軽い・強い・高性能　エンジニアリングプラスチック

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軽い・強い・高性能　エンジニアリングプラスチック

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6月26日（金曜日）付日刊工業新聞　6面

　プラスチックという素材は天然素材の代替品から、独自の価値を持つ人工素材に変わってきているといえる。その価値を高めることになったのがエンジニアリングプラスチック（エンプラ）の登場だ。100度C以上の耐熱性、50メガパスカル以上の強度、2.4ギガパスカル以上の曲げ弾性率を持つ高性能樹脂であり、透明性、耐衝撃性、耐薬品性にも優れていることから、生活用品や電気・電子部品、さらには建材、自動車部品など、さまざまな分野で利用されている。

【金属部品からの置き換え－自動車分野で利用進む】

　エンプラの利用が進んでいるのが自動車産業界。燃費性能、環境性能の向上を求められる自動車では車体軽量化を進めるためのカギとなる素材である。こういった環境性能の向上を目指して、金属製だった部品を高強度のエンプラ製部品に置き換えることで車体の軽量化を実現させている。

　また、ラボで利用される分析装置でも筐体（きょうたい）にエンプラが使われるケースがみられる。ラボ内には薬品が多くあり、耐薬品性が求められるからだ。
エンプラは結晶性のポリアミド（PA）、ポリブチレンテレフタレート（PBT）、ポリアセタール（POM）、ポリフェニレンサルファイド（PPS）、ポリエーテルエーテルケトン（PEEK）、液晶ポリマー（LCP）などと、非結晶性のポリカーボネート（PC）、変性ポリフェニレンエーテル（m-PPE）、ポリアリエート（PAR）、ポリエーテルサルホン（PES）などに分けることができる。中でも「PA」「PBT」「POM」「PC」「m-PPE」は五大汎用エンプラとして、幅広い分野で利用されている。

　また、結晶性樹脂のPPS、PEEK、LCP、非晶性樹脂のPARやPESなど、エンプラの中でも耐熱性がさらに高く、150度C以上の高温でも長時間使用できるものは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）に分類される。

　スーパーエンプラは成形後の切削や研磨といった後処理が困難なものもあり、高精度品の製造では成形加工メーカーが蓄積してきた金型設計や成形条件などのノウハウや高い技術力が生かされている。

【航空機部品にも拡大】

　自動車のエンジンルームで見られるエンプラがPA。紫外線（UV）による変色に強く、軽量性、耐熱性、耐油性、機械的強度などに優れており、エンジンのシリンダーヘッドカバーで利用されている。また、エンジンの各シリンダーに空気を送り込むインテークマニホールドはPAにグラスファイバーを混合したものへと置き換えが進んでいる。
電装部品に利用されているのがPBTである。成形性、剛性、耐熱老化性、着色性などに優れている。また、POMは耐疲労性や低クリープ性であることから自動車、電気・電子分野の機構部品などで採用されている。

　PCは透明性が高く、耐衝撃性や耐熱性などにも優れている。自動車のヘッドランプカバー、光学ディスク、スマートフォンやパソコンの筐体、さらにはメガネレンズや軽量スーツケースに至るまで、幅広い分野で活用されている。
ポリフェニレンエーテル（PPE）はPAやPPS、ポリスチレン（PS）、ポリプロピレン（PP）など、ほかの合成樹脂と組み合わせて変性させ、m-PPEとして利用されることが多い。

　一方、スーパーエンプラ製の部品は軽量化を実現するため、自動車関連だけでなく、航空機産業分野でも金属部品からの置き換えで採用されている。PPSは熱可塑性樹脂。ベンゼンと硫黄で構成される。融点は約280度C。耐熱性、精密成型性などに優れており、寸法も安定している。難燃性で、ガソリンやオイルなど、耐薬品性にも優れており、自己消火性もある。車載電子部品用コネクターやセンサー関連部品、電気自動車（EV）のリチウムイオン電池ガスケット、ハイブリッド車（HV）のモーター関係のインシュレーター、インバーター部品、ガソリン車のスロットルボティーなどで利用される。PEEKは耐薬品性が高く、融点が300度Cを超え、温度が250度C近くになる場所でも連続して使用することができる。

【プラスチックの逆襲／天然材料超える美追求－デザイナーの課題に】

日本デザイン学会研究発表大会

　日本デザイン学会（会長＝山中敏正筑波大学芸術系教授）は6月13日、千葉大学で行われた第62回春季研究発表大会（実行委員長＝佐藤公信千葉大学工学研究科教授）で「プラスチックの逆襲」と題したオーガナイズドセッションを開催した。

　オーガナイザーは同学会副会長で慶應義塾大学大学院理工学研究科の松岡由幸教授。パネリストには日本デザイン学会の前会長で千葉大学の青木弘行名誉教授、同大学大学院工学研究科の寺内文雄教授、千葉工業大学工学部デザイン科学科の佐藤弘喜教授、自動車部品メーカーの南条装備工業開発本部製品開発グループの長尾誠マネージャーが参加。プラスチック材料についての議論を交わした。

　セッションで松岡教授は「プラスチックは人類自らが生み出した唯一本格的な人工材料だが、加工性の良さや安価であることなどで便利な材料として多用されるにとどまってきた。しかし、プラスチックにはほかの天然材料にはない特有の美がある」と論じた。

　また、青木名誉教授は「“プラスチック＝安物”というマイナスイメージが定着している要因は可塑性というプラスチックの素材特性に起因する成形加工法にある」と述べた。その払拭には「金型や成形加工技術に起因する痕跡や不具合に妥協しない姿勢や行為がデザイナーに求められる」（同）と言及した。

　一方、寺内教授は自身の研究室で取り組んだプラスチックの質感改善、経年変化に向けた対応など材料開発事例を紹介。佐藤教授は企業でのデザイン経験、優れたプラスチック製品の事例を通して、人工素材が天然素材を超える可能性について問いかけた。メーカーから参加した長尾マネージャーは自動車内装用加飾パネルでのプラスチックの使い方に加えて、今後のプラスチックを素材としたモノづくりへの取り組みを紹介した。

　講演後、オーガナイザーの松岡教授は「プラスチック素材が生み出されてから課題となっていた耐久性、多機能性、温度などの使用条件などはエンプラの登場で解決されてきている。あとはデザイナーがこの素材をどう生かすかだ」と語った。

　プラスチックは天然素材と比較されてきたが、独自の価値を創出し始めているといえるだろう。「プラスチックの逆襲はすでに始まっているかもしれない」（同）。

有力企業の製品・技術＜順不同＞

■DIC

　DICはポリフェニレンサルファイド（PPS）コンパウンド市場における世界大手。1980年に米国からコンパウンド技術を導入。高剛性だがもろい特性の樹脂を独自の配合技術により、高機能化した。87年にはPPS樹脂の生産プラントを立ち上げ、原料樹脂からコンパウンドに至るまでの一貫生産体制を確立した。

　PPSは優れた耐熱性や耐薬品性を持ち、自動車や電子、給湯関連の部品に多用されている。特に自動車関連ではPPSの特性が生かせるエンジン周辺や電装部品の材料として使用されている。今後も車体軽量化の観点から海外メーカーを含めて採用車種の拡充が期待される。同社は世界的な自動車需要の拡大に対応すべく、国内外での設備投資を行い、今後の需要に備えていく。

■ポリプラスチックス

　ポリプラスチックスグループは長年材料を販売するに当たり、顧客の要望に合わせて、求められる機能の材料開発だけでなく、さらにその次に求められていることも予測。製品設計技術から製品寿命予測まで、さまざまなソリューション技術の支援、開発の協力を行なってきた。

　一昨年発表した樹脂異材接合技術「AKI-Lock」は1次成形品にガラス繊維強化材料を用い、接合部表面をレーザー処理してガラス繊維を露出させた後、2次成形を行う二重成形技術。高気密性を発現する。

　これまで接合が困難だった樹脂や異材との接合を可能にし、組み付け工数・部品点数削減によるトータルコストダウン、品質向上、異材結合による多機能成形品への応用が行える技術として期待されている。

■ホクト精工

　ホクト精工は精密プラスチック金型の設計・製作と成形加工を行っている。最新の加工機、技術で、試作金型から量産金型、成形加工に至る一貫体制で顧客ニーズに対応し、近年では、流動解析ソフトの活用により、難易度の高い高硬度、難削の金型材料の加工精度向上を目指し、提案型の技術提供で「自社にしかできない」ノウハウを積み上げ、他社との差別化を図り、顧客の信頼を得ている。汎用樹脂はもちろんのこと、耐熱性に優れるエンプラ用焼入れ金型や、異材2色金型の設計、製造を最も得意とし、さらに、ホットランナーシステムの金型設計、製造も定評がある。近年では海外進出も視野に入れ、トラブルのない安心・安全な金型製作を国内外へ供給できるよう努力している。

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