【切削樹脂部品の寸法精度】厳しい公差を安定して維持するためのポイント

樹脂部品の切削加工では、図面で厳しい寸法公差を指定していても、狙った寸法を安定して維持することが難しい場合があります。試作品では問題がなくても、継続して製作する中で寸法のばらつきや反り・歪みが課題になるケースもあります。

では、なぜ樹脂切削では寸法精度の維持が難しくなるのでしょうか。本記事では、樹脂切削部品の寸法精度に影響する要因と、厳しい寸法公差を安定して維持するためのポイントについて解説します。

目次

• 樹脂切削で寸法精度の維持が難しい理由
• 温度変化と加工熱による寸法変化
• 内部応力による反り・歪みとアニール加工
• 吸湿・吸水による寸法変化にも注意
• 固定や切削時の力による変形にも注意
• 厳しい公差では加工後の測定も重要
• Technoplastの高精度樹脂切削加工
• 高精度な樹脂部品をご相談いただく際の確認事項
• よくあるご質問

■　樹脂切削で寸法精度の維持が難しい理由

樹脂部品で厳しい寸法公差を維持するためには、高精度な工作機械で加工するだけでは十分ではありません。樹脂は金属とは異なる熱的・機械的な性質を持っており、加工中や加工後にも寸法が変化する可能性があるためです。

樹脂切削では、主に次のような点に注意が必要です。

ここからは、それぞれが寸法精度にどのように影響するのかを見ていきます。

■　温度変化と加工熱による寸法変化

樹脂切削で特に注意したい要因の一つが温度です。

樹脂は温度が上がると膨張し、下がると収縮します。また、一般に金属と比べて熱伝導率が低く、切削によって発生した熱が加工部分にこもりやすい性質があります。加工時の温度上昇は材料の変形や寸法精度にも影響するため、切削条件を検討するうえで重要な要素です。

例えば、加工中に材料の温度が上がった状態で寸法を合わせても、その後材料が冷えることで寸法が変化することがあります。

そのため、高精度な樹脂切削では、

• 加工環境の温度を安定させる
• 切削時に過度な熱を発生させない
• 加工時と測定時の温度条件をそろえる
• 実際に部品が使用される温度環境も考慮する

といった点が重要になります。

特に厳しい寸法公差が求められる場合は、「加工した瞬間に寸法が合っているか」だけでなく、温度が安定した状態でも必要な寸法を維持できるかを考える必要があります。

■　内部応力による反り・歪みとアニール加工

樹脂の寸法精度に影響するもう一つの要因が、材料内部に残っている応力です。

樹脂の板材や丸棒には、素材の製造過程で内部応力が残っています。内部応力が残った材料から一部を切削すると、それまで保たれていた応力のバランスが変化し、加工後に反りや歪みとして現れることがあります。樹脂材料で残留応力が寸法安定性に影響することや、材料を除去した後に応力が解放されて変形する現象も確認されています。

また、切削工程そのものでも、工具と材料の間に生じる熱や力によって形状・寸法変化が生じる場合があります。精密加工では、材料特性に合わせて加工条件を設定することが重要です。

特に、

• 薄肉形状
• 非対称な形状
• 素材から大きく削り込む形状
• 高い寸法安定性が求められる部品

などでは、加工後の変形まで考慮する必要があります。

こうした内部応力を緩和する方法の一つがアニール加工です。樹脂を適切な条件で加熱・冷却し、材料内部の応力を低減することで、加工後の反りや歪みを抑えることを目的とします。

ただし、アニール加工はすべての樹脂部品に必要な工程ではありません。材料の種類、製品形状、削り込み量、要求される寸法精度などを確認したうえで、実施の必要性や処理条件を検討することが重要です。

■　吸湿・吸水による寸法変化にも注意

材料によっては、温度だけでなく湿度も寸法に影響します。

樹脂の中には水分を吸収しやすい材料があり、吸湿・吸水によって寸法が変化する場合があります。特にポリアミド系などでは、周囲の湿度条件によって吸水量が変化し、それが寸法安定性に影響することがあります。

そのため、高い寸法精度が必要な部品では、加工時の状態だけでなく、

• 保管される環境
• 使用場所の湿度
• 水や蒸気との接触
• 使用前後の環境変化

なども確認する必要があります。

重要なのは、「要求公差で加工できるか」だけではありません。実際の使用環境に置かれた後も、必要な寸法や機能を維持できる材料かどうかまで考慮することが大切です。

■　固定や切削時の力による変形にも注意

樹脂は金属に比べて剛性が低い材料が多く、加工時に加わる力によって変形しやすい点にも注意が必要です。樹脂の機械加工では、切削時の力が寸法精度に影響することがあります。

例えば、部品を強く固定した状態で加工すると、固定中は狙った寸法に仕上がっていても、クランプを外した後に形状が変化する可能性があります。

特に薄肉部品や細長い部品などでは、固定力や切削時の力による変形を考慮しながら加工する必要があります。

また、加工条件も重要です。切削速度や送り量などの条件によって、穴径や形状精度に差が生じることがあり、材料の種類に合わせた加工条件の設定が求められます。

そのため、高精度な樹脂切削では、単にワークを強く固定するのではなく、製品形状や材料の剛性を踏まえて固定方法や加工条件を検討することが重要です。

■　厳しい公差では加工後の測定も重要

厳しい寸法公差を管理するためには、加工技術だけでなく、加工後にどのように寸法を確認するかも重要です。

例えば同じ部品でも、どこを基準に測定するのか、どの位置を測るのかによって確認すべき内容は異なります。

特に高精度な部品では、

• どの寸法が部品の機能上重要なのか
• どこを基準位置とするのか
• どの箇所を重点的に管理するのか
• どのような温度環境で測定するのか

を明確にしておくことが重要です。

樹脂は温度によって寸法が変化するため、加工環境だけを管理していても、測定時の温度条件が大きく異なれば正確な寸法管理が難しくなります。

そのため、厳しい公差が求められる樹脂部品では、加工と測定を別々に考えるのではなく、加工から検査まで一連の工程として寸法を管理することが重要です。

■　Technoplastの高精度樹脂切削加工

Technoplast (Thailand) Co., Ltd.では、タイ国内の自社工場で樹脂部品の精密切削加工を行っています。

樹脂の温度変化による寸法への影響を抑えるため、工場内を25℃±2℃に管理しています。また、加工後は三次元測定機や画像測定機を用いて寸法を確認します。

内部応力による反りや歪みへの対策が必要な製品については、材料や製品形状、要求精度などを確認したうえでアニール加工にも対応しています。

また、2014年の設立以来、日本の加工現場で経験を積んだ人材がタイ現地で技術指導を行っています。タイ人スタッフも日本本社で樹脂加工や品質管理について研修を受け、日本で培われた加工・検査のノウハウをタイの製造現場へ展開しています。

樹脂部品の寸法精度や加工条件でお困りの方は、ぜひTechnoplastまでお問い合わせください。

■　よくあるご質問

Q1：樹脂切削では、なぜ金属加工より寸法管理が難しくなることがありますか？
A1：樹脂は金属に比べて熱膨張が大きく、熱を逃がしにくいほか、材料によっては吸水や内部応力による寸法変化も考慮する必要があるためです。

Q2：どの程度の寸法公差に対応できますか？
A2：Technoplastでは通常±0.05mm、製品形状や材料、加工条件によっては±0.03mmまで対応できる場合があります。詳細は図面を確認したうえで判断します。

Q3：温度管理はなぜ重要ですか？
A3：樹脂は温度によって膨張・収縮するためです。特に厳しい寸法公差が求められる場合は、加工時や測定時の温度環境を安定させることが重要です。

Q4：材料が同じであれば、同じ寸法公差で加工できますか？
A4：必ずしも同じとは限りません。製品の形状や厚み、削り込み量、要求される寸法位置などによって加工難易度が変わるため、図面ごとの確認が必要です。

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