射出成形の反り対策について
射出成形ではさまざまな要因によって反りと呼ばれる成型不良、不具合が発生する場合があります。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す。金型の中の空間部にあたるキャビティの中では平面な形状が、金型から取り出された後、変形してしまう症状で、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。反りは曲がり、あるいはねじれなどとも呼ばれ、射出成形の重大な成形不良のひとつに数えられます。ここでは射出成形の反りの発生原因やメカニズムを解説するとともに反りの各種対策をご案内します。また反りの測定方法や反り以外の成型不良をご紹介します。
目次
射出成形の反り発生原因とメカニズム
射出成形の反り発生原因やメカニズムを解説します。反りの発生原因とメカニズムはいくつか考えられますが、そのなかでも金型のキャビティとコアとの温度差による収縮と強化繊維の配向による反りの2つが主な発生原因となります。ここでは温度差による収縮と強化繊維の配向による反りのそれぞれについて詳しく解説します。
温度差による収縮
射出成形で反りが生じる主な原因として、温度差による収縮が挙げられます。温度差とは、金型のキャビティ温度とコア温度の差です。キャビティ温度とコア温度に差が生じると、板製品の片面が低温、反対の面が高温になります。すると、その温度差からプラスチック樹脂の収縮に差が生じてしまい、結果として製品が反ってしまいます。
強化繊維の配向による反り
キャビティ温度とコア温度の差と並んで、射出成形で反りが生じる原因としてはガラス繊維など強化繊維の配向が考えられます。一般的に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。樹脂が流れる方向に繊維が配向する確率が高くなると強化繊維が突っ張られ、収縮の度合いが小さくなります。一方、強化繊維の配向と垂直方向では収縮の度合いは増します。このような繊維配向による収縮の異方性が原因で反り生じるケースがあります。なお、反りの発生に影響を及ぼす作用として残留応力と呼ばれるものがあります。残留応力とは圧縮応力や引張応力が成型品の中に残ってしまっている状態です。残留応力が残っていると成型品に熱が加わったり、時間の経過とともに応力が解放されて成型品に反りを生じさせてしまうので注意が必要です。
射出成形の反り対策
射出成形の反り対策をご案内します。ここでは金型（キャビティ）による対策や成形条件による改善対策、プラスチック樹脂材料による改善対策、製品形状による改善対策について詳しく解説します。
金型（キャビティ）による対策
射出成形では金型起因の反りが発生します。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、冷却の位置が悪いといった状態で成型すると、反りが度々発生します。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、冷却の位置を適正に設計することが重要です。
成形条件による改善対策
射出成形では成形条件によっても反りを招くため改善対策が求められます。特に射出圧力が不足していると反りが生じます。したがって射出圧力を適正に設定し、保つことが重要です。また、射出保持圧時間が短すぎるのも反りを含めた成型不具合につながるため、射出保持圧時間を適度に長くする必要があります。そのほか、射出速度が遅い場合は、射出速度を適正にするとともに、樹脂温度が低すぎたり高すぎたりする場合も適正な温度に保つことが重要です。また、型開きが早い場合は、型開き時の速度を遅くするといった調整、対策が求められます。
プラスチック樹脂材料による改善対策
プラスチック樹脂材料も、射出成形における反りの発生に大きく影響します。具体的には樹脂材料の流れが悪いと反りを招きます。そのため、対策としては、流動性の良い樹脂材を選び直すのも反りの抑制に効果があります。三光ライト工業は成形品や金型のみならず、熱可塑性樹脂を含めた素材、材料にも豊富な知見を有していますので、反りの対策を含めた材料のことなら何でも弊社にお問い合わせください。
製品形状による改善対策
射出成形では、成形品形状によっても反りが発生する場合があります。特に急激に肉厚が変化すると、反りが起こりやすくなります。したがって対策としては肉厚を出来るだけ均一にすることが重要です。三光ライト工業は肉厚、肉薄、大型、小型など大小、サイズを問わずあらゆるプラスチック製品を低価格、短納期でご提供します。
射出成形の反り測定方法
射出成形の反りを測定する方法をご案内します。ここでは三次元測定機、ノギス、輪郭形状測定機のそれぞれの測定方法をご説明します。
三次元測定機
三次元測定機は、スタイラスの接触により製品の形状や寸法を高精度に測定するための装置で、射出成形の反り測定でも高い有用性を確保しています。三光ライト工業も最新鋭の三次元測定機を設備しており、高度な流動解析に基づき成形品をご提供いたします。流動解析とは、射出成形機で溶融された樹脂が金型内に射出された時の流動状況をシミュレーションするソフトで、樹脂の流れ方の他に、ウエルド、反り、ヒケの予測を3次元で解析します。弊社では受注したすべての製品について流動解析を行ない、適切なゲート位置、無理のない成形条件を検討した上で金型を製作しています。三次元測定機は操作性や測定時間が課題となることがあり、特に複雑な形状の製品を測定する場合、測定時間が長くなり生産効率が低下する可能性があります。その点、弊社は高度な専門知識と技術を持ったスタッフが三次元測定機の機能を最大限に生かして、測定に当たっています。
ノギス
ノギスは長さのほか、外径や内径、段差などを測るための測定機で、射出成形の反り測定でもかねてより使用されています。成形品を挟んで長さや外径を測ったり、測定対象間にクチバシを差し込んで内径を測ったり、デプスバーもしくはステップを用いて段差や穴の深さを測るなど、多角的な測定が可能です。ただし、手作業での測定になるため所要時間がかかるほか、接触式のため成形品の表面にキズをつけてしまうといったリスクがあります。
輪郭形状測定機
輪郭形状測定機は、スタイラスと呼ばれる触針を使い、対象物の表面をなぞりながら輪郭形状を測定する装置で、射出成形の反り測定でも使用される場合があります。輪郭形状測定機は形状変化を測定するという点では適していますが、線で測定するので全体把握にはやや難があります。また、面以外の構造物があると測定できないので、サンプルによっては測定不可の場合があります。そのほか、スタイラスで表面をなぞるように測定するので、ノギス同様、キズがついてしまう場合がありますので注意が必要です。
射出成形で見られる反り以外の不良・変形現象と対策
射出成形では製品が反る不良以外にもさまざまな不具合が生じる場合があります。ここではボイド（boid）、ウェルドライン、シルバーストリーク（silver streak）のそれぞれの現象と対策をご案内しますが、ここで紹介する現象以外にも射出成形ではいろいろな不具合や成形不良が発生します。三光ライト工業はあらゆる成形不良の防止や対策に豊富な知見を有していますので、何でもお気軽にお問い合わせください。
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射出成形不良で、成形品が反る症状とは異なる現象です。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するなどの対策が求められます。
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現象です。金型から取り出した直後に変形を起こしてしまう反りとは不具合の性質は異なります。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。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）
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）の筋が残ってしまう状態です。シルバーストリークは「銀条」とも呼ばれる流動痕が残ってしまい、成形品が反る症状と同様に製品の外観品質を大きく損ねてしまいます。シルバーストリークは成形前樹脂の乾燥やガスベントの設計変更と十分なガス抜き、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。
その他の不良
その他の射出成形不良としては、金型の一部に樹脂が充填されない状態で成形されるショートショット（ショートモールド）、製品表面に蛇が這ったような跡が発生し銀色の流動痕が残るジェッティング、金型から取り出した成形品の表面にヒビが発生するクラックなどがあります。ほかにも、射出成形金型に樹脂がくっついたり引っかかったりして、成形品に傷や欠陥が生じる現象、いわゆるカジリがあります。金型にカジリが起きると、成形品の外観品質や寸法精度が低下するため、製品の品質が悪化する可能性があります。対策としては金型を定期的にメンテナンスすることが効果的です。
三光ライト工業は万全の反り対策で高品質の射出成形品をお届けします
三光ライト工業は万全の反り対策で高品質の射出成形品を低価格、短納期でご提供します。弊社は成形品のみならず、金型生産も自社一貫製作（簡易金型を除く）しています。そのため、金型の設計、製造、成形品の試作、量産に至るまでお客様のニーズにきめ細かく対応致します。試作品作製では最新鋭の3Dプリンターなども活用し、高精度の試作品をご提供します。大量生産はもとより、多品種少量生産、多品種少ロットもお任せください。また弊社は「アッセンブリー（組立加工）」も可能なメーカーであり、プラスチック成形品の製造だけでなく、塗装、印刷などの二次加工はじめ簡単なアッセンブリーやパッケージ品も一貫で製造しています。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。射出成形のみならず真空成形や2色成形、LIM成形、フィルムインサート（アウトサート除く）成形などの特殊技術も有していますのでお任せください。成形品や金型のみならず、省人化や各種ソリューションもご提案いたします。弊社はプラスチック樹脂を変幻自在にお客様のご要望に応じてご希望の形にします。ご連絡お待ちしています。
