KR20180065880A - 사출 성형기 - Google Patents

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Abstract

성형 재료를 용융하여 용융 재료를 생성하는 용융 장치; 용융 장치로부터 공급된 용융 재료를 사출하는 사출축을 포함하는 사출 장치; 용융 장치와 상기 사출 장치를 연통시키는 연통로를 포함하는 연결 부재; 및 연통로를 봉쇄하고, 용융 재료의 역류를 방지하는 역류 방지 동작을 수행하는 역류 방지 장치;를 구비하고, 역류 방지 장치는, 연통로에 마련되는 씰 시트; 씰 시트와 맞닿음 가능하게 이동하는 밸브 로드; 및 씰 시트를 단면으로 하고 밸브 로드와 끼워맞추어지는 끼워맞춤부;를 포함하고, 역류 방지 동작은 밸브 로드의 선단이 끼워맞춤부와 끼워맞추어지지 않은 위치로부터 씰 시트와 맞닿는 위치로 이동하는 펌핑 동작을 적어도 1회 이상 포함하는 사출 성형기를 제공한다.

Description

사출 성형기{INJECTION MOLDING APPARATUS}
본 발명은 사출 성형기에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 성형 재료가 경금속인 사출 성형에 적합한 사출 성형기에 관한 것이다.
사출 성형기는, 사출 장치에 있어서 계량된 소정의 양의 용융 재료를 금형의 캐비티 공간에 사출한다. 성형 재료를 용융하여 용융 재료를 생성하는 용융 장치와, 용융 장치로부터 공급된 용융 재료를 사출하는 사출축을 포함하는 사출 장치를 구비하는 사출 성형기에 있어서는, 용융 장치와 사출 장치를 연결하는 연결 부재가 마련된다. 용융 장치에서 생성된 용융 재료는 연결 부재 내의 연통로를 통하여 사출 장치로 보내진다.
사출 시에는 소정의 압력이 사출축에 의해 용융 재료에 가해지기 때문에, 용융 재료가 연통로를 통하여 용융 장치로 역류되지 않도록 사출을 할 때 연통로를 봉쇄할 필요가 있다.
따라서, 연통로에 형성된 씰 시트(sealing seat)에 밸브 로드를 맞닿게 함으로써 용융 재료의 역류를 방지하는 역류 방지 장치를 구비한 사출 성형기가 이미 알려져 있다. 특히, 특허 문헌 1에서는 밸브 로드의 선단을 냉각함으로써 용융 재료가 절반 정도 고화된 반고화물을 생성하여 역류 방지를 수행하고 있다.
일본 특허 공개 2005-199335호 공보
그러나, 종래의 역류 방지 장치에서는, 밸브 로드에 용융 재료의 열이 과도하게 빼앗기게 되고, 연통로 부근의 용융 재료의 유동성이 낮아져, 역류 방지 해제 시에 용융 장치로부터 사출 장치로 용융 재료가 적절히 흘러들어가지 않을 수가 있었다. 특히 특허 문헌 1과 같이 밸브 로드를 냉각하고 있는 경우에는 이러한 문제가 발생하기 쉬웠다.
본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 역류 방지 동작 시에 밸브 로드의 선단이 씰 시트를 단면(湍面)으로 하고 밸브 로드와 끼워맞추어지는 끼워맞춤부와 끼워맞추어지지 않은 위치로부터 씰 시트와 맞닿는 위치로 이동하는 펌핑 동작을 적어도 1회 이상 수행함으로써 유동성이 낮아진 용융 재료를 사출 장치로 밀어내는 사출 성형기를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.
본 발명에 따르면, 성형 재료를 용융하여 용융 재료를 생성하는 용융 장치; 용융 장치로부터 공급된 용융 재료를 사출하는 사출축을 포함하는 사출 장치; 용융 장치와 상기 사출 장치를 연통시키는 연통로를 포함하는 연결 부재; 및 연통로를 봉쇄하고, 용융 재료의 역류를 방지하는 역류 방지 동작을 수행하는 역류 방지 장치;를 구비하고, 역류 방지 장치는, 연통로에 마련되는 씰 시트; 씰 시트와 맞닿음(당접) 가능하게 이동하는 밸브 로드; 및 씰 시트를 단면(단부, end)으로 하고 밸브 로드와 끼워맞추어지는 끼워맞춤부;를 포함하고, 역류 방지 동작은 밸브 로드의 선단이 끼워맞춤부와 끼워맞추어지지 않은 위치로부터 씰 시트와 맞닿는 위치로 이동하는 펌핑 동작을 적어도 1회 이상 포함하는 사출 성형기를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 사출 성형기에 있어서는, 역류 방지 동작 동작 시에 밸브 로드의 선단이 씰 시트를 단면으로 하고 밸브 로드와 끼워맞추어지는 끼워맞춤부와 끼워맞추어지지 않은 위치로부터 씰 시트와 맞닿는 위치로 이동하는 펌핑 동작을 적어도 1회 이상 수행한다. 이와 같이 하면, 유동성이 낮아진 용융 재료를 사출 장치로 내보낼 수 있고, 역류 방지 해제시에도 바람직하게 용융 장치로부터 사출 장치로 용융 재료를 보낼 수 있다.
도 1은 본 발명의 사출 유닛(1)의 구성도이다.
도 2는 도 1의 역류 방지 장치(5)를 나타내는 확대도이다.
도 3은 다른 실시예의 역류 방지 장치(5)를 구비하는 사출 유닛(1)의 구성도이다.
도 4는 도 3의 역류 방지 장치(5)를 나타내는 확대도이다.
도 5는 밸브 로드(53)의 선단의 단면도이다.
도 6a 펌핑 동작에 있어서, 밸브 로드(53)의 선단이 끼워맞춤부(55)와 끼워맞추어지지 않은 상태를 나타내는 설명도이다.
도 6b는 펌핑 동작에 있어서, 밸브 로드(53)의 선단이 씰 시트(51)와 맞닿아 있는 상태를 나타내는 설명도이다.
이하, 도면을 이용하여 본 발명의 실시 형태에 대해 설명하기로 한다. 이하에 설명되는 각 실시 형태 및 복수 개의 각 구성 부재에 있어서의 변형예는 각각 임의로 조합하여 실시할 수 있다. 또한 이하의 설명에 있어서, "선단"이란 용융 재료(73)가 사출되는 측, 구체적으로는, 도 1 및 도 3에 있어서 용융 장치(2) 또는 사출 장치(3)를 향해 좌측의 단부를 가리키고, "후단"이란 성형 재료(71)가 공급되는 측, 구체적으로는, 도 1 및 도 3에 있어서 용융 장치(2) 또는 사출 장치(3)를 향해 우측의 단부를 가리킨다.
실시 형태의 사출 성형기는 성형 재료(71)가 경금속인 사출 성형에 적합한 구조를 갖는다. 본 발명에 있어서의 경금속은 비중이 4 이하인 금속을 말하며, 순금속뿐만 아니라 각 첨가 원소를 포함하는 합금도 포함하여 말한다. 실용상으로는, 특히, 마그네슘 합금 또는 알루미늄 합금이 성형 재료(71)로서 유효하다. 또한, 성형 재료(71)가 알루미늄 합금인 경우, 용손되지 않도록 용융 재료(73)와 접촉하는 부위는 기본적으로 서멧(cermet)계의 재료로 피복되어 있다.
본 발명의 사출 성형기는, 주로 성형 재료(71)를 용융하고 소정의 양의 용융 재료(73)를 금형의 캐비티 공간에 주입하는 사출 유닛(1)과, 형 개폐 및 형 조임을 수행하는 도시하지 않은 형 조임 유닛과, 사출 유닛(1)과 형 조임 유닛의 동작을 제어하는 제어 장치(6)를 포함하는 제어 유닛을 구비한다.
용융 장치(2)는 성형 재료(71)를 용융하여 용융 재료(73)를 생성한다. 용융 장치(2)는 수평하게 배치된 실린더를 포함하고 있다. 용융 장치(2)의 후단 측에 마련된 재료 공급구(21)로부터 도시하지 않은 재료 공급 장치에 의해 성형 재료(71)가 공급된다. 재료 공급 장치는 부분적으로 용융시키거나 하여 소량씩 성형 재료(71)를 공급하는 구성인 것이 재료 공급구(21) 부근의 급격한 온도 저하를 막는 데 있어 바람직하다. 용융 장치(2)는 공급된 성형 재료(71)를 복수 개의 히터(23)에 의해 가열하여 용융하여 용융 재료(73)를 생성하고 전방으로 보낸다. 히터(23)에 의해 충분한 열을 제공받으면서 선단 측으로 보내진 용융 재료(73)는 그 자중에 의해 연결 부재(4)의 연통로(41)를 경유하여 사출 장치(3)로 내보내진다.
사출 장치(3)는 수평하게 배치된 실린더와 그 실린더 안을 이동하는 사출축(31)을 포함하고 있다. 사출 장치(3)는 사출축 구동 장치(33)를 작동하여 사출축(31)을 후퇴시키고, 용융 장치(2)로부터 연결 부재(4)의 연통로(41)를 통하여 사출 장치(3)로 보내져 오는 용융 재료(73)를 계량한다. 사출 장치(3)는 복수 개의 히터(43)에 의해 용융 재료(73)가 용융되어 있는 상태를 유지할 수 있는 소정의 온도의 범위로 보온되어 있다. 사출 장치(3)는 용융 재료(73)를 계량하고나서 역류 방지 장치(5)에 의해 연통로(41)를 폐쇄한 후, 사출축 구동 장치(33)를 작동하여 사출축(31)을 사출 장치(3)의 소정의 위치까지 전진시킨다. 사출축(31)이 소정의 위치까지 전진하면, 사출 장치(3) 속의 소정의 양의 용융 재료(73)가 사출 노즐(35)로부터 도시하지 않은 금형의 캐비티 공간으로 사출된다. 또한, 사출축(31)은 본 실시예에서는 플런저인데, 스크류 등 다른 구성을 사용할 수도 있다.
연결 부재(4)는 용융 장치(2)와 사출 장치(3)를 연결하며, 용융 장치(2)와 사출 장치(3)는 연결 부재(4) 속의 연통로(41)로 연통되어 있다. 연결 부재(4)는 히터(43)에 의해 용융 재료(73)가 용융되어 있는 상태를 유지할 수 있는 소정의 온도의 범위로 보온되어 있다.
역류 방지 장치(5)는, 연통로(41)에 마련되는 씰 시트(51)와, 씰 시트(51)와 맞닿음 가능하게 이동하는 밸브 로드(53)와, 씰 시트(51)를 단면으로 하고 밸브 로드(53)와 끼워맞추어지는 끼워맞춤부(55)와, 밸브 로드(53)를 진퇴 구동하는 밸브 로드 구동 장치인 유압 실린더 등의 유체압 실린더(57)를 구비한다. 끼워맞춤부(55)는 밸브 로드(53)의 선단에 형상에 있어서 상보적인(complementary in shape) 오목부(recess)이다. 또한, 본 명세서에 있어서 "끼워맞추어지는"이란, 밸브 로드(53)의 선단이 끼워맞춤부(55)에 삽입된 상태를 말한다. 끼워맞춤부(55)의 단면적은 연통로(41)의 단면적보다 크게 구성된다. 밸브 로드(53)와 끼워맞춤부(55) 사이에는 클리어런스로서 약간의 틈새가 마련되어, 마모에 의한 소모가 방지된다. 연통로(41)는 역류 방지 장치(5)에 의해 계량 동작의 시작 시에 열리고 사출 동작 직전에 닫힌다. 이 동작을 역류 방지 동작이라고 한다.
씰 시트(51)는, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이 연통로(41)의 용융 장치(2) 측의 단부에 마련할 수도 있고, 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이 연통로(41)의 중간부에 마련할 수도 있다. 후자의 경우에는, 연통로(41)는 용융 장치(2)와 접속되는 상부 연통로(411)와, 상부 연통로(411)와 접속되며 씰 시트(51)가 마련되는 중부 연통로(413)와, 중부 연통로(413) 및 사출 장치(3)와 접속되는 하부 연통로(415)를 갖는다. 도 3 및 도 4의 실시예에서는, 역류 방지 장치(5)는 용융 장치(2)와 사출 장치(3) 사이에 마련되어 사출 유닛(1)을 대형화시키지 않았다. 도 1 및 도 2의 실시예에서는, 유체압 실린더(57)는 밸브 로드(53)를 연직으로 이동시켰으나, 도 3 및 도 4의 실시예에서는, 유체압 실린더(57)는 밸브 로드(53)를 수평하게 이동시킨다. 끼워맞춤부(55)가 밸브 로드(53)에 대향하여 연결 부재(4)에 형성되어 있다. 상부 연통로(411)는 끼워맞춤부(55)에 접속됨과 아울러, 용융 장치(2)와 연결 부재(4) 간의 접속면의 중심에서 용융 장치(2)에 접속되어 있다. 하부 연통로(415)는 끼워맞춤부(55)에 접속됨과 아울러, 사출 장치(3)와 연결 부재(4) 간의 접속면의 중심에서 사출 장치(3)에 접속되어 있다. 이러한 구성은 연결 부재(4)를 소형화시킬 수 있는 점에서 바람직하다. 이 이외에, 용융 장치(2) 및 사출 장치(3)와 연결 부재(4)는 볼트 등으로 체결되는데, 용융 장치(2) 및 사출 장치(3)와 연통로(41) 사이에 균일하게 체결 토크가 가해지기 때문에 용융 재료의 누출을 방지할 수 있다.
밸브 로드(53)의 선단은 바람직하게는 냉각되고, 그 온도는 용융 재료(73)의 온도보다 30℃ 이상 50℃ 이하 낮아지도록 설정된다. 도 5에 도시한 바와 같이, 밸브 로드(53)는 내부에 냉매의 공급 경로가 될 공급관(531)과, 냉매의 배출 경로가 될 배출관(533)과, 공급관(531) 및 배출관(533)을 감싸는 단열 소재로 이루어지는 단열부(535)를 구비하고, 점선 화살표로 나타낸 바와 같이 냉매의 유로가 형성된다. 냉매는 예를 들면 압축 공기이다. 이와 같이 하면, 역류 방지 동작 시에 밸브 로드(53)와 끼워맞춤부(55) 사이의 클리어런스에 용융 재료(73)가 절반 정도 고화된 반고화물을 형성하여 밀봉(sealing)할 수 있고, 보다 바람직하게 용융 재료(73)의 역류를 방지할 수 있다.
본 실시예의 사출 성형기에 있어서의 역류 방지 동작은, 도 6a 및 6b에 도시한 바와 같이, 밸브 로드(53)의 선단이 끼워맞춤부(55)와 끼워맞추어지지 않은 위치로부터 씰 시트(51)와 맞닿는 위치로 이동하는 펌핑 동작을 적어도 1회 이상 포함한다. 바람직하게는 펌핑 동작은 2회 이상 수행된다. 전술한 바와 같이, 씰 시트(51)는 연통로(41)의 용융 장치(2) 측의 단부에 마련할 수도 있고 연통로(41)의 중간부에 마련할 수도 있는데, 어느 경우에도 펌핑 동작에 있어서의 밸브 로드(53)의 이동 방향은 용융 장치(2) 측으로부터 사출 장치(3) 측이다. 이와 같이 하면, 유동성이 낮아진 용융 재료(73)를 사출 장치(3)로 내보낼 수 있고, 역류 방지 해제 시에 용융 장치(2)로부터 사출 장치(3)로 용융 재료(73)를 적절하게 흘려넣을 수 있다.
전술한 바와 같이, 용융 장치(2)로부터 용융 재료(73)가 사출 장치(3)로 보내지고, 소정량의 용융 재료(73)가 계량되었다고 제어 장치(6)가 인식했을 때, 사출 동작을 수행하기 전에 역류 방지 동작을 수행하고 연통로(41)가 폐쇄된다. 이 때, 사출 장치(3)에 계량되어 있는 용융 재료(73)에 가스 등이 혼합되어, 제어 장치(6) 상의 계량값과 실제의 계량값이 일치하지 않은 경우가 있다. 따라서, 제어 장치(6)는, 역류 방지 장치(5)가 역류 방지 동작을 수행한 후, 사출축(31)을 사출이 수행되지 않을 정도의 적당한 압력으로 전진시켜, 정지한 위치를 실제의 계량 위치로서 보정한다. 또한, 사출 노즐(35)의 선단은 접하는 금형에 열이 빼앗기기 때문에, 용융 재료(73)가 고화되고 콜드 플러그(cold plug)라 불리는 마개가 형성되어 있다. 따라서, 사출에 필요한 최저한의 사출 압력의 절반 정도 이하의 압력으로 사출축(31)을 전진시키면, 사출 노즐(35)로부터 용융 재료(73)가 사출되지 않고 보정을 수행할 수 있다.
본 발명은, 특히 유동성이 낮아진 용융 재료(73)가 발생하기 쉬운, 예를 들면, 역류 방지 장치(5)의 밸브 로드(53)의 선단이 냉각되어 있는 사출 성형기에 유효하다. 또한, 계량을 위해 용융 재료(73)에 피스톤 등으로 적극적으로 압력을 가하지 않는, 예를 들면, 용융 재료(73)를 그 자중에 의해 용융 장치(2)로부터 사출 장치(3)로 내보내는 사출 성형기에 유효하다.
이상 설명한 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 취지에 의거하여 다양하게 변형시키는 것이 가능하며, 그들을 본 발명의 범위로부터 배제하는 것이 아니다. 특히 구체적인 장치에 대해서는 본 발명의 취지에 따른 기본적인 기능을 갖는 것은 본 발명에 포함된다.

Claims (12)

  1. 성형 재료를 용융하여 용융 재료를 생성하는 용융 장치;
    상기 용융 장치로부터 공급된 상기 용융 재료를 사출하는 사출축을 포함하는 사출 장치;
    상기 용융 장치와 상기 사출 장치를 연통시키는 연통로를 포함하는 연결 부재; 및
    상기 연통로를 봉쇄하고, 상기 용융 재료의 역류를 방지하는 역류 방지 동작을 수행하는 역류 방지 장치;
    를 구비하고,
    상기 역류 방지 장치는,
    상기 연통로에 마련되는 씰 시트;
    상기 씰 시트와 맞닿음 가능하게 이동하는 밸브 로드; 및
    상기 씰 시트를 단면으로 하고 상기 밸브 로드와 끼워맞추어지는 끼워맞춤부;
    를 포함하고,
    상기 역류 방지 동작은 상기 밸브 로드의 선단이 상기 끼워맞춤부와 끼워맞추어지지 않은 위치로부터 상기 씰 시트와 맞닿는 위치로 이동하는 펌핑 동작을 적어도 1회 이상 포함하는 사출 성형기.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 성형 재료는 경금속인 사출 성형기.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 성형 재료는 마그네슘 합금 또는 알루미늄 합금인 사출 성형기.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 역류 방지 동작은 상기 펌핑 동작을 적어도 2회 이상 포함하는 사출 성형기.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 용융 재료는 자중에 의해 상기 용융 장치로부터 상기 사출 장치로 공급되는 사출 성형기.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 밸브 로드의 선단은 상기 용융 재료의 온도보다 30℃ 이상 50℃ 이하 낮은 사출 성형기.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 씰 시트는 상기 연통로의 상기 용융 장치 측의 단부에 마련되는 사출 성형기.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 씰 시트는 상기 연통로의 중간부에 마련되는 사출 성형기.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 연통로는, 상기 용융 장치와 접속되는 상부 연통로와, 상기 상부 연통로와 접속되며 상기 씰 시트가 마련되는 중부 연통로와, 상기 중부 연통로 및 상기 사출 장치와 접속되는 하부 연통로를 가지며,
    상기 용융 장치 및 상기 상부 연통로와, 상기 사출 장치 및 상기 하부 연통로는 각각 상기 연결 부재와의 접속면의 중심에서 접속되는 사출 성형기.
  10. 청구항 1에 있어서, 상기 끼워맞춤부의 단면적은 상기 연통로의 단면적보다 크게 구성되는 사출 성형기.
  11. 청구항 1에 있어서, 상기 역류 방지 장치가 상기 역류 방지 동작을 수행한 후, 상기 사출축을 사출이 수행되지 않을 정도의 적당한 압력으로 전진시켜, 정지한 위치를 실제의 계량 위치로서 보정하는 제어 장치를 더 구비한 사출 성형기.
  12. 청구항 11에 있어서, 상기 적당한 압력은 사출에 필요한 최저한의 사출 압력의 절반 이하의 압력인 사출 성형기.
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