射出成形の工程について
射出成形の工程について詳しく解説します。射出成形の工程は多岐に渡りますが、ここでは全工程のなかでも特に成形品の精度や品質に大きく影響する「金型の準備」「原材料の加熱と溶融」「型締め」「ノズル接」「樹脂射出注入」「保圧・冷却・固化」「型開き」「製品取出し」のそれぞれの工程内容をご案内します。あわせて射出成形機の主要部分であるホッパー、スクリュー、シリンダー、ノズル、型締め装置、金型について、それぞれの工程内容を解説します。
目次
射出成形の主な工程
射出成形の主な工程を詳しく解説します。射出成形の工程は大きく分けて「金型の準備」「原材料の加熱と溶融」「型締め」「ノズル接」「樹脂射出注入」「保圧・冷却・固化」「型開き」「製品取出し」などが含まれます。ここではそれぞれの工程の内容についてご案内します。
金型の準備
射出成形をめぐってはまず、金型の準備が最初の工程となります。射出成形で使用する金型は内部で固化してできた製品を取り出せるように2枚の型板を合わせた作りとなっています。2枚の型板の上型をキャビティ、下型をコアと呼びます。通常キャビティは成形機の射出ユニット側、いわゆる固定側に取り付け、コアは型締めユニット側にあたる可動側に取り付けます。金型は入れ子の中に加工作成し、上型、下型にはめ込んでいます。成形の際は加熱によりガスが発生しますが、このガスを逃がすための微小なすき間を作製します。このすき間はエアベントと呼ばれます。三光ライト工業は成形品だけでなく、射出成形金型の製作も行っています。金型から成形品まで自社工場で一貫製造、作製することで、短納期と低価格を実現するとともに、デザイン変更などお客様のご要望に最大限柔軟な対応が可能となります。
原材料の加熱と溶融
射出成形では原材料を加熱し、溶融させて成形品を製造します。加熱と溶融工程ではまず成形材料をシリンダー内で加熱して溶かす作業、いわゆる可塑化の工程がありますが、その際、ポッパー部分に熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂などの素材（ペレット含む）を入れます。シリンダー内部ではスクリューが回転しており、スクリューの動きにより、投入された樹脂材が先端部分へ運ばれます。スクリューにはヒーターが稼働しており、運ばれる過程で徐々に樹脂材が溶融します。溶融された樹脂材はその後、射出装置先端に順次溜まっていきます。
型締め
射出成形の型締め工程はその名のとおり、金型を締める作業です。なぜ型締めが必要になるかというと、金型内に溶融樹脂を入れた後、単に金型を閉じるだけでは、金型内に入った溶融樹脂の充填圧力や保圧などによって金型が開いてしまうためです。そのため金型のキャビティ部が開かないように大きな射出圧力をかけますが、 型締め作業は高い圧力がかかるため、場合によっては金型が破損してしまうことがあります。そのため、金型によっては保護機能がついています。金型が正確かつ適正に締められることで、溶融プラスチックが型の隙間から漏れ出なくなるとともに製品の寸法精度が高まります。
ノズル接
射出成形におけるノズル接は、金型と成形機のノズルをくっつける工程となります。締め付けた金型の中に樹脂を流し込む前段階の作業です。 ノズルはシリンダーノズルとも呼ばれます。射出成形では基本的に、このノズル接の状態のまま連続加工していくため、金型とシリンダーノズルが適切に接している状態を保つことが極めて重要です。
樹脂射出注入
樹脂射出注入は、射出成形でもっとも重要な工程のひとつで、成形品の品質に極めて大きく影響する工程です。加熱溶融された樹脂材料はスクリューでよく混練され、先端のノズルから圧力をかけられつつスプルーからランナーを経て流動し、注射器の要領でキャビティとコアの隙間の空洞に注入、充填されます。その際、金型の温度調節は極めて重要で、製品部分の近くにヒーターまたは水、油を通す穴や通路を設けてコントロールします。あわせて射出の速度、圧力が適切に設定されていないと、ウェルドラインやショートショット、ボイド、シルバーストリークなどの成形不良が起きるリスクが高まりますので注意が必要です。
保圧・冷却・固化
樹脂を射出注入した後、金型内に流し込まれた樹脂が固まるまで、圧力をかけたまま冷却します。このように金型内に一定の圧力をかけることで、成形品を形状化します。一定の圧力をかける工程を保圧と呼び、成形品の精度を高めるためにも適切な保圧が不可欠となります。適切な条件下で保圧された成形品は冷却された後、固める工程に移ります。冷やす時間が短すぎると、固化が甘くなり収縮しやすくなるだけでなく、後述する製品取出し後に反りなどの成形不良、変形が発生します。一方、冷やす時間が長すぎると金型内で収縮した製品は冷えすぎてしまい、抜き抵抗が増して傷になりやすくなるので注意が必要です。冷却時間は製品や製造環境、設備の能力などによって異なりますが、一例をあげると、約8秒間で約200度から70度まで冷やす場合があります。
型開き
製品が冷却され、固化した後、金型が開かれます。この工程を型開きと呼び、射出成形工程のなかでも非常に慎重さが求められる工程です。というのも金型が開く速度や角度によっては製品の品質に影響を与える可能性があるためで、型開きは慎重に制御されながら進められます。製品が型から安全かつ効率的に取り出されるように、金型の開き方は設計段階から慎重さが求められます。
製品取出し
型開きされた後は製品取出し工程となります。取出し工程は射出成形の最終工程に当たります。通常製品は可動側プレートに張り付くのでエジェクターピン（エジェクタピンとも）やエジェクタープレートを前進させて製品を押し出し、取り出せる状態にします。基本的に樹脂が冷やし固められた後、製品はコアに張り付きます。このように製品を取出す際も金型には様々な働きが要求されます。取り出し機などを使って製品を金型外に移動した後、金型を閉じ、再び最初の工程である型締めに戻ります。
射出成形機の主要部分と工程
射出成形機の主要部分と各部分で行われる工程を解説します。ここではホッパー、スクリュー、シリンダー、ノズル、型締め装置、金型のそれぞれの部分で行われる工程について詳しくご案内します。
ホッパー
射出成形機におけるホッパーとは漏斗（ろうと、じょうご）のような材料投入口で、 この時点では、プラスチック原料は粒の状態、いわゆるペレット状態です。 ホッパーから通過したプラスチックの原料は加熱筒に当たるシリンダーの中で加熱され、粒の状態から液体、いわゆる溶融状態となります。
スクリュー
スクリューを搭載した射出成形機はスクリュー式射出成形機で、1本のスクリューでプラスチック樹脂を金型に送り込み成形する装置です。スクリュー式射出成形機ではシリンダー内に材料が落ち、スクリューが回転することで先端に向かって材料が運ばれます。その過程でヒーターによって材料は溶け、シリンダーの先端に溜まります。スクリューを前方に押し込むことにより射出される仕組みになっています。スクリュー式では1本のスクリューで溶融、混練、計量、射出の工程を完結することができるのがメリットです。また、スクリューによる回転や混練作用により材料が均一に溶けることで、製品の品質が確保されます。スクリューは、品質や押出し量に大きく影響し、さまざまな形状の製品が開発されています。 なお、スクリューは供給部（フィードゾーン）、圧縮部（コンプレッションゾーン）、計量部（メタリングゾーン）の3部分で構成されます。
シリンダー
前述のとおり、射出成形機のスクリューは材料の供給、圧縮、計量の機能を持っていますが、シリンダーは加熱と冷却の温度制御を行っています。材料はスクリューの回転によってシリンダーの先端に向かいますが、その過程で材料はヒーターによって溶かされ、シリンダーの先端部分に溜まります。
ノズル
溶融された熱可塑性樹脂を含む材料はノズルを通って金型内部に順次、射出充填されます。前述したシリンダー内に樹脂の滞留が進むと、スクリューやスクリューヘッド、ノズルなどの箇所に焦げと呼ばれる劣化物が溜まります。これが計量時に剥離して製品内に練りこまれると練込みや異物混入といった不良となるため注意が必要です。
型締め装置
射出成形機の型締め装置（型締ユニットとも）は文字通り、金型を取り付ける部分にあたり、金型の締め付けや金型を開閉する工程となります。また、成形品の冷却も行うなど製品の品質に直結する装置です。型締め装置の内部は型締シリンダー、固定側ダイプレートと可動側ダイプレートによって構成されており、固定側ダイプレートと可動側ダイプレートの間に金型を取り付け、開閉することで材料を充填したり、成形品を取り出すのが一般的です。型締め装置は射出の際に高い圧力がかかるため、金型が開かないように締め付けが必要で、型を締め付ける力は射出成形機の性能（例:型締め力1000t、800tなど）を示す指標のひとつになっています。金型の締め付けが弱いと金型が開いてしまい、はみだした樹脂はバリと呼ばれる成形不良となります。
金型
溶融樹脂はスプルーからランナー、ゲートを経て流動し、キャビティとコアの隙間の空洞に注入、充填されます。その際、重要なのは金型の温度調節であり、製品部分の近くにヒーターまたは水、油を通す穴や通路を設け、温度をコントロールします。また、冷却固化した製品を金型から離すために、金型に突き出しピンやエジェクタープレートを設計します。アンダーカット構造の製品を取り出すためには横方向に動くスライド板が必要となります。このように金型は、射出成形の工程でもっとも高度なノウハウが求められます。
三光ライト工業は射出成形の全工程で高い技術を発揮
三光ライト工業は射出成形（インジェクション成形）のすべての工程で高い技術を発揮します。射出成形は成形機上で閉じられた金型の中に高圧力で溶けた樹脂を注入するため、金型の転写性が非常に高い優れた技術です。射出成形のこれらの技術的な優位性を最大限に発揮するため、弊社は充実の設備群を有しており、型締め力360t級や180t級の最新鋭全自動射出成型機を揃えています。これらの設備を活用し、大量生産であってもすべて均一、かつ短いサイクルタイムで高精密の製品をお届けします。量産だけでなく、多品種少量生産、小ロット、複雑形状、厚肉、薄肉、流麗なデザインなどプラスチック成型品であれば何でもお任せください。弊社は射出成形のみならず真空成形や2色成形、LIM成形、インサート成形（竪型ロータリー成形機も保有）などでも豊富な実績があります。なお、ブロー成形は対応しておりませんのでご了承ください。さらに弊社は「アッセンブリ（組立加工）」も可能なメーカーであり、プラスチック成形品の製造だけでなく、塗装、印刷などの二次加工はじめ簡単なアッセンブリやパッケージ品も一貫で製造しています。素材、材料（スーパーエンプラや生分解性プラスチックを除く）についても高い知見があります。射出成形ではポリプロピレン（PP）やポリエチレン（PE）、ABS（アクリロニトリル、ブタジエン、スチレン共重合合成樹脂の総称）、アクリル樹脂（メタクリル酸メチルエステル:PMMA）などを主に使用しています。プラスチック成型品のことは何でも弊社にご相談ください。ご連絡お待ちしています。
