金型の構造と動作を詳しく解説

今回は、プラスチックの製造にて使われる、射出成形用の金型の構造と動作について解説します。

射出成形は、プラスチックなどの合成樹脂を加工するための方式で、金型に溶かした樹脂を流し込み、そのあとに冷却して固めたものを製品として利用します。

ここでの金型とは、材料の塑性変形や流動性を利用して成形するための金属製の型を指しています。金型は射出成形以外にも、プレス・鍛造・鋳造などで利用されており、製造現場では欠かせないものとして活用されています。

参考：【金型製作】金型の種類と基礎や流れについて徹底解説!!

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

金型の構造

金型は、代表的なものに「2プレート」と「3プレート」のタイプがあります。ここではそれぞれの構造について解説します。

2プレートの金型の構造

引用元：MONOist 金型の作りや動きって、一体どうなってるの？

2プレートの金型は、成形する上で重要となる「固定側型板」と「可動側型板」の2つのプレートにより樹脂を成形するタイプです。

金型の構造は、大きく分けて「固定側」と「可動側」の2つがあります。上図では黄色の部分が固定側、水色の部分が可動側を表しており、樹脂はまだ流し込まれていない状態です。

固定側は、射出成形機に固定される部分で、可動側は金型を開閉したときに可動する部分です。上図に樹脂を流し込むと、固定側と可動側のすき間に充填されて目的の製品が成形される仕組みです。

次に金型を構成している各部品について見てみましょう。

●固定側取付板：固定側型板をセットして、成型機の固定盤に取り付けるための板。

●固定側型板（固定側主板）：成形品の形を作るための板で、金型の主要となる部分。「雄型」や「キャビティプレート」とも呼ばれる。

●可動側型板（可動側主板）：固定側型板の対になる板で、同じく金型の主要となる部分。「雌型」や「コアプレート」とも呼ばれる。

●スペーサーブロック：突出板が突出し動作できる空間を作るための部品。

●突出板（エジェクタプレート）：成形機のエジェクタ装置で突き上げて、成形品を取り出すための板。基本的に上板と下板の2枚構成で、上板にエジェクタピンやリターンピンなどをセットし、下板でこれらを押さえつけて固定します。

●可動側取付板：可動側型板やスペーサーブロックなどをセットして、成形機の可動板に取り付けるための板。

●ガイドピン：金型の開閉時に、固定側と可動側の位置合わせをするためのピンです。

●ガイドブッシュ：ガイドピンがはまり合うブッシュ。

●リターンピン：突き出した突出板を元の位置に戻し、突出しのバランスを保つためのピン。金型を閉じる際、固定側型板を押し当てることで、突出板が元の位置に戻ります。

上記のような金型の外周部を構成する部品を、モールドベースと呼びます。

モールドベースはメーカーから規格化されたものが販売されており、これらを利用することで短納期化や低コスト化が可能になります。そのため、金型を設計する際は、なるべく販売されているモールドベースを利用するのが理想的です。

また、2プレートの金型には、上図右に記載されている以下の部品も備わっています。

●ロケートリング：金型を成形機へ取り付ける際に、位置決めをするためのリング。

●スプルーブッシュ：金型に材料である樹脂を流し込むための通り道。成形機のノズルと接触する部分で摩耗が激しいことから、直接金型には加工せず、交換可能な構造になっています。

●突き出しピン（エジェクタピン）：成形品を金型から突き出すためのピン。

2プレートの金型はこれらの部品から構成されていますが、上記でご紹介したものは基本的な部品欄で、これら以外のものを搭載している場合もあります。

3プレートの金型の構造

引用元：製品設計知識 スプルー／sprue

3プレートの金型は、2プレートの金型に搭載している固定側型板と可動側型板の2枚に加えて、「ランナーストリッパープレート」の計3枚の主要プレートから構成されているタイプです。

3プレートの金型は、成形品の不要な部分であるスプルーやランナーを自動で切り離して製品を取り出せます。また、樹脂の注入口を複数設けやすく、1つの金型で複数の成形品を作りやすい特徴があります。

金型の動作

続いて2プレートと3プレート金型の動作について見てみましょう。

2プレートの金型の動作

2プレート金型の動作の参考として、以下の動画を添付します。

引用元：Paulson Training Programs, Inc. NEW - Lesson 2-HD - Injection Molds - Their Parts and Operation-The Technology of Injection Molding

2プレートの金型を使った樹脂成形では、始めに樹脂を成形機から射出し、金型内へ充填させます。次に充填された樹脂を固化させるために冷却。最後に固化された樹脂は金型を抜型したあとにエジェクタピンにて押し出されます。

3プレートの金型の動作

3プレート金型の動作の参考として、以下の動画を添付します。

引用元：SOSITAR MOULD Hot runner mold vs cold runner mold ( two plate mold vs three plate mold)

動画では2プレートと3プレート金型の比較がされています。

3プレートの金型は動画を見ると分かるように、金型を抜型した際、成形品のスプルーとランナーが自動的にカットされる仕組みです。