ブロー成形

ブロー成形（または成形）は、中空のプラスチック部品を成形する製造プロセスです。ガラス瓶やその他の中空形状の成形にも使用されます。

一般的に、ブロー成形には、押し出しブロー成形、射出ブロー成形、射出延伸ブロー成形の 3 つの主なタイプがあります。

ブロー成形プロセスは、プリフォームまたはパリソンを加熱してプラスチックを柔らかくすることから始まります。パリソンはチューブ状のプラスチックで、一方の端に穴が開いており、そこから圧縮空気が入ります。

次に、プラスチックのワークピースを金型に固定し、空気を吹き込みます。空気圧によってプラスチックが膨らみ、金型に適合します。プラスチックが冷却されて硬化すると、金型が開き、部品が取り出されます。金型内の水路が冷却を助けます。

このプロセスの原理は、ガラス吹きのアイデアから来ています。エノック・ファーングレンとウィリアム・コピトケはブロー成形機を製作し、1938 年にハートフォード エンパイア カンパニーに販売しました。これが商業的なブロー成形プロセスの始まりでした。1940 年代には、製品の種類と数がまだ非常に限られていたため、ブロー成形は後になってから普及しました。種類と生産率が上がると、すぐに作成される製品の数も増えました。

ブロー成形技術を使用して中空体のワークピースを製造するために必要な技術的メカニズムは、かなり早い時期に確立されました。ガラスは非常に壊れやすいため、プラスチックの導入後、場合によってはガラスの代わりにプラスチックが使用されるようになりました。プラスチックボトルの最初の大量生産は、1939 年にアメリカで行われました。ドイツでは少し遅れてこの技術の使用を開始しましたが、現在ではブロー成形機の大手メーカーの 1 つとなっています。

米国の清涼飲料業界では、プラスチック容器の数は1977年のゼロから1999年には100億個にまで増加しました。今日では、さらに多くの製品が販売されており、今後も増加し続けると予想されています。

バルク金属ガラスとしても知られるアモルファス金属の場合、プラスチックブロー成形に匹敵する圧力と温度でブロー成形が最近実証されました。^[1]

押し出しブロー成形では、プラスチックを溶かして中空のチューブに押し出し、一方の端に圧縮ガス用の穴が開いたチューブ状のプラスチック片（パリソンと呼ばれる）を形成します。パリソンは、冷却された金属金型に閉じて固定されます。パリソンに空気が吹き込まれ、中空のボトル、容器、または部品の形状に膨らみます。プラスチックが冷却された後、金型が開かれ、部品が取り出されます。^[2]

「ストレート押し出しブロー成形は、射出成形に似た方法で、アルキメデスのねじが回転し、加熱されたチューブにプラスチック材料を送り込みます。プラスチックが溶けると、ねじは回転を止め、直線的に移動して溶けたプラスチックを押し出します。アキュムレータ方式では、アキュムレータが溶けたプラスチックを集め、前の型が冷えて十分なプラスチックが蓄積された後、ロッドが溶けたプラスチックを押してパリソンを形成します。この場合、ねじは連続的に回転することも、断続的に回転することもできます。^[3]連続押し出しでは、パリソンの重さがパリソンを引きずり、壁の厚さの調整が難しくなります。アキュムレータヘッドまたは往復ねじ方式では、油圧システムを使用してパリソンを素早く押し出すため、重さの影響が軽減され、パリソンプログラミングデバイスでダイギャップを調整することで壁の厚さを正確に制御できます。

連続押出装置には、ロータリーホイールブロー成形システムとシャトル機械が含まれ、間欠押出機械には、往復スクリュー機械とアキュムレータヘッド機械が含まれます。

瓶などの容器には、成形工程で材料が余ってしまうことがよくあります。容器の周囲で切断刃を回転させて材料を分離することで、材料が切り取られます。余ったプラスチックはリサイクルされて、新しい成形品が作られます。スピントリマーは、PVC、HDPE、PE+LDPE など、さまざまな材料に使用されます。材料の種類によって、トリミングに影響する物理的特性が異なります。たとえば、非晶質材料から作られた成形品は、結晶質材料から作られた成形品よりもトリミングがはるかに困難です。標準の鋼ではなく、窒化チタンコーティングされた刃がよく使用され、寿命が 30 倍に延びます。

射出ブロー成形( IBM )のプロセスは、中空のガラスやプラスチックの物体を大量に生産するために使用されます。IBM プロセスでは、ポリマーがコアピンに射出成形され、次にコアピンがブロー成形ステーションに回転されて膨張し、冷却されます。これは 3 つのブロー成形プロセスの中で最も使用頻度が低く、通常は小型の医療用ボトルやシングルサーブボトルの製造に使用されます。このプロセスは、射出、ブロー、および排出の 3 つのステップに分かれています。

射出ブロー成形機は、ポリマーを溶融する押出機バレルとスクリューアセンブリに基づいています。溶融ポリマーはホットランナーマニホールドに供給され、ノズルから加熱されたキャビティとコアピンに注入されます。キャビティモールドは外部形状を形成し、プリフォームの内部形状を形成するコアロッドの周りに固定されます。プリフォームは、完全に形成されたボトル/ジャーのネックと、本体を形成するポリマーの太いチューブで構成されています。外観は、ネジ付きネックの試験管に似ています。

プリフォーム金型が開き、コアロッドが回転して中空の冷却ブロー金型に固定されます。コアロッドの端が開き、圧縮空気がプリフォーム内に入り、完成品の形状に膨らみます。

冷却期間後、ブロー成形型が開き、コアロッドが排出位置まで回転します。完成品はコアロッドから取り外され、オプションとして梱包前に漏れテストを行うことができます。プリフォームとブロー成形型には、製品サイズと必要な出力に応じて、通常 3 ～ 16 個のキャビティがあります。コアロッドは 3 セットあり、プリフォームの射出、ブロー成形、排出を同時に行うことができます。

射出ストレッチブロー成形には、シングルステージプロセスとダブルステージプロセスという 2 つの異なる方法があります。シングルステージプロセスは、さらに 3 ステーションマシンと 4 ステーションマシンに分類されます。

シングルステージプロセスでは、プリフォームの製造とボトルのブロー成形の両方が同じマシンで実行されます。注入、再加熱、ストレッチブロー成形、および排出の旧式の 4 ステーション方式は、再加熱段階をなくし、プリフォームの潜熱を使用する 3 ステーションマシンよりもコストがかかります。これにより、再加熱のエネルギーコストが節約され、ツールが 25% 削減されます。プロセスの説明: 分子が小さな丸いボールであると想像してください。一緒にいると、大きな空隙と小さな表面接触があります。最初に分子を垂直に引き伸ばし、次に吹き込んで水平に引き伸ばすと、2 軸引き伸ばしによって分子が十字形になります。これらの「十字」は互いにフィットし、接触する表面積が増えるため、隙間がほとんどなくなり、材料の多孔性が低くなり、浸透に対するバリア強度が高まります。このプロセスにより、炭酸飲料を充填するのに最適な強度も高まります。

2 段階射出延伸ブロー成形プロセスでは、まず射出成形プロセスを使用してプラスチックを「プリフォーム」に成形します。これらのプリフォームは、ボトルのネック部分と、一方の端にねじ (「仕上げ」) が付いた状態で製造されます。これらのプリフォームはパッケージ化され、後で (冷却後) 再加熱延伸ブロー成形機に送られます。ISBM プロセスでは、プリフォームは (通常は赤外線ヒーターを使用して) ガラス転移温度以上に加熱され、その後、高圧空気を使用して金属製ブロー金型を使用してボトルに吹き込まれます。プリフォームは、プロセスの一部として常にコア ロッドで引き伸ばされます。

• リー、ノーマン（1990）、プラスチックブロー成形ハンドブック、ヴァン・ノストランド・ラインホールド、ISBN 978-0-442-20752-6。
• リー、ノーマン（2006）、ブロー成形実用ガイド、スミザーズ・ラプラ・テクノロジー、ISBN 978-1-85957-513-0。
• リー、ノーマン（2008）、ブロー成形設計ガイド（第2版）、Hanser-Gardner Publications、ISBN 978-1-56990-426-8。
• 押出ブロー成形、Hanser-Gardner Publications、ISBN 1-56990-334-4 
• オットマー・ブランダウ、ストレッチブロー成形、PETplanet Publisher GmbH、ISBN 3-9807497-2-X 
• ヤム、KL、「パッケージング技術百科事典」、ジョン ワイリー アンド サンズ、2009 年、ISBN 978-0-470-08704-6