KR20090071470A

KR20090071470A - 사출 성형 디바이스용 핫 러너 노즐

Info

Publication number: KR20090071470A
Application number: KR1020080134360A
Authority: KR
Inventors: 한스 쉬렉
Original assignee: 하이테크-하이쓰칸알테크니크 게엠베하
Priority date: 2007-12-27
Filing date: 2008-12-26
Publication date: 2009-07-01
Also published as: DE102007063300A1; EP2075108A1; CN101468509B; KR101196361B1; DE102007063300B4; US20090169672A1; US7909598B2; EP2075108B1; CN101468509A

Abstract

본 발명은 가소화된 플라스틱에 대한 1 이상의 노즐 도관(15)- 이는 노즐 팁(18)에서 끝나고, 가열기(19)에 의해 온도가 제어될 수 있음 -을 포함한 핫 러너 노즐(10)에 관한 것으로, 상기 핫 러너 노즐은 사출 성형 툴(13) 또는 그와 유사한 것에 부착될 수 있고, 상기 가열기 및 상기 노즐 도관은 핫 러너 노즐의 공통 하우징(11) 내에 서로 나란히 측면으로 제공된다. 하우징은 1 이상의 재료 후퇴부를 포함하고, 이는 노즐 도관에 인접하고 가열기에 인접한 하우징을 서로 떨어져 이격되는 하우징 구역들로 나눈다.

Description

사출 성형 디바이스용 핫 러너 노즐{HOT RUNNER NOZZLE FOR AN INJECTION MOLDING DEVICE}

본 발명은 가소화(plasticize)된 플라스틱에 대한 1 이상의 노즐 도관을 포함한 사출 성형 디바이스(injection molding device)용 핫 러너 노즐(hot runner nozzle)에 관한 것이며, 이는 노즐 팁(nozzle tip)에서 끝나고, 가열기에 의해 온도가 제어될 수 있으며, 상기 핫 러너 노즐은 사출 성형 툴 또는 그 밖에 유사한 것에 부착될 수 있고, 가열기 및 노즐 도관은 핫 러너 노즐의 공통 하우징에 서로 나란히 측면으로 제공된다.

서로 나란한 노즐 도관 및 가열기의 구성으로 인해, 가열기가 노즐 도관과 동심이 되도록 배치되는 종래의 노즐들과 반대로 앞서 언급된 형태의 핫 러너 노즐은 특히 한정된 실시예에 의해 특성화되며, 이는 주형 공동부(mold cavity)들을 포함한 사출 성형 툴들에 대한 이 핫 러너 노즐의 사용을 가능하게 하고, 이는 특히 한정된 방식으로 서로 나란히 위치되도록 배치된다. 하지만, 주어진 장착 또는 부착 측정들에 따라, 동심이 아니라 측면에 있는 노즐 도관에 대한 가열기의 배치로 인한 핫 러너 노즐의 열 팽창 작용에 응답하여 어느 정도 다른 핫 러너 노즐의 측 면 변위(lateral displacement)가 발생할 수 있다.

따라서, 본 발명은 앞서 언급된 형태의 핫 러너 노즐을 제안하는 목적에 기초하며, 이는 노즐 도관의 비대칭 가열로 인한 핫 러너 노즐의 효율적인 기능의 바람직하지 않은 영향들을 초래하지 않고 유리한 한정된 실시예를 가능하게 한다.

이 목적은 가소화된 플라스틱에 대한 1 이상의 노즐 도관- 이는 노즐 팁에서 끝나고, 가열기에 의해 온도가 제어될 수 있음 -을 포함하는 핫 러너 노즐에 의해 해결된다.

본 발명에 따른 핫 러너 노즐에서, 하우징이 1 이상의 재료 후퇴부(material recess)를 포함하며, 이는 노즐 도관에 인접하고 가열기에 인접한 하우징을 서로 떨어져 이격되는 하우징 구역들로 나눈다.

본 발명에 따르면, 노즐 도관과 가열기 사이에 후퇴부가 제공되고, 이는 하우징의 재료로 인해 가열기로부터 노즐 도관으로의 열 전이(heat transition)에 영향을 주며, 즉 이러한 방식으로 후퇴부에 의해 후퇴부의 구역에서의 열 전이 저항이 증가된다. 이를 통해, 후퇴부에 인접하여 배치되는 노즐 도관의 부분이 비교적 더 적게 열로 입사되어, 노즐 도관은 후퇴부의 구역의 위아래의 노즐 도관의 종방향(longitudinal direction)으로 비교적 더 높게 가열되게 된다. 이를 통해, 온도 프로파일들이 노즐 도관의 종방향으로 조정될 수 있다. 상기 온도 프로파일들은 온도 최대치를 회피함으로써 핫 러너 노즐의 과도한 변형을 상쇄시킬 수 있다. 또한, 이러한 온도 프로파일들은 각각 노즐 도관 내의 가소화된 플라스틱의 점성에 국부적으로 영향을 주고 이를 적합하게 하도록 사용될 수도 있다. 이를 통해, 방해물(blockage) 및 바람직하지 않은 압력 형성이 예를 들어 노즐 도관의 구역 또는 플라스틱 도관의 인접 구역들 내의 문제의 단면 전이들에서 열 싱크(heat sink)들을 방지함으로써 각각 상쇄될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 재료 후퇴부는 1 이상의 종슬 롯(longitudinal slot)으로서 구현되며, 이는 하우징의 종방향으로 진행하고, 이는 하우징의 가열 구역- 이는 사출 성형 툴과의 연결을 위한 하우징 베이스와 노즐 팁을 수용하는 하우징 헤드 사이에 가열기를 수용함 -을 노즐 도관이 구현되는 노즐 도관 구역으로부터 분리시킨다. 이러한 일 실시예에 의해, 통상적으로 노즐 도관의 중심 구역에 "온도 벨리(temperature belly)"를 형성함으로써 하우징 베이스로부터 노즐 도관의 중심부로, 또한 노즐 팁으로부터 노즐 도관의 중심부로 심하게 증가하는 온도 프로파일이 매우 일정한 온도 프로파일로 변화될 수 있다.

또한, 재료 후퇴부가 1 이상의 횡슬롯(transverse slot)으로서 구현되는 경우에 유리한 것으로 증명되며, 이는 하우징의 종방향에 대해 직각으로 진행하고, 이는 하우징의 가열 구역- 이는 사출 성형 툴에 연결되는 하우징 베이스와 노즐 팁을 수용하는 하우징 헤드 사이에 가열기를 수용함 -을 서로 축방향으로 분리되는 2 이상의 부분 가열 구역들로 나눈다. 이러한 일 실시예는 노즐 도관의 중심 구역에 있는 "온도 벨리"에 영향을 줄 수 있게 할 뿐만 아니라, 축방향으로의 하우징의 가열 구역의 가능한 열 팽창이 2 개의 부분 가열 구역들로의 축방향 분리에 의해 상당히 감소될 수 있게 한다. 이를 통해, 노즐 도관의 종방향에 직각으로 방위되는 하우징의 온도 변형이 명확하게 상쇄될 수 있다.

또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 종슬롯 및 횡슬롯이 T-형 슬롯을 형성하기 위해 결합하도록 구현되는 경우, 노즐 도관 위의 정의된 온도 프로파일뿐만 아니라 정의된 측면 변형도 조정될 수 있으며, 즉 종슬롯 및 횡슬롯의 비례한 슬롯 길이들뿐만 아니라 슬롯 폭들의 대응하는 선택에 의해 노즐 도관에 직각으로 정렬 된다.

슬롯 실시예에 의해 결정될 수 있는 온도 프로파일에 대한 영향 및 변형 작용에 대한 영향에 관한 구별의 또 다른 가능성은, 복수의 슬롯들이 서로 떨어져 축방향으로 이격되도록 하우징의 종방향으로 일렬로 배치되는 경우에 가능하게 된다.

하우징의 단면의 실시예에 따라, 슬롯들은 동일하게 이격되도록 배치될 수 있으며, 그것들은 정의된 열 전이 프로파일을 생성하기 위해 서로 상이한 축거리(axial distance)들을 가질 수 있다.

온도 프로파일뿐만 아니라 하우징의 변형 작용에 영향을 주는 또 다른 가능성은 막대(rod)-형 가열기로서 가열기의 실시예에 존재하며, 이는 수용 보어(accommodation bore) 내에 있고 노즐 도관에 평행이 되도록 배치된다. 상기 가열기는 가열기 세그먼트(heater segment)들을 포함하며, 이는 슬롯들의 축거리에 따라 구현된다. 따라서, 각각의 경우에 그것들이 부분적인 하우징 구역들- 이는 슬롯들에 의해 서로 분리됨 - 내에 완전히 수용되는 이러한 방식으로 개별적인 가열기 세그먼트들을 구현할 수 있다.

하우징 베이스- 이는 베이스 부분으로서 구현되고, 노즐 도관 및 가열기를 수용하는 피스톤 부분에 비해 더 큰 재료 단면을 가짐 -를 포함하여 T-형 방식으로 하우징이 구현되는 경우, 슬롯들로서 구현되는 것이 바람직한 본 발명에 따른 재료 후퇴부들은 베이스 부분과 피스톤 부분 사이의 전이 구역에서의 열 싱크의 형성을 명확하게 상쇄할 수 있도록 특히 유리한 방식으로 사용될 수 있다. 따라서, 노즐 도관에서 수송되는 가소화된 플라스틱의 점성에 대한 열 싱크의 영향들- 구성에 의 해 야기됨 - 및 피스톤 부분의 측면 변형이 각각 명확하게 영향을 받고 감쇠될 수 있다.

도 1은 하우징(11)을 포함한 핫 러너 노즐(10)을 나타내고, 이는 사출 성형 툴(13)에 고정되는 베이스 부분(12) 및 피스톤 부분(14)을 포함하며, 이는 노즐 도관(15) 및 가열 도관(16)을 포함하고, 이는 서로 나란히 평행하게 배치되며 하우징(11)의 종방향으로 연장된다.

노즐 도관(15)은 캐스트 피드(cast feed)- 본 명세서에 상세히 예시되지 않음 -가 연결될 수 있는 베이스 부분(12)의 접촉면(17)으로부터 노즐 팁(18)- 피스톤 부분(14)의 자유단(free end)에 배치됨 -까지 연장된다.

가열 도관(16)은 스루-도관(through-duct)으로서 구현되며, 도 1에 예시된 바와 같이 막대-형 가열기(19)를 수용하는 역할을 하고, 이는 공급 라인(55)- 베이스 부분(12)으로 측면 삽입됨 -을 통해 전압이 가해지는 전기 저항 가열기로서 구현되는 것이 바람직하다.

도 1로부터 더 알 수 있는 바와 같이, 하우징(11)에는 노즐 도관(15)과 가열 도관(16) 사이의 구역에 후퇴부- 본 명세서에서 종슬롯(20)으로서 구현됨 -가 제공된다. 상기 후퇴부는 가열 도관(16)의 인접한 벽 구역(21)과 노즐 도관(15)의 인접한 벽 구역(22) 사이에 단열부를 구현한다. 그 단열 효과로 인해, 종슬롯(20)은 노즐 도관 축선(24)을 가로지른 온도 시퀀스의 질적 예시에 의해 도 2에 예시된 바와 같이 노즐 도관(15)의 중심부(23)의 상대 냉각을 야기한다.

도 2는 핫 러너 노즐에서 나타나는 점선 및 쇄선에 의한 온도 프로파일(25)을 나타내며, 이는 도 1에 예시되지만 종슬롯(20) 없이 구현되는 핫 러너 노즐(10)에 대응한다. 도 2의 온도 프로파일(26)과 비교하여 분명히 알 수 있는 바와 같이, 종슬롯(20)에 의해 구현된 단열 경로는 노즐 도관(15)의 중심부(23)에 구현되는 "온도 벨리"(27)의 감소를 초래한다.

도 1과 도 2의 예시를 통해 종슬롯(20)의 길이가 노즐 도관 축선(27) 위로 도 2에 예시된 온도 프로파일(26)의 실시예와 직접 관련된다는 것을 분명히 알 수 있다.

도 3으로부터 특히 알 수 있는 바와 같이, 종슬롯(20)은 하우징(11)의 두께(d)에 대응하는 깊이(t)를 포괄하는 방식으로 구현되며, 이에 따라 전체 단면을 관통한다. 온도 프로파일(26)의 영향이 요구되는 정도에 따라- 이는 노즐 도관 축선(24)을 통해 나타남 -, 도 3에 예시된 바와 같이 연속적이도록 종슬롯(20)을 구현하지 않고 재료 브릿지(material bridge: 28)들- 본 명세서에서 점선 및 쇄선에 의해 예시됨 -을 제공할 수도 있으며, 이는 불연속 위치들에서 종슬롯(20)의 단열 효과의 특정 감소를 가능하게 한다.

도 4는 핫 러너 노즐(30)의 하우징(29)을 나타내며, 이는 노즐 도관(31)과 가열 도관(32) 사이에 종슬롯(33)을 포함한다. 상기 종슬롯(33)은 완전한 T-형 슬롯(34)을 형성하기 위해 횡슬롯(35)으로 전이된다. 슬롯 폭(a)을 갖는 횡슬롯(35)은 팽창 갭(expansion gap)을 정의하고, 이는 가열 도관(32)을 2 개의 가열 도관 부분들(36 및 37)로 나누며, 이는 서로 열적으로 분리된다.

가열기에 의한 가열 도관 노즐(30)- 이는 가열 도관(32) 내로 삽입됨 -의 가열에 반응하여, 가열 도관 부분들(36 및 37)의 도관 벽들(38 및 39)- 이는 횡슬롯(35)의 구역에서 거의 부싱(bushing) 형상을 갖도록 구현됨 -이 가열된다. 그 결과, 가열 도관 부분들(36 및 37)의 자유 전연들(free front edge: 40 및 41)이 서로 접근하는 한편, 가열 도관 부분들(36 및 37)의 온도-관련 축 팽창으로 인해 슬롯 폭(a)이 감소된다. 전연들(40 및 41)의 자유 축 팽창 가능성으로 인해, 벤딩 축선에 대한 열 의존성 벤딩 모멘트(thermally contingent bending moment)- 이 경우 도면 평면에 수직으로 진행하고, 이는 노즐 도관(31)의 측변위 및 노즐 도관 축선(24)의 측변위를 각각 초래하며, 이는 도 4에 점선 및 쇄선으로 예시됨 -의 구현이 대부분 회피될 수 있다. 그렇지 않은 경우, 노즐 도관의 이러한 측변위는 사출 성형 툴(13) 내에 구현되는 주형 공동부(43)(도 1)의 주형 축선(42)에 대한 노즐 도관 축선(24)의 바람직한 동축 변위에 영향을 줄 수 있으며, 이는 사출 성형물에 대해 알려진 악영향들을 갖는다.

또 다른 실시예에서, 도 5는 피스톤 부분(46)에 가열 도관(47)을 포함하는 하우징(45)을 포함한 핫 러너 노즐(44)을 나타낸다. 노즐 도관(48)에 인접하여, 상기 가열 도관(47)은 2 개의 T-슬롯(51)을 포함하며, 이는 각각 종슬롯(49) 및 횡슬롯(50)으로부터 조립된다. 상기 T-슬롯들(51)은 가열 도관(47)을 총 3 개의 가열 도관 부분들(52, 53 및 54)로 나눈다.

도면에 의해 핫 러너 노즐의 바람직한 실시예가 더 상세하게 서술될 것이다:

도 1은 노즐 도관과 가열기 사이에 배치된 후퇴부를 포함한 핫 러너 노즐의 종단면도;

도 2는 노즐 도관 축선을 가로질러 온도 시퀀스를 예시하는 다이어그램;

도 3은 도 1에 예시된 핫 러너 노즐의 평면도;

도 4는 T-형 슬롯으로서 구현되는 후퇴부를 포함한 또 다른 실시예에서의 핫 러너 노즐을 나타내는 도면; 및

도 5는 복수의 T-형 후퇴부들을 포함한 또 다른 실시예에서의 핫 러너 노즐을 나타내는 도면이다.

참조 부호 목록

10 핫 러너 노즐

11 하우징

12 베이스 부분

13 사출 성형 툴

14 피스톤 부분

15 노즐 도관

16 가열 도관

17 접촉면

18 노즐 팁

19 가열기

20 종슬롯

21 벽 구역

22 벽 구역

23 중심부

24 노즐 도관 축선

25 온도 프로파일

26 온도 프로파일

27 온도 벨리

28 재료 브릿지

29 하우징

30 핫 러너 노즐

31 노즐 도관

32 가열 도관

33 종슬롯

34 T-슬롯

35 횡슬롯

36 가열 도관 부분

37 가열 도관 부분

38 도관 벽

39 도관 벽

40 전연

41 전연

42 주형 축선

43 주형 공동부

44 핫 러너 노즐

45 하우징

46 피스톤 부분

47 가열 도관

48 노즐 도관

49 종슬롯

50 횡슬롯

51 T-슬롯

52 가열 도관 부분

53 가열 도관 부분

54 가열 도관 부분

55 공급 라인

Claims

가소화(plasticize)된 플라스틱에 대한 1 이상의 노즐 도관(15, 31, 48)- 이는 노즐 팁(nozzle tip: 18)에서 끝나고, 가열기(19)에 의해 온도가 제어될 수 있음 -을 포함한 핫 러너 노즐(hot runner nozzle: 10, 30, 44)에 있어서,

상기 핫 러너 노즐은 사출 성형 툴(injection molding tool: 13) 또는 그와 유사한 것에 부착될 수 있고, 상기 가열기 및 상기 노즐 도관은 상기 핫 러너 노즐의 공통 하우징(11) 내에 서로 나란히 측면으로 제공되며,

상기 하우징은 1 이상의 재료 후퇴부(material recess)를 포함하고, 이는 상기 노즐 도관에 인접하고 상기 가열기에 인접한 하우징을 서로 떨어져 이격되는 하우징 구역들로 나누는 핫 러너 노즐.
제 1 항에 있어서,

상기 재료 후퇴부는 1 이상의 종슬롯(longitudinal slot: 20, 33, 49)으로서 구현되고, 이는 상기 하우징의 종방향으로 진행하며, 이는 상기 하우징의 가열 구역- 이는 상기 사출 성형 툴(13)에 연결되는 하우징 베이스(12)와 상기 노즐 팁(18)을 수용하는 하우징 헤드 사이에 상기 가열기(19)를 수용함 -을 상기 노즐 도관(15, 31, 48)이 구현되는 노즐 도관 구역으로부터 분리시키는 핫 러너 노즐.
제 1 항에 있어서,

상기 재료 후퇴부는 1 이상의 횡슬롯(transverse slot: 35, 50)으로서 구현되고, 이는 상기 하우징의 종방향에 직각으로 진행하며, 이는 상기 하우징의 가열 구역- 이는 상기 사출 성형 툴(13)에 연결되는 하우징 베이스(12)와 상기 노즐 팁(18)을 수용하는 하우징 헤드 사이에 상기 가열기(19)를 수용함 -을 서로 축방향으로 분리되는 2 이상의 부분 가열 구역들(36, 37; 52, 53, 54)로 나누는 핫 러너 노즐.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 종슬롯(33, 49) 및 상기 횡슬롯(35, 50)은 T-형 슬롯(34, 51)을 형성하기 위해 결합되도록 구현되는 핫 러너 노즐.
제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,

복수의 슬롯들(33, 49; 34, 51)은 서로 떨어져 축방향으로 이격되기 위해 상기 하우징의 종방향으로 일렬로 배치되는 핫 러너 노즐.
제 5 항에 있어서,

상기 슬롯들(33, 49; 34, 51)은 동일하게 이격되도록 배치되는 핫 러너 노즐.
제 5 항에 있어서,

상기 슬롯들(33, 49; 34, 51)은 정의된 열 전이 프로파일(defined heat transition profile)을 발생시키기 위해 서로 상이한 축거리(axial distance)들을 갖는 핫 러너 노즐.
제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 가열기는 막대(rod)-형 가열기로서 구현되고, 이는 가열 도관에 배치되며, 이는 상기 노즐 도관에 평행하고, 상기 가열기는 가열기 세그먼트(heater segment)들을 포함하며, 이는 상기 슬롯들의 축거리들에 따라 구현되는 핫 러너 노즐.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 하우징은 베이스 부분(12)- 상기 노즐 도관(15, 31, 48) 및 상기 가열기(19)를 수용하는 피스톤 부분(14)에 비해 더 큰 재료 단면을 가짐 -으로서 구현되는 하우징 베이스를 포함하여 T-형 방식으로 구현되는 핫 러너 노즐.