今こそ熱可塑性エラストマー（TPE）のオーバーモールドを始める時だ。TPEは従来、ゴムの代替品として使用されてきましたが、消費者市場の新しいトレンドによって、オーバーモールドという考え方がビジネスの世界でも定着してきました。消費者市場では、より優れた人間工学的な感触や手触り、グリップ性、外観、衝撃保護、振動分離、断熱性に対する需要とトレンドが高まっています。消費者製品のデザイナーは、見た目や手触りが良く、要求の厳しい最終用途でもうまく機能するソリューションを考え出すことで、素材メーカーが満たすべき基準を設定している。

このエッセイでは、TPEオーバーモールディング技術について、一般的な用語と、この永遠のトレンドのために設計されたソリューションを作るために使用できる材料グループとして説明します。硬質基材としては、ポリプロピレン（PP）、ポリエチレン（PE）、ポリスチレン（PS）、ハイインパクト・ポリスチレン（HIPS）、ポリフェニレンオキシド（PPO）、グリコール変性ポリエチレンテレフタレート（PETG）、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン（ABS）、ポリエステル（PET、PBT）やポリアミド（ナイロン6、ナイロン66）のような半結晶性極性プラスチックなどが挙げられます。材料を混合・相溶させる新しい技術により、これらの異なる基材にオーバーモールドできる商品を作ることが可能になった。

TPEを硬い表面にオーバーモールドするには、多くのことが非常に重要です。まず最も重要なことは、剛性のあるベースに合うTPEの種類を選ぶことです。また、オーバーモールド工程（インサート成形や2K成形など）、機械の種類、工程条件、材料の準備方法、部品の設計、金型の設計も重要です。ユニークな材料技術、新しい部品や金型のデザイン、オーバーモールディング技術の向上は、快適さ、見た目の美しさ、付加価値といった消費者の絶え間なく高まるニーズに応えられるよう、デザイナーの頭を常に活性化させる。

TPEオーバーモールディング技術

TPEオーバーモールディング は、射出成形を使用して、ある材料（オーバーモールド）を別の材料（基材）の上に置く。オーバーモールドされた材料は、最終用途で長持ちし、うまく機能するように基材に密着する必要があります。オーバーモールドによって、TPEを硬い素材に接着するための接着剤やプライマーが不要になります。オーバーモールディング技術は、設計者に自由を与え、製造コストを下げ、ものづくりを容易にします。マルチマテリアル成形とインサート成形は、オーバーモールドの2つの主な方法です。

複数の材料を使用する射出成形は、多色射出成形または2ショット射出成形とも呼ばれる。図1は、使用される金型の種類を示している。これらは2つ以上の射出ユニットを備えている。射出成形機のアームは、互いに平行または直角になるようにセットすることができる。金型には2組の穴がある。一組は基材を成形し、もう一組は被覆材を成形する。

2ショット成形には2つのステップがある。最初のステップは、1つ目のバレルが基板の穴を埋めることです。基板が冷えると、金型が開き、基板が金型から出ることなく、動かせる側が180度回転する。次に金型が閉じられ、オーバーモールド材料が第2のバレルに注入される。金型の後半は、静止している側に充填される。オーバーモールド材を部品の両側で成形する必要がある場合、金型は回転するのではなく、2組の穴の間で部品を移動させることもある。

ロータリープラテンマシンとロータリーダイマシンとの比較：プレスの2番目の部分にあるロータリープラテンは、回転させるために機械に組み込まれていることがある。ロータリ・プラテンを4回に分けて使用する場合、一般的にはそれに取り付けられた金型の半分が使用される。回転が金型自体に組み込まれている場合もあり、金型ハーフは2つしかないが、金型穴は4セットある。

動く：コアプロセスの金型には、油圧または空気で動く部分がある。最初の基材が注入され、冷却する時間が与えられると、金型部分が引き戻され、TPEオーバーモールド材料のためのスペースが作られる。その後、TPEが導入されるが、ほとんどの場合、インサートが引き戻されたときに見える穴の側面から導入される。この方法は、サイクルタイムが速く、キャビテーションが多く、機械性能が高い。唯一の問題は、一定の厚さのTPEしか使えないことです。

インサート成形-インサート・オーバーモールディング

インサート成形はオーバーモールド成形の一種で、インサート成形では、すでに成形された硬質プラスチック基板や金属部品をロボットや人が穴に入れる（図2）。オーバーモールド」と呼ばれる2つ目の材料は、インサートの片側、または全体を囲むように入れられる。インサート成形には、標準的な射出成形ツールが使用される。

回転か移動か？テーブル成形：水平射出装置またはロボットを使用して、基材を成形したり、最初の位置の第2キャビティにインサートを入れたりする。テーブルは次のステーションに移動または回転し、別の水平または垂直射出ユニットがTPEを入れるために使用されます。ホットスプルを使うことも、分割ラインにランナーを置くこともできます。回転ユニットのテーブルが3回転すると、「オフロード」ステーションに送られ、そこで完成した2部品が排出される。

TPEオーバーモールディングプロセス

どの工程と金型設計を使用するかは、選択する材料、人件費、使用可能な工具と機械、大量生産する場合の経済性に依存する。インサートが熱可塑性プラスチックでない場合は、インサート成形を使わなければなりません。プラスチックや金属の基材が少量しか必要なく、現地の労働コストが低く、工具のコストを低く抑える必要がある場合は、手作業で配置します。作業量が多い場合は、シャトル工具を使うことができる。ロボット配置のインサートや回転テーブル工具は、必要な作業量がコストに見合う場合に使用できる。多くの部品を作る必要がある場合や、お住まいの地域の人件費が高い場合は、プラスチック基板用の2材成形機が最適です。生産数が最も多く、見栄えの良いパーツを作るには、バルブゲート付きのホットランナーシステムが最適です。

オーバーモールド部品設計の考慮点

オーバーモールドの設計にはさまざまな部分があるが、本稿では一般的な留意点について述べる。

素材に関して言えば、ボンディング可能なTPEは通常のTPEよりも厳しい規則があります。部品を作る場合も同じです。2部品の部品を設計する場合、2つの異なる柔軟な素材がどのように収縮するかを考えなければならず、1部品の部品を設計するのとは異なります。どちらも独自のゲートとランナーシステムがあり、使用する材料の特徴に基づいてカスタマイズする必要があります。

最良のサイクル・タイムを得るためには、ベースとオーバーモールドの薄い壁はできるだけ均等でなければならない。ほとんどのオーバーモールドでは、厚さ1mmから3mmの壁がうまく接合できる。部品に厚い部分が必要な場合は、部品の収縮を抑え、サイクルタイムと重量を削減するために、その部分をコア抜きする必要があります。バックフィルやガストラップのような流れの問題を避けるため、肉厚の変更はゆっくりと行う。鋭角のコーナーに円（少なくとも0.5mm）を付けると、その部分の応力を下げることができる。深いダークポケットや開けないリブは避けるべきである。ロング・ドローは、ボールが出やすくなるようにドラフトを3～5度にする。深いアンダーカットはオーバーモールドコンパウンドで作ることができますが、金型が開くときにアドバンスコアを使用し、部品に鋭利なエッジがなく、エラストマーが金型から出てくるときに曲がるようになっている場合に限ります。

成形時、ほとんどのTPEコンパウンドは流れ方向にはかなり収縮しますが、クロスフロー方向にはあまり収縮しません。このため、成形品を金型から取り出すと、オーバーモールディング材が基材よりも収縮する可能性があります。その結果、基材部品が反ったり、カップが生じたりする可能性があり、一般にオーバーモールディング材の流れ方向に反ります。基材がオーバーモールドより薄い部品や、剛性の低い基材を使用した部品では、これは特に顕著です。これは、より弾性率の高い基材を使用し、基材に補強リブを追加することで部分的に解決できる。また、塗膜を薄くし、硬度の低いオーバーモールドグレードを使用することも有効です。ゲートを動かしてTPEの流動パターンを変えるのも有効かもしれません。

ショア硬度とは、最小厚さ6.3mmの成型板（ASTM D2240）の上でへこんだときの抵抗力のことで、TPE素材の測定に使われます。硬度が低いものは、同じ厚さであっても外側が柔らかく感じられます。しかし、オーバーモールドは通常TPEの薄皮の部分だけに行われるため、下の硬いベースが柔らかさに影響します。これを硬度試験にかけると、皮が柔らかくても、硬度が小さい方が岩が硬いことを示す。ゴムのオーバーモールドが部品の両側（AとB）にある場合は、金型セクション間を移動できる2つの材料金型を使用する必要があります。部品または単純な部品の側面全体に滑らかな層を作るには、中子が移動する2つの材料金型を使用する必要があります。エラストマーと基材の壁の厚さによっては、出力率が非常に高くなることがあります。

TPEとエンジニアリング熱可塑性プラスチックとの密着性

硬いエンジニアリング・プラスチックと柔らかいゴムの密着度を変える要因はたくさんある。素材間に特定の関係を築くには、両者の表面エネルギーが同じであることが重要です。TPEが表面にくっつく力も重要な要素です。TPEと基材の間で特定の反応が起こるためには、両者が非常に接近し、表面が濡れている必要がある。図3に示すように、TPEのテオロジーの仕方によって、濡れ方が決まる。オーバーモールディング材料は粘度があまり高くない。また、せん断に対して敏感で、せん断減粘挙動を示す。

下の写真は、流量が多いときの粘度が範囲の下限に近いことを示しています。これは、TPEがオーバーモールドで一般的な薄肉部分に入り込み、充填するのに役立ちます。

TPEの化学的性質と工業用プラスチックの種類は、濡れ具合に大きな影響を与えます。接着の質だけでなく、エラストマーの拡散と粘弾性特性も重要な役割を果たします。TPEと硬い基材が接する点は、接着強度と破壊のタイプ（凝集性（C）または接着性（A））の両方にとって非常に重要です。強力な接着の兆候を探す場合、通常は凝集系が最もよくわかると考えられている。しかし、接着強度が中程度しかない弱いTPEでは、リンキングが強いように見えることがあります。接着剤が失敗しても、良好な結合が存在する場合もある。硬い基材と柔らかい熱可塑性エラストマーがくっつくのを助ける接触部には、3種類のプロセスがある。これらは下の写真で見ることができる。

デザインは、機械的な接続を可能にするものである。この場合、2つの表面の間に本当のリンクができるわけではありませんが、どんなTPEでも機能します。2つ目の方法は、基材とオーバーモールドTPE素材が化学的に適合しているために機能します。化学的適合性は表面エネルギーに基づいており、この表面エネルギーは基材とTPEがどれだけうまくくっつくかに関係している。成形方法と温度が適切であれば、基材とオーバーモールドの分子が混ざり合う界面が形成されます。ポリエチレンを基材として、スチレン系TPEやオレフィン系TPEを成形して界面を作ることができます。第3の方法は、TPEに組み込むことができます。この結合プロセスは、TPEの基材と硬い基材との間の特定の極性相互作用や化学反応によって成り立っています。

90度剥離試験」で、TPEと工業用プラスチックの接着強度を調べることができます。私たちはプラスチック用のASTM D903の方法を変更して、柔らかいTPEが硬い熱可塑性プラスチックにどの程度接着するかを試験しました。試験には、TPEスキン・インサートを成形したベースを使用します。インストロン引張試験機を使用して、幅1インチのTPEストリップをベースに対して直角に切断し、引っ張ります。ゴムが引っ張られている間、90度の角度が変わらないようにホイールの所定の位置に固定される。接着強度は、エラストマーをベースから引き離すのがどれだけ大変かによって求められる。この力は通常2インチ以上である。接着破壊（A）か凝集破壊（C）かによって2つのグループに分けられる。接着破壊とは、素材にTPEの残留物が残らないことを意味します。記載されている数値は、接着に関する3つの異なる研究の平均値です。顧客は一定レベルの接着力を求めているため、私たちは12pli以上の接着力があれば十分だと判断しています。

今日、TPEをリジッドな基材にオーバーモールドすることに大きな関心が寄せられています。新しいTPEは、ますます多くの基材にオーバーモールドされています。これにより、デザイナーはデザインの自由度が増し、"me-too "コピー品で溢れる市場で、商品を際立たせることができるようになります。

TPEが非常に有名なのは、店頭での販売に役立つからだ。現代人は店頭で膨大な種類の商品から選ぶことができるため、商品を作っている企業は自社の商品を目立たせたいと考えている。TPEを使った製品を選ぶ理由はたくさんある。 オーバーモールディング 新しい色、テクスチャー、パターン、快適さなどである。多くの人にとって、硬いプラスチックの手触りよりも、「温かみのある」柔らかい手触りの方が心地よく感じるものだ。また、ゴムのような見た目や感触のものは、より価値があると思われがちだ。人間工学や関節の使い過ぎによるケガの増加についてよく知られるようになり、人々はより体にフィットし、振動を軽減する商品を見つけることに賢くなりました。オーバーモールドTPEは、手触りや使いやすさ以外にも役立つことがあります。例えば、濡れた場所での安全で強力なグリップの提供、ガスケットやシールの防水加工、衝撃から保護し早期破損を防ぐ「バンパー」の成形、振動の低減などが挙げられます。