金型を使った樹脂成形の基礎と応用技術

ものづくりプレス

2024-10-07

金型とは、樹脂を特定の形に成形するために使用される金属製の型です。これを利用して、溶かした樹脂を注入し、冷却して固まることで、様々な製品や部品が作られます。例えば、ハート型の金型に溶かしたチョコレートを流し込んで冷やすと、ハート型のチョコレートができるように、金型は成形の元となる重要な要素です。
樹脂成形では主に「射出成形」という技術が使われます。この技術は、加熱によって柔らかくなった樹脂を、部品や製品の形状に合わせて作られた金型に高圧で注入し、冷却・硬化させることで製品を作る工程です。チョコレート作りの例と同様に、射出成形においても一度金型を作ることで、同じ形の製品を何度も効率的に製造できます。
金型の製作には高い初期コストがかかりますが、一度作成すると大量生産が可能になるため、コストパフォーマンスの高い製造方法です。特に、精密なパーツや均一な製品の大量生産が求められる分野では非常に重要な役割を果たしています。本記事では、金型の設計や構造、加工方法、さらに金型を使用した樹脂成形の応用技術について詳しく解説していきます。

金型の設計・構造

樹脂の射出成形において、金型の設計は非常に重要です。なぜなら、成形された製品は、金型の設計や製作精度に大きく依存するためです。金型の構造が不十分だと、製品に不具合が生じる可能性が高まります。そのため、金型は高精度で設計・加工される必要があります。設計の際には、製品の形状やサイズ、使用される樹脂の特性、さらには生産速度や量産効率も考慮されます。
金型の素材選びも非常に重要です。射出成形では高温で溶かした樹脂を高圧で金型に注入します。そのため、金型は高温に耐え、かつ長期間の使用に耐えうる耐摩耗性を持つ素材でなければなりません。一般的には、合金工具鋼や高速度工具鋼、超硬合金、セラミックといった高耐久性のある金属が使用されます。これにより、長寿命で効率的な生産が可能となります。
金型には複雑な冷却システムも組み込まれることが多く、これにより射出後の樹脂が迅速に冷却され、効率よく固化します。この冷却システムは製品の寸法安定性や品質を左右するため、設計段階での慎重な検討が必要です。

金型を使用した加工方法

金型を使用した樹脂成形にはさまざまな加工方法が存在し、製品の用途や要件に応じて最適な方法が選ばれます。以下に代表的な成形技術をいくつか紹介します。

1. インサート成形

インサート成形とは、金属部品や他の異素材を金型に挿入し、その上にプラスチックを射出する方法です。これにより、異なる材料を一体化させた製品を作り出すことができます。例えば、金属部品に樹脂をコーティングすることで、強度と軽量性を兼ね備えた製品が作られることが多く、自動車部品や電子機器のケースなどで広く使われています。

2. インモールド成形

インモールド成形は、デザインが施されたフィルムを金型内にセットし、その上に樹脂を射出することで、製品表面にデザインを転写する技術です。この技術により、高品質な表面仕上げやカラフルなデザインを持つ製品を大量に製造することが可能となります。家電製品の筐体やスマートフォンケースなど、デザイン性が求められる製品に多く使用されています。

3. インジェクションブロー成形

インジェクションブロー成形は、射出成形とブロー成形を組み合わせた技術です。射出成形で製品のベースを作り、ブロー成形でそのベースを膨らませて最終的な形状を得ることができます。これにより、複雑な形状を持つ中空製品が低コストで製造されます。この技術は、ボトルやタンクなど、軽量でかつ強度の必要な製品に適しています。

金型の種類

金型にはさまざまな種類があり、製品や用途に応じて適切な金型を選択することが重要です。以下に代表的な金型の種類を説明します。

①. 2プレート金型

2プレート金型は、最も基本的でシンプルな構造を持つ金型です。「固定側型板」と「可動側型板」の2つのプレートから構成され、射出成形時には、固定側に樹脂が注入され、可動側が開閉して製品を取り出します。2プレート金型はそのシンプルな構造から多くの成形現場で広く使われ、特に大量生産に向いています。例えば、たい焼き器のように、両側のプレートに成形材料を流し込んで閉じることで、製品が完成します。

②. 3プレート金型

3プレート金型は、2プレート金型に「ランナーストリッパープレート」を追加した構造を持つ金型です。射出成形後、成形品の周りに「ランナー」と呼ばれる不要な部分が発生しますが、3プレート金型では、このランナーを自動的に除去する機能があります。これにより、後工程での手作業が減り、作業効率が向上します。複雑な形状の製品や精密部品の製造に適しています。

金型の選択と樹脂成形技術の活用

金型の選択や射出成形技術の活用は、製品の品質や製造効率に大きく影響します。各技術や金型の特性を理解し、製品の用途や必要な性能に応じて最適な技術を選ぶことが、成功への鍵です。高精度の金型と最適な成形方法を組み合わせることで、効率的かつ高品質な製品の大量生産が可能となり、製造コストの削減にもつながります。
樹脂成形は日常生活の多くの製品に応用されており、その可能性は無限大です。