KR101889098B1 - 표면 함몰 없는 제품의 사출 성형 금형 - Google Patents

Abstract

내측 표면에서 돌출된 돌기를 구비한 플라스틱 제품을 사출 성형하기 위한 금형으로서, 외부에 노출되는 외측 표면에 함몰이 없는 제품을 성형하는 사출 성형 금형이 개시된다. 개시된 사출 성형 금형은, 플라스틱 제품의 외측 표면의 형상에 대응되는 상측 형상면을 갖는 상부 코어, 플라스틱 제품의 내측 표면의 형상에 대응되고, 돌기의 형상에 대응되는 돌기 그루브(groove)가 형성된 하측 형상면을 갖는 하부 코어, 돌기 그루브 주변의 하측 형상면으로 고압 공기가 토출되도록, 하부 코어 내부에 삽입되어 말단이 하측 형상면까지 연장된 공기 토출 노즐(nozzle), 및 하부 코어의 외부에서 공기 토출 노즐까지 고압 공기를 공급하는 고압 공기 공급 유닛(unit)을 구비하고, 상부 코어와 하부 코어가 형합(型合)되어 형성된 캐비티(cavity)에 용융된 수지가 90% 이상 100% 미만으로 채워진 때 공기 토출 노즐을 통해 고압 공기가 토출된다.

Description

표면 함몰 없는 제품의 사출 성형 금형{Injection mold for manufacturing product without sinking on surface}

본 발명은 사출 성형 금형에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제품의 표면에 함몰 부분이 형성되는 불량이 발생하지 않는 사출 성형 금형에 관한 것이다.

사출 성형(injection molding)은 용융 상태의 수지를 금형의 내부에 주입 후 냉각하여 제품을 형성하는 공법으로, 압축 성형(compression molding), 압출 성형(extrusion molding) 등의 다른 성형 공법에 비해 제품의 형태 및 사이즈에 제한이 적으며 생산성 및 작업 능률이 우수하여 플라스틱 제품의 성형에 폭넓게 사용되고 있다.

사출 성형 제품 중에서 예컨대, 스크류 체결을 위한 보스(boss)와 같은 돌기를 갖는 제품이 있다. 도 1은 종래의 보스를 구비한 사출 성형 제품의 단면도이고, 도 2는 종래의 사출 성형 제품에 구비된 보스의 일 예로서, 도그 하우스에 연결된 보스를 도시한 사시도이다. 도 1을 참조하면, 사출 성형 제품(1)은 예컨대, 전자 기기 또는 자동차 등의 완제품에 부품으로 사용되는 제품으로서, 외부에 노출되지 않는 내측면에서 내측으로 돌출되는 보스(boss)(3)를 구비한다. 상기 보스(3)는 상기 제품(1)과 다른 제품(미도시)을 결합하기 위한 부분으로, 보스(3) 중앙에 핀(pin)(미도시) 또는 스크류(screw)(미도시)의 단부가 삽입되는 보스 홀(boss hole)(4)이 형성된다.

한편, 외부로 노출되는 상기 제품(1)의 외측면(2)에서 상기 보스(3)와 정렬되는 부분에는 함몰(sinking)(5)이 발생할 수 있다. 예를 들어, 캐비티 내로 용융된 수지가 경화되는 과정에서 수축하여 제품(1)의 외측면에 상기한 함몰(5)이 형성될 수 있다.

이러한 제품 표면의 함몰을 없애기 위하여, 도 2에 도시된 것처럼 사출 성형 제품(6)의 내측 표면과 보스 홀(9)이 형성된 보스(8) 사이에 일 측이 개방된 도그 하우스(dog house)(7)을 형성할 수도 있다. 그러나, 도그 하우스(7)를 형성하기 위해서는 경사 코어를 갖는 금형이 필요하므로, 금형 구조가 복잡해지고 금형 설계가 어려워지며, 사출 성형 사이클(cycle)이 지연될 수 있다.

또한, 제품 표면의 함몰을 없애기 위하여, 등록특허공보 제10-1678958호에 개시된 것처럼 승강 슬라이드 캠을 구비한 금형을 사용하는 방법도 알려져 있다. 그러나, 승강 슬라이드 캠을 갖는 금형도 금형 구조가 복잡하고 금형 설계가 어려우며, 사출 성형 사이클이 지연될 수 있다. 이로 인해 생산 원가가 상승하고, 생산성이 저하될 수 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-1678958호

본 발명은, 예컨대, 보스와 같은 돌기를 구비한 플라스틱 제품을 성형하는 사출 성형 금형으로서, 외부에 노출되는 외측 표면에 함몰이 없는 제품을 성형하는 사출 성형 금형을 제공한다.

본 발명은, 내측 표면에서 돌출된 돌기를 구비한 플라스틱 제품을 사출 성형하기 위한 금형으로서, 상기 플라스틱 제품의 외측 표면의 형상에 대응되는 상측 형상면을 갖는 상부 코어, 상기 플라스틱 제품의 내측 표면의 형상에 대응되고, 상기 돌기의 형상에 대응되는 돌기 그루브(groove)가 형성된 하측 형상면을 갖는 하부 코어, 상기 돌기 그루브 주변의 하측 형상면으로 고압 공기가 토출되도록, 상기 하부 코어 내부에 삽입되어 말단이 상기 하측 형상면까지 연장된 공기 토출 노즐(nozzle), 및 상기 하부 코어의 외부에서 상기 공기 토출 노즐까지 고압 공기를 공급하는 고압 공기 공급 유닛(unit)을 구비하고, 상기 상부 코어와 하부 코어가 형합(型合)되어 형성된 캐비티(cavity)에 용융된 수지가 90% 이상 100% 미만으로 채워진 때 상기 공기 토출 노즐을 통해 상기 고압 공기가 토출되는, 표면 함몰 없는 제품의 사출 성형 금형을 제공한다.

상기 고압 공기의 압력은 50 내지 200 bar 이고, 상기 돌기 그루브에서 상기 공기 토출 노즐의 말단까지의 거리는 30 내지 80 mm 일 수 있다.

상기 공기 토출 노즐의 말단에는 공기가 토출되는 슬롯(slot)이 형성되고, 상기 슬롯의 폭은 20 내지 50 ㎛ 일 수 있다.

상기 하측 형상면에는 상기 하측 형상면의 테두리를 따라 연장된 폐곡선 경로를 따라 파여진 테두리 리브 그루브(rib groove)가 형성되고, 상기 상부 코어와 하부 코어가 형합되고 상기 테두리 리브 그루브에 채워지는 용융된 수지가, 상기 공기 토출 노즐을 통해 토출된 고압 공기의 누압(pressure leak)을 막을 수 있다.

본 발명의 표면 함몰 없는 제품의 사출 성형 금형은, 상기 상부 코어와 하부 코어가 형개(型開)된 때 상기 플라스틱 제품을 상기 하측 형상면에서 분리하기 위해 상기 플라스틱 제품을 밀어 올리는 이젝트 핀(eject pin)을 더 구비하고, 상기 하측 형상면에는 상기 이젝트 핀의 말단을 에워싸는 폐곡선 경로를 따라 파여진 이젝트 핀 리브 그루브가 형성되고, 상기 상부 코어와 하부 코어가 형합되고 상기 이젝트 핀 리브 그루브에 채워지는 용융된 수지가, 상기 공기 토출 노즐을 통해 토출된 고압 공기의 누압(pressure leak)을 막을 수 있다.

상기 리브 그루브의 폭과 깊이는 각각, 0.5 내지 2.0 mm 일 수 있다.

상기 공기 토출 노즐은, 상기 돌기 그루브를 중심으로 일 측과 그 반대측에 적어도 하나씩 복수 개가 구비될 수 있다.

상기 돌기는 중앙에 보스 홀(boss hole)이 형성된 보스(boss)이고, 본 발명의 표면 함몰 없는 제품의 사출 성형 금형은, 상기 표면 함몰 없는 제품의 사출 성형 금형은, 상기 하부 코어 내부에 삽입되고, 상기 보스 홀의 형상에 대응되도록 상기 돌기 그루브 내에서 상향 연장된 상단부를 구비한 홀 형성 핀(pin)을 더 구비하고, 상기 고압 공기 공급 유닛은 상기 하부 코어의 외부에서 상기 홀 형성 핀까지 고압 공기를 공급하고, 상기 홀 형성 핀의 상단에는 상기 고압 공기 공급 유닛에서 공급된 고압 공기가 토출되는 슬롯(slot)이 형성되고, 상기 상부 코어와 하부 코어가 형합(型合)되어 형성된 캐비티(cavity)에 용융된 수지가 90% 이상 100% 미만으로 채워진 때 상기 홀 형성 핀 상단의 슬롯을 통해 상기 고압 공기가 토출될 수 있다.

상기 홀 형성 핀 상단의 슬롯의 폭은 20 내지 50 ㎛ 일 수 있다.

상기 돌기는 중앙에 보스 홀(boss hole)이 형성된 보스(boss)이고, 상기 플라스틱 제품은 상기 내측 표면과 상기 보스 사이에 도그 하우스(dog house)가 없을 수 있다.

본 발명의 사출 성형 금형을 이용하면, 외부에 노출되는 외측면에 수지 수축에 의한 함몰이 없는 플라스틱 제품을 신뢰성 있게 생산할 수 있어, 제품 불량이 예방되고, 생산성이 향상된다. 또한, 본 발명의 사출 성형 금형은 도그 하우스를 형성하기 위한 경사 코어 또는 승강 슬라이드 캠을 구비하지 않으므로, 금형 구조가 단순하여 금형의 형합 및 형개 동작에 신뢰성이 향상되고, 사출 성형 사이클의 속도가 향상되며, 금형 설계가 용이하다. 이로 인해, 돌기가 있는 플라스틱 제품의 생산 원가가 절감되고 생산성이 향상된다.

한편, 고압 공기 토출이 없는 통상적인 사출 성형 금형의 경우에는 보압(packing pressure) 과정에서 수지 사출기의 형체력으로 큰 힘이 필요하나, 캐비티(cavity) 내부로 고압 공기를 토출하는 본 발명의 사출 성형 금형의 경우에는 그처럼 큰 사출기 형체력을 필요로 하지 않아서 작은 사이즈(size)의 수지 사출기를 적용할 수 있으며, 이로 인해 제품 생산 원가가 절감된다.

또한, 캐비티 내부로 고압 공기를 토출하는 본 발명의 사출 성형 금형의 경우에 수지 주입량이 고압 공기 토출이 없는 통상적인 사출 성형 금형의 경우에 수지 주입량보다 5 내지 10% 적다. 따라서, 재료를 절약하여 제품 생산 원가를 절감할 수 있다.

도 1은 종래의 보스를 구비한 사출 성형 제품의 단면도이다.
도 2는 종래의 사출 성형 제품에 구비된 보스의 일 예로서, 도그 하우스에 연결된 보스를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 사출 성형 금형의 사시도이다.
도 4는 도 3의 하부 코어 내부의 압축 공기 유로 및 냉각수 유로를 도시한 사시도이다.
도 5는 도 3을 V-V에 따라 절개 도시한 단면도로서, 금형이 형합된 모습을 도시한 도면이다.
도 6은 도 3의 사출 성형 금형이 형합된 때 캐비티 내에서 성형된 제품과, 상기 제품에 고압 공기를 토출하는 홀 형성 핀, 제1 공기 토출 노즐, 및 제2 공기 토출 노즐을 함께 도시한 사시도이다.
도 7 및 도 8은 도 3의 사출 성형 금형을 이용하여 성형된 제품의 사시도로서, 도 7은 위에서 본 도면이고, 도 8은 아래에서 본 도면이다.
도 9는 도 7 및 도 8에 도시된 제품의 저면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른, 표면 함몰 없는 제품의 사출 성형 금형을 상세하게 설명한다. 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자 또는 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 사출 성형 금형의 사시도이고, 도 4는 도 3의 하부 코어 내부의 압축 공기 유로 및 냉각수 유로를 도시한 사시도이고, 도 5는 도 3을 V-V에 따라 절개 도시한 단면도로서, 금형이 형합된 모습을 도시한 도면이고, 도 6은 도 3의 사출 성형 금형이 형합된 때 캐비티 내에서 성형된 제품과, 상기 제품에 고압 공기를 토출하는 홀 형성 핀, 제1 공기 토출 노즐, 및 제2 공기 토출 노즐을 함께 도시한 사시도이고, 도 7 및 도 8은 도 3의 사출 성형 금형을 이용하여 성형된 제품의 사시도로서, 도 7은 위에서 본 도면이고, 도 8은 아래에서 본 도면이며, 도 9는 도 7 및 도 8에 도시된 제품의 저면도이다. 도 3 내지 도 6을 함께 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 사출 성형 금형(10)은, 상부 금형(11)과 하부 금형(20)을 구비한다. 상부 금형(11)은, 용융된 수지가 상부 금형(11)으로 주입될 수 있게 수지 사출 장치(미도시)에 연결되는 스프루(sprue)(13)가 형성된 상부 금형 베이스(12)와, 상부 금형 베이스(12)에 지지되는 상부 원판(15)과, 상기 상부 원판(15)에 지지되는 것으로, 플라스틱 제품(100)(도 7 참조)의 외측 표면의 형상에 대응되는 상측 형상면(17)을 갖는 상부 코어(16)를 구비한다.

하부 금형(20)은 하부 금형 베이스(21)와, 한 쌍의 스페이서(spacer)(22)가 개재된 채 하부 금형 베이스(21)에 지지되는 하부 원판(23)과, 상기 하부 원판(23)에 지지되는 것으로, 플라스틱 제품(100)(도 8 및 도 9 참조)의 내측 표면의 형상에 대응되는 하측 형상면(27)을 갖는 하부 코어(24)를 구비한다. 상기 하측 형상면(27)에는 플라스틱 제품(100)의 돌기(111)의 형상에 대응되는 돌기 그루브(groove)(28)가 형성된다. 도 3에 도시된 사출 성형 금형(10)에서는 좌우 대칭되는 형상의 한 쌍의 돌기 그루브(28)가 마련되어 있으나, 이는 본 발명에 따른 사출 성형 금형의 일 예시에 불과하다.

상부 코어(16)와 하부 코어(24)가 형합(型合), 즉 서로 밀착되면, 스프루(13)를 통해 상부 금형(11) 내부로 사출 주입된 용융 수지가 채워지는 공간, 즉 캐비티(cavity)(CA)가 한정된다. 상기 캐비티(CA)는 상기 플라스틱 제품(100)의 형상에 대응되는 형상을 갖는다. 일반적으로, 상부 금형(11)은 이동하지 않게 고정된 고정측 금형이고, 하부 금형(20)은 Z축과 평행하게 상부 금형(11)을 향하거나 상부 금형(11)에서 멀어지게 이동해 상부 금형(11)에 밀착되거나 상부 금형(11)에서 이격되는 가동측 금형이다. 다만, 상술한 것과 반대로 상부 금형(11)이 가동측 금형이고 하고 하부 금형(20)이 고정측 금형일 수도 있다.

하부 코어(24) 상측면의 중앙부에는 스프루(13)를 통해 상부 금형(11) 내부로 주입된 용융 수지를 하부 코어(24) 상측면에서 상기 캐비티(CA)로 유도하는 게이트(gate)(25)가 마련된다. 상부 코어(16)와 하부 코어(24)가 형합되고, 캐비티(CA) 내에 용융 수지가 주입되고, 상기 캐비티(CA) 내에 채워진 용융 수지가 경화되어 플라스틱 제품(100)(도 7 참조)이 형성된다. 사출 성형 금형(10)은 상기 상부 코어(16)와 하부 코어(24)가 형개(型開), 즉 이격된 때 하측 형상면(27)에 부착된 플라스틱 제품(100)을 상기 하측 형상면(27)에서 분리하기 위해서, 상기 플라스틱 제품(100)을 밀어 올리는 복수의 이젝트 핀(eject pin)(38), 및 상기 복수의 이젝트 핀(38)을 승강 가능하게 지지하는 이젝트 플레이트(eject plate)(36)를 더 구비한다. 이젝트 플레이트(36)는 상기 한 쌍의 스페이서(22) 사이에서 승강 가능하게 위치한다. 복수의 이젝트 핀(38)은 이젝트 플레이트(36)에 지지되고, 말단이 하측 형상면(27)에 노출되도록 하부 원판(23) 및 하부 코어(24)를 관통하여 상향 연장된다.

하부 코어(24) 내부에는 냉매(冷媒)/열매(熱媒) 유로(43)가 마련되고, 상기 냉매/열매 유로(43)의 일 측 단부는 냉매/열매 유입관(41)에 연결되며, 상기 냉매/열매 유로(43)의 타 측 단부는 냉매/열매 유출관(42)에 연결된다. 냉매/열매 유입관(41)을 통하여 하부 원판(23) 외부로부터 내부로 냉매 또는 열매가 유입되어 열교환 후 냉매/열매 유출관(42)을 통해 하부 원판(23)의 외부로 배출된다. 상부 금형(11)과 하부 금형(20)이 형개된 후 형합되기 전까지는 열매가 상기 냉매/열매 유로(43)로 유입되어 하부 코어(24)를 예열하고 배출되며, 상부 금형(11)과 하부 금형(20)이 형합된 후 형개되기 전까지는 냉매가 상기 냉매/열매 유로(43)로 유입되어 하부 코어(24)를 냉각하고 배출된다. 여기서, 상기 열매는 고온수 또는 수증기일 수 있고, 상기 냉매는 상온수일 수 있다. 한편, 도면으로 첨부되진 않았으나, 상부 코어(16) 내부에도 열교환을 위해 냉매 또는 열매가 유입되는 냉매/열매 유로가 마련될 수 있다.

사출 성형 금형(10)은 하부 코어(24) 내부에 삽입되어 말단이 하측 형상면(27)까지 연장된 제1 및 제2 공기 토출 노즐(47, 57)과, 하부 코어(24)의 외부에서 제1 및 제2 공기 토출 노즐(47, 57)까지 고압 공기를 공급하는 고압 공기 공급 유닛(unit)을 구비한다. 제1 및 제2 공기 토출 노즐(47, 57)의 말단에는 고압 공기가 토출되는 슬롯(slot)(48)이 형성된다. 도 4에는 제2 공기 토출 노즐(57)의 슬롯은 도시되어 있지 않으나, 제1 공기 토출 노즐(47)의 슬롯과 동일하다. 게이트(25)를 통해 주입되어 캐비티(CA)에 채워지는 용융 수지가 상기 슬롯(48)을 통해 제1 및 제2 공기 토출 노즐(47, 57) 내부로 유입되지 않도록 상기 슬롯(48)의 폭(GP1)은 미세하게 형성된다. 상기 슬롯(48)의 폭(GP1)은 20 내지 50 ㎛ 일 수 있다.

한편, 플라스틱 제품(100)(도 8 및 도 9 참조)의 돌기(111)는 다른 제품을 결합하기 위해 돌출된 보스(boss)로서, 중앙에 결합용 핀(pin)(미도시) 또는 스크류(screw)(미도시)의 단부가 삽입되는 보스 홀(boss hole)(112)(도 8 및 도 9 참조)이 형성된다. 사출 성형 금형(10)은 하부 코어(24) 내부에 삽입되고, 상기 보스 홀(112)의 형상에 대응되게 상기 돌기 그루브(28) 내에서 상향 연장된 상단부를 구비한 홀 형성 핀(pin)(51)을 더 구비한다. 상기 고압 공기 공급 유닛은 하부 코어(24)의 외부에서 홀 형성 핀(51)까지 고압 공기를 공급한다.

홀 형성 핀(51)의 상단에는 고압 공기가 토출되는 슬롯(52)이 형성된다. 게이트(25)를 통해 주입되어 캐비티(CA)에 채워지는 용융 수지가 상기 슬롯(52)을 통해 홀 형성 핀(51)의 내부로 유입되지 않도록 상기 슬롯(52)의 폭(GP2)은 미세하게 형성된다. 상기 슬롯(52)의 폭(GP2)은 20 내지 50 ㎛ 일 수 있다.

상기 고압 공기 공급 유닛은, 예를 들어, 고압 공기가 수용되며 하부 금형(20) 외부에 배치된 고압 공기 탱크(미도시)와, 상기 고압 공기 탱크로부터 제1 및 제2 공기 토출 노즐(47, 57)과 홀 형성 핀(51)의 하단으로 고압 공기를 유도하도록 하부 원판(23) 및 하부 코어(24) 내부로 연장된 고압 공기 공급관(45)을 구비한다. 고압 공기 공급관(45)의 제1 연결관부(49)는 제1 공기 토출 노즐(47) 하단부와 홀 형성 핀(51) 하단부의 핀 지지 슬리브(sleeve)(55)를 기체 유동 가능하게 연결하고, 고압 공기 공급관(45)의 제2 연결관부(59)는 상기 핀 지지 슬리브(55)와 제2 공기 토출 노즐(57) 하단부를 기체 유동 가능하게 연결한다. 다만, 상기 고압 공기 공급 유닛은 예시적인 것에 불과하며, 예컨대, 상기 고압 공기 탱크 대신에 에어 컴프레서(air compressor)가 상기 고압 공기 공급관(45)에 연결될 수도 있다.

사출 성형 금형(10)을 이용한 플라스틱 제품(100)의 성형 공정에서, 상부 코어(16)와 하부 코어(24)가 형합되어 캐비티(CA)가 형성되고, 상기 캐비티(CA)에 용융된 수지가 90% 이상 100% 미만으로 채워진 때, 제1 및 제2 공기 토출 노즐(47, 57)과 홀 형성 핀(51)의 상단 슬롯(48, 52)을 통해 고압 공기가 토출된다. 하측 형상면(27)에서 고압 공기가 토출되므로 캐비티(CA) 내에서 용융 수지는 상측 형상면(17) 측으로 가압된다. 따라서, 용융 수지가 캐비티(CA) 내에서 냉각 경화되는 과정에서 수축되더라도, 상측 형상면(17) 측으로는 용융 수지가 빈틈 없이 채워진다. 반면, 하측 형상면(27) 측으로는 용융 수지가 채워지지 않은 빈틈이 약간 발생할 수도 있다.

도 6 내지 도 9를 참조하면, 캐비티(CA) 내의 수지가 냉각 경화되고 상부 금형(11)과 하부 금형(20)이 형개되어 취출된 플라스틱 제품(100)은 상측 형상면(17)에 대응되는 외측 표면(104)에 수지 수축으로 인한 함몰(5)(도 1 참조)이 형성되지 않는다. 플라스틱 제품(100)의 내측 표면(110)에, 특히 제1 공기 토출 노즐(47) 및 제2 공기 토출 노즐(57)의 말단에서 플라스틱 제품(100)의 내측 표면(110)을 향해 고압 공기가 토출되는 지점(AI1 및 AI2 참조)과 그 주변에 약간의 함몰이 형성될 수도 있으나, 외측으로 노출되지 않으며, 플라스틱 제품(100)의 구조적 강성에도 영향을 미치지 않으므로 문제가 없다.

제1 및 제2 공기 토출 노즐(47, 57)이나 홀 형성 핀(51)을 통해 토출되는 고압 공기의 압력은 예컨대, 50 내지 200 bar 일 수 있고, 더욱 바람직하게는 90 내지 110 bar 일 수 있다. 하측 형상면(27)의 돌기 그루브(28)의 중앙, 즉 홀 형성 핀(51)의 상단에서 제1 공기 토출 노즐(47) 말단까지의 거리(DI), 또는 홀 형성 핀(51)의 상단에서 제2 공기 토출 노즐(57) 말단까지의 거리는 30 내지 80 mm 일 수 있고, 더욱 바람직하게는 50 내지 70 mm 일 수 있다. 상기한 범위의 공기 토출 압력으로 상기한 범위의 이격 거리(DI) 내에서 하측 형상면(27) 측에 고압 공기가 토출되면 플라스틱 제품(100)의 외측 표면(104) 상에 보스(111)와 정렬되는 위치에 함몰(5)(도 1 참조)이 형성되는 현상이 신뢰성 있게 예방된다.

도 9에서 AI1, AI2, AI3는 제1 공기 토출 노즐(47), 제2 공기 토출 노즐(57), 및 홀 형성 핀(51)의 말단과 대응되는 지점을 플라스틱 제품(100)의 내측 표면 상에 표시한 것으로, 고압 공기가 토출되는 지점에 대응된다. 도 9에서 AI1과 AI3 간의 거리(DI)는 도 3에서 홀 형성 핀(51)의 상단에서 제1 공기 토출 노즐(47) 말단까지의 거리(DI)와 동일하다. 한편, 도 7 내지 도 9에서 참조번호 101은 게이트(25)에 채워진 용융 수지가 냉각 경화되어 형성된 게이트 웨이스트(gate waste)이다.

도 3 및 도 5를 다시 참조하면, 하측 형상면(27)에는 외주 테두리 리브 그루브(rib groove)(31), 내주 테두리 리브 그루브(32), 및 복수의 이젝트 핀 리브 그루브(34)가 형성된다. 상기 외주 테두리 리브 그루브(31)는 하측 형상면(27)의 외주 테두리를 따라 연장된 폐곡선 경로를 따라 파여져 형성되고, 상기 내주 테두리 리브 그루브(32)는 하측 형상면(27)의 내주 테두리를 따라 연장된 폐곡선 경로를 따라 파여져 형성된다. 상기 복수의 이젝트 핀 리브 그루브(34)는 복수의 이젝트 핀(38)의 말단을 에워싸는 폐곡선 경로를 따라 파여져 형성된다.

사출 성형 금형(10)을 이용한 플라스틱 제품(100)의 성형 공정에서, 상부 코어(16)와 하부 코어(24)가 형합되어 캐비티(CA)가 형성되고, 상기 캐비티(CA)에 용융된 수지가 채워지면, 상기 리브 그루브들(31, 32, 34)에 채워진 용융 수지가, 제1 및 제2 공기 토출 노즐(47, 57)과 홀 형성 핀(51)을 통해 토출된 고압 공기의 누압(pressure leak)을 막는다. 이로 인해, 하측 형상면(27) 측으로 토출된 고압의 공기압이 압력 손실이 거의 없이 캐비티(CA) 내의 용융 수지를 상측 형상면(17) 측으로 강하게 밀어 붙여서, 함몰(5)(도 1 참조) 없는 매끄러운 외측 표면(104)(도 7 참조)을 갖는 플라스틱 제품(100)(도 7 참조)이 더욱 신뢰성 있게 형성될 수 있다. 반대 가정으로 상기 리브 그루브들(31, 32, 34)이 없다면, 하부 코어(24)와 상부 코어(16)의 밀착면, 또는 이젝트 핀(38)의 말단과 하부 코어(24)의 경계면의 틈새로 고압의 공기가 누출되면서 누압이 발생하여 외측 표면(104)의 함몰(5)(도 1 참조) 제거 신뢰성이 약간 저하될 수도 있다.

도 8 및 도 9를 다시 참조하면, 상기 리브 그루브들(31, 32, 34)에 채워진 용융 수지가 냉각 경화되므로, 플라스틱 제품(100)은 내측 표면(110)에서 돌출 형성된 외주 테두리 리브(115), 내주 테두리 리브(116), 및 복수의 이젝트 핀 리브(118)를 구비하게 된다.

도 5, 도 8, 및 도 9를 참조하면, 상기 리브 그루브들(31, 32, 34)의 폭(RW)과 깊이(RH)는 각각, 0.5 내지 2.0 mm 일 수 있다. 상기 폭(RW)과 깊이(RH)가 이 범위보다 크면 플라스틱 제품(100)에 형성되는 리브들(115, 116, 118)의 크기가 너무 커져서 플라스틱 제품(100)의 본래의 용도를 방해한다. 또한, 상기 폭(RW)과 깊이(RH)가 이 범위보다 작으면 상기 리브 그루브들(31, 32, 34)의 누압 차단 효과가 거의 없다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 리브 그루브들(31, 32, 34)에 채워지는 용융 수지는 고압 공기의 누압을 차단하는 장점을 갖지만, 하측 형상면(27)으로 토출된 고압 공기가 하측 형상면(27)의 전체 영역으로 확산되는 것을 방해하는 단점도 갖는다. 따라서, 제1 공기 토출 노즐(47)과 제2 공기 토출 노즐(57)은 돌기 그루브(28)를 중심으로 일 측과 그 반대측에 배치된다. 이로 인해 하측 형상면(27)의 전체 영역에 충분한 양의 고압 공기가 토출될 수 있다. 반대 가정으로 상기 제1 및 제2 공기 토출 노즐(47, 57) 중 하나만 존재하거나, 상기 제1 및 제2 공기 토출 노즐(47, 57)이 돌기 그루브(28)를 중심으로 일 측에만 존재한다면, 플라스틱 제품(100)의 외측 표면(104)의 함몰(5)(도 1 참조) 제거 신뢰성이 약간 저하될 수도 있다.

또한, 상기 홀 형성 핀(51)의 상단에서 토출되는 고압 공기는 종래의 플라스틱 제품(1)(도 1 참조)에서 함몰(5)(도 1 참조)이 발생하는 지점으로 정확하게 고압 공기를 토출하므로, 플라스틱 제품(100)의 외측 표면(104)에서 수지의 수축으로 발생하는 함몰(5)을 더욱 효과적으로 예방할 수 있다.

이상에서 설명한 사출 성형 금형(10)을 이용하면, 외부에 노출되는 외측면에 수지 수축에 의한 함몰이 없는 플라스틱 제품(100)을 신뢰성 있게 생산할 수 있어, 제품 불량이 예방되고, 생산성이 향상된다. 또한, 상기 사출 성형 금형(10)은 도그 하우스를 형성하기 위한 경사 코어 또는 승강 슬라이드 캠을 구비하지 않으므로, 금형 구조가 단순하여 금형의 형합 및 형개 동작에 신뢰성이 향상되고, 사출 성형 사이클의 속도가 향상되며, 금형 설계가 용이하다. 이로 인해, 돌기(111)가 있는 플라스틱 제품(100)의 생산 원가가 절감되고 생산성이 향상된다.

한편, 도 3 내지 도 9에 개시된 사출 성형 금형(10)은 본 발명의 실시예에 불과하며, 본 발명이 도시된 실시예에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 본 발명의 사출 성형 금형은 공기 토출 노즐을 하나만 구비할 수도 있고, 고압 공기가 토출되는 홀 형성 핀을 구비하지 않을 수도 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

10: 사출 성형 금형 11: 상부 금형
20: 하부 금형 24: 하부 코어
27: 하측 형상면 28: 돌기 그루브
31: 외측 테두리 리브 그루브 32: 내측 테두리 리브 그루브
34: 이젝트 핀 리브 그루브 47. 57: 공기 토출 노즐
51: 홀 형성 핀 100: 플라스틱 제품

Claims (10)

1. 내측 표면에서 돌출된 돌기를 구비한 플라스틱 제품을 사출 성형하기 위한 금형으로서,
   상기 플라스틱 제품의 외측 표면의 형상에 대응되는 상측 형상면을 갖는 상부 코어; 상기 플라스틱 제품의 내측 표면의 형상에 대응되고, 상기 돌기의 형상에 대응되는 돌기 그루브(groove)가 형성된 하측 형상면을 갖는 하부 코어; 상기 돌기 그루브 외측 주변에 이격된 하측 형상면으로 고압 공기가 토출되도록, 상기 하부 코어 내부에 삽입되어 말단이 상기 하측 형상면까지 연장된 공기 토출 노즐(nozzle); 및, 상기 하부 코어의 외부에서 상기 공기 토출 노즐까지 고압 공기를 공급하는 고압 공기 공급 유닛(unit);을 구비하고,
   상기 돌기 그루브에서 상기 공기 토출 노즐의 말단까지의 거리는 30 내지 80 mm 이고,
   상기 상부 코어와 하부 코어가 형개(型開)된 때 상기 플라스틱 제품을 상기 하측 형상면에서 분리하기 위해 상기 플라스틱 제품을 밀어 올리는 이젝트 핀(eject pin);을 더 구비하고,
   상기 하측 형상면에는 상기 이젝트 핀의 말단을 에워싸는 폐곡선 경로를 따라 파여진 이젝트 핀 리브 그루브가 형성되고,
   상기 상부 코어와 하부 코어가 형합되고 상기 이젝트 핀 리브 그루브에 채워지는 용융된 수지가, 상기 공기 토출 노즐을 통해 토출된 고압 공기의 누압(pressure leak)을 막으며,
   상기 상부 코어와 하부 코어가 형합(型合)되어 형성된 캐비티(cavity)에 용융된 수지의 부피가 90% 이상 100% 미만으로 채워진 때 상기 공기 토출 노즐을 통해 상기 고압 공기가 토출되는 것을 특징으로 하는, 표면 함몰 없는 제품의 사출 성형 금형.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 고압 공기의 압력은 50 내지 200 bar인 것을 특징으로 하는, 표면 함몰 없는 제품의 사출 성형 금형.
3. 제1 항에 있어서,
   상기 공기 토출 노즐의 말단에는 공기가 토출되는 슬롯(slot)이 형성되고,
   상기 슬롯의 폭은 20 내지 50 ㎛ 인 것을 특징으로 하는, 표면 함몰 없는 제품의 사출 성형 금형.
4. 제1 항에 있어서,
   상기 하측 형상면에는 상기 하측 형상면의 테두리를 따라 연장된 폐곡선 경로를 따라 파여진 테두리 리브 그루브(rib groove)가 형성되고,
   상기 상부 코어와 하부 코어가 형합되고 상기 테두리 리브 그루브에 채워지는 용융된 수지가, 상기 공기 토출 노즐을 통해 토출된 고압 공기의 누압(pressure leak)을 막는 것을 특징으로 하는, 표면 함몰 없는 제품의 사출 성형 금형.
5. 삭제
6. 제4 항에 있어서,
   상기 리브 그루브의 폭과 깊이는 각각, 0.5 내지 2.0 mm 인 것을 특징으로 하는, 표면 함몰 없는 제품의 사출 성형 금형.
7. 제1 항에 있어서,
   상기 공기 토출 노즐은, 상기 돌기 그루브를 중심으로 일 측과 그 반대측에 적어도 하나씩 복수 개가 구비되는 것을 특징으로 하는, 표면 함몰 없는 제품의 사출 성형 금형.
8. 제1 항에 있어서,
   상기 돌기는 중앙에 보스 홀(boss hole)이 형성된 보스(boss)이고,
   상기 표면 함몰 없는 제품의 사출 성형 금형은, 상기 하부 코어 내부에 삽입되고, 상기 보스 홀의 형상에 대응되도록 상기 돌기 그루브 내에서 상향 연장된 상단부를 구비한 홀 형성 핀(pin);을 더 구비하고,
   상기 고압 공기 공급 유닛은 상기 하부 코어의 외부에서 상기 홀 형성 핀까지 고압 공기를 공급하고,
   상기 홀 형성 핀의 상단에는 상기 고압 공기 공급 유닛에서 공급된 고압 공기가 토출되는 슬롯(slot)이 형성되고,
   상기 상부 코어와 하부 코어가 형합(型合)되어 형성된 캐비티(cavity)에 용융된 수지의 부피가 90% 이상 100% 미만으로 채워진 때 상기 홀 형성 핀 상단의 슬롯을 통해 상기 고압 공기가 토출되는 것을 특징으로 하는, 표면 함몰 없는 제품의 사출 성형 금형.
9. 제8 항에 있어서,
   상기 홀 형성 핀 상단의 슬롯의 폭은 20 내지 50 ㎛ 인 것을 특징으로 하는, 표면 함몰 없는 제품의 사출 성형 금형.
10. 제1 항에 있어서,
    상기 돌기는 중앙에 보스 홀(boss hole)이 형성된 보스(boss)이고,
    상기 플라스틱 제품은 상기 내측 표면과 상기 보스 사이에 도그 하우스(dog house)가 없는 것을 특징으로 하는, 표면 함몰 없는 제품의 사출 성형 금형.

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