ベークライトの切削に実績とノウハウあり
ベークライト（ベーク、ベーク材）は、プラスチックとして最も長い歴史を持っています。耐熱性や電気絶縁性などの特性に優れるため、さまざまな用途で古くから利用されてきた材質です。白根電機では古くからこのベークライトの切削を行ってまいりました。長年の加工実績とノウハウで最適な加工品をお届けします。
ベークライトとは
ベークライトは「フェノール樹脂」とも呼ばれる、熱硬化性樹脂に分類されるプラスチックです。植物原料を用いない合成樹脂として1907年に初めて発明された合成樹脂であり、フェノールとホルムアルデヒドを主成分としています。ベークライト製造では酸または塩基触媒を使用し、必要に応じて硬化剤を加えて加熱します。これにより、強固な立体網目構造が生成されるのです。
ベークライトは耐熱性や機械的強度などの優れた特性を持ちながら、コストパフォーマンスも優秀で、工業製品や生活用品に幅広く利用されてきました。電話やラジオ、電球のソケットなどの電気部品、あるいは服飾品やキッチン用品としても一般的な素材でした。金属代替部品の需要にも応え、自動車やその他機械類への使用も拡大したという経緯があります。
しかし、高性能な熱可塑性樹脂の台頭により、ベークライトの利用範囲は縮小してきています。現在は「紙ベークライト」や「布ベークライト」といった積層板としての流通がメインで、絶縁性や耐熱性を活かした用途での活用が一般的です。
ベークライトの特性
耐熱性
熱硬化性樹脂であるベークライトは高温に強く、150〜180℃の温度範囲においても十分な強度を保ちます。ただし、熱可塑性樹脂のように加熱して溶解させ、再形成するのは不可能です。
電気絶縁性
ベークライトはその電気絶縁性を活かし、絶縁体として広く利用されています。特に紙ベークライトは軽量で、コストパフォーマンスも良好です。
機械的強度
布ベークライトのほうが紙ベークライトより強度が高く、耐衝撃性が求められる用途に用いられます。しかし、積層板であるため、垂直方向には一定の強度を発揮しますが、並行方向の力には弱いです。
加工性
ベークライトは熱硬化性樹脂であるにもかかわらず、樹脂単体で加工する場合は射出成形が可能です。寸法安定性が高いため切削時の加工性はそれほど悪くありませんが、刃物の選択や切粉の処理に注意が必要です。
弱点となりうる特性
ベークライトは吸水率が高いため、水に触れる場所や湿度が高い場所での使用は避けるべきです。耐候性が低く、紫外線による劣化、あるいは酸化による変色が発生します。耐薬品性にも欠点があり、強酸や強アルカリ、アクリル系溶剤などに接触する環境では使用できません。
ベークライトの用途
ベークライトは20世紀初頭の登場以降、多岐にわたる産業分野で活用されてきました。ここでは、ベークライトの用途について分野別に紹介します。
電気・電子分野
ベークライトの積層板が用いられるプリント配線基板は、パソコンやタブレットPCのほか、マイコン機能を持つ多くの電化製品にとって欠かせない中枢部品です。また、配電盤や変圧器、遮断器、絶縁用端子板など、電気・電子関連機器の重要部分にベークライトが利用されています。
産業・機械分野
ベークライトは硬度と強度に優れるため、治具用素材に適しています。また、ボリューム調整つまみやスイッチ、ハンドル、絶縁スペーサー・ワッシャー、絶縁用ベースプレートにも利用されています。金属代替素材としても活用されており、車載関連部品や構造材料などが代表的な用途です。
化学・材料分野
ベークライトは新しい用途の開発もおこなわれています。その代表例がEV用リチウムイオン電池への活用です。接着剤や塗料、鋳造加工に使うシェルモールド用樹脂といった活用もあります。さらに、アルカリへの溶解性や特定波長光の吸収特性を活かし、フォトレジスト材料にも採用されています。
ベークライトの加工方法
紙ベークライトと布ベークライトの加工方法としては、切削加工がポピュラーです。ここでは切削加工機械の種類を紹介した上で、切削加工のメリット・デメリットを説明します。
切削加工のメリット
- 加工精度が高い
汎用的なプラスチックは加工時の熱に影響を受けやすいです。特に熱可塑性樹脂の多くは、刃物の種類や加工速度などの加工条件を細かく調整する必要があります。ベークライトは熱硬化性樹脂であるため熱の影響を受けにくく、精密な切削加工が可能です。 - 試作や少量・中量生産に適している
切削加工のデメリット
- 加工できない形状がある
使用する切削機械や工具にもよりますが、細長い穴あけ、深さのある筒状の加工などは切削では困難です。 - 大量生産ではコストメリットが得られない
切削加工のコストは製作個数にほぼ比例するため、大量生産においては成形加工などのほうが製造単価を安くできます。
ベークライト切削の工程と注意点
加工工程
- NCデータの設定と加工条件の決定
製品図面からNCデータを設定します。ベークライトの特性を考慮して、使用工具や操作方向、加工速度、回転数などの加工条件を決定します。 - ベークライト材の用意
製品仕様に適した厚さの紙ベークライト、もしくは布ベークライトを用意します。あらかじめ加工代を含めたサイズに切断しておきます。 - 切削加工
材料を使用する機械にセットし、切削をおこないます。設定したNCデータ通りに加工が進んでいきます。マシニングセンタを使用している場合は、工具交換も自動です。 - 仕上げと検査
バリの除去や面取りといった仕上げ作業をおこないます。製品図面どおりの寸法になっているか、加工精度が基準を満たしているか、などを検査します。
切削加工の注意点
硬度が高いベークライトは、超硬工具を用いなければ切削が難しいです。ベークライト材は積層板であるため、層に対して並行してかかる力には弱いことにも注意しなければなりません。層が剥離して製品強度が落ちる可能性があります。
また、積層板は切削によって大量の切粉が発生します。ベークライト加工をおこなうには、ほかの設備機械の故障や吸引による人体への悪影響を防ぐために、吸塵機の設置が必要です。
ベークライトとガラスエポキシの比較
プリント基板として、ベークライトとガラスエポキシ（ガラエポ）はよく比較されます。両者の違いはおおむね下表のとおりです。ガラスエポキシのほうが全体的に高性能で信頼性も高いのですが、その分だけ高コストで加工しにくい素材であるといえます。