セラミック射出成形金型設計：ゲート設計から焼結収縮補正まで

発売日：[2026/9/10]

セラミック射出成形金型設計が解く課題は二つある。研磨性の高いフィードストックによるキャビティ摩耗と、焼結後の 15% から 25% の線収縮である。キャビティは図面段階で収縮率を見込んで拡大する。試作後の修正は多くの場合、金型の作り直しを意味する。

ジルコニアの拡大係数は 1.18 から 1.25、アルミナは 1.15 から 1.20 である。調達担当が見るべきは単価ではなく、50 万ショット後も重要寸法を ±0.01 mm に保てるかである。

セラミック射出成形金型設計が樹脂・金属射出と異なる理由

樹脂フィードストックは溶融ポリマー、CIM フィードストックはセラミック粉末とバインダの混合物である。粉末の体積比率は 55% から 65% に達し、流動性は低い。ゲートとランナーはせん断の影響を受けやすい。MIM も考え方は近いが、セラミック粉末は硬く、金型鋼の摩耗は 2 倍から 3 倍速い。

寸法の考え方も違う。樹脂部品は離型でほぼ確定する。セラミック部品は離型時点ではグリーン体にすぎない。

寸法を決めるのは脱脂と焼結である。ゆえにセラミック射出成形金型設計の最初の作業は、焼結後の部品図からキャビティを逆算することである。御嘉鑫科技の精密製造の工法と社内一貫ラインはフィードストックから検査までを一貫して担う。

セラミック射出成形金型設計では、ゲートがフィードストックの入る位置、速度、方向を決める。高粘度ゆえ、小さすぎるとせん断でバインダが劣化し、大きすぎるとシールが遅れてサイクルが延びる。

断面は円形か台形がよい。具体的なセラミック射出成形部品とキャビティ加工は DFM 段階で確認できる。

グリーン体は強度が低く、突き出し力が少し大きいだけで割れる。抜き勾配は通常 0.5° から 1.5° で樹脂金型より大きい。

突き出しが偏るとグリーン体に潜在亀裂が残り、脱脂後に表面化する。

フィードストックの研磨性が高く、鋼材の選定が寿命を左右する。

鋼種	硬さ (HRC)	用途	相対寿命
P20	28-32	小ロット試作	基準
S136	48-52	量産、耐食	3-5 倍
H13	48-54	高研磨、熱間部位	4-6 倍

S136 は研磨性がよく外観部品に向く。H13 は耐熱・耐摩耗でゲートなど高冲刷部に向く。窒化や PVD コーティングで摩耗率をさらに下げられる。鋼材は DFM 段階で決め、試作後の変更は金型の作り直しと同じである。

ここがセラミック射出成形金型設計で最もデータを要する部分である。収縮率は単一の値ではなく、粉末粒径、バインダ配合、射出条件、焼結カーブで変化する。

キャビティ寸法 = 目標寸法 ÷（1 - 収縮率）。方向で異なる場合は X、Y、Z に別々の係数を与える。測法は焼結収縮率とキャビティ拡大で解説している。ジルコニアについてはジルコニアセラミック射出成形を参照。

メンテナンス周期が、その金型が担える生産量を決める。

量産立ち上げ時の寸法ドリフト管理では、金型状態と焼結カーブを一緒に監視することが要点になる。

流れは DFM レビュー、金型設計、試作と修正、量産移管の四段階である。リードタイムは通常 4 から 8 週間で、複雑な多キャビティ金型はさらに長い。見積もりは鋼種、キャビティ数、精度等級、コーティングの有無で変わる。

御嘉鑫科技は 1998 年から精密製造を手がける。MIM、PM、精密鋳造、歯車ホブ盤、CNC、CIM の 6 工法で、フィードストック、射出、脱脂、焼結、検査を社内で一貫して行い、ISO 9001 を取得している。セラミック射出成形金型設計と量産は同じプロセスチームが担当する。

セラミック射出成形金型設計の成否は、金型を削る前におおむね決まる。ゲートとランナーが充填品質を、鋼材が寿命を、収縮補正が寸法の可否を決める。この三点を DFM 段階で詰める方が、試作後の修正を繰り返すより時間とコストを抑えられる。