KR102195290B1

KR102195290B1 - 성형장치

Info

Publication number: KR102195290B1
Application number: KR1020157025196A
Authority: KR
Inventors: 쇼타로 코가; 테츠야 우라카와; 타케시 마사카; 요시히로 쿠라노; 시게루 와타나베; 토시히로 시마조에
Original assignee: 엔오케이 가부시키가이샤
Priority date: 2013-03-26
Filing date: 2014-03-20
Publication date: 2020-12-24
Also published as: WO2014156917A1; EP2979835B1; CN105163921A; EP2979835A4; US20160288390A1; KR20150133712A; CA2907740A1; JP2014188720A; EP2979835A1; CA2907740C; JP6339766B2; US9895835B2; CN105163921B

Abstract

본 발명은, 금형에 의한 성형장치에 있어서, 제품 이형(離型) 후의 금형 청소공정을 삭감하여 성형 사이클의 단축을 도모함으로써 저비용화를 실현한다. 상기 목적을 달성하기 위하여, 성형재료의 경화(硬化)에 필요한 온도로 가열되는 동시에 몰드 클램핑에 의해 서로 회합(會合)하여 캐비티(C)를 구획형성하는 복수 세트의 고정 금형(1) 및 가동 금형(2)과, 사출장치(4)로부터의 성형재료를 가동 금형(2)에 개방 설치된 게이트(22)를 통해 캐비티(C) 내에 공급하는 비가열의 콜드 런너(32)를 구비하며, 고정 금형(1) 및 가동 금형(2)이, 사출장치(4) 및 콜드 런너(32)가 존재하는 사출 스테이지(S1)와, 상기 사출 스테이지(S1) 근방의 몰드 개방 스테이지(S2)의 사이에서 이동 가능하게 되어 있다.

Description

성형장치{MOLDING APPARATUS}

본 발명은, 예컨대 연료 전지 셀의 개스킷 등과 같은 시일 부품을 성형하기 위한 성형장치에 관한 것이다.

기판 일체형의 개스킷의 성형에서는, 기판을 금형에 세팅하고, 고무 조성물로 이루어지는 성형재료를 금형 캐비티 내로 사출(射出)하여, 캐비티 내에서 열경화시킴으로써, 기판과 일체의 개스킷을 얻는다. 특히, 연료 전지 셀용 개스킷을 성형하는 방법으로서는, 점도가 낮은 액상 고무를 성형재료로서 이용하는 콜드 런너(cold runner)식의 LIM(Liquid Injection Molding) 성형장치가 채용되고 있다.

이러한 종류의 콜드 런너식의 LIM 성형장치에 의하면, 콜드 런너 내에서는 액상 고무가 경화되지 않기 때문에, 재료의 소비량을 삭감하여 저비용화를 도모할 수 있다. 또한, 콜드 런너식의 LIM 성형방법의 전형적인 종래 기술로서는, 하기의 특허 문헌에 개시된 것이 있다.

일본 특허공개공보 H11－34126호

그러나, 종래의 콜드 런너식 LIM 성형장치에 의하면, 캐비티 내의 성형재료가 고정 금형 및 가동(可動) 금형의 열에 의해 경화된 후에는, 몰드 개방하여 제품을 꺼내고 나서, 게이트가 개방 설치된(opened) 가동 금형의 하면을 청소하여 액상 고무의 경화물(버어(burr))을 제거할 필요가 있기 때문에, 성형 사이클을 단축하기 어려웠다.

본 발명은, 이상과 같은 점을 감안하여 이루어진 것으로서, 그 기술적 과제는, 금형에 의한 성형장치에 있어서, 제품 이형(離型) 후의 금형 청소공정을 삭감하여 성형 사이클의 단축을 도모함으로써 저비용화를 실현하는 데에 있다.

상술한 기술적 과제를 유효하게 해결하기 위한 수단으로서, 청구항 1의 발명에 관한 성형장치는, 성형재료의 경화에 필요한 온도로 가열되는 동시에 몰드 클램핑(mold clamping)에 의해 서로 회합(會合, meet)하여 캐비티를 구획형성하는 복수 세트의 고정 금형 및 가동 금형과, 사출장치로부터의 성형재료를 상기 가동 금형에 개방 설치된 게이트를 통해 상기 캐비티 내에 공급하는 비(非)가열의 콜드 런너와, 상기 사출장치 및 콜드 런너가 존재하는 사출 스테이지(injection stage)와, 상기 사출 스테이지의 근방에 있으며 상기 고정 금형과 가동 금형을 몰드 개방하는 몰드 개방 스테이지(mold opening stage)를 구비하고, 상기 고정 금형 및 가동 금형이, 상기 사출 스테이지와 상기 몰드 개방 스테이지의 사이에서 이동 가능하게 되어 있는 것이다.

상기 구성을 구비하는 성형장치에 의한 성형시에는, 우선 사출 스테이지에 있어서, 고정 금형과 가동 금형을 몰드 클램핑하고, 이 고정 금형과 가동 금형의 회합면(會合面, meeting surface) 사이에 구획형성된 캐비티 내에, 사출장치로부터의 성형재료를, 콜드 런너 및 게이트를 통해 공급한다. 콜드 런너는 비가열이기 때문에, 사출장치로부터의 성형재료는 콜드 런너에 의해 경화되는 일 없이 캐비티 내에 충전된다.

캐비티 내의 성형재료가 고정 금형 및 가동 금형의 열에 의해 경화된 후에는, 고정 금형 및 가동 금형을 몰드 개방 스테이지로 이동시켜 몰드 개방하고, 제품을 꺼냄과 동시에, 가동 금형의 게이트 내에서 가동 금형의 열에 의해 성형재료가 경화됨에 따라 발생된 버어를 제거한다. 그리고, 이러한 몰드 개방 후의 제품의 취출(取出, 꺼냄)이나 게이트로부터의 버어의 제거 작업은, 사출 스테이지가 아닌 몰드 개방 스테이지에서 행해지므로, 사출 스테이지에서는, 다른 고정 금형과 가동 금형을 몰드 클램핑하고, 캐비티 내에 사출장치로부터의 성형재료를 공급하여 경화시키는 성형공정을 행할 수가 있다.

청구항 2의 발명에 관한 성형장치는, 청구항 1에 기재된 구성에 있어서, 콜드 런너에, 외부로부터 개폐 조작 가능한 주입 밸브를 설치한 것이다.

상기 구성을 구비하는 성형장치에 의하면, 몰드 개방과 함께 콜드 런너로부터 가동 금형(게이트)을 분리했을 때에 주입 밸브를 폐색(閉塞)함으로써, 콜드 런너 내의 미(未)경화 재료의 흘러내림이 방지된다. 또, 몰드 클램핑 후에는 주입 밸브를 개방함으로써, 캐비티 내부에 대한 성형재료의 공급을 가능하게 한다.

본 발명에 따른 성형장치에 의하면, 사출 스테이지의 외측의 몰드 개방 스테이지에서 가동 금형의 게이트로부터의 버어의 제거를 행하도록 하였기 때문에, 사출 스테이지에서의 금형의 청소공정이 불필요해져, 성형공정을 단축할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 관한 성형장치의 바람직한 실시형태를 나타내는 설명도이다.
도 2는 본 발명에 관한 성형장치의 바람직한 실시형태에 있어서, 게이트와 캐비티의 관계를 나타내는 평면도이다.
도 3은 본 발명에 관한 성형장치의 바람직한 실시형태에 있어서, 기판을 세팅하는 공정을 나타내는 설명도이다.
도 4는 본 발명에 관한 성형장치의 바람직한 실시형태에 있어서, 고정 금형 상에 가동 금형을 위치결정하여 설치한 상태를 나타내는 설명도이다.
도 5는 본 발명에 관한 성형장치의 바람직한 실시형태에 있어서, 몰드 클램핑한 상태를 나타내는 설명도이다.
도 6은 본 발명에 관한 성형장치의 바람직한 실시형태에 있어서, 캐비티로 액상 고무를 사출한 상태를 나타내는 설명도이다.
도 7은 본 발명에 관한 성형장치의 바람직한 실시형태에 있어서, 콜드 런너로부터 가동 금형 및 고정 금형을 분리한 상태를 나타내는 설명도이다.
도 8은 본 발명에 관한 성형장치의 바람직한 실시형태에 있어서, 제품 이형(離型) 및 버어 제거공정을 나타내는 설명도이다.
도 9는 제품으로서의 연료 전지용 개스킷을 나타내는 평면도이다.
도 10은 본 발명에 관한 성형장치의 바람직한 실시형태에 있어서, 사출 스테이지의 사출공정과, 몰드 개방 스테이지에서의 제품 이형 및 버어 제거공정을 나타내는 설명도이다.

이하, 본 발명에 관한 성형장치의 바람직한 실시형태에 대하여, 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.

본 성형장치는, 예컨대 도 9에 나타내는 바와 같은, 연료 전지 셀의 세퍼레이터(seperator; 61)에 고무상(rubber-like) 탄성 재료(고무 재료 또는 고무상(狀) 탄성을 갖는 합성 수지 재료)로 이루어지는 시일부(62)를 일체로 설치한 연료 전지 셀용 개스킷(6)을, 점도가 낮은 액상 고무를 성형재료로서 이용하는 콜드 런너식의 LIM(Liquid Injection Molding) 성형장치로서, 도 1에 나타내는 바와 같이, 고정 금형(1) 및 그 상면과 회합(會合)·분리 가능한 가동 금형(2)과, 턴테이블(5)의 선회에 따라 원주 방향 소정 위치(사출 스테이지(S1))에 있는 가동 금형(2)을 향해 상하로 진퇴 가능하도록 배치되며, 내부에 고정 금형(1) 및 가동 금형(2)의 몰드 클램핑에 의해 구획형성되는 캐비티(C)로의 성형재료의 유로(流路; 콜드 런너(31))가 형성된 콜드 금형 부재(3)와, 상기 콜드 런너(31)를 통해 성형재료를 상기 캐비티(C)에 사출하는 사출장치(4)와, 상기 고정 금형(1) 및 가동 금형(2)을 이동시키는 턴테이블(5)을 구비하고 있다.

또, 도시는 생략되어 있지만, 상기 성형장치는, 고정 금형(1)에 대한 가동 금형(2)의 몰드 개방이나 몰드 폐쇄(mold opening and mold closing) 동작을 행하기 위한 몰드 클램핑 장치, 콜드 금형 부재(3)나 사출장치(4)의 승강 동작을 행하기 위한 구동장치, 인서트(insert) 부품(본 형태에서는 기판(61'))을 고정 금형(1)에 세팅하기 위한 장전(裝塡) 장치, 제품 이형장치, 버어 제거장치, 이들의 동작을 제어하는 제어장치 등을 장비하고 있다.

자세하게는, 고정 금형(1)은, 턴테이블(5) 상에 고정되어 있고, 액상 고무의 가교(架橋) 경화에 필요한 온도로 가열되며, 그 상면에는, 도 9에 나타내는 연료 전지 셀용 개스킷(6)의 세퍼레이터(61)가 되는 기판(61')을 세팅하는 복수의 오목부(11)가 형성되어 있다.

가동 금형(2)은, 도시가 생략된 몰드 클램핑 장치에 의해 고정 금형(1)의 상면에 대해 승강 가능하게 배치되어 있고, 고정 금형(1)과 마찬가지로, 액상 고무의 가교 경화에 필요한 온도로 가열되며, 그 하면에는, 고정 금형(1)과의 몰드 클램핑에 의해 기판(61')의 상면과의 사이에 도 9에 나타내는 연료 전지 셀용 개스킷(6)의 시일부(62)를 성형하기 위한 부형(賦形) 공간인 캐비티(C)를 구획형성하는 홈형상 오목부(21)가 형성되며, 상기 캐비티(C)에 대한 액상 고무의 주입구인 게이트(22)가 형성되어 있다.

도 2에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에서는, 고정 금형(1)에는 2장의 기판(61')이 세팅되게 되어 있고, 따라서 성형용 캐비티가 되는 홈형상 오목부(21)도 가동 금형(2)의 하면에 2개가 형성되어 있으며, 게이트(22)는 각 홈형상 오목부(21)(캐비티(C)) 중 한 곳을 향해 서로 대칭 위치에 개구(開口)되어 있다.

콜드 금형 부재(3)는 비(非)가열로서, 성형재료인 액상 고무가 가교 경화되지 않는 온도로 보냉(保冷)되어 있으며, 도시되지 않은 구동장치에 의해 승강 가능하게 되어 있다. 상기 콜드 금형 부재(3)를 관통하여 형성된 콜드 런너(31)는, 그 상단이 스프루(sprue; 31a)로 되어 있으며, 복수로 분기(分岐)되어 연장되는 하류부에는 각각 주입 밸브(32)가 설치되고, 상기 주입 밸브(32)는, 외부로부터 개폐 조작 가능한 하류단(下流端)의 밸브 게이트가, 가동 금형(2)의 게이트(22)와 접속 가능하게 되어 있다. 또, 콜드 금형 부재(3)의 하면부에는, 가동 금형(2)으로부터의 전열(傳熱)을 방지하기 위한 단열반(斷熱盤; 33)이 설치되어 있다.

사출장치(4)는, 플런저(plunger)를 내장한 사출 노즐(41)을 가지고, 그 선단이 콜드 금형 부재(3)의 상면의 스프루(31a)와 밀착 접촉하여 서로 맞대어질(衝合)(노즐 터치) 수 있으며, 사출 노즐(41)의 선단과 스프루(31a) 간의 밀착 접촉 맞댐 상태에서, 상기 플런저의 동작에 의해, 액상 고무를, 콜드 런너(31), 주입 밸브(32) 및 게이트(22)를 통해 각 캐비티(C)로 사출하는 것이다.

턴테이블(5)은, 연직(鉛直)인 중심축(O)의 둘레로 선회 가능하고, 고정 금형(1) 및 가동 금형(2)은 상기 턴테이블(5) 상에 복수 세트가 설치되어 있으며, 턴테이블(5)의 회전에 의해, 사출장치(4) 및 콜드 금형 부재(3)의 바로 아래(眞下)의 사출 스테이지(S1)와, 상기 사출 스테이지(S1)로부터 상기 중심축(O)의 둘레로 소정 각도 회전 이동한 위치에 있으며 고정 금형(1) 상면의 오목부(11)에 대한 기판(61')의 장전이나 제품의 취출을 행하기 위한 몰드 개방 스테이지(S2)의 사이를 이동하게 되어 있다. 또 이 때문에, 어느 한 세트의 고정 금형(1)과 가동 금형(2)이 사출 스테이지(S1)에 있을 때에는, 다른 세트의 고정 금형(1)과 가동 금형(2)은 몰드 개방 스테이지(S2)에 위치하게 되어 있다.

다음으로, 상기 구성을 구비하는 성형장치에 의한 성형 사이클에 대해 설명한다. 우선 도 3에 나타내는 바와 같이, 몰드 개방 스테이지(S2)에서는, 턴테이블(5) 상의 고정 금형(1)으로부터 가동 금형(2)이 상방으로 이격(몰드 개방)되어 있으며, 여기에서는 우선 고정 금형(1)의 상면의 오목부(11)에, 도시되지 않은 장전 장치에 의해 기판(61')의 세팅이 행해진다.

다음으로, 도 4에 나타내는 바와 같이, 기판(61')이 장전된 고정 금형(1) 상에는, 도시되지 않은 몰드 클램핑 장치에 의해 가동 금형(2)이 하강하고, 위치결정되어 몰드 폐쇄 상태가 된다. 이로써, 고정 금형(1)에 장전된 기판(61')의 상면과 가동 금형(2)의 홈형상 오목부(21)의 사이에는, 도 9에 나타내는 연료 전지 셀용 개스킷(6)의 시일부(62)를 성형하기 위한 캐비티(C)가 구획형성된다.

다음으로 도 5에 나타내는 바와 같이, 고정 금형(1)과 가동 금형(2)은, 턴테이블(5)의 회전에 의해 사출장치(4) 및 콜드 금형 부재(3)의 바로 아래의 사출 스테이지(S1)로 이송되며, 여기서 콜드 금형 부재(3)가 하강하여 가동 금형(2) 상에 접합된다. 그리고 이로써, 콜드 런너(31)에 설치된 주입 밸브(32)의 하류단의 밸브 게이트가, 가동 금형(2)의 게이트(22)와 접속 상태가 된다.

다음으로, 주입 밸브(32)의 밸브 게이트를 개방하는 동시에, 콜드 금형 부재(3) 상면의 스프루(31a)와 밀착 접촉하여 서로 맞대어진 사출장치(4)의 사출 동작에 의해, 사출 노즐(41)로부터 성형재료인 액상 고무가 사출된다. 그리고 콜드 금형 부재(3)는 액상 고무가 가교 경화되지 않는 온도로 보냉되어 있기 때문에, 사출 노즐(41)로부터 사출된 액상 고무는, 도 6에 나타내는 바와 같이, 가교 경화되는 일 없이 콜드 런너(31)로부터 주입 밸브(32) 및 게이트(22)를 통해 캐비티(C)로 보내진다.

또한, 성형재료인 액상 고무로는, 가교 경화에 의해 기판(61')에 대한 자기 접착성을 발현하는 것을 이용하는 것이 적합하지만, 자기 접착성이 없는 액상 고무를 이용할 경우에는, 기판(61')의 표면에, 미리 접착제를 도포하여 둔다.

또, 도 5에 검게 칠하여 나타낸 부분(L)은, 전회(前回)의 성형 사이클에 있어서 콜드 런너(31) 및 주입 밸브(32) 내에 잔류된 미(未)경화 액상 고무이며, 이 액상 고무(L)는, 도 6에 나타내는 공정에 있어서, 사출 노즐(41)로부터 사출되는 액상 고무에 선행하여 캐비티(C)에 충전된다.

캐비티(C)에 대한 액상 고무의 충전이 완료되면, 주입 밸브(32)의 하류단의 밸브 게이트가 폐색된다. 이 때문에, 캐비티(C) 내의 액상 고무는, 소정의 압력으로 유지된다.

캐비티(C) 내의 액상 고무는, 고정 금형(1) 및 가동 금형(2)의 열에 의해 가교 경화되어, 캐비티(C)와 대응하는 형상의 시일부(62)로서 성형되는 동시에, 고정 금형(1) 상의 기판(61'; 세퍼레이터(61))의 상면과 일체화(가류 접착)되며, 캐비티(C)에 개구된 게이트(22) 내의 액상 고무는, 가동 금형(2)의 열에 의해 가교 경화되어, 시일부(62)와 연속된 버어(63)가 된다. 한편, 콜드 금형 부재(3)는 액상 고무가 가교 경화되지 않는 온도로 보냉되는 동시에 단열반(33)에 의해 가동 금형(2)으로부터의 열이 차단되어 있기 때문에, 콜드 런너(31) 내에 잔류한 액상 고무는 가교 경화되는 일은 없으며, 다음 사출(shot)시에 캐비티(C)에 충전되게 된다.

캐비티(C) 내의 액상 고무의 가교 경화에 필요한 시간이 경과되면, 도 7에 나타내는 바와 같이 콜드 금형 부재(3)가 도시되지 않은 구동장치에 의해 상승하여, 가동 금형(2)으로부터 분리된다. 이때, 주입 밸브(32)는 폐색되어 있기 때문에, 콜드 런너(31) 내에 잔류하고 있는 미경화의 액상 고무가 누출되어 낙하하는 것과 같은 일은 없다.

다음으로, 턴테이블(5)의 회전에 의해, 고정 금형(1) 및 가동 금형(2)은, 사출장치(4) 및 콜드 금형 부재(3)의 바로 아래의 사출 스테이지(S1)로부터, 도 1에 나타내는 몰드 개방 스테이지(S2)로 이송되며, 여기서 도 8에 나타내는 바와 같이, 도시되지 않은 몰드 클램핑 장치에 의해 가동 금형(2)이 고정 금형(1)으로부터 상방으로 떨어져 몰드 개방되고, 이로써, 고정 금형(1) 측에 유지되는 제품으로서의 연료 전지 셀용 개스킷(6)의 시일부(62)로부터, 가동 금형(2)의 게이트(22) 내에 생성된 버어(63)가 분리된다.

그리고 고정 금형(1)으로부터, 도 9에 나타내는 바와 같이, 세퍼레이터(61)에 고무상 탄성 재료로 이루어지는 시일부(62)가 일체 성형된 제품으로서의 연료 전지 셀용 개스킷(6)을, 도시되지 않은 제품 이형장치에 의해 꺼냄과 동시에, 도시되지 않은 버어 제거장치에 의해, 가동 금형(2)의 게이트(22)로부터 버어(63)를 제거한다.

상기 제품 취출(取出)공정 및 버어 제거공정은, 상술한 바와 같이 몰드 개방 스테이지(S2)에서 행해지기 때문에, 사출 스테이지(S1)에서의 금형의 청소공정은 불필요하며, 도 10에 나타내는 바와 같이, 사출 스테이지(S2)에서는, 몰드 개방 스테이지(S2)에서의 제품의 이형 및 버어의 제거나, 다음의 성형을 위한 기판(61')의 세팅 작업에 병행하여, 사출공정을 개시할 수 있다. 따라서 성형 사이클의 효율을 향상시킬 수가 있다.

또한, 성형 후에 제거되는 것은 가동 금형(2)의 게이트(22) 내에 생긴 버어(63) 뿐이며, 콜드 런너(31) 내에 잔류한 액상 고무는 미(未)경화로서, 다음 사출시에 캐비티(C)에 충전되기 때문에, 성형재료의 낭비가 최소한으로 억제되어, 비용의 삭감에 기여하는 것이다.

1; 고정 금형
2; 가동 금형
22; 게이트
3; 콜드 금형 부재
31; 콜드 런너(cold runner)
32; 주입 밸브
4; 사출장치
5; 턴테이블
6; 연료 전지 셀용 개스킷(제품)
61; 세퍼레이터
61'; 기판
62; 시일부
63; 버어(burr)
C; 캐비티
S1; 사출 스테이지
S2; 몰드 개방 스테이지

Claims

성형재료의 경화에 필요한 온도로 가열되는 동시에 몰드 클램핑(mold clamping)에 의해 서로 회합(會合, meet)하여 캐비티를 구획형성하는 복수 세트의 고정 금형 및 그 상면과 회합(會合)·분리 가능한 가동(可動) 금형과,
사출장치로부터의 성형재료를 상기 가동 금형에 개방 설치된 게이트를 통해 상기 캐비티 내로 공급하는 비(非)가열의 콜드 런너(cold runner)와,
상기 사출장치, 및 상기 가동 금형을 향해 상하로 진퇴 가능하도록 배치된 콜드 런너가 존재하는 사출 스테이지와,
상기 사출 스테이지와 평행하게 늘어선 위치에 있으며 상기 고정 금형과 가동 금형을 몰드 개방하는 몰드 개방 스테이지
를 구비하고,
한 세트의 상기 고정 금형 및 가동 금형이 상기 사출 스테이지에 있을 때, 다른 세트의 상기 고정 금형 및 가동 금형이 상기 몰드 개방 스테이지에 위치하도록, 상기 콜드 런너를 상승시켜 상기 가동 금형으로부터 분리시킨 상기 고정 금형 및 가동 금형의 세트가 상기 사출 스테이지와 상기 몰드 개방 스테이지 사이에서 이동 가능하게 되어 있는,
것을 특징으로 하는 성형장치.
제 1항에 있어서,
콜드 런너에, 외부로부터 개폐 조작 가능한 주입 밸브를 설치한 것을 특징으로 하는 성형장치.