射出成形の表面仕上げ

はじめに

射出成形は、プラスチック部品を製造するための効果的なプロセスです。その利点は、高品質で表面仕上げされた部品を自然に生産できることです。そのため、内部部品の製造に使用される射出成形部品では、表面仕上げは重要でないように思われるかもしれません。

しかし、製品によっては、美的な魅力を超えた目的を果たすものもある。部品の性能、寿命、関連コストなどに影響を与える可能性があります。そのため、企業は厳しい表面仕上げの要件を設けている場合があります。

この詳細なガイドは、表面成形仕上げを理解し、十分な情報に基づいた決定を下すのに役立ちます。これにより、製品の成功が形づくられ、より高い結果がもたらされます。

射出成形の表面仕上げを理解する

射出成形において表面仕上げとは、部品表面の最終的な質感と平滑性を指します。表面仕上げは、成形品によって大きく異なります：

• 部品設計
• 型材
• 特定の射出成形パラメータ

これは単なる後付けではなく、射出成形金型自体に組み込まれていることを意味する。

メーカーが部品の表面仕上げを改善したい場合、設計者や製品エンジニアは金型キャビティの表面仕上げを改善しなければなりません。所望の表面仕上げを達成するために、様々なプロセスが適用されます。これには、サンディング、精密研磨、特殊なテクスチャリングなどが含まれます。

表面仕上げはポリッシュ仕上げからマット仕上げ、テクスチャー仕上げまである。部品によって必要とされる仕上げは異なります。例えば、高度に研磨された表面仕上げが必要な部品があります。これは、光学レンズのような反射面を作ります。

しかし、余分な表面仕上げの要求はコスト増につながる。それ以外にも、以下のようなさまざまな影響を及ぼす可能性がある：

• 製造パラメータ。これには、金型キャビティ全体の材料フロー、サイクルタイム、射出、および関連要因が含まれます。
• 美的アピール
• 製品のグリップ感や手触りなどの機能性と人間工学
• 後処理手順
• 欠陥や排出の問題など、製造上のリスクや課題がある。

主な仕上げ基準

SPI（プラスチック工業会）表面仕上げ規格

SPI表面仕上げは、射出成形部品の主要な業界標準です。これらは、以前はSPI（プラスチック産業協会）として知られていたPIA（プラスチック産業協会）によって定義されています。簡単に言えば、これらは一般的で理解しやすい用語です。技術者でなくても、表面仕上げの要件を簡単に指定することができます。

SPIによると、射出成形には12の規格がある。それぞれ英数字で識別されています。これらの規格にはすべて、代表的な表面粗さ平均値（RA）と仕上げ方法が関連付けられています。これらは4つの主要な等級に分けられ、詳細に説明されています。これらは光沢仕上げからテクスチャー仕上げまであります。

• グレード A - 光沢 ( A-1, A-2, A-3)

A-1、A-2、A-3の表面仕上げを含むSPIグレードAは、反射率が高いように見える。すべてのプラスチック素材がこのような高い光沢を実現できるわけではない。ポリカーボネート（PC）やアクリルなどのプラスチックは、光沢のある表面仕上げに最適です。熱可塑性ポリウレタン（TPU）の場合、そのような仕上げはほとんど不可能です。耐摩耗性が高いため、ダイヤモンドバフは効果がありません。そこで使用されるのがダイヤモンドバフで、粒子が非常に細かいダイヤモンドペーストを使用します。これにより、光沢がありながら平坦な表面を得ることができる。主に、クリアケース、光学レンズ、医療部品などに使用されます。

• Bグレード-半光沢（B-1、B-2、B-3）

B-1、B-2、B-3表面仕上げを含むSPI等級Bは、等級Aよりも光沢が少ない。これらの仕上げを施す工程は目の細かいサンディングで、加工痕を効果的に隠します。ここでは、600番、400番、320番のグリットがよく使われる。グリット番号は表面仕上げの制御を示す。ほとんどのプラスチックは、半光沢の表面仕上げが適している。消費者向け製品や中研磨の部品に適している。

• グレードC - マット（C-1、C-2、C-3）

C-1、C-2、C-3表面仕上げを含むSPIグレードCは、光沢があるようには見えず、くすんでいます。この鈍い外観により、加工跡を隠すことができます。C-1、C-2、C-3表面仕上げは、高品質で一貫した表面仕上げを必要とする部品に研磨石を使用して施されます。これには、キーボード、ノートパソコンのフレーム、その他の構造部品が含まれます。

• Dグレード - テクスチャード（D-1、D-2、D-3）

D-1、D-2、D-3の表面仕上げを含むSPIグレードDは、粗くテクスチャーが施されている。その目的は、機械的用途に最適な摩擦面を作り出すことである。研磨材を表面に圧着するサンドブラスト加工により、表面に無方向性のパターンを形成し、粗い仕上げを実現します。

VDI/モールドテック・テクスチャー仕上げ

その他の表面仕上げ規格として、VDI 3400とMold Techがあります。これらについて詳しく説明しよう：
VDI 3400 ドイツ技術者協会（Society of German Engineers）が提唱する国際的な金型テクスチャ規格、VDI（Verein Deutscher Ingenieure）です。射出成形時に放電加工（EDM：Electrical Discharge Machining）を使用する場合のテクスチャー／粗面仕上げに関するものです。これは様々な技術で適用され、微細から粗粒までのテクスチャー表面仕上げをもたらす。その数値は表面粗さ（Ra）に相関しています。例えば、VDI 12はより滑らかな金型テクスチャーを表し、SPI C-1に相当します。

金型技術： また、きめ細かく粗いマット仕上げを与える金型テクスチャー仕上げの規格でもある。これらはMTコード（5桁の通し番号）で表される。テクスチャーには、幾何学的／装飾的パターン（砂、木、チェックなど）を含めることができます。モールドテック表面仕上げはAからDに分類され、それぞれにテクスチャーの深さと推奨ドラフトが関連付けられています。

さらに、仕上げの指定がない場合、多くの成形部品はSPI B-2スタイルの仕上げで作られています。これにより、部品の離型が容易になります。また、ツールマークが目立ちにくくなります。

仕上げは全体を覆う必要はない。外観が重要な部分だけに施すこともできます。例えば、不透明なパーツの外側には、カスタム化粧仕上げを使用できます。内側の表面はデフォルトの仕上げのままでかまいません。1つの金型キャビティで複数の仕上げを使用できます。異なる面を研磨したり、テクスチャ加工したり、標準のままにしたりできます。これはデザイン上必要な場合に行います。クリアパーツは扱いが異なります。多くの場合、両面を研磨します。これにより、透明度が向上し、ヘイズが減少します。

達成可能な仕上がりを左右する要因

素材の選択： ポリマーによって化学的・物理的性質が異なるため、挙動も異なる傾向があります。高度に研磨された表面には、欠点や目に見える跡が現れます。同時に、マット仕上げやくすんだ仕上げは、それらを完璧に隠します。そのため、素材の種類を慎重に選ぶことが常に重要です。

例えば、非結晶性樹脂はより均一な化粧品を作る能力があり、光沢のある表面を完璧に耐えることができる。一方、半結晶性ポリマーでは、冷却や収縮に対する敏感さが見られる。このため、高光沢に研磨した場合、見た目の均一性が低下する。

処理パラメーター： 表面仕上げに影響を与える射出成形のパラメーターには、さまざまなものがある。ここでは、流量、温度、圧力が主なものである。射出速度を速くすると、高温と相まって、高度に研磨された表面を達成することができる。高速充填では、流れによる繊維配向が最小限に抑えられる。また、ウエルドラインを目立たなくすることができ、より高品質な表面仕上げを実現することができる。同時に、充填が遅いと、常に結果が悪くなります。

ツーリング方法と状態： 金型そのものが "マスターサーフェス "なのです。そのため、さまざまな製造技術（機械加工、放電加工、研磨順序、ブラスト／エッチング／レーザーテクスチャリング）を使用して、金型がどのように作られるかが非常に重要です。さらに、その継続的な状態が表面仕上げに大きく影響します。アルミニウムや焼き入れ鋼のような金属製の工具を使用すると、最良の結果が得られます。

結論

結論として、表面仕上げが単なる美観以上の役割を果たすことは間違いない。これは射出成形部品の重要な部分であり、エンドユーザーに影響を与える可能性があります。仕上げのオプションには膨大な種類がありますが、設計する部品によって決めることができます。これらの仕上げ要件は射出成形金型の設計段階に組み込まれるため、早期に明確に定義する必要があります。これには、要求される標準、グレード、化粧ゾーンが含まれます。そうすることで、後でコストのかかる手直しをすることなく、金型の製作、テクスチャー加工、研磨を正確に行うことができます。