KR20100000352U - 이색 방지를 위한 사출 성형기 - Google Patents

Abstract

본 고안은 이색 방지를 위한 사출 성형기에 관한 것으로, 고온의 수지를 주입하는 노즐 게이트와 캐비티간의 열전달을 차단하여 수지의 유동성을 확보함과 아울러 캐비티에 주입된 제품의 이색 현상을 방지함을 목적으로 한다.

본 고안에 의한 이색 방지를 위한 사출 성형기는, 용융된 수지를 공급하는 스프루와; 캐비티를 형성하는 금형(1)과; 상기 금형의 일측에 형성되며 상기 스프루로부터 수지를 공급받아 내부의 유로를 통해 공급하는 런너와; 상기 금형에 캐비티와 연통되도록 장착되며 상기 런너로부터 공급되는 수지를 상기 금형의 캐비티에 주입하는 노즐 게이트(10)와; 상기 노즐 게이트의 선단부에 결합되는 캡(20)과; 상기 캡에 냉각 매체를 순환시켜 상기 노즐 게이트를 냉각하는 냉각수단(30)을 포함하며, 상기 캡은 내부에 공간이 형성된 2중 구조이면서 상기 냉각수단으로부터 냉각 매체를 공급받는 유입공과 상기 공간을 순환한 후 상기 냉각수단에 토출하는 토출공이 구비된 구조이다.

사출, 수지, 캐비티, 냉각

Description

이색 방지를 위한 사출 성형기{INJECTION MOLDER FOR PREVENTING CHANGE OF A COLOR}

본 고안은 사출 성형기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고온의 수지와 외부 및 캐비티에 주입되어 냉각되는 수지간에 열전달이 이루어지지 않도록 하여 온도차에 의한 제품의 이색 현상을 방지하고 수지의 유동성을 확보할 수 있는 이색 방지를 위한 사출 성형기에 관한 것이다.

일반적으로, 사출성형(Injection Molding)이라 함은 실린더 속에서 가열하여 용융시킨 성형재료를 고압으로 닫혀진 금형의 캐비티(Cavity)에 사출하고, 냉각고화(열가소성 수지) 또는 경화(열경화성 수지)시킴으로써 캐비티에 형성되어 있는 형상에 상당하는 사출 성형품을 만드는 방법으로서, 사출 성형에 적용되는 금형은 통상 고정측 형판과 가동측 형판으로 된 2매 금형이나, 3매 금형으로 형성되어 고정측 형판, 런너스트립퍼플레이트, 가동측 형판으로 된 3매 금형으로 이루어진다.

이러한 금형에는 노즐로부터 성형재료를 받아 금형에 주입하는 스프루, 이 스프루와 연통되어 성형재료가 이동하는 런너, 성형품의 형상이 각인되어 실질적으로 사출품의 성형공간을 이루는 캐비티, 캐비티와 런너의 사이에 위치되어 성형재료의 주입 길목 역할을 하는 목형의 게이트가 구비되어 가소화 및 용융된 수지가 금형의 스프루와 런너와 게이트를 통하여 캐비티로 사출된 후, 냉각고화 또는 경화되어서 원하는 사출 성형품이 제작되는 것이다.

즉, 상기 사출금형장치의 성형과정은 예컨대, 고정금형과 가동금형을 상호 결합시켜 내부에 공간부를 형성하는 단계와; 상기 공간부로 용융된 수지를 주입하는 사출단계와; 상기 공간부로 용융수지의 충진이 완료되면 실린더 선단부 노즐 측으로 용융수지를 전진 이송시키는 이송스크류의 작동을 멈춰 일정압력이 유지되도록 하는 보압단계와; 상기 공간부 내의 용융수지를 냉각시키는 냉각단계와; 상기 용융수지가 냉각 고화되어 성형된 사출물을 취출시키는 단계로 이루어져 있다.

한편, 수지물은 통상적으로 고온에서 저온으로 냉각시 약 10~15% 정도의 체적수축을 하게 되는 것으로, 상기 보압단계는 냉각단계에서 체적수축된 만큼의 용융수지를 일정한 압력유지로 보충하기 위한 단계이다.

종래에 사용되어온 노즐은 금속으로된 노즐 본체의 외부에 히터를 설치하여 노즐 본체를 가열하면서 써모카플을 이용하여 온도를 측정 제어함으로써 수지가 고화되지 않고 연속적으로 용융된 상태를 유지하면서 사출이 되도록 하였다.

그러나 상기 종래의 방법은 노즐의 끝부분인 게이트는 항상 열려 있으므로 성형이 완료되어 제품을 취출하였을때 게이트로부터 수지가 계속 흘러나와 사출품 이 울퉁불퉁하게 되거나 게이트와 접하고 있는 부분에 수지가 길게 늘어지는 등 콜드스러그(COLD SLUG)를 형성하게 되는 단점이 있으며, 이로 인하여 다음 사이클 성형에 지장을 주게 되는 문제점이 있었다.

한편 최근에는 이를 개선하기 위하여 밸브 게이트 노즐(VALVE GATE NOZZLE)이나, 셧 오프(SHUT-OFF)노즐 등이 발명되었다.

즉 밸브 게이트 노즐은 밸브 핀(VALVE PIN)과 실린더(CYLINDER)를 이용하여 기계적으로 게이트를 열고 닫는 방법이다.

좀 더 상세하게 설명하면 밸브 핀은 기본 구조가 용융된 수지에 의하여 감싸여져 있으며, 수지가 고속으로 밸브 핀 주변을 통과하면서 열 에너지를 발생하여 밸브 핀을 가열함으로 쉽게 과열되는 큰 문제점이 있었으나, 종래에는 이를 적절하게 냉각시킬 수 있는 방법이 없었다.

즉 고온으로 과열된 밸브 핀은 고화된 성형제품에 접촉되어 있으므로 먼저 금형의 내부로 주입된 수지와 고온의 게이트와 접하고 있는 부분의 수지 부분이 온도 차이가 심하게 발생하게 되고, 이로 인하여 성형제품의 냉각속도가 다름으로써 성형 제품의 게이트 부위에 코 흘림 현상이나 울퉁불퉁하게 성형됨으로서, 외관이 미려하지 못하게 되어 제품의 질을 저하시키게 되는 요인이 되었으며, 심할 경우 제품을 불량 처리하여 폐기하여야 하는 큰 단점이 있었다.

한편 셧 오프 노즐(SHUT OFF NOZZLE)은 노즐의 끝단부인 게이트에 순간 가열이 가능한 전기장치를 하여 게이트 주위를 순간 가열하여 수지가 유동되도록 하고, 냉각은 가열장치의 전원을 차단함으로써 시간의 흐름에 따라 게이트가 고화될수 있 도록 하는 발명이었으나, 냉각 속도의 조절이 자연 열 전원에 의존하는 자연냉각방식이였으므로 냉각 시간이 길어 생산성을 저하시키게 되는 큰 문제점을 가지고 있었다.

다시 말하면, 노즐 게이트의 주위에는 항상 고온의 수지가 존재하기 때문에 고온의 열이 게이트를 통해 캐비티에 전도되며, 이에 따라 보압 후 냉각시 노즐 게이트 주변의 캐비티 부분의 온도가 다른 부분의 온도보다 높기 때문에 온도차에 따른 이색 현상이 일어나고 있다. 이를 해결하기 위하여 게이트 주변의 금형에 냉각 라인을 구성하는 경우가 있으나, 노즐 게이트측에서 발열된 열을 발열지인 노즐 게이트측에서 냉각하지 않고 금형측에서 냉각하기 때문에 냉각효율이 저하되는 문제점이 있다.

한편, 온도차에 따른 이색 현상을 방지하기 위하여 게이트에 냉각라인을 구성하는 기술이 있다.

종래 노즐 게이트에 냉각라인을 구성하는 기술은 대개 게이트의 선단 팁에 냉각유로를 형성하고, 냉각 매체를 냉각유로에 공급하는 방식으로, 금형에서 냉각하는 기술보다 냉각효율이 높은 이점은 있지만, 노즐 게이트의 팁에 홈을 가공하고, 냉각 매체의 순환을 위한 배관을 상기 홈에 설치하여야 하는 등 제조가 난해하며 그에 따른 제조원가가 비싸지는 문제점이 있다.

또한, 노즐 게이트는 고온의 수지를 주입하는 기능을 볼 때 수지를 주입할 때에는 수지의 유동성 확보를 위하여 일정 온도 이상을 유지하여야 하며, 이를 위하여 노즐 게이트의 단열도 매우 중요하다. 그러나, 종래 기술은 이색 현상을 막기 위한 냉각만을 고려하였기 때문에 단열 성능이 저하되어 수지의 유동성을 확보하지 못하며 결국 수지의 정상적인 충진이 이루어지지 못하는 문제점도 있다.

전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 고안은, 캡의 내부에 냉각 매체를 공급하여 노즐게이트 주변의 온도를 냉각함으로써 노즐게이트 주변의 온도와 캐비티의 온도차에 따른 제품의 이색 현상을 막을 수 있는 이색 방지를 위한 사출 성형기를 제공하려는데 그 목적이 있다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 고안에 의한 이색 방지를 위한 사출 성형기는, 용융된 수지를 공급하는 스프루와; 캐비티를 형성하는 금형과; 상기 금형의 일측에 형성되며 상기 스프루로부터 수지를 공급받아 내부의 유로를 통해 공급하는 런너와; 상기 금형에 캐비티와 연통되도록 장착되며 상기 런너로부터 공급되는 수지를 상기 금형의 캐비티에 주입하는 노즐 게이트와; 상기 노즐 게이트의 선단부에 결합되는 캡과; 상기 캡에 냉각 매체를 순환시켜 상기 노즐 게이트를 냉각하는 냉각수단을 포함하며, 상기 캡은 내부에 공간이 형성된 2중 구조로 이루어지고, 상기 냉각수단에서 발생된 냉각 매체가 상기 캡의 공간을 순환하는 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 고안에 의한 이색 방지를 위한 사출 성형기에 의하면, 캡을 2중 구조로 구성하여 캡의 내부에 냉각 매체를 순환시킴으로써 냉각 공정시 캐비티에 주입된 수지가 냉각 온도를 유지하여 제품을 형성한 모든 수지의 온도가 균일하므로 온도차에 따른 제품의 이색 현상을 막을 수 있다.

그리고, 냉각 공정시 수지의 고온의 열이 캐비티에 전도되는 것을 막는 것뿐만 아니라 수지의 충진 및 보압시에는 캡의 공간이 단열공간을 수행하여 수지의 유동성을 확보할 수 있는 등의 효과가 있다.

도 1 내지 도 3에서 보이는 것처럼, 본 고안에 의한 이색 방지를 위한 사출 성형기는, 용융된 수지를 공급하는 스프루와; 캐비티를 형성하는 금형(1)과; 금형(1)의 일측에 형성되며 상기 스프루로부터 수지를 공급받아 내부의 유로를 통해 공급하는 런너와; 금형(1)에 캐비티와 연통되도록 장착되며 상기 런너로부터 공급되는 수지를 금형(1)의 캐비티에 주입하는 노즐 게이트(10)와; 노즐 게이트(10)의 선단부에 결합되는 캡(20)과; 캡(20)에 냉각 매체(냉각공기, 냉각수 등을 포함)를 순환시켜 금형(1)을 냉각하는 냉각수단(30)으로 구성된다.

상기 스프루, 런너는 기존 사출 성형기에 적용되는 것과 동일하며 본 고안의 기술 내용과 직접적인 관계가 없으므로 구체적인 설명과 도면은 생략한다.

노즐 게이트(10)는 미도시된 밸브 핀이 승강하면서 내부의 유로를 개폐하며, 상기 밸브 핀에 의한 개폐에 의해 수지를 캐비티에 주입한다. 상기 캐비티는 상하부 금형(1,2)(도 3참고)에 의해 형성된다.

캡(20)은 노즐 게이트(10)의 선단부(도면 기준 하단부이며, 캐비티에 근접되는 곳을 말함)에 배치되어 노즐 게이트(10) 내부의 수지와 캐비티에 주입된 수지간의 열교환을 차단함과 아울러 사출 공정 중 보압 후 냉각 공정시 냉각 매체를 통해 캐비티의 노즐 게이트(10) 주변 온도를 다른 곳과 유사하게 유지할 수 있도록 적용된다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 캡(20)은 단열을 위하여 내부에 공간(21)이 형성된 2중 구조이다. 즉, 캡(20)은 노즐 게이트(10)와 접하는 내벽(22), 상부의 금형(1)에 접하는 외벽(23)에 의해 내부에 외부와 밀폐된 공간(21)을 갖는다.

캡(20)은 노즐 게이트(10)의 모든 부분을 덮을 수 있는 형태이며, 내부의 공간에 유입된 냉각 매체가 캡(20)의 모든 부분을 냉각 즉 노즐 게이트(10)의 모든 부분을 냉각할 수 있도록 유로(24)(도 4에 도시됨)가 형성된다. 유로(24)는 냉각 매체가 와류 형태로 흘러 캡(20)을 순환할 수 있도록 와류 형태로 형성된다.

캡(20)은 냉각수단(30)의 공급관(33)과 복귀관(35)이 각각 연결되는 유입공과 토출공이 구비된다.

냉각수단(30)은 탱크(31), 탱크(31) 내부의 공기를 펌핑하는 펌프(32), 펌프(32)로부터 캡(20)의 유로(24)에 공기를 공급하는 공급관(33), 공급관(33)의 개도를 개폐하는 밸브(34), 캡(20)의 유로(24)를 순환한 공기를 탱크(31)로 유도하는 복귀관(35)으로 구성될 수 있다. 탱크(31)에는 공기를 냉각하는 냉각기가 구성될 수 있다.

이와 같이 구성된 본 고안에 의한 이색 방지를 위한 사출 성형기의 작용은 다음과 같다.

본 고안에 의한 사출 성형기는 충진 - 보압 - 냉각 공정을 통해 제품을 사출 성형하며, 이러한 전체적인 공정은 종래와 동일하므로 구체적인 설명은 생략하고 본 고안에 의해 신규한 작용만을 설명한다.

수지의 충진시 수지는 노즐 게이트(10)를 통해 상하부 금형(1,2) 사이의 캐비티에 주입된다. 이때, 수지가 고온이기 때문에 고온의 열이 노즐 게이트(10) - 캡(20) - 금형(1)으로 전도되는데, 캡(20)의 공간(21)은 단열공간의 기능을 수행하기 때문에 캡(20)을 통해 금형(1)에 전도되는 열이 높지 않으며, 외부의 열이 수지에 전도되지 않는다. 즉, 수지의 열이 금형(1)에 전도되긴 하지만 캐비티에 주입된 수지의 성상을 변화시킬 정도의 온도가 아니기 때문에 캐비티에 주입된 수지는 정상적인 냉각 공정을 거칠 수 있고, 또한, 외부의 차가운 열이 수지에 전도되지 않으므로 수지의 유동성을 확보할 수 있다.

한편, 본 고안은 캡(20)에 냉각 매체를 순환시켜 강제적으로 금형(1)을 냉각할 수도 있으며, 구체적으로 설명하면, 펌프(32)의 펌핑에 의해 탱크(31) 내의 공기가 공급관(33)를 통해 캡(20)의 공간(21)에 공급된다. 공간(21)에 공급된 냉각 매체는 압력에 의해 공간(21)을 순환한 후 복귀관(35)으로 토출되며, 이 과정에서 냉각 매체가 수지로부터 전도되는 열을 빼기 때문에 금형(1)은 온도가 상승하지 않 는다. 복귀관(35)을 통해 탱크(31)에 복귀된 공기는 냉각기에 의해 냉각되어 연속 순환한다.

그리고, 와류형 유로(24)가 적용된 경우에는 유로(24)에 유입된 냉각 매체가 유로(24)를 따라 소용돌이 형태로 캡(20)의 모든 부분을 순환한 후 토출된다.

한편, 냉각 매체의 효율성을 위하여 노즐 게이트(10), 금형(1), 캐비티의 온도를 실시간으로 검출하고, 이들의 온도차에 따라 밸브(34)를 작동하여 냉각 매체의 공급량을 조절할 수도 있고, 냉각기의 운전을 조절하여 냉각 매체의 온도를 조절할 수도 있다.

도 5는 본 고안에 의한 이색 방지를 위한 사출 성형기에 적용된 캡의 다른 예시도로서, 캡(20)은 내부 캡(20-1)과 외부 캡(20-2)으로 이루어진다. 내부 캡(20-1)은 외부 캡(20-2)의 내부에 면접촉 상태로 결합되는 크기이며 유로(24)가 형성된다.

유로(24)는 내부 캡(20-1)의 모든 부분을 균일하게 냉각할 수 있도록 나선형으로 형성될 수 있고, 내부 캡(20-1)의 내부에 형성되거나 도면에서처럼 내부 캡(20-1)의 외주면에 반원형으로 형성되어 외부 캡(20-2)에 의해 막히는 구조로 형성될 수도 있다. 물론, 내부 캡(20-1)과 외부 캡(20-2) 사이를 통해 냉각 매체가 누출되지 않도록 내부 캡(20-1)과 외부 캡(20-2)의 사이는 기밀하게 처리될 것이다.

즉 내부 캡(20-1)은 냉각 캡이고 외부 캡(20-2)은 단열 캡의 기능을 수행하는 것이다.

도 1은 본 고안에 의한 이색 방지를 위한 사출 성형기의 요부 발췌도.

도 2는 본 고안에 의한 이색 방지를 위한 사출 성형기에 적용된 캡의 사시도.

도 3은 본 고안에 의한 이색 방지를 위한 사출 성형기에 적용된 캡의 요부 발췌도.

도 4는 본 고안에 의한 이색 방지를 위한 사출 성형기에 적용된 캡의 다른 예시도.

도 5는 본 고안에 의한 이색 방지를 위한 사출 성형기에 적용된 캡의 또 다른 예시도.

<도면의 주요 부분에 사용된 부호의 설명>

1,2 : 금형, 10 : 노즐 게이트

20 : 캡, 21 : 공간

22 : 내벽, 23 : 외벽

24 : 유로, 30 : 냉각수단

Claims (4)

1. 용융된 수지를 공급하는 스프루와;

   캐비티를 형성하는 금형(1)과;

   상기 금형의 일측에 형성되며 상기 스프루로부터 수지를 공급받아 내부의 유로를 통해 공급하는 런너와;

   상기 금형에 캐비티와 연통되도록 장착되며 상기 런너로부터 공급되는 수지를 상기 금형의 캐비티에 주입하는 노즐 게이트(10)와;

   상기 노즐 게이트의 선단부에 결합되는 캡(20)과;

   상기 캡에 냉각 매체를 순환시켜 상기 노즐 게이트를 냉각하는 냉각수단(30)을 포함하며,

   상기 캡은 상기 냉각수단에서 공급되는 냉각 매체가 순환하는 유로가 구비된 2중 구조인 것을 특징으로 하는 이색 방지를 위한 사출 성형기.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 캡은 내부에 유로가 형성된 중공 구조이면서 상기 유로는 상기 냉각수단으로부터 냉각 매체를 공급받는 유입공과 상기 공간을 순환한 후 상기 냉각수단에 토출하는 토출공이 구비된 구조인 것을 특징으로 하는 이색 방지를 위한 사출 성형기.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 캡은 상기 노즐 게이트의 선단부에 결합되는 내부 캡, 상기 내부 캡의 외부에 면접촉 상태로 결합되는 외부 캡의 2중 구조로 이루어지며, 상기 내부 캡에는 상기 냉각수단과 연결된 유로가 형성된 구조인 것을 특징으로 하는 이색 방지를 위한 사출 성형기.
4. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서, 상기 유로는 나선형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 이색 방지를 위한 사출 성형기.

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