KR19980087352A - 열가소성수지 중공 성형체의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수지를 용융된 상태에서 성형 캐비티에 채운 후 일부분 이상의 수지를 수지방출 통로로 빨아들이고, 음압상태의 수지 내부에 기체유도 통로로 기체를 도입함으로써 표면에 함몰자국이 없고 우수한 외관을 갖는 중공 성형체를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 이 방법에 의하면 고압 기체가 필요없다.

Description

열가소성수지 중공 성형체의 제조 방법

본 발명은 열가소성 수지를 이용한 중공 성형체의 제조 방법에 관한 것이다. 열가소성 수지는 이하 수지라고 기술한다.

지금까지는 예를 들어 사출 성형, 압축 성형과 사출-압축 성형과 같은, 다양한 수지 성형체를 제조하는 방법이 알려져있다. 또한, 그것으로부터 응용된 다양한 기술들이 발전해왔다. 그중 하나가 기체-사출 성형이라고하는 방법인데, 캐비티 내의 용융된 상태의 수지에 고압의 기체가 주입되어 수지 내부에 중공을 형성하는 것이다. 지금까지 다양한 수정된 기체-사출 성형 방법이 제안되어왔다.

JP-A-7-137080호에는 용융된 상태의 수지를 캐비티에 공급한 후, 가압한 유체를 수지안으로 주입하고 배출하며, 그 다음 가압된 유체에 대하여 입구와 출구로서 이중으로 된 개구를 소량의 용융된 수지로 막는 방법이 개시되어 있다.

JP-A-2-295714호에는 캐비티 및 이 캐비티에 연결된 부-캐비티를 가진 금형을 제공하고, 다음으로 캐비티에 수지를 채운 다음, 가압된 유체를 수지 안으로 주입하고, 그 다음, 일부의 수지를 부-캐비티로 배출하는 동안 중공이 수지안에 형성되는 방법이 개시되어 있다.

JP-A-6-25486호에는 캐비티 안으로 주입된 수지에 가압 기체를 가하여 공간을 형성하고 이 공간을 성장시켜 수지 안에 중공을 형성하는 방법이 개시되어 있다.

이들 방법은 성형체의 두꺼운 부분이 용융된 수지의 고체화에 의한 국부적인 내부적 축소로 인하여 함몰되는 것을 막기위한 목적을 갖는다. 이들은 성공적으로 두꺼운 부분에 중공을 제공하여 함몰을 없앤다. 하지만 이들 방법은 가압된 유체를 사용해야한다.

JP-A-57-91241호에는 포밍제를 함유한 수지로서 고압으로 캐비티를 채우고 동시에 캐비티를 채우는 것이 끝나면 스크류를 후퇴시켜 캐비티의 압력을 낮추고, 분해된 기체에 기인한 압력으로, 고체화하지 않은 수지 중심부가 이동하여 수지안에 중공을 형성하는 방법이 개시되어 있다.

JP-B-59-383호에는 합성수지를 캐비티 안에 주입한 후, 합성 수지안에 유체를 주입하고, 이어서 합성 수지에서 유체를 배출하는, 중공 성형체의 제조방법이개시되어 있다.

본 발명의 목적은 종래 기술의 결점을 해결하며, 고압 기체를 사용하지 않고 우수한 외관의 중공성형체를 제조하는 방법을 제공하는데 있다.

본 발명은 일면 다음 단계를 포함하는 중공성형체의 제조 방법에 관한 것이다:

제 1 금형부재와 제 2 금형부재를 포함하는 금형을 함유하며, 상기 금형부재들은 각각 상대 금형부재의 성형 표면과 함께 캐비티를 한정할 수 있는 성형 표면을 가지고, 하나 이상의 금형부재는 수지공급구를 통하여 성형 표면으로 열리는 수지공급 통로를 가지고, 하나 이상의 금형부재는 수지배출구를 통하여 성형 표면으로 열리는 수지배출통로를 가지며, 하나 이상의 금형부재는 기체주입구를 통하여 주형표면으로 열리는 기체 통로를 갖는 성형장치를 제공하는 단계; 성형의 표면들 사이에 용융된 상태의 수지를 수지공급구를 통하여 공급하여 캐비티를 수지로 채우는 단계; 수지를 냉각시켜 일부분 이상의 수지 표면을 고체화하고 고체화된 표면층을 형성시키는 단계; 아직 고체화하지 않은 일부분 이상의 수지를 흡인에 의해 수지배출구를 통하여 배출시키는 단계; 기체유입구를 통하여 기체를 수지 안으로 유입시키는 단계; 및 캐비티 안의 수지를 냉각하여 고체화시키는 단계.

상기 및 기타 다른 양태들은 후술하는 본 발명의 상세한 설명을 읽으면 명백해 질 것이다.

도 1a와 도 1b는 각각 본 발명에 사용될 수 있는 성형 장치의 한가지 예의 정면 단면도와 측면 단면도이다. 도 1c는 도 1a와 1b에서 도시한 성형 장치를 이용하여 얻은 중공성형체의 예의 투시도이다.

도 2a와 2b는 각각 본 발명에 사용될 수 있는 다른 예의 성형 장치의 정면 단면도와 측면 단면도이다.

도 3a와 3b는 각각 수지가 닫히지 않은 상태의 성형 표면들 사이에 공급된 장면의 정면 단면도와 측면 단면도이다.

도 4는 캐비티에 수지를 충진시킨 장면의 정면 단면도이다.

도 5는 캐비티 내의 수지에 기체를 도입시킨 장면의 정면 단면도이다.

도 6은 중공 형성 후에 캐비티 내에서 중공 성형체를 냉각시킨 장면의 정면 단면도이다.

도 7은 금형을 개방하여 중공 성형체를 획득하는 장면의 정면 단면도이다.

도 8은 본 발명에 사용될 수 있는 다른 예의 성형 장치의 정면 단면도이다.

도 9는 폐쇄 상태의 금형의 캐비티에 수지의 공급이 완료된 장면의 정면 단면도이다.

도 10은 수지 흡인 장치의 작동에 의해 캐비티로부터 수지가 배출되고 수지에 기체가 도입되는 장면의 정면 단면도이다.

도 11은 성형 장치에 연결된 수지 흡인 장치의 한가지 예의 정면 단면도이다.

* 도면 부호의 간단한 설명 *

1 : 제 1 금형부재

2 : 제 2 금형부재

3 : 수지 공급구

4 : 수지 배출구

5 : 기체 유입구

6 : 캐비티

7 : 흡인구

8 : 수지

9 : 중공

11 : 실린더

12 : 피스톤

13 : 진공 유지 기계장치

14 : 피스톤 뒤의 실린더 내의 공간

15 : 진공기

101 : 성형 표면

102 : 금형부재의 안쪽 주변 표면

111 : 실린더 앞쪽 끝

112 : 실린더 내부 표면

113 : 실린더 뒤쪽 끝

121 : 피스톤 앞쪽 표면

122 : 피스톤 주변 표면

123 : 피스톤 뒤쪽 표면

131 : 이동 가능 로드

132 : 로드 작동기

151 : 진공 탱크

152 : 진공 펌프

201 : 성형 표면

202 : 금형부재의 바깥 주변 표면

301 : 수지 공급 통로

302 : 수지 공급기

303 : 수지 통행 조절 밸브

401 : 수지 배출 통로

402 : 수지 흡인기

403 : 수지 흐름 조절 밸브

501 : 기체 통로

502 : 기체 흐름 조절 밸브

701 : 흡인 통로

본 발명에 사용될 수 있는 성형 어셈블리의 예는 도 1,2 그리고 8에 도시하였다. 이들 성형 어셈블리는 제 1 금형부재(1)와 제 2 금형부재(2)를 포함한다. 각 금형부재는 다른 금형부재의 성형 표면과 함께 캐비티를 한정할 수 있는 성형 표면(101 또는 201)을 갖고 있다. 각 성형 표면의 형태는 제조할 성형체의 모양에 맞추어 설계한다. 이들 금형부재들은 보통 클램핑 기구(도시하지 않음)에 고정되고, 하나 이상의 금형부재는 마주한 다른 성형 표면으로부터 성형 표면을 가깝거나 멀게하는 방향으로 움직일 수 있다. 금형부재가 움직일 수 있는 절대적인 방향은 특별히 제한되지 않으나, 수평방향이거나 수직방향, 또는 다른 기울어진 방향일 수 있다.

하나 이상의 금형부재는 하나 이상의 수지공급구(3)를 통하여 성형 표면으로 열린 하나 이상의 계열의 수지공급 통로(301)를 갖는다. 수지공급 통로의 한쪽끝은 도 1이나 도 2에는 나타내어지지 않은 주입기나 압출기 그리고 어큐뮬레이터와 같은 수지공급기(302)에 연결되어있다. 수지공급통로는 금형부재의 바깥으로 연장할 수 있다. 수지공급구의 크기, 위치와 수는 수지를 캐비티 안에 효과적으로 공급하기 위하여 캐비티(6)의 형태와 크기 그리고 사용할 수지의 종류와 점도 등에 맞추어 결정될 수 있다. 수지 공급구의 크기가 클수록 캐비티 안에 수지를 공급하는 시간이 짧아진다. 일반적인 사출 성형이나 사출-압축 성형에 의해 얻어진 것과 비슷한 시간을 얻을 수 있도록 하는데 충분한 크기와 모양을 갖는 수지공급구가 적절하게 사용된다.

수지공급 통로의 원하는 위치에 수지의 통행 상태를 조절하는 밸브(303)가 제공될 수 있다. 이 밸브는 일반적으로, 작동시 개구를 열고 닫기위해 수지 공급구 근처에 제공된다. 수지공급 통로의 벽은 일반적으로 수지가 수지공급 통로에서 고체화하지 않도록 사용될 수지의 융점 이상 및 수지의 분해 온도 이하의 온도에서 조절된다.

하나 이상의 금형부재는 하나 이상의 수지배출구(4)를 통해 성형 표면으로 열린 한 계열 이상의 수지배출 통로(401)를 갖는다. 수지배출 통로의 한쪽 끝은 도 1이나 도 2에 나타내지 않은 플런져와 같은 수지흡인기(402)에 연결되어있다.

수지흡인기(402)의 또다른 적당한 예는 도 11에 도시되어 있는 장치로서, 이것은 실린더(11); 실린더의 축방향(길이방향)으로 움직일 수 있는 피스톤(12); 피스톤을 원하는 위치에 위치시켜 피스톤 뒤의 실린더 내의 공간(14)이 실질적인 진공을 유지하도록 하는 기계장치(13)를 포함한다. 실린더는 수지배출 통로의 끝에 연결되어있다. 이 장치를 사용할 때, 전체 수지배출 통로와 실린더의 앞쪽 끝(111)으로부터 피스톤 앞쪽 표면(121)까지 펼쳐진 영역을 포함하는 공간은 공기, 증기, 물 등과 같은 불순물이 들어오는 것을 막기 위하여 항상 용융된 수지로 채워져있다. 덧붙여, 실린더의 앞쪽 끝으로부터 수지배출구까지 펼쳐진 영역은 불순물의 유입을 막기 위하여 밀봉되어있다. 실린더의 부피는 제조될 성형체의 크기, 성형체의 안에 형성될 중공의 크기 등에 의하여 결정된다. 피스톤 스트로크의 길이에 대한 실린더의 직경의 비는 약 0.5에서 약 15까지의 범위에서 선정된다. 피스톤은 실린더 안에서 실린더의 축방향(길이방향)으로 미끄러지도록 제공된다. 피스톤의 주변 표면(122)과 실린더 내부 표면(112)간의 거리는 이들 표면간의 틈새로 수지가 새는 것을 막도록 조절된다. 이 거리는 사용될 수지의 용융 점도에 준하여 결정된다. 피스톤은 이를 후퇴시키기 위한 기계장치에 연결되어있지 않다. 피스톤의 후퇴는 피스톤의 뒤쪽 표면(123)에 항상 작용하는 진공 - 흡인력에 의해서만 수행된다. 피스톤 후방의 공간(14)은 일반적으로 진공 탱크(151)을 가진 진공 펌프(152)와 같은 진공기(15)를 이용한 흡인에 의해 실질적 진공상태로 된다. 이 수지 흡인기는 피스톤의 후방 표면에 작용하는 진공-흡인력에 대하여 피스톤을 원하는 위치에 유지시키는 기계장치(13)을 갖는다. 후방 표면으로부터 기계적으로 피스톤을 지원할 수 있는 유지 기계장치가 바람직한데, 이는 단순한 구조를 가지며 피스톤을 단단히 유지시킬 수 있기 때문이다. 이러한 유지 기계장치를 이용하여 피스톤의 후퇴 길이를 조절할 수 있다. 이러한 유지 기계장치의 예는 도 11에 도시된 것 처럼 실린더의 뒤쪽 끝(113)을 관통하는 이동 가능한 로드(131)이다. 로드는 예를들어, 유압 실린더, 기압 실린더, 모터에 의해 작동되는 볼스크류 등과 같은 작동기(132)에 의해 움직일 수 있다. 로드의 돌출 길이를 실린더의 후방 끝(113) 쪽으로 조정하여, 피스톤은 원하는 위치에 고정될 수 있다. 실린더 내에 흡인된 수지는 보통 다음 제조 싸이클 전에 실린더 로부터 배출된다. 그러므로, 수지흡인기는 일반적으로 피스톤을 실린더의 전면 끝으로 밀쳐내는 기계장치를 갖는다. 앞서 기술한 이동가능한 로드(131)은 또한 이 밀쳐내는 기계장치로서 사용될 수 있다. 캐비티로부터 수지를 배출하기 위해 수지흡인기를 사용할 때, 수지와 접촉하는 수지흡인기의 일부분 이상의 온도는 수지가 냉각에 의해 고체화 되는 것을 막도록 조절되어야 한다.

수지배출구(4)의 크기는 예를들어 캐비티의 크기와 형태 및 사용되어질 수지의 점도에 의하여 결정된다. 수지배출구의 크기가 클수록 배출시 수지에 가해지는 저항이 작아지고, 캐비티로부터 수지를 배출하는 시간이 짧아진다. 수지배출구의 단면적은 수지공급구의 것보다 작지 않은 것이 바람직하다.

수지배출구의 위치와 수는 예를들어 캐비티의 크기와 형태, 성형체내에 형성될 중공의 위치, 그리고 형성될 중공의 수에 의해서 결정된다. 중공이 형성될 위치에 존재하는 일부의 수지가 흡인되어 이동할 수 있는 수지배출구가 제공되어져야 한다. 예를 들어, 폭에 비해 상당히 긴 길이를 갖고 길이에 걸쳐 연속적인 중공을 가진 성형체가 제조될 때, 도 1에 도시된 것 처럼 수지배출구는 성형 표면의 길이의 끝부분 근처에 제공되는 것이 바람직하다.

특별히 제한되지는 않지만, 바람직한 수지배출 통로의 단면의 모습은 원형인데, 이는 수지가 쉽게 수지배출통로를 흐르게하고 온도를 용이하게 조절하기 위함이다. 수지배출통로의 단면의 크기가 클수록 수지배출 통로를 흐르는 수지의 흐름 저항이 작아지게되고, 더 쉽게 수지가 배출되지만, 동시에 수지배출 통로의 벽 주변의 수지의 온도와 수지배출 통로의 중심부 근처의 수지 부분의 온도차이는 커지게 된다. 그러므로, 예를 들어, 원형 단면을 갖는 수지배출구의 단면은 약 50 ㎟ 에서 약 700 ㎟ 사이에서 정해지는 것이 바람직하다. 수지배출 통로의 부피는 가능한 작을수록 바람직하다. 그러므로, 수지배출 통로는 짧을수록 바람직하다. 수지배출 통로는 곧은 것이 바람직하지만 구부러지거나 곡선일 수 있다. 또는, 일부 이상의 수지배출 통로는 모양을 자유롭게 바꿀 수 있는 유연한 관일 수 있다.

수지의 흐름상태를 조정하는 밸브(403)가 수지배출 통로의 원하는 위치에 제공되어질 수 있다. 밸브는 작동시 개구를 열고 닫기 위해서 통상 수지배출구 근처에 제공된다. 예를 들어 슬리더블 핀, 니들 밸브와 볼 밸브같은 통상적인 밸브들이 밸브로서 사용되어질 수 있다. 수지배출 통로의 벽은 일반적으로 수지가 수지배출 통로에서 고체화하지 않도록 사용되어지는 수지의 용융 온도 이상 및 수지의 분해온도 이하의 온도로 조절된다.

도 8에서 도시된 것처럼 수지공급구(3)는 또한 수지배출구(4)로 사용될 수 있으며 일부 이상의 수지공급 통로(301)는 일부 이상의 수지배출 통로(401)로 사용될 수 있다. 도 8에서 도시된 성형 장치를 사용하고 닫힌 상태의 금형부재에 의해 한정된 금형부재들에 수지의 공급이 끝난 모습이 도9에 도시되었다.

하나이상의 금형부재는 하나이상의 기체유입구(5)를 통해 성형 표면으로 열린 한 계열 이상의 기체 통로(501)을 갖는다. 기체 통로의 한쪽 끝은 보통 금형부재의 바깥 공간으로 이르지만, 예를 들어 기체 실린더와 같이 기체가 채워진 용기로 연결되어질 수 있다. 또는, 기체통로는 컴프레서와 같은 압축기체공급기에 연결될 수 있어서, 대기압보다 높은 압력의 기체를 캐비티 안으로 불어넣어 수지배출구를 통한 수지의배출을 돕는다.

기체유입구(5)의 크기는 예를들어 캐비티의 크기와 형태에 따라 정해진다. 기체유입구의 단면적은 일반적으로 수지배출통로의 것보다 작다. 왜냐하면, 수지가 수지배출구를 통해 배출되면서 기체가 실질적으로 저항을 받지 않고 흡인될 수 있기 때문인데, 기체의 흐름 저항은 수지배출구를 통해 배출되는 수지의 것보다 현저히 작기 때문이다. 기체유입구가 너무 크면 성형체의 표면에 큰 구멍이 형성되고 성형체의 외관은 손상을 입는다. 한편, 기체유입구가 너무 작으면 기체의 흐름 저항이 극도로 높아지고, 결과적으로 수지의 배출속도(부피/시간)은 기체의 유입속도(부피/시간)보다 커지게된다. 이런 경우에, 캐비티로부터 수지의 배출은 캐비티에 남은 수지 안쪽의 압력을 마이너스로 만들고, 결과적으로 고체화된 수지층 표면이 수지 안쪽으로 무너져 성형체는 오그라든다.

기체유입구의 수는 예를들어 캐비티의 크기와 형태, 성형체 안에서 생성되는 중공의 위치, 그리고 생성될 중공의 수, 모양 및 크기에 의해 결정된다.

수지안에 중공을 만들기 위해서는 수지배출구(4)를 통한 흡인에 의해 기체유입구(5) 근처에 위치한 수지의 일부가 움직일 수 있어야한다. 그러므로, 일반적으로 기체유입구는 수지배출구로부터의 흡인에 의해 수지가 움직일 수 있는 수지배출구로부터 떨어진 제일 먼곳 주변에 제공되는 것이 바람직하다. 기체유입구 근처의 벽의 온도는 기체유입구를 둘러싼 성형 표면의 온도보다 높은 온도로 조절된다.

기체의 흐름상태를 조절하는 밸브(502)는 기체 통로(501)의 원하는 위치에 제공될 수 있다. 일반적으로 기체유입구 근처에 캐비티로의 기체통로를 차단하는 밸브가 제공된다. 추가로, 기체 통로의 중간부에 추가의 밸브가 제공될 수 있다. 밸브를 조작하여, 캐비티로 수지가 공급될 때 기체유입구는 닫히고, 캐비티로부터 수지가 배출될 때 기체유입구는 열린다.

하나이상의 금형부재에 하나 이상의 흡인구(7)를 통해 성형표면으로 열린 한 계열 이상의 흡인통로(701)가 제공될 수 있다. 수지배출구로부터의 흡인력에 대항하여 흡인에 의해 캐비티 안으로 공급되었던 수지표면을 유지하기 위해 상기 흡인통로가 제공된다. 흡인통로의 한쪽끝은 흡인기에 연결되어 있다(도시하지 않음). 흡인구의 크기는 수지의 표면에 흡인자국을 남기지 않기 위해서 예를들어 성형될 수지의 종류와 흡인구로부터의 흡인력에 의해서 결정된다. 흡인구의 수는 특별히 제한되지 않는다. 비교적 큰 하나의 흡인구를 제공하는 것 보다 많은 수의 미세한 흡인구를 제공하는 것이 충분한 흡인력을 제공하며 흡인자국을 피할 수 있다.

본 발명의 방법에서 용융된 상태의 수지를 성형 표면 사이에 공급하여 수지로써 캐비티를 채우는 과정은 다음과 같은 두 방식으로 수행될 수 있다.

첫 번째는 사출성형 형식이다. 이 방식은, 제 1 금형부재와 제 2 금형부재가 그들의 성형 표면들 간의 틈(거리)가 최종 성형체의 두께와 실질적으로 동일하도록 유지되는 조건으로 용융 상태의 수지가 캐비티 안에 수지공급구를 통하여 높은 주입압력으로 주입되어 캐비티를 채운다. 이후로는 성형 표면들 간의 틈이 최종 성형체의 두께와 실질적으로 같은 상태를 닫힌 상태로 부르기로 한다.

또다른 방식은 압축성형 혹은 사출-압축성형 형식이다. 이 방식은 용융된 상태의 수지를 수지공급구를 통하여 최종 성형체의 두께보다 큰 틈에의해 분리된 제 1 금형부재와 제 2 금형부재의 각 성형표면들 사이에 공급한다. 수지의 공급이 완결되기 이전이나 동시 혹은 그 후에 하나 이상의 금형부재가 가까이 움직여 수지를 펼치고 마침내 캐비티를 수지로 채운다. 이후로는 성형 표면간의 틈이 최종 성형체의 두께보다 상당히 큰 경우를 닫히지 않은 상태로 부르기로 한다. 이 방식을 구체화 한 예가 도 2-4에 도시되어 있다. 도 2에 도시된 제 1 금형부재(1)와 제 2 금형부재(2)는 같이 그들의 성형 표면간에 손잡이 모양의 캐비티를 한정한다. 이 예에서는 한 금형부재가 수직 방향으로 움직일 수 있다. 도 2에서, 제 1과 제 2의 금형부재들은 최종 성형체의 두께보다 큰 틈으로 분리되어있다. 한 금형부재의 성형표면 중심부 근처에 수지공급 통로(301)로 수지공급기에 연결된 수지공급구(3)가 제공된다. 수지배출구(4)가 성형 표면의 한쪽 끝에 제공되며 기체유입구(5)가 성형 표면의 다른쪽 끝에 제공된다. 수지공급구(3) 근처의 수지공급 통로(301)의 벽과 수지배출구(4)근처의 수지배출 통로(401)의 벽의 온도는 수지가 굳어져서 통로를 막지 않도록 개별적으로 조절된다. 밸브는 각각 수지공급구 근처와 수지배출구 근처에 제공된다. 개구는 밸브 조작으로 열리고 닫힐 수 있다. 예를들어 슬리더블 핀, 니들 밸브와 볼 밸브같은 통상적인 밸브가 밸브로서 사용되어질 수 있다. 도 3에서 도시된 것 처럼, 최종 성형체의 부피와 실질적으로 같은 부피의 수지(8)가 수지공급구(3)을 통하여 최종성형체의 두께보다 큰 틈에의해 분리된 성형 표면들 사이에 공급된다. 성형 표면들 사이로부터 수지가 흘러나오는 것을 막기 위해서 한 금형부재의 바깥 주변 표면(202)과 다른 금형부재의 안쪽 주변 표면(102)은 서로 약간의 틈(일반적으로 약 0.03 ㎜에서부터 약 0.5 ㎜)으로 붙어있는 것이 바람직하다. 하나이상의 금형부재가 수지를 펼치기 위해 수지의 공급이 완료되기 이전, 동시 혹은 후에 다른 금형부재를 향해 가까이 움직인다. 도 4에 도시된 것 처럼 캐비티(6)가 수지로 채워진다.

수지가 공급되고 캐비티를 채우는 방식의 선택은 제조할 성형체의 모양과 크기를 고려하여 수행된다. 공급과 채우는 과정은 짧은 시간(특히 10초 이하)동안 수행되는 것이 바람직하다.

금형부재의 온도는 금형부재가 각 성형 표면을 통해 수지로부터 열을 흡수하여 수지를 굳게만드는 온도로 유지된다. 즉, 금형부재의 온도는 공급되는 수지보다 낮은 온도로 유지된다. 그러므로, 수지공급구(3)을 통해 공급된 수지(8)는 점차 수지로부터 열이 금형부재로 빠져나감에 따라 냉각되고 성형 표면 근처 부분으로부터 수지의 고체화가 진행되어 고체화된 표면층을 형성한다. 시간이 지남에 따라 고체화된 표면층은 두꺼워진다. 수지의 한 부분 이상의 표면에 고체화된 표면층이 형성된 후, 도 5에 나타낸 것 처럼 수지배출구(4)가 열려 한 부분 이상의 아직 굳지않은 수지를 흡인하여 수지배출 통로를 통해 배출한다. 수지의 배출은 일반적으로 수지의 전체 표면이 성형 표면과 접촉하면서 수행된다. 수지 배출 초기에 수지의 전체 표면에 걸쳐 고체화된 표면층이 형성될 필요는 없다. 고체화된 표면층이 수지배출구로부터의 흡인력이 수지에 작용하는 위치에 생성된다면 충분하다. 캐비티 안의 수지는 흡인으로 인한 변형을 막기위한 정도의 두께를 갖는 고체화된 표면층을 갖는 것이 바람직하며, 바람직한 두께는 사용된 수지의 종류, 캐비티의 형태와 크기등과 같은 것들에 의해 변한다. 일반적으로 두께가 0.2 ㎜ 이상인 고체화된 표면층이 생성되었다면 충분하다. 또한, 수지배출구가 수지의 고체화된 표면층으로 덮여도, 수지배출구를 통한 흡인에 의해 고체화된 표면층이 부서진다면 수지배출이 시작될 수 있다. 부서질 수 있는 고체화된 표면층의 두께는 사용된 수지의 종류와 흡인력에 따라 변한다. 수지배출구를 통한 흡인력의 세기는 사용될 수지의 종류와 온도, 생성될 중공의 크기 등과 같은 것들에 맞추어 정한다.

함몰자국의 생성 및/또는 수지 배출을 위한 흡인에 의한 균열은 고체화된 표면층의 두께를 늘려서 피할 수 있다. 이는 고체화된 표면층을 성형 표면에 유지하기 위해 흡인구(7)를 통해 고체화된 표면 층을 흡인함으로써 또한 피할 수 있다. 흡인은 캐비티를 수지로 채우는 과정이 끝난 후의 아무때나 시작될 수 있다. 예를 들어서, 흡인은 수지로 캐비티를 채우는 과정이 끝난 직후에 시작될 수 있다. 중공의 형성이 끝난 후 수지를 냉각하는 동안 흡인구를 통해 흡인이 계속될 수 있다. 성형체 표면의 함몰자국의 생성은 흡인을 계속하여 효과적으로 피할 수 있다.

캐비티 안에 존재하는 수지 안쪽의 용융된 부분은 흡인에 의하여 수지배출구를 향해 이동하고 이동된 용융된 부분은 수지배출구를 통해 수지배출 통로로 배출된다. 수지배출 통로로 배출된 수지는 수지흡인기(402)로 이르게된다.

수지배출구를 통해 수지가 배출되기 시작함과 거의 동시 혹은 그 후에 기체유입구가 상당히 열릴 때, 기체가 기체유입구를 통해 수지안으로 부드럽게 도입되고 수지의 배출에 의해 내부에 음압이 생긴다. 이론적으로, 기체의 도입은 수지의 배출이 끝난 후에 시작될 수 있지만, 일반적으로 기체를 도입하는 하나 이상의 과정이 한 부분 이상의 수지를 배출하는 단계와 함께 이루어질 수 있다. 수지의 배출이 기체의 도입과 함께 수행될 때, 내부의 용융된 수지 부분이 수지의 배출에 의한 수지배출구 쪽으로 후퇴함에 따라 기체의 도입이 진행된다. 결과적으로 중공(9)이 수지안에 형성된다. 수지의 배출시와 기체의 유입시 고체화된 표면층의 생성이 진행되기 때문에, 기체유입구 근처 부분과 그로부터 먼 부분의 벽의 두께에 차이가 발생하거나, 수지를 배출하는데 많은 시간이 걸린다면 충분히 긴 중공이 형성되지 않을 것이다. 수지의 배출에 충분하지 않은 흡인력에 의해 수지의 배출이 부드럽게 수행되지 못할 때, 기체유입구를 통해 대기압보다 높은 압력의 기체를 공급함으로써 수지의 배출을 도울 수 있다. 약 1 MPa의 기체 압력이 이 목적에 충분하다.

수지의 배출, 기체 유입 그리고 중공형성이 완료된 후, 도 6에 도시된 것 처럼 수지배출구는 닫히고 수지는 캐비티 안에서 냉각된다. 중공의 형성이 끝난 직후, 중공 주변의 수지는 일반적으로 성형 표면 근처의 것보다 훨씬 뜨겁다. 그러므로, 성형 표면 근처보다 중공 근처의 수지가 냉각시 더 많이 오그라들고, 그 결과 성형체의 외부표면이 함몰된다. 함몰자국을 피하기 위해 도 6에 나타낸 것 처럼 기체유입구를 열어 중공 안에 갇혀있던 뜨거운 기체를 방출하고 동시에 성형 장치의 바깥으로부터 차가운 기체를 중공안에 유입하는 것이 효과적이다. 이렇게 함으로써, 성형체의 바깥 표면 근처의 수지와 중공 근처의 수지 사이의 수축에 좋은 균형을 만들 수 있다. 또한 성형체의 바깥 표면의 함몰을 막는 것이 가능하다. 일반적으로, 캐비티 밖으로 꺼내어졌을 때 변형하지 않도록 캐비티 안에서 중공성형체를 냉각한 다음, 도 7에 도시된 것 처럼 하나 이상의 금형부재가 이동하여 주형이 열리고 이어서 중공 성형체가 꺼내어진다.

본 발명의 방법에서, 주변 부분보다 두꺼운 중공성형체의 부분을 형성하기 위한 두꺼운 부분 형성 부위를 가지며, 수지배출구가 두꺼운 부분 형성 부위에 공급된 일부 이상의 수지가 수지배출구로 부터의 흡인에 의하여 움직일 수 있는 위치에 제공되고, 기체유입구가 두꺼운 부분 형성부위 근처에 제공되는 금형을 포함하는 성형 장치를 사용하여, 두꺼운 부위에 중공을 갖는 중공성형체가 제조될 수 있다.

수지흡인기(402)나 수지배출 통로(401)로 배출되어진 수지는 재활용을 위해 수지공급기(302)에 재순환될 수 있다. 도 8에 도시된 것 처럼, 성형 표면에 제공된 개구로 이르는 통로(이중 하나는 수지공급기에 연결되어있고 다른 하나는 수지 흡인기에 연결되어 있음)를 갖는 성형장치를 사용하여, 하나의 개구를 통해 수지의 공급과 배출을 순차적으로 수행할 수 있다.

본 발명의 방법에는, 예를들어 압출 성형, 사출 성형, 압축 성형, 사출-압축 성형등과 같은 통상적인 성형 방법에 사용될 수 있는 열가소성 수지가 사용될 수 있다. 적절한 열가소성수지는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 아크릴로니트릴-스티렌-부타디엔 공중합체, 폴리비닐클로라이드, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 그들의 혼합물, 이들 중합체로부터 만든 중합체 합금 이지만, 이에 제한되지는 않는다. 이들중에서 비교적 낮은 용융 점도의 수지가 적절히 사용될 수 있다. 약 5g/10분 이상, 특히 성형온도에서 약 5g/10분에서 약 200g/10분의 용융흐름속도(MFR)를 갖는 수지가 바람직하게 사용될 수 있다. 약5g/10분 이하의 MFR을 갖는 수지는 용융된 상태에서 비교적 큰 수지의 용융 저항과 수지를 배출하는데 비교적 긴 시간을 야기한다. 또한, 상기 열가소성 수지와 보강 섬유 및 충전제와 같은 여러 가지의 첨가제를 포함하는 조성물이 사용될 수 있다. 수지공급구를 통해 공급되는 수지의 온도는 수지의 종류에따라 변하지만, 수지의 일반적인 성형온도일 수 있다. 예를들어, 폴리프로필렌의 적당한 성형 온도는 약 200℃로부터 약 250℃이다. 금형 부재의 성형 표면의 적절한 온도는 성형될 수지의 종류에 따라서 변하지만 폴리프로필렌의 경우 약 20 내지 약 80 ℃이다.

기체유입구를 통하여 유입되는 적당한 기체는 공기, 질소, 헬륨등과 같은, 수지에 대하여 비활성인 기체이다. 공기와 질소가 값이 싸기 때문에 유용하다.

본 발명의 방법에서, 수지 시트, 직포, 부직포 등과 같은 표피재를, 수지를 공급하는 단계 전에 금형부재들 사이에 공급하여, 일부 이상의 표면이 표피재로 피복된 중공성형체를 제조할 수 있다. 또한, 상기 표피재 대신, 금속, 세라믹, 유리, 수지등으로 만들어진 성형된 부위를 공급함으로써, 성형된 부분이 합쳐진 중공성형체를 제조할 수 있다.

본 발명에 따르면, 고압기체를 필수 수단으로 사용하지 않고 중공성형체를 쉽게 얻을 수 있다.

이상과 같이 본 발명은 특정한 양태에 의거하여 설명하였으나, 본 발명은 본원에서 개시된 발명의 개념을 벗어나지 않는 한도 내에서 많은 변화, 변용과 변동이 생길 수 있는 것은 명백하다. 그러므로, 본 발명은 첨부된 특허청구의 범위의 원리와 넓은 범위에 속하는 그러한 모든 변화, 변용과 변동을 포함한다. 일본에서 각각 1997년 5월 27일, 1997년 5월 29일에 출원된 출원 번호 제 09-136979호와 제 09-140005호의 전체가 참고문헌으로서 본원에서 인용된다.

본 발명의 방법에 의하면, 고압 기체를 사용하지 않으면서, 표면에 함몰 자국이 없으며 우수한 외관을 갖는 중공 성형체를 제조할 수 있다.

Claims (10)

1. 하기 (a) 내지 (f)의 단계들을 포함하는 열가소성수지의 중공성형체의 제조방법:

   (a) 제 1 금형부재와 제 2 금형부재를 포함하는 금형을 함유하며, 상기 금형부재들은 각각 상대 금형부재의 성형 표면과 함께 캐비티를 한정할 수 있는 성형 표면을 가지고, 하나 이상의 금형부재는 수지공급구를 통하여 성형 표면으로 열리는 수지공급 통로를 가지고, 하나 이상의 금형부재는 수지배출구를 통하여 성형 표면으로 열리는 수지배출통로를 가지며, 하나 이상의 금형부재는 기체주입구를 통하여 주형표면으로 열리는 기체 통로를 갖는 성형장치를 제공하는 단계;

   (b) 성형의 표면들 사이에 용융된 상태의 수지를 수지공급구를 통하여 공급하여 캐비티를 수지로 채우는 단계;

   (c) 수지를 냉각시켜 일부분 이상의 수지 표면을 고체화하고 고체화된 표면층을 형성시키는 단계;

   (d) 아직 고체화하지 않은 일부분 이상의 수지를 흡인에 의해 수지배출구를 통하여 배출시키는 단계;

   (e) 기체유입구를 통하여 기체를 수지 안으로 유입시키는 단계; 및

   (f) 캐비티 안의 수지를 냉각하여 고체화시키는 단계.
2. 제 1항에 있어서, 하나 이상의 금형부재가 흡인구를 갖고, 흡인구를 통한 흡인에 의해, 일부 이상의 고체화된 표면층과 금형부재의 성형 표면과의 접촉을 유지시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
3. 제 1항에 있어서, 단계(b)에서 닫힌 상태에서 캐비티 안으로 수지를 공급하여 채우는 방법.
4. 제 1항에 있어서, 단계 (b)에서 닫히지 않은 상태에서 금형부재들의 성형 표면들 사이에 수지를 공급하고, 수지의 공급이 완료되기 전 혹은 동시 혹은 그 후에 하나 이상의 금형부재를 다른 금형부재쪽으로 이동시켜 수지를 펼치고, 최종적으로 캐비티를 수지로 채우는 방법.
5. 제 1항에 있어서, 수지공급구가 수지배출구로도 사용되며, 일부 이상의 수지공급 통로가 수지배출 통로로도 사용되는 방법.
6. 제 1항에 있어서, 금형부재가 두꺼운 부분 형성 부위를 갖는 캐비티를 생성하고, 단계 (e)에서 기체가 두꺼운 부분 형성 부위 근처에 제공된 기체유입구를 통해 유입되어 두꺼운 부분 형성 부위에 중공을 형성하는 방법.
7. 제 1항에 있어서, 단계 (d)의 일부 이상과 단계 (e)의 일부분 이상이 동시에 수행되는 방법.
8. 제 1항에 있어서, 단계 (d)에서 흡인이 실린더, 실린더의 축방향으로 움직일 수 있는 피스톤, 및 원하는 위치에 피스톤을 유지시키고 피스톤 후방의 실린더의 공간이 실질적으로 진공으로 유지되는 기계장치를 포함하는 기기를 사용하여 수행되는 방법.
9. 제 1항에 있어서, 단계 (b) 이전에 금형부재들 사이에 표피재를 공급하는 방법.
10. 제 1항에 있어서, 단계 (b) 이전에 금형부재들 사이에 성형부품을 공급하는 방법.