ヒケているのにバリも出るのはなぜ？金型のPL面が開く原因を解説

射出成形でバリが発生したとき、まず考えるのが「射出圧力や保圧が高すぎるのではないか」ということです。

一方、製品にヒケが出ている場合は、「樹脂を押し込む圧力が足りていないのではないか」と考えます。

ところが実際の成形現場では、同じ製品にヒケとバリが同時に発生することがあります。

「圧力が高いからバリが出るのに、圧力不足で起きるはずのヒケも出ている。結局、高いのか低いのかどちらなのか？」

思わず成形機に聞いてみたくなるような、少し矛盾した状態です。

しかし、ヒケとバリが同時に出ることは、決して珍しい現象ではありません。キャビティ内の圧力はすべての場所で同じではなく、金型の一部分だけに高い圧力がかかったり、成形中にPL面がわずかに開いたりすることがあるからです。

この記事では、ヒケとバリが同時に発生する理由と、成形中に金型のPL面が開く原因、成形条件と金型のどちらに問題があるのかを見分ける方法について、金型製作・修理の現場目線で詳しく解説します。

そもそも「ヒケ」と「バリ」はなぜ起きる？

まずは、ヒケとバリがそれぞれどのような仕組みで発生するのかを確認してみましょう。

ヒケが発生する仕組み

射出成形では、溶けた樹脂を金型の中へ充填し、冷やして固めます。

樹脂は冷えて固まるときに収縮するため、その収縮分を補う目的で保圧をかけます。

ところが、保圧が十分に伝わらなかったり、製品の肉厚が厚すぎたりすると、内部の樹脂が収縮したときに製品表面が内側へ引っ張られます。

その結果、製品表面にくぼみができてしまいます。これがヒケです。

ヒケが発生する代表的な原因には、次のようなものがあります。

• 保圧が低い
• 保圧時間が短い
• ゲートが早く固まっている
• ゲートやランナーが細い
• 製品の肉厚が厚い
• リブやボスの根元に樹脂が集中している
• 金型の冷却が不足している
• 金型温度や樹脂温度が高い
• 樹脂の収縮率が大きい

一般的には、ヒケが出たときは保圧を上げたり、保圧時間を長くしたりすることが多いでしょう。

しかし、そこで保圧を上げると、別の場所からバリが出てしまうことがあります。

ここから成形担当者の悩みが始まります。

バリが発生する仕組み

バリは、金型のPL面やスライド、入れ子、エジェクタピンなどのわずかな隙間に樹脂が入り込み、薄くはみ出した状態で固まったものです。

金型が完全に密着していれば、樹脂は製品形状となるキャビティ内だけに収まります。

ところが、金型に傷や摩耗による隙間があったり、成形圧力によってPL面が開いたりすると、溶けた樹脂がその隙間へ入り込んでしまいます。

樹脂はほんのわずかな隙間を見つけるのが妙に上手です。人の目にはほとんど見えない隙間でも、「ここから出られそうだ」とばかりに流れ込んできます。

バリが発生する代表的な原因には、次のようなものがあります。

• 射出圧力や保圧が高すぎる
• 射出速度が速すぎる
• V-P切り替え位置が遅い
• 型締め力が不足している
• 樹脂温度が高く、流動性が高すぎる
• PL面に傷、打痕、摩耗がある
• PL面に樹脂片や異物が挟まっている
• スライドや入れ子に隙間がある
• 成形中に金型がたわんでいる

このように見ると、ヒケは圧力不足、バリは圧力過大で発生するように思えます。

では、なぜ正反対に見える二つの不良が同時に出るのでしょうか。

ヒケとバリが同時に出ても矛盾ではない

ヒケとバリが同時に発生する最大の理由は、キャビティ内の圧力がすべての場所で均一ではないからです。

成形機に表示される射出圧力や保圧は、あくまで成形機側で管理している圧力です。実際にキャビティの各部分へ伝わる圧力は、ゲートからの距離、製品形状、肉厚、樹脂の流れ方などによって変わります。

例えば、ゲートに近い部分には高い圧力がかかっている一方で、ゲートから遠い部分には十分な保圧が伝わっていないことがあります。

このような場合、ゲート付近では高い圧力によってバリが発生し、ゲートから遠い部分や肉厚部分では圧力不足によってヒケが発生します。

同じ製品の中でも、場所によって「圧力が高すぎる部分」と「圧力が足りない部分」が同時に存在するわけです。

家の水道でも、配管の途中に細い部分や詰まりがあれば、すべての蛇口から同じ勢いで水が出るとは限りません。射出成形でも、それと似たような圧力差が起きています。

ヒケているのにバリも出る主な原因

ゲート付近だけ圧力が高くなっている

ゲート付近は、成形機から送り込まれた樹脂の圧力が最も伝わりやすい場所です。

そのため、保圧を上げるとゲート付近の圧力は高くなりますが、製品の奥側まで同じように圧力が伝わるとは限りません。

ゲート付近のPL面にわずかな隙間があれば、その部分からバリが発生します。

一方、ゲートから遠い部分には十分な保圧が届かず、冷却収縮によってヒケが発生することがあります。

つまり、入口では樹脂が渋滞しているのに、奥の席は空いているような状態です。

この場合、単純に保圧を上げても、奥側のヒケが改善する前に、ゲート付近のバリだけが大きくなることがあります。

ゲートやランナーが細く、圧力が奥まで伝わっていない

ゲートやランナーが細いと、樹脂が流れるときの抵抗が大きくなります。

成形機側では十分な圧力をかけていても、その圧力がキャビティの奥まで届かない場合があります。

さらに、ゲートが早い段階で固まってしまうと、その後どれだけ保圧を長くかけても、キャビティ内へ樹脂を追加できません。

玄関のドアが閉まった後に、外からいくら荷物を押しても中には入らないのと同じです。

この状態で保圧だけを上げると、ゲートが固まる前の短い時間に、ゲート付近へ高い圧力が集中します。

その結果、ゲート付近ではバリが発生し、製品の肉厚部分や奥側ではヒケが残ることがあります。

製品の肉厚差が大きい

製品に厚肉部分、リブ、ボスなどがあると、その部分は周囲よりも収縮量が大きくなります。

特に、リブやボスの根元では樹脂が厚くなりやすいため、表面にヒケが現れることがあります。

一方、製品外周のPL面では、射出圧力や保圧によってバリが出ることがあります。

この場合、ヒケの主な原因は製品形状や冷却条件であり、バリの主な原因はPL面の隙間や圧力です。

同じ製品に発生していても、ヒケとバリの原因がまったく別であることもあります。

そのため、「ヒケがあるから圧力が低い」「バリがあるから圧力が高い」と、製品全体を一つの圧力だけで考えないことが大切です。

冷却のバランスが悪い

金型の冷却が均一でないと、製品の場所によって固まり方に差が出ます。

冷却が弱い場所や、熱がこもりやすい厚肉部分では、樹脂がゆっくりと冷えて大きく収縮するため、ヒケが発生しやすくなります。

一方、金型温度が高いと樹脂の流動性が保たれる時間も長くなるため、PL面の隙間へ樹脂が流れ込みやすくなります。

つまり、冷却不足によってヒケが起きやすくなると同時に、バリも出やすくなることがあります。

成形開始直後は問題がなく、連続成形によって金型温度が上がってからヒケとバリが目立ち始める場合は、冷却回路や金型温度のバランスも確認してみましょう。

金型の一部分だけに隙間がある

PL面の一部分に傷、打痕、摩耗などがあると、その場所だけに樹脂が入り込み、バリが発生します。

この場合、キャビティ全体の圧力が極端に高くなくても、隙間がある場所にはバリが出ます。

一方、別の場所では保圧不足や肉厚によってヒケが発生することがあります。

つまり、ヒケは成形条件や製品形状の問題、バリは金型の局所的な傷や隙間の問題という、二つの別々の原因が同時に起きている状態です。

このようなケースで保圧を下げると、ヒケだけが悪化し、バリは多少小さくなっても完全には止まらないことがあります。

PL面が開くと、ヒケとバリが同時に起こりやすい

ヒケとバリが同時に発生するとき、特に確認したいのが、成形中に金型のPL面が開いていないかという点です。

金型は成形機によって強い力で締められています。しかし、射出時にはキャビティ内から金型を押し開こうとする力も発生します。

キャビティ内の圧力によって金型を開こうとする力が、実際の型締め力や金型の剛性を上回ると、PL面がわずかに開きます。

すると、その隙間から樹脂が流れ出してバリになります。

さらに、PL面が開くとキャビティの容積もわずかに増えます。加えて、本来キャビティ内にとどまるはずだった樹脂がバリとして外へ逃げてしまいます。

その結果、製品をしっかりと押さえるための圧力が不足し、別の場所にヒケが発生することがあります。

つまり、PL面の開きは「バリを発生させる」と同時に、「製品側の保圧を不足させる」原因にもなります。

金型が開いて樹脂が外へ逃げているのに、成形機側ではさらに樹脂を押し込もうとするため、バリは大きくなり、製品にはヒケが残るという困った状態になります。

金型のPL面が開く主な原因

型締め力が不足している

最も分かりやすい原因が、成形機の型締め力不足です。

成形中に金型を開こうとする力は、製品とランナーの投影面積、そしてキャビティ内の圧力によって大きく変わります。

一般的には、投影面積が大きい製品ほど、金型を押し開こうとする力も大きくなります。

成形機のカタログに記載されている最大型締め力だけでなく、実際の成形条件や金型サイズ、型締めの状態を含めて考える必要があります。

型締め力を上げたときにバリが小さくなるのであれば、型締め力不足が影響している可能性があります。

ただし、「バリが出たら、とにかく型締め力を最大にすればよい」というわけではありません。

必要以上に型締め力を上げると、金型や成形機への負担が増え、ガスベントをつぶしたり、金型部品の摩耗を早めたりすることがあります。

力で解決しようとしすぎると、別の場所が悲鳴を上げるわけです。

射出圧力や保圧が高すぎる

射出圧力や保圧が高いと、キャビティ内から金型を押し開こうとする力も大きくなります。

特に、充填完了直前や保圧へ切り替わる瞬間には、キャビティ内の圧力が急激に上昇することがあります。

その瞬間だけPL面が開き、バリが発生することもあります。

保圧を少し下げるとバリが小さくなる場合は、成形圧力が影響している可能性があります。

しかし、保圧を下げるとヒケがさらに悪化する場合は、適正な保圧条件に金型が耐えられていない可能性も考えなければなりません。

V-P切り替え位置が遅い

V-P切り替えとは、射出による速度制御から、保圧による圧力制御へ切り替えるタイミングのことです。

切り替えが遅いと、キャビティがほぼ満杯になっているにもかかわらず、高い射出圧力で樹脂を押し込み続けることになります。

満員のエレベーターに、さらに人を乗せようとしているような状態です。

このときに発生する急激な圧力によって、PL面が一瞬だけ開き、バリが出ることがあります。

充填末期の射出速度を落としたり、V-P切り替え位置を少し早めたりすることで改善する場合があります。

ただし、早めすぎるとショートショットやウェルド不良につながるため、製品の充填状態を確認しながら調整する必要があります。

金型の剛性が不足している

金型は厚い鋼材で作られていますが、鋼の塊だからといって無敵ではありません。

成形時には非常に大きな圧力がかかるため、型板や受け板が薄かったり、サポートピラーの位置や本数が適切でなかったりすると、金型がわずかにたわむことがあります。

特に、製品面積が広い金型や、キャビティ中央部分に高い圧力がかかる金型では、中央部が膨らむように変形することがあります。

このタイプの型開きは、金型を停止した状態で確認しても隙間が見つからないことがあります。

停止中は何事もなかったように閉じているのに、射出圧力がかかった瞬間だけ開くためです。

PL面中央付近にバリが出ている場合や、型締め力を上げても改善が少ない場合は、金型の剛性やサポート構造を確認する必要があります。

PL面の当たりが均一ではない

金型のPL面は、全体が均一に当たっていることが理想です。

しかし、PL面の一部分だけが強く当たっていると、別の場所がわずかに浮くことがあります。

金型を閉じた状態では密着しているように見えても、成形圧力がかかったときに、当たりの弱い部分から開いてしまうことがあります。

また、PL面に傷や打痕がある場合や、過去に発生した硬いバリを挟んで圧痕ができている場合も、均一に当たらなくなります。

バリがいつも同じ場所に出る場合は、その周辺だけを見るのではなく、反対側や金型全体の当たりも確認してみましょう。

一部分の強い当たりが、離れた場所の隙間を作っていることもあります。

PL面に異物が挟まっている

PL面に樹脂片、糸くず、グリス、金属粉などが付着していると、金型が完全に閉じなくなります。

金型に大きな損傷がなくても、小さな異物一つでPL面が開くことがあります。

異物自体は小さくても、その存在感はかなり大きいものです。

それまで問題なく成形できていたのに、あるショットから突然バリが出始めた場合は、まずPL面に異物が付着していないか確認してみましょう。

いきなり大掛かりな修理を疑う前に、まず清掃です。原因が樹脂片一つだったということもあります。

スライドや入れ子が正しい位置に収まっていない

スライドコアや可動入れ子が正しい位置まで戻っていないと、その周辺に隙間ができます。

スライドの摺動部に汚れがたまっていたり、かじりや摩耗が発生していたりすると、スライドがわずかに手前で止まることがあります。

また、ロッキングブロックの摩耗や当たり方に問題があると、成形圧力によってスライドが後退し、バリが発生することもあります。

人の目ではほとんど分からないわずかなズレでも、樹脂にとっては十分な通り道になります。

スライドや入れ子との境界だけにバリが集中している場合は、型締め力を上げる前に、各部品が正しい位置へ収まっているか確認してみましょう。

成形機のプラテンや型締めバランスに問題がある

金型側だけでなく、成形機側の状態によってPL面が均一に締まらないこともあります。

固定盤と可動盤の平行度、タイバーのバランス、金型の取り付け位置などに問題があると、金型の一部分だけに型締め力が偏ることがあります。

特定の成形機でだけバリが出て、別の成形機へ載せ替えると改善する場合は、成形機側の型締め状態も確認する必要があります。

金型を修理する前に、成形機との相性や取り付け状態も見ておきたいところです。

バリとヒケの位置から原因を絞り込む

ヒケとバリが同時に発生したときは、それぞれがどの場所に出ているかを確認すると、原因を絞り込みやすくなります。

発生している状態	考えられる主な原因
ゲート付近にバリ、ゲートから遠い場所にヒケ	圧力損失、ゲートやランナーの抵抗、ゲートシール
製品外周全体にバリ、中央や厚肉部にヒケ	型締め力不足、金型のたわみ、保圧不足
PL面の一部分だけにバリ、別の厚肉部にヒケ	PL面の傷や隙間と、製品形状によるヒケ
スライド周辺にバリ、製品表面にヒケ	スライドの位置ズレやロッキング不足、保圧不足
成形開始時は良く、時間経過後に両方発生	金型温度上昇、冷却不足、樹脂の流動性変化
保圧を上げるとバリが増え、ヒケはあまり変わらない	ゲートが早く固まっている、圧力が奥まで伝わっていない
型締め力を上げるとバリが減る	型締め力不足、成形中のPL面開き
毎回同じ場所に厚いバリが出る	金型の傷、摩耗、欠け、部品の位置ズレ

バリとヒケは、どちらも困った成形不良です。

ただし、原因を調べるときには、それぞれが重要な手がかりになります。すぐにバリを取り除いたり、不良品を処分したりせず、写真やサンプルとして残しておくことをおすすめします。

成形条件と金型、どちらが原因かを見分ける方法

現在の条件と製品を記録する

原因を調べる前に、現在の成形条件と不良品の状態を記録しておきます。

• 射出速度
• 射出圧力
• V-P切り替え位置
• 保圧と保圧時間
• 樹脂温度
• 金型温度
• 型締め力
• クッション量
• 製品重量
• バリとヒケの発生位置

慌てて複数の条件を一度に変えてしまうと、どの変更が効いたのか分からなくなります。

圧力、速度、温度、保圧をすべて変更すると、原因だけでなく手がかりまで行方不明になります。条件は一つずつ変更し、変化を確認するのが基本です。

ショートショットで樹脂の流れ方を確認する

保圧を使わず、充填量を少しずつ増やすショートショット確認を行うと、樹脂がどのように流れているかを確認できます。

完全充填する前からバリが出ている場合は、金型に比較的大きな隙間があるか、スライドや入れ子の位置に問題がある可能性があります。

一方、完全充填の直前や保圧をかけたときにだけバリが出る場合は、充填末期の圧力上昇、型締め力不足、金型のたわみなどが疑われます。

どの段階でヒケの原因となる未充填部分が残り、どの段階でバリが出始めるのかを見ることで、圧力の伝わり方を考えやすくなります。

保圧を変えて製品重量を確認する

保圧や保圧時間を少しずつ変更し、製品重量がどのように変化するかを確認する方法も有効です。

保圧時間を長くするにつれて製品重量が増えるのであれば、まだゲートを通して樹脂がキャビティ内へ入っています。

一方、保圧時間を長くしても製品重量が増えなくなる場合は、その時点でゲートが固まっている可能性があります。

ゲートが固まった後は、どれだけ長く保圧をかけても、ヒケる部分へ追加の樹脂を送り込むことはできません。

この状態で保圧を上げ続けても、ゲートが固まる前の圧力だけが高くなり、バリが悪化することがあります。

「保圧時間を延ばしているのにヒケが変わらない」という場合は、ゲートシールのタイミングを確認してみましょう。

型締め力を段階的に変更する

成形機や金型の許容範囲内で型締め力を段階的に変更し、バリの大きさが変わるかを確認します。

型締め力を上げることでバリが明らかに小さくなる場合は、成形中にPL面が開いている可能性があります。

ただし、型締め力を必要以上に上げるのは避けなければなりません。

バリが止まったとしても、ガスベントがつぶれたり、金型部品への負担が大きくなったりすれば、別の不具合につながります。

型締め力を上げることは原因確認の一つですが、それだけで恒久的に解決しようとしないことが大切です。

PL面やスライドの当たりを確認する

金型側が疑われる場合は、PL面、入れ子、スライド、ロッキングブロックなどの当たりを確認します。

見た目では密着しているように見えても、実際には一部分しか当たっていないことがあります。

バリが発生している場所と当たりの弱い場所が一致している場合は、金型側に原因がある可能性が高くなります。

また、成形中だけPL面が開いている場合は、停止中の目視確認だけでは分からないことがあります。必要に応じて、専門の設備や方法を使って型開き量を確認します。

別の成形機でも同じ症状が出るか確認する

可能であれば、別の成形機へ金型を載せ替えて同じ症状が出るかを確認する方法もあります。

別の成形機でも同じ場所にバリが出る場合は、金型側の傷、摩耗、隙間、剛性などが疑われます。

一方、特定の成形機でだけバリが出る場合は、成形機の型締め状態、プラテンの平行度、条件設定などが影響している可能性があります。

もちろん、金型の載せ替えは簡単ではありません。可能な場合に限られますが、原因を切り分けるうえでは有効な方法です。

成形条件の調整で改善できるケース

次のような場合は、成形条件の見直しによって改善できる可能性があります。

• 射出速度を下げるとバリが改善する
• V-P切り替えを早めるとバリが改善する
• 保圧を少し下げてもヒケや寸法に問題がない
• 樹脂温度を適正範囲内で下げるとバリが改善する
• 金型温度や冷却を安定させるとヒケとバリが改善する
• 型締め力を適正値にするとバリが改善する
• 充填量やクッション量のばらつきを直すと安定する

充填末期の射出速度を落とし、V-P切り替えを適正化することで、急激な圧力上昇を抑えられる場合があります。

また、保圧を一段階でかけるのではなく、時間に応じて段階的に下げることで、ヒケを抑えながらバリを減らせることもあります。

ただし、成形条件による対策は、製品品質を保てる範囲で行うことが前提です。

バリを止めるためにヒケやショートショットを許容するのであれば、不良の種類を入れ替えただけになってしまいます。

金型の修理・変更が必要になるケース

次のような場合は、成形条件だけでの解決が難しく、金型側の修理や変更が必要になる可能性があります。

• 保圧を下げても同じ場所にバリが残る
• バリを止められる条件ではヒケやショートショットが発生する
• PL面に傷、打痕、摩耗、へこみがある
• スライドや入れ子の境界だけにバリが出る
• ロッキングブロックの摩耗や当たり不良がある
• 金型中央部や特定部分が成形中に開いている
• 金型の剛性やサポート構造が不足している
• ゲートやランナーが細く、保圧が奥まで伝わらない
• 冷却回路の配置や流量に問題がある
• 製品形状や肉厚差そのものがヒケの原因になっている

修理方法は、原因によって変わります。

PL面の当たり調整で改善する場合もあれば、肉盛り修正、入れ子の再製作、スライド部品の修正、ロッキングブロックの調整、サポートピラーの追加などが必要になることもあります。

ゲートやランナーの変更、冷却回路の見直し、製品の肉厚変更が必要になるケースもあります。

ここで注意したいのが、「バリが出ている場所をとりあえず削る」という対応です。

隙間がある場所をさらに削れば、当然ながらバリは大きくなります。金型は削ることはできても、削りすぎた部分を元へ戻すのは簡単ではありません。

バリが出ている場所だけでなく、周囲の当たりや金型全体の変形を確認してから修理方法を決めることが大切です。

ヒケとバリが同時に出たときに準備しておきたい情報

金型メーカーへ調査や修理を依頼する場合は、次のような情報があると原因を絞り込みやすくなります。

• バリが付いたままの製品サンプル
• ヒケの位置が分かる製品や写真
• 正常時の製品サンプル
• 現在の成形条件
• 保圧を変更したときの製品状態
• 型締め力を変更したときのバリの変化
• 製品重量の変化
• ショートショットのサンプル
• 金型の総ショット数
• バリとヒケが発生し始めた時期
• 最近変更した材料や成形条件
• 金型の修理・改造履歴
• すでに試した対策

特に重要なのが、バリを取る前の製品です。

バリをきれいに取り除いた後の製品だけでは、どの位置から、どの方向へ、どの程度の厚さで樹脂が流れ出したのか分からなくなります。

車から異音がするのに、修理工場へ持ち込んだときだけ音が止まってしまうのと少し似ています。

不良の状態が分かる製品や写真が残っているほど、原因を見つけやすくなります。

まとめ

ヒケとバリが同時に発生していても、決して矛盾ではありません。

キャビティ内の圧力はすべての場所で均一ではなく、ゲート付近では圧力が高すぎる一方で、製品の奥側や厚肉部分には十分な保圧が伝わっていないことがあります。

また、成形中にPL面が開くと、そこから樹脂が流れ出してバリになるだけでなく、キャビティの容積が増え、製品を押さえるための圧力も不足します。

その結果、同じ製品にバリとヒケが同時に発生することがあります。

原因を調べるときは、次の点を順番に確認してみましょう。

• ヒケとバリがどの位置に出ているか
• 完全充填前からバリが出ているか
• 保圧を変えると製品重量が変化するか
• ゲートが固まるタイミングは適切か
• 型締め力を変えるとバリが小さくなるか
• PL面やスライドの当たりに問題がないか
• 金型が成形圧力によってたわんでいないか
• ゲート、ランナー、冷却、製品肉厚に問題がないか

「ヒケを直そうとするとバリが出る」「バリを止めようとするとヒケが出る」という場合、成形条件だけで無理に調整しても、なかなか解決しないことがあります。

このような状態は、成形担当者を困らせるだけの意地悪な現象に見えますが、実は金型のPL面、圧力の伝わり方、ゲートシールなどに問題があることを知らせる大切なサインでもあります。

有限会社名岐金型では、射出成形金型の製作だけでなく、ヒケやバリなどの成形不良に対する金型の修理・改造にも対応しています。

成形条件を調整してもヒケとバリが改善しない場合は、バリが付いた製品サンプルや現在の成形条件をご用意のうえ、お気軽にご相談ください。