KR100798373B1

KR100798373B1 - 사출성형 충진장치

Info

Publication number: KR100798373B1
Application number: KR1020060079007A
Authority: KR
Inventors: 김형태; 전영로; 임종오; 최원영; 김주덕
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2006-08-21
Filing date: 2006-08-21
Publication date: 2008-01-28

Abstract

사출성형 충진장치가 개시된다. 다수의 캐비티(cavity)에 수지를 공급하는 사출성형 충진장치로서, 수지를 공급하는 러너를 포함하되, 러너에는, 단면의 형상이 변화하는 단면변화부가 형성되는 것을 특징으로 하는 사출성형 충진장치는, 러너의 단면 변화를 통해 수지의 온도구배를 변경함으로써, 각 캐비티에의 균일한 충진을 가능케 할 수 있다.

사출성형, 균일충진, 단면변경

Description

사출성형 충진장치{Apparatus for balancing the filling of injection molds}

도 1은 종래기술에 따른 사출성형 충진장치의 시뮬레이션 결과를 나타내는 데이터.

도 2는 일반적인 사출성형 충진장치의 구조를 나타내는 평면도.

도 3은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 사출성형 충진장치를 나타내는 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 호퍼 21: 제1 러너

22a: 제2a 러너 22b: 제2b 러너

23a: 제3a 러너 23b: 제3b 러너

23c: 제3c 러너 23d: 제3d 러너

25: 제1 분기부 26a: 제2a 분기부

26b: 제2b 분기부 29: 단면변화부

40: 노즐 50: 캐비티(cavity)

본 발명은 사출성형 충진장치에 관한 것이다.

플라스틱 수지를 이용한 사출 성형은 과거에 일용품 및 외장재를 제작하는 데에 이용되었으나, 높은 생산성과 신 재료의 개발 등에 따라 금속을 대체하여 기계요소를 제작하는데 널리 쓰인다. 이러한 기계요소에 사용하기 위해서 높은 제품 정밀도가 요구되며 높은 생산성을 확보하기 위하여 한 금형 당 제품 수를 늘리기 위하여 Multi-cavity 구조를 가지게 된다. 이러한 정밀도와 생산성을 확보하기 위하여 금형의 가공뿐만 아니라 용융수지가 금형의 각 캐비티(Cavity)에 균형적으로 충전되는 것이 요구된다. 그러나 기하학적 균형을 갖춘 러너(runner)라고 하더라도 불균일 충진이 발생한다.

도 1은 종래기술에 따른 사출성형 충진장치의 시뮬레이션 결과를 나타내는 데이터이다. 도 1의 (a)는 속도의 크기 차이를 나타내는 데이터이고, (b)는 온도분포를 나타내는 데이터이며, (c)는 충진시간의 차이를 나타내는 데이터이다. 도 1을 참조하면, 분기가 진행됨에 따라, 전단열에 의해 러너 외경 쪽의 온도가 상승하며 분기된 후 좌우 온도차이가 발생하며 다시 분기하면 분기된 러너의 온도가 달라지게 되는 것을 확인할 수 있다. 즉, 사출속도가 빠른 경우, 벽면에서의 shear rate에 의한 온도 상승에 의해 벽면의 온도가 중심부보다 높게 되고, 따라서 2차에 서 3차 러너로 분기될 때 각 분기되는 3차 러너 사이의 속도 차이가 발생하는 것이다. 이러한 온도 차이로 인하여 각 캐비티에 불균형 충진이라는 문제점이 발생한다.

본 발명은 한번 분기된 러너의 좌우 온도 차가 발생하지 않도록 하여, 균일한 충진을 가능케 하는 사출성형 충진장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 다수의 캐비티(cavity)에 수지를 공급하는 사출성형 충진장치로서, 수지를 공급하는 러너를 포함하되, 러너에는, 단면의 형상이 변화하는 단면변화부가 형성되는 것을 특징으로 하는 사출성형 충진장치를 제시할 수 있다.

단면변화부의 단면은, 변화 이전의 단면과 닮은꼴이 아닌 것이 좋으며,

단면변화부의 양 단부의 단면은, 러너의 중심축을 기준으로 서로 소정 각도만큼 회전대칭을 이루는 것이 좋다. 이때, 각도는 80도 이상 100도 이하인 것이 좋다.

한편, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 다수의 캐비티(cavity)에 수지를 충진하는 사출성형 충진장치로서, 제1 러너, 제1 러너로부터 분기되는 제2a 러너 및 제2b 러너, 제2a 러너로부터 분기되는 제3a 러너 및 제3b 러너, 제2b 러너로부터 분기되는 제3c 러너 및 3d 러너를 포함하며, 제2a 러너 또는 제2b 러너 가운데 적어도 하나에는, 단면의 형상이 변화하는 단면변화부가 형성되는 것을 특징으로 하는 사출성형 충진장치를 제시할 수 있다.

단면변화부의 양 단부의 단면은, 제2a 러너 또는 제2b 러너의 중심축을 기준으로 서로 소정 각도만큼 회전대칭을 이루는 것이 좋다. 이때, 각도는 80도 이상 100도 이하인 것이 좋다.

전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위을 포함한 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.

이하, 본 발명에 따른 사출성형 충진장치의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 2는 일반적인 사출성형장치를 나타내는 평면도이다. 도 2를 참조하면, 호퍼(10), 러너(21, 22a, 22b, 23a 내지 23d), 분기부(25, 26a, 26b), 노즐(40), 캐비티(50)가 도시되어 있다.

사출성형의 원료인 수지는, 호퍼(10)를 통해 사출성형장치에 공급된다. 수지는 액상으로서, 고온, 고압의 상태로 공급되어 러너를 거쳐 노즐(40)을 통해 각 캐비티(50)에 공급된다.

다수의 캐비티(50)를 갖는 사출성형장치의 경우, 러너 및 러너를 통해 공급되는 수지는 1회 이상 분기된다. 예를 들면, 2개의 캐비티(50)를 갖는 사출성형장치의 경우, 각 캐비티(50)에 수지가 공급되기 위해서 러너 및 수지는 1회 분기되며, 4개의 캐비티(50)를 갖는 사출성형장치의 경우 2회 분기된다. 본 실시예에서는 4개의 캐비티(50)를 갖는 사출성형장치를 제시하여, 이를 기준으로 설명하도록 한다. 즉, 본 실시예에서는 러너 및 수지가 2회 분기된다.

도 2를 참조하면, 호퍼(10)와 연결된 제1 러너(21)는, 제2a 러너(22a) 및 제2b 러너(22b)로 1차 분기된다. 이후, 제2a 러너(22a)는, 제3a 러너(23a) 및 제 3b 러너로 분기되며, 제2b 러너(22b)는 제 3c 러너 및 제3d 러너(23d)로 분기된다.

호퍼(10)를 통해 제1 러너(21)에 공급되는 수지는, 도 2를 참조하면, 두 차례의 분기를 거쳐 각각의 캐비티(50)에 공급된다. 이때, 각 캐비티(50)에 수지가 도착하여 공급되는 데에 소요되는 시간의 차이가 발생하면, 균일한 충진이 이루어질 수 없게 된다. 따라서, 분기되어 이동하는 수지의 이동속도는 균일한 충진을 가능케 하는 중요한 파라미터가 된다. 그런데, 수지의 이동속도는 수지의 온도와 상관관계를 가지는 바, 각 캐비티(50)에 공급되는 수지의 온도분포 역시 균일한 충진을 가능케 하는 중요한 파라미터가 되며, 때문에, 각 캐비티(50)에 공급되는 수지의 온도분포를 균일하게 조절할 필요가 있다.

제1 러너(21)를 거치는 동안, 수지의 유입속도가 늦을 경우에는 제1 러너(21)의 내벽과 인접한 수지는 외부로의 열 손실을 겪는다. 따라서 제1 러너(21)의 중심부에 위치한 수지는 상대적으로 고온의 상태이고, 내벽에 인접한 수지는 상 대적으로 저온의 상태가 되어 이들 사이에는 온도 차이가 발생하게 된다. 그러나 수지의 유입속도가 빨랐을 경우에는 러너 외벽에 의한 열 손실량보다 외벽과 수지 사이의 전단력에 의한 마찰에 열 발생량이 크게 되어 외벽에서의 온도가 내벽보다 고온상태가 되어 온도차이를 발생하게 된다.

이러한 온도 차이를 유지한 상태로, 수지는 제2a 러너(22a)와 제2b 러너(22b)로 분기(1차 분기)된다.

1차 분기 후, 제2a 러너(22a)의 우측 부분과 좌측 부분을 흐르는 수지 사이에는 온도 차이가 발생한다. 이는 제2b 러너(22b)에서도 마찬가지이다.

만약 제2a 러너(22a)와 제2b 러너(22b)의 단부에 캐비티(50)가 결합된 경우라면, 이러한 온도차이는 크게 문제되지 않을 수도 있다. 비록, 각각의 러너 내부에서는 온도의 구배가 형성되었지만, 제2a 러너(22a)와 제2b 러너(22b)를 흐르는 수지의 온도분포는 차이가 없기 때문이다.

그러나, 본 실시예에서와 같이 2회 이상 분기를 하는 경우는 그렇지 않다. 도 2를 참조하여 제2a 러너(22a)에서 분기되는 제3a 러너(23a)와 제3b 러너(23b)를 비교해 보면, 제3a 러너(23a)에는 제2a 러너의 우측 부분을 흐르던 수지가 주로 유입되고, 제3b 러너(23b)에는 제2a 러너의 좌측 부분을 흐르던 수지가 주로 유입되는 것을 확인할 수 있다. 즉, 제3a 러너(23a)와 제3b 러너(23b)에 흐르는 수지는 서로 온도분포에 있어 차이가 발생하게 되는 것이다. 이는 제2b 러너(22b)로부터 분기되는 제3c 러너(23c) 및 제3d 러너(23d)에서도 마찬가지이다.

이러한 온도분포 차이를 해결하기 위하여, 본 실시예에서는 제2a 러너(22a) 와 제2b 러너(22b)의 소정의 위치에 단면의 형상이 변화하는 단면변화부(29)가 형성된다. 이하에서는 이에 대해 구체적으로 설명하도록 하되, 제2a 러너(22a)와 제2b 러너(22b)는 서로 대칭적이므로, 설명의 편의상 제2a 러너(22a)에 대해서만 설명하도록 한다.

도 3의 (a)는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 사출성형 충진장치의 러너를 나타내는 평면도이고, 도 3의 (b)는 도 3의 (a)에 나타난 러너의 단면도이다. 도 3을 참조하면, 제2a 러너(22a), 단면변화부(29)가 도시되어 있다.

수지의 온도 차이는 제2a 러너(22a)의 중심부를 흐르는 수지와 제2a 러너(22a)의 측면을 흐르는 수지 사이에서 발생한다. 즉, 좌우로의 온도구배가 형성되는 것이다. 이는, 상술한 바와 같이, 제2a 러너(22a) 내벽을 통해 발생하는 전단열에 기인한다. 이렇게 좌우로의 온도구배가 형성되는 수지가, 이러한 온도구배를 유지한 상태로 다시 한번 좌우로 분기되는 경우, 분기된 러너에 흐르는 수지 사이에 온도 분포의 차이가 나타나게 되어 각 캐비티에의 균일한 충진이 불가능해지는 것이다.

이러한 온도 분포의 차이를 감소시키기 위하여, 제2a 러너(22a)의 소정의 위치에 단면의 형상이 변화하는 단면변화부(29)를 형성한다. 단면의 형상을 변화시켜 수지의 흐름을 변화시키고, 제2a 러너(22a) 내부의 수지에 발생하는 온도 구배의 방향을 변화시키는 것이다.

단면변화부(29)는, 러너가 제2a 러너(22a)의 중심축을 기준으로 소정의 각도만큼 비틀리는 형상으로 이루어진다. 즉, 제2a 러너(22a)를 소정의 각도만큼 비틀 어서 단면변화부(29)를 만들 수 있다.

도 3의 (b)를 기준으로 설명하면, 변화 이전 제2a 러너(22a)의 단면은 원형이었음에 반해, 제2a 러너(22a)를 비틀게 되면, 단면변화부(29)에서의 단면은 회전하는 타원의 형상이 된다.

본 실시예에서는 단면이 원형인 러너를 제시하였으므로 단면변화부(29)에서의 단면이 타원형으로 나타났으나, 러너 단면의 형상은 다양하게 변경할 수 있는 것이므로, 이에 따라 단면변화부(29)에서의 단면 역시 다양하게 변경될 수 있다.

한편, 상술한 바와 같이, 제2a 러너(22a) 내부의 수지에 있어서 온도 구배는 좌우로 나타난다. 이러한 상황에서, 제2a 러너(22a) 단면의 변화를 통해 제2a 러너(22a)의 흐름을 변경함과 아울러 온도 구배가 상하로 나타날 수 있도록 하는 방법이 필요하다.

이를 위해서, 제2a 러너(22a)가 90도만큼 비틀리도록 하는 것이 좋다. 90도만큼 비틀리게 되면, 비틀리기 이전에 제2a 러너(22a)의 상부를 흐르던 수지는, 비틀린 후에는 제2a 러너(22a)의 우측 부 또는 좌측부를 따라 흐르게 된다. 즉, 좌우의 온도구배가 상하의 온도구배로 변경될 수 있고, 이후 제2a 러너(22a)가 좌우로 분기 되더라도, 분기된 러너에 흐르는 수지 사이에 온도분포의 차이가 거의 나타나지 않을 수 있다. 그러나, 제조상의 오차를 고려하여, 80도 에서 100도 범위 내에서 비틀리도록 하는 것이 좋다.

본 실시예에서는, 제2a 러너(22a)가 90도만큼 비틀리는 형상을 제시하였으나, 각각의 러너의 배치 및, 분기 형태에 따라 다양하게 변경할 수 있음은 물론이 다.

제2a 러너(22a)를 통해 흐르는 수지는, 단면 형상의 변화를 통해 온도 구배의 방향이 상하로 변경되고, 이후 제3a 러너(23a) 및 제3b 러너(23b)로 분기(좌우분기)되어 각 캐비티(50)에 공급된다.

이렇듯, 단면의 형상이 변화하는 제2a 러너(22a)를 거치면서, 수지의 온도 구배의 방향이 변경되었기 때문에, 제3a 러너(23a) 및 제3b 러너(23b)를 흐르는 수지 사이에는 온도분포의 차이가 거의 발생하기 않게 된다. 이는 곧, 각 캐비티(50)에 공급되는 수지 사이에 온도분포의 차이가 발생하지 않는다는 것을 의미하게 되고, 각 캐비티(50)에 균일한 충진이 이루어질 수 있음을 나타낸다.

다음으로, 본 실시예에 따른 사출성형 충진장치의 작동에 대해 설명한다.

호퍼(10)를 통해 공급된 수지가 제1 러너(21)를 통해 흐르면, 제1 러너(21)의 중심부를 흐르는 수지와 측면부를 흐르는 수지 사이에 온도 차이가 발생한다. 이후, 제1 러너(21)는 제1 분기부에서 제2a 러너(22a) 및 제2b 러너로 좌우 분기되고, 이에 따라 수지 역시 좌우로 분기된다(1차 분기). 1차 분기를 거치면서, 제2a 러너(22a)를 따라 흐르는 수지는, 좌우 위치에 따라 온도 차이가 더욱 크게 발생하게 된다.

제2a 러너(22a)는 제2a 분기부(26a)에서 제3a 러너(23a) 및 제3b 러너(23b)로 분기되는데(2차 분기), 분기에 앞서, 제2a 러너(22a)를 통해 흐르던 수지는, 소 정의 위치에 형성된 단면변화부(29)를 거치면서 온도 구배의 방향이 변경된다. 즉, 좌우 방향이던 온도 구배가 상하 방향으로 변경된다.

이로써, 제2a 러너(22a)로부터 좌우로 분기되는 제3a 러너(23a) 및 제3b 러너(23b)에 공급되는 수지는 서로 동일한 온도분포를 갖게 된다. 이러한 수지가 제3a 러너(23a) 및 제3b 러너(23b)의 단부에 개재된 캐비티(50)에 공급된다.

각각의 캐비티(50)에 온도 분포의 차이가 거의 없는 수지가 공급되기 때문에, 각 캐비티(50)에 수지가 공급되는 데에 소요되는 시간 역시 차이가 거의 없어, 균일한 충진이 이루어지게 된다.

전술한 실시예 외의 많은 실시예들이 본 발명의 청구범위 내에 존재한다.

상술한 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 사출성형 충진장치는, 러너의 단면 변화를 통해 수지의 온도구배를 변경함으로써, 각 캐비티에의 균일한 충진을 가능케 할 수 있다.

Claims

다수의 캐비티(cavity)에 수지를 공급하는 사출성형 충진장치로서,

상기 수지를 공급하는 러너(runner)를 포함하되,

상기 러너에는, 단면의 형상이 변화하는 단면변화부가 형성되는 것을 특징으로 하는 사출성형 충진장치.
제1항에 있어서,

상기 단면변화부는,

상기 러너의 중심축을 기준으로 소정 각도만큼 비틀린 형상인 것을 특징으로 하는 사출성형 충진장치.
제2항에 있어서,

상기 각도는 80도 이상 100도 이하인 것을 특징으로 하는 사출성형 충진장치.
다수의 캐비티(cavity)에 수지를 충진하는 사출성형 충진장치로서,

제1 러너;

상기 제1 러너로부터 분기되는 제2a 러너 및 제2b 러너;

상기 제2a 러너로부터 분기되는 제3a 러너 및 제3b 러너;

상기 제2b 러너로부터 분기되는 제3c 러너 및 3d 러너를 포함하며,

상기 제2a 러너 또는 상기 제2b 러너 가운데 적어도 하나에는, 단면의 형상이 변화하는 단면변화부가 형성되는 것을 특징으로 하는 사출성형 충진장치.
제4항에 있어서,

상기 단면변화부는,

상기 제2a 러너 또는 상기 제2b 러너의 중심축을 기준으로 소정 각도만큼 비틀린 형상인 것을 특징으로 하는 사출성형 충진장치.

.
제5항에 있어서,

상기 각도는 80도 이상 100도 이하인 것을 특징으로 하는 사출성형 충진장치.