(57)【要約】膨張した樹脂粒子から成型体を作製する方法であって、一対の電極間に配置される型内に、該粒子と誘電性熱伝達流体を配置する工程；該電極間に、高周波電磁場を発生させる工程；該型に該電磁場を印加し、該熱伝達流体と、従って、該粒子とを絶縁的に加熱する工程；及びその表面の軟化を引き起こすに十分な温度まで該粒子を加熱し、その結果、該粒子は融着し、それによって、該型により成形された成型体を生成する工程を含む方法。好ましくは、該高周波電磁場は、該成形体の平均寸法（または外形寸法）よりも大きな波長を有している。
2014531352.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下の工程を含む、膨張した樹脂粒子から成型体を作製する方法：
一対の電極間に配置される型内に、該粒子と誘電性熱伝達流体を配置する工程；
該電極間に高周波電磁場を発生させる工程；
該型に該電磁場を印加して、該熱伝達流体及び従って該粒子を誘電加熱する工程；及び、
その表面を軟化させるのに十分な温度にまで該粒子を加熱して、その結果、該粒子が融着することによって、該型により形成された成型体を生成する工程。
【請求項２】
前記高周波電磁場が前記成形体の平均寸法（または外形寸法）よりも大きな波長を有している、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記高周波電磁場が下記の少なくとも一つを有している請求項１または２に記載の方法：
ｉ）３００ｍ〜１ｍの間の波長；
ii）１ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ、１ＭＨｚ〜１００ＭＨｚ、１ＭＨｚ〜４０ＭＨｚ、あるいは、３ＭＨｚ〜３０ＭＨｚの間の周波数；
iii）産業用加熱に割り当てられている、産業用、学術用および医療用の帯域中の周波数；
iv）前記成形体の平均寸法よりも大きな、四分の一波長。
【請求項４】
前記高周波電磁場が、１３．５６ＭＨｚ、２７．１２ＭＨｚおよび４０．６８ＭＨｚのいずれかの一つの±１０ＭＨｚ以内の周波数を有している、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記熱伝達流体を加熱する温度が、それを蒸発させるのに十分であり、及びオプションとして、完全な蒸発を引き起こすのに十分な温度である、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記方法は、前記熱伝達流体の蒸発温度が、前記粒子の表面の軟化温度またはその近傍の温度となるように、前記型内の圧力を維持する工程を、さらに含んでいる、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記印加された高周波電磁場は、前記熱伝達流体が液体状態である際には第一の形態での、及びオプションとして、前記熱伝達流体が気体状態である際には第二の形態での、該熱伝達流体の加熱を生じさせる、請求項５または６に記載の方法。
【請求項８】
前記熱伝達流体が液体状態であるとき、好ましくは、前記粒子と接しているときには、該熱伝達流体の加熱が主として起こるように、前記印加された高周波電磁場による第一の形態での該熱伝達流体の加熱が、第二の形態での該熱伝達流体の加熱よりも、支配的である、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記型内に配置される熱伝達流体の量が前記型の空隙の体積に依存して決定され、かつ、空隙１リットル当たり、好ましくは１ｍｌ〜１００ｍｌ、より好ましくは２ｍｌ〜５０ｍｌ、さらに好ましくは４ｍｌ〜２５ｍｌの間である、前記請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
前記型内に配置される熱伝達流体の質量が前記型内に配置される粒子の質量により決定され、好ましくは、前記型内に配置される熱伝達流体の質量が粒子の質量の、０．１から５０倍、０．１２５または０．１４から２０または２５倍、０．２５から２倍、より好ましくは０．５から１．２５倍の範囲である、前記請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
前記熱伝達流体が水を含有している、前記請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
前記水には導電率を増加させる不純物が添加されている、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記導電率を増加させる不純物が塩である、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記熱伝達流体が３ｍＳ/ｍを超える導電率を有している、前記請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項１５】
前記熱伝達流体が、
ｉ）前記粒子と同時に前記型内に配置される；および／または
ii）前記型内に配置されまたは注入される前に、前記粒子と予め混和される、前記請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項１６】
前記熱伝達流体が湿潤剤と組み合わせて使用される、前記請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項１７】
前記方法が、型内の圧力制御によって少なくとも部分的に該型内の温度を制御する工程を、さらに含んでいる、前記請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項１８】
前記方法が、成型の間、前記型を上昇された圧力に維持する工程をさらに含んでおり、好ましくは、前記上昇された圧力は３バールまで、好ましくは５バールまで、好ましくは２〜３バールの間、あるいは、３〜５バールの間である、前記請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項１９】
前記方法が、成型の前に前記型を加圧する工程をさらに含んでいる、前記請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項２０】
前記粒子を加熱する上昇された温度が、８０℃と１８０℃の間、好ましくは１０５℃と１６５℃の間、好ましくは、１１０℃まで、１２０℃まで、１３０℃まで、１４０℃まで、あるいは、１５０℃までである、前記請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項２１】
前記型内の上昇された圧力及び温度が、前記粒子の融着による成型体の生成を生じさせるのに十分な時間、維持されている、請求項１７〜２０のいずれかに記載の方法。
【請求項２２】
成型の前に、前記型内の前記粒子を加圧する工程をさらに含んでいる、前記請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項２３】
前記粒子の加圧が、機械的あるいは物理的な、例えば、対圧充填による、好ましくは５〜１００体積％の前記粒子の圧縮工程を含んでいる、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記型から空気を除去する工程、好ましくは、蒸発した熱伝達流体によって空気を排出する工程、好ましくは、空気を、バルブを介して、あるいは、空気貯蔵器中に、排気する工程をさらに含んでおり、オプションとして、成型が完了する前に該工程を行う、前記請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項２５】
前記粒子の融着が生じた後、好ましくは、前記粒子の融着が生じた直後に、前記型の圧力を下げる工程をさらに含んでいる、前記請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項２６】
前記型から蒸発した熱伝達流体を排気する工程をさらに含んでいる、前記請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項２７】
成型の後、冷却工程をさらに含んでおり、好ましくは、該冷却工程は、
ｉ）前記型内に、加圧されたガスを注入する工程；あるいは
ii）前記型または電極の少なくとも一つの表面を冷却する工程の少なくとも一つを含んでおり；
好ましくは、該冷却工程は、該型または電極の少なくとも一つの表面に沿って、流体を流通させる工程を含んでいる、前記請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項２８】
前記粒子が、独立気泡型発泡体粒子、を含む、からなる、または、である、前記請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項２９】
前記樹脂が、脂肪族樹脂、を含む、からなる、または、である、前記請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項３０】
前記樹脂が、ポリオレフィン、を含む、からなる、または、である、前記請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項３１】
前記樹脂が、非芳香族ポリオレフィン（すなわち、ポリアルケン）、を含む、からなる、または、である、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記樹脂が、ポリプロピレン及びポリエチレン、を含む、からなる、または、である、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記樹脂が、ポリプロピレン、を含む、からなる、または、である、請求項３１に記載の方法。
【請求項３４】
前記樹脂が、ポリエチレン、を含む、からなる、または、である、請求項３１に記載の方法。
【請求項３５】
前記樹脂が、共重合体、好ましくは、ポリプロピレン及びその共重合体、あるいは、ポリエチレン及びその共重合体、を含む、からなる、または、である、請求項１〜３２のいずれかに記載の方法。
【請求項３６】
前記粒子中にガスを導入する目的で、該粒子の前処理、好ましくは、成型の前に、該粒子を事前に加圧することにより、該粒子あるいはビーズの密度を制御する工程をさらに含んでいる、前記請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項３７】
前記粒子を前記型の外で事前に加圧し、そしてその後、前記型に移送する、好ましくは、前記粒子を、上昇された圧力で加圧タンク内に保管する、請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記型が、閉鎖空隙、あるいは、部分的に閉鎖された空隙を含んでいる、前記請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項３９】
前記型材料が、前記平板電極間で発生した高周波電磁場に対して、実質的に透過性の材料を含んでおり、好ましくは、前記型材料が、
ｉ）ポリプロピレン、高密度ポリエチレン、ポリエーテルイミドあるいはポリテトラフルオロエチレンのような、ポリマー；あるいは
ii）アルミナ、ムライト、ＭＩＣＯＲ、あるいはパイロフィライトのような、セラミックスを含んでいる、
前記請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項４０】
前記型が、前記平板電極間で発生した高周波電磁場に対して実質的に透明でない第二の材料を含んでおり、好ましくは、該第二の型材料が、型の側壁あるいは内張りを形成しており、そして、成型される物品との直接的接触に適応している、前記請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項４１】
前記電極平板が、誘電性または非導電性のスペーサ材料によって離れて配置されており、好ましくは、該スペーサ材料が、前記型の少なくとも一つの側壁を規定しており、より好ましくは、前記型の少なくとも一つの側壁が、平板電極中に埋め込まれている、前記請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項４２】
前記型の空隙の少なくとも一つの側面が、少なくとも一つの電極と直接接触している、前記請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項４３】
前記型が、前記熱伝達流体の蒸発によって上昇した圧力に耐えるように適合している、前記請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項４４】
粒子から成型体を作製するための装置であって、
一対の電極；
該電極間に高周波電磁場を発生する手段；
該電極の間に配置されている型；
該型に該電磁場を印加する手段；を含んでおり、
該装置は、該粒子の表面を軟化させるのに十分な温度まで、型内に配置された熱伝達流体及び粒子を誘電加熱して、その結果、該粒子が融着することによって、該型により成形された成型体を生成することに適合しており、
好ましくは、
ｉ）例えば、割型充填、あるいは対圧充填により、型内に、熱伝達流体及び粒子を配置する手段；
ii）平板電極；
iii）粒子を圧縮する手段；
iv）型を加圧する手段
の少なくとも一つを含んでいる装置。
【請求項４５】
好ましくは、印加される電磁場の性状を変更する目的で、加工される材料に依存して、電極間の間隔が調製可能である、請求項４４に記載の装置。
【請求項４６】
請求項１〜４３のいずれに記載の方法を使用して、あるいは、請求項４４または４５に記載の装置を使用して、得られた成型体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液状の熱伝達媒体の存在下、誘電加熱、特には、高周波（ＲＦ）あるいは短波（ＨＦ）加熱を適用して、膨張した樹脂粒子から成型体を作製する方法、並びに、作製するための装置に関する。本発明は、膨張したポリプロピレン（及び類似物）の発泡体のビーズを相互に融着することで作製される物品の成型と特に関連性を有している。本発明は、また、下記の作製にも適用される。
・合成樹脂の粒子状発泡体
・非芳香族ポリオレフィン（すなわち、ポリアルキレン）の粒子状発泡体
・ポリカーボネート、ポリエステル及びポリアミドの発泡体
具体的には、膨張したポリオレフィン（例えば、ポリプロピレン）樹脂粒子を成型する方法を記載する。
【０００２】
本発明は、また、下記について適用される可能性がある。
・膨張されてなく、また、重合体でもない材料；
・食料製品；及び
・デンプン質を基礎とする、バイオ発泡体。
本発明のさらなる応用には、下記の製造が含まれる。
・バイオポリマー
・ポリカーボネート、ポリエステル及びポリアミドの発泡体。
【背景技術】
【０００３】
膨張したポリプロピレン（ＥＰＰ）は、１９７０年代に最初に開発された、独立気泡型、ポリプロピレン共重合体プラスチック発泡体である。ＥＰＰは、多くの望ましい材料特性を有しており、エネルギー吸収性；耐久性；断熱；浮力；耐衝撃性、耐水性及び化学薬品に対する耐性;高い強度重量比を初めとする、種々の要求に適合する可能性を更に具えている。それはまた、再生利用できる。ＥＰＰは、エネルギー吸収性を対象とする、高密度から、家具及びその他の消費物品用の中程度の密度、梱包用の低密度まで分布する、幅広い密度範囲のものを調製することが可能である。さらに、例えば、自動車産業において、広範囲に及ぶ用途が見出されている。
【０００４】
産業用途として、ＥＰＰは、しばしば、粒子またはビーズ形状で市販されており、例えば、ＡＲＰＲＯ（登録商標）あるいはＰ−ＢＬＯＣＫの商品名で、市販されている。
【０００５】
ビーズの製造は、他の成分と組み合わせたポリプロピレン（ＰＰ）樹脂のペレットの押し出し成型と、その後のビーズ生成のための膨張（従って、膨張されたＰＰ、あるいは、ＥＰＰ）のプロセスを含んでいる。膨張工程は、オートクレーブ内で、ペレットに熱および圧力を加える工程と、引き続き、それらを取り除く工程を含んでいる（大気圧への圧力の降下は、膨張を引き越す）。ビーズの密度をさらに低下させるため、さらなる膨張工程を使用することもできる。
【０００６】
ついで、ビーズを互いに融着させることで、単品製品（食品及び飲料用の容器等）及びシステム部品(自動車用のシート及びバンパー等)のような、成型発泡体部材を形成する。具体的には、カー・バンパー等の成型部材は、互いに融着された、数百万のビーズを含んでいる。
【０００７】
ＥＰＰビーズを最終部材に成型する一つの方法は、蒸気の導入を介して、金属製型内において、ビーズを加熱し、融着させる工程を含んでいる。容器を閉じた際、ビーズが挿入される、治具あるいは型が配置される、成型用間隙を規定する、二つの空間を典型的に含む、アルミニウム製の「蒸気容器」の利用によって、成型が達成されている。治具は、典型的には、蒸気容器の二つの部材のいずれかが取り付けられている、二つの相補的な（例えば、雄型と雌型）プレートを含んでいる。蒸気容器には、蒸気の流通を容易にするため、最適なバルブと流出管が付設されている。
【０００８】
空気を排除するため、隙間を蒸気で初期洗浄した後、ＥＰＰビーズが、該型の間隙中に、二つの方法（ビーズは活性な膨張剤を具えていないので、最終の成型物品の凝着を確実にするため、成型内、より密接に接触するように、人為的に、相互を圧縮するように、これらの方法は設計されている。）の一つによって、導入される。
【０００９】
・割型充填  ビーズは開放された治具中に導入され、成型間隙の容量を超えて充填され、治具を閉じることで、ビーズは機械的に相互に圧縮される。
【００１０】
・対圧充填  充填タンク中に加圧下で保持されているビーズを、加圧されている型間隙中に注入する。加圧下で、ビーズは、圧縮されて体積が減少しており、型間隙内の圧力が低下する際、ビーズは膨張し、充填される。
【００１１】
そして、周囲の蒸気容器から間隙中に蒸気が放出される。蒸気がビーズの集合体中を通過する際、蒸気からビーズにエネルギーが伝達され、加熱と膨張を引き起こす。ビーズの表面が加熱されるため、最終的には、軟化が開始し、そして、ビーズは相互に融着する。融着された部材の形状は、治具の形状となる。
【００１２】
あるプロセスでは、ビーズは、前処理プロセスを施され、そして、型充填段階に先立ち、事前加圧される、また、ある場合には、気体状「発泡剤」が、その構造中に導入される。これは、成型プロセス中、さらにいっそうのビーズの膨張を引き起こし、事前加圧されていない場合よりも、より密度の低い成型部材となる。文脈から明らかであるように、用語「事前加圧」は、ある場合には、(ビーズの前処理というよりも)実際の成型工程に先立って型を加圧することを指すために、使用される。
【００１３】
一旦、融着が完了すると、型は、水によって約６０℃まで冷却され（内圧を低下させ、成型部材の取り出し時の破裂を防止する。熱伝導による冷却が、ビーズの中心に達するには、このプロセスには、若干の時間がかかる。）、型を開放して、成型部材が取り出される。自動化されたプロセスでは、成形された際、成型部材は、押し出され、あるいは、排出される。その際、オプションとして、安定化プロセスを実施することもできる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
蒸気成型手法は、潜在的な、顕著なコスト節約と生産性の向上の可能性があるために、しばしば、射出成型等のプラスチック成型の手法の代替として優先して利用されている。しかし、大容量の加圧蒸気が必要なことが、蒸気容器成型は非常にエネルギー的に非効率であることを意味することが、本発明によって、認識された。
【００１５】
・ＥＰＰビーズを融着させるためには、室温から、（十分な圧力下では）ビーズが相互に融着する温度である、約１３５℃の軟化温度まで、それらを加熱する必要がある。これは、少量の加工されたＥＰＰを製造するためでさえ、多量の蒸気の消費と、型全体の加熱が必要であるということである（１ｋｇの加工ＥＰＰに対して、平均で、３．５バールの１５ｋｇ〜２５ｋｇ程度の蒸気）。
【００１６】
・成型部材を型から容易にかつ速やかに取り出すことを可能とするためには、型をその後、冷却して、蒸気を凝縮させて、その結果、型内部の内圧を減少させなければならない。
【００１７】
ＥＰＰビーズと同様に、型を加熱（そして、潜在的に冷却）する必要があることは、プロセスで使用されるエネルギーの９９％以上は、ビーズ自体の加熱以外の目的に使用されることを意味しており、従って、エネルギー・コストは、全コストの相当の比率となる。
【００１８】
繰り返される熱サイクルは、また、成型装置の動作寿命にとって有害である。
【００１９】
商業規模のプロセスの経済面では、（原料は、比較的に低コストであるものの）、加工時間は、必要とされる労働コストに影響するので、同様に重要である。型の加熱と冷却が必要なことは、コストを著しく増加させるので、軽量の成型部材にとって、これは特に重要である。
【００２０】
従って、好ましくは、成型に使用するエネルギーと、必要とされる時間の双方を低減するため、成型された発泡体物品を提供するための膨張プロピレン（ＥＰＰ）ビーズを融着させる新規な技術には、相当な関心がもたれている。エネルギー・コストを８０％低減すると、成型部材のコストを１５〜２０％低減できると、予測されている。
【００２１】
通常、本明細書において、用語「軟化温度」は、好ましくは、ビーズ材料が、初期のビーズ形状から成型部材中の最終形状にまで、成型内に膨張できるように十分に軟化するが、しかし、崩壊を起こすことなく、その独立気泡状構造を維持するに十分に硬い、温度または温度域を含んでいる。従って、材料の軟化温度は、通常その融点よりも低いが、膨張したプロピレンの場合、軟化温度は該材料が融解し始めるような、融解点より僅かに高いと考えられる。通常、ＥＰＰ、特に、ＡＲＰＲＯ（登録商標）／Ｐ−ＢＬＯＣＫ（登録商標）については、軟化温度は１２５℃〜１４５℃の間である。半結晶性の熱プラスチック物質については、軟化温度は、通常、結晶相の融解の開始点と終了点の間である。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明の第一の形態においては、膨張した樹脂粒子から成型体を作製する方法であって、該方法は、一対の電極間に配置された型内に、前記粒子と誘電性熱伝達流体を配置する工程；前記電極間に、高周波電磁場を発生させる工程；前記型に該電磁場を印加し、前記熱伝達流体を従って前記粒子を誘電加熱する工程；及び、その表面の軟化を引き起こすのに十分な温度まで、該粒子を加熱して、その結果、該粒子が融着することによって、前記型により成形された成型体を生成する工程を含む方法が提供される。
【００２３】
好ましくは、前記高周波電磁場は、該成形体の平均寸法（または外形寸法）よりも大きな波長を有している。
【００２４】
好ましくは、前記高周波電磁場は、下記の少なくとも一つを有している。
ｉ）３００ｍ〜１ｍの間の波長；ii）１ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ、１ＭＨｚ〜１００ＭＨｚ、１ＭＨｚ〜４０ＭＨｚ、あるいは、３ＭＨｚ〜３０ＭＨｚの間の周波数；iii）産業用、学術用および医療用の帯域中、産業用加熱に割り当てられている周波数；iv）該成形体の平均寸法よりも大きな、四分の一波長。前記高周波電磁場は、１３．５６ＭＨｚ、２７．１２ＭＨｚおよび４０．６８ＭＨｚのいずれか一つの±１０ＭＨｚ以内の周波数を有している。
【００２５】
好ましくは、前記熱伝達流体を加熱する温度が、それを蒸発させるのに十分であることであり、オプションとしては、完全に蒸発させるのに十分な温度にすることである。
【００２６】
好ましくは、該方法は、前記熱伝達流体の蒸発温度が、前記粒子の表面の軟化温度またはその近傍の温度となるように、前記型内の圧力を維持する工程を、さらに含んでいる。
【００２７】
好ましくは、前記印加された高周波電磁場は、該熱伝達流体が液体状態である際には第一の形態での、及びオプションとしては、該熱伝達流体が気体状態である際には第二の形態での、該熱伝達流体の加熱を生じさせる。より好ましくは、該熱伝達流体が液体状態であって好ましくは前記粒子と接している際には、該熱伝達流体の加熱が主として起こるように、前記印加された高周波電磁場による第一の形態での該熱伝達流体の加熱が、第二の形態での該熱伝達流体の加熱よりも支配的である。
【００２８】
好ましくは、前記型内に配置される熱伝達流体の量は、前記型の空隙の体積に依存して決定され、かつ、空隙１リットル当たり、好ましくは１ｍｌ〜１００ｍｌ、より好ましくは２ｍｌ〜５０ｍｌ、さらに好ましくは４ｍｌ〜２５ｍｌの間である。代替として、前記型内に配置される熱伝達流体の質量は、前記型内に配置される粒子の質量により決定される。好ましくは、前記型内に配置される熱伝達流体の質量は、粒子の質量の、０．１から５０倍、０．１２５または０．１４から２０または２５倍、０．２５から２倍、より好ましくは０．５から１．２５倍の範囲である。
【００２９】
好ましくは、前記熱伝達流体は水を含有している。好ましくは、水には導電率を増加させる不純物が添加されている。導電率を増加させる不純物は塩であることができる。
【００３０】
好ましくは、前記熱伝達流体は、３ｍＳ/ｍを超える導電率を有している。
【００３１】
好ましくは、前記熱伝達流体は、ｉ）前記粒子と同時に、前記型内に配置される、および／または、ii）前記型内に配置されあるいは注入される前に、前記粒子と予め混和される。
【００３２】
好ましくは、前記熱伝達流体は、湿潤剤と組み合わせて使用される。
【００３３】
好ましくは、該方法は、型内の圧力の制御によって、少なくとも部分的に、前記型内の温度を制御する工程を、さらに含んでいる。
【００３４】
好ましくは、該方法は、成型の間、前記型を上昇された圧力に維持する工程をさらに含んでおり、好ましくは、前記上昇された圧力は、３バールまで、好ましくは５バールまで、好ましくは２〜３バールの間、あるいは、３〜５バールの間である。
【００３５】
好ましくは、該方法は、成型の前に、前記型を加圧する工程をさらに含んでいる。
【００３６】
好ましくは、前記粒子を加熱する上昇された温度は、８０℃と８０℃の間、好ましくは１０５℃と１６５℃の間、好ましくは、１１０℃まで、１２０℃まで、１３０℃まで、１４０℃まで、あるいは、１５０℃までである。
【００３７】
好ましくは、前記型内の上昇された圧力及び温度は、前記粒子の融着による成型体の形成を生じさせるのに十分な時間、維持される。
【００３８】
好ましくは、該方法は、成型の前に、前記型内の粒子を加圧する工程をさらに含んでいる。前記粒子の加圧工程は、機械的あるいは物理的な、例えば、対圧充填による、好ましくは５〜１００体積％の前記粒子の圧縮工程を含んでいてもよい。
【００３９】
好ましくは、該方法は、前記型から空気を除去する工程、好ましくは蒸発した熱伝達流体により空気を排出する工程、好ましくは空気をバルブを介してあるいは空気貯蔵器中に排気する工程をさらに含んでおり、オプションとしては、成型が完了する前に該工程が行なわれることである。
【００４０】
前記型から空気を除去する工程は、蒸発した熱伝達流体により、空気を置換する工程、好ましくは、空気を、バルブを介して、あるいは、空気貯蔵器中に排気する工程を含んでいてもよい。
【００４１】
好ましくは、該方法は、前記粒子の融着が生じた後、好ましくは前記粒子の融着が生じた直後に、前記型の圧力を下げる工程をさらに含んでいる。
【００４２】
好ましくは、該方法は、蒸発した熱伝達流体を前記型から排気する工程をさらに含んでいる。
【００４３】
好ましくは、該方法は、成型の後、冷却工程をさらに含んでおり、好ましくは、前記冷却工程は、ｉ）前記型内に、加圧されたガスを注入する工程；あるいは、ii）電極あるいは前記型の少なくとも一つの表面を冷却する工程；のいずれか一つを含んでおり、好ましくは、前記冷却工程は、電極あるいは前記型の少なくとも一つの表面に沿って、流体を流通させる工程を含んでいる。
【００４４】
好ましくは、前記粒子は、独立気泡型発泡体粒子、を含む、からなる、または、である。
【００４５】
好ましくは、前記樹脂は、脂肪族樹脂、を含む、からなる、または、である。前記樹脂は、ポリオレフィン、を含む、からなる、または、である。前記樹脂は、非芳香族ポリオレフィン（すなわち、ポリアルケン）、を含む、からなる、または、である。前記樹脂は、ポリプロピレン及びポリエチレン、を含む、からなる、または、である。前記樹脂は、ポリプロピレン、を含む、からなる、または、である。前記樹脂は、ポリエチレン、を含む、からなる、または、である。前記樹脂は、共重合体、好ましくは、ポリプロピレン及びその共重合体、あるいは、ポリエチレン及びその共重合体、を含む、からなる、または、である。
【００４６】
好ましくは、該方法は、前記粒子の前処理、好ましくは前記粒子中にガスを導入する目的で成型の前に該粒子を事前に加圧することにより、該粒子またはビーズの密度を制御する工程をさらに含んでいる。
【００４７】
好ましくは、前記粒子は、前記型の外で事前に加圧し、そしてその後、前記型に移送するが、好ましくは、前記粒子を、上昇させた圧力で加圧タンク中に保管する。
【００４８】
好ましくは、前記型は、閉鎖空隙または部分的に閉鎖された空隙を含んでいる。
【００４９】
好ましくは、前記型材料は、前記平板電極間に発生された高周波電磁場に対して、実質的に透明な材料を含んでおり、好ましくは、前記型材料は、ｉ）ポリプロピレン、高密度ポリエチレン、ポリエーテルイミドあるいはポリテトラフルオロエチレンのような、ポリマー；あるいは、ii）アルミナ、ムライト、ＭＩＣＯＲ、あるいはパイロフィタイトのような、セラミックスを含んでいる。前記型は、前記平板電極間に発生された高周波電磁場に対して、実質的に透明でない第二の材料を含んでいてもよく、好ましくは、前記第二の型材料は、型の側壁あるいは内張りを形成しており、そして、成型される物品との直接的接触に適応している。
【００５０】
好ましくは、前記電極平板は、誘電性の、あるいは、非導電性のスペーサ材料によって、離れて配置されており、好ましくは、前記スペーサ材料は、前記型の少なくとも一つの側壁を規定しており、より好ましくは、前記型の少なくとも一つの側壁は、平板電極内に、はめ込まれている。好ましくは、前記型の空隙の少なくとも一つの側面は、少なくとも一つの電極と直接接触している。
【００５１】
好ましくは、前記型は、前記熱伝達流体の蒸発によって上昇された圧力に耐えるように適合している。
【００５２】
本発明の他の形態においては、粒子から成型体を作製するための装置であって、一対の電極；前記電極間に高周波電磁場を発生する手段；前記電極の間に配置されている型；前記型に前記電磁場を印加する手段を含んでおり；前記装置は、前記粒子の表面を軟化させるのに十分な温度にまで、型内に配置された熱伝達流体及び粒子を誘電加熱して、その結果、粒子は融着し、それにより、前記型により成形された成型体を生成することに適合しており、好ましくは、下記の少なくとも一つを含んでいる装置が提供される。
ｉ）例えば、割型充填または対圧充填により、型内に粒子及び熱伝達流体を配置する手段；ii）平板電極；iii）粒子を圧縮する手段；または、iv）型を加圧する手段。
【００５３】
好ましくは、印加される電磁場の性状を変更する目的で、加工される材料に依存して、電極間の間隔が調製可能である。
【００５４】
本発明のさらなる形態においては、ここに記載の方法を使用して得られた成型製品が提供される。
【００５５】
本発明のさらなる特徴は、さらなるクレームによって明記される。
【００５６】
更なる形態は、下記を含んでいる。
・高周波（ＲＦ）加熱の適用によって、プラスチック粒子状材料を成型する装置であって、下記を含む装置である。
*  型
*  電極
*  材料導入口
*  液状の熱伝達媒体
*  オプションとしての、好ましくは、前記型内における加圧手段、あるいは、その代わりの前記粒子の圧縮手段；
・液状の熱伝達媒体の存在下、高周波（ＲＦ）加熱の適用によって、プラスチック粒子状材料を成型する方法；
・液体または流体状の熱伝達媒体の存在下、高周波（ＲＦ）加熱の適用によって、膨張したポリプロピレン発泡体のビーズを相互に融着することで作製される物品を成型する方法。
【００５７】
ここでの使用において、（成型体などの）物品の寸法は、好ましくは、長さ、幅、あるいは、より典型的には、物品の厚さ、より好ましくは、平均の長さ、幅、または厚さ、及び物品の平均寸法を指しており、より好ましくは、電極の面に対して、垂直または直交する方向における、電極間の物品の厚さを指している。
【００５８】
特に明示していない場合、圧力に関する記載は、「ゲージ圧」を意味する。
【００５９】
本発明は、以下の各項により、明確化することができる。
【００６０】
１．樹脂粒子から成型体を作製する方法であって、以下を含む方法。
一対の電極間に配置される型内に前記粒子と誘電性熱伝達流体を配置する工程；前記電極間に高周波電磁場を発生させる工程；前記型に該電磁場を印加し、前記熱伝達流体を、従って、前記粒子を誘電加熱する工程；及び、その表面の軟化を引き起こすに十分な温度まで、該粒子を加熱し、その結果、該粒子は融着し、それによって、前記型により成形された、成型体を生成する工程。
好ましくは、前記高周波電磁場は、該成形体の平均寸法よりも大きな波長を有している。
【００６１】
２．前記高周波電磁場は、１０ｍ〜１ｃｍの間の、好ましくは１ｍ〜１０ｃｍの間の波長を有している、項１に記載の方法。
【００６２】
３．前記熱伝達流体を加熱する温度は、それを蒸発させるのに十分である、前記各項のいずれかに記載の方法。
【００６３】
４．前記熱伝達流体は、ｉ）前記粒子と同時に、前記型内に配置される、または、ii）前記型内に配置される前に、前記粒子と予め混和される、前記各項のいずれかに記載の方法。
【００６４】
５．前記熱伝達流体は、湿潤剤と組み合わせて使用される、前記各項のいずれかに記載の方法。
【００６５】
６．前記熱伝達流体が、水を含有しており、好ましくは、水には塩等の導電率を増加させる不純物が添加されている、前記各項のいずれかに記載の方法。
【００６６】
７．前記熱伝達流体は、３ｍＳ/ｍを超える、好ましくは、７ｍＳ/ｍを超える導電率を有している、前記各項のいずれかに記載の方法。
【００６７】
８．前記粒子が、下記のいずれかを含んでいる、前記各項のいずれかに記載の方法。
ｉ）独立気泡型発泡体粒子、ii）共重合体の発泡体粒子、あるいは、iii）膨張したポリオレフィン。
【００６８】
９．該方法は、加熱の前に、該粒子を事前に加圧する工程をさらに含んでおり、好ましくは、以下を含む、前記各項のいずれかに記載の方法。
ｉ）前記型内で、該粒子は事前に加圧される、あるいは
ii）前記型の外で、前記粒子は事前に加圧され、そして、その後、前記型に移送されて、好ましくは、前記粒子は、上昇された圧力で、加圧タンク内に保管される。 
【００６９】
１０．事前の加圧の工程は、前記粒子を機械的に圧縮する工程を含んでいる、項９に記載の方法。
【００７０】
１１．前記上昇された圧力は、少なくとも、１．１バール、２バール、３バール、４バール、または、４バールを超え、好ましくは、前記事前の加圧は、少なくとも、１、２、３、８、１２、１６時間、または、１６時間を超えて行われる、項９または１０のいずれかに記載の方法。
【００７１】
１２．前記粒子を加熱する、上昇された温度は、８０℃と１８０℃の間、好ましくは１０５℃と１６５℃の間であり、好ましくは、９０℃まで、１００℃まで、１１０℃まで、１２０℃まで、１３０℃まで、もしくは１４０℃までか、あるいは、１５０℃までである、前記各項のいずれかに記載の方法。
【００７２】
１３．前記型は、閉鎖空隙を含んでいる、前記各項のいずれかに記載の方法。
【００７３】
１４、該方法は、成型の間、前記型を、上昇された圧力に維持する工程をさらに含んでおり、好ましくは、前記圧力は、３バールまで、好ましくは５バールまでである、前記各項のいずれかに記載の方法。
【００７４】
１５．該方法は、成型の前に前記型を事前に加圧する工程をさらに含んでいる、前記各項のいずれかに記載の方法。
【００７５】
１６．該方法は、前記型から蒸発した熱伝達流体を排気する工程をさらに含んでいる、前記各項のいずれかに記載の方法。
【００７６】
１７．該方法は、成型の後の冷却工程をさらに含んでおり、好ましくは、前記冷却工程は、以下の工程を含んでいる、前記各項のいずれかに記載の方法。
ｉ）前記型内に、加圧ガスを注入する工程、あるいは
ii）前記型または電極の少なくとも一つの表面を冷却する工程を含んでおり、好ましくは、前記冷却工程は、前記型または電極の少なくとも一つの表面に沿って、流体を流通させる工程。
【００７７】
１８．前記型内に配置される熱伝達流体の質量は、前記型内に配置される粒子の質量により決定され、好ましくは、前記型内に配置される熱伝達流体の質量は、前記型内に配置される粒子の質量と、おおよそ等しい、または、より小さい、前記各項のいずれかに記載の方法。
【００７８】
１９．前記型材料は、前記平板電極間に発生する高周波電磁場に対して、実質的に透過性の材料を含んでおり、好ましくは、前記型材料は、以下を含んでいる、前記各項のいずれかに記載の方法。
ｉ）ポリプロピレン（ＰＰ）、あるいはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＥＥ）のような、ポリマー；あるいは
ii）セラミックス。
【００７９】
２０．前記型は、少なくとも、前記平板電極間に発生する高周波電磁場に対して実質的に透明でない第二の材料の一つの側壁あるいは内張りを有しており、好ましくは、前記第二の型材料は、ポリビニリデン・フロライド（ＰＶＤＦ）を含んでいる、前記各項のいずれかに記載の方法。
【００８０】
２１．前記電極プレートは、誘電性あるいは電気的に非導電性のスペーサ材料によって、離れて配置されており、好ましくは、前記スペーサ材料は少なくとも前記型の一つの側壁を規定しており、より好ましくは、前記型の少なくとも一つの側壁がプレート電極中に埋め込まれている、前記各項のいずれかに記載の方法。
【００８１】
２２．前記粒子がプラスチック材料を含んでいる、前記各項のいずれかに記載の方法。
【００８２】
２３．前記粒子が下記材料のいずれかを含んでいる、前記各項のいずれかに記載の方法。
ｉ）非芳香族ポリオレフィン（すなわち、ポリアルケン）の粒子状発泡体；ポリカーボネート、ポリエステルもしくはポリアミドの発泡体；ポリスチレンの発泡体、
ii）膨張されておらず、かつ、重合体でもない材料；食品パッケージ製品中で使用される材料；デンプン質系のバイオ発泡体、
iii）バイオポリマー、あるいは、
iv）膨張したポリスチレン。
【００８３】
２４．前記高周波電磁場が前記熱伝達流体を蒸発させ、かつ、該蒸発温度が該材料の軟化温度またはそれと近い温度となるように、型内の圧力を得るに十分な電磁場強度である、前記各項のいずれかに記載の方法。
【００８４】
２５．粒子から成型体を作製するための装置であって、一対の電極；前記電極間に高周波電磁場を発生する手段；前記電極の間に配置されている型；及び、前記型に前記電磁場を印加する手段を含んでおり；前記装置は、前記粒子の表面を軟化させるのに十分な温度にまで、型内に配置された熱伝達流体及び粒子を誘電加熱して、その結果、粒子が融着することによって、前記型により成形された成型体を生成することに適合しており、好ましくは、下記の少なくとも一つを含んでいる装置。
ｉ）型内に、粒子及び熱伝達流体を配置する手段；または
ii）平板電極。
【００８５】
２６．粒子から成型体を作製する方法であって、該方法は、型内に前記粒子と誘電性熱伝達流体を配置する工程；および、前記蒸発温度が、前記材料の軟化温度またはその近傍の温度となるように、前記型内の圧力を維持しつつ、前記型に、前記熱伝達流体を蒸発させるのに十分な電磁場強度の高周波電磁場を印加する工程を含んでいることを特徴とする、方法。
【００８６】
本発明は、添付図面を参照して、本明細書中に記載されているように、実質的に、方法及び／または装置に及んでいる。
【００８７】
本発明の一つの形態における、いかなる特徴も、適正に組み合わせて、本発明の他の形態に適用することができる。特に、方法の形態は、装置の形態に適用でき、また、その逆も可能である。
【００８８】
以下に、添付図面を参照して、本発明を実施例によって記載する。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】図１は、電磁波のスペクトルを示す。
【図２】図２は、水の誘電損率を、印加した電磁場の周波数の関数として示す。
【図３】図３は、マイクロ波誘電加熱を利用した成型体を作製するシステムを示す。
【図４】図４は、試作型ＲＦ成型プレス機を示す。
【図５】図５は、ＲＦ加圧成型プレス機の概要を示す。
【図６】図６は、固定可能なプレートを具えた改良型ＲＦ成型プレス機を示す。
【図７】図７は、ＲＦ成型の運転間に観察された環境パラメーターのグラフを示す。
【図８】図８は、頂部のＲＦ電極内に直接組み込まれた、発泡圧力センサを具えたＲＦ−プレス機を示す。
【図９】図９は、ＲＦ成型プロセス中の空気圧測定値の結果を示す。
【図１０】図１０は、ＲＦ成型試験中の空気圧測定値の結果を示す。
【図１１】図１１は、種々のＲＦ電力レベルにおける、ＲＦ成型プロセス中の空気圧測定値の結果を示す。
【図１２】図１２は、種々のＲＦ電力レベルにおける、ＲＦ成型プロセス中の空気圧測定値の結果を示す。
【図１３】図１３は、種々のＲＦ電力レベルにおける、ＲＦ成型プロセス中の空気圧測定値の結果を示す。
【図１４】図１４は、ＲＦ成型プロセス中の圧力測定値のさらなる結果を示す。
【図１５】図１５は、大型ブロック成型の試験中に得られた、発泡圧力センサの測定値を示す。
【図１６】図１６は、成型治具の代替デザインを示す。
【図１７】図１７は、二層型のＲＦ型を示す。
【図１８】図１８は、代替のベント式ＲＦ成型プレス機を示す。
【図１９】図１９は、ＲＦ成型システムとしての使用にも対応した割型充填型の成型プレス機を示す。
【図２０】図２０は、製造用のＲＦ成型手順を示す。
【図２１】図２１は、ＲＦ成型に適合している市販の蒸気容器型成型プレス機を示す。
【図２２】図２２〜図３５は、ポリプロピレンのＲＦ成型についての、更なる研究、及び、パラメータ化の研究を示す。
【発明を実施するための形態】
【００９０】
概要
本発明は、水等の液状熱伝達媒体の存在下、及び誘電加熱による、特には、高周波（ＲＦ）加熱あるいは、短波（ＨＦ）加熱の提供による、プラスチック粒子状材料の成型の新たな方法を提供する。
【００９１】
電気伝導性が乏しいある種の材料に高い周波数の交流電磁（ＥＭ）場を印加すると誘電加熱が生じる。通常、ＥＭ場は（極性分子等の）双極子モーメントを有する材料の分子を、印加された場の周波数で配向させようとする。印加された場の振動数が高周波またはマイクロ波の帯域で振動している際には、分子は場の変動に追随しようとして、その結果、分子間の「摩擦」によって熱が生成される。
【００９２】
しかし、以下でより詳しく説明するように、マイクロ波による誘電加熱と高周波による誘電加熱を比較すると、適用する方法(従って、装置)、機構及び効果の点において明確な相違がある。
【００９３】
印加された電磁場によって誘電体に伝達されるパワー密度、Ｐは、以下のように記される：
【００９４】
【数１】
2014531352.tif 000003
【００９５】
式中、ｆは、印加された電磁場の周波数（Ｈｚ単位）である。ε０は、真空中の誘電率＝８．８５×１０−１２Ｆｍ−１である。ε”は、誘電性材料の「誘電損率」であり、積εｒｔａｎδで定義される。その際、εｒは、比誘電率であり、そして、δは、損失角（比誘電率の虚数部に関連する、電磁場の固有損失の指標、従って、電磁場エネルギーに起因する発熱の指標）である。そして、Ｅは、電場強度、あるいは電位勾配（Ｖｍ−１単位）である。
【００９６】
図１は、電磁（ＥＭ）場のスペクトル１、具体的には、誘電加熱において最も関心がある周波数帯域５、すなわち高周波スペクトルであり、特には、マイクロ波と高周波（ＲＦ）を示している。
【００９７】
通常、電波のスペクトルは、ある定義では遠赤外域と表記されることもある、３，０００ＧＨｚ（波長０．１ｍｍ）までの周波数も含まれるが、約３００ＧＨｚよりも低い周波数（１ｍｍより長い波長に対応している）のＥＭスペクトルの部分と表記されてきた。
【００９８】
いくつかの定義では、マイクロ波と高周波（ＲＦ）という用語は、電磁場のスペクトルの隣り合った部分を表記するために使用されている。二つの間の厳格な区分点はしばしば明解ではないが、典型的な区分は下記のようになされている。
【００９９】
・マイクロ波：  ３００ＭＨｚ〜３ＧＨｚ（１ｍ〜１０ｃｍの短い波長に対応する）の]比較的に高い周波数、
・高周波：  ３〜３００ＭＨｚ（従って、１００ｍ〜１ｍのより長い波長に対応する）のより低い周波数。１ＭＨｚ（波長３００ｍ）まで下がる可能性もある。
しかしながら、技術的及び法規上の区分がある。
【０１００】
・それぞれは、典型的には、明確に異なった方法で発生される。例えば、工業用マイクロ波加熱システムは、典型的には、共振またはマルチ−モード・キャビティにパワーを伝送する導波路を具えたマグネトロンに基づいている。一方、高周波加熱は、印加器にパワーを配分するための伝送線あるいは同軸型配線が付加された共振ＬＣ回路を具えた、三極管または四極管を使用している。通常、印加器は、高周波パワーが電極の一つまたは双方に印加されるキャパシタの形状を有している。
【０１０１】
・それぞれは、分子間に様々な主要な相互作用を引き起こす。マイクロ波加熱は、主に自由な双極子間の相互作用に関係しており、高周波加熱は、主にイオン性電導性に関係している。
【０１０２】
・それぞれ、産業用、科学用及び医療用（ＩＳＭ）帯域として知られている、特定の周波数帯域に関する国際的協定により、特定の用途に限定、割り当てられており、これらの帯域以外の照射の放出は厳格に規制されている。例えば、以下である。
【０１０３】
・マイクロ波帯域に含まれるもの：英国における８９６ＭＨｚ、欧州とＵＳＡにおける９１５ＭＨｚ、及び、全世界的な２４５０ＭＨｚ、
・ＲＦ帯域に含まれるもの：１３．５６ＭＨｚ、２７．１２ＭＨｚ及び４０．６８ＭＨｚ。
【０１０４】
許諾されている周波数には、先に述べた許諾帯域内の周波数が含まれる。
【０１０５】
従って、ここで使用される用語「ＲＦ」及び同様の用語は、好ましくは、３００ＭＨｚ未満（１ｍを超える波長）；好ましくは、１００ＭＨｚ未満（３ｍを超える波長）；及び、好ましくは、４０ＭＨｚもしくは３０ＭＨｚ未満（７．５ｍまたは１０ｍを超える波長）、好ましくは、３ＭＨｚもしくは１ＭＨｚ未満（１００ｍあるいは３００ｍを超える波長）、好ましくは、３００ｋＨｚ未満（１ｋｍを超える波長）、あるいは、さらには数百Ｈｚまで下がった周波数（数千ｋｍまで上がった波長）のＥＭ波を内包している。
【０１０６】
いくつかの形態は、1〜１００ＭＨｚ（３００ｍ〜３ｍの波長）、特に、１−４０ＭＨｚ（３００ｍ〜７．５ｍの波長）、更に特に、３〜３０ＭＨｚ（１００ｍ〜１０ｍの波長）の周波数範囲において、運用される。
【０１０７】
他の形態は、特定の限定され、かつ、割り当てられている、許容周波数（またはおよその周波数）、例えば、１３．５６ＭＨｚ、２７．１２ＭＨｚ、または４０．６８ＭＨｚ、典型的には、その±１０ＭＨｚ以内、好ましくは、±１ＭＨｚ以内、より好ましくは、±０．１ＭＨｚ以内、さらには、±０．０１ＭＨｚ以内で、運用される。
【０１０８】
図２は、印加された電磁場の周波数ｆの関数として表した、水の誘電損率ε”を示すグラフ１０、及び、イオン導電性による損失と自由双極子の運動による損失の二つの異なる成分がどのように含まれるかを示すグラフ１０を示す。典型的なマイクロ波周波数域１２は、自由双極子共鳴に対応する水の誘電損率におけるピークに近い周波数であり、それに対して、典型的なＲＦ周波域１５における損失は、殆どイオン導電性に起因している。
【０１０９】
本発明により、ＲＦ成型の概念の進展に従って、一連の研究を試みた。
【０１１０】
プラスチック粒子状材料、具体的には、ＥＰＰの成型における誘電加熱の可能性の初期の研究では、マイクロ波に基づくシステムを使用した。
【０１１１】
［−マイクロ波に基づくシステム］
図３は、マイクロ波誘電加熱を使用した、プラスチック粒子状材料の成型用のシステム２０を示す。
【０１１２】
マイクロ波は、マグネトロン２２で発生され、そして、導波路２４を介して、反応器２６内に導かれ、反応器の壁面で反射され、そして、反応器内に配置された任意の誘電性負荷（例えば、水）と相互作用し、吸収される。
【０１１３】
導波経路中のサーキュレータ２８（実効的に、マイクロ波の「逆止弁」となる）は、導波路２４を経由したマイクロ波が逆反射されることを防止し、そして、マグネトロン２２を損傷する可能性を防止している。マイクロ波の漏えいを防止するため、反応器２６は、また、適切なシールド（不図示〉例えばファラデー・ケージの形状のものを有している。
【０１１４】
反応器２６の内部に置かれている型３０は、成型される物品の外形形状と寸法に一致する一般的な内部形状と寸法を有する、内部空隙３２を有している。型空隙３２への出入は、成型プロセス中、該空隙３２を密封する務めを果たす密封装置によりもたらされ、そして、成型プロセスが完了した後、成型物品の放出または取り外しを可能とするために開放することができる。
【０１１５】
型３０は、マイクロ波透過性材料で作製され、マイクロ波が型の側壁を透過して型空隙３２の内容物を照射することができるように、マイクロ波反応器２６内に設置されている。
【０１１６】
この簡略化した事例では、型間隙３２への導入の前に、ＥＰＰ出発原料のビーズ３４は、液状の熱伝達媒体（本例では、水）と混合され、そして、注入口３６を経由して、型間隙３２中に導入される。
【０１１７】
マグネトロン２２により生成されるマイクロ波は、水が沸騰して蒸気を生成するまで、水を誘電加熱する。蒸気は、ＥＰＰビーズ３４を加熱し、粒子内部の圧力を上昇させ、そして、また、一度その表面がＰＰの軟化温度に達すると、その表面を軟化させる。型空隙３２内における、ビーズの更なる（意図された）膨張と組み合わされた、ビーズ表面の軟化は、粒子相互の融着または密着を引き起こし、そして、成型物品が生成される。
【０１１８】
この試験は、原理的にはマイクロ波がポリプロピレン・ビーズを融着できることを示したが、その結果得られた成型品が、弱く融着されているだけであることを見出した。
【０１１９】
これは、主に、型内に閉じ込められた空気が原因であると考えられる。空気は、排出されなければ、ビーズ間の融着を達成させるために遥かに長い加工時間を必要とさせる、極めて能力の高い断熱剤となる。
【０１２０】
それ以外の可能性は、マイクロ波の波長が、成型される部材と同程度もしくはより小さな寸法であること、さらに、その空隙内で、反復的に反射されたマイクロ波が、成型治具内に均一に分布することが困難であること、が組み合わされることに起因した、不均一な加熱である。
【０１２１】
この課題を解決する一つの方法は、必然的にシステムの複雑さが増し、そして、成型できる物品の最大サイズを制限することになるものの、マイクロ波の場中において、サンプルを回転させるためのシステムの利用である。
【０１２２】
マイクロ波の使用に関連する、更なる課題には、下記のものが含まれる：
・型は、マイクロ波に対して透明であることが必要である。そうでない場合、成型プロセス中に過剰に加熱される。従って、（多くの市販の治具中で使用されている）金属は排除される。
・マイクロ波空隙の金属製の壁面における電場はゼロとなり、その結果加熱効果を生じさせない。
・マイクロ波容器の壁面の近傍には電場がないため、型全体をマイクロ波に対して透過性材料で構築しなければならない。これは、成型治具が成型プロセス中に発生する圧力と温度の双方に耐え得ることを要求する。
【０１２３】
これら及びその他の理由から、焦点は、主に、ＲＦの方法の研究に移行した。それでもなお、記載されているＲＦ成型システムの形態が、また、いくらかの改良を施した上で、マイクロ波に基づくシステムにも適用可能であることは、当業者には理解される。
【０１２４】
［−ＲＦに基づくシステム］
通常、ＲＦ加熱の使用は、誘電性キャパシタを形成する二つの平板電極間に、加熱すべき物質を配置することで達成される。一つの電極は高電位に保持され、そして、ＲＦ発生器に接続されており、他方は名目上「接地電位」とされる。これらの電極間の間隙あるいは間隔は、加工される物質に適合するように調節される。簡単なシステムでは、電極間の間隙あるいは間隔は、周波数を変更させるために、そしてその結果、印加されるＲＦパワー及び電場強度を変更させるために使用することができる。
【０１２５】
ポリプロピレン・ビーズ等の粒子の成型用に基本的なＲＦ加熱システムを適合させることは、成型空隙の限定を必要とする。これは、典型的には、高周波に対して透明である誘電損失の低いポリマーにより構築される。加えて、（適切な絶縁破壊強度を有する物質によって）高周波場により負荷される電圧、及び成型サイクル中に生じる圧力と温度に耐えられることが好ましい。
【０１２６】
電極の一方または双方は様々なサイズの型に適合するように、及び、成型された部材の取り出しを助けるように、調整してもよい。
【０１２７】
型は、二つのＲＦ電極間に直接配置される圧力容器の側壁を形成している。プレス機が、電極とポリマー製の型をともに締め付け固定することで、密閉空隙が形成される。
【０１２８】
ポリマー製の型の上端部及び底部、またある場合には中間部は、典型的には、その内部で発生した蒸気を封じ込める圧力シール材として機能するシリコーン・ゴムまたはその他のシール材を収納する、機械加工された溝を有している。
【０１２９】
電極ギャップは、典型的には、ポリマー製の型の寸法により決定されるため、ＲＦ発生器と同じ周波数で、「印加器」回路を共鳴させる目的で、電極と型治具の共鳴周波数を調整可能に作製されている。これは、テューニング・システム−本質的に、得られた容量が、要求された動作周波数において、インダクターと共鳴するように、二つのキャパシタの結合された容量を調整する、直列のキャパシタにより達成される。
【０１３０】
適切な材料は、典型的には、下記の性質を有する。
・ＲＥに対する透明性：ＲＦ場中において加熱しない。（但し、後述するように制御された加熱は有利である。）。
・１３５℃（現状の市販の共重合体ビーズ、例えば、ＡＲＰＲＯ（登録商標）用）好ましくは１５０℃（単独重合体ビーズ用）を超える温度への耐性。但し、いくつかの他のビーズの材料には、より高い温度が使用される可能性がある。
・プロセス中に予測される温度における低い膨張。
・良好な機械的安定性：このプロセス中で、３〜４バールまでの圧力を封じ込めるのに十分な堅牢さ。
・高い絶縁破壊強度。
【０１３１】
適切な材料として、下記のものを挙げられる可能性がある。
・ＰＰ（ポリプロピレン単独重合体）−上昇した温度における長時間の使用には適合しない可能性があるものの、ＲＦ透明性である。
・ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン、商業的には、Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）として知られている）−成型された物品の得られる表面について課題の可能性はあるものの、ＲＦ透明性であり、上昇した温度における使用に適している。
・ＰＥＩ（ポリエーテルイミド）−ＲＦ透明性であり、その機械的特性に損傷を与えることなく、上昇した温度（例えば、２００℃）における使用に適している。
・ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）及びその共重合体等の一定範囲のその他のポリマーもまた前記の要件を満たし、型の構築に使用することができる。
・セラミックス−但し、脆性及び低い熱衝撃耐性に課題がある可能性はある。
【０１３２】
ＲＦ透明性ではないが、型容器自体を誘電加熱することを可能とするため、それが利点となる応用において、ＰＶＤＦ（ポリビニリデン・フロライド）もまた、型容器の側壁の作製に使用することができる。例えば、型空隙の内表面の加熱は、成型物品のために、より良好な表面仕上げをもたらすことができる。
【０１３３】
代替として、型本体はＲＦ透明性材料で作製し、例えばその型空隙の内表面にはＰＶＤＦ製ライニングを付した、複合体式の型を使用することもでき、それによって、型本体を不必要に加熱することなく、型の内表面を加熱できる利点が提供される。
【０１３４】
ＲＦは、また、マイクロ波透明性である材料を通して印加することもでき、すなわち、マイクロ波システムが型を加熱する場合にも、それを使用することができる。
【０１３５】
ＰＰ自体はＲＦに透明であるため、熱伝達媒体あるいは媒質が必要である。水（例えば、水道水、イオンの存在のため）はＲＦの非常に強力な吸収材であり、そして、気体の形状では得られた蒸気分子は相対的に小さく、そしてその結果、成型された部材中に深くまで浸透することができるため、特に適していることが判った。
【０１３６】
マイクロ波よりはむしろＲＦの利用は、幾つかの利点をもたらすと期待されている。
【０１３７】
［−品質が向上した成型］
ＥＭ波の浸入深さは波長に直接関係しているので、マイクロ波よりもＲＦの長い波長は、成型される部材内へより深くより均一な浸透が可能で、加熱の均一性が高く、そして、得られる成型物の品質を向上させると考えられる。これは、より大きな部材の成型にとって特に有用である。印加されるＲＦの電力もまた容易に調整することができ、そして、ＥＭ場線は、水の均一な加熱を助けるため、平行に保持することが可能である。
【０１３８】
［−より単純な型治具］
生産用のＲＦ−成型装置の構造は、エネルギー導入手段を除き、現状のＥＰＰ成型装置（金属製プレート、充填注入器によるビーズの充填）と大まかに同様であると、予測されている。後述するように、幾つかの変形においては、蒸気加圧システムの必要性が完全に除かれている。その内部に型が配置される大きな空隙を必要とするマイクロ波システムの場合とは異なり、ＲＦの解決手法は、著しく容易にかつ低いコストで実施することができる。比較的に複雑ではない部品の数が少ないことは、堅牢なＲＦシステムの設計がより容易であることを意味している。ＲＦ電極の利用によって、電力を直接、型の内部に投入すること、及び、液状の熱伝達媒体を介して、成型材料に印加することができる。
【０１３９】
［−膨張剤の使用の不必要］
ビーズ成型材料としてのＰＰの内在的な利点は、典型的にはペンタンを含んでいるポリスチレン（ＰＳ）とは異なり、ビーズ形状に膨張させるために膨張剤を必要としないことである。後述するように、ＲＦ加熱法は、別途に導入される膨張剤の使用が不要である。
【０１４０】
［−コストの節約］
誘電加熱の利用は、現状のように型の金属を加熱する必要はなく、成型材料のみを加熱することでエネルギー効率の顕著な向上（並びに、水の消費の低減）が期待されている（但し、１０ｇ未満から１ｋｇ以上まで、成型される部材のサイズの広い分布があるものの、１ｋｇの部材が３００ｋｇ用の型（場合によりもっと大きい型）の使用を要する場合がある。）。試算によると、生産用システムは、エネルギーの使用を８５％、水の使用を９５％低減することが可能である。一方、これは、用役コストを７５％低減でき、６０ｇ／ｌの典型的な密度の部材において、成型された部材のコストを１５％低減する可能性がある。
【０１４１】
［−自己制御的加熱の効果］
ＲＦの利用は、熱伝達流体が液体状態である際には第一のモード（イオン性加熱）で、熱伝達流体が気体の状態である際には第二のモードで、熱伝達流体の加熱が引き起こされ、熱伝達流体が液体状態である間は、印加されたＲＦによる加熱が主に起こる第一のモードの加熱が主体であり、従って、熱伝達流体が蒸発すると、熱伝達流体（そして、その後の粒子）の加熱は、自己制御的となる。
【０１４２】
記載された方法は、下記のものを含む(但し、それに限定されない）、一定範囲の可能性のある材料の成型に適用される。
・ポリオレフィン、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン。
・非芳香族ポリオレフィンの粒子状発泡体。
【０１４３】
本発明の実施に有用な発泡粒子を生成する樹脂は、好ましくは、例えば、エチレン、プロピレンあるいは１−ブテンの、Ｃ２−Ｃ４オレフィン等のオレフィン成分の単独重合体、前記オレフィン成分を５０重量％以上含有する共重合体、あるいは、これら単一重合体及び共重合体の少なくとも二種の混合物で構成されるポリオレフィン樹脂；あるいは、これらのポリオレフィン樹脂、ポリオレフィン樹脂以外の樹脂、および／または、合成ゴムで構成され、前記オレフィン成分を５０重量％以上含有する混合物である。該樹脂は、非架橋状態でまたは架橋状態で使用される。
【０１４４】
本発明で使用されるポリオレフィン樹脂の発泡粒子は、例えば、嵩密度５〜２５０ｇ／Ｌも可能であるものの、好ましくは、嵩密度０．０９〜０．００６ｇ／ｃｍ３（すなわち、９０〜６ｇ／Ｌ）のものであり、あるいは、ベース樹脂として、非架橋のポリプロピレン樹脂もしくは非架橋のポリエチレン樹脂で形成され、かつ、示差走査熱量計により得られるＤＳＣ曲線上に二つの吸熱ピークを有するものである（特開昭６３−４４７７９号公報、特開平成７−３９５０１号公報を参照）。このＤＳＣ曲線は、示差走査熱量計を用いて、０．５〜４ｍｇの発泡粒子試料を、加熱速度１０℃／分で、室温から２２０℃まで加熱して測定することで得られる、ＤＳＣ曲線を意味する。ベース樹脂が非架橋のポリプロピレン樹脂または非架橋のポリエチレン樹脂で形成され、かつ、そのＤＳＣ曲線上に二つまたはそれ以上の吸熱ピークを有する発泡粒子は、そのＤＳＣ曲線上に二つの吸熱ピークを有していない発泡粒子と比較して、優れた表面平滑度、寸法安定性、及び機械的強度を有する成型物品を提供するという効果を有している。
【０１４５】
加えて、ポリプロピレン樹脂は、プロピレンの単独重合体、プロピレン成分を５０重量％以上含有する共重合体、これら単独重合体及び共重合体の少なくとも二種の混合物、あるいは、これらのポリプロピレン樹脂と、ポリプロピレン樹脂以外の樹脂、および／または、合成ゴムで構成され、プロピレン成分を５０重量％以上含有する混合物を意味する。ポリエチレン樹脂は、エチレンの単独重合体、エチレン成分を５０重量％以上含有する共重合体、これら単独重合体及び共重合体の少なくとも二種の混合物、あるいは、これらのポリエチレン樹脂と、ポリエチレン樹脂以外の樹脂、および／または、合成ゴムで構成され、エチレン成分を５０重量％以上含有する混合物を意味する。「５０重量％以上」は、５０重量％以上、６０重量％以上、７０重量％以上、８０重量％以上、９０重量％以上、あるいは、１００重量％に達するまでを、意味している。
【０１４６】
使用される発泡粒子の個々の質量に関しては、なんらの制限はない。しかしながら、通常は、約０．５〜５ｍｇの平均粒子質量を有するものが使用される。
【０１４７】
該ＲＦ成型システムの可能な多様性を説明するため、以下に、幾つかの事例を記載する。これらの事例のいずれかに記載される特徴は、他のひとつまたは複数の事例に由来するひとつ以上の任意の特徴と組み合わせて使用することが可能であることが、理解される。
【実施例】
【０１４８】
＜事例Ｉ  着想の検証＞
本ステージの目的は、標準的な市販のＡＲＰＲＯ（登録商標）ＰＰビーズの高周波（ＲＦ）加熱を使用して効率的に融着されたポリプロピレンの塊りの生成が可能であるかを評価する、着想検証の短い研究を実施すること、及び、特にはＲＦを使用した成型ＥＰＰ試料の本体において良好な融着が達成できることを実証することにある。熱伝達媒体として水を使用した。
【０１４９】
着想の検証研究を目的とする本研究では、プロセスのパラメーターを検討するため、僅かな変更のみを加えた単純なＲＦプレス機を使用した。すなわち、成型条件の最適化の試みは行っていない。例えば、使用した型は表面加熱機能を具えていないため、得られる資料が荒い表面仕上げを示すことが予測された。
【０１５０】
これらの試験において、型の構築には、三種の異なる材料：ＰＴＦＥ、ＰＶＤＦおよびポリプロピレンが使用された。圧密性が得られることを保証するため、頂部プレートを用いて、全ての型にシリコーン・ゴム製シールを付けた。型内のビーズの頂部に配置でき、成型プロセス中にビーズを圧縮できる（ＰＴＦＥ製の）円形の盤を作製した。
【０１５１】
［ポリプロピレン］
この型は、ＲＦに透明であるものの、耐熱性は長時間使用に適していない。繰り返し使用の際、型にいくらかの変形が見られた。傾斜の無い型を使用しているということに少なくとも部分的に起因しているが、場合によっては成型体の取り出しが困難であった。従って、補強されたＰＰが適している。
【０１５２】
［ＰＶＤＦ］
ＲＦ電磁場中においてこの型を加熱して、表面が暖かいビーズの接触によって、より良好な表面仕上げが得られるか否かの判定に使用した。離型性が良好な成型体が得られた。
【０１５３】
［ＰＴＦＥ］
この研究において、これは型の構築用に好適な材料であった。この材料はＲＦに透明であり、（２６０℃に達する）高い耐熱性を有し、そして、離型性が良好な成型体が得られた。後述する試験の大部分では、ＰＴＦＥ製の型を使用した。
【０１５４】
トップ・プレス加工プレートは、圧搾空気圧により作動し、そして、本事例では、１／２トンの閉合力を有している。市販では、数トンの閉合力のものも、非一般的とは言えない。より大きな型内で生成される蒸気圧は頂部・プレートの上昇に十分であるので、これは、本プロセスにおいて利用可能な型のサイズを制限している。
【０１５５】
それに代わる配置では、頂部・プレートの固定にクランプを利用して、過圧状態が発生した際に、型への速やかなアクセスを可能とする目的で、即時解放性の変形とすることができる。
【０１５６】
そのため、この試験において使用する型のサイズは、約６０ｍｍの内径と５０ｍｍの深さの型に限定し、傾斜した側面は、融着した生成物の容易な離型を可能としている。十分な圧力耐性を保証するため、（金属の使用が可能である際に要求される厚さよりも厚い）典型的には２〜３ｃｍまたは数ｃｍの厚い内壁で、全ての型を構築した。
【０１５７】
図４は、試験目的で、ポリプロピレン・ビーズを単純な直方体ブロックに成型するために改造した、試作型ＲＦ成型プレス機４０を示す。この着想検証システムは、最小限の変更のみを有しており、鍵となるプロセスのパラメーターの理解と、製造用のＥＰＰ成型マシーンへの該プロセスの組み込みに関する更なる研究は、後に記載する。
【０１５８】
ＲＦプレス機４０は、二つのアルミニウム製の金属プレート電極、距離Ｄで分離されている頂部プレート４２と下方プレート４３を有している。頂部プレート４２は(本例では、電力５ｋＷの)標準的ＲＦ発生器４５に接続され、下方プレート４３は接地されている。プレート電極４２、４３は、短絡を防止するため、離れて配置されており、このようにして成型構造体４８（「治具」とも称される）の上端と下端を形成している。
【０１５９】
型４８の二つの水平方向の境界４９は、ＲＦに透明であってかつ成型プロセスに必要とされる温度に耐えることができる誘電性材料、例えば、セラミックス、あるいは、ＰＴＦＥ等のポリマーで作製されている。型に対して増強された強度を与えるため、型の誘電性側壁の末端はプレート電極４２、４３中に埋め込まれている。この事例では、プレス機４０は水平方向に配列されている。代替として、市販のシステムにおいて一般的であるプレス機を垂直方向に配列させることも可能である。
【０１６０】
プレス機４０の寸法は、おおよそ、６００ｍｍ×４００ｍｍであり、そしてこれが必然的に得られる成型部材の寸法を制限している。しかしながら、試験に適する成型部材の作製に該型４８の寸法は十分である（例えば、基本的な圧縮試験に要求される６０ｍｍの最小寸法）。
【０１６１】
成型プロセスは、下記の手順で進められる。
１．ＡＲＰＲＯ（登録商標）５１３５ビーズ（密度３５ｇ/Ｌ、場合によって前処理あり）を、手作業で型内に充填する。
２．おおよそ、等しい量(本例では、６ｍｌ)の水道水を添加する。好ましくは、添加される水の量を可能な限り抑えると、ＲＦエネルギー量はより少なく、加工後の乾燥処理はより少なくなる。必要な水の量は、ＲＦエネルギーと相関すると見込まれている。
３．貫通孔を有する蓋を頂部に配置する。
４．プレス機を閉じる（約５００ｋｇの締め付け加重を付加する）。
５．約３．５〜５ｋＷのＲＦ電力を４５秒間印加する。「１４ＭＨｚ」及び「７ＭＨｚ」の許諾周波数の双方が適している（波長は、数ｍであり、成型物品の寸法を遥かに超えており、ビーズの集合体中への深くかつ均一な浸入、従って、加熱が引き起こされ、その結果として、均質な成型がなされる。）。エネルギーの一部は型により消費されるが、要求される電力はほぼ水及びビーズの比熱容量により決定され、かつ、凝縮される。
【０１６２】
６．印加されたＲＦは、約３ｍＳ/ｍ±２ｍＳ/ｍの電導度を有する、水(熱伝導媒体)を加熱し蒸気を発生させる。３ｍＳ/ｍの電導度は、通常、誘電性の熱伝導流体の望ましい電導度の下限に近い。システムの電導度に起因する制限はあるものの、より高い値も適合することもある。これは、ビーズの表面を加熱し、また、その内部ガス圧を上昇させ、そしてビーズを膨張させる。ビーズが軟化するとその表面は溶融して融着し互いに焼結し（すなわち、化学反応よりも寧ろ、物理的過程である。）、そして型の形状となる。蒸気に起因するビーズの膨張と融着は、この事例では区分された相ではなく、むしろ単一の過程として起こり、そして約１０〜２０秒を要する。
７．ＲＦの出力を停止し、安定化のための時間（出力停止後、約１５秒）の経過後、ゲート及びプレスを開放する。
８．成型された部材を、型から取り出す。
【０１６３】
上述の装置により実施された実験の結果は、この特殊な装置を使用する際には弱く作用するだけではあるものの、原理的には誘電ＲＦ加熱を用いてＥＰＰビーズを融着できることを示した。
【０１６４】
主として、ＲＦエネルギーが、電磁波に対して透明に設計されている治具の加熱ではなく、ビーズを取り囲む水を直接加熱するために使用されることから、誘電加熱融着プロセスのエネルギーの必要量は、従来の蒸気加圧容器に基づくプロセスよりも、顕著に低い。
【０１６５】
しかし、この着想検証システムで得られた成型品は、弱く融着されているのみであり、これらの着想検証試験は、例えば、ポリプロピレンについては、商業的プロセスから、ある程度の隔たりがあった。
【０１６６】
＜事例II  加圧された型＞
前記態様中に記載したシステムは、単純なプレート電極プレス機であり、加圧容器を含んでおらず、そして、３バールを超える圧力に達することが不可能であり、その結果、型内の温度が、ポリプロピレン（ＰＰ）ビーズの良好な融着をもたらすには低すぎた。
【０１６７】
明らかに、効率的な成型が起こるためには、ビーズをその軟化温度以上に加熱し、その後の収縮を起こすことなく十分に膨張させるように、ビーズ構造の軟化を起こす必要がある。これは、典型的には１０５℃〜１６５℃の範囲の温度、共重合体に対してはより低めの温度、単独重合体に対してはより高めの温度を、必要とする。適切な温度の例としては、低密度ポリエチレンについては約１２０℃（±１０℃）、標準的な自動車用グレードＡＲＰＲＯ（登録商標）については１３５℃（±１０℃）が挙げられる。後者は、成型内で発生する約３バールの蒸気圧に相当している。
【０１６８】
通常、到達した最高温度は、ある程度は、達成される融着の程度を決定する。例えば、１０５℃は、ある種類のポリエチレンの融着を開始させるには十分であり、１２０℃では良好な融着が達成される。
【０１６９】
図５は、加圧空気を利用して成型試料に圧縮を加えるのに適したＲＦ圧縮成型プレス機５０の模式図を示す。ＲＦプレート５２および５３は、型空隙または気密性側壁を具えてた容器５８を取り囲んでいる。パイプ６０を経由した空気供給が、型容器５８の加圧に使用される。排気または放出パイプ６２は、空気の排出を可能とする。圧力が圧力計６４で監視される。例えば、ＥＰＰビーズを成型する際には、型内の加圧は、典型的には、１．０〜３．０バールであり、ＥＰＥビーズの成型については、典型的には、０．５〜１．５バールである。
【０１７０】
図６は、固定可能なプレート７２、７３を具えた改良されたＲＦ成型プレス機７０を示す。
【０１７１】
先に記載したポリマーまたはセラミックス製の型は、型７８とプレスＲＦ電極プレート７２、７３間の気密性を確保するため、密封機構を付加することで改良されている。
【０１７２】
これによって約３バールの蒸気（必要とされる正確な圧力は、圧力を温度と関連づける蒸気表により決定される。）を必要とする、約１３５℃〜１４０℃（±１０℃）のＰＰの軟化温度まで、型内部の水、従って、蒸気の温度を上昇させる目的で、型７８を加圧することが可能である。
【０１７３】
このシステムは、下記の要素を含んでいる。
・ＲＦ接地プレート７２、ＲＦ出力プレート７３
・ポリマーまたはセラミックス製の型７８（容量０．１４リットル）
・空気圧導入口／蒸気排気口：内径（〜５ｍｍ）、焼結金属フィルター付
・貫通孔つき蓋
・Ｏ−リング  シール材
・圧力ゲージ／圧力計７９
・安全圧力開放弁８２
・調整可能圧力放出弁８２
・（オプションとしての）加圧容器８４
・（オプションとしての）網製バッグ８５。
【０１７４】
型７８の寸法とビーズ充填量は、下記の通りである。
【０１７５】
【表１】
2014531352.tif 000004
【０１７６】
圧力ゲージ７９は、型７８内部で発生した圧力を監視するため、ＲＦプレス機の頂部プレートに取り付けられている。この圧力ゲージ７９は、圧縮空気導入口に連結されており、型の内部のビーズの事前加圧を可能としている。
【０１７７】
安全圧力開放弁８２（典型的には、３〜５バールの間に設定されている。）は、型７８内部の圧力の過剰な上昇を防止している。
【０１７８】
調整可能圧力放出弁８２は、ＲＦケージの外部に付設されており、成型プロセス中に、該プロセス中の型内の圧力を制御して放出することを可能としている。この事例では、圧力放出弁８２は、Ｔ字部分で圧力ゲージ／圧力計ラインに取り付けられている。
【０１７９】
上述の通り、成型プロセスは成型物品を生成するため約３ｍＳ/ｍの水（熱伝達媒体）を誘電加熱して、ＰＰビーズを加熱、膨張、及び融着させることに基づいている。
【０１８０】
加熱過程中、蒸気が漏出できないように型は密閉されている。制御された放出が型の内部の圧力、従って、温度の調節に利用されており、またそれによってシステムから空気を排出している。到達すべき必要な温度は、成型される材料に依存しており、ＥＰＳについては約９５℃、ＥＰＰについては１４０℃またはそれ以上、そして、低密度のＰＥについては中間の１２０℃である。
【０１８１】
型内では、３．５バールまでの圧力が生成されるので、頂部の電極プレートの持ち上げによる蒸気圧の損失を防止する目的で、該プレートとプレス機骨格との間に固定機構が使用されている。導電性ボルトは、ＲＦ場に影響を及ぼすので使用できない。着想検証用装置内で使用されていた従前の固定機構に加えて、この固定機構が付けられている。
【０１８２】
付加された加圧工程を除き、成型プロセスは、本質的に、前記の態様において記載したと同様に進められる。
１．ＡＲＰＲＯ（登録商標）５１３５ビーズを、手作業で、下方の型に充填する。
２．おおよそ、等しい量(本例では、６ｍｌ)の水道水を添加する。
３．貫通孔を有する蓋を頂部に配置する。
４．プレス機を閉じる（約５００ｋｇの締め付け加重を付加する）。
５．空気圧を、孔を介して接地プレート内に加える(約１〜１．５バール)。
６．約３．５〜５ｋＷのＲＦ電力を４５秒間印加する。１３．５６ＭＨｚ及び２７ＭＨｚの周波数帯の双方が適している。
７．圧力ゲージは約２．５バールまで上昇する。
８．ＲＦ電力を停止し（出力停止後、約１５秒）、ゲート及びプレスを開放する。
９．成型された部材を型から取り出す。
【０１８３】
必要とされるエネルギーと電力の近似計算の結果は、下記の通りである。
【０１８４】
【表２】
2014531352.tif 000005
【０１８５】
このように、十分な耐圧性を示す型は約５ｇのＡＲＰＲＯ（登録商標）５１３５ビーズを成型するために、僅かに１０ｇの水しか必要としない。
【０１８６】
図７は、ＲＦ成型手順の間に観察された環境パラメーターのグラフを示す。その可能な説明を下に記す。
・相Ｉ：水とビーズが加熱される際、治具内において温度と圧力は水の沸点まで上昇する。初期の１バールの圧力は、水の沸点の１００℃から１２０℃への上昇を示唆している。
・相II：この相における圧力の上昇は、ビーズの膨張に因る空気の容積減少に起因している可能性がある。
・相III：圧力と温度の安定化。しかし、これは擬似的安定な過程に過ぎない。水は底およびビーズの周囲から蒸発する。冷えているプレス・プレートと接触する間に水の凝縮が起こる。凝縮物は溶解したイオンを含まない脱イオン水であって導電性は低く、そのためＲＦ加熱に対して実効的に透明である。加熱過程は、実効的に自己制約的であり、その結果(脱イオン化されている)蒸気は、ＲＦによって有意には加熱されない。それ故に、これはマイクロ波に基づくシステムに対するＲＦに基づくシステムの更なる利点となる可能性がある。可能な対案を以下に提案する。
・プロセスが継続する際、水の一部あるいは全部が消費される。
【０１８７】
どんな揮発性の膨張剤も必要とされないとみられるが、勿論、ここでは空気が膨張剤の形態で利用されている。
【０１８８】
［−温度と圧力の監視］
ＲＦ成型プロセスにおいて、温度と圧力は鍵となるパラメーターである。しかし、温度あるいは圧力センサ（また、実際になんらかのセンサ）を型内に直接配置することは、ＲＦプレート間に導電性材料（プローブ、センシング・ライン等）を配置することが不利益なことから、複雑になっている。
【０１８９】
型の内部の温度を監視するため、多くの手法を利用することができる。例えば以下である。
【０１９０】
・「熱電対」−型の内部への熱電対の配置は、ＲＦ場の歪みを引き起こすものの、この影響は型の内部における熱電対の位置に依存する。例えば、熱電対はＲＦプレートの近傍好ましくは「接地」電極のところ温度の測定にのみ適している。
【０１９１】
・「光ファイバ・プローブ」−光ファイバ・プローブは、プローブの破損のリスクを最小化するため、薄いガラス管によって保護することが必要である。従って、プローブはビーズと直接接触しないので、得られる測定結果の精度は低減する。
【０１９２】
・「温度ラベル」−これは、融着プロセスの前に型の内部に張り付けることが可能であり、そして型の表面の温度を記録するために利用される。
【０１９３】
上記の手法の組み合わせを使用することもできるが、理想的には、融着プロセスの温度の記録という選択肢を与え、及び型全体に亘る温度の均一性を評価するために、型全体中の様々な位置に配置された熱電対あるいは光ファイバ・プローブがある。
【０１９４】
プロセスのパラメーターの監視は、融着条件を最適化し、及び、様々な試料サイズにおける均一性を理解するために利用できる。
【０１９５】
圧力バルブ及び付随する機器は、既に、成型治具の内部の圧力の測定及び制御に使用されている。
【０１９６】
成型プロセス中、型内の圧力を監視することの更なる利点は、成型プロセスの進展の追跡、及び、プロセスの終了点の特定の方法を提供してくれる点にあり、ビーズが膨張するので、成型プロセス中は圧力は増加し、その後、膨張が完了すると圧力増は停止する。
【０１９７】
圧力ゲージあるいはセンサは、頂部のＲＦ電極の上方に配置できる。しかし、これは、型からある程度の距離を離すことになるため、型の内部における発泡圧力の正確な測定を提供できそうもない。
【０１９８】
図８は、直接組み込まれた発泡圧力センサ９５を有する頂部ＲＦ電極９２を具えた、ＲＦプレス機９０を示し、このセンサは、型の表面における圧力を監視する。該センサ部品は、空気供給系、及び、適合した圧力変換器、例えば、４〜２０ｍＡの出力信号電流を供給することによって０〜１０バールまでの圧力を測定できるＤａｎｆｏｓｓ  ＭＢＳ３０５０と連結されている。
【０１９９】
様々な方法による測定値が一見一致している場合であっても、圧力測定値を解釈する際、ある系ではある程度の注意が必要である。例えば、発泡体成型センサとプレス機の頂部ＲＦプレート上の単純な圧力ゲージの双方を使用している試験では、通常、一見良い相関性を示す。しかし、これは（頂部プレート上の圧縮ブロックにより、極端に突出するのを防止する設計である）発泡体センサとビーズの間の良好な接触の欠落に起因することが見出され、このセンサが実際には蒸気圧力を測定していることを示唆している。
【０２００】
圧力センサの選択を考える際、ＲＦの使用により導入される付随的な障害を考慮することも重要である。例えば、発泡体圧力センサの膜は壊れやすく、そして、ＲＦシステム内部のアーク放電により容易に損傷を受ける。より最適化された成型条件の使用はこのリスクを低減するが、それを完全になくすことは可能でない。
【０２０１】
代わりとなる監視の方法には、例えば、開放型成型プレス機（上昇した圧力成型が必要な場合には、現実的ではないが）、透明なＰＶＣ、ポリカーボネート、または石英ガラス製の型を利用した、プロセスの直接的な視覚監視を可能とする方法、あるいは、ファイバ光学センサの使用が挙げられる。
【０２０２】
開放状態での型の運転が効果的でないことが判明した。緩やかな蒸気の伝搬と、約１０〜１５％の低いビーズの膨張は、（加工を施していないビーズの密度とほぼ等しい）密度３８ｇ／Ｌの不十分な成型の部材となる、事前に加圧されていないＡＲＰＲＯ（登録商標）５１３５による成型密度につながる。
【０２０３】
この初期の研究は、ビーズの好水準な融着がなされた成型製品を、確実に再現性よく提供することが可能な条件セットの特定を目指した。この段階では、成型に使用される水または電力の量の最小化の試みはなされていない。
【０２０４】
［−ビーズの事前加圧処理］
事前加圧処理は、（例えば）ＥＰＰビーズを用いた成型に先立って使用される前処理である。その目的は、ビーズの気泡構造中にガス、特には空気を導入して、その後に、補足的な膨張剤として機能させ、成型プロセスの間にビーズの膨張を促進させる、内部圧力の供給源を供給することにある。
【０２０５】
典型的には、ビーズを数時間以上、零から数気圧の空気圧に加圧し、その後、その圧力を数時間以上維持する。例えば、事前加圧処理は、使用の前に３〜４バールの圧力容器中に１６時間〜数日の間ビーズを保存する工程を含むことができる。ＥＰＰは独立気泡型の材料であるので、気泡内部への空気の移動は主として拡散による。
【０２０６】
ビーズは、その後、搬送用の網目バッグ内に放出されるが、オプション操作として、この時点で水あるいはその他の熱伝達媒体中にバッグを浸すこともできる。
【０２０７】
再加圧容器８４と網目バッグ８５の一例を、図６に示す装置中にオプションとして示す。
【０２０８】
いくつかの代替として、成型の前に治具内において直接ビーズを事前加圧することもできる。型内で実施する手法に対して、別の容器中でビーズを事前に加圧処理することの利点は、治具中に静置しておく時間を低減することである。
【０２０９】
先の試験は、非加圧のビーズを使用して実施した。これは、前処理したビーズの試料を、容器全体の圧力を下げることなく、圧力容器から取り出すことができないことに因るものである。
【０２１０】
従って、事前加圧処理されたビーズを使用する成型試験は、前処理の効果が失なわれる前に、短時間（例えば、最長、約１時間）の間に立て続けて実施しなければならない。
【０２１１】
事前加圧処理を具える、ＲＦ成型の工程の典型的な手順は、下記の通りである。
１．（例えば、２バールの一定圧で２４時間）小型の容器内でＡＲＰＲＯ（登録商標）５１３０または５１３５を事前加圧する。
２．水分（従前の方法と比較し、極少ない量のみが必要とされる。）を添加する。それに代えて、ビーズを型内に入れた後に水を添加してもよい。
３．（例えば、ＰＴＦＥ製の）型に移送する。プレス機上の下方円形型に、ビーズを手作業で充填する。移送の間にビーズが減圧されるリスクを低減するため、容器からの取り出しと型内での加熱までとの間の時間を、最小化すなわち、５分間以下としなければならない。
４．プレス機を閉鎖し追加の増し締めを行う（すなわち、型は蒸気の漏えいを防止するため密閉される。）。
【０２１２】
５．（５ＫＷ  ＲＦ発生器を利用して）ビーズにＲＦ場を印加する。例えば５秒間のみの短時間。
６．ビーズ表面の水は加熱され蒸発を始めて蒸気が発生し、ビーズを加熱し膨張するビーズを融着させる。
７．圧力は３〜３．５バールまで上昇し、温度はＴ＝１３５℃に達する。
８．３バールに設定されている圧力放出バルブにより、余剰の蒸気は排出される（プロセス中、圧力の緩和はビーズの膨張をさらに促進する。）。
９．ビーズ表面上の水は加熱され、そして、蒸発と膨張したビーズの融着を開始させる。
１０．約５秒後ＲＦは停止し、蒸気の圧力はバルブを経由して大気圧まで放出され、そして、型はそのままに保持される。
１１．加熱後、プレス機を開放するまで、型は約３分間その状態に保持される。これは、製品を冷却する時間となる。仮に、加熱後直ちにプレス機を開放すると、ビーズは型の頂部を超えて膨張を継続する。
【０２１３】
通常、これは強制的に冷却していない型の場合、周辺領域では合理的な表面の外観を具えた十分に融着された成型部材を与えるが、しかし、頂部と底部の表面（それらはＲＦプレートに接してしる）では、殆ど「未加工」の外観を示す。
【０２１４】
オプション操作として、ビーズを最初に予備加熱し、および／または、その後、（例えば、圧縮空気の注入により）冷却することもできる。
【０２１５】
その他の選択肢は、例えば圧縮ディスクを使用することによって、プレス機により圧縮して、成型治具の空隙中でビーズを加圧することである。
【０２１６】
この手法における、工程の典型的な手順は、下記の通りである。
１．ビーズによる型の充填；
２．水の添加（６ｍＬ）；
３．ビーズの頂部への圧縮ディスクの配置；
４．プレス機の閉鎖；
５．型を０．５〜１バールまで加圧；
６．ＲＦの印加：通常、３〜４ＫＷの間の出力レベルで、５ＫＷ発生器を使用；
７．圧力測定値が極大レベルに達した時点で、ＲＦの停止；
８．外部バルブを使用した、圧力の放出；
９．型の放置冷却；
１０．プレス機の開放。
【０２１７】
上記のプロセス手順は、条件の最適化を目標としていない。従って、この特殊な装置によって、効率的に成型されたＥＰＰのブロックを得るためには、例えば、添加される水の容量、印加される電力レベル及び成型時間に関して、いくらかの変更が必要となると予測される。
【０２１８】
また、これらのプロセス手順は（例えば、従来のプロセスにおいて、コア・ベントを介して達成されるような）型全体からの蒸気の制御された排出を可能とはしておらず、また、（例えば、ＲＦにより加熱される型表面被覆を介する）滑らかな表面仕上げを保証する機構を提供していない。
【０２１９】
それでもなお、ビーズの良好な膨張を示す十分に融着された試料が、再現性良く得られている。通常、前処理されたビーズの使用は、３〜３．５バールの範囲の融着圧力を有する、成型内のより高い圧力を与えている。前処理を施していないビーズと比較して、この試験で見られた遥かに大きな膨張は、また、試料中に顕著な空隙をもたらしていない。非加熱の型において予測されるように、試料の表面では不完全な融着が見られた。
【０２２０】
これらの試験は、２．６バールを超える圧力が得られた際には、良好な融着が観察されることを示している。成型プロセス中において、この圧力に達することを保証するためには、幾つかの要素が必要であり、例えば以下である。
【０２２１】
・システム全体における良好な圧力密封機構の使用。これば、型と頂部プレス・プレート間の密封、頂部プレートの二つの層間の良好な封止、及び、全てのバルブが圧密性であることの保証を含んでいる。
【０２２２】
・型全体の０．５〜１バールへの加圧。この初期加圧は、蒸気で圧力システム内部の全ての空間を充填する必要性を低減する。圧力システムのパイプ内部の蒸気は、冷たい加熱されていない表面上で再凝結する可能性があり、これによって、システムが圧力を蓄積する能力が低下する。これはまた、ＲＦが加熱する、型内部に残っている水を不十分にするかもしれない。
【０２２３】
・ＲＦシステムの調整。様々な誘電特性を具えた、様々な型材料を使用する際には、システムは再調整される。これらの試験において使用された少量の水（僅か６ｍｌの水）は、この極僅かなＲＦ負荷の効率的な加熱を保証するため、正確な調整が必須であることを意味している。
【０２２４】
一旦、システム内で観察される最大圧力（典型的に２．５〜３バール）に達すると、継続した加熱は圧力の更なる上昇は示さず、そして、反射電力レベルが上昇した。これは、水のほとんどが水蒸気に変換されており、ＲＦにより加熱されるための多くの水はもはや残っていないことを示している。
【０２２５】
上述のように、型が事前に加圧され十分に調整された圧密性のシステムを使用することで、約４５秒の期間の経過後、２．５〜３バールの圧力が再現性よく得られた。試料を圧縮するためにＰＴＦＥ製ディスクをビーズの頂部に配置すると、より良好な融着が観察された。
【０２２６】
これらの条件において成型された試料は、一貫して（ＰＴＦＥ製の型を使用することで）表面で観察される融着は効率的ではないが、試料の本体全体に亘り十分に融着されている製品を与えた。ある場合には試料中に空隙が見られ、これは、ビーズの間の全て空間を充填することができていない、ビーズの不十分な膨張が原因であった。
【０２２７】
ＰＶＤＦ製の型を使用した際には、製品の表面には、より完全な融着が見られた。しかし、この場合、これらの試料の内部は明らかに融着が不完全であるので、試料の本体よりも表面がより速やかに加熱されていると見られる。
【０２２８】
この研究は、ＲＦが、ＥＰＰビーズを効率的に融着できることを示している。この融着は、従前のＥＰＰ成型プロセス中で使用される圧力と匹敵する圧力で起こっていた。
【０２２９】
関連性を有する更なる形態は、次のものを含んでいる。
・融着中に使用される水の量の最小化。
・プロセス・エネルギー効率の定量化。
・より大きな、及び、より複雑な部材についての、ＲＦ成型の適用性の検証。
・成型物上に良好な表面仕上げをもたらすための、ＲＦ非透過性の型表面の使用。
・型全体にわたる、蒸気多分岐システム及び排気システムの必要性。
・より大きな製品の成型を可能とするための、ＲＦプレス機の改良。
・より大きな寸法の部材の成型を可能とするため、プレス機の締め切り圧力を上昇させる、油圧プレス・システムの組み込み。
【０２３０】
より大きな部材の成型は、下記のプロセス上の利点を与える。
・より高い負荷の使用による、ＲＦシステムの増加した効率。
・型への熱伝達による損失よりもビーズの融着に使用されるエネルギーの高い比率。
・ビーズの質量に対する、低減された水の含有量。
【０２３１】
必要により、プレス機は、多孔質電極及び多分岐システムを組み込む更なる変更を行うことが可能である。これは、型内の複数箇所から蒸気を効率的に排気することを可能とする。
【０２３２】
このような改良されたシステムによる試験は、より大きな部材において観察される、水の消費、エネルギーの消費、反復時間の最適化、及び、成型の均一性を含む因子の研究に利用できる。
【０２３３】
さらにまた、型の設計は、例えば、表面へのドーピングを利用して、成型された部材に良好な表面仕上げを提供するために、最適化を行うことができる。
【０２３４】
＜事例III−引き続く研究＞
以下に、ＲＦ成型プロセスのさらなる研究を記載する。
【０２３５】
より大きな試料の成型には、典型的には、ＲＦプレス機のより大きな締め切り力が要求される。より背の高い円筒状試料を成型するため、二つの更なるＰＴＦＥ製の型を設計した。
【０２３６】
・型１：直径８０ｍｍ、高さ８０ｍｍ、
・型２：直径８０ｍｍ、高さ１２０ｍｍ。
【０２３７】
成型された部材の容易な取り出しを可能とするため、型にテーパーを付けた。
【０２３８】
型サイズの増加はＲＦプレス・プレート間の距離を著しく増加させ、その結果、新しい型それぞれについてシステムの再調整が必要となった。
【０２３９】
これらの新しい型を使用する試験では、下記について研究した。
・新しい型内で試料の効率的な成型を達成するに必要な融着のパラメーター（時間、電力レベル及び圧力）。
・融着に必要とされる水の量、初期に、先の試験で使用したのと同じ水の比率（ビーズに対して、約１００％の水の質量）を使用し、その後、良好な融着を達成するのに必要な最小量を特定するため、水の量を徐々に低減する。
・融着の均一性、型内のいくつかの位置における温度の監視と、その後の成型された製品の視覚的な検査を使用する。
【０２４０】
この更なる研究において使用した装置は、取り付けた発泡体圧力センサを具えたＲＦプレス機、及び、成型プロセス中の温度の監視を可能とするための、プレス機の下方プレートを介して配置された光学ファイバ温度プローブを含んでいた。
【０２４１】
図９は、ビーズの事前加圧処理がなく、また、型の事前加圧も行わないで、約１５ｇのビーズを含む試料について、２０ｍｌの水を使用して簡単な円筒形の型を用いて実施されたＲＦ成型試験中の空気圧表示の結果を示す。
【０２４２】
２バール未満の圧力及び３バールを超える圧力の双方において、三つの試料は全て、十分に融着された試料となっていると見られた。
【０２４３】
グラフから明らかなように、最終産物は極めて類似して見えるが、曲線の形状間には、相当の差異がある。従って、成功することが可能である条件には範囲があるとみえる。
【０２４４】
これらの試料において使用された、圧力の放出までの待機時間の長さは、恐らくは、良好な試料の作製には不必要であるが、しかし、プレス機を開放し治具内の圧力を放出するのに要する時間に依存している。
【０２４５】
これらの試験から特定された、一つの重要な因子は、僅かにより高い電導度の水を用いると、プロセスがより上手く機能することである。例えば、導電率３ｍＳ／ｍの処理されていない水道水の使用よりも、導電率７．５ｍＳ／ｍ（水道水に極少量の塩を添加することで達成された。）の水の使用によって、より良好な融着が得られた。
【０２４６】
より高い容量の水がＲＦとの結合をより簡単にしている。より大きな試料にとっては、この要件はさほど重要ではないが、しかし、より再現性の高いプロセスを提供し、そして、少量の試料で速やかな加熱を可能とする。
【０２４７】
図１０は、ＲＦ成型試験中の空気圧表示の結果を示す。
【０２４８】
上記の試験の幾つかでは、型の頂部または底部のいずれかにおいてビーズの融着が不完全であった。従って、ビーズの圧縮を増加させるように型の蓋の再設計を行った。これは、例外なく、全体として良好な融着をしており、かつ、周辺部において結合の緩いビーズがない製品を与えた。
【０２４９】
この一群の試験においては、２バールの最大圧力を試みた。この圧力の達成に要する時間にバラツキはあるものの、通常、最終結果は、一見同等である。この一群の試験には、１バールの離型圧力となるまで待つ代わりに、加熱の直後、試料の圧力を低減した一つの試作（１８）が含まれている。製品の簡単に視覚的な検査からは、これは、観察された融着に対して、重大な影響を及ぼしているとは見えなかった。
【０２５０】
図１１、図１２、及び図１３は、特に、三つの異なる電力レベルにおいて、各電力について、三つの時間で成型している、異なるＲＦ電力レベルにおける、ＲＦ成型プロセス中の空気圧表示の結果を示す。
【０２５１】
【表３】
2014531352.tif 000006
【０２５２】
通常、より高い電力レベルが、より速い加熱速度を与えてはいない。
【０２５３】
３．３ＫＷの公称電力において、ＲＦ発生器からの電力出力は、極端に不安定であった。これは、比較的に小さな負荷（水）を加熱することを試みた結果である可能性がある。従って、製品に対する実際の電力供給は、２．７ＫＷでの試作と比較して、３．３ＫＷでの試作において顕著に高くはない。
【０２５４】
成型結果は、比較的に低い圧力（例えば、２バール）では、一見、まずまず良好であり、そして、長い加熱時間に依存していないと見える。より高い圧力、および／またはより長い時間における、幾つかの試験では、過剰加熱を伴う「過剰な加熱処理」とそれによる崩壊ビーズが見られた。
【０２５５】
繰り返された条件下で得られた曲線間にある程度のバラツキがある。これは、添加した水の僅かな変動、成型温度の変動、システム圧力の密閉の効率性、及び、発生器の電力出力の揺らぎ等の因子による可能性がある。
【０２５６】
これらの試験は、高い形状、そしてその結果、電極プレート間の間隔が増加していることによって、効率的な加熱が達成できるということを、確認する目的で実施した。結果は、組み立てられた装置が十分に動作していること、また、材料が効率的に加熱できることを示している。
【０２５７】
図１４は、ＲＦ成型プロセス中の圧力表示のさらなる結果を示す。
【０２５８】
【表４】
2014531352.tif 000007
【０２５９】
「黒色」ビーズは、約３重量％程度、典型的には０．５〜５重量％の範囲のカーボンブラックを含有している。
【０２６０】
いくつかの試験は、低い圧力しか達成されてなかったこと（例えば、試料１）、また、ビーズの大部分が融着していなかったことを示した。これは、生成された蒸気が、型の全ての部分には到達していないことを意味する、水の不十分な分配に起因している可能性がある。
【０２６１】
ビーズを（３ｍＳ/ｍの）水と事前に混合した再試験（試料３）では、型全体にわたる水の均一な分配を達成することを試みた。周辺部にはなお若干の結合の緩いビーズはあるものの、かなり十分に融着された試料が得られた。
【０２６２】
この一連の試験中、この装置により、この結果を再現するためのいくつかの試みは、（（３ｍＳ/ｍの）水との事前の混合が無い試験よりは、なお、ずっと良好ではあるものの、）型の上方半分では、製品は融着しておらず、劣った結果（試料４および試料５）が得られた。
【０２６３】
試料３〜５において得られた圧力曲線は極めて類似しており、それは、製品で見られた相違が圧力の違いに帰することはできないことを示唆しており、また、それ以外のパラメーター（水容量、電力レベル）もまた一定に維持されていた。
【０２６４】
更なる研究は、ビーズ内における水の分配の効果、及び、（多分岐管または圧力放出バルブによる）空気の漏出経路の提供が、ビーズの集合体を通過する蒸気の流通路を阻害する、型内のエア逆圧（air counter-pressure）の効果をどのように低減できるかを理解することに、焦点を当てている。
【０２６５】
［−大型ブロックの成型の結果］
別の一群の試験では、２００ｍｌの「空気リザーバ」の組み込みを研究した。これは、十分に融着された試料の再現性のよい結果をもたらす、極めて有利な効果を有していることが判った。
【０２６６】
該試験における、パラメーターのまとめを以下に記す。
【０２６７】
【表５】
2014531352.tif 000008
【０２６８】
成型に使用された水の量は約１２ｍＬの最小値から３０ｍＬの最大値の間で変更した。（これら試験で使用した）１．５リットルの型空隙内の５２ｇのビーズに対して、この量は、治具の空隙の単位体積当たり約８ｍｌ〜２０ｍｌの水に相当しており、あるいは（これら試験については）ビーズの質量に対する水の質量の比は、約２５％〜６０％の範囲である。大きなプレス印加器内においては、より大きな負荷がより効率的に加熱するので、より多くの水を含有する試料においてより速い加熱が観察された。
【０２６９】
全ての場合（圧力ゲージによって表示される）圧力が約２．５バールとなった時に加熱を停止した。
【０２７０】
図１５は、大型ブロックの成型試験中において得られた発泡体圧力センサの読値を示す。これらは、圧力ゲージにおいて観察される読値より僅かに異なっている（通常、僅かにより高い）。これは、恐らく、我々の空気リザーバの存在に起因して、治具から僅かに圧力ゲージの位置が移されているためである。従って、発泡体センサによる圧力読値が、より正確であると予想される。
【０２７１】
全ての試験において、圧力が約１バールに低下するまで製品を治具内に放置した。試作間では、この圧力に達するまでの時間は相当のバラツキを示した。この特定の治具は、プレス機により一体に保持されている三つの部分を含んでいるので、部分間において少量の圧力の漏出があり、この割合は試作間でバラツキを有している可能性がある。
【０２７２】
試作の二つは、互いに顕著に相違する圧力プロフィールを示している。
【０２７３】
最初のものは「非混合ビーズ」と標記される。この事例では、試作の直前にビーズが水と直接混合された。それに対して、それ以外のビーズ試料は全て最短で１時間の間、水中に浸漬された。この事前の浸漬処理は、ビーズ全体に亘って水をより十分に分配し、また、加熱を促進していると思われる。「非混合ビーズ」試料は極めて遅い加熱速度を示し、また、融着が極めて不十分であった。
【０２７４】
例えば、若干の水が治具から漏れ出し、融着プロセス中の圧力は相対的に低く保持された際にも、やはり、蒸気の生成によって、試料がなお十分に融着していると見られるような圧力が生成し、そして、また、試料は乾燥形状で得られた。
【０２７５】
まとめとして、この後半の研究は、下記のものにより十分に融着された試料を得ることができることを示した。
・水中でのビーズの事前浸漬。
・治具を蒸気で満たすことを可能とする、空気リザーバの組み込み。
【０２７６】
［代替の型の設計］
図１６は、代替の成型治具の設計１００の例を示す。より複雑な型、例えば、異なる寸法の二つの円筒状部分を含む型を用いた更なる研究は、相当に大きな嵩の成型を可能とし、また、不均一な形状寸法において観察される融着の均一性のレベルの研究を可能とする。
【０２７７】
これらの設計では、下記の条件を仮定している。
・締め付け力は、約１，２００Ｎ（直径７０ｍｍ、＊３．２バール）−これは、型設計の複雑さを制限する。
・成型に必要な最大圧は、３バール。２．５バールまでの低下も可能であり、１．５バールでもよい。
・最大面積は、４０００ｍｍ２。
【０２７８】
修正された型は、充填を促進させることよりもむしろ、治具内部のビーズの膨張と融着を向上させるために設計されている。
【０２７９】
図中で特定されている種々の領域は、下記の目的を有している。
・領域１（Ａ１）：割型充填のために、円筒状の形状とされる。充填よりもビーズの膨張が研究の鍵となる因子であるので、円筒形状及び矩形形状が選択された。
・領域２（Ａ２）：ビーズの良好な膨張が必要である際には、矩形形状が使用される。
・領域３（Ａ３）：領域３の角度は、融着が、予測される蒸気の流路の外へどのように拡がるかを見るためである。
【０２８０】
この成型治具は、１２０×１００×１００ｍｍのブロックから加工される。代替として、引っ張り強度試験用の試料の成型用治具は、直方体形状、１５０×３０×８０（高さ）ｍｍである。
【０２８１】
代替の成型治具１２０が、同様にして、成型を開始できる状態で、頂部及び底部プレート型ＲＦ電極１０２、１０３の間に示されている。
【０２８２】
＜事例ＩＶ−更なる検討と性能向上＞
僅かな数の運転上のパラメーターしかないと見られるものの、製造用システムが考慮すべき多くの課題がある。
・熱膨張−ポリマー製の治具においては、加熱時の金属電極プレートの熱膨張の効果は、システムの密閉の整合性に影響を及ぼすと考えられ、従って、考慮する必要がある。
・加熱均一性
＊  型内において温度を記録するため、治具内部に配置される光学的ファイバ・プローブを使用して評価することができる。
＊  成型部材の表面では、ＲＦ「接地」電極内に作り付けた熱電対を使用して測定することができる。
＊  電極の具体的な設計。
【０２８３】
・水の必要量−効率的な融着を与えるに必要な水の最小量（必要とされる温度と圧力が達成されたか否かを確証するため、反復試験により決定される可能性がある。）。
・最適な水質の選択
・湿潤剤の利用−表面張力の低減によりビーズの被覆が向上される可能性がある。
・プロセスの効率−例えば、入力並びに反射された電力の記録から、求められたエネルギー消費から算定することが可能である。
【０２８４】
・サイクル時間−例えば、下記の手法により低減が可能である。
＊  加熱段階のスピード化のため、より高いＲＦ電力レベルを使用する、及び／または
＊  成型後の冷却段階の導入。
＊  ＲＦ成型プロセスに係わるエネルギー量と比較し、型の比較的に大きな熱容量によって、ある程度の冷却が、期待されるものの、空気パイプを介して、注入可能な圧縮空気、及び／または、型及び電極表面への水流路の導入によって、更なる冷却を達成することができる。冷却によって、成型製品の表面の質を向上させることができそうである。
【０２８５】
・型表面の加温−水流路は、型表面の加温に利用可能であり、それにより、均一な表面融着を助けられる可能性がある。
【０２８６】
・電極の改良、例えば以下である。
＊  排気を可能とする孔
＊  事前の加温／事後の冷却（電気的／空気）
＊  電極表面の水流路。
【０２８７】
・単純に、成型部材の表面および中心部におけるビーズの融着の観察と評価による、及び／または機械的性能の評価による、品質の制御。
・ＲＦ透明性の型の使用により軽減される可能性があるものの、（蒸気成型プロセス中では、相当な量になる可能性がある）成型部材の収縮の程度を考慮する。
・反復サイクルおよび複雑な形状の成型に対する、型構築材料の適合性。電気的に導電性ではないが、ＲＦ透明性でなく、従って、ＲＦ場中では加熱されるＰＶＤＦ等の代替材料の使用の可能性があり、成型部材の表面の特性を向上させる可能性がある。
・ＲＦ電力レベルと周波数は、それでもなお、法規制及び安全上の要求に従う必要がある。
【０２８８】
・型の内張り−最も単純な型は内張りされていない、しかし、これは、成型部材の表面仕上げの質に影響する可能性がある。
・型の造形−成型部材のより容易な取り外しを可能とし、および／または、融着の均一性及び表面品質の検査を可能とする。例えば、より深い（１２０ｍｍ）空隙を具えたより長い型の使用。
・蒸気の流れ特性−側壁を介した蒸気の流通を行わせるために設計された、溝及び針穴。
・（蒸気がビーズの融着に必要な温度に到達できるようにするために必要な）型空隙内の空気圧力の調節、及び、ビーズへの蒸気の作用を妨害することを防止するための、この空気の排気−例えば、多分岐管および圧力放出バルブの利用による。
・水以外の代替の熱伝達媒体の利用、オプションとして表面活性剤との併用。
【０２８９】
［−冷却］
成型プロセス後、ポリマー製型の内壁を積極的に冷却するように準備することで成型製品の表面品質を改善することができる。
【０２９０】
［−型充填］
既に記載したように、ビーズを型内に充填する二つの普通の工業的方法は、割型充填及び対圧充填である。若干の改良は必要であるが、生産用のＲＦ成型システム中にこれら方法を組み込むことができる。
【０２９１】
割型充填の基本原理は、ビーズ充填工程中に型あるいは治具が完全には密閉されていないことである。これは、最も簡単には雄側と雌側の二つの個別の側面を持つ型によって達成できる（二つの雌側の利用も可能であるが、雄／雌の組み合わせによって、より良好な結果が得られる）。型の一方の側面は、通常固定され、他の側面は位置が移動される。しかし治具温度が上昇するにつれて、熱膨張が金属製プレートを数ｍｍ伸長させる可能性がある。これは、セラミック製の型と金属製部材との間のズレを起こす場合もある。従って、ＲＦ電極間の接触を回避する目的で二つの側面を対向させる際、雄側の回りに分離リングを配置することができ、及び、二つの電極間の間隔を維持するためセラミック製シムで形成されるさらなる絶縁性継手を使用することができる。
【０２９２】
対圧充填では、ビーズは圧縮空気により型内に注入される。市販の充填ガンには、例えば、Ｅｒｌｅｎｂａｃｈ  Ｍａｓｃｈｉｎｅｎ  ＧｍＢＨが供給しているものが挙げられる。通常これらは、過剰加圧のサイロから充填ガン・ヘッドへ、そして（例えば、頂部電極中の）ビーズ注入口を経由して型空隙中へとビーズを移送するために、圧縮空気（及び、ある改良型では噴射機構）を使用している。ある態様では、充填の終了時、圧縮空気の更なる注入を行うこともできる。通常、一旦ビーズを吹き込んだ際、空気の漏れ出しを可能とするため、型は多孔性であるかまたは穿孔処理されている。ビーズが注入されると型内の圧力に影響を及ぼすため、排気を調節することができる。ある態様では型の充填用の加圧ラインの使用が型の加圧に有利に利用される、すなわち、一旦充填が完了すると、その後の成型プロセスにおいて、型内の圧力を上昇したレベルに維持する。
【０２９３】
変形型では、ハイブリッド型の充填装置を使用することもできる。
【０２９４】
［−水／蒸気の注入］
系内での蒸気の生成のためのＲＦの利用は、従前の蒸気容器型成型に付随する多数の配管は、最早必要ではないことを意味している。ＲＦ方法は、本質的に「受動的」な蒸気処理プロセスを提供している。
【０２９５】
代替の装置構成では、改良されたＲＦ成型装置は水の飽和した空気、「湿った蒸気」（水滴を分散状態で含んでいる蒸気）あるいは「能動的」な蒸気処理と呼ぶこともできる工程において、治具内への水の導入を可能とする蒸気の注入口を特徴としている。
【０２９６】
例えば、充填プロセス中に、湿潤及び充填工程を組み合わせて、空気の代わりに蒸気を使用して充填ガンによって型内にビーズを吹き込むことで、型内に少量の蒸気を導入できる。それに代えて、充填手順の変更を回避するため、型に充填した後、水を導入することもできる。
【０２９７】
能動的蒸気処理は、全てのビーズとの接触を保証することで必要な水の量を更に低減させて、ＲＦ成型プロセスを向上させる可能性がある。しかし、能動的な蒸気接合への要求は、自動車産業等の業種にはあまり魅力的ではない。
【０２９８】
［−排気］
成型プロセスにとって必要な水の量を正確に予測することは困難である。しかし、蒸気の消費の簡単な概算を以下に示すことができる。
【０２９９】
【表６】
2014531352.tif 000009
【０３００】
−実際には多くの二次的効果があり、それが正確な見積もりを信頼できないものとしている。
【０３０１】
普遍的な目的は、より低い水分含有量の成型部材を作製する目的で、ビーズと型内で生成される凝縮物と間の接触量を最小化することである。
【０３０２】
ある態様では、成型後の乾燥プロセスが使用される。
【０３０３】
あるいは、成型プロセス中に過剰な蒸気の漏出を可能とするため、型構造の一部として排気を配置することもできる。あるいはまた、型内部例えば金属電極上で蒸気を凝結させることもできる。
【０３０４】
図１７は、多孔性の内部型１５５が、外部型１６０の内側にはめ込まれている簡単な二層型１５０を示す。この型は、実効的に二重壁型容器を含んでおり、外部壁１６０は通常の型であり、（ビーズが配置される空間を規定する）内部壁１５５は多孔性である。壁間の隙間１７０は、凝縮物が二つの型層間に集められることを可能としている。
【０３０５】
従って、内部型１５５の内部に配置されたビーズは、成型プロセスの間に生成された凝縮物から分離された状態に維持される。
【０３０６】
オプションとして、外部型空隙に連結された圧縮空気導入口１７５は、外部型空間１７０を事前加圧し過剰な蒸気を追い出すことを可能とする。温度と圧力は適切なプローブによって監視される。
【０３０７】
この単純な配置は、市販の成型システム中において好適である充填工程に適合させた、さらなる排気を示してはいない。
【０３０８】
より大きな規模の成型においては、単純な排気装置は、二つのＲＦプレート中のコア・ベントのシステムを介した排気のみを有している。より進歩した装置は、型の他の四つの側面への排気口を取り入れている。全二層型は、成型部材の全ての側面からの凝縮物の除去を可能としている。
【０３０９】
図１８は、代替の排気ＲＦ成型プレス機１８０の例を示す。それぞれ、アダプター１８６を介して頂部電極プレート１８４と底部電極プレート１８５に接合されている、複合型電極構造１８２および１８３は、それぞれ、その間に配置された格子１８８を具えた（型空隙と隣接する）排気空隙プレート１８７と(電極プレート１８４、１８５により近い)バック・プレート１８９を含んでいる。多孔性の内部型あるいは空隙プレート１８７は、ＥＰＰビーズよりも小さな寸法の、一連の穴または狭い隙間を含んでいる。パイプ１９２を介して、成型容器１９１内のＥＰＰの内部から、（例えば、蒸気および二つの型の層の間に集まる凝縮物、及び、充填後の余剰な空気）の排気を可能とするため、二つの型の層１８７、１８９の間の隙間は、電極上のコア・ベント１９０の配列と連結されている。
【０３１０】
パイプ１９２は、成型プロセスの開始時の空気及び／または蒸気の導入のため、及び、サイクルの終了時の空気及び／または蒸気の除去のために使用できる。
【０３１１】
成型治具の排気口は、充填段階中は、内部空隙への空気の注入、及び／または、内部空隙からの空気の除去を可能とし、そしてまた、加熱段階中は、空隙から蒸気が流出するのを可能とするために、必要である。
【０３１２】
図１８（ｉ）は、ＲＦプレス・プレートの間におよそ位置しているＲＦ絶縁性材料１９５を含む、治具構造を具えた成型プレス機を示す。従って、治具は成型プロセスの温度と機械的ストレスの双方に耐えることが可能でなければならない。
【０３１３】
図１８（ii）は、二つの電極間の接触を防止するための被覆またはスペーサ部品の形状で、ＲＦ透明性材料１９５を使用した金属製治具構造に基づく別の装置を示す。ＲＦ透明性材料は、ＲＦプレス・プレートの間に直接配置されていないので、成型プロセスの機械的ストレスではなく、温度サイクルに耐えることが可能であることのみが必要とされる。
【０３１４】
＜事例Ｖ−生産用システムに向けて＞
図１９は、ＲＦ成型システムとしての使用のために改造された割型充填型成型プレス機２００を示す。この改良された蒸気容器成型プレス機は、小規模の市販のシステムに近付け、そして、大量の生産においても使用できる、幾つかの特徴を利用しているものとして、設計されている。
【０３１５】
図２０は、生産用ＲＦ成型の手順３００を示す。
【０３１６】
まとめると、図１９及び図２０は、単純化した形状でＲＦ誘電加熱を利用した成型製品を製造するための模範的なシステムを示し、そして、概観的に、模範的な成型プロセスにおける、典型的な段階を図示している。
【０３１７】
このシステムは、通常、成型される物品の外形形状と寸法と一致する、内部形状と寸法を有する型の内部空隙を有する、型容器を含んでいる。成型プロセス中は空隙を密閉するために役立ち、成型プロセスが完結した後は成型物品を射出しまたは取り出すことを可能とするために、開放することができる密封装置により、型空隙へアクセスできる。以下でより詳しく説明するように、密封装置は、通常、圧縮空気で作動される。
【０３１８】
ＲＦ発生器（ＲＦgenerator）は、型容器の一部を形成する非金属製スペーサの側の一方に配置されている、一対の対向するまたは平行なプレート電極間にＲＦ電磁場を発生させるために使用される。
【０３１９】
このように配置された電極の利用は、型治具の大幅な変更を行うことなく、比較的に容易に、従前の装置の改良を可能とするので、特に有利である。例えば、従来の蒸気容器成型プレス機は、ＲＦ電極となるように配置することもできる圧力プレートを有しており、このようにして、これらのシステムを、ＲＦを可能とするために改良し、また効率を向上させるために改造する、可能性が開かれている。
【０３２０】
プレート間の隙間のサイズは、発生される電場の周波数及び強度に依存している。特に、対向しているプレート間の隙間のサイズは、要求されている成型部品の厚さに依存している。ＸおよびＹ方向の他の寸法は、動作周波数の選択に影響を及ぼすが、電極寸法は理想的には四分の一（１／４）波長よりも小さい。
【０３２１】
このシステムに印加可能な電場の強度は、成型粒子と熱伝達媒体の誘電損率、及び、動作周波数の関数である。電場強度が高くなりすぎると、電極間にアーク放電が発生する可能性がある。
【０３２２】
ある態様では、（材料が電極間のアーク放電を誘導する可能性がある、印加電圧を増加させる可能性があるものの）適切なＲＦ適合性材料で作製された、一つまたはそれ以上のスペーサによって決められた間隔に、電極プレートが保持される。
【０３２３】
ＲＦ発生器で発生されたＲＦ波が容器の壁を透過して型空隙の内容物を照射することができるように、型容器はＲＦ適合性（透明性）材料で作製され、そして、電極プレート間に配置される。
【０３２４】
成型物品は、膨張されたポリプロピレン「ＥＰＰ」等のポリマー樹脂の膨張粒子を通常含んでいる粒子状原料から成型される。膨張粒子は、典型的には押し出し加工プロセスで生成されるペレット形状の樹脂の前駆体粒子から、先に記載したように膨張された独立気泡型ビーズを含んでいる。
【０３２５】
型容器は、成型材料注入口を有しており、それを介して型空隙中に粒子状原料が注入され、成型物品を生成するために、その後、粒子の融着（「溶接」）が行なわれる。このプロセスは、本質的に三つの工程を含んでいる。
（ｉ）原料のビーズは、型空隙への導入に先立ち、液状熱伝達媒体（この場合は、水）により被覆され、そして、型材料注入口を介して、型空隙内に導入される。
（ii）ＲＦ発生器により生成されたＲＦ場は、要求された温度において熱伝達媒体が沸騰してガス（この場合は、蒸気）を発生させるまで、型容器の壁を透過して液状熱伝達媒体を誘電加熱するために印加される。蒸気は、原料の粒子を加熱し、その表面はその溶融温度まで、内部はそれより低い程度の温度まで、加熱する。従って、粒子の表面は軟化を開始し、（発泡剤が温まるので）粒子内部の圧力が上昇する。型空隙内における粒子の表面の軟化と更なる（意図的な）膨張によって、粒子相互が溶接され、それによって成型物品が生成される。
（iii）成型物品を生成するために原料が融着されそして冷却された後、型容器を開放し、成型物品を取り出す（可能であれば、機械的放出ピンを利用して、排出される）。しかし、成型物品の排出のためには、例えば、圧縮空気の圧力、吸引、あるいは、それらの組み合せなど、適切な任意の手法を利用できることが理解される。
【０３２６】
マイクロ波システムに対して、かかるＲＦシステムは、幾つかの利点を有している。第一に例えば、ＲＦ照射は、（より低い周波数／より長い波長の）マイクロ波照射よりもより浸透性である。さらに、平行なプレート間のＲＦ場の発生は、マイクロ波容器中におけるマイクロ波の照射よりも、通常、より制御が可能で予測が可能である（そして、より安全で、また、より効率的である）。より具体的には、マイクロ波システムにおいて、マイクロ波は、マイクロ波容器の周囲で予測困難でかつ不均質に「跳ね返り」を起こす可能性がある。実際に、（マイクロ波とは反対に）ＲＦを使用する試験中に明らかになった潜在的な驚きの利点の一つは、成型製品中により高い均一性を与えるＲＦの潜在的能力、特に（成型物品中に欠陥を引き起こす可能性がある）マイクロ波加熱に付随する、「ホット・スポット」や「クール・スポット」を回避するというＲＦの潜在的能力である。上で述べたように、これらの利点は、部分的には、マイクロ波に付随するより不均一でランダムな加熱と比較して、ＲＦ場が指向性であること、及び、ＲＦ照射の波長（及び、浸透能力）に起因している。
【０３２７】
ＲＦ及びマイクロ波システムの変形においては、水を蒸気にまで瞬時に沸騰させるに十分な出力を持つＥＭ照射が利用される。
【０３２８】
その他の代替として、熱伝達媒体と原料は、別の専用の注入口を経由して、（同時に、また、様々な時間に）個別に導入することもできる。更に、熱伝達媒体と原料は、異なる時間に、同じ注入口を経由して、導入することもできる。例えば、プロセスの要求に依存して、水を、原料の前または後に、導入することができる。
【０３２９】
水は、型空隙中において直接加熱される必要が無いことは、理解される。一つの変型では、例えば、水が、型空隙に導入される前に、蒸気を発生するために、別途加熱される、この変型では、蒸気は、加圧して型空隙中に注入することができ、また、水が加熱される容器と型空隙との間の多孔性の区切りを透過させることもできる。これらの変型は、型空隙内における直接加熱よりも、一見より複雑に見えるが、それらは、水によって粒子を事前に被覆する必要性を除き、および／または、成型物品の生成後に必要とされる乾燥の量を減少させる、可能性を有している。
【０３３０】
これらのシステムの変型では、型空隙、および／または、水容器は、蒸気が生成する温度を上昇させるために加圧される。これは、大気圧における、水の沸点（〜１００℃）を顕著に超える融着温度を有する原料のビーズを使用する成型を可能とする。これは、１２０℃を超え、さらには、１６０℃まで上がる（ある場合は、さらに高い）軟化温度を有する可能性があるポリプロピレン・ビーズの成型に特に有益である。例えば、型空隙／水容器を１気圧の追加で２気圧まで加圧すると約１２１℃程度まで沸点が上昇する。２気圧の追加で３気圧まで加圧すると約１３４℃まで沸点が上昇する。３気圧の追加で４気圧まで加圧すると約１４４℃まで沸点が上昇する。そして、型空隙／水容器を４気圧の追加で５気圧まで加圧すると約１５３℃まで沸点が上昇する。
【０３３１】
図２１は、ＲＦ成型に適合した市販の蒸気容器成型プレス機４００を示す。次の特徴が含まれる。
・ＲＦ発生器の組み込み。
【０３３２】
ＨＴ接続部は、プレス機の設計に依存して、固定化または可動性プレートのいずれかである。ＨＴプレートは、第二のプレス・プレート、及び、その他のプレス機部分から、電気的に分離されていなければならず、また、放電を回避するに十分な間隔を有する必要がある。ＨＴ側が、可動性プレートである場合には、絶縁されたセラミックス製のスリーブが必要となる。安全性のために、ＲＦ場は、ファラデー・ケージ内に収容され、安全インターロック及び他のフェール−セーフ機構が組み込まれている。
【０３３３】
・蒸気多分岐管システムの再構成
ＲＦ成型プロセスのため、この多分岐管のサイズは、必要とされる水の量を低減するため、最小化する必要がある。これは、バック・プレート上の圧力放出口と連結された放出プレートの背後に配置された多孔性の格子を含むことができる。
【０３３４】
・ビーズ注入口と充填ガンの整備
これらは、圧力容器に連結され、事前に加圧処理された乾燥ビーズの治具内への導入を可能とする。充填ガンの金属製先端がＲＦ場中に張り出さないことを保証する目的で、それらを、所謂、接地電極内に組み込むこともできる。
【０３３５】
・圧力制御
圧縮空気配管と圧力放出バルブの組み込みは、正圧及び負圧の印加により、蒸気の移動の制御を可能とする。
【０３３６】
・水注入口の組み込み
その種のシステムは、対圧充填あるいは割型充填のいずれにおける使用に適合している。
【０３３７】
図２１に示される具体的な機構は、以下を含んでいる。
・発生器に連結されたＲＦ接地プレート４０２。出力側との最小距離１００ｍｍ。型に対する個々は、充填ガン用、及び、取り外しの位置用の穴を有している。
・大型、あるいは、成形された型４０４
・雄型４０６及び雌型４０８（ともに、ポリマー材料製）
・充填ガン４１０（非導電性の先端付）
・取り出し４１１（非導電性の先端付）
・ＲＦ発生器４１２；ＲＦ接地４１４；およびＲＦ電力入力４１６
・発生器と連結されたＲＦプレート４１８。接地側との最小距離１００ｍｍ。
・絶縁性の支持支柱４２０、約１５０ｍｍ（セラミックスまたは他の非導電性材料製）
・支持柵４２２
・プレス／型分割線４２４
・プレス・ダイ・プレート  固定側４２６
・可能なアルミニウム製の側壁安定化フレーム４２８
・側壁支持４３０。
【０３３８】
［−プロセス検討］
市販のＲＦ成型システムについて、ＲＦ電力、時間および圧力の基礎的なプロセスパラメーターは、下記の検討の観点から最適化が必要である。
・水の使用
ＥＰＰ成型の条件の最適化は、成型製品の１立方メートル当たり、５ｋｇ未満（＜５ｋｇ/ｍ３）の水の使用であると見込まれる。
・エネルギー消費
プロセスのエネルギー消費は、使用される水の量と密接に関連している。電力計の利用、及び、投入電力と反射された電力の監視が、プロセスのエネルギー使用の測定に利用可能である。
・サイクル時間
理想的には、最適化されたサイクル時間は、より短くはならないとしても、蒸気容器成型のための時間と同等である。サイクル時間は、利用可能な電力供給機に依存し、−例えば、５ＫＷ発生器から６０ＫＷ発生器に変更すると、短縮することができる。
・成型均一性
単純な直方体形状の成型は、このプロセスにおいて、比較的に複雑ではない。蒸気は、熱伝達媒体として作用し、従って、均一な加熱と融着が、部材全体にわたり、観察されるはずである。例外は型表面のところであり、そこでは冷たい型表面との接触によって、融着は不十分となる。より顕著な影響はより複雑な部材において見出され、型のより薄い部分中のビーズは、型壁面による広範な冷却を蒙る。より複雑な部材内における不均一性は、直方体形状の型内にポリマー空間充填ブロックを充填することによって調べることができる。
【０３３９】
後者に関して、また、例えば、ＲＦ加熱の均一性を向上させること、及び／または、より複雑な形状の成型に対する特定の手当てを施すことによって、成型製品の均一性を増すために、型治具の設計をどのように向上させるかについて、考慮することができる。適切な手段には、下記のものが含まれる。
【０３４０】
・型表面の処理
部材全体に亘り均一な加熱を達成する目的で、型表面に付加的な加熱源を提供する必要性を、成型プロセス中における型表面上の様々な場所での表面温度の測定値の相違により示すことができる。電極を事前に温めるために（電気的な加熱、あるいは、温空気による）加熱機構を、直接、電極プレート中に組み込むことができる。それに代えて、型の誘電性部品の内側に、カーボン・ブラックやゼオライト（または、その他のＲＦ吸収性材料）等の材料の表面層を付加することができる。
【０３４１】
・場の成形要素
型内への水流路の組み込みを、ＲＦ場を変形させるため、及び、特定の領域（例えば、複雑な形状のより薄い領域）に付加的な加熱を提供するために利用することができる。水流路は、成型部材の冷却を助けるためにも使用できる。
【０３４２】
・電極の成形
オプションとして、成形された電極を、良好な加熱均一性を与えるために利用することができる。モデリングの研究結果が、最適な形状を示唆することもある。
【０３４３】
・型の成形
さらにまた、より大きな試料でのビーズ融着の均一性を可能とするため、及び／または、成型部材のより容易な取り出しを可能とするために、型自体を成形することができる。より大きな型は、必然的に、ＲＦ電極間のより大きな間隔を必要とし、その結果、システムは再調整が必要となる可能性がある。
【０３４４】
＜事例ＶＩ−ポリプロピレンのＲＦ融着の更なる研究＞
〔Ａ１．成形試験のためのシステム構成〕 
［ＲＦプレス機の構成］
以下の研究において実施された全ての試験は、下記の主要な追加を具えた１３．５６ＭＨｚで動作する、小型のＲＦプレス機を用いて行った。
・蒸気圧及び発泡圧力を監視するための圧力センサの内蔵；
・型内部の温度を測定するための光学ファイバ・プローブの利用；
・従来のＥＰＰ成型で使用されている割型充填機構に似せるための頂部電極上での圧縮プレートの内蔵；
・データロギング・システムの組み込み。
【０３４５】
［センサの内臓］
二つの主要な圧力センサを使用した。
・発泡センサ
・蒸気圧力センサ。
【０３４６】
［−発泡センサ］
発泡圧力センサは、プレス機の頂部プレートに取り付けた。発泡体の圧力を効率的に測定する目的で、このセンサは、ビーズと直接接触させる必要がある。しかし、このプロセスにはまた、成型部材の頂部に、多孔性の入れ子及び圧縮プレートの組み込みが必要である。さらに、センサは、頂部電極内に取り付けなければならず、そして、ＲＦ場中に侵入することはできない。この要件の組み合わせが、ビーズとの間の良好な接触を維持することを困難にし、そして、加工中、ビーズが十分に膨張した場合のみ、該センサは、発泡圧力の測定に有効である。そうでないならば、このセンサは、ビーズの上方の蒸気圧を測定していると、推測しなければならない。
【０３４７】
小型の円筒状の型においては、センサは、頂部プレートに取り付けられた金属製の圧縮ディスク内に収容されていた。この圧縮ディスクが、ビーズとの良好な接触を提供するとともに、センサをＲＦ場からシールドしていた（図２２参照）。
【０３４８】
高い矩形の型においては、より深い圧縮プレートが必要であり、センサの取り付けが原因で、このプレート内に、十分な深さでセンサを取り付けることが不可能であった（図２３を参照）。これは、通常、発泡センサは、ビーズと良好に接触することはなく、従って、発泡圧力ではなく、蒸気圧を測定していたことを意味する。
【０３４９】
図２２は、円筒状の型における、センサの構成を示す。
【０３５０】
図２３は、矩形の型における、センサの構成を示す。この構成は、発泡センサ１０００、頂部電極１００２、金属製圧縮ディスク１００４、多孔性フリット１００６、ＰＴＥＥ製型１０１０、ビーズ１００８、及び、多孔性フリット１０１２を含んでいる。
【０３５１】
［−光学ファイバ型温度プローブ］
いくつかの試験では、光学ファイバ型温度プローブを使用した。しかし、これらのプローブは、丈夫な温度測定器を提供していなかった。プローブは、成型プロセス中、破壊を防止するため、薄いガラス壁の管内に入れられた。これは、明らかに、温度上昇の測定における、有意な時間遅れをもたらし、そして、温度と圧力との間の不十分な相関が観察された。ガラス管もまた、脆弱で、プロセス中に破損することもあり、いくつかの場合には、プローブの損傷も観察された。このプロジェクトにおける試験のために圧力のみによるプロセス条件の監視が好ましいと決定し、従って、その後の試験においては、温度プローブの使用を放棄した。
【０３５２】
試料内の温度を記録することが重要であることが判明した際には、この手法は見直すことができる。
【０３５３】
〔治具の設計〕
［−型の形状寸法］
このプロジェクトでは、二つの型を構築した。成型プロセスにおいて要求される温度および圧力耐性を与えるため、双方とも、厚い壁のＰＴＥＥにより、構築した。
・小型円筒状の型
・高い矩形の型。
【０３５４】
小型円筒状の型は、約７０ｍｍの直径と、約８０ｍｍの高さを有していた。側壁は、製品の容易な取り出しを可能とするため、僅かにテーパを付けていた。
【０３５５】
高い矩形の型は、７０×７０ｍｍで、２４０ｍｍの全内壁高さを持っていた。型は、３つの分割された部分（各深さ８０ｍｍ）に作製され、圧力の密閉性を与えるため、各部分間に、Ｏ−リングを使用していた。
【０３５６】
図２４は、高い矩形の型の外観を示す。
【０３５７】
［−水の除去］
２つの型は、その底部に多孔性フリットを、及び、頂部に多孔性圧縮プレートを有していた。これらのプレートは、余剰の水を排出させるための空間を型内に有していた。
【０３５８】
２つの型では、頂部の多孔性プレートは、発泡センサよりも僅かに大きな直径の穴を有していた。これは、膨張した発泡体の圧力表示を得ることができるように、ビーズが発泡センサに接触することを可能とした。既に記載したように、ある場合には、ビーズとセンサとの間の効果的な接触は達成されず、そして、記録される圧力表示は、ビーズの上方の蒸気圧を表していた。
【０３５９】
〔Ａ２．小型円筒状の型による試験〕
小型円筒状の型を使用する研究において、二組の試験を実施した。
・製品の効率的な融着のための、パラメーターの立証
・プロセス時間と電力の変動の研究。
【０３６０】
全ての実験において、使用した水は、７．５ｍＳ/ｍの導電率を与えるため、少量の塩を含有していた。
【０３６１】
〔効率的な融着のための、パラメーターの立証〕
これらの試験は、約１５ｇのビーズと２０ｍＬの水を使用して実施した。加熱時間と電力レベルの変動を研究し、そして、プロセス条件の範囲内で十分に融着した試料が観察された。表１は、十分に融着された試料が生産された三つの試作における時間と電力レベルを示す。図２５は、これらの試作における圧力曲線を示す。
【０３６２】
全ての場合、ＲＦ加熱の停止に続いて、製品は型内において一定時間冷却された。
【０３６３】
【表７】
2014531352.tif 000010
【０３６４】
図２５は、良好な融着を与えた圧力曲線を示す。
【０３６５】
〔プロセスのパラメーターの変動〕
これらの試験に続き、プロセスのパラメーターの追加的な組み合わせを研究した。これらの試験は、表２に示される一連の電力と時間のパラメーターにより定義された。全ての試験は、１５ｍＬの水を使用して、少なくとも二度繰り返した。試験は、黒色と白色のビーズを用いて実施し、そして、この二種類の間で有意な差異は観察されなかった。これらの試験においては、膨張ビーズと良好に接触している発泡センサを使用して、圧力を記録した。
【０３６６】
【表８】
2014531352.tif 000011
【０３６７】
全ての場合、ＲＦ加熱の停止に続いて、約１バールの圧力に達するまで、製品は型内において冷却された。厚い壁のＰＴＦＥ製の型により提供される高い断熱性により、この冷却速度が遅いことが観察された。
【０３６８】
図２６、２７、及び２８は、三つの異なる電力レベル−２ＫＷ（図２６）；２．７ＫＷ（図２７）；および３．３ＫＷ（図２８）で実施された試験における圧力プロフィールを示す。
【０３６９】
図２９は、電力レベルの相違によって達成される加熱速度の比較を示す。
【０３７０】
図２６〜図２９に示すグラフは、名目上、同じＲＦ電力を使用しているにもかかわらず、加熱速度に相当のバラツキが観察されることを示している。各試験において使用されたビーズと水の量を同一とした場合、加熱速度の極僅かなバラツキしか見られないと予測される。しかし、下記の要因は、観察された実際の加熱速度に影響を及ぼしている。
・型への熱伝達；型は、反復される試験に伴い、徐々に温まる。一連の試作のうち最初の試作においては、型へのより高い熱損失が起こるので、加熱速度はより遅い。
・システム内の圧力漏出：例えばシステム内において、治具とプレス頂部プレートのＯ−リング封止の間で、若干の圧力ロスが起こる。これが、試験間で変動する可能性がある。
・反射された電力のレベルの変動及びＲＦシステムによる損失；１５ｍＬの水は、小さい負荷であり、その結果、加熱効率は、ＲＦシステムの標準値よりも低くなり易い。システムによる損失は、試験間で変動する。
【０３７１】
反射された電力のレベルは、試験中及び試験間の双方で変動が見られた。しかし、この反射電力は記録せず、従って、加熱速度と相関させることはできなかった。
【０３７２】
これらの変動の要因にもかわわらず、もし観察すれば、通常、より高い電力レベルでは、試料のより速やかな加熱が観察される。
【０３７３】
成型物品の視覚的な検査は、良好なレベルの融着が達成されたことを示した。これらの試験で作製された全ての試料は、機械的性能の評価に送られた。この評価は、試料が、非常に良好なレベルの内部融着を有することを示している。
【０３７４】
〔Ａ３．高い矩形の型による試験〕
〔装置の構成〕
セクションＡ１中に記載した高い矩形の型を使用して、一連の試験を実施した。これらの試験の大きい型による成型試験における構成を図３０に示す。
【０３７５】
これらの試験では、頂部電極上に取り付けた、発泡センサと簡単な圧力変換器の双方を使用して、圧力を記録した。このシステムには圧力ゲージも取り付けられ、プロセス中の圧力上昇の視覚的な観察に使用し、また、成型プロセスも終了点の決定に使用した。
【０３７６】
治具は、型の基部内の空隙上部に多孔性フリットを含んでおり、プロセスからの余剰の水の回収を可能とした。また、（ビーズと発泡センサとの接触を可能とするための）中心部の穴を有する多孔性フリットが、型の頂部に使用されていた。この第二の多孔性フリットも同様に余剰の蒸気／水のための空間を有し、そして、ビーズのある程度の圧縮を与える。
【０３７７】
図３１は、この多孔性フリットの上面視を示し、多孔性フリット圧縮プレートを含む型の内部を見ることができる。
【０３７８】
最後に、深さ２０ｍｍの金属製圧縮プレートが、プレス機の頂部プレートに取り付けられた。この金属製プレートと頂部多孔性フリットの間で、４０ｍｍの合計圧縮が達成されて、高さ２００ｍｍの成型部材が提供される。
【０３７９】
〔成型結果と操作用のパラメータの特定〕
全ての実験において、使用した水は７．５ｍＳ/ｍの導電率を与えるため、少量の塩を含んでいた。全ての実験において、約５０ｇの乾燥ビーズが使用された。これは、何らの圧縮が無い際に、型の空隙を充填する、乾燥ビーズの質量である。
【０３８０】
発泡センサと簡単な圧力変換器の双方において、圧力を記録した。
【０３８１】
以下に報告される全ての圧力曲線は、発泡センサの読値に基づいている。しかし、（図２３に例示するように、）膨張するビーズとセンサ膜との間における良好な接触の欠如は、このセンサが、発泡体の圧力よりも、型の上部の蒸気圧を実効的に測定していることを意味している。
【０３８２】
全ての試験において、製品は、約１バールの圧力に達するまで、治具内で冷却された。
【０３８３】
［−手順］
手順は、下記の単純なプロセスを含んでおり、小型の円筒状試料の成型のために利用された方法と同等である。
・ビーズによる型の充填
・プレス機内への型の配置
・型の頂部からの水の添加
・プレス機の密閉とＲＦの印加。
【０３８４】
より大きな型においても、この方法は、成型物品の生産に有効であるが、しかし、観察される圧力の上昇は、通常遅く、そして、常に、良好な融着が達成されるわけでもなかった。ある場合には、これらの条件では、ビーズの僅かな部分のみが融着していた。
【０３８５】
これはビーズ全体にわたって水の分布が貧弱であること原因であった。これは水の貯蔵器が型の底部にあることの結果であった。十分に融着させるためには、型の底部にある融着ビーズの周りまたはその中を蒸気が通過しなけれればならない。型内の水の分布を改善するために、後の実験は、事前浸漬したビーズを用いて行った。
【０３８６】
［−事前浸漬処理ビーズの利用］
ビーズを多孔性容器内に配置し、そしてタンク内で水中に保持するため、加重を負荷した。成型試験での使用の前に、ビーズを事前浸漬した状態で１〜４時間放置した。この「濡れた」ビーズは、遊離した水は含んでいないが、単純な表面張力によって表面に固着水を有していた。
【０３８７】
事前浸漬処理ビーズの使用は、融着結果において、著しい改善を示した。しかし、多くの場合、製品の部分融着のみが観察された。最も意味深いことに、製品の頂部部分は、通常、融着が十分でなく、そして、しばしば、結合の緩いビーズのみで構成されていた。
【０３８８】
これらの試験中において、完全な融着がなされた試料一組が得られた。しかし、一見、反応条件と効果的な融着との間で、明瞭な相関は見出されなかった。表３に、同様のプロセス・パラメータを使用して得られた、種々の試験結果を例示する。
【０３８９】
【表９】
2014531352.tif 000012
【０３９０】
「黒色」ビーズは、３重量％程度の、典型的には０．５〜５重量％の範囲のカーボン・ブラックを含有している。
【０３９１】
図３２は、事前浸漬処置ビーズを用いた表３に収録された試験における圧力プロフィールを示し、同様のプロセス・パラメータを使用して得られた結果のバラツキを例示している。
【０３９２】
［−空気貯蔵器の利用］
試験装置に対する最後の改良は、(容量約２００ｍＬ)空気貯蔵器の組み込みである。これは、試験中において、空気を押し込む空間を提供し、また、融着を促進するように型全体に蒸気を充満させることを保証するために、組み込まれた。この研究において使用される全ての試験では、事前浸漬処置ビーズを使用した。
【０３９３】
これらの試験は、一貫して、十分に融着した製品を与えた。
【０３９４】
図３４および３５、及び、表４は、使用したプロセス条件と、得られた圧力プロフィールを示す。
【０３９５】
全ての試験において、製品は、圧力は、約１バールに低下するまで、治具中に静置された。図３４および３５から明らかなように、この圧力に到達する時間は、試作間で、相当なバラツキを示す。我々の治具は、プレス機によって、一体に保持されている三つの部分を含んでいるため、部分間で僅かな量の圧力漏出がある。この速度は、試作間でばらつく可能性がある。
【０３９６】
これらの試験中には、互いに大きく異なる圧力プロフィールを示す二つの試作が含まれている。
【０３９７】
第一のものは、「非混合ビーズ」と表示してある。このケースでは、ビーズは試作の直前に水と直接混合された。それに対して、それ以外のビーズ試料は全て、水中に最低限１時間浸漬されていた。この事前浸漬処理は、ビーズ全体に亘って水のより良い分布を与え、そして、加熱を促進させるようである。「非混合ビーズ」試料は、非常に遅い加熱速度を示し、そして、ある場合には、相対的に融着が不十分であった。
【０３９８】
注目される第二の試料は、試料１１である。この事例では、型の頂部におけるＯ−リングの使用を取りやめた。このようにして、治具からの水の漏出を可能とし、そして、融着プロセス中の圧力を相対的に低く維持した。しかし、なお、この試料は、一見、十分な融着がなされていると見え、また、その他のサンプルよりも、より乾燥された形態で得られた。
【０３９９】
【表１０】
2014531352.tif 000013
【０４００】
「黒色」ビーズは、３重量％程度の、典型的には０．５〜５重量％の範囲のカーボン・ブラックを含有している。
【０４０１】
図３３は、表４に収録された、(類似の成型条件の)試験１−４における圧力プロフィールを示す。
【０４０２】
図３４は、表４に収録された、成型試験１〜１１の全てを示す。
【０４０３】
〔より高い形状の成型試験のまとめ〕
このより高い型により実施された試験は、この形状の効率的な融着の達成が、先に研究したより小さな円筒の場合よりも、相当に難しいことを示した。下記のプロセス改善が、型全体にわたる完全な融着を達成するために、重要であると考えられた。
・型全体にわたる、水の均一な分布を提供するための、事前浸漬処理ビーズの利用
・水の沸点と生成された蒸気の温度を上昇させるためのＲＦ加熱に先立つ治具の加圧
・空気の除去、及び、蒸気と膨張粒子との間の熱交換を保証するための、排気バルブの使用、または、空気貯蔵器の使用による、蒸気の流通の管理。
【０４０４】
下記の要因が、得られる融着の質に影響する可能性がある。
・圧縮の程度；高い矩形の型においては、約１７％の圧縮（高さ２４０ｍｍを２００ｍｍに圧縮）が使用されているが、小さな円筒において使用された圧縮は、約３０％であった。
・水の比率：使用された相対的な水の量は、円筒状の型よりも、矩形の型では少ない。いずれの場合でも、水の量は、融着を達成する上で必要とされる量を、相当に超えていると推定されるが、このことは検証されていない。
・水の分布：高い型における、ビーズの事前浸漬処理の必要性は、このより大きな形状中における、均一な水の分布の重要性を示している。ビーズのより長時間の浸漬、あるいは、表面活性剤の利用は、より良好なレベルの融着を得るのに有効である可能性がある。
【０４０５】
＜事例ＶII−ポリプロピレンのＲＦ融着についての更なるパラメーター化した研究＞
上述の試験に加えて、様々な装置を使用して、更なる研究を行った。これは、下記のパラメーターを具えたより大型の「１５ｋＮ」（１５０ｋＮ）成型プレス機を含んでいる。
・水平型／６０ｋＮ油圧式締め付け荷重
・治具内部寸法：１３０×１３０×３０ｍｍ
・プレート寸法：９８０×６８０ｍｍ
・電極における最大電力１５ｋＷのＲＦ発生器。
【０４０６】
通常使用される手順は、下記の通りである。
１）粒子は、下記の表中に規定された種々の含有量で、水と混合される。水による粒子の均一な被覆を達成するに十分な時間、混合がなされる。
２）空隙を完全に満たすため、手作業により粒子を治具内部に入れる。４ｍｍの穴の開いたプラスチック製プレートを、プレス機を密閉する間に機械的な圧縮を行うために頂部に付加する。
３）プレス機を密閉する。
４）ＨＦ加熱の前に、空気圧を印加する。空気圧は、種々のレベルに設定した。
５）ＨＦ加熱を、ある電力レベルで、ある時間、スイッチ・オン状態とする。
６）ＨＦ加熱の終了時に排気バルブを介して、圧力を速やかに放出し、大気圧まで型を減圧する。内部の全ての圧力を放出するには、１〜５秒が必要である。
７）部材の冷却を可能とするため、１００秒間、プレス機を密閉状態に保持する。
【０４０７】
下記のものを含め、種々の材料が試験された。
・白色の膨張したポリプロピレン粒子、ＡＲＰＲＯ（登録商標）３１３３
・黒色の膨張したポリプロピレン粒子、ＡＲＰＲＯ（登録商標）５１３５、３重量％程度のカーボン・ブラックを含有
・灰色の膨張したポリプロピレン粒子、ＡＲＰＲＯ（登録商標）４１３３、０．５〜１重量％のカーボン・ブラックを含有
・白色の膨張したポリエチレン粒子、ＡＲＰＡＫ（登録商標）４３１３。
【０４０８】
水の含有量は、時々使用される質量％値よりもより有用な尺度と考えられる、型空隙の容量の単位リットル当たりのミリリットル（ｍｌ）あるいは、等価的なミリグラム（ｍｇ）で与えられている。
【０４０９】
〔結果〕
各パラメーターの組み合わせについて、得られた成型の品質は評価され、そして、下記の表に従って、「１」〜「５」の等級を付した。
【０４１０】
【表１１】
2014531352.tif 000014
【０４１１】
〔水の含有量及び初期加圧圧力の影響〕
固定されたパラメーター：
・治具：１３０×１３０×３０ｍｍ
・ＨＦ出力：最大値の５０％で、５０秒間。
【０４１２】
【表１２−１】
2014531352.tif 000015
【０４１３】
【表１２−２】
2014531352.tif 000016
【０４１４】
【表１２−３】
2014531352.tif 000017
【０４１５】
【表１２−４】
2014531352.tif 000018
【０４１６】
明らかに、初期圧力は、成型内にその後維持される最高圧力よりも低い圧力であり、典型的には、成型内に維持される最高圧力よりも、０．６バールまで低い、通常、１バール未満まで低い、好ましくは、０，５バール未満まで低い、更には、０．２５バール未満まで低い、あるいは、更には、０．１０バール未満まで低い圧力となっていた。蒸気が発生されるので、付加的な圧力は、治具内部の環境（空気と水）の温度の上昇に起因している。
【０４１７】
〔水の含有量及びＲＦ加熱時間の影響〕
固定されたパラメーター：
・治具：１３０×１３０×３０ｍｍ
・ＨＦ出力：最大値の５０％
・水の含有率は、５０％に固定、型空隙１Ｌ当たり１６．５ｍｇ
・初期圧力を２．０バールに固定。
【０４１８】
【表１３】
2014531352.tif 000019
【０４１９】
引き続き、寸法１２０×１２０×１５０ｍｍの十分に融着された、より大きな試料を、下記の条件下で作製した。
・電力：４０００Ｗ、９０秒間（６０秒間でも満足できる融着が提供された）
・２バールの初期圧力
・水の含有量：型空隙１Ｌ当たり１６．５ｍｇ。
【０４２０】
図３５は、十分に融着されたより大きな試料の事例の一例を示す。
【０４２１】
まとめとして、発明の特徴は、下記の一つまたはそれ以上を含んでいる。
【０４２２】
・水等の熱伝達流体、あるいは、主として水の存在下において、型または治具内に含有される熱プラスチック材料の膨張粒子またはビーズに対する、ＲＦエネルギーの印加。
・誘電キャパシタを形成している、ＲＦ発生器と連結されている、一対の平行平板状電極、及び、該プレート間に配置された型を含む装置；型内に配置されている材料に対する、ＲＦ場の印加に適した装置。
・回路の周波数とインピーダンスとを調節する整合システムと共に、固体発振器または自励起発振器を含んでいるＲＦ発生器。
・好ましくは、周波数、及び、印加されるＲＦ電力と電場強度を変更するために、加工される材料に依存して、電極間の隙間または面間隔が調製可能である。
・型容器の側壁を形成する、二つの相対するプレス圧板及びＲＦ電極を含んでいる、油圧式、空気圧式、あるいは、機械式のプレス機を、該装置は含んでいる。
【０４２３】
・印加されたＲＦによる熱伝達流体の加熱を介して、粒子の外表面の軟化を引き起こすに十分な、昇温された温度まで、膨張粒子またはビーズの加熱、好ましくは、熱伝達流体の温度を使用して、粒子をその融着温度まで加熱する。
・熱伝達流体は、粒子の気泡構造内に浸透し、その物理的寸法を維持または拡張するのに十分な、蒸気またはガス状態まで加熱される。
・（型の形態により規定される）成型物品を製造するための、型内における粒子相互の融着または溶接。好ましくは、得られる物品は、融着粒子の均質な塊りを含む。
・ＲＦエネルギーの周波数が、その付随する波長好ましくは四分の一波長が、成型される物品の平均サイズまたは長さ方向寸法と同等、または、より大きくなる範囲であるもの。
【０４２４】
・熱伝達流体は、好ましくは、下記の一つまたはそれ以上の添加によって適合される。
＊  印加された電磁場との結合を向上させるための、導電性を上昇させる不純物、例えば、塩化ナトリウムや塩化カリウム等の塩（必要とされる正確な伝導率は、同様に、印加される電力と動作周波数にも関連している、印加される電力の関数である）。
＊  粒子の融着を促進させるための、ポリビニル酢酸あるいは、可溶性脂肪（例えば、パーム油）などの、融着促進添加剤；及び
＊  流体と粒子との間の表面張力を高めるための表面活性剤。
【０４２５】
・熱伝達媒体として使用される水の伝導率は、通常３〜５ｍＳ／ｍ、あるいは、好ましくは６〜７ｍＳ／ｍ、また、より好ましくは約７．５ｍＳ／ｍとすることができる。高い伝導率の利用に関して、議論が提起されているものの、試験では、７０ｍＳ／ｍに達するまでの伝導率において、成型が達成された。記載された伝導率の値は、典型的には、その±１ｍＳ／ｍ、±０．５ｍＳ／ｍ、また、さらには、±０．１ｍＳ／ｍである。
・熱伝達流体の加熱は、少なくとも、一つの、好ましくは、二つの相または状態の変化をもたらす。
・ＲＦの使用は、熱伝達流体が液体状態である際には第一の形態（イオン性加熱）での、また、熱伝達流体がガス状態である際には第二の形態での、熱伝達流体の加熱を引き起こす。その際、熱伝達流体が液体状態である際には、印加されるＲＦによる加熱が主として起こり、第一の形態での加熱が支配的となる。従って、熱伝達流体は蒸発するので、熱伝達流体（及びその結果として粒子）の加熱は、自己制御的となる。
【０４２６】
・物品の成型において使用される熱伝達流体の量は、成型物品に形成される粒子の全量と、同等、好ましくは、より少ない（例えば、１：１の比率、好ましくは、２：１の比率より少ない）。
・型内に入れられる熱伝達流体の量は、治具空隙１リットル当たり、１ｍｌ〜１００ｍｌの範囲である。
・熱伝達流体が蒸発する温度を上昇させるための、好ましくは熱伝達流体は液体状態であって好ましくは粒子と接触しているので、少なくともある程度の粒子の加熱が起こるような、より好ましくは粒子の外表面の軟化が起こる温度において熱伝達流体の蒸発が開始するような（典型的には０．５バールまで、少なくとも１バールまで、好ましくは少なくとも１．１バールまで、潜在的には３バールに達するまで、またさらには５バールまたはそれ以上の）型内部の圧力の上昇。
・プレート電極は、加熱及び成型工程中における、蒸発された熱伝達流体に起因する圧力上昇を抑えるための、密封に対する圧力を維持するのに、適合している。
【０４２７】
・成型の前の、蒸発された熱伝達流体に因る、型からの空気の除去。例えば、バルブを介した排出、あるいは、空気の貯蔵器内部への放出（専用のまたは例えば配管）は、ある場合には、型空隙から、熱伝達流体の一部の排出を可能とする。
・型内部の圧力の制御、潜在的には熱伝達媒体の部分的な蒸発のみに因る、少なくとも部分的な型内の温度の制御。
・成型物品の成形を行うのに十分な時間、上昇した圧力と温度を維持すること。
・治具の内側と外側の間における交換を管理するための、型の多孔性内壁表面内張りの使用。
・（所望の圧力で示すことができ、従って、粒子の融着温度に対応する温度が達成されているので）、粒子の融着（成型）が起こった直後の型内の圧力の放出、それによってビーズの膨張が可能となり、型が満たされる。
【０４２８】
・ＲＦ電極と成型治具の水による冷却、例えば以下である。
＊  ＲＦシステムが、垂直式または水平式のプレス機配置方向である場合には、双方の板に冷却水を応用することができる。
＊  代替としてまたは同様にして、更には、型内の成型部材あるいは一旦取り出した後の成型部材に冷却水を適用することもできる。
＊  成型治具に、冷却用の水ジャケットを取り付けることもできる。例えば、水ジャケットは、脱イオン水または蒸留水を循環させることができ、その周囲を取り巻く水流路を持ち、好ましくは、水ジャケット中の水は冷却後、空気によって排出される。
＊  一旦、成型部材を取り出した後、空気または水のブロア、あるいは、圧縮空気を冷却に使用することができる。
【０４２９】
・機械的手段により（例えば、圧縮プレートの使用）、あるいは、物理的手段により、例えば、加圧ガスの使用により、加熱した際膨張するビーズ中にガス（通常、空気）を導入してビーズを膨張させるように、成型の前にビーズに圧力を印加することによる、ビーズの前処理による、粒子またはビーズの密度の制御。
・例えば、アルミナやムライト等のセラミックスの注型成型及び焼成による、あるいは、ＭＩＣＯＲやパイロフィライト等の特殊なセラミックスの切削加工による、好ましくは、セラミックス、ポリマーあるいはガラスの一つまたはそれ以上を含む、型の製作。後者は、その機械的特性を向上させるための焼結が可能である、機械加工可能なセラミックスであり、そして、一度焼成すると５００℃を超える使用可能温度を有する。パイロフィライトは、大部分のＲＦ周波数において、僅かに加熱されるので、型の側壁に若干の加熱を与えることが可能である。
・第二の型材料は、ポリビニリデン（ＰＶＤＦ）あるいは、ポリプロピレン・ビーズの誘電損率と類似、または近い誘電損率を有する材料を含むことができ、また融着温度における流動性混合物を含むことができる。
【０４３０】
当業者においては、上述の実施形態に基づく、更なる新たな実施形態は明らかであろう。
【０４３１】
明細書、及び（適合する場合は）請求の範囲および図面中に開示された各特徴は、独立して、あるいは、適当な組み合わせで、適用することができる。
【０４３２】
請求の範囲中に提示されている参考数値は、例示を目的とするのみであり、請求の範囲に対して何らかの限定効果を及ぼさない。
【図１】
2014531352.tif 000020
【図２】
2014531352.tif 000021
【図３】
2014531352.tif 000022
【図４】
2014531352.tif 000023
【図５】
2014531352.tif 000024
【図６】
2014531352.tif 000025
【図７】
2014531352.tif 000026
【図８（ｉ）】
2014531352.tif 000027
【図８（ｉｉ）】
2014531352.tif 000028
【図９】
2014531352.tif 000029
【図１０】
2014531352.tif 000030
【図１１】
2014531352.tif 000031
【図１２（ｉ）】
2014531352.tif 000032
【図１２（ｉｉ）】
2014531352.tif 000033
【図１２（ｉｉｉ）】
2014531352.tif 000034
【図１３（ｉ）】
2014531352.tif 000035
【図１３（ｉｉ）】
2014531352.tif 000036
【図１４（ｉ）】
2014531352.tif 000037
【図１４（ｉｉ）】
2014531352.tif 000038
【図１４（ｉｉｉ）】
2014531352.tif 000039
【図１４（ｉｖ）】
2014531352.tif 000040
【図１５（ｉ）】
2014531352.tif 000041
【図１５（ｉｉ）】
2014531352.tif 000042
【図１６（ｉ）】
2014531352.tif 000043
【図１６（ｉｉ）】
2014531352.tif 000044
【図１６（ｉｉｉ）】
2014531352.tif 000045
【図１６（ｉｖ）】
2014531352.tif 000046
【図１７】
2014531352.tif 000047
【図１８（ｉ）】
2014531352.tif 000048
【図１８（ｉｉ）】
2014531352.tif 000049
【図１９】
2014531352.tif 000050
【図２０】
2014531352.tif 000051
【図２１】
2014531352.tif 000052
【図２２】
2014531352.tif 000053
【図２３】
2014531352.tif 000054
【図２４】
2014531352.tif 000055
【図２５】
2014531352.tif 000056
【図２６】
2014531352.tif 000057
【図２７】
2014531352.tif 000058
【図２８】
2014531352.tif 000059
【図２９】
2014531352.tif 000060
【図３０】
2014531352.tif 000061
【図３１】
2014531352.tif 000062
【図３２】
2014531352.tif 000063
【図３３】
2014531352.tif 000064
【図３４】
2014531352.tif 000065
【図３５】
2014531352.tif 000066
【国際調査報告】
2014531352.tif 000067
2014531352.tif 000068
2014531352.tif 000069