インサート成形の成形不良の種類と対策

インサート成形は、複雑な形状や構造の製品の成形が可能であったり、部品点数の削減、製品の強度向上など多くのメリットがある成形方法です。しかし、成形工程において反りやひび・割れなど多くの成形不良が発生することがあります。これらの成形不良は製品の外観や機能に影響が出るだけでなく、生産性の低下やコストの発生してしまうため、成形不良の発生を最小限に抑えることは非常に重要になります。

本記事では、インサート成形時に発生しやすい成形不良の種類とその対策についてご紹介します。

インサート成形時によくある成形不良の種類

インサート成形では、成形条件が適切でない場合、どうしても不良が発生してしまいます。以下に、代表的な成形不良とその対策について詳しく説明します。

①樹脂バリ

金型合わせ面や可動部から樹脂がはみ出した不要な突起です。製品外観を損ない、後工程の負担となります。

原因

金型締め付け不足、射出圧力過多、金型の金属疲労、金型パーティングラインの隙間や異物混入などが考えられます。

対策

金型締め付け力の調整、射出条件の最適化、金型メンテナンスと清掃の徹底が重要となります。

②金属バリ

インサート金属部品のと金型がこすれて発生するバリを指します。

原因

インサート部品のセット不良、インサート部品の寸法外れ、金型とインサート間のクリアランスが要因です。

対策

インサート部品の確実な固定、インサート部品の加工、金型設計の見直しを行うことが重要です。

③ボイド

ボイドとは、製品内部に発生する空洞や気泡のことを指し、機械的強度の低下を引き起こします。

原因

原因は厚肉部分に収縮の偏りや、樹脂の乾燥不足によって水分が蒸発してボイドが発生することがあります。

対策

製品設計段階で厚肉部をできるだけ避け、均一な肉厚に設計することで、冷却収縮の差を抑えてボイドの発生を防ぐことができます。また、吸湿しやすい樹脂は、乾燥不足により強度低下や内部クラックの原因になるため、十分な乾燥を行うことも重要です。

④反り

反りは、製品が冷却される過程で変形し、設計寸法通りに仕上がらない現象です。

原因

主に冷却時間の不足、成形収縮率の不均一や金型温度のムラが原因として挙げられます。

対策

成形条件の最適化をすることが最も有効な対策です。中でも、保圧や冷却時間が特に重要です。また、冷却については、温度ムラを防ぐため、金型内にヒーターを設置したり、冷却水路を見直すなどの対策を行うことで金型全体で均一な温度を保つ必要があります。

⑤ヒケ

成形品の肉厚部分に発生する局所的な凹みです。外観不良や製品強度の低下を招きます。

原因

保圧不足、冷却不足、肉厚部の収縮量が大きい、ゲート位置や形状が不適切、インサート部品と樹脂の温度差などが考えられます。

対策

保圧時間・圧力の最適化、冷却効率の向上、ゲート位置・形状の見直し、リブ設計の検討、インサート部品の保温を行います。

⑥ウェルドライン

溶融した樹脂同士が合流する際にできる線状の痕跡です。外観不良や強度低下の原因となります。

原因

複数のゲートからの樹脂流れ、金型温度の低さ、樹脂温度の低さ、流動性の悪い樹脂の使用などが考えられます。

対策

ゲート位置・数の見直し、金型温度・樹脂温度の適正化、流動性の良い樹脂の選定を行います。ただし、そもそもウェルドラインが少なからず発生することは避けられないため、金型設計段階で、ウェルドラインを狙った位置に設定することが大事です。

⑦ゲート残り

ゲート残りは、成形後の製品のゲート部分に不要な樹脂の突起やバリが残る現象です。これは見た目の問題だけでなく、機械的強度にも影響を与えることがあります。

原因

主な原因としては、ゲート部における樹脂の冷却不足により変形が生じることや、ゲート径が大きいために樹脂の流れが止まりにくくなり、樹脂の切れが悪化することで不具合が発生することが挙げられます。

対策

対策としては、定期的なメンテナンスによるゲート径の適切な管理が重要です。また、射出圧が高く粘度の高い樹脂ではゲート残りが発生しやすいため、使用する樹脂の特性を考慮した適切な材料選定を行うことも効果的です。ただし、ウェルドラインと同様に発生を避けることは難しいケースが多く、後工程での加工で対応することもあります。

＞＞ゲート形状の変更によるゲート残りの解消

＞＞凹み形状の付加によるゲート残りの解消

⑧キャビとられ

成形品が金型から離型する際に、キャビティ側に張り付いてしまう現象です。変形や破損の原因となります。

原因

抜き勾配不足、アンダーカット、金型表面の摩擦が大きい、真空状態の発生などが考えられます。

対策

抜き勾配の適切な設定、アンダーカット処理、金型表面処理、エアベントの設置の検討が必要です。

⑨シルバーストリーク

成形品表面に銀白色の筋状模様が現れる現象です。外観不良の原因となります。

原因

樹脂中の水分やガス、添加剤の揮発、射出速度が速すぎる、金型温度が高すぎるなどが考えられます。

対策

材料の予備乾燥の徹底、射出速度の適正化、金型温度の適正化、ガス抜き対策などが重要です。

⑩かぶり

インサート部品に樹脂が回り込み、本来露出しているべき部分まで覆ってしまう状態です。製品の機能性を損ないます。

原因

インサート部品のセット不良、金型とインサート間のシール不良、樹脂流動性が高すぎる、射出圧が高すぎる、樹脂温度が高い、などが代表的な原因となります。（※ただし、かぶりについては、原因が多岐にわたりますので、注意が必要です。）

対策

インサート部品の確実な固定、金型設計の見直し、樹脂グレードや成形条件の最適化、射出圧の調整などが代表的な対策となります。

⑪クラック

クラックは、成形後の製品に発生する亀裂や割れであり、特に外部応力がかかる部分で発生しやすい不良です。

原因

原因は成形時の残留応力、離型時の食らいつき、インサート部品と樹脂の熱膨張係数の差などが挙げられます。

対策

クラックの発生を防ぐためには、射出圧力、保圧時間、冷却速度などの成形条件を見直し、樹脂内部に応力が残らないようにする必要があります。

⑫ショート

溶融した樹脂が金型の隅々まで充填されず、一部が欠けた不完全な成形品となる状態です。製品の機能や外観を損ないます。

原因

ガスによる充填不良、樹脂不足、射出圧力・速度不足、金型温度・樹脂温度の低さ、ゲート詰まり、流動性の悪い樹脂の使用などが考えられます。

対策

金型に対してのガス抜き、射出量の増加、射出圧力・速度の向上、金型温度・樹脂温度の適正化、ゲート設計の見直し、流動性の良い樹脂の選定を行います。

加工事例のご紹介

自動車（EV）用ナットケース

こちらは、自動車（EV）向けナットケースの加工事例です。サイズは158×94×23mmで、材質にはSPCCとPPSを使用しています。構造としては、締結端子の下にナットを配置する設計になっていますが、一度に成形を行うとナット内部に樹脂が流入する可能性があります。そのため、まずナットを覆うナットケースを一次成形し、その後ナットを挿入したうえで二次成形を行い、最終的に完成させています。

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１次成形端子インサート成形

こちらは、パワーモジュール用ケースの加工事例です。端子部はプレス加工によって製作しており、成形時に端子を一括でセットできるようタイバーを設けた構造になっています。ただし、一度に成形を行うと、後工程で不要となるタイバー部分が樹脂に埋まり、カットが困難になります。そのため、まず一次成形で端子を樹脂で固定し、その後、二次成形で製品として仕上げる工程を採用しています。