KR20170003446U - 사출금형의 핫 러너 시스템용 밸브 어셈블리 - Google Patents

Abstract

본 고안은 밸브 핀을 피스톤에 끼운 다음 한쪽으로 밀어서 고정할 수 있게 구성하므로, 고정판을 제거한 상태에서 바로 밸브 핀에서 피스톤을 분리할 수 있게 구성하므로, 밸브 핀을 제거하지 않고서도 짧은 시간에 핫 러너 시스템에서 밸브 어셈블리를 분리하여 수리하거나 정비할 수 있어 유지보수 효과와 작업효과를 높일 수 있게 한 사출금형의 핫 러너 시스템용 밸브 어셈블리를 제공하는 데 그 목적이 있다. 특히, 본 고안은 밸브 핀의 헤드를 피스톤에 편중되게 형성한 장착 구멍에 끼운 다음, 헤드를 피스톤의 중심선과 일치하게 밀어서 고정하므로, 장착과 분리가 쉬울 뿐만 아니라 밸브 핀이 피스톤 중앙에 위치하므로 정확하게 개폐 작용을 할 수 있게 한 사출금형의 핫 러너 시스템용 밸브 어셈블리를 제공하는 데 다른 목적이 있다. 또한, 본 고안은 피스톤에 스틸 링을 끼워서 기밀유지를 할 수 있게 구성하므로, 수지를 녹이기 위해 사용하는 히터에서 발생한 열에도 충분히 견딜 수 있어 내구성을 높이면서도 기밀 유지 효과를 더욱 높일 수 있게 한 사출금형의 핫 러너 시스템용 밸브 어셈블리를 제공하는 데 또 다른 목적이 있다.

Description

사출금형의 핫 러너 시스템용 밸브 어셈블리{VALVE ASSEMBLY FOR HOT RUNNER SYSTEM OF INJECTION MOLD}

본 고안은 사출금형의 핫 러너 시스템용 밸브 어셈블리에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수지가 굳지 않고 사출금형에 골고루 퍼지게 하는 핫 러너 시스템에서 수지를 공급하거나 차단하는 밸브 장치를 적층 구조로 구성하여 쉽게 분리하거나 결합할 수 있게 하고, 특히 수지를 녹이지 않고서도 피스톤을 분리할 수 있게 구성하여 금형의 분해와 조립에 따른 작업효율을 높일 수 있게 한 것이다.

일반적으로 사출은 액체 상태의 원료를 미리 정한 형상(캐비티)으로 제작한 금형에 분사하여 그 형상의 제품을 만드는 것을 말한다. 이에, 사출금형에는 이처럼 금형에 원료의 통로를 제공하며 원료가 굳지 않고 금형에 골고루 퍼지게 분사할 수 있도록 핫 러너 시스템(Hot Runner System)을 갖춘다. 아래의 특허문헌 1 내지 특허문헌 3에는 이러한 핫 러너 시스템에 관한 기술이 개시되어 있다.

(특허문헌 1) 한국등록특허 제1252574호

사출성형 금형의 핫 런너 시스템의 매니폴드(manifold) 하부에 설치되어 금형 내 캐비티(cavity) 안에 용융 수지를 주입하는 이중 밸브 핀을 지닌 노즐장치에 관한 것으로, 상단부는 고정측 금형에 고정체결되고, 하단부는 제품이 성형이 되는 캐비티 내에 돌출되는 고정 밸브 핀; 내부에 고정 밸브 핀이 삽입되는 길이방향의 홀이 형성되어, 고정 밸브 핀을 따라 상하 이동이 가능하게 장착되는 이동 밸브 핀; 이동 밸브 핀을 상하 이동시키는 밸브 핀 구동유닛; 및 고정 밸브 핀 및 이동 밸브 핀이 삽입되는 밸브 핀 통로와, 캐비티 내로 용융 수지가 공급되는 수지 통로가 내부에 형성된 노즐;을 포함하며, 노즐의 수지 통로를 통해 캐비티 내에 용융 수지가 주입되는 게이트가 이동 밸브 핀에 의해 개방 또는 폐쇄되는 것을 특징으로 한다.

(특허문헌 2) 한국등록특허 제1423393호

피스톤 조립체를 분해하지 않고 노즐 핀을 분해/조립할 수 있는 구조의 핫런너 사출금형의 밸브 개폐형 노즐장치를 제공함을 목적으로 한다. 다른 목적은, 고온의 용융 수지의 열과 전열히터의 열에 의해 핫 러너 사출장치의 구성 부품들이 열변형하더라도 그 구성 부품들의 열변형에 의한 변형력이 밸브 핀에 영향을 주지 않도록 함에 있다. 또 다른 목적은 밸브 핀 몸체 가공을 위한 절삭공정이 필요없는 밸브 핀을 사용하는 데 있다.

(특허문헌 3) 한국등록특허 제1543554호

각 게이트 밸브에 작동 유체를 공급하는 솔레노이드 밸브를 각 게이트 밸브상에 부착설치하여 작동 유체를 솔레노이드 밸브의 출구에서 곧바로 게이트 밸브로 공급함으로써 작동 유체 공급통로의 길이 편차에 따른 게이트 밸브의 작동 지연이 발생하지 않고 게이트 밸브를 적시에 작동시킬 수 있는 밸브 작동장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 게이트 밸브가 설치되는 상부 고정판에 작동 유체 공급통로를 형성하기 위한 건드릴 작업 및 건드릴 구멍에 플러그를 삽입하는 작업이 필요하지 않아 금형 제작이 간단하고 금형제작 원가를 절감할 수 있는 밸브 작동장치를 제공하는 것을 또 다른 목적이 있다.

하지만, 이런 기존의 핫 러너 시스템은 다음과 같은 문제가 있다.

(1) 노즐이나 노즐 유닛을 통해 수지를 사출하게 하거나 차단하는 밸브 유닛이 고장이 나거나 수리하기 위해 분해할 경우 불필요한 부분까지 분해해야 하므로 유지보수에 많은 시간과 노력이 필요하다.

(2) 특히, 실질적으로 노즐 유닛을 차단하는 밸브 핀이 피스톤에 관통하게 끼운 다음, 피스톤의 한쪽을 체결하여 밸브 핀을 고정하므로, 밸브 어셈블리에서 피스톤을 빼내기 위해서는 반드시 밸브 핀을 분리해야 하는 번거로움이 있다.

(3) 또한, 상기 밸브 핀은 수지의 흐름을 직접 차단하거나 유동하게 구성하므로 수지와 접촉하게 되는 데, 밸브 어셈블리를 교체하거나 수리하기 위해 사출금형을 멈추면 수지가 굳어버려 밸브 핀을 바로 뺄 수 없어 이러한 작업에 오랜 시간이 필요하다.

(4) 이처럼 굳은 수지는 다시 히터를 통해 열을 가한 다음 빼내야 하므로, 밸브 어셈블리의 분리와 장착에 오랜 시간과 노력이 필요하다. 이에 생산성을 떨어뜨리는 한 가지 요인으로 작용한다.

한국등록특허 제1252574호 (등록일 : 2013.04.03) 한국등록특허 제1423393호 (등록일 : 2014.07.18) 한국등록특허 제1543554호 (등록일 : 2015.08.04)

본 고안은 이러한 점을 고려한 것으로, 밸브 핀을 피스톤에 끼운 다음 한쪽으로 밀어서 고정할 수 있게 구성하므로, 고정판을 제거한 상태에서 바로 밸브 핀에서 피스톤을 분리할 수 있게 구성하므로, 밸브 핀을 제거하지 않고서도 짧은 시간에 핫 러너 시스템에서 밸브 어셈블리를 분리하여 수리하거나 정비할 수 있어 유지보수 효과와 작업효과를 높일 수 있게 한 사출금형의 핫 러너 시스템용 밸브 어셈블리를 제공하는 데 그 목적이 있다.

특히, 본 고안은 밸브 핀의 헤드를 피스톤에 편중되게 형성한 장착 구멍에 끼운 다음, 헤드를 피스톤의 중심선과 일치하게 밀어서 고정하므로, 장착과 분리가 쉬울 뿐만 아니라 밸브 핀이 피스톤 중앙에 위치하므로 정확하게 개폐 작용을 할 수 있게 한 사출금형의 핫 러너 시스템용 밸브 어셈블리를 제공하는 데 다른 목적이 있다.

또한, 본 고안은 피스톤에 스틸 링을 끼워서 기밀유지를 할 수 있게 구성하므로, 수지를 녹이기 위해 사용하는 히터에서 발생한 열에도 충분히 견딜 수 있어 내구성을 높이면서도 기밀 유지 효과를 더욱 높일 수 있게 한 사출금형의 핫 러너 시스템용 밸브 어셈블리를 제공하는 데 또 다른 목적이 있다.

본 고안은 이러한 점을 고려한 것으로, 원판에 고정한 노즐 유닛(110)에 길이 방향으로 끼워져서 수지 흐름을 차단하거나 공급하게 하고, 한쪽 끝에는 헤드(331)를 형성한 밸브 핀(330); 및 상기 헤드(331)가 끼워져서 고정되는 장착 구멍(321)을 갖춘 피스톤(320);을 포함하는 핫 러너 시스템용 밸브 어셈블리에 있어서, 상기 헤드(331)는 밸브 핀(330)보다 두껍게 형성하고;, 상기 장착 구멍(321)은 피스톤(320)의 중심에서 한쪽으로 쏠린 위치에서 헤드(331)가 완전히 끼워지도록 형성한 수직 삽입 부분(321a), 이처럼 끼워진 헤드(331)가 피스톤(320)의 중심과 일치하게 움직일 수 있게 수직 삽입 부분(321a)의 안쪽과 연결하여 형성한 수평 삽입 부분(321b), 그리고 상기 수평 삽입 부분(321b)의 바깥 두께 부분에 형성하여 밸브 핀(330)을 안내하는 가이드(321c)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 피스톤(320)에는, 기밀 유지를 위해 스틸 링을 갖춘 것을 특징으로 한다.

본 고안에 따른 사출금형의 핫 러너 시스템용 밸브 어셈블리는 다음과 같은 효과가 있다.

(1) 밸브 핀을 고정한 상태에서 피스톤을 분리할 수 있으므로, 밸브 핀이 노즐 유닛 안에서 수지가 굳으면서 고정되더라도 이 밸브 핀에서 바로 피스톤을 분리하여 밸브 어셈블리를 분리할 수 있다.

(2) 이는, 피스톤에 밸브 핀이 고정된 기존 밸브 어셈블리와 같이, 수지에 고정된 밸브 핀을 분리하지 않아도 되므로 밸브 어셈블리를 분리하여 정비하거나 유지보수 등을 할 때 짧은 시간에 편리하고 안전하게 작업할 수 있어 작업효율을 높일 수 있다.

(4) 특히, 기존의 경우 밸브 핀을 빼내기 위해서는 외주에 닿아서 굳은 수지를 녹여야 하므로, 시간이 오래 걸릴 뿐만 아니라 굳은 수지가 금방 굳어 버리므로 짧은 시간에 수지를 녹여서 바로 빼내야 하므로 어느 정도의 숙련도가 필요하다.

(5) 피스톤에 스틸 링을 끼워서 피스톤 작동이 이루어지게 구성하므로, 기밀 유지 효과를 높여 정확한 노즐 유닛의 수지 분사와 차단 효과를 기대할 수 있고, 수지를 일정 온도로 유지하기 위한 고온에서도 피스톤 링이 파손되지 않게 하여 내구성을 높일 수 있다.

[도 1]은 본 고안에 따른 밸브 어셈블리를 적용한 핫 러너 시스템의 구성을 보여주기 위한 측 단면도.
[도 2]는 본 고안을 적용한 핫 러너 시스템에서 하나의 밸브 어셈블리와 노즐 유닛의 구성을 보여주기 위한 측 단면도.
[도 3]은 본 고안에 따른 피스톤과 밸브 핀의 결합 상태를 보여주기 위한 [도 2]에서의 "A" 부분 확대도.
[도 4]는 본 고안에 따른 피스톤과 밸브 핀의 결합 상태를 보여주는 결합 순서도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 고안자는 그 자신의 고안을 최고의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 따라 본 고안의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 고안의 가장 바람직한 한가지 실시예에 불과할 뿐이고 본 고안의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형례가 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

(구성)

본 고안에 따른 밸브 어셈블리는, [도 1] 내지 [도 4]와 같이, 외부에서 압축 공기 등을 공급받아 동작하는 피스톤(320), 그리고 이 피스톤(320)에 장착하여 노즐 유닛(110)에 끼워져서 수지의 흐름을 제어하기 위한 밸브 핀(330)을 포함한다.

특히, 상기 밸브 핀(330)은 피스톤(320)에 끼운 다음 그 중심으로 밀어서 장착할 수 있게 구성하므로, 구조가 간단하면서도 장착이 쉽고, 게다가 밸브 핀(330)이 수지로 노즐 유닛(110)에 고정된 상태에서도 고정판을 분리한 다음, 밸브 핀(330)에서 피스톤(320)을 분리하여 밸브 어셈블리를 쉽게 분리하거나 조립할 수 있게 한 것이다.

이하, 이러한 구성에 관해 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

핫 러너 시스템은, [도 1] 내지 [도 3]과 같이, 외부에서 주입한 수지를 매니폴드 블록(400)을 통해 각 노즐 유닛(110)으로 분배하여 사출 성형할 수 있게 한 것을 말한다. 여기서, 도면부호 "100"은 노즐 유닛(110)을 고정하기 위한 적어도 하나의 하부 원판을 말한다.

특히, 상기 노즐 유닛(110)은, [도 2] 내지 [도 4]와 같이, 그 길이 방향으로 움직일 수 있게 설치한 실린더 유닛(300)의 작동으로 수지를 분출하는 것을 제어한다. 이러한 실린더 유닛(300)은, [도 1] 내지 [도 3]과 같이, 하부 원판(100) 위에 장착한 상부 원판(200)에 설치되며, 이때 상부 원판(200)에는 노즐 유닛(110)의 길이 방향으로 나란하게 장착 공간(210)이 형성된다.

도면에서, 미설명부호 "400"은 수지를 각 노즐 유닛(110)으로 분배할 수 있게 상부 원판(200)에 장착한 매니폴드 블록을, "111"과 "410"은 수지를 미리 정한 온도만큼 유지하게 하기 위한 히터를, "500"은 상부 원판 위에 올려놓고 일체로 고정하는 고정판을 각각 나타낸다.

한편, 본 고안에 따른 실린더 유닛(300)은, [도 2] 내지 [도 4]와 같이, 노즐 유닛(110)에 끼워져서 길이 방향으로 움직이면서 수지 흐름을 차단 또는 공급하게 하는 밸브 핀(330)과 이 밸브 핀(330)의 한쪽에 고정한 피스톤(320)을 포함한다.

특히, 상기 밸브 핀(330)은 피스톤(320)에 끼움 설치하는 한쪽 끝에 헤드(331)가 형성되며, 이 헤드(331)는 밸브 핀(330)보다 두껍게 형성하여 피스톤(320)에 끼웠을 때 빠지지 않게 구성한다.

또한, 상기 피스톤(320)에는, [도 4]와 같이, 상술한 헤드(331)를 끼워서 고정할 수 있게 장착 구멍(321)을 형성한다. 특히, 장착 구멍(321)은 피스톤(320)의 중심에서 벗어난 위치에 형성하여 헤드(331) 전체가 완전하게 끼워지도록 수직 삽입 부분(321a)을 형성한다.

그리고, 상기 장착 구멍(321)에는 이 수직 삽입 부분(321a)의 안쪽에서 시작하여 헤드(321)가 피스톤(320)의 중심까지 위치하도록 수평 삽입 부분(321b)을 형성한다. 이때, 이 수평 삽입 부분(321b)은 헤드(321) 부분이 피스톤(320) 밖으로 돌출되지 않은 상태에서 밸브 핀(330)이 피스톤(320)의 중심 선상에 놓일 수 있게 형성한다.

마지막으로, 상기 장착 구멍(321)에는 상술한 수평 삽입 부분(321b)을 형성함에 따라 형성된 두께 부분에 형성한 가이드(321c)를 포함한다. 가이드(321c)는 상술한 바와 같이, 헤드(331)가 수평 삽입 부분(321b)을 따라 움직일 때 밸브 핀(330)이 피스톤(320) 두께 부분과 간섭을 일으키지 않게 하기 위한 것이다.

여기서, [도 4]를 참조하여 피스톤(320)에 밸브 핀(330)을 장착하는 과정을 간단히 살펴보면 다음과 같다. 우선, [도 4(a)]와 같이, 수직 삽입 부분(321a)과 나란하게 밸브 핀(330)을 위치한다. 이때, 밸브 핀(330)은 헤드(331)가 수직 삽입 부분(321a)과 마주하게 놓는다.

이어, [도 4(b)]와 같이, 헤드(331)를 수직 삽입 부분(321a)에 완전히 끼운 다음, 헤드(331)가 수평 삽입 부분(321b)을 따라 움직이게 밸브 핀(330)을 피스톤(320)의 중심을 향해 움직이게 한다.

마지막으로, [도 4(c)]와 같이, 밸브 핀(330)의 중심이 피스톤(320)의 중심과 일치하게 조절하여 장착을 완료한다.

이처럼 이루어진 피스톤(320)은 상부 원판(200)에 형성한 장착 공간(210)에 장착하여 노즐 유닛(110)으로 수지를 공급하는 실린더(310) 안에서 움직일 수 있게 설치한다. 이에, 상기 피스톤(320)에는 실린더(310) 내에서 움직일 때 마찰을 줄이면서 부드럽게 동작할 수 있게 피스톤 링을 장착하는 것이 바람직하다.

이때, 피스톤 링은 고무와 같은 재질로 제작하여 사용할 수도 있으나, 바람직하게는 수지가 소정의 온도를 유지하므로 이 온도에서 변형이 일어나지 않고 내구성을 확보할 수 있도록 스틸 링을 이용하는 것이 바람직하다.

이상과 같이 이루어진 본 고안은 상술한 밸브 핀을 장착하는 방법과 반대로 조작하면 피스톤에서 밸브 핀을 분리할 수 있고, 특히 밸브 핀을 고정한 상태에서 피스톤을 움직이더라도 쉽게 밸브 핀과 피스톤을 분리하거나 결합할 수 있다.

이에, 본 고안은 핫 러너 시스템을 통해 사출 성형을 위해 수지를 사출하다가 고장 등으로 사출 금형을 분리할 경우, 수지가 굳어서 밸브 핀을 분리하기 어려운 경우에도 쉽게 밸브 핀에서 피스톤을 분리하여 간단하면서도 쉽고 편리하게 금형을 분리하거나 조립하여 사용할 수 있다.

또한, 본 고안은 실린더 유닛(300)의 입구 부분을 곡률 지게 가공하고 이 실린더 유닛에 히터를 삽입할 경우, 도면과 달리 하나의 싱글 밸브 유닛으로 사용할 수 있다. 이에, 기존과 달리 소형이면서도 짧게 제작하여 사용할 수 있는 장점이 있다.

300 : 실린더 유닛
320 : 피스톤
330 : 밸브 핀
331 : 헤드

Claims (2)

1. 원판에 고정한 노즐 유닛(110)에 길이 방향으로 끼워져서 수지 흐름을 차단하거나 공급하게 하고, 한쪽 끝에는 헤드(331)를 형성한 밸브 핀(330); 및 상기 헤드(331)가 끼워져서 고정되는 장착 구멍(321)을 갖춘 피스톤(320);을 포함하는 핫 러너 시스템용 밸브 어셈블리에 있어서,
   상기 헤드(331)는 밸브 핀(330)보다 두껍게 형성하고,
   상기 장착 구멍(321)은 피스톤(320)의 중심에서 한쪽으로 쏠린 위치에서 헤드(331)가 완전히 끼워지도록 형성한 수직 삽입 부분(321a), 이처럼 끼워진 헤드(331)가 피스톤(320)의 중심과 일치하게 움직일 수 있게 수직 삽입 부분(321a)의 안쪽과 연결하여 형성한 수평 삽입 부분(321b), 그리고 상기 수평 삽입 부분(321b)의 바깥 두께 부분에 형성하여 밸브 핀(330)을 안내하는 가이드(321c)를 포함하는 것을 특징으로 하는 사출금형의 핫 러너 시스템용 밸브 어셈블리.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 피스톤(320)에는,
   기밀 유지를 위해 스틸 링을 갖춘 것을 특징으로 하는 사출금형의 핫 러너 시스템용 밸브 어셈블리.

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