KR101434795B1 - 핫런너시스템의 오픈게이트 노즐장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 게이트의 단면적을 원하는 크기만큼 크게 하여 사출되는 수지의 양을 증가시키더라도 드룰링현상을 방지할 수 있는 핫런너시스템의 오픈게이트 노즐장치에 관한 것으로, 하형과 상형 사이에 캐비티가 형성되고, 핫런너시스템을 경유한 수지가 상기 상형에 장착된 복수의 노즐을 통해 상기 상형의 게이트로부터 상기 캐비티 내로 사출되는 핫런너시스템의 오픈게이트 노즐장치에 있어서, 상기 상형의 게이트는 확장된 직경을 가지고, 상기 노즐 각각은, 상기 상형에 장착되고, 내부에 길이방향을 따라 용융된 수지가 충진되는 수지통로가 형성된 노즐몸체와, 상기 노즐몸체의 외주면에 설치되어 상기 노즐몸체를 가열하는 히팅코일과, 상기 노즐몸체의 수지통로와 연통되도록 상기 노즐몸체의 선단 내부에 삽입 고정되고, 선단의 첨부를 기준으로 방사상으로 관통 형성된 복수의 분사구를 통해 상기 수지가 토출되는 노즐팁과, 상기 노즐팁의 첨부가 상부에 삽입되어 내부로 상기 노즐팁의 분사구가 연통되도록 상단이 상기 노즐몸체의 선단에 고정 결합되고, 하단의 외주면이 상기 상형의 확장된 직경을 가진 게이트에 삽입 고정되며, 상기 캐비티로 내부의 수지가 사출되도록 복수의 게이트홀이 하면에 관통 형성된 게이트부시를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

핫런너시스템의 오픈게이트 노즐장치{OPEN-GATE NOZZLE APPARATUS FOR HOT-RUNNER SYSTEM}
본 발명은 핫런너시스템이 설치된 사출성형용 금형에 장착되어 금형의 캐비티 내에 오픈 게이트 타입의 노즐을 통해 수지를 주입하는 핫런너시스템의 오픈게이트 노즐장치에 관한 것이다.
일반적으로 사출성형이라 함은 실린더 속에서 가열하여 용융시킨 성형재료를 고압으로 닫혀진 금형의 캐비티에 사출하고, 냉각고화 또는 경화시킴으로써 캐비티에 형성되어 있는 형상에 상당하는 사출 성형품을 만드는 성형방법이다.
상기 사출금형은 통상 고정측 금형과 가동측 금형의 2개로 분리된다. 이러한 금형에는 상기 실린더로부터 성형재료를 받아 금형에 주입하는 스프루, 상기 스프루와 연통되어 성형재료가 이동하는 런너, 성형물의 형상이 각인되어 실질적으로 사출 성형품의 성형공간을 이루는 캐비티, 상기 캐비티와 런너 사이에 위치되어 성형재료의 주입 길목 역할을 하는 게이트가 구비된다.
즉, 가소화 및 용융된 성형재료인 수지가 상기 금형의 스프루, 런너 및 게이트를 통하여 캐비티로 사출된 후 냉각고화 또는 경화되어서 원하는 형상의 사출 성형품이 제작되는 것이다.
다만, 상기와 같은 일반적인 사출성형에 의하면, 상기 캐비티 내에 성형재료인 수지를 충진시키기 위한 게이트 및 런너 등에도 수지가 충진되어 완제품에 불필요한 형상부가 그대로 형성되는 문제가 있고, 이는 곧 성형재료의 과도한 소모를 불러온다. 이러한 재료의 로스(loss)를 없애기 위해 스프루와 런너부를 히터로 가열 제어해서 항상 유동화상태로 보존해주는 핫런너시스템(hot-runner system)이 사용된다. 물론, 핫런너시스템이 설치되는 사출금형의 경우 금형제작비가 고가이므로 대량생산이 아니면 금형의 감가상각문제가 있다. 따라서, 성형하고자 하는 제품에 대하여 핫런너시스템을 사출금형에 적용할 것인지를 경제적으로 잘 따져보아야 한다.
이러한 핫런너시스템은 도 1에 도시된 바와 같이 하형(1)과 상형(2) 사이에 성형품의 성형공간을 이루는 캐비티(3)가 형성되고, 상형(2)의 상방에 설치된 핫런너시스템(4)을 경유한 수지가 상기 상형(2)에 장착된 복수의 노즐(5)을 통해 상기 캐비티(3) 내로 사출된다. 도면상 핫런너시스템의 구체적인 구성은 종래 널리 알려져 있으므로 생략하였으나, 일반적으로 상형(2)의 상방으로 매니폴드블록(미도시) 및 고정설치판(미도시)이 구비되고, 고정설치판에는 실린더(미도시)로부터 수지용액이 주입되는 주입구를 구비한 스프루부시(미도시)가 설치되며, 상기 스프루부시로부터 매니폴드블록을 경유한 수지가 복수의 노즐(5)을 통해 상기 캐비티(3) 내로 사출되는 구조이다. 이때, 스프루부시와 복수의 노즐(5) 외주면에는 각각 히터부가 설치되어 통과하는 수지를 가열 제어해서 항상 유동화상태로 만들어준다.
상술한 핫런너시스템(4)에서 복수의 노즐(5)로 구성된 노즐장치의 구조에 따라 크게 2가지로 분류가 된다. 즉, 각각의 노즐(5)에 밸브핀이 구비되어 밸브핀의 상하 작동으로 게이트를 온/오프하는 밸브게이트 타입과, 각각의 노즐에 별도의 밸브핀이 구비되지 않고 열려 있는 오픈게이트 타입이 있다.
먼저, 밸브게이트 노즐장치는, 도 2 및 3에 도시된 바와 같이 상형(2)에 장착되고, 내부에 길이방향을 따라 용융된 수지가 충진되는 수지통로(11)가 형성된 노즐몸체(10)와, 상기 노즐몸체(10)의 외주면에 설치되어 상기 노즐몸체(10)를 가열하는 히팅코일(20)과, 상기 노즐몸체(10)의 수지통로(11)와 연통되도록 상기 노즐몸체(10)의 선단 내부에 장착되고, 상기 상형(2)의 게이트(2a)와 연통되어 상기 수지를 토출하는 분사구(31)가 관통 형성된 노즐팁(30)과, 상기 노즐몸체(10)의 수지통로(11)를 따라 설치되고, 승하강 작동에 의해 상기 노즐팁(30)의 분사구(31) 및 상기 상형(2)의 게이트(2a)를 개폐하는 밸브핀(40)과, 상기 밸브핀(40)을 승하강 작동시키는 밸브핀구동부(50)를 포함하여 이루어진다. 상기 밸브핀구동부(50)는 공기압을 외부의 에어탱크(미도시)로부터 각 에어관로(미도시)로 연결되고, 상기 에어관로에는 솔레노이드 밸브(미도시)가 구비되며, 각각의 솔레노이드 밸브에는 게이트 타이머(미도시)를 포함하는 게이트 컨트롤러(미도시)와 전기적으로 연결되어 상기 게이트 컨트롤러부터 온/오프 제어신호에 따라 각각의 밸브핀구동부(50)를 작동시켜 밸브핀(40)을 승하강시킨다.
다음으로, 오픈게이트 노즐장치는, 도 4 및 5에 도시된 바와 같이 상형(2)에 장착되고, 내부에 길이방향을 따라 용융된 수지가 충진되는 수지통로(11)가 형성된 노즐몸체(10)와, 상기 노즐몸체(10)의 외주면에 설치되어 상기 노즐몸체(10)를 가열하는 히팅코일(20)과, 상기 노즐몸체(10)의 수지통로(11)와 연통되도록 상기 노즐몸체(10)의 선단 내부에 장착되고, 상기 상형(2)의 게이트(2a)와 연통되어 상기 수지를 토출하는 복수의 분사구(31)가 관통 형성된 노즐팁(30)을 포함하여 이루어진다. 오픈게이트 노즐장치의 경우 밸브게이트 노즐장치와 달리 밸브핀(40)이나 밸브핀(40)을 승하강시키는 밸브구동부(50)가 설치되지 않고, 노즐몸체(10)의 수지통로(11)로부터 노즐팁(30)의 분사구(31) 및 상형(2)의 게이트(2a)까지 연통되어 있다. 이러한 오픈게이트 노즐장치의 경우 밸브핀(40)에 의해 개폐되지 않으므로 상형의(2)의 게이트(2a)와 마주보지 않도록 노즐팁(30)의 분사구(31)가 선단의 첨부(32)로부터 방사상으로 복수가 구비되어 있다. 이유는 수지가 더이상 유입되지 않을 때 상기 노즐팁(30)의 분사구(31)에서 좁은 공간으로 수지의 응집력이 발생하고, 상형(2)의 게이트(2a)로 수지가 빠져나가지 못하도록 잡아주기 위함이다.
상술한 밸브게이트 노즐장치와 오픈게이트 노즐장치의 장단점으로, 먼저 밸브게이트 노즐장치는 게이트(2a)의 크기에 상관없이 밸브핀(40)에 의해 개폐되므로 드룰링(drooling, 코흘림) 현상이 없고, 밸브구동부(50)에 의해 전기적으로 온/오프되므로 수지의 양이나 시간을 제어하기가 매우 용이하다는 장점이 있다. 다만, 노즐몸체(10)의 수지통로(11)에 설치되는 밸브핀(40)의 크기만큼 수지통로(11)를 경유하는 수지의 양이 적어지고, 그에 따라 마찰손실이 커짐은 물론 유압손실이 급상승한다. 이는 곧 수지를 주입하는 실린더의 크기가 거대해짐은 물론이고, 밸브구동부(50)의 설치나 기타 밸브구동부(50)를 제어하기 위한 각종 전자기기들에 의해 구조의 복잡성 및 장치의 거대화와 함께 높은 생산단가로 이어진다.
반면, 오픈게이트 노즐장치는 별도로 게이트(2a)를 온오프 하는 밸브핀(40)이 구비되지 않으므로 노즐몸체(10)의 수지통로(11)를 경유하는 수지의 양이 많아지고, 그에 따른 마찰손실이나 유압손실이 작으므로 실린더의 크기를 작게 할 수 있고, 별도의 전자기기들이 구비되지 않아 구조가 간단해 생산단가를 낮출 수 있다. 다만, 실질적으로 캐비티(3) 내부로 사출되는 수지의 양은 상형(2)의 게이트(2a)의 단면적으로 결정되는데, 게이트(2a)의 크기를 무한정으로 크게 할 수 없다는 문제가 발생한다.
즉, 오픈게이트 노즐장치에서 노즐팁(30)의 분사구(31)를 통해 게이트(2a)를 경유하여 캐비티(3)로 수지가 사출될 때 게이트(2a)의 크기에 의해 사출되는 수지의 양이 결정된다. 이때 오픈게이트 노즐장치에서 게이트(2a)는 언제나 열려있기 때문에 앞서 설명한 노즐팁(30)의 분사구(31)에서 일어나는 수지의 응집력이 역시 게이트(2a)에서도 일어난다. 구체적으로 캐비티(3) 내부에 수지가 모두 충진되어 성형품의 형상을 이룬 후, 도 6에 도시된 바와 같이 하형(1)으로부터 상형(2)을 형개, 즉 분리하기 위해 상형(2)을 상승시키면 게이트(2a)에 잔존하는 반용융된 수지가 게이트(2a)로부터 이탈되지 않고, 응집되어 머물어 있어야 한다. 이러한 수지의 응집력은 수지의 재료특성에 따른 점도나 유동성의 차이에 따라 다르겠지만, 일반적으로 사출성형에서 사용하는 합성수지의 재료특성에 비추어 게이트(2a)의 직경이 최대 4mm이하가 되어야 한다. 반대로 게이트(2a)의 직경이 4mm를 초과하는 경우 도 7에 도시된 바와 같이 캐비티(3) 내부에 수지를 충진 후 상형(2)을 상승시키면 게이트(2a)에 잔존하는 반용융된 수지가 게이트(2a)에 응집되어 머물지 못하고, 게이트(2a)로부터 이탈하여 흘러내리게 된다. 이를 코흘림 또는 드룰링(droolin) 현상이라고 한다. 이러한 드룰링 현상이 성형품에 생기면 불량을 야기하거나 2차 가공이 필요하게 되고, 상형(2)의 게이트(2a)에 남게 되면 후속 사출작업에 지장을 주게 되는 문제가 발생한다.
만일, 성형하고자 하는 성형품이 대형으로, 예컨대 자동차 범퍼(bumper)와 같은 제품일 경우 많은 양의 수지를 캐비티(3)내에 주입하고자 게이트(2a)의 크기를 직경 4mm를 초과할 수밖에 없는 경우에는 상술한 드룰링 현상때문에 오픈게이트 노즐장치를 사용할 수 없고, 어쩔 수 없이 밸브게이트 노즐장치를 사용할 수밖에 없게 된다. 그에 따라, 밸브게이트 노즐장치를 사용하게 됨으로써 실린더의 크기가 거대해짐은 물론이고, 밸브구동부(50)의 설치나 기타 밸브구동부(50)를 제어하기 위한 각종 전자기기들에 의해 구조의 복잡성 및 장치의 거대화와 함께 높은 생산단가를 불러오게 된다. 반대로, 오픈게이트 노즐장치를 고집하게 되면 게이트(2a)의 크기를 직경 4mm 이하로 설치할 수밖에 없고, 더욱 많은 수의 노즐(5)이 설치되게 됨으로써 이 역시 구조가 복잡해지고 생산단가가 높아지게 된다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 목적은, 게이트의 단면적을 원하는 크기만큼 크게 하여 사출되는 수지의 양을 증가시키더라도 드룰링현상을 방지할 수 있는 핫런너시스템의 오픈게이트 노즐장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관된 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 핫런너시스템의 오픈게이트 노즐장치는, 하형과 상형 사이에 캐비티가 형성되고, 핫런너시스템을 경유한 수지가 상기 상형에 장착된 복수의 노즐을 통해 상기 상형의 게이트로부터 상기 캐비티 내로 사출되는 핫런너시스템의 오픈게이트 노즐장치에 있어서, 상기 상형의 게이트는 확장된 직경을 가지고, 상기 노즐 각각은, 상기 상형에 장착되고, 내부에 길이방향을 따라 용융된 수지가 충진되는 수지통로가 형성된 노즐몸체와, 상기 노즐몸체의 외주면에 설치되어 상기 노즐몸체를 가열하는 히팅코일과, 상기 노즐몸체의 수지통로와 연통되도록 상기 노즐몸체의 선단 내부에 삽입 고정되고, 선단의 첨부를 기준으로 방사상으로 관통 형성된 복수의 분사구를 통해 상기 수지가 토출되는 노즐팁과, 상기 노즐팁의 첨부가 상부에 삽입되어 내부로 상기 노즐팁의 분사구가 연통되도록 상단이 상기 노즐몸체의 선단에 고정 결합되고, 하단의 외주면이 상기 상형의 확장된 직경을 가진 게이트에 삽입 고정되며, 상기 캐비티로 내부의 수지가 사출되도록 복수의 게이트홀이 하면에 관통 형성된 게이트부시를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 게이트부시는, 상기 게이트홀 각각의 직경이 2mm 이상 4mm 이하인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 게이트부시는, 상기 게이트홀 각각이 평단면상 원의 중심으로부터 방사상으로 구비된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 게이트부시는, 상기 노즐팁의 첨부를 바라보는 하부 내측면에 상기 게이트홀에 간섭되지 않도록 열전도홈이 함몰 형성되고, 상기 노즐팁은, 상기 게이트부시의 열전도홈에 삽입되도록 상기 첨부로부터 열전도돌기가 돌출 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 게이트부시는, 상단이 상기 노즐몸체의 선단에 확산접합에 의해 고정 결합되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 핫런너시스템의 오픈게이트 노즐장치는, 상형의 게이트에 삽입 설치되는 복수의 게이트홀이 관통 형성된 게이트부시를 통하여 드룰링현상이 발생하지 않는 크기로 게이트홀을 형성하고, 대신 갯수를 늘림으로써 많은 양의 수지를 사출할 수 있다. 그에 따라 게이트부시의 게이트홀의 총단면적을 게이트홀의 원하는 갯수만큼 증가시켜 사출되는 수지의 양을 조절할 수 있는 장점이 있다.
또한, 노즐팁으로부터 게이트부시의 게이트홀까지 열전달이 가능하도록 노즐팁의 연전도돌기와 게이트부시의 열전도홈을 통해 게이트부시의 게이트홀에 응집되어 있는 수지가 고화되지 않도록 하여 지속적인 고품질의 사출작업을 이루어낼 수 있다.
도 1은 일반적인 핫런너시스템이 설치된 사출금형을 도시한 단면도이고,
도 2 및 3은 종래 기술에 따른 핫런너시스템의 밸브게이트 노즐장치를 도시한 단면도이며,
도 4 및 5는 종래 기술에 따른 핫런너시스템의 오픈게이트 노즐장치를 도시한 단면도이고,
도 6은 도 4 및 5의 실시예에서 캐비티에 수지를 사출 완료한 후 상형을 상승시키는 상태를 도시한 단면도이며,
도 7은 도 6의 실시예에서 상형의 게이트의 직경을 크게하였을 때 드룰링현상이 발생하는 상태를 도시한 단면도이고,
도 8 및 9는 본 발명에 따른 핫런너시스템의 오픈게이트 노즐장치의 제1 실시예를 도시한 단면도이며,
도 10은 도 8의 실시예에서 노즐몸체로부터 게이트부시가 분리된 상태를 도시한 단면도이고,
도 11은 도 10의 실시예 중 게이트부시의 게이트홀의 갯수 및 크기에 따라 나누어 도시한 저면도이며,
도 12는 종래 상형의 단일 게이트의 직경에 따른 단면적의 크기와 본 발명 게이트부시의 게이트홀의 직경 및 갯수에 따른 총단면적의 크기를 나누어 도시한 비교표이고,
도 13은 본 발명에 따른 핫런너시스템의 오픈게이트 노즐장치의 제2 실시예를 도시한 단면도이며,
도 14는 도 13의 실시예에서 노즐몸체로부터 게이트부시가 분리된 상태를 도시한 단면도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조로 본 발명에 따른 핫런너시스템의 오픈게이트 노즐장치의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 핫런너시스템의 오픈게이트 노즐장치는 도 1을 참조할 때, 하형(1)과 상형(2) 사이에 캐비티(3)가 형성되고, 핫런너시스템(4)을 경유한 수지가 상기 상형(2)에 장착된 복수의 노즐(5)을 통해 상기 상형(2)의 게이트(2a)로부터 상기 캐비티(3) 내로 사출된다. 이때, 본 발명의 핫런너시스템의 오픈게이트 노즐장치는 종래 오픈게이트 노즐장치가 상형(2)의 게이트(2a)의 크기에 따라 수지의 사출량이 결정되는 것과 달리 후술하는 게이트부시(400)에 관통 형성된 게이트홀(410)을 통해 사출되므로 게이트홀(410)의 직경 및 갯수에 따라 수지의 사출량이 결정되는 것이 특징이다. 따라서, 게이트부시(400)가 상형(2)의 게이트(2a)에 삽입 고정되므로 도 8 및 9에 도시된 바와 같이 상기 상형(2)의 게이트(2a)는 확장된 직경을 가진다.
본 발명에 따른 핫런너시스템의 오픈게이트 노즐장치를 이루는 각 노즐(5)의 구체적인 구성을 도 8 내지 14를 참조하여 살펴보면, 상기 노즐(5) 각각은 노즐몸체(100), 히팅코일(200), 노즐팁(300) 및 게이트부시(400)를 포함하여 이루어진다.
먼저, 노즐몸체(100)는 도 8 및 9에 도시된 바와 같이 상기 상형(2)에 장착되고, 내부에 길이방향을 따라 용융된 수지가 충진되는 수지통로(110)가 형성된다. 실린더(미도시)로부터 성형재료인 수지가 핫런너시스템(4)을 경유하여 용융상태를 유지하면서 상형(2)에 장착된 노즐몸체(100)의 내부로 공급되어 수지통로(110)를 통해 충진된다.
히팅코일(200)은 도 8 및 9에 도시된 바와 같이 상기 노즐몸체(100)의 외주면에 설치되어 상기 노즐몸체(100)을 가열한다. 히팅코일(200)에 의해 노즐몸체(100)가 가열되면 노즐몸체(100)의 수지통로(110)에 충진된 수지가 고온으로 용융된 상태로 유지된다.
노즐팁(300)은 도 8 내지 10에 도시된 바와 같이 상기 노즐몸체(100)의 수지통로(110)와 연통되도록 상기 노즐몸체(300)의 선단 내부에 삽입 고정되고, 선단의 첨부(310)를 기준으로 방사상으로 관통 형성된 복수의 분사구(320)를 통해 상기 수지가 토출된다. 즉, 노즐몸체(100)의 수지통로(110)에 충진된 수지는 노즐팁(300)의 내부를 경유하여 분사구(310) 각각을 통하여 토출된다. 노즐몸체(100)가 스틸재질임에 비해, 노즐팁(300)은 알루미늄 합금이나 동합금 재질로서 열전도성이 높은 금속합금이다. 노즐팁(300)을 두는 이유는 노즐몸체(100)가 히팅코일(200)에 가열되고, 수지통로(110)에 충진된 수지를 가열한 후 상형(2)의 게이트(2a)를 향해 토출될 때까지 수지를 고온의 용융상태로 유지시키기 위하여 열전도성이 높은 금속합금으로 구성된 노즐팁(300)을 노즐몸체(100)의 선단 내부에 삽입 고정한 것이다. 이를 통하여 노즐팁(300)의 내부에서 분사구(310)를 통해 수지가 토출될 때까지 열전도를 높일 수 있는 것이다. 즉, 상형(2)의 게이트(2a)를 통하여 사출될 때까지 수지가 굳지 않고, 노즐팁(300)의 첨부와 맞닿아 열이 전달되어 고온의 용융상태를 유지할 수 있다.
게이트부시(400)는 도 8 내지 11에 도시된 바와 같이 상기 노즐팁(300)의 첨부(310)가 상부에 삽입되어 내부로 상기 노즐팁(300)의 분사구(320)가 연통되도록 상단이 상기 노즐몸체(100)의 선단에 고정 결합되고, 하단의 외주면이 상기 상형의 확장된 직경을 가진 게이트(2a)에 삽입 고정되며, 상기 캐비티(3)로 내부의 수지가 사출되도록 복수의 게이트홀(410)이 하면에 관통 형성된다. 본 발명에서 게이트부시(400)는 종래 오픈게이트 노즐장치에서 상형(2)의 게이트(2a)를 대신하여 수지를 캐비티(3)로 직접 사출하기 위한 별도의 구성이다. 즉, 종래 상형(2)의 게이트(2a)를 통해 수지를 사출하게 되면 게이트(2a)의 크기에 따라 사출량이 결정되고, 이때 드둘링현상을 방지하기 위해 게이트(2a)의 직경을 4mm이하로 제작할 수밖에 없었고, 그에 따라 단면적은 도 12에 도시된 바와 같이 최대 12.56mm2에 한정되었다. 그렇다면, 하나의 노즐(5)로부터 복수의 게이트(2a)를 형성할 수 없을까하는 점에서 본 발명의 게이트부시(400)가 나오게 된 것이며, 이를 위하여 종래 상형(2)의 게이트(2a)의 크기를 확장하되 게이트부시(400)를 상형(2)의 게이트(2a)에 삽입 고정하고, 게이트부시(400)에 복수의 게이트홀(410)을 관통함으로써 상술한 특징을 구비하게 되는 것이다. 당연히 게이트부시(400)의 내부로 상기 노즐팁(300)의 분사구(320)가 연통되어야 하며, 게이트부시(400)에 관통 형성된 복수의 게이트홀(410)을 통하여 직접 캐비티(3) 내부로 수지가 사출되어야 한다. 물론, 게이트부시(400)의 각 게이트홀(410)의 직경은 드룰링현상을 방지하기 위해서 최대 4mm이하로 형성되어야 할 것이다.
보다 구체적으로 게이트부시(400)의 게이트홀(410)의 직경 및 갯수에 따른 단면적을 도 11 및 12를 참조하여 종래 상형(2)의 단일 게이트(2a)의 단면적과 비교하여 살펴본다. 먼저, 종래 오픈게이트 노즐장치에서 드룰링현상을 방지하기 위해 상형(2)의 단일 게이트(2a)의 직경은 최대 4mm까지 제작할 수 있고, 최대 단면적은 12.56mm2이 될 것이다. 또한, 종래 밸브게이트 노즐장치에서는 드룰링현상이 없으므로 게이트(2a)의 직경을 8mm까지 제작할 수 있고, 최대 단면적은 50.24mm2까지 제작할 수 있다.
반면에, 본 발명의 게이트부시(400)를 사용하게 되면, 드룰링현상을 방지하기 위해 게이트홀(410)의 직경을 최대 4mm까지 제작할 수 있고, 게이트홀(410)의 갯수가 6개인 경우 총단면적은 75.36mm2, 게이트홀(410)의 갯수가 8개인 경우 총단면적은 100.48mm2까지 제작할 수 있다. 이는 오히려 종래 밸브게이트 노즐장치의 게이트(2a) 직경을 8mm까지 제작할 수 있던 최대 단면적 보다 거의 2배가량 넓은 단면적을 얻게 되고, 이는 많은 양의 수지를 드룰린현상을 방지하면서도 사출할 수 있는 효과가 있는 것이다. 더욱이, 게이트홀(410)의 직경을 최대 4mm까지 확장할 경우 드룰링현상을 방지할 수 있으나, 과열로 인해 수지의 유동성이 높아져 드룰링현상이 드물게 발생할 여지가 있을 때는 안정적으로 게이트홀(410)의 직경을 3mm로 제작해야 될 수 있다. 이러한 경우에도 게이트홀(410)의 직경이 3mm이고, 갯수가 6개인 경우 총단면적은 42.42mm2, 갯수가 8개인 경우 56.56mm2에 상당하므로 종래 밸브게이트 노즐장치의 게이트(2a) 직경을 8mm까지 제작한 경우와 비교해 단면적의 차이가 거의 없음을 알 수 있고, 종래의 오픈게이트 노즐장치와는 비교자체가 되지 못할 정도로 높은 사출량을 얻을 수 있다.
따라서, 상기 게이트부시(400)는 드룰링현상을 방지하면서도 높은 사출유량을 얻기 위해 종래 오픈게이트 노즐장치와 비교할 때, 게이트홀(410) 각각의 직경이 최소 2mm이상 최대 4mm 이하여야 한다. 만일, 게이트홀(410) 각각의 직경이 2mm이하인 경우에는 굳이 게이트부시(400)를 사용할 필요없이 종래의 오픈게이트 노즐장치에서 상형(2)의 단일 게이트(2a)를 사용하더라도 단면적을 확보할 수 있기 때문이고, 반대로 게이트홀(410) 각각의 직경이 최대 4mm를 초과할 경우에는 드룰링현상이 발생하기 때문이다.
상기 게이트부시(400)의 게이트홀(410) 각각은 게이트부시(400)의 하면에 불규칙하게 배열되어 형성될 수도 있으나, 게이트부시(400)의 내부로부터 각각의 게이트홀(410)을 통해 사출되는 각각의 사출량이 일정하도록 도 11에 도시된 바와 같이 상기 게이트홀(410) 각각이 평단면상 원의 중심으로부터 방사상으로 게이트부시(400)에 구비될 수 있다.
한편, 노즐팁(300)으로부터 게이트부시(400)의 게이트홀(410)까지 간격이 멀어지므로 게이트홀(410)의 내부에 머무는 수지의 고화현상이 문제될 수 있다. 왜냐하면, 노즐팁(300)의 열전도가 게이트부시(400)의 게이트홀(410)까지 제대로 닿지 못하기 때문이다. 만일, 게이트부시(400)의 게이트홀(410)에 머무는 수지가 반용융 상태로 유지되지 못하고 고화되면 수지의 막힘현상까지는 아니더라도 고화된 수지가 후속으로 사출되는 사출품에 섞여 불량이 발생할 수 있기 때문이다. 이를 방지하기 위하여, 도 13 및 14에 도시된 바와 같이 상기 게이트부시(400)는 상기 노즐팁(300)의 첨부(310)를 바라보는 하부 내측면에 상기 게이트홀(410)에 간섭되지 않도록 열전도홈(420)이 함몰 형성되고, 상기 노즐팁(300)은 상기 게이트부시(400)의 열전도홈(420)에 삽입되도록 상기 첨부(310)로부터 열전도돌기(330)가 돌출 형성된다. 즉, 노즐팁(300)은 히팅코일(200)에 의해 가열된 노즐몸체(100)로부터 열전달을 받고, 노즐팁(300) 역시 가열되어 내부의 수지를 고온의 용융상태로 유지하면서 노즐팁(300)의 상단에서 하단까지 열이 전달된다. 노즐팁(300)의 첨부(310)로부터 돌출 형성된 열전도돌기(330)까지 열이 전달되어 가열되고, 열전도돌기(330)가 삽입된 게이트부시(400)의 열전도홈(420)까지 그 열기가 전달될 것이다. 게이트부시(400)의 열전도홈(420)의 둘레를 따라 방사상으로 복수의 게이트홀(410)이 관통 형성되어 있으므로 열전도홈(420)에 삽입된 노즐팁(300)의 열전도돌기(330)의 가열된 열은 게이트부시(400)의 게이트홀(410)까지 전달됨으로써 게이트홀(410)에 응집된 수지가 고화되지 않고 반용융 상태를 유지할 정도의 열이 전달될 수 있는 것이다.
또 한편, 상기 게이트부시(400)의 상단은 상기 노즐몸체(100)의 선단에 고정 결합되는데, 물론 양자는 동종의 스틸재질로서 용접에 의해 고정 결합될 수 있다. 비드의 형성을 최소화하기 위해 레이저용접으로 고정 결합될 수 있고, 기타 다른 용접 방법도 있을 것이다. 다만, 본 발명에서는 게이트부시(400)의 상단과 노즐몸체(100)의 선단 사이에 확산접합(DFW, Diffusion Welding)을 통해 고정 결합시킨다. 확산접합은 가열, 가압 수단을 이용하여 고체 상태에서 원자를 인력권 내에 접근시킴으로써 금속 결합이 이루어져 접합되는 방식으로, 국부 면접촉에 의한 접합시 탁월하다. 이러한 확산접합을 통해 게이트부시(400)를 열전도성이 높은 이종금속을 사용할 수 있고, 이때 게이트부시(400)와 노즐몸체(100) 사이에 삽입금속을 통하여 확산접합을 이루어낼 수도 있을 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 핫런너시스템의 오픈게이트 노즐장치는, 상형(2)의 게이트(2a)에 삽입 설치되는 복수의 게이트홀(410)이 관통 형성된 게이트부시(400)를 통하여 드룰링현상이 발생하지 않는 크기로 게이트홀(410)을 형성하고, 대신 갯수를 늘림으로써 많은 양의 수지를 사출할 수 있다. 그에 따라 게이트부시(400)의 게이트홀(410)의 총단면적을 게이트홀(410)의 원하는 갯수만큼 증가시켜 사출되는 수지의 양을 조절할 수 있는 장점이 있다.
또한, 노즐팁(300)으로부터 게이트부시(400)의 게이트홀(410)까지 열전달이 가능하도록 노즐팁(300)의 연전도돌기(330)와 게이트부시(400)의 열전도홈(420)을 통해 게이트부시(400)의 게이트홀(410)에 응집되어 있는 수지가 고화되지 않도록 하여 지속적인 고품질의 사출작업을 이루어낼 수 있다.
앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 실시예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.
1 : 하형
2 : 상형 2a : 게이트
3 : 캐비티
4 : 핫런너시스템
5 : 노즐
100 : 노즐몸체 110 : 수지통로
200 : 히팅코일
300 : 노즐팁 310 : 첨부
320 : 분사구 330 : 열전도돌기
400 : 게이트부시
410 : 게이트홀 420 : 열전도홈

Claims (5)

  1. 하형과 상형 사이에 캐비티가 형성되고, 핫런너시스템을 경유한 수지가 상기 상형에 장착된 복수의 노즐을 통해 상기 상형의 게이트로부터 상기 캐비티 내로 사출되는 핫런너시스템의 오픈게이트 노즐장치에 있어서,
    상기 상형의 게이트는 확장된 직경을 가지고,
    상기 노즐 각각은,
    상기 상형에 장착되고, 내부에 길이방향을 따라 용융된 수지가 충진되는 수지통로가 형성된 노즐몸체와, 상기 노즐몸체의 외주면에 설치되어 상기 노즐몸체를 가열하는 히팅코일과, 상기 노즐몸체의 수지통로와 연통되도록 상기 노즐몸체의 선단 내부에 삽입 고정되고, 선단의 첨부를 기준으로 방사상으로 관통 형성된 복수의 분사구를 통해 상기 수지가 토출되는 노즐팁과, 상기 노즐팁의 첨부가 상부에 삽입되어 내부로 상기 노즐팁의 분사구가 연통되도록 상단이 상기 노즐몸체의 선단에 고정 결합되고, 하단의 외주면이 상기 상형의 확장된 직경을 가진 게이트에 삽입 고정되며, 상기 캐비티로 내부의 수지가 사출되도록 복수의 게이트홀이 하면에 관통 형성된 게이트부시를 포함하고,
    상기 게이트부시는,
    상기 게이트홀 각각이 평단면상 원의 중심으로부터 방사상으로 구비되고, 상기 노즐팁의 첨부를 바라보는 하부 내측면에 상기 게이트홀에 간섭되지 않도록 열전도홈이 함몰 형성되고,
    상기 노즐팁은,
    상기 게이트부시의 열전도홈에 삽입되도록 상기 첨부로부터 열전도돌기가 돌출 형성된 것을 특징으로 하는 핫런너시스템의 오픈게이트 노즐장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 게이트부시는,
    상기 게이트홀 각각의 직경이 2mm 이상 4mm 이하인 것을 특징으로 하는 핫런너시스템의 오픈게이트 노즐장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 게이트부시는,
    상단이 상기 노즐몸체의 선단에 확산접합에 의해 고정 결합되는 것을 특징으로 하는 핫런너시스템의 오픈게이트 노즐장치.
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