YUMOTO ELECTRIC INC プラスチック加工・樹脂加工の 湯本電機株式会社

使用素材 PPSの切削加工事例

食品製造工場で使用している製造機械に不具合が発生しており、その原因がPTFE製のプラスチック部品が温度変化で寸法変化しているためだと判明しました。依頼時点では寸法安定性に優れたPEEKでの切削加工を希望でしたが、予算内で、できるだけ安く本件の部品を入手したいという相談でした。

PTFEで製作した部品が寸法不安定であったのは、PTFEの線膨張率が大きいためです。プラスチックは金属と比べると線膨張係数が一桁大きい素材です。PTFEなどのフッ素樹脂はその中でも線膨張率の大きい素材であり、機械加工や検査を行う環境では適切な温度管理を行う必要があります。PTFEは温度での寸法変化が起こりやすい材質ですが、吸水率はほぼ0%であり、吸水による寸法変化は起こりにくい材質です。

PEEKで製作する場合の課題

PEEKはプラスチック素材の中で、あらゆる面で高機能を発揮する熱可塑性樹脂です。
スーパーエンジニアリングプラスチックの代表格で、高い強度や耐熱性に加えて耐薬品性などが求められる場面で使用されます。

PEEKには食品安全性に適合したグレードもあり、耐熱性・高温耐性・機械的強度などに優れています。
しかし、すぐれた性能を持つ反面、その分材料費が高いという側面もあります。
今回の部品の加工内容では、PEEKを使用すると予算を超えてしまうことが課題でした。

PPSへの材質変更提案で予算内での製作を可能に

サイズと形状、数量の条件により加工方法を変更することでのコストダウンは難しい状況でした。
そこで、ご相談時に頂いた部品の使用環境と部品の要求スペックから材質変更によるコストダウンを図ることにしました。

今回は高温環境で連続使用できること、吸水・吸湿による寸法変化が起こりにくいことを条件に検討した結果、PPSで製作しました。

PPSはPEEKと同様にスーパーエンジニアリングプラスチックの1つで、優れた強度・耐熱性に加え耐薬品性や寸法安定性などの他の点でも長所の多い素材です。PEEKよりも耐熱温度は低いですが、価格はPEEKの4分の1から2分の1であるため、今回の予算内に収めながら要求スペックを満たすことができました。

【お客様の声】

ネットで拝見して依頼させて頂きました。今回初めての注文でしたが、価格・品質共に満足しています。他社にも同時に見積もりを依頼しましたが、予算内では不可という回答のみで、予算内で製作できる条件について検討してくれたのは御社だけでした。
またよろしくお願い致します。
(製造業/東京都)

まとめ

今回は寸法の安定化と予算内での調達の2つが課題でした。

予算内に収めることができたのは、部品の要件を満たすための適切なスペックの素材を見つけることができたためです。
数量1個、手のひらサイズで難形状の部品であり、切削加工の範囲内での加工方法の変更によるコストダウンは難しい状況でした。
幸い使用環境が明確であったため、予算内に収められるように加工できる適切な素材を提案することができました。

湯本電機では、お客様のご予算などの条件に合わせて、材質・加工方法変更や設計変更提案といった「込み入った案件」を得意とします。まだ具体的に決めることができていない、といった案件でも完成までご相談頂けますので、お気軽にお問い合わせください。

今回の提案事例内のプラスチック素材紹介

PTFE

フッ素樹脂の1つで、滑らかな手触りと摺動性が特徴のスーパーエンジニアリングプラスチックです。
連続使用温度が260℃程度と高く、摩耗に強い特徴から摺動部品などの素材として使用されます。

PEEK

熱可塑性樹脂の中で最高レベルの耐熱性と機械的強度を持つスーパーエンジニアリングプラスチックです。
寸法安定性や耐薬品性に優れ、難燃性の素材と多くの部品の要件を満たすことができますが、高価な材料です。

PPS

PPSは高い耐熱性に加え、耐摩耗性、寸法安定性に優れたスーパーエンジニアリングプラスチックです。
PEEKと同程度（PEEKより多少控えめ）の物性を持ちながらPEEKよりも安価です。
切削加工時にはバリが出やすい側面があるので、加工品の後処理に時間がかかることがあります。

樹脂加工・プラスチック加工は湯本電機にお任せ下さい。
短納期で高品質の樹脂加工品を大阪・東京から全国へお届けします。

湯本電機では切削加工・3Dプリントによる、様々な形状のプラスチック加工に対応しております。
対応可能な加工については「プラスチック加工・樹脂加工　加工方法一覧」へ。

使用素材 PTFEの事例

以前までベークライト製治具を使用していたが、使用中に異臭が発生するため解決できる素材で作り直して欲しいというご相談です。

異臭の原因

実際に使用していた治具は焦げ付きが発生していました。
治具の使用時に摩擦による熱で、ベークライトの連続使用温度を超える高温状態になっていたと考えられます。
熱硬化性樹脂であるベークライトは、連続使用温度を超えても溶けることはありませんが、焦げ付きが発生します。
この焦げた時の匂いが今回の異臭の原因であったと推測されます。

PTFEへの材質変更で摩擦による問題を解決

使用用途から、該当の治具は摩擦と高温状態になることを考慮した摺動性と連続使用温度の高い素材に変更することが適切だと考えられます。
治具のすり減り具合からも、匂いだけでなく摩耗により精度の悪化も懸念されたためです。

そこで今回はPTFEでの製作を提案させて頂きました。PTFEは耐熱性・摺動性に優れたスーパーエンジニアリングプラスチックです。連続使用温度は約260℃と高く、難燃性であるため燃えにくく自己消火性があります。摩擦係数が小さく、摩耗しにくいため摺動部品などに利用されます。

強度面についても十分であるということで採用して頂き、匂いの発生と治具精度の悪化を防ぐことができました。

【お客様の声】

候補素材について丁寧にご提案いただき、ありがとうございました。
色々な樹脂素材を扱っているということで、アドバイスも納得の行くものでした。
適切な素材を選ぶことができました。
（製造業/広島県）

まとめ

この事例では摩擦と耐熱温度の2つが課題でした。今回は他の条件などを考慮しPTFEを選定していますが、実際には摩擦に強く耐熱温度の高い素材は他にもあります。ベークライトのようなフェノール樹脂にも高摺動性の素材があり、他のエンジニアリングプラスチックにも摺動性グレードが存在するものもあります。

ちなみに、ベークライトの通常グレードの難燃性はUL規格だとHBに相当します。これは燃えにくいですが、自己消火性はないことを示しています。今回のように摩擦により焦げ付きが発生するような環境で使用を続けていると、発火した恐れがあります。自己消火性がないためそのまま燃え広がり火災に繋がるリスクがありました。ベークライトにはUL規格でV-0に相当する難燃性を持った難燃ベークライトが存在します。こちらは燃えにくく自己消火性を持った材質で、PTFEと同程度の難燃性素材です。今回は摩擦とそれによる摩耗が別の問題を発生させていることも判明したので、これらの問題を解決できる素材を提案させて頂きました。

湯本電機では、お客様のご予算などの条件に合わせての材質・加工方法変更や設計変更提案といった「込み入った案件」を得意とします。まだ具体的に決めることができていない、といった案件でも完成までご相談頂けますので、お気軽にお問い合わせください。

今回の提案事例内のプラスチック素材紹介

ベークライト

耐熱性・機械的強度に優れた汎用的な素材です。硬度が高く引張強度に優れますが、衝撃による欠けや割れが発生しやすい側面もあります。フェノール樹脂と基材（紙や布）の積層板であり、基材部分は摩擦に弱く摩耗しやすい特性があります。

PTFE

摺動性に優れたスーパーエンジニアリングプラスチックです。連続使用温度が260℃と高く、引張強度・耐衝撃性にも優れています。膨張率が高く、温度による寸法変化が起こりやすい材質です。

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使用素材 MCナイロンの切削加工事例

紙ベークライトで製作していた糸巻きに使用する部品に関する事例です。
この部品の面粗度が悪く、巻いた糸にベークライトの粉が付着してしまうため、改良した部品を製作したいとの相談でした。

ベークライトは板・丸棒の材料の状態では、表面が滑らかな積層となっています。
当初の部品はこの積層を厚みの調整のため剥ぎ取るように加工しており、面粗度が悪化し、このような不具合が出ていたと考えられます。

また、面粗度の問題と同時に、糸との摩擦で部品の加工面が少しずつ削られる点も問題でした。
加工方法を工夫することで、ベークライトを使いながらもこの問題を解決する方法もありますが、
加工費が高くなるため、ここでは単純な材質変更での解決を検討することにしました。

今回の部品の使用環境や条件をヒアリングした結果、耐熱温度は大体100℃を超えていれば十分で、引張強度と摺動性が高い素材であることが条件でした。
ベークライトであった理由としてはこれらの条件を満たしながら安価であるということでしたが、同様の問題で再度作り直しになる費用増を避けるために、MCナイロンでの製作を提案させて頂きました。

MCナイロンでの製作では面粗度の問題は解決し、切り粉などの付着問題は発生しなくなりました。

まとめ

今回は部品の切削面の面粗度と摺動性の2つが課題でした。

予算内で製作するために、工数が増加する加工方法変更ではなく、材質変更での解決を提案しました。同じ寸法では紙ベークライトよりもMCナイロンの方が高価ではありますが、プラスチック素材全体では比較的安価な部類で、かつ総合的に見て使いやすい汎用材です。

MCナイロンは引張強度・摺動性に優れたエンジニアリングプラスチックで、金属部品からの代替としてギアやローラーに利用されることがあります。また、MCナイロンは基本グレードの他に摺動グレード・耐熱グレード・耐候グレードなどもあるので、使用環境によって選定できる幅も広いプラスチック素材です。

今回の提案事例内のプラスチック素材紹介

MCナイロンは強度と摺動性に優れたエンジニアリングプラスチックです。耐熱温度も高く、バランスの優れた物性でありながら比較的安価なため、コスト重視の部品製作の際には、まず候補に挙がる素材です。

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使用素材 黒ベークライトの事例

基盤で使う固定治具に従来アルミを使っていましたが、その治具に絶縁性を求められるようになったため、樹脂での製作をご依頼頂きました。
お客様の求められる条件は以下の2つでした。

• 他の部品の色と統一するため、色は黒色であること
• 比較的安価であること

より詳細な条件を伺うと、はんだを使うため耐熱温度は最低100℃以上、高温状況下で寸法安定性の高いものが良いということでした。
温度域は110℃程度でそこから多めに見積もっても±10℃程度であるということでした。
そこで耐熱温度が-50℃~130℃の黒ベークライトでの製作を提案させて頂きました。
ベークライトは電気絶縁性に優れ、電気絶縁材料として広く使われている樹脂・プラスチックです。
さらに紙ベークライトは、電気絶縁性の優れた材料の中でも特に安価です。
また機械的強度に優れ、様々な治具に利用されています。
紙ベークライトは吸水率が非常に高く、紫外線により劣化するという欠点がありますが、今回の治具が使用される環境下ではこれらは問題がありませんでした。
結果黒ベークライトの治具を採用して頂き、その後問題なく使用できているとのことです。

【お客様の声】
プラスチック加工でネットで見つけ、問い合わせさせて頂きました。
同じ市内で相談しやすい切削加工業者さんがいて助かりました。
(製造業/大阪府)

【ワンポイント】
ベークライトは電気絶縁性に優れた樹脂・プラスチックです。
機械的強度に優れますが、積層板であるため層に垂直方向には強度がありますが、平行な方向には弱い側面があります。
加工・使用時には力の加わる向きには注意する必要があります。
紙ベークライトは絶縁材料の中では特に安価です。

◆紙ベークライトの素材ページはこちら

◆布ベークライトの素材ページはこちら

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使用素材 PVC（塩ビ）の事例

PMMA（アクリル）で製作したカバーのねじ穴部分からひび割れを起こしてしまうので、新しく作り直したいという内容のご相談を頂きました。これはカバーの開閉の際に、ねじ穴に衝撃が加わり、それが繰り返されることで割れていっているようでした。

このカバーは作業中の接触事故を防ぐものであり、かつ中の様子を確認するためのものです。
実際のヒアリングでは、「透明度は必要であるが中の物が見える程度で良い」とのことでした。
そのため透明か半透明の材質で製作することが要件となります。

透明樹脂の候補としては、アクリル以外にはポリカーボネートやPET、塩ビが挙げられます。
アクリルはこの中では耐衝撃性が低い材質で、これ以上の強度を持つ材質としても上記3つが候補になります。

また、材質変更以外での解決方法もあります。
今回の破損はねじ穴部分からですが、このねじでの連結部分を接着や一体加工での製作に切り替えることでねじ穴部分からの破損を防ぐことができます。
しかし、ねじ穴部分からの破損が無くなっても、繰り返される衝撃に対する破損は防げない可能性はあります。

そこで、構造上の弱点であるねじ穴部分からの破損を防ぐために、ねじで繋いでいた箇所を接着加工での仕様に設計変更を検討して頂きました。さらに、同時にカバー全体の強度を高めるために、材質変更をアクリルからポリカーボネートかPVC（塩ビ）への変更を提案しました。

この提案した2つの素材は透明度はアクリルよりは若干劣りますが、カバー内部を見る分には問題のない透明度です。
ポリカーボネートは特に衝撃に強い材質でプラスチック素材の中でもトップクラスの耐衝撃性を持ちます。
塩ビはアクリルより強度に優れ、さらに安価な汎用的な材質です。

最終的には、設計変更によるコスト増を避けながら解決したいとのリクエストがあり、ねじ穴部分はそのままに塩ビへの材質変更での製作となりました。

【お客様の声】
かなり前に作っていただいた加工会社さんが廃業してしまったので、新たにプラスチック加工会社をネットで調べて問い合わせしました。
数社から見積りをいただきましたが、湯本電機さんの営業担当の方が親身に提案してくださって、ここなら信頼できると思い発注しました。
ひび割れの問題は解消され、安心して作業できるようになりました。ありがとうございます。
（製造業/東京都）

まとめ

機械・装置のカバーには、内部を確認する意図で透明樹脂が使用されることもあります。
透明樹脂の候補としてはポリカーボネート・アクリル・PET・塩ビなどが挙げられます。
これらは強度や耐性のある薬品・溶剤、価格など異なる点が多く、使用条件に合わせて最適な材質を選ぶ必要があります。

今回の提案事例内のプラスチック素材紹介

当社では以下の素材の切削加工に対応します。

ポリカーボネート

プラスチック素材の中で最高クラスの耐衝撃性を持つエンジニアリングプラスチックです。

PMMA（アクリル）

光透過率が約93%の透過性の高いプラスチック素材です。ガラスの10～16倍の耐衝撃性があり、破損した際に破片が飛び散りにくい特徴があります。

PVC（ポリ塩化ビニル）

五大汎用樹脂の1つで、プラスチック素材の中でも比較的安価な材質です。

PET

耐衝撃性がアクリルより優れ、燃焼しても有毒ガスが発生しにくい材質です。

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使用素材 ジュラコン®(POM)の事例

建築材料の軽量化を追求するため、金属で製作していた部分を樹脂での製作に変更することを検討しているというご相談を頂きました。
弊社では小型の精密部品をご依頼頂くことが多いのですが、今回は建築材料に使うものということで滅多にない寸法でした。
最初はPP（ポリプロピレン）黒での製作を希望しておりましたが、PP（ポリプロピレン）黒では対象物の厚みの材料が存在しませんでした。
材料の条件は黒色で比重が2以下、寸法安定性のあるものであれば良いということでしたので、今回は黒ジュラコン®を提案させて頂きました。
ジュラコン®は吸水性は低いですが、耐候性にはあまり優れないため、そこが懸念材料ではありましたが、屋内用であり、この材料自体には強度を求めていないとのことだったので問題ありませんでした。
黒ジュラコン®での製作で納得頂き、無事金属から樹脂への変更を終え、軽量化を実現しました。

【お客様の声】
急ぎでしたが、ご丁寧に対応いただきありがとうございました。
(建築業/東京都)

【ワンポイント】
黒ジュラコン®はジュラコン®と色が異なるだけで物性は同じです。
吸水性が低く、寸法安定性に優れています。
ジュラコン®はエンジニア・プラスチックの一つです。
エンジニア・プラスチックとは本来のプラスチックの弱点である熱と高温下での性質、強度を大幅に強化したものです。
軽量である樹脂・プラスチックの性質に加えて金属に匹敵する強度を併せ持っているため、今回のような金属から樹脂へ素材を変更する場合には適しています。

ジュラコン®(POM)の素材ページはこちら

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使用素材 ジュラコン®(POM)の事例

PP（ポリプロピレン）を用いて製作したガイドにはφ1の貫通穴をあけており、そこにφ0.7の針を通していましたが、その際に針が損傷することがあり困っているので解決して欲しいというご依頼を頂きました。
ヒアリングを行った時点では、貫通穴の不具合か針の不具合かを断定することができなかったので、実際に使用されている貫通穴と針を条件をすべて同じにして製作し検証を行うことにしました。
実際にPP（ポリプロピレン）でΦ1の貫通穴をあけたガイドを製作し、針を通して検証していく内に、貫通穴の内部にバリが発生していることが針の損傷の原因になっていると判明しました。
そこで使用環境下で問題なく使え、バリが出にくい素材であるPOM又はABSへの材質変更を検討しました。
POMはバリの発生しにくい素材で、精密加工に向いています。
今回のようにφ1の貫通穴をあける必要があるような場面では用いられることが多いです。
ABSもPOM同様バリが発生しにくく切削加工のし易い素材です。
POMと違い接着にも向いています。
今回のガイドの製作には接着が必要な部分があったため、ABSへの変更を提案させて頂きました。
結果ABSで製作させて頂くことになり、針の損傷は無くなりました。

【お客様の声】
原因の特定ありがとうございました。
素材も納得のいく説明を頂き、安心しました。
(製造業/東京都)

【ワンポイント】
POMとABSは共に比較的低コストの素材です。
POMは快削であると同時にバリの発生しにくいという特徴があります。
また、寸法安定性にも優れています。
その反面エンジニアプラスチックの中では柔らかく耐候性に優れません。
ABSは低コストでありながら機械的強度と耐衝撃性に優れています。
接着やメッキ、塗装等も可能です。

◆POMの素材ページはこちら

◆ABSの素材ページはこちら

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使用素材 UHMW-PE（ニューライト）の事例

食品機械の部品で滑りが良い樹脂での製作をご依頼頂きました。
依頼時は、滑りの良い樹脂の代表であるPTFE（テフロン）での見積依頼でしたが、お客様の予算と合いませんでした。
お客様の要求する滑りの良さをお伺いすると、PTFE（テフロン）のそれは過剰スペックであることが分かりました。
そこでPTFE（テフロン）よりも安価で滑りの良い素材であるUHMW-PE（ニューライト）を提案させて頂きました。
UHMW-PE（ニューライト）は耐摩耗性、滑り特性に非常に優れているプラスチックです。
耐薬品性に優れ無害であるため、今回のように食品機械の部品に多く用いられています。
結果お客様の予算内に収まり、要求スペックを十分満たした部品を製作することができました。

【お客様の声】
短納期でのご対応ありがとうございました。
丁寧に梱包されており、品質管理も行き届いておりました。
(東京都/製造業)

【ワンポイント】
UHMW-PE（ニューライト）はポリエチレンよりも分子量を高めたスーパーエンジニアプラスチックです。
密度が高いためポリカーボネート(PC)よりも高い耐衝撃性を備えています。
耐摩耗性と滑り特性に優れており、ローラーやコンベア等の摩擦の多い箇所の部品によく使用されています。

◆UHMW-PE（ニューライト）の素材ページはこちら

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特殊治具製作で解決の事例

成形で加工していた製品の加工方法提案事例です。

厚みのある箇所に成形時にヒケ（表面の歪みや凹み）が発生してしまい、必要な精度を出せず困っているというご相談を頂きました。
形状とロットから成形加工を選択していましたが、実際に製作してみると精度面で不具合があり、改めて加工方法について検討している状況でした。

その製品は比較的シンプルな形状であったため、特殊治具を製作して機械で掴むことができれば切削加工での製作も可能でした。さらに、一度に必要な数は数百個程度と、切削加工において単価のメリットがありつつ納期に間に合わせることができる範囲の数であったため、切削加工での製作を提案させて頂きました。

単価は成形で製作するよりも少し高くなりましたが、精度が向上し必要な分だけ製作できるようになりました。

成形既製品を追加工で修正も可能

機械で掴みにくい形状をした既製品でも治具を使うことで切削加工による追加工が可能な場合があります。例えば以下のような事例があります。

成形品に形状変更の仕様違いが必要になった事例です。この仕様違いは少量しか必要がないため、成形加工では採算が合わず、お客様は切削加工などの小ロットで製作できる加工方法を探していました。予算・納期からして1から製作するとお客様の条件に合いそうになかったため、製作済みの製品を追加工することで対応できないかを当社で検討することにしました。

実際に製品を預かり形状を確認したところ、追加工で仕様違いの形状にできることが判明しました。、
機械での固定が難しい形状でしたが、特殊治具を製作することで切削による追加工を可能にしました。
要望通りの形状を型なしで製作し、小ロットでの製作に対応できるようになりました。

ロットの都合で型を製作できない場合も、一度湯本電機にご相談ください。
樹脂・プラスチック切削加工の熟練スタッフが最善のご提案をさせて頂きます。

当社では豊富な樹脂・プラスチック加工の機器を取り揃え、様々な加工を行っています。

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使用素材MCナイロンの切削加工事例

お菓子製造ライン内のアルミ合金製のローラー部品が摩耗により破損し、より耐久度の高くして新しいものを製作したい依頼を頂きました。
当初は金属素材での材質変更を想定されておりましたが、耐久性を高め、コスト面での協力も可能なMCナイロンに材質を変更することを提案しました。
強度も問題なく、煮沸処理することで食品衛生法もクリア、コーティングも必要なく、低コストである上に部品の軽量化も実現できました。

基本的に樹脂と金属素材は強度に大きな差があります。相当な強度が必要とされる場合はスーパーエンジニアリングプラスチックなどの高機能素材を使用することになりコストが増加することが多いです。
今回のように実はプラスチック素材に適当な条件のものがあることもあります。

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