KR101537824B1 - 개선된 플라스틱 프리폼 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 취입 성형 공정을 통해 병을 제조하기 위한 플라스틱 재료의 프리폼으로서, 개방 단부(2)와 폐쇄 단부(4)를 갖는 대체로 원통형인 중심체(3)를 포함하는 프리폼에 관한 것이다. 상기 폐쇄 단부(4)의 중심 영역에 대하여 프리폼의 바깥으로 돌출되어 상기 프리폼(1)의 신장봉의 팁 단부를 내부로 수용할 수 있는 중공의 부속물(5)이 제공된다. 중공 부속물(5) 및 프리폼의 폐쇄 단부(4)의 나머지 측부는 구면형, 원뿔형, 타원형, 또는 포물선형일 수 있다.

플라스틱 프리폼, 취입 성형, 중공 부속물, 신장봉

Description

개선된 플라스틱 프리폼{IMPROVED PLASTIC PREFORM}

본 발명은 취입 성형 공정(blow-moulding process)을 통해 중공체, 특히, 임의의 종류와 크기의 병(bottle)을 제조하기 위한 개선된 프리폼(preform)에 관한 것이다.

본 발명의 당업자에게 잘 알려져 있듯이, 오늘날 플라스틱 재료의 병이나 항아리(jar)를 제조하는 것은, 정확하게는 프리폼 또는 패러슨(parison)으로 알려진 대체로 원통형인 형상을 가진 중공의 반완성 제품(semi-finished product)의 사용과 제조를 포함하는 2단계 공정을 통해 거의 전적으로 실행된다. 따라서, 이러한 공정의 제1 단계에서는, 매우 독보적인 방법으로, 즉, 소수의 전문 제조자에 의해, 두께는 더 두껍고 완성된 병에 대해 약 1:2 내지 1:4의 비율의 종방향과 횡방향 크기를 갖는 중공의 프리폼 제조가 이루어진다. 일반적으로 병에 담을 액체를 주입하는 공장과 동일한 공장에서 수행되는 상기 공정의 제2 단계에서는, 중공의 프리폼이 주형에 도입되고, 필요한 연화(softening)를 달성하기에 충분한 온도까지 가열되고, 프리폼 내에 도입된 신장봉(stretching rod)에 의해 병의 최종 길이까지 신장된 다음, 가열되고 신장된 프리폼에 압축 공기 유동을 한번 이상 도입함으로써 취입 성형된다.

이러한 제조 시스템은, 본 발명의 당업자에게 잘 알려져서 본 명세서에서 상기시킬 필요가 없는, 전체 연쇄 제조 공정에 있어서의 다양하고 매우 큰 장점을 주는데, 이러한 장점 때문에 전술한 바와 같이 중공체, 특히, 임의의 종류, 형상 및 크기의 병을 만드는데 이러한 제조 시스템이 전 세계적으로 거의 일반적으로 채용된다.

특히, 전술한 공정은, 예컨데 PET(polyethylenterephtalate)와 같은 투명한(clear) 플라스틱 재료를 사용하는 용도에 특히 적합한데, 이러한 재료는 취입 성형 동안 재료의 매우 작은 최종 두께 값을 가지면서도 병에 특히 만족스런 기계적 특성을 부여하는 결정 구조 형성과 같은 과정을 거친다.

따라서, 특히 이러한 형식의 병을 위해, 병의 최종 부피는 동일하면서 사용되는 플라스틱 재료의 양은 줄여서 병의 최종 비용을 감소시키기 위하여 제조 공정의 최적화를 위한 지속적인 연구가 이루어져 왔다. 오늘날에 이르기까지 이러한 연구는 주로, 한편으로는 (더 좋은 형상 안정성을 생성하기 위해) 완성된 병의 형상을 변화시키는 것에, 다른 한편으로는 다른 성형 인자(프리폼의 신장율, 가열 온도, 취입 공기압 등)를 조정하는 것에 목적을 두었다.

대신에 시간이 지나도록 실질적으로 변치 않고 유지되는 것은, 전술한 바와 같이 중공의 원통형 몸체를 포함하는 프리폼의 형상으로서, 일정하거나 가변적인 두께를 갖고, 프리폼의 개방 단부는 미리 병 목 영역의 최종 형상을 취하고 [또한 스크류 뚜껑(screw cap)과 결합하기 위한 필수 나사홈(threading)도 구비하고] 프리폼의 폐쇄 단부는 대부분의 경우에 반구형이다.

완성된 병에서 바닥부의 중심 영역에 남겨져서 직접적인 유용성이 없는 플라스틱 재료의 양을 줄이기 위하여, 비구면 헤드, 특히, 원뿔형, 타원형 또는 포물선형 형상을 가진 헤드를 갖춘 프리폼이 제안되어 부분적으로 사용되어 왔다. 그러나, 이러한 형식의 프리폼은 (사실상, 프리폼의 폐쇄 단부의 정점에 대하여 주입된) 용융된 플라스틱 재료의 유동 경로의 증가된 유선형성(streamlining) 때문에 알맞은 성형 시간 감소를 가져옴으로써 실제로는 프리폼의 성형 동안 일부 장점을 주는데 반해, 결과적으로 완성된 병에서의 재료 분포가 반구형 헤드를 갖춘 프리폼으로부터 얻어진 병의 것과 현저히 다르지 않기 때문에 프리폼의 중량을 감소시킨다는 측면에서 괄목할만한 결과를 내놓지 못한다.

그러므로, 본 발명의 목적은, 현행의 공지된 프리폼과 비교했을 때 그로부터 얻어진 병의 치수와 기계적 특성은 동일하면서 현저히 감소된 중량을 가지는 개선된 프리폼을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 개선된 프리폼으로부터 얻어진 병의 중량 감소가 병 바닥부의 중심 영역에 대하여 집중되는 것이 가능한 개선된 프리폼을 제공하는 것이다.

이러한 본 발명의 목적들은 본 발명에 따라 첨부된 청구항 제1항에 정의된 구성을 갖는 프리폼에 의해 달성된다. 본 발명의 프리폼의 추가 구성은 종속항들에서 정의된다.

본 발명의 추가 구성과 장점은, 첨부된 도면에 도시된 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 다음의 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 개선된 원통형 프리폼의 개략적인 측면도이다.

도 1로부터 명백히 나타나는 바와 같이, 본 발명에 따른 프리폼(1)은, 하우징 및 스크류 뚜껑의 접촉을 위한 리브(rib)와 나사홈을 갖춘 공지된 방법으로 제공된 개방 단부(2)의 형상 면에서와, 프리폼의 몸체(3)의 세장형 원통형 형상 면에서 모두, 완전히 통상적인 구조를 갖는다.

사실상, 본 발명의 프리폼의 개선점은 전적으로, 프리폼의 폐쇄 단부 또는 헤드(4)의 중심부에 대하여 헤드(4)의 나머지 측부로 적절히 둥글려진 축방향 부속물(5)이 형성되는 프리폼의 폐쇄 단부 또는 헤드(4)의 형상에 있다. 상기 헤드(4)의 나머지 측부는 전술된 공지된 형상 중 하나를 가질 수 있고, 바람직하게는 반구형 형상을 갖는다.

부속물(5)의 형상과 크기는, 성형 단계의 시작 단계에서 부속물의 내경이 부속물의 내부에 프리폼의 신장봉(미도시)의 팁(tip)을 수용할 수 있을 정도로만 크면 되기 때문에 특별히 제한되지 않는다. 또한, 도시된 실시예에서 부속물(5)은 반경(R)의 반구형 형상을 가지며, 바람직하게는, 반경(R)과 동일한 반경을 가진 만곡되고 외부로 오목한 면에 의해 폐쇄 단부(4)의 측부로 둥글려진다.

(도 1의 가상선에 의해 도시된) 완전히 반구형인 헤드의 이론적인 팁에 대한 접평면에 대하여, 부속물(5)의 반경(R)과 전체 높이(h)는 본 발명의 프리폼의 특징 적 구성을 결정한다. 반경(R)이 취할 수 있는 최소값(R = R_min)은, 전술한 바와 같이 부속물 내부에 프리폼의 신장봉이 꼭 맞게 도입되기 위한 부속물(5)의 내경에 대응하는 값이다. 반면에, 반경(R)이 취할 수 있는 최대값(R = R_max)은, 프리폼의 원통형 중심부(3)의 직경(D)의 1/2에 대응한다. 프리폼의 전체 높이(H)가 동일할 때, 프리폼의 중량 감소 효과는 당연히 R = R_min일 때 가장 높고, 반면에, R = R_max일 때, 즉, 본 발명의 프리폼의 헤드(4)가 완전히 반구형인 헤드를 갖춘 통상적인 주형의 헤드와 같은 형상을 가질 때 중량 감소 효과는 최소이거나 더 정확하게는 없다.

비슷한 관측이 부속물(5)의 높이(h)에 적용되는데, 이는 프리폼의 전체 높이(H)가 동일할 시, 본 발명의 프리폼의 헤드(4)가 완전히 반구형인 헤드를 갖춘 통상적인 프리폼의 헤드와 같은 형상을 가지는 h_min = 0의 값으로부터 시작해서 높이(h)가 커질수록 프리폼의 중량 감소도 커진다는 것이 명백하기 때문이다.

전술한 변화의 범위 내에서 부속물(5)의 치수와 형상은 요구되는 결과에 따라 마음대로 변경될 수 있는데, 예를 들면, 동일한 프리폼으로 형성된 병 바닥부의 중심 영역에 대하여 프리폼의 중량 감소를 집중시키기 위해서라든가, 또는, 때때로 다른 개별적 용도에 유용하거나 편리할 수 있는 기타 목적을 위해서 변경될 수 있다.

본 발명의 프리폼의 전술된 특정 형상 때문에, 본 발명의 프리폼의 전체 표면이, 완전히 반구형인 헤드 및 동일한 높이를 가진 대응하는 통상의 프리폼의 전 체 표면보다 명백히 더 작은 전개(development)를 갖는다는 사실에 때문에, 동일한 두께와 높이를 갖춘 공지된 형식의 프리폼보다 더 작은 중량을 가진 프리폼이라는 놀라운 결과가 얻어진다. 이에 따라 얻어진 프리폼의 중량 감소는 약 3% 내지 5%에 이를 수 있고, 또한, 이러한 놀라운 결과는 프리폼의 다른 특성을 조금도 변경하지 않고, 특히 축방향 신장율을 동일하게 하면서 달성된다. 부속물(5)의 내부 형상에 적합하도록 변경 가능한 최종 부분을 가진 신장봉은 부속물(5) 내로 관통할 수 있고, 이에 따라 반구형 헤드를 가진 동일한 전체 높이(H)의 통상의 프리폼을 만드는 것과 같은 본 발명의 프리폼의 신장을 결정한다. 또한, 부속물(5)이 미리 프리폼의 변형된 형상을 위한 베벨(bevel)을 나타낸다는 사실 때문에 신장 작업은 더욱 균일하고 균질적이다.

따라서, 본 발명의 프리폼은 취입 성형 공정의 새로운 칼리브레이션을 수행할 필요 없이 통상의 프리폼을 대체할 수 있어서, 단순하고 직접적인 방법으로 프리폼 중량의 놀라운 감소가 얻어지고, 따라서 완성된 병에 있어서 본 발명의 제1 목적을 달성한다. 게다가, 부속물(5)의 치수 인자를 적절하게 조정함으로써 상기 프리폼의 취입 성형에 의해 얻어진 병의 바닥부의 중심 부분에 대하여 중량 감소를 집중시키는 것이 가능하며, 따라서, 본 발명의 제2 목적도 달성된다. 이러한 목적은, 작은 두께의 주연 영역과 큰 두께의 중심 영역 사이의 전이 영역이 생기는 병 바닥부의 환형 밴드(band)를 구성하는 통상의 병의 깨지기 쉬운 영역을 현저히 감소시키거나 제거하면서 병의 충격에 대한 기계적 저항성을 개선시켜 주기 때문에 특히 중요하다.

본 발명은 동일한 바람직한 실시예를 참조하여 기술되었지만, 본 발명의 원리를 사용하는 많은 다른 실시예가 상기 실시예와 다를 수 있다는 것은 명백하다. 따라서, 본 발명은 기술된 실시예의 구성에 의해 제한되지 않고, 첨부된 청구 범위에서 보여지는 본 발명의 정의에 의해서만 제한된다.

Claims (8)

1. 취입 성형 공정을 통해 중공체를 제조하기 위한 플라스틱 재료의 프리폼(1)으로서, 개방 단부(2)와 폐쇄 단부(4)를 갖는 대체로 원통형인 중심체(3)를 포함하고, 상기 취입 성형 공정 동안 상기 중공체의 최종 길이까지 신장되는 신장봉을 내부에 수용하는 프리폼(1)에 있어서,

   상기 폐쇄 단부(4)는 중심 영역에 있어서 프리폼(1)의 외부로 돌출된 중공의 부속물(5)을 구비하고,

   상기 중공의 부속물(5)은 상기 프리폼의 신장봉의 자유 단부를 수용할 수 있도록 하는 내부 공차를 가지는, 프리폼.
2. 제1항에 있어서,

   상기 중공체는 병이나 항아리이고,

   상기 개방 단부(2)는 완성된 병 또는 항아리의 목 영역 및 뚜껑의 장착부를 형성하는, 프리폼.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 부속물(5)의 적어도 중심부는 구면형, 타원형 또는 포물선형의 형상을 가진, 프리폼.
4. 제3항에 있어서,

   상기 부속물(5)은 상기 프리폼(1)의 폐쇄 단부(4)의 나머지 측부로 둥글려진, 프리폼.
5. 제4항에 있어서,

   상기 부속물(5)은 구면 형상을 가진, 프리폼.
6. 제5항에 있어서,

   상기 부속물(5)은 프리폼(1)의 폐쇄 단부(4)의 나머지 측부와 상기 부속물(5)을 연결시키는 외부로 오목한 면의 반경과 동일한 반경(R)을 갖는, 프리폼.
7. 제5항에 있어서,

   상기 중심의 부속물(5)에 인접한 폐쇄 단부(4)의 상기 측부는 구면형, 타원형 또는 포물선형의 형상을 가진, 프리폼.
8. 삭제

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