【設計者向け】プラスチック材料の選び方ガイド｜種類・特徴と用途別の選定ポイント
「プラスチック材料は種類が多くて、どれが最適なのかわからない」
「毎回なんとなく選んでいる」
なぜその材料を選んだのかと聞かれて、答えに詰まる設計者の方は意外と多いものです。プラスチック材料の選定は、製品の品質やコスト、量産性に影響する重要なプロセスです。性能が高い材料を選んでおけば問題ないだろうと安易に高価なものを選ぶと、のちに設計変更を余儀なくされたり、成形不良に悩まされたりすることになります。
本記事ではプラスチック材料の全体像から、設計者にとって重要な材料の特徴と用途別の選び方まで、初心者の方にもわかりやすく解説します。材料選定の基本が知りたい方は、ぜひ最後までご覧ください。
１．プラスチック材料の全体像を把握する
（1）分類①：プラスチック材料は、熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂にわかれる
プラスチック材料は、大きく熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂の2つに分類されます。
熱可塑性樹脂は加熱すると柔らかくなり、冷やすと固まる性質を持ち、再加熱による成形加工が可能な樹脂材料です。身の回りのほとんどのプラスチック製品には熱可塑性樹脂が使われています。
一方、熱硬化性樹脂は硬化後に再加熱しても溶融しない樹脂材料です。硬化過程で架橋反応（分子同士が橋をかけるように結合し、網目構造を形成する反応）が進むため、耐熱性や寸法安定性が求められる電気部品や基板の材料として使われます。
- 熱可塑性樹脂の代表： PP、PET、PCなど
- 熱硬化性樹脂の代表： EP、MF、PFなど
［※関連記事：そもそもプラスチックとは？成形・加工技術者に必要な前提知識をまとめ解説！］
（2）分類②：熱可塑性樹脂は、結晶性樹脂と非晶性樹脂にわかれる
熱可塑性樹脂はさらに、結晶性樹脂と非晶性樹脂に分類されます。（熱硬化性樹脂にはこれらの分類はありません）
結晶性樹脂は、分子鎖が規則正しく配列した結晶部分を持つ樹脂です。一般に耐薬品性や耐摩耗性に優れるものが多い一方、成形時の収縮が大きくなりやすい特徴があります。
一方、非晶性樹脂は分子鎖が不規則に配列した樹脂です。一般に成形収縮（プラスチックを成形した後、冷えて固まる過程などで寸法が小さくなる現象）が比較的小さく、寸法精度を確保しやすい特徴があります。
- 結晶性樹脂の代表： PP、PE、POM、PAなど
- 非晶性樹脂の代表： ABS、PMMA、PCなど
（3）分類③：汎用プラスチックとエンジニアリングプラスチック
熱可塑性樹脂は、汎用プラスチック（以下、汎用プラ）、エンジニアリングプラスチック（以下、エンプラ）という観点で分類されることもあります。（熱硬化性樹脂にはこれらの分類はありません）
汎用プラよりも強度や耐摩耗性などの機械的特性に優れている材料がエンプラです。
一般的に耐熱温度が100℃以上あるものをエンプラ、耐熱温度が150℃以上あるものをスーパー・エンプラと呼びます。
- 汎用プラの代表： PE、PET、ABSなど
- エンプラの代表： POM、PA、PCなど
- スーパー・エンプラの代表： PPS、PTFEなど
プラスチックに関する主な略語の整理
- スーパー・エンプラ：
LCP（液晶ポリマー）/PPS（ポリフェニレンサルファイド）/PTFE（ポリテトラフルオロエチレン（テフロン））/PI（ポリイミド）/PEEK（ポリエーテルエーテルケトン）/PEI（ポリエーテルイミド）/PSU（ポリスルホン） - エンプラ：
POM（ポリオキシメチレン（ポリアセタール））/PA（ポリアミド=ナイロン）/PBT（ポリブチレンテレフタレート）/PC（ポリカーボネート） - 汎用プラ：
PE（ポリエチレン）/PP（ポリプロピレン）/PET（ポリエチレンテレフタレート）/AS（アクリロニトリル・スチレン）/ABS（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン）/PS（ポリスチレン）/PMMA（ポリメタクリル酸メチル（アクリル））/PVC（ポリ塩化ビニル） - 熱硬化性樹脂：
EP（エポキシ）/MF（メラミン・ホルムアルデヒド（メラミン樹脂））/PF（フェノール・ホルムアルデヒド（フェノール樹脂））
２．重要なプラスチック材料の種類と特徴
プラスチック材料は実に100種類以上あり、その特徴すべて覚えるのは簡単ではありません。
材料選定を効率よく進めるには、まず汎用プラの基本特性をおさえ、その後エンプラやスーパー・エンプラの中で使用頻度の高いものを覚えていくのが効果的です。
- 使用頻度の高い汎用プラ： PMMA、PP、PS、ABS、PE
- 使用頻度の高いエンプラ、スーパー・エンプラ： PC、POM、PA、PPS
上記の使用頻度の高いプラスチック材料の特徴と用途を一覧にまとめました。
プラスチック材料の選定では、樹脂の特性だけでなく、弱点、コスト、入手性も含めて総合的に判断する視点が重要です。
今回紹介した材料は、現場でよく目にする材料なので覚えておきましょう。
| 材料 | 特徴 | 主な用途例 |
| PMMA | 透明、耐候性 | 光学部品 |
| PP | 絶縁性、耐薬品性 | プラ容器 |
| PC | 強度、耐熱性 | 照明機器のカバー |
| PS | 透明、寸法安定性 | プラモデル |
| ABS | 耐衝撃性、成形加工性 | 家電部品 |
| POM | 耐摩耗性、寸法安定性 | ギア |
| PE | 耐薬品性 | プラ容器 |
| PPS | 耐熱性、難燃性 | ソケット |
| PA | 耐摩耗性 | ローラー |
３．用途別に見る材料選定のポイント
（1）【構造部品】強度と剛性を基準に選ぶ
構造部品は他の部品を保持したり、荷重を支えたりする部品です。たとえば、冷蔵庫のドアポケットは調味料などの重量に耐えるために十分な強度が必要で、テレビのフレームには本体のねじれを防ぐ剛性が求められます。
構造部品に求められる材料特性
- 引張強さ： 引張試験で材料が示す最大の応力
- 曲げ弾性率： 応力とひずみの剛性指標
- 衝撃強さ： 破壊するエネルギー量
- クリープ特性： 一定荷重下での変形のしにくさ
構造部品に使われる材料
※本記事中における各材料の特性評価（◎・○・△・×）は一般的な傾向を示した目安です。
実際の特性は材料のグレードや使用条件によって異なります。
| ABS | PP | PS | PC | |
| 引張強さ | ◯ | ◯ | ◯ | ◎ |
| 曲げ弾性率 | ◯ | △ | ◎ | ◯ |
| 衝撃強さ | ◯ | △ | △ | ◎ |
| クリープ特性 | ◯ | △ | △ | ◯ |
PPは剛性やクリープ特性、PSは耐衝撃性などに注意が必要です。ABSはこれらの特性とコストのバランスが比較的良好で、構造部品の有力な選択肢となります。設計する際は、コーナー部にはRをつける（角を丸くする）、急な肉厚変化を避けるなど工夫をすれば、応力集中を緩和できるため、PCなどの高価な材料を使わずに要求性能を満たせる場合があります。
（2）【外観部品】光沢と表面硬度を基準に選ぶ
外観部品はユーザーの目に触れる場所に使われるため、見た目の美しさが重要です。たとえば、電子レンジの操作パネルは製品の顔となるため、部品表面の光沢や傷への耐性が求められます。長期間の使用でも劣化しにくい耐候性や耐薬品性も重要な要素と言えるでしょう。
外観部品に求められる材料特性
- 光沢： 反射する光の鮮明さ
- 表面硬度： 表面の傷つきにくさ
- 耐候性： 紫外線に対する劣化のしにくさ
- 耐薬品性： 化学薬品に対する劣化のしにくさ
外観部品に使われる材料
| ABS | PS | PMMA | PC | |
| 光沢 | ◯ | ◯ | ◎ | ◯ |
| 表面硬度 | ◯ | △ | ◯ | △ |
| 耐候性 | △ | ✕ | ◎ | ◯ |
| 耐薬品性 | ◯ | △ | △ | △ |
アウトドアグッズなど耐候性が必要な屋外製品でなければ、ABSは外観品質や加工性、コストのバランスに優れ、外観部品で広く使用される材料の一つです。ただし、耐薬品性は接触する薬品の種類によって異なり、特に一部の有機溶剤には注意が必要です。
（3）【摺動部品】耐摩耗性と耐疲労性を基準に選ぶ
摺動部品は部品同士が接触しながら動く場所に使われる部品です。引き出しのローラーやギアを長期間スムーズに動作させるためには、繰り返し摩擦によって形状が変化しにくい材料を選ぶ必要があります。
摩擦熱やグリース（潤滑剤）の有無も摺動部品の性能に影響を与えるため、摩擦係数や自己潤滑性も重要な要素になります。
［※関連記事：摩擦力・摩擦係数の基本がわかる！］
摺動部品に求められる材料特性
- 耐摩耗性： 摩擦による表面の削れにくさ
- 摩擦係数： すべり抵抗の大きさ
- 自己潤滑性： 潤滑剤なしのすべりやすさ
- 耐疲労性： 繰り返し荷重下での破断のしにくさ
摺動部品に使われる材料
| PP | POM | PA | PTFE | |
| 耐摩耗性 | ◯ | ◎ | ◎ | △(*1) |
| 摩擦係数 (低摩擦性) |
◯ | ◯ | ◯ | ◎ |
| 自己潤滑性 | ◯ | ◎ | ◯ | ◎ |
| 耐疲労性 | △ | ◎ | ◎ | △ |
(*1) PTFEは低摩擦性に優れるものの、無充填材では耐摩耗性が低く、充填材によって耐摩耗性を改善したグレードもあります。
摺動部品では、耐摩耗性や摺動特性に優れるPOMやPAなどが代表的な選択肢となります。比較的負荷が小さく、コストを重視する場合にはPPも候補となります。また、摩擦係数の低いPTFEも摺動部品に使用されますが、耐摩耗性が求められる場合には、充填材によって性能を改善したグレードなどを検討する必要があります。
（4）【絶縁部品】体積抵抗率と耐熱性を基準に選ぶ
絶縁部品は電気を通さないことを目的とした部品です。たとえば電源付近のケースや基板まわり、端子保持部には感電や短絡（ショート）を防ぐために、高い電気絶縁性が求められます。
一般的に電気部品の周辺は、通電・発熱によって温度が上がるため、高温環境下でも絶縁性能が低下しにくい材料を選ぶ必要があります。
絶縁部品に求められる材料特性
- 体積抵抗率： 部品内部の電流の流れにくさ
- 耐トラッキング性： 表面に導電路ができにくい性質
- 耐熱性： 高温環境での劣化のしにくさ
- 難燃性： 燃えにくさ
絶縁部品に使われる材料
| PP | PBT | PA | PPS | |
| 体積抵抗率 | ◎ | ◯ | △ | ◎ |
| 耐トラッキング性 | ◎ | ◎ | ◯ | △(*2) |
| 耐熱性 | △ | ◯ | ◯ | ◎ |
| 難燃性 | △ | △(*3) | △ | ◎ |
(*2) 一般的なPPSは耐トラッキング性が比較的低いものの、耐トラッキング性を高めたグレードもあります。
(*3) 一般的なPBTは難燃性が高いとは限りませんが、高い難燃性を持つグレードもあります。
絶縁部品では、コストを重視する場合にPPが候補となります。
耐熱性が必要な場合は、使用温度に適した材料を選定することが基本となります。また、発熱源との距離を確保する、放熱構造を工夫するなど、設計面から温度上昇を抑える対策も重要です。
難燃性は求められる安全規格に従って要否を検討することになります。
４．まとめ：設計者に求められるのは「設計力」と「材料の知識」
今回は設計者向けに、プラスチック材料の基本的な選び方を解説しました。
材料選定はそれ自体が目的ではなく、目的を果たすための手段です。材料の特性を正しく理解し、設計に反映すれば、必要以上に高性能・高価格な材料を使わずに、要求性能を満たせる場合があります。
Q（品質）C（コスト）D（デリバリー）のバランスの取れた設計、競争力のある設計が求められる今、プラスチック部品の設計と材料選定は、どちらも欠かすことのできない重要なスキルです。
（アイアール技術者教育研究所 Y・S)
《引用文献・参考文献》
- 國井良昌 著 『ついてきたなぁ材料選択の目利き力で設計力アップ』（日刊工業新聞社）
