KR20140036031A - 슬릿이 있는 플라스틱 구성품의 사출성형방법 - Google Patents

Abstract

슬릿이 있는 플라스틱재 구성품의 사출성형방법이 금형 공동을 내면에 형성하여 제공하는 제 1금형 부재(26)와 상기 금형 공동의 형상에 사실상 상보적인 형상의 외면을 갖는 제 2 금형 부재(28)를 제공하는 단계를 포함한다. 상기 내면과 상기 외면 중 적어도 하나는 세장형의 정상부(38; 58)를 정의하는 세장형의 형성물을 보유한다. 상기 제 2 금형 부재(28)를 상기 금형 공동에 진입시키는 단계에서, 진입 후 상기 정상부(38; 58)는 상기 내면과 상기 외면 중 상기 정상부와 대향하는 면으로부터 소정의 거리만큼 떨어지고 상기 내면과 상기 외면은 함께 금형 공간을 정의한다. 다음으로 용융 폴리머 재료가 상기 금형 공간으로 주입되어 사실상 충전한다. 상기 소정의 거리는 상기 용융 폴리머 재료가 상기 정상부와 상기 대향하는 면 사이의 공간을 완전히 충전하지 않도록 치수 결정되어 슬릿을 형성한다.

Description

슬릿이 있는 플라스틱 구성품의 사출성형방법{Injection Moulding Plastic Components With a Slit}

본 발명은 슬릿을 갖는 플라스틱 구성품을 사출성형하는 방법에 관한 것이다. 플라스틱 구성품의 사출성형에 있어서 많은 경우에 필요한 것은 슬릿(slit)을 갖도록 성형하는 것이다. 다시 말해서, 재료의 선형 단절 지점에서 생기는 가장자리들이 서로 사실상 인접하는 형상 또는 연결되지 않은 채 미소한 간격으로 떨어진 슬릿을 만들어 그 슬릿을 지나 양측면으로 재료가 적어도 제한적으로 상대 이동 가능하게 하는 것이 필요하다.

이러한 구성품들의 적용 분야 가운데 하나는 유체 흐름 밸브, 특히 점성 액체 또는 샤워 젤, 헤어 린스, 토마토 케첩 등의 페이스트 상 재료를 분배하기 위한 디스펜스 밸브이다. 이러한 밸브는 일반적으로 변형 가능한 용기의 입 부분에 장착되고, 보통 열가소성 재료에서 성형되어, 용기의 내용물을 분배하고자 할 때 거꾸로 세워 눌러 짜는 방법으로 변형된다. 변형과 함께 용기의 내부 압력이 높아져 밸브가 열리면서 용기의 내용물이 개방부를 통해 분배된다. 원하는 양의 재료가 분배된 때 용기에의 압력을 제거하면 용기는 팽창하기 시작하여 원래 모양으로 돌아간다. 이에 따라 용기 안에 발생된 감압이 디스펜스 과정을 종료하고 밸브를 다시 닫는다. 이 상태에서는 밸브가 실질적인 씰을 형성하는 것, 즉 그 점성 또는 페이스트 상 재료의 통과에 대하여 밀봉하는 것이 바람직하다. 또한 이는 특히 샤워 젤 같은 것을 대개 거꾸로 선 자세에서 저장하는 용기에서 용기의 내용물이 밸브를 통해 누출 또는 방울져 떨어지지 않게 막아야 하는 점에서 중요하다. 또한, 용기가 마요네즈와 겨자 등의 신선 재료에 사용되는 경우, 생분해 우려로 인하여 주위 공기가 용기의 내부에 자유롭게 접근하면 당연히 매우 나쁘기 때문에, 그 씰은 사실상 공기를 차단하는 씰을 구성하는 것이 바람직하다. 그러나, 용기가 원래의 형상으로 다시 팽창할 수 있게 충분한 공기를 통과시키도록 열어줄 수 있어야 하므로 밸브가 완전 공기 차단 씰을 형성하지 않는 것이 좋다.

이렇게 일반적인 방식으로 작동하는 밸브는 많고 다양한 종류로 알려져 있으며, 보다 일반적인 유형 중 하나는 십자형으로 직교하는 슬릿 2개가 형성된 실리콘 고무 디스크를 갖추고 있다. 이러한 밸브는 널리 사용되고 매우 효과적이지만, 실리콘 고무가 비싸고 다루기 어렵다는 단점이 있고 밸브를 구성하는 상이한 두 구성 요소를 서로 결합해야 하는 단점이 있다. 즉, 밸브 몸체를 예를 들어 사출성형 열가소성 재료로 하고 밸브 부재 자체를 실리콘 고무로 준비해서 결합해야 한다. 이 두 구성 요소의 결합에 앞서 실리콘 고무 디스크에 슬릿들을 형성하여야 하며, 이는 비싼 노동 집약적 공정이 된다. 또한, 이 두 구성 요소를 한 데 연결하는 것은 고비용의 추가 제조 공정으로 되고 이종 재료가 사용된다는 사실은 밸브의 사용 후 재활용을 실천할 수 없게 한다.

위에서 언급한 밸브에서 슬릿의 목적은 유동성 물질이 통과할 수 있는 하나 이상의 개구부를 개폐하도록 밸브 본체의 나머지 부분에 대해 이동 가능한 밸브 플랩들(flap)을 정의하는 데 있다. 알려진 다른 유형의 밸브로는, 폐수 등과 관련하여 이용되지만 예를 들어, 세면용품이나 식품에 쓰이는 가정용이 아닌 핀치 밸브(pinch valve)가 있다. 이 유형의 밸브에서는, 자체 슬릿이 유동성 물질이 통과하는 구멍을 구성한다. 이러한 밸브는 보통 일체형의 대략 관형인 구조로 되고, 고무 또는 엘라스토머 재료로 성형된다. 그들 벨브에는 일반적으로 적어도 거의 원형인 유입단이 있고, 그 측벽에는 대체로 평탄하고 대향하는 두 부분이 있으며 그 측연부들은 호상 측면부에 의해 연결되고 서로 수렴하고, 대략 직선의 기다란 정점에서 만나 슬릿을 형성한다. 밸브 내의 압력이 외부 압력을 초과하면 정점을 정의하는 대향 평탄부의 두 가장자리, 즉 슬릿의 두 가장자리가 서로 멀리 이동되어 밸브가 개방된다. 어떤 용도에는 저렴하고 효과적이지만, 그러한 밸브가 신뢰성 있게 밀폐되는 유일한 경우는 밸브 본체 내의 압력이 외부 압력을 초과할 때이고 이 사실만으로도 그러한 밸브가 가정용 디스펜스 밸브로서 실용성이 없다는 것을 알 수 있다. 또한 슬릿은 밸브가 성형된 후 별도의 절단 및 절개(slitting) 공정에 의해 제조되어야 하며,이 공정의 비용 때문에 이러한 밸브는 가정에서 광범위하게 사용할 용기에는 부적합하다.

지금까지 사출 성형 구성품에 슬릿을 마련하는 것은 반드시 실제 성형 공정에 따르는 별도의 제조 공정을 필요로 하였으며, 본 발명의 목적은 사출 성형 공정 중 또는 그 공정의 일부로 슬릿을 형성하여 후속 슬릿 성형의 별개 공정이 없도록 하는 플라스틱 구성품의 사출 성형 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기에서 언급한 밸브의 단순성과 이점을 가지면서 두 유형의 밸브의 단점을 해결하는, 하나 이상의 슬릿을 갖춘 유형의, 사출 성형 디스펜스 밸브를 제공하는 것이다.

본 발명에 의하면, 슬릿이 있는 플라스틱 구성품을 사출 성형하는 방법은 금형 공동을 내면에 형성하여 제공하는 제 1금형 부재와 상기 금형 공동의 형상에 사실상 상보적인 형상의 외면을 갖는 제 2금형 부재를 제공하되, 상기 내면과 상기 외면 중 적어도 하나가 세장형의 정상부(elongated apex)를 정의하는 세장형의 형성물(elongated formation)을 보유하는, 제 1 및 제 2 금형 부재 제공 단계; 상기 제 2 금형 부재를 상기 금형 공동에 진입시키는 단계로서, 진입 후 상기 정상부는 상기 내면과 상기 외면 중 상기 정상부와 대향하는 면으로부터 소정의 거리만큼 떨어지고 제 1 금형 부재의 상기 내면과 제 2 금형 부재의 상기 외면은 함께 금형 공간을 정의하는, 제 2 금형 부재 진입단계; 및 용융 폴리머 재료를 상기 금형 공간으로 주입하여 사실상 충전하는 단계를 포함하고, 상기 소정의 거리는 상기 용융 폴리머 재료가 상기 정상부와 상기 대향하는 면 사이의 공간을 완전히 충전하지 않도록 치수 결정되어 상기 슬릿을 형성한다. 따라서 본 발명에 따른 방법에서는, 금형 공간 안에서 금형 부재들 가운데 하나에 만들어지는 세장형의 돌출 형성물의 정상부 또는 정점과 다른 금형 부재의 대향면 사이에 매우 좁은 간극이 정의된다. 용융 폴리머 재료는 성형 공간에 주입될 때, 급속하게 그 공간의 대부분을 채우지만 좁은 세장형 간극이 상당한 유동 장벽을 형성하고, 현장 기법상 용융 재료가 간극에 접근하여 유입될 때에는 양쪽에서 사실상 대칭적으로 들어간다. 간극이 적절하게 치수 결정되면 플라스틱 재료의 두 유동 선단(flow front)은 정상부에 따라가는 선을 따라 사실상 만나게 되지만, 융합하지는 않는다. 그 이유는 완전히 이해되지 않지만, 간극의 좁음 때문에 비교적 빠른 냉각이 일어나고 그 결과 비교적 고속의 온도 저하가 정상부 위쪽에 발생하는 데에 기인한다고 생각된다. 두 선단이 만나기는 하지만 함께 융합하지 않는 사실은 폭이 무시할 정도 또는 사실상 0인 불연속 부분 또는 슬릿이 성형품에 형성됨을 의미하고, 이로써 슬릿의 가장자리들이 실질적인 씰을 형성한다.

정의된 간극의 크기는 매우 중요하며, 소정의 거리는 바람직하게는 0.0075내지 0.075 mm이고 더욱 바람직하게는 0.01 내지 0.03 mm이다. 소정의 거리가 주어진 범위보다 큰 값을 가지면, 폴리머 재료가 간극을 통해서 흐를 수 있어 슬릿은 형성되지 않는다. 소정의 거리가 주어진 범위보다 작은 값이면, 슬릿 또는 세장형 구멍이 최종 제품에 형성되지만, 이것은 디스펜스 밸브에 허용되는 씰을 생성하지 못할 정도로 상당한 폭을 가지게 된다.

슬릿 또는 불연속 부분을 현미경 스케일로 보면 두 유동 선단이 명확하게 2 개의 직선을 따라 간극에 진입하는 것이 아니라 다소 불규칙한, 즉 파상 및/또는 톱니 선을 따라 진입하는 것을 알 수 있다. 따라서, 슬릿 양측면이 접촉한 것이 관측되고, 따라서 일부 영역에서 완벽한 씰을 형성하지만, 다른 영역에서 미세한 거리만큼 이격하여 있게 된다. 결국 슬릿은 많은 세면용품 제제와 같은 점성 액체에 완전히 충분한 씰을 형성하지만, 일반적으로 공기의 통과를 허용한다. 이는 보통 거꾸로 세운 용기 안에 저장되는 점성 세면용품 조성물용 디스펜스 밸브에 이상적인 특성이다. 그 이유는 조성물이 새는 것을 방지하면서 분배되어 없어진 조성물 양만큼의 부피를 바깥 공기의 유입으로 충전하도록 함으로써, 눌러 짜는 디스펜스 용기의 경우 눌려 변형된 용기 벽의 복원력에 따라 원래 모양으로 되돌아갈 수 있도록 해주기 때문이다.

용융 폴리머 재료의 두 유동 선단이 정상부와 대향면에 의해 정의되는 좁은 간극에 움직여 들어가는 것은 간극에 갇힌 공기의 존재로도 방지될 수 있지만, 사출 과정에서 간극으로부터 공기를 배기하는 방법으로 방지할 수 있다.

돌출 형성물의 정상부는 예각으로 경사져 하나의 선에서 만나는 두 면에 의해 정의될 수 있는데, 이때에는 그 선이 정상부를 구성하게 된다. 또한 두 면이 원호 면을 통해 병합하는 것도 가능하고 이때에는 그 곡면의 곡률 반경이 0.03 mm 내지 1 mm의 범위인 것이 바람직하다.

용융 폴리머가 간극에 유입되는 능력은 사출 압력에 따라 변화할 것으로 예상되지만, 사출 압력 변동이 기존의 사출 성형에 사용되는 압력 범위에 있다면 유입 성능 변화가 비교적 둔감하다는 사실은 밝혀져 있다. 그러나, 이 성능은 점도, 즉 폴리올레핀의 용융 흐름 지수에 따라서는 변화하며, 폴리머 재료의 용융 흐름 지수는 10 분당 4 g내지 40 g, 바람직하게는 10분당 8 g 내지 26 g인 것이 유리하다.

폴리머 재료는 바람직하게는 폴리올레핀이지만, 다른 폴리머와 폴리머 혼합물도 가능하다. 폴리머들의 공중합체 또는 혼합물인 열가소성 엘라스토머를 사용하는 것도 가능하다. 이러한 재료의 용융 흐름 지수를 참조하는 것은 보통 의미가 없는데, 그 이유는 재료의 대다수가 요변성(thixotropic, 搖變性)이며, 그 유동 특성이 전단 응력 하에서 변화하기 때문이다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 방법은 디스펜스 밸브를 제조하는데 특히 적합하다. 이러한 밸브는 유동성 물질이 슬릿 자체를 통과하여 흐르는 유형일 수 있고 따라서 일 실시예에서 그 구성품은 2개의 대향하는 밸브 판을 포함하는 대체로 오리 부리 모양의 디스펜스 밸브로서 상기 밸브 판들은 서로 경사져 정상부에서 만나는 한편 슬릿에 의하여 분리되는 디스펜스 밸브이고, 상기 제 1 금형 부재의 상기 내면은 2개의 대향하는 제 1 부분을 포함하고 상기 제 1 부분들은 서로 경사져 세장형의 내향 정상부에서 만나 있고, 상기 제 2 금형 부재의 상기 외면은 서로 경사져 세장형의 외향 정상부에서 만나는 2개의 제 2 부분을 포함하고, 상기 제 2 금형 부분이 상기 금형 공동에 완전히 진입하면 상기 외향 정상부는 상기 내향 정상부로부터 상기 소정의 거리만큼 이격된다.

상술한 바와 같이, 밸브는 보통 닫힐 때 공기의 통과를 허용하며, 많은 물질을 분배할 때 이것은 매우 바람직한 이유는 디스펜스 용기가 자신의 복원력에 따라 원래의 정상 모양으로 돌아가도록 해주기 때문이다. 그러나 일부 물질은 공기의 존재 하에서 생분해, 즉 산화의 피해를 받아서 그러한 물질에 적용할 때에는 디스펜스 밸브가 진정한 단방향 밸브 작용하여 공기가 다시 용기 내로 유입되지 않게 하는 것이 바람직하다. 발견된 바는, 밸브의 2 개 플랩 또는 밸브 판이 약 30°내지 60°, 바람직하게는 40°내지 50°만큼 서로에 대해 기울어지도록 금형 치수를 결정하면, 닫힌 상태에서의 밸브가 용기 내에 공기 유입을 허용한다. 그러나 놀랍게 밝혀진 바에 따르면, 금형의 칫수가 2개의 밸브 판의 상대 기울기가 더 작은 각도, 예를 들어 10° 내지 25°, 바람직하게는 15°내지 20°를 유지하도록 결정되면, 슬릿의 대향하는 가장자리 사이의 증가된 접촉 압력에 더하여 폴리머 재료의 탄성과 점성 때문에 밸브는 닫힌 상태에서 기밀을 형성하는 결과가 초래된다.

상술한 바와 같이, 슬릿은 점성 액체에 씰을 형성하지만 일반적으로 공기에는 씰을 형성하지 않도록 하면서 점성 액체에 대한 밀폐 유지력을 더욱 완벽하게 할 수 있게 되었고 그 조건으로서, 상기 금형 공동의 내면의 2개의 제 1 부분을 상기 내면의 2개의 제 3 부분에 의하여 서로 연결하고 상기 금형 부재의 상기 외면의 2개의 제 2 부분을 상기 외면의 2개의 제 4 부분에 의하여 서로 연결하되, 상기 외향 정상부가 상기 내향 정상부로부터 상기 소정의 거리만큼 이격되었을 때 상기 제 1 부분과 상기 제 2 부분이 이격되고 그 이격 거리를 제 1 거리라고 하고 상기 제 3 부분과 상기 제 4 부분이 이격되고 그 이격 거리를 제 2 거리라고 하면, 상기 제 2 거리는 상기 제 1 거리보다 적어도 10% 만큼 더 크고 바람직하게는 20% 만큼 더 큰 관계가 되도록 한다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따라 만들어진 밸브에는 2개의 경사진 밸브 판이 있어서 함께 슬릿을 정의하고 더 두꺼운 두 곡선부에 의해 일체적으로 연결된다. 성형된 구성품을 냉각하면 더 두꺼운 두 부분은 2 개의 얇은 밸브 판보다 더욱 수축하고 이 더 큰 수축은 두 밸브 판을 슬릿에 평행한 장력에 놓는 결과를 초래한다. 이 장력은 슬릿을 닫힌 상태로 유지하고 따라서 밸브의 완전밀폐 유지력을 강화하는 쪽으로 작용한다.

본 발명의 또 다른 디스펜스 밸브 실시예에서, 유동성 재료는 슬릿을 통해 흐르지 않고 하나 이상의 슬릿에 의해 정의된 플랩에 의해 보통 폐쇄되는 개구부를 통해서 흐른다. 이와 같이, 본 실시예에서 구성품은 적어도 하나의 슬릿이 형성되어 있는 밸브 판을 포함하는 유형의 디스펜스 밸브이고, 상기 슬릿 또는 슬릿들은 하나 이상의 밸브 플랩을 정의하되, 상기 밸브 플랩들의 주변부의 일부는 상기 슬릿 또는 슬릿들에 의해 상기 밸브 판의 나머지로부터 이격되고 상기 주변부의 나머지는 일체형 힌지를 구성하는 가상선을 따라 상기 밸브 판의 나머지와 일체로 되어 있어, 상기 밸브 플랩 또는 각 밸브 플랩은 그에 일체인 힌지를 따라 접혀 유동 개구부를 생성할 수 있고, 상기 제 1 금형 부재와 사이 제 2 금형 부재는 상기 제 2 금형 부재가 상기 금형 공동에 진입했을 때 생성되는 판형 금형 공간을 함께 정의하는 대향면들을 제공하고, 상기 대향면들 중 하나는 세장형 정상부를 정의하는 세장형 형성물을 적어도 한 개 보유하고, 상기 세장형 정상부 또는 정상부들은 상기 밸브 판의 상기 슬릿 또는 슬릿들의 임의의 패턴을 따라 존재한다.

디스펜스 밸브가 단 하나의 가동 밸브 플랩을 갖도록 하는 경우, 밸브는 대체로 U 자형의 단일 슬릿 또는 예각으로 서로 경사진 2개의 슬릿을 가지고, 이 경우 두 금형 부재의 대향면의 한쪽이 단일 성형물을 보유하고 그 성형물에 대체로 U자형의 정상부 또는 예각으로 뻗은 정상부들이 구성된다. 밸브가 3 개, 4 개 또는 더 많은 밸브 플랩을 갖도록 하는 경우, 두 밸브 부재의 대향면의 한쪽이 한 지점에서 방사상으로 뻗는 정상부들을 갖는 세장형 형성물을 다수 보유하여 그 결과로 생성되는 슬릿들이 필요한 개수의 가동 밸브 플랩을 정의한다.

본 발명의 또 다른 특징 및 자세한 내용은 단지 예시 목적으로 주어진 다음 3 개의 특정한 실시예의 다음 설명과 참조용의 첨부 도면에서 명백해질 것이다.

도 1은 본 발명에 따라 제조된 디스펜스 밸브를 장착한 세면용품 용기 상단의 사시도이다.
도 2는 디스펜스 밸브만을 나타낸 부분 사시도이다.
도 3은 디스펜스 밸브를 통과하는 수직 단면도이다.
도 4는 디스펜스 밸브를 지나는 수평 단면도이다.
도 5는 도 1에 나타낸 세면용품 용기의 상부를 제조하는 데 사용되는 금형의 단편 단면도이다.
도 6은 디스펜스 밸브가 생성되는 영역을 나타내는 도5 금형의 단편 확대도이다.
도 7은 내향 및 외향 정상부의 영역만을 나타내는 금형의 추가 확대도이다.
도 8은 디스펜스 밸브의 제 2 실시예를 나타내는 도 1 과 비슷한 도면이다.
도 9는 제 2 실시예에 따른 밸브의 평면도이다.
도 10은 제 2 실시예 밸브의 도 9에서 X-X 선 상 위치에서 본 수직단면도이다.
도 11은 제 3 실시예의 디스펜스 밸브를 제조하는 데 이용되는 한쪽 금형 부재의 암형 부분을 위쪽에서 극히 간략화하여 나타낸 도면이다.
도 12는 도 11의 XII-XII 선 상 위치에서 본 단면 사시도로서, 다른 금형 부재의 수형 부분이 자리 잡은 상태를 함께 나타내는 도면이다.
도 13은 도 11의 XIV-XIV 선 상 위치에서 본 단면 사시도이다.
도 14는 도 11에 나타낸 암 금형 부분에 들어가기 전 위치의 수 금형 부분을 나타내는 일부 절개 사시도이다.
도 15는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 디스펜스 밸브를 장착한 세면용품 용기 뚜껑의 사시도이다.
도 16은 도 15에 나타낸 디스펜스 밸브의 일부 절개 부분 사시도이다.
도 17은 도 16의 원으로 표시한 밸브 부분의 확대 사시도이다.

도 1-4는 샴푸, 헤어 린스 등의 세면용품 용기 상단의 일체 부분을 형성하는, 본 발명의 제 1 실시예에 따라 만들어진 디스펜스 밸브를 나타낸다. 도 1에 나타낸 용기의 상부는 사용할 때 용기의 하부에, 예를 들면 용접 또는 스냅피팅(Snap fitting)방식으로 결합된다. 도 1에 나타낸 용기의 상부는 캡(2)을 포함하고, 이것의 일측에는 일체형 경첩에 의해 뚜껑(4)이 연결된다. 캡(2)은 평면도로 볼 때 라운드가 있는 직사각형이며, 각 단부에서 융기 또는 상향 연장부(6)를 가진다. 두 융기(6) 사이에 오목부가 있고 그 저면(8)은 사실상 평탄하다. 저면(8)에 오목부 또는 웰(well,10)이 직립하는 테두리(12)로 둘러싸여 있다. 웰(10)의 바닥에는 베이스 판(14)이라고 부르는 판이 형성되고 그 중앙에 구멍이 형성된다. 구멍의 가장자리 주위에 일체로 연장하는 디스펜스 밸브가 있고, 이는 도2에서 가장 잘 볼 수 있다. 이 밸브는 대체로 오리 부리 형이며, 서로 대향하여 예각으로 서로 경사진 박판형 평탄 벽 또는 밸브 판(16) 2개를 포함하여 구성된다. 이하 더 자세히 설명하겠지만, 2개의 밸브 판벽(16)은 자유단에서 테이퍼링되고 이들 자유단은 서로 맞닿거나 무시할 수 있는 정도의 두께의 불규칙한 간극(18) 만큼 이격된다. 두 밸브 판벽의 측면은 단부벽(20)의 측면 가장자리와 일체이므로 밸브는 수평으로 잘라보면 연속적인 고리 모양이 된다. 판벽(16)은 일반적으로 두께 0.8mm이며, 단부벽(20)은 바람직하게는 판벽(16)보다 20 % 이상 두껍다.

뚜껑(4)의 저면이자 도1 처럼 열어두면 상면이 되는 자리에는 그 내경이 사실상 테두리(12)의 외경과 동일한 환형 보스(22, boss)가 형성된다. 보스(22) 안의 중앙에 세장형 형성물(24) 두 개가 위치하고 그 사이에 형성된 공간은 밸브의 상부와 대응하는 크기와 형태를 가지고 실제 크기는 대응보다는 약간 작게 한다. 보스(22)와 돌기(24)의 위치 선정은, 뚜껑(4)이 선회하여 밀폐위치로 이동했을 때 뚜껑(4)이 2 개의 융기된 형성물(6) 사이 공간을 점유하면서 그 상부면들이 서로 인접한 관계로 하고, 보스(22)는 테두리(12) 둘레로 맞춤 되어 테두리(12)를 수용하고 돌기(24)는 두 밸브 판벽(16)과 결합하여 그들을 함께 압박하도록 된다. 이로 인하여 밸브 판벽(16)의 두 자유단부의 완전밀폐 유지력이 강화 또는 증강된다.

도 1 내지 4에 나타낸 캡(2), 뚜껑(4) 및 디스펜스 밸브는 폴리에틸렌이나 폴리 프로필렌 등의 폴리올레핀 재료의 단일 성형체(one-part moulding)를 구성한다. 이 성형체는 사출 성형 공정에 의해 제조되고 그 금형은 도 5 내지 도 7에 개략적으로 도시되어 있다. 이 금형은 암 금형 부재(26)를 포함하고, 부재(26)는 캡(2)의 외형과 동일한 형상의 금형 공동을 정의한다. 또한 이 금형은 수 금형 부재(28)를 포함하고, 수 부재(28)는 암 금형 부재(26) 안으로 전진하여 역시 캡(2)의 형상 그대로인 공간을 정의한다. 금형 부재들 가운데 밸브를 성형하는 공간을 정의하는 영역에서, 암 금형 부재에는 대체로 편평하고 대향하여 수렴하는 2개의 제 1금형면(30) 부분이 있다. 두 금형면(30)은 도6, 7에 보이는 것과 같이 대체로 수평으로 뻗은 금형면(32)에 의해 상단부에서 연결되고, 그에 따라 금형면(30 및 32)은 내향 정상부를 정의한다. 같은 영역에서, 수 금형 부재에는 두 금형면(30)에 상보적인 2개의 경사면(34)이 있어서 이들도 서로 대향하고 수렴하여 있다. 두 경사면(34)의 경사도는 예를 들어 20°내지 40°의 예각이고, 그 상단부들은 서로 수렴하여 경사면(36)에서 합쳐지며, 예를 들어 60°내지 120°의 경사도로 합쳐진 외향 정상부(38)가 형성된다. 외향 정상부(38)의 길이, 즉 도 6, 7의 평면에 수직인 방향의 치수는 형성하고자 하는 슬릿의 원하는 길이와 같게 한다. 배기통로(40)가 암 금형 부재(26)에 형성되고, 금형면(32)을 관통하여 밖으로 열린다. 배기통로(40) 내에 단면적이 그보다 약간 작은 공기 벤트 핀(42, vent pin)이 수용되고, 그에 의해 작은 기체 배출 경로가 정의된다.

사용시에 수 금형 부재(7)는 암 금형 부재에 의해 정의된 금형 공동 안으로 전진되고 도 5 내지 7에 나타낸 위치로 진입한다. 수 금형 부재(7)가 전진하기를 멈추는 때 외향 정상부(38)는 0.0075 mm와 0.075 mm 사이의 미소한 거리만큼 금형면(32)에서 이격된다. 본 발명의 효과를 제공하는 데 필요한 이 치수의 정확한 크기는 사용되는 폴리올레핀 재료의 특성, 특히 그 용융 흐름 지수(melt flow index)에 따라 결정되고 이는 실험을 통해 쉽게 결정될 수 있다. 그후 용융 폴리올레핀 재료의 금형 공동 내 주입은 종래 방식에 따라 이루어지고 위치적으로는 용융 폴리올레핀이 금형면(30)과 경사면(34) 사이 금형 공간에 양측 균형을 유지하여 사실상 대칭적으로 가득 채우도록 한다. 용융 재료가 경사면(36)과 금형면(32) 사이의 정상부(38)의 양측에 형성된 공간까지 들어가면 이전에 그 공간을 점유한 공기는 배기통로(40) 내의 벤트 핀(42)으로 정의된 경로를 통해 배기된다. 용융 재료의 두 선단이 정상부(38)에 다가갈 때, 금형 공동의 이 지점에서 그렇게 미소한 면적 때문에 냉각현상이 발생할 것이 확실하고 폴리올레핀 재료의 전진하는 선단들의 표면에 부분적인 응고가 일어난다. 이 두 선단은 세장형 외향 정상부(38) 위의 선을 따라서 만나지만, 융합하지 않는다. 성형물은 이후 기존의 방법에 따라 금형에서 방출되고, 밸브 상단을 현미경으로 검사하면 용융 폴리올레핀 재료의 두 선단이 정확하게 직선을 따라 진행하는 것이 아니라, 약간 불규칙하거나 들쭉날쭉한 선을 따라가는 것을 볼 수 있다. 용융 재료의 두 선단의 전방 돌출부들이 서로 접촉할 때, 선단들이 더 이상 전진을 못하게 되면서 미세한 간극들이 선단의 인접한 돌출부들 사이에 남는다. 따라서, 슬릿이 밸브 판벽들(16)의 두 상측 자유단 사이에 형성되어, 샴푸나 헤어 컨디셔너 같은 특히 점성 재료의 통과를 방지하는 데 충분한 기능을 하면서도 상기와 같이 남은 미세 간극들은 슬릿을 통해 공기가 흐를 수 있게 할 정도로 충분히 크다.

상술한 바와 같이, 2개의 밸브 판벽(16)은 단부벽들(20)에 의해 연결되고 수 및 암 금형 부재들이 제공하는 표면으로 정의되는 공간에서 단부벽들(20)이 형성됨은 물론이다. 금형 부재의 구성과 치수를 조절하여 단부벽들(20)을 형성하는 공간을 정의하는 금형 표면들의 간격을, 밸브 판벽(16)을 형성하는 공간을 정의하는 금형 표면들의 간격보다 보통 20% 만큼 더 떨어뜨린다. 완성된 캡과 일체형 디스펜스 밸브가 금형에서 배출되면 그들은 급냉 처리를 받아 폴리올레핀 재료가 이 과정에서 자연히 수축한다. 그러나 단부벽(20)이 판벽(16)보다 두껍다는 사실은 단부벽(20)에서 생기는 수축이 판벽(16)의 그것보다 크다는 의미이고, 밝혀진 바로는 이러한 벽의 차등 수축 결과로 판벽(16)이 인장력을, 특히 슬릿(18)을 정의하는 지역에서 받게 된다. 이 인장력의 역할로 슬릿(18)을 정의하는 판벽(16)의 맞닿는 가장자리들이 연합 상태를 유지하는 것이며, 이는 밸브의 완전밀폐 유지력을 강화한다.

사용중에, 밸브를 통해서 용기의 내용물을 분배하하고자 하면 용기를 거꾸로 세운 다음 그 외벽을 압착하게 된다. 이렇게 생성된 압력의 증가는 용기의 내용물을 통해 밸브 판벽(16)에 전달되고 그 결과 슬릿(18)을 정의하는 판벽(16)의 가장자리가 미세한 거리만큼 이동하여 분배 개구부를 정의하게 된다. 용기의 내용물은 이와 같이, 이 구멍을 통해 유출하고 원하는 만큼 분배될 수 있다. 내용물이 충분히 분배되었으면, 용기의 외부 압력을 멈추어서 용기의 내부 압력을 저하한다. 따라서 슬릿(18)의 가장자리들은 상술한 바와 같이 자신들의 탄력 하에서 수축으로 생기는 장력의 도움으로 서로 가까이 접근하여 복귀하고 결국 다시 사실상 접촉하게 된다. 이 접촉은 점성 재료에 씰을 형성하기에 충분하여 용기의 내용물은 더 이상 흐를 수 없게 된다. 그러나, 상술한 바와 같이, 생성된 씰은 기밀이 되는 씰을 생성하는 데 불충분하여 이전에 압축된 용기 벽의 원형 복귀 성향 때문에 용기 안에 생성된 부압(sub-atmospheric pressure)이 공기가 슬릿(18)을 통해 서서히 흡인되도록 하여 용기의 벽이 변형 이전의 모습으로 돌아가게 한다.

본 발명에 따라 제조된 밸브의 제 2 실시예를 도 8-10에 나타내는데, 이 밸브는 도 1 내지 4에 나타낸 밸브와 매우 유사하므로 그 차이에 해당하는 구성 요소만 설명한다. 도 1 내지 4에 나타낸 밸브의 저변 길이는 그 폭과 대체로 같거나 적어도 유사한 반면, 도 8 내지 10에 나타낸 밸브에서는, 그 길이가 그 폭보다 사실상 매우 크다. 도 1 내지 4에 도시한 밸브에서 밸브 판벽(16)은 대체로 편평하고 수직방향으로 다소 곡면을 가지지만, 도 8 내지 10에 나타낸 밸브에서 밸브 판벽(16)은 수평방향으로 다소의 곡면을 가진다. 더욱이, 밸브를 일단부에서 슬릿(18)의 길이에 평행한 방향으로 볼 때, 단부벽(20)은 밸브 판벽(16)을 넘어 연장된다. 단부벽(20)은 여기에서도 밸브 판벽(16)보다 약간 두꺼울 수 있지만 단부벽(20)이 구형상(bulbous shape)인 것에 의해서 기본적으로 도 1 내지 4의 밸브 단부벽(20)보다 훨씬 많은 재료를 내포하게 되어 금형에서 밸브를 방출할 때 발생하는 수축이 밸브 판벽(16)에서 슬릿(18)의 길이를 따라 장력을 유발하는 결과를 초래한다. 여기서 장력은 도 1 내지 4의 밸브에서보다 훨씬 크다. 따라서 제 2 실시예 밸브의 완전밀폐 유지력은 제 1 실시예 밸브의 것보다 어느 정도 높을 수 있다. 본 실시예의 밸브를 제조하는 방법은 본질적으로 제 1 실시예의 밸브 제조법과 같고 다만 소망 형태의 밸브 제작을 위해 금형 부재들의 형태를 변경해야 하는 차이가 있다.

제 1 및 제 2 실시예의 밸브에서, 용기로부터 분배하고자 하는 물질이 용기로부터 슬릿을 통해서 흐르는 때 슬릿의 가장자리들은 용기 내에 발생 하 압력에 밀려 다소 벌어진다. 그러나, 도 15 내지 17에 나타낸 본 발명의 제 3 실시예에 따른 디스펜스 밸브에서는, 분배할 물질이 슬릿을 통과하여 흐르지 않고 그대신 하나 이상의 슬릿이 제공되어 밸브의 베이스 판에 하나 이상의 플랩(flap)을 형성하고 이 밸브 플랩들이 유동 개구부를 생성하여 용기 내에 생성된 압력 하에서 움직임을 일으켜 물질이 유동 개구부를 통과하면서 분배되도록 한다. 용기 캡은 제 1 및 제 2 실시예와 대동소이하고 캡의 상면(8)의 웰(10)의 바닥은 여기서도 베이스 판(14)에 의해 밀폐된다. 그러나 이 실시예의 경우, 베이스판(10)에 형성된 슬릿 3개는 베이스 판(10)의 중심으로부터 방사상으로 뻗고 동일 각도로 이격되어, 각 슬릿(18)은 나머지 각 슬릿(18)과 120°의 각도를 이룬다. 3 개의 슬릿은 이같이 베이스 판(14)을 대칭적 밸브 플랩(50) 3개로 분할하고, 여기서 각 밸브 플랩은 일체 경첩에 의해 베이스 판(14)의 나머지 부분에 연결되었다고 생각할 수 있다. 일체 경첩은 곧 두 슬릿(18)의 바깥 단부들 사이에 뻗어있고 플랩을 정의하는 가상선 상의 가소성 재료를 말한다. 3개의 슬릿(18)을 정의하는 플랩들의 인접하는 가장자리들은 서로 사실상 씰을 형성하지만 이 씰은 제 1 및 제 2 실시예와 관련하여 설명한 유형과 같다. 즉, 액체 물질, 특히 점성재료의 통과를 방지하는 데 충분하지만 공기 흐름에는 아주 미세한 경로를 제공한다.

베이스 판(14)의 3개 슬릿은 제 1 및 제 2 실시예와 관련하여 설명한 방법과 본질적으로 동일한 방법에 의해 형성되고 이 밸브를 형성하는 금형의 부분들은 도 11 내지 14에 나타나 있다. 도 11~14 모두는 디스펜스 밸브를 형성하는 금형 부재의 한쪽 또는 양측 부분을 고도로 간략화하여 도시한다. 용기 캡의 나머지 부분을 형성하는 금형 부재의 나머지 부분은 편의상 생략되었다. 보이는 것과 같이 암 금형 부분(26)은 베이스(54)는 원형 단면 공동(52)을 정의하고 그 기부(54)는 그 외연부에서 중심까지 상방으로 경사진다. 그 기부에 형성되거나 부착되는 3개의 세장형 형성물(56)이 있고, 이들은 기부의 중심에서 방사상 바깥으로 뻗으며 120°만큼 서로 이격된다. 각 형성물(56)은 대체로 삼각형의 단면을 가지며 그의 외향 가장자리 2개가 수렴하여 만나서 세장형 외향 정상부(58)를 형성한다. 수 금형 부재(28)는 원형단면의 돌출하는 펀치부(punch portion)를 가지며 펀치부의 단부면은 암 금형 부재의 베이스(54) 표면과 마찬가지로 경사지면서 그것과는 달리 편평하다. 성형이 시작되기 전에 수형과 암형 성형부들은 도 14와 같이 배치된 상태로부터 서로 가까이 이동되고 결국 정상부들(54)이 수 금형 부재(28)의 대향면으로부터 위에 언급한 미소한 거리만큼 이격된다. 그러나 수 금형 및 암 금형 부재의 대향면의 나머지는 사실상 더 먼 거리로 이격하고 있어서 밸브의 형상 및 크기에 대응하는 금형 공간을 정의한다. 이어서 용융 폴리올레핀 재료가 그 금형 공간 안으로 사출되어, 제 1 실시예에 관련하여 설명된 것처럼 사실상 금형 공간을 채우고 암 금형 부재의 정상부들(58)과 수 금형 부재의 대향면의 사이에 정의되는 공간을 향하여 그리고 그 안으로 대칭적으로 진행한다. 전술한 바와 같이, 폴리올레핀 재료의 전진하는 선단들은 정상부들(58)의 위치에 대응하는 선을 따라서 만나지만 융합하지 않아서, 정상부들의 위치에 대응하는 위치에 3 개의 슬릿이 생성된다. 암 금형 부재의 베이스(54) 표면의 경사와 수 금형 부재의 대향면의 대응하는 경사에 의하여, 밸브 베이스 판(14)은 도 16에서 확인되는 바와 같이 그 외주 가장자리로부터 그 중심까지 상방으로 경사져 있다. 일반적으로 10°와 25°사이인 이 경사는 밸브의 완전밀폐 유지력을 강화하는 것으로 확인되고 있다.

도 15 및 17에 도시된 밸브에는 3개의 벨브 플랩(50)을 정의하도록 3개의 슬릿이 형성되지만, 슬릿의 수를 계획에 따라 다르게 하여 임의의 개수만큼 밸브 플랩을 제공할 수 있는 점은 상식적인 사실이다. 따라서, 4개의 밸브 플랩을 제공하려면 간단히 4개의 슬릿을 서로 90°간격으로 만들면 되고, 단일 슬릿만을 제공하는 것도 가능한데, 다만 이 경우에는 슬릿을 U자나 V자 형으로 만들어 단일 밸브 플랩을 정의하도록 할 필요는 있다. 이들 구성 변경에 필요한 전부는 암 금형 부재 상의 위와 같은 또는 제 각각의 직립 형성물을 적절히 조정하는 것뿐이다. 또한 상식적인 사실로서, 위와 같은 또는 각각의 직립 형성물을 암 금형 부재에 설치하는 것은 필수가 아니고 수 금형 부재 측에 쉽게 마련할 수 있으며, 어떤 경우 더욱 바람직한 것은 암수 금형 부재들에 정상부를 제공하는 협동형 돌출 성형물을 제공하는 것이다. 이와 같이 구성한다면, 위와 같은 또는 각각의 직립 형성물의 위치를 적절히 결정하여 그들의 정상부들이 서로 정렬되고 폴리올레핀 재료의 사출 동안 위에서 언급한 미소한 거리만큼 떨어진 상태를 유지하도록 한다.

상술한 실시예 모두에서는, 단일 폴리머 재료를 금형에 주입하여 밸브와, 이 밸브와의 결합을 이루는 캡이나 다른 구성 요소가 따라서 동일한 재료로 구성된다. 그러나, 밸브 자체는 다른 재료, 예를 들면 밸브를 일 구성부로 하는 캡의 나머지 부분보다 부드럽거나 탄력이 높거나 점성이 강한 재료로 만들어지는 것이 바람직할 수 있다. 이를 간단히 달성할 수 있는 방법으로서, 소위 이중 사출(co-injection)이 있고 여기에는 2가지 유형이 있다. 첫 번째 유형에서는, 제 1 플라스틱 재료, 이 경우 실제 밸브를 형성하는 데 필요한 재료의 샷(shot)을 사출하고 이어서 제 2 재료, 이 경우 용기 캡을 성형하는 데 필요한 재료를 사출한다. 대안으로, 이 두 단계가 역순으로 수행될 수 있다. 두 번째 유형의 이중 사출에서는, 2개의 사출 장치가 있고 금형은 2개의 공동을 갖는다. 제품의 제 1부분은 제 1 사출 장치에 의해 사출된 재료로 제 1 공동에서 성형되어 그 반제품은 다음 순서로 제 2금형 공동 안으로 전달되고 거기에서 제품의 나머지가 제 2 사출 장치에 의해 사출되는 다른 재료로 성형된다.

2: 캡 4: 뚜껑
6: 융기 8: 저면
10: 웰 12: 테두리
14: 베이스 판 16: 밸브 판벽
18: 간극, 슬릿 20: 단부벽
22: 보스 24: 세장형 형성물
26: 암 금형 부재 28: 수 금형 부재
30, 32: 금형면 34, 36: 경사면
38: 정상부 40: 배기통로
42: 벤트 핀 50: 밸브 플랩
52: 공동 54: 기부
56: 세장형 성형물 58: 세장형 외향 정상부

Claims (10)

1. 슬릿이 있는 플라스틱재 구성품의 사출성형방법으로서,
   금형 공동을 내면에 형성하여 제공하는 제 1금형 부재와 상기 금형 공동의 형상에 사실상 상보적인 형상의 외면을 갖는 제 2 금형 부재를 제공하되, 상기 내면과 상기 외면 중 적어도 하나가 세장형의 정상부(elongated apex)를 정의하는 세장형의 형성물(elongated formation)을 보유하는, 제 1 및 제 2 금형 부재 제공 단계;
   상기 제 2 금형 부재를 상기 금형 공동에 진입시키는 단계로서, 진입 후 상기 정상부는 상기 내면과 상기 외면 중 상기 정상부와 대향하는 면으로부터 소정의 거리만큼 떨어지고 제 1금형 부재의 상기 내면과 제 2금형 부재의 상기 외면은 함께 금형 공간을 정의하는, 제 2 금형 부재 진입단계; 및
   용융 폴리머 재료를 상기 금형 공간으로 주입하여 사실상 충전하는 단계
   를 포함하고,
   상기 소정의 거리는 상기 용융 폴리머 재료가 상기 정상부와 상기 대향하는 면 사이의 공간을 완전히 충전하지 않도록 치수 결정되어 상기 슬릿을 형성하는 것을 특징으로 하는 사출성형방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 소정의 거리는 0.0075 mm 내지 0.075 mm 이며, 더욱 바람직하게는 0.01 mm 내지 0.03 mm 인 것을 특징으로 하는 사출성형방법
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   폴리올레핀 재료의 주입 중 상기 정상부와 상기 대향하는 면 사이의 상기 공간으로부터 공기를 배기하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 사출성형방법.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 정상부는 하나의 선에서 교차하는 예각으로 경사진 두 표면에 의해 정의되는 것을 특징으로 하는 사출성형방법.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   용융 폴리머 재료의 용융 흐름 지수(melt flow index)는 10분당 4 g 내지 40 g, 바람직하게는 10분당 8 g 그램 내지 26 g 인 것을 특징으로 하는 사출성형방법.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 구성품은 2개의 대향하는 밸브 판을 포함하는 대체로 오리 부리 모양의 디스펜스 밸브로서 상기 밸브 판들은 서로를 향해 경사져 정상부에서 만나는 한편 슬릿에 의하여 분리되는 디스펜스 밸브이고, 상기 제 1 금형 부재의 상기 내면은 2개의 대향하는 제 1 부분을 포함하고 상기 제 1 부분들은 서로를 향해 경사져 세장형의 내향 정상부에서 만나 있고, 상기 제 2 금형 부재의 상기 외면은 서로를 향해 경사져 세장형의 외향 정상부에서 만나는 2개의 제 2 부분을 포함하고, 상기 제 2 금형 부분이 상기 금형 공동에 완전히 진입하면 상기 외향 정상부는 상기 내향 정상부로부터 상기 소정의 거리만큼 이격되는 것을 특징으로 하는 사출성형방법.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 금형 공동의 상기 내면의 상기 2개의 제 1 부분은 상기 내면의 2개의 제 3 부분에 의하여 서로 연결되고 상기 금형 부재의 상기 외면의 상기 2개의 제 2 부분은 상기 외면의 2개의 제 4 부분에 의하여 서로 연결되어, 상기 외향 정상부가 상기 내향 정상부로부터 상기 소정의 거리만큼 이격되었을 때 상기 제 1 부분과 상기 제 2 부분이 이격되고 그 이격 거리를 제 1 거리라고 하고 상기 제 3 부분과 상기 제 4 부분이 이격되고 그 이격 거리를 제 2 거리라고 하면, 상기 제 2 거리는 상기 제 1 거리보다 적어도 10% 만큼 더 크고 바람직하게는 20% 만큼 더 큰 관계인 것을 특징으로 하는 사출성형방법.
8. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 구성품은 적어도 하나의 슬릿이 형성되어 있는 밸브 판을 포함하는 유형의 디스펜스 밸브이고 상기 슬릿 또는 슬릿들은 하나 이상의 밸브 플랩을 정의하되, 상기 밸브 플랩들의 주변부의 일부는 상기 슬릿 또는 슬릿들에 의해 상기 밸브 판의 나머지로부터 이격되고 상기 주변부의 나머지는 일체형 힌지를 구성하는 가상선을 따라 상기 밸브 판의 나머지와 일체로 되어 있어, 상기 밸브 플랩 또는 각 밸브 플랩은 그에 일체인 힌지를 따라 접혀 유동 개구부를 생성할 수 있고, 상기 제 1 금형 부재와 사이 제 2 금형 부재는 상기 제 2 금형 부재가 상기 금형 공동에 진입했을 때 생성되는 판형 금형 공간을 함께 정의하는 대향면들을 제공하고, 상기 대향면들 중 하나는 세장형 정상부를 정의하는 세장형 형성물을 적어도 한 개 보유하고, 상기 세장형 정상부 또는 정상부들은 상기 밸브 판의 상기 슬릿 또는 슬릿들의 임의의 패턴을 따라 존재하는 것을 특징으로 하는 사출성형방법.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 대향면들 중 상기 하나는 3개 이상의 세장형 형성물을 보유하고, 상기 세장형 형성물들의 정상부들은 한 지점에서 방사상으로 뻗어 있어, 생성된 디스펜스 밸브는 상기 세장형 형성물의 개수와 같은 수의 밸브 플랩을 포함하는 것을 특징으로 하는 사출성형방법.
10. 제 6항 또는 제 7항에 따른 방법으로 제조되는 디스펜스 밸브를 내장하는 뚜껑을 포함하는 유동성 물질용 디스펜스 용기로서, 상기 뚜껑은 상기 디스펜스 밸브를 덮도록 배치된 분리가능한 캡을 포함하고, 상기 캡의 저면은 상기 2개의 대향하는 밸브 판과 같은 크기와 형상을 갖는 부분이 있는 공동을 제공하는 돌출 형성물을 보유하고, 상기 돌출 형성물의 위치는 상기 캡이 상기 뚜껑 위 정위치에 있을 때 상기 돌출 형성부에 제공된 상기 공동의 상기 부분의 표면이 상기 밸브 판들과 맞물려 상기 밸브 판들을 서로 가까이 가압(urge)하도록 결정되는 것을 특징으로 하는 디스펜스 용기.

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