KR20110009795U - 사출금형의 온도제어용 카트리지 히터 - Google Patents

Abstract

본 고안의 금형을 가열 또는 냉각하기 위한 카트리지 히터에 관한 것이고, 금형블록91,2)에 구비된 복수개의 히터 삽입구멍(6)마다 삽입설치되어 전열선(13)의 발열에 의한 열을 전열튜브 몸체(11)의 원호부(11B)를 통하여 금형 블록으로 전열함으로써 금형을 가열하고, 상기 전열튜브 몸체(11)의 일부를 함몰시켜 형성한 함몰부(11B)와 히터 삽입구멍(6)의 내벽 사이에 냉각매체 통로(14)를 형성하여, 이 냉각매체 통로(14)를 통하여 냉각매체를 통과시켜 금형을 냉각시킴으로써 금형의 온도를 균일하게 제어하여 우수한 품질의 사출품을 얻는 동시에 사출성형 사이클을 단축하여 생산성을 향상시킨다.

Description

사출금형의 온도제어용 카트리지 히터{Cartridge Heater for controlling temperature of an injection mold}

본 고안은 사출금형의 금형블록에 삽입설치되어 사출금형의 캐비티 주위 온도를 사출성형의 조건에 맞도록 신속하게 상승시켜 금형의 온도를 제어하는 카트리지형 전열 히터에 관한 것이다.

사출성형에 있어서, 정밀한 치수의 제품을 얻고 성형제품의 표면불량을 방지를 위하여 금형의 온도를 적정한 범위로 균일하게 제어하는 것이 매우 중요하다. 예컨대, 금형온도가 불균일하면 사출 성형제품 표면에 '웰드라인'(weld line) 또는 '플로우마크'(flow mark) 등과 같은 표면 불량이 발생하고, 금형온도가 필요 이상으로 높으면 사출 성형 사이클이 길어져 생산율이 저하되는 단점이 있다.

따라서 우수한 품질과 정밀한 치수의 사출성형품을 생산하고 성형 사이클을 단축하여 제품의 생산성을 높이기 위하여는 사출성형금형의 온도를 균일하게 제어하는 것이 요구된다.

이와 같이 사출금형의 온도를 제어하기 위하여 현재 카트리지 타입의 전열히터(이하, 간단히 "카트리지 히터"라고 한다)가 널리 사용되고 있다. 이러한 카트리지 히터는 통상 금형 블록의 캐비티 주위에 원형의 히터 설치구멍을 다수개 뚫고, 이 각각의 히터 설치구멍 안으로 원기둥형 카트리지 히터를 삽입하고나서, 이 카트리지 히터에 전원을 공급하여 발생하는 열로써 금형의 온도를 상승시키도록 되어 있다.

그런데 이와 같은 종래의 카트리지 히터는 승온이 필요한 캐비티 부근의 영역 뿐만아니라 승온이 불필요한 부분에 까지도 가열하게 됨으로써 에너지 소모가 불필요하게 큰 단점이 있다.

뿐만아니라 사출성형후 성형제품을 취출할 때에는 상승한 금형온도를 일정한 온도까지 낮추어야 하는 데, 종래에는 카트리지 히터에 전원을 차단하여 금형을 자연 냉각시키거나 금형에 별도의 냉각수 통로를 구비하여 이 냉각수 통로를 통하여 냉각수를 주입하여 금형의 온도를 낮추고 있었다. 상기 자연 냉각의 경우, 금형 냉각에 소요되는 시간이 상대적으로 길어져 성형 사이클이 길어지고 이에 따라 생산성이 낮아지는 단점이 있었다. 또한 냉각수에 의한 강제 냉각의 경우 냉각시간을 줄여서 성형 사이클을 줄일 수 있지만 금형 블록에 별도의 냉각수 통로를 형성하는 등 제조 비용이 상승하여 금형의 제조 원가가 상승하는 단점이 있었다.

이에 본 고안은 금형의 승온이 필요한 부분에만 열을 제공하고 승온이 필요하지 않은 부분에는 전열을 차단하거나 제한함으로써 금형 온도 제어를 효과적으로 수행하여 에너지 효율을 높이고, 금형 냉각에 필요한 냉각 매체 통로를 별도로 형성함이 없이 냉각을 효율적으로 수행할 수 있는 카트리지 히터를 제공함에 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 고안은, 금형블록의 캐비티 주위에 형성된 복수개의 히터 삽입구멍 안에 각각 삽입설치되고 외부 전원에 의해 발열하여 금형블록에 전열함으로써 금형온도를 상승시키는 카트리지 히터에 있어서,

상기 카트리지 히터는, 상기 히터 삽입구멍 안에 삽입설치되어 상기 히터 삽입구멍의 내벽의 원주방향을 따라 부분적으로 접촉하는 전열튜브 몸체와,

상기 전열튜브 몸체의 내부에 길이방향으로 설치되어 외부 전원에 의해 발열하는 하나 이상의 전열선과,

상기 전열 튜브 몸체의 내부에 충전되어 상기 전열선들 및 전열선과 전열튜브 몸체를 서로 절연시키는 내부 절연체를 포함하고,

상기 전열튜브 몸체는, 상기 히터 삽입구멍의 내부에서 상기 캐비티를 향하도록 배치되고 상기 히터 삽입구멍의 내벽과 접촉하는 원호부와, 상기 원호부와 대향하는 위치에서 상기 전열튜브 몸체의 외벽이 내측으로 함몰되어 형성됨으로써 상기 히터 삽입구멍의 내벽과의 사이에 냉각매체 통로를 형성하는 함몰부로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기 함몰부는, 상기 원호부와 대향하는 위치에, 서로 마주보는 1쌍으로 구비되거나, 상기 원호부와 대향하는 위치에 하나로 구비된다.

또한, 상기 전열튜브 몸체는 열전도성이 우수한 동합금, 또는 스테인레스 강을 압출성형하여 구성된다.

상기 전열선은 상기 원호부쪽으로의 전열량이 상대적으로 많도록 상기 원호부쪽으로 편중 배치된다.

상기한 바와 같이 구성된 본 고안에 따르면, 사출성형시 승온이 필요한 금형블록(캐비티)쪽으로는 전열량이 증대되어 금형온도를 신속하게 상승시킬 수 있는 반면에, 승온이 필요하지 않은 쪽으로는 냉각매체가 유동하면서 금형온도를 낮추어 주게 되므로, 캐비티 부근의 온도를 균일하고 신속하게 제어할 수 있다.

그리고, 카트리지 히터 삽입구멍의 일부를 냉각 유체통로로 이용함으로써 별도의 냉각수 통로를 형성할 필요가 없어 제조원가를 절감할 수 있다.

도 1은 본 고안의 카트리지 히터가 설치된 사출금형의 개략적인 단면도,
도 2는 본 고안의 카트리지 히터의 제1실시예에 대한 부분 절개 사시도,
도 3은 본 고안의 카트리지 히터의 제1실시예가 설치된 사출금형의 부분 단면도,
도 4는 본 고안의 카트리지 히터의 제2실시예가 설치된 사출금형의 부분 단면도,
도 5는 본 고안의 카트리지 히터의 제3실시예가 설치된 사출금형의 부분 단면도,
도 6은 도 3은 본 고안의 카트리지 히터의 작동에 따라 사출금형의 온도변화를 측정한 그래프이다.

이하, 본 고안의 카트리지 히터의 바람직한 실시예를 첨부도면에 따라 상세히 설명한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 상부 금형블록(1)과 하부 금형블록(2)에 형성되는 캐비티(3) 주위에 다수개의 히터 삽입구멍(6)이 구비되고, 각각의 히터 삽입구멍(6)안에 본 고안에 따른 카트리지 히터(10)가 삽입설치된다. 용융수지 공급노즐(4)을 통하여 용융수지가 캐비티(3)로 공급된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 카트리지 히터(10)는 상기 각 히터 삽입구멍(6)안에 삽입설치되어 상기 히터 삽입구멍(6)의 내벽의 원주방향을 따라 부분적으로 접촉하는 전열튜브 몸체(11)와, 상기 전열튜브 몸체(11)의 내부에 길이방향으로 설치되어 외부 전원에 의해 발열하는 복수개의 전열선(13)과, 상기 전열 튜브 몸체(11)의 내부에 충전되어 상기 전열선(13) 사이 및 전열선(13)과 전열튜브 몸체(11) 사이를 절연시키는 내부 절연체(12)를 포함한다.

그리고, 상기 전열튜브 몸체(11)는, 상기 히터 삽입구멍(6)의 내부에서 상기 캐비티(3)를 향하도록 배치되고 상기 히터 삽입구멍(6)의 내벽과 접촉하는 원호부(11A)와, 상기 원호부(11A)와 대향하는 위치에서 상기 전열튜브 몸체(11)의 외벽이 내측으로 함몰되어 형성됨으로써 상기 히터 삽입구멍(6)의 내벽과의 사이에 냉각매체 통로(14)를 형성하는 함몰부(11B)로 이루어진다.

상기 전열튜브 몸체(11)는 열전도성이 우수한 동합금, 또는 스테인레스 강으로 구성되는 것이 바람직하지 이들 재료에 한정하지 않고 열정도성이 우수한 재질이면 어느 것이나 사용될 수 있다. 특히 전열튜브 몸체(11)는 상기 함몰부(11B)의 성형을 위하여 압출로 성형되는 것이 바람직하지만 다른 제조방법을 사용하는 것도 가능하다. 예컨대, 원형의 튜브를 가압하여 함몰부를 성형하거나 주조, 냉간압연 등의 방법에 의해 제조될 수도 있다.

상기 전열선(13)는 외부 전원(도시생략함)에 의해 가열되면서 발열하여 그 열이 전열튜브 몸체(11)를 통하여 금형 블록(1,2)쪽으로 전열되어 금형블록(1,2)을 가열하게 된다. 그리고, 상기 전열선(13)은 상기 원호부(11A)쪽으로의 전열량이 상대적으로 많도록 상기 원호부(11A)쪽으로 편중 배치되는 것이 바람직하다.

본 고안의 카트리지 히터(10)의 제1실시예는 도 3에 도시된 바와 같이, 전열튜브 몸체(11)의 함몰부(11B)가, 상기 원호부(11A)와 대향하는 위치에, 서로 마주보는 1쌍으로 구비된 것이다. 이 제1실시예의 경우, 전열튜브 몸체(10)의 원호부(11A)가 금형 이 필요한 영역, 즉 캐비티(3) 주위의 영역 쪽으로 향하도록 배치되고, 함몰부(11B)는 금형 가열이 필요하지 않은 영역을 향하도록 배치된다.

상기 함몰부(11B)는 마주보는 히터 삽입구멍(6)의 내벽과의 사이에 냉각매체 통로(14)를 형성하게 된다. 이 냉각매체 통로(14)는 외부에서 공급되는 냉각매체, 예컨대, 냉각수를 공급하는 냉각매체 공급로(7)와 연통된다.

본 고안의 카트리지 히터(10)의 제2실시예 및 제3실시예는 각각 도 4 및 도 5에 도시되어 있다. 본 고안의 카트리지 히터(10)의 제2실시예는 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 함몰부(11B)가 상기 원호부(11A)와 대향하는 위치에 1개로 구비된 것이다.

본 고안의 카트리지 히터(10)의 제2실시예는 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 함몰부(11B)가 상기 원호부(11A)와 대향하는 위치에 1개로 구비되되 평평하게 형성된 것이다.

본 고안의 카트리지 히터(10)의 제3실시예는 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 함몰부(11B)가 상기 원호부(11A)와 대향하는 위치에 오목하게 1개로 구비된 것이다.

이상과 같이 구성된 본 고안의 카트리지 히터(10)는 금형의 캐비티(3)쪽으로는 전열량이 크도록 원호부(11A)가 배치되어 전열선(13)에서 발열한 열량이 캐비티(3)에 전달되어 신속하게 가열한다. 반대쪽의 함몰부(11B)와 히터 삽입구멍(6)의 내벽이 형성하는 냉각매체 통로(14)로는 냉각매체를 통과시켜 금형을 승온할 필요가 없는 부분은 신속하게 냉각시킨다.

이러한 구조에 의해, 본 고안의 카트리지 히터(10)에 의해 제어되는 금형의 온도 변화는 도 6의 그래프에 도시되어 있다. 도 6의 그래프를 통하여 알 수 있듯이, 본 고안의 카트리지 히터(10)에 의하면 금형의 온도를 짧은 시간안에 소정의 온도까지 신속하게 상승 또는 하강시키고, 금형의 가열온도 및 냉각온도를 항상 균일하게 유지할 수 있다.

1: 상부 금형블록 2: 하부 금형블록
3: 캐비티 4: 용융수지 공급노즐
5: 냉각수 통로
10: 본 고안의 제1실시예에 따른 카트리지 히터
11: 전열 튜브 몸체 12: 내부 절연체
13: 전열선 11A: 원호부
11B: 함몰부 14: 냉각매체 통로

Claims (5)

1. 금형블록(1,2)의 캐비티(3) 주위에 형성된 히터 삽입구멍(6)안에 삽입설치되어 외부 전원에 의해 발열하여 금형블록에 전열함으로써 금형온도를 상승시키는 카트리지 히터에 있어서,
   상기 카트리지 히터는, 상기 히터 삽입구멍(6)안에 삽입설치되어 상기 히터 삽입구멍(6)의 내벽의 원주방향을 따라 부분적으로 접촉하는 전열튜브 몸체(11)와,
   상기 전열튜브 몸체(11)의 내부에 길이방향으로 설치되어 외부 전원에 의해 발열하는 하나 이상의 전열선(13)과,
   상기 전열 튜브 몸체(11)의 내부에 충전되어 상기 전열선(13) 사이 및 전열선(13)과 전열튜브 몸체(11) 사이를 절연시키는 내부 절연체(12)를 포함하고,
   상기 전열튜브 몸체(11)는, 상기 히터 삽입구멍(6)의 내부에서 상기 캐비티(3)를 향하도록 배치되고 상기 히터 삽입구멍(6)의 내벽과 접촉하는 원호부(11A)와, 상기 원호부(11A)와 대향하는 위치에서 상기 전열튜브 몸체(11)의 외벽이 내측으로 함몰되어 형성됨으로써 상기 히터 삽입구멍(6)의 내벽과의 사이에 냉각매체 통로(14)를 형성하는 함몰부(11B)로 이루어진 것을 특징으로 하는 카트리지 히터.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 함몰부(11B)는, 상기 원호부(11A)와 대향하는 위치에, 서로 마주보는 1쌍으로 구비된 것을 특징으로 하는 카트리지 히터.
3. 제1항에 있어서,
   상기 함몰부(11B)는 상기 원호부(11A)와 대향하는 위치에 하나로 구비된 것을 특징으로 하는 카트리지 히터.
4. 제1항에 있어서,
   상기 전열튜브 몸체(11)는 열전도성이 우수한 동합금, 또는 스테인레스 강을 압출성형하여 구성되는 것을 특징으로 하는 카트리지 히터.
5. 제1항에 있어서,
   상기 전열선(13)은 상기 원호부(11A)쪽으로의 전열량이 상대적으로 많도록 상기 원호부(11A)쪽으로 편중 배치된 것을 특징으로 하는 카트리지 히터.
   
   
   
   

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