はじめに: 単なる「ソフトタッチ」以上のもの
最後に高品質の電動工具や高級歯ブラシを購入したときのことを思い出してください。おそらく、その下には硬くて頑丈なプラスチックの構造があると感じましたが、手は柔らかくて滑りにくいゴムの表面に置かれていました。 2 つの別々の部分が接着されているようには感じられませんでした。単一の統一されたオブジェクトのように感じられました。
それが力です オーバーモールディング .
カスタム製造の世界では、耐久性と快適さのどちらか、または機能性と美しさのどちらかを選択することを迫られることがよくあります。オーバーモールディングを使用すると、その選択肢がなくなります。これにより、設計者は複数の材料を 1 つの部品に組み合わせて、硬質プラスチックの構造的完全性と柔らかいエラストマーの触感上の利点を融合させることができます。
しかし、オーバーモールディングは単に手触りを良くするだけではありません。エンジニアや B2B バイヤーにとって、これは、組立ラインを簡素化し、湿気を遮断し、振動を吸収できる戦略的な製造上の決定を表し、同時に総生産コストを削減することができます。
オーバーモールディングとは何ですか?
オーバーモールディングの本質は、1 つの材料 (通常は軟質ゴムまたは熱可塑性エラストマー) を 2 番目の材料 (通常は硬質プラスチック) 上に直接成形する射出成形プロセスです。
これは 2 段階の関係であると考えるとわかりやすいでしょう。
- 基板: これがベース部分です。通常、「骨格」または構造を提供するのは、ポリカーボネートや ABS などの硬質プラスチックです。
- オーバーモールド: こちらは成形した素材です 終わった 基板。それは「スキン」として機能し、グリップ、色、または保護を提供します。
ゴム製バンパーをプラスチックの箱にねじ込むような単純な組み立てとは異なり、オーバーモールドでは永久的な結合が形成されます。この結合は、化学的 (材料が分子レベルで溶け合う) または機械的 (オーバーモールドが基板のアンダーカットや穴に流れ込んで固定される) のいずれかで実現されます。
オーバーモールディングの利点
なぜわざわざツーショット金型を設計したり、2 つの異なる材料を管理したりする必要があるのでしょうか?なぜなら、製品価値における見返りは莫大だからです。メーカーがカスタム パーツにオーバーモールドを選択する理由は次のとおりです。
1. 強化されたグリップと人間工学
これが最も目に見えるメリットです。ハンドヘルド デバイスを設計している場合、それが手術器具であれ、バーコード スキャナであれ、ユーザーの疲労は大きな問題です。硬いプラスチックのハンドルは濡れたり汗をかいたりすると滑りやすくなります。 TPE (熱可塑性エラストマー) 層をオーバーモールドすることで摩擦と柔らかさが増し、製品をより安全に、長時間保持しても快適になります。
2. 美観とブランディングの向上
正直に言うと、見た目は重要です。プレーンなグレーのプラスチック製の筐体は機能的に見えますが、「高級」とは言えません。オーバーモールディングを使用すると、対照的な色やテクスチャを使用できます。黒いケースに明るいオレンジ色のゴム製バンパーを追加して、ブランドカラーを強調したり、タッチポイントを示したりできます。棚上で目立つ、高級感のある外観を製品に与えます。
3. 振動・騒音の低減
産業用途や自動車の内装では、部品のガタつきは低品質の兆候です。柔らかいオーバーモールド層は、内蔵の衝撃吸収材として機能します。モーターからの振動を減衰し、プラスチック同士のノイズを防ぎ、繊細な内部電子機器を衝撃による損傷から保護します。
4. 耐久性と保護力の向上
オーバーモールドにより効果的にシールが形成されます。ボタンや縫い目に柔らかい素材を成形することで、別途 O リングやガスケットを必要とせずに、デバイスの防水性や防塵性を高めることができます。また、耐衝撃性も備えています。デバイスが落下した場合、柔らかいオーバーモールドが衝撃エネルギーを吸収し、硬いコアを亀裂から保護します。
5. 組立簡素化によるコストダウン
これは直感に反するように思えるかもしれませんが、オーバーモールドにはより高価な工具が必要なのではないでしょうか?最初はそうです。ただし、オーバーモールドでは二次的な組み立てステップが不要になります。グリップをハンドルに接着したり、ガスケットをねじ込んだりするために、作業員にお金を払う必要はありません。これらの機能を成形プロセス自体に統合することで、人件費を削減し、接着剤 (面倒で失敗する可能性があります) の必要性を排除し、全体の生産時間を短縮します。
オーバーモールディングが見られる場所
オーバーモールディングを探し始めると、それがいたるところに存在することがわかります。さまざまな業界でさまざまな理由で使用されていますが、目標は常にユーザー エクスペリエンスを向上させることです。
- 自動車産業: すべては「プレミアムな感触」とノイズリダクションです。ダッシュボードにあるソフトタッチのノブ?それがオーバーモールドです。プラスチック特有の安っぽい空洞音を排除し、高級感のあるグリップ感を実現しました。
- 医療機器: ここでは、機能が形式よりも優先されます。外科医には濡れても滑らない器具が必要です。さらに、オーバーモールドにより細菌が隠れる隙間がなくなり、滅菌がより簡単かつ効果的に行われます。
- 家庭用電化製品: スマートフォンのケースや防水 Bluetooth スピーカーを思い浮かべてください。オーバーモールディングは、落下に耐えるために必要な衝撃保護と、水の侵入を防ぐために必要なシールを提供します。
- 産業用ツール: 電動ドリルやハンマーは衝撃を与えます。オーバーモールディングでは、耐衝撃性の素材を使用してツールのモーター ハウジングを保護し、作業者の手に伝わる振動を軽減し、長時間の勤務による怪我を防ぎます。
オーバーモールディング材料: 結合の化学
これは文字通り、ゴムが道路と出会う場所です。
完璧な形状で美しいパーツを設計できますが、化学的に適合しない材料を選択すると、オーバーモールドがステッカーのように剥がれてしまいます。オーバーモールディングを成功させるのは化学実験です。基板 (硬い部分) とオーバーモールド (柔らかい部分) を貼り合わせる必要があります。
ゲームで最も一般的なプレイヤーは次のとおりです。
1. 熱可塑性プラスチック (最も一般的な選択)
カスタム パーツの大部分では、熱可塑性エラストマー (TPE) または熱可塑性ポリウレタン (TPU) を扱うことになります。
- TPE (熱可塑性エラストマー): これは業界の主力製品です。汎用性が高く、着色しやすく、手触りも柔らかいです。ポリカーボネート (PC) や ABS などの一般的なプラスチックと非常によく接着します。歯ブラシのグリップや柔らかいハンドルを作成している場合は、おそらく TPE が最適です。
- TPU (熱可塑性ポリウレタン): TPE が「ソフトで快適」な選択肢なら、TPU は「丈夫な」選択肢です。摩耗、引っかき傷、化学物質に対する驚異的な耐性を備えています。電子機器のケースや、粗い表面を引きずられる産業用機器の底部に TPU が使用されているのをよく見かけます。
- TPV (熱可塑性加硫ゴム): より本物のゴムに近い素材です。耐熱性、耐候性に優れており、自動車のボンネット内部品や屋外のシールに最適です。
2. 熱硬化性樹脂（ゴムおよびシリコーン）
場合によっては、熱可塑性プラスチックだけでは十分ではありません。シリコーン (LSR) や天然ゴムのような極度の耐熱性や生体適合性が必要な場合があります。
- 液状シリコーンゴム (LSR): LSR は、医療用インプラントおよび高温調理器具のゴールドスタンダードです。ただし、それは難しいです。シリコーンは単に溶けるのではなく硬化（架橋）するため、当然多くのプラスチックと結合することは望ましくありません。オーバーモールドシリコンは通常、所定の位置に保持するために特殊な「自己接着」グレードまたは機械的インターロック (穴とアンカー) を設計に必要とします。
適切な材料を選択する方法
お客様がプロジェクトを持って当社に来られると、まず材料リストを絞り込むために 4 つの質問をします。
1. 基板とは何ですか?
これは最も重要な制約です。ベース部分がナイロンの場合は、ナイロンと接着するように特別に配合された TPE が必要です。ベース部品がポリプロピレンの場合は、別の TPE が必要です。私たちはよく「好きは好き」と言います。極性材料は他の極性材料と最も良く結合します。
2. 環境とは何ですか?
この部品はエアコンの効いたオフィス内で使用されますか、それともエンジンブロックにボルトで固定されますか?高い UV 暴露 (屋外) やオイルやグリース (自動車) に耐える必要がある場合、標準の TPE は劣化する可能性があります。そのような場合は、TPV または TPU に移行する可能性があります。
3. どれくらい柔らかく感じるべきですか?
を使用して硬度を測定します ショアA スケール。
- ショア 30A-40答え: 非常に柔らかく、ゲル状です（ゲルの靴の中敷きのような）。
- ショア60A-70答え: しっかりしていますが、柔軟性があります (車のタイヤや靴のかかとのように)。
- ショア90答え: 硬くて、ほとんど何も与えられません（ショッピングカートの車輪など）。
ほとんどのハンド グリップは 50A ～ 70A の範囲で快適に装着できます。
4. 摩擦と触覚
グリップの感触を「ベタベタ」（高摩擦）にするか、「シルキー」（低摩擦）にするか。高摩擦グリップはハンマーには最適ですが、ポケットに簡単に滑り込ませる必要があるデバイスには最悪です。
ボンディングの互換性に関する注意事項
このセクションから他に何も理解しない場合は、次のことを覚えておいてください。 化学的付着が重要です。
機械的なロックを設計することもできますが (詳細については「設計」セクションを参照)、真の化学結合によって最も強力な部品が作成されます。
- 親友: ABS およびポリカーボネートは一般に、TPE および TPU と非常によく接着します。
- 難しい人間関係: ナイロン (PA) と POM (アセタール) は接着が難しいことで知られています。多くの場合、接着を実現するには特殊で高価なグレードのオーバーモールド材料が必要です。
オーバーモールディング プロセス: 仕事を完了する 2 つの方法
部品をオーバーモールドする場合は、製造方法を選択する必要があります。通常、この選択は予算と生産量によって決まります。
オーバーモールディングを実現するには、一般に 2 つの方法があります。
1. インサート成形（柔軟な選択）
インサート成形 生産量が少ない場合、または金属部品にオーバーモールドする場合に最も一般的な方法です。
仕組み:
- 基板 (剛性部分) は、最初に別の機械で成形されます。
- 作業者 (またはロボット) が完成した硬い部品を取り出し、手作業でそれを 2番目 金型キャビティ。
- 機械が閉じ、柔らかい TPE が硬い部品の上に射出されます。
長所: 工具コストの削減 (標準的な機械を使用)。
短所: 人件費が高く（誰かが部品を移動する必要がある）、サイクルタイムが遅くなります。
2. ツーショット (2K) 成形 (高速の選択)
何百万もの歯ブラシや使い捨てカミソリを製造している場合、これがその方法です。 2 ショット成形には、2 つの射出ユニットを備えた専用の機械が必要です。
仕組み:
- 機械は硬質プラスチックを射出して基板を形成します。
- 通常、180 度回転するか、スライドするスチール コアを使用して、金型にスペースを作成し、すぐに 2 番目の材料 (TPE) を同じツールに注入します。
- パーツは完全に完成した状態で出てきます。
長所: 驚くほど速く、正確で、安定した品質。手作業での取り扱いがないため、汚染が少なくなります。
短所: 工具は高価です。複雑な回転金型と特殊な機械の代金を支払っていることになります。
設計上の考慮事項: 混乱を避ける方法
オーバーモールドの設計は、標準の射出成形よりも複雑です。 1 つのマテリアルの流れを管理しているだけではありません。異なる熱特性を持つ 2 つの材料の相互作用を管理しています。
ここでは、設計が製造可能であることを保証するために当社がエンジニアリングクライアントに提供する「黄金律」を示します。
1. 壁の厚さは重要です
標準的な成形と同様に、一貫性が重要です。 TPE 層が厚すぎると、冷えるにつれて大幅に収縮します。その下に硬い基板があるので、 しません それだけ収縮すると、パーツ全体が反ったり湾曲したりする原因になります。
- ルール: TPE の壁の厚さを均一に保ちます。通常、TPE の厚さは次のとおりであることをお勧めします。 0.5mmと3.0mm 。厚いものはヒケや反りを招きます。
2. 機械的インターロックを使用する (「ベルトとサスペンダー」アプローチ)
材料が化学的に適合する場合でも、常に設計を推奨します。 機械的インターロック 。これは、オーバーモールド材料を閉じ込めて剥がれないようにする物理的な特徴です。
シャツのボタンをかけるようなものだと考えてください。化学的接着は生地です。インターロックはボタンです。
- 穴: 基板に穴を設計すると、TPE が反対側に流れ出し、本質的に「キノコのように成長」して自身を閉じ込めます。
- アンダーカット: TPE が流入する剛性部品にダブテールまたは溝を作成します。
- ラップアラウンド: TPE を部品の端から裏側に巻き付けるだけで、物理的なアンカーが作成されます。
3. 「シャットオフ」を管理する
「シャットオフ」とは、柔らかい素材が停止し、硬いプラスチックが始まる部分のラインです。これは欠陥が最も発生しやすい場所です。
- スチールツールが基板を十分に強く押しつけないと、高圧 TPE がラインを超えて飛び散り、醜い「バリ」が発生します。
- デザインのヒント: 遮断ラインに溝や段差を設計します。鮮明できれいな移行を実現し、スチールツールがプラスチックにしっかりと密着してバリを防ぐのに役立ちます。
4. エッジをぼかさない
TPE 層が厚さがゼロになるまで先細になる (「フェザー エッジ」) ように設計することは避けてください。薄いゴムは弱いです。すぐに剥がれ、丸まり、破れてしまいます。
- 修正: TPE 層は常に溝の中で突然終了するか、壁と面一になるようにしてください。構造的な完全性を保つために、材料に十分な厚さ (少なくとも 0.5 mm) を端まで与えてください。
トラブルシューティング: 問題が発生した場合
経験豊富なエンジニアでも、オーバーモールディングに関する問題に遭遇します。 2 つの異なる材料と熱力学に取り組むため、誤差の許容範囲は標準の成形よりも小さくなります。ここでは、最も一般的な 3 つの欠陥とその修正方法を紹介します。
1. デラミネーション（剥離）
症状: 柔らかいオーバーモールドはステッカーのように硬い基板から剥がします。
原因: これはほとんどの場合、化学的不適合、または「冷たい基質」です。柔らかい材料が当たる前に硬い部品が冷えすぎると、分子結合が形成されません。
修正:
- 互換性を確認してください: 接着剤を使わずに TPE をナイロンに接着しようとしていますか?
- 基板を予熱します。 インサート成形では、硬い部品を金型に入れる前にオーブンで予熱することがよくあります。これにより、2 つの材料がより良く融合します。
2. フラッシュ (ザ・メッシー・エッジ)
症状: 余分な薄い材料が意図したデザインラインを超えてはみ出す。
原因: TPE は非常に流動性が高い (粘度が低い) ことがよくあります。スチールツールが硬い基板に対して完全に遮断しないと、TPE が逃げてしまいます。
修正: 「ぴったり」のフィット感が必要です。スチール製ツールは、基材にわずかに（約 0.002 インチ）押し込んでしっかりとシールするように設計する必要があります。
3. ショートショット
症状: 型が完全に埋まっていない。グリップ部分が欠品しています。
原因: 閉じ込められた空気。 TPE が基板上を流れると、充填の端に空気が閉じ込められ、材料が形状を完成できなくなる可能性があります。
修正: 金型内の通気性を向上させます。プラスチックが隙間を埋めるためには、空気を逃がす手段が必要です。
コストの現実: オーバーモールディングには価値があるのか?
数字の話をしましょう。 B2B バイヤーは、オーバーモールディングの最初の見積もりを見たときに躊躇することがよくあります。
先行投資
はい、オーバーモールドは最初は高価です。
- ツーリング: 基本的には 2 つの金型 (または 1 つの非常に複雑な 2 ショット 金型) の料金を支払うことになります。工具コストが予想されるのは、 50% ～ 100% 高い 標準的な単発金型よりも。
- マシン時間: 2ショット機をご利用の場合、通常のプレスよりも時給が高くなります。
長期的な節約
ただし、「ステッカーショック」は通常、見ていると消えます。 総所有コスト .
- 組み立ての手間がゼロ: 部品を接着したり、ネジ止めしたり、スナップしたりする人件費が不要になります。
- 接着剤不使用: 高価な工業用接着剤やプライマーを購入する必要がなくなります。
- 品質管理: 組み立てミス（作業者がガスケットの取り付けを忘れるなど）のリスクを排除できます。
評決: 少量生産 (1,000 ユニット未満) の場合、オーバーモールドは過剰になる可能性があります。手動組み立てに固執してください。しかし、大量生産 (10,000 個) の場合、ほとんどの場合、労働力の節約が工具コストの上昇を上回ります。
オーバーモールディングパートナーの選択
すべての射出成形工場がオーバーモールドを処理できるわけではありません。それには、特定の機器とより深い材料科学の知識が必要です。サプライヤーを精査するときは、次の 3 つの点に注意してください。
- ツーショット体験： サンプルを請求してください。 「インサート成形」（手作業で部品を積み込む）のみを行っている場合、大量生産の精度に苦労する可能性があります。
- 重要な専門知識: 彼らに尋ねてください、 「ガラス入りナイロンへの接着にはどのグレードの TPE をお勧めしますか?」 すぐに答えられない場合、または材料サプライヤーに相談したいと申し出た場合は、逃げてください。
- シミュレーション ソフトウェア: モールドフロー解析を使用していますか?オーバーモールディングでは、2 番目の材料が再溶解したり反ったりすることなく最初の材料の上をどのように流れるかを予測するためのシミュレーションが重要です。
結論
オーバーモールディングは、製品を「機能的」から「市場リーダー」に高める最も効果的な方法の 1 つです。シンプルなプラスチックの筐体を耐久性があり、人間工学に基づいたプレミアムなデバイスに変えます。
設計ルールが厳しくなり、初期工具への投資が必要になりますが、製品のパフォーマンス、美観、組み立ての節約という見返りは否定できません。
次世代の医療機器を設計している場合でも、頑丈な産業ツールを設計している場合でも、成功の鍵は早期のコラボレーションにあります。デザインが固まるまで待ってはいけません。製造パートナーを早めに連れてきて、材料の組み合わせや遮断場所について話し合えば、生涯続く絆が確実に得られます。
ボーナス リソース: オーバーモールディング互換性マトリックス
エンジニアからよく聞かれるのが、 「TPEはこれを貫くだろうか？」 答えが単純に「はい」か「いいえ」で答えられることはほとんどありません。それは化学反応によって異なります。
この表はクイック リファレンス ガイドとして使用してください。絆を 3 つのレベルに分類しました。
- 化学結合: 成形中に材料が自然に融合します。
- 機械的ロックが必要です: 化学的にくっつくことはありません。あなた しなければならない オーバーモールドを捕らえる穴やアンダーカットを設計します。
- 互換性がない: これらの材料は衝突するため (溶融温度が違いすぎるなど)、一緒に使用しないでください。
一般的な素材の組み合わせ
| 基板（リジッド） | TPE（スチレン系） | TPU(ウレタン) | TPV（加硫） | シリコーン(LSR) |
|---|---|---|---|---|
| ABS | 素晴らしい | 良い | フェア | 必要なプライマー |
| ポリカーボネート(PC) | 素晴らしい | 素晴らしい | フェア | 必要なプライマー |
| ポリプロピレン(PP) | 良い | 貧しい | 素晴らしい | 貧しい |
| ナイロン(PA6・PA66) | 難しい * | フェア | フェア | 貧しい |
| ポリスチレン(PS) | 良い | 貧しい | 貧しい | 貧しい |
| POM(アセタール) | 貧しい | 貧しい | 貧しい | 貧しい |
このチャートに関するエンジニアリングに関するプロのヒント
1.「ナイロン問題」
ナイロン (PA) は「難しい」とマークされていることがわかります。これは、新人デザイナーにとって最も一般的な罠です。ナイロンは吸湿性（水分を吸収する）があり、耐熱性に優れています。標準の TPE はすぐに剥がれます。
- 解決策: を指定する必要があります 変性TPEグレード ナイロン接着用に特別に設計されています。また、TPE が表面に触れた瞬間に凍結しないように、ナイロン基材を高温に保つ必要があります (多くの場合は予熱します)。
2.「いいね、いいね、いいね」ルール
このチャートを読む秘訣は、 極性 .
- 極性材料 (ABS、PC、TPU) は他の Polar 素材との接着を好みます。
- 無極性材料 (PP、PE、標準 TPE) は他の非極性材料との結合を好みます。
- 通常、それらの混合（例: ポリプロピレンと TPU）は化学修飾なしでは失敗します。
3. 迷ったらインターロック
「優秀」評価 (ABS TPE など) であっても、部品が酷使される可能性がある場合は、小さな機械的インターロックを追加することをお勧めします。設計段階では追加費用はかからず、現場での層間剥離に対する保険が提供されます。
最終的な行動喚起 (CTA)
これは B2B の潜在顧客発掘に関する記事であるため、グラフの後に配置する推奨の終了 CTA を次に示します。
「素材の組み合わせが機能するかどうかまだわかりませんか?
金型の予算を推測しないでください。 IMTEC Mould では、何千ものカスタム部品をオーバーモールドしてきました。今すぐ 3D ファイルまたは材料リストを送信していただければ、当社のエンジニアが無料の DFM (製造可能性設計) レビューを実行し、鋼材を切断する前に材料が完全に結合していることを確認します。」
オーバーモールディングに関するよくある質問
Q: インサート成形とオーバーモールディングの違いは何ですか?
答え: 主な違いは結果ではなくプロセスです。 インサート成形 事前に成形された部品 (多くの場合、金属または硬質プラスチック) を金型に配置する作業が含まれます。 手動で 2番目の材料を注入する前に。 オーバーモールディング (特にツーショット成形) は、機械が最初の材料を射出し、すぐに 2 番目の材料を同じツールに射出する連続自動プロセスです。一般に、インサート成形は少量生産の場合に適しており、ツーショット オーバーモールディングは大量生産の場合に適しています。
Q: オーバーモールド部品が剥がれる (層間剥離) のはなぜですか?
答え: 皮むけは通常、次の 3 つの理由のいずれかで発生します。
- 化学的不適合性: 自然には結合しない 2 つの素材 (例: ポリプロピレンと TPU) を選択しました。
- 冷たい基板: 2 番目の材料が射出される前に最初の剛性部品が冷えすぎると、それらは融合しません。
- 汚染: インサート成形の場合、基材表面にゴミや油分が付着すると接着不良の原因となります。
Q: 金属上にプラスチックをオーバーモールドすることはできますか?
答え: はい。これはほとんどの場合、次の方法で行われます。 インサート成形 。一般的な例としては、金属レンチにソフト ハンドルをオーバーモールドすることや、銅の電気接点の周囲にプラスチック絶縁体をモールドすることが含まれます。金属とプラスチックは化学的に結合しないので、 しなければならない プラスチックが機械的に固定できるように、穴、ローレット、または溝を備えた金属部品を設計します。
Q: オーバーモールドのコストは標準のモールドと比較してどれくらいですか?
答え: 工具コストが予想されるのは、 50% ～ 100% 高い 標準的なシングルショット金型よりもツールが複雑になるためです。ただし、 個数価格 手作業による組み立てや接着剤の人件費が不要になるため、（ユニットあたりのコスト）が下がることがよくあります。 10,000 ユニットを超える生産では、通常、オーバーモールドの方がコスト効率の高いオプションです。
Q: オーバーモールド層の最小肉厚はどれくらいですか?
答え: 最小の厚さを推奨します。 0.5mm (0.020インチ) ソフトTPE層用。これより薄いものは、排出中に破れたり、端が剥がれたりする可能性があります。ヒケを発生させずに最高の「ソフトタッチ」の感触を得るには、1.5mm ～ 3.0mm の厚さが理想的です。
