射出成形におけるゲートとは、金型内の製品部の樹脂の入り口です。
製品の形状や、ゲートカットの有無、金型の構造などによってさまざまな種類のゲートがあります。
本日は、ゲートの説明と各ゲートの特徴を説明します。
射出成形加工の金型内の名称
射出成形は、現代のプラスチック製造の主要な手段です。樹脂原料を加熱して溶融したのち、締め付けられた金型内に射出して冷却固化させることで、成形品を作り出します。
金型内の空間のことをキャビティと呼び、キャビティによって成形品の外観が決まります。
金型内のキャビティに溶融した樹脂原料を射出しますが、射出装置から金型までの通り道が必要です。
射出装置のノズルから金型までの経路は、スプルーと呼ばれています。
スプルーを通った溶融樹脂は、ランナーと呼ばれる金型のキャビティ内の経路を通り、最後にゲートと呼ばれるキャビティ内に充填されるための入り口を通り、キャビティに充填されます。
ゲートの役割
ゲートは、樹脂を流し込むための入り口ですが、圧力や流入速度の調整、逆流防止などの機能もあります。
また、ゲートによって成形品の品質や製造コストも変わるため、成形品の形状や樹脂の材質に合ったゲートを選ぶことが重要です。
金型内で冷却固化されて成形品ができますが、成形品にはスプルー、ランナー、ゲートなど、溶解樹脂の経路の部分が残されます。このため、成形が終了した後は、これらの余分な部分を取り除く必要があります。
ポイント
ゲートは、製品部の入り口のこと
【ゲートの役割】
- 充填圧力、速度の調整
- 充填の均一化
- 流動バランスの調整
- 逆流防止 など
ゲートの種類
ゲートはキャビティまでの経路であり、成形品には樹脂が充填された時のゲート跡が残ります。ゲート跡が製品では確認しにくい位置に作られることが一般的であり、製品を組み合わせる部分、商品シールの下の部分、製品内部などに作られます。
ゲートは大きく分けて、非制限ゲートと制限ゲートの２つに分けられます。
- 非制限ゲート：ダイレクトゲート
- 制限ゲート：サイドゲート（標準ゲート）、ファンゲート、フィルムゲート、ディスクゲート、ピンゲート、トンネルゲート（サブマリンゲート）など
１．非制限ゲート
ダイレクトゲート
非制限ゲートは、スプルーから直接キャビティに樹脂を注入させる方式で、ダイレクトゲートまたはスプルーゲートとも呼ばれます。ダイレクトゲートは、製品部に直接ゲートがあるので成型性が良い、引けが少ないなどの長所があります。一方、多数個取りができない、ゲート仕上げが必要、ゲート付近での不良が発生しやすいなどの短所があります。
２．制限ゲート
制限ゲートは、ランナーとキャビティの間に断面積を絞った部分を設けて、溶融樹脂の流れをコントロールするようにしたものです。射出成形では、制限ゲートの方が一般的です。制限ゲートには、サイドゲート（標準ゲート）、ファンゲート、フィルムゲート、ディスクゲート、ピンポイントゲート、トンネルゲート（サブマリンゲート）など、様々な種類があります。
サイドゲート
サイドゲートの写真
サイドゲートは、標準ゲートとも呼ばれる最も一般的な制限ゲートです。成形品の側面に設けられており、ゲート部の加工が容易です。多数個取りの金型に多く採用されています。
ファンゲート
ファンゲートは、ゲート幅を広く、深さを浅くして、扇状にしたものです。製品にゲート跡が残り、ゲート仕上げも困難であるという短所がありますが、流れにくい特殊な用途の樹脂や、引けが発生しやすい肉厚の成形品に使用されています。
フィルムゲート
フィルムゲートは、成形品の幅とゲートの幅が同じであるゲートです。ゲート幅が広いため、後仕上げが必要になりますが、ゲートの断面積が高いため、流れにくい特殊な用途の樹脂や、引けが発生しやすい肉厚の成形品に使用されます。ファンゲートで成型品が変形してしまう場合に、ゲートをフィルムゲートに変えることで改善することがあります。
ディスクゲート
ディスクゲートは、円盤状やリング状の成形品において、成形品全体に同時に溶融樹脂を充填させるためのゲートです。スプルーからリング状のゲートが製品の内周に付けられます。
ピンゲート
ピンポイントゲートは、３プレート（３枚構成）金型などに限定して使われるゲートです。ゲートを比較的自由な位置に決めることができるとともに、型開き時にゲートが自動カットされることから、成型後のゲートカットが不要になっています。
トンネル（サブマリン）ゲート
これまでのゲートは、すべて金型のPL面（キャビティ割面）にゲートが作られています。それに対して、トンネルゲート（サブマリンゲート）は、PL面より下にゲートを潜らせ、キャビティに通じるようにしているものです。トンネルゲートは、型開き時に自動的にゲートをカットすることができます。
まとめ
このように、キャビティへの入り口であるゲートには様々な種類があり、製品に応じて適切に選定する必要があります。ゲートは、成形品の品質や製造コストにも影響します。ゲートの種類のみならず、ゲートの寸法や位置、ゲート同士のバランスなども考える必要があるため、ゲートに関する知識は、射出成形によるプラスチック製造において、なくてはならないものと言えます。
