【プラスチック加工の基礎④】プラスチックNC旋盤加工：課題解決と高品質実現の技術革新
プラスチック製品の高機能化が進む中で、円筒形状や回転対称形状の部品加工において、NC旋盤による精密加工のニーズが急増しています。ネジ・スペーサー・ブッシュ・スリーブ・Oリング溝付き部品など、旋盤加工で求められるプラスチック部品は多岐にわたります。
中でも、半導体装置、医療機器、薬液装置などで使用されるPVCやPEEK、PTFEなどの素材では、寸法精度だけでなく、表面の美しさや加工後の洗浄性も重視される傾向にあります。特に洗浄性の面では、加工時に水溶性切削油を使用することで、水洗いによる清掃が可能となり、工程の簡素化と品質安定につながる利点があります。
フジワラケミカルエンジニアリングでは、これらのニーズに応えるため、マシニング加工だけでなく、NC旋盤加工においても高い対応力を持っています。本コラムでは、NC旋盤によるプラスチック加工の基本的な考え方と、金属との違い、注意すべきポイントを整理してご紹介します。
このコラムでわかること
- NC旋盤加工の基本概念
- 金属加工との違いから生じるプラスチック特有の課題
- 寸法精度、表面美、洗浄性向上を実現する加工技術
- フジワラケミカルエンジニアリングの先進的な加工方法
- 現場で役立つ知識の提供
目次
金属旋盤加工との違い：プラスチック特性から生まれる違和感
NC旋盤加工の基本動作は金属もプラスチックも同じですが、素材特性の違いが実際の加工条件や品質に大きな影響を与えます。
金属旋盤加工とプラスチック旋盤加工の違い
- 熱の伝わり方が異なる
プラスチックは熱伝導性が低く、加工熱が逃げにくいため、切削中に発生する熱が刃先やワークに集中します。その結果、刃先への溶着や仕上げ面の白化といった不具合が起こりやすくなります。 - 切粉がつながりやすい
金属と異なり、プラスチックの切粉は糸状に長く出る傾向があり、工具やワークに絡みつくトラブルの原因となります。切粉がバイトに絡んで表面を傷つけたり、機械を停止させる原因にもなるため、排出対策が必要です。 - 切れ味重視の刃物設計が必要
金属用バイトは強度重視ですが、プラスチック加工では切れ味が命です。刃先が鋭く、滑らかな鏡面仕上げの単刃バイトを使うことで、切削面の品質が大きく向上します。 - 固定方法の工夫が求められる
金属のように強くチャッキングすると、プラスチック素材が変形・割れを起こす可能性があります。プラスチックの柔軟性を理解し、チャック圧や接触面の形状を調整することが大切です。
以上の通り、金属とプラスチックでは、熱伝導性や切粉の性状、刃物設計、固定方法など、加工時に現れる問題や要求される対策が大きく異なります。これらの違いを正確に把握することは、プラスチック加工における品質向上やトラブル回避において不可欠です。ここで挙げた各課題に対して、適切な管理・設計を実施することで、プラスチック加工の精度や効率が大幅に改善されるでしょう。
次節以降は、金属とプラスチックの比較で明らかになった課題を踏まえ、NC旋盤加工に適したプラスチックの特性、プラスチック特有のトラブル対策、そしてチャックと把持の工夫という3点に焦点を当て、最適なプラスチック素材の選定と加工条件策定の具体的アプローチを提案します。
NC旋盤加工に適したプラスチック素材とその特性
旋盤加工に用いられる代表的なプラスチック素材を以下の表に再整理しました。摺動性（滑りやすさ）、耐熱性、一般的な丸棒サイズなどの特性を比較することで、用途に応じた最適な素材選定の参考になります。
| 材料名 | 主な特徴・用途例 | 摺動性 | 耐熱温度（目安） | 丸棒サイズ（流通） |
|---|---|---|---|---|
| PVC（塩化ビニル） | 耐薬品性・加工性が高く、半導体・薬液装置部品に多用。 | 普通 | 約60℃ | φ10～φ300 mm |
| POM（ジュラコン） | 寸法安定性・切削性良好。ギア・軸受・スペーサー等に。 | 良好 | 約100℃ | φ10～φ250 mm |
| PTFE（フッ素樹脂） | 非常に滑らか。耐薬品性抜群だが柔らかく変形しやすい。 | 非常に良好 | 約260℃ | φ10～φ300 mm |
| PEEK | 高耐熱・高剛性。寸法安定性に優れ、医療・半導体用途多数。 | 普通 | 約250℃ | φ6～φ200 mm |
| MCナイロン | 高強度・耐摩耗。吸湿による寸法変化に注意。 | 良好 | 約120℃ | φ20～φ300 mm |
| アクリル | 透明性に優れ意匠性が高い。割れやすく刃物や条件に配慮が必要。 | やや劣る | 約80℃ | φ10～φ150 mm |
| ポリカーボネート（PC） | 高透明・高衝撃性。熱による変形に注意。 | 普通 | 約120℃ | φ10～φ150 mm |
| 超高分子量PE（UHMW） | 極めて高い摺動性と耐摩耗性。搬送レール・スライド部品に適す。 | 非常に良好 | 約80℃ | φ20～φ200 mm |
Point
- プラスチックにはそれぞれ加工性・摺動性・耐熱性に違いがある
- 使用環境や寸法精度の要件に応じた素材選定が重要
- 丸棒素材はサイズや入手性も考慮する必要がある
プラスチック素材特有のトラブルとその対策
プラスチック加工においては、独自の特性からくるトラブルが発生しやすく、これらの対策が品質と生産性を左右します。以下に代表的な問題とその解決策を示します。
プラスチック加工の問題と対策
- 糸状切粉の絡みつき
切粉が長く連続して出るため、バイトに絡み、加工中断や品質不良を引き起こすことがあります。最近では、ヤマザキマザックの「スムース振動切削」技術が注目されており、CNC制御により微細な振動を加えることで、切粉を効率的に分断し、絡み防止につながります。 - 白化や表面仕上げ不良
プラスチックに熱がこもりやすいため、刃物の摩耗や加工速度によって表面が白くなったり、仕上がりが粗くなったりすることがあります。切削条件や工具の状態をこまめに確認することが重要です。 - 芯ブレや振動の発生
特に細長いワークでは、共振や振動が生じやすく、加工精度に影響します。突き出し量の抑制、切削条件の最適化、ステディレストの活用などが有効です。
これらの対策を講じることで、プラスチック固有のトラブルを抑制し、安定した高品質な加工の実現が期待されます。また、工具状態や加工条件の管理が品質を左右し、さらに、加工設計段階からのトラブル対策が成功の鍵となることを改めて認識する必要があります。
プラスチック旋盤加工におけるチャックと把持の工夫
プラスチックの加工精度を左右する固定方法では、金属加工では問題とならないチャッキング力が、プラスチックでは変形や割れの原因となることがあります。適切な固定方法を採用するためのポイントを以下に示します。
プラスチックの固定方法
- 3爪スクロールチャック
一般的な円筒物の把持に適し、段取りが簡単ですが、接触跡が残ることがあります。 - 4爪インディペンデントチャック
爪が独立して動くため、非対称物や偏心部品の加工に有効です。圧力を分散できるため、変形を抑える加工に適しています。 - ゴムパッド・ウレタン挟み具
直接接触によるキズや圧痕を防ぐために使用。アクリルや透明材加工では必須レベルです。 - プルホルダーによる連続加工
小径部品を自動的に供給しながら加工できる装置で、段取り回数を減らして生産性を高めます。樹脂部品を安定して把持でき、連続生産にも適しています。
これらの固定方法の工夫により、プラスチック特有の接触痕や変形を最小限に抑え、高精度・高品位な加工が実現できます。チャックは、3爪、4爪など、素材や形状に応じて最適なものを選定し、プルホルダーによる連続加工、圧痕や変形を避けるためにはゴムパッドなどの対策が有効です。固定方法の工夫が、プラスチック旋盤加工の品質向上の鍵となります。
フジワラケミカルエンジニアリングのプラスチック旋盤加工への取り組み
プラスチック製品の高機能化に伴い、NC旋盤加工の需要が拡大する中、寸法精度、外観、洗浄性などの厳しい要求に応えるため、金属加工と比べたプラスチック特有の課題（熱伝導性の低さによる熱集中、切粉の絡み、工具摩耗など）への対策が不可欠です。
これらの課題を克服するためには、切れ味重視の刃物設計や工具状態・加工条件の継続的な管理、さらに加工設計段階からのトラブル対策が成功の鍵となります。
また、プラスチック旋盤加工では、3爪、4爪など素材や形状に合わせた最適なチャック選定や、ゴムパッドを活用した固定方法の工夫が高精度・高品位な加工に直結します。さらに、素材特性に応じた工具管理・加工条件の設定、加工後の洗浄性や表面仕上げを意識した段取り、そして測定や検査体制の整備による品質保証も、全体の工程で重要な役割を果たします。
当社のプラスチック旋盤加工への取り組み
- 素材特性に応じた工具管理・加工条件の設定
- 加工後の洗浄性や表面仕上げを意識した段取り
- 測定や検査体制も整備し、品質保証にも対応
フジワラケミカルエンジニアリングは、これらの技術的課題に対して一貫したサポート体制を整備し、素材選定から工程設計、試作評価までを網羅することで、精度と品質を追求するプラスチックNC旋盤加工を実現しています。
