KR101290550B1 - 사출성형기용 핫런너 밸브장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 사출성형기용 핫런너 밸브장치를 개시한다.
본 발명의 사출성형기용 핫런너 밸브장치는 매니폴드의 일측에 연결되어 수지를 공급받아 금형의 캐비티로 안내하며, 외주면에 히터가 권선된 노즐을 구비하는 사출성형기용 핫런너 밸브장치에 있어서, 상기 노즐의 내부에 구비되어 승강 구동 요소에 의해 승강되는 것으로 그 중심으로 수지가 유동될 수 있게 관통된 몸체 및 이 몸체의 하단부에 감소된 지름을 갖도록 일체 형성되는 것으로 하강시 그 끝단이 금형의 캐비티에 일측에 접속되는 유동제어팁으로 이루어진 승강핀을 포함하여 구성된다.
이러한 구성의 사출성형기용 핫런너 밸브장치는 승강핀에 대한 승강 구동력을 제공하는 승강 구동요소의 일부를 노즐과 승강핀에 일체로 구성하므로 그 구조가 간단하여 승강 동작의 신뢰성을 높일 수 있을 뿐만 아니라 제작 및 유지보수의 편의성을 보장하고 경제적인 제조가 가능한 이점이 기대된다. 또한, 승강핀의 승강시 끝단부가 노즐 내에 위치되거나 또는 금형에 접촉되도록 함으로써 그 내부의 수지가 고화 및 용융되는 현상을 이용하여 금형의 캐비티에 주입되는 수지의 공급을 용이하게 단속할 수 있는 이점이 있다.
따라서, 소형의 정밀한 부품이나 유동성이 불량한 성분이 함유된 수지에 대한 성형 조건을 양호하게 조성할 수 있을 뿐만 아니라 승강핀의 구동을 위한 구동원의 구조를 간소화시킬 수 있으므로 결과적으로 제품의 유지보수 및 취급 관리의 편의성을 높일 수 있을 뿐만 아니라 구동요소의 부피 감소를 통해 금형에 대한 적용 및 설계의 자유도를 대폭적으로 높일 수 있으므로 산업상 대단히 유용한 효과를 제공한다.

Description

사출성형기용 핫런너 밸브장치{Hotrunner system}

본 발명은 금형의 캐비티에 용융 수지를 주입하기 위한 사출성형기용 핫런너 밸브장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 온도차에 의해 수지가 고화 및 용융되는 현상을 이용하여 수지의 공급을 단속할 수 있도록 함으로써 소형의 정밀 부품이나 유동성이 불량한 수지에 대한 성형조건을 양호하게 조성하고 아울러 양산성을 높임과 동시에 성형품의 불량 발생을 낮출 수 있는 사출성형기용 핫런너 밸브장치에 관한 것이다.

일반적으로 플라스틱 제품을 성형하는 사출성형기는 수지를 용융한 형체 실린더로부터 수지원료를 매니폴드로 주입시키고, 주입된 수지는 매니폴드 내에 분기 형성된 수지유로를 따라 균등하게 분배되어 매니폴드의 하부에 결합된 하나 이상의 노즐로 각각 공급되어 제품 성형틀인 상·하 코어가 형성하는 성형공간 즉, 캐비티로 주입하는 장치이다.

이러한 사출성형기는 밸브핀의 승강 동작에 의해 출구를 개폐하도록 구성되어지며, 성형품의 수량에 따라 비교적 여러 개를 일시에 성형하는 경우에는 매니폴드를 통해 수지를 공급받는 매니폴드형이 사용되고, 단품 생산을 하는 경우에는 싱글형이 사용된다.

도 1은 종래 기술에 따른 고압의 공기를 작동압으로 하여 밸브핀을 승강시키는 사출성형기 용 핫런너 시스템을 개략적으로 나타낸 단면도이다.

이에 나타내 보인 바와 같이 종래의 다캐비티 금형용 사출성형기 밸브장치는 크게 구동부(100)와 밸브장치(200)로 구성되며 밸브핀(210)의 승강 동작을 위한 구동원으로 고압의 공기를 이용한다. 즉, 상기 구동부(100)는 외부로부터 고압의 공기(Air)를 공급 및 배출하기 위한 관로인 에어채널(air chnnel;110,120)이 복수개 형성되어 있으며, 이 복수개의 에어채널(110,120)을 통해 선택적으로 유입되는 고압의 공기에 의해 실린더(130)내의 피스톤(140)이 승강을 이루는 구조이다. 이때, 상기 피스톤(130)의 하단에는 밸브핀(210)이 연결되어 연동되는 구조이다.

그리고, 상기 밸브핀(210)은 피스톤(130)에 연동하여 승강 됨으로써 노즐(220)의 선단부를 형성하는출구를 선택적으로 차단 또는 개방하는 구조이다.

한편, 상기 밸브장치(200)는 외체를 형성하는 것으로 수지의 고화를 방지하기 위한 히터가 권선되는 노즐(220)를 포함하며, 이 노즐(220)의 내부에는 밸브핀(210)이 수직방향으로 승강을 이루도록 설치되는 구조이다. 여기서, 상기 노즐(220)은 밸브핀(210)의 주위로 일정한 간극을 두고 수지채널(230)이 형성되며, 이 수지채널(230)의 양끝은 노즐의 출구와 매니폴드(300)의 수지채널(310)에 각각 연결되는 구조이다.

이와 같이 구성되는 다캐비티 금형용 사출성형기 밸브장치는 상기 에어채널(110,120)을 통해 선택적으로 고압의 작동압이 공급되면 피스톤(140)이 승강 또는 하강을 이루게 되고, 이와 동시에 밸브핀(210) 이 연동하여 일체로 승강 동작이 수행된다. 따라서, 상기 피스톤(140)이 승강 됨에 따라 노즐의 출구를 개방 또는 차단시키게 되므로 결과적으로 매니폴드(300)를 통해 공급되는 수지가 출구를 통해 금형내로 공급되거나 또는 차단되게 된다.

요약하면, 상기 종래 기술에 따른 공기압을 작동으로 하는 사출성형기용 밸브 게이트(출구) 장치는 고압의 공기를 선택적으로 해당 에어채널(110,120)을 통해 실린더(130)내로 공급시켜 피스톤(140)을 승강시키게 되며, 이때의 피스톤(140)에 연동하여 밸브핀(210)이 노즐의 출구를 개폐시키게 된다.

그러나, 상기와 같이 구성되는 종래 기술에 따른 밸브장치는 밸브핀을 승강시키기 위한 작동원으로 고압의 공기를 이용하므로 공기유출을 방지하기 위한 기밀구조를 채용해야 하고 작동압을 공급하기 위한 대형 공압장치(콤프레셔)를 필요로 하므로 부피가 커지면서 구조가 복잡해져 설치공간에 많은 제약을 받을 뿐만 아니라 정비 및 관리성이 극히 불량한 단점이 있었다.

또한, 노즐을 여러 개 구비하는 다캐비티 금형에 적용되는 경우 각 노즐이 갖는 치수산포로 인해 결과적으로 각 노즐의 사출량에 편차가 발생하여 균일한 품질을 갖는 성형품의 양산이 어려운 문제점이 있었다.

이러한, 문제점을 해결하기 위하여 본 출원인은 실용신안등록출원 제2002-09883호(등록번호 0280604호, 등록결정), 실용신안등록출원 제2002-09884호(등록번호 0280605호, 등록유지결정), 실용신안등록출원 제2002-09885호(등록번호 0280606호, 등록유지결정), 실용신안등록출원 제2002-19175호(등록번호 0290456호, 등록유지결정), 실용신안등록출원 제2003-0034932호(등록번호 0341515호 등록유지결정), 실용신안등록출원 제2003-0038360호(등록번호 0344137호 등록유지결정)을 통해 전원에 의해 밸브핀을 수직방향으로 가동시키는 밸브장치를 등록받은 바 있다.

이들 밸브장치의 구성을 대략적으로 살펴보면, 크게 노즐과 구동수단으로 구성되며, 이때의 상기 노즐은 내부에 수지를 공급받아 선단부에 구비된 출구를 통해 금형으로 주입하기 위한 수지유로가 형성되는 일반적인 밸브 구조를 취한다. 그리고, 상기 구동수단은 전원 공급에 의해 밸브핀을 승·하강시키는 정·역모터 또는 솔레노이드 액츄에이터가 사용된다.

이와 같이 본 출원인이 선 출원한 밸브장치는 전원공급을 받아 구동하는 정·역모터 또는 액츄에이터를 구동원으로 채용하는 구조에 의해 밸브장치의 전체적인 크기의 소형화가 가능하게 되므로 금형 설계의 자유도를 높일 수 있을 뿐만 아니라 밸브핀의 이동량을 신속하고 정밀하게 제어할 수 있다.

그러나, 본 출원인이 선 출원한 여러 밸브장치에서 정역·모터를 구동원으로 하는 경우 감속기를 구비시켜야 할 뿐만 아니라 모터를 냉각시키기 위한 냉각구조를 적용해야 하므로 구조적으로 복잡하여 경제적인 양산이 곤란한 단점이 있다.

반면, 솔레노이드 원리를 이용한 액츄에이터의 경우에는 비교적 구조를 간소화시킬 수 있으나, 밸브핀이 출구를 개방 또는 닫힌 상태에서 상대 위치로 이동하는 시점에서 원활한 구동이 이루어지지 않는 단점이 있다. 이는 비단 솔레노이드 액츄에이터에서만 발생하는 현상은 아니다. 거의 모든 핫런너 시스템에서의 밸브핀은 출구의 차단시 그 끝단이 출구에 끼움되고 그 타측단은 직선 이동을 가능하게 지지하는 부싱에 끼움 된 상태이다. 이러한 상태에서 출구를 개방하기 위해 밸브핀을 상승시키는 경우에는 밸브핀에 가해지는 정지저항(밸브핀을 지지하는 부싱 등의 지지요소로 인한 마찰 저항 및 출구에 끼움되었을 때의 마찰 저항)을 극복할 수 있을 정도의 동력 즉, 큰 동력을 필요로 한다. 즉, 대부분의 핫런너 시스템은 밸브핀의 승강 또는 하강된 상태에서 상대 위치로 이동시 초기에 작용하는 마찰저항을 극복하고 하강 또는 상승 동작이 실행될 수 있도록 하기 위하여 정격출력보다 높은 출력의 구동원이 적용되고 있는 실정이다.

따라서, 높은 출력의 구동원(유·공압 실린더, 정·역·모터, 액츄에이터)이 요구됨에 따라 제조비용이 상승되는 폐단이 있을 뿐만 아니라 부피가 커짐에 따라 소형이면서 정밀한 사출물을 성형하기 위한 금형에 대한 적용 자유도가 크게 제한되는 문제점이 있었다.

특히, 소형이면서 정밀한 부품을 성형하거나, 또는 유동성이 불량한 글라스화이버나 마그네슘 성분 등을 함유한 수지를 이용하여 제품을 성형하는 경우 밸브핀의 승강이 원활하지 않는 문제점이 있었다.

또한, 노즐의 끝 부분은 금형과 접촉되어 있어 금형으로 열을 빼앗기게 되는데, 수지가 유동시에는 노즐의 외면에 감겨진 히터에 의해 용융된 상태를 유지하지만, 수지 유동이 정지된 상태에서는 노즐의 끝 부분에서 발생하는 열 손실로 인해 이 부분의 수지가 고화되는 현상이 발생함에 따라 결과적으로 고화된 수지가 다시 녹을 때 까지 사출 공정을 일시 중단해야 하므로 생산성이 저하되고 고화된 수지가 완전하게 녹지 않는 경우 성형 불량을 발생하는 폐단이 있었다.

이를 해소하기 위해 종래에는 노즐의 끝 부분에 대한 급속 가열을 가능하게 하도록 고주파나 저압방식의 가열수단을 부가 장착하고 있으나 노즐 끝부분에 대한 급속 가열로 인해 이와 맞닿은 금형의 손상을 유발하여 금형의 수명을 단축시키는 심각한 문제점이 있다.

또한, 이러한 고주파 및 저압방식의 가열수단은 노즐 주변에 설치됨에 따라 밸브장치의 전체적인 부피가 커져 설계의 자유도가 제한되는 것은 물론이고, 소형이면서 정밀한 성형품 양산을 위한 금형에는 적용이 불가능하며, 구조가 복잡하여 유지관리의 어려움이 있을 뿐만 아니라 고가의 고주파 및 저압 장비를 추가 설비해야 하므로 경제성이 떨어지는 문제점이 있었다.

공개특허공보 제10-2010-0119484호, 2쪽, 청구항 1, 도면 2 상기 특허문헌1은 본 출원인이 선출원하여 공개된 특허문헌으로서, 청구항 1에 매니폴드의 일측에 결합되어 수지를 공급받으며 내부 중앙에는 승강 동작에 의해 게이트를 개폐시키는 밸브핀이 구비되는 노즐과, 상기 매니폴드의 타측에 결합되어 전원공급을 받아 고정자와의 상호 작용에 의해 회전되는 회전자 및 이 회전자의 내주면에 나사 체결되어 수직 변위를 갖는 것으로 일단이 밸브핀과 커플러로 연결되는 승강 나사축을 구비하는 모터를 포함하는 사출성형기용 핫런너 밸브장치에 있어서, 상기 승강 나사축은 일단에 타격핀이 돌출되고, 상기 커플러는 승강 나사축의 회전시 타격핀의 회전을 억제하여 상기 승강 나사축이 수직 변위를 갖도록 하는 멈춤핀이 돌출 형성되는 구성을 개시하고 있다. 이러한 구성의 상기 특허문헌1은 앞서 종래 기술의 문제점에서 언급한 바와 같이 밸브핀을 승강시키는 구조로서, 이 밸브핀의 외면을 타고 수지가 유동됨에 따라 수지의 유동성이 불량할 뿐만 아니라 밸브핀에 의해 게이트의 개폐를 단속해야 하므로 구조가 복잡하고, 소형화가 곤란한 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 고온의 노즐과 상대적으로 낮은 온도의 금형의 온도차를 이용하여 상기 노즐 내에서 승강되는 승강핀 내의 수지의 유동을 단속하도록 함으로써 복잡한 기구적인 개폐 구조를 적용하지 않고도 소형의 정밀 부품이나 유동성이 불량한 수지에 대한 성형조건을 양호하게 조성하고 아울러 성형품의 품질과 양산성을 높일 수 있도록 한 사출성형기용 핫런너 밸브장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 금형의 캐비티에 대한 보압단계가 완료된 후 승강핀의 상승 이동시 승강핀을 소정 각도 회전되도록 하여 결과적으로 승강핀 끝단 내의 고화된 수지 부분과 금형의 게이트 내의 성형품 사이에 비틀림에 의한 전단이 일어나도록 하여 성형품을 분리시킬 수 있는 사출성형기용 핫런너 밸브장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 승강핀을 승강 구동시키는 승강 구동요소의 구조를 간소화하여 제작 및 유지보수의 용이성을 보장하고, 경제적인 제작을 가능하게 하는 사출성형기용 핫런너 밸브장치를 제공하는데 있다.

상기의 목적을 실현하기 위한 본 발명의 바람직한 일 실시례에 따른 사출성형기용 핫런너 밸브장치는, 매니폴드의 일측에 연결되어 수지를 공급받아 금형의 캐비티로 안내하며, 외주면에 히터가 권선된 노즐을 구비하는 사출성형기용 핫런너 밸브장치에 있어서, 상기 노즐의 내부에 구비되어 승강 구동 요소에 의해 승강되는 것으로 그 중심으로 수지가 유동될 수 있게 관통된 몸체 및 이 몸체의 하단부에 감소된 지름을 갖도록 일체 형성되는 것으로 하강시 그 끝단이 금형의 캐비티에 일측에 접속되는 유동제어팁으로 이루어진 승강핀을 포함하여 구성되는 것을 그 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 한 특징으로서, 상기 노즐은 내부에 승강핀이 승강 가능하게 슬라이드 삽입되는 바디 및 상기 바디의 일측에 일체로 구비되어 내부에 확장된 공간인 챔버를 형성하고 측면으로는 외부로부터 작동압을 공급받기 위한 하강 에어채널이 형성된 실린더부 및 이 실린더부의 개방된 상부를 차폐하도록 끼움 구비되면서 그 중심으로는 상기 승강핀의 상단이 슬라이드 끼움되는 실린더캡으로 구성되고, 상기 승강핀은 상기 실린더캡에 슬라이드 끼움되는 캡끼움부 및 이 캡끼움부의 하측에 확장된 지름을 갖도록 구비되며 상기 챔버에 공급되는 작동압을 받아 하강 연동되는 플런저부 및 이 플런저부의 하측에 감소된 지름을 가지면서 그 하측으로 유동제어팁이 연결 형성되는 지지관부 및 상기 지지관부의 외주면에 구비되어 탄력적으로 신축되는 요소로 상단은 플런저부의 하면에 접촉되고 하단은 노즐 내부에 형성된 단차면에 지지되어 승강핀이 상승되게 탄성 지지하는 복귀스프링으로 구성되는 것에 있다.

본 발명의 바람직한 다른 특징으로서, 상기 노즐은 내부에 승강핀이 승강 가능하게 슬라이드 삽입되는 바디 및 상기 바디의 일측에 일체로 구비되어 내부에 작동압이 작용하는 공간인 챔버를 형성하고 측면으로는 하강 및 상승 이동을 위한 각각의 에어채널가 형성된 실린더부 및 이 실린더부의 개방된 상부를 차폐하도록 끼움 구비되면서 그 중심으로는 상기 승강핀의 상단이 슬라이드 끼움되는 실린더캡으로 구성되고, 상기 승강핀은 하측에 유동제어팁이 연결 형성되는 지지관부 및 이 지지관부의 상측에 연결 구비되는 것으로 내주면으로 상기 실린더캡의 하면에서 돌출된 가이드관부가 슬라이드 끼움되는 끼움관부 및 이 끼움관부 상측에 확장된 지름을 가지면서 그 외면이 상기 실린더부의 내주면에 밀착되어 챔버를 각각의 에어채널이 연결되는 공간으로 구획하여 공급 작동압에 의해 승강력을 작용받는 승강플런저로 구성되는 것에 있다.

본 발명의 바람직한 또 다른 특징으로서, 상기 승강핀은 몸체와 유동제어팁 사이에 상기 유동제어팁을 향하면서 지름이 감소되는 속이 빈 원뿔 형상의 유동저항부(31b)가 형성되고, 상기 몸체와 유동제어팁은 그 내부로 수지가 유동될 수 있게 각각 수지유로와 취출로가 연결 형성되는 것에 있다.

본 발명의 바람직한 또 다른 특징으로서, 상기 승강핀은 캐비티에 대한 수지 주입이 완료된 후 소정각도 회전됨으로써 상기 금형의 게이트에서 비틀림에 의한 전단이 일어나도록 하는 전단수단을 더 포함하며, 상기 전단수단은 상기 실린더의 외부 일측에 구비되는 구동력을 생성하는 구동원 및 상기 챔버의 내에 위치하여 상기 구동원에 연결되어 구동력을 전달받는 구동기어 및 상기 챔버내에 위치한 승강핀의 일측면에 제공되는 것으로 상기 승강핀이 하강된 위치에서 상기 구동기어와 기어교합되어 구동력에 연동하여 회전되는 회전기어로 구성되는 것에 있다.

본 발명에 따른 사출성형기용 핫런너 밸브장치는, 승강핀에 대한 승강 구동력을 제공하는 승강 구동요소의 일부를 노즐과 승강핀에 일체로 구성하므로 그 구조가 간단하여 승강 동작의 신뢰성을 높일 수 있을 뿐만 아니라 제작 및 유지보수의 편의성을 보장하고 경제적인 제조가 가능한 이점이 기대된다.

또한, 승강핀의 승강시 끝단부가 노즐 내에 위치되거나 또는 금형에 접촉되도록 함으로써 그 내부의 수지가 고화 및 용융되는 현상을 이용하여 금형의 캐비티에 주입되는 수지의 공급을 용이하게 단속할 수 있는 이점이 있다.

따라서, 소형의 정밀한 부품이나 유동성이 불량한 성분이 함유된 수지에 대한 성형 조건을 양호하게 조성할 수 있을 뿐만 아니라 승강핀의 구동을 위한 구동원의 구조를 간소화시킬 수 있으므로 결과적으로 제품의 유지보수 및 취급 관리의 편의성을 높일 수 있을 뿐만 아니라 구동요소의 부피 감소를 통해 금형에 대한 적용 및 설계의 자유도를 대폭적으로 높일 수 있으므로 산업상 대단히 유용한 효과를 제공한다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

도 1은 종래 기술에 따른 사출성형기용 핫런너 밸브장치를 나타낸 단면도,
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시례에 따른 사출성형기용 핫런너 밸브장치의 내부 구성을 나타낸 절개 사시도,
도 4는 본 발명의 일 실시례에 따른 사출성형기용 핫런너 밸브장치의 분해 사시도,
도 5는 본 발명의 일 실시례에 따른 사출성형기용 핫런너 밸브장치를 나타낸 단면도,
도 6 내지 도 9는 도 2의 동작을 설명하기 위한 동작 단면도,
도 10 및 도 11은 본 발명의 다른 실시례에 따른 사출성형기용 핫런너 밸브장치를 나타낸 단면도,
도 12 내지 도 14는 본 발명의 또 다른 실시례에 따른 사출성형기용 핫런너 밸브장치를 나타낸 도면,
도 15는 본 발명의 또 다른 실시례에 따른 사출성형기용 핫런너 밸브장치를 나타낸 도면.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 사출성형기용 핫런너 밸브장치를 설명하면 다음과 같다. 먼저, 도면들 중 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 동일한 참조부호로 나타내고 있음을 유의하여야 한다. 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지의 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.

도 2 및 도 3은 본 발명에 일 실시례에 따른 사출성형기용 핫런너 밸브장치를 나타낸 절개 사시도로서, 도 2는 승강핀이 상승된 위치를 나타낸 것이고, 도 3은 승강핀이 하강하여 그 끝단이 금형(m)의 게이트(g)에 접속한 상태를 나타낸 절개 사시도이다.

도 4는 도 2의 사출성형기용 핫런너 밸브장치를 나타낸 단면도로서, 금형(m)을 구성하는 상코어(m′)의 노즐 설치홀(m1′)에 노즐(20)이 설치되며, 이때의 노즐(20)은 크게 바디(21a)와 실린더부(21b)로 구성된다.

도 5는 도 2의 사출성형기용 핫런너 밸브장치가 적용된 핫런너 시스템을 개략적으로 나타낸 단면도이고, 도 6 내지 도 9는 도 2의 동작을 설명하기 위한 동작 단면도이다.

상기 도 6은 금형(m)의 캐비티(c)에 대한 수지 충진을 위해 승강 구동요소 중 하나 인 하강 에어채널(21cp)을 통해 공급되는 작동압에 승강핀(30)이 하강 이동된 상태를 나타낸 것이고, 도 7은 금형(m)의 캐비티(c)에 대한 수지 충진이 완료된 후 상기 캐비티(c)내의 보압을 유지하기 위한 상태에서, 승강핀(30)의 끝단부를 형성하는 유동제어팁(32)의 내부 체류하고 있는 수지가 고화된 상태를 나타낸 도면이며, 도 8은 금형(m)의 캐비티(c)에 충진된 수지에 대한 성형이 완료되어 하강 에어채널(21cp)에 작용하는 작동압을 해제한 상태를 나타낸 것으로, 하강 에어채널(21cp)에 작용하는 작동압이 해제되면 복귀스프링(40)의 탄성 지지력에 의해 승강핀(30)이 상승 이동을 이루게 된다.

끝으로 도 9는 상승 이동된 승강핀(30)의 끝단부를 형성하는 유동제어팁(32)의 내부에 고화된 수지가 용융된 상태를 나타낸 것이다.

이상의 도면을 참조하여 본 발명의 사출성형기용 핫런너 밸브장치(1)의 구성을 설명하기로 한다.

먼저, 본 발명의 사출성형기용 핫런너 밸브장치(1)는 크게 사출 실린더(미도시)로부터 수지를 공급받아 이를 분기하여 공급하도록 내부에 여러 갈래의 수지로(10a)가 형성된 매니폴드(10)와, 상기 매니폴드(10)의 일측에 연결되어 수지를 공급받아 상·하 코어(m1,m2)로 이루어진 금형(m)의 캐비티(c)의 내부로 수지를 주입하기 위한 노즐(20)과, 이 노즐(20)의 내부에 승강 가능하게 설치되면서 승강 구동요소에 의해 승강 동작이 규제되며 하강시 상 코어(m1)에 제공된 캐비티(c)의 입구를 형성하는 게이트(g)에 접속하는 승강핀(30)과, 금형(m)의 캐비티(c)에 대한 수지 충진이 완료된 후 비틀림 전단으로 성형품과 분리되는 전단수단(50)으로 구성된다.

매니폴드(10)는 열전도성이 우수한 금속재로 이루어진 판재형상으로 제작되며, 그 내부에는 용융된 상태의 액상의 수지가 이동되는 수지로(10a)가 분기된 형태로 형성된다. 그리고 그 상·하면으로는 상기 수지로(10a)를 따라 유동되는 수지가 고화되는 것을 방지하도록 히터(미도시)가 매립된다. 이러한 구성의 매니폴드(10)는 도면을 기준으로 살펴보면, 하측으로는 후술할 노즐(20) 및 이 노즐(20)의 내부에 구비되어 승강되는 승강핀(30)을 승강시키기 위한 승강 구도요소가 구비된다. 이러한 구성의 매니폴드(10)는 공지의 기술에 의해 실시되는 것이므로 상세한 설명은 생략한다.

노즐(20)은 중공의 원기둥 형태를 갖는 관형상의 바디(21a)와, 도면을 기준으로 상기 바디(21a)의 상측에 확장된 크기를 갖는 실린더부(21b) 그리고 이 실린더부(21b)의 개방된 상면을 차폐하는 실린더캡(21c)으로 구성된다.

상기 바디(21a)는 내부에 승강핀(30)이 승강 가능하게 슬라이드 삽입되도록 관통 형성되며, 그 외주면으로는 외부로부터 전원을 공급받아 가열되는 발열요소인 히터(23)가 감겨진다.

상기 실린더부(21b)는 상기 바디(21a)의 일측에 확장된 지름을 갖는 크기로 구비되며, 내부에는 유압이나 공압의 작동압이 작용하는 공간인 챔버(21s)를 형성하고, 측면으로는 외부로부터 작동압을 공급받기 위한 하강 에어채널(21cp)이 형성된다. 이때의 상기 하강 에어채널(21cp)은 상기 챔버(21s)로 작동압이 작용하도록 연결된다.

상기 실린더캡(21c)은 상기 실린더부(21b)의 개방된 상부를 차폐하도록 끼워맞춤으로 구비되며, 그 중심으로는 상기 승강핀(30)의 상단이 슬라이드 끼움되도록 구멍이 관통되는 구조이다.

이러한 구성의 노즐(20)은 수지를 용융 상태로 유지시켜야 하므로 대략 250~350℃의 온도로 가열되지만 금형의 경우에는 성형품의 성형을 위해 상대적으로 낮은 온도인 60~90℃의 온도를 유지함에 따라 상기 노즐(20)의 하부면이 상기 금형(m)과 직접적으로 접촉하는 경우 급격한 열 손실로 인해 결과적으로 상기 노즐(20)의 바디(21a) 끝 부분에서의 수지 유동성이 악화되기 때문에 본 발명에서는 이를 완화하기 위한 대안으로 상기 노즐(20)의 바디(21a)의 하면과 금형(m)을 구성하는 상코어(m′) 사이에 간극을 두도록 하거나 또는 열전도성이 낮은 소재로 된 부재를 개재시키는 것이 가능할 것이다.

미설명 부호 (23)은 노즐(20)의 온도를 측정하기 위한 온도감지센서를 나타낸 것이다.

한편, 상기와 같은 구성의 노즐(20)은 그 내부로 후술할 승강핀(30)이 슬라이드 삽입된 상태에서 승강 가능하게 구비된다.

승강핀(30)은 상기 노즐(20)의 내부에 구비되어 승강 구동요소에 의해 승강되는 요소로서, 그 중심으로는 상기 매니폴드(10)로부터 공급되는 수지가 유동될 수 있도록 관통된 몸체(31)와, 상기 몸체(31)의 하단부에 감소된 지름을 갖도록 일체 형성되는 것으로 하강시 그 끝단이 금형(m)의 캐비티(c)에 일측에 접속되는 유동제어팁(32)으로 이루어진다.

상기 몸체(31)는 상기 실린더캡(21c)의 중심에 관통 형성된 구멍에 슬라이드 끼움되는 관 형상의 캡끼움부(31c)와, 이 캡끼움부(31c)의 하측으로 확장된 지름을 갖도록 구비되며 상기 챔버(21s)에 공급되는 작동압을 받아 하강 연동되는 플런저부(31b) 그리고 이 플런저부(31b)의 하측에 감소된 지름을 가지면서 그 하측으로 유동제어팁(32)이 연결 형성되는 지지관부(31a) 끝으로 상기 지지관부(31a)의 외주면에 구비되어 탄력적으로 신축되는 요소로 상단은 플런저부(31b)의 하면(31b′)에 접촉되고 하단은 노즐(20) 내부에 형성된 단차면(21a′)에 지지되어 승강핀(30)이 상승되게 탄성 지지하는 복귀스프링(40)으로 구성된다.

도 10 및 도 11은 본 발명의 다른 실시례에 따른 사출성형기용 핫런너 밸브장치를 나타낸 단면도로서, 본 실시례에서의 사출성형기용 핫런너 밸브장치는 앞서 설명한 일 실시례의 구성과 대동소이하다. 다만, 상기 승강핀(30)을 복귀시키는 복귀요소로 스프링을 사용하지 않고, 유압이나 공압으로 된 작동압을 사용하는 차이가 있다.

본 실시례에 따른 사출성형기용 핫런너 밸브장치에서의 노즐(20)과 승강핀(30)은 다음과 같이 구성된다.

노즐(20)은 내부에 승강핀(30)이 승강 가능하게 슬라이드 삽입되는 관형상을 갖는 바디(21a)와, 상기 바디(21a)의 일측에 일체로 구비되어 내부에 작동압이 작용하는 공간인 챔버(21s)를 형성하고 측면으로는 하강 및 상승 이동을 위한 각각의 에어채널(21cp,21ce)이 형성된 실린더부(21b) 및 이 실린더부(21b)의 개방된 상부를 차폐하도록 끼움 구비되면서 그 중심으로는 상기 승강핀(30)의 상단이 슬라이드 끼움되는 실린더캡(21c)으로 구성된다.

승강핀(30)은 하측에 유동제어팁(32)이 연결형성되는 지지관부(31a) 및 이 지지관부(31a)의 상측에 연결 구비되는 것으로 내주면으로 상기 실린더캡(21c)의 하면에서 돌출된 가이드관부(21ca)가 슬라이드 끼움되는 끼움관부(31f) 및 이 끼움관부(31f) 상측에 확장된 지름을 가지면서 그 외면이 상기 실린더부(21b)의 내주면에 밀착되어 챔버(21s)를 각각의 에어채널이 연결되는 공간(21sa,21sb)으로 구획하여 공급 작동압에 의해 승강력을 작용받는 승강플런저(31d)로 구성된다.

도 12 내지 도 14는 본 발명의 또 다른 실시례에 따른 사출성형기용 핫런너 밸브장치를 나타낸 도면이다.

본 실시례는 앞서 설명한 사출성형기용 핫런너 밸브장치의 구성과 전체적으로 대동소이하다. 다만, 본 실시예에서는 캐비티(c)에 충진된 수지가 고화된 성형품을 형성하게 되면, 이 성형품과 승강핀(30)의 유동제어팁(32) 내의 수지와의 전단을 유도하는 전단수단(50)이 부가 구성된 특징을 제안한다.

전단수단(50)은 상기 실린더(45a)의 외부 일측에 구비되는 구동력을 생성하는 구동원(51) 및 상기 챔버(21s)의 내에 위치하여 상기 구동원(51)에 연결되어 구동력을 전달받는 구동기어(53) 및 상기 챔버(21s)내에 위치한 승강핀(30)의 일측면에 제공되는 것으로 상기 승강핀(30)이 하강된 위치에서 상기 구동기어(53)와 기어교합되어 구동력에 연동하여 회전되는 회전기어(55)로 구성된다.

이러한 구성의 전단수단(50)은 상기 금형(m)의 캐비티(c)에 수지 주입을 완료한 후 상기 승강핀(30)이 소정각도 회전됨으로써, 상기 금형(m)의 게이트(g) 부분에서 승강핀(30)의 유동제어팁(32) 내에 고화된 고화수지(r′)와 성형품 사이에 비틀림에 의한 전단이 이루어지도록 한다.

도 15는 본 발명의 또 다른 실시례에 따른 사출성형기용 핫런너 밸브장치를 나타낸 도면이다.

본 실시례는 앞서 설명한 도 10 및 도 11에 나타낸 구성과 대동소이하다. 다만, 본 실시례에서의 승강핀은 플런저를 일체로 성형하지 않고 별도로 가공하여 조립하는 특징을 갖는다. 이하, 본 발명의 구성을 설명함에 있어 앞서 설명한 실시례와 동일한 부품에 대해서는 동일한 부호를 부여하였고, 본 실시례의 구성을 설명함에 있어 불필요한 구성요소에 대해서는 그 설명과 부호를 생략하기로 한다.

본 실시례에 따른 사출성형기용 핫런너 밸브장치에서의 노즐(20)과 승강핀(30)은 다음과 같이 구성된다.

상기 노즐(20)은 내부에 승강핀(30)이 승강 가능하게 슬라이드 삽입되는 바디(21a)와, 상기 바디(21a)의 일측에 일체로 구비되어 내부에 작동압이 작용하는 공간인 챔버(21s)를 형성하고, 측면으로는 하강 및 상승 이동을 위한 각각의 에어채널(21cp,21ce)가 형성된 실린더부(21b)와, 상기 실린더부(21b)의 개방된 상부를 차폐하도록 구비되는 것으로 그 중심으로 수지가 유동되는 관통구멍이 형성되는 실린더캡(21c)을 포함하여 구성된다.

상기 승강핀(30)은 그 몸체(31)가 도면에 나타내 보인 바와 같이 직선형의 원통관으로 제공되며, 그 상부 일단은 상기 실린더캡(21c)의 중심에 형성된 관통구멍에 슬라이드 삽입되며, 후술할 플런저(31e)에 연동하여 승강된다.

또한, 상기 승강핀(30)은 그 몸체(31)의 상부 일단에 플런저(31e)가 끼움결합으로 조립되어 일체로 구비되며, 이때의 상기 플런저(31e)는 그 외주면이 상기 실린더부(21b)의 내벽면에 슬라이드 접촉된 상태로 승강될 수 있도록 외주면에 가스켓(미부호)이 구비된다.

또한, 상기 플런저(31e)는 상기 실린더부(21b)의 내부공간인 챔버(21s)를 각각의 에어채널(21cp,21ce)이 작용하는 공간으로 구획하도록 구성됨에 따라 결과적으로 공급 작동압에 따라 선택적으로 승강력을 받아 상하 이동을 이루게 된다.

이러한 상기 플런저(31e)에 작용하는 승강력에 의해 상기 승강핀(30)이 연동하여 승강동작이 수행되고, 이에 따라 상기 승강핀(30)의 유동제어팁(32)이 선택적으로 금형의 캐비에 접속하거나 또는 노즐의 내부로 이동함에 따라 결과적으로 승강핀 내부의 수지가 용융 또는 고화되는 현상에 의해 수지의 공급을 단속하게 된다.

한편, 본 발명은 기재된 실시례에 한정되는 것은 아니고, 적용 부위를 변경하여 사용하는 것이 가능하고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형을 할 수 있음은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다. 따라서, 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

1 : 밸브장치 10 : 매니폴드 10a : 수지로
20 : 노즐 23 : 히터 30 : 승강핀
31 : 몸체 32 : 유동 제어팁 40 : 복귀스프링
m : 금형 r : 용융수지 r′ : 고화수지

Claims (6)

1. 삭제
2. 매니폴드의 일측에 연결되어 수지를 공급받아 금형의 캐비티로 안내하는 것으로 외주면에 히터가 권선된 노즐(20) 및 이 노즐(20)의 내부에 구비되어 승강 구동 요소에 의해 승강되는 것으로 그 중심으로 수지가 유동될 수 있게 관통된 몸체(31) 및 이 몸체(31)의 하단부에 감소된 지름을 갖도록 일체 형성되는 것으로 하강시 그 끝단이 금형(m)의 캐비티(c)에 일측에 접속되는 유동제어팁(32)으로 이루어진 승강핀(30)을 포함하는 사출성형기용 핫런너 밸브장치에 있어서,
   상기 노즐(20)은 내부에 승강핀(30)이 승강 가능하게 슬라이드 삽입되는 바디(21a) 및 상기 바디(21a)의 일측에 일체로 구비되어 내부에 확장된 공간인 챔버를 형성하고 측면으로는 외부로부터 작동압을 공급받기 위한 하강 에어채널(21cp)이 형성된 실린더부(21b) 및 이 실린더부(21b)의 개방된 상부를 차폐하도록 끼움 구비되면서 그 중심으로는 상기 승강핀(30)의 상단이 슬라이드 끼움되는 실린더캡(21c)으로 구성되고,
   상기 승강핀(30)은 상기 실린더캡(21c)에 슬라이드 끼움되는 캡끼움부(31c) 및 이 캡끼움부(31c)의 하측에 확장된 지름을 갖도록 구비되며 상기 챔버(21s)에 공급되는 작동압을 받아 하강 연동되는 플런저부(31b) 및 이 플런저부(31b)의 하측에 감소된 지름을 가지면서 그 하측으로 유동제어팁(32)이 연결 형성되는 지지관부(31a) 및 상기 지지관부(31a)의 외주면에 구비되어 탄력적으로 신축되는 요소로 상단은 플런저부(31b)의 하면(31b′)에 접촉되고 하단은 노즐(20) 내부에 형성된 단차면(21a′)에 지지되어 승강핀(30)이 상승되게 탄성 지지하는 복귀스프링(40)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 사출성형기용 핫런너 밸브장치.
   
3. 매니폴드의 일측에 연결되어 수지를 공급받아 금형의 캐비티로 안내하는 것으로 외주면에 히터가 권선된 노즐(20) 및 이 노즐(20)의 내부에 구비되어 승강 구동 요소에 의해 승강되는 것으로 그 중심으로 수지가 유동될 수 있게 관통된 몸체(31) 및 이 몸체(31)의 하단부에 감소된 지름을 갖도록 일체 형성되는 것으로 하강시 그 끝단이 금형(m)의 캐비티(c)에 일측에 접속되는 유동제어팁(32)으로 이루어진 승강핀(30)을 포함하는 사출성형기용 핫런너 밸브장치에 있어서,
   상기 노즐(20)은 내부에 승강핀(30)이 승강 가능하게 슬라이드 삽입되는 바디(21a) 및 상기 바디(21a)의 일측에 일체로 구비되어 내부에 작동압이 작용하는 공간인 챔버(21s)를 형성하고 측면으로는 하강 및 상승 이동을 위한 각각의 에어채널(21cp,21ce)가 형성된 실린더부(21b) 및 이 실린더부(21b)의 개방된 상부를 차폐하도록 끼움 구비되면서 그 중심으로는 상기 승강핀(30)의 상단이 슬라이드 끼움되는 실린더캡(21c)으로 구성되고,
   상기 승강핀(30)은 하측에 유동제어팁(32)이 연결형성되는 지지관부(31a) 및 이 지지관부(31a)의 상측에 연결 구비되는 것으로 내주면으로 상기 실린더캡(21c)의 하면에서 돌출된 가이드관부(21ca)가 슬라이드 끼움되는 끼움관부(31f) 및 이 끼움관부(31f) 상측에 확장된 지름을 가지면서 그 외면이 상기 실린더부(21b)의 내주면에 밀착되어 챔버(21s)를 각각의 에어채널이 연결되는 공간(21sa,21sb)으로 구획하여 공급 작동압에 의해 승강력을 작용받는 승강플런저(31d)로 구성되는 것을 특징으로 하는 사출성형기용 핫런너 밸브장치.
   
4. 제 2항 또는 제 3항에 있어서,
   상기 승강핀(30)은 몸체(31)와 유동제어팁(32) 사이에 상기 유동제어팁(32)을 향하면서 지름이 감소되는 속이 빈 원뿔 형상의 유동저항부(31b)가 형성되고, 상기 몸체(31)와 유동제어팁(32)은 그 내부로 수지가 유동될 수 있게 각각 수지유로(30a)와 취출로(32sh)가 연결 형성되는 것을 특징으로 하는 사출성형기용 핫런너 밸브장치.
   
5. 제 2항 또는 제3항에 있어서,
   상기 승강핀(30)은 캐비티(c)에 대한 수지 주입이 완료된 후 소정각도 회전됨으로써 상기 금형(m)의 게이트(g)에서 비틀림에 의한 전단이 일어나도록 하는 전단수단(50)을 더 포함하며,
   상기 전단수단(50)은 상기 실린더(45a)의 외부 일측에 구비되는 구동력을 생성하는 구동원(51) 및 상기 챔버(21s)의 내에 위치하여 상기 구동원(51)에 연결되어 구동력을 전달받는 구동기어(53) 및 상기 챔버(21s)내에 위치한 승강핀(30)의 일측면에 제공되는 것으로 상기 승강핀(30)이 하강된 위치에서 상기 구동기어(53)와 기어교합되어 구동력에 연동하여 회전되는 회전기어(55)로 구성됨을 특징으로 하는 사출성형기용 핫런너 밸브장치.
   
6. 제 3항에 있어서,
   상기 노즐(20)은 내부에 승강핀(30)이 승강 가능하게 슬라이드 삽입되는 바디(21a) 및 상기 바디(21a)의 일측에 일체로 구비되어 내부에 작동압이 작용하는 공간인 챔버(21s)를 형성하고 측면으로는 하강 및 상승 이동을 위한 각각의 에어채널(21cp,21ce)가 형성된 실린더부(21b) 및 이 실린더부(21b)의 개방된 상부를 차폐하도록 구비되는 것으로 그 중심으로 수지가 유동되는 관통구멍이 형성된 실린더캡(21c)으로 구성되고,
   상기 승강핀(30)의 몸체(31)는 직관으로 구비되어 그 상부 일단이 상기 실린더캡(21c)에 슬라이드 삽입되게 구비되고,
   상기 승강핀(30)의 일단에는 끼움결합으로 조립되어 일체로 승강 연동되는 것으로 그 외주면은 상기 실린더부(21b)의 내벽면에 슬라이드 접촉되고, 상기 챔버(21s)를 각각의 에어채널이 연결되는 공간으로 구획하여 공급 작동압에 의해 선택적으로 승강되는 플런저(31e);
   를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 사출성형기용 핫런너 밸브장치.
   

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