KR20030031514A - 전주형물의 후주형 냉각방법과 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 결정화를 방지하기 위해 선주형물과 같은 주형물의 사출 성형과 냉각을 위한 향상된 방법과 장치에 관한 것이다. 상기 방법과 장치는 주형으로부터 주형물(48)을 제거하기 위한 제형판(take-off plate)을 이용하며 제형판은 주형물 즉 선주형물(48)의 외부면(exterior surface)을 냉각하기 위한 열전달장치와 주형물 선주형물(48)의 내부면을 조절 방식으로 냉각하는 시스템(74)을 포함한다. 주형물을 몰드로부터 제형 지지체(62) 안으로 제거한 다음 냉각핀은 주형물 안으로 삽입되며, 이 냉각핀(74,174)은 주형물의 상대적으로 고온인 내부면으로 기상 냉각유체의 흐름을 집중시키는데; 이것은 도 9a에서 알 수 있다. 냉각핀은 선주형물이 기상 냉각유체를 대기 중으로 빠져날갈 수 있도록 하는 개방 시스템을 형성하고 있다. 냉각핀(74,174)은 다양한 냉각효과를 얻기 위해 예컨대, 외부 리브(86,88)를 포함하는 모양을 가질 수 있다.

Description

전주형물의 후주형 냉각방법과 장치 {Preform post-mold cooling method and apparatus}

본 발명은 플라스틱 수지같은 한가지나 여러 가지의 물질들로 만들어진 전주형물(preform)같은 플라스틱 주형물(molded article)을 성형하고 냉각하는 방법과 장치에 관한 것이다. 구체적으로, 이 발명은 PET 전주형물과 같은 주형물이 냉각공정이 끝나기 전에 주형(mold)에서 탈형(eject)되는 빠른 사출 성형 공정을 제공한다. 이것은 새로운 후주형(post-mold) 냉각방법과 장치를 사용하기 때문에 가능한데, 전주형물이 주형에서 제거되고 주형부위 밖에서 유지된(retain) 후에, 대류 열전달(convection heat transfer)에 의해 내부에서 냉각되도록 하는 방법을 사용한 결과이다. 또한 본 발명은 적어도 일부는 내부 냉각과 동시에 발생하는 대류 또는 전도 열전달을 통해 이루어지는 추가적인 외부 냉각을 개시하고 있다.

주형물을 올바르게 냉각하는 것은 사출 성형 공정에서 매우 중대한 특징을 나타내는데, 이것은 제조물의 질과 전체 사출 주기에 영향을 미치기 때문이다. 이것은 PET 전주형물의 사출성형에서와 같이 반결정의 수지가 사용될 때는 훨씬 더 중대하다. 사출 후에는 PET 수지가 냉각을 위해 충분한 시간동안 주형의 내부강에 남아있게 되는데, 이것은 결정화부위가 형성되는 것을 막아주고 전주형물이 탈형되기 전에 고체화되게 하기 위해서이다.

만일 사출공정의 순환시간을 줄이기 위하여 전주형물을 주형에서 빨리 탈형시키면, 통상적으로 두가지 문제점이 발생하는데, 첫 번째는 전주형물이 균일하게 냉각되지 않는 것이다. 대부분의 경우에, 주형의 입구 반대편에 있는 아래부분에서는 결정화가 일어난다. 특별히 전주형물의 입구부분에서는 사출공정 중에 전주형물의 벽에서 축적되는 열의 양이, 이후에 주형을 결정화 시키기에 충분할 만큼 여전히 많다. 입구부분은 매우 중요한 부분인데, 이것은 이 부분을 충분히 효과적으로 냉각시킬 수 없고, 또한 주형 내부강의 수지가 고온의 탕도 사출 노즐의 고온 스템(stem)과 여전히 접촉 상태를 유지하고 있기 때문이다. 만일에 이 부분의 전주형물이 어느 정도 크기와 깊이 이상으로 결정화되어 있다면, 이것은 불어서 만든 제품(blown article)의 질을 떨어뜨릴 것이다. 두 번째는, 전주형물이 너무 물러 이후의 공정에서 변형될 수 있다는 점이다. 전주형물의 또다른 중요한 부분은 목 아가리 부분(neck finish portion)인데, 많은 경우에 이 부분은 두꺼운 벽을 가지고 있어서 다른 부분보다 더 많은 열을 가지고 있다. 이곳 목부분이 결정화되는 것을 방지하기 위해서는 강력한 후주형(post-mold) 냉각을 필요로 한다. 또한 이러한 강력 냉각은 추가 작업을 유지할 수 있을 정도로 목부분을 충분히 고체화시키게 된다.

과거에 PET 사출 성형 시스템에서의 냉각효율을 향상시키기 위한 많은 시도가 있었지만, 성형된 전주형물의 질을 의미있게 개선하거나 또는 순환시간을 많이 줄이는 등의 결과를 얻지는 못했다. 밸리(Valyi)는 미국 특허 4,382,905에서 사출 성형법을 발표하였는데, 여기에서 성형된 전주형물은 첫 번째 냉각단계에서 사용되는 첫 번째 템퍼링 주형(tempering mold)에 전달되고, 그 다음으로 마지막 냉각단계에서 사용되는 두 번째 템퍼링 주형으로 전달된다. 두 개의 템퍼링 주형은 사출주형(injection mold)과 유사하며, 냉각공정 동안에 전주형물과 접촉하는 내벽을 내부에서 냉각시키는 방법을 가지고 있다. 밸리(Valyi) '905는 주형부위로부터 전주형물을 전달하는 수단 상에 설치된 냉각장치를 제공하거나, 성형된 전주형물의 내부에서 유체 냉각제(fluid coolant)를 순환시키는 추가적인 냉각장치를 제공하지는 않는다.

벨하체(Bellehache)는 미국특허 4,592,719에서 PET 전주형물을가공하는(fabricating) 사출 성형법을 발표하였는데, 이 방법에서 성형된 전주형물은 전주형물을 계속 유지(holding)하는 진공흡입장치와 전주형물의 외면을 공기흡수(대류) 냉각시키는 장치를 포함하는 제1 이동장치에 의해서 사출 코어(injection core)에서 제거된다. 여기에서 벨하체(Bellehache)의 특허는 공기흡수에 의해서 전주형물의 내부를 추가로 냉각시키기 위하여, 제2 이동장치와 함께 두 번째 냉각장치를 사용한다. 도 22를 보면, 벨하체(Bellehache) '719는 주위공기를 흡입하거나 흡수하는 것보다 상당히 큰 냉각효과를 가지는 전주형물의 내부에 차가운 공기를 불어넣어 주는 방법을 개시하고 있지 않으며, 또한 전주형물 벽과 접해있는 전도열전달에 의한 냉각수단과 전주형물의 돔(dome) 부분으로 향하는 공기취출(air blow) 방법도 개시하고 있지 않다. 벨하체(Bellehache)는 낮은 냉각효율, 낮는 균일성, 긴 냉각시간, 그리고 높은 전주형물의 변형 가능성 등의 몇 가지 문제점을 가지고 있다.

미국 특허 5,176,871과 5,232,715에서 전주형물의 냉각방법과 장치를 보여주는데, 성형된 전주형물은 사출성형 코어에 의해 주형부분 외측에 머물러 있다. 주형의 코어는 성형된 전주형물과 접촉하지 않는 냉각제에 의해서 냉각된다. 냉각튜브는 전주형물보다 크게 제작되어 전주형물의 주위에 위치하므로 전주형물의 주위로 냉각 공기를 불어넣어주게 된다. 이들 특허에서 나타나는 장치와 방법의 가장 근본적인 문제점은 전주형물이 주형 코어에 머물러있다는 것인데, 이것은 순환주기를 상당히 증가시킨다. 또한 내부 냉각이 냉각제와 전주형물 간의 직접적인 접촉에 의해서 이루어지지 않는다.

추가로 미국 특허 5,114,327, 5,232,641, 5,338,172, 그리고 5,514,309에서 액체냉각제(liquid coolant)를 사용한 전주형물의 내부냉각법을 제공한다. 주형에서 탈형된 전주형물은 전주형물이 전주형물의 외벽에 접촉하지 않도록 유지하는 진공장치를 가지고 있는 전주형물 운반기구에 전달된다. 하지만 전주형물 운반기구는 냉각 장치를 전혀 가지고 있지 않다. 냉각코어(cooling core)는 추가로 운반기구에 의해서 전주형물의 내부로 좀더 도입되며, 냉각제는 전주형물를 냉각시키기 위하여 전주형물의 내부로 흐른다. 전주형물을 둘러싸고 있는 챔버에서 전주형물을 유지하는(retain) 것과 동일한 진공장치(vacuum mean)에 의해서 냉각제가 추가로 제거된다. 이들 특허는 공기가 냉각 이후에 전주형물을 자유롭게 이탈하는 전주형물의 내부에 차가운 공기를 불어넣는 기술을 전혀 개시하고 있지 않으며, 또한 전주형물의 내부와 외부를 동시에 냉각하거나 냉각장치(cooling mean)를 가지고 있는 전주형물 운반기구를 전혀 개시하고 있지 않다. 도 21에 나타나 있다.

일본 특허 출원(Japanease Pat. Discl.) 7-171888에는 전주형물의 냉각장치와 방법이 개시되어 있다. 전주형물을 냉각소(cooling station)까지 이송시키기 위하여 성형된 전주형물 자동운반장치(robot carrier)가 사용된다. 자동 장치는 물을 냉각수로 사용하며, 전도열전달에 의해서 전주형물의 벽을 외부에서 냉각시킨다. 냉각소는 전주형물을 유지하기(holding) 위하여 진공기구를 사용하고 또 전도열전달에 의해 전주형물의 벽을 외부에서 냉각시키는 회전손잡이 부분(rotary hand portion)을 가지고 있는 제1 자동운반장치를 포함하고 있다. 성형된 전주형물은 자동운반장치로부터 손잡이부분으로 운반된다. 손잡이부분은 A 위치에서 B 위치로 이동하는데, 여기에서 전주형물(지금까지 단지 외부에서만 냉각된)을 냉각장치로 운반하기 위하여 90도 회전한다. 냉각장치는 전주형물을 유지하는(hold) 방법과, 공기를 불어넣음으로써 전주형물의 내부를 냉각시키는 장치 및, 공기를 불어넣거나 물을 이용하여 전주형물의 외부를 냉각시키는 장치를 가지고 있다. 도 19 와 도 20에 내부냉각이 나타나있다. 이 특허는 전주형물이 주형에서 나와서 운반판(carrier plate)으로 들어가는 순간에 가능한 빨리 내부와 외부에서 냉각을 시키는 냉각법을 개시하고 있지는 않다. 이것은 또한 전주형물이 움직이는 자동운반체에 있는 동안 전주형물을 내부와 외부에서 동시에 냉각시키지는 않는다. 그러므로 이 냉각법은 충분히 빠르지 않으며, 주형의 외부에서 결정체가 형성되는 것을 방지하지도 않는다.

도 19 와 도 20 은 내부에서 전주형물을 냉각시키는 공지의 방법을 보여주는데, 여기에서 냉각장치는 전주형물의 외부에 위치하며 전주형물의 내부에 차가운 공기를 불어넣는다. 공기노즐이 전주형물의 외부에 위치하기 때문에, 주입되는 찬 공기의 흐름은 적어도 부분적으로는 나오는 더운 공기의 흐름과 필연적으로 간섭을 일으켜 섞이게 된다. 이것은 냉각효율을 상당히 감소시킨다. 만일에 냉각장치가 전주형물과 동일한 축 상에 있다면, 도 19 의 접근방법은 효과적이지 않은데, 이유는 전주형물에서 공기의 흐름이 존재하지 않기 때문이다. 만일 냉각장치가 도 20에서 처럼 측면으로 옮겨진다면 내부공기순환이 일어나지만, 이것은 전주형물의 한쪽 면이 다른 쪽보다 더 잘 그리고 더 빠르게 냉각되기 때문에 여전히 효과적이지 않다. 냉각제는 비대칭 부분을 갖는 유사발산하는 흐름프로파일(quasi-divergent flow profile)을 가진다. 이런 프로파일은 매우 비효율적이며, 또한 냉각 유체/가스가 탕구(sprue)의 입구나 돔(dome) 부위에 집중되는 것을 방해한다.

도 1 은 사출단계 동안 그리고 그 후의 전주형물의 온도와 시간을 보여주는 그래프이고;

도 2 는 주형에서의 전주형물을 보여주는 개략도이고;

도 3a 와 3b 는 냉각과정에서 성형된 전주형물의 벽을 가로지르는 온도의 변화를 보여주고;

도 3c 는 전주형물의 벽을 따라 온도의 프로파일을 보여준다.

도 4 는 종래 기술(prior art) 분사 주형의 단면도이고;

도 5 는 고정주형판과 이동주형판 사이의 주형부위에 위치하는 팔끝기구(end-of-arm-tool, EOAT )를 포함하는 자동운반장치를 보여주는 단면도이고;

도 6a 와 6b 는 자동 제형판(take-off-plate)(또는 팔끝기구(EOAT))과 냉각 핀을 잡고있는 프레임을 포함하는 본발명의 실시예를 도시하는 측면도이고;

도 6c 와 6d 는 도 6a 와 6b 의 실시예의 정면도이고;

도 7a 내지 7d 는 본 발명의 첫 번째 실시예의 프레임과 냉각핀을 보여주고;

도 8a 내지 8g 는 본 발명에서 몇가지 냉각핀의 디자인을 보여주고;

도 9a 와 9b 는 본 발명의 두 개의 실시예에서 냉각핀을 더 상세하게 예시하고;

도 10a 는 종래기술의 방법에서 발생되는 결정화 구역을 가지고 있는 전주형물을 보여주고;

도 10b 는 본 발명의 방법들을 사용한 결과로 결정화 구역을 가지지 않게된 전주형물을 보여주고;

도 11a 내지 11ℓ은 본 발명의 프레임과 냉각핀의 또다른 실시예를 보여주고;

도 12 는 주형절반에 도입된 공기 냉각 채널(channel)이 있는 시스템의 단면도이고;

도 13a 와 13b 는 본 발명의 냉각 시스템의 다른 실시예를 보여주는 측면도이고;

도 14 는 본 발명의 냉각 시스템의 다른 실시예를 구비한 사출 성형 시스템의 평면도이고;

도 15 는 제형판에 붙어있는 주형물의 내부를 냉각시키는 기작(mechanism)을 보여주는 본 발명의 냉각시스템의 또 다른 실시예의 단면도이고;

도 16 은 냉각장치가 없는 제형판이 주형부위로부터 성형된 전주형물을 옮기는 데 사용되는 본 발명의 실시예를 보여주는 도면이고;

도 17 은 본발명에 따른 냉각핀의 변형예의 구성을 예시하는 도면이고;

도 18a 와 18b 는 본발명에 따른 냉각핀의 또 다른 변형예의 구성을 예시하는 도면이고;

도 19 와 20 은 전주형물의 내부를 냉각시키기위한 종래기술법을 나타내고;

도 21 은 전주형물의 내부와 외부를 냉각하기위한 다른 종래기술시스템을 보여주고;

도 22 는 전주형물을 냉각하기 위하여 순환하는 공기를 흡입하는 종래기술시스템을 보여주고;

도 23 은 프레임의 여러 면에 냉각핀을 가지고 있는 프레임 구조의 변형예를 예시한다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

22 : 돔 부위48 : 전주형물

74,174 : 냉각핀90 : 채널

92 : 출구 노즐224 : 외벽

226, 228 : 내벽

본 발명의 주된 목적은 향상된 냉각효율을 가지는 전주형물을 만드는 방법과 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 질이 향상된 전주형물을 생산하는 상기 방법과 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 전체 순환시간을 줄여주는 상기 방법과 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 장치와 방법에 의해서 상기 목적이 달성된다.

본 발명의 실시예에서, 본 발명의 혁신적인(innovative) 주형법과 냉각법은 전주형물이 주형의 내부에서 충분히 냉각되기 전에 즉, 탕구 입구부위(sprue gate portion)와 목아가리부위(neck finish portion) 또는 전체 전주형물을 잠재적으로 결정화시킬 수 있는 어느 정도의 열을 전주형물이 보유하고 있을 때, 전주형물을 주형에서 제거하며; 전주형물을 주형부위 밖에서 유지시키고; 이러한 부위들 중 어느 곳에서도 결정화가 일어나지 않도록 대류열전달에 의해서 내부에서 전주형물을 냉각시키는 것을 포함한다.

또 다른 실시예에서, 본 발명의 혁신적인 주형법과 냉각법은 주형의 내부에서 전주형물이 충분히 냉각되기 전에 즉, 탕구입구부위나 목아가리부분 또는 전체전주형물을 잠재적으로 결정화 시킬 수 있는 어느 정도의 열을 전주형물이 여전히 보유하고 있을 때, 전주형물을 주형에서 제거하며; 전주형물을 주형부위 밖에서 유지시키고; 상기 언급한 어느 부위에서도 결정화가 일어나지 않도록 대류열전달에 의해서 전주형물을 내부에서 냉각시키는 것과, 상기 냉각과정은 냉각제가 전주형물에 직접 접촉하도록 위치시키는 것을 포함하며; 상기 언급한 어느 부분에서도 결정화가 일어나지 않도록 대류열전달에 의해서 전주형물을 외부에서 냉각하는 방법을 포함한다. 외부냉각과정은 내부냉각과정과 (적어도 부분적으로는) 동시에 또는 순차적으로 일어날 수 있다.

또 다른 실시예에서, 본 발명의 혁신적인 주형법과 냉각법은 주형의 내부에서 전주형물이 충분히 냉각되기 전에 즉, 탕구입구부위나 목아가리부분 또는 전체 전주형물을 잠재적으로 결정화시킬 수 있는 어느 정도의 열을 전주형물이 여전히 보유하고 있을 때, 전주형물을 주형에서 제거하며; 전주형물을 주형부위 밖에서 유지시키고; 상기 언급한 어느 부위에서도 결정화가 일어나지 않도록 대류열전달에 의해서 전주형물을 내부에서 냉각시키는 것과, 상기 내부냉각과정은 냉각제가 전주형물에 직접 접촉하도록 위치시키는 것을 포함하며; 상기 언급한 어느 부분에서도 결정화가 일어나지 않도록 전도열전달에 의해서 전주형물을 외부에서 냉각하는 방법을 포함한다. 외부냉각과정은 내부냉각과정과 (적어도 부분적으로는) 동시에 또는 순차적으로 일어날 수 있다.

이러한 모든 실시예들에서, 전주형물은 주형에서 분출되며 이동 제형판(movable take-off plate)처럼 주형과 상관없는 부분에 의해 주형의 외부에유지된다. 이렇게 독립적으로 유지하면 단일 배치(batch)나 혹은 다수 배치 일단의 전주형물을 동시에 유지할 수 있다. 다수의 배치가 독립적인 방법으로 지탱될 때, 이러한 배치들은 각각 다른 시간에 성형되었기 때문에 온도가 서로 다를 것이다. 본 발명에 의하면, 성형된 전주형물은 본 발명의 냉각법을 사용하여 내부적으로 그리고 외부적으로 다른 순서로 냉각이 될 것이다. 본 발명의 각각의 실시예에서, 적어도 부분적으로는 전주형물의 내부로 들어가서 그곳에서 냉각제를 순환시키는 냉각핀을 사용하는 것과 같은 방법으로 내부냉각이 이루어진다. 냉각은 냉각제의 유사대칭 흐름(quasi-symmetrical flow)에 의해 우선적으로 이루어지는데, 냉각제는 전주형물의 내부로 운반되어서 다른 부분보다 더 많은 냉각을 필요로 하는 전주형물의 부분, 예를 들면 탕구 입구(sprue gate)나 목아가리 같은 곳으로 향할 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 냉각제는 전주형물의 바닥이나 돔 부분을 향해서 고리 모양의(annular) 흐름을 일으킨다.

본 발명의 특정 실시예들에서, 전주형물의 혁신적인 내부 냉각은 몇 가지 방법으로 달성될 수 있는 외부 냉각에 의해 보충된다. 예를들면, 전도(냉각된 물) 혹은 대류(공기/가스) 열전달로 냉각시킬 수 있는 (하나 혹은 여러 위치의) 꺼냄판(take out plate) 위에서 외부냉각이 이루어진다. 또한 전주형물이 단지 부분적으로 지지체(holder)에 접촉하는 방법 외에는 냉각법이 없는 (하나 혹은 여러 위치의) 제형판을 통해서 외부냉각이 일어날 수도 있다. 이런 경우에, 전주형물의 외면에 직접적으로 접촉하기 위해서 냉각 가스/공기는 독립적인 냉각 장치에 의해 냉각장치에 의해 운반될 수 있다.

또 다른 실시예에서는, 어떤 냉각방법도 가지고 있지 않으며 본 발명의 새로운 냉각 핀에 의해서만 내부적으로 냉각되는 제형판에서 전주형물이 유지된다.

한 실시예에서 본 발명의 혁신적인 냉각방법은 주형에서 전주형물이나 성형물을 옮기고, 전주형물이나 성형물의 외면을 냉각시키는 장치를 가지고 있는 자동 제형판(take-off-plate)에서 전주형물이나 주형물을 지탱한 후에 내면과 외면을 동시에 냉각시키는 효과를 얻기 위하여 전주형물이나 주형물 내부에 냉각법을 도입함으로 얻어진다. 본 발명에 의하면, 전주형물의 내부에서 냉각 가스를 순환시키는 것과 같은 대류에 의한 열전달에 의해서 전주형물의 온도가 낮아진 곳에서 냉각 단계가 추가로 도입된다.

본 발명의 방법과 장치는, 전술한 바와 같이, 전주형물의 가장 중요한(critical) 부위, 이를테면 탕구문이나 목부분이 위치해 있는 바닥이나 돔 부분 같은 곳에서 전주형물의 결정화를 방지하기 위하여 유익하게 사용될 수 있다. 또한, 본 발명의 냉각법과 장치는 사출 취출(injection-blow) 주형기계에 도입될 수 있는데, 여기에서 결정성을 띠지 않는 냉각된 전주형물은 추가로 온도가 조절되어서 병 속으로 들어간다.

본 발명의 한 가지 특징에 따르면, 주형냉각을 통해 향상되는 것에 의해서 사출성형된 전주형물에서 결정화를 방지하는 방법은 열린 위치에서 성형 부위를 한정하도록 이격되는 두 개의 주형절반(mold halves) 또는 주형판에 의해 형성되는 주형 안으로 용융 재료(molten material)를 사출하는 단계; 용융 재료가 주형절반에 의해 형성된 주형 내부강에 있을 때 주형물이 기하학적(geometrical) 변형없이주형 외부에서 기계적으로 다루어질 수 있도록 용융 재료의 온도를 실질적으로 결정-유리 천이(crystal-glass transition) 온도 가까이까지 냉각시키는 단계; 주형물운반체(molded article carrier)가 두 개의 주형절반 사이에서 움직이기에 충분한 거리만큼 주형절반을 여는 단계; 주형에서 주형물을 탈형시켜 이동 운반체로 옮기는 단계; 주형물이 이동운반체에 있을 때 냉각제로 취출공기를 사용하여 결정화를 줄이도록 전도 열전달에 의해 주형물을 냉각시키는 단계; 및 각 주형물에 결정화되는 부분이 실질적으로 없어질 때까지 대류 열전달에 의해서 주형물을 내부적으로 추가로 냉각시키는 단계;를 포함한다. 외부냉각을 위한 대류열전달 장치를 포함하는 이동운반체를 사용하는 데에 동일한 방법이 적용될 수 있다.

본 발명의 한 가지 특징에 따르면, 비결정화된(de-crystallized) 사출 주형물을 형성하는 장치는 주형 닫힌 위치(mold closed position)와 주형 열린 위치(mold open position) 사이에서 움직일 수 있는 두 개의 주형절반을 가진 주형; 주형절반이 주형 닫힌 위치에 있을 때 용융 재료를 주형에 사출하는 장치; 주형절반에 의해 형성된 내부강 내의 용융 재료를 주형물이 기하학적 변형없이 주형 외부에서 기계적으로 다루어질 수 있는 실질적으로 결정-유리 천이(crystal-glass transition) 온도에 가까운 온도까지 냉각시키는 장치; 두 개의 주형절반이 그 사이로 주형물운반체가 움직일 수 있을 정도로 충분한 거리만큼 이격되도록 주형을 여는 장치; 주형에서 주형물을 탈형시키는 장치; 주형물을 이동운반체로 운반하는 장치; 결정화를 줄이기 위해서 전도 열전달에 의해서 주형물을 냉각시키고 전주형물을 지탱하는 장치를 가지고 있는 상기 운반체; 및 각각의 주형물 바람직하게는전체 주형물에서 결정화되는 부분이 실질적으로 없어질 때까지 특히 주형 입구부위(mold gate area)에서 대류 열전달에 의해 주형물을 내부적으로 추가 냉각시키는 장치;를 포함한다. 외부냉각을 위한 전도 열전달 장치를 갖는 이동운반체를 사용하는 데에도 동일한 방법이 적용될 수 있다.

여기에서 사용한 것 처럼, 꺼냄판(take out plate), 제형판(take-off-plate), 팔끝기구(end of arm tool) 등과 같은 용어는 서로 바꾸어 사용될 수 있으며, 동일한 구조물(들)을 가리킨다.

본 발명의 방법이나 장치에 대한 기타 상세 뿐만 아니라 이에 따르는 기타 목적 및 이점은 다음과 같은 상세한 설명 및 참조번호가 표시된 첨부도면에 따라 설명될 것이다.

이제 도면을 참조하면, 도 1은 사출과정 동안과 그 이후의 전주형물의 온도와 시간과의 변화를 보여주는 그래프이다. 도 2 는 주형에 있을 때의 전주형물을 개략적으로 보여주는 그림이다. 상기 도면에서 볼 수 있는 것처럼, 주형에 있는 동안 냉각하는 것은 전형적으로 주형강 판(mold cavity, 16)과 주형코어부위(mold core portion, 18)에 각각 위치한 냉각튜브(12,14)의 영향을 받는다. 결과적으로, 냉각하는 것은 전주형물(11)의 양쪽 면 모두로부터 영향을 받는다. 덧붙여, 도 2에서 보는 것처럼, 주형강 판(mold cavity plate, 16)은 전형적으로 전주형물(11)의 바닥과 돔부분(22)이 형성되는 입구부위(20)를 가지고 있다. 전주형물은 목아가리부위(13)를 가지고 있는데, 이 부위는 때때로 결정화를 방지하기 위해 냉각이 곤란한 두꺼운 벽을 가지게 된다.

도 3a와 3b는 냉각하는 동안에 성형된 전주형물의 벽을 가로지르는 온도의 변화를 보여준다. 도 3a는 주형의 내부에서의 온도의 변화를 보여주고, 도 3b는 주형의 외부에서의 온도변화를 보여준다. 도 3c는 전주형물의 벽을 따라 온도의 프로파일을 보여준다. 온도 피크는 전주형물의 돔(dome) 또는 탕구(sprue) 입구부위에서의 온도를 나타낸다.

도 4 에서는, 일련의 주형강(34)을 갖는 고정 주형절반 또는 주형판(32)과

일련의 주형 코어(38)를 갖는 이동 주형절반 또는 주형판(36)을 포함하고 있는 사출 주형을 보여준다. 주형강 판(32)은 사출성형기의 사출유니트(미도시)로부터 용융 재료를 수용하는 매니폴드 판(manifold plate)과 유체로 연결되어있다. 주형강(34)은 예를 들면 밸브로 열리는 노즐(valve gated nozzle) 같은 고온 탕도 노즐(hot runner nozzle)로부터 주형강 입구(40)를 통해서 용융 재료를 받는다. 주형강은 주형판(32,36)이 주형 닫힌 위치(mold closed position)에 있을 때 주형코어(38)와 주형강(34)에 의해 형성된 내부강에서 용융 재료를 냉각하기 위한 냉각장치(42)들을 가지고 있다. 냉각장치(42)는 바람직하게는 냉각유체(cooling fluid)를 전도(conducting)시키기 위한 주형판(32) 속에 끼워진(embedded) 냉각 채널에 의해 형성된다. 전술한 바와같이, 주형코어(38)와 주형강(34)은 주형 닫힌 위치에서, 사출과정 동안 주형입구(40)를 통해서 용융재료로 채워지는 주형 내부강을 다수 형성한다. 주형코어(38)는 또한 내부강에서 용융 재료를 냉각하기 위한 장치(44)들을 포함한다. 냉각장치(44)는 바람직하게는 각 주형코어 안에서 냉각튜브를 포함한다. 주형 코어판은 또한 성형된 전주형물(48)을 주형코어(38)에서 제거하기 위해 사용되는 탈형판(ejector plate, 46)을 포함한다. 탈형판(46)을 조작하는 것은 종래 기술에서 잘 알려져 있으며, 본 발명의 일부분을 구성하지는 않는다. 사실, 탈형판(46)은 당해기술 분야에서 알려진 어떤 적당한 탈형판도 포함할 수 있다.

본 발명에 의하면, 어떤 종류의 용융된 플라스틱, 금속 또는 세라믹 재료들도 주형강으로 사출되어, 도 4의 성형 시스템을 사용해서 원하는 물품으로 냉각시킬 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 용융 재료는 PET이고, 주형물은 전주형물이다. 그러나, 본 발명에 의하면 주형물은 또한 하나 이상의 물질, 예를들면 사용한 적이 없는 PET, 재생된 PET, 그리고 EVOH같은 적당한 장애물질(barrier material)을 사용해서 만들어진 전주형물일 수 있다.

당해 기술분야에서 알려진 것 처럼, 전주형물은 주형을 닫고, 용융 재료를 내부강 속으로 사출하고, 내부강의 냉각을 개시하고, 내부강을 채우고, 용융 재료에 압력을 가하고, 최종적으로 주형내 냉각을 수행하고, 주형을 열어서, 코어에서 고체화된 주형물 또는 전주형물을 탈형시키고, 주형물 또는 전주형물을 제형판으로 전달함으로써 성형된다. 본 발명에 의하면, 전체 순환시간을 줄이기 위해서는 주형에서 전주형물이 머무는 시간이 최소화되어서 주형이 가능하면 빨리 전주형물의 배치(batch)를 생산할 수 있어야 한다. 주형에서 머무는 시간이 줄어들 때의 문제점은 냉각시간이 줄어들어야 한다는 것인데, 이때 주형물이나 전주형물이 이후의 모든 공정에서 변형되지않고 견딜 수 있을 만큼 충분히 단단해야 한다는 것이다. 냉각시간을 줄이는 것은 문제점을 야기시킬수 있는데, 이유는 주형물이나 전주형물이 냉각장치(42,44)에 의해서 충분히 그리고 일정하게 냉각되지 않기 때문이다. 줄어든 시간 동안 주형에서 냉각되고 주형을 열고난 바로 직후에 주형물이나 전주형물에 보유된 열의 양은 매우 중요하며, 주형물이나 전주형물의 두께에 의존한다. 이러한 내부의 열은 주형물이나 전주형물의 탕구부위나 돔(dome) 부위, 주형물이나 전주형물의 목아가리부분, 또는 전체 전주형물에서 결정화되는 부분을 만들 수 있는 잠재력을 가지고 있다. 주형물이나 전주형물의 결정화를 방지하기 위해서는 매우 강력한 냉각방법이 사용되어야 한다. 냉각되는 동안, 주형물 수축(shrinkage)을 조절하기 위해서는 세심한 주의가 필요한데, 이것은 주형물의 최종 용적(dimension)에 나쁜 영향을 미칠 수 있다.

도 5 는 자동 제형판(take-off plate, 60)의 한 실시예를 나타내는데, 이것은 본 발명의 냉각방법에 사용될 수 있다. 제형판(60)은 복수의 중공 지지체(holder)와, 수냉 튜브와 같은 저장용기(receptacle, 62)를 포함한다. 제형판(60)에서 사용될 수도 있는 전형적인 제형판들이 개스너(Gessner) 등의 미국특허 5,447,426과 델퍼(Delfer, III)의 미국 재특허 33,237(US Reissue Patent No. Re 33,237)에서 보여지는데, 둘 다 여기에 참조로 기재되어있다. 작업 중에, 복수의 지지체(62)의 입구부분(mouth)은 주형판(36)의 주형코어(38)을 따라서 배열되어 있다. 주형물(48)을 지지체(62)로 운반하는 것은 탈형판(46)의 작동에 의해 영향을 받는다. 본 발명에 의하면, 제형판(60)은 주형코어(38)와 같은 수의 지지체(62) 또는 주형코어의 몇 배에 해당하는, 예를 들면 3배나 4배에 해당하는 정도로 많은 수의 지지체(62)를 가지고 있을 수 있다. 코어(38)보다 많은 지지체(62)를 가지고 있으면, 한 번의 성형 사이클보다 긴 시간 동안 주형물 중 일부를 유지(retain) 할수 있으므로 주형물의 생산량(output)을 다량으로 유지하면서도 냉각시간을 늘일 수 있다. 본 발명의 방법은 지지체(62)에 의해 유지되는(retain) 성형체의 상대적인 수에 상관없이 수행될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 자동 제형판(robot take-off plate, 60)은 코어(38) 수의 3배의 지지체(62)를 가지고 있다. 이것은 제형판(60)이 지지체(62)와 동일한 수의 전주형물이나 주형물을 항상 가지고 있지는 않음을 의미한다. 이것은 또한 전술한 미국 특허 5,447,426에서 상세하게 보여지는 것처럼, 제형판(take-off plate) 안에서 물과 같은 냉각수를 옮기는 중공 튜브(64) 들과 전주형물의 외벽이 직접 접촉해서 냉각되는 동안 전주형물의 하나의 배치가 주형코어와 내부강 판(cavity plate) 사이의 주형부위 속으로 다른 일단의 주형물을 운반하기(pick up) 위하여 한번 이상 뒤로 움직일 수 있음을 의미한다. 주형에서 나오는 뜨거운 주형물과 튜브(64) 사이의 전도 열전달에 의해서 이루어진다. 구체적으로, 냉각장치가 적용된 어떤 고체물질이라도

주형물을 냉각하기 위해 주형물의 외벽과 직접 접촉하여 사용될 수 있다. 주형물 또는 전주형물과 냉각장치 사이의 직접적인 접촉에 의한 전도를 통해서 열전달이 이루어지는 냉각시스템을 사용하면, 주형물 또는 전주형물의 모양은 취급에 따른 변형이나 흠 없이 그대로 유지될 수 있다.

원한다면, 제형판에 채용된 전도 냉각장치(64)는 대류 열전달장치로 대체될 수 있다. 당해 기술분야에서 알려진 적절한 모든 대류 열전달장치가 제형판(60)에 의해서 옮겨지는 주형물이나 전주형물의 외벽을 냉각시키는 효과를 얻기 위하여 제형판(60)과 함께 사용될 수 있다.

도 6a와 6b에서, 대류열전달에 의해서 주형물이나 전주형물의 내벽과 외벽을 동시에 냉각시킴으로써 주형후(post-mold)의 냉각효율을 향상시키고 순환시간(cycle time)을 줄이며 전주형물의 질을 향상하기 위하여 부가적인 냉각장치(70)가 자동 제형판(60)과 함께 사용된다. 부가적인 냉각장치(70)는 제형판(60)에 고정된 주형물의 내부로 냉각수를 전달하는 역할을 하는 연장된 일련의 냉각핀(74)들을 포함한다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 냉각제는 대부분 주형에서의 냉각 시간 감소로 인해서 결정화되기 위한 가능성이 가장 높은 주형물 또는 전주형물의 돔(탕구) 부분(22) 속을 직접 향해 전달된다. 냉각제는 환형흐름유형(annular flow pattern)을 만들기 위해서 도입된다. 본 발명에 의하면, 냉각제는 예를들면 액체 혹은 기체인 어떤 적당한 것이라도 된다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 냉각제는 냉각핀(74) 내부에 위치한 채널(90)을 통해서 옮겨지는 압축 공기(pressurized air)이다. 본 발명의 이런 특징은 도 9a에 상세히 나타나 있다.

도 9a는 냉각되고 있는 전주형물이나 주형물(48) 속에 위치한, 본 발명에 따른 냉각핀(74)을 나타낸다. 냉각제의 최적유동을 발생시키기 위하여 냉각핀(74)은 전주형물(48) 내부의 깊숙한 부분으로 도입되는데, 이렇게 하면 냉각제가 돔 또는 탕구입구부분(22)까지 도달할 수 있다. 이에 더해서, 냉각핀(74)은 부가적인 냉각코어의 역할을 한다. 냉각핀(74)은 또한 다른 냉각흐름유형보다 높은 냉각 잠재력(potential)을 가지고 있는 환형흐름유형을 일으키는 데도 기여한다. 또한 새로운(novel) 냉각핀(74)을 사용하면, 불어오는(incoming) 차가운 공기와 불어나가는(outcoming) 뜨거운 공기가 완전히 분리되어서 이들이 서로 섞이는 것을 방지한다.

도 9a에서 보여지는 것처럼, 냉각핀(74)은 전주형물이나 주형물의 중심에 위치해 있는데, 바람직하기로는 냉각핀(74)의 중심축(220)이 전주형물의 중심축(222)과 정렬되는 것이다. 이 도면에서 알 수 있는 것처럼, 상부(UP)에서 냉각핀(74)의 외벽(224)은 거리(D)만큼 전주형물의 내벽(226)과 떨어져 있다. 부가적으로, 냉각핀(74)의 출구노즐(outlet nozzle, 92)은 거리(d)만큼 돔부위(22)의 내벽(228)과 떨어져 있다. 원하는 환형흐름유형을 가지는 냉각제을 만들기 위해서는 d:D의 비율이 1:1에서 10:1 사이인 것이 바람직하다. 또한 냉각핀의 배출노즐(92)은 발산노즐구조(divergent nozzle construction)에 의해서 만들어지는 것이 매우 바람직하다. 배출노즐(92)을 위해 발산노즐을 사용하는 것이 바람직하지만, 직선벽 노즐구조(straght walled nozzle construction)로부터 배출노즐(92)을 만드는 것도 가능하다.

냉각핀(74)이 전주형물 내부에 깊숙히 위치해서 냉각코어처럼 행동하기 때문에, 전주형물에서 자유롭게 빠져나오는 고온의 취출(outcoming) 공기는 환형 모양을 이룬다.

냉각핀의 바람직한 구조는 도 9a에 있지만, 도 8a에서 도 8g 그리고 도 17 과 도 18에서 보여지는 것처럼, 냉각핀(74)은 다양한 냉각효과를 얻기 위하여 다양한 크기와 모양을 할 수 있다. 예를 들면, 도 8a에서 보여지는 것처럼, 냉각핀의하부(LP)는 냉각핀의 상부(UP)의 지름(D₁)과는 다른 D₂의 지름을 가질 수도 있다. 도 8a에서 8c에 보여지는 것처럼, 핀의 상부(UP)는 다른 모양을 가질 수도 있다. 도 8d에 언급한 것처럼, 냉각화가 일어날 수 있는 주형물의 측면 벽으로 냉각제를 방출하기(discharge) 위하여 냉각핀(74)은 측면 출구(lateral outlet, 82)를 가질 수 있다. 도 8e에서 보여지는 것처럼, 냉각핀(74)은 특별한 냉각효과를 얻기 위하여 나선형의 홈(helical groove, 84)을 가질 수 있다. 유사하게, 도 8f와 도 8g에서, 냉각핀(74)은 주위에 위치한 복수의 리브(rib, 86)나 복수의 접촉 요소(88)를 가질 수 있다.

도 18a와 18b는 전주형물에서 목아가리부위(neck finish portion) 또는 몸체부위같이 돔부위(22) 이외의 부분으로 냉각제를 운반하기 위하여 다수의 방사상의 도관(radial conduit, 230)을 가진 냉각핀(74)을 보여준다. 방사상의 도관(230)은 전주형물(48)의 특정 부분으로 냉각제를 보내기 위해 냉각핀의 길이방향으로 떨어져 있다.

냉각핀(74)은 어떤 적당한 열 전도성의 또는 열 절연성의 물질로도 만들어 질 수 있다. 원한다면, 도 17 에서처럼, 냉각핀(74)을 다공의(porous) 재료(232)로 만들어서 추가적인 냉각제가 전주형물의 돔 또는 탕구입구 부위(22) 이외의 지역으로 매우 일정하게(uniform manner) 퍼져나가게 할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 냉각핀(74)은 주형물(48)의 탕구입구나 돔 부분(22)에서 가장 많은(maximum) 냉각이 집중적으로 일어나는 것을 감안해 냉각제가 이부분을 중점적으로 냉각시키도록 디자인되었다. 이런 방법으로, 탕구입구나 돔 부위(22)에 결정화가 일어나지 않는 전주형물 같은 주형물을 만들 수 있다.

도 9b에는 본 발명의 장치에 사용될 수 있는 찬공기 주입시스템(cold air blowing system)을 가지고 있는 또다른 핀구조가 나타나있다. 여기에서 보여지는 것처럼 핀(74)은 주형물(48), 바람직하게는 주형물의 돔 또는 탕구 입구부분(22)의 내부면으로 찬 공기를 보내는 출구(92)를 갖는 찬공기 취출채널(90)을 가지고 있다. 채널(90)은 입구(94)를 통해서 찬공기의 공급원과 연결된다. 주형물(48)의 내부에서 찬 공기를 제거하기 위한 진공채널(96)이 냉각핀(74)에 추가로 제공된다. 진공채널(96)은 어떤 원하는 진공원(vacuum source)에도 연결될 수 있다. 도 9b에 보여지는 것처럼, 냉각핀(74)은 핀 자기정렬(self-alignment)을 위해 사용되는 미끄럼패드(100)와 너트(102)와 같은 체결장치에 의해서 프레임(98) 부위에 장착된다. 너트(102)는 외측 나사가공 부분(미도시)을 갖는 요소(104)에 체결될 수 있다.

도 6 과 도 7에서, 냉각핀(74)의 배열(array)은 알루미늄 같은 가벼운 재료로 만들어질 수 있는 냉각프레임(98) 상에 장착된다. 본 발명에 의하면, 냉각프레임(98)은 수직 또는 수평위치에서 작동될 수 있다. 양쪽의 경우 모두에서, 제형판(60)이 주형위치의 최종 부위에 다다를 때, 프레임(98)은 제형판(60)을 향해서 움직일 수 있다. 당해기술분야에서 알려진 어떤 적당한 방법도 프레임(98)을 옮겨서 냉각핀(74)이 주형물의 내부로 즉시 도입될 수 있도록, 높은 속도로 프레임을 전진시키기(advance) 위해 사용될 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 프레임(98)은 유압실린더(110)에 의해서 움직여진다. 본 발명에 의하면, 냉각핀(74)의개수는 제형판(60)에서 저장용기(62)의 수와 같거나 더 적을 수 있다. 본 발명에 의하면, 제형판(60)은 흡입 장치(미도시)와 같은 저장용기(62) 안에서, 주형물이나 전주형물(48)을 유지하기 위한 장치와 제형판으로부터 전주형물을 배출하는 장치를 제공받을 수 있다. 유지장치와 탈형장치는 본 명세서에 참조로 기재된 전술한 미국특허 5,447,426에 개시된 것일 수 있다. 도 6c와 도 6d 에서 보여지는 것처럼, 냉각프레임(98)에는 복수의 공간(112)이 제공된다. 공간(112)은 최종적으로 냉각된 주형물 또는 전주형물이 제형판(60)으로부터 배출되어 시스템에서 멀리 떨어진 곳으로 운송되도록 컨베이어(114)에서 낙하될 수 있게 해준다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 제형판(60)으로부터 방출되는 전주형물을 유지하는 저장용기(62)에 대해서 상대적으로 측면으로 냉각핀(74)을 이동시킴으로써, 충분히 냉각된 전주형물(48)은 공간(112)을 통해서 운반장치(114) 위에 떨어진다. 이것은 냉각프레임이 수평위치에 있는 경우에 발생한다. 냉각프레임은 수직위치에 있을 때에 제형판에 의해 낙하되는 전주형물과 간섭을 일으키지 않는다.

도 7a와 7b에는, 냉각핀의 제1열(first array)이 나타나있다. 도 7b에서처럼, 각각의 냉각핀(74)은 통로(122)를 통해서 찬공기 공급원과 연결되는 찬공기 통로(90)를 가지고 있다. 찬공기의 흐름을 조절할 수 있는 몇 개의 공기밸브가 통로(122)에 도입된다. 이러한 방법으로, 다양한 양의 찬공기가 냉각핀(74)에 공급될 수 있다.

도 7c에서처럼, 간단한 통로(126)를 통하여 냉각제 공급원에서 나오는 공기에 각각의 냉각핀(74)이 직접적으로 공급되도록 하는 것이 또한 가능하다. 더 나아가서, 원한다면 도 7d에서처럼, 가요성 도관(flexible conduit, 128)을 통하여 각각의 냉각핀에 있는 유체도관(fluid conduit, 120)으로 통로(126)를 연결할 수 있다.

본 발명의 한 실시예에 의하면, 냉각핀(74)은 몇몇 공정에서 제형판(60)에 의해서 유지된(retained) 전주형물로 들어간다. 그리고, 각각의 공정에서 다른 시간에 성형된 전주형물들은 온도가 서로 다르다. 전체 냉각공정을 최적화하고 냉각제의 낭비를 방지하기 위하여, 첫 번째 냉각공정동안에는 전주형물은 매우 뜨겁고 따라서 핀에 의해서 최대(maximum) 양의 냉각공기가 공급된다. 두 번째와 그 이후의 공정에서는, 첫 번째로 성형된 전주형물에 맞물림된 핀에 의해 공급되는 냉각공기의 양은 새롭게 성형된 더 뜨거운 전주형물로 공급되는 양보다 충분히 적다. 냉각공정을 추가로 더 최적화하기 위하여, 열전쌍(thermocouple) 같은 공지의 적절한 온도 감지기(sensor)도 성형 사이클을 방해하지 않고 냉각속도를 조절하도록, 냉각 전과 후에 전주형물의 온도를 측정하기 위하여 사용될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 일부 냉각조절장치(미도시)에 연결된 열전쌍(미도시)은 각각의 전주형물에 인접한 제형판(60)에 위치해 있다. 각각의 전주형물의 온도를 관찰함으로써, 모든 냉각핀(74)이나 몇몇 냉각핀(74)에 공급되는 냉각공기의 양을 조절할 수 있다. 이것은 또한 제형판에 위치한 전도냉각장치(conduction cooling mean)의 모든 냉각 비효율성이나 비균일성(non-uniformity)을 보상할 수 있다.

도 10a와 도 10b를 설명하면, 도 10a는 종래 기술의 시스템에 의해 성형된 전주형물(48)의 단면도이다. 여기에서 보여지는 것처럼, 전주형물(48)은 돔(dome)부분과 목(neck) 부분을 포함해서 4군데의 다른 구역에서 결정화된 영역을 가지고 있을 수 있다. 반면에 도 10b는 본 발명의 시스템을 사용해서 제조된 전주형물(48)의 단면도를 보여준다. 여기에서 보여지는 것처럼, 결정화된 구역이 없음을 알 수 있다.

도 11a에서 도 11ℓ에는 본 발명의 다른 실시예가 도시되어 있는데, 여기에서 제형판(60')은 전체 성형 사이클동안 항상 수직위치에서 유지된다. 이렇게 하는 것은 모터를 복잡하게 하지 않으며, 모터를 더 가볍게 만들고, 따라서 주형절반과 주형판(32,36) 사이에 생기는 주형공간으로의 모터 출입을 더 빠르게 한다. 이 시스템에서 사용된 냉각프레임(98')에는 부가적인 기능과 부가적인 움직임이 있다. 먼저, 핀(74')들은 주형물이나 전주형물을 냉각시키기 위해서 공기를 불어넣으며, 제형판(60')으로부터 주형물이나 전주형물을 뽑아내기(extract) 위하여 공기를 흡입한다. 전주형물은 진공에 의해서 핀(74')에 고정되어 있으며, 뒤로 이동하는 동안 제형판(60') 안에 있는 튜브(62')로부터 옮겨진다. 냉각프레임(98')은 제형판(60')으로 전후로 이동할 수 있으며, 아울러 진공을 차단함으로써 핀(74')으로부터 전주형물이 방출되도록 컨베이어(114')에 평행한 수평위치에서 수직위치로 회전할 수 있다. 본 발명에 의하면, 당해기술분야에서 공지된 적절한 어떤 수단도 핀(74')에 있는 냉각프레임을 회전시키기 위하여 사용될 수 있다. 도 11a에서 도 11ℓ에 보여지는 본 발명의 바람직한 실시예에서, 냉각프레임에 의해서 유지된 전주형물이 운반장치(114') 위에 떨어지도록, 축의 병진운동(translation)을 회전운동(rotation)으로 변환시키는 매우 간단한 수단으로서 고정캠(stationary cam,130)이 사용된다. 도 11h 에서 볼 수 있는 것처럼, 냉각핀(74')은 진공으로 전주형물을 물어서 제형판(60')으로부터 전주형물을 옮길 수 있다. 다음에 전주형물은 핀(74')에서 운반장치 위로 떨어진다.

본 발명의 혁신적인 냉각장치의 작동은 도 6a에서 도 6d를 보면 이해될 수 있다. 주형물 또는 전주형물이 변형이 방지되는 고체화상태에 도달하는 지점까지 단축된 주형내 냉각공정 이후에, 주형이 열리고 제형판(60)이 주형코어판(36)과 주형강 판(mold cavity plate, 32) 사이의 성형부위(molding area) 속으로 이동한다. 주형코어와 주형강 판 사이의 상대적인 움직임은 당해 기술분야에서 공지된 어떤 적절한 장치(미도시)를 사용해서도 달성될 수 있다. 제형판(60)이 탈주형위치에 도달한 후, 냉각핀(74)은 특히, 각 주형물 또는 전주형물의 돔부위(22)를 냉각시키기 위하여 주형물과 맞물림된다.

제형판(60)이 지지체(62) 안에서 전주형물의 외면을 전도냉각(conduction cooling)하기 위하여 수냉장치를 가지는 것으로 설명되었지만, 전주형물이 처음으로 제형판 안에 위치했을 때 외면의 냉각이 시작되지 않기를 원할 경우가 있다. 이를 위해 전주형물의 내부냉각이 시작되고/되거나 끝난 이후까지 냉각이 시작되지 않도록 제형판 내부의 냉각을 조절하는 장치가 구비될 수도 있다. 예를 들면, 원하는 시간까지 냉각제가 흐르지 않도록 하기 위하여 적당한 밸브가 제형판 안으로 도입될 수 있다. 이런 경우, 전주형물의 내부 그리고 외부냉각은 (적어도 부분적으로) 동시에 또는 순차적으로 일어날 수 있다.

도 16은 성형된 전주형물을 주형부위에서 옮기기 위해 냉각장치가 없는 제형판(60")이 사용되고 있는 또 다른 실시예를 보여준다. 제형판(60")은 전주형물의 한 배치(batch) 또는 여러 배치를 수용하기 위해 충분한 수의 전주형물 지지체(holder, 62")를 가지고 있을 수 있다. 개방부(240)를 통해서 전주형물(48)의 탕구입구 또는 돔 부위(22)로 흡입하는 진공장치(미도시)에 의해서 전주형물이 유지될 수 있다. 전주형물은 또한 냉각 가스/공기를 사용해서 전주형물이 직접적으로 냉각되게 하는 원하는 어떤 형태도 가질 수 있는 지지체(62")에 의해 유지된다. 지지체(62")는 바람직하게는 전주형물을 유지하기에 충분할 만큼의 강성을 가지며, 지지체가 전주형물과 어떤 직접적인 접촉도 하지 않는 구멍(perforation)이나 혹은 기타 개방부(242,244)를 가진다. 전주형물의 외면을 단지 부분적으로만 덮고 있는 이런 종류의 지지체를 가짐으로써, 전주형물은 냉각핀(74)에 의해서 부가적으로 내부가 냉각되는 동안 그 외면이 냉각될 수 있다. 이런 경우, 냉각과정은 주형으로부터 제형판(60")까지 전주형물을 전달하는 것 즉, 주형부위 밖에서 제형판(60")을 움직이는 것을 포함한다. 냉각부위에서, 전주형물(48)은 적어도 부분적으로 전주형물의 내부로 들어가는 냉각핀(74)과 프레임(98)에 의해서 내부적으로 냉각된다. 동시에, 제형판(60")에 의해 유지되는 전주형물(48)은 냉각제를 전주형물 지지체로 불어넣는 부가적인 냉각소(coolong station, 250)에 의해 대류로 냉각되는 외벽을 가진다. 도 16에서 보여지는 것처럼, 부가적인 냉각소(250)는 냉각제를 전주형물의 외면으로 불어넣는 다수의 노즐(252, 254 및 256)을 가진다. 노즐(252, 254 및 256)은 제형판(60")에 있는 창(258)을 통해 냉각제를 불어넣으며, 전주형물 지지체에 있는 창 또는 개방부(242, 244)를 통해서 전주형물의 외면으로 냉각제를 불어넣는다. 노즐(252, 254 및 256)은 전주형물 지지체(62")에 있는 개방부(242, 244)를 통해서 전주형물의 외면으로 냉각제를 불어넣는다. 부가적인 냉각소(250)가 두 개의 전주형물을 냉각시키기 위한 노즐을 가지고 있다고 설명되었지만, 실제로는 원하는 어떤 수의 전주형물의 외면을 냉각시키기 위해 필요한 만큼의 많은 노즐을 가지고 있을 수 있다는 것을 인식해야 한다.

부가적인 냉각소(250)를 사용하면 제형판(60")과는 상관없는 냉각장치를 사용해서 전주형물(48)의 내부와 외부를 동시에 냉각시킬 수 있다. 이러한 접근 방법은 제형판(60")을 매우 가볍고, 매우 빠르며 수리하기 쉽게 만든다. 원한다면, 전주형물 지지체(62")는 목부위(neck portion) 주위에서만 전주형물을 쥐어(grip), 불어오는 냉각제가 전주형물의 외부를 냉각시키기 위하여 창을 더 많이 열리게 할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 제형판은 불어오는 공기를 사용하는 외부냉각수단을 포함하거나, 또는 아무런 냉각수단도 포함하지 않을 수 있다. 두 가지의 경우 모두에서, 본 발명의 새로운 냉각방법과 장치를 사용해서 내부냉각을 시킬 수 있다.

본 발명의 혁신적인 냉각방법과 장치는 공동화가 심한(high cavitation) 주형에서 성형된 전주형물을 냉각시키는 데 매우 유익하다. 주형으로 흐르는 용융 수지의 온도는 아래와 같은 다양한 이유 때문에 상당히 많이 다르다는 것이 잘 알려져 있다: (a)고온 탕도 매니폴드(hot runner manifold)가 균일하게 가열되지 않음; (b)매니폴드의 용융 채널 속에서의 경계층 형성; (c)주형강의 냉각이 동일하지 않음; 그리고 (d)주형 입구부위에서의 충분하지 않은 냉각. 주형에서의 온도변화의 결과 중 한가지는 냉각시간이 국부적으로 조정되어서 최종 전주형물에서 결정화가 일어나기 전에 최고온 전주형물이 냉각되어야 한다는 것이다. 결정화구역이 형성되는 것을 방지하기 위하여, 본 발명의 냉각시스템은 각 주형에서의 온도신호에 따라 조절될 수 있는 다른 냉각 방법을 제공할 수 있다. 각각의 냉각핀(74)으로부터의 냉각정도를 조절하기 위해 제형판(60)에 감지기가 제공될 수 있다. 주형에서의 온도가 일정하지 않을 때의 또 다른 결과는, 대부분의 경우에서 전주형물의 돔 부위(22)에 위치한 탕구입구부분이 성형된 전주형물에서 가장 뜨거운 부분이라는 것이다. 이곳 탕구입구부분이 주형 닫힌 위치에서 더 느리게 냉각되기 때문에, 주형내(in-mold)에서의 냉각이 너무 길거나 주형 밖에서 부가적인 냉각이 이루어지지 않더라도, 이 부분이 심하게 결정화될 가능성이 있다는 것이다. 본 발명에 의하면, 탕구입구부위에 바로 인접한 전주형물의 내부로 냉각공기를 불어넣는 냉각핀(74)은 전주형물에서의 결정화된 구역이 형성되는 것을 매우 효과적으로 방지하는 새로운 장치이다.

또한 본 발명의 혁신적인 냉각방법과 장치는, 냉각판에서의 낮은 냉각효율을 보상하기에 유리하다. 고온 주형물과 냉각튜브 사이의 불완전한 접촉 때문에, 제형판에 의해 유지되는 주형물의 온도가 제형판을 따라서 변화될 수도 있다. 본 발명에 의하면, 제형판 또는 냉각프레임에 위치한 온도감지기는 각각의 전주형물로 향하는 냉각제의 양을 다양하게 만드는 냉각조절단위에 정보를 제공하기 위해 사용될 수 있다.

지금까지 언급한 적응냉각방법(adaptive cooling approach)은 성형된 전주형물의 온도 유형이 날짜(day), 사용된 특정 수지의 기능, 설치된 기계의 기능에 따라 변할 수 있으며, 또는 고온 탕도노즐에서 밸브 스템(stem)을 부적절하게 작동시키거나 주형 내부강 안에서 불균일하게 코어를 변위시킴으로 인해 발생하는 전주형물의 국부적인 두께 변화로 인해 변할 수 있다는 사실을 고려하고 있기 때문에 유리한 것이다. 이러한 상황은 예상하기도 어렵고 고치기도 어렵다; 하지만, 본 발명은 각각의 주형물 또는 전주형물의 온도에 기초해서 각각의 내부강에 후주형 냉각과정(post-molding cooling step)을 조정하는 메카니즘을 제공한다.

후주형 냉각시간을 증가시키기 위하여 순환시간을 상당히 줄이는 것은 디자인 및 제형판과 냉각프레임의 운동을 간단하게 함으로써 얻어질 수 있다. 이것은 조립, 수리, 그리고 강도, 운동 정밀성, 냉각핀과 제형판 상의 주형물 또는 전주형물 사이의 정렬 및 진동 등과 같은 작동 조건 등의 매우 중대한 사실을 고려하여야 한다. 또한 핀을 가진 냉각프레임의 위치가 전체 기계의 "발자취(foot print)"를 줄이는 방법으로 결정되어야 한다.

도 13a와 도 13b를 참조하면, 여기에서 보여지는 본 발명의 다른 실시예에서 제형판(60)은 부가적인 공기냉각과정 동안 수직위치 즉, 주형판(32,26)에 평행하게 유지된다. 냉각프레임(98)은 제형판(60)쪽으로 운반되며, 냉각핀(74)은 주형물이나 전주형물(48)로 들어간다. 모든 전주형물이 냉각된 후에 냉각프레임(98)은 후퇴되어 들어가고, 제형판(60)은 90도 회전해서 운반장치(114)에 평행하게 위치되며, 그때 냉각된 전주형물은 판(60)으로부터 옮겨진다. 이런 방법은 냉각프레임의 디자인을 간단하게 하는데, 여기에서 냉각프레임은 회전수단이 필요 없고 판으로부터 방출된 전주형물을 방해하는 것을 방지하는 수단이 필요없다.

도 14를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예가 예시되어 있는데, 여기에서 자동 제형판(60)은 회전축과 평행한 축을 따라서 전주형물을 이동시키기 위한 부가적인 운송장치를 포함한다. 전주형물(48)의 이런 부가적인 움직임은 냉각과정동안 실질적으로 고정된 채로 남아 있는 냉각프레임(98)을 단순화시킨다. 도 14 에서 볼 수 있는 것처럼, 전주형물을 유지하기 위한 제형판(60) 또는 다른 장치들은 고정냉각프레임(98) 쪽으로 X 축을 따라 움직인다. 냉각과정 이후에, 냉각판(60)은 90도 회전해서 컨베이어(114)와 마주보게 되며, 그 다음 냉각된 전주형물이 방출된다.

도 15를 참조하면, 제형판(60)에 부착된 새로운 공기냉각장치가 도시되어 있다. 이 도면에서 볼 수 있는 접근방법은 냉각핀을 잡기 위한 분리된 프레임을 필요로 하지 않으며, 따라서 냉각시스템과 사출성형기계의 크기를 줄이게 된다. 새로운 냉각핀은 대략 U-형을 하고 있으며, 전주형물(48)과 평행하게 움직여서, 피스톤(BB) 또는 다른 공지의 장치에 의해 움직이는 얇은 스트립(thin strip, 176)을 사용해서 전주형물 속으로 도입되거나 또는 전주형물으로부터 움직일 수 있도록 한다. 핀(174)은 또한 전주형물과 평행한 "A"축 주위로 회전해서 전주형물과 축정렬 상태가 되거나 축정렬 상태에서 벗어날 수 있게 된다. 이렇게 모든 핀(174)이 동시에 회전하는 것은 당해 기술분야에서 공지된 적당한 어떤 장치를 사용해서도 얻어질 수 있다. 발명에 의하면, U-형의 냉각핀(174)은 전주형물으로 들어가는 암"A", 암"A"를 움직이는 데 사용되는 암"A"에 평행한 암"C", 그리고 암"A"를암"C"에 연결시키는 암"B"를 가진다. 암"C"의 A축 주위의 핀을 회전시키는 것은 여러 가지 방법으로 행해질 수 있다. 도 15 에서 보여지는 것처럼, 이것은 각각의 냉각핀의 암"C"에 부착된 피니언에 맞물림된 피스톤(AA)에 의해서 작동되는 연장된 래크(elongated rack, 178)를 사용해서 행해질 수 있다. 동일한 회전이 병진운동이나 회전운동을 사용하는 마찰에 의해 생길 수 있다. 제형판(60)의 주형코어(38)에서 냉각튜브(62)로 전주형물을 옮기는 동안, U-형의 냉각핀(174)은 각각의 냉각튜브(62)에 인접한 전용위치(dedicated location)에 "머물러서"(park) 움직이는 전주형물을 방해하지 않으며, 주형을 열기 위해서 적은 공간을 필요로 한다. 전주형물(98)이 제형판(60)에 유지된 후 바로, 판(60)에 부착된 냉각핀(174)은 피스톤(BB)과 스트립(176)에 의해서 앞으로 움직이며, 암"A"가 전주형물의 꼭대기에 위치하는 특정한 높이에 핀이 다다를 때, 핀은 전주형물과 축이 정렬되도록 회전하며, 결국 피스톤(BB)의 후퇴를 통해서 전주형물의 내부로 도입된다. 숄더(181)나 다른 적당한 장치에 대항하도록 작용하는 코일 스프링(182)에 의해서 스트립(176)과 각각의 암"C"는 영구적으로 접촉한다. 냉각핀이 제형판에 부착되는 이러한 설계는 아래와 같은 장점이 있다: 냉각시스템의 크기를 줄이고 간단하게 하며, 전주형물이 제형판에 있을 때 바로 내부 냉각을 시작하므로 냉각속도(cooling rate)를 향상시키고, 제형판이 움직이는 동안에 그리고 실제적으로는 계속해서 제형판에 의해서도 또한 전주형물이 냉각되는 동안에 내부냉각이 일어날 수 있다. 냉각된 전주형물이 방출되는 동안, 냉각핀은 더 이상 전주형물과 정렬되지 않도록 최초 위치로 다시 회전해 가야 한다.

도 12를 참조하면, 주형을 여는 동안과 열고 난 바로 직후 그리고 제형판이 주형부위로 들어가기 전에, 주형코어에 지지된 전주형물을 냉각시키는 주형절반(32, 36)에 합체된 냉각채널(210)을 포함하는 공기 냉각장치가 도시되어 있다. 이런 부가적인 냉각과정은 제형판이 주형부위로 가기 전에 그리고 전주형물이 제형판으로 이동하기 전에 전주형물을 더 고체화할 것이다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 자동장치(robot)와 제형판은 단지 한 배치의 전주형물만을 보유하게 되는데, 이것은 본 명세서의 다른 도면을 보면 쉽게 이해될 수 있다. 사출공정 이후에, 제형판은 주형부위 밖에 머물며, 냉각공기 또는 냉동공기(refrigerated air)는 냉각핀으로부터 각각의 전주형물 속으로 취출된다. 냉각된 전주형물은 제형판에서 방출되며, 제형판은 다른 전주형물을 운반하지 않은 채로 주형부위로 되돌아 간다.

도 23은 냉각핀(74)을 잡는 프레임(98)의 대체 구조를 보여준다. 이 도면에서 볼 수 있는 것처럼, 프레임(98)은 대향한 두 면에 냉가핀(74)을 가질 수 있다. 덧붙여 프레임은 첫 번째 축(300)과, 첫 번째 축(300)에 수직인 두 번째 축(302) 주위로 회전할 수 있다. 당해 기술분야에서 공지된 어떤 적정 장치(미도시)도 축(300, 302) 주위로 프레임(98)을 회전시키는데 사용될 수 있다.

이러한 타입의 구조를 제공함으로써, 첫 번째 세트의 냉각핀(74)이 제형판(60)의 전주형물과 맞물림되어 전주형물의 내부냉각을 시작하게 하는 것이 가능하게 된다. 이후에, 전주형물(48)은 제형판(60)에 있는 지지체(62)에서 핀(74)으로 옮겨질 수 있다. 핀(74)에 의해서 전주형물(48)의 내부냉각이 일어나는 동안에, 프레임(98)은 하나 또는 그 이상의 축(300, 302) 주위로 회전할 수 있다. 첫 번째 세트의 전주형물이, 도 23에 도시된 것처럼, 죄측 위치에 도달한 후에, 두 번째 세트의 냉각핀(74)이 제형판(60)에 유지된 두 번째 세트의 전주형물(60)과 맞물림될 수 있다. 원한다면, 전주형물(48)의 좌측 세트는 찬 공기를 외면에 불어대는 복수의 노즐을 가진 냉각소(304)를 사용함으로써, 외면이 대류에 의해 냉각되게 할 수 있다. 원한다면, 프레임(98)은 자체에 부착되는 전주형물 유지판(308)을 가지고 있을 수 있다.

Claims (6)

1. 외부면을 가지고 있으며, 사용 시 기상 냉각유체가 공급되도록 연결되는 제1 끝부분(end)과 기상 냉각유체가 사용시 강제로 취출(expelled)되는 출구노즐(92)에서 끝나는 제2 끝부분(end)을 갖는 내부 채널(90)을 가지고 있는 몸체 부분(body portion)을 포함한, 주형물의 내부면을 냉각하는 냉각핀(74,174)에 있어서,

   냉각핀을 따라 출구 노즐(92)과 이격된 위치에서 외부면의 프로파일은 사용 시 외부면이 냉각핀(74,174)이 삽입되는 주형물의 내부면으로부터 분리되는 양상에 맞추어 변화하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 냉각핀.
2. 제1 항에 있어서,

   냉각핀 분리 양상의 변화는 냉각핀 하부에서의 제1 직경 및 이 제1 직경과 상이한 냉각핀 상부에서의 제2 직경을 갖는 몸체 부위에 기인하는 것을 특징으로 하는 냉각핀.
3. 제1 항에 있어서,

   냉각핀 분리 양상의 변화는 냉각핀 상부의 제1 모양 및 냉각핀(74,174) 하부의 제2 모양을 갖는 몸체 부위에 기인하는 것을 특징으로 하는 냉각핀.
4. 제1 항에 있어서,

   냉각핀 분리 양상의 변화는 외부면에 가공된 나선형 홈(84)을 갖는 몸체 부위에 기인하는 것을 특징으로 하는 냉각핀.
5. 제1 항에 있어서,

   냉각핀 분리 양상의 변화는 냉각유체가 상기 주형물의 내부에서 내부면에 매우 인접하게 흐르도록 유지시켜주는 복수의 일정 간격 유지된 리브(86)를 포함하는 몸체 부위에 기인하는 것을 특징으로 하는 냉각핀.
6. 제1 항에 있어서,

   냉각핀 분리 양상의 변화는 복수의 접촉 요소를 포함하는 몸체 부위에 기인하는 것을 특징으로 하는 냉각핀.