KR101455836B1 - 금형 및 금형의 제조방법 - Google Patents
금형 및 금형의 제조방법 Download PDFInfo
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Abstract
단열층이 형성된 금형에 있어서, 금형에 형성된 관통공에 관통부재가 삽입 통과되는 경우에도, 단열층의 흠집 등의 문제를 억제하는 기술을 제공한다.
내벽면에 볼록 형상부를 가지는 금형 본체와, 상기 내벽면에 배치되는 단열층과, 상기 볼록 형상부를 상기 금형 본체의 두께 방향으로 관통하고, 관통부재가 삽입 통과 가능한 관통공, 을 구비하고, 상기 볼록 형상부의 윗면의 외주 내측에 상기 관통공의 외주가 존재하는 금형을 특징으로 한다. 볼록 형상부의 윗면에서의 상기 관통공의 외주와, 상기 볼록 형상부의 윗면의 외주와의 간격이 0.5mm 이하인 것이 바람직하다.
내벽면에 볼록 형상부를 가지는 금형 본체와, 상기 내벽면에 배치되는 단열층과, 상기 볼록 형상부를 상기 금형 본체의 두께 방향으로 관통하고, 관통부재가 삽입 통과 가능한 관통공, 을 구비하고, 상기 볼록 형상부의 윗면의 외주 내측에 상기 관통공의 외주가 존재하는 금형을 특징으로 한다. 볼록 형상부의 윗면에서의 상기 관통공의 외주와, 상기 볼록 형상부의 윗면의 외주와의 간격이 0.5mm 이하인 것이 바람직하다.
Description
본 발명은, 단열층이 형성된 금형 및 당해 금형의 제조방법에 관한 것이다.
열가소성 수지는, 금속등의 다른 재료보다 경량이며, 또한, 사출 성형법등에 의해 원하는 형상으로 성형하기 쉽다는 점에서, 자동차 등에 사용되는 전기부품 및 전자부품, 사무기기, 식품이나 음료의 용기 등 다양한 분야에서 사용되고 있다.
사출 성형법과 같이, 용융 상태의 열가소성 수지를 금형에 충전하여 원하는 형상의 수지 성형체를 얻는 경우, 금형의 캐비티면에는, 수지 성형체에 부여되는 모양이나 형상이 형성되어 있다.
상기 캐비티 표면의 형상이나 모양에 대하여, 수지 성형체로의 전사성을 높이기 위해서, 열가소성 수지를 개량하거나 열가소성 수지에 특정 첨가제를 배합시키거나 금형 온도를 높게 하거나 하는 방법이 알려져 있다.
특히, 금형 온도를 높이는 방법은, 재료의 개량을 필요로 하지 않는다는 점에서 유효하다. 그러나, 금형 온도를 높게 하면, 가소화 된 열가소성 수지의 냉각 고화에 필요로 하는 시간이 길어져 일반적으로 성형 효율이 떨어진다.
이에 대하여, 금형의 내벽면을 열전도율이 작은 단열층으로 피복한 금형, 즉 단열 금형에 대하여 특허문헌 1등에 개시되어 있다.
상기의 특허문헌 1등에 기재된 단열 금형은, 상기와 같은 전사성의 개량 이외에, 금형 온도를 높일 필요가 있는 경우(예를 들면, 성형성의 개선 등)에도 매우 적합하다.
그러나, 수지 성형체를 성형 후에 금형으로부터 쉽게 꺼내기 위한 목적에서, 금형에 형성된 관통공에 진퇴 가능하게 삽입 통과되는 압출 핀(ejectorpin)이 사용된다. 단열층이 형성된 금형에 압출 핀을 이용하면, 금형 내부에서의 관통공의 가장자리 부분에서 단열층과 압출 핀이 스치게 된다. 이와 같이 서로 스치게 됨으로써, 단열층에 흠집이 생기는 등의 문제가 발생된다.
또한, 성형시에 있어서의 금형내의 수지 상태를 파악할 목적으로, 금형에 형성된 관통공에 온도계, 압력계 등의 센서가 설치된다. 단열층이 형성된 금형에 장착하는 경우에는, 관통공과 센서와의 클리어런스가 매우 좁기 때문에, 센서를 끼워넣을 때에 관통공의 가장자리 부분에서, 단열층과 센서가 스치게 된다. 이와 같이 서로 스침으로 인해, 단열층에 흠집이 생기는 등의 문제가 발생된다.
본 발명은, 이상의 과제를 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 단열층이 형성된 금형에서, 금형에 설치된 관통공에 관통부재가 삽입 통과되는 경우에도, 단열층의 흠집 등의 문제를 억제하는 기술을 제공하는 것에 있다.
본 발명자들은, 단열층이 형성된 금형에서, 금형에 형성된 관통공에 관통부재가 삽입 통과되는 경우, 단열층에 흠집 등의 문제가 발생되는 것을 발견하고, 상기 과제를 해결하기 위하여 예의 연구를 거듭하였다. 그 결과, 내벽면에 볼록 형상부를 가지는 금형 본체와, 상기 내벽면에 배치되는 단열층과, 상기 볼록 형상부를 상기 금형 본체의 두께 방향으로 관통하고, 관통부재가 삽입 통과 가능한 관통공, 을 포함하고, 상기 볼록 형상부의 윗면 외주의 내측에 상기 관통공의 외주가 존재하는 금형일 경우, 이상의 과제를 해결할 수 있음을 알아내고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다. 보다 구체적으로는, 본 발명은 이하의 것을 제공한다.
(1) 내벽면에 단열층이 형성된 금형에 있어서, 상기 내벽면으로부터 두께 방향으로 연장되는 관통공을 가지며, 상기 관통공에 관통부재가 삽입 통과된 상태에서, 상기 단열층과 상기 관통부재가 접촉됨이 없이, 상기 관통부재의 캐비티측의 끝면(端面)과 캐비티 표면이 일치하는 금형.
(2) 내벽면에 볼록 형상부를 가지는 금형 본체와, 상기 볼록 형상부를 상기 금형 본체의 두께 방향으로 관통하는 관통공과, 상기 관통공에 삽입 통과된 관통부재, 를 포함하고, 상기 볼록 형상부의 윗면 외주의 내측에 상기 관통공의 외주가 존재하는 (1)에 기재된 금형.
(3) 상기 볼록 형상부의 윗면에서의 상기 관통공의 외주와, 상기 볼록 형상부의 윗면의 외주와의 간격이 0.5mm 이하인 (2)에 기재된 금형.
(4) 상기 볼록 형상부의 측면은, 윗면으로부터 상기 내벽면을 향해 내려가는 경사면이고, 상기 단열층은, 용사법으로 형성된 단열층인 (2) 또는 (3)에 기재된 금형.
(5) 상기 볼록 형상부의 측면은, 윗면으로부터 상기 내벽면을 향해 수직으로 내려가는 수직면과, 상기 윗면과 상기 수직면과의 교선을 상기 수직면의 상단으로 했을 때 상기 수직면의 하단으로부터 상기 내벽면을 향해 내려가는 경사면, 으로 이루어지고, 상기 단열층은, 용사법으로 형성된 단열층인 (2) 또는 (3)에 기재된 금형.
(6) 상기 볼록 형상부의 윗면과 상기 경사면이 이루는 외각의 각도가 45°이하인 (4) 또는 (5)에 기재된 금형.
(7) 내벽면에 형성되는 볼록 형상부를 가지는 금형 본체의, 내벽면에 대해서 단열층을 형성하는 단열층 형성공정과, 상기 단열층의 표면으로부터, 단열층의 일부, 또는 단열층의 일부 및 상기 볼록 형상부의 일부를 제거하는 제거공정과, 상기 볼록 형상부의 윗면으로부터 상기 금형 본체의 두께 방향으로 관통하는 관통공을 형성하는 관통공 형성공정, 을 포함하고, 상기 제거공정은, 상기 윗면에서의 상기 관통공 개구의 외주가 상기 윗면의 외주보다 내측에 존재하도록, 단열층의 일부, 또는 단열층의 일부 및 상기 볼록 형상부의 일부를 제거하는 공정인 금형의 제조방법.
(8) 내벽면에 형성되는 볼록 형상부를 가지는 금형 본체의, 상기 볼록 형상부의 윗면으로부터 볼록 형상부의 높이 방향으로 관통공을 형성하는 제2 관통공 형성공정과, 관통공 및 관통공의 외주를 덮는 마스크를 상기 윗면에 배치하여, 상기 내벽면에 단열층을 형성하는 제2 단열층 형성공정과, 단열층 형성 후에 상기 마스크를 제거하는 마스크 제거공정, 을 포함하고, 상기 제2 관통공 형성공정은, 상기 윗면에서의 상기 관통공의 개구의 외주가, 상기 윗면의 외주보다 내측에 존재하도록 관통공을 형성하는 공정인 금형의 제조방법.
본 발명의 금형, 또는 본 발명의 제조방법으로 제조된 금형은, 단열층이 형성된 금형에 있어서, 금형에 설치된 관통공에 관통부재가 삽입 통과되는 경우에도, 단열층의 흠집 등의 문제를 억제할 수 있다.
도 1은, 실시형태의 금형을 모식적으로 나타낸 도이고, (a)는 사시도이며, (b)는 MM단면의 단면도이다.
도 2는, 관통공이 형성된 금형 본체의 내부를 모식적으로 나타낸 사시도이고, (b)는(a)의 NN단면의 단면도이다.
도 3은, 단열층이 형성된 상태의, 금형 본체의 내부를 모식적으로 나타낸 도이고, (a)는 사시도이며, (b)는 OO단면도이다.
도 4는, 본 발명의 제조방법의 일례를 모식적으로 나타낸 도이다.
도 5는, 제2 실시형태의 제조방법을 모식적으로 나타낸 도이다.
도 6은, 도 1에 나타낸 실시형태와는 다른 실시형태의 금형을 나타낸 모식도이다.
도 7은, 도 1및 도 6에 나타낸 실시형태와는 다른 실시형태의 금형을 나타내는 모식도이다.
도 8은, 도 7에 나타낸 실시형태의 금형에서의 볼록 형상부에 관한 치수를 나타낸 확대도이다.
도 2는, 관통공이 형성된 금형 본체의 내부를 모식적으로 나타낸 사시도이고, (b)는(a)의 NN단면의 단면도이다.
도 3은, 단열층이 형성된 상태의, 금형 본체의 내부를 모식적으로 나타낸 도이고, (a)는 사시도이며, (b)는 OO단면도이다.
도 4는, 본 발명의 제조방법의 일례를 모식적으로 나타낸 도이다.
도 5는, 제2 실시형태의 제조방법을 모식적으로 나타낸 도이다.
도 6은, 도 1에 나타낸 실시형태와는 다른 실시형태의 금형을 나타낸 모식도이다.
도 7은, 도 1및 도 6에 나타낸 실시형태와는 다른 실시형태의 금형을 나타내는 모식도이다.
도 8은, 도 7에 나타낸 실시형태의 금형에서의 볼록 형상부에 관한 치수를 나타낸 확대도이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대하여 설명한다. 그러나 본 발명은 이하의 실시형태로 한정되지 않는다.
<제1 실시형태>
도 1은 본 실시형태의 금형을 모식적으로 나타낸 도이고, (a)는 사시도이며, (b)는 MM단면의 단면도이다. 도 2는 관통공이 형성된 금형 본체의 내부를 모식적으로 나타낸 사시도이고, (b)는 (a)의 NN단면의 단면도이다. 도 3(a)는, 단열층이 형성된 상태의, 금형 본체의 내부를 모식적으로 나타낸 사시도이고, (b)는 OO단면도이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 실시형태의 금형(1)은, 금형 본체(10), 관통공(11), 단열층(12)을 포함한다. 금형의 외형을 형성하는 금형 본체(10)에는, 캐비티와 금형(1)의 외부를 관통하는 관통공(11)이 형성되고, 또한 금형 본체(10)의 내벽면에는 단열층(12)이 배치된다. 금형(1)은 2분할 금형이나, 분할의 수는 특별히 한정되지 않는다. 여기서 캐비티란, 금형 내부의 수지가 충전되는 공간 전체를 가리킨다.
도 2(a)에 나타낸 바와 같이, 금형 본체(10)는, 금형 본체(10)의 내벽면에 형성되는 볼록 형상부(101)을 가진다.
금형 본체(10)에는, 내부에 캐비티가 되는 공간이 존재한다. 금형 본체(10)는 내벽면(F1)(이하, 면(F1)이라고 하는 경우도 있다.)과 금형(1)의 외측면이 되는 면(F2)을 가진다. 후술하는 바와 같이, 캐비티 표면은 그 대부분이 단열층(12)의 표면이며, 단열층(12)을 형성할 때, 수지 성형체의 형상을 단열층(12)으로 형성할 수도 있으나, 미리 면(F1)의 형상을 수지 성형체에 부여할 형상으로 해 두는 것이 바람직하다. 본 실시형태에서는, 2분할 금형(1)의 관통공(11)이 형성된 틀은, 틀의 내벽면의 가장자리에서 연장되는 플랜지부를 가진다. 이러한 플랜지부의 표면의 일부는 금형 이음면의 일부를 구성한다. 또한, 후술하는 단열층이 용사법에 의해 형성되는 경우에는, 플랜지부의 표면에서의, 금형 이음면의 일부가 되는 면과 내벽면측의 면이 이루는 각도는 45°이상인 것이 바람직하다.
또한, 타방의 면(F2)에 대해서는, 형상은 특별히 한정되지 않으며, 금형의 체결의 용이함 등을 고려하여, 적절하게 결정할 수 있다.
볼록 형상부(101)는, 면(F1)으로부터 금형(1)의 내부를 향해 연장된다. 본 실시형태에서는, 볼록 형상부(101)가 사다리꼴 형상으로, 윗면(F3)를 가진다. 그리고, 본 실시형태에서는, 사다리꼴 형상의 볼록 형상부(101)의 측면과 윗면(F3)이 이루는 외각의 각도(θ)는 45°이하이다. 볼록 형상부(101)의 수나, 크기 등도 특별히 한정되지 않으며, 원하는 수, 원하는 크기로 조정할 수 있다. 또한, 본 실시형태에서 볼록 형상부(101)는 금형(1)의 내벽면의 측면에 위치하나, 볼록 형상부(101)의 위치는 특별히 한정되지 않으며, 원하는 위치에 볼록 형상부(101)를 형성할 수 있다.
관통공(11)은, 금형 본체(10)의 두께 방향으로 관통하는 관통공이다. 본 실시형태에서는, 볼록 형상부(101)의 윗면(F3)으로부터 금형 본체(10)의 두께 방향으로 연장되는 직선 형태의 관통공(11)이 형성되어 있다.
관통공(11)에는, 관통부재가 삽입 통과 가능하다. 관통부재로는, 압출 핀이나, 온도계, 압력계 등의 센서를 들 수 있다. 관통부재의 캐비티측 끝면(端面)은, 관통공(11)에 삽입 통과된 상태에서, 캐비티 표면과 동일면내에 존재한다. 도 1~도 3 및 도 6에서는, 관통부재를 도시하지 않고 생략하였다.
단열층(12)은, 도 3에 나타낸 바와 같이, 면(F1)에 배치된다. 단열층(12)이 면(F1)의 전체에 배치될 것인지, 그렇지 않으면 일부에 배치될 것인지는, 특별히 한정되지 않으나, 통상 단열층(12)에 의한 효과가 균일하게 수지 성형체에 부여되도록, 전체에 형성하는 것이 바람직하다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 볼록 형상부(101)의 측면에도 단열층(12)이 형성될 수 있다.
또한, 본 발명에서는 관통공(11)의 외주(R1)에는, 후술하는 단열층(12)이 형성되어 있지 않다. 따라서, 관통공(11)의 외주는, 윗면(F3)의 외주보다 내측에 존재한다. 즉, 관통공(11)의 외주(R1)와 단열층(12) 사이에는 일정한 간격이 있다. 본 실시형태에서는 도 3(b)에 나타낸 바와 같이, 볼록 형상부(101)의 윗면(F3)에 단열층(12)을 형성시키지 않고, 또한 윗면(F3)에서의 관통공(11)의 개구의 외주(R1)가, 윗면(F3)내에 존재함으로써, 관통공(11)의 외주(R1)와 단열층(12) 사이에 일정한 간격을 두고 있다. 관통공(11)의 형성공정에서 볼록 형상부(101)에 흠집이 생기는 등의 문제를 억제할 수 있도록 볼록 형상부(101)의 강도를 향상시키기 위하여, 윗면(F3)의 외주(R2)와 관통공(11)의 외주(R1)와의 간격(d)은, 0mm를 넘으면 되고, 바람직하게는 0.1mm이상이다. 또한, 제2 실시형태의 제조방법에 대하여 후술하는 바와 같이, 관통공(11) 및 관통공(11)의 외주를 덮는 마스크를 윗면(F3)상에 배치하여 단열층을 형성하는 경우에는, 마스크를 안정적으로 올리기 위한 받침대로서 윗면(F3)이 기능하도록, 간격(d)는 적어도 0.2mm정도인 것이 바람직하다. 한편, 간격(d)이 너무 크면, 단열할 수 없는 범위가 너무 넓어져, 단열층을 형성한 의미가 없어져 버릴 우려가 있다. 그래서, 단열층을 형성하지 않는 범위(단열할 수 없는 범위)가 가능한 한 좁아지도록, 간격(d)는, 0.5mm이하인 것이 바람직하다. 여기서, 윗면(F3)의 외주(R2)와 관통공(11)의 외주(R1)가, 함께 중심이 동일 위치에 있는 정원(正圓)이면, 상기의 간격(d)는 일정하나, 그 이외의 경우에는, 간격(d)이 일정하지 않다. 이러한 경우, 관통공(11)의 외주(R1) 중에서, 윗면(F3)의 외주(R2)까지의 최단 거리가 가장 큰 위치에서의 상기 간격(d)이 0.5mm이하인 것이 바람직하다.
단열층(12)의 두께는 특별히 한정되지 않으며, 단열층(12)을 구성하는 재료의 단열 효과 등을 고려하여 적절하게 결정된다. 또한, 단열층의 두께는 일정하지 않을 수 있다. 또한 본 실시형태에서는, 단열층(12)이 캐비티면이 된다.
단열층(12)에 요구되는 열전도율은, 용도 등에 따라서도 다르나, 2W/mㆍK 이하인 것이 특히 바람직하다.
단열층(12)을 구성하는 재료는 특별히 한정되지 않으나, 열전도율이 낮고, 고온의 수지 조성물이 접하더라도 결함을 일으키지 않는 정도의 내열성을 가지는 것이면 된다.
단열층(12)에 요구되는 내열성 및 열전도율을 만족하는 재료로서는, 폴리이미드 수지 등의 내열성이 높고 열전도율이 낮은 수지, 다공질 지르코니아 등의 다공질 세라믹을 예시할 수 있다. 이하, 이들 재료에 대하여 설명한다.
폴리이미드 수지의 구체적인 예로서는, 피로멜릭산(PMDA)계 폴리이미드, 비페닐테트라카르본산계 폴리이미드, 트리멜릭산을 이용한 폴리아미드이미드, 비스말레이미드계 수지(비스말레이미드/트리아진계 등), 벤조페논테트라카르본산계 폴리이미드, 아세틸렌 말단 폴리이미드, 열가소성 폴리이미드 등을 들 수 있다. 폴리이미드 수지로 구성되는 단열층인 것이 특히 바람직하다. 폴리이미드 수지 이외의 바람직한 재료로서는, 예를 들면, 테트라플루오로에틸렌 수지 등을 들 수 있다. 또한, 단열층은, 본 발명의 효과를 저해하지 않는 범위에서, 폴리이미드 수지, 테트라플루오로에틸렌 수지 이외의 수지, 첨가제 등을 포함할 수 있다.
다공질 지르코니아에 포함되는 지르코니아로서는, 특별히 한정되지 않으며, 안정화 지르코니아, 부분 안정화 지르코니아, 미안정화 지르코니아의 어느 것이든 사용할 수 있다. 안정화 지르코니아란, 입방정(立方晶) 지르코니아가 실온에서도 안정화 되어 있는 것으로서, 강도 및 인성(靭性) 등의 기계적 특성이나 내마모성이 우수하다. 또한, 부분 안정화 지르코니아란, 정방정(正方晶) 지르코니아가 실온에서도 일부 잔존하는 상태를 가리키며, 외부 응력을 받으면 정방정에서 단사정(單斜晶)으로 마텐자이트 변태가 일어나, 특히 인장 응력의 작용에 의해 진전되는 균열의 성장을 억제하여, 높은 파괴 인성을 가진다. 또한, 미안정화 지르코니아란 안정화제로 안정화 되지 않은 지르코니아를 가리킨다. 안정화 지르코니아, 부분 안정화 지르코니아 및 미안정화 지르코니아에서 선택되는 적어도 2종 이상을 조합하여 사용할 수도 있다.
안정화 지르코니아, 부분 안정화 지르코니아에 포함되는 안정화제로서는, 종래 공지의 일반적인 것을 채용할 수 있다. 예를 들면, 이트리아, 세리아, 마그네시아 등을 들 수 있다. 안정화제의 사용량도 특별히 한정되지 않으며, 그 사용량은, 용도, 사용 재료 등에 따라 적절하게 설정할 수 있다.
다공질 지르코니아 이외의 다공질 세라믹도 사용할 수 있으나, 다공질 지르코니아가 기타 다공질 세라믹에 비해 내구성이 높다. 이 때문에, 다공질 지르코니아로 구성되는 단열층(12)을 형성한 금형(1)을 이용하면, 단열층(12)의 변형 등의 결함이 쉽게 발생되지 않으므로, 연속해서 성형할 수 있는 성형체의 수가 많아져, 성형체의 생산성이 매우 높아진다.
단열층(12)을 형성하기 위한 원료는, 본 발명의 효과를 저해하지 않는 범위에서, 상기의 지르코니아, 안정화제 이외에 종래 공지의 첨가제 등을 더 포함할 수 있다.
<금형의 제조방법>
본 발명에서는, 상기 금형(1)의 제조방법은 특별히 한정되지 않으나, 본 발명의 제조방법을 이용하여, 본 발명의 금형을 제조하는 것이 바람직하다. 이하, 본 발명의 제조방법을 예로서, 본 발명의 금형의 제조방법을 설명한다. 도 4는, 본 발명의 제조방법의 일례를 모식적으로 나타낸 도이다. 도 4는, 볼록 형상부(101) 부근만을 나타낸 도이다.
본 발명의 제조방법은, 단열층 형성공정과, 제거공정과, 관통공 형성공정, 을 포함한다.
[단열층 형성공정]
단열층 형성공정에서는, 금형 본체(10)의 내벽면에 단열층(12)을 형성한다. 단열층(12)의 형성방법은 특별히 한정되지 않으며, 단열층(12)을 구성하는 재료 등에 따라 적절하게 바람직한 조건을 채용할 수 있다.
본 실시형태의 단열층 형성공정은, 도 4(a)의 상태를 도 4(b)의 상태로 만드는 공정이다. 본 실시형태의 단열층 형성공정에서는, 볼록 형상부(101)의 표면에도 단열층(12)을 형성한다.
예를 들면, 단열층(12)을 구성하는 재료가, 폴리이미드 수지 등의 내열성이 높고 열전도율이 낮은 수지인 경우에는, 고분자 단열층을 형성할 수 있는 폴리이미드 전구체 등의 폴리머 전구체 용액을, 면(F1) 및 볼록 형상부(101)의 표면(본 명세서에서, 「단열층 형성면」이라고 하는 경우도 있다)에 도포하고, 가열하여 용매를 증발시키고, 더 가열하여 폴리머화함으로써 폴리이미드 막 등의 단열층을 형성하는 방법, 내열성 고분자의 모노머, 예를 들면 피로멜릭산 무수물과 4,4-디아미노디페닐에테르를 증착 중합시키는 방법, 또는 평면형상의 금형에 관해서는, 적절한 접착방법 또는 점착 테이프형태의 고분자 단열 필름을 이용하여, 금형 본체(10)의 단열층 형성면에 고분자 단열 필름을 붙여 단열층(12)을 형성하는 방법을 들 수 있다. 또한, 폴리이미드 막을 형성시키고, 그 표면에 금속계 경막(硬膜)으로서의 크롬(Cr) 막이나 질화티탄(TiN) 막을 더 형성시킬 수도 있다.
또한, 단열층(12)를 구성하는 재료가, 다공질 지르코니아 등의 다공질 세라믹인 경우에는, 용사법을 채용하는 것이 바람직하다. 용사법을 채용함으로써, 다공질 지르코니아 등의 열전도율은 원하는 범위로 쉽게 조정될 수 있다. 또한, 다공질 지르코니아 등의 내부에 기포가 지나치게 형성됨으로 인한 단열층(12)의 기계적 강도가 큰폭으로 저하되는 등의 문제도 발생되지 않는다. 이와 같이 용사에 의해 단열층(12)을 형성함으로써, 단열층(12)의 구조는 본 발명의 용도에 적합한 것이 된다.
용사에 의한 단열층(12)의 형성은, 예를 들면 이하와 같이 하여 실시할 수 있다. 먼저, 원료를 용융시켜 액체로 만든다. 이 액체를 가속시켜 단열층 형성면에 충돌시킨다. 마지막으로, 단열층 형성면에 충돌하여 부착된 원료를 고화 시킨다. 이와 같이 함으로써, 매우 얇은 단열층(12)이 형성된다. 이와 같이 매우 얇은 단열층(12)상에 용융된 원료를 더 충돌시켜 고화시킴으로써, 단열층(12)의 두께를 조정할 수 있다. 원료를 고화시키는 방법은, 종래 공지의 냉각 수단을 이용할 수도 있고, 단지 방치함으로써 고화시킬 수도 있다. 용사 방법은 특별히 한정되지 않으며, 아크 용사, 플라즈마 용사, 프레임 용사 등의 종래 공지의 방법에서 바람직한 방법을 적절하게 선택할 수 있다.
[제거공정]
제거공정이란, 상기 단열층 형성공정에서 형성된 단열층(12)의 표면으로부터, 단열층(12)의 일부(단열층(12)의 일부 및 상기 볼록 형상부의 일부인 경우도 있다)를 제거하는 공정이다. 단열층 제거공정은 도 4(b)의 상태를 도 4(c)의 상태로 만드는 공정이다.
본 공정에서는, 최초, 단열층(12)의 표면으로부터 단열층(12)의 두께 방향으로, 단열층(12)을 제거한다. 제거를 계속하면 윗면(F3)이 나타난다. 본 공정에서는, 윗면(F3)상에 있는 단열층(12)을 제거하면 된다. 이후, 제거공정을 계속하면, 볼록 형상부(101)는 윗면(F3)으로부터 볼록 형상부(101)의 높이 방향(본 실시형태에서는, 단열층의 두께 방향과 동일한 방향)으로 얇아지도록 제거되어 간다. 제거공정에서, 윗면(F3)까지 도달한 후, 단열층(12)의 두께 방향으로 어느 정도 제거를 계속할 것인지는, 예를 들면, 관통공(11)의 개구의 크기 등이 고려된다. 본 실시형태에서는, 관통공(11)의 개구의 외주(R1)는, 윗면(F3)의 외주(R2)보다 내측에 존재하기 때문에, 제거전의 윗면(F3)의 외주(R2)가, 관통공(11)의 개구의 외주(R1)를 둘러쌀 수 없는 경우에는, 외주(R2)가 외주(R1)을 둘러쌀 수 있는 정도까지, 제거공정을 실시한다.
제거공정을 실시하는 방법은 특별히 한정되지 않으며, 단열층(12)를 구성하는 재료나, 볼록 형상부(101)를 구성하는 재료 등을 고려하여, 적절히 바람직한 방법을 채용한다. 예를 들면, 다이아몬드 페이스트 등으로 연마하는 방법을 들 수 있다.
본 실시형태의 설명에서는, 단열층(12)의 표면과 볼록 형상부(101)의 윗면(F3)이 일치하도록, 단열층(12)이나 볼록 형상부(101)를 제거하는 예를 설명하였으나, 단열층(12)과 볼록 형상부(101)의 높이를 일치시키지 않고 제거공정을 실시할 수 있으며, 단열층(12)내에 두께가 다른 부분이 나타나도록 제거공정을 실시할 수도 있다.
[관통공 형성공정]
관통공 형성공정이란, 볼록 형상부(101)의 두께 방향(볼록 형상부(101)의 높이 방향)으로 관통하고, 관통부재가 삽입 통과 가능한 관통공(11)을 형성하는 공정이다. 또한, 관통공 형성공정이란 도 4(c)의 상태를 도 4(d)의 상태로 만드는 공정이다.
관통공(11)은, 볼록 형상부(101)을 볼록 형상부(101)의 높이 방향으로 관통하도록 형성된다. 본 실시형태의 본 공정에서는, 윗면(F3)에서, 윗면(F3)의 외주(R2)와 관통공(11)의 외주(R1) 사이에 일정한 간격을 두도록 관통공(11)을 형성한다. 관통공(11)을 형성하는 구체적인 방법은, 특별히 한정되지 않으며, 기계 가공 등의 일반적인 방법을 채용할 수 있다.
관통공(11)을 형성한 후, 관통부재를 관통공(11)에 삽입 통과시켜 본 실시형태의 금형이 완성된다.
<금형의 제조방법의 제2 실시형태>
상기 금형의 제조방법 이외에, 이하의 방법으로도 본 발명의 금형을 제조할 수 있다. 도 5는 제2 실시형태의 제조방법을 모식적으로 나타낸 도이다. 도 5를 이용하여 제2 실시형태의 제조방법에 대하여 설명하기로 하며, 제1 실시형태와 동일한 경우에는 적절히 설명을 생략하는 경우가 있다.
제2 실시형태의 제조방법은, 금형 본체(10)의 볼록 형상부(101)의 윗면(F3)으로부터 볼록 형상부(101)의 높이 방향으로 관통공(11)을 형성하는 제2 관통공 형성공정과, 관통공(11) 및 관통공(11)의 외주를 덮는 마스크를 윗면(F3)상에 배치하여, 내벽면에 단열층을 형성하는 제2 단열층 형성공정과, 단열층 형성 후에 상기 마스크를 제거하는 마스크 제거공정, 을 포함한다.
제2 관통공 형성공정은, 도 5(a)의 상태를 도 5(b)의 상태로 만드는 공정이다. 제2 관통공 형성공정은, 금형 본체(10)의 볼록 형상부(101)의 윗면(F3)으로부터 볼록 형상부(101)의 높이 방향으로 관통공(11)을 형성한다. 제1 실시형태의 관통공 형성공정과 동일하게, 윗면(F3)의 외주(R2)와 관통공(11)의 외주(R1) 사이에 일정한 간격을 두도록 관통공(11)을 형성한다.
제2 단열층 형성공정이란, 도 5(b)의 상태를 도 5(c)의 상태로 만든 후, 도 5(d) 상태로 만드는 공정이다. 본 공정에서는, 먼저, 관통공(11)상에 마스크(2)를 배치한다. 이러한 마스크(2)는 관통공(11)의 내부 및 관통공(11)의 개구의 외주(R1)에 단열층이 형성되지 않도록 하기 위한 것이다. 여기서, 관통공(11)과 관통공(11)의 개구의 외주(R1)가 마스크(2)로 덮이면 되고, 윗면(F3)에서 마스크(2)의 외주와 관통공(11)의 외주(R1)와의 간격을 어느 정도의 길이로 설정할 것인지는, 용도 등에 따라 적절하게 결정된다. 예를 들면, 마스크(2)의 외주와 윗면(F3)의 외주(R2)가 일치하도록, 상기 길이를 설정하는 것을 들 수 있다. 사용하는 마스크(2)에 대해서는, 특별히 한정되지 않으며, 종래 공지된 것을 사용할 수 있다.
다음으로, 마스크(2)의 표면을 포함하여, 금형 본체(10)의 내벽면에 단열층(12)이 형성된다. 단열층(12)의 형성방법에 대해서는, 상기 제1 실시형태의 제조방법과 동일하다.
마스크 제거공정이란, 도 5(d)의 상태를 도 5(e)의 상태로 만드는 공정으로, 단열층(12)이 형성된 금형으로부터 마스크(2)를 제거하는 공정이다. 마스크(2)를 제거하고, 관통부재를 관통공(11)에 삽입 통과시켜 본 실시형태의 금형이 완성된다.
<본 발명의 효과>
본 실시형태의 금형, 및 금형의 제조방법에 의하면, 이하의 효과를 나타낸다.
면(F1)에는, 볼록 형상부(101)와 단열층(12)이 존재하고, 볼록 형상부(101)에 관통공(11)을 가진다. 볼록 형상부(101)에 관통공(11)을 형성함으로써, 관통공(11)의 외주(R1)에 단열층(12)이 형성되지 않은 상태를 용이하게 구현할 수 있다. 관통공(11)의 외주(R1)에 단열층(12)이 형성되어 있지 않은 상태라면, 관통부재를 관통공(11)에 관통시켜도, 단열층(12)이 관통부재에 의해 깎여지는 등의 문제가 발생되지 않는다.
본 실시형태의 금형에 의하면, 볼록 형상부(101)의 윗면(F3)에서의 관통공(11)의 외주(R1)와, 볼록 형상부(101)의 윗면(F3)의 외주(R2)와의 간격이 0.5mm이하이다. 상기 간격이 0.5mm이하 정도이면, 상기 간격의 조정도 어렵지 않고, 또한, 소형 성형체를 제조하는 금형에 있어서도, 볼록 형상부(101)의 윗면(F3)의 일부에 단열층(12)이 형성되지 않음으로 인한 문제가 발생되기 어렵다.
본 실시형태의 금형(1)에 있어서, 볼록 형상부(101)의 측면은, 윗면(F3)으로부터 금형의 내벽면을 향해 내려가는 경사면이다. 이러한 경사면이 형성됨으로써, 단열층(12)이 용사법으로 형성되는 경우에도, 형성되는 단열층(12)의 두께가 고르지 못한 상태 등의 문제를 억제할 수 있다. 단열층(12)의 형성을 용이하게 하는 관점에서는, 볼록 형상부(101)의 윗면(F3)과 경사면이 이루는 외각의 각도(θ)가 45°이하인 것이 바람직하다.
본 실시형태의 금형(1)의 제조방법에 의하면, 단열층(12)의 표면으로부터 단열층(12)의 두께 방향으로, 단열층(12)의 일부, 또는 단열층(12)의 일부 및 볼록 형상부(101)의 일부를 제거하는 공정에서, 외주(R1)와 외주(R2)의 간격을 조정할 수 있기 때문에, 관통공(11)의 외주(R1)에 단열층(12)이 형성되지 않은 상태를 용이하게 형성할 수 있다.
이상, 본 발명의 금형의 바람직한 실시형태에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상술한 실시형태로 제한되지 않으며, 다양한 형태로 실시할 수 있다.
또한, 상기의 실시형태에서의, 금형 본체(10)의 바닥은, 도 2(b)에 나타낸 바와 같이, 각도가 90°로 되어 있으나, 도 6에 나타낸 금형(1A)과 같이, 경사를 완만하게 할 수 있다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 금형 본체(10A)의 바닥의 각도는 45°이하가 되도록 조정하는 것이 바람직하다. 용사법에 의한 단열층(12)의 형성이 용이해지기 때문이다.
또한, 본 발명의 금형의 바람직한 실시형태로서는, 도 7에 나타낸 실시형태도 들 수 있다. 도 7은, 도 1 및 도 6에 나타낸 실시형태와는 다른 실시형태의 금형을 나타낸 모식도이다.
도 7에 나타낸 바와 같이, 본 실시형태의 금형(1B)은, 금형 본체(10B), 관통공(11), 단열층(12)을 포함한다. 본 실시형태의 금형(1B)은, 금형 본체(10B)가 볼록 형상부(101) 대신에 볼록 형상부(101B)를 가지는 이외에는, 금형(1)과 동일하다. 따라서, 이하에서는, 본 실시형태의 금형(1B) 중에서, 금형(1)과 다른 점에 대하여 설명한다.
볼록 형상부(101B)는, 면(F1)으로부터 금형(1B)의 내부를 향해 연장된다. 본 실시형태에서 볼록 형상부(101B)는, 윗면(F3)을 가지고, 볼록 형상부(101B)의 측면은, 윗면(F3)으로부터 면(F1)를 향해 수직으로 내려가는 수직면과, 윗면(F3)과 상기 수직면과의 교선을 상기 수직면의 상단으로 했을 때 상기 수직면의 하단에서 면(F1)을 향해 내려가는 경사면, 으로 이루어진다. 볼록 형상부(101B)의 측면을 구성하는 경사면과 윗면(F3)이 이루는 외각의 각도(θ)는 45°이하이다. 보다 구체적으로는, 도 8에 나타낸 바와 같다. 도 8은, 도 7에 나타낸 실시형태의 금형에 있어서의 볼록 형상부에 관한 치수를 나타낸 확대도이다. 단열층(12)이 용사법에 의해 형성되는 경우에는, 그 형성이 용이해진다는 점에서, 도 8에서, 볼록 형상부(101B)의 수직면의 높이(d1)와, 볼록 형상부(101B)의 경사면의 높이 방향으로의 투영 치수(d2)와, 볼록 형상부(101B)의 경사면의 면(F1)방향으로의 투영 치수(w1)는, d2=w1를 만족하는 것이 바람직하고, 또한 d1/d2=1을 만족하는 것이 바람직하다. 볼록 형상부(101B)의 수나, 크기 등도 특별히 한정되지 않으며, 원하는 수, 원하는 크기로 조정할 수 있다. 또한, 본 실시형태에서 볼록 형상부(101B)는 금형(1B)의 내벽면의 측면에 위치하나, 볼록 형상부(101B)의 위치는 특별히 한정되지 않으며, 원하는 위치에 볼록 형상부(101B)를 형성할 수 있다.
본 발명에서는, 금형(1B)의 제조방법은 특별히 한정되지 않으나, 도 4 또는 도 5를 이용하여 설명한 금형(1)의 제조방법에서, 볼록 형상부(101)를 볼록 형상부(101B)로 변경함으로써, 금형(1B)을 제조할 수 있다.
본 실시형태의 금형(1B) 및 금형(1B)의 제조방법에 따르면, 이하의 효과가 나타난다.
금형(1B)에서, 볼록 형상부(101B)의 측면은, 경사면을 가질 뿐만 아니라 수직면도 가지므로, 단열층(12)의 두께가 얇아지는 부분이, 금형(1)의 경우에 비해 적어졌다. 따라서, 금형(1B)에서는, 볼록 형상부(101B) 부근에서의 단열 효과를 보다 높게 확보할 수 있다.
도 4에 준해 금형(1B)을 제조하는 경우, 단열층(12)의 표면으로부터 단열층(12)의 두께방향으로, 단열층(12)의 일부를 제거하는 공정에서, 윗면(F3)까지 도달된 후, 제거를 더 계속해도, 볼록 형상부(101B)의 측면은 수직면을 이루고 있기 때문에, 윗면(F3)의 외주(R2)의 크기는, 당분간 일정하게 유지된다. 따라서, 단열층(12)을 지나치게 제거했다고 하더라도, 단열층(12)을 형성한 범위의 폭이나 면적이 즉시 변화되어 버릴 염려는 없다. 또한 이때, 윗면(F3)의 외주(R2)와 관통공(11)의 외주(R1)와의 간격(d)도 일정하게 유지된다. 따라서, 금형을 설계하는 단계에서, 상기 간격(d)를 결정할 수 있으며, 단열층(12)을 지나치게 제거했다고 하더라도, 단열층을 형성하지 않은 범위(단열할 수 없는 범위)가 넓어져 버릴 염려가 없다. 또한, 관통부재를 관통공(11)에 관통시켜도, 단열층(12)이 관통부재에 의해 깎여지는 등의 문제가 발생되지 않는다.
기타 효과는, 금형(1) 및 금형(1)의 제조방법에 의해 나타나는 것과 동일하다.
또한, 도 1(b) 또는 도 3(b)에 나타낸 2분할의 금형(1) 중 관통공(11)이 형성되어 있지 않은 측의 금형 본체(10), 도 6에 나타낸 2분할의 금형(1A) 중 관통공(11)이 형성되어 있지 않은 측의 금형 본체(10A), 및 도 7에 나타낸 2분할의 금형(1B) 중 관통공(11)이 형성되어 있지 않은 측의 금형 본체(10B)는, 금형 이음면에, 단열층(12)을 배치하기 위한 오목부를 가진다. 이러한 오목부는, 금형 이음면으로부터 상기 오목부의 저면을 향해 내려가는 경사면과, 상기 금형 이음면과 상기 경사면과의 교선을 상기 경사면의 상단으로 했을 때 상기 경사면의 하단에 의해 둘러싸이는 저면과, 상기 금형 이음면의 연장면, 에 의해 규정되는 공간이다. 상기 경사면과 상기 금형 이음면의 연장면 사이에는, 상기 금형 이음면에 대해서 수직으로 상기 금형 이음면으로부터 상기 저면을 향해 연장되는 수직면을 개재할 수 있다. 이와 같이 수직면을 개재시킴으로써, 수직면을 개재시키지 않은 경우에 비해, 단열층(12)의 두께가 얇아지는 부분이 적어져, 단열 효과를 보다 높게 확보할 수 있다.
관통공(11)이 형성되어 있지 않은 틀은, 도 4에 나타낸 제조방법에 준해 제조할 수 있다. 즉, 당해 틀의 내벽면상에 단열층(12)를 형성한 후, 금형 이음면이 나타날 때까지 단열층(12)의 일부를 제거하는 방법을 이용할 수 있다. 여기서, 상기한 바와 같이, 경사면과 금형 이음면의 연장면 사이에 상기 수직면이 개재되어 있으면, 단열층(12)을 지나치게 제거했다고 하더라도, 단열층(12)을 형성한 범위의 폭이나 면적이 즉시 변화되어 버릴 염려가 없다. 단열층(12)이 용사법에 의해 형성되는 경우에는, 그 형성이 용이해진다는 점에서, 경사면과 금형 이음면이 이루는 외각의 각도는 45°이하인 것이 바람직하다.
1, 1A, 1B 금형
10, 10A, 10B 금형 본체
101, 101B 볼록 형상부
11 관통공
12 단열층
2 마스크
10, 10A, 10B 금형 본체
101, 101B 볼록 형상부
11 관통공
12 단열층
2 마스크
Claims (8)
- 내벽면에 단열층이 형성된 금형에 있어서,
상기 내벽면으로부터 두께 방향으로 연장되는 관통공을 가지며, 상기 관통공에 관통부재가 삽입 통과된 상태에서, 상기 단열층과 상기 관통부재가 접촉하지 않으면서 상기 관통부재의 캐비티측의 끝면(端面)과 캐비티 표면이 일치하는 금형으로서,
내벽면에 볼록 형상부를 가지는 금형 본체와,
상기 볼록 형상부를 상기 금형 본체의 두께 방향으로 관통하는 관통공과,
상기 관통공에 삽입 통과된 관통부재를 포함하고,
상기 볼록 형상부의 윗면 외주의 내측에 상기 관통공의 외주가 존재하며,
상기 볼록 형상부의 측면은,
윗면으로부터 상기 내벽면을 향해 내려가는 경사면이거나, 또는
윗면으로부터 상기 내벽면을 향해 수직으로 내려가는 수직면과, 상기 윗면과 상기 수직면과의 교선을 상기 수직면의 상단으로 했을 때 상기 수직면의 하단으로부터 상기 내벽면을 향해 내려가는 경사면으로 이루어지고,
상기 단열층은 용사법으로 형성된 단열층인 금형. - 제 1항에 있어서,
상기 볼록 형상부의 윗면에서의 상기 관통공의 외주와 상기 볼록 형상부의 윗면의 외주와의 간격이 0.5mm 이하인 금형. - 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 볼록 형상부의 윗면과 상기 경사면이 이루는 외각의 각도가 45°이하인 금형. - 내벽면에 형성되는 볼록 형상부를 가지는 금형 본체의, 내벽면에 대해서 단열층을 형성하는 단열층 형성공정과,
상기 단열층의 표면으로부터, 단열층의 일부, 또는 단열층의 일부 및 상기 볼록 형상부의 일부를 제거하는 제거공정과,
상기 볼록 형상부의 윗면으로부터 상기 금형 본체의 두께 방향으로 관통하는 관통공을 형성하는 관통공 형성공정을 포함하고,
상기 제거공정은, 상기 윗면에서의 상기 관통공의 개구의 외주가, 상기 윗면의 외주보다 내측에 존재하도록, 단열층의 일부, 또는 단열층의 일부 및 상기 볼록 형상부의 일부의 제거를 실시하는 공정인 금형의 제조방법. - 내벽면에 형성되는 볼록 형상부를 가지는 금형 본체의, 상기 볼록 형상부의 윗면으로부터 볼록 형상부의 높이 방향으로 관통공을 형성하는 제2 관통공 형성공정과,
관통공 및 관통공의 외주를 덮는 마스크를 상기 윗면에 배치하여, 상기 내벽면에 단열층을 형성하는 제2 단열층 형성공정과,
단열층 형성 후에 상기 마스크를 제거하는 마스크 제거공정을 포함하고,
상기 제2 관통공 형성공정은, 상기 윗면에서의 상기 관통공의 개구의 외주가, 상기 윗면의 외주보다 내측에 존재하도록 관통공을 형성하는 공정인 금형의 제조방법. - 삭제
- 삭제
- 삭제
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