射出成形加工におけるウエルドラインとは? | 主な発生要因とそれぞれの対策

  • トップ
  • コラム
  • 射出成形加工におけるウエルドラインとは? | 主な発生要因とそれぞれの対策

ウエルドライン(ウェルドライン)とは射出成形加工における、ウエルドライン(ウェルドライン)とは成形不良の一つで、充填時に樹脂の流れの先端(フローフロント)が、金型構造内のリブやボスを起点に分岐し、その後合流する点において、スジ状にラインが出ている状態です。

一般的な射出成形では、完全にウエルドラインを消すことはできません。   ウエルドラインが不良事象になる理由は、大きく2つあります。

  • 外観不良:外観が良くない。
  • 機能不良:ウエルドライン部の強度不足。

外観部品のウエルドラインは、特にメッキや塗装などの2次加工後に、より強調されてしまうことがあります。 機能上強度が欲しい位置にウエルドラインが発生してしまう時は、製品の強度不足、クラックに繋がります。また、ウエルドライン周辺ではガス逃げが悪いとショートやガス焼けが起こります。

ウエルドライン発生の要因

射出成形加工において、充填時、フローフロントの合流点に必ずウエルドラインが発生します。 金型設計時に想定された位置に出現する分には問題ありません。事前の想定とは別の位置や、想定以上の強さ・濃さのウエルドラインが問題です。 充填時に、溶融樹脂は流れやすい方に流れていき、逆に、流れにくい方には流れません。 製品となった時に、ウエルドラインが強く出たり、希望の場所とずれることがあります。 この前提のもと、ウエルドラインの発生要因は下記の通りです。

(ⅰ)充填バランスの不均一

充填のバランスが悪いことが起因して、ウエルドラインが発生することがあります。充填バランスを均一にするために確認すべき要素には以下が挙げられます。 ・金型キャビティの構造(リブやボス位置) ・ゲートの種類及びゲート径 ・多点ゲートのバランス不良

(ⅱ)金型温度が低い

金型温度が低いことで、充填速度が不足し、フローフロントが合流するまでに、冷え固まってしまい、ウエルドラインが強くなることがあります。

(ⅲ)合流部のガス抜けが悪い

量産を重ねていくことで、金型はどんどんガス汚れが蓄積しガス逃げが悪くなります。ウエルドラインの発生箇所はフローフロントの合流点ですので、上手くガスベントからガス抜きをしなければ、ウエルドラインが強く発生したり、ガスショートやガス焼けの原因にも派生します。

(ⅳ)射出時間が長い

射出時間が長いと、フローフロントは合流時に冷えて固まってしまいそのウエルドラインは強くなります。また、湯じわも発生します。

ウエルドラインの発生防止のために特に確認しておきたいポイント

ウエルドラインを未然に防止するために、生産前に確認しておくべきポイントを後述します。

(ⅰ)多点ゲート金型でバランスが不均等になっていないか?

特に多点ゲート金型の充填バランスが悪いとウエルドラインが強くなり、発生場所がずれてしまいます。 HR金型のバルブゲートのヒーターが半断線したり、バルブの摺動が悪くなるとそのゲートからの充填量が少なくなり、結果としてウエルドラインの位置がずれます。 製品的にはショートしていなくても、ウエルドラインの位置が想定とずれることで、機械的機能を満たせなくなることがあります。 品質規格を満たす良品サンプルと見比べ、ウエルドラインの位置と強さを確認することが重要です。

(ⅱ)ウエルドラインが強く出やすい原料か?

原料の種類や原料ロットによって、MFR(原料の流れやすさ)は異なります。添加剤や着色剤によっても同様です。流れが変わればウエルドラインの発生箇所も変わります。 ウエルドラインが強く発生する原料は、ウエルドライン発生箇所の射出圧力、射出速度を上下させ、ウエルドライン発生部のガス逃げを変化させることで改善します。

(ⅲ)複雑な金型構造(リブ、ボスなど)を見直せないか?

構造が複雑な金型は、フローフロントが合流までに冷え固まってしまい、ウエルドラインが強く出たり、湯じわも発生します。 特に製品の肉薄部は、溶融樹脂が流れにくいため、ウエルドラインが強く出る傾向があります。 様々な対策を講じてもなかなか、ウエルドラインが解消できず、外観、機能を満たせない時は、客先と協議しながら、金型構造を変更する選択肢かもしれません。ウエルドラインは、リブ・ボスの厚みや位置を変更することで改善します。

ウエルドライン予防・対策の基本

上述の代表的なウエルドライン防止のためのポイントに関連して、対策案として以下が挙げられます。

(ⅰ)金型そのもの(リブ、ボス、ゲートバランス、ガス抜け)に関連する対策

金型構造に起因するウエルドライン対策は下記の通りです。

  • 充填バランス不良によるウエルドラインが発生する場合:HRゲート部の点検修正、各ゲートの温度調整が有効です。
  • ウエルドライン発生部のガス抜けが悪いことでウエルドラインが強くなる場合:、ガスベントの清掃が効果的です。改善しない時は、ガスベントの彫り直しが有効です。
  • 金型内リブやボス通過後の合流地点でウエルドラインが強くなる時場合:充填速度を多段階で調整することで改善します。

また、加熱筒温度、金型温度調節機の設定温度を変更することで、ウエルドラインの強さが改善することがあります。

(ⅱ)定期メンテナンス、ガスベントに関連する対策

PLのガス清掃だけでは、ガス汚れは除去しきれません。蓄積したガス汚れは、そのまま製品部に影響します。 数万〜数十万ショット毎に定期オーバーホールが有効です。

ウエルドライン発生を的確に検知するために

ここまでで、ウエルドライン発生の主な要因とそれぞれへの発生対策について触れました。しかし、どれだけ対策を行っても完全にウエルドライン発生をゼロにするのは難しいものです。ウエルドライン発生を的確に検知するために、以下の各タイミングで特に注意しましょう。

(ⅰ)初期検査

立ち上げ時は、品質規格に合格しているかしっかり初期検査することが重要です。 ウエルドラインの出現位置と、その強さの限度判断は難しいことがあります。 もし判断が難しい様なら、一旦品質管理部門に判断を委ね合格を待った上での立ち上げが望ましいです。

(ⅱ)タイムサンプルの検査

ウエルドラインは、基本的に金型の累積ショットに比例して事象がひどくなっていきます。 ガスベントが詰まってしまい、ひどくなるためです。 タイムサンプルを採取し、定時で品質確認が重要です。

(ⅲ)変化点(原料ロット)

ウエルドラインの発生が変化する時は、特に原料ロットが変わった時です。溶融時に発生したガスがそのままウエルドラインに影響します。 原料ロットの変更時は特に注意が必要です。

まとめ

ウエルドラインについて、特に射出成形工場における不良対策・生産性の改善を考える際に注意しておきたいポイントをまとめました。 ウエルドラインは、流動の合流点にスジ状のラインが現れる不良事象です。 ウエルラインを見逃すことなく、より高い成形加工技術の確立を目指しましょう。