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剛性のある材料に変更するための材料特性の判断基準
- 材料特性を見る際に重要なのは、剛性の値です。ツメ折れを防ぐためには、剛性が高い材料を選ぶ必要があります。
- 現在使用しているPC+ABSは、剛性が不十分であり、ツメ折れが多発しています。
- 対策としては、PC+ABSから剛性の高い材料であるABSに変更することが効果的です。
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小生は金属屋で、樹脂については素人なので、参考程度です。 パッチン留めって、普通は焼入リボン鋼でできているものですよね。 樹脂でどのように設計したのではしょうか。 弾性率は鋼の1/10もないのだから、鋼製品の使い心地、あるいは留め力に近づける為、かなり厚くしたのではないでしょうか。 厚くすると、当然曲げた時に表面に発生する引張応力が高くなります。 対策。 曲げた時の曲がり量を測定し、三点曲げ応力の計算式を用いて発生している引張応力を計算します。 発生する引張応力、断面形状、材料の弾性率と引張強度の４要因を検討し、発生応力＜材料引張強度になるように調整します。
材料特性は、S-S(応力・ひずみ)曲線で示されますが、標準的ひずみ速度は、5mm/min、引張って動いているのか動いていないのかわからない、限りなく静的荷重負荷です。一方、パッチン止めは、動的、衝撃的荷重負荷です。従って、厳密にいうと材料物性表からは、決め手が見つかりません。 このような部品の実績は、ほとんど結晶性ポリマーのPOM(ポリアセタール)ではないでしょうか(?) 結晶性ポリマーは、PCやABSのような無定形ポリマーよりTg(ガラスーゴム転換温度)が遥かに低いので、高速ひずみ速度に対しても大きな伸び、変形量が期待できます。Tgが室温以下のため剛性の低さが懸念されますが、結晶構造が剛性の落ち込みを充分に補填しますので、問題ないでしょう。
硬くて強度があり脆い、 しなやかで弾性があり粘り強い、 の違いを理解し、 ? 形状を考慮し、応力集中しない形状にする(最大応力は、表面を走ります) ? 繊維目？、樹脂目？を形状に沿わせ、みだらに切断しない 等々を を考慮してください。
他の回答の方々とダブりますが、実際に加わった応力と材料強度を比較して 考える必要があると思います。材料強度については下記のサイトなどをご参照 ください。 http://www.satotekkou.co.jp/technical/plastic-data#top http://www.labnotes.jp/pdf2/plastic.pdf http://www.zairyo-ya.com/info/zaisen_tebiki_3.html
回答（３）さんに同意します。 試作で不良が出ないで量産で出るとしたらまずばらつきを疑うべきで形状因子濃厚です。 試作での変形限界はどれくらいでしたか？ 勘合ゲート部とかは射出条件でばらつきが出やすい箇所です。 射出成型時の条件を振ってみてからでも遅くないのではないかな。
曲げ弾性の数値が高ければ固く、伸びがあれば割れにくい（折れにくい）事になります。成形品の割れが材料起因であれば、ＰＣ単体、ＡＢＳ単体で成形し、強度（折れ）を確認してみてください。通常、ＰＣの方が伸びがあり、ＡＢＳが伸びが無いので折れやすい（曲がりやすい？）と思います。どちらも折れるようでしたら、形状因子が強いと思います。製品形状は不明ですが、折れ箇所の根本Ｒを大きく取る（通常ＰＣではＲ０．５以上取らないとストレスが入ると言われていたと思います）とか、極端な厚み段差を無くし緩やかな肉厚勾配にするとかの形状変更が必要と思います。もし、アルコ－ル等の溶剤で拭くとかの工程があるとすれば、ストレスクラックかも知れません。ストレスクラック対策としてアニ－ル等は実施されてますでしょうか？一般的にはアニ－ルすると、機械強度的には下がるのですが、安定します。成形条件で無理に入れたり（樹脂温、型温が低い、圧力を高くして成形している、ゲ－ト径が小さいなど）するとこの傾向があります。 原因を間違えると、対策が変な方向に行きますので、とりあえず、ＰＣ単体、ＡＢＳ単体で成形し、アニ－ルした成形品とアニ－ルしないものを用意し、確認してみてください。 材料選択はそれからではないでしょうか。
回答(1)さんの補足となります。 強度や剛性というと日本語であるが故に中々分かり難さがあろうかと思います。 ↓urlは、此の点で関して分かり易く説明されているのではないかと思います。 一般に変形量は、1/EI に比例(EIに反比例）するからEやIが大きければ剛性が 高いと言います。また素材の縦弾性係数 E が同じであれば 断面二次モーメント I という断面形状から決まる変形し難さを表す指標が大きければ剛性が高い。 私は電気カミソリは使わず手剃りのシェーバーなのですが、どうしても水を使う ために錆からSK材？の刃先がやられて数週間で駄目になります。話が剃れました がｗ「ツメ折れ」の本当の原因を確定してから対処した方が良いと思いますよ。
ご質問の出鼻を挫くようで申し訳ありませんが、“剛性”が低くて爪が 折れたと判断するのは危険です。 折れた部分の強度が不足していたと考えましょう。 1) 強度の一義的な指標は、引張り強さです。引張り強さの値の大きな材質 の方が折れにくくなります。 2) 同じ変形をさせた場合、ヤング率の低い材質の方が、加わる力が低下し ます。引張り強度が同等であれば、ヤング率の低い（変形しやすい）材質 の方が折れにくくなります。 3) 応力の集中する部分には、クラックが生じる可能性があります。耐衝撃 性の劣る材質は、クラックが進展して簡単に破壊します。耐衝撃性のよい 材質は、容易に破壊せずに持ちこたえます。 4) 油脂等の付着が、クラックを誘発することがあります。（ソルベント クラック）爪の装着が容易なように、油脂等を塗っていることがあれば やめることが適切です。 5) 材質選定の問題ではありませんが、応力集中を避けるように、折れの発生 する入り隅部の曲率半径を大きくするとか、パッチン止めの際の爪の変形 量を必要最小限にするように寸法修正するなどの方法も並行してご検討に なることをお勧めします。 4) 油脂等の付着が、クラックを誘発することがあります。 私が購入した電気カミソリの刃のカバーの爪が短期間の使用で折れました。 設計的な配慮不足に加え、皮脂の付着が折損を早めたものと想像しています。 名の通ったメーカーの製品ですが、残念な結果でした。
