この記事では、射出成形部品の製造を決定する際の参考となるよう、射出成形のメリットとデメリットを詳しく分析します。
射出成形とは？
射出成形は、射出と成形を組み合わせた成形方法です。実施には射出成形機、プラスチック原料、射出金型などの設備が必要です。
一定の温度で溶融した複数のプラスチック材料をスクリューで攪拌し、金型キャビティに高圧で射出した後、冷却・硬化させて成形品を得る。
この方法は複雑な形状の部品の大量生産に適しており、重要な加工方法のひとつである。
射出成形プロセス
射出成形の製造工程は、大きく次の6段階に分けられます。
(1) 型締め
(2) 射出
(3) 保圧
(4) 冷却
(5) 型開き
(6) 製品の取り出し
以上の工程を繰り返し、バッチサイクルで製品を製造する。
なぜ射出成形なのか？
射出成形は高速かつ効率的で、自動化が可能です。多様な色から選択でき、単純形状から複雑形状まで、大小さまざまな寸法に対応します。製品寸法は正確で、製品の更新も容易であり、複雑形状の部品も製造できます。
(1)複数のプラスチック材料を成形する際の溶融可塑化と流動造形をそれぞれバレルと金型キャビティで行うため、金型は常に溶融物を縮合または架橋させた状態にして素早く硬化させることができ、成形サイクルの短縮に寄与する。
（2）成形時には、金型を閉じた後に溶融樹脂を射出します。流動性の良い溶融樹脂は金型キャビティをほとんど摩耗させないため、1組の金型で大量の射出成形品を生産できます。
(3) 成形品を自動で取り出せる場合は特に、1人の作業者が2台以上の射出成形機を管理できることが多く、さらに多くの機械を管理できるため、必要な人員は比較的少なくなります。
（4）金型閉鎖、プラスチック材料の投入、可塑化、射出、金型開放、離型などの全成形工程が射出成形機の動作で完了するため、射出工程を容易に完全自動化し、プログラム制御を実現できます。
（5）射出成形工程では高圧がかかるため、複雑な形状、鮮明な表面模様や表示、高い寸法精度を備えたプラスチック部品を成形できます。
(6)コ・インジェクションは2種類以上の材料を成形することができ、表皮が硬い材料、発泡心を持つ材料、熱硬化性プラスチック、繊維強化プラスチックなどを効果的に成形することができる。
成形は精密な金型と精密な油圧システムで行うことができ、マイコン制御を使用することで、高精度の製品を得ることができる。
（7）生産効率が高く、2組の金型に数十から数百のキャビティを設けられるため、1回の成形で数十から数百個のプラスチック部品を製造できます。
(8) 成形品は少量のトリミングだけで使用でき、射出成形工程で生じるスクラップは再利用できるため、射出成形時の原材料廃棄はごくわずかです。
（9）射出成形には複数のプラスチック材料を同時に使用して1部品を製造できる利点があります。例えばTPUまたは金属インサートとプラスチック部品の成形も可能です。
射出成形プロセスの利点
(1) 品質管理が容易：同一ロットで非常に高い表面精度と極めて小さい形状誤差を実現できます。
射出成形は再現性の非常に高い工程です。つまり、生産された2番目の部品は1番目の部品と同じになります。大量生産における製品の一貫性と部品の信頼性を優れた水準で管理できます。
(2) 加工コストが低い：初期金型費は高額ですが、部品1個当たりのコストは低くなります。射出成形の主な利点は、生産規模の拡大に集中できることです。
機械と金型の準備が整えば、生産時の製品単価は非常に安くなる。生産する部品が増えれば、価格は劇的に下がる。
(3) 大量生産に適する：一般に大量生産向けであり、射出成形プロセスは複雑な形状の製品を大量生産する分野などに適しています。
(4) 生産効率が高い：射出成形の一般的な生産サイクルは1型当たり30s～60sです。労力はほとんど、またはまったく必要なく、射出成形機のパラメーターを調整すれば、手作業による頻繁な再調整なしで連続生産を維持できます。
射出成形プロセスの欠点
(1) 初期投資コストが高い：高速な生産射出を行う射出成形には、射出成形機、射出成形設備、射出金型、その他の補助設備などが必要です。
射出成形機と射出成形金型のコストは比較的高く、初期投資が大きいため、小ロットには適していません
そのため、少量のプラスチック部品の生産には適さない。
(2)設計要求が高い：部品を大量生産する場合、最初に設計が正しいことを確認する必要があります。設計上の問題で後で金型を変更する必要がある場合、金型変更のコストも比較的高くなります。
(3)要求される技術が高い：成形品の品質は様々な要因によって制限されるため、技術的な要求が高くなり、習得が難しくなる。
射出成形機のオペレーターには高度な操作技能が求められ、一般に5～10年の経験が必要です。
金型設計と生産担当者の技術経験要件が高く、一般的に5〜10年の経験も必要です。
(4) 長い量産前リードタイム：射出成形の主要装置は金型ですが、金型設計、各種金型製造技術、金型試作のサイクルは非常に長く、量産開始まで時間がかかります。
製品アイデアのサイズや構造にもよるが、射出成形金型を作るには通常25～40日かかる。
金型完成後、サンプル製作段階で射出成形機のパラメータを数回調整し、高速量産に最適な射出成形条件へ到達する必要があり、これにも時間がかかります。
(5)冷却条件に制約があるため、肉厚でばらつきの大きい樹脂部品の成形が難しくなる。
（6）射出成形の欠点：初期費用が高い — プラスチック射出成形の主な欠点は、非常に高価な射出成形金型、射出成形機、その付帯設備です。リードタイム — 製品構想から最終部品まで、設計、レビュー、試験、金型製造に数か月かかる場合があります。
射出成形に関する考察
射出成形で部品を生産する前に、次の点を検討してください：
(1) 財務上の考慮事項 初期費用：射出成形品の生産準備には多額の初期投資が必要です。この重要点を事前に把握しておくことが最善です。
(2) 生産数量 生産する部品数を決定します。射出成形による製造は、最も費用対効果の高い製造技術です。
投資によって得たい部品の数を決める（設計、テスト、生産、組み立て、マーケティング、流通にかかるコストと、予想される販売価格帯を考慮する）。
(3) 設計上の考慮事項 部品設計：早い段階で製品形状を簡素化し、部品点数を最小限に抑えることでメリットが得られます。
金型設計：金型を設計する際には、製造時に発生する可能性のある不具合を事前に考慮する。ゲートの位置を検討し、Solidworks Plasticsなどの金型流動ソフトを使ってシミュレーションを行う。
(4) 生産上の考慮事項 サイクルタイム：サイクルタイムを可能な限り短縮します。技術的に高度なツールを使用してください。小さな変更でも大きな効果があり、数百万個を生産する場合、サイクルタイムを数秒短縮するだけで大幅なコスト削減につながります。
(5) 組立 組立作業を最小限に抑えるよう部品を設計します。主な理由は、射出成形工程では単純な部品でも組立コストが依然として比較的高いためです。製造工程の組立プロセスを最適化できれば、多くの人件費を削減できます。
射出成形の品質に影響を与える要因
(1) 射出圧力：射出圧力が必要なのは、溶融樹脂の流動過程で生じる抵抗を相殺するためです。言い換えれば、射出成形機の圧力で流動抵抗を除去し、円滑な充填環境を確保します。
(2) 射出時間：適切な射出時間は溶融樹脂の理想的な充填に役立つとともに、製品の表面品質向上と寸法公差の低減に非常に重要です。
(3) 射出温度：射出温度は適切な範囲に制御する必要があります。低すぎると溶融材料の可塑化が不十分になり、成形品の品質に影響して加工が難しくなります。高すぎると原料が分解しやすくなります。
概要
大量生産のプラスチック射出生産プロジェクトを計画しているなら、射出成形の採用を検討してください。検討すべき重要な提案をご紹介します。
(1) プラスチック金型の製造前に、経験豊富な製品デザイナーと射出金型設計エンジニアが製品の外観設計と構造設計を最適化する必要があります。設計や構造の不備による後工程での金型修正費用を防ぐためです。
(2)正式な射出成形金型製造の前に、組立試験および機能試験用としてCNC試作または3Dプリンティング試作を行うことを推奨します。
(3) 製品設計、射出金型設計、金型製造、射出成形機の調整、品質検査の各エンジニアに加え、英語に堪能な営業担当者を複数擁する会社を選び、技術、品質、コミュニケーションの各面でプロジェクトを円滑に進められるようにします。
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