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KR20170056303A - 사출성형을 위한 진공 및 가압 제어시스템 - Google Patents

사출성형을 위한 진공 및 가압 제어시스템 Download PDF

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KR20170056303A
KR20170056303A KR1020150159818A KR20150159818A KR20170056303A KR 20170056303 A KR20170056303 A KR 20170056303A KR 1020150159818 A KR1020150159818 A KR 1020150159818A KR 20150159818 A KR20150159818 A KR 20150159818A KR 20170056303 A KR20170056303 A KR 20170056303A
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pipe
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김지수
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주식회사 케이태우
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Abstract

본 발명은 사출성형장치를 통한 제품생산시 금형 내부에서 발생하는 가스 및 수분의 기화로 인한 불량 및 품질저하를 방지하도록 금형 내부에 선택적으로 진공 및 가압환경이 이루어지도록 하는 사출성형을 위한 진공 및 가압 제어시스템에 관한 것이다.

Description

사출성형을 위한 진공 및 가압 제어시스템 {VACUUM AND PRESSURE CONTROL SYSTEM FOR INFECTION MOLDING}
본 발명은 진공 및 가압 제어시스템에 관한 것으로, 자세하게는 사출성형장치를 통한 제품생산시 금형 내부에서 발생하는 가스 및 수분의 기화로 인한 불량 및 품질저하를 방지하도록 금형 내부에 선택적으로 진공 및 가압환경이 이루어지도록 하는 사출성형을 위한 진공 및 가압 제어시스템에 관한 것이다.
사출성형(射出成形)은 다양한 수지를 원료로 제품을 생산하는 방법으로 높은 정밀도를 요하는 제품도 대량생산이 가능하도록 하는 장점으로 금형기술의 발전과 더불어 수요가 지속적으로 증가하고 있다.
이러한 사출성형은 합성수지에 안료, 안정제, 가소제, 충전제 등을 첨가한 원료를 고온으로 가열하여 용융상태로 만들고, 실린더와 스크류를 통해서 금형 내로 사출한 후 응고시키는 공정으로 이루어지게 된다.
이때, 원료가 고온의 가소화 과정을 거쳐 대기압 상태로 상대적으로 낮은 온도의 사출 캐비티로 주입됨에 따라 원료에 함유된 수분이 기화되거나 가스가 발생하면서 수지의 흐름 및 금형에 대한 밀착성을 저해하여 표면 불량 등의 품질을 떨어뜨리게 되며, 이러한 사출품의 외관 불량은 후 가공인 도장, 도금, 코팅, 증착에도 영향을 끼쳐 불량품을 유발시키게 된다.
이러한 문제를 해결하기 위한 종래 기술이 있으며 일례로 원료로 사용되는 수지를 용융시키기 전에 충분히 건조하는 방법이 있다. 하지만, 원료의 건조를 위한 별도의 장치가 구비되어야 하므로, 높은 초기비용과 구동에 따른 추가 전력의 소모 및 유지비용의 증가로 제품 원가가 상승한다는 단점이 있으며, 원료를 건조하더라도 여전히 미량의 수분이 남아 금형 내부에서 기화가 이루어짐과 더불어 화학원료의 특성에 따라 발생하는 가스로 인해 제품의 표면품질을 저하되는 문제가 여전히 발생하였다.
한국공개특허 제10-2008-0020774호 (2008.03.06. 공개)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 사출성형제품을 생산시 금형 내부에 선택적으로 진공 및 가압환경이 이루어지도록 함으로 원료 내 수분의 기화를 억제하거나 발생하는 수증기 및 가스를 배출하여 양호한 표면품질을 얻도록 하는 사출성형을 위한 진공 및 가압 제어시스템을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 위해 본 발명은 한쪽으로 용융상태의 원료를 공급받는 공급공이 형성되되 상호 결합함으로 사출 캐비티를 형성하며, 다른 쪽으로 상기 사출 캐비티를 외부와 연통시키는 제1관통공 및 제2관통공이 형성되는 제1금형 및 제2금형으로 이루어지는 금형부; 압축 공기를 생산하는 압축기와, 생산된 압축 공기를 저장하는 저장탱크와, 상기 저장탱크로부터 인가되는 공압에 의해 동작하는 진공이젝터로 이루어지는 진공가압부; 한쪽으로 상기 제1관통공에 연결되는 제1가압배관과 상기 제2관통공에 연결되는 제1진공배관이 각각 연결되고, 다른 쪽으로 상기 저장탱크에 연결되는 제2가압배관과 상기 진공이젝터에 연결되는 제2진공배관이 각각 연결되되, 제어신호에 따라 선택적으로 상기 제1가압배관 및 제2가압배관을 연통하거나 제1진공배관 및 제2진공배관을 연통시키는 전환밸브부; 사출성형기의 제어계통과 연동하여 상기 압축기와 진공이젝터와 전환밸브부를 제어하는 제어부; 로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이때 상기 제1관통공 또는 제2관통공에 형성되어 상기 사출 캐비티 내부의 압력을 감지하는 압력감지부와, 상기 압력감지부의 감지결과를 시간 흐름에 따라 모니터링하여 누설 여부를 판단하되 누설 여부 판단시 경보신호를 출력하는 알림부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 진공가압부는 상기 압축기 및 저장탱크로부터 배출되는 공기 중 수분을 제거하는 건조기를 더 포함하고, 상기 제1가압배관 및 제2가압배관은 내부 압력이 설정된 압력 이상에서 자동 개방되어 내부의 압축공기를 배출시키는 릴리프밸브를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1가압배관 및 제1진공배관은 각각 상기 사출 캐비티 내부를 가압하거나 진공을 형성할 수 있도록 공기 흐름을 일방향 제어하는 체크밸브를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 금형부는 상기 제1금형 및 제2금형의 접촉부 외측을 둘러 밀폐시키되, 각각 제1금형부에 형성된 제1밀폐부재 및 제2금형부에 형성된 제2밀폐부재를 포함할 수 있다.
본 발명을 통해 사출성형 전에 사출 캐비티에 진공을 형성함으로 이물질 및 잔여 가스를 제거와 더불어 보압 및 냉각 효과를 볼 수 있고, 원료의 주입시 사출 캐비티 내부를 일정하게 가압하여 수분의 기화 및 가스 발생을 억제함으로 제품의 표면품질 향상이 이루어질 수 있다. 특히 이러한 두 가지 기능을 하나의 시스템으로 구현하여 선택적인 진공 및 가압이 이루어지도록 함으로 사용자의 부담을 줄이면서 사출성형품의 품질향상 및 불량률을 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 금형부의 구조를 나타낸 단면도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공기 흐름을 나타낸 계통도,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 구성 및 연결관계를 나타낸 블록도 이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명 사출성형을 위한 진공 및 가압 제어시스템의 구성을 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 금형부의 구조를 나타낸 단면도, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공기 흐름을 나타낸 계통도, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 구성 및 연결관계를 나타낸 블록도로서, 본 발명의 주요구성은 기본적으로 금형부(110)와, 진공가압부(120)와, 전환밸브부(130)와, 제어부(140)로 구분된다.
먼저, 상기 금형부(110)는 사출형성장치에 구비되는 구성으로 상호 결합함으로 사출 캐비티(118)를 형성하는 제1금형(111) 및 제2금형(113)으로 이루어지게 진다.
이때 한쪽으로 용융상태의 원료를 공급받는 공급공(115)이 형성되어 원료가 상기 사출 캐비티(118) 내에 충진될 수 있도록 하되 다른 쪽으로 각각 가압과 진공을 위한 용도로 상기 사출 캐비티(118)를 외부와 연통시키는 제1관통공(116) 및 제2관통공(117)이 형성된다. 첨부된 도면에서는 바람직한 실시예로 상기 제1금형(111)에 공급공(115)이 형성되되, 상기 제1금형(111)에 제1관통공(116)이, 제2금형(113)에 제2관통공(117)이 각각 형성된 모습을 나타내고 있다.
통상적으로 사출 캐비티(118) 내부를 가압하는 용도의 제1관통공(116)과 사출 캐비티(118) 내부에 진공을 형성하는 용도의 제2관통공(117)은 다른 위치에 형성된다. 진공을 위한 제2관통공(117)의 경우 상기 공급공(115)과 반대 측에 형성되어야 하는데 반해 가압을 위한 제1관통공(116)의 경우 상대적으로 위치 제약이 없으나 금형 및 사출 캐비티(118)의 형태에 따라 설치 포인트가 결정된다.
본 발명에서는 발명의 취지가 흐려지는 것을 방지하고자 사출성형장치의 일반적인 구성에 대해서는 구체적인 설명을 생략하나, 통상적인 사출성형장치에서 상기 제1금형(111)은 고정형, 제2금형(113)은 이동형으로 구성되어 사출노즐로부터 용융된 수지가 주입됨에 따라 각각 제품의 한쪽과 다른 쪽을 성형하게된다.
이때 상기 제1금형(111)은 고정된 상태로 호퍼로 투입되어 용융된 수지를 주입받고, 상기 제2금형(113)은 수평방향으로 일정 구간 내에서 이동 가능하도록 형성되어 상기 제1금형(111)과 접촉하면서 사출제품의 다른 쪽을 성형하게 되며, 상기 사출 캐비티(118)에 주입된 수지를 냉각 고화시키는 냉각수 통로 등이 형성된다.
더불어 본 발명에서 상기 사출 캐비티(118) 내부에 선택적으로 진공을 형성하거나 가압을 함에 따라 상기 제1금형(111) 및 제2금형(113)의 접촉부를 통해 공기가 누설되는 것을 방지하기 위해 밀폐 부재가 구비되어 상기 제1금형(111) 및 제2금형(113)의 접촉부 외측을 둘러 밀폐시키게 된다.
본 발명의 바람직한 실시예에서는 상기 제1금형부(110)의 외측 테두리를 따라 제1밀폐부재(112)가 형성되고, 상기 제2금형부(110)의 외측 테두리를 따라 제2밀폐부재(114)가 형성되고, 상기 제1밀폐부재(112) 및 제2밀폐부재(114)가 서로 맞물림으로 사출 캐비티(118)의 밀폐가 이루어지도록 한다.
이때 제1밀폐부재(112) 및 제2밀폐부재(114)를 이중재질로 형성하되, 금형측에 접촉하는 부분은 열에 강한 우레탄 재질로 형성하고, 제1밀폐부재(112) 및 제2밀폐부재(114)기 서로 맞닿는 접촉부는 실리콘 재질로 형성함으로 밀폐성능 및 내구성을 동시에 확보할 수 있다.
상기 진공가압부(120)는 말 그대로 상기 사출 캐비티(118) 내부에 진공을 형성하거나, 사출 캐비티(118) 내부를 압축 공기를 통해 가압하는 구성으로, 압축 공기를 생산하는 통상의 공기 압축기에 해당하는 압축기(121)와, 상기 압축기(121)로부터 생산된 압축 공기를 저장하는 저장탱크(122)와, 상기 저장탱크(122)로부터 인가되는 공압에 의해 동작하는 진공이젝터(123)를 구비하게 된다.
상기 진공이젝터(123)는 실질적인 진공펌프로서, 전동방식으로 동작하는 상기 압축기(121)와는 달리 동력원으로 공압모터를 구비하여 상기 저장탱크(122)에서 배출되는 압축 공기를 통해 동작이 이루어지도록 구성되어 단일 전력계통을 통해 진공과 가압이 모두 이루어질 수 있으며, 상기 저장탱크(122)와 진공이젝터(123)를 연결하는 배관에 제어신호에 의해 개폐되는 전자밸브(V)가 구비되어 상기 진공이젝터(123)의 동작제어가 이루어지게 된다.
이때 통상의 공기압축 공기 중 수분이 응결하는 현상이 발생하므로 상기 압축기(121)의 배출배관 및 상기 저장탱크(122) 내부에 응결된 수분이 존재할 수 있으며, 이 부분이 압축 공기와 함께 상기 사출 캐비티(118) 내에 유입될 경우 앞서 지적한 제품 불량의 원인이 될 수 있음에 따라 상기 진공가압부(120)는 상기 압축기(121) 및 저장탱크(122)로부터 배출되는 공기 중 수분을 제거하는 건조기(135)를 더 포함하게 된다. 이때 상기 건조기(135)는 동력에 의해 동작하며 냉동사이클 원리가 적용된 기계적인 방식이 아닌 실리카겔 등 습기를 제거하기 위한 용도의 제습제가 충진된 형태로 이루어져 제습/건조에 따른 별도의 동력이 요구되지 않도록 한다.
상기 전환밸브부(130)는 상기 진공가압부(120)와 금형부(110)를 연결하되 사출 캐비티(118) 내부를 선택적으로 가압하거나 진공을 형성하기 위한 전자식 밸브로서, 한쪽으로 상기 제1관통공(116)에 연결되는 제1가압배관(131)과 상기 제2관통공(117)에 연결되는 제1진공배관(132)이 각각 연결되고, 다른 쪽으로 상기 저장탱크(122)에 연결되는 제2가압배관(133)과 상기 진공이젝터(123)에 연결되는 제2진공배관(134)이 각각 연결된다.
이와 같은 연결 구조로 선택적으로 상기 제1가압배관(131) 및 제2가압배관(133)을 연통하여 상기 사출 캐비티(118) 내부에 압축 공기를 주입하거나, 상기 제1진공배관(132) 및 제2진공배관(134)을 연통시켜 상기 사출 캐비티(118) 내부에 진공을 형성하도록 전자적인 제어신호에 따라 작동하게 된다.
상기 제어부(140)는 기본적으로 상기 압축기(121)와 진공이젝터(123)와 전환밸브부(130)를 비롯한 전자밸브(V)를 제어하는 제어반으로서, 본 발명에서는 사출성형기의 제어계통과 연동하여 사출공정에 맞추어 사출 캐비티(118) 내부의 진공 또는 가압을 위한 제어가 이루어지도록 프로그래밍 된다.
만약, 본 발명을 통해 사출 캐비티(118) 내부에 진공 또는 가압이 이루어는 과정에서 어느 부분인가에서 공기의 누출이 발생한다면 실질적으로 본 발명이 무용지물이 되며 상기 진공가압부(120)의 과도한 부하 발생으로 이어질 수 있다.
특히 금속의 면 접촉에 따른 밀폐구조가 이루어지는 상기 금형부(110)의 경우 공기의 누설 가능성이 커 앞서 언급한 바와 같이 제1밀폐부재(112) 및 제2밀폐부재(114)를 구비하기도 하나 진공 및 가압이 진행되는 과정에서 이 외의 예상하지 못한 부분에서 누설이 발생할 경우 관리자가 확인하는 것은 매우 어려운 일이다.
이를 위해 본 발명에서는 제1관통공(116) 또는 제2관통공(117)에 형성되어 상기 사출 캐비티(118) 내부의 압력을 전자적인 센서를 통해 감지하는 압력감지부(141)를 구비하게 되며, 상기 압력감지부(141)의 감지결과를 시간 흐름에 따라 모니터링하여 누설 여부를 판단하되 누설 판단시 경보신호를 출력하는 알림부(142)를 구비하게 된다. 구체적인 방법의 예로 시간당 압력저하 또는 압력상승 속도를 모니터링하는 것으로, 사출 캐비티(118) 내부가 진공인 상태에서는 압력상승 속도, 사출 캐비티(118)에 가압이 이루어진 상태에서는 압력저하 속도를 모니터링하고, 압력변화 속도가 설정된 속도 이상인 경우 어딘가에서 공기의 누설이 발생하고 있는 것으로 판단하여 경광등이나 버저 등의 수단을 통해 관리자가 인지할 수 있도록 할 수 있다.
더불어 상기 사출 캐비티(118)의 가압 과정에서 과도한 공기압력으로 시스템상에 손상이 발생하는 것을 방지할 수 있도록 상기 제1가압배관(131) 및 제2가압배관(133)에는 내부 압력이 설정된 압력 이상에서 자동 개방되어 내부의 압축공기를 배출시키는 릴리프밸브(135)가 설치된다. 이는 상기 압축기(121)의 용량 및 최대 압력을 고려한 선택사항이 될 수도 있으나 통상의 사출 캐비티(118)의 너무 과도한 압력 형성시 오히려 사출공정에 악영향을 미치게 되므로 적정한 압력 이상 시 상기 릴리프밸브(135)가 작동하여 자동적인 압력조절이 이루어지도록 설정이 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제1가압배관(131) 및 제1진공배관(132)이 함께 상기 사출 캐비티(118)에 연동됨에 따라 가압 또는 진공 공정에 따라 반대 측 배관에서 자칫 공기의 역류가 발생할 수 있다. 이를 위해 본 발명에서는 상기 제1가압배관(131) 및 제1진공배관(132) 각각에 상기 사출 캐비티(118) 내부를 가압하거나 진공을 형성하도록 하는 공기 흐름이 일 방향으로만 흐르도록 제어하는 체크밸브(137)를 더 포함하게 된다.
본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시 예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.
110: 금형부 111: 제1금형
112: 제1밀폐부재 113: 제2금형
114: 제2밀폐부재 115: 공급공
116: 제1관통공 117: 제2관통공
118: 캐비티 120: 진공가압부
121: 압축기 122: 저장탱크
123: 진공이젝터 130: 전환밸브부
131: 제1가압배관 132: 제1진공배관
133: 제2가압배관 134: 제2진공배관
135: 건조기 135: 릴리프밸브
137: 체크밸브 140: 제어부
141: 압력감지부 142: 알림부
V: 전자밸브

Claims (5)

  1. 한쪽으로 용융상태의 원료를 공급받는 공급공이 형성되되 상호 결합함으로 사출 캐비티(118)를 형성하며, 다른 쪽으로 상기 사출 캐비티(118)를 외부와 연통시키는 제1관통공(116) 및 제2관통공(117)이 형성되는 제1금형(111) 및 제2금형(113)으로 이루어지는 금형부(110);
    압축 공기를 생산하는 압축기(121)와, 생산된 압축 공기를 저장하는 저장탱크(122)와, 상기 저장탱크(122)로부터 인가되는 공압에 의해 동작하는 진공이젝터(123)로 이루어지는 진공가압부(120);
    한쪽으로 상기 제1관통공(116)에 연결되는 제1가압배관(131)과 상기 제2관통공(117)에 연결되는 제1진공배관(132)이 각각 연결되고, 다른 쪽으로 상기 저장탱크(122)에 연결되는 제2가압배관(133)과 상기 진공이젝터(123)에 연결되는 제2진공배관(134)이 각각 연결되되, 제어신호에 따라 선택적으로 상기 제1가압배관(131) 및 제2가압배관(133)을 연통하거나 제1진공배관(132) 및 제2진공배관(134)을 연통시키는 전환밸브부(130);
    사출성형기의 제어계통과 연동하여 상기 압축기(121)와 진공이젝터(123)와 전환밸브부(130) 및 전자밸브(V)를 제어하는 제어부(140); 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 사출성형을 위한 진공 및 가압 제어시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1관통공(116) 또는 제2관통공(117)에 형성되어 상기 사출 캐비티(118) 내부의 압력을 감지하는 압력감지부(141)와, 상기 압력감지부(141)의 감지결과를 시간 흐름에 따라 모니터링하여 누설 여부를 판단하되 누설 여부 판단시 경보신호를 출력하는 알림부(142)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 사출성형을 위한 진공 및 가압 제어시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 진공가압부(120)는 상기 압축기(121) 및 저장탱크(122)로부터 배출되는 공기 중 수분을 제거하는 건조기(135)를 더 포함하고,
    상기 제1가압배관(131) 및 제2가압배관(133)은 내부 압력이 설정된 압력 이상에서 자동 개방되어 내부의 압축공기를 배출시키는 릴리프밸브(135)를 포함하는 것을 특징으로 하는 사출성형을 위한 진공 및 가압 제어시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1가압배관(131) 및 제2진공배관(134)은 각각 상기 사출 캐비티(118) 내부를 가압하거나 진공을 형성할 수 있도록 공기 흐름을 일방향 제어하는 체크밸브(137)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 사출성형을 위한 진공 및 가압 제어시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 금형부(110)는 상기 제1금형(111) 및 제2금형(113)의 접촉부 외측을 둘러 밀폐시키되, 각각 제1금형부(110)에 형성된 제1밀폐부재(112) 및 제2금형부(110)에 형성된 제2밀폐부재(114)를 포함하는 것을 특징으로 하는 사출성형을 위한 진공 및 가압 제어시스템.
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