KR102264522B1 - 피스톤 개폐형 핫런너 밸브장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 피스톤 개폐형 핫런너 밸브장치를 개시한다.
본 발명에 따른 피스톤 개폐형 핫런너 밸브장치는수지를 공급받아 금형의 캐비티로 안내하는 것으로 내부 중심으로 수지가 통과하는 수지유로가 형성되고 하측단부에는 노즐팁이 일체로 구비된 노즐과; 상기 노즐의 내부에 승강되게 구비되어 수지압의 작용시 하강하는 것으로, 내부와 외부로 수지가 유동되게 내,외수지로가 형성되고 하부 일단에는 외수지로상의 수지가 내수지로로 유입되게 안내하는 합류홀이 형성되고 하단부는 지름을 감소하여 수지가 토출되는 토출팁이 형성된 피스톤; 일단이 노즐의 내부에 고정되고 타단은 상기 내수지로를 따라 배치되어 피스톤의 상승 위치에서 토출팁을 차단하는 고정핀; 상기 피스톤의 외부 일단에 걸림되어 상승 방향으로의 탄성 지지력을 작용하는 탄성체로 구성되는 것에 있다.
이와 같은 구성의 피스톤 개폐형 핫런너 밸브장치는 수지가 내,외부로 채워진 피스톤이 선택적으로 작용하는 수지의 유동압과 탄성체의 복원력에 의해 승강 변위되면서 그 중심에 배치된 고정핀에 의해 피스톤의 게이트 개폐가 단속될 수 있도록 함으로써 별도의 구동원을 필요로 하지 않아 구조가 간소하면서 동작의 높은 신뢰성을 보장하며 컴팩트한 설계가 가능하며, 특히 간소한 구조변경을 통해 금형의 캐비티내에 수지 충진이 완료되면 압평형 현상을 유도하여 자동으로 게이트를 차단할 수 있으므로 밸런스가 요구되는 소형의 성형품이나 정밀한 성형품에 대해서도 여러 지점에서 수지를 동시에 공급할 수 있어 성형품의 품질과 양산성을 보장할 수 있는 이점이 있다.

Description

피스톤 개폐형 핫런너 밸브장치{Hotrunner system}

본 발명은 피스톤 개폐단속형 핫런너 밸브장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 수지가 내,외부로 채워진 피스톤이 선택적으로 작용하는 수지의 유동압과 탄성체의 복원력에 의해 승강 변위되면서 그 중심에 배치된 고정핀에 의해 피스톤의 게이트 개폐가 단속될 수 있도록 함으로써 별도의 구동원을 필요로 하지 않아 구조가 간소하면서 동작의 높은 신뢰성을 보장하며 컴팩트한 설계가 가능하며, 특히 간소한 구조변경을 통해 금형의 캐비티내에 수지 충진이 완료되면 압평형 현상을 유도하여 자동으로 게이트를 차단할 수 있도록 한 피스톤 개폐형 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 금형 내로 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.

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.

또한, 상기의 핫런너 밸브장치와 유사한 기술로서 본 출원인은 대한민국 등록특허 제10-1588249호를 통해 개량된 핫런너 밸브장치를 제안한 바 있으며, 그 청구항 1에는 수지를 공급받아 금형의 캐비티로 안내하는 것으로 외면에는 히터가 감겨진 노즐을 구비한 핫런너밸브장치에 있어서, 상기 노즐은 수직하게 관통된 관 형상의 바디부 및 이 바디부의 일측으로 감소된 지름을 갖도록 구비되는 것으로 그 끝단이 캐비티로 수지가 취출되는 게이트를 형성한 게이트부로 구성되고, 상기 게이트부의 외면을 감싸도록 구비되어 선택적으로 승강되는 것으로, 탄성지지력에 의해 캐비티측으로 하강하여 출몰 상태를 유지하고, 캐비티 내의 수지의 성형압에 의해 상승 이동하여 하강 상태에 비하여 상대적으로 넓은 면적으로 게이트부의 일측에 접촉되어 열손실을 유도하는 승강부싱; 상기 승강부싱의 외면을 감싸도록 상기 노즐의 하단에 결합 고정되는 것으로 그 외면은 금형에 접촉되게 구비되는 가이드부싱; 상기 바디부와 게이트부는 나사체결로 연결 구비되고, 상기 승강부싱은 그 상부로 출몰스프링이 구비되어 하향 진행하도록 탄성 지지력을 받도록 구비되는 것을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 핫런너 밸브장치가 개시되어 있다. `

상기 종래 기술에 따른 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 소형의 부품이면서 정밀성을 요하는 성형품의 경우 예컨대, 기어의 경우 전체적인 밸런스가 상당히 중요하므로 성형공간인 캐비티에 대하여 여러 지점에서 수지를 공급하여 성형하는 것이 이상적이지만 핫런너 밸브장치가 갖는 부피로 인해 소형의 성형품에 대해서는 여러 지점에서 수지를 공급하기란 사실 불가능한 구조적인 단점이 있다.

또한 본 출원인이 선출원한 핫런너 밸브장치는 수지의 고화현상을 이용하여 캐비티에 대한수지공급을 단속하므로 소형의 성형품이나 또는 고정밀을 요하는 성형품 또는 수지가 갖는 점성이 지나치게 낮거나 혹은 높은 경우 수지공급을 차단하여야 하는 시점에서 수지가 완전히 고화되지 않아 흘러내리거나 또는 수지를 공급하는 시점에서 수지가 완전히 용융되지 않아 지연되는 등의 폐단으로 인해 성형품의 양산성이 떨어지는 폐단을 초래하는 문제점이 있었다.

등록특허공보 제10-1404071호(2014.05.29), ′사이드 밸브 게이트 노즐′ 등록특허공보 제10-1154081호(2012.05.31), ′핫런너 밸브장치′ 등록특허공보 제10-1386361호(2014.04.10), ′사이드 게이트형 핫런너 사출금형의 노즐장치′

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 내,외부로 수지가 유동되는 피스톤을 사출압인 수지의 유동압에 의해 이동되도록 하여 노즐에서 게이트를 형성한 하단부가 개방되어 금형의 캐비티에 대한 수지의 공급이 이루어지도록 하고, 사출동작이 정지되어 수지의 유동압이 제거된 상태에서는 탄성체의 복원력에 의해 복귀되도록 하여 게이트가 구조적으로 차단되도록 함으로써 안정적인 수지의 공급과 중단을 가능하게 하여 소형 및 정밀 부품에 대한 안정적인 성형을 보장할 수 있는 피스톤 개폐형 핫런너 밸브장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 바람직한 일 실시례에 따른 피스톤 개폐형 핫런너 밸브장치은, 내,외부로 수지가 유동되는 것으로 수지의 유동압과 탄성체의 복원력에 의해 승강 동작되는 피스톤 및 그 중심에 배치되어 피스톤의 게이트를 선택적으로 차폐시키는 고정핀의 구성만으로 수지의 공급과 차단이 가능함에 따라 기존의 복잡한 구조의 구동원을 필요로 하지 않아 구조가 간소하여 유지관리의 편의성을 높이고, 특히 컴팩트한 설계를 가능하게 하여 금형에 대한 적용의 자유도와 설계의 자유도를 대폭 높일 수 있는 피스톤 개폐형 핫런너 밸브장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 간소한 구조변경을 통해 수지를 금형의 캐비티에 주입하는 과정에서 주입이 완료되면 압평형을 이루어지도록 함으로써 수지의 작용압이 작용하더라도 탄성체의 복원력에 의해 게이트가 차단될 수 있도록 하여 동작의 신뢰성과 안정성을 높일 수 있는 피스톤 개폐형 핫런너 밸브장치를 제공하는데 있다.

삭제

상기의 목적을 실현하기 위한 본 발명의 바람직한 실시례에 따른 피스톤 개폐형 핫런너 밸브장치는, 수지를 공급받아 금형의 캐비티로 안내하는 것으로 내부 중심으로 수지가 통과하는 수지유로가 형성되고 하측단부에는 노즐팁이 일체로 구비된 노즐과; 상기 노즐의 내부에 승강되게 구비되어 수지압의 작용시 하강하는 것으로, 내부와 외부로 수지가 유동되게 내,외수지로가 형성되고 하부 일단에는 외수지로상의 수지가 내수지로로 유입되게 안내하는 합류홀이 형성되고 하단부는 지름을 감소하여 수지가 토출되는 토출팁이 형성된 피스톤; 일단이 노즐의 내부에 고정되고 타단은 상기 내수지로를 따라 배치되어 피스톤의 상승 위치에서 토출팁을 차단하는 고정핀; 상기 피스톤의 외부 일단에 걸림되어 상승 방향으로의 탄성 지지력을 작용하는 탄성체를 포함하여 구성되는 것을 그 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 한 특징으로서, 상기 피스톤은 상기 노즐을 통해 공급되는 수지압에 의해 하강 동작이 이루어지도록 그 상단부에는 하측으로 진행하면서 점진적으로 지름이 감소되면서 내수지로에 연결되는 유동저항부가 형성되고;, 상기 피스톤의 상부 일단을 돌출시켜 형성한 걸림턱에 상단이 지지되고 하단은 노즐의 내부 일측에 지지되어 탄성지지력을 작용하는 것으로 하강된 피스톤에 작용하는 수지압이 해제되면 탄성력으로 위치 복귀시키는 탄성체로 구성되는 것에 있다.

본 발명의 바람직한 다른 특징으로서, 상기 노즐의 내부 일단에 끼움 구비되는 것으로 그 내부로는 상기 고정핀의 상단이 걸림 고정되고, 상기 피스톤의 상단이 슬라이드 끼움되어 승강 가능하게 지지되되 내수지로와 외수지로로 수지가 분기 공급되게 안내하는 분기로를 형성한 부싱으로 구성되는 것에 있다.

본 발명의 바람직한 또 다른 특징으로서, 상기 피스톤은 노즐의 수지유로로 부터 수지를 공급받아 내수지로와 외수지로로 분기 안내하는 분기홀을 구비하고, 상기 분기홀은 합류홀에 대해 상대적으로 수지통과량이 크게 형성되는 것에 있다.

본 발명의 바람직한 다른 실시례에 따른 피스톤 개폐형 핫런너 밸브장치는 수지를 공급받아 금형의 캐비티로 안내하는 것으로 내부 중심으로 수지가 통과하는 수지유로가 형성되고 하측단부에는 노즐팁이 일체로 구비된 노즐과; 상기 노즐의 내부에 승강되게 구비되어 수지압의 작용시 상승 이동하여 그 개폐팁이 노즐팁에서 후퇴 이동되어 개방하는 것으로, 내부와 외부로 수지가 유동되게 내,외수지로가 형성되고 하부 일단에는 내,외 수지로가 합류하는 연결수지홀이 형성되는 부력피스톤; 상기 부력피스톤의 상부 내면으로 하단부가 슬라이드 끼움되고 그 상단부는 노즐의 내부에 끼움되어 수지유로를 통해 공급되는 수지를 공급하는 것으로 일단에 분기로를 형성하여 수지가 내,외부로 유동되게 안내하는 고정부싱; 상기 고정부싱의 일단에 걸림되고 타단은 부력피스톤의 상부 외면측에 걸림되어 상기 부력피스톤에 작용하는 수지압이 해제되면 탄성력으로 위치 복귀시키는 탄성체를 포함하여 구성되는 것을 그 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 다른 특징으로서, 상기 부력피스톤의 연결수지홀은 상기 고정부싱의 분기로에 대해 상대적으로 수지통과량이 크게 유로를 형성되는 것에 있다.

본 발명에 따른 피스톤 개폐형 핫런너 밸브장치는, 내부와 외부로 수지가 유동되는 피스톤을 사출압인 수지의 유동압에 의해 이동되도록 하여 노즐에서 게이트를 형성한 하단부가 개방됨에 따라 금형의 캐비티에 대한 수지의 공급이 이루어지도록 하고, 사출동작이 정지되어 수지의 유동압이 제거된 상태에서는 탄성체의 복원력에 의해 복귀되도록 하여 수지의 공급을 차단되도록 함으로써 구동원을 필요로 하지 않고 수지의 공급과 중단을 가능하게 하여 소형 및 정밀 부품에 대한 안정적인 수지의 공급과 안정적인 성형을 보장할 수 있는 유용한 효과가 기대된다.

즉, 본 발명의 일 실시례에 따른 피스톤 개폐형 핫런너 밸브장치는 피스톤의 승강 동작시 수지가 토출되는 게이트가 구조적으로 개방 또는 차폐됨에 따라 수지의 토출을 완벽하고 정확하게 단속할 수 있어 성형품에 대한 성형품질의 향상을 기대할 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명의 피스톤 개폐형 핫런너 밸브장치는 피스톤의 내부와 외부로 유동되는 수지의 흐름량을 조절하는 간소한 구조변경을 통해 사출압의 작용과는 무관하게 금형의 캐비티에 대한 수지의 충진이 완료되면 압력평형이 일어남에 따라 자동으로 게이트에 대한 차폐가 가능하므로 사출 타이밍에 대한 정밀한 관리가 없어도 안정적인 수지 공급과 차단이 가능한 유용한 효과가 기대된다.

특히, 별도의 구동원 없이도 수지의 작용압을 이용하므로 수지의 고화현상과 함께 토출구가 기구적으로 차단되게 하여 노즐내의 고화되지 않은 수지가 흘러내리는 현상에 의한 불량 발생을 원천적으로 차단할 수 있으므로 제품에 대한 신뢰성을 높일 수 있는 산업상 유용한 효과가 기대된다.

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 발명의 제1실시례에 따른 피스톤 개폐형 핫런너 밸브장치를 나타낸 단면도,
도 3 내지 도 5는 본 발명의 제1실시례에 따른 피스톤 개폐형 핫런너 밸브장치의 동작 구성을 설명하기 위한 요부 확대도,
도 6 및 도 7은 본 발명의 제1실시례에 따른 피스톤 개폐형 핫런너 밸브장치의 내부 구성을 설명하기 위한 절개 사시도,
도 8 및 도 9는 본 발명의 제1실시례에 따른 피스톤 개폐형 핫런너 밸브장치의 부품 구성을 설명하기 위한 분해 사시도,
도 10은 본 발명의 제2실시례에 따른 피스톤 개폐형 핫런너 밸브장치를 나타낸 단면도,
도 11 내지 도 13은 본 발명의 제2실시례에 따른 피스톤 개폐형 핫런너 밸브장치의 동작 구성을 설명하기 위한 요부 확대도.

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 2는 본 발명의 제1실시례에 따른 피스톤 개폐형 핫런너 밸브장치를 나타낸 단면도이고, 도 3 내지 도 5는 본 발명의 제1실시례에 따른 피스톤 개폐형 핫런너 밸브장치의 동작 구성을 설명하기 위한 요부 확대도로서, 도 3은 게이트가 차단된 상태를 나타낸 것이고, 도 4는 게이트가 개방되어 수지가 금형(M)의 성형공간인 캐비티(C)로 주입되는 상태를 나타낸 것이며, 도 5는 성형품에 대한 성형이 완료되어 게이트가 차단된 상태를 나타낸 것이다.

그리고, 도 6 및 도 7은 본 발명의 제1실시례에 따른 피스톤 개폐형 핫런너 밸브장치의 내부 구성을 설명하기 위한 절개 사시도이고, 도 8 및 도 9는 본 발명의 제1실시례에 따른 피스톤 개폐형 핫런너 밸브장치의 부품 구성을 설명하기 위한 분해 사시도로서, 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 금형(미도시)의 캐비티(미도시) 내부로 수지를 주입하기 위한 요소로 외주면에 히터(h)가 권선된 노즐(20)과, 상기 노즐의 내부에 승강되게 구비되어 수지압의 작용시 하강하는 것으로, 내부와 외부로 수지가 유동되게 내,외수지로가 형성되고 하부 일단에는 외수지로상의 수지가 내수지로로 유입되게 안내하는 합류홀이 형성되고 하단부는 지름을 감소하여 수지가 토출되는 토출팁이 형성된 피스톤과; 일단이 노즐의 내부에 고정되고 타단은 상기 내수지로를 따라 배치되어 피스톤의 상승 위치에서 토출팁을 차단하는 고정핀 그리고 상기 피스톤의 외부 일단에 걸림되어 상승 방향으로의 탄성 지지력을 작용하는 탄성체로 이루어진 피스톤 개폐형 핫런너 밸브장치가 도시되어 있다.

한편, 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 공급요소를 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 내수지로(31)를 형성하되 상측에는 하측으로 진행하면서 점진적으로 지름이 감소되는 경사면을 형성하여 된 유동 저항부를 형성한 피스톤(30) 그리고 이 피스톤(30)의 위치를 복귀시키는 탄성체(S) 그리고, 상기 피스톤(30)의 내부에 위치되어 일단이 노즐(20)에 고정되는 고정핀(10)으로 구성된다.

노즐(20)은 수지를 공급받아 금형의 캐비티로 안내하는 안내요소로서, 내부 중심으로는 수지가 통과하는 수지유로(28)가 형성되고, 하측단부에는 노즐팁(23)이 일체로 구비되는 구성이다.

이러한 노즐(20)은 외면에는 전원을 공급받아 전기저항에 의해 발열을 행하는 발열요소인 히터(h)가 감겨진 바디(21)와, 이 바디(21)의 하측 끝에 나사체결 또는 억지끼움구조 등에 의해 일체로 결합 구비되는 것으로 도면을 기준으로 설명하면 하측으로 진행하면서 지름이 감소되는 것으로 후술할 피스톤(30)을 안내 지지하는 노즐팁(23)과, 상기 노즐팁(23)의 내부에 하단이 끼움되고 그 상단은 상기 바디(21)의 내부 일측에 끼움 구비되되 관통된 내부 중심으로는 상기 피스톤(30)이 슬라이드 끼움되는 것에 의해 안내 지지하는 가이드관(25)과, 상기 피스톤(30)의 상승 이동시 그 위치를 규제하도록 상기 바디(21)의 내부 상측에 끼움구비되되 그 내부 중심으로 수지유로(28)가 형성된 고정런너(27) 그리고 상기 바디(21)를 전체적으로 감싸는 것으로 상기 히터(23)가 외부에 노출되지 않도록 커버하는 케이싱(20a)으로 구성된다.

상기 바디(21)는 속이 빈 중공형의 원기둥 형상을 갖는 부재로서, 도면을 기준으로 상측에 매니폴드 또는 수지연결부재(10)에 연결되어 수지를 공급받도록 유입구를 제공하고, 반대쪽으로는 유입된 수지가 후술할 피스톤(30)을 경유한 뒤 금형의 성형공간이 캐비티로 토출하도록 노즐팁(23)이 결합된다. 이러한 바디(21)는 외면에 히터(h)가 권선되어 그 내부를 통과하는 수지가 고화되지 않고 용융 상태를 유지하도록 구비되며, 이와 같은 구성은 공지의 기술에 의해 실시되어도 무방하므로 상세한 설명은 생략한다.

상기 노즐팁(23)은 금형의 캐비티 측으로 진행하면서 지름이 감소되는 형상으로 구비되면서 그 중심으로는 피스톤(30)이 출몰될 수 있도록 관통 형성된 구조로서, 상기 바디(21)와 일체로 가공 형성되어도 무방하나, 본 발명에서는 가공의 편의성과 소재의 다변화를 위하여 상기 바디(21)와 노즐팁(23)을 각각 별도로 가공한 뒤 나사체결에 의해 조립되는 구성을 개시하였다. 이와 같은 구성의 노즐팁(23) 역시 공지의 기술에 의해 실시되어도 무방하다.

피스톤(30)은 상기 노즐(20)의 내부에서 승강 가능하게 구비되는 승강요소로서, 승강시에는 노즐팁(23)의 내부에 위치되어 은폐되고, 하강시에는 노즐팁(23)에 외면이 슬라이드 접촉되면서 외부로 출몰되어 수지를 토출하도록 구비되는 구성이다.

즉, 본 발명에서의 피스톤은 상기 노즐의 내부에 승강되게 구비되어 수지압의 작용시 하강하는 것으로, 내부와 외부로 수지가 유동되게 내,외수지로가 형성되고 하부 일단에는 외수지로상의 수지가 내수지로로 유입되게 안내하는 합류홀이 형성되고 하단부는 지름을 감소하여 수지가 토출되는 토출팁이 형성하는 구성이며, 상기 노즐을 통해 공급되는 수지압에 의해 하강 동작이 이루어지도록 그 상단부에는 하측으로 진행하면서 점진적으로 지름이 감소되면서 내수지로에 연결되는 유동저항부가 형성되는 구성이다.

이러한 피스톤(30)은 속이 빈 관형상의 부재로, 그 내부 중심으로는 상기 노즐(20)의 수지유로(28)와 일직선상으로 배치되어 수지가 유입되는 내수지로(31)가 형성되고, 상단부에는 이 내수지로(31)와 연결되는 유동저항부가 마련되어 수지압을 넓은 면적으로 작용받도록 구성된다.

이와 같은 구성의 피스톤(30)은 상기 노즐(20)의 수지유로(28)를 경유한 수지가 유동저항부를 통과하여 내수지로(31)로 유입되는 과정에서 상기 유동저항부에 의해 수지의 진행 압력이 점진적으로 크게 작용되도록 도면에서 보는 바와 같이 하방향으로 진행하면서 지름이 감소된 경사면을 포함함에 따라 결과적으로 상기 노즐(20)을 경유하느 수지가 피스톤(30)으로 공급되면 상기 유동저항부 부분에서 수지압이 크게 작용하여 저항력이 발생하게 되고 이러한 저항력에 의해 결국 상기 피스톤(30)은 도면을 기준으로 하강 이동을 하게 된다.

따라서 상기 피스톤(30)이 하강 이동됨에 따라 상기 피스톤(30)의 하단 측벽부에 형성된 하나 또는 복수의 게이트가 노즐팁(23)의 외부로 노출됨에 따라 결과적으로 상기 게이트를 통해 수지가 토출되어 금형의 캐비티에 충진하게 된다.

탄성체(S)는 상기 피스톤(30)의 일단을 돌출시켜 형성한 걸림턱에 상단 부분이 걸림되고, 그 하단 부분은 상기 가이드관(25)의 내부 일측에 걸림 구비되어 상기 피스톤(30)에 작용하는 수지압이 제거되는 경우 위치 복귀시키는 탄성지지력을 작용하는 복귀요소이다.

이러한 탄성체는 상기 피스톤의 상부 일단을 돌출시켜 형성한 걸림턱에 상단이 지지되고 하단은 노즐의 내부 일측에 지지되어 탄성지지력을 작용하는 것으로 하강된 피스톤에 작용하는 수지압이 해제되면 탄성력으로 위치 복귀시키는 역할을 수행하는 것으로, 코일 스프링이 사용되는 것이 바람직하다.

즉, 본 발명의 탄성체(S)은 일단이 승강요소인 피스톤(30)에 일단이 지지되고 타단은 고정요소인 노즐(20)의 일단에 지지되는 것으로, 상기 피스톤(30)에 작용하는 수지의 공급압력보다 작은 탄성반발력을 갖도록 구비되어야 하며, 이는 상기 노즐(20)을 통해 상기 피스톤(30)의 내부로 수지가 공급되면 상기 피스톤(30)은 수지의 공급압력에 연동하여 하강 동작을 실시하고, 반대로 상기 피스톤(30)에 작용하는 수지 공급압력이 제거되면 사익 피스톤(30)을 상승 이동시켜야 하기 때문이다.

한편, 본 발명에서의 상기 탄성체(S)는 상기 피스톤(30)을 복귀시킬 수 있는 구조적인 특징을 갖는다면 탄성반발력을 갖는 스프링외에도 다양한 구동원이나 구조물로 대체되어도 무방하며, 일례로 공지의 유공압을 작동압으로 하는 실린더 타입이 적용되거나 또는 모터나 액츄에이터 등이 적용되는 것도 가능할 것이다.

도 10은 본 발명의 제2실시례에 따른 피스톤 개폐형 핫런너 밸브장치를 나타낸 단면도이고, 도 11 내지 도 13은 본 발명의 제2실시례에 따른 피스톤 개폐형 핫런너 밸브장치의 동작 구성을 설명하기 위한 요부 확대도이다.

본 실시례에 따른 피스톤 개폐형 핫런너 밸브장치는 수지를 공급받아 금형의 캐비티로 안내하는 것으로 내부 중심으로 수지가 통과하는 수지유로가 형성되고 하측단부에는 노즐팁이 일체로 구비된 노즐과; 상기 노즐의 내부에 승강되게 구비되어 수지압의 작용시 상승 이동하여 그 개폐팁이 노즐팁에서 후퇴 이동되어 개방하는 것으로, 내부와 외부로 수지가 유동되게 내,외수지로가 형성되고 하부 일단에는 내,외 수지로가 합류하는 연결수지홀이 형성되는 부력피스톤; 상기 부력피스톤의 상부 내면으로 하단부가 슬라이드 끼움되고 그 상단부는 노즐의 내부에 끼움되어 수지유로를 통해 공급되는 수지를 공급하는 것으로 일단에 분기로를 형성하여 수지가 내,외부로 유동되게 안내하는 고정부싱과; 상기 고정부싱의 일단에 걸림되고 타단은 부력피스톤의 상부 외면측에 걸림되어 상기 부력피스톤에 작용하는 수지압이 해제되면 탄성력으로 위치 복귀시키는 탄성체로 구성된다.

상기 부력피스톤의 연결수지홀은 상기 고정부싱의 분기로에 대해 상대적으로 수지통과량이 크게 유로를 형성되는 것을 제안하며, 이러한 구성은 금형의 캐비티에 대한 주입이 완료되면 노즐의 내부에는 압력평형이 발생함에 따라 수지 사출압이 더 이상 작용하지 못하게 된다. 따라서 탄성체(S)의 탄성 복원력에 의해 부력피스톤은 하강하여 게이트를 차단하게 된다.

이와 같은 구성에 의해 본 발명의 제2실시례에 따른 피스톤 개폐형 핫런너 밸브장치는 수지의 사출압을 이용하여 게이트의 차단 시점을 정밀 조절할 필요가 없음에 따라 운용의 편의성을 높일 수 있게 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 : 고정핀
20 : 노즐 21 : 바디
23 : 노즐팁 28 : 수지유로
30 : 피스톤 30a : 분기홀
30b : 합류홀 31 : 내수지로
33 : 외수지로 35 : 토출팁
39 : 부싱 h : 히터
C : 캐비티 M : 금형
R : 성형품 S : 탄성체

Claims (6)

1. 수지를 공급받아 금형의 캐비티로 안내하는 것으로 내부 중심으로 수지가 통과하는 수지유로가 형성되고 하측단부에는 노즐팁이 일체로 구비된 노즐과;
   상기 노즐의 내부에 승강되게 구비되어 수지압의 작용시 하강하는 것으로, 내부와 외부로 수지가 유동되게 내,외수지로가 형성되고 하부 일단에는 외수지로상의 수지가 내수지로로 유입되게 안내하는 합류홀이 형성되고 하단부는 지름을 감소하여 수지가 토출되는 토출팁이 형성된 피스톤;
   일단이 노즐의 내부에 고정되고 타단은 상기 내수지로를 따라 배치되어 피스톤의 상승 위치에서 토출팁을 차단하는 고정핀;
   상기 피스톤의 외부 일단에 걸림되어 상승 방향으로의 탄성 지지력을 작용하는 탄성체;
   를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 피스톤 개폐형 핫런너 밸브장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 피스톤은 상기 노즐을 통해 공급되는 수지압에 의해 하강 동작이 이루어지도록 그 상단부에는 하측으로 진행하면서 점진적으로 지름이 감소되면서 내수지로에 연결되는 유동저항부가 형성되고;,
   상기 탄성체는 상기 피스톤의 상부 일단을 돌출시켜 형성한 걸림턱에 상단이 지지되고 하단은 노즐의 내부 일측에 지지되어 탄성지지력을 작용하는 것으로 하강된 피스톤에 작용하는 수지압이 해제되면 탄성력으로 위치 복귀시키는 코일 스프링;
   인 것을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 피스톤 개폐형 핫런너 밸브장치.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 노즐의 내부 일단에 끼움 구비되는 것으로 그 내부로는 상기 고정핀의 상단이 걸림 고정되고, 상기 피스톤의 상단이 슬라이드 끼움되어 승강 가능하게 지지되되 내수지로와 외수지로로 수지가 분기 공급되게 안내하는 분기로를 형성한 부싱;
   을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 피스톤 개폐형 핫런너 밸브장치.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 피스톤은 상기 노즐의 수지유로로 부터 수지를 공급받아 내수지로와 외수지로로 분기 안내하는 분기홀을 구비하고, 상기 분기홀은 합류홀에 대해 상대적으로 수지통과량이 크게 형성된 것을 특징으로 하는 피스톤 개폐형 핫런너 밸브장치.
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