射出成形品のアンダーカットとは
射出成形品を設計するときは、必要な機能や外観を3D CAD上で再現するだけでなく、金型から成形品を取り出せる形状になっているかを確認する必要があります。3Dモデルとして矛盾なく成立していても、金型の開閉方向に対して形状が引っ掛かっていると、そのままでは離型できません。このように、成形品または金型部品を所定の方向へ移動させたときに、抜き取りを妨げる形状をアンダーカットと呼びます。
代表的なアンダーカットには、型開き方向と直交する横穴、外周に設けた返し、内側へ突き出した爪、全周に連続する溝、逆向きの段差、奥側が広がった凹部などがあります。スナップフィットや係止部のように、製品機能を成立させるために意図的に設けるアンダーカットもあれば、曲面やフィレットの調整によって意図せず生じるアンダーカットもあります。
アンダーカットがあるからといって、必ず設計をやり直さなければならないわけではありません。主な型開き方向とは異なる方向へ動くスライドや、斜め方向へ退避するリフターなどを金型へ組み込めば、複雑な形状を成形できる場合があります。また、樹脂の弾性変形を利用し、成形品を一時的に変形させて金型から取り出す方法が検討されることもあります。
ただし、アンダーカットへ対応する金型機構を追加すると、金型構造が複雑になる傾向があります。可動部品の配置空間、移動量、駆動方法、摺動部の耐久性、周辺部品との干渉、冷却経路、保守性など、検討しなければならない条件が増えます。製品形状では小さな凹部や穴に見えても、金型内部では十分な大きさの部品と移動空間が必要になることがあります。
製品設計がほぼ完了してからアンダーカットが見つかると、形状変更が周辺部品や組立条件へ広く影響する可能性があります。外観面、嵌合寸法、強度、肉厚、配線経路、ねじ位置などが確定した後では、わずかな形状修正でも多くの再確認が必要です。そのため、アンダーカット確認は金型設計者だけが最後に行う作業ではなく、製品設計者が構想段階から3D CADを使って繰り返し実施することが重要です。
3D CADには、抜き勾配解析、断面表示、干渉確認、投影輪郭の抽出、面の角度測定など、アンダーカットを見つけるための機能があります。ただし、解析機能を実行して色分けを見るだけでは十分ではありません。アンダーカットは、どの方向へ型を開くか、どこにパーティングラインを設定するか、各面をどの金型部品で形成するかによって判定が変わるためです。
実務では、型開き方向の設定、抜き勾配解析、内部断面の確認、金型分割の仮設定、可動機構の検討、製品形状の修正という流れで確認すると、見落としを減らしやすくなります。以下では、3D CADで射出成形品のアンダーカットを見抜くための6つの確認を順番に解説します。
確認1：型開き方向を明確にする
アンダーカット確認の最初の作業は、主となる型開き方向を明確にすることです。アンダーカットは形状だけで一意に決まるものではなく、成形品をどの方向へ抜くかによって変化します。ある方向では引っ掛かる形状でも、製品姿勢を変えると単純な固定側と可動側だけで形成できる場合があります。
3D CADで解析するときは、モデルの標準座標軸を便宜的に選ぶのではなく、実際に想定する金型内の製品姿勢を基準にします。製品の使用時の上下方向、組立方向、意匠上の正面方向と、金型の開閉方向が一致するとは限りません。画面上で見やすい方向をそのまま型開き方向に設定すると、解析結果は表示できても、現実の金型構造とは異なる判断になる可能性があります。
型開き方向を検討するときは、製品の深さ、投影面積、外観面、寸法精度、パーティングラインの位置、突き出し方法、ゲート候補、金型内への配置などを考慮します。箱形の製品であれば、一般的には開口方向が型開き方向の候補になります。しかし、側面に多数の穴や爪がある場合や、開口部の周囲に複雑な返しがある場合は、別方向のほうが金型構造を単純化できることがあります。
意匠面にパーティングラインや突き出し跡を出したくない場合も、型開き方向の選択に影響します。外観を優先して製品の裏側へパーティングラインを移すと、金型の分割面が複雑になったり、別の部分にアンダーカットが発生したりする場合があります。反対に、金型構造だけを優先すると、目立つ位置に合わせ線が現れる可能性があります。型開き方向は、製造性だけでなく製品要求を含めて判断する必要があります。
3D CADモデルには、金型検討専用の基準軸や座標系を作成しておくと便利です。製品設計に使用する原点や基準面とは別に、型開き方向を示す軸を用意すれば、設計途中でモデル姿勢を変更しても解析条件を管理しやすくなります。型開き方向の候補が複数ある場合は、方向ごとに基準軸を作成し、解析結果を比較できるようにします。
初期段階では、一つの方向だけで問題がないと判断せず、複数の方向で抜き勾配解析を試すことが有効です。主軸方向を変えると、逆勾配となる面の数や範囲が変わります。ある方向では側面穴のためにスライドが必要でも、別方向では通常のコアで形成できることがあります。ただし、その方向へ変更すると、深いリブや内側の爪が新たなアンダーカットになる可能性もあります。
型開き方向を決める際は、成形品をどちら側の金型へ残すかも考えます。金型が開いた後、成形品は通常、突き出し機構を設けた側へ保持される必要があります。深いボスや内壁がある側へ樹脂が収縮して抱き付く傾向、突き出しピンを配置できる面、変形しにくい押し出し位置などを考慮し、離型まで含めて方向を判断します。
設計レビューでは、3D CAD画面上に型開き方向を示す矢印や軸を常に表示すると、参加者の認識を合わせやすくなります。単に上下方向と説明するだけでは、画面回転後に方向が分からなくなることがあります。固定側から可動側へ向かう方向なのか、可動側が退避する方向なのかも含め、基準を明確にしておくことが重要です。
型開き方向が曖昧なままでは、その後の抜き勾配解析、パーティングライン検討、スライド方向の判断がすべて不安定になります。最初に方向を定義し、設計変更後も同じ方向が維持されているか確認することが、アンダーカットを正しく見抜くための基本です。
確認2：抜き勾配解析で逆勾配を抽出する
型開き方向を設定したら、3D CADの抜き勾配解析を使って逆勾配の面を抽出します。抜き勾配解析では、指定した方向に対する各面の傾きを評価し、角度範囲ごとに色分けして表示します。製品全体の中からアンダーカット候補を広く探すうえで有効な機能です。
最初に確認するのは、型開き方向に対して反対側へ傾いている面です。金型を直線的に開いたときに、その面が金型部品へ引っ掛かる場合は、アンダーカットとなる可能性があります。横穴の内面、スナップフィットの爪の裏側、外周の返し、側面のくぼみ、奥側が広がる溝などは、逆勾配として表示されやすい形状です。
逆勾配だけでなく、勾配がほとんどない面も確認する必要があります。型開き方向と平行な面は、形状上は直線的に抜けるように見えても、成形収縮によって製品がコアへ抱き付いたり、離型時に強く擦れたりする可能性があります。特に深い壁、リブ、ボス、細長い筒形状では、わずかな勾配不足が離型抵抗へ影響します。
必要な抜き勾配は、製品全体で一律に決められるものではありません。形状の深さ、樹脂材料、表面状態、成形収縮、外観要求、寸法公差などによって適切な角度が変わります。浅い外周面では問題が小さくても、深い内壁では同じ角度では不足することがあります。表面に細かな凹凸を設ける場合も、滑らかな面より離型しにくくなる可能性があります。
解析を実施するときは、正勾配、負勾配、基準角度未満などの表示範囲を目的に合わせて設定します。アンダーカットだけを探す場合でも、逆勾配面のみを表示するのではなく、勾配不足の面を別の表示として残すと、離型上の注意箇所を同時に把握できます。
3D CAD画面を引いた状態では、面積の大きな逆勾配は見つけやすい一方、細い帯状の領域を見落としやすくなります。フィレットの境界、自由曲面の変曲部分、穴の入口、リブの根元、段差の角などには、幅の狭い逆勾配が生じる場合があります。問題色だけを残して拡大し、視点を回転させながら形状を確認することが重要です。
曲面では、一枚の面の中に正勾配と逆勾配が連続して存在することがあります。外観曲面が滑らかに見えても、型開き方向に対する接線の向きが途中で変われば、一部だけがアンダーカットになります。色分けの境界線は、パーティングライン候補として利用できることもありますが、局所的な引っ掛かりの開始位置を示している場合もあります。
取り込みデータや履歴のないモデルでは、面が細かく分割されていることがあります。見た目は一続きの曲面でも、多数の小さな面で構成されていると、解析表示が細かく分断され、実際の問題範囲を読み取りにくくなります。その場合は、不要なエッジを一時的に非表示にし、表示精度を調整して面の傾向を確認します。
微小な逆勾配が見つかったときは、単なる表示上の誤差と決めつけず、対象面の角度や段差量を計測します。モデルの面品質が原因で小さな乱れが生じている場合もありますが、実際に金型へ反映される形状であれば、幅が狭くても離型を妨げる可能性があります。断面を作成し、設計意図のある形状か、データ上の乱れかを判断します。
勾配を追加するときは、どの寸法を基準に面を傾けるかを明確にします。リブやボスの根元を固定するのか、先端寸法を固定するのかによって、変更後の肉厚や嵌合寸法が変わります。アンダーカットを解消できても、組立部の隙間や保持力が変化しては設計要求を満たせません。
抜き勾配解析は、アンダーカットを自動的に確定する機能ではなく、問題候補を抽出するための機能として使うことが大切です。解析結果を基に、断面、金型分割、移動経路を確認し、実際にどの部品がどこへ引っ掛かるのかを判断します。
確認3：断面表示で内部の引っ掛かりを確認する
製品の外側から見える面だけを確認していると、内部のアンダーカットを見落とす可能性があります。抜き勾配解析で色分けされていても、周囲の壁やリブに遮られて問題箇所が見えない場合があります。そのため、3D CADの断面表示を使い、内部形状と金型の抜け経路を確認します。
断面は一か所だけでなく、製品形状に応じて複数の位置へ設定します。箱形状であれば中央断面に加え、ボス、リブ、スナップフィット、穴、溝などを通る位置で断面を作ります。中央断面だけでは、製品の端部や角部に設けられた局所的なアンダーカットを確認できないことがあります。
型開き方向と平行な断面を作成すると、成形品を直線的に移動させたときの引っ掛かりを把握しやすくなります。内壁の途中に段差がある場合、開口側より奥側が広がっていないかを確認します。奥側が広い形状では、コアをそのまま引き抜けない可能性があります。
内部のスナップフィットは、特に注意が必要です。爪の掛かり部分は、製品機能として意図的にアンダーカットを形成していることがあります。爪の裏面をどの金型部品で作るのか、リフターで退避するのか、樹脂の弾性変形を利用して抜くのかを判断しなければなりません。
無理抜きを検討する場合は、断面上で掛かり量だけを見るのではなく、爪の長さ、根元肉厚、変形方向、周囲の逃げ空間も確認します。爪が変形しても、周辺壁へ接触して逃げられなければ、成形品を取り出せません。変形量が大きいと、白化、割れ、永久変形、表面傷などが発生する可能性もあります。
横向きの穴や凹部も、断面で確認すべき代表例です。型開き方向に対して直交する貫通穴は、一般的な二方向の金型だけでは形成できないことがあります。横方向からコアを入れる必要がある場合は、そのコアが穴から完全に退避できる距離と、外側へ移動する空間を確認します。
穴の一部が開放されている場合は、主型だけで形成できる可能性があります。たとえば、完全な円形穴ではなく、一方向へ切り欠かれた形状であれば、型開き方向から金型を抜ける場合があります。断面では、開口幅、最小肉厚、機能上必要な接触範囲を確認し、形状変更の可否を検討します。
内径側の環状溝や返しも、外観からは分かりにくいアンダーカットです。円筒形状の内部へ全周溝を設けると、通常の一体コアでは引き抜けない可能性があります。溝が全周に必要なのか、一部を分断できるのか、別部品で構成できるのかを断面と軸方向の表示で確認します。
断面表示では、金型部品の強度や加工性も考慮します。形状上はアンダーカットがなくても、非常に細長いコアで深い穴を形成する設計では、コアの剛性不足や加工の難しさが問題になる可能性があります。離型できることだけでなく、現実的な金型部品として成立する断面になっているかを確認します。
可視性の考え方を組み合わせることも有効です。固定側から見える面、可動側から見える面を分け、どちらの方向からも直接見えない部分を探します。ただし、画面上で見えることと、金型部品が直線的に抜けることは同じではありません。奥の面が見えていても、入口が狭く、途中で金型部品が引っ掛かる場合があります。
断面位置を少しずつ移動させながら観察すると、形状の変化を追いやすくなります。自由曲面や斜めの溝では、特定の一断面だけでは問題が現れず、別の位置で局所的な逆勾配が現れることがあります。製品全体を連続的に切断して確認することで、見落としを抑えられます。
確認4：パーティングラインと金型分割を検討する
アンダーカットを正確に判断するには、固定側と可動側の金型がどこで分かれるかを仮定する必要があります。抜き勾配解析で面の傾きを確認できても、各面をどちらの金型で形成するのかが決まっていなければ、実際に抜けるかどうかは判断できません。
パーティングラインは、固定側と可動側の境界に対応する線です。単純な形状では、型開き方向から見た最大投影輪郭が候補になります。しかし、段差や自由曲面、側面穴、意匠上の稜線などがあると、パーティングラインが上下へ変化し、複雑な経路になることがあります。
3D CADでは、型開き方向から製品を投影して輪郭を抽出し、抜き勾配解析の正負が切り替わる境界と合わせてパーティングライン候補を検討します。その線を基に仮のパーティング面を作成し、製品面を固定側と可動側へ分類します。
パーティングラインを設定すると、それまで問題に見えなかった部分がアンダーカットとして明確になることがあります。たとえば、外周の段差をまたぐように分割すると、固定側の金型が可動側の領域へ回り込み、直線的に開けなくなる場合があります。反対に、段差や稜線に沿って境界を設定すれば、アンダーカットを避けられることもあります。
パーティングラインの位置は、離型性だけでなく、外観や寸法にも影響します。金型の合わせ部分には、成形後に線状の痕跡やわずかな段差が生じる可能性があります。外観上目立つ面、手で触れる面、他部品と摺動する面、密封性が求められる面などに境界を配置する場合は、影響を慎重に確認します。
外観を優先し、パーティングラインを裏面や目立たない稜線へ移す方法もあります。ただし、境界を複雑に曲げると、パーティング面の加工や合わせ調整が難しくなることがあります。金型同士が接触する面が細くなり過ぎると、樹脂の漏れや摩耗などの問題につながる可能性もあります。
穴や窓形状を固定側と可動側の合わせで形成する場合は、金型同士が接触する部分を確保できるか確認します。3D CAD上で面を分割できても、実際の金型で安定して閉じられなければ成立しません。接触面の幅、角度、周辺の肉厚、加工工具の入り方などを考慮します。
パーティング面を仮作成した後は、固定側と可動側を別のボディとして表現し、それぞれを型開き方向へ移動させる確認が有効です。移動中に製品形状と干渉する箇所があれば、回り込みやアンダーカットが残っている可能性があります。
金型部品の移動を再現するときは、最終位置だけでなく途中経路も確認します。型が完全に開いた状態では干渉していなくても、開き始めの段階で斜面や段差へ接触する場合があります。3D CADの干渉確認や距離測定を利用し、移動量に応じた最小隙間を確認します。
成形品をどちら側へ残すかも、金型分割と同時に検討します。固定側と可動側の両方に深い形状があると、型開き時に製品が意図しない側へ残ったり、両側から引っ張られて変形したりする可能性があります。製品が抱き付く面積、収縮方向、抜き勾配、突き出し機構の配置を確認し、安定した離型方法を検討します。
パーティングラインを変更すると、アンダーカットの有無だけでなく、ゲート位置、突き出し位置、外観面、寸法測定の基準なども変わる可能性があります。そのため、局所的な問題の解消だけで決めず、製品全体と金型全体の関係から判断する必要があります。
確認5：スライドやリフターの必要性を判断する
固定側と可動側を型開き方向へ移動させても抜けない形状が残る場合は、別方向へ動く金型部品が必要かを検討します。代表的な可動機構がスライドとリフターです。3D CADでは、アンダーカット面を形成する方向と、金型部品が退避する経路を具体的に確認します。
スライドは、主な型開き方向と異なる横方向などへ移動する金型部品です。製品側面の穴、横向きのボス、外周の凹部、側面に設けた係止形状などで使用が検討されます。対象形状に対して、どの方向から金型部品を挿入すれば形成できるかを考え、その方向へ基準軸を設定します。
スライド方向を決めるときは、対象面が抜ける方向だけでなく、金型部品全体の形状を考慮します。穴を形成する先端部分は小さくても、それを保持する本体には十分な断面が必要です。周囲に別のスライド、ボス、冷却経路、締結部品などがあると、必要な空間を確保できない場合があります。
スライドの必要移動量は、アンダーカットの深さだけでは決まりません。引っ掛かり部分を越えた後、成形品を主方向へ取り出せる位置まで完全に退避する必要があります。フィレット、勾配、成形品の変形、金型の安全隙間を含め、3D CAD上で移動距離を確認します。
同じ方向へ抜ける複数のアンダーカットが近接している場合は、一つのスライドでまとめて形成できる可能性があります。側面の複数穴や凹部を一体の金型部品で処理できれば、可動部品の数を抑えられることがあります。ただし、スライドが大きくなると、重量、剛性、加工性、移動安定性などへの影響が増えるため、単純に一体化すればよいとは限りません。
リフターは、型開きや突き出しの動きと連動し、斜め方向へ移動して内側のアンダーカットから退避する構造です。製品内部のスナップフィット、内向きの爪、内壁の凹部などで検討されます。3D CAD上では、斜め移動によって爪の掛かりから外れ、その後に製品を突き出せるかを確認します。
リフターの角度が小さいと、必要な横方向の退避量を得るために長い移動距離が必要になります。角度を大きくすると、摺動条件や金型部品の断面、製品への押し出し方向などへ影響する可能性があります。製品形状だけで角度を決めず、必要な縦移動量と横移動量の関係を確認します。
リフターで成形品を押し出す場合は、製品へ接触する面の大きさと位置も重要です。小さな爪だけを強く押すと、変形や白化が生じる可能性があります。周辺の肉厚、補強リブ、外観面への影響を確認し、安定して荷重を伝えられる形状を検討します。
スライドやリフターを想定したら、主型との境界に生じる合わせ線も確認します。可動部品と固定された金型部品の境界には、線状の跡や段差が現れる可能性があります。外観面、嵌合面、密封面、摺動面に境界が来る場合は、製品性能への影響を検討します。
アンダーカットがあるたびに可動機構を追加すればよいと考えるのは適切ではありません。小型製品の狭い範囲へ複数の横穴や爪を集中させると、金型内部で可動方向が互いに干渉することがあります。各機構を動かす空間が確保できず、金型構造が成立しない場合もあります。
3D CADでは、詳細な金型設計へ進む前に、スライドやリフターの概略ボリュームを単純な形状で配置すると効果的です。必要な移動方向、断面、ストローク、周辺との隙間を確認するだけでも、製品設計段階で成立性を判断しやすくなります。
可動機構の追加が必要と分かった時点で、製品形状を変更した場合との比較を行います。アンダーカットを維持する価値があるか、機能や外観を保ちながら形状を単純化できないかを検討することが、過度に複雑な金型を避けるために重要です。
確認6：形状変更による解消方法を比較する
アンダーカットが見つかった場合は、可動機構を追加する案だけでなく、製品形状を変更して解消する案も比較します。製品機能に直接関係しないアンダーカットであれば、設計段階で修正することで金型構造を単純化できる可能性があります。
側面穴は、形状変更を検討しやすい代表例です。完全な円形穴が必要でなければ、一部を開放した切り欠き形状へ変更し、型開き方向から形成できるようにする方法があります。配線保持や位置決めなどに使用する穴であれば、必要な接触範囲を残しながら開放形状へ変更できる場合があります。
ただし、ねじ締結、軸保持、密封などの機能がある場合は、穴の形状を簡単に変更できません。切り欠きによって剛性が低下したり、荷重が一部へ集中したりする可能性があります。アンダーカット解消後も、機能、強度、耐久性を満たせるか確認します。
スナップフィットでは、爪の向き、掛かり量、根元位置、開口方向を見直します。爪を型開き方向へ沿う配置に変更できれば、リフターを使わずに成形できる可能性があります。また、周辺壁へ開口を追加し、爪の裏側を主型で形成できるようにする方法もあります。
爪を変更するときは、組立時に必要な変形量と、組立後の保持力を確認します。アンダーカットを小さくすると離型しやすくなりますが、保持力が不足する可能性があります。爪を長くして変形しやすくすると、周囲の空間や製品全体の剛性へ影響する場合があります。
外周の返しや環状溝では、全周連続形状を複数の局所的な突起へ置き換える方法があります。機能上、全周で接触する必要がなければ、突起を分割することで成形品を変形させやすくしたり、金型部品の抜け経路を確保したりできる場合があります。
一方、密封性や均一な保持力が必要な部分では、全周形状を分断できないことがあります。その場合は、製品を別部品へ分割する方法や、後工程で別部品を組み付ける方法も比較します。金型の単純化だけでなく、部品点数、組立工数、接合方法、寸法ばらつきなどを含めて判断します。
自由曲面に生じた局所的な逆勾配は、曲面の接続条件や膨らみを調整することで解消できる場合があります。外観を大きく変えずに修正できる可能性がありますが、面の連続性や反射の見え方が変化することもあります。3D CADの断面曲線や曲率の表示を使い、離型性と外観品質を同時に確認します。
フィレットによるアンダーカットは、半径、接続位置、対象エッジを変更することで改善できる場合があります。大きなフィレットが周囲へ回り込み、型開き方向に対して逆勾配を作っている場合は、半径を小さくする、形状を複数の面へ分ける、パーティングライン位置を変えるなどの方法を検討します。
段差形状では、段差をパーティングラインに合わせることで、固定側と可動側の両方から形成できる場合があります。段差の位置をわずかに移動するだけでアンダーカットを解消できることもあります。ただし、外観や組立基準として段差を使用している場合は、周辺部品との関係を再確認します。
形状変更案を比較するときは、元の3D CADモデルを直接上書きせず、複数の派生案を保存すると管理しやすくなります。アンダーカットを維持して可動機構で対応する案、穴を開放する案、爪の方向を変える案、部品を分割する案などを並べ、機能、外観、強度、金型構造への影響を比較します。
変更案には、アンダーカットの有無だけでなく、肉厚の変化も確認します。穴を切り欠いた結果、薄肉部ができる場合があります。爪の位置を移動したことで、リブやボスと肉厚が重なり、局所的に厚くなることもあります。成形性を改善するための変更が、別の成形上の問題を生まないよう注意が必要です。
形状を変更した後は、必ず抜き勾配解析、断面表示、パーティングライン確認を再実施します。一つのアンダーカットを解消したつもりでも、新しく作成したフィレットや接続面に逆勾配が生じる場合があります。修正箇所だけを確認するのではなく、製品全体を同じ条件で再解析します。
3D CADで見落としやすいアンダーカットの例
3D CADでアンダーカット解析を行っていても、設定や確認方法によって見落としが発生することがあります。特に注意したいのが、解析対象の不足、型開き方向の誤り、微小面の見落とし、設計変更後の再解析不足です。
まず、製品を複数のボディで作成している場合は、すべてのボディが解析対象になっているか確認します。爪、補強リブ、追加ボスなどを別ボディで作成し、一部を非表示にした状態で解析すると、最終製品とは異なる判定になります。
簡略表示や別の構成を使用している場合も注意が必要です。解析用に細部を省略したモデルでは、実際の製品に存在する小さな返しや溝が含まれていない可能性があります。最終形状を対象に確認できているかを明確にします。
次に、型開き方向の選択間違いがあります。設計用の座標軸と金型用の座標軸が異なるにもかかわらず、標準軸で解析すると、色分け自体は正常でも実際の金型に対する意味がありません。モデルを回転表示しただけで解析方向を変更したと誤解することもあります。
小さなフィレットや面の継ぎ目も見落としやすい箇所です。主面には十分な勾配があっても、フィレットの一部が逆勾配になる場合があります。画面全体では細い線のように見えるため、解析色ごとに表示を分け、拡大して確認します。
自由曲面の局所的な膨らみも注意が必要です。曲面全体の大部分が正勾配でも、わずかな領域だけ接線方向が反転することがあります。面単位で問題なしと判断せず、色分けの境界を追いながら確認します。
製品内部の爪の裏側は、外側から見えにくいため見落とされやすい部分です。断面を一か所だけ作成しても、爪の位置を通っていなければ問題は表示されません。爪や穴の位置に合わせて断面を追加する必要があります。
斜め穴も判断が難しい形状です。主な型開き方向と完全に直交していなくても、穴軸が傾いていると、通常のコアで形成できない場合があります。穴軸方向へ金型部品を移動できるか、入口周辺が干渉しないかを確認します。
裏面の文字、記号、模様なども、形状によってはアンダーカットを生じさせます。型開き方向に対して垂直な凹凸であっても、側壁へ適切な勾配がなければ離型しにくくなる可能性があります。細部形状を追加した後にも再解析が必要です。
設計変更後に古い解析結果を使い続けることも見落としにつながります。モデルを修正しても、解析条件や参照方向が自動的に更新されない場合があります。形状変更後は解析を再実行し、基準軸、しきい値、対象ボディを確認します。
無理抜きできるという経験的判断だけで進めることにも注意が必要です。過去に似た形状で成形できたとしても、材料、肉厚、爪の長さ、掛かり量、周囲の拘束条件が異なれば、同じように離型できるとは限りません。変形経路と応力の集中箇所を確認し、必要に応じて試作や解析で検証します。
成形品が金型から外れることと、傷を付けずに安定して取り出せることは別です。アンダーカットを弾性変形で乗り越えられても、表面に擦り傷が残ったり、爪が永久変形したりする可能性があります。製品として許容できる状態で離型できるかを判断します。
アンダーカット確認を設計工程へ組み込む方法
アンダーカット確認を設計者の経験だけに任せると、確認時期や判定基準にばらつきが生じます。3D CADによる確認手順を設計工程へ組み込み、節目ごとに同じ観点でレビューすることが重要です。
構想設計の段階では、製品のおおまかな外形と機能部品の配置を基に、型開き方向の候補を設定します。この段階では細かなフィレットや意匠面が完成していなくても、深い箱形状、側面穴、内側の爪など、金型構造へ大きく影響する要素を確認できます。
基本設計へ進んだら、金型検討用の座標系を作成し、抜き勾配解析を実施します。逆勾配面だけでなく、勾配不足が疑われる面を抽出し、問題箇所へ識別番号を付けます。画面画像だけでなく、対象面、判定理由、対応方針を記録すると、修正状況を追跡しやすくなります。
次に、主要なリブ、ボス、穴、爪、溝を通る断面を作成し、内部のアンダーカットを確認します。断面位置を保存しておけば、設計変更後に同じ位置で比較できます。形状が変更されても確認箇所を再現しやすくなります。
パーティングラインの候補を作成し、固定側と可動側へ面を分類した後は、簡易的な金型ボリュームを作ります。詳細な金型部品を設計する必要はありませんが、型開き方向へ移動させたときに製品と干渉しないかを確認できる程度の形状を用意します。
残ったアンダーカットは、必要な機能形状と、変更可能な形状に分けます。必要なアンダーカットについては、スライド、リフター、弾性変形などの対応方法を検討します。変更可能な箇所については、開放形状、向きの変更、段差位置の調整、部品分割などを比較します。
設計レビューには、製品設計だけでなく、金型設計、成形、品質、組立などの関係者が参加できると効果的です。製品設計者は機能や外観、金型設計者は分割と可動機構、成形担当者は離型や変形、品質担当者は寸法や外観への影響を中心に確認します。
レビューでは、問題があるかどうかだけでなく、なぜその箇所がアンダーカットになるのかを共有します。型開き方向、金型部品の形成面、干渉する位置、必要な退避方向を3D CAD上で示すと、設計変更の目的が伝わりやすくなります。
アンダーカットの記録には、問題箇所の位置、対象面、型開き方向、判定内容、対応方法、担当者、確認状態などを含めると管理しやすくなります。形状変更で解消したのか、可動機構を前提として承認したのかを区別することも重要です。
製品の設計変更が行われた場合は、変更した箇所だけでなく、製品全体を再確認します。寸法変更によって周辺のフィレットが更新されたり、ボスの位置変更で別のリブと重なったりすると、新たなアンダーカットが発生する可能性があります。
最終設計の確認では、使用する構成、表示状態、対象ボディ、型開き方向、解析条件が正しいかを確認します。古い構成や簡略モデルで問題なしと判定しても、製造用の最終モデルに問題が残っていれば意味がありません。
アンダーカット確認を標準化するときは、解析実行の有無だけを確認項目にしないことが大切です。型開き方向を定義したか、内部断面を確認したか、パーティングラインを仮設定したか、可動機構の移動経路を確認したか、変更後に再解析したかという一連の流れを管理します。
3D CAD上の結果を製造現場や打ち合わせ先で共有する場合は、製品のどの位置を見ているのかが分かる情報も必要です。画面上のモデルだけでは、実物や試作品の向きと対応しにくいことがあります。基準面、位置、撮影方向などを併せて記録すると、設計データと現物の認識を合わせやすくなります。
まとめ
射出成形品のアンダーカットを見抜くには、3D CADの抜き勾配解析だけで判断するのではなく、金型から成形品を取り出す一連の動きを考える必要があります。どの方向へ型を開き、各面をどの金型部品で形成し、必要な部品がどの方向へ退避するかを確認することが重要です。
最初に型開き方向と基準軸を明確にし、抜き勾配解析で逆勾配面や勾配不足の面を抽出します。次に、複数の断面を使って内部の爪、穴、溝、段差などを確認します。さらに、パーティングラインと金型分割を仮設定し、固定側と可動側を移動させたときの干渉を調べます。
単純な型開閉で抜けない形状には、スライドやリフターなどの可動機構が必要になる場合があります。その際は、対象部分だけでなく、金型部品の断面、移動量、周辺空間、他の機構との干渉、製品表面に現れる境界まで確認します。
一方で、機能上不要なアンダーカットは、製品形状の変更で解消できる可能性があります。穴を開放形状にする、爪の向きを変える、全周の返しを分割する、曲面やフィレットを調整する、部品を分割するといった案を比較し、製品全体にとって適切な方法を選びます。
形状変更後は、必ず製品全体を再解析します。一つのアンダーカットを解消したことで、周囲に新たな逆勾配、薄肉、厚肉、強度低下などが生じていないか確認する必要があります。アンダーカット確認を設計工程の一部として繰り返し実施することで、金型設計へ進んだ後の大幅な手戻りを抑えやすくなります。
3D CADで特定した問題箇所を試作品や現場の対象物と照合するときは、モデル上の位置と実際の位置を分かりやすく共有する仕組みも役立ちます。位置情報を利用して設計データと現場確認を結び付ける方法を検討する際は、LRTK Phoneの活用へつなげることができます。