オフィス機器や産業機械の設計では、小型化や省エネ化のために金属部品を樹脂へ置き換える軽量化が進んでいます。しかし、搬送ローラーやシール部材のように、樹脂の軽さとゴムの弾性を両立させるには、異素材を強固に接合する技術が欠かせません。両者は性質が異なるため、一般的な接着では使用中の振動や摩擦で剥がれやすく、紙詰まりや異音の原因になることがあります。
こちらでは、ゴムと樹脂を組み合わせた複合材の基礎知識をはじめ、金属代替として樹脂を選ぶメリット、そして接着剤を使用せずに分子レベルで強固に一体化させる高度な接合技術についてご紹介します。
金属代替による軽量化や、ゴムと樹脂の複合製品の開発をご検討なら、創業40年以上の実績を持つ株式会社中野製作所にお任せください。材料の選定・配合設計(レシピ作成)から、金型製作、試作、量産、そして仕上げ加工までを自社工場内で完結させる「一貫生産体制」が強みです。
お客様の開発段階からプロジェクトに参加し、「どのような環境で使用するのか」「どのような性能が求められるのか」を綿密にヒアリングしたうえで、ゴムと樹脂の最適な組み合わせや形状を提案します。難易度の高い異種材接合や、特殊な機能を持たせたカスタム製品の開発も得意としており、多くの産業機器メーカー様からパートナーとして選ばれています。
また、小ロットの試作開発にも柔軟に対応しており、「まずは試作品で性能を確認したい」というニーズにもスピーディにお応えします。ゴムに関する豊富なノウハウと、ISO9001およびISO14001認証に基づいた徹底した品質・環境管理体制で、お客様の製品価値向上を強力にサポートいたしますので、まずはお気軽にお問い合わせください。
ゴムと樹脂の複合材とは、剛性を持つ樹脂(プラスチック)を骨格とし、表面や特定の部分にゴムを配置することで、一つの部品に異なる機能を共存させた製品のことです。一般的に、構造体としての強さや形状安定性は樹脂が担い、摩擦力(グリップ)、シール性、衝撃吸収といった柔軟な接触機能はゴムが担います。例えば、回転軸には硬い樹脂を使い、搬送物に触れる外周部にはゴムを使うといった構成が代表的です。
この複合材は、単に二つの材料を組み合わせるだけでなく、それぞれの素材特性を最大限に活かせる設計が可能です。樹脂は射出成形により自由な形状を作ることができるため、金属加工では難しかった複雑なデザインや微細な構造を実現できます。一方、ゴムは配合によって硬度や摩擦係数を調整できるため、用途に応じた最適な接触性能を付与できます。
しかし、ゴムと樹脂は化学的な性質が異なるため、異種材料を「接合」する工程には技術的な難しさがあります。単純に接着剤で貼り合わせるだけでは環境によっては十分な強度が得られず、使用環境によっては界面剥離を起こすリスクがあります。そのため、近年では接着剤に頼らず、化学結合を利用して強固に一体化させる新しい接合技術が開発され、製品の信頼性向上に寄与しています。
製品開発において、従来の金属部品を樹脂材料に置き換える「樹脂化(メタルリプレイスメント)」は、単なるコストダウンだけでなく、製品の付加価値を高めるための重要な戦略です。ゴムと組み合わせるベース素材として樹脂を選ぶことで得られるメリットは多岐にわたります。
こちらでは、代表的なメリットをご紹介します。
最も大きなメリットは、製品重量の削減です。鉄(比重約7.8)やアルミニウム(比重約2.7)に対し、一般的なエンジニアリングプラスチックの比重は1.0〜1.5程度と非常に軽量です。搬送ローラーのような回転部品の場合、軽量化によって回転慣性モーメント(動き出しや停止にかかる負荷)が小さくなるため、駆動モーターの負担が減り、装置全体の消費電力を抑えることができます。
金属加工で複雑な形状を作るには、切削や溶接など多くの工程が必要ですが、樹脂成形(射出成形)なら、金型に流し込むだけで複雑な形状を一度に作ることができます。例えば、軽量化のための肉抜き構造や、ギア、スナップフィットなどの機能部を一体化させることが容易です。これにより、部品点数の削減や組み立て工数の短縮が可能になり、トータルコストの低減にもつながります。
樹脂は金属のように錆びることがないため、水や薬品がかかる環境でも腐食の心配がありません。また、電気を通さない絶縁性を持っているため、電子機器内部の部品としても安全に使用できます。これらの特性は、メンテナンスの手間を減らし、製品寿命を延ばすうえでも有利に働きます。
ゴムと樹脂を組み合わせる際、最大の課題となるのが「接合強度」です。そこで注目されるのが、株式会社中野製作所が独自に開発した異種材接合技術「Radicalock®(ラジカロック)」です。
Radicalock®は、接着剤を一切使用せずに、ゴムと樹脂を分子レベルで直接結合させる画期的な技術です。一般的な接着剤による接合は、材料の表面に接着剤を「塗って固める」という物理的なアンカー効果や分子間力に頼っていますが、Radicalock®は熱と圧力を加えることで界面に化学反応(ラジカル反応)を起こし、ゴムと樹脂の分子同士を強力に結びつけます。
この技術の最大のメリットは、極めて高い接合強度と耐久性です。化学的に一体化しているため、高温環境や薬品に触れる条件下でも劣化しにくく、長期間使用しても剥離などのトラブルがほとんど発生しません。特に、接着剤が苦手とする「ねじれ」や「衝撃」といった力学的負荷に対しても強い耐性を持っています。
Radicalock®の技術をさらに発展させたのが、樹脂接合に特化した「AKI-Lock®(アキロック)」と、金属接合向けの「DLAMP®(ディーランプ)」です。
AKI-Lock®は、樹脂表面に特殊な処理を施すことで、従来は接合が難しかった樹脂材料ともゴムを強固に一体化させることを可能にしました。樹脂内にガラス繊維を含有させることにより、より幅広い樹脂材料を選択できるようになり、軽量化設計の自由度が飛躍的に向上します。
一方、DLAMP®は金属表面への処理技術であり、金属を立体的に荒らし、アンカーを作ることでゴムと金属の直接接合を実現します。これにより、金属芯材を使った高強度部品の開発も可能になります。
※「AKI-Lock®」はポリプラスチック株式会社の登録商標
※「DLAMP®」はダイセルミライズ株式会社の登録商標
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