KR102293719B1 - 핫 러너 사출 금형 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 상부 금형과 하부 금형 사이에 배치되는 코어의 상호 형합에 의해 형성되는 캐비티를 구비하며, 성형물을 성형하기 위한 핫 러너 사출 금형 구조에 관한 것으로서, 상기 하부 금형에는 상기 캐비티를 형성하는 외곽부분을 냉각시키는 제1냉각라인이 설치되며, 상기 제1냉각라인은 상기 캐비티를 형성하는 외곽부분의 둘레를 따라 상부로부터 하부로 연장되는 헬리컬 구조로 설치되는 것을 특징으로 한다.
이에 의해, 냉각 라인을 캐비티와 최대한 근접하게 배치함과 동시에 냉각 라인의 구조를 헬리컬 구조로 구축하여 냉각 공정 효율을 극대화시킬 수 있다.
또한, 하부 금형측에 설치되는 제1냉각라인과 코어측에 설치되는 제2냉각라인을 별도의 채널로 분리하여 각각 냉각수의 순환을 제어함으로써 성형물의 형상적 특성에 따라 성형물의 내, 외측 냉각 조절을 자유롭게 제어할 수 있다.

Description

핫 러너 사출 금형 구조{The injection mold structure for hot runner}

본 발명은 핫 러너 사출 금형 구조에 관한 것이다.

일반적으로, 제품을 성형하고자 할 때, 두께가 두꺼운 성형물, 또는 두께의 차등이 심한 성형물을 성형 하면, 두께가 두꺼운 성형물은 두께의 중심부위 또는 두께의 차등이 심한 성형물은 가장 두꺼워서 늦게 냉각되는 위치에서 공동성 기포가 발생한다.

공동성 기포의 발생 원인으로는, 열로 용융물질(이하; 수지(樹脂)라 함)을 용융하게 되면 수지는 부피가 팽창하게 된다. 즉 비용적(比容積)이 커진다. 냉각과정에서 냉각되는 순서는 성형물의 외부부터 냉각이 시작되어 내부로 냉각이 되어간다.

따라서 내부의 온도는 항상 외부보다 항상 높을 수 밖에 없다. 그러므로 외부 표면은 냉각되어 고형화가 되더라도 내부의 중심부는 고형화가 되지 않고 유동성을 유지하고 있는 상태에서 내부는 성형 시 작용시킨 내부 압력이 비용적 저하로 인하여 부피 수축을 보상하지 못하게 되어 상대 압력이 점점 떨어지고, 궁극적으로 음압(마이너스 압력)이 점점 심화되어져서 충진 할 수지가 부족한 결과가 되며, 수지는 점성에 의하여 가장 가까운 부위로 이동하고 나면 그 부위는 공동화가 된다.

특히 이러한 공동화 현상이 두꺼운 성형물에서 나타나고, 얇은 성형물에서는 발생하지 않는 이유는 얇은 성형물의 경우에 사출압과 사출 보압으로 보상이 되기 때문이며, 조금 더 두꺼운 성형물인 경우에는 싱크 마크(Sink mark)로 나타난다. 그러나 내부에 발생한 음압이 싱크 마크로 수축을 일으키지 못할 정도로 두꺼운 성형물인 경우에는 공동성 기포가 생기게 된다.

이에 관련된 종래 기술로는 대한민국 등록특허 등록번호 제10-0631336호(2006.10.04. 공고)가 있었다.

상기 종래 기술은 주 금형부와 보조 금형부의 냉각시간을 조절하여 보조 금형부 내의 용융물질이 주 금형부 측으로 거동하게 함으로써 공동성 기포 발생을 방지하는 것을 기재하고 있다.

종래 기술과 같이 금형의 냉각 제어는 공동성 기포 발생 방지의 중요한 이슈이다.

도 1 은 종래 기술에 따른 사출 금형 구조에 대한 정단면도이며, 도 2 는 종래 기술에 따른 사출 금형 구조의 외부 냉각라인을 도시한 개념도이며, 도 3 은 종래 기술에 따른 사출 금형 구조의 내, 외부 냉각라인을 도시한 개념도이다.

도 1 내지 도 3 에서와 같이, 종래 기술에 따른 사출 금형 구조는 팬 게이트(G)를 포함하는 상부 금형과 하부 금형과 상, 하부 금형 사이에 배치된 코어의 형합에 따른 캐비티를 형성하며 상기 캐비티에 용융 수지가 주입되어 사출 성형물이 성형된다.

여기서, 용융 수지의 충진이 완료되면 용융 수지를 고형화시키기 위한 냉각 공정이 수반되는데 도 1 내지 도 3 에서와 같이 종래 기술에 따른 사출 금형 구조는 냉각수를 순환시키는 수평 냉각 라인(1; 성형물 외측 냉각)과 수직 냉각 라인(3; 성형물 내측 냉각)을 포함한다.

그러나, 도 2 내지 도 3 에서와 같이, 수평 냉각 라인(1)의 경우 하부 금형의 외곽에 직선 형태의 냉각 라인으로 구성되어 캐비티와의 거리가 멀어짐에 따라 냉각 공정의 효율이 저하된다는 문제점이 있었으며, 수직 냉각 라인(3)의 경우 순환 채널이 다수(도 3 기준 8개)로 이루어질 수 밖에 없어 수직 냉각 라인(3)과 수평 냉각 라인(1)의 연결이 용이하지 않다는 문제점이 있었다.

대한민국 등록특허 등록번호 제10-0631336호(2006.10.04. 공고)

본 발명의 목적은, 상기 문제점을 해결하기 위하여 창작된 것으로서, 핫 러너 사출 금형 구조에 있어서 냉각 라인을 캐비티와 최대한 근접하게 배치함과 동시에 냉각 라인의 구조를 헬리컬 구조로 구축하여 냉각 공정 효율을 극대화시킬 수 있는 핫 러너 사출 금형 구조를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 하부 금형측에 설치되는 제1냉각라인과 코어측에 설치되는 제2냉각라인을 별도의 채널로 분리하여 각각 냉각수의 순환을 제어함으로써 성형물의 형상적 특성에 따라 성형물의 내, 외측 냉각 조절을 자유롭게 제어할 수 있는 핫 러너 사출 금형 구조를 제공하는 데 있다.

그 외 본 발명의 세부적인 목적은 이하에 기재되는 구체적인 내용을 통하여 이 기술 분야의 전문가나 연구자에게 자명하게 파악되고 이해될 것이다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 상부 금형과 하부 금형 사이에 배치되는 코어의 상호 형합에 의해 형성되는 캐비티를 구비하며, 성형물을 성형하기 위한 핫 러너 사출 금형 구조에 있어서, 상기 하부 금형에는 상기 캐비티를 형성하는 외곽부분을 냉각시키는 제1냉각라인이 설치되며, 상기 제1냉각라인은 상기 캐비티를 형성하는 외곽부분의 둘레를 따라 상부로부터 하부로 연장되는 헬리컬 구조로 설치되는 핫 러너 사출 금형 구조에 의해 달성될 수 있다.

여기서, 상기 코어의 내주면에 배치되어 상기 캐비티를 형성하는 내측부분을 냉각시키는 제2냉각라인이 설치된다.

또한, 상기 제2냉각라인은 상기 캐비티를 형성하는 내측부분의 둘레를 따라 상부로부터 하부로 연장되는 헬리컬 구조로 설치된다.

여기서, 상기 상부 금형은 상기 캐비티로 용융 수지를 주입하기 위하여 가열 수단을 구비하는 핫 러너 게이트를 포함한다.

본 발명에 의해, 핫 러너 사출 금형 구조에 있어서 냉각 라인을 캐비티와 최대한 근접하게 배치함과 동시에 냉각 라인의 구조를 헬리컬 구조로 구축하여 냉각 공정 효율을 극대화시킬 수 있다.

또한, 하부 금형측에 설치되는 제1냉각라인과 코어측에 설치되는 제2냉각라인을 별도의 채널로 분리하여 각각 냉각수의 순환을 제어함으로써 성형물의 형상적 특성에 따라 성형물의 내, 외측 냉각 조절을 자유롭게 제어할 수 있다.

도 1 은 종래 기술에 따른 사출 금형 구조에 대한 정단면도이며,
도 2 는 종래 기술에 따른 사출 금형 구조의 외부 냉각라인을 도시한 개념도이며,
도 3 은 종래 기술에 따른 사출 금형 구조의 내, 외부 냉각라인을 도시한 개념도이며,
도 4 는 본 발명에 따른 핫 러너 사출 금형 구조에 대한 정단면도이며,
도 5 는 본 발명에 따른 핫 러너 사출 금형 구조의 제1, 2냉각라인을 도시한 개념도이다.

이하, 본 발명의 다양한 실시예가 첨부된 도면과 연관되어 기재된다. 본 발명의 다양한 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들이 도면에 예시되고 관련된 상세한 설명이 기재되어 있다.

그러나, 이는 본 발명의 다양한 실시예를 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 다양한 실시예의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경 및/또는 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명의 다양한 실시예에서 사용될 수 있는 "포함한다" 또는 "포함할 수 있다"등의 표현은 개시(disclosure)된 해당 기능, 동작 또는 구성 요소 등의 존재를 가리키며, 추가적인 하나 이상의 기능, 동작 또는 구성 요소 등을 제한하지 않는다. 또한, 본 발명의 다양한 실시예에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성 요소가 상기 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 상기 어떤 구성 요소와 상기 다른 구성 요소 사이에 새로운 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성 요소와 상기 다른 구성 요소 사이에 새로운 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있어야 할 것이다.

본 발명의 다양한 실시예에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명의 다양한 실시예를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명의 다양한 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명의 다양한 실시예에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 4 는 본 발명에 따른 핫 러너 사출 금형 구조에 대한 정단면도이며, 도 5 는 본 발명에 따른 핫 러너 사출 금형 구조의 제1, 2냉각라인을 도시한 개념도이다.

도 4 내지 도 5 를 참조하면, 본 발명에 따른 핫 러너 사출 금형 구조는, 상부 금형(10), 코어(20), 하부 금형(30)으로 구성되며, 상부 금형(10)과 하부 금형(30) 사이에 배치되는 코어(20)의 상호 형합에 의해 형성되는 캐비티(C)를 구비한다.

여기서, 상부 금형(10)은 상기 캐비티(C)로 용융 수지를 주입하기 위하여 가열 수단(미도시)을 구비하는 핫 러너 게이트(12)를 포함한다.

본 발명에 따른 핫 러너 사출 금형 구조는, 상, 하부 금형(10, 30)과 이 사이에 배치되는 코어(20)의 상호 형합에 의해 캐비티(C)가 형성되며, 핫 러너 게이트(12)를 통해 주입된 용융 수지가 사출 공정에 의해 캐비티(C) 내부로 유동되어 사출이 진행된다.

사출이 완료된 후 후술할 각 냉각라인을 통해 냉각수를 순환시킴으로써 냉각 공정이 진행되며 냉각 공정이 완료된 후 상부 금형(10)으로부터 슬라이드 이동되는 코어(20)를 통해 상, 하부 금형(10, 30) 사이가 이격되어 사출 및 냉각이 완료된 성형물을 취출하도록 마련된다.

여기서, 도 4 내지 도 5 에서와 같이, 상기 하부 금형(30)에는 캐비티(C)를 형성하는 외곽부분을 냉각시키는 제1냉각라인(32)이 설치되며, 상기 제1냉각라인(32)은 상기 캐비티(C)를 형성하는 금형의 외곽부분의 둘레를 따라 상부로부터 하부로 연장되는 헬리컬 구조로 설치된다.

여기서, 상기 제1냉각라인(32)은 성형물의 측부로부터 시작되어 하부로 소용돌이 형태로 연장되는 구조로 구축될 수 있으며, 바람직하게는, 도 5 에서와 같이, 성형물의 상부면, 측부면 및 하부면을 따라 성형물 외곽의 전영역에 따라 구축되는 것도 가능함은 물론이다.

한편, 상기 코어(20)에는 도 4 에서와 같이, 코어(20)의 내주면에 배치되어 상기 캐비티(C)를 형성하는 금형의 내측부분을 냉각시키는 제2냉각라인(22)이 설치될 수 있다.

상기 제2냉각라인(22) 역시 상기 제1냉각라인(32)과 마찬가지로 헬리컬 구조로 설치될 수 있으며, 구체적으로는 도 4 및 도 5 에서와 같이, 상기 캐비티(C)를 형성하는 내측부분의 둘레를 따라 성형물의 내주면 전영역에 따라 상부로부터 하부로 연장되는 헬리컬 구조로 설치될 수 있다.

또한, 도 5의 경우, 좌측의 주입구 및 배출구(도 5의 하늘색 밸브)를 통해 상기 제1냉각라인(32)의 순환 구조를 형성하며, 우측의 주입구 및 배출구를 통해 상기 제2냉각라인(22)의 순환 구조를 형성함으로써, 성형물 기준으로 외곽의 냉각은 제1냉각라인(32)의 냉각수 순환을 통해 구현되며, 내주면의 냉각은 제2냉각라인(22)의 냉각수 순환을 통해 각각 독립적으로 구현될 수 있다.

따라서, 성형물의 형상적 특성에 따라 성형물의 내, 외측 냉각 조절을 자유롭게 제어할 수 있고, 이러한 제어를 통해 냉각 공정의 효율성이 증대되며, 냉각 공정의 효율성 증대로 인하여 성형물 상의 공동성 기포의 발생을 최소화시킬 수 있는 것이다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 핫 러너 사출 금형 구조는, 냉각 라인을 캐비티와 최대한 근접하게 배치함과 동시에 냉각 라인의 구조를 헬리컬 구조로 구축하여 냉각 공정 효율을 극대화시킬 수 있다.

또한, 하부 금형측에 설치되는 제1냉각라인과 코어측에 설치되는 제2냉각라인을 별도의 채널로 분리하여 각각 냉각수의 순환을 제어함으로써 성형물의 형상적 특성에 따라 성형물의 내, 외측 냉각 조절을 자유롭게 제어할 수 있다.

앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

10 : 상부 금형
12 : 핫 러너 게이트
20 : 코어
22 : 제2냉각라인
30 : 하부 금형
32 : 제1냉각라인
C : 캐비티

Claims (4)

1. 상부 금형과 하부 금형 사이에 배치되는 코어의 상호 형합에 의해 형성되는 캐비티를 구비하며, 성형물을 성형하기 위한 콜드 러너 사출 금형 구조에 있어서,
   상기 하부 금형에는 상기 캐비티를 형성하는 외곽부분을 냉각시키는 제1냉각라인이 설치되며, 상기 제1냉각라인은 분기 또는 합일되지 않고 단방향으로 냉각수가 순환되는 적어도 하나 이상의 순환 경로를 가지고,
   상기 제1냉각라인은 냉각수가 순환 경로를 통해 상기 하부 금형 상의 캐비티에 위치한 성형물을 외측 둘레를 따라 상부에서 하부 방향으로 또는 하부에서 상부 방향으로 수용돌이 형태로 순환되어 상기 캐비티에 위치한 성형물의 외측 둘레를 냉각시키도록, 상기 하부 금형 상의 캐비티를 형성하는 외곽부분의 상부로부터 하부로 상기 외곽부분의 둘레를 따라 헬리컬 구조로 감긴 상태로 연장된 순환 경로를 가지며,
   상기 코어의 내주면에 배치되어 상기 캐비티를 형성하는 내측부분을 냉각시키는 제2냉각라인이 설치되고, 상기 제2냉각라인은 분기 또는 합일되지 않고 단방향으로 냉각수가 순환되는 적어도 하나 이상의 순환 경로를 가지고,
   상기 제2냉각라인은 냉각수가 순환 경로를 통해 상기 하부 금형 상의 캐비티에 위치한 성형물을 내측 둘레를 따라 상부에서 하부 방향으로 또는 하부에서 상부 방향으로 수용돌이 형태로 순환되어 상기 캐비티에 위치한 성형물의 내측 둘레를 냉각시키도록, 상기 하부 금형 상의 캐비티를 형성하는 내측부분의 상부로부터 하부로 상기 내측부분의 둘레를 따라 헬리컬 구조로 감긴 상태로 연장된 순환 경로를 가지며,
   상기 상부 금형은 상기 캐비티로 용융 수지를 주입하기 위하여 가열 수단을 구비하는 핫 러너 게이트를 포함하는 것을 특징으로 하는
   핫 러너 사출 금형 구조.
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