KR101303514B1 - 필름형 유연 스탬퍼를 이용한 사출성형용 금형 및 사출성형방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제조가 용이하면서도 소망하는 다양한 패턴을 가진 성형물을 쉽게 성형할 수 있도록 하는 필름형 유연 스탬퍼 및 그 제조방법에 관한 것이다. 개시한 필름형 유연 스탬퍼는 금형의 캐비티 내면에 부착되는 유연성 필름과, 필름의 일면에 광경화성 레진의 도포에 의해 마련되며 성형물에 패턴을 성형시키기 위한 패턴부가 형성된 패턴성형층을 포함하며, 그 제조방법은 패턴을 갖춘 몰드를 준비하여 이 몰드의 패턴 위에 광경화성 레진을 도포하는 레진도포공정과, 몰드에 도포된 레진 위에 투명소재로 된 유연성 필름을 덮어 부착시키는 필름부착공정과, 레진으로 자외선을 조사하여 레진을 경화시킴으로써 필름과 일체화된 패턴성형층이 형성되도록 하는 경화공정과, 경화공정 후 패턴성형층이 일체화된 필름을 몰드로부터 분리시키는 분리공정을 포함한다.

Description

필름형 유연 스탬퍼를 이용한 사출성형용 금형 및 사출성형방법{MOLD FOR INJECTION MOLDING WITH FLEXIBLE FILM STAMPER AND MOLDING METHOD USING THE SAME}

본 발명은 성형물 표면에 패턴을 성형하기 위한 스탬퍼에 관한 것으로, 특히 저비용으로 쉽게 제조할 수 있으면서도 성형물에 소망하는 다양한 패턴을 구현할 수 있는 필름형 유연 스탬퍼 및 그 제조방법과 이를 이용한 사출성형용 금형 및 사출성형방법에 관한 것이다.

통상적인 사출성형법은 일정한 형상을 가진 금형의 캐비티 내부로 용융된 수지를 주입시켜 충진한 후 이를 냉각시킴으로써 캐비티의 형상과 동일한 수지 성형물을 만드는 기술이다.

사출성형법은 수지제품을 대량으로 생산하는데 이용되고 있으며, 그 기술이 점차 발전하면서 최근에는 일반 생활용품 뿐 아니라 우주 항공분야나 정밀광학분야의 제품을 생산하는데도 이용되고 있다. 특히 미세하고도 정밀한 패턴을 가진 제품, 즉 표면에 수십 나노 내지 수십 마이크로미터 크기의 미세패턴이 존재하는 성형물을 제조하는 경우에도 사출성형법이 이용되고 있다.

패턴을 가진 성형물은 금속판의 표면에 패턴이 형성된 스탬퍼(STAMPER)를 이용하여 성형한다. 즉 금형의 캐비티 내부에 패턴을 가진 금속제 스탬퍼를 설치한 상태에서 제품을 성형함으로써 성형물의 표면에 패턴이 형성되도록 하는 것이다.

이러한 스탬퍼를 제조할 때는 글래스 위에 감광제를 도포한 후 노광 및 에칭처리를 통해 소망하는 패턴을 형성하고 그 위에 금속도금을 하여 추후 금속판을 분리하는 방식으로 만들거나, 스탬퍼가 될 금속판재에 감광제를 도포한 후 노광 및 에칭처리를 통해 그 표면에 직접 소망하는 패턴을 형성시키는 방식으로 만든다.

그러나 이러한 금속제 스탬퍼는 내구성이 우수하지만 정밀한 패턴을 만드는 공정이 매우 어렵기 때문에 제작하는데 시간이 오래 걸릴 뿐 아니라 고비용이 발생하는 문제가 있었다.

본 발명은 이러한 점을 감안하여 안출한 것으로, 본 발명의 목적은 제조가 용이하면서도 소망하는 다양한 패턴을 가진 성형물을 쉽게 성형할 수 있도록 하는 필름형 유연 스탬퍼 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 필름형 유연 스탬퍼를 이용한 사출성형용 금형 및 사출성형방법을 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 필름형 유연 스탬퍼는 금형의 캐비티 내면에 부착되는 유연성 필름과, 상기 필름의 일면에 광경화성 레진의 도포에 의해 마련되며 성형물에 패턴을 성형시키기 위한 패턴부가 형성된 패턴성형층을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 필름은 자외선이 투과하는 투명소재인 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 필름형 스탬퍼의 제조방법은 패턴을 갖춘 몰드를 준비하여 이 몰드의 패턴 위에 광경화성 레진을 도포하는 레진도포공정과, 상기 몰드에 도포된 레진 위에 투명소재로 된 유연성 필름을 덮어 부착시키는 필름부착공정과, 상기 레진으로 자외선을 조사하여 상기 레진을 경화시킴으로써 상기 필름과 일체화된 패턴성형층이 형성되도록 하는 경화공정과, 상기 경화공정 후 상기 패턴성형층이 일체화된 필름을 상기 몰드로부터 분리시키는 분리공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 경화공정에서 자외선은 30 ~ 60초 동안 조사하는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 사출성형용 금형은 상호 결합에 의해 캐비티를 한정하는 제1 및 제2금형과, 성형물 표면에 패턴을 형성시키기 위해 상기 캐비티 내면에 부착되는 필름형 유연 스탬퍼를 포함하고, 상기 필름형 유연 스탬퍼는 유연성 필름과, 상기 필름의 일면에 광경화성 레진의 도포에 의해 마련되며 패턴을 성형시키기 위한 패턴부를 갖춘 패턴성형층을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 사출성형용 금형은 상기 필름형 유연 스탬퍼가 부착되는 위치에 흡착력을 부여하도록 상기 제1 및 제2금형 중 적어도 하나에 마련된 흡입유로와, 상기 흡입유로의 공기를 흡입하는 공기흡입장치를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 사출성형방법은 몰드의 패턴 위에 광경화성 레진을 도포하고 이 레진 위에 투명소재로 된 유연성 필름을 덮으며 자외선을 조사하여 레진을 경화시킨 후 필름을 몰드로부터 분리시키는 방식으로 패턴을 가진 필름형 유연 스탬퍼를 제조하고, 금형의 캐비티 내면에 상기 필름형 유연 스템퍼를 부착한 상태에서 캐비티로 용융수지를 주입함으로써 성형물의 표면에 상기 필름형 유연 스탬퍼의 패턴에 대응하는 패턴이 형성되도록 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 필름형 유연 스탬퍼는 니켈이나 다른 금속으로 제작하는 금속제 스탬퍼에 비하여 쉽게 제작할 수 있으면서도 소망하는 다양한 패턴을 가진 성형물을 쉽게 성형할 수 있도록 하는 효과가 있다.

또 본 발명에 따른 필름형 유연 스탬퍼는 패턴을 가진 성형물의 성형을 위한 금형의 제조비용 및 이를 통하여 제조되는 성형물의 제조비용을 줄일 수 있다. 특히 금형의 캐비티 내에 국부적으로 적용할 수 있기 때문에 성형품의 크기나 형상에 무관하게 다양한 제품의 사출성형에 적용할 수 있는 효과가 있다.

또 본 발명에 따른 필름형 유연 스탬퍼는 자유로운 변형이 가능하기 때문에 곡면성형물의 외면에 패턴을 성형하는 경우에도 쉽게 적용될 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 필름형 유연 스탬퍼의 제조공정을 단계적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 필름형 유연 스탬퍼를 이용하여 제품을 성형하는 사출성형용 금형의 예를 나타낸 것이다.
도 3은 도 2의 사출성형용 금형으로 성형한 성형물의 예를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 필름형 유연 스탬퍼를 실제 제조하여 패턴이 형성된 부분을 확대한 사진이다.
도 5는 본 발명에 따른 필름형 유연 스탬퍼를 이용하여 성형한 성형물의 패턴부분을 주사전자현미경으로 확대한 사진이다.

이하에서는 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 필름형 유연 스탬퍼의 제조공정을 단계적으로 나타낸 것이다. 필름형 유연 스탬퍼를 제조할 때는 먼저 도 1의 (a)와 같이 성형물 표면에 성형할 패턴과 동일한 패턴(11)이 형성된 몰드(11)를 준비한다. 이후 도 1의 (b)와 같이, 패턴(11)이 형성된 몰드(10)의 표면을 덮도록 몰드(10)에 광경화성 레진(20, resin)을 도포한다. 이 레진(20)은 자외선에 의해 경화되는 것으로 폴리우레탄 아크릴레이트(Polyurethane acrylate, PUA) 혹은 과불소 에테르 화합물(Perfluropolyether)등 영계수 (Young`s modulus)가 높은 물질일 수 있다. 이러한 레진(20)을 몰드(10)의 표면에 얇고 균일하게 도포한다.

레진(20)을 도포한 후에는 도 1의 (c)와 같이 그 위에 자외선이 투과할 수 있는 투명소재로 마련되고 유연성을 가진 얇은 필름(30)을 덮어 부착시킨다. 필름(30)은 두께가 대략 50 마이크로미터 정도 되는 폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate, PET)를 이용한다.

필름(30) 부착 후에는 도 1의 (d)와 같이, 자외선조사장치(40)를 이용하여 대략 30 ~ 60초 동안 레진(20)에 자외선을 조사하여 레진(20)을 경화시킨다. 이때 자외선은 투명한 필름(30)을 투과하여 레진(20)에 조사되므로 레진(20)을 경화시킨다. 경화된 레진(20)은 필름(30)과 일체화된 상태에서 패턴부(21)를 가진 패턴성형층을 이루게 된다.

자외선 조사를 통해 레진(20)을 경화시킨 후에는 도 1의 (e)와 같이, 필름(30)과 일체화된 경화된 레진(20, 패턴성형층)을 필름(30)과 함께 몰드(10)로부터 분리시킨다. 이렇게 하면 패턴부(21)를 가진 필름형 유연 스탬퍼(50)의 제조가 완료된다. 이처럼 본 발명에 따른 필름형 유연 스탬퍼(50)는 몰드(10)의 패턴(11)을 복제하는 방식으로 쉽게 제조할 수 있다. 도 1에는 설명의 편의를 위해 몰드(10) 위에 도포되는 레진(20) 및 그 위에 부착되는 필름(30)을 실제보다 두껍게 과장하여 도시하였다. 그러나 실제 이러한 필름형 유연 스탬퍼(50)는 두께가 매우 얇은 박막의 형태로 제조될 수 있고, 패턴부(21)도 수십 나노 내지 수십 마이크로미터 크기의 미세패턴으로 이루질 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 필름형 유연 스탬퍼(50)를 이용하여 제품을 성형하는 사출성형용 금형의 예를 나타낸 것이다. 도시한 바와 같이 이 금형은 가이드로드(110)에 의해 진퇴가 안내되면서 상호 합체되거나 분리되며 합체에 의해 성형물의 성형을 위한 캐비티(300)를 형성하는 제1금형(100)과 제2금형(200)을 구비한다. 또 제1금형(100)에는 캐비티(300)로 용융수지의 주입을 위한 주입로(120)가 형성될 수 있고, 제2금형(200)에는 성형을 완료한 후 성형물을 밀어서 취출하기 위한 이젝트핀들(210)이 설치될 수 있다.

필름형 유연 스탬퍼(50)는 이러한 금형의 캐비티(300) 내에 부착됨으로써 성형물의 표면에 패턴이 형성되도록 할 수 있다. 이 스탬퍼(50)는 두께가 매우 얇은 필름 형태이기 때문에 캐비티(300)의 내면에 접착제나 접착테이프에 의해 부착될 수 있고, 도 2에 도시한 바와 같이, 금형에 마련된 진공흡착장치(400)에 의해 부착될 수 있다. 진공흡착장치(400)는 스탬퍼(50)가 부착되는 위치에 흡착력을 부여할 수 있도록 제1금형(100)에 형성된 흡입유로(410)와, 흡입유로(410)의 공기를 흡입하는 공기흡입장치(420)로 이루어질 수 있다. 도 2에는 스탬퍼(50)가 제1금형(100) 쪽에 부착되는 예를 나타내었으나, 이러한 스탬퍼(50)는 제2금형(200) 쪽에도 부착될 수 있고 이럴 경우 진공흡착장치(400)가 제2금형(200)에 마련될 수도 있다.

도 2는 스탬퍼(50)가 부착된 상태를 나타내기 위해 스탬퍼(50)와 캐비티(300) 내면 사이에 단차가 존재하는 형태로 스탬퍼(50)를 다소 과장하여 두껍게 도시하였으나, 실제로는 스탬퍼(50)가 매우 얇기 때문에 이러한 단차는 거의 형성되지 않는다. 설령 스탬퍼(50)의 두께가 두꺼울 경우에는 스탬퍼(50)를 장착할 위치의 캐비티(300) 내면에 이에 상당하는 단차를 미리 형성해 둘 수 있기 때문에 스템퍼(50)의 두께로 인하여 성형물 외면에 단차가 형성되는 것은 방지할 수 있다.

또 본 발명에 따른 필름형 유연 스탬퍼(50)는 자유로운 변형이 가능하기 때문에 곡면 성형물의 외면에 패턴을 성형하는 경우에도 쉽게 적용될 수 있다. 즉 스탬퍼(50)가 변형을 통해 캐비티(300) 내면의 돌출하거나 오목한 곡면부분에 부착될 수 있기 때문에 곡면 성형물의 외면에 패턴을 형성하는 경우에 쉽게 적용할 수 있다. 또 이러한 스탬퍼(50)는 금형의 캐비티(300) 내면에 부분적으로 부착할 수 있기 때문에 성형물의 크기에 무관하게 스탬퍼(50)를 적당한 크기로 쉽게 제조할 수 있으며, 미세패턴 뿐 아니라 성형물에 소망하는 다양한 크기의 패턴을 성형하는 데에도 적용할 수 있다.

도 3은 도 2와 같은 사출성형용 금형에 필름형 유연 스템퍼(50)를 설치하여 성형한 성형물(500)의 예를 나타낸 것이다. 즉 캐비티(300) 내면에 필름형 유연스탬퍼(50)를 부착하고, 제1금형(100)과 제2금형(200)을 합체한 상태에서 캐비티(300)로 용융수지를 주입하여 제품을 성형하면, 도 3과 같은 성형물(500)을 얻을 수 있고, 이 성형물(500)의 한쪽 외면에 스탬퍼(50)의 패턴부(21)에 대응하는 패턴(510)이 형성되도록 할 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 필름형 유연 스탬퍼를 실제 제조하여 패턴이 형성된 부분을 확대하여 나타낸 사진이다. 도 4는 패턴이 형성된 부분을 100배의 배율로 확대한 상태에서 다시 그 일부분(사각박스부분)을 1000배로 확대한 상태이다. 이처럼 필름형 유연 스탬퍼는 미세한 패턴까지 정밀하게 구현할 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 필름형 유연 스탬퍼를 활용하여 성형한 실제 성형물의 패턴부분을 주사전자현미경으로 확대한 사진이다. 이 성형물은 폴리메틸메타크릴레이트 (Polymethylmethacrylate, PMMA) 분말을 온도 160도에서 300bar의 압력으로 성형한 것이다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 성형물은 나노 수준의 미세 패턴까지 양호하게 성형될 수 있다.

이처럼 본 발명에 따른 필름형 유연 스탬퍼(50)는 니켈이나 다른 금속으로 제작하는 금속제 스탬퍼에 비하여 쉽게 제작할 수 있고 제작에 따른 비용을 줄일 수 있으면서도 기존 금속제 스탬퍼를 이용하여 성형한 성형물에 상당하는 수준의 성형을 구현할 수 있다. 따라서 패턴을 가진 성형물을 성형하기 위한 금형의 제조비용 및 이를 통하여 제조되는 성형물의 제조비용을 줄일 수 있다. 특히 금형의 캐비티(300) 내에 국부적으로 적용할 수 있기 때문에 성형품의 크기나 형상에 무관하게 다양한 제품의 성형에 적용할 수 있다.

10: 몰드, 20: 레진,
30: 필름, 40: 자외선조사장치,
50: 필름형 유연 스탬퍼, 100: 제1금형,
200: 제2금형, 300: 캐비티,
400: 진공흡착장치, 500: 성형물.

Claims (7)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 상호 결합에 의해 캐비티를 한정하는 제1 및 제2금형과, 성형물 표면에 패턴을 형성시키기 위해 상기 캐비티 내면에 부착되는 필름형 유연 스탬퍼를 구비하는 사출성형용 금형에 있어서,
   상기 필름형 유연 스탬퍼는 유연성 필름과, 상기 필름의 일면에 광경화성 레진의 도포에 의해 마련되며 패턴을 성형시키기 위한 패턴부를 갖춘 패턴성형층을 포함하고,
   상기 레진은 폴리우레탄 아크릴레이트(Polyurethane acrylate, PUA) 또는 과불소 에테르 화합물(Perfluropolyether)이고,
   상기 필름은 폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate, PET)이며,
   상기 필름형 유연 스탬퍼가 부착되는 위치에 흡착력을 부여하도록 상기 제1 및 제2금형 중 적어도 하나에 마련된 흡입유로와, 상기 흡입유로의 공기를 흡입하는 공기흡입장치를 더 포함하고,
   상기 필름형 유연 스탬퍼가 부착되는 금형의 캐비티는 내면에 상기 필름형 유연 스탬퍼의 두께에 상당하는 단차가 형성된,
   필름형 유연 스탬퍼를 이용한 사출성형용 금형.
   
6. 삭제
7. 몰드의 패턴 위에 광경화성 레진을 도포하고 이 레진 위에 투명소재로 된 유연성 필름을 덮으며 자외선을 조사하여 레진을 경화시킨 후 필름을 몰드로부터 분리시키는 방식으로 패턴을 가진 필름형 유연 스탬퍼를 제조하고, 금형의 캐비티 내면에 상기 필름형 유연 스템퍼를 부착한 상태에서 캐비티로 용융수지를 주입함으로써 성형물의 표면에 상기 필름형 유연 스탬퍼의 패턴에 대응하는 패턴이 형성되도록 하는 사출성형방법에 있어서,
   상기 레진은 폴리우레탄 아크릴레이트(Polyurethane acrylate, PUA) 또는 과불소 에테르 화합물(Perfluropolyether)이고,
   상기 필름은 폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate, PET)이며,
   상기 금형에는 일단이 상기 캐비티 내면과 통하고 타단에 공기흡입장치가 연결된 흡입유로가 마련되고,
   상기 필름형 유연 스탬퍼는 상기 공기흡입장치의 구동에 의해 발생하는 흡착력에 의해 상기 흡입유로 쪽 캐비티 내면에 부착되고,
   상기 필름형 유연 스탬퍼가 부착되는 금형의 캐비티는 내면에 상기 필름형 유연스탬퍼의 두께에 상당하는 단차가 형성된,
   필름형 유연 스탬퍼를 이용한 사출성형방법.
   

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