KR20170110418A - 실링을 위한 코팅층을 구비한 사출성형용 진공 금형 - Google Patents

Abstract

본 발명은 사출성형장치에 설치되어 사출형성 공정 중 코어 내부에 진공이 이루어지도록 함으로 금형 내부에서 발생하는 가스 및 수분의 기화로 인한 불량 및 품질저하를 방지할 수 있는 실링을 위한 코팅층을 구비한 사출성형용 진공 금형에 관한 것이다.

Description

실링을 위한 코팅층을 구비한 사출성형용 진공 금형 {VACUUM MOLD FOR INJECTION MOLDING HAVING A COATING LAYER FOR SEALING}

본 발명은 사출성형용 금형에 관한 것으로, 자세하게는 사출성형장치에 설치되어 사출형성 공정 중 코어 내부에 진공이 이루어지도록 함으로 금형 내부에서 발생하는 가스 및 수분의 기화로 인한 불량 및 품질저하를 방지할 수 있는 실링을 위한 코팅층을 구비한 사출성형용 진공 금형에 관한 것이다.

사출성형(射出成形)은 다양한 수지를 원료로 제품을 생산하는 방법으로 높은 정밀도를 요하는 제품도 대량생산이 가능하다는 장점으로 금형기술의 발전과 함께 수요가 지속적으로 증가하고 있다.

이러한 사출성형은 합성수지에 안료, 안정제, 가소제, 충전제 등을 첨가한 원료를 고온으로 가열하여 용융상태로 만들고, 실린더와 스크류를 통해서 금형 내로 사출한 후 응고시키는 공정으로 진행된다.

이때, 원료가 고온의 가소화 과정을 거쳐 대기압 상태로 상대적으로 낮은 온도의 사출 캐비티로 주입됨에 따라 원료에 함유된 수분이 기화되거나 가스가 발생하면서 수지의 흐름 및 금형에 대한 밀착성을 저해하여 표면 불량 등의 품질을 떨어뜨리게 되며, 이러한 사출품의 외관 불량은 후 가공인 도장, 도금, 코팅, 증착에도 영향을 끼쳐 불량품을 유발시키게 된다.

이러한 문제를 해결하기 위한 종래 기술로는 원료로 사용되는 수지를 용융시키기 전에 충분히 건조하는 방법이 있다. 하지만, 원료의 건조를 위한 별도의 장치가 구비되어야 하므로, 높은 초기비용과 구동에 따른 추가 전력의 소모 및 유지비용의 증가로 제품 원가가 상승한다는 단점이 있으며, 원료를 건조하더라도 여전히 미량의 수분이 남아 금형 내부에서 기화가 이루어짐과 더불어 화학원료의 특성에 따라 발생하는 가스로 인해 제품의 표면품질을 저하되는 문제가 여전히 발생하였다.

이에 따라 진공펌프 등의 수단을 통해 금형 코어 내부 공기를 인위적으로 흡입하여 진공을 형성하는 방법이 시도되었으나, 금형에 진공형성 및 가스 배출을 위한 통로를 별도로 형성해야 하는 불편함이 있을 뿐만 아니라 슬라이드 코어(Slide core) 등 한 쌍의 코어가 결합 분리되는 구조에 적용시 습동면을 통한 미세한 공기누설로 원활한 진공형성이 이루어지지 않는 문제가 있었다.

한국공개특허 제10-2008-0020774호 (2008.03.06. 공개)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 사출성형시 금형 내부에 진공이 이루어지도록 하되 용융된 원료에서 발생하는 수증기 및 가스가 원활히 배출되도록 하면서 습동부의 완전한 밀폐가 이루어지도록 하는 실링을 위한 코팅층을 구비한 사출성형용 진공 금형을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 위해 본 발명은 원료를 공급받는 호퍼와 공급된 원료를 용융시키는 히터를 구비하여 용융된 원료를 가압 공급하는 사출부와 연통되어 용융상태의 원료를 공급받는 캐비티가 형성되는 금형으로서, 상기 사출부와 연결되어 원료를 공급받으며, 내측으로 상기 캐비티의 한쪽을 형성하는 제1코어가 설치되는 제1형판부; 상기 제1코어와 맞닿음으로 상기 캐비티의 다른 쪽을 형성하는 제2코어가 설치되며, 상기 제2코어와의 접촉부에 상기 캐비티와 구분되도록 형성되되 측면으로 외부로 통하는 제1관통공이 형성된 진공실과, 상기 캐비티 및 진공실을 연통시키며 외부로 통하는 제2관통공을 구비하는 제2형판부; 상기 제2관통공에 삽입되어 습동에 의해 상기 캐비티 내부의 성형물을 밀어내되, 상기 캐비티와 진공실을 연통시키는 흡입공이 형성되며, 외주면으로 코팅층이 형성된 이젝터핀; 상기 제1관통공을 통해 진공실의 공기를 흡입하는 진공펌프; 로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 제1형판부는 상기 외측면으로 경사지도록 상기 제1형판부를 향해 대칭구조로 돌출된 한 쌍의 슬라이드바를 더 포함하고, 상기 제1코어는 상기 슬라이드바가 삽입되는 삽입공이 각각 설치되며 상기 제2코어에 접촉한 상태로 슬라이드 이동하며 캐비티를 형성하는 한 쌍의 슬라이드 코어로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 제2코어는 상기 캐비티 측면으로 형성되어 가스 배출이 이루어지는 홈과, 상기 홈이 연결되어 공간을 형성하되 외부로 통하는 제3관통공이 형성된 가스웰을 더 포함하고, 상기 진공펌프는 상기 가스웰의 공기를 함께 흡입하도록 구성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 코팅층은 질화티탄알루미늄 도금으로 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 상기 이젝터핀은 상기 흡입공의 단부에 결합되며 다수의 미세구멍이 형성된 필터부를 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명을 통해 사출성형 전에 사출 캐비티에 진공을 형성함으로 이물질 및 연속적인 성형공정에 따른 잔여 가스를 제거와 더불어 보압 및 냉각 효과를 볼 수 있고, 원료의 주입 및 성형 공정 중 발생하는 수증기 및 가스방출이 원활하게 방출되도록 하여 제품의 표면품질을 향상시킬 수 있다.

특히 이젝터핀을 비롯하여 코어의 접합 및 슬라이드 면과 같은 습동부에 대하여 종래와 같이 오링과 같은 실링부품이 아닌 코팅층을 통해 간극을 밀폐함으로 원활한 슬라이드 동작과 더불어 신뢰성 및 내구성을 증진시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 사출성형기의 구조를 나타낸 측단면도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 금형의 구조를 나타낸 측단면도
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이젝터핀의 구조를 나타낸 사시도,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이젝터핀의 구조를 나타낸 단면도,
도 5는 슬라이드 코어가 적용된 금형의 모습을 나타낸 단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명 실링을 위한 코팅층을 구비한 사출성형용 진공 금형의 구조를 구체적으로 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 사출성형기의 구조를 나타낸 측단면도로서, 본 발명은 기본적으로 사출성형기에 빌트인 되는 금형에 적용되는 기술로, 이러한 사출성형기는 원료를 공급받는 호퍼와 공급된 원료를 용융시키는 히터를 구비하여 용융된 원료를 가압 공급하는 사출부(101)를 구비하고, 금형은 상호 결합함으로 사출 캐비티(C)를 형성하되 한쪽으로 상기 사출부(101)와 연통되어 용융상태의 원료를 공급받는 공급공(111)이 형성된다.

상기 사출부(101)는 실질적으로 각종 수지 원료를 고온으로 용융시켜 고압으로 사출하는 종래의 사출성형장치에서의 구성과 동일하므로 본 발명의 취지가 흐려지는 것을 방지하기 위해 구체적인 설명은 생략한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 금형의 구조를 나타낸 측단면도로서, 본 발명의 특징에 따른 금형의 주요구성으로 제1형판부(110)와, 제1코어(120)와, 제2형판부(130)와, 제2코어(140)와, 이젝터핀(150) 및 진공펌프(160)가 구비된다.

본 발명의 사출형성을 위한 금형으로 앞서 언급한 바와 같이 기본적으로 상호 결합함으로 사출 캐비티(C)를 형성하는 제1코어(120) 및 제2코어(140)와 함께, 상기 제1코어(120) 및 제2코어(140)가 각각 설치되는 제1형판부(110) 및 제2형판부(130)로 이루어진다.

이때 금형의 한쪽으로 상기 사출부(101)와 연결되어 용융상태의 원료를 공급받는 공급공(111)이 형성되어 원료가 상기 사출 캐비티(C) 내에 충진될 수 있도록 하되 상기 공급공(111)이 형성된 반대방향, 본 발명에서는 이젝터핀(150)을 통해 상기 사출 캐비티(C) 내부의 공기를 흡입하여 상기 캐비티(C) 내부에 진공이 이루어지도록 한다.

첨부된 도 2에서는 바람직한 실시예로 상기 제1형판부(110) 측에 공급공(111)이 형성되고, 상기 제2형판부(130) 측으로 캐비티(C) 내부의 공기를 흡입할 수 있도록 한 구성을 나타내고 있으며, 이젝터핀(150)의 위치는 통상 불변하나 공급공(111)의 위치를 비롯한 코어의 형상은 다양한 변형이 가능하다. 첨부된 도면과 같이 사출 캐비티(C) 내부에 진공을 형성하는 이젝터핀(150)의 방향과 원료를 공급하는 공급공(111)이 서로 반대, 즉 대향하는 위치에 형성됨으로 원료 사출 중 원료 내 수분의 기화로 인해 수증기 및 가스를 배출 효과를 높일 수 있다.

또한, 상기 제1코어(120) 및 제2코어(140)는 각각 제1형판부(110) 및 제2형판부(130)에 착탈가능하게 구성되어, 생산제품에 따른 코어의 교체 및 보수가 쉽게 이루어질 수 있도록 하며, 상기 제1형판부(110)는 고정형, 제2형판부(130)는 이동형으로 구성되며, 유압이나 공압 또는 전동방식으로 이동 가능한 제2형판부(130)를 움직임으로 내부에 설치된 제1코어(120) 및 제2코어(140)를 결합 또는 분리하는 작동부가 구비된다. 즉 상기 제1코어(120)는 고정된 상태로 상기 사출부(101)를 통해 호퍼로 투입되어 용융된 수지를 주입받고, 상기 제2코어(140)는 수평방향으로 일정 구간 내에서 왕복운동 가능하도록 구성되어 상기 제1코어(120)와 접촉하면서 사출제품의 다른 쪽을 성형하게 되며, 상기 제1코어(120) 및 제2코어(140) 내부에는 상기 사출 캐비티(C)에 주입된 고온의 수지를 냉각 고화시키는 냉각수 통로 등이 형성될 수도 있다.

상기 제2형판부(130)에는 캐비티(C) 내부의 진공형성을 위한 구성으로, 상기 제2코어(140)와의 접촉부에 상기 캐비티(C)와 구분되도록 진공실(131)이 형성되며, 상기 진공실 측면에는 외부로 통하는 제1관통공(132)이 형성된다.

이는 상기 이젝터핀(150)을 통한 진공형성을 위해 후술되는 바와 같이 이젝터핀(150)의 단부가 아닌 중간 부분을 통해 공기의 흡입이 이루어지도록 하는 구성으로, 상기 제2형판부(130)에는 상기 제2코어(140)를 관통하며 상기 캐비티(C) 및 진공실(131)을 연통시킴과 동시에 제2형판부(130)를 관통하며 외부로 통하는 제2관통공(133)이 구비되며, 상기 이젝터핀(150)은 상기 제2관통공(133)에 삽입되어 슬라이드 이동함으로 상기 캐비티(C) 내부에서 성형이 완료된 제품을 밀어내게 된다.

즉 상기 이젝터핀(150)은 사출 중에는 일단부가 상기 제2코어(140)에 형성된 캐비티(C) 내벽면과 동일 내지는 약간 함몰된 상태로 위치하며, 성형이 완료된 상태에서 별도의 구동수단을 통해 밀어져 일단부가 성형된 제품을 밀어냄으로 코어로부터 제품의 이탈을 원활하게 하는 구성으로, 특별히 본 발명에서 상기 이젝터핀(150)에는 상기 캐비티(C)와 진공실(131)을 연통시키는 흡입공(151)이 형성되며, 외주면으로 코팅층이 형성된다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이젝터핀의 구조를 나타낸 사시도, 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이젝터핀의 구조를 나타낸 단면도이다.

본 발명에서 상기 이젝터핀(150)은 원기둥 형상의 외형을 갖게 되며, 상기 흡입공(151)은 상기 캐비티(C)가 위치한 방향의 단부로부터 사출 중 이젝터핀(150)의 위치에서 상기 진공실(131)까지 연통하도록 상기 이젝터핀(150)의 내부를 따라 형성된다. 이를 통해 사출 전으로부터 사출 중에는 상기 진공실(131)에 진공이 형성됨에 따라 자연스럽게 캐비티(C) 내부의 공기 흡입이 이루어지게 되고, 상기 이젝터핀(150)이 제품 이탈 등의 이유로 슬라이드 이동함에 따라 상기 흡입공(151)이 막혀 공기의 흡입이 이루어지지 않게 된다.

더불어 본 발명의 바람직한 실시예에서 상기 이젝터핀(150)의 일단부에는 상기 흡입공에 결합되며 다수의 미세구멍이 형성된 필터부(152)가 형성됨으로 캐비티(C)로부터 상기 흡입공(151)을 통해 사출원료가 유입되는 것을 방지하게 된다.

특별히 본 발명에서는 상기 이젝터핀(150)의 외주면 및 제2관통공(133) 내 측으로 실링을 위한 코팅층이 형성하고 있다. 이는 이젝터핀(150)과 제2코어(140) 또는 제2형판부(130) 사이의 간극을 최소화하면서 원활한 습동이 이루어지도록 함으로 이젝터핀(150)의 습동시 간극을 통해 공기가 누설되는 것을 방지하기 위한 수단이다.

종래에는 이젝터핀(150)의 습동을 위해 오링(O-ring)을 사용하였으나, 사출시 원료로부터 전달되는 고온과 잦은 습동이 이루어지는 환경적 요인에 의해 고무나 유사 재질의 오링의 수명이 짧아지는 문제가 있었다. 본 발명에서는 원활한 마찰성능과 더불어 내마모성이 우수한 특수 코팅층을 통해 이러한 문제를 해결하고 있으며 적용 가능한 코팅층으로는 질화티탄알루미늄(TiAIN), 질화티탄(TiN), 질화크론(CrN), 탄질화티탄(TiCN), 질화지르코늄(ZrN)을 적용할 수 있으며 내마모성, 내식성이 우수하고 정밀한 코팅층의 형성이 가능한 질화티탄알루미늄을 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에 적용되는 질화티탄알루미늄 코팅막의 경도 Hv200 ~ v500이며, 코팅막두께는 2 ~ 3㎛(현측)으로, 코팅액을 표면에 분사 후 500℃ 이하 온도에서 건조함으로 형성되며, 우수한 내산화성 및 열안정성으로 안정적인 밀폐성능 및 마찰저항의 감소를 비롯하여 플라스틱 원료와 코어의 소착(adhesion)을 효과적으로 방지하게 된다.

상기 이젝터핀(150) 이외에도 금형의 개폐시 접촉 및 마찰이 이루어지는 모든 부위에 대하여 동일한 코팅층을 형성하는 것이 바람직하며, 구체적으로 제1코어(120) 및 제2코어(140)의 사이를 비롯하여 후술되는 슬라이드 코어에서의 슬라이드바(112) 및 삽입공(121)에 질화티탄알루미늄 코팅층을 형성하게 된다.

상기 진공펌프(160)는 상기 제1관통공(132)을 통해 진공실(131)의 공기를 흡입하는 구성으로, 사출형성장치에 빌트인 방식으로 설치된 별도의 전동식 진공펌프를 비롯하여, 상기 제2형판부(130) 및 이젝터핀(150)을 이동시키는 수단이 공압식으로 이루어짐에 따라 사출성형장치에 구비되는 컴프레서(170)의 고압의 공기를 통해 작동되는 진공이젝터 형식의 진공펌프로 이루어질 수 있다.

즉 통상적으로 컴프레서(170) 및 이를 통해 생성된 고압의 공기를 저장하는 저장탱크(180)가 구비됨에 따라 공압모터를 구비하여 상기 저장탱크(180)에서 배출되는 압축 공기를 통해 동작이 이루어지는 진공펌프나, 노즐로부터 높은 유속으로 분사되는 유체의 운동에너지에 의하여 저에너지의 유체를 흡입하는 진공이젝터로 이루어지는 것이 바람직하다. 이는 단일 전력계통을 사용한다는 장점과 더불어 움직이는 부분 및 구조가 간단하여 유지 보수가 용이하고 운전 성능이 일정하며 긴 수명이라는 장점을 얻을 수 있다. 또한, 상기 저장탱크(180)와 진공펌프(160)를 연결하는 배관에 제어신호에 의해 개폐되는 전자밸브(V)가 구비되어 동작제어가 이루어진다.

앞서 언급한 바와 같이 본 발명에서는 이젝터핀(150)을 통해 공기의 흡입이 이루어짐에 따라 상기 공급공(111)을 통해 용융 수지가 주입될 시 이젝터핀(150)이 위치하지 않은 방향 즉 제1코어(120) 측이나 제1코어(120) 및 제2코어(140)의 경계 측으로 발생하는 가스나 수증기의 경우 원활한 제거가 어렵게 된다.

이를 위해 본 발명의 바람직한 실시예에서 상기 제2코어(140)는 상기 캐비티(C) 측면으로 형성되어 가스 배출이 이루어지는 홈(141)과, 상기 홈(141)이 연결되어 공간을 형성하되 외부로 통하는 제3관통공(143)이 형성된 가스웰(142)을 더 포함하게 되며, 이때 상기 진공펌프(160)는 상기 가스웰(142)의 공기를 함께 흡입하여 진공을 형성하게 된다.

즉 진공성형시 캐비티(C)의 밀폐로 인한 가스빼기를 상기 이젝터핀(150)의 흡입공(151)만으로 수행하기에 부족한 부분을 홈(141) 및 가스웰(142)을 통해 보완하는 것으로 제품에 따라 가스웰(142) 크기를 다르게 하여 미성형 및 탄화를 방지하여 플라스틱 성형품의 품질을 향상시킬 수 있다.

도 5는 슬라이드 코어가 적용된 금형의 모습을 나타낸 단면도이다. 슬라이드 코어는 첨부된 도 2와 같이 2개의 코어를 구비하는 금형에서 성형 제품의 외형이 복잡해짐에 따라 코어로부터 원활한 분리가 이루어지지 않는 경우가 발생함에 따라 제1코어를 측방향으로 분할하여 제2형판부의 이동과 함께 측방향으로 슬라이드 이동 가능하도록 구성된다.

이와 같은 슬라이드 코어에서는 습동부 및 간극이 형성되는 부분이 많아져 종래의 오링을 통한 실링을 사용해서는 실질적으로 진공을 형성시킬 수 없었으나, 본 발명에서는 습동부 및 접촉부에서의 실링을 오링이 아닌 특수 코팅층을 통해 수행하도록 하여 캐비티(C)의 원활한 진공이 형성되도록 할 수 있다.

이를 위한 구체적인 구성으로 상기 제1형판부(110)는 상기 외측면으로 경사지도록 상기 제1형판부(110)를 향해 대칭구조로 돌출된 한 쌍의 슬라이드바(112)를 더 포함하게 된다. 상기 슬라이드바(112)는 내측에서 외측으로 돌출되며 실질적으로 분할되는 슬라이드 코어의 숫자에 대응하도록 구비된다.

본 발명에서 상기 제1코어(120)는 상기 슬라이드바(112)가 삽입되는 삽입공이 각각 설치되며 상기 제2코어(140)에 접촉한 상태로 슬라이드 이동하며 캐비티를 형성하는 한 쌍의 슬라이드 코어로 이루어지게 되며, 2개의 슬라이드 코어로 이루어짐에 따라 상기 슬라이드바(111)도 2개가 구비된다.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시 예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

101: 사출부 110: 제1형판부
111: 공급공 112: 슬라이드바
120: 제1코어 121: 삽입공
130: 제2형판부 131: 진공실
132: 제1관통공 133: 제2관통공
140: 제2코어 141: 홈
142: 가스웰 143: 제3관통공
150: 이젝터핀 151: 흡입공
152: 필터부 160: 진공펌프
C: 캐비티

Claims (5)

1. 원료를 공급받는 호퍼와 공급된 원료를 용융시키는 히터를 구비하여 용융된 원료를 가압 공급하는 사출부(101)와 연통되어 용융상태의 원료를 공급받는 캐비티(C)가 형성되는 금형으로서,
   상기 사출부(101)와 연결되어 원료를 공급받으며, 내측으로 상기 캐비티(C)의 한쪽을 형성하는 제1코어(120)가 설치되는 제1형판부(110);
   상기 제1코어(120)와 맞닿음으로 상기 캐비티(C)의 다른 쪽을 형성하는 제2코어(140)가 설치되며, 상기 제2코어(140)와의 접촉부에 상기 캐비티(C)와 구분되도록 형성되되 측면으로 외부로 통하는 제1관통공(132)이 형성된 진공실(131)과, 상기 캐비티(C) 및 진공실(131)을 연통시키며 외부로 통하는 제2관통공(133)을 구비하는 제2형판부(130);
   상기 제2관통공(133)에 삽입되어 습동에 의해 상기 캐비티(C) 내부의 성형물을 밀어내되, 상기 캐비티(C)와 진공실(131)을 연통시키는 흡입공(151)이 형성되며, 외주면으로 코팅층이 형성된 이젝터핀(150);
   상기 제1관통공(132)을 통해 진공실(131)의 공기를 흡입하는 진공펌프(160); 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 실링을 위한 코팅층을 구비한 사출성형용 진공 금형.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1형판부(110)는 상기 외측면으로 경사지도록 상기 제1형판부(110)를 향해 대칭구조로 돌출된 한 쌍의 슬라이드바(112)를 더 포함하고,
   상기 제1코어(120)는 상기 슬라이드바(112)가 삽입되는 삽입공(121)이 각각 설치되며 상기 제2코어(140)에 접촉한 상태로 슬라이드 이동하며 캐비티(C)를 형성하는 한 쌍의 슬라이드 코어로 이루어지는 것을 특징으로 하는 실링을 위한 코팅층을 구비한 사출성형용 진공 금형.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 제2코어(140)는 상기 캐비티(C) 측면으로 형성되어 가스 배출이 이루어지는 홈(141)과, 상기 홈(141)이 연결되어 공간을 형성하되 외부로 통하는 제3관통공(143)이 형성된 가스웰(142)을 더 포함하고,
   상기 진공펌프(160)는 상기 가스웰(142)의 공기를 함께 흡입하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 실링을 위한 코팅층을 구비한 사출성형용 진공 금형.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 코팅층은 질화티탄알루미늄 도금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 실링을 위한 코팅층을 구비한 사출성형용 진공 금형.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 이젝터핀(150)은 상기 흡입공(151)의 단부에 결합되며 다수의 미세구멍이 형성된 필터부(152)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실링을 위한 코팅층을 구비한 사출성형용 진공 금형.

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