボブの言葉を借りれば、「払うつもりのない以上のものを要求するな！」）繰り返しになりますが、あなたの公差が何個のプロセスを必要とするかを決め、各プロセスにはそれぞれ最小公差があります。特定寸法で極めて厳しい公差が不要なら、そこはプロセスを削減してコストを抑えられるポイントです。

厳しい公差を指定する前に考慮すべきこと

認めざるを得ませんが、厳しい公差が「機能する製品」と「失敗する製品」を分けるケースもあります。不十分な公差はコンポーネントの性能と品質を劣化させます。特に複雑なアセンブリでは、各部品の微小な寸法バラツキが積み重なり、公差積み上げ（スタックアップ）となって意図した設計で許容できない変動を生じさせます。

改めて、極めて厳しい公差を確定する前に検討すべき質問をいくつか挙げます：

• 部品は最終用途でどう機能するか？
• 部品が使用される環境で重要な公差は何か？
• 部品は他の部品と相互作用するか？ しないなら、そんなに厳しい公差は不要かもしれない。するなら、公差積み上げを意識する必要がある。
• 同一部品に公差を要する異なる属性がある場合、どの寸法がよりクリティカルか？
• 部品内部の相互作用によって相殺される極めて厳しい公差があり、実用的でないため緩和すべきではないか？
• わずかにOut-of-specな部品をテストして、より緩い公差でも用途に機能するか確認する用意はあるか？

不必要に厳しい公差で部品を過剰設計しないことで、コストをコントロールできます。そして良いベンダーは常に、あなたの部品と予算に最適な公差を見極めるお手伝いをしてくれるはずです。