KR100981785B1 - 다층 사출 성형기 및 성형 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 두 가지의 원료를 같이 용융 가소화 할 수 있는 스크루를 적용해 용융된 두 원료를 분리한 뒤, 핫런너를 사용한 다수 캐비티로 동시에 사출을 할 수 있도록 한 다층 사출 성형기 및 사출 성형 방법을 제공함에 있다.

이에 본 발명은 코인젝션 스크류를 포함하여 적어도 두 원료를 가소화하고 이를 계량하여 사출시키는 계량부와, 상기 계량부에 연결로를 매개로 연결되어 가소화된 일 원료를 공급받아 사출하는 사출부, 상기 계량부에 설치되어 상기 사출부의 사출경로로 연결되는 사출로, 상기 계량부를 상기 사출로 또는 상기 연결로로 선택적으로 연결시키는 밸브, 상기 사출라인상에 설치되어 사출라인을 개폐시키기 위한 개폐밸브를 포함하여 적어도 두 원료를 분리시켜 계량하고 계량부와 사출부를 통해 동시에 사출시키도록 된 다층 사출 성형기를 제공한다.

코인젝션 스크류, 사출로, 밸브, 개폐밸브

Description

다층 사출 성형기 및 성형 방법{Multi layer injection molding machine and Method thereof}

도 1은 본 발명에 따른 다층 사출 성형기를 도시한 개략적인 단면도,

도 2a에서 도 2d는 본 발명에 따른 다층 사출 성형기의 작동 상태를 순서대로 도시한 단면도,

도 3은 종래기술에 따른 코인젝션 스크류 타입의 다층 사출 성형기를 도시한 개략적인 단면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 가열실린더 11,12 : 코인젝션 스크류

13 : 통로 14,15 : 호퍼

20 : 연결로 21 : 사출실린더

22 : 피스톤 23 : 사출라인

30 : 노즐 40 : 사출로

41 : 3웨이3포트밸브 42 : 개폐밸브

본 발명은 사출유니트로부터 금속몰드내에 수지를 프레스 피팅할 수 있는 다층 사출 성형기와 사출 성형 방법에 관한 것이다.

다층의 수지 또는 색으로 형성된 성형제품의 제조에서 각 층의 수지를 금속몰드에 순서대로 프레스 피팅하기 위한 사출 성형기는 일반적으로 적용되어 있으나 최근, 모든 층의 수지를 한 작업에 의해 몰드로 프레스 피팅할 수 있는 다층 사출 성형기가 개발됨으로써 성형시간이 단축되어 생산성을 증가시켰다.

종래의 다층 사출 성형기는 각층의 수지와, 각각이 내부 온도를 예정된 온도 또는 그 이상으로 올릴 수 있는 가열 실린더을 가지는 복수의 (예를 들면 둘) 사출유니트와 가열 실린더 내부에 회전가능하게 제공된 압출 스크류를 병렬 배열하고, 노즐을 통하여 사출유니트를 연결 및 통합함으로써 구성된다.

사출 성형에서 노즐의 끝은 금속몰드의 릴 및 각 사출유니트로부터의 수지와 접촉되고, 각 사출유니트는 노즐내에서 함께 합쳐지고, 끝을 통하여 배출되는데, 이로 인해 각 층의 수지는 동시에 금속몰드 내로 프레스 피트된다.

따라서 수지가 호퍼로부터 가열 실린더 안으로 공급되고, 압출 스크류는 수지를 가소화시키면서 회전하여 수지를 전방으로 전달하고, 후퇴한다. 소정의 양의 수지가 스크류의 위치에 따라 계량되었을 때 스크류의 회전은 정지되고 전진됨으로써 계량된 수지가 노즐로부터 사출성형을 실시하기 위해 금속몰드 안으로 압출된다.

그런데, 종래 상업적으로 적용되어 왔던 다층 사출 성형 제품을 위한 코인젝션(coinjection) 시스템은 다수 캐비티로 성형할 수 있는 핫런너 몰드를 사용할 수 있는 장점을 가지고 있으나, 두개의 스크루가 필요함에 따라 두개의 사출기 또는 두개의 압출기가 구비되어야하고 따라서 초기 설비 투자비가 과다하거나, 또는 기존 사용하던 설비는 이용을 못하는 것이 현실이다.

이에 코인젝션을 한 개의 사출기에서 할 수 있도록 스크루를 개발하여 코인젝션을 할 수 있도록 한 시스템이 SPIREX에서 소개되고 있다.

상기 종래의 스크루 시스템은 한 개의 사출기에서 서로 다른 두 사출원료를 용융시켜 같은 몰드에 사출이 가능하게 한 것으로 초기 설비 투자비가 기존 코인젝션 시스템보다 저렴하고, 기존 사용하던 사출기에도 개조를 통하여 저렴하게 코인젝션을 할 수 있도록하고 있다.

그러나, 상기한 종래의 구조는 한 개의 사출기에서 같이 용융하여 사출하는 시스템이어서 여러 개의 몰드를 사용하는 사출기의 핫런너 몰드 시스템을 적용한 경우에는 두 원료의 용융 혼합이 핫런너에서 발생하고, 또한 용융된 두 원료를 동시에 같이 사출할 수 없다는 단점이 있어 대용량 다수 캐비티 사출에는 적용의 한계가 있다. 따라서 콜드 런너를 이용한 몰드를 이용하기 때문에 다수의 캐비티를 가진 핫런너 몰드에서는 적용할 수 없었다.

즉, 도 3은 종래 한 개의 사출기로 구성된 코인젝션 시스템을 도시한 개략적인 도면으로, 용융된 두 원료가 동시에 사출될 수 없음을 보여주고 있다. 공사출 시작 시에 계량되고 가소화되어 가열실리더 내에 차례로 이동된 두 원료는 도 1에 나타난 것처럼 용융 계량된 B원료가 사출된 뒤, 뒤따라 용융 계량된 A원료가 사출되기 때문에 캐비티(Cavity;성형 몰드)가 2개 이상의 경우, 두 용융 원료의 런너가 별도로 구별되어 있는 핫런너 매니폴드(Manifold) 몰드를 사용하더라도 동시에 인젝션을 할 수 없고, 각 캐비티로 균일하게 용융 원료를 유입시키기가 어렵고, 일반 핫런너를 사용하면 경로가 길어지고, 두 용융된 원료를 별도로 따로 구별하여 동시에 사출할 수 없기 때문에, 몰드의 런너에 잔류 되어있는 두 원료가 분리되지 않아, 사출 초기에 핫런너에서 용융 원료가 혼화된 채로 다음 싸이클에서 몰드로 유입된다. 이 때문에 성형 제품의 품질 균일성에 문제를 일으키기 때문에 상기 종래 사출 시스템을 사용하는 경우에는 성형 제품을 취출 할 때 런너 부분도 같이 제거되는 콜드런너로 디자인된 몰드를 사용해야 한다. 이 때 제거되어지는 런너 부분은 폐기되어 재료비 상승의 원인이 되고, 재활용 되더라도 생산비 상승의 원인이 된다.

이에 본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 두 가지의 원료를 같이 용융 가소화 할 수 있는 스크루를 적용해 용융된 두 원료를 분리한 뒤, 핫런너를 사용한 다수 캐비티로 동시에 사출을 할 수 있도록 한 다층 사출 성형기 및 사출 성형 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 실린더 내에서 구별되어 같이 용융되어 있는 두 원료를 따로 분리시켜 계량하고 두 원료를 동시에 사출시키도록 함을 그 요지로 한다.

이를 위해 본 발명은 코인젝션 스크류를 포함하여 원료를 가소화하고 이를 계량하는 계량부와, 이 계량부에 연결로를 매개로 연결되어 가소화된 원료를 사출하는 사출부, 상기 계량부에 설치되어 상기 사출부의 사출경로로 연결되는 사출로, 상기 계량부를 상기 사출로 또는 상기 연결로로 선택적으로 연결시키는 밸브, 상기 사출라인상에 설치되어 사출라인을 개폐시키기 위한 개폐밸브를 포함한다.

상기 밸브는 계량부를 사출로 또는 연결로로 연결시키거나 연결을 차단시키는 3웨이3포트(3way 3port)밸브임이 바람직하다.

따라서 두 가지 원료를 가소화하고 밸브 작동을 통해 한 원료를 사출부로 이동킬 수 있도록 함에 따라 계량부와 사출부의 사출작동을 통해 두 원료를 동시에 금형으로 사출시킬 수 있게 된다. 이에 따라 코인젝션을 위해 별도의 사출기를 구비할 필요없이 하나의 사출기로서 가능하게 되는 것이다.

여기서 상기한 사출 성형기를 통한 사출방법을 살펴보면, 코인젝션 스크류를 통해 제1원료를 가소화하고 이를 계량부 내로 이송하는 단계, 코인젝션 스크류를 통해 제2원료를 가소화하고 이를 제1원료 다음으로 계량부 내로 이송하는 단계, 계량부 내의 제1원료를 사출부로 이송하는 단계, 계량부에 잔존하는 제2원료와 사출부로 이송된 제1원료를 동시 사출시키는 단계를 포함한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 다층 사출 성형기를 도시한 개략적인 단면도이고, 도 2a에서 도 2d는 본 발명에 따른 다층 사출 성형기의 작동 상태를 순서대로 도시한 단면도이다.

상기한 도면에 의하면 본 실시예의 다층 사출 성형기는 원료를 분리 계량하고 가소화하기 위한 가열실린더(10)와, 이 가열실린더(10) 내에 길이방향을 따라 직렬로 배치되어 가열실린더(10) 내로 각 원료(A,B)를 피딩시키고 가열실린더(10) 내에 전후진되어 원료(A)를 사출시키기 위한 코인젝션 스크류(11,12)를 포함하는 계량부와,

상기 계량부의 가열실린더(10) 출측에 연결로(20)를 매개로 연결되어 원료(B)를 공급받고 이를 사출시키기 위한 사출실린더(21), 사출실린더(21) 내에 설치되어 원료를 밀어내기 위한 피스톤(22), 상기 사출실린더(21) 출측에 설치되어 몰드 주입용 노즐(30)로 연장되는 사출라인(23)을 포함하는 사출부,

상기 가열실린더(10)의 출측 연결로(20)에서 분기되어 상기 사출라인(23) 내부를 통해 상기 노즐(30)로 연장되는 사출로(40), 상기 연결로(20) 상에 설치되어 상기 가열실린더(10)를 상기 사출로(40) 또는 상기 연결로(20)로 선택적으로 연결시키거나 연결을 차단시키는 3웨이3포트밸브(41), 상기 사출라인(23) 상에 설치되어 상기 3웨이3포트밸브(41)의 제어작동에 따라 사출라인(23)을 개폐시키기 위한 개폐밸브(42)를 포함한다.

여기서 상기 코인젝션 스크류(11,12)는 두 개의 인젝션 스크류가 연속 배치되어 각각 회전구동되는 구조로 후방에 위치한 스크류(12)는 전방의 스크류(11) 내부로 관통 형성된 통로(13)를 통해 원료를 가열실린더(10) 내부로 투입시키게 된다. 그리고 자체적으로 가열실린더(10) 내부를 전진이동할 수 있도록 되어 있어서, 스크류(11,12) 회전시에는 원료를 이송하고 전진이동시에는 원료를 사출시키는 작 용을 하는 구조로 되어 있다.

상기 가열실린더(10)의 전방과 후방에는 각각 상기 코인젝션 스크류(11,12)로 상이한 원료를 공급하기 위한 원료 공급 호퍼(14,15)가 설치된다.

또한, 상기 3웨이3포트밸브(41)는 입측 포트를 가열실린더(10)의 출구로 하고 출측포트를 연결로(20) 또는 사출로(40)로 하여 3개의 포트를 가지며, 출측포트로써 연결로(20) 또는 사출로(40)만을 연결시키고 다른쪽 포트는 닫거나 전 출측포트를 닫는 3웨이 구조로 되어 있다.

이하 본 발명의 작용에 대해 도 2a 내지 도 2d를 참조하여 설명한다.

본 장치는 코인젝션 스크루와 두개의 밸브와 노즐(30) 경로의 새로운 구성을 통해 1개의 사출기 구성으로도 두가지 원료(A,B)를 동시에 코인젝션을 할 수 있게 된다.

먼저, 두 개의 호퍼(14,15)에 저장되어 있는 원료(A,B)는 각각 코인젝션 스크류(11,12)를 통해 이송되며 가소화되어 가열실린더(10) 내에 계량된다. 이때, 3웨이3포트밸브(41)와 차단밸브(42)는 모두 닫혀진 상태가 된다.

계량된 원료(A,B)는 가열실린더(10) 내에 차례대로(도면상 원료(B) 다음에 원료(A)가 위치) 저장된다.

그리고 두 용융 원료에서 원료(B)는 코인젝션 전에 가열실린더(10)로부터 연결로(20)를 따라 사출실린더(21) 내로 이송되어 동시 사출을 대비하게 된다.

이때, 3웨이3포트밸브(41)는 가열실린더(10)와 연결로(20)를 연결시키도록 작동되고 차단밸브(42)는 계속 닫혀져 있는 상태가 된다.

따라서 원료(B)는 사출기 내에 위치하게 되고 가열실린더(10) 내에는 원료(A)만이 남게 됨으로써 두 실린더 내의 코인젝션 스크류(11,12)와 피스톤(22)의 사출작용으로 원료(A,B)가 동시에 사출된다.

이때, 3웨이3포트밸브(41)는 포트의 연결위치를 전환하여 가열실린더(10)의 출구를 사출로(4)와 연결시키고 연결로(20)는 닫게 되며 개폐밸브(42)는 개방작동된다.

사출되는 원료(A,B)는 각각 사출라인(23)과 사출로(40)를 따라 노즐(30)로 이동되어 몰드 내로 주입되며, 주로 용융 원료(B)는 성형 제품의 표면층을 구성하고, 용융 원료(A)는 성형 제품의 내부 코어(core)층을 형성한다.

코인젝션이 끝나고 원료(B)를 사출한 사출부 측이 냉각전의 성형 제품의 완전한 형태 유지를 위한 보압 형성을 담당하게 된다. 그리고 성형 제품의 몰드 냉각이 이루어지는 중에 계량부는 원료(A,B)를 가소화시키고 계량하여 다음 싸이클을 준비한다.

여기서 원료(A,B)의 용융 계량 양과 용융된 원료(B)를 구별하여 이송하는 방법을 살펴보면, 원료(A)를 공급하는 호퍼(14)의 피더(Feeder)의 계량 스크류의 작동과 계량부의 스크류(12)의 이동 거리로 조정된다. 용융 계량될 때, 원료(B)의 용융 계량하는 작동이 종료되기 전에 원료 호퍼(14)의 피더가 작동하면서 연속적으로 원료(A)가 가소화 되어 계량되기 시작한다.

가소화되어 계량된 원료(A)는 스크류(11)의 내부에 관통형성되어 있는 통로(13)를 통해 가열실린더(10) 내로 이동되어 용융 원료(B) 다음에 연이어 위치 하게 된다.

두 원료(A,B)의 계량이 종료되면 계량된 원료(B)의 이송이 준비된다. 그리고, 원료(B)의 계량이 종료되는 시점의 가열실린더(10)의 스크류(11)의 위치를 전자 컨트롤러와 거리 센서를 통하여 인식하고, 이 인식된 위치는 원료(B) 이송의 종료 시점으로 인식된다.

원료(B)가 이송될 때 3웨이3포트밸브(41)가 회전하여 가열실린더(10)와 연결로(20)를 연통시키는 경로를 만들어 원료(B)가 사출실린더(21)로 이송가능하게 되고, 이송 종료 시점은 상기에 기술한 것처럼 계량 시 인식된 스크류 위치로 판단하여 3웨이3포트밸브(41)가 회전하여 연결로(20)를 차단한다.

그리고 언급한 바와 같이, 몰드에서 냉각된 성형 제품이 취출된 후, 몰드가 닫혀 다음 성형을 준비하면 3웨이3포트밸브(41)와 개폐밸브(42)가 작동되어 동시 사출을 위한 경로가 형성되고, 동시에 원료(A,B)가 성형 몰드로 사출 이송된다.

사출 종료 후, 3웨이3포트밸브(41)는 포트를 전환하여 사출 경로를 차단하고, 개폐밸브(42)는 계속 열린상태를 유지함으로써 지속적인 보압을 주어 성형 제품의 형체 형성에 기여하고, 성형 제품이 냉각, 취출되기 전에 개폐밸브는 차단작동되어, 다음 사출을 위한 용융 원료(B)의 이송을 대비한다.

이상 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 다층 성형 제품 제작용 사출 시스템에 의하면, 다수의 원료를 코인젝션 스크류를 이용하여 동시 사출을 할 수 있게 되어 다수의 캐비티를 가진 핫런너 몰드 시스템에서 효율적인 코인젝션을 할 수 있게 된다.

또한, 종래 코인젝션을 하기위해서는 사출기가 2대 필요로 하여 막대한 설비 투자가 필요하였는데, 2단계 사출 성형기 1대 만을 사용하여 코인젝션을 가능하도록 하여, 설비 투자 비용을 혁신적으로 절감 할 수 있다.

또한, 현재 개발되어 있는 코인젝션 스크루의 적용 한계를 극복할 될 수 있게 된다.

또한, 다층 성형 제품의 중심 층은 재생 원료로 표면 층은 신 원료로 사용한 성형 제품을 한 사이클에 다수로 대량 생산 할 수 있어 생산비 절감과 생산성 향상 그리고, 플라스틱 폐기물 감소를 기대할 수 있다.

Claims (5)

1. 하나의 실린더 내에 두 개 이상의 스크류가 직렬 배치되어 작동하는 코인젝션 스크류를 포함하여 적어도 두 원료를 가소화하고 이를 계량하여 사출시키는 계량부와,

   상기 계량부에 연결로를 매개로 연결되어 가소화된 일 원료를 공급받아 사출하는 사출부,

   상기 계량부에 설치되어 상기 사출부의 사출경로로 연결되는 사출로,

   상기 계량부를 상기 사출로 또는 상기 연결로로 선택적으로 연결시키는 밸브,

   상기 사출부에서 사출되는 원료가 흐르는 사출라인 상에 설치되어 사출라인을 개폐시키기 위한 개폐밸브

   를 포함하여 적어도 두 원료를 분리시켜 계량하고 계량부와 사출부를 통해 동시에 사출시키도록 된 다층 사출 성형기.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 밸브는 계량부를 상기 사출로 또는 상기 연결로로 연결시키거나 연결을 차단시키는 3웨이3포트(3way 3port)밸브인 것을 특징으로 하는 다층 사출 성형기.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 계량부는 원료를 분리 계량하고 가소화하기 위한 가열실린더와, 이 가열실린더 내에 길이방향을 따라 직렬로 배치되어 가열실린더 내로 원료를 피딩시키고 가열실린더 내에 전후진되어 원료를 사출시키기 위한 코인젝 션 스크류를 포함하는 것을 특징으로 하는 다층 사출 성형기.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 사출부는 상기 계량부의 가열실린더 출측에 연결로를 매개로 연결되어 원료를 공급받고 이를 사출시키기 위한 사출실린더, 이 사출실린더 내에 설치되어 원료를 밀어내기 위한 피스톤, 상기 사출실린더 출측에 설치되어 몰드 주입용 노즐로 연장되는 사출라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 다층 사출 성형기.
5. 하나의 실린더 내에 두 개 이상의 스크류가 직렬 배치되어 작동하는 코인젝션 스크류를 통해 제1원료를 가소화하고 이를 계량부 내로 이송하는 단계와,

   상기 코인젝션 스크류를 통해 제2원료를 가소화하고 이를 제1원료 다음으로 계량부 내로 이송하는 단계,

   상기 계량부 내의 제1원료를 사출부로 이송하는 단계,

   상기 계량부에 잔존하는 제2원료와 사출부로 이송된 제1원료를 노즐로 동시 사출시키는 단계

   를 포함하는 다층 사출 성형 방법.

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