多材質射出成形
多材質成形は、射出成形が真に興味深くなる領域です。異なるプラスチックを組み合わせる、あるいはプラスチックと金属を組み合わせることで、単一材質部品では実現できない新たな可能性が広がります。剛性ハウジングへのソフトタッチグリップ、組立不要の一体成型シール、剛性部同士を接続するライブヒンジなどです。しかし同時に、材料の適合性、工程要件、設計制約を正しく理解しない限り、プロジェクトは深刻な失敗に陥りやすくなります。以下に、何が可能で、何が不可能かを順に解説します。
主なポイント
| アスペクト | 主な情報 |
| ------------ |
|---|
| 多材質成形の概要 |
| 基本概念および応用分野 |
| コスト検討事項 |
| プロジェクトの複雑さにより変動 |
| 最適実践法 |
| 業界ガイドラインに従う |
| 一般的な課題 |
| 予期せぬ事象への対応策を事前に計画 |
| 業界標準 |
| 適用可能な場合：ISO 9001、AS9100 |
多材質成形の種類
工程の概要
| 工程 | 説明 | 設備 | コスト水準 |
| ------ |
|---|
| ------ |
| ------------- |
| オーバーモールディング |
| 既成の基材上に別の材料を成形 |
| 標準機または2K機 |
| 中 |
| ツーショット（2K）成形 |
| 同一サイクル内で順次射出（金型回転式） |
| 専用2K成形機 |
| 高 |
| インサート成形 |
| 事前に配置した金属／プラスチックインサート周囲を成形 |
| 標準成形機 |
| 低～中 |
| コインジェクション |
| 表層材（スキン）と芯材（コア）を同時射出 |
| 専用成形機 |
| 高 |
| ロータリープレート方式 |
| ロータリープレートによる多材質成形 |
| ロータリー成形機 |
| 中～高 |
工程選定ガイド
| 要件 | 最適工程 |
| ------ |
|---|
| 剛性ハンドルへのソフトグリップ |
| オーバーモールディングまたは2K成形 |
| ハウジングへのシール一体化 |
| オーバーモールディングまたは2K成形 |
| プラスチック部品への金属ねじ部 |
| インサート成形 |
| 目立たない芯材 |
| コインジェクション |
| 結合不要の異色／異材質成形 |
| マルチショット成形 |
| 高量産・複雑な結合要求 |
| 2K成形 |
材料適合性
これは最も重要な要素です。すべてのプラスチックが互いに接着できるわけではなく、実際にはほとんどの組み合わせで接着しません。化学的適合性が接着の可否を決定し、その接着強度が部品の機能維持または破損を左右します。
接着メカニズム
| メカニズム | 作用原理 | 強度 |
| ------------ |
|---|
| -------- |
| 化学結合 |
| 分子鎖が相互に絡み合う |
| 優秀 |
| 機械的嵌合 |
| アンダーカットにより物理的に固定 |
| 良 |
| 付着（アヘージョン） |
| 表面間の引力 |
| 可 |
| 無結合 |
| 材料同士が反発する |
| 不良 |
材料適合性チャート
凡例：✓ = 良好な結合｜○ = 結合可能（試験必須）｜✗ = 結合不可
| 基材 → | ABS | PC | PP | PPE | Nylon | PBT | POM |
| --------- |
|---|
| ----- |
| ----- |
| ------ |
| -------- |
| -------- |
| ------ |
| TPE-S |
| ✓ |
| ✓ |
| ○ |
| ○ |
| ○ |
| ✓ |
| ✗ |
| TPE-V |
| ○ |
| ○ |
| ✓ |
| ✓ |
| ○ |
| ○ |
| ✗ |
| TPU |
| ✓ |
| ✓ |
| ✗ |
| ✗ |
| ✓ |
| ✓ |
| ✗ |
| Silicone |
| ✗ |
| ✗ |
| ✗ |
| ✗ |
| ✗ |
| ✗ |
| ✗ |
| ABS |
| ✓ |
| ✓ |
| ✗ |
| ✗ |
| ○ |
| ✓ |
| ✗ |
| PC |
| ✓ |
| ✓ |
| ✗ |
| ✗ |
| ○ |
| ✓ |
| ✗ |
| PP |
| ✗ |
| ✗ |
| ✓ |
| ✓ |
| ✗ |
| ✗ |
| ✗ |
| Nylon |
| ○ |
| ○ |
| ✗ |
| ✗ |
| ✓ |
| ✓ |
| ✗ |
| POM |
| ✗ |
| ✗ |
| ✗ |
| ✗ |
| ✗ |
| ✗ |
| ✓ |
主な適合性ルール
良好な組み合わせ：
-
ABS、PC、ABS/PCブレンドへのTPE
-
ABS、PC、ナイロンへのTPU
-
PPベースTPVへのPP、PE
-
同一族の材料同士（相互適合性が高い）
困難な組み合わせ：
-
アセタール（POM）へのあらゆる材料（ほとんど接着不可）
-
ポリオレフィン（PP、PE）と非ポリオレフィン系材料
-
シリコンと他のすべての材料（プライマーまたは機械的ロックが必要）
化学結合が不可能な場合の対策
機械的嵌合を活用：
| 嵌合特徴 | 説明 | 保持強度 |
| ----------- |
|---|
| ------------- |
| 通孔 |
| 柔軟材が剛性材の孔を貫通して流れる |
| 高 |
| アンダーカット |
| 柔軟材が剛性材の形状を包み込む |
| 高 |
| テクスチャード表面 |
| 表面積を増加させる |
| 中 |
| ドービルト |
| 角度付き機械的ロック |
| 非常に高 |
ツーショット（2K）成形の詳細解説
作動原理
-
第1ショット： 主材料（通常は剛性材）を射出
-
回転： コアが第2キャビティ位置へ回転
-
第2ショット： 副材料（通常は柔軟材）を射出
-
脱型： 両材料が結合された完成部品が得られる
2K成形機の要件
| 仕様 | 一般的な範囲 |
| ------ |
|---|
| 射出ユニット数 |
| 2（水平／垂直または並列配置） |
| クランプ力 |
| 50–2,500トン |
| ロータリープレート |
| インデックス式またはサーボ駆動 |
| ショットサイズ比（主：副） |
| 10:1 ～ 1:1 |
2K成形 vs. オーバーモールディング
| 項目 | 2K成形 | オーバーモールディング |
| ------ |
|---|
| -------------------------- |
| サイクルタイム |
| 短い（単一サイクル） |
| 長い（2サイクル＋搬送） |
| 金型コスト |
| 高（$80K–200K+） |
| 低（$40K–100K × 2） |
| 接着強度 |
| 優れている（高温基材） |
| 変動幅大 |
| 部品取扱い |
| 不要 |
| 基材の搬送が必要 |
| 適用量産規模 |
| 大量生産 |
| 中～大量生産 |
| 占有床面積 |
| 1台の機械 |
| 2台の機械 |
2K成形の設計ガイドライン
| パラメータ | ガイドライン | 理由 |
| ------------- |
|---|
| ------ |
| 柔軟材の最小肉厚 |
| 0.8–1.2 mm |
| 充填不良および接着不良防止 |
| 化学結合時の重なり量 |
| 1.5–2.0 mm |
| 十分な接触面確保 |
| 機械的嵌合時の重なり量 |
| 3.0–5.0 mm |
| 嵌合構造の実現 |
| 柔軟材の抜模勾配 |
| 2–3° |
| 脱型容易性向上 |
| シャットオフ面の最小幅 |
| 5 mm以上 |
| フラッシュ防止 |
金属インサートを用いたインサート成形
一般的なインサートの種類
| インサート種別 | 使用材料 | 応用例 |
| ---------------- |
|---|
| ---------- |
| ネジ付き黄銅インサート |
| 黄銅、鋼 |
| サクリファイボス補強 |
| 電気接点 |
| 銅、黄銅 |
| コネクタ、スイッチ |
| 構造補強材 |
| 鋼、アルミニウム |
| 高負荷部位 |
| マグネット |
| NdFeB、フェライト |
| モータ、センサ |
| ベアリング |
| 青銅、鋼 |
| 可動機構 |
インサート設計ガイドライン
| パラメータ | 仕様 | 理由 |
| ------------- |
|---|
| ------ |
| ノッキング |
| ダイヤモンドまたはストレート、深さ0.3–0.5 mm |
| 抜け出し抵抗向上 |
| アンダーカット |
| 円周方向溝 |
| 軸方向保持力向上 |
| インサート周囲の壁厚 |
| プラスチック壁厚の1.5倍以上 |
| 割れ防止 |
| エッジからの距離 |
| インサート直径の2倍以上 |
| フラッシュ・割れ防止 |
| インサートの予熱 |
| 150–300°F（65–149°C） |
| 接着性向上、残留応力低減 |
インサート装填方法
| 方法 | 量産性 | 精度 | コスト |
| ------ |
|---|
| -------- |
| -------- |
| 手動装填 |
| 低 |
| 変動幅大 |
| $ |
| フィクスチャ支援手動 |
| 中 |
| 良 |
| $$ |
| ピック＆プレースロボット |
| 高 |
| 優秀 |
| $$$ |
| ボウルフィーダ＋ロボット |
| 非常に高 |
| 優秀 |
| $$$$ |
工程パラメータ
オーバーモールディングの重要パラメータ
| パラメータ | 設定方針 |
| ------------- |
|---|
| 基材温度 |
| 変形しない範囲で可能な限り高温 |
| 第2ショットの溶融温度 |
| 流動性・接着性向上のため上限寄り |
| 射出速度 |
| 中程度（過速はジェッティング原因） |
| パック圧 |
| 通常より低め（基材変形防止） |
| パック時間 |
| ゲート凍結まで（基材への応力過大防止） |
代表的なパラメータ範囲
| 材料組み合わせ | 基材温度 | 溶融温度 | 金型温度 |
| ------------------ |
|---|
| -------------- |
| -------------- |
| TPE／ABS |
| 150–180°F |
| 380–420°F |
| 80–120°F |
| TPE／PC |
| 180–220°F |
| 400–440°F |
| 100–140°F |
| TPE／PP |
| 100–130°F |
| 360–400°F |
| 70–100°F |
| TPU／Nylon |
| 150–180°F |
| 380–430°F |
| 80–100°F |
業界別応用例
消費者向けエレクトロニクス
| 応用 | 材料 | 利点 |
| -------- |
|---|
| -------- |
| スマートフォンケース |
| 剛性PC＋柔軟TPEエッジ |
| 落下耐性 |
| ツールグリップ |
| Nylon＋TPEグリップゾーン |
| 人間工学的快適性 |
| リモコン |
| ABS＋ソフトボタン |
| 触感向上 |
自動車
| 応用 | 材料 | 利点 |
| -------- |
|---|
| -------- |
| ドアハンドル |
| ABS/PC＋ソフトタッチ |
| 高級感 |
| ウェザーストリップ |
| 剛性キャリア＋EPDMシール |
| 一体成型シール |
| ステアリングホイール |
| 金属インサート＋フォーム＋表皮 |
| 安全性・快適性 |
医療機器
| 応用 | 材料 | 利点 |
| -------- |
|---|
| -------- |
| 外科用器具 |
| 金属インサート＋ポリマーハンドル |
| 人間工学的設計・滅菌対応 |
| 薬剤送達装置 |
| 剛性ハウジング＋柔軟シール |
| 一体成型シール |
| 診断機器ハウジング |
| PC＋TPEグリップ |
| ユーザーインターフェース最適化 |
産業機器
| 応用 | 材料 | 利点 |
| -------- |
|---|
| -------- |
| 電動工具ハウジング |
| ガラス充填ナイロン＋ゴムグリップ |
| 振動吸収 |
| コネクタ |
| 金属端子＋エンジニアードプラスチック |
| 一体成型組立 |
| バルブ |
| POM本体＋EPDMシール |
| 耐薬品性 |
多材質部品の評価試験
接着強度試験
| 試験種別 | 方法 | 合格基準 |
| ------------ |
|---|
| -------------- |
| ペール試験（90°） |
| 層間剥離に必要な力 |
| 消費財向け：>15 N/cm |
| シアー試験 |
| 接着面に平行な力 |
| 用途に応じて規定 |
| プルアウト試験 |
| インサートに対する引張力 |
| 使用荷重の2–3倍 |
| サイクル試験 |
| 繰返し応力負荷 |
| N回後も分離なし |
環境試験
| 試験 | 条件 | 確認項目 |
| -------- |
|---|
| -------------- |
| 熱サイクル試験 |
| −40°C ～ +85°C、100サイクル |
| 剥離、亀裂 |
| 湿熱試験 |
| 85°C／85% RH、500時間以上 |
| 接着劣化 |
| 耐薬品性試験 |
| 用途に応じた液体 |
| 材料適合性 |
| 耐紫外線試験 |
| 500時間以上（加速） |
| 色調変化、劣化 |
一般的な問題のトラブルシューティング
| 問題 | 原因の可能性 | 解決策 |
| -------- |
|---|
| ------------ |
| 接着不良 |
| 材料不適合 |
| 適合性確認、機械的嵌合追加 |
| 接着強度不足 |
| 基材温度が低すぎる |
| 基材温度上昇、搬送時間短縮 |
| 界面でのフラッシュ |
| パック圧過大 |
| パック圧低減、シャットオフ改善 |
| 柔軟材の収縮 |
| 工程パラメータ不適 |
| パック圧増加、溶融温度低減 |
| ウォーピング |
| 収縮率差 |
| 収縮率バランス調整、設計見直し |
| インサート抜け出し |
| 保持力不足 |
| アンダーカット追加、ノッキング深さ増加 |
| インサート周囲の亀裂 |
| 残留応力 |
| インサート予熱、壁厚再設計 |
コスト検討事項
2K成形の経済性
| コスト要素 | 2K成形 | 組立代替案 |
| -------------- |
|---|
| ---------------- |
| 金型コスト |
| $120K– |