プラスチック射出成形技術の基礎と成形品設計および成形不良対策のポイント

はじめに

プラスチック射出成形は、製造業において多くの製品を効率的に大量生産するための重要な技術です。
この技術は、家庭用品、自動車部品、医療機器など、さまざまな分野で利用されています。
本記事では、プラスチック射出成形技術の基礎知識、成形品設計の基本、およびよくある成形不良とその対策について詳しく解説します。

プラスチック射出成形技術の基礎

射出成形のプロセス

射出成形は、プラスチック原料を熱して溶融し、金型に射出し、冷却して固化することで製品を成型するプロセスです。
この工程は以下のように進行します：

1. **原料投入:** ペレット状のプラスチック原料をホッパーに投入します。
2. **溶融:** 材料は加熱シリンダーを通過し、スクリューによって加熱されながら溶融します。
3. **射出:** 溶融した材料を金型内に押し込み、成形空間を満たします。
4. **冷却:** 金型内で材料が冷却され、形が整います。
5. **開放・取り出し:** 金型を開いて成形品を取り出します。

射出成形機の種類

射出成形機は、大きく分けて油圧式、電動式、ハイブリッド式の3種類があります。

– **油圧式射出成形機:** 伝統的な油圧システムを利用した機械で、比較的低コストであるものの、電力消費量が増えがちです。

– **電動式射出成形機:** 精密制御が可能で、エネルギー効率が高いです。精密部品の射出に適しています。

– **ハイブリッド式射出成形機:** 油圧式と電動式の長所を組み合わせ、効率的な生産を実現します。

成形品設計の基本

設計時に考慮すべきポイント

成形品を設計する際には、以下の点を考慮する必要があります。

– **壁厚:** 均一な壁厚を保ちつつ、必要に応じて適切に補強を施します。壁厚が不均一だと、成形収縮不良や変形の原因となります。

– **リブ設計:** 補強のためのリブは、適切な位置と形状で配置します。過剰なリブは成形難易度を増やします。

– **ドラフト角度:** 成形品が金型からスムーズに離れるように、適切なドラフト角度を付けます。

– **金型収縮:** 材料の収縮率に基づいて金型設計を行い、成形後の寸法精度を確保します。

材料選定

成形品の用途と機能に応じて、適切な材料を選定することが重要です。
たとえば、耐熱性や強度が求められる製品には、 PPSや PEEKなどのエンジニアリングプラスチックが適しています。
一方、柔軟性や透明性が必要な場合は、 TPUや PCなどを選ぶと良いでしょう。

成形不良とその対策

一般的な成形不良

射出成形においては、以下のような不良が発生することがあります。

– **ショートショット（不完全充填）:** 充填が不十分なため、製品の一部が形成されない不良です。

– **フラッシュ（バリ）:** 成形品の合わせ面から材料が漏れ出す現象で、製品の外観品質や寸法精度に影響を及ぼします。

– **収縮と変形:** 冷却過程での不均一な収縮によって発生する歪みです。

– **ソリッドおよびシルバーストリーク:** 表面に銀色の筋がつく現象で、原因は空気や水分の混入です。

不良対策のポイント

それぞれの不良に対しては、以下の対策を講じます。

– **ショートショット対策:** 射出圧力と速度を調整し、材料が十分に金型内に充填されるようにします。また、材料の流れやすさを向上させるために、ゲートの設計を見直します。

– **フラッシュ対策:** 金型の合わせ面を確認し、密閉性を改善します。また、クランプ力を適切に調整します。

– **収縮と変形対策:** 材料を均一に冷却させるため、冷却回路の設計を見直すとともに、適切な冷却時間を設定します。

– **ソリッドおよびシルバーストリーク対策:** 材料が含む水分を除去するために、射出前の材料乾燥を徹底することが重要です。また、射出速度を適切に調整します。

まとめ

プラスチック射出成形は、多様な製品を効率よく生産するために不可欠な技術です。
基本的なプロセスや設計のポイント、不良対策を理解することで、より高品質な製品を生産することが可能になります。

製造業の現場では、常に技術やプロセスの改善を図り、品質向上と生産効率化を目指す姿勢が求められます。
射出成形技術を深く理解し、日々の業務に役立てていただければ幸いです。