特殊成形法-ガスインジェクション成形（ＧＡＩ概説）

ガスインジェクション成形

GAI 概説

成形関連情報

実施例

ガスインジェクションの歴史

　ガスインジェクション成形は、汎用プラスチックの世界ではここ数年で成熟期に入った技術です。
すでに1969年に旭化成によって提案されていたものですが、当初は単に肉厚成形品（サラダボールなど）のヒケ防止法としてのみ考えられ、あまり注目されずに放置されてきました。しかし、この成形法が基本的に低圧成形で、大幅なコストダウンと成形品の品質向上につながることから、1980年代後半になって、欧米で大型で複雑な製品の成形に適応できる技術として改良され、高い関心と期待が寄せられるようになりました。
　当社では1992年末にBattenfeld社のAirmouldシステムを導入しGAI成形技術の検討を行うとともに、各種特許や文献の調査を行っています。
　ここでは、GAI成形法の概況と特徴および用途例などを紹介します。

（1）概略動作

　GAI成形法は溶融樹脂を金型キャビティ中に射出し、この中に樹脂と互いに混ざり合わない加圧流体を注入し、その内圧により溶融樹脂をキャビティの壁に押し付けたままで冷却し（保圧と冷却工程を兼ねることができる）、製品を得る方法です。
基本的なパターンを下図に示します。閉じられた金型内に溶融樹脂を射出し、直後に窒素ガスなどの不活性ガスを溶融樹脂の内部に注入することによって、溶融樹脂を金型内面に密着させ、溶融樹脂が冷却固化した後にガスの圧力を抜き金型を開くことによって中空部を持った射出成形品を得るという方法です。

（2）GAI成形法の設定

　GAI成形では通常射出成形の工程に加えて、新たに（1）ガス注入遅延時間（2）ガス圧力（3）ガス保持時間（4）ガス放出時間を設定する必要があります。
（1）ガス注入遅延時間は、射出完了からガス注入開始までの時間で、短すぎると極端に肉厚が薄くなったり成形品が破れて穴が開くことがあります。逆に長すぎると外観が悪かったり、固化してガスが注入できなかったりします。
（2）ガス圧力は、通常30MPa以下で、通常射出成形のように100MPaもかける必要はありません。
（3）ガス保持時間は、通常射出成形の保圧工程と冷却工程を兼ねています。長いほど製品の寸法精度は良くなります。
（4）ガス放出時間は、型開前に内部の高圧ガスを放出するための時間で、大気圧に戻る前に型開動作を行うと製品が破裂してしまうことがあります。

（3）GAI成形法の特長

　一般に以下のことがいわれています。

（1）型締圧の低い成形機が使用可能となり、運転コストを低減できる。
（2）厚肉成形品の成形サイクルを短縮できる。
（3）成形法によっては成形品の重量を減少させることができる。
（4）ひけが解消する。
（5）内部歪み低減により、寸法精度が向上する。
（6）均肉設計を無視して、肉厚の不均一な設計が可能である。
（7）中空品が1工程で成形可能なため、組み立てコストが低減できる。

　欠点としては以下のものいわれています。

（1）ガス注入の穴が残る。中空部と中実部の表面に光沢の違いが出る場合がある。
（2）ガス注入時点の樹脂の先端に"Swotcj Over Mark"といわれる外観の欠点が残る。
（3）中空部の位置および形状のコントロールが困難である。
（4）多数個取りが困難で、精度の必要なものはせいぜい2個取りが限度である。
（5）チャンネル部（ガスを誘導するために製品に設ける肉厚部のこと）の外観が悪い。
（blushと呼ばれる)
（6）製品の変形が、通常射出成形よりも型温に敏感に影響する。
（7）あらかじめ定量化できるような、収縮に適用できる法則はない。
（8）高圧ガス取締法の適用を受ける。

（4）GAI成形法の分類

ガス制御方法による分類

	容量制御法	圧力制御法
内容	容量の可変な容器（典型例はピストンシリンダー）に所定量のガスを準備し、これを圧縮しながら成形品内に送り込む事でガスの量を決める方法	ガスを圧縮し容器に高圧の状態で貯蓄しておき、成形の際に任意の圧力に減圧調整して成形品内に送り込む事でガスの量を決める方法
制御性	圧は徐々に立ち上がり、中空部の拡大とともに減少する。計量ガスをすべて注入した後の昇圧は不可能。	圧は急激に立ち上がり、その後も一定。段階的な制御で容積制御と同様の圧力プロファイルを得ることも可能
適用樹脂	ガスの容積を制御するため、不要な部分にガスが侵入することを防ぎやすい。汎用プラスチックス向き。	効果的に保圧をかけることでる。結晶性エンプラ向き。
適用システム	CINPRES、Engel、Mannesmann、 Krauss-Maffei	AGI、Battenfeld、出光GIM、Engel、 Kloeckner、Mannesmann、Krauss-Maffei

ガス注入位置による分類

	ノズル	ランナー	キャビティー
自由度	専用ノズルが必要	専用ノズルが不要	専用ノズル不要
	専用金型が不要	専用金型が必要	専用金型が必要
	ホットランナー使用困難	ホットランナー使用困難	ホットランナー使用可
制御性	樹脂とガスの流動方向が同方向なので制御しやすい	樹脂とガスの流動方向が同方向なので制御しやすい	ガスを樹脂の流動上流方向へ流すのが困難
制御性	複数のキャビをコントロールすすることが困難	複数のキャビをコントロールすることが困難	複数のキャビをコントロールすることが用意
外観	ゲートとガス穴が一緒	ゲートとガス穴が一緒	ゲートの他にガス穴があく

加工方法による分類

	ショートショット法	フルショット法	副キャビティー法
原理	キャビティーにキャビティー容積よりも少ない樹脂を入れ、風船のように膨らませる	キャビティー内に樹脂を充填させ、冷却固化に相当する高圧ガスを入れ、ヒケ、曲がりをなくす方法	キャビティー内を材料で満たしてからガスを注入し、余剰の材料を副キャビティーに流入させる方法
利点	高中空化が可能	外観が良い	外観が良い
欠点	膨らみにくい材料には適用できない	末端までガスを侵入させることが困難	再生材の割合を多く出来なければ、材料費の低減にならない
欠点	switch over markによる外観悪化	高中空化が困難	ゲートの他にガス穴があく