射出成形の技術
射出成形の技術について解説します。ここでは射出成形の技術的優位性として、大量生産が可能、複雑形状に対応、高品質、高寸法精度の実現、コストダウン効果についてご案内します。また、射出成形技術における金型に着目し、スプルー、ランナー、ゲートのそれぞれの構造を解説します。ほか、射出成形技術の一連の流れとして、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・充填、保圧、冷却・固化、型開き、製品取り出しのそれぞれの工程内容をご案内します。さらに射出成形機の技術特性として射出ユニット（ホッパー、シリンダー、ノズル、ヒーター）と型締めユニット（可動盤
、エジェクタ・エジェクターピン）を解説します。あわせて射出成形技術で使用する材料（熱可塑性樹脂）としてポリプロピレン（PP）、メタクリル酸メチルエステル（PMMA、pmma）、ポリアセタール樹脂（POM、pom）、ポリエチレン（PE）の素材的特性をご案内するとともに真空成形の技術的不良であるウェルドライン（ウエルドライン）、ボイド（boid）、ジェッティング、ショートショット、シルバーストリークのそれぞれの症状や改善策をご紹介します。ほか、射出成形以外の成形技術としてインサート成型、ブロー成形（中空成形）、真空成形（圧空成形）、インモールド成形、押出成形を解説します。
目次
射出成形の技術的優位性
射出成形の技術的優位性を解説します。射出成形は他のプラスチック成形工法と比べて様々なメリットがあります。ここでは大量生産が可能、複雑形状に対応、高品質、寸法精度を確保、肉厚製品に対応、コストダウンを実現のそれぞれの点に着目します。
大量生産が可能
射出成形技術は1回の成形サイクルが短く、高精度な金型を使用することで、均質の製品を短期間に大量生産できる技術的優位性があります。金型の精度にもよりますが、高精度で耐久性のある金型であれば、定期的にメンテナンスすることで約100万ショット、数量に換算して100万個以上の製品の生産も可能です。2個取り金型を使用すればさらに生産量が増えます。
複雑形状に対応
射出成形技術は、成形機上で閉じられた金型の中に高圧力で溶融樹脂を注入するため、金型の転写性が高まります。そのため複雑な形状や微細な製品に適した工法です。金型を製作する際に型の表面を磨き上げることで、製品の意匠面の美しさも再現することができます。外装品など意匠面の美しさを要求される製品には最適な成形方法といえます。
高品質、寸法精度を確保
射出成形技術は高品質で高い寸法精度を実現できる工法です。金型の精度にもよりますが、極めて精度の高いプラスチック成形品を量産することができます。高品質かつ高い寸法精度を確保するには、射出成形機の加熱・冷却、材料供給、金型の開閉などを適切に制御することが重要です。
コストダウンを実現
射出成形技術は短いサイクルタイムで大量生産が可能です。したがって製品のコストダウンに効果があります。そしてさらなるコストダウンを図るにはサイクルタイムを構成する充填、保圧、冷却などの工程を短縮することですが、これらは製品の品質を左右する重要な要素です。無理に時間を短くするとヒケなどの外観不良や変形などの寸法品質を落とす原因になるので要注意です。型の開閉や取り出しについては、ある程度時間を短縮することは可能ですが、スクリューの計量に要する時間より短くしても充填ができなくなります。このようにコストダウンを図るためのサイクルタイムの短縮には様々なノウハウが求められます。
射出成形技術における金型
射出成形技術では金型が極めて重要な役割を果たします。ここでは金型内の溶融樹脂が通過するルート、具体的にはスプルー、ランナー、ゲートのそれぞれの機能などを解説します。
スプルー
スプルーは射出成型機から射出、注入されたプラスチックが最初に流れ込む通路です。金型に固定される部品のひとつ、スプルーブッシュで構成され、成形後には後述するランナーと共に固化して取り出されます。スプルーの断面は円状、側面は傾斜になっているのが一般的で、長さも金型の厚み分が必要になります。スプルーは成形品の品質や成形サイクルに大きく影響します。そのためスプルーは、樹脂の種類やショットサイズに合わせて適切に設計されることが重要です。
ランナー
溶融樹脂はスプルーを経てランナーに入ります。ランナーは射出成形機から出た溶融樹脂を、金型キャビティ、つまり製品の形をなす空間まで、スムーズかつ適切な圧力で供給する役割があります。またランナーは樹脂が均等に流れるように設計することが重要です。設計が不適切な場合、成形品にムラや変形などの品質不良が生じます。ランナーは樹脂が一気に流れ込む通路であるため、成型品に合った大きさにすることが重要で、太すぎても細すぎても機能を果たせません。あわせてランナーには精密性が求められます。また、成型品が2つ以上ある場合は分岐して流れるので、均等に流れるよう配置することがポイントです。
ゲート
スプルーとランナーを通った溶融樹脂が最後に通過するのがゲートとなります。ゲートの最大の役割は溶融樹脂を金型キャビティへスムーズに流し込むことです。あわせて樹脂の流れや流入速度を調整する役割があります。これらを適切に調整することで製品の均一な充填を促し、結果としてショートショットやヒケなどの不良を防ぎます。ゲートにはダイレクトゲート（ダイレクトゲート、直結ゲート）、エッジゲート（サイドゲート）、ピンポイントゲート（ピンゲート）、トンネルゲート、カルボンゲート（バナナゲート）などの種類があります。
射出成形技術ー工程
射出成形技術を工程ごとに解説します。射出成形技術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・充填、保圧、冷却・固化、型開き、製品取り出しなどがあります。ここではそれぞれの工程の内容や注意点をご案内します。
金型の準備
射出成形技術で最重要となる金型の準備となります。射出成形金型は成形品を囲んで凸部と凹部に分割されます。凸部はコア（Core）、凹部をキャビティー（Cavity）と呼び、合わせたときの隙間に溶かしたプラスチック樹脂を射出、充填します。代表的な金型構造としてはピンゲートタイプ、サブマリンゲートタイプ、サイドゲートタイプがあります。ピンゲートタイプは製品とランナーが自動で別れて出てくるため、製品取り出し後にランナーを処理する必要がないのが特長です。サブマリンゲートのようにランナーカット時のカスが発生しないメリットもあります。サブマリンゲートタイプは、ピンゲートタイプ同様、製品とランナーが自動で別れて出てくるため、製品取り出し後にランナーを処理する必要がない上、金型がコンパクトで安く作れるのが特長です。ゲート跡が側面に小さく付きますが、凸にならずピンゲートより目立ちません。サイドゲートタイプはゲートが大きく作れるため圧力損失が少なく、流動性の悪い材料に適しています。また、射出ユニットから製品までの距離を短く取れるため、ランナー重量を軽くできるのも特長です。
原材料の加熱と溶融
射出成形技術では、原材料を加熱し、溶融します。射出成形機内の加熱筒、いわゆるシリンダーに設置されたノズルヒーターやバンドヒーター、温度センサーを用いて、樹脂を溶融状態に溶かします。その際、原料メーカーが推奨する参考標準温度に基づき、ゾーンごとに温度設定が行われ、適切に原材料を溶融することが重要です。
型締め
射出成形技術における型締めとは、射出成形機に取り付けられた金型を閉じる工程です。溶融したプラスチック材料が金型内に高圧で充填される際に、金型が開かないように強く締め付ける力は型締め力と呼ばれ、射出成形機の能力を示す数値となります。型締めは高圧の溶融樹脂が金型内に充填されても、金型が押し開かれるのを防ぐのに加え、射出圧力に負けて金型から材料がはみ出す不良、いわゆるバリの発生を抑止します。
ノズル接
射出成形技術のノズル接は射出成形機のノズル先端を金型に接触させる工程で、ノズルタッチとも呼ばれます。ノズル接は樹脂を金型内に射出する際に、ノズルと金型のスプルーとの間に隙間ができないようにするための不可欠な工程です。ノズルタッチが適切に行われないと、ノズル先端から樹脂が漏れ出してしまい、離型不良を招きます。最悪の場合金型破損となるので要注意です。
樹脂射出注入・充填
射出成形技術における樹脂射出注入・充填は、加熱して溶融させたプラスチック材料を金型内へ高速で圧入し、流し込む工程です。この工程では、金型のスプール、ランナー、ゲートを経て溶融樹脂が製品の形状をした空洞、いわゆるキャビテに流し込まれます。注入・充填の際は、溶融樹脂の圧力で金型が開かないよう、金型を強力に閉じる力、いわゆる型締め力が不可欠です。
保圧
射出成形技術では、冷却、固化の過程で体積が収縮します。この収縮を補うためにゲートを通じて追加の樹脂を押し込み、金型内の体積を維持する工程が保圧です。具体的には溶融樹脂を金型に注入・充填した後に、ゲートが固化するまでスクリューを前進させて圧力をかけ続けます。保圧は、樹脂がゲート内で固化してゲートシールするまでの間、適切な時間をかけて保持する必要があり、保圧時間が不足するとヒケやショートショットなどの成形不良を招きます。
冷却・固化
射出成形技術では保圧したのち、冷却・固化され、製品が形作られます。冷却は金型内の高温の溶融プラスチックを効率的に冷やして固めるプロセスです。金型内部には金型を冷やすための冷却水が流れており、この冷却水が金型から熱を奪うことで溶融プラスチックを冷やす仕組みになっています。冷却水が機能しなくなると、製品の厚い部分、肉厚の部分が冷えにくくなり、変形や寸法誤差の原因になるので要注意です。反対に冷却しすぎると金型内で製品が収縮しすぎてしまいます。結果、金型から抜きにくくなったり、外観不良につながるので、固まるまで適切な冷却時間を確保することが重要です。
型開き
射出成形技術における型開きとは成形後のプラスチック製品を取り出すために金型を開く工程です。型開きでもっとも重要なのは、製品の変形や金型の破損を防ぎ、製品に傷をつけずに安全に取り出すことです。そのための注意点はいくつかありますが、金型を開く速度が重要なポイントです。具体的には製品を安全に取り出し、型開き完了位置でのオーバーラン防止のため、速度の変化点を適切に設定する必要があります。
製品取り出し
射出成形技術における製品取り出しとは文字どおり、金型から成型品を取り出す工程です。金型には成形品を金型から抜くために必要な勾配が設計されています。そのうえで取り出し方法はいくつかありますが、吸盤で成形品を吸い付けて取り出す吸着式やメカハンドで成形品を挟んで取り出す機械チャック式などがあります。ロボットを使った自動取り出しはいくつものメリットがあり、具体的には自動化することで生産性の向上や省人化・自動化、不良率の改善、段取り時間の短縮、作業者の安全確保などが図られます。一方、ロボットを使わない自動落下式もあります。
射出成形機の技術特性
射出成形機の技術特性をご紹介します。射出成形機は大きく分けて射出ユニットや型締めユニットなどで構成されます。ここでは射出ユニットのうち、ホッパー、シリンダー、ノズル、ヒーターを、型締めユニットの中から可動盤、エジェクタピン（エジェクターピン含む）のそれぞれの機能などをご案内します。
射出ユニット
射出成形機の射出ユニットはホッパー、シリンダー、ノズル、ヒーターなどで構成されます。ここではホッパー、シリンダー、ノズル、ヒーターのそれぞれの技術的な機能などをご案内します。
ホッパー
射出成形機の射出ユニットにおけるホッパーは、ペレット状のプラスチック原料を成形機に投入するための漏斗状の部品です。ホッパーがあることで材料がスムーズに供給されるため、材料供給の滞りや中断を防ぐことができ、生産が連続的かつ効率化します。材料を効率よく成形機に投入するため、ホッパーの形状は、円錐形あるいは四角錐形になっているのが一般的です。
シリンダー
射出成形装置の射出ユニットにおけるシリンダーは、粒状のプラスチック材料を高熱で溶かす部品です。そのうえで溶融させ、スクリューで混合、計量し、金型に押し出すもので、加熱シリンダーやバレルとも呼ばれます。シリンダーの内部にはヒーターが設置されており、このヒーターがプラスチック材料を溶融状態に変化させます。そのうえでスクリューの回転と、シリンダー内壁との摩擦により、材料を均一に混ぜ合わせる混練が行われ、材料は可塑化状態に変化します。
ノズル
射出成形装置の射出ユニットにおけるノズルは、溶融樹脂を金型の内部に射出するための部品で、シリンダーの先端に取り付けられています。金型のスプルーブッシュと密着することで、ノズルは加熱、溶解された樹脂を、金型内部へ送り込む大切な役割を果たします。ノズルにはオープンノズル、シャットオフノズル、ニードルバルブノズル、ホットランナーノズルなどの種類があります。
型締めユニット
射出成形装置の型締めユニットは可動盤、エジェクタ（エジェクターピン含む）などで構成されます。ここでは可動盤、エジェクタ（エジェクターピン含む）のそれぞれの技術特性をご案内します。
可動盤
射出成形装置の型締めユニットの可動盤は、金型が型締めで開閉される際に移動する側の型板です。可動盤は大きくわけて、2プレート型と3プレート型があります。2プレート型は、可動側と固定側の2つに分割される金型で、3プレート型は可動側と固定側の間にランナーストリッパープレートという部品が加わり、開閉時には3つの部分に分割される金型となります。
エジェクタ（エジェクターピン含む）
射出成形機の型締めユニットのエジェクタは、プラスチック成形品を金型から突き出すための機構です。金型内でプラスチックが冷却され固化した後、成形品を金型から押し出す突き出しピンがエジェクターピン（エジェクタピン）となります。エジェクターピンは、強度に加え、耐摩耗性が求められるため、特殊な金属で製造されています。離型時にエジェクターピンが製品に傷をつけてしまうと外観不良となるため、精密性が要求されます。エジェクタプレートは成形品を金型から突き出すためにエジェクタピンやリターンピンの一端を支持して作動させる板です。
射出成形技術で使用する材料（熱可塑性樹脂）
射出成形技術で使用する材料（熱可塑性樹脂樹脂）の特性をご紹介します。射出成形技術で使用する材料は多種多様ですが、ここではポリプロピレン（PP）、ポリメチルメタクリレート、アクリル樹脂（PMMA、pmma）、ポリアセタール、アセタール樹脂（POM：pom）、ポリエチレン（PE）のそれぞれの材質特性をご案内します。
ポリプロピレン（PP）
ポリプロピレンはプラスチック原料のうち、トップレベルの軽さを持つ素材です。かつ安価で加工性が高いのもポリプロピレンの特長です。 ポリエチレン（PE、後述）とよく似ていますが、表面の光沢に優れ、傷が付きにくく、PEより強い剛性を有しています。 日用品から工業品まで射出成形で様々な製品に加工されており、プラスチックのうち使用量のシェアはポリエチレンに次ぐ水準となっています。
ポリメチルメタクリレート（アクリル樹脂、PMMA：pmma）
ポリメチルメタクリレート（PMMA）は優れた透明性と光学特性を持つことから「アクリル樹脂」とも呼ばれ、射出成形でも広く使用されています。高い光透過率も兼ね備えているため、ガラスの代替材料として、光学部品やディスプレイカバー、照明カバー、車両のテールランプカバーなどに成形されています。またPMMAは、耐候性に優れ、長期間屋外で使用しても黄変や劣化が起こりにくいのも特長です。一方、衝撃強度は低く割れやすいのに加え、耐薬品性についても強溶剤には弱いので注意です。
ポリアセタール、アセタール樹脂（POM：pom）
ポリアセタール、アセタール樹脂（POM、pom）は、射出成形でもひんぱんに使用されるエンジニアリングプラスチックのひとつです。優れた機械的強度、耐摩耗性、耐熱性、寸法安定性を兼ね備えていることから、金属の代替品としても使われています。成形温度が高すぎたり、滞留時間が長すぎると、熱劣化によるホルムアルデヒドガスの発生源となる場合があります。
ポリエチレン（PE）
ポリエチレン（PE）は、数ある熱可塑性樹脂のなかでも安価かつ汎用性が高いことから世界で最も生産量が多いプラスチック素材として知られています。射出成形でも広く使用され、吸湿しないため予備乾燥は不要です。ただし、金型温度と成形温度の適切な設定が重要となります。ポリエチレンは容器や日用品、工業用部品など、大量生産され幅広い用途を持つ製品に使用されています。
射出成形の技術的不良
射出成形の技術的不良の症状と対策をご案内します。射出成形の不良はさまざまですが、ここではウェルドライン（ウエルドライン）、ボイド（boid）、ジェッティング、ショートショット、シルバーストリークについて解説します。
ウェルドライン（ウエルドライン）
射出成形技術のウェルドライン（ウエルドライン）とは、金型内で樹脂同士が完全に融合せず、V字型の溝が出来てしまう成形不良です。成形材料の樹脂が金型内を分岐して再び合流するとき、樹脂温度が低下します。すると樹脂同士が完全に融合せず、合流ポイントでV字型の溝が出来てしまう場合があります。対策はいくつかありますが、金型の対策としてはスプール、ランナー、ゲートの断面積を大きくするのが一般的です。
ボイド（boid）
射出成形技術のボイド（boid）とは成形品の内部に空気の泡が発生する不良です。レンズやプリズムのような光学成形品の場合、特性不良を招きます。また、機構部品、機能部品では強度の低下や破損の原因となる場合もあります。ボイドは肉厚成形品で起きやすく、成形表面と肉厚中心部の冷却速度差が大きくなり、樹脂の収縮で発生する傾向があります。金型の対策としてはエアーベントの追加、コールドスラグウエルの追加、スプルー、ランナー、ゲートを太くするなどの方法があります。
ジェッティング
射出成形技術のジェッティングは成形品の表面に蛇行跡が現れる外観不良です。ジェッティングは、ゲートからキャビティ内に射出された樹脂が一気にキャビティ内を流動した際に現れる傾向があります。これはゲートと反対側の壁に衝突した後に、ゲート近くから充填が進行するためです。したがってジェッティングの対策としては射出速度を下げるのが有効です。
ショートショット
射出成形技術のショートショットとは、不完全な充填により成型品が部分的に欠肉した状態です。ショート、ショートモールディング（Short molding）とも呼ばれます。ショートショットは射出流動中に樹脂が失速、または固化し、最終充填部まで行き届かないと発生します。したがってシリンダー温度、金型温度、計量値、射出速度などを適切な値で設定することが極めて重要です。また、ショートショットを防ぐには、パーティングラインにガスベントを適切に設計する必要があります。
シルバーストリーク
射出成形技術のシルバーストリークとは、樹脂の表面に銀色の筋が現れてしまう現象です。樹脂の中で発生したガスが金型内で引き伸ばされ、その筋状になった流動痕がシルバーストリークとなります。対策としては金型については金型内の適所にガス抜き構造を組み込むのが効果的です。また、適切なゲート位置を導き出し、金型を再設計することで改善します。ほかにもシリンダー温度を下げたり、射出速度を遅くし、せん断熱の発生を抑えることでもシルバーストリークの発生リスクは軽減します。
射出成形以外の成形技術
射出成形以外の成形技術をご紹介します。プラスチックの成型技術は射出成形以外にも多岐に渡りますが、ここではインサート成型、ブロー成形（中空成形）、真空成形（圧空成形）、インモールド成形、押出成形のそれぞれの技術特性を解説します。
インサート成型
インサート成形は、金属部品や他の部品などのインサート品を金型内にセットした上で樹脂を流し込むことで、部品と樹脂を一体化して成形する技術です。インサート成形は射出成形のひとつですが、複数の部品を一体化させることで、組み立て工程を削減でき、生産工程を短縮できるなどのメリットがあります。
ブロー成形（中空成形）
ブロー成形は溶融樹脂の内側から空気を吹き込み、膨らませて成形する技術です。中空成形や吹込み成形とも呼ばれ、空洞の樹脂成形品の製造に適しています。射出成形と比較して金型構造がシンプルなため、金型費用を抑えられます。一例を挙げると、ペットボトルや洗剤容器、化粧品容器などの身の回り品をはじめ、自動車部品では燃料タンク、排気マニホールドなどの製造に採用されています。
真空成形（圧空成形）
真空成形（圧縮空気を用いた圧空成形含む）は雌型または雄型のいずれか一方だけを用いてシートを金型に合わせた形状に成形する技術です。熱可塑性樹脂シートを加熱、軟化させたのち、すみやかに型とシートとの隙間を真空、減圧状態とし、シートを型に密着させて、冷却後空気を吹き込んで成形品を取り出します。射出成形と比べ型費用が抑えられるなどのメリットがあります。
インモールド成形
インモールド成形は印刷されたフィルム、いわゆるインモールド箔を射出成形の金型内に挟み込み、樹脂を流し込むことで成形と同時にフィルムのデザインを製品表面に転写する技術で、射出成形の一種です。インモールド成形は、製品の成形とデザイン転写が同時に行われるため、二次加飾の工程が不要になるなどの技術的メリットがあります。
押出成形
押出成形は加熱溶融させたプラスチック樹脂を押し出して、連続的に成形する技術です。他の樹脂成形技術と異なり、金型内部では樹脂を冷却・固化させないのが特徴です。押出し口であるダイ（die、金型）に溶融樹脂を通過させ、一定の断面形状に成形します。ダイから押し出されたあとに冷却・固化させ、完成となります。
プラスチック射出成形は三光ライト工業にお任せください
プラスチック射出成形は三光ライト工業にお任せください。弊社は金型も自社製作し成型品まで一貫対応します。また、射出成形のみならず真空成形や異材をひとつにする2色成形、インサート成形、LIM（Liquid injection mould）成形などもお任せください。組立加工もご要望に応じて対応いたします。大型、小型、厚物、薄物、流麗なデザイン品などプラスチック成型品であれば何でも対応します。なお、熱硬化性樹脂、超臨界発泡やスーパーエンプラ、セルロイド、フッ素樹脂の取り扱いはございません。また、シボ加工は非対応です。弊社はこれまで培ってきたプラスチック成形のノウハウを最大限に活用し、近年、植物由来のバイオマス材料や生分解性プラスチックを含むバイオマス材料混合プラスチック（バイオプラスチック）の応用に積極的に取り組んでいます。改善事例やサイクル・タイムの短縮、製品の軽量化、生産ラインもご提案しお客様に貢献します。ご連絡お待ちしています。
