試作

試作「試作(しさく)」とは、新しい製品や部品を開発する際に、本格的な量産に入る前に試しに作る工程・製品のことを指します。英語では prototyping または prototype と言います。

製品の見た目や機能、強度、製造方法の確認など、製造するうえで必ず必要と言っても過言ではありません。

試作の種類

「試作」には目的や工程に応じていくつかの種類があります。以下に主な種類を整理して紹介します。

1. 外観試作(デザイン試作)

  • 目的:見た目やデザイン、サイズ感、使用感を確認する。

  • 特徴:見た目重視、中身はダミーでOKな場合も多い。

  • :筐体モックアップ、3Dプリンタによる形状確認など。

2. 機能試作

  • 目的:実際の動作や構造、性能を確認する。

  • 特徴:見た目よりも機能・構造が重要。量産と同じ材料・部品を使う場合も。

  • :動作確認用のプロトタイプ、センサー付きの評価モデルなど。

3. 工法検討試作(加工検証)

  • 目的:量産時の加工方法・工法の検証。

  • 特徴:切削・射出成形・板金などの適性を見極めるための試作。

  • :異なる製造法で同じ形状を作り、精度やコストを比較する。

4. 材料評価試作

  • 目的:使用する材料の強度・耐熱性・耐薬品性などを評価。

  • 特徴:材料変更時や、複数候補を比較する場合に行う。

  • :異なる樹脂・金属での試作、試験機での評価用サンプルなど。

5. ユーザーテスト用試作

  • 目的:実際の使用者に試してもらい、使い勝手や改善点を把握する。

  • 特徴:一部の試作品を顧客に提供し、フィードバックを得る。

  • :製品テストモニターへの配布、展示会用の実演モデルなど。

6. 量産前最終試作(プレ量産試作)

  • 目的:量産前の最終確認。工程、部品調達、組立手順などを検証。

  • 特徴:量産と同じ材料・工法・設備を使い、品質や歩留まりを確認。

  • :量産と同じラインで数十~数百個作る。

試作材料の種類

試作で使われる材料は、試作の目的完成品の材質コスト・納期などによって選ばれます。以下に、試作に使われる代表的な材料を種類別に整理します。

🧱 1. プラスチック材料

主に外観試作や軽負荷部品に使用

材料名 特徴 用途例
ABS 加工しやすく、安価 モックアップ、外装部品
アクリル (PMMA) 透明で美しい 透明カバー、表示パネル
ポリカーボネート (PC) 強度・耐熱性あり 強度確認用のケース
ナイロン (PA) 摩耗に強い ギア、小型機構部品
POM(ジュラコン) 機械的強度・寸法安定性が高い 精密機構部品の試作

🔩 2. 金属材料

強度や熱・構造確認のために使用

材料名 特徴 用途例
アルミニウム (A5052など) 軽くて加工性良好 筐体、ヒートシンク
鉄(SS400, S45Cなど) 強度重視 機構部品、シャフト
ステンレス (SUS304など) 耐食性あり 医療機器、食品機器
真鍮・銅 電気伝導性良好 電極部品、コネクタ部品

🧪 3. ゴム・エラストマー材料

柔軟性やシール性の確認に使用

材料名 特徴 用途例
シリコンゴム 柔らかくて耐熱性高い パッキン、クッション部品
TPU(熱可塑性ポリウレタン) 柔軟で耐摩耗性がある 柔軟カバー、バンパー

🧱 4. 樹脂の3Dプリンタ用素材

素早く形状を確認したいときに便利

材料名 特徴 用途例
PLA 環境にやさしく、低価格 デザイン確認用モデル
ABSライク樹脂 加工性・見た目が良い 外観試作
ナイロン系樹脂 耐久性が高い 機構試作パーツ
光硬化樹脂(SLA/DLP) 精密で滑らか 精密モデル、微細部品

🎯 5. 特殊・評価用材料

  • 炭素繊維(CFRP)やガラス繊維(GFRP):軽量・高剛性が必要な場合。

  • 発泡スチロールやウレタン:初期のモックや原寸大モデル。

  • 試作専用合板や紙:工業デザイン初期段階など。

試作方法の種類

試作方法には、目的(外観確認、機能確認、量産検討など)や材質・数量に応じて、さまざまな種類があります。以下に代表的な試作方法を「加工手法別」に分類して紹介します。

🔧 1. 切削加工(マシニング・旋盤など)

  • 概要:金属や樹脂のブロックから削り出して形を作る

  • 特徴

    • 精度が高い

    • 1個から製作可能

    • 材質の選択肢が多い(アルミ、樹脂、ステンレスなど)

  • 向いている用途:機能試作、構造確認

🖨️ 2. 3Dプリンター(積層造形)

  • 概要:樹脂や金属を積み重ねて形を作る

  • 主な方式

    • FDM(熱溶解積層)…PLA/ABSなどで安価・簡易

    • SLA/DLP(光造形)…精密・滑らかな表面

    • SLS(粉末焼結)…強度が高く複雑な形状にも対応

  • 特徴

    • 複雑形状が得意

    • 金型不要、短納期

    • 小ロット向き

  • 向いている用途:デザイン確認、形状試作、ユーザーテスト

🧰 3. 真空注型(ウレタンキャスティング)

  • 概要:マスターモデルを型にして、樹脂を流し込んで複製

  • 特徴

    • 少量の量産が可能(10~30個程度)

    • 樹脂製品の模擬品に向いている

    • 材質選択によりゴムライクにも硬質にもできる

  • 向いている用途:外観・機能試作、小ロット検証

🔩 4. 板金加工(レーザー・曲げ・溶接など)

  • 概要:金属板を切断・曲げ・溶接して部品を作成

  • 特徴

    • 金属筐体や構造部品の試作に適している

    • 比較的短納期で製作可能

  • 向いている用途:筐体、フレームの試作

🧪 5. 射出成形(試作金型)

  • 概要:金型を作って、樹脂を射出して成形

  • 特徴

    • 量産と同じ成形方法で確認できる

    • 初期費用(型代)は高いが、1個あたりは安価

  • 向いている用途:量産直前の試作(プレ量産)

🧱 6. 木型・発泡モデル・簡易成形

  • 概要:木材や発泡体を使ってざっくり形状確認

  • 特徴

    • 初期段階のアイデア確認に最適

    • 安価で加工が簡単

  • 向いている用途:サイズ感確認、展示用モック

💡 まとめ(選定の目安)

試作方法 精度 強度 コスト 納期 数量適正
切削加工 1個〜少量
3Dプリンタ △〜◎ 1個〜少量
真空注型 10〜30個
板金加工 1個〜中量
射出成形 ×(型代高) 100個以上
木型・発泡 × 試作初期

試作のメリット・デメリット

試作には製品開発の質を高める多くのメリットがある一方で、コストや時間の負担といったデメリットも存在します。以下に、試作のメリット・デメリットをわかりやすく整理します。

✅ 試作のメリット

項目 内容
1. 不具合の早期発見 設計ミス・寸法誤差・干渉などを実物で確認でき、手戻りを防げる。
2. デザイン・使い勝手の検証 実物を手に取ることで、見た目・サイズ感・操作性などの評価ができる。
3. 顧客・社内の理解が得やすい 図面よりも実物のほうがプレゼンやレビューに説得力がある。
4. 製造工程の検討ができる 加工しにくい箇所、組立のしやすさなどを事前に確認可能。
5. 材料や工法の選定に役立つ 実際に使う材料や工法の比較試験ができる。
6. 商品力の向上に貢献 機能や品質を確認・改善することで、完成度の高い製品につながる。

❌ 試作のデメリット

項目 内容
1. コストがかかる 単品製作や専用の治具・型などは高額になることがある。
2. 時間がかかる 試作の製作、検証、修正に時間を要するため開発期間が延びることがある。
3. 試作品が量産と完全に同じではない 試作方法が量産と異なると、性能や精度が本来と異なる可能性がある。
4. 手戻りリスクがある 試作の結果により設計変更が必要になり、再試作が発生することも。
5. 試作を過信する可能性 試作品がうまく動いたからといって、量産で問題が出ないとは限らない。

💡補足:メリットを最大化し、デメリットを抑えるには?

  • 目的別に段階的に試作する(外観→機能→量産)

  • 量産と同じ条件で最終検証する

  • 3Dプリンタや切削など、初期段階ではコストの低い手法を使う

  • 試作段階から生産技術・現場を巻き込む