射出成形の不良対策について
射出成形の不良対策について解説します。射出成形不良には様々な種類がありますが、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）、反り、フローマーク、ジェッティング、クラック、ショートショット（ショートモールド）、ヒケのそれぞれの現象を説明するとともに発生原因や対策について解説します。また、射出成形の不良対策と金型（キャビティ）の関係についてもご説明します。三光ライト工業は射出成形の不良対策に万全を期して高精度、高品質の成形品を低価格、短納期でご提供します。いつでもご連絡ください。
目次
射出成形不良の種類と発生原因
射出成形をめぐってはウェルドライン（ウェルドマーク）、シルバーストリーク（Silver srteak）、ボイド（boid）、反り、フローマーク、ジェッティング、クラック、ショートショット（ショートモールド）、コールドスラグ、ヒケなど様々な成形不良が発生します。これらの不良は成形品の外観はもとより成形品の信頼性に悪影響を及ぼすものであり、不良が発生しないよう最大限の対策が求められます。ここではそれぞれの不良の現象についてご案内するとともに発生原因や対策についてご説明します。
ウェルドライン（ウェルドマーク）
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現象です。射出成形不良でよく見られる症状のひとつで、ウェルドマークとも呼ばれます。ウェルドライン（ウェルドマーク）が起こるメカニズムとしては、成形材料の樹脂が金型内を分岐したのち再び合流するとき、樹脂温度が低下して樹脂同士が完全に融合せず融着不良に陥ると発生します。特に外観を重視する成形品では、合流部分に線状の跡が出てしまうと、傷のように見え外観を大きく損ねるため対策が不可欠です。発生原因としては金型内へ流れる先頭の樹脂は冷えて固化しやすく、この樹脂が合わさることでウェルドラインになると考えられます。またウェルドラインはキャビティ内の空気抜き不良にも起因します。したがって、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効果的です。
シルバーストリーク（Silver streak）
シルバーストリーク（Silver streak）は製品表面へ銀色の筋のような跡が発生する成形不良で、銀条とも呼ばれます。成形時、樹脂などの材料に含まれた水分や空気が原因で発生するといわれており、成形前に材料の乾燥を適切に行うことが重要となります。また、成形機スクリューの動作中に巻き込んだ空気が原因となる可能性もあります。スクリューの回転で巻き込まれる空気を減らすためには、スクリューの速度を落とす、背圧を上昇させる必要があります。あわせて細いランナーやスプルー（スプールとも）を使う、ガス抜きをするなどの方法が有効です。樹脂を溶かすときに発生するガスやスクリューの回転で巻き込まれる空気、射出工程で型に巻き込まれる空気が原因となることが多く、これらの対策が必要になります。樹脂を溶かすときに出るガスは、シリンダー温度を下げる、ガス排出機能のついたシリンダーの活用、材料の十分な乾燥といった対策が有効です。
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型不良です。金型内に充填された樹脂は、冷却と共に収縮しますが、 その際、成形品の金型に接する面、いわゆるスキン層が冷却不足により収縮し凹む現象が後述のヒケです。 逆に、スキン層は固化していますが、内部に収縮し真空の空洞ができた状態をボイドと呼びます。 ボイドが発生すると、外観が損なわれるのとボイド部の強度不足を招きます。ボイドは基本的に成形品の肉厚部に発生します。成形品は基本的に、同じ肉厚が望ましいですが、肉厚にせざるを得ない場合があります。 この肉厚部に、ボイドが発生しますが、 成形品の肉厚が不均等になるケースとしては、機能強化したい場合や立体的なデザインの場合などがあります。ボイドは、保圧力が低いと発生する可能性があり、 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するといわれます。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。そのほか、金型内部の水管が詰まることで、部分的に冷却不足になり、収縮が強まります。 収縮が大きくなるとボイドが発生する可能性が高まります。
反り
反りは冷却された樹脂製品が、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、射出成形でよく見られる成型不良のひとつです。反りが発生する要因としては、成形条件の樹脂温度・金型温度・射出圧力などが原因となる残留応力と成形品の離型時の突き出しのピン位置・本数・状態・タイミングなどが原因となる外部応力の2つがあります。特に板形状品における成形収縮の代表的なものとしては、温度差による収縮と強化繊維の配向があります。温度差による収縮では、金型のキャビティとコア間に温度差が生じ、板製品の片面が低温、反対の面が高温になると、その温度差により樹脂の収縮に差が生じ、結果として製品の反りが発生します。一方、強化繊維の配向による反りは、ガラス繊維などの強化繊維は、樹脂の流れ方でその向き、いわゆる配向が決まりますが、樹脂が流れる方向に繊維が配向する確率が高くなることで強化繊維が突っ張り、配向と並列方向では一般の樹脂より収縮が低減します。逆に強化繊維の配向と垂直方向では収縮は増大します。
フローマーク
射出成形不良のひとつであるフローマークは、製品表面に年輪のような跡が発生する現象で、外観品質を損ねます。キャビティ内に射出された樹脂の表面、つまり金型に直接触れる箇所は冷えやすく、特に温度が低かったり、速度が遅い場合、冷えて固化した樹脂表面がスキン層と呼ばれる膜状となり、模様として残った状態がフローマークと呼ばれます。フローマークを防ぐには樹脂の固化を防ぐため成形温度を上げるのが有効です。また後述する「ジェッティング」とは逆の考え方で勢いを上げるため射出速度や圧力を上げるといった対策が効果的です。
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のひとつです。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った状態です。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・圧力を下げるといった対策が求められます。
クラック
クラックとは、金型から取り出した成形品の表面にヒビが発生する成形不良で、射出成形でもよく見られる不具合です。最悪の場合、ヒビにより成形品が割れる場合もあります。クラックが生じる主な原因は、金型の内部に生じる内部応力と、金型を外す際の圧力と考えられます。内部応力は樹脂の硬化速度が不均一な場合に起こりがちです。金型を外す際の圧力によるクラックは、成形品を型から外す際に歪みが生じ、成形品に余計な圧力がかかることで生じます。また、箱形状の場合は取り出し時に金型と製品空間が真空状態となり、取り出しに過剰な圧力がかかることでクラックを招きます。硬化速度が不均一な場合は、金型温度を上げ、冷却時間を長くするなどの調整が必要です。型から外す際に歪みが生じる際は、抜きテーパーを多めに取ったり、突き出しピンを追加するなどの対策が効果的です。また、真空状態を解除するために、ガス抜き対策することも効果があります。なお、クラックは成形品の「欠け」を指しますが、「クレジング」は「細いひび」を意味します。クラックもクレージングも発生原因はほぼ同じで、同様の対策が求められます。
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、充填不足とも呼ばれます。ショートショットの原因は、樹脂の不足や流動性の悪さなど材料に起因するもののほか、金型の温度が低かったり、射出の圧力が不足しているなど成形時の条件に起因するものがあります。ほかにも、ショートショットは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ショットを防ぐには、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。そのうえで材料の流動性の見直しや射出圧力を高めるなど成形条件を調整する必要があります。また、金型内に空気だまりができることでショートショットが起こる場合は、クラック防止と同様、金型のガス抜き対策が必要です。ショートショットはショートモールドとも呼ばれます。
コールドスラグ
コールドスラグとは射出成形における成形不良の一つで、コールドスラッジとも呼ばれます。射出成形機ノズルの先端が金型に触れた瞬間、金型側に熱を取られ樹脂温度が急激に低下します。その際、金型に触れている時間が長すぎると樹脂の一部が固化してしまい、その固化した不純物を「コールドスラグ」と呼びます。コールドスラグの発生を防ぐには、ランナーの一部に、冷えた樹脂を逃す場所を設けるのが効果的です。 なお、冷えた樹脂の逃げ場をコールドスラグウェルと呼びます。 コールドスラグウェルは、ランナーの分岐点や曲がり角に設けるのが効果的です。 分岐点と曲がり角のいずれの場合も、樹脂が流入する進行方向にランナーを延長するように設置するのが基本です。
ヒケ
ヒケは、成形品の表面にくぼみができる成形不良で、肉厚部に発生する傾向があります。ヒケが現れると見栄えが悪くなり、機能部にヒケが生じると勘合不良や摺動不良を招きます。ヒケは充填量不足や冷却不足、または金型から取り出された後の収縮によって現れる傾向があります。射出成形加工におけるヒケの発生要因は、射出工程と各部の温度設定の2つに分けられます。射出成形工程に起因するヒケは、充填の2次工程である保圧力の調整が重要となります。ヒケとバリの状態を注視しながら、適切な保圧力や保圧時間を設定することがポイントとなります。また、温度設定に起因するヒケでは、金型の適切な温度設定が極めて重要です。金型の設定温度によってヒケは大きさが変わりますが、金型温度が高すぎると冷却しずらくなり、取り出された成形品の温度が高くなります。結果として、収縮率が大きくなり、ヒケは大きくなる傾向があります。金型温度を変更できない場合は、冷却時間を延長させることでヒケを最小限に抑えることが可能です。
バリ
バリとは、射出成形をする際、金型からはみ出した材料によって成形品に不要な突起などが現れる不良です。バリが生じる原因としては、金型の精度が低い、あるいは金型の締め付けがゆるい、樹脂などの材料温度が高い、射出速度が速すぎるなどが考えられます。ほかにも、パーティングラインにある圧縮されたガスが樹脂とともにパーティングラインからはみ出る現象、いわゆるガスバリなどもバリが発生する要因のひとつです。バリを防ぐ対策は、原因によって異なりますが、金型に起因する場合は入子や溶接で修正し、隙間をなくす必要があります。また成形が要因の場合は、型締め圧を高めたり、樹脂温度を適正にし、ゲート調整を行うなどの対策が効果的です。ガスバリが要因である場合は、金型のガス抜き対策が必要になります。
焼け
シリンダー内で樹脂が滞留加熱して焼けが生じたり、金型内の空気が樹脂圧で加熱発火し焼ける現象である「焼け」や黒点が生じる「黒条」があります。焼けや黒条は、射出圧力が強すぎるのが原因と考えられるため適切な圧力に調整する必要があります。ほかにもガスや空気による影響、いわゆるガス焼けによって焼けや黒条は発生します。このためガスベントの定期的な見直しも大切です。
噛み込み不良
噛み込み不良は、充填不足による成形不良でショートショット（ショートモールド）とよく似た不具合です。噛み込み不良が起きる原因としては射出容量、可塑化能力などを含む射出成形機の性能不足や材料の流動性の悪さが挙げられます。そのほか、ゲート断面積が小さすぎたり、成形品の肉厚の薄さ、ガス逃げ不良も噛み込み不良を招きます。対策としては成形機側では、材料供給量を増すとともに最大容量で不足の場合は大型機へ変更することが重要です。また逆流防止弁付のスクリューを取り付けるのに加え、射出圧力を高くする必要があります。あわせてシリンダー温度の設定点とノズル温度も高くするのが効果的です。金型では金型温度を高くするとともに金型のガス逃げを大きくする設計が求められます。ゲート断面積を大きくすることも噛み込み不良防止には効果があります。
その他の成形不良
上記以外の成形不良としては「剥離」があります。剥離は、成形品が層状に重なり、雲母のように剥がれる成形不良です。剥離の原因と考えられるのは成形条件が不適正だったり、混ざり合わないプラスチック混入が考えられます。成形品の離型不良で、ショートショットが金型製品部に残り、次のショットでもう一度射出してしまう現象の「Wショット」はエジェクターピンで突出しをしていて、ストロークも十分な場合は、連続突出しを掛けるのが効果的です。「糸引き」は製品を取り出す際、固化しなかった樹脂がスプルー頂点から糸状に伸びた不良です。糸引きした樹脂が製品や金型に付着すると、製品の外観不良や金型を傷つけてしまうので注意が必要です。糸引きは成形機のノズル温度が高いと発生しやすくなるため、ノズル温度を下げる、あるいは冷却時間を伸ばすといった対策や、サックバックを引くことで緩和できるケースがあります。
射出成形の不良対策と金型（キャビティ）
射出成形の不良対策には金型（キャビティ、簡易金型を含む）が果たす役割が極めて大きくなります。たとえば離型が悪い場合は、離型剤を使用するのも選択肢のひとつです。また、突き出しが不適当な場合は適当なエジェクション方式を取る必要があります。金型の型温度が高い場合は、型温度を低くします。さらにゲートの位置やサイズが不適切な場合はゲート位置・サイズを適正に設計することが重要です。あわせて冷却の位置が悪い場合は冷却の位置を適正に設計する必要があります。金型以外の不良対策のうち、成形条件による改善対策としては射出圧力の不足があります。その場合は射出圧力を適正にすることが重要です。また、射出保持圧時間が短い、射出速度が遅い、樹脂温度が低すぎる、高すぎる、型開きが早いなどの場合もそれぞれ適切に設定、調整することが射出成形の不良対策の第一歩となります。ほかにも材料の流れが悪い場合は、流動性の良い樹脂材を選び直したり、急激に肉厚が変化した場合は、肉厚を出来るだけ均一にするなど製品形状による改善対策が求められます。
三光ライト工業は万全の射出成形不良対策でお客様の信頼に応えます
三光ライト工業は射出成形で豊富な実績を築いてきましたが、この間、射出成形不良対策に万全を期して寸法精度の高い高品質のプラスチック成形品を製造、製作してきました。射出成形不良対策にはいうまでもなく金型の精度が極めて重要ですが、弊社は成形品だけでなく高精度の金型を自社工場で製造しています。金型製作を内製することでお客様のご要望に柔軟にお応えできるほか、コストダウンと短納期を実現しています。弊社は埼玉工場に型締め力360トン級の全自動射出成形機をはじめ各工場に最新鋭の設備を豊富に取り揃えています。
また、中原工場に金型製作部門を構えており、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、細穴加工機、フライス盤、平面研削盤、成形研削盤、レーザー溶接機、精密高速旋盤、直立ボール盤、3次元CAM 3次元CAD（三次元測定器を含む）などを設備しています。これら最新鋭の全自動設備、省人化機械を最大限に活用し不良品ゼロを目指しています。また弊社は熱可塑性樹脂をはじめ素材に高度な知見を有しています。それぞれの素材の特性を熟知したうえで樹脂の特長を最大限に引き出したプラスチック成形品を製造いたします。プラスチック成形品のことは何でも三光ライト工業にお任せください。省人化装置のご相談にもお応えします。ご連絡お待ちしています。
