射出成形の現場で、比較的よく見かける不良の一つが「バリ」です。
バリとは、金型の合わせ面やスライド、エジェクタピンなどのわずかな隙間に溶けた樹脂が入り込み、製品から薄くはみ出した状態で固まったものです。
製品に勝手についてくる、まったくありがたくない「おまけ」のようなものですね。
ごく小さなバリであれば、成形後に手作業やニッパーで取り除けることもあります。しかし、バリ取りには余分な手間がかかりますし、製品の外観を損ねたり、組み付け不良やケガの原因になったりすることもあります。
そして、実際の現場で特に悩ましいのが、成形条件を調整してもバリがなかなか止まらないケースです。
射出圧力や保圧を下げれば、ひとまずバリが小さくなることはあります。ところが、今度は製品にヒケやショートショットが出てしまうことがあります。
「ヒケを直そうとするとバリが出て、バリを止めようとするとヒケが出る」
この状態になると、成形担当者はすっかり板挟みです。
まるでシーソーのように、片方を直すともう片方が顔を出します。
このような場合は、成形条件だけでなく、金型側に原因がないかも確認してみる必要があります。
この記事では、射出成形でバリが発生する主な原因と、成形条件と金型のどちらに問題があるのかを見分けるポイントについて、金型製作・修理の現場目線で分かりやすくご紹介します。
射出成形における「バリ」とは？
射出成形では、加熱して溶かした樹脂を金型の中へ高い圧力で流し込みます。
正常な状態であれば、樹脂は製品形状となるキャビティの中だけに入ります。しかし、金型の合わせ面にわずかな隙間があったり、樹脂を押し込む圧力が高すぎたりすると、本来は樹脂が入らない場所にまで流れ込んでしまいます。
この、金型の隙間から薄くはみ出して固まった樹脂がバリです。
溶けた樹脂は、わずかな隙間を見つけるのが妙に上手です。人の目ではほとんど分からないような隙間でも、「ここから出られそうだ」とばかりに入り込んできます。
バリが発生しやすいのは、主に次のような場所です。
- 金型のパーティングライン（PL面）
- スライドコアの合わせ面
- 入れ子同士の合わせ部分
- エジェクタピンやスリーブピンの周辺
- インサート部品の周辺
- ガスベント部分
- 金型に摩耗や破損が発生している部分
バリの原因を調べるときは、まず「どこにバリが出ているのか」をよく見ることが大切です。
製品全体に出ているのか、それともスライドやピンの周辺など、特定の場所だけに出ているのかによって、疑うべき原因も変わってきます。
バリは何も話してくれませんが、出ている場所によって、ある程度は原因を教えてくれます。
バリの原因は大きく「成形条件」と「金型」に分けられる
射出成形でバリが発生する原因は、大きく分けると次の2つです。
- 射出圧力や速度、温度などの成形条件に問題がある
- 金型の摩耗や損傷、隙間などに問題がある
ただし、実際の現場では、どちらか一方だけが原因とは限りません。成形条件と金型の状態が重なって、バリが発生していることもよくあります。
例えば、金型にごくわずかな隙間があっても、低い圧力で成形している間はバリが出ないことがあります。
しかし、製品のヒケや充填不足を改善するために射出圧力や保圧を上げると、その隙間へ樹脂が入り込み、初めてバリとして現れることがあります。
この場合、バリが出始めたきっかけは成形条件の変更ですが、根本的な原因は金型側の隙間にあるとも考えられます。
そのため、「圧力を下げたらバリが小さくなった。はい、成形条件が犯人です」と、すぐに結論を出すのは少し早いかもしれません。
成形条件がバリを表面化させただけで、その背景に金型側の問題が隠れていることもあるからです。
成形条件が原因でバリが発生するケース
まずは、成形条件によってバリが発生する代表的なケースを見ていきましょう。
射出圧力が高すぎる
射出圧力が高すぎると、金型内部の圧力も高くなり、溶けた樹脂がわずかな隙間へ入り込みやすくなります。
特に、製品の投影面積が大きい金型や、多数個取りの金型では、成形中に金型を押し開こうとする力も大きくなります。
成形機の型締め力が足りていない場合は、射出中にPL面がわずかに開き、製品の外周全体にバリが発生することがあります。
「圧力は高いほうがしっかり充填できる」と考えたくなりますが、射出成形では強ければ強いほど良い、というわけではありません。
力自慢も、やりすぎると金型を押し開いてしまいます。
射出速度が速すぎる
射出速度が速すぎると、樹脂がキャビティ内へ一気に流れ込み、瞬間的に高い圧力がかかります。
特に、ゲート付近や樹脂が最後に到達する場所では、局所的に圧力が高くなることがあります。
射出速度を少し下げることでバリが改善する場合は、充填時の急激な圧力上昇が関係している可能性があります。
樹脂も勢いよく走らせすぎると、止まるべき場所で止まってくれないわけです。
ただし、速度を下げすぎると、今度はウェルドラインやショートショット、外観不良が発生することもあります。
バリだけを見て大きく条件を変更するのではなく、製品全体の状態を確認しながら調整していきましょう。
保圧が高すぎる、または保圧時間が長すぎる
保圧は、樹脂が冷えて収縮するときに不足する分を補い、ヒケや寸法不足を抑えるために必要な工程です。
いわば、充填後の製品を最後までしっかり面倒見てくれる役割です。
ところが、保圧が高すぎたり、必要以上に長くかけたりすると、少々働きすぎになります。
キャビティ内の圧力が高い状態が続き、PL面やスライドの隙間へ樹脂が押し込まれ、バリが発生することがあります。
保圧を下げたときにバリが小さくなるのであれば、保圧条件が影響している可能性があります。
ただし、保圧を下げたことで製品にヒケが出てしまう場合は、単純に保圧を下げるだけでは解決できません。製品を正常に作るために必要な圧力に、金型側が耐えられていない可能性も考えられます。
樹脂温度が高すぎる
樹脂温度が高くなると、溶けた樹脂の粘度が下がり、流れやすくなります。
流れやすくなった樹脂は、金型の非常に小さな隙間にも入り込みやすくなるため、バリが発生しやすくなります。
樹脂からすれば、「こんなところにも通り道がありました」と、喜んで入り込んでしまう状態です。成形する側としては、まったく喜べません。
同じ成形条件で問題なく作れていたのに、樹脂温度を上げた後からバリが出始めた場合は、温度による流動性の変化を確認してみましょう。
もちろん、樹脂温度には材料ごとの適正範囲があります。
バリを止めたいからといって極端に温度を下げてしまうと、充填不良やウェルドライン、樹脂の未溶融など、別の問題が出ることがあります。
金型温度が高すぎる
金型温度が高いと、キャビティ内へ入った樹脂が固まり始めるまでの時間が長くなります。
樹脂が流れやすい状態を長く保つため、PL面やピン周辺の隙間へ入り込みやすくなります。
成形を始めた直後にはバリがなく、しばらく連続成形して金型温度が上がってからバリが出始める場合は、金型温度や冷却状態が関係しているかもしれません。
朝一番は調子が良いのに、金型が温まってくるとバリが顔を出す。このような場合は、温度変化も有力な手がかりになります。
V-P切り替え位置が遅い
射出工程から保圧工程へ切り替えるタイミングが遅いと、キャビティがほぼ満杯になった後も高い射出圧力がかかることがあります。
満員のキャビティに、さらに樹脂を押し込もうとしているような状態です。
この瞬間的な圧力上昇によって金型がわずかに開き、バリが発生する場合があります。
また、クッション量や計量値にばらつきがあると、充填量が安定せず、一部のショットだけバリが大きくなることもあります。
毎回同じ状態でバリが出るのか、それともバリの大きさにばらつきがあるのかも確認しておきたいポイントです。
金型が原因でバリが発生するケース
続いて、金型側に原因がある代表的なケースを見ていきます。
PL面に傷や打痕がある
金型のPL面は、固定側と可動側がぴったりと密着する大切な面です。
この面に傷や打痕があると、型締めをしても完全には密着せず、そのわずかな隙間に樹脂が入ってバリになります。
過去に発生した硬いバリを挟んだまま金型を閉じてしまい、PL面に圧痕ができることもあります。
つまり、バリが新しいバリを呼んでしまうこともあるのです。できればそのような仲間づくりはしてほしくありません。
見た目には小さな傷であっても、成形時には高い圧力がかかるため、樹脂が入り込む通路になることがあります。
PL面に樹脂や異物が挟まっている
PL面に樹脂片や糸くず、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。
金型そのものが破損していなくても、異物が挟まっただけで一時的にバリが出ることがあります。
金型から見れば非常に小さな異物ですが、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、あるショットから急にバリが発生した場合は、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考える前に、まずは清掃です。意外と単純な原因であることもあります。
金型の合わせ面が摩耗している
長期間使われている金型では、PL面や入れ子、スライドコアの合わせ部分が少しずつ摩耗していきます。
最初は目に見えないほどの摩耗でも、ショット数が増えるにつれて隙間が広がり、やがてバリとして現れるようになります。
摩耗はある日突然やって来るというより、こちらが気づかないうちに静かに進んでいます。
成形条件を変えていないのに以前よりバリが出やすくなった場合や、バリが少しずつ大きくなっている場合は、金型の摩耗を疑ってみる必要があります。
スライドコアが正しい位置まで戻っていない
スライド機構のある金型では、スライドコアが毎回正しい位置まで戻ることが重要です。
スライドの摺動部に汚れがたまっていたり、かじりや摩耗が起きていたりすると、スライドがわずかに手前で止まることがあります。
人の目ではほとんど分からないズレでも、樹脂にとっては十分な出口になることがあります。
また、ロッキングブロックやアンギュラピンの摩耗、当たり方の不具合によっても、スライドの位置がずれる場合があります。
スライドとの境界部分だけにバリが集中している場合は、射出圧力を下げる前に、スライドが正しい位置へ収まっているか確認してみましょう。
エジェクタピンやスリーブピンが摩耗している
エジェクタピンやスリーブピンの周囲には、部品を動かすためのわずかなクリアランスがあります。
使用を続けるうちにピンや穴が摩耗すると、この隙間が少しずつ大きくなり、樹脂が入り込むようになります。
特定のピン周辺だけに円形のバリが出ている場合は、ピンの摩耗や曲がり、穴側の摩耗などが考えられます。
この場合、成形条件の調整だけでは根本的な解決にならず、ピンの交換や穴の修正、入れ子の再製作などが必要になることもあります。
ピン周辺だけに律儀に丸いバリが出ている場合は、樹脂がかなり分かりやすいヒントを残してくれているともいえます。
金型が成形圧力によって変形している
金型は厚い鋼材で作られているため、簡単には変形しないように見えます。
しかし、鋼の塊だからといって無敵ではありません。
射出成形時には非常に大きな圧力がかかるため、金型の厚みやサポートが不足していると、成形中に型板がわずかにたわみ、PL面が開くことがあります。
このようなバリは、金型を停止した状態で確認しても、はっきりとした隙間が見つからないことがあります。成形圧力がかかっているときだけ金型が開くためです。
停止中は何事もなかったような顔をしているのに、成形を始めるとバリが出る。このタイプは、原因を見つけるのに少し苦労します。
製品面積が広い金型や、キャビティ中央付近に高い圧力がかかる金型では、サポートピラーの位置や本数、受け板の厚みなども確認する必要があります。
ガスベントに問題がある
ガスベントが深すぎると、その部分へ樹脂が流れ込み、直接バリが発生することがあります。
反対に、ガスベントが詰まっている場合は、キャビティ内の空気やガスが抜けにくくなります。
出口をふさがれた空気やガスは、おとなしくその場にとどまってくれるとは限りません。その結果、局所的に圧力が高くなり、金型の弱い部分や合わせ面にバリが出ることがあります。
ベント詰まりは、バリだけでなく、ショートショットや焼け、ガス跡などの原因にもなります。定期的な清掃も忘れずに行いたいところです。
バリが出ている場所から原因を考えてみる
バリが出ている場所には、原因を探るためのヒントが隠れています。
名探偵のような推理力までは必要ありませんが、まずは製品をよく見て、どの場所に、どのような形でバリが出ているのかを確認してみましょう。
| バリが発生している場所・状態 | 考えられる主な原因 |
|---|---|
| 製品外周のPL面全体 | 射出圧力、保圧、型締め力不足、金型のたわみ |
| PL面の一部分だけ | 傷、打痕、異物、局所的な当たり不良 |
| スライドとの境界 | スライドの位置ズレ、摩耗、ロッキング不足 |
| エジェクタピン周辺 | ピンまたは穴の摩耗、クリアランス過大 |
| 入れ子の周囲 | 入れ子の摩耗、沈み、組み付け不良 |
| ゲート付近 | 局所的な圧力上昇、射出速度過大 |
| 成形開始時はなく、時間がたってから発生 | 金型温度上昇、樹脂温度、熱膨張、冷却不足 |
| 徐々にバリが大きくなっている | 金型部品や合わせ面の摩耗 |
| 突然バリが発生した | 異物、部品破損、条件変更、材料変更 |
ただし、この表だけで原因を決めつけることはできません。
例えば、PL面全体にバリが出ている場合でも、単純な型締め力不足だけでなく、金型のたわみや成形機の型締めバランスなどが関係していることもあります。
あくまで「犯人候補を絞り込むための手がかり」と考えてください。
成形条件と金型のどちらが原因か見分ける方法
ここからは、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をご紹介します。
まずは「いつから出たのか」を確認する
原因を調べるときは、バリの発生時期を確認することが大切です。
- 金型の立ち上げ時から発生している
- 成形条件を変更してから発生した
- 材料や材料ロットを変更してから発生した
- 数千ショット、数万ショット後から発生した
- 金型を分解・清掃した後から発生した
- 連続成形で金型温度が上がってから発生した
- あるショットから突然発生した
いつからバリが出始めたのかが分かれば、条件変更、摩耗、組み付け、異物などの可能性を絞り込みやすくなります。
ここで慌てて、圧力、速度、温度、保圧を一度に変更してしまうと、何が効いたのか分からなくなります。犯人だけでなく、手がかりまで見失ってしまう状態です。
まずは現在の成形条件とバリの位置を、写真や記録に残しておきましょう。
ショートショットで発生するタイミングを確認する
原因を切り分ける方法として有効なのが、段階的に充填量を増やしていくショートショット確認です。
保圧を使わずに充填量を少しずつ増やし、どの段階でバリが発生するのかを確認します。
製品が完全に充填され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、局所的に樹脂が流れ込みやすい部分がある可能性があります。
一方、充填完了直前や保圧をかけたときにだけバリが出る場合は、充填後半の圧力、保圧、型締め力、金型のたわみなどが関係しているかもしれません。
完成品だけを見ていても分からない場合は、樹脂が流れていく途中を少しずつ確認すると、バリが発生する瞬間を追いやすくなります。
保圧を下げて変化を見る
保圧を少しずつ下げて、バリの状態がどのように変わるかを確認します。
保圧を下げることでバリが改善し、製品品質にも問題がなければ、成形条件の見直しで対応できる可能性があります。
ただし、バリが止まるところまで保圧を下げると、製品にヒケが出てしまう場合は注意が必要です。
「ヒケをなくすために保圧を上げるとバリが出る」「バリを止めるために保圧を下げるとヒケが出る」
成形担当者からすれば、「では、いったいどうすればよいのか」と言いたくなる状況です。
この状態は、良品を作れる条件の幅がかなり狭くなっているということです。成形条件だけで無理に調整するのではなく、PL面の当たりや金型のたわみ、スライドのロック状態なども確認してみましょう。
射出速度や樹脂温度を変更してみる
射出速度を下げたり、材料メーカーが指定する範囲内で樹脂温度を調整したりして、バリの状態を確認します。
樹脂の流動性を下げることでバリが大きく改善するのであれば、成形条件の影響が強いと考えられます。
ただし、条件を変更してバリが小さくなっても、それによって別の成形不良が出ていないかを必ず確認します。
バリが止まったことに安心して製品を見ると、今度は反対側にヒケが出ていた、ということもあります。
一つの不良だけに集中しすぎず、寸法、ヒケ、反り、外観、強度なども含めて製品全体を見ることが大切です。
金型の当たりを確認する
金型側が怪しい場合は、PL面や入れ子、スライド部分の当たりを確認します。
目で見た限り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。
合わせ面の当たりを確認することで、金型が浮いている場所や、局所的に隙間ができている場所を見つけられる場合があります。
バリが出ている位置と、金型の当たりが弱い位置が一致しているのであれば、金型側に原因がある可能性はかなり高くなります。
バリの厚さや形も確認する
バリの厚さや形も、原因を考えるうえで大切な情報です。
非常に薄い膜状のバリであれば、樹脂の流動性や成形圧力の影響が大きい場合があります。
一方で、比較的厚いバリや、毎回同じ場所に同じ形で出るバリは、金型の隙間、摩耗、欠け、位置ズレなどが疑われます。
バリは邪魔な存在ですが、原因を調べるときには立派な証拠品です。
すぐに取り除いて捨ててしまうのではなく、取り除く前の状態を写真に残しておくと、後から原因を判断しやすくなります。
「条件を下げればバリが止まる」とは限らない
バリが発生すると、まず射出圧力や保圧を下げる対応が行われることがあります。
確かに、樹脂を押し込む力を弱くすれば、バリは小さくなるかもしれません。
しかし、製品を正常に作るために必要な圧力まで下げてしまうと、今度はヒケやショートショット、寸法不足、ウェルド不良などが発生します。
特に注意したいのが、製品の一部にヒケが出ているにもかかわらず、別の場所ではバリが出ているケースです。
一見すると、「圧力が高すぎるのか、それとも低すぎるのか、どちらなのかはっきりしてほしい」と言いたくなる状態です。
しかし実際には、キャビティ内の圧力が均一ではなかったり、金型の一部分だけに隙間があったり、成形圧力によってPL面が局所的に開いていたりする可能性があります。
この状態で保圧をさらに下げても、製品のヒケが悪化するだけで、バリが完全には止まらないことがあります。
このような場合は、成形条件だけの問題と考えず、バリが出ている部分の金型構造や当たりを詳しく確認してみる必要があります。
金型修理を検討したほうがよいケース
次のような状態では、成形条件の調整だけでは解決が難しく、金型の修理や調整が必要になる可能性があります。
- 適正と思われる成形条件でも同じ場所にバリが出る
- バリを止めるとヒケやショートショットが発生する
- スライドや入れ子の境界だけにバリが集中している
- エジェクタピンやスリーブピン周辺にバリが出ている
- バリが少しずつ大きくなっている
- PL面に傷や打痕、へこみがある
- 金型を清掃しても改善しない
- 成形中にPL面が開いている可能性がある
- 型締め力を上げても改善しない
- 別の成形機に載せても同じ場所にバリが出る
金型の修理方法は、バリの原因や金型の構造によって変わります。
PL面の研磨や当たり調整で改善できる場合もあれば、肉盛り修正、入れ子の再製作、スライド部品の修正、エジェクタピンやスリーブピンの交換などが必要になることもあります。
ここで注意したいのが、「とりあえずバリが出ている場所を削ってみよう」という対応です。
金型は削ることはできても、削りすぎた部分を元に戻すのは簡単ではありません。「少しだけ」のつもりが、隙間をさらに大きくしてしまうこともあります。
まずはバリの原因をできるだけ絞り込んでから、修理方法を考えることが大切です。
金型修理を依頼するときに準備しておきたいもの
バリ修理を金型メーカーへ依頼する場合は、金型だけでなく、次のような情報も用意しておくと原因を調べやすくなります。
- バリが発生した製品サンプル
- 正常時の製品サンプル
- バリの発生位置が分かる写真
- 現在の成形条件
- バリが発生し始めた時期
- 金型のおおよその総ショット数
- 最近変更した材料や成形条件
- 金型の修理・改造履歴
- バリ対策としてすでに試した内容
- ヒケやショートショットなど、同時に発生している不良
なかでも、バリが付いたままの製品サンプルはとても重要です。
金型だけが送られてきても、どの場所にどの程度のバリが出ていたのかまでは分からないことがあります。
例えるなら、車から異音がするのに、修理工場へ持ち込んだときには音が出なくなっているようなものです。状況が分かる情報が多いほど、原因を見つけやすくなります。
バリを取る前の製品があれば、発生位置や厚さ、樹脂が流れた方向などから、原因を推測しやすくなります。
まとめ
射出成形でバリが発生する原因には、射出圧力、射出速度、保圧、樹脂温度、金型温度などの成形条件が関係している場合があります。
その一方で、PL面の傷や摩耗、スライドの位置ズレ、ピン周辺の摩耗、金型のたわみなど、金型側に原因があるケースも少なくありません。
原因を見分けるためには、単に成形条件を上げ下げするだけでなく、次の点を順番に確認してみましょう。
- バリがいつから発生したのか
- バリがどの場所に出ているのか
- 製品全体に出ているのか、特定部分だけなのか
- ショートショットのどの段階で発生するのか
- 保圧や射出速度を変えると、どのように変化するのか
- ヒケや充填不足など、別の不良も同時に出ていないか
- 金型の合わせ面に傷、摩耗、異物がないか
バリは成形現場にとって邪魔な存在ですが、見方を変えれば「どこかに問題がありますよ」と教えてくれている金型からのサインでもあります。
成形条件を下げることでバリが一時的に小さくなっても、製品にヒケやショートショットが出てしまうのであれば、根本的な解決とはいえません。
安定して良品を作るためには、金型が必要な成形圧力に耐え、それぞれの部品が正しい位置でしっかりと密着していることが大切です。
有限会社名岐金型では、射出成形金型の製作だけでなく、バリをはじめとした成形不良に対する金型の修理・改造にも対応しています。
「成形条件をいろいろ調整してもバリが止まらない」「バリを止めようとすると製品がヒケてしまう」といった場合は、金型側に原因が隠れているかもしれません。
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。
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