試作段階で設計が重要な理由

試作段階で設計が重要なのは、設計が固まらないまま試作を進めると、できあがった試作品で何も確認できず、作り直しやコストの増加につながりやすいからです。
ここでいう設計とは、試作を依頼する側があらかじめ決めておく形状や仕様のことです。

試作は納期が迫っていることが多く、どうしても目の前の製作を優先しがちです。その結果、前提となる設計が見切り発車になってしまうことがあります。

しかし、検討が甘いまま進めると、前の工程に戻ってやり直す「手戻り」が起こりやすくなります。
せっかくできあがったのに評価できない。そんな試作品は、できれば避けたいところです。

この記事では、試作段階における設計の役割と、設計が不十分な場合に起こりやすい影響を整理します

試作における設計とは、「何を確認するための試作なのか」を、形状・仕様・動作の仕組みとして具体的に決めていく作業です。単に形を決めるだけではありません。

とはいえ、設計レビュー（設計内容や試作の結果を関係者で確認する会議）の日程は待ってくれません。すべてを完璧に詰めてから試作に進める余裕がある場面は、ほとんどないと思います。だからこそ大切なのは、限られた時間の中で、どこに検討の重心を置くかです。

ここでは、時間が足りないときでも押さえておきたい着眼点を3つ紹介します。

設計では、試作品の目的に応じて、どの寸法や形状を優先して固めるかを見極めます。

たとえば組み付けを確認したい試作なら、部品同士がかみ合う部分の寸法を先に決めておくと、確認がしやすくなります。
強度を確認したい試作なら、力がかかる部分の肉厚を仮のままにせず、数値で確定させておくと安心です。なお、試作で使う材料や工法によって、強度の出方は量産品と異なる場合があります。

この部分が曖昧なままだと、できあがった試作品を前にしても何を確認すればよいか分からず「評価できない試作」になってしまいます。

どれほど理想的な形状を設計しても、工法によっては再現できる精度や形状に限りがあります。ここでは代表的な2つの工法について、設計時に踏まえておきたい点を整理します。

• 切削加工の場合

内側の角（隅）には、刃物の形に応じたR（角の丸み）が残ります。深い箇所ほど使える工具が限られるため、Rは大きくなりがちです。その結果、嵌合（かんごう：部品同士をはめ合わせること）する相手部品の角が当たってしまうことがあります。

対策としては、相手部品の角に面取り（角を斜めに落とす加工）を入れる、隅に逃がし形状（角が当たらないよう隅をわずかに掘り込んだ形状）を設けるなど、Rを見込んだ形状にしておくと安心です。

• 真空注型の場合

シリコーン製の型に樹脂を流し込んで成形する工法です。型が柔らかいことと、樹脂が固まるときにわずかに縮むことから、切削加工ほどの寸法精度は出しにくい傾向があります。

公差（許容される寸法の幅）が厳しい嵌合部がある場合は、追加工（できあがった部品に後から加工を加えること）を組み合わせるなど、検討が必要になることがあります。

切削加工では、内側の角にR（丸み）が残ります

工法ごとの得意・不得意を踏まえておくと、想定していた工法で無理なく形にできるかを事前に検討しやすくなります。

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複数の部品が連動して動く製品では、形状だけでなく、どう動くかという機構も設計の段階で決めておくことが大切です。

設計図の上では成立していても、実際に組み立てて動かすと、干渉（部品同士がぶつかること）や動作不良が見つかることは珍しくありません。だからこそ、機構の確認は試作の重要な役割です。ただし、試作でどこまで検証できるかは、設計段階でどこまで動きを想定できているかによって変わります。

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設計の検討が不十分なまま試作を進めると、いくつかの影響が現れやすくなります。ここでは代表的な2つを紹介します。

設計の検討が足りないと、試作品ができあがったあとで「想定していた確認ができない」「形状に不具合がある」といった問題が見つかることがあります。

このとき何をやり直すかは、状況によって変わります。データの一部を直して追加工するだけで済む場合もあれば、材料を手配し直して作り直す場合や、工法そのものを見直す場合もあります。たとえば隅Rを見込んでいなかったなら追加工で済むこともありますが、公差の厳しい嵌合部を真空注型で作ろうとしていた場合は、工法の選び直しが必要になることもあります。

問題が見つかるのが後の工程になるほど、対応の負担は大きくなりやすい傾向があります。

設計を見直して再製作することになると、負担は工数だけにとどまりません。材料を手配し直せば材料費がかかり、工法の見直しまで進めば製作準備のやり直しも加わります。さらに、作り直しで試作の完成が後ろにずれると、その後のレビューや評価の日程にも影響します。

設計段階で丁寧に検討しておくことは、こうした負担を抑えることにもつながります。

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設計が固まりきっていない段階でも、何を確認したいかが決まっていれば、試作の進め方から相談できます。

設計を進める際に意識しておくと、判断がしやすくなる考え方を2つ紹介します。

試作の目的を整理しておくと、どの要素から先に検証するかを決めやすくなります。

たとえば、展示用に見た目を優先するのか、機構部の組み付けを優先するのかで、時間をかけるべきポイントは変わります。

すべてを固めてから試作する必要はありません。本体のデザインが固まっていなくても、LEDの光り方や明るさだけを先に確認する。外観やほかの部品が決まりきっていなくても、機構部分だけを先に動かして確かめる。目的がはっきりしていれば、こうした部分的な試作も選択肢になります。

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試作段階の設計と、量産を見据えた設計とでは、目的が異なります。試作のすべてを、量産と同じ精度で作り込む必要はありません。

判断の目安は、その箇所が試作で確認したいことに関わるかどうかです。
嵌合部や機構部の動きを確かめたいなら、その部分の精度を確保する。確認の対象外となる箇所は割り切る。こうして切り分けておくと、限られた時間を確認したい部分に集中できます。

一方で、量産工法との相性をまったく考えずに試作を進めると、量産に移る直前になって初めて不整合が見つかることもあります。量産で想定している工法が分かっているなら、製作会社に共有しておくのも一つの方法です。

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試作と量産の違い

試作段階における設計は、形状・加工性・機構を決めるという役割を担い、試作で確認できる範囲や、後工程の効率を左右します。

検討が不十分なまま進めると、手戻りやコストの増加につながることもあります。
試作の目的を整理し、量産との違いを意識しながら設計を進めることが、試作を「評価できるもの」にすることにつながります。

とはいえ、これだけの検討に十分な時間を割ける体制が、どの会社にもあるとは限りません。
新商品の開発が重なる時期などは、設計担当者の手が足りず、検討の時間が思うように取れないこともあると思います。

製作会社によっては、そうした場面で設計業務そのものを支援できる場合もあります。

実際に、新商品開発にともなう設計リソース不足のご相談を受け、設計を支援させていただいた事例もあります。 設計の早い段階から関わっておくと、工法ごとの制約についてもすり合わせがしやすくなり、この記事で触れた加工性の見極めもスムーズに進みます。

設計の進め方に不安があるなら、試作の相談段階から製作会社に相談してみるのも一つの方法です。

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