KR101662933B1 - 플라스틱 원료에 혼재된 가스를 배출하기 위한 플라스틱 사출용 노즐 - Google Patents

Abstract

본 발명은 플라스틱 원료에 혼재된 가스를 배출하기 위한 플라스틱 사출용 노즐에 관한 것으로, 일측으로는 사출기체결부가 형성되고 타측으로는 금형터치부가 형성되며 중공부가 형성되는 노즐본체와, 상기 노즐본체의 중공부에 삽입되고 방사형으로 복수의 가스배출구가 형성되는 가스밴트와 상기 가스밴트의 가스배출구와 연통되는 가스경유로 및 가스경유로와 연결되어 가스배출이 이루어지도록 하기 위한 가스배출통로를 포함하여 구성되도록 하고, 상기 가스밴트는 관체로 이루어지는 몸체에 방사형으로 복수의 관통홀을 형성하고 그 관통홀에는 각각 관통홀의 직경보다 상대적으로 작은 핀을 결합하여 관통홀과 핀의 공차로 가스배출구가 형성되도록 함으로써 원료가 용융되어 있는 수지가 금형의 캐비티로 주입되기 직전에 노즐에서 가스제거가 이루어지도록 하여 원료 내에 함유되어 있는 가스를 거의 완벽하게 제거할 수 있도록 한 것이다.

Description

플라스틱 원료에 혼재된 가스를 배출하기 위한 플라스틱 사출용 노즐{injection nozzle of molding machine}

본 발명은 플라스틱 원료에 혼재된 가스를 배출하기 위한 플라스틱 사출용 노즐에 관한 것으로, 사출기에서 플라스틱 원료를 주입할 때 원료에 혼재된 가스를 노즐에서 완벽하게 제거하여 성형물의 가공품질을 높일 수 있도록 한 것이다.

플라스틱 성형 제품은 사출기에서 용융된 수지를 노즐의 게이트를 통하여 금형의 캐비티로 공급하여 사출물을 성형하는 것으로, 이러한 플라스틱 성형 제품은 정밀도와 표면 질감, 충격 인장강도, 유해성 등의 성능에 대한 개선을 위하여 과거부터 현재까지 원료 수지의 개발 및 사출 기술의 개발이 끊임없이 이루어지고 있으며, 수요자의 요구 또한 지속적으로 높아지고 있다.

이러한 사출기에 장착되는 노즐은 용융된 수지를 금형 내로 압송하여 사출금형으로 공급하기 위하여 사용하는 것으로, 플라스틱 원료에는 안료나 가소제, 안정제, 충전제, 미네랄 등 다양한 종류의 첨가제가 첨가되며, 이렇게 원료에 첨가제가 혼합된 수지를 용융점까지 가열한 후 상기 노즐을 통하여 높은 압력으로 수지를 금형에 주입한다.

그런데 원료에 다양한 첨가제가 포함됨에 따라 화학반응에 의하여 수지 내에 가스가 발생하는데, 사출성형시 제품의 표면을 매끄럽게 하고 성형결과물을 좋게 하기 위해서는 원료에 포함되어 있는 가스를 제거하는 것이 매우 중요하다.

종래에는 원료 수지에 포함되어 있는 가스를 제거하기 위해서 노즐에 링 형상으로 이루어진 여러 개의 가스 밴트를 내장하여 용융된 수지에서 가스배출이 이루어지도록 한 것이 주로 사용되었다.

그런데 성형기의 수지 주입방식은 용융된 원료를 고압으로 밀어서 배출하는 방식이기 때문에 노즐부분에 매우 높은 압력이 집중되는데, 상기와 같이 노즐 내에서 수지가 배출되는 경로 상에 여러 개의 밴트가 내장될 경우 밴트가 장애요소가 되므로 더 높은 압력이 노즐 내부에 집중되며, 해당 부분의 내구성이 매우 취약하게 되어 쉽게 고장이 발생하는 문제가 있었다.

특히, 상기와 같이 노즐에 링이 내장되는 구조에서는 고장이 발생할 경우에 밴트가 노즐 내부에 일체로 형성되어 있기 때문에 분리가 되지 않으므로 유지보수가 불가능하였다.

또한, 플라스틱 원료에는 상술한 바와 같이 다양한 종류의 첨가물이 첨가되는데, 이 과정에서 화학반응에 의하여 가스 비중이 더 높아지면 압력이 가중된다는 문제가 있고, 또한 석분이나 유리분 등의 첨가물에 의하여 가스배출구가 막히면서 노즐이 쉽게 고장나는 문제가 있었다.

따라서 최근에는 원료 내의 가스발생을 최소화하기 위해서 원료의 주입단계에서 도 1에 도시된 바와 같이 원료를 건조하기 위한 건조장치(1)를 장착하여 건조, 제습건조, 진공건조, 열풍건조 등의 건조공정을 거친 후 원료를 주입하여 성형물을 생산하고 있으나, 이는 대기 중의 수분만을 제거하는 방식으로 원료 입자 내부의 수분제거는 불가능하다.

또한, 원료 내의 가스를 제거하기 위한 방법으로 원료가 주입되는 후방에서 가스배출장치(2)를 장착하여 가스를 배출하는 방안도 제안되었으나, 후방에서 가스를 배출할 경우 효율적으로 가스를 제거하기가 어렵다.

즉, 원료의 용융상태는 노즐을 통하여 배출하기 직전에 최대 용융이 이루어진 상태이며, 호퍼를 통하여 원료가 투입되는 초기에는 용융된 정도가 매우 미약하기 때문에 해당 부분에서 가스를 배출한다 하더라도 그 효율을 기대하기 어렵고, 노즐에서 용융점(대략 180~300℃)까지 가열할 때 화학적 반응으로 발생하는 가스는 제거할 수 있는 방법이 전혀 없다.

해당업계에서도 이로 인한 제품상의 문제를 모두 인지하고 있지만, 대책이 없기 때문에 어쩔 수 없이 가스가 일정량 포함된 상태로 사출성형이 이루어지고 있으며, 이에 따라 만족할만한 품질의 제품생산이 불가능하다.

생산제품에 가스가 혼합된 상태로 사출성형이 이루어질 경우, 웰드라인, 수축실, 버(burr), 광택, 도장불량, 도금불량, 금형오염, 인장강도 및 충격강도 저하 등 제품불량의 직접적인 원인이 된다.

특히, 자동차 범퍼와 같이 표면상태가 매우 중요한 제품군의 경우에는 불량률이 매우 심각하다.

즉, 육안으로 미세한 부분을 찾아낼 수 없기 때문에 결국 사출한 제품에 프라이머를 도포하고 도장마감을 한 이후에 제품의 불량 여부를 확인할 수 있는데, 불량 여부를 확인하는 단계에서는 이미 제품 제작이 완료된 상태이므로 재사용도 불가능하며, 이로 인하여 원료낭비 및 기타 비용손실이 매우 심각하다는 문제가 있다.

KR 100822479 B1 KR 1020090030419 A

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 원료에 함유되어 있는 가스를 용융상태가 최대화된 노즐에서 제거하도록 하여 가스를 효율적으로 제거할 수 있도록 함은 물론, 노즐에 가스밴트를 형성함에도 불구하고 압력부하가 가중되지 않도록 한 것이다.

또한, 그 구조를 간소화하면서도 분해조립이 가능한 구조로 이루어지도록 하여 노즐의 유지보수가 가능하도록 한 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 기술적 사상으로서의 본 발명은, 일측으로는 사출기체결부가 형성되고 타측으로는 금형터치부가 형성되며 중공부가 형성되는 노즐본체와, 상기 노즐본체의 중공부에 삽입되고 방사형으로 복수의 가스배출구가 형성되는 가스밴트와 상기 가스밴트의 가스배출구와 연통되는 가스경유로 및 가스경유로와 연결되어 가스배출이 이루어지도록 하기 위한 가스배출통로를 포함하여 구성되도록 하고, 상기 가스밴트는 중공된 관체로 이루어지는 몸체를 구비하고, 상기 몸체의 둘레를 따라서 나선형으로 타공된 복수의 관통홀을 형성하며, 상기 관통홀에는 각각 관통홀의 직경보다 상대적으로 작은 핀을 결합하여 몸체의 중공된 내부로 노출된 핀에 의하여 수지의 와류를 유도하면서 관통홀과 핀의 공차로 가스배출구가 형성되도록 함으로써 가스밴트를 경유하여 수지가 이송될 때 원료는 배출되지 않고 원료에 혼재된 가스 및 수분을 배출할 수 있도록 한 것이다.

따라서 본 발명의 플라스틱 원료에 혼재된 가스를 배출하기 위한 플라스틱 사출용 노즐에 의하면, 고압으로 이동하는 용융 수지에 포함되어 있는 가스 성분을 노즐의 말단부에서 제거하여 거의 완벽하게 제거함으로써 고품질의 제품을 제작할 수 있고, 제품에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

또한, 사출 과정에서 발생하는 수분이나 가스를 보다 완벽하게 제거함으로써 별도의 복잡한 건조설비를 설치할 필요가 없으므로 매우 경제적인 효과가 있다.

또한, 수지의 와류를 유도하고 배출이 원활하게 이루어지도록 함으로써 가스밴트 부분에 압력이 집중되지 않으므로 내구성이 매우 향상되며, 고장발생의 우려가 없이 장기간 사용가능하며 생간과정에서 작업의 단절을 최소화할 수 있다.

또한, 노즐의 분해조립이 용이하므로 쉽게 유지보수가 가능하므로 작업의 단절이 발생하는 경우에도 그 기간을 단축하여 생산성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 종래의 성형기의 가스 배출구조를 나타낸 개략도
도 2는 본 발명에 따른 사출용 노즐의 구조를 나타낸 단면도
도 3은 도 2의 사출용 노즐의 분해사시도
도 4는 본 발명의 가스밴트의 구조를 나타낸 분해사시도
도 5는 본 발명의 가스밴트에 핀이 장착된 구조를 나타낸 개략도
도 6은 본 발명의 가스밴트가 노즐본체에 장착된 상태의 단면도
도 7은 본 발명의 사출용 노즐을 이용한 가스배출 구조를 나타낸 사용상태도
도 8은 본 발명의 가스밴트의 또 다른 실시 예에 따른 장착구조를 나타낸 단면도
도 9는 본 발명의 가스경유로의 또 다른 실시 예를 나타낸 사시도
도 10은 도 9의 조립 단면도

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 노즐본체(100)와, 노즐본체(100)에 삽입되는 가스밴트(200)와, 노즐본체(100)의 내부에서 가스밴트(200)의 가스배출구(220)와 연통되는 가스경유로(300) 및 가스경유로(300)와 연결되어 외부로 가스를 배출하기 위한 가스배출통로(400)로 이루어지고, 상기 가스밴트(200)는 관체로 이루어지는 몸체(240)에 관통홀(260)이 형성되고 그 관통홀(260)에 핀(280)이 결합되어 관통홀(260)과 핀(280)과의 공차에 의하여 가스배출이 이루어지도록 구성될 수 있다.

노즐본체(100)는, 사출기에 장착하기 위하여 일측으로는 사출기체결부(120)가 형성되고, 사출기체결부(120)의 타측으로는 금형터치부(140)가 형성되며, 상기 사출기체결부(120)로부터 금형터치부(140)로는 유로(130)가 형성되어 원료가 용융된 수지가 사출기체결부(120)로 주입된 후, 유로(130)를 따라서 금형터치부(140)로 배출되면서 사출기 금형의 캐비티에 주입된다.

사출기체결부(120)는 사출기에 나사방식으로 조립될 수 있도록 나선부를 형성함이 바람직하며, 금형터치부(140)는 노즐본체(100)와 탈부착 되는 구조로 이루어지도록 하면 금형터치부(140)의 유로가 막힌 경우에 금형터치부(140)만을 교체할 수 있다.

노즐본체(100)에 삽입되는 가스밴트(200)는 노즐본체(100)를 경유하는 수지, 즉 원료에 함유되어 있는 가스 및 수분을 제거하기 위한 것으로, 가스밴트(200)의 구조는 상술한 바와 같이 관체로 이루어져 내측으로 유로(130)가 확보된다.

가스밴트(200)는 수지가 유로(130)를 경유하여 금형의 캐비티에 주입이 이루어질 때 압력 집중을 방지하기 위해서는 몸체(240)가 원통형의 중공된 관체로 구성함이 바람직하며, 몸체(240)에는 방사형으로 다수의 관통홀(260)을 형성하고, 그 관통홀(260)에 강제 끼움으로 조립되는 핀(280)을 조립함으로써 가스밴트(200)의 조립이 완료된다.

이때, 상기 핀(280)은 관통홀(260)의 직경보다 미크론 단위로 미세하게 작은 직경을 갖도록 형성함으로써 핀(280)이 관통홀(260)에 강제 끼움으로 조립된 상태에서 임의로 분리되지 않게 되며, 그 미크론 단위의 공차가 가스배출구(220)의 역할을 하게 된다.

즉, 원료가 용융된 수지는 가스밴트(200)에 잔류한 상태에서 가스배출구(220)를 통하여 가스와 수분만 배출될 수 있게 되며, 이는 관통홀(260)과 핀(280)의 직경의 차이에 의하여 형성되는 가스배출구(220)의 폭이 원료가스입자와 수분입자보다는 상대적으로 크고 사출 원료입자보다는 상대적으로 작게 형성됨으로써 가스와 수분만 배출되고 원료는 배출되지 않게 된다.

그리고 이렇게 형성되는 가스배출구(220)는 가스경유로(300)와 연통되며, 가스경유로(300)는 다시 가스배출통로(400)와 연결되어 노즐본체(100)의 외부로 가스배출이 이루어지게 된다.

또한, 가스배출통로(400)에는 흡입장치(450)가 장착되어 가스배출통로(400)를 흡입하여 진공압에 의하여 노즐 내부의 유로(130)에 있는 원료 내 함유되어 있는 가스 및 수분을 강제로 배출할 수 있게 되며, 상기 가스경유로(300)의 일단에는 가스배출통로(400)를 통하여 흡입하여 가스와 수분의 강제 배출이 이루어질 때 자연배기가 이루어지도록 하기 위한 공기흡입구(500)가 형성될 수 있다.

따라서 도 6에 도시된 바와 같이 노즐을 통하여 원료를 용융한 수지를 금형으로 주입할 때 수지가 가스밴트(200) 구간을 지나면서 가스밴트(200)의 가스배출구(220)를 통하여 원료에 함유되어 있는 가스 및 수분이 배출되며, 가스배출구(220)를 통하여 배출된 가스와 수분은 가스경유로(300)를 지나서 가스배출통로(400)를 통하여 외부로 배출된다.

여기서 가스 배출은 가스배출통로(400)에 장착된 흡입장치(450)에 의하여 진공압이 발생하면서 가스 배출이 이루어지게 되며, 가스 배출시 노즐 내부에 발생하는 흡입력에 의하여 부족한 만큼의 공기가 공기흡입구(500)로 주입되면서 자연배기가 이루어지고, 흡입장치(450)가 적은 용량으로 이루어짐에도 불구하고 가스 배출이 효율적으로 이루어지게 된다.

그리고 이렇게 수지가 금형으로 투입되기 직전에 노즐 내부에서 원료가 완전히 용융된 상태에서 가스 및 수분배출이 이루어지도록 함으로써 원료에 함유되어 있는 가스 및 수분을 거의 완벽에 가깝게 제거할 수 있게 되며, 성형품질을 현저하게 높일 수 있다.

한편, 상기 가스밴트(200)에 형성되는 관통홀(260)은 도 4 및 5에 도시된 바와 같이 핀(280)을 몸체(240)를 따라서 회전하면서 단차지게 끼워져 조립이 이루어지도록 함으로써 수지가 가스밴트(200)를 경유하여 주입될 때 수지의 와류를 유도할 수 있게 되며, 와류에 의하여 압력부하를 적게 받으면서도 수지가 사출기 금형으로 원활하게 주입되며, 와류에 의하여 가스밴트(200) 내부에서 수지가 서로 뒤섞이면서 수지에 포함되어 있는 가스를 더 효율적으로 배출되도록 된다.

또한, 몸체(240)에 형성되는 관통홀(260)을 도 8에 도시된 바와 같이 수지가 주입되는 유로(130)의 주입진행방향으로 경사지게 형성함으로써 원료가 용융된 수지가 주입되는 가스배출구(220)가 경사지게 형성됨에 따라서 원료에 함유되어 있는 가스 및 수분이 가스배출구(220)와 연통된 가스경유로(300)에서 흡입장치(450)의 진공압에 의한 흡입력과 공기흡입구(500)의 공기주입과 더불어 경사지 배출진행 방향으로 배출이 더욱 원활해지는 것이고, 이로 인해 수지가 가스밴트(200)를 경유하여 금형의 캐비티로 주입될 때 수지가 더욱 원활히 배출되며, 가스밴트(200) 내에서 압력이 집중되는 것을 완화할 수 있다.

또한, 상기 가스밴트(200)의 가스배출구(220)와 연통되는 가스경유로(300)는 도 4 및 도 6에 도시된 바와 같이 가스밴트(200)를 구성하는 몸체(240)의 외주면 둘레를 따라서 복수의 가스배출구(220)가 연결되도록 내입홈을 형성하거나, 또는 도 9 및 도 10과 같이 가스밴트(200)가 내장되는 노즐본체(100)의 중공부(160) 내주면에 가스배출구(220)의 위치와 대응되도록 형성할 수 있다.

한편, 노즐본체(100)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 가스밴트(200)가 삽입되는 실린더(102)와, 실린더(102)의 양측에 조립되는 가스배출통로(400)가 형성된 가스배출유도판(104) 및 공기흡입구(500)가 형성된 외부공기흡입판(106)과, 가스배출유도판(104)과 외부공기흡입판(106)에 각각 조립되는 고정판(108)과, 실린더(102)와 가스배출유도판(104)과 외부공기흡입판(106)과 고정판(108)을 고정하기 위한 고정볼트(109)로 이루어져 조립 및 분리가 이루어지는 구조로 제작될 수 있다.

상기 실린더(102)는 가스밴트(200)가 삽입될 수 있도록 중공부(160)가 형성되며, 이 중공부(160)는 유로(130)보다 상대적으로 크게 형성되면서 가스밴트(200)가 수용된 상태에서 가스밴트(200)의 중공된 직경이 유로(130)와 일치하게 되도록 확관부(165)를 형성함으로써 노즐 내에서 수지가 이송될 때 가스밴트(200)가 장착됨에도 불구하고 유로 폭이 감소되지 않도록 된다.

그리고 가스밴트(200)가 중공부(160)에 삽입된 상태에서 가스밴트(200)의 외주면에는 가스경유로(300)가 형성되는데, 상기 가스배출유도판(104)의 가스배출통로(400)와 외부공기흡입판(106)의 공기흡입구(500)가 가스밴트(200)의 외주면에 형성되는 가스경유로(300)의 위치와 대응되게 형성된다.

또한, 상기 가스배출유도판(104)과 외부공기흡입판(106)에는 각각 노즐본체의 조립을 마감하기 위한 고정판(108)이 장착되는 것으로, 가스배출유도판(104) 측에 장착되는 고정판(108)에는 금형터치부(140)가 형성되고 외부공기흡입판(106)에 장착되는 고정판(108)에는 사출기체결부(120)가 각각 형성될 수 있다.

또한, 상기 실린더(102)와 가스배출유도판(104)과 외부공기흡입판(106)과 고정판(108)에는 각각 나사산이 형성된 체결공이 형성되어 고정볼트(109)가 가스배출유도판(104)과 외부공기흡입판(106)과 고정판(108)을 관통하여 실린더(102)에 조립이 이루어지도록 할 수 있으며, 이때 고정볼트(109)는 노즐이 압력에 대항하여 내구성을 확보할 수 있도록 방사형으로 여러 개의 고정볼트(109)를 장착하여 노즐의 조립이 이루어지도록 함이 바람직하다.

100: 노즐본체 102: 실린더
104: 가스배출유도판 106: 외부공기흡입판
108: 고정판 120: 사출기체결부
130: 유로 140: 금형터치부
160: 중공부 165: 확관부
200: 가스밴트 220: 가스배출구
240: 몸체 260: 관통홀
280: 핀
300: 가스경유로
400: 가스배출통로 450: 흡입장치
500: 공기흡입구

Claims (5)

1. 일측으로는 사출기체결부(120)가 형성되고, 타측으로는 금형터치부(140)가 형성되며, 중공부(160)가 형성되는 노즐본체(100);
   상기 노즐본체(100)의 중공부(160)에 삽입되고 방사형으로 복수의 가스배출구(220)가 형성되는 가스밴트(200);
   상기 가스밴트(200)의 가스배출구(220)와 연통되는 가스경유로(300) 및 가스경유로(300)와 연결되어 가스배출이 이루어지도록 하기 위한 가스배출통로(400);
   를 포함하여 구성되고,
   상기 가스밴트(200)는,
   중공된 관체로 이루어지는 몸체(240)가 구비되고, 상기 몸체의 둘레를 따라서 나선형으로 타공된 복수의 관통홀(260)이 형성되며, 상기 관통홀(260)에는 각각 관통홀(260)의 직경보다 상대적으로 직경이 작은 핀(280)이 결합되어 몸체(240)의 중공된 내부로 노출된 핀에 의하여 수지의 와류를 유도하면서 관통홀(260)과 핀(280)의 공차로 가스배출구(220)가 형성되어 원료는 배출되지 않고 원료 내에 함유되어 있는 수분과 가스를 제거할 수 있게 되는 플라스틱 원료에 혼재된 가스를 배출하기 위한 플라스틱 사출용 노즐.
2. 제 1항에 있어서, 상기 가스밴트(200)는 수지가 가스밴트(200)를 경유하여 주입이 이루어질 때 수지의 유동성을 확보하기 위하여 관통홀(260)이 수지가 유로(130)로 주입되어 유동되는 방향으로 경사지게 형성됨을 특징으로 하는 플라스틱 원료에 혼재된 가스를 배출하기 위한 플라스틱 사출용 노즐.
3. 제 1항에 있어서, 상기 가스배출통로(400)는 흡입장치(450)에 연결되어 노즐 내 강제 가스배출이 이루어지고,
   상기 가스경유로(300)의 일단에는 가스배출통로(400)를 통하여 강제 배출이 이루어질 때 자연배기를 위한 공기흡입구(500)를 더 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 플라스틱 원료에 혼재된 가스를 배출하기 위한 플라스틱 사출용 노즐.
4. 제 1항에 있어서, 상기 노즐본체(100)는,
   가스밴트(200)가 삽입되도록 중공부(160)가 형성되고, 중공부(160)에 삽입된 가스밴트(200)의 외면과 중공부(160)의 내면 사이에 가스경유로(300)가 형성되는 실린더(102);
   상기 실린더(102)의 양단에 조립되되 상기 가스경유로(300)와 연통하는 가스배출통로(400)와 공기흡입구(500)가 각각 형성된 가스배출유도판(104) 및 외부공기흡입판(106);
   상기 가스배출유도판(104)과 외부공기흡입판(106)에 각각 조립되되 사출기체결부(120)와 금형터치부(140)가 각각 형성된 고정판(108);
   상기 가스배출유도판(104)과 외부공기흡입판(106)과 고정판(108)을 관통하여 실린더(102)에 조립하기 위한 고정볼트(109);
   를 포함하여 구성되는 플라스틱 원료에 혼재된 가스를 배출하기 위한 플라스틱 사출용 노즐.
5. 제 4항에 있어서, 상기 실린더(102)는 중공부(160)에 가스밴트(200)를 수용하기 위한 확관부(165)가 형성되어 가스밴트(200)가 내장된 상태에서 유로 폭이 감소되지 않도록 가스밴트(200)가 장착됨을 특징으로 하는 플라스틱 원료에 혼재된 가스를 배출하기 위한 플라스틱 사출용 노즐.

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