試作人基礎講座

本日はNAK55について解説していきます！
特徴や加工方法などまとめて解説しますので、是非ご覧ください♪

NAK55とは

NAK55は、日立金属（現・プロテリアル株式会社）によって開発された、プリハードン型の高性能プラスチック金型用鋼です。
この鋼材は、すでに適切な硬度（一般にHRC38〜43程度）に調整された状態で出荷されるため、ユーザーが別途焼入れ・焼戻しを行う必要がないことが大きな特徴です。
この特性により、金型製作工程の短縮や熱処理による変形の抑制が可能となり、精度の高い金型加工が求められる現場で非常に高く評価されています。
NAK55は、高い被削性・靱性・加工精度の保持性を兼ね備え、特に精密な射出成形金型、ブロー金型、ダイカスト金型、治工具などに広く使用されています。
さらに、内部組織が微細かつ均一であるため、鏡面仕上げや精密放電加工に対する適性も高く、複雑形状や高精度な型加工にも向いています。
また、NAK55は溶接修理も比較的容易で、溶接後の性質変化も少ないため、型の再加工や保守性にも優れています。
この点は、製品ライフサイクルが長い金型にとって非常に重要です。
さらに熱伝導性が高く、型内部の温度分布を均一に保ちやすいため、製品品質の安定にも寄与します。
ただし、耐食性については一般的なプリハードン鋼と同等レベルであり、特別な耐食性が必要な場合はステンレス系金型鋼（例：SUS420J2やSTAVAXなど）を選定する必要があります。
まとめると、NAK55は金型製作における生産性・加工性・精度保持性のバランスが非常に優れており、現場ニーズに即した万能型の金型用鋼材といえます。

成分組成と特性

NAK55の優れた機械的性質や加工性は、その化学成分設計に大きく起因しています。
NAK55は中炭素の合金鋼で、一般的には以下のような成分組成を持っています（代表値）。

・炭素（C）：約0.15〜0.30%
・ケイ素（Si）：約0.20〜1.00%
・マンガン（Mn）：約1.00〜2.00%
・ニッケル（Ni）：約1.00〜3.00%
・クロム（Cr）：約0.50〜2.00%
・モリブデン（Mo）：微量添加（種類による）
・その他微量元素（S, Cuなど）
この成分構成により、NAK55は優れた被削性と靱性を兼ね備えると同時に、熱処理によらずとも高い硬度と機械的強度を発揮できる設計になっています。
特に、ニッケルの添加によって鋼の靭性や機械的性質が向上し、切削加工中のチッピングや割れが起こりにくくなっています。
また、硫黄（S）の微量添加により、被削性が高められている点も特筆すべき特徴です。
NAK55は「時効硬化型鋼（プリハードン鋼）」として設計されており、材料出荷時点で最適な硬度（HRC38〜43）に調整されています。
このため、最終加工後に焼入れ・焼戻しの熱処理を行わなくてもよく、熱処理による寸法変化や内部応力のリスクを回避できます。
これは高精度を要求される金型製作において非常に有利です。
さらに、NAK55は材料組織が微細で均質なことから、鏡面仕上げや放電加工による仕上げ加工にも優れた性能を発揮します。
これにより、複雑な製品形状や微細形状を持つ成形品の金型にも対応できます。
また、硬さの均一性も大きな特長です。
大断面材でも中心部まで均一に硬度が保たれているため、サイズの大きな金型でも性能のばらつきが少なく、安定した製品品質を確保できます。
このように、NAK55は成分設計から製造工程までを高度に管理された高性能金型鋼であり、安定した物性と加工性、そして高精度な仕上げ加工への対応力を実現しています。

開発背景と主な用途

NAK55の開発背景には、従来の金型製作における「熱処理工程の簡略化」と「高精度かつ短納期対応」のニーズが深く関係しています。
従来の工具鋼や炭素鋼では、焼入れや焼戻しといった熱処理工程を通して硬度を得る必要がありましたが、この工程は時間がかかるうえ、寸法の変化や応力の偏りといった問題も伴います。
特に、寸法精度を要求される成形金型では、熱処理後に再度仕上げ加工を要することが一般的でした。
このような課題に対し、「出荷時点で既に所定の硬度があり、後処理不要で仕上げまで一貫して加工できる鋼材」が求められるようになりました。
そのニーズに応える形で開発されたのが、NAK55です。
日立金属（現・プロテリアル）は、当時の市場ニーズに即した金型材としてこの材料を提供し、加工現場からの高い評価を得ました。

NAK55はその後、特に下記のような分野で広く使用されるようになりました。

■ プラスチック金型分野

NAK55は、高い硬度と良好な加工性、さらに良好な鏡面性から、プラスチック射出成形金型において定番ともいえる材料です。
自動車の内装部品や電化製品の筐体、日用品など、寸法精度が要求される部品の金型に適しています。
特に中〜大型の金型で、その均一な硬度や安定性が重宝されます。

■ ブロー成形・圧空成形金型

比較的低圧で成形されるブロー成形や圧空成形においても、NAK55は高精度と加工のしやすさを活かして多用されています。
成形型の内面精度がそのまま製品表面に影響するため、鏡面仕上げが可能なNAK55は適材です。

■ ダイカスト金型（低圧・小型）

鋳造温度が比較的低いアルミ合金などのダイカスト金型にも使われます。
耐熱性についてはSKD61などに劣るため高温環境には不向きですが、低圧・低融点用途においては十分な耐久性を発揮します。

■ 試作金型・短期生産型

製品開発初期段階や試作品製造では、短納期と低コストが重視されます。
熱処理を省略でき、かつミガキや精密加工にも対応できるNAK55は、試作型に非常に適しています。
また、射出回数が少ない用途では、高価な耐摩耗鋼材を使うよりもコストパフォーマンスに優れた選択となります。

このように、NAK55は開発当初から一貫して「加工性」と「精度」「信頼性」のバランスを追求しており、現在でも多くの製造現場で高い信頼を受ける金型材として使われています。

NAK55の物理的・機械的性質

硬度・強度・靱性

NAK55の最大の特長の一つは、出荷時点で理想的な硬度と強度、そして優れた靱性をすでに兼ね備えている「プリハードン鋼材」であるという点です。
これは、金型材料としての最も大きな要件である「加工性」と「耐久性」のバランスを非常に高い水準で実現していることを意味します。

● 硬度（Hardness）

NAK55は、一般にHRC38〜43程度の硬度で供給されます。
これはプラスチック金型において最適とされる硬度領域であり、型の寿命や成形品の寸法精度を確保するために適切です。
焼入れ鋼のように後から熱処理を必要としないため、材料そのものが最終加工に直結できる利点を持っています。
なお、硬度は材料全体で均一に分布しており、大型ブロック材であっても中心部まで安定した硬度が維持される点も、高精度金型に適する要因の一つです。

● 引張強さ（Tensile Strength）

引張強さは約1,200MPa〜1,400MPaの範囲にあり、一般的な構造用炭素鋼（SS400やS45Cなど）と比較しても非常に高い値を示します。
この高い強度により、型の使用中に外力がかかった際にも割れや欠けが起こりにくく、長期的に安定した性能を保つことができます。

● 靱性（Toughness）

NAK55の特徴として特筆すべきなのが「優れた靱性」です。
靱性とは「割れにくさ」や「衝撃に対する強さ」を指し、金型としての耐久性や安全性を左右する重要な性質です。
靱性が低いと、使用中に割れやチッピングが発生しやすくなり、型寿命が著しく短くなる危険性があります。
NAK55では、Ni（ニッケル）やMn（マンガン）を適切に配合することで、焼入れ処理なしでも母材の靱性が高くなるよう設計されています。
そのため、特に微細形状やコーナー部など応力集中しやすい部分でも、割れにくいという安心感があります。

● 総合的なバランス

硬度・強度・靱性は、一般にはトレードオフの関係にあり、一方を高めると他が犠牲になる傾向がありますが、NAK55はそれらのバランスを高水準で成立させているのが特長です。
これにより、金型の「寸法精度の維持」「仕上げ品質の良さ」「長寿命化」といった多くの要件に対して、高い汎用性を発揮しています。

焼入れ・焼戻しの不要性（プリハードン鋼）

NAK55の大きな魅力の一つに、「プリハードン鋼」であるという点が挙げられます。
これはすなわち、出荷時点ですでに適正な硬度（HRC38～43）に調整されており、金型製作において通常必要とされる焼入れ・焼戻しといった熱処理工程が不要であるということを意味します。
これが金型加工現場にもたらす恩恵は非常に大きく、コスト面・納期面・品質面すべてにおいてメリットが生じます。

● 工程短縮と納期の短縮

従来の金型鋼材（例：SKD11やS50Cなど）は、所定の形状に加工した後に焼入れ・焼戻しといった熱処理を施すことで硬度を得る必要がありました。
この熱処理工程には数日単位のリードタイムが発生し、さらに焼入れによる寸法変化を考慮して、事前の加工段階では「仕上げ代」を残すなどの工夫が求められていました。
しかしNAK55では、最初から最終硬度で支給されるため、中間熱処理なしに直接最終加工に移行可能です。
これにより、金型製作のリードタイムを大幅に短縮でき、特に試作や短納期対応が求められる場面で強いアドバンテージとなります。

● 寸法精度の安定

熱処理後には材料が膨張・収縮し、内部応力の解放などにより、寸法の狂いが生じることがあります。
この寸法変化は予測しきれない場合も多く、結果として「再加工」や「調整」の手間が発生し、手戻りの原因になります。
NAK55では熱処理工程が不要なため、加工後の寸法安定性が非常に高く、精度を保ったまま加工を完了できるのが大きな強みです。
特にミクロン単位の精度が求められる精密金型においては、これは重要な選定理由となります。

● 応力による割れや変形の抑制

焼入れにより硬度を得た鋼材は、その分内部応力が大きく、加工や使用中に「割れ」や「チッピング」が発生しやすい傾向があります。
NAK55は時効処理によってあらかじめ内部組織を安定化させており、使用時に応力による問題が生じにくい特性を備えています。
これにより、安全で長寿命な金型の設計が可能となります。

● 環境・コストへのメリット

熱処理には炉や油槽、冷却媒体などの設備が必要で、エネルギー消費やコストも無視できません。
NAK55のようなプリハードン鋼を使うことで、設備費用・処理コスト・エネルギー消費の削減にもつながり、環境負荷低減という観点からも有利です。
このように、NAK55の「プリハードン鋼」としての特性は、金型加工の合理化を大きく進めるものであり、現代の短納期・高精度要求に対応する強力な武器となります。

被削性と放電加工性

NAK55が金型材料として非常に高く評価される理由の一つに、「被削性（切削のしやすさ）」と「放電加工性（EDM対応力）」のバランスの良さがあります。
これらの加工性の高さは、金型製作において工程の簡素化と品質の安定に直結するため、実務的な視点で非常に重要です。

● 被削性の優秀さ

NAK55は、出荷時点でHRC38〜43という高硬度を持ちながらも、非常に良好な被削性を実現しています。
これは、材料の組織が均一かつ微細で、なおかつ適度な硫黄（S）添加によって切りくず排出性が良好に保たれているためです。
また、炭素量も適切に抑えられており、加工時の刃物への負担が小さく、工具摩耗が抑えられます。
高硬度材料に対しては通常、刃具の摩耗が大きな課題となりますが、NAK55では超硬工具やコーティング工具を使用することで、長時間・高精度の加工が可能となります。
結果として、工具交換の頻度が減り、加工コストや工数の削減につながります。
また、切削時のチッピング（欠け）やバリの発生も比較的少なく、仕上げ工程での手直しが最小限で済むのも、量産金型や短納期対応においては大きな利点です。

● 高速切削やHSC（High Speed Cutting）にも対応

NAK55はその安定した内部組織と適度な靱性により、高速切削にも対応可能です。
CNCマシニングセンタを使用した高速切削加工でも、表面粗さ・精度ともに良好な結果を得ることができるため、加工時間の短縮にもつながります。
特に電機・精密機器用の金型製作では、この高速加工性能が重要視される傾向が強く、NAK55はその点でも信頼されています。

● 放電加工性（EDM適性）

金型製作では、形状が複雑な部分や深いリブ、微細構造など、切削加工では難しい形状に対して放電加工（EDM）が多用されます。
NAK55はその放電加工性にも優れており、加工面の荒れが少なく、仕上がり面が均質で、寸法精度も良好です。
また、放電加工後の表面に発生しやすい「白層（再溶融層）」も比較的薄く、後工程での仕上げや研磨がしやすいという特長があります。
さらに、割れや亀裂のリスクも少ないため、微細な加工にも安心して使えます。

● 加工の一貫性・再現性の高さ

切削・放電のどちらにおいても、NAK55は加工条件の設定がしやすく、ばらつきが少ないため、一貫性と再現性の高い加工が可能です。
これは量産向け金型では非常に重要な要素であり、品質の安定化と作業効率の両立につながります。
このように、NAK55は被削性と放電加工性の両面において非常に優れたパフォーマンスを持ち、複雑かつ高精度な金型加工に理想的な材料と言えます。

他の金型鋼との比較

NAK80との比較（鏡面性・放電加工性）

NAK55とよく比較される材料にNAK80があります。
どちらも日立金属（現・プロテリアル）によって開発されたプリハードン鋼であり、出荷時点で焼入れ不要の硬度（HRC37～43）が与えられている点では共通しています。
ただし、両者には「用途」「特性」の面で明確な違いがあります。
特に、鏡面性や放電加工性においては選定の分かれ道となる要素です。
まず鏡面仕上げ性に関しては、NAK80がNAK55よりも優れた性能を持つとされています。
これは、NAK80が「高鏡面用途」に特化した鋼種であり、より微細かつ均質な金属組織と、不要な不純物の低減により、研磨時の仕上がり面に差が出るためです。
たとえば化粧品容器や透明成形品のように、光沢のある仕上がりが求められる用途では、NAK80が選ばれることが多いです。
一方、NAK55も高い鏡面性を持っており、一般的なプラスチック金型においては十分な性能を発揮します。
コストや加工性を重視する場合、NAK55の方が採用されやすい傾向にあります。
放電加工性については、NAK80の方がより優れているとされています。
NAK80は、放電後の表面層（再溶融層）が薄く、微細形状加工や高精度加工においても面粗度・形状精度を安定的に確保できます。
また、放電焼けやマイクロクラックの発生も少なく、後処理も容易です。
とはいえ、NAK55も十分な放電加工性を持ち、汎用的な放電加工には問題なく対応可能です。
特に高鏡面や微細形状が求められない金型では、NAK55の方がコストパフォーマンスに優れているため、多くの場面で実用されています。
つまり、選定のポイントは「必要な仕上げ品質」と「加工・コストバランス」です。
・高鏡面、高精度が要求される場合 → NAK80
・一般的な用途でコスト重視 → NAK55

SKD11との比較（冷間工具鋼との違い）

NAK55とSKD11は、いずれも金型に使われる代表的な鋼材ですが、根本的な性質・用途が異なります。
SKD11は「冷間ダイス鋼」として分類される高炭素・高クロム工具鋼であり、耐摩耗性や硬度に非常に優れる一方で、加工性や靭性はNAK55に劣る傾向があります。
まず、SKD11は通常HRC58〜62という高硬度を実現できる鋼材であり、抜き型、曲げ型、パンチなど、金属材料を冷間加工するための金型によく使用されます。
高硬度・高耐摩耗性を活かし、繰り返し衝撃が加わるような用途に耐える構造になっています。
対してNAK55は、HRC38〜43の硬度を持つプリハードン鋼で、主にプラスチック金型向けに開発された鋼材です。
焼入れを必要とせず、そのまま最終加工に使えるため、加工コストが抑えられ、寸法安定性にも優れます。
SKD11は硬度が高い反面、被削性や溶接性が非常に低いという弱点があります。
加工には専用工具（超硬工具や放電加工）を用いる必要があり、熱処理後の寸法変化も大きいため、後加工の手間が増える傾向があります。
これに対し、NAK55は非常に良好な被削性を持ち、精密なCNC加工や溶接修正がしやすいのが大きな利点です。
また、靭性（割れにくさ）についても、SKD11はやや劣ります。
特に薄肉部やコーナー部では割れやすく、慎重な設計が求められます。
一方、NAK55は比較的高い靭性を持っており、衝撃や応力集中への耐性に優れた金型設計が可能です。
したがって、両者は競合関係にあるというよりは、「用途によって明確に使い分けるべき材料」と言えるでしょう。
・金属成形（金型パンチ・スリッターなど） → SKD11
・プラスチック金型・試作型 → NAK55

SUS系鋼材との比較（耐食性や熱伝導性）

NAK55とSUS（ステンレス鋼）系鋼材の比較は、主に耐食性や熱伝導性といった特性面でなされることが多くあります。
特に腐食環境下や高温成形用途で金型を使用する場合、この2種の鋼材の選定は製品寿命と品質に直結するため重要です。
まず、耐食性の観点ではSUS系鋼材が圧倒的に優れています。
例えばSUS420J2やSUS440Cといったステンレス鋼は、高いクロム含有量（13%以上）により、不動態皮膜を形成し、水分やガスによる酸化を防ぐ性能を持ちます。
これにより、腐食性ガスを含むプラスチック（PVCなど）や加湿環境下の金型に適しています。
対して、NAK55はあくまで合金工具鋼であり、耐食性は一般鋼材よりは若干良い程度に留まります。
腐食雰囲気下で長期間使用するとサビや腐食が進行する可能性があり、必要に応じて防錆処理や定期的なメンテナンスが求められます。
一方で、熱伝導性についてはNAK55が優れています。
これは金型の冷却効率に直結するため、成形サイクルを短縮し、製品寸法の安定性や生産性を高める上で大きなメリットになります。
SUS鋼は熱伝導性が低く、冷却効率が劣るため、サイクルタイムが長くなる傾向があります。
また、加工性の面でもNAK55が有利です。
SUS系鋼材は硬化しやすく、工具摩耗が激しいため、加工コストが上がります。
NAK55は高硬度でありながら被削性が高く、コスト効率に優れた加工が可能です。
まとめると、使用環境や目的によって選定が明確に分かれます。
・腐食環境・耐薬品性が求められる → SUS系鋼材
・一般環境・高い加工性と冷却性が重要 → NAK55

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