射出成形業界に携わる者にとって、機械の調整は日常的な作業です。しかし、熟練者であろうと新米であろうと、すべての機械を完璧に調整するのは常に大きな課題です。なぜでしょうか？それは、材料、金型温度、機械の状態、工具、さらには作業場の環境まで、それぞれ異なる要件があるからです。調整の究極の目標は、高品質な製品と高い効率性を実現することです。ここでは、これらの目標を指針として、その方法を詳しく見ていきましょう。
射出成形 機械チェック
1. ショット容量
機械本体で直接確認してください。通常、銘板に最大ショット量が記載されています。銘板がない場合は、ショット量を最大に設定し、フルショットを実行して溶融物を排出し、その重量を測定してください。それが、お使いの機械の実際の最大ショット容量です。
注：ショット容量は材料の密度によって異なります。材料によっては密度が異なるものもあります。
2. ねじおよび逆止弁のシール性能
ねじと逆止弁間の良好な密閉は、安定したプロセスパラメータを維持するために不可欠です。
確認方法：
金型を取り付けた後、通常の半自動サイクルを1回実行します。冷却が始まったら、手動モードに切り替えます。スクリューが満杯になるまで再度可塑化を行い、手動で射出します。スクリューの位置を確認します。射出圧力を解放し、スクリューが元の位置に戻るかどうかを確認します。元の位置に戻れば、シールは良好で、スクリューと逆止弁も問題ありません。
より高い精度を求める場合は、金型の代わりに鋼板を使用できます。ノズルを鋼板に押し当て、手動で射出成形を行い、スプリングバックの有無を確認してください。また、ノズルから溶融樹脂が漏れていないことも確認してください。
ネジが元の位置に戻らない場合は、逆止弁に不具合がある可能性が高く、点検と修理が必要です。
3. 射出圧力試験
セットアップ：圧力センサーを鋼板の上に置き、その上にアルミ板を重ねます。ノズルをアルミ板に押し当てます。
手順：機械の射出圧力を以下のように設定し、各レベルで3回ずつ射出してください。
- 10バール（3回）
- 50バール（3回）
- 90バール（3回）
- 130バール（3回）— この圧力範囲を定期的に使用する場合は、より頻繁にテストしてください。
- 150バール（3回）
圧力計に表示される実際の圧力が設定圧力と一致するかどうかを毎回確認してください。すべての情報を記録してください。
偏差が5%を超える場合は、機械の表示値を調整する必要があるか、機器の点検整備が必要です。
4. 融点試験
温度測定は2種類に分けられます。
- 乾燥（ホッパー）温度
ホッパーの上部と下部の温度を温度プローブで測定してください。これは簡単で、ほとんどの乾燥装置には既に表示機能が付いています。（さらに詳しい情報が必要な場合は、メッセージを残してください。喜んでご説明いたします。）
- 射出成形時の溶融温度
これは厄介な問題です。この機器は4～5つの温度ゾーンを表示しますが、稼働中はそれらの表示が正確かどうかを簡単に確認することはできません。基本的にはディスプレイの表示を信頼するしかありません。第三者による検証は困難です。
大まかな方法としては、射出ユニットを後退させ、溶融物をパージした後、押し出された材料をすぐにプローブで測定します。その測定値を第1ゾーンの温度設定値と比較します。差が約10%を超える場合は、機械の温度測定値がずれている可能性が高いため、熱電対を交換するか、再校正してください。
測定する 内部 溶融温度を測定するのはさらに難しい。ネジとノズルを分解し、治具を使ってプローブをバレル内部の奥深くまで挿入する必要がある。
とはいえ、ここでは必ずしも極めて高い精度が求められるわけではない。実際、熱の大部分はバレルヒーターだけでなく、スクリューせん断によって発生するからだ。
注意：旧型の機械では、温度上昇時にヒーターバンドが著しくオーバーシュートすることがあります。これにより、材料が部分的に変色（黄変/焦げ付き）する可能性があります。これは、ヒーター、熱電対、または制御基板が異なるロットの不適合な、校正されていない部品に交換された場合によく発生し、温度の一貫性が低下します。
金型のメンテナンス
金型には、単板式、二板式、サイドコアプル式など、さまざまな種類があります。最終的な金型の選択は、製品そのものによって決まります。
良質な金型があれば、私たちの仕事は楽になります。一方、設計の悪い金型は、終わりのない頭痛の種となります。しかし結局のところ、最適な解決策は、たいていの場合、コミュニケーションか金型の修正に尽きるのです。
適切なカビ対策は不可欠であり、これは私たちがコントロールできる部分です。ですから、できる限り最善の方法で行うべきです。
生産後
製造が完了したら、必ず以下の点を確認してください。
- エアガンを使って、金型内部にある水や冷却液を吹き飛ばしてください。
- 保管中に錆や異物が侵入するのを防ぐため、ポートをプラグで密閉してください。
- 金型表面に防錆油を塗布して、表面腐食を防いでください。
- 型は専用の型置きラックに保管してください。床に直接置かないでください。
安全上の注意：金型を移動する際は、常に注意を払ってください。安全と健康は最優先事項であり、生計を立てる上での基盤です。危険を感じた場合（あるいは危険の可能性があると感じた場合）、注意を払い、状況を改善してください。
内部金型メンテナンス
製造工程において、金型内部には大量のガスや異物が蓄積することがあります。これは時間の経過とともに、エジェクタピンやインサートのスムーズな動作、および通気に影響を与える可能性があります。また、成形品に黒い斑点が生じる原因となり、深刻な場合にはエジェクタピンが固着することもあります。
そのため、すべての部品は、各生産工程の前後に分解して洗浄する必要があります。
エジェクターピンやインサートに付着したグリースや残留物は、頑固で除去が難しい場合があります。私がこれまでに見つけた最も効果的な方法は、サンドペーパーを使うことです。
この種の頑固な油汚れを素早く落とせる洗浄剤にはまだ出会っていません。強酸なら効果があるかもしれませんが、その蒸気は不快です。当社のカビ除去技術者は耐えられないので、今でもサンドペーパーを好んで使っています。それに、化学洗浄剤は適切に廃棄するのが難しく、環境規制当局に問題視される可能性もあります。
のメンテナンス 金型温度制御装置（水／油式温度計）
金型温度制御装置（サーモレーター）は、製造中に金型から発生する熱を放散する役割を担っています。温度設定は、成形品の外観とサイクル効率の両方によって決定されるため、金型温度制御装置は重要な役割を果たします。
温度チェック
温度は流量式水温計を使用して確認してください。温度計は金型入口と出口の両方に設置してください。これにより、温度状態と流量の両方を完全に監視できます。
流れの挙動を確認するには、出口に透明なホースを取り付けてください。これにより、流れが乱流か層流かを確認できます。
- 乱流水が動いて混ざり合っているのがはっきりと見える。
- 層流水は静止しているか、混ざり合うことなく滑らかに動いているように見える。
金型に必要なのは乱流です。層流では金型から効果的に熱を運び去ることができません。
冷却媒体
冷却媒体の選択は大きな違いを生む。
| 技法 | 最高気温 |
| 純水 | 100°C（212°F） |
| 加圧タンク付き水 | 120°C（248°F） |
| 石油 | 180°C（356°F） |
注意点：配管経路では必ず熱が失われるため、金型における実際の温度は設定温度より若干低くなる場合があります。
射出成形プロセスの主要パラメータ
1. バレル温度
プラスチックは溶融状態でのみ金型に射出できます。バレルはヒーターバンドによって加熱され、内部のプラスチックに熱が伝わって溶融します。バレルの長さによっては複数のヒーターバンドが設置される場合があり、各ゾーンの温度は加工する材料に応じて個別に設定する必要があります。これらの設定温度が最終的に実際の溶融温度に影響を与えます。さらに、スクリューの回転によって発生するせん断力も溶融温度に大きな影響を与えます。推奨される溶融温度は材料供給元から入手できます。
2. 金型温度
射出成形は熱伝達プロセスであり、溶融樹脂は金型内で徐々に冷却されます。金型温度は、水や油などの熱伝達流体を循環させる金型温度コントローラー（サーモレーター）で設定されます。一般的に、金型温度が100℃未満の場合は水が、それ以上の温度の場合は油が使用されます。場合によっては、電気ヒーターロッドが使用されることもあります。一部の射出成形機では、これらの金型温度ユニットをコントロールパネルから直接制御できます。推奨金型温度は、材料供給業者から入手できます。
3. 射出速度
射出速度とは、スクリューが溶融プラスチックを金型に押し込む際の線速度のことです。
射出速度はできるだけ速く設定し、金型キャビティが満たされるまで溶融樹脂が溶融状態を維持するようにしてください。金型が満杯になったら、射出は終了します。
4. 射出圧力
射出圧力とは、設定された射出速度を維持するために、スクリュー先端で溶融樹脂に加える圧力のことです。プラスチックの粘度が高くなると、設定速度を維持するために必要な力（圧力）も増加します。したがって、射出中に一定の速度を維持することは非常に重要です。安定したプロセスを実現するには、射出装置に常に十分な圧力が供給されている必要があります。射出圧力を最適化するには、圧力降下試験を用いることができます。
5. 梱包圧力
パッキングは、補正工程の最初のサブステージです。射出成形時に金型が充填された後、その後の収縮を補償するために追加のプラスチックを充填する必要があります。この段階で溶融樹脂に加える圧力をパッキング圧力と呼びます。パッキング圧力は、部品の収縮と寸法を決定する上で最も重要なパラメータの1つです。
6. 梱包時間
梱包時間とは、梱包圧力が加えられる時間のことです。ゲート凍結試験を用いることで、梱包時間を最適化するためのデータを取得できます。
7. 保圧
保持圧力は、補償段階の2番目のサブステージです。これは、溶融物がキャビティを過剰に満たしたり、キャビティから流れ出たりしないように、溶融物に加える圧力です。理論的には、ゲートが固まるまで、この段階では塑性流動は発生しません。
8. 保持時間
保持時間とは、保持圧力が加えられる時間のことです。ゲート凍結試験は、保持時間を最適化するためにも使用できます。
9. スクリュー速度
スクリュー速度とは、可塑化（スクリュー回収）中のスクリューの回転速度を指します。一般的に、結晶性材料は非晶質材料よりも高いスクリュー速度を必要とします。現在、スクリュー速度を直接最適化する成熟した技術はありません。そのため、溶融温度の測定や溶融物中の焦げ付き粒子や未溶融粒子の確認など、間接的な方法が一般的に用いられています。
10. 背圧
背圧とは、可塑化の際にスクリューの背後に加える圧力のことで、均一な溶融を促進し、揮発性物質を除去するためのものです。しかしながら、現時点では背圧を最適化するための成熟した技術は存在しません。
11. 冷却時間
冷却時間とは、プラスチックが射出温度まで冷却される間、金型が閉じられたままになっている期間のことです。冷却工程が終了すると金型が開き、成形品が射出されます。ただし、設定された冷却時間は実際の冷却時間とは異なります。溶融樹脂が金型表面に接触した瞬間から冷却が始まります。したがって、実際の冷却時間は、射出時間（充填時間）＋設定された保圧時間＋設定された保持時間＋設定された冷却時間となります。冷却時間は、実験計画法を用いて最適化することも可能です。
12. ショットサイズ（計量）
ショットサイズは計量とも呼ばれます。スクリューのゼロ位置は、スクリューがバレルの最前部にある状態です。スクリューが後退するにつれて、溶融プラスチックが蓄積されます。スクリューが後退する一定の距離をショットサイズと呼びます。ショットサイズは、直線距離または体積で表されます。ショットサイズは、総射出重量と溶融密度に基づいて計算できます。ただし、溶融密度は温度に依存し、温度を正確に測定することは難しいため、計算されたショットサイズは通常、推定値にすぎません。ショットサイズは、実際のクッションに基づいて、パッキングおよび保持中にも調整する必要があります。
13．切替位置（切り替えポイント）
射出工程から補正工程に切り替わる時点をトランスファーポイントと呼びます。この切り替えがスクリュー位置によって行われる場合、トランスファーポジションまたはスイッチオーバーポイントと呼ばれます。スイッチオーバーは、時間、油圧、または外部信号によっても行うことができます。理論的には、トランスファーポジションでは金型は溶融樹脂で100%満たされているはずです。しかし実際には、補正工程が始まる前に金型は100%よりわずかに少ない量まで溶融樹脂で満たされていることがよくあります。
その他のパラメータ（重要度は低い）
以下のパラメータは、上記の13個のパラメータほど頻繁に調整する必要はなく、製品の品質にも大きな影響を与えません。
減圧または吸引距離
スクリューリカバリー（可塑化）は背圧下で行われるため、スクリュー先端の溶融樹脂は圧縮され、内部圧力がかかっています。スクリューリカバリー中は、成形品とランナーはまだ金型内にあります。金型が開くと、スプルーがノズルから分離し、溶融樹脂内の圧力が解放され、溶融樹脂がノズルから流れ出ます。そのため、スクリューリカバリーが終了したら、内部圧力を解放するためにスクリューを少しだけ後退させる必要があります。この距離を減圧距離または吸引距離と呼びます。通常、この距離は短く（10 mm未満）、吸引距離が長すぎると成形品の表面に欠陥が生じる可能性があります。
パッキング速度
パッキング速度とは、補正段階におけるスクリューの線速度のことです。射出成形機によっては、これはオプションのパラメータとなっています。
最後通達
最新の射出成形機のコントロールパネルを見ると、さまざまなパラメータやオプションの多さに圧倒されるかもしれません。機械には、製品の品質や生産効率を監視するための複数のモニタリング画面が備わっていることがよくあります。機械メーカーによっては、不要な制御機能を搭載している場合もあります。例えば、一部の機械では、保圧工程で10段階の圧力選択が可能です。ほとんどの体系的な射出成形プロセス開発では、2段階の圧力で十分です。しかし、部品や金型の設計上の欠陥を補うために、プロセスエンジニアが多段階プロセスを使用する必要がある場合もあります。
結論
機械の調整作業は、単にネジを回したりパラメータを調整したりするだけのように見えるかもしれませんが、実際には、材料、設備、金型、そして環境との深い対話です。機械にはそれぞれ個性があり、材料もそれぞれ異なる挙動を示します。継続的な観察、記録、そして分析を通してのみ、この対話を真に円滑に進めることができるのです。
NOBLEについて
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この記事では射出成形について述べてきましたが、当社の真の専門分野は異なります。当社はCNC加工、フライス加工、旋削加工、金属およびプラスチックのカスタム部品製造を行っています。幅広い素材に対応可能です。
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これが私たちの信念です。優れた製造とは、ここで述べた原則に従うものです。機械を熟知する。変数を制御する。より良い品質を追求することを決してやめない。
FAQ
逆止弁のシールはどのくらいの頻度で点検すべきですか？
材料を交換する際は必ず確認してください。工程にずれが生じ始めたら確認してください。部品の重量を確認してください。重量が変動している場合は、異常の兆候です。多くの技術者は、金型交換時にシールテストを実施しています。不良部品が発生する前に、問題を発見しましょう。
溶融温度がバレル温度設定と一致しないのはなぜですか？
2つのことが起こります。まず、バレルの設定は全体像の一部に過ぎません。スクリューが回転する際にプラスチックをせん断し、それが実際の熱を発生させます。次に、ハードウェアが誤った情報を表示している可能性があります。ヒーターバンドの不一致や熱電対の不良などがある古い機械は、誤った測定値を示します。プローブを使用して実際の溶融温度を測定してください。そうすれば、何が本当に起こっているのかがわかります。
100℃を超える温度の型に水を使用しても大丈夫ですか？
いいえ。水は大気圧下では100℃で沸騰します。それ以上の温度が必要な場合は、2つの選択肢があります。加圧水システムを使用すれば沸点が上がります。または、油を使用することもできます。油システムは180℃まで対応できます。これは高温用途における標準的な温度です。
保管中にカビやサビを防ぐにはどうすればよいですか？
圧縮空気で冷却経路全体を吹き飛ばしてください。その後、ポートを塞いでください。キャビティ、コア、取り付けプレートなど、露出しているすべての表面に防錆油を塗布してください。金型を床に直接置かないでください。ラックを使用してください。乾燥した状態に保ってください。注意を怠った瞬間から錆び始めます。
