樹脂加工ドットコム |
プラスチック精密切削加工専門メーカーの三森製作所

プライバシーポリシー | お見積もり・ご注文 ｜ お問い合わせ

樹脂加工ドットコム

  • Facebook
  • Twitter
  • Instagram

0553-33-6927

0553-32-1502

お問い合わせ
メールフォーム

  • プラスチック精密切削加工 ・プラスチック彫刻加工
  • プラスチック接着加工 ・プラスチック溶接加工 ・プラスチック曲げ加工

お問い合わせはこちら

樹脂加工ドットコム > プラスチック加工品 > 5軸マシニングセンターで行う3次元加工(YouTube動画)

5軸マシニングセンターで行う3次元加工(YouTube動画)

- プラスチック加工品例 -

5軸マシニングセンターで行う3次元加工(YouTube動画)

【5軸マシニングセンターで行う3次元加工(YouTube動画)】

 

5軸マシニングセンターで行う3次元加工(YouTube動画)です。
この撮影をしている時間帯はA軸とB軸は使っておらず、X軸とY軸とZ軸を使った3軸加工になっています。

素材はPPS樹脂(ポリフェニレンサルファイド樹脂)。
PPS樹脂は熱変形温度が260℃と高く、非常に耐熱性が優れ、また耐薬品性にすぐれ、剛性も高い特性を持つ、熱可塑性スーパーエンジニアリングプラスチック(スーパーエンプラ)です。

(※これまで作った3次元加工製品はこちら → 3次元加工品)
(※これまで作った5軸加工製品はこちら → 5軸加工品)

(※詳しい素材情報はこちら → ポリフェニレンサルファイド (フォートロン,テクトロン,ライトン,PPS,Polyphenylenesulfide))

 

PPS樹脂の5軸マシニングセンター3次元加工について

PPS樹脂（ポリフェニレンサルファイド樹脂）は、優れた耐熱性・耐薬品性・寸法安定性を持つスーパーエンジニアリングプラスチックです。この特殊樹脂を同時5軸制御マシニングセンターで精密加工することにより、従来の3軸加工では実現困難な複雑な三次元形状を一工程で削り出すことが可能になります。

従来の3軸マシニングセンターがX軸・Y軸・Z軸の直線移動のみを制御するのに対し、同時5軸制御マシニングセンターはこれにA軸（回転軸）・B軸（傾斜軸）を加えた5軸を同時制御します。これにより工具の姿勢を自由に変更でき、ワークを固定したまま複雑な曲面や立体形状を連続加工できます。

▶ これまで作った3次元加工製品はこちら → 3次元加工品
▶ これまで作った5軸加工製品はこちら → 5軸加工品

詳細加工プロセス解説

今回の加工では、お客様から支給された3次元CADデータを基に、CADCAMシステムで最適な加工プログラムを作成いたします。使用する工具は用途に応じて使い分け、フルバックカッター（正面フライス、フェイスミル）とラフィングエンドミルで大まかな外形加工、フラットエンドミルで平面部の精密仕上げ、ボールエンドミルで滑らかな曲面の仕上げ加工を行います。

PPS樹脂の加工では、材料の結晶性と熱特性を考慮した切削条件の設定が重要です。適切な切削速度・送り速度・切り込み深さを設定することで、加工精度を保ちながら効率的な削り出しを実現しています。

加工工程ステップ

  1. 3次元CADデータの解析と加工プログラム作成
    支給された3D-CADデータの形状を詳細分析し、最適な加工戦略を立案
  2. PPS樹脂プレート材の材料準備と固定
    加工に適した寸法の素材をワークテーブルに確実に固定
  3. フルバックカッターとラフィングエンドミルによる粗加工
    大まかな外形を削り出し、加工時間を短縮
  4. フラットエンドミルによる中仕上げ
    平面部や直線的な部分を精密に仕上げ加工
  5. ボールエンドミルによる仕上げ加工
    複雑な曲面部分を滑らかに削り出し、設計通りの表面品質を実現
  6. 精密測定と品質検査
    測定機などで寸法精度を確認し、品質基準をクリア
  7. バリ取り・表面処理
    加工痕やバリを除去し、最終的な表面仕上げを実施
  8. 最終検査と梱包・出荷
    図面通りの仕上がりを確認後、適切に梱包して納品

加工上の重要ポイント

  • 切削温度の管理：PPS樹脂の融点（約280℃）を考慮し、適切な切削速度で熱変形を防止
  • 工具選定の最適化：材料特性に応じたコーティング工具や切刃形状を選択し、加工精度を向上
  • クランプ方法の工夫：樹脂材料の弾性変形を考慮した適切な固定力で、加工中の変形を最小限に抑制
  • 切削油剤の選定：PPS樹脂の耐薬品性を活かし、最適な冷却・潤滑条件を設定
  • 加工順序の最適化：5軸同時制御により、最小限の段取り替えで複雑形状を効率的に加工
  • 寸法精度の確保：結晶性樹脂特有の収縮特性を考慮した加工寸法の補正

PPS樹脂（ポリフェニレンサルファイド樹脂）の特性と優位性

PPS樹脂は、ベンゼン環と硫黄原子が交互に結合した結晶性の熱可塑性樹脂で、スーパーエンジニアリングプラスチックに分類される高性能材料です。その分子構造の特殊性により、他の樹脂では実現困難な優れた特性を多数兼ね備えています。

耐熱性の面では、連続使用温度が220～240℃と非常に高く、短時間であれば280℃の融点近くまで耐えることができます。この優れた耐熱性は、自動車エンジン周辺部品や電子機器の発熱部品など、高温環境での使用を可能にします。

化学的安定性も特筆すべき特徴で、ほとんどの有機溶剤、酸、アルカリに対して優れた耐性を示します。200℃以下の環境では、アセトンやトルエンなどの強力な溶剤に接触しても溶解や劣化が起こりません。

寸法安定性の高さは精密部品の材料として重要な特性です。結晶性樹脂特有の低い線膨張係数（4.9×10-5/℃）により、温度変化による寸法変化が小さく、長期間にわたって設計寸法を維持できます。

電気絶縁性能も優秀で、高温高湿度環境下でも安定した絶縁特性を保持します。誘電率や誘電正接が低く、周波数特性にも優れているため、高周波用途にも適用可能です。

難燃性については、難燃剤を添加しなくても自己消火性を示し、酸素指数34という高い値を示します。これにより、火災安全性が要求される用途でも安心して使用できます。

機械的特性では、高い剛性と強度を両立しており、ガラス繊維などの強化材を添加することで、さらに優れた機械特性を実現できます。また、クリープ特性や疲労特性にも優れ、長期荷重下でも安定した性能を発揮します。

成形加工性も良好で、射出成形や押出成形など、様々な成形方法に対応できます。流動性が高いため、薄肉部品や複雑形状部品の成形も可能で、設計自由度の高い材料として評価されています。

PPS樹脂の主要物性値

物性項目 単位 試験方法 無充填 ガラス繊維40%充填
比重 – ASTM D792 1.35 1.64
引張強度 MPa ASTM D638 66-86 120-160
引張弾性率 GPa ASTM D638 3.3 12-15
曲げ強度 MPa ASTM D790 96-130 180-220
融点 ℃ DSC 278-280 278-280
荷重たわみ温度（1.81MPa） ℃ ASTM D648 105-135 260以上
線膨張係数 ×10-5/℃ ASTM D696 4.9 2.0-3.0
吸水率（24時間） % ASTM D570 0.02 0.03
酸素指数 – ASTM D2863 34 34

PPS樹脂・他樹脂素材・金属素材の比較分析

材料名 比重 連続使用温度（℃） 引張強度（MPa） 線膨張係数
（×10-5/℃）		 吸水率（%）
PPS樹脂（40%GF） 1.64 220-240 140 2.5 0.03
PEEK樹脂（30%GF） 1.51 260 165 2.3 0.14
PA66樹脂（30%GF） 1.37 120-150 185 2.5 2.5
POM樹脂 1.41 105 70 8.1 0.25
アルミニウム合金（A6061） 2.70 150-200 310 2.4 –
ステンレス鋼（SUS304） 7.93 600以上 520 1.7 –

比較から見るPPS樹脂の優位点

上記比較表から、PPS樹脂は金属代替材料として非常に優れたバランスを持っていることが分かります。特に以下の点で優位性を発揮します：

軽量性における優位性：アルミニウム合金の約60%、ステンレス鋼の約20%の重量で、大幅な軽量化が可能です。輸送機器や可動部品では、この軽量性が燃費向上や動作性能向上に直結します。

耐薬品性での圧倒的優位性：金属では腐食が問題となる化学的環境下でも、PPS樹脂なら安定した性能を維持できます。特に酸性・アルカリ性環境や有機溶剤との接触がある用途では、金属にはない大きなメリットとなります。

寸法安定性と温度特性のバランス：PA66樹脂と比較して吸水率が極めて低く（約1/80）、湿度による寸法変化がほとんどありません。また、POM樹脂と比較して耐熱性が格段に優れています。

PPS樹脂のバリエーションと特徴

無充填グレード（純PPS樹脂）は、基本的な特性を活かした用途に適しています。流動性が良好で複雑形状の成形が可能ですが、機械的強度は比較的控えめです。薄肉部品や化学装置の内面材などに使用されます。

ガラス繊維強化グレードは、最も一般的なバリエーションです。10%から50%のガラス繊維を添加することで、引張強度や曲げ強度を大幅に向上させます。特に30-40%充填品は、強度と成形性のバランスが良く、自動車部品や電気・電子部品に広く使用されています。

炭素繊維強化グレードは、より高い強度と軽量性を実現します。導電性も付与されるため、静電気対策が必要な用途や、電磁波シールド性能が求められる用途に適用されます。

ミネラル充填グレードでは、タルクやマイカなどの無機フィラーを添加し、寸法安定性や表面平滑性を向上させます。精密部品や光学機器部品などに使用されます。

PTFE添加グレードは、摺動特性を向上させたグレードです。摩擦係数を低減し、耐摩耗性を向上させるため、ベアリングやギア、摺動部品に適用されます。

導電性グレードでは、カーボンブラックや金属粉末を添加して導電性を付与します。帯電防止や電磁波シールドが必要な電子機器筐体などに使用されます。

PPS樹脂の長所・短所分析

長所（優位特性） 短所（注意特性）
優れた耐熱性
連続使用温度220-240℃、融点278℃の高い耐熱性により、高温環境での長期使用が可能		 衝撃強度の限界
アイゾット衝撃強度が26J/mと比較的低く、衝撃荷重が加わる用途では注意が必要
卓越した耐薬品性
ほぼ全ての有機溶剤、酸、アルカリに対して優れた耐性を示し、化学的環境下でも安定		 摩耗特性の限界
摺動用途では摩耗しやすく、高荷重・高速摺動には適さない場合がある
優秀な寸法安定性
線膨張係数4.9×10-5/℃、吸水率0.02%と非常に低く、精密部品に最適		 加工時の注意点
結晶化速度が遅く、成形時にバリが発生しやすい傾向がある
自己消火性難燃性
酸素指数34で難燃剤無添加でも優れた難燃性を示し、安全性が高い		 材料コスト
汎用プラスチックと比較してコストが高く、用途選択が重要
電気絶縁性能
体積抵抗率が高く、温度・湿度・周波数変化に対しても安定した絶縁性を維持		 接着性の課題
化学的に安定すぎるため、接着剤での接合が困難で、機械的結合が基本
軽量性
比重1.35-1.64で金属の1/3-1/5の重量を実現し、輸送機器の軽量化に貢献		 透明性の限界
結晶性樹脂のため透明性は期待できず、光学用途には適さない

PPS樹脂の使用分野・用途例

自動車分野

  • エンジン周辺部品（ウォーターポンプハウジング、サーモスタットハウジング）
  • 燃料系統部品（燃料ポンプ部品、インジェクター部品）
  • 排気系統部品（EGRバルブ、排気センサー筐体）
  • 冷却系統部品（ラジエータータンク、冷却水配管継手）
  • 電装部品（オルタネーターブラシホルダー、イグニッションコイルボビン）
  • トランスミッション部品（オイルパン、バルブボディ）

電気・電子機器分野

  • コネクター類（高温対応電源コネクター、車載用防水コネクター）
  • スイッチ部品（高耐熱スイッチハウジング、回路基板用スイッチ）
  • 回路基板関連（高周波基板、パワー回路基板）
  • 電子レンジ部品（マグネトロンアンテナカバー、高圧キャパシタケース）
  • 照明器具部品（LED照明筐体、高温対応ソケット）
  • 変圧器部品（高圧変圧器筐体、絶縁スペーサー）

産業機器分野

  • 化学プラント機器（耐薬品性バルブ、化学反応槽内装材）
  • ポンプ部品（ケミカルポンプハウジング、インペラー）
  • 配管継手（高温・耐薬品配管システム、フランジ）
  • フィルター部品（高温ガスフィルターハウジング、膜分離装置）
  • 計測器部品（高温センサー筐体、圧力計ハウジング）
  • 精密機械部品（半導体製造装置部品、分析機器部品）

航空宇宙分野

  • エンジン部品（燃料システム部品、点火系統部品）
  • 客室内装材（難燃性内装パネル、電装品ハウジング）
  • 電子機器筐体（航空電子機器ケース、通信機器部品）
  • 配線システム（高温対応コネクター、配線保護材）

医療機器分野

  • 滅菌対応部品（オートクレーブ対応器具、滅菌容器）
  • 診断機器部品（X線装置部品、MRI対応部品）
  • 手術器具（耐薬品性器具ハンドル、内視鏡部品）
  • 分析装置部品（血液分析装置部品、薬品分析機器）

よくある質問（FAQ）

Q1. PPS樹脂の5軸マシニングセンター加工で実現できる精度はどの程度ですか？

A1. 当社の同時5軸制御マシニングセンターでは、±0.05mmの寸法精度を安定して実現できます。PPS樹脂の優れた寸法安定性と5軸同時制御による段取り替え回数の削減により、従来の3軸加工では困難だった高精度加工が可能です。複雑な3次元形状でも、表面粗さRa1.6μm以下の高品質仕上げを実現しています。

Q2. CADデータはどのような形式で支給すればよいですか？

A2. STEP形式、IGES形式、Parasolid形式での3次元CADデータ支給に対応しています。SolidWorks、Inventor、CATIA、NXなどの主要CADソフトからのネイティブ形式にも対応可能です。図面は2次元PDF形式または2次元DXF形式での支給もお受けしています。

Q3. PPS樹脂加工時の最小加工寸法はどの程度まで対応可能ですか？

A3. 最小穴径はφ0.5mm、最小溝幅は0.3mmまで加工可能です。ただし、アスペクト比（深さ/幅の比）が10:1を超える深穴加工の場合は、加工条件や工具選定を慎重に検討いたします。PPS樹脂の低い熱伝導率を考慮し、適切な切削条件で熱変形を防止しながら精密加工を実現します。

Q4. 5軸加工のメリットを従来の3軸加工と比較して教えてください

A4. 5軸加工の最大のメリットは一工程での複雑形状加工です。従来の3軸加工では段取り替えが必要だった複雑曲面も、5軸同時制御により連続加工が可能になります。これにより加工時間を短縮でき、段取り替えによる位置精度誤差も解消されます。また、工具姿勢を最適化できるため、より良好な表面品質と工具寿命の向上も実現できます。

Q5. PPS樹脂の耐熱温度について、実際の使用環境での注意点は？

A5. PPS樹脂の連続使用温度は220-240℃ですが、実際の使用では荷重条件も重要な要素です。荷重たわみ温度（1.81MPa負荷時）は260℃以上（ガラス繊維強化品）となっており、高温下でも優れた機械的特性を維持します。ただし、衝撃荷重が加わる環境では温度上昇とともに靭性が低下するため、用途に応じた安全率の設定が重要です。

Q6. 加工後の表面処理や後処理は可能ですか？

A6. 機械加工後のバリ取り、研磨仕上げに標準対応しています。ただ、PPS樹脂は化学的に安定しているため、接着や塗装は困難です。

Q7. 最小ロット数や納期はどの程度でしょうか？

A7. 最小ロット数は1個から対応可能です。試作品や小ロット生産にも柔軟に対応いたします。標準的な納期は、図面確認から5-7営業日程度ですが、形状の複雑さや精度要求によって変動します。お気軽にご相談ください。

Q8. PPS樹脂の材料調達についてはどのように対応していますか？

A8. 主要メーカー（東レプラスチック精工、三菱ケミカルアドバンスドマテリアルズ等）の各グレードに対応しています。お客様指定の材料がある場合は、材料支給での加工も承ります。当社調達の場合は、用途に応じて最適なグレードをご提案いたします。材料証明書の発行も可能ですので、品質管理が厳格な用途でも安心してご利用いただけます。

Q9. 設計段階での技術相談や提案は可能ですか？

A9. 可能です。PPS樹脂の特性を活かした設計提案、加工コスト削減のための形状最適化、金属からの樹脂化検討など、豊富な経験を基にした技術提案をいたします。お気軽にご相談ください。

受注から納品までの流れ

  1. お問い合わせ・図面支給
    お問い合わせメールフォーム、メール、電話、FAXでのお問い合わせ後、3次元CADデータまたは2次元図面をご支給いただきます
  2. 技術検討・見積書作成
    形状解析、加工方法検討、材料選定を行い、詳細な見積書を提出いたします
  3. 仕様確認・注文書受領
    仕様の最終確認を行い、正式な注文書をいただいた時点で製作開始となります
  4. 材料調達・加工プログラム作成
    指定材料の調達と並行して、CADCAMシステムで最適な加工プログラムを作成します
  5. CNC工作機械での精密加工
    同時5軸制御マシニングセンターなどの工作機械による高精度加工を実施し、複雑形状を一工程で削り出します
  6. 精密測定・品質検査
    測定機による寸法検査、表面品質検査を実施し、品質基準をクリアします
  7. 仕上げ処理・最終検査
    バリ取り、表面仕上げを行い、最終的な品質確認を実施します
  8. 梱包・出荷・納品
    適切な梱包を施し、指定の納期・納入場所に確実にお届けいたします

まとめ

PPS樹脂の5軸マシニングセンター加工は、従来の加工方法では実現困難だった複雑な三次元形状を高精度で製作する先進的な技術です。PPS樹脂が持つ優れた耐熱性・耐薬品性・寸法安定性と、5軸同時制御による精密加工技術の組み合わせにより、自動車・電子機器・航空宇宙・医療機器など、幅広い分野の高性能部品製造を実現しています。

金属代替材料としてのPPS樹脂は、軽量化・耐食性・絶縁性といった金属にはない特性を提供し、製品の高機能化とコスト削減を同時に実現します。特に高温・高化学的環境下での使用において、その真価を発揮し、次元従来材料では解決困難だった技術課題に対する有効なソリューションとなっています。

当社の技術力と品質管理体制により、お客様の設計意図を正確に具現化し、要求仕様を満たす高品質な製品をお届けしています。設計段階からの技術サポート、試作から量産まで一貫した対応、そして厳格な品質管理により、お客様の製品開発を強力にサポートいたします。

今後も技術革新を続け、より高精度で効率的な加工技術の開発に取り組んでまいります。PPS樹脂の特性を最大限に活かした製品開発や、新たな用途開拓についても、豊富な経験と技術力でお客様のご要望にお応えしてまいります。

複雑形状部品の製作や材料選定でお困りの際は、ぜひ当社の技術力をご活用ください。お客様の技術的課題を解決し、製品の付加価値向上に貢献できるよう、全力でサポートいたします。

▶ お問い合わせメールフォーム

 

[ ]