KR101030595B1 - 웰드레스 방식의 사출금형 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따르면, 웰드레스방식의 사출금형장치는 하부고정판에 지지되는 하부금형과, 상기 하부금형과 형합되어 사출을 위한 캐비티를 형성하는 상부금형을 구비하며, 상기 하부금형과 상부금형의 적어도 일측에 형성되는 냉각통로에 냉각수를 공급하여 사출금형에 성형된 제품의 취출 전 사출금형을 냉각시키기 위한 냉각수단과, 상기 상,하부금형의 적어도 일측에 설치되어 상, 하부 금형의 형분리, 제품취출 및 형합 시 상하부 금형을 가열하고 사출 시 온도를 유지하기 위한 가열수단을 구비한다.

웰드 라인, 사출금형, 냉각, 가열

Description

웰드레스 방식의 사출금형 장치{injection mold apparatus}

도 1은 본 발명에 따른 웰드레스 방식 사출금형장치를 개락적으로 나타내 보인 도면,

도 2는 본 발명에 따른 상부금형의 분리사시도,

도 3은 본 발명에 따른 상부금형의 사시도,

도 4는 본 발명에 따른 하부금형의 사시도,

도 5는 전열히터가 설치된 냉각통로를 발췌하여 도시한 단면도,

도 6은 본 발명에 따른 사출금형의 냉각통로 입구에 형성된 난류발생부를 발췌하여 도시한 사시도.

본 발명은 사출금형 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 사출금형을 이용한 사출 시 사출금형을 급속냉각 및 가열할 수 있는 웰드레스 방식의 사출금형장치에 관한 것이다.

사출성형(injection molding)이란 고분자수지(polymer resin)에 열을 가하여 가소화 시키고, 유압을 이용하여 용융된 고분자수지를 사출금형(mold)에 주입하여 성형하는 것으로, 크기가 다양한 규격제품을 대량생산 할 수 있다는 이점이 있다.

일반적인 고분자수지의 성형은 용융된 수지가 사출금형내부에서 만나면서 생기는 웰드라인(weld line) 때문에 외관이 아름답지 못하고, 그 표면의 광택성 또한 뛰어나지 못하다는 문제점이 있다. 이러한 점을 개선하기 위하여 사출금형 온도를 성형되는 고분자 수지의 용융온도 보다 높게 설정해주는 가열성형방법이 널리 사용되는데, 그 예로는 일본공개특허 소45-22020호(열풍에 의한 가열방법), 특개소51-22759호(전기히터에 의한 가열 방법과 수냉각법), 특개 소55- 109639호(고주파유도가열방법), 특개 소57-165229호(캐비티 내에 증기를 불어서 가열하는 방법), 특개 소 61-79614호(캐비티와 코어 사이에 열판을 끼우는 방법), 특개 평4-265720호(전기 전도층에 의한 금형 표면 가열 방법)등이 있다.

그러나, 이와 같이 금형을 고분자수지의 용융온도보다 높게 설정하여 고분자 수지를 성형할 경우 웰드라인이 생기지 않고 광택성과 같이 외관품질 측면에서는 개선이 되지만 높은 금형온도로 인해 냉각시간이 길어지게 되며 전체적인 성형 사이클이 길어지게 되어 생산효율이 떨어지게 되고, 고분자 수지를 그 용융온도 이하로 냉각시켜 금형에서 분리하는 것이 아니기 때문에 수축에 의한 변형이 일반사출에 비해서 커지게 된다는 문제가 있다.

상기와 같이 초기에 사용되었던 금형 가열 방식들은 금형표면을 가열하는 가열속도(heating rate)가 낮아서 금형을 가열하는 데에 시간이 오래 걸리고, 이로 인해 전체적인 제품성형시간(cycle time)이 길어지면서 생산성이 떨어지고, 금형의 온도를 상당히 높은 온도로 할 경우에는 냉각시간이 길어지는 문제가 있다.

이러한 점을 고려한 사출금형의 온도 자동컨트롤 시스템이 대한민국 등록특허 제 00811909호에는 사출금형 온도 자동 콘트롤 시스템이 개시되어 있으며, 등록특허 제 0167711호에는 금형 냉각시스템이 개시되어 있으며, 등록특허 제 0470835호에는 금형온도 제어시스템이 개시되어 있다. 그리고 등록특허 제 0701229호에 금형의 급속 가열 및 냉각이 100도시 내지 200도시/분의 범위 내에서 이루어지는 구조를 가진다.

그러나 이러한 구조는 사출금형의 냉각과 가열이 짧은 시간내에 이루어지지 않게 되어 상술한 바와 같은 문제점을 근본적으로 해결할 수 없으며, 특히 이러한 사출구조는 냉각과 가열을 위하여 많은 냉각라인과 열수공급라인이 형성되므로 금형의 구조가 상대적으로 약하여 반복되는 성형 작업 시 금형이 변형되는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 금형의 구조적 강도를 향상시킬 수 있으며 사출금형의 열용량을 줄여 냉각 및 가열에 따른 효율을 향상시킬 수 있는 웰드레스 방식의 사출금형장치를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 사출에 따른 사이클 타임을 줄일 수 있는 사출금형을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 웰드레스 방식의 사출금형장치는

하부고정판에 지지되는 하부금형과, 상기 하부금형과 형합되어 사출을 위한 캐비티를 형성하는 상부금형을 구비하며,

상기 하부금형과 상부금형의 적어도 일측에 형성되는 열교환매체 통로에 냉각수를 공급하여 사출금형에 성형된 제품의 취출 전 사출금형을 냉각시키기 위한 냉각수단과,

상기 상하부금형의 적어도 일측에 설치되어 상하부 금형의 형분리, 제품취출 및 형합 시 상하부 금형을 가열하고 사출시 온도를 유지하기 위한 가열수단을 구비하여 된 것을 그 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 상부금형 또는 하부금형은 캐비티와 대응되는 그 하면에 복수개의 지지공이 형성되고, 상기 고정판에 지지되며 상기 지지공에 삽입되는 보강로드를 구비하며, 상기 보강로드들의 단부에 지지되어 상기 지지공의 상면측 내면으로부터 보강로드의 열전달을 차단하는 제 1단열수단과, 상기 상부 또는 하금형과 고정판 사이에 설치되어 열전달을 차단하는 제 2단열수단을 구비한다.

본 발명에 있어서, 상하부 금형의 일측에 형성된 열교환 매체 통로의 입구 측에 설치되어 열교환 매체를 난류화시키는 난류발생부를 구비한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 한 바람직한 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 웰드레스 사출금형장치의 일 실시예를 도 1 내지 도 4에 나타내 보였다.

도면을 참조하면, 웰드레스 방식의 사출금형 장치(10)는 하부고정판(11)에 지지되는 하부금형(20)과, 상기 하부금형(20)과 형합되어 사출을 위한 캐비티(12)를 형성하며 상부고정판(13)에 설치되는 상부금형(30)을 구비한다. 그리고 상기 하부금형(20)과 상부금형(30)의 적어도 일측에 형성되는 열교환매체 통로(41)에 냉각수인 제 1열교환매체(42)를 공급하여 사출금형에 성형된 제품의 취출 전 사출금형을 냉각시키기 위한 냉각수단(40)과, 상기 상,하부금형(30)(20)의 적어도 일측에 설치되어 상하부 금형의 형분리, 제품취출 및 형합시 상하부 금형을 가열하고 사출시 온도를 유지하기 위한 가열수단(50)을 구비한다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 웰드레스 방식 사출금형 장치(10)를 구성요소별로 사세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 사출금형의 있어서, 상부고정판(13)에 의해 지지되는 상기 상부금형(30)의 캐비티(12)의 형성부이와 대응되는 측에는 복수개의 지지공(31)이 형성되고, 상기 상부고정판(13)에는 상기 지지공(31)에 삽입되어 성형 시 구조적 강도를 향상시키기 위한 보강로드(32)들이 설치된다. 그리고 상기 보강로드(32)들의 단부에 지지되어 상기 지지공(31)의 상면측 내면으로부터 보강로드의 열전달 및 상기 상부금형(30)으로부터 상부고정판(13)으로의 열전달을 방지하는 제 1단열수단(61)를 구비한다. 상기 제 1단열수단(61)은 상기 보강로드(32)의 단부와 지지공(31)의 내면 사이에 설치되는 제1단열재(62)와, 상기 상부금형(30)과 상부고정판(13)의 사이에 설치되는 판상의 제 2단열재(63)를 구비한다. 상기 상부금형(30)과 상부 고정판(13)의 단열은 이들의 접촉면적을 줄이기 위하여 상부금형 또는 하부금형에 다수개의 돌기들이 형성되어 이루어질 수 있다.

그리고 사출금형의 하부금형(20)은 하부고정판(11)에 금형장착부(11a)가 형성도고, 이 금형장착부(11a)에 삽입 설치되는데, 상기 하부고정판(11)의 금형장착부(11a)와 하부금형(20)의 외주면 사이에는 제 2단열수단(64)이 설치된다. 이 단열수단은 상세하게 도면에 도시되어 있지 않으나 상기 금형장착부(11a) 또는 하부금형(20)의 외면에 다수의 돌기가 형성되어 이들의 접촉면적을 줄이고, 이들의 사이에 단열재가 충전되거나 공기에 의해 단열되도록 함이 바람직하다.

상기 냉각수단(40)은 상부금형(30)과 하부금형(20)이 형합된 캐비티(12)에 수지가 주입되어 사출이 완료되는 시점에서 상부금형(30)과 하부금형(20)을 냉각시시키는 것으로, 냉각수 또는 냉각오일로 이루어진 제 1열교환매체(42)가 저장되는 냉각탱크(43)와, 상기 냉각탱크(43)와 상하부금형(30)(20)의 적어도 일측에 형성된 열교환매체 통로(41)를 연결하며 제 1펌프(44)가 설치된 제 1연결관(45)를 구비한다. 상기 냉각탱크(43)는 손실된 제1열교환매체(42)를 보충하기 위한 제1열교환매체 보충탱크(46)와 연결된다. 상기 제 1열결관(45)에는 열교환매체통로(41) 내의 제 1열교환매체(42)를 배출시키기 위한 공압공급수단(47)이 제 1쓰리웨이밸브(48)에 의해 연결된다. 그리고 상기 냉각라인(41)의 출구측은 드레인 라인이 설치되거나 상기 냉각탱크(43) 또는 보충탱크(46)와 연결되는 드레인 라인이 설치된다. 상기 공압공급수단(47)은 압축기와 서지탱크로 이루어질 수 있다.

상기 냉각수단(40)은 상술한 실시예에 의해 한정되지 않고 금형을 짧은 시간내에 냉각시킬 수 있는 구조이면 어느 것이나 가능하다. 예컨대, 상기 열교환매체통로(41)에 질소를 공급하여 냉각시킬 수 있는데, 이를 위하여 질소탱크와, 질소를 단속하기 위한 밸브수단이 구비될 수 있다.

상기 가열수단(50)은 상기 상하부금형의 적어도 일측에 설치되어 상하부 금형의 형분리, 제품취출 및 형합시 상하부 금형을 가열하고 사출 시 온도를 유지하기 위한 것으로 전열히터(70)를 이용하거나 오일 등과 같은 제 2열교환매체(51)를 이용할 수 있다.

상기 전열히터(70)를 이용하는 도 5에 도시된 바와 같이 열교환매체통로(41)에 설치될 수 있는데, 이 경우 열교환매체통로(41)와 전열히터(70) 설치라인를 길이 방향으로 연통 될 수 있도록 나란하게 설치하여 냉각 시 전열히터(70)가 제 1열교환매체(42)에 의해 냉각될 수 있도록 함이 바람직하다.

한편, 상기 제 2열교환 매체(51)를 이용한 가열수단(50)은 상하부금형(30)(20)의 적어도 일측에 형성되어 제 2열교환매체(51)가 흐르는 가열통로(52)를 구비한다. 상기 가열통로(52)는 제 2열교환매체(51)가 온유탱크(53)가 구비되고 이 온유탱크(53)는 제2펌프(59)가 설치된 제 2연결관(54)에 의해 상기 가열통로(52)와 연결된다. 그리고 상기 가열통로(52)의 출구는 제 3연결관(56)에 온유탱크(53)과 연결되는데, 상기 제 3연결관(56)에는 리턴탱크(57)가 설치된다. 상기 온유탱크(53)에는 온유를 가열하기 위한 제 1히터(53a)가 설치되고, 상기 리턴 탱크(57)에는 리턴된 제 2열교환매체(51)을 가열하기 위한 제 2히터(57a)가 설치된다.

상기 열교환매체통로(41)와 가열통로(52)의 입구 측 상부 또는 하부금형에는 각각 열교환매체통로(41)와 가열통로(52)로 유입되는 열교환매체들을 난류화 시키기 위한 난류발생부(41a)(52a)가 형성된다. 이 난류 발생부(41a)(52a)는 도 6에 도시된 바와 같이 그 입구측 내주면에 나선형의 그루브가 형성되거나 나선형의 돌기가 형성되어 이루어질 수 있다. 그리고 웰드레스 사출금형장치는 각각의 펌프와 밸브 및 제1, 2열교환매체의 온도를 제어하기 위한 제어수단(80)을 구비한다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 웰드레스 사출금형장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상하부 금형(30)(20)의 온도를 상승시키려면 온유탱크(53)의 제1히터(53a), 제 2펌프(59) 밸브들을 제어하여 제 2열교환매체(51)을 가열통로(52)에 공급한다. 이 과정에서 상기 가열통로(52)의 입구 측에는 난류발생부(52a)가 형성되어 있으므로 가열통로를 통과하면서 제2열교환매체는 난류화되어 열교환 효율이 향상된다.

이 상태에서 상기 상하부금형(30)(20)이 형합되고, 상기 캐비티에는 수지가 주입되어 제품을 성형하게 된다.

상기와 같이 성형이 완료되면 상기 가열통로(52)로의 제2열교환 매체의 공급이 차단됨과 아울러 잔여 제 2열교환 매체가 공압에 의해 회수된다. 즉, 상기 공압수단에 의해 공기가 가열통로(52)에 공급됨으로써 제 2열교환 매체(51)가 회수된다.

그리고 상하부 금형(30)(20)의 형분리가 이루어지기 전에 상기 냉각수단에 의해 열교환매체 통로(41)에 제 1열교환매체(42)가 공급되어 금형을 급속냉각시키게 된다. 냉각이 완료되면 상기 상하부금형이 형분리됨과 아울러 상기와 같이 가열수단(50)에 의해 제 2열교환매체(51)가 공급되어, 제품이 취출되고 형합 및 사출이 이루어지는 동안 가열된다. 이때에 상기 리턴 된 제 2열교환매체는 리턴탱크에 설치된 제 2히터에 의해 가열된 후 온유탱크로 유입된다.

상기와 같이 성형이 이루어지는 과정에서 상부금형(30) 또는 하부금형의 일측에는 캐비티(12)와 대응되는 측에 보강로드(32)가 설치되어 있으므로 상기 냉각통로 또는 가열통로가 형성됨으로써 상대적으로 약하여진 상부금형(30) 또는 하부금형(20)의 변형을 방지할 수 있다.

상술한 바와 같이 구성된 사출금형 장치는 고분자수지 성형사 금형의 가열 및 냉각효율을 높일 수 있으므로 전체적인 제품생산 사이클이 짧아지게 된다.

상기한 바에 의하면 본 발명에 의한 급속열처리에 의한 고분자수지 제조방법, 고분자수지 금형온도 제어 장치를 성형에 한정하여 이를 설명하였으나, 본 발명에 의한 급속열처리 방법 및 금형온도 제어 장치는 성형법 외에도 트랜스퍼 성형법, 압축 성형법, 반응 성형법, 블로(blow) 성형법, 열성형법 등에도 사용가능하다. 또한, 성형법으로서는, 통상의 성형법 이외에, 사출압축법, 국부가열-가압법, 가스프레스법, 가스어시스트법, 중공성형법, 샌드위치 성형법, 2색성형법, 인몰드성형법, 푸쉬풀(push-pull)성형법, 고속성형법 등에 적용가능하다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 웰드레스 방식의 사출금형장치는 성형되는 고분자 수지가 사출금형 내부에서 유동성이 개선되어 웰드라인(weld line)이 생기지 않고, 또한 성형된 제품의 표면 광택이 매우 우수해 고품질의 성형품을 얻을 수 있다는 장점이 있다. 뿐만 아니라, 성형 후 금형 외부에서 성형 제품 을 냉각하는 것이 아니라, 금형내부에서 성형품이 냉각되게 함으로써 성형 이후에 발생되는 후변형을 개선할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (5)

1. 하부고정판에 지지되는 하부금형과, 상기 하부금형과 형합되어 사출을 위한 캐비티를 형성하며 상부 고정판에 설치되는 상부금형을 구비하며, 상기 하부금형과 상부금형의 적어도 일측에 형성되는 열교환매체통로에 냉각수를 공급하여 사출금형에 성형된 제품의 취출 전 사출금형을 냉각시키기 위한 냉각수단과, 상기 상하부금형의 적어도 일측에 설치되어 상하부 금형의 형분리, 제품취출 및 형합시 상하부 금형을 가열하고 사출 시 온도를 유지하기 위한 가열수단을 구비하며,

   상기 가열수단은 열교환 매체 통로에 설치되는 전열히터로 이루어진 것을 특징으로 하는 웰드레스 방식의 사출금형장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 상부금형의 캐비티와 대응되는 하면에 복수개의 지지공이 형성되고, 상기 상부 고정판에 지지되며 상기 지지공에 삽입되는 보강로드를 구비하여 된 것을 특징으로 하는 웰드레스 방식의 사출금형 장치.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 보강로드들의 단부에 지지되어 상기 지지공의 상면측 내면으로부터 보강로드의 열전달을 차단하는 제 1단열수단과, 상기 상부 또는 하금형과 고정판 사이에 설치되어 열전달을 차단하는 제 2단열수단을 구비하여 된 것을 특징으로 하는 웰드레스 방식의 사출금형장치.
4. 제1항에 있어서,

   상하부 금형의 일측에 형성된 열교환 매체 냉각통로의 입구 측에 설치되어 열교환 매체를 난류화시키는 난류발생부를 구비하여 된 것을 특징으로 하는 웰드레스 방식의 사출금형장치.
5. 삭제

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