実践 CAD/CAM 技術科での金型製作 第 2 回（22期生：コンセントキャップ）
千葉職業能力開発促進センター

齊藤総一

2.2．金型

1 ．まえがき

金型を簡単に述べると，「製品の形を彫り込んだ2 枚の板（以降「型板」と記す）」である。（実際の金型にはさまざまな仕組みが付加され，もっと複雑私が以前所属していた関東職業能力開発促進センな構造となっている。）

ターには，実践 CAD/CAM 技術科という独自コースがあり，機械加工部品の設計製造に関する技術技能習得に加え，プラスチック射出成形金型に関する金型の断面図内容も学び， 6 カ月目の総合課題では金型を設計製型板作する内容となっている。

プラスチック私が担当した 7 年間に，約十数型の金型を製作している。設計時に工夫した点，実際に成形してみると不具合が発生した点，不具合への対処等，さまざまな出来事があったので，これらをまとめてみた。

型板

2 ．成形の工程および金型
プラスチック
2.1．成形の工程
金型といってもいろいろな種類があるが，射出成製品の外観図形金型（以降「金型」と記す）に限定して話を進め図1ることとする。射出成形は，以下の工程を繰り返す

PL

金型断面図と製品ことで製品を連続で生産する。
2 つ型板の合わせ目が，製品の表面に線となって①金型を高圧で締め付ける。（型締め）②高速・高圧でプラスチックを流す。（射出）表れることがある。これをパーティングライン（以③末端まで流れた後も収縮を抑えるため，圧力降「PL」と記す）と呼ぶ。（図 1 ）金型の合わせ面をかける。
（保圧）のことも PL と呼び， 会社によっては面のため PLプラスチックを冷却し固める。
（冷却） 次の面と呼ぶこともある。成形機に金型を取り付けて成成形のため，プラスチックを溶かす。

形を行うと，PL を境に動く部分と動かない部分に⑤製品を取り出すため，金型を開く。（型開き）

わかれる。動かない部分を「固定側」，動く部分を⑥ピンなどで製品を突き出し，金型から取り出「可動側（または移動側）」と呼ぶ。一般的に，固定す。
（突き出し）側はプラスチックを流す仕組みがあり，可動側は製④技能と技術

2 /2024－6－

品を突き出す仕組みがある。そのため，金型が開い要な要素であると，私は考えている。例えば先ほどたときに製品が突き出し側にないと，製品を自動で「金型が開いたときに製品が突き出し側にないと…」

取り出すことができない。と説明したが，この離型抵抗を調整して突き出し側に製品が残るように金型設計を行うこととなる。

2.3．離型抵抗2.4．圧力損失

可塑化したプラスチックは流れが悪く，高温高圧で金型内に押し込まれる。そのためプラスチックはプラスチックは流れが悪いため，成形機での高圧金型の製品部分に密着し，取り出すことが困難であは金型内部まで伝わらない。 これを圧力損失と呼る。この困難さを「離型抵抗」と呼ぶ。

ぶ。プラスチックの種類などにもよるが，成形機射出部では100MPa 以上あった圧力が， 金型内では抜き方向40MPa 以下に落ちてしまう。

抜き方向

3 ．プラスチックを流す仕組み（ゲート）
3.1．ゲート
プラスチックを流す仕組みには様々な種類があり，一般的に○○ゲートという名称で区別されている。それぞれに特徴があり，どのゲートを使用するかは，その特徴によって決められる。
これらゲートの種類は， 4 つに大別できると考えている。ダイレクトゲート，サイドゲート，サブマ

抜き勾配あり抜き勾配なし図 2 抜き勾配の有無の比較

リンゲート，ピンゲートである。（以降「DG，SG，SMG，PG」と記す）

製品を金型から取り出す方向を「抜き方向」とす
ると， 抜き方向に平行な部分ほど離型抵抗が大きい。少しでも取り出しやすく（抜けやすく）するために，製品形状に抜き勾配を設けることが一般的で製品ある。
（製品の用途にもよるが， 勾配で通常 1 °程度がよく見られる。製品表面の状態で， 5 °～10°スプルーランナー程度になることもある。
）図 2 は金型の断面図であり，抜き勾配の有無の比較である。

ゲート

また離型抵抗は，プラスチックが金型に密着しようとする力の大きさに比例し，かつ密着する面積に比例する。イメージとしては，手のひらをテーブル

図3に押し付けてテーブル面上を動かすとき，押し付け流路の名称

る力が強ければ強いほど動かしづらい。また，指先

まず，プラスチックが流れる流路の名称から説明を押し付けた時と手のひらを押し付けた時を比較すを行う。成形機から射出されたプラスチックは，金ると，手のひらのほうが動かしづらい。これと同じ型に加工されたテーパー穴を通り，PL 面に到達すことである。

る。 このテーパー穴を「スプルー」 と呼ぶ。 次に
PL 面に加工された流路を通り，製品近くに到達す

金型設計を行う際には，この離型抵抗がとても重－7－実践報告

る。この流路を「ランナー」と呼ぶ。最後に，製品トに関しては，3.1で説明したとおりである。 ゲー直前では細くくびれた流路となっている。この部分

ト部分は，金型の PL 面に加工することになる。SGを「ゲート」と呼んでいる。
（図 3 ） ゲートの種類の特徴を以下に記す。
⃝によっては，ランナー等が無いものや，仕組み自体

1 つの金型で 1 サイクルにつき，複数の製品がつくれる。

が全く異なるものもある。
⃝3.2．DG（ダイレクトゲート）（図 4 ）ランナーが製品に付いたままになり，成形後カットする必要がある。

スプルー穴から製品部分に直接プラスチックが流れる方式を，DG と呼ぶ。流路が短く太いため，圧3.4．SMG（サブマリンゲート）力損失が少ない。よって大きい製品でも，隅々までスプルー， ランナーに関しては SG と同じだが，プラスチックがいきわたる。また，流れが悪いプラゲート部分の仕組みが異なる。ゲートは金型の PLスチックに適している。 その他の特徴を以下に記

面ではなく，型板にあけた円錐形の穴となる。（図す。

5 ）固定側型板にゲートを加工した場合は型開きの⃝⃝⃝⃝スプルーが製品に付いたままになり，しかも時に，可動側型板にゲートを加工した場合は突き出太いためカットすることが困難である。

しの時に，自動でゲート部分が切り離される。プラ

製品のスプルー付近では，冷却時にひずみがスチックの「しなる」性質を利用しているので，プ発生し，ゲートカットの際に割れが発生する

ラスチックの種類によってゲートの角度に限界がで場合がある。てくる。SMG の特徴を以下に記す。

1 つの金型で 1 サイクルにつき， 1 つの製品⃝

成形後にゲートをカットする手間が省ける。

しかつくることができない。

⃝

圧力損失が大きい。

小さい製品，板状の製品に用いることは，ほ⃝小さい製品でも，一定の厚み（高さ）がないと金型の加工が困難である。（図 6 の 🄰 の高とんど見られない。

さが必要となる。）
DG

サブマリンゲート

図5

製品（コップ）

SMG の外観（可動側に加工）

図 6 は， 型 開 き の 際 の SMG の 断 面 図 で あ る。
図4

DG をニッパーでカット（SMG は固定側に加工）これらの図の抜き方向（型開きの方向）は，上下方向となる。また実際には，3.3．SG（サイドゲート）（図 3 ）

固定側がそのままの位置で，可動側が下に移動して製品の PL から（側面から）プラスチックが流れいる。

る方式を，SG と呼ぶ。スプルー，ランナー，ゲー技能と技術

2 /2024－8－バナナゲート

製品

固定側型板

L2L1

可動側型板

コールドスラッグウェル
図7A

BNG の外観ゲート

4.2．突き出しの様子
図 8 ～10は，突き出しの際の BNG の断面図である。これらの図の抜き方向は，上下方向となる。突ランナー
図6

き出しの際の図のため，可動側の部品のみである。

型開き時における SMG の様子

図 8 は，突き出し開始直前の図である。プラスチ

3.5．PG（ピンゲート）

ックは，「ランナー金型構造を含め，前記のゲート方式と大きく異なれ固化したため，製品とゲートはつながった状態でるため，ここでは省略させていただく。主な特徴と→ゲート→製品」を流ある。

しては，金型構造が複雑になることや，成形時にゲランナーートを自動でカットすることなどがあげられる。

4 ．バナナゲート

製品

ゲート

4.1．特徴コールドスラッグウェル

バナナゲート（以降「BNG」と記す）は SMG のEP1 種であり，同じようにゲートカットの手間を省くことができる。
（本によって分類は異なり，独立している場合もある。 また比較的特殊なゲートのた

可動側型板

図8

BNG の突き出し①（抜き方向上下）

図9

BNG の突き出し②（抜き方向上下）

め， 呼び方もまちまちである。
） 円錐形の SMG に対して，メリットは「製品に一定の厚みがなくてもよい。
」ことである。そのため板状の製品でも，使用可能となる。しかし，金型加工の手間が増えるというデメリットもある。また，折れやすいプラスチックでは，成形不可能となる。図 7 は，今回作成した金型の BNG の写真である。

図 9 は，突き出し直後の図である。ゲートは突き出されたランナーに引っ張られ，製品は EP に突き－9－実践報告

出されることで， 自動的にゲートカットが行われ6 ．設計時に工夫した点る。突き出された製品は，自動落下する。
図10は，ランナーの突き出し完了前の図である。
ゲート部分がしなることにより，ランナー部分は左

6.1．ゲート用の EP の長さを短くする方向の力を受け，かなり変形している。ただコール

この内容は，BNG 用金型部品を販売する会社のカドスラッグウェルが穴の中に納まっているため，突タログ技術データを参考にしている。図 7 の形状で，き出しの力がランナーへと伝わっている。

以下のように加工するよう指示が載せられている。
「L 2 ＝ L 1 ×0.8」
コールドスラッグウェルの本来の目的は，温度が下がった品質の悪いプラスチックが製品に流れないよう溜めることである。しかし今回は目的が異なると思われ，以下のように考察した。
BNG では突き出し時にゲート部分が大きく変形するため，離型に大きな力を必要とする。離型が完

図10

BNG の突き出し③（抜き方向上下）

了する前に EP と接触するプラスチック部分も変形してしまうと，EP がプラスチックを突き出すこと5 ．コンセントキャップができなくなる。プラスチックの変形防止のため，突き出しが完了するまでは穴の中にプラスチックが22期生たちは，図11に示すコンセントキャップを残り，確実に突き出しができるよう工夫している。

作成した。コンセントに埃などが入らぬよう，また図12は，EP の長さを短くなかったために発生した，濡れた手などで直接コンセントに触れないことを目突き出し不良の図である。

的としている。市販の製品は無機質なため，動物の顔をデザインすることで，親しみのある製品としてEP の先端がランナーからずれ，突き出し不可いる。
下図は製品の写真であり， 突き出し側には BNGを確認することができる。

図12

突き出し不良（抜き方向上下）

6.2．入れ子によるガス抜き
今回の製品は，コンセントにリブ 2 枚をいれる形状である。金型としては深い溝を 2 か所作ることになり，加工方法とガス抜きが問題となってくる。そのため入れ子構造とし，入れ子の向きを変えてマシニングセンタ加工を行い，さらにガス抜きを付加す

BNG
図11

技能と技術

2 /2024ることとした。（16期生スマホスタンドにおける，カエルの足部分と同様の考え方である。）

製品外観

図13は， 入れ子を組み合わせた後の断面図であ－10－る。矢印の合わせ目から，ガス抜きを行っている。

組んだ状態でマシニングセンタに乗せ，製品形状やまた，図14は，マシニングセンタでリブを加工したランナーを彫り込んでいる。（図17）

後の写真である。
（写真の反対側にも，マシニングセンタでリブを加工している。）

ゲート用入れ子

リブの入れ子

入れ子（外側）図13

図16

入れ子写真（エンドミル加工前）

図17

入れ子写真（エンドミル加工後）リブの入れ子断面図

6.3．入れ子の隅形状
図14

今回はガス抜きやゲート用の入れ子外周を，ワイリブの入れ子（写真）ヤーカットで作成している。ワイヤーカットではコーナーを完全な角にすることができない。そのため隅形状を図18矢印部分のように設計し，手作業の工程を減らしている。

入れ子（外側）図15

入れ子の組み立て写真（全体）図15は，入れ子（外側）にワイヤーカットで四角
い穴を 4 か所あけ，リブの入れ子とゲート用入れ子を組み込んだ写真である。
（マシニングセンタの加工を行う前の状態）

図18

1 つの四角い穴には，リブの入れ子 1 個とゲートゲート用入れ子外観用入れ子 2 個を組み込んでいる。（図16） その後，
－11－

実践報告

な対処を試みたが，決定的な対処方法を見つけるこ

7 ．成形時に不具合が発生した点とはできなかった。製品の厚みが薄くランナーより製品が先に離型するか，逆に厚みが厚くランナーより製品が遅れて離型する場合に，BNG は有効であ先ほど，BNG が持つ「円錐形の SMG」に対してると考えている。のメリットは，「製品に一定の厚みがなくてもよい。
」と明記した。実際に成形してみると，「厚み」に対して，注意しなくてはならないことがわかった。

また厚みだけではなく，金型内に製品をどのように配置するかも，重要となる。

今回の製品は図19形状のコンセントキャップのため， 円錐形状の SMG でも問題なかった。
（製品の色の濃い面が， 製品の PL である。
） しかしガス逃げのために入れ子を製作するのであれば，ゲート用の入れ子を追加しても工程はさほど増えないとの判断で，BNG を選択している。

図20

ゲートが離型する直前①（抜き方向上下）

図21

ゲートが離型する直前②（抜き方向左右）

厚み

図19

コンセントキャップ外観

円錐形状の SMG でも離型の際にプラスチックがしなり， ランナーやゲートがたわむ現象が発生す

8 ．あとがきる。これが BNG になると，たわみはかなりの量となる。そのため離型時にたわみが元に戻る勢いで，ランナーやゲートが単純落下ではなく固定側に向か今回考察した「EP の長さを短くする」 理由は，って飛びながら落下するという現象が発生した。そこの 2 年後に作成した金型（26期生）で不良が発生

れ以上に問題なのは，たわんだゲートが元に戻るとした際に，対処方法を考えるうえでとても役に立っきに（図20および図21矢印）， 離型して落下途中のた。カタログなどの技術データでは，「なぜそのよ製品とぶつかった場合である。丁度，落ちてきたボうな加工が必要なのか」といった理由まで書かれてールをバットでスイングするかのように，ゲートがいない。しかし，その理由を考察することは，とて製品を弾き飛ばすこととなる。毎回ではないが，何も重要であると実感した。

回かに 1 回はタイミングが合ってしまい，上記の現最後に，当時の実践 CAD/CAM 技術科講師の皆象が発生した。これにより製品に傷がつき，また床さま（津嶋先生，木下先生）および訓練生に感謝申に落ちることでゴミや埃の付着が発生し，商品価値し上げます。

を下げることとなった。

参考文献：ミスミ WEB
https://jp.misumi-ec.com/pdf/mold/12_mo0999.pdf

これに関しては，成形条件などを変更しいろいろ
技能と技術

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