ブロー成形 種類と自動車部品への応用

ブロー成形 種類と自動車応用

ブロー成形 種類の基礎知識

 

ブロー成形とは、溶融した樹脂の内側から圧縮空気を吹き込み、樹脂を膨張させることで製品を成型する方法です。この技術は古くからあるガラス瓶の製造技術を応用したもので、中空構造の樹脂製品を効率的に製造できることが大きな特徴となっています。ブロー成形は「ブロー」という英語の「Blow（吹く）」に由来し、多様な産業分野で活用されています。

 

ブロー成形の製造工程は大きく3つのステップで構成されています。まず押出工程では、プラスチック樹脂をホッパーから投入し、ヒーターで加熱し、スクリューの回転により均一に溶融可塑化します。次にパリソン形成工程では、金型内に樹脂を円筒状に押し出した予備成形状態にします。最後の吹込み・冷却工程では、型締装置で金型内に締め付けられたパリソンに圧縮空気を吹き込み、冷却した金型の内壁に樹脂を押しつけて固化させます。

 

ブロー成形の利点は多数あります。成形品が比較的軽量であることや、金型の部品点数が少なく構造がシンプルであることから金型製作費用が安価に抑えられること、短納期での製作が可能なことなどが挙げられます。特に設計変更が多い自動車業界では、この短納期対応がメリットとなっています。一方、デメリットとしては、空気圧で樹脂を成形するため複雑で尖った形状は困難であること、肉厚精度が均一になりづらいことが挙げられます。

 

ブロー成形 種類における押出ブロー成形の特徴

押出ブロー成形は、ダイレクトブロー成形とも呼ばれ、ブロー成形の中でも最も古くから用いられてきた手法です。この方法は、加熱・可塑化させた樹脂を押出機から押し出し、ダイで円筒状のパリソン（ホットパリソン）を成形します。形成されたパリソンは冷却・固化させずに、ダイレクトに金型内に入れられ、温かいままの状態で圧縮空気が吹き込まれて成形されるのが特徴です。

 

押出ブロー成形で使用される材料は、ポリエチレン、ポリプロピレン、塩化ビニルなど、加熱により容易に軟化する熱可塑性樹脂です。この方法で製造される製品は極めて多岐にわたっており、小型容器としては洗剤容器や化粧品容器、食品容器などの日用品から、大型容器としてはガソリンタンクやドラム缶まで対応可能です。また自動車部品としてはスポイラーやダクト、ノズルデフロスターなどが挙げられます。

 

押出ブロー成形の大きなメリットは、パリソンを効率的に生産できることから大量生産に非常に適していることです。現代においても食品容器や試薬容器など幅広い容器の成形に活用されており、その技術的ニーズは依然として高い状態にあります。ただし、肉厚精度の制御が難しく、上部と下部で厚みが不均一になる偏肉現象が発生することがあります。この問題を解決するには、樹脂粘度や樹脂温度、吹き入れる空気圧の調整が必要となります。

 

ブロー成形 種類における射出ブロー成形の利点

射出ブロー成形は、射出成形で成形したパリソンを金型に移し、半溶融の状態で空気を吹き込んで成形する方法です。この工法は押出ブロー成形と比較して、寸法精度の高さと微細な意匠面の再現性に優れているという大きな特徴を持っています。成形後のバリがとても少なく、バリ処理工程が少ないため、量産性に優れていると言えるでしょう。

 

射出ブロー成形で製造される代表的な製品として、ポリスチレンを材料とした乳酸飲料容器が知られています。特にヤクルトの容器は射出ブロー成形の代表例として業界では有名です。また、ポリエチレンテレフタレートを材料とした一部のペットボトルもこの方法で製造されるものがあります。

 

射出ブロー成形には2つのバリエーションが存在します。ホットパリソン式は、射出成形したパリソンを熱が残った状態のままブロー成形する方式で、効率的な生産が可能です。一方、コールドパリソン式は、一度冷却したパリソンを再度加熱してからブロー成形する方式で、より高い精度が必要な場合に用いられます。射出ブロー成形は特に医療容器や高精度が要求される食品容器の製造に適した工法として、近年その需要がますます高まっています。

 

ブロー成形 種類における延伸ブロー成形と性能向上

延伸ブロー成形は、分子を配向させることによる透明性、剛性、ガスバリア性などの性能向上を目的とした成形方法です。この工法では、射出成形または押出成形で作られたパリソンを、分子が配向し、かつ製品が均一に延伸される温度に再加熱します。その後、縦方向はロッドにより機械的に伸長し、横方向は空気の吹き込みにより膨張させることで、2軸方向に延伸配向させるという特徴的なプロセスを実行します。

 

延伸ブロー成形により得られる製品の性能向上は顕著です。樹脂の分子が2軸方向に均等に配向されることで、透明性が大幅に向上し、光の透過性が高まります。同時に機械的強度も向上し、落下時の耐衝撃性が改善されます。さらにガスバリア性能も向上することから、酸素や二酸化炭素の透過率が低下し、内容物の鮮度保持が長期間可能になります。

 

延伸ブロー成形で使用される材料としては、ポリエチレンテレフタレート、塩化ビニル、ポリプロピレンなどが挙げられます。この方法で製造される製品は、炭酸飲料や醤油などの食品関係容器、医薬品容器など極めて多岐にわたります。PETボトルはこの延伸ブロー成形の代表的な製品であり、私たちの日常生活で最も身近なブロー成形製品となっています。透明性と強度を兼ね備えた設計により、長期間の保存にも耐える優れた特性を発揮しています。

 

ブロー成形 種類における3次元成形の自動車応用

3次元ブロー成形は、押出ブロー成形の応用編として位置付けられており、複雑な形状を一体成形できる特徴を持つ高度な工法です。この方法では、パリソンを金型内に正確に配置し、エアブローによって膨らませることで、従来の2次元ブロー成形では成形困難な複雑な形状を実現できます。特にS字形状、湾曲形状、ジャバラ形状のような複雑なパイプ形状の成形に最適な工法として知られています。

 

3次元ブロー成形が自動車業界で注目されている理由は、軽量化とエンジン小型化に伴う車載部品の樹脂化への対応が急務だからです。特に吸気系ダクトやEV化による冷却配管用途での採用実績が増加しており、長く複雑な形状のダクトをワンプロセスで成形することができるという利点が評価されています。従来の2次元ブロー成形や射出成形では成形不可能だった設計が実現可能になることで、製品設計の自由度が大幅に向上しています。

 

3次元ブロー成形の製品特性として、バリが無くカットする部分も少ないため、後工程の作業時間が少なく、全体的なコスト削減に貢献することが挙げられます。また、ダイレクトブローと比較して強度があるという重要な特徴があります。ダイレクトブローではPL部分でパリソンを挟むため、その部分の強度が弱くなる傾向にありますが、3次元ブロー成形ではPL部分でパリソンを挟み込むことがないため、より高い強度を確保できます。一般的には成形時間がいくぶん長く、通常のブロー成形より約4割増しかかることが多いですが、後工程の削減効果を考慮すると全体的には効率的です。

 

ブロー成形 種類における多層成形の機能向上

多層ブロー成形とは、複数の異なる種類の樹脂を重ねて成形することにより、多機能な製品を作り出す革新的な方法です。この工法の概念は、衣服の重ね着と同様の考え方に基づいており、機能別に異なる樹脂を選択して積層することで、単一材料では実現不可能な複合的な性能を発揮させることができます。

 

多層ブロー成形の代表的な応用例として、マヨネーズなどの食料品容器やガソリンタンクが挙げられます。食料品の容器においては、酸化を防ぐための素材が積層されています。一般的なプラスチック樹脂は酸素の透過性が高いため、食料品の劣化を防ぐことができません。そこで多層構造により、内側に油分に強い樹脂、真ん中に酸素の透過性の低い樹脂（例えばEVOH層など）、外側に水に強い樹脂を配置することで、保存性を大幅に向上させることができます。

 

自動車業界における多層ブロー成形の活用も増加しています。ガソリンタンクは多層構造とすることで、燃料の蒸発を防ぎ、環境汚染を低減させるとともに、燃料の劣化を防止できます。さらに多層構造に対応した3次元ブロー成形により、複雑な形状のタンクやダクトに対して、多機能な特性を付与することが可能になっています。このように多層ブロー成形は、単なる形状成形を超えた機能設計を実現する重要な技術として、今後ますます重要性が高まることが予想されます。

 

ブロー成形 種類の成形不良とその対策

ブロー成形における成形不良現象は、最終製品の品質に大きな影響を与えるため、適切な対策が不可欠です。代表的な不良現象として偏肉、肌荒れ、気泡が挙げられます。

 

偏肉は、押出工程で生じるドローダウン現象により発生します。ドローダウンとは、溶融した樹脂が重力方向に垂れ下がる現象で、溶融樹脂の粘度が低い場合などに発生しやすくなります。この偏肉を防止するためには、樹脂粘度や樹脂温度、吹き入れる空気圧の調整が必要となります。特に自動車部品では肉厚精度が重要であるため、これらのパラメータの最適化が重要です。

 

肌荒れはパリソン形成工程で生じるメルトフラクチャー現象により発生する表面欠陥です。メルトフラクチャーとは、パリソン押出時に溶融樹脂の流動状態が乱れる現象で、具体的には押出速度を上げていった場合にパリソン表面がネジ山状になったり、パリソン全体が不規則に捩れたりすることがあります。樹脂の持つ弾性的性質の影響が大きいとされており、この肌荒れを防止するためには低粘度の樹脂を使用したり、押出量を調整することが必要です。

 

気泡は、パリソン形成工程で空気やガスなどを巻き込んでしまう際に発生する外観不良です。透明容器の場合の外観不良に加え、応力集中による割れ不良を引き起こす原因にもなります。気泡の発生を抑制するためには、押出量や成形温度の調整、金型にエア抜き機構を設けることなどが必要となります。これらの対策により、より高品質なブロー成形製品の製造が実現されています。

 

参考情報：ブロー成形の基本プロセスと最適化技術について、以下の専門資料で詳細な解説が提供されています。

 

日本容器｜ブロー成形技術と製品事例
参考情報：ブロー成形の複数の種類と自動車部品への応用方法について、以下の専門解説で詳しく説明されています。

 

樹脂成形における特殊なブロー方法
参考情報：ブロー成形の成形方法とプロセスの詳細について、以下の技術情報で図解による説明が行われています。

 

中空樹脂製品の成形工法比較

 

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