【プラスチック加工の基礎②】NCルーター技術による高精度プラスチック板加工の実現

プラスチック加工では、素材ごとの特性を正確に把握し、最適な加工方法を選ぶことが極めて重要です。たとえば、金属加工で一般的なレーザー加工機は、高温のレーザービームを用いて素材を瞬時に溶融・気化させることで精密な切断を実現します。しかし、プラスチックは熱に対して非常に敏感なため、同じ手法を用いると、過度な加熱によって素材が溶けたり、焦げたり、変形したりするリスクが高まります。これにより、安定した高精度加工の実現が難しくなります。

このコラムでは、まずレーザー加工機の限界から見えてくるプラスチック加工の課題を整理します。さらに、NCルーター技術を最適な運用方法で活用することで、これらの問題がどのように解決できるかを、具体的な加工工程や品質管理のポイントを交えて解説します。最終的には、高精度なプラスチック加工を実現するための技術的アプローチとそのメリットを理解していただける内容となっています。

レーザー加工機の限界とプラスチック加工の課題

レーザー加工機は高温を利用して金属を切断するため、プラスチックのような熱に弱い素材では、局所的な加熱により材料が溶融・焦げ、寸法の安定性や仕上がり精度に大きな影響を及ぼします。さらに、一部のプラスチックは加熱時に有害ガスを発生させるため、作業環境の安全性も確保できません。

熱影響による変形や溶融の課題

レーザー加工による高温は、プラスチックに深刻な熱影響を及ぼします。

• 溶融や焼け焦げ
  アクリルなど一部のプラスチックは比較的加工可能ですが、PP（ポリプロピレン）やPE（ポリエチレン）などは熱により容易に溶融し、切断面が粗くなります。さらに、局所的に温度が急上昇すると、材料が焦げ、見た目の悪化や機能低下を招きます。
• 寸法の不安定化
  レーザー照射によって材料が急激に膨張・収縮するため、加工後に寸法が不安定になり、精密な仕上がりが得られません。変形や歪みが発生し、製品の品質に悪影響を及ぼします。
• 有害ガスの発生
  特にPVC（塩ビ）などのプラスチックは、加熱時に有毒なガスを発生するため、作業環境の安全性や健康面にも大きなリスクが伴います。

これらの熱影響が、レーザー加工機をプラスチック板加工に適さない理由となっています。

レーザー加工機で不可能な加工

また、プラスチック加工において、レーザー加工機は以下の加工に対して実用性が低くなります。

• 深い溝加工やザグリ加工
  表面切断には優れていますが、内部に深く彫り込む際は熱の影響で溶融や変形が生じ、精度の高い加工が難しくなります。
• ネジ穴加工
  レーザーでは貫通穴は開けられるものの、タップ加工や下穴加工など精密なネジ穴加工には不向きです。
• バリの少ない仕上げ
  熱影響によりバリや変色が発生しやすく、追加の仕上げ工程が必要となるため、最終製品の品質が低下しがちです。

NCルーターの優位性：高精度加工の実現

プラスチック板加工には、NCルーターが最適な選択肢です。その理由は以下の通りです。

• 非熱加工による高品質な仕上がり
  NCルーターは、回転する切削工具で機械的に削るため、熱による溶融や変形が発生せず、寸法精度が安定します。バリも少なく、追加仕上げ作業の手間が軽減されます。
• 加工できる形状の自由度
  溝加工、彫刻加工、曲線カットなど複雑な形状の加工が可能です。工具の交換により、タップ加工や皿モミ加工など精密な加工も実現できます。
• 多様な切削工具の活用
  エンドミル、Vビット、ボールエンドミル、ダイヤモンドカッターなど、工具を交換することで多様な加工要求に柔軟に対応できます。

NCルーターの加工工程と品質管理のポイント

NCルーターを用いたプラスチック板の加工では、精度の高い切削を実現するために各工程で適切な管理が求められます。加工前の準備から仕上げまで、一貫した品質管理を行うことで、安定した製品を作ることが可能になります。以下に、各工程の概要と品質管理のポイントを説明します。

NCルーターを使用する際の基本的な加工工程と品質管理のポイントを紹介します。

NCルーター導入時に考慮すべき要点

NCルーターを導入する際には、レーザー加工機とは異なる特性を理解し、適切な運用方法を検討することが重要です。特に、材料の固定方法、切削粉の処理、切削条件の最適化、加工範囲の違いなどを考慮する必要があります。以下のポイントを押さえることで、効率的で高品質な加工が可能になります。

材料固定方法の違い

レーザー加工機では材料を固定せずに加工できますが、NCルーターでは加工中のズレを防ぐために適切な固定が必要です。主に真空吸着テーブルや両面テープを活用し、材料を安定させます。

• 真空吸着テーブルは大型の板材の固定に適していますが、貫通加工ができないため、0.2mm程度残して切削し、後でカッターで仕上げます。
• 両面テープは小型のワークの固定に適しており、専用のクランプ治具を使用せずに加工が可能です。

切削粉の処理

NCルーターでは機械的に材料を削るため、レーザー加工と異なり切削粉が大量に発生します。これを適切に処理しないと、加工精度の低下や機械の故障につながるため、以下の対策が必要です。

• 集塵装置の導入により、作業環境の清潔を保つ。
• 適切な排出経路の確保で、切削粉が機械内部に蓄積するのを防ぐ。

切削条件の最適化

材料ごとに最適な切削条件を設定することで、加工品質が向上し、工具寿命を延ばすことができます。

• 送り速度や回転数を適切に調整し、バリや変形を最小限に抑える。
• 加工対象の材質に適したツールを選定し、仕上げ精度を向上させる。

NCルーターとマシニングセンタの違い

NCルーターはマシニングセンタと異なり、使用できる刃物の本数が限られるため、ネジ加工や細かい加工は手作業になることが多くなります。

• タップ加工やザグリ加工が必要な場合は、追加の手作業が発生する。
• 工具交換の頻度が異なるため、加工プロセスの見直しが必要になる。

まとめ

プラスチック板加工では、熱影響が極力抑えられるNCルーターが主流となり、機械的な切削により高精度な仕上がりが実現されています。工具の交換によって多様な加工に対応できる点や、接合部の少ない滑らかな成形が製品の強度、美観、清掃性の向上に寄与するなど、NCルーターならではのメリットが際立ちます。

一方、レーザー加工機やマシニングセンタとの違いも明確です。例えば、材料の固定方法、切削粉の処理、仕上げ工程など、各機器にはそれぞれ固有の注意点があり、特に真空吸着テーブルを用いる場合は、貫通加工の難しさやネジ加工での手作業が必要になることも理解しておくべき重要なポイントです。

また、近年、金属加工現場でも製品の軽量化や高機能化、デザイン性向上のためにプラスチック部品の活用が進んでおり、NCルーターによる加工需要はますます高まっています。NCルーターを最大限に活用するには、各工程での品質管理と最適な条件設定を徹底することが不可欠です。これらの知識と工夫が、高品質かつ効率的なプラスチック加工を実現し、製品の競争力強化につながります。

フジワラケミカルエンジニアリングでは、お客様の仕様や用途に応じ、円筒曲げ、R曲げ、V溝曲げなど、多彩な加工に柔軟に対応できる体制を整えております。ぜひ、当社のNCルーター運用技術による高精度加工をご体験ください。