KR101411596B1 - 자외선 성형 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자외선 경화 방식을 이용하여 제품을 제조하기 위한 자외선 성형 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 자외선 성형 시스템은 프레임, 상기 프레임 내에서 상하로 이동 가능한 이동 판체, 및 상기 프레임 하부에 설치되는 고정 판체를 포함하는 금형 구동 장치; 상기 이동 판체에 설치되는 상부 금형; 상기 상부 금형의 상부에 결합되어 자외선 광을 생성하는 광 생성부; 상기 고정 판체에 설치되어 상기 상부 금형과의 결합을 통해 캐비티를 형성하는 하부 금형; 및 상기 하부 금형 및 상기 고정 판체의 중심부를 관통하도록 배치되고, 상단의 주입구를 통해 상기 캐비티로 자외선 경화성 수지를 주입하는 노즐부, 및 상기 수지를 수용하여 상기 노즐부로 상기 수지를 공급하고, 상기 노즐부의 구동을 제어하는 수지 공급부를 포함하는 수지 주입 장치를 포함한다.

Description

자외선 성형 시스템{UV MANUFACTURING SYSTEM}

본 발명은 자외선 성형 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자외선 경화 방식을 적용하여 렌즈 등의 제품을 제조하기 위한 자외선 성형 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 광학 기기용 렌즈 등과 같은 플라스틱계의 제품은 열 경화 방식을 통해 제조된다.

열 경화 방식은 금형(Mold) 내부에 제품의 소재가 되는 열 가소성 수지를 주입하고 열을 이용하여 경화시키는 방식이다.

구체적으로, 금형은 제조하고자 하는 제품의 형상으로 형성된 빈 공간인 캐비티(Cavity)를 가지며, 용융된 고온의 열 가소성 수지는 이 캐비티 내부로 주입된 후 냉각되면서 경화된다. 이를 위하여, 금형은 수지 주입 장치의 노즐(Nozzle) 끝단으로부터 주입되는 수지가 캐비티까지 도달되기 위한 통로인 러너(Runner)를 구비한다. 즉, 수지 주입 장치를 통해 주입되는 수지는 러너를 경유하여 캐비티에 도달하게 되므로, 금형 내 수지 주입구로부터 캐비티까지의 경로가 매우 길 수밖에 없다.

금형은 금속 물질로 형성되므로, 고온으로 용융된 열 가소성 수지에 비해 상대적으로 낮은 온도를 가진다. 이로 인해, 주입구로부터 캐비티까지의 긴 경로를 이동하게 되는 수지가 캐비티에 도달하기 전에 냉각되어 경화 상태가 되는 문제가 발생할 수 있다.

또한, 캐비티가 수지 주입구로부터 직렬로 복수개 배치된 경우, 각 캐비티별로 수지가 도달하는 시간이 서로 다르므로, 캐비티의 위치에 따라 경화 및 수축되는 정도가 다르고, 잔류 응력(Residual stress)이 불균일해진다. 이로 인해, 렌즈를 예로 들면 최종 제품에 복굴절 현상이 발생하는 등 제품마다 광학 특성에 편차가 발생하는 문제가 있다.

한편, 상기와 같이 금형의 낮은 온도로 인해 수지가 냉각되어 경화되는 문제를 해소하기 위하여, 금형의 온도를 수지의 유리전이 온도 이상의 고온으로 유지하는 경우에도, 금형 온도를 고온화하는 과정에서 각 캐비티별로 열적 불균일 현상이 발생함으로써 결과적으로 최종 제품들이 균일한 품질을 가지기 어렵다.

따라서, 종래의 열 경화 방식으로는 수지 주입구로부터 캐비티를 확장하여 배치하는 것에 한계가 있기 때문에, 1회의 수지 주입 및 경화를 통해 생산 가능한 제품 수 또한 한정적이어서, 생산성 및 수율이 매우 낮을 수밖에 없다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 수지를 이용하여 소정의 형상을 가지는 제품을 제조함에 있어서 열 경화 방식을 대체할 수 있는 자외선 성형 시스템을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시 예에 따르면 프레임, 상기 프레임 내에서 상하로 이동 가능한 이동 판체, 및 상기 프레임 하부에 설치되는 고정 판체를 포함하는 금형 구동 장치; 상기 이동 판체에 설치되는 상부 금형; 상기 상부 금형의 상부에 결합되어 자외선 광을 생성하는 광 생성부; 상기 고정 판체에 설치되어 상기 상부 금형과의 결합을 통해 캐비티를 형성하는 하부 금형; 및 상기 하부 금형 및 상기 고정 판체의 중심부를 관통하도록 배치되고, 상단의 주입구를 통해 상기 캐비티로 자외선 경화성 수지를 주입하는 노즐부, 및 상기 수지를 수용하여 상기 노즐부로 상기 수지를 공급하고, 상기 노즐부의 구동을 제어하는 수지 공급부를 포함하는 수지 주입 장치를 포함하는 자외선 성형 시스템을 제공한다.

상기 하부 금형은 내부에 소정 부피로 형성된 가동 영역; 상기 가동 영역과 연결되어 상부가 상기 가동 영역 내에 노출된 적어도 하나의 금형홀; 상기 가동 영역 내에 배치되어 상기 가동 영역 내에서 상하 이동되는 취출판; 및 상기 금형홀 내부에 배치되며, 상기 취출판에 연결되는 적어도 하나의 가동 금형을 포함한다.

상기 자외선 성형 시스템은 상기 고정 판체의 하부에 배치되며, 상기 취출판에 연결된 적어도 하나의 취출 로드를 구비하는 취출 장치를 더 포함하고, 상기 취출 장치는 상기 취출 로드를 제어하여, 상기 취출판을 상하 이동시킨다.

상기 상부 금형은 내부에 형성된 관통공; 및 상기 관통공에 삽입되어 상기 광 생성부에서 생성된 상기 자외선 광을 상기 캐비티로 전달하는 투광성 코어를 포함한다.

상기 투광성 코어는 상기 관통공에 탈착 가능하다.

상기 캐비티는 상기 가동 금형과 상기 가동 금형의 위치에 대응되는 상기 투광성 코어 사이에 형성된다.

상기 자외선 성형 시스템은 상기 캐비티 내부를 진공화하는 진공 장치를 더 포함한다.

상기 캐비티는 상기 노즐부의 주입구를 중심으로 복수개가 방사형으로 배치되고, 상기 캐비티에는 상기 주입구로부터 상기 수지가 주입되는 주입 통로 및 상기 캐비티 사이를 연결하는 연결 통로 중 적어도 어느 하나가 연결된다.

상기 투광성 코어의 하부면에는 상기 주입 통로 또는 상기 연결 통로에 대응되는 위치에 적어도 하나의 돌기홈이 형성된다.

상기 자외선 성형 시스템은 상기 캐비티 둘레에 배치되고, 상기 상부 금형 및 상기 하부 금형 중 적어도 어느 하나에 형성된 적어도 하나의 플렉서블 개스킷을 포함한다.

상기 수지는 상기 수지 주입 장치를 통해 상기 하부 금형의 하부로부터 상기 캐비티 방향으로 주입된다.

본 발명에 따르면, 이동 판체에 투광성 코어를 포함하는 상부 금형과 광 생성부를 설치하고, 이동 판체를 하부 금형 방향으로 이동하여 캐비티를 형성한 후, 자외선 경화를 실시한다. 따라서, 열 경화 방식에 비해 캐비티의 위치가 달라지더라도, 각 캐비티에서의 수축 정도나 잔류 응력이 균일하여, 각 캐비티 간 제품의 특성 편차가 거의 발생하지 않게 된다. 이로 인해 캐비티의 배치에 있어서 확장성이 매우 뛰어나고, 제조 공정상에서의 온도 편차를 고려할 필요가 없어 금형 및 금형 장치가 간소화될 수 있으며, 자외선 경화의 특성상 간단한 구동만으로도 효율적인 제품 제조가 가능하다.

또한, 수지를 주입하기 전에 캐비티를 진공화하기 때문에 수지 주입 과정에서 발생되는 기포로 인한 제품의 불량 문제를 해결할 수 있다.

아울러, 상부 금형 내 투광성 코어의 착탈이 가능하여, 제조하고자 하는 제품의 형상에 따라 투광성 코어의 변형이나 교체가 용이하다.

뿐만 아니라, 가동 금형의 상하 이동을 통해 제품 성형물을 금형으로부터 탈거할 수 있어, 제품 성형물의 취출이 용이하다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 자외선 성형 시스템을 나타내는 도면,
도 2는 오링이 배치된 실시 예를 나타내는 도면,
도 3 및 도 4는 캐비티 배치의 실시 예를 나타내는 도면,
도 5는 제품 성형물의 취출을 나타내는 도면,
도 6a 및 도 6b는 개스킷을 이용한 수축 보상을 나타내는 도면, 및
도 7 및 도 8은 개스킷의 실시 예들을 나타내는 도면이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 자외선(Ultra Violet, UV) 성형 시스템을 나타내는 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 자외선 성형 시스템은 금형 구동 장치(100), 금형(200), 취출 장치(300), 수지 주입 장치(400), 및 진공 장치(500)를 포함하여 구성된다.

먼저 금형 구동 장치(100)는 내부에 금형(200)이 설치되는 장치로서, 골격을 형성하는 프레임(Frame)(110), 프레임(110) 내에서 상하로 이동 가능한 이동 판체(120), 프레임(110) 하부에 설치되는 고정 판체(130)를 포함한다.

이동 판체(120)에는 상부 금형(210)이 설치되며, 상부 금형(210) 상에는 광 생성부(121)가 결합되어 구성된다.

광 생성부(121)는 광원(121a)을 통해 자외선 광을 생성하여, 생성된 자외선 광이 상부 금형(210)으로 조사될 수 있도록 한다. 일 실시 예에서, 광 생성부(121)의 광원(121a)은 300nm 내지 500nm 파장대에서 피크(Peak)값을 갖는 발광 다이오드(Light Emitting Diode, LED)일 수 있다.

도 1의 실시 예에서는 상부 금형(210) 상의 광 생성부(121)가 이동 판체(120)의 하부에 형성된 공간 내부에 배치되는 것으로 도시되어 있으나, 이는 일 실시 예에 불과하며, 광 생성부(121)가 상부 금형(210)으로 자외선 광을 조사할 수 있는 위치라면, 이동 판체(120), 상부 금형(210), 및 광 생성부(121)의 배치를 다양하게 변형할 수 있다. 예를 들어, 도 1과 달리 이동 판체(120) 하부에 별도의 공간을 형성하지 않은 상태에서, 광 생성부(121)를 이동 판체(120) 하부면에 설치할 수도 있고, 광 생성부(121)를 상부 금형(210)의 상부 측면에 배치할 수도 있다.

이와 같이, 광 생성부(121)에서 생성된 자외선 광은 상부 금형(210)을 경유하여 캐비티(C)에 도달함으로써, 캐비티(C) 내부에 주입되는 수지를 경화시키게 된다.

한편, 수지를 경화함에 있어서, 경화될 수지가 배치되는 캐비티(C)의 위치와 광 생성부(121) 간의 거리에 따라 경화시간에 차이가 있고, 이는 결국 전체적인 제조 시간에도 영향을 미치게 된다. 따라서, 광 생성부(121)가 배치되는 위치는 수지의 경화시간을 최소화하기 위하여, 캐비티(C)와 최대한 짧은 거리를 유지하도록 설계되는 것이 바람직하다.

상부 금형(210)은 자외선 광을 이용한 경화를 위하여 광 생성부(121)의 하부에 위치하게 되며, 광 생성부(121)에서 생성된 광이 투과되어 하부의 캐비티(C)로 도달할 수 있도록 내부에 투광성 코어(Core)(211)를 포함한다.

투광성 코어(211)의 하부면은 성형될 제품의 상부 형상에 대응하는 형상으로 형성된다.

종래 열 경화 방식에서는 상부 금형(210)이 전체적으로 금속 재질을 이용하여 형성되었다.

하지만, 본 발명은 자외선 광을 이용한 경화 방식이므로, 자외선 광이 상부 금형(210)의 상부에서 하부로 투과될 수 있도록, 투광성 코어(211)가 자외선 투광성 재질로 형성된다. 이때, 투광성 코어(211)는 자외선 광 투과가 가능함은 물론 자외선 광 투과율이 우수한 재질로 형성될 수 있으며, 예를 들어 아크릴 수지(Acrylic resin), 폴리카보네이트(Polycarbonate) 등의 투명 폴리머(Polymer) 소재 또는 유리, 석영 등의 글래스(Glass) 소재로 형성 가능하다.

상부 금형(210)에는 이러한 투광성 코어(211)가 삽입될 수 있도록 관통공(212)이 형성된다.

일 실시 예에서 투광성 코어(211)는 상부 금형(210)과 결합되어 일체형으로 형성될 수 있다.

다른 실시 예에서 투광성 코어(211)는 상부 금형(210)의 관통공(212)에 탈착 가능하도록 형성될 수 있다.

투광성 코어(211)가 탈착되는 경우, 투광성 코어(211)의 분리가 가능하기 때문에, 성형하고자 하는 제품의 형상에 따라 투광성 코어(211)를 용이하게 교체할 수 있어, 다양한 형상의 캐비티(C)를 형성할 수 있다. 따라서, 전체적인 장치를 그대로 사용하되, 간단히 투광성 코어(211)만을 교체함으로써 다른 형상의 제품을 성형할 수 있다.

아울러, 러너(Runner)를 투광성 코어(211) 측에 형성하는 경우, 캐비티(C) 뿐만이 아니라, 러너의 형상 또한 다양하게 변경할 수 있어 효과적이다. 러너는 주입된 수지가 캐비티(C)까지 도달하기 위한 통로이므로, 캐비티(C)까지 수지를 전달할 수 있다면 상부 금형(210) 또는 하부 금형(220) 중 어느 곳에 형성되어도 무방하다. 즉, 러너는 상부 금형(210) 측에만 형성될 수도 있고, 하부 금형(220) 측에만 형성될 수도 있으며, 상부 금형(210) 측과 하부 금형(220) 측 모두에 형성될 수도 있다. 따라서, 상술한 바와 같이 러너가 상부 금형(210)의 투광성 코어(211)에 형성되는 경우에는 투광성 코어(211)의 교체를 통해 러너를 다양한 형상으로 변경할 수 있게 된다.

이때, 상부 금형(210)의 관통공(212)은 내부에 투광성 코어(211)가 삽입되어 고정될 수 있도록 함과 동시에, 투광성 코어(211)를 삽입하여 고정하는 과정에서 얼라인(Align) 오차를 최소화하기 위해 도 1에 도시된 바와 같이 하부 방향으로 단턱(E)을 가지도록 형성되거나, 하부 방향으로 폭이 좁아지도록 일정한 각도의 경사면을 가지게 형성될 수 있다.

도 1의 실시 예에서와 같이 관통공(212)에 단턱(E)이 형성되는 경우, 단턱(E)의 가로 폭은 투광성 코어(211)의 최대 가로 폭 대비 5~30%의 비율로 형성될 수 있다. 이는 투광성 코어(211)의 최대 가로 폭에 비하여, 단턱(E)이 너무 좁으면 단턱(E)이 변형될 가능성이 있을 뿐만 아니라, 단턱(E)이 투광성 코어(211)를 지지하는 받침대로서의 역할을 제대로 수행할 수 없기 때문이다. 반대로 단턱(E)이 너무 넓으면 상대적으로 투광성 코어(211)의 폭이 줄어들어, 투광성 코어(211)를 경유하는 자외선의 양이 제품 성형에 충분하지 않을 수 있기 때문이다. 일 실시 예에서, 투광성 코어(221)의 최대 가로 폭이 50㎜일 때, 단턱(E)의 가로 폭은 5.5㎜로 설계될 수 있다.

도 1의 실시 예에서는 투광성 코어(211)와 관통공(212)의 형태가 일치되도록 형성되었으나, 반드시 이에 한정될 필요는 없으며, 투광성 코어(211)를 상부 금형(210)의 관통공(212) 내에 고정할 수만 있다면, 투광성 코어(211)와 상부 금형(210)의 다양한 변형이 가능하다.

한편, 도면에 도시되지는 않았으나, 광 생성부(121)에서 자외선 광을 생성하는 과정에서 발생하는 열을 방산하기 위하여, 광 생성부(121)의 상부에 방열부가 설치될 수 있다.

이동 판체(120)가 프레임(110) 내에서 상하 이동하는 방법은 일반적인 제조 시스템에 널리 적용되는 기술이므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

고정 판체(130)에는 하부 금형(220)이 설치된다.

하부 금형(220)은 내부에 소정 부피의 빈 공간인 가동 영역(221) 및 가동 영역(221) 내에 상부가 노출된 적어도 하나의 금형홀(222)을 포함한다. 금형홀(222)에는 가동 금형(223)이 배치되며, 가동 금형(223)은 가동 영역(221)에 배치된 취출판(224)과 연결된다. 이때, 가동 금형(223)은 취출판(224)에 고정되거나, 취출판(224)과 일체로 형성될 수 있다.

취출판(224)은 고정 판체(130) 하부의 취출 장치(300)에 형성된 적어도 하나의 취출 로드(310)와 연결되어, 취출 로드(310)에 의해 가동 영역(221) 내에서 상하로 이동된다. 이에 따라, 취출판(224)에 연결된 가동 금형(223) 또한 취출판(224)과 마찬가지로 금형홀(222) 내에서 상하 방향으로 슬라이딩될 수 있다. 이를 위하여, 고정 판체(130) 및 고정 판체(130)와 결합되는 하부 금형(220)의 하단에는 취출 로드(310)의 삽입 통로가 형성될 수 있다.

취출 장치(300)는 취출판(224)을 상하로 이동시킬 수 있도록 취출 로드(310)를 제어한다. 일 실시 예에서 취출 로드(310)는 취출 장치(300)에 포함된 실린더(미도시)를 통해 취출판(224)을 상하로 이동시킬 수 있으며, 이는 일반적인 실린더 구동 방식이므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.

상부 금형(210)과 하부 금형(220)은 자외선 광 조사를 통하여 단량체(monomer) 또는 소(小) 중합체(oligomer)를 중합하여 제품으로 성형하기 위한 제조 금형이다. 이러한 상부 금형(210)과 하부 금형(220)의 결합을 통해 제품이 중합되는 공간인 캐비티(C)를 완성할 수 있다. 여기서, 중합이란 중합체의 원료가 되는 단량체 또는 소 중합체가 화학반응을 통해 결합하여 고분자 화합물인 중합체(polymer)를 생성하는 반응을 의미한다. 본 발명에서는 자외선 경화를 통해 제품을 성형하게 되므로, 기존의 열 가소성 수지를 대체하여 자외선 경화성 수지를 제품 제조용 수지로 사용하게 된다.

구체적으로 캐비티(C)는 투광성 코어(211)와 가동 금형(222)에 의해 형성되며, 성형될 제품의 형상에 대응되는 형상을 가질 수 있다. 이에 따라, 투광성 코어(211)의 하부는 제품 성형물의 일면에 대응되는 형상을 가질 수 있으며, 가동 금형(223)의 상부에는 제품 성형물의 타면에 대응되는 형상이 형성된다.

즉, 하나의 가동 금형(222)은 투광성 코어(211)와의 결합을 통해 하나의 캐비티(C)를 완성하게 되며, 따라서 가동 금형(223)과 가동 금형(223)이 삽입되는 금형홀(222)은 형성하고자 하는 캐비티(C)의 개수에 대응하는 개수로 마련되어, 캐비티(C)의 전체 배치 설계에 따라 형성됨은 물론이다.

한편, 캐비티(C)의 부피는 금형의 탄성 변형에 의한 물리적인 수축률을 고려하여 목적하는 제품 성형물의 부피보다 더 크게 형성될 수 있다.

수지 주입 장치(400)는 수지 공급부(410) 및 적어도 하나의 노즐부(420)를 포함한다.

수지 공급부(410)는 제품 성형용 수지를 수용하여 노즐부(420)로 수지를 공급하고, 노즐부(420)의 구동을 제어할 수 있다.

노즐부(420)는 수지 공급부(410)로부터 공급된 수지를 캐비티(C) 내로 주입할 수 있다. 구체적으로 노즐부(420)는 하부 금형(220) 및 고정 판체(130)의 중심부를 관통하도록 배치되어, 캐비티(C)로 수지를 주입한다.

일 실시 예에서 노즐부(420)는 플랜지(flange)형으로 형성되어, 공압에 의한 내부 핀의 왕복 운동에 따라 재료 주입 전후로 상단의 주입구(421)를 개폐하도록 설계될 수 있다. 좀 더 상세히 설명하면, 수지를 주입하는 경우, 수지 공급부(410)는 노즐부(420)의 공압을 제어하여 노즐부(420)의 내부 핀이 하부로 이동하도록 한다. 이에 따라 노즐부(420) 상단의 주입구(421)가 개방되므로, 수지 공급부(410)로부터 공급된 수지가 주입구(421) 외부로 토출되어 캐비티(C)로 주입된다. 정해진 양의 수지를 주입한 이후, 수지 공급부(410)는 노즐부(420)의 공압을 제어하여 노즐부(420)의 내부 핀이 상부로 이동하도록 한다. 이에 따라 주입구(421)가 내부 핀에 의해 폐쇄되므로, 더 이상 수지가 주입구(421) 외부로 토출되지 않게 된다.

진공 장치(500)는 진공 펌프(510) 및 적어도 하나의 진공 노즐(520)을 포함한다.

진공 노즐(520)은 캐비티(C)에 연결되며, 진공 펌프(510)는 진공 노즐(520)을 통해 캐비티(C) 내부를 진공화한다.

캐비티(C) 내부가 진공화되지 않은 경우, 캐비티(C) 내부로의 수지 주입 시 수지에 기포가 발생하여 제품 성형물 내부에 기포가 포함됨으로써 품질이 저하되는 문제가 있으나, 본 발명에서는 진공 장치(500)를 통해 캐비티(C) 내부를 진공화할 수 있기 때문에, 기포 발생의 염려가 없다.

또한, 캐비티(C) 내부를 진공화함으로서, 수지 주입 시 각 캐비티(C) 간에 압력차가 발생하지 않아 수지의 원활한 주입이 가능한 효과가 있다.

도 1의 실시 예에서는 진공 노즐(520)이 캐비티(C)에 직접적으로 연결되어 있으나, 진공 노즐(520)은 캐비티(C) 외의 영역에도 연결될 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시 예에서는 금형의 형폐 시 캐비티(C)의 효율적인 진공화를 위하여, 도 2에 도시된 바와 같이 캐비티(C)가 형성된 영역을 외부와 차폐할 수 있도록 둘러싸는 오링(O-ring)(O) 등을 배치할 수도 있다. 오링(O)은 소정의 높이를 가지는 폐루프(Closed loop) 형태로 형성됨으로써, 캐비티(C)가 형성된 영역이 외부와 완벽히 차폐될 수 있도록 한다.

이때, 이동 판체(120)는 위치 제어가 가능한 서보 모터(Servomotor) 등을 이용하여 상하 이동하는 경우, 이동 거리가 제어될 수 있다. 따라서, 1차적으로는 도 2에 도시된 바와 같이 상부 금형(210)과 하부 금형(220)이 오링(O)의 높이만큼 이격되도록 이동 판체(120)를 이동시켜 캐비티(C)를 진공화할 수 있다. 진공화가 완료된 이후, 상부 금형(210)과 하부 금형(220)이 맞닿도록 이동 판체(120)를 2차적으로 이동시키고, 그 후 캐비티(C) 내에 수지를 주입할 수 있다. 즉, 본 발명에서는 이동 판체(120)의 이동 거리를 제어함으로써, 2차에 걸쳐 형폐를 진행하여 캐비티(C) 내의 진공 환경을 최적화할 수 있다.

본 발명에서는 하부 금형(220)의 중심부에서 주변부로 수지를 주입하는 방식이기 때문에, 캐비티(C)들은 금형의 중심부를 기준으로 다양한 형태로 배치될 수 있다. 예컨대 캐비티(C)들은 방사형을 비롯하여, 원형, 직선형 등 다양한 형태의 배치가 가능하다. 열 경화 방식에서는 주입구로부터의 위치에 따라 각 캐비티(C) 간 제품의 특성 편차로 인해 캐비티(C)의 다양한 배치가 어려웠다. 하지만, 본 발명에서는 자외선 경화 방식을 적용함에 따라, 캐비티(C) 간에 제품 특성 편차가 발생하지 않아, 캐비티(C)를 다양하게 배치할 수 있다.

도 3 및 도 4는 캐비티(C) 배치의 실시 예를 나타내는 도면이다.

도 3을 참조하면, 복수의 캐비티(C)가 중앙에 배치된 노즐부(420)의 주입구(421)로부터 방사형으로 배치되며, 주입구(421)로부터 캐비티(C)로 수지가 주입되는 주입 통로(C1)가 형성된다.

도 4의 실시 예는 도 3의 실시 예에서 캐비티(C)의 배치가 확장된 형태로서, 중앙 노즐부(420)의 주입구(421)로부터 캐비티(C)로 수지가 주입되는 주입 통로(C1), 캐비티(C) 사이를 연결하여 모든 캐비티(C)에 수지가 주입될 수 있도록 하는 연결 통로(C2)가 형성된다.

즉, 각 캐비티(C)에는 주입 통로(C1)와 연결 통로(C2) 중 적어도 어느 하나가 연결될 수 있다.

이러한 주입 통로(C1)와 연결 통로(C2)는 수지의 주입 및 이동이 가능하면 되므로, 상부 금형(210) 또는 하부 금형(220) 중 어느 하나에 홈 형태로 형성되거나, 상부 금형(210) 및 하부 금형(220) 모두에 형성될 수 있다.

이하에서는, 도 1에 도시된 자외선 성형 시스템의 구동에 대해 설명하기로 한다.

먼저, 금형 구동 장치(100)의 이동 판체(120)가 고정 판체(130) 측으로 이동한다. 이를 통해, 상부 금형(210)이 하부 금형(220) 방향으로 하강함으로써, 금형이 형폐되어 캐비티(C)가 완성된다.

이후, 진공 장치(500)를 통해 캐비티(C) 내부가 진공화되며, 수지 주입 장치(400)를 이용하여 진공화된 캐비티(C)로 수지를 주입한다.

수지 주입 장치(400)는 노즐부(420)의 주입구(421)를 통해 정량의 수지가 토출되도록 하며, 토출이 완료된 후 주입구(421)를 폐쇄한다.

캐비티(C) 내에 주입된 수지는 광 생성부(110)에서 생성되고, 투광성 코어(210)를 경유하여 도달한 자외선 광에 의해 경화가 이루어지며, 자외선 경화를 통해 제품이 성형된다.

경화가 완료되면, 상부 금형(210)이 하부 금형(220)으로부터 탈거될 수 있도록, 이동 판체(120)가 다시 상부로 이동한다.

금형이 형개된 이후, 도 5에 도시된 바와 같이 취출 로드(310)에 의해 하부 금형(220)의 취출판(224)이 상승함으로써, 가동 금형(223)을 상부로 슬라이딩시킨다. 이에 따라 가동 금형(223) 상에 배치된 제품 성형물(R) 또한 가동 금형(223)의 지지에 의해 하부 금형(220)으로부터 탈거되어 상승하게 된다.

이후, 취출 로봇(600)에 의해 제품 성형물(R)이 취출되며, 취출된 제품 성형물(R)은 커팅 과정을 거쳐 개별 제품으로 분리될 수 있다. 취출 로봇(600)은 본 발명의 자외선 성형 시스템에 포함되어 구성될 수도 있고, 별도로 마련되어 제품 성형물(R)을 취출하도록 할 수도 있다.

한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 상부 금형(210)의 투광성 코어(211) 하부면에는 주입 통로(C1) 또는 연결 통로(C2)에 대응되는 위치에 적어도 하나의 돌기홈(213)이 형성될 수 있다.

이로 인해, 캐비티(C)로 수지를 주입할 때, 돌기홈(213) 부분에도 수지가 주입됨으로써, 제품 성형물(R)의 주입 통로(C1) 또는 연결 통로(C2)에 적어도 하나의 돌기(R')가 형성될 수 있다.

이러한 돌기는 취출 로봇(600)을 통해 제품 성형물(R)을 취출할 때 도 5에 도시된 바와 같이 효율적인 취출을 위한 지그(Jig)로서의 기능을 수행하게 된다.

본 발명의 다른 실시 예에 따른 자외선 성형 시스템은 캐비티(C) 둘레에 배치된 개스킷(Gasket)을 더 포함할 수 있다.

일반적인 수지는 경화 시 수축되는 성질을 가지고 있기 때문에, 고정된 캐비티(C) 내에 수지를 주입하고 이를 바로 경화시키는 경우 수지의 밀도가 떨어져 제품 성형물들이 불균일하게 수축된 상태로 형성될 수 있는 문제가 있다.

하지만, 본 발명에서는 캐비티(C) 둘레에 플렉서블(Flexible) 재질의 개스킷을 배치하여, 개스킷의 탄력성만큼 캐비티(C)를 유동적으로 가압할 수 있기 때문에, 수지 수축이 보상되는 효과가 있다.

도 6a 및 도 6b는 개스킷(700)을 이용한 수축 보상을 나타내는 도면이다.

먼저, 도 6a를 참조하면, 개스킷(700)은 상부 금형(210)과 하부 금형(220)의 1차적인 결합 시, 캐비티(C) 둘레에서 상부 금형(210)의 하부면과 하부 금형(220)의 상부면에 접촉된다.

이후, 도 6b에 도시된 바와 같이 개스킷(700)의 탄력성을 이용하여 상부 금형(210)을 하부 금형(220) 방향으로 하강시킴으로써, 캐비티(C) 공간을 2차적으로 미세하게 조절하며 형폐할 수 있다.

따라서, 자외선 경화를 통해 수지가 수축하더라도 개스킷(700)을 이용한 가압을 통해 수지의 수축을 보상할 수 있다.

한편, 이러한 개스킷(700)은 상부 금형(210) 및 하부 금형(220) 중 적어도 어느 하나에 형성될 수 있으며, 하나의 캐비티(C) 둘레에는 적어도 하나의 개스킷(700)이 형성될 수 있다.

도 7 및 도 8은 개스킷(700)의 실시 예들을 나타내는 도면이다.

도 7의 개스킷(701)은 폐루프(Closed loop) 형태로 형성되며, 이때 수지는 캐비티(C)에 연결된 주입 통로(C1) 또는 연결 통로(C2)를 통해 캐비티(C) 내부로 주입된다. 즉, 도 7의 실시 예에서는 주입 통로(C1) 또는 연결 통로(C2)를 통해 캐비티(C) 내로 수지가 주입되는 일종의 바나나 게이트(Banana gate)가 형성된다.

도 8의 개스킷(702)은 적어도 일부가 절단된 루프(Loop) 형태로 형성되며, 이때 개스킷(702)의 절단 부분(G)은 수지 주입을 위한 게이트(Gate)로서의 기능을 수행할 수 있다.

도 8의 실시 예에서, 하나의 캐비티(C)에 주입 통로(C1)와 연결 통로(C2)가 모두 연결되거나, 2개의 연결 통로(C2)가 연결되는 경우, 개스킷(702)은 2개의 절단 부분을 가질 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

100 : 금형 구동 장치 110 : 프레임
120 : 이동 판체 121a : 광원
130 : 고정 판체 200 : 금형
210 : 상부 금형 211 : 투광성 코어
212 : 관통공 213 : 돌기홈
220 : 하부 금형 221 : 가동 영역
222 : 금형홀 223 : 가동 금형
224 : 취출판 300 : 취출 장치
310 : 취출 로드 400 : 수지 주입 장치
410 : 수지 공급부 420 : 노즐부
421 : 주입구 500 : 진공 장치
510 : 진공 펌프 520 : 진공 노즐
600 : 취출 로봇 700, 701, 702 : 개스킷
C : 캐비티 C1 : 주입 통로
C2 : 연결 통로 E : 단턱
O : 오링(O-ring) R : 제품 성형물

Claims (11)

1. 프레임, 상기 프레임 내에서 상하로 이동 가능한 이동 판체, 및 상기 프레임 하부에 설치되는 고정 판체를 포함하는 금형 구동 장치;
   상기 이동 판체에 설치되는 상부 금형;
   상기 상부 금형의 상부에 결합되어 자외선 광을 생성하는 광 생성부;
   상기 고정 판체에 설치되어 상기 상부 금형과의 결합을 통해 캐비티를 형성하는 하부 금형;
   상기 캐비티 둘레에 배치되고, 상기 상부 금형 및 상기 하부 금형 중 적어도 어느 하나에 형성된 적어도 하나의 플렉서블 개스킷; 및
   상기 하부 금형 및 상기 고정 판체의 중심부를 관통하도록 배치되고, 상단의 주입구를 통해 상기 캐비티로 자외선 경화성 수지를 주입하는 노즐부, 및 상기 수지를 수용하여 상기 노즐부로 상기 수지를 공급하고, 상기 노즐부의 구동을 제어하는 수지 공급부를 포함하는 수지 주입 장치
   를 포함하는 자외선 성형 시스템.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 하부 금형은,
   내부에 소정 부피로 형성된 가동 영역;
   상기 가동 영역과 연결되어 상부가 상기 가동 영역 내에 노출된 적어도 하나의 금형홀;
   상기 가동 영역 내에 배치되어 상기 가동 영역 내에서 상하 이동되는 취출판; 및
   상기 금형홀 내부에 배치되며, 상기 취출판에 연결되는 적어도 하나의 가동 금형
   을 포함하는 자외선 성형 시스템.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 고정 판체의 하부에 배치되며, 상기 취출판에 연결된 적어도 하나의 취출 로드를 구비하는 취출 장치를 더 포함하고,
   상기 취출 장치는 상기 취출 로드를 제어하여, 상기 취출판을 상하 이동시키는 자외선 성형 시스템.
   
4. 제2항에 있어서,
   상기 상부 금형은,
   내부에 형성된 관통공; 및
   상기 관통공에 삽입되어 상기 광 생성부에서 생성된 상기 자외선 광을 상기 캐비티로 전달하는 투광성 코어
   를 포함하는 자외선 성형 시스템.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 투광성 코어는 상기 관통공에 탈착 가능한 자외선 성형 시스템.
   
6. 제4항에 있어서,
   상기 캐비티는 상기 가동 금형과 상기 가동 금형의 위치에 대응되는 상기 투광성 코어 사이에 형성되는 자외선 성형 시스템.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 캐비티 내부를 진공화하는 진공 장치를 더 포함하는 자외선 성형 시스템.
   
8. 제6항에 있어서,
   상기 캐비티는 상기 노즐부의 주입구를 중심으로 복수개가 방사형으로 배치되고,
   상기 캐비티에는 상기 주입구로부터 상기 수지가 주입되는 주입 통로 및 상기 캐비티 사이를 연결하는 연결 통로 중 적어도 어느 하나가 연결되는 자외선 성형 시스템.
   
9. 제8항에 있어서,
   상기 투광성 코어의 하부면에는 상기 주입 통로 또는 상기 연결 통로에 대응되는 위치에 적어도 하나의 돌기홈이 형성되는 자외선 성형 시스템.
   
10. 삭제
11. 제1항에 있어서,
    상기 수지는 상기 수지 주입 장치를 통해 상기 하부 금형의 하부로부터 상기 캐비티 방향으로 주입되는 자외선 성형 시스템.

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