柔軟性、耐熱性、生体適合性を兼ね備えた部品を量産する必要がある場合、液体シリコーンゴム（LSR）成形が最適なプロセスとなるでしょう。 LSR成形では、-60℃から+200℃の範囲で物性を維持し、紫外線による劣化に強く、FDAおよびISO 10993の生体適合性基準を満たし、肉厚0.3mmという極薄の壁を持つ複雑な形状にも成形可能なエラストマー部品を製造できます。.
このガイドでは、LSR成形とは何か、その工程を段階的に解説し、液体シリコーンゴムの材料科学、従来のゴム成形や熱可塑性エラストマーとの比較、LSR部品を成功させるために遵守すべき設計ルール、そしてLSRが最大の価値を発揮する業界や用途について説明します。.
液体シリコーンゴム（LSR）とは何ですか？
液体シリコーンゴム（LSR）は、プラチナ系触媒を用いた2液型の熱硬化性エラストマーです。加熱すると溶融し、冷却すると固化するという熱可塑性樹脂とは異なり、LSRは熱を加えると不可逆的な化学的架橋反応（加硫）を起こします。 一度硬化すると、この材料を再溶融したり、形状を変更したりすることはできません。この熱硬化性という特性により、LSRは卓越した長期安定性を備えています。架橋された分子ネットワークは、数千時間にわたる連続使用においても、クリープ、圧縮永久ひずみ、および劣化に耐えることができます。.
一般的に「A液」（ビニル官能基を持つポリシロキサン系ベースを含む）と「B液」（ヒドリド官能基を持つ架橋剤および白金触媒を含む）と呼ばれる2種類の液状成分は、別々に保管され、射出直前に正確な1：1の比率で混合されます。 着色、放射線不透過性、あるいはオーバーモールド時の基材への密着性を高めるために、顔料、添加剤、自己接着剤を混合物に添加することができます。.
LSRの主な材料特性： ショアA硬度10～80の範囲。使用温度範囲は-60℃～+200℃（短時間の+250℃までの耐熱性あり）。引張強度はグレードにより5～12 MPa。 破断伸びは200～1,000%。優れた圧縮永久ひずみ抵抗（175℃で22時間経過後の値は通常15%未満）。ISO 10993およびUSPクラスVIに準拠した生体適合性。 食品接触に関するFDA 21 CFR 177.2600に準拠。電気絶縁性あり（絶縁耐力15～25 kV/mm）。オゾン、紫外線、希酸、および多くの溶剤に対して耐薬品性がある。光学的に透明なグレードも用意されている。.
LSR射出成形プロセスとはどのような仕組みなのでしょうか？
LSR射出成形は、熱可塑性樹脂の成形とは根本的に異なる熱サイクルに従います。熱可塑性樹脂の成形では、高温の材料を低温の金型に射出させて固化させます。一方、LSR成形では、低温の材料を高温の金型に射出して硬化させます。この逆転した熱的メカニズムにより、専用の設備と金型設計が必要となります。.
ステップ1：材料の準備と計量
A液とB液は、計量装置（ポンプシステム）に接続された別々のドラム缶またはペール缶に保管されます。計量装置は、各成分を厳密に制御された1：1の体積比でスタティックミキサーに送り込み、そこで2つの成分が均一な混合物となります。 混合されたLSRは、射出成形前の早期硬化を防ぐため、バレル内で室温（またはわずかに冷却された状態）に保たれます。顔料や添加剤が必要な場合は、この段階で3つ目の計量流路を通じてカラーペーストが混合物に導入されます。.
ステップ2：加熱された金型への射出
混合されたLSRは、冷却されたノズルおよびランナーシステムを通じて、150～200℃に加熱された金型に射出されます。 コールドランナーシステムは、材料が金型キャビティに入るまで液体の状態を保つことで、無駄を最小限に抑えます（熱可塑性樹脂成形におけるホットランナーシステムとは異なり、LSRでは、材料がキャビティに到達するまで硬化温度以下に保つ必要があるため、コールドランナーが使用されます）。 LSR の射出圧力は、熱可塑性プラスチックよりも大幅に低く、エンジニアリングプラスチックの 500～1,500 bar に対して、通常 30～70 bar です。 未硬化の LSR は粘度が低く（蜂蜜に似ている）、熱可塑性プラスチック成形では極度の圧力が必要となるような、薄い壁、微細な形状、複雑な形状にも充填することができます。.
ステップ3：熱硬化（加硫）
LSRが金型キャビティを満たすと、白金触媒が金型温度によって促進される架橋反応を開始します。硬化時間は短く、部品の厚さや金型温度にもよりますが、通常10～60秒程度です。この架橋反応により、シリコーンポリマー鎖が結合して三次元のエラストマーネットワークが形成され、これにより材料に最終的な機械的特性が与えられます。 金型温度を高くすると硬化は早まりますが、型締力が不十分な場合、バリが増加する可能性があります。.
ステップ4：型から取り出しと後硬化（任意）
硬化後、金型が開き、完成した部品が取り出されます。LSRは柔軟性が高いため、通常、エジェクタピン（柔らかい材料を変形させてしまうため）ではなく、手作業またはロボット支援のピックシステムを用いて部品を取り出します。バリは手作業または自動バリ取りシステムで除去します。 用途によっては、架橋を完了させ、揮発性副生成物を除去し、圧縮永久歪みの性能を向上させるために、200℃で2～4時間のポストキュアオーブン処理が行われます。純度要件が厳しい医療用や食品接触用途では、ポストキュア処理が標準となっています。.
LSR 対 高粘度ゴム（HCR） 対 熱可塑性エラストマー（TPE）
LSRは、他の2つの柔軟な材料群とよく比較されます。これらの違いを理解することで、用途に適した材料を選ぶことができます：
LSR 対 HCR（高粘度ゴム／固体シリコーンゴム）： HCRもシリコーンエラストマーの一種ですが、固体ゴム状の状態で供給されるため、コンパウンド処理、圧延、そして圧縮成形またはトランスファー成形を行う必要があります。 LSRは液状であるため、射出成形が可能となり、サイクルタイムが短縮され（HCRの圧縮成形が3～15分であるのに対し、10～60秒）、寸法公差が厳格になり、バリも少なくなります。 HCRは、非常に厚い部品（10 mm以上）や、圧縮永久ひずみを可能な限り低く抑える必要がある用途に適しています。ほとんどの精密シリコーン部品については、LSR射出成形の方がより効率的で費用対効果の高いプロセスです。.
LSR 対 TPE（熱可塑性エラストマー）： TPE（TPU、TPV、SEBS）は、標準的な設備で加工可能な熱可塑性樹脂です。 射出成形 専用の計量システムを必要としない設備。TPEは1キログラムあたりのコストが安く、成形も迅速です。しかし、TPEはLSRの耐熱性（TPEは100～130℃以上で軟化するのに対し、LSRは200℃以上でも耐える）、圧縮永久歪み特性、生体適合性、耐薬品性には及ばない。 自動車のボンネット内部品、医療用インプラント、および食品接触用途においては、LSRが優れた選択肢となります。一方、消費財のグリップ、ソフトタッチのオーバーモールド、および重要度の低いシール用途においては、TPEの方がコスト効率に優れている場合が多いです。.
LSR金型：設計上の考慮事項
LSR金型は、標準的な熱可塑性樹脂用金型とは、いくつかの重要な点で異なります：
金型材料および表面仕上げ： LSR金型は通常、高品質な工具鋼（H13、S136）から機械加工され、高光沢仕上げ（SPI A-2以上）に研磨されます。 未硬化のLSRは粘度が低いため、表面の欠陥、パーティングラインのずれ、またはベントギャップがあると、フラッシュが発生します。パーティングラインの精度は、0.01～0.02 mmが標準です。XY Machiningでは、当社の 金型製作 当社では、LSR金型の研削・研磨を社内で一貫して行い、LSRが求める厳しい平坦度要件をシール面が満たすようにしています。.
コールドランナーシステム： LSR金型では、コールドランナー（15～25℃に冷却されたもの）を使用し、材料が加熱されたキャビティに入るまで液体の状態を維持します。これは、熱可塑性樹脂のホットランナーシステムとは逆の仕組みです。コールドランナーを採用することで、ランナーシステム内の硬化した廃棄物を排除でき、材料費と後処理の手間を削減できます。.
愚痴： LSRは粘度が低いものの、射出成形中に金型内に閉じ込められた空気が排出されるよう、金型に通気孔を設ける必要があります。 通気孔の深さは通常 0.005～0.01 mm で、熱可塑性樹脂の金型用通気孔（0.02～0.05 mm）よりもはるかに浅くなっています。これは、LSR が 0.01 mm より広い隙間にはみ出してしまうためです。 真空アシスト成形は、受動的な通気では不十分な、複雑な形状や断面が厚い部品に使用されます。.
エジェクターピンなし： 硬化後のLSRは柔軟で粘着性があるため、エジェクタピンを使用すると部品が取り外せなくなるどころか、変形させてしまう恐れがあります。部品の取り出しは、手作業、ロボット、または圧縮空気による吹き飛ばしで行われます。金型の設計では、十分な抜き勾配（最低1～3度）を設けるほか、離型を容易にするために離型剤を塗布する場合もあります。.
オーバーモールド対応： LSRは、2ショット成形またはインサート成形プロセスを用いて、熱可塑性樹脂（PC、PA、PBT、PEEK）、金属、およびその他の基材上にオーバーモールドすることができます。 自己接着性LSRグレードは、プライマーや接着剤を必要とせずに、硬化中に基材と化学結合を形成します。これにより、1回の成形サイクルで、ソフトグリップハンドル、密閉型電子コネクタ、および医療機器アセンブリの製造が可能になります。.
LSR部品のDFM設計ルール
最小肉厚： LSRは0.3 mmという薄さまで成形可能ですが、充填の均一性と確実な離型のためには、0.5～1.0 mmの厚さが推奨されます。0.5 mm未満の薄さの部品は、取り出しの際に破れるおそれがあります。.
均一な肉厚： 熱可塑性樹脂の成形と同様に、肉厚を均一にすることで、硬化ムラを防ぎ、反りを抑えることができます。厚い部分と薄い部分の境界は、急激ではなく、徐々に変化するようにしてください。.
ドラフトの角度： すべての垂直面には最低1度の抜き勾配を設けること。深絞り加工の場合は、2～3度の抜き勾配が望ましい。LSRは柔軟性があるとはいえ、抜き勾配が不十分だと離型力が大きくなり、部品が伸びたり破れたりすることがある。.
アンダーカット： LSRの弾性により、アンダーカットの深さが部品径の2～3%を超えない限り、サイドアクションを使用せずに、適度なアンダーカットのある部品を金型から取り出すことができます。これにより、硬質熱可塑性樹脂で同じ形状を実現するために必要となる金型の複雑さを解消できます。.
パーティングラインの位置： バリが生じても許容範囲内であるか、あるいは容易にトリミングできる位置に分型線を設定してください。分型線の位置がずれると、LSR材料の粘度が低いため、LSR部品に目立つバリが発生します。.
ゲートの設計： コールドランナーシステムを採用したサブゲート、エッジゲート、またはダイレクトスプルーゲート。LSR部品上のゲート残渣は通常、面一になるようにトリミングされます。許容される残渣の大きさを図面に明記してください。.
半径とフィレット： 材料の流れを均一にし、硬化した部品の応力集中を低減するため、すべての内角には十分な半径（最小0.5 mm）を設けてください。.
許容差： LSR部品は、直線寸法において±0.1 mm～±0.2 mm、角度寸法において±0.5度の一般的な公差を満たしています。精密な金型や制御された工程パラメータを用いることで、より厳しい公差も実現可能ですが、その場合は金型コストが増加します。.
LSR成形の産業分野と用途
医療機器およびヘルスケア： 呼吸用マスク、カテーテル部品、手術器具のグリップ、薬剤送達用シール、埋め込み型ガスケット、補聴器の本体、哺乳瓶の乳首など。 LSRは、生体適合性（ISO 10993、USPクラスVI）、滅菌性（オートクレーブ、ガンマ線、エチレンオキシド）、および低アレルギー性といった特性を備えており、皮膚接触用途やインプラントグレードの用途における標準的な材料となっています。.
自動車： コネクタシール、スパークプラグブーツ、ターボチャージャー用ホースガスケット、センサーハウジング、LEDヘッドライトレンズシール、EVバッテリーパック用ガスケット。LSRは、エンジンルーム内の高温（150～200℃の連続使用）、振動、およびオイルや冷却液への曝露に耐えます。.
家電製品： スマートフォンやウェアラブル機器用の防水シール（IP67/IP68規格）、キーパッドのボタン、充電ポートカバー、イヤホンのイヤーピース、スマートウォッチのバンドコネクタなど。LSRの柔軟性、耐久性、そして肌に優しい特性は、ウェアラブル機器の要件に完璧に合致しています。.
飲食： 焼き型、ヘラの先端、製氷トレイ、ボトルバルブのシール、飲料ディスペンサーのガスケットなど。LSRは、食品接触に関するFDA 21 CFR 177.2600の基準を満たしており、無臭・無味・無毒です。一般消費者向け製品向けに、透明および半透明のグレードが用意されています。.
産業・航空宇宙： 耐熱シール、防振材、EMIガスケット、光学レンズの封止、およびケーブル貫通用グロメット。LSRは、長寿命が求められるシール用途において、圧縮永久ひずみ抵抗および熱安定性の点で有機ゴムを凌駕しています。.
LSR成形の主な利点と制限事項
メリット
サイクルタイムが短い（10～60秒）ため、部品あたりのコストを抑えながら大量生産が可能です。コールドランナーシステムを採用したフラッシュのない、あるいはほぼフラッシュのない成形品により、廃棄物と後処理を最小限に抑えます。 広い動作温度範囲（-60～+200℃）は、あらゆる熱可塑性エラストマーを上回ります。生体適合性とFDA準拠により、医療用途や食品接触用途への応用が可能となります。低粘度のため、熱可塑性樹脂では同等の圧力では充填できない薄肉（最小0.3mm）や微細構造にも充填できます。 優れた長期圧縮永久ひずみ抵抗性（15%以下）により、長年の使用にわたりシールの完全性が確保されます。オーバーモールド機能により、接着剤を使用せずにLSRを硬質基材に直接接合できます。密閉式の計量・混合システムにより、医療やクリーンルーム製造において極めて重要な高純度が保証されます。.
制限事項
パーティングラインの精度がより厳格であること、コールドランナーシステムの採用、およびキャビティ表面の研磨処理により、金型費用は熱可塑性樹脂の金型よりも高くなります。 材料費は1キログラムあたり、一般的な熱可塑性プラスチック（PP、ABS）の3～5倍、TPEの1.5～3倍です。バリの処理には、慎重な金型設計とメンテナンスが必要です。金型が摩耗すると、すぐにバリが発生します。 医療用途や食品接触用途では、ポストキュアが必要となる場合があり、バッチごとに2～4時間のオーブン処理時間が追加されます。LSRは熱硬化性樹脂であるため、（熱可塑性樹脂の再粉砕とは異なり）再粉砕や同一プロセスへのリサイクルはできません。LSRを非適合な基材に接着するには、プラズマ処理やプライマーの塗布が必要になる場合があります。.
よくある質問
LSRとシリコーンゴムにはどのような違いがありますか？
LSRは、シリコーンゴムの一種です。「シリコーンゴム」という用語には、2液型の液体コンパウンドから射出成形される液体シリコーンゴム（LSR）と、固体ゴムから圧縮成形またはトランスファー成形される高粘度ゴム（HCR、または固体シリコーン）の両方が含まれます。 LSRは大量生産の精密部品に適しており、HCRは肉厚で形状が単純な部品や、圧縮永久歪みが極めて低いことが求められる用途に使用されます。.
LSR部品の一般的な硬度範囲はどのくらいですか？
LSRの硬度範囲は、ショアA10（極めて柔らかく、ゲル状）からショアA80（硬いゴム）まであります。シール、ガスケット、オーバーモールドグリップには、ショアA30～60の硬度が最も一般的に指定されます。.
LSR成形は、熱可塑性樹脂の射出成形とどのように異なるのでしょうか？
熱サイクルは逆になります。LSRは、高温の金型（150～200℃）に低温のまま射出され、そこで硬化するのに対し、熱可塑性樹脂は、低温の金型に高温のまま射出され、そこで固化します。 LSRでは、2液性材料用の計量・混合システムと、早期硬化を防ぐためのコールドランナーが使用され、エジェクタピンは使用されません。射出圧力は、熱可塑性樹脂（500～1,500バール）に比べてはるかに低く（30～70バール）なっています。.
LSRは生体適合性がありますか？
はい。液体シリコーンゴムは本質的に生体適合性があり、細胞毒性、感作性、および皮内反応性に関するISO 10993およびUSPクラスVIの試験に合格しています。医療用グレードのLSR配合物は、クリーンルーム環境下で製造され、ロットごとの完全なトレーサビリティが確保されています。.
LSRは他の素材の上にオーバーモールドすることは可能ですか？
はい。LSRは、自己接着性のLSRグレードまたはプライマーを用いた接着により、熱可塑性樹脂（PC、PA、PBT、PEEK）、金属、ガラスにオーバーモールドすることができます。これは、密閉型電子コネクタ、ソフトグリップの医療器具、自動車用センサーハウジングなどに広く利用されています。.
LSR部品では、どの程度の公差を実現できますか？
LSRの標準公差は、直線寸法で±0.1 mm～±0.2 mm、角度寸法で±0.5度です。精密な金型と厳密に管理された工程パラメータを用いることで、重要寸法において±0.05 mmの精度を達成できますが、その場合は金型コストが増加します。.
LSR用金型の費用はどれくらいかかりますか？
LSR金型のコストは、より厳格なパーティングラインの要件、コールドランナーシステム、およびキャビティ表面の研磨処理が必要なため、同等の熱可塑性樹脂用金型よりも通常15～30%高くなります。 単純な単キャビティのLSR金型は、$5,000～$10,000から始まります。多キャビティの量産用金型は、複雑さに応じて$15,000～$50,000以上となります。.
LSR部品の最小注文数量はどれくらいですか？
LSR射出成形には技術的な最小発注数量という制限はありませんが、金型製作費がかかるため、500～1,000個以上の生産量で最も費用対効果が高くなります。100個未満の場合は、シリコーン圧縮成形や、シリコーン類似素材を用いたウレタン鋳造の方が経済的である可能性があります。.
LSR製の部品は着色できますか？
はい。液体シリコーンゴムは、半透明や透明の配合を含め、事実上あらゆる色に着色することが可能です。色は混合工程において3番目の計量流として添加され、部品全体に均一に分散されます。パントン（Pantone）やRALの基準色に合わせたカスタムカラーマッチングは標準仕様となっています。.
結論
液体シリコーンゴムの成形は、柔軟性、耐久性、生体適合性、あるいは耐熱性を備えた部品を量産する必要がある場合に最適なプロセスです。 プラチナ触媒を用いた2液混合、加熱された金型への低粘度射出、そして高速硬化サイクル（10～60秒）を組み合わせることで、熱安定性、圧縮永久ひずみ、あるいは長期的な耐薬品性において、いかなる熱可塑性エラストマーにも匹敵しない部品を実現します。 その代償として、熱可塑性成形に比べて金型や材料のコストが高くなるため、LSRは500～1,000個以上の生産において最も費用対効果が高くなります。.
医療機器、自動車のエンジンルーム内、民生用電子機器の防水、および食品接触製品への用途において、LSRは単なる優れた選択肢であるだけでなく、性能、規制、耐久性に関するすべての要件を同時に満たす唯一の材料である場合が少なくありません。.
