射出成形によるVR製造

アイヴァン・サザーランドが開発した最初のVRヘッドセット「ソード・オブ・ダモクレス」は、重さが約10ポンド（約4.5kg）ありました。重く、長時間装着するのは不快でした。 そのため、機械アームを用いて天井から吊り下げる形で支えられていた。最新のVR製造技術では、軽量化にさらに注力し、長時間着用しても快適になるよう工夫が凝らされている。.

最新モデルのVRヘッドセットの平均重量は、ストラップとバッテリーパックを除いて、1.1～1.5ポンド（約500～800グラム）の範囲です。 例えば、2023年に発売されたMeta Quest 3の重量は約1.14ポンド（515グラム）でした。同年発売のPico 4は、約1.3ポンド（586グラム）でした。.

VRコンポーネントを製造する企業の注力点は、軽量化、人間工学に基づいた設計、そして高精度・高解像度へと移行しつつある。この傾向により、かさばるヘッドセットは、洗練された、一日中装着できるデバイスへと変貌を遂げつつある。.

軽量VR製造の中核となるプラスチック部品

VR用プラスチック部品の製造技術の進化は、メーカーが軽量化を実現するための重要な戦略となっています。VRの構成部品の約50～70%をプラスチックが占めているため、これは特に重要です。外装、ヘッドストラップ、内部構造は、主に耐久性に優れたプラスチックでできています。VR用部品の製造戦略の進化には、次のようなものがあります： 

• 先端材料の活用： VRメーカー各社は、構造的強度を損なうことなく軽量化を図るため、従来のプラスチックを炭素繊維などの高度なエンジニアリング素材に置き換えています。.
• 重量配分： 2025年のデザインの多くは、重心を着用者の頭部により近づけるために、ハロー式のストラップシステムを採用していた。.
• 高密度配線（HDI）プリント基板： HDI技術は、マイクロビアやより細い配線幅を活用し、部品をより密に配置するために用いられます。.
• 精密製造技術： プラスチック部品への高精度VR射出成形や、レンズ用ガラスの高温成形といったその他の先進技術を活用することで、メーカーは高い精度要件を満たすことができる。.

ユーザーの身体的な不快感（首の痛みや頭痛）への対応の必要性や、真にワイヤレスなVRヘッドセットの開発に向けた動きが、この業界で現在進行中のイノベーションを牽引する要因の一部となっている。.

VRヘッドセットの構造的・機能的構成要素

VRヘッドセットは複雑な装置です。バイザーとも呼ばれる前面部分は、最も重要な部分です。ここにはレンズ、センサー、そしてデバイスの「頭脳」が収められています。硬質のプラスチック製外殻は、内部の電子部品を保護すると同時に、着用者に安定感と快適さを提供します。.

VRヘッドセットは、外部構造部品、機能部品、光学関連部品の3つの部分に分類できます。.

VR製造用部品の材料選択肢

VR製品の製造に使用される素材は、ユーザーの快適性と性能のバランスを考慮した重量設計が重視されています。VRメーカーが素材選定の際に考慮するその他の要素としては、耐久性や熱管理が挙げられます。例えば、筐体や外殻は、軽量性と耐久性のバランスをとるため、高性能プラスチックを用いて極めて高い精度で製造されています。この高い精度により、光学系の位置合わせが維持されます。.

• VRケース： ポリカーボネート（PC）やアクリロニトリル・ブタジエン・スチレン（ABS）、あるいはPCとABSのブレンドといったプラスチックは、剛性と軽量性のバランスに優れているため、筐体の材料として使用されています。さらに軽量化を図るため、VR用射出成形メーカーでは、薄肉化や、格子状のリブを施した設計を採用することがよくあります。.
• 光学部品： レンズには、優れた耐傷性を備えた特殊な透明素材が使用されています。VRレンズの製造に使用される素材の好例として、光透過率が92%以上のシクロオレフィン共重合体（COC）が挙げられます。.
• 着心地の良さ： 柔軟で柔らかい素材である熱可塑性エラストマー（TPE）は、滑り止め部品に使用されており、特に長時間使用するユーザーにとって、装着時の快適性を高めています。.

VRによる射出成形金型設計における主要技術

VRヘッドセットの製造用金型の設計プロセスには、高精度で専門的な技術が求められます。主要技術の焦点は、複雑な形状と優れた表面仕上げを備えた軽量な部品を実現することにあります。.

VR射出成形用の金型製作プロセスは、多くの場合、SolidWorksやProEといった高度なCAD、CAM、CAEソフトウェアをMoldflow解析と組み合わせて使用することから始まり、製造適性設計（DFM）を確保します。壁厚や冷却経路を最適化するには、こうした高度なソフトウェアが不可欠です。VR射出成形金型設計における3つの重要な要素は以下の通りです：

1. 精密制御： 金型の極めて高い寸法精度を確保するために、高速かつ高精度のCNC加工が採用されています。 VR筐体の射出成形における大きな課題は、欠陥のない高光沢な表面を実現することです。これは、速度、圧力、温度などの射出成形パラメータを最適化することで克服できます。複雑な形状に見られる反りや収縮といった一般的な欠陥は、冷却システムを最適化することで低減できます。.
2. 構造の最適化： 曲面のあるハウジングや複雑なバックルは、従来の2分割金型ではしばしば複数の課題に直面します。曲面のあるVRハウジングの成形においてよく見られる課題としては、細部の成形が不十分になることや、離型が困難になることが挙げられます。マルチスライド＋インサート構造は、これらの問題を解決するために設計されています。この構造を用いることで、入り組んだ多方向のアンダーカットや複雑な形状を持つ部品を製造することが可能です。.
3. 表面処理： フローマークやウェルドラインは、溶融プラスチックの流れにムラが生じた結果として生じる外観上の欠陥です。金型表面の微細な表面粗さを低減したり、鏡面研磨を施したりすることで、溶融プラスチックと金型キャビティ間の摩擦抵抗を大幅に低減できます。初期の加工痕は、180～600グリットのオイルストーンを使用して除去します。 平滑化は、400～1600グリットの湿式サンドペーパーで行います。最終研磨には、ダイヤモンドペースト（0.25µmまたは0.5µm）を使用します。.

クライアント要件

VRウェアラブルデバイスの製造を専門とするある顧客は、特注のVRヘッドセット用フロントカバーを必要としていました。以前のサプライヤーは、部品の肉厚が極めて薄いことに起因する反りの問題を解決することができませんでした。また、組み立て精度が基準に達していないという問題もありました。.

クライアントは、こうした課題を克服できるVR射出成形金型メーカーを熱心に探していました。同社施設の詳細な見学や、過去のプロジェクト事例集の確認を経て、クライアントはファーストモールドが問題を解決できる能力を有していると確信しました。クライアントからの詳細な要件は以下の通りでした：

• 部材の肉厚 1.0mm、,
• 重量 25g以下、,
• 表面に流れ跡は見られず、,
• 組立公差 ±0.03mm、,
• 量産歩留まり率 ≥98%

課題

重量を25g以下に抑えるには、単に材料を置き換えるだけでは不十分でした。First Moldのエンジニアたちは、顧客と協力しながら設計を見直す必要がありました。有限要素法（FEA）を用いて、重要度の低い箇所を特定する必要がありました。剛性を高めるため、中実材の代わりにリブを追加しました。.

VRヘッドセットの重量をさらに軽減するため、ネジではなくスナップフィット方式が採用された。しかし、それには組み立て時に部品がしっかりと嵌合するよう、厳しい公差が求められた。.

ソリューション

First Mold社は、VR用射出成形金型の設計において、ガスアシスト射出成形（GAIM）構造を採用しました。この手法では、加圧窒素ガスを利用して中空部を形成することで、従来の成形方法に比べて大きな利点をもたらしました。GAIMにより、樹脂の使用量を20%以上削減することができました。また、材料の分布を最適化し、全体的な表面品質の向上も実現しました。.

ガスアシスト射出成形では、冷却速度に差が生じる中空部が形成されます。つまり、中空部は実心部よりも速く冷却されます。そのため、精密な冷却路を設ける必要がありました。冷却のムラを防ぎ、反りを生じさせないためには、冷却路の最適化が重要でした。また、生産速度を最大化するためにも、最適化された冷却路が不可欠でした。.

パーティングラインは、目に見えない部分に合わせて最適化されました。この設計上の決定は、継ぎ目が隠れた状態を確実に保つため、CAD設計段階でなされました。パーティングラインを隠すことで、First Mold社はVRヘッドセットの筐体表面において、100%の美観を完璧に維持することができました。.

プロセスの調整

VR用プラスチック部品の製造に採用された材料は、ガラス繊維強化PC+ABSブレンドでした。この材料と窒素補助射出成形を組み合わせることで、材料の分解を防ぐことができます。これは、窒素が不活性ガスとして作用し、シリンダーや金型内の酸素を置換するためです。.

酸素を排除することで、高温下でのポリマーの劣化を防ぐことができます。この手法は、変色を防ぐとともに、プラスチックの機械的強度を維持することもできます。.

品質管理体制

First Mold社は、金型内圧力センサーを用いたリアルタイムモニタリングを導入しました。このセンサーは、キャビティ内の圧力（最大2,000 bar）と温度を測定しました。これにより、金型の充填、パッキング、ゲートの凍結に関するデータが即座に得られ、欠陥を直ちに検出することが可能になりました。その結果、スクラップの削減につながりました。.

First Moldのエンジニアたちは、座標測定機（CMM）を用いて完成部品を徹底的に検査しました。スキャナーで外形を測定し、肉眼では見落としがちな反りを検出しました。測定結果は製品の設計図と照合され、整合性が確認されました。.

最終結果とお客様の声

First Moldは、単に金型を納入しただけではありません。同社は、顧客が以前のサプライヤーとの取引で直面していた製造上の課題のいくつかを克服するのに役立つVR射出成形システムを提供しました。 ファースト・モールドが提供したソリューションにより、クライアントは軽量なVR部品の製造を実現しました。これにより、同社の製品は市場に出回っている競合他社の多くの製品よりも軽量となり、VR愛好家にとって、より長時間快適に装着できる製品となりました。.