POMプラスチック｜部品試作のための材料特性

POM（ポリオキシメチレン）は、優れた機械的特性と寸法安定性を備えた高性能エンジニアリング熱可塑性プラスチックです。この記事では、POMの機械的特性、熱的特性、電気的特性、そしてその用途など、主要な特性について解説します。

POMプラスチックとは何ですか？

ポリオキシメチレン（POM）は、アセタールとも呼ばれる結晶性熱可塑性ポリマーです。高密度で結晶性の高い線状ポリマーであり、優れた総合的な性能特性を備えています。ナイロンに次いで登場した高級樹脂であり、5大エンジニアリングプラスチックの中で第3位にランクされています。POMは分子鎖の化学構造に基づき、主にホモポリマーPOM（デルリン）とコポリマーPOM（セルコン）に分類されます。

これら2つの種類の違いは何でしょうか？デルリンは単一のモノマーから重合された規則的な結晶性分子構造です。一方、セルコンは2つの異なるモノマーの共重合によって得られる非晶質構造です。

POMの特性

POM の大きな利点は、高い弾性率、高い剛性と硬度、優れた耐疲労性、優れた衝撃強度とクリープ耐性です。

引張強度と剛性

あらゆるプラスチックの中で、POMは比強度と比剛性が金属に比較的近い値を有しています。多くの用途において、鋼、亜鉛、アルミニウム、銅、鋳鉄などの材料の代替として使用できます。ただし、温度が上昇すると、POMの引張強度と剛性は低下します。

衝撃強さ

POMは優れた靭性を示し、衝撃強度は温度の影響をほとんど受けません。しかし、ノッチがあると衝撃強度は著しく低下します。 Polycarbonate (PC) と ABS は POM よりも大幅に高い衝撃強度を持ち、繰り返し疲労衝撃荷重を受けた後でも POM は PC や ABS よりも高い衝撃強度を示します。

耐疲労性

結晶性プラスチックは、一般的に非晶質プラスチックよりも疲労強度が高くなります。結晶化度が70%を超えるPOMは、優れた耐疲労性を示し、熱可塑性エンジニアリングプラスチックの中で最も高い疲労限界強度を有します。

耐クリープ性

POMは優れた弾力性を有し、耐クリープ性はナイロンなどの他のエンジニアリングプラスチックに匹敵します。23℃、21MPaの荷重下で3000時間経過後もクリープ値はわずか2.3%です。さらに、クリープ値は温度変化に対して比較的小さいため、高温下でも良好なクリープ特性を維持します。

摩擦と摩耗に対する耐性

POMは摩擦係数が非常に低く、摩耗率も最小限である一方、限界圧力速度値は非常に高いため、長期間の滑り摩擦を受ける部品に適しています。さらに、POMの表面硬度は、 アルミニウム合金動摩擦用途においてある程度の自己潤滑性を提供し、ノイズをほとんど発生しないため、優れた摩擦特性を発揮します。

熱特性

POMは熱たわみ温度（HDT）が高い。ホモポリマーPOMは一般的にコポリマーPOMよりもHDTが高いが、熱安定性はコポリマーよりも低い。一般的に、POMの使用温度は約100℃である。

電気特性

POMは優れた電気絶縁性を持ち、湿度の影響をほとんど受けません。10～1000Hzの周波数範囲にわたって² 〜10⁷ Hzおよび温度範囲20～100℃において、POMの誘電率は3.1～3.9で安定しています。吸水による誘電率への影響は最小限です。POM製品の厚さは絶縁強度に影響を与え、薄い部品ほど絶縁強度が高くなります。

耐薬品性

POM樹脂は、油や有機溶剤（炭化水素、アルコール、ケトン、エステル、ベンゼンなど）に対して高い耐性を有しています。高温下での長期浸漬（半年以上）後でも、高い機械的強度を維持し、質量変化率は概ね5%未満です。

POM 樹脂は希酸に対しては優れた耐性がありますが、強酸、特に硫酸、塩酸、硝酸、亜硫酸、亜硝酸などの酸にさらされると応力亀裂が発生しやすくなります。

耐候性

POM樹脂の耐候性は理想的とは言えません。屋外用途では、耐久性を高めるために紫外線吸収剤や酸化防止剤を配合する必要があります。

POM加工のプロセス

POM樹脂は、射出成形、押出成形、ブロー成形、圧縮成形といった標準的な熱可塑性樹脂成形方法で成形・加工できます。射出成形は最も一般的な成形方法です。押出成形は主にシートや棒状の成形に使用され、その後、二次加工によって最終製品に加工されます。ブロー成形は、射出成形を補完し、中空製品の製造に使用されます。

射出成形

装置： 標準スクリューチップを備えた、片頭フルフライトの急圧縮スクリューを使用してください。L/D比は約18、圧縮比は2～3、計量部長さは4～5Dとします。スクリュー回転速度は通常50～60 r/min、背圧は約0.6 MPaに制御します。ノズルは逆テーパーの直貫通型で、加熱バンドを備え、電圧調整変圧器によって温度制御する必要があります。ノズル口径は十分に大きくする必要があります。

型： ゲートシステムは、スプルー、ランナー、ゲートから構成されます。スプルーは短く太く、直径はノズルより約1mm大きく、テーパーは3～5°です。台形ランナーがよく使用され、標準寸法は上幅が下幅の3倍、深さが下幅の2倍です。ゲート寸法（例えば、厚さ）は、製品の厚さなどに基づいて決定する必要があります。様々なゲートタイプがあり、製品設計に応じて最適なものを選択する必要があります。

成形工程: 通常、材料は予備乾燥を必要としません。ただし、材料の顆粒を水浸漬で冷却した場合や、精密部品を成形する場合は、予備乾燥が必要です。バレル温度は厳密に管理する必要があります。温度が高すぎると材料の変色や分解を引き起こし、温度が低すぎると可塑化が不十分になります。

押出加工

L/D比が20～24の等ピッチ定径計量スクリューを使用してください。計量部はスクリュー全長の約1/4、圧縮比は3～4にしてください。

スクリュー構造は材料の粘度によって異なります。高粘度にはディープチャンネルスクリュー、中粘度にはシャローチャンネルスクリューを使用します。材料の吸湿率が0.25%を超える場合は、予備乾燥が必要です。押出機の材料と接触する部品には、熱分解を促進する銅や合金の使用を避けてください。L/D比、圧縮比、ダイ温度などの具体的なプロセス条件は、製品（パイプ、シート、電線被覆など）によって異なります。

中空成形、吹込み成形

標準的なブロー成形機を使用し、精密かつ高精度な制御装置が求められます。スクリューのL/D比は16～20、射出比は2.0～3.5です。金型材質は製品に応じて選定されます。金型温度は通常93℃～127℃、ブローエア圧力は0.35～1.20MPaです。ブロー成形製品（例：ドラム、トラベルバッグ、スプレー缶）ごとに、L/D比、圧縮比、バレル温度、スクリュー回転数などのプロセス条件が異なります。

CNC加工

CNC 加工で POM を加工する場合、複雑な部品には 3 ～ 5 mm の許容差を持つ射出成形ブランクが最適です。一方、単純な形状のものは、水冷式の高密度 (1.41 ～ 1.43 g/cm³) ロッドとアルミ合金の固定具、ソフトジョーバイス (締め付け力 5 ～ 10 kN)、または真空吸引 (薄い部品の場合は 0.1 MPa 以上) を使用して切り出すことができ、変形や応力を最小限に抑えることができます。

Getzshapeでは高精度の CNC機械加工サービス エンジニアリングプラスチック向けに、卓越した品質と精度を保証します。当社のPOM（ポリオキシメチレン）素材は、黒と白の2色展開で、様々な用途に対応できる汎用性を備えています。特に許容範囲が指定されていない限り、ISO 2768-c規格に準拠し、一貫性と信頼性の高い結果を保証します。

二次加工

POMの加工特性は真鍮に似ており、剛性が高く、発熱量が少ないです。旋削、鋸引き、フライス加工、穴あけ、打ち抜き、タッピングなどの加工が可能です。

POMの用途

POM は主に非鉄金属 (銅、アルミニウム、亜鉛など) の代替としてさまざまな機械部品の製造に使用され、自動車、機械、電子、電気、建設、配管などの用途で広く使用されています。

自動車

POMは、自動車製造において省エネ素材として広く使用されています。これは、車両の軽量化、燃費向上、そして様々な金属の代替として成形・加工時のエネルギー消費量を削減できるためです。例えば、車のドアハンドルや窓ハンドルにPOMを使用し、従来のクロムメッキ金属やステンレス鋼部品を置き換えることで、23%のコスト削減と、加工工程の削減を実現できます。また、他のエンジニアリングプラスチックと比較して、POMは自動車に使用される様々な化学物質に対して優れた耐性を示します。特に、コポリマーPOMはこの点で優れています。例えば、コポリマーPOMは自動車用冷却剤に対して極めて安定しているため、ほとんどの自動車ラジエーター部品はコポリマーPOMで作られています。

POMは自動車において主に以下の3つの分野で使用されています。

1. エンジン燃料供給システム：ラジエータードレンバルブ、ラジエーターキャップ、冷却液オーバーフロータンク、ウォーターポンプインペラー、ウォーターバルブボディ、燃料タンクキャップ、燃料フィラーネック、燃料ポンプ、キャブレターハウジング、各種排気制御バルブ、アクセルペダルなどの部品の製造に使用されます。
2. 電気設備システム：ヒーターファン、エアコンプレッサーバルブ、照明スイッチ、ヒーターコントロールレバー、コンビネーションスイッチ、ワイパーモーターギアおよびベアリングサポート、洗浄ポンプの製造に使用されます。
3. ボディシステム: サンバイザーブラケット、リーフスプリングブッシング、スピードメーターハウジング、アンテナギアハウジング、インテリアミラーサポート、ドアロック部品、ウィンドウレギュレータハンドル、窓ガラスフレームおよびガイドローラー、ステアリングナックルベアリング、ブレーキ部品、ステアリングホイール部品、コンパートメントヒンジの製造に使用されます。

機械

POMは、様々なギア、ベアリング、スプリング、カム、ボルト、ナット、そしてポンプ本体、ハウジング、インペラといった機械装置の構造部品の製造に広く使用されています。POM製ギア、ギアカップリング、ベアリングは、汎用的な動力伝達構造部品として広く使用されています。

ディスプレイ・電子機器関連

POMは誘電正接が低く、誘電強度と絶縁抵抗が高く、耐アーク性に優れているため、電子・電気機器やOA機器に広く使用されています。電話、テープレコーダー、ビデオレコーダー、テレビ、コンピューター、ファックス、プリンター、CDプレーヤー、VCDプレーヤーなどの部品の製造に使用できます。電話のダイヤルとキー、テレビのリレーとコイルボビン、コンピューターの制御部品、タイマー部品、テープレコーダーのカセットホルダー、マイクロスイッチカムとリバーススライダー、CDチェンジャーのスイッチとCDトレイ、プリンターのフロントシャーシ、スピーカーグリルなどです。POMは、電動レンチハウジング、電動シープシャーハウジング、石炭ドリルハウジング、スイッチハンドルなど、さまざまな電動工具の部品の製造にも使用されています。

建設と配管

建設・配管分野では、POMは窓枠、洗面台、貯水槽、ドア・窓用ローラー、小型家具用キャスター、ガスメーター部品・カバー、浴室給湯器部品、水道メーターハウジング、水道管継手、蛇口などの製造に使用されています。POM製の蛇口は、一般的な金属製蛇口に比べて30%安価で、2×10の耐圧強度を備えています。⁶ 0.5～0.6MPaの圧力下での開閉サイクルに耐え、40年以上の使用に相当します。また、耐水腐食性、耐スケール性、自己潤滑性などの特性も備えています。POM製の消火栓および消防ホース継手は、最大5MPaの破裂圧力に耐えることができます。