KR100802872B1 - 능동 재료 요소에 의해 통기구 갭을 제어하기 위한 방법 및장치 - Google Patents

능동 재료 요소에 의해 통기구 갭을 제어하기 위한 방법 및장치 Download PDF

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Abstract

사출 성형 기계를 위한 주형 내의 통기구 갭을 제어하기 위한 방법 및 장치가 제공되고, 통기구 갭의 개방 정도를 조절하도록 구성된 능동 재료 삽입물을 포함한다. 능동 재료 삽입물은 성형 공정 중에 통기구 갭의 개방을 선택적으로 차단하도록, 제어기로부터의 신호에 응답하여 작동되도록 구성된다. 배선 구조물이 능동 재료 삽입물에 결합되어, 작동 신호를 운반하도록 구성된다. 용융물 유동 센서 또한 통기구 갭을 조절하는 것을 보조하도록 제공될 수 있고, 통기구 갭의 작동에 대한 실시간 폐쇄 루프 제어를 제공하기 위해 제어기에 연결될 수 있다. 양호하게는, 방법 및 장치는 주형 공동 내의 용융물의 유동을 제어하기 위한 시스템의 일부로서 사용된다.
사출 성형, 주형, 통기구 갭, 능동 재료 삽입물, 압전 센서, 압전 액츄에이터

Description

능동 재료 요소에 의해 통기구 갭을 제어하기 위한 방법 및 장치 {METHOD AND APPARATUS FOR CONTROLLING A VENT GAP WITH ACTIVE MATERIAL ELEMENTS}
본 발명은 능동 재료 요소가 주형 내의 통기구 갭을 조정하기 위해 사출 성형 기계 장비(예를 들어, 고온 러너 노즐 조립체) 내에서 사용되는 방법 및 장치에 관한 것이다. "능동 재료"는 압전 액츄에이터, 압전 세라믹, 전왜체, 자왜체, 형상 기억 합금 등과 같은 형상 변경 재료의 그룹이다. 본 발명에서, 이들은 사출 주형 내의 통기구 갭을 조정하기 위해 사용되고, 이에 의해 성형 물품의 품질을 개선한다. 능동 재료 요소는 또한 센서로서 사용될 수 있다.
능동 재료는 한 가지 형태의 에너지를 다른 형태로 변환할 수 있는 트랜스듀서로서 특징지어 진다. 예를 들어, 압전 액츄에이터 (또는 모터)는 입력 전기 에너지를 기계 에너지로 변환하여, 요소 내에서 치수 변화를 일으키고, 압전 센서 (또는 발전기)는 기계 에너지 - 요소의 치수 형상의 변화 - 를 전기 에너지로 변환한다. 압전 세라믹 트랜스듀서의 일례는 베르크하우스의 미국 특허 제5,237,238호에 도시되어 있다. 압전 액츄에이터의 하나의 공급처는 독일 데-85221 다하우 한스-뵈클러 슈트라세 2 소재의 마르코 쥐스템아날뤼제 운트 엔트비클룽 게엠베하(Marco Systemanalyse und Entwicklung GmbH)이고, 그의 광고 자료 및 웹사이트 가 그러한 장치를 설명한다. 전형적으로, 압전 세라믹 삽입물에 대한 1,000 볼트 전위의 인가는 이를 두께에서 대략 0.0015"/인치(0.15％)로 "성장"시킨다. 다른 공급처인 메인주 메드포드 소재의 미데 테크놀로지 코포레이션(Mide Technology Corporation)은 자왜체 및 형상 기억 합금을 포함한 다양한 능동 재료를 가지고 있으며, 그의 광고 자료 및 웹사이트는 재료 사양 및 다른 공개된 세부 사항을 포함하여, 그러한 장치를 설명한다.
도1a 내지 도5는 통기 문제점을 설명하기 위해 종래 기술의 주형을 도시한다. 도1a 내지 도1c는 주형의 3가지 도면을 도시한다. 좌측 도면은 코어측의 평면도이고, 우측 도면은 공동측의 평면도이다. 중심 도면은 폐쇄 조립된 주형을 통한 단면을 도시한다. 주형은 공동 블록(410) 및 코어 블록(411)과, 여러 배출기 핀(412, 413, 414)을 포함한다. 양쪽 주형 반부들은 냉각 채널(415, 416)을 포함한다. 공동 블록(410)은 통기구(417), 통기구 집합 채널(418), 및 통기구 배기 통로(419)를 포함한다. 공동 블록(410)은 또한 용융물을 도입하기 위한 용융물 탕구 채널(420)을 포함한다. 코어 블록(411)은 용융물 러너(421), 게이트(422), 및 코어 블록(411) 내에 가공된 탕구 인입기(423)를 포함한다. 폐쇄된 주형은 성형되는 부품을 성형할 주형 공동(424)을 봉입한다.
도2는 폐쇄된 주형 공동 내로 주입되는 플라스틱 재료가 탕구 채널(420), 러너(421), 및 관통 게이트(422)를 거쳐 진입하는 것을 도시한다. 수지(425)가 공동(424)을 충전하기 시작하면, 이는 그 공간을 이전에 점유했던 공기(426)를 변위시킨다. 용융물은 그의 유동 경로 전방의 공기를 밀어낸다. 통기구(417)는 수지 가 주형 공동(424)을 완전히 충전할 때까지, 공기가 탈출하고 통로가 개방 유지되도록 통로를 제공하기 위해 주형 내에 위치된다. 따라서, 통기구(417)는 보통 수지가 주형 공동으로 진입하는 지점인 게이트(422)로부터 가장 먼 거리에서 주형 공동(424) 주연부의 일부에 보통 위치된다. 통기구가 어떠한 다른 지점에 위치되었다면, 유입되는 수지는 통기구로 도달하여, 이를 차단하고 주형 공동 내의 임의의 잔여 공기가 그를 통해 탈출하는 것을 방지할 수 있다.
통기구(417)는 수지가 그러한 위치에 도달했을 때, 통기구 또는 그의 후방의 통기구 집합부(418) 내로 유동하지 않도록 크기가 결정된다. 통기구 갭(430)은 전형적으로 0.025 mm - 0.075 mm(0.001" - 0.003")이고, 이는 공기가 통과하도록 허용하기에 충분히 큰 공간이지만 대부분의 수지가 그를 통해 유동할 수 있는 것을 방지하기에 충분히 작은 공간이다. 통기구의 깊이는 랜드(431)로 불리고, 전형적으로 0.625 mm - 1.250 mm(0.025" - 0.050")이다. 통기구 집합부(418)는 통기구를 통과한 공기에 대한 비제한적인 통과를 허용하기 위한 통기구(417) 후방의 훨씬 더 큰 채널이다. 통기구 배기 통로(419)는 통기구 집합부(418)를 주형 외부에 연결하고, 따라서 공기가 주위 환경으로 배기될 수 있다. 배기된 공기는 도2의 화살표(A)에 의해 표시된 바와 같이 주형을 빠져나간다. 주입된 용융물이 통기구에 도달했을 때, 이는 작은 갭으로 진입하기에는 너무 점성이다. 도3은 충전된 공동을 도시한다. 도4는 주형 개방 및 고화된 부품(441)을 주형의 코어 반부로부터 밀어내도록 활성화된 배출기 핀을 도시한다.
도5는 주입된 용융물이 통기구 및 통기구 집합부로 진입할 때 발생하는 것을 도시한다. 이는 용융물 주입 압력이 주형을 폐쇄 유지하는 클램핑력을 극복하기에 충분히 높아서 주형 반부들이 이격되면 발생할 수 있고, 결과적으로 통기구 갭을 증가시키고 용융물이 진입하도록 허용한다. 대안적으로, 처리되는 용융물의 점성은 통기구 갭이 설계된 것보다 훨씬 더 낮을 수도 있다. 때때로, 이러한 성형된 주물귀(440)는 성형 부품(441)에 부착되어 유지되고, 도5에 도시된 바와 같이 그와 함께 배출된다. 다른 경우에, 주물귀는 떨어져서, 통기구 및 통기구 집합부 내에 잔류하여 이를 다음의 성형 사이클에 대해 차단하고, 결과적으로 주형 통기는 열악하게 기능하고, 결함있는 부품을 성형할 수 있다.
발생할 수 있는 다른 통기 문제점은 통기구 갭이 주형의 호빙에 의해 감소 또는 제거될 때이다. 통기구가 주형의 분리선(490) 상에 위치되기 때문에, 주형의 반복되는 개방, 폐쇄, 및 클램핑은 순환함에 따라, 분리선 표면을 점진적으로 붕괴시킬 수 있다. 이의 효과는 통기구 갭을 감소시키는 것이다. 주형이 마모됨에 따라 주기적으로, 그의 통기구는 정확한 통기구 갭을 복원하기 위해 재가공된다. 통기구 갭이 제거 또는 감소되면, 사출 공정 중의 주형 공동의 결과적인 열악하거나 전혀 없는 통기는 결함있는 부품이 성형되게 할 수 있다.
"내부로부터 통기"라는 제목의 윌리엄 제이. 토빈의 '플라스틱 가공 및 장비' 논문은 사출 주형 내의 통기에 대한 포괄적인 고찰을 포함한다.
브랜다우 등의 미국 특허 제5,238,389호는 취입 성형 반부들을 그들 사이에서 통기구로서 작용하도록 소정의 갭을 남겨 두고서, 조정 가능한 폐쇄 위치로 폐쇄하기 위한 취입 주형 클램프 메커니즘을 개시한다. 취입 성형에서, 공동 내의 재료는 공동 형상과 일치하도록 압축 유체에 의해 크기가 팽창되고 있는 가열된 패리슨 또는 예비 성형물이다. 팽창하는 예비 성형물에 의해 변위된 공기를 배기시키기 위해 주형을 통기시킬 필요가 있지만, 재료가 통기구 갭으로 진입할 위험은 재료가 가열된 유체 상태에 있는 사출 주형에서보다 훨씬 더 낮다.
다께시마 등의 미국 특허 제4,489,771호는 주입된 재료가 통기구에 도달하면 사출 주형의 통기구를 자동으로 폐쇄하기 위한 수단을 개시한다. 복잡하고 공간을 소비하는 메커니즘이 이러한 기능을 수행하기 위해 각각의 통기구 위치에서 사용된다.
리오비의 EP 0 448 855호는 주형 내의 기체 통기구 통로를 개방 및 폐쇄시키기 위한 기체 통기 제어 밸브를 개시한다. 통기구가 폐쇄되도록 신호를 받은 때로부터 그가 실제로 폐쇄될 때가지 걸리는 시간이 측정되어, 미리 설정된 주기와 비교된다. 걸린 실제 시간이 소정의 주기를 초과하면, 경보가 울려서, 작동 이상을 신호한다.
시교의 미국 특허 제4,995,445호는 주형 공동 내의 용융 재료로부터의 압력에 응답하여 통기구 통로를 폐쇄하도록 작동되는 주형 내의 기체 통기 밸브를 개시한다. 복잡하고 공간을 소비하는 메커니즘이 주형 공동의 주연부에서 주형 내에 장착된다.
브루의 미국 특허 제5,397,230호는 왕복 핀을 포함하는 주형을 위한 통기 장치를 개시한다. 통기 핀은 통기 개구를 폐쇄하기 위해 주형 공동 내의 최고 수지 수준에 반응한다. 통기 핀이 폐쇄된 동안, 세척 유체가 통기구 통로를 통해 순환 되어, 수지 파편을 그의 경화 이전에 세척한다. 장치는 주형 공동의 측면에 부착되는 비교적 큰 핀 및 작업 실린더 배열을 포함한다.
가쯔마따의 미국 특허 제5,683,730호는 기계식으로 작동되는 폐쇄 가능한 통기구 배열을 개시한다. 유입되는 용융물 압력에 반응하여 통기구를 폐쇄하는 핀을 작동시키도록 이동하는 검출 챔버가 있다. 주형 구조물 내의 공간을 차지하는 비교적 큰 장치가 사용된다.
따라서, 필요한 것은 유입되는 용융 재료가 통기 수단에 도달했을 때 주형 내의 통기구 통로를 폐쇄할 수 있으며, 양호하게는 조정 가능한 제어부를 포함하며 양호하게는 내장 센서 및 폐쇄 기능의 폐쇄 루프 제어부를 갖는 새로운 기술이다.
본 발명의 목적은 전술한 문제점을 극복하고, 사출 성형 기계 내의 통기구 갭의 개방을 조정하기 위한 효과적이고 효율적인 수단을 제공하기 위한 사출 성형 기계 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 제1 태양에 따르면, 통기구 갭에 인접하여 배치되고 통기구 갭을 적어도 부분적으로 폐쇄하기 위한 작동 신호의 인가 시에 치수를 변화시키도록 구성된 능동 재료 요소와, 상기 능동 재료 요소에 전기 신호를 공급하도록 구성된 송신 구조물을 포함하는, 사출 성형 기계 통기구 갭을 제어하기 위한 구조물 및/또는 단계가 제공된다. 여기서, 송신 구조물은 제어기, 배선 등을 포함한다.
본 발명의 제2 태양에 따르면, 주형 공동과 연통하는 주형 통기구를 적어도 부분적으로 차단하도록 배치된 압전 액츄에이터를 포함하는 성형 기계 통기구 갭 제어 장치를 위한 구조물 및/또는 단계가 제공된다.
본 발명의 제3 태양에 따르면, 제1 주형 반부, 제2 주형 반부, 제1 주형 반부 및 제2 주형 반부 중 적어도 하나로부터 기체를 통기시키기 위한 통기구와, 작동 신호의 인가 및 제거 시에 치수를 변화시키도록 구성된 압전 소자를 포함하는 사출 주형 기계를 위한 구조물 및/또는 단계가 제공되고, 상기 치수 변화는 상기 통기구를 그를 통한 기체의 통기를 제어하기 위해 적어도 부분적으로 폐쇄 또는 개방한다.
본 발명의 현재 양호한 특징의 예시적인 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 설명될 것이다.
도1a, 도1b, 및 도1c는 종래의 통기구를 갖는 종래 기술의 주형의 3가지 개략도를 도시한다.
도2는 유입되는 재료가 주형 공동을 부분적으로 충전한, 도1b의 주형의 단면도이다.
도3은 재료가 주형 공동을 충전한, 도1b의 주형의 단면도이다.
도4는 주형이 부분 개방 위치에 있으며 성형 부품이 배출되는, 도1b의 주형의 단면도이다.
도5는 주형이 부분 개방 위치에 있으며 주물귀로 성형된 통기구 부분을 갖는 성형 부품이 배출되는, 도1b의 주형의 단면도이다.
도6은 통기구 갭이 능동 재료 삽입물을 사용하여 조절되는, 본 발명의 일 실 시예를 도시하는 주형의 단면도이다.
도7은 유입되는 재료가 주형 공동을 부분적으로 충전한, 도6의 주형의 단면도이다.
도8은 통기구가 능동 재료 삽입물을 사용하여 조절되는, 본 발명의 제2의 다른 실시예를 도시하는 주형의 단면도이다.
1. 도입
본 발명은 이제 플라스틱 사출 성형 기계가 사출 주형 내의 통기구 갭을 조절하도록 역할하는 하나 이상의 능동 재료 요소를 공급받는, 여러 실시예에 대해 설명될 것이다. 그러나, 능동 재료 센서 및/또는 액츄에이터는 통기가 바람직할 수 있는 사출 성형 장치 내의 임의의 위치에 위치될 수 있다. 그러한 능동 재료 요소에 대한 다른 적용은 (1) "능동 재료 요소를 사용하여 주형 휨 및 오정렬을 상쇄하기 위한 방법 및 장치", (2) "능동 재료 요소를 사용하는 조정 가능한 고온 러너 조립체 시일 및 팁 높이를 위한 방법 및 장치", (3) "능동 재료 요소를 사용하여 사출 성형 기계로부터의 배출을 보조하기 위한 방법 및 장치", (4) "능동 재료 요소를 사용하는 주형 구성요소 로킹을 위한 방법 및 장치", (5) "능동 재료 요소를 사용하여 사출 성형 기계 내의 용융물을 진동시키기 위한 방법 및 장치", (6) "능동 재료 요소를 사용하는 사출 압축 성형을 위한 방법 및 장치", 및 (7) "성형 시스템 내에서 능동 재료 요소를 이용하기 위한 제어 시스템"의 명칭인 관련 출원에서 언급되고, 이들은 모두 본 출원과 동시에 출원되어 있다.
전술한 바와 같이, 통기구 갭을 조정하기 위한 능동 재료 수단 및 방법을 제공함으로써 예방적인 방식으로 사출 성형 기계 주형 내의 하나 이상의 통기구 갭을 조정하기 위한 방법 및 장치에 대한 필요가 기술 분야에 있다. 다음의 설명에서, 압전 세라믹 삽입물이 양호한 능동 재료로서 설명된다. 그러나, 자왜체 및 형상 기억 합금과 같은, 능동 재료 그룹으로부터의 다른 재료가 본 발명에 따라 사용될 수도 있다. 가능한 다른 능동 재료 및 그의 특징의 목록이 아래의 표1에서 설명되고, 이러한 능동 재료들 중 하나가 본 발명에 따라 사용될 수 있다.
능동 재료의 비교
재료 온도 범위(℃) 비선형성 (이력현상) 구조적 완결성 비용/체적 ($/cm3) 기술적 성숙도
압전 세라믹 PZT-5A -50 - 250 10％ 취성 세라믹 200 상업용
압전-단결정 TRS-A -- <10％ 취성 세라믹 32000 연구용
전왜체 PMN 0 - 40 2차 <10％ 취성 세라믹 800 상업용
자왜체 터피놀-D -20 - 100 2％ 취성 400 연구용
형상 기억 합금 니티놀 온도 제어 높음 OK 2 상업용
자성 활성화 SMA NiMnGa <40 높음 OK 200 예비 연구용
압전 중합체 PVDF -70 - 135 >10％ 양호 15* 상업용
(자료 출처: www.mide.com)
2. 제1 실시예의 구조
본 발명의 제1 실시예는 통기구 위치에서 주형 공동 블록(460) 내에 장착된 압전 세라믹 액츄에이터(450)를 도시하는, 도6 및 도7에 도시되어 있다. 압전 세라믹 액츄에이터는 배선(451)을 거쳐 제어기(452)에 전기적으로 연결된다. 용융물 센서(453)가 압전 세라믹 액츄에이터(450) 가까이의 공동 블록(460) 내에서 유입되는 용융물이 압전 세라믹 액츄에이터(450)에 도달하기 전에 그를 검출하는 위치에 장착된다. 센서(453) 또한 도관(454)을 거쳐 제어기(452)에 연결된다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 주형 공동은 여러 위치에서 다중 압전 세라믹 삽입물 제어식 통기구를 포함할 수 있다. 이러한 삽입물들은 모두 동일한 제어기에 연결되고, 그들의 작동은 각각의 위치에서 이용 가능한 통기량을 변경하기 위해 개별 통기구 갭을 조정하도록 제어기에 의해 동기화되고 조화된다. 이는 결국 용융물 전면이 주형 공동의 충전 시에 어떻게 진행할 지에 대해 어느 정도 영향을 줄 것이다. 따라서, 다양한 통기구 갭의 조화로운 작동에 의해 몇몇 영역에서 가속하고 다른 영역에서는 감속하여 용융물 전면을 제어하는 것이 가능하다.
본 발명에 따른 현재 양호한 실시예에 따르면, 압전 세라믹 액츄에이터(450)는 배선(451)에 의해 제어기(452)에 연결되지만, 무선 제어 방법도 가능하다. 선택적으로, 하나 이상의 분리된 압전 세라믹 센서(도시되지 않음)가 통기구 갭 개방의 변화를 검출하기 위해 제공될 수 있고, 제공되면 배선(451)에 의해 제어기(452)에 연결된다. 본 발명에 따라 사용되는 압전 요소 (즉, 압전 센서 및/또는 압전 액츄에이터)는 마르코 쥐스템아날뤼제 운트 엔트비클룽 게엠베하에 의해 제조되는 장치들 중 하나를 포함할 수 있다. 압전 센서는 통기구 갭의 상태를 검출하여, 대응하는 감지 신호를 배선(451)을 통해 송신하고, 이에 의해 폐쇄 루프 피드백 제어를 수행한다. 압전 액츄에이터는 배선(451)을 통해 작동 신호를 수신하고, 통기구 갭의 개방을 조정하기 위한 대응하는 힘을 인가한다. 압전 센서는 임의의 원하는 위치로부터의 압력을 감지하도록 제공될 수도 있다는 것을 알아야 한다. 유사하게, 하나 이상의 압전 액츄에이터가 연장 이동, 각도 이동 등을 수행하기 위해, 연속적으로 또는 직렬로 제공되어 장착될 수 있다.
압전 세라믹 액츄에이터(450)는 양호하게는 단일 액츄에이터이다. 현재 양호한 실시예에 따르면, 액츄에이터는 1000V의 전압이 배선(451)에 인가될 때 대략 0.015％만큼 크기가 증가한다. 그러나, 다중 액츄에이터 및/또는 다른 형상을 갖는 액츄에이터들의 사용이 본 발명의 범주 내에서 고려되고 있으며, 그러므로 본 발명은 압전 세라믹 액츄에이터(450)의 임의의 특정 구성으로 제한되지 않는다.
압전 세라믹 센서는 임의의 원하는 위치에서의 압력을 감지하기 위해 제공될 수 있다는 것을 알아야 한다. 유사하게, 하나 이상의 압전 세라믹 액츄에이터(450)가 연장 이동, 각도 이동 등을 수행하기 위해, 연속적으로 또는 직렬로 제공되어 장착될 수 있다. 아울러, 각각의 압전 세라믹 요소는 하나 이상의 아치형, 사다리꼴, 사각형 등의 형상으로 단편화될 수 있고, 이는 통기구 갭 사이의 다양한 위치에서 가변 통기구 폐쇄력을 제공하도록 분리되어 제어될 수 있다. 추가적으로, 압전 액츄에이터 및/또는 액츄에이터 단편은 바람직할 수 있는 바와 같이, 미세한 밀봉력 제어를 수행하기 위해 둘 이상의 층으로 적층될 수 있다.
배선(451)은 압전 센서 신호를 판독하고 그리고/또는 작동 신호를 압전 액츄에이터에 제공하기 위해 임의의 바람직한 형태의 제어기 또는 처리 회로(452)에 결합된다. 예를 들어, 하나 이상의 범용 컴퓨터, 주문형 집적 회로(ASIC), 디지털 신호 프로세서(DSP), 게이트 어레이, 아날로그 회로, 전용 디지털 및/또는 아날로그 프로세서, 고정 배선 회로 등이 본원에서 설명되는 압전 세라믹 액츄에이터(450)를 제어하거나 감지할 수 있다. 하나의 이상의 프로세서를 제어하기 위한 지시가 플로피 디스켓, 하드 드라이브, CD-ROM, RAM, EEPROM, 자기 매체, 광학 매체, 자기-광학 매체 등과 같은 임의의 바람직한 컴퓨터 판독 가능 매체 및/또는 데이터 구조물 내에 저장될 수 있다.
본 실시예에 따른 압전 세라믹 액츄에이터(450)의 사용은 전술한 사출 주형 조립체의 다양한 구성요소들이 낮은 공차로 제조되도록 허용하고, 이에 의해 사출 주형 구성요소 및 관련 기계를 제조하는 비용을 감소시킨다. 이전에, 5 - 30 미크론의 공차가 기능적인 통기구 갭을 달성하기 위해 사용되었다. 다른 이점은 통기구 갭의 크기를 더욱 효율적으로 제어하여, 통기구 갭으로부터의 용융물의 누출 또는 통기구 갭의 막힘을 방지하고, 이에 의해 임의의 장비 정지 시간의 길이를 감소시키는 능력을 포함한다.
3. 제1 실시예의 프로세스
작동 시에, 압전 세라믹 액츄에이터(450)는 최적 통기구 갭을 제공하도록 주형 공동 블록(460) 내에서 크기가 결정되어 위치되고, 이는 용융물이 통기구 갭으로 진입하도록 허용하는 공칭의 0.025 mm - 0.075 mm(0.001" - 0.003") 범위보다 클 수 있다. 이러한 최적 통기구 갭에서, 주형 공동으로부터 배기되는 공기는 통기구 갭 및 통기구 집합부(455)를 통과할 때 유동에 대한 저항을 겪지 않는다. 도7은 통기구 영역을 향해 전진하는 주입된 플라스틱 용융물(491)을 도시한다. 용융물이 온도 또는 압력의 신속한 상승을 검출할 수 있는 센서(453)에 접근하여 실제로 접촉하면, 센서(453)는 신호를 배선(451)을 거쳐 제어기(452)로 송신한다.
압전 센서가 폐쇄 루프 제어 구성으로 액츄에이터와 함께 사용되면, 센서 요소는 (온도, 압력 등의 변화에 기초할 수 있는) 주입된 플라스틱 용융물(491)과의 접촉에 응답하여 신호를 발생시키고, 신호를 배선(451)을 거쳐 제어기(452)로 송신한다. 센서로부터 수신된 신호에 기초하여, 제어기는 그 다음 배선(451)을 거쳐 액츄에이터 요소로 송신되는 적절한 작동 신호를 발생시켜서, 적절한 통기구 갭 제어를 달성하기 위해 센서로부터 수신된 데이터에 따라 액츄에이터 요소로 급전한다. 예를 들어, 제어기(452)는 통기구 갭에서의 밀봉력을 검출된 온도, 압력 등에 따라 증가 및/또는 감소시키도록 프로그램될 수 있다.
제어기(452)는 센서의 신호를 수신하고, 그의 크기를 평가하고, 결과적으로 명령 신호를 배선(451)을 거쳐 압전 세라믹 액츄에이터(450)로 보내기 위한 컴퓨터 또는 PLC 또는 유사한 장치를 포함할 수 있다. 명령 신호는 주형 내로 주입되는 수지 및/또는 제어기로 입력될 수 있는 다양한 다른 파라미터에 따라, 통기구 갭을 부분적으로 감소시키거나 통기구 갭을 완전히 폐쇄하기에 충분하게 압전 세라믹 액츄에이터로 급전할 수 있다. 예를 들어, 주입 속도, 용융물 온도, 주형 온도, 및 주입 압력은 이들 모두가 용융물이 주형 공동을 충전하고 결과적으로 통기의 시점 및 갭 설정 파라미터에 영향을 주는 방식에 대해 효과를 가지므로, 감지되어 제어기로 입력될 수 있는 파라미터이다. 이러한 파라미터 중 일부 또는 전부는 실제로 압전 세라믹 액츄에이터(450)로 송달되는 명령 신호에 대한 제어기의 계산에 포함될 수 있다. 압전 세라믹 액츄에이터(450)로의 명령 신호는 플라스틱이 통기구 및 집합부로 진입하는 것을 방지하도록 삽입물을 활성화하거나, 이는 위에서 나열된 것과 같은 다른 감지된 파라미터에 기초하여 충전 프로세스에서 조기에 활성화될 수 있어서, 통기구 갭의 변경은 공기가 주형으로부터 배기되는 속도를 변경하고, 이는 결국 용융물 전면이 방향 또는 속도를 변경하게 할 수 있어서, 용융물이 공동을 충전하는 방법에 대한 제어를 수행한다.
4. 제2 실시예의 구조
본 발명에 따른 제2의 양호한 실시예가 용융물이 2개의 위치로부터 공동으로 진입하도록 2개의 게이트(470, 471)를 갖는 주형 공동(474)을 도시하는 도8에 도시되어 있다. 각각의 용융물 전면(472, 473)은 실제로 주형 공동(474)의 중간 근방의 일정 지점에서 만난다. 명확하게, 주형 공동 내의 공기는 양쪽 용융물 전면에 의해 밀려서, 통기구가 없는 공동의 중간에 포착될 수 있다. 공기를 배기시키기 위해, 통기구(475)가 용융물 전면(472, 473)들이 만날 것으로 예상되는 위치에 제공된다. 압전 세라믹 액츄에이터(476)가 통기구 갭을 제어하기 위해 통기구(475)에 위치된다. 압전 세라믹 액츄에이터는 전술한 바와 같이 통기구 갭을 제어하기 위해 도관(477)을 거쳐 제어기(483)에 연결된다. 통기구 집합부 채널(478)은 공기가 통기구를 빠져나가도록 확대된 통로를 제공한다. 화살표(B)는 용융물 전면들이 서로 접근할 때 주형 공동으로부터 배기되는 공기를 표시한다.
센서(479, 480)가 통기구(475)의 각 측면에 위치되고, 각각의 용융물 전면의 접근을 신호화하기 위해 각각 도관(481, 482)을 거쳐 제어기(483)에 연결된다. 본 발명에 따라 사용되는 압전 요소 (즉, 압전 센서 및/또는 압전 액츄에이터)는 마르코 쥐스템아날뤼제 운트 엔트비클룽 게엠베하에 의해 제조되는 장치들 중 하나를 포함할 수 있다. 압전 센서는 노즐 조립체 내의 다양한 경계부에서의 압력을 검출하여 대응하는 감지 신호를 도관(481, 482)을 통해 송신할 수 있고, 이에 의해 폐쇄 루프 피드백 제어를 수행한다. 압전 액츄에이터는 그 다음 도관(481, 482)을 통해 작동 신호를 수신하고, 대응하는 힘을 인가한다. 압전 센서는 임의의 원하는 위치로부터의 압력 또는 온도를 감지하기 위해 제공될 수 있다는 것을 알아야 한다. 유사하게, 하나 이상의 압전 액츄에이터가 본원에서 설명되는 임의의 단일 액츄에이터 대신에 제공될 수 있고, 액츄에이터들은 연장 이동, 각도 이동 등을 수행하기 위해, 연속적으로 또는 직렬로 장착될 수 있다.
전술한 바와 같이, 전술한 능동 요소 삽입물을 사용하는 중요한 장점 중 하나는 통기구 갭에 대해 사용되는 제조 공차가 확대되도록 허용하고, 이에 의해 주형 내의 그러한 특징을 가공하는 비용을 현저하게 감소시키는 것이다.
5. 제2 실시예의 프로세스
제1 실시예에 프로세스와 유사하게, 작동 시에, 제어기는 통기구(475)에 대한 용융물 전면의 접근을 표시하는 센서 신호를 수신하고, 이러한 신호에 기초하여, 통기구 갭의 크기를 변경하기 위한 명령을 압전 세라믹 액츄에이터(476)로 보내고, 이에 의해 용융물이 통기구 갭으로 진입하지 않도록 보장한다. 본 실시예에 따르면, 급전되는 압전 세라믹 액츄에이터(476)는 양호하게는 대략 1000V가 그에 인가되면, 약 0.15％의 길이의 증가를 발생시킬 것이다.
압전 세라믹 액츄에이터(476)는 최적 통기구 갭을 제공하도록 주형 공동 블록(460) 내에서 크기가 결정되어 위치된다. 통기구 갭이 적절하게 크기가 결정되면, 주형 공동으로부터 배기되는 공기(화살표 B)는 통기구(475)를 통과할 때 유동에 대한 저항을 겪지 않는다. 도8은 통기구 영역을 향해 전진하는 주입된 플라스틱 용융물 전면(472, 473)을 도시한다. 용융물이 센서(479, 480)에 접근하여 실제로 접촉하면, 센서는 온도 또는 압력의 신속한 상승을 검출하고, 신호를 도관(481, 482)을 거쳐 제어기(483)로 송신한다.
제어기(483)는 센서의 신호를 수신하고, 그의 크기를 평가하고, 결과적으로 명령 신호를 도관을 거쳐 압전 세라믹 액츄에이터(476)로 보내기 위한 컴퓨터 또는 프로그램식 논리 제어기(PLC) 또는 유사한 장치를 포함할 수 있다. 명령 신호는 주형 내로 주입되는 수지 및/또는 제어기로 입력될 수 있는 다양한 다른 파라미터에 따라, 통기구 갭을 부분적으로 감소시키거나 통기구 갭을 완전히 폐쇄하기에 충분하게 삽입물을 급전할 수 있다.
6. 결론
따라서, 설명된 것은 사출 주형 내에서의 조정 가능한 통기의 제공을 포함한, 사출 성형 장치에서의 유용한 개선을 달성하기 위해, 사출 성형 기계 내에서 능동 재료 요소들을 분리하여 그리고 조합하여 사용하기 위한 방법 및 장치이다.
본 발명에 따른 유리한 특징은 다음을 포함한다.
1. 사출 주형 내의 어디에서든지 통기구 갭을 제어하기 위해 단독으로 또는 조합하여 사용되는 압전 세라믹 요소, 2. 주형 공동 내에서의 주입된 플라스틱의 용융물 전면의 이동을 유도하기 위한 하나 이상의 통기구 갭의 사용, 3. 능동 재료 요소에 의해 조절되는 통기구 갭을 포함하는 사출 주형, 4. 국소 힘 발생 유닛을 사용한 통기구 갭의 동적 조정.
본 발명은 예비 성형물 축에 대해 직교하는 원형 단면 형상을 대체로 갖는 사출 성형 PET 플라스틱 예비 성형물에 대한 뚜렷한 장점을 제공하지만, 당업자는 본 발명이 양동이, 페인트 통, 부품 상자, 및 다른 유사한 제품과 같은, 가능하게는 비원형 단면 형상을 갖는 다른 성형 제품에 동등하게 적용될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 모든 그러한 성형 제품들은 첨부된 청구범위의 범주 내에 든다.
첨부된 도면에서 윤곽선으로 도시되거나 블록에 의해 표시된 개별 구성요소들은 모두 사출 성형 분야에 공지되어 있으며, 그들의 특정 구성 및 작동은 본 발명을 수행하기 위한 작동 또는 최적 모드에 대해 중요하지 않다.
본 발명은 양호한 실시예로 현재 고려되는 것에 대해 설명되었지만, 본 발명은 개시된 실시예로 제한되지 않는다는 것을 이해해야 한다. 대조적으로, 본 발명은 첨부된 청구범위의 기술 사상 및 범위 내에 포함되는 다양한 변형 및 등가의 배열을 포함하도록 의도된다. 다음의 청구범위의 범주는 모든 그러한 변형 및 등가의 구조 및 기능을 포함하도록, 가장 넓게 해석되어야 한다.

Claims (19)

  1. 사출 주형 통기구 갭을 제어하기 위한 장치이며,
    통기구 갭에 인접하여 배치되고, 통기구 갭을 폐쇄하기 위한 작동 신호의 인가 시에 치수를 변화시키도록 구성된 능동 재료 요소와,
    사용 시에, 상기 능동 재료 요소에 전기 신호를 공급하도록 구성된 송신 구조물을 포함하는 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 능동 재료 요소는 통기구 갭과 통기구 집합부 사이에 배치된 압전 액츄에이터를 포함하는 장치.
  3. 제1항에 있어서, 통기구 갭에 접근하는 성형 재료를 검출하여 그에 대응하는 감지 신호를 발생시키도록 배치된 능동 재료 센서를 더 포함하는 장치.
  4. 제3항에 있어서, 사용 시에, (ⅰ) 감지 신호를 수신하고, (ⅱ) 감지 신호에 응답하여, 작동 신호를 발생시키고, (ⅲ) 작동 신호를 상기 능동 재료 요소로 송신하도록 구성된 제어 구조물을 더 포함하는 장치.
  5. 제4항에 있어서, 복수의 능동 재료 요소 및 복수의 능동 재료 센서를 더 포함하고,
    상기 제어 구조물은 상기 복수의 능동 재료 센서로부터 감지 신호를 수신하고, 작동 신호를 복수의 능동 재료 요소로 송신하는 장치.
  6. 제5항에 있어서, 각각의 상기 능동 재료 요소 및 각각의 상기 능동 재료 센서는 압전 세라믹 재료를 포함하는 장치.
  7. 사출 주형 통기구 갭 제어 장치이며,
    주형 공동과 연통하는 주형 통기구를 차단하도록 배치된 압전 액츄에이터를 포함하는 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 주형 통기구는 다수의 주형 통기구로 구성되고, 하나 이상의 압전 액츄에이터가 각각의 통기구 내에 위치되는 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    전기 배선에 의해 상기 압전 액츄에이터에 연결된 제어기와,
    전기 배선에 의해 상기 제어기에 연결된 센서를 더 포함하고,
    센서는 주형 공동 내의 용융물의 상태에 관한 데이터를 제어기로 보내는 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 센서는 능동 재료 요소를 포함하는 장치.
  11. 제9항에 있어서, 액츄에이터, 센서 및 제어기가 용융물 상태에 기초하여 통기구 갭에 대한 폐쇄 루프 제어를 수행하는 장치.
  12. 사출 주형이며,
    제1 주형 반부와,
    제2 주형 반부와,
    제1 주형 반부 및 제2 주형 반부 중 하나 이상으로부터 기체를 통기시키기 위한 통기구와,
    작동 신호의 인가 및 제거 시에 치수를 변화시키도록 구성된 압전 요소를 포함하고,
    상기 치수 변화는 상기 통기구를 그를 통한 기체의 통기를 제어하기 위해 폐쇄 또는 개방하는 사출 주형.
  13. 사출 주형 고온 반부 시스템이며,
    내부에 하나 이상의 통기부를 갖는 가열 주형 반부와,
    상기 가열 주형 반부에 결합되어, 작동 신호의 인가 또는 제거에 의해 일어나는 치수의 변화에 응답하여 통기부를 폐쇄하도록 구성된 능동 재료 요소를 포함하는 시스템.
  14. 사출 주형 내의 통기구 갭을 조절하는 방법이며,
    상기 통기구 갭을 통한 용융물의 유동을 제한하기 위해, 상기 통기구 갭의 폭을 조정하도록 압전 세라믹 액츄에이터를 작동시키는 단계를 포함하는 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 통기구 갭의 폭은 용융물 온도, 용융물 조성, 및 용융물 압력으로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 인자에 기초하여 조정되는 방법.
  16. 주형 공동을 통한 유체 유동 경로를 제어하는 방법이며,
    상기 주형 공동 내로 용융물을 주입하는 단계와,
    상기 용융물이 주형 공동을 통해 유동할 때 용융물 전면을 감지하고, 상기 용융물 전면에 대응하는 신호를 센서로부터 제어기로 송신하는 단계와,
    능동 재료 액츄에이터를 작동시키기 위한 신호를 상기 제어기로부터 송신하는 단계를 포함하고,
    상기 능동 재료 액츄에이터는 통기구를 제어하여 상기 주형 공동을 통한 용융물 유동을 제어하도록 작동되는 방법.
  17. 통기식 사출 주형이며,
    주형 공동 반부와,
    주형 코어 반부와,
    상기 주형 공동 반부와 상기 주형 코어 반부 사이에 형성된 주형 공동과 연통하는 통기구와,
    상기 통기구 내에 위치된 압전 액츄에이터를 포함하는 주형.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 주형 공동과 연통하는 센서와,
    상기 압전 액츄에이터 및 상기 센서와 각각 연통하는 제어 수단을 더 포함하는 주형.
  19. 제18항에 있어서, 상기 제어 수단은 상기 센서로부터의 감지 신호에 응답하여, 상기 액츄에이터가 상기 통기구를 통한 주입된 재료의 유동을 제어하기 위해 치수를 변화시키도록 하기 위한 작동 신호를 상기 압전 액츄에이터로 송신하는 주형.
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