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KR101464554B1 - 금형 온도 조절 장치 - Google Patents

금형 온도 조절 장치 Download PDF

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KR101464554B1
KR101464554B1 KR1020120118293A KR20120118293A KR101464554B1 KR 101464554 B1 KR101464554 B1 KR 101464554B1 KR 1020120118293 A KR1020120118293 A KR 1020120118293A KR 20120118293 A KR20120118293 A KR 20120118293A KR 101464554 B1 KR101464554 B1 KR 101464554B1
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김옥래
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한국생산기술연구원
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Abstract

본 발명은 금형의 온도를 능동적으로 조절할 수 있는 금형 온도 조절 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 온수공급부로부터 유입되는 온수를 금형 측으로 안내하는 온수유입로, 냉수공급부로부터 유입되는 냉수를 금형 측으로 안내하는 냉수유입로, 금형 측으로부터 유출되는 온수를 온수공급부로 안내하는 온수유출로, 금형 측으로부터 유출되는 냉수를 냉수공급불로 안내하는 냉수유출로 및 금형 측으로 유입되는 온수와 냉수 및 금형 측으로부터 유출되는 온수와 냉수를 제어하는 온도제어수단을 포함함으로써, 온수공급부와 냉수공급부가 별도로 구비되고 이를 적절히 제어하여 금형의 냉각라인에 공급하는 것이 가능하기 때문에 기존의 금형 온도 조절이 획일적이었던 것에 비해 금형의 온도 조절이 능동적이다.

Description

금형 온도 조절 장치{APPARATUS FOR CONTROLLING THE TEMPERATURE OF THE MOLD}
본 발명은 금형 온도 조절 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 금형의 온도를 적정하게 적응적으로 조절이 가능하도록 하는 장치에 관한 것이다.
일반적인 사출 성형 공정은 고온의 용융된 플라스틱 수지가 금형 내부를 채우면서 제품의 형상을 이루게 되는데, 형상이 만들어지면서 웰드라인(weld line)이나 흐름 자국(Flow mark) 등의 표면 불량이 나타나게 된다.
외관 불량을 개선하기 위한 방법의 하나로 금형의 온도를 높여서 외관 품질을 향상시키는 방법이 사용되는데, 이에는 금형 내부의 Cooling line에 온수나 Hot oil을 이용하는 방법부터 열풍에 의해 가열하는 방식, 전기 히터에 의해 가열하는 방식, 고주파 유도 가열 방식, 금형의 Cavity와 Core 사이에 열판을 끼우는 방식, 금형의 외관 부위에 초내열 고분자 수지를 코팅하여 단열 효과를 이용하는 방식 등 다양한 시도가 있었으며, 외관 불량을 개선하는 관점에서는 양호한 결과를 도출하였다. 하지만 금형 온도를 높게 하면 할수록 외관 상태는 양호해지지만 냉각 시간이 길어지면서 제품의 생산 효율이 저하되는 문제점과 금형의 내구성과 작동성에 영향을 주면서 양산 측면에는 악영향을 초래하게 되었다.
이러한 시대적 요구를 감안하여 2000년대 초반 No-Weld 제품 구현을 위하여 국내 업체에서 일본의 급속 가열/냉각 방식을 도입하게 되면서 금형 온도를 조절하여 사출 성형 제품의 외관을 개선하는 시도가 전개되었다.
이같은 기술은 RHCM(Rapid Heat Cycle Molding)으로 불리며, 금형 내부에 설계되어 있는 Cooling Line을 이용하여 금형을 가열할 경우에는 스팀을 이용하고, 냉각할 경우에는 상온의 물이나 냉수를 이용하여 온도를 조절하는 방식이다.
기존의 금형에서 Cooling Line의 역할은 금형 온도를 설정 온도에 맞춰 균일하게 관리하는 것이다. 반면에 RHCM에서는 고온과 저온의 두 가지 온도를 설정하여 플라스틱 수지가 주입될 때는 금형 벽면과 접촉되어 고화되는 특성을 최소화하기 위해 고온 상태로 설정을 하고, 보압 이후에는 냉각 효율을 높이기 위하여 저온으로 설정하는 방식으로 운영이 된다. 즉, 수지가 충전되는 과정에서는 플라스틱 수지의 유리 전이온도(Tg) 이상으로 설정하고 제품 형상이 완료되는 시점을 기준으로 냉각을 진행하는 방식으로 금형 온도를 관리하는 것이다.
그러나 이러한 RHCM 가공기술은 외관 표면을 개선하는 것은 물론, 금형을 급속 냉각시킴으로써 제품의 생산 효율을 높일 수 있다는 장점이 있지만, 수지 충전시에는 정해진 수지에 따라 설정되는 온도로 고정적으로 가열이 이루어질 수밖에 없으며, 냉각 또한 냉각수를 이용하여 금형의 온도를 완전히 떨어뜨리도록 운영될 수밖에 없는 한계가 있다.
즉, 하나의 제품의 성형을 위해서 각각 전이온도가 다른 복수의 수지에 의해 의해서 사출을 하는 경우에도 설정된 온도로 가열하여 충전 후 다시 금형을 냉각시킨 후, 다시 다른 수지에 적합한 온도로의 가열을 진행하여야 하므로, 다양화되어가는 사출 성형 제품에 대해서는 양산 측면에서 효율적이지 못한 문제가 있다.
한국 공개특허공보 특2003-0064484호(2003.08.02) 한국 공개특허공보 제10-2005-0081167호(2005.08.18) 한국 등록특허공보 제10-0741568호(2007.07.23) 한국 등록특허공보 제10-0701229호(2007.03.29) 한국 등록특허공보 제10-0676566호(2007.01.30) 한국 공개특허공보 제10-2008-0103800(2008.11.28) 한국 공개특허공보 제10-2011-0135691(2011.12.19)
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 금형의 온도를 획일적으로 가열, 냉각시키는 것이 아닌 능동적으로 조절할 수 있는 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 금형 온도 조절 장치는,
온수공급부로부터 유입되는 온수를 금형 측으로 안내하는 온수유입로, 수공급부로부터 유입되는 냉수를 금형 측으로 안내하는 냉수유입로, 금형 측으로부터 유출되는 온수를 온수공급부로 안내하는 온수유출로, 금형 측으로부터 유출되는 냉수를 냉수공급부로 안내하는 냉수유출로 및 금형 측으로 유입되는 온수와 냉수 및 금형 측으로부터 유출되는 온수와 냉수를 제어하는 온도제어수단; 을 포함하는 것을 특징으로 하고,
상기 온도제어수단은, 상기 온수유입로 상에 설치되는 온수유입밸브, 상기 냉수유입로 상에 설치되는 냉수유입밸브, 상기 온수유출로 상에 설치되는 온수유출밸브, 상기 냉수유출로 상에 설치되는 냉수유출밸브 및 상기 온수유입밸브, 상기 냉수유입밸브, 상기 온수유출밸브 및 상기 냉수유출밸브를 제어하여 온수 및 냉수의 유입 및 유출을 제어하는 온도제어부를 포함하며,
상기 온수유입로와 상기 냉수유입로는 하나의 유입로로 연결되고, 상기 유입로는 금형내부에 형성되는 금형내부유로와 연결되며, 상기 금형내부유로를 순환한 온수 또는 냉수는 하나의 유출로를 통해 유출되며, 상기 유출로는 상기 온수유출로와 상기 냉수유출로와 연결되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 유입로 상에는 유입되는 온수 또는 냉수의 온도를 측정하기 위한 온도센서가 더 구비되거나,
상기 온수유입로에서 분기되어 상기 온수유출로로 연결되는 온수우회로 및 상기 냉수유입로에서 분기되어 상기 냉수유출로로 연결되는 냉수우회로를 더 포함하는 것을 구체적인 특징으로 한다.
한편, 상기 온수유입로의 분기점은 유입방향을 기준으로 상기 온수유입밸브 이전이며, 상기 냉수유입로의 분기점은 유입방향을 기준으로 상기 냉수유입밸브 이전이며,
상기 온수우회로 상에는 온수우회밸브가 설치되고, 상기 냉수우회로 상에는 냉수우회밸브가 설치되며, 상기 온수우회밸브와 상기 냉수우회밸브는 상기 온도제어부에 의해 제어되는 것을 보다 구체적인 특징으로 한다.
또한, 상기 온수유입로 상에는 유입되는 온수의 양을 측정하기 위한 온수유입유량센서가 더 구비되는 것을 또 다른 특징으로 하고,
여기서, 상기 온수유입유량센서는 유입방향을 기준으로 상기 온수유입밸브 이후이거나,
상기 냉수유입로 상에는 유입되는 냉수의 양을 측정하기 위한 냉수유입유량센서가 더 구비되고,
상기 냉수유입유량센서는 유입방향을 기준으로 상기 냉수유입밸브 이후이며,
상기 유출로 상에는 유출되는 유량을 측정하기 위한 유출유량센서가 더 구비되는 것을 보다 구체적인 특징으로 한다.
본 발명의 금형 온도 조절 장치에 의하면,
온수공급부와 냉수공급부가 별도로 구비되고 이를 적절히 제어하여 금형의 냉각라인에 공급하는 것이 가능하기 때문에, 기존의 금형 온도 조절이 획일적이었던 것에 비해 금형의 온도 조절이 능동적이다.
그러므로, 제품 완성 시점에서 온도를 급격히 떨어뜨리지 않고 필요에 따라 단계적으로 냉각이나 가열이 가능하다.
그래서, 하나의 공정에서 여러 수지를 사용하는 경우, 그에 맞게 온도 조절이 용이하여 대량생산에 기여할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 금형온도조절장치가 적용되는 시스템에 관한 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 금형온도조절장치의 일부를 확대 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 금형온도조절장치의 응용예를 도시한 것이다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 더 구체적으로 설명하되, 이미 주지된 기술적 부분에 대해서는 설명의 간결함을 위해 생략하거나 압축하기로 한다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 금형 온도 조절장치(100)는, 온수유입로(110), 냉수유입로(120), 온수유출로(130), 냉수유출로(140), 유입로(150), 유출로(160) 및 온도제어수단 등을 포함하여 구성된다.
온수유입로(110)는 온수공급부(H)로부터 온수가 유입되어 금형(M)으로 유입되도록 하는 관로이고, 냉수유입로(120)는 냉수공급부(C)로부터 냉수가 유입되어 금형(M)으로 유입되도록 하는 관로이다.
그리고, 온수유출로(130)는 금형(M)을 순환한 온수가 온수공급부(H)로 유출되도록 하는 관로이고, 냉수유출로(140)는 금형(M)을 순환한 냉수가 냉수공급부(C)로 유출되도록 하는 관로이다.
온수유입로(110)와 냉수유입로(120)는 하나의 유입로(150)로 연결이 되고, 유입로(150)는 금형(M) 내부에 형성되어 금형의 온도를 직접적으로 상승 또는 하강시키기 위한 금형내부유로로 연결되어 금형 내부로 온수 또는 냉수가 공급이 된다.
공급된 온수 또는 냉수는 금형내부유로를 순환함으로써, 금형의 온도를 상승시키거나 하강시키게 되고, 순환한 온수 또는 냉수는 유출로(160)를 통해서 금형(M) 외부로 유출된다.
유출로(160)는 온수유출로(130)와 냉수유출로(140)와 연결되어 온수는 온수유출로(130)를 통해서 온수공급부(H)로 유출되고, 냉수는 냉수유출로(140)를 통해 냉수공급부(C)로 유출되게 된다.
이 같이 금형에 온수와 냉수를 별도의 공급라인을 통해서 제공되기 때문에, 특정 온도로 금형을 가열시킨 후 공정이 마친 다음 급격히 냉각시키는 획일적인 온도조절이 아니라, 원하는 온도로의 상승 또는 하강을 순차적으로 진행이 가능해진다.
이러한 별도의 공급라인을 통한 온수 및 냉수의 제어를 위한 온수제어수단은, 온수유입밸브(171), 냉수유입밸브(172), 온수유출밸브(173), 냉수유출밸브(174), 온도센서(175) 및 온도제어부(176)를 포함하여 구성된다.
온수유입밸브(171)는 온수유입로(110) 상에 설치되고, 냉수유입밸브(172)는 냉수유입로(120) 상에, 온수유출밸브(173)는 온수유출로(130) 상에, 그리고 냉수유출밸브(174)는 냉수유출로(140) 상에 설치되는 것으로, 물의 유입에 따라서 전자기적으로 작동되는 솔레노이드 밸브가 적합하며, 이는 온도제어부(176)에 의해 온수 및 냉수의 유입 및 유출이 제어된다.
그리고, 온도센서(175)는 금형(M)으로 유입되는 온수 또는 냉수의 온도를 측정하여 관리자가 볼 수 있게 함으로써, 유입되는 온도가 설정치에 맞는지를 체크할 수 있게 하고, 적절한 제어가 가능하도록 한다. 이는, 온수유입로(110)와 냉수유입로(120) 각각에 별도로 구비하는 것도 가능할 것이나, 금형내부유로와 연결되는 유입로(150) 상에 구비되는 것이 바람직하다.
다음으로, 본 발명의 금형 온도 조절 장치(100)는 온수우회로(180) 및 냉수우회로(190)가 더 구비될 수 있다.
온수우회로(180)는 온수유입로(110)의 온수유입밸브(171) 이전 지점에서 분기되어 온수유출로(130)로 연결됨으로써, 온수가 우회할 수 있도록 하는 바이패스(bypass) 수단이고, 냉수우회로(190)는 냉수유입로(120)의 냉수유입밸브(172) 이전 지점에서 분기되어 냉수유출로(140)로 연결됨으로써, 냉수가 우회할 수 있도록 하는 바이패스(bypass) 수단이며, 각각에는 온수우회밸브(181)와 냉수우회밸브(191)가 구비된다.
이 같은 우회로는 온수유입밸브(171) 또는 냉수유입밸브(172)가 닫힌 상태에서 온수유입로(110) 및 냉수유입로(120)에 과부하가 걸리는 것을 방지하기 위한 수단으로, 온수유입밸브(171) 또는 냉수유입밸브(172)가 닫힌 상태에서 온수우회밸브(181)와 냉수우회밸브(191)가 각각 열리도록 제어됨으로써, 온수우회로(180)로 우회된 물은 온수유출로(130)를 통해 유출되고, 냉수우회로(190)로 우회된 물은 냉수유출로(140)를 통해 유출되게 된다.
한편, 도 3에 도시한 바와 같이, 유입 및 유출되는 유량을 체크하기 위한 유량센서가 더 구비될 수 있는데, 온수유입유량센서(111)는 온수유입로(110) 상에 온수유입밸브(171) 이후 지점에, 냉수유입유량센서(121)는 냉수유입로(120) 상에 냉수유입밸브(172) 이후 지점에, 유출유량센서(161)는 유출로(160) 상에 설치되는 것이 바람직하다.
이와 같이 설치됨에 따라 유입되는 온수 또는 냉수의 양이 정확한지의 측정이 가능하고, 또한 유출되는 전체량을 정확히 측정함으로써 금형내부유로에서의 누수가 발생하지 않는지의 점검이 가능하여 생산능률 향상에 기여할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명에 대한 구체적인 설명은 첨부된 도면을 참조한 실시 예에 의해서 이루어졌지만, 상술한 실시 예는 본 발명의 바람직한 예를 들어 설명하였을 뿐이기 때문에 본 발명이 상기의 실시 예에만 국한되는 것으로 이해되어져서는 아니 된다. 따라서 상기에서 설명한 것 외에도 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 사람은 본 발명의 실시 예에 대한 설명만으로도 쉽게 상기 실시 예와 동일 범주 내의 다른 형태의 본 발명을 실시할 수 있거나, 본 발명과 균등한 영역의 발명을 실시할 수 있을 것이다.
100 : 금형 온도 조절 장치
110 : 온수유입로
111 : 온수유입유량센서
120 : 냉수유입로
121 : 냉수유입유량센서
130 : 온수유출로
140 : 냉수유출로
150 : 유입로
160 : 유출로
161 : 유출유량센서
171 : 온수유입밸브
172 : 냉수유입밸브
173 : 온수유출밸브
174 : 냉수유출밸브
175 : 온도센서
176 : 온도제어부
180 : 온수우회로
181 : 온수우회밸브
190 : 냉수우회로
191 : 냉수우회밸브

Claims (12)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 온수공급부로부터 유입되는 온수를 금형 측으로 안내하는 온수유입로;
    냉수공급부로부터 유입되는 냉수를 금형 측으로 안내하는 냉수유입로;
    금형 측으로부터 유출되는 온수를 온수공급부로 안내하는 온수유출로;
    금형 측으로부터 유출되는 냉수를 냉수공급부로 안내하는 냉수유출로; 및
    금형 측으로 유입되는 온수와 냉수 및 금형 측으로부터 유출되는 온수와 냉수를 제어하는 온도제어수단; 을 포함하고,
    상기 온도제어수단은,
    상기 온수유입로 상에 설치되는 온수유입밸브;
    상기 냉수유입로 상에 설치되는 냉수유입밸브;
    상기 온수유출로 상에 설치되는 온수유출밸브;
    상기 냉수유출로 상에 설치되는 냉수유출밸브; 및
    상기 온수유입밸브, 상기 냉수유입밸브, 상기 온수유출밸브 및 상기 냉수유출밸브를 제어하여 온수 및 냉수의 유입 및 유출을 제어하는 온도제어부; 를 포함하되,
    상기 온수유입로 상에는 유입되는 온수의 양을 측정하기 위한 온수유입유량센서; 가 더 구비되며,
    상기 온수유입로와 상기 냉수유입로는 하나의 유입로로 연결되고, 상기 유입로는 금형내부에 형성되는 금형내부유로와 연결되며, 상기 금형내부유로를 순환한 온수 또는 냉수는 하나의 유출로를 통해 유출되며, 상기 유출로는 상기 온수유출로와 상기 냉수유출로와 연결되는 것을 특징으로 하는 금형 온도 조절 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 유입로 상에는 유입되는 온수 또는 냉수의 온도를 측정하기 위한 온도센서; 가 더 구비되는 것을 특징으로 하는
    금형 온도 조절 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 온수유입로에서 분기되어 상기 온수유출로로 연결되는 온수우회로; 및
    상기 냉수유입로에서 분기되어 상기 냉수유출로로 연결되는 냉수우회로; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    금형 온도 조절 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 온수유입로의 분기점은 유입방향을 기준으로 상기 온수유입밸브 이전이며,
    상기 냉수유입로의 분기점은 유입방향을 기준으로 상기 냉수유입밸브 이전인 것을 특징으로 하는
    금형 온도 조절 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 온수우회로 상에는 온수우회밸브가 설치되고,
    상기 냉수우회로 상에는 냉수우회밸브가 설치되며,
    상기 온수우회밸브와 상기 냉수우회밸브는 상기 온도제어부에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는
    금형 온도 조절 장치.
  8. 삭제
  9. 제3항에 있어서,
    상기 온수유입유량센서는 유입방향을 기준으로 상기 온수유입밸브 이후인 것을 특징으로 하는
    금형 온도 조절 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 냉수유입로 상에는 유입되는 냉수의 양을 측정하기 위한 냉수유입유량센서; 가 더 구비되는 것을 특징으로 하는
    금형 온도 조절 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 냉수유입유량센서는 유입방향을 기준으로 상기 냉수유입밸브 이후인 것을 특징으로 하는
    금형 온도 조절 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 유출로 상에는 유출되는 유량을 측정하기 위한 유출유량센서; 가 더 구비되는 것을 특징으로 하는
    금형 온도 조절 장치.
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