シリコントランスファー成形 - 完全ガイド

シリコン トランスファー モールディング (STM) は、高精度のシリコン部品を製造するための信頼性が高く効率的な方法です。

この記事では、STMプロセスについて、その動作原理、主要な手順、そして応用例を含めて解説します。また、その利点、限界、そして他の成形技術との比較についても解説します。さらに、この製造方法をより深く理解していただくために、よくある質問への回答も掲載しています。

シリコントランスファー成形とは何ですか?

シリコン トランスファー モールディング (STM) は、医療機器のハンドルや電子部品のカプセル化など、高精度のシリコン部品を作成するために使用される製造プロセスです。 複雑な形状と厳しい公差が求められる製品に特に適しています。STMプロセスでは、未硬化シリコーンを加熱された金型に圧力をかけながら注入し、硬化させることで最終製品を成形します。この方法は柔軟性と耐久性に優れており、医療分野など、生体適合性が求められる用途に特に適しています。

シリコントランスファー成形はどのように機能しますか?

シリコーントランスファー成形は、非常に効率的で精密な製造プロセスです。熱と圧力を組み合わせることで、優れた材料流動性と精密な金型複製を実現します。金型の準備から最終的な後処理まで、各工程が優れた製品性能の実現に重要な役割を果たします。シリコーントランスファー成形の重要な工程をご紹介します。

金型の準備：品質の基盤

型の準備が最初のステップです。

金型は通常、高張力鋼またはアルミニウムで作られ、製品の形状と品質を決定づけます。耐久性の高さから鋼製金型が選ばれることが多く、サイクルタイムを短縮できるアルミニウム製金型も選択肢となります。金型は高精度に製造されなければならず、部品が完璧な仕上がりになるよう設計されています。

生産開始前に、金型は洗浄され、シリコン系スプレーやPTFEコーティングなどの離型剤でコーティングされます。このコーティングは、金型の固着を防ぎ、製品の取り外しを容易にし、金型の寿命を延ばします。

材料の準備：シリコンの準備

シリコーントランスファー成形では、ベースシリコーンと硬化剤の混合物を使用します。最終製品の化学的性質を均一に保つには、これらの成分を正確な割合で混合する必要があります。一般的な混合比は、具体的な配合と求められる特性に応じて、10:1から20:1（ベースシリコーン：硬化剤）の範囲です。

シリコーン材料は、粉末、顆粒、シートなど、様々な形状で提供されます。高稠度ゴム（HCR）は、液状シリコーンゴム（LSR）に比べて優れた機械的特性を持つため、トランスファー成形でよく使用されます。

混合後、予め計量されたシリコーンがトランスファー成形機のリザーバー（トランスファーポット）に配置されます。このリザーバーは通常、トランスファー前の流動性を向上させるために予熱機能を備えて設計されています。

転写段階：シリコンの成形

金型を準備し、シリコーンを充填したら、金型を閉じます。機械のプランジャーがトランスファーポット内の加熱されたシリコーンに圧力をかけます。一般的なトランスファー圧力は、シリコーンの粘度と金型設計の複雑さに応じて、500～2,000psi（ポンド/平方インチ）の範囲です。

加熱によりシリコーンの粘度が低下し、液体のように流動するようになります。圧力下で材料はゲートとランナーシステムを通過し、金型のすべてのキャビティに充填されます。流動性を最適化し、エアの閉じ込めを防ぐため、金型には閉じ込められたガスを逃がすためのベントチャネルが設計されることがよくあります。

この熱と圧力の組み合わせにより、型の細部まで正確に複製されます。

硬化：部品に強度を与える

型に充填したら、次のステップは硬化、つまり加硫です。

転写工程で発生する熱によって硬化剤が活性化し、シリコーン分子間の架橋反応が引き起こされます。硬化温度は通常150℃～200℃（302°F～392°F）の範囲で、硬化時間は部品の厚さに応じて30秒～数分程度です。

この化学プロセスにより、柔らかいシリコーンが硬く永続的な形状に変化し、成形品に強度、弾力性、耐久性を与えます。より高い機械的強度が求められる部品の場合は、200℃のオーブンで数時間、二次硬化を行う必要がある場合があります。

型から外して取り出す：最終製品の取り出し

硬化後、型が開きます。

完成したシリコン部品を取り出すには、金型内にエジェクタピンを配置します。部品の変形を防ぐため、これらのピンの配置と圧力を慎重に制御する必要があります。

これらのピンは、成形品を損傷することなく優しく押し出します。場合によっては、成形品の取り出し時に部品にかかるストレスを軽減するために、真空アシスト脱型システムが使用されることもあります。

部品の完全性を維持するためには、このステップでの慎重な取り扱いが不可欠です。

後処理：最後の仕上げ

成形したばかりのシリコン部品には、金型のパーティングラインに沿ってバリと呼ばれる余分な材料が残ることがあります。これは後工程で除去する必要があります。バリの厚さは、金型の精度と成形時の型締め力によって異なりますが、通常は0.05mmから0.2mm程度です。

さらに、追加の表面処理や品質検査が必要になる場合もあります。一般的な後処理方法としては、接合用途で表面の密着性を高めるプラズマ処理や、部品を凍結させてタンブル加工し、余分な材料を除去する極低温バリ取りなどがあります。

これらの最終ステップにより、シリコン部品が必要な寸法および美的基準をすべて満たしていることが保証されます。

利点と限界：長所と短所を比較検討する

シリコーントランスファー成形は柔軟性と高品質な結果をもたらすため、多くの業界に最適です。しかし、他の製造プロセスと同様に、考慮すべき利点と限界があります。

シリコーントランスファー成形の利点

• 柔軟性と耐久性シリコーントランスファー成形は、複雑な形状の部品の製造に最適です。この成形プロセスにより、他の方法では実現が難しい複雑なデザインや微細な特徴を実現できます。
• 挿入統合の容易さ: 成形時にインサート部品や金属部品をシリコーン部品に直接組み込むことが容易です。これにより、追加の組み立て工程が削減され、時間と人件費を節約できます。
• シンプルな設計と制御可能なコストシリコーントランスファー成形金型の全体的な設計は比較的シンプルで、特に中小規模のバッチ生産においてコスト効率の高いプロセスを実現します。特定の用途において、コストと性能のバランスが優れています。

シリコーントランスファー成形の限界

• 硬化時間が長いシリコーントランスファー成形の硬化時間は1分から15分程度で、射出成形よりも長くなります。そのため、特に大量生産の場合、生産速度が低下する可能性があります。
• 材料廃棄物材料の準備と輸送段階では、ある程度の無駄が生じる可能性があります。これは効率性に影響を与え、材料コストの増加につながる可能性があります。
• エアトラッピング：転写工程中に空気が閉じ込められることがあります。これは最終製品に気泡などの欠陥を引き起こし、品質に影響を与える可能性があります。この問題を防ぐには、適切な換気と工程の慎重な管理が必要です。

シリコーントランスファー成形の用途

シリコーントランスファー成形は、その柔軟性と金属インサートの組み込み能力により、様々な業界で広く利用されています。主な用途は以下のとおりです。

STM は、精密で高性能な部品を作成できる能力を備えているため、耐久性と信頼性の高いコンポーネントを提供し、これらの業界に最適です。

よくある質問

読者がシリコーン トランスファー成形 (STM) をよりよく理解できるように、よくある質問をいくつか紹介します。

STM の費用はいくらですか?

STMのコストは、バッチサイズと部品の複雑さによって異なります。一般的に、設備と材料のコストがかかるため、圧縮成形よりも高くなります。

STM にはどれくらいの時間がかかりますか?

各サイクルは通常約 30 ～ 45 秒かかり、硬化時間は部品のサイズに応じて 1 ～ 15 分の範囲になります。

STM は医療機器に適していますか?

はい、STM は生体適合性と耐熱性を備えているため医療業界で広く使用されており、手術用ハンドル、インプラント、その他の医療部品の製造に最適です。

STM と射出成形の違いは何ですか?

STMは低圧（1500～2000psi）を使用するため、中小規模のバッチ生産や複雑な形状に適しています。一方、射出成形は高圧を使用するため、大規模生産に適しています。

結論

シリコーントランスファーモールディングは、精度、耐久性、柔軟性に優れた汎用性の高い技術です。硬化時間が長く、材料の無駄が発生する可能性があるなどの制約はあるものの、複雑な形状を成形し、インサートを組み込むことができるため、多くの業界にとって貴重なソリューションとなっています。STMプロセスとその利点を理解することで、メーカーはニーズに最適な成形方法を選択することができます。