KR20210115208A

KR20210115208A - 핫러너 사출금형의 노즐 장치

Info

Publication number: KR20210115208A
Application number: KR1020200030643A
Authority: KR
Inventors: 허남욱
Original assignee: 허남욱
Priority date: 2020-03-12
Filing date: 2020-03-12
Publication date: 2021-09-27
Also published as: KR102352053B1

Abstract

본 발명은 밸브작동식 핫러너 사출금형의 노즐 장치에 관한 것으로, 특히 용융수지를 공급하는 매니폴더(20)의 러너(21)에 연통되는 상부 수지통로(43)를 가진 노즐 몸체(41); 및 상기 노즐 몸체(41)의 하부에 동축으로 구비되고, 상기 밸브핀(50)의 하부 외주면을 슬라이드 안내하도록 길이방향으로 구비된 핀 안내구멍(44)과, 상기 핀 안내구멍(44)의 내벽에 형성된 나선형 홈(45)을 구비한, 노즐 팁(42);을 포함한다.
밸브핀(50)이 상한 위치로 상승하여 게이트(12)를 개방할 때, 밸브핀(50)의 외주면이 나선형 홈(45)의 핀 안내구멍(44)측 개방부를 폐쇄하고, 동시에 상기 나선형 홈(45)의 하단(45a)을 핀 안내구멍(44)의 출구(46)에 연통시켜, 상기 노즐 몸체(41)의 상부 수지통로(43)를 통과한 용용수지(R)가 상기 나선형 홈(45)만을 따라 난류 상태로 유동하면서 캐비티(11)안으로 주입됨으로써 노즐 팁(42)의 내측에 수지 또는 첨가제가 체류하지 않는다.

Description

핫러너 사출금형의 노즐 장치{A nozzle device for a valve operated hot runner injection mold}

본 발명은 핫러너 사출금형의 노즐 장치에 관한 것으로, 특히 노즐 팁을 통과할 때 용융수지가 난류로 유동하도록 노즐 팁의 내측벽에 나선형(스파이럴 형상)의 유로를 형성하여 노즐의 팁을 통과하는 용융수지가 난류로 유동함으로써, 용융수지 및 수지의 첨가물이 노즐 팁의 내벽에 체류하지 않도록 한 것이다.

종래의 일반적인 핫러너 사출금형 시스템은 아래 특허문헌 1에 개시되어 있다. 상기한 종래의 핫러너 사출금형은 도 1에 도시된 바와 같이, 사출기에서 토출되어 매니폴더(120)의 러너(121)를 통하여 제공되는 고온의 용융수지를 금형(110)의 캐비티(111)안으로 주입하기 위한 노즐(140)을 구비한다. 이러한 노즐(140)은 매니폴더의 러너(121)와 게이트(112)를 서로 연통시키도록, 노즐 몸체(131)의 길이방향으로 관통한 수지통로(132)를 구비하고, 특히 밸브작동식 핫러너 사출금형 시스템의 경우, 상기 노즐(140)의 수지통로(132)의 내부에 중심축방향으로 밸브 핀(135)이 설치된다. 이 밸브 핀(135)은 피스톤기구(136)의 작동에 의해 노즐의 수지통로(132)안에서 승강하면서 게이트(112)를 개폐한다.

상기한 사출금형에서, 고온의 용융수지는 노즐 몸체(131)의 수지통로(132)를 통과할 때, 노즐 몸체(31) 주위의, 상대적으로 저온의 금형 블록(110A)쪽으로 방열함으로써 냉각되는데, 이러한 수지의 냉각 현상은 노즐 몸체(131)에서, 특히 노즐 팁(131A)에서의 용융수지의 유동성을 저하시켜 사출성형 불량을 초래한다.

특히, 플라스틱의 물성을 개선하기 위하여 첨가제를 첨가한 수지를 사출할 때, 노즐 팁(131A)측 수지통로(132A)에 수지와 수지에 첨가된 첨가제가 체류 또는 잔류하는 현상이 더욱 심화된다. 이와 같이, 용융수지의 첨가제 또는 수지가 노즐 팁(131A)의 내측 수지통로(132A)에 체류하거나 잔류하게 되면, 수지의 컬러를 변경하는 경우, 노즐 팁측 내측 수지통로(132A)에 체류하거나 잔류하는 수지 또는 첨가제가 변경된 컬러의 용융수지에 혼입되어 캐비티(111)에 주입됨으로써 사출성형품의 컬러 불량의 문제를 발생시킨다.

10-2015-0114202A

이에 본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 노즐 팁에 용융수지가 체류하거나 잔류하지 않도록 노즐 팁에서 용융수지 유동성을 개선한 사출금형의 노즐 장치를 제공함에 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 밸브핀의 승강작동에 의해 금형의 게이트를 개폐하는 밸브작동식 핫러너 사출금형의 노즐 장치로서,

매니폴더측 러너에 연통되는 상부 수지통로를 가진 노즐 몸체; 및

상기 노즐 몸체의 하부에 동축으로 구비되고, 상기 밸브핀의 하부 외주면을 슬라이드 안내하도록 길이방향으로 구비된 핀 안내구멍과, 상기 핀 안내구멍의 내벽에 형성된 나선형 홈을 구비한, 노즐 팁;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 노즐 몸체와 노즐 팁은 별개의 부품으로 구성되고, 상기 노즐 팁은 상기 노즐 몸체의 하단에 동축으로 결합되어, 고정 너트로 고정될 수 있다.

상기 밸브핀이 상한 위치로 상승하여 상기 게이트를 개방할 때, 상기 밸브핀의 하부 외주면이 상기 나선형 홈의 핀 안내구멍측 개방부를 폐쇄하는 동시에 상기 나선형 홈의 하단을 핀 안내구멍의 출구에 연통시켜, 상기 노즐 몸체의 상부 수지통로를 통과한 용용수지가 상기 나선형 홈만을 따라 난류 상태로 유동하면서 캐비티로 주입된다.

상기 노즐 팁은, 바람직하게는 텅스텐 탄화물(WC)을 함유하는 합금분말을 몰드에 넣고 고온 고압으로 소결 성형하여 제조된다.

용융수지의 유동성을 좋게 하기 위하여, 상기 노즐 팁의 나선형 홈은 사각형 또는 반원형 단면을 가지는 것이 바람직하다.

상기한 본 발명에 따르면, 노즐 몸체로 유입된 용융수지가 노즐 팁의 수지통로를 통과할 때 나선형 홈을 따라 유동하면서 난류를 형성하므로, 그 용융수지 또는 용융수지에 첨가된 첨가제가 노즐 팁의 수지통로 내벽에 잔류하거나 체류하는 현상이 발생하지 않게 된다.

따라서, 종래의 핫러너 사출금형에서, 노즐 팁의 내부 수지통로에서 층류로 유동하는 현상 때문에 발생하는 문제, 예컨대 노즐 팁의 수지통로를 통과하는 용융수지가 내벽에 체류 또는 정체하다가, 캐비티로 주입되는 용융수지에 혼입되어 성형 제품에 불량이 발생하는 문제와, 변경된 색상의 수지로 교체하는 경우, 변경전 색상의 용융수지가 노즐 팁의 수지통로 내벽에 잔류하다가 변경후 색상의 용융수지가 금형의 캐비티안으로 주입될 때, 캐비티에 주입되는 새로운 용융수지에 혼입되어 사출 제품의 컬러 불량의 문제를 일으키는 것을 방지할 수 있게 된다.

도 1은 종래 핫러너 사출금형의 노즐 장치의 길이방향 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 핫러너 사출금형의 노즐 장치의 길이방향 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 핫러너 사출금형의 노즐 장치의 노즐 조립체의 길이방향 단면도이다.
도 4는 노즐 팁의 길이방향 단면도이다.
도 5는 도 2의 "B"부의 확대 상세도로서, 밸브핀이 하한 위치로 하강하여 밸브핀의 팁부가 게이트를 폐쇄한 상태를 보여주는 단면도이고,
도 6은 도 5의 상태에서, 밸브핀이 상한 위치로 상승하여 밸브핀의 팁부가 게이트를 개방하고, 동시에 밸브핀의 몸체 하단이 나선형 홈의 하단을 하부 수지통로의 출구를 연통한 상태를 보여주는 단면도이다.

이하, 본 발명에 따른 핫러너 사출금형의 노즐 장치의 바람직한 실시예를 첨부도면에 따라 상세히 설명한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 핫러너 사출금형은 고정된 상부 금형(10A)과 가동형 하부 금형(10B)을 포함하고, 상기 상부 금형(10A)과 하부 금형(10B) 사이에 캐비티(11)가 형성된다. 상기 캐비티(11)는 게이트(12)를 통하여 고온, 고압의 용융수지가 주입되어 충전된다. 상기 상부 금형(10A)의 상측에는 러너(21)를 구비한 매니폴더(20)가 설치된다. 상기 매니폴더(20)의 상측에는 고정 플레이트(30)가 배치되어 스페이서 블록(31)에 의해 지지된다. 상기 고정 플레이트(30)에는 상기 매니폴더(20)의 러너(21)에 사출기의 용융수지를 주입하는 스프루 부시(도시생략)가 구비된다.

그리고, 상기 상부 금형(10A)에는 매니폴더(20)의 러너(21)를 통하여 공급되는 용융수지를 캐비티(11)안으로 안내하기 위한 노즐 조립체(40)가 설치된다. 상기 노즐 조립체(40)는 노즐 몸체(41)와, 노즐 몸체(41)의 하부에 결합된 노즐 팁(42)을 포함한다.

상기 노즐 몸체(41)와 노즐 팁(42)은 별개의 부품으로 구성되고, 상기 노즐 팁(42)은 상기 노즐 몸체(41)의 하단에 동축으로 결합되어, 고정 너트(49)로 고정된다. 상기 노즐 팁(42)은 노즐 몸체(41)에 일체로 구비될 수도 있다. 이 경우 고정 너트(49)는 필요하지 않다.

상기 노즐 몸체(41)는 길이방향으로 관통된 상부 수지통로(43)를 구비한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 노즐 몸체(41)의 상부 수지통로(43)는 상단에서 상기 매니폴더(20)의 러너(21)의 출구(21a)와 연통된다.

그리고, 노즐 팁(42)은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 노즐 몸체(41)의 상부 수지통로(43)에 동축으로 이어지는 핀 안내구멍(44)을 구비한다. 상기 핀 안내구멍(44)의 상부(S) 내벽에는 하부 수지통로를 이루는 나선형 홈(45)이 형성되고, 상기 핀 안내구멍 하부(H)(나선형 홈(45)의 하단(45a)부터 노즐 팁(42)의 끝단까지의 부분) 내벽에는 나선형 홈이 형성되지 않는 출구(46)가 구비된다.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 노즐 팁(42)의 하부(H)의 외경(Dh)은 상부(S)의 외경(Ds)보다 상대적으로 작도록 축소된다. 이에 따라, 노즐 팁(42)의 하부(H)는, 외기와의 접촉에 의해 상대적으로 온도가 낮은 금형(10B)과 접촉하는 면적이 감소하여 방열에 의한 열손실을 저감할 수 있다. 그 결과, 노즐 팁(42)의 하부(H)에 마련된 출구(46)의 온도 저하를 방지하여 출구에서 용융수지의 체류를 억제할 수 있게 된다.

또한, 상기 핀 안내구멍(44)의 내벽에 형성된 나선형 홈(45)은, 노즐 팁(42)의 상단에서 하단으로 갈수록 단면적이 점차 감소하도록 형성된다. 그리고, 상기 노즐 팁(42)의 나선형 홈(45)은 사각형 또는 반원형 단면과, 다양한 단면 형상을 가질 수 있다.

한편, 노즐 몸체(41)와 노즐 팁(42)은 노즐 몸체(41)의 외주면에 권취된 전열 히터(도시 생략함)에 의해 적시에 가열되어 상부 수지통로(43) 및 나선형 홈(45)를 따라 유동하는 용융수지의 온도를 적정한 수준으로 유지시킨다(이로써, 용융수지의 유동성이 유지되어 용융수지와 용융수지내에 첨가된 첨가제 등이 노즐 팁의 내부에 체류하거나 고착되지 않게 된다).

그런데, 노즐 몸체(41)에서 노즐 팁(42)쪽으로 전달된 열이, 상기 노즐 팁(42)의 하단 주위에 배치된 고정 너트(49)의 하단부(49b)에서 주위의 금형(10B) 쪽으로 방열됨으로써 노즐 팁(42)의 하단부가 냉각되는 현상이 발생한다.

이와 같이, 고정 너트의 하단부(49a)에서 금형쪽으로 방출되는 열량을 최소로 저감하기 위하여, 고정 너트의 하단부(49a)의 외측면과 금형과의 접촉면적을 최소로 줄이는 것이 필요하다. 이를 위하여, 상기 고정 너트(49)의 하단부(49b)의 외경(D49b)이 상기 고정 너트(49)의 상부 몸체(49a)의 외경(D49a)보다 상대적으로 작도록 상기 고정 너트(49)의 하단부(49b)를 축소하는 것이 바람직하다.

상기 노즐 팁(42)은 성형 몰드(도시생략)에, 노즐 팁(42)의 내부 나선형 홈(45)과 출구(46)에 대응하는 돌출부와 핀을 가진 코어(도시생략)를 장착한 후, 코어와 성형 몰드 사이의 성형 공간안으로, 텅스텐 탄화물(WC)을 함유하는 합금분말을 충진하여 고온 고압상태로 소결 성형하여 제조된다. 상기 노즐 팁(42)의 나선형 홈(45)은 노즐 팁(42)의 소결 성형시 형성된다.

상기 노즐 조립체(40)에는 밸브핀(50)이 길이방향을 따라 관통하도록 설치된다. 상기 밸브핀(50)은 피스톤기구(36)의 작동에 의해 상기 캐비티(11)의 게이트(12)를 개폐시킴으로써 매니폴더의 러너와 노즐 조립체의 수지통로(43,45)를 통하여 제공되는 용융수지를 캐비티(11) 내부로 주입시키거나(도 6) 또는 차단한다(도 5).

상기 밸브핀(50)은 도 3에 도시된 바와 같이, 하단보다는 상대적으로 큰 직경의 밸브핀 몸체(51)와 상기 밸브핀 몸체(51)보다는 상대적으로 작은 직경의 팁부(52)를 구비한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 밸브핀(50)은 상기 밸브 조립체(40)의 노즐 몸체(41)의 상부 수지통로(43)를 중심축방향으로 관통하여 밸브핀 몸체(51)의 하부가 상기 노즐 팁(42)의 핀 안내구멍(44)에 슬라이드 안내되도록 상기 밸브 조립체(40)에 설치된다.

상기 밸브핀(50)은 상단에 연결된 피스톤기구(36)의 피스톤작동에 의해 상한 위치(도 6)와 하한 위치(도 5) 사이를 이동한다. 밸브핀(50)이 승강 작동을 할 때, 상기 밸브핀의 팁부(52)는 상기 게이트(12)를 출입하면서 게이트(12)를 개폐한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 밸브핀(50)이 하한 위치로 이동하였을 때, 밸브핀의 팁부(52)는 나선형 홈(45)의 하단(45a)을 출구(46)쪽으로 폐쇄시키고, 이와 동시에 게이트(12)를 폐쇄함으로써 용융수지가 캐비티(11)안으로 주입되지 않도록 차단한다.

도 6에 도시된 바와 같이, 밸브핀(50)이 상한 위치로 이동하였을 때, 밸브핀의 팁부(52)는 나선형 홈(45)의 하단(45a)을 출구(46)에 연통시키고, 이와 동시에 밸브핀 몸체(51)의 하부 외주면은 핀 안내구멍(44) 내벽을 따라 슬라이드 이동하여 나선형 홈(45)의 핀 안내구멍(44)측 개방부를 폐쇄함으로써 용융수지가 나선형 홈(45)의 경로만을 따라 유동하여 와류를 형성하면서 캐비티(11)안으로 주입된다.

10: 금형
10A: 상부 금형
10B: 하부 금형
11: 캐비티
12: 게이트
21: 러너
20: 매니폴더
30: 고정 플레이트
31: 스페이서 블록
36: 피스톤기구
40: 노즐 조립체
41: 노즐 몸체
42: 노즐 팁
43: 상부 수지통로
44: 핀 안내구멍
45: 나선형 홈
45a: 나선형 홈의 하단
46: 출구
49: 고정 너트
49a: 고정 너트의 상부 몸체
49b: 고정 너트 하단부
S: 핀 안내구멍의 상부
H: 핀 안내구멍 하부
50: 밸브핀
51: 밸브핀 몸체
52: 팁부

Claims

밸브핀(50)의 승강작동에 의해 금형의 게이트(12)를 개폐하는 밸브작동식 핫러너 사출금형의 노즐 장치로서,
용융수지를 공급하는 매니폴더(20)의 러너(21)에 연통되는 상부 수지통로(43)를 가진 노즐 몸체(41); 및
상기 노즐 몸체(41)의 하부에 동축으로 구비되고, 상기 밸브핀(50)의 하부 외주면을 슬라이드 안내하도록 길이방향으로 구비된 핀 안내구멍(44)과, 상기 핀 안내구멍(44)의 내벽에 형성된 나선형 홈(45)을 구비한, 노즐 팁(42);을 포함한, 밸브작동식 핫러너 사출금형의 노즐 장치.
제1항에 있어서,
상기 노즐 몸체(41)와 노즐 팁(42)은 별개의 부품으로 구성되고, 상기 노즐 팁(42)은 상기 노즐 몸체(41)의 하단에 동축으로 결합되어, 고정 너트(49)로 고정된 것을 특징으로 하는, 밸브작동식 핫러너 사출금형의 노즐 장치.
제1항에 있어서,
상기 밸브핀(50)이 상한 위치로 상승하여 상기 게이트(12)를 개방할 때, 상기 밸브핀(50)의 하부 외주면이 상기 나선형 홈(45)의 핀 안내구멍(44)측 개방부를 폐쇄하는 동시에 상기 나선형 홈(45)의 하단(45a)을 핀 안내구멍(44)의 출구(46)에 연통시켜, 상기 노즐 몸체(41)의 상부 수지통로(43)를 통과한 용용수지(R)가 상기 나선형 홈(45)만을 따라 난류 상태로 유동하면서 캐비티(11)로 주입되는 것을 특징으로 하는, 밸브작동식 핫러너 사출금형의 노즐 장치.
제2항에 있어서,
상기 노즐 팁(42)은, 텅스텐 탄화물(WC)을 함유하는 합금분말을 소결 성형하여 제조된 것을 특징으로 하는, 밸브작동식 핫러너 사출금형의 노즐 장치.
제1항에 있어서,
상기 노즐 팁(42)의 나선형 홈(45)은 사각형 또는 반원형 단면을 가지는 것을 특징으로 하는, 밸브작동식 핫러너 사출금형의 노즐 장치.
제1항에 있어서,
상기 노즐 팁(42)은 핀 안내구멍(44)의 내벽에 나선형 홈(45)이 형성된 상부(S)와, 나선형 홈(45)이 형성되지 않은 출구(46)이 구비된 하부(H)를 포함하고,
상기 하부(H)의 외측벽의 표면을 통한 방열에 의한 열손실을 저감할 수 있도록, 상기 하부(H)의 외경(Dh)이 상기 상부(S)의 외경(Ds)보다 상대적으로 작도록 축소된 것을 특징으로 하는, 밸브작동식 핫러너 사출금형의 노즐 장치.
제6항에 있어서,
상기 노즐 팁(42)은 상기 노즐 몸체(41)와는 별개의 부품으로 구성되고, 상기 노즐 팁(42)을 상기 노즐 몸체(41)의 하단에 동축으로 고정하는 고정 너트(49)를 더 포함하고,
상기 고정 너트(49)는 상기 노즐 팁(42)의 외측에서 노즐 팁의 상부(S)를 감싸는 상부 몸체(49a)와, 상기 노즐 팁(42)의 하부(H)를 감싸는 하단부(49b)를 포함하고,
상기 고정 너트(49)의 하단부(49b)의 외측벽의 표면을 통한 금형(10B) 쪽으로의 방열에 의한 열손실을 저감할 수 있도록, 상기 고정 너트(49)의 하단부(49b)의 외경(D49b)이 상기 고정 너트(49)의 상부 몸체(49a)의 외경(D49a)보다 상대적으로 작도록 축소된 것을 특징으로 하는, 밸브작동식 핫러너 사출금형의 노즐 장치.
제1항에 있어서,
상기 노즐 팁(42)의 핀 안내구멍(44)의 내벽에 형성된 나선형 홈(45)은, 노즐 팁(42)의 상단에서 하단으로 갈수록 단면적이 점차 감소하도록 형성된 것을 특징으로 하는, 밸브작동식 핫러너 사출금형의 노즐 장치.