CFRP（シーエフアールピー）は、いわゆる「カーボン」のことです。軽くて丈夫なので、自転車のフレームや自動車の部品、飛行機、スポーツ用品まで、幅広く使われるようになりました。
ところが、いざ自社で扱おうとすると「思ったように削れない」「穴のふちがささくれる」「工具がすぐ使えなくなる」といった声がよく出てきます。金属と同じつもりで手をつけると、たいてい戸惑うことになる素材です。
この記事では、CFRPの一次加工成形機械を作っているイツミとして、カーボンという素材の基本と、加工でつまずきやすいところを、できるだけ専門的になりすぎない形で整理しました。これから扱ってみようという方の、最初の1枚としてお読みください。
CFRP（カーボン）とは、炭素の細い糸を樹脂で固めた素材
CFRPは、日本語では炭素繊維強化プラスチックといいます。名前のとおり、炭素繊維（たんそせんい）という細い糸を、樹脂（プラスチック）で固めた素材です。
炭素繊維は、髪の毛よりずっと細い黒い糸です。糸のままでは布のようにふにゃふにゃで、それだけでは製品になりません。そこに樹脂をしみ込ませて固めることで、はじめて板や部品の形になります。
- 炭素繊維：材料そのもの。細い糸や、糸を織った布の状態
- CFRP：その炭素繊維を樹脂で固めたもの。部品になっているのはこの状態
- カーボン：日常的な言い方。文脈によって、糸を指すことも部品を指すこともある
「カーボン製のパーツ」と言うとき、ほとんどの場合はCFRPの部品のことだと思って差し支えありません。
CFRPが選ばれる理由は、軽いのに丈夫だからです。同じ強さを出すのに、鉄やアルミより軽く済みます。だからこそ「重さを減らしたい」場面で真っ先に候補に挙がります。
メーカー担当者からのワンポイントアドバイス
カタログを見比べる前に、その部品で本当に効かせたいのが「軽さ」なのか「たわみにくさ」なのかを言葉にしてみてください。ここがはっきりすると、そもそもカーボンでなくてよかった、あるいは一部だけで足りた、という判断ができるようになります。
カーボンには「戻せないタイプ」と「溶かせるタイプ」がある
もうひとつだけ、押さえておきたい区別があります。固めるのに使う樹脂に2種類あるということです。この違いが、あとの工程にそのまま効いてきます。
| タイプ | どんな性質か |
|---|---|
| 熱で固まるタイプ（熱硬化性） | 熱を加えると化学反応で固まり、一度固まると再び熱を加えても溶けません。ケーキを焼くのに近く、後戻りができません。いま使われているカーボンの多くはこちらです。 |
| 熱で溶けるタイプ（熱可塑性） | 熱を加えると軟らかくなり、冷やすと固まります。チョコレートに近く、温め直せば形を作り直せます。溶かしてくっつけたり、リサイクルしたりできるのが強みです。 |
ここが分かれ道になるのは、たとえば「あとから曲げられるか」です。熱で固まるタイプは、固まってしまえば曲げられません。無理に曲げれば割れます。一方、熱で溶けるタイプなら、温めて曲げ直すことができます。
つまり、カーボンの形は「削って合わせる」より「固めるときに作る」ほうが本筋だということです。この点は、あとでもう一度触れます。
形を作っているのは、熱と圧力と時間の3つ
カーボンの成形方法には、圧力容器の中でじっくり焼き固める方法、加熱した型ではさんで一気に押す方法、型に樹脂を流し込む方法など、いくつもの種類があります。名前を全部覚える必要はありません。
どの方法でもやっていることは同じで、「型に入れて、熱と圧力をかけて、狙った時間だけ保つ」です。違うのは、その3つの組み合わせ方だけです。
- 熱：樹脂を反応させる、あるいは軟らかくするために加える
- 圧力：繊維と樹脂を密着させ、中の空気を追い出すために加える
- 時間：狙った状態になるまで、その熱と圧力を保つ
そしてこの3つがばらつくと、そのまま不良になります。厚みがそろわない、反る、中に空気が残る——カーボンの品質トラブルの多くは、材料そのものより「熱と圧力を、毎回同じようにかけられているか」の問題です。
CFRPの加工でつまずきやすい4つのこと
ここからが本題です。カーボンは、削る・穴をあけるといった加工が難しい素材の代表格とされています。理由は「硬いから」ではありません。硬い繊維と軟らかい樹脂が層になって重なっているという、構造そのものにあります。
刃先から見ると、硬い糸と軟らかい樹脂を、高速で交互に切り続けていることになります。ここから、次の4つが起こります。
1. 工具がすぐ切れなくなる
炭素繊維は硬く、刃にとってはヤスリのように働きます。金属用の工具では、あっという間に切れ味が落ちます。切れない刃は繊維をきれいに切れず、ささくれを増やし、さらに刃を傷めるという悪循環に入ります。
「最初の1個はきれいだったのに、数を重ねると悪くなる」という現象は、たいていここが原因です。
2. 穴のふちがささくれる、層がはがれる
カーボンの中身は、薄い層が何枚も重なったミルフィーユのような構造です。そのため、力のかかる向きによっては層と層のあいだがはがれることがあります。
とくに起きやすいのが穴あけです。ドリルが板を抜ける瞬間、最後に残った層を押し下げる力が働き、出口側でささくれたり、はがれたりします。やっかいなのは、見た目では分かりにくいのに強度が落ちてしまう点です。
3. 削り粉が電気を通す
カーボンを削ると、非常に細かい黒い粉が出ます。この粉には炭素繊維の破片が含まれるため、電気を通します。機械の制御盤やモーター、センサーに入り込むと、ショートや誤作動、故障の原因になります。
普通の切りくずのように「あとで掃除すればいい」では済みません。作業する人の健康を守るうえでも、その場で吸い取り、外に漏らさない仕組みが欠かせません。
4. 熱の逃げ場がない
金属を削るときは切削油をかけて熱を持ち去りますが、カーボンでは油や水を使いにくいとされています。繊維や樹脂のすき間に入り込むと洗い落としにくく、あとの接着や塗装に影響するためです。
その結果、削るときに出た熱の逃げ場がなくなり、加工しているところに熱がこもって、樹脂が傷みます。工具が切れなくなるほど熱も出やすくなるので、ここでも悪循環が起こります。
メーカー担当者からのワンポイントアドバイス
加工でお困りのときは、まず「4つのうちどれでつまずいているのか」を切り分けてみてください。工具なのか、はがれなのか、粉なのか、熱なのか。原因が違えば打つ手も変わります。全部を一度に解決しようとすると、かえって遠回りになります。
「削り方を変える」の前に、「削る量を減らす」という手がある
工具や加工条件を工夫すれば、ここまでの困りごとの多くは現実的なところまで抑えられます。カーボン専用の工具も、刃物を当てずに水で切る方法も、すでにいろいろあります。試作や少量なら、削るという手段は十分に有効です。
そのうえで、数を作るようになると、もうひとつの問いが出てきます。「そもそも、そこまで削らなければいけないのか」という問いです。
カーボンは、固めるときに最終形状に近い形まで作り込むことができます。先ほど「形は削って合わせるより、固めるときに作るほうが本筋」と書いたのは、このことです。
削る量が減れば、工具の消耗も、粉の量も、層がはがれるリスクも、比例して小さくなります。もちろん、外周を整えたり取り付け穴をあけたりといった加工はどうしても残りますが、「削る前の段階でどこまで形にできているか」が、後工程の楽さをそのまま決めます。
イツミには、カーボンを熱と圧力で加工する機械を作ってきた実績があります
イツミのコア技術は、熱の制御と蒸気の制御です。長年、業務用のプレス機を作り続けてきた中で、衣料まわりの機械だけでなく、新素材の加工プレスも手がけてきました。テフロン、カーボン繊維、ノーメックス、セラミックといった、扱いに気をつかう素材です。
そのひとつが、カーボンシートを熱と圧力で接着・成形するための「カーボン接着機」です。カーボンをどう温め、どう押さえ、どう冷ますか——ここまで見てきた「熱と圧力と時間」を、お客様の素材と工程に合わせて作り込んだ機械になります。
カーボン接着機｜カーボンシートを熱と圧力で加工する産業用プレス機
カーボンシートなどの樹脂シートの接着・成形に対応する熱加工プレス機です。イツミでは、この機械を含む産業用プレス機を、お客様の素材・形状・生産数量に合わせて設計・製造しています。
イツミでは、受注生産かつ完全社内一貫生産体制で、1台からの特注機に対応しています。企画から設計、製造、検査までを自社で行うため、「この素材を、この形で、この数だけ、安定して加工したい」という段階からご相談いただけます。特注機の考え方については、特注生産製品のページでもご紹介しています。
CFRP素材の加工でお悩みでしたら、ご相談ください
カーボンの加工は、材料を選んだ時点では終わりません。「その素材を、その形で、その数だけ、安定して作れるか」という工程の問題が、必ずついてきます。そしてその答えは、素材と部品ごとに変わります。
イツミは、CFRPの一次加工機械を作っている機械メーカーです。まだ仕様が固まっていない段階、「こんなことができないか」という段階からのご相談も歓迎です。
カーボンをはじめとする難しい素材の加工でお困りの際は、お気軽にお問い合わせください。
よくある質問（FAQ）
Q. CFRPとカーボンは同じものですか？
ほぼ同じものを指しています。CFRPは炭素繊維を樹脂で固めた素材の正式な呼び方で、カーボンはその日常的な言い方です。厳密には、カーボンという言葉は炭素繊維そのもの（糸や布の状態）を指すこともあるため、材料の話なのか部品の話なのかを確かめると、話が噛み合いやすくなります。
Q. CFRPはなぜ加工が難しいのですか？
硬い炭素繊維と軟らかい樹脂が層になって重なっているためです。刃先は硬いものと軟らかいものを高速で交互に切ることになり、工具の摩耗が速い、層がはがれる、削り粉が電気を通す、熱の逃げ場がない、といった問題が重なって起こります。
Q. CFRPは曲げられますか？
熱を加えると固まるタイプ（熱硬化性）のCFRPは、いったん固まると曲げられません。無理に曲げると割れたり層がはがれたりします。熱で軟らかくなるタイプ（熱可塑性）であれば、温めて曲げ直すことができます。いずれにしても、狙った形は削るより固めるときに作り込むほうが確実です。
Q. CFRPを削るときに切削油は使えますか？
一般には油を使わない乾式（ドライ）の加工が基本とされています。油分や水分が素材にしみ込むと洗い落としにくく、あとの接着や塗装に影響するためです。そのぶん熱がこもりやすいので、加工の条件と、粉を吸い取る仕組みで対応します。
Q. GFRPとは何ですか？CFRPとどう違いますか？
GFRPは、炭素繊維の代わりにガラス繊維を使ったものです。CFRPより安価で電気を通さない一方、CFRPほど軽くはなく、たわみやすくなります。浴槽やタンク、船体など、大きくて数の出るものに広く使われています。「軽さとたわみにくさを重視するならCFRP、コストパフォーマンスと絶縁性を重視するならGFRP」が大まかな目安です。
Q. 少量でも相談できますか？
はい。イツミは1台からの受注生産に対応しています。仕様が固まっていない段階でも、どんな素材で何をしたいかをお聞かせいただければ、そこから一緒に考えます。