KR100516098B1 - 개선된 고온 러너 밸브 게이트 피스톤 조립체 - Google Patents

Abstract

개선된 고온 러너 밸브 게이트 피스톤 장치 및 방법은 공기 피스톤 실린더 벽(25)이 지지판(18)과 다지관 사이에서 전체 압축력보다 적은 압축력을 전달하는 구조와 단계를 포함한다. 바람직하게는, 지지 패드(16)도 지지판(18)으로부터 다지관(1)으로 열을 전달하여, 실린더 벽(25)의 온도를 감소시킨다. 굴곡 부재는 바람직하게는 지지판(18)과 다지관(1) 사이에서 어느 정도의 압축력을 흡수하고 고온 러너 지지판 내의 공기 채널 내의 피스톤 실린더(25) 사이의 공기 밀봉부를 위해 실린더(25)와 인접하거나 일체로 제공된다.

Description

개선된 고온 러너 밸브 게이트 피스톤 조립체{Improved Hot Runner Valve Gate Piston Assembly}

본 발명은 고온 러너 플라스틱 사출 성형에 통상 사용되는 밸브 게이트 피스톤 조립체의 개선에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 개선된 밀봉성, 개선된 열 처리 특성, 가격이 저렴한 부품 및 더욱 길어진 밀봉 수명을 제공하는 개선된 공기 피스톤 실린더 장치에 관한 것이다.

고온 러너 밸브 게이트 조립체는 사출 성형 분야에 공지되어 있다. 리즈에게 허여된 미국 특허 제4,173,448호는 밸브 스템이 실린더 내에 수납된 공기 피스톤에 의해 상하로 이동되는 통상적인 배열을 개시한다. 밸브 부싱은 고온 러너 다지관에 장착되며 용융 채널 내의 플라스틱을 밀봉하도록 구성된다. 그러나, 이러한 구성의 하나의 결점은 실린더 벽이 다지관으로부터 성형 지지판으로 통과하는 상당한 압축력을 모두 전달하도록 요구된다는 것이다. 동시에, 실린더 벽은 이중 작용 피스톤의 공압 작동을 위해 지지판 내의 공기 공급 채널과 부싱 내에 포함된 실린더 사이에 적정한 공기 밀봉을 달성해야 한다. 또한, 조립체의 부품들이 과도하게 압박되지 않으면서 공기 또는 수지의 누출을 방지하기 위한 충분한 압축의 미세한 균형을 이루기 위해 지지판 보어 깊이는 매우 기밀한 공차로 제조되어야 한다. 마찬가지로, 밸브 게이트 조립체의 다양한 부품이 기밀한 공차로 제조되며, 이는 비용을 상당히 증가시킨다.

또한, 다지관이 측방향으로 가열 팽창되어 부싱 조립체가 성형 지지판의 면부를 가로질러 활주하게 됨에 따라 벽에 작용하는 측부 힘에 저항할 수 있을 정도로 현재의 실린더 벽이 충분히 강해야 한다. 미국 특허 제4,173,448호의 구성에서, 실린더 벽은 지지판으로부터 피스톤 아래의 실린더 공간으로 공기가 이송되기 위한 도관을 포함할 수 있으므로 공기 피스톤의 이중 작용 운동이 달성될 수 있다. 후자의 이유로, 실린더 벽은 국부적으로 두꺼워진다. 현재의 실린더 구성의 다른 문제점은 실린더 벽을 따라 전도된 다지관으로부터의 열이 실린더의 내표면의 온도를 상승시키므로 벽의 표면을 따라 활주해야만 하는 피스톤 밀봉부의 수명을 상당히 감소시킨다는 것이다. 또한, (고온 플라스틱 용융 증기에 직접 둘러싸인) 밸브 스템을 거쳐 피스톤으로 전도된 열은 피스톤의 온도를 상승시키므로 피스톤 밀봉부의 열화를 초래한다. 또한, 밀봉부를 교환하기 위해, 실린더의 후방에서 피스톤이 배출될 수 있도록 지지판이 제거되어야 한다. 지지판 내에 완전히 장착된 실린더 내에 수납된 공기 피스톤을 도시하는 또다른 밸브 게이트 피스톤 조립체는 다넬에게 허여된 미국 특허 제3,037,245호에 개시되어 있다. 밸브 부싱(28)은 도1의 다지관 내에 장착된 별개의 부품이거나 도2에 도시된 바와 같이 실린더에의 부착물이다. 이러한 부품들은 구조적 일체성 및 적절한 밀봉력을 위해 요구되는 기밀한 공차 때문에 매우 비싸다. 또한, 실린더의 두꺼운 벽 및 피스톤 자체는 과열에 의해 피스톤 밀봉부의 조기 열화를 초래한다. 압축 밀봉력은 다지관으로부터 오직 부싱 벽을 거쳐 지지판으로 전달된다.

페르난데즈에게 허여된 미국 특허 제4,213,751호는 밸브 스템을 사용하여 44에서 플라스틱을 밀봉하는 노즐 하우징에 관한 것이다. 공기 피스톤 조립체는 전체적으로 지지판 내에 위치되므로 저온 환경에서 우수한 밀봉 수명을 갖는다. 모든 압축력은 별개의 부싱(70)을 거쳐 다지관으로부터 지지판으로 직접 전달되며, 실린더 벽을 통해서는 힘이 전혀 전달되지 않는다. 그러나, 공기 피스톤 조립체가 지지판 내에 고정되어 가열 팽창함에 따라 다지관과 함께 측방향으로 활주할 수 없기 때문에, 밸브 스템(42)은 두 부재 사이에서 이러한 상대 이동을 수용하도록 절곡되어야 한다. 결국, 스템은 46에서 노즐 하우징 내부에서의 밀봉 직경을 마모시키므로 결과적으로 그 지점에서 플라스틱이 누출되게 된다. 또한, 스템의 절곡에 의해 피스톤 부싱(68)이 마모되어 실린더로부터의 공기가 누출되게 될 것이다. 마찬가지로, 겔러트에게 허여된 미국 특허 제4,469,191호는 절곡되는 밸브 스템과 동일한 특성을 개시한다. 미국 특허 제4,469,191호에는 다지관으로부터의 압축력이 지지판으로 전달되는 방법에 대한 어떠한 개시도 없다.

슈미트에게 허여된 미국 특허 제5,022,846호는 또다른 절곡 스템 구조를 개시한다. 그러나, 미국 특허 제5,022,846호에서, 플라스틱을 밀봉하는 밸브 부싱은 다지관 내에 장착되고 피스톤 조립체 내의 공기를 위한 저부 밀봉부로서 역할한다. 비용이 적게 들지만 온도에 더 민감한 중합체 밀봉부 대신에 그라파이트 피스톤 밀봉부가 사용된다. 미국 특허 제5,022,846호의 밀봉부는 지지판 내의 관통 보어 내부에 직접 형성되며, 이로 인해 기밀한 보어 깊이 공차가 필요하지 않지만, 보어의 값 비싼 표면 마무리부를 필요로 할 수 있다. 또한, 스템의 절곡 작용은 다지관 내의 부싱의 마모를 일으킨다. 압축력은 전적으로 부싱(56)을 통해 다지관으로부터 지지판으로 전달된다.

라비앙카에게 허여된 미국 특허 제5,071,340호는 판 내에 활주 밀봉부를 갖는 종래의 밸브 부싱 배열을 개시한다. 그러나, 피스톤으로의 공기 공급은 밸브 스템을 통해 순환되어 피스톤을 냉각시킨다. 공기 피스톤 밀봉부가 작용되고 있는 표면에서의 온도 하강은 없고, 다지관으로부터의 모든 압축력은 실린더 벽을 거쳐서 지지판으로 전달된다.

게스너에게 허여된 미국 특허 제5,374,182호는 활주 밀봉부를 갖는 종래의 밸브 부싱의 다른 실시예를 개시한다. 미국 특허 제5,071,340호에서, 부싱(130) 및 실린더 본체(136)는 서로 너트(158)로 체결된 두 개의 부품이다. 실린더 및 판의 보어 깊이를 위해 기밀 공차가 여전히 요구된다. 또한, 실린더 벽 및 피스톤의 설계는 피스톤 밀봉부가 작동하는 영역에서 표면 온도를 하강시키기 위한 어떠한 역할도 하지 않는다. 다지관으로부터의 모든 압축력은 실린더 벽을 거쳐서 지지판으로 전달된다. 열 압축력이 실린더와 지지판 사이에 공기 밀봉을 유지하기 위해 열 압축력이 사용되고 있는 모든 다른 구성들과 같이 미국 특허 제5,071,340호는 적층물을 구성하는 구성요소의 제조 공차가 통상 ±0.0013 ㎝ (±0.0005 인치) 정도로 매우 엄밀하게 제어될 것을 요구한다. 명백하게, 이는 제조 비용을 상당히 증가시킨다. 예컨대, 지지판 내의 보어 깊이는 통상 ±0.0005 ㎝ (±0.0002 인치)의 공차를 갖는다. 또한, 실린더 벽을 통해 전달된 압축력은 44460 N 내지 88920 N(10000 lbs 내지 20000 lbs) 범위이며, 이 때문에 이들 힘을 전달하는 구성요소들은 심지어 아주 얇은 단면이더라도 여전히 우수한 열 전도체인 강철 또는 이와 동등한 고강도 재료로 제조될 것이 요구된다.

맥그레비에게 허여된 미국 특허 제5,478,230호는 적층 성형에 사용하기에 적절한 등을 서로 맞댄(back-to-back) 구조에 장착된 밸브 게이트 조립체를 개시한다. 이러한 배열에서, 밸브 피스톤 조립체는 다지관 내부의 통상적인 실린더 하우징 내에 장착된다. 피스톤의 양 측면에 공급된 공기는 실린더 벽의 외측을 따라 순환된다. 그러나, 피스톤 밀봉부가 작동하게 되는 표면을 따라 냉각시키기 위해 공기를 사용하는 것을 개시하지 않는다. 대신에, 미국 특허 제5,478,230호는 밀봉부가 값비싼 "강화 고온 플라스틱"(5 칼럼 12행)으로 제조되는 것을 개시한다. 밀봉부를 교체하기 위해, 지지판 및 다지관 조립체가 제거되어야 하므로, 시간이 소요되고 비용이 많이 든다.

따라서, 제조 공차가 증가될 수 있고, 비용이 저렴한 피스톤 밀봉부가 사용될 수 있으며, 긴 수명에 대해 효율적인 작동이 성취될 수 있고, 용이한 수리를 위해 밀봉부에 편리하게 접근할 수 있는 밸브 게이트 공기 피스톤 조립체가 요구된다.

도1은 본 발명의 밸브 게이트 노즐 조립체 전체의 단면도이다.

도2는 표준 밸브 게이트 구조의 공기 피스톤 실린더 설비의 열 이미지 단면도이다.

도3은 본 발명의 밸브 게이트 구조의 공기 피스톤 실린더 설비의 열 이미지 단면도이다.

도4는 본 발명의 양호한 실시예의 피스톤/실린더 조립체 전체의 단면도이다.

도5는 본 발명의 다른 실시예의 피스톤/실린더 조립체 전체의 단면도이다.

도6은 본 발명의 제2 다른 실시예의 피스톤/실린더 조립체 전체의 단면도이다.

도7은 본 발명의 제3 다른 실시예의 피스톤/실린더 조립체 전체의 단면도이다.

도8은 본 발명의 제4 다른 실시예의 피스톤/실린더 조립체 전체의 단면도이다.

도9는 본 발명의 제5 다른 실시예의 피스톤/실린더 조립체 전체의 단면도이다.

본 발명은 다지관과 지지판 사이에서 압축력의 일부만이 피스톤 실린더를 통해 전달되어 성형판에 대해 공기 밀봉을 유지하는 고온 러너 주형에 사용되기 위한 개선된 밸브 게이트 피스톤 조립체를 제공한다. 바람직하게는, 충분한 공기 밀봉력을 제공하기 위해 피스톤 실린더는 일체형 스프링 또는 탄성 수단을 사용하며, 따라서, 조립체의 구성 부품이 낮은 정밀도와 저비용으로 제작될 수 있다. 바람직하게는, 지지 패드는 다지관과 지지판 사이에 압축력을 전달하는 제2 경로로 사용된다. 또한, 이러한 제2 경로는 다지관에서 지지판으로 상당한 양의 열을 전달하며, 따라서 피스톤 실린더의 온도를 낮춰서 피스톤 밀봉부의 수명을 연장시킨다.

본 발명의 제1 태양에 따르면, 고온 러너 노즐 조립체용 공기 실린더 장치는, 공기 피스톤을 사용하여 공기 밀봉을 형성하도록 구성되고 고온 러너 다지관과 지지판 사이에서 전체 압축력보다 적은 압축력을 전달하도록 배치된 공기 피스톤 실린더를 포함한다. 스프링은 압축력이 고온 러너 다지관과 지지판 사이에 인가될 때 굴곡되도록 배치된다.

본 발명의 다른 태양에 따르면, 고온 러너 노즐 조립체의 공기 피스톤용 장치는 공기 피스톤과 결합하는 공기 피스톤 실린더를 포함한다. 공기 피스톤 실린더는 고온 러너 다지관과 지지판 사이에서 압축력을 전송하는 제1 경로를 제공한다. 지지 패드는 고온 러너 다지관과 지지판 사이에서 압축력을 전달하는 제2 경로를 제공하도록 배치된다.

본 발명의 다른 태양에 따르면, 고온 러너 노즐용 공기 실린더는 지지판 내의 공기 채널과 공기 연통하는 피스톤 실린더를 포함한다. 피스톤 실린더는 피스톤 실린더와 공기 채널 사이에 공기 밀봉을 유지시키기 위해 다지관과 지지판 사이에서 전체 압축력보다 적은 압축력을 전달하도록 배치된다.

본 발명의 다른 태양에 따르면, 고온 러너 조립체 내의 공기 피스톤용 장치는, 공기 피스톤을 사용하여 공기 밀봉을 형성하고 고온 러너 지지판 내의 공기 채널과 공기 연통하는 피스톤 실린더를 포함한다. 피스톤 실린더는 지지판과 다지관 사이에서 전체 압축력보다 적은 압축력을 전달하고 전체 전도열보다 적은 전도열을 전달한다. 지지 패드는 다지관과 지지판에 접촉하여 배치되며 지지판과 다지관 사이에 압축력 및 전도열 모두를 전달한다. 굴곡 부재는 공기 채널과 피스톤 실린더 사이에 공기 밀봉을 유지하도록 지지판과 다지관 사이에서 압축력을 흡수한다.

본 발명의 다른 태양에 따르면, 고온 러너 노즐 조립체 내에서 공기 피스톤을 밀봉하는 방법은 (i) 고온 러너 다지관과 지지판 사이에 배치된 피스톤 실린더를 사용하여 공기 피스톤을 밀봉시키는 단계와, (ii) 압축력을 피스톤 실린더 및 지지 패드를 거쳐 고온 러너 다지관과 지지판 사이에 전달시키는 단계를 포함한다.

본 발명은 다지관과 지지판 사이에서 전체 압축력보다 적은 압축력이 피스톤 실린더를 통해 전달되는 것을 보장함으로써, 개선된 밀봉과, 연장된 부품 수명과, 감소된 제조 비용을 달성한다. 바람직하게는, 지지 패드는 이러한 압축력을 전달하는 제2 경로로 사용된다. 또한, 지지 패드는 다지관으로부터 지지판으로 열을 전달하는 제2 경로를 제공함으로써, 피스톤 실린더를 통해 전달되는 열을 감소시킨다. 양호한 형상에서, 피스톤 실린더는 일단부에 일체형 스프링(베벨 또는 플랜지)을 가지므로 피스톤 실린더와 지지판 내의 공기 채널 사이에 충분한 밀봉력을 제공한다.

본 발명에서, 다지관에 대한 적층물의 밀봉 압력을 유지하는 전체 노즐 하우징 조립체 및 스프링 팩은 게스너에게 허여된 (본 명세서에서 참조로 합체된) 미국 특허 제5,374,182호의 것과 유사하다. 그러나, 게스너의 다중 스프링 적층물은 (이하에 설명될) 단일 스프링 와셔 및 절연체로 교체되지만, 부품의 온도를 고려하지 않고 노즐 하우징과 다지관 사이에 압축 밀봉력을 유지하는 그 기능은 동일하다.

도1을 참조하면, 고온 러너 다지관(1)은 플라스틱 용융 채널(2) 및 히터(3)를 포함한다. 부싱(4)은 도웰(5, dowel)이 부싱(bushing) 내의 용융 채널(6)과 다지관 내의 용융 채널(2)을 정렬시키도록 다지관 내의 보어를 통해 조립된다. 노즐 하우징(7)은 다지관 판(10) 내의 보어에 위치된 티타늄 절연체(9) 상에 놓이는 스프링 와셔(8)에 의해 부싱의 헤드에 대해 가압된다. 노즐 하우징은 히터(11)에 의해 가열되고 성형 공동 삽입체(13) 내에 하우징을 위치시키는 팁(12)을 유지한다. 회전 방지 클립(14)은 팁(12)이 하우징으로부터 나사 결합되거나 나사 결합 해제될 때 하우징(7)이 회전하는 것을 방지한다.

부싱(4)은 지지 패드(16)를 포획하는 너트(15)에 의해 다지관 내에 유지되며, 너트가 조여질 때 너트에 의해 금속 "O" 링(17)이 기밀하게 밀봉됨으로써, 부싱(4)의 보어를 따라 플라스틱이 누출되는 것을 방지한다. 지지 패드(16)는 스프링 와셔(8)에 의해 다지관에 가해진 대부분의 압축력에 대항한다. 지지 와셔는 환형 어깨부(19)를 거쳐 지지판(18)으로 이러한 부분력을 직접 전달한다. 다지관이 히터(3)에 의해 가열되고 노즐 히터(11)에 의해 간접적으로 가열될 때, 다지관이 측방향으로 팽창하며 부싱(4)이 노즐 하우징(7)의 정합 표면 위로 활주하게 되며 지지 패드(16)의 어깨부(19)가 지지판(18)의 표면 위로 활주하게 한다. 또한, 부싱(4)을 통해 안내되고 노즐 팁(12)의 단부에서 게이트를 폐쇄하는 데 사용되는 밸브 스템(20)은 다지관이 팽창함에 따라 다지관과 함께 측방향으로 이동한다. 스템의 절곡은 일어나지 않는다.

피스톤/실린더 구조의 양호한 실시예의 확대된 단면도가 도4에 도시된다. 공기 피스톤(22)은 멈춤 나사(23)를 통해 밸브 스템(20)의 헤드를 유지함으로써 피스톤(22)이 이동될 때 스템이 이동된다. 피스톤(22)은 피스톤의 대향 면부들 사이에 공기 밀봉을 유지하면서 실린더(25)의 내부 표면 상에 활주하는 밀봉부(24)를 구비하여 압축된 공기가 채널(26)과 실린더(25) 상부의 구멍(27)을 거쳐 허용될 때, 압축된 공기에 의해 피스톤이 하향 이동됨으로써 스템(20)을 사용하여 게이트(21)가 폐쇄된다. 압축된 공기가 채널(28)과 실린더(25) 측벽의 구멍(29)을 거쳐 허용될 때, 압축된 공기에 의해 피스톤이 상향 이동됨으로써 스템(20)을 후퇴시켜 게이트(21)가 개방된다.

실린더(25)는 얇은 벽으로 된 금속 부품이고, 약간 돌출된 환형 베벨(30) 내에 형성된 상부 단부를 구비하며, 따라서 이러한 단부 벽은 다지관(1) 쪽으로 실린더를 일정하게 가압하면서 스프링처럼 작용한다. 실린더의 저부 모서리(31)는 지지 패드(16) 내의 리세스된 환형 단차부 내로 미끄럼 끼워 맞춤된다. 스프링 와셔(8)로부터의 충분한 압축 밀봉력이 실린더(25)의 벽을 통해 안내됨으로써 조립체의 모든 작동 온도에서 저부 모서리(31)와 베벨(30)에서 공기 밀봉이 유지된다. 이로써 작동 중에 각각의 채널(26, 28)에서 공기의 누출이 없는 것이 보장된다. 실린더를 밀봉하는데 필요한 힘은 종래 기술의 구조의 10분의 일인 4446 N 내지 8892 N (1000 lbs 내지 2000 lbs)의 범위이다. 적층물을 제조하기 위해 요구되는 공차는 종래 기술의 구조보다 10배까지 큰 ±0.013 ㎝ (0.005 인치)의 범위이다. 일예로써, 실린더(25)는 0.5 내지 2.0 ㎜의 벽 두께, 25 내지 100 ㎜의 직경 및 15 내지 75 ㎜의 높이를 갖는 금속 실린더를 포함할 수 있다. 상부에서의 베벨은 높이가 수 ㎜ 정도 연장될 수 있고 상부에 5 내지 15 ㎜의 개구를 가질 수 있다. 이러한 실린더를 통해 전달된 압축력은 수십 킬로그램 내지 수천 킬로그램 (수백 파운드 내지 수천 파운드)의 범위일 수 있다.

적층물의 전체 압축 밀봉력을 공기 실린더 벽을 거쳐 지지판으로 전달하는 종래 기술 구성은, 이러한 힘을 전달하기에 충분히 강한 실린더벽을 요구한다. 과거에는 하중을 견딜 정도로 충분한 벽 두께를 갖는 통상 H-13 등과 같은 강철을 사용함으로써 이러한 것이 달성되었다. 이로써 벽은 실린더 벽을 거쳐 다지관으로부터 냉각 지지판으로 열을 전달하는 상당히 효율적인 열 전도체로 작용하였으므로, 공기 피스톤 밀봉을 위한 활주 표면이 바람직한 경우보다 더 고온이 되게 된다. 반대로, 본 발명에 따르면, 더 얇고 더 내열성인 재료가 실린더(25) 구조에 사용됨으로써 피스톤 밀봉부가 실린더 벽에 접촉하는 부분이 더 저온이 되게 할 수 있다. 상세하게는, 본 발명에서 실린더 벽은 지지판(18)과의 경계면에서의 공기 밀봉을 충분히 유지할 정도만 강하면 된다. 실린더와 결합된 스프링 수단 또는 보다 탄성적인 실린더 구조를 통합함으로써, 보다 저렴한 제조 비용으로 지지판 보어 깊이 공차 및 실린더 높이 공차가 증가될 수 있다. 스프링 와셔(8)로부터의 대부분의 압축력은 지지 패드(16)를 거쳐 어깨부(19)에서 지지판(18)으로 안내된다. 따라서, 실린더 벽은 종래에 사용되었던 재료보다 보다 얇고 보다 약한 재료로 제조될 수 있어서 보다 우수한 내열성을 가질 수 있으므로, 공기 피스톤 밀봉부(24)를 위한 활주 표면의 온도가 충분히 낮아져서 긴 사용 수명이 유지되면서 적은 비용의 밀봉이 사용될 수 있는 것이 보장된다. 부싱 내의 배수 통로(35, 36) 및 지지 패드(16)는 밸브 스템을 따라 누출된 플라스틱을 배출시킨다.

밀봉부의 주위 온도를 최소화하도록 구성된 제2 특징은 피스톤(22) 자체의 형태이다. 종래 기술의 피스톤과는 달리, 본 발명은 밀봉부가 위치된 주연 플랜지(34)에 허브(33)를 방사상으로 연결하는 얇은 단면부(32)를 제공하는 것을 개시한다. 고온 밸브 스템 헤드로부터 열을 전도할 수 있는 피스톤 재료의 단면부를 국부적으로 감소시킴으로써, 피스톤 밀봉 영역의 온도가 감소된다. 이와 달리, 피스톤은 공학 중합체와 같은 열 전도성에 높은 저항성을 갖는 재료로 제조될 수 있다.

이러한 설계 특성에 대한 열 특성이 도2와 도3에 대조된다. 도2는 미국 특허 제5,374,182호에 도시된 설계와 유사한 설계에 대한 열 프로파일을 도시한다. 열은 부싱과 실린더 벽을 거쳐 다지관(레드)으로부터 냉각 지지판(블루)으로 전도된다. 이 경우에 다지관으로부터 손실된 86.5 와트의 대부분의 열은 이러한 전도 경로를 따라 손실되고, 9.2 와트와 11.9 와트인 적은 양의 열이 복사에 의해 손실된다. 도면은 또한 피스톤 밀봉부가 작용해야 하는 실린더 벽 표면 온도가 135.2℃임을 도시한다. 이와 달리, 도3은 본 발명의 독창적인 설계에 대한 열 프로파일을 도시한다. 91.2 와트의 대부분의 열은 전도 경로를 거쳐 지지 패드 및 지지판의 접촉 영역을 통해 손실된다. 그러나, 밀봉부에 대한 실린더 벽의 표면 온도는 98.1℃이다. 이러한 온도는 종래의 설계보다 대체로 낮은 온도이며, 여전히 긴 사용 수명을 제공하면서 저렴한 비용의 밀봉부가 사용될 수 있다는 것을 의미한다.

지지판 및 실린더(25)를 제거함으로써, 필요할 경우 피스톤 밀봉부(24)를 용이하게 교체할 수 있어서 조립체의 수리를 용이하게 한다.

본 발명에 따른 공기 피스톤 조립체 설계의 두 번째 장점은 보다 저렴한 비용으로 지지판을 천공하도록 각각의 공기 공급 채널(26, 28)이 단순화될 수 있다는 것이다. 미국 특허 제5,374,182호와 같은 몇몇의 종래 기술 설계는 두 개의 공기 공급 채널이 모두 실린더 벽의 밀봉면에 제공될 것을 필요로 한다. 이는 판에서의 천공이 보다 복잡해지며, 종종 실린더 밀봉면 뒤에서 지지판의 두께 내에 두 회로를 모두 수용하도록 판이 더 두꺼울 것을 필요로 하는 것을 의미한다.

도5 및 도6은 본 발명의 피스톤/실린더 구조의 또다른 실시예를 도시한다. 공통의 부재는 동일한 도면 부호를 갖는다. 도5는 스프링 유사 특성을 갖는 플랜지를 양 단부에 구비함으로써 조립체 내에 수용될 수 있는 편향의 범위가 증가되는 얇은벽 실린더(55)를 도시한다. 지지 패드(56)는 저부 플랜지(58)를 위치시키기 위한 환형으로 리세스된 표면(57)을 제공하도록 변경된다. 지지 패드(56)를 통해 전달된 압축력은 예컨대 4446 N 내지 8892 N (1000 lbs 내지 2000 lbs)일 수 있고, 돌출된 환형 리브(59)를 거쳐 지지판으로 전달된다. 공기는 플랜지가 형성됨과 동시에 실린더의 저부 플랜지(58)를 통해 펀칭될 수 있는 복수의 구멍(60)을 거쳐 피스톤(22)의 저부 측면에 공급되므로 별개의 공정 비용을 절약한다.

도6은 또다른 제2 실시예을 도시하며, 이 실시예에서 얇은벽 실린더(65)는 너트(15) 아래에서 포획된 폐쇄 단부와 지지판(18) 내의 보어의 저부에 대한 밀봉을 형성하는 개방 단부를 갖고 있다. 실린더의 폐쇄된 단부벽(67)은 스프링 유사 특성을 가지며 굴곡될 수 있으므로 지지판(18) 내의 보어의 저부에 대한 공기 밀봉을 형성하도록 실린더 벽의 개방 단부를 계속 가압한다. 전술한 바와 같이, 공기 피스톤(22)의 저부에 공기 공급을 제공하도록 복수의 구멍(68)이 실린더의 단부벽(67)을 통해 펀칭될 수 있다. 이러한 구조에서, 지지 패드(66)는 환형 어깨부(69)를 거쳐 지지판(18)에 직접 압축력을 전달하는 간단한 구조를 갖는다.

도7은 또다른 제3 실시예를 도시하며, 도6에 도시된 실린더와 유사하게, 이 실시예에서 얇은벽 실린더(71)는 스프링 유사 특성을 갖는 폐쇄된 단부벽(72)을 가지며 따라서 굴곡될 수 있고 실린더 벽의 개방 단부를 계속 가압함으로써 지지판(18) 내의 보어의 저부에 대한 공기 밀봉을 형성할 수 있다. 지지 패드(73)는 다지관(1)으로부터 냉각 지지판(18)으로 열 전도를 최소화하기 위해 얇은 영역을 갖는 티타늄편이다. 지지 패드 및 실린더(71)는 모두 부싱(75) 내에 장착된 분할 링(74)에 의해 제 위치에 유지된다. 국부적으로, 부싱(75) 위로 끼워맞춰지는 보어에서의 지지 패드의 환형으로된 두터운 부분(76)은 지지 패드와 다지관 사이에 절연 공기 간극(77)을 제공하고 지지 패드와 실린더(71)의 단부벽 사이에 여유 공간을 제공하므로, 실린더의 단부벽(72)이 굴곡될 여지를 만들어서 지지판(18)의 보어 내의 개방 단부에서 공기 밀봉이 형성될 수 있게 된다.

도8은 또다른 제4 실시예를 도시하며, 이 실시예에서는 별개의 스프링 와셔(83)에 의해 이러한 특징들이 제공되기 때문에 얇은벽 실린더(81)가 그 폐쇄된 단부벽(82) 내에 스프링 유사 특성을 가질 필요가 없게 된다. 노즐 하우징(84)은 종래의 기술이며 부싱(85)의 저부면에 대해 밀봉시킨다. 그러나, 본 명세서에 기재된 미국 특허 제5,374,182호 및 제5,478,230호에 도시된 종래 기술의 예시와는 달리, 스프링 와셔(83)는 실온으로부터 시스템의 작동 온도 이상을 거쳐 시스템이 정상 온도 범위 밖에서 작동되더라도 플라스틱 누출을 방지하도록 설계된 소정의 최대 온도치까지 하우징(84)과 부싱(85) 사이에 플라스틱 밀봉이 형성되도록 크기 설정된다. 이러한 기재에 대한 추가 사항은 2000년 5월 19에 출원되어 공동 계류 중인 미 국 출원 번호 제09/575,353호를 참조한다.

도9는 실린더(91)가 단부벽을 갖지 않는 또다른 제5 실시예를 도시한다. 단부벽 대신에 지지판(18) 내의 보어의 저부에 대해 실린더(91)를 가압하여 공기 밀봉을 형성하는 스프링 와셔(92)가 있다. 지지 패드(93)는 실린더 벽을 중심 설정시키고 그 저부 단부(94)에 공기 밀봉을 형성하며 그 보어(95)에서 스프링 와셔(92)의 내부면을 지지한다.

각각의 다른 실시예는 저렴한 제조 비용, 개선된 신뢰도, 조립 또는 수리의 용이성과 같은 하나 이상의 장점을 갖는다. 그러나, 도1의 양호한 실시예는 이러한 장점들의 최상의 조합을 갖는다고 고려된다.

따라서, 피스톤 실린더 벽을 거쳐 다지관과 지지판 사이에 압축력의 일부만을 전달하는 신규한 공기 피스톤 조립체가 기재되었다. 바람직하게는, 지지 패드는 열은 물론 나머지 압축력도 전달하며, 따라서 실린더 벽의 온도를 감소시키고 밀봉 수명을 연장시키게 된다. 또한, 지지판에 대해 실린더를 유지시키는 굴곡 부재를 사용함에 따라 실린더 벽이 더욱 얇게 제조될 수 있고, 따라서 더욱 냉각된다. 이러한 유리한 구조는 부품 공차를 더욱 여유있게 하고 부품 교체 및 수리를 더욱 용이하게 한다.

본 발명은 양호한 실시예로 고려되는 것에 대해 설명하였지만, 본 발명이 설명된 실시예로 한정되지 않음을 이해하여야 한다. 반대로, 본 발명은 특허 청구의범위의 기술 사상과 범위 내에 포함되는 다양한 변경 및 동등한 배열을 포함하려 한다. 이하의 특허 청구의 범위는 그러한 모든 변경, 동등한 구조 및 기능을 포함하도록 가장 넓게 해석되어야 한다.

Claims (34)

1. 고온 러너 노즐 조립체용 공기 실린더 장치이며,

   공기 피스톤을 사용하여 공기 밀봉을 형성하도록 구성되고 고온 러너 다지관 및 지지판 사이에서 전체 압축력보다는 적은 압축력을 전달하도록 배치된 공기 피스톤 실린더를 포함하고,

   고온 러너 다지관과 지지판 사이에 압축력이 인가될 때 상기 피스톤 실린더는 스프링 유사 특성(spring-like characteristic)을 나타내는 것을 특징으로 하는 공기 실린더 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 피스톤 실린더는 상기 피스톤 실린더와 일체인 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 실린더 장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 스프링은 상기 피스톤 실린더의 상부에 환형 베벨을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 실린더 장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 베벨은 그 내부에 원형 개구를 갖는 것을 특징으로 하는 공기 실린더 장치.
5. 제2항에 있어서, 상기 스프링은 상기 피스톤 실린더의 저부에 형성된 플랜지를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 실린더 장치.
6. 제1항에 있어서, 다지관과 지지판 사이에서 압축력의 일부를 전달하도록 배치된 지지 패드를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 실린더 장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 지지 패드는 상기 압축력의 제1 부분을 상기 지지판으로 직접 전달하고 상기 압축력의 나머지 부분을 상기 피스톤 실린더를 통해 상기 지지판으로 전달하는 것을 특징으로 하는 공기 실린더 장치.
8. 제6항에 있어서, 상기 지지 패드는 지지 패드를 통해 다지관으로부터 지지판으로 직접 열을 전달함으로써 상기 피스톤 실린더를 통한 열 전달을 감소시키도록 배치된 것을 특징으로 하는 공기 실린더 장치.
9. 제6항에 있어서, 상기 피스톤 실린더는 스프링을 포함하고, 상기 스프링은 지지 패드와 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 공기 실린더 장치.
10. 제6항에 있어서, 상기 피스톤 실린더는 상기 피스톤 실린더와 상기 지지 패드 사이에 배치된 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 실린더 장치.
11. 제6항에 있어서, 상기 피스톤 실린더는 상기 지지 패드보다 더 적은 압축력을 전달하는 것을 특징으로 하는 공기 실린더 장치.
12. 제1항에 있어서, 압축력의 일부에 의해 피스톤 실린더가 다지관을 사용하여 공기 밀봉을 유지시키게 되는 것을 특징으로 하는 공기 실린더 장치.
13. 제1항에 있어서, 상기 피스톤 실린더는 일단부에 베벨 형상을 갖는 원통형부와 하나 이상의 벽을 통해 형성된 두 개의 공기 구멍을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 실린더 장치.
14. 고온 러너 노즐 조립체의 공기 피스톤용 장치이며,

    공기 피스톤과 결합하며, 스프링 유사 특성을 가지면서 고온 러너 다지관과 지지판 사이에서 압축력을 전달하는 제1 경로를 제공하는 공기 피스톤 실린더와,

    고온 러너 다지관과 지지판 사이에서 압축력을 전달하는 제2 경로를 제공하도록 배치된 지지 패드를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 피스톤용 장치.
15. 제14항에 있어서, 상기 피스톤 실린더와 다지관 사이에 공기 밀봉을 유지하도록 압축력에 의해 굴곡되며 공기 피스톤 실런더의 스프링 유사 특성을 제공하는 굴곡 부재를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 피스톤용 장치.
16. 제15항에 있어서, 상기 굴곡 부재는 상기 피스톤 실린더의 상부에 베벨로서 형성된 것을 특징으로 하는 공기 피스톤용 장치.
17. 제15항에 있어서, 상기 굴곡 부재는 상기 피스톤 실린더의 저부에 플랜지로서 형성된 것을 특징으로 하는 공기 피스톤용 장치.
18. 제15항에 있어서, 상기 굴곡 부재는 상기 지지 패드와 상기 피스톤 실린더 사이에 배치된 디스크 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 피스톤용 장치.
19. 제14항에 있어서, 제1 및 제2 경로 모두 고온 러너 다지관과 지지판 사이에 열을 전달하는 것을 특징으로 하는 공기 피스톤용 장치.
20. 고온 러너 노즐용 공기 실린더이며,

    지지판 내의 공기 채널과 공기 연통하는 피스톤 실린더를 포함하고,

    상기 피스톤 실린더는 상기 피스톤 실린더와 공기 채널 사이에 공기 밀봉이 유지되기 위해 다지관과 지지판 사이에서 전체 압축력보다 적은 압축력을 전달하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 공기 실린더.
21. 제20항에 있어서, 상기 피스톤 실린더에 의해 전달되지 않는 압축력의 일부를 전달하는 지지 패드를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 실린더.
22. 제21항에 있어서, 상기 피스톤 실린더는 다지관과 지지판 사이에 열을 전달하기 위한 제1 경로를 제공하고, 상기 지지 패드는 다지관과 지지판 사이에 열을 전달하기 위한 제2 경로를 제공하는 것을 특징으로 하는 공기 실린더.
23. 제22항에 있어서, 나머지 압축력에 의해 상기 공기 밀봉을 유지하도록 배치된 스프링을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 실린더.
24. 고온 러너 조립체 내의 공기 피스톤용 장치이며,

    공기 피스톤을 사용하여 공기 밀봉을 형성하고, 고온 러너 지지판 내의 공기 채널과 공기 연통하며, 지지판과 다지관 사이에서 전체 압축력보다 적은 압축력을 전달하고 전체 열 전도보다 적은 열을 전달하는 피스톤 실린더와,

    다지관 및 지지판과 접촉하며 지지판과 다지관 사이에 압축력 및 열 전도 모두를 전달하는 지지 패드와,

    피스톤 실린더과 공기 채널 사이에 공기 밀봉을 유지하도록 지지판과 다지관 사이에서 압축력을 흡수하는 굴곡 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 피스톤용 장치.
25. 제24항에 있어서, 상기 피스톤 실린더와 접촉하는 피스톤 밀봉부를 갖고, 상기 피스톤의 중심으로부터 상기 피스톤 밀봉부로의 열 전도를 방지하도록 감소된 단면의 일부를 갖는 공기 피스톤을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 피스톤용 장치.
26. 제24항에 있어서, 상기 굴곡 부재는 상기 피스톤 실린더와 일체인 베벨을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 피스톤용 장치.
27. 제24항에 있어서, 상기 굴곡 부재는 상기 피스톤 실린더와 일체인 플랜지를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 피스톤용 장치.
28. 제24항에 있어서, 상기 굴곡 부재는 상기 피스톤 실린더의 내향 돌출 저부를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 피스톤용 장치.
29. 제24항에 있어서, 상기 굴곡 부재는 상기 피스톤 실린더와 상기 지지 패드 사이에 배치된 디스크 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 피스톤용 장치.
30. 제24항에 있어서, 상기 굴곡 부재는 상기 지지 패드와 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 공기 피스톤용 장치.
31. 제24항에 있어서, 상기 지지 패드는 상기 피스톤 실린더, 지지판 및 다지관과 접촉하도록 배치된 것을 특징으로 하는 공기 피스톤용 장치.
32. 제24항에 있어서, 상기 지지 패드는 상기 피스톤 실린더 및 상기 지지판 모두에 압축력을 전달하도록 배치된 것을 특징으로 하는 공기 피스톤용 장치.
33. 고온 러너 노즐 조립체 내에서 공기 피스톤을 밀봉하는 방법이며,

    고온 러너 다지관과 지지판 사이에 배치된 스프링 유사 특성을 갖는 피스톤 실린더를 사용하여 공기 피스톤을 밀봉하는 단계와,

    압축력의 일부를 피스톤 실린더를 통해 고온 러너 다지관과 지지판 사이에 전달시키는 단계와,

    압축력의 일부를 고온 러너 다지관과 지지판 사이에 배치된 지지 패드를 통해 고온 러너 다지관과 지지판 사이에 전달시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 피스톤 밀봉 방법.
34. 제1항에 있어서, 피스톤 실린더는 압축력이 고온 러너 다지관과 지지판 사이에 인가될 때 굴곡되도록 배치된 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 실린더 장치.