KR101951790B1 - 핫런너 밸브장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 핫런너 밸브장치를 개시한다.
본 발명에 따른 핫런너 밸브장치는, 수지를 공급받아 금형의 성형공간으로 안내하는 것으로 외주면에 히터가 권선된 노즐 및 이 노즐 내부에서 승강되게 구비되는 것으로 그 내부 중심으로 유동되는 수지유로를 형성하되 하측으로 진행하면서 점진적으로 지름이 감소되는 경사면을 형성하여 된 유동 저항부를 형성한 승강 런너핀 및 이 승강 런너핀의 위치를 복귀시키는 복귀 스프링으로 이루어진 핫런너 밸브장치에 있어서, 상기 노즐은 그 중심으로 수지를 공급받아 안내하는 수지로가 형성된 바디 및 상기 바디의 하측 끝 부분에 일체로 구비되는 것으로 그 중심으로 승강 런너핀이 슬라이드 접촉되어 승강되게 관통된 노즐팁 및 상기 노즐팁의 상측에 위치 고정되어 그 내부 중심을 통과하는 상기 승강 런너핀을 안내 지지하는 것으로 상기 승강 런너핀의 상부가 위치되는 부분의 내부 지름이 하측으로 진행하면서 지름이 확장되는 경사면을 형성하여 된 부싱경사접촉부를 구비한 가이드부싱을 포함하고;, 상기 승강 런너핀은 수지압 작용면이 형성된 상단부분이 상측을 향하면서 지름이 확장되는 경사면을 형성하여 상기 부싱경사접촉부가 형성하는 경사면에 대응하는 경사면을 형성하여 밀착 접촉되는 런너경사접촉면을 형성한 가이드부싱으로 구성된다.
이와 같은 구성의 본 발명은 승강 런너핀 내부로 수지압이 통과할 때 상기 승강 런너핀과 이 승강 런너핀의 외부를 감싸는 런너부싱 사이의 틈으로 수지가 유입되는 것을 차단하도록 수지압이 작용하는 승강 런너핀과 런너부싱의 일측 말단부분이 상호 경사면을 갖고 슬라이드 접촉되게 형성함으로써 결과적으로 수지압이 경사면으로 작용되게 함으로써 상기 승강 런너핀과 런너부싱 사이의 틈으로 수지가 유입되는 것을 억제함으로써 승강 런너핀의 승강 동작을 원활하게 유지될 수 있도록 하여 동작의 신뢰성을 보장하는 이점이 있다.
또한, 별도의 구동원 없이 수지압과 탄성 복귀수단을 이용하여 승강 런너핀을 승강시키므로 종전의 노즐의 게이트 개폐를 위한 밸브개폐 기구와 유공압실린더 및 액츄에이터 등의 구동수단을 필요로 하지 않음에 따라 구조가 간소하여 결과적으로 제품의 유지보수 및 취급 관리의 편의성을 높일 수 있는 이점이 기대된다.

Description

핫런너 밸브장치{Hotrunner system}

본 발명은 내부 중심으로 수지가 유동되는 승강 런너핀에 의해 노즐의 게이트 개폐가 단속되는 핫런너 밸브장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 수지압력에 의해 승강 런너핀의 외면으로 수지가 유입되는 것을 차단하여 동작의 신뢰성을 보장하는 핫런너 밸브장치에 관한 것이다.

일반적으로 플라스틱 제품을 성형하는 사출성형기는 수지를 용융한 형체 실린더로부터 수지원료를 매니폴드로 주입시키고, 주입된 수지는 매니폴드 내에 분기 형성된 수지유로를 따라 균등하게 분배되어 매니폴드의 하부에 결합된 하나 이상의 노즐로 각각 공급되어 제품 성형틀인 상·하 코어가 형성하는 성형공간 즉, 캐비티로 주입하는 장치이다.

이러한 사출성형기는 밸브핀의 승강 동작에 의해 게이트 즉, 출구를 개폐하도록 구성되어지며, 성형품의 수량에 따라 비교적 여러 개를 일시에 성형하는 경우에는 매니폴드를 통해 수지를 공급받는 매니폴드형이 사용되고, 단품 생산을 하는 경우에는 싱글형이 사용된다.

도 1은 종래 기술에 따른 고압의 공기를 작동압으로 하여 밸브핀을 승강시키는 사출성형기 용 핫런너 밸브장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다.

이에 나타내 보인 바와 같이 종래 기술의 다캐비티 금형용 사출성형기 밸브장치는 크게 구동부(100)와 밸브장치(200)로 구성되며 밸브핀(210)의 승강 동작을 위한 구동원으로 고압의 공기를 이용한다.

즉, 상기 구동부(100)는 외부로부터 고압의 공기(Air)를 공급 및 배출하기 위한 관로인 에어채널(air chnnel;110,120)이 복수개 형성되어 있으며, 이 복수개의 에어채널(110,120)을 통해 선택적으로 유입되는 고압의 공기에 의해 실린더(130)내의 피스톤(140)이 승강을 이루는 구조이다. 이때, 상기 피스톤(130)의 하단에는 밸브핀(210)이 연결되어 연동되는 구조이다. 그리고, 상기 밸브핀(210)은 피스톤(130)에 연동하여 승강 됨으로써 노즐(220)의 선단부를 형성하는 게이트 즉, 출구를 선택적으로 차단 또는 개방하는 구조이다.

한편, 상기 밸브장치(200)는 외체를 형성하는 것으로 수지의 고화를 방지하기 위한 히터가 권선되는 노즐(220)를 포함하며, 이 노즐(220)의 내부에는 밸브핀(210)이 수직방향으로 승강을 이루도록 설치되는 구조이다. 여기서, 상기 노즐(220)은 밸브핀(210)의 주위로 일정한 간극을 두고 수지채널(230)이 형성되며, 이 수지채널(230)의 양끝은 노즐의 출구와 매니폴드(300)의 수지채널(310)에 각각 연결되는 구조이다.

이와 같이 구성되는 다캐비티 금형용 사출성형기 밸브장치는 상기 에어채널(110,120)을 통해 선택적으로 고압의 작동압이 공급되면 피스톤(140)이 승강 또는 하강을 이루게 되고, 이와 동시에 밸브핀(210) 이 연동하여 일체로 승강 동작이 수행된다. 따라서, 상기 피스톤(140)이 승강 됨에 따라 노즐의 출구를 개방 또는 차단시키게 되므로 결과적으로 매니폴드(300)를 통해 공급되는 수지가 출구를 통해 금형내로 공급되거나 또는 차단되게 된다.

요약하면, 상기 종래 기술에 따른 공기압을 작동으로 하는 사출성형기용 밸브 게이트(출구) 장치는 고압의 공기를 선택적으로 해당 에어채널(110,120)을 통해 실린더(130)내로 공급시켜 피스톤(140)을 승강시키게 되며, 이때의 피스톤(140)에 연동하여 밸브핀(210)이 노즐의 출구(게이트)를 개폐시키게 된다.

그러나, 상기와 같이 구성되는 종래 기술에 따른 밸브장치는 밸브핀을 승강시키기 위한 작동원으로 고압의 공기를 이용하므로 공기유출을 방지하기 위한 기밀구조를 채용해야 하고 작동압을 공급하기 위한 대형 공압장치(콤프레셔)를 필요로 하므로 부피가 커지면서 구조가 복잡해져 설치공간에 많은 제약을 받을 뿐만 아니라 정비 및 관리성이 극히 불량한 단점이 있었다.

또한, 노즐을 여러 개 구비하는 다 캐비티 금형에 적용되는 경우 각 노즐이 갖는 치수산포로 인해 결과적으로 각 노즐의 사출량에 편차가 발생하여 균일한 품질을 갖는 성형품의 양산이 어려운 문제점이 있었다.

이러한, 문제점을 해결하기 위한 종래기술에 따른 밸브장치로는 크게 노즐과 구동수단으로 구분되고, 상기 노즐은 내부에 수지를 공급받아 선단부에 구비된 출구를 통해 금형으로 주입하기 위한 수지유로가 형성되는 일반적인 밸브 구조를 취하고, 상기 구동수단은 전원 공급에 의해 밸브핀을 승·하강시키는 정·역모터 또는 솔레노이드 액츄에이터가 사용되는 구조가 제안된 바 있다.

이러한 구성의 출원한 밸브장치는 전원공급을 받아 구동하는 정·역모터 또는 액츄에이터를 구동원으로 채용하는 구조에 의해 밸브장치의 전체적인 크기의 소형화가 가능하게 되므로 금형 설계의 자유도를 높일 수 있을 뿐만 아니라 밸브핀의 이동량을 신속하고 정밀하게 제어할 수 있다.

그러나, 본 출원인이 선 출원한 여러 밸브장치에서 정역·모터를 구동원으로 하는 경우 감속기를 구비시켜야 할 뿐만 아니라 모터를 냉각시키기 위한 냉각구조를 적용해야 하므로 구조적으로 복잡하여 경제적인 양산이 곤란한 단점이 있다.

반면, 솔레노이드 원리를 이용한 액츄에이터의 경우에는 비교적 구조를 간소화시킬 수 있으나, 밸브핀이 출구를 개방 또는 닫힌 상태에서 상대 위치로 이동하는 시점에서 원활한 구동이 이루어지지 않는 단점이 있다. 이는 비단 솔레노이드 액츄에이터에서만 발생하는 현상은 아니다. 거의 모든 핫런너 장치에서의 밸브핀은 출구(게이트)의 차단시 그 끝단이 출구에 끼움되고 그 타측단은 직선 이동을 가능하게 지지하는 부싱에 끼움 된 상태이다. 이러한 상태에서 출구를 개방하기 위해 밸브핀을 상승시키는 경우에는 밸브핀에 가해지는 정지저항(밸브핀을 지지하는 부싱 등의 지지요소로 인한 마찰 저항 및 출구에 끼움되었을 때의 마찰 저항)을 극복할 수 있을 정도의 동력 즉, 큰 동력을 필요로 한다. 즉, 대부분의 핫런너 시스템은 밸브핀의 승강 또는 하강된 상태에서 상대 위치로 이동시 초기에 작용하는 마찰저항을 극복하고 하강 또는 상승 동작이 실행될 수 있도록 하기 위하여 정격출력보다 높은 출력의 구동원이 적용되고 있는 실정이다.

따라서, 높은 출력의 구동원(유·공압 실린더, 정·역·모터, 액츄에이터)이 요구됨에 따라 제조비용이 상승되는 폐단이 있을 뿐만 아니라 부피가 커짐에 따라 소형이면서 정밀한 사출물을 성형하기 위한 금형에 대한 적용 자유도가 크게 제한되는 문제점이 있었다.

특히, 소형이면서 정밀한 부품을 성형하거나, 또는 유동성이 불량한 글라스화이버나 마그네슘 성분 등을 함유한 수지를 이용하여 제품을 성형하는 경우 밸브핀의 승강이 원활하지 않는 문제점이 있었다.

또한, 노즐의 끝 부분은 금형과 접촉되어 있어 금형으로 열을 빼앗기게 되는데, 수지가 유동시에는 노즐의 외면에 감겨진 히터에 의해 용융된 상태를 유지하지만, 수지 유동이 정지된 상태에서는 노즐의 끝 부분에서 발생하는 열 손실로 인해 이 부분의 수지가 고화되는 현상이 발생함에 따라 결과적으로 고화된 수지가 다시 녹을 때 까지 사출 공정을 일시 중단해야 하므로 생산성이 저하되고 고화된 수지가 완전하게 녹지 않는 경우 성형 불량을 발생하는 폐단이 있었다.

이를 해소하기 위해 종래에는 노즐의 끝 부분에 대한 급속 가열을 가능하게 하도록 고주파나 저압방식의 가열수단을 부가 장착하고 있으나 노즐 끝부분에 대한 급속 가열로 인해 이와 맞닿은 금형의 손상을 유발하여 금형의 수명을 단축시키는 심각한 문제점이 있다.

또한, 이러한 고주파 및 저압방식의 가열수단은 노즐 주변에 설치됨에 따라 밸브장치의 전체적인 부피가 커져 설계의 자유도가 제한되는 것은 물론이고, 소형이면서 정밀한 성형품 양산을 위한 금형에는 적용이 불가능하며, 구조가 복잡하여 유지관리의 어려움이 있을 뿐만 아니라 고가의 고주파 및 저압 장비를 추가 설비해야 하므로 경제성이 떨어지는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 출원인은 대한민국 등록특허 제10-1290549호를 사출성형기용 핫런너 밸브장치를 제안한 바 있으며, 그 청구항에는 수지로를 형성한 매니폴드 및 그 일측에 연결되어 수지를 공급받아 금형의 캐비티 측으로 안내하는 것으로 외주면에 히터가 권선 된 노즐을 구비하는 사출성형기용 핫런너 밸브장치에 있어서, 상기 노즐은 그 중심으로 설치홀이 관통 형성되고 하측으로는 설치홀에 대해 감소된 지름을 갖는 출입홀이 형성된 바디를 구비하며, 상기 설치홀에 승강 가능하게 슬라이드 끼움으로 구비되어 수지의 공급압력에 의해 하강되고 복귀수단에 의해 상승되는 것으로, 중심으로 수지를 공급받는 수지유로가 형성되고, 공급되는 수지의 압력에 저항하도록 지름을 감소시킨 유동 저항부가 형성된 몸체 및 상기 몸체의 하단부에 감소된 지름으로 구비되어 상승 이동시에는 상기 노즐의 내측에 위치되고 하강 이동시에는 상기 출입홀을 통과하여 금형에 접촉되며 그 내부에는 수지유로와 연통되는 취출로가 형성된 유동 제어팁을 구비하는 승강핀으로 이루어진 사출성형기용 핫런너 밸브장치가 개시되어 있다.

이러한 구성의 사출성형기용 핫런너 밸브장치는 노즐의 내부로 공급되는 수지의 공급 작용압과 복귀요소를 조합하여 승강핀에 대한 승강 동작을 연동시키고 이 승강핀의 승강 동작에 의해 노즐의 게이트 개폐를 단속하는 구조이므로 종전의 복잡한 구조의 유공압 실린더나 정역모터 또는 액츄에이터 등으로 이루어진 구동수단을 필요로 하지 않음에 따라 구조가 간소하여 금형 설계의 자유도를 높일 수 있을 뿐만 아니라 부피감소를 통해 금형에 대한 적용 및 설치의 자유도를 개선시킬 수 있다.

그러나 종래 기술에 따른 사출성형기용 핫런너 밸브장치는, 승강핀의 내부를 통과하는 수지의 압이 대단히 높기 때문에 상기 승강핀의 외면과 노즐의 내면 사이의 틈으로 유입되어 결과적으로 승강핀의 승강 동작을 불량하게 하여 동작의 신뢰성을 저하시킬 뿐만 아니라 유입된 수지가 고화되는 경우 동작을 불가능하게 하는 심각한 문제점을 초래하였다.

또한, 상기의 사출성형기용 핫런너 밸브장치와 유사한 기술로서 본 출원인은 대한민국 등록특허 제10-1154081호를 통해 핫런너 밸브장치를 제안한 바 있으며, 그 청구항 1에는 일측의 유입구를 통해 수지를 공급받아 타측의 감소된 지름을 형성하는 취출구를 통해 금형의 캐비티로 안내하는 것으로 외주면에 히터가 권선된 노즐을 포함하는 핫런너 밸브장치에 있어서, 상기 노즐의 내부에 승강되게 구비되는 것으로 내부 중심을 따라 수지가 유동되는 수지유로가 형성된 원기둥 형상의 몸체 및 상기 취출구 측을 향하는 몸체의 일측에 구비되는 것으로 승강시 취출구를 선택적으로 삽입 통과하여 폐쇄시키는 런너 팁 및 상기 몸체와 런너 팁을 연결하는 것으로 상기 몸체의 일측을 제거하여 노즐의 내벽면과의 사이에 수지가 충진되는 공간을 형성하는 연결부로 이루어지는 런너핀을 더 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 핫런너 밸브장치가 개시되어 있다.

이러한 구성의 핫런너 밸브장치는 노즐의 게이트 개폐를 위한 복잡한 구조의 구동수단을 필요로 하지 않으면서 런너핀에 의해 게이트의 개폐가 단속됨에 따라 수지의 유동 흐름성을 양호하게 유지할 수 있으므로 유동성이 불량한 성분이 함유된 수지에 대해서도 양호한 성형조건을 조성할 수 있다.

그러나 종래 기술에 따른 핫런너 밸브장치는 노즐을 통과하려는 수지의 압력이 대단히 높으므로 상기 노즐의 내부 선단측에 크게 작용하게 된다. 이때 대부분의 수지는 노즐의 게이트를 통해 금형으로 토출되지만 일부 수지는 런너핀의 외면과 노즐의 내면 사이의 틈으로 유입되어 결과적으로 런너핀의 가동성 즉, 승강동작을 불량하게 만들뿐만 아니라 고화되는 경우에는 런너핀의 승강동작이 불가능하게 되는 원인을 초래하는 문제점이 있었다.

등록특허공보 제10-1290549호(2013.07.23), ′사출성형기용 핫런너 밸브장치′ 등록특허공보 제10-1154081호(2012.05.31), ′핫런너 밸브장치′

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 내부 중심으로 수지가 유동되는 승강 런너핀의 끝단부에서 그 외면과 노즐의 내면 사이로 수지가 유입되어 가동성을 저해하는 것을 방지하여 동작의 신뢰성을 안정되게 유지시킬 수 있는 핫런너 밸브장치를 제공하는데 있다.

상기의 목적을 실현하기 위한 본 발명의 바람직한 실시례에 따른 핫런너 밸브장치는, 수지를 공급받아 금형의 성형공간으로 안내하는 것으로 외주면에 히터가 권선된 노즐 및 이 노즐 내부에서 승강되게 구비되는 것으로 그 내부 중심으로 유동되는 수지유로를 형성하되 하측으로 진행하면서 점진적으로 지름이 감소되는 경사면을 형성하여 된 유동 저항부를 형성한 승강 런너핀 및 이 승강 런너핀의 위치를 복귀시키는 복귀 스프링으로 이루어진 핫런너 밸브장치에 있어서, 상기 노즐은 그 중심으로 수지를 공급받아 안내하는 수지로가 형성된 바디 및 상기 바디의 하측 끝 부분에 일체로 구비되는 것으로 그 중심으로 승강 런너핀이 슬라이드 접촉되어 승강되게 관통된 노즐팁 및 상기 노즐팁의 상측에 위치 고정되어 그 내부 중심을 통과하는 상기 승강 런너핀을 안내 지지하는 것으로 상기 승강 런너핀의 상부가 위치되는 부분의 내부 지름이 하측으로 진행하면서 지름이 확장되는 경사면을 형성하여 된 부싱경사접촉부를 구비한 가이드부싱으로 이루어지고,

상기 승강 런너핀은 수지압 작용면이 형성된 상단부분이 상측을 향하면서 지름이 확장되는 경사면을 형성하여 상기 부싱경사접촉부가 형성하는 경사면에 대응하는 경사면을 형성하여 밀착 접촉되는 런너경사접촉면을 형성한 가이드부싱으로 구성되는 것을 그 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 한 특징으로서, 상기 상기 노즐은 상·하면이 개방된 커버; 상기 커버의 내부에 구비되는 것으로 상·하면이 개방되고 외면에는 히터가 권선되는 것으로 내부 중심으로는 수지가 유동되는 수지로가 형성되되 이 수지로는 하측 일정 위치에서 지름이 확장되어 가이드부싱이 끼움 구비되는 설치홀을 형성한 바디; 상기 바디의 하측에 나사체결로 결합되는 것으로 내측으로 상기 복귀 스프링이 위치되고 그 하측으로는 상기 승강 런너핀이 승강되게 슬라이드 끼움되는 관통구멍을 형성한 노즐팁; 상기 노즐의 상측에 결합 구비되는 것으로 그 중심으로 수지를 공급 안내하는 수지 연결부가 연결되는 노즐캡; 상기 승강 런너핀의 상승 이동시 그 위치를 규제하는 것으로 상기 수지로와 설치홀이 연결되는 부분에 구비되되 상기 설치홀에서 수지로측으로 진행하면서 지름이 감소되는 경사면을 형성하여 된 위치규제경사부로 구성되는 것에 있다.

본 발명의 바람직한 다른 특징으로서, 상기 승강 런너핀은 내부 중심에 수지가 유동되게 관통된 구멍을 형성한 런너 바디 및 상기 런너 바디의 하측에 일체로 형성되되 지름을 감소하여 된 것으로 수지가 외부로 토출되는 취출구인 런너 팁을 포함하고, 상기 복귀 스프링은 상기 런너 바디의 일단을 돌출시켜 형성한 걸림턱에 상단이 걸림되고, 그 하단은 노즐팁의 내부 일측에 걸림 구비되는 것에 있다.

본 발명에 따른 핫런너 밸브장치는 별도의 구동원 없이 수지압과 탄성 복귀수단을 이용하여 승강 런너핀을 승강시키므로 종전의 노즐의 게이트 개폐를 위한 밸브개폐 기구와 유공압실린더 및 액츄에이터 등의 구동수단을 필요로 하지 않음에 따라 구조가 간소하여 결과적으로 제품의 유지보수 및 취급 관리의 편의성을 높일 수 있는 이점이 기대된다.

즉, 본 발명은 사출성형기로부터 공급되는 수지의 공급압력에 의해 승강 런너핀이 하강 또는 승강되어 노즐의 게이트를 개방시켜 금형의 캐비티내로 수지를 공급하고, 사출이 완료된 상태에서는 수지의 공급압력이 제거되는 것에 의해 탄성 복귀수단의 탄성복원력에 의해 승강 런너핀이 원위치로 복귀하여 결과적으로 노즐의 게이트를 차단시키는 구조이므로 종전의 노즐의 게이트 개폐를 위한 복잡한 기구와 구동원을 필요로 하지 않아 유지관리의 편의성을 높이는 것은 물론이고 부피 감소를 통해 금형에 대한 적용의 자유도와 설계의 자유도를 대폭 높일 수 있는 유용한 효과가 기대된다.

특히, 본 발명의 핫런너 밸브장치는 승강 런너핀 내부로 수지압이 통과할 때 상기 승강 런너핀과 이 승강 런너핀의 외부를 감싸는 런너부싱 사이의 틈으로 수지가 유입되는 것을 차단하도록 수지압이 작용하는 승강 런너핀과 런너부싱의 일측 말단부분이 상호 경사면을 갖고 슬라이드 접촉되게 형성함으로써 결과적으로 수지압이 경사면으로 작용되게 함으로써 상기 승강 런너핀과 런너부싱 사이의 틈으로 수지가 유입되는 것을 억제함으로써 승강 런너핀의 승강 동작을 원활하게 유지될 수 있도록 하여 동작의 신뢰성을 보장하는 이점이 있다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

도 1은 종래 기술에 따른 핫런너 밸브장치를 나타낸 단면도,
도 2는 본 발명에 따른 핫런너 밸브장치를 개략적으로 나타낸 도면,
도 3은 본 발명에 따른 핫런너 밸브장치의 구성을 설명하기 위한 종단면 사시도,
도 4는 본 발명에 따른 핫런너 밸브장치을 나타낸 단면도,

이하에서는 첨부한 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 본 발명을 특정한 개시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 출원에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 즉, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

또한, 다르게 정의되지 않는 한 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.

도 2 내지 도 4는 본 발명의 바람직한 실시례에 따른 핫런너 밸브장치를 나타낸 도면으로서, 도면에는 노즐(20)의 게이트를 개폐시키기 위한 종전의 유공압 실린더나 액츄에이터 등의 구동수단을 구성하지 않은 밸브리스(Valveless) 타입으로서, 사출실린더(미도시)로부터 수지를 공급받아 이를 분기하여 공급하도록 내부에 여러 갈래의 수지로가 형성된 매니폴드(미도시)의 일측에 연결되어 수지를 공급받아 상,하 코어로 이루어진 금형의 캐비티 내부로 수지를 주입하기 위한 요소로 외주면에 히터가 권선된 노즐(20)과, 상기 노즐(20)의 내부에 설치되어 그 내부 중심을 통과하는 수지의 작동압과 복귀요소에 의해 승강되게 구비되는 승강 런너핀(30)을 포함하는 핫런너 밸브장치(1)가 개시되어 있다.

본 발명에서 수지를 용융하여 소정의 압력으로 사출하는 사출성형기 및 이 사출성형기로부터 용융수지를 공급받아 수지를 분기 공급하는 매니폴드는 공지의 기술에 의해 실시되어도 무방하므로 상세한 설명은 생략한다.

이상의 도면을 참조하여 그 구성을 살펴보면, 본 발명은 용융된 수지를 매니폴드 또는 수지 연결관(10)을 통해 공급받아 금형의 성형공간으로 안내하는 노즐(20)과, 이 노즐(20)의 내부에서 승강 가능하게 구비되는 것으로 그 내부 중심으로 상기 노즐(20)을 통해 유입된 수지가 이동되는 수지유로(미부호)를 형성하되 상측에는 하측으로 진행하면서 점진적으로 지름이 감소되는 경사면을 형성하여 된 유동 저항부를 형성한 승강 런너핀(30) 및 이 승강 런너핀(30)의 위치를 복귀시키는 복귀 스프링으로 이루어진 핫런너 밸브장치에 있어서, 상기 노즐(20)은 그 중심으로 수지를 공급받아 안내하는 수지로(20a)가 형성된 바디(23) 및 상기 바디(23)의 하측 끝 부분에 일체로 구비되는 것으로 그 중심으로 승강 런너핀(30)이 슬라이드 접촉되어 승강되게 관통된 노즐팁(24) 및 상기 노즐팁(24)의 상측에 위치 고정되어 그 내부 중심을 통과하는 상기 승강 런너핀(30)을 안내 지지하는 것으로 상기 승강 런너핀(30)의 상부가 위치되는 부분의 내부 지름이 하측으로 진행하면서 지름이 확장되는 경사면을 형성하여 된 부싱경사접촉부(43)를 구비하고, 상기 승강 런너핀(30)은 수지압 작용면(35a)가 형성된 상단부분이 상측을 향하면서 지름이 확장되는 경사면을 형성하여 상기 부싱경사접촉부(43)가 형성하는 경사면에 대응하는 경사면을 형성하여 밀착 접촉되는 런너경사접촉면(35a)를 형성한 가이드부싱(40)을 포함하는 구성을 그 기술적 특징으로 한다.

노즐(20)은 중공의 원기둥 형태로 구비되면서 외주면에 전원을 공급받아 전기저항에 의해 발열을 행하는 발열체인 히터(h)가 감겨진 바디(23)와, 이 바디(23)의 하측 끝에 구비되는 것으로 도면을 기준으로 하측으로 진행하면서 지름이 감소되는 것으로 후술할 런너핀(30)의 런너 팁(31)을 안내지지하는 노즐팁(24) 그리고 상기 바디(23)의 개방된 상측에 구비되는 것으로 사출성형기 또는 매니폴드를 경유한 수지를 공급받기 위한 수지 연결관(10)이 연결되는 어댑터 역할을 하는 노즐캡(25) 끝으로 상기 바디(23)를 감싸는 것으로 상기 히터(h)가 외부에 노출되지 않도록 커버하는 커버(21)로 구성된다.

즉, 본 발명에서의 노즐(20)은 크게 상·하면이 개방되고 속인 빈 관 형상의 커버(21)와, 상기 커버(21)의 내부에 구비되는 것으로 상·하면이 개방되고 외면에는 히터(h)가 권선되는 것으로 내부 중심으로는 수지가 유동되는 수지로(20a)가 형성되되 이 수지로(20a)는 하측 일정 위치에서 지름이 확장되어 가이드부싱(40)이 끼움 구비되는 설치홀(20b)을 형성한 바디(23)와, 상기 바디(23)의 하측에 나사체결로 결합되는 것으로 내측으로 상기 복귀 스프링(50)이 위치되고 그 하측으로는 상기 승강 런너핀(30)이 승강되게 슬라이드 끼움되는 관통구멍을 형성한 노즐팁(24) 그리고 상기 노즐(20)의 상측에 결합 구비되는 것으로 그 중심으로 수지를 공급 안내하는 수지 연결부가 연결되는 노즐캡(25) 끝으로 상기 승강 런너핀(30)의 상승 이동시 그 위치를 규제하는 것으로 상기 수지로(20a)와 설치홀(20b)이 연결되는 부분에 구비되되 상기 설치홀(20b)에서 수지로(20a)측으로 진행하면서 지름이 감소되는 경사면을 형성하여 된 위치규제경사부(23a)를 포함하는 구성이다.

상기 바디(23)는 도면을 기준으로 상측에 매니폴드 또는 수지 연결관(10)에 연결되어 수지를 공급받도록 유입구를 제공하는 노즐캡(25)이 구비되고, 반대쪽으로는 유입된 수지를 후술할 승강 런너핀(30)을 경유한 뒤 금형(미도시)의 성형공간인 캐비티로 취출하도록 노즐팁(24)이 구비된다.

상기 노즐팁(24)은 금형의 캐비티 측으로 진행하면서 지름이 감소되는 형상으로 구비되며, 상기 바디(23)와 일체로 가공 형성되어도 무방하나 본 발명에서는 가공의 편의성과 소재의 다변화를 위하여 상기 노즐팁(24)과 바디(23)를 각각 별도로 가공한 뒤 나사체결에 의해 조립하는 구성을 개시하였다.

이와 같은 구성의 노즐(20)은 상기 수지 연결관(10)을 경유한 수지를 공급받아 그 내부에 승강 가능하게 구비되는 승강 런너핀(30)에 수지를 공급하는 구성이며 공지의 기술에 의해 실시되어도 무방하므로 상세한 설명은 생략한다. 다만, 본 발명에서의 노즐(20)은 특징적으로 상기 노즐팁(24)의 상측에 위치하여 승강 런너핀(30)을 지지하는 가이드부싱(40)을 포함하는 구성이다.

승강 런너핀(30)은 상기 노즐(20)을 구성하는 바디(23)의 내부에 슬라이드 끼움되는 관 형상의 부재로서, 그 내부로는 수지가 유동될 수 있도록 도면에서 보는 바와 같이 직선의 유로인 수지유로(미부호)가 형성되는 런너 바디(33)와, 이 런너 바디(33)의 하측에 일체로 형성되는 것으로 승강시 상기 노즐팁(24)의 입구를 선택적으로 삽입 통과하여 금형의 캐비티에 접촉 또는 분리되는 런너 팁(31)과, 상기 런너 바디(33)의 상측에 일체로 형성되는 것으로 상기 노즐(20)을 통해 유입된 수지의 압력에 저항하도록 수지가 이동되는 수지유로의 지름을 감소시킨 유동 저항부(35)가 형성되며, 이 유동 저항부(35)가 형성된 상단부분이 상측을 향하면서 지름이 확장되는 방향으로 경사면을 형성하여 된 런너경사접촉면(35a)가 형성된다.

상기 런너 바디(33)는 도면에서 보는 바와 같이 내부 중심으로 수지가 이동되는 관로요소로서, 상부 외면은 후술할 가이드부싱(40)에 슬라이드 끼움되어 승강 가능하게 지지되고, 일정 위치에는 지름을 감소시켜된 걸림턱(미부호)이 형성된다. 이때의 상기 걸림턱은 후술할 복귀 스프링(50)의 상단이 걸림되어 상측으로 이동되는 것을 방지하는 역할을 하는 것으로, 상기 복귀 스프링(50)이 상측으로 이동되지 않는 구조적인 특징을 갖는다면 다양하게 실시되어도 무방하며 그 상세한 설명은 생략한다. 한편, 상기 런너 바디(33)는 상기 노즐(20)을 구성하는 바디(23)에 형성된 수지로(20a)에 비해 감소된 지름을 갖는다.

상기 런너 팁(31)은 도면을 기준으로 상기 런너 팁(31)의 하측에 일체로 형성되는 것으로 상기 런너 바디(33)의 내부를 따라 이동되는 수지를 금형의 성형공간인 캐비티측으로 안내하는 요소이다. 이러한 런너 팁(31)은 상기 런너 바디(33)에 대해 감소된 지름을 갖는 것이다.

상기 유동 저항부(35)는 상기 런너 바디(33)의 내부로 유입되는 수지의 압력이 점진적으로 크게 작용할 수 있도록 도면에서 보는 바와 같이 하방향으로 진행하면서 지름이 감소시킨 경사면을 포함하여 된 수지압 작용면(35b)를 포함한다. 이러한 유동 저항부(35)는 상기 노즐(20)을 경유한 수지가 승강 런너핀(30)으로 공급되면 상기 유동 저항부(35) 부분에서 수지압이 크게 작용하여 저항력이 발생하게 되고, 이러한 저항력에 의해 결국 상기 승강 런너핀(30)은 도면을 기준으로 하강 이동하게 되고, 그 끝단부인 런너 팁(31) 부분은 상기 노즐(20)을 구성하는 노즐팁(24)의 외부로 돌출되어 금형의 캐비티에 수지를 충전하게 된다.

한편, 상기 유동 저항부(35)는 그 상단 부분이 상측을 향하면서 지름이 확장되는 방향으로 경사면을 형성하여 된 런너경사접촉면(35a)를 포함하며, 이때의 상기 런너경사접촉면(35a)는 후술할 가이드부싱(40)의 부싱경사접촉부(43)가 형성하는 경사유도면(43a)에 밀착된 상태에서 슬라이드 접촉으로 이동된다.

가이드부싱(40)은 상기 노즐(20)을 구성하는 바디(23)의 내부에 설치되는 것으로, 도면을 참조하면 노즐팁(24)의 상측에 위치하는 구성이다. 이러한 가이드부싱(40)은 상기 바디(23)의 내부에 나사체결로 결합 고정되거나 또는 억지끼움으로 고정되는 구조이며, 상기 승강 런너핀(30)의 승강 동작이 안정되고 원활하게 이루어지도록 지지하는 역할을 한다.

이러한 가이드부싱(40)은 상기 승강 런너핀(30)의 런너 바디(33)를 슬라이드 지지하기 위한 관 형상의 부싱바디(41)와, 이 부싱바디(41)의 상측에 일체로 형성되는 것으로 상기 승강 런너핀(30)의 런너경사접촉면(35a)와 대응되는 경사면을 갖는 경사유도면(43a)을 형성한 부싱경사접촉부(43)로 이루어진다.

이때의 상기 부싱경사접촉부(43)는 상기 노즐(20)의 수지로(20a)를 경유한 수지가 상기 승강 런너핀(30)으로 이동하면서 상기 유동 저항부(35)에서 흐름저항이 발생하게 되는데, 이때 수지가 상기 부싱경사접촉부(43)와 런너경사접촉면(35a) 사이의 틈새로 유입되는 것을 차단하게 된다. 이는 상기 승강 런너핀(30)의 유동 저항부(35)로 진입한 수지가 상기 유동 저항부(35)의 수지압 작용면(35b)을 따라 하방향으로 가압력을 작용함에 따라 이 가압력에 의해 상기 부싱경사접촉부(43)의 경사유도면(43a)과 유동 저항부(35)의 런너경사접촉면(35a)가 더욱 견고하게 밀착됨에 따라 간극발생을 최소화하기 때문이다.

복귀 스프링(50)은 상기 런너 바디(33)의 일단을 돌출시켜 형성한 걸림턱에 상단 부분이 걸림되고, 그 하단 부분은 상기 노즐팁(24)의 내부 일측에 걸림 구비된다. 즉, 상기 노즐(20)은 나사체결로 결합된 노즐팁(24)의 내주면에 복귀 스프링(50)을 설치할 수 있는 공간이 제공되고, 이 공간에 설치된 복귀 스프링(50)은 그 상단이 상기 노즐팁(24)의 외면에 권회되되 일측에 돌출 형성된 걸림턱에 걸림되어 상승 방향으로의 이동이 제한되고, 하단부는 상기 노즐팁(24)의 내부 일단에 걸림되어 위치 이동이 규제된다.

이러한 구성의 복귀 스프링(50)은 상기 노즐(20)을 통해 승강 런너핀(30)에 작용하는 수지의 공급 압력 보다 작은 탄성 반발력을 갖도록 구비되며, 이는 상기 노즐(20)을 통해 승강 런너핀(30)의 내부로 수지가 공급되면 상기 승강 런너핀(30)은 수지의 공급압력에 연동하여 하강 동작을 실시하고, 반대로 상기 승강 런너핀(30)에 작용하는 수지 공급압력이 제거되면 상기 승강 런너핀(30)을 상승 이동시켜야 하기 때문이다

한편, 본 발명에서의 복귀 스프링(50)은 상기 승강 런너핀(30)을 복귀시킬 수 있는 구조적인 특징을 갖는다면 다양한 구동원이나 구조물로 대체되어도 무방하며, 일례로 공지의 유공압을 이용한 실린더 타입이 적용되거나 또는 모터나 액츄에이터 등이 적용될 수 있을 것이다.

상기와 같이 구성되는 본 실시례에 따른 핫런너 밸브장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.

용융된 수지를 노즐(20)의 수지로(20a)로 공급되면, 공급된 수지는 노즐(20)의 내부에 승강 가능하게 설치된 승강 런너핀(30)의 내부로 유입된다. 이때 상기 승강 런너핀(30)은 상단 부분에 지름을 감소시켜 형성한 유동 저항부(35)를 구비하고 있으므로, 결과적으로 수지압에 의해 하강 이동을 이루게 되고, 상기 노즐(20)을 구성하는 노즐팁(24)의 외부로 노출되어 금형의 캐비티에 수지 주입을 실시하게 된다.

이어서, 상기 금형의 캐비티에 대한 수지의 충진이 완료되면, 사출실린더에서 사출동작이 정지됨에 따라 상기 승강 런너핀(30)에 작용하는 수지 공급압이 제거된다. 따라서 상기 승강 런너핀(30)의 외면과 노즐팁(24) 사이에 구비된 복귀 스프링(50)의 탄성 복원력에 의해 상기 승강 런너핀(30)이 상승 이동되어 위치 복귀를 이루게 된다.

한편, 본 발명은 기재된 실시례에 한정되는 것은 아니고, 적용 부위를 변경하여 사용하는 것이 가능하고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형을 할 수 있음은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다. 따라서, 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

1 : 핫런너 밸브장치 10 : 수지 연결관
13 : 연결관로 20 : 노즐
21 : 커버 23 : 바디
24 : 노즐팁 25 : 노즐캡
30 : 승강 런너핀 31 : 런너 팁
33 : 런너 바디 35 : 유동 저항부
35a : 런너경사접촉면 35b : 수지압 작용면
40 : 가이드부싱 41 : 부싱바디
43 : 부싱경사접촉부 43a : 경사 유도면
h : 히터

Claims (3)

1. 수지를 공급받아 금형의 성형공간으로 안내하는 것으로 외주면에 히터가 권선된 노즐과, 이 노즐 내부에서 승강되게 구비되는 것으로 그 내부 중심으로 유동되는 수지유로를 형성하되 하측으로 진행하면서 점진적으로 지름이 감소되는 경사면을 형성하여 된 유동 저항부를 형성한 것으로 내부 중심에 수지가 유동되게 관통된 구멍을 형성한 런너 바디(33) 및 이 런너 바디(33)의 하측에 일체로 형성되되 지름을 감소하여 된 것으로 수지가 외부로 토출되는 취출구인 런너 팁(31)을 형성하여 된 승강 런너핀과, 이 승강 런너핀의 위치를 복귀시키는 요소로 상기 런너 바디(33)의 일단을 돌출시켜 형성한 걸림턱에 상단이 걸림되고 그 하단은 노즐팁(24)의 내부 일측에 걸림 구비되는 복귀 스프링으로 이루어진 핫런너 밸브장치에 있어서,
   상기 노즐(20)은 그 중심으로 수지를 공급받아 안내하는 수지로(20a)가 형성된 바디(23) 및 상기 바디(23)의 하측 끝 부분에 일체로 구비되는 것으로 그 중심으로 승강 런너핀(30)이 슬라이드 접촉되어 승강되게 관통된 노즐팁(24) 및 상기 노즐팁(24)의 상측에 위치 고정되어 그 내부 중심을 통과하는 상기 승강 런너핀(30)을 안내 지지하는 것으로 상기 승강 런너핀(30)의 상부가 위치되는 부분의 내부 지름이 하측으로 진행하면서 지름이 확장되는 경사유도면(43a)을 형성하여 된 부싱경사접촉부(43)를 구비한 가이드부싱(40)으로 이루어지고;,
   상기 승강 런너핀(30)은 상기 유동 저항부(35)가 형성된 상단 부분에 상측을 향하면서 지름이 확장되는 경사면을 형성하여 상기 부싱경사접촉부(43)가 형성하는 경사유도면(43a)에 대응하는 경사면을 형성하여 수지의 공급압에 의해 밀착된 상태에서 슬라이드 접촉되어 간극발생을 최소화하는 런너경사접촉면(35a)이 형성되는 것을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 핫런너 밸브장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 노즐(20)은 상·하면이 개방된 커버(21);
   상기 커버(21)의 내부에 구비되는 것으로 상·하면이 개방되고 외면에는 히터(h)가 권선되는 것으로 내부 중심으로는 수지가 유동되는 수지로(20a)가 형성되되 이 수지로(20a)는 하측 일정 위치에서 지름이 확장되어 가이드부싱(40)이 끼움 구비되는 설치홀(20b)을 형성한 바디(23);
   상기 바디(23)의 하측에 나사체결로 결합되는 것으로 내측으로 상기 복귀 스프링(50)이 위치되고 그 하측으로는 상기 승강 런너핀(30)이 승강되게 슬라이드 끼움되는 관통구멍을 형성한 노즐팁(24);
   상기 노즐(20)의 상측에 결합 구비되는 것으로 그 중심으로 수지를 공급 안내하는 수지 연결부가 연결되는 노즐캡(25);
   상기 승강 런너핀(30)의 상승 이동시 그 위치를 규제하는 것으로 상기 수지로(20a)와 설치홀(20b)이 연결되는 부분에 구비되되 상기 설치홀(20b)에서 수지로(20a)측으로 진행하면서 지름이 감소되는 경사면을 형성하여 된 위치규제경사부(23a);
   를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 핫런너 밸브장치.
   
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