製造ライン部品の寸法変化問題を最小限のコストで解決

食品製造ラインにおける樹脂部品の寸法変化トラブル

食品製造工場で使用される製造機械において、「部品の寸法が変わってしまい、動作不良が発生する」というトラブルは少なくありません。今回ご紹介するのは、当初PTFEで製作されていた樹脂部品が、環境温度の変化によって寸法変化を起こしてしまった事例です。

樹脂材質は金属と比較して線膨張係数が一桁大きい材質がほとんどであり、機械加工や検査を行う際にも厳密な温度管理が求められます。特にPTFEは、吸水率は0.01%と水分の影響は受けにくいものの、樹脂材質の中でも線膨張率が大きく、温度による寸法変化が起こりやすい特性を持っています。

PEEKによる代替案とコストの課題

寸法変化のトラブルを受け、お客様からは「寸法安定性に優れたPEEKで切削加工をしてほしい」とのご相談をいただきました。しかし同時に「予算内で、できるだけ安く入手したい」という強いご要望がありました。

優れた性能を持つPEEKの高コスト問題

PEEKは、熱可塑性樹脂の中でも最高レベルの耐熱性と機械的強度を持つスーパーエンジニアリングプラスチックです。寸法安定性、耐薬品性、難燃性に優れ、食品安全性に適合したグレードも存在するため、食品機械部品の要件を高いレベルで満たします。

しかし、あらゆる面で高機能を発揮する反面、材料費が非常に高いという最大のデメリットがあります。今回のケースでも、手のひらサイズで数量1個の難形状部品であり、加工方法の変更によるコストダウンが難しい状況下において、PEEKを採用するとお客様の予算を大きく超えてしまうことが課題となりました。

PPSへの材質変更による課題解決

加工方法によるコストダウンが困難な場合、要求スペックを満たしつつ安価な材質へ変更するアプローチが有効です。使用環境（高温環境での連続使用）と要求スペック（吸水・吸湿による寸法変化が起きにくいこと）を精査した結果、YUMO PARTSではPPS（ポリフェニレンサルファイド）での製作を提案いたしました。

PTFE・PEEK・PPSの特性比較

代替材の選定にあたり、各材質の特徴を比較しました。

※注記：上記の数値および評価は代表的な非強化グレードにおける一般的な一例です。強化繊維の添加や積層方向、使用環境等の条件により実際の物性値は変動します。設計時には各材料メーカーのデータシートをご確認ください。

PPSのメリットと加工時の注意点

PPSはPEEKと同様にスーパーエンジニアリングプラスチックに分類され、高い耐熱性、耐摩耗性、優れた寸法安定性を誇ります。PEEKと比較すると耐熱温度はわずかに劣るものの、材料価格はPEEKの4分の1から2分の1程度に抑えることができます。

ただし、設計・開発にあたっては切削加工時にバリが出やすいという側面も考慮する必要があります。YUMO PARTSでは、この特性を熟知しているため、バリの発生を抑える切削条件の最適化や、加工後の丁寧な手仕上げ・二次処理を行うことで、高い寸法精度と綺麗な仕上がりを担保しています。

材質選定やコストダウンに迷ったらユモパーツへご相談ください

今回の事例では、数量1個かつ難形状であったため、切削加工のアプローチ変更のみでのコストダウンは限界がありました。しかし、部品の使用環境が明確に共有されていたため、オーバースペックとなるPEEKではなく、要件を十分に満たすPPSをご提案することができました。

「既存の部品が寸法変化を起こして困っている」「指定材質では予算オーバーだが、代替材がわからない」といったお悩みはありませんか？

YUMO PARTS（ユモパーツ）では、図面通りの加工を行うだけでなく、お客様の使用環境やご予算に合わせた材質変更・設計変更の提案といった「込み入った案件」を得意としています。まだ具体的な仕様が決まりきっていない構想段階からでも、最適な加工方法と材質をご提案いたします。

課題解決に向けた第一歩として、まずはお気軽にご相談ください。