射出成形の種類について
射出成形の種類について解説します。ここでは金型（2プレート型、3プレート型）、工程（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）、成型機の構造（射出ユニット、型締めユニット、コントローラー）、材料（熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂）、不良（ウェルドライン）のそれぞれの種類ごとにご紹介します。
射出成形の種類 金型
射出成形の種類について、金型を例に解説します。射出成形の金型は大きく分けて2プレート型と3プレート型があります。ここでは2プレート型と3プレート型の違いやそれぞれの特長などをご案内します。
2プレート型
2プレート型はスタンダードな金型構造です。プラスチックが充填された後、金型内で冷却、固化した成形品は、金型の中央付近が2つに分割されて取り出されます。2プレート金型は多くの部品で構成されます。主な部品としては入れ子、水穴、スプールブッシュ、ロケートリング、スプール・ランナー、固定側取付板、固定側型板、ガイドピンブッシュ、可動側型板、ガイドピン、リタンピン、スプールロックピン、受け板、リタンスプリング、スペーサブロック、エジェクタプレート上、エジェクタプレート下、可動側取付板、エジェクタホールエジェクタピンなどがあります。また、2プレート型はダイレクトゲート、サイドゲート、サブマリンゲート（トンネルゲートとも）の3つのゲート方式があります。ダイレクトゲートは、樹脂を直接スプルーから製品に入れる方式です。サイドゲートはスプルーからランナー、ゲートを通して樹脂を入れる方式で、成形圧力が安定し品質が向上する特長があります。サブマリンゲートはサイドゲートと構造は似ていますが、金型が開いた時や成形品が突き出された時、ゲートが切れる構造になっています。
3プレート型
3プレート型は中間部にストリッパープレートが存在し、金型開閉時には3つに分割されるのが特長です。2プレート型との違いは、成形品として不要な部分、具体的にはスプールとランナーの取り出し方です。また、3プレートの金型の特徴として、不要なスプールとランナー部分が自動で切り離されて取り出される点が挙げられます。さらにプラスチックの注入口、いわゆるゲートを複数設けることが容易なため、1つの金型で複数の製品を成形しやすい利点があります。第一段階の型開きによって、成形品までのプラスチックが流れるスプールとランナーが取り出されます。次に第二段階の型開きによって、製品部が取り出されます。3プレート型のゲート方式はピンゲートです。ピンゲート方式は金型が開くとゲートが自動的に切断されるのに加え、後加工、いわゆるゲートカットが不要です。
射出成形の種類 工程
射出成形の種類を工程ごとに解説します。ここでは工程を金型の準備、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、製品取り出しにわけてそれぞれの内容をご紹介します。
金型の準備
射出成形ではまず金型の準備が最初の工程となります。金型設計では製品の形状や材料、精度などを考慮し、3Dデータを作成して加工します。加工段階では、荒加工で金属の塊から大まかな形状を削り出した上でマシニング加工で細部を加工します。さらに、複雑な形状や高精度が求められる箇所は、放電加工やワイヤカットで加工します。完成後は、製品の表面を滑らかにするために磨き加工を行います。そのうえでエジェクターピンやスライドなどの部品を組み立てて、金型が完成します。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、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小さなすき間、いわゆるエアベントを設計することが重要です。
原材料の加熱と溶融
射出成形ではホッパーから投入されたペレット状の熱可塑性樹脂を含む材料が加熱シリンダー内でスクリューの回転とせん断力により加熱・溶融（可塑化）され軟化します。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。溶けた樹脂はシリンダー先端に蓄積されるとともに金型へ高圧で射出され、冷却と固化を経て製品になります。この工程は、加熱温度やスクリューの回転数、射出速度などの成形条件によって品質が左右されます。
型締め
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、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場合があります。これを防ぐために型締めと呼ばれる工程があります。型締めとは金型内に溶融したプラスチック樹脂を充填する前に、金型が樹脂の圧力に負けて開かないように、金型を強く閉じ、保持することです。金型を閉じる力は型締力と呼ばれ、その強さによって成形品にバリと呼ばれる不要な突起が出たり、金型が破損したりするのを防ぎます。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り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、金型に溶融樹脂を注入するために、シリンダー先端のノズルを金型に密着させる工程で、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、ノズル接はノズルタッチとも呼ばれます。溶融樹脂は、この密着状態のまま金型に射出されるため、均一な成型品を連続加工するには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・充填
樹脂射出注入・充填は、金型が閉じた状態で、スクリューを前方に押し出し、ノズルから溶融樹脂を金型内の空洞に高速で圧力をかけて注入する工程です。加熱溶融され軟化し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ます。そのうえでスプルーとランナーを経て流動し、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、重要なのが金型の温度調節です。適切な温度を保つため、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る必要があります。
保圧・冷却・固化
射出成形の保圧・冷却・固化は、金型に注入された溶融樹脂を冷却しながら、一定の圧力で締め付け保圧、加圧し、成形品の収縮を補いつつ固形化するプロセスです。保圧とは射出された樹脂が金型内で冷えて固まるまでの間、ゲートを固化させるために一定の圧力をかけ続ける工程です。保圧によって、製品の収縮を補い、製品の形状を安定させます。適切な保圧は、製品の形状精度を高めるために不可欠です。また、冷却は保圧後に金型内で樹脂を冷やし、固化させる工程です。冷却時間が短すぎると、製品の収縮や変形、反りを引き起こします。反対に冷却時間が長すぎると、抜き抵抗が増えてしまったり、製品にキズがつきやすくなってしまいます。冷却時間は製品の形状、材料、金型の条件によって異なります。
型開き
射出成形の型開きは、製品を取り出すために金型を開ける工程に当たります。金型が閉じた状態で溶融樹脂が充填・冷却されて固まった後、製品の取り出しを可能にするために金型を所定の分だけ開きます。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、型開きは慎重に制御されながら進められます。この型開きの際に、製品が金型からスムーズに離型しやすいように、かつ安全で効率的に取り出せるよう金型に抜き勾配を設計することもあります。
製品取り出し
型開きされた後は製品取り出し工程となります。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）やエジェクタープレート（エジェクタプレート）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。射出成形の取り出し方法には、自動落下式とロボット式の2つがあります。自動落下式は製品が自然と落下するものです。一方ロボット式は金型から落下した製品をロボットが掴んで取り出す方式です。ロボット式では製品を吸着する吸着式と、メカハンドで挟む機械チャック式があり、製品の形状や傷付きやすさに応じて選ばれます。取り出し工程はサイクルタイムに大きく影響するため、生産性向上のためには適切な取り出し方法の選択が重要です。
射出成形の種類 成型機の構造
射出成形の種類を成型機の構造ごとに解説します。射出成形機は大きくわけて射出ユニット、型締めユニット、コントローラーの3つに分類されます。ここでは射出ユニット、型締めユニット、コントローラーに含まれる部品やそれぞれの機能についてご案内します。
射出ユニット
射出成形機の射出ユニットは材料を溶かし、金型に高圧で流し込む役割を担っています。内部はホッパー、シリンダー、スクリュー、ノズル、ヒーターなどで構成されています。ホッパーから入れられた材料はヒーターによって加熱されたシリンダーで溶け、ノズルから射出されます。ここではホッパー、シリンダー、スクリュー、ノズル、ヒーターそれぞれの役割や機能をご案内します。なお、射出ユニットには構造上、スクリューの回転によって射出するスクリュー式、シリンダー内の材料をプランジャー（ピストン棒とも）を使って押し出し、射出するプランジャー式、材料を溶かすためのシリンダーと射出するための別のシリンダー、合わせて2本のシリンダーを使用するプリプラ式などいくつかの方式があります。ここでは最も代表的な構造であるスクリュー式で解説します。
ホッパー
ホッパーはプラスチック原料を射出成形機に投入する漏斗（ろうと）状の部品です。ホッパーに投入された原料は、漏斗から次のシリンダーへ送られ、そこで溶融されて金型へ射出されることで製品となります。このようにホッパーは、ペレット状のプラスチック材料を一時的に貯蔵し、射出成形機本体のシリンダー（加熱筒）へ供給する入口の役割を果たします。また、成形機への材料の流れを一定に保ち、途中で材料が詰まったりするのを防ぐ機能もあります。さらにホッパーからシリンダーに送られたプラスチック原料は、シリンダー内のスクリューによって加熱され、固体から溶融状態に変化するので、材料の状態変化の起点にもなります。
シリンダー
射出成形機のシリンダーは、材料となるプラスチック樹脂を加熱・溶融させ、射出する機能を持つ加熱筒です。ホッパーから投入された固体のペレット樹脂をスクリューの回転と加熱によって溶かし、液体のプラスチックとして金型へ押し出すための通路となります。あわせて射出時に射出シリンダーとしても機能する成形機の重要な部品です。シリンダーの大きな役割は材料の供給と溶融で、ホッパーから落下した粒状の樹脂を加熱し、液体のプラスチックに溶かします。また、溶けた樹脂をスクリュー（またはプランジャー）で金型へ押し出す役割があります。さらに内部のスクリューが樹脂を混ぜ合わせることで、均一な溶融状態を作る混合、均一化もシリンダーの役割です。
スクリュー
射出成形機のスクリューは、シリンダー内で回転と往復運動をしながら、樹脂材料を送り込み、溶かし、混ぜ、計量して金型に射出する部品です。スクリューはバンドヒーターの熱とスクリューの回転による摩擦熱（せん断熱）で樹脂を溶かし、均一に混ぜ合わせる溶融・混練、ホッパーから供給された樹脂をシリンダーの先端へ送り、所定の量を計量する供給・計量、計量した溶融樹脂をスクリューの押し込み力によって、金型内に高速で充填する射出の3つが主要な機能です。スクリューは一般的に供給部、圧縮部、計量部に分かれています。供給部は溶けていない樹脂材料をシリンダー後方から前方に送る役割があります。圧縮部は供給部から送られてきた材料を圧縮し、熱と摩擦熱で溶かし、溶融樹脂の体積を減らす役割があります。また、計量部は圧縮・溶融された材料を、均一に混練し、金型への射出量とタイミングを制御する機能があります。
ノズル
射出成形機のノズルは溶かした樹脂材料を金型内に射出する先端部分の射出口です。ホッパーからシリンダー内を通って供給された熱溶融樹脂を、スプルーブッシュ経由で金型内部に流し込む役割があります。ノズルにはいくつか種類があり、ゲートが常に開いた状態のオープンノズル、ノズル内部にバルブ機構が組み込まれており、糸引きやたれ落ちを防ぐシャットオフノズルなどがあります。
ヒーター
射出成形機のヒーターは成形機内部の樹脂材料を溶かすために使用される加熱装置となります。ヒーターは一般的にシリンダーやノズルに巻き付けられ、プラスチック樹脂の粘度を低下させ金型への充填を容易にする役割があります。ヒーターの種類としてはノズルヒーター（バンドヒーター）があります。これはシリンダーに巻き付けられたヒーターで、シリンダーの温度を制御する機能があります。また、ホットランナーシステムは金型内に設けられた構造です。ホットランナーシステムは、製品への経路であるランナーまで樹脂を温めた状態で保持できます。そのため成形時間を短縮できるといったメリットがあります。
型締めユニット
射出成形機の型締めユニットは金型を取り付ける部分です。成形機に取り付けられた金型を開閉したり、金型内に射出された高圧の溶融材料によって、金型が押し開かないよう締め付ける役割があります。また型締めユニットは成形品を冷却する役割があります。型締めユニットは主に固定盤、可動盤、タイバー、型締めシリンダー、エジェクタで構成されます。ここではそれぞれの役割や機能をご紹介します。
固定盤
射出成形機の型締めユニットの固定盤（固定プラテン）は、金型を固定するための盤状の機構で、固定側金型（キャビ側）が取り付けられます。固定盤には、金型の重量と射出される樹脂の圧力に耐えるだけの剛性、強靭性が求められます。
可動盤
射出成形機の型締めユニットの可動盤（可動プラテン）は、金型を開閉する際に動く部分です。可動盤はタイバー（後述）に支持されて金型を取り付け、開閉動作を行い、成形品の取り出しを可能にするために製品を押し出すエジェクタ機構を備えています。
タイバー
射出成形機の型締めユニットのタイバーとは金型の開閉動作を円滑に行うための金属棒です。型締め力を受け止め、固定盤と可動盤を支える働きがあり、一般的には4本設置されています。タイバーに伸びやひずみが生じると、型締め力が不均一になります。すると金型の隙間から樹脂が漏れ、成形品に欠陥が生じる原因になるため注意が必要です。
型締めシリンダー
射出成形機の型締めシリンダーとは、金型を締め付け、射出する際に金型が樹脂圧で開かないようにする装置で、製品が冷却・固化するまで金型を閉じ続けます。型締力が足りないと金型から樹脂がはみ出る成形不良のバリが発生します。そのため型締めシリンダーは安定した品質や形状を製造するために極めて重要な部品のひとつです。
エジェクタ
射出成形機の型締めユニットのエジェクタ（エジェクター）とは金型内の製品を押し出して取り出すための機構に当たります。またはエジェクタの主要部品であるエジェクタピン（押出しピン）を指す場合もあります。エジェクタ機構を構成する主な部品としてはエジェクタピンを保持、支持する板状部品のエジェクタプレート、製品を直接押す円筒形のピンであるエジェクタピン（押出しピン）、成形機の動力とエジェクタプレートを連結し、ピンを動かすためのシャフトであるエジェクタロッドがあります。
コントローラー
射出成形機にはコントローラーと呼ばれるゾーンがあります。コントローラーには制御盤、操作パネル、センサー、サーボモーターが含まれます。ここでは制御盤、操作パネル、センサー、サーボモーターそれぞれの機能や役割をご紹介します。
制御盤
射出成形機のコントローラーの制御盤は、射出成形機の動作を自動制御する装置です。具体的には射出速度、金型やシリンダーの温度、圧力、材料の射出量などの条件を設定・管理します。制御盤は、設定された成形条件に従って、射出ユニットや型締ユニットの動作を自動で制御するなど、射出成形機全体をコントロールする装置です。
操作パネル
射出成形機のコントローラーの操作パネルは、オペレーターが各種設定や動作状況の確認を行うインターフェースとなります。多くがタッチパネル式となっており、樹脂の温度、圧力、速度、型締め力などを設定できるようになっています。
センサー
射出成形機のコントローラーのセンサーは、金型内圧や樹脂温度などをリアルタイムで計測、監視するデバイスです。主なセンサーとしては金型内の樹脂圧力を直接測定し、その波形を分析することで、圧力と製品品質を確保する金型内圧センサーと金型内の樹脂温度を直接検出し、温度変化を監視する型内温度センサーがあります。
サーボモーター
射出成形機のコントローラーのサーボモーターは、モーターと制御機器を組み合わせたシステムです。射出成形機には、サーボモーターで作動する電動式をはじめ、油圧モーターを用いた油圧式、サーボモーターと油圧モーターを組み合わせたハイブリッド式などがあります。
射出成形の種類 材料
射出成形の種類を材料ごとにご案内します。射出成形の材料は大きくわけて熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂にわかれます。ここでは熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂（POM、PP、ABS、PBT、PC、PE）のそれぞれの素材特性などをご紹介します。
熱硬化性樹脂
熱硬化性樹脂は射出成形で広く使用されている熱可塑性樹脂とは異なり、加熱されると一瞬液化しますが、その後硬化する特性を持った樹脂です。射出成形での使用は限定的で、主に圧縮成形やトランスファー成形などに使用されています。
熱可塑性樹脂
射出成形で使用される熱可塑性樹脂は多岐に渡ります。ここではその中からPOM、PP、ABS、PBT、PCPET、PMMAの素材的特性をご紹介します。
POM（pom、ポリアセタール、アセタール樹脂）
POM（ポリアセタール、アセタール樹脂）は、金属の代替品として使われるほど優れた機械的強度、耐摩耗性、耐熱性、寸法安定性を兼ね備えています。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。歯車や車のギアなどにも使用されています。
ポリプロピレン（PP、pp）
PP（ポリプロピレン）はプラスチック原料のなかでもトップレベルの軽量性に加え、安価で加工性が高いことから射出成形でもひんぱんに使用されます。 ポリエチレン（PE）とよく似た材料ですが、表面の光沢に優れ、傷が付きにくく、PEより高い剛性があります。
アクリロニトリル 、ブタジエン 、スチレン 共重合合成樹脂（ABS、abs）
ABS樹脂は剛性や硬度、加工性、耐衝撃性、曲げ疲労性など機械的特性のバランスに優れます。原料の配合比率を調整して、それぞれの特性を強調することも可能です。表面の美観にも優れ、印刷特性も他の樹脂を上回ります。流動性は良好であるため、射出成形の薄肉品の製造にも適しています。
ポリブチレンテレフタレート（PBT、pbt）
PBTは高機能エンジニアプラスチックのひとつで、機械的特性、電気的性質、耐薬品性に優れます。加えて摩擦、耐熱性、加工性が良いうえ、寸法安定性が高いのも特長です。これらの特性を生かしてPBTは射出成形でコネクタや自動車部品など、精密な電気・電子部品の大量生産に使用されています。
ポリカーボネイト（PC）
PCは熱可塑性プラスチックの一種で透明性、耐衝撃性、耐熱性、難燃性、寸法安定性に優れます。特に耐衝撃性は一般的なガラスの250倍以上ともいわれ、射出成形で自動車用ヘッドライトレンズ、照明レンズ、サングラス 、眼鏡、スイミングゴーグル、スキューバーダイビングマスク、ヘルメットなどに成型されています。
ポリエチレンテレフタレート（PET）
PETは樹脂は耐熱温度200℃、耐寒温度-60℃程度の耐熱・耐寒性を兼ね備えています。加工方法にもよりますが、薄いフィルムから厚みのある板状、ペットボトル容器のような曲線を持つ円柱形などに成型できる加工性があります。加えて耐水性、耐薬品性、透明性も高く射出成形で幅広く使用される素材です。
ポリメチルメタクリレート、アクリル樹脂（PMMA、pmma）
PMMAは透明性、耐候性、機械的特性、電気的性質、加工性、寸法安定性に優れ、射出成形でひんぱんに使用される熱可塑性樹脂のひとつです。一例を挙げると、自動車部品のヘッドライトカバー、テールランプカバー、メーターカバー、電化・光学製品の携帯電話用導光板、バックライトパネル、照明部品、建築材料では看板、ガーデニング材、波板などに成型されています。
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。弊社は成型品のみならず、金型も自社工場で製作しています。金型から成型品まで一貫生産することで、試作や量産、デザイン変更のご要望にも柔軟に対応させて頂きます。弊社製品はウェルドラインなどの成形不良が無く、幅広い業界のお客様から大変ご好評頂いています。弊社の金型製作工場にはマシニングセンターやNC加工機、3次元CADなど最新鋭の精密機械を設備しています。また弊社は射出（インジェクション）成形以外にも真空成形（圧縮空気を用いた圧空成形含む）や異材をひとつにする2色成形、インサート成形、インモールド成形、LIM成型などの特殊技術にも対応可能です。また、加飾については、塗装、印刷、アッセンブリを内製化して同じ工場内で生産しており、高品質でリーズナブルなコストの製品を短納期で提供できます。樹脂に空気を吹込むブロー成形（中空成形）、押出し成形（押出成形）、切削加工、プレス金型には対応しておりませんのでご了承ください。また、簡易金型、スーパーエンプラのお取り扱いはありません。プラスチック成形品であれば何でもご相談を承ります。改善事例もご提供します。ご連絡お待ちしています。
