射出成形金型の構造｜主要部品の役割と品質への影響

固定側・可動側の役割

射出成形金型とは、成形機から射出された溶融樹脂を内部に充填し、冷却して成形品の形状を作る金型です。成形機のノズル側に取り付ける固定側と、型開閉の際に動く可動側に分かれます。固定側には溶融樹脂を金型内へ導く入口があり、可動側には成形品を取り出すためのエジェクタピンやエジェクタプレートを設けるのが一般的です。

金型を閉じて溶融樹脂を充填し、保圧と冷却を行います。樹脂が固まった後に金型を開き、成形品を取り出します。キャビティとコアの形状、金型の合わせ面にできるパーティングライン、抜き勾配、突出し位置は、成形品の外観、寸法、離型しやすさに影響します。

成形品が突出し機構のある側に残るよう、型から抜く方向とキャビティ・コアの配置を検討します。

スプルー・ランナー・ゲート

ランナーを設けた金型では、成形機から射出された樹脂はスプルー、ランナー、ゲートを通ってキャビティへ入ります。ダイレクトゲートは、スプルーから直接製品部へ樹脂を流し込む方式で、ランナーを必要としません。スプルーは成形機のノズルから樹脂を受ける入口、ランナーは樹脂を各キャビティへ分配する通路、ゲートは製品部分へ流し込む直前の細い入口です。流路の形状と配置は、樹脂の流れ、ゲート跡、ランナーとして廃棄する樹脂量、必要なゲート処理に関わります。

ゲート跡を目立たせたくない製品では、外観面や組み付け面を避けられる位置を検討します。充填・保圧が必要な部分へ樹脂が届くか、ウェルドラインが機能上重要な位置にできないかも確認します。後工程でゲート跡を除去できるかも確認します。複数個を同時に成形する場合や取り出しを自動化する場合は、各キャビティへの充填バランス、ランナーの分離方法、廃棄する樹脂量、清掃・保全方法を確認してください。

冷却・ガス抜き・突出しの役割

成形品の品質には、キャビティとコアの形状に加え、冷却、ガス抜き、突出しが関わります。冷却回路は、成形品が固まるまでの時間と金型内の温度分布に影響します。金型内に大きな温度差があると、成形品の各部で収縮が不均一になり、反りや寸法のばらつきにつながります。ヒケは冷却に加えて肉厚や保圧による樹脂の補充も関わるため、発生場所の形状と成形条件を確認します。また、金型内の空気や樹脂から生じるガスを排出できない場合は、未充填やガス焼けが生じ、ウェルドラインが目立つことがあります。

突出し機構では、エジェクタピンの位置や太さ、押出し力のバランスを確認します。エジェクタピンの位置や押出し力が製品形状に合わない場合は、白化、変形、ピン跡、離型不良の原因になります。ベントや冷却回路の寸法は、成形材料、肉厚、金型構造によって異なります。成形材料のグレードと物性、目標とする成形サイクル、過去に発生した不良を確認し、冷却・排気・取り出しの設計へ反映します。

不良の位置と金型の機構を対応させる

金型トライで不良が出た場合は、製品図に発生箇所を記し、ゲート、流動末端、ベント、突出しピンの位置と照合します。例えば、流動末端のショートショットやガス焼けでは、その場所の空気が金型の外へ抜ける経路と、ベントの汚れを確認します。

突出し後の白化や変形では、ピンの位置と押し出す順序、製品がコアから離れる動きを確認します。取り出し機を使う場合は、成形品の保持とつかむ位置、傷の発生箇所も確認してください。

記録には、金型番号、キャビティ番号、成形条件、試作品の識別番号、不良の位置と写真を残します。温調機の設定温度と実際に測定した金型温度は区別し、実測値には測定位置と、立上げ中か連続成形中かを記載します。

金型構造と追加機構の選び方

型開き構造と流路方式は、それぞれの役割に応じて検討します。型を開く面やランナーの分離方法は、2プレート・3プレート構造の特徴を基に選びます。樹脂の流路を加熱するホットランナーは、型の開き方とは異なる検討項目です。2プレート金型は主な型開き面が1か所で、構造が比較的単純です。ただし、配置できるゲート位置には制約があります。3プレート金型は、2プレート金型よりゲート位置の自由度が高く、ランナーを成形品から分離しやすい構造です。一方で、型厚、必要な型開き量、部品点数が増えます。

ホットランナーは、ランナー内の樹脂を溶融状態に保つ方式です。加熱した流路の樹脂を固めずに保つため、ランナーとして廃棄する樹脂を減らせます。小さなコールドランナーを併用する方式では、その部分の樹脂は成形のたびに固まります。ただし、金型にはヒーターや温度制御部品が加わるため、導入費用、温度管理、材料交換、清掃、保全方法を事前に確認します。スライドは、通常の型開き方向では取り出せないアンダーカット部を成形し、取り出し時に横方向へ動く機構です。傾斜コアもアンダーカットを解除するための機構で、動く方向と必要な移動量を製品形状に合わせて検討します。動く部品には摩耗や動作不良が生じる場合があるため、摺動部の保全方法を確認します。入れ子は金型の一部を別部品として組み込む構造で、部分交換や加工のしやすさに応じて使います。固定された入れ子は、スライドのように型開きに伴って動く機構とは区別します。

金型構造の選定で確認する条件

• 製品図面、3Dデータ、成形材料、試作数、量産の生産数量
• 外観面、ゲート跡の許容、許容できるパーティングラインの位置と段差
• 寸法公差、肉厚、アンダーカット、組み付け時の基準面と位置
• 目標とする成形サイクル、成形機の候補、取り出し方法、後工程
• 類似品で起きたショートショット（充填不足）、ヒケ、反り、ガス焼け、離型不良など

製品図面や3Dデータから、外観面、寸法公差、アンダーカット、型から抜く方向を確認します。金型の型厚と必要な型開き量が成形機の仕様に収まるか、取り出し機構と成形機・周辺機器が干渉しないかを確認します。成形材料、生産数量、廃棄する樹脂量、ゲート処理と保全の方法も踏まえて、型開き構造、流路方式、追加機構を選びます。

型が開く順序と必要な移動量を確認する

3プレート金型では、成形品とゲートの分離、ランナーの取出し、成形品の取出しに必要な開き量を、金型図面と使用部品の構造で確認します。各プレートが開く順序と、その順序を保持する部品も確認してください。

アンダーカットがある製品では、スライドや傾斜コアが製品の引っ掛かりを解除できる移動量と、突出し時の動きを確認します。金型単体の動作に加え、成形機に取り付けた状態での型開き量と取出し機との干渉も確認します。