Vespel 加工ガイド: 材料の種類、利点、ベストプラクティス

ベスペル加工

ヴェスペルは ポリイミド材料 米国のエンジニアリング会社デュポン・ド・ヌムール社によって開発・製造されたこの高性能プラスチックは、自動車、航空宇宙、ヘルスケア、エレクトロニクス産業で広く使用されています。ベスペルは、 プラスチックCNC機械加工 高温でも強度を維持し、耐摩耗性に優れ、化学的に安定しているためです。

しかし ベスペル素材 良好な加工性を示すものの、寸法誤差、製造欠陥、間接費の発生を防ぐため、特定の加工要因を慎重に検討する必要があります。そのためには、Vespelとその加工挙動を理解する必要があります。

この記事では、Vespel プラスチックの特性、種類、加工プロセス、および用途の好みについて詳しく説明します。

 

ベスペルプラスチックとは何ですか？ 

ベスペルプラスチック

ベスペルは、デュポン社が開発したポリイミド樹脂の一種で、基本的には商標（Vespel®）です。通常のポリイミド材料と異なる点は、重合時に分子結合がより強固になることです。配合時には、グラファイトや二硫化モリブデンなどの充填剤が使用される場合もあります。

安定した分子鎖により、Vespelは高い強度、長い疲労寿命、耐熱性（最大300℃）、耐摩耗性、そして化学的中性を備えています。これらの特性の組み合わせにより、Vespelは優れた材料選択肢となります。 プラスチックCNC機械加工 部品が極度の熱（通常 250 °C 以上）や高いストレスにさらされ、長い耐用年数が必要な場合。

なお、デュポン ベスペル素材は以下の形態でも入手可能です。

• バー
• チューブ
• ロッド
• リング
• 銘板など 

ベスペルプラスチック特性

ベスペルは熱可塑性プラスチックの多くの特性を備えていますが、溶融後は再成形できません。（ 熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂 その他の特性としては、強度、潤滑性、 

• 熱安定性： 一般的な熱可塑性プラスチックと比較して、Vespel は物理的特性や機械的特性を失うことなく、より高い温度に耐えます。 
• 耐薬品性： この素材は、多くの溶剤、酸、アルカリ、油、有機化学溶液に耐性があります。 
• 寸法安定性： ベスペルは機械加工性に優れており、複雑な形状にも高精度に機械加工できます。 
• ガス抜き: Vespel は高温でもガス放出が非常に少ないです。 
• 吸水： Vespel は水分をほとんど吸収せず、真空状態でも優れた性能を発揮します。 
• 潤滑性: Vespel は優れた潤滑性を示し、他の部品や材料と接触したり、滑り動作を行ったりするときに低い摩擦を生み出します。

 

ベスペル素材の種類

Vespelには、材料組成、充填量、熱容量に基づいて分類された様々なタイプ／グレードがあります。各タイプはそれぞれ異なる特性を備えています。例えば、Vespel SP-3はアウトガスが最も少なく、SP-21は摩耗しやすい部品に最適です。 

SP-1、SP-3、SP-21、SP-22 などの一般的なタイプの Vespel マテリアルについてさらに詳しく説明します。 

ベスペル® SP-1

SP-1は、充填剤を含まない純粋なポリイミドです。このベスペルタイプは、優れた電気絶縁性と熱絶縁性を備えており、耐久性に優れ、強度と靭性の向上に役立ちます。  

使用する場合： 低摩擦よりも部品の寿命と構造強度が重要な場合。

ベスペル® SP-3

ベスペルSP-3は、充填剤として二硫化モリブデン（MoS₂）を重量比で約15%含有しています。様々な種類の機械加工用ベスペルの中でも、アウトガスが極めて少なく、航空宇宙産業や産業オートメーションにおいて大きなメリットとなります。 

使用する場合： 乾燥および真空条件での低摩耗アイテム。

ベスペル® SP-21

Vespel SP-21はグラファイトを充填しているため、耐摩耗性と耐摩擦性に優れており、摺動機構を伴う用途に最適です。その結果、熱安定性を維持し、長寿命を実現します。 

使用する場合： 部品の適用と性能にとって低摩擦が重要な場合、または摩耗が主な懸念事項である場合。 

ベスペル® SP-22

機械加工において最も一般的なタイプであるVespel SP 22は、高濃度グラファイト（約40%）を充填することで摩擦をさらに低減します。耐摩耗性と熱安定性のバランスに優れています。 

使用する場合： 寸法安定性が懸念される場合、つまり、機能性とパフォーマンスにとって許容差が重要になります。

その他の種類 

これらのほかにも、SP-22、SP202、SP-211、ST2010、SCP50094、SCP5000 など、Vespel プラスチックの種類がいくつかあります。

 

ベスペルの機械加工プロセス 

ベスペルの加工プロセス

形状、必要な精度、および生産要件に基づいて、フライス加工、旋削、穴あけ、ねじ切り、研削などの 1 つ以上のプロセスが利用されます。 

• 製粉： CNCフライス加工は、ベスペル原木から複雑な3D形状を加工します。この材料にはダウンカットフライス加工が適しており、クロスフィードとダウンフィードの両方に対応しています。切削速度は40～50 SFM程度、中程度の回転数で切削してください。 
• 旋回： 旋削加工は、円筒形のベアリングやシールなどの対称形状の加工に用いられます。そのため、旋削加工には、穴あけ、面取り、パーティング加工も含まれます。  
• 掘削： ベスペルドリル加工において最も考慮すべき点は、穴壁と工具が固着することで発生する固着のリスクです。このリスクに対処するため、改造ドリルの使用をお勧めします。標準的なツイストドリルでも構いませんが、穴の深さはドリル径の半分以下にしてください。   
• ねじ切り: 外ねじはねじ切り工具（シングルポイント超硬カッター）で作成でき、内ねじはタッピングで作成できます。  
• 研削： 研削とは、研磨ホイールを用いて機械部品の表面から微細な材料を除去する作業です。Vespelの研削には、センターレスグラインダーまたはダブルディスクグラインダーと酸化アルミニウム研磨材（H8、46番手）をご使用いただけます。

ベスペルプラスチック加工のメリット 

機械加工性から金属のような性能まで、Vespelはさまざまな利点を提供し、 エンジニアリングプラスチック加工 あらゆる産業の部品に使用されています。低アウトガス性と高いクリープ強度を備えたプラスチック材料の一つであり、優れた耐摩耗性と耐久性も備えています。

以下で、Vespel 加工の主な利点を見てみましょう。

低アウトガス

これは、機械加工中およびさまざまなアプリケーション環境における揮発性化合物の放出を最小限に抑えることを指し、健康と操作の安全性にとって不可欠です。 

寸法安定性 

Vespelの熱特性は、最終用途だけでなく、機械加工プロセス自体にも有益です。Vespelは工具とワークの摩擦によって発生する熱で膨張しないため、寸法安定性が損なわれることはありません。また、Vespelで加工された部品は、経年変化においても寸法精度を維持します。 

耐摩耗性と耐薬品性 

Vespelは、剛性が高く熱的に安定した分子鎖を有しており、高応力や回転荷重下でも、摩耗、裂傷、摩耗、腐食に対して高い耐性を発揮します。また、Vespelは、油、燃料、一部の酸・アルカリ、アルコール、有機溶剤など、様々な化学物質と反応しません。

高いクリープ強度

ベスペルは優れたクリープ強度を有し、高圧による変形に強いという特性を持っています。これは、エンジンシールやコンプレッサー部品など、部品が継続的な負荷を受ける高性能用途において大きなメリットとなります。動作条件が変化しても、本来の物理的・機械的特性を失うことはありません。 

潤滑性

ベスペルは、安定したポリマーマトリックスとフィラーを配合することで、連続的な滑り接触下でも高い潤滑性を発揮します。条件によっては、外部潤滑剤を必要としません。 

耐久性と耐高温性

Vespel素材の寿命は大きく異なりますが、標準グレード（硬質/剛性）のVespelは20年以上使用できます。さらに、耐熱性が高く、曲げ強度や引張強度などの特性を260℃まで維持します。

 

ベスペル加工の用途 

機械加工されたベスペル部品

Vespelは耐久性と低摩擦性に優れた素材です。CNC加工されたVespel部品は、高い機械的ストレス、熱ストレス、ドライランニング、真空環境下でもスムーズに動作します。そのため、Vespelは様々な業界で使用されています。 

以下の表は、航空宇宙、自動車、エネルギー、産業オートメーション、エレクトロニクス、半導体、防衛など、Vespel 加工を使用する業界とアプリケーション例の概要を示しています。

業種	用途例
航空宇宙	摩耗パッド、電気絶縁体、燃料システムシール、スラストワッシャー、およびバルブシート。
自動車	シールリング、バルブガイド、クラッチスペーサー、トランスミッションブッシング
エネルギー	再生可能および従来型の両方の絶縁スペーサー、バルブ、摩耗ストリップ、スラストワッシャー、ピストンリングに使用されます。
産業自動化	ロボットジョイントベアリング、コンベア摩耗ストリップ、インデックステーブルローラー、カスタム固定具、成形システムアクセサリ。
電子・半導体	真空シール、絶縁リング、ウェーハクランプ。
防衛	砲塔システムベアリング、発射システムブッシング、RF 通信マウント、UAV アクチュエータ コンポーネント。
射出成形金型およびシステム	熱セパレーター、ガイド部品、金型インサート、断熱キャップ、スプルーブッシング

 

ベスペル機械加工の課題は何ですか? 

ベスペルは高い切削性を有していますが、この材料の加工にはいくつかの課題があります。加工時の異物混入、過剰な材料損失、刃先での発熱、寸法安定性などが挙げられます。

Vespel の主な機械加工の課題を見てみましょう。

機械加工による汚染

アクティブな静電気特性により、Vespel は加工中にクーラント残留物やほこりなどの微細な粒子を捕捉できます。

材料の無駄遣い

ベスペルは高価なポリマーであるため、過剰な材料の無駄は製造品の最終コストに大きく影響します。そのため、CAMプログラムでツールパスを最適化し、材料の無駄を削減する必要があります。

熱管理 

ベスペルの熱伝導率が低いため、加工部からの熱を効率的に放散できず、刃先に熱が蓄積されます。

寸法安定性

特に薄肉の複雑な部品の加工では、応力による歪みが生じる可能性があります。そのため、ベスペスペルは適切に加工し、安定化させる必要があります。

ベスペル材の加工におけるベストプラクティス 

ベスペルCNC加工

Vespel の機械加工の課題に対処し、潜在的な欠陥を回避するには、正しいワークの保持、適切なツールの使用、クーラントの適用、すくい角の調整、穴あけの際のリップ クリアランスなどの特定の戦略に従う必要があります。

以下は、業界の経験と DuPont™ の推奨事項 (材料メーカー自身) に基づいた、Vespel の加工方法の一部です。 

• ワーク保持力: Vespel の保持には OD および ID コレットを使用できますが、締めすぎないようにしてください。締めすぎると変形してしまいます。 
• 工具の材質: 少量生産の場合はタングステン カーバイドを使用し、大量生産の場合はダイヤモンド ツールをベスペル加工に使用します。 
• 発熱: ワークピースの過熱を避けるために、適切な送りと速度を選択してください。 
• 薄肉旋削： Vespel の薄壁形状を旋削する際、すくい角を正の 0 ～ 5° に設定します。
• ツールノーズ半径: 旋削する際、工具の先端半径は 0.08 ～ 0.20 mm の範囲にする必要があります。
• フライス加工深さ: Vespel ミリングの仕上げパスでは、切削深さを最大 0.5 mm に設定します。
• バリ取り： 回転式または振動式のバリ取り装置を使用して、小さな欠けや欠陥を取り除きます。 
• 深穴掘削： 必要な穴の深さがドリル径の半分よりも大きい場合は、リップクリアランスが 30° の改造ドリルを選択してください。

続きを読む： 熱可塑性プラスチックCNC加工

まとめ

ベスペルには多くの利点と産業用途がありますが、加工が容易な材料ではありません。必要に応じて、工具、送り、後処理など、加工工程中の考慮事項に従い、潜在的な問題や欠陥を回避してください。また、ベスペルの加工には様々な種類があり、用途要件を満たす適切な加工方法を選択することが重要です。 

高精度で高品質なVespelの機械加工部品が必要な場合は、Bodaがお客様のプロジェクトに最適なパートナーとなります。 CNC機械加工サービス DFM フィードバックから加工後の操作まで、ワン​​ストップ ソリューションを提供するように設計されています。

 

よくある質問

ヴェスペルはどれくらい難しいですか？

Vespel は硬質ポリマーと考えられており、SP-1 グレードはおよそロックウェル E45～60 の硬度を提供します。

ベスペルは水を吸収しますか？

はい、しかし吸水性はごくわずかです。Vespelは吸水性が低い素材なので、湿気の多い環境でも使用できます。 

ヴェスペルはなぜこんなに高価なのでしょうか?

Vespel のコストは、複雑な粉末化学と高温での焼結を伴う製造プロセスに関連しています。