사출성형 기계용 역류 방지 장치(BACKFLOW STOP FOR INJECTION MOLDING MACHINES)

(19)대한민국특허청(KR)
(12) 공개특허공보(A)

(51) 。Int. Cl.
B29C 45/52 (2006.01)
B29C 45/02 (2006.01)
(11) 공개번호
(43) 공개일자
10-2007-0048198
2007년05월08일
(21) 출원번호 10-2007-7004041
(22) 출원일자 2007년02월21일
심사청구일자 없음
번역문 제출일자 2007년02월21일
(86) 국제출원번호 PCT/EP2005/054067 (87) 국제공개번호 WO 2006/024607
국제출원일자 2005년08월18일 국제공개일자 2006년03월09일
(30) 우선권주장 10 2004 042 615.5 2004년09월01일 독일(DE)
(71) 출원인 크라우스-마파이 쿤스트쉬토프테히닉 게엠베하
독일 80997 뮌헨 크라우스-마파이 슈트라쎄2
(72) 발명자 뷔르텔레, 마르틴
독일 86316 프리이트베르크 안톤-하인레-슈트라쎄 24
(74) 대리인 남상선
전체 청구항 수 : 총 8 항
(54) 사출성형 기계용 역류 방지 장치
(57) 요약
본 발명은 말단부(12), 중간부(14), 압축 링(pressure ring)(16) 및 마운팅 엔드(20)를 가진 스크류 헤드(10) 그리고 상기
중간부(14)의 종축에 동심으로 배치되어 상기 중간부와 함께 환상 갭(22)을 형성하는 스톱 링(stop ring)(18)을 포함하는
사출성형 기계용 역류 방지 장치에 관한 것이다. 상기 스톱 링(18)은 통과 위치와 차단 위치 사이에서 스크류 헤드(10)에
대해 행정 A만큼 축방향으로 움직일 수 있고, 플라스틱 용융물을 통과시키기 위한 개구(32)를 포함한다. 말단부(12)는 A
보다 크거나 같은 길이(L≥A)를 가진 슬라이더(42)가 형성되는 방식으로 리세스(40)를 포함하며, 상기 슬라이더에는 스톱
링(18)의 내부면(34)이 축방향 및 원주 방향으로 이동 가능하도록 접한다. 사출성형시 플라스틱 용융물은 개구(32)를 통해
서만 역류할 수 있다. 유입 에지(leading edge)(54)가 형성됨으로써 및/또는 말단부(12)에 하나 이상의 채널(50)이 제공됨
으로써 유입 가능 횡단면이 확장될 수 있다.
대표도
도 4
특허청구의 범위
공개특허 10-2007-0048198
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청구항 1.
말단부(12), 중간부(14), 압축 링(pressure ring)(16) 및 마운팅 엔드(20)를 가진 스크류 헤드(10) 그리고 상기 중간부(14)
의 종축에 동심으로 배치되어 개방 위치와 차단 위치 사이에서 상기 스크류 헤드(10)에 대해 원주 방향으로뿐만 아니라 행
정 A만큼 움직일 수 있는 스톱 링(18)을 포함하는 사출성형 기계용 역류 방지 장치로서, 상기 개방 위치에서는 상기 스톱
링이 헤드 접촉면(28)을 통해 상기 말단부(12)의 정지면(30)에 접하고, 상기 차단 위치에서는 상기 스톱 링이 차단 지지면
(26)을 통해 상기 압축 링(16)의 정지면(24)에 접하며, 상기 스톱 링(18)과 상기 중간부(14)가 환상 갭(22)을 형성하고, 상
기 스톱 링(18) 내에는 플라스틱 용융물을 통과시키기 위한 개구들(32)이 제공되는, 사출성형 기계용 역류 방지 장치에 있
어서,
상기 말단부(12)는 직경 DGL을 갖는 슬라이더(42)가 형성되는 방식으로 상기 말단부의 정지면(30)과 상기 중간부(14) 사
이에 리세스(40)를 가지며, 상기 슬라이더에는 상기 스톱 링(18)의 내부면(34)이 축방향 및 원주 방향으로 이동 가능하도
록 접하고, 상기 슬라이더(42)는 상기 스톱 링의 행정(A)보다 긴 길이(L)를 갖는 것을 특징으로 하는,
사출성형 기계용 역류 방지 장치.
청구항 2.
제 1항에 있어서,
상기 스톱 링(18)의 전방 단부(46)에서의 외경(DAS)이 상기 말단부(12)의 외경(DAE)보다 더 큼에 따라 유입 에지
(leading edge)(54)가 형성되는 것을 특징으로 하는,
사출성형 기계용 역류 방지 장치.
청구항 3.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 말단부(12) 내에 축방향으로 또는 임의의 각도 위치에 배치되어 상기 슬라이더(42)의 영역 내부까지 뻗는 적어도 1개
의 채널(50)이 제공되는 것을 특징으로 하는,
사출성형 기계용 역류 방지 장치.
청구항 4.
제 3항에 있어서,
상기 채널(50)의 바닥 영역에서의 상기 말단부(12)의 직경(DK)이 상기 슬라이더(42)의 직경(DGL)보다 더 작고, 상기 채널
(50)이 상기 슬라이더(42)의 길이(L) 영역에서 끝남으로써, 상기 영역에서 상기 슬라이더(42)가 상기 스톱 링(18)이 지지
되는 쇼울더(52)를 갖는 것을 특징으로 하는,
사출성형 기계용 역류 방지 장치.
청구항 5.
제 3항 또는 제 4항에 있어서,
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상기 채널(50)의 바닥 영역에서의 상기 말단부(12)의 직경(DK)이 상기 슬라이더(42)의 직경(DGL)에 비해 같거나 더 큰 것
을 특징으로 하는,
사출성형 기계용 역류 방지 장치.
청구항 6.
제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스톱 링(18)의 전방 단부(46)가 원추형으로 가늘어지는 것을 특징으로 하는,
사출성형 기계용 역류 방지 장치.
청구항 7.
제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스톱 링(18)의 전방 단부(46)에서의 외경(DAS)이 상기 스톱 링(18)의 중간 영역 및 후방 영역에서의 외경(DSP)보다
더 작고, 상기 스톱 링(18)이 상기 전방 단부(46)로의 전이 영역에서 원추형으로 형성되는 것을 특징으로 하는,
사출성형 기계용 역류 방지 장치.
청구항 8.
제 6항 또는 제 7항에 있어서,
상기 개구들(32)은 상기 스톱 링(18)의 원추형 영역 내에 배치되는 것을 특징으로 하는,
사출성형 기계용 역류 방지 장치.
명세서
본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른 사출성형 기계용 역류 방지 장치에 관한 것이다.
그러한 유형의 역류 방지 장치는 사출 실린더 내에 가소성 스크류의 배출측 단부에 설치되어, 사출 프로세스시 가소화된
플라스틱 재료가 스크류 플라이트 (screw flight)로 다시 가압되지 않도록 하기 위한 "밸브"의 역할을 한다.
청구항 1의 전제부에 따른 역류 방지 장치는 DE 198 36 871에 공지되어 있다. 공지된 상기 역류 방지 장치에서는, 스톱
링이 개방 위치와 차단 위치 사이에서 축방향 및 원주 방향으로 이동 가능하도록 스크류 헤드의 중간부에 동심으로 배치되
고, 상기 개방 위치에서는 스톱 링의 단부면이 상기 스크류 헤드 말단부의 배면 상의 정지면(stop face)에 접하고, 상기 차
단 위치에서는 스톱 링이 스크류 헤드의 압축 링에 접한다. 다시 말해 스크류가 회전할 때 상기 스톱 링이 스크류 헤드에
의해 강제적으로 함께 이동되지 않는다. 하기에서는 스톱 링이 스크류 헤드에 대해 변위되는 구간을 행정 A라고 칭한다.
스톱 링은 중간부와 함께 환상 갭을 형성하며, 단부면 근처에 재료를 통과시키기 위한 구멍들을 갖는다. 개방 위치에서는
스톱 링의 단부면이 말단부 배면의 정지면에 접하고, 플라스틱 용융물이 상기 구멍들을 관통한 다음 스크류 헤드의 말단부
를 지나 스크류 진입 챔버로 흐를 수 있다.
사출성형 초기에는 스톱 링이 앞에서 언급한 개방 위치에 있다. 스크류의 전진 이동에 의해 플라스틱 용융물이 스톱 링의
방향으로 흘러 상기 스톱 링을 스크류를 향해 뒤쪽으로 움직인다. 그럼으로써 스톱 링이 말단부의 정지면으로부터 떼어진
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다. 행정 A는 더 짧게(A') 축소된다. 그 결과, 플라스틱 용융물이 더 증가하여 스톱 링의 내경과 중간부의 외경 사이의 환상
갭을 통해 흐를 수 있다. 따라서 사출성형이 시작된 직후에 역류 방지 장치를 통해 어느 정도의 압력 보상이 이루어진다.
사출성형 프로세스의 결과로 스크류 진입 챔버 내에 압력이 형성됨으로써 아직 닫히지 않은 역류 방지 장치를 통과하는 플
라스틱 용융물이 가압되고, 스톱 링의 행정이 계속 축소된다. 이러한 스톱 링의 행정 축소는 스톱 링을 따라 압축 링의 방
향으로 나타나는 압력 손실 및 스크류 헤드의 운동 결과 스톱 링에 발생하는 전단 응력에 의해 일어난다. 상기 행정 축소의
결과, 스톱 링과 압축 링 사이의 관류 가능한 횡단면이 점점 더 작아져서 상기 영역의 압력이 증가한다. 그럼으로써 스톱
링을 따라 형성되는 압력차가 역전할 수 있다. 그 결과, 압축 링 방향으로의 스톱 링의 추가 운동이 지연되거나 저지되어,
역류 방지 장치의 폐쇄 동작에 불리하게 작용한다.
또한, DE 100 59 615 A1으로부터 공지된 역류 방지 장치에서는 스톱 링이 서로 연결되지 않은 보어 형태의 다수의 용융
물 라인을 포함한다. 스톱 링은 스크류 헤드 외경보다 작은 스크류 헤드의 쇼울더 위에서 가이드되고, 첨두부에서 종동한
다. 즉, 스톱 링은 스크류 회전시 강제적으로 역류 방지 장치의 베이스 바디와 함께 회전한다. 이러한 구현에서는, 스톱 링
에 대응되는 가소성 실린더의 내벽에서 강제적으로 함께 회전하는 스톱 링의 마모 작용을 최대한 줄이기 위한 조처를 취해
야 하는 것이 단점으로 작용한다. 왜냐하면, 그러기 위해서는 상기 부품들 사이의 갭 폭이 충분히 크게 선택되어야 하기 때
문이다. 이는 특히 스크류 직경이 큰 경우에는 중요한 역할을 한다. 그러나 상기 조처의 결과, 스톱 링이 폐쇄된 후 스크류
진입 챔버로부터 누설 흐름이 상기 갭을 통해 뒤쪽으로 발생하여, 사출성형시 필요한 머무름 압력(dwell pressure)이 원
하는 만큼 제공되지 않을 수 있다. 또한, 갭 폭의 치수 결정시 플라스틱의 전단응력 민감성(shear sensitivity)이 고려되어
야 한다. 갭 내에 용융물 막이 존재하기 때문에, 갭이 너무 좁으면 플라스틱에 큰 전단력이 가해질 것이고, 이는 첨가제의
분해, 변색 또는 변성(예: 난연성 첨가제의 산화)을 야기한다. 그렇게 변성된 용융물 성분은 깨끗한 용융물과 함께 공동 내
로 유입되어 완성된 성형품의 품질 저하를 야기한다. 또한, 너무 큰 갭은 이미 언급한 누설 흐름을 야기한다. 따라서 이러
한 구현에서는 결과적으로, 적은 누설 흐름(최대한 작은 갭 폭)과 한 편으로 역류 방지 장치 및 실린더의 적은 마모 사이 그
리고 다른 한 편으로 플라스틱 내에서의 작은 전단응력(최대한 큰 갭 폭) 사이에 절충이 필요하다.
따라서 본 발명은, 도입부에 언급한 유형의 역류 방지 장치가 더 나은 폐쇄 특성을 갖도록 그리고 실린더 내부면의 마모 및
재료 손상이 적도록 상기 장치를 더욱 개선하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적은 청구항 1의 특징들을 갖는 역류 방지 장치에 의해 달성되며, 종속 청구항들은 본 발명의 바람직한 개선과 관
련된다.
본 발명에 따르면 말단부는, 중간부와 상기 중간부의 정지면 사이의 영역에서 상기 말단부가 직경 DGL을 갖는 슬라이더를
포함하고, 상기 슬라이더에 스톱 링의 내부면이 상기 말단부 및 중간부에 대해 축방향 및 원주 방향으로 이동할 수 있게 접
하는 방식으로, 상기 영역에 리세스를 갖는데, 이때 상기 슬라이더는 스톱 링의 행정(A)보다 긴 길이(L)를 가지며, 상기 스
톱 링은 상기 역류 방지 장치의 베이스 바디(스크류 헤드)에 의해 원주 방향으로 강제적으로 종동하지 않는다. 이러한 조처
를 통해, 플라스틱 용융물이 스톱 링과 말단부 사이를 관통하여 환상 갭 내로 흘러들어가는 것이 방지된다. 따라서 사출성
형 프로세스 동안 스톱 링 전방의 압력이 일정하게 유지되거나 증가한다. 스톱 링과 압축 링 사이에서의 압력 손실이 종래
기술에 비해 훨씬 적기 때문에, 압축 링 방향으로 역류 방지 장치를 따라 형성되는 (역류 방지 장치의 폐쇄 특성을 좌우하
는) 압력차가 일정하게 유지되거나 증가한다. 스톱 링이 말단부로부터 떼어지면 스톱 링의 유입을 위한 추가 면, 즉 스톱
링의 헤드 접촉면이 제공된다. 본 발명에 따른 역류 방지 장치는 종래 기술에 비해 훨씬 더 개선된 폐쇄 특성을 갖는다. 스
크류 헤드의 회전시 상기 스크류 헤드에 의해 강제적으로 종동하지 않는 스톱 링에 의해 실린더 내부면에 마모가 발생하지
않는다.
하기에서는 첨부된 도면을 참고로 본 발명을 더 상세히 설명한다. 도 1 내지 도 3은 제 1 변형예를 각각 상이한 작용 위치
에 따라 도시한 것이고, 도 4 내지 도 6은 본 발명에 따른 역류 방지 장치의 추가 변형예를 도시한 것이다.
도 1은 개방 위치에서의 제 1 변형예의 종단면도이다.
도 2는 사출성형 프로세스의 시작 직후 중간 위치에서의 제 1 변형예의 종단면도이다.
도 3은 차단 위치에서의 제 1 변형예의 종단면도이다.
도 4는 개방 위치에서의 제 2 변형예의 종단면도이다.
도 5는 차단 위치에서의 제 3 변형예의 종단면도이다.
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도 6은 차단 위치에서의 제 4 변형예의 종단면도이다.
도 7은 도 5의 화살표 방향에서 도 5의 역류 방지 장치를 바라본 모습을 도시한 평면도이다.
도 1 내지 도 3에 도시된 역류 방지 장치는 배출측 말단부(12), 원통형 중간부(14) 및 사출성형 스크류의 단부로의 장착을
위한 마운팅 엔드(20)를 가진 스크류 헤드(10)를 포함하며, 이때 상기 스크류 헤드(10)는 상기 마운팅 엔드(20)와 중간부
(14) 사이에 압축 링(16)을 갖는다. 중간부(14)에 동심으로 스톱 링(18)이 배치되어 상기 중간부(14)와 함께 환상 갭(22)
을 형성한다. 스톱 링(18)의 외경은, 상기 스톱 링이 (도시되지 않은) 가소성 실린더 내에서 축방향으로 이동할 수 있음으
로써 한 편으로는 개방 위치(도 1)와 차단 위치(도 3)를 취할 수 있으면서, 다른 한 편으로는 원주 방향으로의 상대 운동을
거의 허용하지 않도록 설계된다.
스톱 링(18)은 스크류 헤드와 관련하여 축방향으로, 더 구체적으로 말하면 말단부(12)의 정지면(30)이 스톱 링(18)의 헤드
접촉면(28)과 접촉되는 개방 위치(도 1) 및 압축 링(16)의 정지면(24)이 스톱 링(18)의 차단 지지면(26)과 접촉되는 차단
위치(도 3)로 이동할 수 있다. 통과 위치에서는 재료 흐름이 상기 면들(24와 26) 사이의 틈, 환상 갭(22) 및 구멍들(32)을
통과한다. 차단 위치에서는 스톱 링이 우측 끝 위치에 놓이고, 상기 면들(24와 26) 사이의 틈이 닫힘에 따라 재료가 스크류
방향으로 압축될 수 없다. 사출성형이 시작된 직후에 스톱 링(18)은, 스톱 링의 헤드 접촉면(28)도 정지면(30)에서 떨어지
고 차단 지지면(26)도 압축 링(16)으로부터 떨어지는 중간 위치(도 2)를 취한다. 스크류 진입 챔버 내로의 플라스틱 용융
물의 관통을 위해, 스톱 링(18)의 원주에 다수의 구멍(32)이 분포되어 있다.
말단부(12)의 배면, 즉 스톱 링 쪽을 면하고 있는 면에는, 직경 DGL을 갖는 슬라이더(42)가 형성되는 방식으로 리세스(40)
가 제공된다. 상기 슬라이더(42)는 전체 길이에 걸쳐서 연속적으로 뻗는 지지면을 형성하며, 상기 지지면 위에서 스톱 링
(18)의 전방 단부(46)가 축방향 및 원주 방향으로 이동할 수 있다. 스톱 링(18)은 스크류 헤드의 회전시 상기 스크류 헤드
와 종동하지 않는다. 슬라이더(42)의 길이(L)는 개방 위치와 차단 위치 사이의 스톱 링(18)의 행정(A)보다 길거나 상기 행
정과 같다. 따라서 사출성형 동안(도 2 및 도 3 참조) 플라스틱 용융물이 개구들(32)을 통해서만 환상 갭(22) 내로 침투할
수 있는 것이 보증된다. 그 결과, (종래 기술의 경우와 같은) 환상 갭을 통과하는 유량의 증가 및 그로 인한, 역류 방지 장치
의 폐쇄를 지연시킬 수 있는 스톱 링(18)과 압축 링(16) 사이의 압력 증가가 방지된다. 종래 기술에 비해 스톱 링과 압축 링
사이의 압력이 감소함에 따라, 압축 링의 방향으로 역류 방지 장치를 따라 나타나는, 역류 방지 장치의 폐쇄 특성을 좌우하
는 압력차가 일정하게 유지되거나 증가한다. 사출성형이 시작됨과 동시에 스톱 링(18)이 말단부(12)의 정지면(30)으로부
터 떼어짐에 따라, 헤드 정지면(28)이 유입 가능한 추가 횡단면으로서 제공되고, 그럼으로써 압축 링(16)의 방향으로 스톱
링(18)에 가해지는 힘이 더 커진다. 그 결과, 역류 방지 밸브의 폐쇄 특성을 더욱 개선된다.
폐쇄 특성의 개선을 위해, 정지면(28)의 일부가 이미 개방 위치에서 유입 가능 횡단면으로서 이용될 수 있다. 이와 관련한
여러 실시예들이 도 4 내지 도 6에 도시되어 있다. 유입 가능 횡단면을 갖는 추가의 형상들을 만들어내는 일은 당업자의 몫
이다.
도 4에 따르면, 예컨대 말단부(12)의 외경(DAE)이 스톱 링(18)의 전방 단부(46)의 외경(DAS)보다 더 작을 수 있고, 그 결과
유입 에지(leading edge)(54)가 형성된다.
도 5 및 도 6에 따르면, 말단부(12)가 예컨대 축방향으로 배치된 또는 임의의 각도 위치에 배치된 적어도 1개의 채널(50)
을 포함할 수 있고, 이때 채널 바닥 영역에서의 상기 말단부(12)의 직경(DK)은 슬라이더(42)의 직경(DGL)에 비해 같거나
(도 5), 더 크거나(도시되지 않음) 또는 더 작을 수 있다(도 6). 상기 채널 바닥 영역에서의 직경(DK)이 슬라이더(42)의 직
경(DGL)보다 작으면, 채널(50)의 길이(LK)가 슬라이더(42)의 길이(L)의 영역 내에서 끝나도록 조정되고, 그 결과 쇼울더
(52)가 남는다. 상기 쇼울더 내에서는 스톱 링(18)이 항상 슬라이더(42)에 밀접해 있으며, 환상 갭(22)으로부터 채널(50)
내로 또는 그 반대로 플라스틱 용융물이 도달할 수 없고, 계속해서 개구들(32)을 통해서만 흐른다.
도 7에는 도 5에 따른 구현형을 도 5의 화살표(5) 방향에서 바라본 모습이 도시되어 있다. 말단부(12)의 원주에 걸쳐서 4
개의 채널(50)이 분포되어 있고, 스톱 링(18)의 원주에 걸쳐서 4개의 개구(32)가 제공되어 있다.
마지막으로 주의해야 할 점은, 도면들에 도시된 것과 달리, 스크류 헤드에 마운팅 엔드가 압축 링 및 중간부와 일체로 형성
될 수도 있다는 사실이다. 이 경우, 말단부는 예컨대 나사 조임 방식으로 중간부에 고정된다.
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*도면 부호 목록*
10: 스크류 헤드
12: 말단부
14: 중간부
16: 압축 링
18: 스톱 링
20: 마운팅 엔드
22: 환상 갭
24: 압축 링의 정지면
26: 차단 지지면
28: 헤드 접촉면
30: 말단부의 정지면
32: 플라스틱 용융물용 개구들
34: 스톱 링의 내부면
36: 스톱 링의 전방 단부에 있는 리세스
38: 스톱 링의 에지부
40: 말단부 내 리세스
42: 슬라이더
44: 말단부의 외부면
46: 스톱 링의 전방 단부
50: 채널
52: 쇼울더
DGL: 슬라이더(42)의 외경
DK: 채널(50)의 바닥에서의 직경
DAS: 스톱 링(18)의 전방 단부(46)에서의 외경
DES: 말단부(12)의 외경
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DSP: 스톱 링(18)의 중간 영역 및 후방 영역에서의 외경
DM: 중간부(14)의 외경
도면
도면1
도면2
도면3
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도면4
도면5
도면6
도면7
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