KR20070053507A

KR20070053507A - 금형장치

Info

Publication number: KR20070053507A
Application number: KR1020050111362A
Authority: KR
Inventors: 조진현; 이종원
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2005-11-21
Filing date: 2005-11-21
Publication date: 2007-05-25
Also published as: KR101239958B1

Abstract

본 발명은, 금형장치에 관한 것으로서, 적어도 하나 이상의 카트리지 채널을 갖는 금형과; 상기 카트리지 채널에 삽입되는 히트 카트리지를 포함하며, 상기 히터 카트리지는 본체케이싱과, 상기 본체케이싱 내에 소정 영역으로 구획 형성된 복수의 전열섹터와, 상기 전열섹터 중 적어도 어느 하나에 상기 금형의 소정 영역을 가열하도록 마련된 전열 히터부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하여, 비교적 균일하게 가열하여 열효율 및 제품의 품질을 향상시킬 수 있는 금형장치가 제공된다.

Description

금형장치{Mold Apparatus}

도 1은 본 발명에 따른 금형장치의 단면도,

도 2는 제1실시예에 따른 히터 카트리지의 단면도,

도 3은 제1실시예에 따른 히터 카트리지의 사시도,

도 4은 제1실시예에 따라 금형에 장착된 히터 카트리지의 전열과정을 나타낸 단면도,

도 5은 제1실시예에 따른 금형장치의 제어블록도,

도 6는 제2실시예에 따른 히터 카트리지 단면도,

도 7는 제3실시예에 따른 히터 카트리지 단면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 금형장치 11 : 상부금형

13 : 하부금형 15 : 캐비티

17 : 유동러너 19 : 카트리지 채널

21 : 주입유닛

50 : 히터 카트리지 51 : 전열섹터

53 : 전열 히터부 55 : 전열선

57 : 냉매관부 59 : 방열핀

61 : 파이프 63 : 전원공급부

65 : 본체케이싱

70 : 제어부 71 : 온도센서

73 : 설정입력부 75 : 전원공급부

77 : 냉매펌프

본 발명은, 금형장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 금형을 비교적 균일하게 가열할 수 있으며, 하나의 히터 카트리지에 의해 가열과 냉각이 순차적으로 이루어질 수 있는 금형장치에 관한 것이다.

일반적으로 금형장치는 소정의 형상을 갖는 금형에 성형소재를 주입시켜 소정의 형상을 갖는 성형물을 취출한다. 이러한 금형장치의 성형과정은 여러 가지 공정으로 이루어지며, 성형소재의 주입 전에 금형의 캐비티와 같은 소정 영역을 예열하는 과정과, 성형소재가 주입된 후 성형물을 냉각시키는 과정을 갖는다. 예열하는 과정에서는 가열증기, 가압열수 등이 열원으로 사용되고 있다.

이러한 금형장치는 일반적으로 승강 가능하게 마련된 상부 금형과, 상부 금형과 결합되는 하부 금형과, 상부 금형 및 하부 금형이 결합되어 이루어진 공간으로 소정의 제품이 성형되는 캐비티를 갖는다. 금형장치는 수지와 같은 성형소재를 주입시키도록 마련된 주입구를 갖는 주입유닛과, 성형소재가 주입구에서 캐비티로 안내되도록 형성된 유동러너를 갖는다. 금형장치는 상부 및 하부금형 내부에 관통 형성된 카트리지 채널에 삽입되어 캐비티를 가열하는 전열부를 갖는다. 이에, 성형소재는 주입되어 유동러너 및 캐비티에서 유동되어 성형되는 과정에서 소정의 온도로 유지되어 유동성을 유지할 수 있다. 금형장치는 성형소재의 주입이 완료된 후 캐비티 내부에 형성된 성형물을 냉각시키기 위해 전열부와 별도로 금형 내부에 마련된 냉각유로와, 냉각유체를 순환시킬 수 있는 냉매펌프 등을 갖는다.

이러한 구성에 의해 성형소재가 캐비티에 주입되기 전에 카트리지 채널에 마련된 전열부는 가열증기 등을 이용하여 캐비티 또는 유동러너를 소정의 온도로 예열시킨다. 금형의 캐비티 등이 소정의 온도로 예열된 상태에서 주입유닛에서 성형소재가 주입되어 유동러너를 따라 캐비티로 유입된다. 캐비티의 예열에 의해 성형소재와 캐비티를 형성하는 소재의 온도 차이가 줄어들어 성형소재의 유동이 원활하며 성형소재의 급격한 냉각이 이루어지지 않아 품질불량을 줄일 수 있다. 그리고, 성형소재의 주입이 완료된 후 냉매펌프가 작동되어 냉각유로를 통해 냉각수를 순환시켜 성형물의 온도를 낮출 수 있다. 성형물의 온도가 낮추어진 후 상부 및 하부금형은 분리되어 캐비티의 성형물이 취출된다.

그런데, 종래기술에는 전열부가 캐비티 또는 유동러너 사이의 거리에 관계없이 전열되므로 전열부로부터 먼 캐비티의 외주면의 온도와 전열부로부터 가까운 캐비티의 외주면의 온도가 불균일하다는 문제점이 있다. 또한, 종래기술에는 히터 카트리지에 의해 가열되는 카트리지채널과 냉각유로가 별도로 형성되어 있어 구조가 복잡하고, 예열 및 냉각과정에서 상호 간섭에 의해 예열 및 냉각이 원활하지 못하 며, 비교적 공간을 많이 차지하는 문제점이 있다. 종래기술에는 석유 등의 원료를 사용하여 발생된 가열증기 또는 가압열수를 이용하므로 에너지 손실이 많아 열효율이 낮으며, 가열 시간이 비교적 많이 소요되어 공정시간이 길어질 우려가 있다.

따라서, 본 발명의 목적은, 비교적 균일하게 가열하여 열효율 및 제품의 품질을 향상시킬 수 있는 히터 카트리지를 갖는 금형장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 가열과 냉각이 하나의 히터 카트리지에 의해 순차적으로 이루어질 수 있는 금형장치를 제공하는 것이다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 금형장치에 있어서, 적어도 하나 이상의 카트리지 채널을 갖는 금형과; 상기 카트리지 채널에 삽입되는 히트 카트리지를 포함하며, 상기 히터 카트리지는 본체케이싱과, 상기 본체케이싱 내에 소정의 영역으로 구획 형성된 복수의 전열섹터와, 상기 전열섹터 중 적어도 어느 하나에 상기 금형의 소정 영역을 가열하도록 마련된 전열 히터부를 포함하는 것을 특징으로 하는 금형장치에 의해 달성된다.

여기서, 상기 전열 히터부는 상기 금형의 소정 영역으로부터 상기 전열섹터까지 거리가 증가될수록 발열량을 증가시키도록 형성된 것을 특징으로 하여 금형의 소정 영역의 온도가 균일하게 유지될 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 상기 본체케이싱 내의 중앙영역에 냉매의 흐름을 안내하도록 관통 형성된 냉매관부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금형장 치에 의해 달성된다.

또한, 상기 전열 히터부는 상기 냉매관부를 둘러싸는 상기 전열섹터들 중 적어도 어느 하나에 형성된 것을 특징으로 하여 가열 및 냉각이 하나의 히터 카트리지에 의해 순차적으로 이루어 질 수 있다.

또한, 상기 냉매관부는 내주면상에 다수의 방열핀이 형성된 것을 특징으로 하여 금형의 냉각이 신속하게 될 수 있다.

또한, 상기 본체케이싱은 통 형상으로 마련된 것이 바람직하다.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예인 금형장치에 대하여 설명한다.

여러 실시예에 있어서 동일한 구성요소에 대하여는 동일한 참조번호를 부여하였으며, 동일한 구성요소에 대하여는 제1실시예에서 대표적으로 설명하고 다른 실시예에서는 생략될 수 있다.

본 발명의 제1실시예에 따른 금형장치(10)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 적어도 하나 이상의 카트리지 채널(19)을 갖는 금형(11,13)과; 카트리지 채널(19)에 삽입되는 히트 카트리지(50)를 갖는다. 금형장치(10)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 승강 가능하게 마련된 상부금형(11)과, 상부금형(11)과 결합되는 하부금형(13)과, 상부금형(11) 및 하부금형(13)이 결합되어 이루어진 공간으로 소정의 제품이 성형되는 캐비티(15)를 갖는다. 금형장치(10)는 수지와 같은 성형소재를 주입시키도록 마련된 주입구(미도시)를 갖는 주입유닛(21)과, 성형소재가 주입구에서 캐비티(15)로 안내되도록 형성된 유동러너(17)를 갖는다. 그리고, 금형장치(10)는 금형 내부 에 관통 형성되어 히터 카트리지(50)가 삽입되는 카트리지 채널(19)을 갖는다. 이에, 금형장치(10)는 히터 카트리지(50)에 의해 소정의 온도로 예열될 수 있으며, 냉매의 순환에 의해 냉각될 수 있다.

카트리지 채널(19)은, 냉매의 유동을 안내하는 냉매관부(57)와, 냉매관부(57)를 둘러싸는 전열 히터부(53)를 갖는 히터 카트리지(50)를 삽입시킬 수 있도록 상부금형(11)과 하부금형(13)에 각각 적어도 하나 이상 관통 형성되어 있다. 카트리지 채널(19)은 상부금형(11) 및 하부금형(13) 중 어느 하나에도 마련될 수 있다. 카트리지 채널(19)의 이격거리, 크기, 수량 등은 히터 카트리지(50)의 발열량 등에 따라 변경될 수 있다. 카트리지 채널(19)에 예열 및 냉각을 순차적으로 할 수 있는 하나의 히터 카트리지(50)가 삽입되어 별도의 냉매유로를 상부 및 하부금형(11,13)에 마련할 필요가 없다. 이에, 설치 공간 및 비용이 절감될 수 있다.

전열섹터(51a,51b)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 원통 형상의 원주방향에 소정 각도로 구획 형성되어 전열선(55a,55b)을 갖는 전열 히터부(53a,53b)를 수용한다. 전열섹터(51a,51b)는 격벽(미도시)으로 구획될 수 있다. 이에, 히터 카트리지(50)는 각 전열섹터(51a,51b)마다 발열량이 다른 전열 히터부(53a,53b)를 마련할 수 있다.

전열 히터부(53a,53b)는, 전열섹터(51a,51b)에 수용되어 냉매관부(57)을 둘러싸며 다수의 전열선(55a,55b)을 내장하고 있고, 전열선(55a,55b) 주위로 절연재(미도시)를 충전한다. 전열 히터부(53a,53b)는 내장된 전열선(55a,55b)에 의해 공급되는 전기 에너지를 열에너지로 변환시켜 캐비티(15)를 소정의 온도로 예열시킬 수 있다. 전열 히터부(53a,53b)의 발열여부는 금형(11,13) 내부에 마련된 온도센서(71) 또는 입력설정부(73)의 결과에 기초하여 제어부(70)에서 제어한다.

전열선(55a,55b)은, 전기에너지를 열에너지로 변환시킬 수 있도록 마련된 발열저항체이며, 니크롬선과 같은 재질로 되어 있으며 다른 공지의 재질로 변경될 수 있다. 전열선(55a,55b)은 코일 형상 또는 직선으로 마련되며, 개수, 굵기 또는 길이를 변경하여 전열 히터부(53a,53b)마다 발열량을 다르게 형성시킨다. 캐비티(15)의 외주면으로부터 가까운 전열 히터부(53a)의 전열선(55a)보다 캐비티(15)의 외주면으로부터 먼 전열 히터부(53b)의 전열선(55b)이 발생시키는 발열량이 더 크다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 전열되어 가열되는 캐비티(15)로부터 더 이격된 전열 히터부(53b)의 발열량을 크게 하여 이격 거리가 다른 전열 히터부(53a,53b)에서 캐비티(15)의 외주면까지 전달되는 열량을 균일하게 유지할 수 있다. 따라서, 캐비티(15)의 외주면 및 캐비티(15)에 수용되는 성형소재는 전체 표면에 걸쳐 균일한 온도를 유지할 수 있다. 이에, 성형소재의 불균일한 온도에 의해 발생되는 변형, 수축 등의 불량을 예방하여 성형된 제품의 품질을 향상시킬 수 있다. 그리고, 상부 및 하부금형(11,13)과 대향되는 쪽에 마련된 전열 히터부(53)는 캐비티(15)의 온도가 낮아지지 않도록 최소한의 전열선(55)을 갖도록 형성되어 있다. 이에, 캐비티(15)에서 상부 및 하부금형(11,13)의 외부로 전달되는 열을 최소화시켜 캐비티(15)의 온도를 보다 균일하게 유지시킬 수 있다. 또한, 전열선(55)이 전열 히터부(53)에 마련되어 가열증기 등을 열원으로 사용하는 경우보다 전기에너지를 직접 이용하여 전열하므로 열효율을 향상시킬 수 있으며, 가열에 따른 소요시간도 단축시킬 수 있다.

냉매관부(57)는, 냉매의 유동을 안내하며, 방열면적을 넓혀 냉각효과를 더욱 향상시킬 수 있도록 내주면상에 돌기 형상으로 돌출된 다수의 방열핀(59)을 갖는다. 냉매관부(57)는 파이프 형상으로 마련되어 전열 히터부(53)에 싸여 있으며, 도 3에 도시된 바와 같이 냉매를 출입시키는 파이프(61)와, 냉매펌프(77)와, 냉매에 냉기를 공급하는 증발기(미도시)에 결합되어 있다. 이러한 냉매관부(57)의 단면적은 전열 히터부(53)의 발열량, 캐비티의 형상 등에 따라 다양하게 변경될 수 있다.

방열핀(59)은, 냉매관부(57)의 내주면에 돌기 형상으로 돌출 형성되어 방열면적을 넓게 하여 성형물의 냉각을 촉진시킨다. 방열핀(59)은 열전달 효율이 좋은 알루미늄이나 스테인레스 등의 재질로 되어 있으며 필요에 따라 변경할 수 있다.

이에, 전열 히터부(53)와 냉매관부(57)가 하나의 히터 카트리지(50)에 일체로 형성되어 있어 전열 히터부(53) 및 냉매관부(57)가 별도로 형성되어 있는 경우에 비해 소요되는 공간이 적다. 또한, 전열 히터부(53) 및 냉매관부(57) 상호간의 영향을 배제하여 열전달을 균일하게 할 수 있다. 즉, 냉매관부(57)가 별도로 구비되어 있는 경우에는 전열 히터부(53)에서 발생된 열이 캐비티(15)로 전달되는 과정에서 냉매관부(57)의 영향을 받아 불균일해질 우려가 있다. 이러한 현상은 냉각하는 과정에서도 동일하게 적용될 수 있다.

파이프(61a,61b)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 냉매관부(57)와, 냉매관부(57)에 냉매를 순환시키는 냉매펌프(77)를 연결하여 냉매의 흐름을 안내한다.

전원공급부(63)는, 전열선(55)에 전원을 공급하도록 각각의 전열 히터부(53) 의 외부에 마련되어 있다.

본체케이싱(65)은, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 히터 카트리지(50)의 외주면을 형성하며 원통 형상의 스테인레스강과 같은 재질로 마련되어 있고, 필요에 따라 평판 형상 또는 다른 재질로 변경될 수 있다.

냉매펌프(77)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 금형(11,13)의 외부에 마련되어 파이프(61a,61b)를 통해 냉매관부(57)로 냉매를 순환시킨다. 냉매펌프(77)의 작동은 온도센서(71)나 설정입력부(73)의 데이터에 기초하여 제어부(70)에서 제어된다.

그리고, 미설명된 참조번호는 캐비티(15)에 인접하게 설치된 온도센서(71)와, 사용자에 의해 소정의 시간 및 데이터 등을 입력할 수 있는 설정입력부(73)와, 온도센서(71) 및 설정입력부(73)의 데이터 등에 기초하여 냉매펌프(77) 등을 제어하는 제어부(70)이다.

이와 같은 구성에 의해, 본 발명의 제1실시예에 따른 히터 카트리지(50)의 예열 및 냉각과정을 도 1, 도 4 및 도 5를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

용융된 수지와 같은 성형소재가 주입되기 전에 카트리지 채널(19)에 삽입된 히터 카트리지(50)의 전열 히터부(53)의 전원공급부(63)에 전원이 공급되면, 전열선(55)에서 전기에너지는 열에너지로 변환된다. 이러한 열에너지는 도 4에 도시된 바와 같이, 캐비티(15)의 외주면으로부터 거리에 따라 발열량의 차이를 갖는 전열 히터부(53a,53b)에 의해 캐비티(15)로 전달되어 캐비티(15) 전면을 균일한 온도로 가열하여 예열시킬 수 있다. 이 때, 캐비티(15)에 인접하게 설치된 온도센서(71) 또는 설정입력부(73)의 데이터에 기초하여 캐비티(15)의 온도를 일정하게 유지하도 록 제어부(70)가 전원공급부(63)를 제어할 수 있다. 캐비티(15)가 소정의 온도에 도달 또는 유지된 후 제어부(70)은 주입구와 유동러너(17)를 거쳐 캐비티(15)로 성형소재를 주입시키도록 주입유닛(21)을 제어한다. 성형소재는 히터 카트리지(50)의 예열에 의해 유동러너(17) 또는 캐비티(15)에서 냉각되지 않고 용융상태를 유지할 수 있다. 즉, 성형소재가 캐비티(15)에 완전히 충전된 후, 성형소재는 전체적으로 균일한 온도를 유지하면서 서서히 냉각되어야 양질의 제품을 유지할 수 있다. 예를 들면, 냉각과정에서 성형소재의 온도가 부분적으로 불균일하면 최종제품에 비틀림 현상이 발생될 수 있다. 이러한 과정에서 제어부(70)는 성형소재가 전체적으로 균일한 온도를 유지할 수 있도록 전원공급부(63)를 제어할 수 있다. 제어부(70)는 온도센서(71) 또는 설정입력부(73)의 데이터에 기초하여 냉매관부(57)에 냉매가 순환되도록 냉매펌프(77)의 작동을 제어한다. 저온의 냉매가 순환되면서 캐비티(15)의 성형물을 냉각시킨다. 냉매관부(57)의 내주면상에 다수 형성된 방열핀(59)에 의해 냉각효과가 더욱 향상된다. 제어부(70)는 성형물의 품질에 영향을 미치지 않는 냉각속도를 갖도록 냉매펌프(77)의 작동 및 작동중지를 제어할 수 있다. 캐비티(15)의 성형물이 경화된 후, 하부금형(13)으로부터 상부금형(11)이 분리되어 캐비티(15)에 형성된 성형물을 취출한다.

본 발명의 제2실시예에 따른 금형장치(10)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 적어도 하나 이상의 카트리지 채널(19)을 갖는 금형(11,13)과; 카트리지 채널(19)에 삽입되는 히트 카트리지(50)를 포함하며, 히트 카트리지(50)는 본체케이싱(65)과; 본체케이싱(65) 내에 구획 형성된 복수의 전열섹터(51a,51b)와; 중앙영역에 냉매의 흐름을 안내하도록 관통 형성된 냉매관부(57)와; 냉매관부(57)를 둘러싸는 전열섹터(51a,51b)들에 마련되어 금형(11,13)의 소정 영역을 가열하는 적어도 하나의 전열 히터부(53a,53b)와, 전열 히터부(53a,53b)가 형성되지 않는 적어도 하나의 전열섹터(51a,51b)를 갖는다. 제2실시예는 제1실시예와 달리 전열 히터부(53)가 형성되지 않은 전열섹터(51)를 가질 수 있다. 즉, 캐비티(15)의 형상, 크기 등에 따라 전열섹터(51) 중 적어도 하나 이상에 전열 히터부(53)를 형성시키지 않을 수 있다. 이러한 차이 이외에는 제1실시예와 동일하므로 제2실시예에 대한 상세한 설명은 생략한다. 이에, 불필요한 열에너지의 손실을 예방할 수 있다.

본 발명의 제3실시예에 따른 금형장치(10)는, 도 7에 도시된 바와 같이, 적어도 하나 이상의 카트리지 채널(19)을 갖는 금형(11,13)과; 카트리지 채널(19)에 삽입되는 히트 카트리지(50)를 포함하며, 히트 카트리지(50)는 본체케이싱(65)과; 본체케이싱(65) 내에 구획 형성된 복수의 전열섹터(51a,51b)와; 전열섹터(51a,51b)들에 마련되어 금형(11,13)의 소정 영역을 가열하는 적어도 하나의 전열 히터부(53a,53b)를 갖는다. 제3실시예는 전술한 제1 및 제2실시예와 달리 원통 형상의 중앙 영역에 냉매관부(57)를 갖지 않는다. 이러한 차이 이외에는 제1실시예와 동일하므로 제3실시예에 대한 상세한 설명을 생략한다. 이에, 극히 소형의 성형품으로 마련되어 냉각을 필요로 하지 않는 금형의 캐비티(15) 등을 비교적 균일하게 가열할 수 있다.

이에, 본 발명에 따른 금형장치는, 가열 대상이 되는 캐비티 또는 유동러너의 거리에 따라 전열 히터부의 발열량의 차이를 두어 전열에 의해 가열되는 캐비티 등이 균일한 온도를 유지하여 열효율 및 품질을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 냉매관부가 전열 히터부와 일체로 형성되어 있어 예열 또는 냉각을 순차적으로 행할 수 있는 간편한 구조를 가지며, 예열과정에서 냉각장치의 영향을 최소화하고 냉각과정에서 예열장치의 영향을 최소화할 수 있다. 이에, 예열 및 냉각 효율이 향상되며, 비교적 신속한 예열 및 냉각을 수행할 수 있고, 소요되는 공간도 적다. 또한, 전기에너지를 사용하여 에너지 손실이 대체로 적어 열효율이 향상되며, 가열에 걸리는 시간도 짧아 공정시간이 단축될 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 비교적 균일하게 가열하여 열효율 및 제품의 품질을 향상시킬 수 있는 금형장치가 제공될 수 있다.

또한, 가열과 냉각이 하나의 히터 카트리지에 의해 순차적으로 이루어져 간편하며 신속하게 예열 및 냉각이 이루어질 수 있고, 소요 공간 및 시간이 최소화될 수 있는 금형장치가 제공될 수 있다.

Claims

금형장치에 있어서,

적어도 하나 이상의 카트리지 채널을 갖는 금형과;

상기 카트리지 채널에 삽입되는 히트 카트리지를 포함하며,

상기 히터 카트리지는 본체케이싱과, 상기 본체케이싱 내에 소정의 영역으로 구획 형성된 복수의 전열섹터와, 상기 전열섹터 중 적어도 어느 하나에 상기 금형의 소정 영역을 가열하도록 마련된 전열 히터부를 포함하는 것을 특징으로 하는 금형장치.
제1항에 있어서,

상기 전열 히터부는 상기 금형의 소정 영역으로부터 상기 전열섹터까지 거리가 증가될수록 발열량을 증가시키도록 형성된 것을 특징으로 하는 금형장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 본체케이싱 내의 중앙영역에 냉매의 흐름을 안내하도록 관통 형성된 냉매관부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금형장치.
제3항에 있어서,

상기 전열 히터부는 상기 냉매관부를 둘러싸는 상기 전열섹터들 중 적어도 어느 하나에 형성된 것을 특징으로 하는 금형장치.
제3항에 있어서,

상기 냉매관부는 내주면상에 다수의 방열핀이 형성된 것을 특징으로 하는 금형장치.
제1항에 있어서,

상기 본체케이싱은 통 형상으로 마련된 것을 특징으로 하는 금형장치.