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射出成形の樹脂(材料)について

射出成形 樹脂・材料

射出成形の樹脂(材料)について幅広く解説します。ここでは射出成形で使用するプラスチック樹脂である熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂の違いをご案内するとともに射出成形で樹脂成形する金型(キャビティ)についても紹介します。また、射出成形における樹脂成形の工程を「型締め」「樹脂射出注入」「保圧冷却」「型開き」「製品取り出し」にわけてそれぞれの工程の作業内容をご案内します。また射出成形で見られる主な樹脂成型不良の一例としてウェルドラインやバリ、糸引きについてご説明します。射出成形以外の樹脂成形工法であるブロー成形(中空成形)や真空成形、押出成形についても解説します。

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射出成形で使用するプラスチック樹脂

射出成形で使用するプラスチック樹脂

射出成形(インジェクション成形)で使用するプラスチック樹脂は大きく分けて熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂の2つがあります。熱可塑性樹脂はその名のとおり、熱を加えると可塑化する性質を持つ樹脂の総称であり、反対に熱硬化性樹脂は熱で溶けない特性を持っています。ここでは熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂のそれぞれの特性や違いをわかりやすく解説します。

熱可塑性樹脂

熱可塑性樹脂は、加熱により化学反応を起こさず液化しますが、冷えることで固化し一次元構造鎖状高分子となる樹脂です。射出成形で使用される樹脂のほとんどはこの流動性の高い熱可塑性樹脂に含まれます。 三光ライト工業が射出成形で主に使用する樹脂材料としてはポリプロピレン(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)などがあります。ポリプロピレンは歯ブラシやメディアケース、ポリエチレンはハスバ歯車などの機構部品、ABSは電動歯ブラシのケース、PMMAは無線機・医療機器の表示窓などに使用されています。

熱硬化性樹脂

熱硬化性樹脂は、熱を加えると固化する樹脂です。一定温度までは溶けて液体状態になりますが、一定温度を超えると化学反応を起こし樹脂が急速に固まる特性があります。熱可塑性樹脂と比べると固化するまでに時間がかかるため、成形サイクルが長くなり大量生産には向きません。また、溶融しない性質上、粉砕、再利用はできないのが難点です。熱硬化性樹脂にはフェノール樹脂(PF)、ポリウレタン(PUR)、エポキシ樹脂(EP)、メラミン樹脂(MF)などが含まれます。

2色成形で使用する樹脂・材料
2色成形で使用する樹脂・材料

2色成形で使用する樹脂は硬質材料から軟質材料まで多岐に渡ります。主な材料についてその特長、用途を併せてご紹介します。

射出成形で樹脂成形する金型(キャビティ)

射出成形で樹脂成形する金型(キャビティ)

射出成形(インジェクション成形)は樹脂材料を射出成形機のシリンダー内で加熱させ、溶融した樹脂を金型(キャビティ)側に射出する手法ですので、金型の精度が成形品の品質に大きく影響します。射出成形メーカーの中には金型製作は外注し、成型品のみを製造している会社もあります。というのも金型製作にはマシニングセンターやNC放電加工機、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など様々な設備や工作機械が必要であるためです。これらの設備はいずれも高額で多額の投資がともないます。そのため射出成形メーカーの一定数は成型品のみを内製し、金型製造は外注しているのが現状です。一方、金型製造を内製化することでお客様にさまざまなメリットをご提供できるのも事実です。メリットのひとつが納期の短縮です。金型を外注すると、外注先の都合によってスケジュールが進行します。閑散期であれば金型の仕上がりが早まりますが、繁忙期や受注が立て込んでいれば金型の納期が遅延します。このような状況を回避するとともに低価格、短納期をお客様にご提供するため、三光ライト工業は射出成形金型製造を内製化しています。弊社は中原工場にマシニングセンターやNC放電加工機、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を設備しています。いずれも最新鋭の設備となっており、弊社の金型は市場やお客様から極めて高い評価を頂いています。

射出成形金型
射出成形金型

モールド(mold)と呼ばれる密閉型で加熱して溶けた樹脂を内部に注入し冷却固化することにより目的の形状を作る空洞を内部にもった金属製の型です。

射出成形における樹脂成形の工程

射出成形で使用するプラスチック樹脂

射出成形における樹脂成形の工程を解説します。ここでは工程を「型締め」「樹脂射出注入」「保圧冷却」「型開き」「製品取り出し」に分類して、それぞれの工程の作業内容などをご案内します。

型締め

射出成形金型を成形機に取り付け、加熱した溶融樹脂を射出ノズルから金型内部へスクリュー回転させて注入すると、キャビティ内部には高い充填圧力が作用します。この圧力によって金型のパーティング面は開こうとしますので、これを開かないように締め付けておく必要があります。その際、締め付けておく保持力を型締め力と呼び、型締め力の値が大きいほど、固定して締め付ける力は強くなります。三光ライト工業では型締め力が360t級、180t級の全自動射出成形機(竪型、横型)を複数設備しており、高精度の成型品製造を実現しています。

樹脂射出注入

ホッパーのゲートを開き、加熱されたシリンダー内へ溶融樹脂を流し込む際、シリンダーは外側をヒーターで囲まれ、設定された温度にコントロールされています。注射器のように流し込む工程は充填あるいは注入と呼ばれることもあります。充填、注入の際は加熱シリンダー下部にある射出用ノズルから成形金型のスプールブシュを介してランナーで充填、注入されることになります。

保圧冷却

保圧とはキャビティ全体に溶融樹脂が充填された後にゲートから樹脂が逆流しないように一定の圧力でゲートが固化する状態、いわゆるゲートシールまでの間に加圧している圧力のことです。保圧を高く設定すると、溶融樹脂をキャビティ内に送り込みやすくなるので成形収縮率は小さくなります。保圧が高すぎると寸法が大きくなりすぎたり、バリや離型不良が生じる場合があります。反対に保圧が低すぎると樹脂がゲートから逆流してしまい成形品の表面が凹む、いわゆる「ヒケ」や収縮が大きく寸法が小さくなってしまう場合がありますので注意が必要です。また、樹脂を固めるための冷やす時間が短いと固化が甘く収縮しやすくなり、取出し後のソリや変形を招きます。また、冷却時間が長すぎると、冷えすぎて金型内で収縮した製品は、抜き抵抗が増して傷になりやすいのが難点ですが、製品取出し後、製品寸法は収縮しにくいといった傾向があります。

型開き

型開きとはその名のとおり、金型が開く工程のことで射出成形においては型開き時間をいかに短くして次の成形に移行するかがサイクルタイムの短縮に大きく影響してきます。サイクルタイムが短縮されれば生産量が増えるため、型開閉可動に要する時間を短縮することは極めて重要な課題となっています。型開閉の速度調整も重要です。

製品取り出し

金型に注入した樹脂や金属が固化した後に、成形品として金型から取り出す工程が取り出し工程です。その際、大切なのは 抜き勾配で、抜き勾配とは金型から成形品を取り出しやすくするために、製品形状にあらかじめ設けておく勾配のことです。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)やエジェクタプレートで製品を押し出し取り出せる状態にします。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ます。製品取り出しも型開き時間の短縮と同様、所要時間をいかに減らせるかが大きなテーマとなっています。そのため射出成形の取り出し機の開発が進んでおり、取り出し機を導入、設備投入することで生産性向上や自動化・省人化、品質向上などの点が改善されています。このように製品を取り出す専用機である取り出し機は今後さらに改良が進むと予想されています。

射出成形で見られる主な樹脂成型不良

射出成形で見られる主な樹脂成形不良の一例をご紹介します。ここでは「ウェルドライン」「バリ」「糸引き」について解説しますが、ほかにも射出成形で生じる不具合は転写不良、反り、ボイド、シルバーストリークなど複数の症状があります。ウェルドラインやバリ、糸引き、転写不良、反り、ボイド、シルバーストリークなどの不具合は、成形機の性能や設定、条件などによってさまざまな症状が発生しますので詳しくは三光ライト工業を含む射出成形の専門メーカーにおたずねください。

ウェルドライン

ウェルドラインは射出成形において金型内で溶融樹脂の合流部分が線状の跡となり発生するものです。金型内へ流れる先頭の樹脂は冷えて固化しやすいため、この樹脂が合わさることでウェルドラインとなります。ウェルドラインの対策としては、樹脂の固化を防ぐために金型温度を上げたり、ゲートの位置を変えることでウェルドラインの発生箇所を調整するなど、いくつかの方法があります。

バリ

バリとは金型の合わせ面の隙間や突き出しピンなどの隙間から樹脂が溢れ出した状態を指します。成形品の形状からプラスチック樹脂がはみ出しているため、成形品の外観を損ねます。バリが発生する主な原因としては、金型の合わせ面の精度不良が考えられ、合わせ面を精度よく調整することが重要です。また、金型に隙間が空いていると、バリが生じやすくなるため、入子あるいは溶接にて修正し隙間をなくすなどの調整、制御が効果的です。

糸引き

射出成形の不良のひとつである糸引きとは、型開き時、スプルー切れ、ゲート切れが悪く、糸状に伸びた状態を指します。 糸引きの対策を怠ると、製品に付着したり、次のショットにインサートするなど、製品の外観不良を招きます。 また、連続的に糸引きを金型に挟み込んでいると、最悪の場合、金型の破損につながることもあるため十分な対策が必要です。対策としてはスプルーの形状調整が求められます。また、ノズル温度と金型の温度差が小さいと糸引きが生じるため、温度差の調整、制御が必要です。ほかにもサックバックや背圧の過不足も糸引きの原因と考えられます。

射出成形以外の樹脂成形工法

射出成形以外の樹脂成型工法をご紹介します。ここではブロー成形(中空成形)と真空成形、押出成形について解説します。なお、三光ライト工業はブロー成形(中空成形)と押出成形は対応しておりませんのでご了承ください。真空成形については最新鋭の設備を取り揃えており、高精度の工業用トレーなどを量産可能です。ご連絡お待ちしています。

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ことから中空成形とも呼ばれます。ブロー成形はその特性により空洞のプラスチック樹脂成形品の製造に適しています。プラスチックペレット(粒)を押出機によって溶融、混練、押出して、高温の金属筒(ヘッド)内を通過させ、筒状に溶融樹脂(パリソン)を成形する工法です。ブロー成形はPETボトルや洗剤の容器類、自動車部品ではガソリンタンクやエアコンダクト、スポイラー、バンパーなどの製造に採用されています。

真空成形

真空成形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方法です。熱可塑性樹脂のシートを加熱軟化させたのち、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。三光ライト工業は最新鋭の全自動真空成形機を導入しています。この装置は成形や抜きの工程を全自動化し、10段重ねに対応したトリミング機能付き高速連続真空圧空成形機です。少量小ロット、多品種、大量生産にも柔軟に対応する装置ですのでいつでもお問い合わせください。

押出成形

押出成形は塑性加工の一種で、圧性の型枠に入れられた樹脂に高い圧力を加え、一定断面形状のわずかな隙間から押出すことで求める形状に加工する方法です。樹脂素材を圧縮してダイスと呼ばれる金型から押し出し、必要な形状の断面を形成します。使用される素材には樹脂のほか、アルミニウムや銅を含む金属やセラミックスなどがあります。押出し機の先にある金型「Tダイ(die)」から、樹脂を押し出すことで成形する「Tダイ」(ハンガーダイとも)も押出成形のひとつです。

真空成形
真空成形

トリミング機能が備わった高速連続真空圧空成型機を導入し、お客様のニーズにきめ細かく対応した高性能トレーの製造が可能です。

射出成形による樹脂成形品は三光ライト工業にお任せください

三光ライト工業は射出成形による樹脂成形品で高い評価を頂いています。弊社は成形品のみならず金型も自社設計、製造していますので、安価かつ短納期で製品をご提供します。大型製品、薄肉製品、複雑形状、流麗デザイン、多品種少量、大量生産に至るまでお客様のご要望に最大限かつ柔軟にお応えします。また弊社は射出成形はもとより、真空成形や異材をひとつにするインサート成形、インモールド成形、2色成形、LIM成形といった特殊技術も幅広く兼ね備えていますのでぜひご相談ください。真空成形では耐熱性や耐薬品性などを備えた高機能工業用トレーなどがご好評頂いており、保管、搬送、運搬、管理など豊富な用途の工業用トレーを低価格でご提供します。組立加工もご要望に応じて幅広く対応いたします。組立加工の一例としてはプラスチック部品のアッセンブリ(接合)や金属部品の圧入、シール貼り、超音波接着、パッケージ品製作などです。弊社はプラスチック成形の専門メーカーとして日々、原料や材質(スーパーエンプラ含む)の研究に励んでいます。改善事例も豊富に有しています。プラスチック成形のことであればなんでも三光ライト工業にご相談ください。最新鋭の設備と工作機械、機械加工機を取り揃えて抜群の対応力を発揮します。ご連絡お待ちしています。

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