JP2019520232A - ポリマー材料で作られる物品を製造する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【解決手段】融点（ＴＦ）を有するポリマー材料から物品を製造する機器は、ポリマー材料を融解する融解装置（２）と、融解装置（２）が融解するポリマー材料を、融点（ＴＦ）より低い温度に冷却する熱交換器（６）と、熱交換器（６）の下流に配置され、ポリマー材料の温度を融点（ＴＦ）より低い温度としながらポリマー材料から物品を形成する金型と、熱交換器（６）と関連付けられる熱回収装置（１６）と、を備え、熱回収装置（１６）はポリマー材料が熱交換器（６）に放出する熱の少なくとも一部を回収するように構成される。【選択図】図１

Description

本発明は、特に圧縮成形によって、ポリマー材料で作られる物品を製造する方法及び装置に関する。

本発明の方法及び装置により製造可能な物品は、例えば、容器用のキャップ、容器をブロー成形又はストレッチブロー成形により加工するためのプリフォーム、又は容器自体とすることができる。

本発明の方法及び装置により処理可能なポリマー材料としては、圧縮成型に使用可能な任意の材料を使用することができ、特に、ポリプロピレン（ＰＰ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）又はポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の半結晶性材料が挙げられる。より一般に、本発明の方法及び装置は、結晶化温度及び／又はガラス転移温度よりも高い融点を有する任意のポリマー材料を処理するために使用可能である。

従来、半結晶性ポリマー材料の圧縮成型によって得られる物品は、金型内にポリマー材料のドーズを、ポリマー材料の融点よりも高い温度下で装入することにより製造される。そのドーズは、金型における雄型部及び雌型部の間で成形して所望の物品に加工し、その後金型内で冷却して最終的に金型から取り出される。

特許文献１（欧州特許第１２６５７３６号明細書）は、物品を半結晶性ポリマー材料の圧縮成型により形成する方法を開示している。この場合、ポリマー材料を押出成形機内において、各自の融点よりも高い温度に達するまで加熱する。次に、ポリマー材料を加工温度下まで冷却する。この加工温度は、融点よりも低いが、冷却中に結晶化が開始する結晶化開始温度よりも高い温度である。このように冷却されたポリマー材料から、所定量のドーズが得られる。そのドーズを金型内に導入し、雄型部及び雌型部の間で成形する。ポリマー材料が金型内で成形される間、金型温度を結晶化開始温度の近傍値に維持する。次に、ポリマー材料の成形により得られた物品を冷却した後、金型から取り出す。

特許文献１に開示されている方法は、ドーズが金型に融点よりも高い温度下で導入される従来方法と対比した場合に、サイクルタイムを短縮可能とするものである。ポリマー材料のドーズを、融点よりも低いが結晶化開始温度よりもわずかに高い加工温度下で金型に導入すれば、成形された物品を、加工温度から、成形物品が金型より損傷なしに取り出し可能となる温度まで冷却するために必要とされる時間が短縮する。

欧州特許第１２６５７３６号明細書

しかしながら、特許文献１に開示されている方法は、とりわけこのような方法を実行するために使用される装置のエネルギー効率の点において、更なる改善の余地がある。

本発明の目的は、特にポリマー材料とりわけ半結晶熱可塑性ポリマー材料のドーズを圧縮成型することにより、物品を製造する方法及び装置を改善することである。

更なる目的は、特にポリマー材料とりわけ半結晶熱可塑性材料のドーズを圧縮成形することによって、物品を製造する方法及び装置のエネルギー効率を向上させることである。

他の目的は、特に圧縮成型による、ポリマー材料製物品の製造を、現状技術に対して省エネルギーを確保しながら、高速化できる方法及び装置を提供することである。

本発明の第１態様では、ポリマー材料を融解する融解装置と、融解装置が融解するポリマー材料を、融点より低い温度に冷却する熱交換器と、ポリマー材料の温度を融点より低い温度としながらポリマー材料から物品を形成する金型と、を備える、融点を有するポリマー材料から物品を製造する機器であって、機器は熱交換器と関連付けられる熱回収装置を更に備え、熱回収装置はポリマー材料が熱交換器に放出する熱の少なくとも一部を回収するように構成されることを特徴とする、機器が提供される。

熱回収装置は、融解したポリマー材料が熱交換器に放出する熱の少なくとも一部を、更なる用途に利用可能とでき、ひいては熱の当該部分が周囲に分散されることを妨げることができる。したがって、高いエネルギー効率を有する装置を得ることができる。

言い換えれば、回収した熱を他の用途に向け得るために、ポリマー材料が放出する熱を少なくとも部分的に回収するように、ポリマー材料が融解装置と金型との間で冷却されるという事実から利点が得られる。

さらに、本発明の第１態様に従う機器は、既知の機器に対して生産性を著しく向上させることができる。特に、ポリマー材料を金型内部で成形することでポリマー材料でできた物品を製造するのに必要な時間を、技術水準に対して大幅に減少させる。

実際に、ポリマー材料を融点より低い温度で金型に挿入することで、形成される物品を取り扱いが可能であり、そのうえ金型から損傷させること無く取り出すことができる温度まで冷却するのに必要な時間が減少する。したがって、サイクルタイムが減少する。

一実施形態では、熱回収装置は、回収した熱を、機器で更なる用途に利用可能とするように構成される。

このように、機器を適切に動作させるために外部から機器に供給する必要があるエネルギー量を減少させることができる。

一実施形態では、熱回収装置は、融解装置の上流のポリマー材料の粒状体を予熱する予熱装置と接続される。

このように、融解装置がポリマー材料を融解できるように融解装置に供給する必要があるエネルギーを減少させる。実際に、融解装置は、ポリマー材料の粒状体を周囲温度より高い温度で受け取り、これにより、粒状体の温度を融点にするために粒状体に供給する必要がある熱を減少させる。

一実施形態では、熱回収装置は、熱を融解装置に直接放出するように、融解装置に接続される。

この場合にも、融解装置内でポリマー材料を融解するのに必要な熱の一部を、融解したポリマー材料が熱交換器に放出する熱から回収するため、機器の外部から融解装置に供給する必要があるエネルギーを減少させる。

一実施形態では、金型は、ポリマー材料のドーズから物品を圧縮成形するように構成される。

機器は特に、熱交換器から来るポリマー材料の流れから、ポリマー材料のドーズを切断する切断要素を備え得る。

本発明の第２態様では、ポリマー材料を融解する融解ステップと、融解したポリマー材料を融点未満に冷却する冷却ステップと、ポリマー材料の温度を融点未満としながら、ポリマー材料から物品を形成する形成ステップとを含む、融点を有するポリマー材料から物品を製造する方法であって、冷却ステップの間、ポリマー材料が放出する熱の少なくとも一部を回収し、更なる用途に利用可能とすることを特徴とする、方法が提供される。

本発明の第２態様によって提供される方法によって、本発明の第１態様に従う機器に対して上述した、エネルギー効率及びサイクルタイムを減少させる観点における利点が得られる。

圧縮成型により物品を製造する機器を示す模式図である。 特定種のポリプロピレンの結晶化度の変化を時間の関数として示すグラフである。 図２のポリプロピレンに関連して、結晶化質量割合の変化を時間の関数として示すグラフである。 図２のポリプロピレンに関連して、材料質量の５０％の結晶化を達成するために必要とされる時間の変化を温度の関数として示すグラフである。 図１の装置において、ポリマー材料の温度の変化を時間の関数として模式的に示すグラフである。

本発明は、例示的かつ非限定的な実施形態を示す添付図面を参照すれば、より良好に理解され、かつ実施可能である。

図１は、ポリマー材料のドーズの圧縮成型により物品を製造する機器１を示す。

機器１により製造される物品は、容器用のキャップ、若しくは容器自体、若しくはブロー成型やストレッチブロー成型により容器を形成するためのプリフォーム、又は、より広義には任意の凹状若しくは平坦な形状の物品として構成することができる。

機器１で使用されるポリマー材料としては、圧縮成型することのできる任意のポリマー材料、特にポリプロピレン（ＰＰ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）又はポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の半結晶性材料が挙げられる。

半結晶性材料は、固相状態で結晶質と非晶質とが混在する材料である。

半結晶性ポリマー材料については、融点Ｔ_Ｆと結晶化温度Ｔｃを規定することができる。

特に、融点Ｔ_Ｆは、加熱されたポリマー材料が固相から溶解状態に移行する温度である。

また、結晶化温度Ｔｃは材料の一部が冷却の間に結晶化する温度である。結晶化温度Ｔｃは、融点Ｔ_Ｆよりも低温である。

より厳密に言えば、結晶化は特定の温度下ではなく、結晶化開始温度Ｔｉｃと結晶化完了温度Ｔ_ＦＣとの間の温度範囲内で生じるものである。

なお、結晶化温度Ｔｃや、結晶化開始温度Ｔｉｃと結晶化完了温度Ｔ_ＦＣとの差は、所与の材料について一定ではなく、材料の冷却条件に依存する。特に、融解したポリマー材料を維持する温度が低いほど、ポリマー材料の結晶化はより急速に生じる。更に、融解したポリマー材料をより迅速に取り扱うほど、結晶化の生じる温度範囲が低下する。

このことは、ポリプロピレン試料について示差走査熱量計（ＤＳＣ）により行った分析結果を示す図２のグラフによって確証される。分析対象とした材料試料は、融点よりも高い温度まで加熱され、その温度下で試料を数分間だけ保持して試料中に存在する全ての結晶を融解させた。次に試料を所定温度まで冷却し、その所定温度に各試料が結晶化を生じるに必要とされる時間だけ試料を保持した。そして、各試料について結晶化時間及びその態様を検証した。

図２は、分析された試料が結晶化ステップの間に放出するエネルギーを、時間の関数として示すものである。

特に、カーブＡは最低温度、すなわち１０８℃まで冷却された試料を指す。この試料では、分析された他の試料よりも結晶化が短い時間で、より低い温度範囲において生じた。カーブＡは、分析されたすべての試料のうちで最も狭い発熱結晶化ピークを示す。これは、当該試料における結晶化開始温度Ｔｉｃと結晶化完了温度Ｔ_ＦＣとの差が、分析された他の全ての試料に関して最低であることを意味する。

これに対して、カーブＢは最高温度、すなわち１１５℃まで冷却された試料を指す。この試料では、結晶化プロセスが生じなかった。試料を高い温度下で保持したため、試料を観察する期間内に結晶が形成されなかったからである。

これは、より低い温度を維持した場合にポリマー材料がより急速に結晶化することを実証するものである。

同様の推論は、融解プロセス及び関連する融解温度についても該当する。

図３は、図２から得られたデータに基づき、試料における結晶化質量率がいかに変化するかを、時間の関数として示すグラフである。各カーブは異なる温度を示し、試料をその温度まで冷却し、その後に試料温度を一定に維持したときの温度である。特に、各試料温度は、グラフの左側から右側に移動するにつれて上昇する。試料を冷却した温度が低いほど、試料質量の１００％結晶化に必要な時間が短くなることに留意されたい。

半結晶化時間ｔ_1/2を定義することができ、これは試料の質量の半分が結晶化するために必要とされる時間である。図４は、図２及び図３から得られたデータに基づき、半結晶化時間ｔ_1/2を、試料を保持したときの温度の関数として示すグラフである。試料を保持したときの温度が高いほど、半結晶化時間ｔ_1/2が増加することに留意されたい。

要約すると、融解及び結晶化の間の半結晶性ポリマーの挙動は、一義的に決定できるものではなく、ポリマーを冷却する際の冷却条件により影響される。特に、融解したポリマーを保持する温度が低いほど、結晶化はより急速に生じるものである。

以上の考察は、静的な条件下、すなわち分析対象の試料が変形を生じない条件下における半結晶性ポリマー材料の挙動に関する研究から導き出されたものである。このような条件下における結晶化は「静止結晶化」と称される。

それにも係わらず、半結晶性ポリマー材料が変形を生じると、すなわち、例えばポリマー材料が圧縮成型等により機械的に加工されると、流動結晶化と称される現象が生じる。材料が流れると、その流れ方向に配向された異方性結晶子が形成され、静止結晶化のみが生じる条件に関して材料の結晶化速度が変化する。

ポリマー材料が融点Ｔ_Ｆよりも低い温度まで冷却され、同時に変形されると、静止結晶化及び流動結晶化が複合され、全体的に急速な材料の結晶化が生じる。

なお、融解したポリマー材料を急速に移動させると、その結晶化温度が低下し、結晶化の生じる温度範囲が狭まる。これは、融解したポリマー材料を攪拌状態に維持すれば、ポリマー材料のポリマー鎖が整然と組織化されて固化する機能が低下するということである。

上述した現象は、特に図１に示す形式の機器１による半結晶性ポリマーの圧縮成型を改善するために活用可能である。

機器１は、ポリマー材料を融解させて押し出すのに適した、押出機３を備え得る融解装置２を備える。

融解装置２の上流に、融解装置２に連続的に供給されるように加工される、ある量のポリマー材料の粒状体を包含するのに適した供給容器４が設けられる。特に、供給容器４を、ホッパ５によって融解装置２に接続することができる。この場合には、ポリマー材料の粒状体が、供給容器４からホッパ５内に降りるとともに、ホッパ５から融解装置２に降りる。

融解装置２では、ポリマー材料が、融点Ｔ_Ｆ以上の温度である温度Ｔ_Ｍに到達するまで加熱される。このような様子のポリマー材料は、粒状の固体状態から融解状態に移る。

融解装置２の下流側には冷却ゾーンが設けられている。この冷却ゾーンは、図示例においては熱交換器６の内部に画定されている。冷却ゾーンは、融点Ｔ_Ｆよりも低いが結晶化温度Ｔｃよりは高い中間温度Ｔ_ＩＮＴまで、融解装置２から供給されるポリマー材料の流れを冷却するように構成されている。

熱交換器６は、スタチックミキサーを備え得る。このスタチックミキサーは、ポリマー材料が通過するための、そしてミキサー素子が配置される管路を有することができる。

ミキサー素子は、固定位置に配置されてポリマー材料の流れを熱的観点から、そして該当する場合には組成的観点から均一化するための、複数の偏向バーを備える。特に、偏向バーは、ポリマー材料の主流を、スタチックミキサー内における経路に沿って互いに混合される複数の二次流れに分割することができる。

熱交換器６を、融解装置２の下流のポリマー材料の流れの温度を制御するために、例えば透熱性油、水又は蒸気である調節流体が循環する、回路１７と関連付けることができる。

より詳しくは、調節流体が循環する回路１７は、ポリマー材料が熱交換器６を通って流れるときに通過する導管を囲む、コイル７を備えることができる。

図示した例では、交換器６は、向流式熱交換器である。言い換えれば、調節流体は、調節流体がコイル７から出る更に遠い地点の下流において、コイル７内に入る。ここでいう下流とは、ポリマー材料が熱交換器６内部で移動する方向に従う進行方向Ｆに対するものである。

熱交換器６の調節流体が循環する回路１７に沿って、調節流体を所望の方向に移動させるためにポンプ１５を設けることができる。

機器１は、熱交換器６と協働するように構成される熱回収装置１６を更に備える。熱回収装置１６は、融解したポリマー材料が熱交換器６に放出する熱の少なくとも一部を回収して、回収した熱を更なる用途のために利用可能にし得るように構成されている。

特に、機器１を動作可能とするために外部から供給する必要があるエネルギー量を減少させるために、熱回収装置１６が回収する熱を、熱回収装置１６が挿入される機器１と同じ装置で再利用できる。

熱回収装置１６を、熱交換器６と関連付けられ、回路１７で循環する調節流体から熱を移す回収型熱交換器として適合させ得る。融解装置２から届くポリマー材料を冷却して有する、このような調節流体は、比較的高温であり、熱回収装置１６で循環する熱レキュペレーターの流体を加熱することができる。

熱回収装置１６は例えば、回収回路１９を収容するケーシング１８を備え得る。ケーシング１８内に、熱交換器６と関連付けられる回路１７の一部も配置される。回路１７及び回収回路１９を、熱を、回路１７で循環する調節流体から、熱回収装置１６で循環する熱レキュペレーターの流体まで通せるように、例えばそれぞれのコイル付近で向かい合わせることができ、又はどんな状況であっても互いに接近させることができる。

このように、熱回収装置１６は、熱交換器６から、熱回収装置１６が無い場合は失われるであろう熱を回収でき、その結果機器１のエネルギー効率を向上できる。

図１に表す例では、熱回収装置１６が融解装置２内に入るよう意図されるポリマー材料を予熱する、例えば供給容器４に存在する粒状体を予熱する予熱装置２０と接続する。このため、予熱装置２０を供給容器４の側壁を取り囲む巻線として適合できる。このような巻き線を回収回路１９に接続して、熱回収装置１６で回収した熱を、予熱装置２０に移すことができる。

熱交換器６に関連付けられる調節流体によって加熱される熱回収流体を、供給容器４に向かって移動させるために、更なるポンプ２１を設けることができる。

機器１は、熱交換器６より供給されるポリマー材料の流れから、ドーズ量、すなわちポリマー材料のドーズを切断するための切断手段８を更に備える。

特に、切断手段８は、熱交換器６の下流側に配置されたノズル９より供給されるポリマー材料の流れからドーズを切断可能とするものである。図示の実施形態では、ノズル９が上向きとされている。特に、ノズル９は、ノズル９より供給されるポリマー材料の流れが垂直方向に向けられるように構成され得る。

しかしながら、他のノズル９の配置も可能である。

切断手段８は、例えば垂直軸線周りに延在する凹状素子として成形された少なくとも１つのコレクター素子１０を備えることができる。コレクター素子１０は、ノズル９に近接してその上方を通過することにより、ポリマー材料からドーズを切断するように構成することができる。すなわち、コレクター素子１０は、ノズル９より出るポリマー材料の流れからドーズを切断するための切断素子として機能するものである。ドーズは、コレクター素子１０に付着した状態に保たれ、コレクター素子１０により金型に向けて移送され、金型内で成形されて所望の物品として完成され得る。

コレクター素子１０は回転軸線Ｙ、特に垂直軸線周りで回動可能である。そのために、回転台構造１１が支持する、複数のコレクター素子１０を設けることができる。

金型は熱交換器６の下流に配置される。

金型は、雌型部１３と、雄型部１４とを備えることができる。雄型部１４を垂直軸線方向で雌型部１３の上方に配置することができ、垂直軸線に沿って雌型部１３と整列させることができる。それにもかかわらず、雌型部１３及び雄型部１４に関する他の相対的配置も可能である。

機器１は、成形回転台１２の周縁部に配置された複数組の金型を備えることができる。この成形回転台１２を、垂直軸線Ｚ周りで回転可能とし得る。

機器１は、雌型部１３及び雄型部１４を互いに接近移動させ、かつ、あるいは雌型部１３及び雄型部１４を互いに離間移動させるための移動手段を備える。特に、この移動手段は、雌型部１３及び雄型部１４を、両者が互いに離間する開放位置と、所望の物品に対応する形状を有する成型チャンバが両者間に画定される成形位置との間で移動させるように構成されている。

移動手段は、雌型部１３のみと関連させて雌型部１３を、固定位置に維持された雄型部１４に対して移動させる配置とすることができる。移動手段を雄型部１４に関連させて雄型部１４を、固定状態に維持された雌型部１３に対して移動させる配置とすることもできる。

代替的に、移動手段を雄型部１４及び雌型部１３に同時作用させて両者を移動させる構成とすることもできる。

移動手段は、例えば機械式又は油圧式とすることができる。機械式移動手段の一例はカム機構であり、油圧式移動手段の一例は油圧アクチュエータである。

いずれにせよ、移動手段は雄型部１４及び雌型部１３を、図示例では垂直に配置された成形方向に沿って相対移動させるように構成される。

コレクター素子１０は上述したとおり、回転軸線Ｙ周りに回動可能である。特に、コレクター素子１０は、ノズル９の上方に配置されてノズル９からポリマー材料のドーズを除去する捕集位置を占めることができる。ドーズが高粘度流体状態であるため、ドーズはコレクター素子１０への付着状態を維持する。従ってコレクター素子１０は、回転軸線Ｙ周りに回動しながら、ドーズを金型に向けて移送する。また、コレクター素子１０、雌型部１３の上方に配置されてポリマー材料のドーズを、例えば空圧式又は機械式手段による補助の下で、雌型部１３のキャビティ内部に解放する供給位置を占めることができる。

熱交換器６とノズル９の出口との間に挟まれる機器１の部分を熱的に調節して、当該部分の内部を通って流れるポリマー材料の温度を、融点Ｔ_Ｆ未満の制御された値に、例えば融点Ｔ_Ｆと結晶化開始温度Ｔｉｃとの間の中間値Ｔ_ＩＮＴに維持する。

機器１は、融解装置２から供給されるポリマー材料の流れを加速するための加速手段を備えることができる。図示の実施形態においては、ノズル９が加速手段として機能する。ノズル９にポリマー材料のための通路セクションが設けられており、この通路セクションが前進方向Ｆに向けて漸減するために内部を通過するポリマー材料の流れを加速するからである。

代替的に、又は上記実施形態との組み合わせにおいては、管路１１の内面部のサイズがポリマー材料の流れを加速するのに適切な場合には、ポリマー材料がノズル９に到達する前にその中を通過する管路も加速手段として機能する。

図示しないバージョンでは、熱交換器６と押出機９との間の任意の位置に配置できる、異なる加速手段を設けることができる。

図５に表すように、作動中、粒状体が供給容器４内部に配置されている間、予熱装置２０はポリマー材料の粒状体を予熱温度Ｔ_１で加熱する。予熱温度Ｔ_１は周囲温度よりも高い。

供給容器４から、予熱された粒状体は、（存在する場合）ホッパ５を通過して、粒状体が融点Ｔ_Ｆ以上である温度Ｔ_Ｍに達するまで粒状体を加熱する、融解装置２内に入る。粒状体はこの温度で、粒状体が融解するのに十分な時間維持される。その後、融解ポリマー材料が熱交換器６内へ押し出され届けられる。ここで融解ポリマー材料が、上述したように融点Ｔ_Ｆと結晶化開始温度Ｔｉｃとの間の温度である温度Ｔ_ＩＮＴまで冷却される。より具体的に、温度Ｔ_ＩＮＴは結晶化開始温度Ｔｉｃよりも高い。

次に、熱交換器６から来るポリマー材料はノズル９に到達し、ノズル９からポリマー材料の流れが出る。切断手段８はポリマー材料の流れからドーズを切断する。

ノズル９内において、そして該当する場合には機器１の熱交換器６とノズル９との間に含まれる部分においても、ポリマー材料の流れを加速させて、流れの平均速度を熱交換器２内における平均速度よりも高くする。

切断手段８が切断したドーズは、対応するコレクター素子１０により、ドーズが金型における雌型部１３の上方に達するまで移送される。

この時点では金型が開放位置にあり、雌型部１３は雄型部１４から離間している。

従って、コレクター素子１０を雌型部１３と雄型部１４との間に介挿させて、ドーズを雌型部１３内に放出することができる。

コレクター素子１０が雌型部１３の上方に存在するときに、ドーズはコレクター素子１０から分離されて雌型部１３のキャビティに落下する。雌型部１３及び雄型部１４は、雌型部１３と雄型部１４との間に画定される成型チャンバが、製造すべき物品の形状に対応する形状である形成構成に到達するまで、移動手段により互いに接近移動する。この時点において、雌型部１３及び雄型部１４を、到達した相対位置に維持することにより、物品を結晶化させ、金型から物品を損傷させずに取り出すのに十分な強度に到達させ得る。

成形ステップの完了時点で、雄型部１４及び雌型部１３を互いに離間移動させることで金型を開放する。成形された物品を金型から取り出し、新たな成形サイクルを開始可能とする。

ドーズを、構成ポリマー材料の融点Ｔ_Ｆよりは低いが、静的条件下で結晶が形成され始める結晶化開始温度Ｔｉｃよりも高い加工温度Ｔ_ＬＡＶをもって金型内に導入する。加工温度Ｔ_ＬＡＶを、中間温度Ｔ_ＩＮＴと等しくすることができ、又は中間温度Ｔ_ＩＮＴ未満とすることができる。

ドーズのポリマー材料が金型の雌型部１３と雄型部１４との間で形成されている間、ドーズは結晶化開始温度Ｔｉｃよりも高い温度に維持される。

これは、金型の雌型部１３及び雄型部１４の温度も結晶化開始温度Ｔｉｃより高いことを意味するものではない。金型の雌型部１３及び雄型部１４にはそれぞれ、冷却回路を設けることができ、各冷却回路内を冷却流体が循環する。仮に形成されているポリマー材料の温度が結晶化開始温度Ｔｉｃよりも高いとしても、冷却流体の温度は、各成形部の温度と同様に、結晶化開始温度Ｔｉｃよりも低い温度、場合によっては顕著に低い温度とすることができる。

圧縮成型された物品がほぼ確定的な形態に達すると、物品を、その結晶化温度Ｔｃよりも低い温度まで冷却する。物品の冷却は、固化を可及的に急速に行わせるために、３．５℃／ｓよりも高い冷却速度をもって行うことができる。

先ず、ドーズを金型に融点Ｔ_Ｆよりも低い温度下で装入することにより、圧縮成型された物品を、実質的に変形させることなく金型から取り出し取り扱うことのできる温度まで冷却するために必要とされる時間を短縮することができる。

さらに、ポリマー材料の流れを高速にすることで、金型の上流及び／又は金型の内部において、ポリマー材料の変形速度を向上させることができ、ひいては、静状態で起こり得るクワイエセント結晶化（quiescent crystallization）に加えて、流動誘起結晶化も起きるため、結晶化速度を加速することができる。

融解装置２の内部に、ポリマー材料が、ポリマー材料を温度Ｔ_１から温度Ｔ_Ｍまで加熱するのに十分な熱量とともに供給される。実際に、熱回収装置１６が熱交換器６から回収した熱を利用する、予熱装置２０によってポリマー材料の温度が周囲温度から温度Ｔ_１になる。

熱回収装置１６が存在しない場合、他の状態が同様となり、ポリマー材料を温度Ｔ_１より低い温度Ｔ_２で融解装置に入れることができる。例えば、温度Ｔ_２を周囲温度と等しくできる。したがって、融解装置２は、ポリマー材料を、当然より大きなエネルギー消費とともに、温度Ｔ_２から温度Ｔ_Ｍまで加熱することができる。

単純化するため、機器１内部の熱損失を無視してよいと仮定すると、温度Ｔ_Ｍと中間温度Ｔ_ＩＮＴとの間の温度差ΔＴは、温度Ｔ_１と温度Ｔ_２との間の温度差ΔＴとほぼ等しい。言い換えれば、更に熱損失を無視できると仮定すると、融解装置２において、ポリマー材料が熱交換器６内の熱回収装置１６に放出し、省熱に対応する熱を、熱回収装置１６に接続される予熱装置２０によってポリマー材料を予熱することで獲得することができる。

これにより、外部から機器１に供給する必要があるエネルギー量を減少させることができる。

予熱装置２０は、ポリマー材料の粒状体を予熱するために、液体状態の予熱流体又は例えば加熱した空気の形態である気体状態の予熱流体を使用できる。いずれにせよ、予熱装置２０が使用する予熱流体は、熱回収装置１６から熱を受け取る。

図示しないバージョンでは、熱回収装置１６は、回収した熱を予熱装置２０に放出する代わりに、回収した熱を融解装置２に直接放出するように構成され得る。この場合には、熱回収装置１６によって回収した熱を、融解装置２のポリマー材料の加熱を援助するために使用する。これにより、更に機器１に供給する必要がある、外部からのエネルギー量を更に節約できる。

機器１の断熱を改善し最適化することによって、機器１のエネルギー効率を最適化することもできる。例えば、放熱を減少させるために、融解装置２を断熱格納ケーシング内部に挿入できる。熱交換器６及び／又は熱回収装置１６及び／又は予熱装置２０も、上述した格納ケーシング内部に挿入できる。

代替的実施形態では、熱回収装置１６を、コジェネレーション装置と関連付けることができる。コジェネレーション装置を例えば、メタンガスで動作する種類とすることができる。

更なる実施形態では、熱回収装置１６を、ヒートポンプと接続でき、ヒートポンプに挿入でき、又はいずれにせよヒートポンプと関連付けることができる。

上述したところにおいては、スタチックミキサーを含む熱交換器６に言及した。

しかしながら、この条件は必須ではない。

実際、熱交換器６を、スタチックミキサーではなく、ダイナミックミキサーによって、すなわち作動時に移動する混合素子が設けられているミキサーによって定めることができる。

また、熱交換器６は、特にポリマー材料を融解させて押し出す押出機の下流側で直近に配置された、カスケード押出機の内部又は遊星型多軸押し出し機の内部に画定することができる。

熱交換器６を、適切に調和させた二軸押出機内に画定することもできる。

理論的に、熱交換器６をポリマー材料融解用の融解手段２内に画定することができ、融解したポリマー材料を冷却するように構成された端末部を当該融解手段２に設けることもできる。

一般に、融解手段２と切断手段８との間に介挿される機器１の全部分を熱調和させて、ポリマー材料を冷却することができる。この場合、冷却ゾーンはポリマー材料が融解される地点の下流側直近で始まり、ノズル９まで延在する。

代替的に、冷却ゾーンは、冷却ゾーンはポリマー材料が融解される地点の下流側に配置された機器１の一部のみに作用させることもできる。この場合、冷却ゾーンはノズル９の上流側で終端させ、冷却ゾーンとノズル９との間に保温ゾーンを介挿し、保温ゾーン内においてポリマー材料を所望温度に保持する。

この場合、冷却ゾーンの下流側に配置された保温ゾーンにおけるポリマー材料の温度を、結晶化温度Ｔｃと融点Ｔ_Ｆの間の温度に含めることができ、又は実質的に含めることができる。ここに「実質的に含める」とは、ポリマー材料の少なくとも９０％が、結晶化温度Ｔｃと融点Ｔ_Ｆとの間の範囲内の温度に含まれることを意味する。しかしながら、ポリマー材料の小部分、特に機器１の壁に接触しつつ流れるポリマー材料の表面近傍部は、融点Ｔ_Ｆよりも高い温度を有することができる。

図示の実施形態は、ドーズを金型に帰属する雌型部及び雄型部との間で、すなわち雌型部１３と雄型部１４との間で成形する状況に関連して言及したものである。

ドーズは、金型に一体化されていないが、ドーズを成形する間に成形素子と同様に機能する物品との接触下で成形することもできる。これは、いわゆるライニング等において当てはまることであり、この場合にドーズは、予め成形されているキャップの内側にライナーを形成するように成形される。より一般的に言えば、ドーズを物品におけるキャビティの内側に成型することにより、物品に係止される部品を形成することができる。

この場合、キャップ、又はより広義には内部でドーズが成形されるキャビティを有する物品は雌型部として機能し、これに対して雄型部は金型内に一体化されている。雄型部に加え、本実施例では金型が支持素子をも備えている。この支持素子は、雄型部と対面して成型時にドーズを内部で成形すべき物品を支持するに適している。

すなわち、広義に言えば、金型は、雄型部と、雄型部に対面する対向素子を備える。その対向素子は、雌型部として、又はドーズを内部で成形する物品を支持するための支持素子として構成することができる。

雌型部を金型の一部として構成した実施形態に関連して上述した事項は、ポリマー材料のドーズが、機器１には組み込まれておらず、雌型部として機能する物品の内部で成形される実施形態にも該当するものと理解されたい。

上述した記載では、圧縮成形によって物品を製造する装置及び方法に対して言及した。本発明に従う装置及び方法は、実際には射出成形又は射出圧縮成形によって物品を製造するためにも使用できる。

さらに、成形回転台１２に装着される複数の金型を備える装置に代えて、回転台とは異なる構造体に装着される複数の金型を使用することができ、又はいわゆる「一個取り（single-impression）」機械に存在するような単一の金型を備える装置を使用することができる。

Claims (13)

1. ポリマー材料を融解する融解装置（２）と、
   前記融解装置（２）が融解する前記ポリマー材料を、融点（Ｔ_Ｆ）より低い温度に冷却する熱交換器（６）と、
   前記熱交換器（６）の下流に配置され、前記ポリマー材料の温度を前記融点（Ｔ_Ｆ）より低い温度としながら前記ポリマー材料から物品を形成する金型と、
   を備える、前記融点（Ｔ_Ｆ）を有する前記ポリマー材料から前記物品を製造する機器であって、
   前記機器は前記熱交換器（６）と関連付けられる熱回収装置（１６）を更に備え、
   前記熱回収装置（１６）は前記ポリマー材料が前記熱交換器（６）に放出する熱の少なくとも一部を回収するように構成されることを特徴とする、機器。
2. 前記熱回収装置（１６）は、回収した前記熱を、前記機器（１）で更なる用途に利用可能とするために構成される、請求項１に記載の機器。
3. 前記熱回収装置（１６）は、調節流体が前記熱交換器（６）で前記ポリマー材料から受け取った熱の少なくとも一部を、前記調節流体から回収するために、前記熱交換器（６）で循環する前記調節流体の熱を奪う回収熱交換器を備える、請求項１又は２に記載の機器。
4. 前記熱回収装置（１６）は、前記ポリマー材料が前記融解装置（２）で融解する前に、前記ポリマー材料を融解するために外部から前記融解装置（２）に供給する必要があるエネルギー量を減少させるように、回収した前記熱を前記ポリマー材料に放出するために構成される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の機器。
5. 前記熱回収装置（１６）は、前記融解装置（２）の上流の前記ポリマー材料の粒状体を予熱する予熱装置（２０）と接続される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の機器。
6. 前記予熱装置（２０）は、前記粒状体を前記融解装置（２）に供給しようとする供給容器（４）に作用するために構成される、請求項５に記載の機器。
7. 前記熱回収装置（１６）は、回収した前記熱を前記融解装置（２）で前記ポリマー材料に放出するように、前記融解装置（２）に接続される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の機器。
8. 前記熱回収装置（１６）は、コジェネレーション装置又はヒートポンプと関連付けられる、請求項１〜４のいずれか一項に記載の機器。
9. 前記金型は、前記熱交換器（６）から来るポリマー材料の流れから切断した、ポリマー材料のドーズから前記物品を圧縮成形するために構成される、請求項１〜８のいずれか一項に記載の機器。
10. ポリマー材料を融解する融解ステップと、
    融解した前記ポリマー材料を融点（Ｔ_Ｆ）未満に冷却する冷却ステップと、
    前記ポリマー材料の温度を前記融点（Ｔ_Ｆ）未満としながら、前記ポリマー材料から物品を形成する形成ステップとを含む、前記融点（Ｔ_Ｆ）を有する前記ポリマー材料から前記物品を製造する方法であって、
    前記冷却ステップの間、前記ポリマー材料が放出する熱の少なくとも一部を回収し、更なる用途に利用可能とすることを特徴とする、方法。
11. 機器（１）内部で前記更なる用途を提供する、請求項１０に記載の方法。
12. 前記融解ステップの前に、前記ポリマー材料を予熱するために回収した前記熱を使用する、請求項１０又は１１に記載の方法。
13. 回収した前記熱を使用して前記ポリマー材料を融解する、請求項１０又は１１に記載の方法。
    
    
    
    
    

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