KR101809052B1 - 고화 성능이 향상된 런너리스 사출성형 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고화 성능이 향상된 런너리스 사출성형 시스템을 개시한다, 본 발명에 따른 고화 성능이 향상된 런너리스 사출성형 시스템은 용융된 수지를 사출하는 노즐이 구성되는 가동측 금형; 상기 발광다이오드 리드 프레임의 형상과 대응되는 형상의 캐비티가 형성되는 고정측 금형; 상기 캐비티로 용융 수지를 공급하기 위한 다수의 런너들과 수지이동통로들이 형성된 런너 플레이트; 상기 런너 플레이트의 상부 및 하부에 접속되어 상기 런너 플레이트 내에 존재하는 상기 수지를 용융점 이상으로 가열하는 복수개의 가열플레이트; 상기 가동측 금형에 형성되어 상기 런너 플레이트 및 내부의 용융된 수지를 냉각시키는 제 1 냉각유로와, 상기 고정측 금형에 형성되어 캐비티 내에 주입된 용융된 수지를 냉각시키는 제 2 냉각유로로 구분 형성되는 냉각채널; 을 포함하여 구성되며, 상기 제 2 냉각유로는, 상기 캐비티 사이에 위치되는 돌출부가 형성되고, 상기 캐비티가 부분적으로 수용되는 오목부가 상기 돌출부를 사이에 두고 대칭되도록 형성되어 'W'형 구조를 취하며, 오목부의 외면에는 캐비티의 열이 제 2 냉각유로측으로 빠르게 전달될 수 있도록 열전도율이 높은 방열판넬 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

고화 성능이 향상된 런너리스 사출성형 시스템 {Runnerless injection molding system with improved cooling performance}
본 발명은 런너리스(runner less) 사출성형 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 가열플레이트를 이용하여 런너 플레이트를 가열시켜 런너 플레이트 내에 응고된 수지를 용융시켜 사출가능 상태로 만듬과 동시에 금형의 캐비티 내에 주입된 수지의 급속 냉각이 가능한 고화 성능이 향상된 런너리스 사출성형 시스템에 관한 것이다.
사출성형 금형은 고정측 금형과 가동측 금형으로 구성되며, 가동측 금형을 고정측 금형에 결합시키면 그 사이에 제품이 형성되는 캐비티가 형성된다. 수지제품을 성형하기 위하여 융용된 수지를 스프루, 런너, 및 게이트 등을 통해 금형 내의 캐비티에 고압으로 주입하여 주입된 수지가 냉각 고화되면 가동측 금형을 고정측 금형으로부터 분리시켜 성형된 제품을 추출하게 된다.
콜드런너 시스템은 런너 내부의 수지가 캐비티 내의 수지와 함께 냉각 고화되어 성형된 제품과 함께 추출되고, 추출된 런너 부분이 제품으로 제거된다. 반면 핫 런너 시스템은 런너 내의 수지가 냉각되어 고화되는 것을 방지하기 위해 런너 주위를 히터로 가열하는 방식으로, 일반적으로 매니폴드 내에 수지를 항상 용융 상태로 유지하는 런너리스 방식의 사출 시스템이다. 이러한 핫런너 시스템은 수지가 노즐로부터 가열된 매니폴드로 주입되면, 수지가 용융된 상태로 매니폴드의 내부 통로를 통하여 금형의 캐비티로 흘러들어가 성형되며, 이때, 매니폴드는 가열 실린더의 연장으로서 정밀하게 온도조절이 이루어져야 한다. 그리고 핫 런너 사출성형 시스템은 용융시, 온도의 손실이나 변화없이 용융 수지를 먼 거리까지 이송시킴으로써 원료와 에너지를 절약할 수 있는 장점이 있다.
그러나, 핫 런너 사출성형 시스템은 금형의 캐비티 내로 주입되는 용융 수지의 적절한 분배 및 적당한 온도의 유지, 밸브 핀의 안정적인 상하 동작 등과 같은 다양한 조건이 만족되어야만 정밀한 제품이 성형될 수 있다는 단점이 있다.
이러한 종래의 핫 런너 사출성형 시스템은 런너부를 가열하고 온도를 제어하기 위해 히터와 온도센서가 런너부에 장착되는 등의 구조의 한계로 인하여 소형 또는 고 정밀도를 요구하는 제품을 성형하는데 적용되기 어려운 문제점이 있었다. 특히 발광다이오드 리드 프레임과 같은 초소형 제품의 사출 금형은 고도로 집적화된 다수개의 캐비티로 인하여 기존의 핫 런너 방식은 현실적으로 적용하기 어려운 문제점이 있었다.
또한, 캐비티에 주입된 용융된 수지가 냉각을 통해 안정적으로 고화된 이후에 금형(캐비티)로부터 분리되어 인출되는데, 캐비티 내의 용융된 수지의 안정된 고화가 이루어지는 시점까지의 시간에 의해 제품의 생산 속도에 크게 관여하게 된다. 하지만, 일반적인 사출 시스템에서는 단순 고정측 금형에 단순한 관형 구조의 냉각 유로를 형성하는 수준에 그치기 때문에 캐비티 내의 열이 고정측 금형을 거쳐 냉각 유로를 통해 빠져나가기까지는 상당한 시간이 소요되고 그만큼 성형제품의 생산 속도 향상에도 한계가 있었다.
본 발명의 목적은 런너 플레이트를 급속기 가열시켜 런너 플레이트 내에 응고된 수지를 용융시켜 사출 가능한 상태로 만들기 위한 고화성능이 향상된 런너리스 사출성형 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 간편하게 유지보수가 가능하고 유닛 간격에 제한 없이 다수의 캐비티 금형에 매우 유리하며, 캐비티의 냉각성능을 향상시켜 성형제품 생산 속도를 향상시킬 수 있는 고화 성능이 향상된 런너리스 사출성형 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명에 따르면, 용융된 수지를 사출하는 노즐이 구성되는 가동측 금형; 상기 발광다이오드 리드 프레임의 형상과 대응되는 형상의 캐비티가 형성되는 고정측 금형; 상기 캐비티로 용융 수지를 공급하기 위한 다수의 런너들과 수지이동통로들이 형성된 런너 플레이트; 상기 런너 플레이트의 상부 및 하부에 접속되어 상기 런너 플레이트 내에 존재하는 상기 수지를 용융점 이상으로 가열하는 복수개의 가열플레이트; 상기 가동측 금형에 형성되어 상기 런너 플레이트 및 내부의 용융된 수지를 냉각시키는 제 1 냉각유로와, 상기 고정측 금형에 형성되어 캐비티 내에 주입된 용융된 수지를 냉각시키는 제 2 냉각유로로 구분 형성되는 냉각채널; 을 포함하여 구성되며, 상기 제 2 냉각유로는, 상기 캐비티 사이에 위치되는 돌출부가 형성되고, 상기 캐비티가 부분적으로 수용되는 오목부가 상기 돌출부를 사이에 두고 대칭되도록 형성되어 'W'형 구조를 취하며, 오목부의 외면에는 캐비티의 열이 제 2 냉각유로측으로 빠르게 전달될 수 있도록 열전도율이 높은 방열판넬 형성되는 것을 특징으로 하는 고화 성능이 향상된 런너리스 사출성형 시스템이 제공될 수 있다.
이때, 상기 가열 플레이트는 상기 런너들 및 상기 수지이동통로들 내의 응고된 수지가 용융된 후 상기 런너 플레이트로부터 분리되고, 상기 런너 플레이트는 상기 가동측 금형 및 고정측 금형과 체결되어 후속 사출 공정을 진행하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 제 2 냉각 유로에 의한 캐비티 내의 용융된 수지의 고화는 제 1 냉각유로에 의한 런너 플레이트 내의 용융된 수지의 고화보다 더 빠르게 이루어지는 것을으로 하는 고화 성능이 향상된 런너리스 사출성형 시스템.
본 발명에 의한 사출 성형 시스템은 간편하게 유지 보수가 가능하고 유닛 간격의 제한 없이 다수의 캐비티 금형에 매우 유리하다.
또한, 발광다이오드 리드 프레임과 같은 초소형 제품의 경우 고도로 집적화된 다수의 캐비티로 인해 기존의 핫 런너 시스템의 적용이 가능하며, 캐비티의 열배출을 통한 캐비티 내의 용융수지 고화속도를 향상시켜 제품 생산 속도 또한 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고화 성능이 향상된 런너리스 사출성형 시스템을 보여주는 개략적인 구성도이다.
도 2 및 3은 도 1의 런너리스 사출성형 시스템에 구비되는 냉각채널과 냉각채널에 의해 고화된 수지의 상태를 보여주기 위한 도면이다.
도 4 내지 도 7는 도 1의 런너리스 사출성형 시스템을 이용한 사출 과정 설명하기 위한 작동 상태도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명이 실시예를 상세하게 설명한다. 본 명세서에서 사용되는 용어들은 살시예에서의 기능을 고려하여 선택된 용어들로서, 그 용어들의 의미는 사용자 또는 운용자의 의도, 또는 판례 등에 따라 달라질 수 있다. 후술하는 실시예들에서 사용된 용어들의 의미는 본 명세서에서 구체적으로 정의돈 경우네는 그 정의에 따르며, 구체적인 정의가 없는 경우에는 당업자들이 일반적으로 인식하는 정도의 수준으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고화 성능이 향상된 런너리스 사출성형 시스템을 보여주는 개략적인 구성도이다. 도 3 및 3은 도 1의 런너리스 사출성형 시스템에 구비되는 냉각채널과 냉각채널에 의해 고화된 수지의 상태를 보여주기 위한 도면이다.
먼저 도 1을 참고하면, 본 발명에 따른 고화 성능이 향상된 런너리스 사출성형 시스템은(이하 '런너리스 사출성형 시스템' 으로 약칭함) 가동측금형(110), 고정측 금형(120), 런너 플레이트(130), 가열 플레이트(140) 및 냉각채널(150)로 구성된다. 런너플레이트(130)에는 수지이동통로(132), 런너(134) 및 게이트(136)가 형성 또는 장착되어 노즐(112)로부터 공급된 용융수지가 제품의 형상을 구성하는 캐비티로 사출되어 진다.
상기 가동측 금형(110)과 런너 플레이트(130)가 상기 고정측 금형(120)에 결합되어 사출제품의 형상을 구성하는 캐비티가 형성된다. 용융된 수지는 사출기의 노즐(112)로부터 사출되어 수지이동통로(132)를 거쳐 런너(134)를 지나 게이트(136)를 통과하여 제품 형상인 캐비티에 충진된다. 이때, 수지이동통로(132)는 사출기 노즐(112)로부터 사출된 용융수지를 런너(134)에 보내는 통로 역할을 하고, 게이트(136)는 런너(134)의 하부에 런너(134)와 연통되어 런너(134)를 통해 공급된 수지를 제품의 형상인 캐비티로 주입한다.
가열 플레이트(140)는 적어도 하나 이상 형성되고, 내부에 설치된 히터를 이용하여 고온으로 가열된 상태를 유지하고, 상기 런너 플레이트(130)의 상부 및 하부면에 접촉하여 런너 플레이트(130)의 내부에 응고된 수지를 용융점 이상으로 다시 가열시키는 역할을 한다. 물론 가열 플레이트(140)에 온도센서를 설치하여 가열 플레이트(140)의 온도를 원하는 온도 범위로 조절할 수도 있으나, 본 발명의 런너리스 사출 성형 시스템은 런너 플레이트(130)나 가동측 금형(110)에 런너 플레이트(130)를 가열시켜 런너 플레이트(130) 내의 고화된 수지를 용융시키기 위한 별도의 히터가 구성되지 않아도 된다.
냉각채널은(150) 가동측 금형(110) 및 고정측 금형(120)에 각각 형성되어 각각의 냉각채널(151, 152)에 냉매를 순환시켜 캐비티 내로 주입된 수지 및 런너 내(134)의 수지가 냉각되어 고화되도록 유도하는 구성이다. 이러한 냉각채널(150)은 가동측 금형(110)에 구성되는 제 1 냉각유로(151)와, 고정측 금형(120)에 구성되는 제 2 냉각유로(152)로 구분될 수 있다.
제 1 냉각유로(151)는 앞서 설명한 바와 같이 런너(134) 내의 수지를 냉각시키는 것으로, 통상적인 관형구조의 냉각 채널로 형성될 수 있다. 이러한 제 1 냉각유로(151)는 런너(134) 내의 수지의 급속한 고화가 이루어지면 다음 제품 성형을 위한 런너(134)의 가열시 가열 에너지와 고화된 수지가 재 용융되기까지의 시간 딜레이가 발생되기 때문에 런너 플레이트(130)와의 접촉에 의한 직접적인 냉각 보다는 런너 플레이트(130)가 냉각되어 완전히 고화되기까지의 시간 딜레이가 존재할 수 있도록 런너 플레이트(130)의 열이 가동측 금형(110)을 거쳐 간접적으로 전달되어 제 1 냉각유로(151)를 통해 냉각되는 형태로 구성된다.
제 2 냉각유로(152)는 고정측 금형(120)에 형성되는 것으로, 캐비티의 하부측에 위치되고, 캐비티의 구조(또는 형상)와 대응되도록 중앙에 돌출부가 형성되고, 돌출부(153)를 사이에 두고 대칭되도록 오목부가 형성되어 마치 알파벳 'W'형 구조로 형성된다. 이때, 제 2 냉각유로(152)의 오목부(154)는 캐비티를 내부로 수용하는 형태로 형성되며, 오목부(154)에는 열전도율이 높은 방열판넬(155)이 추가 형성된다. 이러한 방열판넬(155)은 캐비티와 오목부(154) 사이에 위치하며, 보다 더 구체적으로는, 오목부(154) 외면에 형성될 수 있다. 이러한 방열판넬(155)은 캐비티의 열이 빠르게 제 2 냉각유로(152) 측으로 전달되도록 함으로써 캐비티의 급속한 냉각이 이루어질 수 있도록 한다. 아울러, 돌출부(153)는 캐비티와 오목부(154) 사이의 제 2 냉각유로(152)의 유로(A)를 좁혀줌으로써 냉매의 유동 속도를 증가시켜 캐비티로부터 전달된 열의 이동을 원활하게 하여 냉각이 더욱더 급속하게 이루어지도록 함으로써 캐비티 내 용융된 수지 고화가 빠르게 이루어질 수 있다.
이하에서는 상기에서 설명한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 런너리스 사출성형 시스템을 이용한 사출공정에 대해 설명하기로 한다.
도 4 내지 도 7는 도 1의 런너리스 사출성형 시스템을 이용한 사출 과정 설명하기 위한 작동 상태도이다.
도 4 내지 7을 참고하면, 먼저, 도 4는 사출공정이 완료되고 런너 플레이트(130) 및 이동측 금형(110)이 고정측 금형(120)으로부터 분리되고, 캐비티 내에 성형된 제품이 추출된 상태를 나타낸 것으로, 이때 런너(134)의 내부의 수지는 응고되어 고화된 상태이다. 이때, 런너 내부의 수지가 고화되는 것으로 개시하고 있지만, 런너 내부의 수지가 고화된 정도는 런너(134) 내부의 수지는 캐비티의 사출성형되는 제품과 같이 완전히 고화된 것과 그 의미가 다소 다를 수 있으며, 보다 구체적으로는 용융점 이하의 온도에 의해 수지이동통로(132)에 존재하는 수지가 게이트(136)를 통해 자연적으로 배출될 정도로 용융된 상태가 아님을 의미한다.
도 5는 가열 플레이트(140)와 런너 플레이트(130)가 결합된 상태 및 런너(134) 내부의 응고되었던 수지가 다시 용융된 상태를 도시한 것으로, 성형된 제품이 추출된 후, 하나 또는 다수의 가열 플레이트(140)가 런너 플레이트(130)로 이동하여 런너 플레이트(130)와 결합된다. 가열 플레이트(140)는 고온으로 가열된 상태를 유지하며, 런너 플레이트(130)의 상부면 및/또는 하부면에 접촉하여 런너 플레이트(130) 내의 런너(134) 및 수지이동통로(132)에 고화되었던 수지는 가열 플레이트(140)에 의해 수지의 용융점 이상으로 재 가열되어 용융되며 다시 사출 가능한 상태로 된다. 이때, 런너(134) 및 수지이동통로(132)에 존재하는 수지는 완벽히 고화된 상태가 아님에 따라 가열 플레이트(140)에 의한 재가열 시, 수지가 용융점 이상으로 빠르게 가열될 수 있다.
도 6은 가열 플레이트(140)에 의해 런너 플레이트(130) 내의 수지가 다시 용융된 뒤, 가열 플레이트(140)가 런너 플레이트(130)로부터 분리된 상태를 도시한 것으로, 런너 플레이트(130)가 가열되어 런너 플레이트(130) 내부의 수지가 다시 용융되면 가열 플레이트(140)는 런너 플레이트(130)로부터 분리되어 원래 위치로 복귀 이동된다.
도 7은 가동측 금형(110)과 런너 플레이트(130)가 다시 고정측 금형(120)에 결합된 상태를 도시한 것으로, 가열 플레이트(140)가 분리된 후, 가동측 금형(110)과 런너 플레이트(130)는 다시 고정측 금형(120)과 결합되고 용융수지가 노즐(112)로부터 사출되어 후속 사출 공정이 시작된다.
이와 같은 본 발명에 의한 런너리스 사출성형 시스템은 히터와 같른 별도의 가열장치나 온도센서들이 런너 플레이트(130) 또는 가동측 금형(110) 내에 설치되지 않아도 되기 때문에 캐비티 간의 피치의 제약이 없고 모든 어레이에 적용 가능한 장점이 있다. 이에 따라 발광다이오드 리드 프레임과 같은 초소형 제품의 사출 성형에도 적용이 가능한 장점이 있다.
아울러, 본 발명에 따른 사출성형 시스템에 의해 제조되는 제품이 초소형인 만큼 캐비티의 부피 및 주입되는 수지의 양이 적기 때문에 캐비티의 냉각 성능을 조금만 향상시켜도 캐비티 내의 수지의 고화 속도가 빨라져 사출제품의 생산 속도가 월등이 증가 되게 된다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니라, 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시 예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수 있다.
100: 사출성형 시스템
110: 가동측 금형 120: 고정측 금형
130: 런너플레이트 132: 수지이동통로
134: 런너 136: 게이트
140: 가열플레이트 150: 냉각채널
151: 제 1 냉각유로 152: 제 2 냉각유로
153: 돌출부 154: 오목부
155: 방열판넬

Claims (3)

  1. 발광다이오드 리드 프레임을 사출성형 하기 위한 런너리스 사출성형 시스템에 있어서,
    용융된 수지를 사출하는 노즐이 구성되는 가동측 금형;
    상기 발광다이오드 리드 프레임의 형상과 대응되는 형상의 다수의 캐비티가 형성되는 고정측 금형;
    상기 캐비티로 용융 수지를 공급하기 위한 다수의 런너들과 수지이동통로들이 형성된 런너 플레이트;
    상기 런너 플레이트의 상부 및 하부에 접속되도록 이동된 후 상기 런너 플레이트 내에 존재하는 상기 수지를 용융점 이상으로 가열한 다음 상기 런너 플레이트의 상부 및 하부에서 분리된 후 외측으로 이동되는 복수개의 가열플레이트;
    상기 가동측 금형에 형성되어 상기 런너 플레이트 및 내부의 용융된 수지를 간접적으로 냉각시키는 제 1 냉각유로와, 상기 고정측 금형에 형성되어 캐비티 내에 주입된 용융된 수지를 냉각시키는 제 2 냉각유로로 구분 형성되는 냉각채널; 을 포함하여 구성되며,
    상기 제 2 냉각유로는,
    상기 캐비티 사이에 위치되는 돌출부가 형성되고, 상기 캐비티가 부분적으로 수용되는 오목부가 상기 돌출부를 사이에 두고 대칭되도록 형성되어 'W'형 구조를 취하며, 오목부의 외면에는 캐비티의 열이 제 2 냉각유로 측으로 빠르게 전달될 수 있도록 고정측 금형보다 열전도율이 높은 재질의 방열판넬 형성되는 것을 특징으로 하는 고화 성능이 향상된 런너리스 사출성형 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 런너 플레이트는 상기 런너 플레이트에 의해 가열된 상태에서 런너플레이트가 분리된 후, 상기 가동측 금형 및 고정측 금형과 결합되어 수지를 사출하는 것을 특징으로 하는 고화 성능이 향상된 런너리스 사출성형 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 2 냉각 유로에 의한 캐비티 내의 용융된 수지의 고화는 제 1 냉각유로에 의한 런너 플레이트 내의 용융된 수지의 고화보다 더 빠르게 이루어지는 것을 특징으로 하는 고화 성능이 향상된 런너리스 사출성형 시스템.

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