KR20130093309A - 기둥 형상 제품을 사출 성형하는 사출 성형 금형 - Google Patents

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Abstract

기둥 형상의 제품을 사출 성형 방법으로 생산할 수 있는 사출 성형 금형이 개시된다. 개시된 사출 성형 금형은, 서로 밀착되면 기둥 형상의 캐비티(cavity)가 형성되는 상부 코어(upper core)와 하부 코어(lower core), 상기 캐비티에 용융된 수지를 주입하기 위한 수지 사출 노즐(nozzle), 상기 수지 사출 노즐의 맞은편에 형성된 개구를 통해 상기 캐비티에 삽입되고, 상기 수지 사출 노즐에 상대적으로 근접한 제1 위치와, 상기 수지 사출 노즐에 상대적으로 이격된 제2 위치 사이에서 직선 왕복 가능한 피스톤(piston), 및, 상기 피스톤을 직선 구동하는 공압 실린더를 구비한다. 사출 성형 금형은 피스톤이 제1 위치인 때 상기 수지 사출 노즐로부터 용융 수지가 사출되고, 상기 용융 수지의 사출 압력에 밀려 상기 피스톤이 제2 위치로 이동하도록 구성된다.

Description

기둥 형상 제품을 사출 성형하는 사출 성형 금형{Mold for injection molding pillar-typed product}
본 발명은 사출 성형 금형에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기둥 형상의 제품을 사출 성형하는 금형에 관한 것이다.
사출 성형(injection molding)은 용융 상태의 수지를 금형의 내부에 주입 후 냉각하여 제품을 형성하는 공법으로, 압축성형(compression molding), 압출성형(extrusion molding) 등의 다른 성형 공법에 비해 제품의 형태 및 사이즈에 제한이 적으며 생산성 및 작업 능률이 우수하여 플라스틱 제품의 성형에 폭넓게 사용되고 있다.
한편, 도 1은 기둥 형상 제품의 일 예를 도시한 사시도로서, 구체적으로, 도 1에 도시된 제품(5)은 LCD TV를 지지하는 스탠드(stand)의 넥(neck)을 구성하는 부재이다. 이 제품(5)은 기둥 형상의 제품으로 무거운 LCD TV 본체를 지지할 수 있는 강성이 요구된다. 그런데, 종래의 일반적인 사출 성형 가공에 의해 스탠드 넥(stand-neck) 제품(5)을 생산하면 불균일한 냉각 온도와 내부 기포 발생 등으로 인해 충분한 강성을 갖는 제품을 얻을 수 없다. 따라서, 1차로 압출 가공에 의해 원기둥(7)을 생산하고, 2차로 이 원기둥(7)을 금형에 삽입한 채 수지를 사출하고 경화하는 인서트 몰딩(insert molding)에 의해 스탠드 넥 제품(5)을 생산하여 왔다. 그런데, 원기둥(7)을 압출 가공으로 형성하면 압출 후 컷팅(cutting) 등의 후가공이 추가되므로 생산성이 저하되고, 생산 비용이 증대되는 문제점이 있다.
본 발명은 기둥 형상의 제품을 사출 성형 방법으로 생산할 수 있는 사출 성형 금형을 제공한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면 복수의 기둥 형상의 제품을 동시에 사출 성형하여 생산할 수 있는 사출 성형 금형을 제공한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면 중간 부분의 직경이 상단 및 하단 부분의 직경보다 작은 기둥 형상의 제품을 사출 성형하여 생산할 수 있는 사출 성형 금형을 제공한다.
본 발명은, 서로 밀착되면 기둥 형상의 캐비티(cavity)가 형성되는 상부 코어(upper core)와 하부 코어(lower core), 상기 캐비티에 용융된 수지를 주입하기 위한 수지 사출 노즐(nozzle), 상기 수지 사출 노즐의 맞은편에 형성된 개구를 통해 상기 캐비티에 삽입되고, 상기 수지 사출 노즐에 상대적으로 근접한 제1 위치와, 상기 수지 사출 노즐에 상대적으로 이격된 제2 위치 사이에서 직선 왕복 가능한 피스톤(piston), 및 상기 피스톤을 직선 구동하는 공압 실린더를 구비하고, 상기 피스톤이 제1 위치인 때 상기 수지 사출 노즐로부터 용융 수지가 사출되고, 상기 용융 수지의 사출 압력에 밀려 상기 피스톤이 제2 위치로 이동하도록 구성된다.
상기 캐비티, 수지 사출 노즐, 및 피스톤으로 이루어진 성형 유닛이 복수 개 구비될 수 있다.
본 발명의 사출 성형 금형은 냉매가 상기 피스톤 내부로 유입하여 상기 캐비티 내부에 주입된 용융 수지와 열교환하고 상기 피스톤 외부로 유출되도록 상기 피스톤 내부에 형성된 피스톤 냉각 유로를 더 구비할 수 있다.
본 발명의 사출 성형 금형은 냉매가 상기 캐비티에 주입된 용융 수지와 열교환하도록 상기 캐비티 주변에 형성된 코어 냉각 유로를 더 구비할 수 있다.
상기 캐비티의 길이 방향을 따라 상기 캐비티의 내경은 일정할 수 있다.
상기 캐비티는 상기 하부 코어를 수직 방향으로 관통하는 하부 코어 통공과, 상기 하부 코어에 밀착되어 상기 하부 코어 통공의 상측을 폐쇄하는 상기 상부 코어의 하측면에 의해 한정될 수 있다.
상기 캐비티에 주입된 용융 수지가 경화되어 형성되는 기둥 형상 제품은, 상기 상부 코어를 상기 하부 코어로부터 이격시켜 상기 하부 코어 통공의 상측을 개방하고 상기 피스톤을 제2 위치에서 제1 위치로 이동시키면 상기 하부 코어 통공으로부터 빠져 나오도록 구성될 수 있다.
상기 캐비티의 길이 방향을 따라 양 측 말단 사이에 위치하는 일 지점의 내경이 상기 캐비티의 내경 중에 가장 작으며, 상기 피스톤의 직경은 상기 가장 작은 캐비티의 내경을 유격(遊隔) 없이 통과하는 크기로서 상기 피스톤의 길이 방향으로 일정할 수 있다.
본 발명의 사출 성형 금형에 의하면, 기둥 형상의 제품을 하나씩 또는 복수 개를 동시에 사출 성형 방법으로 생산할 수 있다. 따라서, 생산성이 향상되고 생산 비용이 줄어든다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면 중간 부분의 직경이 상단 및 하단 부분의 직경보다 작은 기둥 형상의 제품을 한번에 사출 성형하여 생산할 수 있으므로 생산 성 향상과 생산 비용 절감의 효과가 더욱 크다.
도 1은 기둥 형상 제품의 일 예를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 사출 성형 금형을 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 사출 성형 금형으로부터 기둥 형상 제품이 취출되는 모습을 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 사출 성형 금형을 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 사출 성형 금형을 도시한 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 기둥 형상 제품을 사출 성형하는 사출 성형 금형을 상세하게 설명한다. 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자 또는 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 사출 성형 금형을 도시한 단면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 사출 성형 금형으로부터 기둥 형상 제품이 취출되는 모습을 도시한 단면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 사출 성형 금형(10)은 기둥 형상의 제품(7)을 사출 성형으로 생산할 수 있는 금형으로, 상부 코어(12) 및 하부 코어(20), 수지 사출 노즐(15), 피스톤(30), 및 공압 실린더(52)(도 4 참조)를 구비한다. 상기 상부 코어(upper core)(12)와 하부 코어(lower core)(20)는 서로 밀착되면 기둥 형상의 캐비티(cavity)(22)가 형성된다. 도 2 및 도 3에 명확히 도시되진 않았으나 상부 코어(12)는 상부 원판(미도시)에 결합 지지될 수 있고, 하부 코어(20)는 하부 원판(미도시)에 결합 지지될 수 있다.
구체적으로, 캐비티(22)는 하부 코어(20)를 수직 방향으로 관통하도록 형성된 하부 코어 통공과, 하부 코어(20)에 밀착되어 상기 하부 코어 통공의 상측을 폐쇄하는 상부 코어(12)의 하측면에 의해 한정된다. 캐비티(22)의 길이 방향, 즉 수직 방향을 따라 상기 캐비티(22)의 내경은 일정하다.
수지 사출 노즐(nozzle)(15)은 캐비티(22)에 용융된 수지를 주입하기 위한 것으로, 상부 코어(12)에 고정 결합되며, 상부 코어(12)와 하부 코어(20)를 밀착시켰을 때 그 말단이 캐비티(22)의 상단까지 연장된다. 피스톤(30)은 수지 사출 노즐(15)의 맞은편, 즉 하부 코어(20)의 하측면에 형성된 개구를 통해 캐비티(22)에 삽입된다. 피스톤(30)은 수지 사출 노즐(15)에 상대적으로 근접한 제1 위치와, 수지 사출 노즐(15)로부터 상대적으로 이격된 제2 위치 사이에서 직선 왕복 가능하다. 도 2의 가상선으로 된 피스톤(30)의 위치 또는 도 3의 피스톤(30)의 위치가 피스톤(30)의 제1 위치를 나타내고, 도 2의 실선으로 된 피스톤(30)의 위치가 제2 위치를 나타낸다.
피스톤(30)의 직경은 수직 방향으로 일정한 캐비티(22)의 내경을 유격(遊隔) 없이 통과하는 크기로서 피스톤(30)의 길이 방향으로 일정하다. 따라서, 용융된 수지가 캐비티(22)에 주입되더라도 캐비티(22)의 내주면과 피스톤(30)의 외주면 사이로 상기 용융된 수지가 누출되지 않는다. 피스톤(30)의 하단부에는 방사 방향으로 직경이 확장된 걸림턱(32)이 형성된다. 걸림턱(32)은 캐비티(22) 내부로 진입할 수 없다. 피스톤(30)이 상승할 때 걸림턱(32)이 하부 코어(20)에 부딪혀 막힐 때까지 상승할 수 있고, 그 때의 피스톤(30)의 위치가 제1 위치가 된다. 피스톤(30)은 피스톤 지지부재(35)에 의해 지지된다. 공압 실린더(52)(도 4 참조)가 상기 피스톤 지지부재(35)를 수직 방향으로 승강하도록 구동할 수 있다. 공압 실린더(52)에 관해서는 도 4를 참조하여 상세하게 설명한다.
사출 성형 금형(10)은 캐비티(22)에 주입된, 고온의 용융 수지를 경화하기 위한 냉각 수단으로서, 피스톤 냉각 유로(37)와 코어 냉각 유로(25)를 더 구비한다. 구체적으로, 피스톤 냉각 유로(37)는 피스콘 지지부재(35) 내부와 피스톤(30) 내부에 일렬로 연결되도록 형성된다. 피스톤 지지부재(35) 내부의 피스톤 냉각 유로(37)를 따라 유동하는 냉매는 피스톤(30) 내부로 유입하여 캐비티(22) 내부에 주입된 용융 수지와 열교환하고 피스톤(30) 외부로 유출된다. 도 2 및 도 3에 상세히 도시되진 않았으나 냉매는 피스톤 지지부재(35)의 외부에서 피스톤 냉각 유로(37)로 유입되고, 피스톤(30) 내부를 흘러 열교환 후 피스톤 지지부재(35)의 외부로 유출된다.
코어 냉각 유로(25)는 캐비티(22) 주변을 코일 스프링처럼 감싸는 경로를 갖는다. 도 2 및 도 3에 상세히 도시되진 않았으나 냉매는 하부 코어(20)의 외부에서 하부 코어(20)로 유입되어 캐비티(22) 주변을 감싸는 경로를 통과하며 캐비티(22)에 주입된 고온의 용융 수지와 열교환한 후 하부 코어(20)의 외부로 유출된다. 피스톤 냉각 유로(37)를 흐르는 냉매와 코어 냉각 유로(25)를 흐르는 냉매는 같은 종류일 수도 있고, 다른 종류일 수도 있다.
이하에서 사출 성형 금형(10)을 이용하여 기둥 형상의 제품을 사출 성형하는 방법을 설명한다. 먼저, 피스톤(30)이 제1 위치(도 2의 가상선 참조)로 상승된 상태에서 상부 코어(12)를 하부 코어(20)의 상측면에 밀착시킨다. 그리고, 수지 사출 노즐(15)을 통해 고온, 고압의 용융 수지를 분출한다. 고압의 용융 수지가 캐비티(22)로 유입됨에 따라 피스톤(30)은 용융 수지의 압력에 의해 천천히 제2 위치(도 2의 실선 참조)까지 밀려 내려간다. 피스톤(30)이 하강함에 따라 캐비티(22)가 서서히 커지며 수지 사출 노즐(15)에서 분출된 용융 수지가 서서히 채워지게 된다. 따라서, 캐비티(22) 내에서 수지의 난류 흐름(turbulence)이나 수지 내의 기포가 발생되지 않으며, 사출 성형으로 형성된 기둥 형상의 두꺼운 제품(7)임에도 불구하고 압출 성형으로 형성된 같은 형상의 제품과 대등한 강한 강성을 가질 수 있다.
피스톤 냉각 유로(37)를 따라 유동하는 냉매와 코어 냉각 유로(25)를 따라 유동하는 냉매를 통한 냉각으로 고온의 용융 수지가 경화되어 기둥 형상의 제품(7)이 캐비티(22) 내에 형성된다. 제품(7)의 취출 과정은 먼저, 상부 코어(12)를 하부 코어(20)로부터 이격시켜 하부 코어 통공의 상측을 개방한다. 그리고, 도 3에 도시된 바와 같이 피스톤(30)을 제2 위치에서 제1 위치로 이동시키면 원기둥 형상의 제품(7)이 하부 코어 통공으로부터 빠져 나와 하부 코어(20)의 상측으로 돌출 및 취출된다.
도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 사출 성형 금형을 도시한 단면도이다. 도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 사출 성형 금형(50)은 캐비티(22), 수지 사출 노즐(15), 및 피스톤(30)으로 이루어진 성형 유닛이 복수 개 구비되어 있다. 구체적으로, 하부 코어(20)에 캐비티(22)에 대응되는 하부 코어 통공이 복수 개 형성되어 있고, 각 캐비티(22)에 용융 수지를 주입하기 위해 캐비티(22)와 동수(同數)의 수지 사출 노즐(15)이 상부 코어(12)에 결합 지지되며, 각 캐비티(22)에 삽입되어 승강할 수 있도록 캐비티(22)와 동수(同數)의 피스톤(30)이 피스톤 지지부재(35)에 결합 지지된다.
피스톤 지지부재(35)는 공압 실린더(52)에 연결되어 승강 가능하며, 피스톤 지지부재(35)의 승강에 의해 복수의 피스톤(30)이 동시에 제1 위치 또는 제2 위치로 승강할 수 있다. 이러한, 구조에 의해 하나의 공압 실린더(52)로 복수의 피스톤(30)을 승강시켜 복수의 기둥 형상 제품(7)(도 3 참조)를 동시에 형성할 수 있다.
공압 실린더(52)는 실린더 보디(53)와 상기 실린더 보디(53)로 유입되거나 이로부터 유출되는 공기의 압력으로 승강하는 로드(55)를 구비한다. 실린더 보디(53)는 하부 코어(20)에 고정 지지되고, 로드(55)의 말단부는 피스톤 지지부재(35)에 결합된다. 한편, 피스톤 냉각 유로(37)는 냉매가 복수의 피스톤(30) 내부를 순차적으로 통과하도록 일렬로 연결되어 있으며, 코어 냉각 유로(25)는 냉매가 복수의 캐비티(22) 주변을 순차적으로 통과하도록 일렬로 연결된다.
도 5는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 사출 성형 금형을 도시한 단면도이다. 도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 사출 성형 금형(60)은 하부 코어(70)의 상측면에 형성된 오목 홈과 상부 코어(62)의 하측면에 형성된 오목 홈이 양 코어(62, 70)가 밀착될 때 서로 겹쳐져 캐비티(72)가 형성된다. 상기 캐비티(72)는 그 길이 방향을 따라 양 측 말단 사이에 위치하는 일 지점의 내경(D1)이 캐비티(72)의 내경 중에 가장 작으며, 양 측 말단으로 갈수록 내경이 커지도록 형성되어 있다.
캐비티(72) 내부로 용융 수지를 주입하기 위한 수지 사출 노즐(65)은 상부 코어(62)에 결합되고, 수지 사출 노즐(65)의 말단은 캐비티(72)의 길이 방향 일측 말단까지 연장된다. 피스톤(80)은 수지 사출 노즐(65)의 맞은편으로부터 캐비티(72)로 진입되어 있고, 가상선으로 도시된 제1 위치와 실선으로 도시된 제2 위치 사이에서 수평 방향으로 직선 왕복 가능하다. 피스톤(80)은 피스톤(80)의 진입 한계를 설정하는 걸림턱(82)을 구비한다. 피스톤(80)은 공압 실린더(미도시)에 의해 구동되는 피스톤 지지부재(85)에 결합 지지되며, 피스톤 내부로는 냉매가 유동하며 열교환할 수 있도록 피스톤 냉각 유로(87)가 형성된다.
도 5에는 상세히 도시되진 않았으나, 사출 성형 금형(60)은 단면도인 도 5에 수직한 방향으로 캐비티(72), 수지 사출 노즐(65), 및 피스톤(80)으로 이루어진 성형 유닛을 복수 개 구비할 수 있고, 피스톤(80)은 도 5에 수직한 방향으로 연장된 피스톤 지지부재(85)에 일렬로 연결 지지될 수 있다. 피스톤 냉각 유로(87)를 따라 피스톤(80) 내부를 유동하는 냉매는 피스톤 지지부재(85)의 일측에서 유입되어 순차적으로 복수의 피스톤(80) 내부를 경유하여 피스톤 지지부재(85)의 타측으로 유출된다.
피스톤(80)의 직경(D2)은 캐비티(72) 내부의 상기 가장 작은 캐비티 내경(D1)을 유격(遊隔) 없이 통과하는 크기로서 피스톤(80)의 길이 방향으로 일정하다. 따라서, 용융된 수지가 캐비티(72)에 분출되어 피스톤(80)이 제1 위치에서 제2 위치로 후퇴하더라도 피스톤(80)의 선단이 상기 가장 작은 캐비티 내경(D1)을 지나기 전까지는 용융된 수지가 캐비티(22) 내부에 급격하게 확산될 수 없다.
이하에서 사출 성형 금형(60)을 이용하여 기둥 형상의 제품을 사출 성형하는 방법을 설명한다. 먼저, 상부 코어(62)를 하부 코어(70)의 상측면에 밀착시키고, 피스톤(80)을 제1 위치(도 5의 가상선 참조)로 수평 이동시킨다. 그리고, 수지 사출 노즐(65)을 통해 고온, 고압의 용융 수지를 분출한다. 고압의 용융 수지가 캐비티(72)로 유입됨에 따라 피스톤(80)은 용융 수지의 압력에 의해 천천히 제2 위치(도 5의 실선 참조)까지 후퇴한다. 피스톤(80)이 하강함에 따라 캐비티(72)가 서서히 커지며 수지 사출 노즐(65)에서 분출된 용융 수지가 서서히 채워지고 냉각되어 중간 부분의 직경이 상단 및 하단 부분의 직경보다 작은 기둥 형상의 제품(미도시)이 캐비티(72) 내에 형성된다. 성형된 제품은 상부 코어(62)를 하부 코어(70)로부터 이격시키고, 노출된 제품을 작업자의 손으로, 또는 자동화된 작업 로봇에 의해 취출할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
10: 사출 성형 금형 12: 상부 코어
15: 수지 사출 노즐 20: 하부 코어
22: 캐비티 25: 코어 냉각 유로
30: 피스톤 37: 피스톤 냉각 유로

Claims (8)

  1. 서로 밀착되면 기둥 형상의 캐비티(cavity)가 형성되는 상부 코어(upper core)와 하부 코어(lower core);
    상기 캐비티에 용융된 수지를 주입하기 위한 수지 사출 노즐(nozzle);
    상기 수지 사출 노즐의 맞은편에 형성된 개구를 통해 상기 캐비티에 삽입되고, 상기 수지 사출 노즐에 상대적으로 근접한 제1 위치와, 상기 수지 사출 노즐에 상대적으로 이격된 제2 위치 사이에서 직선 왕복 가능한 피스톤(piston); 및,
    상기 피스톤을 직선 구동하는 공압 실린더;를 구비하고,
    상기 피스톤이 제1 위치인 때 상기 수지 사출 노즐로부터 용융 수지가 사출되고, 상기 용융 수지의 사출 압력에 밀려 상기 피스톤이 제2 위치로 이동하도록 구성된 것을 특징으로 하는 사출 성형 금형.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 캐비티, 수지 사출 노즐, 및 피스톤으로 이루어진 성형 유닛이 복수 개 구비된 것을 특징으로 하는 사출 성형 금형.
  3. 제1 항에 있어서,
    냉매가 상기 피스톤 내부로 유입하여 상기 캐비티 내부에 주입된 용융 수지와 열교환하고 상기 피스톤 외부로 유출되도록 상기 피스톤 내부에 형성된 피스톤 냉각 유로를 더 구비한 것을 특징으로 하는 사출 성형 금형.
  4. 제1 항에 있어서,
    냉매가 상기 캐비티에 주입된 용융 수지와 열교환하도록 상기 캐비티 주변에 형성된 코어 냉각 유로를 더 구비한 것을 특징으로 하는 사출 성형 금형.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 캐비티의 길이 방향을 따라 상기 캐비티의 내경은 일정한 것을 특징으로 하는 사출 성형 금형.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 캐비티는 상기 하부 코어를 수직 방향으로 관통하는 하부 코어 통공과, 상기 하부 코어에 밀착되어 상기 하부 코어 통공의 상측을 폐쇄하는 상기 상부 코어의 하측면에 의해 한정되는 것을 특징으로 하는 사출 성형 금형.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 캐비티에 주입된 용융 수지가 경화되어 형성되는 기둥 형상 제품은, 상기 상부 코어를 상기 하부 코어로부터 이격시켜 상기 하부 코어 통공의 상측을 개방하고 상기 피스톤을 제2 위치에서 제1 위치로 이동시키면 상기 하부 코어 통공으로부터 빠져 나오도록 구성된 것을 특징으로 하는 사출 성형 금형.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 캐비티의 길이 방향을 따라 양 측 말단 사이에 위치하는 일 지점의 내경이 상기 캐비티의 내경 중에 가장 작으며,
    상기 피스톤의 직경은 상기 가장 작은 캐비티의 내경을 유격(遊隔) 없이 통과하는 크기로서 상기 피스톤의 길이 방향으로 일정한 것을 특징으로 하는 사출 성형 금형.
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