MCナイロン（注型ナイロン）とPOMの違い、吸水で圧入ブッシュの穴は縮む

鋼のハウジングに圧入したMCナイロン（注型ナイロン）¹のブッシュは、水を吸うと穴が縮みます。φ20の鋼の軸を受ける外径30、長さ20のブッシュなら、水中で飽和したときの縮みは計算で約0.21mm。同じ形のPOMでは約0.03mmです。

樹脂は水を吸って膨らむのだから、穴も広がりそうに思えますよね。でも、広がるのはハウジングに入れる前のブッシュだけです。外径を鋼に押さえられると、外へ行けない膨らみが内側へ回ります。

左右で、内径に付いた矢印の向きが逆です。治具やガイドのブッシュを樹脂で作るなら、吸水率の大小だけでなく、この向きと、内径をいつ仕上げるかで、クリアランス（すきま）が要求に収まるかが決まります。

往復するガイドのブッシュを前提にする

要求は次の表のとおりで、どれもこの記事の前提として決めた値です。軸とハウジングの許容差は、はめあいの表から引きました²。環境の行の、水や水溶性切削液がかかるかどうかは、客先仕様で確認する項目です。

項目	前提
軸	φ20 g6（−0.007〜−0.020mm）、鋼の研削棒
ブッシュ	外径30、内径20、長さ20、肉厚5
ハウジング	鋼、穴φ30 H7（0〜+0.021mm）
固定	圧入。外径を30.100〜30.130mmに仕上げ、しめしろ0.079〜0.130mm
動き	往復。荷重100N、速さ0.05m/s
環境	①乾いた屋内で23±5℃、湿度50%前後 ②水溶性切削液や洗浄水がかかる
クリアランス	最小0.02mm以上、ガタ（直径のクリアランス）0.20mm以下
内径の加工	公差の幅0.03mm

荷重100Nを投影面積20×20mmで割ると、面圧は0.25MPa。速さを掛けたPV値は0.0125MPa·m/sです。MCAM（旧Quadrant）の材料で軸受を設計する手引きを見ると、限界PVは注型ナイロンのNylatron MC 907で約0.105MPa·m/s、POMのAcetron GPで約0.095MPa·m/s³。つまり前提のPVは、その1割強にすぎません。この使い方なら、摩耗や発熱より先に、クリアランスで材料が決まります。

内径の公差の幅0.03mmは、MCAMの加工の手引きが、PAとPOMの寸法20mmで公差の目安として挙げる数字です⁴。最小クリアランスの0.02mmは、穴と軸の真円度やごみのかみ込みを見込んだ、この記事の置き方。回転する軸なら、手引きの勧めるクリアランスは一桁大きくなります。

吸う量は、注型ナイロンがPOMの約10倍

吸水率は、23℃50%RHの空気で平衡した値と、23℃の水中で飽和した値を分けて読みます。

材料（銘柄の例）	23℃50%RH	23℃水中
注型ナイロン（Ertalon 6 PLA）	2.2	6.5
注型ナイロン（Nylatron MC 901）	2.3	6.6
含油の注型ナイロン（Nylatron 703XL）	2.0	6.3
押出のナイロン6（Ertalon 6 SA）	2.6	9
POMコポリマー（Ertacetal C）	0.20	0.80
POMホモポリマー（Delrin）	0.22	0.90
PEEK（Ketron 1000）	0.20	0.45
超高分子量ポリエチレン（TIVAR 1000）	公表なし	0.1未満

単位は質量%。Delrinのほかは、MCAMの製品ガイドの同じ様式の表から引いた値です⁵⁶。

湿度50%の部屋で、注型ナイロンは2.0〜2.3%、POMは0.20〜0.22%と、10倍の差があります。水中では6.3〜6.6%と0.80〜0.90%で、差は8倍前後です。

意外なのは、含油のグレードも同じだけ吸うことでしょう。油で摩擦は下がっても、吸う量は2.0%と6.3%で、基本のグレードとほとんど変わりません。日本向けの製品ガイドでも、摺動グレードのMC703HLの水中飽和は7.4%で、基本のMC901の5.7%より多い値です¹。

同じナイロン6でも、注型は押出より吸いにくく、水中で6.5%と9%。ただ、これは1社の表どうしの比べです。ほかの会社では、Röchlingの注型ナイロンSustamid 6Gの表が2.5%ですが、湿度か水中かの条件は書かれていません⁷。

吸った水で、長さはどれだけ伸びるのでしょうか。BASFは、ナイロン6の成形材料で、水が一様に行き渡れば、吸水1%あたり長さが平均0.2〜0.3%伸びるとしています⁸。注型ナイロンについては、この比を載せたメーカーの資料が見つかりませんでした。そこで同じ0.2〜0.3%を用い、中央の0.25%で計算します。POMは、Delrinの技術資料の図を23℃で読むと、水中では乾いた状態より約0.32%長くなります⁹。吸水0.90%で割ると、1%あたり約0.35%です。

外径を押さえると、膨らみは内へ回る

膨らみは、温度が上がったときと同じ「ひずみ」として扱えます。吸水率wに1%あたりの伸びβを掛けたε＝β×wを、厚肉円筒の式（ラメの式）に入れます。内半径aは10、外半径bは15。外径の面は動かない剛いハウジングに押さえられ、内径の面は力を受けず、長さの方向には自由に伸びる（平面応力）という条件です。

ΔDi＝−2a(b²−a²)÷(kb²＋a²)×ε、k＝(1−ν)÷(1＋ν)

ポアソン比νは、POMをDelrinの表の0.35とし⁶、ナイロンは値を確認できる資料が見つからなかったので0.40と置きました。係数は注型ナイロンで−12.7mm、POMで−12.0mm。ハウジングに入れる前の自由なブッシュなら、穴は内径20mmにεを掛けただけ広がります。

注型ナイロンが50%RHで平衡すると、ε＝2.2×0.25＝0.55%。圧入したブッシュの穴は−12.7×0.0055で0.070mm縮み、自由なら0.110mm広がります。水中ではε＝1.6%になり、縮みは0.21mm、自由なら0.33mmの広がり。POMは水中でも、縮みは0.034mmです。

点線と実線が、0を挟んで逆に開いていくところを見てください。POMの線は吸水0.8%で止まり、注型ナイロンの線の短い端にしか届きません。

ただし係数は、置き方で少し動きます。νを0.35〜0.45で動かすと−12.0〜−13.5で、差は6%ほど。長さの方向まで押さえられた場合（平面ひずみ）は−24.1になり、注型ナイロンの水中で0.39mmまで縮みます。一方、前述の手引きは、水で潤滑するナイロンの軸受にクリアランスを加えるよう求めています³。肉厚3/16インチ（4.8mm）なら、径によらず0.017インチ（0.43mm）。長さの方向まで押さえた計算に近い、大きめの値です。

しかも同じ式で、圧入の縮みも出せます。外径をしめしろδだけ押し込むと、ΔDi＝−(1＋k)ab÷(kb²＋a²)×δで、注型ナイロンでは−1.09δ。手引きも、圧入するときは推奨のしめしろと同じ値をクリアランスに加えるとしていて、この計算と合います³。前提のしめしろ0.079〜0.130mmなら、穴は0.086〜0.142mm縮み、その幅は0.056mmです。

温度も同じ形で、クリアランスの変化はΔc＝−12.7×(αp−αs)×ΔTになります。注型ナイロンの線膨張係数80×10⁻⁶/℃⁵と鋼の11.7×10⁻⁶/℃で、1℃上がるごとにクリアランスが0.87μm減る計算です。POMは熱膨張の計算と同じ120×10⁻⁶/℃で、1.3μm/℃。あの記事では、POMの穴は冷えると窮屈になりました。圧入したブッシュでは逆に、温まると窮屈になります。

水中で9割まで縮むのに、注型ナイロンは5年

MCAMの表には、厚さ3mmの円板を23℃の水に24時間と96時間つけた値もあります⁵。注型ナイロンは0.65%と1.22%、POMは0.24%と0.45%。これを飽和の値で割り、平板の拡散の式（フィックの式）に合わせて逆算すると、拡散係数は注型ナイロンで1.5×10⁻¹³m²/s、POMで1.4×10⁻¹²m²/sになりました。円板の縁から入る分は、面積の比1.12の2乗で割り戻しています。

圧入したブッシュは外径をハウジングにふさがれ、水は内径の面から入ります。外径を押さえた円筒では、穴の縮みは水の分布によらず、吸った総量だけで決まります。そこで円筒の中の拡散を解き、吸った量の割合を平衡の縮みに掛けました。

注型ナイロンの実線は、1年を過ぎてから大きく下がります。一方、POMの線は1年たたずに横ばいです。

水中の注型ナイロンは、1か月で0.024mm、1年で0.090mm、5年で0.18mm縮み、平衡の9割に届くのは5.3年後。POMは7か月で9割に届き、0.034mmで止まります。拡散係数を半分にすると、注型ナイロンの9割は10.6年後、2倍にすると2.7年後です。

つまり、立ち上げの検査で軽く動いたブッシュが、1年後には0.09mm窮屈になる計算です。最小クリアランスを0.02mmで作っていれば、とうに軸と接触しています。igusは、吸水でブッシュの寸法が変わり、最悪の場合は軸にかみついて動かなくなるとしています¹⁰。前述の手引きによれば、樹脂の軸受の故障の多くは、クリアランス不足が原因です³。BASFの資料にも、室温での吸水はとても遅く、かかる時間は肉厚の2乗で増えるとあります⁸。

クリアランスの内訳を積み上げると、注型ナイロンは屋内でも境目

クリアランスを動かす要因は5つあり、注型ナイロンでは吸水がいちばん大きな幅を占めます。

内訳（μm）	注型ナイロン	POM
内径の加工	30	30
軸の公差	13	13
圧入の縮みの幅	56	54
吸水（屋内）	84	10
吸水（水）	248	38
温度（10℃の幅）	9	13
合計（屋内）	191	120
合計（水）	355	149

吸水の行は、1%あたりの伸びを幅の上側（注型ナイロン0.30%、POM0.40%）に置き、乾いた状態から平衡までの縮みを入れた値です。この合計に最小クリアランス0.02mmを加えると、ガタの最大になります。

緑の帯からはみ出すのは、注型ナイロンの3本です。屋内で、乾いた状態で内径を仕上げてから圧入すると0.21mm。1%あたりの伸びを0.25%にすれば0.197mmで収まるので、ちょうど境目にいます。水がかかると、圧入してから仕上げても0.32mmで、吸水の0.25mmだけで上限を超えます。POMは水がかかっても0.17mmです。

軸とブッシュのように、必要なクリアランスは部品の組ごとに違います。提供前の装置設計の支援アプリMEKARIQは、部品の組ごとに最短距離と必要クリアランスで干渉を判定し、干渉部を3Dで赤く示します。（MEKARIQ は、株式会社Anamorphosis Networks が開発している装置設計の支援アプリです。MANUFAC を制作する株式会社Game は、その開発を受託しています。この段落はその紹介です。）吸水のように時間とともに変わる寸法は、材料と使う環境から別に見積もる必要があります。

では、内径はいくつに仕上げればよいのか。最小クリアランスの側から決めます。軸の最大19.993mmに、最小クリアランス、圧入の縮みの最大、吸水の縮み、5℃上がった分を足した値が下限です。POMを水がかかる場所で使い、乾いた状態で仕上げて圧入するなら、19.993＋0.020＋0.139＋0.038＋0.007で20.197mm。内径は20.197〜20.227mmになります。注型ナイロンを屋内で使い、圧入してから仕上げるなら20.101〜20.131mmです。

軸が回転するなら、話は変わります。前述の手引きは、回転する軸受のクリアランスを、軸径で決まる値と、肉厚と温度で決まる値の和で求めます³。表でいちばん細い1インチの行の0.13mmに、28℃までを見込んだ38℃の列の肉厚5mmの値を足すと、注型ナイロンで0.21mm、POMで0.23mm。これが最小のクリアランスになるので、ガタ0.20mmにはどの樹脂も収まりません。

内径は、圧入してから仕上げる

計算でいちばん効くのは、圧入してから内径を仕上げることです。圧入の縮みの幅0.056mmが消え、注型ナイロンの屋内は0.21mmから0.16mmに下がります。POMなら、屋内で0.09mm、水がかかっても0.11mmです。

外径を乾いた状態で仕上げたあと、置いておく時間にも気を付けたいところです。自由なブッシュは両面から吸うので、50%RHで1か月置くと、注型ナイロンの外径は0.047mm、内径は0.031mm大きくなる計算です。しめしろは0.079〜0.130mmから0.126〜0.177mmへ増え、内径の伸びは公差の幅0.03mmと同じ大きさ。仕上げたら早めに圧入し、検査をいつ、どの状態でするかも図面に書いておくと、受け入れで迷いません。

MCAMの加工の手引きは、公差を詰めたいときは大きく荒削りしてから24時間置くこと、径はたいてい大きくなるので狙いを下側に置くことを勧めています⁴。日本向けの製品ガイドも、ナイロンは吸水で寸法が増えるとし、加工品を長く保管するときは吸湿による寸法の変化に注意するよう書いています¹。

先に吸わせてから仕上げる手もあります。BASFの資料には、ナイロンの成形品を40〜90℃の温水か70℃62%RHの空気に置き、23℃50%RHで平衡する水分まで先に吸わせる方法があります⁸。肉厚4mmなら60℃の温水で16時間、6mmなら36時間。注型ナイロンに同じ時間が当てはまるかを示した資料は見つからなかったので、使うなら試作の部品で寸法を確認することになります。うまくいけば屋内の吸水の0.084mmは消せますが、水がかかる場所では6%台まで吸い続けるので効きません。

式の外に残したこと

ここまでの数字はどれも机上の計算で、測った値ではありません。

いちばん効きそうなのはクリープです。水中で平衡した注型ナイロンを外径で押さえると、内径の近くには周方向に押し縮める応力がヤング率の2.7%ほど残る計算で、これは時間とともに緩みます。緩むほど材料は体積を保とうとするので、νを0.5に近づけると係数は−14.3。縮みは1割ほど大きくなる側に振れ、圧入の保持力も下がります。

端面から入る水も入れていません。だから端に近いところの穴は、計算より早く縮むはずです。拡散係数は水中の値を湿った空気にもそのまま使い、水分や温度で係数が変わることは入れていません。季節の湿度の上下は、内径の表面の薄い層だけが追いかけます。

注型ナイロンの1%あたりの伸びは、成形材料の値を借りました。ハウジングは剛いとし、軸の傾き、摩耗、圧入したあとの真円度も入っていません。値はどれも目安で、最終の判断はメーカーの資料と、試作の部品で確認した寸法で行ってください。

材料と組み方の選び分け

使う場面	材料と組み方	根拠の数字
乾いた屋内、ガタ0.20mm	注型ナイロン、圧入後に内径を仕上げ	クリアランス0.02〜0.16mm
水や切削液がかかる	POM、圧入後に内径を仕上げ	0.02〜0.11mm
ガタ0.10mm以下の位置決め	屋内のPOM、圧入後に仕上げ	0.02〜0.086mm
重い荷重や速いすべり、乾いた場所	含油の注型ナイロン	限界PV約0.60MPa·m/s
重い荷重や速いすべり、水まわり	PEEK	水中0.45%、限界PV約0.30MPa·m/s
水まわり、軽い荷重、温度が一定	超高分子量ポリエチレン	水中0.1%未満

乾いた屋内で注型ナイロンを選ぶのは、摩耗と費用で有利だからです。前述の手引きの摩耗の係数は、Nylatron MC 907が100、Acetron GPが200で、小さいほど減りにくい値です。費用の目安もMC 907を1として、Acetron GPは1.2³。水がかかる場所については、同じ手引きの注記に、吸水の少ないPOMやPETのほうが摩耗に強い場合があるとあります。

さらに、ガタを0.10mm以下に詰めると、水がかかるPOMも0.11mmで外れます。内径の公差をもっと詰めるか、樹脂のブッシュをやめるかの判断です。PEEKは水中0.45%と吸いにくいものの、費用の目安はMC 907の19倍。超高分子量ポリエチレンは吸水がほぼ0の代わりに、線膨張係数が200×10⁻⁶/℃と大きく⁵、圧入すると温度で2.4μm/℃動く計算です（νは0.40と仮定）。

もう一つ、制御の側でも縮みに気づく仕組みを入れておけます。穴が縮んで摩擦が増えれば、エアシリンダで動かすガイドなら、電磁弁を切り替えてからオートスイッチが入るまでの時間が延びるはずです。立ち上げのときの時間をPLCに記録し、そこからの延びを監視しておけば、何か月もかけて進む縮みを、かみつく前に拾えます。サーボで動かす軸なら、トルクの記録が同じ役を果たします。

冒頭の0.21mmは、水中で何年もかけて表れる縮みです。立ち上げの日の検査では見えません。水のかかる治具なら、材料表の50%RHの欄ではなく水中の欄から、内径をいくつに仕上げるかを決めておくのが近道です。

注

1. 三菱ケミカルアドバンスドマテリアルズ「エンジニアリングプラスチック製品ガイド Product Guide 2025」。MCナイロンは同社の商標で、ガイドでは「MCナイロン™」と書かれています。PDFの10ページ（冊子の14〜15ページ）の物性表で、23℃水中飽和の吸水率（ASTM D570）はMC901が5.7%、MC703HLが7.4%、アセトロンGPが0.9%、タイバー1000が0.1%未満。上の表の値と試験の方法が違います。吸水と保管の注意はPDFの16ページ（冊子の26〜27ページ）。2026年11月10日に確認。 ↩ ↩ ↩

2. OSG「はめあいの寸法許容差（JIS B0401抜粋）」。18を超え30以下のg6が−7〜−20μm、24を超え30以下のH7が0〜+21μm。2026年11月10日に確認。 ↩

3. Boedeker Plastics が公開している、MCAM（旧Quadrant）の材料で軸受を設計する手引き「Bearing Design」。3ページの表に限界PV（MC 907とMC 901とTIVAR 1000が3,000、Acetron GPが2,700、703XLが17,000、Ketron 1000が8,500 ft·lb/(in²·min)）、摩耗の係数、費用の係数。5ページに、クリアランスを軸径で決まる値a1と肉厚の値a2としめしろa3の和で求める方法、圧入するときのa3は推奨のしめしろと同じ値であること、故障の多くはクリアランス不足によること。7ページに、水で潤滑するナイロンの軸受に足すクリアランス（Moisture Factor）と、吸水の少ないPOM-CやPET-Pが水のある所で摩耗に強い場合があるという注記。PVはMPa·m/sに換算しました。2026年11月10日に確認。 ↩ ↩ ↩ ↩ ↩ ↩

4. MCAM「Guide to machining plastic parts」。PDFの15ページの公差の表でPA、POMの寸法20mmが0.03mm。11ページの旋削の注意に、荒削りして24時間置くことと、径は大きくなるので下側を狙うこと。2026年11月10日に確認。 ↩ ↩

5. MCAM「Engineering Thermoplastics Product Guide」（2022年11月作成の版で、販売店のMM Intercomのサイトに置かれたもの）。52ページにErtalon 6 PLA（Nylatron MC 907）の24時間と96時間の吸水率0.65%と1.22%、23℃50%RHで2.2%、水中で6.5%、23〜60℃の線膨張係数80×10⁻⁶。54ページにNylatron MC 901、Nylatron 703XL、Ertacetal C（Acetron GP）、50ページにErtalon 6 SA、41ページにKetron 1000、61ページにTIVAR 1000（線膨張係数200×10⁻⁶）。24時間と96時間の値はISO 62の方法1で、Ø50×3mmの円板（60ページの注）。MCAMのサイトのErtalon 6PLAのデータシートにも、24時間0.65%と水中飽和6.5%が載っています。2026年11月10日に確認。 ↩ ↩ ↩ ↩

6. Delrin「Design Guide Module III」のTable 2。PDFの9ページにDelrin 100、500、900のポアソン比0.35、11ページに23℃の吸水率（50%RHで平衡0.22%、水中で平衡0.90%）。2026年11月10日に確認。 ↩ ↩

7. Röchling「Sustamid 6G natural Technical Data Sheet」。吸水率はDIN EN ISO 62で2.5%とあり、湿度や浸せきの条件は書かれていません。2026年11月10日に確認。 ↩

8. BASF「Ultramid (PA) Product Brochure」。35ページに、水が一様に行き渡ればUltramid AとBは体積が最大約0.9%、長さが吸水1%あたり平均0.2〜0.3%増えるとあります。64〜65ページに、温水や湿った空気で吸わせる方法と、室温では吸水がとても遅いこと、肉厚ごとの時間の表（Table 10）。2026年11月10日に確認。 ↩ ↩ ↩

9. Delrin「Technical Guide」34ページのFigure 39（Delrin 100、500、900、厚さ3mm）。23℃で水中の線と0%RHの線の差を図から読んだ値で、50%RHの線との差は約0.07%。読み取りには±0.03%ほどの幅があります。2026年11月10日に確認。 ↩

10. igus「Plain bearings under water: What you should bear in mind」（2021年10月26日）。2026年11月10日に確認。 ↩