KR20140039559A - 사출 금형용 핫런너 시스템 - Google Patents

사출 금형용 핫런너 시스템 Download PDF

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KR20140039559A
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motor housing
valve pin
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hot runner
cylinder member
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KR1020120105867A
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김병수
박성철
고형환
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주식회사 아모텍
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Abstract

본 발명의 사출 금형용 핫런너 시스템은 용융 수지가 공급되는 유로를 갖는 밸브 바디와, 상기 밸브 바디의 하측에 설치되어 용융 수지를 토출하는 노즐과, 상기 밸브 바디의 유로 내에 승강 가능하게 배치되어 노즐을 개폐하는 밸브핀과, 상기 밸브핀을 승강시키는 구동부를 포함하고, 상기 구동부는 하측이 개방된 모터 하우징과, 상기 모터 하우징의 내면에 고정된 스테이터와, 상기 스테이터의 내면에 일정 갭을 두고 배치되어 회전 운동되는 로터와, 상기 로터가 고정되고 회주면에 숫나사부가 형성되는 회전축과, 상기 모터 하우징의 개방된 하면에 고정되는 실린더 부재와, 상기 실린더 부재의 내면에 직선 이동 가능하게 배치되고 회전축에 형성된 숫나사부와 나사 결합되는 암나사부가 형성되며 밸브핀이 연결되는 피스톤 부재로 구성되어,

Description

사출 금형용 핫런너 시스템{HOT RUNNER SYSTEM FOR INJESTION MOLDING}
본 발명은 용융 수지를 금형의 캐비티로 주입하는 핫런너 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 모터의 회전축에 숫나사부를 직접 형성하므로 모터의 회전운동을 직선운동으로 변경하기 위한 별도의 구조가 불필요하여 구조를 단순화할 수 있는 사출 금형용 핫런너 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 핫런너 시스템(Hot Runner System)은 수지를 용융한 사출 성형기로부터 수지를 공급받아 금형의 캐비티로 주입하는 장치로서, 용융 수지를 캐비티로 공급하는 노즐과, 노즐을 개폐하는 밸브핀과, 밸브핀을 승강시키는 구동장치로 구성된다.
종래의 핫런너 밸브장치는 대한민국 등록특허공보 10-0824024(2008년 04월 15일)에 개시된 바와 같이, 노즐의 내부에 설치되는 밸브핀과, 밸브핀을 승강시키는 구동부로 구성되고, 구동부는 외부로부터 고압의 공압을 제공받는 실린더와, 실린더 내부에 슬라이드 이동 가능하게 배치되고 밸브핀과 연결되는 피스톤으로 구성된다.
이와 같은 종래의 핫런너 밸브장치는 공압 실린더에 의해 밸브핀이 승강되기 때문에 밸브핀을 정밀하게 승강시키기 어려워 사출량을 정밀하게 조절하기 위한 별도의 사출량 조절수단이 구비된다.
따라서, 핫런너 밸브장치의 구조가 복잡해지고 작업자가 직접 조절 포스트를 정방향 또는 역방향으로 회전시켜야 되므로 작업이 번거로운 문제가 있다.
이외에, 핫런너 시스템의 밸브핀을 승강시키기 위한 구동부로 솔레노이드 밸브가 사용될 수 있는데, 솔레노이드 밸브가 적용될 경우 밸브핀을 정밀 제어하기 어려운 문제가 있다.
또한, 기존의 핫런너 시스템은 구동부로 리니어 모터나 스텝핑 모터가 사용될 수 있는 데 이 경우 모터의 회전각도를 검출하기 위해 엔코더를 사용하기 때문에 비용이 증가되고 설치가 복잡하며, 또한 모터의 회전운동을 직선운동으로 바꾸기 위해 별도의 동력 전환시스템을 필요로 하여 구조가 복잡하고 비용이 증가하는 문제가 있다.
대한민국 등록특허공보 10-0824024(2008년 04월 15일)
본 발명의 목적은 모터의 회전축에 직접 숫나사부를 형성하고 피스톤 부재의 암나사부와 나사 결합하여 회전 운동을 직선 운동으로 변경함으로써, 구조를 단순화하고, 제조비용을 줄일 수 있으면 슬림화가 가능한 사출 금형용 핫런너 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 모터의 회전각도를 측정하기 위해 모터에 장착되는 홀 센서를 사용함으로써, 정밀 제어를 가능하게 하면서 모터의 회전각도를 측정하기 위한 엔코더 등의 별도의 측정기구가 불필요하여 제조비용을 줄일 수 있는 사출 금형용 핫런너 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하려는 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 사출 금형용 핫런너 시스템은 용융 수지가 공급되는 유로를 갖는 밸브 바디와, 상기 밸브 바디의 하측에 설치되어 용융 수지를 토출하는 노즐과, 상기 밸브 바디의 유로 내에 승강 가능하게 배치되어 노즐을 개폐하는 밸브핀과, 상기 밸브핀을 승강시키는 구동부를 포함하고, 상기 구동부는 하측이 개방된 모터 하우징와, 상기 모터 하우징의 내면에 고정된 스테이터와, 상기 로터가 고정되고 외주면에 숫나사부가 직접 형성되는 회전축과, 상기 모터 하우징의 개방된 하면에 고정되는 실린더 부재와, 상기 실린더 부재의 내면에 직선 이동 가능하게 배치되고 회전축에 형성된 숫나사부와 나사 결합되는 암나사부가 형성되며 밸브핀이 연결되는 피스톤 부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실린더 부재의 내면과 피스톤 부재의 외면에는 적어도 하나의 평면부가 형성되어 피스톤 부재의 회전을 방지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 피스톤 부재의 외주면에는 요홈이 형성되고, 상기 요홈에는 실린더 부재에 내면에 접촉되는 슬라이딩 부재가 장착되고 요홈의 내면에는 슬라이딩 부재를 탄성 지지하는 링 부재가 장착되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 밸브핀의 상단에는 외경이 넓은 걸림판이 장착되고, 피스톤 부재의 하단에는 걸림판이 삽입되는 안착홈과 걸림판이 걸림되는 걸림턱이 걸림턱이 형성되고, 피스톤 부재의 하단 측면에는 상기 걸림판이 측방향으로 안착홈으로 삽입되도록 걸림판이 통과하는 개구부가 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 사출 금형용 핫런너 시스템은 모터의 회전축에 직접 숫나사부를 형성하고, 이 숫나사부가 피스톤 부재의 암나사부와 나사 결합되도록 하여 회전운동을 직선 운동으로 변경함으로써, 구조를 단순화하고, 제조비용을 줄일 수 있으면 슬림화가 가능한 장점이 있다.
또한, 본 발명의 사출 금형용 핫런너 시스템은 모터의 회전각도를 측정하기 위해 모터에 장착되는 홀 센서를 사용함으로써, 정밀 제어를 가능하게 하면서 모터의 회전각도를 측정하기 위한 기존의 엔코더 등의 별도의 측정기구가 불필요하여 제조비용을 줄일 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 사출 금형용 핫런너 시스템의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 구동부의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 실린더 부재의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 피스톤 부재의 측면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 사출 금형용 핫런너 시스템의 작동 상태도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 사출 금형용 핫런너 시스템의 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 구동부의 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 핫런너 시스템은 용융 수지가 공급되는 공급통로(12)가 형성되는 매니폴드(10)와, 매니폴드(10)의 하측에 설치되고 공급통로(12)와 연통되는 유로(22)가 관통되게 형성되는 밸브 바디(20)와, 밸브 바디(20)의 하측에 설치되어 용융 수지를 금형의 캐비티로 주입하는 노즐(30)과, 밸브 바디(20) 내부에 승강 가능하게 배치되어 노즐(30)을 개폐하는 밸브핀(32)과, 매니폴드(10)의 상측에 배치되어 밸브핀(32)을 승강시키는 구동부(40)를 포함한다.
매니폴드(10)는 상측에 밸브핀(32)은 통과시키고 공급통로(12)를 밀폐하는 밀봉부재(14)가 장착되고, 공급통로(12)는 수평방향으로 형성된 후 하측방향으로 절곡되어 밸브 바디(20)의 유로(22)와 연통된다.
밸브 바디(20)의 내부에 형성되는 유로(22)에는 밸브핀(32)이 삽입되므로 유로(22)로 용융 수지가 통과하도록 유로(22)의 내경은 밸브핀(32)의 외경에 비해 크게 형성된다. 그리고, 밸브 바디(20)의 외주면에는 히터(24)가 코일 형태로 감겨지고, 히터(24)에 의해 밸브 바디(20)가 가열되어 유로(22)를 통과하는 용융 수지가 굳어지는 것을 방지한다.
노즐(30)은 밸브 바디(20)의 하측에 장착되고, 그 내부는 용융 수지가 통과하도록 공간이 형성되며, 그 끝부분은 하측으로 갈수록 내경이 좁아지는 형태로 형성되어 밸브핀(32)이 하강하면 노즐(30)이 막히게 되어 용융 수지의 주입이 중단되고 밸브핀(32)이 상승하면 노즐(30)이 개방되어 용융 수지가 금형의 캐비티로 주입된다.
구동부(40)는 도 2에 도시된 바와 같이, 하측이 개방된 모터 하우징(50)과, 모터 하우징(50)의 내면에 고정된 스테이터(60)와, 스테이터(60)의 내면에 일정 갭을 두고 배치되어 회전 운동되는 로터(70)와, 로터(70)가 고정되고 모터 하우징(50)에 회전 가능하게 지지되는 회전축(100)과, 모터 하우징(50)의 개방된 하면에 고정되는 실린더 부재(80)와, 실린더 부재(80)의 내면에 직선 이동 가능하게 배치되고 회전축(100)에 나사 결합되어 회전축(100)이 회전되면 실린더 부재(80) 내부를 직선 이동하며 밸브핀(32)이 연결되는 피스톤 부재(90)를 포함한다.
모터 하우징(50)은 외측면에 사출 금형에 고정되도록 고정핀(52)이 장착된 고정용 플랜지(54)가 형성되고, 개방된 하측은 실린더 부재(80)와 볼트 체결된다. 그리고, 상측 내면에는 회전축(100)의 상단을 회전 가능하게 지지하기 위해 제1베어링(110)이 설치되는 베어링 장착부(56)가 형성된다.
모터 하우징(50)의 일측에는 로터(70)의 회전각도를 측정하여 그 신호를 제어부로 인가하는 홀 센서(150)가 설치된다. 이와 같이, 본 실시예에서는 홀 센서(150)에서 로터(70)의 회전각도를 측정하기 때문에 정밀 제어가 가능하고, 회전축의 회전각도를 측정하기 위한 기존의 엔코더 등의 별도의 측정기구가 불필요하다.
따라서, 본 실시예에서는 회전각도를 측정하기 위해 기존의 엔코더 등의 측정기구 대신에 모터에 설치된느 홀 센서(150)를 사용하므로 구조를 단순화하고, 제조비용을 줄일 수 있다.
스테이터(60)는 방사상으로 배열되는 다수의 스테이터 코어(62)와, 스테이터 코어(62)의 외주면에 감싸지는 절연성 재질의 보빈(64)과, 보빈(64)의 외주면에 권선되는 코일(66)을 포함한다.
로터(70)는 회전축(100)의 외주면에 스플라인 결합 또는 키 결합 등의 방법으로 고정되는 로터 지지체(72)와, 로터 지지체(72)의 외면에 방사상으로 고정되고 스테이터(60)의 내면과 일정 에어갭을 두고 마주보게 배치되는 복수의 마그넷(74)과, 마그넷(74)의 배면에 장착되는 링 형태이고 금속재질로 형성되는 백요크(76)를 포함한다.
회전축(100)은 상측에 로터 지지체(72)가 고정되어 같이 회전되고, 하측 외주면에는 숫나사부(102)가 형성되어 피스톤 부재(90)에 형성된 암나사부(104)에 나사 결합된다. 그리고, 회전축(100)의 상단은 제1베어링(110)에 의해 회전 가능하게 지지되고, 중간 부분은 실린더 부재(80)에 장착된 제2베어링(112)에 회전 가능하게 지지된다. 회전축(100)의 상단 외주면에는 제1스톱링(106)이 장착되어 제1베어링(110)에 걸림되고, 회전축(100)의 중간 부분 외주면에는 제2스톱링(108)이 장착되어 제2베어링(112)에 걸림된다.
따라서, 회전축(100)은 제1스톱링 및 제2스톱링에 의해 승강되는 것이 방지된다.
실린더 부재(80)는 상측 외주면에서 외측방향으로 연장되어 모터 하우징(50)에 볼트 체결되는 볼트 체결부(82)가 형성되고, 상측 외주면에서 내측방향으로 연장되어 제2베어링(112)이 장착되는 베어링 장착부(84)가 형성된다.
그리고, 실린더 부재(80)의 개방된 하단에는 커버부재(86)가 장착되어 피스톤 부재(90)가 실린더 부재(80)에서 이탈되는 것을 방지한다.
피스톤 부재(90)는 실린더 부재(80)의 내면에 밀착된 상태로 직선 이동되도록 그 외주면에 형성된 요홈(92)에 실린더 부재(80)의 내면에 접촉되는 슬라이딩 부재(94)가 장착된다. 그리고, 요홈(92)의 내면에는 탄성재질의 링 부재(96)가 장착되어 슬라이딩 부재(94)에 탄성력을 제공한다.
그리고 피스톤 부재(90)의 중앙은 개구되어 회전축(100)의 숫나사부(102)와 나사 결합되도록 내면에 암나사부(104)가 형성된 승강홈106()이 형성된다.
실린더 부재(80)의 내면과 피스톤 부재(90)의 외면은 도 3에 도시된 바와 같이, 피스톤 부재(90)가 회전되는 것을 방지하기 위한 하나 또는 하나 이상의 평면부(122)가 형성된다. 즉, 회전축(100)이 회전되면 피스톤 부재(90)가 실린더 부재(80)의 내면에서 상하방향으로 승강해야되는데, 이를 위해 실린더 부재(80)와 피스톤 부재(90)의 내면에는 피스톤 부재(90)의 회전을 방지하기 위한 하나 이상의 평면부(122)가 형성된다.
피스톤 부재(90)의 하단에는 도 4에 도시된 바와 같이, 밸브핀(32)이 장착되는 장착홈(132)이 형성된다. 밸브핀(32)의 상단에는 외경이 넓게 형성되어 장착홈(132)에 삽입되는 걸림판(36)이 형성된다. 그리고, 장착홈(132)의 하측에는 걸림판(36)이 이탈되는 것을 방지하기 위해 걸림되는 걸림턱(130)이 형성되고, 피스톤 부재(90)의 하단 측면에는 걸림판(36)을 장착홈(132)에 삽입하기 위해 걸림판(36)을 측방향으로 밀어넣는 개구부(134)가 형성된다.
이와 같이, 피스톤 부재(90)에 밸브핀(32)을 조립할 때 개구부(134)를 통해 밸브핀(32)의 걸림판(36)을 밀어 넣으면 조립이 완료되므로 조립이 간편하다.
이와 같이, 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 핫런너 시스템의 작용을 다음에서 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 핫런너 시스템의 작동 상태도이다.
먼저, 금형의 캐비티에 용융 수지를 주입할 경우, 구동부(40)가 작동되면 밸브핀(32)이 상승되고, 이에 따라 노즐(30)의 입구가 개방된다. 그러면, 용융 수지가 매니폴드(10)의 공급통로(12)를 통해 밸브 바디(20)의 유로(22)를 통해 공급되고, 밸브 바디(20)의 유로(22)로 유입된 용융 수지는 노즐(30)을 통해 금형의 캐비티로 주입된다.
그리고, 이와 반대로 금형의 캐비티로 용융 수지의 공급을 중단할 경우, 구동부(40)가 작동되면 밸브핀(32)이 하강되어 밸브핀(32)이 노즐(30) 입구를 밀폐한다.
그리고, 밸브핀(32)을 승강시키는 구동부(40)의 작동을 살펴보면, 스테이터(60)의 코일로 전원이 인가되면 스테이터(60)와 로터(70)가 상호 작용하여 로터(70)가 회전되고, 로터(70)에 고정된 회전축(100)이 같이 회전된다.
그러면 회전축(100)의 숫나사부(102)에 나사 결합된 암나사부(104)를 갖는 피스톤 부재(90)가 실린더 부재(80)의 내부에서 직선 왕복 운동된다. 그리고, 피스톤 부재(90)에 밸브핀(32)이 연결되므로 피스톤 부재(90)의 직선운동에 따라 밸브핀(32)이 직선 운동된다.
이때, 실린더 부재(80)의 내면과 피스톤 부재(90)의 외면에는 평면부(122)가 형성되어 피스톤 부재(90)가 회전되는 것을 방지한다.
그리고, 홀 센서(150)에서 로터(90)의 회전각도를 측정하여 그 신호를 제어부로 인가하면, 제어부는 홀 센서(150)에서 인가되는 신호에 따라 로터(90)의 회전각도를 제어한다. 따라서, 로터(90)의 정밀 제어가 가능하기 때문에 밸브핀(32)의 직선 운동을 정밀 제어할 수 있다.
이와 같이, 본 실시예에 따른 핫런너 시스템은 모터의 회전축(100)에 숫나사부(102)가 직접 형성되고, 모터 하우징(50)에 실린더 부재(80)가 장착되며, 실린더 부재(80)의 내면에 회전축(100)의 숫나사부(102)와 나사 결합되는 피스톤 부재(90)가 형성되는 구조이므로, 모터의 회전운동을 직선 운동을 전환하기 위한 별도의 부품이 불필요하여 구조를 단순화할 수 있고, 이에 따라 제조비용을 절감할 수 있다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
10: 매니폴드 12: 공급통로
20: 밸브 바디 22: 유로
24: 히터 30: 노즐
32: 밸브핀 40: 구동부
50: 모터 하우징 60: 스테이터
70: 로터 80: 실린더 부재
90: 피스톤 부재 102: 숫나사부
104: 암나사부 106: 승강홈
110: 제1베어링 112: 제2베어링
122: 평면부 150: 홀 센서

Claims (6)

  1. 용융 수지가 공급되는 유로를 갖는 밸브 바디와, 상기 밸브 바디의 하측에 설치되어 용융 수지를 토출하는 노즐과, 상기 밸브 바디의 유로 내에 승강 가능하게 배치되어 노즐을 개폐하는 밸브핀과, 상기 밸브핀을 승강시키는 구동부를 포함하고,
    상기 구동부는 하측이 개방된 모터 하우징;
    상기 모터 하우징의 내면에 고정된 스테이터;
    상기 스테이터의 내면에 일정 갭을 두고 배치되어 회전 운동되는 로터;
    상기 로터가 고정되고 회주면에 숫나사부가 형성되는 회전축;
    상기 모터 하우징의 개방된 하면에 고정되는 실린더 부재; 및
    상기 실린더 부재의 내면에 직선 이동 가능하게 배치되고 회전축에 형성된 숫나사부와 나사 결합되는 암나사부가 형성되며 밸브핀이 연결되는 피스톤 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 사출 금형용 핫런너 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 회전축은 일측이 모터 하우징에 장착된 제1베어링에 지지되고, 타측이 실린더 부재에 장착된 제1베어링에 회전 가능하게 지지되며, 일측 외주면에는 숫나사부가 형성되는 것을 특징으로 하는 사출 금형용 핫런너 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 실린더 부재의 내면과 피스톤 부재의 외면에는 적어도 하나의 평면부가 형성되어 피스톤 부재의 회전을 방지하는 것을 특징으로 하는 사출 금형용 핫런너 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 피스톤 부재의 외주면에는 요홈이 형성되고, 상기 요홈에는 실린더 부재에 내면에 접촉되는 슬라이딩 부재가 장착되고 요홈의 내면에는 슬라이딩 부재를 탄성 지지하는 링 부재가 장착되는 것을 특징으로 하는 사출 금형용 핫런너 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 밸브핀의 상단에는 외경이 넓은 걸림판이 장착되고, 피스톤 부재의 하단에는 걸림판이 삽입되는 안착홈과 걸림판이 걸림되는 걸림턱이 걸림턱이 형성되고, 피스톤 부재의 하단 측면에는 상기 걸림판이 측방향으로 안착홈으로 삽입되도록 걸림판이 통과하는 개구부가 형성되는 것을 특징으로 하는 사출 금형용 핫런너 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 모터 하우징의 일측에는 로터의 회전각도를 측정하여 제어부로 인가하는 홀 센서가 설치되는 것을 특징으로 하는 사출 금형용 핫런너 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR200485443Y1 (ko) * 2017-09-12 2018-01-09 이명훈 사출금형의 승강부재 작동장치

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