KR101278748B1

KR101278748B1 - 사출금형의 핫런너 장치

Info

Publication number: KR101278748B1
Application number: KR1020110046864A
Authority: KR
Inventors: 박경수
Original assignee: 박경수
Priority date: 2011-05-18
Filing date: 2011-05-18
Publication date: 2013-06-25
Also published as: KR20110084852A

Abstract

스프루를 통과한 수지를 런너 상에서 가열시킬 수 있게 구성된 핫런너 장치가 개시된다. 본 발명과 관련된 핫런너 장치는, 중공샤프트, 밸브핀 및 핀가이드를 포함하고 있으며, 저항이 적고 마찰이 적은 밸브핀의 개폐 구조를 얻을 수 있다. 밸브핀의 제1나사산과 핀가이드의 제2나사산은 밸브핀의 상하 이동을 부드럽게 하면서도 정밀한 제어를 가능하게 한다.
또한, 수지정체와 과열현상에 의한 제품에 가스유입 탄화와 흑점을 발생시키는 문제점을 스프루의 설계 개선 및 세라믹 재질의 가이드 부싱 등의 사용을 통해 해결하였다.

Description

사출금형의 핫런너 장치{HOT RUNNER SYSTEM FOR INJECTION MOLDING MACHINE}

본 발명은 스프루를 통과한 수지를 런너 상에서 가열시킬 수 있게 구성된 핫런너 시스템에 관한 것이다.

핫런너(hot runner) 시스템은 플라스틱 금형에 장착하여 생산량과 품질의 향상을 높이기 위하여 고안된 장치로서, 제품 생산량과 원가절감의 측면에서 유리한 장점이 있다.

기존의 핫런너 시스템에 장착되는 밸브장치는 히터를 가열하여 사출성형을 하고 공압을 이용하여 밸브핀을 작동하여 최종 노즐을 개방하며 사출이 완료되면 밸브핀이 작동하며 수지의 흐름을 차단하도록 구성되어 있다. 밸브핀은 직선운동을 하며 사출성형을 할 때마다 반복하여 작동을 하게 된다.

한편, 생산성을 높이고, 재료의 손실을 줄이기 위해 복수의 캐비티와 밸브핫트가 장착되는 설계로 이 경우에는 밸브들의 똑같이 정밀하게 작동을 해서 닫힘과 열림을 해야 한다. 그러나 1개라도 작동을 하지 못하면 제품의 불량으로 이어진다. 이때는 작업이 중단되고 금형을 기계에서 분리, 분해하여 장시간 수리를 하여야 하며 밸브시스템을 전체 또는 부분 교체하여야 하는 상황이 발생할 수 있고 생산성과 납기에 문제가 생겨 신뢰를 잃을 수 있으며 인건비 상승과 원가 상승요인이 발생하기도 한다.

사출금형은 전체가 금속으로 되어 있고 기본적으로 성형을 하기 위한 수지가 150℃ ~ 350℃ 이상의 온도를 가지고 있다. 또한, 핫런너 장치에 기본열로 가열한 수지를 금형 내부에 압력을 가하여 성형을 할 때에 그 압력으로 인하여 열팽창과 금속에 특성에 의한 수축의 편차가 심하여 반복운동을 할 때에 금속과 금속 간에 마찰을 심하게 유발시킨다. 이러한 마찰의 반복은 밸브핀의 작동을 방해하며 고온에서 작동을 하여야만 하는 구조상에 지속적인 열로 스틸에 특성상 밸브핫트의 표면 열처리 경도를 저하시키고 마찰부위의 표면이 스크렛치로 거칠어져서 작동을 저하시키며 서로의 간섭으로 인한 응력과 수지에 고응력 현상이 발생하여 밸브핀의 작동을 멈추게 하기도 한다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명은 핫런너 시스템에서 밸브의 개폐작용을 정확하고 안정적으로 이루어질 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.

또한, 종래의 핫 러너 시스템이 수지의 정체에 의한 흑점 발생과 수지의 분배상 문제, 과다한 가스 분출로 인한 불량을 일으키는 문제점이 있어 구조개선을 통해 품질향상과 아울러 생산량 증대를 이루고자 한다.

또한, 높은 열과 마찰이 심한 부분의 구조를 개선하고자 한다.

상기한 과제를 실현하기 위하여 본 발명과 관련된 사출기 금형의 밸브 핫런너 장치는, 스프루부시와, 상기 스프루부시로부터 유입된 수지를 가열하는 히터 및 복수의 금형캐비티로 상기 수지를 공급하기 위한 통로홀들이 형성된 플레이트 조립체; 상기 플레이트 조립체에 상하방향으로 삽입 설치되는 다단의 노즐조립체; 상기 노즐조립체와 동축(同軸)상으로 배치되며, 직선운동되는 구동 실린더로부로터 회전력을 전달받을 수 있게 구동풀리가 장착된 중공샤프트; 상기 중공샤프트 및 상기 노즐조립체를 관통하여 상기 금형내에 제품의 캐비티까지 노줄에 연장 형성되며, 상기 중공샤프트에 대하여 상대회전이 제한되도록 상기 중공샤프트의 내주면과 키에 의하여 조립되고, 외주면의 일 구간에는 제1나사산이 형성되어 상하 이동에 의하여 상기 노즐조립체의 단부에 형성되는 게이트를 차단 또는 개방시킬 수 있게 구성되는 밸브핀; 및 내주면에 상기 제1나사산에 대응되는 제2나사산이 구비되며, 상기 밸브핀이 회전됨에 따라 상기 밸브핀을 승강시키는 핀가이드를 포함한다.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 구동 실린더의 출력축에는 슬라이딩 기어가 형성되고, 상기 플레이트 조립체에는 상기 슬라이딩 기어에 의하여 종동되는 피니언이 설치되며, 상기 피니언은 상기 복수의 중공샤프트의 구동풀리들을 동시에 회전시킬 수 있게 체인에 의하여 구동할 수 있게 연결될 수 있다. 또한, 상기 구동 실린더는 유압실린더를 채택하여 보다 안정성을 기할 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 스프루부싱은 상부 스프루부싱과 하부 스프루부싱으로 구성되며, 하부 스프루부싱에는 상부스프루부싱에 형성된 인렛스프루로부터 하방으로 복수개 경사지게 분지되는 경사스프루의 형태인 것일 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 노즐조립체는, 상기 스프루부싱으로부터 연결되는 수지채널이 경사지게 합류되도록 측면홀이 형성되는 가이드부싱; 상기 가이드부싱이 안착될 수 있게 형성되는 제1노즐; 상기 제1노즐로부터 하방으로 일정길이로 형성되는 제2노즐; 및 상기 제2노즐의 단부에 나사 결합되며, 하단으로 갈수록 수지 정체량을 줄일수 있는 설계로 내경이 좁아지게 형성되는 제3노즐을 포함하여 구성될 수 있다. 본 발명과 관련된 일 실시예로서, 상기 밸브핀의 하단부의 외주면에는 상기 밸브핀이 회전되며 상기 제3노즐의 내주면에 접촉될 수 있게 스크루홈을 형성할 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 가이드부싱은 마모,열에 강한 세라믹 재질로 형성할 수 있다.

또한, 상기 제 3노즐부는 세라믹 재질로 형성하는 것이 바람직하다.

상기한 바와 같이, 본 발명과 관련된 사출 금형 핫런너 장치에 의하면, 중공샤프트, 밸브핀 및 핀가이드에 의하여 저항이 적고 마찰이 적은 밸브핀의 개폐 구조를 얻을 수 있게 된다. 밸브핀 의 제1나사 산과 핀 가이드의 제2나사산은 회전구동되는 밸브핀의 상하 이동을 부드럽게 하면서도 정밀한 제어를 가능하게 하는 장점이 있다.

본 발명의 일 예에 의하면, 이러한 복수의 밸브핀은 하나의 구동 실린더와 체인 등에 의하여 정회전/역회전될 수 있으므로 생산성과 수율을 증대시킬 수 있게 된다.

본 발명과 관련된 일 예에 의하면, 스프루 및 런너의 구조를 중심부위에서 경사지게 최단거리로 분지되도록 형성함으로써 수지 흐름을 방해하고 가스를 발생시킬 수 있는 구조의 발생이 최소화하여 수지정체에 의한 과열로 재료변색을 방지하며,탄화발생을 줄여 품질항상을 실현 할수 있다.

또한, 밸브핀의 끝단에 스크루홈을 형성함으로써 성형완료시 가스를 외부로 용이하게 배출시키고 사출 성형할 때에 제품의 가스유입을 막아 불량을 최소화시킬 수 있다.

또한, 열과 마모에 노출되는 부분을 세라믹 재료로 형성시킴으로써 열팽창에 의한 틈새를 최소화 하여 경도저하 및 수지의 역류현상과 유출을 막을 수 있다.

도 1은 본 발명과 관련된 사출금형의 정단면도
도 2는 본 발명과 관련된 사출금형의 측단면도
도 3은 도 1의 A-A선에 따른 단면도
도 4는 본 발명과 관련된 노즐 조립체의 분해 단면도
도 5는 본 발명과 관련된 밸브구동유닛의 분해단면도
도 6은 본 발명과 관련된 밸브핀의 정면도
도 7은 도 1의 B부분의 확대도로서, 본 발명과 관련된 밸브구동유닛의 작동 상태를 보인 것이다.

이하, 본 발명과 관련된 사출기의 금형 핫 런너 장치를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명과 관련된 사출금형 정 단면도이고, 도 2는 본 발명과 관련된 사출금형 의 측단면도이다.

사출금형(100)은 크게 상부구조(110)와 하부구조(120)로 이루어져 있으며, 상부구조(110)에는 본 발명과 관련된 금형 핫 런너 시스템이 적용되어 있다.

상부구조(110)에는 스프루부싱(131,132)과, 복수의 플레이트로 이루어진 플레이트 조립체, 노즐조립체(150), 밸브핀(140) 및 밸브구동 유닛(160)이 포함되어 있다.

스프루부싱(131,132)은 로케이터링(130)의 하부에 위치하며, 상부스프루부싱(131)과 하부스프루부싱(132)으로 구성되어 있다. 상부스프루부싱(131)에는 하나의 인렛스프루(133)가 형성되어 있음에 반해 하부스프루부싱(132)에는 인렛스프루(133)로부터 경사지게 복수의 방향으로 분지되도록 최단거리로 형성된 경사스프루(134)가 형성되어 있다. 이러한 경사스프루(134)는 수평으로 연장된 후 각각 분지되는 종래의 방식과 달리 금형캐비티(C)에 이르는 길이를 단축시켜 온도 및 수지의 정체하고 있는 양을 줄일수 있는 구조와 보다 정확하게 제어할 수 있도록 한다.

플레이트 조립체는 위부터 커버 플레이트(111), 중간 플레이트(112), 런너플레이트(113), 상부다이(114) 등을 포함하고 있다.

밸브핀(140)은 상하 이동에 의하여 노즐조립체(150)의 끝에 있는 게이트(G; 도 4 참조)를 개폐시키는 역할을 하는 것으로, 노즐조립체(150)의 통로홀의 중심부에 위치되도록 설치되어 있으며, 밸브구동 유닛(160)에 의하여 상하 위치가 조절된다. 본 발명에서는 밸브핀의 상하운동이 밸브핀의 회전운동에 의하며, 이러한 밸브핀의 회전운동을 위한 구조를 보다 안정적으로 이루기 위하여 유압실린더 등을 채택하는 구조를 갖는 것이 바람직하다.

커버 플레이트(111)와 중간 플레이트(112)는 스프루부싱(131,132)을 지지함과 아울러 노즐조립체(150)의 단부의 게이트(G)를 개폐시키기 위한 밸브구동 유닛(160)이 장착된다. 밸브핀(140)의 형상, 노즐조립체(150) 및 밸브구동 유닛(160)은 뒤에서 상세히 설명한다.

런너플레이트(113)는 스프루부싱(131,132)으로부터 공급된 수지가 가열된 상태로 흐를 수 있도록 히터수단(114)을 포함한다. 이와 같이 본 발명은 스프루(133,134)를 나온 수지가 런너 상에서 가열되는 방식에 적용하였다는 점에서 런너밸브 핫트 시스템의 일종을 이룬다. 또한, 이러한 런너 밸브 핫트 시스템에서는 경사스프루(134)와 같은 형태를 가지는 것이 매우 중요하다. 종래의 핫 러너 시스템이 수지의 정체에 의한 흑점 발생과 수지가 분배되는 경로길이의 차이로 인해 수지가 고르게 분배되지 못하는 문제, 수지의 탄화문제 등이 해결될 수 있기 때문이다. 다만, 본 개시에 포함된 핵심 사상은 다른 종류나 형태의 런너 시스템에도 적용될 수도 있다.

상부다이(114)는 상부금형(115)을 고정하고 있으며, 성형시 가이드수단에 의하여 하방으로 이동되고 성형완료시 상방으로 이동된다.

하부구조(120) 역시 복수의 플레이트를 포함하고 있으며, 여기에는 제품의 성형이 완료되면 제품을 밀어내는 이젝터핀(121), 수지가 금형캐비티(C)에 충전된 상태에서 수지를 냉각시켜 굳히는 냉각수단(122) 등이 포함된다. 이러한 하부구조(120)는 알려진 다른 형태의 것들이 적용될 수 있으며, 발명의 요지상 상세한 설명을 생략한다.

도 4는 본 발명과 관련된 노즐 조립체의 분해 단면도이다. 노즐조립체(150)는 경사지게 형성된 수지채널로부터 공급받은 수지를 수직하방으로 흘려보낼 수 있게 형성되어 있다. 이러한 노즐조립체(150)는 도 4에 도시된 것과 같이 가이드부싱(151), 제1노즐(152), 제2노즐(153) 및 제3노즐(154)을 포함할 수 있다.

가이드부싱(151)은 수지채널이 경사지게 합류되도록 측면홀(151a)을 포함하고 있으며, 밸브핀(140)의 회전 및 직선 이동을 안내한다. 가이드부싱(151)은 수지의 점착에 의하여 마찰이 심화될 수 있으므로 경도와 내구성이 우수한 세라믹 재질에 의하여 형성될 수 있다. 또한, 제3노즐부도 세라믹 재질로 형성하는 것이 바람직하다. 이는, 열과 마모에 노출되는 부분을 세라믹 재료로 형성시킴으로써 열팽창에 의한 틈새를 최소화하여 경도저하 및 수지의 역류현상과 유출을 막을 수 있다.

제1노즐(152)의 중심쪽은 가이드부싱(151)이 안착될 수 있는 형상이 마련되어 있으며, 스프루 부싱으로 공급된 수지가 중심부의 상하관통홀(152b)쪽으로 흐를 수 있도록 경사채널(152a)이 형성되어 있다.

제2노즐(153)은 제1노즐(152)에 제1노즐로부터 하방으로 일정 길이로 연장되게 형성되어 있으며, 상단은 제1노즐에 나사 결합될 수 있게 숫나사산이 형성되어 있는 반면 하단은 제3노즐이 나사 결합될 수 있게 암사사산이 형성되어 있다.

제3노즐(154)은 캐비티(C)에 연접하는 것으로 게이트(G)를 형성한다. 이러한 제3노즐(154)은 하단으로 갈수록 내경이 좁아지게 형성됨으로써 밸브핀(140)이 하방으로 이동시 게이트를 폐쇄할 수 있게 형성되어 있다.

도 5는 본 발명과 관련된 밸브구동유닛의 분해단면도로서, 밸브구동 유닛(160)은 중공샤프트(165), 베어링(163,167), 구동 실린더(101), 피니언(104) 등을 포함한다. 이하 차례로 설명한다.

중공샤프트(165)는 상하 한 쌍의 베어링(163,167)에 의하여 회전 가능하게 지지되어 있다. 베어링(163,167)은 중공샤프트(165)의 반복적인 정회전 또는 역회전에 의하여 발생할 수 있는 스크래치를 최소화시킬 수 있도록 세라믹 재료에 의하여 형성될 수 있다.

중공샤프트(165)의 내주면에는 밸브핀(140)이 통과할 수 있게 형성되어 있으며, 외주면에는 외부로부터 회전동력을 전달받을 수 있게 제1핀(166)에 의하여 구동풀리(164)가 결합되어 있다.

중공샤프트(165)의 내주면에는 밸브핀(140)의 상대회전이 제한되도록 밸브핀(140)과 제2핀(141; 도 6 참조)에 의하여 결합될 수 있게 키홈(165a)이 형성되어 있다. 다만, 키홈(165a)은, 구동풀리(164)로부터의 전달받은 회전력에 의하여 중공샤프트(165)와 함께 밸브핀(140)이 회전되는 과정에서 밸브핀(140)의 상하 이동이 제한받지 않도록 충분한 길이로 형성되어 있다. 슬라이딩 기어(103)의 길이에 따라서 작동 길이를 조절을 할수 있다. 키홈(165a)은 밸브핀(140)이 중공샤프트(165)로부터 회전력을 전달할 수 있도록 함과 동시에 밸브핀(140)의 상하이동을 가이드하는 역할을 할 수 있게 형성된다는 점에서 일 특징이 될 수 있다.

중공샤프트(165)의 하부에는 밸브핀(140)이 회전하는 과정에서 상하이동을 할 수 있도록 핀가이드(168)가 고정되어 있다. 핀가이드(168)의 내주면에는 밸브핀(140)의 외주면에 형성되어 있는 제1나사산(142)에 대응되는 제2나사산(168a)이 형성되어 있다.

미설명 도면부호 169는 밸브핀(140)을 가이드하기 위한 와셔이다.

도 3은 도 1의 A-A선에 따른 단면도이다. 도 3에 의하면, 구동풀리(164)를 구동시키기 위하여 왕복동되는 구동실린더(101)가 구비되어 있다. 구동실린더(101)는 정밀한 제어를 위하여 유압실린더 형태로 형성될 수 있다.

구동실린더(101)의 직선운동을 회전운동으로 변환하기 위하여 구동실린더(101)의 출력축(102)에는 슬라이딩 기어(103)가 형성되어 있으며, 슬라이딩 기어(103)는 구동풀리(164)에 동력전달할 수 있게 형성된 피니언(104)에 치합되어 있다. 특히, 본 발명과 관련된 일 예로서, 하나의 구동실린더(101)에 의하여 복수의 구동풀리(164)들을 회전시키기 위하여 피니언(104)은 복수의 구동풀리들(164)에 체인(170)에 의하여 연결되어 있다.

도 6은 본 발명과 관련된 밸브핀의 정면도로서, 밸브핀(140)은 중공샤프트(165) 및 노즐조립체(150)를 관통하여 금형캐비티(C)까지 연장 형성될 수 있는 길이로 형성된다. 위에서 설명한 바와 같이, 밸브핀(140)은 중공샤프트(165)에 대하여 상대회전이 제한되도록 중공샤프트(165)의 내주면과 제2키(141)에 의하여 조립된다.

밸브핀(140)의 외주면의 일 구간에는 제1나사산(142)이 형성되어 상하 이동에 의하여 노즐조립체(150)의 단부에 형성되는 게이트(G)를 차단 또는 개방시킬 수 있게 구성된다.

도 6에 도시된 것과 같이 밸브핀(140)의 하단부에는 스크루홈(143)이 별도로 형성되어 있는데, 가스 분출용 홀을 4등분 하여 콰베기식으로 나사산으로 형성될 수 있다. 이러한 나사산은 밸브핀(140)이 회전되며 승강하는 동안 스크루홈(143)도 회전되며 게이트(G)를 개폐시킨다. 이러한 스크루홈(143)은 형개(금형의 열림)시 가스가 자동으로 외부로 분출하도록 한다. 따라서, 성형시 가스에 유입에 의하여 제품의 불량을 야기하는 것을 최소화시키고 생산성을 증대시킨다.

상기와 같은 구성에 의한 본 발명과 관련된 밸브구동 유닛(160)의 작동을 도 3 및 도 7을 참조로 하여 설명한다. 도 7에서 오른쪽에 보이는 밸브구동 유닛은 밸브핀(140)에 의하여 게이트(G)를 차단시킨 상태이고, 왼쪽에 보이는 밸브구동 유닛(160)은 게이트(G)을 개방시킨 상태를 각각 보인 것이다.

사출성형이 시작되면, 우선, 구동실린더(101)가 작동된다. 구동실린더(101)의 직선운동은 슬라이딩 기어(103)와 피니언(104)에 의하여 회전운동으로 변환되고 체인(170)에 의하여 복수의 구동풀리들(164)을 회전시킨다.

구동풀리(164)가 회전되면 중공샤프트(165) 및 밸브핀(140)도 함께 회전된다. 밸브핀(140)의 회전은 고정되어 있는 핀가이드(168)와의 나사작용에 의하여 중공샤프트(165)에 대하여 상방으로 이동하게 된다(도 7의 왼쪽 밸브구동유닛 참조)

하방으로 회전 이동하는 밸브핀(140)의 끝단에 형성된 스크루홈(143)이 제3노즐(154)의 끝단으로부터 멀어지며 게이트(G)를 개방시킨다. 이 상태에서 가열된 수지가 게이트(G)를 통과하여 금형캐비티(C)에 주입되어 제품을 성형하게 된다.

수지가 주입되고 나면, 구동실린더(101)는 반대의 방향으로 직선이동한다. 이에 따라 구동풀리(164) 및 밸브핀(140)도 반대방향으로 회전되며, 밸브핀(140)은 핀가이드(168)에 의하여 하방으로 이동하게 된다.

하방으로 회전 이동된 밸브핀(140)은 게이트(G)를 차단하여 수지의 추가적인 유입을 막는다. 이 상태에서 금형캐비티(C) 내의 수지를 냉각시켜 성형시킨다.

이상에서 설명한 사출기금형의 핫런너 장치는 위에서 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되지 않는다. 위의 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다

**도면중 주요부분에 대한 부호의 설명**
100: 사출금형 101: 구동 실린더
103: 슬라이딩 기어 110: 상부구조
120: 하부구조 140: 밸브핀
141: 제2키 142: 제1나사산
143: 스크루홈 150: 노즐조립체
160: 밸브구동 유닛 164: 구동풀리
165: 중공샤프트 168: 핀가이드
170: 체인

Claims

스프루부싱과, 상기 스프루부싱로부터 유입된 수지를 가열하는 히터 및 복수의 금형캐비티로 상기 수지를 공급하기 위한 통로홀들이 형성된 플레이트 조립체;
상기 플레이트 조립체에 상하방향으로 삽입 설치되는 다단의 노즐조립체;를 포함하는 사출금형의 밸브 핫 러너 장치에 있어서,
상기 스프루부싱은 상부 스프루부싱과 하부스프루부싱으로 이루어져 있고, 상부스프루부싱에는 하나의 인렛스프루가 수직방향으로 형성되어 있고, 하부스프루부싱에는 상기 인렛스프루로부터 경사지게 복수의 방향으로 분지되도록 최단거리로 형성되어 있는 경사스프루가 존재하며, 상기 경사스프루는 상하방향으로 삽입 설치되는 상기 다단의 노즐조립체의 가이드부싱에 연결되되, 경사스프루가 경사지게 합류되도록 측면홀을 포함하고 있으며, 상기 노즐조립체는 상기 가이드 부싱이 안착될 수 있게 형성되는 제1노즐, 상기 제1노즐로부터 하방으로 일정길이로 형성되는 제2노즐, 상기 제2노즐의 단부에 나사 결합되며 하단으로 갈수록 내경이 좁아지게 형성되는 제3노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 사출금형의 밸브 핫런너 장치.