KR101453477B1 - 사출성형용 워터 인젝터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 높은 압력으로 예압된 물을 금형 내부 측으로 토출시킬 수 있는 사출성형용 워터 인젝터에 관한 것으로, 원통형 중공이 형성되고, 상기 중공과 외부를 연통시키도록 반경방향으로 수관이 형성된 바디와, 막대형상 부재로서 상기 바디의 중공 내에서 슬라이드 가능하게 끼워맞춰지되 상기 바디와의 사이에 실링이 유지되는 핀과, 상기 핀을 슬라이드 구동시키는 구동수단을 포함하고, 상기 바디의 중공은 금형 내부를 향한 끝단에는 토출구가 형성되어 상기 바디의 중공이 외부와 연통되도록 하며, 상기 바디의 중공의 금형 내부를 향한 끝단은 상기 토출구를 가운데에 두고 점차로 직경이 커지는 원뿔대 형상이고, 상기 핀의 금형 내부를 향한 끝단은 상기 바디의 중공의 형상과 형합하는 원뿔대 형상이며, 상기 핀의 외주면에는 상기 바디의 수관과 연통되는 지점에 원주방향을 따라 링 형상으로 인입홈이 형성되고, 각각 길이방향을 따라 일정한 깊이로 형성되되 상기 인입홈으로부터 상기 금형 내부를 향한 끝단까지 연결하도록 복수의 연결홈이 형성된 것을 특징으로 한다.

Description

사출성형용 워터 인젝터 {WATER INJECTOR FOR INJECTION MOLDING}

본 발명은 사출성형용 워터 인젝터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 높은 압력으로 예압된 물을 금형 내부 측으로 토출시킬 수 있는 워터 인젝터에 관한 것이다.

중공을 가진 플라스틱 사출품의 제조에 워터 인젝션 기술(Water Injection Technology, WIT)이 사용되고 있다. 워터 인젝션은 가스 인젝션과 함께 유체 인젝션 기술(Fluid Injectin Technology)의 일종으로서, 물이 비압축성 유체라는 점에서 가스 인젝션보다 제어가 용이하므로 보다 정밀한 형태의 사출성형품을 제조하는 것이 가능하다.

워터 인젝션은 기존 사출성형공정의 용융수지충전 및 보압 공정에서 물을 이용하여 성형품의 속에 빈 공간을 형성하며, 동시에 보압을 전달하고 수지를 냉각시키는 효과까지 얻을 수 있다. 워터 인젝션에서는, 기존의 사출성형 공정과 다른 주요한 특징으로서, 금형 내에 주입된 플라스틱 수지의 내부로 물을 주입하는 단계가 필요하다. 금형 내로 물을 주입할 때 필요한 장치가 곧 워터 인젝터(Water Injector)이다.

도 1 및 도 2는 종래기술의 일례로서 특허 제10-1145768호의 워터 인젝터를 도시한 것이다. 도시된 워터 인젝터는, 내부에 도관(121)이 형성된 핀(120)의 후단에 플러그(140)를 배치하고, 핀(120)의 움직임에 따라 플러그(140)가 도관(121)을 폐색하거나 개방할 수 있는 구조로 되어 있다.

그런데, 이 워터 인젝터는 수압에 의해 작동되는 이른바 자기작동형의 인젝터로서, 작동을 위한 별도의 구동 수단이 필요하지 않다는 장점은 있으나 작동시기를 정확히 제어하는 것이 곤란하다는 문제점이 있다. 또한, 플러그(140)가 도관(121)에서 빠져나가면서 물이 도관(121)으로 공급되기 시작하므로, 도관(121)이 완전히 개방되기 전까지의 초기 단계에서는 토출되는 물의 압력이나 양이 지속적으로 변화하며, 높은 압력으로 토출되기도 어렵다. 아울러, 스프링(130)의 탄력에 의해 사용할 수 있는 물의 압력이 제한되므로, 보다 높은 압력이 필요한 경우에 활용도가 떨어진다.

특허 제10-1145768호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 예압된 물을 토출하여 초기부터 충분한 압력으로 물을 토출할 수 있는 사출성형용 워터 인젝터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 보다 높은 압력의 물을 토출할 수 있으며, 토출 시기 또한 정확히 제어할 수 있는 사출성형용 워터 인젝터를 제공하는 데에 있다.

본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관된 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 사출성형용 워터 인젝터는, 원통형 중공이 형성되고, 상기 중공과 외부를 연통시키도록 반경방향으로 수관이 형성된 바디와, 막대형상 부재로서 상기 바디의 중공 내에서 슬라이드 가능하게 끼워맞춰지되 상기 바디와의 사이에 실링이 유지되는 핀과, 상기 핀을 슬라이드 구동시키는 구동수단을 포함하고, 상기 바디의 중공은 금형 내부를 향한 끝단에는 토출구가 형성되어 상기 바디의 중공이 외부와 연통되도록 하며, 상기 바디의 중공의 금형 내부를 향한 끝단은 상기 토출구를 가운데에 두고 점차로 직경이 커지는 원뿔대 형상이고, 상기 핀의 금형 내부를 향한 끝단은 상기 바디의 중공의 형상과 형합하는 원뿔대 형상이며, 상기 핀의 외주면에는 상기 바디의 수관과 연통되는 지점에 원주방향을 따라 링 형상으로 인입홈이 형성되고, 각각 길이방향을 따라 일정한 깊이로 형성되되 상기 인입홈으로부터 상기 금형 내부를 향한 끝단까지 연결하도록 복수의 연결홈이 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 사출성형용 워터 인젝터에 있어서, 상기 핀의 상기 금형 내부를 향한 끝단에 미리 정해진 길이로 돌출 형성된 노즐핀을 더 포함하고, 상기 노즐핀은 상기 핀의 슬라이드 구동에 따라 상기 바디의 금형 내부를 향한 끝단의 토출구를 폐색하는 위치와 개방하는 위치를 오가는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면 제1 작동상태에서 물을 예압하였다가 제2 작동상태에서 예압된 물을 곧바로 금형 내부 측으로 토출시킬 수 있으므로, 초기부터 높은 압력의 물을 토출시킬 수 있다. 또한 예압되어 있던 물이 금형 내부로 진입하기 까지 거쳐야 하는 경로가 매우 짧아서 토출의 초기 단계에서부터 압력 손실을 최소화 할 수 있으며, 이로써 토출 초기에 낮은 압력으로 물이 토출됨으로써 생기는 분사 현상을 막고 품질 높은 성형품을 제조할 수 있다.

도 1 및 도 2는 종래 기술에 따른 워터 인젝터의 일례를 도시한 종단면도,
도 3은 본 발명에 따른 사출성형용 워터 인젝터의 일실시예의 제1 작동상태에서의 종단면도,
도 4는 도 3의 A-A 선에서 바라본 횡단면도,
도 5는 도 3의 B-B 선에서 바라본 횡단면도,
도 6은 도 3의 실시예의 제2 작동상태에서의 종단면도,
도 7은 본 발명에 따른 사출성형용 워터 인젝터의 다른 실시예의 제1 작동상태에서의 부분 종단면도,
도 8은 도 7의 실시예의 제2 작동상태에서의 부분 종단면도이다.

이하에서는 첨부의 도면을 참조로 본 발명에 따른 사출성형용 인젝터의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 사출성형용 워터 인젝터의 일실시예의 제1 작동상태에서의 종단면도이고, 도 4는 도 3의 A-A 선에서 바라본 횡단면도이며, 도 5는 도 3의 B-B 선에서 바라본 횡단면도이고, 도 6은 도 3의 실시예의 제2 작동상태에서의 종단면도이다.

바디(10)는 워터 인젝터의 외형을 형성하는 것으로, 원통형 중공을 가진 통 형상으로 되어 있고, 금형(50)에 고정된다. 바디(10)에는 그 중공과 외부를 연통시키도록 반경방향으로 수관(10a)이 형성되어 있다. 이 수관(10a)은 외부로부터 물이 공급되는 통로가 된다.

핀(11)은 수지층 내부로 토출할 물의 통로 역할을 하는 동시에 이 통로의 개폐를 제어하는 것으로, 막대형상으로 되어 있으며 바디(10)의 중공에 슬라이드 가능하게 끼워진다. 핀(11)이 슬라이드됨에 따라 도 3에 도시된 바와 같은 제1 작동상태, 즉 닫힌 상태와 도 6에 도시된 바와 같은 제2 작동상태, 즉 열린 상태 사이를 오갈 수 있다.

이와 같은 핀(11)의 슬라이드 동작은 구동수단(20)에 의해 이루어진다. 구동수단(20)은 유압 또는 공압 실린더나 솔레노이드와 같은 통상적인 수단에 의해 구현될 수 있다.

바디(10)와, 그 중공에 끼워진 핀(11) 사이의 간극으로 금형 내부의 수지가 유입되어서는 안되므로, 핀(11)의 외경은 바디(10)의 중공의 내경에 최대한 근접한 값을 가져야 하는 동시에, 구동수단(20)에 의해 핀(11)이 바디(10)에 대해 미끄러질 수 있어야 한다. 필요하다면 핀(11)과 바디(10) 사이에 윤활제가 도포되거나, 핀(11)의 외주면 또는 바디(10)의 중공의 내주면 중 적어도 하나가 윤활재질로 이루어질 수도 있다. 또한 밀봉효과를 위해 오링과 같은 밀봉수단이 삽입될 수도 있다. 이와 같은 핀(11)과 바디(10) 사이의 밀봉되면서도 슬라이드 가능한 결합관계는 통상적인 유체 스풀 또는 밸브 기술로 구현하는 것이 가능하다.

바디(10)에 형성된 중공은 금형(50)의 내부를 향한 끝단에 토출구(10b)가 형성되어 있으며, 이 토출구(10b)를 중심으로 점차로 직경이 넓어지는 원뿔대 형상으로 된 부분을 포함한다. 아울러, 핀(11)의 금형(50) 내부를 향한 끝단 역시 이러한 중공의 형상에 합치하도록 원뿔대 형상으로 이루어져 있다. 도 3과 같은 상태에서 핀(11)의 끝단이 바디(10)의 중공의 끝단에 정확히 밀착되므로, 양자 사이에 수밀이 유지되어 물이 통과하지 못한다. 이 상태가 제1 작동상태로서 금형(50) 내부로 물이 공급되지 못하므로 닫힌 상태이다. 이때 핀(11)은 밸브, 중공은 밸브시트의 기능을 각각 하고 있는 셈이다.

한편, 핀(11)의 외주면에는 각각 인입홈(11a)과 연결홈(11b)이 형성되어 있다. 인입홈(11a)은 도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이 바디(10)의 수관(10a)과 연통되는 위치에서 핀(11)의 원주 방향을 따라 링 형상으로 형성되어 있고, 연결홈(11b)은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 핀(11)의 길이방향을 따라 복수로 형성되어 있으며, 핀(11)의 금형(50) 내부를 향한 끝단까지 일정한 깊이로 형성된다. 연결홈(11b)과 인입홈(11a)은 모두 물의 이동 통로를 형성하는 것으로, 양자가 서로 연통되어 있음은 당연하다. 연결홈(11b)이 복수 개 형성되어 있음으로 인해 핀(11)의 외주면 일부는 여전히 바디(10)의 중공 내벽에 접한 채로 유지되므로, 핀(11)이 휘는 등의 문제를 차단할 수 있다. 또한 연결홈(11b)과 인입홈(11a)은 모두 핀(11)의 외주면에 형성된 홈들로서, 핀(11)의 내부에 수관을 형성하거나 핀(11)을 관통하여 수관을 형성하는 것에 비해 가공이 훨씬 용이하다.

이와 같은 구성에서, 바디(10)의 수관(10a)을 통해 물을 가압하여 공급하면, 물은 핀(11)의 인입홈(11a)은 물론 연결홈(11b)에 이르기까지 충만하게 된다. 도 3에 도시된 바와 같은 제1 작동상태에 있다면, 핀(11)의 금형(50) 내부를 향한 끝단(11c)과 바디(10)의 중공의 금형(50) 내부를 향한 끝단(10c)이 서로 밀착되어 수밀을 이루고 있으므로 금형(50) 내부로 물이 토출되지 못한다. 구동수단(20)을 작동시켜 핀(11)을 금형(50) 외부측으로 슬라이드시켜 제2 작동상태로 하면, 비로소 핀(11)의 끝단(11c)과 바디(10)의 중공의 끝단(10c) 사이에 수밀이 해제되며, 양자의 사이를 통해 물이 공급되고 결국 토출구(10b)를 통해 물이 토출될 수 있다. 이 과정을 다시 살펴보면, 제1 작동상태에서 이미 연결홈(11b)까지 물이 충만해 있으므로 필요한 압력으로 예압시킬 수 있다. 이때 제2 작동상태로 이행시키면 예압되어 있던 물이 짧은 경로만을 거치고 곧바로 금형(50) 내부로 진입하게 된다.

도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 사출성형용 워터 인젝터의 다른 실시예를 도시한 것으로, 도 7은 제1 작동상태를, 도 8은 제2 작동상태를 보여주고 있다.

앞선 실시예와의 차이점은 바디(10)의 금형(50) 내부를 향한 끝단에 형성된 토출구(10b')의 형상이 원기둥 형상이라는 점과, 핀(11)의 금형(50) 내부를 향한 끝단에 노즐핀(11d)이 돌출되어 있다는 점이다. 이 경우 제1 작동상태, 즉 닫힌 상태에서는 노즐핀(11d)이 토출구(10b')에 삽입되어 있어서 폐색하고 있어서 수밀 효과를 더욱 향상시킬 수 있다. 또한 제2 작동상태에서는 노즐핀(11d)이 토출구(10b')로부터 이탈하여 토출구(10b')를 개방하는 위치로 오며, 토출구(10b')의 형상으로 인해 금형(50) 내부 측으로 토출되는 물이 직선적으로 진행할 수 있으므로, 앞선 실시예에서 토출구(10b)가 원뿔대 형상인 것에 비해 물의 압력을 더욱 적절히 활용할 수 있다는 특징이 있다.

앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 실시예들은, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안된다. 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.

Claims (2)

1. 원통형 중공이 형성되고, 상기 중공과 외부를 연통시키도록 반경방향으로 수관이 형성된 바디와,
   막대형상 부재로서 상기 바디의 중공 내에서 슬라이드 가능하게 끼워맞춰지되 상기 바디와의 사이에 실링이 유지되는 핀과,
   상기 핀을 슬라이드 구동시키는 구동수단을 포함하고,
   상기 바디의 중공은 금형 내부를 향한 끝단에는 토출구가 형성되어 상기 바디의 중공이 외부와 연통되도록 하며,
   상기 바디의 중공의 금형 내부를 향한 끝단은 상기 토출구를 가운데에 두고 점차로 직경이 커지는 원뿔대 형상이고,
   상기 핀의 금형 내부를 향한 끝단은 상기 바디의 중공의 형상과 형합하는 원뿔대 형상이며,
   상기 핀의 외주면에는 상기 바디의 수관과 연통되는 지점에 원주방향을 따라 링 형상으로 인입홈이 형성되고, 각각 길이방향을 따라 일정한 깊이로 형성되되 상기 인입홈으로부터 상기 금형 내부를 향한 끝단까지 연결하도록 복수의 연결홈이 형성된 것을 특징으로 하는 사출성형용 워터 인젝터.
2. 제1항에 있어서,
   상기 핀의 상기 금형 내부를 향한 끝단에 미리 정해진 길이로 돌출 형성된 노즐핀을 더 포함하고,
   상기 노즐핀은 상기 핀의 슬라이드 구동에 따라 상기 바디의 금형 내부를 향한 끝단의 토출구를 폐색하는 위치와 개방하는 위치를 오가는 것을 특징으로 하는 사출성형용 워터 인젝터.

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