射出成形におけるショートショットとは?主な発生要因とその対策

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ショートショットとは

ショートショット(以後ショート)とは、製造された成形品が部分的に欠肉していることをいいます。ショート、ショートモールディング、形状が「欠けている」ともいいます。

射出成形加工におけるショートの発生箇所は、一般的には、成形品の最終充填部ですが、樹脂が流れにくい部分にも発生します。

ショート発生の要因

射出成形加工におけるショートの要因は、一般的に下記の3つが挙げられます。

成形条件が適切でない

射出流動中に樹脂が失速、または固化してしまい、最終充填部まで行き届かないとショートが発生します。

金型の構造上ガス抜きが機能しにくい

金型は成形品の形状によって、構造が異なります。ゲートが二点以上配置されている、又は格子状である金型の場合、キャビティー内で樹脂が交わります。その際、樹脂から出るガスやキャビティー内にある空気の逃げ場が無くなり(袋小路の状態)、溶融樹脂が充填できず、ショートが発生します。

スクリュー先端のトラブル

射出成形機、加熱筒内のスクリュー先端に装着されている逆止リングの劣化破損により、 充填時、逆止リングの隙間から樹脂が逆流(バックフロー)し、ショートが発生します。

ショートの種類と発生しやすい箇所

材料の流動性、金型の構造、成形品の形状、肉厚によって、ショートの発生箇所は様々です。基本的には、最終充填部がショート箇所ですが、樹脂の流れにくい箇所もショートすることがあります。

最終充填部

溶融樹脂はランナー、ゲートを流動し、キャビティー内に充填されますが、最終充填部の手前で樹脂が固化してしまい、成形品がショートします。

袋小路のガス(空気)溜まり

二点以上のゲート、複雑な形状(特に肉厚が異なる)の場合は、樹脂同士が交わる箇所で、ショートが発生します。二点以上の流動が交差する箇所が、袋小路となり、樹脂から発生するガスや、キャビティー内の空気の逃げ場を失う事により、ショートが発生します。

ショート予防・対策の基本

上述の代表的なショートの発生要因それぞれについて、対策案として以下が挙げられます。

成形条件におけるショート原因と対策

成形条件の設定に起因するショート要因と対策は下記の通りです。

シリンダー温度設定で考慮すべきこと

樹脂は温度設定により粘性が変化します。シリンダー温度が低いと粘度が高く、ショートが発生します。シリンダー温度を上げる事で、粘度が下がり、流動性がよくなり、ショートが発生しにくくなります。

金型温度設定で考慮すべきこと

金型温度が低いと溶融樹脂の固化が進みやすく、ショートしやすくなります。 金型温度を高くすると、樹脂の流動性がよくなります。 温調機のSV・PVの確認、操作側のキャビティー、コアの表面にマグネット温度計を 取り付け、生産中に金型温度を目視にて確認する事で、ショートを予防します。 ただし、必要以上に高い金型温度は、バリの原因、1サイクルが長くなるなどの影響がありますので注意が必要です。

※生産立上げ時は、金型温度が安定するまでに、時間がかかります。生産前に金型を温めておくと、立上げ後は早めに安定し、廃棄ロスの削減になります。

計量値設定で考慮すべきこと

計量値は、成形品の体積をある程度、予想します。オーバーパックにならないように、十分注意する事が大切です。 成形品を70%程度から、ショートにて成形を行います。徐々に計量値を増やし、フル充填になるように計量値を決めていきます。 バラツキによるショートを予防するために、適度なクッション量を確保できる計量値の設定が重要です。

-#### 射出圧力(一次圧)、保持圧力(二次圧)設定で考慮すべきこと ショートを予防するには、充填途中に樹脂が失速しない射出速度を設定する必要があり、この速度を確保するには、射出圧力(一次圧)の設定に余裕を持たせておく必要があります。また、最終充填部に樹脂を押し込む保圧(二次圧)も重要です。ただし、必要以上の射出圧、保圧は金型破損、バリの原因になります。 製品をよく観察して、成形条件を見極めることが重要です。

射出速度設定で考慮すべきこと

射出速度は、スプルー、ランナー、成形品の形状を考慮して、段階的に設定します。 射出速度は、計量完了位置からVP切替位置までの速度になります。 ショートを予防するには、流動中に溶融樹脂の先端が失速・固化しない速度に設定する事が大切です。 射出速度が、確保できない時は、射出圧力を上げる、金型温度を上げるなど、複合的な成形条件の調整が有効です。

袋小路のガス(空気)溜まりに起因するショートの原因と対策

二点以上のゲートから樹脂が充填されると、流動の合流地点でガス溜まりができ、ショートが発生します。ガス溜まりの代表的な対策は、下記の2通りあります。

成形条件による調整

ガス溜まりに樹脂が充填される速度を下げることで、ガス抜けが良くなり、ショート改善が期待できます。

金型のガス抜け改善

ガス溜まり部にガスベントを追加することで、ガス抜けが良くなり、ショート改善が期待できます。 袋小路になる箇所を特定し、金型コア部に「シェラー」を設けて排気させる。

※シェラーとは「網目形状の入れ子」の事であり、金型コア部の表面に埋め込み使用します。 入れ子方式なので、脱着が容易な特徴である一方、汚れが蓄積していく構造ですので、生産中に定期的なメンテナンスが必要です。

スクリュー先端のトラブルに起因するショートの原因と対策

ショートの原因として逆止リングの劣化破損、バックフローがあります。

加熱筒の中に、脱落したボルトや、粉砕機に刃が混入することにより、逆止リングが破損すると、射出時にシールできなくなり、逆流(バックフロー)が起こり、成形品はショートします。 ノズルの先端に破損した金属が詰まるので、十分な量を充填できなくなります。

一旦、成形を中断し、ノズルを分解し、破損した金属を取り除き、逆止リングの点検をします。 必要に応じて部品交換が必要です。

原料タンク内、ホッパー内など原料経路に金属取りのマグネットを入れ、強制的に金属を除去することが効果的です。

注意点として、ノズル先端部を修理する場合は、ヒーターの短絡の可能性がありますので、 ノズル部ヒーターの電源は必ず「OFF」にして下さい。火傷による労災を防ぐために「保護具の着用」を徹底しましょう。

ショート不良を流出させないために

ショート不良は重欠陥です。特に自動車や医療品等、命に関わる部品のショートは、絶対にあってはいけません。

上記に解説しました発生要因を管理しながら、あわせてショート不良を流出させないことが重要です。

初期検査で考慮すべきこと

立ち上げ時は、金型の破損を考慮して、ショートショットから徐々に調整し、フル充填させます。 捨てショットの成形品が混ざらないように徹底します。 ショートは最終充填部だけでなく、流動が悪い箇所、袋小路部など様々な場所に発生します。 事前に準備している作業標準書のポイント、基準サンプルとよく見比べて、立ち上げ時に、ショートの無い事を確認することが重要です。

画像検知による検査で考慮すべきこと

人間の集中力や目視検査には限界があり、見落としや作業のバラツキは避けられません。 人間の目視検査に変わり、カメラを使用し画像検知をする画像検査装置を導入することで改善します。 良品サンプルを画像で記憶させ、ショート(欠け)が混入した時、エラーとして認識し、ショート流出を機械的に予防します。

ガスベンドのメンテナンスで考慮すべきこと

ガスベンドは数万〜十万ショット毎に、定期的な金型オーバーホールが必要です。 シェラーは生産中の定期メンテナンスが必要です。 樹脂の物性により異なりますが、特にガス抜けが悪くなることでショート発生率は上がります。 成形機上で可能な金型メンテナンス、定期の金型オーバーホールを怠らない様に管理しましょう。

まとめ

ショートについて、不良発生要因、ポイントの解説・不良流出対策について まとめました。ショートは成形不良の中でも、重欠陥です。発生対策、流出対策をしっかり施行し、不良を作らないシステム作りを目指しましょう。