射出成形のABSについて
射出成形材料のひとつであるABS（ABS樹脂、アクリロニトリル、ブタジエン、スチレン共重合合成樹脂の総称）について解説します。ABS樹脂は、汎用性が高く、家電製品や自動車、家具、建材など、幅広い製品に活用されています。また、デザイン性と機能性を両立できるのに加え、成形後の塗装やメッキ加工が求められる分野でも高い評価を得ています。ここではABS樹脂の3成分をはじめ、ABS樹脂の主な特徴・特性である耐衝撃性、寸法安定性、加工性、光沢・美観、耐熱性・耐燃性、耐候性、耐油性、耐薬品性について解説します。また、射出成形でABS樹脂を使用する際の金型のポイントとしてガス抜き（ベント）設計、金型温度管理、ゲート設計、冷却構造、表面処理・鋼材選定、離型対策、成形収縮率のそれぞれをご案内します。
あわせて射出成形材料ABSを使った各種部品として自動車部品、家電製品、メッキ製品をご紹介します。ほかにも射出成形で使用するABS樹脂以外の熱可塑性樹脂としてポリ・スチレン、ポリカーボネート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレートのそれぞれの物質的特性を解説します。
目次
ABS樹脂の3成分
前述のとおり、ABS樹脂はアクリロニトリル、ブタジエン、スチレンという3種類のモノマーを使って作られる熱可塑性樹脂です。ここではアクリロニトリル、ブタジエン、スチレンのそれぞれの特長、特性などをご案内します。
アクリロニトリル
ABS樹脂の成分であるアクリロニトリルは無色の液体で、主に耐熱性、耐薬品性、剛性を与える役割があり、射出成形の成形性、加工性にもさまざまな影響を及ぼします。具体的には、アクリロニトリルの割合が多いと、樹脂の耐熱性、熱変形温度が高くなります。そのため、高温環境でも変形しにくい、家電部品や自動車部品に使いやすいといった機能、効果を生みます。ただし、耐熱性が高くなると溶融温度が高くなり、流動性が低下する場合もあります。また、アクリロニトリルは分子の結合力が強いため、樹脂の硬さや剛性を高めます。そのため製品の寸法安定性が良くなり、反りや変形のリスクを軽減します。その反面、衝撃にはやや弱くなる傾向がありますので使用上の注意が必要です。また、アクリロニトリルは薬品に強い性質、いわゆる耐薬品性を有しています。そのため油や薬品に強いことから工業製品に適した素材といえます。ただし、アクリロニトリルが多いと分子間の結合が強くなるため、樹脂の流れ、流動性（成形性）に影響します。そのため射出圧力が高くなりやすくなり、薄肉製品では充填不足が起こる場合があります。その際は金型温度や樹脂温度の管理が重要になります。
ブタジエン
ABS樹脂の成分であるブタジエンはゴムの原料になることからも弾力性がある物質です。また、衝撃に強く柔らかい性質を持っており、ABSの中にはこのブタジエンがゴム粒子として分散しています。ブタジエンがあることで、ABSは割れにくい樹脂になります。割れにくさから家電の外装や自動車の内装部品、工具のハウジングなどに使用されており、製品に衝撃が加わると、ブタジエンのゴム成分が衝撃エネルギーを吸収する働きがあります。また、ブタジエンはゴムの性質を持つため、低温でも脆くなりにくい性質があり、冬場でも割れにくいうえに耐衝撃性が安定します。ただしブタジエンは熱や酸素で劣化しやすい性質があります。そのためブタジエンは、射出成形では成形品の一部が高温によって焦げたようになる焼け（ガス焼け）や成形品の表面に銀色の筋状の模様が現れる不良現象のシルバーストリーク（銀条）、成形品の色が本来の色から変わってしまう不良の変色などの原因となる場合があります。これらの不良を回避するには、樹脂温度の管理と金型のガス抜きなどが極めて重要になります。
スチレン
ABS樹脂の成分であるスチレンは、主に樹脂の加工性や流れやすさ、そして外観に影響を与えます。スチレンは無色の液体で、重合するとプラスチックになります。そしてスチレンが重合したものがポリスチレンで、食品容器や家電部品などに使われています。ABSでは、このスチレンが樹脂の加工性や表面品質を良くする役割を持っています。スチレンが射出成形に及ぼす主な影響としては流動性、成形性で、スチレンは比較的流れやすい性質を持つため、ABS樹脂の成形加工性を向上させます。そのため金型の細かい部分まで樹脂が流れやすい、薄肉製品でも充填しやすい、射出圧力を抑えやすいなどの利点があります。また、スチレンは透明性と光沢を持つ材料であるため、製品の表面光沢を高めます。そのため成形品の表面がきれいに仕上がり、家電外装などに適しています。さらにスチレンは比較的収縮が安定しているため、成形品の寸法精度を安定させる働きがあります。一方、射出成形でスチレンを使用する際の注意点としては、高温で分解しやすい点です。スチレンは高温で熱分解することがあり、ガスが発生する、焼け（ガス焼け）が発生するほか、変色や臭いがともなう場合があります。そのため樹脂温度の上げすぎに注意するとともにシリンダー滞留時間を長くしないことが重要です。
ABS樹脂の主な特徴・特性
ABS樹脂の主な特徴・特性をご案内します。ABS樹脂はさまざまな特性を持つ熱可塑性樹脂ですが、ここでは耐衝撃性、寸法安定性、加工性、光沢・美観、耐熱性・耐燃性、耐候性、耐油性、耐薬品性のそれぞれの特性について解説します。
耐衝撃性
ABS樹脂は耐衝撃性に優れた熱可塑性樹脂です。ABS樹脂の耐衝撃性は、成分の一つであるブタジエン（ゴム成分）によって確保されており、衝撃が加わるとゴム粒子が変形して衝撃エネルギーを吸収し、製品が割れにくくなります。ただし、樹脂温度が低すぎると樹脂の流れが悪くなり、分子の結合が弱くなります。その結果、強度が低下し衝撃で割れやすくなるので要注意です。また、射出速度が遅すぎるとウェルドラインが強く出たり、分子配向が乱れ、衝撃に弱い部分ができることがあります。適切な射出速度を保つことで充填が安定するとともに強度が均一になります。ほかにも金型温度が低すぎると、表面が急冷され、分子構造が不安定になります。結果、脆い成形品になる場合があります。さらに樹脂の流れが合流する部分はウェルドラインと呼ばれ、強度が低くなります。衝撃が加わると、ウェルドライン部分から割れることがあります。このように成形条件を誤ると、不良や破損などの原因となりますので注意が必要です。なお、通常のABSとは別に、ガラス繊維の配合比率を増やして耐性、強靭性を増した強化ABSも存在します。
寸法安定性
射出成形で使用されるABS樹脂は、寸法安定性が比較的良い樹脂として知られています。寸法安定性とは、成形後に収縮や変形が少なく、設計寸法を保ちやすい性質ですが、この寸法安定性は、ABS樹脂が非結晶性樹脂であることが大きく影響しています。非結晶性樹脂は、ポリプロピレンなどの結晶性樹脂に比べて、成形収縮率が小さい、収縮の方向差が少ない、反りが少ないなどの特長があります。射出成形で寸法安定性を確保するには、金型温度が重要です。金型温度が低すぎると、冷却が急激になり内部応力が残ります。その結果、変形や反りの発生リスクが高まります。
加工性
射出成形材料のABS樹脂は、射出成形材料の中でも加工性が高い、つまり成形しやすい樹脂として広く使用されています。ABSは家電製品やOA機器、自動車内装部品など、多くの射出成形品に使われています。ABS樹脂の加工性の高さは流動性と深く関係しています。ABSは成分の一つであるスチレンの影響により、溶融したときの流動性が良いため、金型の細かい部分まで樹脂が流れやすい、複雑な形状でも成形しやすい、射出圧力を比較的抑えられるなどのメリットがあります。また、ABSは他のエンジニアリングプラスチックと比較して、成形温度の許容範囲が広く扱いやすい材料です。
光沢・美観
射出成形材料のABS樹脂は、外観品質に優れた樹脂であり、光沢や美観など見た目の良さ、外観品質が求められる製品に多く使用されています。具体例には家電製品の外装やプリンターを含むOA機器、自動車の内装部品、インパネなどで広く利用されています。ABS樹脂は表面が滑らかに成形されやすく、光沢のあるきれいな外観を得やすい材料です。というのもABS樹脂は、非結晶性樹脂であるため結晶構造による白濁が起きにくいうえ、樹脂の流れが安定しやすいため、鏡面仕上げの金型を使用すると高い光沢の成形品を作ることができます。また、ABS樹脂は顔料や染料が混ざりやすく、発色が良い特徴があります。そのため色のバリエーションが豊富でカラフルな製品が作りやすく、外観製品に適しています。さらにABS樹脂は表面処理を含む二次加工がしやすい材料です。代表的な加工としては塗装をはじめ印刷やメッキ（クロムメッキ含む）が容易で、特にABSはメッキ加工との相性が良く、高級感のある外観部品を作ることができます。
耐熱性・耐燃性
射出成形材料のABS樹脂は一般的な汎用プラスチックの中では比較的耐熱性が高い材料です。熱変形温度は約80度～100度とされ、ある程度の熱が加わる環境でも変形しにくい特徴があります。耐熱性が高いのは、ABSの成分であるアクリロニトリルが分子の結合を強くし、樹脂の剛性を高めるためです。また、ABS樹脂は可燃性のプラスチックであり、燃えると黒煙が出やすく、独特の臭いがします。そのため、電子機器などでは難燃グレードABSが使用されるケースが増えています。さらにABSには難燃剤を添加したグレードもあります。電子機器では安全規格に適合するため、燃焼試験規格をクリアしたABSがよく使われます。射出成形で難燃ABSを使用すると、流動性が低下するうえガスが出やすくなります。そのため、射出圧力や金型のガス抜きを適切に設計することが重要です。なお、通常のABSよりさらに耐熱性を高めた耐熱ABSも存在します。
耐候性
射出成形材料のABS樹脂は機械的強度や外観に優れていますが、耐候性（対候性とも）はそれほど高くない材料です。耐候性とは、太陽光、いわゆる紫外線や雨、温度変化などの屋外環境に対して劣化しにくい性質のことですが、ABS樹脂は太陽光に含まれる紫外線によって、ABSの分子構造が破壊され、表面の変色（黄変）や光沢の低下、表面の劣化などが生じます。これはABSの成分の一つであるブタジエンが紫外線の影響を受けやすいためです。紫外線や熱の影響を長期間受けると、材料の劣化が進み、衝撃強度の低下や表面のひび割れが起きたり、脆化し割れやすくなるため屋外用途には注意が必要です。こうした状況を回避するため、ABS樹脂には耐候性を改良したグレードがあります。改良グレードは、紫外線安定剤が添加されているため一定の屋外使用に対応します。また、外観部品では、耐候性を高めるために表面加工を行うことがあります。具体例には塗装やコーティング、UVカット処理を施すことで外観品質を確保します。
耐油性
射出成形材料のABS樹脂は機械的強度や外観性に優れますが、耐油性（対油性）については特筆すべき性能はありません。耐油性とは、油や有機溶剤に接触したときに膨潤、変形、劣化しにくい性質のことで、ABS樹脂は鉱物油や機械油には比較的強く、機械油や潤滑油、グリースなどの一般的な油に対しては、比較的安定しています。これら一般的な油に対しては大きな変形や劣化が起こりにくいため、機械部品や家電部品などに使用されることもあります。一方、ABSは有機溶剤に対しては弱く、アルコール類やアセトンなどのケトン類などに触れると、表面が溶けたり、ひび割れなどの強度低下を招きます。油の種類や温度条件によっては、ABS樹脂がわずかに膨らむ、いわゆる膨潤が起き、その結果、寸法変化や強度低下が起こる場合があります。さらにABS成形品は内部応力が残っている状態で油や溶剤に触れると、環境応力割れが発生するので要注意です。割れを回避するには金型温度を適切にしつつ、急冷を避けてアニール処理を行うなどの対応が求められます。
耐薬品性
射出成形材料のABS樹脂の耐薬品性は、中程度の性能となります。なお、耐薬品性とは酸やアルカリ、溶剤などの化学物質に対して変形や劣化を起こしにくい性質のことです。ABS樹脂は水、弱酸、弱アルカリ、塩水などに対しては比較的影響が少ないものの、ABS樹脂は有機溶剤に触れると影響を受けやすい性質があります。具体的にはアセトンやベンゼン、トルエン、エステル類などで、これらに接触すると表面の溶解や変形、強度低下を招きます。射出成形で使用する際には内部応力が大きいと、薬品に触れたときに割れやすくなります。したがって適切な金型温度はもとより、適切な保圧、急冷を避けるなどの対策が必要です。また、薬品に触れる可能性のある製品では、材料選定が重要で、ABSより耐薬品性が高いポリプロピレンやポリアセタールなどを使用することもあります。
射出成形でABS樹脂を使用する際の金型のポイント
射出成形でABS樹脂を使用する際の金型のポイントをご紹介します。ここではガス抜き（ベント）設計、金型温度管理、ゲート設計、冷却構造、表面処理・鋼材選定、離型対策、成形収縮率のそれぞれの視点から金型のポイントを解説します。
ガス抜き（ベント）設計
射出成形でABS樹脂を使用する場合、ガス抜き、いわゆるベントの設計が非常に重要となります。ABSは成形中にガスが発生しやすく、金型内の空気が逃げないと外観不良や焼けの原因になります。そのため、金型には適切なベント構造が不可欠です。射出成形では、樹脂が金型に充填されるときにキャビティ内の空気やガスを外へ逃がす必要があります。ベントの役割は主に金型内の空気を排出する、樹脂分解ガスを排出する、成形不良を防ぐの3つですが、ABSの場合は特に樹脂の分解ガスや空気圧縮による高温ガスが発生するため、ベントが重要になります。ベント設計のポイントのひとつにベントの設置位置があります。ガスは樹脂の流れの最後に集まるため、ベントを設ける位置としては、フローエンド（最終充填部）、ウェルドライン付近、リブの先端、ボスの周囲などが適切とされます。
金型温度管理
射出成形でABS樹脂を使用する場合、金型温度管理は製品の外観品質、寸法精度、機械的強度に大きく影響します。ABSは非結晶性樹脂のため、金型温度によって表面状態や内部応力が変化しやすく、適切な温度管理が極めて重要となります。一般的なABS樹脂の金型温度は、約40℃～80℃が適切とされます。金型温度が低過ぎると、樹脂が金型に触れた瞬間に急冷されます。その結果、表面光沢の低下やフローマーク、ウェルドラインの強調、内部応力の増加などが引き起こされ、割れやすくなります。特にABSは外観部品に使われることが多いため、低温すぎる金型は外観不良の原因になります。反対に金型温度が高すぎると、冷却時間が長くなり、成形サイクルが長くなるほか、ヒケやバリが発生しやすくなります。さらに寸法変化が大きくなるため、必要以上に高い温度設定は避ける必要があります。金型温度を適切に管理するには、冷却回路の均一化や温度コントローラーの使用、製品形状に合わせた温度設定などがポイントとなります。
ゲート設計
射出成形でABS樹脂を使用する場合、ゲート設計は成形品の外観・強度・寸法精度に大きく影響します。ABSは流動性が比較的良く外観部品に多く使用されるため、樹脂の流れを安定させ、ウェルドラインや外観不良を防ぐゲート設計が重要となります。ゲートは、ランナーからキャビティへ樹脂を流し込む入口部分で、樹脂をキャビティへ供給する、流動方向を決める、保圧を伝える、ゲートシールを行うなどの役割があります。ゲートの位置や形状によって、成形品の品質が大きく変わるので要注意です。ABSのゲート設計のポイントのひとつにゲート位置があります。ゲート位置は樹脂の流れを考えて配置しますが、基本的には肉厚部分から流す、最終充填部にガスが逃げるようにする、外観面を避けることが重要です。また、ABSは流動性が比較的良いですが、ゲートが小さすぎると問題が発生します。起こりやすい不良としてはショートショットやウェルドライン、充填不足などです。これらの不良を回避するためにも適切なゲート断面積が不可欠です。
冷却構造
冷却は射出成形サイクルの中で最も時間を占める工程であり、射出成形でABS樹脂を使用する場合、適切な冷却構造は、成形品の品質や生産性、サイクル・タイムに大きく影響します。ABSは非結晶性樹脂のため、冷却による結晶化はありませんが、冷却ムラによる内部応力が発生しやすい材料です。そのため、均一な冷却と適切な金型温度が重要になります。冷却構造設計のポイントとしては、冷却水路を均一に配置することが重要です。キャビティの周囲に均等な距離で冷却水路を配置するのが大切で、金型温度の均一化や反りの防止、寸法精度の安定につながります。また、製品形状に合わせた冷却も重要で、特に肉厚部分は冷えにくいため、重点的に冷却回路を配置します。同様にボス周囲やリブ周囲、厚肉部も冷えにくいので要注意です。冷却構造の適切化により、ヒケ防止と冷却時間短縮が可能になります。ほかにも冷却水路の距離や冷却水の流れを安定させることが重要です。
表面処理・鋼材選定
射出成形で ABS樹脂を使用する場合、金型の表面処理と鋼材選定は、成形品の外観品質、耐久性、離型性に大きく影響します。ABS樹脂は外観部品に多く使用されるため、特に金型表面の品質が重要になります。ABSは加工しやすい樹脂であり、極端に耐摩耗性の高い鋼材は必要ありません。ただし、外観品質や生産量に応じて鋼材を選定することが重要です。たとえば代表的な鋼材であるプリハードン鋼は、加工性が良く鏡面仕上げが可能、家電外装などに適することからABS樹脂の外観部品でよく使用されます。また、ABS成形では金型表面に鏡面仕上げをするケースが多くあります。鏡面仕上げは、成形品の光沢や離型性に影響します。一方、ABSは成形中にガスが発生しやすく、金型表面に汚れが付着することがあります。そのため前述のとおり、ガス抜き設計や定期的な金型清掃、適切な表面処理が不可欠です。
離型対策
射出成形では、ABS樹脂に限らず、製品を金型からスムーズに取り出す離型が極めて重要です。離型が悪いと、成形品のキズ・変形・割れなどの不良や、金型トラブルの原因になります。そのため、製品設計・金型設計・成形条件のすべてで離型対策が欠かせません。ABSは比較的離型性が良い材料ですが、深いリブやボスがある、抜き勾配が小さい、金型表面が粗い、真空状態が発生するなどの条件下で離型が悪くなることがあります。そのため金型設計での離型対策として、抜き勾配をつけることが重要です。抜き勾配は離型性を良くする基本設計であり、シボ加工がある場合は、さらに大きな勾配が必要となります。また、エジェクタピン（エジェクターピン）の適切な配置がスムーズな離型には欠かせません。エジェクタピンの圧力が均一にかかるよう配置するのはもちろん、厚肉部に配置し、外観面を避けるなどの調整が必要です。適切な配置によりスムーズな離型はもとより、変形防止や押し跡低減が可能になります。
成形収縮率
ABS樹脂は非結晶性樹脂のため、収縮が比較的小さい材料ですが、射出成形の際、金型温度が高いと冷却時間が長くなり、収縮が大きくなるので注意が必要です。逆に金型温度が低すぎると内部応力が増え、反りが発生します。また、保圧は不足するとヒケや寸法不足が発生します。そのため射出成形では、金型設計と成形条件の両方で収縮を管理することが重要です。
射出成形材料ABSを使った各種部品
射出成形材料ABSを使った各種部品をご紹介します。ABS樹脂を使った部品は多岐に渡りますが、ここでは自動車部品、家電製品、メッキ製品をご案内します。
自動車部品
ABS樹脂を使った主な自動車部品としては、インストルメントパネル（ダッシュボード、インパネ）、フロントグリル、内装トリム部品、メーターパネル、ミラー部品などがあります。ABS樹脂は耐衝撃性が高い、表面光沢が良い、射出成形しやすい、メッキ加工が可能、寸法安定性が良いなど幅広い特長があるため、多くの自動車部品に採用されています。
家電製品
ABS樹脂を使った主な家電製品としては、テレビの外装カバー（背面カバーやフレーム含む）や冷蔵庫の操作パネル、内部トレー部品、ドアポケット部品、洗濯機の外装部品や操作パネルカバー、コントロールパネル、内部機構カバー、掃除機の本体カバーやハンドル部分、エアコンの外装カバーや吹き出し口部品などがあります。
メッキ製品
ABS樹脂はメッキ加工が可能なため、外観品質を重視するさまざまな製品に使用されています。自動車のフロントグリルやエンブレム、ドアハンドルなどをはじめ水道・浴室部品（シャワーヘッド、蛇口ハンドル、水栓装飾部品）などもABS樹脂を使用したメッキ製品となっています。
射出成形で使用するABS樹脂以外の熱可塑性樹脂
射出成形で使用するABS樹脂以外の熱可塑性樹脂をご紹介します。ここではポリ・スチレン、ポリカーボネート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレートのそれぞれの物質的特性などをご案内します。
ポリ・スチレン
ポリ・スチレン（ポリスチレン）は透明性や成形性、電気特性などに優れ、日用品から産業資材まで幅広い分野で採用されている汎用プラスチックの代表格です。特に、包装資材や家電製品、建材、文具など、私たちの身近で非常に多く利用されています。
ポリカーボネート
ポリカーボネートは射出成形でよく使用される透明性、耐衝撃性、耐熱性に優れたエンジニアリングプラスチックです。強度が高く、ガラスの代わりとして使われます。射出成形では、成形温度が高く予備乾燥が必要なうえ流動性がやや低いため注意が必要です。
ポリエチレン
ポリエチレンは柔軟性、耐薬品性、耐水性に優れ、射出成形でも広く使用される材料です。世界で最も多く生産されている樹脂の一つで、収縮率が比較的大きいため、射出成形の金型設計では収縮を考慮する必要があります。
ポリプロピレン
ポリプロピレンは射出成形で非常によく使用される汎用プラスチックの一つです。軽くて成形しやすく、耐薬品性や耐熱性に優れているため、自動車部品、家電、日用品など幅広い製品に使用されています。
ポリエチレンテレフタレート
ポリエチレンテレフタレートは、透明性、強度、耐熱性に優れたプラスチックで、PETボトルの名でよく知られるように飲料ボトルや食品容器などに多く使用される材料です。射出成形では主にボトルの元になる部品、いわゆるプリフォームや精密部品の製造に使用されます。
ABSを使用したプラスチック射出成形は三光ライト工業にお任せください
ABSを使用したプラスチック射出成形は三光ライト工業にお任せください。弊社は成形品のみならず金型も自社工場で製作しています。試作から最終品まで一貫対応することで低価格、短納期を実現します。大量生産もお任せください。また弊社は真空成形も対応可能です。押出成形、ブロー成形、切削加工、アルミニウムや金属の板金加工には対応しておりませんのでご了承ください。ABS樹脂と同等の機械的強度を持ちつつ、耐候性への耐性が強いAES（aes）など、あらゆる素材やプラスチック成形に関することであれば何でもお応えします。ご連絡お待ちしています。
