KR101574420B1

KR101574420B1 - 핫러너 사출금형의 노즐장치

Info

Publication number: KR101574420B1
Application number: KR1020140038490A
Authority: KR
Inventors: 허남욱
Original assignee: 허남욱
Priority date: 2014-04-01
Filing date: 2014-04-01
Publication date: 2015-12-03
Also published as: KR20150114202A

Abstract

본 발명은 사출금형의 노즐장치(100)에 관한 것으로, 특히 노즐 몸체(11)의 하단에 결합되는 노즐 팁(20)이, 상기 노즐 몸체(11)의 하단에 동축방향으로 연결되는 노즐 팁 몸체(22)와, 내측면이 상기 노즐 팁 몸체(22)의 외측면에 밀착하도록 상기 노즐 팁 몸체의 외주면에 끼워져 결합되고, 동합금재질로 만들어진 내측 슬리브(24)와, 상기 노즐 팁 몸체(22)를 구멍안에 끼워 넣고, 하단벽(26b)의 외측면이 금형 블록의 게이트면(4c)에 접촉하여 지지되며, 수지통로(21)와 동축방향으로 연통되는 관통구멍(26c)이 형성되고, 상기 내측 슬리브(24)보다 열전도율이 상대적으로 낮은 재질로 만들어진 외측 캡(26)을 포함하는 구성을 가진다.
이러한 구성에 의해, 노즐 팁(20)에서 금형의 게이트면쪽으로의 열손실을 최소화하여 노즐 팁 선단부의 온도를 적정하게 유지할 수 있고, 동합금재질의 내측 슬리브(24)를 노즐 팁 몸체(22)의 외주면에 설치함으로써 노즐 팁 몸체의 선단 쪽을 통하여 전달되는 열을 노즐 팁 몸체 하단까지 신속하고 균일하게 전달하여 노즐 팁 하단까지 온도를 균일하게 유지할 수 있다.

Description

핫러너 사출금형의 노즐장치{NOZZLE DEVICE OF HOT RUNNER INJECTION MOLD}

본 발명은 핫러너 사출금형의 노즐장치에 관한 것으로, 특히 노즐 선단부의 온도분포가 균일하게 유지되어 게이트 부근의 노즐 선단에서의 온도 불균일에 의해 발생하는 사출성형품의 불량을 방지할 수 있는 노즐 선단의 노즐 팁 구조 개선에 관한 것이다.

핫러너 사출금형 시스템은 통상 도 1에 도시된 바와 같이, 매니폴더의 러너를 통하여 제공되는 고온의 용융수지를 금형의 캐비티안으로 주입하기 위한 노즐장치를 구비한다. 이러한 노즐장치(100)는 노즐 몸체(110)의 중심축방향으로 관통된 수지통로(111)를 구비하여, 매니폴더(도시생략)의 러너와 금형(301A)의 캐비티(310)의 게이트(311)를 서로 연통함으로써, 매니폴더(200)의 러너(201)에서 제공되는 용용 수지를 게이트(311)를 통하여 캐비티(310)안으로 주입한다.

그리고, 상기 노즐 몸체(110)의 수지 통로(111)를 통과하는 고온의 용융수지는 수지 통로(111)를 통과하면서 노즐 몸체(110) 주위에 배치된, 상대적으로 저온의 금형 블록쪽으로 방열함으로써 냉각되는데, 이러한 수지의 냉각 현상은 유동성을 저하시켜 사출성형 불량을 초래한다. 이를 방지하기 위하여 노즐 몸체(110)의 외주면에 히터(103)가 권취되어 노즐 몸체(110)를 적시에 가열하도록 되어 있다.

그러한 히터(103)의 설치에도 불구하고, 노즐 몸체(110)의 하부에 구비된 노즐 팁(112)의 선단부는 도 2에 도시된 바와 같이, 폐형시 캐비티(310)를 형성하는 하부 금형 블록(301B)과 게이트면(302)과 밀착하는 구조 때문에, 사출성형 종료시 성형제품의 취출을 위하여 급냉되는 하부 금형 블록(301B)쪽으로 열을 빼앗김으로써 노즐 몸체(110)의 상부보다 온도가 급격히 낮아지는 현상이 발생하고, 이로 인하여, 노즐 팁 부근에서 수지가 고화되는 문제가 발생한다. 이와 같은 노즐 팁 선단부에서의 수지 고화 현상은 사출성형 불량의 원인이 된다.

이러한 노즐 팁 선단 부근에서 발생하는 온도 편차의 문제를 해결하기 위하여, 아래 특허문헌1에 개시된 바와 같이, 노즐 몸체의 외주 전체에 열전도성이 높은 재질, 예컨대 동합금 재질로 된 열전도체 튜브를 압착결합한 노즐 장치가 알려져 있다.

KR

10-1024902

B1

상기 특허문헌1의 노즐장치의 경우, 열전도체가 노즐 몸체의 외주 전체에 걸쳐 조립되어 있으므로, 상대적으로 열손실이 적을 뿐아니라 히터가 인접하여 설치되어 있는, 노즐 몸체의 중간 영역에 까지 열전도가 이루어져 온도가 과잉 상승하게 됨으로써 노즐 몸체의 수지 통로에 잔류하는 용융수지를 탄화시켜 변색시키는 문제가 있었다. 뿐만아니라, 상기 특허문헌1의 노즐장치에서 열전도체의 외측에 스텐레스 파이프가 압착고정되어 있으므로, 용융 수지 또는 히터로 부터 열이 열전도체로 전달되면 열전도체는 외측의 스텐레스 파이프에 의해 막혀 팽창하지 못하고 파열되거나 균열되는 단점이 있었다. 또한, 종래의 노즐 장치는 사출종료시점에 노즐 팁의 고온의 열이 선단부에서 상대적으로 저온 상태인 게이트면 쪽으로 전열되어 손실되는 것을 억제하기 위하여 노즐 팁의 선단 외측면과 게이트면 사이에 열차단 공간을 마련하고 있다. 이 열 차단 공간은, 당초 의도했던 기능, 즉 사출성형 종료시점에 노즐 팁 선단부에서 게이트면쪽으로 열 손실이 일어나는 것을 차단하는 역할을 하지만, 사출성형을 위하여 게이트를 개방하여 캐비티안으로 용융수지를 고압으로 주입할 때, 그 용융 수지의 일부가 상기 열 차단공간으로 유입되는 문제를 일으킨다. 열 차단 공간안으로 유입된 수지는 열 차단공간안에서 노즐 팁의 열에 의해 탄화 또는 변색되어 잔류하므로면서 다른 색상의 용융수지로 교체할 때 캐비티안으로 혼입되어 사출성형품의 색불량의 주된 원인이 된다.

이에 본 발명은 상기 종래의 노즐 장치가 가진 단점을 해결하기 위하여 고안된 것으로서, 노즐 팁 선단부에서 금형의 게이트면쪽으로 발생하는 열손실을, 고온의 노즐 팁 상단부로부터 전열하여 보충함으로써 노즐 팁 선단부의 급격한 온도 하강을 방지하고, 아울러 노즐 팁 부근에 구비된 히터의 열이 직접 노즐 팁으로 전열되는 것을 차단함으로써 노즐 팁 선단부의 온도가 과잉 상승하지 않도록 된 핫러너 사출금형의 노즐 장치를 제공함에 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

사출금형의 매니폴더측 러너와 서로 연통되는 제1수지통로가 중심축방향으로 관통형성되고, 외주면에는 상기 제1수지통로를 따라 유동하는 용융수지를 적시에 가열하기 위한 전열 히터가 권취된 노즐 몸체와, 상기 노즐 몸체의 하단에 동축으로 결합되고 상기 노즐 몸체의 제1수지통로와 동축방향으로 연통되는 제2수지통로를 구비한 노즐 팁을 포함한 핫러너 사출금형의 노즐장치에 있어서,

상기 노즐 팁은,

상기 제2수지통로를 중심축방향으로 구비하고 상기 노즐 몸체의 하단에 동축방향으로 연결되는 노즐 팁 몸체;

내측면이 상기 노즐 팁 몸체의 외측면에 밀착하도록 상기 노즐 팁 몸체의 외주면에 끼워져 결합되고, 동합금재질로 만들어진 내측 슬리브; 및

상기 내측 슬리브가 결합된 노즐 팁 몸체를 중앙 구멍안에 끼워 넣고, 하단벽의 외측면이 금형의 게이트면에 접촉하여 지지되며, 하단벽의 중심축방향으로 상기 제2수지통로와 동축방향으로 연통되는 관통구멍이 형성되고, 상기 내측 슬리브보다 열전도율이 상대적으로 낮은 재질로 만들어진 외측 캡을 포함한 구성을 특징을 한다.

본 발명은 상기 노즐 팁을 상기 노즐 몸체 하단에 밀착 고정시키는 리테이너 링을 더 포함한 구성에 특징으로 한다. 상기 리테이너 링은 상기 외측 캡을 내측에 끼운 상태로 외측면의 일단을 상기 노즐 몸체의 하단에 결합함으로써 상기 노즐 팁을 상기 노즐 몸체의 하단에 밀착고정한다.

상기 외측 캡과 내측 슬리브 사이의 간극은 0.1 내지 0.5mm의 범위로 유지되어 상기 외측 캡과 내측 슬리브 사이의 열전달을 억제하는 동시에 내측 슬리브의 열팽창을 수용하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 특징은 상기 외측 캡이 금형의 게이트면과 밀착하는 하단벽을 구비하여, 상기 금형의 게이트면과의 틈새를 통하여 용융수지가 누설되지 않게 된 구조에 특징이 있다.

한편, 본 발명의 또 다른 특징은, 상기 노즐 팁 몸체가 내측 슬리브보다 열전도율이 상대적으로 낮은 내열 합금강으로 구성되어, 사출압력에 대한 우수한 강성, 및 내열성 및 수지에 대한 내화학성을 가지는 것에 있다. 그리고, 상기 외측 캡은 내측 슬리브보다 열전도율이 낮은 열처리된 강재로 구성된다.

상기한 바와 같이 본 발명은 노즐 팁이 노즐 팁 몸체, 내측 슬리브 및 외측 캡으로 구성하고, 금형의 게이트면쪽과 접촉하여 열손실이 발생하는 노즐 팁의 최외측에, 열전도율이 낮은 금속재료로 만든 외측 캡을 배치함으로써 사출성형 종료시 노즐 팁에서 금형의 게이트면쪽으로의 열손실을 최소화하여 노즐 팁 선단부의 온도를 적정하게 유지할 수 있다.

또한 본 발명은 외측 캡이 열전도율이 낮은 재질로 만들어져 있으므로, 외측 캡으로의 직접 전달되는 전열 히터의 열량이 상대적으로 적어 노즐 팁의 온도가 과잉 상승하지 않게 되고, 그 결과 노즐 팁 선단부에서의 수지 탄화 또는 변색을 억제한다.

그리고, 본 발명은 노즐 팁의 외주에 열전도율이 우수한 동합금재질의 내측 슬리브를 설치함으로써 노즐 팁 몸체의 선단 쪽을 통하여 전달되는 열을 노즐 팁 몸체 하단까지 신속하고 균일하게 전달하여 노즐 팁 하단까지 온도를 균일하게 유지할 수 있다. 그 결과 노즐 팁 선단부에서의 수지 고화를 방지할 수 있다.

그리고, 본 발명은 내측 슬리브와 외측 캡 사이에 일정한 간극이 형성되어 내측 슬리브에서 외측 캡 쪽으로의 열손실을 차단하는 동시에 내측 슬리브의 열팽창을 수용함으로서 내측 슬리브의 열팽창에 의한 균열을 방지한다.

도 1은 종래 노즐장치의 결합단면도이고,
도 2는 도 1의 노즐 팁 부분의 확대 상세도이고,
도 3은 본 발명에 따른 핫러너 사출금형의 노즐장치의 결합단면도이고,
도 4는 도 3의 노즐 팁의 부분 확대상세도이고,
도 5는 도 4의 "A"부의 확대도이다.

이하, 본 발명에 따른 핫러너 사출금형의 노즐장치의 바람직한 실시예를 첨부도면에 따라 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 핫러너 사출금형의 노즐 장치의 결합단면도이고, 도 4는 도 3의 노즐 팁 부분의 확대 상세도이다.

도 3 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 핫러너 사출금형의 노즐 장치(10)는 상부 고정 금형블록(1A)에 형성된 노즐설치구멍(2)에 삽입설치된다. 상부 고정 금형블록(1A)의 저면에는 하부 가동 금형블록(1B)이 설치되어 상기 상부 고정 금형블록(1A)과 함께 캐비티(3)를 형성한다. 상기 상부 고정 금형블록(1A)에는 캐비티(3)의 수지 주입구인 게이트(4)가 구비되고, 이 게이트(4)는 노즐 핀(8)의 선단 팁(8a)에 의해 개폐된다.

상기 상부 고정 금형블록(1A)의 노즐설치구멍(2)안에 설치된 노즐 장치(10)는, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 노즐 몸체(11)와, 상기 노즐 몸체(11)의 하단에 동축으로 결합되는 노즐 팁(20)을 포함한다. 노즐 몸체(11)는 중심축방향으로 관통되게 형성된 제1수지통로(12)를 구비하고, 이 제1수지통로(12)의 상단은 매니폴더(도시생략)의 러너에 연통되고, 제1수지통로(12)의 하단은 노즐 팁(20)의 중심축방향으로 형성된 제2수지통로(21)에 동축방향으로 연통된다. 이 제2수지통로(21)의 끝단은 게이트(4)를 통하여 캐비티(3)에 연통된다.

그리고, 전열 히터(5)가 케이싱(6a,6b)에 내장된 상태로 상기 노즐 몸체(11)의 외주면에 설치된다. 이 전열 히터(5)는 노즐 팁(20)의 상측 부근에 설치된 온도 센서(7)에서 검출된 노즐 팁 부근 영역의 온도에 따라 선택적으로 온/오프 작동하면서 노즐 팁 및 노즐 몸체들의 수지통로(12,21)를 통과하는 용융 수지를 적정온도 범위로 유지해주는 역할을 한다.

본 발명의 노즐 팁(20)은 도 5에 상세히 도시된 바와 같이, 제2수지통로(21)가 노즐 몸체(11)의 제1수지통로(12)과 동축방향으로 연통되게 상기 노즐 몸체(11)의 하단에 동축방향으로 연결되는 노즐 팁 몸체(22)와, 내측면이 상기 노즐 팁 몸체(22)의 외측면에 밀착하도록 상기 노즐 팁 몸체(22)의 외주면에 끼워져 결합되는 내측 슬리브(24)와, 내측면과 상기 내측 슬리브(24)의 외주면 사이에 일정한 간극(G)을 형성하도록 상기 내측 슬리브(24)의 외측에 끼워지는 외측 캡(26)을 포함하는 구성으로 된다. 상기 간극(G)은 0.1 내지 1.0mm의 범위인 것이 바람직하다.

상기한 구성으로 된 본 발명의 노즐 팁(20)은 리테이너 링(28)에 의해 노즐 몸체(11)의 하단에 결합된다.

상기 노즐 팁 몸체(22)는 중심축방향으로 관통하는 제2수지통로(21)를 구비하여, 노즐 몸체(11)의 제1수지통로(12)를 통하여 제공되는 고온의 용융수지가 게이트(4)를 거쳐 캐비티(3)로 주입되게 안내한다. 그리고 노즐 팁 몸체(22)는 내부의 제2수지통로(21)를 통하여 고온의 용융 수지가 반복적으로 유동하므로 내화학성과 내열성 및 내마모성이 요구되는 특성상 내열 합금강으로 만들어진다. 또한 노즐 팁 몸체(22)는 노즐 몸체(11)와의 접촉면적(전열면적)을 증대시키고 아울러 외측에 결합되는 외측 캡(26)의 상단 지지턱(26a)에 지지되도록 상단에 플랜지부(22a)를 구비한다.

그리고, 노즐 팁 몸체(22)의 외벽에 밀착결합되는 내측 슬리브(24)는 노즐 팁 몸체(22)의 상단 플랜지부(22a)를 통하여 전달되는 전열 히터(5)의 열을 노즐 팁 몸체(22)의 하단까지 신속하고 균일하게 전달할 수 있도록 열전도성이 우수한 동합금 재질로 만들어지는 것이 바람직하다. 그리고, 내측 슬리브(24)는 외측 캡(26)의 내벽과의 사이에 일정한 간극의 열차단용 에어 갭(G)을 형성한다. 이 에어 갭(G)은 제2수지통로(21)안을 따라 유동하는 용용수지의 열이 외측 캡(26)쪽으로 손실되는 것을 차단함으로써 하는 동시에 내측 슬리브(24)가 용융수지 또는 노즐 팁 몸체(22)의 측벽을 통하여 전달되는 고온의 열에 의해 팽창할 때 그 팽창을 수용하는 역할을 수행한다.

상기 외측 캡(26)은 내측 슬리브(24)가 결합된 노즐 팁 몸체(22)를 내부 구멍안에 끼워 하단벽(26b)의 내측면으로 지지하고, 하단 벽(26b)의 저면은 상부 고정 금형블록(1A)의 게이트면(4a)에 맞닿아 지지된다. 그리고 외측 캡(26)은 측벽 상단에서 상기 노즐 팁 몸체(22)의 상단 플랜지부(22a)를 지지하도록 측벽 상단 둘레를 따라 상단 지지턱(26a)을 구비하며, 상기 하단 벽(26b)에는 상기 제2수지통로(21)의 하단과 게이트(4)를 서로 동축방향으로 연통시키는 관통구멍(26c)이 형성되며, 이 관통구멍(26c)은 게이트(4)를 개폐시키는 노즐 핀(8)의 선단 팁(8a)을 슬라이드가능하게 안내한다.

이러한 외측 캡(26)은 하단벽(26b)이 금형의 게이트면(4a)과 접촉하므로, 게이트면(4a)과의 열전달을 억제할 수 있도록 열전도율이 낮고 아울러 내마모성과 내열성이 우수한 열처리강, 예컨대 탄소공구강으로 구성되는 것이 바람직하다.

한편, 노즐 몸체(11)의 하단에 리테이너 링(28)을 사용하여 노즐 팁(20)을 결합하는 과정을 설명하면, 먼저 노즐 팁 몸체(22)의 외측에 내측 슬리브(24)를 끼워 밀착결합시킨다. 이 내측 슬리브(24)가 결합된 외측 캡(26)을 리테이너 링(28) 에 삽입하여 외측 캡(26)의 상단 지지턱(26a)이 리테이너 링(28)의 측벽 상단에 지지된 상태로 리테이너 링(28)을 노즐 몸체(11)의 하단 결합구멍(14)에 나사결합식으로 조립하여 노즐 팁(20)을 노즐 몸체(11)의 하단에 고정한다.

이렇게 노즐 팁(20)이 리테이너 링(28)으로 노즐 몸체(11)의 하단에 고정된 상태에서 노즐 몸체(11)의 하단 외벽에 설치된 전열 히터(5)를 작동시키면, 이 전열 히터(5)의 열은 노즐 몸체(11)의 하단 측벽을 통하여 노즐 팁 몸체(22)의 상단 플랜지부(22a)로 전열된다. 이 때 노즐 팁 몸체(22)의 상단 플랜지부(22a)로 전달된 열은, 노즐 팁 몸체(22)의 외벽에 밀착설치된 열전도율이 높은 내측 슬리브(24)를 통하여 노즐 팁 몸체(22)의 하단까지 빠르게 전달되므로 노즐 팁 몸체(22)의 온도를 전체적으로 균일하게 제어할 수 있다.

그리고 사출종료시점에 도달하면, 캐비티(3)내의 성형제품의 취출을 위하여하부 가동금형블록(1B)의 캐비티(3)부근 영역을 냉각한다. 이에 따라 상부 고정 금형블록(1A)의 게이트(4)가 구비된 영역도 냉각되는데, 이 경우 게이트면(4a)과 접촉하고 있는 외측 캡(26)이 열전도율이 낮은 재질로 만들어져 노즐 팁(20)의 선단에서 게이트면(4a)쪽으로 열전달이 억제되므로 노즐 팁(20)에서 게이트면(4a)쪽으로 열손실이 줄어들어 노즐 팁(20)의 온도를 유지할 수 있고, 나아가 노즐 팁(20)의 제2수지통로(21) 내부의 용융수지의 냉각 내지 고화를 억제할 수 있게 된다.

10: 본 발명의 핫러너 사출금형의 노즐 장치(10)
1A: 상부 고정 금형블록 1B: 하부 가동 금형블록
2: 노즐설치구멍 3: 캐비티
4: 게이트 5: 전열 히터
6a, 6b: 케이싱 7: 온도 센서
8: 노즐 핀 8a: 노즐핀의 선단 팁
11: 노즐 몸체 12: 제1수지통로
20: 노즐 팁 21: 제2수지통로
22: 노즐 팁 몸체 22a: 상단 플랜지부
24: 내측 슬리브 G: 간극
26: 외측 캡 26a: 상단 지지턱
26b: 하단 벽 26c: 관통구멍
28: 리테이너 링

Claims

매니폴더측 러너와 서로 연통되는 제1수지통로(12)가 중심축방향으로 관통형성되고, 외주면에는 상기 제1수지통로(12)를 따라 유동하는 용융수지를 적시에 가열하기 위한 전열 히터(5)가 장착된 노즐 몸체(11)와, 상기 노즐 몸체(11)의 하단에 동축으로 결합되고 상기 노즐 몸체(11)의 제1수지통로(12)와 동축방향으로 연통되는 제2수지통로(21)가 관통형성된 노즐 팁(20)을 구비한 핫러너 사출금형의 노즐장치에 있어서,
상기 노즐 팁(20)은,
상기 제2수지통로(21)를 중심축방향으로 구비하고 상기 노즐 몸체(11)의 하단에 동축방향으로 연결되는 노즐 팁 몸체(22);
내측면이 상기 노즐 팁 몸체(22)의 외측면에 밀착하도록 상기 노즐 팁 몸체의 외주면에 끼워져 결합되고, 동합금재질로 만들어진 내측 슬리브(24); 및
상기 내측 슬리브(24)가 결합된 노즐 팁 몸체(22)를 구멍안에 끼워 넣고, 하단벽(26b)의 외측면이 금형 블록의 게이트면(4c)에 접촉하여 지지되며, 하단벽(26b)의 중심축방향으로 상기 제2수지통로(21)와 동축방향으로 연통되는 관통구멍(26c)이 형성되고, 상기 내측 슬리브(24)보다 열전도율이 상대적으로 낮은 재질로 만들어진 외측 캡(26);을 포함하고,
상기 노즐 팁 몸체(22)와 외측 캡(26)은 상기 내측 슬리브(24)보다 열전도율이 상대적으로 낮은 강재로 구성된 것을 특징으로 하는 핫러너 사출금형의 노즐장치.
제1항에 있어서,
상기 노즐 팁(20)을 상기 노즐 몸체(11)의 하단에 결합하여 고정하는 리테이너 링(28)을 더 구비한 것을 특징으로 하는 핫러너 사출금형의 노즐장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 내측 슬리브(24)의 외주면과 상기 외측 캡(26)의 내측면과의 사이에는 일정한 간극(G)이 형성되는 것을 특징으로 하는 핫러너 사출금형의 노즐장치.
제2항에 있어서,
상기 노즐 팁 몸체(22)는 측벽 상단 둘레를 따라 상기 노즐 몸체(11)의 하단 저면과 밀착하는 상단 플랜지부(22a)를 구비하고,
상기 외측 캡(26)은 측벽 상단에 상기 노즐 팁 몸체(22)의 상단 플랜지부(22a)를 아래쪽에서 지지하는 상단 지지턱(26a)을 구비하며,
상기 리테이너 링(28)은 상기 노즐 몸체(11)의 하단 결합구멍(14)에 나사결합식으로 결합되고, 상기 리테이너 링(28)이 노즐 몸체(11)에 결합될 때, 측벽 상단이 상기 외측 캡(26)의 상단 지지턱(26a)을 아래쪽에서 지지하도록 된 것을 특징으로 하는 핫러너 사출금형의 노즐장치.