射出成形の背圧とは
射出成形の背圧について解説します。ここでは射出成形では適切な背圧がいかに不可欠であるかをご説明します。また、背圧などが原因で発生する成形不良としてショートショット、バリ、ジェッティング、ウェルドライン、ボイド（boid）のそれぞれの症状をご案内します。あわせて射出成形の背圧以外の成形条件として、加熱筒温度、計量完了位置、射出圧力（1次圧）、射出速度、VP切り換え位置、保圧（2次圧）、保圧時間、ゲートシール時間、冷却時間、計量（スクリュー回転）、サックバックについてそれぞれの内容をご紹介します。
目次
射出成形では適切な背圧が不可欠
射出成形における背圧とは、溶融樹脂の計量の際、射出方向に加圧する圧力です。プラスチック射出成形では、金型内に溶融樹脂を充填する前に可塑化装置でペレットを溶融、混練し計量します。溶融樹脂は計量の際にスクリュー先端に送り込まれ、先端に溜まった樹脂の内圧によりスクリューが後退します。スクリューの後退方向とは逆の射出方向に圧力をかけることで、樹脂密度を均一化させ計量を安定させることができます。一般的に背圧の設定値は、射出圧力の5%~10%と言われます。その設定値でシルバーストリークや色ムラなどの成形不良、計量のバラつきが生じた際は背圧を上げる必要があります。また、樹脂の鼻たれ（後述）や計量時間がかかり過ぎる場合などには背圧を下げるのが効果的です。適切な背圧をかけないと、溶融した樹脂は空気を巻き込んでしまい、後述するように成形品にさまざまな不具合、不良が発生してしまいます。正しい背圧をかけるには、まずは背圧とはどのような力であるかを理解することが重要です。ここでは背圧を理解するうえで不可欠な知識や情報を網羅しますのでぜひ参考になさってください。
射出成形の背圧設定
射出成形の背圧設定について解説します。前述のとおり背圧は、エアーの巻き込み予防や溶融、混練の効果を高めるために重要です。加えて背圧は計量樹脂の密度を安定させる役割があります。この背圧を適切に設定することで成形品の品質が確保されます。ここでは背圧が高い場合と低い場合のそれぞれにおいて、樹脂がどのような状態になるかをわかりやすく解説します。
背圧が高い場合
射出成形の背圧が高い場合は計量時間が長くなり、樹脂の密度が高まります。樹脂の密度が高まれば、すき間なく詰まっている状態となります。また、背圧の大きさで計量時間も変わり、背圧が高ければ低いときよりも計量に時間がかかります。背圧が高い場合の注意点としては、製品取出し後にスプルーから鼻たれするケースがあります。鼻たれとは、成形機のノズル内部に残った樹脂が熱で溶融し、ノズル先端から垂れ落ちた状態です。その場合はサックバック（後述）を多くとり、背圧を下げるといった対策が効果的です。逆にガスを巻き込みシルバーストリークになったり、混錬密度が減り重量下限になりますので、バランスを考えた調整が求められます。背圧はスクリュー先端から空気を抜きながら混錬させる圧力でもあるため、マスターバッジ（マスターバッチ）材などを混ぜて成形する場合は、背圧を高くすればさらに混錬性を高めることができます。
背圧が低い場合
射出成形の背圧が低い場合は、計量時間は短くなり、樹脂密度は低くなります。背圧が高い場合とは反対に、樹脂にすき間が空いた状態です。背圧が低下すると、簡単に計量完了位置まで計量できますが、背圧が高い場合と比べてショートショットの発生リスクが高まります。
射出成形の背圧などが原因で発生する成形不良
背圧などが原因で発生する射出成形の成形不良をご案内します。ここではショートショット、シルバーストリーク、糸引き、バリ、ジェッティング、ウェルドライン（ウエルドライン）、ボイド（boid）のそれぞれの症状や対策などを解説します。
ショートショット
射出成形のショートショットとは、製造された成形品が部分的に欠けている状態、いわゆる欠肉した状態です。ショートショットは前述のとおり、低い背圧が発生原因となります。背圧が低い場合以外にも、ショートショットは樹脂から出るガスやキャビティー内にある空気の逃げ場が無くなり、溶融樹脂が充填できなくなった時にも発生します。また、射出成形機、加熱筒内のスクリュー先端に装着されている逆止リングの劣化破損により、充填時、逆止リングの隙間から樹脂が逆流してしまうと、ショートショットが発生します。ショートショットは特に最終充填部で発生しやすくなります。ほかにも樹脂から発生するガスや、キャビティー内の空気が逃げ場を失い、袋小路になったポイントでも発生しやすくなります。
シルバーストリーク
射出成形のシルバーストリークとは、「銀条」とも呼ばれる通り、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）の筋が残った状態です。銀色の筋はいわゆる流動痕とも呼ばれます。流動痕は射出成形時、樹脂の中で発生したガス（空気）が金型内で引き伸ばされ、そのまま筋になって残ったものです。シルバーストリークが現れると成形品の外観を損ねるだけでなく、製品の機能に支障をきたす恐れがあります。シルバーストリークの発生原因は複数あり、そのひとつにプラスチック樹脂に含まれる水分が関係しています。水分を多く含んだ樹脂を使用すると、射出成形時の加熱によって水蒸気が発生し、シルバーストリークにつながる場合があります。また樹脂に含まれる水分および揮発分を追い出して可塑化密度を高めるには、背圧が関係します。適切な背圧で混練性を高めることで、樹脂ペレット同士の間に存在する空気や樹脂ペレットに含まれる水分および揮発分が追い出され、可塑化密度が高まり、シルバーストリークが発生しにくくなります。
糸引き
射出成形の糸引きとは、型開き時にスプルーやゲートに糸状に樹脂が伸びた状態です。長く伸びた糸引きが、意匠面にインサートしてしまうと、次のショットに糸模様が転写されてしまい不具合になります。また、毎ショット金型に挟み込んでしまうと、金型が破損してしまうので要注意です。射出成形では、冷却時間中に次ショットの計量をします。スクリュー回転に適度な背圧を加えることで、スクリュー前方に計量される溶融樹脂は、均一に混練されます。計量完了位置まで計量しただけでは、スクリュー先端には圧力がかかっている状態です。この圧力を抜くために、無回転後退、いわゆるサックバックをします。サックバックの量でスクリュー先端の圧力を調節しますが、その際、必要以上に高い背圧は、スクリュー先端にかかる圧力を高め、型開き時に糸引きの起因になります。適正な背圧でも、サックバック量が少ないことで、糸引きが発生する場合があるため注意が必要です。
バリ
射出成形不良のひとつであるバリとは、金型の合わせ面の隙間や突き出しピンなどの隙間から樹脂が溢れ出る現象です。バリは射出成形で発生する成形不良のなかでも、特に発生しやすい不具合といわれます。射出成形でバリが発生しやすい箇所は、パーティングライン（金型キャビコアの合わせ面）や入れ子の合わせ面、スライド入れ子の合わせ面、ゲート、ランナーなどです。バリは射出圧に対し、金型の締め付け圧が弱いと発生しやすくなります。その場合は型締め圧を高くすることが重要です。また、樹脂量と型締め力のバランスを取らず、射出圧を上げすぎている場合もバリが発生しやすくなります。その場合は、投影面積に保圧を掛け、型締め力との関係を確認して調整することが必要です。
ジェッティング
ジェッティングとは外観不良のひとつで、製品表面に蛇が這ったような跡が発生する不具合です。最初にキャビティ内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います。樹脂の固化を防ぐには、成形温度を上げる、あるいは勢いを落とすため射出速度や圧力を下げるといった対策が求められます。
ウェルドライン
ウェルドライン（ウエルドライン）は分流した樹脂が合流部分において融着不十分となり、線状跡となって現れる現象です。ウェルドライン（ウエルドライン）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などの対策が効果的です。
ボイド（boid）
ボイド（boid）とは、成形品の肉厚部に空洞（空隙）ができる成型不良です。ボイドは基本的に成形品の肉厚部に発生します。ボイドは、保圧力が低いと発生するリスクが高まります。 充填・保圧工程において、肉厚部に十分に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。
射出成形の背圧以外の成形条件
射出成形で高精度の製品を製造するには、バレル内に蓄積される圧力である背圧以外にもさまざまな成形条件が求められます。ここではさまざまな条件の中から加熱筒温度、計量完了位置、射出圧力（1次圧）、射出速度、VP切り換え位置、保圧（2次圧）、保圧時間、ゲートシール時間、冷却時間、計量（スクリュー回転）、サックバックのそれぞれの内容を詳しく解説します。
加熱筒温度
加熱筒温度は、樹脂を溶融するための加熱筒の温度です。使用する原料、材料には、原料メーカーの参考標準温度があり、使用に当たっては参考標準温度を保つことが重要です。なお、加熱筒温度設定が高い場合は、粘度が下がり、サラサラと流れやすくなり、ガスの発生が増えます。反対に加熱筒温度設定が低い場合は、粘度が上がり、流れにくくなるとともにガスの発生は減ります。射出成形機の中には、加熱筒にノズルヒーター、バンドヒーター、温度センサーなどの機能が備わっています。それぞれがゾーンで別れており、別々に温度設定をします。たとえば原料が落ちてくるホッパー下は、高温になっていると溶け始めてしまい、スクリューに食い込まない場合があります。そのためホッパー下は低い温度に設定する必要があります。反対にその後のゾーンは徐々に高温にする必要があります。
計量完了位置
射出成形における計量完了位置とは、1ショット分の樹脂を計量したスクリューの位置となります。計量完了位置の設定が多いと、製品が過充填になり、バリやオーバーパックになりやすくなります。反対に少ない場合は、1ショット分に対して不足してしまい、ショートとなります。射出成形では1ショットごとに計量しますが、スクリューを回転させることで、スクリューは後退し、原料は溶けながら加熱筒先端へ送られます。その際、スクリュー後方から圧力をかける、つまり背圧をかけることで溶融樹脂の密度を上げていきます。試作や立ち上げの際、いきなりフル充填するほどの計量位置でのスタートは危険であり、金型に必要以上の樹脂が充填する、いわゆるオーバーパックになると金型を破損するので要注意です。なお充填量は「計量完了位置 ー 最少クッション位置」で割り出します。オーバーパックしない程度の計量完了位置から充填していくことで、徐々に条件を詰めていくことが重要です。
射出圧力（1次圧）
射出成形加工における射出圧力（一次圧）とは、金型に樹脂を充填する際、計量完了位置から後述するVP切り替え位置までの圧力値で、単位はMPa、またはkgf/cm2です。射出圧力（1次圧）設定が高いと、製品が過充填になり、バリやオーバーパックを招きます。反対に低いと、充填に必要な速度がたたないため、充填途中で失速しショートしてしまいます。射出成形で使用されるプラスチック原料の多くは、熱可塑性樹脂であり、熱可塑性樹脂は、温めると溶け、冷ますと固まる性質があります。溶かした原料は、金型に充填された瞬間から固まっていきますので、素早い充填がポイントとなります。また、素早く充填するには、スクリューを速く前進させる必要がありますが、素早い速度を出すために、射出圧力が必要となります。ただし、射出圧力は高ければ良いというわけではなく、必要な射出速度を出せていれば、それ以上の高い射出圧力はバリなどの不具合につながるため、過剰な設定は不要です。反対に射出圧力が低いと、射出速度をいくら高く設定しても速度が出ず、金型内の途中で失速し、湯ジワやショートの原因となります。射出圧力の推移（波形）を適切に保つことが重要です。
射出速度
射出成形の射出速度は、金型に樹脂を充填、注入する速度で、計量完了位置からVP切り換え位置（後述）までの充填速度に当たります。射出速度設定が速すぎると、製品が過充填になり、バリやオーバーパックが発生しやすくなります。反対に射出速度が遅すぎると、充填途中で失速し湯ジワやショートショットの原因となります。射出速度に起因する不具合、不良としてはシルバーストリークがあります。特に製品表面やリブ、ボス周辺に発生しやすくなります。対策としては充填時のガス巻き込み、ガス抜けを意識した射出速度の調整が必要です。また、発生箇所の射出速度をピンポイントで下げることでも改善します。また、射出速度が速いと袋小路やボスの周辺、具体的には流動が二手に別れた後の合流地点において、ウェルドラインが発生する場合があります。なお、ガスベントが比較的大きく設計されている場合や真空引きしているようなガス抜きの良い金型の場合、充填時間が1秒以下の条件で成形することによって、表面外観やウエルド部の融着性の優れた成形品が得られます。
VP切り換え位置
射出成形加工におけるVP切り換え位置とは、金型に樹脂を充填する時、速度制御で充填する9割と、保圧力で充填する残りの1割の切り換え位置に当たります。なお、Vはバーティカル、Pはプレッシャーの頭文字です。VP切り換え位置設定が早すぎる、つまり手前すぎると充填末端部まで充填しないため、充填末端部では、ショートや湯ジワが発生しやすくなります。その場合はVP切り替え位置を、少し先端側、つまり奥にして、射出速度で充填する割合を増やします。反対にVP切り換え位置設定が遅く、奥（先端側）になると、速度制御の速い流れの充填量が増えるため、バリの発生リスクが高まります。その場合はVP切り換え位置設定を手前にするなどの調整が必要です。
保圧（2次圧）
射出成形における保圧（2次圧）とは、充填樹脂を金型内に押し詰める保持圧力です。保圧の目的は金型からの逆流防止です。また、冷却と共に進行する樹脂体積の減少を補充するのも保圧の目的です。一般的に、保圧設定は2段階で設定しますが、肉厚製品やバリが発生しやすい金型では、3～4圧で設定します。この保圧（2次圧）設定が高いと製品が過充填となり、バリやオーバーパック、変形、離型不良の発生リスクが高まります。反対に保圧（2次圧）設定が低いと、流動末端まで樹脂が押し込めず、ショートとなります。また、肉厚部では収縮分を補えないと成形品の表面にくぼみ、いわゆる成形不良のヒケを招きます。
保圧時間
保圧時間は、キャビティの中を溶融樹脂が充填した後に、ゲート部が固化するまで、圧力を加えている時間となります。保圧時間の設定が短いと、十分に充填されず、ヒケやショートになります。したがってゲートシール時間を考慮し、保圧が十分に及ぶ時間を設定する必要があります。保圧時間の目安は、ゲートシール時間を基準に設定されます。なお、ゲートシール時間とは後述のとおり、製品の入り口ゲートが冷え固まるまでの時間です。反対に保圧時間が長すぎると加充填になりバリやオーバーパック、離型不良を引き起こすことがあります。ゲートシール時間後の保圧は製品部に影響しないので無駄になります。バリの発生は、保圧力を多段制御することで回避できます。保圧力1段目を下げ、バリ発生個所の圧力を弱めます。その後、保圧力2段目で圧力をかけると効果があります。
ゲートシール時間
射出成形におけるゲートシール時間とは、ランナーから製品部への入り口であるゲートが、固化するまでの時間です。保圧時間を徐々に上げて製品をサンプリングし、成形品の重量が増えなくなるまでに要した時間に相当します。ゲートシール時間の調べ方は、成形機の大きさが違っても、基本的な考え方は一緒ですが、ゲートの形状や使用する樹脂、成形品の大きさなどによって時間は変動します。
冷却時間
冷却時間は、保圧が完了した後に、成形品やスプルー、ランナーがある程度固化するまでに要する時間です。一般的には冷却時間が、成形サイクルの中で最も所要時間が長くなる傾向があり、特に金型内で最も肉の厚い部分は冷却時間が長くなります。一般に冷却時間が短いと固化が甘く収縮しやすくなり、取出し後のソリや変形を招きます。反対に冷却時間が長すぎると、冷えすぎて金型内で収縮した製品は、取り出し時、抜き抵抗が増して傷がつきやすくなります。金型内に充填された樹脂は、金型内部を通る冷却水で冷やされ、樹脂は金型に接する面から冷えていきます。この金型に触れるところをスキン層と呼び、スキン層が薄い段階で取り出すと、樹脂は大きく収縮しヒケてしまうので要注意です。そのためスキン層をしっかりと冷え固めてから、取り出すことがポイントとなります。
計量（スクリュー回転）
射出成形における計量とは、加熱筒内で1ショット分の樹脂を溶融して準備する工程となります。スクリュー回転と同意で、スクリュー回転の単位はrpm（回/分）です。計量設定が速すぎると、スクリュー先端、加熱筒の傷につながるので注意が必要です。また、計量が速すぎると、樹脂の混錬が不十分で色ムラの原因となります。さらには空気の巻き込みや、密度不足などが原因のシルバーストリークや気泡が発生するので注意が必要です。その場合は冷却時間内に計量が終わる程度の回転数に設定して、ゆっくり混錬する必要があります。冷却時間に比べて計量時間が短いと、樹脂が滞留し変色したり、練りこみ異物の原因になる場合があります。反対に計量設定が遅いと冷却時間内に計量ができなくなります。なお射出成形における計量位置は、スクリューやプランジャーが射出に必要な体積の樹脂を計量するための位置のことです。計量位置が短すぎると充填不良が生じます。計量位置が長すぎるとシリンダー内に余分な樹脂が滞留して焼けが発生したり、ガスが発生する場合があるので注意が必要です。
サックバック
サックバックは、計量完了後にスクリューを強制的に後退させる機能であり、ノズルからの樹脂漏れ（ドルーリングとも）の防止に有効です。ただし、サックバック量を過大にすると、ノズル先端から空気を吸い込むため、成形品のヤケやシルバーストリーク、コールドスラッグなどの原因となる場合があります。反対にサックバック量が少なすぎると、計量した樹脂の圧力が高いままのため材料がたれる、いわゆる鼻たれ（洟垂れ）などの症状が起きます。その場合はサックバック量を0.5mm単位で調整するといった対応があります。また、背圧のかかり具合も関係しているので、合わせて調整する必要があります。
射出成形は三光ライト工業にお任せください
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