KR101695618B1 - 화학적 에칭을 이용한 금속-플라스틱 결합체 제조 방법 - Google Patents

화학적 에칭을 이용한 금속-플라스틱 결합체 제조 방법 Download PDF

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Abstract

화학적 에칭(chemical etching)을 적용하여 금속의 표면을 가공함으로써 금속과 플라스틱 간의 결합력을 강화한 금속-플라스틱 결합체의 제조 방법이 개시된다. 개시된 금속-플라스틱 결합체의 제조 방법은, 금속 부재의 표면을 화학적 에칭(chemical etching)하여 금속 부재의 표면에 다수의 미세 홈을 형성하는 미세 홈 에칭 단계, 다수의 미세 홈이 형성된 금속 부재의 표면에 금속과 플라스틱 간의 결합력을 높여주는 액상의 프라이머(primer)를 도포하는 프라이머 도포 단계, 도포된 액상의 프라이머를 경화하여 프라이머층(primer layer)을 형성하는 프라이머 경화 단계, 및 프라이머층이 형성된 금속 부재를 금형 내부에 배치하고 용융된 액상의 수지를 사출하고 경화하여, 금속 부재에 접합된 플라스틱 부재를 성형하는 인서트 사출(insert molding) 단계를 구비한다.

Description

화학적 에칭을 이용한 금속-플라스틱 결합체 제조 방법{Method for fabricating metal-plastic combination using chemical etching}
본 발명은 화학적 에칭을 이용하여 금속과 플라스틱 부재가 견고하게 접합되어 일체화된 금속-플라스틱 결합체를 제조하는 방법에 관한 것이다.
금속 부재와 플라스틱 부재를 견고하게 접합하여 일체화한 금속-플라스틱 결합체는 산업의 많은 분야에서 사용된다. 예를 들어, 항공기의 부품이나 2차 전지의 하우징에도 이러한 금속-플라스틱 결합체가 사용된다. 금속-플라스틱 결합체는 크게 금속 부재와 플라스틱 부재를 접착제로 접합하는 방법과, 금속 부재를 금형 내부에 삽입한 채 인서트 사출(insert molding)을 행하여 금속 부재에 접합된 플라스틱 부재를 성형하는 방법에 의해 제조될 수 있다.
접착제로 접합하는 방법이든, 인서트 사출하는 방법이든, 금속 부재와 플라스틱 부재 간의 접합력을 강화하기 위하여 금속 부재의 표면 처리 과정이 수행되고 있으며, 금속 부재의 표면 처리 과정을 쉽고, 빠르며, 비용이 저렴하고, 큰 접합력 강화 효과를 갖도록 개선하는 노력이 진행되고 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-0922281호
본 발명은, 화학적 에칭(chemical etching)으로 금속의 표면에 다수의 미세 홈을 형성하여 금속과 플라스틱 간의 결합력을 강화한 금속-플라스틱 결합체의 제조 방법을 제공한다.
또한 본 발명은 금속의 플라스틱과 접합되는 부분의 표면을 화학적 에칭으로 가공함으로써 금속 표면에 다수의 미세 홈을 용이하게 형성할 수 있고, 비용이 절감되며, 금속과 플라스틱 간의 접합력도 강화되는 금속-플라스틱 결합체의 제조 방법을 제공한다.
본 발명은, 금속 부재의 표면을 화학적 에칭(chemical etching)하여 상기 표면에 다수의 미세 홈을 형성하는 미세 홈 에칭 단계, 및 상기 다수의 미세 홈이 형성된 금속 부재의 표면에 일체로 결합된 플라스틱 부재를 형성하는 플라스틱 결합 단계를 구비하고, 상기 미세 홈은, 그 깊이가 깊어질수록 내경이 커지는 내경 확장 구간을 갖는 금속-플라스틱 결합체 제조 방법을 제공한다.
상기 플라스틱 결합 단계는, 상기 다수의 미세 홈이 형성된 금속 부재를 금형 내부에 배치하고 용융된 액상의 수지를 사출하고 경화하여, 상기 금속 부재에 접합된 플라스틱 부재를 성형하는 인서트 사출(insert molding) 단계를 구비할 수 있다.
상기 플라스틱 결합 단계는, 상기 인서트 사출 단계에 앞서서, 상기 다수의 미세 홈이 형성된 금속 부재의 표면에 금속과 플라스틱 간의 결합력을 높여주는 액상의 프라이머(primer)를 도포하는 프라이머 도포 단계, 및 상기 도포된 액상의 프라이머를 경화하여 프라이머층(primer layer)을 형성하는 프라이머 경화 단계를 더 구비할 수 있다.
상기 프라이머는 우레탄계 수지와 에폭시계 수지가 혼합되어 형성될 수 있다.
상기 액상의 수지는 폴리프로필렌(PP: polypropylene), 폴리페닐렌설파이드(PPS: polyphenylene sulfide), 폴리아미드(polyamide), 폴리카보네이트(PC: polycarbonate), 아크릴로니트릴부타디엔스티렌(ABS: acrylonitrile butadiene styrene), 및 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT: polybutylene terephthalate) 중의 적어도 하나를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 플라스틱 결합 단계는, 상기 다수의 미세 홈이 형성된 금속 부재의 표면에 접착제를 도포하는 접착제 도포 단계, 및 플라스틱 부재를 상기 접착제가 도포된 금속 부재의 표면에 부착하고 상기 접착제를 경화하여, 상기 금속 부재와 상기 플라스틱 부재를 연결하는 접착제층을 형성하는 접착제 경화 단계를 구비할 수 있다.
상기 미세 홈 에칭 단계는, 상기 금속 부재의 표면에 포토레지스트(photoresist)를 도포하여 포토레지스트층을 형성하는 포토레지스트 도포 단계, 상기 포토레지스트층을 부분적으로 노출하는 마스크(mask)를 상기 포토레지스트층 위에 적층한 채 상기 포토레지스트층에 광(光)을 조사하는 마스킹(masking) 및 노광 단계, 상기 마스킹 및 노광 단계 후 상기 포토레지스트층를 현상하여 상기 포토레지스트층에 다수의 미세 홀(hole)을 형성하는 현상 단계, 상기 다수의 미세 홀을 통해 에칭액(etching agent)이 상기 금속 부재로 침투하여 상기 다수의 미세 홀과 정렬되는 다수의 미세 홈이 형성되도록 상기 포토레지스트층에 에칭액을 투입하는 에칭액 투입 단계, 및 상기 포토레지스트층을 제거하는 포토레지스트 제거 단계를 구비할 수 있다.
상기 에칭액 투입 단계는, 상기 에칭액 속에 상기 금속 부재를 침잠시키는 단계, 또는 상기 에칭액을 상기 포토레지스트층에 분무하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 에칭액은 5 내지 30 wt% 농도의 삼산화철(Fe2O3) 용액일 수 있다.
상기 내경 확장 구간은 상기 미세 홈의 입구에서 시작하여 상기 미세 홈의 바닥보다 얕은 깊이까지의 구간이며, 상기 내경 확장 구간에서 상기 미세 홈의 깊이 방향의 연장선에 대해 상기 미세 홈의 내주면이 1 내지 20° 기울어질 수 있다.
상기 미세 홈의 내경은 50 내지 500 ㎛ 일 수 있다.
상기 금속 부재는 철(Fe)을 소재로 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 화학적 에칭을 통하여 금속 부재의 표면으로부터 깊이가 깊어질수록 내경이 커지는 구간을 갖는, 다수의 미세 홈을 형성한다. 상기 미세 홈에 침투하여 채워지고 경화된 부분이 플라스틱 부재와 금속 부재의 분리를 방해하는 고리(hook)의 역할을 하게 되어 플라스틱 부재와 금속 부재의 접합력이 강화된다.
한편, 화학적 에칭은 가공되는 금속 부재의 표면 면적에 큰 관련 없이 에칭 가공의 비용이 차이가 거의 없으므로 에칭 가공 면적이 많을수록 작업 단위당 원가는 절감된다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 금속-플라스틱 결합체 제조 방법을 도시한 블록도이다.
도 2 내지 도 6은 도 1의 금속-플라스틱 결합체 제조 방법을 순차적으로 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 금속-플라스틱 결합체 제조 방법을 도시한 블록도이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 금속-플라스틱 결합체 제조 방법에 의해 제조된 금속-플라스틱 결합체의 일 예를 도시한 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 금속-플라스틱 결합체 제조 방법을 상세하게 설명한다. 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자 또는 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 금속-플라스틱 결합체 제조 방법을 도시한 블록도이고, 도 2 내지 도 6은 도 1의 금속-플라스틱 결합체 제조 방법을 순차적으로 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 금속-플라스틱 결합체 제조 방법은, 금속 표면 정화 단계(S11), 미세 홈 에칭 단계(S12), 프라이머 도포 단계(S13), 프라이머 경화 단계(S14), 및 인서트 사출(insert molding) 단계(S15)를 포함한다. 여기서, 금속 부재는 예컨대, 강(steel), 탄소강, 스테인레스스틸(stainless steel)과 같이 철(Fe)을 주된 소재로 포함하는 금속 부재일 수 있다.
금속 표면 정화 단계(S11)는 화학적 에칭 단계(S12)에 앞서서, 금속 부재 표면의 불순물을 제거하는 단계로서, 예컨대, 탈지 단계가 있다. 상기 탈지 단계는, 금속 부재의 표면에 탈지액을 적용하여 금속 부재 표면의 유분(油分)을 제거하는 단계이다. 예를 들면, 금속 부재를 탈지액 속에 완전히 잠기도록 침잠시킨 후 꺼내는 방법이 적용될 수 있다. 탈지제와 물을 적절한 비율로 혼합하여 탈지액을 제조할 수 있다. 탈지액에서 꺼내진 금속 부재는 물로 세척된다. 탈지 단계를 통해 금속 부재의 표면 피막과 유분(油分)이 제거된다.
미세 홈 에칭 단계(S12)는 금속 부재의 표면을 화학적 에칭(chemical etching)하여 금속 부재의 표면에 다수의 미세 홈을 형성하는 단계이다. 미세 홈 에칭 단계(S12)는 포토레지스트 도포 단계(S121), 마스킹 및 노광 단계(S122), 현상 단계(S123), 에칭액 투입 단계(S124), 및 포토레지스트 제거 단계(S125)를 구비한다.
도 1 및 도 2를 함께 참조하면, 포토레지스트 도포 단계(S121)는 금속 부재(11)의 표면에 포토레지스트(photoresist)를 도포하여 포토레지스트층(31)을 형성하는 단계이다. 마스킹 및 노광 단계(S122)는 마스크(mask)(34)를 포토레지스트층(31) 위에 적층한 채 포토레지스트층(31)에 광(光)을 조사하는 단계이다. 마스크(34)에는 다수의 미세 통공(35)이 고르게 분포되도록 형성되어 이 미세 통공(35)들을 통해 포토레지스트층(31)이 부분적으로 노출된다. 포토레지스트층(31)에 조사되는 광(光)은 포토레지스트의 종류에 따라 자외선광(ultraviolet ray), X선광, 또는 전자빔(electron beam)일 수 있다.
현상 단계(S123)는 마스킹 및 노광 단계(S122) 후 마스크(34)(도 2 참조)를 제거하고, 포토레지스트층(31)을 현상(developing)하여 포토레지스트층(31)에 다수의 미세 홀(hole)(32)을 형성하는 단계이다. 포토레지스트가 포지티브 포토레지스트(positive photoresist)이면 S122 단계에서 광(光)에 노출된 포토레지스트 부분이 현상액에 용해되어 제거되고 광에 노출되지 않은 포토레지스트 부분이 금속 부재(11) 표면 상에 남겨지며, 반대로 포토레지스트가 네거티브 포토레지스트(negative photoresist)이면 S122 단계에서 광(光)에 노출된 포토레지스트 부분이 금속 부재(11) 표면 상에 남겨지고, 광에 노출되지 않은 포토레지스트 부분이 현상액에 용해되어 제거된다. 현상액에 용해되어 제거된 부분을 통해 다수의 미세 홀(32)(도 3 참조)이 형성된다.
도 1 및 도 3을 함께 참조하면, 에칭액 투입 단계(S124)는 다수의 미세 홀(32)을 통해 에칭액(etching agent)(38)이 금속 부재(11)로 침투하여 다수의 미세 홀(32)과 정렬되는 다수의 미세 홈(14)이 형성되도록 포토레지스트층(31)에 에칭액(38)을 투입하는 단계이다.
도 3에 도시된 바와 같이 에칭액(38)이 담긴 수조(미도시)에 금속 부재(11)를 침잠시켜 에칭을 진행하거나, 스프레이 노즐(spray nozzle)(미도시)을 이용하여 포토레지스트층(31)에 에칭액(38)을 분무할 수도 있다.
금속 부재(11)의 표면 중에서, 포토레지스트층(31)에 의해 가려진 부분은 에칭액(38)이 침투할 수 없어 식각되지 않고, 미세 홀(32)을 통해 노출된 부분만 에칭액(38)에 의해 식각되어 미세 홈(14)이 형성된다. 에칭액(38)에 의한 금속 부재(11) 표면의 식각은 아래 방향뿐만 아니라 미세 홀(32)의 중심에서 방사 방향(radial direction)으로도 진행되므로, 미세 홈(14)은 그 깊이가 깊어짐에 따라 내경이 커지다가 작아지게 된다. 이에 따라, 미세 홈(14)의 입구측 내경(HD_EN)(도 4 참조)은 미세 홈(14) 내측의 최대 내경(HD_IN)보다 작으며, 미세 홈(14) 내부에는 그 깊이가 깊어질수록 내경이 커지는 내경 확장 구간(17)(도 4 참조)이 마련된다.
상기 미세 홈(14)의 내경(HD_EN, HD_IN)은 50 내지 500 ㎛ 일 수 있다. 상기 내경(HD_EN, HD_IN)이 50 ㎛ 보다 작으면 금속 부재(11)와 플라스틱 부재(19)(도 6 참조) 간의 결합력 증대 효과가 미흡하고, 상기 내경(HD_EN, HD_IN)이 500 ㎛ 보다 크면 금속 부재(11)와 플라스틱 부재(19)가 결합된 부분이 미관상 좋지 않고, 에칭 작업 시간이 오래 소요되어 생산성이 저하된다.
S124 단계에서 에칭액은 5 내지 30 wt% 농도의 삼산화철(Fe2O3) 용액일 수 있으며, 에칭액(38)에 침잠시키거나 에칭액(38)을 분무하여 에칭액(38)을 금속 부재(11)에 투입한 후 1 내지 60분간 금속 부재(11)의 식각이 진행되도록 방치하여 다수의 미세 홈(14)을 형성할 수 있다. 적절한 크기의 미세 홈(14)이 형성된 후에 금속 부재(11)를 세척하여 금속 부재(11)의 과도한 식각을 방지할 수 있다.
도 1 및 도 4를 함께 참조하면, 포토레지스트 제거 단계(S125)는 S124 단계를 통해 다수의 미세 홈(14)를 형성한 후, 포토레지스트층(31)(도 3 참조)을 제거하는 단계이다. 상기 미세 홈(14)의 내경 확장 구간(17)은 미세 홈(14)의 입구(15)에서 시작하여 미세 홈(14)의 바닥(16)보다 얕은 깊이까지의 구간이다. 내경 확장 구간(17)에서 미세 홈(14)의 깊이 방향의 가상의 연장선(L1)에 대해 미세 홈(14)의 내주면이 1 내지 20° 기울어진다. 다시 말하면, 내경 확장 구간(17) 내에서 미세 홈(14)의 내주면 상의 임의의 일 지점에서의 접선(L2)과 상기 미세 홈(14) 깊이 방향의 연장선(L1) 사이의 각도(AN)가 1 내지 20° 가 된다.
도 5 및 도 6은 도 1의 미세 홈 에칭 단계(S12) 이후의 단계들을 순차적으로 도시한 도면으로서, 프라이머 도포 단계(S13), 프라이머 경화 단계(S14), 및 인서트 사출 단계(S15)는 다수의 미세 홈(14)이 형성된 금속 부재(11)의 표면에 일체로 결합된 플라스틱 부재(19)(도 6 참조)를 형성하는 플라스틱 결합 단계의 일 예이다. 도 1 및 도 5를 함께 참조하면, 프라이머 도포 단계(S13)는 미세 홈 에칭 단계(S12)를 통해 다수의 미세 홈(14)이 형성된 금속 부재(11)의 표면에 금속과 플라스틱 간의 결합력을 높여주는 액상의 프라이머(primer)를 도포하는 단계이다. 부연하면, 물체에 도료를 도포하거나 다른 종류의 물체를 접착시킬 때 서로 다른 종류의 물체가 서로 용이하고 견고하게 밀착되도록 소량의 접착 반응 개시제를 물체에 도포한 후 도료 또는 접착제를 사용할 수 있는데, 이때 소량으로 사용되는 접착 반응 개시제를 프라이머 또는 전처리제라고 한다.
금속 부재(11) 표면에 도포되는 프라이머는 우레탄(urethane)계 수지와 에폭시(epoxy)계 수지가 혼합되어 형성된다. 우레탄계 수지와 에폭시계 수지는 금속과의 접착력이 우수하고 내열성이 우수하여 프라이머의 내열성을 높여준다. 프라이머는 예컨대, 딥핑(dipping), 분무(spraying), 페인팅(painting), 실크 스크린 인쇄(silk screen printing)과 같은 방법으로 금속 부재(11)의 표면에 도포될 수 있다.
프라이머 경화 단계(S14)는 금속 부재(11)의 표면에 도포된 액상의 프라이머를 경화하여 프라이머층(18)을 형성하는 단계이다. 프라이머를 경화하지 않으면 인서트 사출 단계(S15)에서 금속 부재(11)를 금형 내부에 안착시킬 때 액상의 프라이머가 금형 내부로 흘러내려 금형이 오염될 수 있으므로 이를 방지하기 위함이다. 따라서, 프라이머 경화 단계(S14)에서는 프라이머를 완전히 딱딱하게 경화시킬 필요까지는 없으며, 금속 부재(11)의 표면에서 흘러내리지 않을 정도로 경화시키는, 소위 반경화(半硬化) 정도면 충분하다.
프라이머를 경화하는 방법으로는, 금속 부재(11)를 가열하는 열 경화, 또는 금속 부재(11)에 자외선광(UV: ultraviolet ray)를 조사하는 UV 경화가 적용될 수 있다. 프라이머에 자외선광이 조사되면 경화하는 UV 수지가 포함되는 경우에 상기 UV 경화가 적용된다. 프라이머 경화 단계(S14)에 의해 형성된 프라이머층(18)의 두께(PT)는 5 내지 20 ㎛ 이다. 프라이머층(18)의 두께(PT)가 너무 얇으면 금속과 플라스틱간 접착력 강화의 효과가 나타나지 않을 수 있다. 반대로, 프라이머층(18)의 두께(PT)가 너무 두꺼우면 금속-플라스틱 결합체의 제조 원가가 커진다.
도 1 및 도 6을 함께 참조하면, 인서트 사출 단계(S15)는 다수의 미세 홈(14)이 형성되고, 그 위에 프라이머층(18)이 적층 형성된 금속 부재(11)를 금형 내부에 배치하고 용융된 액상의 수지를 사출하고 경화하여, 금속 부재(11)에 접합된 플라스틱 부재(19)를 성형하는 단계이다. 금속-플라스틱 결합체 사출 성형 금형은 서로 밀착 또는 이격되는 하부 코어(42) 및 상부 코어(45)를 구비한다. 하부 코어(42)와 상부 코어(45)가 서로 마주보는 경계면에 프라이머층(18)이 형성된 금속 부재(11)가 끼워지고, 하부 코어(42)와 상부 코어(45)가 서로 밀착되면, 플라스틱 부재(19) 성형용 캐비티(cavity)(48)가 형성된다.
하부 코어(42)와 상부 코어(45)가 밀착된 상태에서 용융된 액상의 수지가 금형의 스프루 부시(sprue bush)(미도시)를 통해 상기 금형 내부로 사출되면 상기 액상의 수지는 러너(runner)(46)를 통해 캐비티(48)에 주입되어 채워지며 프라이머층(18)이 형성된 금속 부재(11)의 표면을 덮는다. 고온인 액상의 수지가 프라이머층(18)에 닿을 때 프라이머층(18)이 다시 용융되어 액상의 수지와 혼합되므로, 액상의 수지가 경화되어 플라스틱 부재(19)가 되었을 때 금속 부재(11)와 플라스틱 부재(19)가 접합된 부분의 접합력이 강화된다.
또한, 용융된 프라이머와 액상의 수지가 내부의 내경(HD_IN)(도 4 참조)보다 입구의 내경(HD_EN)(도 4 참조)이 작은 미세 홈(14)을 채우고 경화되어, 마치 후크(hook)와 같이 금속 부재(11)와 플라스틱 부재(19)의 분리를 방해한다. 또한, 미세 홈(14)으로 인해 금속 부재(11)와 플라스틱 부재(19) 결합면의 접촉 면적이 증대되므로 금속 부재(11)와 플라스틱 부재(19) 간의 접합력이 더욱 강해진다.
액상의 수지가 경화되어 플라스틱 부재(19)가 형성되면, 상부 코어(45)와 하부 코어(42)가 분리되고 일체로 형성된 금속-플라스틱 결합체가 금형에서 취출된다.
인서트 사출 단계(S15)에서 캐비티(48)에 사출 주입되는 액상의 수지는 예컨대, 폴리프로필렌(PP: polypropylene), 폴리페닐렌설파이드(PPS: polyphenylene sulfide), 폴리아미드(polyamide), 폴리카보네이트(PC: polycarbonate), 아크릴로니트릴부타디엔스티렌(ABS: acrylonitrile butadiene styrene), 또는 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT: polybutylene terephthalate)일 수 있다. 또는, 상술한 합성수지들 중에서 복수의 종류를 선택하여 혼합한 수지일 수도 있다.
한편, 상기 프라이머 도포 단계(S13) 및 상기 프라이머 경화 단계(S14)는 인서트 사출 단계(S15)에 앞서 필수적인 단계는 아니어서 생략될 수 있으며, 본 발명의 금속-플라스틱 결합체 제조 방법은 미세 홈 에칭 단계와 인서트 사출 단계만을 구비할 수도 있다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 금속-플라스틱 결합체 제조 방법을 도시한 블록도이고, 도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 금속-플라스틱 결합체 제조 방법에 의해 제조된 금속-플라스틱 결합체의 일 예를 도시한 단면도이다. 도 7 및 도 8을 함께 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 금속-플라스틱 결합체 제조 방법은 금속 표면 정화 단계(S21), 미세 홈 에칭 단계(S22), 접착제 도포 단계(S23), 및 접착제 경화 단계(S24)를 포함한다.
금속 표면 정화 단계(S21)는 미세 홈 에칭 단계(S22)에 앞서서 금속 부재(31) 표면의 불순물을 제거하는 단계이고, 미세 홈 에칭 단계(S22)는 금속 부재(21)의 표면을 화학적 에칭하여 금속 부재(21)의 표면에 다수의 미세 홈(24)을 형성하는 단계이다. 미세 홈 에칭 단계(S22)는 포토레지스트 도포 단계(S221), 마스킹 및 노광 단계(S222), 현상 단계(S223), 에칭액 투입 단계(S224), 및 포토레지스트 제거 단계(S225)를 구비한다. 상기 금속 표면 정화 단계(S21) 및 미세 홈 에칭 단계(S22)와, 미세 홈 에칭 단계(S22)의 세부 단계들(S221~S225)은 본 발명의 제1 실시예에 대한 언급에서 상술한 금속 표면 정화 단계(S11) 및 미세 홈 에칭 단계(S12)와, 미세 홈 에칭 단계(S12)의 세부 단계들(S121~S125)과 동일하므로 중복되는 설명은 생략한다.
접착제 도포 단계(S23)와 접착제 경화 단계(S24)는 미세 홈(24)이 형성된 금속 부재(21)의 표면에 일체로 결합된 플라스틱 부재(29)를 형성하는 플라스틱 결합 단계의 다른 일 예이다.
접착제 도포 단계(S23)는 S22 단계에 의해 다수의 미세 홈(24)이 형성된 금속 부재(21)의 표면에 접착제를 도포하는 단계이다. 도포된 접착제는 다수의 미세 홈(24)을 채운다. 접착제 경화 단계(S24)는 플라스틱 부재(29)를 접착제가 도포된 금속 부재(21)의 표면에 부착하고 접착제를 경화하여, 금속 부재(21)와 플라스틱 부재(29)를 연결하는 접착제층(28)을 형성하는 단계이다. 접착제의 종류에 따라 접착제 경화 방법은 열 경화 또는 UV 경화가 적용될 수 있다. UV 경화는 접착제에 자외선광이 조사되면 경화하는 UV 수지가 포함되는 경우에 적용된다.
상기 플라스틱 부재(29)는 금형(미도시)의 캐비티 내에 액상의 수지를 사출 주입하고 경화하여 성형할 수 있다. 상기 캐비티에 사출 주입되는 액상의 수지는 예컨대, 폴리프로필렌(PP: polypropylene), 폴리페닐렌설파이드(PPS: polyphenylene sulfide), 폴리아미드(polyamide), 폴리카보네이트(PC: polycarbonate), 아크릴로니트릴부타디엔스티렌(ABS: acrylonitrile butadiene styrene), 또는 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT: polybutylene terephthalate)일 수 있다. 또는, 상술한 합성수지들 중에서 복수의 종류를 선택하여 혼합한 수지일 수도 있다.
접착제가, 내부의 내경(HD_IN)(도 4 참조)이 입구의 내경(HD_EN)(도 4 참조)보다 큰 다수의 미세 홈(24)을 채우고 경화되므로, 마치 후크(hook) 체결된 것과 같이 접착제층(28)이 금속 부재(21)에 견고하게 결합되어 분리되지 않는다. 또한, 금속 부재(21)의 표면이 매끄러운 경우와 비교하여, 다수의 미세 홈(24)으로 인해 접착제와 금속 부재(21) 사이의 접합 면적이 증대된다. 따라서, 접착제층(28)을 매개로 한 금속 부재(21)와 플라스틱 부재(29)의 결합력이 더욱 강화된다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
11, 21: 금속 부재 14, 24: 미세 홈
18: 프라이머층 19, 29: 플라스틱 부재
28: 접착제층 31: 포토레지스트층
34: 마스크 37: 스프레이 노즐
42: 하부 코어 45: 상부 코어

Claims (12)

  1. 금속 부재의 표면을 애칭액을 이용한 화학적 에칭(chemical etching)하여 상기 표면에 다수의 미세 홈을 형성하는 미세 홈 에칭 단계; 및, 상기 다수의 미세 홈이 형성된 금속 부재의 표면에 일체로 결합된 플라스틱 부재를 형성하는 플라스틱 결합 단계;를 구비하고,
    상기 미세 홈은, 그 깊이가 깊어질수록 내경이 커지는 내경 확장 구간을 가지고, 전체적으로 깊이가 깊어질수록 내경이 커지다가 내경이 작아지는 형상을 가지고,
    상기 금속 부재는 철(Fe)을 소재로 포함하며,
    상기 에칭액은 5 내지 30 wt% 농도의 삼산화철(Fe2O3) 용액인 것을 특징으로 하는 금속-플라스틱 결합체 제조 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 플라스틱 결합 단계는, 상기 다수의 미세 홈이 형성된 금속 부재를 금형 내부에 배치하고 용융된 액상의 수지를 사출하고 경화하여, 상기 금속 부재에 접합된 플라스틱 부재를 성형하는 인서트 사출(insert molding) 단계;를 구비하는 것을 특징으로 하는 금속-플라스틱 결합체 제조 방법.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 플라스틱 결합 단계는, 상기 인서트 사출 단계에 앞서서, 상기 다수의 미세 홈이 형성된 금속 부재의 표면에 금속과 플라스틱 간의 결합력을 높여주는 액상의 프라이머(primer)를 도포하는 프라이머 도포 단계; 및, 상기 도포된 액상의 프라이머를 경화하여 프라이머층(primer layer)을 형성하는 프라이머 경화 단계;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 금속-플라스틱 결합체 제조 방법.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 프라이머는 우레탄계 수지와 에폭시계 수지가 혼합되어 형성된 것을 특징으로 하는 금속-플라스틱 결합체 제조 방법.
  5. 제2 항에 있어서,
    상기 액상의 수지는 폴리프로필렌(PP: polypropylene), 폴리페닐렌설파이드(PPS: polyphenylene sulfide), 폴리아미드(polyamide), 폴리카보네이트(PC: polycarbonate), 아크릴로니트릴부타디엔스티렌(ABS: acrylonitrile butadiene styrene), 및 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT: polybutylene terephthalate) 중의 적어도 하나를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 금속-플라스틱 결합체 제조 방법.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 플라스틱 결합 단계는, 상기 다수의 미세 홈이 형성된 금속 부재의 표면에 접착제를 도포하는 접착제 도포 단계; 및, 플라스틱 부재를 상기 접착제가 도포된 금속 부재의 표면에 부착하고 상기 접착제를 경화하여, 상기 금속 부재와 상기 플라스틱 부재를 연결하는 접착제층을 형성하는 접착제 경화 단계;를 구비하는 것을 특징으로 하는 금속-플라스틱 결합체 제조 방법.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 미세 홈 에칭 단계는, 상기 금속 부재의 표면에 포토레지스트(photoresist)를 도포하여 포토레지스트층을 형성하는 포토레지스트 도포 단계;
    상기 포토레지스트층을 부분적으로 노출하는 마스크(mask)를 상기 포토레지스트층 위에 적층한 채 상기 포토레지스트층에 광(光)을 조사하는 마스킹(masking) 및 노광 단계;
    상기 마스킹 및 노광 단계 후 상기 포토레지스트층를 현상하여 상기 포토레지스트층에 다수의 미세 홀(hole)을 형성하는 현상 단계;
    상기 다수의 미세 홀을 통해 에칭액(etching agent)이 상기 금속 부재로 침투하여 상기 다수의 미세 홀과 정렬되는 다수의 미세 홈이 형성되도록 상기 포토레지스트층에 에칭액을 투입하는 에칭액 투입 단계; 및,
    상기 포토레지스트층을 제거하는 포토레지스트 제거 단계;를 구비하는 것을 특징으로 하는 금속-플라스틱 결합체 제조 방법.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 에칭액 투입 단계는, 상기 에칭액 속에 상기 금속 부재를 침잠시키는 단계, 또는 상기 에칭액을 상기 포토레지스트층에 분무하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속-플라스틱 결합체 제조 방법.
  9. 삭제
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 내경 확장 구간은 상기 미세 홈의 입구에서 시작하여 상기 미세 홈의 바닥보다 얕은 깊이까지의 구간이며, 상기 내경 확장 구간에서 상기 미세 홈의 깊이 방향의 연장선에 대해 상기 미세 홈의 내주면이 1 내지 20° 기울어진 것을 특징으로 하는 금속-플라스틱 결합체 제조 방법.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 미세 홈의 내경은 50 내지 500 ㎛ 인 것을 특징으로 하는 금속-플라스틱 결합체 제조 방법.
  12. 삭제
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