KR101252576B1 - 사출성형 금형의 핫 런너 시스템용 복수 개의 수지통로들을 지닌 복수 유로 조립형 노즐 - Google Patents

Abstract

본 발명은 사출성형 금형의 핫 런너 시스템용 복수 유로 조립형 노즐에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 복수 유로 조립형 노즐은, 노즐 몸체; 및 노즐 몸체의 하단부에 조립 및 결합되는 노즐 헤드;를 포함하며, 노즐 몸체의 내부에는, 밸브핀(valve pin)이 상하 이동할 수 있게끔, 노즐 몸체의 횡단면에 수직이면서 노즐 몸체의 길이방향으로 직선형의 밸브핀 통로가 형성되고, 밸브핀 통로와 별도로 용융 수지가 흐를 수 있는 복수개의 직선형 수지통로가 노즐 몸체의 길이방향으로 형성되며, 노즐 헤드의 하부에는, 밸브핀 통로 내에서 상하 이동하는 밸브핀이 개방 또는 차단할 수 있게끔, 밸브핀 통로와 동심(concentric)이 되게 관통된 밸브핀 홀이 형성되며, 밸브핀 통로, 수지통로 및 밸브핀 홀은 서로 통해져 있어서, 밸브핀이 노즐 선단부의 밸브핀 홀을 개방 또는 차단함으로써, 용융 수지가 금형 내 캐비티 내에 주입되는 것을 개방 또는 차단한다.

Description

사출성형 금형의 핫 런너 시스템용 복수 개의 수지통로들을 지닌 복수 유로 조립형 노즐{AN ASSEMBLED NOZZLE WITH A PLURAL OF RESIN PASSAGES FOR HOT RUNNER SYSTEM OF INJECTION MOULD}

본 발명은 사출성형 금형의 핫 런너 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 핫 런너 시스템의 매니폴드(manifold) 하부에 설치되어 금형 내 캐비티(cavity) 안에 용융 수지를 주입하는, 복수 개의 수지통로들을 지닌 복수 유로 조립형 노즐에 관한 것이다.

일반적으로 사출성형에 있어서 콜드 런너 시스템(cold runner system)의 경우에는 금형 내 용융 수지의 유로인 런너 부위의 용융 수지가, 금형 내 제품을 성형하는 캐비티 내의 용융 수지와 함께 냉각 고화되고 성형된 제품과 함께 취출되어서, 취출된 성형제품으로부터 런너 부분을 제거하고, 제거된 런너 부분은 다시 재활용하게 된다. 이리하여 수지의 낭비가 초래될 수 있고, 생산 공정 수 및 시간이 증가하는 단점들이 있다. 이에 비해 핫 런너 시스템은 런너 부위의 용융 수지를 전기나 스팀 등을 이용하여 약 200℃~400℃로 가열하여, 항상 용융 상태를 유지하도록 하는 시스템으로서, 성형된 제품을 취출할 때 성형제품만 취출됨으로써, 생산성을 높일 수 있고 생산 자동화가 용이하며, 제품의 품질을 높일 수 있는 장점들이 있어 많은 연구와 개발이 이루어지고 있는 상황이다.

도 1에는 상기와 같은 기존의 핫 런너 시스템이 도시되어 있는데, 이에 대해 간략히 설명하면, 제일 상부에는 클램핑 플레이트(clamping plate)(1)가 설치되고, 그 하부에는 스페이서 플레이트(spacer plate)(2), 홀딩 플레이트(holding plate)(3) 및 캐비티 플레이트(cavity plate)(4)가 순차적으로 설치되고, 클램핑 플레이트(1)와 홀딩 플레이트(3) 사이의 공간에는 매니폴드 블럭(5)이 설치되는데, 이들 모두는 체결 볼트 등에 의해 고정 체결되어 고정측 금형을 이루게 된다. 또한, 매니폴드 블럭(5)의 하부에는 복수 개의 노즐(20)이 장착되며, 매니폴드 블럭(5) 및 노즐(20) 주위에는 가열을 위한 전기 또는 스팀 히터들(34)들이 설치된다.

가동측 금형(10)(도면상 자세히 도시되지 않음)이 고정측 금형, 즉 캐비티 플레이트(4)에 밀착 접촉하면, 제품을 성형하는 캐비티(11)가 형성되고, 용융 수지가 노즐(20) 하단부의 밸브핀 홀(12)을 통해 상기 캐비티(11)에 주입되게 된다.

한편, 노즐(20)의 몸체 중앙부에는 노즐의 길이방향으로 기다란 통로(21)가 형성되고, 상기 통로(21) 안에는 밸브핀(33)이 상하 이동이 가능하게끔 삽입된다. 노즐(20)의 상부에는 밸브핀(33)을 작동하는 밸브핀 구동유닛(30)이 설치되는데, 상기 구동유닛(30)은 실린더(31) 및 피스톤(32)을 포함하고, 피스톤(32)에는 밸브핀(33)의 상단부가 고정체결된다. 이리하여, 압축공기가 하부공기통로(35)를 통해 공급되면, 피스톤(32) 및 이에 고정체결된 밸브핀(33)이 상향 이동하여, 노즐(20) 하단부의 밸브핀 홀(12)이 개방되고, 압축공기가 상부공기통로(36)를 통해 공급되면, 밸브핀(33)이 하향 이동하여, 밸브핀 홀(12)을 차단하게 된다.

한편, 클램핑 플레이트(1)의 상부측에는 사출성형기(도시되지 않음)로부터 용융 수지가 공급되는 로케이팅 링(6)이 장착되고, 로케이팅 링(6)을 통해 공급된 용융 수지는 매니폴드 블럭(5) 내의 런너부(13) 및 노즐(20) 내의 용융 수지통로를 거쳐 캐비티(11) 내로 주입된다. 이때 밸브핀(33)은 밸브핀 구동유닛(30)에 의해 상향 이동된 상태이다. 수지의 사출이 완료되면 상술한 바와 같이, 밸브핀(33)이 밸브핀 구동유닛(30)에 의해 하향 이동하여, 캐비티(11)와 연통된 밸브핀 홀(12)을 차단하게 된다.

여기서, 기존의 노즐(20)에서는 노즐의 몸체 내에 형성되는 밸브핀(33)의 통로(21)의 내경을 밸브핀(33)의 외경보다 크게 하여, 용융 수지가 통로(21) 및 밸브핀(33) 사이를 통해 캐비티(11) 내로 주입되도록 하였다. 그러나 밸브핀(33)의 작동이 밸브핀(33) 주위의 용융 수지로 인해 원활하게 되지 않을 수가 있으며, 시간이 경과하면, 밸브핀(33) 주위에 용융 수지가 들러붙어 용융 수지의 통로가 적어지는 문제가 발생하여, 주기적으로 노즐 및 구동유닛을 분해하여 세척해주어야 하는 문제가 있다.

이에 대해, 도 2에 도시된 바와 같이 일체형 노즐(40)의 몸체 내에 밸브핀 통로(41) 외에 별도의 수지통로(42)를 형성하는 방법이 제시되었는데, 이들 통로들이 밸브핀 홀(43)에서 서로 만나야 하기 때문에, 용융 수지의 통로는, 도면에 도시된 바와 같이, 밸브핀 홀(43)에서 경사교차부(44)에 이르는 경사진 수지통로를 가공할 수밖에 없다. 그러나 이러한 경사진 통로를 가공하는 것은 가공성이 낮고 가공의 불량이 잦으며, 가공 환경에 따라 치수 및 경사각이 변하여, 가공의 재현성이 상당히 떨어지는 단점이 있으며, 노즐 하단부, 즉 밸브핀 홀(43)의 선단부 지름이 가공상의 제약조건들로 인해 밸브핀의 외경보다 커지는 문제가 있고, 가공의 정밀성이 떨어지는 문제가 있다. 또한, 도면에 도시된 바와 같이, 노즐(40)의 몸체 내 상부의 수지통로(42)와 하부의 수지통로가 경사교차부(44)에서 서로 경사지게 만남으로 인해 그 경사교차부(44)에는 단차가 발생하여, 수지의 체류로 인한 변색이 발생할 수도 있다.

또한, 노즐 내 수지통로가 하나만 형성되어, 용융수지의 주입량이 제한되고, 단시간에 많은 양의 수지를 주입하는 경우에는 사출압이 증가하는 문제가 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 밸브핀의 작동이 용융 수지로 인해 간섭받지 않으며, 가공이 용이하고 가공의 정밀성을 높일 수 있는 노즐을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 노즐 내의 용융 수지의 흐름을 원활하게 하면서, 단시간 내에 많은 양의 용융수지 주입량이 필요할 때에도 사출압의 증가 없이 원활한 사출성형을 가능케 하는 노즐을 제공하는 데 있다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은, 노즐 몸체; 및 상기 노즐 몸체의 하단부에 조립 및 결합되는 노즐 헤드;를 포함하며, 상기 노즐 몸체의 내부에는, 밸브핀(valve pin)이 상하 이동할 수 있게끔, 노즐 몸체의 횡단면에 수직이면서 노즐 몸체의 길이방향으로 직선형 밸브핀 통로가 형성되고,상기 밸브핀 통로와 별도로 용융 수지가 흐를 수 있는 복수개의 직선형 수지통로들이 노즐 몸체의 길이방향으로 형성되며, 상기 노즐 헤드의 하부에는, 상기 밸브핀 통로 내에서 상하 이동하는 밸브핀이 개방 또는 차단할 수 있게끔, 상기 밸브핀 통로와 동심(concentric)이 되게 관통된 밸브핀 홀이 형성되며, 상기 밸브핀 통로, 상기 수지통로들 및 상기 밸브핀 홀은 서로 통해져 있는, 사출성형 금형의 핫 런너 시스템(hot runner system)용 복수 유로 조립형 노즐을 제공한다.

또한, 본 발명에 따른 복수 유로 조립형 노즐은, 노즐 몸체 하단부에 돌출부가 형성되고, 노즐 헤드 상단부에는 함몰부가 형성되어, 상기 노즐 몸체의 돌출부가 상기 노즐 헤드의 함몰부에 밀착 삽입되며, 상기 돌출부 및 함몰부가 적어도 하나 이상의 결합핀에 의해 결합될 수 있다.

여기서, 상기 노즐 몸체와 상기 노즐 헤드가 접하는 테두리 면에는 제각기 서로 대응되는 적어도 하나 이상의 록크핀(lock pin) 홈이 형성되어, 상기 노즐 몸체와 상기 노즐 헤드가 상기 록크핀 홈에 끼워지는 록크핀에 의해 정렬 및 결합되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 노즐 몸체의 복수개의 수지통로들이 만나는 상기 노즐 헤드의 내벽에는 용융 수지의 흐름을 원활하게 하기 위해, 상기 복수개의 수지통로들에 각각 대응되게 라운딩(rounding)된 통로들이 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 노즐 몸체 하단부의 수지통로와 밸브핀 통로 사이에는 용융 수지의 흐름을 원활하게 하기 위해 라운딩된 돌출부가 더 형성되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 노즐 헤드의 내부에는, 상기 복수개의 수지통로들로부터 주입되는 용융수지가 모일 수 있는 오목한 형태의 웅덩이가 형성될 수도 있다. 여기서, 상기 웅덩이 내면에는 라운딩이 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 복수 유로 조립형 노즐은 다음과 같은 효과를 제공한다.

- 노즐 몸체에 용융수지의 통로가 복수 개 형성됨으로 인해 단시간 내에 많은 양의 수지를 주입할 수 있다.

- 노즐 몸체와 노즐 헤드를 분리하여 가공함으로써, 가공하기가 매우 용이하다.

- 노즐 내 수지통로에 대한 테이퍼 가공이 없이 직선으로 가공함으로써, 가공이 용이하며, 가공의 정밀도를 높일 수 있다.

- 노즐 내 수지통로가 경사지게 만나 단차가 생기는 부위가 없어 수지의 체류를 방지하여 변색이 되는 것을 방지할 수 있다.

- 노즐 내 용융 수지 흐름 경로에 라운딩 가공이 가능하여, 용융 수지의 흐름을 원활하게 할 수 있다.

도 1은 기존의 사출성형의 핫 런너 시스템에 대한 도면이다.
도 2는 노즐 내 수지통로가 경사지게 만나는 기존의 일체형 노즐의 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 복수 유로 조립형 노즐의 조립 전 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 복수 유로 조립형 노즐의 조립 후 단면도이다.
도 5는 도 4의 선 I-I에 따른 단면도이다.
도 6a는 다른 실시예의 노즐 헤드에 대한 도 4의 선 I-I에 따른 단면도이다.
도 6b는 다른 실시예의 노즐 헤드에 대한 도 4의 선 II-II에 따른 단면도이다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 사출성형 금형의 핫 런너 시스템에 사용되는 복수 유로 조립형 노즐에 대해 구체적으로 설명하는데, 이는 예시적인 것으로서 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

도 1 및 도 2는 종래 기술에 대한 것으로 상기 [배경기술]에서 설명하였으므로 여기서는 생략한다.

도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 복수 유로 조립형 노즐의 바람직한 실시예가 도시되어 있는데, 도 3은 본 발명에 따른 복수 유로 조립형 노즐이 조립되기 전의 단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 복수 유로 조립형 노즐이 조립된 후의 단면도이고, 도 5는 도 4의 선 I-I에 따른 단면도이다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 복수 유로 조립형 노즐(100)은 노즐 몸체(110) 및 노즐 헤드(120)를 포함하는데, 이들은 서로 따로 가공된 후 조립 결합함으로써, 노즐(100)을 형성하게 된다. 이로써 기존의 일체형 노즐과는 달리 수지통로가 서로 경사지게 만나게 되는 테이퍼 가공이 필요 없고, 가공이 용이하며, 가공 정도의 정밀도를 높일 수 있다.

또한, 용융수지의 통로가 복수 개 형성되어 단시간 내에 많은 양의 수지를 캐비티 내에 주입할 수 있다.

상기 노즐 몸체(110)의 내부 중앙에는, 제품이 성형되는 금형 내 캐비티로의 용융 수지 주입을 차단하는 밸브핀이 상하로 이동할 수 있는 직선형의 밸브핀 통로(112)가 노즐 몸체(110)의 횡단면에 수직이면서 노즐 몸체(110)의 길이방향으로 형성되고, 상기 밸브핀 통로(112)와 약간 떨어져서 노즐 몸체(110)의 길이방향으로, 용융 수지가 흐르게 되는 복수개의 수지통로(113)가 형성되는데, 상기 길이방향의 수지통로(113)는 밸브핀 통로(112)와는 달리 노즐 몸체(110)의 횡단면에 약간 경사지게 형성되는 것으로 도시되었지만, 밸브핀 통로(112)와 마찬가지로 노즐 몸체(110)의 횡단면에 수직으로 형성될 수도 있다. 본 도면상에는 수지통로(113)가 2개 도시되었지만 필요에 따라 3개, 4개 등이 형성될 수 있다.

기존의 일체형 노즐(도 2 참조)에서는 노즐 상부의 수지통로(도 2의 42)가 노즐 하부, 즉 노즐 선단부의 밸브핀 홀(도 2의 43)과 연결되기 위해, 밸브핀 홀(도 2의 43)에서 경사교차부(도 2의 44)에 이르는 경사진 수지통로를 가공해야 하지만, 본 발명에 따른 복수 유로 조립형 노즐(100)에서는 이러한 경사진 수지통로의 가공이 필요 없게 된다. 이로써 경사진 수지통로의 테이퍼 가공에 따른 여러 문제점들, 예컨대 노즐 선단 게이트부의 홀, 즉 밸브핀 홀(도 2의 43)의 선단부 지름이 밸브핀 직경보다 커지는 문제, 가공 정밀도가 낮아지는 문제, 경사진 수지통로의 경사교차부(도 2의 44)에서의 단차 문제 등을 해결할 수 있다.

한편, 노즐 헤드(120)의 하부, 즉 노즐 헤드의 선단부에는, 노즐 몸체(110)의 밸브핀 통로(112)와 동심으로, 즉 밸브핀 통로(112)의 중심선과 일치되게, 밸브핀이 용융 수지의 흐름을 개방 또는 차단할 수 있는 게이트, 즉 밸브핀 홀(122)이 관통 형성되고, 노즐 몸체(110)와 결합되는 부위에는 함몰부(121)가 형성되어, 이에 대응되게 형성된 노즐 몸체(110)의 돌출부(111)가 상기 함몰부(121) 내에 밀착 삽입되어, 노즐 몸체(110)와 노즐 헤드(120)가 조립 결합될 수 있다.

또한 노즐 몸체(110)와 노즐 헤드(120)가 접하는 테두리 면(116, 126)에는 록크핀 홈(114, 124)이 서로 대응되게 형성되어, 상기 록크핀 홈(114, 124)에 로크핀(131)을 끼워 노즐 몸체(110)와 노즐 헤드(120)를 정렬시켜 조립할 수 있다. 그리고 상기 돌출부(111) 및 함몰부(121)에는 결합핀 홀(115, 125)이 서로 대응되게 형성되어, 노즐 몸체(110)의 돌출부(111)를 노즐 헤드(120)의 함몰부(121)에 삽입한 후, 별도의 결합핀(도 5의 132)을 끼워 단단히 고정 결합시킨다.

도면상에는 로크핀 및 결합핀이 각각 2 개씩 체결되는 것으로 도시되었지만, 이들의 개수는 노즐의 크기 등 상황에 따라 달라질 수 있다. 또한 본 실시예에서 노즐 몸체(110) 및 노즐 헤드(120)의 결합은, 돌출부(111)가 함몰부(121)에 삽입되어 결합핀(132)에 의해 결합되는 것으로 도시되었지만, 여타의 방법, 예컨대 플랜지 결합, 스크류 결합 등의 방법도 사용될 수 있다.

한편, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 노즐 몸체(110)의 수지통로(113)와 만나게 되는 노즐 헤드(120)의 내면에는, 용융 수지의 흐름을 원활하게 하기 위해 도면에 도시된 바와 같은 라운딩부(123)가 형성되는 것이 바람직하다. 또한 노즐 몸체(110)의 돌출부(111)에도, 용융 수지의 흐름을 원활하게 하기 위해, 도면에 도시된 바와 같은 라운딩 돌출부(117)가 형성되는 것이 바람직하다. 여기서 상기 라운딩부(123), 라운딩 돌출부(117)가 곡률이 있는 곡면으로 도시되었지만, 가공의 편의를 위해, 곡률이 없이 경사진 직선형으로 형성될 수도 있다.

한편, 도 6a 및 도 6b에는 노즐 헤드의 내부에 대한 다른 실시예가 도시되어 있는데, 도 6a는 도 4의 선 I-I에 따른 단면이고, 도 6b는 도 4의 선 II-II에 따른 단면이다. 도 5의 경우와는 달리, 도 6a의 점선으로 표시된 노즐 헤드 내부 전체가 오목하게 웅덩이(127) 형태로 형성되어, 각 수지통로(113)들로부터 주입되는 용융수지를 공통으로 수용할 수 있다. 이는 도 6b의 참조부호 127로 표시된 바와 같다. 여기서 상기 웅덩이(127)의 내면은 용융수지의 흐름을 좋게 하기 위해 라운딩으로 형성되는 것이 바람직하다.

이상의 설명 내용은 본 발명의 대해 예시적으로 설명한 것으로서, 본 발명은 이에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구되는 본 발명의 기술적 사상에 벗어남 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 자명한 변형실시가 가능하며, 이러한 변형실시는 본 발명의 범위에 속하는 것이다.

1 : 클램핑 플레이트 2 : 스페이서 플레이트
3 : 홀딩 플레이트 4 : 캐비티 플레이트
5 : 매니폴드 블럭 6 : 로케이팅 링
11 : 캐비티 12 : 밸브핀 홀
13 : 런너부 20 : 노즐
21 : 통로 30 : 밸브핀 구동유닛
31 : 실린더 32 : 피스톤
33 : 밸브핀 34 : 히터
35 : 하부공기통로 36 : 상부공기통로
40 : 노즐 41 : 밸브핀 통로
42 : 수지통로 43 : 밸브핀 홀
44 : 경사교차부 100 : 노즐
110 : 노즐 몸체 111 : 돌출부
112 : 밸브핀 통로 113 : 수지통로
114 : 록크핀 홈 115 : 결합핀 홀
116 : 테두리면 117 : 라운딩 돌출부
120 : 노즐 헤드 121 : 함몰부
122 : 밸브핀 홀 123 : 라운딩부
124 : 록크핀 홈 125 : 결합핀 홀
126 : 테두리면 127 : 웅덩이
131 : 로크핀 132 : 결합핀

Claims (7)

1. 사출성형 금형의 핫 런너 시스템(hot runner system)용 노즐로서, 상기 노즐은,
   노즐 몸체; 및
   상기 노즐 몸체의 하단부에 조립 및 결합되는 노즐 헤드;를 포함하며,
   상기 노즐 몸체의 내부에는, 밸브핀(valve pin)이 상하 이동할 수 있게끔, 노즐 몸체의 횡단면에 수직이면서 노즐 몸체의 길이방향으로 직선형의 밸브핀 통로가 형성되고, 상기 밸브핀 통로와 별도로 용융 수지가 흐를 수 있는 복수 개의 직선형 수지통로들이 노즐 몸체의 길이방향으로 형성되며, 상기 노즐 헤드의 하부에는, 상기 밸브핀 통로 내에서 상하 이동하는 밸브핀이 개방 또는 차단할 수 있게끔, 상기 밸브핀 통로와 동심(concentric)이 되게 관통된 밸브핀 홀이 형성되며, 상기 노즐 헤드의 내부에는, 상기 복수개의 수지통로들로부터 주입되는 용융수지가 모일 수 있는 오목한 형태의 웅덩이가 형성되며, 상기 밸브핀 통로, 상기 수지통로들 및 상기 밸브핀 홀은 서로 통해져 있는 것을 특징으로 하는 복수 유로 조립형 노즐.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 노즐 몸체 하단부에 돌출부가 형성되고, 상기 노즐 헤드 상단부에는 함몰부가 형성되어, 상기 노즐 몸체의 돌출부가 상기 노즐 헤드의 함몰부에 밀착 삽입되며, 상기 돌출부 및 함몰부가 적어도 하나 이상의 결합핀에 의해 결합되는 것을 특징으로 하는 복수 유로 조립형 노즐.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 노즐 몸체와 상기 노즐 헤드가 접하는 테두리 면에는 제각기 서로 대응되는 적어도 하나 이상의 록크핀(lock pin) 홈이 형성되어, 상기 노즐 몸체와 상기 노즐 헤드가 상기 록크핀 홈에 끼워지는 록크핀에 의해 정렬 및 결합되는 것을 특징으로 하는 복수 유로 조립형 노즐.
   
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 노즐 몸체 하단부의 복수개의 수지통로들과 밸브핀 통로 사이에는 용융 수지의 흐름을 원활하게 하기 위해 라운딩된 돌출부가 형성되는 것을 특징으로 하는 복수 유로 조립형 노즐.
   
6. 삭제
7. 제1항에 있어서,
   상기 웅덩이 내면에는 라운딩이 형성되는 것을 특징으로 하는 복수 유로 조립형 노즐.

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