射出成形

射出成形：精密さと効率性を両立する成形技術

射出成形は、プラスチックや合成樹脂を加工する代表的な技術です。インジェクション成形とも呼ばれ、溶融した樹脂を金型に高圧で射出して成形品を作る方法です。金属鋳造と似た工程を持つ一方、樹脂の特性を考慮した温度や圧力管理が求められる高度な技術です。

射出成形の特徴：高圧と精密な温度管理

射出成形では、熱可塑性樹脂を主に使用します。まず樹脂を加熱して軟化させ、射出圧（10～3000 kgf/cm²）を加えて金型に押し込みます。金型は、凸部（雄型、コア）と凹部（雌型、キャビティー）で構成されており、キャビティーが固定側、コアが可動側となるのが一般的です。

金属鋳造と比較すると、射出成形は比較的低い温度（180～450℃）で高圧下で行われます。金属鋳造は低粘度の液状金属を低圧で充填するのに対し、射出成形は樹脂の高温への耐性の低さから温度管理がより重要になります。ダイカストも高圧で溶融材料を金型に圧入する点で類似しますが、樹脂射出成形は素材の特性から個別の技術分野として扱われます。

熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂の射出成形

熱可塑性樹脂の射出成形では、樹脂を融点またはガラス転移温度より50～150℃高い温度に加熱します。これは、樹脂の粘度を下げ、金型への充填を容易にするためです。しかし、約200℃を超えると分子鎖の酸化分解が始まるため、温度管理が成形品質に大きく影響します。高速・高圧充填が必要な一方、数秒～数十秒で成形できる短サイクルという利点があります。

熱硬化性樹脂の射出成形では、まず樹脂を50℃程度に加温して流動性を高め、その後、高温の金型（約150℃）に充填して硬化させます。熱硬化性樹脂は融体状態の粘度が低いため、高い充填圧力は不要です。半導体封止など精密な成形に利用されていますが、硬化に時間がかかるため、サイクル時間は数分と長くなります。

特殊な射出成形技術

射出成形は、多様なニーズに対応するため、様々な特殊な技術が開発されています。

多色成形: 異なる色や材質の樹脂を同時に射出成形する技術です。PCのキーボードや歯ブラシなど、複数の色を必要とする製品の製造に利用されています。
モールド成形: 金型内に金属シートなどを入れ、その上に樹脂を射出成形する技術です。
* 金属粉末射出成形 (MIM): 金属粉末と樹脂の混合物を射出成形する技術で、金属部品の精密な製造に用いられています。

射出成形工程

射出成形は、以下の工程から構成されます。

1. 型締工程: 金型を閉じて、樹脂の漏れを防ぎます。
2. 射出工程: 溶融樹脂を高圧で金型に射出します。
3. 計量工程・冷却工程: 樹脂を計量し、金型内で冷却して固化させます。多くの場合、同時に行われます。
4. 型開工程: 金型を開いて、成形品を取り出します。
5. 取出: 成形品を取り出します。

近年では、ホットランナーシステムの導入により、材料の無駄を削減し、効率性を向上させる取り組みが盛んに行われています。ホットランナーは、射出ノズル内にヒーターを内蔵し、樹脂の温度を維持する機構です。

主要な射出成形機メーカー

射出成形機は、様々なメーカーから提供されています。国内外問わず、多くの企業が独自の技術を開発し、高性能な機械を製造しています。代表的なメーカーには、住友重機械工業、ハスキー株式会社、日精樹脂工業、ファナックなどがあります。

射出成形は、精密さと効率性を兼ね備えた技術であり、現代社会における様々な製品の製造に不可欠な存在です。今後も、省エネルギー化や高機能化に向けた技術開発が期待されます。

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