樹脂成形品の反りの原因｜収縮差・繊維配向・冷却条件

射出成形品の反りとは

反りは、成形品の面が曲がったり、角がねじれたりする変形です。すべての部位が全方向に同じ割合で縮む場合は、形を保ったまま小さくなり、反りとは異なります。

反り量の測定方法

反り量を比べるときは、どの面や点を基準に、どの位置の、どの方向のずれを測るかをそろえます。平面部の浮きや曲面の変形を測り、図面で要求される形状・寸法の公差に対して評価します。

取り出した直後と冷えた後で反りが変わることもあるため、製品温度と離型後の経過時間をそろえて比較します。測定条件の例を次に示します。

同じ基準で測ってから、金型のキャビティごと、成形条件ごとに結果を分けて比べると、どの条件で変形が変わったかを調べられます。

例えば、板状部品の角と中央の反りを比べる場合は、基準面から測る位置を図面に記号で示します。各位置のずれと、どちら向きに浮いているかを記録します。最大の反り量が同じでも、角が浮く場合と中央が浮く場合では変形した場所が異なります。測定位置ごとの結果から、肉厚や冷却状態、突き出し位置との関係を調べます。

反りに関係する収縮差・繊維配向・肉厚

部位ごとに収縮する量や方向が違うと、成形品全体の形が変わります。反りを調べるときは、変形した位置と、肉厚や樹脂の流れ方との関係を見ます。

肉厚と冷え方の違い

厚肉部と薄肉部、成形品の表裏では、冷える速さが異なることがあります。この違いによって収縮が不均一になると、曲がりやねじれにつながります。

リブやボスの付け根など、局所的に厚くなる部分では肉厚と冷却の偏りを調べます。補強のためにリブを増やしても、厚さや配置によっては反りが増える場合があります。形状を変える案では、肉厚の急な変化を減らしながら、必要な剛性や取り付け形状を保てるか検討します。

繊維配向による方向別の収縮差

ガラス繊維入りの樹脂では、繊維の向きによって収縮のしやすさが変わります。樹脂の流れ方が繊維配向に影響するため、ゲート位置を変えると、方向ごとの収縮や反りも変わる可能性があります。

ゲート位置や反りの向きを図面に記入することは、流れと変形の関係を考える手掛かりになります。ただし、図面だけで実際の繊維配向を測定することはできません。配向を詳しく調べる方法には、流動解析による予測や、成形品の断面を顕微鏡で観察する評価があります。

反りの原因となる金型温度・冷却・成形条件を確認する

温調器の設定温度と、金型表面の実際の温度分布を確認します。金型表面の温度分布と冷却回路の配置・流れを調べ、冷え方の偏りが生じていないか確認します。

成形条件の変更では、使う材料グレードの推奨範囲を基に、反りが発生する理由に応じて試す条件を選びます。主な検討例は次のとおりです。

ゲート付近への過大な充填は、部位ごとの収縮差を生み、反りの要因になります。金型温度を低くしすぎると、樹脂が早く固まり、保圧が十分に伝わらない場合があります。

取り出すときに変形している場合は、成形品を変形させずに取り出せるまで冷却することが対策になります。一方、繊維配向や形状による収縮の差は、冷却時間を延ばすだけでは解消しないことがあります。

反り対策後の寸法・外観・はめ合いを確認する

変更前後の製品は、同じ基準面・測定位置と、同じ温度・経過時間で反りを比べます。変更した条件と測定結果を組にして残し、複数のキャビティや異なる材料ロットの結果を混ぜずに評価します。

反りが小さくなっても、図面の寸法公差を満たすとは限りません。寸法を測り、ヒケやバリなどの外観不良を観察し、組立品でははめ合いや締結時の浮きも確かめます。冷却時間を延ばした場合は、成形サイクルへの影響も測ります。

CAEで対策案を比べる場合は、実際に使う材料と形状・成形条件に対応したデータを入力します。解析と試作品で基準面・測定位置・方向をそろえ、反りの向きと量がどの程度一致するかを確かめます。