樹脂切削加工の材質別のポイント｜樹脂20種類の切削・設計の注意点
樹脂部品を1個から試作したい場合や、数百個程度を製作したい場合には、金型を使わない樹脂切削加工が適しています。設計の検証から少量生産まで対応できる方法です。
樹脂は材質によって加工のしやすさや、設計時に注意すべき点が異なります。この記事では、主な樹脂材質ごとの切削・設計のポイントを、加工現場の視点から解説します。
1.樹脂切削加工とは
樹脂切削加工とは、板や丸棒などの樹脂材料を、旋盤やマシニングセンタで削り出して部品にする加工方法です。射出成形のように金型をつくらないため、初期費用を抑えて1個から製作でき、設計変更にも柔軟に対応できます。数量が数万個を超える場合は射出成形が有利ですが、試作から数千個程度までは切削が向いています。
金属の切削と大きく違うのは、樹脂が熱に弱く、たわみやすい点です。切削熱がこもると溶着や変形が起こり、吸水や温度変化によって寸法も変わります。材料内部に残った応力で、加工後に反りが出ることもあります。これらの程度は材質ごとに異なるため、材質に合わせた加工と設計が欠かせません。
2.樹脂切削加工方法
樹脂の旋盤加工
丸棒を回転させて外径や内径を削る方法で、ピン、ローラー、ブッシュなどの丸物に向いています。熱がこもりやすいため、切削速度や送りの調整が重要です。
樹脂のマシニング加工
プレート、ブロック、ケースなどの角物や、多面・複雑形状に向いています。旋削とミーリングを1台で行える複合旋盤を使えば、工程を集約してコストを抑えられます。
3.樹脂の材質別 切削・設計ポイント
切削加工に使われる樹脂の多くは、加熱すると軟らかくなる熱可塑性樹脂です。ここでは、対応している主な材質を分類ごとに紹介します。
スーパーエンジニアリングプラスチック
PEEK
耐熱性、耐薬品性、強度に優れ、寸法安定性も高い高機能樹脂です。硬いため、細い工具では欠けや折れが起こりやすく、切削条件を慎重に設定する必要があります。熱がこもると寸法が変わるので、冷却も重要です。設計においては、薄肉やシャープな角を避けてコーナーRを付けると、欠けを防ぎやすくなるため注意が必要です。材料費が高いため、材料の取り方を工夫することも有効です。
PTFE（テフロン）
耐薬品性と低摩擦性に優れる一方、軟らかく、強く固定するとつぶれてしまいます。荷重をかけ続けると変形が進むクリープも起こりやすいため、固定は弱めにし、切れ味のよい工具で加工します。設計では、締め付けや面圧による変形を見込んだ寸法にします。
PVDF
フッ素樹脂の中では硬く、強度と耐薬品性のバランスに優れています。半導体の薬液まわりの部品などに使われます。PTFEより切削しやすい反面、熱の影響を受けやすいため、発熱を抑える条件設定が必要です。
PPS
耐熱性、耐薬品性、難燃性に優れ、寸法安定性も良好です。ガラス繊維入りのグレードが多く、工具の摩耗が早い点に注意が必要です。設計では、応力が集中する角にRを付けて、割れを防ぎます。
PI（ベスペル）
耐熱性が非常に高く、摺動性にも優れています。一方で脆く欠けやすいため、薄肉や鋭い角の設計には注意が必要です。
PAI
高強度・高耐熱の材質で、材料費も高価です。吸水しやすいため、寸法の管理に注意が必要です。
PEI（ウルテム）
耐熱性、難燃性、電気特性に優れています。加工後に応力が残るとクラックの原因になるため、加工条件を工夫して残留応力を抑えます。
汎用エンジニアリングプラスチック
POM（ジュラコン）
切削性がよく、バリが出にくいため、精密部品に向いています。吸水が少なく、寸法変化が小さい点も特長です。ポジティブリスト対応のグレードもあり、食品機械などにも適しています。
MCナイロン（PA）
強度、耐摩耗性、摺動性に優れ、コストも抑えやすい使い勝手のよい材質です。ただし吸水しやすく、湿度によって寸法が変わります。公差は使用環境まで考えて決めることが重要です。
MCナイロンの樹脂切削加工事例
MCナイロンとよく比較される材質
材料変更によるコストダウン・品薄対策
PC（ポリカーボネート）
透明性と耐衝撃性を兼ね備えています。切削熱や残留応力、薬品の影響でクラックが出やすいため、切削条件の設定と、設計時のRの設定が重要です。
PET
吸水が少なく、寸法安定性と耐摩耗性に優れた結晶性の樹脂です。ペットボトルとは異なり、機械部品などで使われます。
UHMW-PE（超高分子量ポリエチレン）
耐摩耗性、耐衝撃性、自己潤滑性に優れていますが、軟らかく、切削が難しい材質です。たわみを抑える固定と、切れ味のよい工具が欠かせません。
UHMW-PEの樹脂切削加工事例
UHMW-PEの切削加工を依頼する前に知りたい設計ポイント
ユニレート
絶縁性と寸法安定性に優れ、吸水や温度変化にも強い材質です。精度を保ちたい治具などの部品に向いています。
ユニレートの樹脂切削加工事例
ユニレートの切削加工を依頼する前に知りたい設計ポイント
PBT
電気絶縁性と耐熱性があり、電子部品によく使われます。ガラス繊維入りのグレードは、工具の摩耗に注意が必要です。
汎用プラスチック・熱硬化性樹脂
ABS
加工しやすく、試作や外装部品に向いています。発熱で溶けやすいため、冷却と切削条件に気を配ります。
ABSの樹脂切削加工事例
ABSの切削加工を依頼する前に知りたい設計ポイント
PP（ポリプロピレン）
軽量で耐薬品性があり、コストも抑えられます。軟らかく、寸法変化や変形が出やすいため、設計段階から材質の特性を踏まえておくことが大切です。
PP（ポリプロピレン）の樹脂切削加工事例
PPの切削加工を依頼する前に知りたい設計ポイント
アクリル（PMMA）
透明度が高く、切削面の仕上げが外観を左右します。割れや欠けにも注意が必要です。
アクリル（PMMA）の樹脂切削加工事例
アクリルの切削加工を依頼する前に知りたい設計ポイント
塩ビとアクリルの選定・使い分けのポイント
ポリエチレン（PE）
軽量で耐薬品性と耐水性に優れ、タンクや配管部品などに使われます。軟らかいため、バリやたわみに注意します。
塩ビ（PVC）
耐薬品性と加工性のバランスがよく、配管部品やカバーなどに使われます。入手しにくい場合は、代替材の選定も重要です。
塩ビ（PVC）の樹脂切削加工事例
塩ビ（PVC）の代替材の選び方
フェノール樹脂（ベークライト）
熱硬化性樹脂で、絶縁性と耐熱性に優れています。切削時に粉じんが出るため、集じん対策が必要です。
ここで紹介した樹脂のほか、ゴム、セラミックス、ガラス、金属にも対応しています。
対応材質・サイズの一覧
ゴムの切削加工事例
セラミックスの切削加工事例
4.樹脂切削加工の材質選びで迷った際の選び方
樹脂切削加工において、材質選びに迷った際の用途別の目安は以下のとおりです。
- 摺動・耐摩耗：PTFE、UHMW-PE、MCナイロン
- 透明性：PC、アクリル
- 絶縁・寸法安定：ユニレート、PEEK
- 高温・薬品：PEEK、PPS、PVDF
- 食品機械・異物対策：POM（ポジティブリスト対応）、金属検知対応の樹脂
- 半導体・静電気対策：帯電防止樹脂
帯電防止樹脂とは
金属検知対応の樹脂素材とは
食品機械向けの樹脂切削加工事例
医療機器向けの樹脂切削加工事例
材質を変えるだけで、コスト、品質、納期の課題が解決することもあります。昨今では金属を樹脂に置き換えて軽量化する方法も増えています。
材質提案による課題解決事例
金属製品の樹脂化による軽量化・コストダウン事例
FA設備パレットの材質転換による生産性向上の事例
課題解決事例の一覧
まとめ｜樹脂切削加工はお任せください
樹脂切削は、材質によって切削のしやすさも、設計で気をつけたい点も異なります。樹脂・プラスチック切削加工ラボでは、PEEKやPTFEなどのスーパーエンプラから汎用樹脂まで、幅広い材質の切削加工に対応しています。1個からの試作も、数千個までの少量生産もお任せください。
材質選びに迷っている段階でも、図面がない場合でも、お気軽にご相談ください。