KR100904357B1 - 연속적 가소화를 위한 사출 성형 장치의 작동 절차를 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체 - Google Patents

Abstract

왕복(RS) 사출 장치 환경에서, 도1에 도시된 바와 같이, 사출 장치의 제어기는 종래의 가소화 작동 및 사출 동안 나사를 계속해서 회전시키도록 배치된다. 이러한 방식으로 RS 장치는 보다 효율적이고, 더 적은 에너지를 사용하고 더 큰 수지 산출을 생성한다. 사출 장치는 노즐 부근에 역류방지 밸브를 포함하고, 역류방지 밸브는 마모를 감소시키기 위해서 나사와 함께 회전하도록 구성되거나 볼 체크형 역류방지 밸브로 나타난다. 사출 성형 환경에서, 회전하는 나사는 수지 과립이 인접한 플라이트 사이 공간에서 용융하고 섞이도록 하는 플라이트를 포함하지만, 플라이트는 실질적으로 플라이트 주위에 수지의 과다한 이동을 막도록 배치된다.

왕복 나사 사출 장치, 이송 나사, 제1 작동기, 제2 작동기, 제어기, 역류방지 밸브

Description

연속적 가소화를 위한 사출 성형 장치의 작동 절차를 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체 {COMPUTER READABLE MEDIUM RECORDING OPERATION PROCEDURE OF INJECTION MOLDING APPARATUS FOR CONTINUOUS PLASTICATION}

본 발명은 왕복 나사(reciprocating screw(RS)) 사출 장치에 관한 것이고, 이에 한하지는 않지만, 특히 플라스틱(plastic) 사출 성형기의 RS 사출 장치를 작동시키는 방법에 적용가능하다.

종래의 RS 장치에서, 이송나사는 간헐적으로 회전되고, 따라서 다음 사출 샷을 가소화하기 위해 이용가능한 시간의 양을 제한한다. 구동 작동 사이의 대기 시간은 보통 복귀 시간이라 말해진다.

종래의 RS 사출 장치의 작동의 사출 단계 동안, 회전하지 않는 나사가 전진되어서 용융물을 주형에 주입한다. 나사의 플라이트(flight)가 개방 호퍼 이송목을 통과할 때, 용융되지 않는 수지 과립(granule)이 플라이트 사이에 떨어져서 나사가 회전을 재개할 때 가소화를 위해 사용가능하게 된다. 그러나, 고속 사출 속도를 구비한 것과 같은 일부 용도에서, 호퍼 이송목에 대한 나사의 고속 병진은 플라이트 사이에 한정되는 공간을 완전히 채우도록 허락하지 않는다. 따라서, RS 나 사의 부분적인 충전만이 이뤄진다.

도4는 RS 타입 사출 장치의 전형적인 종래의 (비연속적인) 복귀 주기에 대한 작동 순서도를 도시한다. 과정은 차단 밸브가 개방할 때 시작한다("S/O"는 "차단(shut off)"를 의미하고, 주형으로의 수지 유동을 제어하는 노즐의 밸브를 말한다). 그 후 용융물은 주형으로 주입된다. 주형에서 용융물 상의 압력이 일정 기간 동안 유지되고, 그 후에 사전 뒤로 당김(pre-pullback)이 시작한다. 사전 뒤로 당김이 완성된 때 차단 밸브가 폐쇄된다. 나사 복귀가 시작할 때, 나사 속도는 급격하게 상승하고 나사 복귀 동안 평탄하게 유지된다. 이후에 나사 속도는 감소하고 멈추고 그 후에 사후 뒤로 당김이 시작한다. 사출 장치가 이러한 주기 단계를 진행될 때, 클램프 장치는 부품의 사출, 유지 및 냉각 동안 주형을 폐쇄된 상태로 유지하고, 그 후 주형을 개방하여 부품을 배출한다. 이 후에 주형은 다시 폐쇄되고 주기를 반복할 준비가 된다.

사출 성형 RS 장치는 기술 분야에서 잘 알려져 있다. 예를 들면, 윌콕스(Willcox)의 미국 특허 제2,629,132호는 모터가 나사를 회전시켜서 호퍼(hopper) 아래의 플라스틱 입자가 용융된 플라스틱이 쌓이는 보어(bore)로 전달되도록 하는 초기의 RS 사출 장치를 개시한다. 나사는 피스톤에 의해 이동되어서 보어로부터 노즐을 통해 주형으로 용융된 플라스틱을 밀어넣는다. (플라이트의 우측으로) 이송나사의 생크(shank)는 보어에서 밀봉하고, 따라서 호퍼 입구를 막는다. 이송나사는 피스톤에 의해 후퇴되고 가소화를 일으키기 위해 모터에 의해 후퇴 동안 회전된다.

두 가지 실제적 문제점이 이 개시물에서 나타난다. 첫째, 재료를 주형으로 주입하기 위한 나사의 병진 동안, 나사의 선단부는 나사가 부싱으로 밀봉하는 때인 나사 스트로크(stroke)의 끝에 이를 때까지 보어의 내부 면과 밀봉되지 않는다. 따라서, 나사가 사출 동안 좌측으로 이동할 때 보어의 용융된 플라스틱의 일부가 나사의 플라이트를 가로질러 후방으로 흐를 수 있다. 이러한 플라스틱의 손실은 주기 마다 예측할 수 없는 샷 크기를 제어하게 한다. 둘째, 나사가 후퇴되고 회전되기 시작할 때, 호퍼 입구는 나사 생크에 의해 계속해서 막혀있고, 따라서 새 재료가 나사 플라이트에 들어갈 수 없다. 게다가, 호퍼 입구는 나사가 (우측으로) 완전히 후퇴될 때까지 밀봉안된 상태로 되지 않는다. 사실, 호퍼 입구가 밀봉된 상태에서 나사의 후퇴는 가장 최근에 성형된 부품이 제거된 후에 (주형의) 게이트 개구(gate opening) 및 노즐을 통하여 보어 안으로 공기가 들어오도록 할 것이다. 이러한 흡입된 공기는 나사의 완전히 후퇴된 위치에서 회전할 때 나사의 이송 작동에 의해 보어에서 준비되기 때문에 다음 플라스틱 샷에 의하여 이동되어야만 한다. 이는 이러한 공기가 나사의 다음 사출 스트로크 전에 배출되지 않으면 다음에 성형되는 부품에 공기 기포가 형성되는 결과에 이를 수 있다.

윌러트(Willert)의 미국 특허 제2,734,226호는 용융물이 나사 팁(tip)과 배럴(barrel) 헤드 사이에 축적되도록 하는 차단 노즐과, 나사가 전방에 축적되는 용융된 플라스틱에 의해 후방으로 가압될 때 사출 압력으로부터 오일의 배출을 제한함으로써 발생되는 후방 압력을 포함하는 RS 사출 장치를 개시한다. 특허는 또한 이송나사의 연속적인 회전을 개시한다. 한편, 나사의 선단부는 배럴 보어의 내부 면과 밀봉되지 않고, 따라서 나사가 사출 스트로크 동안 병진될 때 일부 용융된 수지가 후방으로 흐르도록 한다. 샷 제어가 영향받을 뿐만 아니라, 밀봉 특징부가 없기 때문에 보통의 사출 압력만이 얻어질 수 있다. 또한, 나사는 복귀(가소화)의 끝에서 멈추지 않기 때문에, 나사의 사출 스트로크는 즉시 시작하고, 샷 크기의 제어는 열악하다.

위처(Wucher)의 미국 특허 제2,885,734호는 사출 스트로크 동안 밸브로서 작동하여서 재료의 역류를 방지하는, 확산 헤드 또는 나사 팁에 부착되는 역류방지 밸브 디스크(non-return valve disc)를 갖는 사출 장치를 개시한다. 이는 나사에 장착된 역류방지 밸브의 초기 예이다.

프리드리히(Friedrich)의 미국 특허 제3,002,229호는 다이 캐스팅 기계를 개시한다. 스프링 장착된 차단 노즐은 사출 전에 용융된 재료를 포함한다. 나사는 병진하지 않고 대신 용융된 재료를 나사 플라이트를 따라 나사의 전방 공간에 축적하고 그곳에서 용융된 재료는 차단 노즐이 폐쇄되어 있는 동안 압축된다. 특허는 두 개의 다른 속도로 계속하여 나사를 회전시키는 것을 개시한다. 느린 제1 속도는 재료를 이송하고 용융시키기 위해 사용되고, 빠른 제2 속도는 노즐 차단이 개방될 때 재료를 주형으로 사출하기 위해 사용된다. 나사는 이동하지 않기 때문에, 단지 작은 샷 크기만이 준비되고, 나사에 역류방지 밸브가 없기 때문에 상대적으로 보통의 사출 압력이 발생된다.

브레허(Breher)의 미국 특허 제3,020,591호는 나사의 하류부에 축적 챔버와 역류방지 밸브를 갖는 나사를 포함하는 사출 성형기를 개시한다. 특허는 또한 플 라스틱을 용융시키고 축적 챔버로 이송시킬 때 이송기 웜(feeder worm)(나사)가 연속적으로 작동하는 것을 개시한다. 용융물의 사출은 실린더를 작동시켜서 배럴 헤드 조립체가 축적 실린더 내부의 피스톤처럼 작동하고 내용물을 노즐을 통해 주형으로 옮기도록 함으로써 행해진다. 볼 체크 역류방지 밸브는 압출기 실린더로의 역류를 방지한다.

패럴(Farrell)의 미국 특허 제4,722,679호는 두 개의 피스톤 실린더 배치가 추가되는 RS 압출기를 포함하는 사출 장치를 개시한다. 하나는 용융물을 축적하고 주형을 채우기 위한 것이고, 다른 하나는 패킹(packing)과 뒤로 흡입(suck back) 과정을 제공하기 위한 것이다. 나사에 체크 링(역류방지 밸브)이 갖춰진다. 설계는 나사의 크기를 증가시킬 필요없이 장치의 샷 크기 용량을 증가시키는 수단을 제공한다. 특허는 나사 복귀 작동이 주형 충전 작동이 완료되자마자 시작될 수 있음을 개시한다.

오아스(Oas)의 미국 특허 제5,112,213호는 사출 전에 대향 방향으로 일시적으로 나사를 회전시킴으로써 체크 링이 테이퍼된 시트(tapered seat)에 대해 밀봉하도록 하여서 누설의 가능성을 감소시키도록 설계된 체크링형 역류방지 밸브를 구비한 RS 사출 장치를 개시한다.

스피렉스(Spirex) 웹사이트는 회전할 때 리테이너 및 가소화 나사와 함께 회전하는 연동 링(interlocking ring)을 특징으로 하는 체크링형 역류방지 밸브(F-LOC)의 예를 제공한다. 링은 리테이너의 전방 시트에 대해 회전하지 않기 때문에, 이 영역에서 접착제 마모 문제는 제거된다.

플라스틱 기술(The Plastics Technology) 온라인 기사 "노하우: 슬럼프의 사출 성형 퍼니처(Know-How: Injection Molded Furniture in a Slump)"는 때때로 유동 성형(flow molding)이라 불려지는 침투 과정을 설명하고, 제한된 가소화 용량의 사출 장치는 통상적으로 장치가 공급할 수 있는 것보다 더 큰 샷 크기를 필요로 하는 부품을 성형하기 위해 사용될 수 있다. 기사는 나사를 회전시켜서 저압 하에서 플라스틱을 주형으로 주입함으로써 주형이 부분적으로 채워지는 공지의 과정을 개시한다. 구체적으로, 나사는 사출시 램(ram)으로서의 사용 이전에 압출기로서 사용되면서 전방으로 이동하지 않고 회전한다. 사출 기능은 최종 충전 및 패킹 단계를 수행한다.

본 발명의 이점은 본 명세서에서 기술된 장치 및 방법에 따라 작동되는 RS 사출 장치의 출력 효율 증가와 에너지 요구 감소이다. 본 발명은 나사 회전 시간이 실질적으로 증가되어서 사출 성형기의 출력 효율을 향상시키는 구조 및/또는 단계를 특징으로 한다.

본 발명의 제1 형태에 따르면, 구조 및/또는 단계는 순환 작동 주기를 갖는 왕복 나사 사출 장치를 위해 제공된다. 장치는 배럴 내에 장착되는 축방향으로 병진하는 나사를 포함하고, 나사는 나사와 결합된 역류방지 밸브를 갖고 있어서, 사용시에 역류방지 밸브의 하류부에서 일정 부피의 용융물이 축적될 수 있다. 장치 는 배럴에 대한 나사의 축방향 운동을 실행하고, 사용시에 후방 압력을 발생시키도록 배치되는 제1 작동기를 더 포함한다. 제2 작동기는 사용시에 나사의 회전 속도를 제어하기 위해 나사에 결합된다. 장치는 나사와 제1 작동기의 작동을 제어하기 위한 제어기를 더 포함한다. 제어기는, 사용시에, 용융물 축적을 위한 부피가 더 증가하는 것을 막고 나사의 복귀 속도가 실질적으로 0이 되도록 하기 위해 후방 압력을 증가함으로써 일정 부피의 용융물이 역류방지 밸브의 하류부에 축적되도록 한정하는 나사의 축방향 위치를 정하도록 배치된다. 제어기는 나사가 사용 동안 전체 순환 작동 주기에서 실질적으로 계속하여 회전함을 보장하도록 배치된다.

본 발명의 제2 형태에 따르면, 사출 목적으로 사출 압력을 발생시키는 왕복 나사 사출 장치를 위한 구조 및/또는 단계가 제공된다. 왕복 나사 사출 장치는 용융된 재료가 축적되는 샷 챔버를 갖는 배럴 이내에 나사를 포함하고, 조정가능한 복귀 속도를 갖는다. 왕복 나사 사출 장치는 배럴 내에서 나사의 분당회전수를 동적으로 변화시키는 수단과, 배럴에 대한 나사의 위치와 축방향 움직임을 제어하기 위해 사출 장치에 의해 발생되는 후방 압력을 조절하는 수단과, 나사 복귀 및 사출 단계 동안 복귀 속도를 제어하기 위한 수단을 포함한다. 제어하는 수단은 동적으로 변화시키는 수단과 후방 압력을 조절하는 수단에 영향을 미치도록 작용한다. 가소화 동안, 나사의 회전 속도는 전체 작동 주기의 실질적인 기간 동안 0 이상이다.

본 발명의 제3 형태에 따르면, 사출 성형기의 제어기를 위한 구조 및/또는 단계가 제공된다. 제어기는 사용시에, 후방 압력의 선택적 제어를 통해 왕복운동 하고 연속적으로 회전하는 이송나사의 축방향 위치 설정을 제어하도록 배치된다. 제어기는 또한 사출 성형기 내에서 사용시에, 주형 및 러너 시스템 중 하나로 직접 재료를 사출하기 위해 후방 압력의 발생을 제어하고 지원하도록 배치된다.

본 발명의 제4 형태에 따르면, 사출 장치가 사출 압력을 작용하도록 하는 왕복 이송나사와 결합된 역류방지 밸브를 갖는 사출 장치의 왕복 이송나사를 작동하는 방법이 제공된다. 위 방법은 실질적으로 전체 사출 성형 주기 동안 분당회전수가 0 이상인 속도로 왕복 나사를 회전시키는 단계를 포함한다.

본 발명의 제5 형태에 따르면, 절차를 컴퓨터가 실행하도록 하는 컴퓨터 프로그램 코드 수단을 포함하는 컴퓨터 프로그램 요소를 위한 구조 및/또는 단계가 제공된다. 위 절차는 실질적으로 전체 사출 성형 주기 동안, 바람직하게는 사출 주기의 적어도 60% 동안 분당회전수가 0 이상인 속도로 사출 장치의 왕복 나사를 회전시키는 절차를 포함한다.

본 발명의 제6 형태에 따르면, 사출 장치 베이스를 갖는 사출 성형기를 위한 구조 및/또는 단계가 제공된다. 위 베이스는 축방향으로 병진하고 왕복 운동하는 나사를 안에 갖는 배럴을 포함하고, 배럴은 사용시에 러너 시스템 및 주형 중 하나로 용융물의 사출을 지원하는 노즐을 갖고, 나사는 나사와 결합된 역류방지 밸브를 갖고 있어서, 사용시에 역류방지 밸브의 하류부에서 일정 부피의 용융물이 축적될 수 있다. 배럴에 대한 나사의 축방향 움직임을 실행하고, 사용시에 후방 압력을 발생시키도록 배치되는 제1 작동기와, 사용시에 나사의 회전 속도를 제어하기 위해 나사에 결합되는 제2 작동기와, 나사와 제1 작동기의 작동을 제어하기 위한 제어기 를 또한 포함한다. 제어기는, 사용시에, 용융물 축적을 위한 부피가 더 증가하는 것을 막고 나사의 복귀 속도가 실질적으로 0이 되도록 하기 위해 후방 압력을 증가함으로써 일정 부피의 용융물이 역류방지 밸브의 하류부에 축적되도록 한정하는 나사의 축방향 위치를 정하도록 배치된다. 제어기는 나사가 사용 동안 실질적으로 계속하여 회전함을 보장하도록 배치된다. 발명의 실시예에서, 제1 작동기는 유압 실린더이고 제2 작동기는 전기 모터이다. 이와 다르게는, 제1 작동기는 전기 모터 또는 예를 들면 나사를 병진시키기 위한 랙(rack)과 피니언(pinion) 배치를 갖는 전기 모터와 같은 전기기계 장치이다. 이와 다르게는, 제2 작동기는 유압 모터이다.

본 발명의 장치 및 방법에 따라 작동되는 RS 사출 장치는 출력 효율을 증가시키고 에너지 요구를 감소시킬 수 있다. 본 발명에 따르면 나사 회전 시간이 실질적으로 증가되어서 사출 성형기의 출력 효율을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 예시적 실시예들이 첨부 도면들을 참조하여 기술될 것이다.

1. 도입

상기 언급된 바와 같이, 기술 분야에서 상기 언급된 다수의 문제점을 없애고 증가된 효율을 제공하는 RS 사출 장치 및 방법에 대한 필요가 있다. 또한, 나사의 하류부 저장소로 다음 샷을 위해 수지를 옮기지 않고 수지를 가소화하는 방향으로 나사는 계속 회전하는 동안, 역류방지 밸브를 갖는 나사를 활용하여 주형 공동에서 유지 압력을 유지하고 사출하는 사출 장치 및 방법에 대한 필요가 또한 기술 분야에서 있다. 플라이트를 따라 나사 팁에서 개방 출구를 향해 수지를 옮기지 않고 사출 나사의 플라이트 사이에 수지를 용융하고 섞기 위한 장치 및 방법에 대한 필요가 또한 있다. 이러한 필요는 본 명세서에서 기재된 본 발명의 장치 및 방법에 의해 해결된다.

본 발명의 개념이 플라스틱 사출 성형기의 예시적 적용에 대하여 기술될 것이고, 적용에서 RS 사출 장치의 효율 및 출력은 역류방지 밸브 또는 실(seal)을 구비하는 병진 이송나사의 계속적인 회전에 의해 향상된다. 바람직하게는, 회전하는 나사는 수지가 플라이트 사이 공간에서 용융하고 섞이지만, 플라이트 둘레의 수지의 과도한 이동은 허락하지 않는 플라이트를 특징으로 한다.

2. 구조

도1 내지 도3은 하우징(2)에 장착되는 배럴(1)을 포함하는 플라스틱 사출 성형기의 왕복 나사 사출 장치를 도시한다. 나사 구동 모터(3)는 하우징(2)의 일 단부에 부착되고, 키 홈을 낸(splined) 구동 축(4)은 하우징(2) 내에서 연장한다. 중공 사출 피스톤(5)은 구동 축(4)의 키 홈(spline)과 결합하고 하우징(2)의 사출 실린더(28) 내에서 활주한다. 배럴(1) 내의 이송나사(6)는 일 단부에서 사출 피스톤(5)의 단부에 부착되어서, 피스톤이 하우징 내에서 회전하고 병진할 때(즉, 종방향으로 이동할 때) 이송나사(6)를 회전시키고 병진시킨다. 이송나사(6)는 이송나사(6)가 모터(3)에 의해 회전될 때 이송 목(9)을 통하여 호퍼(8)로부터 배럴에 들어가는 플라스틱 재료를 전달하는 플라이트(7)를 갖는다. 이송나사(6)는 또한 팁 단부(12)에 믹서(mixer)(10)와 역류방지 밸브(11)를 갖는다. 노즐(13)은 배럴 헤드(14)에 연결되고, 용융된 플라스틱을 배럴로부터 주형(도시 않음)으로 전달하는 용융물 채널(15)을 포함한다. 차단 밸브(16)는 용융물 채널(15)를 선택적으로 차단 또는 개방하기 위해 노즐(13)에 제공된다. 차단 밸브(16)는 실린더(17)에 의해 이동된다.

실험실 기계용을 위해, 플라스틱 압력 센서(18)가 선택적으로 배럴 헤드에 제공되어서 차단 밸브(16)의 상류부와 나사 팁(12)의 하류부 플라스틱 압력을 측정한다. 생산 기계용을 위해, 사출 피스톤(5)의 모터 측 상의 작동유(hydraulic oil)의 압력을 측정하기 위해 유압 센서(19)가 하우징(2)에 제공될 수 있다. 통상적으로 템포소닉(Temposonic) 타입의 나사 위치 변환기(20) 등은 바람직하게는 하우징(2)에 장착되어서 배럴(1)에 대한 종방향의 이송나사(6)의 위치를 측정한다. 이송나사(6)가 사출 피스톤(5)의 단부에 연결되기 때문에, 위치 센서(20)는 또한 하우징에 대한 사출 피스톤의 위치를 측정한다. 이송나사 속도 센서(21)는 바람직하게는 모터(3) 상에 장착되어서 모터 축(4)의 회전 속도를 측정하고, 사출 피스톤(5)이 이 축에 키 홈 고정(spline)되고 이송나사(6)가 사출 피스톤(5)의 단부에 연결되기 때문에 속도 센서(21)는 효과적으로 이송나사(6)의 회전 속도를 측정한다. 상기의 모든 센서로부터 신호가 적절한 연결부(22)를 통하여 마이크로프로세서 기반의 프로그램가능한 제어기와 같은 제어기(23)로 전달된다. 제어기는 예컨대 데이터 입력 장치(30)(예컨대, CD ROM 드라이브 등)를 포함하여, 임의의 적절한 주변 장치에 연결되는 통상적인 컴퓨터의 부품일 수 있다.

제어기(23)는 바람직하게는 기술 분야에서 잘 알려진 PC 기반 장치인 사출 성형기의 제어기의 바람직하게는 부분이다.

가압된 작동유는 선(24)을 통해 사출 실린더(28)에 공급되거나 그로부터 배출된다. 도2에 도시된 바와 같이, 선(24)을 통해 공급된 오일은 사출 피스톤(5)과 나사(6)를 전진시켜서 나사 팁(12)의 하류부 플라스틱을 주형으로 사출시킨다. 선(24)을 통해 배출되는 오일은 사출 피스톤(5)과 나사(6)를 복귀 동안 후퇴하도록 한다. 또한, 통상적으로 선(24)에 서보 제어(servo controlled) 밸브(26)가 제공되어서 배출되는 오일을 계량(meter out)하여서 사출 피스톤(5)의 후퇴를 막는 후방 압력을 제어한다. 후방 압력의 증가는 복귀 속도를 감소시키고, 축의 이동 단위당 필요한 나사 회전수를 증가시킨다.

이는 나사가 후퇴할 때 플라스틱의 전단 가열(shear heating)을 증가시키는 효과를 갖는다. 가압된 작동유는 선(25)을 통해 사출 실린더(28)에 공급되거나 그로부터 배출된다. 선(25)을 통해 공급되는 오일은 사출 피스톤(5)과 나사(6)를 후퇴시켜서 노즐에서 "뒤로 흡입(suck back)(뒤로 당김(pullback))"을 제공한다. 또한, 선(25)에 서보 제어(servo controlled) 밸브(27)가 제공되어서 배출되는 오일을 계량(meter out)하여서 사출 스트로크 동안 피스톤(5)과 나사(6)의 전진을 막는 압력을 제어한다. 이는 프로파일되거나(profiled) 가변성의 사출 스트로크 또는 사출 속도가 제공되도록 한다. 제어기(23)는 임의의 적절한 통신 수단(29)을 통하여 서보 밸브(26,27), 모터 속도 제어기(21) 및 차단 실린더 작동기(17)에 연결되어서 각각의 작동을 선택적으로 제어하기 위한 명령 신호를 전달한다.

사출 피스톤으로 나사를 사용하는 동시에 나사를 계속해서 회전시킬 때 직면하는 문제들 중 하나는 역류방지 밸브의 마모률을 증가시키는 위험이다. 이는 역류방지 밸브가 나사 팁에서 대응하는 테이퍼된 면과 결합하는 테이퍼된 밀봉 면을 갖는 나사 팁을 둘러싸는 관형 슬리브를 포함하는 체크 링 타입이라면 특히 문제이다. 이러한 설계는 나사가 사출 및 패킹(유지) 기능을 위하여 전진될 때 용융물의 역류를 방지한다. 체크 링 슬리브의 외부면은 배럴 보어 내에서 활주하고 사출 및 패킹 기능 동안 보어와 체크 링 외부면 사이에서 용융물의 역류를 방지하는 부분적 밀봉 기능을 제공한다.

체크 링 외부면과 배럴 보어 사이의 틈새 정도에 따라, 링은 회전에 저항할 수 있고, 나사가 회전할 때 같이 회전하는 대신에 나사가 왕복할 때 배럴을 따라 활주만 할 수 있다. 따라서, 과거에 나사가 사출 기능을 위해 전진되어서 체크 링의 테이퍼된 밀봉면이 나사의 면과 결합하도록 할 때, 회전하는 나사와 회전하지 않는 체크 링 실(seal)은 링이 나사와 같은 속도로 회전될 때까지 서로에 대해 마찰될 수 있었다. 이러한 마찰 작동은 테이퍼된 밀봉 면들의 마모율을 가속화시켰다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 나사와 함께 회전하는 연동(interlocking) 또는 "캐슬(castled)" 형의 체크 링이 사용되고, 바람직하게는 스피렉스(Spirex) F-LOC 형 체크 링이 사용되어서 이러한 마모 문제를 제거하거나 최소화시킨다. 이와 다르게는, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 볼 체크 형의 역류방지 밸브가 사용될 수 있다.

3. 방법

작동시에, 나사 위치 및 작동유압이 감지된다. 소정의 샷 크기에 도달될 때, 서보 밸브(26)가 나사의 병진 움직임을 멈추기 위해 폐쇄되어서, 실린더 보어의 압력 증가에 이르고 나사(6)가 뒤로 움직이는 것을 방지한다. 이와 다르게는, 유압이 실린더의 보어 면에 적용되어서 나사가 계속해서 회전할 때 나사가 뒤로 움직이는 것을 방지할 수 있다. 도8은 복귀 동안 나사의 병진 속도(밀리미터/초로 측정됨)와 후방 압력(psi로 측정됨) 사이의 전형적인 관계를 도시한다. 약 750 psi의 적당한 후방 압력이 본 예에서 나사가 이동하는 것을 멈추기 위해 요구되는 전부인 것이 X축과 교차하도록 선을 연장함으로써 도시된다. 이는 상대적으로 낮은 유압이 나사 이동을 제어하기 위해 사용될 수 있음을 도시한다. 나사 팁(12)의 하류부 수지의 압력은 작동유에 의해 피스톤에 가해지는 압력에 직접 비례하여 증가한다. 압력이 나사에 의해 발생되는 압력을 초과한다면, 이 압력은 역류방지 밸브(11)가 폐쇄되도록 하고, 따라서 역류방지 밸브를 통한 용융물의 어떤 역류도 막는다.

주형이 다음 샷을 수용하기 위해 준비될 때, 차단 노즐(16)이 개방되고(도2 참조) 유압이 소정의 속도(예컨대 750 mm/s)로 나사(6)를 이동시키기 위해 필요한 사출 압력(약 2000 psi)으로 상승된다. 역류방지 밸브(11)는 폐쇄되어 있고, 용융물은 주형(도시 안함)으로 사출된다. 이 과정을 통해, 나사(6)는 계속하여 회전한다. 나사 드웰(dwell) 시간(약 0.5초) 동안, 폐쇄된 역류방지 밸브(11)의 상류부 수지는 계속하여 용융되고 섞이지만, 반드시 나사 플라이트에 대하여 전방으로 전 달되지는 않는다.

나사의 사출 스트로크의 끝에서, (약 1200 psi) 전방 압력이 보통 게이트가 얼려지거나 기계적으로 폐쇄될 때까지 주형에 수지를 채우기 위해 유지된다. 러너 시스템(runner system)을 압력을 줄이거나 "뒤로 흡입(suck back)(뒤로 당김(pullback))"하기 위한 나사의 일시적 후퇴가 이어진다. 이러한 활동 내내 나사는 가능한 낮은 속도로 회전을 계속한다. 도3에 도시된 바와 같이, 차단 노즐(16)은 폐쇄되고 나사의 복귀와 다음 샷의 준비가 나사(6)가 회전을 계속하면서 시작된다.

사출 속도, 또는 나사(6)의 전방 이동 속도는 바람직하게는 피스톤이 실린더 안에서 전진할 때 사출 피스톤에 전달되는 작동유의 입력을 계량(metering in)함으로써 또는 틱소몰딩(Thixomolding)의 경우에서와 같이 피스톤이 이동할 때 사출 피스톤 뒤에서 작동유의 배출을 계량(metering out)함으로써 제어된다. 이러한 유압 "계량(metering)" 작동은 나사 위치 센서(20)에 의해 감지되는 나사의 "실시간" 위치에 응답하여 제어기(23)에 의해 제어되는 서보 밸브(26,27)에 의해 수행된다. 따라서, 나사의 사출 속도의 폐쇄 루프 제어가 달성된다. 비슷하게, 나사의 복귀는 바람직하게는 나사 속도를 조절하고 사출 피스톤 뒤에 후방 압력을 제공하는 작동유를 "계량(metering out)"함으로써 제어된다. 이러한 기능을 제어하는 서보 밸브(26)는, 소프트웨어 제어 프로그램에 의해 결정되고 나사 위치 센서(20)에 의해 감지되는 나사 위치와, 센서(21)에 의해 측정되는 나사의 회전 속도에 응답하여 제어기(23)에 의해 제어된다. 따라서, 나사의 복귀 속도의 폐쇄 루프 제어가 달성된 다.

플라스틱 과립은 전단력을 통해 가열되고 보조 히터 밴드가 배럴을 따라 대체로 위치된 상태에서 플라스틱 과립은 계속하여 회전하는 나사로 부가된다. 용융물의 균질함은 또한 계속적인 나사 회전에 의해 향상된다. 실질적으로 수지는 이송나사가 회전할 때 이송나사 플라이트에 의해 상기 하류부 저장소로 이동되지 않는다.

또한, 본 발명은 배럴 내부와 나사 사이의 유동 프로파일(profile)에 대한 다음 기술을 고려하여 이해될 수 있다.

본 발명의 문맥에서 이른바 "저항 유동"과 "후방 압력"이 어떻게 상호 관련되는지와, 속력 또는 속도 관점에서 각각의 속도 프로파일이 어떻게 함께 결합하고 압력의 함수인지를 보다 잘 이해하기 위하여, 도9 및 도10을 참조한다. 도9는 가소화 작동 동안 (통상적으로 나사 복귀의 중간) RS 나사의 배럴 내의 통상적인 유동 프로파일을 예시로 보여준다. 도10은 역류방지 밸브(11)의 전방에 생성된 챔버에 (즉, 도1에 도시된 바와 같이 팁 단부(12)의 전방 공간에) 축적되는 용융된 재료 사이에 플라스틱 재료의 실질적인 유효 이동, 움직임, 또는 교환이 없는, 이상적으로는 유효 이동, 움직임, 또는 교환이 없는 균형된 유동 위치를 도시한다.

또한, 사실 시스템의 "복귀 속도"는 가소화 속도, 즉 단위 시간당 나사의 출력임을 상기하는 것이 필요하다. 보통, 복귀 속도는 초당 그램 등의 단위로 측정된다.

도9를 간략히 참조하면, 채널 높이(즉, 본질적으로 나사의 플라이트의 깊이) 를 가로질러, 저항 유동 프로파일(즉, 속도 프로파일)은 본질적으로 속성상 삼각형이다. 저항 유동 속도 프로파일은 용융물이 노즐 쪽으로 하류부에 강제적으로 전달되도록 한다. 따라서, 용융물은 축방향으로 왕복하는 나사의 팁 단부(12)의 전방에 축적될 수 있다. 또한, 나사 플라이트의 피치(pitch)가 저항 유동을 발생시키는 원인임을 알 수 있다. 물론, 플라이트와 배럴의 내부 모두의 마모를 방지하기 위하여, (플라이트의 말단으로부터 측정되는) 전체 나사 직경은 예컨대 강화된 혼합 기능과 같은 특정 프로세싱을 제공하기 위해 나사의 길이를 따라 변할 수 있을지라도, 플라이트는 대체로 배럴의 내부 직경보다 공칭상 다소 작은 직경을 갖는다. 나사의 실린더에서 발생되는 유압으로 야기되는 후방 압력 프로파일에 관하여, 이는 채널(높이)의 가장자리에서 0의 속도를 갖고 대체로 대칭이지만 속성상 포물선인 속도 프로파일을 갖는다.

저항 및 후방 압력 속도 프로파일의 합산은 혼합을 일으키는 (채널 높이를 가로질러) 비대칭인 포물선 기능에 이르지만, 그 프로파일은 체크 벨브(11)을 통하여 전방으로 우세한 (용융된)재료 유동을 갖는다. 따라서, 용융된 재료는 나사의 축방향 병진 팁 단부(12)와 노즐 차단 밸브(16) 사이에 한정되는 챔버 또는 축적 부피에서 모여진다. 축적 부피 또는 챔버는 팁 단부(11)의 좌측의 영역으로 도1 내지 도3에서 도시된다.

종래 시스템과 비교한 뒤에 본 발명을 더 이해할 수 있다. 종래 시스템에서 복귀(즉, 가소화) 동안, 나사는 최대 전단 가열과 최대 플라스틱 처리량을 획득하기 위해 항상은 아니지만 대체로 최고의 속도로 작동되었다. 그러나, 그러한 종래 의 RS 시스템에서, 사출 목적을 위한 가득 찬 (즉, 완전한) 샷의 축적 전에 일시에 나사 회전을 0으로 감속하는 것이 필요했다. 이러한 감속은 유한하고 상당한 시간을 가지고 소모했고, 평균 나사 속도가 최적의 가소화를 위한 공칭 (이용가능한 최고의)나사 속도 설정보다 작았기 때문에 복귀 속도의 소모에 이르렀다. 0으로 나사 감속하는 요구조건에 대한 종래의 생각은 다음 사실로부터 기인했다. i) 사출 후에 (특히 플라스틱 프로세싱의 환경에서) 나사에 재료의 최소한의 극소량을 유지하는 것이 분명히 바람직했고, 이 재료는 고정 및 패킹에 사용되었다. ii) 배럴 내의 플라스틱의 머무름 또는 드웰 시간이 최소화되는 것이 분명히 바람직했다. iii) 일단 샷 크기가 설정되면, 추가적인 용융된 재료가 축적될 공간이 없었고 그렇기 때문에 복귀 속도가 0으로 감소되어야만 했다.

보조적 의미에서, 사출 후에, 통상적인 종래 시스템에서 나사 속도는 최적의 복귀 속도를 달성하기 위해 경사 상승(ramp up)되어야 했고, 이는 시간이 걸렸고 나사, 수지(통상적으로 반고체/부분적으로 액체 형태), 및 배럴의 내부 면 사이의 관성력을 극복하기 위해 필요한 에너지 손실 증가를 초래했다.

물론, 가열이 대체로 전단 효과에 의해 발생되고 플라스틱의 특성이 과열로 해로운 변화를 받기 쉽기 때문에, 물론 최대 나사 속도는 사용되는 재료에 의존했다. 이러한 고려는 PET, PVC 등을 위한 사출 성형 환경에서 플라스틱의 프로세싱에 특히 관련되었다. 그러나, 처리되는 재료가 열로 특성 변화하지 않는 종래 시스템에서, 최대 나사 속도는 시스템의 최대 효율과 최대 처리량을 보증하도록 요구되었다.

기초가 되는 발명 개념에 관하여, 본 발명은 본질적으로 샷 크기를 한정하고, 사실 후방 압력을 동적으로 조절함으로써 복귀 단계 동안 샷을 위해 축적되는 재료의 양을 제어한다. 이해될 것인 바와 같이, 후방 압력은 통상적으로 유압 작동으로 형성되고, 구체적으로 서보 밸브들(도1의 요소 26,27)의 프로세서 기반 제어와 전체 사출 장치와 관련된 사출 실린더에서 유압의 그에 따른 시스템 제어에 의해 형성된다. 보다 구체적으로, 일단 소정의 용융물 부피가 축적되거나 거의 도달되면, 본 발명은 나사의 축방향 병진이 멈추고 저항 유동 및 후방 압력 속도 프로파일이 서로 중화되어서 실질적이고 이상적으로 완전히 균형된 유동 프로파일을 생성할 때까지 후방 압력의 제어되는 증가를 일으킨다.

도10은 포물선 후방 압력 속도 프로파일이 증가하여서 0 (또는 거의 0)의 복귀 속도를 갖는 합쳐진 유동 프로파일(100)을 생성하는 것을 도시한다. 높은 후방 압력으로 급격한 변화를 일으키기보다 용융된 물질의 소정의 축적 부피에서 균형이 달성될 때까지 후방 압력을 점진적으로 증가시키는 것이 바람직함을 알 수 있다.

종래 시스템과 대조적으로, 본 발명에서는, 나사의 축방향 병진은 후방 압력에 의해 금지되는 반면, 나사의 회전 속도는 유지된다. 또한, 호퍼(도1의 도면부호8)의 중력 이송 관점에서, 배럴 내의 부피 환경과 지속 압력이 추가적인 신규 재료가 호퍼로부터 나사로 들어가는 것을 방지한다. 따라서, 달성되는 샷 크기에서 설정되는 평형 위치에서, 제어 시스템 및 프로세스는 실질적으로 0의 복귀 속도를 확립하고 용융물은 흐르지 않는다. 또한, 나사 속도가 완전히는 아닐지라도 실질적으로 유지되어서, 전단 가열이 여전히 계속하여 나사의 상부 단부(상류부, 즉 체 크밸브의 뒤) 내에서 플라스틱 과립을 용융시키고, 이는 시간을 절약시킨다.

용융된 재료의 적절한 부피의 축적에 이어서(이는 완전히 주형을 채우기에 요구되는 부피를 약간 초과할 수 있음), 후방 압력은 통상적으로 다시 증가되어서 나사를 전방으로 가압하고, 노즐을 통해 사출을 개시한다. 물론, 약간의 지연은 소정의 부피의 축적과 사출 사이에 일어나고, 이 지연은 예컨대 하류부 매니폴드(manifold) 또는 주형으로 사출을 허용하는 차단 밸브(14)의 기계적 작동으로부터 기인하다. 나사가 계속해서 작동 속도로 회전하면서, 본 발명의 제어기는 통상적으로 배럴 헤드(14) 쪽으로 나사의 전진 축방향 (병진) 운동에 대한 폐쇄 루프 속도 제어를 지원한다.

이해되는 바와 같이, 대체로 후방 압력의 정도는 가소화되는 재료의 점도에 따라 필연적으로 변할 것이다.

사출에 이어서, 본 발명의 시스템은 통상적으로 유지 단계(hold phase)로 진행되고, 그 단계에서 제어기는 예를 들면 나사 위치, 실효 시간, 공동(cavity) 압력, 또는 유압 중 하나 이상에 의해 결정되는 폐쇄 루프 압력 제어를 실행한다. 유지는 기술 분야에서 숙련된 자들에게 쉽게 이해되는 통상적인 기술이고, 공지 기술을 사용하여 존재하는 (종래 기술) RS 사출 장치에 사용된다. 그러한 면에서, 도1의 예시적 내용은 사출 및 유지 기능이 지원됨을 보장하기 위해 (제어기(23)에) 필요한 센서와 로직(logic)을 포함하는 것으로 이해될 것이다.

사출과 함께, 체크 밸브(역류방지 밸브)(11)는 본질적으로 노즐(13)로부터 용융된 재료의 역류를 방지하도록 작동한다.

또한, 본 발명은 도10에 도시된 균형된 유동 조건과 0의 복귀 속도를 유지하기 위해 나사의 속도와 후방 압력을 동적으로 변화시키는 능력을 고려한다. 따라서, 사출 개시부터 유지 끝에 이르기까지 본 발명은 다음을 고려한다.

1. 체크 밸브를 가로지르는 0 또는 실질적으로 0의 유동을 달성하기 위한 후방 압력과 나사 속도의 동적 조절.

이러한 동적 조절은 비록 기술 분야에서 숙련된 자들에게 고려되는 다른 방법들, 예컨대 소정의 결과에 기초하여 수반하는 작동 셋업(set-up)과 경험적 결정이 채택될 수 있지만, 바람직하게는 체크 밸브의 상류부와 배럴에 위치되는 압력 변환기를 사용하여 감지된다. 압력 변환기는 시스템 제어기(23)에 연결되고, 시스템 제어기는 유압 공급선(24,25)으로 서보 밸브(26,27)와 모터(3)를 제어하도록 작동한다. 이해되는 바와 같이, 나사의 작동 속도의 제어는 속도를 증가시키는 용량(capacity)에 종속한다. 따라서, 비록 나사 속도를 줄이는 것(stepping back)이 여전히 단위 시간에 더 높은 평균 처리량에 이름을 알 수 있지만, 나사 속도는 복귀 동안 상한으로부터 줄어서 사출 및 유지 동안 차후의 증가를 가능케 할 필요가 있다.

2. 불균형 유동 프로파일과 보정할 수 없는 후방 압력에 의해 야기되는 예측 후방 유동을 해결하기 위해, 축적되는 재료의 크기를 가장자리에서 증가시키기 위한 나사 위치의 보정.

사출과 유지의 끝에서, 나사는 복귀에 들어가고, 제1 작동기의 후방 압력은 감소되고 나사는 후방으로 이동하기 시작한다. 복귀 속도가 이제 나사 속도를 경 사 상승시켜야 함으로써 영향을 받지 않을지라도, 복귀 속도는 나사에서 증가한다. 나사가 전체 과정 동안 계속하여 회전하면서, 재료(예컨대, 플라스틱)에 대한 드웰 시간은 증가할지라도 본 발명에 의해 제공되는 복귀 속도는 종래 기술 시스템에서보다 현저히 빠르다.

요약하면, 본 발명은 나사의 분당회전수를 동적으로 변화시키고 후방 압력을 조절하여서 나사 위치를 제어하고 복귀 속도를 제어한다.

이해되는 바와 같이, 나사 직경에 대한 샷 크기의 비율(샷 활용이라 말해짐)은 주기와 사출 샷의 반복성(예컨대, 전달되는 무게)에 비례한다. 다시 말하면, 더 큰 샷 활용은 더 나은 반복성과 증가된 주기 일관성을 제공한다. 속성상 작은 나사는 큰 직경 나사에 비해 상대적으로 높은 샷 활용을 갖고, 따라서 작은 (따라서 싼) 나사를 사용하는 것이 바람직하다. 그러나, 과거에 작은 보어/직경을 갖는 나사가 큰 직경 나사에 비해 열등한 복귀 속도를 갖는다는 사실이 작은 나사의 선택에 영향을 미쳤다. 따라서, 고객들은 이전에 종종 주기 시간과 출력 요구조건을 충족시키기 위해 더 큰 나사를 사용하도록 강제되었다. 새 기계에서 또는 제어 소프트웨어의 업그레이드(필요하다면, 제어 센서의 설치)를 통해 본 발명의 개념을 사용함으로써, 이제 본 발명은 작은 나사를 사용하여 더 높은 처리량, 즉 더 높은 복귀 속도와 보다 효율적이고 비용 효과적인 작동을 달성하도록 한다.

4. 이점

본 발명의 장치 및 방법에 따르면, 비용융물의 향상된 수지 혼합 및 용융이 달성된다. 장유리섬유(Long Glass Fiber)와 같은 충전재 또는 강화재를 포함하는 수지의 경우에, 용융물에 충전재 또는 섬유의 보다 균일한 분포가 달성된다. 나사는 계속해서 회전할 때 낮은 속도로 작동될 수 있기 때문에, 섬유가 용융물과 처리될 때 섬유의 파괴가 더 적고, 이는 더 강하고 더 높은 품질의 제품을 성형하게 된다.

용융물의 열화가 또한 열감응성 수지의 경우에 감소된다. 예를 들면, 이는 PET를 프로세싱할 때 아세트알데히드(acetaldehyde(AA))의 더 적은 발생에 이른다. 이전에 보다 비싼 2단계 사출 장치를 사용하여 얻어진 것과 같은 AA 발생 동작이 본 발명의 계속해서 가소화하는 RS 사출 장치를 사용하여 획득될 수 있다.

또한, 본 명세서에서 기술된 방법 및 장치의 사용은 ($/Kg/hr 단위로 측정된) 용융물 처리량에 대해 더 낮은 비용과 (Kw/Kg/hr 단위로 측정된) 달성되는 용융물 처리량에 대해 더 낮은 에너지 소비에 이른다. 도5는 연속적 복귀 모드에서 작동하는 바람직한 실시예의 RS형 사출 장치에 대한 작동 순서도를 도시한다. 사출 성형 공정의 각각의 단계는 "S/O 개방"으로 시작하고 "주형 폐쇄"로 끝나는 글자 상자에 의해 정확한 순서가 나타난다. 또한, 그래프 선은 나사의 상대 회전 속도와 주형 순서 동안 각각의 시기에 상승하고 하강하는 상대 용융물 압력을 나타내며 도시된다.(이러한 문맥에서 "S/O"는 "차단(shut off)"을 의미하고 주형으로의 수지 유동을 제어하기 위한 노즐의 밸브(16)에 관련된다.)

도5를 참조하면, 그래프의 파란 실선은 용융물 압력을 나타내고 (용융물 압력(psi)이라고 명칭이 붙여진) 좌측 수직 축에 대응한다. 용융물 압력은 주형 주기 동안 변화하고, 이 타이밍은 (시간(s)이라고 명칭이 붙여진) 수평 축에 의해 지 시된다. 왼쪽부터 오른쪽으로 용융물 압력을 읽으면, 용융물 압력은 낮은 값에서 시작하고, 사출의 끝에서 최고값으로 급격하게 상승하고, 유지 단계 동안 보통 압력으로 유지되고, 냉각 동안 주형이 개방되고 부품이 배출되기 전에 주위 값으로 떨어진다. 용융물 압력은 주형 폐쇄 기간의 끝 동안 형성되기 시작한다.

도5의 빨간 그래프 실선은 나사 속도를 나타내고 (나사 속도(rpm)라고 명칭이 붙여진) 우측 수직축에 대응한다. 나사 속도는 주형 주기 동안 변화한다. 왼쪽부터 오른쪽으로 나사 속도를 읽으면, 나사 속도는 차단 밸브 개방 동안 보통 레벨에서 시작하고, 사출 및 유지 동안 다소 더 높은 값으로 증가하고, 냉각의 초기 부분 동안 다소 너 낮은 값으로 감소하고, 냉각의 후반 부분 동안과 나사 속도가 이전의 보통 레벨로 떨어질 때인 주형 폐쇄의 후반 부분까지의 주기의 나머지 부분 동안 실질적으로 더 높은 값으로 증가한다. 차단 밸브 폐쇄와 나사의 사전 뒤로 당김 작동은 주기의 주형 냉각 부분의 일부와 동시에 일어나고, 나사 복귀는 주기의 주형 냉각 부분의 일부, 주형 개방, 부품 배출 및 주형 폐쇄의 일부와 동시에 일어나는 것을 알 수 있다. 또한, 나사의 사후 뒤로 당김은 주기의 주형 폐쇄 부분의 일부와 동시에 일어난다. 도5를 도4와 비교하여 알 수 있듯이, 연속적인 복귀 모드는 이제 이해될 것인 바와 같이 보다 효과적인 방식으로 사출 장치의 작동을 가능하게 한다.

본 발명의 방법과 장치를 사용하면, 더 작은 나사가 더 작은 모터에 의해 더 작은 속도로 구동될 수 있고, 따라서 더 적은 비용의 제어부(controls), 차단기(breakers) 등을 구비한다. 이는 장비 비용의 현저한 절약에 이른다. 또한, 낮 은 나사 속도 활용 때문에, 장치는 동일한 용융물 처리량의 통상적인 장치보다 보다 조용하게 작동한다.

통상적인 RS 장치는 각각의 주형 주기 동안 나사 회전을 멈추고 시작한다. 이는 높은 최대 토크 요구조건을 모터로부터 야기하고 이로써 더 높은 최대 에너지 양을 소비한다. 나사가 회전하지 않는 주형 주기의 부분 동안, 용융물 혼합과 가소화는 중지된다. 계속적인 나사 회전은 모터로부터 간헐적인 높은 최대 토크 요구를 없애고 일정한 용융물 혼합과 가소화를 제공한다. 따라서, 더 낮은 최대 에너지 요구가 이뤄지고, 장치로부터 더 낮은 전체 에너지 소비에 이른다.

도6은 비연속적 회전 접근을 사용하여 복귀의 시작에서의 나사 초기 회전 동안 나사 플라이트가 충전하기 위해 필요한 종래 기술의 "재충전" 시간을 도시한다. 나사는 회전하지만 플라이트가 충전되고 미는 힘을 가할 무언가를 가질 때까지 병진하지 않는다. 따라서, 나사가 가소화를 위한 회전을 재개할 때, 플라이트와 비용융된 수지 과립 사이에 포획되는 공기를 배출하는 것에 대해 고려해야 한다. 또한, 배럴의 소정의 부피 이내에서 더 적은 새 수지가 용융을 위해 이용가능하다.

계속해서 회전하는 나사로, (도6에 도시된) 결함은 더 많은 수지가 나사가 사출 및 유지 동안 개방 호퍼목 아래를 통과할 때 회전하는 나사에 의해 흡입될 수 있고 따라서 더 많은 양이 가소화를 위해 이용가능하다는 정도까지 해결된다. 또한, 배럴의 같은 부피 이내에 더 적은 포획되는 공기가 존재한다. 도7은 나사가 복귀의 시작에서 즉시 병진을 시작함을, 즉 도6에 나타난 바와 같이 "재충전" 시간이 없음을 도시함으로써 이를 나타낸다.

상기 모든 이점은 더 큰 특정 수지 처리량이 소정의 나사 직경, 나사 길이 및 구동 시스템에 대해 용융되고, 혼합되고, 균질화될 수 있음을 의미한다. 계속해서 회전하는 RS 장치의 사용으로 처리량의 이러한 증가는 위 배치가 가능하지 않은 것으로 무시했던 확립된 이해에 반하는 것이다. 연속적 회전의 이점은 도6과 도7을 비교하여 가시화될 수 있다. 도6은 나사가 주기의 복귀 단계 동안에만 회전되는 통상적인 성형 주기를 사용하여 5.29초에 완성되는 성형 주기를 도시한다. 도7은 나사가 사출 및 유지 동안에도 회전될 때 4.07초에 완성되는 같은 성형 주기를 도시한다.

바람직한 실시예가 나사를 회전시키기 위해 전기 모터를 그리고 나사를 병진시키기 위해 유압 실린더를 사용하는 사출 성형기의 문맥으로 기술되었지만, 본 발명은 축방향 병진, 나사 회전, 후방 압력 및 저항 유동을 발생시키기 위해 다르지만 균등한 구동 기술을 사용할 수 있음을 알 수 있다. 따라서, 예를 들면 유압 실린더에 의해 수행되는 기능 또는 유압 실린더에 대한 어떠한 참조는 가장 넓은 기능적 의미에서 해석되어야 한다.

또한, 실제적 관점에서, 사출 압력이 나사와 플라이트로부터 떨어진 영역에 제한되기 때문에 체크 밸브는 나사 팁에 이상적으로는 바로 인접하여 가장 부근에 위치됨을 알 수 있다. 이러한 형상에서, 배럴의 구조적 형상은 길이를 따라 그리고 배럴 전단부가 더 높은 압력 환경을 지지하고 보다 강건하게 구조되는 방식으로 변할 수 있다.

추가적으로, 본 발명의 바람직한 실시예는 대체로 나사의 계속적인 작동(이 는 선택된 주기 시간 동안 감소된 속도일 수 있음)을 주장하는 한편, 장치에 대한 전체 사출 주기의 다양한 단계 중 하나 이상에서, 예컨대 복귀 동안 나사 회전 속도의 즉각적인 경사 상승과 경사 하강이 있다는 점에서 실질적으로 연속적일 있음을 알 수 있다. (나사 회전을 경사 하강시키고 나사 복귀 주기 이외 전체 시간 동안 0의 회전 속도로 나사(사출 압력을 지원하는 체크 밸브를 구비하도록 구성되는 나사)를 유지하는(도4 참조)) 종래 기술과 반대로, 본 발명의 실시예는 간단하게 0의 회전 속도 상태가 있도록 할 수 있다. 왕복 나사의 회전은 전체 주기 시간의 약 30% 이하, 바람직하게는 전체 주기 시간의 약 20% 이하, 가장 바람직하게는 전체 주기 시간의 15% 이하의 시간 동안 0으로 감소될 수 있다. 그러나, 그러한 상태는 시스템의 작동 효율과 배럴 내의 일부 지점에서 사출 압력을 형성하는 사출 장치의 왕복 나사 환경에서 연속적인 나사 회전의 사용을 통해 기인하는 이점을 손상시킨다.

실제적 관점에서, 나사 회전이 전체 주기의 50% 이상 동안 및 바람직하게는 가능한 시간의 100% 가까이 최대이거나 최대 근처인 것이 바람직하다. 그럼에도 기존 시스템에 대한 본 발명의 이점은 전체 주기의 적어도 약 60%, 바람직하게는 적어도 약 70%, 가장 바람직하게는 적어도 약 80% 동안 최대이거나 최대 근처의 나사 회전으로도 경험될 수 있다. 물론, 나사가 최대 또는 최대 근처의 회전 속도로 작동하지 않는 임의의 시간은 평균 나사 회전 속도(및 평균 복귀 속도)를 감소시킴으로써 전체 가소화 처리량(및 전체 복귀 속도)을 감소시킨다.

5. 결론

따라서, 나사 병진을 포함하여 장치의 작동 동안 나사의 연속적 회전을 활용하여서 RS 사출 장치를 효율적으로 작동하는 방법 및 장치가 기술되었다. 이러한 목적으로, 역류방지 밸브 또는 실(seal)이 수지 이동에 대해 저항하는 플라이트와 함께 제공된다. 이러한 특징부는 효율을 증가시키고 장비 및 작동 비용을 감소시킨다. 본 발명의 개념(즉 RS 장치에서 나사의 연속적 회전)은 (배럴의 노즐에서) 역류방지 밸브가 개조될 수 있고 나사의 플라이트가 연속적 회전을 지원하는 존재하는 시스템에 적용될 수 있다. 이러한 시스템 개조를 달성하기 위해서, (CD ROM 또는 전용 칩으로부터 저장되고 업로드가능한 것과 같은) 소프트웨어 제어 모듈이 장착되거나 아니면 시스템 제어기(도1의 도면부호 23)로 프로그램되어서 사출 장치 작동과 시스템 타이밍을 개조할 수 있다. 본질적으로, (통상적으로 컴퓨터 판독가능한 매체 상에 제시되는) 소프트웨어 프로그램은 존재하는 시스템 이내에서 (도1에 도시된 구조에서 예시화된 바와 같이) 센서에 의해 결정되는 공정 제어 변수와 RS 사출 장치와 관련된 서보 밸브의 작동화 및 비작동화의 타이밍을 조정한다.

기술 분야에서 숙련된 자들은 본 발명이 틱소몰딩(Thixomolding), 금속 사출 성형 및 다른 유사한 사출 성형기와 RS 사출 장치로서 일반적인 유사 형상 및 설계를 갖는 그러한 기계를 작동시키는 방법에 균등하게 적용가능함을 이해할 것이다.

첨부된 도면들에 블록으로 지시되거나 개략으로 도시된 개별적 부품들은 사출 성형 기술분야에서 모두 잘 알려져 있고, 부품들의 특정 구조 및 작동은 본 발명을 실행하기 위한 작동 또는 최상 모드에서 중요하지 않다.

본 발명이 현재 바람직한 실시예라고 고려되는 것에 대하여 기술되었지만, 본 발명이 개시된 실시예에 한정되지 않음을 알 수 있다. 반대로, 본 발명은 첨부된 청구항들의 요지 및 범위 이내에 포함되는 다양한 변형 및 균등한 배치를 포함하는 것으로 의도된다. 예를 들면, 본 발명의 바람직한 실시예가 유압 제어 사출 장치와 관련하여 기술되었지만, 본 발명은 또한 전기 시스템 또는 기능적 균등물에 의해 발생되는 사출 압력을 또한 고려한다. 그렇기 때문에 용어 사출 장치는 광범위하고 기능적인 의미에서 고려되어야 한다. 또한 본 발명은 틱소몰딩과 금속 사출 성형기에 적용될 수 있다. 다음 청구항의 범위는 이러한 모든 변형과 균등한 구조 및 기능을 포함하기 위해서 가장 넓게 해석되어야만 한다.

상기 언급된 모든 미국 및 외국 특허 문서들은 본 명세서에서 바람직한 실시예의 상세한 기술에 참조로 통합된다.

도1은 본 발명의 개념을 지지할 수 있는, 복귀 스트로크의 끝에서의 RS 사출 장치의 측면도이다.

도2는 본 발명의 개념을 지지할 수 있는, 사출 스트로크의 끝에서의 RS 사출 장치의 측면도이다.

도3은 본 발명의 개념을 지지할 수 있는, 복귀 스트로크 동안의 RS 사출 장치의 측면도이다.

도4는 종래의 RS 장치 또는 비연속적인 복귀 주기에 대한 순서도이다.

도5는 본 발명에 따른 연속적인 복귀 주기에 대한 순서도이다.

도6은 도4의 복귀 주기 동안 나사 속도 및 나사 위치를 도시하는 도이다.

도7은 도5의 연속적인 복귀 주기 동안 나사 속도 및 나사 위치를 도시하는 도이다.

도8은 종래 및 연속적인 복귀 적용 모두에 전형적인 후방 압력에 대한 나사 병진 속도를 도시하는 도이다.

도9는 저항 유동 성분이 후방 압력 유동 성분보다 더 클 때 배럴의 용융물의 유효 유동 프로파일을 도시하는 도이다.

도10은 저항 유동 성분이 후방 압력 유동 성분과 동일할 때 배럴의 용융물의 유효 유동 프로파일을 도시하는 도이다.

Claims (8)

1. 삭제
2. 전체 사출 성형 주기의 적어도 60% 동안 분당회전수가 0 이상인 속도로 사출 장치의 이송나사를 회전시키는 절차와,

   소정의 부피가 축적될 때까지 이송나사의 역류방지 밸브의 하류부의 챔버에 용융물을 축적하는 절차와,

   이송나사의 복귀 속도를 0으로 형성하고 용융물 축적 부피의 임의의 추가적 증가를 방지하기 위해 사출 시스템에서 후방 압력을 증가시키는 절차를 컴퓨터가 실행하도록 하는 컴퓨터 프로그램 코드를 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체.
3. 제2항에 있어서, 상기 챔버로부터 주형으로 상기 용융물의 사출을 생성하기 위해 시스템 내에서 후방 압력을 더욱 증가시키는 절차를 컴퓨터가 실행하도록 하는 컴퓨터 프로그램 코드를 더 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체.
4. 제3항에 있어서, 감지된 압력, 나사 위치 및 나사의 회전 속도 중 적어도 하나를 분석하는 절차와,

   a) 후방 압력 및 b) 나사의 회전 속도 중 적어도 하나를 조절함으로써 압력, 나사 위치 및 회전 속도 중 대응하는 요소들에 응답하여 사출 주기 동안 사출 장치의 복귀 속도를 선택적이고 동적으로 변화시키고 나사의 축방향 병진을 제어하는 절차를 컴퓨터가 실행하도록 하는 컴퓨터 프로그램 코드를 더 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체.
5. 삭제
6. 제2항에 있어서, 상기 나사를 용융물이 축적되는 나사의 복귀 단계 동안 제1 속도로 작동시키는 절차와,

   상기 나사를 사출 단계의 적어도 일부분 동안 제1 속도보다 낮은 제2 속도로 일시적으로 작동시키는 절차를 컴퓨터가 실행하도록 하는 컴퓨터 프로그램 코드를 더 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체.
7. 삭제
8. 삭제

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