レジンキャスト

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レジンキャストとは、主として工業デザイン試作や歯科技工などの分野で用いられる合成樹脂の成型方法である。この技術は模型製造などにも転用されている。なお、もともとの「レジン resin」は「（松脂などの）天然樹脂」から転じて「樹脂」全般を意味する言葉であるが（熱可塑性の樹脂も含む）、日本ではそれよりはかなり狭い範囲（主として二液混合重合型の熱硬化性樹脂の意味）で用いられていることに注意を要す。

[編集] 用途

古くから歯科技工の分野において入れ歯を製作する時に使用され、徐々に他の分野にも波及する。現在では試作品や小規模量産品等に使用される。

[編集] 利点と欠点

合成樹脂の成型方法としては、加熱すると液体になる熱可塑性樹脂を金型に高圧で流し込み冷却硬化させる射出成型を用いることが多い。この方法は大量生産に向くが、しかし金型の作成に費用がかかる・高温高圧を用いる成型設備が必要である、などの事情から少量生産には向かない。

そこで、少量生産については、常温では液体で硬化剤を混合することで重合して固体となる熱硬化性樹脂を、シリコーンゴム型・プラスチック型・蝋型などに、常温常圧、あるいは射出成型と比べるとはるかに低い温度・低い圧力で流し込む「レジンキャスト」という技術が用いられる。この技術は、個々の成型物単位では射出成型とは比べものにならないほど高コストであるが、初期投資額をおさえることができるため、少量生産向きである。また、歯科技工用などの一品生産にも向いている。逆に大量生産にはまったく不向きである。これは自動化されている射出成形に対して注型作業に人手を要する事（しかもある程度の技術を要する）、型が注型樹脂に侵されるために寿命が極めて短い事、硬化に時間がかかる為、冷えれば固まる射出成型と比較すると生産性が低いなどが理由である。また、高圧で金型に射出する射出成型と比較して軟質の型に低圧で樹脂を流す為、細部のモールドの再現において劣る。

また、この技術は模型、特にガレージキットの分野にも導入されており、レジンキャスト法で製造されたガレージキット、および製造に用いる素材としての模型用無発泡ウレタン樹脂などを示す場合もある。有機溶剤が成形品の内部に残留している場合、経年変化により変形する。一定の温度で加熱処理することによりある程度軽減する事ができる。

[編集] 型

主にシリコーンが用いられる。軟質の型であれば抜き勾配も必要なく、従来であればスライド型を使用するような物も作れる。但し、耐久性は金型に劣る。シリコーンが普及する前は天然ゴムを加熱重合する事でゴム型を製作していた。この場合、原型は耐熱性の素材でなければならなかった。シリコーンゴムになってからは原型の素材は耐熱性の素材である必要は無くなった。これにより、特別な加熱装置等を必要としなくなり、ガレージキットの製造においてアマチュアディーラーが参入しやすくなった。また、同時に模造品を作る事が容易になりガレージキットにおいて不正コピーが増える一因ともなっている。

[編集] 使用される樹脂

レジンキャストに使用される樹脂は、2液混合型のウレタン樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂などである。いずれも液体とはいえどもかなり粘性が高く流動性は良好ではない。そのため、揮発性の溶剤を混入させることで流動性を改善したものもある。

[編集] ウレタン樹脂

常温で液体の主剤と硬化剤に分かれており、その2液を攪拌混合することで重合させ固体とする。硬化時間は数分～十分程度で、硬化前は透明な液体だが硬化後はベージュ・ピンク・白などの固体となる。

粘性は高くそのままでは常温常圧での重力注型ができないため、模型製作用に発売されているものには、しばしば大量の揮発性溶剤が混合されている。揮発性溶剤の混入は流動性の改善には役立ち、常温常圧での重力注型法での成型を可能とするが、固化した樹脂から長期にわたって溶剤が揮発し、成型物の体積が減じることでゆがむといった問題も引き起こす。また、揮発性溶剤が含まれたウレタン樹脂は、真空注型には用いることができない（減圧することで揮発性溶剤が沸騰してしまうため）。無溶剤タイプのウレタン樹脂は、流動性が低く真空注型などの手法が必要となる反面、成型物の安定性は比較的高度なものとなる。 近年では個人、中小企業向けの真空脱泡機が販売されていることから模型製作用のウレタン樹脂であっても真空注型用のものも市販されている。また人体に害のあるキシレンをのぞいたノンキシレンタイプが主流となっている。

[編集] エポキシ樹脂

常温で液体の樹脂と硬化剤に分かれており、その2液を攪拌混合することで重合させ固体とする。硬化時間は10分～数時間程度で、硬化剤の選択や量の管理で硬化時間を変えることができる。硬化前は透明な液体であり、硬化後も透明性を保つが、やや暖色系の色合いを持つことが多い。

粘性は高くそのままでは常温常圧での重力注型は困難であり、またウレタン樹脂と比較すると硬化時間が長いことから生産性もよくない。そのためガレージキットの製造にはあまり用いられないが、十分に重合硬化させた場合には非常に安定した樹脂となるという特徴も持つ。また、模型製造用などとして揮発性溶剤を混入したものは発売されていないが、アクセサリー・ブローチ製作用に低粘度・注型用のエポキシ樹脂が市販されている。また、グラスファイバーや炭素繊維と組み合わせて複合材としても使用される。

[編集] 不飽和ポリエステル樹脂

常温で液体の樹脂と硬化剤に分かれており、その2液を攪拌混合することで重合させ固体とする。透明度が高いという特長を持つが、重合硬化時の縮みが大きく、寸法安定性などについては問題がある。しばしば揮発性溶剤が混入されたかたちで販売されているため、硬化後も溶剤の揮発に伴い、徐々に変形する。

[編集] 成型方法

常温常圧で樹脂自身の重さによって型に流し込む方法のほか、型と樹脂を真空容器にいれて減圧し大気圧で押し込む方法がある（真空注型法）。

[編集] 重力注型法

鋳型の上から樹脂を流し、樹脂の重さによって型の中に樹脂を行き渡らせる方法。鋳鉄による鋳物の製造法と類似したものである。特別な設備がいらない反面、「流動性の悪い樹脂だと型のすみずみまで樹脂が行き渡らない」「気泡が残留することがある」といった欠点を持つため、あまり精度が高いものは作れない。

[編集] トップゲート方式（重力注型法）

樹脂を流し込む湯口からつらなる注型口（ゲート）を型部分の上部に誘導し、樹脂を流し込む方式。注型口そのものが空気抜きになることが多くシリコーン型も小さくすむ反面注型口を大きくしなければならず、原型のディテールを損なう場合がある。また注ぎ込む際に気泡が発生しやすい。

[編集] アンダーゲート方式（重力注型法）

樹脂を流し込む湯口からつらなる注型口（ゲート）を型部分の下部に誘導し、樹脂を流し込む方式。別に空気抜き穴をつくらなければまともな複製品はつくれないため型割りが複雑になるうえシリコーン型が大型になる。しかし注型口は比較的小さくすみ、原型のディテールが複雑な場合は効果的である。また注ぎ込む際の気泡は湯口に集中するため複製品の仕上がりは比較的よくなる。

[編集] 真空注型法

精密な成型物を求められる場合には、しばしば真空注型法が用いられる。

真空注型法は、鋳型と樹脂を真空槽の中において減圧し、その後大気圧に戻すという方法である。減圧する段階で気泡の原因となる型内の空気が抜け、大気圧に戻す時点で大気圧によって樹脂が押し込まれる。流動性の悪い樹脂も使うことができ、型のすみずみまで樹脂が行き渡ることなどもあって、高い精度の成型品を得ることができるが、真空ポンプや真空槽など、それなりの設備が必要になる。

[編集] 遠心法

型を丸い上下に分離する円盤状に作り、中心に樹脂を注いでからターンテーブルで回転させる事により樹脂を遠心力によって細部まで行き渡らせる。生産される部品の配置が回転軸を中心として対称になるように配置する。対称ではない場合は重量バランスが崩れて回転時に振動する。

[編集] ガレージキットの製造技術

ガレージキットの製造では、しばしばレジンキャストの技法が用いられる。用いられる鋳型についても特徴的な技術があるため、付記しておく（ただし常にガレージキットのレジンキャスト部品がこの手法で作られるというわけではない）。

ガレージキットでは、まず原型を作成する（原型製作には、金属・プラスチックなどのほか、粘土・紙粘土・粘土樹脂・ポリパテなどさまざまなものが用いられる）。この原型をシリコーンゴムと呼ばれる熱硬化性の、硬化後も柔軟性を持つ樹脂に沈め、シリコーンゴムを硬化させる。その後に原型を取り出すと、シリコーンゴム型と呼ばれる鋳型ができる。この鋳型に液状の熱硬化性樹脂（加工性の良さや価格などから専ら無発泡ウレタン樹脂が用いられる）を注型し、樹脂の硬化後に取り出すことによって、原型の複製を得る。この複製が、ガレージキットの商品となる。

[編集] その他の使用用途

• ブレーキ - 鉄道車両のブレーキの制輪子にも使われる。ただし金属の方が使用数が多い。レジン製の制輪子を使用すると表面が鏡面化するので滑走しやすくなるという欠点がある。
• きかんしゃトーマス - 人形劇の顔の部分に使用。