ストレッチブロー成形は、PET容器製造において最も重要な工程であり、基本的に分子鎖の配向と結晶化という複雑なプロセスです。この工程では、あらかじめ射出成形された非晶質のプリフォームを、精密な熱的および機械的伸長によって、双軸配向された高強度、優れた透明性、そして卓越したバリア性を持つ容器へと変換します。優れた製造成果を得るためには、ポリマー物理学から自動制御に至るまで、知識の連鎖全体を体系的に理解する必要があります。
I. 材料科学、熱履歴および保管動態
ポリエチレンテレフタレート（PET）は半結晶性ポリマーです。成功したブロー成形には、ガラス転移温度（Tg）と結晶化温度（Tc）の間という特定の温度域内で材料を理想的な弾性的な状態に加熱し、分子配向を可能にする必要があります。配向した分子鎖は冷却時に「凍結」され、これにより材料の機械的強度とクリープ抵抗が大幅に向上します。
バージン材料： 水分含量が50ppm未満の乾燥済みボトルグレードのPETペレットを使用しなければなりません。過剰な水分は加熱中に加水分解を引き起こし、分子鎖が切断されて固有粘度（IV）が著しく低下し、もろいボトルとなる原因になります。
再生材料（rPET）： 食品グレードのrPETを使用する場合、リサイクル回数や混合比率の管理に加え、バージン材とのIV値の一致および色差に十分注意を払う必要があります。互換性のないrPETは、「筋状の模様」や「ムラ」などの外観不良を引き起こし、微細な応力集中点を生じさせる可能性があります。
応力緩和： 射出成形されたプリフォームには、凍結された配向応力および体積応力が含まれています。48時間以上保管することで、ポリマー鎖セグメントの微小なブラウン運動を通じてこれらの応力が完全に解消されます。
前結晶化の防止：保管環境温度が高すぎる場合（例えば、継続的に40°Cを超える場合）、制御不能な前結晶化が誘発される可能性があります。これにより再加熱時に表面に「白濁」が生じ、ブロー成形が困難になります。
II. 加熱および冷却システムの熱力学的原理
多ゾーン加熱の相乗戦略： 複数の独立制御可能な加熱ゾーン（通常6〜10個）を備えた現代のオーブンは、精密な加熱を実現する上で不可欠です。
上部、中部、下部ゾーン制御： 特定のプリフォーム領域に対して異なる加熱が可能になります。上部（ネックフィニッシュ部）はすでに結晶化しているため変形を防ぐために低温が必要です。中部（ボディー部）は最適な延性を得るために最も高い温度を必要とします。下部（底部）は素材が過度に薄くならずに伸びるよう、中程度の温度が必要です。
赤外線放射と熱風循環の相乗効果： 遠赤外線放射はプリフォーム壁内部まで浸透する熱を提供します。強制的な熱風循環は表面温度を均一に保ち、放射距離やプリフォームによる影などの影響で生じる温度差を補正します。
内部冷却： 液体窒素や冷気、高圧空気を超えて、より高度なシステムでは二重壁の金型を用い、冷却媒体（例：冷却水）をキャビティ内を循環させ、内側から外側へ急速に熱を除去できるようにしています。
結晶性制御： 冷却速度はPETの最終的な結晶性を直接決定します。急速冷却（急冷）は結晶成長を抑制し、高い透明性を得られます。緩慢な冷却では大きな球晶が形成され、かすみ（ヘイズ）と脆さが増加します。
III. プロセスパラメータのクローズドループ制御と欠陥マッピング
ストレッチロッドの動作プロファイル最適化：
ストレッチロッドは単なる物理的な伸長ツールではなく、その速度プロファイルが材料分布の制御において重要です。
速度プロファイル： 「S字カーブ」（遅→速→遅）が最適であることが多いです。初期の低速でプリフォーム底部の完全な伸長を確保します。ストローク中盤の高速で効率的な分子配向を実現します。最後の低速は金型底部への衝突を防ぎ、底部のつぶれや肉厚のばらつきを回避します。
プリブローおよびファイナルブローのための圧力タイミングモデル：
これはボトルの「成形プロセス」の核心です。
プリブロー： ストレッチロッドが底部に接触する直前に開始され、パリソンが自らくっつくのを防ぐための「ガスクッション」を形成します。圧力が不足するとボディに凹みが生じ、圧力が高すぎるとパリソンが破裂する可能性があります。
ディレイブロー： ストレッチロッドが最終位置に到達した後、ファイナルブロー前に設けられる短い休止期間です。低圧下で材料が最後に弛緩し、均等に分布することで、肩部および底部の肉厚の均一性を向上させます。
ファイナルブロー： ピーク圧力（通常25～40バール）を加え、高いひずみ速度で材料を金型キャビティに押し当てることで、細部の表面形状を忠実に再現し、冷却によって瞬時に形状を固定します。
代表的な欠陥の原因分析および対策：
欠陥現象 |
考えられる根本原因 |
体系的な解決策 |
ベースでの漂白 |
1. プレブローが早すぎる／圧力が高すぎる
1. プレフォームのベース温度が低すぎる
3. ストレッチロッド速度が速すぎる |
1. プレブロータイミングを遅らせて、プレブロー圧力を低下させる
2. 下部オーブンゾーンの温度を上昇させる
3. ストレッチロッド速度プロファイルを最適化する |
ボディしわ |
1. プレブローが遅すぎる／圧力が不足している
2. プリフォームの全体的または局所的な温度が低すぎる
3. ストレッチロッドの速度と空気圧タイミングの不一致 |
1. プレブローのタイミングを早め、プレブロー空気量を増加させる
2. 当該オーブンゾーンの温度を点検し、較正する
3. ストレッチロッドと空気圧の動作順序を再同期させる |
内部の白濁／かすみ |
1. 素材の過度な延伸（特に薄肉部）
2. 素材の汚染または劣化
3. 微細結晶化を引き起こす不適切な冷却速度 |
1. 薄肉部分に対応するオーブンゾーンの温度を低下させる
2. 材料の純度とドライヤーの性能を確認する
3. 内部冷却圧力およびその持続時間を最適化する |
偏心ベース |
1. ストレッチロッドと金型の位置ずれ
2. クランプ力の不均一
3. プリフォーム首部とクランプ間のクリアランスが大きすぎる |
1. 金型とストレッチロッドの同心度を定期的に調整する
2. クランピングシステムを点検・保守する
3. プリフォームの寸法公差およびクランプの摩耗を確認する |
IV. スマート製造およびサステナビリティ：インダストリー4.0向け
MES（製造実行システム）： MESを統合することで、各機械および金型の生産データ（サイクルタイム、ヒーター温度、圧力プロファイルなど）をリアルタイムで監視および記録でき、完全なトレーサビリティを実現します。
機械学習 応用 :膨大な量の工程パラメータと最終製品の品質データを収集することにより、AIモデルを訓練して最適な工程ウィンドウを予測し、欠陥が発生する前にパラメータを自動的に事前調整することが可能になります。
個別金型温度制御： 異なる金型セクションに独立した高精度の温度制御装置を統合することで、冷却戦略の分離が可能となり、結晶化や収縮に対するより精緻な制御が実現します。
クイック金型交換（QMC）システム： 標準化されたインターフェースと油圧式ロック機構を使用することで、製品のセット替え時間を数分に短縮でき、生産の柔軟性を大幅に向上させます。
・省エネルギーおよびカーボンニュートラルへの道筋：
エネルギー回収システム： ブロー成形用コンプレッサーが発生する熱をプリフォームの予備加熱や空間暖房に回収することで、エネルギー消費を20％以上削減できます。
軽量化設計： CAEソフトウェアを用いたトポロジー最適化や壁厚の最適化により、強度を損なうことなく継続的にボトルの重量を削減でき、プラスチック使用量を源流から低減することが可能になります。
この大幅に拡充されたバージョンは、微視的な材料科学からマクロなスマート製造システムまでを網羅する包括的な知識フレームワークの構築を目指しており、皆様および貴チームにとって深い参考価値を提供することを願っています。特定のサブトピックについてさらに詳しい情報をご希望の場合は、いつでもお知らせください。
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