KR20120096884A - 냉각 및 싸이클 시간을 단축하는 다채널 금형 온도조절 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 금형을 공급/통과한 냉각수의 온도와 유량을 감지하고 그에 비례하여 금형으로 공급되는 냉각수의 유량을 개별적으로 제어하여 냉각단계에서 사출 성형물의 균일 및 부분적인 냉각이 가능함과 아울러 사출 성형물의 전체적인 사이클 시간을 줄일 수 있는 다채널 금형 온도조절 방법 및 장치에 관한 것이다.

Description

냉각 및 사이클 시간을 단축하는 다채널 금형 온도조절 방법 및 장치{ Temperature control System of multi channel mold for reduction cooling cycle time }

본 발명은 금형 온도조절 방법 및 장치에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 금형을 통과한 냉각수의 온도와 유량을 감지하고 그에 비례하여 금형으로 공급되는 냉각수의 흐름을 개별적으로 제어하여 사출 성형물의 균일 및 부분적인 냉각이 가능함과 아울러 사출 성형물의 제조 사이클 시간을 줄일 수 있는 다채널 금형 온도조절 방법 및 장치에 관한 것이다.

일반적으로 합성수지 사출성형용 금형에서는 성형하고자 하는 제품의 품질향상을 위해 온조기와 냉각기로 금형의 온도를 정확하게 조절해 주어야 하는 바, 금형의 정확한 온도조절이 제품의 외관,수축율 및 치수 등에 영향을 끼치게 되므로써 사출성형 작업시 금형의 온도를 성형하는 사출 성형물의 특성에 맞추어 적절하게 조절해야 제품의 불량률을 줄일 수 있고, 냉각시간을 단축하여 생산성을 향상시킬 수 있는 것이다.

종래의 사출성형 방법은 주입단계, 보압단계, 냉각단계, 형개단계, 취출단계,형폐단계로 이루어진다. 사출성형시 중요한 부분을 차지하는 종래의 냉각단계에 대해 설명하면, 냉각단계는 보압단계를 거친 후, 금형내로 주입되는 용융수지에 의해 금형의 온도가 상승됨에 따라 이를 냉각하기 위해 일정온도의 냉수인 냉각수를 금형내로 순환시켜 먼저 금형을 냉각하고 이어 금형의 온도가 하강되면 금형의 열전도에 의해 성형물이 냉각이 이루어진다. 이러한 과정이 상기 보압단계와 형개단계 사이 구간에서 냉각수의 냉각이 연속적으로 이루어지게 된다. 이처럼 냉각단계에서 금형의 냉각이 형개단계 이전까지 이루어지다보니, 냉각시간이 길어져 금형과 성형물 사이의 공기층이 넓어져 전체적인 성형물의 수축율이 커지게 되어 성형물 취출시 불량율이 증가됨과 아울러 금형의 온도가 필요이상 떨어지게 되어 온조기 등을 사용하여 냉각수의 온도를 상승시킨 후, 냉각수를 순환시켜 금형을 적정온도로 올려주어야 하기 때문에 전체적인 사출 사이클이 길어지는 문제점이 있었다. 그리고 금형의 온도가 필요이상 떨어지게 되면, 캐비내로 주입되는 용융수지의 물성 또는 소름이 나빠지고, 미성형 또는 웰드(Weld)가 발생되어 캐비티내 성형물의 두께가 얇은 부분은 용융수지가 제대로 공급되지 않는 문제점이 있었다. 선등록된 등록특허 제10-0424091호 '금형 온도조절 장치'에 간략히 설명하면, 종래의 온도조절 장치를 구성하는 온도조절기는, 입수 솔레노이드밸브를 갖춘 냉매 입수라인에 압축공기 솔레노이드밸브를 갖춘 압축공기라인이 연결되어 수위센서를 갖춘 보조탱크에 연결된다. 그리고, 상기 보조탱크의 공급라인은 히터탱크의 다른 공급라인과 병렬 연결되어 펌프에 연결되고, 상기 펌프의 출구라인은 금형으로 연결되는 한편, 이 금형의 복귀라인은 히터탱크에 연결되면서 배수 솔레노이드 밸브를 갖춘 배수라인이 연결된다. 그리고 상기 금형의 복귀라인에는 온도감지센서와 체크밸브가 설치되어 있으며, 히터탱크에는 솔레노이드밸브를 갖춘 드레인라인이 연결되어 있고, 상기 입수라인의 입수 솔레노이드밸브의 앞쪽에는 온도감지센서가 배치되어 있다. 이와 같은 종래의 온도조절 장치의 작동시는 즉, 금형의 온도가 상승되어 일정한 설정온도로 낮추기 위해서는, 냉매입수라인의 입수 솔레노이드밸브를 개방시켜 펌프를 통해 금형으로 냉매(일반적인 '냉각수'를 사용한다)가 공급되는데, 이때 냉매의 흐름은 보조탱크→공급라인→펌프→금형→복귀라인→냉매 배수라인으로 흘러 금형의 온도를 설정온도로 낮추게 된다. 이때, 입수 솔레노이드밸브와 배수 솔레노이드밸브는 개방되고, 나머지 드레인 솔레노이드밸브와 체크밸브 및 압축공기 솔레노이드밸브는 폐쇄된다. 그리고, 금형의 온도가 하강되어 설정온도로 올리기 위해 히터탱크의 온수를 금형으로 공급하기 위해서는, 히터탱크→연결 공급라인→펌프→금형→복귀라인→체크밸브를 따라 온수가 공급된다. 이때, 체크밸브만 개방되고, 나머지 입수 솔레노이드밸브, 드레인 솔레노이드밸브, 배수 솔레노이드밸브 및 압축공기 솔레노이드밸브는 모두 폐쇄된다.그리고, 동절기의 동파방지 또는 금형장치의 정비 및 점검을 위해 냉수 및 온수를 제거하기 위한 잔수 제거는, 압축공기라인→보조탱크→연결공급라인→히터탱크→드레인라인과; 압축공기라인→보조탱크→공급라인→펌프→금형→복귀라인→배수라인을 따라 잔수를 배출시키게 된다. 여기서, 동절기 운전중 금형의 냉각시는, 저온의 냉매가 보조탱크에 입수되어 바로 금형으로 유입될 경우, 급격한 냉각작용이 발생되어 제어 불능상태가 된다. 그러므로, 금형의 온도가 설정치 이상 상승시는, 입수 솔레노이드밸브와 배수 솔레노이드밸브가 개방되어 냉수가 보조탱크로 입수되고, 입수된 냉매는 펌프의 흡입력으로 공급라인들을 통하여 냉수와 온수를 동시에 흡입,토출하여 상기 금형을 냉각시키게 된다. 즉 이는 냉수와 온수를 동시에 흡입,혼합하여 토출함으로써, 동절기 냉매수온이 저온일지라도 금형의 온도가 급격히 하강하는 것을 방지할 수 있게 된다. 그러나, 이와 같은 종래의 온도조절 장치는, 온도조절기와 금형 사이에 각각 하나의 출구라인과 복귀라인만이 연결되어서 금형의 온도를 단순히 한가지 온도로만 일정하게 유지되도록 제어하는데, 이와 같이 온도 제어되는 금형으로는 다양하고 복잡한 구조 및 형상을 갖는 사출 성형물의 품질을 만족시키거나 최적화할 수 없고, 생산시간이 지연된다는 문제점이 있었다. 선등록된 특허등록 제10-0512955호에 대해 간략히 설명하면, 금형의 온도를 조절하는 장치에 있어서,온도조절기의 출구라인이 연결되는 공급 분배기와; 상기 공급 분배기와 금형 사이에 각기 다른 유로를 갖도록 분기되어 연결된 다수의 공급 냉매라인과; 상기 금형에 각기 다른 유로를 갖도록 분기되어서 연결되어 각 공급 냉매라인과 연통되는 다수의 배출 냉매라인과; 상기 배출 냉매라인이 각기 다른 유로를 갖도록 분기되어 연결되고, 온도조절기의 복귀라인이 연결되는 배출 분배기와; 상기 다수의 공급 냉매라인상에 각각 설치되어 냉매를 각기 다른 온도로 조절하는 가열수단; 상기 공급 냉매라인상의 밸브수단은 전자밸브로 구성된다. 이와 같이 종래 금형의 온도조절 장치는 온도조절기의 동작에 의해 출구라인으로 배출된 냉매는 금형의 설정된 최저온도보다 낮은 온도로서 공급분배기로 공급되고, 공급된 냉매는 다시 공급분배기의 분기된 유로를 통해 각 공급 냉매라인상으로 공급된다. 이때 각 공급 냉매라인상의 가열수단인 히터는 콘트롤부에 의해서 예열되어 공급 냉매라인을 통해 금형으로 유입되는 냉매를 가열하게 된다. 그리고 상기 배출냉매라인상의 전자밸브는 콘트롤부에 의해 폐쇄된 상태로서, 공급 냉매라인을 통해 유입된 냉매는 금형과 각 공급 및 배출 냉매라인상에 잔류하게 된다. 이후, 체크밸브 전,후의 압력이 동일해지면 상기 체크밸가 닫혀 공급 냉매라인상으로 냉매의 공급이 차단되고, 체크밸브와 전자밸브 사이의 냉매라인과 금형상에 잔류된 냉매는 히터의 지속적인 가열작동으로 인해 각각의 설정온도에 도달하게 된다. 이와 같이, 금형에 냉매를 공급하기 위해서는 상기 체크밸브와 전자밸브 사이에 히터에 의해 냉매를 소정온도로 가열하여 상기 금형내로 순환시키게 되는데, 그리고 상기 히터에 의해 냉매가 가열되는 시간 동안은 냉매가 상기 금형내에 정체되어 금형온도가 상승되는데, 이때 스케일 생성 속도가 빠르게 진행되는 문제점이 있었다.

따라서, 이러한 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 금형을 공급/통과한 냉각수의 온도와 유량을 감지하고 그에 비례하여 금형으로 공급되는 냉각수의 유량을 개별적으로 제어하여 냉각단계에서 사출 성형물의 균일 및 부분적인 냉각이 가능함과 아울러 사출 성형물의 전체적인 사이클 시간을 줄일 수 있는 다채널 금형 온도조절 방법 및 장치을 제공한다.

그리고 본 발명은 분배기 및 온도센서와 유량, 자동밸브를 하나의 블럭화하여, 설치 및 조립 시간을 단축시킴과 아울러 교체 및 수리작업이 용이한 또 다른 다체널 금형 온도조절 방법 및 장치를 제공한다.

이와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명의 다채널 금형 온도조절 장치는 제1,2금형과; 상기 제1,2금형에 설치되며, 길이방향으로 복수개 연결되고 상기 제1,2금형으로 냉각수를 공급/회수하는 각각의 유입라인과 회수라인이 형성된 몸체와, 길이방향으로 설치된 복수의 몸체를 고정하는 고정볼트와 너트로 이루어진 분배기와; 상기 분배기의 유입라인측에 일체로 형성된 밸브몸체와, 상기 분배기에 설치되어 상기 밸브몸체를 통과하는 냉각수의 개폐를 유도하는 작동부로 이루어진 자동밸브와; 상기 분배기의 유입라인측에 설치되어 상기 자동밸브를 통과한 냉각수의 유량을 감지하는 유량센서와; 상기 분배기의 회수라인측에 설치되며 상기 제1,2금형을 통과한 냉각수의 온도를 감지하는 온도센서와; 상기 제1,2금형을 통과하여 상기 분배기로 회수되는 냉각수의 온도를 온도센서가 감지하고 이에 따라 상기 자동밸브의 개폐를 유도하여 냉각수의 유량을 콘트롤하는 제어부로 구성된다.

그리고 본 발명의 다채널 금형 온도조절 방법은 적정온도를 유지한 제1,2금형에 용융수지를 주입하여 제1,2금형의 온도가 상승되고 냉각수 흐름이 차단되는 상태의 주입단계와; 주입단계를 거친 후 캐비티내로 용융수지를 일정시간 동안 보충하여 주입하고 냉각수 흐름이 차단되는 상태의 보압단계와; 일정압력을 갖는 냉각수가 분배기내로 유입되고, 상기 분배기에 연결된 각각의 자동밸브를 제어부에서 동시에 오픈시키면, 냉각수가 제1,2금형의 냉각구멍측으로 공급되어지고, 상기 제1,2금형의 냉각구멍을 통과한 냉각수의 온도를 온도센서가 감지하여 각각 피드백 제어하여, 성형물의 두께에 따라 냉각구멍을 통과하는 냉각수의 공급을 자동밸브가 개별적으로 차단을 달리하여, 취출시 성형물의 두께가 얇은 부분과 두꺼운 부분의 온도차를 10℃내로 유지할 수 있도록 상기 제1,2금형의 균일한 냉각이 이루어지며, 그리고 냉각시 성형물의 두께가 얇은 부분은 냉각이 빠르게 이루어져 자동밸브에 의해 냉각구멍측의 냉각수를 자동으로 차단하면 분배기측의 냉각수 공급압력이 상승되어 다른 냉각구멍의 냉각수가 빠르게 공급되는 풍선효과에 의해 레이놀즈수가 증가하여 냉각수가 층류에서 난류로 변화되어 성형물의 두께가 두꺼운 부분까지 단시간내 냉각이 진행됨에 따라 전체적인 냉각시간을 단축시킬 수 있으며, 이러한 방법은 전체 사이클 중에서 일부 구간에서만 냉각수의 냉각이 진행되는 비연속적 냉각 방식으로 이루어진 냉각단계와; 일정시간 동안을 냉각이 이루어지지 않고, 성형물의 성형이 완료되면 상기 제1,2금형을 분리하는 형개단계와; 성형물을 제1,2금형에서 분리하고 냉각수의 흐름이 차단되는 상태의 취출단계와; 성형물 취출이 완료되면 열려져 있던 상기 제1,2금형을 닫아 복귀하고 냉각수의 흐름이 차단되는 상태의 형폐단계로 이루어진다.

따라서, 본 발명의 다채널 금형 온도조절 방법 및 장치는 금형을 공급/통과한 냉각수의 온도와 유량을 감지하고 그에 비례하여 금형으로 공급되는 냉각수의 유량을 개별적으로 제어하여 사출 성형물의 균일 및 부분적인 냉각이 가능함과 아울러 사출 성형물의 전체적인 사이클 시간을 줄일 수 있는 효과가 있다.

그리고 본 발명은 분배기 및 이 분배기에 온도센서와 유량, 자동밸브 등이 개별적으로 설치되도록 하나의 블럭화하여, 설치 및 교체,수리작업이 용이한 또 다른 효과가 있다.

또한 본 발명은 공급관측에 공기주입장치를 설치하여 냉각수가 순환되면서 발생되는 스케일 생성을 억제할 수 있으며, 금형내 잔수 제거기능을 갖는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 다채널 금형 온도조절 장치의 개략적인 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 다채널 금형 온도조절 장치의 분배기를 보인 분해사시도,
도 3,4은 본 발명에 따른 분배기를 보인 일단면도,
도 5은 본 발명에 따른 금형과 성형물을 보인 개략도,
도 6는 본 발명에 따른 다채널 금형 온도조절 방법과 일반적인 금형 온도조절시스템의 냉각 사이클 시간을 비교한 그래프이다.
도 7는 본 발명에 따른 냉각 사이클 시간을 단축하는 다채널 금형 온도조절 방법 및 장치의 실제 적용 유무에 따른 냉각 테스트 결과를 도시한 그래프이다.
도 8은 본 발명에 따른 다채널 금형 온도조절 방법 및 장치에 의해 취출한 성형물을 비교한 촬영사진.

이하, 첨부한 도면을 참고하여 본 발명을 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 냉각 사이클 시간을 단축하는 다채널 금형 온도조절 장치는 제1,2금형(10,11)이 구비되고, 상기 제1,2금형(10,11)에 대응되게 분배기(20)가 설치되며, 상기 분배기(20)에 설치되는 유량센서(100) 및 온도센서(110)와, 상기 분배기(20)에 일부가 일체로 형성된 자동밸브(90)와, 상기 제1,2금형(10,11)과 분배기(20) 사이에 각각의 공급/회수연결부(40,50)가 설치되고, 냉각수가 보관되는 저장탱크(60)가 구비되며, 상기 저장탱크(60)와 분배기(20) 사이에 공급관(70)과 회수관(80)이 설치되고, 상기 분배기(20)로 회수되는 냉각수의 온도를 온도센서(110)가 감지하고 이에 따라 상기 자동밸브(90)의 개폐를 유도하여 냉각수의 유량을 콘트롤하는 제어부(180)로 구성된다.

상기 제1,2금형(10,11)은 입구측과 배출측이 각각 서로 연통되게 냉각라인(12)이 구비되어 냉각수가 각각 순환되게 설치된다.

상기 분배기(20)는 길이방향으로 복수개 연결되는 몸체(21)와, 상기 몸체(21)의 전면에 설치되는 유입/회수 브라켓(26,27) 및 몸체(21)의 후면에 설치되는 막음판(28)과, 상기 유입/회수 브라켓(26,27)과 몸체(21), 막음판(28)을 고정하는 고정볼트(29)와 너트(30)로 이루어진다.

상기 몸체(21)는 제1,2금형(10,11)으로 냉각수를 공급/회수하는 각각의 유입라인(22)과 회수라인(24)이 형성되며, 적정위치에 복수의 체결공(31)이 형성된다.

그리고 상기 유입라인(22)에 연통되게 끼움공(23)이 형성되고, 상기 회수라인(24)에 연통되게 삽입공(25)이 형성된다.

상기 유입/회수 브라켓(26,27)과 막음판(28)에는 동일선상에 복수의 결합공(32)이 형성된다.

그리고 상기 유입/회수 브라켓(26,27)은 공급관(70)과 회수관(80)측에 연결되도록 연결편(33)이 돌출되게 형성된다.

상기 막음판(28)은 몸체(21)의 후방에 설치되어 상기 유입라인(22)과 회수라인(24)의 일측을 막아주게 된다.

상기 고정볼트(29)는 먼저 유입/회수 브라켓(26,27)의 결합공(32)과 각각 몸체(21)의 체결공(31)에 끼워지고, 이어 상기 막음판(28)의 결합공(32)에 끼워져 상기 너트(30)에 의해 체결,고정된다.

이처럼 상기 고정볼트(29)와 너트(30)에 의해 길이방향으로 복수의 몸체(21)가 결합,고정된다.

상기 자동밸브(90)는 밸브몸체(91)와, 상기 분배기(20)에 설치되어 상기 밸브몸체(91)를 통과하는 냉각수의 개폐를 유도하는 작동부(92)로 이루어진다.(여기서 자동밸브(90)는 통상적인 구조로 구체적인 설명은 하지 않는다)

상기 밸브몸체(91)는 분배기(20)의 유입라인(22)과 함께 일체로 제작되어 상부가 상기 작동부(92)에 의해 개폐가능하게 구비된다.

이처럼 상기 분배기(20)의 상측에 밸브몸체(91)가 일체로 형성되어 자동밸브(90)의 작동부(92)만 상기 분배기(20)와 밸브몸체(91)에 체결하면 되기 때문에 조립,설치작업이 용이하다.

그리고 종래의 자동밸브(90)는 주물로 밸브몸체(91)를 별도 생산하고, 상기 밸브몸체(91)에 작동부(92)를 결합하여 하나의 자동밸브(90)로 사용되고 있다. 그러나 본 발명은 분배기(20)에 일체로 밸브몸체(91)를 제작함에 따라 자동밸브(90)의 원가를 절감할 수 있는 것이다.

상기 유량센서(100)는 유입라인(22)의 끼움공(23)에 설치되어 상기 자동밸브(90)를 통과한 냉각수의 유량을 감지하여 제어부(180)로 신호를 전달하게 된다.

상기 온도센서(110)는 회수라인(24)의 삽입공(25)에 설치되며 상기 제1,2금형(10,11)을 통과한 냉각수의 온도를 감지하여 제어부(180)로 신호를 전달하게 된다.

상기 공급관(70)에는 공기주입장치(120) 및 전동모터밸브(130), 압력게이지(140), 온도게이지(150)가 설치된다.

상기 전동모터밸브(130)는 통상적인 구조로 구체적인 설명은 하지 않으며, 상기 제1,2금형(10,11)에서 성형물을 분리하는 경우에 상기 전동모터밸브(130)가 닫혀진(close) 상태가 되고, 상기 제1,2금형(10,11)의 캐비티(Cavity)에 가소화된 원료가 충진되고 성형물의 사출이 완료되는 시점에서 상기 전동모터밸브(130)가 열려(open) 냉각수가 공급되고 상기 제1,2금형(10,11)의 냉각이 선택적으로 이루어질 수 있다.

상기 공기주입장치(120)는 본 출원인의 등록특허 제10-079550호에 기재된 바와 같이, 상기 공급관(70)측에 설치하여 상기 분배기(20), 제1,2금형(10,11)내의 스케일 생성을 억제함과 아울러 제1,2금형(10,11)내 잔수제거 기능을 갖는다.

상기 압력게이지(140)는 저장탱크(60)에서 공급되는 냉각수의 압력을 감지하여 상기 제어부(180)로 신호를 전달한다.

상기 온도게이지(150)는 저장탱크(60)에서 공급되는 냉각수의 온도를 감지하여 상기 제어부(180)로 신호를 전달한다.

상기 저장탱크(60)에는 냉각수를 공급가능하게 일정량이 충진되고, 이 냉각수에는 스케일 생성되는 성분이 다량 함유되어 있으며, 내부 또는 입구측에 도면상에 도시하지 않은 펌프가 설치된다.

그리고 상기 저장탱크(60)와 분배기(20) 사이에 구비된 공급관(70)과 회수관(80)에 연통되게 온도조절기(170)가 선택적으로 설치될 수 있는 것이다.

상기 제어부(180)에서는 공기주입장치(120), 전동모터밸브(130), 압력게이지(140), 온도게이지(150) 등을 콘트롤함과 아울러 상기 온도센서(110)의 온도와 유량센서(100)의 유량을 감지하여 전자(PLC,PID)제어 방법 등에 의해 상기 온도센서(110)와 유량센서(100)의 감지된 조건에 따라 상기 자동밸브(90)의 개폐에 따른 냉각수의 유량을 콘트롤할 수 있는 것이다. 상기 제어부(180)에서는 상기 제1,2금형(10,11)을 통과하는 냉각수 온도를 개별적으로 조절가능하여 성형물의 냉각 조건에 따라 선택적으로 적용할 수 있는 것이다.

그리고 상기 제어부(180)에서는 전동모터밸브(130)의 클로스 시킴과 동시에 상기 공기주입장치(120)에 신호를 보내어, 상기 공기주입장치(120)에 의해 압축공기가 상기 공급관(70)을 통과하여 상기 분배기(20)를 거쳐 상기 제1,2금형(10,11)의 냉각라인(12)내에 잔존하는 냉각수를 회수시키거나 상기 제1,2금형(10,11)내 이물질을 제거하고, 스케일 생성을 억제하게 된다.

또한, 상기 제어부(180)의 동작에 관계없이 상기 공기주입장치(120)를 자체적으로 별도 세팅하여 주기와 시간에 따라 타이머 제어하여 압축공기가 분사할 수 있는 것이다.

상기에서 보는 바와 같이, 본 발명은 금형 온도조절 장치의 작용 및 효과를 설명하면, 상기 제1,2금형(10,11)의 캐비티에 용융된 수지를 충진한 후, 금형의 냉각→형개→성형물 분리→형폐로 진행되면서 상기 제1,2금형(10,11)의 냉각이 진행된다. 좀 더 구체적으로 보면, 상기 제1,2금형(10,11)이 사출완료하여 수지가 충진되면 소정온도로 상승되고 보압을 거쳐 성형물이 종류에 따라 순차적으로 성형되는 시점에서 상기 제1,2금형(10,11)의 냉각이 요구되는데, 이때 상기 제어부(180)에서 전동모터밸브(130)와 자동밸브(90)를 오픈시킴에 따라 냉각수가 상기 공급관(70)을 통과하여 상기 분배기(20)의 유입라인(22)측으로 냉각수가 공급되어져 각각 자동밸브(90)의 밸브몸체(91)측으로 이동되고 이어 상기 자동밸브(90)를 통과한 냉각수는 분배기(20)에 설치된 유량센서(100)를 거쳐 상기 공급연결부(40)를 통과하여 상기 금형(10,11)의 냉각이 이루어진다. 상기 금형(10,11)을 통과한 냉각수는 회수연결부(50)와 상기 분배기(20)에 설치된 온도센서(110)를 순차적으로 통과하여 상기 분배기(20)에 연결된 회수관(80)을 따라 저장탱크(60)로 회수된다.

이 과정에서, 상기 분배기(20)에 설치된 상기 온도센서(110)에 의해 냉각수의 온도를 감지하면 상기 제어부(180)에서 전자제어 방법으로 데이터를 처리하여 상기 제어부(180)에서 상기 분배기(20)에 설치된 자동밸브(90)를 개별적으로 개폐하여 성형물의 냉각이 이루어진다. 다시 말해 사출 성형물에 따라 상기 자동밸브(90)에 의해 냉각수의 유량을 개별적으로 순환시켜 성형물의 균일한 냉각이 가능함과 아울러 사출 성형물의 특성과 조건에 따라 상기 자동밸브(90)의 일부를 차단하여 부분적인 냉각이 가능한 것이다.

또한, 상기 제어부(180)에서 상기 온도센서(110)와 유량센서(100)의 신호를 전달받아 상기 제1,2금형(10,11)을 통과하는 냉각수의 온도를 피드백 제어하여 짧은 시간 내에 사출 성형물이 최적의 상태로 냉각이 이루어지도록 하여 사출 성형물의 불량율을 최소화할 수 있는 것이다.

그리고 본 발명은 분배기(20) 및 이 분배기(20)에 온도센서(110)와 유량센서(100), 자동밸브(90) 등이 설치되도록 하나의 블럭화하여, 설치 및 교체,수리작업이 용이한 장점이 있다.

한편, 상기 제1,2금형(10,11)을 교체하거나 성형물이 완료되는 시점에서 선택적으로, 상기 제어부(180)에서 공기주입장치(120)에 신호를 보내어 상기 공기주입장치(120)에 의해 압력파를 갖는 압축공기와 냉각수가 공급관(70), 분배기(20), 제1,2금형(10,11)을 순차적으로 거쳐 공급되어지고, 이어 다시 상기 분배기(20), 회수관(80), 저장탱크(60)로 순환된다. 이처럼 압축공기와 냉각수가 순환되는 관로내에 스케일 성분을 제거함과 아울러 제1,2금형(10,11)내의 잔존하는 냉각수를 강제로 회수시킬 수 있는 것이다.

도 5 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 사출성형 방법은 적정온도를 유지한 제1,2금형(10,11)에 용융수지를 주입하여 제1,2금형(10,11)의 온도가 상승되는 주입단계와, 주입단계를 거친 후 캐비티내로 용융수지를 일정시간 동안 주입하는 보압단계와, 보압단계 후 자동밸브(90)의 동작에 의해 냉각수의 공급/차단하여 제1,2금형(10,11) 냉각이 이루어지는 냉각단계와, 일정시간 동안을 냉각이 이루어지지 않고, 이어 성형물의 성형이 완료되면 상기 제1,2금형(10,11)을 분리하는 형개단계와; 성형물을 제1,2금형(10,11)에서 분리하는 취출단계와, 성형물 취출이 완료되면 열려져 있던 상기 제1,2금형을 닫아 복귀하는 형폐단계로 이루어진다.

여기서 본 발명은 다채널 금형 온도조절 방법의 냉각단계에 대해 설명하면, 냉각단계는 보압단계를 거친 후, 금형(10,11)내로 주입되는 용융수지에 의해 금형(10,11)의 온도가 상승됨에 따라 이를 냉각하기 위해 일정온도의 냉수인 냉각수를 금형(10,11)내로 순환하게 되는데, 먼저 금형(10,11)을 냉각하고 이어 금형(10,11)의 온도가 하강되면 금형(10,11)의 열전도에 의해 성형물이 냉각이 이루어진다. 이러한 과정이 상기 보압단계 후 일부 구간에서만 냉각수의 냉각이 비연속적으로 이루어지게 된다.

상기 냉각단계에 대해 좀 더 자세히 설명하면, 상기 저장탱크(60)에서 일정압력을 갖는 냉각수가 분배기(20)내로 유입되고, 상기 분배기(20)에 연결된 각각의 자동밸브(90)가 동시에 오픈시키면 냉각수가 제1,2금형(10,11)의 냉각라인(12)측으로 공급되어지고, 이어 냉각라인(12)을 통과한 냉각수의 온도를 온도센서(110)가 감지하여 성형물의 두께에 따라 각각 피드백 제어하여, 제어부(180)에서 성형물의 두께에 따라 냉각라인(12)을 통과하는 냉각수의 공급을 자동밸브(90)가 개별적으로 차단하게 된다. 그러나 만약 성형물의 두께가 일정하지 않을 경우, 냉각이 균일하게 이루어지고 있다고 하더라도, 두께가 얇은 부위(a)에서는 그 부위의 용융 수지가 가지고 있는 열량이 작기 때문에 상대적으로 적은 열방출량을 나타낼 수 밖에 없다. 즉, 성형물의 부위별로의 열방출량은 그 부분의 냉각 효율 및 용융수지가 가지고 있는 총 열량에 따라 달라지게 된다. 이런 경우에 열방출량의 분포만으로는 정확한 냉각 현상 해석을 하기 어려운 점이 있었다. 이와 같이 본 발명은 제어부(180)에서 온도센서(110)의 신호를 전달받아 상기 자동밸브(90)에 의해 상기 제1,2금형(10,11)측으로 공급되는 유량을 개별적으로 차단하면, 도 5 및 도 8에 도시된 바와 같이, 성형물의 두께가 얇은 부분(a)이 냉각이 빠르게 이루어져 자동밸브(90)에 의해 냉각라인(12)측의 냉각수를 차단하면 분배기(20)측의 냉각수 공급압력이 상승되어 다른 냉각라인(12)의 냉각수가 빠르게 공급되는 풍선(Balloons)효과에 의해 레이놀지수(Reynolds Number)가 증가하여 층류에서 난류로 변화되어 성형물의 두께가 두꺼운 부분(c)까지 단시간내 냉각이 진행됨에 따라 전체적인 냉각시간을 단축함과 아울러 취출시 성형물의 두께가 얇은 부분(a)과 두꺼운 부분(c) 온도차를 10℃내로 유지할 수 있도록 상기 제1,2금형(10,11)의 균일한 냉각이 이루어져 성형물의 변형 발생을 줄여 최적화된 성형물을 제조할 수 있는 것이다.

그리고, 도 6에 도시된 바와 같이 상기 제어부(180)는 상기 온도센서(110)에서 측정되는 냉각수의 측정온도가 설정최고온도(T_h)에 도달하면 설정시간(T_pulse) 동안 상기 자동밸브(90)에 펄스신호를 인가하여 동시에 개방하고, 상기 설정시간이 경과하면 상기 자동밸브(90)를 차단하여 냉각수가 일부 구간에서만 공급되며, 이어 상기 온도센서(110)에서 측정되는 냉각수의 측정온도가 설정최저온도(T_l)에 도달하면 냉각을 위한 '1' 사이클 시간(1 cycle time)으로 판단한다.

이 경우 상기 자동밸브(90)를 개방하기 위해 펄스신호를 인가하는 설정시간(T_pulse)은 '1' 사이클 시간(1 cycle time)의 15 ~ 20%의 시간으로 설정하여 제어함이 바람직하다.

이와 같이, 본 발명은 '1' 사이클 시간(1 cycle time)이 진행되는 과정에서, 냉각단계의 실제냉각 구간을 제외한 주입단계, 보합단계, 냉각단계, 형개단계, 취출단계,형폐단계에서는 상기 자동밸브에 의해 냉각수의 흐름이 차단된다.

또한, 본 발명은 냉각단계에서 상기 제어부(180)에서 펄스(Pulse) 구간에서만 자동밸브(90)의 오픈/크로스에 의해 제1,2금형(10,11)을 냉각이 이루어져 상기 제1,2금형(10,11)의 필요 이상 냉각되지 않아 상기 제1,2금형(10,11)의 캐비티 벽 온도를 40∼60℃로 유지할 수 있어, 종래 금형을 연속적으로 냉각함에 있어 금형이 적정온도 이하로 떨어지면 온조기 또는 예열기를 이용하여 금형을 적정온도로 올려야 하는 문제점을 해결할 수 있는 것이다. 이처럼 본 발명은 종래의 금형을 적정온도로 맞추기 위해 적용되는 온조기 또는 예열기가 필요 없으면, 이로 인해 전체적인 사이클 시간 및 에너지의 낭비를 줄일 수 있는 장점이 있다.

그리고, 상기 제어부(180)에서 펄스(Pulse) 구간에서만 제1,2금형(10,11)의 냉각이 이루어져, 캐비티 내벽과 성형물 사이의 공기층이 적게 형성되어 성형물의 수축율을 줄일 수 있어 변형이나 뒤틀림 등의 문제점을 해결할 수 있는 것이다.

또, 상기 제1,2금형(10,11)의 캐비티 벽 온도를 적정온도로 유지할 수 있어, 주입단계에서 성형물의 두께가 얇아 부분에 미성형 또는 웰드(weld) 등을 최소화할 수 있는 것이다. 이처럼 주입단계가 용융수지의 공급이 원환하게 이루어져 보압단계의 시간을 단축시킬 수 있는 것이다.

이상에 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 다채널 금형 온도조절 방법 및 장치를 적용한 예가 도 7,8에 도시된다.

이는 사출설비에 본 발명에 따른 방법 및 장치의 적용 유무에 따라 1차 테스트를 수행하고, 사출설비에 본 발명에 따른 방법 및 장치의 적용 유무에 2차 테스트를 수행한 예를 도시한 도면이다.

이와 같은 시험 결과 1차 테스트는 본 발명에 따른 방법 및 장치에 적용한 결과 본 발명에 따른 방법 및 장치를 적용하지 않은 경우에 비해 냉각시간이 33.3% 단축되는 효과를 얻을 수 있었고, 2차 테스트는 본 발명에 따른 방법 및 장치를 사출설비에 적용한 결과 본 발명에 따른 방법 및 장치를 적용하지 않은 경우에 비해 냉각시간이 19.44% 단축되는 효과를 얻을 수 있었다.

상기에서 설명한 바와 같이 본 발명의 과제와 동일한 범위 내에서 다양한 설계 변경을 시도할 수도 있을 것이나, 이러한 설계변경으로 인해 본 발명에서 전혀 예상치 못한 새로운 효과가 나타나지 않는 한, 본 발명의 권리범위를 벗어나지 못할 것이다.

10: 제1금형 11: 제2금형
20: 분배기 40: 공급연결부
50: 회수연결부 60: 저장탱크

Claims (3)

1. 제1,2금형(10,11)과;
   상기 제1,2금형(10,11)에 설치되며, 길이방향으로 복수개 연결되고 상기 제1,2금형(10,11)으로 냉각수를 공급/회수하는 각각의 유입라인(22)과 회수라인(24)이 형성된 몸체(21)와, 길이방향으로 설치된 복수의 몸체(21)를 고정하는 고정볼트(29)와 너트(30)로 이루어진 분배기(20)와;
   상기 분배기(20)의 유입라인(22)측에 일체로 형성된 밸브몸체(91)와, 상기 분배기(20)에 설치되어 상기 밸브몸체(91)를 통과하는 냉각수의 개폐를 유도하는 작동부(92)로 이루어진 자동밸브(90)와;
   상기 분배기(20)의 유입라인(22)측에 설치되어 상기 자동밸브(90)를 통과한 냉각수의 유량을 감지하는 유량센서(100)와;
   상기 분배기(20)의 회수라인(24)측에 설치되며 상기 제1,2금형(10,11)을 통과한 냉각수의 온도를 감지하는 온도센서(110)와;
   상기 제1,2금형(10,11)을 통과하여 상기 분배기(20)로 회수되는 냉각수의 온도를 온도센서(110)가 감지하고 이에 따라 상기 자동밸브(90)의 개폐를 유도하여 냉각수의 유량을 콘트롤하는 제어부(180);로 구성된 것을 특징으로 하는 냉각 및 사이클 시간을 단축하는 다채널 금형 온도조절 장치.
   
2. 적정온도를 유지한 제1,2금형(10,11)에 용융수지를 주입하여 제1,2금형(10,11)의 온도가 상승되고 냉각수 흐름이 차단되는 상태의 주입단계와;
   주입단계를 거친 후 수축률에 따라 캐비티내로 용융수지를 일정시간 동안 보충하여 주입하고 냉각수 흐름이 차단되는 상태의 보압단계와;
   일정압력을 갖는 냉각수가 분배기(20)내로 유입되고, 상기 분배기(20)에 연결된 각각의 자동밸브(90)를 제어부(180)에서 동시에 오픈시키면, 냉각수가 제1,2금형(10,11)의 냉각구멍(12)측으로 공급되어지고, 상기 제1,2금형(10,11)의 냉각구멍(12)을 통과한 냉각수의 온도를 온도센서(110)가 감지하여 각각 피드백 제어하여, 성형물의 두께에 따라 냉각구멍(12)을 통과하는 냉각수의 공급을 자동밸브(90)가 개별적으로 차단을 달리하여, 취출시 성형물의 두께가 얇은 부분(a)과 두꺼운 부분(c)의 온도차를 10℃내로 유지할 수 있도록 상기 제1,2금형(10,11)의 균일한 냉각이 이루어지며, 그리고 냉각시 성형물의 두께가 얇은 부분(a)은 냉각이 빠르게 이루어져 자동밸브(90)에 의해 냉각구멍(12)측의 냉각수를 자동으로 차단하면 분배기(20)측의 냉각수 공급압력이 상승되어 다른 냉각구멍(12)의 냉각수가 빠르게 공급되는 풍선(Balloons)효과에 의해 레이놀즈수(Reynolds Number)가 증가하여 냉각수가 층류에서 난류로 변화므로 성형물의 두께가 두꺼운 부분(c)까지 단시간내 냉각이 진행됨에 따라 전체적인 냉각시간을 단축시킬 수 있으며, 이러한 방법은 전체 사이클 중에서 일부 구간에서만 냉각수의 냉각이 진행되는 비연속적 냉각 방식으로 이루어진 냉각단계와;
   일정시간 동안을 냉각이 이루어지지 않고, 성형물의 성형이 완료되면 상기 제1,2금형(10,11)을 분리하는 형개단계와;
   성형물을 제1,2금형(10,11)에서 분리하고 냉각수의 흐름이 차단되는 상태의 취출단계와;
   성형물 취출이 완료되면 열려져 있던 상기 제1,2금형을 닫아 복귀하고 냉각수의 흐름이 차단되는 상태의 형폐단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 냉각 및 사이클 시간을 단축하는 다채널 금형 온도조절 방법.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 공급관(70)측에 설치되며, 압축공기를 강제로 분사하여 상기 제1,2금형(10,11) 및 분배기(20) 등의 스케일 생성을 방지하는 공기주입장치(120)가 더 포함된 것을 특징으로 하는 냉각 및 사이클 시간을 단축을 위한 다채널 금형 온도조절 장치.
   

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