インサート成形による電動スクーター用ホイールハブの製造

電動スクーターの後輪ハブには、3つの重要な機能があります。第一に、構造上の荷重を支える部品としての役割を果たします。第二に、電動スクーターのハブモーターなどの他の部品が確実に収まるよう、インサート成形部品を含め、寸法を精密に製造する必要があります。 第三に、自動車のホイールと同様に、スクーターの外観を美しく彩る役割も果たします。これらの目標を達成するためには、以下の点を考慮する必要があります。.

• 素材の選択： 耐荷重性の要件から、通常は、剛性を高めるためにガラス繊維（GF）で補強されたポリアミド（PA6/PA66）のような高強度エンジニアリングプラスチックが好んで使用されます。また、耐摩耗性や耐熱性にも優れています。.
• 設計の最適化： これは、厚みを一定に保つことで、電動スクーターのホイールハブ製造において、沈み込みや反りといった一般的な欠陥を防ぐために必要です。また、リブを追加することで、厚みを増やすことなく強度を高めることもできます。.
• 金型設計の最適化： 電動スクーターのホイールハブの金型設計では、欠陥を防ぐために、ゲート位置、材料の流れ路、および冷却路を最適化する必要があります。また、鋼製またはアルミニウム製のベアリングハウジングを挿入成形するための構造も備えている必要があります。.
• 射出成形の最適化： 電動スクーターのホイールハブの射出成形では、材料の劣化を防ぐため、使用する材料に応じて、溶融温度、金型温度、射出速度、保圧時間などの成形パラメータを最適化する必要があります。.
• 構造健全性解析： ハブ支持部の最適化には、有限要素法（FEA）およびコンピュータ支援エンジニアリング（CAE）が用いられています。その目的は、ホイールが繰り返される荷重や衝撃に耐えられるようにすることです。.
• 表面処理と環境適応性： 電動スクーターのホイールハブに施された表面処理は、その美観を高めています。表面をより魅力的に見せるだけでなく、この表面処理により、紫外線、温度変化、湿度といった環境要因に対する耐性が向上し、長期的な安定性が確保されるはずです。.
• 品質保証： 電動スクーターのホイールハブの製造においては、ホイールハブが設計仕様および性能要件を満たしていることを保証するため、ライン上の検査から工程管理、最終製品試験に至るまで、厳格な品質管理プロセスを徹底しなければならない。.

クライアント要件

中国で有名な電動スクーターメーカーであり、ファーストモールドのジェームズ・リー総経理の長年の友人である企業が、電動スクーターのホイールハブ製造に向けた包括的なプラスチック金型製作およびインサート成形サービスについて、当社に依頼してきました。.

製品の青写真と要件を検討するための円卓会議で、クライアントは次のように述べました。「ファースト・モールドは、多くのメーカーが抱く複雑なアイデアを現実のものにするために支援してきた実績から、私たちが深く敬意を抱いている中国の金型メーカーの一つです。そして、このプロジェクトも例外ではないと確信しています。」“

これに対し、同社の副総経理であるレイ・リウ氏は、「ファースト・モールドには、国内でも屈指の優秀なエンジニアたちが在籍していることを光栄に思っています。最先端の技術を駆使すれば、私たちのチームが成し遂げられることに限界はありません」と述べた。.

 電動スクーター用ホイールハブのメーカーは、PA6+30%GFに対応できる生産用金型を求めていました。電動スクーター用ホイールハブ金型の表面は、成形品に標準的な滑らかな表面を与えることができるよう、十分に研磨されている必要がありました。 自動組立に必要な公差は±0.1mmであった。また、顧客は、一般的な欠陥を防止できるよう金型を最適化することを求めていた。.

課題と解決策

電動スクーターのホイールハブメーカーは、これまでの経験に基づき、いくつかの重要な懸念点を指摘した。これには、材料射出時のスチールインサートのずれ、自動組立を困難にする部品の公差のばらつき、および低い生産歩留まり（≤90%）などが含まれる。.

こうした懸念に対し、李氏は次のように述べた。「当社の施設から出荷されるすべての製品は、お客様の期待に応えるだけでなく、ほとんどの場合それを上回る品質を確保するため、厳格な品質管理検査を経ています。」“

挿入時のずれと同軸度のずれ

中央のスチールスリーブは、電動スクーターの動力伝達の中核をなす部品です。射出成形中、高圧の溶融プラスチックの流れが金属インサートに衝撃を与え、位置ずれ、傾き、および同軸度のずれを引き起こす可能性があります。このずれが0.05mmを超えると、ハブ全体が不良品となり、モーターシャフトと組み合わすことができなくなります。.

多くの工場では、インサートを正確に位置決めするための治具が不足しており、その結果、量産時にスチールスリーブのずれが頻繁に発生しています。スチールインサートのずれによって生じうる問題としては、モーターアセンブリの固着や異音などが挙げられます。.

この問題を解決する最善の方法は、金型設計の段階で行うことです。First Moldのエンジニアチームは、電動スクーターのホイールハブ用金型に精密加工されたピンを組み込み、スチールスリーブを所定の位置に固定することで、この問題を解決しました。また、スチールスリーブの外表面も改良し、機械的密着性を向上させました。.

スチールスリーブのずれをさらに防ぐため、チームは射出速度と圧力を最適化し、溶融樹脂がインサートに与える衝撃力を最小限に抑えました。ゲートの位置も最適化されました。ゲートは、インサートを押し出すのではなく、溶融樹脂がインサートの周囲を穏やかに満たすように配置されました。.

PA6 + 30% GFの収縮および変形制御

PA6+30GFに関して頻繁に報告される問題には、ガラス繊維のブローミング、収縮、反りなどがあります。これらの問題により、外観の劣化や寸法のばらつきが生じます。その結果、製造された部品は高級ブランドの監査を通過できなくなります。.

PA6に関して報告されている欠陥の一部は、その高い吸水性に起因しています。成形前の乾燥が不十分だと、気泡やひび割れが生じる可能性があります。しかし、30%ガラス繊維で補強すると、収縮率は大きく変動します。.

この電動スクーター用ホイールハブのプロジェクトでは、ハブの複雑な補強リブや格子構造、さらには肉厚のばらつきも相まって、冷却収縮にばらつきが生じます。このため、部品は反りや変形を起こしやすく、リムの真円度や組立精度に影響を及ぼします。.

First Mold社は、プロセスパラメータの最適化や金型設計の改善といった一連の取り組みを通じて、これらの課題を克服しました。 これには、射出成形前に PA6 + 30% GF を 80°C～90°C (176°F～194°F) の温度範囲で 4～6 時間乾燥させることが含まれます。 その目的は、含水率を 0.1%～0.2% に抑えることです。.

さらに、金型温度を材料の仕様の上限まで引き上げました。また、チームは金型設計について以下の改善を行いました：

• 流れを促進し、せん断を低減するためのゲート設計の最適化
• 特に溶接線が生じる箇所において、閉じ込められた空気を排出できるように、適切な通気を行うこと
• 材料への過度なせん断力を防ぐため、太くて短いランナーとゲートを使用する

構造強度の不足

この電動スクーター用ホイールハブプロジェクトにおける格子状の補強リブ、歯状構造、および取り付け穴は、深穴・薄肉・高密度リブ設計が特徴です。射出成形を行う際、これにより以下のような問題が生じやすくなります：

• ショートショット（充填不足）
• 溶接線の強度が不十分であるため、応力がかかる箇所で破断が生じやすい
• 外観や耐候性に影響を及ぼすガラス繊維の露出（ファイバーブローミング）

溶接線は破断しやすいため、路面の凹凸が激しい状況下では安全上のリスクとなり、顧客からの返品やリコールの原因となります。First Mold社は、綿密な金型設計とプロセスパラメータの調整により、溶接線を解消しました。.

厳しい公差要件（±0.1mm）

電動スクーターのモーターハブは、駆動系の中核部品として、同軸度、取り付け穴の位置、リムの寸法において±0.1mmという厳しい公差が要求されます。これは、一般的な射出成形部品の公差よりもはるかに厳しいものです。このため、金型の精度、射出成形プロセス、および検査能力にとって大きな試練となっています。.

寸法のばらつきが大きいため、±0.1mmという精度要件を満たすことが不可能であり、その使用は低価格帯の手作業による組み立てに限定されてしまいます。寸法のばらつきがあると、電動スクーターのハブモーター部品がスムーズに組み合わさりにくくなり、部品の不良品となる可能性があります。.

First Moldのエンジニアチームは、製造適性を考慮した設計と、最先端のハードウェアおよびソフトウェア技術を活用することで、目標とする公差を達成しました。 金型設計には均一な冷却路が組み込まれ、PA6 + 30% GF特有の収縮率も考慮されました。これらの対策と最適化された加工条件を組み合わせることで、チームは±0.1mmという一貫した公差を達成することができました。.

単キャビティ量産金型における効率と安定性のバランス

単キャビティ金型は、その性質上、効率が低い。さらに、ハブの構造が複雑であるため、デバッグが極めて困難であり、状況はさらに悪化していた。同業他社が直面している主な課題には、次のようなものがある：

• 金型の調整に伴う頻繁な生産停止
• 低収益とコストの抑制不能
• 大規模かつ安定した供給需要に対応できないこと

こうした課題は、通常、単キャビティ金型のデバッグ経験不足に起因しています。量産歩留まりが90%を下回ると、納期の遅延や、コストが予算を大幅に上回る事態を招くことになります。 当チームは、冷却システムの最適化、最適なゲート設計、および精密なパラメータ調整を行うことで、95%を超える生産歩留まりを達成しました。.

クライアントがファーストモールドのソリューションで得たもの

この電動スクーターのホイールハブの設計図は複雑な構造を特徴としており、メーカーは、適切な金型を製作してくれる金型メーカーを見つけられなければ、製品の再設計を余儀なくされるリスクに直面していました。製品の再設計には多大な時間がかかり、コストもかさむ可能性があります。First Moldと提携したことで、クライアントはその事態を回避することができました。.

“「すでに設計図に基づいてマーケティング戦略を立てていたのです」と、クライアントは試作品付きの金型を受け取った際に語った。「途中でデザインを変更していたら、ブランドイメージに深刻な打撃を与え、顧客からの信頼を失うことになっていたでしょう」。.

First Mold社は、電動スクーターのホイールハブ金型製造プロジェクトを受注しただけでなく、納期よりかなり前に、顧客が実用可能な金型を受け取れるよう確実に手配しました。また、この提携により、顧客は迅速なメンテナンスや交換部品の供給を受けることができるようになりました。.

よくあるご質問