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押出成形の仕組み・メリット・用途などを解説!

樹脂加工 | 2022年11月07日

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押出成形とは、材料を型枠に流し込んで圧力を加え、型枠の出口からところてんのように押し出すことで成形する加工法です。成形品の断面が、金太郎飴のように、どこを切っても同じ形状となるのが特徴です。

金属や樹脂、コンクリート、ゴム、食品など、様々な素材に適用できる方法で、アルミサッシや光ファイバー、各種パイプなど、生活に欠かせない製品の製造に用いられています。

今回の記事では、特に合成樹脂の押出成形について解説していきます。押出成形の利点や欠点、仕組み、用途についても説明しますので、ぜひご覧ください。


押出成形は金型を用いた合成樹脂の加工法

押出成形は、合成樹脂(プラスチック)に対する加工法の一つです。加熱して溶かした合成樹脂を加圧し、製品形状を持った金型から押し出すことで成形します。

金型を交換することで様々な形状を実現できます。丸く空いた金型であれば丸棒、四角く空いた金型であれば角材や板材、ドーナツ状に空いた金型であればパイプ材を製造することが可能です。

連続的に成形品を製造できるため、合成樹脂に対する成形加工の中でも特に量産性に優れた方法です。線や棒、パイプ、シートなど、一定の断面形状を持つ製品の製造に適しています。


参考:樹脂加工とは?素材の種類と加工方法

押出成形の特徴とメリット・デメリット

押出成形の特徴は、成形品がところてんのように連続的に生産されることです。押出成形は、射出成形や押出成形、ブロー成形、圧縮成形などと同じく、熱可塑性樹脂を材料に金型を用いて成形加工する方法です。

押出成形以外の方法では、材料を金型内部で冷却・固化して成形品を一つ一つ生産する一方、押出成形では、金型から連続的に押し出された成形品を金型外で冷却・固化することで生産します。

押出成形における成形品の連続的な生産方法を反映して、押出成形には以下のようなメリットとデメリットがあります。

●押出成形のメリット

・同一断面形状の製品を連続的かつ安定的に製造できる

・長尺の製品を小さな金型で製造できる

・一つの金型で同一断面形状の様々な長さの製品を製造できる

・大量生産に向く

・加えられる圧力が小さく、可動部品が不要であるため金型が安価

・成形品の表面が滑らか

●押出成形のデメリット

・同一断面形状の製品しか製造できない

・金型が必要なため小ロット生産に向かない

・寸法精度を高くすることが難しい

・切断部分の端部処理が必要


参考:射出成形の仕組みやメリットを解説!他の加工法との比較も


押出成形の仕組み

引用元:増田ビニール株式会社

次に、押出成形の仕組みについて見ていきます。

押出成形は、上図の押出機と冷却水槽、引取機、切断機から構成される押出成形機によって行われます。そして、以下の5つの工程を経て製品が完成します。

●押出成形の工程

①材料を投入する

②金型から押し出す

③冷却する

④引き取る

⑤切断する

材料を投入する

まず、材料となるプラスチックチップ・ペレットをホッパーから押出機に投入。材料は、シリンダ内で加熱されながらスクリューの刃で切り刻まれ、溶融した状態となります。そして、ドロドロに溶けた材料は、スクリューによって金型(ダイス)へと押し出されます。

なお、プラスチックペレットは、合成樹脂を加工しやすいように1~5mm程度の粒状にした素材のことです。単一の合成樹脂から構成されている場合もあれば、複数の合成樹脂が混ぜ合わされている場合もあります。ものによっては、フィラー(強度向上などを目的に投入される充填剤)やマスターバッチ(着色剤)なども含有します。

金型から押し出す

ダイスに押し出された材料は、ダイスを通過することで所定の形状となります。

なお、ダイスの不備は、成形品の欠陥・不良に直結するので常にメンテナンスが必要です。ダイスにひずみが生じれば、寸法精度が低下しますし、表面に樹脂カスが付着すれば、成形品の表面に筋やキズが生じます。

冷却する

ダイスから押し出された成形品は、サイジングダイ(冷却時に形状を保持する装置)によって支えられながら冷却水槽で冷却され、固化します。

なお、合成樹脂は、急冷するとひずみを生じることがあるため、冷却時間の調整が必要となります。

引き取る

引用元:エンズィンガージャパン株式会社

固化した成形品を引取機で引っ張り出しながら切断機へと運びます。上図は、成形品が引取機に向かうにつれて外側から徐々に固化していく状況を示しています。

ただし、場合によっては、引き取り速度を調整して、成形品に押し出し方向と逆向きの圧力を加えることが必要になることがあります。下図は、押し出しによる圧力[赤矢印]に対し、押し出し方向と逆向きの圧力[黃矢印]が引き取り速度の調整によって生じる様子を示しています。これは、冷却時に合成樹脂が収縮したり樹脂内部のガスや水分が原因でボイド(製品内部に生じる空洞)が生じたりすることがあるためで、成形品を長手方向に圧縮することによって短手方向の収縮を抑制すると共に生じたボイドを潰します。

引用元:エンズィンガージャパン株式会社

切断する

連続的に送られてくる成形品を所定の長さで切断すれば完成です。場合によっては、穴あけや切り欠きなどの後加工や端部処理を施します。


押出成形の用途

押出成形は、同一の断面形状を持つという制限があるものの、その成形品の用途は多様です。日用品や建材、電気製品など、以下に挙げるように多数の製品に適用されています。


●押出成形品の例

日用品…レジ袋、テープ、綿棒軸、食品容器、包装用フィルム

建材…給水管、排水管、床シート、樹脂サッシ、断熱材、壁紙、巾木

電気製品…コード被覆材、照明カバー、光学フィルム、電線被覆材

自動車…シール材、ワイパー部品、バンパー

その他…ロープ、釣り糸、農業用フィルム


また、押出成形は、押出機において溶融混練が可能であるため、プラスチックペレット(樹脂加工の素材となる粒状の樹脂材料)の造粒にも用いられます。


押出成形の種類

上述の「押出成形の仕組み」では、中空などがない丸棒などの成形品を製造するケースについて述べました。しかし、押出成形にはいくつかの種類があり、それらを用いれば、異なる樹脂を多層化した製品や発泡性を付与した製品などを製造することが可能です。

ここでは、多様な成形を実現する押出成形法の種類についてご紹介します。

パイプやチューブ、異形品の押出成形法

引用元:株式会社キーエンス

中空のあるパイプやチューブ、コの字やヨの字、日の字型などの複雑な形状の成形品を製造する方法です。形状が安定するようにサイジングダイでしっかりと冷却・固化します。

パイプやチューブ、たて樋(雨水を屋根から地面に流す樋)、照明カバーなどの成形に採用される方法です。

共押出成形法

引用元:株式会社藤井製作所

複数の合成樹脂を個別のダイスから同時に押し出して成形する方法です。

硬質材と軟質材、透明材と着色材、発泡材と硬質材など、様々な合成樹脂を組み合わせることで多様な性質や機能を付与することができます。硬質材と軟質材の組み合わせでは、例えば、以下のような製品が考えられます。


●表面被服タイプ…軟質材が硬質材を覆うように共押出成形を施したものです。強度を保ちながらも、表面は柔らかな感触となります。

引用元:セイキ工業株式会社

●サンドイッチタイプ……軟質材を硬質材でサンドイッチするように共押出成形を施したものです。軟質材の部位を柔軟に曲がることができます。

引用元:セイキ工業株式会社


●付け出しタイプ……硬質材から軟質材が付け出すように共押出成形を施したものです。付け出された軟質材が緩衝材の役割を果たします。

引用元:セイキ工業株式会社


共押出成形法は、多層パイプや多層フィルム、医療用チューブなどの製造に採用されています。なお、下図は、3層チューブの例です。

引用元:株式会社八興


発泡押出成形法

引用元:セイキ工業株式会社

押出機に投入する材料に化学発泡剤を混練することで、発泡性を持った製品を成形する方法です。

軽量かつ耐食性の高い材料として、木材の代替として用いられています。

土木建築分野の用途が多く、テラスやベンチなど、エクステリアの材料として利用されています。

複合押出成形法(異素材インサート押出成形法)

引用元:株式会社NUC

金属などの異素材を合成樹脂と一体成形する方法です。

合成樹脂に金属をインサートした製品では、樹脂製品特有の湿度・温度変化による伸縮の抑制が可能で、強度の向上も期待できます。

また、導電体となる金属製の芯材を覆うように樹脂を押し出すことも可能で、電線や光ファイバーなどの線材の製造に用いられます。

Tダイ法

引用元:モノマド

上図の「Tダイ」と呼ばれる特殊なダイスを用いて、フィルムやシートを成形する方法です。この方法では、押し出されてきた材料は、マニホールドで扇形に広がり、リップでフィルム状に成形されます。

様々なシートやフィルムの製造に用いられています。

インフレーション法

引用元:大倉工業株式会社

ポリ袋など、袋状フィルムの成形に特化した方法です。

押出成形機の代わりに、上図のようなインフレーション成形機が用いられます。この方法では、材料をインフレダイからチューブ状に押し出し、チューブ内に空気を吹き込みながら冷却。すると、チューブ状に成形された樹脂が風船のように膨張するので、これをローラーで引っ張りながら空気を抜いて巻き取ります。その後、ヒーターやカッターで所定の長さに切断しますが、片側のみを熱溶着で閉じれば、袋状フィルムとなります。


まとめ

合成樹脂の押出成形について解説してきましたが、いかがでしたでしょうか。

押出成形は、成形品をところてんのように連続的に生産し、それを切断して製品とする方法です。そのため、合成樹脂に対する加工法の中でも特に大量生産に向いており、安価かつ大量に用いられる製品の製造によく採用されています。

また、押出成形品の用途は幅広く、レジ袋やテープといった身近な物から、建材や自動車部品などの工業製品まで、私たちの生活に欠かせないものとなっています。

ぜひ、この機会に押出成形に注目してみてください。

押出成形や金型製作を得意としているメーカーをお探しの際には、ぜひMitsuriにご相談ください。Mitsuriは、日本全国250社以上の業者と提携しています。そのため、お客様のご要望に合わせて、高い技術とノウハウを持つ業者をご紹介できます。お見積りは複数社から可能です!押出成形や金型製作でお困りの際は、ぜひMitsuriにご相談ください。

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この記事を書いた人
株式会社Catallaxy

株式会社Catallaxyは "未来の製造業をつくる" をミッションに掲げ、製造業における従来のサプライチェーン/バリューチェーンの刷新を目指しています。記事内容に関するお問い合わせはこちらへ。

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