プラスチック製品の寸法が少し違うだけで何が起こる？ブロック玩具が何十年経ってもピタッとはまる「精密成形」の秘密

【この記事の結論まとめ】 組み立てブロック玩具が「固すぎず、ゆるすぎず」にピタッとはまるのは、以下の射出成形技術によって1000分の数ミリ（ミクロン）単位の寸法管理が行われているためです。 

1.緻密な「はめ合い」設計： 突起と穴のわずかな寸法差による摩擦力と弾性変形を計算している。 

2.「成形収縮」の完全な予測： 冷えると縮むプラスチックの性質（成形収縮率）を計算に入れ、あらかじめ少し大きく金型を作っている。 

子どもの頃に遊んだプラスチックの組み立てブロック。10年前、20年前に買ったブロックと、今日買ったばかりのブロックが「パチッ」と寸分の狂いもなく組み合わさることに驚いたことはないでしょうか。 

もしプラスチック製品の寸法が、髪の毛の太さ（約0.08mm）の半分でもズレてしまったらどうなるのか？身近なブロック玩具を例に、プラスチック成形における「寸法精度」と「収縮」の奥深い世界を解説します。 

寸法が「0.05mm」違うだけで起こる3つのトラブル

ブロック玩具や家電のパーツなど、複数の部品を組み合わせるプラスチック製品では、わずか0.01mm〜0.05mmの寸法の違いが致命的な不具合につながります。 

ブロックが気持ちよく「パチッ」とはまり、かつ手で適度な力で外せるのは、突起（ポッチ）の外径と受け側の内径が約0.002mm〜0.005mm（2〜5マイクロメートル）という極めて狭い許容範囲（寸法公差）で作られているからです。 

最大の敵は「プラスチックは冷えると縮む」という性質

これほど高い精度を出すうえで最大の壁となるのが、プラスチック特有の「成形収縮（せいけいしゅうしゅく）」です。

▸樹脂成形品の成形収縮率 

射出成形では、熱で溶かしたプラスチックを金型に流し込んで冷やし固めますが、プラスチックは冷えて固まる際に体積が縮みます。 つまり、「10.00mmのブロック」を作りたいからといって、金型を「10.00mm」で作ってしまうと、出来上がった製品は縮んで「9.95mm」や「9.80mm」になってしまうのです。 

さらに厄介なことに、縮む割合（成形収縮率）は条件によって常に変化します。

•樹脂の種類による違い： ブロックによく使われるABS樹脂は縮みにくい（収縮率0.4〜0.6%程度）一方、容器などに使われるPP（ポリプロピレン）は大きく縮みます（収縮率1.5〜2.0%程度）。

•場所による違い： 同じ部品の中でも、樹脂が流れる方向とそれに垂直な方向、あるいは「分厚い部分」と「薄い部分」で縮む量が異なります。

ミクロン単位の精度を実現する射出成形のプロ技術

何百万個作ってもすべて同じ寸法に仕上げるため、射出成形の現場では以下の3つの技術を組み合わせて「縮み」をコントロールしています。 

1.収縮率を見越した金型設計 製品形状や使用する樹脂のグレードごとに「どの部分が何％縮むか」を過去の膨大なデータやシミュレーションから算出し、あらかじめその分だけ大きく金型を設計します。 

2.「保圧（ほあつ）」による収縮の補正 金型に樹脂を流し込んだ直後、冷えて縮もうとする隙間へさらに高圧で樹脂を押し込み続ける「保圧」という工程を行います。この圧力と時間を0.1秒単位で制御し、寸法をピタリと揃えます。

3.工場環境と材料ロットの徹底管理 外気温や湿度、さらには同じ樹脂でも製造ロットやリサイクル材の配合比率によって収縮率は微妙に変化します。精密部品の成形では、金型温度や樹脂の粘度変化を常に監視し、成形条件を微調整し続けています。

よくある質問（FAQ）

Q. なぜブロック玩具には「ABS樹脂」がよく使われるのですか？ 

A. ABS樹脂は「非晶性樹脂」と呼ばれ、冷えて固まる際の収縮率が非常に小さく、寸法精度を出しやすいという特徴があります。さらに、衝撃に強く、表面のツヤ（外観）がきれいで傷つきにくいため、ブロック玩具に最適な素材です。

Q. 安価な互換ブロックが「固すぎる」「すぐ外れる」ことがあるのはなぜですか？

 A. 金型の加工精度だけでなく、成形時の温度管理や「成形収縮率」の予測・制御が不十分な場合、ロットごとに数ミクロン〜数十ミクロンの寸法バラつきが生じるためです。 

▼ プラスチックの「寸法精度・成形収縮」でお困りの設計・開発担当者様へ 「図面通りに成形品が上がってこない」「材料を変更したら寸法が合わなくなった」といった課題を解決する技術情報をご案内します。