KR102046195B1 - 예비성형체를 제조하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 후속 스트레치 블로우 몰딩에 대해 최적화된 기저 기하학적 형상을 갖는 예비성형체를 제조하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 사출 몰드 내에서 제조된 예비성형체는 냉각식 제거 슬리브 내에서 제거되고 집중적 접촉 냉각에 의해 샤프트 내에서 냉각되며 냉각 슬리브의 특정 윤곽으로 인해 돔형 예비성형체 단부와의 냉각 접촉이 이루어지지 않는다. 그 결과, 이 돔형 단부의 재-가열을 고려하여, 이는 벽 두께에 영향을 미치고 블로우-몰딩 공정에 대해 더욱 선호되는 신규한 기하학적 형상으로 기계적으로 변형될 수 있다. 후속 블로우-몰딩 공정에서, 이러한 변형된 예비성형체는 주요하게는 병 내에서 더 양호하게 분포된 중합체 재료가 상당한 재료 절감을 야기하고 고 품질의 병 기저를 제공하는 이점을 갖는다.

Description

예비성형체를 제조하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR PRODUCING PREFORMS}

본 발명은, 블로우-몰딩 후속 공정에서 유리한 기저부의 기하학적 형상을 몰딩하기 위하여 예비성형체를 제조하는 방법 및 장치 관한 것이다.

예비성형체는, 연신-블로우-몰딩된 플라스틱 용기를 생산하기 위한 블로우-몰딩 기계 내에서 이용되고 하나 이상의 열가소성 재료로 제조되는 사출-몰딩 블랭크이다.

본 발명에 따라 설명되는 예비성형체의 전통적인 생산을 위해, 중합체 원료가 소성화되고 계속해서 단일 공동 또는 다수의 공동을 가진 몰드 속에 고압으로 가압된다.

그 결과 생산된 도 1의 예비 성형체는 기하학적으로 넥 및 샤프트 영역 및 돔 형상의 기저 단부를 포함하고, 상기 몰드 내에 코어가 삽입되기 때문에 예비 성형체 내부는 중공구조를 가진다. 상기 넥 영역은 예를 들어, 나사 캡에 의해 재밀봉 가능한 구조를 가진다. 상기 넥 영역은 블로우-몰딩 공정 동안 추가 변형을 겪지 않는다. 반면에, 상기 샤프트 영역 및 돔 형상의 기저 단부는 상승된 온도에서 팽창되어 중공 몸체를 형성하고, 이에 따라 중합체가 연신되고 동시에 상당히 고형화된다. 따라서, 코어의 기하학적 형상과 관련하여 예비성형체의 변형되는 영역은 후속 공정에서 구해지는 병의 기하학적 품질에 영향을 준다.

일반적으로 생산 시스템내에서 몰드에 대한 투자가 가장 크기 때문에, 몰드의 효율적인 작동은 상당히 중요하다. 따라서, 몰드의 집중 냉각되는 강(steel)과 직접 접촉하고 계속해서 빠르게 고형화되는 외부 표면을 가진 예비 성형체가 기계적 변형과 손상 없이 몰드로부터 분리되고 몰드는 시간 지체 없이 다음 제조 사이클을 위해 준비된다.

통상적인 고속 제조 사이클에 의하면, 예비성형체의 벽에 상당한 잔류 열이 남아 있어서 재가열을 야기하고, 예비성형체는 다시 연화되고 결정화되므로 이용할 수 없게 된다. 따라서, 몇몇 생산 사이클 동안에 냉각 슬리브로서 알려진 더욱 단순한 몰드 부품내에서 예비성형체가 분리된 후에 예비성형체의 집중적인 냉각이 계속되어야 한다.

종래기술을 따르는 도 1의 예비성형체에 의하면, 예비성형체는 특히 돔 형상의 기저 단부 및 샤프트의 영역에서 유사한 벽 두께를 갖는 것이 필수적이다. 상대적으로 얇은 벽 두께를 가지는 예비성형체의 게이팅 영역에서 재료가 조기에 경화되면 계속해서 용융물에 대해 가해지는 압력에 의해 냉각과정 동안 수축이 발생되는 것은 피할 수 없고 넥 부분을 포함한 전체 예비성형체에 영향을 주어 예비성형체의 중요 영역에서 바람직하지 못한 싱크 마크(sink mark)가 발생된다.

도 2에 도시되고 하기 설명에서 설명되는 장점을 가진 예비성형체의 기하학적 형상이 종래기술의 사출-몰딩 공정에 의해 구현될 수 없는데, 예비성형체의 돔 형상 단부 영역 따라서 게이팅 주변 영역에서 예비성형체의 벽두께는 예비성형체의 샤프트보다 훨씬 더 얇고 상기 영역에서 재료가 조기에 경화되어 발생하는 싱크 마크가 피할 수 없기 때문이다.

본 발명의 주요 과제는, 훨씬 더 유리한 기저부 형상을 가지고 후속 연신 블로우 몰딩(stretch blow molding) 과정에서 유리한 예비성형체가 제조될 수 있는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 특징이 청구항 제1항 및 제11항에 제공된다.

예비성형체의 기저부 윤곽이 가지는 형상이 개선되면 상기 돔 형상 단부 영역에서 예비성형체의 표면적이 증가될 수 있다. 따라서, 블로우-몰딩 공정 동안에 상기 증가된 표면적에 의해 하류 위치의 블로우-몰딩 장치의 적외선 히터가 더욱 효율적으로 열에너지를 공급하고 블로우-몰딩 장치의 연신 막대가 최종 가공된 병의 벽두께를 더욱 양호하게 변화시키므로 유리하다.

당업자에게 "카펠로 디자인(Capello Design)"으로 알려진 상기 최적화된 기저부 형상이 예를 들어 문헌 제 WO2008/041186A2호에 설명된다. 기저부 형상이 원하는 대로 설계될 수 있더라도 상기 기저부 윤곽은 사출-몰딩 공정 동안에 이미 형성되기 때문에 상기 물리적 특징에 의해 벽 두께는 거의 변화될 수 없다.

그러나, 병의 기저부가 후속 공정에서 팽창되면 돔형상 예비성형체 단부의 벽 두께는 상당히 얇게 형성되어 유리하다. 이러한 구조가 문헌 제 WO2010/149522A1호에 설명된다. 사출 몰딩에 의해 형성될 수 있는 벽두께보다 훨씬 더 얇은 벽 두께가 예비성형체의 돔형 단부 영역에서 선호되는 알려져 있다. 여기서, 표준 공정에 의해 제조되는 예비성형체가 하류위치의 냉각 슬리브 내에서 압축 공기를 이용하여 가압된다. 이 경우에 확대된 기저부 윤곽이 변형을 중지시킬 때까지 기저부 영역이 확대되도록 냉각 슬리브가 구성된다. 따라서, 원하는 표면적 증가가 이루어지고 동시에 벽 두께가 감소된다. 상기 방법이 카펠로 디자인보다 더 우수한 결과를 가지더라도 팽창 공정은 거의 제어되지 못한다. 따라서, 불균일한 온도가 게이팅을 중심으로부터 벗어나게 만들 수 있다. 게다가, 돔형 단부 영역에서 벽 두께가 정밀하게 변화되는 것이 예측될 수 없고 돔형 예비성형체 단부 주위에서 발생되는 열적 상태를 가진다.

본 발명의 물리적 기초는, 원리적으로 냉각 작용이 추가로 지속되지 못하면 몰드로부터 분리된 예비성형체는 다시 연화되고 즉 특정 온도 레벨을 가지게 되고 그 결과 쉽게 다시 변형될 수 있다는 사실로부터 이해될 수 있다. 배경 기술에서 설명된 것처럼 돔형상 단부 영역에서 냉각 슬리브의 윤곽이 수정되기 때문에, 예비성형체의 샤프트 및 돔형상 단부가 냉각 슬리브 내에서 접촉 냉각에 의해 냉각되는 동안에 돔형상 단부에 대해서는 냉각 접촉이 발생하지 못하여 돔형상 단부는 약 90°C 내지 150°C로 재가열되고 계속해서 다시 변형될 수 있다. 따라서, 게이팅 위치는 후속 가압 공정 동안에 고온 용융물이 가장 마지막에 공급되는 위치이기 때문에 게이팅 위치는 가장 고온의 위치이다. 다음에 돔형 단부의 온도는 서서히 감소되며 재료는 상대적으로 더 높은 점도를 갖는다.

일반적으로 가능한 많이 고형화되는 예비성형체를 형성하기 위하여 예비성형체가 항상 후속 냉각 공정에서 집중적으로 냉각되는 종래기술과 대조적으로, 본 발명의 기초 사상은 예비성형체의 기저부와 집적 접촉하는 것을 제거한 냉각 슬리브의 수정된 기저부 형상이 예비성형체의 기저부를 집중적으로 냉각시키는 과정을 제거하고 그 결과 상기 영역을 다시 가열하는 것을 허용한다. 몇 초 동안 조정(conditioning) 작업 후에 일반적으로 예비성형체의 기저부는 사출위치로부터 예비성형체의 샤프트까지 점차로 감소하고 계속되는 특정 기계적 변형을 위한 최적의 온도 변화를 가진다. 상기 돔형 기저부 단부의 온도 변화는 최고 온도를 가져서 가장 쉽게 변형되는 위치에 의해 형성되며 상기 온도 변화는 돔형 단부내에서 서서히 감소된다. 그 결과, 특수 형상의 엠보싱 몸체를 이용하여 계속되는 기계적 변형 과정에서 게이팅 영역은 가장 얇은 두께를 가지는 반면에, 돔형 단부의 벽 두께는 돔형 단부가 샤프트와 이음매 없이 합체될 때까지 샤프트에 대해 점점 더 두꺼워진다. 그 결과 병이 블로우 몰딩되는 공정에서 지속되는 부정적 영향을 줄 수 있는 벽 두께의 갑작스런 변화가 방지된다.

변형 공정 동안 엠보싱 몸체는 항상 게이팅 지점으로부터 시작하여 우선 게이팅 지점과 접촉하고 계속해서 축 방향 운동함에 따라 돔형 단부의 전체 영역을 점차로 엠보싱 변형시키도록 엠보싱 몸체가 설계되고, 상기 엠보싱 몸체는 예를 들어, 테프론과 같은 고형 재료로 제조된다. 엠보싱은, 소성 상태를 가진 돔형 예비성형체 단부의 재료가 냉각 슬리브 및 엠보싱 몸체에 의해 미리 정해진 방식으로 끌어당기며 압축하고 가압하여 성형되는 것을 의미한다. 돔형 예비성형체 단부의 온도 및 예비성형체의 내경에 따라, 5N 내지 100N의 축 방향 엠보싱 하중이 적합하지만 엠보싱 하중은 훨씬 더 높을 수도 있다. 예를 들어, 구 형상을 가진 예비성형체의 돔형 단부 윤곽을 위해 타원형 엠보싱 몸체가 이상적일 수 있다. 그러나, 예를 들어 실리콘으로 제조될 수 있고 소성 변형가능한 엠보싱 몸체를 이용하는 것이 고려될 수 있다. 상기 엠보싱 몸체를 이용한 엠보싱 작업은 게이팅 지점에서 직접 시작하는 것이 아니라 돔형 단부 내부의 다른 원하는 위치에서 개시될 수 있다. 엠보싱 맨드릴이 탄성 변형가능하기 때문에, 게이팅 영역은 단지 후속과정에서 변형될 수 있다.

예를 들어, 엠보싱 작업 후에 게이팅 영역이 너무 얇은 두께를 가져서 예를 들어, 탄산음료와 같이 압력이 가해지는 병의 경우에서 부정적인 영향을 가질 수 있고 게이팅 영역이 온도 변화를 상쇄시켜야 하기 때문에 돔형 예비성형체 단부에 형성되는 점진적인 온도 변화가 바람직하지 않은 경우에 상기 장치가 적절할 수 있다. 이 경우 변형 작업 후에 예비성형체 내부에서 예비성형체의 기저부 윤곽은 엠보싱 몸체를 정밀하게 복제하고 예비성형체 외부에서 냉각 슬리브의 기저부 형상을 복제하므로 유리하다. 엠보싱 공정 이후에 재성형되고 다음에 냉각 슬리브의 기저부와 집중적으로 냉각 접촉하는 돔형 예비성형체 단부는, 벽 두께는 상대적으로 더 얇고 표면적은 증가되기 때문에 매우 신속하게 냉각되고 이에 따라 바람직하지 못한 결정화 작용의 개시는 발생하지 않는다. 또한, 벽 두께의 변화와 관련하여 돔형 예비성형체 단부에서 엠보싱 작업을 위해 엠보싱 몸체의 온도가 능동적으로 제어되거나 엠보싱 몸체가 냉각될 수 있다. 온도가 제어되는 엠보싱 몸체를 이용하여 예비성형체 기저부에서 표면 영역은 더 얇게 스탬핑될 수 있는 반면에, 냉각된 엠보싱 맨드릴을 이용하여 예비성형체 기저부에서 표면 영역은 더 두꺼워질 수 있다.

중합체 재료의 냉각된 외부 표면은 변형 하중을 견딜 정도로 강하기 때문에, 예비성형체의 샤프트 영역에서 집중적인 냉각이 개시됨에 따라 예비성형체의 샤프트 영역은 기계적 엠보싱 작업으로부터 최대한 제외된다. 예비성형체의 전체 변형 작업에 대해 상기 특성이 적용된다. 한편, 예비성형체 샤프트가 축 방향으로 연신되어 이러한 변형 작업은 돔형 예비성형체 단부에 부정적인 효과를 가질 수 있다.

엠보싱 과정 동안에 샤프트에서 발생할 수 있는 또 다른 문제점에 의하면, 몰드로부터 예비성형체를 문제없이 분리하기 위하여 신뢰성 있는 냉각 작용을 위해 냉각 슬리브내에서 수행되는 것처럼 몰드는 종종 단지 몇 분의 매우 작은 각도를 가진다. 엠보싱 작업 동안 축 방향 하중이 발생하고 이미 경화된 예비성형체 샤프트가 형성됨에 따라 상기 예비성형체 샤프트는 상기 작은 각도에 의해 움직일 수 없게 되고 어렵게 분리될 수 있을 뿐이다. 또한, 냉각 슬리브 내에서 예비성형체의 축 방향 위치는 다시 설정될 수 없다. 따라서, 엠보싱 작업 이전에 돔형 예비성형체 단부의 최초 위치는 냉각 슬리브 내부의 작은 영역에 형성될 수 있고 예비성형체를 위해 단지 몇 십분의 일 밀리미터 크기를 가진 언더컷을 포함한 작은 지지 영역이 형성된다. 이렇게 하여 예비성형체는 신뢰성 있게 위치 설정되고 축 방향 하중이 작용할 때 움직일 수 있다.

상기 형상을 가진 기저부를 포함한 예비성형체는 후속 연신 블로우-몰딩 공정 동안에 상당한 장점을 제공한다. 블로우-몰딩 장치의 가열 장치로부터 가장 멀리 떨어진 위치에 있는 게이팅 지점은 통상적으로 가열되기 어렵거나 가열되더라도 게이팅 지점과 근접한 영역이 너무 뜨거워지는 문제점을 가질 수 있다. 왜냐하면, 가열 복사의 출력은 거리의 제곱 함수에 따라 감소되기 때문이다. 따라서, 기저부 영역, 특히 게이팅 지점에서 재료는 만족스럽게 연신될 수 없고, 그 결과 연신-블로우-몰딩되는 대부분의 플라스틱 병들의 바닥 영역에 재료가 불필요하게 축적되고 이에 따라 기저부가 취약해질 수 있다.

게이팅 지점에서 예비성형체가 더 얇은 벽 두께를 가지고, 예비성형체의 샤프트까지 돔형 단부의 연장부에서 예비성형체의 돔형 단부는 상대적으로 두꺼운 벽 두께를 가지며 샤프트와 이음매 없이 연결됨에 따라, 가열 장치로부터 게이팅 지점까지 거리 및 벽 두께는 완벽한 관계를 가진다. 돔형 예비성형체 단부의 가열 거동이 최적화된다. 재가열된 상기 예비성형체에 있어서, 여분의 중합체 재료가 팽창 공정 동안에 기저부 영역으로부터 배출될 수 있어서 궁극적으로 재료가 절약될 수 있다. 또한, 기저부 영역은 후속 연신 작업에 의해 추가로 강화되고 이에 따라 병의 기저부는 더욱 향상된 품질을 가진다.

또한, 병의 기저부가 가지는 최종 형상과 유사한 몰드 내에서 예비성형체의 기저부가 스탬핑 가공될 수 있다. 예를 들어, 병은 타원형상을 가지거나 기저부가 풋을 가져서 연신 블로우 몰딩 공정 동안에 재료는 기저부 영역에서 균일하게 분포되지 못한다. 기저부의 성형 준비작업에 의해 재료가 더 양호하게 분포될 수 있다. 상기 성형 작업은 엠보싱 맨드릴 또는 냉각 슬리브에서 수행될 수 있다. 또한, 상기 성형 작업은 엠보싱 맨드릴 및 냉각 슬리브에서 동시에 수행되거나 순차적으로 수행될 수 있다. 돔형 예비성형체 단부의 표면적을 증가시키기 위해 웨이브, 선 또는 러프니스(roughness) 형상을 이용한 다른 성형 작업이 제공될 수 있다. 이에 따라 블로우-몰딩 장치의 IR 가열로부터 에너지 전달이 용이해 진다.

원리적으로, 몰드내에서 수행되는 사출 몰딩 작업이 엠보싱 작업보다 더 오래 걸리기 때문에 상기 엠보싱 방법은 제조 사이클 시간에 영향을 주지 않는다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 하기에서 더 상세히 설명된다.

도 1은 종래 기술에 따라 제조된 둥근 돔형 단부를 갖는 예비성형체의 단면도.
도 2는 게이팅 지점에 대한 벽 두께가 원하는 바에 따라 변화할 수 있고, 후속 냉각 스테이션에서 사출-몰딩 공정 이후에 엠보싱 공정에 의해 성형되는 기저 기하학적 형성을 포함한 예비성형체의 단면도.
도 3a는 엠보싱 유닛이 이동식 플래튼에 연결되고, 예비성형체를 제거하기 위해 연장된 제거 암을 갖는, 개방 몰드를 이용한 사출-몰딩 공정이 완료된 상태를 도시하는 도면.
도 3b는 엠보싱 유닛에 대한 예비성형체 입구의 동시 배치 중에, 개방 몰드로부터 인입된 제거 암이 제공되는 도식적 도면.
도 3c는 엠보싱 작업이 개시되며 개별적으로 이동가능한 압력 유닛에 의해 요구 시에 수행될 수 있고, 동시에 이동식 플래튼에 연결되는 엠보싱 유닛이 이동되고 몰드의 밀폐 작업 후의 도식적 도면.
도 4a는 엠보싱 맨드릴이 엠보싱 작업을 위해 개별적으로 축방향으로 구동하고, 냉각 슬리브의 기저 윤곽에 의해 결정되는, 플로팅 마운팅에 따른 엠보싱 몸체, 엠보싱 작업 이전에 예비성형체 및 개별 기저 윤곽을 포함한 냉각 슬리브로 구성된 개별 엠보싱 장치의 측면도.
도 4b는 엠보싱 작업이 개시되는, 도 4a와 유사한 단면도.
도 4c는 엠보싱 작업이 완료된, 도 4a와 유사한 단면도.
도 5는 기저 영역에 최적화된 기하학적 형상을 갖는 엠모싱 맨드릴 및 확대된 공동을 포함한 냉각 슬리브로 구성된 엠보싱 장치의 도식적 단면도.
도 6a 내지 도 6c는 기하학적으로 미리 결정된 엠보싱 몸체 및 냉각 슬리브에 의한 돔형 예비성형체의 엠보싱 순서를 도시하는 도면.
도 6d는 게이팅 영역에서 재료의 축적을 허용하는, 냉각 슬리브에 대한 기하학적으로 미리 결정된 엠보싱 몸체를 도시하는 도면.
도 6e는 엠보싱 중에 원하는 윤곽을 형성하는, 치수적으로 유연한 재료의 냉각 슬리브에 따른 기하학적으로 미리 정해진 엠보싱 몸체를 도시하는 도면.
도 7a는 표면적 확장을 위해 조면화되고 립을 갖는 냉각 슬리브에 대한 기하학적으로 미리 결정된 엠보싱 몸체를 도시하는 도면.
도 7b는 이 예시에서 타원형과 같은 성형된 병 기저에 일치되도록 기하학적으로 형성된 냉각 슬리브에 대한 기하학적으로 미리 정해진 엠보싱 몸체를 도시하는 도면.

도면을 참고하여, 돔형 예비성형체 단부(domed preform end)의 엠보싱 작업이 설명된다.

종래기술에 따라 생산된 도 1의 예비성형체가 일반적으로 구 형상을 가진 돔형 단부를 가지지만 다른 기하학적 형상을 가질 수 있다. 이 경우, 일반적으로 예비성형체(1)의 돔형 예비성형체 단부(4)가 가지는 벽 두께는 예비성형체 샤프트(3)가 가지는 벽 두께의 약 80%이다. 도 2에 도시되고 블로우-몰딩 공정(blow-molding process)을 위해 최적화된 예비성형체가 게이팅 지점(24)에서 더 얇은 벽 두께를 가지며, 냉각 공정 동안에 예비성형체의 수축을 상쇄시키는 후속 압력(follow-up pressure)이 상대적으로 두꺼운 벽을 가진 영역에서 작용하지 않기 때문에 도 2의 예비성형체는 멜트 셋팅(setting)의 위험을 고려하여 사출-몰딩 기술에 의해 형성될 수 없다.

그럼에도 불구하고, 종래기술의 사출-몰딩 기술에 의해 도 2의 예비성형체를 생산하기 위해, 우선 예비성형체가 몰드(8) 내에서 통상적인 방법으로 제조되고 도 3a에 따라 몰드의 제1 냉각 및 개방 과정 후에 상기 예비성형체는 제거 암(remove arm, 6)에 의해 통상적인 방법에 따라 제거된다. 이 경우 제거 암(6)은 다수의 냉각 슬리브(cooling sleeve, 7)를 가지며, 도 1의 예비성형체는 예비성형체의 넥 영역까지 냉각 슬리브 속에 삽입된다.

몰드(8) 및 제거 암(6)을 갖는 사출-몰딩 기계가 종래 기술에 공지되어 있다.

도 3a를 참고할 때, 상기 제거 암(6)이 3개의 냉각 슬리브(7)들을 가진다. 초기에 생산된 도 1의 예비성형체는 기저부 영역에 상대적으로 두꺼운 벽 두께를 가진 통상적인 형상을 가지며 수냉식 냉각 슬리브(7)내에 고정되고 예비성형체의 외부 몸체 영역에서 냉각 슬리브와 거의 완전히 직접 접촉한다. 또한, 액체 또는 기체에 의해 수행되는 냉각작용은 종래기술을 따르는 다양한 구조적 변형예들에서 공지되기 때문에 본 명세서에서 상세하게 설명하지 않는다.

도 4a에 도시된 예비성형체의 위치설정에 의하면, 냉각 슬리브(7)는 확대된 기저부 기하학적 형상(20)을 가지며 예비성형체의 기저부(21)에서 직접적인 냉각 접촉이 방지된다. 그 결과, 예비성형체가 제거 암(6)으로 전달된 직후에, 예비성형체 샤프트(3)가 집중적으로 냉각되는 반면에 돔형 예비성형체 단부(4)는 냉각작용이 없기 때문에 균질하게 재가열되고 다시 연화된다. 예비성형체의 냉각작용을 증가시키기 위해 냉각 슬리브(7)의 개수는 몰드가 가지는 공동의 개수의 배수일 수 있다. 이에 따라, 냉각 상태에서 예비성형체의 잔류 시간은 여러 번의 사출-몰딩 사이클에 걸쳐 지속될 수 있다.

후속 사출-몰딩 사이클을 위해 몰드(8)를 가능한 신속하게 준비하기 위하여, 제거 암(6)은 도 3b에 도시된 것처럼 몰드 영역으로부터 이동한다. 이에 따라, 최종 제조된 예비성형체(1)의 개구부들이 동일한 개수의 엠보싱 맨드릴(18)들과 축 방향으로 정렬될 수 있는 위치가 형성되고, 상기 엠보싱 맨드릴들은 엠보싱 플레이트(9) 상에 장착된다. 단순한 구조를 위해, 엠보싱 플레이트(9)는 이동식 플래튼(movable platen, 15) 상에 직접 장착된다. 그러나, 상기 엠보싱 플레이트는 독립적인 이동식 유닛일 수 있다. 이동식 플래튼(15)과 엠보싱 플레이트(9)가 직접 연결되므로, 도 3c에 도시된 것처럼 몰드(8)가 밀폐되는 동안에 엠보싱 맨드릴(18)은 예비성형체의 개구부 속으로 삽입된다. 엠보싱 맨드릴의 구조가 도 4a 내지 도 4c에 도시된다.

엠보싱 맨드릴(18)은 실질적으로, 선택적인 개별 축 방향 드라이브(14), 피스톤 로드(10), 압축 스프링(11)에 의해 피스톤 로드(10)에 대하여 축 방향으로 스프링 운동하는 피스톤 로드 신장부(22) 및 플로팅 방식(13)으로 반경 방향을 따라 장착되는 엠보싱 몸체(12)를 포함한다. 엠보싱 맨드릴(18)의 전방 단부에 위치한 엠보싱 몸체(12)는 선택적으로 탄성 또는 강성 재료로 제조될 수 있고, 선택적으로 온도-제어식으로 작동하거나 수냉 방식으로 작동할 수 있다.

실제 엠보싱 스트로크를 위한 하중 및 시점은, 전체적으로 엠보싱 플레이트(9)를 위한 전용 드라이브 및 압축 스프링(11)의 설계에 의해 결정될 수 있다. 그러나, 엠보싱 플레이트(9)가 이동식 플래튼(15)과 직접 연결되면, 엠보싱 시간이 지연되어야 할 때에만 개별 축 방향 드라이브(14)가 이용되어야 한다. 모든 개별 축방향 드라이브(14)가 엠보싱 공정에서 동일한 하중을 발생시킨다면, 압축 스프링(11)은 불필요할 수 있다.

냉각 슬리브의 확대된 기저부 기하학적 형상(20)에도 불구하고 도 1의 예비성형체가 복제가능하게 배열되고 축 방향으로 고정되도록 상기 예비성형체는 냉각 슬리브(7)의 내부 윤곽을 따라 배열된다. 따라서, 구 형상을 가진 원형 영역(19)에 돔형 예비성형체 단부(4)가 배열되어 언더컷을 형성하도록 냉각 슬리브(7)의 기저부 기하학적 형상(20)이 설계된다. 엠보싱 과정 동안에 냉각 슬리브(7) 내에서 예비성형체 샤프트(3)가 축 방향 하중에 의해 이동할 수 있도록 상기 원형 영역이 설계된다.

엠보싱 공정 자체가 도 5 및 도 6a 내지 도 6c에 도시된다. 돔형 예비성형체 단부(4) 내에 복제가능한 온도 프로파일이 형성될 수 있고 게이팅 지점(24)에서 최고 온도가 형성되지만 예비성형체 샤프트를 향해 온도가 점진적으로 감소될 때, 우선 상기 게이팅 지점(24)에 엠보싱 몸체(12)를 적용하는 것이 적합할 수 있다. 그러나, 비결정 PET를 포함하는 재료가 게이팅 지점(24)에 직접 축적되어야 하는 적용예들이 있다. 이를 위해 예를 들어, 엠보싱 몸체(16)는 도 6d에서와 같이 돔형 단부 대신에 엠보싱 몸체의 팁에서 원형 적용점을 가진다. 엠보싱 작업이 게이팅 지점(24)에서 직접 시작되는 것이 아니라 게이팅 지점 주위에서 원형으로 시작될 수 있다. 따라서, 엠보싱 작업 동안에 비결정 재료가 원형 링 내에 축적될 수 있고 게이팅 지점으로부터 벗어나지 못하게 된다. 복제가능하고 완전한 몰딩을 위하여, 밀폐된 공기가 벤트(25)를 통해 빠져나갈 수 있다. 또한, 도 6e에 도시된 것처럼 게이팅 지점(24)에 직접 적용되지 않고 유연한 치수를 가진 엠보싱 몸체를 이용할 수 있다. 엠보싱 몸체가 변형 가능성을 가지기 때문에, 엠보싱 작업이 완료됨에 따라 엠보싱 몸체는 게이팅 지점(24)에서 최적 형상을 가질 수 있고 상대적으로 많은 재료가 게이팅 지점에 잔류할 수 있다.

본 발명을 따르는 엠보싱 유닛의 또 다른 실시예에 의하면, 엠보싱 몸체(12) 또는 냉각 슬리브(7)의 기저부 내에 표면적을 추가로 증가시키기 위한 다양한 형태의 요홈 또는 립이 형성될 수 있다. 표면의 거친 구조(roughening)는 표면적을 추가로 증가시킨다. 특정 실시예는, 예를 들어, 풋(foot)을 갖는 병의 기저부 또는 타원형 병의 기저부를 용이하게 제조할 수 있는 특수한 기하학적 형상을 가질 수 있다.

돔형 예비성형체 단부(4)의 온도가 예비성형체 샤프트(3)에서 점진적으로 변화하기 때문에 엠보싱 작업 동안에 재료는 예비성형체 샤프트(3)를 향하여 덜 용이하게 변형되며, 이에 따라 벽 두께는 예비성형체 샤프트에서 더 적게 감소된다. 엠보싱 작업 동안에 소성 상태의 재료가 집중적으로 냉각된 표면위에서 예비성형체 샤프트(3)로부터 게이팅 지점(24)까지 롤링되기 때문에, 벽 두께가 점진적으로 감소되는 효과는 볼록한 기저 윤곽부분(23)에 의해 추가로 향상될 수 있다. 벽 두께가 점진적으로 감소되는 효과는 후속 블로우-몰딩 공정을 위해 선호되는데, 블로우-몰딩 장치의 가열 장치는 게이팅 지점보다 예비성형체 샤프트(3)의 영역과 더 근접하고 예비성형체가 회전할 때 상기 게이팅 지점은 항상 가열 위치로부터 가장 멀리 떨어져 위치하기 때문이다. 예비성형체 샤프트(3)의 외부 표면이 냉각되고 그 결과 엠보싱 하중이 이용되더라도 재성형은 불가능하기 때문에 상기 예비성형체 샤프트(3)는 엠보싱 공정 동안에 자체적으로 변형될 수 없다. 기계적 엠보싱 공정에 의해 최적화된 돔형 예비성형체 단부(5)가 가장 높은 온도의 영역, 즉 게이팅 지점(24)에서 특히 증가된 표면적 및 상대적으로 얇은 벽 두께를 가지며 집중적으로 냉각되어 이에 따라 중합체의 결정화가 방지된다.

엠보싱 작업이 완료되면, 엠보싱 맨드릴(18)은 공정에 따라 적합한 때에 빠져 나올 수 있다. 다수의 이용가능한 냉각 슬리브의 갯수에 따라 얇은 벽을 가진 기저부에 의해 최적화된 예비성형체(2)가 허용 온도까지 냉각되고 배출될 때까지 상기 예비성형체는 추가 제조 사이클 동안에 냉각 슬리브(7) 내에 잔류할 수 있다. 돔형 단부의 영역에서 예비성형체의 재료가 소성 변형되는 동안에 밀폐된 공기의 용이한 배출을 위한 벤트(25)가 엠보싱 맨드릴(18)에 구성되는 것이 선호된다.

기계적 성형 작업에 의해 돔형 예비성형체 단부의 영역에서 재료가 소성 변형되면 실제로 임의의 원하는 재료 분포가 구현될 수 있다. 재료 분포를 특정할 때, 블로우-몰딩 작업 또는 사출-몰딩 작업과 관련된 임의의 제한이 고려되지 않는다. 2축 재료 배열을 수행하기 위한 후속 블로우-몰딩 작업의 경계조건에 따라 재료 분포가 완전히 자유롭게 형성될 수 있다. 특히, 블로우-몰딩된 용기를 형성하기 위해 예비성형체가 재성형될 때 블로우-몰딩 작업으로부터 발생되는 경계 조건 및 돔형 예비성형체 단부의 영역에서 예비성형체의 최적 가열을 위한 경계 조건이 모두 고려될 수 있다.

돔형 예비성형체 단부의 영역에서 본 발명에 따라 기계적 성형이 수행되면, 압축공기를 공급하지 않고도 보통의 주변 압력하에서 몰딩 작업을 수행될 수 있다. 선호적으로, 후속 블로우-몰딩 작업에서 재료의 2축 배열을 위한 어떠한 보조수단이 이용되지 않는다. 예를 들어, 블로우-몰딩 작업을 위해 이용되는 연신 막대(stretching rod)의 설계 및 제어에 관한 요건 또는 블로우-몰딩 작업을 위해 이용되는 압축 공기의 공급에 관한 요건이 추가되지 않는다.

따라서, 본 발명에 따라 예비성형체의 상기 영역에서 상기 몰딩을 선택하고 각각의 의도한 적용예에 대해 최적화되고 서로 완전히 독립적인 후속 블로우-몰딩 작업을 위한 모든 매개변수를 선택할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 엠보싱 작업을 수행하기 전에 1초 내지 20초의 대기시간이 제공될 수 있다. 상기 대기시간 동안에 예비성형체는 예를 들어, 냉각 슬리브 내에 잔류할 수 있다. 대기시간 동안에, 예비성형체의 기저부 영역에서 온도 균형이 수행된다. 상기 온도 균형은 게이팅 지점을 향해 기저부 영역의 내측으로부터 외측으로 발생된다.

1 종래 기술의 예비성형체,
2 최적화되고 얇은 벽을 가진 기저부를 포함한 예비성형체,
3 예비성형체 샤프트,
4 종래 기술에 따른 돔형 예비성형체 단부,
5 엠보싱에 의해 최적화된 돔형 예비성형체 단부,
6 제거 암,
7 냉각 슬리브,
8 몰드,
9 엠보싱 플레이트,
10 피스톤 로드,
11 압축 스프링,
12 엠보싱 몸체,
13 엠보싱 몸체의 반경방향 플로팅 마운팅,
14 엠보싱 유닛의 개별 축방향 드라이브,
15 이동식 플래튼,
16 엠보싱 몸체 상의 중공,
17 수 냉각,
18 엠보싱 맨드릴,
19 구 형상의 원형 링을 지지하는 기저 윤곽,
20 확대된 냉각 슬리브 기하학적 형상,
21 냉각 접촉이 없는 기저부 영역,
22 피스톤 로드 신장부,
23 볼록한 기저 윤곽부분,
24 게이팅 지점,
25 벤트.

Claims (20)

1. 최적화된 기저부 형상을 가지는 예비성형체를 제조하기 위한 방법으로서, 사출-몰딩되는 하나 이상의 열가소성 재료로부터 완성된 예비성형체는 예비성형체 샤프트(3)보다 돔형 예비성형체 단부에서 상대적으로 얇은 벽 두께를 가지고, 돔형 예비성형체 단부는 돔형 예비성형체 단부의 게이팅 지점(24)으로부터 예비성형체 샤프트(3)까지 점진적으로 두꺼워지는 벽 두께를 가지고, 블로우 몰딩된 용기로 재성형하기 위한 예비성형체를 준비하기 위해 예비성형체의 외부표면이 제1 집중 냉각 이후에 고형화될 때 몰드가 개방되고, 상기 예비성형체는 개방된 몰드로부터 제거 암(6) 및 제거 암의 냉각 슬리브(7)에 의해 꺼내지며, 예비성형체를 엠보싱 가공하기 전에 상기 냉각 슬리브는 접촉 냉각에 의해 상기 예비성형체 샤프트(3)를 냉각시키지만 돔형 예비성형체 단부를 냉각시키지 않고, 소성 변형가능한 돔형 예비성형체 단부는 엠보싱 몸체(12)에 의해 기계적으로 변형되어 냉각 슬리브(7)의 기하학적 형상으로 복제되며, 예비성형체가 몰드로부터 분리된 후에 냉각 슬리브(7)의 윤곽 및 엠보싱 몸체(12)의 윤곽이 상기 분리된 예비성형체에 최대한 복제되도록 냉각 슬리브(7)의 윤곽 및 엠보싱 몸체(12)의 윤곽이 설계되고, 돔형 예비성형체 단부는 엠보싱 작업 후에 냉각 슬리브(7)와 벽 접촉에 의해 냉각되는 예비성형체를 제조하기 위한 방법에 있어서,
   냉각 슬리브(7)의 윤곽 및 엠보싱 몸체(12)의 윤곽사이의 체적이 중합체 재료로 충진되어 엠보싱 스트로크를 제한할 때까지, 벤트(25)를 포함하고 기하학적 형상을 가진 엠보싱 맨드릴(18)과 함께 기하학적 형상을 가진 기저 윤곽부분(23)이 소성 상태를 가진 돔형 예비성형체 단부의 재료를 끌어당기며 압축하고 가압하여 변형시키는 것을 특징으로 하는 예비성형체를 제조하기 위한 방법.
   
2. 제1항에 있어서, 냉각 슬리브의 접촉 냉각은 예비성형체 샤프트(3)를 고형화하고, 접촉 냉각이 없는 돔형 예비성형체 단부가 다시 연화되는 것을 특징으로 하는 예비성형체를 제조하기 위한 방법.
   
3. 제2항에 있어서, 돔형 예비성형체 단부에 90°C 내지 150°C의 온도 범위가 형성되는 것을 특징으로 하는 예비성형체를 제조하기 위한 방법.
   
4. 삭제
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 엠보싱 공정 동안에 예비성형체는 지지 영역에서 축 방향으로 지지되거나 기저 윤곽내에서 구 형상을 가진 원형 영역(19)에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 예비성형체를 제조하기 위한 방법.
   
6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 엠보싱 작업의 타이밍은 공정의 모든 부분에서 자유롭게 결정될 수 있는 것을 특징으로 하는 예비성형체를 제조하기 위한 방법.
   
7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 엠보싱 하중은 기계식 또는 공압식 스프링에 의해 예비성형체에 대하여 개별적으로 정해지는 것을 특징으로 하는 예비성형체를 제조하기 위한 방법.
   
8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 엠보싱 몸체(12)는 온도-제어식으로 작동하거나 수냉 방식으로 작동하는 것을 특징으로 하는 예비성형체를 제조하기 위한 방법.
   
9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 냉각 슬리브 및/또는 엠보싱 몸체는 병 형상에 관한 요건에 따라 예비성형체 기저부를 예비성형하는 것을 특징으로 하는 예비성형체를 제조하기 위한 방법.
   
10. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 엠보싱 작업을 수행하기 전에 1초 내지 20초의 대기 시간이 제공되는 것을 특징으로 하는 예비성형체를 제조하기 위한 방법.
    
11. 용기를 제조하는 블로우-몰딩 공정을 위해 최적화된 돔 형상을 가지는 예비성형체를 제조하기 위한 장치로서,
    완성된 예비성형체는 예비성형체 샤프트(3) 보다 돔형 예비성형체 단부에서 상대적으로 얇은 벽 두께를 가지며, 돔형 예비성형체 단부는 돔형 예비성형체 단부의 게이팅 지점(24)으로부터 시작하여 예비성형체 샤프트(3)까지 점진적으로 두꺼워지는 벽 두께를 가지고, 예비성형체의 기하학적 형상을 성형하기 위한 한 개이상의 공동을 가진 몰드를 포함하고, 중합체 원료를 가소화시키는 사출-몰딩 장치를 포함하며 상기 사출-몰딩 장치가 밀폐된 몰드의 공동속으로 소성 화합물을 가압상태로 유입시키고, 상기 예비성형체를 몰드로부터 제거하기 위한 제거 암(6)을 포함하며 상기 제거 암(6)은 상기 공동과 동일한 개수를 가진 냉각상태의 냉각 슬리브(7)를 포함하고, 상기 냉각 슬리브(7)의 내부 기하학적 형상에 의해 예비성형체 샤프트(3)는 접촉에 의해 냉각되지만 예비성형체 기저부(21)는 냉각되지 않고,
    스프링이 장착되고 플로팅 방식(13)으로 반경 방향을 따라 배열되며 개방된 예비성형체 속으로 이동하는 엠보싱 몸체(12)를 포함한 엠보싱 맨드릴(18)을 포함하여 상기 냉각 슬리브(7)와 엠보싱 맨드릴(18)의 기하학적 형상 및 엠보싱 몸체(12)의 축 방향 운동에 의해 상기 돔형 예비성형체 단부에 완성된 예비성형체의 형상을 가진 공동이 형성되는 예비성형체를 제조하기 위한 장치에 있어서,
    냉각 슬리브(7)의 윤곽 및 엠보싱 몸체(12)의 윤곽사이의 체적이 중합체 재료로 충진되어 엠보싱 스트로크를 제한할 때까지, 벤트(25)를 포함하고 기하학적 형상을 가진 엠보싱 맨드릴(18)과 함께 기하학적 형상을 가진 기저 윤곽부분(23)이 소성 상태를 가진 돔형 예비성형체 단부의 재료를 끌어당기며 압축하고 가압하여 변형시키는 것을 특징으로 하는 예비성형체를 제조하기 위한 장치.
    
12. 제11항에 있어서, 엠보싱 몸체(12)는 실리콘 또는 테프론) 및 열전도성 재료로부터 제조되는 것을 특징으로 하는 예비성형체를 제조하기 위한 장치.
    
13. 제11항에 있어서, 엠보싱 몸체(12)는 온도-제어식으로 작동하거나 수냉 방식으로 작동하는 것을 특징으로 하는 예비성형체를 제조하기 위한 장치.
    
14. 제11항에 있어서, 상기 냉각 슬리브(7)는 액체-냉각되는 것을 특징으로 하는 예비성형체를 제조하기 위한 장치.
    
15. 제11항에 있어서, 상기 엠보싱 몸체(12)는 축 방향으로 탄성을 가지며 장착되고, 탄성 하중이 개별적으로 결정되는 것을 특징으로 하는 예비성형체를 제조하기 위한 장치.
    
16. 제11항에 있어서, 상기 엠보싱 몸체(12)는 반경방향을 따라 플로팅 방식으로 장착되는 것을 특징으로 하는 예비성형체를 제조하기 위한 장치.
    
17. 제11항에 있어서, 각각의 엠보싱 맨드릴(18)은 미리 선택가능한 스트로크 및 스트로크 하중을 가진 개별 축방향 드라이브를 포함하는 것을 특징으로 하는 예비성형체를 제조하기 위한 장치.
    
18. 제11항에 있어서, 엠보싱 몸체(12) 또는 냉각 슬리브(7)의 기저부내에 제공되는 립 또는 표면의 거친 구조에 의해 돔형 예비성형체 단부의 표면적이 증가되는 것을 특징으로 하는 예비성형체를 제조하기 위한 장치.
    
19. 제11항에 있어서, 냉각 슬리브의 기저부 영역 및/또는 엠보싱 몸체는 특수 설계된 기저부를 용이하게 블로우 몰딩하기 위한 기하학적 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 예비성형체를 제조하기 위한 장치.
    
20. 제11항에 있어서, 상기 엠보싱 맨드릴(18)은 하나 이상의 벤트(25)를 가지는 것을 특징으로 하는 예비성형체를 제조하기 위한 장치.

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