KR101463077B1

KR101463077B1 - 사출압축팽창 성형 장치 및 이를 이용한 성형 방법

Info

Publication number: KR101463077B1
Application number: KR1020130053488A
Authority: KR
Inventors: 김선경; 박준형; 심희수
Original assignee: 서울과학기술대학교 산학협력단
Priority date: 2013-05-12
Filing date: 2013-05-12
Publication date: 2014-11-21
Anticipated expiration: 2033-05-12
Also published as: KR20140133760A

Abstract

본 발명은 사출기에서 공급된 용융 수지를 임시 저장하는 공간인 압축실린더, 상기 압축실린더 내의 수지를 압축하기 위한 구동 기구, 상기 사출기로부터 공급된 수지가 상기 압축실린더로 들어가는 것을 제어하는 사출기측 밸브, 상기 압축실린더 내에서 압축된 수지가 사출물이 형성되는 공간인 캐비티(cavity)로 들어가는 것을 제어하는 금형측 밸브를 포함하고, 상기 압축실린더는 실린더블록과 압축피스톤에 의해 둘러싸여 형성되는 용융 수지 보유 공간이며, 상기 구동 기구는 상기 실린더블록과 상기 압축피스톤을 포함하고, 상기 압축피스톤과 상기 실린더블록의 상대 이동에 의해 상기 압축실린더 내의 수지를 압축하며, 상기 구동 기구는 상기 사출기의 형체력(clamping force)에 의한 금형 모듈의 가동측 이동에 따라 상기 압축피스톤이 이동하여 수지를 압축하며, 상기 사출기로부터 수지 사출시, 상기 사출기측 밸브와 상기 금형측 밸브가 모두 닫힌 상태에서 상기 사출기측 밸브가 개방되어 수지가 상기 압축실린더로 유입되고, 상기 압축실린더가 채워진 후 상기 사출기측 밸브가 닫히고, 상기 압축피스톤이 이동하여 상기 압축실린더 내부의 수지가 압축되며, 상기 압축실린더 내에서 압축된 수지가 상기 금형측 밸브가 개방되어 팽창하며 상기 캐비티 내로 팽창 사출되는 금형 모듈을 제공한다.
본 발명은 형체력을 이용하고 두 개의 밸브를 이용하는 구조의 금형을 채용함으로써, 밸브 핀을 이용한 경우에 비해 압축비를 높일 수 있고 공정 운영 면에서 유연성이 높으며, 전용 사출기가 필요 없어 다양한 상황에 적용가능한 범용성을 갖춘 사출압축팽창 성형 장치와 성형 방법을 제공하는 효과를 갖는다. 또한, 수지체류공간을 대용량화할 수 있으므로, 캐비티가 큰 경우에도 충분한 사출량을 제공할 수 있는 효과를 갖는다.

Description

사출압축팽창 성형 장치 및 이를 이용한 성형 방법{An apparartus for injection, compression, expansion molding and a method therefor}

본 발명은 사출압축팽창 성형 장치 및 이를 이용한 성형 방법에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 형체력(clamping force)을 이용하여 압축실린더 내의 수지(resin)를 압축하고, 밸브를 구동하여 팽창 사출(expansion injection)을 구현하는 사출압축팽창 성형 장치와 이러한 방식을 이용한 성형 방법에 관한 것이다. 본 발명의 사출압축팽창 성형장치는 금형측 밸브를 닫고, 사출기측 밸브를 연 상태에서 사출하여 압축실린더에 수지를 채운 후, 양측 밸브를 모두 닫은 후 가동측을 움직여서 압축피스톤으로 압축실린더 내의 수지를 압축한 후, 금형 측 밸브를 열어서 제품이 성형되는 캐비티(cavity)에 수지가 주입되게 하고, 압축실린더의 압력이 충분히 떨어지게 되면 사출기측 밸브도 열어서 보압(packing pressure)이 전달되도록 한다.

사출성형(injection molding)이란 고분자재료를 적당한 방법으로 금형 캐비티(mold cavity)에 충전하여 원하는 제품을 제조하는 일련의 순환공정이다. 한마디로 요약하면 녹여서, 흘려서, 굳히는 공정이다. 즉, 사출성형기의 실린더 내에서 고체상 플라스틱 재료를 녹인 후, 높은 압력을 이용하여 금형의 빈 공간(cavity)으로 용융된 재료를 충전시킨다. 이때 금형은 일종의 열교환기 역할을 하기 때문에, 충전된 재료는 냉각되어 원하는 형상의 고체 성형품이 된다.

한편, 팽창사출공정(expansion injection molding)은 수지를 미리 압축하여 압축된 힘으로 고속 충전하는 기술이다. 이는 압축되어 밀도가 증가한 용융 수지가 낮은 압력의 캐비티로 팽창하면서 급속히 흘러가는 특성을 이용한 사출 방법으로 고속 충전이 필요한 경우에 사용한다. 압축비는 대기압 상태에서의 체적을 압축된 상태의 체적으로 나눈 비율을 의미하는데, 팽창사출공정에서는 압축된 상태에서 대기압 상태로 압력이 회복되는 팽창과정을 통해 수지가 고속 사출되므로 높은 압축비를 갖는 것이 유리하다.

이와 관련된 종래기술로서, 아래 선행기술문헌에서 제시한 비특허문헌1은 기존의 엥겔 사출기에 X-Melt라는 이름으로 적용된 기술을 개시하고 있다. 이는 금형 쪽 밸브를 닫은 상태에서 스크루로 수지를 압축한 후 밸브를 열어 팽창시켜 사출하는 기술이다.

비특허문헌2는 베터(Vetter) 등이 제안한 핫 러너(hot runner)의 밸브 핀 구조를 변경한 방법을 개시하고 있다. 이는 핫 러너에서 밸브 핀을 변형시켜 밸브 핀으로 노즐 출구 차단, 핫 러너 입구 차단, 압축을 모두 수행하는 기술이다.

비특허문헌1에서 개시한 기술은 사출기 자체에 연결된 장치를 이용한 것으로 일반 사출기에 적용하기는 어려운 기술이며, 비특허문헌2에서 개시한 기술은 사출량이 부족하여 캐비티가 큰 경우에 적용하기에는 적절하지 않다. 이러한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 형체력(clamping force)을 이용하고 두 개의 밸브를 이용함으로써, 기존 기술에 비해 압축비를 높일 수 있으며 공정 운영 면에서 유리하고 충분한 사출량을 제공하는 금형 및 성형 방법을 제안한다.

ENGEL Processing Department, X-Melt Expansion Melt Technology, Technical Information, Issue 05/23/2002. Dietmar Drummer, Karoline Vetter, "Influence of Expansion Injection Moulding (EIM) upon Part Properties," 44th CIRP Conference on Manufacturing Systems, May 31 - June 3, 2011, Madison, WI, USA.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 과제는 전용 사출기를 필요로 하여 범용성이 부족하고, 충분한 사출량을 제공하지 못하는 종래기술의 문제점을 해결하기 위해, 형체력을 이용하고 두 개의 밸브를 포함하는 구조의 금형을 이용함으로써, 기존 기술에 비해 압축비를 높일 수 있으며 공정 운영 면에서 유연성이 높고 범용성이 있으며 사출량을 충분히 제공하는 성형 장치와 성형 방법을 제공하고자 하는 것이다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은 사출기에서 공급된 용융 수지를 임시 저장하는 공간인 압축실린더, 상기 압축실린더 내의 수지를 압축하기 위한 구동 기구, 상기 사출기로부터 공급된 수지가 상기 압축실린더로 들어가는 것을 제어하는 사출기측 밸브, 상기 압축실린더 내에서 압축된 수지가 사출물이 형성되는 공간인 캐비티(cavity)로 들어가는 것을 제어하는 금형측 밸브를 포함하고, 상기 압축실린더는 실린더블록과 압축피스톤에 의해 둘러싸여 형성되는 용융 수지 보유 공간이며, 상기 구동 기구는 상기 실린더블록과 상기 압축피스톤을 포함하고, 상기 압축피스톤과 상기 실린더블록의 상대 이동에 의해 상기 압축실린더 내의 수지를 압축하며, 상기 구동 기구는 상기 사출기의 형체력(clamping force)에 의한 금형 모듈의 가동측 이동에 따라 상기 압축피스톤이 이동하여 수지를 압축하며, 상기 사출기로부터 수지 사출시, 상기 사출기측 밸브와 상기 금형측 밸브가 모두 닫힌 상태에서 상기 사출기측 밸브가 개방되어 수지가 상기 압축실린더로 유입되고, 상기 압축실린더가 채워진 후 상기 사출기측 밸브가 닫히고, 상기 압축피스톤이 이동하여 상기 압축실린더 내부의 수지가 압축되며, 상기 압축실린더 내에서 압축된 수지가 상기 금형측 밸브가 개방되어 팽창하며 상기 캐비티 내로 팽창 사출되는 금형 모듈을 제공한다.

또한, 본 발명은 사출기에서 공급된 용융 수지를 임시 저장하는 공간인 압축실린더, 상기 압축실린더 내의 수지를 압축하기 위한 구동 기구, 상기 사출기로부터 공급된 수지가 상기 압축실린더로 들어가는 것을 제어하는 사출기측 밸브, 상기 압축실린더 내에서 압축된 수지가 사출물이 형성되는 공간인 캐비티(cavity)로 들어가는 것을 제어하는 금형측 밸브를 포함하고, 상기 압축실린더는 실린더블록과 압축피스톤에 의해 둘러싸여 형성되는 용융 수지 보유 공간이며, 상기 사출기측 밸브가 설치되며, 상기 실린더블록과 인접하여 설치되는 노즐 로케이터, 상기 금형측 밸브가 설치되며, 상기 압축피스톤과 인접하여 설치되는 노즐팁, 상기 사출기로부터 공급된 수지가 상기 압축실린더로 이동하는 통로인 1차 스프루, 상기 압축실린더에서 압축된 수지가 상기 캐비티로 이동하는 통로인 2차 스프루를 포함하고, 상기 1차 스프루는 상기 노즐 로케이터와 상기 실린더블록의 내부를 관통하여 연결하는 통로로 형성되고, 상기 2차 스프루는 상기 압축피스톤과 상기 노즐팁의 내부를 관통하여 연결하는 통로로 형성되며, 상기 구동 기구는 상기 실린더블록과 상기 압축피스톤을 포함하고, 상기 압축피스톤과 상기 실린더블록의 상대 이동에 의해 상기 압축실린더 내의 수지를 압축하며, 상기 사출기측 밸브와 상기 금형측 밸브가 모두 닫힌 상태에서 상기 압축실린더 내에서 압축된 수지가 상기 금형측 밸브가 개방되어 팽창하며 상기 캐비티 내로 팽창 사출되는 금형 모듈을 제공한다.

또한, 본 발명은 [0009]에 기재된 금형 모듈과 상기 금형 모듈로 수지를 공급하기 위한 사출기를 포함하는 사출압축팽창 성형 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 [0009] 또는 [0010]의 금형 모듈과 상기 금형 모듈이 장착되는 사출기를 이용한 사출압축팽창 성형 방법으로서, 상기 금형 모듈의 가동측을 이동하여 상기 금형 모듈을 닫는 제1단계, 상기 사출기로부터 상기 압축실린더로 수지가 사출되는 제2단계, 상기 사출기의 형체력(clamping force)으로 상기 압축실린더 내의 수지를 압축하는 제3단계, 압축된 수지의 압력으로 상기 캐비티 내로 수지가 팽창 사출되는 제4단계를 포함하는 사출압축팽창 성형 방법을 제공한다.

본 발명은 형체력을 이용하고 두 개의 밸브를 이용하는 구조의 금형을 채용함으로써, 밸브 핀을 이용한 경우에 비해 압축비를 높일 수 있고 공정 운영 면에서 유연성이 높으며, 전용 사출기가 필요 없어 다양한 상황에 적용가능한 범용성을 갖춘 사출압축팽창 성형 장치와 성형 방법을 제공하는 효과를 갖는다. 또한, 수지체류공간을 대용량화할 수 있으므로, 캐비티가 큰 경우에도 충분한 사출량을 제공할 수 있는 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명의 사출압축팽창 금형 모듈의 개략적인 구조를 보인 도면.
도 2는 본 발명의 사출압축팽창 성형 공정의 개념을 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명에 따른 사출압축팽창 성형 장치의 블록도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 사출압축팽창 성형 장치의 금형 모듈을 설명하기 위한 도면.
도 5는 도 4와 동일한 금형 모듈의 다른 부분을 설명하기 위한 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 사출압축팽창 성형 장치의 금형 모듈에서 수지 유입을 설명하기 위한 도면.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 사출압축팽창 성형 장치의 금형 모듈에서 수지 압축을 설명하기 위한 도면.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 사출압축팽창 성형 장치의 금형 모듈에서 팽창 사출을 설명하기 위한 도면.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 사출압축팽창 성형 장치의 금형 모듈에서 보압 전달을 설명하기 위한 도면.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 사출압축팽창 성형 장치의 금형 모듈에서 금형의 형개와 제품 취출을 설명하기 위한 도면.
도 11은 본 발명에 따른 사출압축팽창 성형 장치를 간략하게 설명하기 위한 도면.
도 12는 사출기의 구성을 간략하게 설명하기 위한 도면.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 사출압축팽창 성형 방법의 순서도.

본 발명은 고분자 수지(이하, '수지'라 함)에 적용되는 것이다.

본 발명의 사출압축팽창 성형 공정은 기본적으로 사출, 압축, 팽창의 3단계로 구성되며, 각각의 단계에서 온도 제어와 밸브 제어를 수행한다. 본 발명은 형체력(clamping force)을 이용하고, 두 개의 밸브를 이용하여 그 개폐를 제어함으로써, 수지를 사출(injection)하고, 압축(compression)하며, 팽창 사출(expansion injection)하고 보압(packing pressure)을 전달하는 일련의 과정이 이루어진다.

도 1은 본 발명의 사출압축팽창 금형 모듈의 개략적인 구조를 보인 도면이고, 도 2는 본 발명의 사출압축팽창 성형 공정의 개념을 설명하기 위한 도면이다. 도 1과 도 2를 참조하면, 본 발명은 수지가 주입되어 흘러가는 통로를 감싸는 노즐 로케이터, 실린더블록, 압축피스톤, 노즐팁을 포함하고, 노즐 로케이터와 노즐 팁에는 각각 사출기측 밸브와 금형측 밸브가 설치된다. 본 발명의 사출압축팽창 성형 공정은, 사출기측 밸브와 금형측 밸브가 모두 닫힌 상태에서 먼저 사출기측 밸브가 열리면서 수지가 노즐 로케이터를 거쳐 압축실린더로 유입된다. 압축실린더를 채울 때 압력센서를 확인하며 알맞은 체적만큼 내부를 채워야 한다. 다음에 사출기측 밸브가 닫히고 압축피스톤에 의해 압축실린더 내부의 수지가 압축된다. 압축상태에서 금형측 밸브가 열리게 되면, 압축된 수지는 팽창하며 제품이 성형되는 공간인 캐비티 내로 팽창 사출이 이루어진다. 이후 압축실린더의 압력이 일정수준 이하로 떨어지게 되면 사출기측 밸브를 열어 보압(packing pressure)을 전달하여 캐비티로의 팽창 사출을 완료한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 사출압축팽창 성형 장치의 블록도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 사출압축팽창 성형 장치의 금형 모듈을 설명하기 위한 도면이며, 도 5는 도 4와 동일한 금형 모듈의 다른 부분을 설명하기 위한 도면이다. 도 6 내지 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 사출압축팽창 성형 장치의 금형 모듈에서 수지 유입, 수지 압축, 팽창 사출, 보압 전달을 설명하기 위한 도면이며, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 사출압축팽창 성형 장치의 금형 모듈에서 금형의 형개와 제품 취출을 설명하기 위한 도면이다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 사출압축팽창 성형장치는 금형 모듈(100)이 장착되며 금형 모듈(100)로 수지를 공급하기 위한 사출기(110), 온도센서 및 히터, 압력센서 및 밸브, 구동 기구를 포함하는 금형 모듈(100), 수지의 온도를 제어하고 밸브의 개폐(opening and closing)를 제어하는 제어부(120)를 포함한다.

도 4 내지 도 10을 참조하면, 본 발명의 금형 모듈(100)은 사출기(110)에서 공급된 용융 수지를 임시 저장하는 공간인 압축실린더(도 5의 24), 압축실린더(24) 내의 수지를 압축하기 위한 구동 기구, 사출기(110)로부터 공급된 수지가 압축실린더(24)로 들어가는 것을 제어하는 사출기측 밸브(도 5의 28), 압축실린더(24) 내에서 압축된 수지가 사출물이 형성되는 공간인 캐비티(cavity, 도 5의 34)로 들어가는 것을 제어하는 금형측 밸브(도 5의 30)를 포함한다. 압축실린더(24)는 실린더블록(도 4의 4)과 압축피스톤(도 4의 6)에 의해 둘러싸여 형성되는 용융 수지 보유 공간이며, 상기 구동 기구는 실린더블록(4)과 압축피스톤(6)을 포함하고, 압축피스톤(6)과 실린더블록(4)의 상대 이동에 의해 압축실린더(24) 내의 수지를 압축한다. 상기 구동 기구는 사출기(110)의 형체력(clamping force)에 의한 금형 모듈(100)의 가동측 이동에 따라 구동되어 수지를 압축하는 것이다. 구체적으로, 상기 구동 기구는 사출기(110)의 형체력(clamping force)에 의한 금형 모듈(100)의 가동측 이동에 따라 압축피스톤(6)이 이동하여 수지를 압축한다.

본 발명의 금형 모듈(100)은 압축실린더(24) 내에서 압축된 수지가 금형측 밸브(30)가 개방되어 팽창하며 캐비티(34) 내로 팽창 사출된다. 본 발명의 사출압축팽창 공정에서 밸브의 개폐 여부를 살펴보면, 사출기(110)로부터 수지 사출시, 사출기측 밸브(28)와 금형측 밸브(30)가 모두 닫힌 상태에서 사출기측 밸브(28)가 개방되어 수지가 압축실린더(24)로 유입되고, 압축실린더(24)가 채워진 후 사출기측 밸브(28)가 닫히고, 압축피스톤(6)이 이동하여 압축실린더(24) 내부의 수지가 압축되며, 압축실린더(24) 내에서 압축된 수지가 금형측 밸브(30)가 개방되어 팽창하며 캐비티(34) 내로 팽창 사출되고, 압축실린더(24)의 압력이 일정수준 이하로 떨어지면 사출기측 밸브(28)가 개방되어 보압(packing pressure)이 전달된다.

본 발명의 금형 모듈(100)은 압축실린더(24) 내의 압력을 측정하기 위한 압력센서(도 5의 35), 사출기측 밸브(28)와 금형측 밸브(30)를 각각 독립적으로 구동하는 유압 장치(도 5의 31, 32)를 더 포함하고, 압력센서(35)에서 측정된 압력에 따라 유압 장치(31, 32)에 의해 사출기측 밸브(28)와 금형측 밸브(30)의 개폐(opening and closing)가 제어된다. 압력센서(35)는 금형 모듈(100)의 외부에 설치된 로드셀(load cell, 35)이며, 로드셀(35)은 로드셀(35)에 연결되어 압축실린더(24)에 있는 수지의 압력을 간접적으로 전달하는 압력전달핀(도 5의 25)을 이용하여 압축실린더(24) 내의 압력을 측정한다.

본 발명의 금형 모듈(100)은 사출기측 밸브(28)가 설치되며 실린더블록(4)과 인접하여 설치되는 노즐 로케이터(도 4의 2), 금형측 밸브(30)가 설치되며 압축피스톤(6)과 인접하여 설치되는 노즐팁(도 4의 7), 사출기(110)로부터 공급된 수지가 압축실린더(24)로 이동하는 통로인 1차 스프루(도 5의 27), 압축실린더(24)에서 압축된 수지가 캐비티(34)로 이동하는 통로인 2차 스프루(도 5의 29)를 더 포함하고, 1차 스프루(27)는 로즐 로케이터(2)와 실린더블록(4)의 내부를 관통하여 연결하는 통로로 형성되고, 2차 스프루(29)는 압축피스톤(6)과 노즐팁(7)의 내부를 관통하여 연결하는 통로로 형성된다.

본 발명의 금형 모듈(100)은 수지의 온도를 제어하기 위한 온도센서와 히터를 더 포함하고, 상기 온도센서는 열전대 센서를 포함하고, 온도 측정이 필요한 복수의 지점에 설치되며, 상기 히터는 수지가 이동하는 통로가 형성된 상기 노즐 로케이터, 상기 실린더블록, 상기 압축피스톤, 상기 노즐팁을 감싸며 설치되는 히터(도 5의 23, 26)를 포함한다.

본 발명의 금형 모듈(100)은 수지가 2차 스프루(29)를 거쳐 캐비티(34)로 주입되는 입구인 게이트(gate, 도 5의 33), 사출기(110)의 고정측 형판에 체결하여 금형 모듈(100)을 고정하는 상고정판(top clamping plate, 도 4의 1), 상고정판(1)에 인접하게 설치되어, 실린더블록(4)이 고정되는 상압축판(top compression plate, 도 4의 3), 압축피스톤(6)이 장착되는 하압축판(bottom compression plate, 도 4의 5), 하압축판(5)에 인접하게 설치되어 노즐팁(7)이 장착되는 캐비티판(cavity plate, 도 4의 8), 캐비티판(8)과 맞물려 금형 모듈(100)의 닫힌 상태를 이루고, 캐비티판(8)과 분리되어 금형 모듈(100)의 열린 상태를 이루며, 캐비티판(8)과 함께 금형 모듈(100)이 열렸을 때 고정측과 가동측으로 갈라지면서 나누어지는 분리선(PL: parting line)을 형성하는 코어판(core plate, 도 4의 10), 금형 모듈(100)이 닫힌 상태에서, 캐비티판(8)과 코어판(10)이 체결되어 있도록 유지하는 역할을 하는 핀인 파팅 락핀(parting lock pin, 도 4의 9), 사출물을 취출할 수 있도록 도와주는 취출판(ejector plate, 도 4의 12), 사출물을 취출한 후 취출판(12)이 제자리로 돌아가도록 도와주는 핀인 리턴핀(return pin, 도 4의 11), 사출기(110)의 가동측 형판에 체결되어 금형 모듈(100)을 고정하는 하고정판(bottom clamping plate, 도 4의 13), 상압축판(3), 하압축판(5), 캐비티판(8), 코어판(10)을 연결 체결하여 금형 모듈(100)의 열림을 제어하는 풀러볼트(puller bolt, 도 4의 16), 풀러볼트(16)와 연결되어 하압축판(5)과 상압축판(3) 사이의 간격을 조정하는 간격조절링(washer, 도 4의 21), 금형 모듈(100)이 열릴 때, 사출물이 상기 고정측에 박히지 않도록 도와주는 역할을 하는 핀인 스프루 락핀(sprue lock pin, 도 4의 22)을 더 포함하고, 캐비티(34)는 캐비티판(8)과 코어판(10)에 의해 둘러싸여 형성되는 사출물 형성 공간이다. 또한, 본 발명의 금형 모듈(100)은 취출시 코어판(10)이 받는 힘을 분산하고, 취출 장치가 가동 운동을 할 수 있도록 안내하는 서포트 필러(support pillar, 도 4의 14) 및 이젝터 가이드 부시(ejector guidebBush, 도 4의 15), 하압축판(5)과 캐비티판(8)을 지지하며 상압축판(3), 하압축판(5), 캐비티판(8)의 위치를 안내하는 서포트핀(support pin, 도 4의 17) 및 서포트 가이드 부시(support guide bush도 4의 18), 금형 모듈(100)의 개폐시 캐비티판(8), 코어판(10)이 정확히 맞춰지도록 안내하는 가이드 부시(guide bush, 도 4의 19) 및 가이드핀(guide pin, 도 4의 20)을 더 포함한다.

도 11은 본 발명에 따른 사출압축팽창 성형 장치를 간략하게 설명하기 위한 도면이며, 도 12는 사출기의 구성을 간략하게 설명하기 위한 도면이다.

도 3 내지 도 12를 참조하면, 본 발명에 따른 사출압축팽창 성형 장치는 금형 모듈(100)이 장착되며, 금형 모듈(100)로 수지를 공급하기 위한 사출기(110), 사출기(110)에서 공급된 용융 수지를 임시 저장하는 공간인 압축실린더(24), 압축실린더(24) 내의 수지를 압축하기 위한 구동 기구, 사출기(110)로부터 공급된 수지가 압축실린더(24)로 들어가는 것을 제어하는 사출기측 밸브(28), 압축실린더(24) 내에서 압축된 수지가 사출물이 형성되는 공간인 캐비티(34)로 들어가는 것을 제어하는 금형측 밸브(30)를 포함하는 금형 모듈을 포함한다. 압축실린더(24)는 실린더블록(4)과 압축피스톤(6)에 의해 둘러싸여 형성되는 용융 수지 보유 공간이며, 상기 구동 기구는 실린더블록(4)과 압축피스톤(6)을 포함하고, 압축피스톤(6)과 실린더블록(4)의 상대 이동에 의해 압축실린더(6) 내의 수지를 압축한다. 상기 구동 기구는 사출기(110)의 형체력(clamping force)에 의한 금형 모듈(100)의 가동측 이동에 따라 구동되어 수지를 압축한다. 구체적으로, 상기 구동 기구는 사출기(110)의 형체력(clamping force)에 의한 금형 모듈(100)의 가동측 이동에 따라 압축피스톤(6)이 이동하여 수지를 압축한다.

본 발명의 사출압축팽창 성형 장치의 금형 모듈(100)은 압축실린더(24) 내에서 압축된 수지가 금형측 밸브(30)가 개방되어 팽창하며 캐비티(34) 내로 팽창 사출된다. 본 발명의 사출압축팽창 성형 장치의 사출압축팽창 공정에서 밸브의 개폐 여부를 살펴보면, 사출기(110)로부터 수지 사출시, 사출기측 밸브(28)와 금형측 밸브(30)가 모두 닫힌 상태에서 사출기측 밸브(28)가 개방되어 수지가 압축실린더(24)로 유입되고, 압축실린더(24)가 채워진 후 사출기측 밸브(28)가 닫히고, 압축피스톤(6)이 이동하여 압축실린더(24) 내부의 수지가 압축되며, 압축실린더(24) 내에서 압축된 수지가 금형측 밸브(30)가 개방되어 팽창하며 캐비티(34) 내로 팽창 사출되고, 압축실린더(24)의 압력이 일정수준 이하로 떨어지면 사출기측 밸브(28)가 개방되어 보압(packing pressure)이 전달된다.

본 발명의 사출압축팽창 성형 장치의 금형 모듈(100)은 수지의 온도를 제어하기 위한 온도센서와 히터, 압축실린더(24) 내의 압력을 측정하기 위한 압력센서(35), 사출기측 밸브(28)와 금형측 밸브(30)를 각각 독립적으로 구동하는 유압 장치(31, 32)를 더 포함하고, 압력센서(35)에서 측정된 압력에 따라 유압 장치(31, 32)에 의해 사출기측 밸브(28)와 금형측 밸브(30)의 개폐(opening and closing)가 제어된다. 또한, 본 발명의 사출압축팽창 성형 장치는 상기 온도센서와 상기 히터를 이용하여 수지의 온도를 제어하고, 압력센서(35)와 유압장치(31, 32)를 이용하여 밸브의 개폐(opening and closing)를 제어하는 제어부(120)를 더 포함하고, 사출기(110)는 사출기(110)로 수지가 공급되는 입구인 호퍼와 금형 모듈(100)로 수지를 공급하는 출구인 사출기 노즐을 포함하며, 수지의 통로가 되는 배럴, 상기 배럴을 감싸며 설치되어 온도를 제어하기 위한 사출기 밴드히터, 상기 배럴 안에 설치되어 회전하는 스크루, 상기 스크루를 회전시키는 구동유닛, 상기 구동유닛의 속도를 제어하는 속도 제어수단, 수지의 사출속도와 온도를 설정하고 제어하는 사출기 제어판을 포함하고, 상기 사출기 제어판의 제어하에 상기 속도 제어수단과 상기 사출기 밴드히터를 동작시켜 상기 사출기 노즐을 통해 금형 모듈(100)에 공급되는 수지의 사출속도와 온도를 제어한다. 상기 설명한 제어부(120)에서 수행하는 온도 제어 또는 밸브 제어는 상기 사출기 제어판의 여분 채널(extra channels)을 이용하여 수행할 수도 있다.

도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 사출압축팽창 성형 방법의 순서도이다. 도 13을 참조하면, 본 발명에 따른 금형 모듈(100)과 금형 모듈(100)이 장착되는 사출기(110)를 이용한 사출압축팽창 성형 방법은 금형 모듈(100)의 가동측을 이동하여 금형 모듈(100)을 닫는 제1단계(도 13의 S1), 사출기(110)로부터 압축실린더(6)로 수지가 사출되는 제2단계(도 13의 S2, 도 6참고), 사출기(110)의 형체력(clamping force)으로 압축실린더(24) 내의 수지를 압축하는 제3단계(도 13의 S3, 도 7 참고), 압축된 수지의 압력으로 캐비티(34) 내로 수지가 팽창 사출되는 제4단계(도 13의 S4, 도 8 참고)를 포함한다. 또한, 본 발명의 사출압축팽창 성형 방법은 상기 제4단계 이후에, 보압(packing pressure)을 전달하는 제5단계(도 13의 S5, 도 9 참고), 캐비티(34) 안 사출물의 냉각 및 고화를 완료하고, 금형을 이형하는 제6단계(도 13의 S6, 도 10 참고)를 더 포함한다. 금형 모듈(100)의 압축실린더(24)는 실린더블록(4)과 압축피스톤(6)에 의해 둘러싸여 형성되는 용융 수지 보유 공간이다.

상기 제2단계(S2, 도 6)는 사출기측 밸브(28)와 금형측 밸브(30)가 모두 닫힌 상태에서 사출기측 밸브(28)가 개방되어 수지가 압축실린더(24)로 유입되고, 압축실린더(24)가 채워진 후 사출기측 밸브(28)가 닫힌다.

상기 제3단계(S3, 도 7)는 사출기측 밸브(28)와 금형측 밸브(30)가 모두 닫힌 상태에서 압축피스톤(6)과 실린더블록(4)의 상대 이동에 의해 압축실린더(24) 내의 수지를 압축한다.

상기 제4단계(S4, 도 8)는 압축실린더(24) 내에서 압축된 수지가 금형측 밸브(30)가 개방되어 팽창하며 캐비티(34) 내로 팽창 사출된다.

상기 제5단계(S5, 도 9)는 압축실린더(24)의 압력이 일정수준 이하로 떨어지면 사출기측 밸브(28)가 개방되어 보압(packing pressure)이 전달된다.

1: 상고정판(Top Clamping Plate)
2: 노즐 로케이터(Nozzle Locator)
3: 상압축판(Top Compression Plate)
4: 실린더블록(Cylinder Block)
5: 하압축판(Bottom Compression Plate)
6: 압축피스톤(Compression Piston)
7: 노즐팁(Nozzle Tip)
8: 캐비티판(Cavity Plate)
9: 파팅 락핀(Parting Lock Pin)
10: 코어판(Core Plate)
11: 리턴핀(Return Pin)
12: 취출판(Ejector Plate)
13: 하고정판(Bottom Clamping Plate)
14: 서포트 필러(support Pillar)
15: 이젝터 가이드 부시(Ejector Guide Bush)
16: 풀러볼트(Puller Bolt)
17: 서포트핀(Support Pin)
18: 서포트 가이드 부시(Support Guide Bush)
19: 가이드 부시(Guide Bush)
20: 가이드핀(Guide Pin)
21: 간격조절링(Washer)
22: 스프루 락핀(Sprue Lock Pin)
23: 히터(Heater)
24: 압축실린더(Compression Cylinder)
25: 압력전달핀(Pressure Transfer Pin)
26: 히터(Heater)
27: 1차 스프루(1st Sprue)
28: 사출기측 밸브(Valve)
29: 2차 스프루(2nd Sprue)
30: 금형측 밸브(Valve)
31: 유압 장치
32: 유압 장치
33: 게이트(Gate)
34: 캐비티(Cavity)
35: 로드셀(Load Cell)
PL: 금형 모듈이 열렸을 때 고정측과 가동측으로 갈라지면서 나누어지는 분리선(Parting Line)
100: 금형 모듈
110: 사출기
120: 제어부

Claims

삭제
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사출기에서 공급된 용융 수지를 임시 저장하는 공간인 압축실린더;
상기 압축실린더 내의 수지를 압축하기 위한 구동 기구;
상기 사출기로부터 공급된 수지가 상기 압축실린더로 들어가는 것을 제어하는 사출기측 밸브;
상기 압축실린더 내에서 압축된 수지가 사출물이 형성되는 공간인 캐비티(cavity)로 들어가는 것을 제어하는 금형측 밸브;
를 포함하고,
상기 압축실린더는 실린더블록과 압축피스톤에 의해 둘러싸여 형성되는 용융 수지 보유 공간이며,
상기 구동 기구는 상기 실린더블록과 상기 압축피스톤을 포함하고, 상기 압축피스톤과 상기 실린더블록의 상대 이동에 의해 상기 압축실린더 내의 수지를 압축하며,
상기 구동 기구는 상기 사출기의 형체력(clamping force)에 의한 금형 모듈의 가동측 이동에 따라 상기 압축피스톤이 이동하여 수지를 압축하며,
상기 사출기로부터 수지 사출시, 상기 사출기측 밸브와 상기 금형측 밸브가 모두 닫힌 상태에서 상기 사출기측 밸브가 개방되어 수지가 상기 압축실린더로 유입되고, 상기 압축실린더가 채워진 후 상기 사출기측 밸브가 닫히고,
상기 압축피스톤이 이동하여 상기 압축실린더 내부의 수지가 압축되며,
상기 압축실린더 내에서 압축된 수지가 상기 금형측 밸브가 개방되어 팽창하며 상기 캐비티 내로 팽창 사출되는 금형 모듈.
삭제
제4항에 있어서,
상기 압축실린더의 압력이 일정수준 이하로 떨어지면 상기 사출기측 밸브가 개방되어 보압(packing pressure)이 전달되는 금형 모듈.
제4항에 있어서,
상기 압축실린더 내의 압력을 측정하기 위한 압력센서;
상기 사출기측 밸브와 상기 금형측 밸브를 각각 독립적으로 구동하는 유압 장치;
를 더 포함하고,
상기 압력센서에서 측정된 압력에 따라 상기 유압 장치에 의해 상기 사출기측 밸브와 상기 금형측 밸브의 개폐(opening and closing)가 제어되는 금형 모듈.
제7항에 있어서,
상기 압력센서는 상기 금형 모듈의 외부에 설치된 로드셀(load cell)이며,
상기 로드셀은,
상기 로드셀에 연결되어 상기 압축실린더에 있는 수지의 압력을 간접적으로 전달하는 압력전달핀을 이용하여 상기 압축실린더 내의 압력을 측정하는 금형 모듈.
사출기에서 공급된 용융 수지를 임시 저장하는 공간인 압축실린더;
상기 압축실린더 내의 수지를 압축하기 위한 구동 기구;
상기 사출기로부터 공급된 수지가 상기 압축실린더로 들어가는 것을 제어하는 사출기측 밸브;
상기 압축실린더 내에서 압축된 수지가 사출물이 형성되는 공간인 캐비티(cavity)로 들어가는 것을 제어하는 금형측 밸브;
를 포함하고, 상기 압축실린더는 실린더블록과 압축피스톤에 의해 둘러싸여 형성되는 용융 수지 보유 공간이며,
상기 사출기측 밸브가 설치되며, 상기 실린더블록과 인접하여 설치되는 노즐 로케이터;
상기 금형측 밸브가 설치되며, 상기 압축피스톤과 인접하여 설치되는 노즐팁;
상기 사출기로부터 공급된 수지가 상기 압축실린더로 이동하는 통로인 1차 스프루;
상기 압축실린더에서 압축된 수지가 상기 캐비티로 이동하는 통로인 2차 스프루;
를 포함하고,
상기 1차 스프루는 상기 노즐 로케이터와 상기 실린더블록의 내부를 관통하여 연결하는 통로로 형성되고, 상기 2차 스프루는 상기 압축피스톤과 상기 노즐팁의 내부를 관통하여 연결하는 통로로 형성되며,
상기 구동 기구는 상기 실린더블록과 상기 압축피스톤을 포함하고, 상기 압축피스톤과 상기 실린더블록의 상대 이동에 의해 상기 압축실린더 내의 수지를 압축하며,
상기 사출기측 밸브와 상기 금형측 밸브가 모두 닫힌 상태에서 상기 압축실린더 내에서 압축된 수지가 상기 금형측 밸브가 개방되어 팽창하며 상기 캐비티 내로 팽창 사출되는 금형 모듈.
제9항에 있어서,
수지의 온도를 제어하기 위한 온도센서와 히터를 더 포함하고,
상기 온도센서는 열전대 센서를 포함하고, 온도 측정이 필요한 복수의 지점에 설치되며,
상기 히터는 수지가 이동하는 통로가 형성된 상기 노즐 로케이터, 상기 실린더블록, 상기 압축피스톤, 상기 노즐팁을 감싸며 설치되는 히터를 포함하는 금형 모듈.
제9항에 있어서,
수지가 상기 2차 스프루를 거쳐 상기 캐비티로 주입되는 입구인 게이트(gate);
상기 사출기의 고정측 형판에 체결하여 상기 금형 모듈을 고정하는 상고정판(top clamping plate);
상기 상고정판에 인접하게 설치되어, 상기 실린더블록이 고정되는 상압축판(top compression plate);
상기 압축피스톤이 장착되는 하압축판(bottom compression plate);
상기 하압축판에 인접하게 설치되어 상기 노즐팁이 장착되는 캐비티판(cavity plate);
상기 캐비티판과 맞물려 상기 금형 모듈의 닫힌 상태를 이루고, 상기 캐비티판과 분리되어 상기 금형 모듈의 열린 상태를 이루며, 상기 캐비티판과 함께 상기 금형 모듈이 열렸을 때 고정측과 가동측으로 갈라지면서 나누어지는 분리선(PL: parting line)을 형성하는 코어판(core plate);
상기 금형 모듈이 닫힌 상태에서, 상기 캐비티판과 상기 코어판이 체결되어 있도록 유지하는 역할을 하는 핀인 파팅 락핀(parting lock pin);
사출물을 취출할 수 있도록 도와주는 취출판(ejector plate);
사출물을 취출한 후 상기 취출판이 제자리로 돌아가도록 도와주는 핀인 리턴핀(return pin);
상기 사출기의 가동측 형판에 체결되어 상기 금형 모듈을 고정하는 하고정판(bottom clamping plate);
상기 상압축판, 상기 하압축판, 상기 캐비티판, 상기 코어판을 연결 체결하여 상기 금형 모듈의 열림을 제어하는 풀러볼트(puller bolt);
상기 풀러볼트와 연결되어 상기 하압축판과 상기 상압축판 사이의 간격을 조정하는 간격조절링(washer);
상기 금형 모듈이 열릴 때, 사출물이 상기 고정측에 박히지 않도록 도와주는 역할을 하는 핀인 스프루 락핀(sprue lock pin);
을 더 포함하고,
상기 캐비티(cavity)는 상기 캐비티판과 상기 코어판에 의해 둘러싸여 형성되는 사출물 형성 공간인 금형 모듈.
삭제
삭제
삭제
금형 모듈이 장착되며, 상기 금형 모듈로 수지를 공급하기 위한 사출기;
상기 사출기에서 공급된 용융 수지를 임시 저장하는 공간인 압축실린더, 상기 압축실린더 내의 수지를 압축하기 위한 구동 기구, 상기 사출기로부터 공급된 수지가 상기 압축실린더로 들어가는 것을 제어하는 사출기측 밸브, 상기 압축실린더 내에서 압축된 수지가 사출물이 형성되는 공간인 캐비티(cavity)로 들어가는 것을 제어하는 금형측 밸브를 포함하는 금형 모듈;
상기 압축실린더는 실린더블록과 압축피스톤에 의해 둘러싸여 형성되는 용융 수지 보유 공간이며,
상기 구동 기구는 상기 실린더블록과 상기 압축피스톤을 포함하고, 상기 압축피스톤과 상기 실린더블록의 상대 이동에 의해 상기 압축실린더 내의 수지를 압축하며,
상기 구동 기구는 상기 사출기의 형체력(clamping force)에 의한 상기 금형 모듈의 가동측 이동에 따라 상기 압축피스톤이 이동하여 수지를 압축하며,
상기 사출기로부터 수지 사출시, 상기 사출기측 밸브와 상기 금형측 밸브가 모두 닫힌 상태에서 상기 사출기측 밸브가 개방되어 수지가 상기 압축실린더로 유입되고, 상기 압축실린더가 채워진 후 상기 사출기측 밸브가 닫히고,
상기 압축피스톤이 이동하여 상기 압축실린더 내부의 수지가 압축되며,
상기 압축실린더 내에서 압축된 수지가 상기 금형측 밸브가 개방되어 팽창하며 상기 캐비티 내로 팽창 사출되는 사출압축팽창 성형 장치.
삭제
제15항에 있어서,
상기 압축실린더의 압력이 일정수준 이하로 떨어지면 상기 사출기측 밸브가 개방되어 보압(packing pressure)이 전달되는 사출압축팽창 성형 장치.
제15항에 있어서,
상기 금형 모듈은,
수지의 온도를 제어하기 위한 온도센서와 히터;
상기 압축실린더 내의 압력을 측정하기 위한 압력센서;
상기 사출기측 밸브와 상기 금형측 밸브를 각각 독립적으로 구동하는 유압 장치;
를 더 포함하고,
상기 압력센서에서 측정된 압력에 따라 상기 유압 장치에 의해 상기 사출기측 밸브와 상기 금형측 밸브의 개폐(opening and closing)가 제어되는 사출압축팽창 성형 장치.
제18항에 있어서,
상기 온도센서와 상기 히터를 이용하여 수지의 온도를 제어하고, 상기 압력센서와 상기 유압장치를 이용하여 밸브의 개폐(opening and closing)를 제어하는 제어부를 더 포함하고,
상기 사출기는
상기 사출기로 수지가 공급되는 입구인 호퍼와 상기 금형 모듈로 수지를 공급하는 출구인 사출기 노즐을 포함하며, 수지의 통로가 되는 배럴;
상기 배럴을 감싸며 설치되어 온도를 제어하기 위한 사출기 밴드히터;
상기 배럴 안에 설치되어 회전하는 스크루;
상기 스크루를 회전시키는 구동유닛;
상기 구동유닛의 속도를 제어하는 속도 제어수단;
수지의 사출속도와 온도를 설정하고 제어하는 사출기 제어판;
을 포함하고,
상기 사출기 제어판의 제어하에 상기 속도 제어수단과 상기 사출기 밴드히터
를 동작시켜 상기 사출기 노즐을 통해 상기 금형 모듈에 공급되는 수지의 사출속도와 온도를 제어하는 사출압축팽창 성형 장치.
제19항에 있어서,
상기 제어부에서 수행하는 온도 제어 또는 밸브 제어는
상기 사출기 제어판의 여분 채널(extra channels)을 이용하여 수행 가능한 사출압축팽창 성형 장치.
제4항 또는 제9항의 금형 모듈과 상기 금형 모듈이 장착되는 사출기를 이용한 사출압축팽창 성형 방법으로서,
상기 금형 모듈의 가동측을 이동하여 상기 금형 모듈을 닫는 제1단계;
상기 사출기로부터 상기 압축실린더로 수지가 사출되는 제2단계;
상기 사출기의 형체력(clamping force)으로 상기 압축실린더 내의 수지를 압축하는 제3단계;
압축된 수지의 압력으로 상기 캐비티 내로 수지가 팽창 사출되는 제4단계;
를 포함하는 사출압축팽창 성형 방법.
제21항에 있어서,
상기 제4단계 이후에,
보압(packing pressure)을 전달하는 제5단계;
상기 캐비티 안 사출물의 냉각 및 고화를 완료하고, 금형을 이형하는 제6단계;
를 더 포함하는 사출압축팽창 성형 방법.
제21항에 있어서,
상기 제3단계는 상기 사출기측 밸브와 상기 금형측 밸브가 모두 닫힌 상태에서 상기 압축피스톤과 상기 실린더블록의 상대 이동에 의해 상기 압축실린더 내의 수지를 압축하는 사출압축팽창 성형 방법.
제21항에 있어서,
상기 제2단계는 상기 사출기측 밸브와 상기 금형측 밸브가 모두 닫힌 상태에서 상기 사출기측 밸브가 개방되어 수지가 상기 압축실린더로 유입되고, 상기 압축실린더가 채워진 후 상기 사출기측 밸브가 닫히는 사출압축팽창 성형 방법.
제21항에 있어서,
상기 제4단계는 상기 압축실린더 내에서 압축된 수지가 상기 금형측 밸브가 개방되어 팽창하며 상기 캐비티 내로 팽창 사출되는 사출압축팽창 성형 방법.
제22항에 있어서,
상기 제5단계는 상기 압축실린더의 압력이 일정수준 이하로 떨어지면 상기 사출기측 밸브가 개방되어 보압(packing pressure)이 전달되는 사출압축팽창 성형 방법.