KR20010022915A - 성형된 물체를 준비하는 과정 및 장치 - Google Patents

성형된 물체를 준비하는 과정 및 장치 Download PDF

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KR20010022915A
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에머리 아이. 밸리
아더 케이. 델루스키
토마스 엠. 엘리슨
허버트 리즈
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디 엘리자베스 앤드 샌더 밸리 파운데이션, 아이앤씨 .
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Abstract

필름(50)은 주형 캐비티(12a) 상부에 위치되고 용융된 플라스틱(60, 98)은 필름과 그곳에 용융된 플라스틱의 합성물을 형성하기 위하여 침전된다. 필름-용융된 플라스틱 합성물은 그 다음에 상기 주형 캐비티(12a)에서 주형 캐비티(12a)의 형상으로 주형된 물품으로 성형된다.

Description

성형된 물체를 준비하는 과정 및 장치 {Process and apparatus for preparing a molded article}
관련된 출원에 대한 참조
이 출원은 에머리 I. 밸리(Emery I. Valyi)에 의해 색깔 코팅이 될 수 있는 압착 성형된 물체(COMPRESSION MOLDED ARTICLE THAT MAY BE COLOR COATED)에 관한 1997년 8월 14일에 출원된 가출원 일련번호 제60/055,652호의 이익을 주장한다.
에머리 I. 밸리(Emery I. Valyi)에 의해 1995년 3월 28일에 특허된 색깔 코팅이 될 수 있는 압착 성형된 물체에 관한 과정(PROCESS COMPRESSION MOLDED ARTICLE THAT MAY BE COLOR COATED)에 대한 미국 특허 5,401,457에 일치하여, 색깔 코팅되는 물체를 성형하기 위한 과정이 제시된다. 미국 특허 제5,401,457호에 따라, 필름은 주형 캐비티(cavity) 위에 실질적으로 평평하게 위치되고 반 코어 주형과 탕구(sprue)를 통하여 주입되는 용융된 플라스틱에 의해 변형된다.
다른 방법은 주형에 대하여 독립적으로 행하여진 상기 작동과 함께, 주형 캐비티에 정확하게 위치되도록 필름을 열성형하는 것으로 구성된다. 그 다음에 성형된 필름 인서트(insert)는 주형으로 이송되어 캐비티 내부로 위치하게 된다. 이러한 방법은 1992년 4월 19일에 제품 마감이라는 데에서 씨에치.프리들리(Ch. Fridley), 애버리 데니슨(Avery Dennison)에 의해 그리고 베이어(Beyer)에게 특허된 유럽 특허 제0,442,128호, 그리고 다른 간행물에 기재되어 있다. 애버리(Avery) 과정은 잘 알려지고 다른 분야에서 널리 진행되는 필름의 성형 과정을 수반한다. 이것은 비교적 낮은 온도에서, 고체 상태에서 필름 또는 시트(sheet) 형상으로 만들기 위한 낮은 압력 과정이다. 이것은 크기 결정 과정에 따르는 열성형뿐만 아니라 진공이 필름을 캐비티 내부 또는 코어로 흡입하든지 간에 여하간 진공 성형과 같은 모든 다수의 열성형의 변형을 포함한다.
이것의 결과로서 나타나는 제품의 정확도와 형상 일치성은 주입 주형 또는 압축 주형과 같은 높은 압력 성형 과정의 범위 내에 있지 않게 된다. 결과적으로, 열성형된 예비 성형품은 주형 캐비티에 위치하거나 코어 너머로 미끄러지기 때문에 완전히 그것들에 따르지 못한다. 그리하여, 예비 성형 뒤의 플라스틱의 주입 또는 압축 후에, 예비 성형은 집중된 표면을 불안전하게 하면서 변형될 것이다. 이러한 불완전함은 치수적으로 중요치 않고 시각적으로 별 상관없으며 그에 따라 예를 들어 자동 종류에서 충분하지 못한 질을 가진 제품을 제공하게 된다. 더불어, 분할적으로 제조된 필름 인서트의 비용은 비교적 높고, 상당량의 손질된 파편이 발생되며, 취급(이송, 출하, 삽입)에 비용이 많이 들게 된다.
상기 미국 특허 5,401,457은 상술한 단점을 극복하고 있으나, 특히 주형하는 부분이 큰 면들을 가지고 아주 다양한 곡률을 가진 경우에는 제어하기가 어렵다. 이러한 어려움들은 종래의 주입 주형과 마찬가지로 플라스틱이 필름 내구력을 실질적으로 감소시키도록 하는 충분히 높은 온도에서 압축 성형될 때 증가된다.
상기 과정 중에 어느 하나를 크고, 패널 형상의 구조물에 적용하는 경우에는 더욱이, 미국 특허 5,401,457의 주입 주형의 과정과 상기에서 언급된 애버리 데니슨 과정이 실행하기가 어렵다는 것을 알 수 있었는데, 이것들은 아주 비용이 비싼 장비들을 요구하고, 필름 층과 삽입된 플라스틱 사이의 경계 면에서 불완전함을 발생시키게 되는 것으로 증명됐다.
따라서, 본 발명의 주된 목적은 용융된 플라스틱과 필름 인서트로부터 주형된 물품을 편리하고 신속하게 형성하는 과정과 장치를 제공하는데 있고, 여기서 필름은 주형된 물품의 외부 층이 되고 상기 필름은 바람직하게는 색깔이 있는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상술한 단점을 극복하는 과정과 장치를 제공하고 색깔 코팅된 물품을 성형하기 위한 상업적으로 용이한 과정 및 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 전술한 바와 같이 복잡한 부분들, 특히 승용차의 주요 몸체 구성부분 크기와 같은 부분을 생산하는데 충분히 제어 가능하고 비용이 효율적인 조건 아래에서 작동하는 과정 및 장치를 제공하는데 있다.
또 다른 본 발명의 목적은 아래에 나타날 것이다.
발명의 요약
본 발명에 의하여, 앞서 말한 목적 및 효과가 용이하게 달성된다.
본 발명은 주형된 물품을 준비하기 위한 과정을 포함하는 바, 이는 주형 캐비티를 제공함, 주형 캐비티 위에 필름 또는 블랭크(blank)를 위치시킴, 그곳에서 용융된 플라스틱과 함께 필름의 합성물을 형성하기 위하여 상기 필름 상에 용융된 플라스틱을 침전시킴, 그리고 필름이 주형된 물품의 외부 층이 되도록 상기 주형 캐비티의 형상을 갖는 주형된 물품으로 상기 주형 캐비티에서 상기 필름-용융된 플라스틱 합성물을 실질적으로 형성함을 포함한다. 바람직하게는, 필름은 색깔이 있는 것이고 주형 캐비티에 잔류하며 용융된 플라스틱은 필름 상에 침전된다. 또한, 보다 바람직하게는 상기 합성물이 상기 합성물을 압박하여 상기 합성물을 주형 캐비티의 형상으로 성형하는 주형 코어에 의해 적어도 부분적으로는 주형 캐비티의 형상으로 성형되게 된다. 따라서, 결과적인 물품은 요구되는 형상을 갖는, 바람직하게는 주형되고, 색깔 코팅된 물품이고, 이것은 주형 캐비티의 형상에 의해 정의되는 것과 같은, 복잡한 형상일 수 있다. 당연히, 주형은 잘 알려진 슬라이드 그리고 리프터와 같은 다른 구성요소를 포함할 수 있다.
본 발명은 주형된 플라스틱 물품을 준비하는 장치를 또한 포함하고, 주형 캐비티, 필름 또는 블랭크 바람직하게는 색깔이 있는 필름을 상기 주형 캐비티 상부에서 잡아주는 수단, 그곳에서 필름과 용융된 플라스틱의 합성물을 성형하기 위하여 상기 필름으로 용융된 플라스틱을 침전시키는 수단, 필름이 주형된 물품의 외부 층을 이루도록 침전하는 용융된 플라스틱에 수반된 상기 필름-용융된 플라스틱 합성물을 상기 주형 캐비티에서 주형 캐비티의 형상을 가진 주형된 물품으로 형성시키는 수단을 포함한다.
본 발명은 원상태로 복귀되는 플라스틱을 가지고 일정하게 필름을 형성하는 원리를 고수하고, 그에 따라 드러난 필름 면의 시각적으로 식별할 수 있는 결함없이 완전 형태의 일치성을 달성하며, 이 필름은 도료 필름일 수 있고, 효과적인 방법으로 온도 분포와 압력의 엄격하게 제어된 상태에서 결과로 주형된 물품을 형성한다.
본 발명의 더 특이한 특징과 효과는 아래에 나타날 것이다.
본 발명은 아래의 도면의 참작함으로써 더욱 용이하게 이해될 것이다.
도 1은 주형된 물품을 준비하는 초기 단계에서 본 발명의 장치 및 과정의 부분 개략적인 도시한 도면이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 과정 및 장치에서 변형물을 부분적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 과정 및 장치의 다른 변형물을 부분적으로 도시한 도면이다.
도 5, 6, 7 그리고 8은 본 발명의 부가적인 변형물을 보여준다.
도 1-3을 참조하면, 주형 캐비티(12a)를 갖는 반 캐비티(12)와 반 코어(14)로 구성된 주형(10)은 각각의 압반(16, 18) 상에 설치된다. 주형 캐비티(12a)는 바람직한 최종의 주형된 물품의 형상을 갖는다. 적어도 하나의 반 캐비티와 반 코어는 화살표(20) 방향을 따라 개방으로부터 폐쇄 위치 그리고 폐쇄로부터 개방 위치로 동기 수단(미도시)에 의해 왕복 운동한다. 노즐(24)을 갖는 압출/주입 유닛(22)은 플레이트(26)와 같이 고온의 플라스틱 이송 수단과 연결되고 연동되도록 주형(10)에 인접하여 배치된다. 플레이트(26)는 주형 캐비티(12a)에 인접한 위치로부터 주형 캐비티로부터 떨어진 위치로 수평 화살표(28)의 방향을 따라 비교적 왕복 운동할 수 있고, 압출기(22)와 노즐(24)에 의해 고온의 흐를 수 있는 플라스틱을 공급받게 된다. 플레이트(26)의 성질에 의하여, 압축기는 플레이트(26)와 함께 고정되거나 왕복 운동될 수 있다. 당연히, 고온의 플라스틱 이송 시스템에서 다른 변형물이 사용될 수 있다. 예를 들면, 압출/주입 시스템 그리고 고온의 플라스틱 이송 수단은 압출/주입 시스템에 관련된 상호 선회하는 프레스(press)와 주형에 대하여 외부적으로는 고정적일 수 있다. 다른 변형물이 용이하게 고려될 수 있다.
도 1에서 플레이트(26)는 주형 캐비티(12a) 위에 위치된 다수의 구멍(32)과 연통되는 연장된 채널(channel)(30)을 갖는 고온의 러너(runner)이다. 각각의 구멍은 밸브 수단(34)와 같은 공지된 수단에 의해 폐쇄될 수 있다. 상기 구멍(32)은 압출기 노즐(24)과 고온의 러너 공급 채널(30)을 통하여 압축기(22)로부터의 압력 하에 고온의 플라스틱을 제공받는다. 압출기(22)와 고온의 러너 이송 플레이트(26)가 결합되었을 때, 플라스틱은 노즐(24)로부터 채널(30)로 흐름을 일으키게 된다. 압출기가 분리되었을 때 작동하는 이송 플레이트에 대하여, 채널(30)의 자유단(36)은 체크 밸브(38)(미도시)를 포함하고, 압력을 제공받은 피스톤 수단(40)은 예를 들면, 수평 화살표(44)의 방향으로 고온의 러너 채널(30)에 힘을 제공하는 유압 실린더(미도시)와 같은, 종래의 수단에 의해 동작하는 채널(30)의 타단(42)을 맞물리기 위하여 추가된다.
선택적으로, 밸브 수단(34)을 선택적으로 폐쇄시키고 피스톤 수단(40)을 통하여 압력을 제공할 수 있고, 그것에 의하여 원하는 위치에 더 두꺼운 코팅을 얻게 된다. 선택적으로, 예를 들면, 각각의 개별적인 밸브 수단에 연결된, 슈팅 폿(shooting pots) 또는 플라스틱 저장소를 사용할 수 있고, 그것에 의해 원하는 곳에 부가적인 합성 수지 두께를 얻을 수 있다.
실시예의 한 방법으로, 압출기(22)는 주형(10)으로부터 떨어진 곳에 위치하게 되고 플레이트(26)는 압출기(22)에 의해 고온의 플라스틱으로 충만된 다음에, 도 1에 도시된 바와 같이 주형 캐비티(12a) 위의 위치로 이동된다. 흘러내리는 것이 방지되도록, 체크 밸브(38)는 폐쇄된다. 더불어, 피스톤 수단(40)은 채널의 끝단(42)과 맞물리도록 수축되고, 그에 따라 그곳에서 고온의 플라스틱을 더 잘 얻을 수 있도록 채널 끝단(42)에서 흡입실을 형성하게 된다.
죔쇠(hold down)와 스페이서 프레임(46)은 반 주형(12)에 배치되고, 그곳에서 맞물릴 수 있고 그곳으로부터 분리될 수 있으며 반 코어(14)의 왕복 운동과는 독립적으로 반 캐비티(12)쪽으로 또는 그로부터 멀어지도록 이동시키는 수단과 합체된다. 따라서, 한 쌍의 리프트 실린더(48)는 도 1에 도시된 압반(16)에 설치된 것처럼 압반(16 또는 18)에 설치될 수 있다.
따라서, 플레이트(26)는 압출기(22)에 의해 고온의 플라스틱으로 채워진다. 만약 두 개가 합체되면, 그것들은 고온의 러너를 반 캐비티(12)에 배치되도록 미동된다. 고온의 러너를 위치시키기 전에, 스페이서 프레임(46)은 예를 들면 '457특허에 도시된 바와 같이, 미리 절단된 필름 또는 블랭크(50)가 어떤 바람직한 수단에 의하여 반 캐비티(12)의 주형 캐비티(12a)의 림(rim)(52) 상부에 위치되도록 반 캐비티(12)로부터 충분히 떨어지도록 당겨진다. 블랭크(50)가 위치된 상태에서, 프레임(46)은 도 2에 도시된 바와 같이 주형 캐비티(12a) 상부에 블랭크(50)를 밀봉한 상태로 잡기 위하여 반 주형(12)을 향하여 이동되고, 그에 따라 상기 캐비티가 향상된 유압을 얻을 수 있도록 한다. 선택적으로, 필름은 캐비티로부터 일정거리 떨어질 수 있고 에어 젯(air jet)에 의해 지지될 수 있다. 선택적으로, 스페이서 프레임(46)은 도 1에 도시된 바와 같이 그 사이에 간격(47)을 가지고 반 상부(46a)와 반 하부(46b)를 포함할 수 있다. 이러한 클램프는 성형하는 동안에 필름이 주형 캐비티(12a)로 방출되도록 하는 슬립 클램프(slip clamp)일 수 있고 그에 따라 가장자리 파편의 발생을 최소화하고 발생될 수 있는 필름의 얇아짐을 감소시킨다. 바람직하다면, 파편 자르기는 다림질처럼, 여분의 필름을 겹치고 여분의 필름을 열 봉합함으로써 최소화될 수 있다.
유압은 그 다음에 압력 제어 수단(58)에 의해 연결 분기관(56)을 통하여 연결된 채널(54)을 통하여 블랭크(50) 하부 주형 캐비티(12a)에 공급될 수 있다. 통상적으로 사용된 유체는 공기이나, 블랭크(50)의 재질이 요구에 따라 활성이 없는 가스일 수 있다. 선택적으로, 유압은 필름을 제 위치에 적당하게 유지하기 위하여 필름 블랭크 또는 필름(50) 아래 방향을 향하여 반 캐비티(12)에 채널(55)을 통하여 공급될 수 있다. 바람직하게는, 다수의 위치, 또는 연속적인 채널이 필름의 아래방향을 향하여 필름의 주변에 공급된다. 또한, 이것들은 채널(54)으로부터 분할적으로 흐름이 조절될 수 있거나 채널(54) 대신에 사용될 수 있다.
노즐 밸브 수단(34)은 그 다음에 고온의 플라스틱이 고온의 러너 플레이트(26)로부터 블랭크(50)의 노즐 구멍(32)을 통하여 프레임(46)내의 고온의 러너 플레이트(26)와 블랭크(50) 사이의 공간으로 자유롭게 흐르도록 후퇴한다. 프레임(46)내의 공간은 주입 주형에서는 통상적인 높은 압력을 채워지지는 않는다. 그보다는 차라리, 단지 정밀하게 측정된 고온의 플라스틱의 양(60)이 고온의 러너 플레이트(26)로부터 블랭크(50)에 침전된다. 명목상으로 이것은 폐쇄된 상태에서 반 캐비티(10)와 반 코어(14)에 의한 주형 캐비티(12a)에서 성형되는 주형되는 공동에 실질적으로 일치한다. 고온의 플라스틱이 프레임(46)내의 공간으로 안내되기 때문에, 압력은 침전되는 플라스틱의 측정된 양(60)을 지지하기에 충분한 것보다 유압 채널(54, 55)을 통하여 블랭크 아래로 공급되는 것이 더 많지 않다. 바람직하게는, 공기 압력은 제품 요구에 따라 변경될 수 있다. 실제로, 진공은 성형 동안에 사용될 수 있다. 도 1에 개략적으로 도시된 바와 같이, 측정된 양(60)은 한 면이 블랭크의 편편한 표면을 형성하고, 그것의 다른 면이 도 1에 확실하게 도시된 것처럼 평탄하지 않은 면(62)을 갖는 플라스틱 층을 이루고, 이것은 노즐(32)로부터 나타날 점성 흐름 패턴의 경향을 보여준다. 당연히, 노즐은 나타나는 플라스틱이 연속적이고 일정한 층을 이루도록 아주 충분히 떨어져 있다. 선택적으로, 하나의 중합체(polymer)가 설계된 패턴으로 침전될 수 있고, 두 번째 또는 다수의 두 번째 중합체가 설계된 패턴으로 침전될 수 있다. 이것은 예를 들면 다중 합성 수지의 기 설계된 패턴을 침전시키기 위한 분리된 채널들에 공급하는 하나 이상의 압출기에 의해 이루어질 수 있다. 다른 방법으로는, 완성된 제품에서 설계된 성질을 제공하기 위하여 다른 특성의 중합체를 공급할 수 있다.
각각의 노즐(32)은 독립적으로 온도가 제어도리 수 있다. 만약 필요하다면, 미리 정해진 온도 분포 패턴에 따라 플라스틱을 침전시킬 수 있다.
고온의 플라스틱을 블랭크(50)상의 공간으로 방출하기 전에, 주형 캐비티(12a)는 상기한 바와 같이 채널(54)을 통하여 들어오는 공기 압력에 의하여 압력을 받는다. 완성된 제품이 큰 면적을 갖는 반면 통상적으로 얇기 때문에 측정된 플라스틱(60)의 무게는 비교적 작고 필름 또는 블랭크(50)에 가해지는 평균 정적 압력은 당연히 낮다. 그리고, 주형 캐비티가 비교적 낮은 압력은 심지어 블랭크(50)가 측정된 플라스틱과의 접촉에 의해 열을 받게 될 때에도, 측정된 플라스틱의 무게에 의한 처짐으로부터 블랭크(50)를 유지하는데 충분할 것이다. 예를 들면, 인치 당 0.05파운드 무게의 플라스틱으로 이루어진, 2' x 4' x 0.5"로 측정하는 플라스틱의 측정된 양은 상기 영역 위에서 0.025 psi의 압력을 가한다. 이것은 블랭크를 지지하기 위한 압력을 약간 넘고, 그 결과 압력이 그 아래에서 첫 번째로 공급되었을 때, 상기 블랭크는 상측으로 과도하게 부풀지 않을 것이다. 특별한 예로서, 블랭크 상부에 공급된 고온의 플라스틱 층은 더 깊은 깊이를 갖지 않을 것이다. 심지어, 상기 지적된 압력은 과도한 부풀기를 발생시키지 않을 것이다. 스페이서 프레임(46)의 가장자리에서 주름 형상의 라인의 형성은 주형 캐비티(12a)의 가압 상태에 의해 야기된 도시된 필름(50)의 상측으로의 약간의 부풀임과 함께 도 2에서 곡선의 클램핑 표면(64)에 의해 도시된 바와 같이 방지될 것이다. 실제로, 상측으로의 부풀임은 비슷한 부분에의 공급에 관하여, 어떤 경우에는 바람직할 것이다.
필름(50) 상부에 플라스틱 층(60)의 침전 후에, 반 코어(14)를 주형 캐비티(12a)로 이동시킴에 따라, 플레이트(26)는 반 캐비티(12)와 반 코어(14)의 사이로부터 이동되고 주형(10)은 폐쇄된다. 이것은 신속하고 편리한 방법으로 필름과 침전된 플라스틱이 폐쇄된 주형 캐비티의 형상으로 합성 적층물로 성형되게 한다.
블랭크는 바람직하게는 플라스틱이고, 다른 바람직한 플라스틱 물질이 블랭크 또는 용융된 플라스틱 물질로서 사용될 수 있으며, 그 예로는, 폴리오레핀, 폴리비닐 클로라이드, 폴리스틸렌, 폴리카보네이트 등이다. 어떤 열가소성 물질 그리고/또는 열경화성 수지 물질은 예를 들면 구조적 폼(foam), 림(rim), 에폭시, 폴리에틸렌, 벌크 주형 구성성분, 시트 주형 구성성분 등과 같은 용융된 물질에 사용될 수 있다. 블랭크는 상술한 바와 같이 주형으로 이동을 위하여 주형(10)에 인접하게 유지되는 주형 캐비티(12a) 상부에 적합한 크기와 형상을 가진 블랭크의 웨브와 공급으로부터 절단되거나 붙여질 수 있다. 블랭크의 색깔의 짙음은 필요에 따라 자연적으로 변화될 수 있다. 작업하는 동안 작업자는 블랭크 또는 필름의 두께를 당연히 고려해야 하고 블랭크 또는 필름의 어떤 주어진 부분이 겪게 되는 전체 변형에 색깔의 짙음을 조정해야 한다. 그렇게 함으로써, 예를 들면 최종적으로 주형된 제품에서 색깔의 동일성을 유지하기 위하여 작업하는 동안에 더 두꺼운 페인트 코팅은 더 많은 변형을 얻게 되는 선택적인 블랭크 또는 필름의 위치에 적용될 수 있다. 블랭크 또는 필름은 예를 들면 음각-양각으로 형성될 수 있다. 블랭크는 로봇 수단에 의해 공급되거나 캐리어 필름 스트립에 제거될 수 있도록 부착될 수 있다. 캐리어 필름 스트립은 가장자리 구멍과 같은 블랭크가 놓이는 반 주형에 관하여 블랭크의 위치를 기록하는 수단을 가지고 있다. 부착된 블랭크를 구비한 캐리어는 그 다음에 롤(roll)로부터 공급된다. 블랭크와 주형이 병렬로 되면, 흡입력은 캐리어 스트립으로부터 블랭크를 분리할 정도로 충분하게, 채널을 통하여 주형에 의해 블랭크의 가장자리에 공급된다. 물론, 다른 이동 수단은 용이하게 사용될 수 있다.
도 3은 고온의 플라스틱을 제공하는데 대한 다른 방법을 보여준다. 도 1에 도시된 바와 같은 고온의 러너인 플레이트(26) 대신에, 압출기(22)가 소위 코트 행거 다이(coat hanger die)(70)와 결합되고, 고온의 플라스틱 이송 플레이트로서 역학을 하게 되는 바, 즉, 넓은 시트의 압출 성형에 통상적으로 사용되는 플라스틱의 갈라진 구멍(72)을 구비한 다이이다. 압출기(22)와 다이(70)는 주형으로 또는 글부터 화살표(74) 방향으로 왕복 운동할 수 있다. 동작 중에, 도 1-2에 도시된 바와 같이, 블랭크(50)가 주형 캐비티(12a) 상부에 위치하고 스페이서 프레임(46)에 의해 압박되어 압출기(22)와 다이(70)는 블랭크(50) 상부를 가로지르고 고온의 플라스틱의 바람직한 층은 그곳의 상부에서 침전된다. 플라스틱 층의 두께는 가로지르는 속도, 압출기의 산출과 다이의 크기에 의해 주어지는 바, 이 모든 것은 종래의 방법으로 제어된다. 횡단의 끝에서, 압출기는 닫혀지고 그것의 출발점으로 되돌아온다. 작업자는 플라스틱의 두께 그리고/또는 넓이를 제어하기 위하여 압출기에 넓이 그리고/또는 두께 제어를 제공할 수 있다. 횡단의 속도 그리고/또는 압출기의 산출은 변화될 수 있다. X, Y 그리고 Z 평면에서 압출기의 위치결정은 플라스틱 층의 크기 그리고/또는 형상을 변화시키기 위하여 다양화될 수 있다.
이러한 과정의 이점은 그것의 낮은 공구 비용에 있다. 그러나, 이것은 동시에 일어나는 것과 반대인 점진적인 침전이 받아들여 질 수 있는 예를 들면 압출기의 비교적 짧은 횡단을 요구하는 좁은 부분에 대한 경우이다.
본 발명의 중요한 특징은 외부적인 수단에 의지함이 없이 필름 또는 블랭크의 열의 균일성과, 필름 또는 블랭크와 후방 층, 양쪽의 주형 적합성을 제공하기 위한 충분히 높은 주형 압력의 적용에 의하여 초래되는 성형 동작이 동시에 이루어진다는 확실성이다. 필름의 완성은 그것에 의해 보존되고 시각적으로 검출될 수 있는 불완전함은 피할 수 있다. 또한, 이러한 과정은 종래의 과정에 비하여 더 낮은 클램핑 압력을 요구한다.
앞서 말한 과정은 우선적으로 자동차의 외장에 적용되는 것을 목적으로 하지만, 색깔 처리된 완성품과 정확하게 주형된 물품, 특히 대형의 가정용 기구와 건축 구성요소에 대하여 압축 주형의 주 과정으로부터 이득을 얻을 수 있다는 것을 알 수 있다.
도 4의 변종을 참조하면, 압반(80)이 공기 슬롯(84)을 포함하는 탄성 중합체 성형 심축(82)과 그곳에 연결된 압력 제어 수단(86)과 함께 도시되어 있다. 주형(88)이 그것의 주형 캐비티(80), 필름 그리고 주형 림(96)상에서 필름을 잡아주기 위한 클램핑 프레임(94)과 함께 도시되어 있다. 고온의 플라스틱(98)은 앞의 실시예에서처럼 필름(92)에 침전된다. 도 4의 실시예에 도시된 바와 같이, 슬롯(84)은 공기와 같은 유체 압력의 원천에 연결된 복수개의 슬롯(100)과 교차한다.
동작 중에, 탄성 중합체 심축(82)은 클램핑 프레임(94)에 들어간다. 압축 공기는 슬롯(84)에 제공되고 슬롯을 팽창시켜 통로가 되도록 한다. 그것에 의하여, 압력은 침전된 플라스틱(98)과 필름(92)에 제공된다. 압력은 도 1-3에 도시된 바와 같이 주형 캐비티(90)에 나타나고 압력은 동시에 제어할 수 있게 방출되고, 플라스틱(98)과 필름(92)의 폭발 주형이 된다. 심축(82)은 동시에 화살표(102) 방향으로 아래로 동시에 이동된다. 플라스틱과 필름이 주형 표면에 도달함에 따라, 심축은 동작을 계속하고 그것의 탄성적 성질에 의하여 필름으로부터 떨어져 플라스틱의 표면에 따르고, 압반에 의한 계속되는 압력은 플라스틱에 정수의 압력을 가한다. 이러한 압력은 예를 들면 1000psi가 넘는 압축된 유체로부터 경제적으로 유용한 것보다 더 높을 수 있다. 완성된 부분의 최상부 또는 내측 면은 실질적으로 주형 표면에 평행할 것이다. 심축은 바람직하게는 주형과 마찬가지로 냉각된다.
앞서 말한 과정은 두꺼운 플레이트를 균일하게 가열하는 어려움을 극복하기 때문에 큰 패널 형상, 두꺼운 부분을 성형하기 위한 향상된 방법 및 장치를 나타낸다. 색깔이 입혀진 또는 칠해진 필름이 필요하건 않건 간에 이것은 유용하다. 주형되는 플라스틱과 양립할 수 있는 한 어떠한 필름도 고온의 플라스틱의 지지에 사용될 수 있다. 양립성은 녹는 접착제, 접착제 또는 접합 층의 사용과 같은 다수의 방법에 의해 달성될 수 있다. 선택적으로, 어떤 경우에는 양립하지 않거나 제거할 수 있는 필름 층을 사용할 수 있다.
선택적으로, 주 필름 층(92)에 한 층 더한 지지를 제공하기 위하여 주 필름 층(92) 아래에 두 번째 필름 층(93)(도 4를 보시오)을 사용할 수 있다. 예를 들면, 두 번째 필름 층은 더 얇고, 부서지기 쉬운 필름 또는 다중 필름을 제 위치에서 지지하기 위하여 또는 필름(92)에 로고(logo) 또는 디캘(decal)(93')을 지지하기 위하여 주형 캐비티 상부에 고정될 수 있다. 물론, 두 번째 필름은 바람직하게는 투명한 것이고, 또한 두 번째 필름은 본 발명의 어떠한 실시예에도 사용될 수 있다. 두 번째 필름은 주 필름과 마찬가지로 같은 방법으로 주형에 바람직하게 고정될 것이다.
도 5, 6 그리고 7은 본 발명의 상세화된 변형예를 보여준다.
도 5에 도시된 바와 같이, 필름(110)은 프레임(114)에 의하여 반 주형 캐비티(112) 상부에 고정되고 용융된 플라스틱은 그곳에서 화살표(120) 방향으로 배출구(118)를 통하여 심축(116)에 의해 침전된다. 반 주형 캐비티(112)는 필름(110)에 공기 압력을 제공하거나 성형 과정을 돕기 위하여 냉각 채널(122)과 압축된 공기 또는 진공의 채널(124)를 포함한다. 필름 시트의 온도는 그것이 겪게 되는 변형의 범위에 따라 조절된다. 필름-용융된 플라스틱 합성물은 반 주형 사이로부터 냉각 채널(128)을 포함하는 반 코어(126)를 통하여 심축(116)의 후퇴 후에 반 주형 캐비티에서 압축 주형된다. 필름과 침전된 플라스틱을 포함하는 완성된 주형된 물품은 주형 캐비티와 주형 코어 사이에서 성형된다.
도 6은 용융된 플라스틱 층(132)을 필름(110)에 압출시키는 횡단 압출기(130)를 사용한다는 점에서, 도 5와 비슷하다. 공기 냉각 노즐(134)은 적절한 온도 상태를 위하여 용융된 플라스틱 층(132)을 가지고 있다. 양 압출기(130)와 냉각 노즐(134)은 도 6에 도시된 바와 같은 필름(110) 상부의 위치로부터 반 주형(126)이 필름-용융된 플라스틱 합성물과 맞물리도록 하는 필름(110)으로부터 떨어진 위치로 이동될 수 있다.
도 7은 필름 인서트(140)와 필름(144)을 반 주형(148) 상부의 주형(146)에 공급하기 위한 필름 공급 수단(142)을 보여준다. 화살표(152) 방향으로 이동될 수 있도록 왕복 운동할 수 있는 고온의 플라스틱 이송 수단(150)은 전술한 실시예에서처럼 주형된 제품을 준비하기 위하여 주형(146)의 인접하여 제공된다. 도 7의 실시예에서, 금속 또는 플라스틱 인서트(156)는 도시된 바와 같이 주형된 제품(154)의 일부를 이루도록 주형에 공급될 수 있다. 선택적으로, 유리섬유 매트(mat) 또는 스크림(scrim)은 보강제로 사용될 수 있고, 임의의 유리섬유 재질, 직물, 금속, 플라스틱 등과 같은 어떤 적합하고 바람직한 보강적 또는 기능적 재질이 사용될 수 있다. 요구되는 바에 따라 전체 구조를 보강할 수 있거나 선택적으로 구조를 강화할 수 있다. 제품 배출 로봇(158)은 주형된 제품을 제거하도록 주형(146)에 인접하여 제공된다. 주형된 제품은 물론 예로서 자동차(162)의 측면 패널(160)과 같은 다양한 곳에 사용될 수 있다.
도 8은 캐비티 부분(172)과 코어 부분(174)를 포함하는 폐쇄된 주형(170)을 보여준다. 주형된 물품은 필름 층(176), 플라스틱 층(178) 그리고 보강 재질 또는 파스너(180)를 포함한다. 보강 재질 또는 파스너(180)는 주형된 물품에 정확한 위치를 제공하기 위하여 코어 부분(174)에 적용된다. 주형(170)이 폐쇄되었을 때, 파스너 또는 같은 종류의 것들은 배출 통로(182) 또는 플라스틱 층에 확실하게 접합되거나 깊숙이 박히게 되도록 하는 다른 바람직한 수단에 의하여 배출될 수 있다. 배출은 예를 들면 유압 또는 기계적인 수단에 의할 수 있을 것이다. 보강재 또는 파스너는 선택적으로 도 8에 도시된 바와 같이 주형된 물품에 위치하거나, 주형된 물품을 완전히 덮을 것이다.
선택적으로, 프레임, 필름, 플라스틱 층 조립품의 조립품은 예를 들면, 이동될 수 있는 보드(board)에서 주형으로부터 떨어진 상측방향의 위치에 준비될 수 있다. 모든 준비 상태 동작은 조립품이 주형에 침전되기 전에 행하여 질 수 있고 주형에 의해 행해진 유일한 단계는 마지막 성형 동작이다. 이것은 조합되고 미리 결정된 필름-플라스틱이 마지막 성형을 위하여 주형으로 이동된 프레임에서 유지되어 조립 라인 타입 동작(assembly line type operation)을 초래한다.
다른 실시예로서, 용융된 플라스틱에 대하여 공동-압출기를 사용할 수 있다. 다이로부터의 플라스틱은 공동-층 또는 다중 통로에서 다른 중합체 그리고/또는 합성체 그리고/또는 필러(filler)를 침전시키기 위하여 두 개의 헤드로부터 압출될 수 있다.
또 다른 실시예로서, 전도성 필름(EMI-RFI)으로서, UV 그리고/또는 적외선 흡수 특성을 갖는 필름, 또는 특별한 결과를 달성하기 위한 바람직한 특성 범위의 바람직하고 편리한 필름 같은 다양한 필름의 종류를 사용할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따르면, 필름 블랭크를 자르는 다이는 주형 캐비티 상부에 위치한다. 클램핑을 위하여 캐비티 가장자리를 충분한 오버랩에 일치시키는 것이 절단이다. 구조적인 플라스틱은 그 아래에 캐비티가 플라스틱의 무게를 충분히 지지할 수 있도록 압력을 받는 동안 블랭크의 상부에 제공된다. 그것은 고온의 러너 또는 변형된 고온의 러너 또는 횡단 압출기로부터 분배된다. 필름 또는 블랭크를 포함하며, 각각의 점마다 미리 정해진 온도 분포를 습득하는 것이 냉각 노즐에 의해 설정된다. 캐비티 내부의 압력이 해제되고 캐비티가 비워지는 동안, 주형의 주형 코어에 의해 폐쇄된다. 주형된 물품은 금속 또는 예를 들면 스크림(scrim), 섬유(fiber), 짜여진 또는 짜여지지 않은 매트 등을 포함하는 다른 플라스틱으로 이루어진 구조의 삽입된 구성요소를 가지고 있을 수 있다. 코어는 필름의 코어 측면에 입혀진 플라스틱을 압축한다. 만약, 페인트 필름이 사용된다면, 그 부분은 주형된 바와 같이 클래스 A 완성품을 얻을 수 있다. 제어된 변형 파라 미터 또는 색깔의 짙음 때문에, 변형된 필름의 두께는 주형 후에 색깔의 균일한 광택과 짙음을 유지할 수 있다. 과정을 끝나게 되면, 그 부분은 주형 내부에서 냉각되고, 그 온도는 제어된다. 어떠한 기계적 배출 장치도 필요하지 않으며, 배출 장치의 어떠한 흔적 (marks)도 남지 않는다: 주형을 열자마자 공기 배출 장치 (air-ejector)와 같은 어떠한 종류의 적당한 방법에 의해서도, 처음부터 캐리어 필름을 띄우기 위해 사용된 채널을 사용해 그 부분이 주형 표면으로부터 분리되고, 흡입력에 의해 아암의 로봇 끝으로 옮겨진다.
사출 성형 (injection molding)과는 달리, 이 과정은 다음과 같은 것에 기초를 두고 있다. 사출 성형 공정에서는 용융된 플라스틱이 작은 구멍을 통해 강하게 냉각되는 벽들로 제한되어 있는 큰공간 안으로 들어가게 된다. 층류 (lanimar flow) 조건 하에서 주형 벽을 코팅하고 그들 사이의 계속적으로 감소하는 공간을 채움으로써, 주형이 채워진다. 이 현상은 '터널-흐름 (tunnel-flow)'라고 불리는데, 이 현상으로 인해 공동주입 (coinjection)이 가능해진다. 용융되어 점차 고형화하는 플라스틱은, 불량한 열 전도체인 물질에서 첫 번째 코팅 및 그와 인접한 층상 구조 (laminar structure)를 통해 주형 벽으로부터 안쪽 방향으로 냉각된다. 용융된 상태에서 고형화된 상태로의 수축 속도 및 수축량은 각 층마다 다르며 또한 벽에서 각 지점의 두께 변화에 의존적이다. 용융 전이 온도 (melt-transition temperature), TM를 통해, 특히 결정상 플라스틱을 통과시킬 때에는, 플라스틱이 주형에 일치되는 것이 심각하게 방해받는다. 따라서 싱크 마크 (sink-mark)는 게이트 흔적의 맞은 편, 두꺼운 리브 (rib)와 더 큰 표면의 물결모양형상(waviness)의 맞은 편에 위치한다. 얇게 사출 성형된 변하는 곡률의 패널에서, Tm에서 부피가 대규모로 변하는 것에 의한 또 다른 치명적인 결과는, 예를 들어 대기에 노출되는 것에 의해 방출될 때, 온도가 상승할 때 또는 부식하는 습기가 흡수될 때 표면을 휘게 하는 남은 스트레스일 수 있다; 이것은 스트레스 집중의 기대할 수 있는 다른 결과 외의 별도의 것이다.
거의 제거할 수 없는 이 문제의 해결법은 성형 과정에서 부피 변화에 의해 야기되는 TM을 회피하는 것이다. 이것은 정확히 본 발명의 압축 성형 (compression molding)이 이루고자 하는 것이다.
또 다른 실시 형태로서, 상기에서와 같이 용융된 플라스틱으로 덮이고, 차례로 강화 물질 (reinforcement material)로 덮인 플라스틱 필름을 제공한다. 수컷 주형은 구성 성분들과 함께 플라스틱 내에 끼워 넣은 강화 물질을 누른다. 또 다른 것으로 두 플라스틱 층 사이에 강화 물질로 효과적으로 끼워 넣는, 강화 물질 위로 용융 플라스틱 물질의 또 다른 층을 제공한다.
본 발명은 사출 성형 공정보다 향상된 중요한 장점을 달성한다. 따라서 본 발명에 의해 장치 및 공장 설비 비용이 더 감소되었다. 또한 완성된 구조 패널을 생산하기 위해 페인트 필름을 사용함으로써, 값비싼 페인트 공장 설비 비용이 필요 없으며, 닫혀진 환경적으로 보증된 챔버 내에서 필름이 제조될 수 있기 때문에 도색 (painting)과 관련된 환경적인 모든 문제들이 제거된다.
또한 분류 A의 구조적 성분들을 생산하기 위한 필름의 예비 성형이 필요하지 않다. 주기 (cycle time)는 사출 성형보다 빠르다. 성형 압력은 통상의 사출 성형보다 낮다. 더욱이 본 발명의 방법 및 장치의 노출된 주형 (open mold)의 특성으로 인해, 강화 재료 또는 파스너, 로고 (log), 표시 (indicia), 디자인 등과 같은 다른 구성 요소들을 선택적으로 삽입할 수 있다.
지금까지 기술되었으며 보여진 예들은 단지 본 발명을 수행하기 위한 가장 적합한 것을 보여주기 위한 것이고 형태, 크기, 각 부분의 배치 및 작동의 구체적인 사항 등은 변경될 수 있으며, 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한 본 발명은 청구항에 의해 정의된 그 정신과 범위 내에서 가능한 모든 변경 사항을 포함한다.

Claims (33)

  1. 주형물(molded article)을 준비하기 위한 공정에 있어서,
    주형 캐비티(cavity)(12a)를 제공하는 과정과,
    상기 주형 캐비티(12a)상에 필름(50)을 놓는 과정과,
    용해된 플라스틱으로 하나의 필름 화합물을 형성하기 위해 상기 필름(50)상에 용해된 플라스틱을 피복시키는 과정과,
    상기 필름-용해된 플라스틱 화합물을 상기 주형 캐비티의 모양을 가지는 주형물(154)로 형성하는 과정으로, 상기 필름은 상기 주형물의 외층임을 특징으로 하는 주형물 준비공정.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 필름은 상기 주형 캐비티상에 놓여지고 상기 용해된 플라스틱은 상기 필름상에 피복됨을 특징으로 하는 주형물 준비공정.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 필름-용해된 플라스틱 화합물은 상기 화합물을 압착하는 주형 코어(14)에 의해서 적어도 부분적으로는 상기 주형 캐비티의 모양으로 형상화되고, 상기 화합물을 상기 주조 캐비티의 모양으로 형상화함을 특징으로 하는 주형물 준비공정.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 필름은 유색임을 특징으로 하는 주형물 준비공정.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 주형에 인접해 있는 고열 플라스틱 방출 수단(26)으로부터 상기 필름에 용해된 플라스틱을 피복시키는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 주형물 준비공정.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 필름에 인접해 있는 다수의 용해된 플라스틱 배출구(32)를 가지는 고열 러너(runner)로부터 상기 필름상에 용해된 플라스틱을 피복시키는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 주형물 준비공정.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 필름을 횡단하는 방출수단(70)으로부터 상기 필름에 용해된 플라스틱을 피복시키는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 주형물 준비공정.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 필름-용해된 플라스틱 화합물은 적어도 부분적으로는 유압에 의해 형성됨을 특징으로 하는 주형물 준비공정.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 필름-용해된 플라스틱 화합물은 적어도 부분적으로는 심축(82)에 의해 형성됨을 특징으로 하는 주형물 준비공정.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 주조된 부분에 접착된 다른 물질의 인서트(156)를 포함하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 주형물 준비공정.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 필름에 용해된 플라스틱을 차별적인 두께로 피복시키는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 주형물 준비공정.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 필름과 주형 캐비티 사이의 필름에 지지박막을 포함함을 특징으로 하는 주형물 준비공정.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 프레임 부재(46)의 채널내에 상기 주형 캐비티 위로 상기 필름을 홀딩하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 주형물 준비공정.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 프레임 부재(46)내 상기 주형 캐비티 위에 상기 필름을 홀딩스키는 과정과, 적어도 에어 플로우와 흡입관중 하나를 직접 상기 프레임 부재를 관통하는 상기 필름 아래에 제공하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 주형물 준비공정.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 필름의 국한된 얇은 부분을 감소시키고 가장자리 파편을 최소화하는 중에 상기 채널로부터 상기 필름을 방출하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 주형물 준비공정.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 필름은 기압에 의해 상기 주형 캐비티상에 고정됨을 특징으로 하는 주형물 준비공정.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 기압은 가변적임을 특징으로 하는 주형물 준비공정.
  18. 주형물 준비장치에 있어서,
    주형 캐비티(12a)와,
    상기 주형 캐비티(12a)상에 필름을 홀딩하기 위한 수단(46)과,
    용해된 플라스틱으로 필름 화합물을 형성하기 위해 상기 필름(50)상에 용해된 플라스틱(62)을 피복(26)시키기 위한 수단과,
    상기 필름상에 용해된 플라스틱을 피복시킨 연후에, 상기 필름-용해된 플라스틱 화합물을 상기 주형 캐비티 모양을 가지는 주형물로 형성시키기 위한 수단으로 구성하고, 상기 필름은 상기 주형물의 외층임을 특징으로 하는 주형물 준비장치.
  19. 제18항에 있어서,
    홀딩하기 위한 상기 수단은 홀딩 프레임(46)이고, 피복(26)하기 위한 상기 수단은 상기 필름상에 용해된 플라스틱을 피복시키는 한편, 상기 필름은 상기 프레임에서 상기 주형 캐비티상에 놓여짐을 특징으로 하는 주형물 준비장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 필름-용해된 플라스틱 화합물을 압축함으로써 상기 필름-용해된 플라스틱 화합물을 주형 캐비티 모양으로 형상화하고, 상기 화합물을 상기 주형 캐비티 모양으로 형상화하는 주형 코아(14)를 더 포함함을 특징으로 하는 주형물 준비장치.
  21. 제18항에 있어서,
    상기 필름은 유색임을 특징으로 하는 주형물 준비장치.
  22. 제19항에 있어서,
    용해된 플라스틱을 상기 필름에 피복시키기 위해 상기 주형 캐비티에 인접하는 고열 플라스틱 방출수단(26,70)을 더 포함함을 특징으로 하는 주형물 준비장치.
  23. 제22항에 있어서,
    용해된 플라스틱을 상기 필름상에 피복시키기 위해 상기 필름에 인접해 있으며 다수의 용해된 플라스틱 배출구들(32)을 가지는 고열 러너를 더 포함함을 특징으로 하는 주형물 준비장치.
  24. 제22항에 있어서,
    상기 필름을 횡단하는 상기 필름상에 용해된 플라스틱을 피복시키기 위한 용해된 플라스틱 방출수단(70)을 더 포함함을 특징으로 하는 주형물 준비장치.
  25. 제22항에 있어서,
    적어도 상기 주형물의 부분을 형성하기 위해 상기 화합물에 유압을 인가하기 위한 수단(54,55,56)을 더 포함함을 특징으로 하는 주형물 준비장치.
  26. 제22항에 있어서,
    적어도 상기 화합물을 상기 주형물의 일부분으로 형성하기 위한 심축(82)을 더 포함함을 특징으로 하는 주형물 준비장치.
  27. 제18항에 있어서,
    상기 주형된 부분에 접착된 서로 다른 물질의 인서트(156)를 포함시키기 위한 수단을 더 포함함을 특징으로 하는 주형물 준비장치.
  28. 제18항에 있어서,
    상기 필름상에 용해된 플라스틱의 두께를 서로 다르게 피복시키기 위한 수단을 더 포함함을 특징으로 하는 주형물 준비장치.
  29. 제18항에 있어서,
    상기 필름과 주형 캐비티 사이의 필름에 제2의 지지 필름(93)을 포함시키기 위한 수단을 더 포함함을 특징으로 하는 주형물 준비장치.
  30. 제18항에 있어서,
    상기 주형 캐비티상의 상기 필름을 지지하도록 동작하는 채널내에 프레임 부재(46)를 더 포함함을 특징으로 하는 주형물 준비장치.
  31. 제18항에 있어서,
    상기 주형 캐비티상에 상기 필름을 지지하도록 동작하는 프레임 부재(46)와, 상기 프레임 부재를 관통하는 상기 필름 아래에 직접 에어 플로우와 흡입관중 적어도 하나를 제공하기 위한 채널 수단(54,55,56)을 포함함을 특징으로 하는 주형물 준비장치.
  32. 제18항에 있어서,
    상기 캐비티상에 필름을 지지하기 위한 상기 수단은 상기 필름 아래에 기압을 제공하기 위한 수단(54,55,56)을 포함함을 특징으로 하는 주형물 준비장치.
  33. 제32항에 있어서,
    상기 필름 아래에 기압을 제공하기 위한 상기 수단은 가변적인 기압을 제공하도록 동작함을 특징으로 하는 주형물 준비장치.
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