KR20010102233A - 냉각식 사출 성형 캐버티 인서트 - Google Patents

냉각식 사출 성형 캐버티 인서트 Download PDF

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KR20010102233A KR1020017010476A KR20017010476A KR20010102233A KR 20010102233 A KR20010102233 A KR 20010102233A KR 1020017010476 A KR1020017010476 A KR 1020017010476A KR 20017010476 A KR20017010476 A KR 20017010476A KR 20010102233 A KR20010102233 A KR 20010102233A
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Abstract

본 발명은 사출 성형 장치에 관한 것으로, 일체형 내측부 및 외측부(136, 138)를 갖는 캐버티 인서트(10)를 구비하며, 상기 일체형 내측부 및 외측부는 그 사이에서 연장되는 냉각 유체 유동 채널(166)을 구비하고 있다. 유리한 실시예에 있어서, 냉각 유체 유동 채널(166)은 내측부(136)의 외부면(162)에 기계 가공된 그루브(164)로 형성되어 있다. 이는 냉각 유체 유동을 캐버티(66)에 근접시키며, 냉각 효율을 향상시키고 사이클 시간을 단축시키게 된다.

Description

냉각식 사출 성형 캐버티 인서트{INJECTION MOLDING COOLED CAVITY INSERT}
냉각 유체 채널 또는 도관을 구비한 사출 성형 장치는 공지되어 있다. 예를 들어서, 본 출원인의 미국 특허 제 5,427,519 호(1995 년 6 월 27 자로 허여)에는 냉각 유체 채널이 노즐 내의 중앙 액상 성형 소재 주위로 연장되는 가열 경화 응용을 개시되어 있다. 본 출원인의 미국 특허 제 5,443,381 호(1995 년 8 월 22 일자로 허여)에는 게이트 인서트를 관통하여 연장되는 냉각 유체 도관을 구비하는 핫 러너 장치가 개시되어 있다. 몰드 매스터즈 리미티드(Mold-Masters Limited)의 캐나다 특허 출원 제 2,228,931 호(1998 년 2 월 2 일 출원)에는 헬리컬 냉각 유체 도관 또는 통로를 구비하는 게이트 인서트의 다른 예가 개시되어 있다.
본 출원인의 미국 특허 제 5,652,003 호(1997 년 7 월 29 일 허여)에서 명백한 바와 같이, 냉각 유체 도관을 구비한 캐버티 인서트를 구비하는 것을 알 수 있다. 미국 특허 제 5,736,173 호(라이트(Wright)), 미국 특허 제 5,582,851 호(호프쉬테터(Hofstetter)), 미국 특허 제 4,622,001 호(브라이트(Bright)) 및 미국 특허 제 4,497,624 호(브라운(Braun))에는 프리폼과 또 다른 물품에 대한 다른 냉각 설계가 개시되어 있다.
본 발명은 사출 성형 장치에 관한 것이며, 보다 상세하게는 내부에 냉각 유체 유동 채널을 구비한 캐버티 인서트를 갖는 사출 성형 장치에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 유리한 실시예에 따른 캐버티 인서트를 도시한 다중 캐버티 사출 성형 시스템의 일부의 단면도.
도 2는 조립하기 위해서 위치되어 있는 도 1에서 도시된 캐버티 인서트의 세 부분을 도시한 확대 등각 투영도.
도 3은 세 개의 부분이 함께 일체적으로 결합된 도 2에서 도시된 캐버티 인서트의 단면도.
따라서, 본 발명의 목적은 내측부와 외측부 사이에서 연장되는 냉각 유체 유동 채널을 일체형으로 함께 결합시킨 내측부와 외측부를 구비한 캐버티 인서트를 제공함에 의해서 종래 기술의 단점을 최소한 부분적이나마 극복하기 위한 것이다.
이 때문에, 한 측면에 있어서, 본 발명은 몰드 내에서 연장되는 외부면을 구비한 캐버티와, 몰드 내에서 장착된 내부면을 구비한 중공 캐버티 인서트를 갖는 사출 성형 장치를 제공하며, 여기에서 캐버티 인서트의 내부면은 캐버티의 외부면을 형성한다. 캐버티 인서트는 함께 일체형으로 결합된 중공 내측부와 중공 외측부를 구비한다. 외측부는 내부면을 구비하며, 내측부는 외부면을 구비한다. 내측부는 외측부의 내측에 결합하고, 동시에 내측부의 외부면은 외측부의 내부면에 인접한다. 내측부의 외부면 또는 외측부의 내부면 중의 하나는 내부에 그루브를 구비하여 내측부와 외측부 사이에서 연장되는 냉각 유체 유동 채널을 형성하도록 한다. 냉각 유체 유동 채널은 캐버티 주위에서 소정의 형상으로 냉각 유체 입구로부터 냉각 유체 출구로 연장되어 있다.
본 발명의 추가적인 목적과 장점에 대해서는 첨부하는 도면과 함께 후술하는 발명의 상세한 설명을 통해서 명백하게 될 것이다.
먼저 도 1에 대해서 참조하기로 하면, 본 발명의 유리한 실시예에 따라서, 가늘고 긴 유체 냉각식 중공 캐버티 인서트(10)를 구비하는 음료수 병 프리폼을 성형하기 위해서 사용되는 다중 캐버티 사출 성형 장치 또는 시스템의 일부가 도시되어 있다. 이상의 구조에 있어서, 다수의 가열 노즐(12)은 몰드(16) 내의 개구(14) 내에 장착되어 있고, 동시에 각각의 가열 노즐(12)의 후방 단부(18)는 강철제 멜트 분배 매니폴드(22)의 전방면(20)과 접하고 있다. 각각의 노즐(12)은 일체형 전기식 가열 부재(24)에 의해서 가열되며, 작동 온도를 감시하고 제어하기 위해서 그 전방 단부(28) 내로 연장되는 열전대 부재(26)를 구비한다. 각각의 가열 노즐(12)은 개구(14) 내의 원형 위치 설정 시트(32: seat) 내에 위치한 원통형 위치 설정 플랜지(30)를 구비한다. 이는 가열 노즐(12)과, 둘러싼 몰드(16) 사이에 절연 공기 공간(34)을 제공하며, 상기 몰드는 냉각 도관(36)을 통해서 펌프질되는 냉각수에 의해서 냉각되어진다.
멜트 분배 매니폴드(22)는 또한 일체형 전기식 가열 부재(38)에 의해서 가열된다. 멜트 분배 매니폴드(22)는 볼트(44)에 의해서 함께 고정되는 매니폴드 플레이트(40)와 클램프 플레이트(42) 사이에 장착된다. 멜트 분배 매니폴드(22)는 매니폴드와 둘러싼 냉각 몰드(16) 사이에서 절연 공기 공간(50)을 제공하는 다수의 절연 스페이서(48) 및 중앙 위치 설정 링(46)에 의해서 위치 설정된다.
멜트 통로(52)는 멜트 분배 매니폴드(22)의 입구부(56) 내의 중앙 입구(54)로부터 연장되며, 멜트 분배 매니폴드(22) 내에서 분기하여 각각의 가열 노즐(12) 내의 중앙 멜트 보어(58)를 관통하여 연장된다. 멜트 통로(52)는 냉각식 게이트 인서트(64)를 관통하여 가늘고 긴 캐버티(66)로 연장되는 게이트(62)와 정렬되어 있는 투 피스 노즐 밀봉부(62)를 관통하여 연장된다. 음료수 병 프리폼을 제조하기 위한 상기 캐버티(66)는 외측 상의 캐버티 인서트(10)와 나사 형성 분리식 인서트(68) 및 내측 상의 냉각식 몰드 코어(70) 사이에서 연장된다. 게이트 인서트(64) 및 캐버티 인서트(10)는 캐버티 플레이트(74) 내의 개구(72) 내에 위치하며, 사기 캐버티 플레이트를 관통하여 냉각수 공급 라인(76)이 냉각식 게이트 인서트(64)까지 연장된다.
냉각식 몰드 코어(70)는 가늘고 긴 중공 외측 부분(80)의 내측으로 연장되는 가늘고 긴 중공 내측 부분(78)을 구비한다. 몰드 코어(70)는 돔 형상의 전방 단부(84)로부터 후방 단부(86)로 연장되는 외부면(82)을 구비한다. 가늘고 긴 몰드 코어(70)의 외부면(82)은 전방부(88)와 후방부(90)를 구비한다. 전방부(88)는 캐버티(66)의 내부면(92)을 형성하고, 후방부(90)는 캐버티(66)로부터 개구(94)를 관통하고 코어 록 부재(96)를 관통하여 후방으로 연장되며, 상기 코어 록 부재는 볼트(100)에 의해서 코어 지지 플레이트(98)에 고정되어 있다. 코어 록 부재(96)는 다시 개구(102)를 관통하고 슬라이드 부재(104) 및 나사(110)에 의해서 스트리퍼플레이트(108)에 고정되는 웨어판(106)으로 연장된다. 냉각 유체 공급 및 복귀 라인(112, 114)은 코어 지지 플레이트(98) 내에서 연장되며, 각각 내측 부분(78)을 관통하여 길이 방향으로 연장되는 중앙 냉각 유체 덕트(116)와, 몰드 코어(70)의 내측 부분(78)과 외측 부분(80) 사이에서 연장되는 원통형 외부 냉각 유체 덕트(118)에 연결된다.
몰드 코어(70)의 외부면(82)의 후방부(90)는 몰드 코어(70)의 후방 단부(86)를 향해서 내부로 테이퍼진 테이퍼부(120)를 구비한다. 도시된 바와 같이, 코어 록 부재(96)를 관통하는 개구(94)는, 마찬가지로 몰드 코어(70)의 후방 단부(86)를 향해 내부로 테이퍼지고 몰드 코어(70)의 외부면(82)의 후방부(90)의 테이퍼부(120)와 정합되는 테이퍼부(124)를 갖는 내부면(122)을 구비한다. 몰드 코어(70)의 외부면(82)의 후방부(90) 또한 원통형 너트(128)가 나사 결합되어지는 나사 형성부(126)을 구비한다. 너트(128)는 코어 록 부재(96)의 후방면(132) 내의 시트(130: seat) 내에 위치하고, 몰드 코어(70)를 코어 록 부재(96)에 고정하고 이와 동시에 몰드 코어(70)의 외부면(82)의 테이퍼부(120)가 코어 록 부재(96)를 관통하여 개구(94)의 내부면(122)의 정합 테이퍼부(124)와 접촉하게 되도록 구멍(134) 내로 결합되는 스패너 렌치에 의해서 고정된다. 또한, 도 2 및 도 3을 참조하면, 캐버티 인서트(10)는 가늘고 긴 중공 내측부(136)와, 가늘고 긴 중공 외측부(138)와, 베이스부(140)를 구비한다. 외측부(138)는 외부면(142)과 원통형 내부면(144)을 구비한다. 도시된 바와 같이, 외부면(142)은 전방으로 향해서 내부로 테이퍼져 있으며, 캐버티 플레이트(74)를 관통해서 연장되는 정합 테이퍼 개구(72)내로 결합된다. 외측부(138) 또한 베이스부(140) 내의 원형 시트(150) 내에 결합되는 후방 단부(148)를 구비한다. 베이스부(140)는 구멍(152)을 구비하며, 상기 구멍을 통해서 나사(154)가 관통하여 구멍(156)으로 연장되어 캐버티 인서트(10)를 제 위치에 고정하게 된다.
본 실시예에 있어서, 캐버티 인서트(10)의 내측부(136)는 캐버티(66)의 외부면(160)을 형성하는 원통형 내부면(158)과 외측부(138)의 내부에 결합하게 되는 내부에 그루브(164)를 갖는 외부면(162)을 구비하며, 동시에 내측부(136)의 외측부(162)는 외측부(138)의 내부면(144)에 인접해 있다. 내측부(136)의 외부면(162) 내의 그루브(164)는 소정의 형상으로 연장되어 둘 다 외측부(138)를 관통하여 연장하는 냉각 유체 입구(168) 및 냉각 유체 출구(170)로부터, 각각 캐버티 플레이트(74) 내에서 공급 및 복귀 라인(172, 174)으로, 내측부(136)와 외측부(138) 사이에서 연장되는 냉각 유체 유동 채널(166)을 형성한다. 본 실시예에 있어서, 캐버티 인서트(10)의 외측부(138)는 내측부(136) 보다 길어서 내부에 게이트 인서트(64)를 또한 수용한다.
이제 본 발명에 다른 캐버티 인서트(10)를 제조하는 방법에 대해서 기술하고 있는 도 2 및 도 3을 참조하기로 한다. 먼저, 도 2에 도시된 내측부(136)와, 외측부(138), 및 베이스부(140)는 강철로 기계 가공되고, 그루브(164)는 내측부(136)의 외부면(162) 내에서 연장되는 난류를 형성하도록 성형된다. 이후에, 니켈 합금 브레이징 페이스트의 비드를 베이스부(140) 내의 원형 시트(150) 주위로 적용하고, 내측부(136)와, 외측부(138) 및 베이스부를 도 3에 도시된 바와 같이 조립한다. 다른 니켈 합금 브레이징 페이스트의 비드를 내측부(136)의 전방 단부(176) 주위로 적용한다. 조립된 내측부(136), 외측부(138) 및 베이스부(140)는 이후에 진공로 내에서 대략 1052 ℃(1925 ℉, 이 온도는 니켈 합금의 녹는 점 이상이다)까지 점진적으로 가열한다. 노가 가열됨에 따라서, 상대적으로 높은 진공 상태로까지 배출되어 실질적으로 전체 산소가 모두 제거되며, 이후에 아르곤이나 질소와 같은 불활성 가스로 부분적으로 재충전시킨다. 니켈 합금의 녹는 점에 도달하게 되면, 니켈 합금은 용융하게 되고, 내측 및 외측부(136, 138)와 베이스부(140) 사이에서의 모세관 현상에 의해서 유동되어 세 부분을 일체형으로 땜질하고, 도 3에 도시한 바와 같은 일체형 단일체 캐버티 인서트(10)를 형성하게 된다. 이런 방식으로 진공로 내에서 이들을 땜질하는 것은 이들 사이에서의 야금학적인 접합을 제공하여 캐버티 인서트(10)의 강도를 최대화하고, 냉각 유체 유동 채널(166)로부터의 냉각 유체의 누출을 방지하게 된다.
사용상에 있어서, 도 1에 도시된 바와 같이 시스템을 조립한 이후에, 가열 부재(24, 38)에 전원을 공급하여 소정의 동작 온도까지 노즐(12)과 멜트 분배 매니폴드(22)를 가열한다. 또한 펌프(도시하지 않음)로 몰드(16) 내의 냉각 도관(36)과 캐버티 플레이트(74) 내의 라인(76)을 관통하여 게이트 인서트(64)까지, 물과 같은 적절한 냉각 유체를 순환시킨다. 통상 글리콜과 같은 더 순수한 냉각 유체를 폐회로 냉각 시스템 내로 펌프질하여 공급하여, 공급 및 복귀 라인(112, 114)을 관통하여 몰드 코어(70)를 관통하여 순환시키고, 공급 및 복귀 라인(172, 174)을 관통하여 캐버티 인서트(10)를 관통하여 순환시킨다. 성형 기계(도시하지 않음)로부터의가압 멜트는 이후에 소정의 사출 주기에 따라서 멜트 분배 매니폴드(22)의 멜트 통로(52)의 중앙 입구(54) 내로 도입되며, 상기 멜트 분배 매니폴드로부터 멜트는 각각 가열 노즐(12) 및 투피스 노즐 밀봉부(60) 내의 중앙 멜트 보어(58)를 관통하고, 또한 게이트(62)를 관통하여 유동하여 캐버티(66)를 충전한다. 캐버티(66)가 완전히 충전되면, 사출 압력은 압축하도록 일시적으로 유지되고 이후에 해제된다. 단시간의 냉각 주기 이후에, 몰드(16)는 개방되어 물품을 방출한다. 방출한 이후에, 몰드(16)는 폐쇄되고, 사출 압력이 재공급되어 캐버티(66)를 재충전하게 된다. 이 주기는 캐버티(66)의 크기 및 성형되는 재료의 종류와는 무관한 작업 주기로 연속적으로 반복된다.
유리한 실시예와 관련하여 일체형 내측 및 외측부(136, 138) 사이로 연장되는 냉각 유체 유동 채널(166)을 구비하는 냉각식 캐비티 인서트(10)에 대해 상세하게 설명하였지만, 본 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해서 용이하게 이해되고 첨부하는 특허 청구 범위에서 제공되는 바와 같은 본 발명의 범위로부터 이탈하지 않고도 다른 다양한 변형이 가능함은 명백하다.

Claims (9)

  1. 캐버티 인서트(10)의 내부면(158)이 캐버티(66)의 외부면(160)의 최소한 일부를 형성하는, 몰드(16) 내에 장착된 내부면(158)을 구비하는 중공 캐버티 인서트(10)와, 몰드(16) 내에서 연장되는 외부면(160)을 갖는 캐버티(66)를 구비하는 사출 성형 장치에 있어서,
    캐버티 인서트(10)는 일체형으로 함께 결합된 최소한 하나의 중공 내측부(136)와 중공 외측부(138)를 구비하며, 외측부(138)는 내부면(144)을 구비하고 내측부(136)는 외부면(162)을 구비하며, 내측부(136)는 외측부(138)의 내측에 결합되고 동시에 내측부(136)의 외부면(162)은 외측부(138)의 내부면(144)과 인접하며, 내측부(136)의 외부면(162) 및 외측부(138)의 내부면(144) 중의 하나는 냉각 유체 입구(168)로부터 냉각 유체 출구(170)까지 캐버티(66) 주위에 소정 형상으로 내측부(136)와 외측부(138) 사이에서 연장되는 냉각 유체 유동 채널(166)을 형성하도록 내부에 그루브(164)를 구비하는 것을 특징으로 하는 사출 성형 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 캐버티 인서트(10)의 내측부(136)의 다른 외부면(162)과 외측부(138)의 내부면(144)은 일반적으로 원통형인 것을 특징으로 하는 사출 성형 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 그루브(164)는 캐버티 인서트(10)의 내측부(136)의 외부면(162) 내로 연장되는 것을 특징으로 하는 사출 성형 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    캐버티 인서트(10)는 가늘고 길며 외부면(82)을 구비한 가늘고 긴 중앙 몰드 코어(70)의 주위로 연장되어 있으며,
    캐버티(66)는 가늘고 길며, 내부면(92)을 구비하고, 가늘고 긴 주앙 몰드 코어(70)와 가늘고 긴 캐버티 인서트(10) 사이에서 연장되며,
    동시에 중앙 몰드 코어(70)의 외부면(82)은 가늘고 긴 캐버티(66)의 내부면(92)의 최소한 일부를 형성하는 것을 특징으로 하는 사출 성형 장치.
  5. 사출 성형 장치용의 몰드 캐버티 냉각 시스템에 있어서,
    몰드 코어 플레이트와,
    몰드 캐버티 플레이트와,
    상기 몰드 캐버티 플레이트 내에 위치하는 실질적으로 원통형인 몰드 캐버티 인서트를 포함하며,
    상기 몰드 캐버티 인서트는 몰드 캐버티 냉각 채널을 한정하는 최소한 두 개의 야금학적으로 접합된 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 사출 성형 장치용의 몰드 캐버티 냉각 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서, 냉각 채널은 난류를 생성하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 몰드 캐버티 냉각 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서, 냉각 채널은 몰드 캐버티 인서트의 동일한 측면 상에 위치한 입구와 출구를 구비하는 것을 특징으로 하는 몰드 캐버티 냉각 시스템.
  8. 사출 성형 장치용의 몰드 캐버티 냉각 시스템에 있어서,
    몰드 코어 플레이트와,
    몰드 캐버티 플레이트와,
    상기 몰드 캐버티 플레이트 내에 위치하는 실질적으로 원통형인 몰드 캐버티 인서트와,
    최소한 두 개의 야금학적으로 접합된 부분을 포함하는 몰드 게이트 인서트를 포함하며,
    상기 몰드 캐버티 인서트는 몰드 캐버티 냉각 채널을 한정하는 최소한 두 개의 야금학적으로 접합된 부분을 포함하고,
    몰드 캐버티 인서트의 외부 부분은 또한 몰드 게이트 인서트의 외부 부분인 것을 특징으로 하는 사출 성형 장치용의 몰드 캐버티 냉각 시스템.
  9. 사출 성형 장치 내의 몰드 캐버티의 냉각 효율을 향상시켜 사이클 시간을 단축시키기 위한 방법에 있어서,
    몰드 코어 플레이트를 제공하는 단계와,
    몰드 캐버티 플레이트를 제공하는 단계와,
    상기 몰드 캐버티 플레이트 내에 위치하는 독립적인 몰드 캐버티 인서트를 제공하는 단계와,
    몰드 캐버티 주위로 냉각제의 난류를 생성시키기 위해서 상기 몰드 캐버티 인서트의 내부에 냉각 회로를 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 사출 성형 장치 내의 몰드 캐버티의 냉각 효율을 향상시켜 사이클 시간을 단축시키기 위한 방법.
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