KR20140131146A

KR20140131146A - 사출성형용 핫런너시스템의 싱글밸브 노즐장치

Info

Publication number: KR20140131146A
Application number: KR1020130050122A
Authority: KR
Inventors: 김태용; 배정일
Original assignee: 주식회사 유토; 배정일
Priority date: 2013-05-03
Filing date: 2013-05-03
Publication date: 2014-11-12
Also published as: KR101465671B1

Abstract

본 발명은 용융 수지가 유동하는 유로를 우회적으로 별도로 구비하지 않고 싱글밸브 노즐장치의 구성요소에 직접 내부 유로를 형성한 사출성형용 핫런너시스템의 싱글밸브 노즐장치를 제공한다.
이를 위해, 본 발명은 상단부에 용융 수지가 유입되는 수지 유입구가 형성된 상부 바디, 상기 상부 바디의 하부에 결합된 하부 바디, 상기 상부 바디 내에 형성된 챔버, 컨트롤러에 의해 제어되는 공압 또는 유압 구동 수단에 의해 상기 챔버 내에서 왕복 운동하는 피스톤, 상기 피스톤과 일체로 결합된 밸브핀, 및 상기 하부 바디의 하부 내측에 설치되되 일정 유격을 두고 상기 밸브핀을 수용하여 노즐측 유로를 형성하는 노즐팁을 포함하되, 상기 밸브핀은 상기 상부 바디의 상단부까지 연장되어 용융 수지가 밸브핀의 내부를 관통해서 상기 노즐측 유로로 유동하도록 상기 수지 유입구와 연통되는 중공부를 가진다.

Description

사출성형용 핫런너시스템의 싱글밸브 노즐장치{Single valve-nozzle device of hot runner system for injection molding}

본 발명은 사출성형용 핫런너시스템의 싱글밸브 노즐장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 싱글밸브 노즐장치 내에 용융 수지가 유동하는 유로를 우회적으로 별도로 구비하지 않고 싱글밸브 노즐장치의 구성요소에 직접 내부 유로를 형성한 사출성형용 핫런너시스템의 싱글밸브 노즐장치에 관한 것이다.

핫런너 시스템(hot runner system)은 플라스틱 사출 금형에서 캐비티(cavity)를 충전시켜주기 위한 용융 수지의 유로 역할을 하는 스프루(sprue)와 런너(runner) 적절한 방법으로 가열하여 수지를 용융된 상태로 유지시켜 제품을 연속적으로 사출할 수 있도록 고안된 시스템이다. 이러한 핫런너 시스템 중에 밸브게이트가 1개인 것을 싱글밸브 타입이라고 하는데, 이에 대한 종래 기술이 한국 등록특허 제10-1136553호에 개시되어 있다.

상기 종래 기술은 용융 수지를 별도로 구비된 우회 유로를 통해 유동시키기 는 구조를 가지는데, 이러한 종래 기술의 구조에서는 노즐 장치의 사이즈를 증가시키고, 다수의 히터 부재와 오링(O ring)이 필요하며, 구조가 복잡하여 분해가 난해하고, 게이트 부위의 열손실로 인하여 밸브핀 작동이 원활하지 못하는 문제점들이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 싱글밸브 노즐장치 내에 용융 수지가 유동하는 유로를 우회적으로 별도로 구비하지 않고 싱글밸브 노즐장치의 구성요소에 직접 내부 유로를 형성하여 경제적이면서 열 손실이 적은 사출성형용 핫런너시스템의 싱글밸브 노즐장치를 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 상단부에 용융 수지가 유입되는 수지 유입구가 형성된 상부 바디, 상기 상부 바디의 하부에 결합된 하부 바디, 상기 상부 바디 내에 형성된 챔버, 컨트롤러에 의해 제어되는 공압 또는 유압 구동 수단에 의해 상기 챔버 내에서 왕복 운동하는 피스톤, 상기 피스톤과 일체로 결합된 밸브핀, 및 상기 하부 바디의 하부 내측에 설치되되 일정 유격을 두고 상기 밸브핀을 수용하여 노즐측 유로를 형성하는 노즐팁을 포함하는 사출성형용 핫런너시스템의 싱글밸브 노즐장치에 있어서, 상기 밸브핀은 상기 상부 바디의 상단부까지 연장되어 용융 수지가 밸브핀의 내부를 관통해서 상기 노즐측 유로로 유동하도록 상기 수지 유입구와 연통되는 중공부를 가지되, 상기 피스톤의 왕복 운동에 의해 전진 또는 후진하여 상기 노즐측 유로를 개방 또는 폐쇄한다.

본 발명의 일 실시예로서, 상기 중공부는 일단이 분기되어 상기 노즐측 유로와 연통된다.

본 발명의 다른 일 실시예로서, 상기 노즐팁의 일측에 상기 컨트롤러와 전기적으로 접속된 온도 센서가 구비될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예로서, 상기 챔버는 일측에서 전진 유로와 연통되고 타측에서 후진 유로와 연통되어 상기 공압 또는 유압 구동 수단과 연결된다.

또한, 본 발명의 다른 일 실시예로서, 상기 노즐팁 주위에 히터가 구비될 수 있다.

또한, 본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 상기 노즐팁은 그 내주면에 계단 형상의 돌출부가 형성될 수 있다.

본 발명인 사출성형용 핫런너시스템의 싱글밸브 노즐장치에 의하면, 용융 수지가 유동하는 유로를 우회적으로 별도로 구비하지 않고 싱글밸브 노즐장치의 구성요소에 직접 내부 유로를 형성함으로써, 1)노즐 장치의 부피를 줄일 수 있고, 이에 의해 열 손실을 최소화할 수 있으며, 2)히터 가열 부위를 줄일 수 있어 경제적으로 장치를 가동할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 3)종래 기술이 채택한 우회 유로 보다도 공간적 제약을 덜 받음으로써 용융 수지의 유로 단면적이 증가될 수 있으며, 4)노즐 장치 단부의 노즐팁에서 용융 수지를 분산/합류시킴으로써 열 손실을 최소화할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 노즐팁에 온도센서 또는 히터가 구비되어 노즐측 유로의 온도를 정확히 측정함으로써, 5)노즐 장치를 설정 온도와 사용자의 의도에 따라 효율적으로 제어할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 노즐팁 내주면의 형상이 계단식으로 형성됨으로써 용융 수지의 유동에 와류 현상을 야기시켜 사출 성형 공정상에 발생할 수 있는 플로우마크(flow mark) 현상을 개선할 수 있다.

도1은 본 발명에 따른 사출성형용 핫런너시스템의 싱글밸브 노즐장치를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도2a는 본 발명에 따른 실시예로서, 노즐측 유로가 폐쇄된 상태를 나타내는 단면도이고, 도2b는 본 발명에 따른 다른 실시예로서, 노즐측 유로가 개방된 상태를 나타내는 단면도이다.

본 발명은 사출성형용 핫런너시스템의 싱글밸브 노즐장치의 구성요소에 직접적으로 용융 수지가 유동하는 내부 유로를 형성한 것으로, 특히, 바람직한 실시예로서 밸브 게이트를 개방 또는 폐쇄하는 밸브핀(valve pin)에 직접 유로를 형성한 것이다. 이하, 첨부 도면을 참조하며 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

도1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 노즐 장치는 상단부에 용융 수지가 유입되는 수지 유입구(11)가 형성된 상부 바디(10)와, 상기 상부 바디(10)의 하부에 결합되는 하부 바디(20)와, 상기 하부 바디(20)의 하부 내측에 장착되고 하부가 개방되어 수지 분사구가 형성되는 노즐팁(60)을 포함한다.

상기 상부 바디(10)의 상측 일부는 상부 커버(500)로 씌워져있고, 상기 상부 바디(10)와 상부 커버(500) 사이에는 코일 히터(200)가 설치되어 상부 바디(10)를 가열한다. 일 실시예로서, 상기 코일 히터(200)는 컨트롤러(C)에 의해 제어되는 것이 바람직하다.

상기 상부 바디(10)와 상부 커버(500)의 상면 일부는 개구되어 용융 수지가 유입되는 수지 유입구(11)를 형성한다. 상부 바디(10)와 하부 바디(20)의 중앙부는 밸브핀(50)이 연장되어 설치되고 피스톤(40)의 왕복 운동에 의해 상기 상부 및 하부 바디(10, 20) 내에서 상승(후진) 또는 하강(전진)할 수 있는 공간이 형성되어있고, 또한, 상부 바디(10)는 실린더 역할을 하는 챔버(30)가 내부에 형성되어있다.

본 발명에 있어서, 상기 챔버(30)는 밸브핀(50)과 일체로 결합된 피스톤(40)이 내부에서 왕복 운동을 하는 공간을 제공하고, 챔버(30)의 일측, 바람직하게는 상측면에는 공압 또는 유압 구동 수단(90)과 연결된 전진 유로(91)와 연통되어있으며, 챔버(30)의 타측, 바람직하게는 하측면에는 상기 구동 수단(90)과 연결된 후진 유로(92)와 연통되어있다.

본 발명에 있어서, 상기 공압 또는 유압 구동 수단(90)은 컨트롤러(C)의 제어에 따라 상기 전진 유로(91)와 후진 유로(92)로 공기압 또는 유압을 제공하는 공지의 수단일 수 있다.

본 발명에서 상기 피스톤(40)은 상기 챔버(30)의 상하로 공압(압축공기) 또는 유압(압유)이 유입 또는 배출됨에 따라 챔버(30) 내에서 왕복 운동을 하는 것으로, 상기 챔버(30) 외부로 연장되는 밸브핀(50)과 일체로 결합되어 밸브핀(50)을 상승 또는 하강시키는 역할을 한다.

상기 하부 바디(20)는 상기 상부 바디(10)의 하부에 결합된 부재로서, 그것의 일부가 코일 히터(200)를 개재시킨 상태로 하부 커버(600)에 씌워져있다. 또한, 상기 하부 바디(20)의 하단부에는 유니언(300)에 의해 고정된 노즐팁(60)이 설치되고, 상기 밸브핀(50)이 하부 바디(20)의 하부까지 연장되어 상기 노즐팁(60)에 일정 유격을 두고 수용되어있다.

본 발명에 있어서, 상기 밸브핀(50)의 일부가 상기 노즐팁(60)에 일정 유격을 두고 수용됨으로써 밸브핀(50)과 노즐팁(60) 사이에는 일정 공간이 형성되고 이 공간은 밸브핀(50)을 내부를 관통해서 유출되는 용융 수지가 유동하는 유로 즉, 노즐측 유로(70)를 형성한다. 상기 노즐측 유로(70)는 상기 노즐팁(60) 선단에서 개방되어 용융 수지를 금형쪽으로 배출시킨다.

본 발명의 상기 밸브핀(50)은 도1에 도시된 바와 같이, 상기 챔버(30) 외부로 상기 상부 바디(10)의 상단부와 상기 하부 바디(20)의 하단부까지 연장된다. 특히, 상기 밸브핀(50)의 내부로 직접 상기 수지 유입구(11)으로부터 유입된 수지를 관통시켜 상기 노즐측 유로(70)로 배출시키도록 밸브핀(50) 중앙부에 중공부(80)가 형성되어있다. 본 발명에 있어서, 상기 중공부(80)는 유로 역할을 하는 공간(長空)으로서, 상기 수지 유입구(11) 및 노즐측 유로(70)와 각각 연통되어 있다.

본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 도1에 도시된 바와 같이 상기 중공부(80)의 일단 즉, 상기 노즐측 유로(70)와 연통되는 측은 분기될 수 있다. 이와 같은 구조로 인해 용융 수지를 노즐팁(60)에서 분산시키고 합류시킴으로써 열 손실을 최소화할 수 있다.

본 발명의 바람직한 다른 일 실시예로서, 상기 노즐팁(60)의 일측에 상기 컨트롤러(C)와 전기적으로 접속된 온도 센서(100)가 구비될 수 있다. 상기 온도 센서(100)가 노즐측 유로(70)의 온도를 측정하여 컨트롤러(C)로 데이터를 보내면 컨트롤러(C)는 설정 온도에 따라 코일 히터(200)의 가동 여부나 상기 구동 수단(90)의 가동 여부를 제어할 수 있다. 예를 들면, 설정 온도 이하이면 코일 히터(200)을 가동시켜 수지를 녹이고 구동 수단(90)을 가동시켜 밸브핀(50)을 후진(상승)시켜 용융 수지를 노즐팁(60)으로부터 배출시킬 수 있다. 상기 온도 센서(100)는 열에 강한 공지의 센서일 수 있다.

본 발명인 노즐 장치 내에는 공압 또는 유압이 새는 것을 방지하기 위한 오링(O-ring)들이 다수 개 적소에 설치된다.

이하, 도2를 참조하며 밸브핀(50)을 통한 노즐측 유로(70)의 개폐 동작을 설명한다.

도2a는 밸브핀(50)이 하강(전진)한 상태를 도시한다. 용융 수지를 금형에 분사할 필요가 없는 경우, 컨트롤러(C)는 공압 또는 유압 구동 수단(90)을 가동시켜 전진 유로(91)를 통해 압축공기나 압유를 내보내어 챔버(30) 내로 유입시킨다. 전진 유로(91)를 통해 압축공기나 압유가 챔버(30)로 유입되면 피스톤(40)은 하강하고 피스톤(40) 하부에 있던 압축공기나 압유는 후진 유로(92)로 배출되어 상기 공압 또는 유압 구동 수단(90)으로 들어간다. 피스톤(40)이 하강하면 도2a에 도시된 바와 같이, 피스톤(40)과 일체로 결합된 밸브핀(50)도 하강하면서 다시 말해, 노즐팁(60)에서 전진하면서 노즐측 유로(70)를 폐쇄시켜 용융 수지의 유동을 차단한다.

도2b는 밸브핀(50)이 상승(후진)한 상태를 도시한다. 용융 수지를 금형에서 분사시킬 필요가 있는 경우, 컨트롤러(C)는 공압 또는 유압 구동 수단(90)을 가동시켜 후진 유로(92)를 통해 압축공기나 압유를 내보내어 챔버(30) 내로 유입시킨다. 후진 유로(92)를 통해 압축공기나 압유가 챔버(30)로 유입되면 피스톤(40)은 상승하고 피스톤(40) 상부에 있던 압축공기나 압유는 전진 유로(91)로 배출되어 상기 공압 또는 유압 구동 수단(90)으로 들어간다. 피스톤(40)이 상승하면 도2b에 도시된 바와 같이, 피스톤(40)과 일체로 결합된 밸브핀(50)도 상승하면서 다시 말해, 노즐팁(60)에서 후진하면서 노즐측 유로(70)를 개방하고 용융 수지를 유동시켜 노즐팁 외부로 수지를 분사시킨다.

본 발명에 의하면, 수지 유입구(11)에서 유입된 용융 수지의 유동 경로는 직접 밸브핀(50)의 중공부(80)을 지나 일단에서 분기되어 노즐측 유로(70)로 유입된 후 노즐팁(60) 외부(게이트)로 배출되게 된다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예로서, 상기 노즐팁(60)의 내주면에 계단 형상의 돌출부(61)가 형성될 수 있다. 즉, 노즐측 유로(70)측의 노즐팁(60) 내주면에 도1 및 도2에 도시된 바와 같이 계단식 형상의 돌출부(61)가 형성됨으로써 노즐측 유로(70)의 용융 수지의 유동에 와류(渦流)를 발생시킨다. 이와 같이, 사출 성형 공정에서 수지 유동에 와류를 발생시킴으로써 플로우마크(flow mark) 현상을 개선할 수 있다. 본 발명에서의 상기 돌출부(61)의 형상은 계단식 형상에 제한되는 것은 아니고 와류를 발생시킬 수 있는 형상(예를 들면, 요철 형상 등)이면 본 발명의 권리범위에 포함된다.

또한, 본 발명에 의한 권리는 상기 실시예에 한정되는 것이 아니라 핫런너시스템의 싱글밸브 노즐장치의 구성요소에 직접 용융 수지의 유로를 형성한 것이라면 그 권리범위가 미친다.

10: 상부 바디 11: 수지 유입구
20: 하부 바디 30: 챔버
40: 피스톤 50: 밸브핀
60: 노즐팁 61: 돌출부
70: 노즐측 유로
80: 중공부 90: 공압 또는 유압 구동수단
100: 온도 센서 200: 코일 히터
300: 유니언 400: 오링(O-ring)
500: 상부 커버 600: 하부 커버

Claims

상단부에 용융 수지가 유입되는 수지 유입구(11)가 형성된 상부 바디(10), 상기 상부 바디(10)의 하부에 결합된 하부 바디(20), 상기 상부 바디(10) 내에 형성된 챔버(30), 컨트롤러(C)에 의해 제어되는 공압 또는 유압 구동 수단(90)에 의해 상기 챔버(30) 내에서 왕복 운동하는 피스톤(40), 상기 피스톤(40)과 일체로 결합된 밸브핀(50), 및 상기 하부 바디(20)의 하부 내측에 설치되되 일정 유격을 두고 상기 밸브핀(50)을 수용하여 노즐측 유로(70)를 형성하는 노즐팁(60)을 포함하는 사출성형용 핫런너시스템의 싱글밸브 노즐장치에 있어서;
상기 밸브핀(50)은,
상기 상부 바디(10)의 상단부까지 연장되어 용융 수지가 밸브핀(50)의 내부를 관통해서 상기 노즐측 유로(70)로 유동하도록 상기 수지 유입구(11)와 연통되는 중공부(80)를 가지되, 상기 피스톤(40)의 왕복 운동에 의해 전진 또는 후진하여 상기 노즐측 유로(70)를 개방 또는 폐쇄하는 것을 특징으로 하는 사출성형용 핫런너시스템의 싱글밸브 노즐장치.
제1항에 있어서,
상기 중공부(80)는 일단이 분기되어 상기 노즐측 유로(70)와 연통되는 것을 특징으로 하는 사출성형용 핫런너시스템의 싱글밸브 노즐장치.
제1항에 있어서,
상기 노즐팁(60)은 내주면에 계단 형상의 돌출부(61)가 형성되는 것을 특징으로 하는 사출성형용 핫런너시스템의 싱글밸브 노즐장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 노즐팁(60)의 일측에 상기 컨트롤러(C)와 전기적으로 접속된 온도 센서(100)가 구비되는 것을 특징으로 하는 사출성형용 핫런너시스템의 싱글밸브 노즐장치.