KR20010043308A - 가소화 스크류 - Google Patents

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KR20010043308A
KR20010043308A KR1020007012273A KR20007012273A KR20010043308A KR 20010043308 A KR20010043308 A KR 20010043308A KR 1020007012273 A KR1020007012273 A KR 1020007012273A KR 20007012273 A KR20007012273 A KR 20007012273A KR 20010043308 A KR20010043308 A KR 20010043308A
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screw
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flow
metering
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KR1020007012273A
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English (en)
Inventor
레베크알랑야베
쉬르머칼아돌프
Original Assignee
메리 이. 보울러
이 아이 듀폰 디 네모아 앤드 캄파니
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Publication date
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Application filed by 메리 이. 보울러, 이 아이 듀폰 디 네모아 앤드 캄파니 filed Critical 메리 이. 보울러
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    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
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    • B29C48/36—Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it through the nozzle or die
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Abstract

본 발명은 예컨데, 사출 성형 장치 또는 압축 장치에서 사용하기 위한 스크류(27)에 관한 것이다. 스크류(27)는 복수의 나사산부(43,45,47)들을 형성하도록 둘레에 나사산(41)이 나선형으로 배치된 스크류 축(39)을 구비하고 있다. 스크류(27)는 3개의 영역(29,31,33), 즉 공급 영역(29), 압축 영역(31) 및 계량 영역(33)을 포함한다. 스크류(27)의 나사산부(43,45,47)의 깊이 및 피치는 공급 영역(29) 내의 재료의 실제 유동 대 추진 유동의 비 및 계량 영역(33) 내의 재료의 실제 유동 대 추진 유동의 비의 차이가 0.2미만, 바람직하게 0.1 미만, 보다 바람직하게 0.05미만이도록 스크류(27) 내에서 사용되어질 재료에 기초로 하여 설정된다. 이와 같은 구성에 의해, 스크류 내의 유량은 균형을 이루게 되며, 피크 압력없이 스크류를 따라 일정한 압력 게인을 얻을 수 있다.

Description

가소화 스크류 {PLASTICIZING SCREW}
〈발명의 분야〉
본 발명은 폴리머 사출성형장치 또는 폴리머 압출장치 등에서 사용되는 스크류, 예를 들면 폴리머의 용융 또는 연화용으로 사용되는 스크류에 관한 것이다.
〈관련 기술에 대한 설명〉
폴리머를 사출성형 또는 압출시키기 위하여 스크류를 사용하는 것은 공지된 사실이다. 도 1에는, 사출성형에 사용되는 통상의 또는 표준 스크류(11)가 도시되며, 이 스크류(11)는 공급영역(13), 압축 및 변이 영역(15) 및 계량영역(17)의 세 영역을 포함한다. 스크류(11)는, 일정한 내경을 가지고 바람직하게는 매끈한 내부 표면을 가지는 중공형 실린더형 배럴(19) 내에 수용되어 있다. 입상체, 미립자, 박편 또는 분말 등과 같은 임의의 형태의 폴리머 수지가 배럴(19)에 개구(21)를 통하여 공급영역(13) 내로 공급되고, 여기서 스크류(11)는 그 입상체를 패킹하여 압축영역(15) 내로 밀게 된다. 그 입상체는 압축영역(15)에서 용융되고, 용융된 재료가 균질화되는 계량영역(15) 내로 밀려 들어간다. 그리고 나서, 균질화된 용융물은 사출성형되거나 추가 처리되게 된다.
스크류(11)는 축(23)에 대해 나선방향으로 배치된 나사산(25)을 갖는 스크류 축(23)을 구비하고 있어, 나사산(25)을 형성한다. 나사산(25)은 그 깊이 및 그 피치에 의하여 결정되며, 여기서 상기 깊이는 축(23) 위로의 나사산(25)의 높이이고, 피치는 두 개의 이웃한 나사산(25) 사이의 거리 P에 하나의 나사산(25)의 폭을 더한 값이다. 스크류(11)의 외경(OD)은 축(23) 아래 및 위의 나사산(25)의 깊이를 포함하며, 반면에 스크류(11)의 내경(RD)은 나사산(25)의 깊이를 포함하지 않은 축(23) 만의 직경이다. 통상적으로 스크류(11)에서 나사산(25)은 공급영역(13), 압축영역(15) 및 계량영역(17) 각각에서 동일한 피치를 가지지만, 각 영역으로부터 다른 영역까지 깊이는 변화한다. 특히, 나사산(25)은 공급영역(13)에서 동일한 깊이 x를 가지고, 계량영역(17)에서 동일한 깊이 y를 가지며 (여기서 y〈 x ), 압축영역(15)에서는 깊이가 x에서 y로 점차 감소한다.
스크류는 때로 스크류가 수지를 압축하거나 압착하는 양을 표시하는데 사용하는 비율인 압축비에 의해 특징지워진다. 압축비의 숨은 개념은 공급영역에서의 나사산의 체적을 계량영역에서의 나사산의 체적으로 나누는 것이지만, 실제 사용되는 기준은 다음 방정식을 기초로 한 단순화된 방법이다:
압축비 =
이 압축비는 깊이 압축비라고 불린다. 폴리머 등과 같이 결정체 또는 부분 결정체에 흔히 사용되는 고압축 스크류는 약 2.5 이상의 고압축비를 가진다. 비정질 재료에 흔히 사용되는 표준 압축 스크류는 약 1.8 에서부터 약 2.5까지의 압축비, 일반적으로 2.2의 압축비를 가진다.
고압축 스크류는 다음과 같은 여러 가지 문제점을 가진다: 압축이 지나치게 높거나 제어되지 않은 경우에 발생되는 오버히팅 현상; 폴리머가 용융될 때 스크류와 함께 회전되어 앞으로 밀려 전진하지 않는 "브리징(bridging)" 현상; 및 압축 및 계량영역에 스크류 부착물이 퇴적되는 현상 등의 문제점을 가진다. 이러한 문제점들은 스크류 최대 회전속도를 제한하고 결과적으로 용융된 재료의 출력을 제한한다. 이러한 문제점들을 극복하기 위한 시도에서, 어떤 사용자들은 표준 스크류로 전환하지만, 표준 스크류에서의 계량영역의 나사산의 깊이는 너무 깊어서 어떤 조건 하에서, 특히 결정질 재료인 경우에 우수한 용융 균질성을 획득하기가 어렵다.
스크류의 이러한 문제점을 개선하고자 여러 가지 노력이 시도되어 왔다. 미국 특허 제4,129,386호에서는, 계량 영역 내의 나선각(F)으로 일정하게 증가하는 공급영역에서 나선각 또는 피치 D를 갖는 스크류와 조합되는 홈이 형성된 배럴을 구비한 압출장치를 개시하고 있다. 상기 공급영역은 일정한 나사산 높이 G를 가지며, 계량영역은 일정한 나사산 높이 I를 가지고, 전이영역은 공급영역에서의 나사산 높이 G에서부터 계량영역에서의 나사산 높이 I까지 일정하게 감소하는 나사산 높이를 가진다. 이러한 스크류 구성에 따르면, 사출될 재료가 과다 공급되는 문제점이 발생되며, 상기의 스크류를 따라 과도한 압력변화가 형성되는 것을 방지하기 위하여 홈이 형성된 배럴을 구비할 필요가 있다.
따라서, 고압축비의 스크류에서 고압축비에 수반되는 상기의 문제점들을 발생시키지 않으면서도 균질의 용융물을 생산할 수 있는 스크류를 제공할 필요가 있다.
〈발명의 요약〉
본 발명은 스크류, 예를 들면, 사출성형장치 또는 압출장치 등에서 사용되는 스크류에 관한 것이다. 상기 스크류는, 복수의 나사산부들을 형성하도록 둘레에 나사산이 나선형으로 배치된 스크류 축을 구비하며, 공급영역, 압축영역 및 계량영역의 세 영역으로 분할된다. 스크류의 나사산의 깊이, 폭, 및 피치는, 공급영역에서의 재료의 실제 유동 대 이론상 추진 유동(drag flow)의 비 및 계량영역에서의 재료의 실제 유동 대 이론상 추진 유동의 비 사이의 차가 0.2 미만, 바람직하게는 0.1 미만, 보다 바람직하게는 0.05 미만이도록 스크류 내에 사용되는 재료를 기초로 하여 구성된다. 바람직한 실시예에서, 공급 영역 내의 재료의 실제 유동 대 이론 추진 유동의 비 및/또는 계량 영역 내의 재료의 실제 유동 대 이론 추진 유동의 비는 0.8 내지 1.0의 범위를 갖는다.
이러한 구성에 의하면, 스크류 내의 유량은 균형을 이루게 되고, 이로 인해 피크압력 없이 스크류를 따라 일정한 압력 게인을 얻을 수 있게 된다.
공급영역에서 재료의 실제 유동 대 이론상 추진 유동의 비 및 계량영역에서의 재료의 실제 유동 대 이론상 추진 유동의 비 사이에 소정의 차가 있는 스크류의 일 예로서, 계량영역에서 적어도 한 부분의 나사산에서의 피치가 공급에서 적어도 한 부분의 나사산에서의 피치보다 더 크고, 공급영역에서 적어도 한 부분의 나사산에서의 피치가 스크류의 외경보다 더 작고; 계량영역에서 적어도 한 부분의 나사산에서의 피치가 스크류의 외경보다 더 크고; 압축영역을 통하여 적어도 한 부분의 나사산에서의 피치가 증가하고; 그리고 압축영역을 통하여 적어도 한 부분의 나사산에서의 깊이가 공급영역 부근에서부터 계량영역 부근으로 갈수록 증가하는 스크류가 있다.
본 발명에 의한 스크류에 의하면, 스크류 회전속도가 더욱 높아지고, 재료 처리량이 더욱 증가하며, 그리고 종래의 스크류에 비하여 사출성형 사이클 시간이 감소되게 된다.
도1은 표준 스크류의 측면도이다.
도2는 본 발명에 따라 제작된 스크류의 측면도이다.
〈상세한 설명〉
본 발명은 스크류, 예를 들면, 사출성형장치 또는 압출장치 등에서 사용되는 스크류에 관한 것이다. 상기 스크류는, 복수의 나사산부들을 형성하기 위하여 둘레에 나사산이 나선형으로 배치된 스크류 축을 구비하고 있다. 상기 스크류는 공급영역, 압축영역 및 계량영역의 세 영역을 가지며, 그리고 사용시에는 스크류가 중공형 배럴 내에서 회전하도록 하는 바람직하기로는 매끈한 실린더형 내벽을 가지는 중공형 실린더형 배럴 내에 장착된다.
이하에 사용된 용어 "공급영역"은 재료가 압축되지 않는 스크류의 영역을 의미한다. 폴리머 입상체의 경우, 예를 들면 입상체는 용융되지 않은 벌크 형태로 존재한다. 명세서 내에서 사용되는 용어 "계량영역"은 재료가 완전히 압축된 스크류의 영역을 의미한다. 수지 입상체의 경우, 예를 들면, 상기 입상체는 완전히 용융된 형태로 존재한다. 명세서 내에서 사용되는 용어 "압축영역"은 재료가 압축되고 있는 스크류의 영역을 의미한다. 폴리머 입상체의 경우, 예를 들면, 상기 입상체는 벌크 형태 및 용융된 형태 사이의 혼합된 상으로 존재한다.
나사산은 그 깊이, 폭, 및 피치에 의하여 특징지워지며, 상기 깊이는 스크류 축에 관한 나사산의 높이로서 정의되고, 상기 피치는 나사산 길이(스크류 축 상의 두 개의 이웃한 1회전 나사산들 사이의 거리)에 하나의 나사산의 폭을 더한 값으로 정의된다. 만약 나사산의 피치가 25mm이면, 그것은 스크류가 한번 회전될 때 나사산 내의 폴리머가 스크류에서 축방향으로 12.5mm 이동된다는 것을 의미한다.
본 발명은, 나사산의 구성이 나사산 내에 존재하는 재료의 부피를 기초로 하여 결정된다면, 스크류 회전속도가 높아지고 재료 처리량이 더욱 높아지며, 그리고 종래의 스크류에 비하여 사출성형 사이클 시간이 감소되게 되는 그러한 스크류를 얻을 수 있다는 발견을 기초로 하고 있다.
따라서, 본 발명에서는 스크류의 나사산의 깊이, 폭, 및 피치는, 공급영역 내의 재료의 실제 유동 대 이론상 추진 유동의 비 및 계량영역 내의 재료의 실제 유동 대 이론상 추진 유동의 비 사이의 차의 절대치가 0.2 미만, 바람직하게는 0.1 미만, 보다 바람직하게는 0.05 미만이 되도록 스크류 내에 사용되는 재료를 기초로 하여 구성된다. 이러한 구성에 의하면, 스크류 내의 유량은 균형을 이루게 되고, 이리하여 피크압력 없이 스크류를 따라 일정한 압력 게인을 얻을 수 있게 된다. 바람직한 실시예에서 공급영역에서의 재료의 실제 유동 대 이론상 추진 유동의 비 및 계량영역에서의 재료의 실제 유동 대 이론상 추진 유동의 비는 약 0.8 내지 1.0 사이의 범위를 갖는다.
상기 비율들은 시간당 질량 또는 시간당 체적으로 계산될 수 있다.
공급영역 및 계량영역에서 재료의 실제 유동 및 재료의 이론상 추진 유동은 다음과 같이 결정된다.
계량영역에서 재료의 실제 유동은 주어진 시간 주기동안 스크류로부터 출력된 재료의 무게를 측정함으로써 결정된다. 이 유량은 스크류에 사용된 재료의 용융 밀도로 상기 유량을 나눔으로써 체적 유량으로 변환될 수 있다. "용융 밀도"는 재료가 용융되었을 때 스크류 내에 사용된 폴리머 등과 같은 재료의 밀도를 의미한다.
스크류에서 재료의 유량은 일정한 것으로 가정하고, 공급영역에서 재료의 실제 체적 유동은 계량영역으로부터 나온 재료의 유량을 취하고 그 유량을 스크류에 사용된 재료 벌크의 밀도로 나누어 줌으로써 결정된다. "벌크 밀도"는 스크류에 사용된 폴리머 입자 또는 미립자 등과 같은 재료의 질량을 상기 고체의 입자 또는 미립자 및 그들 사이의 틈 또는 개방된 공간의 전체 체적으로 나눈 값을 의미한다.
추진 유동은, 스크류 및 스크류 배럴의 내면 사이의 상대 운동으로 인한 재료의 이론상 체적 유동 즉, 재료를 배럴을 통하여 전방으로 이동시키는 나선형 스크류의 회전으로 인하여 재료의 전진 유동을 의미한다. 추진 유동은 재료의 평균 상대 속도 및 실린더형 배럴의 채널 단면적의 곱에 비례한다. 다시 말하면, 상기 추진 유동은 재료의 체적 펌핑 용량이며, 보통 단위시간당 체적에 의하여 계산된다. 추진 유동은 나사산의 피치, 깊이, 폭, 및 각, 그리고 스크류의 속도를 포함한 스크류에 관련한 수치 인자들에 근거하여 산출된다. 스크류의 배출 단부를 향한 추진 유동은 스크류의 속도를 증가시키거나 동시에/또는 스크류의 나사산의 깊이를 증가시킴으로써 증가될 수 있다.
이론상의 추진 유동은, 공지된 바와 같이 독일 뮌휀 소재의 칼 한저 페어락(Carl Hanser Verlag:1963)사에 의해 발행된 게하르트 쉔켈(Gerhard Schenkel)의 "플라스틱 사출 기술(Kunststoff-Extrudertechnik)", 제 123-125면에 나타난 바와 같은 통상의 법칙을 이용하여 계산된다.
공급영역에 대하여 계산된 이론상 추진 유동은 그 영역에서 나사산의 형상 및 스크류에 사용된 재료에 관련된 수정인자에 의하여 조절될 수있다. 이 수정 인자는 공급영역 내의 재료 벌크의 특성 및 나사산의 플랭크의 영향으로 인하여 필요하며, 보통 0.7 내지 0.95 범위 내의 값이며 더욱 일반적으로 0.8 내지 0.95 범위 를 갖는다. 이 수정인자는 나사산 높이 대 나사산 거리의 비와 수정 인자의 그래프가 도시되어 있는 쉔켈(Schenkel)의 제123면에 나타난 바와 같은 공지의 방법들에 의하여 획득될 수 있다. 상기 수정인자는, 나사산 높이 대 나사산 거리의 비를 구하고 그 그래프로부터 적당한 수정인자를 읽음으로써 결정된다.
계량영역에서 이론상의 추진 유동의 이론적인 계산도 또한 수정인자에 의해 조절될 필요가 있는 한편, 계량영역에서는 재료가 용융되어 있기 때문에 사실상 상기 수정인자는 1.0에 매우 가까우며, 이 수정인자는 1.0의 근사값이다.
상술된 비를 가지는 스크류는 스크류를 따라 피치당 비교적 일정한 압력 게인을 가진다. 만약 스크류에서 피크압력이 발생된다면, 스크류 내의 재료에 응력이 가해질 것이고, 그것은 결과적으로 스크류 퇴적물이 되어 재료의 기계적 특성을 저하시키게 될 것이다.
비록 스크류가 폴리머의 사출성형 및 압출 공정에 특히 유용한 것으로 알려져 있으나, 스크류에 사용되는 재료의 형태에는 제한이 없다.
공급영역에서의 재료의 실제 유동 대 이론상 추진 유동의 비와 계량영역에서의 재료의 실제 유동 대 이론상 추진 유동에 대한 비 사이에 소정의 차가 있는 스크류의 일 예로서,
계량영역에서 적어도 한 부분의 나사산에서의 피치가 공급 영역에서 적어도 한 부분의 나사산에서의 피치보다 더 크고;
공급영역에서 적어도 한 부분의 나사산에서의 피치가 스크류의 외경보다 더 작고;
계량영역에서 적어도 한 부분의 나사산에서의 피치가 스크류의 외경보다 더 크고;
압축영역을 통하여 적어도 한 부분의 나사산에서의 피치가 증가하고; 그리고
압축영역을 통하여 적어도 한 부분의 나사산에서의 깊이가 공급영역 부근에서부터 계량영역 부근으로 갈수록 감소하는 그러한 스크류가 있다.
바람직한 실시예로서, 계량영역에서 나사산의 피치가 공급영역에서의 피치보다 더 크고, 공급영역에서 나사산의 피치가 스크류의 외경보다 더 작고, 계량영역에서 나사산의 피치가 스크류의 외경보다 더 크고, 압축영역을 통하여 나사산의 피치가 증가하고, 그리고 압축영역을 통하여 나사산의 깊이가 공급영역 부근에서부터 계량영역 부근으로 갈수록 감소되도록 나사산의 모양이 형성된다. 본 명세서에서 사용된 용어 "스크류의 외경"은 스크류 축 및 스크류 축의 아래 및 위에서 나사산의 깊이를 포함하여 측정된 직경을 의미한다.
스크류의 압축비는 스크류가 수지를 압축하는 상대적 양을 정량화하며, 공급영역에서 나사산의 체적을 계량영역에서 나사산의 체적으로 나누는 개념을 기초로 하고 있다. 압축비로서 보통 사용되는 근사값은 공급영역에서의 나사산의 깊이 대 계량영역에서의 나사산의 깊이의 비다.
이리하여, 스크류의 압축비를 변화시키기 위한 통상의 방법은 공급 및 계량 영역에서 나사산의 깊이를 변화시키는 것이었다. 종래의 스크류에서 나산산의 깊이가 공급영역에서 일정하고, 계량영역에서도 일정하기 때문에, 스크류의 압축비는 공급영역에서 나사산의 깊이를 증가시키거나 또는 계량영역에서 나사산의 깊이를 감소시킴으로써 또는 양자를 모두 실행함으로써 증가될 것이다. 그러나, 만약 스크류의 압축비가 너무 높다면 그것은 상술된 문제점, 즉 브리징, 불필요한 열 축적에 의한 축적현상 및 스크류 퇴적물 등과 같은 문제점을 발생시킨다.
본 발명은, 공급영역에서의 재료의 실제 유동 대 이론상 추진 유동의 비 및 계량영역에서의 재료의 실제 유동 대 이론상 추진 유동의 비 사이의 차의 절대값이 0.2 미만, 바람직하게는 0.1 미만, 더욱 바람직하게는 0.05 미만인 스크류를 제공함으로써, 고압축 스크류에 수반되는 문제점들을 발생시킴없이 공급영역에서 나사산의 깊이가 계량영역에서의 나사산의 깊이에 비하여 상대적으로 깊은 고압축 스크류의 이익을 획득할 수 있다는 발견에 기초를 두고 있다.
사실상, 상술된 바와 같이 본 발명에 따른 스크류의 피치 및 깊이의 변화는 스크류의 압축비를 실제로 낮추어주고, 그로 인해 고압축비 스크류에 수반되는 문제점들을 제거하게 된다. 동시에 본 발명에 따른 스크류는, 고압축비의 스크류에 수반되는 비교적 높은 공급영역 나사산 깊이 및 비교적 낮은 계량영역 나사산 깊이에 관한 모든 이점을 가진다.
공급 영역의 체적 대 압축 영역의 체적의 비를 구함으로써 계산되는 체적 압축비는 스크류의 피치 및 깊이가 모두 변화할 때, 측정하는 것은 간단한 일이 아니다. 하나의 이유로서, 피치가 변화하면 스크류 축을 따라 나사산의 각이 변화한다는 것이다. 나사산의 피치가 변화하고 나사산의 깊이가 변화하는 스크류에 대한 체적 압축비는 스크류에 사용되는 폴리머에 대한 벌크 밀도 대 용융된 밀도의 비를 구함으로써 접근될 수 있다.
다수의 폴리머 재료들에 대한 용융 밀도 대 벌크 밀도의 비는 대략 1.3이며, 이 수치는 스크류의 압축비의 최소값이다. 압축비 1.3 이하에서, 폴리머 미립자는 사출성형 공정 중에 그 폴리머 내부에 함유된 공기를 외부로 밀어낼 만큼 충분히 압축되지 않는다.
본 발명에 따르면, 매우 낮은 압축비, 즉 1.3의 하한과 동일한 또는 그 이상이며, 고압축 스크류의 압축비보다 낮은 압축비를 가지는 스크류를 사용하여 개선된 결과를 얻을 수 있다.
공급영역에서의 재료의 이론상 추진 유동에 대한 실제 유동의 비율 및 계량영역에서의 재료의 이론상 추진 유동에 대한 실제 유동의 비율 사이의 차이가 작고, 공급 및 계량영역에서 피치가 서로 다르고, 압축영역에서 피치가 변화하도록 고안된 스크류를 제조하고 사용하는 데 대한 발견은, 스크류가 나사산에서 재료의 체적을 기초로 하여 고안되고 공급, 압축, 및 계량영역 각각에서 동일한 피치를 가져야만 한다는 종래의 기술로부터 예측할 수 없다. 본 발명의 스크류의 구성에 따르면, 스크류 회전속도가 더욱 커지고, 재료 처리량이 더욱 증가하며, 그리고 종래의 스크류에 비하여 사출성형 사이클 시간이 감소되게 된다.
본 발명은 도2에 도시되며, 여기에는 공급영역(29), 압축영역(31) 및 계량영역(33)의 세 영역을 포함하는 스크류(27)가 도시되어 있다. 스크류(27)는, 대략 일정한 내경을 가지는 중공형 실린더형 배럴(35) 내에 수용되어 있다. 입상체, 미립자, 박편 또는 분말 등과 같은 임의의 편리한 형태의 폴리머 수지가 배럴(35)의 개구(37)를 통하여 공급영역(29) 내로 공급되고, 여기서 스크류(27)는, 종래의 스크류에서와 마찬가지로 그 입상체를 패킹하여 압축영역(31) 내로 밀게 된다.
스크류(27)는 스크류 축(39) 및 상기 축(39)에 관하여 나선방향으로 배치된 나사산(41)을 갖추고 있으며, 공급영역 나사산부(43), 압축영역 나사산부(45) 및 계량영역 나사산부(47)를 형성한다.
공급영역 나사산부(43)의 피치는 스크류(27)의 외경보다 더 작고, 바람직한 실시예에서 각 공급영역 나사산부(43)의 피치는 대략 동일하다. 계량영역 나사산부(47)의 피치는 스크류(27)의 외경보다 더 크고, 바람직한 실시예에서 각 계량영역 나사산부(47)의 피치는 대략 동일하다. 추가로, 상기 공급영역 나사산부(43)의 피치는 상기 계량영역 나사산부(47)의 피치보다 더 작다.
도2에 도시된 바와 같이, 압축영역 나사산부(45)의 깊이는 공급영역(29) 부근에서부터 계량영역(33) 부근으로 갈수록 점차적으로 감소하고, 압축영역 나사산부(45)의 피치는 공급영역(29) 부근에서부터 계량영역(33) 부근으로 갈수록 점차적으로 증가한다. 압축영역(31)에서 스크류 축(39)은 테이퍼진 원뿔형상을 하고 있으므로 압축영역 나사산부(45)의 깊이가 변화하게 된다. 압축영역 나사산부(45)의 깊이가 공급영역(29) 부근에서부터 계량영역(33) 부근으로 갈수록 감소한다 하더라도, 각각의 후속하는 압축영역 나사산부(45)의 깊이가 그 전의 것보다 작아야 할 필요는 없다. 마찬가지로, 압축영역 나사산부(45)의 피치가 공급영역(29) 부근에서부터 계량영역(33) 부근으로 갈수록 증가한다 하더라도, 각각의 후속하는 압축영역 나사산부(45)의 깊이가 그 전의 것보다 커야 할 필요는 없다.
본 발명의 스크류는 사출성형장치 또는 압출장치에 사용될 수 있으며, 또한 더 큰 스크류의 용융부로서 사용될 수 있다.
본 발명은 하나의 나사산을 가지는 것으로 설명되었으나, 당업자에게 공지된 바와 같이 본 발명의 범위는 하나 이상의 나사산을 가지는 스크류를 포함할 수 있다.
〈실시예〉
실시예 1 및 비교예 2
실시예 1에서는 본 발명에 따른 스크류가 제조되었고, 비교예 2에서는 종래의 스크류가 제조되었다. 스크류에 대한 물리적 치수는 이하의 표 1에 설정되어 있다.
이. 아이. 듀폰 디 네모아 앤드 캄파니(E. I. du Pont de Nemours and Company:듀폰)로부터 입수할 수 있는 폴리아세탈 수지인 등록 상표 델린(Delrin) 500P가 양 스크류를 이용하여 사출성형되었다. 그 수지는 용융밀도/벌크 밀도의 비가 1.16/0.87=1.33이었다. 그 결과는 이하의 표 1에 요약되었다.
표 1
실시예 1 비교예 2
스크류 직경,mm 30 30
공급영역에서 나사산의깊이,mm 8 7
공급영역에서 나사산의피치,mm 28 30
계량영역에서 나사산의깊이,mm 2.3 2.2
계량영역에서 나사산의피치,mm 50 30
스크류 속도(rpm) 250 125
스크류 출력(kg/hr) 61 25
압축비(체적) 1.47 2.6
공급영역 실제 유동,g/min 72 29
공급영역 추진 유동수정 인자 0.81
공급영역 이론상 추진 유동,g/min 73 37
공급영역 실제 유동 대이론상 추진 유동의 비 0.98 0.78
계량영역 실제 유동, g/min 54 22
계량영역 이론상 추진 유동,g/min 54 17
계량영역 실제 유동 대이론상 추진 유동의 비 1.00 1.25
공급영역 및 계량영역에서의 실제유동 대 이론상 추진 유동의 비에서의 차이 0.02 0.47
실시예 1의 스크류는 비교예 2의 스크류에 비하여, 공급 영역에서의 재료의 이론상 추진 유동에 대한 실제 유동의 비율 및 계량 영역에서의 재료의 이론상 추진 유동에 대한 실제 유동의 비율 사이의 차이가 작다. 따라서, 실시예 1의 스크류가 비교예 2의 스크류에 비하여 스크류 부착물, 스플레이(splays), 브리징, 또는 다른 결함을 발생시키지 않으면서 균질의 용융뮬, 더욱 일정한 스크류 철회 시간을 형성하였고, 더 높은 RPM, 즉 더 많은 수지 출력을 허여하였다.
실시예 3 및 비교예 4
듀폰으로부터 입수할 수 있는 나일론 수지, 등록상표 지텔(Zytel) 135F가 또한 전술한 실시예 1 및 비교예 2에서와 같이 사출성형되었다. 실시예 3에서 수지는 본 발명에 따른 스크류를 이용하여 사출성형되었고, 비교예 4에서 수지는 종래의 스크류를 이용하여 사출성형되었다. 그 결과는 이하의 표 2에 요약된다.
표 2
실시예 3 비교예 4
스크류 직경,mm 32 32
공급영역에서 나사산의깊이,mm 8 5.9
공급영역에서 나사산의피치,mm 26 32
계량영역에서 나사산의깊이,mm 2.1 2.1
계량영역에서 나사산의피치,mm 48 32
스크류 속도(rpm) 275 300
스크류 출력(kg/hr) 50 40
압축비(체적) 1.56 2.4
공급영역 실제 유동,g/min 59 48
공급영역 추진 유동수정 인자 0.80
공급영역 이론상 추진 유동,g/min 81 76
공급영역 실제 유동 대이론상 추진 유동의 비 0.73 0.64
계량영역 실제 유동, g/min 42 35
계량영역 이론상 추진 유동,g/min 58 36
계량영역에서 실제 유동 대이론상 추진 유동의 비 0.73 0.95
공급영역 및 계량영역에서의 실제유동 대 이론상 추진 유동의 비에서의 차이 0 0.31
실시예 3의 스크류는, 공급영역에서 실제 유동 대 이론상 추진 유동의 비와 계량영역에서 실제 유동 대 이론상 추진 유동의 비 사이가 차이가 비교예 4의 스크류에 대한 0.31과 비교하여 0이 된다. 따라서, 실시예 3의 스크류가 비교예 4의 스크류에 비하여 스크류 부착물, 스플레이, 브리징, 또는 다른 결함을 발생시키지 않으면서 균질의 용융물, 더욱 일정한 스크류 철회 시간을 형성하였고, 더 높은 RPM, 즉 더 많은 수지 출력을 허여하였다.
실시예 5 및 비교예 6
등록상표 델린(Delrin) 500P가 65mm의 직경을 갖는 스크류를 이용하여 전술한 실시예들에서처럼 사출성형되었다. 실시예 5에서 수지는 본 발명에 따른 스크류를 이용하여 사출성형되었고, 비교예 6에서 수지는 종래의 스크류를 이용하여 사출성형되었다. 그 결과는 이하의 표 3에 요약된다.
표 3
실시예 5 비교예 6
스크류 직경,mm 65 65
공급영역에서 나사산의깊이,mm 10 7.8
공급영역에서 나사산의피치,mm 40 65
계량영역에서 나사산의깊이,mm 2.7 2.8
계량영역에서 나사산의피치,mm 75 65
스크류 속도(rpm) 180 140
스크류 출력(kg/hr) 185 110
압축비(체적) 1.6 2.5
공급영역 실제 유동,g/min 212 127
공급영역 추진 유동수정 인자 0.84
공급영역 이론상 추진 유동,g/min 248 279
공급영역 실제 유동 대이론상 추진 유동의 비 0.85 0.46
계량영역 실제 유동, g/min 159 121
계량영역 이론상 추진 유동,g/min 121 170
계량영역에서의 실제 유동 대이론상 추진 유동의 비 0.93 0.79
공급영역 및 계량영역에서의 실제유동 대 이론상 추진 유동의 비에서의 차이 0.08 0.33
실시예 5의 스크류는,공급영역 실제 유동 대 이론상 추진 유동의 비와 계량영역 실제 유동 대 이론상 추진 유동의 비 사이의 차이가 비교예 6의 스크류에 대한 0.33과 비교하여 더 작다. 따라서, 실시예 5의 스크류는 비교예 6의 스크류에 비하여 스크류 부착물, 스플레이, 브리징, 또는 다른 결함을 발생시키지 않으면서 균질의 용융물, 더욱 일정한 스크류 철회 시간을 형성하였고, 더 높은 RPM, 즉 더 많은 수지 출력을 허여하였다.

Claims (19)

  1. 복수의 나사산부를 형성하도록 둘레에 나사산이 나선형으로 배치된 스크류 축을 구비하며, 공급영역, 압축영역 및 계량영역을 포함하는 스크류에 있어서,
    상기 스크류의 나사산의 깊이, 폭, 및 피치는 상기 공급영역에서의 재료의 실제 유동 대 이론상 추진 유동의 비 및 상기 계량영역에서의 재료의 실제 유동 대 이론상 추진 유동의 비 사이의 차이가 0.2 미만이 되도록 상기 스크류 내에 사용되는 재료를 기초로 하여 설정되는 것을 특징으로 하는 스크류.
  2. 제1항에 있어서, 상기 공급영역에서의 재료의 실제 유동 대 이론상 추진 유동의 비 및 상기 계량영역에서의 재료의 실제 유동 대 이론상 추진 유동의 비 사이의 차이가 0.1 미만인 것을 특징으로 하는 스크류.
  3. 제1항에 있어서, 상기 공급영역에서의 재료의 실제 유동 대 이론상 추진 유동의 비 및 상기 계량영역에서의 재료의 실제 유동 대 이론상 추진 유동의 비 사이의 차이가 0.05 미만인 것을 특징으로 하는 스크류.
  4. 제1항에 있어서, 상기 공급영역에서 재료의 실제 유동 대 재료의 이론상 추진 유동의 비는 0.8 내지 1.0의 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 스크류.
  5. 제1항에 있어서, 상기 계량영역에서 재료의 실제 유동 대 재료의 이론상 추진 유동의 비는 0.8 내지 1.0의 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 스크류.
  6. 제1항에 있어서, 상기 계량영역에서 상기 나사산부의 적어도 한 부분의 피치가 상기 공급영역에서 상기 나사산부의 적어도 한 부분의 피치보다 더 크고,
    상기 공급영역에서 상기 나사산부의 적어도 한 부분의 피치가 상기 스크류의 외경보다 더 작고,
    상기 계량영역에서 상기 나사산부의 적어도 한 부분의 피치가 상기 스크류의 외경보다 더 크고,
    상기 나사산부의 적어도 한 부분의 피치가 상기 압축영역을 통하여 증가되며,
    상기 나사산부의 적어도 한 부분의 깊이가 상기 공급영역 부근에서부터 상기 압축 영역을 통하여 상기 계량영역 부근으로 갈수록 감소되는 것을 특징으로 하는 스크류.
  7. 제6항에 있어서, 상기 계량영역에서 상기 나사산부의 피치가 상기 공급영역에서 상기 나사산부의 피치보다 더 큰 것을 특징으로 하는 스크류.
  8. 제6항에 있어서, 상기 계량영역에서 상기 나사산부의 피치는 거의 동일한 것을 특징으로 하는 스크류.
  9. 제6항에 있어서, 상기 공급영역에서 상기 나사산부의 피치는 상기 스크류의 외경보다 더 작은 것을 특징으로 하는 스크류.
  10. 제6항에 있어서, 상기 공급영역에서 상기 나사산부의 피치는 거의 동일한 것을 특징으로 하는 스크류.
  11. 제6항에 있어서, 상기 계량영역에서 상기 나사산부의 피치는 상기 스크류의 외경보다 더 큰 것을 특징으로 하는 스크류.
  12. 제6항에 있어서, 상기 계량영역에서 상기 나사산부의 피치는 거의 동일한 것을 특징으로 하는 스크류.
  13. 제6항에 있어서, 상기 나사산부의 깊이는 상기 공급영역 부근에서부터 상기 압축 영역을 통하여 상기 계량영역 부근으로 갈수록 감소되는 것을 특징으로 하는 스크류.
  14. 제6항에 있어서, 상기 공급영역에서 상기 나사산부의 깊이는 거의 동일한 것을 특징으로 하는 스크류.
  15. 제1항의 스크류를 포함하는 사출성형장치.
  16. 제4항의 스크류를 포함하는 사출성형장치.
  17. 제1항의 스크류를 포함하는 압출장치.
  18. 제6항의 스크류를 포함하는 압출장치.
  19. 복수의 나사산부를 형성하도록 둘레에 나사산이 나선형으로 배치된 스크류 축을 구비하며, 공급영역, 압축영역 및 계량영역을 포함하는 스크류로서, 상기 계량영역에서 상기 나사산부의 적어도 한 부분의 피치가 상기 공급영역에서 상기 나사산부의 적어도 한 부분의 피치보다 더 크고, 상기 공급영역에서 상기 나사산부의 적어도 한 부분의 피치가 상기 스크류의 외경보다 더 작고, 상기 계량영역에서 상기 나사산부의 적어도 한 부분의 피치가 상기 스크류의 외경보다 더 크고, 상기 나사산부의 적어도 한 부분의 피치가 상기 압축 영역을 통해 증가하고, 그리고 상기 나사산부의 적어도 한 부분의 깊이가 상기 공급영역 부근에서부터 상기 압축 영역을 통해 상기 계량영역 부근으로 갈수록 감소하는 스크류에 있어서,
    상기 나사산부의 깊이, 폭, 및 피치는 상기 공급영역에서의 재료의 실제 유동 대 이론상 추진 유동의 비 및 상기 계량영역에서의 재료의 실제 유동 대 이론상 추진 유동의 비 사이의 차이가 0.2 미만이 되도록 상기 스크류 내에 사용되는 재료를 기초로 하여 선택되는 것을 특징으로 하는 스크류.
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