KR20070067304A - 사출성형기용 노즐 - Google Patents

Abstract

본 발명은 사출성형기용 노즐을 개시한다.

본 발명의 사출성형기용 노즐은, 상부는 매니폴드의 하측에 연결되고 하부는 금형에 연결되며 외주면으로는 발열체인 히팅 파이프가 구비되는 관 형상의 사출성형기용 노즐에 있어서, 상기 노즐은 상부와 하부 외주면에 서로 간격을 두고 각각 지름이 확장되는 형태로 구비되는 것으로서 상 열전도부 및 하 열전도부가 일체로 구비되고, 이들 상 열전도부와 하 열전도부 사이의 외주면에는 나사부가 형성되며, 상기 나사부에는 나사 체결되어 선택적으로 상 열전도부 또는 하 열전도부 측으로 이동하는 열평형 조절링을 포함하여 구성된다.

상기와 같이 구성되는 사출성형기용 노즐은 노즐의 상부와 하부에 노즐의 지름이 확장되는 형태로 상 열전도부와 하 열전도부를 각각 일체로 구성하고, 이들 상 열전도부와 하 열전도부 사이에 나사조절방식에 의해 이동을 하는 열평형 조절링을 구성하고, 이 열평형 조절링을 상 열전도부 또는 하 열전도부측으로 이동하는 간단한 조작만으로 노즐의 전체 구간에 대한 열평형을 용이하게 실현시킬 수 있으며, 결과적으로 성형품의 품질을 향상시킬 수 있는 이점을 제공한다.

핫런너, 사출, 매니폴드, 노즐, 게이트

Description

사출성형기용 노즐{nozzle for injection molding machine}

도 1은 종래 기술에 따른 사출성형기를 나타낸 단면도,

도 2는 본 발명이 적용된 사출성형기의 일 실시예를 나타낸 단면도,

도 3은 본 발명에 사출성형기용 노즐을 나타낸 사시도,

도 4는 본 발명에 따른 사출성형기용 노즐을 나타낸 분해 사시도,

도 5 내지 도 7은 본 발명에 따른 사출성형기용 노즐의 사용예를 설명하기 위한 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 런너 20 : 매니폴드

30 : 노즐 31 : 상 열전도부

32 : 하 열전도부 33 : 나사부

34 : 열평형 조절링 40 : 금형

h : 히팅 파이프

본 발명은 사출성형기용 노즐에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 노즐의 전체적인 온도를 균등하게 일하게 유지시킬 수 있도록 하여 성형품의 품질 개선을 가능하게 한 사출성형기용 노즐에 관한 것이다.

일반적으로 수지제품을 성형하는 사출 성형기는, 일측에 구비된 실린더에 합성수지 원료를 투입하고 상기 실린더에서 용융된 상태로 금형에 주입되는바, 상부 금형은 하부 금형에 형성된 다수의 캐비티에 수지를 고르게 주입할 수 있도록 매니폴드가 구비되고 상기 매니폴드의 저면에는 하부 금형의 캐비티에 수지를 주입하기 위한 노즐이 다수가 구비되어 있어 캐비티에 수지를 높은 압력으로 충진하고 캐비티에 충진된 수지가 고화되면 상부 금형과 하부 금형이 서로 분리되면서 성형된 제품이 취출되도록 한 것이다.

상기 노즐에는 수지가 유동성을 유지할 수 있도록 하기 위하여 그 외주면으로 히터가 구비되어지며, 이러한 히터는 금형의 외부에 구비된 온도 컨트롤러의 제어를 받아 노즐을 일정한 온도로 유지시킴으로서 노즐을 통과하는 수지가 고화되는 것을 방지하게 된다.

즉, 사출 성형기에 사용되는 노즐은 수지가 유동성을 가진 상태에서 토출될 수 있도록 하기 위하여 소정의 온도의 열을 발생시키는 히터를 구비하며, 이때의 히터는 대략 노즐의 외주면에 히터선이 코일 형태로 감겨져 구성되며, 이때의 히터선은 금형의 외부에 구비된 컨트롤러의 제어를 받아 노즐을 가열함으로써 노즐이 일정한 온도를 유지하게 하여 수지가 노즐을 통과할 때 노즐 내에서 고화되는 것을 방지하게 되는 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 사출성형기를 나타낸 단면도이다.

이에 나타내 보인 바와 같이 사출성형기는 크게 수지유로(210)를 형성하고 그 상,하면으로 히터(220)가 매립되는 매니폴드(200)와, 상기 매니폴드(200)의 하면에 구비되는 것으로서 런너(100)의 설치구멍(110)에 삽입되며 상기 매니폴드의 수지유로(210)에 연결되는 수지유로(310)를 형성하여 수지를 금형(400)측으로 안내 토출하는 노즐(300)과, 상기 노즐(300)의 외면에는 노즐(300)을 통과하는 수지를 용융상태로 유지하기 위한 히팅 파이프(h)가 구비되는 구성이다.

여기서, 상기 노즐(300)은 그 선단부에 열전도성이 우수한 팁(150)이 연결되는 구성이며, 이때의 상기 팁(150)의 선단은 런너(100)의 토출구측에 위치된다.

또한, 상기 히팅 파이프(h)는 그 내부에 전원공급을 받아 발열을 하는 열선과 절연물로 구성되며, 상기 열선은 컨트롤러의 제어를 받아 노즐(300)을 소정온도로 가열시켜 적정온도를 유지되게 한다.

그러나, 상기와 같은 종래 기술에 따른 사출성형기용 노즐(300)은 상단부가 매니폴드(200)에 접촉되고 하단부는 금형(400)측에 접촉됨에 따라 전체적인 온도가 균일하지 못한 단점이 있다.

즉, 노즐(300)의 상단부는 매니폴드(200)의 하면에 접촉되는 구성에 의해 열적 환경에 영향을 받게 되는데, 일예로 매니폴드(200)의 온도가 노즐(300)의 온도에 비하여 높은 경우에는 노즐(300)의 상단부는 매니폴드(200)로부터 열을 전도받아 상승하게 된다. 이와 반대로 매니폴드(200)의 온도가 노즐(300)의 온도에 비해 낮은 경우에는 노즐(300)의 상단부는 매니폴드(200)로부터 열을 빼앗기게 되므로 온도가 낮아지게 된다.

또한, 노즐(300)의 하단부 역시 금형(400)에 접촉되는 구조이므로 금형(400)측으로 상당한 열을 뺏기게 되어 온도가 낮아지게 된다.

따라서, 상기 노즐(300)은 매니폴드(200)와 금형(400)의 영향으로 인하여 중간부분의 온도를 기준으로 상단부와 하단부의 온도가 높거나 낮은 현상이 발생한다.

이와 같이 노즐(300)의 전체적인 온도가 균일하지 못하고 불균일한 경우에는 수지유로(310)를 통과하는 수지의 용융상태가 불안정해져 성형품질의 저하를 초래하는 문제점을 초래한다.

또한, 종래의 사출성형기용 노즐(300)은 온도 제어 응답이 늦은 단점이 있다.

일예로, 상기 노즐(300)은 서스(SUS:steel use stainless) 계열의 금속재로 성형하고, 그 선단에 위치하는 팁(-350)은 구리 등과 같이 열전도율이 우수한 소재로 제공하고 있는데, 상기 노즐(300)의 외면에 구비되는 히팅 파이프(h)를 이용하여 노즐(300)을 가열하게 되면 열전도율이 낮은 서스(SUS)를 가열시킨 뒤 하단 내측에 위치되는 팁(350)을 가열하는 방식이므로 실질적으로 수지유로(310)를 통과하는 수지의 온도를 제어함에 있어 응답성이 늦은 단점이 있었다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 간소한 조작만으로 노즐의 전체적인 구간에 대한 열평형이 실시될 수 있도록 하여 고품질의 성형물 양산을 가능하게 하는 사출성형기용 노즐을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 히팅 파이프를 이용한 노즐의 온도제어를 신속하고 정밀하게 실시될 수 있도록 하여 기기에 대한 신뢰성을 높일 수 있는 사출성형기용 노즐을 제공하는데 있다.

상기의 목적을 실현하기 위한 본 발명에 따른 사출성형기용 노즐은, 상부는 매니폴드의 하측에 연결되고 하부는 금형에 연결되며 외주면으로는 발열체인 히팅 파이프가 구비되는 관 형상의 사출성형기용 노즐에 있어서,

상기 노즐은 상부와 하부 외주면에 서로 간격을 두고 각각 지름이 확장되는 형태로 마련되는 상 열전도부 및 하 열전도부가 일체로 구비되고, 이들 상 열전도부와 하 열전도부 사이의 외주면에는 나사부가 형성되며, 상기 나사부에 나사 체결되는 것으로 선택적으로 상 열전도부 또는 하 열전도부측으로 이동하는 열평형 조절링을 포함하여 구성되는 것을 그 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 한 특징으로서, 상기 상 열전도부와 하 열전도부 그리고 열평형 조절링은 스테인레스 강 또는 구리로 형성되며, 상기 열평형 조절링은 1~3개로 구성되는 것에 있다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발 명자가 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.

이한, 본 발명에 따른 사출성형기용 노즐의 바람직한 일 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명이 적용된 사출성형기의 일 실시예를 나타낸 단면도이고, 도 3은 본 발명에 사출성형기용 노즐을 나타낸 사시도이며, 도 4는 본 발명에 따른 사출성형기용 노즐을 나타낸 분해 사시도이다. 그리고, 도 5 내지 도 7은 본 발명에 따른 사출성형기용 노즐의 사용예를 설명하기 위한 단면도이다.

이에 나타내 보인 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 노즐(30)이 적용된 사출성형기는 크게 용융된 수지가 이동되는 수지유로(20a)를 형성하면서 그 상,하면으로 히터(20b)가 매립되는 매니폴드(20)와, 상기 매니폴드(20)의 하면에 구비되는 것으로 런너(10)의 설치구멍에 삽입되며 상기 매니폴드(20)의 수지유로(20a)와 연결되는 수지유로(30a)를 형성하여 수지를 금형(40)측으로 안내 토출하는 노즐(30)과, 상기 노즐(30)의 외면에 구비되어 노즐(30)을 통과하는 수지를 용융상태로 유지되게 하는 히팅 파이프(h)를 포함하는 구성이다.

즉, 상기 매니폴드(20)는 대략 판재형상을 갖는 금속재로 가공된 부재로서, 그 내부에는 용융된 상태의 수지가 이동되는 여러 갈래로 분기된 형태를 갖는 수지 유로(20a)가 형성되며, 그 상,하면으로는 수지유로(20a)를 따라 구비되어 수지의 고화를 방지하는 발열체인 히터(20b) 단조 작업을 통해 매립되는 구조이다.

이와 같이 구성되는 매니폴드(20)는 그 하면으로 노즐(30)이 구비된다.

상기 노즐(30)은 전체적으로 관 형상을 가지면서 그 내부 중앙에 수직하는 방향으로 수지유로(30a)가 형성되는 서스(SUS)계열의 금속부재 즉, 스테인레스 강으로 형성되며, 금형측에 접촉되는 선단부는 외주면이 하향 진행되면서 지름이 좁아지는 원추형상의 팁부(미부호)가 형성되며, 이 팁부의 끝단에는 수지가 토출되는 게이트(미부호)가 형성되는 구조이다. 여기서 상기 팁부는 종전과 마찬가지로 별도로 가공되어 결합되거나 또는 일체로 구성될 수 있으며 본 발명에서는 노즐(30)에 일체로 구성된 형태를 제안하고 있다.

이와 같은 노즐(30)의 외면에는 히팅 파이프(h)가 구비되며, 이때의 상기 히팅 파이프(h)는 그 내부에 전원공급을 받아 발열을 하는 열선과 절연물로 구성되며, 상기 열선은 컨트롤러(미도시)의 제어를 받아 노즐(30)을 소정온도로 가열시켜 적정온도를 유지되게 한다.

한편, 상기 노즐(30)은 도시하지는 않았으나 선택적으로 밸브핀에 의해 게이트의 개폐가 단속되게 구성될 수 있으며, 이때의 상기 밸브핀은 유압, 공압, 전동기 등을 동력원으로 하는 구동부에 의해 승강되는 동작을 통해 게이트를 개폐하게 되며, 이러한 밸브핀 및 구동부는 공지된 기술이므로 상세한 설명은 생략한다.

이와 같이 구성되는 노즐(30)은 매니폴드(10)의 하측에 구비되어 매니폴드(10)로부터 수지를 공급받아 금형으로 주입하게 된다.

상기와 같이 구성되는 사출성형기는 종전의 사출성형기의 구성과 대동소이하다. 다만, 본 발명에서의 사출성형기는 노즐을 구성함에 있어 그 외면에 노즐(30)의 전체적인 온도를 균일하게 조절할 수 있도록 하는 열평형 조절수단을 부가 구성하는데 그 특징이 있다.

열평형 조절수단은 매니폴드(20)에 접촉되는 지름이 확장되는 플랜지부(미부호)와 팁부(미부호)를 제외한 나머지 부분에 상 열전도부(31)와 하 열전도부(32) 그리고 이들 상 열전도부(31)와 하 열전도부(32) 사이에 구비되어 상기 상 열전도부와(31)와 하 열전도부(32) 측으로 선택적 이동이 가능한 열평형 조절링(34)으로 구성된다.

상기 상 열전도부(31)는 노즐(30)의 상부에 노즐(30) 지름을 확장시키는 형태로 구비되는 것으로서, 이러한 상 열전도부(31)는 관 형상을 갖는 스테인레스 강 계열의 금속재로 가공될 수 있으며, 상기 노즐(30)에 억지 끼움 구조로 결합되어 용접 등을 통해 접합되거나, 또는 노즐(30) 가공시 일체로 형성되어도 무방하다.

이와 같이 구성되는 상 열전도부(31)는 노즐(30)의 전체길이를 기준으로 대략 20% 내외의 길이를 갖는 것이 바람직하다.

상기 하 열전도부(32)는 노즐(30)의 하부 외주면에 끼움 구조로 구비되는 관 형상을 갖는 부재로서, 상술한 상 열전도부(31)와는 일정한 간격을 두고 구비되며 용접 등에 의해 위치 고정된다. 이러한 하 열전도부(32)는 게이트에 근접하게 구비되므로 스테인레스 강에 비하여 상대적으로 열전도성이 우수한 구리계열의 금속소재로 가공되는 것이 바람직하다.

이와 같이 구성되는 하 열전도부(32)는 노즐(30)의 전체길이를 기준으로 대략 40% 내외의 길이를 갖는 것이 바람직하다.

한편, 상기 노즐(30)은 상 열전도부(31)와 하 열전도부(32)의 사이의 외주면에 후술할 열평형 조절링(34)이 나사 체결될 수 있게 나사부(33)가 가공된다.

상기 열평형 조절링(34)은 열전도성이 우수한 구리계열의 금속소재로 가공되는 링 형상을 갖는 부재로서, 상기 노즐(30)의 나사부(33)에 나사 체결되어 선택적으로 상 열전도부(31) 또는 하 열전도부(32) 쪽으로 이동하는 것에 의해 열전달을 통해 노즐(30)에 발생하는 국부적인 온도편차를 보상하게 된다.

이와 같이 구성되는 열평형 조절링(34)은 노즐(30)의 전체길이를 기준으로 대략 20% 내외의 길이를 갖는 것이 바람직하다.

한편, 상기 열평형 조절링(34)은 1개 내지 3개로 분할 구성될 수 있으며 이는 노즐(30)의 크기에 따라 적절하게 적용될 수 있을 것이다. 또한, 상기 열평형 조절링(34)은 작업자가 용이하게 회전시킬 수 있도록 하기 위하여 외주면을 다각형으로 가공하여 스패너 등과 같은 공구로 조작될 수 있게 하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 사출성형기용 노즐의 작용을 설명하면 다음과 같다.

일예로, 상기 매니폴드(20)의 온도가 노즐(30)의 온도에 비하여 높은 경우에는 매니폴드(20)와 접하는 노즐(30)의 상부측 온도가 부분적으로 상승하게 된다. 즉, 노즐(30)의 상부는 매니폴드(20)의 영향을 받아 높은 온도를 갖게 되고 상대적으로 노즐(30)의 중간부분과 하부는 낮은 온도를 유지하게 된다.

이와 같은 상태에서 도 5에서 보는 바와 같이 열평형 조절링(34)을 상 열전도부(31)측으로 이동시키면, 상기 열평형 조절링(34)이 상 열전도부(31)에 접촉되는 것에 의해 열을 전도 받아 결과적으로 노즐(30)의 상부측 온도를 낮추게 된다.

다른 예로, 상기 노즐(30)의 중간부분 즉, 나사부(33)측의 온도가 높거나 또는 노즐(30)의 전체적인 온도가 균일한 경우에는 열평형 조절링(34)이 도 6에서와 같이 나사부(33)의 중간 위치에 위치될 수 있을 것이다.

또 다른 예로, 상기 노즐(30)의 하부측 즉, 게이트가 위치한 하 열전도부(32)측의 온도가 상대적으로 높은 경우에는 열평형 조절링(34)을 도 7에서와 같이 하 열전도부(32)측으로 이동시켜 접촉되게 한다. 그러면, 상기 열평형 조절링(34)이 하 열전도부(32)측으로부터 열을 전도받아 결과적으로 하 열전도부(32)측에 작용하는 국부적인 열 상승을 억제하게 된다.

따라서, 상기와 같이 열평형 조절링(34)의 위치를 상 열전도부(31) 또는 하 열전도부(32) 측으로 선택적으로 이동하는 것에 의해 노즐(30)에 작용하는 국부적인 온도 상승을 억제할 수 있으므로 결과적으로 성형품의 품질 개선이 가능하게 된 다.

특히, 상기 노즐(30) 팁부는 금형(40)에 인접하게 배치되는 것에 의해 열 손실이 빠르게 진행되는 현상이 있으나, 열전도성이 우수한 소재로 가공되는 하 열전단부(32)가 노즐(30)의 하단부 일부를 감싸는 형태로 구비됨에 따라 히팅 파이프(h)의 열을 신속하게 전달하여 열 손실을 보상할 수 있게 된다.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 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.

상기와 같이 구성되고 작용되는 사출성형기용 노즐은 노즐의 상부와 하부에 노즐의 지름이 확장되는 형태로 상 열전도부와 하 열전도부를 각각 일체로 구성하고, 이들 상 열전도부와 하 열전도부 사이에 나사 조절방식에 의해 이동을 하는 열평형 조절링을 구성하고, 이 열평형 조절링을 상 열전도부 또는 하 열전도부측으로 이동하는 간단한 조작만으로 노즐의 전체 구간에 대한 열평형을 용이하게 실현시킬 수 있으며, 결과적으로 성형품의 품질을 향상시킬 수 있는 이점을 제공한다.

또한, 상 열전도부와 하 열전도부 그리고 열평형 조절링의 외주면으로 히팅 파이프가 구비되므로 종전에 비해 수지채널측으로 전달되는 열전달 응답성을 개선시킬 수 있게 되어 노즐에 대한 신속한 온도제어가 가능한 유용한 효과를 제공한다.

Claims (2)

1. 상부는 매니폴드의 하측에 연결되고 하부는 금형에 연결되며 외주면으로는 발열체인 히팅 파이프가 구비되는 관 형상의 사출성형기용 노즐에 있어서,

   상기 노즐은 상부와 하부 외주면에 서로 간격을 두고 각각 지름이 확장되는 형태로 마련되는 상 열전도부 및 하 열전도부가 일체로 구비되고, 이들 상 열전도부와 하 열전도부 사이의 외주면에는 나사부가 형성되며, 상기 나사부에는 선택적으로 상 열전도부 또는 하 열전도부측으로 이동하는 열평형 조절링이 나사 체결로 구성되는 것을 특징으로 하는 사출성형기용 노즐.
2. 제 1항에 있어서, 상기 상 열전도부와 하 열전도부 그리고 열평형 조절링은 스테인레스 강 또는 구리로 형성되며, 상기 열평형 조절링은 1~3개로 구성되는 것을 특징으로 하는 사출성형기용 노즐.

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