プラスチック(樹脂)の射出成形で用いられる金型の重要性を解説

プラスチック(樹脂)の射出成形で用いられる金型の重要性を解説

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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.プラスチック金型とは

2.プラスチック金型を利用した製造工程

3.樹脂射出成形で使われる金型の重要性


プラスチック(樹脂)を材料とした代表的な成形法としては射出成形があります。射出成形では成形時に金型が用いられます。金型は、射出成形で製造する部品の成形性や精度、製造コストを大きく左右する重要な要素です。今回は、射出成形で用いられるプラスチック金型について紹介し、それを用いた射出成形での部品製造の流れやプラスチック金型の重要性、考慮すべきポイントについて解説します。

 

1.プラスチック金型とは

金型にはプラスチック金型やプレス金型、ダイカスト金型、鋳造型、鍛造型などさまざまな種類があり、製造時の用途によって使い分けられています。その中で、プラスチック金型はプラスチック(樹脂)を材料とした成形法に用いられている金型です。

プラスチック(樹脂)はその種類によってさまざまな特性を持ち、またそのほとんどが複雑な形状を実現できます。そのため、家電製品や日用品、自動車部品など幅広い用途に用いられています。

これらの製品をできるだけ安価に生産するためには大量生産を行う必要があり、そこでプラスチック金型を用いた成形法が採用されます。具体的には射出成形や圧縮成形、真空成形などが知られています。

多くの種類がある金型の中でも、プラスチック金型がもっとも多く生産されているといわれており、その形状や工夫なども多岐にわたります。

 

 

 

2.プラスチック金型を利用した製造工程

プラスチック金型を利用した製造工程の代表として、射出成形があります。射出成形では、どのような流れで金型が使われ、製品が製造されるかについて紹介します。

射出成形でもっとも最初に行われる工程は、材料投入口であるホッパーへの材料の投入です。射出成形で用いられる材料は、プラスチック(樹脂)を小さな粒の状態にしたペレットであり、その状態で投入されます。

次に、シリンダー内のスクリューを回転させることで、材料は射出成形機内のシリンダーを通過していきます。シリンダーにはヒーターが設置されており、シリンダーを通過する際に材料が加熱され、ペレットがドロドロの状態に溶かされています。

溶かしたプラスチック(樹脂)材料は、スクリューによって加圧され、先端のノズル部分から閉じられた金型に流し込まれます。射出された材料は、オス型とメス型の金型が合わさった際にできる隙間部分に流れ込んでいき、充填されます。このとき、どの程度の圧力をかけるかによって充填性が変わってくるため、注意が必要です。

材料を金型に投入しおわってもすぐにスクリューを外すわけではなく、金型の中でプラスチック(樹脂)が冷却され、固まるまで圧力を保持します。どの程度の圧力で、どの程度の時間保持するかは製品によって異なります。

その後、冷却が完了し材料が固まったら、金型を開いて材料を取り出します。材料を取り出す際には、エジェクターピンとよばれるピンで成形品を押し出す場合が多いです。エジェクターピンで押す位置やそのときにかける力は、調整が必要なポイントです。

 

 

3.樹脂射出成形で使われる金型の重要性

射出成形では、金型の精度が成形部品の精度や品質に大きな影響を与えます。そこで、高品質な部品を製造するためには、完成品に合わせた金型の設計や製作が必要です。金型を設計・製作する際のポイントとしては、以下の点が挙げられます。

 

  • 金型の使用期間の考慮
  • 金型の寸法精度
  • 冷却性
  • 材料充填性
  • 離型性
  • 金型本体の価格

 

金型の使用期間については、成形される製品のライフサイクルによって異なっています。使用期間内で、大体何個くらいの製品を製造するかによって、求められる金型本体の耐久性が変わってくるため、金型製作前に見通しを立てておくことが重要です。

金型の冷却性は、材料をしっかり充填できるかどうかや成形後の製品性能に直結します。冷却性を向上させるために冷却水を通す流路をどのように配置するかなど、工夫の必要なポイントが多くあります。

また、射出成形で製造された製品の品質を保つためには、材料を金型にしっかりと充填できるか、成形した製品を金型から外しやすいかどうかは重要な要素です。これらの性能が十分でない場合、ヒケや反り、変形などの不具合に繋がってしまいます。

最後に、製造部品のコストに影響を与える金型本体のコストも考慮する必要があります。金型のコストは、製品の形状やサイズ、材質、金型本体の材質や耐久性に加えて、金型本体の納期などが影響します。適切なコストで狙い通りの金型を製造するために、開発に関わるメンバーでの綿密な打ち合わせが必要です。

 

 

まとめ

射出成形などプラスチック(樹脂)の加工で用いられる金型について解説しました。また、射出成形の流れ、金型の重要性についても紹介しました。プラスチック(樹脂)の加工、成形において金型は必要不可欠であり、製品の精度や機能、コストを左右する重要な要素です。

品質の良い製品を低コストで生産するためには、金型の材質や形状、冷却の工夫、表面処理などさまざまな要素を最適化する必要があります。新しい金型を製造する場合には、金型で製造したい製品に関する情報の共有など、綿密な打ち合わせを行うことが重要です。