KR100217341B1 - 열가소성 수지제품의 게이트레스 성형방법과 그 성형장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 초음파 에너지에 의한, 열가소성 수지제품의 게이트레스(gateless) 성형방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 초음파 진동수단이 구성된, 열가소성 수지제품의 게이트레스 성형장치에 관한 것이다.

종래에는, 고정밀도의 수지제품, 복잡한 형상물, 또는 요철이 현저한 형상물 등을 성형하는 경우, 금형의 강성과 가공정도를 높이기도 하고, 게이트(gate) 위치의 결정에 고도의 숙련을 요하며, 성형시의 불필요한 부분으로 재료의 손실이 많은 문제점이 있었다. 본 발명은 상기 문제점을 해결하려는 것이다.

본 발명은, 합성수지 성형용 금형 내에 넣어진 성형재료인 열가소성 수지에 초음파 에너지를 주어, 이 초음파 에너지에 의하여 상기 성형재료를 상기 금형 내에서 직접 용융 또는 연화한 후, 상기 금형 내에서 용융 또는 연화된 상기 성형재료를 고화하여, 게이트레스 성형이 되도록 된 것을 특징으로 하는 열가소성 수지제품의 게이트레스 성형방법이며, 또한, 숫금형과, 암금형의 사이에 캐비티를 형성하고, 상기 숫금형과 암금형의 적어도 한쪽에 초음파 진동수단을 설치하여, 이 초음파 진동수단에 의하여, 게이트레스 성형이 되도록 된 것을 특징으로 하는 열가소성 수지제품의 게이트레스 성형장치이며, 또한, 숫금형과 암금형 사이에 캐비티를 형성하고, 이 캐비티의 일측을, 초음파에 의하여 진동하는 혼(horn)으로 형성하고, 이 혼에 초음파 진동수단을 설치하여, 이 초음파 진동수단에 의하여, 게이트레스 성형이 되도록 된 것을 특징으로 하는 열가소성 수지제품의 게이트레스 성형장치에 관한 것이다.

본 발명에 의하여, 성형수단이 현저히 간략하게 되며, 마무리가 잘된 열가소성 수지제품을 안정하게 얻을 수 있다. 금형구조가 현저하 간단하게 되고, 금형제작도 현저히 간략하게 됨과 아울러, 성형기계 등도 간소화하게 되므로, 수지제품의 저가격화에 최적이다.

Description

열가소성 수지제품의 게이트레스 성형방법과 그 성형장치

본 발명은 열가소성 수지제품의 성형방법에 관한 것으로서, 특히 초음파 에너지에 의한, 열가소성 수지제품의 게이트레스(gateless) 성형방법에 관한 것이다.

본 발명은 열가소성 수지제품의 성형장치에 관한 것으로서, 특히 초음파 진동수단이 구성된, 열가소성 수지제품의 게이트레스 성형장치에 관한 것이다.

종래의 열가소성 수지제품의 성형법으로서, 금형내에 용융수지를 필요한 압력으로 유입하는 사출 성형법과, 용융 수지를 다이로부터 연속적으로 눌러 빼는 압출 성형법, 다이로부터 압출된 파리숀의 선단부를 막고 타 끝부분으로부터 공기를 흡입하는 블로우(blow) 성형법, 암금형 내에 성형재료를 넣고 동시에 가열하고, 재료를 연화하여 유동성을 띠게 하고 숫금형을 합하여, 압력을 가하고 성형하는 압축 성형법, 판상이나 봉상의 성형재료를 필요한 온도로 가열 연화시키고, 외부로부터 가압, 또는 흡인하고 필요한 형상으로 형성하는 진공(흡인) 성형법, 또는 핫 프레스(hot press) 성형법 등이 알려져 있다.

사출 성형법으로서, 또한 제8도와 같이 스프루(sprue)와 런너(runner) 및 게이트(gate)를 통하여 캐비티(cavity)에 용융수지를 흘려 넣어 수지제품 A를 형성하는 콜드 런너(cold runner) 방식, 제10도와 같이, 금형 B내에 히터 포스트(heater post) H를 조힙해서 넣고 히터 포스트 H에 의해서 런너 R부를 용융상태로 유지하고 런너부를 고화시키지 않고 다음 캐비티 C에 용융수지를 흘려넣어 수지제품을 형성하는 핫 런너(hot runner) 방식, 또는 제9도와 같이, 세미 핫(semi hot) 방식이 알려져 있다. 콜드 런너 방식에서는, 1회의 성형때마다, 수지제품과 동시에, 스프루, 런너 및 게이트(이하, 이들을 불필요부분이라 칭한다.)가 성형된다.

종래의 열가소성 수지제품의 사출성형법은, 수지소재를 히터(heater)에 의하여 용융하고, 용융수지를 사출하여 형성하는 것이므로, 고정밀도의 수지제품, 복잡한 형상물, 또는 요철이 현저한 형상물 등을 성형하는 경우, 금형의 강성과 가공정도를 높이기도 하고, 게이트(gate) 위치의 결정에 고도의 숙련을 요하는 등의 문제점이 있었다.

또한 용융수지가 금형내에서 고화할 때에 발생하는 수축을, 어떤 모양으로 금형치수나 정도에 반영시켜, 고화를 어떤 모양으로 프로세스를 행할지, 미리 수정을 전제로 하여 경험적으로 시작금형을 만들고, 유동해서 하기도 하고 제품정도를 확인하기도 할 필요가 있는 등의 문제점이 있었다.

컴퓨터를 사용하여 용융수지의 유동해석을 하고, 미리 어느 정도의 예측을 하여 금형제작 하는 것도 있을 수 있으나, 컴퓨터는 비싸고 더구나 조작에 특수한 기능을 필요로 하는 문제점도 있었다.

종래의 콜드 러너(cold runner) 방식에는 성형때마다 발생하는 불필요부분을 재사용하는 일도 있으나, 수지의 종류나 제품에 따라서는 재사용불능이고, 불필요부분을 폐기하는 경우도 있기 때문에, 불필요부분의 재료가 쓸데없게 되고, 그 부분때문에 제품 코스트에 큰 영향을 미치는 등의 문제점이 있었다.

특히 수지제품이 소형화하면 할수록 제품에 사용하는 수지량보다 불필요부분 수지량이 많게 된다는 문제점이 있었다. 세미 핫(semi hot) 방식에 있어서도 제품으로써 사용하는 수지량보다 불필요부분의 수지량이 많은 경우도 드물지 않다.

종래의 핫 런너(hot runner) 방식에는, 성형재료의 불필요한 것이 없게 되지만, 금형가격이 아주 높게 되고, 또한 주변설비도 필요한 결과, 그 부분이 제품 코스트에 반영되는 문제점이 있고, 아울러 소형제품을 다수개 얻기로 할 경우, 히터 포스트(heater post)에 의하여 얻는 수가 제한되므로, 결과로서 제품 코스트에 영향을 미치는 문제점이 있었다. 즉, 수지제품이 소형화하면 할수록, 또 다수개 얻기가 많게 되면 될수록, 어렵게 되는 문제점이 있음과 아울러, 금형가격의 상승, 주변기기의 설비투자, 생산중의 성형관리 등에 새로운 문제점이 발생했다.

얇은 성형품의 성형에 있어서는, 작은 게이트 입구로부터 캐비티에 용융수지를 구석구석까지, 게다가 변형하지 않도록 유입할 필요가 있고, 유입된 수지가 어느 정도 고화될 때까지 압력(보압)을 가해둘 필요가 있기 때문에, 수지제품에 내부응력으로부터 오는 뒤틀림이 발생하기도 하고, 또는 경시변형이 일어나는 등 문제점이 있었다. 더구나 복잡한 형상의 수지제품이나 비교적 큰 수지제품에 있어서는, 복수의 게이트(다점 게이트)를 설치할 필요가 있으므로, 더우기 필요한 다기능의 성형기를 사용하고, 고도의 기술을 들여 만든 금형으로, 고도의 성형기술을 갖고 사출성형을 행하지 않으면 안되는 문제점이 있었다.

또한 종래의 진공(흡인) 성형법에 있어서는, 판상이나 봉상의 성형재료를 필요한 온도까지 가열하고, 그것을 외부로부터 가압하여 형성하는 경우이므로, 극단한 요철 수지제품이나 섬세한 정도를 요구하는 수지제품에는 부적당하고 어느정도 거칠은 수지제품 밖에 성형할 수 없는 문제점이 있었다.

그래서 본 발명은 종래 기술의 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은, 초음파에너지에 의하여 합성수지 성형용 금형 내에서 성형재료를 직접 용융 또는 연화한 뒤 고화하여 열가소성 수지제품이 성형되어 게이트레스 성형이 되도록 하는 열가소성 수지제품의 게이트레스(gateless) 성형방법과 게이트레스(gateless) 성형장치를 제공하는 것에 있다.

제1도는 본 발명에 의한 열가소성 수지제품의 게이트레스 성형방법을 보인 공정도.

제2도는 본 발명에 의한 성형장치의 단면도와 일부절개 정면도.

제3도는 본 발명에 의한 성형장치의 단면도와 일부절개 정면도.

제4도는 본 발명에 의한 열가소성 수지제품의 게이트레스 성형방법을 보인 공정도.

제5도는 본 발명에 의한 열가소성 수지제품의 게이트레스 성형방법에서, 오버플로우(overflow)에 의한 성형예를 보인 공정도.

제6도는 평판상 성형재료를 사용한 경우, 본 발명에 의한 열가소성 수지제품의 게이트레스 성형방법을 보인 공정도.

제7도는 판상 성형재료를 사용한 경우, 본 발명에 의한 열가소성 수지제품의 게이트레스 성형방법을 보인 공정도.

제8도는 콜드 런너(cold runner) 방식에 의한 수지제품과 불필요한 부분의 관계를 보인 상태도.

제9도는 세미 핫(semi hot) 방식에 의한 다수개 얻기 레이 아웃(lay out)을 보인 금형의 평면도.

제10도는 핫 런너(hot runner) 방식에 의한 금형 구조예를 보인 일부절개 정면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 합성수지 성형용 금형 11 : 합성수지 성형용 숫금형

12 : 합성수지 성형용 암금형 13 : 캐비티

20 : 성형재료인 열가소성 수지 30 : 초음파 진동수단

40 : 혼(horn)

본 발명인 열가소성 수지제품의 게이트레스 성형방법과 그 성형장치의 구성을 첨부된 도면에 의거 실시예에 따라 설명하면 아래와 같다.

본 발명인 열가소성 수지제품의 게이트레스 성형방법은, 제1도 내지 제7도에 도시된 바와 같이, 합성수지 성형용 금형(10) 내(內)에 넣어진 성형재료인 열가소성 수지(20)에 상기 합성수지 성형용 금형(10)으로부터 초음파 에너지를 주어, 이 초음파 에너지에 의하여 상기 성형재료인 열가소성 수지(20)를 상기 합성수지 성형용 금형(10) 내에서 직접 용융 또는 연화한 후, 상기 합성수지 성형용 금형(10) 내에서 용융 또는 연화된 상기 성형재료인 열가소성 수지(20)를 고화(固化)하여, 열가소성 수지제품(20a)이 성형되어 게이트레스(gateless) 성형이 되도록 된 열가소성 수지제품의 게이트레스 성형방법이다.

상기 게이트레스 성형은, 상기 합성수지 성형용 금형(10)에는 외부로부터 용융 또는 연화된 열가소성 수지(20)의 유입을 위한 게이트가 없이, 상기 합성수지 성형용 금형(10) 내에서 열가소성 수지(20)의 용융 또는 연화가 직접 이루어져서 고화되어 성형되는 방법으로서, 게이트가 없으므로 스프루나 런너도 없는 구성에 의한 성형방법이다.

본 발명인 열가소성 수지제품의 게이트레스 성형방법을 제1도 내지 제7도에 의거하여 설명하면, 금형(10)의 캐비티(13)에 성형재료인 열가소성 수지(20)을 직접 넣고, 금형(10)을 구성하는 숫금형(11)과 암금형(12)의 적어도 한쪽을 초음파에 의해서 진동하고, 캐비티(13)에 넣어진 성형재료인 열가소성 수지(20)에 초음파 에너지를 주고, 이 초음파 에너지 E의 반사나 투과 등의 음향적 특성을 이용하여 캐비티(13) 내에 넣어진 성형재료인 열가소성 수지(20)의 발열을 촉구하고, 성형재료인 열가소성 수지(20)을 금형(10) 내에서 용융 또는 연화한 후, 금형(10)의 초음파 진동을 중지하고, 용융 또는 연화된 성형재료인 열가소성 수지(20)의 고화에 의해 열가소성 수지제품(20a)를 형성하는 것이다.

열가소성 수지제품의 게이트레스 성형방법은, 합성수지 성형용 금형에 성형재료를 직접 넣고 그 성형재료에 초음파 에너지를 주어 성형재료를 금형 내에서 직접 용융 또는 연화하는 것이므로, 성형재료를 히터(heater)로 가열 용융 또는 연화할 필요가 없고 그 때문에 성형수단도 간략하게 된다.

본 발명의 성형장치는, 제1도와 제2도와 제5도에 도시된 바와 같이, 합성수지 성형용 숫금형(11)과 합성수지 성형용 암금형(12)의 사이에 캐비티(13)를 형성하고, 상기 합성수지 성형용 숫금형(11)과 상기 합성수지 성형용 암금형(12)의 적어도 한쪽에 초음파 진동수단(30)을 설치하여, 이 초음파 진동수단(30)에 의하여, 상기 캐비티(13) 내(內)에 넣어지는 성형재료인 열가소성 수지(20)를 초음파 진동하여, 열가소성 수지제품(20a)이 성형되어 게이트레스(gateless) 성형이 되도록 된 열가소성 수지제품의 게이트레스 성형장치이다.

또한, 본 발명의 성형장치는, 제3도와 제4도에 도시된 바와 같이, 합성수지 성형용 숫금형(11)과 합성수지 성형용 암금형(12)의 사이에 캐비티(13)를 형성하고, 이 캐비티(13)의 일측을, 초음파에 의하여 진동하는 혼(horn)(40)으로 형성하고, 이 혼(horn)(40)에 초음파 진동수단(30)을 설치하여, 이 초음파 진동수단(30)에 의하여, 상기 캐비티(13) 내(內)에 넣어지는 성형재료인 열가소성 수지(20)를 초음파 진동하여 열가소성 수지제품이 성형되어 게이트레스(gateless) 성형이 되도록 된 열가소성 수지제품의 게이트레스 성형장치이다.

열가소성 수지제품의 게이트레스 성형장치는, 숫금형과 암금형에 적어도 한쪽에 초음파 진동수단을 설치하거나, 캐비티의 일측을 형성하는 혼(horn)에 초음파 진동수단을 설치하는 것으로 되어 있으므로, 소형제품의 다수개 얻기도 용이하게 되고 성형장치의 구조로 현저히 간략하게 된다.

즉, 본 발명에 의한 게이트레스 성형장치의 실시형태를 제1도와 제2도에 의거하여 설명하면, 성형장치는 금형(10)을 구성하는 숫금형(11)과 암금형(12)의 사이에 캐비티(13)를 형성하고, 숫금형(11)에 초음파 진동수단(30)을 설치하거나, 암금형(12)에 초음파 진동수단(30)을 설치하고, 그 초음파 진동수단(30)에 콘트롤러(controller)(50)을 전기 접속하고, 그 초음파 진동수단(30)에 의해 캐비티(13)에 넣어진 성형재료(20)를 초음파 진동하는 것이다.

제3도의 성형장치는, 숫금형(11)과 암금형(12)에 적어도 한쪽에, 캐비티(13)의 일측을 형성하는 혼(horn)(40)를 조합하여 넣고, 이 혼(horn)(40)에 초음파 진동수단(30)을 설치하여, 캐비티(13)의 일측을 초음파 진동하는 것이다.

초음파 진동수단(30)에는 20KHz이상 (20∼40KHz정도가 바람직함)의 높은 주파수의 음을 내는 것을 사용하여, 숫금형(11)과 암금형(12)의 형 조임 공정부터 작동하든가 또는 금형(10)의 형 조임 후에 작동하여, 성형재료(20)을 순시(통상 1초전후)에 용융하는 것으로써, 전자와 같이 초음파 진동하면서 형 조임 하는 경우, 초음파 에너지 E를 형 조임 방향으로 주고, 그 초음파 에너지 E에 의해 기계적 진동 압력도 주는 것이 바람직하고, 후자와 같이 형 조임 후에 초음파 에너지 E를 주는 경우, 초음파 에너지 E를 필요한 방향, 예컨대 상하, 좌우, 경사 방향으로부터 주는 것도 가능하고, 회전상태로 주는 것도 가능하다.

콘트롤러(controller)(50)는 초음파 진동수단(30)으로부터 출력 에너지를 적산하고, 진동시간을 제어하는 것으로, 항시 일정한 에너지를 초음파 진동수단(30)에 공급한다. 캐비티(13)에 넣어진 성형재료(20)는, 예컨대 염화비닐수지, 폴리프로필렌, 스티롤수지, ABS수지, 불소수지, 폴리아미드수지, 폴리카보네이트, 아세탈수지 등의 열가소성 수지를 사용하고, 성형재료(20)의 형상으로서는 칩(chip), 필레트(fillet), 프레이크(flake), 분말수지 등이 적당하다.

제4도의 게이트레스 성형방법은, 숫금형(11)을 금형 본체(11a)와 혼(horn)(40)으로 구성하고, 금형 본체(11a)와 혼(horn)(40)에 초음파 진동수단(30)을 견고하게 설치하고, 캐비티(13)에 넣어진 성형재료(20)의 양을 캐비티(13)의 체적보다 약간 많게 하고, 혼(horn)(40)의 초음파 진동에 의해 성형재료(20)을 용융할 때, 용융수지(20)의 일부가 캐비티(13)로부터 오버플로우(overflow) 하도록 하면, 열가소성 수지제품(20a)의 충전밀도를 높이는 것이 가능하다. 캐비티(13)로부터 오버플로우(overflow)하여 고화된 부분(20b)은 금형 본체(11a)를 초음파 진동하여 제거하든가, 제5도와 같이 암금형(12)을 금형 본체(12a)와 중심부(12b)로 구성하고, 용융수지(20)의 고화 후, 금형 본체(12a)를 기구적으로 작동하여, 오버플로우하여 고화된 부분(20b)을 제거한다.

제6도의 게이트레스 성형방법은, 숫금형(11)과 암금형(12)의 사이에 평판상의 성형재료(20)을 넣고, 이 성형재료(20)에 초음파 에너지 E를 주어, 초음파 에너지 E에 의해 성형재료(20)을 용융 또는 연화하여, 열가소성 수지제품(20a)를 성형하는 것이다.

제7도의 게이트레스 성형방법은, 암금형(12)의 캐비티(13)에, 열가소성 수지제품(20a)의 두께보다 약간 두꺼운 판상 성형재료(20)을 넣고, 이 성형재료(20)에 초음파 에너지 E를 주어, 이 초음파 에너지 E에 의해 성형재료(20)를 용융 또는 연화하여, 열가소성 수지제품(20a)를 성형하는 것이다.

또한 본 발명인 열가소성 수지제품의 게이트레스 성형방법과 그 성형장치를 상시 실시예에 한정시키는 것으로 않고, 예컨대 암금형(12)에 캐비티(13) 내까지 출입하는 돌출핀(60)을 갖춘다면, 캐비티(13) 내에서 고화된 열가소성 수지제품(20a)를 꺼낼 때, 돌출핀(60)을 작동하여 열가소성 수지제품(20a)를 외부에 방출하는 것도 가능하다. 또한 성형재료(20)을 초음파 에너지 E로써 용융시킨 후, 암금형(12)에 냉각수를 통하면, 용융수지(20)의 고화가 한층 용이하게 된다.

본 발명인 열가소성 수지제품의 게이트레스 성형방법은, 상기 구성 및 작용에 의하여, 아래와 같은 효과를 나타낸다.

합성수지 성형용 금형에 성형재료를 넣고, 그 성형재료에 초음파 에너지를 주어 성형재료를 금형내에서 용융 또는 연화하는 것이므로, 기본적으로 성형재료를 용융하여 유입해서 넣을 필요가 없으므로, 즉 성형재료를 히터(heater)로 가열 용융할 필요가 없으므로, 성형수단이 현저히 간략하게 되며, 열가소성 수지제품의 내부 응력으로부터 오는 뒤틀림, 혹은 경시 변형 등이, 게이트로부터 고압으로 용융수지를 사출하는 사출 성형법 보다 극단적으로 작아지므로, 마무리가 잘된 열가소성 수지제품을 안정하게 얻을 수 있다.

본 발명인 게이트레스 성형장치는, 상기 구성 및 작용에 의하여, 아래와 같은 효과를 나타낸다.

숫금형과 암금형의 적어도 한쪽에 초음파 진동수단을 설치하거나, 캐비티의 일측을 초음파 진동하는 혼(horn)으로 형성하는 것이므로, 금형을 가공할 때, 용융수지의 유동성을 고려할 필요도 없고, 열가소성 수지제품의 수축 균형을 얻을 필요도 없다. 그 결과, 금형구조가 현저히 간단하게 되고, 금형제작도 현저히 간략하게 됨과 아울러, 성형기계나 유틸리티(utility) 등도 간소화하게 되므로, 수지제품의 저가격화에 최적이다.

특히 본 발명은, 종래 문제로 발생했던 런너, 스프루, 혹은 게이트라는 불필요한 부분을 생략하게 되므로, 성형재료를, 불필요한 부분이 발생하지 않고, 유효히 활용할 수 있고, 상기와 같이, 금형구조나 성형장치가 간소하게 되므로, 소형수지제품의 다수개 얻기에도 현저한 효과를 발휘한다. 또한, 본 발명은 소형수지제품의 제조에 적당한 이외에도, 얇은 수지제품, 예컨대 플로피의 카트리지(cartridge), MD의 카트리지, 비디오에 사용되고 있는 릴 플랜지, 혹은 카트리지에 사용하는 각종 창문 등의 비교적 평면적인 열가소성 수지제품의 제조에도 큰 효과를 발휘한다.

Claims (3)

1. 합성수지 성형용 금형(10) 내에 넣어진 성형재료인 열가소성 수지(20)에 상기 합성수지 성형용 금형(10)으로부터 초음파 에너지를 주어, 이 초음파 에너지에 의하여 상기 성형재료인 열가소성 수지(20)를 상기 합성수지 성형용 금형(10) 내에서 직접 용융 또는 연화한 후, 상기 합성수지 성형용 금형(10) 내에서 용융 또는 연화된 상기 성형재료인 열가소성 수지(20)를 고화하여, 열가소성 수지제품(20a)이 성형되어 게이트레스(gateless) 성형이 되도록 된 것을 특징으로 하는 열가소성 수지제품의 게이트레스 성형방법.
2. 합성수지 성형용 숫금형(11)과 합성수지 성형용 암금형(12)의 사이에 캐비티(13)를 형성하고, 상기 합성수지 성형용 숫금형(11)과 상기 합성수지 성형용 암금형(12)의 적어도 한쪽에 초음파 진동수단(30)을 설치하여, 이 초음파 진동수단(30)에 의하여, 상기 캐비티(13) 내에 넣어지는 성형재료인 열가소성 수지(20)를 초음파 진동하여, 열가소성 수지제품(20a)이 성형되어 게이트레스(gateless) 성형이 되도록 된 것을 특징으로 하는 열가소성 수지제품의 게이트레스 성형장치.
3. 합성수지 성형용 숫금형(11)과 합성수지 성형용 암금형(12)의 사이에 캐비티(13)를 형성하고, 이 캐비티(13)의 일측을, 초음파에 의하여 진동하는 혼(horn)(40)으로 형성하고, 이 혼(horn)(40)에 초음파 진동수단(30)을 설치하여, 이 초음파 진동수단(30)에 의하여, 상기 캐비티(13) 내에 넣어지는 성형재료인 열가소성 수지(20)를 초음파 진동하여, 열가소성 수지제품(20a)이 성형되어 게이트레스(gateless) 성형이 되도록 된 것을 특징으로 하는 열가소성 수지제품의 게이트레스 성형장치.