射出成形の焼け対策について
射出成形の焼け対策について解説します。ここでは射出成形不良のひとつである焼けとはどのような症状や状態であるかをわかりやすくご案内するとともに焼けの発生原因とその対策をご紹介します。また射出成形で発生する焼け以外のプラスチック樹脂成形不良とそれぞれの発生原因および対策をご紹介します。
目次
射出成形不良の焼けとは
射出成形における焼けとは、金型内のガス抜けが悪い箇所で樹脂が黒く焦げてしまった状態です。焼けは、圧縮されて高温になり発熱したガスが樹脂を黒く焦がしてしまうもので「ガス焼け」や「焦げ」とも呼ばれます。焼けが生じると製品の外観が著しく悪くなってしまうとともに製品としての価値が大幅に下がってしまいます。焼けの発生を防ぐには、まずは焼ける原因を把握することが極めて重要です。
射出成形の焼け発生原因
射出成形で焼けが発生する原因とメカニズムを解説します。焼けが起きるのは、逃げ場を失ったガスが圧縮され高温になり発熱し、接する部分を黒く焦がすためです。通常の射出成形の充填工程では、樹脂から発生するガスと金型（キャビティ）内の空気は、ガスベントから排出されます。ところが、状況によってはガスベントからガスと金型（キャビティ）内の空気がうまく排出されない場合があります。ガスベントから排出されなかったガスや金型（キャビティ）内の空気は次第に圧縮されるとともに高温になります。こうして逃げ場を失い、高温になったガスが樹脂を黒く焦がし、焼けにつながります。なお、焼けが発生しやすい箇所はいくつかあります。具体的には、流動末端、ガスベントのつぶれたパーティングライン面、袋小路部、多点ゲート金型の樹脂の合わさり目です。流動末端は、金型に充填した樹脂が行きつく箇所であり、金型内の空気と樹脂のガスが集まる箇所に当たります。流動末端から集まったガスがうまく排出できないと、やけの発生リスクが高まります。したがって成形品や金型ごとに、流動末端の場所を把握しておくことが重要です。また、連続生産が長期に及んだり、累計ショットが増えてくると金型が消耗します。すると、パーティングラインのガスベントが次第につぶれてしまい、焼けが発生しやすくなります。特に、樹脂を巻き込む角部は、ガスが集まるため、焼けが発生しやすいので注意が必要です。ほかにも型の構造上、ガスが逃げにくく、ガスを成形品に巻き込んでしまう袋小路部は、やけが発生しやすい箇所です。射出速度が早ければ早いほど、袋小路のガスは逃げにくくなり、焼けが発生します。また、多点ゲート金型において、それぞれのゲートから充填された樹脂が合わさるところは逃げ場を失ったガスが圧縮されることで焼けるリスクが高まります。多点ゲート金型は、複雑な形状をしているのでそれぞれの流動の合わせ目を把握しておく必要があります。ゲート付近はせん断熱によって急激に成形温度が上昇し、焼けの発生リスクが高まりますので要注意です。
射出成形の焼け対策
射出成形の焼け対策を解説します。前述のとおり、焼ける原因はガスベントからうまく排出されなかったガスによるものですが、ガスベントからガスが適切に排出されるようにするには、金型（キャビティ）、成形条件、成形品の形状・デザインが密接に関係しています。ここでは金型（キャビティ）、成形条件、形状・デザインのそれぞれの観点から焼け対策の基本ポイントについて解説します。
金型（キャビティ）での対策
射出成形で焼けの発生を防ぐには、金型の役割が極めて大きくなります。具体的には、金型にエアベントを設けることが重要です。エアベントが適切に設計されていないとガスが排気されず、焼けを招いてしまいます。また、エアベントを設計するうえでは深さも重要で、排気通路を十分に確保する必要があります。また、焼けがひんぱんに発生してしまう場合は、金型を分解してエアベントを洗浄メンテナンスすると症状が改善されることもあります。さらに金型を分割構造や入れ子構造として、分割面からエアを逃がすのも効果があります。そのほか真空吸引装置を採用したり、ゲート位置を変更するといった対策も重要です。このように射出成形で焼けを防ぐには、金型でさまざまな改善策がありますが、金型の専門業者でなければ、対応がなかなか難しい場合があります。その点、三光ライト工業は成形品のみならず金型も自社で設計、製作していますので、エアベントの設計や金型の分解、メンテナンス、分割構造、入れ子構造、真空吸引装置の採用、ゲートの変更などで豊富な知見を有していますので、金型のことであれば何でも弊社にご相談ください。
成形条件での対策
射出成形で焼けを防ぐには成形条件を見直すことも重要です。具体的には、射出速度を遅くすると効果があります。射出速度が速すぎると焼けの発生リスクが高まるため、射出成形を遅くするのも焼けの対策になります。また、シリンダー温度を低めにしたり、計量を少な目にすることも重要です。そのほか樹脂のシリンダー内での滞留を防止するのも対策になります。
成形品の形状・デザインによる対策
射出成形で焼けの発生を防ぐには、成形品の形状・デザインによる対策も重要です。具体的には成形品の肉厚が薄い部分を避けたデザイン形状にする必要があります。肉厚が薄い部分は厚い部分に比べて焼けが起きやすいため、焼けをどうしても避けたい場合は、薄いデザインは避けるべきです。成形品の肉厚を変更するとともに、溶融プラスチックの流れのパターンを変えるのも焼けの防止に効果があります。そのほか焼けは、排出されなかったガスが引き起こす不良ですが、エアーが溜まってしまう製品形状を変更することも極めて重要です。
射出成形で起きる焼け以外のプラスチック樹脂成形不良と対策
射出成形で起きる焼け以外のプラスチック樹脂成形不良と発生のメカニズム、それぞれの対策をご案内します。ここではウエルドライン（ウェルドライン）、ジェッティング、ボイド（boid）、ショートショット（ショートモールド）の症状と対策を解説しますが、射出成形で起きる焼け以外のプラスチック樹脂成形不良は、ほかにも複数あります。射出成形の不具合については、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。
ウエルドライン（ウェルドライン）
射出成形で発生するウエルドライン（ウェルドマークとも）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す。ウエルドラインと焼けは厳密には異なる不具合ですが、製品の外観品質を損ねるという点では共通します。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。したがってウエ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アップするといった調整が必要です。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。
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、製品表面に症状が現れる点で焼けと共通します。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、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。
ボイド（boid）
射出成形の不良のひとつであるボイド（boid）とは、成形品の肉厚部に空洞ができてしまう不良で、焼けとは基本的に異なる成形不良です。ボイドは保圧力が低いと発生する可能性が高まり、 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、成形品の肉厚を一定以下（目安として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。
ショートショット（ショートモールド）
ショートショット（ショートモールド）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す。成形品の表面に現れる焼けとは異なり、ショートモールド（ショートショット）は、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。ショートショット（ショートモールド）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発生します。ほかにもショートショット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ショットの対策としては、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。
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。シルバーストリークと焼けは、発生原因などは異なりますが、成形品の機能性や外観品質を損ねる点などでいくつかの共通点があります。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、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、背圧をかけるといった対策が必要です。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。
三光ライト工業は万全の焼け対策で製品をご提供
三光ライト工業は万全の焼け対策でプラスチック成型品を製造しています。焼けのみならず、ウエルドラインやジェッティング、ボイド、ショートショット、シルバーストリークなどの不良撲滅を目指しています。弊社は型締め力360t級や180t級の最新鋭全自動射出成形機を揃えており、これらの設備を最大限に活用して高品質、高機能のあらゆる製品を低価格、短納期でご提供します。弊社は射出成形に加え、真空成形や2色成形、LIM成形、インサート成形などの特殊技術（切削加工を除く）でも豊富な実績があります。さらに成形品だけでなく、弊社は金型も自社で設計、製造（焼なまし、焼ならし、焼戻し含む:簡易金型を除く）しています。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有しており、高精密に加えて耐久性の高い金型を製造しています。また弊社は素材や原料の物性（混合比含む）についても高い知見を兼ね備えています。メカトロニクス、計測工学、材料力学、流体力学などに基づく高度な設計、生産方式で製品をご提供します。
また品質管理も徹底しており、品質管理の国際認証規格であるISO9001も取得済です。プラスチック成型品のことであれば何でも弊社にご相談ください。自動化（自働化）、省人化のご相談も承ります。ご連絡お待ちしています。
