KR20220040837A - 사출 성형 금형 및 이를 이용하여 성형된 물 주입 사출 성형 제품 - Google Patents
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Abstract
사출 성형 금형과 이를 이용하여 성형된 물 주입 사출 성형 제품이 개시된다. 개시된 사출 성형 금형은, 형합되면 물 주입 사출 성형 제품에 대응되는 캐비티가 형성되는 상측 금형과 하측 금형, 캐비티에 열가소성 플라스틱의 용융된 수지가 주입되도록 상측 금형에 설치되는 것으로, 자신의 내부에 수용된 수지를 경화되지 않도록 가열하는 수지 주입용 핫 런너, 및 하측 금형에 이동 가능하게 지지된 것으로, 상측 금형과 하측 금형이 형합되면 캐비티에 끼워지는 물 주입 노즐을 구비하며, 물 주입 노즐을 통하여 캐비티에 물을 고압으로 주입하고 캐비티에 주입된 물을 회수하는 물 주입기에 물의 유입 및 유출이 가능하게 연결되는 물 주입 슬라이더를 구비한다. 물 주입 슬라이더는, 상측 금형과 하측 금형이 형합되면 캐비티에 가까워지는 방향으로 이동하여 물 주입 노즐을 통하여 캐비티에 물을 고압으로 주입하고, 캐비티에 주입된 수지가 경화되어 물 주입 사출 성형 제품이 형성된 후에는 물 주입 노즐이 워터 채널의 개구에서 분리되도록 물 주입 사출 성형 제품에서 멀어지는 방향으로 이동한다.
Description
본 발명은 물 주물 주입에 의해 속이 비고 두꺼운 부분을 갖는 물 주입 사출 성형 제품을 성형하기 위한 사출 성형 금형과, 상기 사출 성형 금형을 이용하여 성형된 물 주입 사출 성형 제품에 관한 것이다.
사출 성형(injection molding)은 용융 상태의 수지를 금형의 내부에 주입 후 냉각하여 제품을 형성하는 공법으로, 플라스틱 제품의 성형에 폭넓게 사용된다. 그런데, 예컨대 플라스틱 박스나 플라스틱 팔레트와 같은 플라스틱 제품은 무거운 물품을 담거나 지지할 수 있도록 두껍게 제작되어야 하며, 두꺼운 부분의 두께는 10 내지 30mm에 이른다. 이처럼 두꺼운 부분을 갖는 플라스틱 제품을 사출 성형으로 제작하면, 플라스틱 소재가 많이 투입되므로 생산 원가가 상승하고, 제품의 무게가 무거워진다. 또한, 상기 두꺼운 부분이 냉각 경화 과정에서 수축되는 등 불량이 발생하여 양품 수율과 생산성이 저하된다.
한편, 사출 성형 금형의 캐비티(cavity)에 용융된 수지를 주입한 직후에 상기 캐비티 내로 가스(gas)를 주입하거나 물(water)을 주입하여서, 중공(中孔)이 형성되고 일 방향으로 길게 연장된 플라스틱 제품을 사출 성형하는 공법이 알려져 있다. 그런데, 이와 같이 가스나 물을 캐비티 내로 주입하면, 상기 가스나 물의 압력에 의해 용융된 수지가 캐비티 밖으로 밀려나오는 오버 플로우(over flow)가 발생하여 생산 원가를 절감하기 어렵다는 문제가 있다.
본 발명은, 물 주입 공법(WIT: water injection technology)에 의한 워터 채널이 내부에 형성된 두꺼운 부분을 갖는 물 주입 사출 성형 제품을 성형하기 위한 사출 성형 금형과, 상기 사출 성형 금형을 이용하여 성형된 물 주입 사출 성형 제품을 제공한다.
본 발명은, 물 주입 공법(WIT: water injection technology)의 적용에 의한 워터 채널이 내부에 형성된 두꺼운 부분을 갖는 물 주입 사출 성형 제품을 성형하기 위한 사출 성형 금형으로서, 형합(型合)되면 상기 물 주입 사출 성형 제품에 대응되는 캐비티(cavity)가 형성되는 상측 금형과 하측 금형, 상기 캐비티에 열가소성 플라스틱의 용융된 수지가 주입되도록 상기 상측 금형에 설치되는 것으로, 자신의 내부에 수용된 수지를 경화되지 않도록 가열하는 수지 주입용 핫 런너(hot runner), 및 상기 하측 금형에 이동 가능하게 지지된 것으로, 상기 상측 금형과 하측 금형이 형합되면 상기 캐비티에 끼워지는 물 주입 노즐(nozzle)을 구비하며, 상기 물 주입 노즐을 통하여 상기 캐비티에 물(water)을 고압으로 주입하고 상기 캐비티에 주입된 물을 회수하는 물 주입기(water injector)에 물의 유입 및 유출이 가능하게 연결되는 물 주입 슬라이더(slider)를 구비하고, 상기 물 주입 슬라이더는, 상기 상측 금형과 하측 금형이 형합되면 상기 캐비티에 가까워지는 방향으로 이동하여 상기 물 주입 노즐을 통하여 상기 캐비티에 물을 고압으로 주입하고, 상기 캐비티에 주입된 수지가 경화되어 상기 물 주입 사출 성형 제품이 형성된 후에는 상기 물 주입 노즐이 상기 워터 채널의 개구에서 분리되도록 상기 물 주입 사출 성형 제품에서 멀어지는 방향으로 이동하는 사출 성형 금형을 제공한다.
본 발명의 사출 성형 금형은, 상기 캐비티에 주입된 수지가 경화되기 전에 상기 캐비티에서 방출되어 수용되도록 상기 상측 금형에 설치되는 것으로, 자신의 내부에 수용된 수지를 경화되지 않도록 가열하는 수지 회수용 핫 런너를 더 구비할 수 있다.
상기 상측 금형과 하측 금형이 형합되고 상기 수지 주입용 핫 런너를 통해 용융된 수지가 상기 캐비티에 주입되고 상기 캐비티에 주입된 수지가 경화되기 전에 상기 물 주입 노즐을 통해 상기 캐비티 내부로 물이 고압으로 주입되면, 상기 캐비티에 주입된 수지의 내부에 상기 워터 채널이 형성되고 상기 캐비티에 주입된 물에 대응되는 양의 용융된 수지가 상기 캐비티에서 방출되어 상기 수지 회수용 핫 런너에 유입될 수 있다.
본 발명의 사출 성형 금형은, 상기 수지 주입용 핫 런너와 수지 회수용 핫 런너를 용융된 수지가 이동 가능하게 연결하는 연결 런너(connecting runner)를 더 구비하고, 상기 수지 회수용 핫 런너에 유입된 용융된 수지는 상기 연결 런너를 통해 상기 수지 주입용 핫 런너로 이동할 수 있다.
상기 상측 금형은 상기 하측 금형을 향해 경사지게 연장된 경사 핀(pin)을 구비하고, 상기 물 주입 슬라이더에는 상기 상측 금형과 하측 금형이 형합되면 상기 경사 핀이 끼워지는 경사 핀 홀(hole)이 형성되어, 상기 상측 금형과 하측 금형이 형합되면 상기 물 주입 슬라이더가 상기 캐비티에 가까워지는 방향으로 이동하고, 상기 상측 금형과 하측 금형이 형개(型開)되면 상기 물 주입 슬라이더가 그 반대 방향으로 이동할 수 있다.
상기 물 주입 슬라이더는 상기 상측 금형에 대해 상기 하측 금형이 형개 및 형합되도록 이동하는 방향에 직교하는 방향으로 이동하고, 상기 물 주입 노즐은 상기 물 주입 슬라이더의 이동 방향과 평행하게 연장될 수 있다.
또한 본 발명은, 상기 사출 성형 금형을 이용하여 성형된 사출 성형 제품으로, 열가소성 플라스틱(thermoplastic)으로 이루어지며, 판(plate) 형상의 몸체부(body portion)와, 상기 몸체부의 외주변에 상기 몸체부보다 두꺼운 두께를 갖도록 형성된 보강부를 구비하고, 상기 보강부의 내부에 상기 워터 채널이 형성되며, 상기 워터 채널은 내경(inner diameter)의 크기보다 긴 길이를 갖도록 연장된 물 주입 사출 성형 제품을 제공한다.
상기 워터 채널은 적어도 하나의 절곡 지점을 가지며, 상기 절곡 지점에서 상기 워터 채널의 절곡 각도는 70 내지 90ㅀ일 수 있다.
상기 워터 채널은 상기 적어도 하나의 절곡 지점에 의해 복수의 채널 구간으로 구분되고, 상기 워터 채널의 개구의 개방 방향과 상기 개구에서 가장 가까운 채널 구간의 연장 방향은 일치할 수 있다.
본 발명의 사출 성형 금형에 의하면, 두께가 15 내지 30mm 에 이르는 두꺼운 부분이 있는 사출 성형 제품을 고압의 물 주입에 의해 사출 성형함으로써, 물 주입을 하지 않는 경우에 상기 두꺼운 부분에 채워진 수지가 경화될 때 수축되면서 발생하는 제품 형상 불량이 감소되어 양품 수율이 증대되고, 냉각 경화 시간이 단축되어 생산 속도가 향상되며, 결과적으로 생산성이 향상된다. 또한, 주입되는 물에 밀려 캐비티 밖으로 방출되는 용융된 수지가 수지 회수용 핫 런너로 유입되어 용융된 상태로 유지되면서 다음 회차의 제품 사출 성형에 사용될 수 있어서 제품 생산 원가가 절감된다.
본 발명의 물 주입 사출 성형 제품은, 두꺼운 부분의 내부에 물이 주입되어 형성된 워터 채널(water channel)의 내측면과 상기 두꺼운 부분의 외측면 사이의 두께가 균일하고, 상기 내측면의 조도(roughness)가 가스를 주입하여 형성된 채널의 내측면의 조도보다 매끄럽다. 따라서, 가벼우면서도 강도가 유지되고, 내구성이 향상된다.
도 1은 물 주입 사출 성형 제품의 일 예로서 접이식 박스의 측판을 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 접이식 박스의 측판을 성형하기 위한 사출 성형 금형의 단면도이다.
도 3은 도 2의 사출 성형 금형을 부분적으로 도시한 사시도이다.
도 4는 도 2를 IV-IV에 따라 절개 도시한 단면도이다.
도 5 내지 도 7은 도 1을 V-V. VI-VI, 및 VII-VII에 따라 절개 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1의 접이식 박스의 측판을 성형하기 위한 사출 성형 금형의 단면도이다.
도 3은 도 2의 사출 성형 금형을 부분적으로 도시한 사시도이다.
도 4는 도 2를 IV-IV에 따라 절개 도시한 단면도이다.
도 5 내지 도 7은 도 1을 V-V. VI-VI, 및 VII-VII에 따라 절개 도시한 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 물 주입 사출 성형 제품 및 이를 성형하기 위한 사출 성형 금형을 상세하게 설명한다. 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자 또는 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 물 주입 사출 성형 제품의 일 예로서 접이식 박스의 측판을 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 접이식 박스의 측판을 성형하기 위한 사출 성형 금형의 단면도이고, 도 3은 도 2의 사출 성형 금형을 부분적으로 도시한 사시도이며, 도 4는 도 2를 IV-IV에 따라 절개 도시한 단면도이다. 도 1 내지 도 4를 함께 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 물 주입 사출 성형 제품(3)은 접이식 박스(foldable box)(1)의 일 측판(3)이다. 상기 접이식 박스(1)는 직사각형의 바닥판과, 상기 바닥판의 4개의 모서리에 접혀질 수 있게 4개의 측판을 구비한다. 도 1에 실선으로 도시된 측판(3)은 상기 접이식 박스(1)의 4개의 측판 중 하나이다.
상기 측판(3)은 열가소성 플라스틱(thermoplastic)으로 이루어진 대략 사각형의 부재로서, 판(plate) 형상의 몸체부(body portion)(4)와, 몸체부(4)의 외주변 4개의 모서리 중 3개의 모서리에 상기 몸체부(4)보다 두꺼운 두께를 갖도록 형성된 보강부(8)와, 상기 몸체부(4)의 중간 부분에 보강부(8)와 겹쳐지는 손잡이(9)를 구비한다. 상기 몸체부(4), 보강부(8), 및 손잡이(9)는 사출 성형에 의해 일체로 형성된다.
상기 보강부(8)와 손잡이(9)의 내부에 열가소성 플라스틱이 채워지지 않아 형성된 공간인 워터 채널(water channel)(10)이 마련된다. 워터 채널(10)은 내경(inner channel)의 크기보다 긴 길이를 갖도록 연장된다. 워터 채널(10)의 일 측 말단에는 개구(開口)(13)가 형성되어 이를 통해 상기 워터 채널(10)이 외부에 개방된다. 워터 채널(10)의 타 측 말단은 폐쇄된다. 워터 채널(10)은 상기 보강부(8)를 따라 이어지게 형성된다. 도 6에 도시된 바와 같이 손잡이(9)와 보강부(8)가 합쳐지는 부분의 내부에서 워터 채널(10)은 내경의 크기가 커지게 확장된다. 상기 개구(13)는 후술하는 물 주입 노즐(66)의 말단(67)이 캐비티(CA)에 끼워진 상태로 열가소성 플라스틱의 용융된 수지가 캐비티(CA)에 주입되고 경화되어 형성된다.
워터 채널(10)의 일 측 말단의 개구(13)와 타 측 말단로부터 상대적으로 먼 측판(3)의 한 쌍의 코너(corner) 부분에서 상기 워터 채널(10)은 한 쌍의 절곡 지점을 갖는다. 워터 채널(10)은 상기 한 쌍의 절곡 지점에 의해 제1 내지 제3 채널 구간(11, 15, 17)으로 구분된다. 상기 제1 채널 구간(11)은 상기 개구(13)와 이어지는, 다시 말해 상기 개구(13)와 가장 가까운 채널 구간으로서, 상기 개구(13)의 개방 방향과 상기 제1 채널 구간(11)의 연장 방향은 일치한다. 부연하면, 상기 제1 채널 구간(11)을 따라 연장된 가상의 직선인 제1 채널 축선(CH1)과 개구(13)의 중심을 관통하는 가상의 직선인 개구 중심선(OP)이 일치한다. 이에 따라, 상기 노즐 말단(67)에서 분사되는 물(water)이 압력 손실을 최소화하면서 직진하여서 보다 긴 워터 채널(10)이 형성될 수 있다.
상기 제2 채널 구간(15)을 따라 연장된 가상의 직선인 제2 채널 축선(CH2)과 상기 제1 채널 축선(CH1)이 교차하는 제1 절곡 지점에서 워터 채널(10)의 절곡 각도(AB1)는 90ㅀ이다. 또한, 상기 제3 채널 구간(17)을 따라 연장된 가상의 직선인 제3 채널 축선(CH3)과 상기 제2 채널 축선(CH2)이 교차하는 제2 절곡 지점에서 워터 채널(10)의 절곡 각도(AB2) 역시 90ㅀ이다. 상술한 바와 같이 상기 노즐 말단(67)에서 분사되는 물의 압력 손실이 최소화되면서 캐비티(CA) 내로 고압의 물이 주입됨에 따라 워터 채널(10)의 경로를 따라 상기 개구(13)에서 멀리 떨어져 있는 제1 및 제2 절곡 지점에서 물의 진행 경로가 최대 90ㅀ까지 절곡될 수 있다. 워터 채널의 절곡 각도는 도 4에 도시된 실시예에 한정되지 않으며, 예컨대, 70 내지 90ㅀ일 수 있다.
상기 물 주입 사출 성형 제품(3)을 성형하기 위한 사출 성형 금형(30)은, 상측 금형(31), 하측 금형(50), 복수의 수지 주입용 핫 런너(hot runner)(37), 수지 회수용 핫 런너(41), 연결 런너(35), 및 물 주입 슬라이더(slider)(55)를 구비한다. 상측 금형(31)은 용용된 수지를 상기 상측 금형(31)의 내부로 사출 주입하는 수지 사출 장치(미도시)와 연결되고, Z축과 평행한 방향으로 이동하지 않는 고정 금형일 수 있다. 하측 금형(50)은 상측 금형(31)의 하측면에 밀착되는 방향, 즉 Z축 양(+)의 방향과 평행한 방향, 및 그 반대 방향으로 이동 가능한 이동 금형일 수 있다. 상기 하측 금형(50)의 상측면이 상기 상측 금형(31)의 하측면에 밀착된 상태를 형합(型合)이라 하고, 상기 하측 금형(50)의 상측면이 상기 상측 금형(31)의 하측면에서 이격된 상태를 형개(型開)라 한다.
상측 금형(31)과 하측 금형(50)이 형합되어 상측 금형(31)의 하측면과 하측 금형(50)의 상측면이 밀착되면 상측 금형(31)과 하측 금형(50) 사이에 상기 물 주입 사출 성형 제품(3)의 형상에 대응되는 캐비티(cavity)(CA)가 형성된다. 상측 금형(31)의 하측면에는 상기 물 주입 사출 성형 제품(3)의 상측면 형상에 대응되는 상측 형상 한정면(32)이 형성되고, 하측 금형(50)의 상측면에는 상기 물 주입 사출 성형 제품(3)의 하측면 형상에 대응되는 하측 형상 한정면(51)이 형성된다. 도 2에 명확히 도시되진 않았으나, 상측 금형(31)은 상기 상측 형상 한정면(32)이 형성된 상부 코어(core)와, 상기 상부 코어를 고정 지지하는 상부 원판을 구비할 수 있다. 또한, 하측 금형(50)은 상기 하측 형상 한정면(51)이 형성된 하부 코어와, 상기 하부 코어를 고정 지지하는 하부 원판을 구비할 수 있다.
복수의 수지 주입용 핫 런너(37)는 상측 금형(31)과 하측 금형(50)이 형합된 때 캐비티(CA)에 열가소성 플라스틱의 용융된 수지가 주입되도록 상측 금형(31)에 설치된다. 수지 주입용 핫 런너(37)는 자신의 내부에 수용된 열가소성 플라스틱의 수지가 경화되지 않도록 가열하는 히터(heater)를 구비한다. 각각의 수지 주입용 핫 런너(37)는 그 하단에 용융된 수지가 수지 주입용 핫 런너(37)에서 캐비티(CA)로 유출되는 것만 허용하고 용융된 수지가 그 반대 방향으로 흐르는 것은 허용하지 않는 하단 노즐(nozzle)(38)을 구비할 수 있다. 복수의 수지 주입용 핫 런너(37)는 서로 이격되게 배치된다.
수지 회수용 핫 런너(41)는 상기 캐비티(CA)에 주입된 열가소성 플라스틱의 용융된 수지가 경화되기 전에 상기 캐비티(CA)에서 방출되어 수용되도록 상측 금형(31)에 설치된다. 수지 회수용 핫 런너(41)는 자신의 내부에 수용된 열가소성 플라스틱의 수지가 경화되지 않도록 가열하는 히터(heater)를 구비한다. 수지 회수용 핫 런너(41)는 그 하단에 용융된 수지가 상기 캐비티(CA)에서 수지 회수용 핫 런너(41)로 유입되는 것만 허용하고 용융된 수지가 그 반대 방향으로 흐르는 것은 허용하지 않는 하단 노즐(nozzle)(42)을 구비할 수 있다. 상기 수지 회수용 핫 런너(41)의 하단 노즐(42)은, 상기 캐비티(CA)에서 상기 워터 채널(10)의 타 측 말단이 형성되는 지점과 겹쳐지게 배치된다.
연결 런너(35)는 복수의 수지 주입용 핫 런너(37)의 상단과 하나의 수지 회수용 핫 런너(41)의 상단을 용융된 수지가 흘러서 이동할 수 있게 연결한다. 도 2에 도시되진 않았으나, 상기 상측 금형(31)은 열가소성 플라스틱의 용융된 수지를 상기 상측 금형(31)에 사출 주입하는 수지 사출 장치(미도시)와 연결되는 스프루(sprue)와, 용융된 수지가 유동 가능하게 상기 스프루 및 상기 연결 런너(35)에 연결된 스프루 런너(34)를 더 구비한다.
각각의 수지 주입용 핫 런너(37)의 상단에는 각각의 수지 주입용 핫 런너(37)와 연결되는 연결 런너(35)의 지선(branch)을 통한 용융된 수지의 흐름을 개폐하는 개폐 밸브(39)가 구비된다. 수지 회수용 핫 런너(41)의 상단에는 수지 회수용 핫 런너(41)와 연결되는 연결 런너(35)의 지선을 통한 용융된 수지의 흐름을 개폐하는 개폐 밸브(43)가 구비된다. 캐비티(CA)로부터 수지 회수용 핫 런너(31)로 이동하여 수용된 용융된 수지는 상기 연결 런너(35)를 통해 복수의 수지 주입용 핫 런너(37)로 이동할 수 있다.
물 주입 슬라이더(55)는 상측 금형(31)과 하측 금형(50)이 형합되어 형성되는 캐비티(CA)에 물(water)을 고압으로 주입하고 상기 주입된 물을 상기 캐비티(CA)에서 빼내어 회수하는 물 주입기(water injector)(78)에 물의 유입 및 유출이 가능하게 연결된다. 상기 물 주입 슬라이더(55)는 상기 하측 형상 한정면(51)에 가까워지는 제1 위치와 상기 하측 형상 한정면(51)에서 멀어지는 제2 위치 사이에서 X축과 평행한 직선 경로를 따라 왕복 이동 가능하게 상기 하측 금형(50)에 지지된다. 물 주입 슬라이더(55)는 상측 금형(31)에 대해 하측 금형(50)이 형개 및 형합되도록 이동하는 방향, 즉 Z축과 평행한 방향에 직교하는 방향, 즉 X축과 평행한 방향으로 이동한다. 또한, 후술하는 물 주입 노즐(66)은 상기 물 주입 슬라이더(55)의 이동 방향과 평행하게 연장된다.
상기 물 주입 슬라이더(55)는 몸체 블록(body block)(56), 경사판(58), 유동 방향 전환 기구(60), 물 주입 노즐(66), 한 쌍의 물 공급 튜브(tube)(71, 72), 물 배출 튜브(73), 및 가이드 레일(guide rail)(69)을 구비한다. 가이드 레일(69)은 몸체 블록(56)의 양 측면에 고정 지지된, X축과 평행하게 연장된 부재로서 하측 금형(50)에 형성된 가이드 그루브(groove)(미도시)에 끼워져서 물 주입 슬라이더(55)를 X축과 평행하게 직선 이동하도록 안내한다.
경사판(58)은 몸체 블록(56)에 고정된다. 상측 금형(31)은 하측 금형(50)을 향해 경사지게 연장된 경사 핀(pin)(45)과, 상기 경사 핀(45)을 고정 지지하는 것으로, 상측 금형(31)과 하측 금형(50)이 형합될 때 상기 경사판(58)을 가압하는 경사판 푸시 블록(push block)(46)을 더 구비한다. 몸체 블록(56)에는 상측 금형(31)과 하측 금형(50)이 형합될 때 상기 경사 핀(45)이 끼워지는 경사 핀 홀(hole)(57)이 형성된다.
상기 상측 금형(31)과 하측 금형(50)이 형합되면, 상기 경사 핀(45)이 상기 경사 핀 홀(57)에 끼워지고 상기 경사판 푸시 블록(46)이 상기 경사판(58)을 밀면서 상기 물 주입 슬라이더(55)가 하측 형상 한정면(51)에 가까워지는 방향, 다시 말해 캐비티(CA)에 가까워지는 방향으로 이동하여 상기 제1 위치로 이동한다. 그리고, 캐비티(CA)에 용융된 수지가 주입되고 상기 물 주입 슬라이더(55)를 통해 상기 캐비티(CA) 내부로 물이 고압으로 주입되고 상기 주입된 물이 캐비티(CA)의 밖으로 방출된 이후에 상기 상측 금형(31)과 하측 금형(50)이 형개되면, 상기 경사 핀(45)이 상기 경사 핀 홀(57)에서 빠져 나오면서 상기 물 주입 슬라이더(55)가 하측 형상 한정면(51)에서 멀어지는 방향, 다시 말해 상기 제2 위치로 이동한다. 하측 금형(50)의 측면에는 상기 물 주입 슬라이더(55)가 상기 제1 위치에서 제2 위치를 향한 방향으로 과도하게 이동하여 상기 하측 금형(50)을 벗어나지 않도록 상기 물 주입 슬라이더(55)를 가로막는 스토퍼(stopper)(75)가 고정 결합된다. 한편, 상기 경사 핀(45)과 경사 핀 홀(57)을 구비하여 물 주입 슬라이더(55)를 이동시키는 구성은 물 주입 슬라이더(55)를 이동시키는 구성의 일 예에 불과한 것으로, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
한 쌍의 물 공급 튜브(71, 72)와 물 배출 튜브(73)의 일 측 단부는 물 주입기(78)에 호스(hose)(미도시) 등에 의해 연결된다. 상기 한 쌍의 물 공급 튜브(71, 72)와 물 배출 튜브(73)의 타 측 단부는, 몸체 블록(56)의 내부에 설치된 유동 방향 전환 기구(60)에 연결된다. 물 주입 노즐(66)은 상기 유동 방향 전환 기구(60)의 전단에 유체 유동 가능하게 연결되도록 상기 몸체 블록(56)에 고정 설치된다. 상기 물 주입 노즐(66)의 전단부의 노즐 말단(67)은 상기 몸체 블록(56)의 전방으로 돌출된다.
상기 유동 방향 전환 기구(60)는 물(water)의 유동 방향을 기계적으로 전환시킨다. 구체적으로, 상기 한 쌍의 물 공급 튜브(71, 72)를 통해 물 주입기(78)로부터 물이 고압으로 유동 방향 전환 기구(60) 내부로 주입되면, 상기 유동 방향 전환 기구(60)로 주입된 고압의 물이 물 주입 노즐(66)을 향해 방출되어 상기 노즐 말단(67)을 통해 캐비티(CA)의 내부로 고압으로 주입된다. 이 때 상기 한 쌍의 물 공급 튜브(71, 72)에서 유동 방향 전환 기구(60) 내부로 주입된 물이 상기 물 배출 튜브(73)를 통해 상기 물 주입기(78)로 역류하지 않도록, 상기 유동 방향 전환 기구(60) 내부에 상기 물 배출 튜브(73)와 연결된 내부 유로는 폐쇄된다.
또한, 상기 물 주입기(78)가 상기 한 쌍의 물 공급 튜브(71, 72)를 통해 유동 방향 전환 기구(60)로 주입되는 물을 중단시키고, 상기 물 배출 튜브(73)를 통해 물이 배출되는 방향으로 압력을 형성하면, 캐비티(CA) 내부에 주입된 물이 상기 워터 채널(10)의 개구(13)를 통해 워터 채널(10)에서 방출되어, 물 주입 노즐(66)과, 유동 방향 전환 기구(60)와, 물 배출 튜브(73)를 차례로 통과하여 상기 물 주입기(78)로 회수된다. 이 때 물 공급 노즐(66)에서 상기 유동 방향 전환 기구(60)의 내부로 유입된 물이 상기 한 쌍의 물 공급 튜브(71, 72)로 진입하지 않도록, 상기 유동 방향 전환 기구(60) 내부에 상기 한 쌍의 물 공급 튜브(71, 72)와 연결된 내부 유로는 폐쇄된다.
이하에서, 상기 사출 성형 금형(30)을 이용하여 물 주입 사출 성형 제품(3)을 성형하는 방법을 순차적으로 설명한다. 먼저, 상측 금형(31)과 하측 금형(50)이 형합된다. 이로 인해, 상기 캐비티(CA)가 형성됨과 동시에 물 주입 슬라이더(55)가 상기 제1 위치로 이동하여 물 주입 노즐(66)의 노즐 말단(67)이 상기 캐비티(CA)의 내부로 삽입된다. 다음으로, 상기 수지 사출 장치(미도시)를 통해 열가소성 플라스틱의 용융된 수지를 상측 금형(31)의 내부로 사출 주입한다. 그리하면, 상기 수지 사출 장치에서 사출된 용융 수지는 상기 스프루 런너(34), 연결 런너(35), 및 복수의 수지 주입용 핫 런너(37)를 차례로 통과하여 상기 캐비티(CA)에 주입된다. 이때 상기 복수의 수지 주입용 핫 런너(37)의 개폐 밸브(39)는 개방되나, 상기 수지 회수용 핫 런너(41) 내부로 용융된 수지가 유입되지 않도록 상기 수지 회수용 핫 런너(41)의 개폐 밸브(43)는 폐쇄된다.
다음으로, 상기 캐비티(CA)에 주입된 용융된 수지가 경화되기 전에 물 주입 슬라이더(55)의 물 주입 노즐(66)을 통해 상기 캐비티(CA) 내부로 물이 고압으로 주입되도록 상기 물 주입기(78)를 작동시킨다. 물 주입 노즐(66)의 노즐 말단(67)을 통해 캐비티(CA) 내부로 고압으로 주입된 물로 인해 캐비티(CA)에 주입된 열가소성 플라스틱의 수지 내부에 워터 채널(10)이 형성된다. 또한, 상기 캐비티(CA) 내부로 주입된 물의 압력에 밀려서 상기 캐비티(CA)의 내부에 주입된 물의 양에 대응되는 양의 용융된 수지가 상기 캐비티(CA)에서 방출되어 수지 회수용 핫 런너(41)의 하단 노즐(42)을 통해 상기 수지 회수용 핫 런너(41)로 유입된다.
이때 상기 수지 회수용 핫 런너(41)의 개폐 밸브(43)는 개방된다. 이로 인해 상기 수지 회수용 핫 런너(41)에 유입된 용융된 수지는 연결 런너(35)를 통해 복수의 수지 주입용 핫 런너(37)로 이동할 수 있다. 부연하면, 상기 수지 회수용 핫 런너(41)에서 역류하여 연결 런너(35)로 유입된 용융된 수지는, 상측 금형(31)과 하측 금형(50)이 형개되어 물 주입 사출 성형 제품(3)이 취출된 후에, 다음 차례의 제품(3) 성형을 위해 상측 금형(31)과 하측 금형(50)이 다시 형합되고 복수의 수지 주입용 핫 런너(37)의 개폐 밸브(39)가 다시 개방되고 수지 회수용 핫 런너(41)의 개폐 밸브(43)는 다시 폐쇄된 상태에서 상기 수지 사출 장치를 통해 용융된 수지가 상측 금형(31)의 내부로 사출 주입되면, 상기 용융된 수지의 사출 압력에 밀려 상기 연결 런너(35)에서 복수의 수지 주입용 핫 런너(37)로 유입될 수 있다. 결과적으로, 용융된 수지가 다음 차례의 제품(3) 성형에 투입될 수 있어 제품(3)의 생산 원가가 절감된다.
캐비티(CA)에 주입된 물의 압력에 의해 상대적으로 두꺼운 보강부(8)에 채워진 용융된 수지가 상측 형상 한정면(32) 및 하측 형상 한정면(51)에 빈틈 없이 채워지게 가압되어서 성형된 제품(3)의 보강부(8)에 오목하게 파이거나 수축된 부분이 발생하지 않는다. 다시 말해서, 제품(3)의 불량율이 감소한다. 또한, 주입된 상온의 물과 캐비티(CA)에 주입된 용융된 수지 사이에 직접적이고 빠른 열 교환이 발생하여 상기 용융된 수지가 빠르게 경화된다. 따라서, 사출 성형 금형(30)의 형합에서 형개까지 사이클 타임(cycle time)이 단축되어 생산성이 향상된다.
캐비티(CA)에 물을 주입한 후에 상기 캐비티(CA)에 채워진 용융된 수지가 경화되어 물 주입 사출 성형 제품(3)이 성형되면, 상기 캐비티(CA) 내부에 주입된 물이 물 주입 슬라이더(55)를 통해 상기 물 주입기(78)로 회수되도록 상기 물 주입기(78)를 작동시킨다. 다음으로, 상측 금형(31)과 하측 금형(50)이 형개된다. 상측 금형(31)과 하측 금형(50)이 형개됨과 동시에 물 주입 슬라이더(55)가 하측 형상 한정면(51)에 부착된 물 주입 사출 성형 제품(3)에서 멀어지는 방향으로, 즉 상기 제2 위치로 이동하여 물 주입 노즐(66)의 노즐 말단(67)이 워터 채널(10)의 개구(13)에서 분리된다. 이로 인해 상기 제품(3)을 상기 하측 형상 한정면(51)에서 분리 취출할 때 상기 노즐 말단(67)이 방해물로 작용하지 않게 된다. 다시 말해, 언더컷(undercut)이 회피된다. 물 주입 사출 성형 제품(3)이 사출 성형 금형(30)에서 분리 취출된 후에 상기 워터 채널(10)이 폐쇄될 수 있게 상기 워터 채널(10)의 개구(13)에는 예컨대, 고무 또는 플라스틱 소재의 패킹(packing)이 끼워질 수 있다.
도 5 내지 도 7은 도 1을 V-V. VI-VI, 및 VII-VII에 따라 절개 도시한 단면도이다. 구체적으로, 도 5는 제1 채널 구간(11)의 일 지점의 단면도로서, Y축과 평행한 방향으로 보강부(8)의 두께(RT11)가 20mm, Z축과 평행한 방향으로 보강부(8)의 두께(RT12)가 15mm 이다. 그런데, 본 발명의 실시예에 따른 사출 성형 금형(30)(도 2 참조)을 이용하여 성형되었을 때 제1 채널 구간(11)의 내측면의 임의의 일 지점에서 보강부(8)의 외측면까지 가장 가까운 거리(T11, T12, T13, T14)가 2 내지 3mm 이다. 다시 말해서, 제1 채널 구간(11)에서 워터 채널(10)의 두께가 2 내지 3mm 로 균일하다. 또한, 상기 제1 채널 구간(11)의 내측면의 조도(roughness)가 캐비티 내부에 가스를 주입하여 형성된 채널의 내측면의 조도보다 매끄럽다. 제3 채널 구간(17)(도 4 참조)은 상기 제1 채널 구간(11)과 대칭되고, 그 내부의 특징도 유사하므로 중복되는 설명은 생략한다.
도 6은 제2 채널 구간(15) 중에서 손잡이(9)와 합쳐진 지점의 단면도로서, X축과 평행한 방향으로 보강부(8)의 두께(RT21)가 28mm, Z축과 평행한 방향으로 보강부(8)의 두께(RT22)가 15mm 이다. 그런데, 본 발명의 실시예에 따른 사출 성형 금형(30)(도 2 참조)을 이용하여 성형되었을 때 상기 손잡이(9)와 합쳐진 제2 채널 구간(15)의 내측면의 임의의 일 지점에서 보강부(8)의 외측면까지 가장 가까운 거리(T21, T22, T23, T24)가 2 내지 3mm 이다. 다시 말해서, 상기 손잡이(9)와 합쳐진 제2 채널 구간(15)에서 워터 채널(10)의 두께가 2 내지 3mm 로 균일하다. 또한, 상기 제2 채널 구간(15)의 내측면의 조도(roughness)가 캐비티 내부에 가스를 주입하여 형성된 채널의 내측면의 조도보다 매끄럽다.
도 7은 제2 채널 구간(15) 중에서 손잡이(9)와 합쳐지지 않은 일 지점의 단면도로서, Z축과 평행한 방향으로 보강부(8)의 두께(RT31)가 17mm, X축으로부터 약간 경사진 가장 두꺼운 부분의 보강부(8)의 두께(RT32)가 18mm 이다. 그런데, 본 발명의 실시예에 따른 사출 성형 금형(30)(도 2 참조)을 이용하여 성형되었을 때 제2 채널 구간(15)의 내측면의 임의의 일 지점에서 보강부(8)의 외측면까지 가장 가까운 거리(T31, T32, T33, T34)가 2 내지 3mm 이다. 다시 말해서, 제2 채널 구간(15)에서 워터 채널(10)의 두께가 2 내지 3mm 로 균일하다. 또한, 상기 제2 채널 구간(11)의 내측면의 조도(roughness)가 캐비티 내부에 가스를 주입하여 형성된 채널의 내측면의 조도보다 매끄럽다.
본 발명의 실시예에 따른 사출 성형 금형(30)에 의하면, 두께가 15 내지 30mm 에 이르는 두꺼운 부분(8)이 있는 사출 성형 제품(3)을 고압의 물 주입에 의해 사출 성형함으로써, 물 주입을 하지 않는 경우에 상기 두꺼운 부분에 채워진 수지가 경화될 때 수축되면서 발생하는 제품 형상 불량이 감소되어 양품 수율이 증대되고, 냉각 경화 시간이 단축되어 생산 속도가 향상되며, 결과적으로 생산성이 향상된다. 또한, 주입되는 물에 밀려 캐비티(CA) 밖으로 방출되는 용융된 수지가 수지 회수용 핫 런너(41)로 유입되어 용융된 상태로 유지되면서 다음 회차의 제품 사출 성형에 사용될 수 있어서 제품 생산 원가가 절감된다.
상기 사출 성형 금형(30)을 이용하여 성형된 물 주입 사출 성형 제품(3)은, 두꺼운 부분(8)의 내부에 물이 주입되어 형성된 워터 채널(10)의 내측면과 상기 두꺼운 부분(8)의 외측면 사이의 두께가 균일하고, 상기 내측면의 조도(roughness)가 가스를 주입하여 형성된 채널의 내측면의 조도보다 매끄럽다. 따라서, 가벼우면서도 강도가 유지되고, 내구성이 향상된다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
3: 물 주입 사출 성형 제품
8: 보강부
10: 워터 채널 30: 사출 성형 금형
37: 수지 주입용 핫 런너 41: 수지 회수용 핫 런너
55: 물 주입 슬라이더 78: 물 주입기
10: 워터 채널 30: 사출 성형 금형
37: 수지 주입용 핫 런너 41: 수지 회수용 핫 런너
55: 물 주입 슬라이더 78: 물 주입기
Claims (9)
- 물 주입 공법(WIT: water injection technology)의 적용에 의한 워터 채널이 내부에 형성된 두꺼운 부분을 갖는 물 주입 사출 성형 제품을 성형하기 위한 사출 성형 금형으로서,
형합(型合)되면 상기 물 주입 사출 성형 제품에 대응되는 캐비티(cavity)가 형성되는 상측 금형과 하측 금형; 상기 캐비티에 열가소성 플라스틱의 용융된 수지가 주입되도록 상기 상측 금형에 설치되는 것으로, 자신의 내부에 수용된 수지를 경화되지 않도록 가열하는 수지 주입용 핫 런너(hot runner); 및, 상기 하측 금형에 이동 가능하게 지지된 것으로, 상기 상측 금형과 하측 금형이 형합되면 상기 캐비티에 끼워지는 물 주입 노즐(nozzle)을 구비하며, 상기 물 주입 노즐을 통하여 상기 캐비티에 물(water)을 고압으로 주입하고 상기 캐비티에 주입된 물을 회수하는 물 주입기(water injector)에 물의 유입 및 유출이 가능하게 연결되는 물 주입 슬라이더(slider);를 구비하고,
상기 물 주입 슬라이더는, 상기 상측 금형과 하측 금형이 형합되면 상기 캐비티에 가까워지는 방향으로 이동하여 상기 물 주입 노즐을 통하여 상기 캐비티에 물을 고압으로 주입하고, 상기 캐비티에 주입된 수지가 경화되어 상기 물 주입 사출 성형 제품이 형성된 후에는 상기 물 주입 노즐이 상기 워터 채널의 개구에서 분리되도록 상기 물 주입 사출 성형 제품에서 멀어지는 방향으로 이동하는 것을 특징으로 하는 사출 성형 금형. - 제1 항에 있어서,
상기 캐비티에 주입된 수지가 경화되기 전에 상기 캐비티에서 방출되어 수용되도록 상기 상측 금형에 설치되는 것으로, 자신의 내부에 수용된 수지를 경화되지 않도록 가열하는 수지 회수용 핫 런너;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 사출 성형 금형. - 제2 항에 있어서,
상기 상측 금형과 하측 금형이 형합되고 상기 수지 주입용 핫 런너를 통해 용융된 수지가 상기 캐비티에 주입되고 상기 캐비티에 주입된 수지가 경화되기 전에 상기 물 주입 노즐을 통해 상기 캐비티 내부로 물이 고압으로 주입되면, 상기 캐비티에 주입된 수지의 내부에 상기 워터 채널이 형성되고 상기 캐비티에 주입된 물에 대응되는 양의 용융된 수지가 상기 캐비티에서 방출되어 상기 수지 회수용 핫 런너에 유입되는 것을 특징으로 하는 사출 성형 금형. - 제3 항에 있어서,
상기 수지 주입용 핫 런너와 수지 회수용 핫 런너를 용융된 수지가 이동 가능하게 연결하는 연결 런너(connecting runner);를 더 구비하고,
상기 수지 회수용 핫 런너에 유입된 용융된 수지는 상기 연결 런너를 통해 상기 수지 주입용 핫 런너로 이동하는 것을 특징으로 하는 사출 성형 금형. - 제1 항에 있어서,
상기 상측 금형은 상기 하측 금형을 향해 경사지게 연장된 경사 핀(pin)을 구비하고, 상기 물 주입 슬라이더에는 상기 상측 금형과 하측 금형이 형합되면 상기 경사 핀이 끼워지는 경사 핀 홀(hole)이 형성되어,
상기 상측 금형과 하측 금형이 형합되면 상기 물 주입 슬라이더가 상기 캐비티에 가까워지는 방향으로 이동하고, 상기 상측 금형과 하측 금형이 형개(型開)되면 상기 물 주입 슬라이더가 그 반대 방향으로 이동하는 것을 특징으로 하는 사출 성형 금형. - 제1 항에 있어서,
상기 물 주입 슬라이더는 상기 상측 금형에 대해 상기 하측 금형이 형개 및 형합되도록 이동하는 방향에 직교하는 방향으로 이동하고,
상기 물 주입 노즐은 상기 물 주입 슬라이더의 이동 방향과 평행하게 연장된 것을 특징으로 하는 사출 성형 금형. - 제1 항 내지 제6 항 중 어느 한 항의 사출 성형 금형을 이용하여 성형된 사출 성형 제품으로,
열가소성 플라스틱(thermoplastic)으로 이루어지며,
판(plate) 형상의 몸체부(body portion)와, 상기 몸체부의 외주변에 상기 몸체부보다 두꺼운 두께를 갖도록 형성된 보강부를 구비하고,
상기 보강부의 내부에 상기 워터 채널이 형성되며,
상기 워터 채널은 내경(inner diameter)의 크기보다 긴 길이를 갖도록 연장된 것을 특징으로 하는 물 주입 사출 성형 제품. - 제7 항에 있어서,
상기 워터 채널은 적어도 하나의 절곡 지점을 가지며,
상기 절곡 지점에서 상기 워터 채널의 절곡 각도는 70 내지 90ㅀ인 것을 특징으로 하는 물 주입 사출 성형 제품. - 제8 항에 있어서,
상기 워터 채널은 상기 적어도 하나의 절곡 지점에 의해 복수의 채널 구간으로 구분되고,
상기 워터 채널의 개구의 개방 방향과 상기 개구에서 가장 가까운 채널 구간의 연장 방향은 일치하는 것을 특징으로 하는 물 주입 사출 성형 제품.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020200124042A KR102388502B1 (ko) | 2020-09-24 | 2020-09-24 | 사출 성형 금형 및 이를 이용하여 성형된 물 주입 사출 성형 제품 |
Applications Claiming Priority (1)
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| KR1020200124042A KR102388502B1 (ko) | 2020-09-24 | 2020-09-24 | 사출 성형 금형 및 이를 이용하여 성형된 물 주입 사출 성형 제품 |
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| KR102388502B1 KR102388502B1 (ko) | 2022-04-20 |
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ID=80934934
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Country Status (1)
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| KR (1) | KR102388502B1 (ko) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05245867A (ja) * | 1992-03-09 | 1993-09-24 | Asahi Chem Ind Co Ltd | 中空射出成形方法及び装置 |
| KR20090127557A (ko) * | 2008-06-09 | 2009-12-14 | 주식회사 몰드이노 | 용융 수지 사출장치 |
| KR101005604B1 (ko) * | 2010-07-23 | 2011-01-05 | (주) 민성정밀 | Ｗｉｔ 공법을 이용한 합성수지 수도꼭지의 제조장치 및 이에 의해 제조된 수도꼭지 |
| KR101453477B1 (ko) | 2013-04-19 | 2014-10-22 | 구인모 | 사출성형용 워터 인젝터 |
| CN107061825A (zh) * | 2017-04-06 | 2017-08-18 | 华东交通大学 | 一种简易可靠的水辅助注塑工艺注排水装置 |
-
2020
- 2020-09-24 KR KR1020200124042A patent/KR102388502B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (5)
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| KR102388502B1 (ko) | 2022-04-20 |
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