KR20140037420A - 핫런너 밸브장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 핫런너 밸브장치를 개시한다.
본 발명의 핫런너 밸브장치는, 수지를 공급받아 금형의 캐비티로 안내하는 것으로 외면에는 히터가 감겨진 노즐을 구비한 핫런너 밸브장치에 있어서, 상기 노즐은 수직하게 관통된 관 형상의 바디부 및 이 바디부의 일측으로 감소된 지름을 갖도록 구비되는 것으로 그 끝단이 캐비티로 수지가 취출되는 게이트를 형성한 게이트부로 구성되고, 상기 게이트부의 외면을 감싸도록 구비되어 선택적으로 승강되는 것으로, 탄성지지력에 의해 캐비티측으로 하강하여 출몰 상태를 유지하고, 캐비티 내의 수지의 성형압에 의해 상승 이동하여 하강 상태에 비하여 상대적으로 넓은 면적으로 게이트부의 일측에 접촉되어 열손실을 유도하는 승강부싱과; 상기 승강부싱의 외면을 감싸도록 상기 노즐의 하단에 결합 고정되는 것으로 그 외면은 금형에 접촉되게 구비되는 가이드부싱을 포함하여 구성되는 것을 그 특징으로 한다.
이러한 구성의 핫런너 밸브장치는, 노즐의 게이트 개폐를 위한 별도의 구동원을 사용하지 않고도 열전도 부싱의 승강시 선택적으로 금형과 접촉되어 온도차를 갖는 것에 의해 수지의 고화 및 용융을 유도함으로써 금형의 캐비티에 대한 수지의 공급을 단속할 수 있음에 따라 결과적으로 구조의 간소화에 따른 경제적인 제조와 공급이 가능한 유용한 효과가 기대된다.
특히, 종전의 유공압 실린더로 이루어진 구동원을 이용한 밸브핀이나 본 출원인이 선출원한 승강핀 등의 기구가 노즐내에 설치되지 않음에 따라 수지의 유동 저항을 최소화할 수 있으므로 결과적으로 소형의 정밀한 부품이나 유동성이 불량한 성분이 함유된 수지에 대한 성형 조건을 양호하게 조성할 수 있을 뿐만 아니라 제품의 유지보수 및 취급 관리의 편의성을 높일 수 있을 뿐만 아니라 전체적인 부피 감소를 통해 금형에 대한 적용 및 설계의 자유도를 대폭적으로 높일 수 있으므로 산업상 대단히 유용한 효과를 제공한다.
본 발명의 핫런너 밸브장치는, 수지를 공급받아 금형의 캐비티로 안내하는 것으로 외면에는 히터가 감겨진 노즐을 구비한 핫런너 밸브장치에 있어서, 상기 노즐은 수직하게 관통된 관 형상의 바디부 및 이 바디부의 일측으로 감소된 지름을 갖도록 구비되는 것으로 그 끝단이 캐비티로 수지가 취출되는 게이트를 형성한 게이트부로 구성되고, 상기 게이트부의 외면을 감싸도록 구비되어 선택적으로 승강되는 것으로, 탄성지지력에 의해 캐비티측으로 하강하여 출몰 상태를 유지하고, 캐비티 내의 수지의 성형압에 의해 상승 이동하여 하강 상태에 비하여 상대적으로 넓은 면적으로 게이트부의 일측에 접촉되어 열손실을 유도하는 승강부싱과; 상기 승강부싱의 외면을 감싸도록 상기 노즐의 하단에 결합 고정되는 것으로 그 외면은 금형에 접촉되게 구비되는 가이드부싱을 포함하여 구성되는 것을 그 특징으로 한다.
이러한 구성의 핫런너 밸브장치는, 노즐의 게이트 개폐를 위한 별도의 구동원을 사용하지 않고도 열전도 부싱의 승강시 선택적으로 금형과 접촉되어 온도차를 갖는 것에 의해 수지의 고화 및 용융을 유도함으로써 금형의 캐비티에 대한 수지의 공급을 단속할 수 있음에 따라 결과적으로 구조의 간소화에 따른 경제적인 제조와 공급이 가능한 유용한 효과가 기대된다.
특히, 종전의 유공압 실린더로 이루어진 구동원을 이용한 밸브핀이나 본 출원인이 선출원한 승강핀 등의 기구가 노즐내에 설치되지 않음에 따라 수지의 유동 저항을 최소화할 수 있으므로 결과적으로 소형의 정밀한 부품이나 유동성이 불량한 성분이 함유된 수지에 대한 성형 조건을 양호하게 조성할 수 있을 뿐만 아니라 제품의 유지보수 및 취급 관리의 편의성을 높일 수 있을 뿐만 아니라 전체적인 부피 감소를 통해 금형에 대한 적용 및 설계의 자유도를 대폭적으로 높일 수 있으므로 산업상 대단히 유용한 효과를 제공한다.
Description
본 발명은 금형의 캐비티에 용융 수지를 주입하기 위한 핫런너 밸브장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 게이트 개폐를 위한 별도의 구동원이 없이도 수지의 고화 및 용융 현상을 이용하여 수지의 공급을 단속할 수 있도록 함으로써 수지의 흐름을 저해하는 기구적인 요소를 최소화하여 구조를 간소화함과 동시에 수지의 향상된 유동성을 보장함으로써, 소형, 정밀 부품이나 글라스화이버 또는 마그네슘 성분 등이 혼합된 유동성이 불량한 수지를 이용한 제품의 성형을 가능하게 하는 핫런너 밸브장치에 관한 것이다.
일반적으로 플라스틱 제품을 성형하는 사출성형기는 수지를 용융한 형체 실린더로부터 수지원료를 매니폴드로 주입시키고, 주입된 수지는 매니폴드 내에 분기 형성된 수지유로를 따라 균등하게 분배되어 매니폴드의 하부에 결합된 하나 이상의 노즐로 각각 공급되어 제품 성형틀인 상·하 코어가 형성하는 성형공간 즉, 캐비티로 주입하는 장치이다. 이러한 사출성형기는 밸브핀의 승강 동작에 의해 출구를 개폐하도록 구성되어지며, 성형품의 수량에 따라 비교적 여러 개를 일시에 성형하는 경우에는 매니폴드를 통해 수지를 공급받는 매니폴드형이 사용되고, 단품 생산을 하는 경우에는 싱글형이 사용된다.
도 1은 종래 기술에 따른 고압의 공기를 작동압으로 하여 밸브핀을 승강시키는 사출성형기 용 핫런너 시스템을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
이에 나타내 보인 바와 같이 종래의 다캐비티 금형용 사출성형기 밸브장치는 크게 구동부(100)와 밸브장치(200)로 구성되며 밸브핀(210)의 승강 동작을 위한 구동원으로 고압의 공기를 이용한다. 즉, 상기 구동부(100)는 외부로부터 고압의 공기(Air)를 공급 및 배출하기 위한 관로인 에어채널(air chnnel;110,120)이 복수개 형성되어 있으며, 이 복수개의 에어채널(110,120)을 통해 선택적으로 유입되는 고압의 공기에 의해 실린더(130)내의 피스톤(140)이 승강을 이루는 구조이다. 이때, 상기 피스톤(130)의 하단에는 밸브핀(210)이 연결되어 연동되는 구조이다.
그리고, 상기 밸브핀(210)은 피스톤(130)에 연동하여 승강 됨으로써 노즐(220)의 선단부를 형성하는출구를 선택적으로 차단 또는 개방하는 구조이다.
한편, 상기 밸브장치(200)는 외체를 형성하는 것으로 수지의 고화를 방지하기 위한 히터가 권선되는 노즐(220)를 포함하며, 이 노즐(220)의 내부에는 밸브핀(210)이 수직방향으로 승강을 이루도록 설치되는 구조이다. 여기서, 상기 노즐(220)은 밸브핀(210)의 주위로 일정한 간극을 두고 수지채널(230)이 형성되며, 이 수지채널(230)의 양끝은 노즐의 출구와 매니폴드(300)의 수지채널(310)에 각각 연결되는 구조이다. 이러한 구성의 다캐비티 금형용 사출성형기 밸브장치는 상기 에어채널(110,120)을 통해 선택적으로 고압의 작동압이 공급되면 피스톤(140)이 승강 또는 하강을 이루게 되고, 이와 동시에 밸브핀(210) 이 연동하여 일체로 승강 동작이 수행된다. 따라서, 상기 피스톤(140)이 승강 됨에 따라 노즐의 출구를 개방 또는 차단시키게 되므로 결과적으로 매니폴드(300)를 통해 공급되는 수지가 출구를 통해 금형내로 공급되거나 또는 차단되게 된다.
요약하면, 상기 종래 기술에 따른 공기압을 작동으로 하는 사출성형기용 밸브 게이트(출구) 장치는 고압의 공기를 선택적으로 해당 에어채널(110,120)을 통해 실린더(130)내로 공급시켜 피스톤(140)을 승강시키게 되며, 이때의 피스톤(140)에 연동하여 밸브핀(210)이 노즐의 출구를 개폐시키게 된다.
그러나, 상기와 같이 구성되는 종래 기술에 따른 밸브장치는 밸브핀을 승강시키기 위한 작동원으로 고압의 공기를 이용하므로 공기유출을 방지하기 위한 기밀구조를 채용해야 하고 작동압을 공급하기 위한 대형 공압장치(콤프레셔)를 필요로 하므로 부피가 커지면서 구조가 복잡해져 설치공간에 많은 제약을 받을 뿐만 아니라 정비 및 관리성이 극히 불량한 단점이 있었다. 또한, 노즐을 여러 개 구비하는 다캐비티 금형에 적용되는 경우 각 노즐이 갖는 치수산포로 인해 결과적으로 각 노즐의 사출량에 편차가 발생하여 균일한 품질을 갖는 성형품의 양산이 어려운 문제점이 있었다.
이러한, 문제점을 해결하기 위하여 본 출원인은 실용신안등록출원 제2002-09883호(등록번호 0280604호, 등록결정), 실용신안등록출원 제2002-09884호(등록번호 0280605호, 등록유지결정), 실용신안등록출원 제2002-09885호(등록번호 0280606호, 등록유지결정), 실용신안등록출원 제2002-19175호(등록번호 0290456호, 등록유지결정), 실용신안등록출원 제2003-0034932호(등록번호 0341515호 등록유지결정), 실용신안등록출원 제2003-0038360호(등록번호 0344137호 등록유지결정)을 통해 전원에 의해 밸브핀을 수직방향으로 가동시키는 밸브장치를 등록받은 바 있다.
이들 밸브장치의 구성을 대략적으로 살펴보면, 크게 노즐과 구동수단으로 구성되며, 이때의 상기 노즐은 내부에 수지를 공급받아 선단부에 구비된 출구를 통해 금형으로 주입하기 위한 수지유로가 형성되는 일반적인 밸브 구조를 취한다. 그리고, 상기 구동수단은 전원 공급에 의해 밸브핀을 승·하강시키는 정·역모터 또는 솔레노이드 액츄에이터가 사용된다.
이와 같이 본 출원인이 선 출원한 밸브장치는 전원공급을 받아 구동하는 정·역모터 또는 액츄에이터를 구동원으로 채용하는 구조에 의해 밸브장치의 전체적인 크기의 소형화가 가능하게 되므로 금형 설계의 자유도를 높일 수 있을 뿐만 아니라 밸브핀의 이동량을 신속하고 정밀하게 제어할 수 있다.
그러나, 본 출원인이 선 출원한 여러 밸브장치에서 정역·모터를 구동원으로 하는 경우 감속기를 구비시켜야 할 뿐만 아니라 모터를 냉각시키기 위한 냉각구조를 적용해야 하므로 구조적으로 복잡하여 경제적인 양산이 곤란한 단점이 있다.
반면, 솔레노이드 원리를 이용한 액츄에이터의 경우에는 비교적 구조를 간소화시킬 수 있으나, 밸브핀이 출구를 개방 또는 닫힌 상태에서 상대 위치로 이동하는 시점에서 원활한 구동이 이루어지지 않는 단점이 있다. 이는 비단 솔레노이드 액츄에이터에서만 발생하는 현상은 아니다. 거의 모든 핫런너 시스템에서의 밸브핀은 출구의 차단시 그 끝단이 출구에 끼움되고 그 타측단은 직선 이동을 가능하게 지지하는 부싱에 끼움 된 상태이다. 이러한 상태에서 출구를 개방하기 위해 밸브핀을 상승시키는 경우에는 밸브핀에 가해지는 정지저항(밸브핀을 지지하는 부싱 등의 지지요소로 인한 마찰 저항 및 출구에 끼움되었을 때의 마찰 저항)을 극복할 수 있을 정도의 동력 즉, 큰 동력을 필요로 한다. 즉, 대부분의 핫런너 시스템은 밸브핀의 승강 또는 하강된 상태에서 상대 위치로 이동시 초기에 작용하는 마찰저항을 극복하고 하강 또는 상승 동작이 실행될 수 있도록 하기 위하여 정격출력보다 높은 출력의 구동원이 적용되고 있는 실정이다.
따라서, 높은 출력의 구동원(유·공압 실린더, 정·역·모터, 액츄에이터)이 요구됨에 따라 제조비용이 상승되는 폐단이 있을 뿐만 아니라 부피가 커짐에 따라 소형이면서 정밀한 사출물을 성형하기 위한 금형에 대한 적용 자유도가 크게 제한되는 문제점이 있었다.
특히, 소형이면서 정밀한 부품을 성형하거나, 또는 유동성이 불량한 글라스화이버나 마그네슘 성분 등을 함유한 수지를 이용하여 제품을 성형하는 경우 밸브핀의 승강이 원활하지 않는 문제점이 있었다. 또한, 노즐의 끝 부분은 금형과 접촉되어 있어 금형으로 열을 빼앗기게 되는데, 수지가 유동시에는 노즐의 외면에 감겨진 히터에 의해 용융된 상태를 유지하지만, 수지 유동이 정지된 상태에서는 노즐의 끝 부분에서 발생하는 열 손실로 인해 이 부분의 수지가 고화되는 현상이 발생함에 따라 결과적으로 고화된 수지가 다시 녹을 때 까지 사출 공정을 일시 중단해야 하므로 생산성이 저하되고 고화된 수지가 완전하게 녹지 않는 경우 성형 불량을 발생하는 폐단이 있었다.
이를 해소하기 위해 종래에는 노즐의 끝 부분에 대한 급속 가열을 가능하게 하도록 고주파나 저압방식의 가열수단을 부가 장착하고 있으나 노즐 끝부분에 대한 급속 가열로 인해 이와 맞닿은 금형의 손상을 유발하여 금형의 수명을 단축시키는 심각한 문제점이 있다. 또한, 이러한 고주파 및 저압방식의 가열수단은 노즐 주변에 설치됨에 따라 밸브장치의 전체적인 부피가 커져 설계의 자유도가 제한되는 것은 물론이고, 소형이면서 정밀한 성형품 양산을 위한 금형에는 적용이 불가능하며, 구조가 복잡하여 유지관리의 어려움이 있을 뿐만 아니라 고가의 고주파 및 저압 장비를 추가 설비해야 하므로 경제성이 떨어지는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하고자 본 출원인은 대한민국 등록특허 제10-1163938호를 통해 개선된 사출성형기용 핫런너 밸브장치를 제안한 바 있으며, 상기 사출성형기용 핫런너 밸브장치는 수지로를 형성한 매니폴드 및 그 일측에 연결되어 수지를 공급받아 금형의 캐비티측으로 안내하는 것으로 외주면에 히터가 권선 된 노즐 그리고 유?공압이나 모터를 이용하여 승강되는 승강요소를 구비하는 구동수단으로 이루어지는 사출성형기용 핫런너 밸브장치에 있어서, 상기 노즐은 중심으로 설치홀이 관통 형성되고 하측으로는 설치홀에 대해 감소된 지름을 갖는 출입홀이 형성된 바디를 구비하며, 상기 설치홀에 일단이 슬라이드 끼움되고 일측이 승강요소에 연결되어 연동되는 것에 의해 상승 이동시에는 하단부가 상기 노즐 내측에 위치되고 하강시에는 하면이 금형에 접촉되며, 상단부는 수지를 공급받도록 수지로에 연결되고 하단부는 공급받은 수지가 금형의 캐비티로 주입될 수 있게 상기 출입홀을 통과하여 출몰되는 유동제어팁이 형성된 승강핀을 포함하여 구성되는 것을 기술적 특징으로 하고 있다.
이러한 구성의 사출성형기용 핫런너 밸브장치는 승강핀이 선택적으로 하강하여 금형과 접촉을 이룸에 따라 온도차에 의한 수지의 공급을 단속할 수 있으나, 상기 승강핀이 노즐 내에서 승강되어야 하므로 구성이 복잡하고
과 금형의 접촉시 발생하는 반복적인 충격력에 의해 승강핀 또는 금형이 파손되는 문제점이 있을 뿐만 아니라 승강핀이 금형에 접촉한 상태에서 캐비티 내의 수지가 고화됨에 따라 성형품에 승강핀의 자국이 남는 단점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 탄성 지지력에 의해 하강된 열전도 부싱이 금형과의 접촉을 통해 그 내부를 통과하여 금형의 캐비티 내로 취출되는 수지가 고화 또는 용융되도록 함으로써 수지의 공급을 단속시킬 수 있는 핫런너 밸브장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 유공압 실린더나 엑츄에이터 등의 구동원을 사용하지 않고도 수지의 공급 단속을 가능하게 하면서, 아울러 구조가 간소하여 경제적인 제작과 유지관리의 편의성을 높일 수 있는 핫런너 밸브장치를 제공하는데 있다.
상기의 목적을 실현하기 위한 본 발명의 바람직한 일 실시례에 따른 핫런너 밸브장치는, 수지를 공급받아 금형의 캐비티로 안내하는 것으로 외면에는 히터가 감겨진 노즐을 구비한 핫런너 밸브장치에 있어서, 상기 노즐은 수직하게 관통된 관 형상의 바디부 및 이 바디부의 일측으로 감소된 지름을 갖도록 구비되는 것으로 그 끝단이 캐비티로 수지가 취출되는 게이트를 형성한 게이트부로 구성되고, 상기 게이트부의 외면을 감싸도록 구비되어 선택적으로 승강되는 것으로, 탄성지지력에 의해 캐비티측으로 하강하여 출몰 상태를 유지하고, 캐비티 내의 수지의 성형압에 의해 상승 이동하여 하강 상태에 비하여 상대적으로 넓은 면적으로 게이트부의 일측에 접촉되어 열손실을 유도하는 승강부싱과; 상기 승강부싱의 외면을 감싸도록 상기 노즐의 하단에 결합 고정되는 것으로 그 외면은 금형에 접촉되게 구비되는 가이드부싱을 포함하여 구성되는 것을 그 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 한 특징으로서, 상기 바디부와 게이트부는 나사체결로 연결 구비되고, 상기 승강부싱은 그 상부로 출몰스프링이 구비되어 하향 탄성 지지력을 받도록 구비되는 것에 있다.
본 발명의 바람직한 다른 특징으로서, 상기 게이트부는 하향 진행하면서 지름이 감소되게 단차부가 형성되고, 상기 승강부싱은 상기 단차부에 대응하는 지지면을 형성하는 플랜지부가 형성되고, 상기 단차부와 플랜지부의 사이에는 출몰스프링이 구비되는 것에 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 특징으로서, 상기 게이트부는 그 하단부에 원기둥 형상의 수직관부가 형성되고, 상기 승강부싱은 하강 이동된 상태에 대하여 상승 이동된 상태에서 상기 수직관부와 넓은 면으로 접촉되는 접촉돌기가 구비되는 것에 있다.
본 발명에 따른 핫런너 밸브장치는, 노즐의 게이트 개폐를 위한 별도의 구동원을 사용하지 않고도 열전도 부싱의 승강시 선택적으로 금형과 접촉되어 온도차를 갖는 것에 의해 수지의 고화 및 용융을 유도함으로써 금형의 캐비티에 대한 수지의 공급을 단속할 수 있음에 따라 결과적으로 구조의 간소화에 따른 경제적인 제조와 공급이 가능한 유용한 효과가 기대된다.
특히, 종전의 유공압 실린더로 이루어진 구동원을 이용한 밸브핀이나 본 출원인이 선출원한 승강핀 등의 기구가 노즐내에 설치되지 않음에 따라 수지의 유동 저항을 최소화할 수 있으므로 결과적으로 소형의 정밀한 부품이나 유동성이 불량한 성분이 함유된 수지에 대한 성형 조건을 양호하게 조성할 수 있을 뿐만 아니라 제품의 유지보수 및 취급 관리의 편의성을 높일 수 있을 뿐만 아니라 전체적인 부피 감소를 통해 금형에 대한 적용 및 설계의 자유도를 대폭적으로 높일 수 있으므로 산업상 대단히 유용한 효과를 제공한다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
도 1은 종래 기술에 따른 사출성형기용 핫런너 밸브장치를 나타낸 단면도,
도 2는 본 발명에 따른 핫런너 밸브장치의 노즐 외관을 나타낸 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 핫런너 밸브장치의 전체 구성을 설명하기 위한 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 핫런너 밸브장치에서 사출 시작 시점을 설명하기 위한 단면도,
도 5는 본 발명에 따른 핫런너 밸브장치에서 캐비티에 대한 수지의 충진 완료시점을 설명하기 위한 단면도,
도 6은 본 발명에 따른 핫런너 밸브장치에서 캐비티에 충진된 수지의 성형시점을 설명하기 위한 단면도,
도 7은 본 발명에 따른 핫런너 밸브장치에서 캐비티에 대한 수지 주입을 위한 사출 대기 상태를 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 핫런너 밸브장치의 노즐 외관을 나타낸 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 핫런너 밸브장치의 전체 구성을 설명하기 위한 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 핫런너 밸브장치에서 사출 시작 시점을 설명하기 위한 단면도,
도 5는 본 발명에 따른 핫런너 밸브장치에서 캐비티에 대한 수지의 충진 완료시점을 설명하기 위한 단면도,
도 6은 본 발명에 따른 핫런너 밸브장치에서 캐비티에 충진된 수지의 성형시점을 설명하기 위한 단면도,
도 7은 본 발명에 따른 핫런너 밸브장치에서 캐비티에 대한 수지 주입을 위한 사출 대기 상태를 설명하기 위한 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 핫런너 밸브장치를 설명하면 다음과 같다. 먼저, 도면들 중 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 동일한 참조부호로 나타내고 있음을 유의하여야 한다. 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지의 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.
도 2는 본 발명에 따른 핫런너 밸브장치의 노즐 외관을 나타낸 사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 핫런너 밸브장치의 적용 구조를 설명하기 위한 단면도이다.
그리고, 도 4는 본 발명에 따른 핫런너 밸브장치가 수지를 금형의 캐비티 측으로 취출하는 시작 시점을 설명하기 위한 단면도로서, 승강부싱(30)은 출몰스프링(40)의 탄성지지력에 의해 금형(m)의 캐비티(c) 측으로 출몰 상태를 이루고, 이때의 상기 승강부싱(30)은 노즐(20)을 구성하는 게이트부(22)와의 접촉면이 최소화 된 상태를 유지함으로서 게이트부(22)를 통과하여 취출되는 수지가 고화되지 않도록 한다.
그리고, 도 5는 금형의 캐비티에 충진된 수지의 성형시 발생하는 성형압이 승강부싱의 하면에 작용하는 시점을 설명하기 위한 단면도로서, 금형(m)의 캐비티(c)에 수지가 완충된 후 성형과정에서 성형압이 발생하는데, 이때의 성형압은 노즐(20)의 게이트부(22)를 향하여 작용함에 따라 결과적으로 상기 게이트부(22)를 감싸는 승강부재인 승강부싱(30)을 상방향으로 이동시키게 된다.
그리고, 도 6은 금형의 캐비티에 충진된 수지의 성형압에 의해 승강부싱이 완전히 상승 이동을 이룬 상태를 나타낸 것으로, 이러한 상태에서 승강부싱(30)은 그 외면에 구비된 가이드부싱(35)에 접촉되는 것에 의해 급격한 열손실이 발생되고, 이 열손실은 결과적으로 승강부싱(30)의 내부에 위치한 노즐(20)의 게이트부(22)에 작용하여 수지를 고화시켜 게이트를 차단하게 된다.
끝으로 도 7은 금형(m)의 캐비티(c) 내에서 성형품을 취출하고, 이후 사출공정을 준비중인 상태를 나타낸 것으로, 이러한 상태에서는 상기 금형의 캐비티(c)에서 작용하는 성형압이 제거됨에 따라 출몰스프링(40)의 탄성 지지력에 의해 승강부싱(30)이 하강이동을 이루면서 게이트부(22)와의 접촉면적이 최소화됨에 따라 결과적으로 게이트부(22)의 열손실을 억제함으로써 히터(23)에 의해 가열되어 그 내부의 수지가 용융되게 함으로서 수지의 취출을 가능하게 한다.
이상의 도면을 참조하여 본 발명에 따른 핫런너 밸브장치의 구성을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 본 발명의 핫런너 밸브장치는, 크게 사출 실린더(미도시)로부터 수지를 공급받아 이를 분기하여 공급하도록 내부에 여러 갈래의 수지로(11)가 형성된 매니폴드(10)와, 상기 매니폴드(10)의 일측에 연결되어 수지를 공급받아 상·하 코어(m1,m2)로 이루어진 금형(m)의 캐비티(c)의 내부로 수지를 주입하기 위한 노즐(20)과, 이 노즐(20)의 끝단부에 승강 가능하게 설치되어 출몰스프링(40)과 캐비티(c)에 충진된 수지의 성형압에 의해 승강 동작이 규제되는 것으로 하강시 게이트부(22)에 대한 열손실을 유발하지 않고 상승시에는 게이트부(22)에 대한 열손실을 유도하는 승강부싱(30)과, 상기 승강부싱(30)의 외면을 감사는 형태로 구비되는 가이드부싱(35)으로 구성된다.
매니폴드(10)는 열전도성이 우수한 금속재로 이루어진 판재형상으로 제작되며, 그 내부에는 용융된 상태의 액상의 수지가 이동되는 수지로(11)가 분기된 형태로 형성된다. 그리고 그 상·하면으로는 상기 수지로(11)를 따라 유동되는 수지가 고화되는 것을 방지하도록 히터(미도시)가 매립된다. 이러한 구성의 매니폴드(10)는 도면을 기준으로 살펴보면, 하측으로는 후술할 노즐(20)이 구비되며, 공지의 기술에 의해 실시되는 것이므로 상세한 설명은 생략한다.
노즐(20)은 수직하게 관통된 중공의 관 형상을 갖는 바디부(21)와, 이 바디부(21)의 일측으로 감소된 지름을 갖도록 구비되는 것으로 그 끝단이 금형(m)의 성형공간인 캐비티(c) 내부로 수지가 취출될 수 있는 구멍인 게이트가 형성된 게이트부(22)로 구성된다.
상기 바디부(21)는 내부에 수지가 유동될 수 있도록 수직하게 관통된 원기둥 형상으로 구비되며, 그 외면으로는 내부의 수지가 고화되지 않도록 외부로부터 전원을 공급받아 발열을 하는 히터(23)가 감겨진다.
상기 게이트부(22)는 상기 바디부(21)에 대해 감소된 지름으로 구비되는 것에 의해 최종적으로 수지가 토출되는 부분으로서, 그 끝단은 상기 금형(m)의 캐비티(c)로 수지를 공급하도록 취출구멍인 게이트(미부호)가 형성된다. 또한, 상기 게이트부(22)는 하향 진행하면서 지름이 감소되게 단차부(23)가 형성되고, 그 끝단부는 후술할 승강부싱(30)과 선택적으로 면접촉을 이루도록 원기둥 형상의 수직관부(22b)가 형성된다.
한편, 상기 바디부(21)와 게이트부(22)는 일체로 형성되어도 무방하나, 조립성 및 양산성을 고려하여 각각 성형한 상태에서 억지끼움으로 조립하거나 도는 나사체결 방식에 의해 조립된다.
이러한 구성의 노즐(20)은 공지의 기술과 대동소이하며, 성형품의 형태나 크기에 따라 적절히 설계 변경될 수 있다.
승강부싱(30)은 상기 게이트부(22)의 외면을 감싸도록 구비되는 것으로, 후술할 출몰스프링(40)의 탄성지지력을 받아 하강 상태를 유지하게 되고, 하강 상태에서는 상기 금형(m)의 캐비티(c) 내에 충진된 수지의 성형압의 작용시 상승 이동을 이루는 요소이다.
이러한 승강부싱(30)은 상기 게이트부(22)의 단차부(23)와 마주하는 방향으로 출몰스프링(40)의 하단을 지지하기 위한 플랜지부(31)가 형성되며, 이들 단차부(23)와 플랜지부(31) 사이에는 출몰스프링(40)이 구비되어 상기 승강부싱(30)에 대한 하향 탄성지지력을 작용한다.
한편, 상기 출몰스프링(40)은 공지의 코일 스프링이 사용되는 것이 바람직하며, 본 실시례에서와 같이 단일로 구성하거나 또는 상기 승강부싱(30)을 중심으로 방사상으로 소형의 코일 스프링을 복수 구비하는 것도 가능할 것이다.
또한, 본 발명에서의 승강부싱(30)은 하강 이동된 위치에 대하여 상승 이동된 위치에서 그 내면이 상기 수직관부(22b)와 넓은 면적으로 접촉되고, 그 하면은 평탄하여 금형(m)의 캐비티(c)에 충진된 수지의 성형압을 받도록 블록 형상을 갖는 접촉돌기(32)가 구비된다.
이와 같은 구성의 승강부싱(30)은 하강 이동된 상태에서는 노즐(20)을 구성하는 게이트부(22)와의 접촉면이 최소화되고, 반대로 상승 이동된 상태에서는 노즐(20)을 구성하는 게이트부(22)와의 접촉면이 최대가 될 수 있게 설계되며, 하강 이동시에는 상기 가이드부싱(35)과 노즐(20)의 게이트부(22)로부터 완전히 이탈되지 않도록 이들 구성요소와 걸림구조로 설계되는 것이 바람직하다.
이는 하강 이동시에는 상기 게이트부(22)에 대한 열손실이 최소화되도록 하여 상기 게이트부(22)의 내부를 통과하는 수지가 용융상태를 유지할 수 있도록 하기 위함이며, 반대로 상승 이동시에는 상기 게이트부(22)의 온도가 급격하게 떨어지도록 열손실이 최대화되도록 하여 상기 게이트부(22)의 내부의 수지가 고화상태로 변화되게 함으로서 수지의 공급을 단속하게 된다.
가이드부싱(35)은 상기 승강부싱(30)의 외면을 감싸도록 구비되며, 상기 노즐(20)의 하단에 끼워맞춤으로 조립되거나 또는 나사체결에 의해 조립되는 구성이며, 그 외면은 금형(m)을 구성하는 상코어(m1)에 접촉되는 것에 의해 상기 히터(23)가 구비된 노즐(20)에 대해 대략 50~200℃ 낮은 온도를 유지한다. 이러한 가이드부싱(35)은 그 내면이 상기 승강부싱(30)과 접촉 상태를 유지함에 따라 상기 승강부싱(30)에 대한 열손실을 유도하게 된다.
즉, 본 발명에서의 가이드부싱(35)은 노즐(20)의 게이트부(22)를 감싸도록 구비된 승강부싱(30)을 감싸면서 빠르게 열을 전달하는 열전달 요소로서, 상기 승강부싱(30)과의 열전도성을 양호하게 하기 위하여 열전도성이 우수한 동계열의 합금 등의 소재가 사용되는 것이 바람직하다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 핫런너 밸브장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 노즐(20)에 사출실린더로부터 용융 수지(r)가 공급되면, 수지는 노즐(20)을 구성하는 바디부(21)와 게이트부(23)를 경유하여 금형(m)의 캐비티(c)내로 취출된다.
이때, 상기 게이트부(23)의 외면을 감싸도록 구비된 승강부싱(30)은 그 상면을 가압하도록 배치된 출몰스프링(40)의 탄성지지력에 의해 하강 상태를 유지하게 되고, 이때 상기 승강부싱(30)과 게이트부(23)는 도 4에 나타내 보인 바와 같이 상호간의 열적 영향이 최소화되도록 접촉면이 최소 상태를 이룬다.
이어서, 도 5에 나타내 보인 바와 같이, 상기 노즐(20)을 경유한 용융 수지가 금형(m)의 캐비티(c)내에 완전히 주입되어 충진 상태를 이루면, 상기 캐비티(c)내에 주입된 성형수지(r2)는 고압으로 충진된 상태에서 성형이 이루어짐에 따라 높은 성형압이 발생한다.
따라서, 상기 금형의 캐비티(c)내로 출몰된 승강부싱(30)은 그 끝단부인 접촉돌기(32)에 성형압이 작용함에 따라 도 6에 나타내 보인 바와 같이 상승 이동을 이루게 된다.
이때, 상기 상승 이동한 승강부싱(30)은 접촉돌기(32)가 상기 노즐(20)의 게이트부(23)의 수직관부(22b)와 면접촉을 이룸에 따라 상기 게이트부(23)로부터 열을 빼앗게 된다.
즉, 상기 승강부싱(30)은 노즐(20)에 대하여 상대적으로 온도가 낮은 금형(m)의 상코어(m1)에 접촉하고 있는 가이드부싱(35)과 접촉 상태를 유지함에 따라 항시 낮은 온도를 유지하게 되는데, 상승 이동시 상기 게이트부(23)와 접촉되므로 상기 게이트부(23)에 대한 열손실을 유도하여 온도를 떨어뜨리는 것이다.
따라서, 상기 게이트부(23)는 상기 승강부싱(30)과의 접촉에 의해 온도가 급격하게 떨어지므로, 상기 게이트부(23)의 내부에 위치한 수지는 고화되어 고화수지(r1)를 형성하는 것에 의해 관로를 차단하게 된다. 즉, 수지가 고화되는 것에 의해 게이트부(23)의 취출구멍인 게이트가 차단되므로 수지가 캐비티(c)측으로 흘러내리거나 유동되는 것이 방지된다.
이어서, 금형(m)의 캐비티(c)로부터 성형품을 취출하면 도 7에 나타내 보인 바와 같이 승강부싱(30)에 작용하는 성형압이 제거되므로, 상기 승강부싱(30)은 출몰스프링(40)의 탄성지지력에 의해 하강하게 되고, 이러한 상태에서 상기 게이트부(23)는 상기 승강부싱(30)과의 접촉면이 감소됨에 따라 열손실이 일어나지 않게 된다. 따라서 상기 게이트부(23)의 내부에 위치한 고화수지는 히터(23)의 가열에 의해 다시 용융 상태를 이루므로 상기 금형(m)의 캐비티(c)내로 취출이 가능하게 된다.
한편, 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 적용 부위를 변경하여 사용하는 것이 가능하고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형을 할 수 있음은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다. 따라서, 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.
10 : 매니폴드
20 : 노즐
21 : 바디부
22 : 게이트부
23 : 히터
30 : 승강부싱
35 : 가이드부싱
40 : 출몰스프링
20 : 노즐
21 : 바디부
22 : 게이트부
23 : 히터
30 : 승강부싱
35 : 가이드부싱
40 : 출몰스프링
Claims (4)
- 수지를 공급받아 금형의 캐비티(c)로 안내하는 것으로 외면에는 히터(23)가 감겨진 노즐(20)을 구비한 핫런너 밸브장치에 있어서,
상기 노즐(20)은 수직하게 관통된 관 형상의 바디부(21) 및 이 바디부(21)의 일측으로 감소된 지름을 갖도록 구비되는 것으로 그 끝단이 캐비티(c)로 수지가 취출되는 게이트를 형성한 게이트부(22)로 구성되고,
상기 게이트부(22)의 외면을 감싸도록 구비되어 선택적으로 승강되는 것으로, 탄성지지력에 의해 캐비티(c)측으로 하강하여 출몰 상태를 유지하고, 캐비티(c) 내의 수지의 성형압에 의해 상승 이동하여 하강 상태에 비하여 상대적으로 넓은 면적으로 게이트부(22)의 일측에 접촉되어 열손실을 유도하는 승강부싱(30)과;
상기 승강부싱(30)의 외면을 감싸도록 상기 노즐(20)의 하단에 결합 고정되는 것으로 그 외면은 금형에 접촉되게 구비되는 가이드부싱(35);
을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 핫런너 밸브장치.
- 제 1항에 있어서,
상기 바디부(21)와 게이트부(22)는 나사체결로 연결 구비되고, 상기 승강부싱(30)은 그 상부로 출몰스프링(40)이 구비되어 하향 진행하도록 탄성 지지력을 받도록 구비되는 것을 특징으로 하는 핫런너 밸브장치.
- 제 1항에 있어서,
상기 게이트부(22)는 하향 진행하면서 지름이 감소되게 단차부(22a)가 형성되고,
상기 승강부싱(30)은 상기 단차부(22a)에 대응하는 지지면을 형성하는 플랜지부(31)가 형성되고,
상기 단차부(22a)와 플랜지부(31)의 사이에는 출몰스프링(40)이 구비되는 것을 특징으로 하는 핫런너 밸브장치.
- 제 1항에 있어서,
상기 게이트부(22)는 그 하단부에 원기둥 형상의 수직관부(22b)가 형성되고;
상기 승강부싱(30)은 하강 이동된 위치에 대하여 상승 이동된 위치에서 그 내면이 상기 수직관부(22b)와 넓은 면으로 접촉되며, 그 하면은 평탄하여 캐비티(c)의 성형압을 받도록 구비되는 접촉돌기(32)가 구비되는 것을 특징으로 하는 핫런너 밸브장치.
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CN108202386A (zh) * | 2016-12-19 | 2018-06-26 | 蓝思科技(长沙)有限公司 | 一种陶瓷产品成型装置及成型方法 |
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KR101163938B1 (ko) | 2011-01-16 | 2012-07-09 | 김혁중 | 사출성형기용 핫런너 밸브장치 |
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2012
- 2012-09-18 KR KR1020120103207A patent/KR101588249B1/ko active IP Right Grant
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