プラスチック射出成形とは？

射出成形金型ing is when you heat up plastic pellets until they melt, then shoot the melted plastic into a mold with a machine, and let it cool down to make a plastic thing. Injection molding is a good way to make plastic stuff because it’s fast, it’s accurate, and you can make all kinds of different things with it, like car parts, phone cases, and food containers.

I.射出成形を理解する

1.1 プラスチック射出成形の定義

Injection molding, also known as injection molding, is a molding method that combines injection and molding. The advantages of the injection molding method are fast production speed and high efficiency, the operation can be automated, there are many designs and colors, the shapes can be from simple to complex, and the sizes can be from large to small, and the product dimensions are accurate, the products are easy to replace, and can be made into complex shapes Parts, injection molding is suitable for mass production and complex-shaped products and other molding processing fields.

1.2 歴史的背景と進化の過程

1868年、ハイアットはセルロイドと名付けたプラスチック素材を開発した。セルロイドは1851年にアレクサンダー・パークスによって発明されていた。ハイアットはこれを改良し、完成した形状に加工できるようにした。ハイアットと弟のアイザイアは、1872年に最初のプランジャー射出成形機の特許を登録した。この機械は、20世紀に使われていたものと比べると比較的単純なものだった。基本的には巨大な皮下注射針のようなものだった。この巨大な針（拡散バレル）は、加熱されたシリンダーを通して金型にプラスチックを注入した。
1940年代、第二次世界大戦は、安価で大量生産される製品に対する大きな需要を生み出した。1946年、アメリカの発明家ジェームズ・ワトソン・ヘンドリーは、射出速度と生産品の品質をより正確にコントロールできる射出成形機を初めて作った。この機械はまた、射出前の材料混合を可能にし、着色プラスチックやリサイクルプラスチックをバージン材料に完全に混合できるようにした。1951年、アメリカは最初のスクリュー射出成形機を開発した。特許は申請せず、この装置は現在も使用されている。

1970年代、ヘンドリーは最初のガスアシスト射出成形プロセスを開発し、急速に冷却する複雑な中空製品の製造を可能にした。これにより、製造時間、コスト、重量、廃棄物を削減しながら、設計の柔軟性だけでなく、製造された部品の強度や終点が大幅に向上した。

II.プラスチック射出成形プロセス

2.1 金型設計

射出成形金型は主に、成形部品（可動金型部品と固定金型部品でキャビティを構成する部品）、ゲートシステム（射出成形機のノズルから溶融プラスチックが金型キャビティに入る流路）、ガイド部品（金型が閉じられた時、正確に位置合わせができる）、排出機構（金型が分離した後、プラスチックをキャビティから押し出す装置）で構成される、温度調整装置（射出工程における金型温度の要求を満たす）、排気装置（成形中のキャビティ内の空気を除去し、プラスチック自体の揮発性ガスを金型外に排出するためのもので、パーティング面に排気溝が設けられていることが多い）、支持部品（成形部品やその他の機構を取り付け、固定、支持するための部品）などがあり、横方向にパーティングやコア抜き機構が設けられていることもある。

2.1.1 射出成形金型の設計ステップ

1.設計前の準備作業
(1) 設計概要。
(2) プラスチック部品の形状、使用方法、材質などを理解する。
(3) プラスチック部品がどのように作られているかを確認する。
(4) 射出成形機のモデルとサイズを知る。

2.成形工程カードの作成
(1)図面、重量、厚さ、面積、サイズ、特別な機能や部品の有無など、製品を把握する。
(2) 製品に使用されているプラスチックの名称、モデル、メーカー、色、乾燥の必要性などを知る。
(3) 射出成形機と金型の大きさ、スクリューの種類、動力など、射出成形機の主な技術的詳細を知る。
(4) 射出成形機が使用する圧力と距離を知る。
(5) 温度、圧力、速度、型締力などの射出成形条件を知る。

3.射出成形金型構造設計ステップ
(1) 必要な虫歯の数を把握する。 どれだけの量のプラスチックを注入できるか、どれだけの力で金型をクランプできるか、どれだけの精度の製品が必要か、どれだけの費用をかけたいかを考える。
(2) 型を割る場所を決める。 金型はシンプルで、分解しやすく、プラスチック部分の見た目や機能を損なわないものでなければならない。
(3) 金型内の空洞をどのように配置するかを考える。 できることならバランスの取れたものにするよう心がけてほしい。
(4) プラスチックが金型に入る方法を決める。 これにはメインチャンネル、ランナー、ゲート、コールドスラッグウェルが含まれる。
(5) 金型からプラスチック部品を取り出す方法を決める。 金型の部分によって、プラスチック部分を取り出す方法は異なる。

(6) 温度管理の方法を決める。 温度調節システムは、使用するプラスチックの種類によって異なる。
(7) インサート構造を使って金型やコアを加工し、取り付ける方法を考える。 インサートを分割して同時に入れる。
(8) 空気を抜く方法を考えよう。 通常、金型のパーティング面や射出機構と金型の隙間を利用することができます。しかし、大型で高速の射出成形金型では、空気を抜く方法を設計する必要があります。
(9) 射出成形金型の大きさを決める。 数式を使って成形品の大きさを割り出し、金型キャビティの側壁の厚さ、キャビティの底の厚さ、コアパッドの厚さ、可動テンプレートの厚さ、モジュラーキャビティのキャビティプレートの厚さ、射出成形金型の高さを割り出す。

(10) 標準的なモールドベースを使用する。 設計して計算した射出成形金型の主な寸法を使って、射出成形金型の標準的な金型ベースを選び、標準的な金型部品を選んでみる。
(11) 金型の構造をスケッチする。 射出成形金型の完全な構造スケッチを描き、金型構造図を描くことが重要である。
(12) 金型と射出成形機の寸法を確認する。 最大射出量、射出圧力、型締力、金型取付部のサイズ、型開きストローク、射出機構など、使用する射出成形機のパラメータを確認する。
(13) 金型の構造設計を見直す。 事前確認を行い、ユーザーの同意を得る。同時に、ユーザーの要求を確認し、修正する。
(14) 金型組立図を作成する。 部品がどのように組み合わされるか、必要な寸法、部品番号、スケジュール、タイトルブロック、射出成形金型の各部分の技術的要件（技術的要件には、エジェクターシステムがどのように機能するか、スライドがどのように機能するかなど、金型がどのように作られるべきかが含まれます；金型はどのように組み立てるべきか、例えばパーティングラインはどのように合わせるべきか、金型の上部と下部はどのように合わせるべきか、金型はどのように使用すべきか、金型はどのように錆びないように処理すべきか、金型にはどのように番号を付けるべきか、金型にはどのように彫刻すべきか、金型はどのように油で密閉すべきか、金型はどのように保管すべきか、金型はどのように保管すべきか、試験や検査に関する要求事項など）。

(15) 金型部品の図面を作成する。 金型を分解し、内側から外側へ、複雑な部品から簡単な部品へ、製品を形作る部品から始め、次にすべてをつなぎ合わせる部品へと、この順番で部品の図面を作成する。
(16) 設計図面を見てください。 射出成形金型を設計するときに最後にすることは、設計図面をもう一度見ることだ。今度は、その図面を見て、部品を作ることができるかどうかを確認します。

2.2 素材の選択

2.2.1 射出成形によく使われるプラスチック材料の種類

1.ポリプロピレン（PP）
Polypropylene is a common plastic material that is widely used in plastic injection molding. It is lightweight, resistant to acids and alkalis, and has a low density. It also has excellent wear resistance and impact resistance. Because the melting temperature of polypropylene is relatively low, it is necessary to pay attention to controlling the melting temperature and injection pressure during the injection molding process to avoid problems.

2.ポリアミド（PA）
ポリアミドは、高強度、高靭性、高耐摩耗性を備えた高性能プラスチック材料である。そのため、自動車、航空宇宙、エレクトロニクスなどの産業で広く使用されている。ポリアミドを射出する場合、より高い溶融温度で射出する必要があるため、射出温度と射出時間のコントロールに注意し、材料の焼き付きなどの問題を回避する必要がある。

3.ポリウレタン（PU）
ポリウレタンは、耐摩耗性、耐油性、耐紫外線性などに優れたプラスチック素材なので、工業や建築などの分野で多く使われています。ポリウレタンの射出成形を行う場合、射出温度を高くする必要があり、射出圧力と射出時間をコントロールして、金型から材料が分離する問題が起きないようにする必要があります。
ポリプロピレン、ポリアミド、ポリウレタンの他にも、ポリエチレン（PE）、ポリカーボネート（PC）など、射出成形が可能なプラスチック素材はたくさんあります。プラスチック素材によって、射出成形をする際に注意しなければならない点が異なるので、状況に応じて調整する必要があります。

2.2.2 素材選択に影響する要因

物理的特性。 材料の物理的特性（強度、硬度、靭性、耐食性など）は、それを使用する際の性能を決定します。例えば、熱に強く、衝撃に強く、強度が必要な部品が必要な場合、適切な物理的特性を持つ材料を選ぶ必要があります。

化学的性質。 素材の化学的特性（錆びやすいかどうか、酸や塩基に対応できるかどうかなど）も重要で、特に化学物質と反応する可能性のある環境に部品を置く場合はなおさらだ。

制作費。 モノを作るためのコストも大きな問題で、原料のコストやモノを作ることの大変さも含まれる。

環境に優しい。 持続可能性と地球を救うことを考えるなら、地球に良いものを選ぶことが重要だ。

2.3 型締め

Mold closing is the first step in the injection molding process. The opening and closing of the mold of the injection molding machine are completed by the mold closing system. When closing the mold, it can provide reliable clamping force to the mold to withstand the huge opening force of the mold caused by the high-pressure injection and filling of the molten plastic during the injection molding process.

2.4 射出成形（射出／充填）

射出工程には通常、供給、可塑化、射出の3つのステップがある。一定の温度で、完全に溶融したプラスチック材料はスクリューによって混合され、高圧で金型キャビティに射出される。(注：温度制御と圧力制御。）

2.4.1 温度コントロール

1.バレル温度
射出成形プロセスにおいて、制御が必要な温度にはバレル温度、ノズル温度、金型温度などがある。前者2つの温度は主にプラスチックの可塑化と流動に影響し、後者の温度は主にプラスチックの流動と冷却に影響する。それぞれのプラスチックは異なる流動温度を持っています。同じプラスチックでも、原料やグレードの違いにより、流動温度や分解温度が異なる。これは平均分子量や分子量分布が異なるためである。射出成形の種類によって、プラスチックの流動温度と分解温度は異なる。成形機内での可塑化プロセスも異なるため、バレルの温度も異なる。

2.ノズル温度
ノズル温度は通常、バレルの最高温度より少し低い。これは、ストレートスルーノズルで起こりうる「液垂れ」を防ぐためである。ノズル温度が低すぎると、溶融材料がすぐに固まってノズルを詰まらせたり、固まった材料が金型キャビティに注入されて製品を台無しにしてしまうからだ。

3.金型温度
金型温度は、製品本来の性能と見かけの品質に大きな影響を与えます。金型温度は、プラスチックの結晶化度、製品のサイズと構造、要求性能、その他の工程条件（溶融温度、射出速度と圧力、成形サイクルなど）によって決まります。

2.4.2 圧力制御

射出成形時の圧力には可塑化圧力と射出圧力があり、プラスチックの可塑化と製品の品質に直接影響する。

1.可塑化圧力（背圧） ：
スクリュー射出成形機を使用する場合、スクリューが回転して後退する際にスクリュー上部の溶融物にかかる圧力は可塑化圧力と呼ばれ、背圧とも呼ばれます。この圧力の大きさは、油圧システムのリリーフバルブで調整することができます。射出成形では、可塑化圧力の大きさはスクリューの回転数によって変化しません。可塑化圧力を上げると、溶融物の温度は上がりますが、可塑化速度は低下します。加えて、可塑化圧力を増加させると、多くの場合、溶融物の温度を均一にすることができ、色材を均一に混合することができ、溶融物中のガスを排出することができます。一般的な操業では、優れた製品品質を確保しつつ、可塑化圧力をできるだけ低く決定する必要がある。具体的な値は使用するプラスチックの種類によって異なるが、通常は20kg/cmを超えることはほとんどない。².

2.射出圧力
In current production, the injection pressure of almost all injection machines is based on the pressure exerted by the plunger or the top of the screw on the plastic (converted from the oil line pressure). The role of injection pressure in injection molding is to overcome the flow resistance of the plastic from the barrel to the cavity, give the molten material a filling rate, and compact the molten material.

射出圧力は射出圧力と保持圧力に分けられ、通常射出圧力は1～4段階、保持圧力は1～3段階である。一般的に、保持圧力は射出圧力より小さく、実際に使用されるプラスチック材料に応じて、最良の結果、物性、外観、サイズの要求を達成するために調整する必要があります。

2.5 冷却と凝固

射出成形において、射出冷却は成形品質と生産効率を決定する最も重要な要素の一つである。射出成形の冷却原理は、主にプラスチック部品に対する冷却媒体の効果に基づいています。射出成形の冷却システムは通常、水や油などの流動媒体を使用します。冷却媒体が射出成形金型の冷却水路を流れる時、熱伝達を通じて金型内の熱を奪い、プラスチック部品を迅速に冷却する。射出成形冷却システムはまた、金型の特定の形状と材料に応じて、水平加熱や斜め加熱などの異なる冷却方法を採用することができ、最良の冷却効果を達成することができます。

2.5.1 冷却プロセスとその重要性

1.プラスチック部品の温度を下げる
プラスチック部品は射出成形によって作られる。射出成形機から金型にプラスチックが射出されると、ある場所では熱くなり、ある場所では冷える。つまり、金型には温度差のあるホットスポットがあるわけだ。それを冷やさないと、プラスチックはある場所では熱くなりすぎ、別の場所では十分に熱くならない。その結果、プラスチックが収縮したり、ゆがんだりするなどの問題が発生します。金型を素早く冷却することで、ホットスポットを適切な温度まで冷却することができます。これにより、プラスチックはより均一に冷却される。また、プラスチック部品内部の応力も少なくなります。これによって、プラスチック部品のゆがみを止める時間が増えるのです。

2.冷却のスピードアップ
プラスチックが金型内に逆流すると、射出成形金型の熱はプラスチックの流れ方向に沿って徐々に放熱していく。そのため、流れの前の部分は長軸に沿って収まらなくなります。そう思いますか？後半部分は徐々に冷えて固まります。射出成形の冷却システムは、適時に金型温度の広がりを大きくし、温度分布を均一にし、冷却速度を速めることができます。これにより、プラスチックの成形が早くなり、型開きのサイクルが短縮され、生産効率が向上します。

3.変形を避ける
射出成形後、プラスチック部品が不均一に冷却されると、プラスチック部品内部に応力が発生し、変形や破裂の原因になります。射出冷却を通じて、プラスチック部品の内部温度を均一にし、内部応力を低減することができ、プラスチック部品の変形を避け、製品の安定性と信頼性を向上させることができます。

2.5.2 最終製品への冷却速度の影響

射出冷却は、射出成形部品の寸法精度を管理する方法です。射出成形工程では、金型に射出された後、溶融プラスチックは急速に冷却され固化します。冷却工程は射出成形部品の寸法安定性にとって非常に重要です。冷却システムを適切に設計することで、射出成形部品は冷却過程で均等に収縮し、最終製品の寸法精度が要求を満たすようになります。
射出成形の冷却は、射出成形品の性能と品質に大きな影響を与える。

射出成形部品の性能は、その結晶化構造や分子鎖配向などの因子と密接に関係していることが多く、これらの因子は射出成形部品の冷却速度と関係している。射出成形品の冷却速度を制御することにより、射出成形品の結晶化度や分子鎖配向を調整することができ、機械的特性、耐熱性、耐薬品性などを向上させ、射出成形品の内部応力を低減し、総合的な性能を向上させることができます。 品質

2.6 成形品の射出

射出成形機の射出原理は、射出成形された製品を機械的な力または空気圧によって金型から排出し、さらに加工することである。一般的に、機械的な射出機構は、鋼球、ばねまたはシリンダーを介して射出板を駆動し、製品を射出するために使用されます。

2.6.1 よくある問題と解決策

1.排出力が小さすぎる、または大きすぎる
射出力が小さすぎると、製品が金型から射出されません。射出力が大きすぎると、製品が破損したり変形したりすることがあります。この場合、射出力、エア圧、射出機構を調整する必要があります。

2.製品が金型に付着する
製品が金型に付着する場合は、金型の冷却が不十分か、射出時間が短すぎることが考えられます。射出時間を長くするか、冷却を改善する必要があります。

3.製品の不完全排出
製品の一部しか排出されない場合は、排出力を強め、機械構造や排出シリンダーが正常かどうかを確認する必要があります。

Ⅲ.射出成形の応用

射出成形は、様々な分野で広く使われている一般的なプラスチック加工方法である。溶融したプラスチックを金型に注入し、冷却固化して目的の形状にすることで、プラスチック製品を製造する。射出成形は、成形速度が速く、生産効率が高く、製品の精度が高いという利点がある。そのため、自動車、電子機器、家電製品、医療機器などの分野で広く使われている。

1.自動車産業
射出成形は、ダッシュボード、ドアパネル、センターコンソールなど、複雑な形状のプラスチック部品の製造に使用されます。部品の品質、外観、性能に対する自動車業界の要求を満たし、生産コストが低いため、自動車メーカーに好まれている。

2.エレクトロニクス産業
エレクトロニクス製品がますます良くなるにつれて、そのケースに対する要求もどんどん高くなっている。 射出成形 は、携帯電話やコンピュータのキーボードなどの電子製品のための繊細で高精度なケースを作ることができます。エレクトロニクス業界が求める外観品質、部品精度、生産効率に対応し、エレクトロニクス製品のさらなる高性能化に貢献します。

3.家電産業
通常、家電製品には耐久性と見栄えが求められますが、射出成形ではそれが可能です。射出成形は、洗濯機のシェルや冷蔵庫のハンドルなど、複雑な形状や構造の家電製品を作ることができる。射出成形は、家電製品の品質と機能を向上させ、競争力を高めることができる。

4.医療機器産業
医療機器は本当に安全で清潔でなければなりませんが、射出成形ならそれが可能です。射出成形は、注射器や点滴セットなど、医療機器の基準を満たす製品を作ることができます。射出成形は、医療機器の品質と機能を高め、患者の健康を維持することができます。

Ⅳ.プラスチック射出成形の利点と欠点

4.1 利点

1.高い生産効率
射出成形工程は高度に自動化され、労働力への依存を減らし、生産効率を向上させることができる。

2.高精度と優れた再現性
射出成形工程における温度、圧力、速度などのパラメーターの精密な制御により、製品は高い寸法精度と優れた再現性を持ち、大量生産に適している。

3.幅広い適用性
射出成形は、熱可塑性材料、熱硬化性材料、ゴムなど、さまざまな材料の加工に適しており、多様な製品ニーズに応えることができる。

4.省エネルギーと環境保護
射出成形機は通常、電気を動力源としており、従来の機械よりも省エネで環境に優しく、廃材もリサイクルできる。

5.コスト優位性
射出成形は大量生産に適しており、単一製品のコストを下げることができる。

4.2 デメリット

1.金型は高価である
射出成形は精密な金型が必要なので、最初にお金をかけなければなりません。

2.長い処理サイクル
射出成形は冷却して成形する必要があるため、時間がかかる。これは効率に影響し、工程が長くなる。

3.高い技術要件
射出成形には熟練したオペレーターと技術的知識が必要です。また、メンテナンスや修理も難しい。

4. 適用範囲の制限
射出成形では複雑なものや大きなものは作れない。小さなものを作るのに適しています。

結論

ヨ、だからそれをチェックしろ。世界のプラスチック射出成形市場はさらに拡大する。2023年の456万トンから2028年には595万トンになるはずだ。その主な理由は 射出成形市場 射出成形を自動車に使いたいと思う人が増え、包装に使いたいと思う人が増えたからだ。また、物を買いたい人が増え、電化製品を買いたい人も増えている。だから射出成形市場は伸びている。しかし、射出成形市場に参入するにはコストがかかる。だから射出成形市場はそれほど急成長していないのだ。

しかし、より軽量で電気自動車を作ろうという動きや、ヘルスケアにおける新たな用途は、プラスチック射出成形市場の成長にさらなる光明をもたらす可能性がある。プラスチック射出成形は、バルク包装から薄肉容器やボトルの金型まで、さまざまなソリューションを提供している。これらのソリューションは、様々なエンドユーザー産業で包装目的で広く使用されている。汎用性の高いパッケージング・ソリューションを提供するだけでなく、プラスチック消費量を削減し、経済的にも環境的にも理想的であることが証明されている。