本日のテーマは、射出成形における成形条件の作り方基本編です。
成形条件の作り方は、金型形状や不良状況によって様々です。
一概に「これが正解」というものはありません。
顧客要求に合致することが重要です。
成形条件の作り方 基本編
射出成形は、プラスチック原料を溶かして、金型へ充填する加工です。
射出成形で使用されるプラスチック原料は、熱可塑性です。
温めると溶ける。冷ますと固まる性質です。
溶かした原料は、金型に充填された瞬間から固まっていきます。
射出は、素早く充填することがポイントです。
金型内に９０％程充填されたら、保圧をかけていきます。
保圧の役割は、金型からの逆流防止と製品の収縮分の補充の意味があります。
保圧をかけて、金型内にパンパンに押し詰めるイメージです。
射出成形のチャートで見ていきましょう。
step
1成形スタート
金型を閉めて成形スタートする。
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2射出
射出は、溶かした原料が固まる前に、素早く充填。
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3保圧
保圧は、金型からの逆流防止、収縮分の補充。
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4冷却＆計量
金型内で冷ます。
金型内部には冷却回路があり、冷却水が流れています。
充填された樹脂の熱を、水冷で冷やします。
この冷却時間中に、次のショット分の原料を計量する。
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5取り出し
金型を開いて、製品を取り出す。
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6繰り返す
成形スタート〜取り出しまでを繰り返す。
このステップ全体の条件を、成形条件といいます。
本日は、この内
ステップ２ 射出
ステップ３ 保圧
ステップ４ 冷却
の、金型を締めている時の条件に関して詳しく解説していきます。
射出
（ⅰ）射出のポイント
射出成形で、金型内に溶けた原料を充填するポイントは、流れの先端（フローフロント）を意識することです。
金型が閉じた状態は、製品部は空洞になっています。
その空洞に、充填されるフローフロントがどうやって流れていくかをイメージします。
この金型空洞内に充填する９０％くらいは、充填速度で管理します。
金型内は、狭い部分、分岐点、袋小路など形状が様々です。
・狭い部分は流れにくい ⇛ ショート
・分岐したら収束します⇛ 収束部にはウエルドライン
・袋小路はガスが抜けない ⇛ ガスやけ
複雑な形状に合わせて、フローフロントの速度を調整しなくてはいけません。
成形品の状態を観察しながら、１－５段階の速度変化を付けて最善をつめていきます。
【充填速度による不良】
- 外観上の不良（ジェッティング、フローマーク、エア模様、ウエルドライン、ガス焼けなど）
- 機能・形状の不良（ソリや残留応力の増加による変形）
- 重量がバラツキ不安定 などです。
（ⅱ）充填速度の設定方法
１ショット目の射出ポイントは、
- 速度は１速（慣れている人は多段速）
- VP切換位置で、保圧は０に設定
- ショートショットから成形
その後、VP切換位置を前にしていき、充填量を徐々に増やしていきます。
【ショートショット法の例】
計量完了~ＶＰ切換位置を増やしていき、どの程度充填されるか調べて行く方法です。
下の図の様に徐々に充填量を増やしていきます。
金型内の充填量が決まったら、充填速度の調整をしていきます。
スクリュー位置に対して、フローフロント位置を意識します
そして製品の外観を見て、不良の発生位置を確認します。
発生箇所に対するスクリュー位置の速度を変更していきます。
・ゲート通過位置で、シルバーが出る ⇛ ゲート通過位置の速度を落とす。
・ボス通過時にウエルドが強い ⇛ 速度を下げる
・湯じわ ⇛ 速度が遅い
（ⅲ）射出速度の設定注意点
初めから、計量値や充填速度を見極めるの難しい。
- 金型の構造
- 製品の大きさ
- 成形機の選定（スクリュー径）
- 樹脂の流れやすさ など
色々なことを考えながら慎重に成形しましょう。
充填し過ぎ（オーバーパック）て金型を破損させてしまうのはNGです。
ショートショットだと離型できない金型もありますが、少しづつ充填量を増やしていく方法が最善です。
基本的には、１速で不良発生なく充填できるのが理想です。
ただそんなに上手くはいきません。
- フローフロント
- スクリュー位置
- 不良の発生箇所
よく確認し、不良発生箇所に応じた速度調整をしていきましょう。
適当に運よく条件が出てしまうこともあります。
しかし、トラブルが発生した時に対応出来ません。
根拠に基づいた成形条件作りを心がけましょう。根気が大事です。
保圧
（ⅰ）保圧の考え方
保圧の役割は、
- 金型からの逆流防止
- 冷却と共に進行する樹脂体積の減少を補充 です。
充填速度で９０％まで充填し、その後保圧に切り替えます。
保圧をかけ過ぎるとオーバーパック、バリや変形、離型不良に繋がります。
一般的に、保圧設定は２段階で設定します。
肉厚製品やバリが発生しやすい金型では、３~４圧で設定します。
【保圧工程で発生する不良】
- 保圧圧力が低い（保圧時間が短い）と発生する不良は、ヒケ、ボイド、寸法過小
- 保圧圧力が高い（保圧時間が長い）と発生する不良は、バリ、オーバーパック、寸法過大
（ⅱ）保圧の設定方法
①保圧時間
保圧時間は、製品の【ゲートシール時間】が目安となります。
製品の「ヒケ」状態を目視で確認し、許容できる程度の保圧を短時間でかけます。
徐々に保圧時間を上げて行くと、比例して製品重量も上がっていきます。
そしてある一定の時間以降は製品重量は安定します。
この重量が安定した時間を、【ゲートシール時間】と言います。
一般的に、【合計保圧時間＝ゲートシール時間×１．１】と言われています。
【ゲートシール時間計測】
| 保圧時間
（sec） |
製品重量
（g） |
| ０．５ | １００．１ |
| １．０ | １００．３ |
| １．５ | １００．６ |
| ２．０ | １００．８ |
| ２．５ | １００．９ |
| ３．０ | １０１．０ |
| ３．５ | １０１．１ |
| ４．５ | １０１．２ |
| ５．５ | １０１．２ |
| ６．０ | １０１．２ |
この場合だと、４．５(sec)×１．１＝４．９５（sec）ですので、５．０（sec）が適正な合計保圧時間になります。
【注意点】
- ゲートシール時間は、金型温度や、樹脂のスクリュー内滞留時間によって大きく変化します。連続成形中にサンプリングをして下さい。
- 仮基準の充填速度や保圧を変えてしまうと、このゲートシール時間も変わってきます。
②保圧
合計保圧時間が決まったら、保圧力を設定していきます。
目視にて、ヒケ・バリなどの外観状況を確認しながら、徐々に保圧を上げていきます。
一般的な保圧の見極めとしては、「下限」と「上限」を探っていき、その中間を基準とします。
- 下限＝ヒケが許容される
- 基準＝中間
- 上限＝バリが許容される
製品良品サンプル、嵌合物（組み立てた時の相手）のサンプルと、比較して要求事項に沿った製品を目指します。
（ⅲ）保圧設定の注意点
射出速度と同様に、保圧時間、保圧の設定も、シンプルがベストです。
製品は収縮します。
冷え固まった後に、寸法、重量が良品になる様に
品質基準下限ギリギリでなく、余裕を持たせ成形しましょう。
収縮は、原料の材質や、次工程の冷却時間に大きく左右されます。
収縮分を考えて製品作りをすることが重要です。
金型設計段階で肉厚不均等や、金型の精度不良などにより、成形条件で良品がとれないこともあります。
成形条件が出なければ、金型修正を検討しましょう。
試作段階で、不具合は全て叩いておきましょう。
量産中に必ずトラブルが起こります。
お客様や、設計担当者と相談して慎重に条件を作っていく事が重要です。
考察
本日は、成形条件の作り方をテーマにお話しさせていただきました。
成形条件の設定は射出成形の基本です。
今回解説した知識を、ぜひ現場で使ってもらいたい。
インプットした知識を、現場で使うことで経験になり自身に蓄積していきます。
本日の基本の知識を生かしていただき、積極的に条件作りのチャレンジをしてみてください。
