樹脂の曲げ加工のポイント｜材質の選定方法や加工の注意点などを紹介
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プラスチック製品の製造において、樹脂の曲げ加工は重要な技術の一つです。アクリルやポリカーボネート、塩ビなど様々な樹脂材料を用いて、美しい曲面形状を作り出すことができます。しかし、樹脂の種類や厚み、加工方法によって仕上がりが大きく左右されるため、適切な材質選定と加工技術が求められます。
本記事では、樹脂の曲げ加工における基本的な知識から材質選定のポイント、注意点まで詳しく解説していきます。
この記事で分かること
- R曲げや直線曲げなど、代表的な樹脂曲げ加工の種類と工程
- アクリル・ポリカ・塩ビなど、用途やコストに合わせた材質選定のポイント
- 白化やスプリングバックを防ぎ、高品質に仕上げるための注意点
- コストダウンや短納期を実現する、加工業者への外注メリット
樹脂加工とは
私たちの身の回りには樹脂で作られた製品があふれており、機械部品から日用品まで幅広い分野で活用されています。特に透明性や軽量性が求められる用途では、金属やガラスに代わる材料として注目を集めています。樹脂加工技術を理解することで、より効率的で高品質な製品開発が可能になります。ここでは、樹脂加工の基本的な定義と目的について解説します。
定義
樹脂加工とは、プラスチック材料に熱を加えたり外力を与えたりして軟化・変形させ、所定の形状に成形する加工技術を指します。熱可塑性樹脂は加熱により軟化し、冷却すると形状が固定される性質があります。
樹脂加工では、加熱温度や圧力、冷却速度などを精密に制御することで、平板状の樹脂シートから立体的な製品を作り出します。射出成形とは異なり、既成の樹脂板を素材として使用するため、表面の美観や光学的性質を維持できる利点があります。曲げ加工、プレス成形、真空成形など、目的に応じて様々な手法が用いられています。
目的
樹脂加工の主な目的は、平面状の樹脂材料を立体的で機能的な形状に変形させることです。機械装置の安全カバーや透明な保護パネル、食品ケースなど、用途に応じた形状を実現します。透明性が要求される製品では、ガラスに比べて軽量で割れにくい特性を活かせます。
また、複雑な形状でも比較的低コストで製造できるため、小ロット生産から量産まで幅広いニーズに対応可能です。耐薬品性や電気絶縁性など、樹脂素材特有の機能性を形状と組み合わせることで、付加価値の高い製品を生み出すことができます。
樹脂の曲げ加工の種類
樹脂製品の製造現場では、目的に応じて様々な曲げ加工技術が使い分けられています。製品の形状や要求される精度、コストなどの条件により、選択すべき加工方法は大きく変わります。適切な加工方法を選択することで、品質向上とコスト削減を同時に実現することが可能です。
- R曲げ加工
- 直線曲げ加工
- コールドベンディング
- Vカット曲げ
ここでは、代表的な曲げ加工方法とそれぞれの工程・必要工具について解説します。
R曲げ加工
R曲げ加工は、大きな曲率半径で滑らかな曲面を形成する加工技術です。直線曲げと比較して強度が高く、美しい外観を実現できます。加熱方法には部分加熱と全面加熱の二種類があり、製品の形状や要求精度に応じて選択します。
部分加熱は小さなR寸法（R10～R50mm程度）に適用でき、全面加熱はより大きなRや複雑な形状に対応可能です。加工後は熱収縮により寸法が変化するため、仕上げ寸法でのトリミング作業が必要となります。高い技術力と豊富な経験が求められる加工方法です。
工程
R曲げ加工の基本工程は以下の通りです。
まず、成形に必要なR曲げ型を製作します。材料は仕上げ寸法よりも大きめにカットし、熱収縮を見込んだサイズで準備します。次に、炉で材料を適切な温度まで加熱して軟化させます。
軟化した材料をR曲げ型にセットし、適切な圧力をかけて成形します。成形後は自然冷却または強制冷却により形状を固定し、完全に熱収縮が終了してから仕上げ寸法にトリミングします。各工程において温度管理と時間制御が重要なポイントとなります。
必要工具
R曲げ加工には専用の設備と工具が必要です。主要な設備として加熱炉があり、材料を均一に加熱するための熱風炉や電気炉が使用されます。成形には精密なR曲げ型が不可欠で、オス・メス両面の型を使用して適切な圧力をかけます。
型材には木材や樹脂が使われ、製品の用途や生産量に応じて選択されます。トリミング作業には5軸NCルーターや各種切削工具を使用し、立体形状での精密なカット技術が求められます。温度計や圧力計などの計測器具も品質管理において重要な役割を果たします。
直線曲げ加工
直線曲げ加工は、パイプヒーターを使用して局所的に加熱し、折り曲げる手法です。R曲げと比較してコストが低く、小さなR寸法での加工が可能な利点があります。外Rは材料厚みに2～5mm程度を加えた寸法となり、内Rは2～4mm程度になります。
加工可能な厚みは一般的に0.5～10mmまでで、熱加工の中では比較的容易な方法として広く用いられています。ただし、局所的な熱収縮により歪みが発生しやすく、形状や厚みの条件によっては反りが目立つ場合があります。
工程
直線曲げ加工の基本工程は非常にシンプルです。まず、パイプヒーターに樹脂シートの曲げたい部分を当てて局所的に加熱します。材料が十分に軟化したら、所定の角度まで折り曲げます。折り曲げた状態を維持しながら冷却し、形状を固定させます。
加工時間は材料の厚みや樹脂の種類によって調整が必要で、加熱不足では曲がらず、過加熱では表面の劣化や変形が生じます。冷却は自然冷却が一般的ですが、製品によっては治具を使用して形状を保持しながら冷却する場合もあります。
必要工具
直線曲げ加工に必要な工具は比較的シンプルです。主要な設備としてパイプヒーターが必要で、線状に加熱できる構造になっています。曲げ角度を正確に出すための角度定規や治具も重要な工具です。
材料を固定するためのクランプや、安全作業のための保護手袋なども必要となります。厚みのある材料では加熱時間が長くなるため、温度制御機能付きのヒーターが推奨されます。冷却時の形状保持用治具や、仕上げ加工用の切削工具なども用途に応じて準備します。設備投資が少なく済むため、小規模な加工にも適しています。
コールドベンディング（常温曲げ）
コールドベンディングは、樹脂板に熱を加えず、金属の板金加工と同様に常温のまま折り曲げる加工方法です。主にポリカーボネートやPETなど、耐衝撃性が高く割れにくい樹脂材料に適用されます。
特徴
最大の特徴は、加熱と冷却の工程が不要なため、圧倒的に作業時間が短く、コストを抑えられる点です。また、熱による膨張や収縮がないため、寸法精度が出しやすいメリットもあります。 一方で、曲げた部分に強い内部応力が残留するため、薬品や溶剤が付着するとそこから亀裂が入る「ソルベントクラック」が発生しやすくなります。
また、曲げた部分が白化したり、元の形状に戻ろうとするスプリングバックが非常に強いため、角度の固定にはノウハウが必要です。
必要工具
コールドベンディングには、主に金属の板金加工で使用されるプレスブレーキ（ベンダー）という機械設備をそのまま流用します。この機械に、樹脂板の厚みや曲げたい半径（R）に適した金型（上型のパンチと下型のダイ）をセットして、物理的な圧力をかけることで成形を行います。熱加工ではないため、炉やヒーターといった加熱設備は使用しません。
Vカット曲げ
Vカット曲げは、厚みのある樹脂板を直角かつ鋭角（ピン角）に曲げたい場合に用いられる特殊な手法です。曲げる予定のラインの内側を、事前にV字状に削り取り、肉厚を薄くした状態で折り曲げます。
特徴
通常のヒーター曲げでは、板厚が厚くなるほど外側のR（曲げ半径）が大きくなり丸みを帯びますが、Vカット曲げを行うことで、厚板であっても外側が角張ったシャープな形状を作ることができます。 箱型の製品や、デザイン性が求められるディスプレイ什器などで重宝されます。ただし、曲げ部分の肉厚を削り取っているため、強度は通常の曲げ加工よりも低下します。
必要工具
Vカット曲げを行うには、正確な深さと角度で溝を掘ることができるNCルーターなどの工作機械が不可欠です。この機械に、90度用などの目的の角度に合わせたV溝カッター（ビット）を取り付けて切削を行います。
また、溝を掘った後の仕上げ工程として、薄く残った皮一枚の部分を軟化させて曲げるための加熱ヒーターや、折り曲げた切削面同士を固定するための接着剤などが別途必要になります。
樹脂の曲げ加工における材料選定方法
製品開発において材料選定は成功の鍵を握る重要な工程です。樹脂材料は種類が豊富で、それぞれ異なる特性を持っているため、用途に応じた適切な選択が求められます。
- 成形温度の目安と難易度
- 耐熱性で選ぶ
- コストで選ぶ
- 透明性で選ぶ
- 耐薬品性で選ぶ
- 難燃性で選ぶ
ここでは、求められる性能別の材料選定ポイントについて解説します。
成形温度の目安と難易度
樹脂の曲げ加工を成功させるには、材質ごとの「軟化温度」を知ることが重要です。以下は主要な樹脂の目安です。
| 樹脂の種類 | 成形温度（目安） | 加工難易度 | 特徴 |
| アクリル (PMMA) | 150℃ ～ 160℃ | 普通 | 透明度が高い。急冷によるクラックに注意。 |
| ポリカーボネート (PC) | 180℃ ～ 190℃ | 高い | 耐熱性が高い。予備乾燥をしないと発泡する。 |
| 塩ビ (PVC) | 120℃ ～ 130℃ | 低い | 低温で曲げやすいが、焦げやすい。 |
| PET | 120℃ 前後 | 低い | 割れにくく扱いやすい。 |
耐熱性で選ぶ
耐熱性が要求される用途では、ポリカーボネート（PC）が選択肢として適しています。PCは連続使用温度が120℃と高く、曲げ加工に使用される樹脂の中で耐熱性に優れています。高温環境下でも変形や劣化が少ないため、機械装置のカバーや建築用窓材などに多用されています。
ただし、材料費が高いというデメリットがあるため、コストと性能のバランスを考慮した選定が必要です。PCは吸水性が高く、加工時に発泡や不安定な熱収縮が生じやすいため、熟練した技術が求められる材料でもあります。適切な加工条件の設定が重要になります。
かかるコストで選ぶ
コスト重視の場合は、塩ビ（PVC）が推奨される材料です。塩ビは材料費が安価でありながら、加工性と加工限界が良好で曲げ加工に適した特性を持っています。電気絶縁性や難燃性にも優れており、幅広い用途に対応可能です。ただし、耐熱性が他の材料と比較して劣るため、高温環境での使用には適しません。
コストパフォーマンスを重視する製品や、大量生産を前提とした製品において特に有効な選択肢となります。加工技術も確立されており、安定した品質での生産が期待できる材料です。
透明性で選ぶ
透明性が重要な用途では、アクリル（PMMA）が代表的な選択肢となります。アクリルは高い光透過性を誇り、ガラスに匹敵する透明度を実現できます。加工性も良好で美しい仕上がりが期待できるため、ショーケースや装飾用パネル、光学部品などに広く使用されています。
ただし、熱収縮による歪みから割れが生じやすいという特性があるため、加工時の温度管理や冷却条件に注意が必要です。厚みや形状によっては加工が困難な場合もあるため、設計段階での検討が重要になります。表面硬度も高く、傷が付きにくい利点もあります。
耐薬品性で選ぶ
耐薬品性が求められる環境では、塩ビ（PVC）が適した材料です。塩ビは多くの酸やアルカリ、いくつかの有機溶剤に対して優れた耐性を示し、化学工場や実験設備などの過酷な環境でも安定した性能を発揮します。材料費も安価で加工性が良いため、コストを抑えながら化学的な耐性を確保できます。
ただし、一部の強力な溶剤や高温条件下では耐性が低下する場合があるため、使用環境の詳細な検討が必要です。食品グレードの塩ビを選択すれば、食品関連の用途にも対応可能で、衛生面での安全性も確保できます。
難燃性で選ぶ
難燃性が要求される用途では、ポリカーボネート（PC）または塩ビ（PVC）が推奨されます。両材料とも自己消火性を持ち、燃焼時の延焼を抑制する特性があります。PCは高い耐熱性と合わせて難燃性も備えているため、電子機器筐体や建築材料などに適用されます。
塩ビは安価でありながら難燃性に優れており、コストを重視する用途に有効です。どちらを選択するかは、耐熱性やコスト、その他の要求性能を総合的に判断して決定します。難燃性のグレードにも種類があるため、用途に応じた適切なグレードの選定が重要になります。
樹脂の曲げ加工以外の加工方法
樹脂製品の製作には、曲げ加工以外にも様々な技術が組み合わされます。
- 切削加工
- 研磨加工
- 接着加工
ここでは、仕上げや組立に関わる以下の加工について解説します。
切削加工
切削加工は、マシニングセンタや旋盤を使用して樹脂材料を精密に削り出す技術です。寸法精度が高く、複雑な形状や精密な穴加工が可能で、機械部品や治具などの製造に適用されます。アクリルやポリカーボネートなどの透明樹脂では、切削面の透明性を保持するための特殊な技術が求められます。
切削条件の設定が重要で、回転数や送り速度、切削油の選択により仕上がり品質が大きく左右されます。エンジニアリングプラスチックやスーパーエンジニアリングプラスチックの加工にも対応でき、高機能部品の製造が可能です。ただし、加工時間が長くコストが高くなる傾向があるため、量産性を考慮した設計が必要になります。
研磨加工
研磨加工は、樹脂製品の表面品質を向上させる重要な後加工技術です。特に透明樹脂製品では、切削加工や成形加工後の表面を研磨することで、光学的性質を回復させることができます。手作業による研磨から機械研磨まで、製品の形状や要求品質に応じて手法を選択します。
アクリル製品では、段階的に研磨剤の粒度を細かくしていくことで、鏡面仕上げを実現できます。研磨作業は熟練した技術が必要で、作業者の技能により仕上がりに差が生じます。大量生産では自動研磨機を使用することで、品質の安定化と効率化を図ることが可能です。
接着加工
接着加工は、複数の樹脂部品を組み合わせて立体的な製品を製造する技術です。L字型の筐体や箱型の容器など、一体成形では困難な形状を実現できます。接着剤の選択が重要で、材料の種類や使用環境に応じて適切な接着剤を使用する必要があります。接着面の前処理や接着条件の管理により、強固で美しい接着が可能になります。
透明樹脂の接着では、接着線が目立たないよう特に注意深い作業が求められます。接着後の追加工として、穴あけや形状加工も可能で、顧客の要求に応じたカスタマイズができます。1個ずつ手作業で仕上げる場合が多く、高品質な製品を実現できる反面、量産性に課題がある加工方法です。
樹脂の曲げ加工を業者に外注するメリット
自社で加工を行う場合、専用設備の導入や技術習得に多大な時間とコストがかかります。専門業者への外注は、品質の担保はもちろん、社内リソースの最適化という点でも大きなメリットがあります。
- 複雑な加工や難しい加工に対応してもらえる
- 小ロットからの注文ができる
- 短納期で対応してくれる
ここでは、プロに依頼することで得られる具体的な利点について解説します。
複雑な加工や難しい加工に対応してもらえる
専用の加熱炉やNCルーター、大型ベンダーなど充実した設備環境があるため、一般的な工具では不可能な3次元的な形状や、厚板の精密な曲げ加工が可能です。また、気泡や白化を防ぐ高度な温度管理技術により、アクリルなどの透明素材であっても美観を損なうことなく、図面通りの複雑な形状を高精度に実現できます。
小ロットからの注文ができる
多くの加工業者は量産だけでなく、試作開発段階の1個からの製作にも柔軟に対応しています。量産用の高価な金型を製作する前に、簡易的な木型や治具を用いて低コストで試作を行えるため、製品開発のリスクを低減できます。研究開発用途や、一点物の展示用什器など、数量に関わらずプロの高品質な技術を活用できるのが魅力です。
短納期で対応してくれる
熟練の職人は材料の特性や効率的な加工手順を熟知しているため、自社で試行錯誤しながら製作するよりも圧倒的に早いスピードで製品を完成させることができます。また、主要な材料を常時在庫している業者であれば、材料調達のタイムラグを省くことができ、急な仕様変更や緊急の案件であってもスムーズな納品が期待できます。
樹脂の曲げ加工のコストと納期を左右する要素
樹脂の曲げ加工を依頼する際、コストや納期は「形状の複雑さ」と「数量」によって大きく変動します。見積もりを依頼する前に、以下のポイントを押さえておくとスムーズです。
金型（治具）の有無
R曲げ加工や複雑な曲げを行う場合、その形状に合わせた専用の「型（治具）」が必要になります。
- 小ロット・試作: 木型などの安価な素材を使用し、初期費用を抑えます。
- 量産: 耐久性のある樹脂型や金属型を使用し、初期費用はかかりますが、1個あたりの加工時間を短縮し単価を下げます。
曲げ箇所の数
単純な1箇所の曲げ（L字）に比べ、「コ」の字や「Z」型など、曲げ箇所が増えるほど工数が増加しコストアップにつながります。また、複数の曲げが近接している場合、一度に曲げられないため工程を分ける必要があり、納期も長くなる傾向があります。
樹脂の曲げ加工で失敗しないための注意点と対策
樹脂の曲げ加工では、材料特性と加工条件を十分に理解した上で作業を行う必要があります。単純に曲げるだけでなく、品質を維持するための設計配慮が不可欠です。
- スプリングバック対策
- 白化・クラック（ひび割れ）防止
- 穴あけ位置の設計
ここでは、よくあるトラブルとその対策について解説します。
スプリングバック対策
樹脂には、曲げた後に元の形状に戻ろうとする「スプリングバック」という性質があります。例えば90度に曲げても、冷却後に少し開いてしまうことがあります。そのため、加工時には目標角度よりも2〜3度深く曲げて（オーバーベンディングして）冷却固定するなど、戻りを見越した熟練の調整が必要です。
白化・クラック（ひび割れ）防止
無理な力を加えて曲げたり、加熱不足の状態で加工すると、曲げた部分が白く濁る「白化」や、亀裂が入る「クラック」が発生します。これを防ぐには、時間をかけて均一に加熱することと、材質ごとの「最小曲げ半径」を守った設計にすることが重要です。
穴あけ位置の設計
ネジ穴や通し穴が曲げ部分（Rの始点）に近すぎると、曲げ加工時の熱と引張応力によって穴が楕円に変形してしまいます。一般的に、板厚の3倍以上は曲げ位置から離して穴を配置することが推奨されます。
樹脂の曲げ加工に関するよくある質問（FAQ）
最後に、樹脂の曲げ加工に関してよく寄せられる質問にお答えします。
曲げ加工をした部分が白く変色（白化）してしまうことはありますか？
加熱不足や無理な変形を加えると白化が起こりやすくなりますが、適切な温度管理と曲げ半径（R）の設定を行えば、透明度を保ったままきれいに曲げることが可能です。特にアクリルなどの透明樹脂は、専門的な加熱設備と技術を用いることで、美観を損なわずに仕上げることができます。
図面通りの角度（90度など）で、公差なく正確に曲げることは可能ですか？
樹脂は環境温度や材質ロットによりスプリングバック（戻り）の影響を受けるため、金属加工のような厳密な公差保証（±0.1mm等）は困難な場合があります。しかし、専用の治具（ジグ）と熟練の技術を用いることで、図面指示の角度に限りなく近づける高精度な加工は可能です。公差が厳しい場合は、事前に加工業者とのすり合わせが必要になります。
どのくらいの厚み（板厚）まで曲げ加工ができますか？
一般的なヒーター曲げであれば、板厚10mm程度までが目安とされています。それ以上の厚みになると、熱が伝わる前に表面が焦げてしまう恐れがあるため、接着加工で箱型にするか、内側を削る「Vカット曲げ」を行うなど、形状に合わせて別の手法が選択されるのが一般的です。
まとめ:樹脂の曲げ加工でお困りの方は「タキオンワタナベ」までお問い合わせください
樹脂の曲げ加工は、適切な材料選定と加工技術により、美しく機能的な製品を実現できる重要な製造技術です。アクリル、ポリカーボネート、塩ビなど各材料の特性を理解し、用途に応じた選択を行うことが成功の第一歩となります。R曲げ加工と直線曲げ加工それぞれの特徴を把握し、製品要求に応じて適切な手法を選択することも重要です。
加工時の温度管理や熱収縮への対応など、技術的な注意点を十分に理解した上で加工を行う必要があります。経験豊富な加工業者と連携することで、コストパフォーマンスと品質を両立した製品開発が可能になるでしょう。
株式会社タキオンワタナベでは、図面作成から加工、仕上げまでを一貫して行う確かな技術力をもって、お客様一人ひとりのニーズに合わせた高品質なサービスを提供しています。小ロットから量産まで柔軟に対応し、お客様の課題に真摯に向き合う「5つのお約束」を徹底。メディア掲載や多くの企業様との提携実績に裏打ちされた信頼性を基盤に、安心・安全なモノづくりを実現いたします。
「この図面で加工できるか知りたい」「最適な材質を提案してほしい」など、樹脂加工に関するお悩みがあれば、ぜひお気軽にご相談ください。
コラム監修者
- 代表取締役社長
-
高等学校卒業程度認定試験合格後、関西外国語大学で英米語を専攻し、ニューヨーク州立大学経済学部にも在籍。
その後、同志社大学大学院ビジネス研究科で経営学を深め、現在は京都大学大学院法学研究科で法学を学ぶ。
プライム上場企業で培ったマネジメント力を活かし、経営難だった家業を再建。
一気通貫の機械サービス業の体制構築と品質・納期・コストを革新し、読者のものづくり課題に経営視点で応える。
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