一般的な射出成形の欠陥とその対策

流れ線とショートショット：原因とプロセス最適化

流れ線の理解とその材料、金型、プロセス要因

成形品に見える筋状や模様状の跡は、成形時の材料の流れが不均一であることに起因します。 噴霧型加工 主な原因には以下のものが含まれます：

• 材料の粘度の不一致 特に冷却が不均一になりやすい半結晶性ポリマーにおいて顕著です
• 不適切な金型設計 例えば、狭いゲートや急な角部により流れが妨げられる場合
• 工程の変動 、射出速度や溶融温度の変動を含む

2023年のプラスチック技術研究所の研究によると、流れ線状の欠陥の62%はゲートサイズの不適切さと溶融段階における温度の不均一性に起因している。

ショートショットの根本原因：圧力、エア抜き、および流動抵抗

ショートショットとは、溶融プラスチックが金型キャビティを完全に充填できない場合に発生します。主な要因は以下の通りです：

1. 抵抗の大きい薄肉部分を克服するための射出圧力不足 薄肉部の抵抗を克服するための圧力不足
2. エア抜き不良 、これにより空気が閉じ込められ、バックプレッシャーが発生する
3. 高粘度材料 複雑な形状のナビゲートに苦労している

高精度金型におけるショートショット事故の34％は、ベントの不適切な配置が原因である（Polymer Engineering Reports, 2022）。

フロー関連の欠陥を防ぐための射出パラメータの最適化

主要パラメータを洗練させることで、フロー関連の欠陥を大幅に削減できる：

*範囲は材料および部品形状によって異なります
**ガラス転移温度

シミュレーションデータによると、ポリプロピレン部品において、保持圧力を20％増加させ、2秒の冷却バッファを設けることで、流れ線の深刻度が45％低減されます。 金型流動解析ツール 。変更内容は常にDOE（実験計画法）による体系的な試行で検証してください。

沈みマークと反り：冷却および残留応力の管理

肉厚部と充填圧力が沈みマークの発生に与える影響

これらの厄介な沈み込み痕は、部品の厚みのある部分が異なる速度で冷却される際に表面に小さな凹みとして現れます。内部の材料は外側よりも固化に時間がかかるため、冷却中に内側へ引き寄せられ、結果として中空の部分が残ります。製造時に金型内に十分な圧力をかけない場合、こうした問題はさらに悪化します。多くのメーカーでは、沈み込みの深さを25％から40％程度低減するには、充填圧力を約10％から15％増加させるとともに、保持フェーズを数秒間延長することが有効だと考えています。もちろん、どの程度の調整が必要かは使用する材料の種類によって大きく異なります。なぜなら、材料によって流動性が異なるためです。

冷却速度の不均衡および非均一収縮による反り

冷却が不均一である場合、内部応力が残り、部品が変形しやすくなります。金型の異なる領域間でわずか15〜20度程度の温度差があるだけでも、収縮率に0.5〜1.2パーセントのばらつきが生じ、これが部品のねじれや曲がりを引き起こします。ポリプロピレンやナイロン6/6などの特定のプラスチックは、冷却中に結晶化するため、特に問題になりやすいです。この問題に対処するためには、製造業者が金型内の温度を±3度程度の範囲で一様に保つ必要があります。これは、冷却チャネルを注意深く設計したり、複雑な部品に対して特別なコンフォーマル冷却技術を採用することで実現できます。これらの手法により、通常、反りの問題を約30〜50パーセント削減でき、品質管理の観点からその追加の手間をかける価値があります。

寸法安定性のための設計および工程の調整

• デザインの変更 ：質量の差を最小限に抑えるために、厚い部分をリブや補強材に置き換えます
• 工程のチューニング 必要な部分で冷却を遅らせるために、金型温度を材料のガラス転移点より10～15°C高く設定してください
• 材料選定 収縮率の低い添加剤（例：鉱物充填グレード）を使用して、差異収縮を低減します

ゲートサイズと位置を金型流動シミュレーションで最適化することで、応力を増幅する非対称な充填を防ぎます。リアルタイム圧力センサーにより保持工程中の動的調整が可能になり、自動車部品の寸法誤差を18～22%削減できます。

ウェルドラインおよびジェッティング：成形品におけるフローフロントの課題

合流するフローフロントにおけるウェルドラインの形成とその弱点

溶融ポリマーがインサートなどの障害物の周囲を分割して流れ、完全に融合せずに再結合するとウェルドラインが発生します。これにより、周囲の材料に比べて機械的強度が最大70%まで低下します（IMS Tex）。外観上の流痕とは異なり、医療機器や自動車用ブラケットなど重要な用途では構造的完全性が損なわれます。

より強固なニットラインのためのゲート配置および溶融温度の戦略

戦略的なゲート配置により、流れの分岐を最小限に抑え、冷却が進行する前に流れが合流するように最適な位置にゲートを配置します。溶融温度を15–25°F（8–14°C）上昇させることで、合流点での溶着時間を延長できます。2024年マテリアルフュージョン研究で使用されたようなツールは、流れの先端をシミュレートし、ゲート配置および熱分布の最適化を支援します。

ジェッティング欠陥：高速流動およびノズル設計上の問題

ジェッティングは、溶融プラスチックが金型キャビティに滑らかなフロント面を作らずに暴走して流入する際に、表面に波状の線として現れます。この問題は、0.04インチ（約1ミリメートル）未満のゲートで特に発生しやすく、射出速度が約4立方インチ/秒を超えると頻度が高くなります。この問題を解決するために、製造業者は通常テーパーノズルやホットランナー方式を採用します。これらの対策により、層状の滑らかな流れである層流（ラミナーフロー）が実現され、スマートフォンケースやその他の光沢製品など、消費者が求める光沢があり透明感のある部品の成形に不可欠です。

バリ、空隙、表面欠陥：金型の完全性と材料の取り扱い

分割線のずれおよびクランプ力によるバリの発生

フラッシュは、金型の微小な隙間から溶けたプラスチックが漏れ出る現象です。通常は分割面が正しく揃っていないか、金型を締め付ける力が不十分なことが原因です。昨年行われたある研究によると、こうしたフラッシュ問題の約3分の2は、古く摩耗した工具が原因となっています。また、締め付け力がおよそ1平方センチメートルあたり3〜5トンを下回ると、プラスチックが漏れやすくなります。製造業者は、約5万回の生産ごとに金型を再調整することで大きな改善が得られることを発見しています。さらに、圧力センサーを追加して実際にどの程度締め付けられているかを確認することで、現場でのフラッシュ問題を実際にはほぼ90％削減することができました。

水分や過熱による内部空洞、気泡、焼け跡

私たちの材料に空洞や気泡が生じる主な原因は、通常、水分量が約0.02%を超えると蒸発する過剰な水分、または成形中に部品が耐熱限界を超えて過熱されることです。高せん断スクリュー設計に変更することで、溶融材の混合が大幅に改善されるため、こうした厄介な気泡を約70〜75%削減できることが分かっています。そして頻繁に現れる厄介な焼け跡については？これは通常、ホットランナー内で材料が長時間滞留することに起因します。この問題に対処するためには、メーカーは材料の滞留時間を注意深く管理し、感度の高いプラスチックでは冷却速度が毎秒25度を超えないようにする必要があります。これらのパラメータを適切に設定することが、欠陥のない高品質な部品を製造する上で極めて重要です。

表面の不具合：シールライン、変色、および汚染の制御

スプレイ（銀線）は、汚染された樹脂または120 mm/sを超える射出速度によるせん断熱による過熱が原因です。ノズル温度を8～12°C低下させ、ホッパーに10µmフィルターを設置することで、スプレイを68%低減できます。変色対策として、材料切替時にポリカーボネート系の洗浄材を使用することで、色差ΔE<1.5の許容範囲内での色調の一貫性を維持できます。

不良品の発生を防ぐための戦略とシミュレーションツール

金型流動解析を活用して欠陥を予測・回避する

Autodesk Mold FlowやSolidWorks Plasticsなどの金型流動シミュレーション用ソフトウェアにより、エンジニアは実際に部品を製造する前から成形工程中に何が起こるかを確認できます。2023年に『Modern Machine Tools』が実施した最近の調査によると、こうした予測ツールの使用を始めたメーカーの約8割が、従来の試行錯誤方式と比較して歩留まりロスを約3分の1に削減できたと回答しています。これらのプログラムは問題の検出にも優れており、ウェルドライン（溶接線）の発生、ゲートの不完全な開口、欠陥を引き起こす厄介なエアポケットなどを的確に検知できます。その精度はわずか5℃（華氏約180度）の温度変化まで捉えることができます。例えば薄肉の電子機器ハウジング部品の場合、適切なシミュレーションを用いることで、製造中にガスが閉じ込められないようベントをどこに配置すべきか正確に判断でき、これによりコスト削減と廃棄物の低減が実現できます。

設計のベストプラクティス：均一な肉厚、適切なゲート、およびベント

均一な収縮を妨げる変形を防ぐため、肉厚を一定に保つことが重要です（ABSおよびPPの場合、理想的には1～3mm）。2022年のポリマー流動研究によると、ガラス充填ナイロンにおいて、エッジゲートと比較して放射状ゲートはせん断応力を40%低減します。製造を考慮した設計（DFM）の原則として以下を推奨します。

• スムーズな脱型のため、1°以上（1面あたり）の抜き勾配
• バリ発生を防ぎつつ空気の逃げ道を確保するため、ベント深さは0.015～0.03mm
• シボ部や肉厚部の壁厚比を60%未満に抑えることで、沈み込みを回避

一貫した品質のための工程監視およびメンテナンス

リアルタイム圧力センサーとそれらのスマートIoTコントローラーを組み合わせることで、射出速度を目標値に非常に近い状態に維持することができ、通常は±2％程度の範囲内に収まります。これは、複数のキャビティを持つ金型で厄介なショートショットを回避しようとする際に非常に重要です。定期的なメンテナンスとして、毎月プロフィロメーターによる点検を行うことで、金型表面の摩耗が5マイクロメートルを超えた段階で異常を検出できます。この時点でバリの問題が発生し始める場合が多いのです。2023年のMMT研究のデータを調べてみると興味深い事実も明らかになりました。同研究では、予期せぬ生産停止の約8割が、ねじチャックリングの摩耗によって引き起こされていたことがわかりました。これにより、こうした脆弱な部品を3か月ごとに交換することが、円滑な運転を維持するために理にかなっていることが強調されています。

茎を形成して、層状の滑らかな流れである層流を作り出す。