KR101125697B1 - 사출금형의 급속가열 및 냉각장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 어느 한쪽에 고정되어 있는 고정금형과, 작동시 이동하는 가동금형과, 상기의 고정금형 및 가동금형의 사이에 형성되어 있는 캐비티를 가지고 있는 금형장치에 있어서, 상기의 고정금형 및/또는 상기의 가동금형은 상기 캐비티의 길이방향으로만 평행하게 균일한 간격으로 배열되어 있고 그의 내부에 카트리지히터를 장착할 수 있는 다수의 주히터 결합홈과; 상기 다수의 주히터 결합홈의 부족한 발열량을 보충하기 위하여 상기 주히터 결합홈의 끝단부에 형성되어 있고, 상기의 주히터 결합홈에 연통되어 있는 보조히터 결합홈과; 상기 다수의 주히터 결합홈의 끝단방향에 형성되어 있고, 상기 보조히터 결합홈에 직각 방향으로 연통되어 있으며, 상기의 금형몸체의 내부에 열매체를 유입시키는 열매체 유입구와; 상기 다수의 주히터 결합홈의 머리쪽방향에 형성되어 있고, 상기 금형몸체의 내부에서 그의 열을 신속하게 외부로 배출시키는 열매체 유출구; 를 포함하고 있다.
본 발명은 금형 내부의 캐비티의 표면온도를 균일하게 유지시킬 수 있으므로, 신속하면서도 고품질의 사출성형물을 얻을 수 있는 장점이 있다.

Description

사출금형의 급속가열 및 냉각장치{Mold Apparatus for Rapidly Heating and Cooling the Same}

본 발명은 사출금형의 급속가열 및 냉각 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 온도 분포가 균일하고 신속하게 급속가열 및 냉각 과정을 반복할 경우에도 사출프라스틱의 품질을 보장할 수 있고 성형사이클을 원만하게 수행할 수 있는 사출금형의 급속가열 및 냉각 장치에 관한 것이다.

오늘날 플라스틱을 성형하여 다양한 형태의 제품을 제조하고 있다. 플라스틱 성형을 위하여 각종의 금형장치를 이용하고 있다. 플라스틱 성형품은 플라스틱의 본질적인 특성을 이용한 것인데, 플라스틱 물질은 고온에서 대체적으로 가소성 내지 유동성을 가지고 있는 반면에, 저온에서 가소성 내지 유동성을 상실하고 소정의 형상을 유지한 상태에서 형태적 고정성을 유지할 수 있기 때문이다.

오늘날 일반적으로 사용되고 있는 금형장치 및 그 사용방법은 대체로 아래와 같은 방식으로 수행되고 있다.

종래의 일반적인 금형장치를 도 6a에 개략적으로 도시하였다. 일반적으로 금형장치는 어느 한쪽에 고정되어 있는 고정금형(10)과, 상기의 고정금형에 결합될 수 있고 좌우방향으로 움직이는 가동금형(20)과, 최종적인 목적물의 형상으로 디자인되어 있어서 용융된 플라스틱이 채워지는 캐비티(30)를 가지고 있다. 상기의 캐비티(30)는 상기의 고정금형(10)과 상기의 가동금형(20)이 결합되어지는 사이에 형성되어 있다. 통상적으로 금형장치는 사출기로부터 성형소재인 플라스틱을 공급받게 되는데, 여기에는 성형소재인 플라스틱을 고온으로 용융시키고 유동성을 부여한 다음 금형의 내부로 주입시키는 주입유닛(42)과, 주입유닛으로부터 주입된 유동성의 성형소재를 최종적인 목적지인 상기의 캐비티(30)로 안내되도록 형성된 유동러너(44)를 가지고 있다. 사출기에서 고온으로 가열되어 용융된 플라스틱 수지의 용융물은 상기의 주입유닛(42)과 유동러너(44)를 통하여 상기 캐비티(30)로 안내되어지고, 상기 캐비티(30)의 내부에 채워진 후, 그곳에서 냉각되어 소정의 형상으로 성형되어 플라스틱 성형물로 전환되어진다. 그 다음, 상기의 가동금형(20)이 상기 고정금형(10)으로부터 분리되어지고, 상기 플라스틱 성형물은 외부로 배출되어지게 된다.

금형장치를 이용하여 플라스틱 성형품을 제조할 경우, 가장 중요한 기술적인 요소는 용융된 플라스틱 수지 원료를 채워주고 최종적인 형상으로 만들어주게 되는 캐비티(30)의 표면의 온도분포이다. 상기 캐비티(30) 표면의 온도는 모든 전 면적을 통하여 균일하여야 할 뿐만 아니라, 가열 및 냉각 공정에서도 균일하게 가열 및 냉각되는 것이 무엇보다도 중요하다. 특히, 오늘날과 같이 50인치 이상의 대형 텔레비젼 전면의 플라스틱 성형품을 제조하거나, 또는 2가지 종류의 플라스틱원료를 순차적으로 사출하는 이중사출(Double Injection)을 하고자 할 경우에, 상기 캐비티(30)의 표면 온도분포가 다르게 되면, 고품질의 제품을 생산한다는 것은 사실상 불가능한 실정이다. 이 점에서, 상기 캐비티(30) 표면의 온도를 균일하게 형성하거나 균일하게 유지하는 기술은 금형장치에 있어서 매우 중요한 요소를 이루고 있다.

또한, 오늘날 금형 내부의 캐비티(30)의 온도를 급격하게 상승시키고 급격하게 냉각시켜서 성형사이클을 짧게 형성하는 것이 생산성 향상의 측면에서 매우 중요한 기술적인 요구사항으로 등장하고 있다.

이를 위하여, 상기 캐비티(30)의 표면만을 외부에서 가열하는 방법이 소개된 바 있다. 이 방식은 상기의 고정금형(10)측 캐비티 인접부위에 고온의 열매체를 공급할 수 있는 다수의 홀을 가공하여 그 홀 내부에 고온 고압의 스팀을 공급하여 가열하는 방법이다. 그러나, 이러한 방식은 금형 이외에 별도의 가열수단을 구비하여야 하므로, 설비가 복잡하게 되고, 그 효율도 좋지 못한 단점이 있다.

이러한 단점을 개선하기 위하여, 금형의 내부에 소정의 유로를 형성하고, 그 유로의 내부에 카트리지히터를 장착시키는 방법이 국내에서 개발되어 소개되고 있다. 가장 대표적인 방식은 대한민국 공개특허공보 제2007-76211호 "발열체를 구비한 성형용 금형 시스템"과, 대한민국 특허등록 제975014호 "사출금형의 급속가열/냉각 장치 및 그 금형온도 제어방법"을 예시할 수 있다.

도 6b는 상기 대한민국 특허등록 제975014호 "사출금형의 급속가열/냉각 장치 및 그 금형온도 제어방법"을 설명해주고 있는 도면이다. 이 방식은 금형의 내부에 소정의 유로를 형성하고, 그 유로의 내부에 카트리지히터(31)를 내장시키고, 상기의 유로에 전열매체로서 물을 주입시킨 다음, 상기의 카트리지히터(31)를 가열시키고, 그 열에 의하여 상기의 물을 고온의 물 또는 수증기로 전환시켜서, 금형의 캐비티(30)를 가열시킨 다음, 상기의 유로 앞쪽에서 유입구(40)를 통하여 냉각수를 유입시키고, 그 냉각수를 신속하게 유출구(50)로 배출시키는 방법이다. 이 방법은 캐비티(30)의 표면 온도를 상승/냉각시키기 위하여, 별도의 가열수단을 강구하지 않고, 금형의 내부에 가열수단(카트리지히터)을 장착시킨다는 점에서, 비교적 개선된 방식이다.

그러나, 이 방법은 아직도 해결하지 못한 치명적인 단점을 가지고 있음을 부인할 수 없다. 이 방법에 있어서는, 상기의 캐비티(30)와 상기의 유로 및 그 내부에 장착된 히터카트리지의 배열관계가 매우 중요한 요소임에도 불구하고, 이에 대하여 구체적인 설명이 전혀 존재하지 않는 점에서도 확인되고 있다. 상기의 대한민국 특허등록 제975014호 "사출금형의 급속가열/냉각 장치 및 그 금형온도 제어방법"에서는 실제로 캐비티(30)에 대하여 상기의 유로 및 카트리지히터를 한쪽에서는 그 길이방향에 대하여 평행하게, 그리고 다른 한쪽에서는 그 길이방향에 대하여 직각방향으로 배열하고 있는데, 이러한 배열상태로서는 균일한 온도분포를 기대하기 어렵다. 이는 다수의 카트리지히터들을 배열할 경우, 그 배열간격에 따라서 공급열량이 달라질 뿐만 아니라, 카트리지히터의 몸체부와 그 끝단부에서도 공급열량이 서로 다르고, 카트리지히터와 카트리지히터의 사이에 존재하는 빈공간부에서는 직접 공급되는 열량이 존재하지 않고 단지 그 인접된 부위에서 전달된 열량만이 존재하므로, 실질적으로 캐비티(30)에 공급되는 열량분포는 부분적으로 달라질 수 밖에 없고, 그로 인하여 상기 캐비티(30)의 표면은 균일한 온도분포를 이루지 못하기 때문이다.

한편, 본 발명자는 물리적으로 상기의 카트리지히터를 상기의 캐비티(30)에 대응하여 균일하게 배열하였을 경우에도, 실질적인 성형품의 제작방법으로서는 사용될 수 없는 한계를 가지고 있음을 발견하게 되었다. 이는 평면상에서 작동될 경우에는 이론적으로 아무런 잘못을 발견할 수 없었음에도 불구하고, 실제로 고정금형(10)과 가동금형(20)을 실제의 상황과 동일하게 수직으로 세운 상태에서 작동시킬 경우에는 예외없이 최종적인 성형제품에 불량품이 발생되는 점에서 현실적으로 확인되고 있었다.

대한민국 공개특허공보 제2007-76211호 "발열체를 구비한 성형용 금형 시스템; 대한민국 특허등록 제975014호 "사출금형의 급속가열/냉각 장치 및 그 금형온도 제어방법".

본 발명자는 이러한 현상이 발생되는 원인을 찾아내기 위하여, 수차례의 반복적인 실험과 측정실험을 반복한 결과, 금형의 내부에 형성된 유로와, 그 내부에 장착된 카트리지히터와, 그에 의해 발생된 수증기의 기체적인 특성들을 종합적으로 감안하고, 이들의 결합관계를 유기적으로 형성함으로써, 본 발명을 완성하게 되었다.

본 발명은 고정금형과 가공금형이 수직으로 세워져 작동되는 과정에서도, 금형 내부의 캐비티의 표면 온도를 균일하게 형성할 수 있고, 최종적인 성형품에 뒤틀림현상이나 웰드라인이 형성되지 않는 고품질의 성형품을 얻을 수 있는 금형장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 어느 한쪽에 고정되어 있는 고정금형과, 상기의 고정금형에 결합될 수 있고 좌우방향으로 움직이는 가동금형과, 상기의 고정금형 및 가동금형의 사이에 형성되어 있고 용융된 플라스틱이 채워지는 캐비티를 가지고 있는 금형장치에 있어서, 상기의 고정금형 및/또는 상기의 가동금형은 금형몸체의 내부에 형성되어 있고, 상기 캐비티의 길이방향으로만 평행하게 균일한 간격으로 배열되어 있고, 그의 내부에 카트리지히터를 장착할 수 있는 다수의 주히터 결합홈과; 상기 다수의 주히터 결합홈의 부족한 발열량을 보충하기 위하여 상기 주히터 결합홈의 끝단부에 형성되어 있고, 상기의 주히터 결합홈에 대하여 소정의 각도로 어긋나게 형성되어 있으며, 상기의 주히터 결합홈에 연통되어 있는 보조히터 결합홈과; 상기 다수의 주히터 결합홈의 끝단방향에 형성되어 있고, 상기 보조히터 결합홈에 직각 방향으로 연통되어 있으며, 가열공정 이전에 주위로부터 열매체를 금형의 내부로 공급하는 통로를 이루고 있으며, 냉각공정에서는 상기 주히터 결합홈 및 상기 보조히터 결합홈의 주위의 열을 신속하게 외부로 유동시키기 위해 외부로부터 냉각매체를 유입시키는 열매체 유입구와; 상기 다수의 주히터 결합홈의 머리쪽방향에 형성되어 있고, 다수의 주히터 결합홈에 연통되어 있으며, 가열공정에는 밸브에 의해 닫혀 있고, 냉각공정에서는 상기 주히터 결합홈 및 상기 보조히터 결합홈의 주위의 열을 신속하게 외부로 배출시키는 열매체 유출구; 를 포함하고 있다.

본 발명에 있어서, 상기의 금형장치가 사각형 판넬 또는 사각형 프레임체를 생산하게 될 경우, 상기의 다수의 주히터 결합홈과 상기 보조히터 결합홈과 상기의 열매체 유입구와 상기의 열매체 유출구는 한쌍의 조합체를 형성하고, 이러한 한쌍의 조합체는 상기 캐비티에서 소정의 거리만큼 이격된 금형의 내부에서 시계방향으로 회전하거나 반시계방향으로 회전하면서 반복적으로 형성되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명은 대형화되고 있는 사출금형 장치에 있어서 금형 내부에 존재하는 캐비티를 신속하고 균일하게 가열하고 냉각시킬 수 있으므로, 대형 사출성형물을 신속하게 성형할 수 있는 장점이 있다.

본 발명은 사출금형의 장치들이 수직으로 세워져 있는 상태에서, 고온 고압의 수증기를 이용하여 캐비티를 가열시킬 경우에, 수증기의 상방향 지향성으로 인한 온도편차를 극복할 수 있으므로, 종래에 부분적으로 발생하였던 성형제품의 웰드라인 발생현상을 완전히 제거할 수 있는 장점도 있다.

또한, 본 발명은 고온의 수증기를 발생시킬 경우에도, 금형 내부의 주히터 결합홈과 카트리지히터 사이에 존재하는 물을 이용하여 진행되므로, 매우 적은 양의 에너지를 투입하여 에너지절약의 효과를 달성할 수 있다.

도 1은 고정금형 또는 가동금형에 사각형 형상의 캐비티를 포함하고 있는 개략도이고,
도 2는 본 발명에 의한 금형장치(100)를 이루고 있는 고정금형 또는 가동금형이 캐비티의 형상을 따라 주히터결합홈 및 보조히터 결합홈을 형성하고 있는 모습을 나타낸 개념도이며,
도 3은 본 발명에 의한 금형장치를 이루고 있는 고정금형 또는 가동금형에 있어서 주히터 결합홈과 보조히터 결합홈 및 열매체 유입구 사이의 결합관계를 나타낸 부분적인 사시단면도이고,
도 4는 본 발명에 의한 금형장치를 이루고 있는 고정금형 또는 가동금형에 있어서 보조히터 결합홈과 열매체 유입구 사이의 결합관계를 나타낸 단면도이며,
도 5는 본 발명에 의한 금형장치를 이루고 있는 고정금형 또는 가동금형에 있어서 주히터 결합홈과 보조히터 결합홈 및 열매체 유입구 사이의 결합관계를 나타낸 개념도이며,
도 6a 및 도 6b는 종래의 금형장치에 관한 개략도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다. 다만, 첨부된 도면은 본 발명의 기술사상을 보다 상세하게 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 기술사상이 이에 한정되는 것이 아님은 당연하다.

도 1은 고정금형(10) 또는 가동금형(20)에 사각형 형상의 캐비티(30)를 포함하고 있는 개략도이고,

도 2는 본 발명에 의한 고정금형(10) 또는 가동금형(20)이 캐비티(30)의 형상을 따라 다수의 주히터 결합홈(120) 및 보조히터 결합홈(130)을 동일한 배열순서에 따라 반복적으로 형성하고 있는 모습을 나타낸 개념도이며,

도 3은 본 발명에 의한 고정금형(10) 또는 가동금형(20)에 있어서 주히터 결합홈(120)과 보조히터 결합홈(130) 및 열매체 유입구(140) 사이의 결합관계를 나타낸 주요부의 단면사시도이다.

본 발명은 금형장치에 있어서, 어느 한쪽에 고정되어 있는 고정금형(10)과, 상기의 고정금형에 결합될 수 있고 좌우방향으로 움직이는 가동금형(20)을 포함하고 있으며, 상기의 고정금형(10) 및 가동금형(20)의 사이에는 캐비티(30)를 포함하고 있다. 상기의 캐비티(30)는 사출기(도시되지 않음)로부터 용융되어 전달된 플라스틱 성형물질을 받아들이게 된다.

본 발명에 의한 금형장치(100)는 상기의 고정금형(10) 또는 상기의 가동금형(20)의 내부에 다수의 주히터 결합홈(120)을 포함하고 있다. 상기의 다수의 주히터 결합홈(120)은 상기 캐비티(30)의 길이방향으로 평행하게 배열되어진다. 이는 상기의 캐비티(30)의 길이방향에 대해 직각 방향으로 배열할 경우엔, 그 길이방향의 길이에 비례하여 수많은 카트리지히터(122)를 배열하여야 하기 때문이다. 상기 주히터 결합홈(120)의 내부에는 카트리지히터(122)를 장착시킨다. 또한, 상기 주히터 결합홈(120)의 갯수는 상기 캐비티(30)의 폭에 비례하여 구체적으로 정해지게 된다. 상기 캐비티(30)에 균일한 열전달을 위해서는, 상기의 캐비티(30)의 폭을 넘어서 상기 캐비티(30)를 감싸는 듯이 다수의 주히터 결합홈(120)을 배치하는 것이 바람직하다. 도 5에서는 이러한 관계를 예시적으로 도시하고 있다. 이는 상기 다수의 주히터 결합홈(120)의 내부에서 발생된 카트리지히터에서 발생된 열이 상기의 캐비티(30)에 충분히 열을 전달할 수 있도록 하기 위함이다. 또한, 상기의 주히터 결합홈(120)은 그와 서로 인접하는 다른 주히터 결합홈(120)과의 사이에서 서로 동일한 간격을 형성하도록 배치되는 점이 바람직하다. 이와 같은 배열의 결과, 서로 평행하게 배열된 주히터 결합홈(120)의 내부에 각각 동일한 크기의 동일한 용량의 카트리지히터(122)가 장착되어 있으므로, 그로부터 발생되는 열에너지가 균일하게 분포하여, 상기의 캐비티(30)에 균일하게 전달되어지게 된다.

본 발명에 의한 금형장치(100)는 상기 주히터 결합홈(120)의 끝단부에 형성되어 있는 보조히터 결합홈(130)을 포함하고 있다. 상기의 보조히터 결합홈(130)은 그 내부에 보조용 카트리지히터(132)를 장착시키고 있다. 상기 보조히터 결합홈(130)은 상기 주히터 결합홈(120)의 끝단부에서의 열공급 기능을 부분적으로 보완시켜주는 기능을 수행하고 있다. 그 이유는 아래와 같다. 상기의 주히터 결합홈(120)의 내부에는 각각의 카트리지히터(122)가 장착되어 있다. 상기의 카트리지히터(122)는 그 내부에 존재하는 발열선에 의하여 주울열을 발생시키는 것인데, 그의 끝단에서는 그의 발열량이 그의 중앙 부위에 비하여 현저하게 적게 발생되고 있다. 왜냐하면, 상기 카트리지히터(122)는 그 내부에 발열선이 존재하고, 그 외부에 스텐레스강철에 의한 몸체로 둘러싸고 있으며, 그 끝단을 용접하여 밀봉시키고 있는데, 그 밀봉부위 안쪽으로 약 8밀리미터 내지 약 10밀리미터 정도의 간격을 유지하고 있으므로, 실질적으로 상기의 끝단 부위에서는 발열량이 현저하게 적을 수밖에 없기 때문이다. 이처럼, 카트리지히터(122)의 끝단부에는 비발열부를 필수적으로 포함하고 있으며, 이는 모든 카트리지히터(122)의 공통된 현상이다. 이와 같은 경우에, 상기 주히터 결합홈(120)의 끝단 부위는 자연스럽게 상기 주히터 결합홈(120)의 중앙부위에 비하여 현저하게 낮은 발열량을 가지게 되고, 그로 인하여 그에 대응되는 캐비티(30)에는 다른 부위에 비하여 훨씬 낮은 온도분포를 나타내게 된다. 통상적으로 상기 캐비티(30)의 표면온도가 다른 부위에 비하여 대략 15℃ 정도의 차이를 보이게 되면, 고광택 성형품의 경우 광택성에 차이를 드러내게 되어 불량품을 발생시키게 되고, 대략 20℃ 정도의 차이를 보이게 되면, 캐비티(30)의 내부에 충진된 성형물에 변형이 발생되거나 뒤틀림 현상이 발생되어지며, 또한 온도가 낮은 부위에서는 성형품에 웰드라인이 발생되고, 상대적으로 온도가 높은 부위에서는 열마크가 나타나 고품질의 제품을 얻기 힘들어지게 된다.

한편, 이와 같은 온도 분포의 차이는 상기의 카트리지히터(122)의 구조적인 한계를 제외할 경우에도, 금형장치 자체의 사용방식에 의해 발생되기도 한다. 위에서 언급한 바와 같이, 통상적으로 금형장치는 고정금형(10)과 가동금형(20)을 지면에 대해 수직으로 세워놓은 상태에서 작업을 진행하고 있다. 그런데, 상기의 카트리지히터에 의해 고온을 발생시키고, 그 고온에 의해 물을 고온 고압의 수증기로 전환시켜서 금형을 가열시키게 되는데, 상기의 수증기가 항상 위쪽으로 올라가게 되므로, 금형의 구조적인 문제로 인하여 금형의 아래쪽과 금형의 위쪽 사이에서 필연적으로 5 ~ 10 ℃ 이상의 온도차이를 발생시키게 된다. 이는 평면상에서 가동하였을 경우에는 정상적으로 작동되는 경우에도, 실제상황으로서 금형을 세워놓은 상태에서 작동시킬 경우에는 반드시 성형제품에 불량품이 발생되는 근본적인 원인에 기인한 것이다. 예컨대, 도 2의 경우, 우측하단의 지점에서 가장 낮은 온도분포를 나타내게 된다.

본 발명은 이와 같은 구조적인 한계성을 극복하기 위하여, 상기의 보조히터 결합홈(130)을 더 형성하고 있다. 상기의 보조히터 결합홈(130)의 내부에는 역시 보조용 카트리지히터(132)를 장착시키고 있다. 상기의 보조용 카트리지히터(132)는 반드시 상기 주히터 결합홈(120)의 내부에 장착된 카트리지히터(122)와 동일할 필요는 없고, 그 길이는 상기 캐비티(30)의 폭을 넘어서 상기 다수의 카트리지히터(122)의 배열된 폭을 넘을 정도이면 족하다. 상기 보조히터 결합홈(130)은 상기 주히터 결합홈(120)의 끝단부에 형성되어 있다. 이는 상기 주히터 결합홈(120)의 내부에 장착된 카트리지히터(122)의 끝단부에서 부족한 열량을 보충하기 위함이다. 또한, 상기의 보조히터 결합홈(130)은 상기의 주히터 결합홈(120)에 대하여 소정의 각도로 어긋나게 형성되어 있다. 상기의 소정의 각도는 캐비티(30)의 형상에 따라 달라질 수 있으며, 상기 캐비티(30)가 사각형상을 이루고 있을 경우, 상기 소정의 각도는 첨부도면에 예시되어 있는 바와 같이 직각 방향을 이루게 된다. 또한, 상기의 보조히터 결합홈(130)은 상기의 주히터 결합홈(120)에 연통되어 있다. 이는 상기의 금형의 내부에 존재하는 열매체가 상기 보조히터 결합홈(130)과 상기의 주히터 결합홈(120)의 내부를 자유롭게 유동함으로써, 전체적으로 균일한 열량을 상기의 캐비티(30)에 전달시켜주기 위함이다.

본 발명에 있어서, 상기의 주히터 결합홈(120)과 상기의 보조히터 결합홈(130) 및 상기의 열매체 유입구(140)는 그들 사이에 서로 소정의 각도를 형성하면서 결합되어 있고, 더욱 구체적으로는 그들 사이에 각각 직각 방향으로 결합되어 있는 것이 바람직스럽다. 도 3에서는 그들 사이의 결합관계를 X,Y,Z 축을 중심으로 하여 서로 결합되어 있는 모습을 예시적으로 보여주고 있다. 예컨대, 상기의 주히터 결합홈(120)들이 Y축 방향으로 결합되어 있을 경우에, 상기의 보조히터 결합홈(130)은 X축 방향으로 결합되어 있으며, 상기의 열매체 유입구(140)는 Z축 방향으로 결합되어 있는 것이다.

본 발명에 의한 금형장치(100)는 상기 다수의 주히터 결합홈(120)의 끝단방향에 형성되어 있는 열매체 유입구(140)를 포함하고 있다.

도 4는 본 발명에 의한 금형장치를 이루고 있는 고정금형 또는 가동금형에 있어서 보조히터 결합홈(130)과 열매체 유입구(140) 사이의 결합관계를 나타낸 단면도이고,

도 5는 본 발명에 의한 금형장치를 이루고 있는 고정금형 또는 가동금형에 있어서 주히터 결합홈(120)과 보조히터 결합홈(130) 및 열매체 유입구(140) 사이의 결합관계를 나타낸 개념도이다.

본 발명에 있어서, 상기의 열매체 유입구(140)는 상기 다수의 주히터 결합홈(120)의 끝단방향에 형성되어 있고, 상기 보조히터 결합홈(130)에 직각 방향으로 연통되어 있다. 이는 상기 보조히터 결합홈(130)의 내부에 보조용 카트리지히터(132)가 장착되어 있으므로, 외부로부터 열매체를 직접 상기 보조히터 결합홈(130)으로 유입시킬 수 없고, 열매체의 유입시기 및 유입량 등을 독립적으로 제어하고 작동시키기 위해서는 상기 보조히터 결합홈(130)과 별도의 위치에 설치되어야 하기 때문이다. 또한, 상기의 직각 방향은 금형의 가공공정상 바람직한 실시예를 설명한 것이지, 반드시 직각 방향으로 한정되는 것이 아님은 당연하다.

본 발명에 있어서, 상기의 열매체 유입구(140)는 외부로부터 열매체를 공급하거나 외부로 열매체를 배출할 수 있다. 예컨대, 금형의 가열공정에서 본격적으로 캐비티(30)를 가열시키기 위해서는, 그 이전에 상기 주히터 결합홈(120)의 내부와 상기 보조히터 결합홈(130)의 내부로 열매체를 공급해주어야 하는데, 상기의 열매체 유입구(140)는 상기 열매체의 공급 통로로서 사용될 수 있다. 반면에, 금형의 냉각공정에서는 상기 주히터 결합홈(120)의 내부와 상기 보조히터 결합홈(130)의 내부에 채워져 있는 고온 고압의 수증기 및 물을 외부로 신속하게 배출해 주어야하는데, 외부에서 냉각수를 신속하게 투입함으로써, 상기의 수증기 및 물을 외부로 배출하는 통로로서 사용될 수도 있다. 이러한 점에서, 상기의 열매체 유입구(140)는 상기의 보조히터 결합홈(130)과 연통되어 있는 것이다.

본 발명에 의한 금형장치(100)는 상기 다수의 주히터 결합홈(120)의 머리쪽방향에 형성되어 있는 열매체 유출구(150)를 포함하고 있다.

본 발명에 있어서, 상기의 열매체 유출구(150)는 상기 다수의 주히터 결합홈(120)의 머리쪽방향에 형성되어 있고, 다수의 주히터 결합홈(120)에 연통되어 있다. 이는 외부로부터 내부로 공급되거나, 내부에서 외부로 배출되는 열매체를 상기의 주히터 결합홈(120)으로 전달하거나, 그곳으로부터 외부로 배출시키기 위함이다. 상기의 열매체 유출구(150)는 상기 다수의 주히터 결합홈(120)의 길이방향에 대해 직각방향으로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 상기의 열매체 유출구(150)는 가열공정시에 밸브(도시되지 않음)에 의해 닫혀 있게 된다. 이는 상기 주히터 결합홈(120)과 상기 보조히터 결합홈(130)의 내부를 폐쇄된 공간으로 형성하기 위함이다. 이와는 반대로, 금형장치의 냉각공정에서는, 상기의 열매체 유출구(150)는 상기 주히터 결합홈(120) 및 상기 보조히터 결합홈(130)의 주위의 열을 신속하게 외부로 배출시키는 열매체의 유출통로로서 사용되어진다.

본 발명에 있어서, 상기의 금형장치(100)는 위와 같은 주히터 결합홈(120)과 보조히터 결합홈(130)과 열매체 유입구(140) 및 열매체 유출구(150)를 그 내부에 형성하고 있는 고정금형(10)을 사용할 수 있다. 또한, 상기의 금형장치(100)는 역시 위와 같은 주히터 결합홈(120)과 보조히터 결합홈(130)과 열매체 유입구(140) 및 열매체 유출구(150)를 그 내부에 형성하고 있는 가동금형(20)을 사용할 수 있다.

본 발명은 바람직한 실시예로서, 금형장치(100)가 사각형 판넬 또는 사각형 프레임체를 생산하게 될 경우에는, 상기의 다수의 주히터 결합홈(120)과 상기 보조히터 결합홈(130)과 상기의 열매체 유입구(140)와 상기의 열매체 유출구(150)는 한쌍의 조합체를 형성하고, 이러한 한쌍의 조합체는 상기 캐비티(30)의 표면을 중심으로 할 때 그의 시계방향으로 회전하거나 반시계방향으로 회전하면서 반복적으로 형성되어 있는 것이 바람직하다.

도 2에서는 이러한 한쌍의 조합체를 각각 A, B, C, 그리고 D로 표현하고 있으며, 이들을 구성하고 있는 각각의 구성요소들은 서로 동일한 형태와 동일한 순서로 배열되어 있음을 나타내고 있다.

본 발명에 의한 금형장치(100)는 다음과 같은 방식으로 작동되어진다.

먼저, 본 발명의 준비단계를 이행한다. 이를 위하여, 상기의 주히터 결합홈(120)과 상기 보조히터 결합홈(130)과 상기의 열매체 유입구(140)와 상기의 열매체 유출구(150)가 각각 형성된 고정금형(10)과 가동금형(20)을 준비한다. 상기의 주히터 결합홈(120)에 각각 카트리지히터(122)를 결합시키고, 상기의 보조히터 결합홈(130)에 보조용 카트리지히터(132)를 결합시킨다. 상기의 고정금형(10)에 상기의 가동금형(20)을 서서히 접근시켜서 캐비티(30)에 소정의 플라스틱 사출물이 충진되어질 공간을 마련한다.

본 발명은 금형의 내부에 열매체를 채워넣는 열매체 충진단계를 진행한다. 이를 위하여, 상기의 열매체 유입구(140)에 결합된 밸브(도시되지 않음)를 열고, 상기의 열매체 유출구(150)에 결합된 밸브(도시되지 않음)를 닫은 상태에서, 펌프(도시되지 않음)를 가동하여 외부로부터 물을 상기의 열매체 유입구(140)로 공급한다. 물은 상기의 열매체 유입구(140)를 통하여 상기의 보조히터 결합홈(130)과 보조용 카트리지히터(132) 사이의 공간으로 채워지고, 이어서 다시 상기의 주히터 결합홈(120)과 카트리지히터(122) 사이의 공간으로 채워지게 되고, 그 내부에서 점점 가압되어지게 된다. 상기 금형 내부에서의 물의 압력은 2 kg/f 내지 10 kg/f 정도에까지 이르게 할 수 있으나, 안전한 작업환경을 고려하여, 대략 3 kg/f 내지 5 kg/f 정도에서 작업하는 것이 좋다. 금형 내부에 설정된 압력의 물이 채워지게 되면, 상기 열매체 유입구(140)에 결합된 밸브(도시되지 않음)를 닫는다.

본 발명은 금형의 내부를 미리 설정된 온도에 이르기까지 가열하는 금형의 가열단계를 진행한다. 금형의 성형공정을 진행하기 이전에 상기 캐비티(30)의 온도를 미리 필요한 정도로 올려놓는 것이 필요하기 때문이다. 이를 위하여, 상기 다수의 카트리지히터(122)와 상기 보조용 히터(132)를 작동시켜 주울 열을 발생시키고, 그 열을 이용하여 금형의 내부 온도를 상승시킨다. 상기 다수의 카트리지히터(122)와 상기 보조용 히터(132)에 의해 발생된 열은 그 주위에 있는 물을 가열시키고, 그 물을 점점 수증기로 전환시킨다. 이때, 상기 주히터 결합홈(120) 및 상기 보조히터 결합홈(130)의 내부는 고온 고압의 수증기에 의하여 순간적으로 120 ℃ 내지 240 ℃ 까지 상승하게 된다. 상기 고온 고압의 수증기에 의한 열량은 곧바로 상기 주히터 결합홈(120) 및 상기 보조히터 결합홈(130)의 내벽면을 통하여 상기 캐비티(30)로 전달되어지고 상기 캐비티(30)의 표면 온도를 필요한 정도로 올려주게 된다.

본 발명은 사출기로부터 상기 금형의 내부로 플라스틱 용융물을 주입시키고, 금형의 내부에서 성형하는 사출물의 성형단계를 진행한다. 상기 캐비티(30)의 온도가 필요한 온도로 상승하게 되면, 외부의 사출기(도시되지 않음)는 고온하에서 용융된 플라스틱 용융물을 상기의 캐비티(30)로 주입시키게 된다. 상기의 플라스틱 용융물은 주입유닛(42)과 유동러너(44)를 통하여 상기의 캐비티(30)에 이르게 된다. 이때, 상기의 유동러너(44)를 통하여 플라스틱 용융물이 캐비티(30)에 전달되어질 때, 상기 캐비티(30)의 온도분포가 서로 다른 경우에는, 서로 다른 온도분포를 갖는 부분에서 상기 플라스틱 용융물의 흐름 특성이 달라지게 되고; 그 결과, 서로 다른 흐름 특성을 갖는 플라스틱 용융물이 상기 캐비티(30)에서 역시 서로 다른 온도특성에 의한 성질을 갖게 되므로, 최종적인 성형품에 있어서는 웰드라인을 형성하게 되거나, 서로 다른 광택도를 나타내게 되는 근본적인 원인이 되는 것이다. 그러나, 본 발명은 상기 캐비티(30)에 대하여 균일한 간격으로 카트리지히터(122)를 배열하고 그의 끝단에는 보조용 카트리지히터(132)를 배열하고 있으므로, 상기 캐비티(30)의 온도분포가 극히 균일하게 되므로, 이와 같은 웰드라인 또는 서로 다른 광택도를 나타내는 현상은 발생되지 않는다.

본 발명은 상기의 캐비티(30)의 내부에서 플라스틱 용융물을 성형한 이후, 약간의 숙성시간을 부여하고 냉각시키는 성형물의 냉각단계를 진행한다. 성형물의 냉각단계는 상기의 열매체 유출구(150) 및 상기의 열매체 유출구(150)에 결합된 밸브(도시되지 않음)를 열고, 외부에서 펌프(도시되지 않음)를 가동하여 냉각수를 신속하게 상기의 열매체 유입구(140) 또는 열매체 유출구(150)로 공급한다. 상기의 열매체 유입구(140)로 냉각수를 투입시킬 경우에는, 상기의 냉각수가 상기의 열매체 유입구(140) → 상기의 보조히터 결합홈(130) → 상기의 주히터 결합홈(120) → 상기의 열매체 유출구(150)의 방향으로 흘러가게 된다. 이에 반하여, 상기의 열매체 유출구(150)로 냉각수를 투입시킬 경우에는, 상기의 냉각수가 상기의 열매체 유출구(150) → 상기의 주히터 결합홈(120) → 상기의 보조히터 결합홈(130) → 상기의 열매체 유입구(140)의 방향으로 흘러가게 된다. 어느 방식에 의할 경우에도, 상기의 금형 내부는 상기의 냉각수에 의해 고온의 열을 신속하게 빼앗기게 되고, 상기 캐비티(30)의 표면온도는 신속하게 내려가게 되며, 그 내부에 충진된 성형물을 고정된 형태를 이루게 된다.

본 발명은 상기의 캐비티(30)의 내부에서 성형된 플라스틱 성형물을 금형으로부터 이탈시키고, 다음 공정을 준비하게 된다. 이러한 단계는 통상적인 금형의 성형방식과 동일하므로, 상세한 설명을 생략하기로 한다.

이상에서 본 발명에 의한 사출금형의 급속가열 냉각장치를 구체적으로 설명하였으나, 이는 본 발명의 가장 바람직한 실시양태를 기재한 것일 뿐, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의해서 그 범위가 결정되어지고 한정되어진다.

또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 명세서에 기재내용에 의하여 다양한 변형 및 모방을 행할 수 있는 것이나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어난 것이 아님은 명백하다고 할 것이다.

100: 본 발명에 의한 사출금형장치
110: 금형의 몸체, 120: 주히터 결합홈,
122 : 카트리지히터, 130: 보조히터 결합홈,
132 : 보조용 카트리지히터, 140: 열매체 유입구,
150 : 열매체 유출구

Claims (9)

1. 성형작업시 고정되어 있는 고정금형(10)과, 성형작업시 좌우방향으로 움직이는 가동금형(20)과, 용융된 플라스틱이 채워지는 캐비티(30)를 가지고 있는 금형장치에 있어서,
   상기의 고정금형(10)은 금형몸체의 내부에 형성되어 있고 상기 캐비티(30)의 길이방향으로만 평행하게 균일한 간격으로 배열되어 있고 그의 내부에 카트리지히터(122)를 장착할 수 있는 다수의 주히터 결합홈(120)과;
   상기 주히터 결합홈(120)의 끝단부에 형성되어 있고, 상기의 주히터 결합홈에 대하여 소정의 각도로 어긋나게 형성되어 있으며, 상기의 주히터 결합홈(120)에 연통되어 있는 보조히터 결합홈(130)과;
   상기 다수의 주히터 결합홈(120)의 끝단방향에 형성되어 있고, 상기 보조히터 결합홈(130)에 직각 방향으로 연통되어 있으며, 가열공정 이전에 주위로부터 열매체를 금형의 내부로 공급하는 통로를 이루고 있으며, 냉각공정에서는 상기 주히터 결합홈 및 상기 보조히터 결합홈의 주위의 열을 신속하게 외부로 배출시키기 위해 외부로 연통되어 있는 열매체 유입구(140)와;
   상기 다수의 주히터 결합홈(120)의 머리쪽방향에 형성되어 있고, 다수의 주히터 결합홈(120)에 연통되어 있으며, 가열공정에는 밸브에 의해 닫혀 있고, 냉각공정에서는 상기 주히터 결합홈 및 상기 보조히터 결합홈의 주위의 열을 신속하게 외부로 배출시키기 위해 외부로 연통되어 있는 열매체 유출구(150); 를 포함하고 있으며,
   상기의 고정금형(10)과 상기의 가동금형(20)을 서로 하나의 짝으로 형성하여 금형장치를 형성하고,
   상기의 금형장치가 사각형 판넬 또는 사각형 프레임체를 생산하게 될 경우, 상기 다수의 주히터 결합홈(120)과 상기 보조히터 결합홈(130)과 상기의 열매체 유입구(140)와 상기의 열매체 유출구(150)는 한쌍의 조합체를 형성하고,
   상기 한쌍의 조합체는 상기 캐비티(30)에서 소정의 거리만큼 이격된 금형의 내부에서 시계방향으로 회전하거나 반시계방향으로 회전하면서 반복적으로 형성되어 있는 것을 특징으로 한 사출성형용 금형장치.
   
2. 성형작업시 고정되어 있는 고정금형(10)과, 성형작업시 좌우방향으로 움직이는 가동금형(20)과, 용융된 플라스틱이 채워지는 캐비티(30)를 가지고 있는 금형장치에 있어서,
   상기의 가동금형(20)은 금형몸체의 내부에 형성되어 있고 상기 캐비티(30)의 길이방향으로만 평행하게 균일한 간격으로 배열되어 있고 그의 내부에 카트리지히터(122)를 장착할 수 있는 다수의 주히터 결합홈(120)과;
   상기 주히터 결합홈(120)의 끝단부에 형성되어 있고, 상기의 주히터 결합홈(120)에 대하여 소정의 각도로 어긋나게 형성되어 있으며, 상기의 주히터 결합홈에 연통되어 있는 보조히터 결합홈(130)과;
   상기 다수의 주히터 결합홈(120)의 끝단방향에 형성되어 있고, 상기 보조히터 결합홈(130)에 직각 방향으로 연통되어 있으며, 가열공정 이전에 주위로부터 열매체를 금형의 내부로 공급하는 통로를 이루고 있으며, 냉각공정에서는 상기 주히터 결합홈 및 상기 보조히터 결합홈의 주위의 열을 신속하게 외부로 배출시키기 위해 외부로 연통되어 있는 열매체 유입구(140)와;
   상기 다수의 주히터 결합홈(120)의 머리쪽방향에 형성되어 있고, 다수의 주히터 결합홈(120)에 연통되어 있으며, 가열공정에는 밸브에 의해 닫혀 있고, 냉각공정에서는 상기 주히터 결합홈 및 상기 보조히터 결합홈의 주위의 열을 신속하게 외부로 배출시키기 위해 외부로 연통되어 있는 열매체 유출구(150); 를 포함하고 있으며,
   상기의 고정금형(10)과 상기의 가동금형(20)을 서로 하나의 짝으로 형성하여 금형장치를 형성하고,
   상기의 금형장치가 사각형 판넬 또는 사각형 프레임체를 생산하게 될 경우, 상기 다수의 주히터 결합홈(120)과 상기 보조히터 결합홈(130)과 상기의 열매체 유입구(140)와 상기의 열매체 유출구(150)는 한쌍의 조합체를 형성하고,
   상기 한쌍의 조합체는 상기 캐비티(30)에서 소정의 거리만큼 이격된 금형의 내부에서 시계방향으로 회전하거나 반시계방향으로 회전하면서 반복적으로 형성되어 있는 것을 특징으로 한 사출성형용 금형장치.
   
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 캐비티(30)에 균일한 열전달을 위하여, 상기 캐비티(30)의 폭을 넘어서 상기 캐비티(30)를 감싸는 듯이 다수의 주히터 결합홈(120)을 배치하는 것을 특징으로 한 사출성형용 금형장치.
   
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기의 보조히터 결합홈(130)은 그의 내부에 보조용 카트리지히터(132)를 장착시키고 있으며, 상기 보조용 카트리지히터(132)의 길이는 상기 다수의 카트리지히터(122)들이 균일하게 배열된 폭에 비해 더 긴 것을 특징으로 한 사출성형용 금형장치.
   
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기의 열매체 유입구(140)는 외부로부터 열매체인 물을 금형의 내부로 공급하거나, 냉각수를 외부로부터 공급하여 금형내부의 열을 외부로 배출하는 통로로 사용되는 것을 특징으로 한 사출성형용 금형장치.
   
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기의 열매체 유출구(150)는 외부로부터 열매체인 물을 금형의 내부로 공급하거나, 외부로부터 냉각수를 공급하여 금형내부의 열을 외부로 배출하는 통로로 사용되는 것을 특징으로 한 사출성형용 금형장치.
   
7. 삭제
8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기의 주히터 결합홈(120)과 상기의 보조히터 결합홈(130)은 그들 사이에 소정의 소정의 각도를 형성하면서 결합되어 있고, 또한 상기의 보조히터 결합홈(130)과 상기의 열매체 유입구(140)는 역시 그들 사이에 서로 소정의 각도를 형성하면서 결합되어 있는 것을 특징으로 한 사출성형용 금형장치.
   
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 소정의 각도는 각각 90°를 이루고 있는 것을 특징으로 한 사출성형용 금형장치.

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