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KR20100048930A - 혼합도 조절 장치 및 방법 - Google Patents

혼합도 조절 장치 및 방법 Download PDF

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KR20100048930A
KR20100048930A KR1020090104071A KR20090104071A KR20100048930A KR 20100048930 A KR20100048930 A KR 20100048930A KR 1020090104071 A KR1020090104071 A KR 1020090104071A KR 20090104071 A KR20090104071 A KR 20090104071A KR 20100048930 A KR20100048930 A KR 20100048930A
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gate
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가즈오 야마구찌
야스아끼 야마네
가즈히사 후꾸따니
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가부시키가이샤 고베 세이코쇼
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Abstract

본 발명에 따른 혼합도 조절 장치는 재료를 하류측으로 공급하면서 혼합 재료용 교반/혼합 스크류를 구비한 혼합 설비에 설치되고, 게이트 부재는 게이트 부재와 원형 섹션부 사이의 유로 면적에 있어서의 변화를 야기하여 재료의 혼합도를 조정하도록 교반/혼합 스크류에 제공된 원형 섹션부에 대해 이동된다. 구동량 변경 수단은 게이트 부재와 구동 수단 사이에 배치된다. 구동량 변경 수단은 게이트 부재의 개방도(δ)가 작아지는 경우에는 구동량(x)에 대한 이동량(△δ)의 변화율이 작아지고, 게이트 부재의 개방도(δ)가 커지는 경우에는 구동량(x)에 대한 이동량(△δ)의 변화율이 커지는 프로파일에 따라 구동량(x)을 이동량(△δ)으로 변화시키도록 구성된다. 이러한 구성을 통해, 혼합도를 구동 수단의 구동량에 대해 일정한 변화율로 변화시키는 것이 가능하게 된다.
Figure P1020090104071
혼합도 조절 장치, 게이트 부재, 개방도, 이동량, 구동 수단

Description

혼합도 조절 장치 및 방법 {DEVICE AND METHOD FOR ADJUSTING THE DEGREE OF MIXING}
본 발명은 예를 들어 사출 성형기 또는 연속 믹서와 같은 혼합 설비에 있어서 혼합도를 조정하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 합성 수지 재료, 예를 들어 플라스틱 합성물은 혼합제와 함께 기질(matrix)로서 폴리머 수지의 펠릿 또는 분말을 사출 성형기 또는 연속 믹서와 같은 혼합 설비의 배럴 내부에 공급하고, 이들 둘을 배럴 내부에 삽입된 교반/혼합 스크류로 혼합하면서 하류 측으로 공급함으로써 생산된다. 배럴 내부의 혼합 섹션 내에 재료는 혼합이 이루어지면서 오래 머물수록, 혼합 설비 내 재료의 혼합도가 높아진다. 따라서, 종래의 사출 성형기 또는 연속 믹서에 있어서는, 재료를 가로막는 게이트 부재를 구비한 혼합도 조절 장치가 혼합 섹션의 하류에 제공된다. 재료 보유 정도가 게이트 부재의 개폐에 의해 변경됨으로써, 게이트 부재를 가로지르는 압력차(△P)를 변화시켜 혼합도를 조정한다.
이러한 혼합도 조절 장치로서는, 예를 들어 일본 특허 제3854298호 및 일본 특개평 10(1998)-305422호에 개시된 장치가 공지되어 있다. 여기에 개시된 각각의 혼합도 조절 장치는 각각의 교반/혼합 스크류의 축방향 중간 위치에 원통 형상으로 형성된 원형 섹션부를 각각 가진다. 또한, 원형 섹션부에 대응하는 축방향 위치에서 있어서 배럴을 통해 원형 섹션부에 대한 재료의 유로 면적을 변화시키는 게이트 부재가 제공된다.
앞선 특허 문헌 각각에 기술된 게이트 부재는 원형 섹션부를 향하거나 그로부터 멀어지도록 이동할 수 있다. 게이트 부재가 원형 섹션부를 향하여 이동되는 경우, 재료가 혼합 섹션에 머무르게 되고 게이트 부재를 가로지르는 압력차(△P)가 커지게 되어, 혼합도는 높아진다. 게이트 부재가 원형 섹션부로부터 멀어지도록 이동되는 경우, 재료가 유동하기 쉬어지고 압력차(△P)가 작아지게 되어, 혼합도는 낮아진다.
상술한 특허 문헌에 개시된 혼합도 조절 장치에 있어서, 게이트 부재를 가로지르는 압력차(△P)의 변화는 게이트 부재 구동 수단의 구동량(x)에 대해 선형이 아니다. 즉, 혼합도는 게이트 구동 수단의 구동량(x)에 대해 비선형으로 변화한다. 예를 들어, 게이트 부재의 개방도(δ)가 작은 경우에 있어서는, 게이트 부재의 약간의 이동도 유로 면적의 급격한 증가를 야기할 수가 있으므로, 압력차(△P)(즉, 혼합도)는 급격하게 변화된다. 그러나, 게이트 부재의 개방도(δ)가 큰 경우에 있어서는, 게이트 부재의 약간의 이동으로는 유로 면적 및 압력차(△P) 모두를 크게 변화시키지 못한다.
즉, 압력차(△P)는 재료의 유로 면적에 대해서는 소정의 선형 관계를 보이지만, 게이트 부재의 개방도(δ)에 대해서는 비선형이다. 당연히, 게이트 부재의 개 방도(δ), 즉 원형 섹션부에 대한 게이트 부재의 이동량(△δ)이 특정 변화율로 변화되는, 상술한 특허 문헌 각각에 개시된 혼합도 조절 장치에 있어서는, 게이트 부재의 개방 초기에 유로 면적을 조정하는 경우(예를 들어, 1 mm 정도의 개방도까지의 범위) 게이트 조작성이 열악하여, 압력차(△P)(즉, 혼합도)의 안정적인 조정을 어렵게 만든다.
본 발명은 전술된 문제점을 고려하여 이루어졌으며, 본 발명의 목적은 게이트 부재의 개방 초기에 게이트 부재를 가로지르는 압력차(△P)(즉, 혼합도)를 안정적으로 조정할 수 있는 혼합도 조절 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 전술된 발명의 목적을 달성하기 위해 다음의 기술 수단을 채택하였다.
본 발명에 따르면, 혼합 재료용 교반/혼합 스크류를 구비한 혼합 설비에 설치되는, 재료를 하류측으로 공급하면서 혼합도를 조정하는 혼합도 조절 장치로서, 게이트 부재, 게이트 부재를 이동시키는 구동 수단 및 구동 수단에 제공되는 구동량 변경 수단을 포함하고, 게이트 부재는 게이트 부재와 원형 섹션부 사이에 형성되는 유로 면적이 변화하여 재료의 혼합도를 조정하는 방식으로 교반/혼합 스크류에 제공된 원형 섹션부에 대해 이동되고, 구동량 변경 수단은 게이트 부재의 개방도(δ)가 작은 경우, 구동량(x)에 대한 이동량(△δ)의 변화율이 작아지는 구동 수 단의 구동량(x)과 게이트 부재의 이동량(△δ) 사이의 관계를 제공하도록 구성되는 혼합도 조절 장치가 제공된다.
양호하게는, 구동량(x)과 이동량(△δ) 사이의 관계는 게이트 부재를 가로지르는 압력차(△P)가 구동량(x)에 대해 일정한 변화율로 변화하도록 설정된다. 양호하게는, 문제의 관계는 구동량(x)에 대한 게이트 부재를 가로지르는 압력차(△P)의 변화율이 일정한 조건을 게이트 부재를 가로지르는 압력차(△P)와 게이트 부재의 이동량(△δ) 사이의 관계에 적용시킴으로써 유도된다.
구동량 변경 수단이 구동 수단으로서 제공되는 액츄에이터와 게이트 부재 사이에 배치되는 캠 부재인 경우, 캠 부재는 게이트 부재의 개방도(δ)가 작아지는 경우에는 구동량(x)에 대한 이동량(△δ)의 변화율이 작아지게 하고 게이트 부재의 개방도(δ)가 커지는 경우에는 변화율이 커지게 하는 프로파일을 가지는 것이 바람직하다. 이러한 경우, 캠 부재가 상기 프로파일을 가지는 안내 홈을 포함하고, 캠 부재가 구동 수단에 의해 작동되는 경우, 게이트 부재가 안내 홈에 의해 안내되면서 이동한 결과 게이트 부재의 개방도(δ)가 변화하는 것이 바람직하다.
구동 수단은 게이트의 위치를 제어하는 구동 모터를 포함할 수도 있다. 구동량 변경 수단은 게이트 부재의 위치를 검출하는 게이트 위치 검출 수단 및 구동 수단의 구동량(x)과 게이트 부재의 이동량(△δ) 사이의 소정 관계에 따라 구동량(x)이 게이트 위치 검출 수단에 의해 얻어진 검출 값에 상응하도록 구동 모터의 회전량을 제어하는 제어 수단을 포함할 수도 있다.
구동량 변경 수단은 상술한 프로파일을 가지는 안내 홈을 포함하는 캠 부재 일 수도 있고, 캠 부재가 구동 수단에 의해 작동되는 경우 게이트 부재가 캠 부재의 안내 홈에 의해 안내되면서 이동한 결과 그 개방도(δ)가 변화하는 구성으로 이루어질 수도 있다.
본 발명에 따르면, 혼합도 조절 장치용 혼합도 조절 방법이 제공되며, 혼합도 조절 장치는 재료를 하류측으로 공급하면서 혼합 재료용 교반/혼합 스크류를 가지는 혼합 설비에 설치되고, 게이트 부재를 포함하고, 게이트 부재는 게이트 부재와 원형 섹션부 사이에 형성되는 유로 면적을 변화시켜 재료의 혼합도를 조정하도록 교반/혼합 스크류에 제공된 원형 섹션부에 대해 이동되고, 상기 방법은 게이트 부재를 이동시키는 구동 수단의 구동량(x)과 게이트 부재의 이동량(△δ) 사이의 소정 관계에 따라, 게이트 부재의 개방도(δ)가 작아지는 경우, 구동량(x)에 대한 이동량(△δ)의 변화율이 작아지게 하는 방식으로 게이트 부재를 작동하는 단계를 포함한다.
구동량(x)과 이동량(△δ) 사이의 관계가 게이트 부재를 가로지르는 압력차(△P)가 구동량(x)에 대해 일정한 변화율로 변화하도록 설정되는 경우, 게이트 부재는 구동 수단의 구동량(x)과 게이트 부재의 이동량(△δ) 사이의 소정 관계에 따라 작동될 수도 있다.
구동량(x)과 이동량(△δ) 사이의 관계는 구동량(x)에 대한 게이트 부재를 가로지르는 압력차(△P)의 변화율이 일정한 조건을 게이트 부재를 가로지르는 압력차(△P)와 게이트 부재의 이동량(△δ) 사이의 관계에 적용시킴으로써 유도될 수 있다.
본 발명에 따른 혼합도 조절 장치 및 방법에 의하면, 게이트 부재를 가로지르는 압력차(△P : 즉 혼합도)가 게이트 부재의 개방 초기에 안정적으로 조정될 수 있다.
[제1 실시예]
본 발명의 제1 실시예가 첨부 도면을 참조하여 이하 설명된다.
도 1에 개략적으로 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 혼합도 조절 장치(1)는 동일 방향 회전 맞물림 쌍나사 사출 성형기[2 : 이하에서는 경우에 따라 간단히 사출 성형기(2)로 칭함]에 설치된다. 사출 성형기(2)는 중공 내부를 가지는 배럴(3) 및 중공 배럴에 축 방향으로 삽입되는 한 쌍의 교반/혼합 스크류(4, 4)를 포함한다. 사출 성형기(2)에 있어서, 교반/혼합 스크류(4)는 배럴(3) 내부에서 회전하여, 재료를 혼합시키면서 하류측으로 공급한다.
이어지는 설명에 있어서, 사출 성형기(2)를 설명할 때, 도 1에서의 지면 좌측은 상류측이고 지면 우측은 하류측인 것으로 가정한다. 사출 성형기(2)를 설명할 때에 각각의 교반/혼합 스크류(4)의 회전 축을 따른 방향이 축 방향을 가리키고, 축 방향은 도 1에 있어서 지면의 좌우 방향과 일치한다. 또한, 사출 성형기(2)를 설명할 때, 도 1에 있어서 지면의 상하 방향은 수직 방향을 가리킨다.
배럴(3)은 축 방향에 있어서 긴 관형 형상으로 형성된다. 공동이 배럴(3) 내부에 형성된다. 공동은 축 방향이 긴 안경 형상으로 이루어지고, 한 쌍의 교반/ 혼합 스크류(4, 4)는 공동 내부에 회전 가능하게 삽입된다.
배럴(3)에는 축 방향에 있어서 상류측에 재료 공급 포트(5)가 제공된다. 재료는 재료 공급 포트(5)를 통해 공동 내부로 공급될 수 있다. 배럴(3)에는, 전기 히터 또는 가열된 오일을 사용하는 가열 유닛(도시 생략)이 제공된다. 가열 유닛으로서, 재료 공급 포트(5)로부터 공급된 재료는 용융 또는 반용융 상태로 가열된다.
한 쌍의 좌우 교반/혼합 스크류(4)는 배럴(3)의 공동을 통해 제공된다. 각각의 교반/혼합 스크류(4)는 축방향이 긴 스플라인 샤프트(도시 생략)를 가진다. 복수의 세그먼트 부재가 스플라인 샤프트에 의한 핀-고정(skewered) 방식으로 고정된다.
다양한 형태의 세그먼트 부재가 각각의 교반/혼합 스크류(4)를 구성하는 세그먼트 부재로서 이용 가능하다. 각각의 교반/혼합 스크류(4)에 있어서, 복수 형태의 세그먼트 부재가 조합되어 재료를 공급하는 공급 섹션(6), 재료를 혼합하는 혼합 섹션(7) 및 혼합된 재료를 하류측으로 공급하는 사출 섹션(8)을 형성하고, 공급 섹션(6), 혼합 섹션(7) 및 사출 섹션(8)은 축 방향에 있어서 소정 범위에 걸쳐 형성된다. 본 실시예에서 사용되는 각각의 교반/혼합 스크류(4)는 상류측으로부터 하류측을 향하는 순으로 1개의 공급 섹션(6), 1개의 혼합 섹션(7) 및 1개의 사출 섹션(8)을 가진다.
공급 섹션(6)은 축 방향으로 배치되는 복수의 스크류 세그먼트(9)로 구성된다. 스크류 세그먼트(9)의 회전으로써, 재료는 상류측으로부터 하류측으로 공급된 다.
본 실시예에 있어서, 혼합 섹션(7)은 축 방향으로 배치되는 복수의 로터 세그먼트(10)로 구성된다. 로터 세그먼트(10)에는 각각 축 방향으로 나선형으로 꼬인 복수의 혼합 날개(11)가 제공된다. 로터 세그먼트(10)에 있어서, 혼합 날개(11)는 회전되어 배럴(3)의 내부 벽면과 혼합 날개(11)의 팁 부분 사이에 형성된 팁 간극을 통해 재료를 통과시킴으로써, 재료를 전단(혼합)시킨다. 본 실시예에서 사용되는 혼합 섹션(7)은 각기 재료를 하류측으로 공급하는 방향에 있어 양(플러스)의 비틀림 각도를 가지는 로터 세그먼트(10)만으로 구성되었지만, 혼합 섹션(7)은 복수의 교반 디스크 세그먼트에 의해 구성되거나 로터 세그먼트(10)와 교반 디스크 세그먼트 모두에 의해 구성될 수도 있다.
사출 섹션(8)에는 공급 섹션(6)과 유사하게 나선형으로 비틀린 스크류 날개를 가지는 복수의 스크류 세그먼트(9)가 축 방향으로 제공된다. 사출 섹션(8) 내의 스크류 세그먼트(9)는 스크류 세그먼트(9)의 위치가 더 하류측일수록 더 작은 피치를 가지도록 형성된다. 따라서, 재료가 더 하류측에 위치 설정될수록 재료의 이동 속도가 낮아져 재료가 그만큼 더 가압되게 되는 것이 의도된다.
혼합 섹션(7)과 사출 섹션(8) 사이의 부분은 계단 형태로 형성되고 혼합도 조절 장치(1)는 이러한 계단 부분에 설치된다. 혼합도 조절 장치(1)는 각각의 교반/혼합 스크류(4)에 제공되는 원형 섹션부(12) 및 원형 섹션부(12)와 축방향으로 대응하는 위치에서 배럴(3) 내에 제공되는 게이트 부재(13)를 포함한다. 게이트 부재(13)는 원형 섹션부(12)를 향하거나 그로부터 멀어지도록 이동할 수 있어서, 각각의 게이트 부재(13)와 원형 섹션부(12) 사이에 형성되는 유로 면적이 변화됨으로써, 게이트 부재(13)의 상류측과 하류측 사이에서의 재료의 압력차(△P), 즉 재료의 혼합도를 조정하는 것이 가능하게 된다.
이러한 제1 실시예의 혼합도 조절 장치(1)가 이하 설명된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 맞물림 쌍나사 사출 성형기 내의 원형 섹션부(12)는 관련 교반/혼합 스크류(4)와 동축인 원통 형상을 가지고 상류측 로터 세그먼트(10) 및 하류측 스크류 세그먼트(9)보다 직경이 작게 형성된다. 원형 섹션부(12)의 외주연면과 관련하여, 축 방향과 수직인 그 단면은 교반/혼합 스크류(4)의 회전축을 중심으로 하여 원형 형상으로 형성된다.
각각의 게이트 부재(13)에 있어서, 원형 섹션부(12)에 대응하는 부분은 원형 섹션부의 원호를 따라 절결되어 대향되는 에지를 형성한다. 한 쌍의 게이트 부재(13)는 위로부터 아래로 원형 섹션부(12)를 사이에 끼우도록 제공된다. 게이트 부재(13)는 개별적으로 배럴(3)을 통해 형성되는 안내 구멍(14) 내부로 삽입된다. 게이트 부재(13)는 안내 구멍(14)을 따라 전진 및 후퇴할 수 있다. 구동 수단(15)은 개별적으로 게이트 부재(13)에 연결된다. 구동 수단(15)에 의해, 상부 및 하부 게이트 부재(13)는 상이한 상향 및 하향으로 동시에 이동한다.
이러한 제1 실시예의 혼합도 조절 장치에 있어서, 도 2에 도시된 바와 같이, 구동량 변경 수단(16)이 구동 수단(15)으로서 사용되는 선형 변위 액츄에이터와 각각의 게이트 부재(13) 사이에 배치된다. 구동 수단(15: 액츄에이터)의 구동량(x)과 게이트 부재(13)의 이동량(△δ) 사이의 소정 관계에 따라, 구동량 변경 수 단(16)은 게이트 부재(13)의 이동량(△δ)에 대한 게이트 부재(13)용 구동 수단(15)의 구동량(x)을 변화시킨다.
이러한 제1 실시예에서 사용되는 구동량 변경 수단(16)은 구체적으로 안내 홈(17)을 가지는 캠 부재(18)를 포함하고, 또한 캠 부재(18)의 안내 홈(17)에 의해 안내되면서 게이트 부재(13)를 이동시키는 작동 부재(19)를 포함한다.
캠 부재(18)는 축 방향과 평행하게 미끄럼 가능하게 배치되고 구동 수단(15)은 캠 부재(18)의 일 축 단부에 연결된다. 구당 수단(15)은 선형 액츄에이터로 구성된다. 예를 들어, 내장 구동 모터를 작동시킴으로써, 캠 부재(18)는 축 방향으로 소정 거리로 미끄러질 수 있다.
캠 부재(18) 내에 형성된 안내 홈(17)은 미끄럼 방향에 대해 비선형 방식으로 점진적으로 변화하도록 기울어진다. 관련 교반/혼합 스크류(4)에 대향되는 측면에 위치되는 작동 부재(19)의 단부는 안내 홈(17)에 이동 가능하게 결합된다. 스크류(4) 측에 위치되는 작동 부재(19)의 단부는 게이트 부재(13)에 고정된다. 따라서, 캠 부재(18)가 구동 모터의 사용에 의해 일축 방향으로 미끄러지는 경우, 안내 홈(17)은 캠 부재(18)의 미끄럼 이동과 정합하도록 동일 방향으로 미끄러져서, 작동 부재(19)와 결합되는 안내 홈의 축 방향 및 수직 위치 모두가 변화하고, 게이트 부재(13)는 작동 부재(19)의 피결합 위치에 있어서의 변화에 따라 상향 또는 하향으로 이동한다.
안내 홈(17)은 소정 프로파일을 따라 형성되어, 캠 부재(18)의 미끄럼 시에 작동 부재(19)에 연결된 게이트 부재(13)는 상기 프로파일에 따라 소정 이동량(△ δ)으로 변화하면서 이동한다. 프로파일은 구동량(x)에 대한 이동량(△δ)의 변화율이 게이트 부재(13)의 개방도(δ)가 작은 경우에는 작아지는 반면, 게이트 부재(13)의 개방도(δ)가 큰 경우에는 커지도록 설정된다. 따라서, 게이트 부재(13)의 개방도(δ)가 작은 경우, 구동량(x)에 대한 이동량(△δ)의 변화율은 작아지고, 이동량(△δ)에 있어서의 변화가 완만해져서, 게이트 부재를 가로지르는 압력차(△P: 즉 혼합도)를 안정적으로 조정하는 것이 가능하게 된다.
이러한 프로파일에 있어서, 구동량(x) 및 이동량(△δ) 사이의 관계는 게이트 부재를 가로지르는 압력차(△P)가 구동량(x)에 대해 일정 변화율로 변화하는 방식으로 설정된다. 컴퓨터 이용 시뮬레이션에 있어서, 게이트 부재를 가로지르는 압력차(△P)와 게이트 부재(13)의 이동량(△δ) 사이의 관계에 구동량(x)에 대한 게이트 부재를 가로지르는 압력차(△P)의 변화율이 일정한 조건을 적용시킴으로써, 관계가 유도될 수 있다.
이러한 프로파일에 따라 안내 홈(17)을 형성함으로써, 게이트 부재를 가로지르는 압력차(△P)에 대해서 일정한 변화율을 보이는 게이트 부재(13)의 이동량(△δ)에 대해 구동 수단(15)의 구동량(x)을 변화시키는 것만으로, 게이트 부재를 가로지르는 압력차(△P)가 이동량(△δ)을 사용하여 일정한 변화율로 변화하게 하는 것이 가능하게 된다.
더 구체적으로는, 전술한 프로파일은 다음 방식으로 얻어질 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 게이트 부재 전방 근처 재료 압력 및 게이트 부재 후방 근처 압력에 기초하여, 게이트 부재의 상류측과 게이트 부재의 하류측 상의 재료 압력 사이의 압력차(△P)가 게이트 부재(13)의 개방도(δ)에 대해서 플로팅(plotting)되는 경우, 이러한 압력차(△P)는 게이트 부재(13)의 개방도(δ)에 대해 비선형 관계를 나타낸다. 이는 게이트 부재(13)의 개방도(δ)에 대한 압력차(△P)의 관계가 다음 식(1)과 같은 지수 함수인 과거의 결과들로부터 알 수 있다.
Figure 112009066804164-PAT00001
δ: 게이트 부재의 개방도(mm)
a, b: 상수
그러나, 본 발명에 따른 혼합도 조절 장치에 있어서는, 압력차(△P)가 게이트 부재(13)의 개방도(δ)에 대해 일정한 변화율로 변화하여, 구동량 변경 수단(16)으로부터 출력된 게이트 부재(13)의 이동량(x)에 대한, 도 3에서 이점 쇄선으로 표시된 바와 같은 직선 관계가 압력차(△P')에 대해 반듯이 이루어진다. 압력차(△P')가 게이트의 완전 개방(이동량 X)시 P1인 것을 가정하면, 이점 쇄선 관계는 예를 들어 다음 식(2)와 같다.
Figure 112009066804164-PAT00002
x: 구동 수단의 구동량(mm)
P1: 게이트 부재의 완전 개방 조건에서의 게이트 부재의 상류 하류 압력차
P2: 게이트 부재의 완전 폐쇄 조건에서의 게이트 부재의 상류 하류 압력차
X: 게이트 부재의 완전 폐쇄로부터 완전 개방까지의 이동량
구동량(x)과 이동량(△δ) 사이의 관계를 도출하는 식(1) 및 식(2)에 있어서 △P가 △P'로 설정되는 경우, 다음 식(3)이 얻어진다.
Figure 112009066804164-PAT00003
다음으로, 그 프로파일이 식(3)의 관계를 만족하도록 형성되는 캠 부재(18)의 안내 홈(17)에 대해 살펴본다. 도 2에 도시된 바와 같이, 교반/혼합 스크류(4)로부터 떨어진 측면에 위치된 캠 부재(18)의 단부 에지로부터 안내 홈(17)까지의 수직 거리가 t인 것으로 가정되는 경우, 이러한 거리(t)는 게이트 부재(13)의 이동량(△δ), 즉 배럴(3) 내벽으로부터의 게이트 부재(13)의 수직 이동 거리와 동일하게 되어, 게이트 부재(13)의 개방도(δ) 및 거리(t)의 총합은 다음 식(4)과 같이 일정하게 된다.
Figure 112009066804164-PAT00004
C3: 상수
식(3)에서 얻어진 게이트 부재(13)의 개방도(δ)가 식(4)에서 치환되고 식이 순서대로 배열되는 경우, 결과는 다음 식(5)과 같이 된다.
Figure 112009066804164-PAT00005
도 4에 도시된 바와 같이, 식(5)에 의해 표시되는 안내 홈(17)은 구동 수단(15)의 구동량(x)이 작은 경우 축 방향에 대해 작은 경사각으로 형성된다. 즉, 게이트 부재(13)의 개방도(δ)가 작은 경우, 구동량(x)에 대한 이동량(△δ)의 변 화율이 작고, 압력차(△P : 즉 혼합도)의 미세한 조정을 하는 것이 가능하다.
또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 구동 수단(15)의 구동량(x)이 큰 경우, 안내 홈(17)은 축 방향에 대해 큰 경사각으로 형성된다. 즉, 게이트 부재(13)의 개방도(δ)가 큰 경우, 구동량(x)에 대한 이동량(△δ)의 변화율이 크고, 따라서 동일한 구동량(x)에 있어서도, 압력차(△P : 즉 혼합도)가 종래 대응 기술에 비해 좀 더 크게 변화될 수 있다.
따라서, 압력차(△P)가 이러한 프로파일의 안내 홈(17)을 가지는 게이트 부재(13)를 사용하여 조정되는 경우, 게이트 부재(13)의 상류 하류 압력차(△P : 즉 혼합도)는 개방도(δ)가 도 5에 도시된 것처럼 작은 경우에도 구동 수단(15)의 구동량(x)에 비해 급격하게 변화하지 않으므로, 혼합도가 매우 정밀하게(안정적으로) 조정될 수 있다. 추가로, 압력차(△P)가 구동량(x)에 대해 일정한 변화율로 변화하게 되고, 게이트 부재(13)의 제어성이 향상된다.
[제2 실시예]
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 혼합도 조절 장치(1)를 도시한다. 이러한 제2 실시예의 혼합도 조절 장치(1)는 캠 부재(18)가 각각 축 방향 및 수직 방향 모두에 대해 수직인 회전 샤프트를 중심으로 회전 가능하게 장착되고 캠 부재(18)가 각각 스텝핑 모터 또는 서보 모터를 사용하는 구동 수단(15)에 의해 회전 축(20)을 중심으로 회전되는 점에서 제1 실시예의 장치와 상이하다.
더 구체적으로는, 이러한 제2 실시예에서 사용되는 캠 부재(18)는 각각 회전 축(20) 상에 중심을 가지고 회전 축(20)으로부터 멀어지는 원주 방향으로 연장하는 나선형 안내 홈(17)으로 형성된다. 캠 부재(18)가 정방향 또는 역방향으로 회전되는 경우, 작동 부재(19)와 결합되는 안내 홈(17)의 위치는 회전 축(20)에 대해 반경 방향으로 변화하고 게이트 부재(13)는 상향 또는 하향 중 한 방향으로 이동한다.
제2 실시예에서의 프로파일은 다음 방식으로 결정된다.
문제의 프로파일은 회전 축(20)이 원점인 좌표 상에서 나선형으로 이동하는 궤적을 가진다. 이러한 프로파일의 궤적은 캠 부재(18)의 회전각(구동량)이 x(rad)인 경우 다음 식(6)과 같이 표시된다.
Figure 112009066804164-PAT00006
식(5)으로부터 도출된 거리(t)를 식(6)에 치환함으로써, 도 7에 도시된 것과 같은 프로파일의 궤적이 얻어진다. 이러한 프로파일의 궤적에 있어서, 안내 홈(17)의 일단부(도 7에서 지점 A)에서는, 안내 홈(17)의 위치가 캠 부재(18)의 회전 축(20)에는 근접한 반면, 안내 홈(17)의 대향 단부(도 7에서 지점 B)에서는, 안내 홈(17)의 위치가 회전 축(20)으로부터 이격된다.
안내 홈(17)의 위치가 캠 부재(18)의 회전각(x)에 대해 선형으로 변화하는 경우, 안내 홈(17)은 도 7에서 일점 쇄선으로 표시된 궤적을 따라 통과한다.
그러나, 이러한 실시예에 있어서는, 안내 홈(17)이 게이트 부재(13)의 개방도(δ)가 작은 경우[도 7에서 지점(B)에 근접한 측에 위치되는 경우] 도 7에서 일 점 쇄선으로 표시된 궤적과 비교하여 접선 방향으로 작은 각도로 형성되므로, 구동량(x)에 대한 이동량(△δ)의 변화율은 작다. 또한, 안내 홈(17)이 게이트 부재(13)의 개방도(δ)가 큰 경우[도 7에서 지점(A)에 근접한 측에 위치되는 경우] 도 7에서 일점 쇄선으로 표시된 궤적과 비교하여 접선 방향으로 큰 각도로 형성되므로, 구동량(x)에 대한 이동량(△δ)의 변화율은 크다.
따라서, 이러한 제2 실시예의 혼합도 조절 장치(1)에 있어서, 압력차(△P)가 게이트 부재(13)의 개방도(δ)가 작은 경우 완만한 방식으로 변화될 수 있어서, 개방도(δ)가 작은 경우에도 혼합도는 매우 정확하게(안정적으로) 조정될 수 있다. 또한, 압력차(△P)가 게이트 부재(13)의 개방도(δ)가 큰 경우에도 일정하게 변화하기 때문에, 압력차(△P)는 구동량(x)에 대해 일정한 변화율로 조정될 수 있고, 따라서 게이트 부재(13)의 제어성이 향상된다.
이러한 제2 실시예의 혼합도 조절 장치(1)에 있어서 이를 제외한 다른 구성 요소는 제1 실시예의 것과 동일하므로, 그 설명은 생략한다.
[제3 실시예]
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 혼합도 조절 장치(1)를 도시한다. 제3 실시예의 혼합도 조절 장치(1)는 래크 앤 피니언(rack and pinion) 기구 및 스크류를 이용하는 구동량 변경 수단(16)이 각각의 캠 부재(18)와 관련 게이트 부재(13) 사이에 배치되는 점에서 제2 실시예의 장치와 상이하다. 구동량 변경 수단(16)은 캠 부재(18)에 연결되는 제1 작동 부재(21), 게이트 부재(13)에 고정되는 제2 작동 부재(22) 및 제1 작동 부재(21)의 직선 운동을 제2 작동 부재(22)의 수직 운동으로 변환하기 위한 운동 변환 섹션(23)을 포함한다.
래크부(24)는 제1 작동 부재(21)의 자유 단부 측에 형성되고 래크부(24)와 정합하는 피니온 기어(25)는 운동 변환 섹션(23)의 내부에 회전 가능하게 배치된다. 스크류 부분은 제2 작동 부재(22)의 자유 단부 측에 형성되고 피니언 기어(25)의 내주연측에 형성된 암나사부와 정합한다. 따라서, 제1 작동 부재(21)가 일 축 방향으로 미끄러지는 경우, 운동 변환 섹션(23)에 설치된 피니언 기어(25)는 회전하고 피니언 기어(25)와 정합하고 있는 제2 작동 부재(22)는 상향 또는 하향 중 일 방향으로 이동한다.
이러한 제3 실시예의 혼합도 조절 장치(1)에 있어서 이를 제외한 다른 구성 요소, 기능 및 효과는 제2 실시예의 것들과 동일하므로, 그 설명은 생략한다.
[제4 실시예]
도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 혼합도 조절 장치(1)를 도시하고, 도 9의 (a)는 혼합도 조절 장치(1)를 도시한 단면도이고, 도 9의 (b)는 구동량 변경 수단(16)의 설명도이다. 이러한 제4 실시예의 혼합도 조절 장치(1)는 이러한 제4 실시예의 혼합도 조절 장치가 공지된 게이트 바아 형태로 이루어지고 바아형 게이트 부재(13)가 제공되는 점에서 제1 실시예의 장치와 상이하다. 더 구체적으로는, 이러한 제4 실시예에서 사용되는 게이트 부재(13)는 각각 둥근 바아 형태로 형성되고 개별적으로 교반/혼합 스크류(4)를 가로지르는 방향으로 형성되는 상부 및 하부 안내 구멍(14) 내부로 회전 가능하게 삽입된다. 게이트 부재의 완전 개방 상태에서 원형 섹션부(12)와 대면하는 각각의 게이트 부재(13)의 외주연면의 일부분은 배 럴(3)의 내주연면과 매칭되도록 정확하게 절결되고, 게이트 부재(13)의 완전 폐쇄 상태에서 원형 섹션부(12)와 대면하는 그 다른 부분은 원형 섹션부(12)의 외주연을 따라 연장하도록 정확하게 절결된다. 또한, 이러한 제4 실시예의 혼합도 조절 장치(1)에는 원하는 회전 양만큼 각각의 게이트 부재(13)를 회전시키는 구동 수단으로서 게이트 위치 제어 구동 모터(15)가 제공된다. 혼합도 조절 장치(1)는 구동 모터(15) 내에서 생성된 구동력을 공지된 동력 전달 수단을 통해 게이트 부재(13)로 전달하여, 게이트 부재(13)가 안내 구멍(14) 내부에서 회전하게 함으로써, 원형 섹션부(12)와 각각의 게이트 부재(13) 사이의 재료 유로 면적을 변화시키는 것을 가능하게 한다.
공지된 동력 전달 수단은 게이트 로드가 구동 모터(15)의 회전에 따라 회전하도록 구동력 전달을 수행한다. 예를 들어, 서로 정합하도록, 구동 모터(15)에 의해 생성된 구동력이 개별적으로 웜/웜 휠 기구(30)와 로드(31) 사이의 스크류 연결, 로드(31)와 제1 구동 플레이트(32) 사이의 링크 연결 및 제1 및 제2 구동 플레이트(32, 33)에 제공된 기어(28a, 28b)를 통해 구동 플레이트(32, 33)에 연결된 게이트 로드에 전달되는 구성으로 이루어질 수도 있다. 이러한 구동 수단에는 구동 수단(15)의 구동량(x)을 구동 수단(15)의 구동량(x)과 게이트 부재(13)의 이동량(△δ) 사이의 소정 관계에 따라 각각의 게이트 부재(13)의 이동량(△δ)으로 변화시키는 구동량 변경 수단(16)이 제공된다.
구동량 변경 수단(16)은 게이트 부재(13)의 위치를 검출하는 게이트 위치 검출 수단(26) 및 구동 수단의 구동량(x)과 게이트 부재(13)의 이동량(△δ) 사이의 소정 관계에 따라 구동 모터(15)의 회전량을 제어하여 게이트 위치 검출 수단(26)으로부터 검출된 값에 대응하는 구동량(x)을 제공하는 제어 수단(27)을 포함한다.
게이트 위치 검출 수단(26)으로서, 게이트 부재(13)의 회전 위치, 즉 배럴(3)에 대한 게이트 부재(13)의 회전 각을 검출할 수 있는 로터리 인코더가 사용된다. 로터리 인코더는 본 실시예에서는 게이트 부재(13)의 회전 축에 대해 제공된다. 게이트 위치 검출 수단(26)에 의해 검출된 값[게이트 부재(13)의 회전 각]은 제어 수단(27)으로 출력된다.
구동 수단의 구동량(x)과 게이트 부재(13)의 이동량(△δ) 사이의 소정 관계, 즉 게이트 위치 검출 수단(26)으로부터 제공되는 검출 값에 대응하는 구동 모터(15)의 회전량이 제어 수단(27)에 미리 입력(프로그램)된다. 즉, 제어 수단(27)에 대해서는, 게이트 부재(13)의 개방도(δ)[게이트 바아의 완전 폐쇄 위치로부터의 회전 각도(δ)]가 작은 경우에는 구동 모터(15)의 구동량(x)에 대한 게이트 부재(13)의 이동량[회전량(△δ)]의 변화율이 작게 설정되는 반면, 게이트 부재(13)의 개방도(δ)가 큰 경우에는 구동량(x)에 대한 게이트 부재(13)의 이동량의 변화율이 크게 설정되는 관계가 미리 결정되어 있다. 제어 수단(27)은 입력된 검출 값에 대응하는 구동 모터(15)의 회전량[구동량(x)]을 산출하고, 이를 구동 모터(15)로 출력한다. 또한, 본 실시예에 있어서는, 구동 모터(15)의 회전량이 제어 수단(27)에 의해 제어됨으로써, 압력차(△P)가 구동량(x)에 대해 일정한 변화율로 변화될 수 있다.
본 발명은 상술한 실시예들에 한정되지는 않으며, 형태, 구조, 재료 및 구성 부재의 조합은 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 필요에 따라 변화될 수도 있다.
전술한 실시예의 혼합도 조절 장치(1)에 있어서, 혼합도는 배럴(3)의 안내 구멍(14)으로부터 게이트 부재(13)를 전진 및 후퇴시킴으로써 조정된다. 그러나, 예를 들어, 바아형 게이트 부재(게이트 바아)가 안내 구멍(14) 내부에서 회전되어 재료 유동 경로의 면적을 변화시킴으로써 혼합도를 조정하는 변형이 이루어질 수도 있다.
전술된 제3 실시예에 있어서, 운동 변환 섹션(23)은 회전 캠 부재(18)와 함께 혼합도 조절 장치(1) 내에 제공된다. 그러나, 캠 부재(18)가 혼합도 조절 장치(1) 내에서 직선 방식으로 이동하고 운동 변환 섹션(23)이 장치(1) 내에 설치되는 변형이 이루어질 수도 있다.
상술한 실시예에 있어서는, 동일 방향 회전 맞물림 쌍나사 사출 성형기(2)가 혼합 설비로서 기술되었지만, 혼합도 조절 장치(1)는 반대 방향 회전식 사출 성형기에 설치될 수도 있고, 또는 연속 믹서 내에 설치될 수도 있다. 혼합 설비 내에 사용되는 교반/혼합 스크류(4)의 개수는 두 개에 한정되지 않고, 예를 들어 하나일 수도 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 혼합도 조절 장치를 구비한 사출 성형기의 전방 단면도.
도 2는 제1 실시예의 혼합도 조절 장치의 확대 단면도.
도 3은 제1 실시예에서의 게이트 부재의 개방도에 대한 압력차의 변화를 도시한 설명도.
도 4는 제1 실시예의 프로파일을 도시한 도면.
도 5는 제1 실시예에서의 구동량에 대한 압력차의 변화를 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 혼합도 조절 장치의 확대 단면도.
도 7은 본 발명의 제2 실시예의 프로파일을 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 혼합도 조절 장치의 확대 단면도.
도 9의 (a) 및 도 9의 (b)는 본 발명의 제4 실시예의 혼합도 조절 장치의 설명도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 혼합도 조절 장치
2 : 사출 성형기
3 : 배럴
4 : 교반/혼합 스크류
5 : 재료 공급 포트
6 : 공급 섹션
7 : 혼합 섹션
8 : 사출 섹션
9 : 스크류 세그먼트

Claims (9)

  1. 재료를 하류측으로 공급하면서 재료를 혼합하는 교반/혼합 스크류를 구비한 혼합 설비에 설치되는 혼합도 조절 장치이며,
    게이트 부재와,
    상기 게이트 부재를 이동시키는 구동 수단과,
    상기 구동 수단에 제공되는 구동량 변경 수단을 포함하고,
    상기 게이트 부재는 게이트 부재와 원형 섹션부 사이의 유로 면적이 변화하여 재료의 혼합도를 조정하는 방식으로 상기 교반/혼합 스크류에 제공된 원형 섹션부에 대해 이동되고,
    상기 구동량 변경 수단은, 상기 게이트 부재의 개방도(δ)가 작은 경우, 구동량(x)에 대한 이동량(△δ)의 변화율이 작아지는 상기 구동 수단의 구동량(x)과 상기 게이트 부재의 이동량(△δ) 사이의 관계를 제공하도록 구성되는, 혼합도 조절 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 구동량(x)과 이동량(△δ) 사이의 관계는, 상기 게이트 부재를 가로지르는 압력차(△P)가 구동량(x)에 대해 일정한 변화율로 변화하도록 설정되는, 혼합도 조절 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 구동량(x)과 이동량(△δ) 사이의 관계는, 상기 구동 량(x)에 대한 상기 게이트 부재를 가로지르는 압력차(△P)의 변화율이 일정한 조건을 상기 게이트 부재를 가로지르는 압력차(△P)와 상기 게이트 부재의 이동량(△δ) 사이의 관계에 적용시킴으로써 유도되는, 혼합도 조절 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 구동량 변경 수단은 상기 구동 수단으로서 제공되는 액츄에이터와 상기 게이트 부재 사이에 배치되는 캠 부재이고, 상기 캠 부재는 상기 게이트 부재의 개방도(δ)가 작아지는 경우 구동량(x)에 대한 이동량(△δ)의 변화율이 작아지게 하는 프로파일을 가지는, 혼합도 조절 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 캠 부재는 상기 프로파일을 가지는 안내 홈을 포함하고, 상기 캠 부재가 상기 구동 수단에 의해 작동되는 경우, 상기 게이트 부재는 상기 안내 홈에 의해 안내되면서 이동한 결과 상기 게이트 부재의 개방도(δ)가 변화하는, 혼합도 조절 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 구동 수단은 상기 게이트 부재의 위치를 제어하는 구동 모터를 포함하고, 상기 구동량 변경 수단은 상기 게이트 부재의 위치를 검출하는 게이트 위치 검출 수단 및 상기 구동 수단의 구동량(x)과 상기 게이트 부재의 이동량(△δ) 사이의 소정 관계에 따라 구동량(x)이 상기 게이트 위치 검출 수단에 의해 얻어진 검출 값에 상응하도록 상기 구동 모터의 회전량을 제어하는 제어 수단을 포함하는, 혼합도 조절 장치.
  7. 혼합도 조절 장치용 혼합도 조절 방법이며,
    상기 혼합도 조절 장치는 재료를 하류측으로 공급하면서 재료를 혼합하는 교반/혼합 스크류를 가지는 혼합 설비에 설치되고, 게이트 부재를 포함하며,
    상기 게이트 부재는 게이트 부재와 원형 섹션부 사이에 형성되는 유로 면적을 변화시켜 재료의 혼합도를 조정하도록 상기 교반/혼합 스크류에 제공된 원형 섹션부에 대해 이동되고,
    상기 게이트 부재를 이동시키는 구동 수단의 구동량(x)과 상기 게이트 부재의 이동량(△δ) 사이의 소정 관계에 따라, 상기 게이트 부재의 개방도(δ)가 작아지는 경우, 구동량(x)에 대한 이동량(△δ)의 변화율이 작아지는 방식으로 상기 게이트 부재를 작동시키는 단계를 포함하는, 혼합도 조절 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 구동량(x)과 이동량(△δ) 사이의 관계는, 상기 게이트 부재를 가로지르는 압력차(△P)가 구동량(x)에 대해 일정한 변화율로 변화하도록 설정되고, 상기 게이트 부재는 상기 구동 수단의 구동량(x)과 게이트 부재의 이동량(△δ) 사이의 소정 관계에 따라 작동되는, 혼합도 조절 방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 구동량(x)과 이동량(△δ) 사이의 관계는, 상기 구동량(x)에 대한 상기 게이트 부재를 가로지르는 압력차(△P)의 변화율이 일정한 조건을 상기 게이트 부재를 가로지르는 압력차(△P)와 상기 게이트 부재의 이동량(△ δ) 사이의 관계에 적용시킴으로써 유도되고, 상기 게이트 부재는 상기 구동 수단의 구동량(x)과 게이트 부재의 이동량(△δ) 사이의 소정 관계에 따라 작동되는, 혼합도 조절 방법.
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