液状シリコーンゴム（LSR）射出成形の完全ガイド
液状シリコーンゴム（LSR）射出成形の完全ガイド
- LSRの主な特徴と特性とは？
- LSR射出成形のコアプロセスとは？
- LSR成形における主な考慮事項とは？
- LSR部品設計のベストプラクティスとは？
- LSR成形における一般的な問題とその解決策とは？
- 関連技術とコンセプトとは？
液状シリコーンゴム（LSR）射出成形とは？
LSRの分類と種類は？
③ LSRによるマイクロ成形：マイクロスケールの形状や1グラム未満の重量を持つ部品を製造するために使用される、極めて精密なプロセスのバージョンで、医療機器やマイクロエレクトロニクスでよく使用されます。
LSRの典型的な応用シナリオは？
LSRの独自の特性により、性能と信頼性が譲れない用途で選ばれる材料となっています。
LSR射出成形の利点とは？
3.大量生産の自動化と短いサイクルタイム：プロセスは高度に自動化されています。硬化時間は非常に速く、多くの場合20～60秒で、最小限の労力で効率的な大規模生産を可能にします。
4.クリーンで無駄のないプロセス：材料のペール缶から密閉された金型まで続くクローズドループシステムにより、汚染物質への曝露を最小限に抑えます。これは医療用や食品グレードの用途にとって極めて重要です。さらに、精密な「フラッシュレス」成形技術により、材料の無駄や後工程を大幅に削減します。
LSR射出成形の欠点は何ですか？
4.金型の複雑さ：LSR金型の設計と製作は熱可塑性樹脂用よりも複雑です。材料供給システムを冷却しながら高温に耐えなければならず、フラッシュを防ぐために優れたシール性が求められます。
LSR成形と他のプロセスとの比較
LSRは画一的な素材ではありません。多くのグレードがあり、いくつかの高度な技術で加工できるため、高度なカスタマイズが可能です。
1.材料グレードによる分類：
⑤ 導電性グレード：カーボンブラックのような導電性フィラーを配合することで、これらのLSRはEMI/RFIシールドガスケット、導電性パッド、電気コネクターなど、電気伝導性を必要とする用途に使用できます。
⑥ 自己潤滑グレード：この材料は時間の経過とともに表面に少量のシリコーンオイルを滲み出させ、摩擦係数を低減します。容易に組み立てる必要のある低摩擦シール、Oリング、コネクターシールの製造に最適です。
⑦ フルオロシリコーン（F-LSR）：非極性溶剤、燃料、油、および攻撃性の高い化学物質に対する優れた耐性を提供し、過酷な流体にさらされる自動車および航空宇宙用シールに好まれる選択肢となっています。
2.プロセスバリエーションによる分類：
1.高精度と設計の自由度：液状シリコーンの低粘度により、薄肉部にも容易に流れ込み、入り組んだ複雑な金型キャビティを充填できるため、他のエラストマーでは不可能な非常に精緻な部品の製造が可能になります。
2.優れた材料特性：LSRは比類のない特性の組み合わせを提供します：
生体適合性：本質的に不活性で低アレルギー性。
1.高い初期投資：LSR金型は、低粘度材料を扱うために極めて厳しい公差と専用機能（コールドランナーシステムなど）を必要とします。金型と専用の射出成形機の両方が、多額の初期資本支出となります。
2.高い材料コスト：1キログラムあたりで見ると、LSRは一般的に多くの汎用熱可塑性樹脂や一部の合成ゴムより高価です。ただし、これは大量生産におけるサイクルタイムの短縮と人件費の削減で相殺できます。
3.熱硬化性の性質：熱硬化性材料であるLSRは、熱可塑性樹脂と同じように溶かして再利用することはできません。スクラップは粉砕して一部の用途で充填材として使用できますが、これはクローズドループのリサイクルプロセスではありません。
液状シリコーンゴム射出成形は、しばしばLSR成形またはLIM（Liquid Injection Molding）と略され、液状シリコーンゴム材料から耐久性、柔軟性、および高精度の部品を作成するために使用される製造プロセスです。
その中核は熱硬化性プロセスである。これが熱可塑性射出成形とは根本的に異なる点である。熱可塑性プラスチックは溶融するまで加熱され、冷えた金型に射出されて固化し、再び溶融することができるが、熱硬化性プラスチックはその逆の工程を経る。LSR成形では、2液混合コンパウンドを混合し、加熱した金型に射出する。熱は硬化または加硫と呼ばれる不可逆的な化学反応を引き起こし、液体を固体の安定した弾力性のあるゴム部品に変えます。
① 汎用グレード：幅広い工業用シール、ガスケット、消費者製品向けに物理特性の良好なバランスを提供する標準配合。
②医療グレード：これらのグレードは生体適合性があり、USP Class VIやISO 10993などの厳格な基準を満たしています。呼吸用マスク、外科用器具、医療機器用シール、短期インプラントに使用されます。
③ 食品グレード：ベーキング型、哺乳瓶乳首、調理器具など、食品に接触する物品での使用に関するFDA規制（例：21 CFR 177.2600）に準拠しています。
④ 光学グレード：高い透明性と光透過率を特徴とするこのグレードは、光学的透明度が最優先されるレンズ、ライトガイド、LEDやセンサー用カバーの生産に理想的です。
① 標準LSR成形：単一材料のLSR部品を作成する基本的なプロセスです。
② LSRオーバーモールディング（2ショット成形）：あらかじめ成形された基材の上にLSRを成形する多段階プロセスです。これは以下のいずれかになります：
• 熱可塑性プラスチック上のLSRエンジニアリングプラスチック部品（例：PBT、ナイロン）を2つ目の金型に入れ、その周囲にLSRを射出することで、剛性と軟性を併せ持つ一体型部品（例：シール内蔵の防水ハウジング）を作ります。
• 金属上のLSR金属部品（ステンレス、アルミニウムなど）の上にLSRを成形し、ハンドル、絶縁体、制振部品などを作ります。
1.医療とヘルスケア
優れた生体適合性、滅菌性、不活性により、LSRは医療分野で広く使われている。
例：呼吸用マスク、薬剤投与デバイス用の柔軟なシール、注射器のストッパー、カテーテル、流体管理システム用バルブ部品、手術器具用の柔らかくしなやかな部品。
2.自動車産業：
自動車環境では、極端な温度、振動、流体に対する耐性が要求される。
例：ワイヤーハーネス用コネクターシール、エンジンおよびトランスミッション部品用ガスケット、センサー用保護ブーツ、防振材、圧力調整システム用の柔軟なダイヤフラム。
3.消費財とエレクトロニクス
LSRは防水性、耐久性、プレミアムなソフトタッチ感を提供する。
例：スマートウォッチや耐衝撃スマートフォン用のシールおよびガスケット、リモコンのソフトタッチボタン、柔軟なキーパッド、乳児用おしゃぶりや乳首、ヘラや製菓型などの高級キッチン用品。
4.産業用途：
要求の厳しい産業環境において、LSRは長期的な安定性とシール性能を提供します。
例：屋外LED照明器具用ガスケット、産業用ポンプ用シール、圧力バルブ用ダイヤフラム、精密機器用保護カバー。
耐熱性：通常-50℃から+200℃の広い温度範囲で安定。
化学的および紫外線に対する安定性：水、オゾン、紫外線、様々な化学薬品に耐性がある。
低圧縮セット：長時間圧縮しても元の形状に戻るため、シールやガスケットに最適。
電気絶縁：高い絶縁耐力を有する。
対熱可塑性射出成形：
主な違いは、熱硬化性プラスチックと熱可塑性プラスチックである。LSRは高温の金型内で化学硬化反応を起こすのに対し、熱可塑性プラスチックは低温の金型内で溶融・固化する。LSR部品は柔軟で耐熱性があり、熱可塑性プラスチックは剛性と強度があります。
対圧縮成形（HCR付き）：
圧縮成形では通常、粘土状の固体であるハイ・コンシステンシー・ラバー（HCR）を使用する。これは、より遅く、より労働集約的なプロセスであり、材料の正確な制御ができないため、材料の無駄が多く、バリが発生しやすくなります。LSR成形は自動化され、より速く、よりクリーンで、複雑な形状や大量生産に適しています。
液状シリコーンゴム（LSR）射出成形
液状シリコーンゴム（LSR）射出成形の詳細ガイドをご覧ください。コアプロセス、材料、利点、医療と自動車における主要なアプリケーション、および専門家の設計のベストプラクティスについて学びます。
LSRの主な特徴と特性とは？
LSR射出成形のコアプロセスとは？
LSR成形における主な考慮事項とは？
LSR部品設計のベストプラクティスとは？
4.アンダーカットにLSRの柔軟性を活用する：柔軟な部品は金型から「剥がす」ように取り出せるため、単純なアンダーカットは複雑なスライドコアなしで成形できることが多くあります。複雑なアンダーカット設計については、実現可能性を確認するために成形業者と相談してください。
5.適切なベント（ガス抜き）を考慮した設計：部品を設計する際は、最後に充填される箇所を考慮してください。それらはベントの自然な配置場所となります。
6.抜き勾配を取り入れる：LSRは柔軟ですが、少なくとも1度の抜き勾配により離型が簡単になり、サイクルタイムが短縮され、取り出し時の部品への応力が最小限に抑えられます。
LSR成形における一般的な問題とその解決策とは？
| 問題 | 説明 | 一般的な原因 | ソリューション |
|---|---|---|---|
| フラッシュ | パーティングラインに沿った部分にLSRの薄い不要な膜がある。 | 1.金型のシール不良。2.過剰な射出圧力/速度。3.型締め力の不足。 | 1.金型工具の精度を向上させる。2.射出圧力を下げる。3.機械の型締めトン数を増やす。 |
| エア・トラップ（ボイド） | 部品内に閉じ込められた気泡や空のポケット。 | 1.金型のベント不足。2.材料の乱流。3.閉じ込められた水分。 | 1.最終充填位置にベントを追加または拡大する。2.ゲート位置と射出速度を最適化する。3.材料が乾燥していることを確認する。 |
| ショートショット | 金型キャビティが完全に充填されず、不完全な部品となる。 | 1.射出材料の不足。2.早期硬化。3.ベント不良（背圧）。 | 1.ショットサイズを大きくする。2.金型温度をわずかに下げるか、射出速度を上げる。3.ベントを改善する。 |
| シンクマーク | 表面には窪みがあり、通常リブのような厚い部分と対になっている。 | 1.肉厚部での材料収縮。2.保圧不足。 | 1.均一な肉厚に設計する。2.保圧工程を最適化する。3.肉厚部を中空化する。 |
| 接着不良（オーバーモールディング） | LSR層はプラスチックまたは金属基板から剥離する。 | 1.適合しない材料。2.表面汚染（油、離型剤）。3.基材温度の不足。 | 1.プライマーまたは表面処理（プラズマ/コロナ）を使用する。2.基材が清潔であることを確認する。3.適合する材料を使用する（例：P |
関連技術とコンセプトとは？
これらの特性を理解することは、用途に適したLSRグレードを選択するための鍵となります。
| プロパティ | 説明と意義 | 標準的な範囲/値 |
|---|---|---|
| 硬度（デュロメーター） | 材料の押し込みに対する抵抗を測定し、その柔らかさや硬さを示します。ショアAは次の標準スケールです | 5～80ショアA |
| 引張強度 | 材料が破断する前に、引っ張られたり伸ばされたりする際に耐えられる最大応力。メガパスカル（MPa）で測定されます。 | 5 – 11 MPa |
| 破断伸度 | 材料が破断する前に達成できる長さの増加率（パーセンテージ）。材料の柔軟性を示します。 | 200% – 900% |
| 引裂強度 | 材料の引き裂きの進展に対する抵抗を測定します。使用中に傷がついたり切れたりする可能性のある部品にとって極めて重要です。 | 20 – 50 kN/m |
| 圧縮セット | 材料が特定の温度で一定時間圧縮された後に残る永久変形の割合（パーセンテージ）。 | 10% – 25%（150°Cで22時間） |
| 動作温度 | 材料が劣化することなく主要特性を維持できる温度範囲。 | -50°C ～ 200°C (-60°F ～ 390°F) |
| 絶縁耐力 | 材料が電気絶縁体として機能する能力で、絶縁破壊する前に耐えられる最大電圧として測定されます。 | ~20 kV/mm |
LSR成形工程は、精度と制御のシンフォニーです。ここでは、作業の流れをステップ・バイ・ステップで説明します：
1.材料供給：プロセスは、液状シリコーンのパートAとパートBを保持する2つの別々の容器（通常は20リットルのペール缶または200リットルのドラム缶）から始まります。
LSR成形を成功させるには、部品設計、金型設計、材料選択の3つの重要な分野に細心の注意を払う必要があります。
1.部品設計の考慮事項
① 肉厚：一貫した硬化を確保しヒケを避けるため、均一な肉厚を目指します。異なる厚さ間の移行は緩やかにする必要があります。
②パーティングライン：金型の2つの半分が接する位置です。その配置は、外観、金型の機能、およびバリ防止にとって重要です。
③ ベント（ガス抜き）：LSRは極めて低粘度で射出速度が速いため、空気が閉じ込められやすくなります。ベントは微小なチャネル（深さ0.005mm～0.02mm）で、空気は逃がしてもシリコーンは逃がさないよう、パーティングラインに精密に加工されなければなりません。
④ 抜き勾配：金型からの部品の取り出しを容易にするため、垂直な壁にわずかなテーパー（1～2度）を付けることが推奨されます。
2.金型設計の考慮点
① コールドランナーシステム：熱可塑性樹脂用のホットランナーシステムとは異なり、LSR金型では多くの場合コールドランナーシステムが使用されます。材料をキャビティへ送るチャネルは、LSRが部品に到達する前に硬化するのを防ぐため冷却されたままに保たれます。これにより材料の無駄が最小限に抑えられます。
これらのガイドラインに従って、製造性と性能を最適化した部品を作成してください。
1.均一な肉厚を維持する：LSR部品の理想的な肉厚は通常0.5mmから3mmです。均一性により不均一な収縮や内部応力を防ぎます。
2.十分なRを使用する：鋭い内側コーナーを避けてください。R（少なくとも肉厚の0.5倍）を追加することで、材料の流動性が向上し、応力集中が軽減され、部品の引裂強度が高まります。
3.パーティングラインを戦略的に配置する：成形業者と協力して、パーティングラインを重要でない面や見えない面に配置し、外観への影響を最小限に抑えましょう。
1.上流技術：
① シリコーン化学（付加硬化 対 過酸化物硬化）：LSRは白金触媒による付加硬化システムを使用します。このプロセスは非常にクリーンで高速であり、副生成物を生成しません。これは、一部のHCRに使用される過酸化物硬化システムよりも優れており、後者は残留物を残し、より徹底した後硬化プロセスを必要とする場合があります。
② CAD/CAM：コンピュータ支援設計（CAD）ソフトウェアを使用して部品の3Dモデルを設計します。次に、コンピュータ支援製造（CAM）ソフトウェアがこの設計を、金型を製作する機械への指示に変換します。
③ 金型製作（CNCおよびEDM）：LSR用の高精度スチール金型は、全体的な形状加工にはCNC（コンピュータ数値制御）加工を、フライス加工が難しい微細なディテール、鋭いコーナー、複雑なテクスチャの作成にはEDM（放電加工）を使用して製造されます。
2.下流工程：
① 後硬化：LSRは金型内で完全に硬化しますが、一部の部品、特に医療用や食品接触用途向けの部品は後硬化工程を経ます。これは、残留する揮発性有機化合物（VOC）を追い出し、最大の安定性と不活性を確保するために、部品をオーブンで数時間加熱することを含みます。
2.投与と計量：成形機の専用投与ユニットは、ポンプを使用してAおよびB成分を容器から正確な体積比1:1で引き出します。着色が必要な場合は、3番目のカラーペーストの流れがシステムに正確に計量されます。
3.混合：A剤とB剤（および着色剤）はスタティックミキサーへ送り込まれます。この装置には一連のらせん状のエレメントが備わっており、材料の流れを繰り返し分割・再結合することで、熱や空気を混入させることなく完全に均一な混合を実現します。
4.注射：混合された未硬化のLSRは、早期硬化を防ぐために水冷された射出バレルに供給されます。次に、スクリューまたはプランジャーが、冷却されたノズルとランナーシステムを通して正確な「ショット」の材料を加熱された金型キャビティに射出します。
5.硬化（加硫）：金型は150°C～200°C（300°F～390°F）の温度に加熱されます。この強い熱により、白金触媒による架橋反応が開始されます。液状シリコーンは、わずか20～60秒で固く弾力性のあるゴム部品へと急速に変化します。
6.脱型と離型：硬化が完了すると金型が開きます。LSRの柔軟性により、アンダーカットがあっても部品を取り出せることが多く、エジェクターピンやロボットによる自動化で補助される場合もあります。次のサイクルはすぐに始まります。
② ゲート：材料がキャビティに入る箇所です。滑らかで均一な充填を確保し、最終部品の外観上の欠陥を避けるため、ゲートの位置とサイズを最適化する必要があります。
③ 金型のシール：低粘度のLSRが漏れてフラッシュを引き起こすのを防ぐため、金型の両半分は完全にシールされなければなりません。これには金型部品の極めて精密な機械加工が必要です。
3.材料選択の考慮事項：
① 硬度：用途が求める柔軟性または剛性にデュロメーター値を合わせます。
② 環境：部品は薬品、紫外線、または極端な温度にさらされますか？それに応じて標準グレード、フルオロシリコーン、またはその他の特殊グレードを選択してください。
③ 規制要件：その用途は医療用（USP Class VI）または食品グレード（FDA）への適合を必要としますか？
② 極低温バリ取り：完璧でバリのないエッジを必要とする用途では、部品を液体窒素の中でタンブリングすることができます。極度の低温により薄いバリが脆くなり、部品本体は柔軟で無傷のまま、バリだけがきれいに折れ落ちます。
③ 組立と自動化：完成したLSR部品は、より大きなアセンブリに組み込まれることがよくあります。射出成形の一貫性と精度により、自動組立ラインに理想的です。
3.代替プロセスと関連プロセス：
① シリコーン圧縮成形およびトランスファー成形：これらのプロセスは高粘度ゴム（HCR）を使用し、少量生産、よりシンプルな形状、または非常に大きな部品に適しています。これらは一般的にLSR成形よりも遅く、精度も低くなります。
② シリコーンによる3Dプリンティング：工具を必要とせずに、迅速な試作や高度に複雑でカスタマイズされた部品の作成を可能にする新興技術です。現在のところ、大量生産では速度が遅くコストも高いものの、設計検証や少量生産には優れたツールです。
