プラスチック成形品の破壊原因分析と製品設計に活かすための対策実践ノウハウ

はじめに：プラスチック成形品の破壊はなぜ起こるのか

プラスチック成形品は、耐久性や軽量化、多様なデザイン性が評価されて、さまざまな製造業の現場で利用されています。

一方で、破損や割れ、摩耗といった破壊トラブルは昭和の時代から令和の今に至るまで絶えません。

「破壊原因は“素材が悪い”か、設計の問題か、はたまた成形条件か？」と、現場やサプライヤー、そしてバイヤーが悩む光景はよく見受けられるものです。

この記事では、20年以上現場で培った知識と経験をもとに、プラスチック成形品の破壊原因を科学的かつ実践的な目線で分析し、設計や調達、現場改善に落とし込めるノウハウをご紹介します。

プラスチック成形品の代表的な破壊要因

物理的応力による破壊

機械部品や工具の一部として使われる成形品でよく起こるのが、衝撃や曲げ、ねじれといった繰り返し応力による破壊です。

この場合、応力が集中するリブやコーナー部など特定の部位でクラックや割れが発生しやすくなります。

設計段階での“応力集中の回避”は今も昔も解決が難しい課題ですが、有限要素解析（CAE）や形状の丸み付け、肉厚分布の最適化などの工夫が不可欠です。

ケミカルクラック（化学的亀裂）

プラスチックは化学薬品との相性に大きく左右されます。

油、溶剤、さらには一見無害に見える洗浄液ですら、材料によっては亀裂や白化（ストレスクラック）が発生。

現場で「想定外の割れ」というトラブルの大半は、このケミカルクラックが占めていることも珍しくありません。

設計や調達時に「どんな薬品が使われる現場なのか」を把握し、材料選定を進めることが重要です。

熱変形や経時劣化による破壊

熱可塑性プラスチックは温度変化に弱く、成形品が冷却する際や使用中の温度上昇で歪みが生じ、その歪みが蓄積されると割れや変形につながります。

経時劣化も地味ですがリスク要因です。

紫外線や酸素、水分が原因の樹脂の劣化（酸化や加水分解）で、じわじわと強度が落ちます。

屋外部品や高温ライン向けの成形品では、添加剤選定やUVカットなどの差別化が必要です。

破壊現象を見極める現場のノウハウ

破壊モードの見分け方

破損品を現場で観察する際、単なる割れや欠けだからといって「たぶん脆性破壊だろう」と早合点するのは禁物です。

断面観察と実際の発生現象をウォッチし、下記視点で整理しましょう。

• 断面がなめらか ⇒ 応力集中による脆性破壊
• 断面がざらざらして繊維が伸びている ⇒ 延性破壊や引張り破壊
• 割れの起点や進行方向に白化 ⇒ ケミカルクラックやストレスクラックの疑い

現物調査と管理記録の重要性

工場の現場では、「クレーム現物の確保」と「ロットや日時、成形条件の記録」が真価を発揮します。

昭和の職人流儀では「勘と経験」に頼ることも少なくありませんが、情報社会の現代ではデータに基づいた再現性のある調査が不可欠です。

現場では「サンプル採取→写真記録→成形履歴や材料ロットの照合→破損個所の点在性確認」と、簡素でもよいのでフローを定めましょう。

何が起き、どの工程で、何個中何個といった発生頻度を“見える化”できれば、バイヤーやサプライヤー双方の信頼構築に直結します。

成形不具合が破壊に波及するメカニズム

ゲート部のウェルド・フローライン

プラスチックの流動は、成形品の機械特性に大きな影響を与えます。

例えば、複数の流路が合流する部分（ウェルドライン）や肉厚変化点では、分子の配向むら・残留応力が発生しやすく、外観不良だけでなく「割れやすさ」につながります。

射出条件、ゲート位置、金型温度など現場のパラメータ調整力（いわゆる“職人芸”）が品質を大きく左右する、この“根強いアナログ文化”は今も健在です。

樹脂の乾燥不足・異物混入

特にナイロンやポリカーボネートなど吸湿性の高い樹脂は、乾燥不足が本来の強度を発揮しない原因となります。

また、金型清掃や周辺環境の管理が徹底されていなければ、微細な繊維くず・金属粉・他樹脂の混入がクラック発生リスクを高めることも重要な現場知見です。

設計段階で活かすべき破壊対策実践ノウハウ

応力集中を徹底的に避ける設計

設計の段階で「ここが割れる・曲がる・白化する」という未来予測をしつこいくらい繰り返し行いましょう。

角を“丸く”するR設計は基本中の基本。

リブの根本やネジ穴まわりは必ずフィレット処理を入れ、肉厚変化をできる限り緩やかにします。

また、ウェルドラインが力のかかる部位に入らないゲート設計や流動シミュレーションも有効です。

材料選定の視点強化

コストや成形性だけでなく、「使う環境」「力の加わり方」「接触する薬品」まで現場視点で想定し、必要であれば材料メーカーに用途開示をして最適グレードのアドバイスを受ける体制が重要です。

材料サプライヤーとのパートナーシップ構築が設計現場での成功ポイントと言えます。

冗長性・安全率の設計フィロソフィ

現場の不確定要素（ヒューマンエラー、突然の外力、想定外の利用方法）に備え、強度計算の際の“安全率”をうまく設定しましょう。

また、どうしても弱点となる部位にはエネルギー吸収形状や、二次破壊の伝播防止ピンなど「冗長性」を設計に盛り込む視点が必須です。

調達・購買部門が果たす役割

サプライヤーとの連携強化

バイヤーとしては、単なる価格交渉に終始せず、製品仕様や現場利用状況を可能な限りサプライヤーと「共有」する姿勢が、最終的な不具合発生率を大きく減らします。

現場・設計・サプライヤーが三位一体となり、定期的な情報交換や技術レビューを行う“昭和から続くものづくりの知恵”がいまだに活きます。

現物を起点とした品質管理体制の強化

不良発生時は「現物重視」で、タイムリーな現品回収とロット・成形履歴のトレースが初動の成否を分けます。

購買部門は現場目線に立ち、カタログスペックだけに頼らない“製品完成までの一貫フロー”の把握と記録を習慣化しましょう。

AI・DX時代の破壊原因対策の最前線

CAE・シミュレーション技術活用の加速

DXが叫ばれる現代、CAE（構造解析・流動解析）や不具合データベースの蓄積・AI分析は、設計～量産までの品質強化の要となりつつあります。

仮想試作や過去トラブルとの照合によるリスク予測型ものづくりが、今後の差別化ポイントです。

現場でも注目のIoT監視とフィードバックループ

IoT技術による成形パラメータ監視、トレーサビリティの取得も、不具合流出未然防止策として導入が加速しています。

成形機や工程の“不具合予兆”を現場で見つけてフィードバックし続ければ、“昭和の勘”に頼らずとも安定品質が実現できます。

まとめ：現場目線の破壊対策はアナログとデジタルのハイブリッドで

プラスチック成形品の破壊は、設計、材料、成形、管理…あらゆる工程に原因が潜んでいます。

「なぜ壊れたか」だけでなく、「なぜその工程で壊れたのか」「防ぐにはどんなヒントが隠れているか」という“現場起点のラテラルシンキング”を持つことが、真の対策になります。

まだまだアナログが現役の製造現場ですが、現場の知恵とデジタル技術（シミュレーション・IoT・AI）をハイブリッドしてこそ、不具合ゼロ・クレームゼロのものづくりが実現できます。

バイヤーも設計者も現場作業者も、部門という垣根を超えた「一体の現場力」を大切に、不具合が出たら「現物と情報に立脚した原因分析・再発防止」を着実に積み上げましょう。

それが、昭和から令和、そして未来へと続く“日本のものづくり力”を守る唯一の道です。