KR20060111865A - 사출성형기용 니들 차단식 노즐을 구비한 장치 - Google Patents
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Abstract
폴리머 용융물(polymer melt)을 가공하는 사출성형기 또는 사출성형 도구를 위한 니들 차단식 노즐을 구비한 장치가 제공된다. 상기 장치는, 용융물의 유동을 위한 채널(2), 상기 채널의 출구에 있는 밸브(3), 상기 밸브를 차단하기 위해 상기 채널 내에서 가이드되는 차단 니들(4), 및 상기 차단 니들을 이동시키기 위해 구동 실린더(5') 및 피스톤(6)을 구비한 니들 구동부(5)를 포함한다. 상기 장치에서 상기 피스톤은 유체 작동 매체에 의해 구동 가능하다. 상기 구동 실린더는 상기 채널의 내부에 배치되며 유압 장치의 일부분이고, 상기 유압 장치 내의 유체 작동 매체는 압력이 50bar보다 큰 압축 기체이다.
니들 차단식 노들, 폴리머 용융물, 사출성형, 밸브, 피스톤, 실린더, 유압
Description
도 1은 본 발명에 따른 니들 차단식 노즐에서 용융물 채널을 종단면으로 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 니들 차단식 노즐에서 구동 실린더를 종단면으로 나타내는 도면이다.
본 발명은 특허청구범위 제1항의 전제부에 따른 사출성형기용 니들 차단식 노즐을 구비한 장치, 및 사출성형기 및 본 발명에 따른 장치의 설치에 관한 것이다.
회의 자료(국제연례회의인 사출성형 2004의 VDI Verlag Duesseldorf 2004, 357-367쪽)에는, 사출성형된 플라스틱 부품의 제조에 사용되는 핫러너(hot runner) 기술과 관련된 새로운 개발의 간단한 요약이 개시되어 있다. 이러한 기술은 사출성형 도구의 가열된 러너와 관련된다. 복잡한 사출성형 도구에는 인접하게 배열되는 복수의 채널을 각각 가지는 러너 시스템이 사용된다. 용융된 플라스틱은 제어 된 상태로 러너 시스템을 통해 사출성형 도구의 여러 구역으로 유도되어, 소위 "금형 공동" 또는 금형 공동의 영역으로 들어간다. 용융물 유도 채널에 있는 히터는 채널 내의 용융물이 고화되지 않도록 한다. 바람직하게, 일반적으로 마감상태가 양호하여 여분의 러너 부분이 제거되는 핫러너 기술을 이용하여 사출성형된 부품 상에는 러너 부분이나 탕구(sprue)가 발달되지 않는다. 각각의 고온 채널은 개구부 또는 개구부의 상류에 밸브를 포함하여, 밸브를 통과하는 용융물의 흐름이 영향을 받을 수 있으며, 특히 밸브 니들에 의해 차단된다. 이러한 유형의 고온 채널 노즐은 니들 차단식 노즐로서 설계되는 것이 바람직하며, 니들은 가압 유체에 의해 능동적으로 개방되거나 해제되고 또한 능동적으로 폐쇄될 수 있다.
니들 차단식 노즐의 차단 니들은, 기상의 작동 매체를 이용하여 공압식으로, 또는 작동 매체로써 오일을 이용하여 유압식으로, 차단 니들에 작용하는 레버를 작동시키는 구동 실린더를 이용함으로써, 개폐 위치로 이동될 수 있다. 사출성형기에 사용되는 공지된 차단 부재는, 조형집합체(plastification aggregate)의 헤드에 배치되며, 공압식 니들 구동부를 구비한 니들 차단식 노즐이다. 이러한 노즐 구동부를 위해서는 넓은 공간이 필요하다. 압축률이 높은 기상 작동 매체는 바람직하지 않다. 고온 채널 노즐에서 이미 실현된 바와 같이 유압식 니들 차단식 노즐에 필요한 공간은 보다 작다. 이러한 구성에서, 작동 매체, 즉 유압유의 압축률은 비교적 작다. 그러나, 유압유를 사용하여 작동되는 니들 구동부에서, 특정의 경우에, 필요한 공간은 여전히 크다. 이러한 경우는, 폴리머 용융물이 고온 채널 시스템을 이용하여 케스케이드(cascade) 방식으로 성형 도구에 공급되는 경우이다. 이 러한 유형의 고온 채널 시스템에서는, 고온 채널의 주입 포인트가 서로 근접하여 배치될 필요가 있다.
본 발명의 목적은, 니들 구동부가 공지된 공압식 장치에 비해 공간 요구조건이 보다 바람직하게 설계되는 니들 차단식 노즐을 구비한 장치를 제공하는 것이다. 이것은 유압식 장치를 이용함으로써 가능해진다. 그러나, 공지된 방식은 상기 목적을 위해서는 여전히 불충분하다. 상기 목적은 특허청구범위 제1항에 정의된 장치에 의해 충족된다.
니들 차단식 노즐을 구비한 장치는 폴리머 용융물을 가공하는 사출성형기 또는 사출성형 도구에 제공된다. 상기 장치는, 용융물의 유동을 위한 채널, 상기 채널의 출구에 있는 밸브, 상기 밸브를 차단하기 위해 상기 채널 내에서 가이드되는 차단 니들, 및 니들 구동부로서 상기 차단 니들을 이동시키기 위해 피스톤을 구비한 구동 실린더를 포함한다. 이러한 구성에서, 상기 피스톤은 유체 작동 매체에 의해 구동된다. 상기 구동 실린더는 상기 채널 내부에 배치되며 유압 장치의 일부분이다. 유압 장치의 유체 작동 매체는 압력이 50bar보다 큰 압축 기체이다.
상기 압축 기체는 압축률이 비교적 낮으며, 따라서 유압식 작동 매체로서 고려될 수 있다. 이상적인 기체의 압축률은 50bar에서 2×10-7㎩-1이다(압축률 χ=(∂ρ/∂p)Tρ-1=p-1). 질소(N2)는 거의 이상적인 기체이다.
특허청구범위의 종속청구항인 제2항 내지 제6항은 본 발명에 따른 장치의 바람직한 실시예에 관한 것이다. 제7항 내지 제10항은 본 발명에 따른 장치를 포함하는 사출성형기를 구비한 플랜트에 관한 것이다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
종축을 중심으로 하여 서로에 대하여 90°회전된 도 1 및 도 2를 참조하면, 사출성형기를 위한 본 발명에 따른 니들 차단식 노즐(1)은, 작동 상태에서 폴리머 용융물이 밸브(3)로 흐르도록 하는 채널(2), 밸브(3)를 차단함으로써 용융물의 흐름을 정지시키도록 용융물 채널(2) 내에서 이동되는 차단 니들(4), 및 어뢰 형상의 구동 실린더(5')와 차단 니들(4)을 이동시키기 위한 피스톤(6)을 구비한 니들 구동부(5)를 포함한다. 피스톤(6)은 내열성 시일(60)을 가지며 샤프트(40)를 통해 차단 니들(4)과 연결된다. 본 발명에 따르면, 피스톤(6)은 압력이 50bar보다 큰 압축 기체인 작동 매체에 의해 구동된다. 기체의 압력은 600bar까지 상승될 수 있다.
구동 실린더(5')는 유압 장치의 일부분이며 통로(51, 52)를 통해 이 장치의 도시되지 않은 구성요소와 연결된다(양방향 화살표(8a, 8b)는 유체 작동 매체의 이동을 나타냄). 통로(51, 52)는 웨브(7)를 통과하여 연장되며 견고한 연결부(50)를 통해 채널 벽(또는 하우징)(20)에 고정된다. 통로(52)는 구동 실린더(5')의 중앙 종방향 보어 쪽으로 개구되고, 이 보어는 외측 단부에서 폐쇄된다. 어뢰 형상의 구동 실린더(5')는 2개 이상의 웨브(7)를 통해 채널 벽(20)과 연결되는 것이 바람직하다. 작동 시에, 채널 벽(20)은 도시되지 않은 가열 장치에 의해 폴리머 용융 물이 양호한 흐름성을 가지는 온도로 유지된다. 구동 실린더(5')의 후방에 형성되는 채널(2)의 영역(21)은 조형집합체(또는 조형실린더)와의 연결부로서 도시되지 않은 형태로 형성된다.
채널 내부의 작동 매체는 시일(54)을 통해 구동 실린더(5')로부터 빠져나올 수 있으며, 그 결과 폴리머 용융물의 오염이 최소화될 수 있다. 따라서 작동 매체에 대한 물질은 이러한 오염이 제조될 사출성형 부품의 품질에 영향을 주지 않도록 고려하여 선택되는 것이 바람직하다. 품질에 문제를 주지 않을 정도의 영향에 대하여 적어도 2가지의 다음과 같은 경우를 들 수 있다.
a) 폴리머 용융물에 의해 취해진 기체는 사출성형된 부품에 용해되어 잔류한다. 오염물질은 사출성형 부품의 완성 후에 기화, 특히 확산(diffusion)에 의해 배출될 수 있다.
b) 폴리머 용융물에 의해 취해진 기체는 단독으로 또는 추가의 팽창제와 함께 기포가 형성되도록 하는 물리적 팽창제로서 작용한다.
시일(54)은 3단 와이퍼 링(wiper ring)으로 설계된다. 따라서, 샤프트(40)의 표면에 부착되는 용융물이 구동 실린더(5')의 실린더 공간으로 들어가는 것이 상기 와이퍼 링에 의해 방지된다.
CO2, N2, 공기, 불활성 기체, 수증기 또는 이들 기체(또는 수증기)의 적어도 2가지의 혼합물이 유체 작동 매체로서 사용될 수 있다. 압축 기체는 초임계(supercritical)의 열역학 상태(작동 실린더 내에서)일 수 있다.
니들 차단식 노들(1)은 조형 실린더의 헤드에 있는 차단 기구의 형태일 수 있으며 가열 채널 내에 배치되거나 배치되지 않을 수 있다. 플랜트는 각각이 니들 차단식 노들(1)을 가지는 복수의 용융물 채널을 포함할 수 있다.
구동 실린더는 유체 작동 매체를 위한 로컬 미터링 스테이션(local metering station)에 연결될 수 있다. 압축 기체를 위한 저장소 또는 어큐뮬레이터가 제공될 수 있다. 이 기체는, 니들 차단식 노즐용 유체 작동 매체로서 뿐만 아니라 함침용 팽창제로서도 사용될 수 있다. 유압식으로 작동되는 니들 차단식 노들을 구비한, 본 발명에 따른 장치를 포함하는 바람직한 플랜트에 있어서, 상기 니들 차단식 노즐은 조형 실린더의 하류에 배치될 수 있다. 이 니들 차단식 노즐(1)은 특히 조형 실린더의 헤드에 있는 차단 부재의 형태일 수 있다.
본 발명에 따른 또 다른 플랜트에서, 폴리머 용융물은 복수의 고온 채널을 통해 케스케이드 방식으로 금형에 공급된다. 이러한 구성에서, 주입 포인트 또는 주입 게이트는 공지된 플랜트에 비해 더욱 근접되어 배치될 수 있다. 인접하는 주입 포인트는, 구동 실린더의 직경과 관련한 간격이 각각 가장 큰 실린더 직경의 5배 미만이거나, 이들 간격 중 하나가 실린더 직경의 2배 미만이 되도록 배치될 수 있다. 특정의 경우, 범위가 최소화되는 최소값으로 채택되는 간격은 고온 채널의 구성에 따라 가능해질 수 있다.
본 발명의 유압식 니들 차단식 노즐을 구비한 장치에 의해, 니들 구동부가 공지된 공압식 장치에 비해 공간 요구조건이 보다 바람직하게 설계될 수 있다.
Claims (10)
- 폴리머 용융물(polymer melt)을 가공하는 사출성형기 또는 사출성형 도구를 위한 니들 차단식 노즐을 구비한 장치에 있어서,상기 장치는, 용융물의 유동을 위한 채널(2), 상기 채널의 출구에 있는 밸브(3), 상기 밸브를 차단하기 위해 상기 채널 내에서 가이드되는 차단 니들(4), 및 상기 차단 니들을 이동시키기 위해 구동 실린더(5') 및 피스톤(6)을 구비한 니들 구동부(5)를 포함하고,상기 차단 니들에 연결되어 있는 상기 피스톤은 유체 작동 매체에 의해 구동 가능하며,상기 구동 실린더는 상기 채널의 내부에 배치되며 유압 장치의 일부분이고, 상기 유압 장치 내의 유체 작동 매체는 압력이 50bar보다 큰 압축 기체인것을 특징으로 하는 장치.
- 제1항에 있어서,상기 구동 실린더(5')로부터 빠져나가는 작동 매체에 의한 상기 폴리머 용융물의 오염도가 낮아지도록, 상기 작동 매체에 대해, 제조될 사출성형 부품의 품질에 영향을 주지 않는 물질이 선택되고,a) 상기 폴리머 용융물에 의해 취해진 상기 기체는 상기 사출성형된 부품에 용해된 채 잔류하며, 사출성형 부품의 완성 후에 상기 사출성형된 부품으로부터 확 산(diffusion)에 의해 기화되거나, b) 상기 폴리머 용융물에 의해 취해진 상기 기체는 단독으로 또는 추가의 팽창제와 함께 물리적 팽창제로서 작용하여 상기 사출성형된 부품에 소형 기포의 형성을 초래함으로써, 상기 품질에 문제를 주지 않을 정도의 영향을 미치는것을 특징으로 하는 장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,상기 기체는 CO2, N2, 공기, 불활성 기체, 수증기, 또는 이들 기체의 2가지 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 장치.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,상기 압축 기체는 초임계(supercritical)의 열역학 상태인 것을 특징으로 하는 장치.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,상기 니들 차단식 노즐(1)은 조형(plastification) 실린더의 헤드에 차단 부재를 형성하고, 상기 니들 차단식 노즐은 고온 채널 내에 배치되며, 상기 고온 채널은 복수의 용융물 채널(2) 중 하나인 것을 특징으로 하는 장치.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,상기 구동 실린더(5')는 상기 유체 작동 매체를 위한 로컬 미터링 스테이션(local metering station)에 연결되는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 유압식 니들 차단식 노즐(1)을 구비한 장치를 포함하는, 사출성형기를 구비한 플랜트에 있어서,상기 니들 차단식 노즐은 조형 실린더의 하류에 배치되고, 상기 니들 차단식 노즐은 상기 조형 실린더의 헤드에 차단 부재를 형성하는것을 특징으로 하는 플랜트.
- 제7항에 있어서,상기 조형 실린더와 상기 니들 차단식 노즐(1) 사이에는 함침 수단(impregnation unit)이 배치되고, 상기 함침 수단에는 니들 차단식 노즐이 일체화되어 있으며, 상기 함침 수단에서 상기 폴리머 용융물에 물리적 팽창제가 함침될 수 있는 것을 특징으로 하는 플랜트.
- 제8항에 있어서,압축 기체용 저장소를 구비하고, 상기 압축 기체는 상기 니들 차단식 노즐(1)용 유체 작동 매체로서 뿐만 아니라 함침용 팽창제로서도 사용될 수 있는 것을 특징으로 하는 플랜트.
- 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,상기 폴리머 용융물은 복수의 고온 채널의 유압식 니들 차단식 노즐(1)을 통해 케스케이드 방식으로 배열된 주입 포인트들을 지나 성형 도구에 공급되고, 인접하는 주입 포인트 간의 배치 간격은 상기 구동 실린더(5')의 직경에 관하여 상기 실린더의 직경 중에서 가장 큰 직경의 5배 미만이고, 상기 간격들 또는 상기 간격들 중 하나는 상기 실린더 직경의 2배 미만이며 특히 그 구성 설계에 따라 허용되는 최소값을 가질 수 있는 것을 특징으로 하는 플랜트.
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