射出成形の不良対策｜ヒケ・反り・ウェルド・ショート

射出成形の不良とは

成形品にくぼみ、変形、充填不足などが生じ、必要な外観や機能を満たさなくなると不良になります。

不良が出た箇所と形状を確かめ、各不良に関係する成形条件や金型の状態を調べます。

例えば、リブの裏側にくぼみがあれば、厚肉部の収縮や保圧の不足を調べます。

多数個取りで一部のキャビティだけが充填不足になる場合は、各キャビティへの樹脂の流れと空気抜きを確認します。

温度や圧力の調整は、樹脂グレードの推奨範囲と成形機の許容範囲内で行います。

発生品と成形履歴の確認手順

不良が出た製品には、発生位置、ロット、キャビティ、成形日時を対応させて記録します。材料のグレード・ロット・乾燥状態と、成形条件、金型の清掃・修正履歴を確認します。

例えば、多数個取りで一つのキャビティの末端が欠ける場合は、そのキャビティの試料を識別し、正常に充填されるキャビティと比べます。ランナーとゲートの寸法・状態、末端のベントの汚れや詰まりを調べ、各キャビティの充填状態を確認します。

確認した原因に合う対策を選び、変更する設定値と評価項目を記録して試作します。温度や圧力などの変更範囲は、材料の推奨条件と設備・金型の許容範囲に合わせます。

ヒケの原因と対策

ヒケは、成形品の表面が局所的にくぼむ現象です。

リブやボスの裏側、肉厚が大きい部分では、内部の冷却収縮に表面が引かれてくぼみが生じます。

厚肉とリブ・ボス形状

局所的な厚肉を減らすには、必要な剛性や締結機能を保ちながら、肉抜きやリブ・ボスの厚さを見直します。

厚肉部の冷却が不足している場合は、周辺の冷却回路や冷却時間も見直します。

ゲート固化と保圧

保圧では、金型内の樹脂が冷えて収縮する分の樹脂を送り足します。

保圧が不足している場合は、保圧圧力を上げる、保圧時間を延ばす方向で検討します。

ゲートが固まった後は樹脂を送り足せないため、保圧時間を延ばしても収縮を補えません。

ゲートが早く固まる場合は、ゲートの大きさや位置を見直します。

反りの原因と対策

反りは、成形品が設計形状から曲がったりねじれたりする不良です。

場所や方向による収縮差のほか、冷却不足や離型時の力による変形を調べます。

肉厚と冷却の不均一

厚肉部と薄肉部では冷却と収縮の進み方が異なるため、肉厚をそろえる方向で形状を検討します。

金型の固定側と可動側で温度差が大きい場合は、冷却水の流量や温度、冷却回路の配置を見直します。

冷却不足で取り出した製品が変形する場合は、冷却時間や突き出し方法を見直します。

繊維配向とゲート位置

繊維強化樹脂では、樹脂の流れで繊維の向きがそろい、方向による収縮差が生じます。

ゲート位置を変える場合は、流動解析や試作で反りの方向と量を確認します。

ウェルドラインの原因と対策

ウェルドラインは、穴を回り込んだ樹脂や、複数のゲートから流れた樹脂が合流した跡です。

合流部の接合が不十分な場合は、強度低下につながります。

合流位置と製品の機能

荷重が集中する箇所にウェルドラインが出る場合は、ゲート位置を変えて合流位置を移す方法を検討します。

外観や強度への影響は、製品に求められる基準で評価します。

空気抜きと樹脂温度

合流する樹脂の温度が低い場合は、樹脂温度や金型温度を上げ、樹脂が冷え過ぎる前に合流する射出速度を検討します。

合流部に空気やガスが残る場合は、ベント（空気抜き）の詰まりを除去し、必要に応じて位置や大きさを見直します。

温度を上げる際は、樹脂の熱劣化を防ぐため、材料メーカーが示す温度と滞留時間の範囲を守ります。

ショートショットの原因と対策

ショートショットは、樹脂が製品形状の末端まで充填されず、一部が欠ける現象です。

材料供給と成形機

計量不足の場合は材料供給を安定させ、必要な計量量を確保します。

ノズルの詰まりや逆流防止リングの摩耗がある場合は、設備の作業手順に従って点検・清掃・交換を行います。

ゲート・肉厚・ベント

温度が低く樹脂が充填途中で固まる場合は、樹脂温度や金型温度、射出速度を上げる方向で検討します。

細いゲートやランナーが流れを妨げている場合は、断面を広げる方法を検討します。

極端な薄肉部は、必要な製品機能を保てる範囲で厚くする方向を検討します。

空気が閉じ込められる箇所には、ベントの清掃や追加によって排気を改善します。

射出速度が速く、空気やガスが逃げ切れない場合は、充填速度を下げる方向でも検討します。樹脂が冷えて固まる状態と、排気が妨げられる状態を確認して、速度の調整方向を決めます。

多数個取りで一部のキャビティに充填不足が出る場合は、ランナーやゲートの配置・大きさを見直し、充填の偏りを減らします。

バリ・焼けなどの主な不良

バリ

バリは、金型の合わせ面などから樹脂がはみ出して固まったものです。

過大な射出圧力や保圧が原因の場合は、圧力を下げる方向で検討します。

合わせ面の損傷や異物の付着がある場合は修正・清掃し、型締力が不足している場合は必要な型締力を確保します。

シルバーストリーク（銀条）

シルバーストリークは、成形品の表面に白色や銀色のすじが現れる現象です。

水分が原因の場合は樹脂グレードに指定された条件で乾燥し、熱分解が原因の場合はシリンダー温度や滞留時間を見直します。

空気の巻き込みがある場合は、材料の供給状態やスクリューの回転など可塑化の条件を調べます。

焼け

焼けは、成形品の一部が変色したり、黒くなったりする現象です。

流動末端に空気やガスが閉じ込められる場合は、ベントの清掃や追加、充填速度の調整で排気を改善します。

シリンダー内で樹脂が熱劣化している場合は、温度を下げる方向や、樹脂の滞留を減らす方法を検討します。

ボイドと気泡

内部の空隙には、冷却収縮に伴うボイドと、空気やガスに由来する気泡があります。

厚肉部に空隙がある場合は、肉厚、ゲート固化、保圧の不足を調べます。

水分や空気の巻き込みが関係する場合は、乾燥状態や材料供給、排気を見直します。

フローマーク

フローマークは、樹脂が流れた跡が波紋状などの模様として表面に現れる現象です。

樹脂が早く固まる場合は金型温度や樹脂温度を上げる方向で検討し、ゲート付近や肉厚が変わる箇所の流れ方も調べます。

ジェッティング

ジェッティングは、ゲートから入った樹脂が蛇行して重なり、その跡が表面に残る現象です。

射出初期の速度を下げる、ゲートを大きくするなど、ゲートから入る樹脂の流れを改善する方法を検討します。

ヒケとバリの詳しい対策は、射出成形のヒケと射出成形のバリの記事でも説明しています。

対策後の品質確認

対策後は、対象の不良が減ったかに加え、別の不良が増えていないか確認します。

例えば、保圧を増やすとヒケが減ってもバリが出る場合があり、圧力を下げるとバリを抑えられても充填不足につながる場合があります。

変更後の製品は外観基準と図面寸法で検査し、荷重が掛かるウェルド部は必要な強度も評価します。

変更前後の記録と合否判定

条件を変更した試作品には試料番号を付け、キャビティ、材料ロット、成形日時、変更前後の設定値を記録します。金型温度などを測定した場合は、測定位置と実測値も残します。

変更前後で、確認した製品数と不良の種類ごとの個数を記録します。外観の比較では照明と観察方法、寸法の比較では測定箇所・測定時期・保管状態・測定方法をそろえます。

例えば、保圧を上げてヒケを減らす試作では、くぼみの状態とともに、合わせ面のバリ、図面寸法、取り出し時の変形を確認します。各項目を製品の外観・寸法・機能の基準と照合し、結果と変更条件を対応させて残します。

必要な品質を満たした条件は成形条件表へ反映します。量産で確認する検査項目、検査数と頻度は、製品仕様と検査の取り決めに合わせて定めます。