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特許6803963管状体への空気の吹き込みを介して高分子材料製の物体を形成するための装置および方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6803963
(24)【登録日】2020年12月3日
(45)【発行日】2020年12月23日
(54)【発明の名称】管状体への空気の吹き込みを介して高分子材料製の物体を形成するための装置および方法
(51)【国際特許分類】
B29C 49/04 20060101AFI20201214BHJP
B29C 49/22 20060101ALI20201214BHJP
B29C 49/78 20060101ALI20201214BHJP
B29C 48/82 20190101ALI20201214BHJP
B29C 48/09 20190101ALI20201214BHJP
B29C 48/32 20190101ALI20201214BHJP
【ＦＩ】
B29C49/04
B29C49/22
B29C49/78
B29C48/82
B29C48/09
B29C48/32
【請求項の数】8
【全頁数】14
(21)【出願番号】特願2019-501475(P2019-501475)
(86)(22)【出願日】2017年6月20日
(65)【公表番号】特表2019-527632(P2019-527632A)
(43)【公表日】2019年10月3日
(86)【国際出願番号】IB2017053647
(87)【国際公開番号】WO2018025100
(87)【国際公開日】20180208
【審査請求日】2019年2月26日
(31)【優先権主張番号】102016000083036
(32)【優先日】2016年8月5日
(33)【優先権主張国】IT
(73)【特許権者】
【識別番号】509238432
【氏名又は名称】サチミ、コオペラティバ、メッカニーチ、イモラ、ソチエタ、コオペラティバ
【氏名又は名称原語表記】ＳＡＣＭＩ ＣＯＯＰＥＲＡＴＩＶＡ ＭＥＣＣＡＮＩＣＩ ＩＭＯＬＡ ＳＯＣＩＥＴＡ’ ＣＯＯＰＥＲＡＴＩＶＡ
(74)【代理人】
【識別番号】100147485
【弁理士】
【氏名又は名称】杉村 憲司
(74)【代理人】
【識別番号】230118913
【弁護士】
【氏名又は名称】杉村 光嗣
(74)【代理人】
【識別番号】100173794
【弁理士】
【氏名又は名称】色部 暁義
(72)【発明者】
【氏名】ファブリツィオ プッチ
(72)【発明者】
【氏名】フィオレンツォ パリネオ
【審査官】
▲高▼村 憲司
(56)【参考文献】
【文献】
特開昭５０−０３２２５９（ＪＰ，Ａ）
【文献】
国際公開第２０１０／１１０４２０（ＷＯ，Ａ１）
【文献】
特開２００６−１６８２９０（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開昭５１−１００１６３（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特公昭５０−０１２４７２（ＪＰ，Ｂ１）
【文献】
米国特許第０５８４０２２３（ＵＳ，Ａ）
【文献】
米国特許第０３７０２２２６（ＵＳ，Ａ）
【文献】
特開２００７−２３０１２４（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｂ２９Ｃ ４９／００ − ４９／８０
Ｂ２９Ｃ ４８／００ − ４８／９６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
高分子材料製の物体を形成する方法であって、前記高分子材料は融解温度（Ｔｆ）を有し、
前記高分子材料を溶融するステップと、
前記高分子材料を溶融温度（Ｔｆ）未満に冷却するステップと、
前記高分子材料を管状成形体（Ｈ）に押し出すステップと、
内部キャビティを有する金型（６０）に前記管状成形体（Ｈ）を挿入するステップと、
前記管状成形体（Ｈ）を第１の端部にて閉鎖するステップと、
前記管状成形体（Ｈ）が前記金型（６０）の前記内部キャビティに付着するように、第２の端部を通して前記管状成形体（Ｈ）に空気を吹き込むステップと、
を含み、
前記高分子材料を溶融温度（Ｔｆ）未満に冷却するステップは、前記高分子材料を、スタティックミキサーを含む熱交換器（２）を備える冷却装置（２０）に供給するステップを含み、
前記スタティックミキサーは、前記高分子材料が通過する主導管を含み、
前記主導管の中に混合要素（１６）が配置され、
前記混合要素（１６）は、静止位置に配置されて前記高分子材料の流れを均一にする複数の分流バー（１７）を含み、
前記分流バー（１７）を使用して、前記高分子材料の主流を複数の二次流に分割し、前記複数の二次流は前記スタティックミキサーを流れる間に混合する、方法。
前記高分子材料を溶融するステップと、
前記高分子材料を溶融温度（Ｔｆ）未満に冷却するステップと、
前記高分子材料を管状成形体（Ｈ）に押し出すステップと、
内部キャビティを有する金型（６０）に前記管状成形体（Ｈ）を挿入するステップと、
前記管状成形体（Ｈ）を第１の端部にて閉鎖するステップと、
前記管状成形体（Ｈ）が前記金型（６０）の前記内部キャビティに付着するように、第２の端部を通して前記管状成形体（Ｈ）に空気を吹き込むステップと、
を含み、
前記高分子材料を溶融温度（Ｔｆ）未満に冷却するステップは、前記高分子材料を、スタティックミキサーを含む熱交換器（２）を備える冷却装置（２０）に供給するステップを含み、
前記スタティックミキサーは、前記高分子材料が通過する主導管を含み、
前記主導管の中に混合要素（１６）が配置され、
前記混合要素（１６）は、静止位置に配置されて前記高分子材料の流れを均一にする複数の分流バー（１７）を含み、
前記分流バー（１７）を使用して、前記高分子材料の主流を複数の二次流に分割し、前記複数の二次流は前記スタティックミキサーを流れる間に混合する、方法。
【請求項2】
少なくとも第２の高分子材料を溶融するステップと、
前記第２の高分子材料を前記管状成形体（Ｈ）と同心の第２の管状成形体（Ｈ１）に押し出すステップと、
内部キャビティを有する金型（６０）に前記管状成形体（Ｈ）および前記第２の管状成形体（Ｈ１）を挿入するステップと、
前記管状成形体（Ｈ、Ｈ１）を第１の端部にて閉鎖するステップと、
前記管状成形体（Ｈ、Ｈ１）が前記金型（６０）の前記内部キャビティに付着するように、第２の端部を通して前記管状成形体（Ｈ、Ｈ１）に空気を吹き込むステップと、
を含む、請求項１に記載の方法。
前記第２の高分子材料を前記管状成形体（Ｈ）と同心の第２の管状成形体（Ｈ１）に押し出すステップと、
内部キャビティを有する金型（６０）に前記管状成形体（Ｈ）および前記第２の管状成形体（Ｈ１）を挿入するステップと、
前記管状成形体（Ｈ、Ｈ１）を第１の端部にて閉鎖するステップと、
前記管状成形体（Ｈ、Ｈ１）が前記金型（６０）の前記内部キャビティに付着するように、第２の端部を通して前記管状成形体（Ｈ、Ｈ１）に空気を吹き込むステップと、
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記第２の高分子材料を前記第２の高分子材料の溶融温度（Ｔｆ２）未満に冷却するステップを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項4】
管状体をブロー成形するための形成装置であって、
高分子材料を溶融するように構成された溶融装置（１０）と、
前記高分子材料を管状体（Ｈ）に押し出すように構成された押出ヘッド（５０）と、
前記管状体（Ｈ）を収容し、第１の端部にて前記管状体（Ｈ）を閉鎖するように構成された、成形された内部キャビティを有する金型（６０）と、
前記管状体（Ｈ）内への流体の供給を可能にするように構成された吹込手段（５３、５４）と、
前記高分子材料を溶融温度（Ｔｆ）未満の温度に冷却するように構成されており、前記溶融装置（１０）及び前記押出ヘッド（５０）の間に配置され、前記溶融装置（１０）の下流側に配置される冷却装置（２０）と、
を備え、
前記冷却装置（２０）は、スタティックミキサーを含む熱交換器（２）を備え、
前記スタティックミキサーは、静止位置に配置されて前記高分子材料の流れを均一にする複数の分流バー（１７）を含む混合要素（１６）を備え、
前記分流バー（１７）は、前記高分子材料の主流を、前記スタティックミキサーを流れる間に混合される複数の二次流に分割するために提供されることを特徴とする、形成装置。
高分子材料を溶融するように構成された溶融装置（１０）と、
前記高分子材料を管状体（Ｈ）に押し出すように構成された押出ヘッド（５０）と、
前記管状体（Ｈ）を収容し、第１の端部にて前記管状体（Ｈ）を閉鎖するように構成された、成形された内部キャビティを有する金型（６０）と、
前記管状体（Ｈ）内への流体の供給を可能にするように構成された吹込手段（５３、５４）と、
前記高分子材料を溶融温度（Ｔｆ）未満の温度に冷却するように構成されており、前記溶融装置（１０）及び前記押出ヘッド（５０）の間に配置され、前記溶融装置（１０）の下流側に配置される冷却装置（２０）と、
を備え、
前記冷却装置（２０）は、スタティックミキサーを含む熱交換器（２）を備え、
前記スタティックミキサーは、静止位置に配置されて前記高分子材料の流れを均一にする複数の分流バー（１７）を含む混合要素（１６）を備え、
前記分流バー（１７）は、前記高分子材料の主流を、前記スタティックミキサーを流れる間に混合される複数の二次流に分割するために提供されることを特徴とする、形成装置。
【請求項5】
前記押出ヘッド（５０）は、前記溶融装置（１０）と連通して配置された供給導管（５１）によって供給され、前記冷却装置（２０）は前記供給導管（５１）に沿って配置されている、請求項４に記載の装置。
【請求項6】
供給導管（５１）は、前記溶融装置（１０）から来る第１のストレッチ（５１ａ）と、前記第１のストレッチに接続され、前記押出ヘッド（５０）と連通する第２のストレッチ（５１ｂ）とを含み、前記冷却装置（２０）は、前記供給導管（５１）の前記第１のストレッチ（５１ａ）に沿って配置されている、請求項４に記載の装置。
【請求項7】
第２の高分子材料を溶融するための少なくとも第２の溶融装置（１０ａ）を備え、前記押出ヘッド（５０）は、前記第２の高分子材料を前記第１の管状体（Ｈ）と同心である第２の管状体（Ｈ１）に押し出すように構成されている、請求項４に記載の装置。
【請求項8】
前記第２の溶融装置（１０ａ）と前記押出ヘッド（５０）との間に配置され、前記第２の高分子材料を溶融温度（Ｔｆ２）より低い温度に冷却するように構成された少なくとも第２の冷却装置（２０ａ）を備える、請求項７に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、管状体への空気の吹き込みを介して高分子材料製の物体を形成するための装置および方法に関する。
【背景技術】
【0002】
本発明による方法および装置によって加工可能な高分子材料は、押出された管状体のブロー成形のための、「押出ブロー成形」（ＥＢＭ）の用語でも知られている形成プロセスにおいて使用される任意の材料、特にポリプロピレン（ＰＰ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）またはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の半結晶材料とすることができる。より一般的には、本発明による方法および装置は、結晶化温度および／またはガラス転移温度よりも高い溶融温度を有する任意の高分子材料を加工するために使用することができる。
【0003】
ＥＢＭプロセスは、基本的に溶融装置または押出機内で高分子材料を溶融するステップを伴う。押出機は、高分子材料を「パリソン」とも呼ばれる管状成形体に押し出すように構成された押出ヘッドに接続されている。押出機によって駆動される溶融された高分子材料は、押出ヘッドに沿って流れて管状体の形態で排出される。容器の形状をネガティブに再現する内部キャビティを有する金型が、押出ヘッドから管状体を受け取る。典型的には、金型は、半分の金型が互いに分離している開口位置と、半分の金型が互いに当接している閉鎖位置との間で併せて移行可能な２つの半分の金型に分割される。管状体は、２つの半分の金型が開口位置にある間、２つの半分の金型の間に配置される。続いて、２つの半分の金型は閉鎖位置に移行する。２つの半分の金型には、閉鎖位置において、管状体の端部を切断することによって管状体自体を閉鎖する切断縁が設けられている。一方、管状体の他端は、押出ヘッドのコアと同心円状に開口した状態を維持している。金型には、管状体の開口端部および押出ヘッドのコアを収容するように構成された開口部が設けられている。金型を閉鎖後、一定量の空気が押出ヘッドのコアを通して管状体の内側に吹き込まれる。これにより管状体を膨張させると、管状体が金型キャビティに付着することによって、金型キャビティの形状をとる。高分子材料を固化した後、形成された容器を金型から取り外す。
【0004】
現在利用可能なＥＢＭプロセスおよびそれらを実施するための機構により、製造サイクル時間および取得される製品の特性の両方を著しく改善することができる。
【0005】
実際、高分子材料は、溶融温度よりも高い比較的高温にて管状体の形態で金型に挿入される。これは、金型から製品を取り出す前に、高分子材料が固化するまで比較的長時間待つ必要があることを意味する。
【0006】
更に、固化した状態で得られる高分子材料の特性として、材料自体の結晶化によって悪影響を受け、それが非常に早くかつ制御されずに起こる点が挙げられる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
本発明の目的は、従来技術の欠点を克服することを可能にする、管状体の吹き込みを介して高分子材料製の物体を形成するための方法および装置を提供することである。
【発明の効果】
【0008】
本発明の利点として、製造サイクル時間を劇的に短縮することが可能となる点が挙げられる。
【0009】
本発明の更なる利点として、取得される製品の機械的特性を著しく改良することができる点が挙げられる。
【0010】
他の利点として、ボトル用の従来のＰＥＴのように、通常であれば流動性が高すぎる材料での作業を可能にする点が挙げられる。こうした材料は、有利には安価であり、管状体またはパリソンの形成中に過度に変形する。
【0011】
本発明の更なる利点として、例えば多層のような、２つ以上の互いに同心の管状体の押出しに資するＥＢＭプロセスにも適用可能である点が挙げられる。
【0012】
更なる利点として、ブレードとは反対に抵抗がより大きく、変形性がより低く、かつ接着性がより低いため、より冷たい材料であるが故により硬質で粘性のあるより冷たい材料を、より切断し易くなる点が挙げられる。
【0013】
例えば、いかなる表面処理または粘着防止コーティングを適用する必要もない故、より低い接着性はまた装置の簡素化も可能にする。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】本発明によるブロー成形装置の概略図である。
【図2】特定の種類のポリプロピレンの結晶化の、時間の関数としての変化を示すグラフである。
【図5】スタティックミキサー内に配置された混合要素の斜視図である。
【図7】ＤＳＣ分析法で測定したポリプロピレンの溶融温度Ｔｆを示す説明図である。
【図8】ＤＳＣ分析法で測定したポリプロピレンの結晶化温度Ｔｃを示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
本発明の更なる特徴および利点は、添付の図面において非限定的な例として示される、本発明の好適な実施形態に関する以下の詳細な説明からより明白になるであろう。
【0016】
装置１によって製造される物体は、ボトル等の容器、またはキャビティを有する任意の他の物体とすることができる。
【0017】
装置１によって使用される高分子材料は、任意の種類の高分子材料、特にポリプロピレン（ＰＰ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）またはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の半結晶材料とすることができる。
【0018】
半結晶材料は、固体形態で、結晶質量分率および非晶質分率を示す材料である。
【0019】
半結晶性高分子材料の場合、溶融温度Ｔｆおよび結晶化温度Ｔｃを特定することが可能である。
【0020】
特に、溶融温度Ｔｆは、加熱された高分子材料が固体状態から溶融状態に移行する温度である。
【0021】
結晶化温度Ｔｃは、材料の一部が冷却中に結晶化する温度である。結晶化温度Ｔｃは溶融温度Ｔｆよりも低い。
【0022】
より正確には、結晶化プロセスは特定の温度では起こらず、結晶化開始温度Ｔｉｃと結晶化終了温度Ｔｆｃとの間に規定される温度範囲にて起こる。
【0023】
更に、結晶化温度Ｔｃ、並びに結晶化開始温度Ｔｉｃと結晶化終了温度Ｔｆｃとの間の差は、所与の材料に対して一定ではなく、材料が冷却される条件に依存している。特に、溶融された高分子材料が保持される温度が低いほど、結晶化は速くなる。更に、溶融された高分子材料をより速く移動させるほど、結晶化が起こる温度範囲はより低くなる。
【0024】
これは、示差走査熱量測定（ＤＳＣ）によってポリプロピレン試料において実施された分析結果を示す図２によって確認される。分析される材料の試料を溶融温度よりも高い温度にし、その中に存在する全ての結晶が溶融するように数分間そこに保持した。続いて、試料を設定温度まで冷却し、各試料の結晶化を得るのに必要な時間にわたりその温度にて維持した。このようにして、各試料についてのタイミングおよび結晶化モードを評価した。
【0025】
図２は、結晶化段階における、時間の関数として分析された試料から放出されたエネルギーを示す。
【0026】
特に、Ａで示される曲線は、１０８℃と同等の最低温度まで冷却された試料のエネルギーである。この試料において、結晶化は、分析された他の試料よりも短時間で、かつより低い温度範囲内で生じた。曲線Ａは、分析された全ての試料の中で最も狭い結晶化の発熱ピークを示している。これは、結晶化開始温度Ｔｉｃと結晶化終了温度Ｔｆｃとの間の差が、分析された他の全ての試料と比較して、その試料について最小であることを意味している。
【0027】
一方、Ｂで示される曲線は最高温度、即ち１１５℃で冷却された試料に関する。この試料では、試料を保持した高温により、試料を観察した期間中における結晶の形成が不可能であった故に、結晶化は生じなかった。
【0028】
これは、温度をより低く保つと、高分子材料がより速く結晶化することを示している。
【0029】
図７および図８はそれぞれ、ＤＳＣ分析法で測定された、材料に必要とされる熱の関数としての、ポリプロピレンについての溶融温度Ｔｆおよび結晶化温度Ｔｃを示す。分析したポリプロピレンについては、約４０°の温度差があることを理解すべきである。
【0030】
これら全てを考慮すると、以下の説明においては、結晶化開始温度Ｔｉｃと結晶化終了温度Ｔｆｃとの間の任意の温度として理解されるべき結晶化温度Ｔｃを単に参照することに留意されたい。
【0031】
同様の理由付けが、溶融プロセスおよびそれに関連する溶融温度についても当てはまる。
【0032】
図２から得られたデータに基づいて構築された図３は、試料中の結晶化質量の百分率の、時間の関数としての変化を示している。各曲線は、試料が冷却された異なる温度に関連しており、その後、試料温度は一定に保持された。特に、各試料の温度は、グラフの左から右へ移動するにつれて上昇している。試料が冷却される温度が低いほど、試料の質量の１００％が結晶化するのに要する時間がより短縮していることに留意されたい。
【0033】
半結晶化時間（crystallization half time）ｔ１／２を定義することが可能であり、これは質量の半分が結晶化するのに試料が要する時間である。図２および図３のデータに基づいて構築された図４は、試料が維持された温度の関数としての半結晶化時間ｔ１／２を示している。試料が維持される温度が上昇するにつれて、半結晶化時間ｔ１／２も同様に増加している点に留意されたい。
【0034】
要約すると、溶融および結晶化プロセス中の半結晶性高分子の挙動は一義的に定義されるのではなく、むしろ高分子が冷却される冷却条件に影響を受ける。特に、溶融された高分子材料が維持される温度が低いほど、より急速な結晶化が起こる。
【0035】
上記の考察は、静的条件下で、即ち試験した試料が変形を受けない間に行われた半結晶性高分子材料の挙動に関する試験から導き出されたものである。これらの条件下で起こる結晶化は静止結晶化（quiescent crystallization）と呼ばれる。
【0036】
しかしながら、半結晶性高分子材料が、例えば押出し中に変形を受ける場合、流動誘起結晶化と呼ばれる現象が生じる。材料が流れるにつれて、流れ方向に配向した異方性微結晶が形成され、この異方性微結晶により、静止結晶化のみが起こる場合と比較して、材料の結晶化の運動性が修正される。
【0037】
高分子材料が溶融温度Ｔｆ未満に冷却され、その間に高分子材料が変形されると、静止結晶化と流動誘起結晶化とが組み合わさることによって、材料の全体的により速い結晶化がもたらされる。
【0038】
上述した現象は、半結晶性高分子製の管状体のブロー成形を改良するため、および管状体をブロー成形するための形成装置１を改良するために利用することができる。
【0039】
装置１は溶融装置１０を、特に押出装置を含み、その機能は高分子材料を溶融して押し出すことである。押出装置の内部では、高分子材料は、溶融温度Ｔｆよりも高い温度に達するまでヒータＣを介して加熱される。
【0040】
押出装置の下流側には、押出装置から来る高分子材料の流れを溶融温度Ｔｆよりも低い動作温度Ｔｏまで冷却するように構成された冷却領域が設けられている。
【0041】
冷却領域は、押出装置から来る高分子材料の流れを溶融温度Ｔｆよりも低い温度まで冷却するように構成された冷却装置２０を含む。特に、冷却装置２０は、定常状態下で、高分子材料の温度を溶融温度Ｔｆより低いが結晶化温度Ｔｃよりも高く維持するように構成されている。勿論、装置１が始動されると、装置１内に残存し、非活動期間中に固化し得る高分子材料が、再溶融して移動することができるように、冷却装置２０は、高分子材料を溶融温度Ｔｆ以上の温度に加熱するように制御される。続いて、冷却装置２０は、高分子材料の温度を、溶融温度Ｔｆと結晶化温度Ｔｃとの間の値にするように制御され、これは通常動作中に維持される。
【0042】
冷却装置２０は、溶融装置１０の下流側に配置されている。例えば、冷却装置２０は、熱交換器２を備える。熱交換器２には、熱交換流体、例えばジアテルミー油のための回路を設けることができる。特に、熱交換流体は、それに沿って高分子材料が流れる主導管を包囲するチャンバの内側を循環することができる。チャンバは、熱交換流体の進入を可能とする入口３と、熱交換流体のチャンバからの排出を可能とする出口４とを備えることができる。特に、出口４は、高分子材料が熱交換器２内で前進する順方向Ｆに対して、入口３の上流側に配置することができ、それによって向流熱交換を生じさせ、またはその逆の並流熱交換を生じさせる。
【0043】
熱交換器２はスタティックミキサーを含むことができる。スタティックミキサーは、高分子材料が通過する主導管を含んでもよく、その中に図５に示す種類の混合要素１６が配置される。
【0044】
混合要素１６は、熱的な観点から、また適切な場合には組成の観点の両者から、高分子材料の流れを均一にするために静止位置に配置される複数の分流バー１７を含む。特に、分流バー１７は、高分子材料の主流を複数の二次流に分割することができ、この二次流はスタティックミキサー内を流れる間に混合される。
【0045】
あるいは、熱交換器２は、その動作中に移動する混合要素を設けた動的ミキサーを含んでもよい。
【0046】
冷却装置２０の更なる可能な解決策は、特に高分子材料を溶融して押出す押出装置のすぐ下流側に配置されたカスケード押出機あるいはサテライト押出機、または二軸押出機を含むことができる。いずれにせよ、各解決策は高分子材料の温度を制御および調整するための装置を提供することができる。
【0047】
冷却装置２０は更に、高分子材料を溶融するのと同じ溶融装置内に画定することができ、溶融装置には、溶融された高分子材料を冷却するように構成された末端部を設けることができる。
【0048】
装置１は、少なくとも管状体Ｔを押出すように構成された押出ヘッド５０を更に含む。押出ヘッド５０は、溶融装置１０から来る高分子材料を受け取るように、溶融装置１０と連通するように配置された供給導管５１によって供給される。供給導管５１は、溶融装置１０と押出ヘッド５０との間を直線状に延在する導管とするか、またはより複雑な構造、例えば図１に示される構造としてもよい。この解決法に基づくと、供給導管５１は、溶融装置１０から来る第１のストレッチ５１ａと、第１のストレッチに連結され、押出ヘッド５０と連通する第２のストレッチ５１ｂとを含む。図示の実施形態では、第１のストレッチ５１ａは、第２のストレッチ５１ｂに対して傾斜しており、特に、第２のストレッチ５１ｂに直交している。しかしながら、２つのストレッチ５１ａ、５１ｂ間の傾斜は異なっていてもよい。２つのストレッチ５１ａ、５１ｂは互いに整列させることもできる。
【0049】
冷却装置２０は、溶融装置１０と供給導管５１との間に介在させることができる。図示の実施形態では、冷却装置２０は供給導管５１に沿って配置されており、特に、溶融装置１０から来る第１のストレッチに沿って配置されている。代替的な実施形態では、冷却装置２０は、例えば、供給導管５１の第２のストレッチに対して内側または外側に配置される１つ以上の冷却回路の形態で、供給導管５１の第２のストレッチに沿って配置されてもよい。
【0050】
押出ヘッド５０には、出口開口部５２の断面全体を占有しないコア５３が同心に配置された出口開口部５２が設けられている。既知の方法にて、出口開口部５２の内側とコア５３の外側との間に、環状断面を有するスロットが画定され、該スロットを通して高分子材料が管状形状を呈して流入する。必須ではないが好ましくは、出口開口部５２は出口方向に沿って収束部を呈するようにする。コア５３は、一続きの所定の長さにわたって出口開口部５２から外方に突出している。
【0051】
図示されていない実施形態では、冷却装置２０を押出ヘッド５０に一体化することができ、特に、コア５３および／または出口開口部５２の表面用の冷却回路を含むことができる。この冷却回路は、出口開口部５２の表面に僅かに接触するように、例えばコア５３の内側に、または押出ヘッド５０内に配置することができる。更なる可能な解決策では、冷却回路が押出ヘッド５０の外側に配置される。
【0052】
本質的には、冷却装置２０は、本明細書に開示された少なくとも１つまたは複数の冷却装置、即ち溶融装置１０と供給導管５１との間に配置されるか、または供給導管５１に沿って配置される熱交換器２、および／または押出ヘッド５０用の冷却回路を含むことができる。
【0053】
吹込手段は、流体を管状体Ｈ内に供給することができるように構成する。特に、吹込導管５４は、コア５３を貫通して空気が管状体Ｈ内に供給されることを可能にする。吹込導管５４は、少なくとも部分的に供給導管５１の内側に、特に供給導管５１の第２のストレッチの内側に配置されており、供給導管５１の外側に位置する空気の供給源に接続されるように構成されている。一般的に、押出ヘッド５０は当業界で公知の装置である故に、これ以上詳細には説明しない。管状体Ｈ内に供給される流体は、例えば圧縮空気等の気体、または液体とすることができる。
【0054】
動作中、高分子材料は押出装置１０内に押出され、押出装置１０にて高分子材料をその溶融温度Ｔｆよりも高い温度で加熱する。
【0055】
溶融された高分子材料は押出装置から冷却装置２０内に進入し、そこで溶融された高分子材料は結晶化温度Ｔｃよりは高いが溶融温度Ｔｆよりも低い温度で冷却される。
【0056】
その後、溶融された高分子材料は、出口開口部５２を通過して押出ヘッド５０内に流入し、出口開口部５２に沿って溶融された高分子材料が管状形状をとる。
【0057】
従って、装置１の内部において、押出装置１０内で溶融された高分子材料の流れの経路を画定することが可能となる。この経路は、冷却装置２０を通過して押出ヘッド５０に到達する。図示した実施例において、問題となっている経路は、熱交換器２を含む冷却装置２０を通過し、次いで、押出ヘッド５０に沿って出口開口部５２まで延在し、そこから管状体Ｔが排出される。
【0058】
装置１の経路部分、並びに高分子材料が押出装置から排出される圧力および速度は、高分子材料の流れが冷却領域から押出ヘッド５０に向けて前進するようにする。
【0059】
公知の方法にて、管状体Ｈは押出ヘッド５０の出口開口部５２から一続きの所定の長さだけ下降する。所望の長さに達すると、２つの半分の型６１、６２に分割された金型６０が管状体Ｈの周りを閉鎖する。金型６０は、２つの半分の金型６１、６２が互いに当接する閉鎖構成にて画定される内部キャビティ６５を含む。閉鎖構成では、金型６０はキャビティ６５と連通する開口部６４を示す。開口部６４は、開口部５２から突出するコア５３の一部と、コア５３の周囲に配置された少なくとも一続きの管状体Ｈとを収容することが意図されている。開口部６４とは反対の位置において、金型には、２つの半分の型６１、６２上に配置され、かつ管状体Ｈの底部を切断することを意図した２つの切断端縁６３が設けられている。基本的に、金型６０の閉鎖構成では、２つの切断端縁６３が管状体Ｈの底部を切断し、それによって管状体Ｈの下端を閉鎖する。そのような条件下では、既知の方法による吹込導管５４を通した空気の導入により、管状体Ｈの吹き込みを生じさせることで、金型６０のキャビティ６５に完全に付着することによって、その形状を成す。続いて、当技術分野で公知である故に詳細には図示されていない切断手段により、金型６０の開口部６４から突出する管状体Ｈの部分を切断する。
【0060】
管状体Ｈは、それを構成する高分子材料の溶融温度Ｔｆよりも低いが、静的条件下で結晶が形成され始める結晶化温度Ｔｃよりも高い温度Ｔｏにて金型に導入される。
【0061】
必須ではないが好ましくは、管状体Ｈを構成する高分子材料が金型６０内で成形されている間、その温度を制御してもよく、例えば結晶化温度Ｔｃよりも上または下に維持してもよい。管状体Ｈの温度は、例えば、管状体Ｈ内に注入される形成流体の温度を制御することによって、または金型６０の温度あるいは金型６０内に存在する周辺空気を制御することによって制御することができる。
【0062】
コア５３および／または押出ヘッド５０の出口開口部５２の表面には、それぞれの中を冷却流体が循環する各々の冷却回路を設けることができる。成形される高分子材料の温度は結晶化温度Ｔｃよりも低いが、冷却流体の温度、並びに冷却部分の温度は、結晶化温度Ｔｃより低く、また著しく低くてもよい。
【0063】
本発明による装置１は、互いに同心の２つ以上の管状体Ｈ１、Ｈ２を押出すように構成されたバージョンにおいて特に有利である。
【0064】
２つの同心の管状体用に構成された押出ヘッド５０を示す図６に概略的に示されるように、特に、押出ヘッド５０もまた、既知の方法で、互いに同心の２つ以上の管状体を押出すように構成することができる。同じ原理に基づいて、ヘッド５０は、既知の方法で、３つ以上の同心の管状体を押出すように構成することができる。
【0065】
図６のヘッド５０は、実質的に第２の溶融装置１０ａを含み、その下流側に第２の冷却装置２０ａを配置することができる。第２の溶融装置１０ａは、第１の出口開口部５２と同心の第２の出口開口部５２ａと連通するように配置された第２の供給導管５１ａに供給する。このように、２つの互いに同心の出口開口部５２、５２ａが画定され、そこから２つの互いに同心の管状体Ｈ、Ｈ１が押出される。外側管状体Ｈ１を押出すための第２のコア５３ａは、第１の開口部５２を画定する壁によって実質的に画定されている。
【0066】
このようにして、例えば、異なる材料から２つ（またはそれ以上）の管状体を製造することが可能となり、この場合、各材料は他方の材料の温度とは異なり得る特定の温度に冷却される。押出ヘッド５０に沿った押出中に、２つ以上の管状体（Ｈ、Ｈ１）は互いに結合される。これにより、例えば、各層が特定の物理化学的特性を有する多層の容器を製造することが可能となる。例えば、酸素および／または水分バリアに関して正確な特性を有する層に結合された機械的強度の正確な特性を有する層を製造することが可能となり、より多数の層についても同様のことが言える。
【0067】
各材料について既に説明した効果を得るために、異なる材料の流速および温度を互いに独立して調整してもよい。特に、異なる高分子材料を独立して冷却する能力は、既存の機械にて起こるものと比較して、材料自体の粘度のより広範かつより柔軟な管理を可能にし、それによって、より広い範囲の材料を使用することができ、従って性能およびコストを最適化することもできる。
【0068】
コア５３および／または押出ヘッド５０の第１の出口開口部５２および第２の出口開口部５２ａの表面には、それぞれの中を冷却流体が循環する各々の冷却回路が設けられてもよい。これにより、金型６０の入口における各材料の温度を正確に調整することができる。
【0069】
上記の方法および装置を用いて容器を製造することによって、既知の方法と比較してサイクル時間を実質的に短縮することが可能となる。
【0070】
この結果は、２つの異なる現象の相乗的な組み合わせに起因すると考えられる。
【0071】
一方、管状体Ｈ、Ｈ１を溶融温度Ｔｆよりも低い温度で金型６０内に挿入することにより、ブロー成形の結果として形成される物体を、物体を極度に変形させることなく金型から取り出して取り扱うことができる温度値まで冷却するのに必要な時間を短縮させることができる。
【0072】
他方で、高分子材料を金型６０の上流側で高流速に曝露することにより、高分子材料の変形速度を増加させることが可能となり、従って、流動によって誘発される結晶化が、静止状態にて起こり得る静止結晶化に加えられる故に、結晶化の運動性を加速させることが可能となる。
【0073】
上述した２つの効果を合わせることにより、相乗効果がもたらされる。
【0074】
流動によって誘発される結晶化は、ブロー成形に通常使用される材料のような分子量が高い材料の場合に特に明白である。そのような材料は、一般的には、１０，０００ダルトンを超える原子質量値を有する。
【0075】
低温かつ高い変形速度で材料を加工することはまた、分子配向を向上させ、従って製造される物品の性能を向上させるのに役立つ。
【0076】
より高い結晶化および／またはより大きな分子配向により、材料はより耐久性を有するようになり、従って製造される物品の厚さ、即ち物品の製造コストを低減することも可能となる。
【0077】
冷却装置２０により、押出装置から来る高分子材料の流れの温度を正確に制御することができ、それ故に、高分子材料を金型６０内に導入する前の過度の結晶化を回避するのに役立つ。
【0078】
本発明は重要な利点を達成する。
【0079】
第一に、高分子材料を押出ヘッドに供給する前に、溶融温度より低くかつ結晶化温度より高い温度に高分子材料を冷却することにより、形成された物体を取り扱うことができ、従って損傷させることなく金型から取り外すことができる温度まで冷却するのに必要な時間を低減することができる。従って、サイクル時間を減少させる。
【0080】
この減少は、押出ヘッド内で採用することができる加工温度が低いほど、即ち高分子材料が押出ヘッド内で成形されている間の、高分子材料の温度が低いほど、ますます顕著となる。特に、押出ヘッド内で押し出されている間の高分子材料の温度は、結晶化開始温度より高い温度に保たれ、この温度にて、静的条件下で用量を構成する高分子材料中に結晶が形成され始める。
【0081】
高分子材料の流れに高い前進速度が採用されると、高分子材料中に存在する分子鎖は非常に攪拌された状態になり、これが分子鎖を結晶化状態に維持することをより困難にする。従って、結晶化開始温度が低下する結果、高分子材料は、金型内で成形されている間、比較的低い温度を有することができる。
【0082】
更に、高分子材料を急速に前進させると、高分子材料において流動誘起結晶化が起こり、即ち、結晶化の運動性が加速される結果、形成された物体はより迅速に、何らかの損傷を受けることなく金型から取り出されるのに十分な剛性を有する半結晶状態に達することができる。
【0083】
実際、高分子材料を冷却領域から金型に向けて急速に前進させたとしても、高分子材料の流れの中では、供給速度が速いために結晶化を完了できない早期結晶化核が依然として形成される。高い供給速度により、こうした核が規則正しく整列することを確実にし、その結果、核はブロー成形の間に急速に結晶化することができる。
【0084】
換言すると、形成された物体の結晶性および／または分子配向が増加する。
【0085】
既に前述したように、高分子材料の流れの供給速度を上げることにより、結晶化開始温度が低下する故、冷却領域内から押出ヘッドまでの平均的に低い温度を維持することも可能となる。これにより、より高い粘度を有し、従って粘着する傾向がより低い高分子材料をより容易に操作することが可能になる。その結果、押出ヘッドを簡素化することができる。
【0086】
高分子材料の早すぎる結晶化を引き起こすことなく、結晶化温度により近い温度での操作も可能となる。