エンジニアリングにおける一般的に使用されるプラスチックの応用

2026,05,31

エンジニアリングにおける一般的に使用されるプラスチックの応用

I.部品の特性と要件、プラスチック自体の化学的、物理的、機械的特性、および成形方法に基づいて、総合的な分析が行われ、合理的な選択が行われます。用途に応じて部品ごとに選定した材質を以下に示します。

1. 一般構造部品

(1) 要件:強度、耐熱性については特別な要件はありません。一般に鋼や他の材料の代替に使用されます。ただし、バッチサイズが大きいため、高い生産性と低コストが必要です。場合によっては、外見に特定の要件が課されることがあります。

(2) 使用例：自動車のレギュレーターカバー、ホーンリアカバー、モーターカバー、各種計器カバー、カバー、ハンドル、ハンドル、オイルパイプ、管継手、ファスナーなど。

(3) 材質としては、低密度ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、変性ポリスチレン(203A、204)、ABS、ハイインパクトポリスチレン、ポリプロピレンなどが挙げられます。これらの材質は低荷重にしか耐えられず、応力が小さい場合は60～80℃程度の範囲で使用されます。

2. 透明構造部品

(1)要求事項:強度、耐熱性については特別な要求はありません。通常、鋼またはその他の材料の代替として使用されます。ただし、バッチサイズが大きいため、高い生産性と低コストが必要です。場合によっては、外観に特定の要件が課される場合があり、良好な透明性が不可欠です。

(2) 使用例：透明ハウジング、各種自動車ランプカバー、油面計、オイルカップ、サイトグラス、光学レンズ、信号灯、防爆灯、保護ガラス、透明パイプなど。

(3)材質：変性アクリルガラス（372、613）、アクリルガラス、AS樹脂、変性ポリスチレン（204、203A）、ポリスチレン、ポリカーボネート、熱可塑性ポリエステル

3.耐摩耗性耐荷重伝達部品

(1) 要求事項：高強度、剛性、靱性、耐摩耗性、耐疲労性、高い熱変形温度、寸法安定性が要求される。

(2) 用途例：ベアリング、ギヤ、ラック、ウォームギヤ、カム、ローラ、カップリングなど。

(3) 材質：ナイロン、MCナイロン、ポリオキシメチレン、ポリカーボネート、ポリフェノール樹脂、塩素化ポリエーテル、強化ポリプロピレン、ポリフェニレンサルファイドなど。引張強度は60MPa以上、使用温度は80～120℃です。

4. 摩擦低減および自己潤滑部品

(1) 要件:機械的強度の要件はそれほど高くない場合が多いですが、移動速度は比較的高速です。そのため、低い摩擦係数、優れた耐摩耗性、自己潤滑性が求められます。

(2) 用途例：ピストンリング、メカニカルダイナミックシール、パッキン、ベアリングなど。

（3）材質：ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）、充填PTFE、PTFE充填ポリオキシメチレン（POM）、パーフルオロエチレンプロピレン（F-46）、含油POM、超高分子量ポリエチレンなど。低圧ポリエチレンは小さな荷重、低速で使用できます。

5. 高温耐性構造部品

(1) 要求事項：耐摩耗性の耐荷重伝達部品や摩擦低減自己潤滑部品の要求に加え、高い熱変形温度や耐高温クリープ性も要求されます。

(2) 適用例：自動車のギアボックスカバー、ベアリング、ギア、ピストンリング、シール、バルブ、バルブステムナットなどの高温で作動する構造伝達部品。

(3) 材質：ポリスルホン、ポリフェニレンエーテルスルホン、フッ素樹脂（F-4、F-46）、ポリイミドポリフェニレンサルファイド、ポリテトラフルオロエチレン、黒鉛入りポリフェニレンエーテルスルホン、ポリアリールスルホン、各種ガラス繊維強化プラスチックなど。いずれも150℃以上で使用可能です。

6. 耐食性の設備および部品

(1) 要求事項：酸、アルカリ、有機溶剤に対する耐食性が良好で、ある程度の機械的強度を有すること。

(2) 用途例：薬品容器、パイプ、バルブ、ポンプ、羽根車、撹拌機およびそのコーティング、ライニングなど。

(3)材質：ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）、パーフルオロエチレンプロピレン（F-46）、ポリクロロトリフルオロエチレン（F-3）、塩素化ポリエーテル、ABS、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、低密度ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリフェニレンサルファイド、フェノール樹脂など。

II.プラスチックの熱伝導率は低いため、最適な熱放散を確保するには慎重な設計が不可欠です。例えば、金属マトリックスを有する複合プラスチックを使用する場合、熱伝導率の良いフィラーを添加したり、放熱を促進する金属構造設計を採用する必要があります。

Ⅲ．金属と同様に、各プラスチックには軸受材料として使用されるときの最大動作速度 (v) と最大荷重 (p) があります。つまり、α = 一定です。プラスチックが異なればα値も異なります。例えば、ナイロンα＝１．４７、ポリオキシメチレンα＝１．２などである。使用設計の際は、使用する材質に応じて荷重と速度範囲を決定する必要があります。さらに、各プラスチックには独自の圧力と速度の制限があることに注意することが重要です。固定速度や負荷条件に関係なく、pv の積が許容 pv 値を超えていない場合でも、これらの制限を超えると使用できなくなります。

IV.プラスチックは加熱すると膨張や変形を起こしやすいため、ベアリングなどの設計時には十分なクリアランスを考慮する必要があります。一般的には0.005d程度（dは軸受径）ですが、樹脂により異なります。