KR100841032B1 - 사출성형방법 및 사출성형장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인젝션 몰드를 이용하는 사출성형방법에 관한 것이다. 상기 방법은, (1) 용융수지를 게이트로부터 캐비티 안으로 주입하기 위한 용융수지주입단계, (2) 상기 용융수지주입단계 이후, 게이트로부터의 압력을 계속해서 인가하기 위한 압력유지단계, 및 (3) 몰딩프로덕트의 뒷면을 향해 유체를 주입하기 위한 유체주입단계를 포함하여 이루어진다. 상기 압력유지단계 및 상기 유체주입단계는 동시에 실행된다. 이들 두 단계를 동시에 실행하면, 게이트로부터 계속해서 인가될 압력을 낮출 수 있다. 본 사출성형방법은 몰딩프로덕트의 뒷면을 캐비티면으로부터 분리시키기 위하여, 상기 몰딩프로덕트의 뒷면을 향해 주입될 유체의 압력을 감소시킬 수 있다.

Description

사출성형방법 및 사출성형장치{INJECTION MOLDING METHOD AND INJUCTION MOLDING APPARATUS}

본 발명은 사출성형 기술에 관한 것이다.

본 출원은 2004년 6월 8일에 출원된 일본특허출원 제2004-170400호 및 2004년 12월 24일에 출원된 일본특허출원 제2004-373751호를 우선권 주장하며, 그 전문을 본 명세서에서 인용참조하고 있다.

인젝션 몰드(injection mold)에는 게이트(gate) 및 상기 게이트와 연결된 캐비티(cavity)가 제공된다. 상기 게이트로부터 캐비티 안으로 용융수지가 주입된다. 주입되는 용융수지가 캐비티 내에서 고형화되면, 몰드가 개방되어 몰딩프로덕트(molded product)를 상기 몰드로부터 제거시키게 된다.

수지는 고형화될 때 수축된다. 캐비티 내에 충전된 용융수지가 고형화되는 동안 수축되면, 몰딩프로덕트의 외부 형상이 더 이상 캐비티의 형상과 일치하지 않는다. 몰딩프로덕트를 원하는 외부 형상으로 형성할 수 없게 된다.

이러한 문제를 해결하기 위하여, 다음과 같은 기술이 개발되었다. 이 기술은 캐비티 내의 용융수지가 고형화되는 동안, 상기 캐비티 내의 용융수지에 게이트로부터의 압력을 계속해서 인가한다. 즉, 수축을 조성하는데 필요한 용융수지의 양이 보충된다. 이 기술은 용융수지가 수축되는 경우에도, 몰딩프로덕트의 외부면이 캐비티면으로부터 분리되는 것을 방지할 수 있다. 그 결과, 원하는 외부 형상을 갖는 몰딩프로덕트를 얻을 수 있다.

전술된 기술을 대체하는 기술이 일본특허출원공보 제H10-58493호에 개시되어 있다. 이 기술은 원하는 형상으로 마무리되어야 하는 표면(이 표면은 "디자인면(design surface)"이라고 함)과 그 마무리가 중요하지 않은 표면(이 표면은 "뒷면(back surface)"이라고 함) 양자 모두를 수많은 몰딩프로덕트들이 가진다는 사실에 초점을 맞추고 있다. 이러한 종래의 방법에서는, 게이트로부터 용융수지로 캐비티를 충전하는 경우, 상기 용융수지로 인가되고 있는 압력이 중지된다. 상기 몰딩프로덕트의 뒷면을 향해 가압유체(pressurized fluid)가 주입된다. 가압유체가 몰딩프로덕트의 뒷면을 향해 주입되면, 상기 뒷면은 상기 캐비티면으로부터 분리되지만, 몰딩프로덕트의 디자인면은 상기 캐비티면에 대해 푸시된다. 결과적으로, 상기 몰딩프로덕트의 디자인면이 원하는 형상으로 마무리될 수 있다. 이 기술은 여분량의 수지를 필요로 하지 않는데, 그 이유는 게이트로부터 용융수지로 인가되고 있는 압력은 캐비티가 용융수지로 충전될 때 중지되기 때문이다.

게이트로부터 용융수지에 계속해서 압력을 인가하는 기술을 이용하여 우수한 몰딩프로덕트를 형성하기 위해서는, 고압을 계속해서 가해야 한다. 예를 들어, 자동차 범퍼를 형성하기 위해서는, 수축이 문제가 될 수 있는 말단 영역(terminal area)(게이트와 떨어져 있는 영역)들에 16 MPa 정도의 압력을 계속해서 가하여야 한다. 이는 게이트의 주변에 40 MPa 정도의 압력을 계속해서 가하게 만든다. 결과적으로, 범퍼용 인젝션 몰드는 40 MPa 이상의 내압(withstand pressure)을 가져야만 할 수도 있다. 많고 값비싼 인젝션 몰드가 필요하다.

가압유체를 몰딩프로덕트의 뒷면을 향해 주입하는 기술이 사용되는 경우에도, 우수한 몰딩프로덕트를 형성하기 위해서는 높은 유체 압력이 필요하다. 전술된 일본특허출원공보 제H10-58493호는 18 MPa 정도의 가압유체를 주입한다. 그러므로, 범퍼용 인젝션 몰드가 18 MPa 이상의 내압을 가져야만 할 수도 있다. 많고 값비싼 인젝션 몰드가 필요하다.

본 발명은 캐비티 내의 수지에 인가되어야 하는 압력을 감소시킨다. 그러므로, 인젝션 몰드의 필요한 압력 저항(pressure resistance)이 감소된다. 그 결과, 인젝션 몰드가 소형화될 수 있고, 사출성형 비용이 줄어들 수 있다.

본 명세서에 개시된 사출성형방법에서는, 인젝션 몰드가 사용된다. 인젝션 몰드에는 게이트, 상기 게이트와 연결된 캐비티, 및 몰딩프로덕트의 뒷면을 향해 개방되는 개구부를 구비한 유동채널이 제공된다. 이 방법에서는, 용융수지를 게이트로부터 캐비티 내로 주입하는 용융수지주입단계가 실행된다. 나아가, 상기 용융수지주입단계 이후에 상기 캐비티 내의 주입된 수지에 대해 상기 게이트로부터의 압력을 인가하기 위한 압력인가단계 및 상기 몰딩프로덕트의 뒷면을 향해 유체를 주입하기 위한 유체주입단계가 동시에 실행된다.

본 발명의 사출성형방법은, 게이트로부터의 압력을 계속해서 가하는 기술 및 몰딩프로덕트의 뒷면을 향해 가압유체를 주입하는 기술 양자 모두를 실행한다. 이들 기술 모두를 동시에 실행함으로써, 본 발명의 사출성형방법은 예상치 못한 시너지 효과를 얻을 수 있게 되었다. 즉, 원하는 디자인 형상을 형성하기 위해 필요한 압력을 현저하게 줄일 수 있게 되었다. 상기 기술된 예시에서는, 게이트로부터 압력을 계속 가하는 기술이 단독으로 사용된다면, 16 MPa 정도의 압력이 말단 영역들에 필요하다. 만일 몰딩프로덕트의 뒷면을 향해 가압유체를 주입하는 기술이 단독으로 사용된다면, 18 MPa 정도의 압력이 필요하다. 이와는 대조적으로, 이들 기술 양자 모두가 동시에 사용되면, 압력인가단계에서 게이트로부터 가해져야 하는 압력이 8 MPa 정도로 반분될 수 있고, 단지 1 MPa 정도의 압력만으로 유체주입단계에서 충분하게 된다. 따라서, 게이트로부터 인가되는 압력과 유체주입압력 모두가 낮아질 수 있다. 몰딩프로덕트의 디자인면은, 두 유형의 압력이 낮은 조건 하에, 원하는 표면 형상으로 형성될 수 있다. 전술된 압력값들은 단지 예시로서 제공되는 것일 뿐, 본 발명의 기술적 범위를 제한하려고 해서는 안된다는 점에 유의한다.

상기 사출성형방법은, 몰딩프로덕트의 디자인면이 캐비티면으로부터 분리되기 전에 상기 몰딩프로덕트의 뒷면이 상기 캐비티면으로부터 분리되는 기술과, 게이트로부터 용융수지로 계속해서 압력이 가해지는 기술 양자 모두를 이용함으로써 시너지 효과를 얻는다. 유동채널로부터 유체를 주입하는 단계는, 몰딩프로덕트의 뒷면이 몰딩프로덕트의 디자인면이 캐비티면으로부터 분리되기 전에 상기 캐비티면으로부터 분리되는 것을 보장하는 단계들 중 하나이고, 또다른 단계는 상기 유체주입단계 대신 사용될 수도 있다.

보다 일반적으로 표현하면, 본 발명의 사출성형방법은 압력인가단계와 몰딩프로덕트의 뒷면을 캐비티면으로부터 분리시키기 위한 분리단계를 동시에 실행하는 사출성형방법을 생각해 볼 수 있다.

디자인면이 캐비티면으로부터 분리되기 전에 상기 뒷면이 상기 캐비티면으로부터 분리되는 것을 보장하기 위해서는, 상기 몰딩프로덕트의 뒷면을 상기 캐비티면으로부터 기계적으로 분리시키기 위해 넉-아웃 핀(knock-out pin) 등을 사용하는 것도 가능하다.

도 1은 일 실시예의 기술을 이용하여 형성되는 몰딩프로덕트의 일 례를 예시한 사시도;

도 2는 제1실시예의 사출성형장치의 개략적인 단면도;

도 3은 몰딩프로덕트의 최상면이 캐비티면으로부터 분리되는 방법을 설명하는 도면으로서, 도 3(a)는 용융수지만을 보충함으로써, 몰딩프로덕트의 디자인면이 캐비티면으로부터 분리되는 것을 방지하는 기술을 설명하는 도면이고, 도 3(b)는 상기 몰딩프로덕트의 뒷면에만 압력을 가함으로써, 상기 몰딩프로덕트의 디자인면이 상기 캐비티면으로부터 분리되는 것을 방지하는 기술을 설명하는 도면이며, 도 3(c)는 용융수지를 보충하는 단계와 몰딩프로덕트의 뒷면에 압력을 가하는 단계를 동시에 실행함으로써, 상기 몰딩프로덕트의 디자인면이 상기 캐비티면으로부터 분리되는 것을 방지하는 기술을 설명하는 도면;

도 4는 종래 예시와 비교하여 제1실시예의 공정도(process diagram)를 설명하는 도면;

도 5는 종래 예시와 비교하여 상기 실시예에 필요한 압력을 설명하는 도면;

도 6은 제2실시예의 사출성형장치의 개략적인 단면도;

도 7은 캐비티 내부의 압력 변화 및 사출성형의 여러 단계들을 설명하는 도면;

도 8은 수지가 캐비티 내부에서 유동하는 방법을 설명하는 도면;

도 9는 수지가 캐비티 내부에서 유동하는 방법을 설명하는 도면;

도 10은 유체주입단계가 종료될 때, 상기 캐비티 내부에서의 수지의 상태를 설명하는 도면;

도 11은 수지가 캐비티 내부에서 유동하는 방법을 설명하는 도면;

도 12는 몰딩프로덕트가 형성된 상태를 설명하는 도면;

도 13은 몰딩프로덕트가 형성된 상태를 설명하는 도면;

도 14는 몰딩프로덕트가 형성된 상태를 설명하는 도면; 및

도 15는 압력유지시간 및 캐비티 내부의 압력이 변할 때의 사출성형의 결과들을 설명하는 도면이다.

이하, 압력인가단계 및 유체주입단계를 동시에 실행하여 압력이 감소될 수 있는 추론 이유를 설명한다. 하지만, 본 명세서에 개시된 기술이 상기 추론 이유로 제한되는 것은 아니며, 청구범위에 기재된 요지에 따른다는 점에 유의한다.

캐비티 내의 수지가 냉각되어 수축됨에 따라, 게이트로부터 떨어진 부분들에서 상기 수지에 압력을 가하는 것이 어렵게 된다. 만일 수지에 가해지는 압력이 가 압유체의 유동채널의 개구부에서 상기 수지의 뒷면에 가해지는 압력보다 낮게 떨어진다면, 상기 가압유체가 몰딩프로덕트의 뒷면과 캐비티면 사이에 스며들기 시작한다. 이는 몰딩프로덕트의 뒷면이 상기 캐비티면으로부터 분리되도록 한다. 그 결과, 몰딩프로덕트의 뒷면은 캐비티면과 함께 마무리되지 못한다. 하지만, 몰딩프로덕트의 뒷면은 프로덕트 성능에 영향을 끼치지 않는다. 상기 몰딩프로덕트의 뒷면 부근의 압력은 수지가 수축됨에 따라 감소한다. 그러므로, 저압유체가 몰딩프로덕트의 뒷면과 캐비티면 사이로 쉽게 스며들 수 있다. 수지가 수축함에 따라, 몰딩프로덕트의 디자인면 부근의 압력 또한 감소한다. 하지만, 상기 가압유체는 디자인면이 캐비티면으로부터 분리되기 전에 몰딩프로덕트의 뒷면과 상기 캐비티면 사이의 공간에 들어가고, 상기 몰딩프로덕트의 뒷면은 상기 디자인면이 상기 캐비티면으로부터 분리되기 전에 상기 캐비티면으로부터 분리된다.

몰딩프로덕트의 뒷면이 캐비티면으로부터 분리된 다음이지만, 상기 몰딩프로덕트의 디자인면 형상이 고형화되기 전에는, 게이트로부터 용융수지에 대해 계속해서 압력이 가해져, 상기 몰딩프로덕트의 디자인면이 캐비티면으로부터 분리되는 것을 막게 된다. 이러한 공정 동안, 캐비티면으로부터 분리된 몰딩프로덕트의 뒷면은 수축될 수 있어, 디자인면을 향해 이동하면서 더욱 얇아지게 된다. 결과적으로, 게이트로부터 용융수지로 계속해서 가해질 압력이 종래 기술들에서 필요한 압력보다 낮게 설정되더라도, 몰딩프로덕트의 디자인면이 캐비티면으로부터 분리되는 것을 막는 것이 가능해진다.

압력인가단계 및 유체주입단계는 동시에 개시하는 것이 바람직하다. 상기 용 융수지주입단계의 완료 직후의 유체주입단계 및 용융수지압력인가단계는 동시에 개시하는 것이 바람직하다. 이 경우, 몰딩 타임이 낭비될 필요가 없다. 하지만, 용융수지주입단계와 압력인가단계 사이에 간격을 두는 것도 가능하다.

대안적으로는, 캐비티를 용융수지로 충전 완료하기까지 기다릴 필요없이, 유체주입단계를 개시하는 것도 가능하다. 즉, 유체주입단계가 용융수지주입단계 동안에 개시되는 것도 바람직하다. 이 경우, 압력인가단계는 유체주입단계가 개시된 이후에 개시된다.

용융수지가 캐비티 안으로 주입되면, 용융수지는 캐비티 내부에서 유동되어, 상기 용융수지의 선단이 이동하게 된다. 만일 유체주입단계가 용융수지주입단계의 완료를 기다리지 않고 개시되어야 한다면, 캐비티 내부에서 유동하는 용융수지의 선단이 유동채널의 개구부를 통과한 이후에 유체주입단계를 개시하는 것이 바람직하다. 이 경우, 용융수지의 선단이 개구부를 통과한 이후지만, 상기 용융수지가 수축을 시작하기 전에 상기 유체주입단계를 개시하는 것이 바람직하다. 이 경우, 용융수지를 계속해서 고형화시켜, 몰딩프로덕트의 뒷면이 대응하는 캐비티면으로부터 분리되는 것도 가능하다. 이는 디자인면을 원하는 형상으로 마무리하는 것을 가능하게 한다.

몰딩프로덕트의 뒷면을 향하고 있는 캐비티면은 소정의 경우에 있어 다수의 분할된 몰드를 결합하여 형성될 수도 있다. 결과적으로는, 범프(bumps)가 이들 분할된 몰드에서 발생하기도 한다. 범프들이 캐비티에 존재하거나, 심지어는 상기 뒷면 상에도 존재한다면, 몰딩프로덕트의 두께가 갑작스럽게 변한다. 그 결과, 수축 이 고르게 진행되지 못한다. 그러면, 캐비티의 디자인면이 매끄러운 경우에도, 상기 뒷면 상의 범프들에 대응하는 왜곡(distortion)이 상기 몰딩프로덕트의 디자인면 상에 나타날 수 있다. 본 발명에 따른 사출성형방법에 의하면, 몰딩프로덕트의 뒷면측 상의 분할된 몰드들의 범프들이 상기 몰딩프로덕트의 두께에 영향을 주지 않는다. 따라서, 왜곡이 억제될 수 있다.

용융수지압력인가단계가 종료된 후, 유체주입단계를 계속하는 것이 바람직하다. 만일 유체주입단계가 계속된다면, 수지가 몰딩프로덕트의 디자인면 상에서 수축되더라도, 이러한 수축이 디자인면을 캐비티면으로부터 분리시키지는 못할 것이다. 즉, 유체가 유동채널로부터 주입되므로, 디자인면이 캐비티면으로부터 쉽게 분리되지 않는 상태를 유지하는 것이 가능하다. 그러므로, 수지의 압력인가시간이 현저하게 감소될 수 있어, 그 결과 사이클 시간을 훨씬 더 단축시킬 수 있게 된다.

압력인가단계에서 가해지는 압력과 유체주입단계에서 가해지는 압력 양자 모두에 의해 상기 디자인면이 캐비티면으로부터 분리되지 않는 상태를 만드는 것이 바람직하다. 압력인가단계에서의 압력과 유체주입단계에서의 압력 양자 모두가 낮은 경우에도, 이들 압력값간의 합성 효과를 통하여 디자인면이 캐비티면으로부터 분리되는 것을 막기에 충분한 압력 레벨들을 이용하는 것이 바람직하다.

상기 압력인가단계에서 가해질 수지 압력은, 유체주입단계가 동시에 수행되지 않는다면, 몰딩프로덕트의 디자인면이 캐비티면으로부터 분리되는 것을 막기에 충분하지 않을 수도 있는 압력일 수도 있다. 마찬가지로, 상기 유체주입단계에서 가해질 유체 압력은, 압력인가단계가 동시에 수행되지 않는다면, 몰딩프로덕트의 디자인면이 캐비티면으로부터 분리되는 것을 막기에 충분하지 않을 수도 있는 압력일 수도 있다. 상기 압력인가단계에서, 본 발명의 기술은 유체주입단계가 동시에 실행되지 않는 경우에도, 몰딩프로덕트의 디자인면이 캐비티면으로부터 분리되는 것을 막을 수 있게 하는 매우 낮은 압력을 이용할 수 있다. 또한, 압력인가단계가 동시에 실행되지 않는 경우에도, 몰딩프로덕트의 디자인면이 캐비티면으로부터 분리되는 것을 막을 수 있게 하는 매우 낮은 압력을 갖는 유체를 주입하는 것도 충분하다. 두 단계 모두의 특징의 장점을 취함으로써, 그들 모두에 대해 저압을 이용하는 것이 가능하다.

본 발명의 기술은 또한 사출성형장치에서 구현될 수도 있다. 이러한 사출성형장치는 게이트, 상기 게이트와 연결된 캐비티, 및 상기 캐비티에 대해 개방되는 개구부가 제공된 유동채널을 구비한 인젝션 몰드를 이용한다. 상기 개구부는 몰딩프로덕트의 뒷면을 향해 개방된다. 상기 사출성형장치에는, 캐비티가 용융수지로 충전된 이후에 게이트로부터의 압력을 계속 인가하기 위한 압력인가장치 및 상기 유동채널로부터 유체를 주입하기 위한 유체주입장치가 제공된다.

본 발명에 따른 사출성형장치에 따르면, 용융수지에 가해질 압력과 유동채널로부터 주입될 유체의 압력 양자 모두가 감소되는 경우에도, 몰딩프로덕트의 표면 형상이 원하는 형상으로 형성될 수 있다. 그러므로, 인젝션 몰드에 필요한 압력 저항이 감소될 수 있다. 그 결과, 인젝션 몰드의 크기가 감소될 수 있고, 사출성형비용이 낮아질 수 있다.

인젝션 몰드는 개구부에 배치된 스토퍼(stopper)를 구비할 수도 있다. 상기 스토퍼는 용융수지가 개구부를 통해 들어가는 것을 방지한다. 여기서 말하는 스토퍼는 용융수지의 통과는 막지만, 보다 낮은 점성 레벨을 갖는 유체는 통과시킬 수 있다. 이러한 스토퍼는 통상적으로 몰드 등을 디개싱(degassing)하는데 사용된다.

구멍을 구비한 몰딩프로덕트를 사출성형하기 위해서는, 상기 몰딩프로덕트에 구멍을 형성하기 위한 원주 영역(columnar area)을 갖는 인젝션 몰드가 사용된다. 원주 영역이 캐비티 내부에 형성되는 경우, 용융수지가 게이트로부터 캐비티 안으로 주입되는 경우에는, 원주 영역의 우측을 통과한 용융수지와 상기 원주 영역의 좌측을 통과한 용융수지가 상기 원주 영역의 하류측에 함께 병합(merge)된다. 이 경우, 용융수지가 병합되는 경계 부근에는 유동채널의 개구부를 형성하는 것이 바람직하다.

2이상의 수지 유동이 병합하는 경계부에서는, "웰드 라인(weld line)"이라 불리우는 몰딩 결함이 발생하기 쉽다. 이러한 몰딩 결함은 캐비티가 용융수지로 충전된 후에 상기 용융수지에 계속해서 가해질 압력이 높은 경우에 보다 빈번하게 발생하는 경향이 있다. 이는 용융수지에 계속 가해질 압력이 높을 수록, 원주 영역의 좌우측간의 압력차가 더욱 커지기 때문이다. 그 결과, 경계부가 이동하기 쉽다. 경계부가 이동하면, 웰드 라인이 보다 쉽게 발생하는 경향이 있다. 웰드 라인의 발생을 막기 위하여, 용융수지에 계속 가해질 압력을 낮추는 것이 효과적이다. 하지만, 이렇게 함으로써 몰딩프로덕트의 디자인면을 캐비티면으로부터 보다 쉽게 분리되게 된다. 표면 형상의 정밀도를 보장하면서, 웰드 라인의 발생을 막는 기술은 아직까지 없다. 제조업자들은 이러한 문제에 어려움을 겪고 있다. 본 발명의 장치는 이러 한 문제를 해결한다.

2이상의 용융수지 유동이 병합하는 경계 부근에 유체용 유동채널이 제공된다면, 디자인면의 형상 정밀도를 보장하도록 상기 용융수지에 계속 가해질 압력을 낮추는 것이 가능하다. 그 결과, 웰드 라인의 발생을 막을 수 있게 된다.

또한, 유체주입장치는 캐비티 내부에서 유동하는 용융수지의 선단이 유동채널의 개구부를 통과한 이후에 상기 유체를 주입하기 시작하는 것이 바람직하다.

이러한 사출성형장치는 몰딩프로덕트의 뒷면이 대응하는 캐비티면으로부터 분리되어 있는 상태로 상기 용융수지가 고형화되도록 할 수 있다. 상기 디자인면은 원하는 형상으로 마무리될 수 있다. 범프들이 몰딩프로덕트의 뒷면을 향하고 있는 캐비티면 상에 존재하더라도, 상기 몰딩프로덕트의 디자인면 상에 왜곡이 나타나지 않도록 보장할 수 있게 된다.

이하, 본 발명의 기술의 바람직한 실시예들을 후술한다.

(1) 용융수지가 게이트로부터 인젝션 몰드의 캐비티 안으로 주입되고 있을 때, 상기 용융수지가 쉽게 도달할 수 없는 인젝션 몰드의 말단 영역들에 유동채널의 개구부가 제공된다.

(2) 유동채널의 개구부들은 몰딩프로덕트의 뒷면에 대응하는 위치들에 분산되어 있다.

(3) 캐비티의 말단 영역들 안으로 주입되는 수지의 압력이 수지압력인가단계에 의해 상승되기 전에, 상기 몰딩프로덕트의 뒷면을 향해 가압유체가 주입된다.

(4) 캐비티의 말단 영역들 안으로 주입되는 수지의 압력이 수지압력인가단계 에 의해 상승된 이후, 상기 몰딩프로덕트의 뒷면을 향해 가압유체가 주입되고, 이어서 상기 압력이 냉각으로 인하여 떨어진다.

(5) 캐비티가 용융수지로 충전되는 것을 기다리지 않고, 몰딩프로덕트의 뒷면을 향해 가압유체가 주입된다.

(6) 캐비티 안으로 주입된 용융수지가 유동채널의 개구부를 통과하는 시간이 사전에 미리 측정되고, 상기 타이밍이 지날 때에 상기 가압유체의 주입이 개시된다.

(7) 가압유체가 가압공기이다.

(8) 공장 내에 이미 제공된 에어서플라이로부터의 공기가 가압공기로 사용된다. 새로운 설비는 전혀 필요없다.

(제1실시예)

이하, 제1실시예를 도면을 참조하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시예의 사출성형기술을 이용하여 형성되는 몰딩프로덕트의 사시도이다. 도 2는 본 발명의 실시예의 사출성형장치의 개략적인 단면도이다. 도 3은 종래의 사출성형방법과 본 발명의 실시예의 사출성형방법을 비교하는 도면이다. 도 4는 본 발명의 실시예의 사출성형방법에 대한 공정도이다. 도 5는 종래 예시와 비교하여 본 발명의 실시예의 사출성형방법에 필요한 압력을 예시한 도면이다.

도 1에 예시된 몰딩프로덕트(10)는 도 2에 예시된 사출성형장치(18)에 의해 사출-성형된 몰딩 수지 프로덕트이다. 전형적인 예로는 자동차용 몰딩 수지 범퍼(molded resin bumper)를 들 수 있다.

몰딩프로덕트(10)에 있어서, 일 표면(12)은 원하는 표면 형상으로 정밀하게 마무리되어야 하는 디자인면(전방면)이고, 일 표면(14)은 전체 표면 형상이 중요하지 않은 뒷면이다. 몰딩프로덕트(10)에는 앞에서 뒤로 통과하는 관통-구멍(16)이 형성되어 있다.

도 2는 도 1의 몰딩프로덕트에서 II-II 선에 대응하는 위치에서의 사출성형장치(18)의 몰드(20)의 단면을 예시한다. 상기 몰드(20)는 몰딩프로덕트(10)의 디자인면(12)을 몰딩하기 위한 암몰드(female mold; 22) 및 상기 몰딩프로덕트(10)의 뒷면(14)을 몰딩하기 위한 수몰드(male mold; 24)를 포함하여 이루어진다. 상기 암몰드(22) 및 수몰드(24)를 결합하여 형성되는 캐비티(26)의 형상은 획득될 몰딩프로덕트(10)의 형상에 해당된다. 즉, 암몰드(22)의 캐비티면(22a)은 바로 몰딩프로덕트(10)의 디자인면(12)에 해당된다. 상기 수몰드(24)의 캐비티면(24a)은 상기 몰딩프로덕트(10)의 뒷면(14)과 거의 일치한다. 캐비티면(24a)에서 캐비티면(22a)까지 연장되어 있는 원주 영역(24b)은 상기 수몰드(24)에 형성되어 있다. 상기 원주 영역(24b)의 형상은 상기 몰딩프로덕트(10)에 형성될 관통-구멍(16)의 형상에 해당된다.

상기 암몰드(22)의 외부를 캐비티면(24a)에 연결시키는 게이트(28)는 상기 암몰드(22) 내에 형성된다. 게이트(28)가 암몰드(22)의 외부에 대해 개방되는 위치에는 런너(runner; 32)의 노즐(30)이 설치되어 있다. 상기 게이트(28) 및 런너(32)는 수지주입장치(34)를 구성한다. 상기 런너(32)는 소정의 압력으로 용융수지를 밀어낸다. 상기 런너는 용융수지를 게이트(28)로부터 캐비티(26) 안으로 주입한다.

상기 수몰드(24)에는 2개의 유체주입유동채널(24d, 24f)이 형성되어 있다. 상기 유체주입유동채널(24d, 24f)은 상기 수몰드(24)의 외부를 캐비티면(24a)에 연결시킨다. 상기 유체주입유동채널(24d, 24f)은 상기 캐비티면(24a)에 대해 개방되고, 그 개구부(24c, 24e)들은 용융수지가 게이트(28)로부터 캐비티(26) 안으로 주입되고 있을 때 상기 용융수지가 쉽게 도달할 수 없는 말단 영역들에 제공된다. 상기 개구부(24c, 24e)에는 벤트(vents; 36c, 36e)가 제공된다. 벤트(36c, 36e)는 용융수지는 통과시키지 않지만 공기는 통과시킬 수 있는 직경을 갖는 작은 구멍들을 구비한다.

나아가, 제3의 유체주입유동채널(24g)이 제공된다. 상기 유체주입유동채널(24g)의 개구부는, 원주 영역(24b)의 우측을 지나간 용융수지와 상기 원주 영역(24b)의 좌측을 지나간 용융수지가 함께 상기 원주 영역(24b)의 하류측에 병합되는 위치에 형성된다. 상기 원주 영역(24b)은 관통-구멍(16)을 형성하는데 사용된다. 유체주입유동채널(24g)의 개구부에는 벤트도 제공된다.

유체주입유동채널(24d, 24f, 24g)이 수몰드(24)의 외부에 대해 개방되는 위치들에는 유체관(38)이 연결되어 있다. 상기 유체관(38)의 일 단부는 펌프(42)에 연결된다. 상기 펌프(42)는 유체를 가압하여 내보낸다. 유체의 유량 및 압력을 조정하기 위한 밸브(40)가 상기 유체관(38)의 중간에 제공된다. 상기 밸브(40)는 펌프(42)에 의해 공급되는 공기의 압력을 0.5 MPa 로 조절한다. 도면에 도시되지 않은 제어장치는 밸브(40)의 개방도를 제어한다. 펌프(42)에 의해 내보내지는 가압유체(본 실시예에서는 공기)는 밸브(40)에 의해 0.5 MPa 로 조절된다. 가압유체는 유 체관(38) 및 유체주입유동채널(24d, 24f, 24g)을 통해 캐비티(26) 안으로 주입된다. 상기 유체주입유동채널(24d, 24f, 24g)의 개구부들은 상기 수몰드(24)의 측면에 제공되어, 0.5 MPa 로 조절된 가압공기를 몰딩프로덕트의 뒷면을 향해 내보낸다.

또한, 상기 유체주입유동채널(24d)의 개구부로부터 방사 패턴으로 연장되는 수많은 홈들이 상기 수몰드(24)의 표면 상에 형성될 수도 있다. 마찬가지로, 상기 유체주입유동채널(24f, 24g)의 개구부로부터 방사 패턴으로 연장되는 수많은 홈들이 형성될 수도 있다. 상기 홈들은 가압공기를 몰딩프로덕트(10)의 뒷면(14)의 넓은 영역으로 촉진시킨다. 이는 몰딩프로덕트(10)의 뒷면(14)이 상기 수몰드(24)로부터 신속하게 분리되도록 한다.

홈을 형성하는 대신, 몰딩 윤활유가 사용될 수도 있다. 상기 몰딩 윤활유는 상기 수몰드(24)의 표면에 제공될 수도 있다. 몰딩프로덕트(10)의 뒷면(14)은 상기 수몰드(24)로부터 쉽게 분리될 수 있다. 만일 몰딩 윤활유가 암몰드(22)에도 사용된다면, 상기 수몰드(24)용 몰딩 윤활유는 상기 암몰드(22)용 몰딩 윤활유와 상이한 것이 바람직하다. 몰딩프로덕트(10)를 암몰드(22)보다 빨리 수몰드(24)로부터 분리시킬 수 있는 몰딩 윤활유가 수몰드(24)용 몰딩 윤활유로 사용된다.

상술된 바와 같이, 몰딩프로덕트(10)의 뒷면(14)을 수몰드(24)로부터 쉽게 분리시키는 수단을 채택하는 것이 바람직하다. 상기 예시 이외에도, 다음과 같은 수단이 채택될 수도 있다. 즉, 수몰드(24)는 저열전도성 재료(low thermal conductivity material)로 구성될 수도 있고, 암몰드(22)는 고열전도성 재료(high thermal conductivity material)로 구성될 수도 있다. 이는 또한 몰딩프로덕트(10)의 뒷면(14)이 암몰드(22)로부터 분리되는 것보다 빨리 수몰드(24)로부터 분리되는 것을 실현한다.

이하, 상술된 사출성형장치(18)에 기초한 사출성형방법의 공정도를 도 4를 참조하여 설명하기로 한다.

우선, 암몰드(22) 및 수몰드(24)가 결합되어 몰드(20)를 폐쇄시킨다. 이 때, 유체주입장치(44) 내의 밸브(40)는 폐쇄된 상태로 유지된다. 이 상태로부터, 용융수지가 거의 50 MPa 의 주입 압력으로 몰드 인젝터(34)의 런너(32)로부터 밀려나간다. 밀려나가는 용융수지는 노즐(30)을 통해 게이트(28)로부터 캐비티(26) 안으로 주입된다. 원주 영역(24b) 부근에서는, 용융수지가 상기 원주 영역(24b)의 좌우측을 지나, 상기 원주 영역(24b)의 하류측에 함께 병합된다.

캐비티(26)가 용융수지로 충전되면, 런너(32)의 주입 압력이 20 MPa 로 낮아지고, 상기 공정은 용융수지압력유지단계로 이동한다.

용융수지에 의한 캐비티(26)의 충전이 종료되면, 즉 압력유지단계가 개시되면, 유체주입장치(44)의 밸브(40)가 개방된다. 0.5 MPa 로 가압된 공기가 유체주입유동채널(24d, 24f, 24g)로 보내진다.

게이트(28)로부터 캐비티(26) 내부의 용융수지로 가해지는 압력과 유체주입유동채널(24d, 24f, 24g)에 가해지는 가압유체의 압력간의 관계는 후술하는 현상을 만들어낸다.

캐비티(26) 내부의 용융수지의 압력은 상기 가압유체주입단계가 개시될 때의 가압유체의 압력보다 높다. 수지 압력은 용융수지가 고형화됨에 따라 감소하고, 상기 수지 압력이 유체 압력 아래로 떨어지면, 상기 가압유체가 몰딩프로덕트(10)의 뒷면측(14)으로 주입된다.

가압유체는 유체주입유동채널(24d, 24f, 24g)로부터 몰딩프로덕트(10)의 뒷면(14) 상으로 주입되기 때문에, 상기 몰딩프로덕트(10)의 디자인면(12)이 상기 캐비티면(22a)으로부터 분리되지 못한다.

상기 캐비티(26) 안으로 주입된 용융수지는 냉각되어 수축된다. 이러한 공정 시, 가압유체는 몰딩프로덕트(10)의 뒷면(14) 상으로 주입된다. 이와 동시에, 거의 20 MPa 의 압력이 계속해서 런너(32)로부터 인가된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 거의 20 MPa 의 압력이 상기 런너(32)로부터 계속해서 가해지면, 말단 영역들 내의 수지 압력은 거의 8 MPa 가 된다.

이러한 수지 압력은 도 5의 종래 예시 1로 표시된 종래의 수지압력유지기술에 필요한 압력의 거의 절반이다. 이러한 상기 실시예에서의 수지 압력은 낮다.

도 3은 종래의 사출성형기술과 본 발명의 실시예의 사출성형기술을 비교하는 도면이다. 도 3(a)는 게이트(28)로부터의 압력(P1)만을 계속해서 인가함으로써, 몰딩프로덕트의 디자인면이 캐비티면으로부터 분리되는 것을 방지하는 기술에 해당된다. 이 기술은 몰딩프로덕트의 뒷면이 캐비티면으로부터 먼저 분리되고, 상기 몰딩프로덕트의 디자인면이 상기 캐비티면으로부터 먼저 분리될 수 없는 것을 보장하지 못한다. 이러한 경우에, 그 디자인면과 뒷면 모두에서의 몰딩프로덕트의 수축에 기인하는 합성력(compounded force)은 몰딩프로덕트의 디자인면을 캐비티면으로부터 분리시키는 힘이 된다. 이러한 힘을 상쇄하여 몰딩프로덕트의 디자인면이 캐비티면으로부터 분리되는 것을 막기 위해서는, 게이트(28)로부터 용융수지로 계속 인가될 압력(P1)을 증가시켜야 한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 게이트 영역에서는 40 MPa 정도(말단 영역에서는 16 MPa)의 압력을 발생시킬 수 있는 높은 보충압력이 필요하다.

도 3(b)는 몰딩프로덕트의 뒷면을 향해서만 가압유체를 주입함으로써, 상기 몰딩프로덕트의 디자인면이 상기 캐비티면으로부터 분리되는 것을 방지하는 기술에 해당된다. 이 기술에 의하면, 몰딩프로덕트를 뒷면으로부터 앞면에 대해 매우 큰 압력으로 푸시하여야 한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 몰딩프로덕트를 뒷면으로부터 디자인면에 대해 18 MPa 정도의 압력으로 푸시하여야 한다.

도 3(c)는 용융수지에 압력(P1)을 계속 가하는 동시에, 몰딩프로덕트의 뒷면(14)을 향해 가압공기를 주입하는 본 발명의 실시예에 해당한다. 공기주입압력이 낮은 경우에도, 몰딩프로덕트의 디자인면이 캐비티면(22a)으로부터 분리되기 전에 상기 몰딩프로덕트의 뒷면이 캐비티면(24a)으로부터 분리되는 것을 보장한다. 용융수지에 가해질 압력(P1)이 감소될 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 게이트 영역에서는 20 MPa 정도(말단 영역에서는 8 MPa)의 압력만이 필요하다.

이들 수치값은 단지 예로 든 것일 뿐, 본 발명의 기술적 범위를 제한하는 것은 아니다. 나아가, 상기 설명은 추론 이유를 설명하기 위해 제시된 것이다. 본 발명의 기술은 이러한 추론 이유로 제한되지 않는다. 엄격하게 말하면, 본 발명의 기술은 게이트(28)로부터 용융수지에 압력을 계속 가하는 단계와 유동채널(24d, 24f, 24g)로부터 가압유체를 주입하는 단계를 동시에 실행하는 기술이다.

용융수지압력유지단계는 가압유체주입단계 이전에 종료될 수도 있다. 본 실시예에서, 가압유체주입단계를 이행하는 것은 몰딩프로덕트(10)의 디자인면(12)이 캐비티면(22a)으로부터 분리되도록 시도하는 힘을 감소시킨다. 상기 수지압력유지단계가 상기 몰딩프로덕트(10)의 디자인면(12)의 강도가 비교적 낮을 때의 스테이지에서 종료되더라도, 상기 몰딩프로덕트(10)의 디자인면(12)이 캐비티면(22a)으로부터 분리되는 것을 막는 것이 가능하다. 그러므로, 수지압력유지시간이 현저하게 단축될 수 있다.

수지압력유지시간이 현저하게 단축될 수 있으므로, 후속 단계들이 보다 빨리 실행될 수 있다. 도 4에서, 점선은 종래 기술에 기초한 공정 실행 타이밍을 나타낸다. 본 실시예는 몰드를 개방하기 위한 타이밍을 가속화시킬 수 있으므로, 프로덕트를 절단(disconnecting)하기 위한 타이밍을 가속화시킬 수 있다. 그 결과, 사이클 타임이 단축되고, 대량생산 효율이 개선된다.

본 실시예는 용융수지압력유지단계에 필요한 압력을 거의 반분할 수 있다. 그러므로, 원주 영역(24b)의 우측을 통과한 용융수지와 원주 영역(24b)의 좌측을 통과한 용융수지가 상기 원주 영역(24b)의 하류측에 함께 병합되는 경계부가 상기 수지압력유지단계 동안에 이동하지 못한다. 수지병합경계(웰드 라인)를 거의 볼 수 없는 프로덕트를 몰딩할 수 있게 된다. 이러한 효과를 달성하기 위해서는, 병합경계 부근에 유체주입유동채널(24g)을 형성하는 것이 바람직하다.

나아가, 게이트(28)로부터 용융수지에 압력을 계속 인가하는 단계와 캐비티 면(24a)으로부터 몰딩프로덕트(10)의 뒷면(14)을 기계적으로 분리시키는 단계를 동시에 실행하는 것도 가능하다. 이들 단계는 인젝션 몰드(20)의 캐비티(26)가 용융수지로 충전된 이후지만, 몰드(20)가 개방되기 전에 실행된다. 몰딩프로덕트(10)의 디자인면(12)이 캐비티면(22a)으로부터 분리되기 전에, 상기 몰딩프로덕트(10)의 뒷면(14)을 캐비티면(24a)으로부터 분리시키기 위해 넉-아웃 핀 등이 사용될 수 있다.

(제2실시예)

이하, 도면을 참조하여 제2실시예를 후술한다. 제2실시예에서, 도 6에 예시된 사출성형장치(50)는 제1실시예에서와 동일한 형상을 갖는 몰딩프로덕트(10)를 몰딩하는데 사용된다(도 1 참조). 상기 사출성형장치(50)는 몰드(51) 및 가압장치(pressurizer; 52)를 포함하여 이루어진다. 도 6은 몰딩프로덕트(10)의 말단 영역을 몰딩하는 상기 몰드(51)의 일부분만을 보여준다. 상기 몰드(51)는 암몰드(53) 및 수몰드(54)를 포함하여 이루어진다. 상기 수몰드(54)는 코어(59)를 구비한다. 암몰드(53)와 수몰드(54)를 결합하여 캐비티(55)가 형성된다. 상기 암몰드(53)의 캐비티면(56)은 상기 몰딩프로덕트(10)의 디자인면(12)에 해당된다. 상기 수몰드(54)의 캐비티면(57)은 상기 몰딩프로덕트(10)의 뒷면(14)과 거의 일치한다. 상기 몰드(51)를 개방하기 위하여, 암몰드(53) 및 수몰드(54)가 수직방향으로 이격되어 당겨진다.

상기 수몰드(54)에는 유체주입유동채널(58)이 형성된다. 상기 유체주입유동채널(58)의 일 단부는 개구부(60)에서 캐비티면(57)에 대해 개방된다. 상기 유체주 입유동채널(58)의 타 단부(61)는 상기 수몰드(54)의 외부에 대해 개방된다. 상기 개구부(60)에는 벤트(62)가 제공된다. 상기 벤트는 상기 유체주입유동채널(58)과 캐비티(55)를 연결시키기 위한 구멍들을 구비한다. 이러한 연결 구멍의 크기는, 용융수지가 캐비티(55) 안으로 주입될 때에 수지가 유체주입유동채널(58) 안으로 유동하지 않도록 설정된다.

도 6에 도시되지는 않았지만, 제1실시예의 사출성형장치(18)와 같이, 제2실시예의 사출성형장치(50)는 런너(32), 노즐(30) 및 게이트(28)를 포함하여 이루어지는 수지주입장치(34)를 구비한다.

가압장치(52)에는 오토커플러(autocoupler; 63), 유체관(64), 솔레노이드밸브(70), 레귤레이터(68), 필터(67), 타이머(71), 및 몰딩제어장치(72)가 제공된다. 상기 오토커플러(63)는 수몰드(54)의 외부에 고정된다. 상기 오토커플러(63)는 유체주입유동채널(58)에 연결되어 있다. 유체관(64)의 일 단부(65)는 상기 오토커플러(63)에 연결된다. 가압유체로서 공장의 공기가 상기 유체관(64)의 타 단부(66)로 공급된다. 상기 필터(67), 레귤레이터(68) 및 솔레노이드밸브(70)는 상기 유체관(64)에 연결되어 있다. 상기 필터(67)는 공장 공기에 포함된 이물질을 제거한다. 상기 레귤레이터(68)는 공급되는 공장 공기를 소정의 압력(예컨대, 0.5 MPa)으로 조절한다. 상기 솔레노이드밸브(70)는 상기 유체관(64)을 개폐한다. 솔레노이드밸브(70)가 개방되면, 그 압력이 레귤레이터(68)에 의해 조절된 가압유체가 상기 몰드(51)의 유체주입유동채널(58)로 공급된다. 상기 솔레노이드밸브(70)는 상기 몰딩제어장치(72)에 연결되어 있는 타이머(71)에 연결된다. 상기 몰딩제어장치(72)는 사출성형장치(50)를 포괄적으로 제어한다.

상기 몰딩제어장치(72)는, 용융수지가 몰드(51) 안으로 주입되기 시작할 때, 주입개시신호를 타이머(71)로 출력한다. 또한, 상기 몰딩제어장치(72)는, 몰드(51)를 개방하기 위한 작업이 개시될 때, 몰드개방신호를 타이머(71)에 출력한다. 또한, 상기 몰딩제어장치(72)는, 몰드(51)를 폐쇄하기 위한 작업이 개시될 때에 몰드폐쇄신호를 타이머(71)로 출력한다.

상기 입력된 주입개시신호, 몰드개방신호, 및 몰드폐쇄신호를 토대로, 상기 타이머(71)는 개방 신호 또는 폐쇄 신호를 솔레노이드밸브(70)에 출력한다. 타이머(71)가 개폐 신호를 출력하는 타이밍은 아래에 상세히 설명한다.

이하, 사출성형장치(50)에 의하여 몰딩프로덕트(10)를 몰딩하는 단계를 도 7을 참조하여 설명한다. 캐비티(55) 내부의 압력 변화도 후술한다. 도 7의 하부 반쪽은 몰딩공정도이다. 도 7의 상부 반쪽은 캐비티(55) 내부의 압력을 보여주는 그래프이다. 몰딩공정도의 수평축은 시간(초)을 나타낸다. 이 수평축에서의 시간은 또한 캐비티(55) 내부의 압력을 보여주는 그래프에도 적용가능하다. 캐비티(55) 내부의 압력을 보여주는 그래프 안쪽에 도시된 X 곡선은 게이트(28) 부근의 캐비티내 압력에 해당된다(도 1 및 도 2 참조). 도 7에서 문자 A 내지 D 로 할당된 삼각형은 가압유체의 주입을 개시하거나 중단하기 위한 타이밍에 대해 상세히 후술하는데 사용될 것이다.

도 7에 도시된 바와 같이, 몰딩프로덕트(10)를 몰딩하기 위하여, 암몰드(53)와 수몰드(54)를 결합하여 몰드(51)를 폐쇄하는 단계가 먼저 수행된다. 몰드폐쇄단 계가 개시되면, 몰드폐쇄신호가 솔레노이드밸브(70)로 출력된다. 그 결과, 솔레노이드밸브(70)가 폐쇄된다. 그러므로, 몰드(51)의 유체주입유동채널(58)로 공급되는 가압공기가 전혀 없다. 다음으로, 게이트(28)로부터 캐비티(55) 안으로 용융수지를 주입하는 단계가 실시된다.

주입된 용융수지는 캐비티(55)를 충전하기 시작한다. 게이트(28) 부근의 캐비티내 압력(X 곡선)은 주입이 개시될 때에 60 (MPa) 정도로 급격하게 상승한다. 용융수지가 캐비티(55) 안으로 주입되는 경우에도, 그 압력은 유체주입유동채널(58)의 개구부(60) 부근으로 즉시 전파되지 않는다. 그러므로, 개구부(60) 부근의 압력(Y 곡선)이 상승하기 시작할 때, 주입 단계의 종료점 근처에 있다.

주입된 용융수지는 캐비티(55) 내부에서 유동한다. 도 8은 캐비티(55) 안으로 주입된 용융수지(74)의 선단(리딩에지)(75)이 유체주입유동채널(58)의 개구부(60)를 통과하기 전의 상태를 예시한다. 이하, 용융수지(74)의 선단(75)은 "용융전방부(75)"라 한다. 도 9는 용융수지(74)의 용융전방부(75)가 유체주입유동채널(58)의 개구부(60)를 통과한 직후의 상태를 예시한다.

타이머(71)는 몰드폐쇄신호가 몰딩제어장치(72)로부터 입력된 이후 경과된 시간을 계수한다. 그 후, 상기 타이머(71)는, 수지(74)의 용융전방부(75)가 유체주입유동채널(58)의 개구부(60)를 통과한 때, 개방 신호를 솔레노이드밸브(70)로 출력한다. 이 타이밍은 도 7에 B 삼각형으로 표시되어 있고, 이하 "주입 타이밍"이라 한다. 상기 주입 타이밍은, 개구부(60) 부근의 캐비티면(57) 상의 압력에 대한 측정 데이터 및 수지(74)의 캐비티(55) 내부의 유체역학분석의 결과 등을 이용하여, 용융전방부(75)가 개구부(60)를 통과하는 타이밍을 추정함으로써 미리 결정된다. 또한, 주입개시신호가 입력될 때의 시간을 계수하기 시작하여, 이러한 계수된 시간을 토대로 개방신호를 솔레노이드밸브(70)로 출력하는 것도 가능하다.

솔레노이드밸브(70)가 주입 타이밍에 개방되면, 공기 형태의 가압유체가 유체주입유동채널(58)로 공급되어, 유체주입단계가 시작된다. 이 때, 개구부(60) 부근의 수지(74)는 고형화되지 않는다. 상기 공기는 벤트(62)로부터 고형화되지 않은 수지(74)의 뒷면을 향해 주입된다. 이 단계는 수지(74)의 뒷면이 캐비티면(57)으로부터 분리되도록 한다.

단 하나만이 도 6에 도시되어 있지만, 실제로는 유체를 캐비티(55) 안으로 주입하기 위한 다수의 개구부들이 캐비티면(57) 상에 제공된다. 유체가 각각의 개구부 안으로 주입되는 타이밍은 개별적으로 솔레노이드밸브에 의해 조정된다. 상기 솔레노이드밸브는 각각의 개구부에 연결된 유체관에 설치되어, 상기 타이머(71)에 의해 제어된다.

도 7에 도시된 바와 같이, 용융수지주입단계가 종료된 후, 상기 단계는 용융수지압력유지단계("압력유지단계")로 이동한다. 상기 압력유지단계와 함께 냉각단계도 개시되고, 상기 캐비티(55) 내부의 온도는 낮추어 수지(74)의 고형화를 촉진시킨다. 벤트(62)로부터 주입되는 유체의 결과로서, 수지(74)의 뒷면이 캐비티면(57)으로부터 분리되는 동안에 상기 수지(74)가 고형화된다. 압력유지단계가 종료된 후에도, 유체주입단계(공기의 주입) 및 냉각단계가 계속되고, 이들 두 단계들은 후속해서 동시에 종료된다.

상기 게이트(28) 부근의 캐비티내 압력(X 곡선)은 상기 공정이 상기 압력유지단계로 이동할 때 급격하게 떨어진다. 상기 게이트(28) 부근의 캐비티내 압력은, 냉각단계가 종료될 때까지, 대략 35 (MPa) 정도로 유지된다. 상기 개구부(60) 부근의 캐비티내 압력(Y 곡선)은 압력유지단계가 개시된 이후에도 계속 상승하여, 상기 압력유지단계의 중간이 피크(대략 10 (MPa) 정도)이고, 그 후에 떨어진다. 상기 개구부(60) 부근의 캐비티내 압력은 상기 압력유지단계가 종료된 이후에 0 으로 되돌아간다. 이러한 방식으로, 상기 개구부(60) 부근의 캐비티내 압력이 가압유체의 압력(0.5 (MPa))을 한 번 초과한다. 하지만, 개구부(60) 부근의 캐비티내 압력이 가압유체의 압력(0.5 (MPa))을 초과하더라도, 상기 수지(74)의 뒷면은 곧 캐비티면(57)으로부터 분리되는데, 그 이유는 상기 수지(74)가 냉각을 통해 수축되어, 상기 수지의 압력이 가압유체의 압력보다 낮아지게 되기 때문이다.

도 10은 (도 7에서 D 삼각형으로 표시된) 유체주입단계가 종료될 때의 수지(74)의 상태를 예시한다. 상기 수지(74)의 뒷면은 분리되지만, 수지의 앞면은 암몰드(53)의 캐비티면(56)과 확실하게 접촉한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 단계 69가 코어(59)와 수몰드(54) 사이에 존재하는 경우에도, 상기 단계 69로부터 분리되는 수지(74)의 뒷면과 함께 고형화가 진행되므로, 상기 단계 69에 의하여 상기 수지(74)의 뒷면 상에 범핑 영역이 형성되지 않는다. 범핑 영역이 수지(74)의 뒷면 상에 형성되지 않으므로, 디자인면(12)이 전혀 영향을 받지 않는다(즉, 범핑 영역에 대응하는 왜곡이 디자인면(12) 상에 발생하지 않는다). 그러므로, 몰딩프로덕트(10)의 디자인면(12)이 적절하게 몰딩된다.

유체주입단계 및 냉각단계가 종료되면, 타이머(71)는 폐쇄 신호를 솔레노이드밸브(70)로 출력한다. 솔레노이드밸브(70)가 폐쇄되면, 캐비티(55)로의 가압유체의 공급이 중단된다. 유체주입단계 및 냉각단계가 종료된 후, 상기 공정은 몰드개방단계로 이동하여 상기 몰드(51)를 개방시킨다. 도 14는 몰드(51)가 개방된 상태를 예시한다.

마지막으로, 프로덕트단절단계가 실행되어 상기 몰드(51)로부터 몰딩프로덕트(10)를 단절(제거)시키게 된다.

상술된 바와 같이, 수지(74)의 용융전방부(75)가 (주입 타이밍에서) 개구부(60)를 통과한 직후 상기 수지(74)의 뒷면을 향해 유체를 주입함으로써, 디자인면(12)이 우수한 몰딩프로덕트(10)를 몰딩하는 것이 가능하다. 이와는 대조적으로, (도 7에서 A 삼각형으로 표시된) 수지(74)의 용융전방부(75)가 개구부(60)를 통과하기 전에 유체가 캐비티(55) 안으로 주입된다면, 상기 유체는 도 11에 도시된 바와 같이 용융전방부(75) 내로 송풍된다. 결과적으로, 유동 마크들이 몰딩프로덕트(10) 상에 생성된다.

냉각단계가 진행됨에 따라, 캐비티(55) 안으로 주입된 수지(74)는 고형화공정 시에 수축된다. (도 7에서 C 삼각형인) 냉각단계가 시작한 후에 수지(74)의 뒷면을 향해 유체를 주입하면, 몰딩프로덕트(10)의 디자인면(12)이 변형된다. 즉, 수지(74)가 수축되기 시작한 후에 유체를 주입하면, 디자인면(12)이 변형된다. 구체적으로는, 도 12에 도시된 바와 같이, 몰딩프로덕트(10)의 뒷면(14) 및 디자인면(12)에서의 변형부(77)들은, 유체가 수지(74)의 뒷면측에 충분히 들어가기 전에 수 축이 일어나는 경우에 발생된다. 수지(74)의 용융전방부(75)가 개구부(60)를 통과한 직후에(즉, 도 7에서 B 삼각형으로 표시된 주입 타이밍으로) 유체의 주입이 개시되더라도, 수지(74)가 여전히 고형화 공정에 있는 동안에 유체 주입이 일찍 중단된다면(예컨대, 도 7의 C 삼각형), 몰딩프로덕트(10)가 적절하게 형성되지 못할 것이다. 보다 구체적으로는, 도 13에 도시된 바와 같이, 몰딩프로덕트(10)의 디자인면(12)이 적절하게 몰딩될 수 있는 범위(F)(유체 주입이 효과적인 범위)가 좁아지게 된다.

본 발명자는 유체가 수지(74)의 뒷면을 향해 주입되면서, 캐비티(55) 내부의 압력 및 압력유지시간을 변경하면서 몰딩프로덕트(10)의 몰딩을 시도하였다. 도 15는 그 결과들을 보여준다. 도 15의 수평축은 압력유지시간에 대응한다. 수직축은 캐비티(55)의 (개구부(60) 부근의) 말단 영역 내부의 압력(MPa)에 대응한다. 이러한 캐비티내 압력은 압력유지상태에서 측정되었음에 유의한다.

도 15에서, ○ 는 몰딩프로덕트(10)가 적절하게 몰딩된 지점을 나타낸다. "1" 로 표시된 × 마크는 몰딩프로덕트(10) 상에 버어(burrs)가 발생된 지점을 나타낸다. "2" 로 표시된 × 마크는 몰딩프로덕트(10) 상에 보이드(voids)가 발생된 지점을 나타낸다. "3" 으로 표시된 × 마크는 몰딩프로덕트(10)에 왜곡(distortion)이 발생한 지점을 나타낸다. 다시 말해, 몰딩프로덕트(10)는 J, K 또는 L 영역에 적절하게 형성될 수 없다.

이와는 달리, 압력유지시간 및 캐비티내 압력이 굵은 사선으로 표시된 G 영역과 얇은 사선으로 표시된 H 영역에서 조합된다면 몰딩프로덕트(10)를 적절하게 몰딩하는 것이 가능하다.

종래 예시에서와 같이, 유체가 수지(74)의 뒷면에 주입되지 않으면, 상기 몰딩프로덕트(10)는 G 영역에서만 적절하게 몰딩될 수 있다. 즉, 종래 기술에 의하면, 압력유지시간으로 최소 8(초)가 필요하다. 이와는 달리, 본 발명의 기술은 압력유지시간이 3(초)로 단축되는 경우에도 몰딩프로덕트(10)를 적절하게 몰딩할 수 있다. 보다 짧은 압력유지시간이 몰딩시간을 단축시키므로, 수많은 프로덕트들이 단위 시간당 몰딩될 수 있다. 또한, 종래의 기술은 적어도 20 (MPa)의 캐비티내 압력을 요구하는 반면, 본 발명의 기술은 상기 압력이 10 (MPa)로 감소되는 경우에도 상기 몰딩프로덕트(10)를 적절하게 몰딩할 수 있다. 상기 캐비티내 압력은 감소될 수 있으므로, 몰드-타이트 압력(mold-tightening pressure)이 증가되지 않더라도 보다 많은 몰딩프로덕트들을 몰딩하는 것이 가능해진다.

상술된 수치값은 단지 예로 든 것일 뿐, 본 발명의 기술적 범위를 제한하는 것은 아니다. 나아가, 상기 설명은 추론 이유를 설명하기 위해 제시된 것이며, 본 발명의 기술은 이러한 추론 이유로 제한되지 않는다.

본 명세서에 설명되거나 도면에 대해 설명된 기술적 요소들은 단독 또는 다양한 조합예로서 산업상이용가능성을 이루는데, 본 특허출원의 제출 시 청구범위에 기재된 조합예들로 국한되는 것은 아니다. 나아가, 본 명세서 또는 도면에 예시로 제시한 기술들은 다수의 목적뿐만 아니라, 이들 목적들 가운데 한 가지만을 달성하여 산업상이용가능성을 얻을 수도 있다.

Claims (12)

1. 인젝션 몰드를 이용한 사출성형방법에 있어서,

   상기 인젝션 몰드는 게이트, 상기 게이트와 연결된 캐비티, 및 몰딩프로덕트의 뒷면을 향해 개방되는 개구부를 구비한 유동채널을 포함하여 이루어지고,

   상기 사출성형방법은,

   용융수지를 상기 게이트로부터 상기 캐비티 안으로 주입하는 용융수지주입단계;

   상기 용융수지주입단계 이후, 상기 캐비티 내의 상기 주입된 수지에 대해 상기 게이트로부터 압력을 인가하는 압력인가단계; 및

   상기 유동채널을 통하여 상기 몰딩프로덕트의 뒷면을 향해 유체를 주입하는 유체주입단계를 포함하여 이루어지고,

   상기 압력인가단계 및 상기 유체주입단계는 동시에 실행되며,

   상기 압력인가단계에서 인가되는 압력은 상기 용융수지주입단계에서 인가되는 주입 압력보다 낮고,

   상기 유체주입단계에서 인가되는 유체 압력은 상기 압력인가단계에서 인가되는 압력보다 낮으며,

   상기 압력인가단계에서 인가되는 압력은, 상기 유체주입단계가 동시에 실행되지 않는 경우, 상기 몰딩프로덕트의 디자인면이 상기 캐비티면으로부터 분리되는 것을 막기에 충분하지 않을 수도 있는 압력이고,

   상기 유체주입단계에서 인가되는 유체 압력은, 상기 압력인가단계가 동시에 실행되지 않는 경우, 상기 몰딩프로덕트의 디자인면이 상기 캐비티면으로부터 분리되는 것을 막기에 충분하지 않을 수도 있는 압력인 것을 특징으로 하는 사출성형방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 압력인가단계 및 상기 유체주입단계는 동시에 개시되는 것을 특징으로 하는 사출성형방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 유체주입단계는 상기 용융수지주입단계 도중에 개시되는 것을 특징으로 하는 사출성형방법.
4. 제3항에 있어서,

   상기 유체주입단계는, 상기 캐비티 내부에서 유동하는 용융수지의 선단이 상기 유동채널의 개구부를 통과한 이후에 개시되는 것을 특징으로 하는 사출성형방법.
5. 제1항에 있어서,

   상기 유체주입단계는 상기 압력인가단계가 종료된 이후에도 계속되는 것을 특징으로 하는 사출성형방법.
6. 제1항에 있어서,

   상기 캐비티 내의 주입된 수지의 압력은, 상기 유체주입단계가 개시될 때에 상기 유체주입단계에서 인가되는 유체 압력보다 높은 것을 특징으로 하는 사출성형방법.
7. 제6항에 있어서,

   상기 유체주입단계는, 상기 캐비티 내부에서 유동하는 용융수지의 선단이 상기 유동채널의 개구부를 통과하는 타이밍과 상기 압력인가단계가 개시되는 타이밍 사이에서 개시되는 것을 특징으로 하는 사출성형방법.
8. 제1항에 기재된 사출성형방법을 수행하는 사출성형장치에 있어서,

   상기 사출성형장치는,

   인젝션 몰드;

   상기 용융수지주입단계를 수행하기 위한 용융수지주입장치;

   상기 압력인가단계를 수행하기 위한 압력인가장치; 및

   상기 유체주입단계를 수행하기 위한 유체주입장치를 포함하여 이루어지고,

   상기 압력인가장치에 의해 인가되는 압력은 상기 용융수지주입장치에서 인가되는 주입 압력보다 낮고,

   상기 유체주입장치에 의해 인가되는 유체 압력은 상기 압력인가장치에 의해 인가되는 압력보다 낮으며,

   상기 압력인가장치에 의해 인가되는 압력은, 상기 유체주입단계가 동시에 수행되지 않는 경우, 상기 몰딩프로덕트의 디자인면이 상기 캐비티면으로부터 분리되는 것을 막기에 충분하지 않을 수도 있는 압력이고,

   상기 유체주입장치에 의해 인가되는 유체 압력은, 상기 압력인가단계가 동시에 수행되지 않는 경우, 상기 몰딩프로덕트의 디자인면이 상기 캐비티면으로부터 분리되는 것을 막기에 충분하지 않을 수도 있는 압력인 것을 특징으로 하는 사출성형장치.
9. 제8항에 있어서,

   상기 인젝션 몰드는 상기 유동채널의 개구부에 배치된 스토퍼를 더 포함하여 이루어지고, 상기 스토퍼는 상기 용융수지가 상기 개구부를 통하여 상기 유동채널로 들어가는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 사출성형장치.
10. 제8항에 있어서,

    상기 인젝션 몰드는 상기 몰딩프로덕트 내에 구멍을 형성하기 위한 원주 영역(columnar area)을 더 포함하여 이루어지고,

    상기 유동채널의 개구부는, 상기 원주 영역의 우측을 지나간 용융수지 및 상기 원주 영역의 좌측을 지나간 용융수지가 함께 병합되는 경계부 부근에 형성되는 것을 특징으로 하는 사출성형장치.
11. 제8항에 있어서,

    상기 유체주입장치는, 상기 캐비티 내부에서 유동하는 용융수지의 선단이 상기 유동채널의 개구부를 통과한 이후에 유체를 주입하기 시작하는 것을 특징으로 하는 사출성형장치.
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