KR20240029776A - 유체 분배기 용기 및 유체 분배기 용기를 생산하기 위한 방법 - Google Patents

유체 분배기 용기 및 유체 분배기 용기를 생산하기 위한 방법 Download PDF

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KR20240029776A
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transparent
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laser
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KR1020247003935A
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빅터 게릿 반 도어
제로엔 헤르만 마르스캄프
머빈 제라드 클레이즈
필 리건
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에코스펜서 테크놀로지스 비브이
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Abstract

개방 단부를 갖는 투명한 플라스틱 용기 본체(12) 및 투명한 플라스틱 용기 본체의 개방 단부에 레이저 용접에 의해 조인트된 별도의 하단 파트(13)를 포함하는 새로운 유체 분배기 용기가 설명된다. 별도의 하단 파트(13)는 플라스틱 용기 본체(12)와 동일한 투명한 플라스틱 재료로 만들어지고 별도의 하단 파트는 플라스틱 용기 본체(12) 및 별도의 하단 파트(13) 상의 짝을 이룬 표면 라인들을 용융함으로써 플라스틱 용기 본체에 레이저 용접되는 반면, 용융을 위한 히트는, 플라스틱 용기 본체가 적어도 전체 회전에 걸쳐 회전 수단에 의해 회전되는 동안 고정식 레이저 수단에 의해, 또는 플라스틱 용기가 고정되는 동안 전체 원형 모션으로 원형으로 이동 가능한 레이저 수단에 의해 생성된다.

Description

유체 분배기 용기 및 유체 분배기 용기를 생산하기 위한 방법
발명은 제1항의 전제부에 따른, 투명한 플라스틱 용기 본체 및 레이저 용접(laser welding)에 의해 투명한 플라스틱 용기 본체에 결합되는 하단 파트(bottom part)를 포함하는 유체 분배기 용기(fluid dispenser container), 및 제16항의 전제부에 따른, 유체 분배기 용기를 생산하기 위한 방법에 관련된다.
분배 밸브를 갖는 플라스틱 용기 본체, 및 플라스틱 용기 본체에 장착되는 별도의 하단 파트를 갖는 유체 분배기 용기는 플라스틱 에어로졸(plastic aerosol)로서 공지되고, 출원인에 의해 생산되고, 몇년 전부터 시장에 판매되고 있다. 그러나, 이 유형의 공지된 유체 분배기들의 주요한 문제는, 이들이 상이한 수지들 또는 상이한 수지 계열들로 이루어지고, 즉, 용기 본체가 PET로부터 생산될 수 있는 반면, 분배 밸브는 시트 금속(sheet metal)으로 이루어지고, 하단 파트는, 유리 섬유(glass fibre)들로 보강되고, 카본 블랙(carbon black)과 같은 첨가제들로 충전되고, 에어로졸, 공기 등과 같은 기체로 용기를 가압한 후에 패키지를 폐쇄하기 위한 고무 플러그(rubber plug)를 포함하는 엔지니어링 플라스틱(engineering plastic)들로 이루어진다.
EP 1 791 769 B1은 가압된 제품을 분배하기 위한 에어로졸 용기를 설명하고, 이 에어로졸 용기는 PET 또는 유사한 플라스틱 재료로 연신 블로우 성형되는(stretch blow moulded) 본체를 포함하고, 상기 본체는 개방부를 포위하는 형상화된 네크(shaped neck), 형상화된 네크에 스냅-피팅되는(snap-fitted), 플라스틱 재료로부터 사출 성형되는(injection moulded) 칼라(collar), 및 상기 네크 및 칼라에 부착되는 분배 밸브를 가진다. 분배 밸브는, 가단성 재료(malleable material)(예컨대, 알루미늄)로 이루어지고, 그 주위에서 압축됨으로써 상기 칼라 주위에 피팅(fit)되고 상기 칼라에 유지되도록 형상화되는 외부 플랜지(outer flange)를 포함한다. 용기의 본체(2)는 모재(preform)로부터 PET를 연신 블로우 성형함으로써 모두 일체적으로 형성되는 기저부 또는 하단 파트(6) 및 네크 부분(7)을 포함한다. 별도의 파트로서의 칼라(3)는 사출 성형(injection moulding)에 의해 플라스틱 재료로부터 형성되고, 내부 표면 상에, 형상화된 네크(7)의 환형 리세스(annular recess)(9)에 스냅 피팅될 수 있는 환형 립(annular lip)을 가진다. 분배 밸브(4)는 금속 가단성 재료(즉, 알루미늄)로 형성되는 기존의 유형이다. 외부 플랜지(11)는 칼라(3)에 피팅되도록 형상화된다.
EP 1 943 165 B1은 가압된 제품을 분배하기 위한 에어로졸 용기에 관한 것으로, 이 에어로졸 용기는 PET 또는 유사한 플라스틱 재료로 이루어지는 본체(2)를 포함하고, 이 본체는 개방부(10) 주위의 형상화된 네크(7), 그 주위에 형상화된 립(35)을 형성하고 본체(2)에 부착되도록 하기 위하여 개방부(10)의 외부 및 내부 벽들(33, 34)을 가로지르는 칼라(3)를 가진다. 용기는 칼라(3)에 부착되는 분배 밸브를 더 포함하고, 여기서, 밸브는 금속 또는 가단성 재료(예컨대, 알루미늄)로 이루어진 외부 플래지(11)를 포함하고, 이 외부 플랜지(11) 주위를 압축함으로써 이 외부 플랜지(11)에 유지된다.
WO 2017/112977 A9는 푸어링 개방부(pouring opening)(24)를 갖는 네크 파트(23)를 갖는 원통형 케이스(22)에 의해 제공되는 용기(1)를 포함하는 가압된 용기 시스템을 설명한다. 케이스(22)의 하단 면은 절개(cut away)되고, 연결부(13)에 의하여 별도의 기저부 파트(21)에 의해 폐쇄된다. 용기(1)는, 2축 상으로 연신가능하고, 높은 압력 저항성(pressure resistance)에 의해 특징되는 높은 고유 점도(intrinsic viscosity)를 가지는 플라스틱 재료로 이루어진다. 특히, 히트 세트 블로우-성형 프로세스(heat set blow-moulding process)는 플라스틱 재료, 즉, 고온-충전 PET의 가속화된 결정화 효과를 획득하기 위하여 적용된다. 높은 압력 저항성을 갖는 PET 코폴리에스테르(copolyester)로서의 다른 재료들이 언급된다. 용기는 또한, 폴리아미드(polyamide), 폴리스티렌(polystyrene), 및 COC로 이루어질 수 있다. 기저부 파트(21)는 조인트(joint)에 의해 용기(1)에 부착되고, 조인트는 접착(gluing), 접기(folding), 또는 용접(welding), 특히, 레이저 용접 유도 용접 또는 초음파 용접에 의해 획득될 수 있다. 조인트의 종류 및 조인트가 어떻게 정확하게 이루어지는지에 대한 임의의 추가의 정보는 설명되지 않는다. 용기를 가압하기 위하여, 소위 "엄브렐라 플러그(umbrella plug)" 또는 소위 2-스테이지(two-stage) "니콜슨 플러그(Nicholson plug)"인 폐쇄가능한 밸브가 상기 기저부 파트에서 제공된다. 이 플러그들은 통상적으로 고무로 이루어진다.
환경적 지속가능성(environmental sustainability)이 훨씬 더 중요해지고 있으므로, 이용된 용기들이 용이하게 재활용될 수 있도록, 이러한 유체 분배기 용기의 컴포넌트들은 유사한 재료로 이루어져야 한다. 특히, 이용된 재료들은 플라스틱 재순환 흐름들에서 확립되고 보편적으로 이용되는 것과 양립가능해야 한다.
일 예로서, WO 2015/061071 A1은, 플라스틱 산업 협회(USA)에 의해 정의되는 재료들의 단일 클래스(class)를 가지며, 특히, 인화성 제품/추진제가 존재하지 않는 클래스 1 재료들(PET)을 배타적으로 포함하는 단일 재활용 흐름 내로 들어갈 수 있는 재료들로 이루어진 에어로졸 분배기를 설명한다. 위에서 언급된 에어로졸 분배기의 생산 프로세스는 설명되지 않는다. 또한, 도 2a 및 도 2b로부터 자명한 바와 같이, 기저부는 외부 용기와 일체로 형성된다.
그러나, 본 발명은 구체적으로, 분배 밸브를 갖는 플라스틱 용기 본체, 및 플라스틱 용기 본체에 장착되는 별도의 하단 파트를 갖는 유체 분배기 용기에 관한 것이다.
위에서 언급되는 가압된 용기 시스템들은 규제 및 법적 요건들, 예컨대, 플라스틱 에어로졸들에 대한 DOT-표준, FEA 표준, 및 BS-표준들을 이행해야 하는 더 높은 압력, 예컨대, 최대 20 바아(bar)를 감내해야 하므로, 용기의 하단 파트와 하부 개방-단부 사이에 확실하고 압력-안전한 밀봉 연결부가 있다는 것이 매우 중요하다. 출원인은 10년 이상 플라스틱 에어로졸들, 즉 고압 용기들 생산에 대한 풍부한 경험을 가지고 있고 레이저 용접에 의해 고압 용기에 별도의 하단 파트를 연결하는 데 집중적인 경험을 가지고 있다. 별도의 하단 파트와 투명한 PET로 만들어진 고압 용기 사이의 안전한 레이저 용접 조인트를 위해, 예를 들어, 유리 섬유로 보강된 엔지니어링 플라스틱이고 PET와 상이한 하단 파트의 플라스틱 재료는 달리 레이저 광을 흡수하고 하단 파트와 압력 용기 사이에 압력에 안전하고 깨짐 방지 용접을 획득하기 위해 카본 블랙과 혼합된다. 일부 경우들에서, 하단 파트와 압력 용기 사이에 두 개의 평행한 링 형상 레이저 용접들이 제공된다. 현재, 하단 파트는 유리 섬유 보강 PBT(폴리부틸렌테레프탈레이트)와 1% 카본 블랙으로 만들어진다. 유리 섬유들은 크리프(creep)를 방지하기 위해 추가되고 - 지속적인 과압 하에서 플라스틱은 계속 연신되는 경향이 있고 최종적으로 풍선 모양의 고압 용기가 된다. 사용된 PBT는 충격 변형되고, 이는 규정 낙하 테스트에서 요구되는 충격을 흡수할 수 있다는 것을 의미한다. 또 다른 양태는 화학적 저항성(chemical resistance)이다. 이전에는, 고객 제품들에 사용되는 많은 화학물들에 매우 민감한 폴리카보네이트(PC)가 사용되었다. 이 사실 외에, PBT는 가압된 기체를 유지하는 데 필수적인 훨씬 더 나은 기체 차단 특성들을 가진다.
현재, 위에서 언급된 압력 용기와 같은 원형 튜브와 높은 힘들을 견디기에 충분히 우수하고 높은 밀봉 무결성을 보장하는 투명한 하단 파트를 레이저 용접하기 위해 이용 가능한 방법이 없다.
본 발명의 목적은 모두 동일한 플라스틱 재료, 특히 PET 또는 PEN으로 만들어진 분배 밸브와 별도의 하단 파트를 갖는 플라스틱 용기 본체를 갖는 유체 분배기 용기를 제공하는 것이고, 유체 분배기 용기는 18°C에서 1.8 m로부터의 낙하 테스트와 같은 극한의 성능 요건들 하에서도 높은 압력을 견딜 수 있다. 본 발명의 추가 목적은 충격과 크리프 부하를 견디기에 충분한 강도를 생성하는, 투명한 하단 파트와 투명한 용기 본체 사이의 단단한 조인트를 획득하기 위해, 투명한 하단 파트를 투명한 플라스틱 용기 본체에 레이저 용접하는 방법을 제공하는 것이다.
이 목적은 제1항의 특징들을 갖는 유체 분배기 용기 및 제16 항의 특징들을 갖는 그러한 유체 분배기 용기를 생산하는 방법에 의해 달성된다.
본 발명의 양태에 따르면, 유체 분배기 용기는 개방형 단부를 갖는 투명한 플라스틱 용기 본체와, 투명한 플라스틱 용기 본체의 개방형 단부에 레이저 용접에 의해 조인트된 별도의 하단 파트를 포함하고, 여기서 별도의 하단 파트는 플라스틱 용기 본체와 동일한 투명한 플라스틱 재료로 만들어지고 별도의 하단 파트는 플라스틱 용기 본체와 별도의 하단 파트 상의 짝을 이룬(mating) 표면 라인들을 용융함으로써 플라스틱 용기 본체에 레이저 용접되는 반면, 용융을 위한 히트는, 플라스틱 용기 본체가 적어도 전체 회전에 걸쳐 회전 수단에 의해 회전되는 동안 고정식 레이저 수단에 의해, 또는 플라스틱 용기가 고정되어 있는 동안 적어도 완전한 원형 모션으로 원형으로 이동 가능한 레이저 수단에 의해 생성된다.
제2항에 따른 유리한 실시예에서, 투명한 용기 본체와 투명한 하단 파트의 플라스틱 재료는 PET, PEN 또는 폴리에스테르 계열의 다른 플라스틱 재료이다.
제3항에 따른 추가의 유리한 실시예에서, 유체를 분배하기 위한 피스톤이 제공되고, 이는 PET의 밀도보다 낮은 밀도를 갖는 플라스틱 재료로 만들어진다.
제4항에 따른 추가 유리한 실시예에서, 투명한 하단 파트는 링 형상의 외부 림(rim)과 상부 중앙 홀을 갖는 중앙 원통형 튜브에 의해 제공되는 중앙 통로를 갖는 내부 컵을 갖는다.
제5항에 따른 추가적인 유리한 실시예에서, 외부 림, 내부 컵 및 중앙 튜브는 동일한 재료 두께를 갖는다.
제6항에 따른 추가의 유리한 실시예에서, 중앙 튜브와 내부 컵의 외부 벽 사이에 방사상 리브(rib)들은 외부 림에 대해 중앙 튜브를 강화하기 위해 제공된다.
제7항에 따른 추가 유리한 실시예에서, 외부 림과 내부 컵 사이에 하부 지지 리브들이 제공되고, 이 리브들은 큰 안정성을 제공하기 위해 외부 림의 내부 벽에서 내부 컵의 하부 부분까지 비스듬히 돌출되고, 극한의 조건들에서도 외부 벽의 변형을 줄이고 투명한 하단 파트의 고정밀도를 갖는 완벽한 원형 원통형 형태이다.
제8항에 따른 추가의 유리한 실시예에서, 투명한 하단 파트는 하단 파트를 갖는 외부 링 형상 림, 방사형 리브들 및 상부 중앙 홀을 갖는 중앙 튜브에 의해 제공되는 중앙 통로를 포함한다.
제9항에 따른 추가 유리한 실시예에서, 상부 중앙 홀은 중앙 튜브로부터 돌출하는 대향 기둥들에 연결된 원통형 플러그에 의해 브리지(bridge)되거나 돔형으로 된다.
제10항에 따른 추가 유리한 실시예에서, 폐쇄 요소인 충전 밸브는 내부 막힘 홀과 링 원통형 돌출 림을 갖는 컵형 기저부를 갖는 중앙 튜브에 장착되는 반면, 기저부의 상단에는 2개의 대향 그루브들을 갖는 상부 절두 원추형 섹션이 제공된다.
제11항에 따른 추가 유리한 실시예에서, 폐쇄 요소는 PET, PEN 또는 폴리에스테르 계열의 다른 플라스틱 재료로 만들어진다.
제12항에 따른 추가의 유리한 실시예에서, 중앙 원통형 튜브는 양쪽 단부들에 개방형 단부를 갖고 탄성중합체 재료의 이동 가능한 폐쇄 요소는 중앙 튜브 내에 제공된다.
제13항에 따른 추가 유리한 실시예에서, 폐쇄 요소는 2 스테이지 니콜슨 플러그(Nicholson plug), 엄브렐라 밸브 또는 로프 마개 플러그로서 설계된다.
제14항에 따른 추가 유리한 실시예에서, 투명한 고압 용기를 갖는 압력 제어 디바이스는 플라스틱 용기 본체의 하부 부분에 장착된다.
청구범위에 따른 추가 유리한 실시예에서, 투명한 재료로 만들어진 압력 제어 디바이스를 갖는 디스크는 투명 디스크와 하단 파트 사이에 고압 챔버를 제공하기 위해 용기의 내부 벽에 용접된다.
제16항에 있어서, 유체 분배기 용기를 생산하기 위한 방법이 제공되고, 투명한 용기 본체는 모재로부터 사출 연신 블로우 성형에 의해 만들어지고, 용기 본체의 하단은 용기 본체의 개방형 하부 단부를 제공하기 위해 절단되고, 추가로, 별도의 투명한 하단 파트는 용융된 플라스틱 재료가 다수의 캐비티 성형들에 의해 원하는 형태로 형상화되는 사출 성형에 의해 만들어지고, 별도의 하단 파트는 플라스틱 용기 본체와 별도의 하단 파트 상의 짝을 이룬 표면 라인들을 용융함으로써 플라스틱 용기 본체에 레이저 용접되는 반면, 용융을 위한 히트는, 플라스틱 용기 본체가 적어도 전체 회전에 걸쳐 회전 수단에 의해 회전되는 동안 고정식 레이저 수단에 의해, 또는 플라스틱 용기가 고정되어 있는 동안 적어도 완전한 원형 모션으로 원형으로 이동 가능한 레이저 수단에 의해 생성된다.
제17항에 따르면, 얇은 링 형상 흡수 층이 투명 하단 파트의 외부 벽에 적용되고 이어서 레이저 용접에 의해 투명한 용기에 조인트되는 것이 유리하다.
제18항에 따르면, 얇은 라인의 흡수 층이 잉크젯 기술을 사용하여 도포되는 것이 유리하다.
제19항에 따르면, 용융 히트가 일반적으로 조인트되는 2개의 파트들 중 하나 상의 흡수 코팅과 작동하는 그룹 다이오드, YAG 또는 섬유 레이저들에 의해 선택된 레이저 장비에 의해 생성되는 것이 유리하다.
제20항에 따르면, 투과(through-transmission) 용접에 사용되는 일반적인 808 nm 또는 980 nm 적외선 레이저들보다 더 높은 파장의 레이저가 사용되는 투명한 레이저 플라스틱 용접(TLPW)이 적용되어, 레이저 에너지의 일부가 여전히 투명한 용기 본체를 통해 투과되거나 전달되지만, 이 더 높은 파장에서 레이저 에너지가 투명한 용기 본체와 별도의 투명한 하단 파트 사이의 조인트 영역에서 플라스틱 재료를 가열하고 가소화하기 위해 별도의 투명한 하단 파트를 통해 흡수되는 것이 유리하다.
제21항에 따르면, 레이저 수단이 1900 내지 2100 nm, 바람직하게는 2000 nm의 파장을 갖는 레이저 빔을 전송하여, 흡수 층들을 사용하지 않고 투명한 용기 본체와 별도의 투명 하단 파트를 용접하는 반면, 용융 히트는 레이저 빔의 초점에서 생성된다.
추가의 장점들은 이하의 설명으로부터 도출될 수 있다.
발명은 첨부 도면들을 참조하여 예로서 더 상세하게 지금부터 설명될 것이다:
도 1은 최신식 유체 분배기 용기를 도시하고,
도 2는 본 발명에 따른 유체 분배기 용기를 도시하고,
도 3은 직립 위치에서의 동일한 유체 분배 용기를 도시하고,
도 4는 압력 제어 디바이스를 갖는 유체 분배 용기를 도시하고,
도 5 내지 도 7은 투명한 하부 파트의 제1 실시예를 도시하고,
도 8 및 도 9는 투명한 하부 파트 내에 삽입되는 충전 밸브를 도시하고,
도 10 및 도 11은 충전 밸브의 2개의 위치들을 도시하고,
도 12 및 도 13은 투명한 하부 파트의 제2 실시예를 도시하고,
도 14는 압력 제어 디바이스를 갖는 디스크(disc)를 도시하고,
도 15 및 도 16은 플라스틱 분배 용기 내에 통합되는 디스크 및 압력 제어 디바이스를 도시한다.
도면들에서, 동일한 참조 번호들은, 달리 언급되지 않는 한, 동일한 요소들에 사용된다.
도 1은 10년 이상 전부터 출원인에 의해 생산되고 따라서 최신식이며, 투명한 플라스틱 용기(2)가 PET로 만들어지고, 흑색 하단 파트(3)가 카본 블랙이 혼합된 PBT로 만들어지고 피스톤(4)이 탄성 플라스틱 재료로 만들어지는 유체 분배기 용기(1)를 도시한다. 추가로 하단 파트(3)는 고무 충전 밸브(6) 또는 니콜슨 플러그가 삽입되는 중앙 홀(5)을 갖는다. 볼 수 있듯이, 하단 파트(3)는 1.9 nm의 파장을 갖는 고정식 레이저 수단에 의해 제공되는 2개의 용접 링들(7)에 의해 플라스틱 용기(2)에 조인트되는 반면, 플라스틱 용기(2)는 예를 들어 롤러들 등과 같은 회전 수단에 의해 회전된다.
도 2에서, 본 발명에 따른 유체 분배기 용기(10)가 도시되고, 여기서 투명한 플라스틱 용기(12)의 하단부는 절단되고 투명한 하단 파트(13)는 레이저 용접에 의해 플라스틱 용기(2)에 조인트된다. 투명한 하단 파트(13)는 아래에서 더 상세히 설명될 특별한 구성을 갖는다. 투명한 하단 파트(13) 및 투명한 용기(12)는 동일한 플라스틱 재료, 바람직하게는 PET, PEN 또는 폴리에스테르 계열의 다른 플라스틱 재료로 만들어진다. 피스톤(14)은 투명한 플라스틱 용기(12) 내에서 이동 가능하다. 피스톤(14)은 PET의 밀도보다 낮은 밀도, 바람직하게는 밀도 <1을 갖는 플라스틱 재료로 만들어진다. 따라서, 피스톤(14)은 부유 밀도에 의해 재순환 스트림에서 분리될 수 있으므로 PE(예를 들어, LDPE 또는 HDPE) 또는 PP로 만들어질 수 있다. 환경에 대한 소정 플라스틱 제품들의 영향의 감소에 대한 2019년 6월 5일의 유럽 의회 및 이사회의 유럽 위원회 및 지침(EU) 2019/904의 폐기물 기본 지침의 표준에 따라 유체 분배기 용기(10)의 PET 파트를 재활용 PET(rPET)로 재활용하기 위해, 피스톤(14) 대신, 저밀도 플라스틱 재료로 또한 만들어진 딥 튜브 또는 플라스틱 백이 사용될 수 있다. (예컨대, https://ec.europa.eu/environment/topics/waste-and-recy-cling/waste-framework-directive_en을 참조함). 플라스틱 재활용 산업에 대한 기술 표준들은 플라스틱 재활용을 위한 APR 설계 가이드(www.PlasticsRecycling.org 참조)와 2017년 9월 유럽 PET병 플랫폼의 PET 재활용 테스트 프로토콜에 요약되어 있다.
도 3에서, 본 발명에 따른 유체 분배기 용기(10)는 이동 가능한 피스톤(14)만이 제공되는 직립 사시도로 도시되고, 도 4에서, 동일한 유체 분배기 용기(10)가 도시되는 반면, PET, PEN 또는 폴리에스테르 계열의 다른 플라스틱 재료의 투명한 고압 용기(18)와 이동 가능한 피스톤(14)을 갖는 압력 제어 디바이스(17)가 도시된다. 용기(10)의 상부에, 플라스틱 재질의 분배 밸브 및 푸시 버튼 또는 밸브 작동기(도시되지 않음)가 배치되고 내용물들의 분배를 위해 용기에 밀봉된다. 바람직하게는, 이 상단 밸브는 투명한 플라스틱 용기(12)와 동일한 플라스틱 재료로 만들어지고 따라서 금속, 고무 또는 완전히 상이한 플라스틱 재료를 포함하지 않는다. 본 출원에서, 상단 밸브는 스핀 용접에 의해 투명한 플라스틱 용기(12)에 연결된다. 그러나, 또한 레이저 용접, 초음파 용접 또는 진동 용접과 같은 다른 용접 방법들이 사용될 수 있다.
도 5는 투명한 하단 파트(13)의 제1 바람직한 실시예(20)를 상부 사시도로 도시한다. 이러한 투명한 하단 파트(20)의 설계는 유한요소법(FEM)에 의해 개발되었고, 여기서 강도와 기계적 힘들은 인장 강도를 감소시키기 위해, 바람직하게는 항복점보다 낮게(상온 조건들에서 영구적 변형을 방지하기 위해) 최적화된다. 도 6 및 도 7에서 볼 수 있듯이, 하단 파트(20)의 주요 파트는 용접 표면을 생성하는 링 형상의 외부 림(22), 및 상부 중앙 홀(26)을 갖는 중앙 원통형 튜브(25)에 의해 제공되는 중앙 통로(24)를 갖는 내부 컵(23)에 의해 제공된다. 도 6 및 도 7에서 볼 수 있는 바와 같이, 외부 림(22), 내부 컵(23) 및 중앙 튜브(25)는 동일한 재료 두께를 갖고, 즉, 재료 두께는 0.1 mm의 차이 내에서 동일하다. 외부 림(22)에 대해 중앙 튜브(25)를 강화하기 위해, 중앙 튜브(25)와 내부 컵(23)의 외부 벽(29) 사이에 방사형 리브(28)가 제공된다. 투명한 하단 파트(13)는 가능한 최저의 수지 소모로 가능한 최고의 강도를 생성하기 위해 특정 리브 디자인을 적용한 사출 성형 파트이다.
통로(24)에, 충전 밸브(30)가 제공되고, 이는 도 8 및 도 9에 더 상세히 도시된다. 도 8에서 볼 수 있는 바와 같이, 충전 밸브(30)는 내부 막힘 홀(32) 및 링-원통형 돌출 림(33)을 갖는 컵형 기저부(31)를 갖는다. 기저부(31)의 상단에는 2개의 대향하는 그루브들(36)을 갖는 상부 절두-원추형 섹션(35)이 제공된다. 도 9에 도시된 제1 포지션에서, 충전 밸브(30)는 중앙 통로(24)에 끼워져 기체 또는 공기는 외부로부터 중앙 홀(26)을 통해 피스톤(14) 아래의 용기(10)로 통과할 수 있다(도 3 및 도 4 참조). 충전 밸브(30)의 이 제1 포지션은 도 10에 묘사되는 반면, 도 11에서 충전 밸브(30)의 제2 포지션이 도시되고, 통로(24)는 폐쇄된다. 제1 포지션에서, 충전 밸브(30)는 기저부(31)와 중앙 튜브(25) 사이의 예압에 의해 고정된다. 제2 포지션에서, 일반적으로 통로(24)가 완전히 폐쇄되는 최종 포지션으로 충전 밸브(30)를 밀어내는 것을 허용하지 않는 더 높은 예압이 작용하게 된다. 그러나, 제2 포지션의 충전 밸브(30)는 초음파 용접에 의해 중앙 튜브(25)에 기밀 밀봉되어, 이 영역에 열 에너지를 가져오므로, 충전 밸브(30)는 단부 포지션으로 밀리고 돌출된 림(33)은 전단 조인트를 제공함으로써 중앙 튜브(25)의 하부 단부까지 용융된다.
도 10 및 도 11에서 추가로 볼 수 있는 바와 같이, 외부 림(22)과 내부 컵(23) 사이에는 외부 림(22)의 내부 벽으로부터 내부 컵(23)의 하부 파트(27)까지 비스듬히 돌출하는 하부 지지 리브들(37)이 제공된다(또한 도 7 참조). 내부 방사형 리브들(28)과 하부 지지 리브들(37)은 투명한 하단 파트(20)에 큰 안정성과 고정밀도의 완벽한 원형 원통형 형태를 제공한다. 게다가, 상부 중앙 홀(26)은 중앙 튜브(25)로부터 돌출하는 대향 기둥들(39)에 연결된 원통형 플러그(38)에 의해 브리지되거나 돔형이 된다(도 5 참조). 투명한 하단 파트(20)는 용융된 플라스틱 재료가 다중 캐비티 성형들에 의해 원하는 형태로 형상화되는 사출 성형에 의해 생산된다. 사출 성형 프로세스에서, 용융된 플라스틱 재료가 모든 방향들로 균등하게 퍼져, 임의의 포함물들이나 싱크들이 없는 균일한 제품을 제공할 수 있도록 용융된 플라스틱 재료를 중앙 포지션에 사출하는 것이 매우 중요하다. 용융된 플라스틱 재료가 편심점에 사출되면, 응력 영역들은 유동 라인들에 의해 유도되어 극한 충격 조건들에서 균열들을 일으킬 수 있다. 따라서 원통형 플러그(38)는 투명한 하단 파트(22)의 중심점에 용융된 플라스틱 재료의 사출로 인해 발생한다.
도 12 및 도 13에서, 또한 FEM에 의해 설계된 투명한 하단 파트(13)의 제2 바람직한 실시예(40)가 묘사된다. 이 디자인의 하단 파트(40)는 하단 파트(42)와 방사형 리브들(43)을 갖는 외부 링 형상 림(41)을 갖는다. 또한 여기서 중앙 통로(44)는 상부 중앙 홀(46)을 갖는 중앙 튜브(45)에 의해 제공된다. 도 8 및 도 9에서와 유사한 충전 밸브(30)는 중앙 튜브(45)에 삽입되고 초음파 용접으로 용접되어 통로(44)를 기밀 밀봉할 것이다. 이러한 제2 실시예(40)에서 중앙 통로 또는 홀(44)은 또한 중앙 튜브(45)로부터 돌출하는 대향 기둥들(39)에 연결되는 원통형 플러그(38)에 의해 브리지되거나 돔형이 된다.
투명한 하단 파트(13)와 투명한 플라스틱 용기(12)를 조인트하기 위해, 도 1의 공지된 유체 분배기 용기(1)의 생산을 위한 고정 레이저는 사용될 수 없다. 투명 폴리머들을 용접하는 것은 비용이 많이 들고 적용하기 어려운 특수 적외선 흡수재들을 필요로 한다.
투명한 하단 파트(13)의 직경은 투명한 용기(12)의 개방형 하단 단부의 내경보다 약간 커서, 투명한 하단 부분(13)은 용접되기 전에 투명한 용기(12)에 압입된다.
투명한 하단 파트(13)와 투명 용기(12)는 동일한 플라스틱 재료, 바람직하게는 PET, PEN 또는 폴리에스테르 계열의 다른 플라스틱 재료로 만들어지고, 짝을 이룬 표면 라인들에 의해 조인트되는 반면, 용융 히트는 레이저 장비에 의해 생성되고, 레이저 장비는 일반적으로 조인트될 2개의 파트들 중 하나 상의 흡수 코팅과 작동하는 다이오드, YAG 또는 섬유 레이저들일 수 있다. 이 레이저들은 0.8 내지 1.1 μm의 파장을 갖는다. 얇은 링 형상 흡수 층은 투명한 하단 파트(13)의 외부 벽에 적용되고 이어서 레이저 용접에 의해 투명한 용기(12)에 조인트된다. 얇은 라인 흡수 층은 바람직하게는 인쇄된 부피의 분포에 대한 우수한 제어 및 신뢰성을 제공하는 잉크젯 기술을 사용하여 도포된다. 완전 불투명 라인들이나 도트 인쇄는 추가로 사용될 수 있다. 재활용 프로세스의 목적은 카본 블랙과 함께 최소량의 인쇄 잉크를 사용하는 것이다. 레이저 용접 후, 얇은 라인의 흡수 층은 부분적으로 사라지거나 희미해져, 투명한 용기(12)와 투명한 하단 파트(13) 사이의 명확한 조인트가 획득된다.
다른 가능성은 투과 용접에 사용되는 일반적인 808 nm 또는 980 nm 적외선 레이저들과는 상이하게 플라스틱과 상호작용하는 더 높은 파장의 레이저가 사용되는 투명한 레이저 플라스틱 용접(TLPW)을 사용하는 것이다. 레이저 에너지의 일부는 여전히 투명한 열가소성을 투과하거나 전달되지만, 이 더 높은 파장에서, 일부 흡수 파트를 통해 체적적으로 보여지고 - 이는 폴리머를 가열하고 가소화하기에 충분한 체적 흡수이다.
레이저들이 임의의 렌즈(또는 임의의 투과 매체, 이 경우 플라스틱)를 통과할 때, 그 레이저 에너지의 일부는 렌즈 표면들에서 흡수될 것이다. 투명한 플라스틱 용접의 경우, 흡수가 증가하는 4개의 표면들: 상부 표면, 조인트 인터페이스에 있는 2개의 표면들 및 하부 표면)이 있다. 조인트의 인터페이스가 2개의 표면들로 구성되어 있기 때문에, 투명 대 투명 용접에서 대부분의 흡수가 여기에서 발생하고, 이는 흡수 첨가제 없이 투명 열가소성 플라스틱을 조인팅하기 위한 완벽한 솔루션이게 한다. 이의 장점은 재활용 수지를 오염시킬 수 있는 첨가물들이나 화학물들이 없다는 것이다.
일련의 실험들에서 출원인은 1900 내지 2100 nm, 바람직하게는 2000 nm의 파장을 갖는 레이저 빔을 사용하는 레이저 수단이 흡수 층들을 사용하지 않고 투명한 PET의 조각들을 레이저 용접하는 데 사용될 수 있다는 것을 경험하였다. 일련의 안정성 테스트들, 즉 24 시간 동안 -18 °C의 온도에서 1.8 m 높이에서 낙하 테스트들에서, 별도의 투명한 하단 파트(13)와 투명한 플라스틱 용기(12) 사이의 레이저 용접 조인트들이 깨짐 방지되었다는 것이 증명될 수 있다. 용융 히트는 레이저 빔의 초점에서 생성된다.
도 4에 묘사된 투명한 고압 용기(18)를 갖는 압력 제어 디바이스(17) 대신에, 도 14에 도시된 바와 같이 압력 제어 디바이스(51)를 갖는 디스크(50)가 제공될 수 있다. 디스크(50)는 바람직하게는 돔 형상이고 동일한 투명한 재료, 즉 PET, PEN 또는 폴리에스테르 계열의 다른 플라스틱 재료로 만들어진다. 압력 제어 디바이스(51)는 컵형 폐쇄부(52)를 포함하고, 여기서 폐쇄된 상부 단부(54)를 갖는 원통형 부재(53)는 장착되어, 기준 압력 챔버(55)가 제공된다. 컵형 폐쇄부(52)의 하단 파트(56)는 밸브 개구(57)를 갖는다. 기준 압력 챔버(55)에서, 하향으로 돌출된 스템(59)과 원통형 단부 정지부(60)를 갖는 피스톤(58)이 적응된다. 피스톤(58) 외부에는, 원통형 부재(53)의 내부 벽을 향해 피스톤(55)을 밀봉하기 위해 O-링(61)이 제공된다. 밸브 개구(57)의 아래측 단부에서 단부 정지(60)와 협력하는 O-링(63)이 제공된다. 압력 제어 디바이스(51)의 작동은 WO A 2005/082744에 더 상세히 설명된다. 압력 제어 디바이스(51) 대신에 임의의 다른 유형의 압력 제어 디바이스가 사용될 수 있다.
압력 제어 디바이스(51)를 갖는 돔형 디스크(50) 위에는 피스톤(65) 아래의 가압된 공기로부터 분배 유체(도시되지 않음)를 분리하기 위해 스크래핑 핀(scraping fin)들(66)을 갖는 돔형 피스톤(65)이 제공된다.
도 15 및 도 16은 투명한 하단 파트(13)를 갖는 투명한 플라스틱 용기(12), 압력 제어 디바이스(51)를 갖는 돔형 디스크(50) 및 돔형 분리 피스톤(65)을 도시한다. 디스크(50)는 하부 지역에서 플라스틱 용기(12)의 내부 벽에 연결되어, 디스크(50)와 용기(12)의 하단 파트(13) 사이에 고압 챔버를 제공한다. 용기(12)의 상단에는, 플라스틱 밸브(67)가 장착된다. 이러한 플라스틱 밸브(67)는 예를 들어 WO 2018/133925 A1에서 공지된다.
바람직하게는 돔형 디스크(50)는 위에서 설명한 것과 동일한 방식으로 플라스틱 용기(12)의 내부 벽에 레이저 용접되고, 즉 투명한 디스크(50)의 외부 벽에 얇은 링 형상의 흡수 층을 도포하고 이어서 레이저 용접에 의해 짝을 이룬 표면들을 투명한 용기(12)에 조인한다. 또한, 플라스틱 밸브(67)는 베이스 부분(13)과 관련하여 전술된 바와 같이 용기(12)의 상단에 레이저 용접된다. 그러나, 스핀 용접, 초음파 용접 또는 진동 용접과 같은 상이한 용접 방법들이 사용될 수 있다.
투명한 하단 파트들(20 및 40)은 또한 양쪽 단부들이 개방된 중앙 튜브(25) 또는 중앙 튜브(45)를 가질 수 있고, 여기서 탄성중합체 재료의 폐쇄 요소가 제공된다. 이 폐쇄 요소는 도 15 및 도 16에서 볼 수 있듯이 2 스테이지 니콜슨 플러그(68)로 설계될 수 있다. 또한 돔 형상화 분리 피스톤(67) 아래의 고압 챔버용 폐쇄 부재로서 다른 탄성 플러그들이 사용될 수 있다. 이러한 플러그들은 엄브렐라 밸브 또는 로프 마개 플러그로 공지된다.

Claims (21)

  1. 개방 단부를 갖는 투명한 플라스틱 용기 본체(12)와, 상기 투명한 플라스틱 용기 본체의 상기 개방 단부에 레이저 용접에 의해 조인트(joint)된 별도의 하단 파트(13)(bottom part)를 포함하는 유체 분배기 용기로서,
    상기 별도의 하단 파트(13)는 상기 플라스틱 용기 본체(12)와 동일한 투명한 플라스틱 재료로 만들어지고 상기 별도의 하단 파트는 상기 플라스틱 용기 본체(12)와 상기 별도의 하단 파트(13) 상의 짝을 이룬 표면 라인들을 용융함으로써 상기 플라스틱 용기 본체에 레이저 용접되는 반면, 용융을 위한 히트(heat)는, 상기 플라스틱 용기 본체가 적어도 전체 회전에 걸쳐 회전 수단에 의해 회전되는 동안 고정식 레이저 수단에 의해, 또는 상기 플라스틱 용기가 고정되어 있는 동안 적어도 완전한 원형 모션으로 원형으로 이동 가능한 레이저 수단에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는, 유체 분배기 용기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 투명한 용기 본체(12)와 상기 투명한 하단 파트(13)의 상기 플라스틱 재료는 PET, PEN 또는 폴리에스테르 계열의 다른 플라스틱 재료인 것을 특징으로 하는, 유체 분배기 용기.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    PET의 밀도보다 낮은 플라스틱 재료로 이루어진 유체를 분배하기 위한 피스톤(14)이 제공되는 것을 특징으로 하는, 유체 분배기 용기.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 투명한 하단 파트(13; 20)는 링 형상의 외부 림(rim)(22)과, 상부 중앙 홀(26)을 갖는 중앙 원통형 튜브(25)에 의해 제공되는 중앙 통로(24)를 갖는 내부 컵(23)을 갖는 것을 특징으로 하는, 유체 분배기 용기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 외부 림(22), 상기 내부 컵(23) 및 상기 중앙 튜브(25)는 동일한 재료 두께를 갖는 것을 특징으로 하는, 유체 분배기 용기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 중앙 튜브(25)와 상기 내부 컵(23)의 외부 벽(29) 사이에 방사형 리브(rib)들(28)은 상기 외부 림(22)에 대해 상기 중앙 튜브(25)를 강화하기 위해 제공되는 것을 특징으로 하는, 유체 분배기 용기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 외부 림(22)과 상기 내부 컵(23) 사이에 하부 지지 리브들(37)이 제공되고, 상기 하부 지지 리브들(37)은 큰 안정성을 제공하기 위해 상기 외부 림(22)의 내부 벽에서 상기 내부 컵(23)의 하부 파트(27)까지 비스듬히 돌출하고, 극한 조건들 하에서 상기 외부 벽으로부터의 변형을 줄이고 상기 투명한 하단 파트(20)의 고정밀도를 갖는 완벽한 원형 원통형 형태인 것을 특징으로 하는, 유체 분배기 용기.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 투명한 하단 파트(13; 40)는 하단 파트(42)를 갖는 외부 링형 림(41), 방사형 리브들(43) 및 상부 중앙 홀(46)을 갖는 중앙 튜브(45)에 의해 제공되는 중앙 통로(44)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 유체 분배기 용기.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 상부 중앙 홀(26; 46)은 상기 중앙 튜브(25; 45)로부터 돌출하는 대향 기둥들(39)에 연결된 원통형 플러그(38)에 의해 브리지(bridge)되거나 돔형(domed)이 되는 것을 특징으로 하는, 유체 분배기 용기.
  10. 제4항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    폐쇄 요소로서 충전 밸브(30)는 내부 막힘 홀(32)과 링 원통형 돌출 림(33)을 갖는 컵형 기저부(31)를 갖는 중앙 튜브(25; 45)에 장착되는 반면, 상기 기저부(31)의 상단에는 2개의 대향 그루브(36)(groove)들을 갖는 상부 절두 원추형 섹션(35)이 제공되는 것을 특징으로 하는, 유체 분배기 용기.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 폐쇄 요소는 PET, PEN 또는 폴리에스테르 계열의 다른 플라스틱 재료로 만들어지는 것을 특징으로 하는, 유체 분배기 용기.
  12. 제4항에 있어서,
    상기 중앙 원통형 튜브(25)는 양쪽 단부들에 개방형 단부들을 갖고 탄성중합체 재료의 이동 가능한 폐쇄 요소는 상기 중앙 튜브(25) 내에 제공되는, 유체 분배기 용기.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 폐쇄 요소는 2 스테이지 니콜슨 플러그(Nicholson plug) 또는 엄브렐라 밸브(umbrella valve) 또는 로프 마개 플러그(rope bung plug)로서 설계되는 것을 특징으로 하는, 유체 분배기 용기.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    투명한 고압 용기(18)를 갖는 압력 제어 디바이스(17)는 상기 플라스틱 용기 본체(12)의 하부 부분에 장착되는 것을 특징으로 하는, 유체 분배기 용기.
  15. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    투명한 재료로 만들어진 압력 제어 디바이스(51)를 갖는 디스크(50)는 상기 디스크(50)와 상기 하단 파트(13) 사이에 고압 챔버를 제공하기 위해 상기 투명 용기(12)의 내부 벽에 용접되는 것을 특징으로 하는, 유체 분배기 용기.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 유체 분배기 용기를 생산하기 위한 방법으로서,
    투명한 용기 본체(12)는 모재(preform)로부터 사출 연신 블로우 성형에 의해 만들어지고, 상기 용기 본체의 하단은 상기 용기 본체의 개방형 하부 단부를 제공하기 위해 절단되고, 추가로, 상기 별도의 투명한 하단 파트(13)는 용융된 플라스틱 재료가 다수의 캐비티 성형들에 의해 원하는 형태로 형상화되는 사출 성형에 의해 만들어지고, 상기 별도의 하단 파트(13)는 상기 플라스틱 용기 본체와 상기 별도의 하단 파트 상의 짝을 이룬 표면 라인들을 용융함으로써 상기 플라스틱 용기 본체(12)에 레이저 용접되는 반면, 용융을 위한 히트는, 상기 플라스틱 용기 본체가 적어도 전체 회전에 걸쳐 회전 수단에 의해 회전되는 동안 고정식 레이저 수단에 의해, 또는 상기 플라스틱 용기가 고정되어 있는 동안 완전한 원형 모션으로 원형으로 이동 가능한 레이저 수단에 의해 생성되는, 유체 분배기 용기를 생산하기 위한 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    얇은 링 형상 흡수 층은 상기 투명한 하단 파트(13)의 상기 외부 벽에 적용되고 이어서 레이저 용접에 의해 상기 투명한 용기(12)에 조인트되는, 유체 분배기 용기를 생산하기 위한 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    얇은 라인의 흡수 층은 잉크젯 기술을 사용하여 도포되는, 유체 분배기 용기를 생산하기 위한 방법.
  19. 제17항 또는 제18항에 있어서,
    상기 용융 히트가 일반적으로 조인트되는 2개의 파트들 중 하나 상의 흡수 코팅과 작동하는 그룹 다이오드, YAG 또는 섬유 레이저들에 의해 선택된 레이저 장비에 의해 생성되는, 유체 분배기 용기를 생산하기 위한 방법.
  20. 제16항에 있어서,
    투과(through-transmission) 용접에 사용되는 일반적인 808 nm 또는 980 nm 적외선 레이저들보다 더 높은 파장의 레이저가 사용되는 투명한 레이저 플라스틱 용접(TLPW)은 적용되어, 레이저 에너지의 일부는 여전히 상기 투명한 용기 본체를 통해 투과되거나 전달되지만, 이 더 높은 파장에서 레이저 에너지는 상기 투명한 용기 본체와 상기 별도의 투명한 하단 파트 사이의 조인트 영역에서 상기 플라스틱 재료를 가열하고 가소화하기 위해 상기 별도의 투명한 하단 파트를 통해 흡수되는, 유체 분배기 용기를 생산하기 위한 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    고정식 레이저 수단은 1900 내지 2100 nm, 바람직하게는 2000 nm의 파장을 갖는 레이저 빔을 전송하여, 흡수 층들을 사용하지 않고 상기 투명한 용기 본체와 상기 별도의 투명 하단 파트를 용접하는 반면, 용융 히트는 상기 레이저 빔의 초점에서 생성되는, 유체 분배기 용기를 생산하기 위한 방법.
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