射出成形の嚙み込み不良について
射出成形で発生する嚙み込み不良について解説します。ここでは嚙み込み不良とはどのような現象であるかをわかりやすくご説明するとともに嚙み込み不良の発生原因と対策についてもご案内します。あわせて射出成形で発生する嚙み込み不良以外の不具合もご紹介します。
目次
射出成形の嚙み込み不良とは
射出成形で発生する嚙み込み不良とは、材料供給の際、スクリューが回転はするものの、嚙み込んでいかない現象です。スクリューが噛みこまない状態と合わせてスクリューが回転しなくなる現象も噛み込み不良と呼ばれます。
射出成形における嚙み込み不良の発生原因
射出成形における嚙み込み不良の発生原因について解説します。射出成形で嚙み込み不良が起きるのは、材料と材料との摩擦係数が極端に低い、または極端に高いためと考えられます。ちなみに材料とは熱可塑性樹脂を含む樹脂ですが、嚙み込み不良の発生を抑制するには、熱可塑性樹脂を含む材料同士の摩擦係数を適切にする必要があります。また、嚙み込み不良は、熱可塑性樹脂を含む材料とスクリューとの摩擦係数も密接に関係しています。材料とスクリューの摩擦係数が高すぎても低すぎても嚙み込み不良が発生しますので注意が必要です。さらに嚙み込み不良は、熱可塑性樹脂を含む材料と加熱シリンダーとの摩擦係数の値によっても発生します。したがって材料と加熱シリンダーの摩擦係数を適切に保つことが重要です。
射出成形における嚙み込み不良の対策
射出成形における嚙み込み不良の対策は、前述のとおり、熱可塑性樹脂を含む材料と材料との摩擦係数、材料とスクリューとの摩擦係数、材料と加熱シリンダーとの摩擦係数を適度に保つ必要があります。それらの調整と並行して、成形機による対策と樹脂材料による対策が必要です。ここでは成形機による対策と樹脂材料による対策とは具体的にどのようなものかをご案内します。
成形機による対策
嚙み込み不良の発生リスクを抑えるために射出成形機で出来ることとしては、逆流防止弁つきのスクリューを取り付けることです。その際、スクリューはショートコンプレッションタイプを取り付けると高い効果が期待できます。そのうえでシリンダー設定温度を変える必要があります。空回転の場合、シリンダー設定温度は下げ、回転不能の場合はシリンダー設定温度を上げるといった調整が必要になります。同時にシリンダーやヒーターの断線が起こっていないかを調べるとともに空射出を5ショット以上続けるのも対策になります。
樹脂材料による対策
射出成形で嚙み込み不良を抑えるには、熱可塑性樹脂を含む樹脂材料による対策も効果的です。具体的には表面潤滑剤をまぶすといった対策があります。さらに材料の粒の大きさを揃えることも重要です。表面潤滑剤をまぶしたうえで材料の粒の大きさを揃えると効果が高まる傾向があります。
射出成形で見られる嚙み込み不良以外の不具合
射出成形で見られる嚙み込み不良以外の不具合や現象をご紹介します。嚙み込み不良以外の現象として、ここではウェルドライン、シルバーストリーク（Silver streak）、ボイド（boid）、ジェッティング、反り、ショートモールド、バリ、焼け・焦げ、フローマークについてご案内しますが、これらの現象以外にも射出成形ではさまざまな成型不良が発生します。詳しくは、三光ライト工業を含む射出成形の専門メーカーにご相談ください。
ウェルドライン
射出成形で発生するウェルドライン（ウェルドマーク）は分流した樹脂が合流部分において融着不十分となり、合流部分が線状跡となって現れるもので、嚙み込み不良とは基本的に異なる症状です。線状跡だけでなく、気泡が生ずる場合もあります。ウェルドライン（ウェルドマーク）の発生原因としては、材料の流動性不足や金型（キャビティ）内部の空気、材料と金型温度が低い、射出速度が遅い点などが挙げられます。したがってウェルドラインの発生対策としては、材料の流動性や温度を高めるとともに射出速度を上げるといった調整が必要です。ウェルドラインの発生個所を調整するには、樹脂の固化を防ぐために金型温度を充分に上げる、ゲートの位置を変える、キャビティ内の空気抜きを徹底するといった対策が求められます。ウェルド強度がどうしても低くなる場合は外力の影響の少ない個所へ出るようにゲート位置を変えるのが効果的です。
シルバーストリーク（Silver streak）
射出成形におけるシルバーストリーク（silver streak）とはその名のとおり、成形品の表面に樹脂が流れる方向に合わせて銀色（銀白色）の筋が残った状態を指します。嚙み込み不良とは基本的に異なる現象ですが、シルバーストリークは「銀条」とも呼ばれる揮発分の流動痕が残ってしまい、製品の外観品質を大きく損ねてしまいます。発生原因としては材料樹脂の乾燥不足、成形機のシリンダー内の水分、揮発分を含めた脱気不良、滞留焼け、加熱分解、金型内のエアー巻き込みなどが考えられます。したがってシルバーストリークの発生を防ぐには、成形前樹脂の充分な予備乾燥が重要で、材料の水分、そのほか揮発分の気化がポイントとなります。あわせてキャビティ面をよく拭き取るとともに、水、離型剤を除くことも重要です。さらにガスベントの設計変更と十分なガス抜き対策として金型内の適所にガス抜き構造を組み込む、あるいはスクリューシリンダーの回転数を下げて空気のかみ込みを避ける、射出速度を遅くし、せん断熱の発生を抑える、スクリュー内の停滞時間を短くするといった成形条件の見直しなど、さまざまな対策を徹底することで発生のリスクを軽減できます。また、ゲート、ランナー、スプルが製品に比べ小さいとシルバーストリークが起きやすくなるため、ゲート、ランナー、スプルをサイズアップをする必要があります。スクリューにエアーを巻き込むのも発生原因となりますので、背圧をかける対策が必要です。シルバーストリークとよく似た現象で、ブラックストリーク（黒条:Black streak）があります。ブラックストリークは、表面に黒い条痕が残るもので、この条痕はシリンダー内で加熱され炭化した樹脂が射出時に混入されることで生じます。
ボイド（boid）
ボイド（boid）とは、成形品の肉厚部に空洞ができてしまう成形不良で、嚙み込み不良と同様、射出成形で見られる現象のひとつです。ボイドは保圧力が低いと発生するリスクが高まり、 充填・保圧工程において、肉厚部に十分な圧力がかかっていないと収縮分を補充できていないため、内側に収縮してボイドが発生します。また、冷却時間が短いと表面のスキン層が固化する前に収縮が始まり表面にヒケが生じるとともに内側にもボイドが発生するケースがあります。したがってボイドを回避するには、保圧力を適切に保つとともに冷却時間を十分に確保して固化を促すなどの対策が求められます。また、金型面では、成形品の肉厚を6mm以下にするとともに強度が必要であれば均一な肉厚の補強リブ（livまたはriv）をつける、不必要な肉厚をつけない、などの対策が必要です。
ジェッティング
ジェッティングは製品表面に蛇が這ったような跡が発生する射出成形不良で、嚙み込み不良とは基本的に異なる現象です。ジェッティングはキャビティに勢いよく射出された樹脂が固化し、後から流れる樹脂と上手く混ざらず、模様として残ってしまうものです。樹脂の固化を防ぐには、シルバーストリークと同様、成形温度を上げる、あるいは勢いを落とすため射出速度もしくは圧力を下げるといった対策が求められます。
反り
反りとは冷却されたプラスチック樹脂製品が、金型から取り出した直後に変形を起こしてしまう現象で、充填された樹脂の収縮が不均一な状態です。嚙み込み不良と同様、射出成形で見られます。反りや変形の原因は、プラスチック成型時に加えた外力に反発する残留応力によるものです。反りが生じると製品の外観や見映えが悪くなるほか、組み立ての際に相手部品と干渉したり、隙間が生じるといった不具合を招きます。反りの発生には金型（キャビティ）が極めて大きく関係します。たとえば金型の離型が悪い、突き出しが不適当、型温度が高すぎる、ゲートが低い、冷却の位置が悪いなどの状態で成型すると、反りが発生しやすくなります。このため、金型の離型が悪い場合は、状況に応じて離型剤を利用するのが効果的です。また、突き出しが不適当な場合は、適切なエジェクション方式を取ることが重要です。型温度が高すぎる場合は、型温度を低くして適温にする必要があります。そのほかゲートが低い場合は、ゲートを適正に設計し、同じく冷却の位置が悪い場合は、冷却の位置を適正、適所に設計することが重要です。
ショートモールド（ショートショット）
ショートモールド（ショートショット）は、金型の一部に樹脂が充填されない状態で成形される不良で、嚙み込み不良と同様、射出成形不良で見られる症状のひとつです。充填不足とも呼ばれるとおり、材料不足により不完全形状の成形物を生ずる現象を指します。ショートモールド（ショートショット）は射出の圧力が不足していたり、樹脂の不足や流動性の悪さによっても発生します。ほかにもショートモールドは金型の温度が低かったり、ゲート断面積が小さい場合にも起こりやすくなります。したがってショートモールドの対策としては、ゲート断面積を増やすとともに注入する樹脂の量を見直すのが効果的です。金型のガス抜き対策も重要な対策となります。また、ホッパー下部にブリッジが発生しないよう注意するとともにシリンダー温度の勾配を適温にすることも重要です。
バリ
バリは金型の合わせ面の隙間や突き出しピンの隙間などから樹脂が溢れ、パーティングに樹脂が流れ込む現象で、嚙み込み不良とは基本的に異なる現象です。バリの発生原因としては金型の芯が合っていないことや、パーティングライン不良、金型プレート間に異物が附着していることなどが考えられます。したがって、金型の合わせ面を精度よく調整したり、入子あるいは溶接にて修正し、隙間をなくすなど金型での対策や調整が必要です。また、型締め圧を高くしたり、投影面積に保圧を掛け、型締め力との関係を確認をして調整するといった対策が効果的です。そのほかにも金型の実温度を測定して制御したり、樹脂の流動性が高すぎたり、樹脂温度が高すぎる場合は適正な温度で成形し、ゲート調整するといった対策が必要です。
焼け・焦げ
やけ・焦げとは、成形品の端部が黒く変色してしまった状態です。空気やガスが断熱圧縮するときに熱が生じ、材料が黒く焼け焦げてしまうことがあります。発生原因としては、空気抜けが悪い、ガスベントがない、材料温度が高い、材料の滞留時間が長い、射出速度が速い、製品表面に油分が付着しているなどが考えられます。
フローマーク
フローマークは成形品の表面にゲートを中心として発生する年輪状の縞で、製品の外観品質を損ねます。樹脂の流れの方向と直角に細い褶曲を生ずる症状で、金型に樹脂を無理に流し込むと発生します。フローマークを抑えるには、シリンダー温度を上げる、低速で射出する、保持圧を高くする、保圧時間を長くする、ノズルを大きくするなどの設定変更が効果的です。
波紋
波紋はゲートまたは細く絞られた箇所を中心に年輪状の細稿が成形品表面に発生する現象で、射出成形不良のひとつです。波紋はほかの不良と同様、製品の外観品質を損ねます。波紋は溶融ポリマーが金型中で急冷されて高粘度となり、凝固をはじめた時に後続する溶融ポリマーに押されて細い稿状になって現れたものです。成形機の対策としては、ノズル径を大きくする、ノズル温度を高くする、射出スピードを早くするなどの調整が必要です。金型では金型温度を高くする、冷塊だまりをつける、ゲート断面積を大きくするなどの対策が効果的です。
三光ライト工業は嚙み込み不良に万全の対応で製品をご提供
三光ライト工業は嚙み込み不良に万全の対応で高品質、寸法精度の高いプラスチック成型品を低価格、短納期でご提供します。大量生産はもとより、多品種少量生産、小ロットもお任せください。弊社は充実の設備群を有しており、型締め力360t級や180t級の最新鋭全自動射出成形機を揃えています。これらの設備を最大限活用し、大量生産であってもすべて均一、かつ短いサイクルタイムで高精密の製品をお届けします。また、金型（簡易金型を除く）も自社製作しており、最新鋭のマシニングセンターやNC放電加工機（NCワイヤー放電加工機も所有）、細穴加工機、フライス盤、3Dスキャナ型三次元測定機などの装置を設備しています。弊社の金型は高精度はもとより、耐久性も高く耐用ショット数も高水準です。金型作製には高いノウハウが不可欠で、特に射出成形の場合、アンダーカットがある製品は、そのままでは突起物などの引っかかりにより金型の開閉を行うことができないケースがあります。無理に取り出してしまうと、突起物が破損します。そうした場合、製品欠け、変形、白化、スレ、離型不良などの不具合が発生するので注意が必要です。このような不具合を発生させないためには、アンダーカット対策はもとより、離型が可能になるような機構を金型設計に織り込めるかがポイントとなります。弊社は射出成形以外にも真空成形や2色成形、LIM成形、インサート成形など幅広い技術（切削加工を除く）を有しており、あらゆる製品に対応可能です。さらに弊社は素材、材料（リペレットを除く）についても高い知見があります。射出成形ではポリプロピレン（PP）やポリエチレン（PE）、ABS（アクリロニトリル、ブタジエン、スチレン共重合合成樹脂の総称）、アクリル樹脂（メタクリル酸メチルエステル:PMMA）などを主に使用しています。製品や金型のご依頼だけでなく省人化のご相談なども承ります。プラスチック成型品のことであれば何でも三光ライト工業にお任せください。ご連絡お待ちしています。
