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機械設計エンジニアの基礎知識 | 設計・3DCAD・製図・金型等

射出成形と押し出し成形

金型と成形機械によりプラスチック材料を成形し製品を作り上げます。材料としてはプラスチックのペレット(円柱状の小さな粒)や配合剤が使われます。

 

 

金型は溶融したプラスチックを流し込む鋳型で、流し込まれたプラスチックは金型の中で冷やされて固化します。冷えたプラスチックは金型から外します。

 

射出成形はプラスチック成形の中で最も多く使用されている方法です。その理由は金型さえ作れば、複雑な形であっても同じものを大量に作ることができることです。射出成形では金型を変えることにより小さなものから大きなものまで非常に多種類の製品が作られています。

 

プラスチック成形の中で射出成形に次いで多くの製品が作る方法として「押し出し成形」と「ブロー成形」があります。押し出し成形の場合は通常装置が大がかりになり、また各種の添加物と混練するなどのため、材料メーカーなどの大きな会社で作られることが多いです。

 

以下に成形法を解説します。

 

射出成形

200℃前後の高い温度でプラスチックを溶融して、それを金型の中に押し込み、その後で冷やして固めるものです。射出成形機は大きく2つの装置から成ります。融けたプラスチックを押し込む注射器のような装置を「射出装置」、金型が開かないように締め付けておく装置を「型締め装置」といいます。

 

 

 

射出装置は、注射器のような「射出機構」とプラスチックを融かす「可塑化機構」から成り、型締め装置は、金型を開閉して締め付ける型締め機構とできた製品を取り出す突き出し機構があります。

 

 

プラスチックを融かす方法としては、スクリューというねじを使う方法が一般的です。金属の丸い管(シリンダー)の外側にヒーターを巻いて加熱します。プラスチックのペレットをこの管の中に入れ、スクリューを回転させると、ねじ溝に沿ってペレットが先端に送られて行き、熱せられて融けます。スクリューを反時計回りに回すと、融けたプラスチックがシリンダー前方に溜まっていきます。

 

 

次に金型を型締め装置で締め付けます。そしてノズルというシリンダーの先に付いた注射器の出口の部分を金型の入口の穴に強く押し付けます。スクリューを押すと、溜まったプラスチックが金型に押し込まれ、冷やされて固まります。プラスチックは固まるときに収縮するので、全部入れ終わった後も融けたプラスチックを少し補充しておきます。

 

 

射出成形時の圧力は2,000kgf/cm2、金型の部分の圧力は200〜500kgf/cm2です。金型には簡単に開かないように150トン程度の型締め力が必要です。大型の金型は重さ50トンにもなり、成形する機械の型締め力は3,000トン程度になります。射出成形は精度の高い製品が効率よく生産できることが特徴です。しかし、機械も金型も非常に高価なものになります。したがって大量生産に向く方法です。

 

金属とプラスチックの混合した製品では、まず金属の部分を金型に入れておき、その周囲にプラスチックを射出成形します。この方法をインサート成形といいます。

 

押し出し成形

押し出し口(ダイ)の部分からプラスチックが押し出されて出てくるので、押し出し成形と呼ばれています。塩化ビニル製のパイプなどが代表製品です。ダイは金型の一種で、断面形状は丸い形や四角い形など製品の形状に合わせていろいろあります。

 

 

原材料は射出成形で使われるペレットではなく、プラスチックの粉が使われることが多いです。押し出し口から出たばかりの成形されたプラスチックは、まだ冷え切っていなくて変形しやすいので、変形を抑えるためにサイジングという工程を押し出し後にします。

 

洗濯機についている蛇腹のあるパイプも押し出し成形で作れます。これは押し出し後に圧縮空気を送りながらキャタピラーに押しつけて成形します。また、押し出し穴を工夫し、ダイの内側と外側に穴をあけておき、内側と外側のダイを互いに回転させて押し出すことにより、ミカンを入れるネットなどに使われる網目状のネットが作られます。

 

Tダイ押し出し

JISでは厚さ0.25mm以上のものをシート、それ以下のものをフィルムと呼びます。押し出し口のダイは細長い形状のものが使われます。押し出し方向に対してT字状に拡がるのでTダイ押し出しと言われています。
巻き取り速度を速くして、シートを長さ方向に引き延ばす工程を延伸といいます。プラスチックは長手方向に延ばすことで強度が増します。流れの一方向だけでなく左右の方向にも引き延ばす二軸延伸と呼ばれる工程を通すと、長さ方向やその直角方向の両方に強いフィルムを作ることができます。

 

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