射出圧力
射出圧力溶融物が流れる際の抵抗を克服するために使用されます。この抵抗により、射出成形機からの射出圧力が必要になります。図 2-1 に示すように、溶融物の経路全体にわたる流動抵抗を克服するために、射出成形中は射出ノズルの圧力が最も高くなります。その後、流動長が増加するにつれて、射出圧力は溶融物の前面に向かって徐々に減少します。金型キャビティの通気性が良好な場合、溶融物の前面の最終圧力は大気圧になります。
図 2-2 は、その流路に沿った溶融圧力の分布を示しています。流れの長さが増加すると、途中で克服する必要がある抵抗も増加し、それに応じて射出圧力も増加します。一定の圧力勾配を維持して溶湯の充填速度を均一にするには、流長の変化に応じて射出圧力を増加させる必要があり、したがって溶湯入口の圧力もそれに応じて増加する必要があります。
保圧
射出プロセスの終わり近くで、射出圧力が保持圧力に切り替わり、保持フェーズに入ります。保持段階では、射出成形機はノズルからキャビティに材料を供給し、部品の収縮によって空いた体積を埋めます。圧力を保持せずにキャビティを充填すると、成形品は約 25% 収縮し、特にリブ部分で過度の収縮により収縮跡が残ります。保持圧力は一般に最大充填圧力の約 85% ですが、これは特定の状況に基づいて決定する必要があります。
図 2-3 は圧力保持プロセス制御を示しています。1 は射出の開始を示します。 2 は、溶融物がキャビティに進入することを示します。 3 は、充填中に圧力保持スイッチが発生したことを示します。 4 はキャビティが満たされていることを示します。 5 は、充填プロセスが収縮補正段階に入ったことを示します。 6 は、収縮補正が終了し、冷却が開始されたことを示します。充填後の段階には、圧力保持と冷却という 2 つのプロセスが含まれます。
(図2-3 保圧プロセス制御)
実験によると、保持時間は長すぎても短すぎても成形に悪影響を及ぼします。保持時間が長すぎると、圧力分布が不均一になり、成形品の内部応力が増加し、変形しやすくなり、応力亀裂が発生する可能性があります。逆に、保持時間が不十分な場合は、圧力保持が不十分になり、体積が大幅に収縮し、表面品質が低下します。
保持圧力曲線は 2 つの部分で構成されます。1 つは定保持圧力曲線と呼ばれる、約 2 ～ 3 秒の一定圧力保持期間です。そして、遅延保持圧力曲線と呼ばれる、約 1 秒間の徐々に減少する圧力解放期間です。保持圧力曲線の遅れは、成形品に大きな影響を与えます。一定の保持圧力曲線が長いほど体積収縮は少なくなり、その逆も同様です。同様に、傾きが急になり、遅延保持圧力曲線が短くなると、体積収縮が大きくなり、その逆も同様です。セグメント化され、延長された遅延保持圧力曲線では、体積収縮が少なくなり、その逆も同様です。
溶融プラスチックの充填工程中、キャビティ内がほぼ満杯になると、スクリューの動作が流量制御から圧力制御に切り替わります。この変化点を保圧切替制御点といいます。保持圧力の切り替えは成形プロセスを制御するために重要です。保持圧力の切り替え点の前では、溶融物の前進速度と圧力は高くなります。切り替え点を過ぎると、メルトを前方に押し出すスクリューの圧力が低くなります。保圧切り替えを行わない場合、キャビティ内が溶湯で満たされた状態では圧力が非常に高くなり、射出圧力が急激に上昇し、より大きな型締力が必要となり、バリ（材料過剰）などの不良が発生する場合があります。射出成形機における保圧の切り替えは、一般に射出位置に応じて行われます。つまり、スクリューがある位置に到達すると保持圧が切り替わります。保圧切り替えの位置、タイミング、圧力を図2-4に示します。
スクリュー背圧
プラスチックの溶解と可塑化のプロセスでは、溶融物はバレル（計量室）の先端に向かって継続的に移動し、その量が増加し、徐々にスクリューを後方に押す圧力が形成されます。スクリューが急激に後退するのを防ぎ、溶融物の均一な圧縮を確保するには、スクリューに反対方向の圧力を加える必要があります。図 2-6 に示すように、ネジの後退を妨げる反対方向の圧力を背圧と呼びます。
可塑化圧力とも呼ばれる背圧は、射出シリンダーの戻りオイル スロットル バルブを調整することで制御されます。射出シリンダ後部に背圧弁を設置し、スクリュ回転時および後退時の射出シリンダの油吐出速度を調整し、シリンダ内を一定の圧力に保ちます。全電気モーターのスクリュー後退速度 (抵抗) は、AC サーボ バルブによって制御されます。
背圧を適切に調整することは、射出成形の品質に大きなメリットをもたらします。射出成形では、背圧を適切に調整すると次の利点が得られます。
① バレル内の溶融物を圧縮することができ、密度が増加し、射出量、製品重量、寸法の安定性が向上します。
② 溶融物からガスを「絞り出す」ことができ、表面のガス泡や内部の気泡を減らし、光沢の均一性を向上させます。
③ スクリューの後退速度を遅くし、バレル内の溶融物を完全に可塑化し、カラーパウダー/マスターバッチと溶融物との混合均一性を高め、製品内での色の混合を防ぎます。
④背圧を適切に高めることで、製品の表面収縮や周囲流れを改善することができます。
⑤ 溶融物の温度を上げ、溶融物の可塑化品質を改善し、金型充填時の溶融物の流動性を改善し、製品表面のコールドグルーマークを除去します。
クランプ力
型締力は、金型上の溶融プラスチックの膨張力に抵抗するように設定され、その大きさは射出圧力などの特定の要因によって決まります。しかし、実際には、溶融プラスチックは射出成形機のバレルノズルから射出された後、金型のメインランナー、枝ランナー、ゲートを通過して金型キャビティに流入するため、途中で大きな圧力損失が発生します。図2-7(a)はバレルから金型に入るまでの射出圧力の変化を示しています。図 2-7(b) の圧力変化からわかるように、金型キャビティの端では圧力は初期射出圧力の 20% までしか低下しません。
バレル温度
溶融温度は一定の範囲内に制御する必要があります。温度が低すぎると、溶融物の可塑化が不十分になり、成形部品の品質に影響を及ぼし、プロセスの難易度が高まります。温度が高すぎると、原料が分解しやすくなります。実際の射出成形では、樹脂温度がバレル温度よりも高くなることがよくあります。この差は射出速度と材料の特性に関係しており、最大 30 度に達する場合があります。これは、図 2-8 に示すように、メルトがゲートを通過するときにせん断を受け、多量の熱が発生するためです。
(1 - バレルの加熱が開始します; 2 - スクリューの可塑化が開始します; 3 - 溶融物がランナーの端に到達します; 4 - 溶融物がゲートを通過します; 5 - 充填が終了します)
バレル温度は射出圧力に影響を与える重要な要素です。射出成形機のバレルには通常 5 つまたは 6 つの加熱ゾーンがあり、各材料には適切な成形温度があります。具体的な成形温度は、サプライヤーから提供されるデータで確認できます。表 2-3 に、一般的に使用されるプラスチックの成形温度を示します。