KR100536548B1 - 개선된 핫 러너 밀봉 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용융 소성체를 사출하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 상기 장치 및 방법은 용융 소성체의 조기 누출을 방지하는 신규한 비평탄 밀봉 경계를 포함한다. 비평탄 밀봉 표면을 구비한 노즐은 매니폴드 또는 부싱과 긴밀히 접촉하게 된다. 매니폴드 내부에서, 부싱 및 노즐은 금형으로의 용융 소성체의 연통을 위한 용융 채널이다. 초기 예비 하중과 마찬가지로 비평탄 경계에서의 열 팽창은 용융 채널로부터의 용융 소성체의 누출을 방지하는 집중 밀봉 압력 분포를 생성한다. 본 발명의 일 실시예에서, 부싱은 노즐 내의 게이트를 폐쇄하기 위해 밸브 스템이 삽입되는 통로를 가진다.

Description

개선된 핫 러너 밀봉 장치 및 방법{IMPROVED HOT RUNNER SEALING APPARATUS AND METHOD}

본 발명은 개선된 밀봉 장치 및 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 사출 금형 내에서 서로 연통되게 위치되어, 고압, 가열된 용융 수지를 주기적인 작동으로 누출 없이 금형 캐버티(mold cavity)를 향해 이송하는 2 개의 채널 사이의 경계부를 밀봉하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

고온 및 가압된 용융 수지 재료의 누출을 피한다는 것은 사출 성형기 또는 사출 금형을 설계할 때 중요한 시도이다. 예컨대, 사출 성형기 내의 치명적인 누출 영역은 기계의 사출 노즐과 금형의 스프루(sprue) 부싱 사이이다. 누출은 통상적으로 매니폴드와 금형 노즐 사이의 사출 성형기 내 또는 금형 노즐과 금형 캐버티 사이의 경계부에서 나타난다.

사출 성형 매니폴드는 통상 금형 캐버티에 인접하게 위치된 사출 노즐과 연통하는 육중한 러너(runner) 블록으로 만들어진다. 러너 블록과 사출 노즐의 경계부에서 용융 수지 재료의 누출은, 예컨대, 가열된 유동 용융 수지의 고압과, 러너 블록이 사출 노즐에 대해 측방으로 미끄러지게 만드는 재료들의 상대적으로 상이한 열팽창으로 인한 중요한 문제점을 나타낸다. 그러므로, 러너 블록 또는 매니폴드 내에 위치된 내부 채널과 사출 노즐 사이의 유체 경계부의 밀봉은, 특히 만약 누출이 발생한다면 사출 공정이 중단되야 하는 것을 고려하게 하는 중대한 설계 문제를 나타낸다.

종래 기술은 개선된 몇몇의 밀봉 방법 및 요소를 교시하지만, 이는 특히 매니폴드와 금형 노즐 사이의 경계부에서의 누출 문제를 만족스럽게 해결하지 못한다. 또한, 종래 기술은 사출 매니폴드 내부에서 발생되는 큰 압축력을 허용해서, 두꺼운 강판 및 많은 구조적 체결구의 사용을 필요로 한다.

사출 금형에서의 공지된 설계 개념은 냉각 상태에서 매니폴드와 노즐 사이의 적은 예비 하중을 사용하는 것이다. 이러한 적은 예비 하중은 작동 시에 매니폴드와 노즐 사이 또는 시스템 내의 다른 채널들 사이의 밀봉을 유지하기 위한 부품들 사이에 충분한 압축력을 제공하기 위한 매니폴드의 고유의 열팽창을 수반한다. 그렇지만, 너무 적은 압축력이 소성 누출을 초래하는 반면에, 극단적인 압축력은 매니폴드 강의 영구 변형이나 노즐 하우징에 손상을 야기한다. 작동하는 동안, 매니폴드와 노즐 사이의 힘은 각 노즐당 10,000 내지 14,000 파운드(약 44.5 내지 62.3 kN)를 초과할 수 있다. 이러한 큰 힘은 사출 성형기 내에 강의 육중한 블록 및 많은 고강도 체결구의 사용을 요구한다. 또한, 여기에다가 연장되고 주기적인 사출 성형 작동은 예비 하중의 효과를 감소시키고, 따라서 누출의 가능성을 증가시킨다.

이러한 설계 개념에 소성 수지의 누출을 막기 위한 상이한 방법 및 수단을 사용하는 몇몇 개선이 개발되었다.

비엘펠트(Bielfeldt)에게 허여된 미국 특허 제3,849,048호는 누출을 방지하기 위한 냉각 유격을 과제로 하는 유압 작동식 백업 패드를 개시한다. 이러한 피스톤은 스프링으로서 작용한다. 하우징 내측에는 밸브 스템을 구동하는 제2 유압 피스톤이 있다. 노즐 본체는 매니폴드 삽입부 내로 나사결합되므로 매니폴드가 팽창할 때 측방으로 열 팽창한다. 가연성 유압 오일의 가열된 매니폴드까지의 근접성은 이 설계에는 밀봉부가 마모된 후에 화재의 큰 위험이 있다는 것을 의미한다.

에릭(Erik)에게 허여된 미국 특허 제3,716,318호는 하부측으로부터 매니폴드를 통해 삽입되고 나사식 백업 패드에 의해 보유되는 조합된 노즐/매니폴드 부싱 부품을 개시한다. 이러한 구성은 또한 노즐 조립체가 열적으로 팽창하면서 측방으로 이동되야 한다는 단점이 있다.

닌네만(Ninneman)에게 허여된 미국 특허 제3,252,184호는 매니폴드를 통해 삽입되고 노즐 본체의 연결 단부에 대해 돌출된 매니폴드 부싱 부품을 개시한다. 노즐 본체가 매니폴드에 대해 연결되기 때문에, 매니폴드가 열적으로 팽창할 때 이는 측방으로 이동되야 한다.

세이머(Seymour)에게 허여된 미국 특허 제3,023,458호는 매니폴드를 통해 삽입되는 일체형 매니폴드 부싱 및 노즐 본체를 기술한다. 밸브 스템은 스프링으로써 폐쇄되고 사출 압력을 통해 개방된다. 부싱의 노즐 단부는 금형 캐버티 판 내의 리세스부에 위치될 수 있고 명백하게 캐버티 판에 대해 매니폴드 플레이트의 측방향 팽창을 수반하지 않는다. 사실상, 밸브 스템이 구속되는 것을 야기하는 경향이 있는 절곡이 발생한다.

라진스키(Lazinski) 등에게 허여된 미국 특허 제5,896,640호는 매니폴드와 노즐 본체 사이의 경계부에 개선된 밀봉을 제공하기 위한 환형 열팽창 요소를 교시한다. 이러한 환형 요소는 노즐 본체 견부의 하부측과 경계하는 각진, 스프링형 방사형 표면을 포함하여, 정합면에 증진된 밀봉 압력 프로파일을 제공한다. 이러한 장치는, 채널 근방의 밀봉에 대해 개선된 압력 프로파일을 제공하는 반면에, 여전히 큰 매니폴드 구조체의 사용을 요구하는 큰 압축력을 발생시킨다.

샤드(Schad)에게 허여된 미국 특허 제4,588,367호는 매니폴드 채널과 사출 노즐 사이의 경계부를 통한 수지의 흐름을 밀봉하기 위한 열 팽창 요소, 또는 추가적인 탄성 밀봉 특성을 주는 언더컷(undercut)을 구비한 열팽창 요소, 또는 탄성 특성을 추가함으로써 밀봉 특성을 증진시키기 위한 스프링 요소를 구비한 열 팽창 요소를 교시한다. 열 팽창 요소는 매니폴드, 열 팽창 요소 및 노즐 사이의 상대 운동을 허용한다.

게스너(Gessner)에게 허여된 미국 특허 제5,374,182호는 온도의 상승에 기인하여 노즐 본체 및 에어 백업 패드가 팽창함에 따라서 편향되는 스프링을 사용한다. 밀봉 장치는 단열 슬리브 상에 조립된 접시 스프링(Belleville style plate spring)을 사용한다. 매니폴드가 가열되면 판 스프링 패키지는 열 팽창을 흡수하고 노즐 하우징이 과응력을 받거나 매니폴드 플레이트 강(steel)이 변형되는 것을 방지한다. 이러한 설계는 사출 압력이 상대적으로 작게 유지되는 많은 상황에서 월등한 누출 방지 해법을 제공한다. 미국 특허 제5,374,182호의 판 스프링 시스템은 노즐과 매니폴드 플레이트 사이의 경계면에 수직인 순수한 축방향으로 노즐 하우징의 플랜지에 설치된다. 축방향 밀봉력을 제공함으로써, 밀봉 응력의 프로파일은 스프링과 노즐 사이의 접촉 지점에서 얻어진 피크부에 비해 용융 채널을 향하여 현저한 감소를 보인다. 사출 압력이 보다 높은 밸브에 도달하는 경우에 이러한 개선된 설계는 용융 소성 수지의 통로 외부로의 누출을 효과적으로 방지하지 못한다.

샤드 등에게 허여된 미국 특허 제5,507,637호는 매니폴드와 노즐 사이의 경계부에서 수지의 누출을 방지하며 매니폴드에 부착되고 노즐 하우징을 둘러싸는 밀봉 클램프 링을 교시한다. 클램프 링과 노즐 사이에 유지되는 임의의 측방향 유격은 매니폴드와 클램프 링이 금형 게이트에 대한 노즐 팁의 정렬에 영향을 주지 않고 측방으로 활주할 수 있게 한다.

인용된 특허의 설계 개념은 현저한 발전을 나타내며, 매니폴드와 노즐 하우징 사이의 활주 경계부를 사용한다. 매니폴드는 가열하고 팽창하면서 또한 캐버티 판(cavity plate) 대향 보어 내에 유지되는 노즐 하우징을 가로질러 활주한다. 이는 노즐 팁의 위치가 매니폴드의 온도와 독립적으로 금형 게이트와 적절한 정렬을 유지하도록 한다. 그렇지만, 노즐과 매니폴드 사이의 활주 경계부에서 이러한 참조 문헌에 개시된 밀봉 수단을 사용하는 두 부분의 채널 사이의 경계부를 완전 밀봉하는 것은 어렵고, 채널 근방에 그 피크부를 가지는 밀봉 압력 분포를 쉽게 달성하지 못한다. 또한, 모든 종래 기술의 예들은 경계부 밀봉이 모든 온도 영역에 걸쳐 효과적으로 경계부에서의 누출의 위험을 제거하는 것을 보장하기 위해서 그 스프링 또는 스프링식 구조체에 의해 발생된 큰 힘의 사용에 의존한다. 이러한 큰 힘은 금형 및 매니폴드의 구조체가 노즐당 10,000 내지 14,000 파운드(약 44.5 내지 62.3 kN)사이의 하중을 취급하도록 설계되야 한다는 것을 의미한다.

도1은 본 발명의 양호한 실시예를 도시한 단면도이다.

도2는 밀봉 경계부의 영역에서의 양호한 실시예를 도시한 확대 개략 단면도이다.

도3은 양호한 실시예의 게이트가 없는 형태를 도시한 단면도이다.

도4는 종래 기술 밀봉 압력 분포와 함께 종래 기술의 파손 모드를 도시한 단면도이다.

도5는 원뿔형 표면과 개선된 밀봉 압력 분포를 가지는 양호한 실시예의 단면도이다.

따라서, 본 발명의 주된 목적은 사출 성형 장치 내의 2 개의 채널 사이, 특히 사출 노즐 채널과 핫 러너 매니폴드 채널 사이의 경계부를 밀봉하기 위한 개선된 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 채널 또는 통로의 근방에 그 피크부를 가지는 밀봉 압력 분포를 얻는 전술된 바와 같은 개선된 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 노즐 본체와 매니폴드 사이의 힘을 감소시켜서, 매니폴드의 구조적 요구 사항을 감소시키고 사출 성형기를 제조하는데 요구되는 체결구의 크기와 수의 감소하는 전술된 바와 같은 개선된 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 사출 성형의 주기적 특성을 견딜 수 있어서 기계 유지 중단 시간을 감소하고 전체 기계 효율을 증가시키는 보다 신뢰성 있는 밀봉을 발생시키는 전술된 바와 같은 개선된 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 노즐 본체와 매니폴드 사이의 경계부를 밀봉하기 위한 보다 비용면에서 효율적인 수단을 제공하여 기계 제작 및 유지 비용을 감소시키는 전술된 바와 같은 개선된 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적 및 이점은 이하로부터 명백할 것이다.

본 발명에 따라서 전술된 목적 및 이점이 용이하게 얻어진다.

본 발명의 장치는 사출 성형 장치 내의 2 개의 채널 사이의 경계부를 밀봉하며, 그 연속적인 채널들 사이에 경계부 영역을 가지며 압력하에서 용융 소성체를 이송하기 위한 2 개의 연속적인 채널과, 상기 경계부 영역 상에 환형 밀봉력을 생성하기 위해 작동하는 2 개의 연속적인 채널을 밀봉하기 위한 수단을 포함한다. 특히 채널을 구비한 핫 러너 매니폴드를 포함하는 장치에 있어서, 상기 사출 노즐 채널은 상기 연속적인 채널 중 첫 번째 것이고, 내부에 연속적인 상기 노즐을 가지는 채널을 구비한 핫 러너 매니폴드에 있어서, 매니폴드 채널은 상기 연속적인 채널 중 두 번째 것이다. 특히, 밀봉 응력 분포는 채널 및 경계부 근방에 그 피크부를 가진다.

본 발명의 방법은 사출 성형 장치 내의 2 개의 채널 사이의 통로를 밀봉하며, 2 개의 연속적인 채널 사이의 경계부 영역으로 압력 하에 용융 소성체를 이송하기 위한 연속적인 2 개의 채널과, 상기 경계부 상에 환형 밀봉력을 생성하기 위해 2 개의 연속적인 채널 사이의 경계부 영역을 밀봉하는 단계를 포함한다. 양호하게는, 상기 연속적인 채널 중 첫 번째는 사출 노즐 채널이고 상기 연속적인 채널 중 두 번째는 핫 러너 매니폴드 채널이고, 상기 채널들 사이의 경계부 상에 환형 밀봉력을 생성하는 밀봉 수단으로써 상기 채널 사이의 경계부를 밀봉하는 단계를 포함한다. 바람직하게는, 밀봉력 분포는 채널 및 경계부 근방에서 그 피크부를 가진다.

본 발명의 다른 특징은 이하에서 명백하다.

본 발명은 이하의 도면으로부터 보다 용이하게 이해될 수 있을 것이다.

이제 도1을 참조하여, 금형 등의 내부로 소성 재료(100)를 사출하기 위한 핫 러너 밸브 게이트 시스템이 기술된다. 시스템은 배킹 플레이트(backing plate)(102) 및 매니폴드 플레이트(104)을 포함한다. 시스템은 금형(도시 안됨)내로 용융 소성 재료를 유도하기 위한 노즐 조립체(108)와 공급원(도시 안됨)으로부터 노즐 조립체(108)로 소성 재료의 연통을 허용하기 위한 매니폴드/부싱 배열(110)을 더 포함한다. 매니폴드(138) 내에 삽입되어서 용융 채널(142) 및 부싱 채널(144) 내부의 유동 소성체를 차례로 가열하는 매니폴드(138)를 가열하는 매니폴드 히터(139)가 도시된다.

도1에 도시된 바와 같이, 노즐 조립체(108)는 노즐 본체(112), 팁(114), 노즐 히터(116), 스프링 수단(118) 및 노즐 단열기(113)로 구성된다. 스프링 수단(118)의 목적은 이하에서 논의될 것이다. 팁(114)이 베릴륨/구리와 같은 본 기술분야에서 알려진 어떤 적절한 높은 열전도성 재료로 형성될 수 있는 반면에, 노즐 본체(112)는 통상적으로 강으로 만들어진다. 노즐 본체(112)는 용융 소성 재료가 유동하는 축방향 채널(120)을 가진다. 팁(114)은 축방향 채널(120)의 단자부를 둘러싼다. 바람직하다면, 노즐 팁(114)은 노즐 팁(114)의 하류 단부를 단열하기 위한 덮개(122)를 포함할 수 있다. 덮개(122)는 조립식일 수 있는 수지성 재료로 형성될 수 있다. 선택적으로, 덮개(122)는 최초의 작동 주기 또는 주기들에 사출된 수지의 범람으로부터 형성될 수 있다. 노즐 단열기(113)는 매니폴드 플레이트(104)의 캐버티 내부에 설치되고 노즐 본체(112)와 매니폴드 플레이트(104) 사이의 열 연통을 감소시키도록 작용하여, 용융 소성 재료가 축방향 채널(120)을 통해 유동하면서 그 높은 온도를 유지한다. 노즐 단열기(113)는 티타늄과 같이 본 기술분야에서 통상적으로 알려진 적절한 어떤 단열 재료로 형성될 수도 있다.

노즐 히터(116)는 케이블(124)을 통해 전류가 인가되는, 본 기술분야에서 알려진 어떤 적절한 전기 히터도 될 수 있다. 도1에 도시된 바와 같이, 노즐 히터(116)는 노즐 본체(112)의 일부를 둘러싼다.

밸브 스템(126)은 노즐 본체(112) 내의 게이트(128)가 개방 및 폐쇄할 수 있게 하기 위해 제공된다. 밸브 스템(126)은 부싱(130) 내의 통로(129)를 통해 노즐 본체(112) 내로 연장하는 강 로드에 의해 형성될 수 있다. 도1로부터 알 수 있는 바와 같이, 통로(129)는 용융 채널(144)과 부싱(130) 내에서 정합된다. 게이트(128)에 대향하는 밸브 스템의 단부는 설정 나사(132)에 의해 피스톤 헤드(131)로 연결된다.

피스톤 헤드(131)는 제1 및 제2 단부벽(133, 134)에 의해 형성된 실린더 하우징(135) 내부에 수납된다. 피스톤 헤드(131)의 하향 행정은 용융 소성 재료의 유동을 제한하도록 게이트(128)의 단면 영역을 폐쇄하거나 감소하는 위치로 밸브 스템이 이동하는 것을 야기한다. 피스톤 헤드(131)의 상향 행정은 게이트(128)를 통해 용융 소성 재료의 유동이 증가하도록 밸브 스템(126)이 이동하는 것을 야기한다.

상기 논의된 바와 같이, 본 발명의 밸브 게이트 시스템은 매니폴드(138) 및 부싱(130)으로 구성된 매니폴드/부싱 배열(110)을 더 포함한다. 매니폴드(138)는 판(102, 104) 사이에 수납되었으나 공기 간극(140)에 의해 그로부터 분리된 분포 판에 의해 형성된다. 배킹 플레이트(102)는 주기적인 성형 공정 동안 발생되는 큰 인장력을 견뎌야 하는 복수개의 고강도 볼트(107)에 의해 매니폴드 플레이트(104)에 견고하게 고정된다. 매니폴드는 공급원(도시 안됨)으로부터 각각의 금형에 관련된 게이트(128)로 용융 소성 재료를 이송하기 위한 핫 러너 시스템의 부분을 형성하는 용융 채널(142)을 포함한다. 매니폴드는 내부로 부싱이 삽입되는 보어(143)를 더 포함한다. 매니폴드(138)는 본 기술분야에서 알려진 어떤 적절한 금속 또는 열 전도 재료로 형성될 수 있다. 매니폴드 히터(139)는 본 기술분야에서 잘 알려져 있으며 매니폴드(138)의 홈 내로 설치되는 원통형 단면을 가지는 통상 와이어/세라믹 저항식 히터를 포함한다.

부싱(130)은 밸브 스템(126)의 일부를 둘러싼다. 부싱(130)은 본 기술분야에서 알려진 어떤 적절한 재료(통상적으로 강)로 형성되고, 매니폴드(138)를 통해 하부측으로부터 삽입되도록 설계된다. 도1에 도시된 바와 같이, 부싱(130) 내의 부싱 채널(144)은 매니폴드(138) 내의 용융 채널(142) 및 노즐 조립체(108) 내의 축방향 채널(120)과 정합한다. 채널(142, 144)이 서로에 대해 축방향 정렬 상에 있도록 매니폴드(138)와 부싱(130)의 정렬을 용이하게 하기 위해 하나 이상의 도웰(146)이 제공된다. 부싱(130)은 매니폴드(138)의 하부측과 노즐 본체(112)의 상부 표면(150) 사이에 위치된 하부(148)를 가진다. 도1 및 도2에 도시된 바와 같이, 상부 표면(150)은 통상적으로 원뿔형 또는 구형 프로파일을 가지는 비평탄면이어서, 비평탄 밀봉 경계부(151)를 생성한다. 이러한 독특한 구조는 부싱 채널(144) 및 축방향 채널(120)의 근방에 밀봉 압력을 집중시키는 압력 분포를 제공한다. 이러한 개선된 압력 분포는 노즐 본체(120) 및 부싱(130)의 경계부에서 신뢰성 있는 소성 밀봉을 허용한다. 또한, 보다 집중된 밀봉력은 신뢰성 있는 소성 밀봉을 제공하기 위한 내부의 압축력의 감소를 허용한다. 감소된 압축력은 볼트(107)의 크기 및 수의 감소와 마찬가지로 배킹 플레이트(102) 및 매니폴드 플레이트(104)의 크기의 감소로 전환된다.

부싱(130)은 매니폴드(138) 내의 보어(143)의 직경과 실질적으로 동일한 외측 직경을 가지는 중앙부(152)를 더 가진다. 또한, 부싱은 그 크기의 적어도 일부를 따라 나사 가공된 상부(154)를 가진다.

도1에 도시된 바와 같이, 부싱(130)의 상부(154)는 백업 패드(136) 내의 구멍(156)을 통해 연장한다. 너트(158)는 부싱(130)을 백업 패드(136)에 기계적으로 결합하기 위해 제공된다. 백업 패드(136)는 배킹 플레이트(102)와 매니폴드(138) 사이의 열 연통을 감소시키기 위한 작용을 하여, 용융된 수지가 상승된 온도를 유지한다. 밀봉부(159)는 소성 재료의 누출의 가능성을 보다 감소시키기 위해 보어(143)의 주연부 상에 제공된다. 밀봉부(159)는 통상 강과 같은 열 저항 재료로 만들어진다.

스프링 수단(118)은 온도의 증가로 인한 노즐 본체(112) 및 백업 패드(136)가 팽창함에 따라서 편향된다. 본 발명에 따라, 스프링 수단(118)은 노즐 조립체(108)내의 스프링 작용을 야기시킨다. 노즐 본체(112) 상에 스프링(118)에 의해 야기된 어떤 작용이라도 매니폴드 부싱(130) 및 매니폴드 사이와 매니폴드 부싱(130) 및 백업 패드(136) 사이의 모든 밀봉 작용에 완전하게 독립적이라는 것을 알 수 있다.

이제 도2를 참조하여, 매니폴드(138)에 대한 부싱(130)의 비평탄 밀봉 경계부(151)의 확대 단면도가 도시된다. 본 실시예에서, 매니폴드/부싱 배열(110)이 제거되었고, 노즐 본체(112)는 매니폴드(138)에 대해 직접 놓여졌다.

도3을 참조하여, 소성 재료를 금형 등 내로 사출하기 위한 비 밸브-게이트식(non valve-gated) 핫 러너 시스템이 도시된다. 이 시스템은 팁(114)에 게이트(128)를 개폐하기 위한 기구가 제거되었다는 점을 제외하고, 기본적으로 도1에 도시된 시스템과 유사하게 작동한다.

또한, 도3의 비 밸브-게이트식 시스템에서, 도1에 도시된 바와 같은 매니폴드/부싱 배열(110) 또한 제거되었다는 것을 알 수 있을 것이다. 이러한 구성에서, 노즐 본체(112)의 상부 표면(150)은 매니폴드(138)에 대하여 직접 놓여진다.

본 발명에 따라, 노즐 본체(112)와 매니폴드(138) 사이의 경계부가 용융 채널(142) 및 축방향 채널(120)의 바로 근방에 발생하도록 상부 표면(150)은 비평탄 표면을 가진다. 비평탄 표면은 원뿔형, 구형 등이 될 수 있다. 이러한 독특한 구조적 정렬은 동시에 누출 방지를 위해 전체 시스템 내부에 요구되는 압축력의 크기를 감소시키면서, 그 피크부를 가능한 누출의 지점에 가장 근접하게 하는 집중된 밀봉 압력을 생성한다.

도4를 참조하여, 종래 기술의 통상적인 파손 모드가 도시된다. 종래 기술 밀봉 압력 분포(160)는 평탄 상부 표면(150)이 매니폴드(138)의 실질적인 평탄 상부 표면에 대해 가압될 때 생성된다. 밀봉 압력 분포(160)는 용융 채널(142) 및 축방향 채널(120)의 근방에서 가장 낮다. 채널(142, 120) 내를 유동하는 용융 소성체의 고압은 경계부에서 감소된 밀봉 압력으로 인해 도4에 도시된 바와 같이 밀봉 경계부를 변형시키도록 작용하고, 용융 소성체의 누출이 발생한다.

이제 전체적으로 원뿔형 상부 표면(150)을 구비한 노즐 본체(112)를 도시하는 도5를 참조한다. 이러한 정렬은 용융 채널(142) 및 축방향 채널(120) 근방에 피크 밀봉 압력을 가지는 개선된 밀봉 압력 분포(162)를 제공함으로써 도4에 도시된 바와 같은 파손 모드를 극복한다. 이 영역 내의 긴밀한 표면 접촉은 정합 표면 사이의 작은 불완전함을 밀봉하여 도4에 도시된 바와 같은 밀봉 파손의 가능성을 감소시킨다.

원뿔형 표면 대신 구형 상부 표면(150)을 제공하는 것은 힘이 인가되면서 보다 점진적으로 하중을 분포시키는 부가적인 이점을 가질 것이지만, 이는 생산하는데 보다 많은 비용이 든다. 컴퓨터 모델링 및 해석은 원뿔형 표면이 이상적인 구형 반경에 근접하게 접근할 것이라고 예상한다. 수평으로부터 1°이하, 양호하게는 0.2°내지 0.4°사이의 원뿔형 각이 최대 20,000 내지 28,000 psi(약 137.9 내지 193.1 MPa)사이의 사출 압력을 가지며 5 내지 12 mm 사이의 직경을 가지는 용융 채널에 대해 이상적이라는 것이 결정되었다. 이러한 최적의 각은 사출 압력이 감소함에 따라서 증가할 것이며 각은 사출 압력이 증가함에 따라서 감소할 것이다. 만약 구형 표면은 바람직하다면 350 mm 내지 4000 mm 반경의 유사한 크기 범위 내에 있을 것이다.

전술된 바와 같이, 본 발명의 집중 밀봉 압력으로 인해, 사출기 내부의 압축 하중은 감소될 것이다. 결과적으로, 다양한 부품이 서로에 대해 상대적으로 이동하면서 사출 공정과 관련된 마찰력이 현저하게 감소될 것이다. 감소된 압축력은 그로 인해 표면들이 서로에 대해 활주하면서 발생할 수 있는 마멸(galling) 및 프레팅(fretting)과 마찬가지로 국부적인 판 좌굴(buckling)에 대한 잠재력이 감소될 것이다. 본 기술분야의 숙련자는 원뿔형 각과 하우징 플랜지 자체 내에서 절곡될 수 있는 하우징 플랜지 두께를 변화시킴으로써 압축력 조절기로서 작용할 수 있는 비평탄 경계면을 구비한 노즐 하우징 플랜지 또는 기부를 용이하게 설계할 수 있을 것이다. 도5를 참조하여, 매니폴드를 향해 절곡되기 위해 환형 단차부(161)가 채용될 수 있고 용융 채널 경계부 근방에 과잉된 힘이 발생하지 않도록 보장하는 사전 계산된 값을 지나는 하중을 예측할 수 있다.

물론, 본 발명의 시스템은 용융 수지의 누출이 문제가 될 수 있는 사출 성형 장치 내의 다른 채널 연결부, 예컨대, 다른 매니폴드 연결부에 효과적으로 채용될 수 있다.

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Claims (15)

1. 노즐 조립체(108)와,

   매니폴드(138)를 포함하며,

   상기 노즐 조립체(108)의 노즐 본체(112)는 상기 매니폴드(138)에 대해 직접 놓여지고, 상기 노즐 본체(112)는 축방향 채널(120)을 가지며, 상기 매니폴드(138)는 용융 채널(142)을 가지고, 상기 용융 채널(142)은 사용중에, 내부의 재료의 유동과 연통하기 위해 상기 노즐 본체(112)의 상기 축방향 채널(120)과 정렬되며,

   상기 노즐 본체(112)와 상기 매니폴드(138) 사이의 밀봉 경계부에, 상기 노즐 본체(112)는 비평탄 밀봉 경게부를 가지고, 상기 매니폴드(138)는 평탄 밀봉 경계부를 가지고, 상기 노즐 본체(112)를 상기 매니폴드(138)로써 밀봉하는 소성 재료를 사출하기 위한 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 채널(120, 142) 사이의 밀봉 경계부에서, 상기 용융 채널(142)과 상기 축방향 채널(120)의 근방의 압축력을 한정하기 위한 압축력 조절기를 더 포함하는 장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 압축력 조절기는 상기 노즐 본체(112)의 상부 표면(150)인 장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 상부 표면(150)은 환형 단차부(161)를 포함하며, 상기 환형 단차부(161)는 상기 상부 표면(150)의 이동을 한정하기 위해 상기 매니폴드(138)의 표면과 결합하기 위한 표면을 포함하는 장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 상부 표면(150)은 상기 축방향 채널(120)로부터 상기 환형 단차부(161)로 연장된 비평탄 표면인 장치.
6. 제3항 내지 제5항중 어느 한 항에 있어서, 상기 환형 단차부(161)는 상기 상부 표면(150)의 절곡을 허용하기 위한 두께를 가지는 장치.
7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 매니폴드(138)와 상기 밀봉 경계부 중간에 배치된 부싱(130)을 더 포함하고, 상기 부싱(130)은 상기 용융 채널(142) 및 상기 축방향 채널(120)과 정렬되는 부싱 채널(144)을 가지는 장치.
8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 평탄 표면과 상기 비평탄 표면 사이의 양압을 작동 유지하는 스프링 수단(118)을 더 포함하는 장치.
9. 제8항에 있어서, 상기 스프링 수단(118)은 판 스프링인 장치.
10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 사용 중의 재료의 유동을 제어하기 위해 상기 축방향 채널(120) 내로 활주식으로 삽입된 제1 및 제2 단부를 구비한 밸브 스템(126)과,

    상기 제1 단부에 견고하게 고정되고, 상기 재료의 유동을 제어하기 위해 상기 제2 단부를 선택적으로 위치 설정하는 피스톤(131)을 더 포함하는 장치.
11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 비평탄 표면은 원뿔형 프로파일인 장치.
12. 제11항에 있어서, 상기 원뿔형 프로파일은 상기 축방향 채널(120) 및 상기 용융 채널(142) 내의 압력이 20,000 내지 28,000 psi (137.9 내지 193.1 MPa)일 때 수평축으로부터 0.2 내지 0.4°사이의 각으로써 한정되는 장치.
13. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 비평탄 표면은 구형 프로파일인 장치.
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