KR200468472Y1 - 근협원광의 유로 단면적을 가지는 게이트 런너 - Google Patents

Abstract

본 고안은 사출 금형의 게이트 런너에 관한 것으로서 종래의 게이트 런너 구조와 비교하여 제품 성형을 위한 수지 유동속도, 사출압력, 형체 유지력 및 전단률은 그대로 유지하면서도 런너 중량 과다와 손실로 인한 재료비 증가를 방지하고, 런너 스크랩 재활용 비용 증가를 방지하여 자원 및 비용을 절감할 수 있도록 개선된 게이트 런너에 관한 것이다.
본 고안에서는 사출 금형용 게이트 런너에 있어서, 몸체의 일측 선단부가 스프루에 연결되고, 타측 선단부 또는 몸체의 외면에 적어도 하나 이상의 게이트가 형성되며, 상기 몸체는 상기 스프루측에서 상기 게이트측으로 갈수록 수지 유로의 단면적이 증가하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 근협원광(近狹遠廣)의 유로 단면적을 가지는 게이트 런너에 관하여 개시한다.

Description

근협원광의 유로 단면적을 가지는 게이트 런너{A gate runner with a cross-section of which flow diameter varies from a start point to an end point}

본 고안은 사출 금형의 게이트 런너에 관한 것으로서 종래의 게이트 런너 구조와 비교하여 제품 성형을 위한 수지 유동속도, 사출압력, 형체 유지력 및 전단률은 그대로 유지하면서도 런너 중량 과다와 손실로 인한 재료비 증가를 방지하고, 런너 스크랩 재활용 비용 증가를 방지하여 자원 및 비용을 절감할 수 있도록 개선된 게이트 런너에 관한 것이다.

스프루, 런너 및 게이트는 사출 성형에서 유동 주입 시스템의 구성 요소로서 대단히 중요한 역할을 한다.

게이트는 용융 수지가 런너를 지나 제품 형상인 성형 공간(캐비티,cavity)으로 충진될 수 있게 런너의 끝에 위치한 캐비티의 입구를 말한다.

도1은 일반적인 게이트 구조의 일 예를 보인 개략도인데, 노즐에서 공급되는 용융 수지는 스푸루(11)와 런너(12)를 거쳐서 마침내 게이트(13)를 통하여 캐비티의 공간으로 충진된다. 도면에서 미설명후보 13a는 게이트 랜드를 나타내며, 14는 이젝트 핀을 나타내며, 1은 성형 제품을 나타낸다.

런너와 게이트는 특히 그 형태 및 치수가 성형품의 외관, 물성, 치수 정밀도, 성형 사이클 등에 직접적으로 영향을 끼치므로 그 설계가 매우 중요하다.

게이트는 단지 성형품의 형상만으로 결정하는 것이 아니고 캐비티 내의 용융 수지의 유동방향, 웰드라인의 생성위치 등을 고려하여 결정하는데, 게이트가 클 경우에는 충진성은 좋으나 게이트에 머무는 시간이 길고, 또 게이트 가공의 마무리 작업이 복잡하다. 그러나 작은 게이트는 그 반대이다.

이러한 게이트는 수지 주입이 종료한 후 더 이상의 용융 수지가 유출되어 나오지 않도록 할 필요가 있다. 또한, 제품 성형이 종료한 후에는 게이트 끝에 달라 붙어 고형화된 수지 잔류물을 절단하거나 하는 장치가 별도로 필요할 수 있다.

런너는 일반적으로 캐비티 수의 배열에 따라 설계하는데 될 수 있는 한 가늘게 하고 단면 형상은 될 수 있는 한 진원에 가까운 형상으로 하며, 유동 저항을 적게 함으로써 잘 냉각이 되지 않도록 하는 것이 좋다.

도1에 도시한 바와 같은 종래의 런너(12)는 주로 단면이 원형인 원기둥 형상으로 설계되어 사용하는데 스프루의 하단에서 멀어질수록 용융 수지가 냉각 및 고형화되어 유동성이 나빠지므로 스프루에서 먼쪽을 기준으로 일정한 사이즈 이상의 직경을 가지도록 원기둥 형상으로 설계하는 것이 일반적이다.

그런데, 이러한 런너(12)는 스프루(11)와 함께 제품 취출 후 버려지거나 재활용하게 되는데 종래의 런너는 용융 수지의 유동성을 고려하여 충분히 크게 형성함으로써 버려지는 재료의 양이 증가하게 되어 재료의 낭비가 심하였고, 이를 재활용하는 비용 역시 증가하는 문제가 있었다.

등록실용신안 제20-0342760호 "사출금형용 런너 게이트"(2004.02.18) 등록특허 제10-0575273호 "사출금형용 런너 게이트"(2006.05.08) 등록특허 제10-0549394호 "인 몰드 성형용 런너장치"(2006.02.03)

본 고안의 목적은 종래 원기둥 형상으로 제작되는 런너의 형상을 개선함으로써 종래의 게이트 런너 구조와 비교하여 제품 성형을 위한 수지 유동속도, 사출압력, 형체 유지력 및 전단률은 그대로 유지하면서도 런너 중량 과다와 손실로 인한 재료비 증가를 방지하고, 런너 스크랩 재활용 비용 증가를 방지하여 자원 및 비용을 절감할 수 있도록 개선된 게이트 런너를 제공하는 것이다.

전술한 목적의 달성을 위하여 본 발명에서는, 사출 금형용 게이트 런너에 있어서, 몸체의 일측 선단부가 스프루에 연결되고, 타측 선단부 또는 몸체의 외면에 적어도 하나 이상의 게이트가 형성되며, 상기 몸체는 상기 스프루측에서 상기 게이트측으로 갈수록 수지 유로의 단면적이 증가하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 근협원광(近狹遠廣)의 유로 단면적을 가지는 게이트 런너를 제안한다.

여기서, 상기 몸체의 길이 방향에 수직한 횡단면 형상은 원형, 사각형, 육각형, 반원형 또는 사다리꼴 중에서 선택되는 어느 하나인 것으로 할 수 있다.

이때, 상기 몸체는 횡단면의 윗변의 길이가 밑변보다 긴 이등변 사다리꼴 형상이고, 상면은 평탄하고, 저면은 스프루측에서 게이트측으로 갈수록 하향 경사지게 형성할 수 있다.

본 고안에 의하면, 스프루측에서 게이트측에 이르기까지 유로의 단면적이나 직경이 일정하게 형성되는 종래의 게이트 런너와 비교하여 사출 금형의 제품 성형성을 해치지 않고서도 소모되어 폐기되는 수지의 양을 획기적으로 절감할 수 있게 된다.

즉, 수지 사출 제품 성형을 위한 수지 유동속도, 사출압력, 형체 유지력 및 전단률은 그대로 유지하면서도 제품 성형을 위한 게이트 런너의 부피는 획기적으로 감소시킴으로써 제품 성형 후 폐기되는 자원의 양을 획기적으로 줄여 런너 중량 과다로 인한 원가 상승을 예방할 수 있다.

또한, 런너 스크랩의 양이 현저히 줄어들게 됨으로써 이를 재활용하는데 드는 비용이 절감되는 이점이 있다. 아울러 폐기되는 수지 재료의 양을 감소시켜 환경보호에 이바지할 수 있게 되는 효과도 있다.

도1은 종래 스프루, 런너 및 게이트 구조를 개략적으로 나타낸 평면도와 측면도.
도2는 본 고안의 일 실시예에 따른 게이트 런너의 외관도.
도3은 본 고안의 다른 실시예에 따른 게이트 런너의 외관도.
도4는 종래와 비교하여 본 고안에 따른 게이트 런너의 소재 절감량을 비교하기 위한 원뿔대 도면.
도5는 종래기술과 본 고안에 따른 유동속도를 비교한 실험 그래프.
도6는 종래기술과 본 고안에 따른 사출압을 비교한 실험 그래프.
도7은 종래기술과 본 고안에 따른 형체력을 비교한 실험 그래프.
도8은 종래기술과 본 고안에 따른 전단률을 비교한 실험 그래프.

이하에서는 본 고안의 기술적 사상에 관하여 상술하는바 이하에서 설명될 구조는 본 고안의 다양한 적용예들 중의 일부에 관한 것으로서 본 고안의 기술적 범위가 이에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 될 것이다.

도2는 본 고안의 일 실시예에 따른 게이트 런너의 외관도이다. 도시한 바와 같이 본 발명의 게이트 런너(110)는 노즐로부터 용융 수지를 공급받는 통로인 스프루(101)에 일측 선단부가 연결되며, 타측 선단부에는 게이트(120)가 연결된다.

본 고안에서는 상기 런너(110)의 몸체 중 상기 스프루측을 근지점이라고 하고, 상기 스프루측에서 멀어지는 타측 끝단쪽을 원지점이라고 정의한다. 도면에서미설명부호 102는 스프루웰(sprue well)을 나타낸다.

상기 런너(110)는 몸체의 길이 방향으로 수직한 횡단면 형상이 원을 이루는 원뿔대의 형상을 가진다.즉, 근지점에서 원지점으로 갈수록 단면적 직경(유로 단면적)이 점점 커지는 형상을 이루게 되는 것이다.

일반적인 원형 런너의 치수는 다음과 같은 공식에 의하여 결정된다.

여기서, D: 런너의 직경(mm), W: 제품 중량(g), L: 런너의 길이(mm)

이와 같은 공식에 의하여 설계된 종래의 원형 단면 게이트 런너의 경우 스프루에서 멀어질수록 용융 수지가 냉각되어 유동성, 유동속도 및 사출압이 저하되는 것을 방지하기 위하여 게이트 런너의 원지점을 기준으로 직경을 결정하여 동일한 횡단면 형상을 가지는 원형 또는 사다리꼴 단면을 가지는 막대 형상의 런너를 형성하게 된다.

그런데 이렇게 하는 경우 런너의 규격이나 치수가 전체적으로 불필요하게 커지게 되어 수지의 재료 낭비가 심하여 원가 상승이 요인이 되고 있다.

따라서 본 고안의 실시예에서는 게이트 런너(110)의 근지점의 직경이 작고 원지점의 직경이 큰 원뿔대의 형상으로 하여 기존의 문제점을 해결하고자 하였다.

종래와 같이 횡단면 직경이 일정한 원기둥 형상의 런너와 본 고안에서와 같이 횡단면 직경이 스프루측에서 원지점측으로 증가하는 원뿔대 형상으로 하는 경우의 재료 소모량을 비교하면 다음과 같다.

도2에서 원지점 직경 D2를 D로 정의하고, 근지점의 직경 D1을 3D/4라고 정의하면 하기의 수식을 통하여 종래 원형 런너의 형상을 소경부 치수가 25%(3D/4) 줄어든 원뿔대 형상의 런너로 하는 경우 소재량을 약23% 절감할 수 있음을 알 수 있다. 본 고안의 런너가 도4에 도시한 바와 같은 원뿔대의 형상을 가진다고 가정한다.

이므로

로 치환할 수 있다.

원기둥의 부피와 원뿔대의 부피의 비를 계산하면,

이상으로 살펴본 바와 같이 종래 원기둥 형상의 본 고안에서와 같이 스프루측에서 타단까지 횡단면의 직경이 점점 증가하는 원뿔대의 형상으로 하는 경우 버려지는 수지 소재의 약 23% 가량을 절감할 수 있게 된다.

도5 내지 도8은 종래기술과 본 고안에 따른 유동속도, 사출압, 형체력 및 전단률을 비교한 실험 그래프이다. 상기 도면들에서 좌측의 (a)그래프들은 종래의 원기둥 형상 런너의 경우를 나타낸 것이고, 우측의 (b)그래프들은 본 고안의 원뿔대 형상의 런너의 경우를 나타낸 것이다.

도5에 도시한 바와 같이 종래 원기둥 형상의 런너와 본 고안의 런너를 사용하는 경우 수지 주입 시간(유동 속도)의 차이는 종래와 본 고안이 각각 2.942초와 2.938초로서 그 차이는 불과 0.004초로서 이는 무시할만한 수준으로 평가된다.

도6에 도시한 바와 같이 종래와 본 고안에서 있어서 사출압은 63.73MPa와 65.75MPa 로 측정되었으며, 그 차이는 2MPa로서 무시할만한 수준으로 평가된다.

도7에 도시한 바와 같이 종래와 본 고안에 있어서의 형체력은 각각 102.6 ton과 103.5 ton으로 측정되었으며, 그 차이는 1 ton으로서 무시할만한 수준으로 평가된다.

도8에 도시한 바와 같이 종래와 본 고안에 있어서의 전단률(shear rate)은 각각 23490(1/s)과 22321(1/s)로서 측정되었으며, 양쪽 모두 한계치인 50000(1/s)에 비하여 향호하지만 전단률이 외관 품질에 큰 영향을 주므로 가급적 수치가 낮은 것이 유리하다고 하겠다.

이상으로 살펴본 바와 같이 본 고안의 게이트 런너(110)는 소모되어 폐기되는 재료의 양은 획기적으로 줄이면서 제품 성형에 필요한 사출조건은 종래와 마찬가지 수준을 유지하는 것으로 나타났다.

도3은 본 고안의 다른 실시예에 따른 게이트 런너의 외관도이다. 본 실시예에서는 게이트 런너(210)의 횡단면 형상이 원형이 아닌 사다리꼴이다. 전술한 원형단면의 경우에는 수지의 유동성이 좋아 흐름성이 좋지 않은 수지 또는 형상일 경우에 적용하면 유리하다.

그러나 3매 구성 금형이나 파팅이 복잡한 경우에는 사다리꼴이나 반원형을 사용하는 것이 바람직하다.

도시한 바와 같이 본 고안의 사다리꼴 단면 게이트 런너(210)의 경우에도 전술한 실시예와 마찬가지로 스프루(201)측의 직경(D1)이 작고, 이로부터 멀어질수록 직경(D2)이 커지도록 형성한다. 도시한 게이트 런너(210)의 경우 도3의 (d)에 도시한 바와 같이 런너의 근지점 폭(W1)도 원지점의 폭(W2)보다 작게 형성한다. 즉, 근지점에서 원지점으로 갈수록 그 폭도 점점 커진다. 따라서 게이트 런너(210)의 횡단면 가로폭과 높이가 모두 점점 커지는 형상을 가지게 된다.

아울러 도3의 (c)에서 알 수 있듯이 사다리꼴 횡단면의 윗변이 아랫변보다 길게 형성한다. 또한 도3의 (b)에 나타낸 바와 같이 게이트 런너(210)의 윗면(211)은 평평하게 하고, 저면(212)은 원지점으로 갈수록 하향 경사지게 형성하는 것이 바람직하다.

이 밖에도 도면에는 도시하지 않았으나 본 고안의 이전 실시예들에서처럼 스프루측에서 가까운 지점에서 먼지점으로 갈수록 직경이나 유로 단면적이 크게하는 범위 내에서 게이트 런너의 횡단면 형상을 사각형, 육각형 또는 반원형으로 대체할 수도 있을 것이며, 본 고안에서는 이를 배제하지 않는다.

본 고안은 종래 일관된 직경이나 단면 형상을 가지는 게이트 런너의 형상을 개선하여 소모되거나 폐기되는 수지 재료의 양을 획기적으로 절감하고, 제품 성형성은 그대로 유지한 사출 금형용 게이트 런너에 관한 것이다.

따라서 본 고안과 같은 게이트 런너는 매우 다양한 종류의 수지 사출 금형에 널리 적용할 필요가 있을 것이다.

101:스프루 102: 스프루웰
110: 게이트 런너 120: 게이트

Claims (3)

1. 사출 금형용 게이트 런너에 있어서,
   몸체의 일측 선단부가 스프루에 연결되고, 타측 선단부 또는 몸체의 외면에 적어도 하나 이상의 게이트가 형성되며, 상기 몸체는 상기 스프루측에서 상기 게이트측으로 갈수록 수지 유로의 단면적이 증가하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 근협원광(近狹遠廣)의 유로 단면적을 가지는 게이트 런너.
2. 제1항에 있어서,
   상기 몸체의 길이 방향에 수직한 횡단면 형상은 원형, 사각형, 육각형, 반원형 또는 사다리꼴 중에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 근협원광(近狹遠廣)의 유로 단면적을 가지는 게이트 런너.
3. 제2항에 있어서,
   상기 몸체는 횡단면의 윗변의 길이가 밑변보다 긴 이등변 사다리꼴 형상이고, 상면은 평탄하고, 저면은 스프루측에서 게이트측으로 갈수록 하향 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 근협원광(近狹遠廣)의 유로 단면적을 가지는 게이트 런너.

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