KR20190122162A - 성형기용 용융 유닛 및 성형기 - Google Patents

성형기용 용융 유닛 및 성형기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 성형기(1)의 사출 유닛용 용융 유닛에 관한 것으로, 상기 용융 유닛은 용융 용기(2), 적어도 용융 용기(2)에 배치되는 전도성 재료(4)의 유도성 용융 을 위한 영역에서 용융 용기(2)를 둘러싸는 유도 코일(3) 및 용융된 전도성 재료(4)를 위한 전달 개구(6)를 포함하며, 용융 용기(2)는 적어도 유도 코일(3)에 의해 둘러싸인 영역에서 실질적으로 전자기장이 투과되는 조사 영역(5) 을 구비하고, 용융 용기(2)는 적어도 조사 영역(5)에서 비금속 재료로 구성되며 연속측면을 갖는 것을 특징으로 한다.

Description

성형기용 용융 유닛 및 성형기 {A melting unit for a moulding machine and a moulding machine}
본 발명은 청구항 1의 전제부의 특징을 갖는 성형기의 사출 유닛용 용융 유닛, 상기 용융 유닛을 포함하는 사출 유닛 및 상기 사출 유닛을 포함하는 성형기에 관한 것이다.
통상의 용융 유닛, 사출 유닛 및 성형기는 DE 10 2016 006 917 A1 및 EP 3 075 465 A1에 기재되어 있다.
상기 선행기술(state of the art)에서는, 조사 영역(radiation area) 내의 용융 용기의 측면은 유도 코일에 의해 발생된 전자기장이 조사 영역으로 침투할 수 있도록 슬릿(slit)의 형태로 차단된다. 이는 용융될 전도성 재료(보통 금속)의 불균일 용융 공정(inhomogeneous melting process)을 초래하고, 용융된 전도성 재료가 상기 슬릿으로부터 누출될 수 있다는 단점을 갖는다. 적어도 조사 영역을 둘러싸는 용융 용기의 재료의 냉각은 필수적이다.
본 발명의 목적은 전술한 문제점 중 적어도 하나, 바람직하게는 모두를 방지할 수 있는 통상의 용융 유닛, 통상의 사출 유닛 및 성형기를 제공하는 것이다.
이 목적은 청구항 1의 특징을 갖는 용융 유닛, 이러한 용융 유닛을 포함하는 사출 유닛 및 이러한 사출 유닛을 포함하는 성형기에 의해 달성된다. 본 발명의 유리한 실시예들은 종속항들에서 정의된다.
조사 영역은, 유도 코일이 유지되고 유도 코일에 의해 생성된 전자기장이 작동 중에 작용하는, 용융 용기의 영역이다. 사출 영역은, 전달 개구를 포함하고 작동 중 사출 압력(injection pressure)으로 인한 사출력(injection forces)의 영향을 받는, 용융 용기의 영역이다.
조사 영역의 비금속 재료는 예를 들어, 흑연, 석재(stone)(와전류(eddy currents)의 형성에 영향을 미칠 정도의 전도성 요소를 포함하지 않음), 세라믹, 세라믹 합금 또는 유리이다.
용융 용기는 바람직하게는 긴 본체(elongate body), 특히 바람직하게는 원통형 또는 프리즘(prismatic)형으로 형성되며, 전달 개구를 통해 외부로부터 접근 가능한 챔버(chamber)를 갖는다.
바람직하게는 금속 또는 금속 합금으로 구성되는 재료가 용융될 전도성 재료로서 사용된다.
본 발명에 따르면, 용융 용기는 그 전체 길이에 걸쳐 연속측면(uninterrupted lateral surface)을 갖는다 (작동 중에는 폐쇄되는, 윈도우, 센서 등을 위한 개구와는 선택적으로 분리되어 있다). 폐쇄된 디자인으로 인해, 용융된 전도성 재료가 전달 개구 이외의 다른 곳에서 누출되거나 분출(spurt out)되는 것조차 불가능하기 때문에, 용융된 전도성 재료를 더 빠른 사출 속도(injection speeds)로 캐비티(cavity) 내로 주입할 수 있다.
적어도 조사 영역에서 비금속 재료를 용융 용기에 사용함으로써, 유도 코일의 전자기장은 전체 측면에 걸쳐 조사 영역 내로 침투할 수 있고 용융될 전도성 재료는 균일하게 가열될 수 있다. 실험을 통해 용융될 전도성 재료의 완전 용융(complete melting)을 달성하기 위해 더 적은 시간이 필요하다는 것을 입증할 수 있었다. 용융될 전도성 재료의 파열(bursting out) 위험 또한 상당히 감소된다. 용융 용기의 비금속 재료에서 이와 관련된 와전류가 형성되지 않으므로 조사 영역의 냉각이 필요하지 않다.
용융 용기는 바람직하게는 실질적으로 연속 챔버를 갖는 튜브의 형태를 가지며, 튜브의 일 단부는 용융된 전도성 재료를 위한 전달 개구를 형성한다. 튜브의 타 단부는 사출 플런저(injection plunger)의 삽입에 사용될 수 있다. 전달 개구로부터 멀리 연장되는 튜브의 영역은 사출 영역을 형성한다. 유도 코일에 의해 둘러싸인 튜브의 상기 영역은 조사 영역을 형성하며, 여기서 용융될 전도성 재료의 용융이 일어난다. 사출 플런저는 사출 공정과 관계없이 조사 영역 외부에 배치될 수 있다. 이 경우, 용융 용기의 챔버는 전달 개구로부터 시작하여 사출 영역, 사출 영역에 바람직하게는 직접적으로 인접한 조사 영역 및 조사 영역에 바람직하게는 직접적으로 인접한 사출 플런저를 위한 저장 영역(storage area)을 형성한다.
본 발명의 일 실시예에서, 용융 용기는 사출 영역에서 금속 재료로 구성되고 조사 영역에서 비금속 재료로 구성된다. 금속 재료는 더 높은 기계적 탄성(mechanical resilience)을 가지며, 이는 사출 영역의 영역에서 중요할 수 있다. 다시 말하면, 이 실시예에서, 튜브는 금속 재료로 제조된 축 부분(axial portion) (전달 개구를 가짐)과 비금속 재료로 만들어진 축 부분(유도 코일이 길이 부분의 일부에 걸쳐 배치되고 사출 플런저가 배치됨)으로 구성된다. 금속 재료가 비금속 재료와 맞닿는(butts against) 영역에서 금속 재료가 비금속 재료를 슬리브 형태로 둘러싸는 것이 제공될 수 있다.
본 발명의 대안적인 실시예에서, 용융 용기는 전달 개구까지(바람직하게는 용융 용기 전체가) 비금속 재료로 구성되는 것이 제공된다. 여기서 사출 영역과 조사 영역 사이에 접촉 지점(point of abutment)이 없다. 기계적 강화 구조물이 바람직하게는 적어도 사출 영역에 제공된다.
적어도 조사 영역에서 용융 용기의 내부에 몰드 이형제(mould-release agent)를 도포할 수 있는 분배 장치가 제공될 수 있으며, 조사 영역의 용융된 전도성 재료와 비금속 재료 사이의 화학 반응이 몰드 이형제에 의해 방지될 수 있다. 용융될 전도성 재료에 포함될 가능성이 있는 물질의 용융 용기 내부와의 접촉 및 이로 인한 바람직하지 않은 화학 반응이 이로써 방지될 수 있다.
본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 설명한다. 도면에서 다음이 도시된다:
도 1 a,b 본 발명에 따른 성형기의 제1 실시예의 상세 단면도 및 그의 정면도
도 2 a,b 도 1의 용융 유닛을 사용하는 로딩 공정(loading process)의 제1 및 제2 단계
도 3a-c 본 발명에 따른 용융 유닛의 제2 실시예의 용융 용기의 측면도, 그의 정면도 및 단면도
도 4 용융 용기 내벽에의 몰드 이형제의 도포
도 5 본 발명에 따른 성형기의 개략도
본 발명에 따른 성형기(1)가 도 5에 개략적으로 도시된다. 프레임(16)상에 가동형 성형 플래튼(14)(가동형 성형 플래튼(14)을 이동시키기 위한 구동장치(drive)는 도시되지 않음) 및 고정형 성형 플래튼(13)이 배치된다. 가동형 성형 플래튼(14)을 안내하기 위한 레일(rails)이 제공될 수 있으나 모든 설계에서 필수적이지는 않다.
고정형 성형 플래튼(13)과 가동형 성형 플래튼(14)은 각각 하나의 몰드 절반부(15)을 운반한다. 몰드 절반부(15)들이 접촉할 때까지 가동형 성형 플래튼(14)을 고정형 성형 플래튼(13)으로 이동시켜 몰드 절반부(15)들을 폐쇄한 후, 사출 플런저(11)를 통해 용융된 전도성 재료를 몰드 절반부(15)들에 형성된 캐비티로 주입할 수 있으며, 사출 플런저(11)는 사출 드라이브(12)에 의해 전후 방향으로 병진 이동될 수 있다. 잠재적 보압 단계(holding-pressure phase) 후에, 용융된 전도성 재료는 냉각되어 요구되는 성형부(moulded part)를 형성한다. 성형부는 전달 장치(10)에 의해 캐비티로부터 제거될 수 있다.
이 실시예에서, 용융될 전도성 재료(4)를 위한 전달 장치(10)는 고정형 성형 플래튼(13)에 장착되지만, 또한 프레임(16)상의 다른 위치에 또는 프레임(16) 옆에 프레임과는 독립적으로 배치될 수 있다.
도시된 실시예에서, 주입은 고정형 성형 플래튼(13)을 통해 실행된다. 다른 구성, 예를 들어 성형 플래튼들(13, 14) 사이의 주입(기계 축(machine axis)에 대한 사출 유닛의 90도 배치 또는 L형 어셈블리 배치)이 고려될 수 있다.
용융될 전도성 재료(4)를 위한 용융 용기(2), 사출 플런저(11), 사출 드라이브(12), 유도 코일(3) 및 전달 장치(10)에 의해 형성된 용융 유닛의 실시예에 관한 상세 사항은 도 1 내지 도 4 로부터 도출될 수 있다. 도 1 및 도 2의 실시예에서, 용융 용기(2)는 두 부분으로 형성된다. 도 3의 실시예는 용융 용기(2)의 일체형(one-part formation)을 도시한다. 도시된 다른 설계 수단과는 독립적으로, 용융 용기(2)는 당연히 용융된 전도성 재료를 위한 전달 개구(6)를 항상 구비한다.
도 1a는 용융 용기(2)의 영역에서 도 1b의 A-A 섹션의 상세도를 도시한다.
용융 용기(2)는 실질적으로 관형으로 (연속측면을 포함하여) 형성되고 도 1a의 좌측 단부에 전달 개구(6)를 구비하며, 전달 개구(6)는 고정형 성형 플래튼(13)에 배치된 몰드 절반부(15)(도시되지 않음)와 연통한다. 사출 플런저(11)가 삽입되는 개구가 도 1a에서 우측 단부에 배치된다. 용융될 전도성 재료(4)(여기서 성형 블랭크로 형성됨)가 전달된 후 그러나 아직 전도성 재료(4)가 용융되기 전의 상태가 도시된다. 용융은 조사 영역 (5)의 축 부분을 따라 배치된 유도 코일 (3)에 의해 그 자체가 알려진 방식으로 (선택적으로, 도시되지 않은 흡입 장치(suction device)에 의해 용융 용기(2)에서 진공을 발생시킨 후에) 실행된다. 유도 코일(3)은 용융될 전도성 재료(4) 내에 와전류를 유도하는 전자기장을 생성한다. 이에 의해 형성된 줄 열(Joule heat)은 용융될 전도성 재료(4)를 용융시킨다.
용융 용기(2)는 전달 개구(6)로부터 조사 영역(5)의 방향으로 연장되는 사출 영역(7)을 가지며, 사출 영역(7)은 이 실시예에서는 조사 영역(5)으로 직접적으로 연장된다.
용융 용기(2)는 유도 코일(3)이 배치되는 조사 영역(5)에서 비금속 재료(예를 들어, 흑연, 석재, 유리, 세라믹 또는 세라믹 합금)로 형성된다. 이 비금속 재료에 와전류, 또는 적어도 관련성이 있는 와전류가 유도되지 않으므로 조사 영역(5)에서 용융 용기(2)의 냉각이 필요하지 않다. 전자기장은 연속측면 전체 둘레에 걸쳐 조사 영역(5)에 침투할 수 있으며 용융될 전도성 재료(4)를 균일하게 가열한다.
본 실시예에서, 몰드 절반부(15) 바로 앞의 사출 영역(7)에서 발생할 수 있는 높은 사출 압력을 허용하기 위해, 용융 용기(2)는 사출 영역(7)에서 금속 재료로 형성된다. 사출 영역(7)을 템퍼링(냉각 또는 가열)하기 위한 템퍼링 장치가 사출 영역(7)에 제공될 수 있지만 필수적이지는 않다. 어떤 경우에도 사출 영역(5)에 템퍼링 장치가 필수적이지 않은 것이 유리하다. 비금속 재료와 맞닿는 영역에서, 금속 재료는 슬리브 형태로 비금속 재료를 둘러싼다 (이는 꼭 필수적이지는 않지만 용융 용기(2)의 기계적 안정성(mechanical stability)을 증가시킨다).
도 3의 실시예에서, 용융 용기(2)는 그 전체 길이가 흑연, 석재, 세라믹, 세라믹 합금 또는 유리와 같은 비금속 재료로 형성된다. 여기서, 용융 용기(2)를 위한 기계적 강화 구조물(8)(예를 들어, 수축 슬리브(shrink sleeve))가 사출 영역 (7)에 배치된다. 이는 사출 영역(7)에서의 사출 중에 발생하는 (최대 1800 bar의 사출 압력으로 인해 발생할 수 있는) 힘(forces)에 의한 용융 용기(2)의 손상을 방지하는 역할을 한다. 대안적으로, 용융 용기(2)는 - 적어도 사출 영역(7)에서 - 기계적 강화 구조물(8)을 사용하는 경우 필요 이상으로 견고하게 형성될 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 기계적 강화 구조물(8) 대신에 충분히 높은 기계적 탄성을 갖는 비금속 물질이 사용될 수 있다. 선택한 용융될 전도성 재료(4)(예를 들어 알루미늄의 경우)에 따라, 전체적으로 비금속 재료로 구성된 용융 용기(2)를 보호하기 위해 특별한 방법이 요구될 정도의 큰 힘은 어떠한 경우에도 주입 중에 발생하지 않는다.
도 2a(B-B 섹션) 및 2b(C-C 섹션)는 용융 용기(2)에 용융될 전도성 재료(4)를 로딩(loading)하는 공정의 다른 단계들을 나타낸다. 로딩 공정에 관한 설명은 전술한 용융 용기(2)의 두 실시예에 적용된다.
성형 블랭크(일반적으로: 용융될 전도성 재료(4))는 튜브(18) 내의 그리퍼(gripper; 17) 상에 유지되고 전달 장치(10)의 로봇 암(robotic arm; 도시되지 않음)을 통해 전달 개구(6)에 삽입된다(도 2a). 성형 블랭크는 그리퍼(17)에 의해 조사 영역(5)에 놓인다(deposited)(도 2b).
몰드 절반부(15)들은 전달 장치(10)가 몰드 절반부(15)들 사이의 영역을 벗어난 후에 폐쇄된다. 용융 용기(2)에 함유된 공기는 필요에 따라 흡입에 의해 제거될 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 용융 용기(2)는 보호 가스(protective gas)로 채워질 수 있다. 두 경우 모두에서, 용융된 전도성 재료는 주위 공기(ambient air)에 함유된 산소와의 반응이 방지될 수 있다.
다음의 설명은 전술한 두 실시예에 적용된다.
도시된 것과는 달리, 윈도우(window)를 통해 용융될 전도성 재료(4)의 온도를 측정하기 위해, 용융 용기(2) 내에 이러한 윈도우를 배치할 수 있다. 따라서, 용융될 전도성 재료(4)가 실제로 사출 전에 완전히 용융되는 것이 보장될 수 있다. 이러한 온도 측정의 대안으로 또는 추가적으로, 필요한 공정 변수(예를 들어, 전자기장의 전계 강도(field intensity) 및 노출 시간(exposure time))가 연속적인 실험 또는 모델 연산(model calculations)에 의해 결정될 수 있다.
도시된 것과는 반대로, 용융될 전도성 재료(4)는 성형 블랭크의 형태 이외의 형태, 예를 들어 분말 또는 입상 재료(granular material)의 형태로 용융 용기(2)에 삽입될 수 있다.
도시된 것과는 반대로, 전달 장치(10)는 또한 EP 3 075 465 A1에 제시된 바와 같이 형성될 수 있다.
1 성형기
2 용융 용기
3 유도 코일
4 용융될 전도성 재료
5 용융 용기의 조사 영역
6 용융 용기의 전달 개구
7 용융 용기의 사출 영역
8 용융 용기를 위한 기계적 강화 구조물
9 몰드 이형제 분배 장치
10 용융될 전도성 재료를 위한 전달 장치
11 사출 플런저
12 사출 드라이브
13 고정형 성형 플래튼
14 가동형 성형 플래튼
15 몰드 절반부
16 성형기의 프레임
17 전달 장치의 그리퍼
18 전달 장치의 튜브

Claims (10)

  1. 성형기(1)의 사출 유닛용 용융 유닛에 있어서, 상기 용융 유닛은 용융 용기(2), 적어도 상기 용융 용기(2)에 배치될 전도성 재료(4)의 유도성 용융을 위한 영역에서 상기 용융 용기(2)를 둘러싸는 유도 코일(3), 및 상기 용융된 전도성 재료(4)를 위한 전달 개구(6)를 포함하며, 상기 용융 용기(2)는 적어도 상기 유도 코일(3)에 의해 둘러싸인 영역에서 실질적으로 전자기장이 투과되는 조사 영역(5)을 가지며, 상기 용융 용기(2)는 적어도 상기 조사 영역(5)에서 비금속 재료로 구성되고 연속측면(uninterrupted lateral surface)을 갖는 것을 특징으로 하는 용융 유닛.
  2. 제1항에 있어서, 상기 용융 용기(2)는 상기 전달 개구(6)까지 비금속 재료로 구성되고, 바람직하게는 상기 용융 용기를 위한 기계적 강화 구조물(8)이 상기 전달 개구(6)에 인접한 사출 영역(7)에 또는 상기 전달 개구(6)까지 연장되어 제공되는 것을 특징으로 하는 용융 유닛.
  3. 제1항에 있어서, 상기 용융 용기(2)는 상기 전달 개구(6)로부터 상기 조사 영역(5)의 방향으로 연장되는 사출 영역(7)을 가지며, 상기 사출 영역(7)은 금속 재료로 구성되고, 바람직하게는 상기 사출 영역(7)이 상기 조사 영역(5)까지 연장되는 것을 특징으로 하는 용융 유닛.
  4. 선행하는 항에 있어서, 상기 사출 영역(7)을 템퍼링 하기 위한 템퍼링 장치가 제공되는 것을 특징으로 하는 용융 유닛.
  5. 선행하는 항 중 적어도 한 항에 있어서, 상기 조사 영역(5)의 비금속 재료는 흑연, 석재, 세라믹, 세라믹 합금 또는 유리인 것을 특징으로 하는 용융 유닛.
  6. 선행하는 항 중 적어도 한 항에 있어서, 분배 장치(9)가 제공되며, 상기 분배 장치(9)를 이용하여 몰드 이형제가 적어도 상기 조사 영역(5)에서 용융 용기(2)의 내부에 도포될 수 있고, 상기 조사 영역(5)의 상기 용융된 전도성 재료와 상기 비금속 재료 사이의 화학반응은 상기 몰드 이형제에 의해 방지될 수 있는 것을 특징으로 하는 용융 유닛.
  7. 선행하는 항 중 적어도 한 항에 있어서, 상기 용융될 전도성 재료(4)를 위한 전달 장치(10)가 제공되는 것을 특징으로 하는 용융 유닛.
  8. 두 개의 선행하는 항에 있어서, 상기 몰드 이형제를 위한 상기 분배 장치(9)는 상기 전달 장치(10)에 배치되거나 상기 전달 장치(10)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 용융 유닛.
  9. 선행하는 항 중 적어도 한 항에 따른 적어도 하나의 용융 유닛을 갖는 성형기(1)용 사출 유닛.
  10. 선행하는 항에 따른 사출 유닛을 갖는 성형기(1).
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