射出成形のポリカーボネート（PC）について
射出成形で使用するポリカーボネート（PC）について解説します。ここではポリカーボネートの特性（分子構造、耐衝撃性、透明性【透明度】、耐熱性、対候性、寸法安定性）をはじめポリカーボネートを使用する際のポイント（原料準備時、金型、加熱筒【シリンダー】）をご案内します。また、ポリカーボネートを使用した射出成形製品例として光学部品（レンズ、ゴーグル）、自動車部品（ヘッドライトカバー、ミラーカバー、バンパー）、電気・電子部品（液晶パネル、スマートフォンケース）、その他製品（ヘルメット、キャノピー）をご紹介します。さらに射出成形でポリカーボネートを使用した際に発生する不良としてヒケ・ボイド（内部収縮）、離型不良・傷、シルバーストリーク（銀条）、黒ずみ・変色、白化・白濁（曇り）、反り・変形の症状や対応策などをご提案するとともに、射出成形でポリカーボネートの代替となる素材としてアクリル（PMMA）、ABS（abs）樹脂、ポリプロピレンのそれぞれの特性をご紹介します。ほかにもポリカーボネートを使用した射出成形以外の樹脂成形工法として押出成形、真空成形、ブロー成形の技術的特長を解説します。
目次
射出成形材料ポリカーボネートの特性
射出成形材料であるポリカーボネートの特性を解説します。ここでは分子構造、耐衝撃性、透明性（透明度）、耐熱性、対候性、寸法安定性のそれぞれの観点からポリカーボネートの特性をご案内します。
分子構造
射出成形材料のポリカーボネートの分子構造は非晶性で、汎用エンジニアプラスチック（エンプラ）唯一の透明材料です。PC樹脂は炭酸エステル結合と呼ばれる、カーボネート基をモノマー単位同士の接合部に有するポリマーの総称となります。ポリカーボネートはアクリル樹脂などと共に有機ガラスとも呼ばれます。
耐衝撃性
射出成形材料のポリカーボネートはプラスチックの中でも最高レベルの耐衝撃性を有しています。強度は同じ厚みのガラスの200～250倍、ポリ塩化ビニル（PVC、pvc）の約10倍、ポリエチレンやアクリル樹脂の約50倍とも言われ、ほかのエンプラと比べても非常に高い耐衝撃性を誇っています。優れた耐衝撃性を生かしポリカーボネートは航空戦闘機のコックピットのキャノピーや旅客機の客室窓、防弾ガラス、機動隊の盾などにも使用されています。
透明性（透明度）
射出成形材料のポリカーボネートは、汎用エンプラでは唯一の透明性樹脂です。一般透明グレードで、可視光線透過率は85~90%（肉厚2mmt）と極めて高い透明性を有しています。高い透明性を生かして、ポリカーボネートは眼鏡やゴーグル、食器など様々な製品に加工されています。
耐熱性
射出成形材料のポリカーボネートは、自己消化性が高いため、燃え広がりにくい特長があります。具体的にはプラスチックの燃焼性を評価する代表的な規格「UL94」において、標準的なポリカーボネートは「V-2」グレードに分類されます。これは一定時間内に消火し、燃焼滴下物がある状態を指します。また、後述するアクリル樹脂が可燃性であるのに対し、ポリカーボネートは燃えにくい性質を持ち、耐熱温度も高いため、火災安全性が重視される建材にはポリカーボネートが選ばれる傾向があります。
耐候性
射出成形材料のポリカーボネートは耐候性にも優れています。そのため紫外線や風雨に強い素材ですが、さらに長期間屋外で使うには表面にUVカットや耐候処理（耐候グレード）を施すのが効果的です。耐候処理をしていないと紫外線で黄変し劣化しますが、処理品であれば長期にわたり変色や劣化を抑えることも可能です。耐候処理を経たポリカーボネートは、カーポート、看板、屋根材などにも使用可能です。定期的なコーティングでさらに長持ちし、高い性能を発揮します。
寸法安定性
射出成形材料のポリカーボネートは非晶性樹脂のため、成形収縮率が小さい特長があります。そのため寸法安定性が高く、吸水寸法変化も小さい樹脂です。また、ポリカーボネートは荷重がかかってもゆっくりと変形、いわゆるクリープしにくい性質があります。これらの特性を生かし、ポリカーボネートはわずかな寸法のズレが性能に影響する精密機械部品、高い寸法精度がデータ読み取りの安定性に直結するCDやDVDの基板、 レンズや接眼部など、高い精度が求められる光学機器、ハウジングやコネクタなどの電気・電子部品に使用されています。
射出成形でポリカーボネートを使用する際のポイント
射出成形でポリカーボネートを使用する際のポイント、注意点をご案内します。ここでは原料準備時、金型、加熱筒（シリンダー）のそれぞれの観点からポイントを解説します。なお、ポリカーボネートは高温高湿度の環境下では加水分解を起こしやすい素材でもあるので使用上の注意が必要です。また、ポリカーボネートはエステル結合を持つためにアルカリ性の溶剤には著しく弱い傾向があります。特に強アルカリ性に関しては最も弱いプラスチックとなります。
原料準備時
射出成形でポリカーボネートを使用する際は原料準備時に十分な乾燥が不可欠です。ポリカーボネートは吸湿性が高いため、成形前に適切な乾燥を省くと、シルバーストリーク（白銀筋）などの不良が発生します。一般的には120℃前後で4時間ほどの予備乾燥が必要となります。
金型
射出成形でポリカーボネートを使用する場合、金型温度の適切な管理が不可欠です。一般的には金型温度を80℃以上に設定します。金型温度が低いと流れが悪くなり、成形品が部分的に欠肉し不完全な充填となるショートショットの原因となります。また、金型内に注入された溶けた樹脂が固まる際に、表面に浅く不規則なさざ波状のしわができる湯じわも起こりやすくなります。
加熱筒（シリンダー）
射出成形でポリカーボネートを使用する場合、加熱筒、いわゆるシリンダーの設定温度は極めて重要となります。一般的にはシリンダーを300℃前後に設定し、成形します。糸引きが強いようであれば加熱筒ノズル温度を下げるといった調整が求められます。なお、糸引きとは金型が開いた際、まだ固まりきっていない樹脂がスプルー（湯道）やゲート（注入口）の先端から糸のように細く伸びてしまう現象です。
ポリカーボネートを使用した射出成形製品例
ポリカーボネートを使用した射出成形製品例をご紹介します。ポリカーボネートを使用した射出成形品は多岐に渡りますが、ここでは光学部品（レンズ、ゴーグル）、自動車部品（ヘッドライトカバー、ミラーカバー、バンパー）、電気・電子部品（液晶パネル、スマートフォンケース）、その他（ヘルメット、キャノピー）をご案内します。
光学部品
ポリカーボネートを使用した射出成形品のうち、光学部品をご紹介します。ここではレンズとゴーグルをご案内します。
レンズ
ポリカーボネートは高い透明性と軽量性を生かし、多くのレンズの素材となっています。ポリカーボネートレンズは、スポーツ用や子供用などのほか、保護メガネとして幅広く使用されています。
ゴーグル
前述のとおり、ポリカーボネートは透明性、軽量性などに優れることからゴーグルにも幅広く使用されています。粉じんや液体飛沫防止用の保護ゴーグルもその一つです。
自動車部品
ポリカーボネートを使用した射出成形品のうち、自動車部品をご紹介します。ここではヘッドライトカバー、ミラーカバー、バンパーをご案内します。
ヘッドライトカバー
ポリカーボネートは透明性に加え、耐衝撃性、耐候性などを兼ね備えているため、自動車のヘッドライトの素材にも広く使用されています。また、ポリカーボネートは加工しやすく、ガラスと比較してねばりがあるため割れづらいのも特長です。また、自動車の軽量化が加速する中、丈夫で軽いポリカーボネートは用途を拡大しています。ただし、経年の紫外線の影響でポリカーボネートレンズの透過率は落ち、照度が低下して車検不合格の原因となる場合もあります。
ミラーカバー
ミラーカバーもポリカーボネートを使用した製品が増えています。ポリカーボネートはプラスチックの中でもトップクラスの耐衝撃性があるのに加え、石跳ねや接触による破損のリスクを低減するため、自動車用途が拡大しています。
バンパー
バンパーも前述の理由により、ポリカーボネート製の製品が多く使用されています。ポリカーボネート製バンパーは、非常に丈夫で衝突時の衝撃を吸収し、割れにくい特性があります。また、金属製バンパーに比べ大幅に軽量化でき、燃費向上や走行性能向上に貢献します。さらに透明性があるため、ヘッドライトカバーなどに使われるほか、色を付けたり複雑な形状に成形できるのも特長です。 高温環境下でも形状が安定しやすい耐熱性と寸法安定性も備えています。
電気・電子部品
電気・電子部品もポリカーボネート製が多く製造されています。ここではその中から液晶パネルとスマートフォンケースをご紹介します。
液晶パネル
ポリカーボネートは高い透明性や耐衝撃性、加工性を活かし、液晶パネルでバックライトの光を均一にする導光板やディスプレイ保護カバー、操作パネルなどに使用される機会が増えています。
スマートフォンケース
ポリカーボネートは高い透明度と軽量性、優れた耐衝撃性などを兼ね備えており、スマホ本体の色やデザインを活かしつつ保護するスマートフォンケースにも広く使用されています。ただし、傷がつきやすく薬品や高温に弱いといった一面もあるので使用上の注意が必要です。
その他
ポリカーボネートを使った射出成形品は光学部品や自動車部品、電気・電子部品のほかにも数多くあります。その中からここではヘルメットとキャノピーをご紹介します。
ヘルメット
ポリカーボネートはその特性を生かし、ヘルメットにも使用されています。衝撃に強いうえに割れにくく、耐候性、電気絶縁性も有しているため、屋外作業や電気作業で使用するヘルメットの素材に適しています。また、耐熱温度は120～130℃程度と、ABS樹脂より高温に耐えられるため、高温下での使用も可能です。ただし、溶剤や薬品には弱い熱可塑性樹脂であるため使用開始から3年以内での交換が推奨されます。
キャノピー
ポリカーボネート製のキャノピーは航空機やヘリコプター、バイクの風防（ウインドスクリーン）をはじめ産業機械の安全カバーなどの用途があります。カーポートやテラスの屋根材もポリカーボネート製が多く製造されています。ポリカーボネートは優れた素材ですが、紫外線による黄変や劣化を防ぐために、屋外用途ではUVカット処理として、コーティングや添加剤が必要となる場合があります。また、一部の有機溶剤や薬品に弱いため、洗浄や使用環境には一定の注意が必要となります。
射出成形でポリカーボネートを使用した際に発生する不良
射出成形でポリカーボネートを使用した際に発生する不良をご案内します。射出成形でポリカーボネートを使用した際に発生する不良はさまざまですが、ここではヒケ・ボイド（内部収縮）、離型不良・傷、シルバーストリーク（銀条）、黒ずみ・変色、白化・白濁（曇り）、反り・変形のそれぞれの症状や改善策などをご紹介します。
ヒケ・ボイド（内部収縮）
射出成形でポリカーボネートを使用した場合、ヒケやボイド（boid）が発生するケースがあります。これは厚肉部で内部まで保圧が届かず、冷却時に内部で収縮が起こるためです。そのためゲートを厚肉部に配置し、十分な保圧時間と圧力をかけて加工することが重要です。また、肉抜き設計をするとともに金型温度を上げるのもヒケやボイド対策には効果的です。
離型不良・傷
射出成形でポリカーボネートを使用した場合、離型不良や傷が発生する場合があります。これはポリカーボネートの硬度が低く傷つきやすいため起こるものであり、金型との抵抗や設計ミスで発生するケースもあります。そのため金型の抜き勾配を大きくする、具体的にはキャビ側に大きく勾配をとるといった対策が求められます。
シルバーストリーク（銀条）
射出成形でポリカーボネートを使用した場合、シルバーストリーク（銀条）と呼ばれる不良が発生することがあります。シルバーストリークは射出成形時、樹脂の中で発生したガス（空気）が金型内で引き伸ばされ、その筋状になった流動痕が、樹脂の表面に銀色の筋となって現れてしまう現象です。シルバーストリークの発生を抑えるには、材料の十分な乾燥が重要です。あわせて金型温度と樹脂温度を上げるとともに減圧成形に調整する必要があります。
黒ずみ・変色
射出成形でポリカーボネートを使用した場合、製品の一部が黒ずんだり、変色してしまうケースがあります。その原因としては樹脂の酸化や炭化（せん断発熱）、粒子凝集などが考えられます。黒ずみや変色の発生を防ぐには、スクリューの回転数調整が効果的です。また、適切なパージ剤の使用や材料の均一化も効果があります。
白化・白濁（曇り）
射出成形でポリカーボネートを使用した場合、製品の一部が白化したり白濁（曇り）することがあります。白化、白濁の原因としては熱応力による内部応力や過度な熱膨張、経年劣化などが考えられます。したがって白化、白濁の発生を防ぐには適切な保圧時間の確保が重要です。あわせて冷却条件を見直すとともに適切な保管が極めて重要となります。
反り・変形
射出成形でポリカーボネートを使用した場合、製品が反ったり、変形してしまうケースがあります。反りや変形が起きるのは内部応力と冷却不足が考えられます。また、金型設計の不備も反りや変形の原因となります。したがって反りや変形の発生を防ぐには、冷却条件の最適化が効果的です。また、内部応力の緩和も重要となります。
射出成形でポリカーボネートの代替となる素材
射出成形でポリカーボネートの代替となる素材をご紹介します。ここではアクリル樹脂（PMMA）、ABS（abs）樹脂、ポリプロピレンのそれぞれの素材特性をご案内します。
アクリル樹脂（PMMA）
アクリル樹脂（PMMA）はポリメタクリル酸メチル（Polymethyl Methacrylate）の略称で、アクリルの名で広く知られるプラスチックです。ポリカーボネートも透明性の高い素材ですが、PMMAは極めて透明性の高い樹脂で、透明度光線透過率は90%以上とガラスを上回ります。また、耐衝撃性も有しており、プラスチック樹脂の中で最高レベルの耐衝撃性を誇るポリカーボネートと比べると割れやすい素材ですが、それでもPMMAの耐衝撃性はほとんどの樹脂を上回ります。
ABS樹脂（abs樹脂）
ABS樹脂（abs樹脂）はポリカーボネートと同様、衝撃に強く加工性やデザイン性が高いといった特性があります。一方、ポリカーボネートのような耐候性は有しておらず、有機溶剤に弱く燃えやすいのが難点ですが、加工性がよいことから射出成形や押出成形、カレンダー加工、真空成形など、さまざまな方法で成形可能です。さらには切削や接着、溶着、めっきや塗装を含む各種表面処理などにも対応します。3Dプリンター用の材料としても使用機会が増えています。
ポリプロピレン
ポリプロピレンは汎用樹脂の中で、最高の耐熱性を有しています。また、比重が最も小さくて水に浮かびます。さらにポリカーボネートには及びませんが強度が高く、耐薬品（酸、アルカリを含む）性に優れ、吸湿性が無いのが特長です。これらの特性を生かし、文具、紙幣、自動車部品、包装材料、繊維製品、プラスチック部品、種々の容器、実験器具、スピーカーのコーンなど幅広い用途があります。
ポリカーボネートを使用した射出成形以外の樹脂成形工法
ポリカーボネートを使用した射出成形以外の樹脂成形工法をご紹介します。ポリカーボネートは加工性の高さなどから射出成形以外のプラスチック加工方法でも使用されています。ここでは、その中から押出成形と真空成形、ブロー成形のそれぞれの技術的特長などを解説します。
押出成形
ポリカーボネートは押出成形でも使用される素材のひとつです。押出成形は加熱して柔らかくなった樹脂を金型に押し出し、その後水や空気で冷却して製品を形づくる加工方法です。手順としては、ペレットを押出機のホッパーに投入し、ヒーターで加熱します。どろどろに溶けたポリカーボネートをスクリューで口金と呼ばれる金型に圧力をかけながら送り込むと、口金の形状になったポリカーボネートが押し出されます。押し出された樹脂は冷却層に送り出され、水もしくは空気で冷却した後、引取機を通過し、裁断機で任意の寸法に切断します。押出成形は断続的に成形加工を行えるため射出成形以上に大量生産に向いているのがメリットです。また、長尺の製品が成形できるのに加え、金型の製造が安価なのも長所です。一方、短所は同一断面形状の製品しか成形できない点です。また、小ロット生産には向いておらず、切断部分の仕上げ加工が必要になります。
真空成形
真空成形でもポリカーボネートは使用される素材のひとつです。真空成形は凸型と凹型両方の金型を用いて加工する射出成形とは異なり、凸型あるいは凹型いずれかの型で成形できるため、型費用が抑えられるといった長所があります。ポリカーボネートシートは熱変形温度が一般的な熱可塑性樹脂に比べ高いため、真空成形するためには高温で成形します。また、加熱後のシートが冷えやすいため、成形をすばやく行うのがポイントとなります。成形を素早くするためには、形状に一定の制限が生じます。また、金型のつくりも他の材料と比べて調整が必要となる場合があります。
ブロー成形
ブロー成形でもポリカーボネートは使用可能です。ブロー成形は、ペットボトル容器などの中空成形品を加工する技術です。ほかにもシャンプーや調味料、洗剤の容器などの生産に使用されています。ブロー成形ではポリカーボネート以外にもポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ナイロンなどが使用可能です。ブロー成形は、専用のブロー成形機を使用して加工します。また、金型は雌型キャビティのみで、雄型のコアはありませんが、空気を吹き込むノズルが準備されていて、パリソンと呼ばれる予備成形された風船状の成形品を膨らませます。そのうえでキャビティに密着させて、形状を転写させて成形品を得る技術です。
射出成形は三光ライト工業にお任せください
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。試作から最終工程まで一貫して対応できるため、低価格、短納期でお客様のご要望にお応えします。弊社は素材についても高い知見を有しており、前述のアクリル樹脂（PMMA）、ABS樹脂、ポリプロピレンのほかにもPOM（pom、ポリアセタール）、ポリ・スチレン（ポリスチレン）などの物性や機械的性質についてもご質問ください。なお、エンジニアプラスチックのお取り扱いはございません。弊社の製品実績は幅広く医療機器や各種筐体など、プラスチック成形品であれば何でもご相談を承ります。ご連絡お待ちしています。
