薄肉射出成形

薄肉射出成形の製造と設計ガイド

薄肉射出成形とは？

薄肉射出成形は、薄肉部品を製造するための射出成形技術である。

薄肉射出成形技術は薄肉プラスチック射出成形技術とも呼ばれる。その定義は3つある：

成形品の厚みが1mm未満で、プラスチック部分の投影面積が50cm²以上。

成形品の肉厚が1mm(または1.5mm)以下、またはt/d(円板状のプラスチック部品の場合は、プラスチック部品の肉厚t、プラスチック部品の直径d)が0.05以下であること。射出成形は薄肉射出成形とする。

金型の主流路から最終製品の最遠点までの流路長Lを製品の肉厚tで割ったものを流路長／肉厚比という。L/t＞150の場合を薄肉射出成形という。工程の肉厚が一定でない場合は、分割して計算することができます。

PPの粘度係数は1、使い捨て弁当箱の流動長は135mm、肉厚は0.45mm、流動長／肉厚比は300＞150、PCの粘度係数は2、携帯電話電池外殻の流動長は38mm、肉厚は0.25mm、流動長／肉厚比は152、これに粘度係数2＝304＞150を掛けると、使い捨て弁当箱の流動長に相当する。いずれも薄肉射出成形に属する。

薄肉射出成形の原理とは？

金型キャビティ壁面は低温であり、溶湯が金型キャビティに充満すると、金型キャビティ壁面に凝固層が形成され、流路の厚みが減少する。この状況は、壁の厚さが薄いほど深刻になる。

薄肉射出成形の原理には、主に次のような側面がある：

1.射出速度が速い：

薄肉射出成形では、高温の溶融プラスチック材料を短時間で金型に射出する必要があり、通常、射出速度を速くするために高圧射出機と高速射出キャビティを使用する必要がある。

2.急冷凝固：

薄肉射出成形品の肉厚の均一性と寸法安定性を確保するためには、射出後の急冷凝固が必要である。通常、急冷凝固を実現するために冷却装置や急速型開装置が使用されます。

3.適切な射出成形材料：

薄肉射出成形では、材料が急速射出と急速冷却の間に所望の効果を達成できるように、流動性が良く、固化が速いプラスチック材料を選択する必要がある。

射出フロープロセス

1mm肉厚は0.2mm厚の固化層があり、残りの流路は0.6mm厚。0.5mm肉厚の場合、固化層の厚さは0.2mm、残りの流路の厚さは0.1mmです。充填が完了しない場合、固化層の厚みが厚すぎるために流路がなくなると、完成品の充填が不十分となる。

そのため、薄肉射出成形では、ホットメルト樹脂材料を短時間で金型内に射出し、素早く冷却固化させて薄肉の樹脂製品を製造する必要がある。

薄肉射出成形の原材料選択ガイド

薄肉射出成形材料を選択する原則は、主に良好な流動性、高い耐衝撃性、高い熱安定性、低い配向性、優れた寸法安定性などである。

現在一般的に使用されている薄肉射出成形材料は、ポリプロピレン（PP）、ポリカーボネート（PC）、アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン（ABS）、PC/ABSブレンド、PA6などである。

高い熱安定性：

薄肉射出成形部品は、ある一定の温度で使用されることが多いため、原料は熱安定性に優れ、変形や老化を避けるために高温環境下でも安定した物理的・化学的特性を維持できる必要がある。

低い指向性：

薄肉射出成形部品は、異なる方向で製品の一貫した性能を確保し、方向性の違いによる性能のばらつきを避けるため、原材料の方向性に対する要求が低い。

優れた寸法安定性：

原材料は、薄肉射出成形部品が加工中や使用中の寸法変化が小さく、要求精度を満たすように、寸法安定性が良いものでなければならない。

流動性：

薄肉射出成形では、薄肉部を充填するために、原料に良好な流動性が要求される。流動性の良い材料は、射出成形工程で薄肉プラスチック部品が完全に充填されるようにし、ボイドや不完全な充填を避けることができる。PPプラスチックのメルトインデックス（MI）は、BasellのMoplen RP1086のように60（g/10min）と高い。多くの完成品にPS/ABSが使われるのは、PCの強靭さとABSの流動性が要求されるためで、薄肉射出成形にも適している。

高い耐衝撃性：

薄肉射出成形では肉厚が薄くなるにつれて、製品の強度を維持するために、より優れた物性を持つプラスチックが必要となります。

薄肉射出成形金型製造ガイド

薄肉射出成形用金型の製造工程では、以下の点に注意する必要がある：

金型鋼材の選択

薄肉射出成形金型の製造工程では、高強度、高剛性、高耐摩耗性、高耐食性の材料を選択する必要がある。一般的に使用される材料は、高品質の合金鋼、ステンレス鋼などである。

金型構造設計

薄肉射出成形金型の構造設計は、射出成形機のテンプレートのように合理的でなければならない。金型のテンプレートは変形を減らすために厚くなければならない。高速射出成形には、良い排気が必要である。十分な排気溝、通気性のある金型鋼、真空引きなどの方法がある。

金型加工技術

薄肉射出成形金型の加工技術は、各部品の寸法精度と表面品質を確保するために精巧でなければならない。金型の加工精度は、円周または4つの壁の厚さを均一にするために非常に高くなければならない。

金型の組み立てとデバッグ

金型の組み立てとデバッグは、薄肉射出成形金型の生産における重要なリンクの一つであり、マルチキャビティ金型に対する要求はより高い。金型には射出装置とブロー装置が装備され、脱型後の完成品の落下を促進し、直ちに金型を閉じます。

なぜ薄肉射出成形を使うのか？

プラスチックのコストは通常、50-80%のような完成品コストの大きな割合を占める。薄肉化はこの割合を減らすのに役立ちます。携帯電話、デジタルカメラ、ハンドヘルド・コンピューターなどの民生用電子機器が小型軽量化するにつれて、プラスチック部品はより薄く設計されるようになっています。

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① 軽量化:薄肉射出成形は、材料の使用量を減らして軽量な部品を生産することができるため、航空宇宙、自動車、医療産業など、重量が重要な要素となる用途に最適です。

② コスト削減:より少ない材料で薄肉射出成形を行うことで、生産コストを削減することができます。

③ 生産速度の向上:薄肉射出成形機は、従来の成形機よりも高速で部品を生産できるため、大量生産には魅力的な選択肢となる。

④ 部品の一貫性の向上:薄肉射出成形は、安定した部品品質を保証し、シュリンクのリスクを低減します。

薄肉射出成形の用途は？

薄肉射出成形技術は多くの分野で広く使われている。ここでは、薄肉射出成形の一般的な用途を紹介します：

① 食品包装
薄肉射出成形技術は食品包装の分野で広く使われている。薄肉射出成形は、プラスチックボウル、プラスチックボックスなど、密封性と保存性に優れた食品包装容器の生産に使用できる。薄肉射出成形は生産速度が速く、効率が高いため、大量生産が可能で、食品包装業界の生産効率と製品品質に対する要求を満たすことができる。

② 電子製品ハウジング
薄肉射出成形技術は電子製品筐体の製造にも広く使われている。薄肉射出成形は、携帯電話の筐体、テレビの筐体など、薄くて丈夫な電子製品の筐体を製造するために使用することができます。薄肉射出成形の高い精度と寸法安定性は、電子製品ハウジングの外観品質と寸法精度の要求を満たすことができます。

③ 自動車部品
薄肉射出成形技術は自動車部品製造の分野でも広く使われている。自動車内装部品、自動車ランプなどの軽量、高強度の自動車部品は薄肉射出成形で生産できる。薄肉射出成形の急速冷却と硬化、高効率は、自動車部品の生産効率を向上させ、生産コストを削減することができる。

④ 医療機器
薄肉射出成形技術は、医療機器製造の分野でも重要な用途がある。薄肉射出成形は、注射器や輸液セットなど、生体適合性に優れ、洗浄が容易な医療機器の製造に使用できる。薄肉射出成形の高い精度と寸法安定性は、医療機器の外観品質と寸法精度に対する要求を満たすことができる。

薄肉射出成形技術は、薄肉部品を製造するための重要な射出成形技術である。射出速度が速く、冷却と固化が速いため、優れた性能を持つ薄肉プラスチック製品を生産することができる。薄肉射出成形技術は食品包装、電子製品筐体、自動車部品、医療機器などの分野で広く使われている。科学技術の進歩と工程の改善により、薄肉射出成形技術はより多くの分野に応用され、各産業の発展に貢献する。