KR20020048830A - 중공사출성형방법과 장치 및 그 금형 - Google Patents

Abstract

본 발명은 종래의 중공사출성형기술이 중공부 내에서 질소가스가 정체됨으로 인해 플라스틱의 냉각시간이 길고 그에 따라 생산주기가 길어져 생산성 저하를 초래하는 문제점이 있기 때문에; 성형부가 형성된 사출금형과, 상기 사출금형의 성형부 내로 용융플라스틱을 주입하여 중공부를 형성하는 가스주입노즐과, 상기 가스주입노즐로 가스를 공급하는 가스공급부를 포함하는 중공사출성형장치에 있어서, 상기 중공부에 선단부가 삽입되어 중공부 내의 가스를 배기시키는 배기핀과, 상기 배기핀을 전후이동시키는 배기핀 구동부와, 상기 가스주입노즐로 공기를 공급하는 공기공급부를 포함함으로써, 용융플라스틱의 중공부 내에 질소가스를 정체시키지 않고 조기에 배기 냉각시킨 후 상온의 압축공기를 지속적으로 주입하여 플라스틱을 조기에 냉각시킴으로써 생산주기를 단축하여 생산성을 향상시킬 수 있도록 하는 중공사출성형장치와 그를 이용한 중공사출성형방법 및 그 금형에 관한 것이다.

Description

중공사출성형방법과 장치 및 그 금형{The gas assisted injection molding method and the same apparatus and its mold}

본 발명은 금형 내부에 고온의 용융플라스틱을 사출하여 일정한 형상의 제품을 성형하는 플라스틱 사출성형기술에 관한 것으로서, 특히 고압의 질소가스를 용융플라스틱의 내부로 주입하여 내부에 중공부가 형성된 사출성형품을 얻을 수 있도록 하는 중공사출성형기술에 관한 것이다.

일반적인 중공사출성형기술은 도 1에 도시된 바와 같이 각각 성형부(4)가 형성된 고정금형(2)과 이동금형(1)을 이용하는 것이다. 고정금형(2)과 이동금형(1)에 의해 형성된 성형부(4) 내에 먼저 용융플라스틱(5)이 주입되고, 일정 시간이 경과된 후 용융플라스틱(5)의 내부에 고압의 질소가스 등이 주입되어 중공부(6)를 형성하게 된다. 이후, 일정 시간동안 용융플라스틱(5)의 냉각이 진행되고 난 후에 중공부(6) 내의 질소가스가 배기되면 금형 열림면(3)에서 금형이 열리게 되어 성형품을 취출할 수 있게 된다.

상기 중공사출성형기술은 일반 사출성형기술이 가지고 있는 고압성형의 한계를 극복한 특수성형공업으로 인정되고 있으며, 얇은 두께를 지닌 대형 플라스틱 사출성형품의 제조 등 현재 플라스틱 성형기술 분야에서 널리 활용되고 있는 기술이다. 여기서 가장 중요한 기술은 용융플라스틱의 내부에 질소가스를 주입하고 배기시키는 기술이며, 이에 대한 기술이 미국특허 4,101,617호 및 4,740,150호에 각각 기재되어 있다.

도 2 내지 도 4는 미국특허 4,101,617호에 의한 중공사출성형품 제조과정이 도시된 도면으로서, 사출기실린더(10)의 후퇴에 의해 중공부(6)의 질소가스가 배기되도록 한 기술이다.

도 2에 도시된 바와 같이 고정금형(2)과 이동금형(1)에 의해 성형부(4)가 형성되면 금형을 향해 사출기실린더(10)가 이동되고, 셧오프 노즐(11)을 통해 금형의 스프루 부시(13)를 경유하여 성형부(4) 내에 용융플라스틱(5)이 주입된다.

용융플라스틱(5)의 주입이 완료된 후 도 3에 도시된 바와 같이 가스주입구(12)를 통해 용융플라스틱(5)의 내부로 압축된 질소가스가 주입되며, 그 결과 용융플라스틱(5)의 내부에는 중공부(6)가 형성된다.

중공부(6)가 형성된 후 일정 시간이 경과되어 용융플라스틱(5)의 냉각이 완료되면, 도 4에 도시된 바와 같이 사출기실린더(10)가 후퇴되고, 금형의 스프루 부시(13)와 셧오프노즐(11)이 분리되면서 중공부(6) 내의 질소가스가 배기구(14)를 통해 대기중으로 배기된다. 이후, 금형 열림면(3)의 분할에 따라 충분히 냉각이 지행된 중공사출성형품이 얻어지게 된다.

도 5 내지 도 7은 미국특허 4,740,150호에 의한 중공사출성형품 제조과정이 도시된 도면으로서, 사출기실린더와는 별도로 동작되는 가스주입노즐을 이용하여 질소가스를 주입하고 배기시킴으로써 중공사출성형품을 얻을 수 있도록 한 기술이다.

고정금형(2)과 이동금형(1)에 의해 성형부(4)가 형성되면 금형을 향해 사출기 실린더(10)가 이동되고, 셧오프노즐(11)을 통해 금형의 스프루 부시(13)를 경유하여 성형부(4)내에 용융플라스틱(5)이 주입된다. 이때, 유압 실린더(23)에 의해 전진된 상태를 유지하고 있는 가스주입노즐(22)을 통하여 도 6에 도시된 바와 같이 가스주입구(21)를 통해 공급된 고압의 질소가스가 용융플라스틱(5)의 내부로 주입되므로 용융플라스틱(5)의 내부에 중공부(6)가 형성된다.

중공부(6)내의 질소가스로 인해 용융플라스틱의 냉각이 일정시간동안 진행되면, 도 7에 도시된 바와 같이 유압실린더(23)에 의해 가스주입노즐(22)이 후퇴되어 가스주입노즐(22)과 이동금형(1) 사이에는 틈새가 발생된다. 따라서, 중공부(6) 내부의 질소가스는 틈새 사이를 통해 대기중으로 배기되며, 이후 금형 열림면(3)이 분할되어 중공사출성형품이 취출된다.

상기한 두 공정을 살펴보면 장치의 구성은 서로 다르나 도 8에 도시된 공정에 따라 작업이 진행됨을 알 수 있다.

금형이 닫히면 용융플라스틱이 금형의 성형부 내로 주입되고, 용융플라스틱이 주입이 완료되고 일정 시간이 경과된 후 용융플라스틱의 내부로 질소가스가 주입되어 중공부가 형성된다. 중공부가 형성되면 중공부의 질소가스 및 금형면으로부터 용융플라스틱의 냉각이 진행되고, 플라스틱의 냉각이 완료되면 질소가스가 주입된 곳과 동일한 장소에서 질소가스의 배기가 이루어지며, 질소가스의 배기가 완료된 후 금형이 열리게 되면 제품이 취출된다.

그러나, 상기한 종래의 중공사출성형기술은 중공부 내의 질소가스가 정체되어 냉각효과를 발휘하지 않음으로 인해 플라스틱의 냉각시간이 길고 그에 따라 생산주기가 길어져 생산성 저하를 초래하는 문제점이 있다.

플라스틱의 사출성형에 있어서 금형 내부로 사출되는 용융플라스틱(5)의 온도는 약 200℃ 이상인데, 이 용융플라스틱(5)은 금형의 성형부(4) 내에서 금형의 벽면, 즉 이동금형(1)과 가동금형(2)의 벽면을 통해 전도에 의한 열전달로 인해 그 온도가 점진적으로 낮아져 성형 취출 온도까지 하락된다. 이 기간 동안 용융플라스틱(5)의 중공부(6)에 주입된 질소가스에 의한 용융플라스틱(5)에 대한 냉각효과는 매우 미미하다. 이는 용융플라스틱(5)의 중공부(6) 내에 주입된 질소가스가 대기중으로 배기되기 이전에는 거의 이동이 없는 상태로 중공부(6) 내에 정체되어 있기 때문이며, 열전달에 의해 질소가스의 온도는 용융플라스틱(5)의 온도와 거의 같아지게 되어 냉각 효과를 발휘하지 못하게 된다.

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 용융플라스틱의 중공부에 주입된 가스가 장시간 정체되어 있지 않도록, 즉 일정시간동안 냉각이 진행된 후 중공부 내의 가스를 대기중으로 배기시키면서 새로운 상온의 가스를 주입하여 중공부로부터의 냉각이 이루어지도록 함으로써 플라스틱의 냉각효율을 향상시켜 생산 주기를 단출할 수 있도록 하는 중공사출성형방법 및 장치와 그 금형을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 중공사출성형품이 도시된 단면도,

도 2 내지 도 4는 중공사출성형품 제조과정을 나타내는 작업 진행도,

도 5 내지 도 7은 종래의 중공사출성형품 제조과정의 다른 실시예가 도시된 작업진행도,

도 8은 종래의 중공사출성형품 제조과정의 순서도,

도 9는 본 발명에 의한 중공사출성형장치가 도시된 구성도,

도 10은 본 발명에 의한 중공사출성형방법이 도시된 순서도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

50 : 사출금형 61 : 사출노즐

62 : 가스주입노즐 63 : 배기핀

70 : 공기공급부 71 : 공기압축기

72 : 공기탱크 73 : 증압밸브

74 : 온/오프밸브 76 : 분기커넥터

80 : 배기핀 구동부 81 : 에어실린더

82 : 방향절환밸브 83 : 제2분기커넥터

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 금형의 성형부에 용융플라스틱을 주입하는 제1단계; 용융플라스틱의 내부에 질소가스를 주입하여 중공부를 형성하는 제2단계; 일정시간이 경과되어 용융플라스틱의 표층이 굳어지면 중공부 내의 질소가스를 대기중으로 배기시키는 제3단계; 가스주입노즐을 통해 중공부 내로 공기를 주입함과 동시에 배기를 진행하여 공기가 중공부를 경유하여 배기되도록 함으로써 플라스틱의 냉각을 진행하는 제4단계; 플라스틱의 냉각이 완료되면 공기의 주입을 중단하고 금형을 열어 성형품을 취출하는 제5단계로 구성된 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 중공사출성형장치는 성형부가 형성된 사출금형과, 상기 사출금형의 성형부 내로 용융플라스틱을 주입하는 사출노즐과, 상기 성형부 내에 주입된 용융플라스틱의 내부로 질소가스를 주입하여 중공부를 형성하는 가스주입노즐과, 상기 가스주입노즐로 가스를 공급하는 가스공급부를 포함하는 중공사출성형장치에 있어서, 상기 중공부에 선단부가 삽입되어 중공부 내의 가스를 배기시키는 배기핀과, 상기 배기핀을 전후 이동시키는 배기핀 구동부와, 상기 가스주입노즐로 공기를 공급하는 공기공급부를 포함한 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 중공사출성형금형은 고정금형과 이동금형에 의해 성형부가 형성되고, 가스주입노즐을 통해 주입되는 가스에 의해 용융플라스틱의 내부에 중공부가 형성되도록 하는 중공사출성형금형에 있어서, 상기 가스주입노즐을 통해 공기가 주입될 수 있도록 함과 동시에 금형의 일측에 배기핀이 구비되어 배기핀을 통해 중공부 내의 가스가 배기될 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 의한 중공사출성형방법은 도 10에 도시된 바와 같이 금형의 성형부에 용융플라스틱을 주입하는 제1단계와, 가스주입노즐을 통해 용융플라스틱의 내부에 질소가스를 주입하여 중공부를 형성하는 제2단계와, 질소가스를 주입한 후 일정시간이 경과되어 용융플라스틱의 표층이 굳어지면 배기핀 구동부가 배기핀을 전진시켜 중공부 내의 질소가스를 대기중으로 배기시키는 제3단계와, 가스주입노즐을 통해 중공부 내로 공기를 주입함과 동시에 배기를 진행하여 공기가 중공부를 경유하여 배기되도록 함으로써 플라스틱의 냉각을 진행하는 제4단계와, 플라스틱의 냉각이 완료되면 공기의 주입을 중단하고 배기핀을 후퇴시킨 후 금형을 열어 성형품을 취출하는 제5단계로 구성된다.

본 발명에 의한 중공사출성형장치는 도 9에 도시된 바와 같이 성형부(54)가 형성된 이동금형(51)과 고정금형(52)으로 이루어진 사출금형(50)과, 상기사출금형(50)의 성형부(54) 내로 용융플라스틱(55)을 주입하는 사출노즐(61)과, 상기 성형부(54)내에 주입된 용융플라스틱(55)의 내부로 질소가스를 주입하여 중공부(56)를 형성하는 가스주입노즐(62)과, 상기 가스주입노즐(62)로 가스를 공급하는 가스공급부(64)와, 상기 중공부(56)에 선단부가 삽입되어 중공부(56) 내의 가스를 배기시키는 배기핀(63)과, 상기 배기핀(63)을 전후 이동시키는 배기핀 구동부(80)와 , 상기 가스주입노즐(62)로 공기를 공급하는 공기공급부(70)로 구성된다.

상기 공기공급부(70)는 공기를 압축하는 공기압축기(71)와, 상기 가스공급부(64)의 가스관과 공기관을 연결하는 분기 커넥터(76)와, 공기관상에 설치되어 가스공급부(64)로부터 공급되는 가스가 공기탱크(72) 측으로 역류되지 않도록 차단하는 체크 밸브(75)와, 공기압축기(71)로부터 공급된 공기가 상기 분리커넥터(76)를 통해 가스주입노즐(62)로 공급되는 것을 제어하는 온/오프밸브(74)와, 상기 공기압축기(71)로부터 공급된 공기의 압력을 증가시키는 증압밸브(73)와, 상기 증압밸브(73)에 의해 압축된 공기를 일시 저장한 후 상기 온/오프밸브(74)로 공급하는 공기탱크(72)로 구성된다.

상기 배기핀 구동부(80)는 공기의 공급방향에 따라 상기 배기핀(62)을 전후 이동시키는 에어실린더(81)와, 상기 에어실린더(81)의 공기관과 공기압축기 측의 공기관을 연결하는 제2분기커넥터(83)와, 상기 에어실린더(81) 측의 공기관에 설치되어 에어실린더(81)의 작동을 제어하는 방향절환밸브(82)로 구성된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 중공사출성형장치는 사출금형 내에 주입된 용융플라스틱 내의 중공부에 공기를 주입하여 배기시킴으로써 플라스틱의 냉각속도를 빠르게 하여 생산주기를 단축시키게 된다.

고정금형(52)과 이동금형(51)으로 이루어진 사출금형(50)의 결합으로 사출성형품과 동일한 형태의 성형부(54)가 형성되면 사출노즐(61)을 통해 사출금형(50)의 성형부(54) 내에 용융플라스틱(55)이 주입된다. 성형부(54) 내에 용융플라스틱(55)이 주입된 후 일정시간이 경과되면 가스공급부(64)로부터 질소가스가 공급된다. 따라서, 가스주입노즐(62)을 통해 용융플라스틱(55)의 내부로 질소가스가 주입되고, 용융플라스틱(55)의 내부에 중공부(56)가 형성된다. 용융플라스틱(55)의 내부에 중공부(56)가 형성된 상태에서 소정의 시간이 경과되면 용융플라스틱(55)의 표면이 굳어지게 된다.

용융플라스틱(55)의 표면이 굳어지면 에어실린더(81)에 의해 배기핀(63)이전진하게 되고, 배기핀(63)이 전진됨에 따라 중공부(56) 내에 있는 질소가스가배기핀(63)을 통해 대기중으로 배기된다. 이어, 공기공급부(70)의 온/오프밸브(74)가열리게 되므로 공기탱크(72)에 저장되어 있던 압축공기가 제1분기 커넥터(76)를 통해 가스주입노즐(62)로 공급된다. 질소가스의 배기와 동시에 가스공급부(64)로부터의 가스공급은 중지되며, 역방향으로 공기가 침투되지 않도록 체크밸브(미 도시)가 설치될 수도 있다. 상기 가스주입노즐(62)을 통해 중공부(56) 내로 주입된 공기는 플라스틱(55)을 냉각시킨 후 배기핀(63)을 통해 대기중으로 배기된다. 사출금형(50) 내부의 플라스틱이 완전히 냉각되면 온/오프밸브(74)가 차단되어 공기의 주입이 중단되고, 에어실린더(81)에 의해 배기핀(13)이 후퇴된다.

따라서, 사출금형(50)의 금형 열림면(53)을 중심으로 해서 이동금형(51)을 고정금형(52)으로부터 이탈시키면 성형이 완료된 제품이 취출된다.

여기서, 상기 에어실린더(81) 및 공기공급부(70)의 작동과정을 살펴보기로 한다. 공기압축기(71)에서 약 5kg/㎠ 정도로 압축되어 공급되는 공기는 제2분기 커넥터(83)에서 분기되어 일부가 에어실린더(81)측으로 이동된다. 에어실린더(81)측으로 이동된 압축공기는 방향전환밸브(82)에 의해 그 방향이 결정되어 에어실린더(81)로 공급되므로, 방향전환밸브(82)를 통해 에어실린더(81)에 의한 배기핀(63)의 전후이동을 제어할 수 있게 된다. 공기탱크(72) 측으로 이동된 대부분의 압축공기는 증압밸브(73)를 통과하면서 약 4∼10배로 증압되어 공기탱크(72)에 일시 저장된다. 이후, 배기핀(63)이 플라스틱(55)을 뚫고 전진하여 중공부(56) 내의 질소가스를 배기시키게 되면, 온/오프밸브(74)가 작동되어 공기탱크(72) 내부의압축공기가 제1분기 커넥터(76)를 통해 가스주입노즐(62)로 공급되는 것이다.

이때, 상기 분기 커넥터(76)와 온/오프밸브(74) 사이의 공기관에 설치된 체크밸브(75)는 가스공급부(64)의 고압가스가 비교적 저압인 공기탱크(72) 측으로 주입되어 기계가 파손되는 것을 방지하는 역할을 수행한다. 가스주입노즐(62)을 통해 중공부(56) 내로 주입된 상온의 압축공기는 중공부(56) 내에 정체되어 있지 않고 배기핀(62)을 통해 대기중으로 배기됨으로써, 중공부(56) 내에는 항상 새로운 공기가 주입되어 공기에 의해 플라스틱이 조기에 냉각되도록 하는 것이다.

이와같이, 본 발명에 의한 중공사출성형방법과 장치는 용융플라스틱의 중공부 내에 질소가스를 정체시키지 않고 조기에 배기시킨 후 상온의 압축공기를 지속적으로 주입하여 플라스틱을 조기에 냉각시킴으로써 생산주기를 단축하여 생산성을 향상시킬 수 있도록 하는 이점이 있다.

Claims (7)

1. 금형의 성형부에 용융플라스틱을 주입하는 제1단계; 용융플라스틱의 내부에 질소가스를 주입하여 중공부를 형성하는 제2단계; 일정시간이 경과되어 용융플라스틱의 표층이 굳어지면 중공부 내의 질소가스를 대기중으로 배기시키는 제3단계; 가스주입노즐을 통해 중공부 내로 공기를 주입함과 동시에 배기를 진행하여 공기가 중공부를 경유하여 배기되도록 함으로써 플라스틱의 냉각을 진행하는 제4단계; 플라스틱의 냉각이 완료되면 공기의 주입을 중단하고 금형을 열어 성형품을 취출하는 제5단계로 구성된 것을 특징으로 하는 중공사출성형방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제3단계는 배기핀을 전진시켜 배기가 이루어지도록 하고, 상기 제5단계는 배기핀을 후퇴시키는 과정을 포함한 것을 특징으로 하는 중공사출성형방법.
3. 성형부가 형성된 사출금형과, 상기 사출금형의 성형부 내로 용융플라스틱을 주입하는 사출노즐과, 상기 성형부 내에 주입된 용융플라스틱의 내부로 질소가스를 주입하여 중공부를 형성하는 가스주입노즐과, 상기 가스주입노즐로 가스를 공급하는 가스공급부를 포함하는 중공사출성형장치에 있어서,

   상기 중공부에 선단부가 삽입되어 중공부 내의 가수를 배기시키는 배기핀과, 상기 배기핀을 전후 이동시키는 배기핀 구동부와, 상기 가스주입노즐로 공기를 공급하는 공기공급부를 포함한 것을 특징으로 하는 중공사출성형장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 공기공급부는 공기를 압축하는 공기압축기와, 상기 가스공급부의 가스관과 공기관을 연결하는 분기 커넥터와, 공기관상에 설치되어 가스공급부로부터 공급되는 가스가 공기압축기측으로 역류되지 않도록 차단하는 체크 밸브와, 공기압축기로부터 공급된 공기가 상기 분기 커넥터를 통해 가스주입노즐로 공급되는 것을 제어하는 오/오프밸브로 구성된 것을 특징으로 하는 중공사출성형장치.
5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,

   상기 공기공급부는 상기 공기압축기로부터 공급된 공기의 압력을 증가시키는 증압밸브와, 상기 증압밸브에 의해 압축된 공기를 일시 저장한 후 상기 온/오프밸브로 공급하는 공기탱크를 포함한 것을 특징으로 하는 중공사출성형장치.
6. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,

   상기 배기핀 구동부는 공기의 공급방향에 따라 상기 배기핀을 전후 이동시키는 에어실린더와, 상기 에어실린더의 공기관과 공기압축기측의 공기관을 연결하는 분기커넥터와, 상기 에어실린더의 공기관에 설치되어 에어실린더의 작동을 제어하는 방향절환밸브로 구성된 것을 특징으로 하는 중공사출성형장치.
7. 고정금형과 이동금형에 의해 성형부가 형성되고, 가스주입노즐을 통해 주입되는 가스에 의해 용융플라스틱의 내부에 중공부가 형성되도록 하는 중공사출성형금형에 있어서,

   상기 가스주입노즐을 통해 공기가 주입될 수 있도록 함과 동시에 금형의 일측에 배기핀이 구비되어 배기핀을 통해 중공부 내의 가스가 배기될 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 중공사출성형금형.