プラスチック製品の加工技術の中でも、空洞のある製品作りに適したのがブロー成形です。古くからあるガラス瓶の製造工程を応用した技術で、私たちの身の回りにある多くの製品に活用されています。

ペットボトルや洗剤容器、自動車部品など幅広い分野で使われているブロー成形について、基本的な仕組みから種類、メリット・デメリットまで詳しく解説します。

 

ブロー成形とは

ブロー成形は、プラスチック製品を作る際の重要な加工技術の一つです。空洞のある製品を効率的に製造する方法として、製造業界で広く活用されています。ここでは、ブロー成形の基本的な概念から目的、仕組みまでをわかりやすく説明していきます。

 

樹脂加工の1つ

ブロー成形は、樹脂加工技術の一種で、溶融した樹脂の内側から空気を吹き込んで製品を作る方法です。

「ブロー」という名前は、英語の「Blow（吹く）」に由来し、中空成形や吹込み成形とも呼ばれます。古くから使われているガラス瓶の製造技術を応用して開発された手法で、プラスチック製品の製造に幅広く応用されています。加熱して柔らかくした樹脂を風船のように膨らませることで、内部が空洞になった製品を効率的に作ることが可能です。

 

加工目的

ブロー成形の主な目的は、中空構造を持つプラスチック製品を効率的に大量生産することです。液体を保存する容器類では、継ぎ目が少ない一体構造を作ることで、漏れにくく丈夫な製品を実現できます。

また、自動車部品などでは軽量化と強度の両立も可能です。特に食品や化学薬品の容器では、内容物の品質を保つためのガスバリア性も重要な要素となります。ブロー成形では、これらの要求を満たしながら、コストを抑えた製品作りができるため、多くの業界で採用されています。

 

仕組み

ブロー成形の基本的な仕組みは、まず加熱した樹脂を筒状（パリソン）に押し出し、金型で挟んだ状態で内側から圧縮空気を吹き込むことです。空気圧によって樹脂が金型の内壁に押し付けられ、金型の形状が樹脂に転写されます。

その後、冷却して樹脂を固化させることで製品が完成します。この工程により、一つの金型で複雑な中空構造を持つ製品を作ることが可能です。温度管理と空気圧の調整が品質に大きく影響するため、これらの条件を適切に制御することが重要です。

 

ブロー成形の種類とは

ブロー成形には、製品の特性や用途に応じてさまざまな種類があります。それぞれの手法には独自の特徴があり、製品の要求仕様に合わせて適切な方法を選択することが重要です。ここでは、代表的な5つのブロー成形方法について、それぞれの特徴と適用例を詳しく解説していきます。

 

押出ブロー成形

押出ブロー成形は、加熱した樹脂を直接押し出してパリソンを作り、冷却せずに温かいうちに空気を吹き込む方法です。

ダイレクトブロー成形とも呼ばれ、パリソンに余熱が残った状態で成形することから、ホットパリソン式とも言われます。

この方法の大きな特徴は、パリソンの押し出しからブロー成形まで連続して行えることです。そのため生産効率が高く、大量生産に適しています。食品容器や洗剤ボトル、化学薬品容器など、日常生活で使われる多くの製品がこの方法で作られています。

工程がシンプルなため、コストを抑えながら安定した品質の製品を供給できるのがメリットです。

 

射出ブロー成形

射出ブロー成形は、底のあるパリソン（プリフォーム）を射出成形で作った後、ブロー用の金型に移して空気を吹き込む方法です。

インジェクションブロー成形とも呼ばれ、一度冷却したプリフォームを再加熱するコールドパリソン式が一般的です。この方法では、製品の底部に接合跡が残らず、寸法精度の高い製品を作れます。

また、プリフォームを中間製品として別の場所で調達することも可能で、生産体制の柔軟性が高いことも特徴です。ペットボトルをはじめとする飲料容器や、精密さが求められる医薬品容器などによく使われています。

 

多層ブロー成形

多層ブロー成形は、複数種類の樹脂を共押出しして多層構造のパリソンを作り、それをブロー成形する方法です。異なる特性を持つ樹脂を組み合わせることで、単一素材では実現できない機能を持つ製品を作ることができます。

例えば、外層に耐久性の高い樹脂、内層にガスバリア性の優れた樹脂を使うことで、内容物の品質保持と容器の強度を両立できます。食用油や調味料、ガソリンタンクなど、内容物の酸化や変質を防ぐ必要がある製品に採用されることが多いです。

複数の樹脂を扱うため技術的な難易度は高いですが、高機能な製品を実現できる手法として注目されています。

 

延伸ブロー成形

延伸ブロー成形は、射出ブロー成形にロッドによる軸方向延伸と、空気圧による径方向延伸を組み合わせた方法です。

2軸延伸ブロー成形とも呼ばれ、樹脂分子を二方向に配向させることで製品の特性を大幅に向上させることが可能です。延伸により、強度や透明度、ガスバリア性などが著しく改善されるため、食品容器や医薬品容器などの高品質が求められる分野で活用されています。

ペットボトルの多くがこの方法で製造されており、軽量でありながら十分な強度を持つ容器を実現しています。ただし、温度管理がより重要になるため、高い技術力が必要です。

 

3次元ブロー成形

3次元ブロー成形は、コンピュータ制御を活用して複雑な形状の製品を作る先進的な方法です。

パリソンを押し出すヘッドの位置をコンピューターで精密に制御することで、金型の複雑な形状に沿ってパリソンを配置できます。従来の押出ブロー成形では難しかった、湾曲部や蛇腹のある複雑な形状でも、バリやドローダウンといった不具合を回避しながら高品質な製品を作ることが可能です。

自動車の排気パイプやエアコンのホース、冷暖房ダクトなど、複雑な経路を持つ部品の製造に威力を発揮します。技術的な難易度は高いですが、従来では困難だった形状の製品を実現できる画期的な手法です。

 

ブロー成形のメリットとは

ブロー成形は、他の成形方法と比較して多くの優れた点を持っています。特にコスト面での優位性と、設計変更への対応力が大きな魅力です。ここでは、ブロー成形を選択する主な理由となる2つの重要なメリットについて、詳しく解説していきます。

 

形を変えるのが容易

ブロー成形の大きなメリットの一つは、製品の形状変更が比較的簡単にできることです。

金型の構造がシンプルなため、軽微な形状変更であれば金型の一部分だけを修正すれば対応できます。射出成形と比較すると精度の制約が少なく、金型の改造作業も容易に行えます。自動車業界のように短い開発期間で頻繁に設計変更が発生する分野では、大きなメリットです。

 

また、試作から量産への移行時にも、金型の調整や改良を効率的に行えるため、開発コストの削減につながります。新製品開発のスピードアップにも貢献する重要な特徴といえるでしょう。

 

コストが比較的安価

ブロー成形は、他の成形方法に比べて金型費用を大幅に抑えられるのが特徴です。

これは、ブロー成形用の金型が射出成形用の金型に比べて構造がシンプルで、部品点数が少なく、設計や組み立てにかかる時間も短縮できるためです。

中空製品を射出成形で製造する場合には4面の金型が必要になりますが、ブロー成形では2面の金型で対応可能なため、材料費や工期の削減にもつながります。

さらに、形状変更時の金型改造にかかる費用も比較的低く抑えられることが多く、結果としてトータルの製造コストを軽減できます。長期的な視点でも、維持費用の面で有利な選択肢となるでしょう。

 

ブロー成形のデメリットとは

ブロー成形には多くのメリットがある一方で、いくつかの制約や課題も存在します。これらのデメリットを理解することで、適切な成形方法を選択できるようになるでしょう。ここでは、ブロー成形を検討する際に考慮すべき主な制約について、具体的に解説していきます。

 

作れる形が限られる

ブロー成形では、空気圧を利用して成形するため、射出成形と比較すると製品形状に制約があります。

エッジの多い形状や急激に細くなる部分、鋭角的な形状は苦手分野です。また、複雑な内部構造や精密な寸法精度が要求される部分では、思うような仕上がりにならない場合があります。

空気圧で樹脂を押し付ける構造上、金型に最初に触れる面は比較的精度が出やすいですが、反対側の面は形状や寸法のコントロールが困難になります。

デザイン面での自由度も射出成形に比べて制限されるため、外観を重視する製品では注意が必要です。製品設計時には、ブロー成形の特性を十分考慮する必要があります。

 

厚みの変更が難しい

ブロー成形では、製品の肉厚を狙い通りにコントロールすることが困難です。

パリソンを空気圧で膨らませるという成形構造上、部分的な肉厚の調整が難しく、製品全体で均一な厚みを保つことも困難です。特に「ドローダウン」と呼ばれる現象が発生すると、溶融樹脂が重力によって垂れ下がり、製品の上部と下部で厚みに差が生じてしまいます。

この偏肉現象は製品の強度や外観に悪影響を与える可能性があります。樹脂の粘度調整や空気圧の制御である程度は改善できますが、根本的な解決は困難です。そのため、厳密な肉厚管理が必要な製品では、他の成形方法を検討する必要があります。

 

ブロー成形加工のプロセスとは

ブロー成形の製造工程を理解することで、この技術の特徴や注意点がより明確になります。ここでは、押出ブロー成形を例に、樹脂の投入から完成品の取り出しまでの3つの主要な工程について詳しく解説します。各工程での重要なポイントや品質に影響する要素についても説明するので、ぜひ参考にしてください。

 

パリソンを押し出す

ブロー成形の最初の工程では、ホッパーに投入された樹脂をヒーターで加熱溶融し、押出スクリューの回転によってヘッド部分に送ります。そして、リング状のダイ（口金）から金型に向けて円筒状のパリソンを押し出します。

パリソンとは、ブロー工程で膨張させる前の予備成形状態のことで、この段階での温度管理が非常に重要です。パリソンの温度が高すぎると変形しやすく、低すぎると空気を吹き込んでも十分に膨らまない可能性があります。また、押し出し速度や樹脂の粘度も製品品質に大きく影響するため、材料特性に応じた適切な条件設定が必要です。

 

型締めと冷却をする

パリソンが金型の下部まで降りてきたら、金型を閉じてパリソンを挟み込みます。この時、パリソンの底部も同時に成形されます。次に、ブローピン（エアブロー装置）から圧縮空気をパリソン内部に吹き込み、空気圧によってパリソンを膨らませます。

膨らんだパリソンは冷却された金型の内壁に押し付けられ、金型の形状が樹脂に転写されます。空気圧の強さやタイミングは製品の仕上がりに直接影響するため、精密な制御が必要です。その後、数十秒間待機して樹脂を十分に冷却し、形状を安定させます。冷却時間が不足すると変形の原因となるため、適切な時間管理が重要です。

 

型開きし取り出す

樹脂が十分に冷却されて固化したら、金型を開いて成形品を取り出します。取り出した直後の製品には、バリと呼ばれる余分な樹脂が付着していることがあり、これを除去する後処理作業が必要です。

バリの除去は、製品の外観や機能に影響を及ぼすため、丁寧かつ正確な作業が求められます。あわせて、製品の寸法や外観を検査し、品質基準を満たしているかを確認します。不良品が見つかった場合は、成形条件の見直しや金型の調整を行い、次回以降の品質向上につなげることが重要です。

最終的な仕上げ工程を経て、製品は出荷準備が整います。

 

ブロー成形加工の具体例とは

ブロー成形は私たちの身の回りにあるさまざまな製品に活用されているのです。その用途は容器類だけでなく、工業製品から日用品まで幅広い分野に及んでいます。ここでは、ブロー成形で製造される代表的な製品を3つ取り上げ、それぞれの特徴や活用場面について詳しく紹介していきます。

 

自動車部品

自動車業界では、ブロー成形による部品製造が広く活用されています。エアコンダクトやウォッシャー液タンク、ガソリンタンクといった機能部品から、スポイラーやシュラウドなどの外観部品に至るまで、その適用範囲は多岐にわたります。

自動車業界では開発期間が短く、設計変更も頻繁に発生するため、金型の改造が容易なブロー成形の特長が大きなメリットとなるのです。また、軽量化への要求も高く、中空構造によって重量を抑えつつ必要な強度を確保できるブロー成形は、理想的な成形法といえます。

さらに、複雑な形状のダクト類も、3次元ブロー成形技術の進化により、高品質な製品を効率的に製造することが可能になっています。

 

マネキン

意外に思われるかもしれませんが、店舗で使用されるマネキンの中には、ブロー成形によって製造されているものもあります。木製のマネキンと比べて軽量で、発泡素材製に比べて耐久性が高く、扱いやすいのが特徴です。

中空構造のため運搬時の負担が少なく、店舗スタッフの作業効率向上にも寄与します。また、樹脂製であることから表面処理や塗装がしやすく、多様なデザインにも対応可能です。さらに、湿気や温度変化にも強く、長期間の使用に耐える高い耐久性を備えています。

こうした特性から、小売店やアパレル業界において、実用的かつ経済的な選択肢として注目されています。

 

工具ケース

工具ケースも、ブロー成形による代表的な製品の一つです。一般的には射出成形で製造されることが多いものの、ブロー成形でも十分な品質の製品を製造することが可能です。中空構造により、必要な強度を保ちながらケース本体の重量を大幅に軽減できる点が、最大のメリットといえます。

工具自体の重さに加え、ケース本体が軽量化されることで、作業者の負担を大きく軽減できます。また、内部空間を有効に活用できるため、収納効率の向上にもつながります。さらに、耐衝撃性にも優れており、現場での過酷な使用にも十分に耐える耐久性を備えているのも魅力です。

 

まとめ

ブロー成形は、空洞のあるプラスチック製品を効率的に製造できる優れた加工技術です。押出ブロー成形から3次元ブロー成形まで多様な種類があり、金型費用の安さや形状変更の容易さが大きなメリットとなります。適切な用途で活用すれば、コストパフォーマンスに優れた製品を提供できる重要な技術といえるでしょう。