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ブロー成形とは|特徴や仕組み、用途を解説!

樹脂加工 | 2021年04月22日

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ブロー成形とは、「吹く」を意味する「blow」という言葉に由来する、樹脂成形方法の一種です。加熱した樹脂を型に入れ、樹脂の内側から空気を吹き込むことで、型の形状に樹脂を成形します。吹きガラスの製造方法と類似した成形方法であると言えば分かりやすいでしょうか。

樹脂成形や金属加工に関わりのない方には、あまり馴染みのない言葉かもしれませんが、日常的に目にするペットボトルがまさにこの方法で製造されています。そのほか、シャンプー容器や灯油タンク、自動車の排気パイプなど、主に中空のある製品に幅広く適用されている加工法です。

今回の記事では、ブロー成形について解説していきます。その特徴や仕組み、用途についても説明しますので、参考にしてください。

ブロー成形は樹脂成形方法の一種

ブロー成形は、合成樹脂(プラスチック)に対する加工法の一種です。加熱して溶融又は柔らかくした樹脂を金型に入れ、樹脂に空気を吹き込んで膨らませ、金型に押し当てることで成形します。

高温溶融したガラスに空気を吹き入れて成形する「吹きガラス」の製造技術を応用した方法です。その成形方法から、「吹込み成形」や「中空成形」とも呼ばれます。

空洞がある樹脂成形品の大量生産に適した方法です。ペットボトルやシャンプー容器といったボトル形状の製品のほか、タンク・パイプ形状の製品やポリ袋の成形にも用いられています。

ブロー成形では、用途や充填物によって、多様な機能・性質を持った樹脂が利用されています。例えば、食品の酸化や変質を防ぐためには酸素や紫外線を通さない樹脂、内圧が高くなる場合には高強度の樹脂など、様々な樹脂が採用されています。また、場合によっては、複数の樹脂を多層化していることもあります。

参考:樹脂加工とは?素材の種類と加工方法

ブロー成形の特徴とメリット・デメリット

ブロー成形の特徴としては、成形品の外側の面は金型に触れているものの、内側の面は空気で圧力を掛けているだけで金型には触れていないという点が挙げられます。

そのため、ブロー成形では、成形品の全面が金型に触れる射出成形などと比べて、金型が簡素になり、金型の制作費用が安くなるというメリットがあります。

しかし、金型に触れない面があることは、デメリットともなります。

まず、金型が触れていない面の形状は、制御が難しく精度が悪くなりやすいことが挙げられます。同様の理由で、肉厚の寸法も高精度にすることが困難です。そのため、金型に触れない面への部品のはめ込みなどが必要な場合は注意が必要です。

また、ブロー成形では、溶融樹脂が重力方向に垂れ下がる「ドローダウン」が起きることがあります。これは、溶融樹脂の粘度が低い場合などに起こり、成形品の上部と下部で厚みが不均一となる「偏肉」の原因となります。この偏肉を防止するためには、樹脂の粘度や注入する空気圧の調整などが必要です。そのほか、成形品の形状について、「ゆるやかに変化する形状にする」、「断面は円(楕円)又は角がない形状にする」といった点に気をつけることで偏肉が起こりにくくなります。

ブロー成形の仕組み

次は、ブロー成形の仕組みについて見ていきましょう。

ブロー成形には、いくつかのバリエーションがありますが、ここでは、押出ブロー成形の仕組みについて説明します。

①樹脂の加熱溶融とパリソンの成形

引用元:大興化成株式会社

はじめに、上図の押出機と呼ばれる装置で金型に樹脂を円筒状に押し出します。そのためにまず、押出機のホッパーに樹脂を投入し、樹脂をヒーターで加熱して溶かします。溶融樹脂は、押出スクリューによってヘッド方向に押し出され、リング状に空いたヘッドの出口を経由することで、円筒状となって金型に押し出されます。この膨張前の予備成形状態をパリソンと呼びます。

②エアー注入による金型内での膨張と冷却

引用元:大興化成株式会社

続いて、上図のように、金型を閉じてパリソンを挟み、圧縮空気をブローピンから吹き込んでパリソンを膨張させます。このとき、パリソンの端を巻き込むように金型を閉じることで底部分の成形を行います。

膨張したパリソンは、冷却された金型に押し付けられることで、固化していきます。

③成形品の取り出し

引用元:大興化成株式会社

一定時間冷却した後に金型を開き、成形品を取り出せば完成です。

ただし、金型で挟んだ樹脂が上図のようにバリとして残ることがあります。その場合、このバリの除去が必要となります。また、完成形状によっては、切削などの後加工が必要となります。

さまざまなブロー成形

ブロー成形の種類には、代表的なものだけでも以下のようなバリエーションがあります。ここでは、これらのブロー成形法について解説していきます。

●代表的なブロー成形の種類

・押出ブロー成形

・射出ブロー成形

・延伸ブロー成形

・多層ブロー成形

・3次元ブロー成形

射出ブロー成形

射出ブロー成形は、射出成形でパリソンを成形した後、パリソンをブロー成形用金型に移してブロー成形する方法です。まず、試験管のような形状のパリソン(有底パリソン)を射出成形します。このとき、射出成形品をいったん冷却・固化させるか否かで、コールドパリソン式とホットパリソン式に分かれます。

コールドパリソン式では、再加熱してブロー成形を行います。メリットとして、パリソンを中間製品として仕入れたり、製造速度が異なる射出成形機とブロー成形機を個別に運用したりすることが可能となる点が挙げられます。なお、下の写真は、ペットボトルのパリソンで、中間製品として用意されているものです。

引用元:料材開発株式会社

一方、ホットパリソン式は、射出成形による予熱を残したままブロー成形に移る方式です。再加熱する必要がないため、余分な燃料費が掛からないというメリットがあります。

射出ブロー成形自体の利点としては、成形品の底面に接合痕が生じないことや、成形品の重量や肉厚のバラツキなどを抑えやすいといった点が挙げられます。また、ボトルの口部などは予め射出成形で作り込み、胴体部だけにブロー成形を行えば、口部でバリやスクラップが発生せず、後工程が不要になります。

ペットボトルの製造には、コールドパリソン式の射出ブロー成形が用いられています。

参考:射出成形の仕組みやメリットを解説!他の加工法との比較も

延伸ブロー成形

延伸ブロー成形は、射出ブロー成形のブロー成形工程において、軸方向にも樹脂を延伸させる成形法です。樹脂毎に異なる適切な温度で行う必要がありますが、膨張させることによる円周方向の延伸と軸方向の延伸をバランス良く行うことで、強度や透明性、ガスバリア性などを向上させることができます。

醤油などの食品容器や医薬品容器のほか、炭酸飲料を充填する耐圧ペットボトルの製造にも適用されている方法です。

押出ブロー成形

引用元:株式会社吉野工業所

押出ブロー成形は、前述の「ブロー成形の仕組み」で解説したように、押し出したパリソンをダイレクトに金型に投入してブロー成形する方法で、ダイレクトブロー成形とも呼ばれます。

近年の押出ブロー成形では、上図のように、複数の金型を用意して稼働させるケースがほとんどです。一つの金型ではパリソンが押し出され、もう一つの金型ではパリソンを膨張させて成形します。連続的にパリソンを押し出し続ける押出機を停止させることなく、効率的に成形品を製造することができます。

次に解説する射出ブロー成形と比べると、押出機によるパリソンの生産速度が速いために大量生産に向いた方法です。しかし、その場合、押出機の生産速度に合わせて複数の金型が必要となります。また、金型に投入されるパリソンは、底部では金型で挟み込み、口部では長さに余裕を持たせて切断されます。そのため、成形品の底部には、バリが残ることがあり、バリを除去しても接合痕が残ります。そして、口部にはスクラップが発生することから、その切断が必要となります。

化粧品や洗剤等の容器類、各種タンク・パイプ、ダクト、建材など、様々な製品の製造に適用されている方法です。

参考:押出成形の仕組み・メリット・用途などを解説!

多層ブロー成形

引用元:キーエンス株式会社

多層ブロー成形は、飲料などの充填物の酸化・変質防止や成形品の強度向上などを目的に、多層構造の樹脂成形品を製造する方法です。(上図参照)

この方法は、コールドパリソン式で実施されます。まず、押出機によって複数の樹脂を同時に押し出して、多層のパリソンを成形。これを再加熱して、ブロー成形します。

酸素や紫外線などで劣化しやすい食品やガソリンタンクなどの成形に用いられる方法です。

3次元ブロー成形

引用元:エクセル株式会社

3次元ブロー成形は、複雑形状の容器やパイプなどをブロー成形する方法です。

コンピュータ制御によって、パリソンが押し出されてくるヘッドの位置をコントロールしてパリソンを金型形状に沿うように誘導する方法などがあります。(上図参照)

クーラーやヒーター用のホースや、自動車の排気パイプなど、湾曲部や蛇腹のある複雑形状の成形に用いられる方法です。

ブロー成形の用途

ブロー成形は、食品や化粧品、洗剤などの容器類、ホース、ポリ袋といった身近な製品のほか、パイプやダクト、中空の建材、工業用タンクといった業務用製品の製造にも採用されています。

その中でも、最も代表的なのは、飲料容器として用いられるペットボトルです。しかし、単にペットボトルと言っても、その機能や形状は様々で、その内容物に合わせて適切なペットボトルが利用されています。

例えば、炭酸飲料用の耐圧ペットボトルでは、内側から掛かる圧力を分散させるため、底に5足形状の凸凹(ペタロイド形状と呼ぶ)が設けられています。また、加熱後すぐに充填したり充填後に加熱したりするケースでは、耐熱ペットボトルが採用されます。耐熱ペットボトルには、樹脂の熱固定(150〜165℃に保持)による耐熱性の向上効果を活用したものや、材料として耐熱プラスチックを使用したものなどがあります。

そのほか、酸素や紫外線などで変質してしまう食品の容器には、それらに対する遮断効果を持つ樹脂が材料として使用されています。また、人体や環境に悪影響を与えるガソリンの容器(下の写真)は、エチレン-ビニルアルコール共重合体(EVOH)などのガソリンに対するバリア層が積層された構成となっています。その成形には、多層ブロー成形が適用されますが、ガソリンタンクでは6層もの積層が必要になることも少なくありません。

まとめ

ブロー成形は、金型に入れた溶融樹脂に空気を吹き込み、金型の形状に合わせて膨張させることで成形する樹脂加工法の一種です。ペットボトルに代表される中空容器の製造に適した方法で、大量生産にも向いています。

身近な日用品から自動車部品、業務用タンクなど、幅広い用途に用いられている方法ですので、ぜひこの機会にブロー成形に注目してみてください。

ブロー成形や金型製作を得意としているメーカーをお探しの際には、ぜひMitsuriにご相談ください。Mitsuriは、日本全国250社以上の業者と提携しています。そのため、お客様のご要望に合わせて、高い技術とノウハウを持つ業者をご紹介できます。お見積りは完全無料・複数社から可能です!ブロー成形や金型製作でお困りの際は、ぜひMitsuriにご相談ください。

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この記事を書いた人
株式会社Catallaxy

株式会社Catallaxyは "未来の製造業をつくる" をミッションに掲げ、製造業における従来のサプライチェーン/バリューチェーンの刷新を目指しています。記事内容に関するお問い合わせはこちらへ。

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