冷間プレス（コールドプレス）とは？基礎知識から応用事例まで詳しく解説

冷間プレスとは？その基本と塑性加工（そせいかこう）における位置づけ

冷間プレスの定義と原理

冷間プレスは、材料を常温（室温〜200℃程度）で塑性変形させる成形技術です。塑性加工とは、材料に力を加えて形を変え、その変形を元に戻らないようにする成形技術で、金属が外力によって永久的な変形を起こす「塑性」の性質を利用しています。

材料が塑性限界（＝これ以上変形させると割れたり壊れたりする限界の範囲）まで変形するよう、パンチやダイを用いて力を加えることが、冷間プレスの基本的な原理です。

冷間プレスでは、材料に熱を加えないため、加工後の寸法変化が極めて少ないという特性があります。高温での加工では材料の膨張や収縮、表面の酸化皮膜の発生といった問題が生じやすいですが、冷間プレスではこれらの熱影響が根本的に回避されます。

この「熱影響の回避」こそが、冷間プレス加工が高精度な部品製造に適している主な理由であり、他の加工法との決定的な違いを生み出しています。加工過程で結晶粒が微細化され、材料の強度や靭性が向上する「加工硬化」も同時に発現します。

塑性加工の種類と冷間プレスの特徴

金属加工は、大きく「切削加工」「鋳造法」「鍛造（塑性加工）」の3種類に分けられます。このうち、塑性加工は、材料に外力を加えて恒久的な形状変化を起こさせる加工全般を指します。塑性加工は、材料の特性改善、材料ロスの最小化、そして大量生産への適応性という特徴を持ちます。

塑性加工には、鍛造、圧延、ロール成形、プレス成形、引抜き、押出し、リングローリング、自由鍛造など、多岐にわたる種類が存在します。冷間プレス加工は、これらの塑性加工の中でも、特に「冷間鍛造」や「プレス成形」に分類される成形技術と密接に関連しています。

冷間鍛造は常温で金属に圧力を加え成形するのに対し、プレス加工は金型で材料を打ち抜いたり曲げたりする加工を指します。冷間プレスは、これら双方の特性を併せ持つ、あるいはその総称として用いられることがあります。

以下の表に、塑性加工の主な種類と特徴をまとめます。

冷間プレスのメリットと注意点

冷間プレスには、熱による素材変性が起きにくいという特性から、多くのメリットがある一方で、注意すべき点も存在します。

冷間プレスの主なメリット

冷間プレスの個々のメリットは独立しているわけではなく、相互に連携し、最終的に「コスト削減」という製造業にとって重要な価値に繋がっています。高精度であることで、切削などの追加加工が不要になり、工数、時間、工具費、人件費が削減されます。

さらに、材料の強度向上は、同じ強度を保ちつつ材料の使用量を減らす可能性を示唆し、これもまたコスト削減に直結します。

冷間プレスの注意点

これらの注意点を把握しておくことで、より現実的な視点で成形方法を検討することができます。

冷間プレスと他の成形技術との違い

金属の塑性加工は、成形時の材料温度によって、「冷間プレス」「温間プレス」「熱プレス」と、大きく3つに分類されます。

熱プレスとの比較

熱プレスは、材料を高温に加熱して柔らかくしてから加工するため、加工負荷が小さく、大型や複雑な形状の製造に適しています。しかし、高温での加工は熱による膨張・収縮が大きいため、加工精度が低くなります。また、材料表面に酸化皮膜（スケール）が発生しやすく、表面品質に課題があり、仕上げ加工が必要となる場合がほとんどです。

温間プレスとの比較

温間プレスは、冷間と熱間の中間の温度で加工することで、両者のメリットをバランス良く取り入れた加工法です。冷間プレスでは難しい複雑な成形も可能ですが、寸法精度・表面品質では劣ります。また熱プレスよりも高い精度が得られますが、成形性や加工自由度で劣るといった特徴があります。

加工温度は製品特性に直結する重要なパラメータです。低温では寸法精度と表面品質に優れる一方、材料の変形が難しくなり、複雑形状にはあまり向いていません。逆に高温では変形しやすく大型・複雑な形状に対応できますが、精度や表面に影響が出やすくなります。

こうした性質を理解することで、要求仕様に適した加工条件の選定が可能になります。

冷間鍛造・プレス加工・冷間圧造との違い

「冷間プレス」という包括的な概念の下には、いくつかの具体的な加工法が存在し、それぞれが異なる特性と得意な用途を持ちます。

「冷間プレス」という言葉には様々な加工技術が含まれている場合があり、それぞれが部品の形状や材料、生産量に応じて使い分けられます。たとえば、ボルトやナットには冷間圧造、板金部品にはプレス加工、高強度部品には冷間鍛造が適しています。これらの違いを把握することで、製品に最適な加工法を選ぶことができます。

冷間プレスの主な用途と事例

自動車部品から家電まで広がる適用範囲

冷間プレスは、その高い寸法精度と良好な表面品質から、幅広い産業分野で活用されています。特に、高い機械的性質が求められる部品の製造に多く用いられています。その背景には、「高精度」と「加工硬化による強度向上」といった冷間プレス特有の利点が、製品に求められる品質要件と強く一致している点があります。単なる成形技術ではなく、品質を保証する手段として重要な役割を担っています。

主な適用分野は以下の通りです。

冷間プレスによる不織布成形

不織布成形は、不織布に立体構造を付与するための代表的な成形技術の一つで、この不織布の成形方法のひとつに冷間プレスがあります。

一般的な金属加工で用いられる冷間プレスは、素材を加熱せずに常温で圧力を加え、目的の形状に加工します。この技術を応用し、不織布の成形では事前に加熱した材料を金型と空気で冷却しつつ、プレスして成形します。これにより熱による素材の変質や収縮を避けつつ、複雑な立体形状を高い精度で再現することができます。

冷間プレスによる不織布成形は、自動車内装材や医療用資材など、機能性と意匠性の両方が求められる製品に適しています。金型によって安定した品質が確保でき、大量生産や後加工の省力化にも効果があります。

大塚産業マテリアル株式会社の不織布成形のご紹介

大塚産業マテリアル株式会社は、長年の経験で培った独自の知見と技術を活かし、不織布の冷間プレス成形において高い専門性を持っています。一般的な金属加工の冷間プレスが持つ「常温での精密成形」という強みを不織布に応用することで、熱による素材への影響を抑えながら、これまでにない複雑な形状や高い寸法精度を実現しています。

不織布のほか、熱可塑性素材や通気度のない素材の真空成形も行うことができます。ファブリックや人工皮革などとの複合成形も可能です。

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