KR101172392B1

KR101172392B1 - 히터 카트리지

Info

Publication number: KR101172392B1
Application number: KR1020050110637A
Authority: KR
Inventors: 조진현
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2005-11-18
Filing date: 2005-11-18
Publication date: 2012-08-08
Also published as: KR20070052873A

Abstract

본 발명은, 작업물을 가열하는 히터 카트리지에 관한 것으로서, 본체케이싱과; 상기 본체케이싱 내에 소정의 영역으로 구획 형성된 복수의 전열섹터와; 상기 전열섹터 중 적어도 어느 하나에 상기 작업물을 가열하도록 마련된 전열히터부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하여, 작업물을 비교적 균일하게 가열할 수 있으며, 열효율이 향상될 수 있는 히터 카트리지가 제공될 수 있다. 또한, 가열과 냉각이 동시에 이루어져 간편하며 신속하게 예열 및 냉각이 이루어질 수 있으며, 소요공간도 적어질 수 있는 히터 카트리지가 제공될 수 있다.

Description

히터 카트리지{Heater Cartridge}

도 1은 본 발명에 따른 히터 카트리지가 금형장치에 장착된 단면도,

도 2는 제1 실시예에 따른 히터 카트리지의 단면도,

도 3은 제1 실시예에 따른 히터 카트리지의 사시도,

도 4은 제1 실시예에 따른 히터 카트리지의 전열과정을 나타낸 단면도,

도 5는 제2 실시예에 따른 히터 카트리지 단면도,

도 6는 제3 실시예에 따른 히터 카트리지 단면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

20 : 금형장치 21 : 상부금형

23 : 하부금형 25 : 캐비티

27 : 유동러너 29 : 카트리지 채널

31 : 주입유닛 40 : 히터 카트리지

41 : 전열섹터 43 : 전열히터부

45 : 전열선 47 : 냉매관부

49 : 방열판 51 : 파이프

53 : 전원공급부 55 : 본체케이싱

본 발명은, 히터 카트리지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다수 개의 전열히터부로 나누어져 있으며, 가열 및 냉각을 동시에 할 수 있는 히터 카트리지에 관한 것이다.

일반적으로 히터 카트리지는 가열대상이 되는 작업물을 소정 온도로 가열하거나 유지시킨다. 이러한 히터 카트리지는 가열수단인 열원으로 예를 들면, 가열증기, 가압열수 등을 사용하고 있다.

이러한 히터 카트리지의 가열대상이 되는 작업물은 산업분야에서 다양하지만 편의상 이하에서는 금형장치용 히터 카트리지에 대하여 설명한다. 금형장치는 일반적으로 승강 가능하게 마련된 상부 금형과, 상부 금형과 결합되는 하부 금형과, 상부 금형 및 하부 금형이 결합되어 이루어진 공간으로 소정의 제품이 성형되는 캐비티를 갖는다. 또한, 금형장치는 수지와 같은 성형소재를 주입시키도록 마련된 주입구를 갖는 주입유닛과, 성형소재가 주입구에서 캐비티로 안내되도록 형성된 유동러너를 갖는다. 그리고, 금형장치는 금형 내부에 관통 형성된 카트리지 채널에 삽입되어 있는 히터 카트리지를 가져 성형소재가 주입되는 과정, 유동러너에 유동되는 과정 및 캐비티에서 유동되어 성형되는 과정에서 금형을 가열하여 금형이 소정의 온도를 유지할 수 있게 한다. 이러한 히터 카트리지는 캐비티의 형상, 크기와 두께, 성형소재의 종류, 유동러너의 길이 등에 따라 금형의 카트리지 채널에 삽입된 히터 카트리지의 크기, 배열위치, 발열량 등을 결정한다. 또한, 이러한 금형장치는 일반적으로 성형소재를 캐비티에 주입한 후 소정 시간이 경과된 후 캐비티 내부에 형성된 성형물을 냉각시키기 위한 냉각유로 및 냉각유체를 순환시킬 수 있는 순환펌프 등을 갖는다.

이러한 구성에 의해 성형소재가 캐비티에 주입되기 전에 히터 카트리지는 소정시간 가압열수나 가열증기 등을 통과시켜 금형을 예열시켜 캐비티나 유동러너를 소정의 온도로 유지시킨다. 금형의 캐비티 및 유동러너가 소정의 온도로 예열된 상태에서 성형소재가 주입되어 성형소재는 유동러너를 따라 캐비티로 유동된다. 이에, 성형소재의 유동이 원활하며 금형과 성형소재의 온도 차이를 줄일 수 있어 품질불량을 줄일 수 있다. 그리고, 성형소재의 주입이 완료되고 소정 시간이 경과된 후 냉각유로에 냉각수를 순환시켜 캐비티 주위의 온도를 낮출 수 있다.

그런데, 종래기술은 히터 카트리지가 일정한 발열량을 갖도록 형성되어 있어 전열하고자 하는 금형의 캐비티나 유동런너의 거리에 관계없이 일정한 발열량으로 금형을 가열하므로 금형의 가열이 대체로 균일하지 못하다는 문제점을 가지고 있다. 또한, 종래기술은 가열증기나 가압열수를 사용하여 금형을 예열하므로, 석유 등의 가열원을 사용하여 발생된 가열증기나 가압열수을 이용하여 금형을 가열하므로 에너지 손실이 많으며, 열효율이 낮아 가열 등에 소요되는 시간이 비교적 많아 공정시간이 길어질 우려가 있다. 또한, 종래기술에서는 히터 카트리지에 의해 가열되는 카트리지채널과 냉각유로가 별도로 형성되어 있어 구조가 복잡하고 대체로 공간을 많이 차지할 우려가 있다.

따라서, 본 발명의 목적은, 작업물을 비교적 균일하게 가열할 수 있으며, 열효율을 향상시킬 수 있는 히터 카트리지를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 가열과 냉각이 동시에 이루어 질 수 있는 히터 카트리지를 제공하는 것이다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 작업물을 가열하는 히터 카트리지에 있어서, 본체케이싱과; 상기 본체케이싱 내에 소정의 영역으로 구획 형성된 복수의 전열섹터와; 상기 전열섹터 중 적어도 어느 하나에 상기 작업물을 가열하도록 마련된 전열히터부를 포함하는 것을 특징으로 하는 히터 카트리지에 의해 달성된다.

여기서, 상기 전열히터부는 상기 작업물로부터 상기 전열섹터까지 거리가 증가될수록 발열량을 증가시키도록 형성된 것을 특징으로 하여 작업물을 균일하게 가열할 수 있다.

또한, 상기 본체케이싱 내의 중앙영역에 냉매의 흐름을 안내하도록 관통 형성된 냉매관부를 더 포함하는 것을 특징으로 하여 가열 및 냉각을 신속하게 할 수 있다.

또한, 상기 전열히터부는 상기 냉매관부를 둘러싸는 상기 전열섹터들 중 적어도 어느 하나에 형성된 것을 특징으로 하여 가열 및 냉각을 신속하게 할 수 있다.

또한, 상기 냉매관부는 내주면상에 다수의 방열핀이 형성된 것을 특징으로 하여 냉각을 효과적으로 할 수 있다.

또한, 상기 본체케이싱은 통 형상으로 마련된 것이 바람직하다.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예인 히터 카트리지에 대하여 설명한다.

여러 실시예에 있어서 동일한 구성요소에 대하여는 동일한 참조번호를 부여하였으며, 동일한 구성요소에 대하여는 제1 실시예에서 대표적으로 설명하고 다른 실시예에서는 생략될 수 있다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 히터 카트리지(40)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 본체케이싱(55)과, 본체케이싱(55) 내에 구획 형성된 복수의 전열섹터(41)와; 중앙영역에 냉매의 흐름을 안내하도록 관통 형성된 냉매관부(47)와; 냉매관부(47)를 둘러싸는 전열섹터(41)들에 마련되어 소정의 작업물 가열하는 전열히터부(43)를 갖는다. 이러한 히터 카트리지(40)는 다양한 작업물을 가열할 수 있지만 설명의 편의를 위하여 이하에서 금형장치(20)에 사용되는 히터 카트리지(40)에 대하여 설명한다.

금형장치(20)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 승강 가능하게 마련된 상부금형(21)과, 상부금형(21)과 결합되는 하부금형(23)과, 상부금형(21) 및 하부금형(23)이 결합되어 이루어진 공간으로 소정의 제품이 성형되는 캐비티(25)를 갖는다. 금형장치(20)는 수지와 같은 성형소재를 주입시키도록 마련된 주입구(미도시)를 갖는 주입유닛(31)과, 성형소재가 주입구에서 캐비티(25)로 안내되도록 형성된 유동러너(27)를 갖는다. 그리고, 금형장치(20)는 금형 내부에 관통 형성되어 히터 카트리지 (40)가 삽입되는 카트리지 채널(29)을 갖는다. 이에, 금형장치(20)는 히터 카트리지(40)에 의해 소정의 온도로 예열될 수 있으며, 냉매의 순환에 의해 냉각될 수 있다.

카트리지 채널(29)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 냉매의 유동을 안내하는 냉매관부(47)와, 냉매관부(47)를 둘러싸는 전열히터부(43)를 갖는 히터 카트리지(40)를 삽입시킬 수 있도록 상부금형(21)과 하부금형(23)에 각각 적어도 하나 이상 관통 형성되어 있다. 이러한 카트리지 채널(29)은 상부금형(21)이나 하부금형(23) 일측에만 형성될 수 있다. 이러한 카트리지 채널(29)의 이격거리, 크기, 수량 등은 히터 카트리지(40)에 따라 변경된다. 이에, 예열 및 냉각이 동시에 될 수 있는 히터 카트리지(40)가 삽입되어 별도의 냉매유로를 상부 및 하부금형(21,23)에 마련할 필요가 없으므로 설치 공간 및 비용이 절감될 수 있다.

전열섹터(41a,41b)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 원통형상에 원주방향에 소정 각도로 구획 형성되어 있다. 전열섹터(41)는 전열선(45)을 갖는 전열히터부(43)를 수용한다. 전열섹터(41)는 격벽(미도시)으로 구획될 수 있다. 이에, 히터 카트리지(40)의 전열섹터(41)마다 발열량이 다른 전열히터부(43)를 마련할 수 있다.

전열히터부(43a,43b)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 전열섹터(41)에 수용되어 냉매관부(47)을 둘러싸며 다수의 전열선(45)을 내장하고 있으며, 전열선(45) 주위로 절연재(미도시)가 충진된다. 전열히터부(43)는 발열량을 달리하기 위해 내장된 전열선(45)을 후술하는 바와 같이 가열대상이 되는 캐비티(25)의 거리에 따라 다양하게 내장시킬 수 있다. 이에, 전열히터부(43)는 공급되는 전기 에너지를 열에너지 로 변환시켜 상부금형(21) 및 하부금형(23)을 소정의 온도로 예열시킬 수 있다.

전열선(45a,45b)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 전기에너지를 열에너지로 변환시킬 수 있도록 마련된 발열저항체이며, 니크롬선과 같은 재질로 형성되어 있으며 다양한 공지의 재질로 변경할 수 있다. 전열선(45)은 코일형상으로 규칙적으로 배열되거나 저항면적을 넓힐 수 있도록 각 전열히터부(43)에 내장된 전열선(45)의 개수, 굵기 또는 길이를 변경하여 전열히터부(43)의 발열량을 달리할 수 있다. 즉, 상부 및 하부금형(21,23)의 캐비티(25)의 판면에서 가까운 전열섹터(41)의 전열히터부(43)보다 상부 및 하부금형(21,23)의 캐비티(25)의 판면에서 먼 전열섹터(41)의 전열히터부(43)가 발열량을 많이 내도록 전열선(45)이 형성되어 있다. 즉, 도 4에 도시(화살표는 전열되는 량을 표시한 것이다)된 바와 같이, 가열 또는 전열 대상이 되는 캐비티(25)로부터 멀리 이격된 전열히터부(43)의 발열량을 크게 하여 캐비티(25)에 전달되는 열량을 최대한 균일하게 유지할 수 있다. 이에, 상부 및 하부금형(21,23)의 캐비티(25) 및 캐비티(25)에 수용되는 성형소재가 균일한 온도로 예열되어 균일한 온도를 유지할 수 있어 성형과정에서 불균일한 온도에 의해 발생되는 변형, 수축 등의 불량을 예방할 수 있다. 그리고, 상부 및 하부금형(21,23)과 대향되는 쪽에 마련된 전열히터부(43)는 캐비티(25)의 온도가 낮아지지 않도록 최소한의 전열선(45)을 갖도록 형성되어 있다. 그리하여 캐비티(25)에서 상부 및 하부금형(23)의 외부로 전달되는 열을 최소화시켜 캐비티(25)의 온도를 보다 균일하게 유지시킬 수 있다.

냉매관부(47)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 냉매의 유동을 안내하며, 냉각효 과를 더욱 향상시키기 위해 냉매의 유동에 와류를 가하고 방열면적을 넓히도록 내주면상에 다수의 방열핀(49)을 갖는다. 냉매관부(47)는 파이프 형상으로 마련되어 전열히터부(43)에 싸여 있으며, 냉매를 출입시키는 파이프(51)에 결합되어 있다. 이러한 냉매관부(47)의 단면적은 캐비티의 형상, 성형소재의 종류 등에 따라 다양하게 마련될 수 있다.

방열핀(49)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 냉매관부(47)의 내주면에 형성되어 냉각과정에서 방열면적을 넓혀 냉각효율을 향상시켜 캐비티(25)에 성형된 성형물의 냉각을 촉진시킨다. 방열핀(49)은 열전달 효율이 좋은 알루미늄이나 스테인레스 등으로 구비되어 있다.

이에, 전열히터부(43)와 냉매관부(47)가 하나의 히터 카트리지(40)에 일체로 형성되어 있어 전열히터부(43) 및 냉배관부(47)가 별도로 형성되어 있는 경우에 비해 가열이나 냉각이 불균일해 지는 우려를 예방할 수 있다. 즉, 캐비티(25)의 가열시 전열히터부(43)에서 전열되는 열이 냉매관부(47)에서 불균일해지는 현상을 예방할 수 있다.

파이프(51a,51b)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 냉매관부(47)에 냉매를 출입시킬 수 있도록 순환펌프(미도시)와 냉매관부(47)를 연결시킨다.

전원공급부(53)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 전열선(45)에 전원을 공급하도록 각각의 전열히터부(43)에 마련되어 있다.

본체케이싱(55)은, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 히터 카트리지(40)의 외주면을 형성하며 원통 형상의 스테인레스강과 같은 재질로 되어 있으며 재질을 필요에 따라 변경할 수 있다. 본체케이싱(55)은 원통 형상뿐 만 아니라 육각통 형상으로 변경될 수 있다. 이러한 본체케이싱(55)은 금형장치(20)에 사용되는 않는 경우 평판 형상으로 형성될 수 있다.

이와 같은 구성에 의해, 본 발명의 제1 실시예에 따른 히터 카트리지(40)의 예열 및 냉각과정을 도 1 및 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

용융된 수지와 같은 성형소재가 주입되기 전에 카트리지 채널(29)에 삽입된 히터 카트리지(40)의 전열히터부(43)의 전원공급부(53)에 의해 전원이 공급되면, 전열선(45)에서 전기에너지는 열에너지로 변환된다. 이러한 열에너지는 도 4에 도시된 바와 같이, 전열 대상이 되는 캐비티(25)로부터 거리에 따라 발열량의 차이를 갖는 전열히터부(43)에 의해 상부금형(21)과 하부금형(23)의 캐비티(25)로 전달되어 캐비티(25)를 균일한 온도로 가열하여 예열시킬 수 있다. 여기서, 유동러너(27)는 별도의 히터를 내장할 수 있다. 캐비티(25)가 소정의 온도에 도달한 후 주입유닛(31)으로부터 성형소재가 주입되어 유동러너(27)를 통해 캐비티(25)로 성형소재가 주입된다. 이 때, 성형소재는 히터 카트리지(40)의 예열에 의해 유동러너(27) 또는 캐비티(25)에서 냉각되지 않고 용융상태를 유지할 수 있다. 그리고, 성형소재가 냉각되는 과정에서 성형소재의 균일한 온도가 제품의 품질을 좌우하는 중요한 요인이 된다. 예를 들면, 냉각과정에서 성형소재의 온도가 균일하지 않으면 최종제품에 비틀림 현상이 발생될 수 있다. 이러한 과정에서 히터 카트리지(40)는 균일한 온도를 계속 유지할 수 있도록 한다. 성형소재를 주입한 후 전원공급부(53)의 전원공급이 차단된다. 전열히터부(43)의 전원공급이 차단되는 시점은 제어부(미도시)에 의해 조절될 수 있다. 소정 시간이 경과한 후 냉매가 순환되도록 냉매펌프(미도시)가 가동된다. 저온의 냉매가 전열히터부(43), 상부와 하부금형(21,23) 및 캐비티(25)로부터 열을 흡수하여 냉각시킨다. 이때, 냉매관부(47)의 내주면상에 다수 형성된 방열핀(49)에 의해 확장된 방열면적에 유동하는 냉매와 와류가 발생되어 냉각효과를 더욱 증대시킬 수 있다. 캐비티(25)의 성형물이 경화된 후, 하부금형(23)으로부터 상부금형(21)이 분리되어 캐비티(25)에 형성된 성형물을 취출한다. 이후에도 동일한 과정이 반복된다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 히터 카트리지(40)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 본체케이싱(55)과; 본체케이싱(55) 내에 구획 형성된 복수의 전열섹터(41a,41b)와; 중앙영역에 냉매의 흐름을 안내하도록 관통 형성된 냉매관부(47)와; 냉매관부(47)를 둘러싸는 전열섹터(41a,41b)들에 마련되어 소정의 작업물 가열하는 적어도 하나의 전열히터부(43a,43b)와 전열히터부(43a,43b)가 형성되지 않는 적어도 하나의 전열섹터(41a,41b)를 갖는다. 제2 실시예는 제1 실시예와 달리 전열히터부(43)가 형성되지 않은 전열섹터(41)를 가질 수 있다. 이러한 차이 이외에는 제1 실시예와 동일하므로 제2 실시예에 대한 상세한 설명은 생략한다.

본 발명의 제3 실시예에 따른 히터 카트리지(40)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 본체케이싱(55)과; 본체케이싱(55) 내에 구획 형성된 복수의 전열섹터(41a,41b)와; 전열섹터(41a,41b)들에 마련되어 소정의 작업물을 가열하는 적어도 하나의 전열히터부(43a,43b)를 갖는다. 제3 실시예는 전술한 제1 및 제2 실시예와 달리 원통형상의 중앙에 냉매관부(47)를 갖지 않는 차이를 가지고 있다. 이러한 차 이 이외에는 제1 실시예와 동일하므로 제3 실시예에 대한 상세한 설명을 생략한다. 이에, 가열 대상이 되는 작업물을 비교적 균일하게 가열할 수 있다.

이에, 본 발명에 따른 히터 카트리지는 가열 대상이 되는 캐비티 또는 유동러너의 거리에 따라 전열히터부의 발열량의 차이를 두어 전열에 의해 가열되는 캐비티 등이 균일하게 가열될 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 냉매관부가 전열히터부와 일체로 형성되어 있어 예열 또는 냉각을 하나에서 순차적으로 행할 수 있는 간편한 구조를 가져, 예열과정에서 냉각장치의 영향을 최소화하고 냉각과정에서 예열장치의 영향을 최소화할 수 있으므로 예열 및 냉각 효율을 향상시켜 비교적 신속한 예열 및 냉각을 수행할 수 있으며, 소요되는 공간도 적다. 또한, 전기에너지를 사용하여 에너지 손실이 대체로 적어 열효율이 향상되며, 가열에 걸리는 시간도 많이 소요되지 않아 공정시간이 단축될 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 작업물을 비교적 균일하게 가열할 수 있으며, 열효율이 향상될 수 있는 히터 카트리지가 제공될 수 있다.

또한, 가열과 냉각이 동시에 이루어져 간편하며 신속하게 예열 및 냉각이 이루어질 수 있으며, 소요공간도 적어질 수 있는 히터 카트리지가 제공될 수 있다.

Claims

작업물을 가열하는 히터 카트리지에 있어서,

본체케이싱과;

상기 본체케이싱 내에 소정의 영역으로 구획 형성된 복수의 전열섹터와;

상기 전열섹터 중 적어도 어느 하나에 상기 작업물을 가열하도록 마련된 전열히터부를 포함하는 것을 특징으로 하는 히터 카트리지.
제1항에 있어서,

상기 전열히터부는 상기 작업물로부터 상기 전열섹터까지 거리가 증가될수록 발열량을 증가시키도록 형성된 것을 특징으로 하는 히터 카트리지.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 본체케이싱 내의 중앙영역에 냉매의 흐름을 안내하도록 관통 형성된 냉매관부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 히터 카트리지.
제3항에 있어서,

상기 전열히터부는 상기 냉매관부를 둘러싸는 상기 전열섹터들 중 적어도 어느 하나에 형성된 것을 특징으로 하는 히터 카트리지.
제3항에 있어서,

상기 냉매관부는 내주면상에 다수의 방열핀이 형성된 것을 특징으로 하는 히터 카트리지.
제1항에 있어서,

상기 본체케이싱은 통 형상으로 마련된 것을 특징으로 하는 히터 카트리지.