金型のメンテナンスは、生産性を高めることに加え、事業を継続していくうえで重要なポイントです。
とくに工業や製造業では、金型管理が今後の事業に影響する可能性があります。汚れがついたまま放置しておくと、商品サイズが変わってしまうことや、金型そのものにサビなどの劣化を招いてしまうからです。
そこで、今回は金型の種類、メンテナンスの重要性、メンテナンスする際の手順にフォーカスして解説します。金型のメンテナンスに興味がある方はもちろん、詳しいメンテナンス方法を知りたい方はぜひ、最後まで御覧ください。
金型とは
金型は、製品を効率的に製造する目的でつくられた金属製の型のことをいいます。金型で加工することで、同じ品質・サイズの製品を安定的につくれます。
つくる製品の大きさによっては、1回のターンで複数個得られるため、大量生産する場合にも適していることが特徴です。また、手作業では困難な複雑な形状にも対応できることから、生産性の向上や自動化しやすいことも魅力です。
ただし、その一方で少量生産には向いていないことや、金型そのものをつくる期間が長くなりやすい面もあります。制作期間が長期になりやすい理由として、金型のサイズに制約があることが挙げられます。
とはいえ、金属、プラスチック、ゴム、ガラスなどさまざまな素材を成形できるため、現代の工業・製造業には欠かせない存在といえるでしょう。
金型の構造
金型の構造はさまざまなものがありますが、プレス加工用金型を参考にすると、パンチ・ダイの2つの要素で構成されています。パンチとダイは一対の工具で、製品形状を加工する際の中心的な役割を担っています。
そのほか、加工を補助する部品や関係を保つ部品、プレス機械に取り付ける部品などを駆使して、製品仕様を満たすため設計・設置することが一般的です。このほか、金型の内部に液状の材料を流し込む構造などもあります。
金型の寿命はどれぐらい？
金型の寿命は、使用している金属の種類やショット回数により変動します。そのため、稼働率が高い場合は、短くなることもあります。
また、金型をつくるときは、どのくらいのショット数に耐えられるかを検討したうえで制作するのが一般的です。製造する製品により100ショット程度から100万ショットまで耐えられるなど、金型の寿命は幅広くあります。
大量生産を目的としている場合は、精度と耐久性が高い金型を使用することが多いです。クオリティの高い成形ができることで、金型への負担を軽減できることや、不良品を抑えることにつながるため、結果的に生産性を高められるでしょう。
ただし、金型をつくる素材により具体的な耐久性は異なるので、100万ショットなど大量生産を目的とする場合は、耐摩耗性の高い素材など目的に合わせた素材選びが重要です。その際は、メンテナンスのしやすさもあわせて検討することをおすすめします。
製品加工後の金型には、微細な材料の汚れが付着します。汚れを放置しておくとサビや不良品の増加につながるため、金型の素材にあったこまめなメンテナンスが必要です。金型をきれいに保つことは、金型の寿命を保ち継続的な生産ラインの維持にもつながります。
次は、代表的な金型の種類を見ていきましょう。
金型の種類
金型には目的別・工程別にさまざまな種類があります。なかには複雑なつくりのものもあり、単純に穴をあけるだけのものもあります。
プレス用金型
工業や製造業で最も一般的に使用されているのがプレス用金型です。金属製の板を型に当ててプレスすることで、さまざまな形に加工できることが特徴です。近年では家電などの精密機械をはじめ、自動車のボディなどにも用いられています。
また、プレス用金型のなかでも大きく分けて5種類があるので、それぞれ解説します。y
単能型（プレス金型）
単能型は1回のプレスで1加工を行う金型で、加工された部品はつぎの工程に手作業で移動することが多いです。主な加工内容としては、抜き・穴あけ・曲げなどがあり、プレス金型のなかでもベーシックなタイプです。
なお、単能型はブランク型や抜き型・曲げ型などそれぞれの役割別に細かく分かれています。
複合型（プレス金型）
複合型は1回のプレスで1加工ができる金型なのですが、複数の加工を組み合わせられることが特徴です。たとえば、抜きと曲げなどを1回で同時に加工できることが挙げられます。
一方で、構造が複雑になりやすく、耐久性が低下しやすいなどのウィークポイントがありますが、複数の加工をまとめられるため、工数を減らせるメリットもあります。
順送型（プレス金型）
ひとつの金型のなかに、複数の加工ステージがあり、順に材料を自動で送りながら順番に加工できるのが順送型です。場合によっては、この金型のみで製品が完成することも珍しくありません。プレス金型のなかでは最も生産性が高いことが特徴です。
ただし、金型をつくる際は、複雑な構造になりやすいため、高度な技術や知識が必要となります。さらに初期費用も高くなりやすい面もあります。やはり、成形現場により導入の可否は分かれています。
トランスファ金型（プレス金型）
複数の単能型を並べ、必要に応じて搬送などの必要な機能を追加して、自動搬送を実現するタイプです。構造上、高さがある加工スペースが必要となるため、それを活かして絞り加工を行うケースもあります。製品により、さまざまな加工を組み合わせられることが魅力です。
本来ならいくつもの工程が必要となる場合でも、トランスファ金型なら材料の搬入と移動、プレスが同時にできるので連続加工できる点や、自動で次の工程に進んでくれるので、人の手が必要ない場合も多く、そういった意味では、生産面・安全面にも優れているといえるでしょう。
プレスライン金型（プレス金型）
プレス加工では近年ロボットを導入するケースが増えていますが、このロボットプレスラインで使われている金型です。単工程の機械をロボットでつないで最適化させるため、無人の自動化ラインにつかわれることが多いです。
導入することで人件費をはじめとするコスト削減ができるほか、24時間の稼働を実現できます。また、ほかの金型では対応しにくい、大型の加工にも対応できることが魅力です。
ンチ金型
主に金属にパンチ金型を押し付けて、穴あけや曲げなどの加工を行う金型です。通常は、受け側のダイとセットで使用します。それぞれ上下に分かれていることも多く、プレス金型において、うえになる型をパンチと呼ぶこともあります。
ダイカスト金型
溶けた金属を高速かつ高圧で流し込んで、部品をつくる型です。建築や生活家電などをはじめ、生活に不可欠な部品をつくっています。流し込む金属にはアルミや亜鉛などがあり、成形されたものは鋳物と呼ばれます。
成形後そのまま完成する場合もありますが、仕上げ加工により手が加わることもあり、複雑な形状でもコストをかけずに大量生産できることが特徴です。
射出成形金型
プラスチック製品をつくる際に用いられる金型で、溶かしたプラスチック樹脂を注入して固めます。細かい仕様の製品にも対応できるため、短期間で大量生産したい場合にも適しています。
ただし、1回ごとに材料を均等に流し込まなければならないため、金型をつくる際は専門知識やノウハウが必要になります。日常生活のなかで、身近にある製品もつくっているケースがあるでしょう。
射出成形機（樹脂射出成形）について
射出成形機は、プラスチック製品をつくる際に用いられるもので、材料を射出する部分と成形する部分が1つになった機械です。製造工程を1つにまとめられるため、工程を減らせることが特徴です。また、近年ではマグネシウムを材料とするケースもあります。
簡易金型
製品の量産前やプロトタイプをつくる際に使用する金型です。金型の試作品として用意するものなので、耐久性を重視しているわけではありません。
そのため、量産用としてそのままつかうことはなく、あらためて簡易金型を参考に別途、実際の業務でつかう型をつくるのが一般的です。また、実際に生産ラインに設置する型に比べて、製造コストがかからないか、かけずにつくる傾向があります。
複合成形金型
本来は、金型に鉄板など1つの材料をセットして加工しますが、複合成形金型は複数の材料をセットできることが特徴です。1回のプレスで複数の加工が可能となり、場合によっては組み立ても同時に行うこともあります。
主に、工数を減らす目的でつかわれることが多く、たとえば、外形をつくりながら穴をあけるといった加工に用いられます。
金型メンテナンスの重要性は？
金型は、仕様通りの製品をつくるために不可欠な存在ですが、製品のクオリティを保つためにはメンテナンスが大切です。
加工する材料に関わらず、一定数加工を行ったあともしくはその日の業務が終了したあとに、専用薬剤をつかっての清掃や、場合によっては分解して清掃することも必要です。材料によっては高温のうちは液体でも低温になると固まるものや、固まる際に空気中の水分やほこりを含み、金型にこびりついてしまい、サビの原因になるものもあります。
金型にこうした汚れが付着したままつかい続けた場合、仕様から外れた不良品をつくり出してしまうおそれもあるでしょう。不良品が多い場合は、業務に影響するだけでなく、自社の信用を損なう可能性もあります。そうなれば事業にも悪影響を及ぼしかねません。
また、汚れに水分が含まれている場合、金型そのものが腐食することも考えられ、腐食が進んだ場合は、金型をつくり直さなければならない可能性も出てきます。こうした事態を避けるためにも、定期的もしくは作業終了後のメンテナンスがとても重要なことがわかります。
金型のメンテナンスの方法と手順
金型は、素材や材料の性質に合わせたメンテナンスが大切です。一般的には専用のクリーナーをつかって布などで拭き取る、洗浄するなどが一般的ですが、加工する材料や過程のなかで状態が変化する材料などによっても、メンテナンス方法は変わってきます。
代表的な方法と手順を紹介するので、自社にあう方法をチェックしてみてください。
手順1：金型洗浄剤による洗浄
一般的なメンテナンス方法として、作業が終了したあとに金型洗浄剤をつかって汚れを拭き取る方法が挙げられます。薬剤を布に含ませるケースと、スプレーするケースがありますが、形状に合わせて選択するとよいでしょう。
薬剤には主に界面活性剤で構成されている水系、有機溶剤と界面活性剤で構成されている準水系、水を必要としない非水系があります。適切な薬剤を使用することで、汚れがやわらかくなったり浮いてきたりするので、そのタイミングで拭き取る方法です。
手順2：メラミン樹脂で構成された洗浄剤を使い金型を洗浄
材料の性質として熱硬化性樹脂を含む場合は、メラミン樹脂が入った洗浄剤を使います。具体的には金型を外さないで、加工するときと同じように洗浄剤を流し込み、熱を加えます。内部でメラミン樹脂の硬化とガスが発生し、これにより汚れを取り除く流れです。
この方法は、樹脂を流し込む部分に特化しているほか、きれいな状態にするまで10ショット以上繰り返すことが必要で、汚れが落ちたか確認することが大切です。洗浄する際は正しい知識を持って行うことをおすすめします。
手順3：金型クリーニングシートを使った金型の洗浄
近年では、洗浄剤による拭き取りのみでは不十分な場合に、金型クリーニングシートを利用するケースが増えています。
主な特徴として、金型にはさんで加熱することで洗浄でき、通常の加工と同じ工程で汚れを除去できることが挙げられます。具体的には、はさんだ洗浄剤により浮いた汚れをシートに付着させるイメージです。
また、材料別のシートが登場しているため、自社の状況にマッチするものを選択することが必要です。材料や金型の種類によっては、洗浄剤では対応しきれなかった部分の汚れまで、除去できることもあるので、使用する際は事前に確認しておくことをおすすめします。
手順4：その他の細かな処理
ここまで紹介してきた手順のほかに意識しておきたい処理があります。主なものでは、サビ止めの塗布や水抜きなどが挙げられます。サビ止めは、金型が常温になってから塗布することがポイントで、くまなく塗布することが重要です。
とくに、長期的にその金型の使用停止が見込まれるときは、普段よりも厚めに塗布して防サビ対策を行いましょう。なお、もう1つの防サビ対策として、内部に専用の油を循環させる場合もあります。
また、水抜きは、金型の各所に水が残っていないかを確認するため、1回路ずつ行うことが重要です。わずかに水が残っていた場合、そこからサビが発生するおそれがあるためです。水分が完全に残っていないことを確認することが大切です。
手順まとめ
金型のメンテナンスは、材料や金型につかっている素材などにより、これまで紹介した手順を選択したり組み合わせたりして行います。すべての方法を取り入れなくてもよい代わりに、自社にベストな方法を取り入れることが重要です。
場合によっては、洗浄剤を使って布などで拭き取るのみで済む場合もあれば、メラミン樹脂でできている洗浄剤をつかう場合もあるでしょう。
なお、洗浄に使用する薬剤やシートなどは、年々新しいものが登場しています。これらの情報も逃さずチェックして、自社に合うものを選択するとともに、必要に応じて順次取り入れるとよいでしょう。
金型管理でよくある課題とは？
金型を管理しているつもりでも、ときに思わぬサビの発生などが起こることがあります。これは管理するうえでの課題ともいえる部分です。
このようなトラブルが発生すれば、生産ラインが止まってしまうほか、新たな金型をつくらなければならないなど、事業にとって深刻な事態になりかねません。ここでは、金型管理における課題をチェックしていきましょう。
ショット数の管理が不十分
金型においてショット数は寿命に関係する重要な指標です。たとえば、1日単位、もしくは1週間単位、1か月単位などのようにショット数を管理していくことで、金型そのものの寿命を把握できます。
管理する際は、紙媒体に記録するだけでなく、Excelなどでデータ管理しているケースが多く見られます。しかし、人の手によるミスのリスクが高いため、このスタイルで管理し続けることはあまりおすすめできません。
今後、正確に管理していくには、自動でショット数を計測するシステムを導入する、状況や情報を可視化できる環境づくりなどの工夫が必要になります。
メンテナンスのタイミングが分からない
ショット数を毎日記録していても、そのデータを共有できる環境がない場合、メンテナンスのタイミングを計ることは困難です。たとえば、同じ金型を複数台使用する場合、個々にショット数に開きがあるなら、一定期間での点検のみでは全体を把握できません。
たとえば、5台のうち3台は年中稼働していて、繁忙期のみ残りの2台を稼働させると言った場合も、それぞれの状態に合わせることが必要です。また、金型を外注先に貸し出している場合、発注元が貸し出す以前の使用状況を把握していないために、適切なメンテナンスができないという場合もあるでしょう。
この両者の状況は、どちらも金型の寿命を早めてしまうことや、場合によっては汚れの付着に気づかず不良品を生産することにもつながります。そのため、ショット数をはじめメンテンスのタイミングを共有できる環境を整えることが優先事項といえるでしょう。
金型の置き場が分からない
金型の貸し出しを行う企業には、金型置き場が存在します。貸し出し前の金型や寿命を迎えたものが、同じスペースに置かれている場合、ぱっと見ただけでは目的の金型を見つけられなくなる可能性もあります。
そうなれば、金型の廃棄にも影響を与えるため、置き場は整理整頓を進めるとともに、種類ごと、貸し出し前、廃棄などのように分けておくことも重要です。
このほかでは、どの金型をどの企業に貸し出したかもしっかり把握しておきたいものです。通常は企業間で書類などのやり取りが行われますが、これらも今後は情報をオンラインで共有できるよう、管理システムの導入やタブレットなどで簡単に管理できるなど、環境を整えていかなければなりません。
成形現場におけるメンテナンスの考え方<
さまざまな製品を加工する成形現場において、日頃から金型の状態を観察することは、とても大切なことです。それが人の目によるチェックだったとしても、課題が解決していない現場なら毎日のチェックこそが、異変に気づく唯一の方法になります。
そこでここでは、現場におけるメンテナンスへの考え方や具体的なチェック方法を解説します。自社で実践できるものから取り入れてみてください。
金型や機械の異常の前兆を見逃さない
人の感覚に頼る部分ではありますが、金型の動きや稼働時に発する音などは、異常を察知しやすい部分です。場合によっては振動なども含まれるでしょう。
これらは、日々の業務の中で意識していくことで把握できるようになり、勤続年数の長い技能士や経験豊富な従業員ほど頼りになる傾向があります。また、若手だったとしても普段から意識していくことで、いつもと違う程度の異変に気づくことはできます。
そのため、少しでもおかしいと感じたときは、周囲に報告するとともに、ほかの人にも確認してもらうことが大切です。その結果、異常があると判断できる場合は、早期に対処するようにしましょう。
成形品の寸法や外観等をチェックする
担当する金型で製造した品物に対し、寸法や外観を確認することも異常を察知する手段の1つです。たとえば、寸法の傾向管理を行い、増加傾向と判断できる場合は、摩耗や離形不良などの疑いがでてきます。
この場合は、業務終了後またはなるべく早い段階で点検が必要です。メンテナンスの必要があると判断する場合は、多少イレギュラーだったとしても早めに行う方がよいでしょう。
また、外観に異常があるときは、1つ前の工程で異常が発生していないかを確認します。とくに、製品が炭化している場合は、前工程の点検やメンテナンスにより対処できることもあります。
メンテナンス計画を策定する
金型の寿命を活かし、適切な製品を製造するためには、メンテナンス計画をたてることも重要なポイントです。過去のトラブルや点検したときのノウハウや記録を参考に、チェックすべき場所、内容、メンテナンスサイクルを金型ごとに定める必要があります。
もしも自社のみで決められない場合は、金型を制作した企業に相談しながら策定するのもよいでしょう。
また、こうした計画をたてるには、情報の蓄積も不可欠です。過去はもちろん今後も記録をつけ続けていきましょう。加えて、計画通りに実行し、その後の状態などもチェックしていくと、よりよいデータを集めることにつながります。
故障に備えて予備品を準備しておく
万が一の故障に備えて、予備を準備しておくことも大切な要素です。ただし、金型の種類によっては高価なもの、短期で部品交換できるものなどがあるため、自社で最も重要な部分のみ、低コストなものなど、準備するものも検討することが必要です。
なかなかリスクとコストから選択するのは難しいところですが、予備があれば金型を注文するときよりは早期に稼働再開できると考えると、やはり備えがあるほうがよいといえるでしょう。
次にこちらでは、工場のコスト削減方法を解説します。製造業の効率性や生産性向上に役立つ内容になっていますので、ぜひご覧ください。
まとめ
金属の板のみならず、プラスチックや液状の金属などにも対応する金型があり、日本の生産を支える重要なポジションであることがわかりました。
しかし、いくら生産に欠かせないものとはいえ、メンテナンスをしなければさまざまな問題が生じます。使用する材料や金型の素材、装置の仕組みなどによりその方法は異なり、適切な対応が求められています。
現在では、成形現場での金型管理が自動化されていないことや、情報を共有できる環境が完全ではないことなど、課題があることも事実です。課題を一つひとつ解決していくためには、管理システムの導入も検討しなければならないでしょう。
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