KR100670033B1 - 차량용 내장재를 제조하기 위한 진공 성형 금형 - Google Patents

차량용 내장재를 제조하기 위한 진공 성형 금형 Download PDF

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KR100670033B1
KR100670033B1 KR1020050122879A KR20050122879A KR100670033B1 KR 100670033 B1 KR100670033 B1 KR 100670033B1 KR 1020050122879 A KR1020050122879 A KR 1020050122879A KR 20050122879 A KR20050122879 A KR 20050122879A KR 100670033 B1 KR100670033 B1 KR 100670033B1
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김성화
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엠티코리아 주식회사
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Abstract

본 발명은 수지 기재에 엠보싱 무늬를 갖는 표피재를 일체로 진공 성형하여 제조된 차량용 내장재 및 이 내장재를 제조하기 위한 진공 성형 금형 및 그 제조방법에 관한 것으로, 본 발명의 진공 성형 금형은, 수지액이 주입되는 투입구(110)가 형성된 상부 금형(100)과; 온수 공급부와 연결된 온수파이프(240)가 내부에 배관되며, 진공펌프와 연결되는 배기관(250)이 구비되는 하부 금형 하우징(210)과, 이 하부 금형 하우징(210) 상부에 기밀을 이루어 고정되며 성형면 상에 엠보싱 무늬가 형성되고 다수의 미세 진공홀(221)이 관통 형성된 수지층(220)과, 상기 하부 금형 하우징(210) 내에 충전되어 상기 수지층(220) 하부를 지지하는 다수의 볼부재(230)로 이루어져 상기 상부 금형(100)과 함께 체결이 가능한 하부 금형(200)으로 구성되어, 표피재에 엠보싱 무늬의 손상 없이 단일 금형 작업에 의해 차량용 내장재의 제조가 가능하여 제품의 상품성을 높일 수가 있으며, 제조 공정의 축소에 의한 제조 비용을 절감할 수 있는 효과가 있는 발명인 것이다.
금형, 진공, 엠보싱, 내장재, 수지층, 진공홀, 볼부재, 전사, 단일 금형작업.

Description

차량용 내장재를 제조하기 위한 진공 성형 금형{Vacuum form mold for manufacturing interiors of vehicles}
도 1은 일반적인 차량용 내장재인 도어트림을 보여주는 도면,
도 2는 종래의 도어트림의 제작공정을 간략히 보여주는 도면,
도 3은 본 발명의 진공 성형 금형의 바람직한 일례에 따른 단면 구성을
보여주는 도면,
도 4는 본 발명의 진공 성형 금형에 있어 수지층의 제작 과정을
설명하기 위한 도면,
도 5는 본 발명의 진공 성형 금형의 다른 실시예를 보여주는 도면,
도 6은 본 발명의 진공 성형 금형을 이용한 차량용 내장재를
제작하는 방법을 보여주는 흐름도,
도 7은 본 발명에 따른 차량용 내장재의 제조방법 중에 표피재의
예열 과정을 보여주는 도면,
도 8은 본 발명의 진공 성형 금형 내에 수지액 주입 및 경화공정을
보여주는 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 상부 금형 110 : 투입구
200 : 하부 금형 210 : 하부 금형 하우징
220 : 수지층 230 : 볼부재
240 : 온수파이프 250 : 배기관
410 : 표피재 420 : 기재
본 발명은 수지 기재에 엠보싱(embossing) 무늬를 갖는 표피재를 일체로 진공 성형하여 제조된 차량용 내장재 및 이 내장재를 제조하기 위한 진공 성형 금형 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 차량용 내장재는 도어트림, 필러, 트렁크매트, 패키지트림, 헤드라이너 등이 있으며, 이러한 내장재는 주로 경질의 수지를 사출 성형하여 제작된다.
한편, 도어트림 등의 차량 내장재는 중/대형차의 고급 차종에 따라 내장재의 미감이나 질감을 위하여 표면에 엠보싱 무늬가 형성된 표피재가 수지 기재에 추가로 부착되어 제작된다. 즉, 차종에 따라서는 경질 기재만을 사출 성형한 내장재가 이용되기도 하나, 고급 차종에서는 경질 기재에 직물과 같은 연질의 소재원단이 표피재로 부착된다.
도 1은 기재와 표피재가 일체로 제작된 도어트림의 일례를 보여주는 도면으로, 도어트림(10)은 경질의 수지 기재(11) 일면에 미감 및 질감을 높이기 위하여 표피재(12)가 일체로 부착된다.
이와 같이 기재와 표피재가 일체로 이루어진 도어트림의 제작 공정은 통상적으로 기재를 사출 성형하는 과정과, 사출 성형된 기재에 표피재를 접합하는 2단계의 공정으로 나뉘어서 작업이 이루어진다.
도 2는 이러한 종래의 도어트림의 제작공정을 간략히 보여주는 도면이다.
도 2(a)의 공정에서는 상부 금형(21)과 하부 금형(22) 사이에 수지를 고압 사출 성형하여 경질 기재(11)를 제작한다. 사출 성형된 기재(11)에는 다수의 홀을 가공한다.
도 2(b)의 공정에서는 홀(11a)이 가공된 기재(11)를 진공 테이블(31)에 안착 고정시킨다. 다음으로, 표면에 접착제를 도포한 후에 표피재(12)를 기재(11) 위에 위치시킨 후에 진공 테이블(31)의 배기부(32)와 연결된 진공펌프(미도시)에 의해 기재(11) 하부에 진공을 발생시킨다.
이때, 바깥으로 노출되는 표피재(12) 표면에는 미감을 위하여 엠보싱 무늬가 성형된 원단이 사용된다.
기재(11)의 하부에서 발생된 진공에 의해 기재(11)와 표피재(12)는 서로 완전히 밀착되어 기재(11)와 표피재(12)의 접합이 이루어진다.
도 2(c)는 작업이 완료된 도어트림을 보여주는 도면이다.
그러나, 이와 같이 제조된 종래의 도어트림은 진공에 의해 기재와 표피재를 접합하는 과정에서 표피재에 형성된 엠보싱 무늬가 손상되는 문제점이 있다.
구체적으로, 도 2(c)에서 표시된 A부분을 살펴보면, A부분은 기재(11)가 바깥으로 만곡된 형상이므로 기재(11)와 표피재(12)가 진공에 의해 접합되는 과정에서 신축성을 갖는 표피재(12)는 늘어나면서 기재(11)와 접착이 이루어지며, 이때 표피재(12)가 늘어나는 과정에서 원래 표피재(12)에 성형되었던 엠보싱 무늬가 손상된다.
따라서, 종래기술에 의해 제조된 도어트림은 그 형상 중에 큰 곡면을 갖는 부위에서 표피재의 엠보싱 무늬가 없어져 전체적으로 균일한 무늬를 갖지 못하여 미감을 저감시키는 문제점이 있다.
또한, 종래의 제조공정은 기재를 고압 사출 성형하는 과정과 사출 성형된 기재와 표피재를 접합하는 두 단계의 공정으로 이루어지므로, 작업 공수가 많은 문제점이 있다.
본 발명은 상기의 결점을 해소하기 위한 것으로, 수지 기재에 엠보싱 무늬를 갖는 표피재를 일체로 하는 차량용 내장재의 제조에 있어, 표피재에 엠보싱 무늬의 손상이 없으면서 단일 금형 작업에 의해 내장재의 제조가 가능한 진공 성형 금형과, 그 제조 방법 및 이로부터 제조된 차량용 내장재를 제공하고자 한다.
이러한 본 발명의 차량 내장재용 진공 성형 금형은, 수지액이 주입되는 투입구가 형성된 상부 금형과; 온수 공급부와 연결된 온수파이프가 내부에 배관되며, 진공펌프와 연결되는 배기관이 구비되는 하부 금형 하우징과, 이 하부 금형 하우징 상부에 기밀을 이루어 고정되며 성형면 상에 엠보싱 무늬가 형성되고 다수의 미세 진공홀이 관통 형성된 수지층과, 상기 하부 금형 하우징 내에 충전되어 상기 수지층 하부를 지지하는 다수의 볼부재로 이루어져 상기 상부 금형과 함께 체결이 가능한 하부 금형으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또 다른 관점에서의 본 발명의 차량 내장재용 진공 성형방법은, 수지액이 주입되는 투입구가 형성된 상부 금형과; 진공펌프와 연결되며 온수 공급부와 연결된 온수파이프가 배관되는 하부 금형 하우징과, 이 하부 금형 하우징 상부에 기밀을 이루도록 고정되어 성형면 상에 엠보싱 무늬가 형성되며 다수의 미세 진공홀이 관통 형성된 수지층과, 이 수지층 하부를 지지하는 다수의 볼부재로 이루어져 상기 상부 금형과 함께 체결이 가능한 하부 금형으로 구성된 진공 성형 금형을 이용한 차량 내장재의 성형 제작 방법에 있어서, 표피재를 예열하는 제1단계와; 예열된 표피재를 상기 수지층에 위치시킨 후에 상기 하부 금형 하우징 내부를 진공시키고 상기 상부 금형과 상기 하부 금형을 결합하는 제2단계와; 상기 상부 금형 내에 수지액을 투입한 후에 수지액을 경화시키는 제3단계와; 상기 상부 금형과 상기 하부 금 형을 분리하여 표피재가 부착된 기재를 탈거하는 제4단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참고하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 진공 성형 금형은 상부 금형(100)과, 하부 금형(200)으로 구성된다.
상부 금형(100)은 마스터 모델에 의해 제작되며, 하부 금형과 함께 한 벌의 금형을 구성한다. 상부 금형(100)의 상부에는 수지액이 주입되는 투입구(110)가 구비된다.
하부 금형(200)은 하부 금형 하우징(210)이 메인 프레임을 구성하며, 하부 금형 하우징(210) 상부로 기밀을 유지하며 고정되는 수지층(220)과, 이 수지층(220)을 지지하는 볼부재(230)와, 온수가 순환하게 되는 온수파이프(240)와, 내부에 진공을 발생시키기 위하여 진공펌프와 연결되는 배기관(250)이 구비된다.
하부 금형 하우징(200)의 상단 테두리에는 수지층(220)에 안착되는 표피재를 고정할 수 있도록 표피재 고정용 클램프가 설치될 수 있다.
본 발명에 있어 수지층(220)의 표면은 엠보싱 무늬가 형성되어 금형 공정 과정에서 수지층(220)의 표면의 엠보싱 무늬가 표피재에 전사가 이루어진다.
구체적으로는, 도 4를 참고하면, 마스터 모델은 NC가공 등을 통해 제작이 되 며 표피재의 위치와 대응되는 마스터 모델의 표면상에는 미감을 위한 엠보싱 무늬가 성형된 상태이다. 이러한 마스터 모델에 PVC 수지를 이용하여 하형 금형에 필요한 수지층(220)을 제작한다.
이와 같이 제작된 수지층(220)에는 다수의 미세 진공홀(221)이 성형 면에 대해 연직 방향으로 관통 형성된다.
본 발명에 있어 수지층(220)에 형성되는 미세 진공홀(221)의 크기는 하부 금형 하우징 내에 발생되는 진공도 또는 표피재의 두께 등에 의해 적절한 크기로 결정된다. 그러나, 진공홀(221)이 사이즈가 큰 경우에는 진공 성형 중에 진공홀(221)과 접하게 되는 표피재 표면으로 돌기가 형성될 수 있으므로, 가능하면 진공홀(221)의 사이즈는 작게 하는 것이 바람직하다. 본 발명에 있어 진공홀의 사이즈는 0.1 ~ 1㎜ 범위 내에서 적절히 결정될 수가 있다.
한편, 사이즈가 0.1 ~ 1㎜ 범위 내의 진공홀을 다수 드릴링(drilling)하는 작업은 상당히 난이하며, 특히 수지층의 두께가 두꺼운 경우에는 이러한 사이즈의 진공홀을 드릴링 작업하기가 어렵다. 따라서 이와 같이 작은 사이즈의 드릴링 작업을 원활히 하기 위해서는 수지층의 두께도 가능하면 얇게 하는 것이 좋다. 수지층의 두께는 대략 0.1 ~ 2㎜ 범위 내에서 적절히 결정될 수 있다.
수지층(220)에 형성되는 진공홀은 수지층 전체에 균일하게 분포할 필요는 없으며, 수지층의 형상에 따라서 평면 영역보다는 큰 곡면(예를 들어, 골 부분)을 갖는 영역에서 진공홀의 분포를 조밀하게 하는 것이 바람직하다.
이와 같이 수지층(220)이 제작된 후에는 그 크기와 형상에 따라 수지층을 고 정 지지하기 위한 하부 금형 하우징이 제작되며, 하부 금형 하우징(210) 상단에 기밀이 유지되도록 수지층이 고정된다.
다음으로, 얇은 두께를 갖는 수지층(220)의 하부에는 진공 성형 중에 수지층(220)이 변형되지 않도록 지지하되, 수지층 사이로 통기성이 확보될 수 있도록 볼부재(230)가 하부 금형 하우징(210) 내에 구비된다.
본 발명에 있어 볼부재의 사이즈는 다양하게 결정될 수가 있으나, 금형 작업 중에 수지층(220)의 하부에서 발생되는 진공에 의한 수지층(220)의 변형을 방지하기 위하여 수지층(220) 하부에 구비되는 볼부재(230)의 사이즈는 작게 하는 것이 바람직하다.
특히, 본 발명에 있어, 상기 볼부재(230)는 수지층 바로 아래에 위치하는 제1볼부재 레이어(231)와, 상기 제1볼부재보다 큰 직경을 가지며 상기 제1볼부재 레이어(231)의 하부에 위치하는 제2볼부재 레이어(232)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
제1볼부재 레이어(231)를 구성하는 제1볼은 수지로 제작되며, 볼들 사이의 공간에 의해 통기성을 갖는다.
제2볼부재 레이어(232)를 구성하는 제2볼은 제1볼 보다 사이즈가 크며 알루미늄과 같은 금속성 재질이 이용될 수 있다. 제2볼부재 레이어도 볼들 사이의 공간에 의해 통기성을 갖는다.
한편, 도 5를 참고하면, 제1볼부재 레이어(231)의 지지 강성을 높이기 위하 여 제1볼부재 레이어의 전체적인 통기성이 적당히 유지될 수 있는 범위 내에서 부분적으로 제1볼부재 레이어(231) 사이에 에폭시와 같은 용융 상태의 수지액(231a)을 넣어 경화시킬 수 있다.
온수파이프(240)는 하부 금형 하우징(210) 내에 적절히 배관되며, 온수파이프(240)를 통해 온수가 흘려 금형 장치가 적절한 온도를 유지할 수 있도록 한다. 도면상에는 도시되지 않았으나, 온수파이프(240)는 온수를 공급할 수 있는 온수 공급부 또는 외부의 온수 공급원과 호스 또는 파이프 등으로 연결된다.
배기관(250)은 하부 금형 하우징(210)의 하부에 구비되며, 진공을 발생시키는 진공펌프(미도시)와 연결된다.
따라서, 진공펌프가 작동하면, 하부 금형 하우징(210)과 수지층(220)으로 이루어진 내부 공간의 공기는 배기관(250)을 통해 배기되면서 하부 금형 하우징(210)과 수지층(220)으로 이루어진 공간 내에는 진공이 발생한다. 한편, 하부 금형 하우징(210)의 내측 하부로 다수의 진공컵(251)이 설치되며 각 진공컵(251)은 배기관(250)과 연결함으로써, 보다 신속하며 효과적인 진공 상태가 이루어질 수 있다.
이와 같이 구성된 상부 금형(100)과 하부 금형(200)은 금형 작업을 위해 상부 금형(100)과 하부 금형(200)을 조립한 후에 견고히 고정이 이루어질 수 있도록 체결부재가 구비되며, 이러한 체결부재는 상부 금형과 하부 금형의 바깥 측 테두리 를 따라 서로 죄여 고정할 수 있는 통상의 클램프가 사용될 수 있다.
이와 같이 구성된 본 발명의 진공 성형 금형 장치를 이용한 차량 내장재의 제작 과정을 살펴보면 다음과 같다.
도 6은 본 발명의 진공 성형 금형을 이용한 차량용 내장재를 제작하는 방법을 보여주는 흐름도로써, 본 발명의 진공 성형 금형 장치를 이용한 차량 내장재 제조 방법은, 표피재를 예열하는 제1단계(S10)와; 예열된 표피재를 하부 금형의 수지층에 안착시킨 후에 상기 하부 금형 하우징 내부를 진공시키고 상부 금형과 하부 금형을 결합하는 제2단계(S20)와; 상기 상부 금형 내에 수지액을 투입한 후에 수지액을 경화시키는 제3단계(S30)와; 상기 상부 금형과 상기 하부 금형을 분리하여 표피재가 부착된 기재(도어트림)를 탈거하는 제4단계(S40)로 구성되는 것을 특징으로 한다.
제1단계(S10)는 표피재를 예열하는 과정으로, 금형 내에 투입되기 전에 먼저 별도의 예열장치를 이용하여 표피재를 적절 온도로 예열한다.
통상적으로 표피재는 신축성을 갖는 1~5㎜ 두께의 원단 소재가 이용된다.
도 7은 본 발명에 따른 차량용 내장재의 제조방법 중에 표피재의 예열 과정의 일례를 보여주는 도면으로, 표피재를 예열하기 위한 장치(300)는 하부 플레이트(310)와 상부 플레이트(320)로 이루어지며, 이 두 플레이트는 열선 또는 온수가 흐르는 배관이 내부에 설치되어 일정한 온도를 유지할 수 있도록 구성된다.
즉, 표피재(410)를 하부 플레이트(310)에 안치한 후에 상부 플레이트(320)를 덮고 표피재(410)를 예열한다. 예열이 끝난 표피재(410)는 금형장치로 옮긴다.
제2단계(S20)는 예열된 표피재를 본 발명의 금형(100) 내에 안치, 진공 및 금형을 조립하는 공정들로 이루어진다.
즉, 제1단계(S10)에서 예열이 된 표피재(410)를 수지층(220)에 안치시킨 후에, 표피재 고정용 클램프를 사용하여 표피재(410)의 테두리를 고정한다. 다음으로, 진공펌프와 연결된 배기관(250)을 통하여 하부 금형(100) 내에 진공을 발생시킨다. 이때, 하부 금형(200)의 온수파이프(240)에는 온수가 순환하면서 일정 온도(약 60℃)를 유지함으로써, 표피재의 원활한 진공 성형을 도모하며 수지액의 주입 후에 수지액을 경화시키는 기능을 한다.
하부 금형(100) 내에 진공이 발생되면, 수지층(220) 상부에 안치된 표피재(410)는 수지층(220)의 성형 면에 완전히 밀착되면서 수지층(220)에 형성된 엠보싱 무늬가 표피재(410) 표면에 그대로 전사된다.
한편, 안착된 표피재(410)와 다음 단계에서 투입되는 수지액과의 접착력을 높이기 위하여 프라이머(primer)를 표피재(410) 상면에 도포하는 공정이 추가될 수 있다.
하부 금형(100)의 수지층(220)에 표피재(410)의 안치 및 진공 작업이 완료되면 상부 금형(200)을 하부 금형(100)에 덮은 후에 체결부재를 이용하여 금형을 견고히 고정한다.
제3단계(S30)에서는 조립된 본 발명의 금형 장치의 상부 금형(100) 투입구(110)를 통해 용융상태의 수지액을 주입한다.
도 8을 참고하면, 투입구(110)를 통해 주입된 수지액은 예열된 표피재(410)의 표면 조직 사이로 신속하게 침투하여 높은 접착 상태를 가지며 표피재(410)와 기재(420)가 접착된다.
바람직하게는, 본 발명에 있어 주입되는 수지액은 림 프로세스(RIM process)에 의해 제공되는 액상의 주제(polyol)와 경화제(isocynate)의 혼합 형태로 금형 내에 주입된다. 즉, 액상의 주제 및 경화제는 각 공급탱크에 저장된 상태에서 계량장치(metering system)를 통해 정량의 비율로 혼합 챔버에서 혼합된 후에 금형 내에 투입이 이루어진다.
제4단계(S40)에서는 이러한 과정이 종료한 후에 상부 금형(100)과 하부 금형(200)을 분리하여 성형이 완료된 차량 내장재를 금형으로부터 탈거한다.
이와 같이, 본 발명의 차량 내장재용 진공 성형 금형은, 진공 성형 중에 하형 금형에 형성된 엠보싱 무늬를 표피재에 전사하게 되므로, 종래와 비교하여 도어트림의 표피재의 미감과 질감을 높여 상품성을 높일 수가 있다.
또한, 단일 금형 작업에 의해 기재와 표피재를 일체로 접합이 가능하므로, 종래와 비교하여 작업 공수를 절감할 수가 있다.
이상과 같은 본 발명의 차량 내장재용 진공 성형 금형은, 상형 금형과; 엠보싱 무늬를 표피재에 전사하기 위한 엠보싱 무늬가 형성되며 다수의 미세 진공홀이 관통 형성된 수지층과, 이 수지층을 지지하기 위한 볼부재와, 온수가 흐르도록 배관된 온수파이프를 포함하는 하형 금형으로 구성됨으로써, 표피재에 엠보싱 무늬의 손상 없이 단일 금형 작업에 의해 차량용 내장재의 제조가 가능하여 종래의 차량 내장재와 비교하여 상품성을 높일 수가 있으며, 제조 공정의 축소에 의한 제조 비용을 절감할 수 있는 효과가 있는 발명인 것이다.

Claims (4)

  1. 수지액이 주입되는 투입구가 형성된 상부 금형과;
    온수 공급부와 연결된 온수파이프가 내부에 배관되며, 진공펌프와 연결되는 배기관이 구비되는 하부 금형 하우징과, 이 하부 금형 하우징 상부에 기밀을 이루어 고정되며 성형면 상에 엠보싱 무늬가 형성되되 0.1 ~ 1mm 사이의 크기를 갖는 다수의 미세 진공홀이 관통 형성되며 0.1 ~ 2mm의 균일한 두께를 갖는 수지층과, 상기 하부 금형 하우징 내에 충전되어 상기 수지층 하부를 지지하는 다수의 볼부재로 이루어져 상기 상부 금형과 함께 체결이 가능한 하부 금형으로 구성되는 것을 특징으로 하는 차량 내장재를 제조하기 위한 진공 성형 금형.
  2. 제1항에 있어서, 상기 볼부재는 수지층 바로 아래에 위치하는 제1볼 레이어와, 상기 제1볼보다 큰 직경을 가지며 상기 제1볼 레이어의 하부에 위치하는 제2볼 레이어로 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량 내장재를 제조하기 위한 진공 성형 금형.
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