イントロ
当社では、1968年の創業から複合材料（FRP）の成形加工を行っており、主としてCFRP(炭素繊維強化プラスチック)の特徴である『軽くて、強い、腐食しない』を生かし次世代モビリティなど幅広い分野での軽量化に貢献しています。今回は、専門的な立場から複合材に使用するマシニングセンタについて解説します。
マシニングセンタとは？
マシニングセンタ（Machining center：MC）とは、加工に必要な工具や刃物を自動で交換できるNC工作機械のことで、加工に必要な作業フローを数値で制御・コントロールして自動化できる設備です。Automatic Tool Changer：ATCを装備することによって、1回の工程で複数の工具を自動で交換でき、作業者による工具交換などを不要にすることができるため、生産工数の削減や負荷軽減に大きく寄与します。
FRP・GFRP・CFRPなどの複合材に用いるマシニングセンタ
CFRPをはじめとする複合材料製品において、マシニングセンタは下記のような使い方をします。
成形型の切削加工
治具・検具などの切削加工
成形後製品の二次加工
複合材の切削加工・機械加工で押さえておくべき2つのポイント
複合材の機械加工には特に注意すべき点が2つあります。
異方性を理解する
CFRPは繊維の方向に強度が依存する異方性材料であり、繊維と樹脂が複合化された素材です。特に機械加工においては、製造された部品内部がどのような繊維の方向・積層構成になっていて、マトリクスとして使用している樹脂にどんな特性があるのかをよく理解して加工を行う必要があります。繊維の方向や量・積層構成によって加工抵抗が異なることや樹脂によっても熱特性が異なることから、それらCFRP(複合材)特有のノウハウを理解できていないと適正な加工はできません。
ドライ加工（乾式）が前提
CFRPの機械加工には切削油等は使用できません。CF(カーボンファイバー)は、微小ですが吸湿する素材のため、油分が一度浸み込んでしまうと除去することができなくなります。外観では吸湿は視認できませんが、製品として長期使用していくと、浸み込んだ界面から層間剝離などに繋がる恐れがあり、取り扱いには注意が必要です。そのような環境下で製品を使用する際には、加工後に製品表面を塗装やシーリングによって保護し吸湿を防ぎます。
UCHIDAのCFRP機械加工へのこだわり
モノづくり最初の工程 治工具室
CAD/CAMやマシニングセンタを用いて、CFRP加工を行う部署『治工具室』では、CFRP成形に使用する成形型や検査治具・接着治具等の設計・製作と成形後のCFRP部品の機械加工の作業を担っています。当社は、設計・解析から型製作・積層成形・二次加工・塗装・検査・試験まで、ワンストップで対応しており、治工具室はモノづくりの最初の工程を担っている部署です。
こだわり 成形型
CFRP部品において、成形加工は品質を左右する大事な工程ですが一番重要なプロセスは成形型の設計です。良い製品は型で決まります。当社では、幅広い分野の製作経験から、複雑な大型一体成型品などを得意としており、難しいご要望にもお応えできる体制を整えています。ワンストップの強みを生かして、後工程に配慮した『使いやすい型』を製作します。使いやすい型とは、製品構造を理解して、積層しやすい・成形時に温度ムラが少ない・取扱いに際して破損しづらい・持ちやすいなどの点を重視したものであり、当社では製作数量や型の素材に合わせて最適な型設計・加工を行います。最も大切なことは、モノづくりの一連のプロセスを十分理解していることです。
こだわり CFRP機械加工
CFRP機械加工と言っても、製品によってCFRPの中身も異なります。当社で製造するCFRP部品には、成形時に発泡体や金属をインサートしている構造部品も多くあり、機械加工では、①CFRP異方性と樹脂の理解、②金属との複合化されたCFRP部品、それぞれ事前に加工方法を検証します。このような複合化された複雑な部品でも、ドライ加工を基本として、穴あけ・ネジタップ・トリミング・3D形状加工など多くの加工実績があります。また、使用する工具もCFRPの特性を理解し、さまざまな特殊な工具を使い分けて作業しています。
展示品『Car-bonsai』CFRPで盆栽を再現
全周をマシニングセンタで一皮剝いてます
UCHIDAのマシニングセンタ
お客様の幅広いニーズにお応えします
TVCMでも放映しているDMG森精機社の「DMG MORI x Front Runner」Vol.46に、新たなイノベーションに挑むフロントランナー企業として紹介されました。
DMG MORI TVCM 「Front Runner Vol.46 株式会社UCHIDA」
加工材質と設備
材質
CFRP/GFRPなどの複合材料・アルミ・チタン・ケミカルウッド・石膏
設備
①DMG MORI【5軸】M/C DMU 200 Gantry ：X2000xY2000xZ1200
②DMG MORI【5軸】M/C DMU 125P ：X1250xY1000xZ1000
③DMG MORI【5軸】M/C DMU 100P ：X1000xY1000xZ1000
④NEO 【5軸】 M/C MM4223 ：X4000xY2000xZ1200
⑤DMG MORI【3軸】M/C VS10000 ：X2050xY1000xZ600
サマリー
ここでは、マシニングセンタの役割からCFRP機械加工について解説しました。CFRP機械加工にはCFRP自体の知識やノウハウが必要であり、部品構造が理解できていない状態で加工を行うと、トラブルが起きる可能性が高い、ということがご理解いただけたのではないでしょうか。CFRPは基本、ドライ加工（乾式）となるため、金属加工など切削油を使用する機械では加工できません。以上のことを総合的に検討するには、専門メーカーへの相談が確実で安心だといえます。
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UCHIDAについて - 創業55年
当社では、FRP・GFRP・CFRPを用いたCFRP成形加工メーカーとして多くの技術ノウハウを活用し、設計・解析から製造、二次加工・アッセンブリ、塗装、品質保証、試験までワンストップに対応しています。
UCHIDAの設備
UCHIDAではお客様の高度な課題にも対応できるように最先端の設備を導入しております。
DMG森精機 - VS1000/40/2050
X軸：2,050mm（ストローク） ／ Y軸：1,000mm ／ Z軸：600mm ／ テーブル作業面：2,250×1,000mm
芦田製作所 - AUTO CLAVE 2号機
サイズ：Ø1,150×1,000mm ／ 使用温度：常温〜400℃ ／ 設計圧力：2.0Mpa（最高使用圧力） ／ 真空方式：バック吸引方式 ／ 真空口数：5個
芦田製作所 - AUTO CLAVE 3号機
サイズ：Ø3,000×6,000mm ／ 使用温度：常温〜200℃ ／ 分布精度：±2.5℃以内 ／ 昇温速度：4.0℃/分（空炉） ／ 冷却速度：4.0℃/分（空炉） ／ 設計圧力：0.99Mpa（最高使用圧力） ／ 常用圧力：0.7Mpa以内（メーカーから指定がなければ0.3Mpa位） ／ 圧力精度：±0.02Mpa（０〜0.99Mpa/cm²の圧力設定に対して） ／ 昇圧精度：0〜0.03Mpa/min ／ 圧力源：圧縮空気（常用時） ／ 真空方式：バック吸引方式 ／ 真空口数：10個
オーブン
サイズ：W1,000×H1,000×D1,000mm ／ 温度範囲：環境温度+20〜300℃ ／ 昇温能力：環境温度（20〜40℃）〜300℃まで/45分以内 ／ 真空方式：バック吸引方式 ／ 真空口数：10個
エスペック - 恒温恒湿槽
インストロン - 万能試験機5958
オーブン
サイズ：W7,000×H3,000×D2,000mm ／ 温度範囲：環境温度+20〜300℃（MAX） ／ 昇温能力：環境温度（20〜40℃）〜300℃まで/60分以内 ／ 真空方式：バック吸引方式 ／ 真空口数：10個
NEO
X軸：4,000mm（ストローク） ／ Y軸：2,000mm ／ Z軸：1,200mm ／ C軸：0度〜±270度 ／ B軸：0度〜±110度 ／ テーブル作業面：4,000×2,000mm
【開発】
3Dプリンター | Markforged
塗装ブース
各種塗装・クリア仕上げ等は、専用の塗装ブースで行っています。
接着・仕上げ・コーティングルーム
型や成形物の表面処理・トリミング・穴明け・接着等の仕上げ工程は専用ブースで行っています。
東芝 - マトリックスアイEX （超音波探傷器）
Matrix-Arrey：32
AMETEK CREAFORM MetraSCAN750 Elite（3Dスキャン）
• 検査室 オリンパス - 倒立顕微鏡
オーブン
サイズ：W450×H450×D450mm ／ 温度範囲：環境温度+50〜650℃ ／ 昇温能力：環境温度+50〜650℃/120分以内
カッティングプロッター
テーブル作業面：W1,500×L3,500mm
島精機製作所 - カッティングプロッター
KUKA - ロボット
Krauss Maffei - エポキシ樹脂注入機
Resin 60ℓ ／ Hardener 25ℓ
Krauss Maffei - 630t プレス機
W1,200×L1,500×H1,700mm ／ Power Unit：Vacuum valve×2 ／ Air valve×5 ／ Hydraulic valve×5
DMG森精機 - NV5000B/40
X軸：1,020mm（ストローク） ／ Y軸：510mm ／ Z軸：510mm ／ テーブル作業面：1,320×600mm
大型クリーンルーム
JIS B 9920 清浄度クラスの上限濃度（個/立方メートル） ／ クラス5：100,000m³ ／ 室容量：256m²（16,000×16,000mm） 760m²（16,000×16,000×3,000mm） ／ 室内温湿度条件：温度 23℃±3℃ 湿度 65%以下 ／ 外気条件：夏期 温度35℃ 湿度 70%以下 ／ 冬期 温度-5℃ 湿度 40%以下
CAD / CAM
CATIA V5：2台 ／ THINK DESIGN：1台 ／ MASTER CAM：4台 ／ その他 3D/CAD：3台 ／ その他 2D/CAD：5台
Markforged - 3Dプリンター
