金属射出成形とCNCの切替判断で微細形状を安価に量産する工法選定

はじめに――工法選定が及ぼす製造現場へのインパクト

金属部品製造の分野では、製品の小型化・高精度化ニーズが年々高まっています。
これに伴い、「微細構造を持つ部品をいかに低コストで、安定して量産できるか」というテーマは、設計・生産技術・調達購買の現場において常に議論の的となっています。

とりわけ「金属射出成形（MIM）」と「CNC精密切削」は、微細形状部品の主力工法として二大勢力を築いています。
両者の適用ラインと境界、さらには工法の最適な切替時期の判断は、バイヤーや生産担当者、サプライヤーにとって非常に重要なテーマです。

この記事では、昭和的な経験則のみで判断されがちな工法選定の現状を見つめ直し、現代の視点でロジカルかつ実践的に深掘りしていきます。
コストだけでなく品質や量産性、サプライチェーンリスクからも検討することで、事業収益への影響を最適化する一助となる記事を目指します。

金属射出成形（MIM）の基本理解とその進化

金属射出成形（MIM）とは何か？

金属射出成形は、金属粉末とバインダー（結合剤）を混練し、プラスチック成形の射出成形と同様のプロセスで複雑形状の金属部品を製造する技術です。
要点は以下の通りです。

– 成形後に脱脂・焼結を施すことで金属部品に仕上げる
– 従来困難だった三次元的な微細・複雑形状の一体成形が得意
– 工数削減によるコストダウンや一体化による品質・強度向上が期待できる

かつては時計部品や医療機器部品の一部用途が中心でしたが、技術進歩による高強度化や多様な材質対応、精度向上により、その適用分野は自動車、産業機械、エレクトロニクス領域まで拡大しています。

金属射出成形のメリットとチャレンジ

メリット：
– 複雑形状・微細加工が高い再現性で可能
– 一体成形（アッセンブリ工程の廃止や溶接不要）
– 大量生産時のコスト優位性（自動化、サイクル短縮）
– 強度、密度が高く、仕上げ加工も最小限

チャレンジ：
– 初期金型費用が高額（大量生産でないと回収困難）
– 焼結収縮による寸法変動への設計上の配慮が必要
– 脱脂工程での不良・異物混入リスク
– 設計～生産初期の擦り合わせ時間が長くなる傾向

特に金型投資の償却分岐点が明確に把握できないと、少量生産案件ではかえってトータルコストが高騰する危険もあります。

CNC精密切削――柔軟性と確実性の強み

CNC加工は量の壁を超えられるか

CNC（コンピュータ数値制御）切削は、数値制御プログラムに従って回転工具で金属材料を高精度に切削する工法です。
一品ごとのプログラム対応や工具設定が容易で、即時性・多品種少量生産にも極めて柔軟に対応できます。

特徴は以下の通りです。

– 試作～少量～中量生産まで金型不要で即開始できる
– 材質・形状・寸法精度への適用幅が広い
– 熟練オペレータと最新機材の両輪による品質保証
– 切削による材料ロスや工具コスト、加工時間が課題になる

近年は自動バイト交換や多軸同時制御、IoT化による工具寿命最適化が進み、従来課題だった歩留まり・稼働率も劇的に改善されています。

マシニングのコスト構造

CNC切削は「準備コストが安く初期立ち上げが速い」一方、量産時には以下の点が課題になります。

– 切削加工ゆえに材料取り代の歩留まり低下
– 工具摩耗／交換頻度アップによる保守コスト
– 拡大生産時のタクト制約（サイクルタイム短縮に限界がある）
– 多段治具化や自動搬送以外は人手依存度が高め

意味のあるロット数を超えた場合、成形工法（MIM、プレス、鋳造など）とのコスト逆転現象が発生します。

切替タイミングをどう見極めるか

昭和的経験値に頼らない、”損益分岐点”の科学的算定

工法選定の最大のカギは「どの生産数量・スペックまでCNCで耐え、どこからMIM等に切り替えるべきか」という意思決定です。

これは現場で”感覚”的に語られることが多いですが、現代は以下の定量的なアプローチが必要です。

1.両工法の累積コスト曲線（縦軸：コスト、横軸：累計製作数）を作成
2.金型投資等の初期費用を加味し損益分岐生産数を算出
3.製品仕様（寸法、許容差、幾何公差、表面性状）が工法で満たせるか比較
4.品質リスクと再現性、市場変動（設計変更率、量産予測変動）とのバランス検討

ロット1000まではCNC、5000以上ならばMIMがコスト優位、等の”定石”も製品ごとに大きく異なります。

設計・開発・調達の連携強化が不可欠

重要なのは調達バイヤーや設計部門、生産技術、生産管理、さらにはサプライヤーと早期にオープンな議論を開始することです。
設計者は「この形状だと絶対MIMにできない」「許容範囲が厳しすぎると焼結で歩留まりが低下する」など技術側の懸念を把握するべきであり、調達は「数量変動が激しいので安全に量産移管できる方法は？」などリスクヘッジも並行して議論します。

サプライヤーの立場としては、過度なCNC加工の長期化でキャパを圧迫したり、逆にMIM非効率生産による原価高騰を抑制するためにも、こうした情報開示と意思決定プロセスでWin-Winの関係性を構築できるかが肝要です。

サプライチェーン視点での今後の注目点

調達多様性・地政学リスクへの備え

最近の世界的な材料市況高騰や物流混乱、地政学リスクを背景に、「片側工法だけに依存しないBCP（事業継続計画）」の観点が改めて重視されています。

具体的には、
– CNC加工サプライヤーとMIMベンダーの並行立ち上げ
– 工法変更時の設計互換性（寸法・スペックギャップの吸収設計）
– マルチリージョン（国内・海外工場）の適用可否事前評価

これらを準備することで、有事の際の供給不安定化や単価高騰への耐性が高まります。

最新トレンド：デジタルファブリケーションの融合

2020年代現在、「MIM×AM（金属3Dプリンタ）」や「CNCの自動搬送連携」など、従来工法の垣根を超えたハイブリッドな事例も増えています。

たとえば、初期は金属3Dプリンターで試作～小LOTリリース、需要拡大とともにMIM化やCNC切削化へ柔軟に切り替えていく。
または、MIMでしか再現できない形状だが、外観や重要寸法だけは高精度マシニングで仕上げ加工する「複合工法」など、使い分けも現場では増加傾向です。

「デジタル設計データ一元化」や「全数トレーサビリティ」、「工程移管のシームレス化」が今後ますます重要となるでしょう。

まとめ――未来志向の工法選定のために

金属射出成形（MIM）とCNC精密切削、それぞれの工法には明確な特長と適用限界点があります。
経済合理性だけでなく、設計自由度、工程安定性、BCPやサプライチェーンの強靭化といった現代的要請までを満たすには、”感覚”や”昭和からの伝統”だけには頼れません。

重要なのは、「なぜ今この工法を選ぶのか」をロジカルかつ全社最適・現場目線で討議することです。
調達・開発・生産・ベンダーが共にテーブルにつき、お互いの技術的知見と市場変化を共有しあうこと。
そして新しいトレンドやイノベーションを決して拒まず、現場に即した形でスピーディに取り込む姿勢が、今後の製造業発展に不可欠だと強調したいと思います。

製造に携わる方、購買担当を目指す方、またサプライヤーでバイヤーの意向を知りたい方は、本記事のポイントをぜひ現場改善や提案活動の参考としてください。

未来を見据えた工法選定により、日本のものづくりの競争力をさらなる次元へと高めていきましょう。