真空鋳造設計

試作・小ロット樹脂部品のための真空注型設計ガイドライン

真空注型の設計では、ポリウレタン樹脂がシリコーン型のすみずみまでスムーズに充填され、安定して硬化し、
最初のショットから最後のショットまで量産に近い外観と寸法品質を出せるように「部品形状」と「シリコーン型」を考えることが重要です。
適切な設計を行うことで、気泡や反り、外観不良を減らしつつ、シリコーン型の寿命を延ばし、1個あたりコスト（単価）も読みやすくなります。

このガイドでは、試作・低量産向けプラスチック部品のための実務的な真空注型設計ルールを解説します。
シリコーン型の設計、肉厚レンジ、抜き勾配とアンダーカット、材料選定、ゲート・エア抜き（ベント）の考え方、
現実的な公差設定などについて、Super-Ingenuity（SPI）が医療機器・自動車・産業機器向けに
1設計あたり10～100個程度のウレタン注型プロジェクトを運用している実績をベースにまとめています。

RFQ用のCADデータや、製造性検討（DFM）レビュー用の図面を準備するときは、この真空注型設計ガイドラインを参考にしてください。
モデルデータは
真空注型サービスページ
からアップロードいただければ、リスク箇所の洗い出し、樹脂材料とシリコーン型構成の提案、
そして現在の開発ステージにおいて、どこまで真空注型が
3Dプリンティング
や
射出成形
より適した選択肢になるかを具体的にお知らせします。

真空注型（ウレタン注型、ポリウレタン注型とも呼ばれます）は、3DプリントまたはCNC切削で製作したマスターモデルからシリコーン型を作る工法です。液状ポリウレタン樹脂を計量・混合し、脱泡したうえで真空下で型内に注入／流し込み、温度を管理しながら硬化させます。シリコーン型はマスターモデルのディテールやテクスチャをそのまま転写するため、マスターモデルの設計がすべての注型品の品質を直接左右します。

通常の 射出成形設計 とは異なり、冷却回路やスライド機構を備えた剛性の高い鋼製金型を使うわけではありません。代わりにシリコーン型を用いることで、小さなアンダーカットや柔軟な離型が可能になりますが、金型寿命は有限で、形状・樹脂・硬化温度にもよりますが1型あたり概ね15～25ショット程度が目安となります。

真空注型が適しているケース

• 射出成形品と同等の外観・機能を持つ部品を、10～100個程度の少量ロットで必要としている。
• 3Dプリントでは、要求される表面品質・透明性・靭性を満たせない。
• デモ・展示会・マーケティング用の外観モデル（意匠モデル）が欲しい。
• 嵌合・組立性の確認や、限定的なフィールドテストに使える機能試作が必要である。
• 量産用ハード金型に投資する前のブリッジ量産・検証フェーズを埋めたい。

工程ステップの詳細や写真、使用可能な材料オプションについては、当社の
真空注型サービス ページもご参照ください。

真空注型の基本設計ガイドライン

真空注型で安定した品質の試作・少量量産部品を得るためには、いくつかのシンプルな数値ルールを押さえておくことが近道です。
下の表に、設計時のチェックリストとして使える主要なガイドラインをまとめました。

これらの数値は、真空注型用の3Dモデルを設計する際のベースラインとしてご活用ください。
後続のセクションでは、各ガイドラインが重要となる理由と、どの程度までなら条件付きで外しても問題ないかを解説します。

真空注型に適した肉厚の目安は？
一般的なポリウレタン系の真空注型品は、肉厚1.5～3.0 mm程度がもっとも安定しやすい範囲です。
それより薄いとショートショットやシリコーン型エッジの欠けが起こりやすく、逆に厚肉すぎると硬化に時間がかかり、ヒケやボイドの原因になります。
剛性・重量・外観品質のバランスを取るため、必要に応じてリブや中空構造（コア抜き）を活用します。

肉厚はできるだけ均一に保つことが重要です。急激な肉厚変化があると、シリコーン型内部で熱がこもりやすく、硬化時間のばらつきや不均一な収縮につながります。
その結果、反り変形やヒケ、内部リブ形状の写り込みなどが外観面に現れやすくなります。

設計上のおすすめポイント：

• 肉厚が変わる箇所は、段差ではなくなだらかなテーパーでつなぎ、急激な断面変化を避ける。
• 剛性を上げたい場合は、肉厚の40～60%程度のリブで補強し、無闇にソリッド厚肉にしない。
• どうしても厚肉が必要な箇所には、中抜きポケットや軽量化形状を設けて、硬化・収縮を安定させる。

肉薄部が量産可能かどうか判断に迷う場合は、
3Dデータを
真空注型お見積りフォーム
からお送りください。樹脂の流動経路を想定しながら、ショートやヒケを避けるための形状改善案をご提案します。

シリコーン型は柔軟性があるため、金型鋼材に比べて離型しやすいというメリットがありますが、それでも安定した量産には一定の抜き勾配が有効です。

• 垂直面には、できるだけ1°以上の抜き勾配を付けることを推奨します。
• 深いポケット形状や背の高いリブ、テクスチャ（シボ）面には、2～3°程度の抜き勾配があると安心です。

抜き勾配をしっかり取ることで、離型時の摩擦が減り、特にエッジやコーナー部のシリコーンへの負荷を抑えられます。
型へのストレスが少ないほど、金型寿命の延長と寸法再現性の安定につながります。

アンダーカットへの対応：

• 小さいアンダーカット（軽いスナップフィットなど）は、十分なRが取れていればシリコーン型の弾性で吸収できるケースが多くあります。
• 大きなアンダーカットやエッジの鋭いアンダーカットは、シリコーンを早期に傷め、型寿命を短くします。
  その場合は、製品を分割して組み立て構造にする、着脱式のシリコーンインサートを用いる、
  あるいはスリット状の貫通形状やアクセスしやすいラッチ形状へリデザインする、といった方法を検討します。

重要なアンダーカット形状がある場合は、RFQの備考欄でその旨を明記してください。
形状や数量によって、真空注型で対応可能か、あるいは
CNC切削加工
や
射出成形
の方が適しているかをアドバイスいたします。

ハウジングやカバー、ブラケットなどでは、リブやボス形状が多用されます。
真空注型における基本的な考え方は射出成形とほぼ同じですが、シリコーン型ならではの注意点があります。

リブ設計

• リブ厚は隣接する母材肉厚の40～60%を目安に設計します。
• リブと壁面の取り合いには十分なフィレットRをつけ、シリコーン型への応力集中を避けます。
• 極端に背の高い細リブは樹脂が充填しにくいため、抜き勾配とRを付けて流動を安定させます。

ボス形状

• ボス外周の肉厚は、周辺の壁厚とできるだけ揃え、ヒケを抑えます。
• 強度が必要な場合も、厚肉ボスではなく補強リブを追加して剛性を確保する方が、外観・寸法とも安定します。
• インサートナットやねじ込み金具を使用する場合は、注型後の圧入・熱カシメのためのクリアランスを十分に確保するか、
  あらかじめ金属インサートをシリコーン型にセットして一体成形（オーバーモールド）する方法についてご相談ください。

細かい文字・ロゴなどのディテール

• シリコーン型は文字やロゴも高精度で転写できますが、過度に鋭角・極小な形状は充填不良や型破損の原因となります。
• 目安として、浮き文字の高さ（あるいは彫り込みの深さ）は0.3～0.4 mm以上、コーナーRは0.2 mm以上を確保すると安定しやすくなります。

真空注型は、少量生産としては非常に高い寸法精度が得られる工法ですが、CNC加工や量産用スチール金型のような
最も厳しい公差レベルとは同等ではありません。

• 一般的な形状では、±0.2 mm程度を全体公差の目安としてお考えください。
• シンプルで小さな寸法や嵌合部など、重要寸法については、工程を最適化することで±0.1 mmが達成できるケースもあります。
• 大型部品や長手方向寸法では、より緩い公差設定や、必要に応じてGD&Tで具体的な要求を共有することをおすすめします。

ポリウレタン樹脂は硬化時に収縮し、シリコーン型側も温度によってわずかに膨張します。
樹脂グレードや硬化条件にもよりますが、全体収縮率の目安はおおよそ0.2～0.4%です。

重要寸法への対処方法：

• 軸受け部、スライド部、ガスケット溝などの重要寸法・嵌合部は、図面やRFQで「重要寸法」であることを明示してください。
• 想定収縮量を踏まえて、マスターパターン側の寸法をあらかじめバイアスさせる（大きめ／小さめに作る）対応も可能です。
• どうしても非常に厳しい嵌合が必要な場合は、注型後に重要面のみ
  CNC加工
  で仕上げるハイブリッドプロセスも有効です。

ピン、スナップフック、細いリブなどの細く突き出した形状は、シリコーン型が最初に摩耗・損傷しやすい部分です。

• パーティングライン上にナイフエッジや極端に鋭いコーナーを設けないようにします。
• 背の高い単独の形状には、小さなR（面取り）と十分な抜き勾配を付けます。
• ピンは周囲に壁やリブを設けて支え、離型時に1本だけに荷重が集中しないようにします。

どうしても非常に細いピンやニードル状の形状が必要な場合は、シリコーン型に頼るのではなく、
ステンレスピンや3Dプリント部品などの二次部品として後付けする構成も検討してください。

シリコーンはある程度のアンダーカットであれば、たわんで離型することができますが、
成形サイクルごとにゴムが伸ばされるため、過度・鋭いアンダーカットは早期破損の原因になります。

型破れを避けるためのポイント：

• 機能上問題ない範囲でアンダーカットの深さを小さくします。
• 鋭い内コーナーは避け、フィレット（R）でスムーズに形状をつなぎます。
• 深い隠れ形状は、部品を2ピース構造に分割して噛み合わせるなど、構造を見直します。
• どうしても避けられないアンダーカットには、取り外し可能なシリコーンインサートを使います。

Super-Ingenuityのエンジニアは、真空注型向けにラッチ形状・スナップフィット・バヨネットロックなどを
より耐久性の高い構造にリデザインする支援を日常的に行っています。
エンジニアによる図面レビューを依頼するときは、
想定している組立方法や荷重条件も一緒に共有いただければ、より堅牢な設計案をご提案できます。

真空注型では、ゲートやベント（エア抜き）はシリコーン型側で設計しますが、
どこにゲート・ベントを設けられるかは、部品形状によって大きく制約されます。

きれいなゲート処理につながる設計のコツ：

• 目立ちにくい面の一部を、ゲート取り付け候補としてあらかじめ確保しておきます。
• 重要な意匠面を、最大肉厚部と完全に一致させないようにします。
• 成形後に切削・仕上げがしやすいように、小さなパッドやタブを追加する方法も有効です。

ベント（エア抜き）を助けるために：

• 空気の逃げ道がまったくない完全密閉キャビティ形状は避けます。
• 長いリブや細いチャネルの端部には、ごくわずかなクリアランスを設けて空気が抜けるようにします。

成形後のゲート・ベントのトリミングや仕上げレベルは、図面やRFQ（お見積り依頼）の指示に記載された
外観グレード・品質要求に基づいて定義されます。

Material: 医療グレードの透明ポリウレタン（PC相当の光学透明性）。

Challenge: 視認できる気泡・フローマーク・傷をウィンドウ部に一切残さないこと。

Why vacuum casting?
真空注型により、ハード金型を起こさなくても最終射出成形品に近いクリアな筐体を少量で再現できます。
シリコーン型はマスターモデルの鏡面仕上げを忠実に転写し、真空脱泡によって樹脂中の気泡を最小限に抑えます。

Design approach:

• 5軸CNC切削加工 と手研磨により、鏡面マスターモデルを製作。
• ゲートはウィンドウから離れた裏面の非機能領域に配置。
• レンズ部は均一な肉厚とし、収縮・反りを抑制。
• 離型後の傷を防ぐため、専用ハンドリング・梱包仕様を設定。

その結果、フィールドトライアルや各種認証評価に使用できる外観グレードのハウジングを、小ロットで安定供給できました。

Material: UL認定量産樹脂に近い、難燃性・耐衝撃性ポリウレタン。

Challenge: 薄肉壁と一体ボス、パッキン溝、局所的な金属インサートを同時に成形すること。

Why vacuum casting?
真空注型であれば、薄肉エンクロージャを量産樹脂に近い物性で短納期に試作でき、金属インサートも
複雑な射出成形金型なしでインサート成形できます。環境試験や振動試験、限定的な実車評価にも十分な性能が得られます。

Design approach:

• 外周壁厚は2.0～2.5 mmとし、補強リブで剛性を確保。
• ボスは周囲肉厚の約60%とし、根元にRを設けてヒケを抑制。
• シリコーン型側に局所ポケットを設け、ねじ込みブラスインサートをオーバーモールド。
• ハウジング側壁とパッキン溝に約2°の抜き勾配を設け、シリコーンエッジの欠けを防止。

これにより、初期の3Dプリント試作と最終射出成形量産品との間をつなぐ、コスト効率の高いブリッジ試作が実現しました。

近年の真空注型機では、ショットごとに混合比、真空度、型温、硬化時間などの条件を自動で記録することができます。
これらのデータを簡易なSPC管理図と組み合わせることで、プロセス条件の変化と寸法・外観の微妙な変動を相関させ、シリコーン型の寿命を通して部品品質を安定させることが可能になります。

複雑形状の部品では、マスターモデルやシリコーン型設計に対して流動解析や熱解析を行い、次のような点を事前に予測します。

• 気泡巻き込みやショートショットが発生しやすい領域。
• 歪みや硬化時間のばらつきにつながる局所的なホットスポット。
• ゲート・ベント配置の違いがサイクル安定性に与える影響。

これらの「デジタルツイン」は現場の経験を置き換えるものではありませんが、とくに厚肉部品や外観重視の部品で、初期段階から信頼性の高い型設計に素早く収束させるのに役立ちます。

真空注型は、比較的低い硬化温度と小ロット生産という特性から、1個あたりのエネルギー消費が抑えやすい工法です。
材料メーカー各社も、低VOCタイプの樹脂や、一部用途向けのリサイクル材を含むポリウレタンシステムの開発を進めています。

プロジェクトによっては、CNC加工用の金型を製作せずに3Dプリントマスターと真空注型を組み合わせることで、切削加工の廃材を削減するケースもあります。
詳細は弊社の 3Dプリント材料ガイド でご紹介しています。

サステナビリティやスマートファクトリー、低ボリューム生産におけるデジタルツインの活用について、さらに詳しく知りたい方は、最新の
業界向けホワイトペーパー をご覧ください。

真空注型の位置づけと他工法との比較

3Dプリンティングと比べると、真空注型はより滑らかな表面、
強度の高い材料選択が可能で、外観確認や評価用として量産品に近い試作品を得ることができます。
射出成形と比べると、初期段階の設計検証のために高価な量産金型を作る必要がない一方、
シリコーン型の寿命には上限があるという特徴があります。

真空注型を選ぶと効果的なケース

• デモ用・写真撮影用・投資家向けプレゼン用など、外観グレードの試作部品が必要な場合。
• ハウジングやカバー、ブラケットの形状・剛性・操作性などを実機レベルで評価したい場合。
• 量産用射出成形金型の製作中に、立ち上がりまでのブリッジ生産が必要な場合。
• 量産を見据えて、複数の設計バリエーションや材料候補を実部品に近い条件で比較・評価したい場合。

自社の設計が真空注型に適しているか判断に迷う場合は、
想定数量や希望材料とともにCADデータを
真空注型お見積りフォーム
からアップロードしてください。
当社で
3Dプリンティング、
CNC加工、
射出成形
と比較し、コスト・納期・品質バランスに優れた最適なプロセスをご提案します。