JP2012157914A

JP2012157914A - 脆性プラスチック板材の加工方法

Info

Publication number: JP2012157914A
Application number: JP2011017786A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Hayashi; 信行林; Eiji Sanemori; 詠司實森
Original assignee: Nippon Steel Chemical Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Chemical and Materials Co Ltd
Priority date: 2011-01-31
Filing date: 2011-01-31
Publication date: 2012-08-23

Abstract

【課題】破壊歪５%以下及び鉛筆硬度が３H以上の脆性プラスチック板材について、ルーター加工により、チッピングの発生が無く切断面が綺麗で製品歩留りに優れ、しかも、送り速度５００mm/分以上であり、生産性良く切削加工を行うことができる脆性プラスチック板材の加工方法を提供する。
【解決手段】破壊歪５%以下及び鉛筆硬度３H以上の脆性プラスチック板材をルーター加工により切削するに際し、ルーター刃１としてひねりのない直刃を用い、回転数Ｒ（rpm）と送り速度Ｓ（mm/分）との比（Ｒ：Ｓ）が（５００００／ｎ)±２０%：１０００〜１２５０（但し、ｎはルーター刃が有する切り刃の刃数）の関係を満たし、かつ、ルーター刃の裏面への出し量が１００〜３００μmである加工条件で実施する、脆性プラスチック板材の加工方法。
【選択図】図２

Description

本発明は、脆性プラスチック板材の加工方法に関し、より詳しくは、脆性プラスチック板材の切削加工により、例えば携帯電話の液晶前面板等を製造する脆性プラスチック板材の加工方法に関するものである。

近年、液晶画面を備えた携帯電話やカラーテレビ等の市場においては、機器の軽薄短小化に伴い、液晶前面板のプラスチック化が進行している。このような樹脂としては、これまでに、例えば透明性に優れたポリカーボネイトやアクリル樹脂等が用いられている。一方、液晶前面板に用いられるようなプラスチックについてもガラスライクな質感、表面硬度が求められるようになり、このような要求に答えるべく新規なプラスチック材料が多々提案されている。

しかしながら、プラスチック材料における表面硬度等の物性と靱性等の物性とは一般に互いにトレードオフの関係にあり、ガラスライクな質感、表面硬度を有する新規なプラスチック材料は、従来のポリカーボネイト、アクリル樹脂等と比べると、多くの場合に、より脆性な材料（破壊歪５%以下、鉛筆硬度３H以上）である。

そして、このような脆性なプラスチック材料を所定の形状に切り出すために、従来と同様の加工条件でルーター加工による切削加工を行うと、チッピングと呼ばれる欠陥が多数発生し、そこを起点としてクラックが伸展し易くなり、加工途中で非常に割れ易いという問題がある。また、通常のルーター刃（ルータービット）には加工途中での切り粉の排出をよくする目的でひねりをつけたものがあるが、このようなひねりを有するルーター刃を用いると、加工途中に材料が振動してチッピングの発生が多くなるという問題もある。

そこで、従来においては、このような問題の解決手段として、ルーター加工における送り速度を通常の速度の１／５程度にまで遅くして切削加工を行っていた（非特許文献１及び２等）。しかし、このように送り速度を遅くすると生産性が極端に悪化し、加工費が高くなるという別の問題が発生する。

「切削加工のための樹脂別材料特性 6.アクリル樹脂(1)」，鴨川昭夫，プラスチックスエージ 54巻4号120頁「プラスチックの切削加工金属とプラスチックの比較I」，合成樹脂 30巻4号26頁

そこで、本発明者らは、破壊歪が５%以下であって鉛筆硬度が３H以上という脆性なプラスチック板材について、ルーター加工により、チッピングの発生が無く、かつ、生産性良く切削加工を行う方法について鋭意検討した結果、ルーター刃としてひねりのない直刃を用い、ルーター加工の際におけるルーター刃の「回転数と送り速度との関係」及び「裏面への出し量」をそれぞれ所定の加工条件で実施することにより、チッピングの発生が無く切断面が綺麗で製品歩留りに優れ、しかも、送り速度も５００mm/分以上であり、結果として生産性に優れた切削加工を達成できることを見出し、本発明を完成した。

従って、本発明の目的は、破壊歪５%以下及び鉛筆硬度が３H以上の脆性プラスチック板材について、ルーター加工により、チッピングの発生が無く切断面が綺麗で製品歩留りに優れ、しかも、送り速度５００mm/分以上であり、生産性良く切削加工を行うことができる脆性プラスチック板材の加工方法を提供することにある。

すなわち、本発明は、破壊歪５%以下及び鉛筆硬度３H以上の脆性プラスチック板材をルーター加工により切削するに際し、
ルーター刃としてひねりのない直刃を用い、回転数Ｒ（rpm）と送り速度Ｓ（mm/分）との比（Ｒ：Ｓ）が（５００００／ｎ)±２０%：１０００〜１２５０（但し、ｎはルーター刃が有する切り刃の刃数）の関係を満たし、かつ、ルーター刃の裏面への出し量が１００〜３００μmである加工条件で実施することを特徴とする脆性プラスチック板材の加工方法である。

本発明において、ルーター加工とは、マシニングセンター、ＮＣ、ルーター等といわれる加工機を用い、脆性プラスチック材料をルータービット、エンドミル等と呼ばれる工具（ルーター刃）により、所定の寸法に削り出す２次元の切削加工をいう。

また、本発明で用いるルーター刃については、切り粉の排出性を考慮してひねりを加えたものもあるが、チッピングの発生を抑制するという観点からひねりのない直刃である必要があり、また、例えば図１に示されているように、ルーター刃が有する切れ刃の刃数に応じて一枚刃（図１(a)参照）、二枚刃（図１(b)参照）、四枚刃（図１(c)参照）等の形状があり、更に、切れ味の向上と耐久性の向上等を目的として、切れ刃に焼結ダイヤ、ＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素）等のチップを付けたり、コーティングしたもの（これらを総称して「ダイヤコーティング」と呼称する。）であってもよい。

また、ルーター刃の径は小さい方がバリの発生が抑制されて好ましいが、小さ過ぎるとルーター刃そのものの強度との関係で刃の長さが不足することがあり、反対に、大き過ぎると前述のようにバリが発生し易くなる。好ましいルーター刃の径は直径０．５mm以上４mm以下、より好ましくは１mm以上３mm以下の範囲である。更に、本発明でルーター加工に用いられるルーター刃については、より好ましくは超硬具鋼で作られたひねりのない１本刃であるのがよく、更に好ましくは切れ味や耐久性の観点からダイヤコーティングしたものであるのがよい。更にまた、1枚刃ではバランスが悪く、振動し易い場合には、必要によりシャフト部分に窪みを付けてバランスを向上させてもよい。バランスの向上は、特にルーター軸の剛性が低い場合に有効である。

また、本発明においては、ルーター刃の回転数Ｒを上げる代わりにルーター刃の切り刃の刃数ｎを増加させてもよく、刃数ｎを２、４と増加させることによってルーター刃の回転バランスが良くなり、ルーター加工の際に振動の発生を小さくする効果があり、かつ、１回転当りの刃が脆性プラスチック材料と接触する回数が２倍、４倍となり切削効率が向上するため、送り速度を上げることができる。

本発明において、ルーター加工時におけるルーター刃の回転数Ｒ(rpm)は大きければ大きいほど送り速度Ｓ(mm/分)を上げることができ、生産性に優れた切削加工が可能になるが、現在市販されている加工機では回転数６００００rpm程度がその上限である。また、回転数２００００〜３００００rpm程度の範囲の低速回転用の加工機であっても、送り速度Ｓ(mm/分)を遅くするか、若しくは、ルーター刃における切り刃の刃数ｎを２枚刃、４枚刃とすることにより、チッピングの発生の無い切削加工が可能となる。

このときのルーター加工におけるルーター刃の回転数Ｒ(rpm)、送り速度Ｓ(mm/分)、及び切り刃の刃数ｎの関係は、回転数Ｒ(rpm)と送り速度Ｓ(mm/分)の比が５００００をルーター刃の数で割った数±２０%：１０００〜１２５０の関係、すなわちＲ：Ｓ＝（５０００／ｎ)±２０%：１０００〜１２５０（但し、ｎはルーター刃が有する切り刃の刃数）を満たすことである。すなわち、例えば、回転数Ｒが５００００rpmのとき、ルーター刃が１枚刃であれば、送り速度Ｓは１０００〜１２５０mm/分で良好な切削加工が可能であり、また、ルーター刃が２枚刃であれば、回転数Ｒを半分（２５０００rpm）程度に落としても同じ送り速度Ｓでの加工が可能であり、更に、ルーター刃が４枚刃であれば、回転数Ｒを更に半分（１２５００rpm）程度にまで落としても同じ送り速度Ｓでの加工が可能である。また、回転数Ｒが２５０００rpmのときに、ルーター刃が１枚刃であれば、送り速度Ｓを５００〜６２５mm/分に落とすことにより良好な切削加工が可能であり、更に、回転数Ｒが１２５００rpmのときには、ルーター刃を２枚刃にして送り速度Ｓを５００〜６２５mm/分に落とすことにより良好な切削加工が可能になる。

また、本発明においては、ルーター加工時にルーター刃が切削加工の対象である切削物（脆性プラスチック板材）の裏面へ突出する「ルーター刃の裏面への出し量」を１００μm以上、好ましくは１５０μm以下３００μm以下に設定することが望ましい。１００μm未満ではルーター刃の先端ほど回転ぶれが大きいためにチッピングが発生し易くなり、また、３００μmを超えると長い刃を有するルーター刃が必要になり実用的でない。このためには、加工テーブル保護のために切削物の裏面側に出し量よりやや厚い程度の厚さの使い捨てフィルムを貼り付ける方法や、切削箇所に沿って溝が設けられた冶具板を用いる方法がある。そして、このとき、例えば図２(a)及び(b)に示すように、冶具板を用いれば、裏面のフィルムを突抜いて加工することができ、切り粉の排出を助ける効果も期待される。ここで、図２(a)は図２(b)のＡ‐Ａ線断面を示し、図中符号１がルーター刃であり、符号２が脆性プラスチック板材からなる切削物（試験片）であり、また、符号３が冶具板６に設けられた切削溝であり、更に、符号４が作業台である吸着テーブル７に設けられた吸着溝である。

また、例えば図３に示すように、脆性プラスチック板材からなる切削物に曲げ応力が作用して曲がるときに、外側になる上面の側縁部に斜めのＣ面部５を形成すること（Ｃ面加工）により、より割れ難い切削加工品を得ることができる。必要により、外側になる上面の両側縁部にＣ面加工を施してもよい。

本発明にいう脆性プラスチック板材とは、破壊歪５%以下及び鉛筆硬度３H以上の板状のプラスチック材料であり、通常０．１mm以上１０mm以下、好ましくは０．２mm以上５mm以下、より好ましくは０．２mm以上３mm以下の厚さを有し、複数のプラスチック板材が積層された積層構造をとる場合における物性は、この積層構造を形成する各プラスチック板材単体での物性であり、積層構造全体の物性ではない。このような脆性プラスチック板材の典型例としては、例えば、無機セグメントと有機高分子セグメントを構成要素とする有機−無機共重合体（新日鐵化学株式会社製商品名：シルプラスJ100、J200等）がある。

本発明の脆性プラスチック板材の加工方法によれば、チッピングの発生が無くて得られるプラスチック板製品の切断面が綺麗であり、結果として製品歩留りが向上し、破壊歪５%以下及び鉛筆硬度３H以上という脆性プラスチック板材について生産性良く切削加工を行なうことができる。

図１は、切り刃の刃数の異なるルーター刃を示す説明図であり、(a)は１枚刃を示し、(b)は２枚刃を示し、(c)は４枚刃を示す。

図２は、ルーター加工により切削物（試験片）を切り出す際の切削加工の状態を説明する説明図であり、(a)は断面説明図であって、(b)は(a)の断面個所を示す平面説明図である。

図２は、切削物（試験片）に形成されるＣ面加工を説明するための切削物（試験片）の断面説明図である。

以下、実施例及び比較例に基づいて、本発明の脆性プラスチック板材の加工方法を具体的に説明する。
なお、以下の実施例及び比較例において、チッピング発生の有無を調べる方法として、以下に示す塗膜屈曲試験（JIS-K-5400）に準じて、屈曲角の測定を行った。脆性プラスチック板材からなるルーター加工により試験片の切断面にチッピングが発生していると、屈曲角測定時にそこからクラックが発生し易くなり、材利用本来の脆性破壊角度より浅い角度で割れが発生する。

［屈曲角の測定］
以下の実施例及び比較例において、ルーター加工により脆性プラスチック板材から３０mm×６０mmの大きさに切り出された試験片について、塗膜屈曲試験機（株式会社上島製作所製HD−5110；芯棒10mm）を用いて、JIS-K-5400に従って試験片の屈曲角を測定した。

〔実施例１〕
ルーター加工機（メガロテクニカ社製）に切り刃の刃数が１枚の１枚刃であって刃径が２mmであって、ひねりのない直刃からなるルーター刃（内山刃物製）を取り付け、４００mm×４８０mm×０．５mmの脆性プラスチック板材（新日鐵化学社製商品名：シルプラスJ100−0.5mm）を回転数５０，０００rpm、送り速度１２００mm/分、ルーター刃の裏面への出し量０．１mm（100μm）の加工条件で切削加工を行い、３０mm×６０mm×０．５mmの大きさの試験片を切り出した。
切り出された実施例１の試験片について、屈曲角の測定を行った。結果を表１に示す。

〔実施例２〕
ルーター刃としてひねりのない直刃であって刃径２mmの２枚刃（内山刃物製のダイヤチップ付き）を用い、脆性プラスチック板材として厚さ５mm、Ａ４サイズのシルプラスJ1000−5mm（新日鐵化学社製）を用い、回転数２０，０００rpm、送り速度１２００mm/分、及びルーター刃の裏面への出し量０．１mm（100μm）の加工条件で、実施例１と同様にして切削加工を行い、切り出された試験片について屈曲角の測定を行った。結果を表１に示す。

〔実施例３〕
ルーター刃としてひねりのない直刃であって刃径２mmの２枚刃（ツールバスター製のダイヤチップ無し）を用い、脆性プラスチック板材として厚さ５mm、Ａ４サイズのシルプラスJ1000−5mm（新日鐵化学社製）を用い、回転数２０，０００rpm、送り速度１２００mm/分、及びルーター刃の裏面への出し量０．１２５mm（125μm）の加工条件で、実施例１と同様にして切削加工を行い、切り出された試験片について屈曲角の測定を行った。結果を表１に示す。

〔実施例４〕
ルーター刃としてひねりのない直刃であって刃径２mmの１枚刃（内山刃物製）を用い、脆性プラスチック板材として厚さ０．５mm、Ａ４サイズのシルプラスJ100−0.5mm（新日鐵化学社製）を用い、回転数５０，０００rpm、送り速度１２００mm/分、及びルーター刃の裏面への出し量０．１２５mm（125μm）の加工条件で、かつ、上面の側縁部に０．１mmＣ面が付くように、実施例１と同様にして切削加工を行い、切り出された試験片について屈曲角の測定を行った。結果を表１に示す。

〔比較例１〕
脆性プラスチック板材として厚さ０．５mm、Ａ４サイズのシルプラスJ100−0.5mm（新日鐵化学社製）を用い、回転数２０，０００rpm、送り速度１２００mm/分、及びルーター刃の裏面への出し量０．１mm（100μm）の加工条件とした以外は、実施例１と同様にして切削加工を行い、切り出された試験片について屈曲角の測定を行った。結果を表１に示す。

〔比較例２〕
ルーター刃としてひねりのある刃径２mmの２枚刃（ユニオンツール社製）を用い、また、脆性プラスチック板材として厚さ０．５mm、Ａ４サイズのシルプラスJ100−0.5mm（新日鐵化学社製）を用い、回転数２０，０００rpm、送り速度１２００mm/分、及びルーター刃の裏面への出し量０．１mm（100μm）の加工条件とした以外は、実施例１と同様にして切削加工を行い、切り出された試験片について屈曲角の測定を行った。結果を表１に示す。

〔比較例３〕
脆性プラスチック板材として厚さ０．５mm、Ａ４サイズのシルプラスJ100−0.5mm（新日鐵化学社製）を用い、ルーター刃の裏面への出し量を０mm（0μm）とした以外は、実施例１と同様にして切削加工を行い、切り出された試験片について屈曲角の測定を行った。結果を表１に示す。

１…ルーター刃、２…切削物（試験片）、３…切削溝、４…吸着溝、５…Ｃ面部、６…冶具板、７…吸着テーブル（作業台）。

Claims

破壊歪５%以下及び鉛筆硬度３H以上の脆性プラスチック板材をルーター加工により切削するに際し、
ルーター刃としてひねりのない直刃を用い、回転数Ｒ（rpm）と送り速度Ｓ（mm/分）との比（Ｒ：Ｓ）が（５００００／ｎ)±２０%：１０００〜１２５０（但し、ｎはルーター刃が有する切り刃の刃数）の関係を満たし、かつ、ルーター刃の裏面への出し量が１００μm以上である加工条件で実施することを特徴とする脆性プラスチック板材の加工方法。
ルーター刃がダイヤコーティングされていることを特徴とする請求項１に記載の脆性プラスチック板材の加工方法。