KR101920157B1 - 3차원 냉각코어를 갖는 사출금형장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 사출금형장치에 관한 발명으로서, 보다 상세하게는 기둥모양의 사출성형품 제조 시, 사출성형품이 형성되는 금형캐비티 주변에 대한 냉각온도를 균일하게 해주기 위하여, 금형캐비티 주변에 원통형의 삽입홈을 형성하고, 냉각유로가 형성된 원통형의 냉각코어를, 3차원 메탈프린터로 금속분말을 적층하는 방법으로 제조하여 상기 삽입홈 내에 삽입하여 착탈이 가능하게 하는, 3차원 냉각코어를 갖는 사출금형장치를 제공한다. 이를 위하여 본 발명은 제1금형 및 상기 제1금형과 합형하여 기둥모양의 금형캐비티를 조성하는 제2금형을 포함하고 있으며, 상기 제1금형 및/또는 상기 제2금형에는, 상기 금형캐비티 주변을 둘러싸며 원통형으로 형성되는 삽입홈이 있으며, 상기 삽입홈에는, 나선형의 냉각유로가 내부에 형성되어 있는 원통모양의 냉각코어가 삽입되는 것을 특징으로 한다.

Description

3차원 냉각코어를 갖는 사출금형장치{Injection Mold Apparatus having 3D-type Cooling Core}

본 발명은 사출금형장치에 관한 발명으로서, 보다 상세하게는 사출금형장치를 이용하여 사출성형품을 제조할 때 용융수지가 주입되어 사출성형품이 형성되는 금형캐비티 주변에 대한 냉각온도가 불균일할 경우, 사출성형품이 변형되는 것을 예방하기 위하여 금형캐비티 주변에 원통형의 삽입홈을 형성하고, 냉각유로가 형성된 원통형의 냉각코어를 삽입할 수 있도록 한, 3차원 냉각코어를 갖는 사출금형장치에 관한 발명이다.

최근 들어, 자동차 연비개선을 위한 차체 경량화 등의 목적으로 또는 각종 가전기기에서의 디자인요소를 고려하고 경량화를 추구하기 위하여, 기타 여러 분야에서 기존의 금속성분으로 제조하던 부품들을 플라스틱성분의 제품으로 대체하여 개발되고 있다. 그 결과 사출성형으로 제조되는 플라스틱재질의 부품들이 금속재질의 부품들을 대체하여 나아가는 추세이다. 그러나 사출성형으로 제조되는 플라스틱재질의 부품들은 설계상의 문제나, 금형 및 소재의 문제 또는 사출조건 등으로 인하여 외형이 쉽게 변형되는 등 생산과정에서의 품질저하 문제가 발생되고 있다. 이러한 품질문제는 특히 사출성형과정에서 사출성형품이 형성되는 부분에 대한 냉각문제로 인하여 크게 영향을 받고 있다.

일반적으로 플라스틱 사출성형품은, 사출성형을 위한 용융수지 사출 후에 사출성형품을 냉각시켜 굳힌 뒤에 사출성형품을 꺼내게 되는데, 이 냉각과정에서 사출성형품 전체에 걸쳐 온도가 균일하게 냉각되지 않으면 사출성형품의 표면에 부분별로 온도차이가 발생하고, 이러한 온도차이로 인해 성형제품 표면의 수축 정도가 달라져서 변형이 발생될 뿐만 아니라 사출성형품의 내부에서 기포가 발생되는 경우도 있어 충분한 강성을 갖는 제품을 얻는데도 애로사항이 많이 발생된다. 뿐만 아니라 사출성형품 표면의 온도차이로 인하여 표면처리 시 외관의 광택에도 편차가 발생하게 된다.

이에 따라, 금형 내부의 금형캐비티 주변 요소요소에 냉각유로를 형성하고, 냉각유로를 통하여 냉각수 또는 기타 냉매를 흘려보내는 방법으로, 사출성형품을 골고루 냉각시켜주는 기술이 사용되어 왔는데, 금형 내부에 냉각유로를 형성할 때는 비용이나 제작시간 등을 고려하여 건드릴 등을 이용하여 직선형 유로를 필요부위에 형성하는 방법을 사용해왔다. 그러나 원기둥 모양 등 곡선부를 갖는 사출성형품의 경우, 직선으로 형성된 냉각유로와 곡선으로 형성된 금형 간에 부위별 거리차이로 인하여 사출성형품의 부위별 온도차이가 발생되고, 이로 인한 제품변형 등 전술한 문제점들이 발생하는 것을 근본적으로 예방할 수는 없었다.

이러한 문제점들을 해결하기 위하여 금형제작 시 금형 내부에 성형제품을 감싸는 코일형태의 곡선형 냉각유로를 형성하는 방법이 사용되기도 한다. 그러나 코일형 냉각유로 형성을 위하여는 금형을 제작할 때 금형 내부에 코일형의 냉각유로를 형성하는 주물작업을 하여야 하기 때문에 비용과 시간이 많이 소요된다는 단점이 있다. 뿐만 아니라, 금형을 장시간 계속하여 반복사용하다 보면 냉각유로 내에 냉각수 등의 흐름으로 인한 스케일 등 불순물이 냉각유로의 내벽에 형성되어 냉각효율이 저하되는데, 직선형 냉각유로라면 청소가 용이하기 때문에 청소 등을 통하여 냉각효율을 높인 후 다시 사용할 수 있으나, 코일형 냉각유로의 경우 청소가 곤란하기 때문에 새로 제작한 금형으로 교체해야 한다. 따라서 금형교체에 따른 비용이 과다하게 소요되고, 교체금형 제작을 위한 작업 중단시간이 많이 필요하다는 단점이 있어왔다.

본 발명은 전술한 문제점들을 해결하기 위한 발명으로서, 기둥모양의 사출성형품 제조 시, 사출성형품이 형성되는 금형캐비티 주변에 대한 냉각온도를 균일하게 해주기 위하여, 금형캐비티 주변에 원통형의 삽입홈을 형성하고, 냉각유로가 형성된 원통형의 냉각코어를 3차원 메탈프린터로 금속분말을 적층하는 방법으로 제조하여 상기 삽입홈 내에 삽입하여 착탈이 가능하게 함으로써, 사출성형품의 냉각을 부위별로 균일하게 하여 줄 뿐만 아니라 냉각효율이 뛰어나고 저렴한 비용으로 신속하게 제조할 수 있는, 3차원 냉각코어를 갖는 사출금형장치를 제공하고자 한다.

상술한 목적을 달성하기 위하여 창안된 본 발명에 의한 3차원 냉각코어를 갖는 사출금형장치는, 제1금형; 및 상기 제1금형과 합형하여 기둥모양의 금형캐비티를 조성하는 제2금형;을 포함하고 있으며, 상기 제1금형 및/또는 상기 제2금형에는, 상기 금형캐비티 주변을 둘러싸며 원통형으로 형성되는 삽입홈이 있으며, 상기 삽입홈에는, 나선형의 냉각유로가 내부에 형성되어 있는 원통모양의 냉각코어가 삽입되는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.

또한 이에 더하여 상기 냉각유로는, 상기 냉각유로의 중심축으로부터 상기 냉각코어의 원통모양의 안쪽 표면까지의 거리가 바깥쪽 표면까지의 거리보다 가깝게 형성되는 것을 특징을 더 포함하는 것도 가능하다.

그리고 본 발명에 의한 3차원 냉각코어를 갖는 사출금형장치는 상술한 특징들에 더하여, 상기 삽입홈은 상기 제1금형과 상기 제2금형이 마주보는 면과 수직으로 형성되고, 상기 마주보는 면 또는 상기 마주보는 면의 반대쪽으로부터 상기 냉각코어가 삽입될 수 있도록 하며, 상기 삽입홈 중 상기 냉각코어가 삽입되는 입구 및 상기 입구에 대응되는 상기 냉각코어의 일단에는 단턱부가 각각 형성되며, 상기 제1금형 및/또는 상기 제2금형의 내부에는 상기 제1금형 및/또는 상기 제2금형의 외부에서부터 상기 삽입홈까지 관통하는 유입관삽입구 및 배출관삽입구가 각각 형성되어 있으며, 상기 냉각유로의 유입구 및 배출구는 상기 유입관삽입구 및 상기 배출관삽입구를 통하여 각각 삽입되는 유입관 및 배출관에 각각 연결되며, 상기 유입구와 상기 유입관 및 상기 배출구와 상기 배출관은 각각 나사결합 되는 특징을 더 포함하도록 하는 것도 가능하며,

상기 삽입홈은 상기 제1금형과 상기 제2금형이 마주보는 면의 반대쪽으로부터 상기 냉각코어가 삽입될 수 있도록 형성되며, 상기 냉각유로는 2열로 형성되어 상기 마주보는 면에 가까운 종단이 서로 연결되고 상기 종단의 반대쪽에 유입구 및 배출구가 형성되도록 하며, 상기 냉각코어는 복수의 나사에 의하여 상기 제1금형 및/또는 상기 제2금형과 나사결합으로 고정되는 특징을 더 포함하도록 하는 것도 가능하다.

그리고 본 발명에 의한 3차원 냉각코어를 갖는 사출금형장치는, 상기 냉각코어는 3차원 메탈프린터를 이용하여 금속분말을 적층하는 방법으로 제조되는 특징을 더 포함하는 것도 가능하며, 더욱 바람직하게는 상기 냉각코어는 두 종류의 금속분말을 적층하여 제조되며, 상기 냉각코어의 원통모양 중 바깥쪽은 열전도율이 낮은 금속분말로 적층되고 상기 냉각코어의 원통모양 중 안쪽은 열전도율이 높은 금속분말로 적층되는 것을 특징을 더 포함하는 것도 가능하다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 의한 3차원 냉각코어를 갖는 사출금형장치는, 금형내부에, 용융수지가 주입되는 금형캐비티를 둘러싸는 원통형의 삽입홈을 형성시키고, 나선형의 냉각유로가 형성되어 있는 냉각코어를 삽입하는 구조이기 때문에 곡선으로 된 금형캐비티 주변을 골고루 냉각시켜 줄 수 있어 사출성형품을 균일하게 냉각시킬 수 있는 효과가 있다. 이로 인하여 생산과정에서 변형이 발생하지 않고 내구성이 뛰어 나며, 외부 표면도 균일한 광택을 가질 수 있는, 품질 좋은 사출성형제품을 제조할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 의한 3차원 냉각코어를 갖는 사출금형장치에 사용되는 냉각코어는 착탈식이기 때문에 냉각유로 내벽에 이물질 등이 부착되어 냉각효율이 떨어지게 되면 금형전체를 교체할 필요가 없이 냉각코어만 교체하면 되기 때문에 교체비용이 절감되며, 교체로 인한 작업 중단 시간이 짧게 소요되는 효과가 있다.

그리고 본 발명에 의한 3차원 냉각코어를 갖는 사출금형장치의 냉각코어 내부에 형성되는 냉각유로는, 냉각유로 중심축으로부터 냉각코어의 원통모양 안쪽 표면까지의 거리가 바깥쪽 표면까지의 거리보다 가깝게 형성되는 특징을 더 포함하기 때문에, 냉각유로가 가급적 금형캐비티에 가깝게 접근하며, 이로 인하여 냉각효율이 높아지는 장점이 있는바, 이와 같이 형성이 가능한 것은 3차원 메탈 프린터에 의하여 적층하는 방법을 적용하기 때문이다.

뿐만 아니라 본 발명에 의한 3차원 냉각코어를 갖는 사출금형장치는, 냉각유로의 유입구 및 배출구를, 유입관삽입구 및 배출관삽입구를 통하여 각각 삽입되는 유입관 및 배출관과 나사결합시키기 때문에 별도의 체결부재가 없이도 냉각코어를 금형내부에 견고하게 고정시킬 수 있는 효과가 있고, 이로 인하여 냉각코어를 금형에 고정시키기 위한 부품수를 줄이고 조립공정을 단순화시킬 수 있는 장점이 있다.

한편 삽입홈 및 냉각코어에 형성되는 단턱부는 유입구 및 배출구를 유입관 및 배출관과 나사결합 시키는 과정에서 삽입홈과 냉각코어 사이를 밀착시킴으로서 삽입홈에 대한 기밀성을 향상시켜 냉각효율을 높이고 삽입홈과 냉각코어 사이를 유격 없이 결합시켜 결합의 견고성을 향상시킬 수 있는 역할을 하게 된다.

또한, 이와 같이 냉각유로의 유입구 및 배출구를 유입관 및 배출관과 나사결합 시키는 구조로 함에 따라, 냉각코어를 제1금형과 제2금형이 마주보는 면으로 삽입시키는 구조로 할 수도 있고, 마주보는 면의 반대쪽으로부터 삽입될 수 있는 구조로도 가능하기 때문에 사출성형품의 모양이나 금형의 배치환경 등에 따라 냉각코어의 삽입방향을 적절하게 선택하여 금형을 만들 수 있는 효과가 있다.

그리고 본 발명에 의한 3차원 냉각코어를 갖는 사출금형장치의 또 다른 일 실시 예는, 냉각유로를 2열 나선형으로 형성하고 종단을 연결시키는 구조를 채택했기 때문에 냉각유로의 입구와 출구를 동일한 쪽으로 낼 수 있어서 냉각코어 내부에서 냉각유로 배치에 필요한 공간을 절약할 수 있고 이로 인하여 냉각코어를 적정한 두께로 제작할 수 있는 효과가 있다. 뿐만 아니라 금형 내부에 별도의 유출관삽입홈 및 배출관삽입홈을 형성하지 않아도 되기 때문에 금형제작에 따른 비용과 시간을 절감할 수 있는 장점이 있다.

한편, 본 발명에 의한 3차원 냉각코어를 갖는 사출금형장치는, 냉각코어를 3차원 메탈프린터로 금속분말을 적층하는 방법으로 제조되기 때문에 금형캐비티의 크기나 모양 등이 다양하더라도 이를 감안하여 맞춤형으로 신속하게 제조할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 의한 3차원 냉각코어를 갖는 사출금형장치는, 금형 전체를 열전도율이 높은 금속으로 할 필요 없이 냉각코어 부분만 열전도율이 높은 금속으로 할 수 있기 때문에 금형부분은 비용이 저렴하고 내구성이 높은 재질로 하고, 냉각코어 부분만 열전도율이 높은 고가의 금속으로 하면 되므로 비용이 비교적 저렴하면서도 내구성과 열전도율이 동시에 뛰어난 금형을 얻을 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 의한 3차원 냉각코어를 갖는 사출금형장치는, 냉각코어를 두 종류의 금속분말을 적층하여 제조할 수 있고, 원통모양의 바깥쪽은 열전도율이 낮은 금속분말로 적층하고 상기 원통모양의 안쪽은 열전도율이 높은 금속분말로 적층하는 것이 가능하기 때문에, 사출성형품이 형성되는 금형캐비티 쪽으로는 열전도율이 높게 하고, 바깥쪽으로는 열전달을 낮게 하여 냉각수를 통하여 이루어지는 열교환 효율 즉, 냉각효율을 높일 수 있는 효과가 있다.

도 1a는 종래기술에서 기둥모양 사출성형품 주변에 직선형 냉각유로를 형성시킨 경우의 개념을 도시한 사시도이다.
도 1b는 종래기술에서 기둥모양 사출성형품 주변에 직선형 냉각유로를 형성시킨 경우의 개념을 도시한 평면도이다.
도 2a는 종래기술에서 기둥모양 사출성형품 주변에 나선형 냉각유로를 형성시킨 경우의 개념을 도시한 사시도이다.
도 2b는 종래기술에서 기둥모양 사출성형품 주변에 나선형 냉각유로를 형성시킨 경우의 개념을 도시한 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 사출금형장치를 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 사출금형장치 중 제1금형에 대한 수직방향 절단면을 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 사출금형장치에 삽입되는 냉각코어의 사시도이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 여러 가지 실시 예에 따른 냉각코어의 다양한 삽입구조를 보여주는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 사출금형장치에 삽입되는 냉각코어의 사시도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 사출금형장치를 도시한 단면도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 사출금형장치 중 제1금형에 대한 수직방향 절단면을 도시한 사시도이다.

상술한 목적과 특징이 분명해지도록 첨부된 도면을 참조하여 여러 가지 실시 예들에 대하여 보다 상세하게 설명한다. 이에 따라 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련한 공지기술 중 이미 그 기술 분야에 익히 알려져 있는 것으로서, 그 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.

아울러, 본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며 이 경우는 해당되는 발명의 설명부분에서 상세히 그 의미를 기재하였으므로, 단순한 용어의 명칭이 아닌 용어가 가지는 의미로서 본 발명을 파악하여야 함을 밝혀두고자 한다.

이하의 설명에서 제시되는 실시 예들은 여러 가지 형태로 변경을 가할 수 있고 다양한 부가적 실시 예들을 가질 수 있는데, 여기에서는 특정한 실시 예들이 도면에 표시되고 관련된 상세한 설명이 기재되어 있다. 그러나 이는 실시 예들을 특정한 형태에 한정하려는 것이 아니며, 실시 예들의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경이나 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용되었다.

다양한 실시 예들에 대한 설명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 실시 예들을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

다양한 실시 예들에 대한 설명 가운데 “제1”, “제2”, “첫째” 또는“둘째”등의 표현들이 실시 예들의 다양한 구성요소들을 구분하여 수식할 수 있지만, 해당 구성요소들을 한정하지 않는다. 예를 들어, 상기 표현들은 해당 구성요소들의 순서 및/또는 중요도 등을 한정하지 않는다. 즉 상기 표현들은 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분 짓기 위해 사용될 수 있으며, 실시 예들에 대한 설명 가운데 사용될 수 있는 “포함 한다” 또는 “포함할 수 있다” 등의 표현은 발명된 해당 기능, 동작 또는 구성요소 등의 존재를 가리키며, 추가적인 하나 이상의 기능, 동작 또는 구성요소 등을 제한하지 않는다. 또한, 다양한 실시 예들에 대한 설명에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

먼저, 도 1 및 도 2를 이용하여 종래기술에서 사출성형품을 냉각시키는 방법에 대하여 설명한다. 도 1a 및 도 1b는 종래기술에서 기둥모양 사출성형품(100) 주변에 직선형 냉각유로(200)를 형성시킨 경우를 도시한 사시도 및 평면도이다. 도 1a 및 도 1b에서 보는 바와 같은 기둥모양 사출성형품(100) 주변에 직선형의 냉각유로(200)를 이용하여 냉각을 하게 되면 냉각유로(200)에 가까운 쪽의 거리(d1)와 먼 쪽의 거리(d2)간에 편차가 크기 때문에 상기 사출성형품(100)의 표면온도의 차이가 발생하게 된다. 따라서 이와 같은 냉각방법에 의하여 생산된 사출성형품(100)은 온도차이로 인해 성형제품 표면의 수축 정도가 달라져서 변형이 발생될 뿐만 아니라 사출성형품(100)의 내부에서 기포가 발생되는 경우도 있어 충분한 강성을 갖는 제품을 얻는데도 애로사항이 많이 발생된다. 뿐만 아니라 사출성형품(100) 표면의 온도차이로 인하여 표면처리 시 외관의 광택에도 편차가 발생하게 된다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위한 또 다른 종래기술로는 사출성형품(100) 주변에 나선형으로 냉각유로(300)를 형성시키는 기술이 있어왔다. 도 2a 및 2b는 종래기술에서 기둥모양 사출성형품(100) 주변에 나선형 냉각유로(300)를 형성시킨 경우의 개념을 도시한 사시도 및 평면도이다. 도 2a 및 2b에서 보는 바와 같이 사출성형품(100) 주변에 나선형으로 냉각유로(300)를 형성하여 사출성형품(100)을 냉각시키게 되면 냉각유로(300)와 사출성형품(100) 사이의 거리(d3)가 비교적 일정하기 때문에 직선형 냉각유로(200)에 의하여 냉각되는 사출성형품(100)에 비하여 표면 온도차이가 적어서 제품의 변형 등이 발생하지 않고 품질 좋은 사출성형품을 제작할 수 있게 된다.

그러나 금형내부에 이와 같은 나선형 냉각유로(300)를 형성하는 것은 건드릴 등으로는 불가능하기 때문에 금형제조를 위한 주물공정에서 형성시켜줘야 하는데, 이로 인하여 금형제작의 난이도가 높아지며 이에 따라 금형제작비용이 높아지고 제작시간이 오래 걸리게 된다.

뿐만 아니라 냉각유로(300)가 형성된 금형장치의 경우 장시간 사용하다 보면 냉각유로(300)의 내벽에 스케일 등 이물질이 부착될 수 밖에 없는데, 이로 인하여 냉각효율이 떨어지게 되므로 사용과정에서 주기적으로 냉각유로(300) 내벽에서 이물질을 제거해 주어야 한다. 직선형 냉각유로(200)의 경우 간단한 도구를 사용하여 청소가 용이하기 때문에 주기적으로 냉각유로(200)를 청소하여 재사용이 가능하나, 나선형 냉각유로(300)의 경우 냉각유로(300)에서 이물질의 제거가 용이치 않기 때문에 냉각효율을 높이기 위해서는 어쩔 수 없이 금형 전체를 바꿔야 하는 경우가 있을 수 있다는 단점이 있다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명에 의한 3차원 냉각코어를 갖는 사출금형장치에서는 나선형의 냉각유로(300)를 금형 내에 직접 형성시키지 않고 나선형 냉각유로(300)를 갖는 별도의 냉각코어(400)를 제작하여 금형에 삽입하는 방법을 채택하고 있다. 이하 도 3 내지 도 5를 통하여 본 발명의 일 실시예를 설명한다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 사출금형장치를 도시한 단면도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 사출금형장치 중 제1금형(500)의 수직방형 절단면에 대한 사시도이고 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 사출금형장치에 삽입되는 냉각코어(400)의 사시도이다.

도 3 및 도 4에서 보는 바와 같이 본 발명에 의한 3차원 냉각코어를 갖는 사출금형장치는 제1금형(500)과 제2금형(600)을 포함하는 것이 바람직한데, 상기 제1금형(500) 또는 상기 제2금형(600) 중 하나에는 용융수지사출노즐(700)을 포함하도록 하는 것이 바람직하다. 도 3의 경우는 상기 용융수지사출노즐(700)이 상기 제2금형(600)에 포함되어 있는 사례이다. 한편 상기 제1금형(500)과 상기 제2금형(600)은 합형하여 기둥모양의 금형캐비티(520)를 조성하도록 하는 것이 바람직한데, 상기 금형캐비티(520)는 상기 용융수지사출노즐(700)로부터 주입되는 용융수지가 채워져서 사출성형품(100)이 만들어지는 공간이다.

그리고 상기 제1금형(500)에는 상기 금형캐비티(520)로부터 일정간격을 두고 상기 금형캐비티(520)를 둘러싸듯이 원통형의 삽입홈(510)이 형성되도록 하는 것이 바람직한데, 상기 삽입홈(510)은 도 3 및 도 4에서 보는 바와 같이 상기 제1금형(500)에 형성되도록 할 수도 있지만, 제작하고자 하는 사출성형품(100)의 형상이나 길이 등을 감안하여 상기 제2금형(600)에 형성하도록 하는 것도 가능하며(미도시), 경우에 따라서는 상기 제1금형(500)과 상기 제2금형(600)에 동시에 형성되도록 하는 것도 가능하다(도6a 참조). 그리고 상기 금형캐비티(520)는 제작하고자 하는 사출성형품(100)의 형상에 따라 원기둥, 다각기둥, 굴곡있는 원기둥 등 다양한 모양으로 형성되도록 하는 것도 가능하다. 상기 삽입홈(510)의 형성은 금형 제작공정 중 주물공정에서 형성시키는 것도 가능하며, 금형제작 후 원통형 드릴 등을 이용하여 형성시키는 방법 또한 가능하다.

한편, 상기 삽입홈(510)에는 속이 빈 원통모양의 냉각코어(400)가 삽입되도록 하는 것이 바람직하다. 도 4는 제1금형의 수직방향 절단면에 대한 사시도이기 때문에 상기 냉각코어(400) 또한 수직방향으로 절단된 절반의 모양이며, 이에 대한 전체 모양은 도 5를 참조하면 된다. 상기 삽입홈(510)은 도 3 및 도 4에서 보는 바와 같이 상기 제1금형(500)과 상기 제2금형(600)이 마주보는 면의 반대쪽으로부터 상기 냉각코어(400)가 삽입될 수 있도록 형성되도록 하는 것도 가능하다. 그러나 상기 삽입홈(510)을 상기 제1금형(500)과 상기 제2금형(600)이 마주보는 면 쪽으로부터 상기 냉각코어(400)가 삽입될 수 있도록 하는 것 또한 가능하다(미도시).

상기 냉각코어(400)에는 원통벽면 속에 나선형의 냉각유로(300)가 형성되도록 하는 것이 바람직한데, 상기 냉각유로(300)에는 물이나 기타 냉각용 냉매가 흘러 들어와서 상기 금형캐비티(520) 주변에서 상기 금형캐비티(520) 내에 주입된 용융수지를 냉각시킨 후 빠져나가게 된다. 그리고 상기 냉매가 유입되는 유입구(310)는 상기 냉각코어(400)의 하단 즉 금형들 끼리 마주보는 면에서 먼 쪽에 위치하도록 하고, 상기 유입구(310)로 유입되는 냉매는 상기 냉각유로(300)를 거치면서 상기 금형캐비티(520)내에 충진된 용융수지에서 배출되는 열에 대하여 열교환을 통하여 냉각시키면서 배출구(320)을 통하여 유출되도록 하는 것이 바람직한데, 이렇게 되는 경우 상기 배출구(320)는 상기 유입구(310)와 반대쪽에 즉, 상기 냉각코어(400) 중 금형들 끼리 마주보는 면과 가까운 쪽에 형성되도록 하는 것이 바람직하다.

여기서 상기 냉각유로(300)는, 상기 냉각유로(300)의 중심축으로부터 상기 냉각코어(400)의 원통모양의 안쪽 표면까지의 거리(d1)가 바깥쪽 표면까지의 거리(d2)보다 가깝게 형성되도록 하는 것이 바람직한데, 이렇게 형성함으로써 상기 냉각유로(300)가 가급적 금형캐비티(520)에 가깝게 접근할 수 있으며, 이로 인하여 냉각효율이 높아지는 장점이 있는바, 이와 같이 형성이 가능한 것은 후술하겠지만, 3차원 메탈 프린터에 의하여 적층하는 방법을 적용하기 때문이다.

한편, 상기 냉각코어(400)상에 형성되고, 상기 냉각유로(300)의 양단부와 연결되는 상기 유입구(310) 및 상기 배출구(320)는 유입관(315) 및 배출관(325)과 각각 연결되도록 하되, 상기 유입구(310)와 상기 유입관(315) 및 상기 배출구(320)와 상기 배출관(325)은 각각 나사결합을 통하여 서로 결합되도록 하는 것이 바람직한데, 이를 위하여 상기 유입관(315) 및 상기 배출관(325)의 종단의 외부에는 나사산이 형성되도록 하고, 상기 유입구(310) 상기 배출구(320)의 입구 내벽에도 나사산이 형성되도록 하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 제1금형(500) 및/또는 상기 제2금형(600)의 내부에는 상기 제1금형(500) 및/또는 상기 제2금형(600)의 외부에서부터 금형내부를 관통하여 상기 삽입홈(510)까지 유입관삽입구(550)와 배출관삽입구(560)를 형성시키고, 상기 유입관(315)와 상기 배출관(325)은 상기 유입관삽입구(550)와 상기 배출관삽입구(560)를 각각 끼워지듯이 삽입, 관통하여 상기 유입구(310) 및 상기 배출구(320)와 결합되도록 하는 것이 바람직하다.

따라서 도 5에서 보듯이 상기 유입관(315) 및 상기 배출관(325)을 상기 유입관삽입구(550)와 상기 배출관삽입구(560)를 통하여 상기 유입구(310) 및 상기 배출구(320)에 삽입하면서 A방향으로 회전시키면 상기 유입관(315) 및 상기 배출관(325)이 B방향으로 전진하면서 상기 유입구(310) 및 상기 배출구(320)에 나사결합으로 결합되게 된다.

상술한 바와 같이, 상기 유입구(310)와 상기 유입관(315) 및 상기 배출구(320)와 상기 배출관(325)은 각각 나사결합으로 서로 고정시키는 것이 바람직한데, 이와 같이 상기 유입관(315)과 상기 유입구(310) 및 상기 배출관(325)과 상기 배출구(320)를 나사결합으로 하게 되면, 냉매가 상기 유입관(315)을 통하여 유입되어 상기 유입구(310), 상기 냉각유로(300) 및 상기 배출구(320)를 차례로 통과하여 상기 배출관(325)으로 빠져나가는 과정에서 모든 경로가 밀봉된 상태로 되기 때문에 냉매의 유출을 막을 수 있을 뿐만 아니라 상기 유입관삽입구(550) 및 상기 배출관삽입구(560)에 끼워지듯이 삽입되는 상기 유입관(315) 및 상기 배출관(325)이 상기 냉각코어(400)와 나사결합으로 고정되는 형상이므로 상기 냉각코어(400)가 금형 내에 견고하게 고정될 수 있는 효과도 있다. 따라서 상기 냉각코어(400)와 금형을 별도의 결합부재로 체결하지 않더라도 상기 냉각코어(400)를 금형 내에서 견고하게 고정시킬 수 있는 효과가 있다.

이와 더불어 상기 삽입홈(510)의 입구에는 삽입홈 단턱부(530)가 형성되도록 하고, 상기 삽입홈(510)의 입구에 대응되는 상기 냉각코어(400)의 일단에도 냉각코어 단턱부(410)가 형성되는 특징을 더 포함하는 것이 바람직한데, 상기 삽입홈 단턱부(530)와 냉각코어 단턱부(410)는, 상기 냉각코어(400)가 나사결합으로 상기 유입관(315) 및 상기 배출관(325)과 결합되게 되면, 상기 삽입홈(510)과 상기 냉각코어(400) 사이를 밀착시킴으로서 상기 삽입홈(510)에 대한 기밀성을 향상시켜 냉각효율을 높이고 상기 삽입홈(510)과 상기 냉각코어(400) 사이를 유격 없이 결합시켜 결합의 견고성을 향상시킬 수 있는 역할을 하게 된다.

한편, 도 6a 및 도 6b는 본 발명의 여러 가지 실시 예에 따른 냉각코어의 다양한 삽입구조를 보여주는 단면도이다. 도 6a에서 보는 바와 같이 본 발명에 의한 3차원 냉각코어를 갖는 사출금형장치는, 상기 제1금형(500) 및 상기 제2금형(600)에 각각 기둥모양의 금형캐비티(520)가 형성되어 이에 대한 각각의 냉각수단이 필요한 경우에도 적용이 가능하다. 이럴 경우 도 6a에서 보는 바와 같이 상기 제1금형에도 냉각코어(400a)가 삽입되고, 상기 제2금형(600)에도 냉각코어(400b)되도록 하는 것이 바람직하다. 즉 각각의 금형에 각각의 냉각코어가 삽입되는 구조로 하는 것이 가능하다.

도 6b의 경우 상기 제1금형(500)에만 원통의 반지름이 변화하는 기둥모양의 금형캐비티(520)가 형성되는 경우에 대한 일 실시 예들을 보여주는 것이다. 이 경우 도 6b에서 보는 바와 같이 보는 바와 같이 단턱부를 형성한 원통형의 냉각코어(400e)로 만들어서 냉각유로(300e)는 금형캐비티에 인접한 부분을 따라서 형성시키도록 하는 것도 가능하다. 또한 이 경우 상기 제1금형에만 반지름이 각각 다른 두 개의 냉각코어를 삽입하도록 하고, 상기 두 개의 냉각코어에 형성되는 냉각유로는 필요부분에만 형성시키도록 하는 것도 가능하다(미도시).

다음으로, 본 발명에 의한 3차원 냉각코어를 갖는 사출금형장치에서 상기 냉각코어(400) 내부에 형성되는 냉각유로를 형성하는 또 다른 실시 예를 도 7 내지 9를 이용하여 설명하고자 한다.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 사출금형장치에 삽입되는 냉각코어의 사시도인데, 도 7에서 보는 바와 같이 상기 냉각유로(300)는 2열로 나란히 형성되며 상기 제1금형(500)과 제2금형(600)이 마주보는 면에 가까운 종단(330)은 서로 연결되도록 하고 상기 종단(330)의 반대쪽에 유입구(310a) 및 배출구(320a)가 형성되도록 하는 것도 바람직하다.

이렇게 하는 경우 냉매가 유입되거나 배출되어 돌아오는 경로를 상기 냉각코어(400) 내부에 별도로 형성하지 않더라도 상기 냉각유로(300)의 입구와 출구 즉 상기 유입구(310a) 및 상기 배출구(320a)를 금형이 마주보는 면과 반대 면인 코어의 끝단부에 동시에 형성할 수 있게 된다. 따라서 상기 냉각코어(400) 내부에서 상기 냉각유로(300) 배치에 필요한 공간을 절약할 수 있고 이로 인하여 냉각코어를 적정한 두께로 제작할 수 있는 효과가 있을 뿐만 아니라, 금형내부에 상기 유입관(315) 및 상기 배출관(325)을 삽입하기 위한 관로 즉 상기 유입관삽입구(315) 및 상기 배출관삽입구(325)를 별도로 형성시키지 않아도 되는 장점이 있다.

도 8은 상술한 실시 예, 즉 상기 냉각유로(300)가 2열로 나란히 형성된 실시예에 따른 사출금형장치를 도시한 단면도이고, 도 9는 이 경우에 대한 제1금형의 수직방향 절단면을 도시한 사시도이다. 도 8 및 도 9에서 보는 바와 같이 상기 삽입홈(510)은 상기 제1금형(500)과 상기 제2금형(600)이 마주보는 면의 반대쪽으로부터 상기 냉각코어(400)가 삽입될 수 있도록 형성되도록 하는 것이 바람직하며, 상기 냉각코어(400)는 복수의 나사(420)에 의하여 상기 제1금형(500) 및/또는 상기 제2금형(600)과 나사결합으로 고정되도록 하는 것이 바람직한데, 상기 복수의 나사(420)가 상기 제1금형(500) 및/또는 상기 제2금형(600) 상에 형성된 복수의 관통홀(540)을 통하여 상기 냉각코어(400)상에 형성된 나사구멍(405)에 체결되는 구조로 하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 냉각코어(400)는 3차원 메탈프린터(미도시)를 이용하여 금속분말을 적층하는 방법으로 제조되도록 하는 것이 바람직한데, 바람직한 금속분말로는 열전도율이 높은 구리분말이 바람직하다. 그러나 더욱 바람직하게는 두 종류의 금속분말로 적층시켜 제조하는 것이 좋은데, 도 3, 도 5, 도 7 및 도 8에서 보는 바와 같이 상기 원통모양의 바깥쪽(402)은 열전도율이 낮은 반면 비용이 저렴한 철 성분의 금속분말로 적층하고 상기 원통모양의 안쪽(401)은 고가이지만 열전도율이 높은 구리분말 등으로 적층하는 것이 좋다. 이렇게 하면 상기 냉각유로(300)로 유입된 냉매의 열교환 작용이 열전도율이 높은 상기 냉각코어(400)의 안쪽으로 집중되고, 열전도율이 낮은 상기 냉각코어(400)의 바깥쪽으로는 냉기가 잘 안빠져 나가기 때문에 냉각의 효율이 높아지는 효과를 가져 올 수 있으며, 열전도율은 높지만 고가인 구리분말 등의 사용을 줄일 수 있기 때문에 비용을 절감할 수 있는 효과도 거두게 된다.

상술한 여러 가지 예로 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 예들에 국한되는 것이 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서 본 발명에 개시된 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 예들에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100 사출성형품
200 냉각유로(직선형)
300 냉각유로(코일형)
310/310a 유입구 315 유입관
320/320a 배출구 325 배출관
400 냉각코어
410 단턱부 420 나사
500 제1금형
510 삽입홈 520 금형캐비티
530 단턱부
550 유입관삽입구 560 배출관삽입구
600 제2금형
700 용융수지사출노즐

Claims (6)

1. 제1금형; 및
   상기 제1금형과 합형하여 기둥모양의 금형캐비티를 조성하는 제2금형;을 포함하고 있으며,
   상기 제1금형 및/또는 상기 제2금형에는, 상기 금형캐비티 주변을 둘러싸며 원통형으로 형성되는 삽입홈이 있으며,
   상기 삽입홈에는, 나선형의 냉각유로가 내부에 형성되어 있는 원통모양의 냉각코어가 착탈 가능하게 삽입되며,
   상기 삽입홈은, 상기 제1금형과 상기 제2금형이 마주보는 면과 수직으로 형성되고, 상기 마주보는 면 또는 상기 마주보는 면의 반대쪽으로부터 상기 냉각코어가 삽입될 수 있도록 형성되는 것을 특징으로 하는 3차원 냉각코어를 갖는 사출금형장치
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 냉각유로는, 상기 냉각유로의 중심축으로부터 상기 냉각코어의 원통모양의 안쪽 표면까지의 거리가 바깥쪽 표면까지의 거리보다 가깝게 형성되는 특징을 더 포함하는 3차원 냉각코어를 갖는 사출금형장치
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 삽입홈 중 상기 냉각코어가 삽입되는 입구 및 상기 입구에 대응되는 상기 냉각코어의 일단에는 단턱부가 각각 형성되며,
   상기 제1금형 및/또는 상기 제2금형의 내부에는 상기 제1금형 및/또는 상기 제2금형의 외부에서부터 상기 삽입홈까지 관통하는 유입관삽입구 및 배출관삽입구가 각각 형성되어 있으며,
   상기 냉각유로의 유입구 및 배출구는 상기 유입관삽입구 및 상기 배출관삽입구를 통하여 각각 삽입되는 유입관 및 배출관에 각각 연결되며,
   상기 유입구와 상기 유입관 및 상기 배출구와 상기 배출관은 각각 나사결합 되는 특징을 더 포함하는 3차원 냉각코어를 갖는 사출금형장치
   
4. 제2항에 있어서,
   상기 삽입홈은 상기 제1금형과 상기 제2금형이 마주보는 면의 반대쪽으로부터 상기 냉각코어가 삽입될 수 있도록 형성되며,
   상기 냉각유로는 2열로 형성되어 상기 마주보는 면에 가까운 종단이 서로 연결되고 상기 종단의 반대쪽에 유입구 및 배출구가 형성되도록 하며,
   상기 냉각코어는 복수의 나사에 의하여 상기 제1금형 및/또는 상기 제2금형과 나사결합으로 고정되는 특징을 더 포함하는 3차원 냉각코어를 갖는 사출금형장치
   
5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
   상기 냉각코어는 3차원 메탈프린터를 이용하여 금속분말을 적층하는 방법으로 제조되는 특징을 더 포함하는 3차원 냉각코어를 갖는 사출금형장치
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 냉각코어는 두 종류의 금속분말을 적층하여 제조되며, 상기 냉각코어의 원통모양 중 바깥쪽은 열전도율이 낮은 금속분말로 적층되고 상기 냉각코어의 원통모양 중 안쪽은 열전도율이 높은 금속분말로 적층되는 것을 특징으로 하는 3차원 냉각코어를 갖는 사출금형장치
   
   

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