COLUMN コラム

プラスチックの価格を決める要素とは

大量生産を行う部品は、一般的に「機械」を用いて生産されています。インサートナットも特殊なものを除き、機械で生産されていますが、生産する機械にはそれぞれ異なる特徴があるのです。そこで、インサートナットを生産している機械の特徴について解説します。

原油価格の変動

プラスチックの原料は「石油」です。
つまり、原油価格が高騰すればプラスチックは製造にかかる原価が高額になるため、販売価格も高騰してしまうのです。
また、原油価格の高騰は輸送コストの増額にもつながるため、プラスチックに限らず原油価格の高騰はさまざまな商品の物流コストとそれに伴う価格上昇につながります。

種類による価格の違い

一口にプラスチックと言っても、その種類は数多く存在します。
そして、プラスチックは種類ごとに価格が異なりますが、そこには「耐熱温度」との相関関係があるのです。
基本的に耐熱性に優れたプラスチックほど価格が高くなる傾向にあり、例えば耐熱性には優れていない「ポリ塩化ビニル」と比較すると、耐熱性に優れたプラスチックである「ポリイミド」はグラム単価が100倍になります。
なお、耐熱性の低いプラスチックは価格の安さや加工のしやすさなどにメリットがあります。

製造方法による価格の違い

プラスチック製品は、さまざまな「製造方法」があります。
製造方法の違いによって、必要な設備や備品も異なり、製造方法や製造するプラスチック製品の性質によって完成品となるプラスチック製品の価格にも違いがあります。
例えば一般的なプラスチック製品の製造方法である「射出成形」は専用の「金型」を使用するのですが、これがなかなか高額なのです。
一方でペットボトルなどの製造に用いられる「ブロー成形」の場合も金型を使いますが、射出成型に用いる金型と比較すると安価に用意できる傾向にあります。

製造コストまで踏まえて材料選定などを考える

プラスチック製品は、何に用いるかによって適切な種類が異なります。
プラスチックは種類によって価格や耐熱性能が異なるだけでなく、さまざまなステータスが異なるため、使用する環境などに応じたステータスを有した種類のプラスチックで製造することが望まれます。
しかし、性能だけを考慮してしまうと、価格がコストオーバーを起こす可能性があり、これには製造コストや流通コストなどを総合的に考慮しなければなりません。
例えば耐熱性の高いプラスチックでも「フッ化エチレン」のように比較的安価で調達できるプラスチックもありますので、必要な性能と価格面での問題をクリアした素材選びをしてください。

インサートナットに使用されている材料について

世の中に生み出された素材は数多く、それぞれ異なる特性を持ちます。インサートナットにもさまざまな素材で作られたものがありますが、使用している素材によって完成品となるインサートナットの性能にも違いが生じることになります。そこで、インサートナットに使用されている材料について解説します。

黄銅(C3604)

黄銅(C3604)は、真鍮(C2801)に鉛を添加した素材です。鉛が添加されたことにより黄銅は「切削性」(材料の削りやすさのこと)が改善されます。その特性から「高速自動盤加工」に適している素材です。精密計器の部品や歯車、時計の部品などに用いられることの多い素材でもあります。


黄銅(C3604)のことを別名「快削黄銅2種」といいます。つまり「快削黄銅1種」があるということで、これを黄銅(C3602)といいます。C3602のほうが「冷間鍛造」(常温環境下で金属に圧力を加えて変形させながら成形を行う加工技術のこと)に向いているのですが、C3604のほうが工具寿命が長くなるという特徴があります。

黄銅(C6801)

黄銅(C6801)は、鉛を使用していない黄銅です。前述の通り、従来の黄銅には鉛を添加することにより切削性を向上させていましたが、鉛は環境負荷物質の1つでもあります。つまり、鉛を含んだ黄銅は加工や使用による摩耗によって空気中に鉛が飛散したり、鉛分が溶出するリスクを抱えるということなのです。


そこで、鉛の代わりに「ビスマス」を添加して作られたのが、C6801です。鉛を含まずに、従来の黄銅と同程度の強度や切削性、耐食性を実現しました。その他の特徴としては、熱伝導性や導電性に優れているので、電気系や電子系の部品、自動車の部品などに使用されることが多い素材です。

ステンレス鋼(SUS303)

ステンレス鋼(SUS303)は、ニッケルを含んだ素材です。耐食性に優れた鋼種であり、非磁性の金属です。SUS303は「SUS304」に硫黄などを添加したことで切削性を高めています。


SUS304と比較して切削性は改善されているのですが、一方で耐食性と溶接性は劣ります。
また、SUS303のほうが、SUS304と比較して材料費が高くなる傾向にあります。


なお、目視確認だけでSUS303とSUS304を区別することは極めて難しいといわれています。旋盤で削る際には違いがはっきりと判ることが多く、SUS303は粉になるのに対して、SUS304は帯状になることが多いです。

なぜ自動車にプラスチック部品が使われるのか?

自動車用の部品というと「金属」をイメージする人が多いでしょう。しかし近年では「プラスチック」で作られた部品が多用されているのです。そこで、なぜ自動車にプラスチックが使われるのかについて解説します。

自動車にプラスチックを使う理由とは?

結論から言えば、自動車にプラスチック製の部品を使用する理由は「軽量化」にあります。一般的に同じ部品を金属とプラスチックで作れば、プラスチック製の部品の方が重量が軽く仕上がります。

自動車を軽量化する理由としては、やはり「燃費や走行性能の向上」が大きな理由として挙げられます。有名な話では「オイルショック」が挙げられますが、近代においては自動車の燃費性能の向上は死活問題となっており、燃費性能を向上させる大きな要因としては自動車の軽量化が大きな課題となるのです。

しかしながら、自動車に関する規制の変化に伴い、自動車に必要な部品の種類は増加傾向にあります。部品を減らせない以上、1つ1つの部品を軽くすることが車両重量の軽量化に必要な課題となるのです。

軽量化以外のプラスチックのメリットとは?

自動車にプラスチック製の部品を使用することには、軽量化の他にもさまざまなメリットがあります。

1つ目は「錆びない」ことです。金属で作られた部品は次第に錆びついてしまい、メンテナンスを怠ると致命的な問題を生じる可能性があります。一方でプラスチックは錆びませんので、防錆加工などが必要ありません。

2つ目に「復元性が高い」ことです。金属の部品と比較してプラスチック部品は復元性が高く、例えばボディ外板をプラスチック製にすることによって、少しぶつけたくらいなら簡単に元の形に戻すことができます。これにより、事故などの際に修理する場合に必要なコストを削減できます。

3つ目は「防音性や防振性が高い」ことです。車はエンジンを積んでいますので、振動や音は相応のものです。プラスチックは金属製部品と比較して防音性と防振性に優れているため、車内の音や振動を少なくできます。

4つ目は「デザイン性を追求できる」ことです。プラスチックは金属と比較して加工しやすく、金属製部品では成型が難しい形でもプラスチックであれば加工しやすい可能性が高いです。これにより、角張ったデザイン主流だったのが、プラスチック由来の滑らかなフォルムの自動車を製造できるようになっています。

自動車のプラスチック部品に求められる性能

一口にプラスチックといっても種類があり、それぞれに特性が異なります。自動車は部品によって求められる性能が異なり、例えばバンパーであれば高い耐衝撃性が必要ですし、ヘッドライトであれば透過性と強度の高さが必要です。自動車にプラスチック部品を使用する場合には、部品に合った性能を備えるプラスチックを使用することが重要になります。

ねじの「規格」について

一口に「ねじ」といっても、ホームセンターには数多くのネジが販売されていることから、世の中には数多くのねじが存在していることがわかります。そんなねじを特定するための指標として利用されるのが「規格」です。そこで、ねじの規格について解説します。

ねじのJIS規格

JIS規格(日本工業規格)においては、ねじは以下の規格に分類されています。

〇メートルねじ(並目ねじ)
〇細目ねじ(1998年に廃止され、並目ねじに統合される)
〇メートル台形ねじ(メートルテーパねじ)
〇ユニファイ並目ねじ
〇ユニファイ細目ねじ
〇管用並行ねじ
〇管用テーパねじ
〇ウィットねじ(廃止)

ねじの「JIS規格」と「ISO規格」

ねじの規格は、性能面や安全面を考慮し、必要なねじの種類を特定するために必要不可欠な基準です。そんなねじの規格は前述の「JIS規格」のほかにも、国際的な基準である「ISO規格」が存在しています。

JIS規格は、国際標準であるISO規格に倣いつつあります。そのため、両者の違いは少なくなりつつあるのですが、実務上ではISO規格にはないサイズのねじが存在するなどの理由から、JIS規格は残されています。日本でねじを探すのであれば、基本的にJIS規格を参照すれば問題ありません。

特殊ねじについて

規格が同じであれば、どのメーカーが作ったねじであっても基本的に全く同じサイズやねじ山の角度を持ったねじとなります。そのため、必要なねじの規格がわかっていれば、基本的にどのメーカーが作ったねじであっても使用できるのです。

ただし、規格ねじではねじを使用する目的を達成できないケースもあります。複雑な形状や特別な用途で用いる場合だと、既存の規格ねじでは対応できない可能性があるのです。その場合「特殊ねじ」をメーカーに作ってもらう必要があります。

特殊ねじは、メーカーによっては1点から製造することもあれば、必要に応じて大量生産を行うケースもあります。

ねじ規格の内容

ねじ規格では、以下の呼称と寸法範囲を用います。

■外径:M〇ねじなどで呼称、Mは「メートル」を意味し、数字が「外径(ねじ山のある軸の直径)」を意味する
■谷径:ねじ山の溝を基準とした直径
■有効径:ねじ山の幅とねじ溝との幅が等しくなる、理論上の直径
■ピッチ:隣り合うねじ山の間隔
■ねじ山の角度:ねじのギザギザ部分(ねじ山)の角度

プラスチックのメッキについて

プラスチックのメッキの目的

プラスチックに対するメッキ処理は、もともとはプラスチックの表面に金属のような光沢を付与する装飾的な目的で行われていました。しかし現在では、プラスチックに耐水性や対候性など、見た目ではなく機能面でのメリットを付与する目的でメッキ処理が行われることもあります。

プラスチックにメッキを施すメリットは?

プラスチックにメッキ処理を施すことには、さまざまなメリットがあります。

1つ目は「軽量な金属調の素材に仕上がる」ことです。通常、金属はプラスチックよりも重いですが、プラスチックに金属調のメッキ処理をすることにより金属のような見た目とプラスチックの軽さを両立させることができます。

2つ目は「デザイン面での商品価値が上がる」ことです。一般的にプラスチックと金属では、金属の方が見た目が良くてデザイン性が高まります。プラスチックにメッキを施すことにより金属のような見た目の良さを実現し、プラスチック素材やこれを使用した製品の商品価値を高めることができるのです。

3つ目は「機能面での商品価値が上がる」ことです。メッキ処理を施すことにより、プラスチックに対して耐水性や対候性、耐熱性や剛性などの機能的特徴を付与することができ、商品価値が上がります。

金属へのメッキとの違い

プラスチックにメッキ処理を施す際には、金属へのメッキ処理とは異なるプロセスで処理を施す必要があります。

金属上へのメッキ処理は、一般的に「電気メッキ」を利用します。これは電極から供給される電子を用いることで金属イオンを還元し、表面上に金属として折出させることでメッキ皮膜として成長させます。

しかし、プラスチックは基本的に電気を通さないので、この仕組みを利用することができません。そこで、プラスチックへのメッキ処理には「エッチング」という処理を行います。

プラスチック表面をデコボコにして、そこに「パラジウム」を吸着させることで「無電解メッキ」という処理を行うのです。無電解メッキの皮膜は金属なので、用途に応じて電気メッキや無電解メッキ処理を施すことが可能になります。

プラスチックの「黄ばみ」の対応策!黄ばみの原因と対処方法について

タバコが原因の黄ばみの対処法

プラスチックが黄ばんでしまう原因は、いくつか存在します。1つ目は「タバコ」によるものです。タバコに含まれるニコチンによって、プラスチックが黄ばんでしまうのです。また、食べ物のカスによっても黄ばみが発生しますが、タバコのニコチンと同じく、プラスチックの黄ばみの原因としては軽度なものといえます。

対処法としては、「メラミンスポンジ」を利用するのが手っ取り早い方法です。100円ショップでも販売しているメラミンスポンジは水を使いますので、電子機器など水に弱い品物のパーツであるプラスチックの黄ばみを解消する際にはプラスチックパーツを取り外して洗浄作業を行ってください。

添加物が原因の黄ばみの対処法

次は「添加物」が原因による黄ばみです。プラスチックの添加物が化学変化を起こすことによって黄ばみが発生します。この黄ばみはタバコや食べかすほどではないにしても、比較的簡単に黄ばみを解消することができます。


使用するのは「漂白剤」です。漂白剤を使用すると同時に「日光」も利用します。具体的な方法としては、漂白剤を水で薄めて(漂白剤の使用法に則ってください)中にプラスチックパーツを漬け置きします。

しばらくしたらこれを天日干ししますが、できれば1週間程度は日光にさらしておくことをオススメします。あとは、漂白剤を水洗いして落とせば、黄ばみや臭いを解消できているはずです。

経年劣化が原因の対処法

最後は「経年劣化」による黄ばみです。プラスチックは頑丈ですが、時間が経過することでどうしても経年劣化を起こしてしまいます。これは、プラスチックに含まれる成分が劣化することが黄ばみの原因であり、基本的に上記のような手軽な方法を含めて、何らかの方法で黄ばみを解消することはできません。

対処法としては、プラスチックパーツそのものを交換するしか無いと思ってください。黄ばんでいるということはパーツそのものが劣化している可能性が高く、見た目の悪さだけでなく耐久性の問題も含まれますので、放置せずにパーツの取り寄せ・確保および交換を検討してください。

プラスチックパーツは機器等の重要部分にも使用されていることが多く、場合によってはプラスチックパーツの劣化・破損によって機器全体が致命的なダメージを負うこともあります。

プラスチック成形方法の種類

射出(インジェクション)成形

プラスチック成形の中で、最もポピュラーな方法です。高熱のシリンダーから溶かされたプラスチックの原料を金型に流し込んで、これを冷却することによってプラスチックを固める成形方法のことをいいます。金型に流し込まれる様子が「注射器」の作用に似ていることが名前の由来です。

ブロー成形

熱によって柔らかくした樹脂をパイプ状に押し出し、圧縮エアーを吹き込んで金型に押し当てて冷却する方法です。ペットボトルやポリタンクといった中空の製品を作成するため「中空成形」とも呼ばれています。他には「吹き込み成形」という呼び方もあります。

真空成形

真空成形は、加熱して柔らかくした板状のプラスチックを、型に合わせて真空吸引することで製品を形づくる成形法です。プラスチックの表面が型に当たらないため、柔らかみのあるラインを得意としています。また、「複合多層材料」や「シルクスクリーン印刷シート」を使うことによって、様々な表面状態や加飾が表現できる方法です。

カレンダー成形

加熱ロールの間で樹脂を練りながら溶かして、何本ものロール間を通して一定の厚さに引き伸ばしてプラスチックを成形する方法です。「シート」や「フィルム」、「レザー」や「板」などの平らなプラスチック製品を作成するのに使われます。金型は不要でローラーのサイズで決まりますが、設備が大掛かりであり、小ロットの生産には向いていないという点がネックです。

二色成形

2つの金型を用いて、2種類の樹脂を熱融着させる成形技術のことを言います。「形状的結合」または「科学的結合」により、2つの樹脂部品を接着する技術です。別々に樹脂成形し、あとで組み立てる(結合させる)手間を省くことができ、多くの場合でパーツの機能性を向上させることができます。

インサート成形

金型の内部に挿入した金属部品の周囲に樹脂を注入し、金属と樹脂を一体化させる成形方法です。プラスチックは「絶縁体」なので電気を通さず、その内部に金属部品を入れることによって高い精度の絶縁性を実現します。他にも、金属部品を入れることによって強度を増したり、ネジ山を埋め込んで取り付けを簡単にするなどの目的で利用されることがある成形方法です。

まとめ

一言に「プラスチック成形」といっても、さまざまな成形方法があります。それぞれに特徴があり、製造したいプラスチック製品によって使い分けることが重要です。

まだまだあるプラスチック技術用語

クリープ

「クリープ」とは、プラスチックに継続的な荷重をかけ続けることにより変形が進行する現象のことをいいます。例えばプラスチック製のインサートナットでクリープ現象が発生した場合、インサートナットが共回りや抜けを起こすリスクが発生します。インサートナット以外にも、クリープによりプラスチック製品・部品の「破損」「変形」「緩み」などが起こり、それによる不具合が発生します。
そんなクリープが起きにくい特性のことを「耐クリープ特性」といいます。一般的に「熱硬化性樹脂」と「熱可塑性樹脂」を比較した場合、前者のほうが耐クリープ特性が高いです。

ウェルドライン

「ウェルドライン」とは、樹脂形成において金型の中で溶解樹脂の流れが合流し、融着した部分に発生する細いラインのことをいいます。例えば成形品に中空部を形成するためにコアやピンを設けた場合、その部分で樹脂の分流が発生し、回り込んで合流した箇所にウェルドラインが発生します。細い線として視認できる場合もあれば、外からは見えない場合もありますが、後者の場合でもウェルドラインと呼びます。

注入する樹脂の種類や金型の設計方法よっては、ウェルドラインが発生しても問題ないケースもあります。しかし、外観が悪くなるリスクや、最悪の場合には構造上の欠陥を引き起こしてしまう場合もありますので、ウェルドラインは無視できない要素となります。

ウェルドラインが形成されやすいかどうかは、使用する樹脂の種類によって大きく異なります。例えば「ABS」はウェルドラインが発生しやすい樹脂です。また、外観の問題のみ解消できれば良いのであれば、金型の温度を上げて樹脂の固化を遅らせる方法や、射出速度を早くして表面の固化層を薄くする方法などがあります。

合成樹脂添加剤

「合成樹脂添加剤」とは、合成樹脂の劣化抑制や耐燃性の付加などを目的として使用される添加剤のことをいいます。さらに分類すると、樹脂の劣化を抑制する目的で使用されるものを「安定剤」、耐燃性などの付加価値を追加するものを「改質剤」と呼びます。

プラスチック製品を実用面で見たとき、一般的なプラスチックの特徴である「熱や光に弱い」という特徴が邪魔になります。こうした弱点を補うにあたり、プラスチックそのものを改良するよりも、少量の安定剤を使用するほうが経済的かつ効率が良い方法です。機能を付与する改質剤も同様で、ほんの少量の改質剤を添加することによりプラスチックの性能を向上させることができます。

まとめ

こうしたプラスチックの情報や特性を知ることは、プラスチック製品と関わる上で重要なポイントの一つです。自分がプラスチック製品を必要とするとき、どういった用途・特性が必要なのかを把握して、最適なプラスチックを用意できるようにしましょう。

ご存知ですか?!プラスチックの歴史

プラスチック時代の始まり

1835年、フランスで「ポリ塩化ビニル」の粉末が発明されました。4年後の1839年、今度はドイツで「ポリスチレン」が発明されました。今でも有名なプラスチックですが、当時のこれらのプラスチックは耐久性などの問題を抱えており、プラスチックとして開発はされたものの工業製品としての実用性には欠けていました。

実用性のあるプラスチックの開発

工業化できる実用性を持ったプラスチックの開発は、それから数十年後の話になります。1870年、アメリカで「セルロイド」が開発されました。当時、象牙の代替としてビリヤードの玉の材料として使われた話は有名です。しかし、セルロイドには発火しやすいという欠点がありました。

その数年後、1872年に「フェノール樹脂」がドイツで開発されますが、当時は工業化されていませんでした。これが実用化されたのは数十年後の1909年のアメリカでの話で、フェノール樹脂を工業化した「ベークライト」が開発され、広まりました。これは人類史上は初めて人工的に合成されたプラスチックであると言えます。

新たなプラスチックが数多く開発される

その後、プラスチックは数多く新しいものが開発されるようになります。主なプラスチックの種類と開発された年は以下のとおりです。

・ユリア樹脂(1918年)
・酢酸セルロース(1922年)
・酢酸ビニル樹脂(1928年)

・メタクリル樹脂(1930年)
・スチレン樹脂(1930年)
・塩化ビニル樹脂(1931年)
・ポリエチレン(1939年)
・ポリアミド樹脂(1941年)
・PTFE(1942年)
・エポキシ樹脂(1943年)

・ABS樹脂(1948年)
・PET(1948年)
・ポリプロピレン(1957年)
・ポリカーボネート(1958年)
・リアセタール(1958年)
・ポリイミド(1964年)
・変性PPE(1967年)
・PPS(1970年)

初期はドイツが開発の中心となっており、後期になるとアメリカが開発の中心となっています。

第二次世界大戦とプラスチック

第二次世界大戦において、鉄や銅、アルミといった金属が軍事利用において貴重になったため、その代替としてプラスチックの需要が高まりました。第二次大戦の終結後、プラスチックは安価で使い捨てが可能であるという点が評価され、急速に市場に普及していきました。第二次世界大戦は、プラスチックにとって大きな転換期となったのです。

まとめ

いかがでしょうか。プラスチックの歴史は100年に満たないもので、急速に発展したものであることがわかると思います。今後もプラスチックの歴史に新たな1ページを作ることになる、新しいプラスチックの開発に期待したいところです。

汎用プラスチックとエンジニアリングプラスチックの違いについて

汎用プラスチックとは?

熱可塑性樹脂のうち、加工しやすく、価格が比較的低いものを「汎用プラスチック」といいます。熱変形温度が100℃未満で、引張り強さや耐衝撃性が、後述のエンジニアリングプラスチックと比較して弱いプラスチックです。

加工のしやすさと価格面でのメリットから、工業用品から日用品、雑貨に至るまで幅広い用途に用いられています。ただし、機械的強度による安全面での問題から、工業用機械の部品などへの採用は難しいとされています。
主に以下のプラスチックが該当します。

・ポリエチレン
・ポリ塩化ビニル
・ポリプロピレン
・ポリスチレン

スーパーエンプラ

エンジニアリングプラスチックの中でもさらに熱耐久性が高いものを「スーパーエンプラ」といいます。熱変形温度は150℃以上であり、高温環境下において長時間の使用に耐えられます。

エンプラとしての機械的強度の高さだけでなく、高い耐熱性を必要とする機器等の部品として役立ちます。ただし、高価なものが多く、価格面でのデメリットは無視できません。
主に以下のプラスチックが該当します。

・ポリエーテルサルフォン
・ポリサルフォン
・ポリフェニレンサルファイド
・液晶ポリマー

まとめ

プラスチックにも種類があって、汎用とエンジニアリングに分けるとそれぞれに適した用途がどのようなものであるかわかりやすいとおもいます。プラスチック製品を用いる際には、その用途に応じた種類のプラスチックを選ぶようにしてください。