KR20230095650A - 형상 적응형 냉각 유로를 갖는 사출 금형 - Google Patents

Abstract

본 발명은 와이퍼 모터를 감싸도록 형성되는 기어 하우징, 상기 기어 하우징의 내부에 삽입되고, 상기 와이퍼 모터의 축방향을 따라 원기둥 형상으로 형성되는 냉각 블록, 상기 냉각 블록의 내부에 형성되는 냉각 유로 및 상기 기어 하우징의 길이 방향을 따라 판 형상으로 형성되는 냉각 코어를 포함하고, 상기 냉각 유로는 상기 냉각 블록의 길이 방향을 따라 복수의 절곡부를 포함하되, 상기 냉각 코어의 양면에 면접촉되어 둘러싸도록 형성되는, 형상 적응형 냉각 유로를 갖는 사출 금형을 제공한다.

Description

형상 적응형 냉각 유로를 갖는 사출 금형{INJECTION MOLD HAVING CONFORMAL COOLING CHANNEL}

본 발명은 형상 적응형 냉각 유로를 갖는 사출 금형에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 고강도 플라스틱 복합소재를 이용함으로써 응력분산을 위한 구조 설계 및 전자파 차폐 성능 향상이 가능한 형상 적응형 냉각 유로를 갖는 사출 금형에 관한 것이다.

사출 제품 중, 차량용 리어 와이퍼 모터는 트렁크 덮개의 뒷유리 하부 부근에 장착된 와이퍼 시스템에서 와이퍼의 구동력을 발생시키는 모터를 장착한 부품으로 모터의 회전력을 웜기어를 통해 수직방향으로 변환시키고 토크를 증대시키는 구성이다.

이것은, 모터의 회전 운동을 통해 와이퍼가 상하 왕복운동을 할 수 있도록 고안된 것으로 와이퍼의 핵심부품이라 할 수 있으며, 일반적으로 리어 와이퍼 시스템은 RV, SUV 등 후방 유리창에 적용된다.

종래의 와이퍼 모터 시스템은 통상적으로 금속 하우징으로 제작되었다.

최근에는 상부 기어 하우징을 플라스틱 소재를 적용하기 위한 시도를 하고 있지만 높은 토크를 견뎌내는 플라스틱 소재의 적용이 어렵고 모터와의 체결에 따른 공정상의 문제 및 금속 하우징이 전기 Ground 역할을 하는 문제 등에 의해 상·하부가 플라스틱 소재로 적용되는 경우는 없다.

즉, 모터의 높은 토크를 견뎌내는 소재적용이 어렵고 모터와의 체결에 따른 공정상의 문제와 전기전도성을 지닌 고강성 플라스틱 소재개발의 어려움이 따른다.

종래의 알루미늄을 소재로 한 와이퍼 모터 기어 하우징의 경우 중량이 높고, 전자파 차폐능이 떨어지는 문제점이 있으며, 고분자와 보강 물질의 분산 기술 역시 와이퍼 모터 기어 하우징에서 필요한 특성(차폐능, 강도, 내구성, 경량성, 전기전도성)을 만족시키지 못한다는 문제가 있다.

이에 반하여, 플라스틱 원재료(PA66, PPS, PC, PBT 등)와 전기전도성/전자파차폐 Filler (Graphene, Graphite, CNT, Carbon Fiber, Glass Fiber 등)와 적절한 조합과 분산기술을 통해 재료의 기계적 특성을 높이고 전자파 차폐성능을 52dB 이상 갖게 되고, 이와 같은 고분자 복합재료를 적용하는 것으로 고강성/전자파차폐/전기전도성과 같은 차별성을 가지게 된다.

그런데, 기존의 고분자 재료에 다양한 필러를 혼합한 pellet은 Base resin에 비해 Melt Index가 낮아서 금형 내에서의 유동성이 현저히 떨어질 뿐만 아니라, 형상이 복잡하거나 얇은 리브 형상에서는 미성형이나 수축 등의 현상이 발생하는 문제가 있다.

한국등록특허 10-1974408(2019.05.02. 공고) 한국공개특허 10-2005-0044301(2005.05.12. 공개)

본 발명은 위와 같은 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 고강도 플라스틱 복합소재를 이용함으로써 응력분산을 위한 구조 설계 및 전자파 차폐 성능 향상이 가능한 형상 적응형 냉각 유로를 갖는 사출 금형을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 형상 적응형 냉각 유로를 갖는 사출 금형은 와이퍼 모터를 감싸도록 형성되는 기어 하우징, 상기 기어 하우징의 내부에 삽입되고, 상기 와이퍼 모터의 축방향을 따라 원기둥 형상으로 형성되는 냉각 블록, 상기 냉각 블록의 내부에 형성되는 냉각 유로 및 상기 기어 하우징의 길이 방향을 따라 판 형상으로 형성되는 냉각 코어를 포함하고, 상기 냉각 유로는 상기 냉각 블록의 길이 방향을 따라 복수의 절곡부를 포함하되, 상기 냉각 코어의 양면에 면접촉되어 둘러싸도록 형성될 수 있다.

상기 냉각 블록의 길이 방향을 따른 일단면에 제1 개구 및 제2 개구가 각각 형성되고, 상기 제1 개구 또는 제2 개구 중 어느 하나를 통하여 냉매가 주입되어 상기 냉각 유로를 순환하고, 상기 제1 개구 또는 제2 개구 중 다른 하나를 통해 배출될 수 있다.

상기 냉각 코어는 평판 형상의 양면을 구비하고, 상기 냉각 유로는 상기 냉각 코어의 길이 방향을 따라 밀착되도록 형성되되, 상기 냉각 코어의 전길이를 감싸도록 형성될 수 있다.

상기 냉각 유로는 상기 냉각 코어의 4개의 측면 중 서로 평행한 한 쌍의 측면에 접촉되어 밀폐되고, 나머지 평행한 한 쌍의 측면은 개방될 수 있다.

상기 냉각 유로는 상기 냉각 코어의 두께 방향을 따라 내측으로 경사지게 형성되는 경사부를 통하여 상기 냉각 코어와 면접촉될 수 있다.

상기 냉각 유로의 상기 냉각 코어의 길이 방향을 따른 단부를 감싸는 부위에 라운드부가 형성될 수 있다.

상기한 구성으로 이루어지는 본 발명의 일 실시예에 따른 형상 적응형 냉각 유로를 갖는 사출 금형은 고강도 플라스틱 복합소재를 이용함으로써 응력분산을 위한 구조 설계 및 전자파 차폐 성능 향상이 가능해진다.

또한, 금형의 온도를 세부적으로 제어하여 수지의 유동성을 개선함으로써 복잡한 형상 또는 얇은 리브 형상에서도 미성형 또는 수축 등의 현상이 발생되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 사출 금형 내부의 온도 편차를 저감시켜 사출 성형 시 수축에 의한 비틀림 및 잔류응력 발현을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 형상 적응형 냉각 유로를 갖는 사출 금형에 냉각 블록이 적용된 상태를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 도 1의 냉각 블록 및 냉각 코어를 나타낸 사시도이다.
도 3은 도 2의 단면도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 제한되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 도면 부호는 동일한 구성 요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 구성요소들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 비록 "제1", "제2" 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 구성요소와 다른 구성요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작 시 구성요소들의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들어, 도면에 도시되어 있는 구성요소를 뒤집을 경우, 다른 구성요소의 "아래(below)"또는 "아래(beneath)"로 기술된 구성요소는 다른 구성요소의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 구성요소는 다른 방향으로도 배향될 수 있으며, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 형상 적응형 냉각 유로를 갖는 사출 금형에 냉각 블록이 적용된 상태를 개략적으로 나타낸 것이고, 도 2는 도 1의 냉각 블록 및 냉각 코어를 나타낸 사시도이며, 도 3은 도 2의 단면도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 형상 적응형 냉각 유로를 갖는 사출 금형은 피성형물인 와이퍼 모터(미도시) 및 기어 하우징(10)을 성형하기 위한 금형(미도시)의 일면으로부터 기어 하우징(10)에 근접하도록 내부에 삽입되고, 원기둥 형상으로 형성되는 냉각 블록(100) 및 냉각 블록(100)의 내부에 형성되는 냉각 유로(110)를 포함할 수 있다.

상기 피성형물은 상기 와이퍼 모터가 배치되는 기어 하우징(10)을 의미할 수 있고, 기어 하우징(10)의 상기 와이퍼 모터의 축방향(C)을 따라 소정 직경 및 깊이를 갖는 부분을 집중적으로 냉각할 수 있도록 한다.

냉각 유로(110)는 냉각 블록(100)의 내부에서, 냉각 블록(100)의 길이 방향을 따라 복수회 절곡되는 복수의 절곡부(111)를 포함할 수 있다.

냉각 블록(100)의 냉각 유로(110)를 순환하는 냉매를 이용하여 금형의 캐비티(미도시)에 주입되는 수지의 수지 온도를 적절하게 유지하는 것이 중요하다.

수지 온도는 가소화에 의하여 배럴에 계량되는 수지의 온도를 말하는 것으로, 수지 온도를 높이면 점도는 낮아지고, 고화층의 두께는 얇아진다. 그러나 수지 온도가 높으면 냉각 시간이 길어져서 사이클 시간이 길어진다.

또한, 금형 온도는 상기 금형의 상기 캐비티 벽면 온도를 말하는 것으로, 금형 온도는 냉각 시스템과 냉각수의 온도 및 속도에 의하여 결정된다. 금형 온도가 높으면 고화층의 두께가 얇아져서 사출 압력이 낮아지므로, 사이클 시간이 증가하게 된다.

냉각 블록(100)의 길이 방향을 따른 일단면에는 상기 금형의 메인 유로(미도시)와 연통되는 제1 개구(101)와 제2 개구(102)가 각각 형성될 수 있다.

제1 개구(101) 및 제2 개구(102)는 상기 금형의 재질을 고려하여 가능한 한 서로 근접하게 배치되어야 한다. 또한, 사출 압력의 반복으로 상기 캐비티가 파손되지 않도록 제1 개구(101) 및 제2 개구(102)의 거리는 성형부에서 적어도 10mm 이상 이격되도록 형성되는 것이 바람직하다.

제1 개구(101) 및 제2 개구(102) 간의 온도 차가 최소화될 수 있도록 하는 것이 바람직하며, 일 예로, 정밀 성형 금형의 경우 1℃ 이하로 설정하는 것이 바람직하다.

제1 개구(101) 및 제2 개구(102)는 각각 냉매가 냉각 블록(100)의 냉각 유로(110)로 냉매가 유입되어 순환된 후 배출되는 구멍을 의미할 수 있다. 즉, 제1 개구(101)를 통하여 냉매가 유입되는 경우에는 제2 개구(102)를 통하여 배출될 수 있고, 제2 개구(102)를 통하여 냉매가 유입되는 경우에는 제1 개구(101)를 통하여 배출될 수 있다.

여기서, 냉매는 금형 온도보다 낮은 온도를 갖는 물 또는 공기 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 직경이 가늘고 긴 냉각 유로(110)인 경우에는 압축 공기를 통과시킬 수도 있다.

냉각 블록(100)의 길이 방향을 따라 복수회 절곡되는 복수의 절곡부(111)는 제1 개구(101) 및 제2 개구(102)로부터 평행하게 연장되어 냉각 블록(100)의 내부로 진입되고, 냉각 블록(100)의 내부를 다양한 경로를 통하여 절곡되되, 냉각 블록(100)의 체적을 횡단함으로써 냉각 블록(100)의 외표면에 근접하는 금형의 냉각을 효과적으로 수행할 수 있도록 한다.

기어 하우징(10)의 회전 중심축(C)을 따른 공간에 위치하되, 냉각 블록(100)의 일단에 근접하는 냉각 코어(200)가 구비될 수 있다.

냉각 코어(200)는 기어 하우징(10)의 회전 중심축(C)을 따라 내측을 향하여 소정 길이를 갖도록 돌출 형성될 수 있다.

냉각 코어(200)는 냉각 블록(100)의 냉각 유로(110)가 냉각 코어(200) 측으로 연장 형성되되, 냉각 코어(200)의 두께 방향을 따라 내측으로 경사지게 형성되는 경사부(120)를 통하여 냉각 코어(200)에 면접촉될 수 있다.

냉각 유로(110)는 경사부(120)로부터 냉각 코어(200)의 길이 방향을 따라 밀착됨으로써 냉각 유로(110) 및 냉각 코어(200) 간의 열교환이 이루어질 수 있다.

다시 말해, 냉각 블록(100)으로부터 돌출되는 한 쌍의 냉각 유로(110)는 경사부(120)를 경유하여 냉각 코어(200)의 한 쌍의 평행한 양측면에 면접촉되도록 형성될 수 있다.

또한, 냉각 코어(200)의 한 쌍의 평행한 양측면을 감싸도록 배치되고, 한 쌍의 냉각 유로(110)는 냉각 코어(200)의 길이 방향을 따른 단부에서 합지됨으로써 냉각 코어(200)의 단부를 감싸는 형태로 형성될 수 있다.

다시 말해, 냉각 코어(200)가 4개의 측면을 구비하는 경우를 가정할 때, 냉각 유로(110)는 냉각 코어(200)의 상호 평행한 한 쌍의 측면을 감싸고, 나머지 한 쌍의 측면은 개방되는 형태로 형성될 수 있다.

아울러, 냉각 코어(200)의 길이 방향을 따른 단부를 감싸는 냉각 유로(110)는 라운드부(130)를 포함할 수 있다. 라운드부(130)는 냉각 유로(110)의 내부를 따라 유동하는 냉매가 소정 곡률로 원활하게 우회하여 순환할 수 있도록 한다.

참고로, 금형에서 취출하는 시점의 제품 평균 온도를 취출 온도라 한다.

취출 온도는 성형품을 취출할 수 있는 플라스틱 수지의 기준 온도가 된다.

밀핀으로 인한 과도한 변형이나 마크 없이 강도가 충분하여 취출력에 견딜 수 있을 때만 성형된 제품을 취출해야 한다.

플라스틱 수지의 온도가 충분히 낮아지면 강성이 증가하여 금형 밀핀에 의하여 취출되었을 때 심각한 밀핀 자국이 발생하지 않고, 취출 과정에 의한 변형도 발생하지 않는다. 이 온도를 취출 온도 또는 고화 온도라 정의한다.

취출 온도는 성형 사이클 시간 계산에 중요한 역할을 한다. 두께 방향으로 제품이 80~90%가 취출 온도에 도달하고, 러너가 50~60% 취출 온도에 도달하면 성형품의 취출이 가능하기 때문이다.

종래의 사출 금형을 사용하는 경우 취출 온도 도달 시간이 80sec이지만 본 발명의 일 실시예에 따른 형상 적응형 냉각 유로를 갖는 사출 금형으로 냉각 적용 시 68sec로 나타나는 바, 성형 해석상 12sec가 개성되어, 약15% 개선되는 것을 알 수 있다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 형상 적응형 냉각 유로를 갖는 사출 금형은 고강도 플라스틱 복합소재를 이용함으로써 응력분산을 위한 구조 설계 및 전자파 차폐 성능 향상이 가능해진다.

또한, 금형의 온도를 세부적으로 제어하여 수지의 유동성을 개선함으로써 복잡한 형상 또는 얇은 리브 형상에서도 미성형 또는 수축 등의 현상이 발생되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 사출 금형 내부의 온도 편차를 저감시켜 사출 성형 시 수축에 의한 비틀림 및 잔류응력 발현을 방지할 수 있다.

이상과 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 형상 적응형 냉각 유로를 갖는 사출 금형을 예시된 도면을 참고하여 설명하였으나, 본 발명은 이상에서 설명된 실시예와 도면에 의해 한정되지 않으며, 특허청구범위 내에서 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에 의해 다양한 실시가 가능하다.

10: 기어 하우징
100: 냉각 블록
101: 제1 개구
102: 제2 개구
110: 냉각 유로
111; 절곡부
120: 경사부
130: 라운드부
200: 냉각 코어

Claims (6)

1. 와이퍼 모터를 감싸도록 형성되는 기어 하우징;
   상기 기어 하우징의 내부에 삽입되고, 상기 와이퍼 모터의 축방향을 따라 원기둥 형상으로 형성되는 냉각 블록;
   상기 냉각 블록의 내부에 형성되는 냉각 유로; 및
   상기 기어 하우징의 길이 방향을 따라 판 형상으로 형성되는 냉각 코어를 포함하고,
   상기 냉각 유로는 상기 냉각 블록의 길이 방향을 따라 복수의 절곡부를 포함하되, 상기 냉각 코어의 양면에 면접촉되어 둘러싸도록 형성되는, 형상 적응형 냉각 유로를 갖는 사출 금형.
2. 제1항에 있어서,
   상기 냉각 블록의 길이 방향을 따른 일단면에 제1 개구 및 제2 개구가 각각 형성되고, 상기 제1 개구 또는 제2 개구 중 어느 하나를 통하여 냉매가 주입되어 상기 냉각 유로를 순환하고, 상기 제1 개구 또는 제2 개구 중 다른 하나를 통해 배출되는, 형상 적응형 냉각 유로를 갖는 사출 금형.
3. 제1항에 있어서,
   상기 냉각 코어는 평판 형상의 양면을 구비하고, 상기 냉각 유로는 상기 냉각 코어의 길이 방향을 따라 밀착되도록 형성되되, 상기 냉각 코어의 전길이를 감싸도록 형성되는, 형상 적응형 냉각 유로를 갖는 사출 금형.
4. 제3항에 있어서,
   상기 냉각 유로는 상기 냉각 코어의 4개의 측면 중 서로 평행한 한 쌍의 측면에 접촉되어 밀폐되고, 나머지 평행한 한 쌍의 측면은 개방되는, 형상 적응형 냉각 유로를 갖는 사출 금형.
5. 제1항에 있어서,
   상기 냉각 유로는 상기 냉각 코어의 두께 방향을 따라 내측으로 경사지게 형성되는 경사부를 통하여 상기 냉각 코어와 면접촉되는, 형상 적응형 냉각 유로를 갖는 사출 금형.
6. 제1항에 있어서,
   상기 냉각 유로의 상기 냉각 코어의 길이 방향을 따른 단부를 감싸는 부위에 라운드부가 형성되는, 형상 적응형 냉각 유로를 갖는 사출 금형.

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