親和工業株式会社　医療用プラスチック成形.com

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はじめに

医療や検査の現場では、製品をできるだけ薄くしたいという要望が年々強くなっています。代表例がリアルタイムPCR用のチューブです。壁が薄いほど熱が速く伝わり、検査のサイクルが短くなる。だからこそ、0.3mmや0.1mmといった薄さが現実の仕様になります。ところが、この薄さがやっかいです。樹脂は薄い隙間を嫌います。流れきる前に固まり、欠けたり曲がったりする。複数の成形メーカーに「うちでは作れない」と断られた——弊社にご相談くださるお客様の多くが、そう口にされます。本記事では、薄肉射出成形がなぜ難しいのかを、樹脂の流れと冷えのしくみから整理します。そのうえで、不良をどう抑え、量産にのせるのか。弊社の実例も交えてお伝えします。

そもそも薄肉射出成形とは？

薄肉射出成形は、どこからが「薄肉」なのか。明確な国際規格があるわけではありません。弊社では、肉厚1mm以下を薄肉、0.5mm未満を極薄肉の目安として扱っています。なぜこの線引きが効くのか。0.5mmを下回ったあたりから、樹脂の流れと冷えの問題が一気に表面化するからです。ただし、製品の大きさや材料によって難しさの境目は変わります。同じ0.5mmでも、樹脂を流す距離が長ければ、難しさは格段に上がります。

薄肉成形は肉厚何mmから始まるのか

薄肉と呼ぶ厚みの目安を、弊社の基準で整理します。

医療・検査でここまで薄くしたい理由

なぜ医療や検査の製品は、わざわざ作りにくい薄さを求めるのか。答えは熱です。リアルタイムPCRでは、検体を素早く加熱・冷却して反応を回します。壁が薄いほど熱が速く伝わる。だからこそ、0.3mmという薄さが検査時間の短縮に直結します。

シリンジやピペットチップに薄肉が必要なわけ

薄肉が活きる代表的な製品を、用途とあわせて整理します。

💡よくある質問

なぜ薄肉になると急に難しくなるのか？

薄肉になると、なぜ難易度が跳ね上がるのか。理由は一つではありません。流れにくさ、冷えの速さ、圧力のかけ方。これらが同時に効いてきます。弊社の経験では、肉厚を半分にすると、条件出しの手間は倍では済みません。ただし、形状や材料によって効きどころは変わるため、すべての製品に同じ理屈が当てはまるわけではありません。

樹脂が流れきる前に固まってしまう（流動抵抗と冷却速度）

最初に立ちはだかるのが、流れと冷えの競争です。

薄い隙間を樹脂が通るとき、壁との摩擦が大きくなります。流動抵抗と呼ばれる現象です。薄いほど樹脂はすぐ冷える。つまり、流れる力が落ちていく途中で、固まる力が先に勝ってしまう。末端まで届く前に止まる。薄肉でショートショットが多発する根本の原因です。

流動長と肉厚の比（L/t）で難易度を見積もる

この流れにくさを数字で捉える指標があります。流動長Lを肉厚tで割ったL/t比です。値が大きいほど、薄くて長い、つまり流しにくい形状を意味します。弊社は設計の初期にL/tを確認し、流れ切るかどうかの当たりを付けています。

圧力を上げると今度はバリが出る

流れないなら圧力を上げればよい。そう考えたくなりますが、話は単純ではありません。

射出圧力を上げれば、樹脂は末端まで届きやすくなります。上げすぎると、金型の合わせ面から樹脂が漏れてバリになる。型も開きやすくなります。充填と過充填は紙一重です。だからこそ、圧力一本で押し切るのではなく、流れやすい設計とセットで考えます。

薄肉ほど偏肉で曲がりやすい

薄肉特有の、やっかいな不良がもう一つあります。

肉厚が薄いと、樹脂が流れる際の圧力の偏り、いわゆる偏肉の影響をまともに受けます。製品はバナナのように反る。医療用チップやチューブのような細長い形状では、わずかな反りが寸法不良に直結します。

💡よくある質問

薄肉成形で起きやすい不良とその原因は？

薄肉でつまずく不良には、決まった顔ぶれがあります。ショートショット、ヒケ、ソリ、ウェルドライン。どれも厚い製品でも起きますが、薄肉では発生の頻度が高まります。弊社に「他社で断られた」とご相談に来られる製品の多くは、このいずれかでつまずいています。原因を切り分ければ、打ち手は見えてきます。ただし、複数の原因が重なる場合も多く、一つの対策で片付くとは限りません。

末端まで樹脂が届かず欠ける（ショートショット）

薄肉で最も多いのが、この充填不足です。

ショートショットは、樹脂が金型の隅々まで届かず、製品の一部が欠ける不良です。薄肉では流動抵抗と早い冷却が重なり、末端で樹脂が止まります。

肉厚差があると薄い側から固まり止まる

厚い部分と薄い部分が同居する製品では、リスクがいっそう上がります。樹脂は流れやすい厚い側から充填され、薄い側は少し入ったところで冷えて止まる。肉厚差が大きいほど、薄い側が欠けやすくなります。

冷えて縮み、表面がへこむ（ヒケ・ボイド）

樹脂が縮む性質から生まれる不良です。

プラスチックは冷えると体積が縮みます。肉厚が不均一だと、厚い部分の収縮が表面の凹みになる。ヒケと呼ばれる不良です。表面ではなく内部に空洞ができれば、ボイドと呼びます。

冷却差でバナナのように曲がる（ソリ・偏肉）

細長い薄肉製品で、特に怖い不良です。

金型内で冷え方に差が出ると、縮む量にも差が生まれます。差が製品を反らせます。薄肉のチューブやチップでは、わずかな冷却差でも曲がりとして表れます。

樹脂の合流跡で強度が落ちる（ウェルドライン）

見た目だけでなく、強度に関わる不良です。

複数方向から流れた樹脂がぶつかって合流すると、境目に筋が残ります。ウェルドラインと呼ばれる跡です。合流部は分子のつながりが弱く、強度低下の起点になります。

💡よくある質問

金型設計と条件出しで、何をどう変えるのか？

薄肉の不良は、どこで直すのか。多くの方は成形条件、つまり温度や圧力の調整を思い浮かべます。弊社の考えは違います。条件出しは欠かせませんが、それだけでは限界がある。本当の勝負は金型設計の段階で決まります。なぜなら、樹脂の流れ方も冷え方も、金型の形がほとんど決めてしまうからです。ただし、条件出しが不要という意味ではありません。設計で土台を作り、条件で仕上げる。順番が効きます。

ゲートの位置と数で樹脂の流れ方を決める

まず手を入れるのが、樹脂の入り口です。

ゲートをどこに、いくつ置くか。樹脂が流れる距離と方向が決まります。薄肉では流れる距離を短くしたい。だからゲートを増やす、あるいは流れにくい末端の近くに配置する。末端までの到達を助けます。

金型温度と冷却回路で固まる速さを揃える

次に効くのが、冷え方のコントロールです。

薄肉のショートショットは、早すぎる冷却が一因です。金型温度を適切に上げれば、樹脂が固まるまでの時間を稼げます。冷却回路を製品形状に沿わせれば、場所ごとの冷え方が揃い、ソリも減ります。

流動解析で「流れない場所」を先に見つける（3D TIMON）

金型を削る前に、樹脂の流れをシミュレーションで確認します。

弊社は流動解析ソフト「3D TIMON」を導入し、設計段階で樹脂の流れと圧力、温度の分布を可視化しています。型を作る前に問題が分かれば、手戻りを減らせます。

解析で先に分かること

解析では、おもに次の3点を型製作の前に確認します。

• 充填の到達（末端まで樹脂が届くか）
• ウェルドラインの位置（強度上の問題になるか）
• 圧力と温度の偏り（ソリやヒケの予兆）

偏肉対策の金型の細工で曲がりを抑える（特級プラスチック成形技能士）

最後は、数値だけでは表しきれない職人の領域です。

薄肉の曲がりは、流動解析だけでは消しきれないことがあります。弊社では、国家資格の最上位である特級プラスチック成形技能士が2名在籍し、材料の癖を踏まえて金型に独自の細かな細工を施します。調整により、バナナ状の曲がりを抑え、要求仕様を満たす成形を実現しています。

💡よくある質問

「他社で断られた薄肉」を量産にのせるには？

他社で「作れない」と断られた薄肉製品は、もう諦めるしかないのか。弊社の答えは、いいえ、です。多くの場合、つまずきの原因は成形そのものではなく、設計と成形が分断されていることにあります。図面ができてから成形屋に渡す進め方だと、薄肉の無理が見過ごされたまま型まで進んでしまう。だからこそ弊社は、設計の上流から入り込みます。ただし、すべての形状が必ず量産できるわけではなく、用途や数量によってはお引き受けが難しい場合もあります。

設計の上流から入って形状ごと見直す（VA/VE提案）

弊社がまず行うのは、図面を一緒に練り直す相談です。

成形してから直すのではなく、設計段階で部品形状や材料を見直します。VA/VE提案と呼ばれる進め方です。肉厚差が大きすぎる箇所をなだらかにする、ゲート位置を前提に形状を整える。不良の芽を、図面の段階で摘みます。

抜きテーパー0度×薄肉のような複合難題に応える

弊社が力を発揮するのは、難題が重なった製品です。

薄肉だけでも難しい。そこに抜きテーパー0度や大きな肉厚差が加わると、断られる確率は上がります。弊社は複合難題を、独自の金型設計で量産にのせてきました。

事例｜抜きテーパー0度の薄肉シリンジ（PP製・φ8.0×65）

中身を加熱するため側面を薄肉にした医療用シリンジです。内壁が抜きテーパー0度という、離型のきわめて難しい条件でした。離型時の擦り傷と曲がりを防ぐ独自の金型設計により、量産に成功しています。

事例｜口元0.3mm・先端0.7mm、肉厚差0.4mmの分注チップ

お客様との共同開発品です。1つの製品の中に2倍以上の肉厚差を持たせた特殊な形状でした。流動解析とゲート位置の最適化でウェルドラインを抑え、品質を担保しています。

医療・検査ではクリーン環境と品質保証まで一社で（クラス10,000／自社PCR）

薄肉が成形できても、医療・検査ではそれで終わりません。

遺伝子検査や生殖医療の製品では、微量のコンタミネーションも許されません。弊社はクラス10,000のクリーンルームで成形し、ThermoFisher製「QuantStudio 5」を使った自社PCR検査で、DNAフリー、RNase/DNaseフリーを保証します。ISO13485と医療機器の製造・製造販売の許認可を持ち、設計から滅菌手配、梱包までを一社で請け負います。つまり、薄肉という入口の難題から、出口の品質保証までを分断せずに任せられます。

薄肉射出成形の難しさは、樹脂の流れと冷え、そして圧力のせめぎ合いにあります。その多くは、設計の上流で先回りできます。他社で断られた薄肉・極細・抜きテーパー0度の製品でも、まずは図面の段階からご相談ください。弊社が、量産までの道筋を一緒に描きます。

💡よくある質問

この記事を書いた人

親和工業株式会社 技術スタッフ

親和工業の医療用プラスチック成形を支える、社歴20年の現場技術担当です。

私の強みは、流動解析を用いた3D金型設計から、現場での成形オペレーション、高精度な検査、そして梱包出荷に至るまで、射出成形のすべての工程を自ら泥臭く経験してきたことです。

各工程のメリット・デメリットを骨の髄まで理解しているからこそ、開発・設計段階での確実なVA/VE提案や、手戻りのないスムーズな試作・量産化が可能です。

特級技能士の技術力と、クラス10,000のクリーンルーム、最新のPCR品質保証体制を掛け合わせ、世界の医療を支える高品質なプラスチック製品をお届けします。

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