JP2016530120A - 熱可塑性材料からなる予備成形体又は平面状又は予備成形された半製品を加熱する装置 - Google Patents

Abstract

従来技術から出発し、予備成形物又は半製品の効率的で定義された加熱を達成可能な改良装置の提供を目的とする。熱可塑性樹脂からなる予備成形物、又は、平面状又は予備成形された半製品を加熱するための本発明に従った装置は、その表面に少なくとも1つの第1層又はコーティングが形成された少なくとも一つの本体を備え、その本体は、平面形状に配置された導体ループの形態に少なくとも1つの電気加熱抵抗を有する。

Description

本発明は、熱可塑性樹脂からなるモールド又は平面状又は予備成形された半製品を加熱する装置に関し、詳細には、吹込成形又は成形（熱成形）で使用する特定の予備成形物を加熱する装置に関する。

熱可塑性樹脂又はガラスの製造成形には、延伸ブロー成形プロセスが広く使用されている。特に飲料業界では、非常に多様な形状やサイズの容器、主としてボトルが、この方法を使用して製造されている。上記を受けて、射出成形により製造された予備成形物は、完全に形成された頭部領域（ボトル開口部）と、延伸ブロー成形プロセスで形成された本体とを有するように処理される。過圧又は減圧によって引き延ばされる前に、本体は、最初に、加熱により成形できる状態にされ、その後、延伸バーを用いて機械的に延伸される。局部的に様々な延伸の度合いが、成形プロセスおよび到達された先端形状に応じてこのプロセスで生じるプラスチックの延伸によって発生し、不均一な壁厚分布をもたらす。それにより、このようにして製造されたモールド製品又は容器の機械的負荷又はバリア効果等の特性は、局所的に重大な影響を受ける。従って、できるだけ有効な（通常は均一な）壁厚分布が達成されるように、延伸手順を改善する様々なプロセスを用いた試みがなされている。しかしながら、これは公知の方法で限られた程度のみ実現できることが判明している。公知の方法には、詳細には材料節約（いわゆる軽量化）に関して又は非回転対称のブロー成形品の製造において更なる技術的な障壁が存在し、新たな技術的な解決策が要求される。

指摘された問題を解決する一つのアプローチは、予備成形物を予熱する加熱システムの使用に見ることができる。一般的に、予備成形物の加熱又は昇温は、赤外線放射によって達成される。上記を受けて、使用する放射体は、プラントを連続的に動作させる線形加熱経路を形成するために一列に並んで配置される。上記を受けて、予備成形物は頭部において固定されていることが好ましく、予備成形物は回転するように加熱用トンネルを通過して移動し、この加熱用トンネルにより、予備成形物は周囲が均等に加熱される。上記を受けて、エネルギーの入力は、予備成形物の外側のみで行われる。表面の過熱を避けるために、冷却用の空気が加熱トンネル内に導入され、予備成形物の周囲に流れ込む。これにより、更なる表面冷却が要求され、放射ヒーターのエネルギー効率の低下（約30％）が、記載された加熱プロセスの全体的な効率低下を引き起こす。従って、この効率低下に応じた長さの加熱時間は、事前に定義されたアプリケーションと一緒に加熱経路の最小長さを定義し、予備成形物の深さに達するのに十分に均一な温度プロファイルが要求される。これにより、特に高性能機器における加熱装置については、広い設置表面が必要となる。

以前は、予備成形物の加熱領域についての発明の主な目的は、例えば特許文献１のように、予備成形物の全体にわたり出来る限り均一な温度プロファイルを生成することであった。最近では、定義された不均一な温度プロファイルを予備成形物に入力する様々な可能性が記載されている。このような不均一な加熱の利用により、予備成形物の高い温度依存性の機械的材料特性が原因で、予備成形物の伸縮挙動に直接的な影響が及ぶ。
材料の耐変形性は帯状の温度上昇により局所的に直ちに弱まる。帯状の温度上昇により、成形プロセスの開始時において特に強い伸延がもたらされ、成形プロセスの終了時において薄い壁厚がもたらされる。例えば、モールドのコーナー領域に薄いポイントが発生する時には、これらコーナー領域の「肥厚」を生成するより低温な加熱が原因で反対の挙動が実現される。

定義された温度プロファイル又は温度場を導入するために、本体の長さにわたり様々な強度で分布した放射を利用する加熱装置が、特許文献２から公知である。この装置により、予備成形物が不均一に加熱される。上記を受けて、加熱ゾーン又は加熱領域のみを大まかに定義することは有用でない。また、最大可能温度勾配は移行時に限定されるので、これにより、コーナー等モールド製品のより小さなサイズやより小さな輪郭を有する予備成形物は直ちに影響を受けない。そのうえ、この方法では、半径方向への不均一な加熱が不可能である。

更なる方法が、特許文献３に記載されている。特許文献３の中では、均一な加熱プロセスを局所的な冷却プロセスに追従させることが提案されている。内側に冷却用の表面が形成されたグリッパにより、予備成形物が包含され、その結果として局所的な冷却が生じる。上記を受けて、この方法には更なる処理プロセスが要求され、その結果として、エネルギー効率の更なる低下のみならず、設備増加に伴う複雑さが弊害を生む。加えて、グリップ中における予備成形物表面への損傷は、非常に複雑な移動制御でのみ回避可能である。

帯状に様々な温度分布を生成する更なる方法は、特許文献４に記載されている。特許文献４の中では、レーザーシステムを使用することが提案されている。また、様々な放射線量の導入によって、非常に小さな領域が、より高温又はより低温に設定される。放射線源と鏡誘導システムの導入のための非常に高い投資コストに加えて、光学特性の確保のために制限付きでのみ可能なエネルギーの導入は、この変形例では不利であることもわかる。更に、正確な温度設定のための調整は、高い技術調整労力によってのみ実現される。比較的に長い加熱時間により、長いサイクル時間およびその結果として小さな作業速度がもたらされ、スポット状のエネルギー導入と予備成形物の三次元形状が必要である。

非接触加工工程に加えて、接触を含む熱伝達の手法もある。しかしながら、それら手法は、射出成形プロセスにおけるプラスチック部品の製造方法に関するものに過ぎない。従って、特許文献５には、温度調節可能なモールドを用いてプラスチック部品を製造する装置が記載されている。この装置は、その内側に配置され、プラスチックの導入後に、均一に加熱され均等に冷却される層を有している。

特許文献６は、同様の手法を追求している。この技術的解決法は同様に、射出成形工程において光学レンズ又はプラスチック部品の製造に好んで使用されるキャビティの均一な温度調節を対象とする。上記を受けて、加熱層は均一な平面状のコーティングとして形成され、接触要素を介して電気エネルギーが供給される。

延伸ブロー成形プロセスを活用した射出成形による予備成形物の上流側における製造プロセスに直接的にリンクする改良方法が、特許文献７に開示されている。上記を受けて、鋳型は、吹き込みモールド上に同軸配置され、スタート時に液体プラスチックが充填される。このようにして作成された予備成形物は、鋳型を開放することによりブロー成形され、元の成形に後続して直ちにブロー鋳型に移される。全ての鋳型は元の成形プロセスについての予備成形物の所望の温度プロファイルに応じて温度調整される。上記を受けて、実質的な鋳型の熱質量は、プラスチック化合物の急速な冷却と、予備成形物の局所的な解決済みの温度調整とを打ち消し、弊害を有する。

従って、本発明の目的は、従来技術から出発し、予備成形体又は半製品の効率的かつ定義された加熱を達成できるように改良された装置を提供することである。

その目的は、請求項1の特徴を有する装置により本発明に従って達成される。本発明に従った装置の更なる実施形態は従属項で特定された特徴を利用して実現される。

熱可塑性樹脂からなる予備成形体又は平面状又は予備成形された半製品を加熱する本発明に従った装置は、その表面に少なくとも1つの第1層又はコーティングが形成された少なくとも1つの本体を備え、その本体は、平面に幾何学配置された導体ループが形成された少なくとも1つの電気加熱抵抗器を有する。更に、本体は、接触要素を有し、接触要素を介して、少なくとも1つの加熱抵抗器が電源に接続される。定義された温度プロファイルは、幾何学的に配置された導体ループの結果として生成される。前記温度プロファイルは、外側のコンタクト層を介して転送される。前記コンタクト層は、前記実行される本体上における前記実行される本体の表面との接触により、前記第1層又は前記コーティング上に形成される。上記を受けて、定義された温度プロファイルの予備成形体への転送は、単独で又はそれに加えて、対流及び/又は熱放射線を用いることによる非接触な方法で達成される。この場合、予備成形体は、（単数又は複数の）コンタクト層から間隔をあけて配置される。上記を受けて、半製品の加熱をタッチング接触で達成する場合、複数の加熱抵抗器が少なくとも平面状の半製品に全体的に存在する。

本発明の核心は、接触型ヒーターのように構成されている装置に見出すことができる。本体に生じた温度プロファイルは、本発明に従った別の方法として接触加熱により、対応する予備成形体又は半製品に転送することができる。上記を受けて、半製品は、熱可塑性樹脂からなる対応するフィルム又はプレート又は予備成形済みの要素であり、本発明に従う装置を用いることにより局所的に特定された加熱の後に、少なくとも1つの成形工具を用いて形成することができる。

定義された温度プロファイルの転送を用いた加熱により、空間分解能が、1以上の導体ループの対応する配置、構成、及び寸法によって達成され、付加的な光学要素を使用しなくても、従来の方式で赤外線放射器やハロゲンランプを用いた場合と比べて増加する。この点については、導体ループの導電性領域からの小さな間隔によってコンタクト層の加熱を達成できることが、定義された温度プロファイルの転送を用いて観察されている。

定義された温度プロファイルにより、調整できる電流又は調整できる電圧を接触要素に適用することで達成される結果として、本体の表面上において予め定義され平面状に延びる加熱抵抗器が有する少なくとも1つの導体ループが加熱されることが好ましく、局所的に区別された加熱を達成できることが好ましい。上記を受けて、温度プロファイルは、各々の予備成形体を形成するための寸法及び/又は局所的に様々な必要条件からなる幾何学的設計を考慮しながら定義されるべきである。

上記を受けて、本体及び/又は少なくとも外側の接触面は、実行される本体又は半製品の表面の少なくとも1つの部分領域に対応するように構成され、実行される本体又は半製品の内側表面に対応するように構成されることが好ましい。本体は、温度安定性材料から形成されることが好ましく、セラミック材料又はガラスから形成されることが好ましい。しかしながら、実施形態では、本体を金属又は耐熱性ポリマーで形成してもよい。本体は、他のセラミック材料の中でも、LTCCセラミック材料又はHTCCセラミック材料で形成可能である。導電接続部は、セラミック材料を通過するビアによって形成することが有効である。

本発明に従う装置の利用により、温度プロファイルの再現性が改善される結果として、プロセスが安定し、製品品質が改善される。本発明に従う装置の更なる利点は、必要とされる熱エネルギーや加熱時間の削減、及び、それに関連して短縮されたサイクルタイムにより効率が向上することのみならず、加熱抵抗器の導体ループに沿う局所的高分解能の温度プロファイルによって延伸ブロー成形プロセスの適用範囲が増加することにも見ることができる。

個別に制御可能な複数の加熱抵抗器を有する本体を使用することにより、個々の加熱抵抗器に対応するように適合し、この目的で要求される温度プロファイルのみを設定する制御を実行する点で、予備成形体又は他の製品の幾何学的形状及びその寸法に関して変更された予備成形体又は他の製品への適合が容易に達成される。また、モジュール設計により適合を達成できる。上記を受けて、少なくとも一つの本体は、相互に接続可能な複数の個別モジュールを有し、各々の個別モジュールに存在する少なくとも一つの各々の加熱抵抗器を用いて形成される。個々のモジュールの種類、大きさ、形状、及び、数により、適合するように構成した本体は特定製品の製造に供される。しかしながら、個別モジュールも同様に、異なる設計とすることができる。

そして、各々の加熱抵抗器が同じ設計であり互いに同じ間隔で配置された各々の加熱抵抗器の配置は、一枚岩のような単一の本体としても、個々のモジュールとしても選び出すことができる。上記を受けて、製品についての特定の温度プロファイルへの適合は、もっぱら個々の加熱抵抗器の制御によって達成することができる。

本体によって事前に定義すると好ましい装置の外観に依らず、装置は、本体に形成され又は適合するように構成された少なくとも一つの多層複合体を備えることができる。上記を受けて、第1層に導入され又は適用される加熱抵抗器の導体ループは、電気的に絶縁されたキャリアに適用される添加されたセラミック材料又はポリマー材料を用いて形成できる。加熱抵抗器についての1以上の導体ループは、金属酸化物層又は導電性酸化物層で形成してもよい。電気加熱抵抗器は、1μm〜100 μmの厚さを有し、0.01 mm 〜5 mmの幅を有することが好ましい。

加えて、キャリアは、本体に面する側と熱的に絶縁することもできる。従って、導体ループは、定義された温度プロファイルを形成するために、構造化され、平坦な幾何学的態様で配置される。例えば、本体の表面上の導体ループの蛇行及び/又は螺旋配置のように定義されたパスにより、定義された温帯が生じる。

特に、局所的に区別された温度分布を有する定義された温度プロファイルが対流及び/又は熱放射線の結果として予備成形体上又は半製品上に転送されるように、少なくとも1つの加熱抵抗器又は複数の加熱抵抗器は、対流及び/又は熱放射線を利用することによって、所望の温度プロファイルの転送上に配置、構成、及び/又は動作可能としてもよい。このように、コンタクト層の加熱が特定の領域で行われるように、少なくとも1つの導体ループをそれに応じて本体の表面に導き又は形成してもよい。上記を受けて、そこから出発して、予備成形体又は半製品のある領域が加熱されない、又は、より大きな表面を有する導体ループ又は蛇行配置された導体ループが形成され、及び、隣同士に形成され／配置された導体ループの領域間により小さな距離が観察される領域よりも低い温度に加熱されるように、その他の領域は、加熱されない又はより低温に加熱される。例えば、導電についての様々な断面、及び／又は、局所的に様々な電気抵抗が生じる様々な材料密度を有する導体ループを使用する際には、局所的に区別された加熱も達成することができる。特に、予備成形体に対して適宜配置された1以上の導体ループが様々な電気エネルギー又は電力で作動し、これによって予備成形体又は半製品の領域も様々な温度に加熱されるように、複数の導体ループを個別に制御してもよい。

特に、導体ループに供給される電気エネルギーの局所的に区別された制御又は調節によって達成される局所的に定義された方法でセットされたコンタクト層における温度によって、所望の規定された温度プロファイルが観察され転送される。放出される熱放射線の強さ又は熱伝導によって転送される温度は、各々のエネルギー入力によって局所的に区別された方法で変化する。

熱放射線を利用しつつ加熱効率を高めるには、コンタクト層について適切な材料又は材料の混合物を選択できる。コンタクト層は、対応する材料で被覆してもよい。材料混合物を用いて、適切な化学元素又は化学化合物をマトリックス状に含有してもよく、又は、コンタクト層の中に埋め込んでもよい。上記を受けて、導体ループに印加する電圧、コンタクト層の加熱、必要に応じたコンタクト層上への被覆を用いて、ひいては熱放射線が引き起こされるように、適切な材料又は材料の混合物を選択すべきである。上記を受けて、熱放射線は、少なくとも50％の割合で予備成形体の材料によって吸収される波長域にあり、少なくとも70％の割合で吸収される波長域にあることが好ましく、少なくとも80％の割合で吸収される波長域にあることが特に好ましく、少なくとも90％の割合で吸収される波長域にあることが極めて好ましい。

対流及び/又は熱放射線を用いて加熱すれば、コンタクト層に備わっている要素間を予備成形体も移動することができる。いわば、トンネルは素子を用いて形成され、このトンネルを介して予備成形体は、温度プロファイルの転送のために移動することができる。上記を受けて、予備成形体は、好ましくは並進運動の方向に対して垂直に配向される軸を中心に回転することもできる。しかしながら、予備成形体は、温度プロファイルの転送を達成するために、装置内を移動することもできる。上記を受けて、局所的に区別された加熱はもっぱら外表面で行われる。しかしながら、アーバとして形成された本体を開口部を介して予備成形体の内部に導入する点で、追加的に又は単独で、予備成形体の内周面を加熱してもよい。

例えば、本体表面のインプリントのように、電気加熱抵抗器の導体ループを直接適用することも考えられる。本体上に印刷された導体ループが互いに電気的な影響を受けないように、本体が電気絶縁材料から形成されていれば特に有効である。

定義された温度プロファイル、又は、加熱抵抗器（本体の非一定の断面を介した温度場、又は、導体ループの特定の幾何学的配置による温度場）の唯一の導体ループを使用する加熱帯は、複数の導体ループ（複数の加熱抵抗器）の組み合わせによって形成することができる。個々の導体ループは別途接触でき、その結果として個々の導体ループには互いに独立して電流が印加される。予備成形体又は半製品は、予め定義された温度プロファイル又は加熱レイアウトに従って特に不均一に加熱される。複数の加熱抵抗器の複数の導体ループが使用される場合、本体は、対応する数の接触要素を有し、この接触要素を介して加熱抵抗器の個々の導体ループは、互いに独立して調節可能な電源に接続される。

本発明に従った装置の実施形態では、加熱抵抗器の少なくとも1つの導体ループを、マトリクス状に埋め込むことができる。上記を受けて、例えば、上部コンタクト層は、ガラス材料、セラミック材料又はポリマー材料で形成することができ、外側コンタクト層は、半仕上げの本体表面の予備成形体の表面に適合するように、耐摩耗性、低密着性、良好な熱伝導、及び、好ましくは弾力性のような特性を有するべきであり、又は、外側コンタクト層により、使用する半製品又は予備成形体の厚さ変動を補償すべきである。

第1層とコンタクト層からなる本体に適用され又は本体上に形成される多層構造体は、更にもっと機能的なモジュール又は機能的な層を含んでもよい。従って、本体は、第1層とコンタクト層との間に形成され、流体（気体又は液体）、特には導電性の冷媒を案内するための通路及びポートが形成された第2層を更に有してもよい。熱の中へ又は熱の外へ直接的に導くために、層の1つに又は別途の層に配置されたペルチェ素子を用いてもよい。そして、このようなペルチェ素子には、本体の接触要素を介して電力を供給してもよい。

更に、本体の表面に形成された層又はコーティングの少なくとも一方、及び/又は、その上にある第3層に、温度及び/又は接触圧力を検出するセンサを備え付けてもよい。このような層の導入により、（単数又は複数の）加熱抵抗器の（単数又は複数の）電気的な導体ループの個別の温度検出及び調節が可能になる。電気抵抗は、温度に依存して変化するので、温度決定についての（単数又は複数の）加熱抵抗器において決定してもよい。

有効な付加的機能を、例えば、絶縁層、上部層、保護層及び反射層のような更なる層を用いて達成してもよい。

本発明に従った装置の更に有効な実施形態において、本体、及び、本体に適用され又は本体上に形成されたすべての層又はコーティングは多孔性を有し、及び/又は、真空又は過圧を生成するための空気流を実現できる通路を有している。真空状態では、加熱工程中の接触状態を向上させることができ、熱伝達を最適化できる。これとは対照的に、過圧状態は、例えば、予備加熱の終了後において、放出を確実にできる点で有効である。この放出は、もし温度プロファイルの転送が接触加熱により達成されるとすれば、予備成形体又は半製品の表面を損傷することなく、できる限り良好に行われることが好ましい。また、流体の流れ、特には空気の流れを利用して、局所的に区別された冷却を達成してもよい。従って、例えば流体にさらされ又は対流の影響下にある予備成形体又は半製品の表面領域は、照らされ又は対流の影響下で大幅に高い温度に達することができる。それゆえ、予備成形体の材料又は半製品の材料の熱伝導率を小さくすることにより、予備成形体の材料又は半製品の材料に悪影響をもたらす高い温度勾配が形成される。このような効果は、対応する冷却で無効化してもよい。しかしながら、流体の流れを、予備成形体又は半製品の表面の洗浄、殺菌又は修正に用いてもよい。

更なる有効な実施形態では、装置は、所定の構成を有する更なる本体を備える。更なる本体、及び/又は、その本体の少なくとも外側にある接触面は、第1の本体、及び/又は、第1の本体の少なくとも外側にある接触面に補足する方法で、幾何学的に設計し輪郭形成してもよく、予備成形体の表面の少なくとも一部領域に対応し、好ましくは各々の実行される本体の外側面に対応し、それに接触していてもよい。この実施形態では、第1の本体は、予備成形物の内側の輪郭を介して熱を導入するアーバとして形成することができ、更なる本体は、予備成形物の（単数又は複数の）外側表面の加熱を行うブッシュとして形成することができる。従って、予備成形物をブッシュとアーバとで囲み、反対側に配置された二つの表面によって加熱する点で、予備成形体に加熱処理を施すことができる。上記を受けて、加熱抵抗器の電気的な導体ループも対応して配置され構成されることが望ましい。

温度形成及び温度プロファイル形成に向けて提案された予備成形物の完全なヒートアップに加えて、接触加熱、及び/又は、対流及び/又は熱放射線を利用した加熱により、中間処理工程が実施されてもよい。上記を受けて、前もってベースレベルに温度調整された予備成形物は、まず、コンタクト層又はコンタクト層の表面から出発して、接触、対流、及び/又は、放出された熱放射線によって加熱され、それによって最終的な温度プロファイルに加熱される。

少なくとも第1コンタクト層と外側にあるコンタクト層を含んだ多層複合材料が、加熱処理中に予備成形物の外側輪郭がロールオフされる平坦な表面上に形成される場合、更なる実施形態が有効である。とりわけ、この実施形態は、前もってベースレベルに加熱した予備成形体に対する温度プロファイルのその後の適用にとって更に有効な変形例を表している。

また、予備成形物のハイブリッドなヒートアップについて、更なる従来の加熱源との直接的な組み合わせが有効な実施形態となり得る。従って、例えば既知の赤外線ラジエータ/クォーツラジエータを利用した放射エネルギーの外側への導入、及び、アーバとして形成した第1の本体による内部加熱も考え得る。従って、赤外線放射体の単独使用に関して言えば、内部からの追加の加熱により昇温時間をかなり短縮することができる。

本体又は外側にある接触面の全エリアを予備成形物の表面又は半製品の表面に接触させることは、接触加熱による表面の最適な加熱にとって決定的に重要である。この理由で、本発明に従った装置の本体には公差補正機能が組み込まれる。変形例が本体表面又は本体外側接触面のセグメンテーションを含むことにより、力をロックした方法で、予備成形物又は半製品の表面を本体又は外側にある接触面と全エリアに亘り接触させることが可能になる。このような接触は、例えば、機械的なばね要素（ばね受け）、空気圧バッファ（エアクッション）、又は、油圧バッファを利用することで実行できる。それによって、表面が押圧された場合に、予備成形物の実際の外側輪郭に適合させることができる。このような適合は、外側コンタクト層が柔軟に設計されることにより弾性変形による許容誤差の補正が可能とされる場合に更に有効である。対応する弾性ポリマーはこの目的のために使用してもよい。

同様の動作は、加熱抵抗器の材料又は導体ループの材料のように電気的な導電性と伸縮性を有する高分子材料を使用することによっても実現できる。これにより、同様に伸縮性のある加熱層（第1層）を、外部から適用された力によって予備成形物又は半製品の表面に適合させることが可能になる。また、加熱された表面は、適用された圧力負荷により拡張されてもよく、変形可能な多層複合体により予備成形体の表面に押圧されてもよい。

本発明に従う装置を利用することにより、熱可塑性樹脂から形成され、加熱工程の後に、延伸ブロー成形プロセス又はブロー形成プロセスに供給される予備成形物と半製品を好もしく加熱することができる。しかしながら、ガラス、金属、繊維系材料、これらの複合材料から形成した予備成形物及び半製品を加熱してもよい。

本発明を使用した場合、予備成形体の加熱に回転が不要になることが可能性として起こり、それにもかかわらず、各々の予備成形体の全体で必要とされる表面に亘って又は各々の予備成形体の対応する体積領域に対する十分な加熱を達成し得る。それによって、技術的な装置に対する労力を削減できるとともに、影響を受け易い回転駆動の必要がなくなる。

また、非回転対称の予備成形体を、従来の技術的解決法では実現不可能であるか、又は、不十分な程度にしか実現できない所望の温度プロファイルの発生から温度差無しに、所望の定義された形態で有効に加熱することができる。

本発明において、印刷法を利用して製造することのできる多次元セラミック加熱システムは、熱可塑性樹脂からなる予備成形体又は半製品のヒートアップ（局所的に区別された加熱）に使用することが可能である。この目的のために、薄層形状の薄型加熱導体が、セラミック又は絶縁された金属板上に印刷される。加熱抵抗器は、数マイクロメートルの厚さと、１０分の１ミリメートルの幅を有する細線状又は蛇行状の電気的な導体トラックによって特徴付けられる。ここでの入熱は、表面（加熱パターン）上における加熱能力がほとんどない設計機能により、特に局所的に制御され、また規制される。加熱回路、又は、各々一つ以上の加熱抵抗器が形成された様々な加熱回路を実装し個別に制御することが考えられる。それに応じて、ピクセルのように加熱抵抗器又は加熱回路を設計したり、それらを行列の形態で配置したりすることが可能になる。更に、多層加熱システムのような設計により、加熱抵抗器と、機能層（センサ、絶縁領域又は熱伝導領域、ペルチェ素子等を有する層）の垂直方向の追跡が可能になり、これにより、高度なフレキシブル化を達成できる。可能性として考え得る設計を図7に示す。

上記を受けて、接触面と半製品との間の接触と、放射又は対流を介した接触の双方で、エネルギーの移動が実現される。加熱抵抗器の温度依存抵抗は、更なる機能面を実現できる温度センサを使用した場合と同じ程度に温度を検出及び調整できるものを使用できる。加熱抵抗器の比較的小さい断面、及び、本体の熱デカップリングの結果、高度な動的温度調整が可能になる。更には、パルス加熱のような加熱抵抗器の操作が可能になる。個々の加熱抵抗器の制御により、隣接する加熱抵抗器について目的とされる温度を考慮することができる。

とりわけ、電気制御は、パルス調整のようなアナログ的な手法で行うことができる。上記を受けて、各々の加熱抵抗器又は各々の加熱回路は、個別に独立した個々の電源パック及び／又はレギュレータによって電源供給を受けてもよく、あるいは、電源パック又はレギュレータの組み合わせによってグループごとに動かしてもよい。上記を受けて、複数の加熱抵抗器又は複数の加熱回路の間のラインにおける高度な動的中継による短いエネルギーパルスのみを用いて、一つ一つの加熱抵抗器又は加熱回路毎に電源供給することが考えられ、従って、電気的なパフォーマンスの最小化を達成することが考えられる。

高度なフォーマット柔軟性は、様々なレベルにある様々な加熱抵抗器の配置によって達成することができる。

プラスチックの部分的なヒートアップ/加熱の使用により、形成時における壁厚分布に影響を与えることが可能になり、均一な壁厚分布を得ながら熱成形における延伸ロッドの使用を不要にすることが可能になる。壁厚分布は、複数の加熱領域に亘る温度分布によってのみ制御することができる。更には、予熱工程のエネルギー効率を特定のエネルギー伝導によって向上させることができる。

ラジエーターヒーターを実装した部分的ヒートアップ法と比較して、熱可塑性の半製品における吸収能力は、半製品の加熱に影響を及ぼさない。熱接触ヒーターを利用すれば、半製品における熱伝導率はヒートアップ動作において決定的な影響を有し、これにより、例えば、高い温度勾配を達成することができ、ひいては極端に定義された温度場の導入を促進できる。

多層設計の導入により、高度な機能統合が可能になる。従って、高分解能センサを例えばアクティブポイントに直接配置することが可能になり、又は、高い温度勾配を熱伝導性のレベル又は絶縁レベルによって達成することが可能になる。

本発明に従った「マトリックスヒーター」の形態により、高度なフォーマット柔軟性が可能になる。このことは、プラスチック加工工場における予熱機構のフレキシブル化に決定的に貢献し、ひいては、装着時間の最小化に決定的に貢献する。更に、モールド品の品質性能のインライン検出、及び、機械制御への復帰による温度プロファイルの局所的な適応により、品質変動を能動的に応答させることができる。

制御についての温度センサの使用により、加熱温度の指標となる加熱抵抗器の電気抵抗における温度依存性の利用を省略することが可能になる。従って、入力エネルギーを直接的に検出し制御してもよい。

複数の加熱抵抗器の設計において、複数の電気的な導電トラックの位置及び寸法は、各々の加熱性能が所望の位置において到達できるように算定することができる。本発明に従った装置は、小さいサイズやキャリア成分の熱デカップリングにより、小さな熱容量を有している。従って、予備成形体及び半製品のヒートアップにおいて、高効率及び高度な動的温度管理を実現できる。

本発明に従った装置について、図面及び実施例を参照して以下に更に詳細に説明する。上記を受けて、個々の技術的特徴又は様々な例の実施形態は互いに組み合わせることができる。従って、接触加熱による予備成形体又は半製品への温度プロファイルの転送を、対流及び/又は熱放射線を使用する間の局所的に区別された加熱に組み合わせることができる。上記を受けて、予備成形体又は半製品の表面領域は接触加熱により加熱され、他の表面領域は対流及び/又は熱放射線によって加熱される。

同軸体を有する本発明に従った装置の例を表示した断面図である。 本体を有する本発明に従った装置の別の例を表示した断面図である。 幾何学的に平面的な形態で配置した複数の加熱抵抗器における複数の導体ループの例を表示した概略図である。 延伸ロッドを使用した「延伸ブロー成形プロセス」の適用例を表示した複数の断面図である。 予備成形体の外側表面領域への温度プロファイルの非接触による転送が達成される例を表示した概略断面図である。 予備成形体の外側及び内側の表面領域への温度プロファイルの非接触による転送が達成される例を表示した概略断面図である。 本発明に使用される本体を表示した断面図である。 複数の円形の加熱抵抗器と、個々の加熱抵抗器の例を表示した平面図である。 蛇行した導電トラックを有する個々の加熱抵抗器のみならず、行と列とによる配置（アレイ配置）に配置された複数の加熱抵抗器を有する本体の平面図である。

図1は、同軸配置された二つの本体1.0と本体2.0の間に保持された予備成形体3を加熱する本発明に従った装置の断面図を示している。詳細図Aに示されるように、本体1.0は、第1層1.1及びコンタクト層1.3を有している。第1層2.1及びコンタクト層2.3は、本体2.0において対向配置された表面に同じように形成されている。面積式の幾何学的形態で配置された導体ループの形態中の各々の電気加熱抵抗器は、本体1.0及び本体2.0の二つの第1層1.1及び第1層2.1の各々に形成されている。更に、本体1.0及び本体2.0の双方は、複数の加熱抵抗器を互いに独立して各々の電源1.2 及び電源2.2に接続する接触要素（図示せず）を備えている。本体1.0及び本体2.0の加熱抵抗器に対して調節することができる電流の適用に関しては、各々の幾何学的に配置された導体ループの結果として、各々の定義された温度プロファイルが生成される。温度プロファイルは、少なくとも主に、予備成形体3への熱伝導によって転送され、各々の場合に、予備成形体3の表面に接触することにより、第1層1.1及び第1層2.1に形成された外側のコンタクト層1.3とコンタクト層2.3を経由して転送される。

本例示では、予備成形物は、PET（ポリエチレンテレフタレート）ボトルの予備成形物であり、形成された予備成形物は、アーバとして設計された本体1.0と、ブッシュとして設計された本体2.0とによって完全に囲まれている。上記を受けて、達成可能な昇温速度により、電源1.2及び電源2.2を介して制御されるパルス動作が可能になる。それによって、エネルギーが転送サイクル中又はアイドルサイクル中に保存される。

各々の第1層1.1及び第1層1.2は、コンタクト層1.3及びコンタクト層2.3と同様に、予備成形体3の表面上への接触圧力を補償する熱伝導性の高分子材料から形成される。上記を受けて、複数の加熱抵抗器の複数の導体ループは各々が、層1.1及び層2.1に平面的に蛇行した形態で配置され又は埋め込まれる。

図2は、本発明に従った装置の更なる実施形態を示しており、アーバとして形成された本体1.0のみが、予備成形体3の内面への温度プロファイルの転送に使用される。この実施形態では、予備成形体3のハイブリッドなヒートアップのための更なる加熱源4との直接的な組み合わせが備わっている。ここでの更なる加熱源4は、放射エネルギーを用いて予備成形物の外表面を加熱することのできる赤外線放射体として構成される。

図3は、複数の加熱抵抗器の複数の導体ループが幾何学的に平面的な形態で配置されている層1.1の詳細を示している。図に示す３つの導体ループの各々は、各導体ループに互いに独立して電力を供給することのできる各電源（図示せず）に接触要素（図示せず）を介して個々が接続されている。この例では、導体ループが平面波状に形成される。しかし、導体ループの更なる平面幾何学的構造、例えば、螺旋状の幾何学的構造も可能性として考えられ、平面構造が平面的な形態で規則的又は不規則に分布してもよい。

実施形態は、本体1.0を延伸ブロー成形プロセスで使用される延伸バーとして構成した図4に示されている。詳細図Cに示すように、本発明に従った延伸バー1.0は、第1層1.1及びコンタクト層1.3を用いて構成され、第1層1.1は、導体ループが延伸バー1.0の周りに螺旋状に巻かれた加熱抵抗器を有している。この例では、延伸バー1.0周りの導体ループの巻線は、延伸バー1.0の頭部領域に集中している。加熱抵抗器は、調節することができる電源1.2に延伸バー1.0の接触要素（図示せず）を介して接続される。延伸バー1.0は、調節することができるフィードによって矢印の方向に移動し、予備成形体3は、フィード終了位置に到達するまで矢印の方向に延伸される。温度プロファイルは、延伸バー1.0の頭部領域に形成されているので、フィード中、すなわち、予備成形体3の延伸中、予備成形物の特性を一定に保つことができる。更に、今日では通常、流体を用いて加熱される加熱バーとは対照的に、局所的に不均一な加熱のみによって延伸バー1.0の温度調整が可能である。

しかしながら、この実施形態では、本体1.0及び/又は本体2.0が第2層を更に含むことも考え得る。第2層は、各々の第1層1.1及び第1層2.1と各々のコンタクト層1.3とコンタクト層2.3との間に形成され、第2層には、冷却水の導通のための通路及びポートが形成される。同様に、本体それ自体も流体を導くための通路を有することができる。

上記を受けて、本発明に従った装置の使用は、延伸ブロー成形プロセスに限定されず、むしろ、装置の一般的な引抜加工／延伸加工、例えば、熱成形プロセスにおけるスタンプによる機械的な事前の延伸加工に適している。

更なる有効な実施形態では、本発明に従った装置は、射出成形/延伸ブロー成形プロセスを組み合わせた温度調整システムとして使用することもできる。上記を受けて、第一及び第二の本体は、すなわち、アーバとブッシュは、それらが一緒に、完全な鋳型として、又は個別に成形型の構成要素として機能するように構成することができる。従って、少なくとも1つの第1層とコンタクト層からなる多層複合体は、本体のキャビティの表面の一部分のみに形成できる。従って、指定された実施形態では、射出成形/延伸ブロー成形プロセスを組み合わせて使用できる。上記を受けて、まず、プラスチック溶融物は、定義されたディファレンシャルな方法で加熱されたコンタクト層の上に直接注入され、コンタクト層の幾何学的形状は射出成形金型として機能する。また、少なくとも第1層とコンタクト層からなる多層複合体はわずかなサーマルマスを有するにすぎないので、小さいエネルギーで鋳型全体（プラスチック全体）の冷却を開始しなければならないが、上記のような冷却システム（本体中の冷却液又はペルチェ素子）又は（多層複合体の構成要素としての）冷却層を使用すれば、形態全体の迅速かつ定義された冷却を達成することができる。従って、本発明に従った装置における本実施形態により、予備成形物の特性を設定するために一時的に特定の方法で制御される冷却の好適な実現を可能にする。

プロセスパラメータと所定の温度プロファイルに従った予備成形物の温度調整は、冷却工程の下流で行うことができる。そして、温度調整された予備成形物は、延伸ブロー鋳型に移され、複数の部品で設計されたブッシュによって成形される。

上記を受けて、アーバは、予備成形物の内側からの入熱に有効に機能することに加えて、延伸ブロー成形工程の延伸バーとしても機能する。また、局所的な温度調節は、温度調節も可能な表面による延伸工程中にも行われる。多層複合体が多孔質な通気性材料から製造される場合には、成形に必要な圧縮空気を、より一層、予備成形物の内部空間に導入することができる。

図5に示す例では、予備成形体3は、互いに平行配置された2つの要素4間を移動することができる。上記を受けて、予備成形体3の移動方向は、図面の平面又はその反対面に延びる。更なる要素4が下側に配置されている。要素4には、コンタクト層1.3が備わっている。波線で示すように、コンタクト層1.3は、対流又は熱放射線による加熱のために局所的に様々な電気エネルギーが存在するように、局所的に区別された方法で制御される。波線の間隔が大きい領域よりも、波線がより密接に配置された領域で、より高い温度が予備成形体3に到達する。この例では、従って、所望の温度プロファイルは、予備成形体に対して非接触加熱により転送される。上記を受けて、加熱は外表面から起こる。

直進運動では更に、予備成形体3中央の長手方向軸の周りで予備成形体3が回転する。長手方向軸は、互いに対向して配置された二つの要素4と平行に整列される。

図6に示す例では、予備成形体3の加熱と、予備成形体3への所望の有効な温度プロファイルの転送は、予備成形体3の外側表面だけで起こるわけではない。加えて、アーバは、予備成形体3の内部へ開口部を通って案内可能な本体1として存在する。この例における加熱は、コンタクト層1.3及びコンタクト層2.3から放射された対流及び/又は熱放射線による所望の温度プロファイルの転送によって行われる。またここでは、予備成形体3の局所的に区別された加熱を波線で示している。

その他の点では、同一の要素は、他の図と同じ参照番号によって特徴付けられる。

図7は、複数の層で形成された本体1.0の断面図を示している。上記を受けて、複数の加熱抵抗器5が、接触を向上させるために非粘着性及び柔軟性を有するコンタクト層1.1の直下に形成されている。もし放射又は対流を使用するとすれば、コンタクト層1.1は適合された放出係数を有するべきである。

複数の加熱抵抗器5は、例えばLTCC又はHTCCセラミック材料のボードのようなセラミック基板上に銀を含むペーストを印刷することによって銀で形成された導電トラックである。加熱抵抗器5の導電性接続、及び、温度センサやペルチェ素子のように電気的接続を必要とする他の要素6の導電性接続は、それ自体公知のビア5.2、5.3によって達成できる。また、更なる加熱抵抗器は、コンタクト層1.1の直下に配置された図示の加熱抵抗器5からオフセットして配置されることが好ましい図示されていない形態の更なるレベルにも存在することができる。

この例では、温度センサ6は、加熱抵抗器5の下面に配置されている。ここでは、金属から形成され、効率を向上させることができる連続反射層又はバリア層7は、平面下方に配置されている。

バリア層7の下には順番に冷却用の層8がある。この層8を介して、空気又は水等の冷却媒体が通路9.1に導出され、又は、ペルチェ素子9.2は層8に配置される。

この例では、多孔質層10は、熱デカップリングの実現、及び、必要に応じて、圧力差を利用したガス透過性の実現のために層8に隣接している。

図8は、本体1を形成する可能性として考え得る例として、円形型加熱抵抗器5とその中央にある円形型加熱抵抗器5を示した平面図である。図面下側に示されるように、加熱抵抗器5は、0.02 mmの幅と10μmの厚さを有する銀からなる複数の導電トラック5.1を用いて形成される。各導電トラック5.1は、図中の異なる陰影で示される局所的に区別された加熱のために互いに時間的なオフセットが適用された電圧を有するように、各々が個別に制御される。しかしながら、複数の加熱抵抗器5は、同時に印加される電圧も有することができる。しかしながら、個々の加熱抵抗器5には種々のエネルギーが使用される。上記を受けて、共通のレギュレータを使用する場合と異なった方法で、複数の加熱抵抗器5を制御することが可能である。

図9は、複数の加熱抵抗器5がn行m列の行列に配置されて存在する本体1の平面視図である。また、これらの加熱抵抗器5は、各々が、図8の例のように、説明の一般的な部分に応じて個別に制御できる。これらの加熱抵抗器5は、各々が個別に接触する。この例では、個々の加熱抵抗器5は蛇行した形態の導電体トラック5.1によって形成されている。

互いに隣接配置された加熱抵抗器5は、局所的な所望の温度や瞬時的な温度に依存しており、その近傍に少なくとも一つで操作されることを一般的に述べることができる。熱伝導は、隣接する加熱抵抗器5の時間的オフセットをアクティブ化することによって、加熱のために使用することができる。そして、必要な総エネルギーは、それによって減少させることができる。

DE 10020410 B4 DE 19736462 C2 DE 102010048211 A1 DE 10106607 A1 EP 0713755 B1 EP 2269793 A1 DE 102010001096 A1

Claims (19)

1. 熱可塑性樹脂からなる予備成形体又は平面状又は予備成形された半製品を加熱する装置であって、
   その表面に少なくとも1つの第1層又はコーティング（1.1,2.1）が形成された少なくとも1つの本体（1.0,2.0）を備え、前記本体（1.0,2.0）は、幾何学的に平面的な形態で配置された導体ループが形成された少なくとも1つの電気加熱抵抗器（5）を有し、
   更に、前記本体（1.0,2.0）は、接触要素を有し、前記接触要素を介して、少なくとも1つの加熱抵抗器（5）が電源（1.2,2.2）に接続され、定義された温度プロファイルは、幾何学的に配置された（単数又は複数の）導体ループの結果として生成され、前記温度プロファイルは、予備成形体（3）又は半製品の表面との接触により、及び／又は、対流及び/又は熱放射線を用いることによる非接触な方法により前記第1層又はコーティング（1.1,2.1）上に形成された外側コンタクト層（1.3,2.3）を介して前記予備成形体（3）又は前記半製品に転送され、前記定義された温度プロファイルの転送においては、前記予備成形体（3）又は前記半製品は（単数又は複数の）前記コンタクト層（1.3,2.3）から間隔をあけて配置され、加熱を少なくともタッチング接触で達成しようとする場合、複数の加熱抵抗器（5）が全体的に平面状の半製品に存在する装置。
2. 請求項１に記載の装置において、
   前記本体（1.0,2.0）及び/又は少なくとも前記外側コンタクト層（1.3,2.3）は、前記予備成形体（3）又は前記半製品の表面の少なくとも1つの部分領域に対応し、好ましくは前記予備成形体（3）の内表面に対応することを特徴とする装置。
3. 請求項１又は２に記載の装置において、
   少なくとも１つの電気加熱抵抗器（5）が、添加されたセラミック材料又はポリマー材料から形成され、又は、電気的に絶縁されたキャリア層の上に塗布され又は当該キャリア層の内部に埋め込まれた電気的に導電性のある金属層又は酸化物層で形成され、
   前記キャリア層が、前記本体（1.0,2.0）に面する側と電気的に絶縁されることを特徴とする装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の装置において、
   電気加熱抵抗器（5）は、1μm〜100 μmの厚さを有し、0.001 mm 〜5 mmの幅を有することを特徴とする装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の装置において、
   （単数又は複数の）電気加熱抵抗器（5）の導体ループが、
   前記本体（1.0,2.0）の表面上に、パス状、蛇行配置及び/又は螺旋配置のように形成されることを特徴とする装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の装置において、
   （単数又は複数の）電気加熱抵抗器（5）の導体ループが、
   前記本体（1.0,2.0）の表面上に直接印刷されることを特徴とする装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の装置において、
   前記外側コンタクト層は、ガラス材料、セラミック材料又はポリマー材料から形成されることを特徴とする装置。
8. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の装置において、
   前記本体（1.0,2.0）は、前記第1層（1.1,2.1）と前記コンタクト層（1.3,2.3）との間に、流体を導くための通路及びポートが形成された第2層を更に備えることを特徴とする装置。
9. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載の装置において、
   前記本体（1.0,2.0）の表面に形成された層又はコーティングの少なくとも一方、又は、その上の第3層、又は、温度決定について決定することができる（単数又は複数の）加熱抵抗器（5）の電気抵抗に、温度及び/又は接触圧力を検出するためのセンサが配置されたことを特徴とする装置。
10. 請求項１乃至９のいずれか１項に記載の装置において、
    前記本体（1.0,2.0）、及び、前記本体に適用され又は前記本体上に形成されたすべての層又はコーティングは多孔性を有し、及び/又は、通路を有し、この通路を通じて、真空又は過剰な圧力を生成するため流体、特には空気流が実現されることを特徴とする装置。
11. 請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の装置において、
    前記装置は、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の更なる本体（2.0）を備え、
    前記更なる本体（2.0）、及び/又は、前記更なる本体（2.0）の少なくとも外側のコンタクト層（2.3）は、前記第1の本体（1.0）に補足され、及び/又は、前記第1の本体（1.0）の前記外側コンタクト層（1.3）に少なくとも補足され、前記予備成形体（3）又は半製品の表面の少なくとも一部の領域に対応し、好ましくは前記予備成形体（3）又は半製品の外側面に対応し、それに接触していてもよいことを特徴とする装置。
12. 請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の装置において、
    少なくとも1つの加熱抵抗器（5）又は複数の加熱抵抗器は、局所的に区別された温度分布を有する定義された温度プロファイルが、熱伝導、対流及び/又は熱放射線の結果として前記予備成形体（3）上又は前記半製品上に転送されるように、配置され、構成され、及び/又は動作可能とされることを特徴とする装置。
13. 請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の装置において、
    複数の加熱抵抗器（5）は、個別に制御可能であることを特徴とする装置。
14. 請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の装置において、
    前記加熱抵抗器（5）は、パルス状に制御され、及び／又は、各々の加熱抵抗器の領域における各々の温度に依存して、又は、隣接する加熱抵抗器（5）の領域に依存して制御されることを特徴とする装置。
15. 請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の装置において、
    少なくとも本体／各本体（1.0,2.0）は、セラミック材料から形成され、電気的に導電性のある接続は、材料中のビアによって達成されることを特徴とする装置。
16. 請求項１乃至１５に記載の装置において、
    少なくとも本体／各本体（1.0,2.0）は、LTCCセラミック材料又はHTCCセラミック材料から形成可能であることを特徴とする装置。
17. 請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の装置において、
    少なくとも一つの本体（1.0,2.0）が、相互に接続可能な個別のモジュールを複数有して形成され、少なくとも一つの加熱抵抗器（5）が、個々のモジュールの各々に存在することを特徴とする装置。
18. 請求項１乃至１７に記載の装置において、
    前記予備成形体（3）は、コンタクト層（1.3,2.3）に備え付けた要素（4）間を通り抜けて又は要素（4）間の内部を移動可能であり、及び／又は、本体（1.0）は、前記予備成形体（3）の内部を移動可能であることを特徴とする装置。
19. 請求項１乃至１８のいずれか１項に記載の装置において、
    前記コンタクト層（1.3,2.3）は、
    前記予備成形体（3）又は前記半製品の材料によって少なくとも50％の割合で吸収される波長域で前記熱放射線が放出されるように構成され、コーティングが施され、及び／又は、動作可能とされることを特徴とする装置。

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