圧縮成形と射出成形の違い

金型（キャビティ）

圧縮成形の金型（キャビティ）と射出成形の金型の違いは構造です。圧縮成形の金型は射出成形の金型と比べて構造が単純であるため、金型製作にかかるコストは比較的安価となります。金型構造が単純であるがゆえ複雑形状の製品には適しませんが、成形の際、材料を加圧して金型内に充填させるため、高密度な製品が得られる特長があります。また、圧力の損失が少ない成形材料に直接圧力をかけられるため、射出成形のようにランナーやスクリューによる圧力損失が少ないといった利点があります。そのため、低い圧力でも成形しやすい工法といえます。一方、射出成形の金型は製品によっては構造が複雑であるため、製作コストは場合によっては極めて高価となります。ただし、高精度、高精密な製品を量産できるなど、射出成形ならではの特長が無数にあります。

加熱・溶融

圧縮成形と射出成形では、加熱・溶融の工程に違いがあります。圧縮成形では、一度硬化すると再溶解しない熱硬化性樹脂を使用しますが、まずは熱硬化性樹脂を高周波予熱などで予熱する工程があります。熱硬化性樹脂を含む成形材料は、全体に熱が伝わるまでに一定の時間を要しますが、予熱しておくことで、成形時間が短縮される効果があります。また、成形品を均一に硬化させやすくなる効果が期待できるほか、小さい圧力で成形できるようになるので、金型へのダメージが軽減され、損傷が抑えられるといった利点があります。一方、射出成形の場合、主な材料となる熱可塑性樹脂をシリンダー内部でスクリューによって回転させます。そのうえでヒーターで加熱することで樹脂は徐々に溶けていきますが、この状態を可塑化と呼びます。加熱と溶融によってプラスチックは流動性が高まり、金型の細部まで樹脂が満たされます。また、溶融が不十分になるとプラスチックが金型に満たされず、成形不良に陥ります。また、可塑化することで複雑な形状の製品や大量の製品を効率的に生産できるようになります。

充填

圧縮成形と射出成形ではどちらも金型に材料を充填する点では同じですが、充填の方法には違いがあります。まず圧縮成形では、予熱した成形材料をキャビティに充填しますが、その際、材料の充填に偏りがあると成形不良を起こす可能性がありますので、均一に充填することが重要です。充填後は、加熱しながら低い圧力をかけて、成形材料をキャビティ全体に流動させます。加熱を続けると流動性が減少するため、材料がキャビティの隅々まで充填するように加圧の速度を調節する必要があります。一方、射出成形の充填は、溶融した樹脂を金型内に高圧で射出し、キャビティを満たす工程です。加熱して溶かした樹脂を注射器のように金型へ直接、高速で注入・充填します。この工程でポイントとなるのは、 樹脂を金型に充填させるための圧力、いわゆる充填圧力です。充填圧力が高すぎると型が開いてバリが発生したり、低すぎると充填不良が起きてしまいます。また、樹脂を注入するスピードに当たる射出速度も重要です。射出速度が遅すぎると充填不良、速すぎるとバリやジェッティングと呼ばれる不良を招きます。

冷却

圧縮成形と射出成形ではいずれも成形品を冷却する工程があり、基本的な違いはありませんが、使用する材料によって固まるまでに要する時間に違いがあります。圧縮成形の場合、主に熱硬化性樹脂を使用しますが、熱硬化性材料は、加熱によって流動性が高まるものの冷却すると化学反応により硬化して再加熱しても溶けません。圧縮成形はこの硬化性樹脂の特性を利用して、圧力と熱を同時に加えることで、緻密な成形品を得られるのがメリットです。一方、射出成形は冷却の前に保圧と呼ばれる工程があります。保圧とは樹脂を金型に充填した後、樹脂が冷却・固化する際に起こる体積収縮を補うため、一定時間、追加の圧力をかけ続ける工程です。射出成形ではこの保圧を経て、金型内で製品を冷却します。金型内に充填された樹脂は、金型内部を通る冷却水によって水冷されますが、樹脂は金型に接する面から冷える性質があります。この金型に触れるところをスキン層と呼び、スキン層が薄い段階で取り出すと、樹脂は大きく収縮し、製品表面に凹みが生じるヒケ不良を招いてしまいます。したがってスキン層をしっかりと冷え固めてから、取り出すのがポイントとなります。一般的に冷却時間が短い、つまり熱いまま製品を取り出すと、その後大きく収縮するため、製品の寸法は小さくなります。反対に冷却時間が長い、つまり冷まして製品を取り出すと、その後収縮は少なくなるため、製品寸法は小さくなりにくくなります。

硬化・固化

圧縮成形と射出成形ではいずれも硬化・固化の手順がありますが、多少の違いがあります。圧縮成形では硬化の前にガス抜きがあります。成形材料を加熱すると、材料に含まれる揮発物や水分がガスとなって出ます。発生したガスは、成形品のヒビや虫食い穴のような成形不良の原因となるため、ガス抜きが必要です。ガス抜きの方法は、成形材料が金型内に行き渡ったのちに圧力を落とし、金型をわずかに開いて行います。材料の硬化が進みすぎてのガス抜きは不良を招く場合があるので、タイミングには細心の注意が求められます。そのうえで圧縮成形では、ガス抜きで低下した圧力から、再度加熱・加圧をして成形材料を熱硬化させます。材料の種類や寸法によって、硬化する時間は前後しますが、肉厚な製品であるほど、硬化時間が長くなる傾向があります。硬化が不完全だと、表面にふくれが生じたり歪みが発生するので、製品に応じて成形条件を変えるのがポイントです。射出成形の場合も同様、製品を冷却し硬化、固化させますが、その際の金型温度や冷却時間は重要な成形条件となります。金型温度や冷却時間が適切でない場合、製品の反りやヒケといった成形不良を招きますので要注意です。

取り出し

圧縮成形と射出成形ではいずれも最終工程に取り出しがありますが、取り出し方には違いがあります。取り出し方は主にエジェクターピン、ストリッパープレート、手作業の3種類があります。エジェクターピンは成形品の適切な位置に配置されたピンを機械的に押し出し、製品を突き出す方法で、突き出し力が均等にかかれば、安定して製品を取り出すことができます。その際、製品にピンの跡が残らないように配置を考慮することが重要です。また、ストリッパープレートは製品が金型側に残る場合に用いられ、肉厚が薄い製品やエジェクターピンの跡を残したくない場合に最適です。手作業はヘラやゴムシート、吸盤などを使用して、手で製品を取り出す方法です。なお圧縮成形の場合、型の合わせ面から余分な材料、いわゆるバリが発生しているため、機械や手作業での取り除きが必要となります。バリに厚みがある場合、仕上げに時間を要することがあります。

大量生産（量産）

圧縮成形と射出成形では大量生産（量産）の実現性に違いがあります。圧縮成形は射出成形に比べて加熱、硬化、冷却に時間がかかり、トータルの成形時間に当たるサイクルタイムが長いため、大量生産には不向きとなります。一方、射出成形は高速な成形サイクルで短期間に大量の製品を生産できるのがメリットです。加えて、一度に複数個を成形できる金型、いわゆる多連式を使うことで、さらに生産効率を高めることも可能です。ほかにも射出成形は圧縮成形と比べて自動化が容易なため、24時間体制での無人運転や省人化も可能となります。

薄肉・厚肉

圧縮成形と射出成形は薄肉、厚肉製品の製造で違いがあります。圧縮成形はあらかじめ計量した材料を金型に置き、圧力と熱を同時にかけて硬化させるため、内部応力が少ない特長があります。そのため厚肉の製造には適しています。一方で、射出成形では材料を溶融状態で射出するため、内部応力が発生しやすく、厚肉製品には向いていません。ただし、圧縮成形は極端な厚みの成形ではさまざまな注意点があります。一般的に製品の厚みが薄い、いわゆる薄肉になるほど軽量化や材料削減、コスト削減に繋がります。しかし、成形時のプレッシャーやショートショットなどの不良リスクが高まる傾向があります。一方、肉厚は製品の強度、耐久性が高まりますが、冷却時間を長く確保する必要があります。また、肉厚製品ほど反りやヒケ、ボイドなどの不良が起きやすくなるため要注意です。

生産量

圧縮成形と射出成形では生産量に大きな違いがあります。前述のとおり、圧縮成形は加熱、硬化、冷却に時間がかかり、サイクルタイムが長いため、射出成形と比べて大量生産には向きません。また射出成形はコストはかかりますが、圧縮成形と比べて自動化が容易で24時間体制での無人運転や省人化も可能です。そのため圧縮成形に比べて射出成形のほうが生産量を大幅に伸ばせる可能性があります。

精密性（寸法精度）

圧縮成形と射出成形では精密性や寸法精度に大きな違いがあります。前述のとおり、圧縮成形の金型は射出成形の金型と比べて単純な構造となります。一方、射出成形金型は、製品によっては複雑な構造となっています。これらのことから製品の精密性や寸法精度を比較した場合、射出成形が圧縮成形を上回ります。射出成形の精度は、寸法公差だけでなく、真直度や平面度、表面粗さなどの面でも圧縮成形よりも優れています。そのため射出成形は精密性が求められる自動車や電子機器、医療機器など、小型で複雑な部品の製造に適しています。また、医療機器、光学部品、コネクタなどわずかな誤差が製品の性能に大きく影響する分野でも射出成形品が広く採用されています。

強度（堅牢性）

圧縮成形と射出成形を強度や堅牢性で比べた場合、大きな違いはありませんが、厚肉か薄肉かによって製品の強度、堅牢性は異なります。圧縮成形は徐々に圧力を加えるため、内部に残留応力が少なく、寸法の歪みが起きにくいといった特長があります。また射出成形の強度は樹脂温度、金型温度、射出速度、保圧などの成形条件や樹脂の種類、ガラス繊維などの強化材の有無、結晶化度、分子配向などを含めた材料特性によって違いが生じます。特に、冷却条件やゲート位置は、分子配向や結晶構造に影響を与え、強度を変化させるため、製品の要求強度に応じて適切な設計と成形条件の調整が必要となります。

複雑形状

圧縮成形と射出成形を複雑形状で比べた場合、大きな違いがあります。圧縮成形金型は前述のとおり、射出成形金型と比べてシンプルな構造です。そのためアンダーカットや深い凹部、細い突起などを形成するのが困難となります。一方、射出成形はコストはかさみますが、構造が複雑な金型に対応可能です。したがって複雑形状の実現性は圧縮成形よりも射出成形のほうが高いといえます。

サイクル・タイム（サイクルタイム）

圧縮成形と射出成形ではサイクル・タイム（サイクルタイム）に大きな違いがあります。前述のとおり、圧縮成形は加熱、硬化、冷却に時間がかかり、サイクルタイムに時間を要するデメリットがあります。一方、射出成形は短いサイクル・タイム（サイクルタイム）で大量生産が可能です。冷却効率を高める設計や、製品の取り出し方法を工夫するなど金型設計の最適化により、さらにサイクル・タイムを短縮することも可能です。ロボットアームの導入などにより、人の作業時間を削減すればさらなる短縮につながります。

大型製品

圧縮成形と射出成形はどちらも大型製品の成形が可能という点で大きな違いはありません。

圧縮成形は均一に加圧できる製造方法であるため、大型製品にも対応します。一方、射出成形も小型から大型製品まで幅広く対応可能です。具体的には自動車部品のバンパーやバックドア、家電製品の筐体など、射出成形による大型品は身近にあります。こうした大型製品の製造には型締力が数百トンから数千トンに及ぶ超大型の射出成形機を使用する場合もあります。

試作

圧縮成形と射出成形の試作を比べた場合、どちらも試作の重要性に違いはありません。試作の場合、試作金型が用いられる場合があります。試作金型は量産金型よりも低コストかつ短納期で製作されるのが特徴で、加工しやすいアルミなどの素材が使われる場合もあります。試作金型を使用することで製品の設計検証、機能評価、成形条件の確認などが可能となります。

ポリカーボネート

ポリカーボネートは熱可塑性樹脂の一種で、高い透明性や耐衝撃性が特徴のエンジニアリングプラスチックです。耐候性、吸水性などの特性も兼ね備えています。これらの特性を生かして射出成形ではスマホ、カメラのレンズ、カメラボディ、鏡筒、車のフロントレンズなど多岐に渡る製品に使用されています。圧縮成形での使用機会は限定的です。

ポリプロピレン

ポリプロピレンはプラスチックの中でも特に軽い熱可塑性樹脂のひとつです。また、引っ張り強度、衝撃強度を含む機械的強度などが高いのも特長で、加工性にも優れることから射出成形以外にも押出成形、ブロー成形などでも使用されています。ポリプロピレンは熱硬化性樹脂であるため、熱硬化性樹脂を主に使用する圧縮成形での使用機会は限定的です。

ポリエチレン

ポリエチレンは防水性、絶縁性、耐薬品性、耐油性に優れた世界で最も生産量が多いプラスチック素材です。安価で加工しやすいことから、シンプルなものを大量に生産することに適しており、射出成形でもさまざまな製品に使用されています。ほかにもレジ袋、食品用ラップ、フィルム、ラミネート、シャンプーボトル、ポリタンク、洗剤容器、バケツなどさまざまな身の回り品に成形されています。

ポリ・スチレン（ポリスチレン）

ポリ・スチレン（ポリスチレン）は、スチレンモノマーを重合して得られる熱可塑性樹脂です。透明性、剛性、加工性に優れた材料で、特に流動性が高いことから射出成形性に優れており、日用品、食品容器、家電部品、ディスプレイ部品、医療機器などさまざまな用途に使用されています。吸湿性が低く、寸法安定性に優れていることから、高精度が求められる成形品にも適した素材です。

アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン

アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン（ABS）（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン）は3つの成分を組み合わせた熱可塑性樹脂であり、汎用プラスチックの中でもバランスの取れた機械的特性を持つ材料です。耐衝撃性に優れるほか、高い成形加工性を持つため、射出成形以外にも押出成形や真空成形などにも適しています。一方で、耐候性や耐熱性には限界があり、屋外用途や高温環境ではグレード選定が必要です。

ポリエステル

ポリエチレンテレフタレート（PET）を含むポリエステルは、高透明性、表面光沢性を有し、機械物性、耐薬品性などのバランスにも優れています。PETは溶融温度が約270℃で、成形温度は約270～280℃であり、比較的高温で射出成形を行います。多くの場合、PET樹脂の射出成形ではホットランナーが使用され、さらにバルブゲートが選択される場合がありますが、これはゲートの開閉遮断を機械的に行うことで流動管理を強化するためです。

航空宇宙部品

航空宇宙部品の製法を見た場合、圧縮成形よりも射出成形が一般的です。射出成形は軽量かつ精密、正確、堅牢な製品を製造するのに適しているため、航空宇宙部品ではさまざまな製品が射出成形で製造されています。内装部品、電子部品ハウジング、ダクトと通気口、スイッチ、ボタン、照明部品などの多くは射出成形品となっています。

自動車部品

自動車部品も航空宇宙部品同様、圧縮成形よりも射出成形が主流となっています。前述のとおり、射出成形は大型製品にも対応可能であることから自動車のバンパー、ヘッドライトおよびテールライト、ドアハンドル、ダッシュボード、グリル、エンジンカバーなど多種多様な部品が射出成形によって製造されています。

医療機器

医療機器は耐久性が求められ、長期間にわたり確実に機能し続ける必要があるほか、高い安全基準を満たすためには電気的安全性、清潔性などが求められます。加えて医療機器の性能はその部品の精度と正確性が絶対条件であり、成形部品は高い精度で製造され、設計通り正確に機能しなければなりません。これらのことから医療機器は高精度の成形が可能な射出成形が広く採用されています。

押出成形

押出成形は加熱溶融したプラスチックを一定の断面形状を持つ金型から押し出して連続的に成形する方法です。圧縮成形と射出成形のように金型内部で樹脂を冷却・固化させない点で違いがあります。また、成形品も圧縮成形と射出成形とは異なり、押出成形はパイプやダクト、チューブなどのほか、光ファイバーなどの線材、自動車や電気製品、建材に用いるシート、包装用フィルム、液晶画面の表面保護フィルムなどの成形に適しています。

真空成形

真空成形は加熱・可塑化した樹脂を金型の上に置き、樹脂と金型の間を真空状態にして、樹脂を金型に吸いつけることで成形するものです。射出成形との違いはいくつかあり、凸型と凹型両方の金型を用いる射出成形とは異なり、真空成形はいずれかの型で成形できます。真空成形は卵のパックや食品トレーなど薄肉の樹脂容器などから、バスタブ、自動車のダッシュボードやバンパーなどの大型製品まで、幅広く対応します。

ダイカスト

ダイカストはアルミニウム、亜鉛、マグネシウム合金などを溶かした金属を金型に高速かつ高圧で流し込み、形状の製品を短時間で大量に製造する鋳造技術です。プラスチック成形の圧縮成形と射出成形とは大きな違いがあります。

機械加工

機械加工はその名のとおり、工作機械や切削工具を用いて金属やプラスチックなどの材料を目的の形状に加工する技術です。 プラスチックを加工する点では共通しますが、使用する機械には大きな違いがあります。

放電加工

放電加工は電極と加工物の間に発生させるアーク放電の熱によって溶かしながら加工を行う技術です。放電現象を使用する加工方法という点で、圧縮成形と射出成形とは大きな違いがあります。放電加工は電極の形状を加工物に転写して加工する型彫り放電加工と細いワイヤ状の電極を使用して金属を切断するワイヤ放電加工の2種類があります。＜H2＞射出成形含むプラスチック成形は三光ライト工業にお任せください

射出成形含むプラスチック成形は三光ライト工業にお任せください。弊社は成形品のみならず金型も自社工場で製作しています。。弊社の射出成形専用金型製作拠点は中原工場にあります。同工場には、マシニングセンターやNC加工機、細穴加工機、フライス盤、平面研削盤、成形研削盤、レーザー溶接機、精密高速旋盤、直立ボール盤、3次元CAM、3次元CADなど最新鋭の様々な精密設備や工作機械、装置を保有しています。フィードホッパー、クランプユニット、ヒーター、油圧シリンダー、その他のコンポーネント、カスタマイズ品など射出成形に関することであれば何でもご相談ください。射出成形のみならず弊社は真空成形や2色成形、LIM成形などの特殊技術に対応し、費用対効果の高い製品をご提供します。なおプレス、板金加工は対応しておりません。ご連絡お待ちしています。