KR101846800B1 - 복제코어금형과 금형어셈블리 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 간단한 구성에 의해 제작이나 교체 및 재사용 등의 사용상을 편리함을 제공함과 동시에 간단한 제조방법에 의해 금형을 복제하여 제작비용을 대폭적으로 절감할 수 있으며, 간단한 구조에 의해 금형의 견고함을 구현함과 동시에 양질의 제품을 생산할 수 있는 복제코어금형과 금형어셈블리 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 스틱형태로 된 금속재의 코어바디(21)와; 상기 코어바디(21)의 일단측에 인서트 성형되되, 단부면에 요철부(23)가 형성된 수지재의 성형헤드(22)로 구성된 복제코어금형과 그 제조방법이 제공되며; 복수개의 장착공(32)이 배열 형성된 블록 형태의 베이스블록(31)과, 상기 베이스블록(31)의 장착공(32) 상에 결합되는 스틱형태로 된 복제코어금형(20)으로 구성된 금형어셈블리 및 그 제조방법이 제공된다.

Description

복제코어금형과 금형어셈블리 및 그 제조방법{Replica core molding, molding assembly and manufacturing method thereof}

본 발명은 복제코어금형과 금형어셈블리 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 간단한 제조방법에 의해 금형을 복제하여 제작비용을 대폭적으로 절감함과 동시에 양질의 제품을 생산할 수 있는 복제코어금형과 금형어셈블리 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 볼록렌즈나 오목렌즈는 렌즈의 표면이 일정 곡률을 형성하여 중앙부분이 볼록하거나 오목하게 형성된 것으로, 이러한 볼록렌즈나 오목렌즈는 렌즈의 중앙 또는 가장자리의 두께가 커져서 슬림한 장치를 구현하는 데에 활용도가 떨어질 수 있는 것이다. 이러한 렌즈의 단점을 감안하여 전체적인 두께를 줄이면서도 유사한 효과를 거둘 수 있는 프레넬렌즈가 있는데, 이를 도 1에 의해 개략적으로 비교하면 다음과 같다.

도 1의 (a) 내지 (c)에 도시된 바와 같이, 통상의 볼록렌즈(P)는 가장자리에 비해 중앙부의 두께가 더 두꺼운 볼록한 형태이고, 오목렌즈(N)는 가장자리의 두께가 중앙부에 비해 더 두꺼운 오목한 형태인데, 이러한 볼록렌즈(P)와 오목렌즈(N)는 모두 렌즈의 전체적인 두께(T)가 두껍게 형성될 수밖에 없는 것이다. 이에 비해, 프레넬렌즈(F)는 렌즈의 표면에 미세한 요철(E)이 형성되어 전체적인 두께를 대폭적으로 줄일 수 있는 것으로, 프레넬렌즈(F)의 요철(E)은 대개 동심원 상으로 배치되는 링형태로 이루어져 점광원을 평행광으로 만듦에 따라 태양광 집광용이나 LED 조명렌즈 또는 휴대기기의 플래시 모듈 등에 널리 사용되는 것이다.

그런데 이러한 프레넬렌즈(F)는 요철(E)의 형상이나 표면조도 및 라운딩 가공 등의 오차를 최소한의 범위 이내로 정밀하게 가공해야 하는 것으로, 이를 위해 다이아몬트 바이트에 의해 절삭가공을 행하도록 된 고가의 DTM(Diamond Turning Machining)장비를 이용하게 된다. 종래에는 이러한 가공장비에 의해 스틱형태로 된 금속재의 단면부를 가공하여 코어금형을 제작하고, 이 코어금형을 직접적으로 이용하여 프레넬렌즈(F)를 성형 제작한 것으로, 성형 과정에서는 생산성을 감안하여 다수의 렌즈성형물을 동시에 성형하도록 복수개의 코어금형을 배열한 형태의 금형어셈블리를 사용하는 것이 통상적이다.

이로 인해 종래에는 DTM장비에 의해 정밀하게 제작하는 코어금형 자체의 제조단가가 매우 높아 제작에 소요되는 비용부담이 클 뿐만 아니라 그 코어금형을 직접적으로 이용하여 성형이 이루어짐에 따라 사용수명에 의해 교체주기나 교체비용이 막대하게 소요되는 단점이 있는 것이다.

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본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 간단한 구성에 의해 제작이나 교체 및 재사용 등의 사용상을 편리함을 제공함과 동시에 간단한 제조방법에 의해 금형을 복제하여 제작비용을 대폭적으로 절감할 수 있으며, 간단한 구조에 의해 금형의 견고함을 구현함과 동시에 양질의 제품을 생산할 수 있는 복제코어금형과 금형어셈블리 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 특징에 따르면, 스틱형태로 된 금속재의 코어바디(21)와;

상기 코어바디(21)의 일단측에 인서트 성형되되, 단부면에 요철부(23)가 형성된 수지재의 성형헤드(22)로 구성된 것을 특징으로 하는 복제코어금형이 제공된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 코어바디(21)에는 상기 성형헤드(22)의 성형과정에서 수지에 의해 매립되는 걸림턱(25) 또는 충전홈(26)이 형성된 것을 특징으로 하는 복제코어금형이 제공된다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 성형헤드(22)에는 상기 요철부(23) 상에 도포되는 이산화규소를 포함한 코팅물질에 의해 오염방지코팅층(27)이 형성된 것을 특징으로 하는 복제코어금형이 제공된다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 복수개의 장착공(32)이 배열 형성된 블록 형태의 베이스블록(31)과;

상기 베이스블록(31)의 장착공(32) 상에 결합되는 스틱형태로 된 복제코어금형(20)으로 구성되며;

상기 복제코어금형(20)은

스틱형태로 된 금속재의 코어바디(21)와;

상기 코어바디(21)의 일단측에 인서트 성형되되, 단부면에 요철부(23)가 형성된 수지재의 성형헤드(22)로 구성된 것을 특징으로 하는 금형어셈블리가 제공된다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 일단부에 요철부(23)이 형성된 금속재의 스틱형태로 된 마스터금형(M)을 제작하는 단계(S100)와;

상기 마스터금형(M)에 대응된 스틱형태로 된 금속재의 코어바디(21)를 제작하는 단계(S200)와;

상기 마스터금형(M)과 코어바디(21)를 성형기(10)의 상형(11)과 하형(12)에 상호 대응되게 장착하는 단계(S300)와;

상기 성형기(10)에 의해 수지를 공급 및 성형하여 상기 코어바디(21) 상에 성형 결합하되, 성형과정에서 상기 마스터금형(M)의 요철부(23)가 복제된 수지재의 성형헤드(22)를 형성하는 단계(S400)와;

상기 성형기(10)로부터 코어바디(21)와 성형헤드(22)가 일체로 결합된 상태의 복제코어금형(20)을 분리 및 획득하는 단계(S500)를 포함하는 것을 특징으로 하는 복제코어금형의 제조방법이 제공된다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 복수개의 장착공(32)이 배열 형성된 블록 형태의 베이스블록(31)을 준비하는 단계(S600)와;

상기 각 장착공(32) 상에 상기 복제코어금형(20)을 결합하는 단계(S700)를 포함하는 것을 특징으로 하는 금형어셈블리의 제조방법이 제공된다.

이상에서와 같이 본 발명에 의하면, 하나의 마스터금형(M)에 의해 복수개의 복제코어금형(20)의 제작이 가능함에 따라, 고가의 마스터금형(M)을 직접적으로 사용하여 성형할 필요가 없이 상대적으로 저렴하게 제작이 가능한 복제코어금형(20)을 사용하여 성형이 가능하고, 이에 따라 금형 자체의 제작에 소요되는 비용을 대폭적으로 절감할 수 있을 뿐만 아니라 금형의 교체 등에 따른 추가적인 소요비용 등도 절감할 수 있는 장점이 있다.

또한 본 발명의 복제코어금형(20)은 금속재의 코어바디(21)와 이 코어바디(21)의 단부측에 수지재로 된 성형헤드(22)로 구성됨에 따라, 금형의 마모 등에 따른 교체시에 상기 성형헤드(22)를 제거하여 상기 코어바디(21) 상에 새로운 성형헤드(22)를 성형할 수 있고, 이에 따라 구성의 일부를 재사용함에 따른 재료의 낭비나 제작비용을 줄일 수 있는 장점이 있다.

또한 본 발명은 코어바디(21) 상에 걸림턱(25)이나 충전홈(26)이 형성됨에 따라, 성형헤드(22)의 성형과정에서 걸림턱(25)이나 충전홈(26)이 수지에 의해 매립되어 코어바디(21)와 성형헤드(22)의 결합상태를 견고하게 유지할 수 있는 장점이 있다.

또한 본 발명의 성형헤드(22)의 요철부(23) 상에 이산화규소와 같은 코팅물질에 의해 오염방지코팅층(27)이 형성됨에 따라, 상기 성형헤드(22)의 요철부(23) 상에 가스나 왁스 성분 등이 잔류되는 것을 방지하고, 그로 인해 성형물이 변색됨에 따른 표면조도 또는 광학특성 등이 저하되는 것을 방지하여 우수한 제품을 생산할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 통상의 렌즈종류를 도시한 단면도
도 2는 본 발명의 일실시예를 도시한 사시도
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 단면도
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 제작순서를 도시한 순서도
도 5는 도 4의 제작순서에 따른 공정의 일부를 도시한 단면도
도 6은 본 발명의 다른 실시예를 도시한 분해 사시도
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 제작순서를 도시한 순서도
도 8은 도 7의 제작순서에 따른 다른 공정을 도시한 단면도

상술한 본 발명의 목적, 특징들 및 장점은 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이다. 이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 설명하면 다음과 같다.

도 2 내지 도 8은 본 발명의 다양한 실시예를 도시한 것이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 복제코어금형(20)은 전체적인 형상이 사각단면의 스틱형태로 구비된 것으로, 스틸 등과 같은 금속재로 제작된 일정 길이의 코어바디(21)와, 이 코어바디(21)의 상단에 ABS, PP, 나일론, 러버, 에폭시, 실리콘 등의 내열성이나 내충격성 및 소정의 강도를 갖는 수지재에 의해 성형 결합되는 성형헤드(22)로 구성되고, 상기 성형헤드(22)의 상면에는 동심원상으로 배치되는 다수의 링형상을 이루는 요철부(23)가 형성된 것인데, 이를 도 3에 의해 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 코어바디(21)는 스틱형태로 된 금속재로 제작되고, 그 상단측에 상기 성형헤드(22)에 의해 내장되는 코어체(24)가 형성되는데, 상기 코어체(24)는 성형헤드(22)의 성형과정에서 수지에 의해 매립되는 걸림턱(25)이나 충전홈(26) 등이 형성되며, 이에 의해 상기 코어바디(21)에 결합되는 성형헤드(22)의 결합상태를 견고하게 유지하도록 한 것이다.

또한 상기 성형헤드(22)에는 요철부(23) 상에 이산화규소와 같은 코팅물질을 도포하여 오염방지코팅층(27)이 형성할 수 있는데, 이 오염방지코팅층(27)에 의해서는 가스나 왁스 성분 등이 잔류되는 것을 방지하여 성형물이 변색되거나 변색에 따른 표면조도나 광학특성 등이 저하되는 것을 방지할 수 있는 것이다. 이러한 복제코어금형(20)은 복수개가 정렬된 상태의 금형어셈블리(30)에 장착되어 도 1의 프레넬렌즈와 같은 렌즈성형물을 제작할 수 있게 되는데, 이를 도 4에 의해 설명하면 다음과 같다.

도 4에 도시된 바와 같이, 복제코어금형(20)의 제조방법은 마스터금형(M)을 제작하는 단계(S100)와, 금속재의 코어바디(21)를 제작하는 단계(S200)를 거치고, 상기 마스터금형(M)과 코어바디(21)를 성형기(10) 상에 장착하는 단계(S300)와 코어바디(21) 상에 수지재의 성형헤드(22)를 형성하는 단계(S400)를 거친 후에, 복제코어금형(20)을 분리 및 획득하는 단계(S500)를 거치게 되는데, 이를 도 5에 의해 설명하면 다음과 같다.

도 5의 (a)에 도시된 바와 같이, 상기 마스터금형(M)을 제작하는 단계(S100)에서는 금속재로 된 스틱형태의 모재를 준비하여 모재의 단부 상에 성형과정에서 복제될 요철부(23)를 형성하게 되는데, 이 마스터금형(M)의 통상의 DTM장비 등을 이용하여 정밀하게 요철부(23)를 가공하게 된다.

또한 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이, 금속재의 코어바디(21)를 제작하는 단계(S200)에서는 정해진 단면규격과 길이에 맞는 금속재의 모재를 준비하여 통상의 절삭가공 등에 의해 상기 걸림턱(25)과 충전홈(26) 등을 일체로 가공하며, 성형기(10) 상에 장착하는 단계(S300) 및 이후의 공정은 도 5에 의해 설명하면 다음과 같다.

또한 도 5의 (c)에 도시된 바와 같이, 상기 성형기(10) 상에 장착하는 단계(S300)에서는 상기 마스터금형(M)을 성형기(10)의 상형(11)에 장착하고, 상기 마스터금형(M)에 대응되어 성형기(10)의 하형(12)에 코어바디(21)를 장착하게 된다.

또한 도 5의 (d)에 도시된 바와 같이, 수지재의 성형헤드(22)를 형성하는 단계(S400)에서는 상기 성형기(10)의 상형(11)과 하형(12)을 형합한 상태로 금형에 형성된 런너와 게이트(13)를 통해 캐비티(14) 내에 수지를 공급하게 되고, 상기 캐비티(14) 내에 수지를 충전함에 따라 마스터금형(M)의 요철부(23)가 수지에 복제된 상태로 성형되며, 이에 의해 상기 코어바디(21) 상에 수지재의 성형헤드(22)를 형성하게 된다.

또한 도 5의 (e)에 도시된 바와 같이, 복제코어금형(20)을 분리 및 획득하는 단계(S500)에서는 상기 성형기(10)의 하형(12)으로부터 복제코어금형(20)을 분리하여 완제품 상태의 복제코어금형(20)을 획득하게 되는데, 이와 같은 본 발명에 따르면, 사출성형 방식을 통해 상기 코어바디(21) 상에 성형헤드(22)를 성형 결합하는 과정에서 마스터금형(M)의 요철부(23)를 복제하는 것으로, 이는 전술된 바와 같은 제조공정에서 상기 성형기(10)의 하형(12) 상에 코어바디(21)를 반복적으로 장착하여 사출성형이 이루어짐에 따라 하나의 마스터금형(M)에 의해 복수개의 복제코어금형(20)을 제조할 수 있게 된다.

한편 도 6에 도시된 바와 같이, 전술된 바와 같은 제조공정을 통해 제작된 복제코어금형(20)은 복수개를 하나의 금형 상에 장착하여 다수의 렌즈성형물(L)을 일체로 성형할 수 있는 금형어셈블리(30)로 제작되는데, 본 발명의 금형어셈블리(30)는 일정 면적으로 된 블록형태의 베이스블록(31)이 구비되고, 이 베이스블록(31) 상에 사각단면 형태의 장착공(32)이 다열로 배열 형성된 것이다. 상기 복제코어금형(20)은 상기 각 장착공(32) 상에 개별적으로 삽입되어 상기 베이스블록(31)의 상면에 거의 일치되도록 성형헤드(22)가 결합되고, 결합과정에서 삽입깊이나 장착방향 등의 위치를 정확하게 맞추거나 분리과정에서의 편리함을 제공하도록 상기 복제코어금형(20)의 코어바디(21) 하단측에 안내돌기(28)가 형성될 수 있는 것이다.

이와 같은 본 발명의 금형어셈블리(30)에 대한 제조방법을 도 7과 도 8에 의해 설명하면 다음과 같다. 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 성형기(10) 상에 장착하는 단계(S300)와 수지재의 성형헤드(22)를 형성하는 단계(S400) 및 복제코어금형(20)을 분리 및 획득하는 단계(S500)를 반복적으로 거쳐 복수개의 복제코어금형(20)을 획득하고, 베이스블록(31)을 준비하는 단계(S600)와 상기 복제코어금형(20)을 결합하는 단계(S700)를 거치게 된다.

상기 베이스블록(31)을 준비하는 단계(S600)에서는 일정 크기로 된 블록 형태의 베이스블록(31)을 준비하여 복수개의 장착공(32)을 배열 형성하게 되고, 상기 복제코어금형(20)을 결합하는 단계(S700)에서는 상기 각 장착공(32) 상에 복제코어금형(20)을 결합하여 하나의 금형어셈블리(30)를 제작하게 된다.

이러한 금형어셈블리(30)는 도 8의 (a)와 같이 다른 성형기(10)의 하형(12)에 장착되어 수지에 의해 성형이 이루어지는 사출방식으로 성형물을 제작하게 되는데, 이때에 성형기(10)의 상형(11)에는 상기 금형어셈블리(30)에 대응된 다른 금형어셈블리(33)가 장착되고, 이에 의해 도 8의 (b)와 같은 복수개의 렌즈성형물(L)을 일체로 성형 제작하는 데에 사용하게 된다.

이상에서 설명되지 않은 부호는 상기 금형어셈블리(30)의 베이스블록(31) 상면 일측에 형성되어 수지가 공급되는 통로나 입구를 형성하도록 형성된 게이트(34)와, 하면에 일정 길이로 연장 형성되어 상기 복제코어금형(20)의 용이하게 배열 또는 분리하거나 성형기(10) 상에 용이하게 장착하도록 형성된 가이드홈(35)을 나타낸 것이다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.

10: 성형기 11: 상형
12: 하형 13: 게이트
14: 캐비티 20: 복제코어금형
21: 코어바디 22: 성형헤드
23: 요철부 24: 코어체
25: 걸림턱 26: 충전홈
27: 오염방지코팅층 28: 안내돌기
30: 금형어셈블리 31: 베이스블록
32: 장착공 P: 볼록렌즈
N: 오목렌즈 F: 프레넬렌즈
M: 마스터금형 L: 렌즈성형물

Claims (6)

1. 스틱형태로 된 금속재의 코어바디(21)와;
   상기 코어바디(21)의 일단측에 인서트 성형되되, 단부면에 요철부(23)가 형성된 수지재의 성형헤드(22)로 구성된 것을 특징으로 하는 복제코어금형.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 코어바디(21)에는 상기 성형헤드(22)의 성형과정에서 수지에 의해 매립되는 걸림턱(25) 또는 충전홈(26)이 형성된 것을 특징으로 하는 복제코어금형.
   
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 성형헤드(22)에는 상기 요철부(23) 상에 도포되는 이산화규소를 포함한 코팅물질에 의해 오염방지코팅층(27)이 형성된 것을 특징으로 하는 복제코어금형.
   
4. 복수개의 장착공(32)이 배열 형성된 블록 형태의 베이스블록(31)과;
   상기 베이스블록(31)의 장착공(32) 상에 결합되는 스틱형태로 된 복제코어금형(20)으로 구성되며;
   상기 복제코어금형(20)은
   스틱형태로 된 금속재의 코어바디(21)와;
   상기 코어바디(21)의 일단측에 인서트 성형되되, 단부면에 요철부(23)가 형성된 수지재의 성형헤드(22)로 구성된 것을 특징으로 하는 금형어셈블리.
   
5. 일단부에 요철부(23)이 형성된 금속재의 스틱형태로 된 마스터금형(M)을 제작하는 단계(S100)와;
   상기 마스터금형(M)에 대응된 스틱형태로 된 금속재의 코어바디(21)를 제작하는 단계(S200)와;
   상기 마스터금형(M)과 코어바디(21)를 성형기(10)의 상형(11)과 하형(12)에 상호 대응되게 장착하는 단계(S300)와;
   상기 성형기(10)에 의해 수지를 공급 및 성형하여 상기 코어바디(21) 상에 성형 결합하되, 성형과정에서 상기 마스터금형(M)의 요철부(23)가 복제된 수지재의 성형헤드(22)를 형성하는 단계(S400)와;
   상기 성형기(10)로부터 코어바디(21)와 성형헤드(22)가 일체로 결합된 상태의 복제코어금형(20)을 분리 및 획득하는 단계(S500)를 포함하는 것을 특징으로 하는 복제코어금형의 제조방법.
   
6. 일단부에 요철부(23)이 형성된 금속재의 스틱형태로 된 마스터금형(M)을 제작하는 단계(S100)와;
   상기 마스터금형(M)에 대응된 스틱형태로 된 금속재의 코어바디(21)를 제작하는 단계(S200)와;
   상기 마스터금형(M)과 코어바디(21)를 성형기(10)의 상형(11)과 하형(12)에 상호 대응되게 장착하는 단계(S300)와;
   상기 성형기(10)에 의해 수지를 공급 및 성형하여 상기 코어바디(21) 상에 성형 결합하되, 성형과정에서 상기 마스터금형(M)의 요철부(23)가 복제된 수지재의 성형헤드(22)를 형성하는 단계(S400)와;
   상기 성형기(10)로부터 코어바디(21)와 성형헤드(22)가 일체로 결합된 상태의 복제코어금형(20)을 분리 및 획득하는 단계(S500)와;
   복수개의 장착공(32)이 배열 형성된 블록 형태의 베이스블록(31)을 준비하는 단계(S600)와;
   상기 각 장착공(32) 상에 상기 복제코어금형(20)을 결합하는 단계(S700)를 포함하는 것을 특징으로 하는 금형어셈블리의 제조방법.

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