ウェルドライン｜樹脂成形での接合部欠陥

ウェルドライン

ウェルドライン（Weld line）とは、射出成形などのプラスチック成形において、金型内のキャビティに充填された溶融樹脂の流動末端が合流する際に生じる細い線のことである。これはプラスチック製品の代表的な表面欠陥の一つであり、製品の美観を損なうだけでなく、合流部での分子鎖の絡み合いが不十分になることで、構造的な強度の低下やクラックの起点となるなど、製品品質に多大な影響を及ぼす。ウェルドラインは、製品形状に穴（開口部）や肉厚の変化がある場合、あるいは複数のゲートから樹脂を注入する場合に必然的に発生する物理現象であり、成形条件や金型設計の最適化によってその影響を最小限に抑える必要がある。

発生のメカニズム

ウェルドラインが発生する主なプロセスは、溶融樹脂の分断と合流に集約される。成形過程において、樹脂流がピンやコアなどの障害物を迂回したり、複数のゲートから送り込まれた樹脂が衝突したりする際、それぞれの流動フロント（先端部）が合流する。このとき、各先端部の温度が低下していたり、冷却が進行して固化層が形成され始めていたりすると、樹脂同士が完全に融合せず、境界線として表面に現れる。特に熱可塑性樹脂を用いた成形では、流動に伴う温度変化が顕著であるため、合流点での樹脂温度が低いほどウェルドラインは目立ちやすくなる。また、合流角が鋭角であるほど、線が明瞭に残りやすい性質を持つ。

品質への影響と課題

ウェルドラインが製品に及ぼす影響は、大きく分けて「外観品質」と「機械的強度」の2点に集約される。外観面では、光の反射率が周囲と異なるため、銀条（シルバー・ストリーク）のような細い線として視認され、高級感を損なう要因となる。一方、機能面においては、合流部が構造的な弱点となる「脆弱性」が問題となる。ウェルドライン部では、樹脂の分子配向が流動方向に平行になりやすく、垂直方向の荷重に対して耐性が低くなる。このため、内圧がかかる部品や、繰り返しの応力が加わる部位にウェルドラインが存在すると、そこから破損が生じるリスクが高まる。また、成形後の残留応力が集中しやすく、経時変化による変形（そり）の原因にもなる。

発生要因の分類

ウェルドラインの発生および顕在化には、複数の要因が複雑に絡み合っている。主な要因は以下の通りである。

• 製品形状：ボルト穴、窓枠、リブなどの存在により樹脂流が分岐する。
• 金型構造：ゲートの位置、数、サイズが適切でない場合に発生する。
• 成形条件：射出速度、射出圧力、樹脂温度、金型温度の不足。
• 材料特性：樹脂の流動性（スパイラルフロー）が低い、または添加剤の影響。

防止策と改善手法

ウェルドラインを完全に消し去ることは物理的に困難な場合が多いが、以下の手法を組み合わせることで、視認性を下げ、強度を向上させることが可能である。設計段階においては、流動解析（CAE）を活用し、ウェルドラインが発生する位置をあらかじめ予測し、応力がかからない部位や、目立たない箇所（製品の裏面など）に移動させることが最も有効な手段とされる。

成形条件による改善

最も迅速に実施できる対策として、成形条件の調整が挙げられる。樹脂温度や金型温度を上昇させることで、流動先端部での樹脂の再溶融を促進し、合流部での融合性を高める。また、射出速度を速めることで、樹脂が冷める前に合流させることができ、ウェルドラインを軽減できる。ただし、温度の上げすぎは樹脂の熱分解や「バリ」の発生を招くため、適切なバランスが求められる。

金型および製品設計による改善

根本的な解決には、金型設計の見直しが不可欠である。ゲートの位置を変更して流動パターンを制御したり、タブ（捨て肉）を設けてウェルドラインを製品外に追い出したりする手法が採られる。近年では、金型温度を部分的に急速加熱・冷却する「ヒート＆クール成形」技術を用いることで、ウェルドラインをほぼ完全に解消する手法も普及している。また、製品の肉厚を意図的に変化させ、樹脂の流速をコントロールすることも有効である。

1. ゲート位置の最適化による合流箇所の制御
2. エアベント（ガス抜き）の強化による合流部のガス混入防止
3. ホットランナーシステムの活用による樹脂温度の維持
4. 製品表面へのシボ加工による視覚的な隠蔽