KR101575574B1

KR101575574B1 - 가스배출 시스템이 탑재된 사출성형기

Info

Publication number: KR101575574B1
Application number: KR1020150114367A
Authority: KR
Inventors: 노종상
Original assignee: 노종상
Priority date: 2015-08-13
Filing date: 2015-08-13
Publication date: 2015-12-08

Abstract

본 발명은, 실린더스크류의 전방면에 장착하는 노즐부로 구성되고, 원재료를 공급하는 실린더입구부에 위치되는 가스배출수단부와, 원재료 공급량 조절부를 구비하는 가스배출 시스템이 탑재된 사출성형기로서, 가스배출 수단부는, 원재료 투입 밀도조절이 용이하도록 공기의 분사가 원재료투입 경로와 다르며, 공기와 가스배출은 원재료투입경로와 같도록, 상판이 원재료공급부인 호퍼와 결합되며, 하판은 사출성형기 실린더와 결합되고, 상판과 하판사이는 가스밴터몸체를 구성하고, 내부 상측에는 흡입부 및 공기배출부가 상측으로부터 하측으로 끼워서 구성되고, 실린더의 내부는 원재료투입 내부관과 실린더 입구부가 이중 형태로 구성되고, 가스밴터몸체에 외부로의 두개의 홀중에 한 개의 홀은 원재료투입 내부관의 내부와 연통되어서 내부관을 통해서 올라오는 가스와 공기를 외부로 배출하는 공기배출구이고, 다른 홀은 공기분사관과 연결된 공기분사구로서, 외부에서 사출성형 기 실린더 내로 공기를 분사토록 구성하고, 공기분사구는 원재료투입 내부관의 외부에 한 방향인 노즐 방향으로 내부관의 길이와 같게 구성되며, 원재료 공급량 조절부는, 호퍼로부터 공급되는 원재료가 투입되는 투입구와, 투입구의 맞은편에 위치하여 원재료를 배출하는 배출구를 포함하는 중공형의 외통부와, 내부에 수용공간이 형성되며 외통부의 내부에서 회전 가능한 구조로 장착되고, 수용공간과 연통되는 주입구가 형성되어 투입구로부터 원재료를 주입받고, 회전동작을 통해 주입된 원재료를 배출구로 배출하되, 주입구는 복수의 절개부가 상호 접하여 일체형으로 형성되거나, 절개부들이 상호 간에 이격되어 이웃하도록 개별적으로 형성되는 중공형의 내통부와, 입력된 제어신호에 기반하여 내통부에 토오크를 부여하도록 설치되는 동력공급부를 포함하는 가스배출 시스템이 탑재된 사출성형기를 제공한다.
따라서, 투입된 원재료를 실린더로 용이하게 공급하여 제품 생산을 위한 사출 성형 공정상의 생산성을 높일 수 있고, 원재료의 공급 속도를 간편하게 제어하여 제품 생산과정에서 불량발생을 최소화하고 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

가스배출 시스템이 탑재된 사출성형기 {Injection molding machine having gas exhaust system}

본 발명은, 가스배출 시스템이 탑재된 사출성형기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 원재료의 공급량 제어에 기반하여 실린더 내의 불필요한 가스를 효과적으로 배출시켜 사출품의 품질을 향상시킬 수 있는 가스배출 시스템이 탑재된 사출성형기에 관한 것이다.

사출 성형이란 플라스틱의 성형가공법의 일종으로 열가소성수지를 성형하는 방법이 대표적이다. 사출 성형을 이용하여 소형 제품에서부터 대형 제품까지 다양하게 반복적으로 성형하여 대량 생산할 수 있다. 제품의 생산성을 높일 수 있게 된다.

이러한 사출 성형의 원재료는, 기본적인 재료인 플라스틱에 안료(顔料), 안정제, 가소제, 충전제 등이 포함된 칩형태로 이루어진 원재료를 사용하는 것이 일반적이다. 이러한 사출 성형의 과정을 간략히 서술하면, 전술한 원재료를 호퍼에 넣은 후, 넣어둔 원재료를 일정량씩 전열, 고압 수증기 등으로 가열하는 가열실을 통과시키며 용융상태로 만들고, 피스톤을 이용해 사출(射出, injection)방식으로 용융상태의 플라스틱을 금형 내로 투입하여 굳힘으로써 금형 내측면의 형태로 성형하게 된다.

이러한 사출 성형 분야와 관련하여 종래에는 다양한 기술들이 개발되어 왔다. 예컨데, 사출서형기로 투입되는 원재료 또는 안료의 양을 조절하기 위한 기술들이 그러하다. 즉, 각종 대상물을 사출 성형으로 제작하는데 있어서 가장 중요한 요소 중에 하나가 원재료의 양을 적절하게 조절하여 제품의 불량을 방지하고 품질을 높이는 것이 중요하기 때문이다.

이와 관련하여 종래의 기술 중에는 원재료 또는 안료 등의 정량 공급을 위한 기술이 개발되었다. 종래 기술인 한국공개특허 10-2011-0059097호는 도 1에 도시된 바와 같이, 사출성형 과정상에서 특정 색상을 발현시키기 위해 사용되는 발색 원재료가 투입, 충전되는 컬러링 호퍼(100)를 구비한 사출 성형기와, 상기 컬러링 호퍼(100)에 충전된 발색 원재료를 상기 (150)에 정량 공급하기 위하여 상기 컬러링 호퍼(100)와 상기 (150)의 경로 상에 설치되는 사출 성형기용 정량 공급기를 개시하고 있다.

특히, 정량 공급을 위한 핵심 구성으로서 바디부(10)의 상기 원통형 내부 공간에 형합적인 원기둥형 외측면을 가짐으로써 상기 바디부(10) 내에 회전 가능한 구조로 장착되며, 회전 상태에 따라 상기 투입구(5) 또는 상기 배출구(15)에 대응되는 위치에 형성된 개구부(25)를 통해 일정량의 발색 원재료를 수용할 수 있는 공간인 발색 원재료 체임버(26)를 포함하여 구성된 정량 바스켓(20)을 개시하고 있다.

그러나, 여기서 정량 바스켓(20)은 개구부(25)를 통해 배출구(15)로 원재료 정량 공급하기 위한 구성에 해당하지만, 이를 위해서는 바디부(10) 내에서 180°의 회전 동작을 1 싸이클(cycle)로 반복 수행해야하는 구조를 가지고 있다. 따라서, 공정상에 생산성이 떨어지는 문제점이 있다.

또한, 이렇게 정량 바스켓(20)이 바디부(10)내에서 1 회전하는 과정에서, 정량 바스켓(20)과 바디부(10)사이로 원재료들이 유입되어 위치된다. 이렇게 유입된 원재료들은 정량 바스켓(20)과 바디부(10)사이에서 정량 바스켓(20)의 정상적인 회전을 방해하여 동작 속도의 저해를 일으키게 되는 문제점이 있다.

또한, 정량 바스켓(20)의 개구부(25)로서는 원재료들 특히, 전술한 정량 바스켓(20)과 바디부(10)사이로 유입된 원재료들을 정량 바스켓(20) 내부로 용이하게 수용하기 어려워 정량 바스켓(20)의 수회 반복을 통해서 소량의 원재료를 획득해야만 하는 문제점이 있다.

한편, 사출제품을 성형할 경우에 용융된 재료에서 발생된 가스는, 사출성형제품에 탄자국, 웰드라인, 기포 등이 생겨 제품의 외관불량과 후가공인 도장, 도금, 코팅, 증착에도 많은 불량품을 유발시키는 문제점이 있다. 또한 원재료 내의 수분이 가스의 주원인이라서 수분을 제거하기 위한 많은 장치인 건조기들을 사출공장에서 설치를 하여 사용한다.

그러나 모든 건조기로는 100%의 수분을 제거하기는 어려운 상황이라서 원재료에 미세하게 남아 있는 수분은 성형품에 가스의 형태로 묻어 있어서 불량품을 유발시킨다.

사출성형기의 일반적 동작 순서는 형폐, 사출, 계량, 형개, 에젝팅의 순서로 반복하면서 양산 제품을 생산한다. 대부분의 불필요한 가스는 원재료를 녹이는 계량과정과 계량과정 이후 용융된 상태에서 사출성형기의 실린더에 지속적으로 열이 가해지면서 발생이 된다. 종래의 가스 배출장치는 사출기 실린더 출구부인 노즐에 특수한 장치를 하여 가스를 배출토록하거나실린더 입구부에서는 헝그리몰드 이론을 적용한 원재료 밀도조절방식이나 내부관을 이용하여서 내부에 공기압을 가하여 밀려나오는 가스를 배출하는 형태 등으로 다양하게 시도되고 있다. 스크류나 로터리밸브를 사용하여 스크류 내로 원재료 투입량을 조절하는 헝그리몰드 방식은 가스배출효과에는 탁월한 효과가 있으나 원재료공급 조절에 있어서 기계적인 마찰 요소가 있어서 고장 발생빈도가 높고, 복잡함으로 장비 판매가가 높으며, 상시 점검요소가 많아서 불편하며, 원재료가 낙하하는 거리가 길어서 응답속도가 빠른 고속 사출성형기에는 적당치 않으며, 무엇보다가 금형교환시 마다 공급스크류나 로타리밸브 속도를 재 조정해야하는 불편함이 많다. 공기압으로서 가스를 배출하는 시스템은 헝그리몰드 이론이 적용되지 않아서 가스배출 효율이 떨어지는 문제점이 있다.

따라서, 효율적인 원재료의 공급량 조절과 가스배출사출이 용이하지 못하여 사출물의 품질이 저하되는 단점이 있다.

한국공개특허 제10-2011-0059097호

본 발명은, 투입된 원재료를 실린더로 용이하게 공급하여 제품 생산을 위한 사출 성형 공정상의 생산성을 높일 수 있고, 원재료의 공급량 조절을 간편하게 제어하여 사출물의 품질을 향상시킬 수 있는 가스배출 시스템이 탑재된 사출성형기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 공급되는 원재료의 기반하여 실린더 내의 불필요한 가스를 효과적으로 배출시킴으로써 사출품의 풀질을 향상시킬 수 있는 가스배출 시스템이 탑재된 사출성형기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 실린더(20)스크류의 전방면에 장착하는 노즐부(40)로 구성되고, 원재료를 공급하는 실린더(20)입구부에 위치되는 가스배출수단부와, 원재료 공급량 조절부를 구비하는 가스배출 시스템이 탑재된 사출성형기에 있어서, 상기 가스배출 수단부는, 원재료 투입 밀도조절이 용이하도록 공기의 분사가 원재료투입 경로와 다르며, 공기와 가스배출은 원재료투입경로와 같도록, 상판(350)이 원재료공급부인 호퍼(620)와 결합되며, 하판은 사출성형기 실린더와 결합되고, 상기 상판(350)과 상기 하판(370) 사이는 가스밴터몸체(300)를 구성하고, 내부 상측에는 흡입부 및 공기배출부가 상측으로부터 하측으로 끼워서 구성되고, 실린더(20)의 내부는 원재료투입 내부관과 실린더(20) 입구부가 이중 형태로 구성되고, 상기 가스밴터몸체(300)에 외부로의 두개의 홀중에 한 개의 홀은 원재료투입 내부관(400)의 내부와 연통되어서 내부관을 통해서 올라오는 가스와 공기를 외부로 배출하는 공기배출구(380-1)이고, 다른 홀은 공기분사관과 연결된 공기분사구(380-2)로서, 외부에서 사출성형 기 실린더(20) 내로 공기를 분사토록 구성하고, 공기분사구(380-2)는 원재료투입 내부관(400)의 외부에 한 방향인 노즐 방향으로 내부관의 길이와 같게 구성되며,

상기 원재료 공급량 조절부는, 상기 호퍼로부터 공급되는 원재료가 투입되는 투입구와, 상기 투입구의 맞은편에 위치하여 상기 원재료를 배출하는 배출구를 포함하는 중공형의 외통부와, 내부에 수용공간이 형성되며 상기 외통부의 내부에서 회전 가능한 구조로 장착되고, 상기 수용공간과 연통되는 주입구가 형성되어 상기 투입구로부터 상기 원재료를 주입받고, 회전동작을 통해 상기 주입된 원재료를 상기 배출구로 배출하되, 상기 주입구는 복수의 절개부가 상호 접하여 일체형으로 형성되거나, 상기 절개부들이 상호 간에 이격되어 이웃하도록 개별적으로 형성되는 중공형의 내통부와, 입력된 제어신호에 기반하여 상기 내통부에 토오크를 부여하도록 설치되는 동력공급부를 포함하는 가스배출 시스템이 탑재된 사출성형기를 제공한다.

본 발명에 따른 가스배출 시스템이 탑재된 사출성형기는 투입된 원재료를 실린더로 용이하게 공급하여 제품 생산을 위한 사출 성형 공정상의 생산성을 높일 수 있고, 원재료의 공급 조절을 간편하게 제어하여 사출물의 품질을 향상시킬 수 있다.

또한, 공급되는 원재료의 기반하여 실린더 내의 불필요한 가스를 효과적으로 배출시킴으로써 사출품의 품질을 향상시킬 수 있다.

도 1은 종래의 사출성형기용 원재료 공급장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스배출시스템이 탑재된 사출성형기를 도시한 단면도이다.
도 3은 도 2에 따른 가스밴터몸체를 도시한 사시도이다.
도 4는 도 2에 따른 가스배출수단부를 도시한 구성도이다.
도 5는 도 2에 따른 와류실배출수단부를 구성한 단면도이다.
도 6 도 5에 따른 가스빼기링의 상태도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스배출시스템이 탑재된 사출성형기의 구성들 중 와류실배출수단부를 구성한 단면도이다.
도 8은 도 7에 따른 가스빼기링의 상태도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가스배출시스템이 탑재된 사출성형기의 구성들 중 와류실배출수단부를 구성한 단면도이다.
도 10은 도 9에 따른 가스빼기링의 상태도이다.
도 11 및 도 12는 도 2에 따른 사출성형기용 원재료 공급량 조절부의 외관을 도시한 사시도이다.
도 13 및 도 14는 도 2에 따른 사출성형기용 원재료 공급량 조절부의 내부를 도시한 투시도이다.
도 15는 도 2에 따른 사출성형기용 원재료 공급량 조절부의 구성들 중 내통부를 도시한 사시도이다.
도 16은 본 발명의 일 변형예 따른 내통부를 도시한 사시도이다.
도 17은 본 발명의 다른 변형예 따른 내통부를 도시한 사시도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예의 사출 불량률을 줄일 수 있는 사출성형기 실린더의 가스배출장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

사출성형기는 사출기의 실린더 및 스크류는 기능적으로 크게 3등분 되어 있다. 원재료가 투입되는 실린더 입구부로부터 공급부분, 압축부분, 멜팅부분으로 나누어진다. 공급부분은 사출성형기 실린더 내로 원재료를 원활히 공급하는 곳이며 사출기 스크류는 홈을 깊게하여 원재료를 다음의 압축부분으로 잘 공급되게 한다.

압축부분은 공급부분과 멜팅부분의 중간에 위치하며 스크류 홈의 깊이를 서서히 줄여 공급되는 원재료가 사출성형기의 스크류가 회전하는 계량동작 중에 전단력(마찰력)과 열에 의하여 고체인 원재료를 용융상태인 반액체 상태로 만든다. 이 압축부분에서 불필요한 가스가 약 60~70% 정도가 발생이 된다. 열풍식 건조기를 시작으로 최근에는 제습, 진공, 냉간 등 고성능의 다양한 건조기들이 개발되어 시판되면서 원재료내에 수분함유랑을 0.005% 까지 줄일 수가 있어서 압축부분에서의 전단력(마찰력)에 의한 가스발생 요인을 대폭 줄일 수가 있음은 사실이다. 그러나 사출성형기의 계량동작이 끝난 후에 지속적으로 실린더 내의 용융된 원재료에 가열되는 열이 스모그성 가스를 발생시키며 본 가스제거 필요성이 사출성형품 생산에 더욱 중요한 요인으로 작용하고 있다. 멜팅부분은 실린더 외부로부터 내부로 가해지는 열에 의하여 불완전 용융상태의 원재료를 완전 용융상태로 만든다. 이때에도 열 에 의하여 30%~40% 가량 스모그성 가스가 발생이 된다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명은 실린더스크류의 전방면에 장착하는 노즐부로 구성되고, 원재료를 공급하는 실린더입구부에 위치되는 가스배출수단부 및 원재료 공급량 조절부를 포함하는 가스배출 시스템이 탑재된 사출성형기로서, 도 2, 3, 4에서 도시한 가스배출수단부(700)는 원재료 투입 밀도조절이 용이하도록 공기분사는 원재료투입 경로와 다르며 공기와 가스배출은 원재료투입경로와 같도록 구성하여 원재료공급부인 호퍼(620)와 상판(350)이 결합되며, 하판(370)은 사출성형기 실린더와 결합되다. 상하판(350,370)의 사이는 가스밴터몸체(300)를 구성하고, 가스밴터몸체(300) 내부에는 흡입부(390)를 원형으로 가공하여 가스밴터몸체 내부에 상부에서 하부로 끼워서 조립하였다. 흡입부(390) 상부에는 공기배출부(300)을 원형으로 가공하여서 상부에서 하부로 끼워서 조립하며, 원재료투입내부관(400)이 하측으로부터 상측으로 끼워서 구성되었다. 원재료투입내부관(400)은 실린더(20)내부로 들어가도록 조립을 함으로써 내부관(400)과 실린더(20) 입구부는 일부 원형으로된 밀폐 공간을 형성한다.

가스밴터몸체(300)에 외부로의 두개의 홀을 내며 그 중에 한 개의 홀은 원재료투입내부관(400)의 내부 및 공기배출부(300)과 연통되어서 내부관(400)을 통해서 올라오는 가스와 공기를 외부로 배출하는 공기배출구(380-1)이고, 다른 홀은 공기분사관(500)과 연결된 공기분사구(380-2)이며 외부에서 사출성형기실린더(20) 내로 공기를 분사토록 구성하고, 공기분사구(380-2)는 원재료투입내부관(400)의 외부에 한 방향인 노즐 방향으로 내부관(400)의 길이와 같게 구성한 특징이 있다.

흡입부(390)는 원형으로 가공되며 내경은 원재료투입내부관(400)과 같으며 가스밴터몸체의 내부에 조립된다. 흡입부(390)는 도 4의“나”와 같이 베르누이 이론이 적용되어서 진공청소기 등에 사용하는 공압식흡입장치(진공 이젝터)이다.

공기의 흐름이 세 방향인 장치이며, 도 4에서 C측면의 방향으로 공기를 공급하면 A측의 공기를 흡입하여서 B측으로 배출하는 장치이다. 흡입부(390) C측면은 외부로는 공기분사구(380-2)와 열교환기 (600)와 공기량조절부(650)와 연통된다. 공기량조절부(650)과 열교환기(600)를 통해서 나온 공기가 공기분사구(380-2)와 흡입부(390)의 C 방향으로 공기가 분사되면, 분사된 공기는 B방향인 호퍼(620) 측인 상측으로 향하며, 또한 A측의 공기도 B측으로 흡입되면서 상측인 호퍼(620) 방향으로 향한다. 즉 진공청소기의 볼륨조절과 같이 공기량조절부(650)의 공기량의 조절과 흡입부(390)에 의하여 원재료공급내부관(400) 내의 공기는 하측으로부터 상측으로 이동하는 공기의 량도 변하게 된다. 변화되는 공기의 량에 따라서 원재료투입내부관(400)내의 원재료 낙하량도 달라지며 사출성형기실린더(20) 내로의 원재료 투입량도 조절이 가능케 된다.

공기배출부(380)는 도 2의 “가”와 같이 원형으로 만들어서 공기배출구(380-1)와 연결되게 하였으며 이후에 먼지를 걸러주는 필터(450)와 연결되어서 공기를 외부로 방출되게 한다. 공기배출부(380)는 원형으로된 두개의 금속을 포개어서 조립하여 만들며, 내경은 원재료투입내부관(400)과 같으며 내부관과 연통된다, 금속 두개가 포개어질 시에 내경측에서 외측으로, 하측에서 상측방향으로 0.5mm가량 틈새를 만들어서 내부관(400) 하측에서 올라오는 공기와 가스를 일부 배출되게 하였다.

본 실린더(20) 입구부의 장치에서 핵심 사항으로는 원재료투입내부관(400)과 공기배출수단부(380)와 공기분사관(500)과 흡입부(390)를 이용하여 사출기스크류(10) 내로의 원재료 투입량 조절에 있다.

원재료투입내부관(400)의 지름은 사출기스크류(10) 지름과 같거나 조금 작은 것으로 구성한다. 원재료투입내부관(400)의 길이는 하측 방향으로 사출기스크류(10)와 10mm 내로 근접하여서 설치하며, 공기분사관(500)의 방향은 필히 노즐(40)측으로 향하게 하며 가스밴터몸체는 사출기실린더(20)의 원재료 투입구의 왼쪽방향(노즐방향)으로 최대한 붙어서 설치함이 최선이다.

공기분사관(500)의 외부는 공기분사구(380-2)와 연통되며 이후에 레귤레이터나 스피드콘트롤라 등을 이용하여 공기량조절부(650)을 만들며 공기중의 수분을 제거하는 장치인 수분제거기(470) 및 열교환기(600)를 구성하였다. 열교환기(600)는, 사출기실린더(20) 외부에는 히터로 열가열이되고 있으며 본 실린더(20) 외부에 금속성의 파이프를 2회 감아서 만든다.

차가운 공기가 사출성형기실린더(20) 내로 분사되면 뜨거운 공기와 만나서 냉매로 인한 수분 발생을 없애고자 함이다. 공기량조절부(650)에서 조절된 공기의 량은 수분제거기(470)과 열교환기(600)와 공기분사구(380-2)와 공기분사관(500)을 통해서 사출기실린더(20) 내로 분사된다.

원재료 밀도조정 방법은, 사출기스크류(10)의 원재료 투입 입구부인 공급부분으로 공급되기 직전인 공기분사관(500)에서 공기를 분사하면 분사되는 공기와 흡입부(390)의 작동 원리에 의하여 원재료와 공기는 노즐(40) 방향이 아닌 도 2의 우측방향으로 날리면서, 내부관(400)의 외부는 밀폐된 공간이기에 분사된 공기는 내부관(400)의 내측을 통하여 상부 호퍼(60) 측으로 올라가게 된다.

내부관(400)의 내부를 통해 올라가는 공기는 공기배출수단부(380)을 통하여 밖으로 배출되거나 상측인 호퍼(620) 측으로 올라간다. 상측으로 향하는 공기에 의하여 자유낙하되는 원재료의 떨어지는 속도를 줄일 수가 있다. 상측으로 향하는 공기의 량에 변화에 의하여 실린더(20) 내로 자유낙하되는 원재료의 량은 달라지게 되어서 원재료 투입량의 조절이 가능하다. 즉 공급하는 공기의 분사량이 적으면 원재료투입량이 많으며, 분사량이 많으면 원재료 투입량이 작도록 하였다.

사출성형기스크류(10) 내로 원재료가 투입되는 시점은 계량과 사출이다. 계량은 사출기스크류(10) 회전동작시에 나사의 원리로 스크류(10) 내부로 공급되지만, 사출시에는 스크류(10)가 노즐 방향으로 직선 운동을 하면서 원재료를 스크류(10) 및 실린더(20) 내로 공급하게 된다. 원재료 투입량을 조절하는 방식의 가스빼기 장치에는, 스크류(10) 내에 밀도를 낮추어서 뒤쪽으로 가스를 원활히 배출하는 형식이기에 어느 한 곳이라도 원재료 투입량이 많아져 있으면 스크류(10)내의 가스통로가 막히는 현상이 발생하므로 효과가 현저히 감소된다. 그래서 본 발명에서는 사출동작 시도 공기를 분사하여 사출기 스크류(10) 내로의 원재료 투입량을 조절하는, 즉 헝그리몰드 이론을 적용하여서 가스의 배출 효율을 높였다.

원재료투입내부관(400)의 사용은 흔히 원재료의 투입과 발생 가스의 경로를 달리하는 기능으로 사용되지만 본발명에서는 같은 경로를 사용한다.

공기분사관(500)을 통해서 분사되는 조절된 공기의 량은 다른 곳으로 누출이 없이 원재료투입내부관(400)을 통해서 상승하여야만 원재료 투입량의 조절이 용이하다. 발생된 가스는 분사된 공기와 섞여서 내부관(400) 내부를 통해서 상측으로 올라가며 일부는 공기배출부(380) 및 공기배출구(380-1)을 통하여 배출되며, 일부는 호퍼(620) 위를 통하여 배출된다.

본 발명에서의 제1제어부(640)는 사출기스크류(10)가 원재료를 필요로 하는 시점인 사출, 계량 동작에서 공기가 분사되고 원재료 투입량이 조절 가능토록 연동되게 구성하였다.

본 발명의 도 5,6,8에 도시한 본 발명의 노즐에 구성하여 사출성형기의 용융된 원재료속에 남아 있는 가스를 배출하도록 와류실배출수단부를 구성한 특징이 있다. 와류실배출수단부는 노즐 내부에 출구부의 내경을 입구부보다 줄이고 적절한 R값을 주어서 용융원재료에서 와류가 발생하도록 와류곡면을 구성하고, 내부면에 가스빼기링을 구성하여 금속과 금속의 사이에 원재료를 제외한 공기만을 배출토록 구성한 특징이 있다.

도 5에 도시한 본 발명은 사출성형기 실린더의 노즐 전방에 장착하여 용융된 원재료가 계속적인 가열에 의하여 발생되는 가스를 내부면에 원재료와류실을 구성하여 배출하도록 와류실배출수단부(120)를 구성하여 달성하였다.

본 발명은 사출기실린더(20)과 사출기스크류(10)의 전방면에 장착하는 노즐부(40)에 구성된 와류실배출수단부(120)는 노즐부(40)의 전방에서 삽입되며 이후에 노즐팁(41)을 나사 형태로 체결하였다.

상기 와류실배출수단부(120)는 노즐 내부의 공간부에 삽입되며 와류실입구부(116)의 구멍을 크게 하고 와류실출구부(117)의 구멍을 작게 하여 만나는 부분은 곡면을 형성하여 용융된 원재료가 곡면을 타고 뒤집어지도록(와류발생) 도 5와 같이 와류곡면(111)을 구성하고, 용융된 원재료가 곡면을 타고 뒤집어질 시에 원재료 내부에 있던 가스는 외부로 나오게 된다.

와류실배출수단부(120)의 전방면(112)에는 도 6와 같이 원형 및 4면 방향으로 으로 V자형홈(114) 또는 "U"자홈을 형성하였다. 본 방법은 통상 노즐에 가열되는 열은 150~300 도씨 내외이기에 열팽창계수 및 나사의 빽래쉬에 의한 힘을 이용하였다. 와류실배출수단부(120)의 측면에서 모양을 보면 외부(외경측)는 길고 내부(내경측)는 짧기 때문에 외부는 열에 의한 선팽창이 많이 발생이 되고 내부는 작게 발생되어서 내부(내경측)에 틈이 발생된다.

이 틈으로 가스가 배출되도록 하였다. V자형홈(114)을 통해서 나온 가스는 노즐외부로의 가스배출홈(50)을 통하여 자연배출된다. 더욱 상세하게는 와류실배출수단부(120)의 외부(외경부분)길이가 20mm이고 내부가 5mm라 가정하여본다. 와류실배출수단부(120)의 금속 원재료를 SKD21이라 가정하면 본금속의 열팽창계수는 250도씨일 때 11mm/cm*10(-6)이다. 외부는 11*10(-6)*20*250 = 0.045mm가 열에의하여 선팽창하며 내부는 11*10(-6)*5*250 = 0.0137의 열에 의한 선팽창이 일어난다.

즉 틈새는 0.045-0.0137로서 약0.0313의 틈새가 내부에 발생하게 된다. 또 노즐팁(100)의 나사피치 1mm의 1급나사를 사용하면 빽래쉬가 0.01mm 정도가 발생된다. 본 빽래쉬가 와류실배출수단부(110)의 접촉면에 힘작용을 하여서 내부의 틈새를 0.01mm 더 생기게 만든다. 열팽창과 빽래쉬에 의해서 형성된 틈새를 통하여 나온 가스는 V자형홈(114)과 가스배출홈(50)을 통로하여 외부로 자연배출되도록 하였다.

도 7과 도 8에 도시한 본 발명은 노즐에서의 가스배출에 관한 또 다른 예시의 경우이다. 도 7에서와 같이 와류실배출수단부는 사출기실린더(20)에 가스배출틈새(32), 사출기실린더헤드(30), 텐션볼트(31)로 구성하였다.

사출기실린더(20)과 실린더헤드(30)사이에 와류실배출수단부(120)를 구성하여 사출성형기의 전방 사출부의 가스를 배출하여 주입되는 원재료속에 미세한 공기입자를 배출하도록 하여 질좋은 성형품을 형성하도록 구성하였다.

본 발명은 실린더헤드(30)에 원형방향으로 구성된 텐션볼트(31)로 고정되도록 구성되며, 이후 노즐(40)을 실린더헤드(30)에 나사로 체결함으로서 완성된다. 원리는 상기의 도 5에서의 기본도와 같으나 가스배출 경로는 다르다.

도 8에서 V자형홈(114)을 통해서 나온 가스는 가스배출통로(115) 및 가스배출틈새(32)를 통하여 배출된다. 상기와 같이 구성함으로 많은 량의 가스를 배출할 수 있으며, 가스배출틈새(32)에 와류실배출수단부(120)이 노출되어 배출상태를 파악하기가 편리한 특징이 있다.

도 9와 도 10에 도시한 본 발명은 노즐에서의 가스배출에 관한 또 다른 예시의 경우이다. 사출기실린더(20), 사출기스크류(10), 노즐(40), 와류실배출수단부(120)내에 제 1가스빼기링(120)과 제2가스빼기링(120-1), 노즐팁(41)으로 구성하였다.

노즐(40)의 내부를 가공하여서 제1 가스빼기링을 먼저 넣고 제2가스빼기링부(120-1)를 삽입하고 노즐팁(41)을 나사로 체결하여서 완성된다. 제1가스빼기링(120)의 후면에는 원형으로된 밴트구와 가스강제배출홈(51)이 연동되어서 노즐 내부에서 외부로 통로를 형성하고 있으며 공압식이젝터나 진공펌프를 이용하여 가스를 강제배출토록 하였다. 제1가스빼기링(120))의 후방면에는 많은 량의 가스가 체류할 수 있으며, 일시에 전면측으로 가스가 배출되면 제2가스빼기링부(120-1)에서 배출을 감당키 어려우므로 강제배출토록 하였다.

본 방법은 제1가스빼기링(120) 후면에 원형으로 된 밴트구는 금속과 금속의 사이는 아무리 밀착력을 주어도 수미크론 이하의 틈이 발생하는 원리를 이용하였기에 강제배출 형태를 구성하였다. 제1가스빼기링(120)의 전방면(112)은 상기 도5에서와 같은 방법으로 V자형홈을 통해서 나온 가스는 가스배출홈(50)을 통해서 자연배출 되도록 하였다.

상기는 노즐에서의 1,2차 강제 및 자연 배출방법이며 노즐에서의 3차로 배출방법인 제2가스빼기링부(120-1)에 대해서 설명코자 한다. 도 10과 같이 제2가스빼기링(120-1)의 후방면은 제1가스빼기링(120)의 전방면(112)과 닿아서 조립되며 가스집진실 형태를 만들기 위하여 테이퍼가공부(121)을 구성함이 특징이다.

제2가스빼기링부(120-1)의 내부에는 특수 소결성 금속소재인 통기성재료(130)를 원형으로 1개 이상 가공 및 내부에 삽입하여 구성하였다. 통기성재료(130)란 분말 형태의 금속재료를 압축하여 만들어지는 것으로 소재 자체의 미세한 구멍들이 나있다.

이 구멍들은 수 미크론에서 수십 미크론까지 다양하게 판매(일명 포세락스 또는 히포락스)가 되고 있으므로 원재료는 누출되지 않으면서 가스만 배출되도록 다양한 선택이 가능하다. 통기성재료(130)를 통하여 나온 가스는 먼저 제2가스빼기링부(120-1)에 가공된 배출홈(50)을 경유하여 외부로 나와서 노즐(40)의 가스배출홈(50)을 통하여서 외부로 자연 배출된다. 각각의 특성에 알맞게 강제배출홈(51)에는 외부에 공압식 진공배출장치인 이젝터나 진공펌프를 연결하여서 강제배출토록하며, 각각의 가스배출홈(50)을 통하여서는 자연배출을 하도록 하였다.

이하에서는, 도면을 참조하여 실린더(20)와 호퍼(620) 사이, 즉 흡입부(390)와 호퍼(620) 사이에 구비되는 원재료공급자치에 대하여 설명하기로 한다. 도 11 및 도 12에는 도 2에 따른 사출성형기용 원재료 공급량 조절부(800)의 외관이 도시되어 있으며, 도 13 및 도 14에는 도 11에 따른 사출성형기용 원재료 공급량 조절부(800)의 구성들 중 내통부(820)가 도시되어 있다.

도 11 내지 도 14에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 사출성형기용 원재료공급장치(800)는 사출성형기의 호퍼(620)와, 원재료 교반을 위한 실린더(20) 사이에 구비되는 사출성형기용 원재료 공급량 조절장치(800)로서, 외통부(810), 내통부(820), 동력공급부(830), 제2제어부(미도시)를 포함할 수 있다.

도 11 및 도 12를 참조하면, 외통부(810)는 호퍼로부터 공급되는 원재료가 투입되는 투입부(811)와, 투입부(811)의 맞은편에 위치하여 원재료를 배출하는 배출구(812)를 포함할 수 있다.

여기서 투입부(811)와 배출구(812)는 각각 테이퍼 또는 역테이퍼 지도록 형성하여 원재료의 유입을 보다 용이하게 할 수 있다. 이러한 외통부(810)의 형상은 어느 특정한 형상으로 제한되지 않고 통형상체인 것이면 족하다.

도 13 및 도 14를 참조하면, 내통부(820)는 중공형으로서 내부에 수용공간이 형성되며, 외통부(810)의 내부에서 형합적으로 회전 가능한 구조로 장착되고, 수용공간과 연통되는 주입구(821)가 형성될 수 있다.

내통부(820)는 이러한 주입구(821)를 통해 외통부(810)의 투입부(811)로부터 원재료를 주입받고, 회전동작을 통해 주입된 원재료를 외통부(810)의 배출구(812)로 배출할 수 있다. 이때, 주입구(821)는 전술한 외통부(810)와 유사한 형태로서 테이퍼지거나 역테이퍼지도록 형성하여 원재료의 유입과 유출이 용이하도록 할 수 있다.

도 15를 참조하여 내통부(820)를 보다 구체적으로 설명하면, 내통부(820)의 주입구(821)는, 복수의 절개부(C1~Cn)가 상호 접하여 일체형으로 형성될 수 있다. 이러한 절개부(C)는 필요에 따라 복수로 구비될 수 있는데 예를 들어 일정 개수의 절개부(C1~Cn)가 내통부(820)의 둘레면 적어도 일부 상에서 반경반향을 따라 형성될 수 있다.

이때, 절개부(C1~Cn)의 중심점은, 내통부(820)의 가상의 중심축을 기준으로하여 중심축과 이루는 각도의 크기가 순차 증가하거나 순차 감소하도록 형성될 수 있다. 이러한 절개부(C1~Cn)를 내통부(820)의 둘레면을 따라 형성할 경우, 내통부(820)의 회전시에, 일측에서 타측으로 형성되는 일단의 절개부(C1) 영역으로는 외통부(810)의 배출구(812)를 통해서 원재료를 배출시키며, 이와 동시에 타단의 절개부(Cn) 영역으로는 외통부(810)로부터 원재료를 수집할 수 있게 된다.

그리고 일단의 절개부(C1)와 타단의 절개부(Cn) 사이에 위치하는 각 절개부(C2~Cn-1) 영역은 각 위치에 따라 순차적으로 원재료의 수집 또는 배출이 일어나게 된다. 따라서, 원재료의 연속적으로 투입과 배출이 가능하다. 이러한 주입구(821)는 내통부(820) 상에서 복수의 줄로 형성되어 그 기능을 배가 시킬 수 도 있다.

한편, 제2제어부는 동력공급부(830)를 제어하여 동력공급부(830)로 하여금 내통부(820)에 대한 토오크를 부여하도록 할 수 있다. 제2제어부에는 전술한 내통부(820)의 1 회전시 수집 및 배출되는 원재료의 양과, 회전속도별 수집 및 배출되는 원재료의 양에 관한 정보가 저장될 수 있다.

따라서, 제2제어부는 사출 성형 대상물의 따라 요구되는 적정양의 원재료 투입을 위하여, 동력공급부(830)를 통한 내통부(820)의 동작 제어를 적절하게 수행할 수 있다. 이때, 제2제어부는 절개부가 배출구(812)를 향한 상태에서, 내통부(820)의 수용된 원재료가 배출구(812)를 향하여 보다 용이하게 배출되도록, 동력공급부(830)를 통해 내통부(820)를 길이방향으로 소정간격 진퇴시켜 왕복운동 하도록 할 수 있다.

내통부(820) 내부의 온도를 일정하게 유지하기 위해서는 전술한 외통부(810) 내부에 냉각 수단(미도시)이 구비될 수 있다. 냉각수단의 적용방식으로는 에어 호스를 외통부(810) 내부에 설치하여 내통부(820)를 향하여 에어를 분사하거나, 외봉부(810) 내부에서 냉각수가 저장된 하우징 등을 내통부(820)와 접하도록 설치할 수 도 있다.

결국, 실린더(20) 내의 스크류(10)의 원재료 교반과정에서 발생되는 가스는 호퍼 또는 가스배출수단부(700)를 통해 배출될 수 있으며, 이 과정에서 내통부(820)는 절개부(C1~Cn)를 통하여 가스를 배출시킬 수 있게 된다.

도 16에는 본 발명의 일 변형예에 따른 내통부(820’)가 도시되어 있다. 이하에서는 도 16을 참조하여 전술한 일실시예와 상이한 부분을 중점적으로 설명한다. 내통부(820’)의 절개부(C1~Cn)는 본 발명의 일실시예와 유사하개 형성되되, 내통부(820’)의 주입구(821’)를 이루는 절개부들(C1~Cn)이 상호 간에 일정간격 이격되어 개별적으로 형성될 수 있다.

절개부들(C1~Cn) 이렇게 중첩되지 않고 개별적으로 형성됨으로써 내통부(820)는 절개부들(C1~Cn)의 면적이 줄어들게 되며, 외통부(810)에 대한 원재료의 수집과 배출에 일정한 딜레이를 줄 수 있다. 따라서 원재료의 투입량을 보다 세밀하게 조절 가능하다.

도 17에는 본 발명의 다른 변형예로서 내통부(820’’)가 도시되어 있다. 이하에서는 도 17를 참조하여 전술한 일실시예와 상이한 부분을 중점적으로 설명한다. 내통부(820’’)는 외통부(820) 내부에서 회전함에 있어, 절개부(C1~Cn)가 주입구(821’’)와 내통부(820’’) 사이에 짧은 순간 정체되는 원재료를 내통부(820’’)의 내부공간으로 보다 효과적으로 수집할 수 있게 해줄 필요가 있다. 이를 위하여, 절개부(C1~Cn) 가장자리부 중 적어도 일부에는 요철형상의 돌기부(D)가 형성될 수 있다. 즉, 요청형상의 돌기부(D)는 원재료를 긁어 모으는 갈퀴와 유사한 역할을 할 수 있게 된다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해 져야 할 것이다.

10 : 사출기 스크류 20 : 사출기 실린더
30 : 사출기 실린더 헤드 40 : 노즐
50 : 가스배출홈 620 : 원재료호퍼
110 : 와류실배출수단부 120 : 가스빼기링부
130 : 통기성소재 300 : 가스밴터몸체
380 : 공기배출부 390 : 흡입부
400 : 원재료투입 내부관 500 : 공구분사관
600 : 열교환기 640 : 제1제어부
810 : 외통부 811 : 투입구
812 : 배출구 820 : 내통부
821 : 주입구 830 : 동력공급부

Claims

실린더스크류의 전방면에 장착하는 노즐부로 구성되고, 원재료를 공급하는 실린더입구부에 위치되는 가스배출수단부와, 원재료 공급량 조절부를 구비하는 가스배출 시스템이 탑재된 사출성형기로서,
상기 가스배출 수단부는, 원재료 투입 밀도조절이 용이하도록 공기의 분사가 원재료투입 경로와 다르며, 공기와 가스배출은 원재료투입경로와 같도록, 상판이 원재료공급부인 호퍼와 결합되며, 하판은 사출성형기 실린더와 결합되고, 상기 상판과 상기 하판 사이는 가스밴터몸체를 구성하고, 내부 상측에는 흡입부 및 공기배출부가 상측으로부터 하측으로 끼워서 구성되고, 실린더의 내부는 원재료투입 내부관과 실린더 입구부가 이중 형태로 구성되고, 상기 가스밴터몸체에 외부로의 두개의 홀중에 한 개의 홀은 원재료투입 내부관의 내부와 연통되어서 내부관을 통해서 올라오는 가스와 공기를 외부로 배출하는 공기배출구이고, 다른 홀은 공기분사관과 연결된 공기분사구로서, 외부에서 사출성형 기 실린더 내로 공기를 분사토록 구성하고, 공기분사구는 원재료투입 내부관의 외부에 한 방향인 노즐 방향으로 내부관의 길이와 같게 구성되며,
상기 원재료 공급량 조절부는, 상기 호퍼로부터 공급되는 원재료가 투입되는 투입구와, 상기 투입구의 맞은편에 위치하여 상기 원재료를 배출하는 배출구를 포함하는 중공형의 외통부와, 내부에 수용공간이 형성되며 상기 외통부의 내부에서 회전 가능한 구조로 장착되고, 상기 수용공간과 연통되는 주입구가 형성되어 상기 투입구로부터 상기 원재료를 주입받고, 회전동작을 통해 상기 주입된 원재료를 상기 배출구로 배출하되, 상기 주입구는 복수의 절개부가 상호 접하여 일체형으로 형성되거나, 상기 절개부들이 상호 간에 이격되어 이웃하도록 개별적으로 형성되는 중공형의 내통부와, 입력된 제어신호에 기반하여 상기 내통부에 토오크를 부여하도록 설치되는 동력공급부를 포함하되,
상기 절개부는, 상기 내통부의 둘레면 적어도 일부 상에서 반경반향을 따라 형성되되, 상기 절개부의 중심점은, 상기 내통부의 가상의 중심축을 기준으로 상기 중심축과 이루는 각도가 순차 증가하거나 순차 감소하도록 형성되며,
상기 절개부는, 상기 내통부가 상기 외통부 내부에서 회전 시에, 상기 주입구와 상기 내통부 사이에 정체되는 상기 원재료를 상기 내통부의 내부공간으로 수집하기 위하여, 가장자리 적어도 일부에는 요철형상의 돌기부가 형성되고,
상기 동력공급부는, 상기 절개부가 상기 배출구를 향한 상태에서, 상기 내통부의 수용된 상기 원재료가 상기 배출구를 향하여 배출되도록 상기 내통부를 소정간격 진퇴시키는 가스배출 시스템이 탑재된 사출성형기.
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제1항에 있어서,
상기 외통부는 내부에 상기 내통부의 온도를 일정하게 유지하기 위한 냉각 수단이 구비되는 가스배출 시스템이 탑재된 사출성형기.
제1항에 있어서,
상기 가스배출수단부는
사출기실린더 스크류 원재료 입구부에 공기분사부를 구성하고, 공기 분사량의 변화를 주어서 원재료 투입량을 조절하는 헝그리몰드 방식의 가스를 배출하도록 구성된 가스배출 시스템이 탑재된 사출성형기
제6항에서 있어서,
상기 가스배출수단부는
공기배출부의 하부에 흡입부를 설치 구성하고, 상기 흡입부는 베르누이 이론이 적용하여 한방향으로 공기를 공급하면 반대방향은 공기를 흡입하는 장치로서, 공기량조절부과 열교환기를 통해서 나온 공기가 흡입부를 통하여 가스밴터몸체로 들어가도록 구성하고, 상기 흡입부의 흡입방향은 내부관 하측방향으로 하며 배출방향은 상측으로 구성하고, 외부에서 공기공급관을 통하여 공기를 공급하면 흡입부는 내부관의 하측에 있는 공기와 원재료를 상부 호퍼 방향으로 들어올리도록 구성하여 공기량의 변화에 따라서 원재료 투입량도 변화하도록 구성되는 가스배출 시스템이 탑재된 사출성형기.
제1항에 있어서, 상기 노즐부는
사출성형기의 용융된 원재료속에 남아 있는 가스를 배출하도록 노즐 내부에 출구부의 내경을 입구부보다 줄이고 소정의 R값을 주어서 원재료가 와류가 발생하도록 와류곡면을 구성하고, 내부면에 가스빼기링을 구성하여 금속과 금속의 사이에 원재료를 제외한 공기만을 배출토록 구성한 노즐부에 와류실 가스빼기수단부가 구비되는 가스배출 시스템이 탑재된 사출성형기
제8항에 있어서,
상기 와류실 가스빼기수단부는
사출성형기의 실린더헤드와 실린더 사이에 가스빼기링을 구성하고, 실린더헤드와 실린더의 결합을 텐션볼트를 이용하여 체결하여 고정하고, 가스빼기링의 V자형홈을 통해서 나온 가스는 가스배출통로 및 가스배출틈새를 통하여 배출되도록 구성하고, 상기 실린더의 헤드의 전방에 노즐과 노즐팁을 장착하는 가스배출 시스템이 탑재된 사출성형기.
제8항에 있어서,
상기 와류실 가스빼기수단부는.
노즐 내부에 제1가스빼기링을 구성하여 우선 삽입하고 이후에 통기성 소재를 사용하여 제2가스빼기링부를 장착하고, 나사의 형태로 노즐팁을 결합한 가스배출 시스템이 탑재된 사출성형기.
제1항 또는 제10항에 있어서,
상기 노즐부는
노즐의 내부에 직접 원재료출구부의 내경을 입구부의 내경보다 줄이고 소정의 R값을 주어 와류가 발생되도록 구성한 가스배출 시스템이 탑재된 사출성형기.