KR100536771B1 - 사출기용 핫 런너 시스템에 사용되는 노즐 게이트에 가열장치와 냉각장치를 장착한 개폐식 노즐 게이트와 그 개폐방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 핫 런너 시스템에 사용되는 사출기용 노즐에 관한 것으로, 노즐 본체에 있는 히터를 작동하여 노즐을 고온으로 형성하는 단계; 게이트 팁에 설치된 히터를 작동하여 팁을 가열하는 단계: 사출단계: 사출완료후 가열장치를 정지하여 팁을 냉각시키는 단계: 게이트 팁에 설치된 냉각장치를 작동시키는 단계: 금형을 개폐하여 제품을 인출하는 단계로 이루어진 것으로서, 노즐 게이트의 온도를 순간 상승 또는 순간 냉각시킴으로써 노즐 게이트의 사출조건을 빠른 시간 안에 효과적으로 제어하여 제품의 불량을 감소시키고 또한 양질의 제품을 보다 짧은 시간 안에 대량 생산함으로써 생산량을 최대로 증가시킬 수가 있는 유용한 발명인 것이다.

Description

사출기용 핫 런너 시스템에 사용되는 노즐 게이트에 가열장치와 냉각장치를 장착한 개폐식 노즐 게이트와 그 개폐방법{Device and method for opening and closing noggle gate with heating and cooling device for hot runners of injection molding machines}

본 발명은 핫 런너 시스템에 사용되는 사출기용 노즐에 관한 것으로, 노즐의 끝단부 게이트 팁에 가열장치와 냉각장치를 함께 설치하여 노즐 게이트의 수지가 유동성을 갖고 있다가 순간적으로 냉각하여 유동성을 잃어버리도록 함으로써, 게이트에 수지의 흐름이 이루어지도록 하다가 정확하게 멈추도록 함과 동시에 게이트의 온도를 금형의 캐비티의 온도와 같도록 냉각시킴으로서 사출물이 균일하게 냉각될 수 있도록 하고, 이로 인하여 게이트에서 발생하는 수지의 코흘림을 방지하여 불량률을 최소화하고 작업시간을 단축할 수 있도록 하는데 그 목적이 있는 것이다.

일반적으로 사출기용 노즐은 사출기에서 용융된 수지를 노즐의 게이트를 통하여 금형의 캐비티로 공급하여 사출물을 성형하게 한다.

즉 종래에 사용되어온 노즐은 금속으로된 노즐 본체의 외부에 히터를 설치하여 노즐 본체를 가열하면서 써모카플을 이용하여 온도를 측정 제어함으로써 수지가 고화되지 않고 연속적으로 용융된 상태를 유지하면서 사출이 되도록 하였다.

그러나 상기 종래의 방법은 노즐의 끝부분인 게이트는 항상 열려 있으므로 성형이 완료되어 제품을 취출하였을때 게이트로부터 수지가 계속 흘러나와 사출품이 울퉁불퉁하게 되거나 게이트와 접하고 있는 부분에 수지가 길게 늘어지는 등 콜드 스러그(COLD SLUG)를 형성하게 되는 단점이 있으며, 이로 인하여 다음 사이클 성형에 지장을 주게 되는 문제점이 있었다.

한편 최근에는 이를 개선하기 위하여 밸브 게이트 노즐(VALVE GATE NOZZLE)이나, 셧 오프(SHUT-OFF)노즐 등이 발명되었다.

즉 밸브 게이트 노즐은 밸브 핀(VALVE PIN)과 실린더(CYLINDER)를 이용하여 기계적으로 게이트를 열고 닫는 방법이며, 본 출원인도 이와 관련하여 몇개의 특허(특허 제 100099 호, 명칭: 히터선이 매립된 사출성형기의 주입노즐, 특허 제 323461 호, 명칭 : 전기 주조법을 이용한 사출성형기의 주입노즐 및 제조방법, 특허 제 323460 호 명칭 : 하나의 피스톤으로 다수개의 밸브핀을 작동하는 사출성형기의 수지 주입장치, 특허 제 323458 호 명칭 : 하나의 히팅수단으로 다수의 주입노즐을 가열하도록한 사출성형기용 주입노즐)를 보유하고 있다.

좀더 상세하게 설명하면 밸브 핀은 기본 구조가 용융된 수지에 의하여 감싸여져 있으며, 수지가 고속으로 밸브 핀 주변을 통과하면서 열 에너지를 발생하여 밸브 핀을 가열함으로 쉽게 과열되는 큰 문제점이 있었으나, 종래에는 이를 적절하게 냉각시킬 수 있는 방법이 없었다.

즉 고온으로 과열된 밸브 핀은 고화된 성형제품에 접촉되어 있으므로 먼저 금형의 내부로 주입된 수지와 고온의 게이트와 접하고 있는 부분의 수지 부분이 온도 차이가 심하게 발생하게 되고, 이로 인하여 성형제품의 냉각속도가 다름으로써 성형제품의 게이트 부위에 코 흘림 현상이나 울퉁불퉁하게 성형됨으로서, 외관이 미려하지 못하게 되어 제품의 질을 저하시키게 되는 요인이 되었으며, 심할 경우 제춤을 불량 처리하여 폐기하여야 하는 큰 단점이 있었다.

한편 셧 오프 노즐(SHUT OFF NOZZLE)은 노즐의 끝단부인 게이트에 순간 가열이 가능한 전기장치를 하여 게이트 주위를 순간 가열하여 수지가 유동되도록 하고, 냉각은 가열장치의 전원을 차단함으로써 시간의 흐름에 따라 게이트가 교화될 수 있도록 하는 발명 이였으나, 냉각 속도의 조절이 자연 열 전원에 의존하는 자연냉각방식이였으므로 냉각 시간이 길어 생산성을 저하시키게 되는 큰 문제점을 가지고 있었다.

즉 노즐의 끝부분에 가열장치를 설치함으로써 노즐을 쉽게 가열할 수는 있으나 사출이 끝난 시점에서 노즐을 냉각시킬 경우 전원을 차단함으로써, 자연냉각이 되도록 하였고, 이로 인하여 냉각되는 시간이 오래 걸리게 됨으로서 제품을 빠른 시간에 대량생산할 수가 없었던 것이다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 발명으로서, 노즐의 끝단부에 순간 가열장치와 동시에 순간 냉각장치를 장착함으로서 수지가 용융되고 고화되는 시간을 최소한으로 단축함으로서 사출 성형의 생산성을 높이고 게이트가 유동성을 가지게 함과 동시에, 유동성을 잃고 고화되는 조건을 보다 적절하게 제어함으로서 목적하는 제어도를 최대로 높일 수 있도록 한 것으로서, 이하, 본 발명을 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

노즐 본체에 있는 히터를 작동하여 노즐을 고온으로 형성하는 단계;

게이트 팁에 설치된 가열장치를 작동하여 게이트 팁을 가열하는 단계:

사출단계:

사출완료후 가열장치를 정지하여 게이트 팁을 냉각시키는 단계:

게이트 팁에 설치된 냉각장치를 작동시켜 팁을 급속 냉각시키는 단계:

금형을 개폐하여 제품을 인출하는 단계로 이루어진 것이다.

[ 제 1 실시예 ]

노즐 본체에 있는 히터를 작동하여 노즐을 고온으로 형성하는 단계;

게이트 팁에 설치된 가열장치를 작동하여 게이트 팁을 가열하는 단계:

사출단계:

사출이 완료되기 전에 가열장치를 정지하여 게이트 팁을 냉각시키는 단계:

사출완료후 게이트 팁에 설치된 냉각장치를 작동시켜 게이트 팁을 급속 냉각시키는 단계:

금형을 개폐하여 제품을 인출하는 단계로 이루어진 것이다.

[ 제 2 실시예 ]

노즐 본체에 있는 히터를 작동하여 노즐을 고온으로 형성하는 단계;

게이트에 설치된 가열장치를 작동하여 게이트 팁을 가열하는 단계:

사출단계:

사출을 완료하기 전에 게이트팁에 설치된 냉각장치를 작동시켜 게이트 팁를 급속 냉각시키는 단계:

사출 완료 후 가열장치를 정지하는 단계:

금형을 개폐하여 제품을 인출하는 단계로 이루어진 것이다.

상기와 같이 된 본 발명의 구성을 살펴보면 다음과 같다.

내부에 수지유로(2)가 형성되고 외부에는 가열 히터(4)와 온도 측정 제어용인 터모카플(3)이 설치된 노즐(1)에 있어서, 노즐과 금형의 캐비티(10)가 접촉하는 게이트(7)주변에 히터(5)와는 다른 독립된 전기적 가열 장치인 가열장치(5)를 설치하고, 동시에 평형의 형태로 냉매가 통과할 수 있는 냉각장치(COOLING DEVICES)(6)를 설치하여서 된 것이다.

상기의 팁 가열장치로 열전소자(12)를 이용하여도 바람직하다.

또한 게이트 팁(8)의 외부에 가열용 히터(9)와 함께 설치되는 냉각장치(6)로 냉각용 파이프(11)를 고정 설치하되 냉각용 파이프에는 물이나 공기를 이용한 냉매가 흐르도록 하여도 바람직하다.

상기와 같이 된 본 발명의 작동을 설명하면 다음과 같다.

도 1 에서와 같이 노즐을 가열함으로써 노즐 본체에 있는 히터를 작동하여 노즐을 고온으로 되게 하고, 이와 동시에 게이트 팁(8)에 설치된 가열장치(5)를 작동하여 게이트 팁을 동시에 가열한다.

상기와 같은 상태에서 노즐을 금형의 캐비티(10)에 접하게 한 다음 수지를 사출하고, 사출완료 후 게이트 팁(8)에 설치되어 있는 가열장치(5)를 정지하여 게이트 팁이 가열되는 것이 정지되도록 하고, 이 상태에서 다시 게이트 팁(8)에 설치된 냉각장치(6)를 작동시켜 게이트 팁(8)을 급속 냉각시켜 캐비티와 접하고 있는 게이트를 동일하게 냉각시킴으로써 사출 성형물이 균일하게 냉각하는데 기여 할수가 있으며, 이로 인하여 게이트 부위에서 발생되는 가열수지의 코 흘림을 방지할 수가 있는 것이다.

한편 도 2 는 본 발명의 제 2 실시예에 관한 것으로서, 노즐 본체에 있는 히터를 작동하여 노즐을 고온으로 가열한 다음 게이트 팁(8)에 설치된 히터(9)를 작동하여 게이트 팁을 가열한 상태에서 수지를 사출 한다.

상기와 같은 상태에서 사출이 완료되기 전에 게이트 팁(8)에 설치된 가열장치(5)를 정지하여 게이트 팁(8)이 계속 가열되지 못하도록 함과 동시에 자체적으로 서서히 냉각되도록 한 다음 사출완료 후 게이트 팁(8)에 설치된 냉각장치(6)를 작동시켜 게이트를 급속 냉각시키는 방법으로서, 본 발명과 동일한 효과를 얻을 수가 있는 것이다.

한편 도 3 은 본 발명의 제 2 실시예로서 노즐 본체에 있는 히터(4)를 작동하여 노즐을 고온으로 형성한 다음 게이트 팁(8)에 설치된 가열장치(5)를 작동하여 게이트 팁(8)을 가열하고, 이 상태에서 수지를 사출한 다음 사출을 완료하기 전에 게이트 팁(8)에 설치된 냉각장치(6)를 작동하여 게이트를 냉각시킨다.

상기와 같은 상태에서 사출 완료 후 게이트 팁(8)에 설치된 가열장치(5)를 정지시킴으로써 게이트(7)을 급속 냉각시키면 본 발명과 동일한 효과를 얻을 수가 있는 것이다.

좀더 상세하게 본 발명을 설명하면 노즐(1)의 외측에 감겨있는 가열 히터(4)가 작동할 경우 노즐(1)의 전체가 가열되며, 이 가열 온도는 터모카풀(3)에 의하여 온도가 감지되고 제어할 수 있게 된다.

그리고 노즐이 금형과 접속되는 게이트 팁(8)부위에 가열 히터와 별도의 가열장치(HEATING DEVICES)(5)를 장착하되, 이 가열장치(5)는 전류를 순간적으로 보내어 순간 가열이 가능하도록 한다.

또 이 가열체와 평형이 되게 냉각장치(6)가 설치되어 있기 때문에 냉각장치(6)에 흐르는 냉매(물 또는 압축공기)로 인하여 급속 냉각을 시킬 수가 있는 것이다.

또한 냉각장치(6)는 파이프(PIPE)(11)형태를 이루게 하여 게이트 팁(GATE TIP)(8)의 몸체에 내장시키되 내장방법은 홈을 파고 파이프를 용착시키거나 매립시킨 다음 고정하여도 된다.

상기와 같은 상태에서 사출을 하는 시점에서는 가열장치(5)를 순간 가열하여 게이트 팁(8)을 가열함으로서, 게이트(7)가 유동성을 갖도록 하고, 사출이 끝난 시점에서는 냉각장치(6)로 냉매(물 또는 압축공기)를 통과시켜 급속 냉각시킴으로써 게이트(7)의 유동성을 정지시킴으로써 발명의 목적을 달성할 수가 있는 것이다.

한편 본 발명의 다른 급속 냉각장치는 열전소자(12)를 사용하는 것이다.

즉 열전소자(12)는 펠티어 효과(PETTER EFFECT)를 이용한 히트펌프(HEAT PUMP)로 단순하게 전기의 극성을 바꾸어 줌으로써 한 표면을 가열에서 급속 냉각시킬 수 있는 기능을 가지고 있다.

가열시에는 게이트 팁(8)에 접속면(+)전류를 통전하여 가열장치(5)의 가열에 일조하여 게이트(7)가 유동성을 갖도록 하고 냉각시에는 접속면에(-)전류를 통전하여 게이트 팁(8)의 표면온도를 급속 냉각시켜 게이트(7)의 유동성을 정지시킴으로써 발명의 목적을 달성하게 되는 것이다.

이상과 같이 본 발명은 노즐의 끝단부에 순간 가열장치와 동시에 순간 냉각장치를 설치하여서 된 것으로서, 노즐 게이트의 온도를 순간 상승 또는 순간 냉각시킴으로써 노즐 게이트의 사출조건을 빠른 시간 안에 효과적으로 제어하여 제품의 불량을 감소시키고 또한 양질의 제품을 보다 짧은 시간 안에 대량 생산함으로써 생산량을 최대로 증가시킬 수가 있는 유용한 발명인 것이다.

상기에서는 본 발명을 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구의 범위에 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 공정을 보인 블록도

도 2 는 본 발명의 제 1 실시예를 보인 블록도

도 3 은 본 발명의 제 2 실시예를 보인 블록도

도 4 는 본 발명 노즐의 전체 조립상태를 보인 개략 단면도

도 5 는 본 발명의 전기를 이용한 가열장치와 압축공기를 이용한 냉각장치를

보인 개략 단면도

도 6 는 본 발명의 가열장치와 냉각장치로 열전소자를 이용한 상태를 보인

개략 단면도

도 7 은 본 발명에 사용되는 열전모듈을 보인 개략도

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

1. 노즐 2. 수지 유로 3. 터모카플

4. 9. 히터 5. 가열장치 6. 냉각장치

7. 게이트 8. 게이트 팁 10. 캐비티

11. 파이프 12. 열전소자

Claims (6)

1. 노즐 본체에 있는 히터를 작동하여 노즐을 고온으로 형성하는 단계;

   게이트 팁에 설치된 가열장치를 작동하여 게이트 팁을 가열하는 단계:

   사출단계:

   사출완료후 가열장치를 정지하여 게이트 팁을 냉각시키는 단계:

   게이트 팁에 설치된 냉각장치를 작동시켜 게이트 팁를 급속 냉각시키는 단계:

   금형을 개폐하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 사출기용 핫 런너 시스템에 사용되는 노즐 게이트에 가열장치와 냉각장치를 장착한 개폐식 노즐 게이트 개폐방법.
2. 제 1 항에 있어서, 노즐 본체에 있는 히터를 작동하여 노즐을 고온으로 형성하는 단계;

   게이트 팁에 설치된 가열장치를 작동하여 게이트 팁을 가열하는 단계:

   사출단계:

   사출이 완료되기 전에 가열장치를 정지하여 게이트 팁을 냉각시키는 단계:

   사출완료후 게이트 팁에 설치된 냉각장치를 작동시켜 게이트 팁을 급속 냉각시키는 단계:

   금형을 개폐하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 사출기용 핫 런너 시스템에 사용되는 노즐 게이트에 가열장치와 냉각장치를 장착한 개폐식 노즐 게이트 개폐방법.
3. 제 1 항에 있어서, 노즐 본체에 있는 히터를 작동하여 노즐을 고온으로 형성하는 단계;

   게이트 팁에 설치된 가열장치를 작동하여 게이트 팁을 가열하는 단계:

   사출단계:

   사출을 완료하기 전에 게이트 팁에 설치된 냉각장치를 작동시켜 게이트 팁을 급속 냉각시키는 단계:

   사출 완료 후 가열장치를 정지하는 단계:

   금형을 개폐하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 사출기용 핫 런너 시스템에 사용되는 노즐 게이트에 가열장치와 냉각장치를 장착한 개폐식 노즐 게이트 개폐방법.
4. 런너부의 내부에 배치된 팁의 첨단부에 히터를 설치하여서 된 것에 있어서, 노즐과 금형의 캐비티(10)가 접촉하는 게이트(7)주변에 가열 히터와는 다른 독립된 전기적 가열 장치인 가열장치(5)를 설치하되 가열장치와 함께 평형의 형태로 냉매(물 또는 압축공기)가 통과할 수 있는 냉각장치(COOLING DEVICES)(6)를 설치하여서 된 것을 특징으로 하는 사출기용 핫 런너 시스템에 사용되는 노즐 게이트에 가열장치와 냉각장치를 장착한 개폐식 노즐 게이트.
5. 제 4 항에 있어서, 팁 가열장치로 열전모듈(12)을 이용하여서 된 것을 특징으로 하는 사출기용 핫 런너 시스템에 사용되는 노즐 게이트에 가열장치와 냉각장치를 장착한 개폐식 노즐 게이트.
6. 제 4 항에 있어서, 게이트 팁(8)의 외부에 가열용 히터(9)와 냉각용 파이프(11)를 고정 설치하되 냉각용 파이프에는 물이나 공기를 이용한 냉매가 흐르도록 하여서 된 것을 특징으로 하는 사출기용 핫 런너 시스템에 사용되는 노즐 게이트에 가열장치와 냉각장치를 장착한 개폐식 노즐 게이트.