シリコーン射出成形は、プラスチック射出成形とは異なります。プラスチックは溶融して流動しますが、シリコーンは化学的に固化された液体です。機械はシリコーン部品を直接混合・加熱し、その後固化させます。原材料を溶融したり、冷却工程を経る必要はありません。
本稿では、シリコーンゴム成形における工程、性能上の利点、そして主要部品がシリコーンゴム成形に依存している産業について考察します。シリコーンの成形規則がプラスチックの規則と異なる理由、そしてこの知識を工場現場でどのように応用できるかが明らかになります。
射出成形シリコーン部品とは何ですか？
作業員が2種類の液体を混ぜ合わせます。機械がそれを熱い金型に押し込みます。その後、金型内の部品が固化して押し出されます。これがシリコーン射出成形の簡単な説明です。
シリコーンゴムには2つの材料ファミリーが存在します。LSRは液状シリコーンゴムの略で、硬化が速いのが特徴です。大量生産されるシリコーンゴム成形において主流となっています。HCRは高品質ゴムで、LSRよりも安定した質感で、生地のような外観をしています。射出成形ではなく、圧縮成形が必要です。射出成形によるシリコーン部品の多くはLSRを使用していますが、これは成形プロセス自体が自動化されているためです。
シリコーン射出成形の特性は、様々な用途に反映されます。柔軟性がありながら破れにくく、耐熱温度範囲は-50℃から200℃まで、化学的に不活性で無臭、圧縮後も形状が回復し、空気や液体を確実に密閉できます。
消費者の身近なところに、こうした例が数多く存在します。例えば、哺乳瓶の乳首、医療用マスクのシール、キッチンスケールのキーパッドボタン、エスプレッソマシンのガスケット、浄水器のOリングなどです。これらはすべて、大量生産された射出成形シリコン部品です。ユーザーは製造方法について考えることすらありません。これこそが優れたデザインと言えるでしょう。
シリコーン部品の射出成形プロセス
射出成形によるシリコーン部品の製造は、プラスチックとは異なる流れで進みます。工程は理論上は同じですが、細部は全く異なります。各段階を順を追って見ていきましょう。
フェーズ1：金型製作
LSR成形型はプラスチック成形型とは異なります。LSR成形型は完璧な密閉性を必要とします。材料が薄いため、漏れやすいのです。
問題は通気口の確保だ。通気口が少なすぎると空気が閉じ込められ、多すぎるとシリコーンが漏れ出す。そのバランスを見つけることが、金型設計者の腕の見せ所だ。
CNC加工はキャビティ形状を切削します。放電加工（EDM）は、切削工具では届かない微細なディテールや鋭角な部分を作り出します。どちらの方法も必要です。
コールドランナーシステムは標準装備です。材料は射出ユニットからキャビティ入口まで搬送される間、低温に保たれます。その後、高温の金型に接触して硬化します。
フェーズ2：材料の準備と計量
LSRは2つのドラムに入っています。パートAにはベースポリマーと白金触媒が、パートBには架橋剤と充填剤が入っています。機械は両方をポンプで送り込み、スタティックミキサーで正確な1：1の比率で混合します。空気の混入や汚染は一切ありません。
射出成形装置は室温ではなく低温になります。材料が熱くなると、予定よりも早く硬化が始まります。
顔料や添加剤は混合段階で添加されます。射出成形装置は、あらかじめ設定された基準に従って、色、潤滑性、抗菌性を調整します。
フェーズ3：金型への射出
熱可塑性樹脂は数千PSIという高圧で射出成形される。一方、シリコーンゴムの成形は低圧（数百PSIで十分）で行われる。材料は容易に流動し、金型に大きな型締め力は必要ない。
コールドランナーシステムは、混合されたLSRを加熱されたキャビティへと導きます。ゲートで温度が急激に上昇し、硬化が即座に開始されます。
真空ポートは射出成形前にキャビティから空気を抜き取ります。気泡がないということは、空隙がないということです。空隙がないということは、均一な機械的特性が得られるということです。この工程によって、良品と不良品が選別されます。
フェーズ4：硬化（加硫）
熱によって反応が活性化されます。成形温度は150℃～200℃（300°F～425°F）です。白金触媒が架橋反応を促進し、シリコーン鎖が結合します。液体は固体のエラストマーへと変化します。
サイクルタイムは短い。薄肉部品なら10秒、厚くて複雑な形状でも90秒。射出成形されたシリコーン部品のほとんどは1分以内に硬化する。
フェーズ5：脱型と仕上げ
射出成形は繊細な作業です。ピンでは柔らかい素材を突き破ってしまう可能性があります。そこで、空気噴射によって部品をキャビティから持ち上げます。射出プレートは背面から均等に押し出します。跡も損傷もありません。
一部はそのまま包装されますが、その他は後硬化処理が必要です。オーブンは150℃～200℃で2～4時間加熱されます。この加熱によって架橋反応が完了し、機械的特性が安定し、圧縮永久歪みが向上します。
自動化は一般的だ。ロボットが金型から部品を取り出し、冷却ラックに置く。シリコーン射出成形は多くの工場で無人運転されている。材料の挙動は安定しており、機械は同じサイクルを繰り返す。人間は監視と材料の補充だけを行えばよい。
シリコーン部品に射出成形を用いる主な利点
シリコーン射出成形は、最も安価なプロセスではありません。セットアップも最も迅速ではありません。しかし、適切な用途であれば、そのコストに見合うだけのメリットが得られます。
高精度で複雑な形状
±0.01mmまでの公差は日常的なものであり、特別なことでも難しいことでもありません。薄肉構造、機能的なアンダーカット、複雑な表面形状も、金型から取り出した時点でそのまま使用できます。
廃棄物を最小限に抑え、フラッシュもなし
密閉された金型システムにより材料が保持されます。余分な材料の漏れはほとんどありません。漏れとはどういう意味でしょうか？簡単に剥がれるということです。射出成形されたシリコーン部品のほとんどは、後処理のトリミングを必要としません。ランナーシステムは液状のままです。次のショットで再利用されます。廃棄物はほぼゼロです。
高速サイクルタイム
1ショットあたり15秒から60秒。これには射出、硬化、脱型が含まれます。厚みのある部品は時間がかかりますが、薄い部品はあっという間に成形できます。大量生産においては、このスピードが経済性を根本的に変えるでしょう。
完全に自動化されたプロセス
この機械は、2つの成分を閉ループ内で計量・混合します。混合比率は常に正確です。作業員が未開封の材料を扱う必要がないため、汚染リスクが低減します。部品1個あたりの人件費は非常に低く抑えられます。1人で複数の機械を操作できます。
優れた材料特性
使用温度範囲は-50℃～+230℃。オートクレーブ滅菌可能。医療用接触部品としてISO 10993に準拠した生体適合性。耐薬品性、耐紫外線性、耐オゾン性に優れています。圧縮永久歪みが低く、長年の圧縮後も元の形状に戻ります。
収縮が最小限
硬化後の部品の収縮率は0.5%未満です。これは安定しており、予測可能です。設計者は推測に頼ることなく、最終寸法を信頼できます。
クリーンルーム対応
シリコーン射出成形は、ISOクラス7またはクラス8のクリーンルームで行われます。微粒子や汚染物質は一切発生しません。医療用インプラント、薬剤送達コンポーネント、医薬品用シールは、滅菌処理に適した状態で出荷されます。
オーバーモールド機能
この機械は、LSRをプラスチックまたは金属製のインサートに直接射出成形できます。シリコーンは硬化中に化学的に結合するため、接着剤やプライマーは不要です。ソフトグリップ付きの頑丈なハンドルが一体成形され、金属ピンの上にシリコーンシールを施した医療用コネクタも完全に組み立てられた状態で出てきます。これがオーバーモールディングの利点です。
射出成形シリコーン部品を使用する産業
射出成形シリコーン部品は至るところで見かけます。その素材特性は、特定の用途において他のどの素材よりも優れています。ここでは、それらがどのような場面で使われているかをご紹介します。
医療＆ヘルスケア
呼吸用マスクには、顔に密着する柔らかいシールが必要です。カテーテルには、滑らかで生体適合性のある表面が必要です。注射器のシールは、漏れや粒子の飛散があってはなりません。埋め込み型医療機器の部品には、絶対的な純度と長期安定性が求められます。手術器具のグリップは、細菌を閉じ込めることなく快適性を向上させます。哺乳瓶の乳首やおしゃぶりは、無味無臭でアレルギーのリスクがないため、シリコン製です。
自動車と電気自動車
エンジンシールやガスケットは高温のオイルに浸かっています。Oリングは液体やガスを密閉します。高電圧EVコネクタのシールは、電気接点を湿気から保護します。振動ダンパーは金属製ブラケットの間に取り付けられます。バッテリーパックのシールは、リチウムイオンパックへの水や埃の侵入を防ぎます。ボンネットの下では、シリコンはゴムよりも長持ちします。
エレクトロニクスおよび消費財
スマートウォッチやスマートフォンの防水シールは、高価な電子機器への湿気の侵入を防ぎます。キーパッドやボタンは、柔らかく確かな感触が必要です。ソフトタッチグリップは、工具や家電製品を快適に持ちやすくします。保護カバーやケーブル管理アクセサリーには、柔軟性と耐久性に優れたシリコンが使用されています。部品は落下に耐え、ひび割れや破れがあってはなりません。
食品とベビー用品
ベーキングマットやスパチュラは高温にさらされます。製氷皿は折れることなく柔軟に曲がります。食品容器のシールは気密性を保ちます。哺乳瓶の乳首や歯固めのおもちゃは口に入れられます。FDA（米国食品医薬品局）の基準への準拠は必須です。有害な添加物、BPA（ビスフェノールA）、フタル酸エステル類は一切使用していません。シリコーンゴム成形品はこれらの基準を満たしています。
産業および航空宇宙
工業用シールシステムは、化学物質や圧力に対応します。メンブレンは流体の流れを制御します。航空宇宙用シールは、高高度でジェット燃料や紫外線にさらされますが、フッ素シリコーングレードがその特有の問題を解決します。建築用シールは、建物のパネル間に設置されます。流体制御部品は、水、空気、腐食性媒体を管理します。共通点は耐久性です。これらの部品は、ゆっくりと劣化します。
シリコーン射出成形と他の製造方法との比較
すべてのシリコーン部品にシリコーン射出成形が必要なわけではありません。他の方法も存在します。それぞれに利点があります。下の表は、それぞれのメリットとデメリットを示しています。
| 因子 | LSR射出成形 | 圧縮成形 | トランスファー成形 |
| サイクルタイム | 15〜60秒 | 2〜5分 | 1〜3分 |
| オートメーション | 全自動 | 手動または半自動 | 半自動 |
| 無駄 | 非常に低い（コールドランナー） | 高（フラッシュ、オーバーフロー） | 穏健派 |
| 部品の複雑さ | 高い（アンダーカット、薄い壁） | 低から中 | 穏健派 |
| 許容範囲 | ±0.01 mmを実現 | ±0.1 mm（標準） | ±0.05 mm（標準） |
| 工具費 | ハイ | 低から中 | 穏健派 |
| ボリューム適合性 | 大量取引（10万～数百万） | 低～中音量 | 低～中音量 |
LSR射出成形 対 圧縮成形
圧縮成形は昔ながらの方法です。あらかじめ成形された固体シリコーンゴム（HCR）のブロックを、開いた金型に入れます。金型を閉じると、熱と圧力によって材料が金型内部に押し込まれます。作業員はバリを手作業で除去します。
シリコーンゴムの圧縮成形は、少量生産であれば安価です。金型コストも低く抑えられます。単純な形状であれば問題なく成形できます。しかし、サイクルタイムが長く、廃棄物も多く、自動化も困難です。複雑な形状や大量生産の場合は、シリコーン射出成形が常に優れています。成形品はきれいに仕上がり、ランナーシステムによる無駄も一切ありません。
LSR射出成形とトランスファー成形の比較
トランスファー成形はハイブリッド成形法です。材料はキャビティ上部の容器に入れられ、プランジャーによってスプルーを通して金型内に押し込まれます。その後、材料は硬化し、作業者は成形品と残った不良品を取り除きます。
利点は？ トランスファー成形は、圧縮成形よりもインサートの取り扱いが優れています。材料は、単に押し込むだけでなく、圧力をかけてキャビティに流れ込みます。欠点は？ 廃棄物が残ります。スプルーと不良品は硬化した材料であり、再利用できません。サイクルタイムは射出成形よりも長くなります。自動化には限界があります。インサートを使用する中量生産にはトランスファー成形が適していますが、大量生産には適していません。
LSR射出成形 vs. 3Dプリント用シリコン
シリコーンの3Dプリントは既に実現している。技術自体は実用的だ。しかし、製造速度が遅い。部品1個の製造に数時間かかる。表面仕上げは粗く、機械的特性も成形部品に比べて劣る。
3Dプリンティングを選ぶべきタイミングは？試作品。一点ものの部品。毎週デザインが変わる場合。シリコーン射出成形を選ぶべきタイミングは？量産。数百個以上の大量生産。厳しい公差や滑らかな表面が求められる部品。部品が長年にわたって確実に機能する必要がある用途。
射出成形シリコーン部品の設計上の考慮事項
シリコーン射出成形向けの設計は、プラスチック向けの設計とは異なります。ルールは重複する部分もありますが、違いは重要です。
最小壁厚
薄い壁でも問題ありません。シリコーンは流れやすい性質があります。小型部品の場合は最低0.5mmの厚さで十分です。大型部品の場合は1.0mm～1.5mmの厚さが必要です。0.4mmより薄くすると、硬化が始まる前に材料が空洞を埋めきれない可能性があります。ショートや部品の不完全といった問題が発生する恐れがあります。
型から外す際の抜き勾配
シリコーンは柔軟性があり、伸びるので、その点は有利です。しかし、抜き勾配はやはり重要です。通常は1～2度で十分です。深いキャビティや凹凸のある表面の場合は、さらに角度を深くします。3度、場合によっては5度。成形品は破れることなく取り出せる必要があります。金型設計者はきっと感謝するでしょう。
鋭角を避ける
鋭角な内角は応力を集中させます。そこで部品が破断します。離型時にも破断します。使用中にも破断します。半径を付けましょう。最低0.3mm、できれば0.5mmが望ましいです。金型メーカーは鋭角な角よりも半径を切削する方がはるかに容易です。
アンダーカットの統合
シリコーンとプラスチックの違いはここにあります。アンダーカットは必ずしも問題になるわけではありません。シリコーンは柔軟性があり、コアに巻き付けたり、キャビティから簡単に取り出すことができます。しかし、限界もあります。アンダーカットは、永久変形を起こさずに取り出せるほど浅くなければなりません。良い目安は？アンダーカットの深さは、肉厚の半分以下にすることです。設計段階でテストし、離型をシミュレーションしてください。推測で決めてはいけません。
パーティングラインの配置
パーティングラインとは、金型の2つの半分が接する部分のことです。シリコーン製の部品の場合、そこに薄いバリ線が形成されます。通常、バリ線は除去可能ですが、位置は重要です。パーティングラインは、化粧面やシール面から離してください。バリ線を簡単にトリミングできる端や角に配置しましょう。
ベント要件
シリコーンは空気を閉じ込める性質があります。そのため、金型には通気孔（材料がキャビティを満たす際に空気を逃がすための微細な通路）が必要です。通気孔がないと気泡が発生し、部品の見栄えが悪くなるだけでなく、使用中に故障する可能性もあります。通気孔の深さは非常に重要です。浅すぎると空気が逃げられず、深すぎるとシリコーンが漏れ出してバリが発生します。射出成形シリコーン部品の標準的な通気孔の深さは0.01mm～0.02mmです。これは非常に微細なため、精密な金型製作が求められます。
これらのルールに従ってください。金型は正常に機能し、部品はきれいに取り出せます。不良率も低く抑えられます。これらのルールを無視すると、シリコーンゴム成形は生産プロセスではなく、トラブルシューティングの連続になってしまいます。
射出成形シリコーンにNOBLEを選ぶ理由 CNC機械加工部品?
製造パートナーを選ぶのは容易ではありません。間違った選択は時間と費用の無駄につながります。NOBLEはシリコーン射出成形とCNC加工を自社工場で一貫して行っています。
多くの工場は生産のみを担い、図面を受け取って部品を出荷するだけです。しかし、NOBLEはもっと早い段階から着手します。鋼材の切断前に設計コンサルティングを行い、DFM（製造性設計）レビューによって問題を早期に発見します。組み立てと梱包で作業は完了です。
当社のコア製造能力
射出成形
- 液状シリコーンゴム（LSR）射出成形 成形 の 医療、自動車、電子機器、消費財
- 熱可塑性射出成形 剛性部品および オーバーモールド
- マルチマテリアル成形 （プラスチックまたは金属インサートにLSRをオーバーモールドしたもの）
- 社内カビ 製造およびメンテナンス
CNC加工
- 精度 CNCフライス盤 (NAIST) と CNC旋盤 金属部品およびプラスチック部品用
- ラピッドプロトタイピング 少量生産から大量生産まで
- 厳しい公差で ±0.005 mm
- 生産能力 カスタム金型製作 射出成形用
付加価値サービス
- 製造のための設計 (DFM)レビューと最適化
- プロトタイピング 〜へ 量産前に設計を検証する
- アセンブリ of 完成した部品をサブアセンブリまたは完成品に組み立てる
- 包装と 物流 テーラード ご要望に応じて
重要な認定資格
NOBLEは国際的に認められた品質管理システムに基づいて運営されており、一貫性があり、追跡可能で、法令遵守に基づいた製造を保証しています。
| 認定 | 対象領域 |
| ISO 9001:2015 | 射出成形やCNC加工を含む、すべての製造工程における品質管理 |
| ISO 13485:2016 | 医療機器製造 品質管理は、医療、外科手術、診断用途で使用されるシリコーン部品にとって不可欠です。 |
これらの認証は、医療、自動車、エレクトロニクス、産業分野など、どの分野のお客様であっても、NOBLEが厳格な規制要件を満たす部品を提供できることを保証いたします。
FAQ
このセクションではスキーママークアップの使用を推奨します。
シリコーンであれば、どのようなものでも射出成形できるのでしょうか？
いいえ。シリコーン射出成形には、低粘度の液状シリコーンゴム（LSR）のみが適しています。固体のHCRシリコーンは、圧縮成形またはトランスファー成形が必要です。
LSR成形型はどのくらい持ちますか？
適切に製造された鋼製金型は、500,000万個から1,000,000万個以上の部品を生産できます。金型の寿命は、部品の複雑さ、材料の摩耗性、およびメンテナンスの質によって異なります。
LSR射出成形は高価ですか？
金型費用は高額だが、量産化に伴い部品単価は大幅に低下する。大量生産の場合、このプロセスは非常に経済的になる。
最小注文数量はいくらですか?
最低発注数量は特に設けていませんが、1,000個未満の少量生産では、金型投資に見合うだけのメリットが得られない場合がほとんどです。多くのサプライヤーは、5,000個から10,000個以上のロット生産を希望しています。
LSRはプラスチックにオーバーモールドできますか？
はい。LSRは硬化中に特定のエンジニアリングプラスチックと化学的に結合します。適切な材料を選択すれば、接着剤は必要ありません。
LSRは食品安全基準を満たしており、医療グレードですか？
多くのLSRグレードは、食品接触用途でFDAの基準を満たしており、医療用途でISO 10993の認証を取得しています。必ず、ご使用の用途に合ったグレードの認証を確認してください。
白金硬化シリコーンは、過酸化物硬化シリコーンとどのように異なるのですか？
白金硬化シリコーンは貴金属触媒を使用し、副生成物を生成しないため、よりクリーンで生体適合性に優れています。一方、過酸化物硬化シリコーンは微量の化学物質残留物を残すため、医療用途や食品用途ではほとんど使用されません。
