製造分野では、インサート成形は高性能コンポーネントを製造するための多用途かつ効率的な技術となっています。プラスチック部品とネジ付き金属インサートを組み合わせることで、エンジニアや製品設計者は優れた機械的特性を実現し、組み立てプロセスを簡素化できます。このブログでは、インサート成形の概念、主要なプロセス、長所と短所、およびアプリケーションの包括的な概要を提供するとともに、 この革新的な製造方法の利点を最大限に活用するのに役立つ包括的な設計ガイドを提供します。

目次

1.インサート成形とは

2.インサート成形とは

3.インサート成形に使用される材料/インサートの種類は何ですか?

4.インサート成形の共通器具

5.インサート成形のメリット・デメリット インサート成形のメリット・デメリット

6.インサート射出成形の設計ガイドライン

7.RFQ

1. インサート成形とは

インサート成形は 、射出成形前にネジ付きインサート (通常は金属またはプラスチック製) を金型キャビティに配置する高度な射出成形プロセスです。射出成形プロセス中、溶融プラスチックがインサートの周囲を取り囲み、充填し、冷却することで、ねじ付きインサートが 1 回の成形ステップでプラスチック ベース内にしっかりと埋め込まれて固定され、その結果、単一の堅牢に接続された部品が得られます。インサート成形とは、簡単に言えば、金属部品にオーダーメイドの「プラスチックコーティング」を施すようなものです。

2. インサート成形とは

適切なインサート成形設計により、インサートと周囲のプラスチック間の強力な結合が確保され、耐久性と機能性のある部品が 1 サイクルで製造されます。この非常に正確で効率的なプロセスには、通常、次の 5 つの主要な手順が含まれます。

ステップ1.インサートの位置決め

金属とプラスチックの密着性を高め、緩みや漏れを防ぐため、作業者はまず金属部品の洗浄と表面処理を行います。これらの処理には通常、エンボス加工、サンドブラスト、または接着剤の塗布が含まれます。 次に、事前に製造されたインサート (ねじ付きブッシュ、端子、磁石など) が特定の成形キャビティに配置されます。このステップは手動で行うこともできますが、現代の産業では精度を確保するためにロボット アームによって自動的に実行されることがよくあります。

ステップ 2. 型締めと射出成形:

金型が閉じ、射出成形機が溶融したプラスチック液を金型内に高速で射出します。

ステップ 3. 融着:

プラスチックはインサートの周囲に成形され、インサートの表面のローレット、溝、または穴と係合します。凝固後、プラスチックは金属と強力な機械的ロックを形成します。

ステップ 4. 冷却と型抜き:

射出されたプラスチック材料は冷却されて固化し、インサートに接着してカプセル化されます。

プラスチックが冷えた後、金型が開き、完成した複合部品が取り出されます。

ステップ5.後処理・検査：

成形後は、 インサート成形部品会社が お客様の製品要件に応じて必要な後処理や検査を行います。これには、製品の外観や重要な寸法の検査のほか、インサートの引き抜き力やトルク試験などの性能試験を実施して、インサートとプラスチック間の接合強度を確認し、実際の使用における部品の構造的信頼性を保証することが含まれます。

3.インサート成形に使用される材料/インサートの種類は何ですか?

3.1. 射出成形におけるインサート成形の材質

理論的には、ほとんどの熱可塑性プラスチックがインサート成形に適していますが、インサートとプラスチックの結合を強固にし、クラックを防ぐために、材料を選択する際にはプラスチックの収縮率を考慮してください。 収縮率が高すぎると、冷却後にプラスチックがインサートの周囲に大きな内部応力を発生させ、最終製品の亀裂につながる可能性があります。次のマテリアルを優先することをお勧めします。

・ エンジニアリングプラスチック

PA （PA6、PA66などのナイロン）：靭性に優れ、金属ナットやコネクタの埋め込みに最適です。

PA66+30%GF: 非常に高い強度、耐疲労性、ガラス繊維は収縮を大幅に低減し、高応力下の金属ナットに適しています。

PBT/PET: 寸法安定性に優れ、絶縁性が高く、電子コネクタによく使用されます。

PBT+GF: ナイロンよりも吸水性が低く、湿気の多い環境でも安定しています。

PPS (ポリフェニレンサルファイド): 優れた高温耐性と耐薬品性、熱膨張率が金属に最も近く、自動車のエンジンルームや過酷な産業環境のインサートに適しています。

・ 汎用プラスチック

PP （ポリプロピレン）：安価で化学的安定性に優れ、日用品や簡易家電部品などによく使われます。

ABS/PC+ABS: 表面光沢が良く、寸法安定性があり、靭性と外観を兼ね備えており、電子製品の筐体 (スマート ウェアラブルの内部など) によく使用され、電子部品への化学的影響が最小限に抑えられます。

•特殊プラスチック:

PEI/PEEK : 航空宇宙または医療用途で使用され、高温や繰り返しの滅菌に耐えることができます。

上記の 3 種類のプラスチックは、インサート成形部品の構造強度要件を満たすのに十分です。ただし、製品が実際の用途で滑り止めの感触、防水シーリング、衝撃吸収、および統合された防水シーリングも必要とする場合は、次の一般的な 熱可塑性エラストマー素材を検討できます。

・ TPU （熱可塑性ポリウレタン）：非常に高い耐摩耗性、耐引裂性、耐油性を備えています。スポーツ用品製品に非常に適しています。

• TPE/TPR: これは私たちが日常生活で目にする最も一般的な素材です。非常にドライでデリケートな肌のような感触を持ち、硬さの調整範囲も広いです。歯ブラシのハンドル、電動工具の滑り止めハンドル、キッチン用品のハンドルなどに適しています。

● TPV：  耐候性、耐熱性、耐薬品性に​​優れ、長期間の防水・防塵性能を発揮します。さらに、圧縮永久歪が非常に低いため、屋外の防水コネクタや建築物のシール層に適しています。

3.2.射出成形におけるインサート成形の一般的な種類

インサート成形の場合、インサートは金属材料に限定されません。 実際、最終製品の機能要件と環境要件を満たすことができるあらゆるインサートを検討できます。

よく知られているように、産業用途で使用される最も一般的で現在主流のタイプのインサートは金属インサートです。その主な目的は、製品の構造強度または導電性を高めることです。一般 的に使われる金属は 主に以下の3つです。

真鍮インサート: 優れた導電性を備え、加工が容易で、正確なねじ接続が可能で、確実な固定が可能です。最も一般的には、ねじ付きインサート (真鍮ナットなど) に使用されます。

ステンレスインサート： 強度と耐食性が高く、医療機器や精密部品などに多く使用されています。

アルミニウム合金インサート: 軽量で、高い強度対重量比と効率的な熱伝導率を備えているため、重量に敏感な電子機器に適しています。

もちろん、インサート成形では プラスチック素材そのものをインサートとして使用することも可能です。製品の大部分は耐熱性が必要だが、特定の部分を透明にする必要があるなど、基材に特定の特性が欠けている場合、インサート成形では、あらかじめ作成したPCなどの透明なプラスチック製のインサートを射出成形型に入れ、その上を不透明な強化プラスチック（PA66など）で覆います。例としては、車のダッシュボード上の半透明のインジケーター ライトの位置が挙げられます。別の例: 電動歯ブラシのハンドルやドライバーのハンドルなど、製品の頑丈さと感触の両方が必要な場合、インサート成形では、エンジニアリング プラスチックを使用して硬い内部インサートを作成し、それをカプセル化する溶融材料として前述の TPE/TPU などの熱可塑性エラストマーを使用します。 さらに、製品が「軽量化」と「耐食性」を達成する必要がある場合、このプロセスでは、内部応力支持コンポーネントとして金属の代わりに PEEK やガラス繊維強化ナイロンなどの高性能エンジニアリング プラスチックを使用し、それを通常のプラスチックの層でカプセル化します。

金属やプラスチックに加えて、インサート成形では、耐熱性と電気絶縁性 のセラミックインサート、感知または駆動機構を作成できる磁気インサート、電子モジュールインサート（センサー、PCB、RFI アクセスカードチップなどはすべてインサートとして直接使用できます）など、他の特殊な材料で作られたインサートにも対応できます。

したがって、インサート成形は単純な組み立てプロセスではありません。これは、射出成形を通じて複数の材料とマイクロエレクトロニクス技術を組み合わせて、追加の組み立てを必要とせず直接成形されるインテリジェントな製品を作成する高度に統合された方法です。

4.インサート成形の共通器具

部品に金属部品が含まれているか、基材にワイヤ、電子部品、回路基板が含まれているか、複雑な 2 色金型のコストを回避したい場合、または部品にねじ付きインサートが含まれている必要がある場合は、インサート成形の使用を検討できます。インサート成形部品会社は、インサート成形プロセスを利用して、次のように分類されるさまざまな業界向けの製品を製造しています。

4.1．自動車

これは、インサート成形アプリケーションで最も広く使用されている領域の 1 つです。当社はインサート成形プロセスを使用して、センサー、内外装トリム、電気コネクタなど、耐熱性、耐振動性、耐腐食性、軽量性、耐応力性を備えた高性能の自動車部品を製造します。たとえば、ある大手電動工具ブランドでは、インサート成形を使用して、高強度ガラス繊維強化ナイロン (PA66+GF) ハウジング内に精密スタンプ加工された硬化スチール製ベアリング ブッシングとヒートシンクを 1 回の射出成形プロセスで封入しています。これにより、全金属ハウジングの高価な二次加工コストと複雑な組み立て手順が不要になります。プラスチック製ハウジングにより機械の総重量が約 15% 軽減され、プラスチックの自然な減衰特性により高周波振動が 30% 以上吸収されます。

4.2．電子・電気

現代の電子製品は、薄さ、コンパクトさ、軽さを重視しています。インサート成形により、極めて微細な金属部品とプラスチックを一体化することができ、ネジを使用する必要がありません。インサート成形により、メーカーは非常に微細な金属部品をプラスチックと組み合わせることができ、ネジが不要になりスペースを節約できます。さらに、金属シールドカバーや導電ピンを埋め込むことで、非常に小さなスペースで電気接続とEMCシールドを実現できます。したがって、スマート ウェアラブル デバイス、SIM カード トレイ、コネクタ、スイッチの一般的な金属構造コンポーネントはすべてインサート成形プロセスを利用できます。

4.3.医療機器

医療業界では、衛生と精度に関して厳しい基準が求められます。インサート成形により、分子レベルで物理的にしっかりとしたカプセル化が行われ、効果的に消毒しやすい滑らかな表面が得られ、操作中に金属部品が剥がれることはありません。このプロセスにより、確実かつ効率的にアセンブリの隙間が減少し、細菌の増殖が防止されます。この技術を使用した製品の例には、外科用メスのハンドル、医療用カテーテル コネクタ、注射針ハブ、ペースメーカー ケーシングなどがあります。

4.4．産業用機器および工具

過酷な産業環境において、埋め込まれた成形部品は高い負荷や摩耗に耐えることができます。たとえば、全プラスチックのノブは強くひねると壊れる可能性があります。ただし、スチールコアが埋め込まれているため、プラスチックが触感を提供し、スチールコアがトルクを処理します。さらに、頻繁に摩擦を受ける部品に超硬合金を使用すると、機械の全体的な寿命が延びます。

高級消費財および家電製品

キッチンツール、電動工具、パーソナルケア用品など、日常生活に必要な製品には、インサート成形が提供できる触感、美しさ、品質、耐久性が求められることがよくあります。プラスチックだけで作られた製品の中には軽すぎるものもあります。金属インサートを埋め込むと重量が増し、製品の知覚品質が即座に向上します。 さらに、射出成形プロセスにより、複数の部品を 1 つに組み合わせることができるため、工場での組立ラインの必要性が軽減されます。インサート成形製品の一般的な例には、高級香水ボトル キャップ (重量と感触を高めるため) やカミソリのハンドルなどがあります。

5. インサート成形のメリット・デメリット

5.1 インサート成形のメリットとは

すでに前の章を読んでいる場合は、インサート成形が非常に多用途なプロセスであり、多くの利点を備えていることが理解できるでしょう。その一部を以下に示します。

#1.組み立てコストと物流コストの削減

射出成形機は毎日数千個の部品を生産できます。この規模の経済により、個々の部品のコストを大幅に削減できます。インサート成形を使用すると、通常は「組立工場」で行われる作業を「射出成形工場」で 1 つのステップで完了できます。これにより、ファスナーの取り付け、接着剤の塗布、超音波溶接などの面倒なプロセスが不要になり、コストを最大限に節約できます。同時にインサート成形により薄型・コンパクトな設計が可能となり、製品の軽量化と物流コストの削減を実現します。

#2.全体的な部品パフォーマンスの向上

一般に、プラスチック部品は金属部品ほど強度がありません。ただし、プラスチックには、低コスト、設計の柔軟性の向上、軽量などの他の利点もあります。金属材料とプラスチック材料を単一の部品に組み合わせることで、両方の利点を最大限に活用できます。強度と剛性が必要な場合は金属インサートを使用し、残りの部分は軽量化のためにプラスチックで作ることができます。さらに、プラスチック部品は耐摩耗性に劣りますが、金属インサートにより部品の耐久性が向上し、さまざまな繰り返し荷重に耐えることができます。

#3.製品の一貫性と精度の向上

インサートは金型によって正確に位置決めされ、その位置公差は高精度金型によって保証されます。手作業でのネジ締めや接着と比較して、自動化されたインサート成形プロセスにより各製品の均一性が保証され、スクラップ率が大幅に削減されます。

#4.製品設計の柔軟性と美しさの向上

ゴム、金属、セラミック、さらには別の種類のプラスチックをインサートとして使用して、単一の材料では達成できない複合特性を生み出すことができます。さらに、インサートは部品の内側に完全に封入され、外部に組み立て跡が残らないため、よりスムーズでプロフェッショナルな外観と快適な触感が得られます。

5.2 インサート成形のデメリット

インサート成形には大きな利点がありますが、一定の制限もあります。

#1.インサートの配置は、多くの場合、金型設計を複雑にし、射出成形サイクルを延長し、製造コストを増加させ、自動化を複雑にします。

#2.インサートとプラスチックの間の熱膨張係数の不一致により、最終製品に内部応力が誘発され、破壊につながる可能性があります。この現象は特にナット インサート成形で顕著です。

#3.また、熱膨張係数の違いにより製品が変形する場合があります。

#4.インサート (特にナットインサート) は、内部応力を軽減するために予熱または乾燥が必要なことがよくあります。

#5.溶融材料の衝撃によるズレや変形を防ぐために、インサートは金型内にしっかりと固定されている必要があります。

#6.射出の失敗、インサートの欠落、位置ずれなどのインサート射出成形の欠陥により、製品全体が使用できなくなり、多大なコストが発生する可能性があります。

#7.インサート射出成形では、製品のリサイクルと廃棄が複雑になります。

6.インサート射出成形の設計ガイドライン

インサート成形を設計する場合、プロセスを最適化し、望ましい結果を達成するには、いくつかの重要な要素を考慮する必要があります。

#1.パーツのサイズと深さ:パーツのサイズと深さは、成形プロセスの所要時間に影響します。複雑な部品の場合は、新しい金型の作成が必要になる場合があり、製造時間とコストの増加につながります。応力点が生じる可能性のある鋭い角を避けるために、インサートに丸いローレット加工を施すことをお勧めします。

#2.生産量:プラスチック成形部品の予想量によって、自動積み込みと手動積み込みのどちらを選択するかが決まります。自動ローディングはより高速かつ正確ですが、高度な CNC マシンが必要となるため、コストが増加する可能性があります。最もコスト効率の高い積載方法を決定するには、生産要件を注意深く分析する必要があります。

#3.製品用途: インサート成形用の材料を選択する際は、製品の特定の用途を考慮してください。インサート成形は幅広い材料に適合しますが、最適なパフォーマンスを確保するには、用途ごとに最適な材料を特定することが重要です。

#4.プロジェクトの予算: コストの考慮事項は、インサート成形の設計において重要な役割を果たします。予算には、インサートのコストと製造パートナーとの提携に関連する費用を含める必要があります。さらに、インサートを追加すると、成形部品の全体コストが増加する可能性があります。

インサート成形で最適な結果を得るには、次の設計ガイドラインに従ってください。

設計ガイドライン	設計ガイドライン

#1.鋭い角を避ける: 鋭い角はコンポーネントに応力点をもたらし、故障につながる可能性があります。代わりに、最小半径 0.5 mm (0.02 インチ) の丸い角を目指してください。これにより、金型を通る材料の流れがスムーズになり、応力集中と生産コストが削減されます。

#2.十分な抜き勾配を提供する: 設計に抜き勾配を組み込むと、金型からの成形品の取り出しが容易になります。すべての垂直面で少なくとも 1 ～ 2 度の抜き勾配を目指してください。これにより、部品の損傷を防ぎ、スムーズな生産を保証します。

鋭い角を避ける	十分なドラフトを提供する

#3.肉厚の最適化: 成形品全体で均一な肉厚を維持して、一貫した冷却を促進し、反りやヒケを防ぎます。ほとんどの用途では、壁の厚さを 1 mm ～ 4 mm (0.04 ～ 0.16 インチ) にすることを目指します。不均一な収縮を引き起こす可能性があるため、厚いセクションと薄いセクションの間で急激な移行を避けてください。

#4.アンダーカットとねじ山を考慮する: 設計にアンダーカットまたはねじ山が必要な場合は、それらに対応する適切な金型フィーチャを計画します。これには、金型設計にサイドアクションやネジを緩める機構を組み込むことが含まれる場合があります。部品に損傷を与えることなく、金型が効果的にインサートを捕捉および解放できることを確認します。

肉厚の最適化	アンダーカットとネジ山を考慮する

#5.適切なインサート材料の選択: プラスチックとの強力な接着を確保するために、接着特性に優れた材料で作られたインサートを選択します。熱膨張、成形材料との適合性、望ましい機械的特性などの要素を考慮してください。一般的なインサートの材質には、ステンレス鋼、真鍮、または通常の鋼が含まれます。電気腐食などの問題を防ぐために、インサートの材料がプラスチック材料と互換性があることを確認してください。

 結論

インサート成形は、プラスチック部品とネジ付き金属インサートを組み合わせることで、耐久性と高機能コンポーネントを製造するための強力なソリューションを提供します。上記の設計ガイドラインに従うことで、インサート成形プロセスを最適化し、効率的な製造と優れた結果を得ることができます。インサート成形の取り組みを開始するときは、アプリケーション固有のニーズを念頭に置き、 Alpine Moldなどの製造パートナーの専門知識を活用して、インサート成形の成果を確実に成功させてください。

経験者の一人として インサート射出成形会社、 Alpine Moldは、設計をレビューし、製造可能性の分析とレポートを提供できます。デザインファイルを当社の電子メールアドレスに送信するだけです。当社の熟練したエンジニアリングチーム、高度なインサート成形技術、および厳格な品質管理により、優れた結果が保証されます。今後のプロジェクトのお手伝いをいたしますので、今すぐお問い合わせください。

7.よくある質問:

1. 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

インサート成形とオーバーモールディングはどちらも、複数の材料を単一の耐久性のあるコンポーネントに組み合わせる高度な射出成形方法です。

インサート成形：

これには、1 回の射出成形プロセス中に、事前に組み立てられたコンポーネント (通常は金属) をプラスチックに埋め込んで部品全体を形成することが含まれます。カテーテルや針などの小さくて精密な部品に最適です。

オーバーモールディング:

これには、既存の部品 (通常は硬質プラスチック) を新しい材料 (多くの場合、軟質プラスチックまたは 2 番目のタイプのプラスチック) でコーティングして、歯ブラシや医療用カテーテルなどの人間工学に基づいたマルチマテリアル製品を作成することが含まれます。

主な違い:

インサート成形は 1 ショット射出成形プロセスですが、オーバーモールディングは 2 ショット射出成形プロセスです。

インサート成形は射出成形時の構造強度と組立安定性に重点を置き、オーバーモールディングは製品の外観、感触の向上、機能（滑り止め、衝撃吸収、断熱）の追加に重点を置いています。

実際のプロジェクトでは、両方のプロセスを同時に使用できます。インサート成形は構造の完全性を確保するために内部で使用され、オーバーモールディングは感触と外観を向上させるために外部で使用されます。このアプローチは、医療機器、家庭用電化製品、自動車部品では一般的です。