KR20050100594A - 사출 성형 장치의 노즐을 위한 계량 장치 - Google Patents

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KR20050100594A
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conduit
piston
mold cavity
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이사오 오카무라
조지 올라루
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몰드-마스터스 리미티드
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Abstract

본 발명 사출 성형 장치는 이동 가능한 밸브 게이트 핀(28)을 구비한 노즐(18) 내에서 활주 가능한 사출 피스톤(50)을 포함한다. 사출 피스톤(50)은 용탕을 주형 캐버티(26)를 향하여 밀어 넣기 위하여 수축 위치로부터 신장 위치로 이동할 수 있다. 밸브(52)는, 밸브(52)에 인접하여 피스톤(50)의 외벽(51)에 형성된 요부와 노즐(18)의 용탕 챔버(54) 사이의 소통을 선택적으로 차단하기 위하여 피스톤(50)의 전방 단부에 설치된다. 사출 피스톤(50)이 수축 위치로부터 신장 위치로 이동함으로써 밸브(52)가 폐쇄되어, 밸브 게이트 핀(28)이 주형 게이트(24)를 개방하였을 때에 밸브(52) 아래에 위치한 미리 정하여진 체적의 용탕이 주형 캐버티(26)로 주입된다.

Description

사출 성형 장치의 노즐을 위한 계량 장치{METERING DEVICE FOR A NOZZLE OF AN INJECTION MOLDING APPARATUS}
본 발명은 일반적으로 사출 성형 장치, 특히 미리 정하여진 양의 용탕을 주형 캐버티(mold cavity)로 사출하는 핫 러너 노즐(hot runner nozzle)을 위한 계량 장치에 관한 것이다.
사출 성형 장치에 있어서, 매니폴드는 기계 노즐로부터 나오는 가압 용탕 유동을 수용한다. 매니폴드는 용탕 유동을 다수의 노즐로 분배하고 용탕은 노즐을 통하여 다수의 주형 캐버티로 주입된다. 그 다음 용탕은 주형 캐버티 내에서 냉각되고 성형된 부품이 분리되어 새로운 사이클이 시작된다.
각 노즐에 전달되는 용탕의 양은 예를 들어 매니폴드 내의 전단에 의한 유동 불균형과 같은 영향 때문에 변화할 수 있다. 그러한 영향를 상쇄하고 적절한 양의 용탕이 각 주형 캐버티로 분배될 수 있도록 하기 위해서는 기계 노즐에 의하여 용탕 유동으로 인가되는 압력이 매우 높아야만 한다. 얇은 벽 용기나 마이크로-몰딩(micro-molding)의 사출 성형과 같은 경우에는, 품질 좋은 성형 제품을 제조하기 위하여 훨씬 더 높은 노즐 압력이 요구된다. 따라서, 용탕을 주형 캐버티로 적절하게 분배하기에 충분한 압력을 발생시키기 위하여 기계 노즐은 매우 커야 한다. 그러나 여러 가지 경우에서, 기계 노즐의 크기를 증가시키는 것은 실용적인 해결책이 아니다. 그리하여 각 개별 노즐에서 발생되는 압력을 증가시키기 위한 대안적인 해결책이 요구되는 것이다.
얇은 벽 용기와 마이크로-몰딩 부품에 대하여 각 사출 시에 전달되는 용탕의 체적을 정확하게 측정하는 것이 또한 매우 중요하다. 이는 특히 보통 수분의 1 그램을 칭량하는 마이크로 몰딩 부품을 다룰 때에 특별한 과제를 제공한다. 주형 캐버티에 사출되는 용탕의 체적을 제어하기 위하여 여러 가지의 선행 기술의 장치가 개발되었다. 이러한 장치는 전형적으로 둘 이상의 재료를 하나의 주형 캐버티에 사출할 때에 사용되었고, 복잡하고 제조 비용이 많이 드는 경향이 있다.
악셀루드(Akselrud) 등의 미국 특허 제5,112,212호는 계량 장치로 사용되는, 코-인젝션(co-injection) 성형 장치용 슈팅 팟(shooting pot)을 개시한다. 상기 슈팅 팟은 핫 러너 노즐로부터 떨어져 배치되어 있고 캐버티에 사출되는 두 개의 용융 재료 중 하나의 체적을 제어하는 데에 사용된다. 상기 슈팅 팟은 용융 재료를 실린더로부터 노즐, 즉 주형 캐버티 쪽으로 밀어내기 위하여 실린더 내에서 축방향으로 이동 가능한 피스톤을 포함한다. 실린더는 용탕 공급원으로부터 피스톤의 하단에 위치한 저장부로 용탕을 공급하는 유입구를 포함한다. 피스톤은 저장부가 유입구와 소통되지 않고 밀폐되도록 회전 가능하여, 피스톤이 하강되었을 때 용탕의 알려진 체적이 주형 캐버티로 주입된다.
샤드(Schad) 등의 미국 특허 제4,863,369호는 정확하게 측정된 양의 용탕을 주형 캐버티로 전달하기 위하여 슈팅 팟을 사용하는 사출 성형 장치를 개시한다. 용탕 공급원과 각 노즐 사이의 도관(conduit)에 밸브가 설치되어 있다. 슈팅 팟과 노즐이 용탕으로 채워지면, 상기 밸브가 폐쇄되고 주형 게이트(mold gate)가 개방된다. 슈팅 팟의 피스톤은 정확한 용탕량을 주형 캐버티에 주입하기 위하여 실린더에서 바닥에 이를 때까지 전진한다.
노즐과 주형 캐버티로부터 멀리 떨어져 배치된 슈팅 팟의 단점은 용탕의 알려진 또는 측정된 체적이 성형 사이클마다 달라질 수 있다는 것이다. 이는, 슈팅 팟과 주형 캐버티 사이에 존재하는 다량의 용탕, 즉 노즐에 존재하는 용탕, 매니폴드 도관에 존재하는 용탕 그리고 슈팅 팟에 존재하는 용탕 때문이다. 이러한 다량의 용탕은 수 개의 변수를 도입한다. 예를 들어 온도나 압력의 작은 차이가 상기 알려진 체적의 상당한 변화를 야기할 수 있다. 또한, 슈팅 팟과 주형 캐버티 사이의 상당한 거리로 인하여, 용탕이 한 가지의 사출과 그 다음 사출 사이에 노즐의 외부에 머무르는 시간이 길어진다. 이로 인하여 슈팅 팟으로부터 나오는 용탕의 온도가 과소 가열되거나 과대 가열될 수 있기 때문에 성형품의 최고 품질을 얻을 수 없게 된다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기 단점들 중 적어도 하나를 방지하거나 완화하는 사출 성형 장치의 노즐을 위한 계량 장치를 제공하는 것이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세하게 설명할 것이다.
도 1은 본 발명 사출 성형 장치의 측면 단면도이다.
도 2는 도 1의 피스톤의 밸브의 측면 단면도이다.
도 3은 도 2의 3-3에 따른 도면이다.
도 4는 도 3의 4-4에 따른 도면이다.
도 5 내지 도 9는 사출 사이클의 서로 다른 단계에서의 도 1의 일 부분의 개략적인 측면도이다.
도 10은 본 발명 사출 성형 장치의 다른 실시예의 개략적인 측면 단면도이다.
본 발명의 일 태양에 따르면,
가압된 성형 가능한 재료의 용탕 유동을 수용하고, 상기 용탕 유동을 노즐의 노즐 도관으로 보내기 위한 배출구를 가지는 매니폴드 도관(manifold channel)을 구비하는 매니폴드와,
상기 노즐로부터 상기 용탕 유동을 수용하고, 주형 게이트(mold gate)를 통해서 상기 노즐 도관과 소통하는 주형 캐버티(mold cavity)와,
선택적으로 상기 주형 게이트를 폐쇄하는 개폐 장치(gating mechanism)와,
상기 노즐의 상기 노즐 도관을 통해서 신장하고 그를 통하여 활주 가능하고, 용탕을 상기 주형 캐버티로 밀어 넣기 위하여 수축 위치로부터 신장 위치까지 이동가능하며, 그 외벽은 상기 노즐 도관의 내벽과 인접하는 피스톤과,
상기 피스톤의 전방 단부에 위치한 밸브로서, 상기 밸브에 인접한 상기 피스톤의 상기 외벽에 형성된 요부와 상기 노즐 도관의 용탕 챔버(melt chamber) 사이의 소통을 차단하기 위하여 선택적으로 이동가능하고, 상기 피스톤이 상기 수축 위치에 있을 때에 용탕이 상기 매니폴드 도관으로부터 상기 요부로 그리고 상기 노즐 도관의 상기 용탕 챔버로 유동할 수 있게 하는 밸브를 포함하고,
상기 피스톤이 상기 신장 위치를 향하여 이동함으로써 상기 노즐 도관의 상기 용탕 챔버 내에 위치한 용탕이 상기 주형 캐버티로 유동하도록 밀어 넣어지는 것을 특징으로 하는 사출 성형 장치가 제공된다.
본 발명의 다른 태양에 의하면, 용탕을 사출 성형 장치의 주형 캐버티로 주입하는 방법으로서,
용탕 유동이 노즐의 노즐 도관으로부터 상기 주형 캐버티로 유동하는 것을 차단하기 위하여 상기 주형 캐버티의 주형 게이트를 폐쇄하는 단계와,
상기 노즐 도관을 용탕으로 채우기 위하여, 상기 노즐 도관에 위치한 피스톤을 수축 위치에 유지시켜서, 상기 피스톤의 전방 단부에 위치한 밸브가 개방되어 용탕 유동이 매니폴드의 매니폴드 도관으로부터 상기 피스톤의 상기 전방 단부에 인접하여 형성된 요부를 통하여 상기 노즐 도관의 용탕 챔버로 유동할 수 있게 하는 단계와,
상기 요부와 상기 노즐 도관의 상기 용탕 챔버 사이의 용탕 유동의 흐름을 차단하기 위하여 상기 밸브를 폐쇄하는 단계와,
상기 주형 게이트를 개방하는 단계와,
상기 노즐 도관의 상기 용탕 챔버 내에 위치한 용탕을 상기 주형 캐버티로 밀어 넣기 위하여 상기 피스톤을 신장 위치로 이동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법이 제공된다.
본 발명의 또 다른 태양에 의하면, 사출 성형 장치의 노즐용 피스톤으로서,
피스톤의 전방 단부에 위치한 밸브로서, 그 밸브에 인접한 피스톤의 외벽에 형성된 요부와 노즐 도관의 용탕 챔버 사이의 소통을 차단하기 위하여 선택적으로 폐쇄 가능한 밸브를 포함하고,
피스톤이 수축 위치에 있을 때에는 상기 밸브가 개방되어 용탕이 상기 요부로부터 상기 밸브를 지나서 유동할 수 있게 되고, 용탕을 주형 캐버티로 밀어 넣기 위하여 피스톤이 신장 위치로 이동될 때에는 상기 밸브가 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 피스톤이 제공된다.
본 발명의 또 다른 태양에 의하면,
가압된 성형 가능한 재료의 용탕 유동을 수용하고, 상기 용탕 유동을 노즐의 노즐 도관으로 보내기 위한 배출구를 가지는 매니폴드 도관(manifold channel)을 구비하는 매니폴드와,
상기 노즐 도관으로부터 상기 용탕 유동을 수용하고, 주형 게이트(mold gate)를 통해서 상기 노즐 도관과 소통하는 주형 캐버티(mold cavity)와,
선택적으로 상기 주형 게이트를 폐쇄하는 개폐 장치와,
상기 주형 게이트에 인접하여 상기 노즐 도관 내에 위치하고 미리 정하여진 체적을 가지는 용탕 챔버와,
상기 매니폴드 도관의 상기 배출구와 상기 용탕 챔버 사이에 위치하고, 상기 매니폴드 도관으로부터 상기 용탕 챔버로의 용탕 유동을 제어하기 위하여 선택적으로 이동 가능한 밸브를 포함하고,
상기 미리 정하여진 체적의 용탕이 단일 사출로 상기 주형 캐버티로 사출되는 것을 특징으로 하는 사출 성형 장치가 제공된다.
본 발명의 또 다른 태양에 따르면, 미리 정하여진 체적의 용융 재료를 주형 캐버티로 사출하는 방법으로서,
핫 러너 매니폴드(hot runner manifold)를 통하여 이동 가능한 밸브 핀을 포함하는 밸브 개폐식 핫 러너 노즐로 용융 재료를 사출하되, 상기 밸브 핀은 주형 게이트와 맞물리면서 폐쇄된 위치에 있도록 하는 단계와,
상기 주형 게이트를 개방하는 단계와,
상기 핫 러너 노즐로부터 상기 주형 캐버티로 상기 미리 정하여진 체적의 용융 재료를 보내기 위하여, 상기 노즐에 적어도 부분적으로 위치한 사출 피스톤을 이동시킴으로써 상기 주형 게이트를 통하여 주형 캐버티로 상기 용융 재료를 사출하는 단계와,
상기 밸브 핀을 상기 주형 게이트와 맞물리도록 이동시킴으로써 상기 핫 러너 노즐과 상기 주형 캐버티 사이의 소통을 폐쇄하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법이 제공된다.
본 발명의 또 다른 태양에 의하면, 미리 정하여진 체적의 용융 재료를 주형 캐버티로 사출하는 방법으로서,
핫 러너 매니폴드(hot runner manifold)를 통하여 이동 가능한 밸브 핀을 포함하는 밸브 개폐식 핫 러너 노즐로 용융 재료를 사출하되, 상기 밸브 핀은 주형 게이트와 맞물리면서 폐쇄된 위치에 있도록 하는 단계와,
상기 핫 러너 매니폴드와 상기 핫 러너 노즐 사이의 소통을 차단하는 단계와,
상기 주형 게이트를 개방하는 단계와,
미리 정하여진 체적의 용융 재료를 상기 핫 러너 노즐의 용탕 챔버로부터 상기 주형 캐버티로 보내기 위하여, 상기 노즐에 적어도 부분적으로 위치한 사출 피스톤을 상기 주형 게이트를 향하여 이동시키는 단계와,
상기 밸브 핀을 상기 주형 게이트와 맞물리도록 이동시킴으로써 상기 노즐과 상기 주형 캐버티 사이의 소통을 차단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법이 제공된다.
도 1을 참조하면, 사출 성형 장치의 부분은 일반적으로 도면 부호 10으로 표시된다. 사출 성형 장치(10)는 매니폴드 부싱(16)으로부터 가압된 성형 가능한 재료의 용탕 유동을 수용하기 위한 매니폴드 용탕 도관(14)을 구비하는 매니폴드(12)를 포함한다. 매니폴드 부싱(16)은 기계 노즐(미도시)과 연통되어 있다. 보어(bore)(20)는 매니폴드 용탕 도관(14)의 원위 단부(distal end)에서 매니폴드(12)를 통하여 연장된다. 보어(20)는 용탕 도관(14)과 소통하고 대체로 그에 수직으로 연장된다.
매니폴드(12)의 하부면에는 핫 러너 노즐(18)이 연결된다. 각 핫 러너 노즐(18)의 노즐 도관(22)은 매니폴드(12)로부터 성형 가능한 재료의 용탕 유동을 수용하기 위하여 각각의 보어(20)와 정렬된다. 각 노즐(18)의 끝단 인근에는 주형 게이트(24)가 위치한다. 주형 게이트(24)는 용탕 유동이 각각의 주형 캐버티(26)로 보내어질 수 있도록 개방 가능하다. 하나 또는 복수의 주형 캐버티(26)를 공급하기 위하여 어떠한 개수의 노즐(18)이 사용될 수도 있다. 주형 캐버티(26)는 크기와 형상이 동일할 수도 있고, 다를 수도 있다. 매니폴드 히터(미도시)와 노즐 히터(32)는 용탕 유동을 요구되는 온도로 유지하고, 냉각 도관(미도시)은 주형 캐버티(26)의 냉각을 가능케 한다.
핫 러너 사출 피스톤(40) 형태의 계량 장치가 매니폴드(12)의 보어(20)와 노즐(18)을 통하여 활주할 수 있다. 밸브 핀(28)이 사출 피스톤(40)의 중앙 보어(42)를 통하여 신장하고, 그것를 통하여 활주하여 주형 게이트(24)를 개폐할 수 있다. 사출 피스톤(40)과 밸브 핀(28)은 독립적으로 구동되고 서로에 대하여 상대적으로 이동한다. 밸브 핀(28)은 실린더(34) 내에서 활주 가능한 밸브 피스톤(30)에 의하여 공기 압축식으로 구동된다. 사출 피스톤(40)은 제2 실린더(46) 내에서 활주 가능한 제2 피스톤(44)에 의하여 공기 압축식으로 구동된다. 사출 피스톤(40)과 밸브 핀(28)은 공기 압축식으로 구동되는 것에 제한되지 않고, 유압식 또는 전기 및 전자기 모터를 포함하는 어떠한 다른 적당한 수단으로도 구동될 수 있다. 또한, 밸브 핀(28)은 다른 형태의 개폐 장치(gating mechanism)에 의하여 대체될 수도 있다.
사출 피스톤(40)은 또한 제2 피스톤(44)으로부터 외부로 신장하는 피스톤 본체(50)를 포함한다. 피스톤 본체(50)는 패스너(미도시)에 의하여 제2 피스톤(44)에 연결된다. 또는, 피스톤 본체(50)는 제2 피스톤(44)과 일체로 형성될 수도 있다. 피스톤 본체(50)는 외부면(51)을 포함하며, 이 외부면(51)은 피스톤 본체(50)가 주형 캐버티(26)로 이동하는 동안 매니폴드 도관(14)과 노즐 도관(22) 사이의 소통을 차단한다. 피스톤 본체(50)의 외부면(51)에는 환형 요부(48)가 형성된다. 환형 요부(48)는 외부면(51)의 전체 외주면에 걸쳐 뻗어 있을 필요는 없는 것으로 이해된다. 요부(48)에 인접한 피스톤 본체(50)의 전방 단부에는 대체로 도면 부호 52로 표시되는 밸브가 위치한다. 밸브(52)는 요부(48)와 노즐 도관(22)의 용탕 챔버(54) 사이의 소통이 가능하도록 개방될 수 있다. 노즐 도관(22)의 용탕 챔버(54)는 주형 게이트(24)와 밸브(52) 사이에 위치한다. 사출 피스톤(40)이 수축 위치에 있고 밸브 핀(28)이 폐쇄된 위치에 있을 때 노즐(18)의 용탕 챔버(54) 내의 용탕의 체적을 알 수 있다. 용탕 챔버(54) 내의 알려진 체적은 각 주형 캐버티(26) 내로 사출되는 용탕의 체적에 해당한다. 사출되어야 할 용탕의 알려진 체적과 주형 캐버티(26)의 근접성으로 인하여 종래 기술 장치에서 나타나는 가변성의 정도가 감소된다.
도 2 내지 도 4에서는 밸브(52)가 보다 자세히 도시된다. 밸브는 피스톤 본체(50)의 하단부로부터 외부로 신장하는 플랜지(56)를 포함한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 플랜지(56)는 그 원주면 둘레에 배치된 일련의 컷아웃(58)을 포함한다. 디스크(66)는 플랜지(56)에 대하여 축방향으로 이동 가능하다. 디스크(66)는 그 원주면 둘레에 배치된 제2의 일련의 컷아웃(72)을 포함한다. 디스크(66)는 제2의 일련의 컷아웃(72)이 플랜지(56)의 일련의 컷아웃(58)과 각도가 어긋나도록 배향된다. 디스크(66)와 플랜지(56)의 외경은 동일하다. 이러한 배치로 인하여, 디스크(66)와 플랜지(56)가 접하여 있을 때 용탕이 어떤 방향으로도 밸브(52)를 통과하지 못하여 용탕 챔버(54) 내에 위치하는 원하는 양의 용탕이 주형 캐버티(26)로 주입될 수 있다.
디스크(66)는 또한 디스크로부터 외부로 뻗는 스템(68)과 스템(68)의 단부에 장착된 확대 헤드(70)를 포함한다. 확대 헤드(70)를 수용하고 그 이동 거리를 제한하기 위하여 피스톤 본체(50)의 하단부에 중앙 캐버티(60)가 제공된다. 밸브(52)가 완전히 개방된 위치에 있을 때에 확대 헤드(70)는 중앙 캐버티(60)의 어깨부에 접한다. 스템(68)은 디스크(66)와 플랜지(56)가 맞물리는 상태와 맞물리지 않는 상태 사이에서 디스크(66)를 왕복 운동시키기 위하여 정사각 형상 보어(64)를 통하여 축방향으로 이동 가능하다. 디스크(66)가 플랜지(56)에 대하여 회전하는 것을 방지하기 위하여 정사각 형상이 사용된다. 스템(68)은 디스크(66)의 회전을 막는 어떠한 형상이나 구성을 취할 수도 있다. 예를 들면, 스템(68)은 맞춤부(dowel)를 수용하는 홈이 있는 원형이 될 수도 있다. 디스크(66)는 노즐 도관 내의 용탕에 의하여 그에 작용하는 힘의 결과로서, 피스톤 본체(50)와 함께 그리고 독립적으로 이동 가능하다. 사출 피스톤(40)이 수축하면 플랜지(56)와 디스크(66) 사이에 갭(80)이 형성되어 밸브(52)가 개방되고, 사출 피스톤(40)이 신장하면 상기 갭(80)이 제거되어 밸브(52)가 닫히게 된다. 동일한 기능을 수행하는 밸브를 제공하는 다른 장치가 사용될 수도 있다.
작동 시에, 가압된 용탕 유동은 매니폴드 부싱(16)을 통하여 매니폴드(12)의 매니폴드 도관(14)으로 흐른다. 도 5를 참조하면 사이클은 밸브 핀(28)이 주형 게이트(24)에 맞물리는 주형 게이트(24)의 폐쇄 위치에서 시작하고, 사출 피스톤(40)은 수축 위치에 있다. 수축 위치에서 요부(48)는 매니폴드 도관(14)으로부터 용탕을 수용하도록 매니폴드 도관(14)과 정렬된다. 용탕은 매니폴드(12)로부터 요부(48)로 흐르고, 이는 밸브(52)를 완전히 개방된 위치에 있게 하여 용탕이 노즐 도관(22)을 채우게 된다. 노즐(18)이 용탕으로 채워지면, 도 6의 화살표(82)에 의해서 표시되는 바와 같이 사출 피스톤(40)이 신장 위치를 향하여 이동한다. 사출 피스톤(40)이 전방으로 이동함으로써 디스크(66)는 플랜지(56)를 향하여 움직이게 되어 밸브(52)를 폐쇄한다. 동시에, 피스톤 본체(50)의 표면(51)은 매니폴드 도관(14)과 노즐 도관(22) 사이의 소통을 차단한다. 이 위치에서는 추가적인 용탕이 용탕 챔버(54)로 들어갈 수 없다. 도 7을 참조하면, 용탕 챔버(54)가 노즐 도관(22)의 나머지 부분과 격리되면, 화살표(84)에 의하여 표시된 바와 같이 밸브 핀(28)을 수축시킴으로써 주형 게이트(24)가 개방된다. 도 8에 도시된 바와 같이, 화살표(86)에 의하여 표시되는 사출 피스톤(40)의 전방 행정에 의하여 노즐 도관(22)의 용탕 챔버(54) 내에 위치한 용탕이 주형 캐버티(26)로 주입된다. 그 다음에는 도 9의 화살표(88)에 의하여 표시되는 바와 같이 밸브 핀(28)을 신장시킴으로써 주형 게이트(24)가 폐쇄되고, 화살표(90)에 의하여 표시되는 바와 같이 사출 피스톤(40)은 수축 위치로 되돌아간다. 이에 의하여 사출 피스톤(40)과 밸브 핀(28)은 도 5의 상태로 돌아가서 사이클을 반복할 수 있다. 이러한 구성에 의하여 주형 캐버티(26)에 주입되는 용탕의 체적이 각 주형 캐버티(26)마다 동일하고 각 사이클마다 일정하게 될 수 있다.
도 10을 참조하면, 사출 성형 장치(110)의 또 다른 실시예가 도시된다. 도 1을 설명할 때에 사용된 도면 부호는 100을 더하여 다시 사용되며, 그러한 도면 부호에 의하여 지시되는 부품들은 앞서 설명된 부품들에 대응한다. 사출 성형 장치(110)는, 주형 캐버티(126), 노즐 도관(122) 및 매니폴드 도관(114)에 각각 제공되는 압력 센서(200, 202, 204)가 추가된 점을 제외하고는 도 1의 사출 성형 장치와 유사하다. 압력 센서(200, 202, 204)는 사출 피스톤(140)과 밸브 핀(128)의 운동의 타이밍과 순서를 제어하는 데에 사용되는 핫 러너 앤드 몰드 제어기(hot runner and mold controller)(206)에 정보를 송신한다. 세 개의 압력 센서(200, 202, 204)를 모두 사용할 필요는 없는 것으로 이해된다. 바람직하다면, 압력 센서(200, 202, 204) 중 단지 하나 또는 두개만이 사용될 수도 있다.
주형 캐버티(126)와 노즐(118) 내의 용탕의 온도를 각각 측정하기 위하여 온도 센서(208, 210)가 제공된다. 추가적인 센서(미도시)가 매니폴드(112)에 제공될 수 있다. 압력 센서(200, 202, 204)와 마찬가지로 온도 센서(208, 210)도 사출 피스톤(140)과 밸브 핀(128)의 운동의 타이밍과 순서를 제어하는 데에 사용되는 상기 제어기(206)에 정보를 송신한다. 상기 제어기(206)는 모션 드라이브(motion drive)(216)와 소통하고, 모션 드라이브(216)는 다시 위치 센서(212, 214)와 소통한다. 위치 센서(212, 214)는 사출 피스톤(140)가 밸브 핀(128)의 위치와 운동을 각각 제어하는 데에 사용된다. 상기 센서는 예를 들어 광학 센서 또는 인덕티브 센서(inductive sensor)와 같이 어떠한 공지된 형태일 수도 있다. 사출 성형 장치(110)를 단순화하기 위해서 단지 위치 센서(212, 214)만이 사용되는 경우도 있다.
이러한 구성은 모든 캐버티가 동일한 크기를 가지는 사출 성형 장치(110)에 특히 유용하다. 센서(200, 202, 204)는 각각의 주형 캐버티(126)에서 압력이 대체로 동일하게 하고 성형품의 서로 다른 뱃치(batch)에서 압력이 대체로 동일하게 하는 데에 사용될 수 있다. 센서(200, 202, 204)는, 각 캐버티(126) 내의 압력이 서로 다르고 미리 정하여진 값에 상응하는 패밀리 주형(family mold)의 경우에도 유용하다.
통상적으로 하나의 매니폴드가 둘 이상의 노즐을 지지하기 때문에, 해당 기술 분야의 당업자는 기계 노즐로부터의 압력이 일정하게 유지되도록 각 노즐의 개별 피스톤의 운동이 엇갈리게 될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
다른 실시예에서, 주형 캐버티(26)들은 크기가 다르다. 각 주형 캐버티(26)를 적절하게 충전하기 위하여 각 노즐(18)의 용탕 챔버(54)는 용탕의 정확한 체적을 수용할 수 있도록 크기가 정해져야 한다. 각 주형 캐버티(26)에 결합된 노즐(18)은 동일하지만, 각 사출 피스톤(40)은 그 나름으로 크기가 정해져야 한다.
본 발명의 바람직한 실시예가 설명되었지만, 관련 기술 분야의 당업자는 첨부되는 청구범위에 의하여 정하여지는 발명의 범위와 기술 사상에서 벗어나지 않고 그에 대한 변경 및 수정이 이루어질 수 있다는 것을 이해할 것이다.

Claims (18)

  1. 가압된 성형 가능한 재료의 용탕 유동을 수용하고, 상기 용탕 유동을 노즐의 노즐 도관으로 보내기 위한 배출구를 가지는 매니폴드 도관(manifold channel)을 구비하는 매니폴드와,
    상기 노즐로부터 상기 용탕 유동을 수용하고, 주형 게이트(mold gate)를 통해서 상기 노즐 도관과 소통하는 주형 캐버티(mold cavity)와,
    선택적으로 상기 주형 게이트를 폐쇄하는 개폐 장치(gating mechanism)와,
    상기 노즐의 상기 노즐 도관을 통해서 신장하고 그를 통하여 활주 가능하고, 용탕을 상기 주형 캐버티로 밀어 넣기 위하여 수축 위치로부터 신장 위치까지 이동가능하며, 그 외벽은 상기 노즐 도관의 내벽과 인접하는 사출 피스톤과,
    상기 사출 피스톤의 전방 단부에 위치한 밸브로서, 상기 밸브에 인접한 상기 사출 피스톤의 상기 외벽에 형성된 요부와 상기 노즐 도관의 용탕 챔버(melt chamber) 사이의 소통을 차단하기 위하여 선택적으로 이동가능하고, 상기 사출 피스톤이 상기 수축 위치에 있을 때에 용탕이 상기 매니폴드 도관으로부터 상기 요부로 그리고 상기 노즐 도관의 상기 용탕 챔버로 유동할 수 있게 하는 밸브를 포함하고,
    상기 사출 피스톤이 상기 신장 위치를 향하여 이동함으로써 상기 노즐 도관의 상기 용탕 챔버 내에 위치한 용탕이 상기 주형 캐버티로 유동하도록 밀어 넣어지는 것을 특징으로 하는 사출 성형 장치.
  2. 제1항에 있어서, 미리 정하여진 부피의 용탕이 상기 노즐 도관의 상기 용탕 챔버 내에 위치하는 것을 특징으로 하는 사출 성형 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 개폐 장치는 피스톤에 의하여 구동되는 밸브 핀(valve pin)인 것을 특징으로 하는 사출 성형 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 사출 피스톤이 상기 수축 위치로부터 상기 신장 위치로 이동함으로써 상기 밸브가 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 사출 성형 장치.
  5. 제2항에 있어서, 상기 사출 피스톤이 상기 신장 위치로부터 상기 수축 위치로 이동함으로써 상기 밸브가 개방되는 것을 특징으로 하는 사출 성형 장치.
  6. 제2항에 있어서, 상기 사출 피스톤의 이동은, 상기 주형 캐버티, 상기 노즐 도관 및 상기 매니폴드 도관 중 적어도 하나의 압력을 감지하는 압력 센서로부터 정보를 수신하는 제어기에 의하여 제어되는 것을 특징으로 하는 사출 성형 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제어기는 상기 주형 캐버티, 상기 노즐 도관 및 상기 매니폴드 도관 중 적어도 하나의 온도를 감지하는 온도 센서로부터 추가로 정보를 수신하는 것을 특징으로 하는 사출 성형 장치.
  8. 용탕을 사출 성형 장치의 주형 캐버티로 주입하는 방법으로서,
    용탕 유동이 노즐의 노즐 도관으로부터 상기 주형 캐버티로 유동하는 것을 차단하기 위하여 상기 주형 캐버티의 주형 게이트를 폐쇄하는 단계와,
    상기 노즐 도관을 용탕으로 채우기 위하여, 상기 노즐 도관에 위치한 사출 피스톤을 수축 위치에 유지시켜서, 상기 사출 피스톤의 전방 단부에 위치한 밸브가 개방되어 용탕 유동이 매니폴드의 매니폴드 도관으로부터 상기 사출 피스톤의 상기 전방 단부에 인접하여 형성된 요부를 통하여 상기 노즐 도관의 용탕 챔버로 유동할 수 있게 하는 단계와,
    상기 요부와 상기 노즐 도관의 상기 용탕 챔버 사이의 용탕 유동의 흐름을 차단하기 위하여 상기 밸브를 폐쇄하는 단계와,
    상기 주형 게이트를 개방하는 단계와,
    상기 노즐 도관의 상기 용탕 챔버 내에 위치한 용탕을 상기 주형 캐버티로 밀어 넣기 위하여 상기 사출 피스톤을 신장 위치로 이동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 사출 성형 장치의 노즐용 피스톤으로서,
    피스톤의 전방 단부에 위치한 밸브로서, 그 밸브에 인접한 피스톤의 외벽에 형성된 요부와 노즐 도관의 용탕 챔버 사이의 소통을 차단하기 위하여 선택적으로 폐쇄 가능한 밸브를 포함하고,
    피스톤이 수축 위치에 있을 때에는 상기 밸브가 개방되어 용탕이 상기 요부로부터 상기 밸브를 지나서 유동할 수 있게 되고, 용탕을 주형 캐버티로 밀어 넣기 위하여 피스톤이 신장 위치로 이동될 때에는 상기 밸브가 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 피스톤.
  10. 가압된 성형 가능한 재료의 용탕 유동을 수용하고, 상기 용탕 유동을 노즐의 노즐 도관으로 보내기 위한 배출구를 가지는 매니폴드 도관(manifold channel)을 구비하는 매니폴드와,
    상기 노즐 도관으로부터 상기 용탕 유동을 수용하고, 주형 게이트(mold gate)를 통해서 상기 노즐 도관과 소통하는 주형 캐버티(mold cavity)와,
    선택적으로 상기 주형 게이트를 폐쇄하는 개폐 장치와,
    상기 주형 게이트에 인접하여 상기 노즐 도관 내에 위치하고 미리 정하여진 체적을 가지는 용탕 챔버와,
    상기 매니폴드 도관의 상기 배출구와 상기 용탕 챔버 사이에 위치하고, 상기 매니폴드 도관으로부터 상기 용탕 챔버로의 용탕 유동을 제어하기 위하여 선택적으로 이동 가능한 밸브를 포함하고,
    상기 미리 정하여진 체적의 용탕이 단일 사출로 상기 주형 캐버티로 사출되는 것을 특징으로 하는 사출 성형 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 밸브는 사출 피스톤의 전방 단부에 위치하고, 상기 사출 피스톤은 상기 용탕 챔버로부터 상기 주형 캐버티로 용탕을 밀어 넣기 위하여 상기 노즐 내에서 활주 가능한 것을 특징으로 하는 사출 성형 장치.
  12. 미리 정하여진 체적의 용융 재료를 주형 캐버티로 사출하는 방법으로서,
    핫 러너 매니폴드(hot runner manifold)를 통하여 이동 가능한 밸브 핀을 포함하는 밸브 개폐식 핫 러너 노즐로 용융 재료를 사출하되, 상기 밸브 핀은 주형 게이트와 맞물리면서 폐쇄된 위치에 있도록 하는 단계와,
    상기 주형 게이트를 개방하는 단계와,
    상기 핫 러너 노즐로부터 상기 주형 캐버티로 상기 미리 정하여진 체적의 용융 재료를 보내기 위하여, 상기 노즐에 적어도 부분적으로 위치한 사출 피스톤을 이동시킴으로써 상기 주형 게이트를 통하여 주형 캐버티로 상기 용융 재료를 사출하는 단계와,
    상기 밸브 핀을 상기 주형 게이트와 맞물리도록 이동시킴으로써 상기 핫 러너 노즐과 상기 주형 캐버티 사이의 소통을 폐쇄하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 사출 피스톤의 이동은 프로세스 센서로부터 정보를 수신하는 제어기에 의하여 제어되는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 프로세스 센서는 압력 센서와 온도 센서 중 어느 하나 또는 그것들의 조합인 것을 특징으로 방법.
  15. 제13항에 있어서, 상기 프로세스 센서는 상기 주형 캐버티, 상기 노즐 도관 및 상기 매니폴드 도관 중 적어도 하나에 위치하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 용융 재료를 주형 캐버티로 사출하는 방법으로서,
    핫 러너 매니폴드(hot runner manifold)를 통하여 이동 가능한 밸브 핀을 포함하는 핫 러너 노즐의 용탕 챔버로 용융 재료를 사출하되, 상기 밸브 핀은 주형 게이트와 맞물리면서 폐쇄된 위치에 있도록 하는 단계와,
    상기 핫 러너 매니폴드와 상기 핫 러너 노즐 사이의 소통을 차단하는 단계와,
    상기 주형 게이트를 개방하는 단계와,
    미리 정하여진 체적의 용융 재료를 상기 핫 러너 노즐의 용탕 챔버로부터 상기 주형 캐버티로 보내기 위하여, 상기 노즐에 적어도 부분적으로 위치한 사출 피스톤을 상기 주형 게이트를 향하여 이동시키는 단계와,
    상기 밸브 핀을 상기 주형 게이트와 맞물리도록 이동시킴으로써 상기 노즐과 상기 주형 캐버티 사이의 소통을 차단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 사출 피스톤의 이동은, 상기 주형 캐버티, 상기 노즐 도관 및 상기 매니폴드 도관 중 적어도 하나로부터 정보를 감지하는 프로세스 센서로부터 상기 정보를 수신하는 제어기에 의하여 제어되는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 제어기는 온도 센서나, 압력 센서나, 피스톤 위치 센서, 또는 상기 세 가지 센서의 어떠한 조합으로부터 정보를 수신하는 것을 특징으로 하는 방법.
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