KR100604973B1 - 마이크로 금형제품의 성형방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 마이크로 금형제품의 성형방법에 관한 것으로, 금형틀 내로 수지가 분산될 때에 금형의 표면온도가 급속가열되어 균등하게 수지가 충진되면서 충진된 수지에 대해서 금형의 표면온도가 급속냉각될 수 있어 신속하면서도 정밀한 금형제품이 성형될 수 있도록 한다. 이를 위해 유도가열코일(40)을 금형틀(10a)(10b)에 설치하고 사출성형기(20)로부터 용융된 수지를 금형틀(10a)(10b)의 성형공간으로 고온고압으로 분사시키는 수지분사단계와, 금형틀(10a)(10b) 내의 유도가열코일(40)이 가열 작동되면서 금형틀(10a)(10b)의 표면을 급속가열시켜 분사되는 수지가 금형틀(10a)(10b)의 성형공간으로 균일하게 충진되는 급속가열단계와, 금형제품(30)의 성형이 완료된 금형틀(10a)(10b)로부터 유도가열코일(40)을 분리시키고 볼텍스튜브(60)로부터의 냉각공기를 금형틀(10a)(10b) 내에 설치된 냉각채널(50)로 공급시켜 금형틀(10a)(10b)의 표면을 급속냉각시키는 급속냉각단계와, 최종 성형된 금형제품(30)을 금형틀(10a)(10b)로부터 이형시키는 제품이형단계를 포함한다.
유도가열코일, 볼텍스 튜브, 마이크로 금형, 급속가열, 급속냉각, 수지

Description

마이크로 금형제품의 성형방법{Method of manufacturing micro mold parts}
도 1a 내지 도 1d는 본 발명에 따른 급속가열 및 급속냉각으로 마이크로 금형제품이 성형되는 공정도.
도 2는 본 발명에 따른 마이크로 금형제품의 성형방법이 구현되는 단계도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10a,10b : 금형틀 20 : 사출성형기
30 : 금형제품 40 : 유도가열코일
50 : 냉각채널 60 : 볼텍스튜브
본 발명은 금형틀의 가열을 통해 마이크로 금형제품을 신속하게 성형하기 위한 마이크로 금형제품의 성형방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 분사 공급되는 수지가 급속가열에 의해 금형틀의 성형공간으로 균등하게 충진되면서 급속냉각으로 신속하게 제품 성형될 수 있도록 한 마이크로 금형제품의 성형방법에 관한 것이다.
최근 들어 휴대용 전자기기의 보급 확산 및 경량화 추세에 의한 수요 증가에 따라 두께 1㎜ 이하이거나 유동길이와 두께의 비율이 100:1 이상인 초박육 제품(Thin Wall Part)에 대한 성형기술, 미세 형상제품 혹은 대면적에 미세 패턴이 있는 제품의 성형기술을 위해서는 일반 제품과 차별화된 사출성형조건(수지 및 금형온도, 사출속도, 사출압 및 보압 등)의 적절한 설정이 필요하다.
이러한 초박육 제품이나 마이크로 제품을 성형하기 위해서는 주로 몇가지의 성형방법이 사용되고 있는데, 첫 번째로 사출압력이나 사출속도를 높이는 방법 등이 있으나 이러한 성형방법은 금형틀(Mold Plate)의 강도를 높혀 주어야 하므로 성형설비의 비용 부담이 컸다.
또한 두 번째로 점성이 작은 재료를 사용하는 성형방법이 있으나 이 방법은 재료 선정에 제약이 따르는 단점이 있으며, 또한 세 번째로 금형의 온도를 높혀 주는 성형방법이 있으나 이 방법은 상대적으로 사이클 시간이 길어지는 단점이 있다.
한편, 마이크로 금형제품을 성형하는데 있어 최적의 몰딩상태로 접근하기 위해서는 전통적인 순환시간 스케일에서 급속한 가열과 냉각능력을 갖춘 몰딩시스템이 필요하며, 반복되는 가열과 냉각의 막대한 양의 몰드는 상당한 시간과 에너지가 요구되므로 몰드 표면만 가열하는 것이 필요하다.
따라서 본 발명은 기존의 마이크로 금형제품을 성형하는데 있어 사용된 금형의 온도를 높혀 주는 성형방법을 응용 개선한 것으로, 금형틀 내로 수지가 분산될 때에 금형의 표면온도가 급속가열되어 균등하게 수지가 충진되면서 충진된 수지에 대해서 금형의 표면온도가 급속냉각될 수 있어 신속하면서도 정밀한 금형제품이 성형될 수 있도록 함으로서, 기존에 시도된 초박육 제품이나 마이크로 제품을 성형하기 위해 금형의 온도를 높혀 줄 때에 사이클 시간이 길어지는 단점을 개선할 수 있도록 한 마이크로 금형제품의 성형방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 마이크로 금형제품의 성형방법은 유도가열코일을 금형틀에 설치하고 사출성형기로부터 용융된 수지를 금형틀의 성형공간으로 고온고압으로 분사시키는 수지분사단계와, 금형틀 내의 유도가열코일이 가열 작동되면서 금형틀의 표면을 급속가열시켜 분사되는 수지가 금형틀의 성형공간으로 균일하게 충진되는 급속가열단계와, 금형제품의 성형이 완료된 금형틀로부터 유도가열코일을 분리시키고 볼텍스튜브로부터의 냉각공기를 금형틀 내에 설치된 냉각채널로 공급시켜 금형틀의 표면을 급속냉각시키는 급속냉각단계와, 최종 성형된 금형제품을 금형틀로부터 이형시켜 분리시키는 제품이형단계를 포함한 급속가열 및 급속냉각을 통해 금형제품이 성형되도록 한다.
특히 상기 금형틀은 성형공간을 중심으로 그 내부에 고주파유도가열기와 연결되는 유도가열코일이 분리 가능하게 설치되면서 상기 유도가열코일과는 별도로 볼텍스튜브와 연결되는 냉각채널이 형성된 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 의한 방법으로 마이크로 금형제품이 성형되는 원리를 첨부 된 바람직한 실싱의 예시도면에 참조하여 상세히 설명한다.
도 1a 내지 도 1d 그리고 도 2는 본 발명에 따른 급속가열 및 급속냉각으로 마이크로 금형제품이 성형되는 공정도 및 단계도를 도시한 것으로, 도면에서 보는 것과 같이 본 발명의 마이크로 금형제품의 성형방법은 우선 유도가열코일(40)을 금형틀(10a)(10b)에 설치하고 사출성형기(20)로부터 용융된 수지를 금형틀(10a)(10b)의 성형공간으로 고온고압으로 분사시키는 수지분사단계를 거치게 된다. 물론 상기 유도가열코일(40)은 고주파유도가열기(도면도시 생략)에 연결되어 금형틀(10a)(10b)의 성형공간으로 수지가 분사 공급될 때 동시에 작동되어 상기 금형틀(10a)(10b)의 표면을 급속가열시키게 된다.
본 발명의 바람직한 실시예의 도면에서는 사출성형기(20)에 장착되어 수지가 공급되는 한쪽의 금형틀(10a)에만 유도가열코일(40)이 설치되게 하고 있으나, 다른 한쪽의 금형틀(10b)에도 유도가열코일(40)이 함께 설치될 수 있음은 물론이며, 이는 사출성형되는 해당 금형제품의 특성에 따라 적절하게 적용할 수 있다.
특히 금형틀(10a)(10b) 내에 설치되는 유도가열코일(40)은 해당 금형제품이 위치하게 되는 성형공간을 중심으로 그 내부에 분리 가능하게 설치되며, 이는 사출성형기(20)를 통해 분사되어 공급되는 수지가 상기 유도가열코일(40)에 의한 금형틀(10a)(10b) 표면의 급속가열로 상기 금형틀(10a)(10b)의 성형공간에 대해 균등하게 충진될 수 있도록 하며, 급속가열에 의한 수지의 균등한 충진 이후에 계속해서 급속냉각을 위해 상기 금형틀(10a)(10b)로부터 유도가열코일(40)의 분리가 요구되기 때문이다.
즉, 수지분사단계를 통해 금형틀(10a)(10b)로 분사되는 수지가 유도가열코일(40)에 의한 금형틀 표면의 급속가열에 의해 성형공간으로 균등하게 충진되는 급속가열단계를 거치게 되며, 금형제품(30)의 성형이 완료된 금형틀(10a)(10b)로부터 유도가열코일(40)을 분리시켜 상기 금형제품(30)으로 차가운 냉각공기를 공급시키게 되는 급속냉각단계를 곧바로 거치게 된다.
특히, 급속냉각단계가 실시되기 전에 반드시 금형틀(10a)(10b)로부터 유도가열코일(40)이 분리되어야 하며, 이는 금형틀로 공급되는 차가운 냉각공기가 상기 유도가열코일(40)의 잔열에 의해 냉각성능이 저하되는 것을 방지하기 위한 방안이다.
이러한 급속냉각단계에서는 잘 알려진 냉각공기의 공급수단인 볼텍스튜브(60)를 이용하게 되는데, 우선 급속가열단계를 거친 금형틀(10a)(10b)로부터 설치된 유도가열코일(40)을 분리시킨 다음 금형틀(10a)(10b) 내에 상기 유도가열코일(40)의 장착위치와 달리 별도로 형성시킨 배관형태의 냉각채널(50)로 볼텍스튜브(60)를 연결시켜 작동시키면, 상기 볼텍스튜브(60)로부터의 공급되는 냉각공기가 상기 냉각채널(50)을 통해 금형틀(10a)(10b)의 표면을 순간적으로 급속냉각시키게 된다.
본 발명의 급속냉각수단으로 사용되는 볼텍스튜브(Voltex Tube)는 냉각공기를 금형틀(10a)(10b)에 형성시킨 냉각채널(50)로 공급시켜 상기 금형틀의 표면이 순간적으로 급속냉각될 수 있도록 함으로서, 상기 금형틀 성형공간에서 성형되는 금형제품에 대해 온도를 순간적으로 낮추어 신속하게 제품이 성형 완성될 수 있도 록 한다.
즉, 성형되는 금형제품에 대한 급속냉각을 위해서 볼텍스튜브(60)에서 나오는 차가운 냉각공기를 금형틀의 냉각채널(50)로 불어넣어 줌으로서 열전달을 극대화시켜 금형틀(10a)(10b) 내부의 표면온도를 급속하게 낮출 수가 있으며, 이는 결과적으로 전단계의 유도가열코일(40)에 의한 급속가열에 이에 급속냉각이 이루어짐으로서 마이크로 금형제품의 높은 생산성과 우수한 품질 및 정밀도를 만족시킬 수가 있다.
또한 본 발명에 따른 금형제품의 성형방법은 냉각수를 사용하지 않아도 되므로, 냉각회로를 별도로 구성할 필요가 없고 대부분의 공장에서 에어컴프레서(Air-Compressor)가 있으므로 쉽게 접목시킬 수 있다.
그리고 본 발명은 최종 성형된 금형제품(30)을 금형틀(10a)(10b)로부터 이형시켜 분리시키는 제품이형단계를 통해 일반 금형제품과 차별화된 사출성형조건이 요구되는 마이크로 금형제품(30)을 기존의 금형온도를 높혀주는 성형방법에 비해 작업성 및 성형성을 높일 수 있다.
즉, 기존에는 마이크로 금형제품의 성형을 위해서 금형틀의 표면을 가열하는 방법으로 카트리지 히터나 냉각수 라인에 온수를 공급하여 금형 표면을 가열하였으며 이 방법은 시간이 100초 가까이 걸리는 단점이 있었으며, 또한 성형되는 금형제품을 냉각하기 위해서 냉각수 라인에 냉각수를 흘리는 방법이 있지만 이 방법도 금형틀의 표면을 가열하기 위해 사용된 온수의 잔열이 남아있어 금형틀의 표면온도가 쉽게 내려가지 않는 단점이 있었고, 이외에도 자연대류상태로 성형되는 금형제품을 굳게 하는 방법을 사용하고 있으나 이러한 방법들은 성형제품의 냉각에 1분 이상이 소요되어 성형제품의 작업성 및 성형성 등에 큰 문제점이 있었다.
그러나 본 발명에 의한 성형방법으로 제작되는 금형제품(30)은 유도가열코일(40)에 의한 급속가열로서 3초 이내에 금형틀(10a)(10b)의 표면온도를 올릴 수가 있어 수지의 고른 분사가 가능하고, 성형되는 금형제품(30)의 냉각시에는 공장 등에 들어오는 고압의 에어를 이용한 볼텍스튜브(60)를 통하여 5초 이내에 급속냉각이 가능하여 획기적으로 성형제품의 작업성 및 성형성을 획기적으로 개선할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 마이크로 금형제품의 성형방법은, 금형틀 내로 수지가 분산될 때에 금형틀의 표면온도가 유도가열코일에 의해 급속가열되어 균등하게 수지가 충진될 수 있고, 충진된 수지에 대해서 볼텍스튜브와 연결된 냉각채널을 통한 차가운 냉각공기의 공급으로 금형틀의 표면온도가 급속냉각될 수 있어, 기존의 일반제품과 달리 차별화된 사출성형조건이 요구되는 마이크로 금형제품을 신속하면서도 정밀하게 성형시킬 수 있는 효과를 제공할 수 있으며, 이는 결과적으로 기존에 시도된 초박육 제품이나 마이크로 제품을 성형하기 위해 금형의 온도를 높혀 줄 때에 사이클 시간이 길어지는 문제점을 개선할 수 있다.

Claims (2)

  1. 유도가열코일(40)을 금형틀(10a)(10b)에 설치하고 사출성형기(20)로부터 용융된 수지를 금형틀(10a)(10b)의 성형공간으로 고온고압으로 분사시키는 수지분사단계와,
    금형틀(10a)(10b) 내의 유도가열코일(40)이 가열 작동되면서 금형틀(10a)(10b)의 표면을 급속가열시켜 분사되는 수지가 금형틀(10a)(10b)의 성형공간으로 균일하게 충진되는 급속가열단계와,
    금형제품(30)의 성형이 완료된 금형틀(10a)(10b)로부터 유도가열코일(40)을 분리시키고 볼텍스튜브(60)로부터의 냉각공기를 금형틀(10a)(10b) 내에 설치된 냉각채널(50)로 공급시켜 금형틀(10a)(10b)의 표면을 급속냉각시키는 급속냉각단계와,
    최종 성형된 금형제품(30)을 금형틀(10a)(10b)로부터 이형시켜 분리시키는 제품이형단계를 포함한 급속가열 및 급속냉각을 통해 금형제품(30)이 성형되고,
    상기 금형틀(10a)(10b)은 성형공간을 중심으로 그 내부에 고주파유도가열기와 연결되는 유도가열코일(40)이 분리 가능하게 설치되면서 상기 유도가열코일(40)과는 별도로 볼텍스튜브(60)와 연결되는 냉각채널(50)이 형성된 것을 특징으로 하는 마이크로 금형제품의 성형방법.
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