射出成形におけるアンダーカット設計：エキスパートのヒントとベストプラクティス

部品を損傷させないアンダーカットの設計方法を知りたいですか？DFMでのアンダーカット対応のヒントとコツ、必要となるケースの例などを解説します。射出成形部品のアンダーカットは、設計者と製造者の双方に多くの課題を提示します。本記事では、アンダーカットの定義、目的、用途、設計のヒントを見ていきます。

アンダーカットとは？

アンダーカットとは、部品の凹み（へこみや窪み）または突出（外側への延長や隆起）で、金型からの脱型（脱型）を妨げたり複雑にしたりするものです。

アンダーカットの目的

一般的に、設計者と製造者はアンダーカットを可能な限り最小限に抑えようとします。しかし、機能上アンダーカットが必要な部品もあります。アンダーカットが必要となり得る用途をいくつか見てみましょう。

ネジ付き部品。 アンダーカットを使ってネジ山のある部品を作れば、スクリューオンやツイストオンの締結機構（キャップ、クロージャー、コネクタなど）を組み込めます。
インターロック部品。 アンダーカットにより、非常に精密に嵌合するインターロック機能を持つ部品を設計できます。工具設計が好例で、ツールのハンドルとヘッドがインターロックして安定性と位置合わせを確保します。
シーリング機構。 射出成形部品に効果的なシールを設けたい場合（食品包装や医療機器など、漏れ防止や気密性が求められるケース）、アンダーカットが必要になるでしょう。
クリップとファスナー。 クリップやファスナー、特にフックやタブの形状を持つ部品は、しばしばアンダーカットを特徴とします。
成形ハンドル。 人間工学に基づいたグリップを持つハンドルは、しばしばアンダーカットを伴って設計されます。

射出成形向けアンダーカットの設計方法

アンダーカットが必要な部品を作成する際、以下のフィーチャーを1つ以上設計に追加することを検討してください。これらはアンダーカットのための追加的な動きやクリアランスを可能にし、脱型時に部品が損傷しないよう助けます。

サイドアクションコア。 金型が閉じるとスライドインし、開く前にスライドアウトするインサートです。効果を発揮するには、サイドアクションコアは金型の開き方向に垂直に動く必要がありますが、これが部品設計の課題になることがあります。
リフター。 リフターを備えた部品設計も、アンダーカットをうまく活用する方法です。リフターは、部品の特定フィーチャーを金型からの脱型時に持ち上げたりずらしたりします。サイドアクションコアと同様、金型の開き方向に垂直に動く必要があります。
アンスクリュー機構。 ペットボトルのキャップのように回転するネジ部品は、アンダーカットを持つ部品を金型からより容易に脱型させるのに役立ちます。
テーパー角（ドラフト角）。 部品に十分なテーパー角を設け、金型からより容易に脱型できるようにします。テーパー角は、射出成形部品の垂直壁に適用される傾斜角です。一般的に、キャビティ深さ1インチ（2.2cm）あたり1度のテーパー角を設けるのが望ましいです。
パーティングラインの配置。 金型のパーティングラインを移動して部品フィーチャーと交差させれば、アンダーカットを容易に処理できます。この解決策は、外部表面にアンダーカットがある多くの設計に適しています。テーパー角をそれに応じて調整することを忘れないでください。
カムスライド。 カムスライドを部品設計に組み込むと、制御された横方向の脱型が可能になります。
バンプオフ。 バンプオフはシャツのスナップボタンのように機能します。アンダーカットを持つ部品に統合すると非常に効果的ですが、使用材料が脱型時に金型上で変形できるほど柔軟である必要があります。
ハンドロードインサート。 文字通り、射出成形前に手作業で金型に配置する機械加工部品です。これらの部品はプラスチックが金型の特定領域に流入するのを防ぎ、射出成形プロセス後に手作業で取り出されます。

アンダーカット設計の課題

以下は、射出成形用アンダーカット付き部品の設計でお客様がよく直面する課題と、それぞれのシンプルな解決策です。

複雑な部品。 部品が複雑になればなるほど、効果的なアンダーカット設計は難しくなります。DFM技術を用いて、特にアンダーカットが必要と思われる場合は、部品を可能な限りシンプルに設計してください。
部品の剛性。 使用材料が硬いほど、金型からの脱型が難しくなります。常に可能とは限りませんが、TPEやTPUなど、高い柔軟性と弾性を持つ材料をアンダーカット付き部品の設計で検討してください。
部品組立。 アンダーカットを持つ部品は、特にコンポーネントが精密に嵌合する必要がある場合、組立上の課題を生むことがあります。嵌合フィーチャーや組立補助を用いてこの点を考慮した設計を行い、本格生産前にフィッティングテストを実施してください。