射出成形とは? その特徴やメリット、成形される仕組みなどについて解説!

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※本シリーズは設計者の皆さまの学習にお役立ていただくために、一般的な製造手法のノウハウについてご紹介します。記事内でご紹介する内容はプロトラブズにて未展開のものも含まれます。

 


≪目次≫

1. 射出成形の特徴とメリット、デメリット

(1)射出成形の特徴

(2)射出成形のメリット

2. 射出成形の仕組み

3. 特殊な射出成形の方法

(1)インサート成形

(2)フィルムインサート、フィルムインモールド成形

(3)異材成形、多色成形


射出成形は、プラスチックの一般的な成形法のひとつです。身の回りにたくさんあるプラスチック製品の多くはこれによって作られています。今回は射出成形の特徴や仕組み、他にはない少し特殊な種類の成形法について解説します。

 

射出成形の特徴とメリット、デメリット

 

1)射出成形の特徴

射出成形(しゃしゅつせいけい)とは、プラスチックの最も一般的な成形法のひとつです。金型とよばれる製品と同じ形の空洞(キャビティ)を持った型に熱を加えて溶かしたプラスチックを注入(=射出)し、中で固めることで製品を作っています。

プラスチックの材質にはいろいろな種類があり、それぞれ特徴がありますが、射出成形はその多くに対応しています。代表的なものはポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)、ポリスチレン(PS)、ABS、ポリカーボネート(PC)などです。スマートフォンの外装や自動車の内装、生活日用品など、身の回りにあるプラスチック製品の多くが、射出成形で作られています。

 

2)射出成形のメリット

射出成形には次のようなメリットがあります。

1)量産性に優れる

射出成形は一度金型を製作すれば、合成材料の量に応じて加工するパーツの量を調整することができます。また、金型一つに複数分のキャビティが彫ってあれば、一度の射出で何個もの製品が製造できます。成形にかかる時間は大きさなどにもよりますが、おおよそ1サイクルの時間は「秒」単位です。

 

2)サイズ、形などの自由度に優れる

射出成形は、さまざまなサイズ、形の製品を作ることができます。小さいものではスマートフォン用カメラのレンズ、大きいものでは車のバンパーなども射出成形で作られています。

 

3)仕上げ加工が少なくてすむ

身の回りにあるプラスチック製品の表面が平滑であるように、射出成形の仕上がりは美しいものです。このため、他の方法と比較して射出成形は仕上げ加工が少なくてすみます。製品部分と材料が入ってくる通路(ランナーやゲートなど)との切り離しをしたり、必要に応じてバリ取りを行う程度です。これも量産性に優れる点とも言えます。

 

4)さまざまな付加価値を持たせることができる

後述するように、射出成形の場合は他の方法にはない美観や機能に関わるさまざまな付加価値を製品に持たせることができます。

 

3)射出成形のデメリット

1)形状の制約が一部ある

射出成形は形の自由度が高い成形法ですが、金型を使用して作っているため、射出、硬化後に型から抜ける形状にしなければならないという制約があります。また多くの場合、型から抜けやすくするために「抜き勾配」という緩やかな勾配を製品に付けることも必要です。しかし下記参考ページのように、これらを回避するためのさまざまなテクニックもあります。ご不明点があれば、プロトラブズのエンジニアなど射出成形のプロフェッショナルにご相談ください。

 

2)サイズの制約が一部ある

射出成形はさまざまなサイズに対応した成形法ですが、それでも極端なものは製造できない場合があります。余りに大きいか、小さすぎる製品は物理的に作れなかったり、欠陥が増えたりします。また肉厚についても同様です。

 

3)金型の製作時間、コストが大きい

量産性の高い射出成形ですが、これは金型があることが前提です。金型の製作時間は数ヶ月に及ぶこともあり、また費用も高額です。このため一般的には、多品種少量生産には向かないと言われています。

一方、プロトラブズではアルミ合金金型の使用と自動化による工程の最適化で製造にかかる時間とコストを削減しています。金型費13万円から、最短1営業日、標準10営業日で製造、出荷。従来の1/4以下の期間でパーツ入手が可能で、25個から1万個のカスタムパーツや小ロット生産にも向いています。ご興味がある方は、ぜひお問い合わせください。

 

射出成形の仕組み

 

射出成形によって製品が作られる仕組みをかんたんに見てみましょう。

1)ホッパーを通して、樹脂ペレット(写真のような粒)がシリンダ内部に送られます。

2)ヒータによって加熱されたシリンダの中でペレットが溶かされます。同時にスクリューが回転して樹脂が混練されます。

3)スクリューが金型側に押し出され、それにより樹脂が金型内に射出されます。

4)金型内で樹脂が硬化するまで保持します。その後金型を開き、製品が排出されます。

5)製品検査の後、ゲートを分離して完成となります。

 

特殊な射出成形の方法

 

上でも述べたように、射出成形はただ形を作るだけでなく、さまざまな外観や機能を持たせることのできる少し特殊な種類の方法があります。いずれも特殊とはいえ、幅広い製品の製造に用いられています。

 

1)インサート成形

インサートとは、入れ込むといった意味です。射出成形を行う前に、あらかじめ金属製のねじやコネクタピンなどの部品を金型内に置いておき、樹脂によってそれを取り込んで一体化、固定してしまう方法です。力のかかるねじ山が金属製になることで、強度を持たせることができます。雄ねじ、雌ねじ共に作ることができます。またプラスチックは電気を通さない絶縁材のため、コネクタピンなどを一緒に成形してしまえば、ピンが固定できるだけでなく一緒に絶縁も行えます。自動車部品や電気ハーネスのコネクタの製造などに用いられています。

 

2)フィルムインサート、フィルムインモールド成形

加飾成形ともよばれる方法で、外観に模様を付けたり文字を転写したりすることができます。フィルムインサート成形では、金型内に模様がついたフィルムをセットし、射出成形時に樹脂と一体化させます。フィルムインモールド成形では同様のプロセスですが、一体化ではなく転写させることにより文字やマークを製品に付けます。車のダッシュボードなどの高い美観が求められる内装部品や、キーボードのキートップの製造などに用いられています。

 

3)異材成形、多色成形

異なる材質や色のプラスチックを別々に射出する方法です。部品の場所に応じて求められる機能が異なる場合や、部分的に色を変えたい場合などに用いられます。それぞれの樹脂は複数回に分けて射出、一体化させる場合もあれば同時に射出する場合もあります。自動車部品や生活用品など、幅広く用いられています。

 

まとめ

射出成形のメリットや仕組み、他にはない特殊な成形法について見てきました。射出成形は広く使われていながら、とても魅力的な特徴を数多く持った成形法です。ぜひ積極的に使ってみてください。