シリコン圧縮成形

どのシリコーン製造方法を選べばいいのかお悩みですか？一般的な製造方法をご紹介します。シリコーン圧縮成形は、広く使用されているシリコーン製造プロセスです。このガイドでは、圧縮成形の概要、そのワークフロー、主要な製造パラメータ、メリット、デメリット、そして用途についてご紹介します。

圧縮成形とは何ですか?

シリコーン圧縮成形は、シリコーンの製造プロセスです。加熱された金型に計量したシリコーン化合物を流し込み、圧力をかけて部品を成形します。金型は目的の製品の形状に合わせて設計され、シリコーンは加熱と圧力によって硬化します。このプロセスは、コスト効率、優れた寸法安定性、設計の柔軟性などの利点があり、特に小ロットから中ロットの生産に適しています。

圧縮成形に適した材料は何ですか?

シリコーンの圧縮成形では、主に特定の種類の材料が使用されます。それぞれに独自の特性があり、さまざまな用途に適しています。

注記： 液状シリコーンゴム（LSR）もシリコーンの一種ですが、圧縮成形には適していません。LSRは非常に流動性が高く、射出成形用に設計されています。圧縮成形では、粘度が低いため制御が難しく、金型のパーティングラインから溢れ出す可能性があるため、このプロセスには適していません。

圧縮成形はどのように機能しますか?

1. 材料の準備

• シリコン混合: 原料シリコーンゴムは、硬化剤、着色ペースト、強化剤と正確な比率で混合されます。この工程は、最終製品の色、硬度、強度に直接影響します。
• 切断と計量： 混合された材料はブロックまたはシート状に切断され、製品のサイズと重量に基づいて慎重に計量されます。材料が少なすぎると部品が不完全になる可能性があり、多すぎると無駄やバリが発生します。
• 事前成形（オプション）: 複雑な金型や多数個取りの金型の場合、材料をキャビティに近い形状に事前に成形すると、充填効率が向上し、余分なバリが減ります。

2. 型の準備

• 洗浄剤および離型剤: 金型の表面は清潔で埃のない状態にしてください。離型剤を軽く均一にスプレーすると、製品に跡が残らず、スムーズに離型できます。
• 金型の予熱： 金型は必要な硬化温度（通常は150℃～200℃）まで加熱されます。均一な加熱により、成形中にシリコーンが迅速かつ均一に硬化します。

3. 正確な装填としっかりとした閉鎖

• 材料の配置: シリコンブロックは金型のキャビティに直接配置されます。適切な配置は、完成品の精度と均一性に影響を与えます。
• 閉じて加圧する： プレス機は金型をしっかりと閉じます。その後、通常10～100MPaの高圧が加えられます。この熱と圧力によって、シリコーンがキャビティの隅々まで流れ込み、閉じ込められた空気を押し出します。これにより気泡の発生を防ぎ、完全な充填が保証されます。

4. 加熱・加圧硬化

ここで魔法が起こります。高温高圧下で、硬化剤が化学架橋反応を引き起こします。シリコーンは柔らかく成形しやすい素材から、強く弾力性のある固体へと変化します。

硬化時間は、厚さ、シリコンの種類、温度によって異なります。通常は数秒から数分程度です。

5. 型抜きと仕上げ

型を開ける：

硬化したら型を開き、シリコン部分を取り出します。

後処理:

• フラッシュ除去:

エッジ周りの余分なシリコンは、外観を向上させるために除去されます。除去方法には、手作業によるトリミング、打ち抜き、極低温バリ取り、表面研磨などがあります。

• 後硬化（オプションですが推奨）:

高級シリコーン製品、特に食品グレードや医療グレードでは、二次硬化が頻繁に行われます。部品はオーブンで150～200℃で数時間焼成されます。これにより架橋が促進され、残留揮発分が除去され、耐久性、安定性、生体適合性が向上します。

清掃と検査：

最終製品は必要に応じて洗浄され、サイズ、外観、性能がチェックされ、すべての品質基準を満たしているかどうかが確認されます。

圧縮成形に必要な設備と金型の要件は何ですか?

効率的で高品質のシリコン圧縮成形を実現するには、適切な成形装置を選択し、適切に設計された金型を持つことが重要です。

成形装置

圧縮成形機の種類と設定は、製品の品質と生産速度に直接影響します。主な要件は次のとおりです。

• 垂直または水平プレス： 工場のレイアウト、製品サイズ、そしてオペレーションの好みに応じてお選びください。垂直プレスは省スペースで、手作業での積み込み・積み下ろしが容易です。水平プレスは、特定の自動化設備に適している場合があります。
• 正確な温度制御（±1°C）： シリコーン加硫は熱に非常に敏感です。金型温度を±1℃以内に維持するシステムは、均一な硬化と安定した製品品質を確保するのに役立ちます。温度変動は、硬化不足、硬化過多、または焦げ付きにつながる可能性があります。
• 自動脱型またはエジェクタシステム（オプション）: 大量生産や複雑な形状の部品の場合、自動イジェクターは効率性の向上に役立ちます。手作業を減らし、部品の取り出し時に損傷するリスクを低減します。
• 真空機能: 真空システムを備えた機械は、圧力をかける前に金型キャビティ内の空気を除去できます。これにより、製品の品質が向上し、気泡が減り、ボイドの発生を防ぐことができます。特に、完璧な外観と構造が求められる製品に有効です。

金型設計のヒント

金型は圧縮成形の心臓部です。優れた設計は製品の精度、外観、そして効率を向上させます。

• 通気溝: 金型のパーティングラインに小さなベントチャネルを設けることで、シリコーンがキャビティに充填される際に発生する空気を逃がすことができます。これにより、気泡、ショートショット、焼けの発生リスクが低減され、製品の仕上がりが滑らかになります。
• パーティングラインの位置: パーティングラインは、余分な材料のトリミングのしやすさと完成品の見た目に影響します。巧妙な設計により、パーティングラインを隠してトリミングを容易にすることができます。これにより、作業時間の短縮と外観の向上につながります。
• 空洞内のシリコンの配置： これは、圧力下でシリコーンがどのように広がり、流れるかを指します。適切に設計された金型は、シリコーンをキャビティに均一に充填し、バリ、変形、不完全な部品などの問題を回避します。
• 冷却システム（オプション）: シリコーンは熱硬化性ですが、金型に冷却チャネルを追加することでサイクルタイムを短縮できます。脱型後の急速冷却により、次の生産工程がスピードアップし、全体的な効率が向上します。

その利点は何ですか?

少量から中量の生産にコスト効率に優れています。

シリコーン圧縮成形は、初期費用が低いため、小規模から中規模の生産ロットにおいて費用対効果に優れています。このプロセスで使用される金型は、射出成形よりもシンプルで安価であるため、試作品、カスタムパーツ、または特殊なデザインの製品に最適です。

強くて耐久性のある部品:

圧縮成形されたシリコン部品は安定した構造を持ち、過酷な環境、極端な温度、反復的なストレスに耐えることができるため、自動車、医療、電子機器などの業界の重要な用途に適しています。

多様な素材オプション:

シリコーン圧縮成形は、高温加硫シリコーンから液状シリコーンゴムまで、幅広い種類のシリコーンに対応できます。この柔軟性により、メーカーは硬度、柔軟性、耐薬品性といった特定の性能要件に最適な材料を選択できます。

廃棄物の削減:

圧縮成形では、射出成形と比べると材料の無駄が最小限に抑えられます。射出成形では、通常、成形プロセス後に余分な材料が切り取られます。

デメリットは何ですか?

長いサイクルタイム

圧縮成形は少量生産には効率的ですが、サイクルタイムは一般的に射出成形よりも長くなります。加熱、硬化、冷却のプロセスに時間がかかり、全体的な生産速度に影響を与えます。

労働集約的なプロセス

圧縮成形では、金型への材料の投入や硬化の監視など、より多くの手作業が必要になります。そのため、自動化された方法に比べて、人件費が高くなり、効率が低下することがよくあります。

生産規模の制限

シリコーン圧縮成形は、小規模生産に適しています。大規模生産の場合は、サイクルタイムが短く、自動化が進み、大量生産にも対応できる射出成形やトランスファー成形などの方法の方が効率的です。

シリコーン圧縮成形の用途

シリコーン圧縮成形は、様々な業界で広く利用されています。以下の表は、自動車、医療、家電製品など、このプロセスの多様な用途を示しています。

結論

シリコーン圧縮成形は、小中ロット生産におけるコスト効率、高精度、材料選択の柔軟性など、多くのメリットをもたらします。しかし、サイクルタイムの延長、労働集約性の高さ、大量生産に向けたスケールアップの制約など、課題も抱えています。メーカーは、生産量、材料要件、プロジェクトに必要な精度レベルなどの要素を考慮し、これらの長所と短所を慎重に検討する必要があります。