エンジニアリングプラスチック 一覧と特徴や用途の分類

エンジニアリングプラスチックの一覧と特徴や用途の分類

エンジニアリングプラスチックの定義と分子構造による分類

 

エンジニアリングプラスチック（略称：エンプラ）とは、汎用プラスチックと比較して機械的強度や耐熱性に優れた特性を持つプラスチックの総称です。明確な定義はありませんが、一般的に100℃以上の耐熱性を持つプラスチック材料を指します。金属とプラスチックの中間的な性質を持ち、金属部品の代替材料として軽量化やコスト削減を目的に幅広く使用されています。

 

エンプラは分子構造によって大きく2種類に分類されます。
1. 結晶性樹脂

• 分子が規則的に並ぶ構造を持つタイプ
• 代表例：ポリアミド(PA)、ポリアセタール(POM)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)
• 特徴：融点が明確で、耐熱性、耐薬品性に優れる傾向がある
• 用途：機械部品、自動車部品など強度が求められる用途

2. 非結晶性樹脂

• 分子が不規則に絡まった構造を持つタイプ
• 代表例：ポリカーボネート(PC)、変性ポリフェニレンエーテル(m-PPE)
• 特徴：透明性が高く、寸法安定性に優れる
• 用途：光学部品、電気・電子部品の筐体など

この分子構造の違いにより、エンプラは異なる特性を示し、使用環境や要求性能に応じて最適な材料を選定することが重要です。製品設計において適切なエンプラ選びは、製品の性能や耐久性、生産コストに大きく影響します。

 

汎用エンプラと特殊エンプラの用途別分類と違い

 

エンジニアリングプラスチックは用途や性能によって、「汎用エンプラ」と「特殊エンプラ（スーパーエンプラ）」の2つに大別されます。それぞれの特徴と違いを詳しく見ていきましょう。

 

汎用エンプラ

• 耐熱温度：100℃〜150℃程度
• コスト：比較的安価（特殊エンプラと比較して）
• 生産量：大量生産されている
• 主な種類：ポリカーボネート(PC)、ポリアミド(PA)、ポリアセタール(POM)、変性ポリフェニレンエーテル(m-PPE)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)

特殊エンプラ（スーパーエンプラ）

• 耐熱温度：150℃以上
• コスト：高価
• 性能：高い強度、難燃性、耐溶剤性などの特殊な特性
• 主な種類：ポリフェニレンスルフィド(PPS)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリイミド(PI)、ポリアミドイミド(PAI)、液晶ポリマー(LCP)

両者の主な違いは以下の表にまとめられます。

比較項目	汎用エンプラ	特殊エンプラ
耐熱温度	100℃〜150℃	150℃以上
コスト	比較的安価	高価
使用環境	一般的な産業・民生用途	過酷な環境下での使用
用途例	家電製品部品、自動車部品	航空宇宙部品、高温環境用機械部品

用途による分類は、製品設計者が要求される性能と許容コストのバランスを考慮して最適な材料を選定するための重要な指標となります。特に、近年は「金属の樹脂化」というトレンドが進み、より高性能なエンプラへの需要が高まっています。

 

エンプラの詳細な特性比較と用途事例について

5大汎用エンジニアリングプラスチックの特徴と活用例

 

汎用エンプラの中でも、市場の約9割を占めるとされる5大汎用エンプラについて、それぞれの特徴と代表的な活用例を詳しく解説します。

 

1. ポリカーボネート（PC）

• 特徴：無色透明で高い耐衝撃性、寸法安定性、電気特性、耐熱性（約130℃）、耐寒性を持つ
• 短所：耐薬品性が低い、応力が加わると亀裂が発生しやすい
• 活用例：CD・DVDディスク、自動車のヘッドライト、防犯カメラの窓、医療機器、安全メガネ、工業用のぞき窓

2. ポリアミド（PA、通称：ナイロン）

• 特徴：機械的強度、耐摩耗性、耐薬品性、耐熱性（約80-170℃）に優れる
• 短所：吸湿性が大きく寸法安定性に劣る
• 活用例：歯車、軸受、戸車、自動車エンジン周りの部品、衣料品、合成繊維、スポーツ用品

3. ポリアセタール（POM）

• 特徴：疲労特性が高く、クリープが低い、寸法安定性、剛性、耐摩耗性、電気絶縁性に優れる
• 短所：透明にできない、長期の高温使用で劣化しやすい
• 活用例：精密機械部品、キャビネット、歯車、スプリング、ファスナー、時計部品、ボールペンの機構部

4. 変性ポリフェニレンエーテル（m-PPE）

• 特徴：機械的強度（特にクリープ特性、疲労特性）に優れ、軽量で成形性が良い
• 短所：有機溶剤に弱い
• 活用例：精密事務機器のハウジング、プリンター部品、自動車部品、電子レンジのターンテーブル

5. ポリブチレンテレフタレート（PBT）

• 特徴：摺動特性（摩擦、磨耗）、耐衝撃性、電気絶縁性に優れる
• 短所：加水分解しやすい、非強化タイプの耐熱性は限定的
• 活用例：電気・電子部品、自動車電装部品、コネクタ、リレーハウジング

これらの5大汎用エンプラは、それぞれに特徴的な性質を持つため、用途に応じて適切に選択することが重要です。例えば、透明性が求められる用途ではPC、耐摩耗性が重要な機械部品にはPAやPOMが適しています。また、各エンプラは添加剤や強化材との複合化によって、さらに特性を向上させることも可能です。

 

エンジニアリングプラスチックの産業別活用事例

 

エンジニアリングプラスチックは様々な産業で幅広く活用されています。ここでは主要な産業別の活用事例を紹介します。

 

自動車産業での活用

• エンジン周辺部品：耐熱性が求められるインテークマニホールド（PA、PPS）
• 外装部品：バンパー、サイドミラーハウジング（PC/ABS）
• 内装部品：インストゥルメントパネル、ドアトリム（PP、ABS、PC）
• 電装部品：コネクタ、リレーケース（PBT、PPS）
• 機構部品：歯車、ベアリングリテーナー（POM、PA）

自動車業界では特に軽量化と燃費向上の観点から、金属部品をエンプラに置き換えるトレンドが急速に進んでいます。耐熱グレードのナイロンやPPSが多用されるようになりました。

 

電気・電子機器産業での活用

• 筐体・ハウジング：スマートフォン、PC、家電製品（PC、m-PPE、ABS）
• コネクタ・スイッチ：高い電気絶縁性と耐久性が求められる部品（PBT、LCP）
• 基板部品：コイルボビン、コンデンサケース（PBT、PPS）
• 光学部品：レンズ、ライトガイド（PC、PMMA）

電子機器では小型化・軽量化の要求に加え、電気絶縁性や難燃性も重要な要素となっています。特に5G通信機器では高周波特性に優れたLCPなどの特殊エンプラの需要が増加しています。

 

医療機器産業での活用

• 医療機器筐体：診断装置、治療機器（PC、POM）
• 手術器具：内視鏡部品、クリップ（PEEK、PSU）
• インプラント：人工関節部品、歯科材料（PEEK、PPSU）
• 滅菌可能容器：繰り返し滅菌できる医療器具容器（PSU、PEI）

医療分野では生体適合性と滅菌性が重要視され、特にPEEKなどの高機能エンプラが注目されています。

 

産業機械・ロボット分野での活用

• 摺動部品：ベアリング、ブッシュ、シール（POM、PTFE複合材）
• 搬送システム：コンベアベルト、チェーン（PA、POM）
• 保護カバー：作業ロボット保護カバー（PC、PMMA）
• 流体制御部品：バルブ、ポンプ部品（PPS、PEEK）

産業機械では金属部品の軽量化や、無給油化によるメンテナンス性向上のためにエンプラが活用されています。特に過酷な環境下では特殊エンプラが選ばれることが多いです。

 

これらの産業別の活用事例からわかるように、エンジニアリングプラスチックは現代の製造業において不可欠な材料となっています。適材適所で最適なエンプラを選定することが、製品の性能向上とコスト効率の両立につながります。

 

産業別エンプラ適用事例の詳細情報

エンジニアリングプラスチック選定時のメリットとデメリット

 

エンジニアリングプラスチックを製品設計に採用する際には、そのメリットとデメリットを十分に理解し、最適な材料選定を行うことが重要です。ここでは金属部品からエンプラへの置き換えを検討する際のポイントを解説します。

 

メリット

1. 軽量化の実現
   • 金属と比較して比重が約1/4〜1/8程度と軽量
   • 自動車や携帯機器では燃費向上や携帯性向上に直結
   • 例：アルミニウム(比重2.7)→PA(比重1.14)で約60%の軽量化
2. 生産性の向上
   • 射出成形による複雑形状の一体成形が可能
   • 後加工工程の削減によるコスト低減
   • 大量生産に適している
3. 機能性の付与
   • 振動吸収性や電気絶縁性などの機能付与が容易
   • 着色やガラス繊維による強化などのカスタマイズが可能
   • 複数の部品を一体化できるため、組立工数削減
4. メンテナンス性の向上
   • 自己潤滑性のある材料を選べば無給油化が可能
   • 耐食性に優れ、錆びない
   • 洗浄しやすい、衛生的

デメリット

1. 耐熱性の制約
   • 金属に比べて耐熱温度が低い
   • 汎用エンプラでは100〜150℃、特殊エンプラでも200〜300℃程度が上限
   • 高温環境では適用できない場合がある
2. 寸法安定性の課題
   • 温度変化や吸湿による寸法変化が金属より大きい
   • 特にPAなどの結晶性樹脂は吸湿による寸法変化に注意が必要
   • 精密部品では設計時に考慮が必要
3. 経年劣化の問題
   • 紫外線や化学物質による劣化
   • 加水分解や熱酸化劣化による機械特性の低下
   • 長期使用を想定する部品では耐久性評価が重要
4. 環境負荷の懸念
   • 金属と比較してリサイクル性に劣る場合がある
   • 特に複合材料（ガラス繊維強化など）はリサイクルが困難
   • 生分解性に乏しいものが多い

エンプラ選定のポイント
エンジニアリングプラスチック選定時には、以下のポイントを総合的に検討することが重要です。

• 使用環境：温度、湿度、薬品接触、紫外線暴露などの条件
• 要求特性：機械的強度、耐熱性、電気特性、透明性など
• 製造方法：射出成形、押出成形、機械加工など
• コスト制約：材料コスト、金型コスト、生産数量
• 環境配慮：リサイクル性、RoHS対応、カーボンフットプリントなど

特に近年は環境負荷低減の観点から、バイオマス由来のエンプラやリサイクル性を高めたグレードも開発されています。製品のライフサイクル全体を考慮した材料選定が求められるようになってきました。

 

バイオマス由来エンプラの最新開発動向について

エンジニアリングプラスチックの加工技術と品質管理のポイント

 

エンジニアリングプラスチックの性能を最大限に引き出すためには、適切な加工技術の選択と品質管理が不可欠です。金属加工とは異なる特有の課題と対応策について解説します。

 

主な加工方法と特徴

1. 射出成形
   • 特徴：最も一般的な加工方法で、複雑形状の量産に適している
   • ポイント。
     • 材料ごとに適切な成形条件（温度、圧力、速度など）の設定が必要
     • 金型設計では収縮率や反りを考慮する
     • ゲート位置やウェルドライン対策が重要
   • 適した材料：ほぼすべてのエンプラ（POM、PA、PBT、PC、など）
2. 押出成形
   • 特徴：一定断面の長尺製品（シート、フィルム、パイプなど）の生産に適している
   • ポイント。
     • ダイ設計と冷却条件が製品精度に大きく影響
     • 材料の溶融特性を考慮したスクリュー設計
   • 適した材料：PC、PA、PET、PPなど
3. ブロー成形
   • 特徴：中空製品（ボトル、タンクなど）の製造に適している
   • ポイント。
     • パリソン（中空の樹脂チューブ）の厚さコントロール
     • 冷却条件の最適化
   • 適した材料：PC、PA、PETなど
4. 機械加工
   • 特徴：少量生産や試作、高精度部品製造に適している
   • ポイント。
     • 切削熱による変形を防ぐための冷却対策
     • 適切な切削条件（回転数、送り速度など）の設定
     • 工具摩耗を考慮した加工計画
   • 適した材料：POM、PEEK、PA、PC、アクリルなど

エンプラ加工時の品質管理ポイント

1. 材料管理
   • 乾燥管理：多くのエンプラは吸湿性があり、成形前の乾燥が必須
   • 保管条件：温度・湿度管理された環境での保管
   • ロット管理：材料特性のばらつきを考慮したロット管理
2. 成形不良対策
   • ショートショット：材料温度、金型温度、射出圧力の最適化
   • バリ：金型精度、クランプ力の確認
   • ソリ・反り：冷却条件、金型温度分布の均一化
   • 表面不良：フローマーク、ジェッティング対策としてゲート位置の最適化
3. 寸法精度の確保
   • 収縮対策：材料ごとの収縮率を考慮した金型設計
   • 後加工変形：残留応力を低減するためのアニール処理
   • 環境影響：吸湿による寸法変化を考慮した公差設定
4. 特性評価
   • 機械特性：引張強度、曲げ強度、衝撃強度などの測定
   • 物理特性：比重、熱膨張係数、吸水率などの確認
   • 耐久性評価：耐候性試験、熱サイクル試験、化学薬品暴露試験など

金属加工とエンプラ加工の大きな違いとして、エンプラは成形条件や環境条件による特性変化が大きいことが挙げられます。特に結晶性樹脂は冷却条件によって結晶化度が変化し、機械的特性に影響します。また、内部応力が残りやすく、後加工や使用中に変形する可能性もあります。

 

効率的なエンプラ加工のためには、材料メーカーの推奨する加工条件を参考にしつつ、実際の製品形状や要求特性に合わせた最適化が重要です。特にハイサイクル生産や高精度部品製造では、金型温度制御や射出条件の微調整が品質安定化のカギとなります。

 

射出成形機メーカーによるエンプラ成形技術情報

エンジニアリングプラスチック市場の最新動向と未来展望

 

エンジニアリングプラスチック市場は技術革新と産業ニーズの変化によって急速に発展しています。金属加工従事者にとって重要となる最新動向と今後の展望について解説します。

 

市場の現状と成長要因
世界のエンジニアリングプラスチック市場は2023年時点で約1,000億ドル規模と推定され、年率6〜7%で成長を続けています。この成長を牽引する主な要因は。

1. 自動車の軽量化ニーズ
   • 電気自動車（EV）普及による軽量化要求の高まり
   • 燃費規制の強化によるエンプラ採用拡大
   • 金属からエンプラへの材料置換の加速
2. エレクトロニクス機器の小型・高機能化
   • 5G通信機器向け高周波対応材料の需要増
   • ウェアラブルデバイス普及によるフレキシブル材料ニーズ
   • 放熱性と電気絶縁性を両立したエンプラの開発
3. 医療・ヘルスケア分野の拡大
   • 高齢化社会における医療機器需要の増加
   • 使い捨て医療機器向けエンプラの普及
   • バイオ適合性と滅菌性を兼ね備えた高機能材料の開発
4. 環境規制と持続可能性の追求
   • カーボンニュートラル実現に向けた材料選定の見直し
   • バイオマス由来エンプラやリサイクル材の開発
   • 有害物質規制（RoHS、REACH等）への対応

技術革新の最前線
エンプラ分野では以下のような技術革新が進行しています。

1. 複合材料技術の進化
   • カーボンナノチューブ（CNT）やグラフェンを用いた高性能複合材
   • 長繊維強化型エンプラによる金属並みの強度実現
   • 導電性フィラー配合による電磁シールド性能付与
2. バイオベース・エンプラの開発
   • トウモロコシやサトウキビ由来の原料を用いたPA、PBT
   • 従来品と同等性能を持つバイオマスエンプラの実用化
   • カーボンニュートラル貢献型製品の拡大
3. マルチマテリアル設計対応
   • 異種材料との接合技術（レーザー溶着、接着技術）の進化
   • 金属とエンプラのハイブリッド部品設計技術
   • 異種材料複合成形技術（インサート成形、オーバーモールディング）
4. アディティブマニュファクチャリング（3Dプリンティング）
   • エンプラ粉末を用いた選択的レーザー焼結（SLS）技術の進化
   • 高性能エンプラ（PEEK、PEI等）の3D造形技術の確立
   • トポロジー最適化による軽量・高剛性構造の実現

今後の展望と課題
エンジニアリングプラスチック産業の今後の展望と克服すべき課題は。

1. 循環型経済への対応
   • 材料リサイクル技術の高度化
   • 使用済みエンプラの回収・分別システムの確立
   • 易リサイクル性設計（DfR：Design for Recycling）の普及
2. 金属代替の更なる進展
   • 耐熱性300℃以上のスーパーエンプラの低コスト化
   • 金属並みの剛性と靭性を両立したエンプラの開発
   • 金属・エンプラの最適配置による設計手法の確立
3. デジタル技術との融合
   • AI/MLを活用した材料開発の加速
   • デジタルツインによる成形プロセスの最適化
   • CAE解析技術の高精度化によるエンプラ製品設計の効率化
4. 地政学的リスクへの対応
   • サプライチェーンの多様化
   • 原料調達リスクを低減する材料開発
   • 地域ごとの規制対応

金属加工業に従事する技術者にとって、エンプラ技術の進化は脅威ともチャンスとも言えます。金属とエンプラの特性を理解し、最適な材料選定と加工技術を組み合わせたハイブリッド設計が今後ますます重要になってくるでしょう。特に自動車産業や精密機械分野では、金属部品メーカーとエンプラ成形メーカーの連携によるマルチマテリアル製品開発が加速すると予想されます。

 

エンジニアリングプラスチックの市場調査レポート