「プラスチックの押出し成形ってどんな加工方法？」
「具体的な工程を教えてほしい」
「どういう特徴があって、どんな製品で使われるの？」
このような疑問を解決します。
こんにちは。機械設計エンジニアのはくです。
2019年に機械系の大学院を卒業し、現在はメーカーで機械設計エンジニアとして働いています。
本記事では、プラスチック成形の第2ステップとして「押出し成形の特徴」を解説します。
この記事を読むとわかること。
- 押出し成形とはどんな成形方法かがわかる
- 押出し成形の特徴（メリット・デメリット）がわかる
- 押出し成形の製品例がわかる
押出し成形は、その名のとおり溶かしたプラスチックを型から押し出して成形する方法です。
たとえば、水道管に使われる塩ビパイプは押出し成形でつくられています。
パイプのように単純な丸形状以外にも、フィルムやシート、ネット、発泡スチロールなど、押出し成形でつくられる製品は多いです。
今回は、そんな押出し成形の特徴を、身近な製品を例に挙げながら解説します。
ぜひ参考にしてください。
押出し成形と射出成形の違いが知りたい方は、下記記事をどうぞ。
押出し成形とは
冒頭でも言ったように、押出し成形は溶かしたプラスチックを型から押し出して成形する方法です。
トコロテンを押し出す絵をイメージするとわかりやすいかもしれません。
プラスチックを溶かして押し出す押出し機、形を決める金型（ダイス・ダイと呼ぶ）、押し出された成形品を冷やして固める冷却機構、製品を引き出す引取機、目的の長さに切断する切断機などで構成されます。
具体的な工程を説明すると、まず、粉末状のプラスチックを押出し機に投入します。
押出し機では、外周にヒーターが取り付けられたスクリューによって、プラスチックが溶けながら前方へ送り出されます。
押出し口にはダイが取り付けられており、ダイの形によって製品の形状が決まります。
押し出された成形品は、冷却水などで冷やされ、最終的には切断機で目的の長さにカットされて完成品となります。
また、原料となるプラスチックの粉末には、用途によって添加剤が加えられます。
具体的に言うと、強度を上げる、傷つきにくくする、滑りを良くするなどの機能です。
押出し成形の特徴
押出し成形の特徴として、そのメリット・デメリットを紹介します。
押出し成形のメリット
押出し成形のメリットは、以下のとおり。
- 同一形状の製品を連続的に成形できる
- 金型を交換するだけで、異形状の製品をつくれる
- 仕上がりがキレイでなめらか
押出し成形の最大の特徴は、同じ製品を安定的・連続的に生産できることです。
そのため、加工費や人件費を安く抑えられるのがメリット。
加工面も比較的キレイなので、仕上げ加工にかかるコストも抑えられます。
また、金型を交換すれば異なる形状の製品も簡単につくることも可能です。
押出し成形のデメリット
押出し成形のデメリットは、以下のとおり。
- 金型（ダイ）の設計が重要
- 材料の不純物や加工機の傷がそのまま製品に反映される
押出し成形で作られる製品は、ダイの形状がそのまま反映されるわけではありません。
プラスチックは高圧で押し出されるためダイの出口で膨張しますし、冷え方の違いによって反ったりゆがむこともあります。
そのため、要求される寸法・精度で整形するためには、ダイの設計がかなり重要。
圧力や熱による変形を考慮した設計が求められます。
また、材料に不純物があったり、加工機に傷があったりすると、それらの欠陥がそのまま製品に反映されてしまいます。
したがって、押出し成形では材料に関する知識が求められますし、機械や設備の点検も重要です。
押出し成形で作られる製品例
ここからは、実際に押出し成形で作られる製品の例を挙げながら、その特徴を説明していきます。
蛇腹配管
押出し成形では、普通のまっすぐなパイプだけでなく、表面が凸凹した蛇腹形状のパイプもつくることができます。
具体的な方法ですが、通常の押出し成形でつくった蛇腹のないパイプを、加熱して柔らかくしたあと蛇腹のついたキャタピラーで挟んで送り出します。
このとき、パイプの内側から空気を送り込み、キャタピラーに押し付けることで、パイプに蛇腹模様がつくのです。
プラスチック紐
スーパーで見かけるみかんが入ったオレンジ色のネットは、押出し成形でつくられています。
押出し穴がついたダイを内側と外側で回転させることで、噴水のように交差しながらプラスチックが押し出され、網目状のプラスチックができるのです。
ちなみに、用途によってオレンジ色以外にも様々な色のネットがあります。
電線
電線は金属線の周りをプラスチックなどの絶縁体で被覆した構造です。
被覆は連続した円形状なので、パイプと同様、押出し成形で作られています。
具体的には、ダイの中に電線を通し、溶けたプラスチックを押出しながら、一定の速度で電線を引き抜きます。
引き抜き速度と、押し出されるプラスチックの体積を調整することで、金属線の周りに均等にプラスチックが被覆されるのです。
シート・フィルム
薄いシートやフィルムも、プラスチックの押出し成形で作られている製品です。
薄く細長いダイを使って押し出すことで、板状に押し出されて均一な厚さのシートやフィルムになります。
シートは引き伸ばすことで強度がアップするので、押出し後、巻取り速度を速くしてシートを長さ方向に引き伸ばしたり、両端を引っ張って左右に引き伸ばしたりする加工を加えます。
まとめ：押出し成形はトコロテンの原理！
押出し成形のポイントをまとめます。
- 押出し成形は、溶かしたプラスチックを型から押し出して成形する方法
- 押出し機、金型（ダイ）、冷却機構、引取機、切断機などで構成される
- 同じ製品を安定的・連続的につくれるのがメリット
- 加工費や人件費を安く押さえられる
- 製品の形状を決めるダイの設計が重要
- 押出し成形の製品例としては、塩ビパイプ、蛇腹配管、プラスチック紐、電線、シート、フィルムなどが挙げられる
以上です。
押出し成形は、溶けたプラスチックをトコロテンのように押出して成形する方法です。
前回説明した射出成形の次によく使われるプラスチック成形で、ここで挙げた製品以外にも、様々なモノが押出し成形で作られています。
今回の記事を読んで「もっと知りたい」と思った方は、ぜひ自分でも調べてみると面白いでしょう！
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