JP6403169B2 - 高分子逆流防止部を有する高分子成形装置 - Google Patents

Description

本発明は、高分子逆流防止部を有する高分子成形装置に関し、より詳細には、溶融された高分子材料が発泡剤注入口に逆流することを効率的に防止できる高分子逆流防止部を有する高分子成形装置に関する。

一般に、高分子成形技術は、ほとんど化学工場で作られた高分子粒子、すなわち、各ペレットを電気熱と機械的摩擦を用いて溶かした後、これに力を加えて、各ペレットを所望の形状に作られた金型またはダイ内に押し出すことによって多様なプラスチック製品を製造する技術であって、製品製造費用のうち材料費が占める比率が非常に高いので、材料費の節減と共に、高分子製品の重さをさらに減少できるようにする努力によって発泡技術が開発されている。

前記発泡技術とは、高分子製品内に微細なサイズを有する多くの気泡を発生させる技術であって、化学的または物理的発泡剤を高分子材料と共によく混ぜた後、この混合物に外部から熱を加えたり圧力差を作り、各発泡物質を気化させることによって製品の内部に気泡を形成する。気泡が形成されると、製品の多くの部分を気泡が占めるので、材料費を大幅に節減することができ、製品の重さを減少できるだけでなく、気泡による断熱性能を得ることができる。

通常、物理的発泡工程では、射出機または押出機のシリンダーまたはバレルの内部に溶融された高分子樹脂に発泡ガスを注入し、発泡工程を進行する。

ここで、前記発泡ガスは、ガス注入口を介して前記バレルの内部に注入されるが、高分子樹脂が貯蔵されたバレル内部の圧力が発泡ガスの注入圧力より高い場合、高分子樹脂がガス注入口側に逆流し、ガス注入口を塞ぐ現象が発生する。

この場合、ガス注入口を元の状態に復帰させるための修理過程が終了するまで工程時間が長くなると同時に、装置の損失が発生するという問題がある。

本発明と関連する先行文献としては、大韓民国公開特許第１０―２００３―００５０８３３号（公開日：２００３年６月２５日）があり、前記先行文献には、ガス供給器にガスが逆流することを防止するチェックバルブが設置される技術を開示する。

本発明の目的は、溶融された高分子材料が発泡剤注入口に逆流することを効率的に防止できる高分子逆流防止部を有する高分子成形装置を提供することにある。

好ましい様態において、本発明は、一定圧力を形成し、溶融された高分子樹脂が貯蔵されるチャンバー；前記チャンバーに連結され、外部から供給された発泡剤を前記チャンバー内の圧力以上で前記チャンバーの内部に供給する発泡剤注入部；及び前記発泡剤注入部に設置され、供給する前記発泡剤が通過し、前記高分子樹脂との接触表面積を増加させることによって前記高分子樹脂の逆流を防止する高分子逆流防止部；を含む、高分子逆流防止部を有する高分子成形装置を提供する。

前記発泡剤注入部は、発泡剤入口を形成する入口流路と、発泡剤出口を形成する出口流路と、前記入口流路と前記出口流路とを連結し、内径が前記入口流路と前記出口流路の内径より小さく形成される中央流路とを有する発泡剤注入管と；前記中央流路の出口側に位置するように前記出口流路の内部に弾性的に設置され、前記発泡剤の供給圧力によって前記中央流路を開閉する弾性開閉手段と；を備える。

前記高分子逆流防止部は、前記出口流路の端部に設置され、前記弾性開閉手段は、前記高分子逆流防止部に支持されることが好ましい。

前記出口流路は、前記中央流路の下端に連結され、前記中央流路の下端から下方に沿って内径が漸進的に拡張される傾斜流路を有する。

前記弾性開閉手段は、前記傾斜流路に配置され、前記傾斜流路を開閉する開閉ボールと、前記開閉ボールと前記高分子逆流防止部を互いに弾性的に支持する弾性部材とを備えることが好ましい。

前記高分子逆流防止部は、前記出口流路の端部に設置され、前記弾性部材の端部が支持される逆流防止板胴体と、前記逆流防止板胴体に形成される多数の逆流防止ホールとを備えることが好ましい。

前記逆流防止ホールは、多角形状のホールに形成されることが好ましい。

前記逆流防止ホールは、前記発泡剤の供給方向に沿って漸進的に狭くなるように形成されることが好ましい。

前記逆流防止ホールの内周面には、多数の突起がさらに形成されてもよい。

前記逆流防止板胴体は、前記出口流路の端部に対して着脱可能であることが好ましい。

前記逆流防止板は、前記発泡剤の供給方向に沿って、枠から中央に向かって傾斜するように形成されることが好ましい。

本発明は、熱可塑性高分子材料の物理的発泡成形工程で、発泡剤注入管の流路に高分子樹脂が逆流し、工程の損失が発生することを効率的に防止できるという効果を有する。

すなわち、本発明は、多角形状のホールに形成される各逆流防止ホールが高分子樹脂の体積に対する表面積を増加させることによって、発泡ガスより高い粘度を有する高分子樹脂が各逆流防止ホールの抵抗によって発泡剤注入管の流路に逆流することを防止できるという効果を有する。

また、本発明は、発泡ガスが多数の逆流防止ホールを介してガスの体積に対する表面積を増加させ、高分子樹脂内により速い時間に溶け込まれるようにするという効果を有する。

本発明の高分子逆流防止部を有する高分子成形装置の構成を概略的に示す構成図である。 本発明に係る発泡剤注入部を示す分解斜視図である。 本発明に係る発泡剤注入部の発泡剤を供給する前の状態を示す断面図である。 本発明に係る発泡剤注入部において発泡剤が供給される状態を示す断面図である。 本発明に係る高分子逆流防止部の一例を示す断面図である。 本発明に係る高分子逆流防止部の他の例を示す断面図である。 本発明に係る高分子逆流防止部の更に他の例を示す断面図である。 本発明に係る高分子逆流防止部の更に他の例を示す断面図である。 本発明に係る高分子逆流防止部の更に他の例を示す断面図である。

発明を実施するための最善の形態

以下、添付の図面を参照して、本発明の高分子逆流防止部を有する高分子成形装置を説明する。

図１は、本発明の高分子逆流防止部を有する高分子成形装置の構成を概略的に示す構成図である。

図１を参照すると、本発明の高分子逆流防止部を有する高分子成形装置は、大きく分けて、チャンバー１００、発泡剤注入部２００、及び高分子逆流防止部３００（図２参照）を含んで構成される。

前記チャンバー１００には、高分子樹脂が一定量で貯蔵される。前記チャンバー１００の内部には一定の圧力が形成される。

前記発泡剤注入部２００は、外部から供給された発泡剤を前記チャンバー１００に一定の圧力で供給または注入する。ここで、発泡剤を供給するときの圧力は、前記チャンバー１００内部の圧力以上であることが好ましい。

以下では、前記発泡剤注入部２００の構成をより詳細に説明する。

図２及び図３は、本発明に係る発泡剤注入部の構成を示す。

図２及び図３を参照すると、前記発泡剤注入部２００は、発泡剤注入管２１０、及び弾性開閉手段２３０を含んで構成される。

前記発泡剤注入管２１０は、前記チャンバー１００の上端に連結される。

前記発泡剤注入管２１０は、中空形状に形成され、内部には発泡剤が流動する流路２２０が形成される。

図３を参照すると、前記流路２２０は、発泡剤注入管２１０の上下を貫通するように形成され、入口流路２２１、中央流路２２２及び出口流路２２３を含んで構成される。

ここで、前記入口流路２２１と出口流路２２３の内径は互いに同一であってもよく、互いに異なってもよい。これは、発泡剤を注入する量によって決定されることが好ましい。

前記中央流路２２２は、前記入口流路２２１と出口流路２２３とを互いに連結し、前記入口流路２２１及び出口流路２２３の内径より小さい内径を形成する。

さらに、前記入口流路２２１には、前記中央流路２２２の上端と連結され、中央流路２２２の上端に沿って内径が漸進的に小さくなる入口側傾斜流路２２１ａが形成される。

また、前記出口流路２２３には、前記中央流路２２２の下端と連結され、中央流路２２２の下端に沿って内径が漸進的に拡張される出口側傾斜流路２２３ａが形成される。

すなわち、出口側傾斜流路２２３ａは、中央流路２２２の下端に沿って下方に広がる断面を示す。

ここで、前記入口側傾斜流路２２１ａと出口側傾斜流路２２３ａは、互いに中央流路２２２を境界にして対称をなすように形成される。

前記出口流路２２３には前記弾性開閉手段２３０が配置される。

前記弾性開閉手段２３０は、開閉ボール２３１、及び弾性部材２３２を含んで構成される。

前記開閉ボール２３１は、前記出口流路２２３に配置され、出口側傾斜流路２２３ａに配置されることが好ましい。

前記弾性部材２３２は、前記開閉ボール２３１と出口流路２２３の下端に設置される高分子逆流防止部３００を互いに弾性的に支持する。

前記弾性部材２３２は、一定の弾性係数を有する弾性スプリングに形成される。

前記弾性部材２３２は、発泡剤が入口流路２２１及び中央流路２２２を介して供給されると、発泡剤の供給圧力によって開閉ボール２３１が下方に押され、中央流路２２２と出口流路２２３を開放できる弾性係数を有することが好ましい。

したがって、発泡剤の供給圧力が解除されると、開閉ボール２３１は、弾性部材２３２の復帰弾性力によって元の位置に復帰する。

前記出口流路２２３の下端には、前記高分子逆流防止部３００が設置される。

前記高分子逆流防止部３００は、逆流防止板胴体３１０、及び多数の逆流防止ホール３１１を含んで構成される。

前記逆流防止板胴体３１０は、円板状に形成されてもよく、前記出口流路２２３の下端に着脱可能に設置される。

前記着脱の方式としては、スクリュー結合方式が採択されてもよい。一例として、図面には示していないが、前記逆流防止板胴体３１０の周囲と出口流路２２３の下端内壁は、互いにスクリュー結合される構造であってもよい。

前記多数の逆流防止ホール３１１は、多角形状のホールに形成されることが好ましい。

図２及び図５に示したように、多数の逆流防止ホール３１１は、四角形状のホールに形成されてもよい。

または、図６に示したように、逆流防止ホール３１２が三角形状のホール３１２に形成されてもよく、図７に示したように、逆流防止ホール３１３が十字状のホールに形成されてもよい。

さらに、図８に示したように、多数の逆流防止ホール３１５は、発泡剤の供給方向に沿って内径が漸進的に狭くなるホールに形成されてもよい。

すなわち、前記逆流防止ホール３１５の内周には、下方に沿って傾斜面３１５ａが形成される。

前記発泡剤として非圧縮性流体を使用する場合、供給する方向に沿って発泡剤の供給流速が増加し得る。

さらに、前記発泡剤の供給方向の逆方向に沿って逆流防止ホール３１５の内径が大きくなるように形成されるので、発泡剤が逆流したとしても逆流防止ホール３１５に逆に流入し、上方側に逆流する量を最小化できるという利点がある。

また、図９に示したように、多数の逆流防止ホール３１４の内周には、ホールの内側に突出する多数の突起３１４ａがさらに形成されてもよい。

一方、本発明は、発泡剤の供給時に発生する圧力を測定する第１の圧力センサー２４０をさらに含み、装置本体１０には、チャンバー１００内部の樹脂圧力を測定する第２の圧力センサー２１０が設置されてもよい。

前記第１の圧力センサー２４０は、発泡剤を供給するときに発泡剤の圧力を測定することができる。

前記第１の圧力センサー２４０は、発泡剤注入管２１０の内側上端に設置されてもよく、発泡剤供給ライン４０１上に設置されてもよい。

前記第１及び第２の圧力センサー２４０、２０は、制御部４１０と電気的に連結され、制御部４１０は、第１及び第２の圧力センサー２４０、２０で測定された発泡剤を供給するときの発泡剤の圧力と、装置本体１０内部の樹脂圧力を受け取る。

そして、上述した発泡剤注入部２００は、発泡剤供給部４００と連結される。

前記発泡剤供給部４００は、発泡剤貯蔵部４４０、チラー４３０、ポンプ４２０、バルブ４０２及び発泡剤供給ライン４０１を含んで構成される。

前記発泡剤供給ライン４０１は、発泡剤注入管２１０の入口流路２２１と連結される。

前記バルブ４０２は、前記発泡剤供給ライン４０１上に設置され、制御部４１０から制御信号を受け取って発泡剤供給ライン４０１を開閉する。

前記ポンプ４２０も、発泡剤供給ライン４０１上に設置され、制御部４１０から制御信号を受け取り、発泡剤を発泡剤供給ライン４０１に沿って強制的に供給する。

前記チラー４３０及び発泡剤貯蔵部４４０も、発泡剤供給ライン４０１に設置される。

ここで、前記チラー４３０は、発泡剤の種類に応じて具備の有無が決定され得る。

すなわち、チラー４３０は、発泡剤の種類に応じて必要である場合もあり、必要でない場合もある。例えば、二酸化炭素を発泡剤として使用する場合、チラー４３０を使用してもよい。

以下では、前記のような構成を有するプラスチック成形装置の作用を説明する。

図１を参照すると、制御部４１０は、ポンプ４２０を使用して発泡剤貯蔵部４４０に貯蔵された発泡剤を発泡剤供給ライン４０１に沿って強制的に流動させる。このとき、前記制御部４１０は、開閉バルブ４０２を開放した状態を形成する。

また、本発明では、発泡剤が発泡ガスである場合を代表的な例として説明する。

このように、発泡ガスは、発泡剤供給ライン４０１に沿って強制的に流動し、発泡剤注入管２１０に供給される。

図３を参照すると、発泡ガスは、入口流路２２１に進入する。このとき、第１の圧力センサー２４０は、流路２２０の内部に進入する発泡ガスの圧力値を測定し、これを制御部４１０に伝送する。

続いて、前記発泡ガスは、中央流路２２２に進入しながら開閉ボール２３１を一定の圧力で加圧し、開閉ボール２３１は下方に押され、弾性部材２３２は圧縮される状態を形成する。

前記のように開閉ボール２３１が下方に押されながら、中央流路２２２と出口流路２２３は互いに連結される。

したがって、発泡ガスは、中央流路２２２から出口流路２２３に沿って流動し、高分子逆流防止部３００に形成される多数の逆流防止ホール３１１を介してチャンバー１００の内部に注入され、チャンバー１００の内部に貯蔵された高分子樹脂を発泡・成形するようになる。

このとき、第２の圧力センサー２１０は、チャンバー１００内部の圧力値を測定し、これを制御部４１０に伝送する。

前記制御部４１０は、発泡ガスの圧力値がチャンバー１００内部の圧力値より高い場合は、発泡ガスの注入状態を維持し、発泡ガスの圧力値がチャンバー１００内部の圧力値より低い場合は、開閉バルブ４０２を閉鎖し、発泡ガスの供給状態を遮断する。

これは、チャンバー１００内部の圧力値が発泡ガスの注入圧力値より高い場合、高分子樹脂がチャンバー１００から発泡剤注入管２１０の内部に逆流することを防止するためである。

また、本発明において、発泡剤注入管２１０の下端に設置される高分子逆流防止部３００は、高分子樹脂が逆流する場合、高分子樹脂との接触面積を増加させることによって、高分子樹脂が発泡剤注入管２１０の流路２２０に逆流することを防止する。

すなわち、本発明における高分子逆流防止部３００は、多数の逆流防止ホール３１１を備え、これは、図４及び図５に示したように、多数の四角形状のホールに形成される。

したがって、チャンバー１００の内部で高分子樹脂が逆流するとき、四角形状のホールである逆流防止ホール３１１の四面をなす内周によって高分子樹脂との接触表面積が増加する。

また、図６に示したように、本発明に係る各逆流防止ホール３１２が三角形状のホールに形成されてもよく、または、図７に示したように、本発明に係る各逆流防止ホール３１３が十字状のホールに形成されてもよい。

これによって、高分子樹脂が逆流するとき、三角形状のホールでの三面をなす内周または多数の面をなす内周によって高分子樹脂との接触表面積がさらに増加することもある。

そのため、本発明における逆流防止板胴体に形成される多角形状の各逆流防止ホールにより、高分子樹脂が発泡剤注入管内の流路に逆流しないこともある。

図８及び図９は、本発明に係る逆流防止ホールの他の例を示す。

図８を参照すると、本発明に係る多数の逆流防止ホール３１５は、発泡剤注入管２１０の流路２２０からチャンバー１００の内部に沿って内径が漸進的に狭くなるように形成されてもよい。

したがって、発泡ガスが流路２２０からチャンバー１００の内部に注入される場合、前記のように形成される逆流防止ホール３１５に沿って流動しながら流速が漸進的に増加し、結局、チャンバー１００の内部に流速が増加しながら注入され得る。

この流速の増加により、高分子樹脂の逆流現象をさらに効率的に防止することもできる。

さらに、逆流防止ホール３１５の内径がチャンバー１００の内部側に沿って漸進的に減少するので、高分子樹脂が逆流する場合、減少したホールの面積によって高分子樹脂の逆流現象をさらに防止することもできる。

ここで、前記のように形成される逆流防止ホール３１１が、図５〜図７に示した多角形状に形成され得ることは当然である。

また、図９を参照すると、本発明に係る逆流防止ホール３１４の内周には、内部に沿って突出する多数の突起３１４ａがさらに形成されることもある。

前記各突起３１４ａは、半球状の突起であってもよく、多角をなす突起であってもよい。

また、前記各突起３１４ａは、逆流防止ホール３１１の内周で上端から下端に沿って連続的に形成されることが好ましい。

また、前記各突起３１４ａのサイズは、チャンバー１００側に沿って漸進的に大きくなるように形成され、ホールの面積がチャンバー側に沿って漸進的に狭くなるように形成されてもよい。

したがって、ホールの面積が下方に沿って狭くなることによって、発泡ガスの注入流速を増加させると同時に、高分子樹脂が狭くなったホールに容易に流入して逆流することを防止することができる。

特に、前記のような各突起３１４ａは、高分子樹脂が逆流防止ホール３１４の内部に逆流する場合、高分子樹脂との接触面積をさらに増加させることによって、高分子樹脂が発泡剤注入管２１０の流路２２０に逆流することを効率的に防止することができる。

本発明に係る実施例は、熱可塑性高分子材料の物理的発泡成形工程で、発泡剤注入管の流路に高分子樹脂が逆流し、工程の損失が発生することを効率的に防止することができる。

すなわち、多角形状のホールに形成される各逆流防止ホールは、高分子樹脂の体積に対する表面積を増加させることによって、発泡ガスより高い粘度を有する高分子樹脂が、各逆流防止ホールの抵抗によって発泡剤注入管の流路に逆流することを防止することができる。

また、本発明に係る実施例は、発泡ガスが多数の逆流防止ホールを介してガスの体積に対する表面積を増加させ、高分子樹脂内により速い時間に溶け込まれるようにする。

以下では、下記の表１を参照して、本発明の逆流防止板の使用による逆流流量に対する実験結果を説明する。

ここで、逆流流量の単位はｍ³／ｓである。

ここで、前記逆流防止板Ａは図５に示した逆流防止板で、前記逆流防止板Ｂは図６に示した逆流防止板で、前記逆流防止板Ｃは図７に示した逆流防止板である。

前記表を参照すると、高分子樹脂の逆流流量の結果から、比較例は、実施例１に比べて２倍の逆流流量を示し、実施例２及び実施例３に比べて２倍以上の逆流流量を示している。

この結果に基づいて、本発明では、逆流防止板Ｃである十字状の各逆流防止ホールが形成された逆流防止板を使用する場合、高分子樹脂の逆流を効率的に減少させ得ることが分かる。

以上では、本発明のプラスチック成形装置に関する具体的な実施例について説明したが、本発明の範囲から逸脱しない限度内で多様な実施変形が可能であることは自明である。

そのため、本発明の範囲は、上述した実施例に限定してはならなく、後述する特許請求の範囲のみならず、この特許請求の範囲と均等なものなどによって定めなければならない。

すなわち、上述した実施例は、全ての面で例示的なものであって、限定的なものではないことを理解しなければならなく、本発明の範囲は、詳細な説明よりは後述する特許請求の範囲によって示され、その特許請求の範囲の意味及び範囲、そして、その等価概念から導出される全ての変更または変形形態は、本発明の範囲に含まれるものと解釈しなければならない。

Claims (3)

1. 一定圧力を形成し、溶融された高分子樹脂が貯蔵されるチャンバー；
   前記チャンバーに連結され、外部から供給された発泡剤を前記チャンバー内の圧力以上で前記チャンバーの内部に供給する発泡剤注入部；及び
   前記発泡剤注入部に設置され、供給する前記発泡剤が通過し、前記高分子樹脂との接触表面積を増加させることによって前記高分子樹脂の逆流を防止する高分子逆流防止部；を含み、
   前記発泡剤注入部は、
   発泡剤入口を形成する入口流路と、発泡剤出口を形成する出口流路と、前記入口流路と前記出口流路とを連結し、内径が前記入口流路と前記出口流路の内径より小さく形成される中央流路と、を有する発泡剤注入管と；
   前記中央流路の出口側に位置するように前記出口流路の内部に弾性的に設置され、前記発泡剤の供給圧力によって前記中央流路を開閉する弾性開閉手段と；を備え、
   前記高分子逆流防止部は、前記出口流路の端部に設置され、
   前記弾性開閉手段は、前記高分子逆流防止部に支持され、
   前記出口流路は、前記中央流路の下端に連結され、前記中央流路の下端から下方に沿って内径が漸進的に拡張される傾斜流路を有し、
   前記弾性開閉手段は、
   前記傾斜流路に配置され、前記傾斜流路を開閉する開閉ボールと、前記開閉ボールと前記高分子逆流防止部とを互いに弾性的に支持する弾性部材と、を備え、
   前記高分子逆流防止部は、
   前記出口流路の端部に設置され、前記弾性部材の端部が支持される逆流防止板胴体と、
   前記逆流防止板胴体に形成される多数の逆流防止ホールと、を備え、
   前記逆流防止ホールは、
   多角形状で、前記発泡剤の供給方向に沿って漸進的に狭く、内周面に多数の突起が形成され、
   前記突起は、半球状または多角に形成され、前記逆流防止ホールの内周の上端から下端に沿って連続的に形成され、
   前記突起のサイズは、チャンバー側に沿って漸進的に大きくなるように形成され、前記逆流防止ホールの面積は、チャンバー側に沿って漸進的に狭く形成されていることを特徴とする、高分子逆流防止部を有する高分子成形装置。
2. 前記逆流防止板胴体は、
   前記出口流路の端部に対して着脱可能であることを特徴とする、請求項１に記載の高分子逆流防止部を有する高分子成形装置。
3. 前記逆流防止板は、
   前記発泡剤の供給方向に沿って、枠から中央に向かって傾斜するように形成されることを特徴とする、請求項１に記載の高分子逆流防止部を有する高分子成形装置。

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