KR100311656B1 - 가스-보조식사출성형용밸브-게이트부싱 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가스-보조식 사출 성형 공정용 몰드 부싱이나 노즐을 개시한다. 본 발명의 장치는 용융 플라스틱 재료를 몰드 캐비티 내로 유입하는 것을 선택적으로 허용하거나 방지하는 이동형 차단 메카니즘(movable shut-off mechanism)을 포함한다. 구멍, 개구부, 채널, 슬릿, 슬롯 등과 같은 하나 이상의 미세공(apertures)이 핀 부재의 단부에 또는 단부에 인접하여 제공되거나, 또는 장치의 단부에 제공된다. 상기 구멍은 얇거나 작으며, 가스의 통과는 허용하나 동시에 플라스틱 재료가 이들을 플러깅하거나 클로깅하는 것을 방지할 칫수를 갖는다.

Description

가스-보조식 사출 성형용 밸브-게이트 부싱
현재 많은 가스-보조식 사출 성형 공정 및 기술이 존재한다. 가스-보조식 사출 성형 공정은, 싱크 마크(sink marks)가 최소이고 비틀림 경향이 더 작으며, 부분적으로 중공형(hollow)이고, 경량이며, 강성 부품(rigid parts)을 생산하는 능력을 갖는 플라스틱 부품의 설계와 제조에 새로운 유연성을 부여해 왔다. 이러한 공정은 장비 비용과 사이클 시간뿐만 아니라 재료요구를 감소시킬 수 있으므로, 종래의 사출 성형 공정과 기술에 비해 여러 가지 응용에서 장점을 갖고 있다.
일반적으로 가스-보조식 사출 성형 공정은, 압력하에서 질소와 같은 유체 및 가스를 사용하여, 몰드 내의 플라스틱 재료를 팽창시켜 몰드 캐비티 세부구조(details)에 맞도록 한다. 유체 또는 가스는, 하나 이상의 캐비티 내에 있거나 또는 하나 이상의 위치에서의 부싱, 노즐 또는 기계 노즐(machine nozzle)을 통하는 방법과 같은 몇 가지 방법으로 몰드 내로 유입될 수 있다.
가스-보조식 사출 성형 기술에 대해서는, 몰드 내로 가스를 보내는 오리피스가 플라스틱 재료로 플러깅되거나 클로깅되지(plugged or clogged) 않는 것을 보증하도록 주의를 기울여야 함과 동시에, 몰드 캐비티 내로 가스가 안내되어서 부싱, 러너 시스템(runner system), 또는 플라스틱 사출 시스템으로는 역류되지 않는 것이 필요하다.
본 발명은 몰드 부싱 또는 노즐(mold bushing or nozzle)과 같은 가스-보조식 사출 성형 시스템(gas-assisted injection molding system)용 장치에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예를 구성하는 밸브-게이트 부싱을 예시하는 도면.
도 1a는 도 1에서 선 1A-1A를 따라 화살표 방향으로 절개된 단면을 갖는 도 1에 도시되는 핀 부재의 헤드에 대한 단면도.
도 2 내지 6은 본 발명에 따른 핀 부재의 다양한 실시예를 예시하는 도면.
도 7 내지 8은 본 발명의 다른 실시예를 예시하는 도면.
도 9 내지 13은 본 발명에 따라 몰드 캐비티 내로 가스가 유입되도록 허용하는 몰드 부싱 메카니즘에서의 다양한 유형의 개구부를 예시하는 도면.
도 14와 14a 및 도 15는 본 발명의 또 다른 일 실시예를 예시하는 도면으로써, 도 14a는 도 14의 일부에 대한 확대도이고, 도 15는 도 14에서 선 15-15를 따라 화살표 방향으로 절개한 단면도.
도 16 및 17은 본 발명에 따라 사용하기 위한 대안적인 와셔 구성을 예시하는 도면.
도 18a 내지 18b 및 도 19a 내지 19b는 본 발명에 따른 핀 부재의 또 다른 대안적인 실시예를 예시하는 도면.
도 20은 본 발명의 목하 바람직한 실시예를 예시하는 도면.
도 21은 가스-보조식 사출 성형 시스템을 위한 신규 부싱의 또 다른 하나의 실시예를 예시하는 도면.
본 발명의 목적은, 가스-보조식 사출 성형 공정으로 사용하기 위한 개선된 노즐 또는 부싱을 제공하는 것이다. 본 발명의 목적은 또한 플라스틱 재료와 가스를 하나 이상의 캐비티 내로 그리고 하나 이상의 위치에서 유입시키기 위한 개선된 가스-보조식 부싱 또는 노즐을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 하나의 목적은, 가스-보조식 사출 성형 공정으로 이용하기 위한 개선된 밸브-게이트 부싱 또는 노즐(valve-gate bushing or nozzle)을 제공하는 것이다. 본 발명의 추가적인 목적은, 플라스틱 재료가 몰드 내로 인입하는 것을 폐쇄할 수 있으며, 동시에 가스가 몰드 내로 인입하는 것을 허용할 수 있는 이동가능한(이하 이동형이라함) 게이트 핀을 갖는 노즐 또는 부싱을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 추가적인 목적은, 플라스틱 재료로 플러깅이나 클로깅되지 않으며, 부싱, 러너 시스템, 또는 플라스틱 원으로 가스가 역류하는 것을 방지하는, 몰드 캐비티 내에 오리피스(orifices) 또는 미세공(apertures)을 갖는 가스-보조식 사출 성형 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명은 밸브-게이트형 부싱 또는 노즐에 대한 종래 기술의 애로 사항을 극복하고 상기 기술된 목적과 의도를 만족시킨다. 본 발명은 핀형 밸브-게이트(pin-type valve-gate)장치를 제공하여 요구되는 대로 플라스틱 재료가 몰드 내로 유동하는 것을 효과적으로 방지(block-off)하고, 가스가 몰드 캐비티 내로 인입하는 것을 허용하여, 플라스틱 재료가 가스 오리피스를 플러깅 또는 클로깅하는 것을 방지하고 가스가 부싱과 플라스틱 재료의 공급장치(plastic material supply)로 역류하는 것을 방지한다.
특히 상기 부싱은 플라스틱 재료가 몰드 캐비티로 들어가도록 선택적으로 허용하는 동시에 가스 또는 유체는 통과시키나, 플라스틱 재료는 너무 작아서 들어가지 못하도록 하는 일련의 작은 슬릿(slits), 미세공(apertures) 또는 개구부(openings)를 핀, 몸체, 또는 구성요소 내에 갖고 있는 이동형 차단 핀 메카니즘(movable shut-off pin mechanism)을 바람직하게 포함하고 있다. 작은 슬릿 또는 개구부는 축 방향으로나 길이 방향의 축에 대해 횡방향으로, 또는 양방향으로 가스 흐름을 허용한다. 상기 슬릿 또는 개구부는 기계가공 기술에 의해, 또는 이들 사이의 소정의 공간을 갖는 부품의 조합에 의해 생산될 수 있으며, 확대, 수렴되거나 평행인 단면(diverging, converging or parallel cross sections)을 가질 수 있다. 상기 슬릿이나 개구부는 또한 사출 공정이 완료된 후, 부품의 캐비티로부터 가스 또는 유체를 배출하도록 이용될 수 있다.
본 발명의 상기한 것과 기타 목적, 용도, 이점 및 장점은 후술되는 본 발명의 상세한 설명에서 첨부되는 도면과 특허 청구범위를 함께 참조하면 명백해 질 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예를 예시하고 통상적인 사출 성형 환경에서의 본 발명의 사용을 도시한다. 본 발명은 특히 가스-보조식 사출 성형 공정 또는 시스템(gas-assisted injection molding process or system)에 이용되도록 적용된다. 이러한 점에서, 본 발명의 명세서를 통해서 용어 "가스(gas)"의 사용이 제한되는 것을 의미하지 않는다. 본 발명은 가스 상태 또는 액체 상태이든지 모든 유형의 유체(fluids)를 사용할 수 있다.
또한 본 발명은 스프루 부싱(sprue bushings) 및 기계 노즐(machine nozzles)을 포함하여, 모든 유형의 가스-보조식 사출 성형 기술용 부싱 및 노즐을 사용할 수 있다.
상기 밸브-게이트 시스템은 도면에서 일반적으로 도면부호(10)로 참조된다. 이러한 점에서, 시스템(10)은 부싱 혹은 바꾸어 말하면, 노즐(12), 매니폴드(16), 및 실린더 블록 혹은 바꾸어 말하면, 하우징 플레이트(18)를 포함한다. 흔히 "노즐"로 또한 불리는 몰드 부싱(12)은 몰드(14) 내에 장착되며 중앙 이동형 핀 부재(central movable pin member: 20)를 갖는다. 핀(20)은 화살표(22)에 의해 도시되는 방향으로 이동가능하며 실린더 블록(18) 내에 위치되는 모터(24)에 의해 작동된다. 여기서, 모터(24)는 전기식, 공압식(pneumatic), 또는 유압식의 어느 것도 가능하며, 채널(26)과 (28)은 모터의 작동에 적절한 가스, 유체, 또는 전기 리드선의 인입(entry)을 위해 실린더 블록 내에 제공된다.
매니폴드(16)는 카트리지 가열기(cartridge heaters)(도시되지 않음)와 같은 임의의 종래 수단에 의해 가열되며, 사출 성형기(도시되지 않음)로부터 부싱(12)에 플라스틱 재료의 인입을 위한 채널 또는 통로(channel or passageway: 30)를 포함한다. 여기에서 플라스틱 재료의 유동 방향은 화살표(32)로 표시되어 있다. 필라 혹은 바꾸어 말하면, 스페이서(pillars or spacers: 34)는 매니폴드(16)와 실린더 블록(18) 사이에 위치한다. 실린더 블록, 매니폴드 및 몰드는 통상 클램프, 기계 볼트 등과 같은 적절한 임의의 수단에 의해 함께 고정되거나 조여진다. 여기에서, 핀 혹은 바꾸어 말하면, 볼트(35)는 실린더 블록(18)과 매니폴드(16)를 함께 배열 및 유지하기 위하여 채널(36)에 위치될 수 있다.
부싱 혹은 바꾸어 말하면, 노즐(12)은 원하는 대로 하나 이상의 피스(piece)로 이루어 질 수 있다. 예를 들어, 도 1의 실시예에 도시되는 바와 같이, 부싱(12)은 외측 몸체 부재(44)에 나사식으로(threadly) 부착되는 헤드부(42)를 가질 수 있다. 부싱(12)은 또한 내측으로 연장되는 통로(40)를 갖는 내측 섕크(shank) 또는 몸체 부재(46)를 포함한다. 가열기 부재(48)는 섕크(46)와 외측 몸체 부재(44) 사이의 환형 공간(50)에 위치한다. 가열기 부재는 종래의 어떤 코일 히터 또는 밴드 히터와 같은 저항형 가열기(resistance-type heater)인 것이 바람직하며, 적절한 전원(도시되지 않음)에 접속되는 리드선(52)을 통하여 전기를 공급한다. 도시되는 바와 같이, 부싱은 하나의 피스(one-piece) 또는 다중-피스(multi-piece) 구성품 장치(component device)일 수 있다. 가열기 부재는 또한 몸체에 대해 내측으로 또는 외측으로 위치될 수 있다. 부싱은 또한 임의의 편리한 형상 또는 종래의 형상이나 단면을 가질 수 있으며, 헤드부 없이 제공될 수 있다. 부싱은 또한 몰드 또는 매니폴드에 나사식으로 부착되는 유형일 수 있다. 모든 이러한 유형의 부싱과 가열기는 해당 기술분야에 공지되어 있다.
플라스틱 재료는 용융되어 처음에는 사출 성형기(도시되지 않음)의 배럴(barrel) 내에서 용융 상태로 변환된다. 플라스틱 재료는 이후 부싱 내에 강제로 유입되거나, 또는 매니폴드가 사용되는 경우, 매니폴드를 통과하여 하나 이상의 부싱 안으로 유입된다. 여기에서, 매니폴드 내의 히터는 매니폴드 통로 내의 플라스틱 재료를 용융상태로 유지하며, 부싱 내의 가열기 부재(또는 부재들)는 부싱 통로 내의 플라스틱 재료를 용융 상태로 유지시킨다. 이러한 방법으로, 사출 사이클에 의해 소정 량의 플라스틱 재료를 몰드 캐비티 내에 사출한 후, 부싱과 매니폴드 내의 플라스틱 재료가 경화되거나 고화되지 않고 다음 사출 사이클에 대비하여 액체 또는 용융 상태로 유지된다.
몰드(14)는 일련의 몰드 판(14a, 14b 및 14c)을 갖는다. 부품 캐비티(54)는 몰드 판(14c) 내에 형성되거나 제공된다. 캐비티(54)는 사출 성형공정에 의해 생산될 부품의 원하는 크기와 형태로 형성된다. 핀 부재(20)는 중앙 통로(56)를 갖는 중공형(hollow)이다. 핀(20)은 모터(24)의 적절한 커플링(58)에 의해 축(25)에 연결된다. 가스 또는 유체는 핀(20) 내의 통로(56)를 통하여 몰드 캐비티(54) 내로 안내된다. 가스는 종래의 압력원(도시되지 않음)으로부터 도관(conduit: 59)을 통해 커플링(58)에 의해 시스템(10) 내로 유입된다. 시스템(10) 내로의 가스 유입 방향은 화살표(60)에 의해 도시된다. 가스는 커플링(58)과 핀(20)을 통하여 차례로 몰드 캐비티 내로 유입된다.
밸브 부싱의 오리피스 또는 게이트는 도면부호(62)에 의해 표시되어 있다. 밸브-게이트 장치는 부싱(12)의 하단부(68) 내에서 핀 부재(20)의 하단부 및 짝이 되는 밸브 시트(66)의 하단부 상에 있는 확대된 헤드 부재(64)를 포함한다. 밸브 헤드 부재 및 밸브 시트의 특정 크기와 형상이 도 1에 도시되어 있지만, 도시되는 특정 구조는 단지 대표적이거나 예시적이며, 단순히 본 발명을 설명하기 위한 것이라는 것을 이해할 수 있다. 실제로 어떤 크기와 형상의 밸브 헤드/시트 메카니즘도 사용될 수 있다.
헤드 부재(64)는 자신의 외측 외주의 둘레에 위치되는 하나 이상의 채널, 즉, 스콜럽(scollop) 혹은 바꾸어 말하면, "평탄부(flats)"(65)를 갖는 것이 바람직하다. 이러한 것은 밸브-게이트가 개방되어 있는 경우에, 플라스틱 재료를 몰드 캐비티(54) 내로 유입되도록 한다. 도 1a에 3개의 채널(65)이 도시되어 있지만 임의의 개수가 제공될 수 있으며, 채널은 어떤 원하는 크기와 형상도 가질 수 있다는 것을 이해할 수 있다.
도 1에 도시되는 시스템(10)이 이용되는 경우, 오리피스 혹은 바꾸어 말하면, 게이트(62)는 도 1에 일반적으로 도시되는 바와 같이 초기에는 개방되어 있다. 이러한 조건에서, 매니폴드(16)와 부싱(12) 내에 존재하는 플라스틱 재료는 몰드 캐비티(54) 내로 유입되도록 허용된다. 일단 필요량의 플라스틱 재료가 몰드 캐비티 내로 유입되면, 모터(24)는 핀(20)을 후퇴시키고 핀의 헤드 부재(64)를 밸브 시트(66)에 안착되도록 작동된다. 이것은 오리피스(62)를 폐쇄하여 더 이상 플라스틱 재료가 몰드 내로 유입되지 않도록 한다. 이 시점 또는 약간 일찍, 가스와 플라스틱 흐름이 동시에 공정에서 사용되는 경우, 압력을 받는 가스는 중앙 통로(56)를 통하여 몰드 캐비티(54) 내로 유입된다.
종래의 가스-보조식 사출 성형 공정에 따르면, 플라스틱 재료가 캐비티 또는 캐비티의 어떤 조합 내로 부여된(deposited) 후, 플라스틱이 캐비티 내로 흐르는 동안 가스 또는 유체가 몰드 캐비티 내로 유입될 수 있다. 예를 들어, 플라스틱 재료의 초기 양이 몰드 캐비티 내로 유입될 수 있고, 이후, 가스 또는 유체가 단독으로 또는 잔류 플라스틱 재료와 함께, 그리고 이후 동일하거나 상이한 가스 또는 유체가 동일한 압력 또는 제2의 압력으로 유입될 수 있다. 가스 또는 유체가 플라스틱 재료와 함께 또는 플라스틱 재료의 후속으로 몰드 캐비티 내에 유입되면, 플라스틱 재료를 몰드의 모든 영역 내로 밀어 넣어 캐비티의 충전을 완료시킨다. 여기서, 본 발명은 오늘날 공지되어 있는 어떤 유형의 가스/유체-보조식 사출 성형 공정 또는 시스템에도 사용될 수 있도록 적용된다.
또한 표준 가스-보조식 사출 성형 기술에 따라서, 필요량의 가스와 플라스틱이 몰드 내로 유입된 후, 가스의 압력이 유지되어 플라스틱이 냉각되고 고화되면서, 플라스틱의 체적이 수축되는 것을 보상한다. 여기서, 몰드 판은 통상 플라스틱의 고화를 돕기 위해 적절한 채널이나 통로(도시되지 않음)를 통한 냉각수의 순환에 의해 냉각된다. 일단 몰드 내의 플라스틱 부품이 충분히 고화되면, 성형된 부품 내의 가스는 대기로 배출되고 상기 부품은 몰드 캐비티로부터 분리된다. 본 발명에 따라, 핀 부재(20) 내의 통로(56)를 통하여 역으로 배기되는 것이 바람직하다. 이러한 목적을 위하여, 밸브(67)가 가스 입구 도관(59) 내에 제공되어 돌아오는 가스를 배기시킨다. 그러나 몰드 부품으로부터 가스를 배기하기 위해, 몰드 내의 배기 핀 메카니즘(vent pin mechanism)을 이용하는 것 또는 몰드로부터 기계 노즐을 서서히 빼냄에 의한 것과 같은 종래의 기타 방법이 이용될 수 있다.
본 발명에 사용될 수 있는 가스는 질소인 것이 바람직하나, 다른 가스-보조식 사출 성형 공정에 사용되는 임의의 종래의 다른 가스 또는 유체일 수 있다. 또한 원하는 경우, 성형 사이클 이후에 몰드로부터 제거되거나 배기되는 가스가 포집되고(collected) 회수되어(reclaimed) 재사용될 수 있다. 여기에서, 가스 복귀 통로 또는 배기 통로에 필터 또는 필터 메카니즘을 제공하여 이물질이나 플라스틱 입자를 제거하는 것이 바람직하다.
또한 종래 유형의 어떤 필터 또는 필터 메카니즘은 흡입 통로 또는 핀 통로 및/또는 몰드 내로 들어가는 가스나 유체의 입구에 추가되어야 한다. 예를 들어, 대표적인 필터(69)가 도 1에 도시되어 있다. 이것은 가스 통로가 막히는 것을 방지하도록 도와 줄 것이다.
핀 부재(20) 내의 통로(56)의 크기와 직경은 특히 사출 성형 공정에 사용되는 플라스틱 재료의 점성에 좌우된다. 몰드 캐비티 내로 들어가는 통로의 단부에 있는 개구부(70)의 크기는 충분히 작아서 몰드 캐비티(54) 내의 유입된 플라스틱 재료가 통로(56) 내로 인입되지 않고 통로를 플러깅하거나 클로깅하지 않을 것이다. 여기에서 개구부는 응용 방법과 사용되는 플라스틱 재료에 따라서 0.0025 인치 내지 0.003 인치 사이와 0.003 인치 내지 0.005 인치 사이의 직경을 가질 수 있다. 본 발명에 따라, 개구부는 0.0001 인치 내지 0.0100 인치의 범위 내에 있는 것이 바람직하다.
밸브 핀 내의 개구부 혹은 바꾸어 말하면, 미세공(70)은 종래의 어떤 방법으로 또는 어떤 특정 공정에 의해 형성될 수 있다. 개구부는 드릴링과 같은 기계가공 공정, EDM 또는 임의의 다른 공정에 의해 형성될 수 있다. 핀 부재(20)는 금속 재료로 제조되는 것이 바람직하고, 소결 금속(sintered metal) 또는 임의의 다른 수단에 의해 형성될 수 있다. 또한, 하나의 개구부(70)가 도 1에 도시되어 있지만, 가스/유체를 몰드 캐비티(54) 내로(몰드 캐비티로부터) 유입(배기)시키기 위하여 다수의 개구부나 구멍이 헤드 부재(64)에 제공될 수 있다. 개구부(70)의 길이나 연장을 따라서 측면이나 표면은 또한 수렴, 확대 또는 평행할 수 있다. 선택된 특정 형상은 가스 또는 유체의 유입 속도, 가스 또는 액체의 유형, 및 사용되는 사출 사이클 또는 사출 공정과 같은 몇 가지 인자(factors)에 따라 좌우된다.
본 발명의 바람직한 실시예에서 특이한 부싱이 몰드에 삽입되어 기계 노즐이나 매니폴드의 어느 쪽으로부터 몰드 캐비티 안으로 플라스틱 재료의 유입을 제어하여도, 본 발명은 다수의 또는 스택된 부싱 시스템(stacked bushing system)의 부분으로 또한 사용될 수 있다. 예를 들어, 가열된 부싱과 같은 종래의 부싱은 독창적인(inventive) 부싱과 몰드 캐비티 사이에 게재되거나 위치한다(interposed or positioned).
도 2 내지 도 6 및 도 18a, 도 18b, 도 19a 및 도19b는 핀 부재(20)의 단부에 대한 가스 주입 기술의 대안적인 실시예를 도시한다. 도 2와 도 3에서 확대 단부(74)가 핀 부재(20)의 단부에 부착될 수 있다. 단부(74)는 용접, 납접(brazing), 나사식(도시되어 있음) 등과 같은 종래의 방식으로 부착될 수 있다. 통로(56)는 부재(74) 내에 형성되는 캐비티 혹은 바꾸어 말하면, 보어(bore) 안으로 개방된다. 다수의 작은 개구부(80)를 갖는 판 혹은 바꾸어 말하면, 스크린 부재(78)가 캐비티(76) 내에 위치된다. 가스 또는 기타 유체는 용이하게 이들 개구부를 통과할 수 있지만 플라스틱 재료는 통과할 수 없도록 개구부(80)의 치수가 부여된다.
도 4에서, 단부(82)는 다수의 방사상 슬롯이나 슬릿(84)을 가져서 보어 또는 캐비티(56)와 연통된다(communicate). 슬릿(84)은 충분히 얇아서 플라스틱 재료의 유입을 방지하고 핀 부재(20)의 종축 방향으로 길이가 연장된다. 도 4에 도시되는 단부(82)의 변형으로, 부재(82)의 말단부(distal end: 86)에 소형 구멍이나 개구부를 제공하는 것이 가능하다. 이들은 도 4에서 가상선(88)으로 도시된다.
도 5 및 도 6은 핀 부재의 단부에 대한 대안적인 구조를 도시한다. 도 5에서, 핀 부재(20')는 확대 단부 부재(90)에 장착된다. 핀 부재 내의 가스 통로(92)는 단부 부재(90) 내의 가스 통로(94)와 유체 연통(fluid communication) 상태에 있고, 이 단부(90)는 또한 단부(90)의 외주 둘레에 형성되는 일련의 횡방향 환형 슬릿(transverse annular slits)과 연통한다. 예시의 목적으로, 도 5에 도시되는 슬릿(96)은 확대된 상태로 도시되어 있으나, 실제로 이들 슬릿은 대략 0.0001 내지 0.0100 인치 정도의 얇은 두께 "T"를 갖는다. 도 6에서, 핀 부재(20'')는 캐비티 내의 확대 단부(98), 내측 환형 보어 또는 캐비티(100) 및 나사식 중앙 포스트 부재(102)로 형성된다. 나사식 슬리브 부재(104)는 몰드 캐비티 내로 가스를 유입하기 위한 환형 실린더 형상의(annular cylindrically-shaped) 함입부나 공간(recess or space)을 남기는 포스트 부재(102)에 고정된다. 부재(20'') 내의 가스 통로(108)는 직각 절곡부(110)를 갖고 이 절곡부는 함입부(106)에 가스를 공급하기 위하여 슬리브 부재(104)의 짧은 통로(112)와 연통한다. 도 6에 도시되는 핀 구조를 형성하는 부품들은 환형 함입부 또는 공간(106)의 두께가 매우 작아서 몰드 캐비티로부터 플라스틱 재료가 함입부 안으로 인입되는 것을 방지할 정도의 치수가 부여된다. 본 명세서에 도시되고 기술되는 본 발명의 어떤 실시예에서의 슬릿이나 슬롯도 수렴, 확대, 평행, 또는 균일하거나 랜덤한, 고정형 또는 이동형인 어떤 다른 곡선인 측면(sides)을 가질 수 있다. 선택된 유형은 시스템에 사용될 속도와 가스 및 유체의 유형을 포함하는 몇 가지 인자에 좌우된다.
가스가 공동 밸브-게이트 핀 부재를 통하여 몰드 캐비티로 유입되도록 하는 두 개의 추가적인 실시예가 도 18a-18b 및 도 19a-19b에 도시되어 있다. 각 실시예에서, 핀 부재(20''')은 핀 부재의 확대 말단부(116) 내의 캐비티 또는 보어(114) 내로 개방되는 중앙 가스 통로(56)를 갖는다. 도 18a-18b에서, 다수의 작은 로드(rod) 또는 와이어(wire)(118)를 캐비티(114) 내에 완전히 채워서 빈틈없이 박아 넣거나 그렇지 않으면 단단히 고정시킨다. 실린더-형 로드 사이에 생기는 길이 방향의 공간은 가스가 통로(56)로부터 몰드 캐비티 내로 유동하도록 하며, 매우 작아서 플라스틱이 유입되는 것을 방지한다. 도 19a-19b에서, 얇은 금속 스트립(metal strip)이나 유사한 재료(120)가 밀착된 나선(tight spiral)으로 권취되어(wound) 캐비티(114) 내에 고정된다. 나선의 코일 사이에 있는 얇은 공간은 가스가 이를 통하여 몰드 안으로 유입되도록 한다. 원하는 경우에, 로드(118)(도 18a-18b 참조) 및 나선(120)(도 19a-19b 참조)과 캐비티(120)의 단부(122)의 사이에 공간이나 공극(space or void)을 제공하여, 얇은 공간을 통하여 몰드 내로 들어가는 가스가 더욱 균일하게 분포되도록 하기 위한 매니폴드를 생성하는 것도 또한 가능하다. 여기에서, 대표적인 매니폴드의 공간(124)이 도 19a에 가상선으로 도시되어 있다.
도 18a 및 도 18b와 도 19a 및 도 19b에 도시되는 실시예의 변형을 제공하는 것도 또한 가능하다. 예를 들어, 상이한 단면 크기의 로드나 와이어가 도 18a-18b의 캐비티(114) 내에 이용될 수 있다. 또한, 도 19a-19b에서, 코일(120)에 사용되는 재료는 온도에 민감한 것일 수 있어서, 공정에서 사용되는 플라스틱 재료의 온도 또는 열에 따라 코일층 간의 간격 또는 갭(spacing or gap)을 변화시킬 수 있다.
도 7은 본 발명에 이용되는 대안적인 부싱 구조를 도시한다. 부싱(130)은 확대 헤드(132)와 섕크 또는 몸체부재(134)를 갖는다. 이동형 핀 부재(136)는 부싱 몸체 부재 내의 중앙 통로(138) 내에 위치되며, 부싱 몸체 내에 있는 캐비티 또는 보어(141) 내에 위치되는 확대 말단 부재(140)를 구비한다. 단부 부재(140)는 밸브 부재로서 작용하여 밸브 오리피스(142)를 개방하고 폐쇄하며, 통로(138)로부터 캐비티 혹은 바꾸어 말하면, 보어(141) 안으로 플라스틱 재료의 유동을 허용 및 차단하고 차례로 오리피스(144)를 통하여 몰드 캐비티 안으로(도시되지 않음) 유동을 허용 및 차단한다. 도 1에 도시되는 가열기와 같은 종래의 가열기 수단은 부싱 몸체의 둘레나 내부에 제공되어 부싱 통로 및 캐비티(141) 내의 플라스틱 재료를 용융 상태로 유지하는 것이 바람직하다.
팁 부재(tip member: 146)는 부싱 몸체(134)의 말단부에 나사식으로 부착되어 캐비티 보어(141)에 인접한 원추형 캐비티나 공간(148)을 형성한다. 가스 통로(150)는 부싱 몸체 내에 형성되어 캐비티(141) 및 캐비티(148)의 사이에 있는 엣지(edge) 또는 교차부(intersection: 152) 내로 개방된다. 교차부(152)는 얇은 환형 슬롯이나 슬릿인 것이 바람직하며, 도 7에 예시를 위해 확대되어 있으나, 실제로 0.0001 내지 0.0100 인치 정도의 폭 "W"를 갖는다. 환형 슬롯이나 슬릿은 부싱 부재(134)와 팁 부재(146)의 단부에 짝을 이루는 표면의 한쪽 또는 다른 쪽 또는 양쪽에 가공될 수 있고, 또는 두 부재가 나사식으로 함께 고정될 경우, 두 부재 사이에 약간의 공간이 존재하도록 설계될 수 있다.
다른 하나의 대안적인 실시예가 도 8에 도시되어 있다. 부싱(160)은 헤드 부재(162), 몸체 혹은 바꾸어 말하면, 섕크 부재(164), 몸체의 하부 단부 혹은 바꾸어 말하면, 말단부(168)에 나사식으로 부착되는 팁 부재(166) 및 부싱 내의 플라스틱 재료를 용융 상태로 유지하기 위한 가열기 원(heater source)(도시되지 않음)을 구비한다. 이동형 핀 부재(170)는 몸체 부재 내의 중앙 통로(172) 내에 위치된다. 핀 부재의 말단부에 있는 확대 단부 부재(174)는 팁 부재(166) 내의 중앙 캐비티(176)의 일부분과 짝을 이루어, 통로(172)로부터 캐비티(176)로, 차례로 캐비티(176)에서 몰드 캐비티(도시되지 않음)에 플라스틱의 유동을 선택적으로 허용하거나 차단하기 위하여 요구되는 대로 개방 및 폐쇄되는 밸브(128)로서 작용한다. 팁 부재(166)는 가스를 몰드 캐비티 내에 유입하도록 지원하기 위한 환형 캐비티(180)를 갖는다. 부싱 몸체(164) 내의 가스 통로(182)는 캐비티(180)와 유체연통되어 있어서 가스-보조식 사출 성형 공정용 압력원(도시되지 않음)으로부터 가스를 공급한다. 다수의 작은 슬릿이나 개구부(184)가 팁 부재(166)의 단부(186)에 제공되어 캐비티(180)으로부터 몰드 캐비티 내로 가스 유입을 허용한다. 상기에 표시된 바와 같이, 슬릿이나 개구부―다음에 도 9 내지 도 13에 대해 상세히 기술됨―는 크기나 치수가 매우 작아서 몰드 내로 사출되는 플라스틱 재료가 이들을 플러깅하거나 클로깅하는 것을 허용하지 않는다.
캐비티(180)으로부터 몰드 캐비티 내로 가스가 유입되도록 허용하는 팁 부재(166) 내에 슬릿이나 개구부를 위한 많은 대안적인 설계가 있다. 제한하는 것은 아닌 예시적 방법에 의해, 몇 가지의 이러한 대안적인 설계가 도 9 내지 도 13에 저면도(bottom elevational view)로 도시되어 있다. 도 9에 일련의 방사상으로 배열된 슬롯이나 슬릿(190)이 제공되어 있다. 도 10에 일련의 일반적으로 원형인 아크형 슬릿(circular-arc-shaped slits: 192)이 제공되어 있다. 도 11에 일반적으로 방사성 배열의 슬릿(194)이 제공되어 있다. 도 12와 13에서, 다수의 구멍과 개구부(196)는 도 12에 도시되는 실시예보다 도 13에 도시되는 실시예에 보다 많은 개구부(196)가 제공되어 있다. 슬릿, 슬롯, 구멍, 또는 개구부는 드릴링, 기계가공, EDM, 등과 같은 종래의 방식으로 팁 부재 내에 형성될 수 있다. 또한 다수의 개구부나 슬릿, 및 팁 부재의 단부에서 이들의 특별한 배열은 당업자의 판단과 기술에 따르는 다수의 인자(플라스틱 재료의 유형, 플라스틱 재료의 점도, 가스와 플라스틱 재료의 압력, 사이클 시간과 단계, 등과 같은)에 좌우된다. 개구부나 슬릿은 상기 설명된 바와 같이 또한 수렴, 확대, 또는 평행 측면이나 표면을 가질 수 있다.
본 발명의 다른 실시예가 도 14 내지 도 17에 도시되어 있다. 도 14에서, 부싱(200)은 몰드(206)의 벽 및 대응하는 몰드 캐비티의 벽과 가지런하게 위치되는 단부(204)를 갖는 섕크 혹은 바꾸어 말하면, 몸체 부재(202)를 구비한다. 몸체 부재는 이동형 게이트 핀 부재(210)가 위치되는 중앙 통로(208)를 갖는다. 핀 부재(210)와 부싱 몸체(202)는 짝이 되는 밸브-게이트 표면(212)과 (214)를 각각 구비한다. 모터 메카니즘(도 1에 도시되는 모터(24)와 같음)에 의해 핀 부재(210)의 축 방향 운동은 오리피스(216)를 몰드 캐비티 내로 개방하고 폐쇄하여 선택적으로 플라스틱 재료의 유동을 몰드 캐비티 내에 허용하거나 차단한다. 단지 용이한 예시를 위해 핀 및 오리피스가 도 14에 이격되어 도시된다. 실제로 종종 핀과 오리피스는 보다 가깝게 위치하며 밸브를 개방하고 폐쇄하는 핀의 수직 운동은 0.10 내지 0.20 인치 정도의 범위에 있다. 캐비티 혹은 바꾸어 말하면, 나사식 보어(218)가 부싱 몸체 부재(202)의 단부에 제공되어 있다. 가스 통로(220)는 부싱 몸체를 통해 캐비티(218) 안으로 가압된 가스원(source of pressurized gas)을 제공한다. 다수의 디스크 혹은 바꾸어 말하면, 와셔 부재(222)―도 14a(확대도) 및 도 15(단면도)에 보다 양호하게 도시됨―는 캐비티(218) 내에 나사식으로 고정된다.
디스크나 와셔(222)는 강철과 같은 금속 재료로서 하나 이상의 개구부 또는 구멍(224) 및 함입부(226)를 갖는 얇은 원판(thin circular plates)인 것이 바람직하다. 외주 둘레 혹은 바꾸어 말하면, 디스크 엣지의 융기부(ridge: 228)는 가스가 자유롭게 함입부에 유입되어 통과하도록 한다. 또한 도 14 및 14a에 도시되는 바와 같이, 최외측 디스크 혹은 바꾸어 말하면 와셔(222')는 대응하는 함입부 또는 융기부가 제공되지 않는 것이 바람직하고, 또한 어떤 개구부나 구멍(224)도 갖지 않거나 가질 수도 있다. 운전 중에, 가스는 통로(220)으로부터 챔버 혹은 바꾸어 말하면, 매니폴드 영역(230)으로 들어가서 일련의 디스크(222) 내의 개구부(224)와 함입부(226)를 통해 중앙 통로(208) 로 유입된다(구멍(224')이 또한 제공되어 있는 경우, 이후 약간의 가스가 또한 몰드 캐비티 내에 직접 유동할 것임).
함입부(226)는 스택킹된 디스크 부재(222) 간에 얇은 슬릿이나 슬롯으로 형성되는 것이 바람직하며, 각 디스크의 한 쪽 또는 양쪽에 제공될 수 있다. 함입부 또는 슬릿의 두께 "T"는 다른 실시예의 얇은 슬릿이나 슬롯에 대해서도 상기에 명시된 치수와 동일한 것이 바람직하다.
가스 또는 유체는 몰드 캐비티 내로 유입된 것과 같은 동일한 통로를 통하여 성형되는 부품으로부터 제거되거나 배기될(removed or exhausted) 수 있다. 대안적으로, 이동형 중앙 핀 부재(211)가 핀 부재(210)의 내부에 제공되어 가스를 배출시키도록 축방향으로 이동하거나 자신의 축 주위로 회전될 수 있다.
본 발명에 사용될 수 있는 디스크나 와셔 부재(240) 및 (242)의 다른 실시예가 도 16 및 도 17에 도시되어 있다. 이러한 실시예에서, 중앙 함입부나 슬롯은 인상된 지지 리브(raised supporting rib) 또는 융기부(244) 및 (246)에 의해 여러 개의 부분으로 분할된다. 리브나 융기부는 인접하는 디스크 부재 간의 추가적인 지지 구조를 제공하여 얇은 슬릿이나 슬롯이 소정의 치수로 유지되는 것을 확인한다. 이것은 원하는 가스의 양이 표준 디스크 구조를 통하여 유도되도록 하며, 몰드 캐비티 내에서 플라스틱 재료의 사출 성형을 보조한다.
리브 또는 융기부는 종래의 어떤 공정에 의해 와셔 상에 형성될 수 있다. 리브는 스탬핑 또는 기계 성형 처리에 의해 엠보싱될 수 있다. 리브는 또한 이들 사이의 영역을 연마 제거하거나 기계가공으로 제거하는 것에 의해 형성될 수 있다. 균일하거나 무작위의 세로홈 또는 "물결모양의" 프로파일(fluted or "wavy" profile)을 갖는 와셔를 제공하는 것도 또한 가능하다.
본 발명의 바람직한 실시예가 이번에는 도 20에 도시되어 있다. 밸브-게이트 부싱(250)은 몸체 혹은 바꾸어 말하면, 섕크 부재(256) 내에 중앙 플라스틱 재료 통로(252)와 가스 통로(254)를 갖는다. 이동형 밸브-게이트 핀 부재(258)는 통로(252) 내에 위치한다. 몸체 부재의 말단부(260)는 캐비티 혹은 바꾸어 말하면, 보어(262)를 갖는다. 몸체 부재의 입구단부(261)로부터 플라스틱이 공급된다. 두 개 이상의 디스크 혹은 바꾸어 말하면, 와셔 부재(264)는 캐비티(262) 내에 위치된다. 이러한 디스크 부재(264)는 적어도 하나의 축방향 개구부(214)와 구멍(224)과 중앙 함입부(226)를 갖지만 어떤 외측 나사부도 갖지 않는 상기 기술된 디스크 부재(222)와 유사하다. 디스크 부재(264)가 캐비티(262)에 위치된 후 추가 디스크 부재(266)는 디스크(264)를 제 자리에 유지하기 위하여 캐비티(262)의 외측 단부 내에 나사식으로 고정된다.
핀 혹은 바꾸어 말하면, 로드(270)를 위치시키는 것과 같은 종래의 어떤 정렬 메카니즘 또는 기술이 디스크 부재(264) 내의 개구부(214)로부터 반경방향으로 편심된 구멍(224)을 축방향으로 배열하기 위하여 그리고/또는 통로(254)의 단부와 이들을 정렬하기 위해 사용될 수 있다. 상기 기술된 본 발명의 이러한 실시예로부터 이해되는 것과 같이, 사용될 다수의 디스크 또는 와셔 부재, 각 디스크 부재 내의 다수의 개구부 또는 구멍, 함입부나 융기부의 유형, 및 통로(254) 및 스택킹된 디스크 부재 사이의 매니폴드 캐비티의 유무는 운전자의 판단과 경험에 좌우된다.
상기 기술된 다른 실시예에 대해, 와셔 간의 슬릿이나 개구부는 사용되는 가스와 공정에 좌우되며, 치수는 0.0001 내지 0.0100 인치의 범위 내에 있는, 수렴, 확대, 또는 평행인 표면을 구비할 수 있다. 또한 상기 와셔는 엠보싱, 연마 또는 다른 종래의 공정에 의해 형성될 수 있다.
가스 또는 유체의 입구와 출구의 통로에 필터를 제공하여 가능한 한 청정하고 순수한 형태에서 가스를 제공 및/또는 포획하는 것이 바람직하다. 그러한 필터가 도 20에 예를 들어 도시되어 도면 부호(253)로 지정되어 있다. 또한 몰드 캐비티로부터 가스를 제거하기 위하여, 핀(258)은 소직경의 이동형 제2 핀 부재(도 14에 도시되는 핀(211)과 유사함)를 자신의 내부에 위치되도록 구비할 수 있다. 제2 핀 부재는 축방향으로 이동되거나 자신의 축 둘레로 회전하도록 적용되어 가스의 배기를 위한 통로를 개방할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예가 도 21에 도시되어 있다. 이 개략적인 설명에서, 부싱(280)은 중앙 통로(284)를 갖는 몸체 부재 및 팁 부재(286)를 구비한다. 부싱은 이동형 핀 부재(288)와 게이트가 있는 오리피스(290)를 갖는 밸브-게이트 부싱인 것이 바람직하다. 가스-보조식 사출 성형 공정용 가스는 어댑터 부재나 플러그(292)에 의해 중앙 통로 안으로 안내된다. 어댑터 부재는 일차 가스 통로와 가압된 가스원(도시되지 않음)에 연결된다.
어댑터 부재는 다수의 소직경 구멍이나 채널(294)(도 21의 실시예에는 두 개가 도시됨)을 구비한다. 대안적으로, 채널(294)은 어댑터(292) 내의 하나의 환형 채널에 의해 대체될 수 있다. 이들 구멍이나 채널의 단부는 대체로 상기 기술된 가스 안내 미세공(gas introduction apertures)과 대체로 동일한 크기 및 직경을 갖는다. 여기에서 어댑터(292)는 플라스틱의 유동 또는 몰드 캐비티 내에 사출 가스를 유입되도록 하며 동시에 개구부 내로 플라스틱이 클로깅되거나 플러깅되는 것 및 역류되는 것을 방지하도록 하는 점에서 상기의 다양한 실시예와 메카니즘의 어떤 것에도 제공될 수 있다.
전술한 설명은 본 발명의 예시적인 실시예를 개시하며 기술한다. 그러한 설명 및 첨부되는 도면과 특허 청구 범위로부터, 당업자는 다음의 특허 청구 범위에서 정의되는 바와 같이 본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않고 본 발명의 다양한 변화, 변경 및 변형이 이루어 질 수 있다는 것을 용이하게 이해할 것이다.

Claims (10)

  1. 가스-보조식 사출 성형용 장치에 있어서,
    a) 제1 입구단부(261) 및 제2 출구단부(204;260), 상기 제2 출구단부(204;260) 내의 캐비티(218;262), 및 상기 제1 입구단부(261)로부터 연장되며 상기 캐비티(218;262) 내로 개방되는 제1 중앙재료통로(208;252)를 갖는 몸체부재(202;256);
    b) 상기 캐비티(218;262) 내로 개방되는, 상기 몸체부재(202;256) 내의 가스용 통로(220;254); 및
    c) 상기 캐비티(218;262) 내에 위치되는 대체로 평평한 복수의 얇은 디스크 부재(222;264)
    를 포함하고,
    상기 디스크 부재(222;264)는 각각 내부에 상기 제1 중앙재료통로(208;252)로부터 연장되며 상기 제1 중앙재료통로(208;252)와 동축으로 제2 중앙재료통로를 형성하는 중앙 구멍(214)을 가지며, 상기 디스크 부재(222;264)는 길이방향 구멍(224)과 자신들 사이에 상기 캐비티(218;262) 내의 가스가 상기 제2 중앙재료통로 내로 통과하도록 허용하는 방사상으로 연장되는 개구부(226)를 구비하며, 상기 개구부(226)는 0.0001 내지 0.01 위치 사이의 두께로서, 가스를 통과시키기에는 충분한 크기를 가지나 용융된 플라스틱 재료의 유입을 방지하기에 충분히 얇은 크기를 갖는
    가스-보조식 사출 성형용 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 캐비티(218;262)가 상기 디스크 부재(222;264)와 인접한 매니폴드 공간(230)을 갖는 가스-보조식 사출 성형용 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 개구부(226)가 얇은 슬릿 통로인 가스-보조식 사출 성형용 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    적어도 하나 이상의 상기 디스크 부재(264)는 그 내에 상기 가스 통과를 위한 길이방향 구멍 중 하나를 형성하는 제2 구멍(224)을 구비하며, 상기 제2 구멍(224)은 상기 중앙 구멍으로부터 반경방향으로 편심되어 있는 가스-보조식 사출 성형용 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 상기 제2 중앙재료통로와 짝을 이루도록 제1 및 제2 중앙재료통로에서 이동 가능하게 위치되고, 밸브부재로서 기능하여 상기 제2 중앙재료 통로를 통한 용융 플라스틱 재료의 통과를 허용 및 방지하는 핀 부재(210;258)를 추가로 포함하는 가스-보조식 사출 성형용 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 핀 부재(210;258)내에 위치되며, 상기 핀 부재(210;258)를 통하여 상기 가스를 배기시키기 위한 배기 부재(211)를 추가로 포함하는 가스-보조식 사출 성형용 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 가스-보조식 사출성형용 장치가 스프루 부싱인 가스-보조식 사출 성형용 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 가스-보조식 사출성형용 장치가 기계 노즐인 가스-보조식 사출 성형용 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 가스 통로에 위치되는 필터 부재(253)를 추가로 포함하는 가스-보조식 사출 성형용 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    적어도 두 개의 상기 디스크 부재(222;264)가 제공되고, 상기 디스크 부재중 적어도 하나는 상기 캐비티(218;262) 내에 나사식으로 수용되는 가스-보조식 사출 성형용 장치.
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