プラスチック射出成形技術の基礎と成形不良の原因と対策のポイント

はじめに: プラスチック射出成形技術とは

プラスチック射出成形は、製品製造の多様性と大量生産に適した工業プロセスです。
この技術では、プラスチックの原料を高温で溶融し、金型に高圧で射出して冷却・固化させ、所望の形状を得ます。
自動車部品、家電製品、そしておもちゃなど、非常に幅広い用途に利用されています。
本記事では、プラスチック射出成形の基礎、成形不良の原因とその対策について詳しく解説していきます。

プラスチック射出成形技術の基本プロセス

プラスチック射出成形の基本プロセスは以下の通りです。

1. 準備工程

最初に、材料であるプラスチックペレットをホッパーに供給します。
ペレットは押出機内で加熱され、溶融します。
射出成形に用いる樹脂の選択は製品の機能や用途に応じて行われ、一般にはPE、PP、PS、PA、PCなどが幅広く使用されます。

2. 射出工程

溶融したプラスチックを射出機械のスクリューによってスプルーを通じて金型内に射出します。
この過程では適切な圧力と速度を維持することが重要で、これにより均一な成形が可能となります。

3. 冷却工程

溶融フローを金型内に射出後、冷却時間を設けてプラスチックを固化させます。
冷却システムによって温度をコントロールしつつ、製品の寸法と質を均一に保ちます。

4. 型開きと取出し工程

十分な冷却を経たのち、金型を開いて成形品を取り出します。
取り出した製品は、いくつかの工程を経て最終製品として仕上がります。

プラスチック射出成形における成形不良とは

成形不良は、製品の品質や外観に影響を及ぼす問題であり、生産工程の効率性やコストにも直接関わります。
以下に代表的な成形不良の種類とその原因について説明します。

バリ

金型の合わせ目から溶融プラスチックが漏れてできる薄い膜のような余分な部分です。
この原因は、金型の合わせが不十分、射出圧力が過剰、あるいはキャビティ内の温度が高すぎることによるものです。

ショートショット

溶融プラスチックが金型内を十分に充填できず、所望の形状が完全に形成されない現象です。
これは主に、射出速度が遅すぎる、材料供給が不十分、またはスクリューや金型内の障害物によって引き起こされます。

ひけ（縮み）

製品の一部が沈下して表面に窪みができる現象で、原因は冷却時の収縮や肉厚の不均一です。
対策としては、金型設計の見直しや冷却時間の最適化が必要です。

スジや輝きムラ

製品の表面にスジ状の模様や光沢のむらが生じる現象です。
主な原因は射出温度の不均一、原料の水分や不純物、あるいは金型表面の状態不良です。

成形不良の対策ポイント

成形不良に対する基本的な対策を以下にまとめます。

プロセス条件の最適化

プロセス条件の見直しは不良を防ぐ上で重要です。
具体的には、射出圧力・速度、金型温度、冷却時間、射出量の精度を再検討し最適化します。

金型設計の改善

金型設計は成形品の品質を大きく左右します。
ラーナーやグラファイトコーティングの使用、適切なベンチレーションの設計など、金型内の流動性を改善するための工夫が求められます。

定期的な機械メンテナンス

射出機械や金型は定期的な点検とメンテナンスを行うことで、不良発生のリスクを下げられます。
金型の磨耗、スクリューの磨損等、目に見えない箇所も含めて定期的に精密なチェックを行うことが重要です。

まとめ

プラスチック射出成形技術は、高度な技術と経験を必要とするプロセスです。
製品の品質やコストに大きな影響を与えます。
成形不良の原因と対策を理解し、プロセスの最適化と金型設計の見直しを行うことで、高品質の製品を安定的に生産することが可能です。
製造現場において継続した改善活動が必要であり、このような取組みは生産性の向上やコスト削減に直結するため、企業の競争力強化にも繋がります。