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教えて!三恵のモノづくり
教えて!三恵のモノづくり
私たちの身の回りには、プラスチックで作られた製品がたくさんあります。
ここでは、プラスチックの製品がどのようにして作られるのかを解説しながら、
三恵のモノづくりをわかりやすくご紹介します。
射出成形編
材料はどんなものがあるの?
プラスチックの材料を大別すると、熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂の2つに分類されます。
熱可塑性樹脂
熱可塑性とは、熱を掛けると変形し熱を取ると固まる、そして再び熱を掛けるとまた変形する性質をいい、その特性を持った樹脂を熱可塑性樹脂といいます。チョコレートと同じような性質です。身の回りにあるプラスチックのほとんどがこのプラスチックであると考えても良いと思います。
熱硬化性樹脂
熱を掛けると硬くなり、一度固まってしまうと再び熱を掛けても柔らかくならない性質を持っている樹脂です。クッキーと同じような性質で良く例えとして利用されます。身近な製品としては、電気部品や灰皿など耐熱性が必要な部品に使用されています。
熱可塑性樹脂の種類
材料の種類としては様々で、製品に必要な物性に合わせて改質されている為、種類やグレードとなるとものすごい種類があります。 その中でも最も一般的な材料として弊社内でも多く使用しているPP(ポリプロピレン)・PE(ポリエチレン)・ABSについて紹介します。 これらの樹脂は、自動車・家電部品・生活用品などで幅広く利用されています。
材 料
材料
PP(ポリプロピレン)
PP(ポリプロピレン)
ABS
ABS
PE(ポリエチレン)
ポリエチレン
射出成形って?
射出成形とは、プラスチックを加工する方法の中で、最も一般的な方法です。
材料は、ペレットと呼ばれる粒状のプラスチックで、これを射出成形機の高温なスクリューシリンダ内で溶融(溶かした)状態にします。これを金型内へ一気に流し込み、冷却することで成形品となります。
射出成形
射出成形以外のプラスチックの成形方法としては、ブロー成形や押し出し成形があります。
ブロー成形 押出成形
成形機上部からパリソンと呼ばれる樹脂を落としてきます。それを金型で挟み込み、パリソン内部へ空気を流し込んで膨らませることで、成形を行います。ペットボトルやジュースの容器等がブロー成形品です。
成形機のシリンダから一定の速度と圧力で貫通している金型へ樹脂を押し込んでいき、一定形状の断面の製品を連続して成形する方法です。
金型ってどんなもの?
金型とは、射出成形機に取り付ける金属製の型のことをいいます。
金型は、主に固定型と可動型の2つから構成され、2つの型をあわせたときにできる隙間をキャビティと呼びます。(覚えておいて下さい)この部分が製品形状となるのですが、この中へ高温で溶融した状態の樹脂を流し込んで、金型に熱を吸収させながら冷やして固めることで製品が完成します。つまり、金型とは製品形状そのものであり、射出成形を行うのに無くてはならないとても重要なものなのです。
金型の構造
金型の構造
[製品突出]
製品突出
射出成形の痕跡を探す上で重要な金型の機構について説明します。
スプール・ランナー・ゲート スプール・ランナー・ゲート
これらは、成形機シリンダから金型内のキャビティへ樹脂を流し込む際の流路の事です。プラスチックの製品形状ではない為、皆さんが直接見ることはほとんどないのですが、唯一見ることが出来る身近なものとしてプラモデルがあります。プラモデルの必要なパーツの部分がキャビティであり、それらを繋いでいる枠の部分がランナーです。ランナーとキャビティを繋いでいる部分がゲートとなります。
 
スライドとは
これもなかなか目にすることが無い、又は見えないように仕上げてあるため、わかりにくことが多いです。どの様な物かというと、金型から製品を取り外す際に引っかかってしまう部分をアンダーカット形状と呼びますが、そのままでは引き抜くことができないため、スライドというパーツを使用します。樹脂を冷やして固めた後に、スライドを動かしてアンダーカット形状を無くし、製品を取出せる様にします。製品の取付形状や機能的な形状部分に良く使用するため、多くは製品の裏側で確認することができます。
サイドスライドは、型開き時にアンギュラピンによりスライドする
突出(エジェクター) 突出
製品を型から取出す際にそのままでは堅くて取れないため、突出し機構を使って製品を型から押し出します。製品を取出すときに使用するため、製品の裏側を押す様になります。通常は、直径5〜15mmくらいの丸いピンですが、四角いピンやブロックなど様々な形状があります。
 
成形不良って?
成形を実施した際に、要求される物と異なる寸法や形状・外観となってしまった物を成形不良と呼びます。
その中でも代表的なバリとウェルドについて説明します。
バリ
金型のキャビティが製品形状となってくるのですが、キャビティ以外の部分に入ってしまった樹脂をバリと呼びます。
身近なものですぐイメージできるのが、皆さんも大好きな鯛焼きです。鯛焼きで魚の形をしている部分がキャビティで、それ以外の部分にはみ出してしまっているものが、バリとなります。鯛焼きのバリは嬉しいものですが、射出成形でのバリは不良品です。
バリは、成形時の樹脂を流し込む圧力の高すぎや型を閉める圧力が弱い、金型自体が傷んでしまって隙間ができてしまっている等、様々な要因で発生しますので、これらをどう管理していくかがポイントです。
  バリ
バリ発生 バリ無し
ウェルドライン
ウェルドラインとは、2つの樹脂の流れの合流部分に発生する線状の模様のことをいい、外観不良や強度不足の原因となってしまいます。
2つの樹脂の合流部分としては、製品に穴が開いている部分に樹脂が流れてくると、穴の部分で流れが2つに別れ、穴を通り過ぎるとまた合流します。
成形品を見ると、ほとんどの場合取付形状などで穴が開いているため、ウェルドラインが発生してしまいます。そのため、ウェルドラインが発生し外観不良となってしまうので、金型で様々な対策を実施して、できるだけ目立たないようにしています。
弊社では、金型を作る前にシュミレーションを実施して、ウェルドラインの発生予測をおこない、予め対策方法を金型へ盛り込んでいく事で、より良い品質の製品を作れるように日々努力しています。
  ウェルドライン
ウェルドライン ウェルドライン

会合角(迎合角)
 ウェルドラインの形成は、左図のように2つの樹脂の流れが合流する部分に発生する。
 流動が合流しても上図のようにその会合角がおおきければウェルドラインとしては目立たない。

身近なプラスチック品で射出成形の痕跡を探そう!
 いかがでしたでしょうか?射出成形やプラスチックについてご理解いただけたでしょうか。このように射出成形品には様々な成形の痕跡があるはずです。
  身近なプラスチック製品をプロの目線で見てみてはいかがでしょうか?いつも使っている製品でもちょっと目線を変えてみると、金型の構造や型を作った人の苦労が少し分かっていただけるかも知れません。
突出しピンの跡を探そう!
プラモデル
製品を突き出す際のピンの跡で、
写真のような跡が残ります。
ゲート跡を探そう!
ゴミ箱
キャビティへの樹脂の注入口です。できるだけ目立たない部分に設定されますので、逆にそこから探してみましょう。例えば、ゴミ箱なら底の裏側にあるはず!
ウェルドラインを探そう!
ブロック
製品穴形状の周辺でゲートの反対側に見られます。ゲートから樹脂が入ってきてウェルドラインができる様子が想像出来るかも?また、ウェルドラインの周辺には少しでも軽減しようとした技術者の努力の跡が見つかったりします。