試作1枚の見積書に驚くエンジニアたちへ
新製品の開発プロセスにおいて、試作品の製作は避けて通れない重要なステップです。
しかし、いざ基板実装や部品加工の見積もりを取ってみると、1枚あたりの単価が量産時の数十倍、時には数百倍という高額な数字になり、驚愕した経験を持つエンジニアや購買担当者は少なくありません。
なぜ、手のひらに乗るような小さな基板1枚や、単純な形状の金属部品1個がこれほどまでに高いのでしょうか。
量産品なら数百円で済むものが、試作では5万円、10万円という価格になるのには、製造現場における明確な根拠と、表には見えにくいコスト構造が存在します。
この記事では試作単価が高騰する最大の要因である段取り費用の正体を解き明かします。
この記事を読み終える頃には、見積書の裏側にある製造現場の動きを解像度高く理解し、コストを抑えるための設計の工夫や、メーカーとの円滑な交渉ができる知識が身についているはずです。
1. 段取り費用（セットアップコスト）の定義と重要性
まず最初に、製造業におけるコストの基本的な考え方を整理しましょう。
製品の価格は大きく分けて、材料費、直接労務費、そして諸経費（機械の減価償却費や光熱費など）で構成されます。しかし、試作において最も支配的な要素となるのが、この段取り費用です。
段取り費用とは何か
段取り費用とは、機械を実際に動かして製品を作る前段階で発生する、全ての準備作業にかかるコストを指します。
例えば基板実装（SMT）の場合、チップマウンターに部品をセットしたり、はんだ印刷機にメタルマスクを取り付けたりする時間がこれに該当します。
重要なのは、この段取り作業の間、高価な工作機械や実装機は1秒も製品を生み出していないという点です。
製造現場にとって、機械が止まっている時間は損失そのものであり、その停止時間中に拘束される技術者の人件費も加算されます。
なぜ試作において重要なのか
量産の場合、一度段取りを済ませてしまえば、数千枚、数万枚と連続して製造できます。
この場合、発生した数万円の段取り費用は全数で割られるため、1枚あたりの負担額は極わずかになります。
しかし、試作が1枚だけの場合、その数万円の段取り費用をたった1枚で全て回収しなければなりません。
これが、試作単価が高くなる物理的かつ経済的な理由です。
規模の経済と試作のジレンマ
製造業には規模の経済（スケールメリット）という原則があります。
生産量が増えるほど、固定費（段取り費や管理費）が分散され、単位あたりのコストが下がります。
試作はこの原則の真逆を行く行為であり、製造側にとっては極めて生産効率の低い作業となります。
エンジニアがこの背景を理解しておくことは、過度なコストダウン要求によるサプライヤーとの関係悪化を防ぎ、より戦略的な試作計画を立てるために不可欠です。
2. 試作コストを押し上げる具体的な仕組み：図解的解説
試作の単価を構成する要素をさらに細かく分解してみましょう。
ここでは、特に電子機器開発で一般的なプリント基板実装（SMT）を例に、どのようなプロセスで費用が発生しているかを解説します。
データ処理とプログラミングの不可視コスト
製造を開始する前に、まず設計データ（ガーバーデータやマウンター用座標データ）を工場の設備で読み込める形式に変換する必要があります。
この作業をCAM（Computer Aided Manufacturing）編集と呼びます。
設計に不備があれば、工場側のエンジニアが修正を行ったり、確認のメールを送ったりする時間が発生します。
これらは全て人件費としてコストに乗ってきます。
量産品であれば一度きりの作業ですが、試作のたびにこのデータ確認・修正プロセスが繰り返されます。
機械の空転と段取り替えのコスト
最新のチップマウンターは、1時間に数万点の部品を搭載する能力を持っています。
しかし、その性能を発揮するためには、部品を専用の供給機（フィーダー）にセットし、機械に装着しなければなりません。
試作では部品の種類が数十から数百種類に及ぶことも珍しくありません。
これらを一つずつ手作業でセットし、機械のプログラムと照合する作業には、熟練した作業者でも数時間を要します。
この数時間、機械は稼働せず、工場の一角を占有していることになります。
この「機械を止めている時間」に対して、工場の賃率（1分あたりの稼働費用）が課金される仕組みです。
材料調達の小口ペナルティ
材料費についても、試作は不利です。
例えば、抵抗やコンデンサなどのチップ部品は、通常数千個単位のリールで販売されています。
試作で数個しか使わない場合でも、リール単位で購入しなければならないケースや、小分け（バラ品）で購入するための手数料が発生します。
また、プリント基板そのものも、大きなパネルから1枚だけを切り出すのは非効率です。
他の顧客の基板と相乗り（面付け）させるサービスもありますが、特急対応が必要な場合はパネル1枚分を買い取るような価格設定になることが一般的です。
検査と品質保証のオーバーヘッド
試作であっても、動作確認のために外観検査やX線検査が行われます。
量産であれば自動検査機（AOI）の設定を流用できますが、試作では検査プログラムをゼロから作成するか、あるいは熟練工による目視検査に頼ることになります。
1枚を検査するためにかける手間は、量産時の1枚にかける手間の数十倍に達します。
3. 試作製造の具体的な流れ：ステップ1〜ステップ5
実際に試作1枚が完成するまでのプロセスを追うことで、どこに時間がかかっているかを具体的に見ていきましょう。
ステップ1：見積もりと製造可否判断（DFM）
まず、エンジニアが送ったデータを工場側が精査します。
これをDFM（Design for Manufacturing：製造性を考慮した設計）チェックと呼びます。
- 部品のフットプリントは正しいか
- はんだ付けが困難な箇所はないか
- 部品の調達は可能か これらの確認作業だけで、数時間から半日の工数が費やされます。
ステップ2：CAM編集と治具作成
データに問題がなければ、実際の製造用データを作成します。
また、基板にはんだを印刷するためのメタルマスクというステンレスの板を発注・作成します。
- メタルマスクの開口部調整
- マウンターの吸着ノズル選択
- リフロー炉の温度プロファイル（加熱条件）の設定 これらの準備は、作る枚数が1枚でも1000枚でも同じだけの手間がかかります。
ステップ3：部材キットの作成と段取り替え
倉庫から部品を集め、リールやテープから必要な分を準備します。
その後、工場内の製造ラインにある既存の製品のセットを取り外し、新しい試作品のための部品をセットします。
- 古い部品の回収と清掃
- 新しい部品のフィーダーセット
- はんだ印刷機の位置合わせ この「段取り替え」こそが、コストの最大の正体です。
ステップ4：製造（実装・加工）
準備が整い、ようやく機械が動き出します。
- はんだ印刷：数秒
- 部品搭載：数十秒から数分
- 加熱（リフロー）：数分 実際の製造時間自体は驚くほど短いものです。試作価格の9割以上は、このステップに到達するまでの準備費用であると言っても過言ではありません。
ステップ5：仕上げ・検査・納品
機械から出てきた製品を洗浄し、不具合がないか検査します。
- はんだボールの有無確認
- 部品の向きや浮きのチェック
- 必要に応じた手修正（リワーク） 最後に梱包して出荷されます。試作の場合、報告書（検査成績書）の作成を求められることも多く、その事務作業もコストに含まれます。
4. 最新の技術トレンドと将来性：コストダウンの可能性
高止まりする試作コストに対し、製造業界も手をこまねいているわけではありません。
新しい技術の導入により、この段取り費用を劇的に下げようとする動きが加速しています。
3Dプリンティングとアディティブ・マニュファクチャリング
金属やプラスチックの加工において、3Dプリンターは試作の概念を変えました。
従来の切削加工では、刃物の交換や治具の作成に多額の段取り費がかかっていましたが、3Dプリンターはデータさえあれば直接造形が可能です。
特に「金型」を必要としない点は大きく、小口径の試作において圧倒的なコストメリットを生み出しています。
デジタルツインとAIによる段取り最適化
工場のラインをデジタル空間に再現するデジタルツイン技術により、物理的な段取りを行う前にシミュレーションを完結させることが可能になっています。
また、AIが複数の顧客から届いた試作案件を分析し、部品の共通性などを考慮して「最も段取り替えが少なくて済む順序」を自動で組み立てる仕組みも導入され始めています。
ジェットディスペンサー（マスクレス印刷）
基板実装において、メタルマスクの作成費用（数万円）と納期は大きな負担でした。
しかし、はんだをインクジェットプリンターのように吹き付ける「ジェットディスペンサー」の普及により、マスクレスでの実装が可能になっています。
これにより、データさえあれば即座にはんだ印刷を開始でき、初期費用を大幅に抑えることができるようになりました。
スマートファクトリーと自動搬送
部品のピッキングやフィーダーへのセットをロボットが行う自動化技術も進んでいます。
人的ミスを防ぎ、セットアップ時間を短縮することで、1枚からの超多品種少量生産を採算に乗せる試みが、日本の大手EMS（電子機器受託製造サービス）メーカーなどでも進んでいます。
5. よくある質問（FAQ）
試作コストに関して、エンジニアや購買担当者からよく寄せられる質問をまとめました。
Q1. なぜ「セットアップ費」として別項目にせず、単価に含める業者が多いのですか？
A. 顧客が1枚あたりの単価で比較しやすいため、便宜上含めているケースが多いです。
しかし、内訳を要求すれば、ほとんどの工場で「イニシャル費用（初期費用）」と「加工賃」を分けて提示してくれます。
Q2. 試作単価を下げるために、設計側でできることはありますか？
A. あります。以下の3点を意識するだけで、工場側の工数が減り、見積もりが下がることがあります。
- 部品の種類を減らす（段取り替えの回数を減らす）
- 極端に小さい部品や特殊な形状の部品を避ける
- 標準的な基板サイズ、層数、材料を選択する
Q3. 「相乗り（面付け）」サービスを利用すると、なぜ安くなるのですか？
A. 他の顧客の基板と大きな1枚のパネルにまとめて配置することで、基板の材料費や露光・エッチングにかかる基本料金を複数社で分担できるからです。ただし、納期が固定される、あるいは基板の形状に制限が出るという制約があります。
Q4. 2回目以降の試作（リピート）で安くならないのはなぜですか？
A. データ処理費用は安くなる可能性がありますが、物理的な段取り（機械の清掃、部品のセット）は毎回発生するためです。部品を工場に預けっぱなしにする（在庫保持）ができれば、多少の減額交渉の余地はありますが、管理コストとのトレードオフになります。
まとめ
試作1枚の単価が高いのは、決して工場が不当な利益を乗せているからではありません。
むしろ、量産という「効率の王道」から外れ、一人の技術者が一台の巨大な機械を独占し、手塩にかけて作り上げる「オーダーメイド品」であることの証です。
エンジニアにとって重要なのは、単に「高い」と嘆くことではなく、そのコストがどこに消えているのかを理解することです。
- 段取り替えという「機械が止まる時間」への対価。
- データ確認という「人の知恵」への対価。
- 小口調達という「流通の不便さ」を解消する対価。
これらを理解した上で、適切な設計を行い、適切なタイミングで試作を依頼することは、開発全体のリードタイム短縮と最終的なプロジェクトの成功に直結します。
試作1枚に支払う数万円は、将来の量産時に発生するかもしれない数千万円規模のトラブルを未然に防ぐための、最も費用対効果の高い保険料であると捉えることもできるでしょう。
最新の技術トレンドを追いかけつつ、製造現場との対話を深めることで、よりスマートなものづくりを実現してください。
