KR100802867B1 - 능동 재료 요소를 사용하여 사출 압축 성형하는 방법 및장치 - Google Patents

능동 재료 요소를 사용하여 사출 압축 성형하는 방법 및장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따르면, 사출 금형 내의 용탕을 압축시키고 및/또는 사출 금형 내에서의 용탕 수축을 보상하는 방법 및 장치가 제공된다. 이 장치는 공동 판(701)에 인접한 공동 금형 부분(703)과, 코어 판(704)에 인접한 코어 금형 부분(702)과, 금형 부분들 사이에 형성되는 금형 공동과, 코어 판(704) 및 코어 금형 부분(702) 그리고 공동 판(701) 및 공동 금형 부분(703) 중 하나 또는 양쪽 모두 사이에 배치되는 적어도 1개의 능동 재료 요소(708)를 포함한다. 제어기가 적어도 1개의 능동 재료 요소(708)에 연결 가능하고 적어도 1개의 능동 재료 요소를 작동시키고, 그에 의해 금형 공동 체적이 감소하게 하고, 그에 의해 용탕을 압축시킨다.
압축 방법, 사출 금형, 용탕, 고정 표면, 가동 금형 표면, 능동 재료 요소

Description

능동 재료 요소를 사용하여 사출 압축 성형하는 방법 및 장치 {METHOD AND APPARATUS FOR INJECTION COMPRESSION MOLDING USING ACTIVE MATERIAL ELEMENTS}
본 발명은 능동 재료 요소가 금형 공동의 내부측의 용탕의 압축을 제공하고 그에 의해 그 표면 마무리 및 치수 정확도를 포함하는 성형 물품의 품질을 개선시키고 소성 수축(plastic shrinkage)을 보상하기 위해 사출 성형 기계 장비[예컨대, 삽입체 적층체(insert stack) 또는 핫 러너 노즐 조립체(hot runner nozzle assembly)]에서 사용되는 방법 및 장치에 관한 것이다. "능동 재료"는 압전-세라믹(piezoceramic), 전기-변형-소자(electrostrictor), 자기-변형-소자(magnetostrictor), 형상 기억 합금(shape memory alloy) 등의 형상 변화 재료(shape altering material)의 계열이다. 본 발명에서, 이들은 또한 센서로서 사용될 수 있다.
능동 재료는 하나의 형태의 에너지를 또 다른 형태의 에너지로 변환시킬 수 있는 변환기로서 특징화된다. 예컨대, 압전 작동기(piezo actuator)(또는 모터)는 입력된 전기 에너지를 기계 에너지로 변환시켜 요소 내에서의 치수 변화를 유발시키며, 반면에 압전 센서(piezo sensor)(또는 발전기)는 기계 에너지 즉 요소의 치수 형상의 변화를 전기 에너지로 변환시킨다. 압전-세라믹 변환기의 하나의 예가 베르가우스에게 허여된 미국 특허 제5,237,238호에 예시되어 있다. 압전 작동기의 하나의 공급자가 독일 D-85221 다하우 한스-뵈클러-스트라세 2에 소재한 마르코 시스테마날리제 운트 엔트비클룽 게엠베하이며, 그 광고 책자 및 웹사이트가 이러한 장치를 설명하고 있다. 전형적으로, 압전-세라믹 삽입체로의 1,000 V 전위의 인가가 압전-세라믹 삽입체가 그 두께가 대략 0.0381 ㎜(0.0015"/인치)(0.15%)만큼 "성장(grow)"하게 할 것이다. 또 다른 공급자 즉 미국 메인주 메드포드에 소재한 미데 테크놀로지 코포레이션이 자기-변형-소자 및 형상 기억 합금을 포함하는 다양한 능동 재료를 가지며, 그 광고 책자 및 웹사이트가 이러한 장치를 설명하고 있고, 재료 상세 사항 및 다른 공개 세부 사항을 포함한다.
사출 압축 성형은 성형될 물품의 성질을 개선시키기 위해 다수의 분야에서 사용된다. 마우스에게 허여된 미국 특허 제4,828,769호는 컴팩트 디스크를 성형하는 분야를 개시하고 있다. 가와구찌에게 허여된 미국 특허 제4,420,454호는 플라스틱 캔의 성형에 대한 분야를 개시하고 있다. 전형적으로, 유압 작동식 실린더 또는 기계식 작동기가 이들 예에서 제품 압축을 성취하는 데 사용되는 최종의 클램핑 작용을 유도시키는 데 사용된다.
이와 같이, 어떤 수준의 조정 가능한 제어를 제공하고 바람직하게는 매몰된 센서 그리고 압축 성형 공정의 폐쇄형 루프 제어를 제공하는 압축 성형이 가능한 새로운 기술이 요구된다.
본 발명의 장점은 전술된 문제점을 극복하기 위해 사출 성형 기계 장치 및 방법을 제공하고 사출 성형 기계에서 압축 성형을 수행하는 효과적이고 효율적인 수단을 제공하는 것이다.
본 발명의 제1 태양에 따르면, 사출 금형 공동 내의 용탕을 압축시키는 방법에 있어서, 사출 금형 내의 적어도 1개의 고정 표면을 제공하는 단계와; 적어도 1개의 고정 표면 상에 적어도 1개의 능동 재료 요소를 장착하는 단계와; 적어도 1개의 능동 재료 요소에 인접한 사출 금형 내의 적어도 1개의 가동 금형 표면을 제공하는 단계와; 사출 금형에 용탕을 충전하는 단계와; 적어도 1개의 고정 표면으로부터 떨어지게 적어도 1개의 가동 금형 표면을 가압하고 그에 의해 용탕을 압축시키기 위해 적어도 1개의 능동 재료 요소를 작동시키는 단계를 포함하는 방법을 위한 구조 및/또는 단계가 제공된다.
본 발명의 제2 태양에 따르면, 사출 금형 공동 내의 용탕을 압축시키는 장치에 있어서, 사출 금형 내의 적어도 1개의 고정 표면과; 사출 금형 내의 적어도 1개의 가동 표면과; 각각의 고정 표면에 부착되고, 각각의 가동 표면에 인접한 적어도 1개의 능동 재료 요소와; 고정 표면으로부터 떨어지게 가동 표면을 이동시키고 그에 의해 사출 금형 공동의 크기를 감소시키고 용탕을 압축시키기 위해 적어도 1개의 능동 재료 요소에 에너지를 공급하는 제어 수단을 포함하는 장치를 위한 구조 및/또는 단계가 제공된다.
본 발명의 제3 태양에 따르면, 사출 금형 내에서의 용탕 수축을 보상하는 방법에 있어서, 코어 삽입체, 코어 판, 공동 삽입체 및 매니폴드 판을 갖는 사출 금형을 제공하는 단계와; 삽입체와 판 사이에 적어도 1개의 능동 재료 요소를 장착하는 단계와; 적어도 1개의 능동 재료 요소와 통신하는 제어기를 제공하는 단계와; 충전 동안에 코어 삽입체와 공동 삽입체 사이의 금형 공동을 팽창시키기 위해 제어기를 사용하여 적어도 1개의 능동 재료 요소와 통신하는 단계를 포함하는 방법을 위한 구조 및/또는 단계가 제공된다.
이제, 본 발명의 양호한 특징의 전형적인 실시예가 첨부 도면을 참조하여 기술될 것이다.
도1은 본 발명을 실시하는 금형 적층체를 도시하고 있다.
도2는 전방 또는 압축 위치에서의 본 발명을 실시하는 금형 적층체를 도시하고 있다.
도3은 후방 또는 금형 충전 위치에서의 본 발명을 실시하는 코어 로크 형태의 예비-성형체 성형 적층체를 도시하고 있다.
도4는 전방 또는 압축 위치에서의 본 발명을 실시하는 코어 로크 형태의 예비-성형체 성형 적층체를 도시하고 있다.
1. 서론
이제, 본 발명은 사출 금형 공동의 내부측의 용탕의 압축을 유발시키는 역할을 하는 1개 이상의 능동 재료 요소가 플라스틱 사출-성형 기계에 제공되는 여러 개의 실시예에 대해 기술될 것이다. 이러한 능동 재료 요소에 대한 다른 분야는 발명의 명칭이 (1) "능동 재료 요소를 사용하여 금형 편향 및 오정렬을 집계하는 방법 및 장치" (PCT/CA2005/000415), (2) "능동 재료 요소를 사용하여 핫 러너 조립체 밀봉부 및 팁 높이를 조정 가능한 방법 및 장치" (PCT/CA2005/000416), (3) "능동 재료 요소를 사용하여 사출 성형 기계로부터의 방출을 돕는 방법 및 장치" (PCT/CA2005/000346), (4) "능동 재료 요소로 배출구 간극을 제어하는 방법 및 장치" (PCT/CA2005/000348), (5) "능동 재료 요소를 사용하여 금형 부품을 로킹하는 방법 및 장치 (PCT/CA2005/000377), (6) "능동 재료 요소를 사용하여 사출 성형 기계 내의 용탕을 진동시키는 방법 및 장치" (PCT/CA2005/000418) 그리고 (7) "성형 시스템에서 능동 재료 요소를 이용하는 제어 시스템" (PCT/CA2005/000492)인 관련된 출원에서 논의되며, 이들의 모두는 본원과 동시에 출원 중이다.
위에서 논의된 바와 같이, 코어 등의 금형 부분을 작동시켜 금형 공동의 내부측의 용탕의 압축을 유발시키기 위해 능동 재료 요소를 사용하는 방법 및 장치에 대한 당업계에서의 필요성이 있다. 다음의 설명에서, 압전-세라믹 삽입체가 양호한 능동 재료로서 기술된다. 그러나, 자기-변형-소자 및 형상 기억 합금 등의 능동 재료 계열로부터의 다른 재료가 또한 본 발명에 따라 사용될 수 있다. 가능한 대체 능동 재료 및 이들의 특성의 목록이 아래의 표1에 기재되어 있으며, 이들 능동 재료 중 임의의 능동 재료가 본 발명에 따라 사용될 수 있다:
능동 재료의 비교
재료 온도 범위 (℃) 비선형성 (이력) 구조적 일체성 비용/체적 ($/㎤) 기술적 성숙도
압전-세라믹 PZT-5A -50-250 10% 취성 세라믹 200 상용
압전-단결정 TRS-A -- <10% 취성 세라믹 32000 연구
전기-변형-소자 PMN 0-40 정방형<1% 취성 세라믹 800 상용
자기-변형-소자 테르페놀-D -20-100 2% 취성 400 연구
형상 기억 합금 니티놀 온도 제어 높음 통과 2 상용
자기 활성 SMA NiMnGa <40 높음 통과 200 예비 연구
압전-중합체 PVDF -70-135 >10% 양호 15* 상용
(www.mide.com으로부터 추출된 정보)
2. 제1 실시예의 구조
본 발명의 제1의 양호한 실시예는 공동 블록(701) 및 코어 블록(702) 그리고 가동 공동 삽입체(703) 및 가동 코어 삽입체(704)를 포함하는 콜드 러너 모서리 게이트형 금형 적층체(cold runner edge gated mold stack)를 도시하는 도1 및 도2에 도시되어 있다. 가동 삽입체는 와셔(washer)(706)가 끼워진 볼트(705) 그리고 그 각각의 블록 내의 그 각각의 리세스 절결부를 향해 삽입체를 일정하게 압박하도록 된 스프링 와셔(707)에 의해 보유된다.
가동 공동 삽입체(703) 및 가동 코어 삽입체(704)에는 삽입체(703, 704) 중 어느 하나 또는 양쪽 모두가 금형 공동 내의 용탕의 압축을 유발시키도록 작동될 수 있도록 된 압전-세라믹 장치와 같은 능동 재료 요소(708)가 제공될 수 있다. 능동 재료 요소(708)는 도관(709)에 의해 제어기(도시되지 않음)에 연결된다.
가동 공동 및 코어 삽입체(703, 704)는 삽입체가 능동 재료 요소(708)로부터 떨어져 그리고 금형 공동을 향해 이동하게 하고 그에 의해 이동될 공동 및/또는 코어 삽입체에 인접한 성형될 부품의 벽 두께를 감소시키기 위해 능동 재료 요소(708) 등에 에너지를 공급함으로써 이동된다. 능동 재료 요소(708)는 도관(709)을 거쳐 도시되지 않은 제어기에 연결되고, 용해된 수지의 압축을 유발시키도록 에너지가 공급될 수 있다. 공동 내로의 수지의 사출 동안 및/또는 그 사출 직후의 이러한 압축은 완성된 성형 부품이 개선된 기계적 성질을 갖게 한다.
플라스틱은 탕구(sprue)(710), 러너(711) 및 게이트(712)를 거쳐 공동 내로 사출된다. 블록 및 삽입체 내의 냉각 채널(713)이 성형 형상으로 신속하게 응고되도록 플라스틱을 냉각시킨다. 성형 부품이 종래의 방식으로 코어로부터 떨어져 방출되게 하도록 금형이 개방된 후 방출기 핀(714)이 작동된다. 대체 실시예는 성형 적층체의 1개의 절반부에서 단지 1개의 가동 삽입체를 사용하는 것이다. 단일의 삽입체가 금형 공동 내의 용탕의 만족스러운 압축을 유도시킬 정도로 충분할 수 있다. 단일의 삽입체 시스템의 사용은 금형 내의 용탕을 압축시키는 수단의 설치 비용을 감소시킨다.
본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 능동 재료 요소(예컨대, 압전-세라믹 장치)(708)가 공동 블록(701)과 가동 공동 삽입체(703) 사이에 그리고 코어 블록(702)과 가동 코어 삽입체(704) 사이에 위치된다. 능동 재료 요소(708)는 바람직하게는 배선 도관(709)을 통해 제어기(도시되지 않음)에 의해 구동되는 능동 재료 요소이지만, 무선 제어 방법이 또한 가능하다. 능동 재료 요소(708)는 요소의 작동이 금형 내에 담겨진 용해된 수지의 압축을 유도시키는 방식으로 사출 금형 부품이 이동되게 하는 결과를 가져오게 하기만 하면 금형 조립체 내의 다른 위치에 위치될 수 있다고 또한 생각된다. 예컨대, 도1에 도시된 구성의 대체예 또는 추가예로서, 능동 재료 요소들이 또한 공동 블록(701)과 코어 블록(702) 사이의 계면에 위치될 수 있거나, 단일의 능동 재료 요소가 여러 개의 능동 재료 요소 대신에 사용될 수 있다.
능동 재료 요소(708)는 바람직하게는 형상이 직사각형인 단일의 능동 재료 요소이다. 양호한 실시예에 따르면, 능동 재료 요소는 약 30.0 ㎜의 두께이고, 요구된 정도의 길이일 수 있다. 능동 재료 요소는 1000 V의 전압이 도관(709)을 거쳐 인가될 때 대략 50 ㎛ 만큼의 두께가 증가한다. 그러나, 다수개의 능동 재료 요소 및/또는 다른 형상을 갖는 능동 재료 요소들의 사용은 본 발명의 범주 내에 있는 것으로 생각되므로, 본 발명은 임의의 특정한 구성의 능동 재료 요소(708)에 제한되지 않아야 한다.
바람직하게는, 1개 이상의 별개의 압전-세라믹 센서가 가동 공동 삽입체(703)와 가동 코어 삽입체(704) 사이의 용탕의 존재에 의해 유발되는 압력을 검출하기 위해 및/또는 능동 재료 요소(708)의 작동에 의해 용탕에 부여되는 압축의 정도를 검출하기 위해 능동 재료 요소(708)에 인접하게(또는 전술된 관련 표면 중 임의의 표면들 사이에) 제공될 수 있다. 바람직하게는, 센서는 제어기(도시되지 않음)에 감지 신호를 제공한다. 본 발명의 양호한 실시예에 따라 사용되는 압전 요소(즉, 압전 센서 및/또는 압전 작동기)는 마르코 시스테마날리제 운트 엔트비클룽 게엠베하에 의해 제조된 장치 중 임의의 장치를 포함할 수 있다. 압전 센서는 능동 재료 요소(708)를 사용하여 용탕에 가해지는 압력 및/또는 압축을 검출하고 배선 연결부(709)를 통해 대응하는 감지 신호를 전송하고, 그에 의해 제어기가 폐쇄형 루프 피드백 제어를 수행하게 한다. 능동 재료 요소(708)는 배선 연결부(709)를 통해 작동 신호를 수용할 것이고, 작동 신호에 따라 치수를 변화시키고, 공동 블록(701)과 가동 공동 삽입체(703) 사이에 그리고 코어 블록(702)과 가동 코어 삽입체(704) 사이에 대응하는 힘을 가하고, 그에 의해 가동 공동 삽입체(703)와 가동 코어 삽입체(704) 사이에 배치된 용탕에 부여되는 압축의 정도를 조정 가능하게 제어한다.
압전 센서는 임의의 요구된 위치에서 압력을 감지하도록 제공될 수 있다는 것을 주목하여야 한다. 마찬가지로, 1개 초과의 압전 작동기가 확장된 운동, 각 운동 등을 수행하기 위해 직렬로 또는 종렬로 장착되는 능동 재료 요소(708)를 형성하도록 제공될 수 있다. 나아가, 각각의 압전 작동기는 1개 이상의 아치형, 사다리꼴, 직사각형 등으로 분할될 수 있으며, 그 형상은 표면들 사이의 다양한 위치에서 가변 힘을 제공하도록 개별적으로 제어될 수 있다. 추가예에서, 압전 작동기 및/또는 작동기 세그먼트가 요구될 수 있는 바와 같이 정교한 압축 제어를 수행하도록 2개 이상의 층으로 적층될 수 있다.
배선 도관(709)은 압전 센서 신호를 읽어들이는 및/또는 압전 작동기에 작동 신호를 제공하는 임의의 바람직한 형태의 제어기 또는 처리 회로에 커플링된다. 예컨대, 1개 이상의 범용 컴퓨터, 주문형 반도체(ASIC: Application Specific Integrated Circuit), 디지털 신호 프로세서(DSP: Digital Signal Processor), 게이트 어레이, 아날로그 회로, 전용 디지털 및/또는 아날로그 프로세서, 배선-접속 회로(hard-wired circuit) 등이 여기에 기술된 압전 요소(31)를 제어 또는 감지할 수 있다. 1개 이상의 프로세서를 제어하는 지시가 플로피 디스켓, 하드 드라이브, CD-ROM, RAM, EEPROM, 자성 매체, 광학 매체, 자성-광학 매체 등의 임의의 바람직한 컴퓨터-판독 가능한 매체 및/또는 데이터 구조 내에 저장될 수 있다.
본 실시예에 따른 능동 재료 요소(708)의 사용은 또한 전술된 사출 금형 조립체의 다양한 부품이 더 낮은 공차로 제조되게 하고, 그에 의해 사출 성형 기계 부품 자체를 제조하는 비용을 감소시킨다. 추가의 이익은 더 효율적으로 금형 내에 담겨진 용탕의 압축량을 조정하고 그에 의해 제조될 성형 물품의 품질을 개선시킬 수 있는 능력을 포함한다.
3. 제1 실시예의 공정
동작 중, 수지는 공동을 충전하기 위해 탕구(710), 러너(711) 및 게이트(712)를 거쳐 사출된다. 능동 재료 요소(708)는 서로를 향해 이동하게 하고 그에 의해 이들 사이에서의 플라스틱의 벽 두께를 감소시키기 위해 도관(709)을 거쳐 에너지가 공급된다. 도2는 감소된 벽 두께 패널이 이처럼 형성된 이러한 에너지-공급 또는 작동 위치에서의 능동 재료 요소(708)를 도시하고 있다. 금형 공동의 일측으로부터 작용하는 단일의 삽입체가 또한 낮은 장비 비용으로 용탕을 압축시키고 부품 내에 더 얇은 벽 섹션을 형성하기 위해 대체 실시예에 따라 사용될 수 있으며, 일부의 분야에서 이러한 대체 실시예가 선호된다. 부품이 응고된 후, 금형은 개방되며, 부품은 방출되며, 능동 재료 요소(708)는 에너지가 차단되고 다음의 사이클을 위해 그 이전(후퇴) 위치로 복귀한다. 이러한 기술은 부품의 벽 두께가 종래와 같이 사출될 수 있는 것보다 얇거나 국부 가압 자유 패널(locally stress free panel)을 형성할 것 등이 요구되는 분야에서 사용될 수 있다.
능동 재료 요소(708)가 폐쇄형 루프 제어 구성과 사용될 때, 센서 요소는 가동 공동 판(703)과 가동 코어 판(704) 사이의 압력 및/또는 압축에 대응하여 신호를 발생시키고, 도관(709)을 거쳐 제어기(도시되지 않음)로 신호를 전송하다. 센서로부터 수용된 신호를 기초로 하여, 제어기는 그 다음에 도관(709)을 거쳐 능동 재료 요소(708)로 전송되는 적절한 작동 신호를 발생시키고, 그에 의해 가동 공동 판(703)과 가동 코어 판(704) 사이에 담겨진 용탕의 적절한 압축을 성취하기 위해 센서로부터 수용된 데이터에 따라 능동 재료 요소(708)에 에너지를 공급한다. 예컨대, 제어기는 압축력이 일정하게 유지되도록 또는 시간, 온도 및/또는 사이클의 횟수를 기초로 하여 소정의 일정에 따라 압축을 증가 및/또는 감소시키도록 프로그래밍될 수 있다.
4. 제2 실시예의 구조
본 발명의 제2의 양호한 실시예를 참조하여, 도3 및 도4는 한 쌍의 네크 링(622a, 622b), 로크 링(624), 코어(623), 코어 냉각 튜브(660), 코어 밀봉부(640), 코어 압전-세라믹 작동 슬리브(631), 전원 연결부(633), 코어 스프링 세트(661) 및 로크 링 볼트(662)를 포함하는 코어 절반부를 포함하는 예비-성형체 성형 적층체(601)를 도시하고 있다. 로크 링(624)은 볼트(662)가 코어 판(629)에 로크 링을 체결하는 플랜지(625)를 갖는다. 코어(623)는 스피곳(spigot)(664)에 의해 코어 판(629) 내에 위치되고, 1개 이상의 접시형 스프링 와셔(Belleville type spring washer)를 포함하는 스프링 세트(661)에 의해 코어 판(629)에 대해 압박된다.
압전-세라믹 작동 슬리브(631)는 코어 판 내에 위치되고 작동될 때 코어(623)의 기부에 대해 힘을 가하고, 그에 의해 코어 판(629)으로부터 떨어지게 코어(623)를 압박하고, 그에 의해 스프링 세트(661)를 압축시킨다. 코어는 작동될 때 코어가 도4에 도시된 바와 같이 테이퍼에 대해 전방으로 유지되도록 로크 링(624)의 내부 표면 상의 상보 표면(663)과 접촉하는 테이퍼형 정렬 표면(639)을 갖는다. 압전-세라믹 작동 슬리브(631)는 성형 사이클의 경화 단계 동안에 코어 안정성 및 정렬을 보증하기 위해 이러한 위치에서 코어(623)를 유지시키는 충분한 힘을 제공한다. 압전-세라믹 삽입체(631)는 바람직하게는 형상이 환형 및/또는 튜브형이다. 양호한 실시예에 따르면, 작동기는 약 30.0 ㎜의 길이 그리고 25.0 ㎜의 직경이고, 1000 V의 전압이 도관(633)을 거쳐 인가될 때 대략 50 ㎛ 만큼의 길이가 증가한다.
코어(623)는 또한 활주 밀봉을 수행하고 그에 의해 2개의 표면(666, 667)들 사이의 상대적인 축-방향 운동을 허용하면서 성형 재료가 표면(666, 667)들 사이의 이러한 원통형 계면을 통해 누출되는 것을 방지하기 위해 로크 링(623) 상의 상보 원통형 부분(667)과 접촉하는 원통형 부분(666)을 갖는다.
선택적으로, 1개 이상의 별개의 압전-세라믹 센서가 코어(623)와 공동(665) 사이에 배치된 용탕에 의해 유발되는 압력 및/또는 압축을 검출하도록 제공될 수 있다. 이들 센서는 또한 제어기에 도관(633)에 의해 연결될 수 있다. 본 발명에 따라 사용되는 압전 요소(즉, 압전 센서 및/또는 압전 작동기)는 마르코 시스테마날리제 운트 엔트비클룽 게엠베하에 의해 제조된 장치 중 임의의 장치를 포함할 수 있다. 압전 센서는 코어(623)와 공동(665) 사이에 담겨 있는 용탕 내의 압력/압축을 검출할 수 있고 도관(633)을 통해 대응하는 감지 신호를 전송하고, 그에 의해 폐쇄형 루프 피드백 제어를 수행한다. 압전 작동기는 그 다음에 도관(633)을 통해 작동 신호를 수용하고, 대응하는 힘을 가한다. 압전 센서는 임의의 요구된 위치로부터 압력 및/또는 압축을 감지하도록 제공될 수 있다는 것을 주목하여야 한다. 마찬가지로, 1개 초과의 압전 작동기가 여기에 기술된 임의의 단일의 작동기 대신에 제공될 수 있으며, 작동기는 확장된 운동, 각 운동 등을 수행하기 위해 직렬로 또는 종렬로 장착될 수 있다.
전술된 바와 같이, 전술된 능동 재료 요소를 사용하는 중요한 장점 중 하나는 사출 금형의 부품에 대해 사용되는 제조 공차가 넓혀지게 하고 그에 의해 이들의 가공 비용을 상당히 감소시킨다는 것이다. 전술된 구성으로 된 능동 재료 요소를 사용하는 또 다른 장점은 이들이 용탕에 개선된 압축을 제공하고 그에 의해 크거나 비싼 압축 장치를 요구하지 않고 더 높은 품질의 성형 물품을 가져온다는 것이다.
5. 제2 실시예의 공정
제1 실시예의 공정과 유사하게, 동작 중, 코어(623)는 압전-세라믹 작동 슬리브(631)를 작동-해제시키고 스프링 세트(661)가 코어 판에 대해 코어(623)를 유지시키게 함으로써 도3에 도시된 바와 같은 후방 위치에서 유지된다. 원통형 상보 표면(666, 667)은 유입 수지가 그 계면에서 누출되는 것을 방지한다. 충전 시간 동안에 또는 금형 공동이 충전된 직후 중 어느 하나에서, 압전-세라믹 작동 슬리브(631)는 전방으로 코어(623)를 압박하고 금형 공동 내의 용탕을 압축시키도록 작동된다. 코어는 그 최종의 전방 위치에서 형성될 성형 물품이 요구된 치수 구성을 갖게 하기 위해 요구된 위치에서 중심-설정 및 정렬되는 것을 보증하기 위해 상보 테이퍼형 표면(636, 639)에 의해 정렬된다. 부품이 충분히 냉각된 후, 금형은 개방되며, 부품은 종래와 같이 방출된다.
대체예의 작업은 성형 사이클의 냉각 부분 동안에 금형 코어 삽입체를 전진시켜 성형 물품의 국부 부분이 더 얇은 벽 섹션을 갖게 하기 위해 압전-세라믹 작동 슬리브(631)를 사용하는 것이다. 하나의 이러한 분야는 국부 오목부가 그 내에 수납되는 전자 칩을 수용하기 위해 플라스틱 카드 내에 형성되는 "스마트 카드(smart card)"의 제조일 수 있다.
대체 실시예에서, 센서(도시되지 않음)로서 작용하는 압전-세라믹 요소가 전술된 바와 같이 폐쇄형 루프 피드백 구성을 제공하기 위해 작동 요소와 조합으로 사용된다. 센서 요소는 코어(623)와 공동(665) 사이에 존재하는 용탕의 압력 및/또는 압축에 대응하여 신호를 발생시키고, 전원 연결부(633)를 거쳐 제어기로 신호를 전송한다. 센서로부터 수용된 신호를 기초로 하여, 제어기는 그 다음에 연결부(633)를 거쳐 작동기로 전송되는 다른 신호를 발생시키고, 그에 의해 금형 내에 담겨진 용탕의 효과적인 압축을 성취하기 위해 센서로부터 수용된 데이터에 따라 작동기에 에너지를 공급한다.
예비-성형체의 성형에서의 사출 압축의 이용은 소성 수축을 보상하고, 그에 의해 금형 게이트는 금형 공동 내에서의 수축량을 보상하기 위해 추가의 재료가 공급되도록 개방 상태로 유지될 필요가 없으므로 성형 사이클을 단축시킨다. 충전 동안에 후퇴 위치에서 코어를 유지시킴으로써 제공되는 추가의 체적은 이러한 "수축 보상(shrinkage compensation)"량 제공하고, 그에 의해 게이트가 사이클에서 더 조기에 폐쇄되게 한다. 제2 장점에 따르면, 예비-성형체의 상부 밀봉 표면(TSS: top sealing surface)은 코어가 전진함에 따라 용탕을 압축함으로써 형성되고, 그에 의해 예비-성형체에서의 이러한 중요한 특징의 표면 마무리 품질 및 치수 정확도를 개선시킨다.
6. 결론
이와 같이, 사출 압축 성형을 위한 사출 성형 장치에서 유용한 개선을 수행하기 위해 개별적으로 또는 조합으로 사출 성형 기계에서 능동 재료 요소를 사용하는 방법 및 장치가 기술되었다.
본 발명에 따른 유리한 특징은 1. 성형 코어를 이동시키고 그에 의해 수축을 보상하는 데 사용될 수 있는 충전을 위한 추가의 금형 공동 체적을 제공하기 위해 단독으로 또는 조합으로 사용되는 압전 세라믹 요소; 2. 금형 공동 내에서의 사출 압축 성형 공정을 제공하기 위한 폐쇄형 루프 제어 힘 발생 유닛의 사용; 3. 코어 삽입체가 전진하게 하고 완성된 성형 물품 내의 주위 벽 섹션보다 얇은 국부-형성 벽 섹션을 제공하기 위한 국부 힘 발생 유닛의 사용; 그리고 4. 국부 힘-발생 유닛을 사용하는 벽 섹션 두께의 동적 조정을 포함한다.
본 발명은 대체로 예비-성형체 축에 직각인 원형 단면 형상을 갖는 사출-성형 PET 플라스틱 예비-성형체에 대해 분명한 장점을 제공하지만, 당업자라면 본 발명이 페일(pail), 페인트 캔(paint can), 운반 박스(tote box) 등의 비-원형 단면 형상을 가질 수 있는 다른 성형 제품 그리고 다른 유사한 제품에 균등하게 적용 가능하다는 것을 이해할 것이다. 모든 이러한 성형 제품은 첨부된 청구의 범위의 범주 내에 속한다.
첨부 도면에서 개략적으로 도시되거나 블록에 의해 나타낸 개별 구성 요소는 모두 사출 성형 업계에 주지되어 있으며, 그 특정한 구성 및 동작은 본 발명을 수행하는 동작 또는 가장 우수한 모드에 있어서 중요하지 않다.
본 발명은 양호한 실시예라고 현재까지 생각되는 것에 대해 기술되었지만, 본 발명은 개시된 실시예에 제한되지 않는다는 것이 이해되어야 한다. 반대로, 본 발명은 첨부된 청구의 범위 내에 포함되는 다양한 수정 및 등가 배열을 포함하도록 해석되어야 한다. 다음의 청구의 범위의 범주는 모든 이러한 수정 그리고 등가 구조 및 기능을 포함하도록 된 가장 넓은 해석과 일치되어야 한다.

Claims (18)

  1. 사출 금형 공동 내의 용탕을 압축시키는 방법이며,
    사출 금형에 용탕을 충전하는 단계와,
    금형 내의 적어도 제1 능동 재료 요소(708)를 작동시켜 금형 내의 제1 가동 삽입체(703)를 금형 내의 제1 블록(710)으로부터 밀어내는 단계와,
    금형 내의 제2 능동 재료 요소(708)를 작동시켜 금형 내의 제2 가동 삽입체(704)를 제2 블록(710)으로부터 밀어냄으로써 용탕을 압축하는 단계를 포함하는 용탕 압축 방법.
  2. 제1항에 있어서, 능동 재료 요소(708)의 작동을 중단하는 단계를 포함하는 용탕 압축 방법.
  3. 사출 금형 공동 내의 용탕을 압축시키는 장치이며,
    공동 블록(710)과,
    가동 공동 삽입체(703)와,
    코어 블록(702)과,
    가동 코어 삽입체(704)와,
    가동 공동 삽입체(703)에 인접한 제1 능동 재료 요소(708)와,
    가동 코어 삽입체(704)에 인접한 제2 능동 재료 요소(708)를 포함하고,
    제1 및 제2 능동 재료 요소(708)는 제1 및 제2 능동 재료 요소(708) 중 적어도 하나에 에너지를 공급하여 가동 코어 삽입체(704)와 가동 공동 삽입체(704) 중 적어도 하나를 이동시킴으로써 사출 성형 공동의 크기를 감소시키고 용탕을 압축하기 위해 사용 중에 제어 수단에 접속 가능한 용탕 압축 장치.
  4. 제3항에 있어서, 제1 능동 재료 요소(708)는 가동 공동 삽입체(703)에 인접한 복수의 능동 재료 요소(708)인 용탕 압축 장치.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 제2 능동 재료 요소(708)는 가동 코어 삽입체(704)에 인접한 복수의 능동 재료 요소(708)인 용탕 압축 장치.
  6. 제4항에 있어서, 복수의 능동 재료 요소(708)는 직렬로 장착되는 용탕 압축 장치.
  7. 제4항에 있어서, 복수의 능동 재료 요소(708)는 종렬로 장착되는 용탕 압축 장치.
  8. 제5항에 있어서, 복수의 능동 재료 요소(708)는 직렬로 장착되는 용탕 압축 장치.
  9. 제5항에 있어서, 복수의 능동 재료 요소(708)는 종렬로 장착되는 용탕 압축 장치.
  10. 제3항, 제4항 제6항 또는 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 능동 재료 요소(708)는 직사각형, 아치형 또는 사라리꼴로 구성된 그룹으로부터 선택되는 용탕 압축 장치.
  11. 제3항, 제4항 제6항 또는 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 사용 중에 사출 금형 내의 용탕의 존재에 의해 발생되는 압력을 검출하기 위한 적어도 하나의 센서를 더 포함하는 용탕 압축 장치.
  12. 사출 금형 내에서의 용탕의 수축을 보상하는 방법이며,
    코어(623)를 후방 위치에 유지하는 단계와,
    금형 내의 공동 안으로 수지를 흘려 넣는 단계와,
    코어(623) 상의 테이퍼형 정렬 표면(639)과 로크 링(624) 상의 상보적인 테이퍼형 정렬 표면(636)을 결합시켜 수지의 경화 단계 동안 코어 안정성과 정렬을 제공하기 위해 로크 링(624)을 변위시키도록 압전-세라믹 액츄에이터(631)를 작동시키는 단계를 포함하는 용탕 수축 보상 방법.
  13. 사출 금형의 공동 내에서의 용탕 수축을 보상하는 장치이며,
    코어 판(629)에 인접한 코어(632)와,
    코어(632)의 표면 상에 배치되는 테이퍼형 정렬 표면(639)과,
    코어(632)의 일부의 주위에 배치되는 로크 링(624)과,
    로크 링(624)의 표면 상에 배치되는 상보적인 테이퍼형 정렬 표면(636)과,
    코어 판(629)과 코어(632) 사이에 배치된 적어도 하나의 압전-세라믹 액츄에이터(631)를 포함하고,
    압전-세라믹 액츄에이터(631)의 작동은 로크 링(624)을 변위시켜, 테이퍼형 정렬 표면(639)과 상보적인 테이퍼형 정렬 표면(636)을 결합시켜 경화 단계 동안 코어 안정성 및 정렬을 제공하는 용탕 수축 보상 장치.
  14. 제13항에 있어서, 로크 링(624)과 코어(623)의 중간에 배치되는 코어 스프링 세트(661)를 더 포함하고, 코어 스프링 세트(661)는 사용 중에 테이퍼형 정렬 표면(639)으로부터 상보적인 테이퍼형 정렬 표면(636)을 분리시키는 용탕 수축 보상 장치.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서, 사용 중에 용탕 압력을 검출하기 위한 센서를 더 포함하는 용탕 수축 보상 장치.
  16. 제13항 또는 제14항에 있어서, 사용 중에 압축을 검출하기 위한 센서를 더 포함하는 용탕 수축 보상 장치.
  17. 제13항 또는 제14항에 있어서, 압전-세라믹 액츄에이터(631)는 직렬로 장착되는 복수의 능동 재료 요소인 용탕 수축 보상 장치.
  18. 제13항 또는 제14항에 있어서, 압전-세라믹 액츄에이터(631)는 종렬로 장착되는 복수의 능동 재료 요소인 용탕 수축 보상 장치.
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