KR100966877B1 - 핫 러너 시스템 및 이를 이용한 사출 성형 방법 - Google Patents

Abstract

디스크 게이트와 사이드 게이트를 용이하게 형성시켜 성형품을 사출 성형할 수 있는 핫 러너 시스템을 개시한다. 이러한 핫 러너 시스템은 노즐과, 노즐의 내부에 설치되는 밸브 핀을 포함하며, 밸브 핀의 둘레에는 밸브 핀의 동작에 따라 금형의 캐비티로 수지를 흐르게 하는 게이트를 형성시키는 홈이 마련되며, 홈에는 밸브 핀의 동작에 따라 게이트에 채워진 수지를 절단하는 절단부가 마련된 것을 특징으로 한다.

Description

핫 러너 시스템 및 이를 이용한 사출 성형 방법{Hot Runner System and Injection Molding Method using the same}

본 발명은 디스크 게이트 및 사이드 게이트를 용이하게 형성시켜 성형품을 완성할 수 있는 핫 러너 시스템 및 이를 이용한 사출 성형 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 핫 러너 시스템(Hot Runner System)은 다수의 평판형 플레이트가 적층된 금형과, 금형의 플레이트 중 어느 하나에 형성된 매니폴드와, 금형의 내부에서 수직으로 설치되어 매니폴드와 연통되는 노즐과, 노즐의 내부에 설치되어 수지를 금형의 캐비티로 공급하는 밸브 핀과, 밸브 핀을 작동시키는 실린더를 포함한다.

한편, 상기와 같은 핫 러너 시스템에서는 다양한 형태의 게이트를 형성시켜 성형품을 사출 성형할 수 있는데, 이러한 핫 러너 시스템에서 디스크 게이트 또는 사이드 게이트를 형성시켜 성형품을 사출 성형 하기 위해서는 성형품의 완성 후 게이트를 절단하는 후 공정을 거쳐야 하는 번거로움이 있다.

구체적으로, 핫 러너 시스템에서 디스크 게이트 또는 사이드 게이트를 형성시켜 성형품을 사출 성형하기 위해서는 성형품의 완성 후 금형 내에서 이젝터를 작 동시켜 게이트를 절단하는 고가의 전용 사출기를 사용하거나 금형 내에서 유압장치 또는 밀핀 또는 스프루 부쉬(Sprue Bush)를 작동시켜 게이트를 절단하는 복잡한 구조의 금형을 제작해야 하는 어려움이 있었다.

또한, 핫 러너 시스템에서 디스크 게이트 또는 사이드 게이트를 형성시켜 성형품을 사출 성형하기 위해서는 노즐과 게이트의 사이에 콜드 러너를 형성시켜 용융된 수지를 이 콜드 러너를 거쳐 게이트로 흘려 보내야 한다.

따라서, 상기와 같은 핫 러너 시스템에서는 게이트의 절단을 위한 후 공정의 추가로 비용이 상승되며, 금형구조가 복잡해지고 전용장비의 마련에 따른 투자비가 증가되는 문제점이 있다.

또, 노즐과 게이트의 사이에 콜드 러너를 형성시켜 성형품을 사출 성형하는 방법은 성형품의 완성 후 콜드 러너를 버려야 하기 때문에 수지의 로스가 심한 문제점이 있다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 디스크 게이트 또는 사이드 게이트를 용이하게 절단할 수 있으며, 수지의 로스를 줄일 수 있는 핫 러너 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 실시예에 따른 핫 러너 시스템은 노즐과, 상기 노즐의 내부에 설치되는 밸브 핀을 포함하며,

상기 밸브 핀의 둘레에는 상기 밸브 핀의 동작에 따라 금형의 캐비티로 수지를 흐르게 하는 게이트를 형성시키는 홈이 마련되며,

상기 홈에는 상기 게이트에 채워진 수지를 절단하는 절단부가 마련된 것을 특징으로 한다.

상기 게이트는 디스크 게이트이며, 상기 홈은 상기 밸브 핀의 둘레에서 환형으로 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 게이트는 사이드 게이트이며, 상기 홈은 상기 밸브 핀의 둘레에서 복수개가 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 밸브 핀은 상기 노즐과 상기 캐비티의 사이를 차단하는 제1위치와, 상기 노즐의 외부로 일부 노출되어 상기 홈에 의해 상기 노즐과 상기 캐비티의 사이에서 상기 게이트를 형성하는 제2위치를 갖는 것을 특징으로 한다.

상기 홈은 상기 밸브 핀이 제1위치에 위치할 때 상기 노즐의 내부에 배치되고, 상기 밸브 핀이 상기 제2위치에 위치할 때 상기 노즐의 외부로 일부 노출되어 상기 게이트를 형성하는 것을 특징으로 한다.

상기 절단부는 상기 밸브 핀이 제1위치에 위치할 때 상기 노즐의 외부로 노출되는 상기 홈의 전방에 형성된 면이며,

상기 절단부는 상기 밸브 핀이 제1위치에서 다시 제2위치로 이동할 때 상기 게이트에 채워진 수지를 절단하는 것을 특징으로 한다.

상기 절단부에는 상기 게이트를 절단하는 절단력을 증가시키기 위하여 상기 노즐의 내측방향으로 경사진 경사면이 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 밸브 핀의 내부에는 상기 밸브 핀이 상기 금형과 접촉하여 발생되는 열손실을 방지하기 위한 히터가 구비된 것을 특징으로 한다.

상기 밸브 핀의 단부에는 히터가 장착된 히터블록이 장착되며,

상기 히터는 상기 밸브 핀과 상기 히터블록을 관통하여 설치된 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 실시예에 따른 핫 러너 시스템을 이용한 사출 성형 방법은 밸 브 핀이 설치되는 노즐로 수지를 공급하고, 상기 밸브 핀을 전진시켜 상기 노즐과 금형의 캐비티의 사이에서 게이트를 형성시켜 상기 캐비티로 수지를 흐르게 하고, 상기 밸브 핀을 후진시켜 상기 밸브 핀의 둘레에 형성된 홈에 의해 상기 게이트에 채워진 수지를 절단하고 상기 캐비티로 수지의 공급을 차단한다.

상기 게이트는 디스크 게이트 또는 사이드 게이트인 것을 특징으로 한다.

상기 홈에는 상기 밸브 핀이 제1위치에 위치할 때 상기 노즐의 외부로 노출되는 상기 홈의 전방에 형성된 면이며,

상기 절단부는 상기 밸브 핀이 제1위치에서 다시 제2위치로 이동할 때 상기 게이트에 채워진 수지를 절단하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 핫 러너 시스템은 밸브 핀의 홈에 의해 성형품을 사출 형성하는 과정에서 게이트를 절단할 수 있으므로, 게이트의 절단을 위한 후 공정으로 인한 비용이 추가되는 것을 방지할 수 있으며, 간단한 구조의 금형을 제작할 수 있어 투자비를 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

또, 본 발명의 실시예에 따른 핫 러너 시스템은 밸브 핀의 홈에 의해 디스크 게이트 또는 사이드 게이트를 형성하게 되어, 콜드 러너를 형성시키지 않아도 되므로 수지의 로스를 줄일 수 있다.

먼저, 본 발명의 실시예에 따른 핫 러너 시스템은 원통형 성형품의 내측 360도 둘레에 게이트를 형성하는 디스크 게이트(Disk gate)를 구현하기 위한 것이며, 사이드 게이트(Side gate)에 대하여도 구현할 수 있다. 이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 핫 러너 시스템은 다수의 평판형 플레이트가 적층된 금형의 내부에 설치된다. 상기와 같은 금형은 상측으로부터 클램핑 플레이트(1), 스페이스 플레이트(2), 홀딩 플레이트(3), 캐비티 플레이트(4)로 구성될 수 있으며, 별도의 가공공정을 거친 후 각각 분리 가능한 상태로 적층 결합된다. 홀딩 플레이트(3)와 캐비티 플레이트(4)의 사이에는 성형품을 사출 성형하기 위한 캐비티(5)가 형성되어 있다.

핫 러너 시스템은 용융된 수지를 공급하기 위한 매니폴드(10)와, 용융된 수지를 금형의 캐비티(5)로 공급하기 위하여 그 내부에 밸브 핀(30)이 설치된 노즐(20)과, 노즐(20)의 밸브 핀(30)을 작동시키는 실린더(40)를 포함한다.

매니폴드(10)는 공급되는 용융된 수지를 여러 위치로 이동시키는 통로의 역할을 하며, 다수의 평판형 플레이트 중 스페이스 플레이트(2)의 내측에 설치될 수 있다. 매니폴드(10)의 중앙부 상측에는 용융된 수지가 이 매니폴드(10)의 내부로 유입되기 위한 노즐 로케이터(15)가 설치되며, 매니폴드(10)의 내부에는 노즐 로케이터(15)를 통해 유입되는 수지를 이동되는 채널(11)이 형성되어 있다. 또, 매니폴드(10)에는 내부로 유입된 수지를 일정온도로 유지시키기 위한 히터(미도시)가 설치되어 있다.

매니폴드(10)의 채널(11)에는 수지를 금형의 캐비티(5)로 토출시키는 노즐(20)이 연결된다. 노즐(20)은 다수의 평판형 플레이트가 적층된 금형의 내부에서 수직으로 설치되는데, 매니폴드(10)의 채널(11)과 연통되는 채널(22)이 형성된 노즐 바디(21)와, 이 노즐 바디(21)의 내부에 설치되는 밸브 핀(30)을 포함한다. 또, 노즐(20)의 외면에는 수지의 온도를 일정하게 유지시키기 위한 히터(미도시)가 설치될 수 있으며, 노즐(20)의 내부에는 수지의 온도를 감지하기 위한 온도센서(미도시)가 설치될 수 있다.

노즐(20)의 상측에는 밸브 핀(30)을 작동시키는 실린더(40)가 설치된다. 이와 같은 실린더(40)는 공압 또는 유압에 의해 구동될 수 있으며, 당해 기술분야에서 공지된 기타 다른 수단에 의해 구동될 수 있다.

밸브 핀(30)은 노즐의 채널(22)을 관통하여 설치되는데, 실린더(40)의 구동에 따라 노즐의 채널(22)과 캐비티(5)의 사이를 차단하는 제1위치와, 노즐(20)의 외부로 일정 부분 전진하여 후술할 홈(32)에 의해 노즐의 채널(22)과 캐비티(5)의 사이에서 게이트(7,도 7b참조)를 형성하는 제2위치를 갖는다.

밸브 핀(30)의 둘레에는 도 2에 도시된 바와 같이 홈(32)이 형성된다. 이러한 홈(32)은 실린더(40)의 구동에 의해 작동되는 밸브 핀(30)의 위치에 따라, 노즐(20)의 내부에 위치하거나 노즐(20)의 외부로 일정 부분 노출된다.

홈(32)은 실린더(40)의 구동에 의해 밸브 핀(30)이 제1위치에서 제2위치로 전진할 때 홈(32)의 일부가 노즐(20)의 외부로 노출되어 노즐의 채널(22)과 캐비티(5)의 사이에서 게이트(7)를 형성하고, 성형품의 완성 후 제2위치로 전진한 밸브 핀(30)이 다시 제1위치로 후진할 때 게이트(7) 즉, 게이트(7)에 채워진 수지를 절단하는 역할을 한다.

본 발명의 핫 러너 시스템에서 상기와 같은 홈(32)은 디스크 게이트를 형성하는 경우 밸브 핀(30)의 둘레에서 환형의 홈(32')으로 형성된다(도 3참조). 또, 본 발명의 핫 러너 시스템에서 홈(32")은 사이드 게이트를 형성하는 경우 밸브 핀(30)의 둘레에서 복수개가 형성된다(도 4참조).

홈(32)에는 상술한 바와 같이 노즐의 채널(22)과 캐비티(5)의 사이에서 형성된 게이트(7) 즉, 게이트에 채워진 수지를 절단하기 위하여 수평면으로 이루어진 절단부(33)가 마련되며, 이러한 절단부(33)는 밸브 핀(30)이 전진할 때 노즐(20)의 외부로 노출되는 홈(32)의 전방에 형성된 면이다.

또, 홈(32)의 절단부(33)는 도 5a에 도시된 바와 같이 게이트(7)를 절단하는 절단력을 증가시키기 위하여 노즐(20)의 내측방향으로 일정 각도로 경사진 경사면(34')이 형성될 수 있으며, 도 5b에 도시된 바와 같이 노즐(20)의 내측방향으로 라운드진 라운드면(34")이 형성될 수도 있다.

또한, 밸브 핀(30)에는 이 밸브 핀(30)의 일부가 노즐(20)의 외부로 노출될 때 금형과 접촉이 이루어져 열손실이 발생하게 되는데, 이 열손실로 인하여 게이트(7) 부분이 고화되는 것을 방지할 수 있도록 히터가 장착된다. 본 발명의 핫 러너 시스템에서 대형의 성형품을 사출 성형하는 경우에는 도 2에 도시된 바와 같이 밸브 핀(30)의 내부에 형성된 히터 장착홈에 히터(36)가 장착된다. 또, 본 발명의 핫 러너 시스템에서 중소형 성형품을 사출 성형하는 경우에는 도 6에 도시된 바와 같이 밸브 핀(30)의 단부에 히터(36')가 장착된 히터블록(37)이 장착되며, 히터(36')는 밸브 핀(30)과 히터블록(37)의 내부에 형성된 히터 장착홈에 설치될 수 있다.

이하 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 핫 러너 시스템을 이용한 사출 성형 방법을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 본 발명에 따른 핫 러너 시스템에서 디스크 게이트 또는 사이드 게이트를 형성하여 성형품을 사출 성형하기 위해서는 도 1 및 도 7a에 도시된 바와 같이 노즐 로케이터(15)를 통해 매니폴드(10)로 용융된 수지를 공급하고, 매니폴드(10)로 공급된 수지는 이 매니폴드의 채널(11)과 연통된 노즐의 채널(22)을 통해 노즐(20)로 공급된다.

상기와 같이 노즐(20)의 내부로 수지를 공급하는 과정에서 밸브 핀(30)은 노즐의 채널(22)과 캐비티(5)의 사이를 차단하는 제1위치에 위치된다.

이 후, 도 1 및 도 7b에 도시된 바와 같이 실린더(40)의 구동에 의해 밸브 핀(30)을 제2위치로 전진시키면, 밸브 핀(30)의 외면에 형성된 홈(32)이 일정 부분 노즐(20)의 외부로 일정 부분 노출되어 노즐의 채널(22)과 캐비티(5)의 사이에서 디스크 게이트 또는 사이드 게이트를 형성한다. 이와 같이 노즐의 채널(22)과 캐비티(5)의 사이에서 게이트(7)가 형성되면 캐비티(5)로 수지를 공급하게 된다. 또, 상기의 과정에서 밸브 핀(30)이 노즐(20)의 외부로 돌출될 때 밸브 핀(30)에 장착되는 히터(36)에 의해 열손실이 발생되는 것을 방지할 수 있다.

다음으로, 도 1 및 도 7c에 도시된 바와 같이 캐비티(5)로 용융된 수지가 채워지면, 수지의 공급을 중단시키고 실린더(40)의 구동에 의해 밸브 핀(30)을 제1위 치로 다시 후진시킨다. 상기와 같이 밸브 핀(30)이 제1위치로 다시 후진되는 과정에서 밸브 핀(30)의 외면에 형성된 홈(32)은 노즐의 채널(22)과 캐비티(5)의 사이에 형성된 게이트(7) 즉, 디스크 게이크 또는 사이드 게이트에 채워진 수지를 절단하게 되며, 노즐의 채널(22)과 캐비티(5)의 사이를 차단하게 된다.

이후, 캐비티(5)에서 성형품을 취출하면 본 발명의 실시예에 따른 핫 러너 시스템을 이용한 사출 성형 방법을 완료하게 된다.

즉, 본 발명의 실시예에 따른 핫 러너 시스템에서는 성형품을 사출 성형하는 과정에서 밸브 핀(30)에 형성된 홈(32)에 의해 게이트(7)를 절단할 수 있으므로, 종래와는 달리 성형품의 완성 후 전용 사출기를 사용하거나 복잡한 구조의 금형을 제작해야 하는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라 게이트(7)의 절단을 위한 후 공정으로 인한 비용이 추가되는 것을 방지할 수 있으며, 간단한 구조의 금형을 제작할 수 있어 투자비를 감소시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 핫 러너 시스템에서는 디스크 게이트 및 사이드 게이트를 구현하기 위하여 노즐(20)과 게이트(7)의 사이에 콜드 러너를 형성시키는 종래와는 달리 콜드 러너를 형성시키지 않아도 되므로 수지의 로스를 줄일 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 핫 러너 시스템을 도시한 단면도이다.

도 2는 도 1의 일부를 확대 도시한 단면도이다.

도 3은 도 2에 도시된 밸브 핀을 도시한 사시도이다.

도 4는 도 2에 도시된 밸브 핀의 다른 실시예를 도시한 사시도이다.

도 5a는 본 발명의 실시예에서 밸브 핀에 형성된 홈의 절단부의 다른 실시예를 도시한 단면도이다.

도 5b는 본 발명의 실시예에서 밸브 핀에 형성된 홈의 절단부의 또 다른 실시예를 도시한 단면도이다.

도 6은 본 발명의 실시예에서 밸브 핀의 히터 장착구조의 다른 실시예를 도시한 단면도이다.

도 7a 및 도 7c는 본 발명의 실시예에 따른 핫 러너 시스템의 동작을 설명하기 위해 도시한 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호 설명>

5 : 캐비티 7 : 게이트

10 : 매니폴드 20 : 노즐

22 : 노즐의 채널 30 : 밸브 핀

32 : 홈 33 : 절단부

34' : 경사면 34" : 라운드면

36, 36' : 히터 40 : 실린더

Claims (12)

1. 노즐과, 상기 노즐의 내부에 설치되는 밸브 핀을 포함하는 핫 러너 시스템에 있어서,

   상기 밸브 핀의 둘레에는 상기 밸브 핀의 동작에 따라 금형의 캐비티로 수지를 흐르게 하는 게이트를 형성시키는 홈이 마련되며,

   상기 홈에는 상기 게이트에 채워진 수지를 절단하는 절단부가 마련된 것을 특징으로 하는 핫 러너 시스템.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 게이트는 디스크 게이트이며,

   상기 홈은 상기 밸브 핀의 둘레에서 환형으로 형성된 것을 특징으로 하는 핫 러너 시스템.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 게이트는 사이드 게이트이며,

   상기 홈은 상기 밸브 핀의 둘레에서 복수개가 형성된 것을 특징으로 하는 핫 러너 시스템.
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 밸브 핀은 상기 노즐과 상기 캐비티의 사이를 차단하는 제1위치와, 상기 노즐의 외부로 일부 노출되어 상기 홈에 의해 상기 노즐과 상기 캐비티의 사이에서 상기 게이트를 형성하는 제2위치를 갖는 것을 특징으로 하는 핫 러너 시스템.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 홈은 상기 밸브 핀이 제1위치에 위치할 때 상기 노즐의 내부에 배치되고, 상기 밸브 핀이 상기 제2위치에 위치할 때 상기 노즐의 외부로 일부 노출되어 상기 게이트를 형성하는 것을 특징으로 하는 핫 러너 시스템.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 절단부는 상기 밸브 핀이 제2위치에 위치할 때 상기 노즐의 외부로 노출되는 상기 홈의 전방에 형성된 면이며,

   상기 절단부는 상기 밸브 핀이 제2위치에서 제1위치로 이동할 때 상기 게이트에 채워진 수지를 절단하는 것을 특징으로 하는 핫 러너 시스템.
7. 제 6항에 있어서,

   상기 절단부에는 상기 게이트를 절단하는 절단력을 증가시키기 위하여 상기 노즐의 내측방향으로 경사진 경사면이 형성된 것을 특징으로 하는 핫 러너 시스템.
8. 제 4항에 있어서,

   상기 밸브 핀의 내부에는 상기 밸브 핀이 상기 금형과 접촉하여 발생되는 열손실을 방지하기 위한 히터가 구비된 것을 특징으로 하는 핫 러너 시스템.
9. 제 4항에 있어서,

   상기 밸브 핀의 단부에는 히터가 장착된 히터블록이 장착되며,

   상기 히터는 상기 밸브 핀과 상기 히터블록을 관통하여 설치된 것을 특징으로 하는 핫 러너 시스템.
10. 밸브 핀이 설치되는 노즐로 수지를 공급하고,

    상기 밸브 핀을 전진시켜 상기 노즐과 금형의 캐비티의 사이에서 게이트를 형성시켜 상기 캐비티로 수지를 흐르게 하고,

    상기 밸브 핀을 후진시켜 상기 밸브 핀의 둘레에 형성된 홈에 의해 상기 게이트에 채워진 수지를 절단하고 상기 캐비티로 수지의 공급을 차단하는 핫 러너 시스템을 이용한 사출 성형 방법.
11. 제 10항에 있어서,

    상기 게이트는 디스크 게이트 또는 사이드 게이트인 것을 특징으로 하는 핫 러너 시스템을 이용한 사출 성형 방법.
12. 제 11항에 있어서,

    상기 홈은 상기 게이트에 채워진 수지를 절단하는 절단부를 포함하고, 상기 절단부는 상기 밸브 핀이 전진하여 상기 노즐과 상기 캐비티 사이에서 상기 게이트를 형성시키는 위치에 있을 때 상기 노즐의 외부로 노출되는 상기 홈의 전방에 형성된 면이며,

    상기 절단부는 상기 밸브 핀이 후진할 때 상기 게이트에 채워진 수지를 절단하는 것을 특징으로 하는 핫 러너 시스템을 이용한 사출 성형 방법.

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