KR101895253B1

KR101895253B1 - 필름이 내재된 플라스틱 제품 제조 방법 및 필름이 내재된 플라스틱 제품 제조용 이중 사출 금형

Info

Publication number: KR101895253B1
Application number: KR1020160027141A
Authority: KR
Inventors: 이정배; 윤병주
Original assignee: 이정배
Priority date: 2016-03-07
Filing date: 2016-03-07
Publication date: 2018-09-07
Also published as: KR20170104283A

Abstract

필름이 내재된 플라스틱 제품을 제조하는 방법 및 필름이 내재된 플라스틱 제품 제조에 사용되는 이중 사출 금형이 개시된다. 개시된 필름이 내재된 플라스틱 제품 제조 방법은, 필름의 상측면에 용융된 제1 수지를 사출하고 경화하여, 필름 및 필름 위에 적층된 제1 수지층과, 필름의 경계 밖에 위치 정렬부를 구비한 제1 사출품을 형성하는 제1 수지층 사출 성형 단계, 필름의 하측면에 용융된 제2 수지를 사출하고 경화하여, 제1 사출품 및 제1 사출품의 아래에 적층된 제2 수지층을 구비한 제2 사출품을 형성하는 제2 수지층 사출 성형 단계, 제1 수지층의 상측면에 용융된 제1 수지를 다시 사출하고 경화하여, 제2 사출품 및 제2 사출품의 위에 적층된 보강층을 구비한 제3 사출품을 형성하는 보강층 사출 성형 단계, 및, 보강층 사출 성형 단계 후에, 위치 정렬부를 제거하는 위치 정렬부 제거 단계를 구비한다. 제2 수지층 사출 성형 단계는, 제2 수지층 사출 성형 단계에 이용되는 금형의 상부 금형과 하부 금형 중 상부 금형 측으로 위치 정렬부를 흡착시켜 제1 사출품을 상부 금형에 안착시키는 제1 사출품 위치 고정 단계를 구비한다.

Description

필름이 내재된 플라스틱 제품 제조 방법 및 필름이 내재된 플라스틱 제품 제조용 이중 사출 금형{Method and double injection mold for forming plastic product which film is laid in}

본 발명은 플라스틱 제품의 사출 성형에 관한 것으로, 보다 상세하게는 필름이 내재된 플라스틱 제품을 제조하는 방법 및 필름이 내재된 플라스틱 제품 제조에 사용되는 이중 사출 금형에 관한 것이다.

사출 성형(injection molding)은 용융 상태의 수지를 금형의 내부에 주입 후 냉각하여 제품을 형성하는 공법으로, 압축 성형(compression molding), 압출 성형(extrusion molding) 등의 다른 성형 공법에 비해 제품의 형태 및 사이즈에 제한이 적으며 생산성 및 작업 능률이 우수하여 플라스틱 제품의 성형에 폭넓게 사용되고 있다.

플라스틱 제품 중에서 광택과 같은 장식적인 기능을 보강하기 위하여, 또는 표면 강도, 인장성 등의 성능적인 기능을 보강하기 위하여 필름이 외측면에 부착된 플라스틱 제품들이 있는데, 대량 생산을 통한 원가 절감과 생산성 향상을 추구하기 위하여 대한민국 등록특허공보 제10-1510574호 등에서 개시된 바와 같이 필름을 사출 성형 금형 내에 삽입하고 사출하는 방식으로 많이 제조되고 있다.

그러나, 상술한 바와 같이 필름이 외측면에 부착된 플라스틱 제품을 사출 성형 방식으로 제조하는 기술에 한정되고 있고, 내부에 필름이 내재된 플라스틱 제품을 사출 성형 방식으로 제조하는 기술은 공지되고 있지 않다. 특히나, 투명도가 뛰어난 제품을 생산하는 기술과, 생산성을 향상시킬 수 있는 기술이 필요한 실정이다.

대한민국 등록특허공보 제10-1510574호

본 발명은, 필름이 내재된 플라스틱 제품을 사출 성형 방식으로 생산할 수 있는, 필름이 내재된 플라스틱 제품 제조 방법과, 필름이 내재된 플라스틱 제품 제조용 이중 사출 금형을 제공한다.

또한 본 발명은, 제품의 투명도가 향상되고, 불량율을 줄이며, 생산 효율을 높일 수 있는, 필름이 내재된 플라스틱 제품 제조 방법과, 필름이 내재된 플라스틱 제품 제조용 이중 사출 금형을 제공한다.

본 발명은, 필름의 상측면에 용융된 제1 수지를 사출하고 경화하여, 상기 필름 및 상기 필름 위에 적층된 제1 수지층과, 상기 필름의 경계 밖에 위치 정렬부를 구비한 제1 사출품을 형성하는 제1 수지층 사출 성형 단계, 상기 필름의 하측면에 용융된 제2 수지를 사출하고 경화하여, 상기 제1 사출품 및 상기 제1 사출품의 아래에 적층된 제2 수지층을 구비한 제2 사출품을 형성하는 제2 수지층 사출 성형 단계, 상기 제1 수지층의 상측면에 용융된 제1 수지를 다시 사출하고 경화하여, 상기 제2 사출품 및 상기 제2 사출품의 위에 적층된 보강층을 구비한 제3 사출품을 형성하는 보강층 사출 성형 단계, 및, 상기 보강층 사출 성형 단계 후에, 상기 위치 정렬부를 제거하는 위치 정렬부 제거 단계를 구비하고, 상기 제2 수지층 사출 성형 단계는, 상기 제2 수지층 사출 성형 단계에 이용되는 금형의 상부 금형과 하부 금형 중 상부 금형 측으로 상기 위치 정렬부를 흡착시켜 상기 제1 사출품을 상기 상부 금형에 안착시키는 제1 사출품 위치 고정 단계를 구비하는, 필름이 내재된 플라스틱 제품 제조 방법을 제공한다.

상기 제1 수지층 사출 성형 단계에서 이용되는 금형은, 서로 형합(型合)되면 상기 위치 정렬부의 형상에 대응되는 위치 정렬부 공간이 형성되는 상부 금형과 하부 금형을 구비하고, 상기 제1 수지층 사출 성형 단계에서, 상기 용융된 제1 수지의 일부가 상기 위치 정렬부 공간에 주입될 수 있다.

상기 제1 수지층 사출 성형 단계에서 이용되는 금형은, 상부 금형과 하부 금형이 위아래로 배치된 다대식 사출 금형(vertical type injection mold)이고, 상기 하부 금형은 상향 돌출된 복수의 필름 고정 돌기를 구비하고, 상기 필름은 상기 복수의 필름 고정 돌기가 끼워지는 복수의 돌기 끼움 통공이 형성된 필름 고정부를 구비하고, 상기 제1 수지층 사출 성형 단계는, 상기 필름을 상기 하부 금형에 놓으면서 상기 복수의 필름 고정 돌기를 상기 복수의 돌기 끼움 통공에 끼우는 돌기 끼움 단계, 및 상기 하부 금형과 상기 상부 금형을 밀착시키는 형합 단계를 구비할 수 있다.

본 발명에 따른, 필름이 내재된 플라스틱 제품 제조 방법은, 상기 제1 수지층 사출 성형 단계 후에, 상기 필름 고정부를 상기 필름으로부터 제거하는 필름 고정부 제거 단계를 더 구비할 수 있다.

상기 제1 수지층 사출 성형 단계에서, 상기 용융된 제1 수지는 상기 필름의 중심부 위에서 상기 필름을 향해 주입되어 상기 필름의 상측면을 덮도록 확산되고, 상기 제2 수지층 사출 성형 단계에서, 상기 용융된 제2 수지는 상기 필름의 외주변에서 상기 필름을 향해 주입되어 상기 필름의 하측면을 덮도록 확산되고, 상기 보강층 사출 성형 단계에서, 상기 용융된 제1 수지는 상기 제1 수지층의 외주변에서 상기 제1 수지층을 향해 주입되어 상기 제1 수지층의 상측면을 덮도록 확산될 수 있다.

상기 제1 수지층 사출 성형 단계 및 상기 보강층 사출 성형 단계는, 상기 제1 수지층 사출 성형 단계에 이용되는 금형 및 상기 보강층 사출 성형 단계에 이용되는 금형 내부로 수증기(steam)를 주입하여, 상기 금형을 100℃ 보다 높은 온도로 급속하게 가열하는 금형 가열 단계를 포함할 수 있다.

상기 제1 수지는 PC 수지(polycarbonate resin)를 포함하고, 상기 제2 수지는 ABS 수지(acrylonitrile-butadiene-styrene resin) 및 ASA 수지(Acrylic Styrene Acrylonitrile resin) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.

상기 제1 수지층 사출 성형 단계는, 상기 제1 수지층 사출 성형 단계에 이용되는 금형의 상부 금형과 하부 금형이 형개(型開)된 때, 상기 위치 정렬부를 밀어 올려 상기 제1 사출품을 상기 하부 금형으로부터 취출하는 제1 사출품 취출 단계를 더 구비할 수 있다.

또한 본 발명은, 제2 수지층 사출 성형 단계 및 보강층 사출 성형 단계에 사용되는 이중 사출 금형으로서, 상기 제1 사출품이 삽입 안착되는 제1 상부 캐비티면을 구비한 제1 상부 코어, 상기 보강층의 상측면 형상을 한정하는 제2 상부 캐비티면을 구비한 제2 상부 코어, 상기 제1 상부 코어 및 상기 제2 상부 코어를 지지하는 상부 원판, 및 상기 제1 사출품이 상기 제1 상부 캐비티면에서 분리되지 않고 안착되도록, 상기 위치 정렬부를 흡착시키는 흡착 유닛을 구비한 상부 금형, 및 상기 제2 수지층의 하측면 형상을 한정하는 공통 하부 캐비티면을 구비한 것으로, 상기 제1 상부 코어 및 상기 제2 상부 코어의 개수의 합과 같은 개수인 복수의 공통 하부 코어, 상기 복수의 공통 하부 코어를 지지하는 것으로, 상기 공통 하부 캐비티면을 상기 제1 상부 캐비티면과 정렬되는 위치 및 상기 제2 상부 캐비티면과 정렬되는 위치 사이에서 이동시키기 위해 미리 정해진 각도만큼씩 회전하는 회전 금형판, 및 상기 회전 금형판을 지지하는 하부 베이스를 구비한 하부 금형을 구비한, 필름이 내재된 플라스틱 제품 제조용 이중 사출 금형을 제공한다.

상기 흡착 유닛은, 상기 제1 사출품이 상기 제1 상부 캐비티면에 안착된 때 상기 위치 정렬부와 마주보도록 상기 제1 상부 코어에 설치되어, 상기 위치 정렬부를 흡착하는 흡착 핀(suction pin)을 구비할 수 있다.

상기 하부 금형은, 상기 상부 금형과 상기 하부 금형이 형개(型開)된 때 상기 제3 사출품을 상기 하부 금형으로부터 취출하기 위한 취출 유닛을 더 구비하고, 상기 취출 유닛은, 상기 복수의 공통 하부 코어의 아래에 각각 승강 가능하게 배치된 이젝트 플레이트(eject plate)와, 상기 이젝트 플레이트에 지지되어 상기 이젝트 플레이트가 상승하면 말단부가 상기 공통 하부 캐비티면을 넘어 돌출되는 이젝트 핀(eject pin)과, 상기 이젝트 플레이트를 상승 구동하는 액추에이터(actuator)와, 상기 이젝트 플레이트와 상기 회전 금형판 사이에 개재되는 스프링(spring)을 구비하고, 상기 이젝트 플레이트는 상기 회전 금형판에 지지되어 상기 회전 금형판과 함께 회전하고, 상기 액추에이터는 상기 하부 베이스에 고정 지지되어 상기 회전 금형판과 함께 회전하지 않을 수 있다.

본 발명에 의하면, 필름이 내재된 플라스틱 제품을 사출 성형 방식으로 대량 생산할 수 있어 원가를 절감하고, 생산성을 향상할 수 있다. 또한, 필름이 내재된 플라스틱 제품을 사출 성형하는 과정에서 금형의 온도를 형합시에 100℃ 보다 높은 고온으로 급속 가열함으로써 플라스틱 제품을 보다 투명하고 치밀한 조직을 갖게 만들 수 있다. 따라서, 필름에 문자나 그림을 포함하는 도안이 형성된 경우에 그 도안이 선명하게 보여지며, 표면 광택이 향상된다.

또한 본 발명에 의하면, 필름을 덮고 있는 수지층이 두 번의 사출 성형에 의해 형성되므로, 사출 성형 과정에서 상기 수지층이나 필름에 형성될 수 있는 흠결이 복원 및 제거되어 투명도와 광투과성이 더욱 향상된다.

또한 본 발명에 의하면, 제1 수지층 사출 성형 단계에서 제1 사출품에 위치 정렬부를 형성하고, 제2 수지층 사출 성형 단계에서 상기 위치 정렬부를 흡착함으로써 제1 사출품을 상부 금형에 정확하고 용이하게 안착시킬 수 있다. 게다가, 본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 제1 수지층 사출 성형 단계를 수직형 금형을 적용하고 필름 고정 돌기에 필름을 끼워 상기 수직형 금형의 하부 금형에 고정시키므로 플렉서블(flexible)한 필름을 안정적으로 금형 내에 위치 고정할 수 있다. 따라서, 필름이 내재된 플라스틱 제품의 품질이 향상되고 작업 불량이 감소하며, 생산 효율이 향상된다.

도 1은 필름이 내재된 플라스틱 제품의 일 예를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른, 필름이 내재된 플라스틱 제품 제조 방법을 나타내는 플로우 차트이다.
도 3은 도 2의 제1 수지층 사출 성형 단계에 이용되는 금형의 분해 사시도이다.
도 4는 도 3의 하부 코어에 필름이 탑재된 상태를 도시한 사시도이다.
도 5는 도 3의 금형에서 제1 사출품을 취출하는 방법을 설명하기 위한 사시도이다.
도 6은 도 2의 제2 수지층 사출 성형 단계와 보강층 사출 성형 단계에 이용되는 이중 사출 금형을 분해하여 도시한 사시도이다.
도 7은 도 6을 VII-VII에 따라 절개한 단면도이다.
도 8은 도 6의 취출 유닛을 도시한 단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른, 필름이 내재된 플라스틱 제품 제조 방법과, 필름이 내재된 플라스틱 제품 제조용 이중 사출 금형을 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 필름이 내재된 플라스틱 제품의 일 예를 도시한 단면도로서, 이를 참조하면 플라스틱 제품(1f)은 필름(3)과, 상기 필름(3) 위에 적층된 제1 수지층(6)과, 상기 제1 수지층(6) 위에 적층된 보강층(7)과, 상기 필름(3)의 아래에 적층된 제2 수지층(8)을 구비한다. 필름(3)은 예컨대, PET 수지(polyethylene terephthalate resin)로 형성될 수 있다. 필름(3)의 상측면에는 문자 또는 그림을 포함하는 도안층(4)이 필름(3)에 인쇄되어 형성되거나, 접착제에 의해 필름(3)에 접착되어 있을 수 있다.

제1 수지층(6)과 보강층(7)은 예컨대, PC 수지(polycarbonate resin) 또는 PC 수지를 주성분으로 포함하는 수지가 경화되어 형성될 수 있다. 제2 수지층(8)은 예컨대, ABS 수지(acrylonitrile-butadiene-styrene resin), ASA 수지(Acrylic Styrene Acrylonitrile resin), 또는 ABS 수지 및 ASA 수지 중 적어도 하나를 주성분으로 포함하는 수지가 경화되어 형성될 수 있다. ABS 수지는 융점이 대략 240℃인 수지로서, 가공이 쉽고, 기계적 강도, 내충격성, 내열성이 우수하며, 비교적 저렴하여 사출 성형 플라스틱 제품에 많이 사용된다. ASA 수지는 ABS 수지와 비슷한 물성을 가지며, 특히 내후성(耐朽性)이 우수하다. PC 수지는 융점이 대략 280℃ 인 수지로서, ABS 수지보다 고가이나 투명도가 우수하고 광택이 우수하여 고급스런 느낌을 나타내는데 사용된다.

상기 플라스틱 제품(1f)은 예컨대, 자동차의 전면(前面) 라디에이터 그릴(radiator grille)에 부착되는 장식품일 수 있다. 필름(3)에 적층된 도안층(4)이 제1 수지층(6) 및 보강층(7)을 통해 자동차의 전면으로 보일 수 있고, 제1 수지층(6) 및 보강층(7)의 표면 광택이 자동차의 전면에서 느껴지므로 고급스러운 느낌을 줄 수 있다. 또한, 광투과 특성이 향상되도록 제2 수지층(8), 필름(3), 제1 수지층(6), 및 보강층(7)의 표면이 매끄러워, 라디에이터 그릴 내부에 장착된 광학 센서(optical sensor)(미도시)에서 전방으로 투사되거나, 전방에서 라디에이터 그릴 내부로 향하는 광(light)이 손실을 최소화하여 플라스틱 제품(1f)을 투과할 수 있다.

제1 수지층(6)과 보강층(7)은 자동차의 전면으로 보이기 때문에 광 투과를 왜곡시키거나 광택을 죽일 수 있는 흠결이 발생되지 않아야 한다. 그런데, 제1 수지층(6)과 보강층(7)이 동일한 수지로 이루어졌다고 하여 한번에 사출 성형하게 되면 하기의 문제가 발생될 수 있다. 즉, 필름(3)의 중앙 부분 위에서 제1 수지를 사출하여 필름(3) 위에 제1 수지를 주입하는 경우에는, 고온 고압으로 사출되는 제1 수지가 필름(3)에 직접 닿아 필름(3)이 열변형될 수 있고, 완성된 플라스틱 제품의 중앙 부분에 주름과 같은 무늬가 나타나는 불량이 발생할 수 있다. 이를 방지하고자 필름(3)의 외주변에서 제1 수지를 필름(3)을 향해 주입하는 경우에는 제1 수지가 주입되는 압력으로 인해 금형의 캐비티(cavity) 내에서 필름(3)이 접히거나 주름이 형성될 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 먼저, 제1 수지의 사출 성형에 의해 필름(3)과 상기 필름(3) 위에 적층된 제1 수지층(6)을 구비한 제1 사출품(2)을 형성하고, 제2 수지의 사출 성형에 의해 상기 제1 사출품(2) 및 상기 제1 사출품(2) 아래에 적층된 제2 수지층(8)을 구비한 제2 사출품(9)을 형성하고, 제1 수지를 다시 한번 사출 성형하여 상기 제2 사출품(9) 및 상기 제2 사출품(9) 위에 적층된 보강층(7)을 구비한 제3 사출품(1)을 형성하고, 상기 제3 사출품(1)을 마무리 가공하여 플라스틱 제품(1f)을 완성하게 된다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른, 필름이 내재된 플라스틱 제품 제조 방법을 나타내는 플로우 차트이고, 도 3은 도 2의 제1 수지층 사출 성형 단계에 이용되는 금형의 분해 사시도이고, 도 4는 도 3의 하부 코어에 필름이 탑재된 상태를 도시한 사시도이며, 도 5는 도 3의 금형에서 제1 사출품을 취출하는 방법을 설명하기 위한 사시도이다. 도 1 및 도 2를 함께 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른, 필름이 내재된 플라스틱 제품 제조 방법은, 제1 수지층 사출 성형 단계(S11), 필름 고정부 제거 단계(S12), 제2 수지층 사출 성형 단계(S13), 보강층 사출 성형 단계(S14), 및 위치 정렬부 제거 단계(S15)를 구비한다. 제1 수지층 사출 성형 단계(S11)는 필름(3)의 상측면에 용융된 제1 수지를 사출하고 경화하여, 상기 필름(3) 및 상기 필름(3) 위에 적층된 제1 수지층(6)을 구비한 제1 사출품(2)을 형성하는 단계이다.

제1 수지층 사출 성형 단계(S11)는 도 3에 도시된 금형(10)을 사용하여 수행되는데, 도 3을 참조하면, 제1 수지층 사출 성형 단계(S11)에 사용되는 금형(10)은 상부 금형(11)과 하부 금형(30)을 구비한다. 상부 금형(11)은, 용융된 제1 수지를 상부 금형(11)으로 주입하도록 제1 수지 사출 장치(미도시)에 연결되는 스프루(sprue)(13)가 형성된 상부 베이스(12)와, 상부 베이스(12)에 지지되는 상부 원판(17)과, 상기 상부 원판(17)에 지지되고, 용융된 제1 수지가 사출 주입되는 제1 사출품 형성용 캐비티(cavity)의 상측면을 한정하는 상부 캐비티면(미도시)을 포함하는 상부 코어(20)를 구비한다. 하부 금형(30)은 하부 베이스(31)와, 하부 베이스(31)에 지지되는 하부 원판(32)과, 상기 하부 원판(32)에 지지되고, 상기 제1 사출품 형성용 캐비티의 하측면을 한정하는 하부 캐비티면(34)을 포함하는 하부 코어(33)와, 제1 사출품(2)(도 1 참조)의 외주부 형상에 대응되는 제1 사출품의 외주 측면을 한정하는 복수의 슬라이드 코어(slide core)(40)를 구비한다.

상부 코어(20)와 하부 코어(33)가 형합(型合), 즉 서로 밀착되면, 상기 제1 사출품 형성용 캐비티가 한정된다. 일반적으로, 상부 금형(11)은 이동하지 않게 고정된 고정측 금형이고, 하부 금형(30)은 상부 금형(11)을 향하거나 상부 금형(11)에서 멀어지게 이동해 상부 금형(11)에 밀착되거나 상부 금형(11)에서 이격되는 가동측 금형이다. 다만, 상술한 것과 반대로 상부 금형(11)이 가동측 금형이고 하고 하부 금형(30)이 고정측 금형일 수도 있다.

상기 상부 캐비티면(미도시)의 중앙에는 용융된 상태로 스프루(13)를 통해 상부 금형(11)으로 주입된 제1 수지가 상기 제1 사출품 형성용 캐비티로 토출되는 게이트(gate)(미도시)가 마련된다. 도 3의 참조번호 '26' 상기 스프루(13)를 통해 주입된 제1 수지를 상기 게이트까지 안내하는 러너(runner)의 일 부분으로서 로서, 상부 코어(20)의 상측면 중앙부에서 아래로 연장되어 상기 게이트까지 이어진다.

도 3 및 도 4를 함께 참조하면, 상기 금형(10)은 상부 금형(11)과 하부 금형(30)이 위아래로 배치된 소위 '다대식 사출 금형(vertical type injection mold)'이다. 필름(3)은 휘어지거나 구겨지기 쉬운 플렉서블(flexible)한 소재이기 때문에, 만약 제1 수지층 사출 성형 단계(S11)에서 이용되는 금형이 수평식 사출 금형(horizontal type injection mold)이면 필름(3)을 하부 금형에 고정하는 작업이 용이하지 않아 작업 시간이 많이 소요될 수 있고, 하부 금형에 고정한 후에도 필름(3)이 접힐 수도 있다. 따라서, 상기 금형(10)은 다대식 사출 금형으로 준비된다.

또한, 상기 금형(10)은 필름(3)을 제1 사출품 형성용 캐비티 내에서 위치 고정하기 위한 보조 수단으로, 하부 코어(33)의 하부 캐비티면(34) 양 측 주변에서 상향 돌출된 복수의 필름 고정 돌기(38)를 구비한다. 필름(3)에는 상기 복수의 필름 고정 돌기(38)가 끼워지는 복수의 돌기 끼움 통공(3b)(도 5 참조)이 형성된 필름 고정부(3f)(도 5 참조)가 마련된다.

한편, 하부 코어(33)의 하부 캐비티면(34)의 일 측 및 타 측 주변에, 위치 정렬부(2p)(도 5 참조)의 하측면 형상을 한정하는 위치 정렬부 한정 홈(35)이 형성된다. 상기 위치 정렬부 한정 홈(35)은 하부 캐비티면(34)과 연결된다. 따라서, 상부 금형(11)과 하부 금형(30)이 형합(型合)되면 상기 위치 정렬부 한정 홈(35)과 이에 대응되는 상부 금형(11)의 하측면에 의해서 위치 정렬부(2p)의 형상에 대응되는 위치 정렬부 공간이 형성된다.

도 3 및 도 5를 함께 참조하면, 제1 수지가 제1 사출품 형성용 캐비티에 주입되어 경화된 후 상부 금형(11)과 하부 금형(30)이 형개(型開)되면 제1 사출품(2)은 하부 캐비티면(34)에 부착된다. 상기 제1 사출품(2)을 하부 캐비티면(34)에서 분리하여 취출하는 취출 유닛은 하부 베이스(31)에 안착되는, 공압 실린더를 포함한 액추에이터(actuator)42)와, 상기 액추에이터(42)의 동력에 의해 승강하는 이젝트 핀(eject pin)(45)을 구비한다. 상기 이젝트 핀(45)은 이젝트 핀 홀(eject pin hole)(36)(도 4 참조)에 삽입 장착된다. 따라서, 상기 액추에이터(42)의 동력에 의해 이젝트 핀(45)이 상승하면 그 상단이 제1 사출품(2) 양 측의 위치 정렬부(2p)를 밀어 올려 제1 사출품(2)을 상기 하부 캐비티면(34)에서 분리시킨다.

도 3 내지 도 5를 함께 참조하면, 제1 사출품 형성용 금형(10)을 이용한 제1 수지층 사출 성형 단계(S11)(도 2 참조)를 순차적으로 설명하면, 우선 상부 금형(11)과 하부 금형(30)을 형개(型開)하고, 하부 캐비티면(34)에 필름(3)을 배치한다. 이때 필름을 하부 금형(30)의 하부 코어(33)에 놓으면서, 상기 복수의 필름 고정 돌기(38)를 필름(3)의 복수의 돌기 끼움 통공(3h)에 끼운다. 한편, 필름(3)은 도안층(4)이 상부 캐비티면(미도시)을 향하도록 배치한다. 다음으로, 상부 금형(11)과 하부 금형(30)을 형합하여 필름(3)을 제1 사출품 형성용 캐비티 내부에서 하부 캐비티면(34) 상에 위치 고정되도록 한다. 다음으로, 상기 금형(10) 내부로 수증기(steam)를 주입하여 상기 금형(10)을 100℃ 보다 높은 온도로 급속하게 가열한다.

구체적으로, 상부 코어(20)와 하부 코어(33)는 각각 내부를 관통하는 복수의 유체 유로(미도시)가 형성되어 있다. 상기 복수의 유체 유로를 통해 가열 매체가 흐르도록 하여 상부 코어 및 하부 코어(20, 33)를 가열할 수 있고, 상기 복수의 유체 유로를 통해 냉각 매체가 흐르도록 하여 상기 상부 코어 및 하부 코어(20, 33)를 냉각시킬 수 있다. 상기 가열 매체로서는 예컨대, 고온수 또는 수증기(steam)가 사용될 수 있고, 상기 냉각 매체로서는 예컨대, 상온수가 사용될 수 있다. 한편, 가열 매체로서 수증기가 흐를 수 있는 유체 유로는, 온수 또는 상온수만 흐를 수 있는 유체 유로보다 유체 유로의 연결 부분이 더욱 신뢰성 있게 밀봉되어야만 한다.

상부 코어(20) 내부의 유체 유로에는 가열 매체로서 수증기가 흘러 상부 코어(20)는 빠르게 100℃ 보다 높은 온도, 구체적으로는 120℃ 내지 150℃로 가열되고, 하부 코어(33) 내부의 유체 유로에는 가열 매체로서 고온수가 흘러 하부 코어(33)는 100℃ 보다 낮은 온도, 구체적으로는 60℃ 내지 80℃로 가열되게 구성될 수 있다.

하부 코어(33)의 하부 캐비티면(34)은 필름(3)에 의해 덮여 있어 제1 수지가 하부 캐비티면(34)에 직접 닿을 것이 의도되어 있지 않으므로 고온수를 이용하여 60℃ 내지 80℃로 가열하여도 충분하다. 반면에, 상부 코어(20)에는 사출 장치로부터 사출되어 상부 금형(11)으로 유입된 제1 수지가 제1 사출품 형성용 캐비티로 유입되는 경로가 되는 러너(26)와 게이트(미도시)가 형성되어 있고, 상기 제1 사출품 형성용 캐비티 내부로 유입되는 제1 수지도 상부 코어(20)의 상부 캐비티면(미도시)에 직접 닿을 것이 의도되어 있으므로, 제1 수지가 120℃ 내지 150℃의 높은 온도에서 제1 사출품 형성용 캐비티의 구석까지 빨리 흘러갈 수 있도록 수증기를 이용하여 120℃ 내지 150℃의 높은 온도로 유지될 수 있게 구성된다.

다음으로, 용융된 제1 수지가 상부 캐비티면(22)과 하부 캐비티면(34)에 의해 한정된 제1 사출품 형성용 캐비티에 사출 주입된다. 상술한 바와 같이 사출 장치(미도시)로부터 금형(10) 내부로 사출 주입된 제1 수지는 상기 게이트를 통해 제1 사출품 형성용 캐비티 내부로 주입된다. 게이트는 상부 캐비티면의 중앙 부근에 형성된다. 만약, 제1 수지가 제1 사출품 형성용 캐비티의 외측으로부터 내부로 주입되면 제1 수지가 유입되는 열과 압력으로 인해 필름(3)에 주름(wrinkle)이 생길 수도 있어 이를 방지하기 위함이다. 또한, 상기 게이트를 통해 제1 수지가 고온 고압의 상태로 필름(3)으로 직접 토출되기는 하지만, 제1 수지층(6)(도 1 참조) 성형을 위해 토출되는 양이 많지 않기 때문에 필름(3)이 영구적으로 손상될 우려는 없고, 제1 수지층(6)에 형성되는 게이트 웨이스트(미도시) 또는 흠결은 추후의 보강층 사출 성형 단계(S14)(도 1 참조)에서 제거된다. 상기 게이트를 통해 필름(3)의 상측으로 주입된 제1 수지의 일부는 위치 정렬부 한정 홈(35)으로 이동하여 상기 위치 정렬부 공간을 채운다.

다음으로, 상부 코어(20)와 하부 코어(33)의 상기 유체 유로에 상온의 냉각수를 주입하여 이들 코어(20, 33)를 냉각시킴으로써 제1 사출품 형성용 캐비티에 주입된 제1 수지를 경화시켜 제1 사출품(2)(도 1 참조)을 형성한다. 상부 코어(11)의 유체 유로에 채워진 수증기와 하부 코어(33)의 유체 유로에 채워진 고온수는 고압 공기의 주입으로 상기 유체 유로에서 배출되고, 빈 유체 유로에 상온의 냉각수가 주입되어 제1 수지를 냉각 경화시킴으로써 양 측에 위치 정렬부(2p)를 구비한 제1 사출품(2)이 형성된다.

다음으로, 상부 금형(11)과 하부 금형(30)을 형개하여 제1 사출품(2)을 취출한다. 상부 금형(11)과 하부 금형(30)을 형개함과 동시에 이젝트 핀(45)의 상단이 이젝트 핀 홀(36)에서 상향 돌출되어 위치 정렬부(2p)를 밀어 올림으로써 제1 사출품(2)이 하부 캐비티면(34)에서 분리된다. 상기 이젝트 핀(45)에 의해 위치 정렬부(2p)가 밀려 올라가면서 복수의 돌기 끼움 통공(3h)이 복수의 필름 고정 돌기(38)에서 빠져나오게 되어 복수의 필름 고정부(3f)도 상기 복수의 필름 고정 돌기(38)에서 분리된다.

한편, 상부 금형(11)과 하부 금형(30)을 형개함과 동시에 또는 그보다 약간 앞서서, 고압 공기를 상기 유체 유로에 주입하여 유체 유로에 채워진 냉각수를 배출시키는 작업이 수반된다.

도 1 및 도 2를 다시 참조하면, 상기 필름 고정부 제거 단계(S12)는 상기 복수의 필름 고정부(3f)를 필름(3)으로부터 제거하는 단계로서, 커터(cutter)와 같은 도구를 이용하여 수행된다. 상기 제2 수지층 사출 성형 단계(S13)는 필름(3)의 하측면에 용융된 제2 수지를 사출하고 경화하여, 제1 사출품(2) 및 상기 제1 사출품(2) 아래에 적층된 제2 수지층(8)을 구비한 제2 사출품(9)을 형성하는 단계이다. 상기 보강층 사출 성형 단계(S14)는 제1 수지층(6)의 상측면에 용융된 제1 수지를 다시 사출하고 경화하여, 상기 제2 사출품(9) 및 상기 제2 사출품(9) 위에 적층된 보강층(7)을 구비한 제3 사출품(1)을 형성하는 단계이다. 제1 수지층(6)의 두께는 대략 1.2 내지 2mm 정도이고, 보강층(7)의 두께는 대략 0.7 내지 1.3mm 정도일 수 있다. 상기 위치 정렬부 제거 단계(S15)는 보강층 사출 성형 단계(S14) 후에 제3 사출품(1)에서 위치 결정 돌출부(2p)(도 5 참조)를 제거하는 단계이다.

도 6은 도 2의 제2 수지층 사출 성형 단계와 보강층 사출 성형 단계에 이용되는 이중 사출 금형을 분해하여 도시한 사시도이고, 도 7은 도 6을 VII-VII에 따라 절개한 단면도이며, 도 8은 도 6의 취출 유닛을 도시한 단면도이다. 상기 제2 수지층 사출 성형 단계(S13)와 보강층 사출 성형 단계(S14)는 도 6에 도시된 이중 사출 금형(50)을 사용하여 수행된다.

도 6을 참조하면, 이중 사출 금형(50)은 상부 금형(51)과 하부 금형(70)을 구비한다. 상부 금형(51)은, 용융된 제2 수지를 상부 금형(51)으로 주입하도록 제2 수지 사출 장치(미도시)에 연결되는 제2 수지 스프루(sprue)(53)와, 용융된 제1 수지를 상부 금형(51)으로 주입하도록 제1 수지 사출 장치(미도시)에 연결되는 제1 수지 스프루(54)가 형성된 상부 베이스(52)와, 상부 베이스(52)에 지지되는 상부 원판(58)과, 상기 상부 원판(58)에 지지되는 제1 상부 코어(61) 및 제2 상부 코어(68)를 구비한다. 제1 상부 코어(61)는 도 3에 도시된 금형(10)을 이용하여 제조된 제1 사출품(2)(도 1 참조)이 안착되는 제1 상부 캐비티면(63)(도 7 참조)을 구비한다. 제2 상부 코어(68)는 보강층(7)(도 1 참조)의 상측면 형상을 한정하는 제2 상부 캐비티면(미도시)을 구비한다.

하부 금형(70)은 제2 수지층(8)의 하측면 형상을 한정하는 공통 하부 캐비티면(83a, 83b)을 하나씩 구비한 한 쌍의 공통 하부 코어(81a, 81b)와, 상기 한 쌍의 공통 하부 코어(81a, 81b)를 지지하는 회전 금형판(77)과, 상기 회전 금형판(77)을 지지하는 하부 베이스(71)를 구비한다.

회전 금형판(77)과 하부 베이스(71)는 인덱스 샤프트(index shaft)(76)에 의해 연결된다. 인덱스 샤프트(76)가 회전 금형판(77)과 하부 베이스(71) 사이를 이격시키고 회전함으로써, 회전 금형판(77)이 인덱스 샤프트(76)를 중심으로 하부 베이스(71)에 대해 회전 가능하다. 이와 같은 구성으로, 한 쌍의 공통 하부 캐비티면(83a, 83b)을 상기 제1 상부 캐비티면(63)(도 7 참조)과 정렬되는 위치 및 상기 제2 상부 캐비티면과 정렬되는 위치 사이에서 이동시키기 위해, 회전 금형판(77)이 180° 만큼씩 회전 가능하다.

상부 금형(51)과 하부 금형(70)이 형개(型開)된 상태에서 회전 금형판(77)이 회전하게 되며, 회전 금형판(77)이 180° 만큼 회전한 후 상부 금형(51)과 하부 금형(70)이 다시 형합(型合)될 때 한 쌍의 공통 하부 캐비티면(83a, 83b)이 상기 제1 상부 캐비티면(63)(도 7 참조) 및 제2 상부 캐비티면(미도시)과 정확하게 정렬되도록 회전 금형판(77)의 회전 중심에는 상향 돌출된 사각형의 인덱스 블록(index block)(78)이 구비되고, 상기 인덱스 블록(78)과 대면하는 상부 원판(58)의 중심부에는 상기 인덱스 블록(77)이 삽입 가능한 인덱스 홈(미도시)이 마련된다.

상부 금형(51)과 하부 금형(70)이 형합(型合), 즉 서로 밀착되면, 상기 제1 상부 캐비티면(63)(도 7 참조)과 이에 정렬되는 하나의 공통 하부 캐비티면(83a)에 의해, 필름(3)(도 1 참조)과, 필름(3) 위에 적층된 제1 수지층(6)(도 1 참조)과, 필름(3) 아래에 적층된 제2 수지층(8)(도 1 참조)을 구비하여 이루어진 제2 사출품(9)(도 1 참조)의 형상에 대응되는 제2 사출품 형성용 캐비티(cavity)가 한정된다. 상기 제2 사출품 형성용 캐비티에는 제1 사출품(2)(도 5 참조)이 삽입 안착되고, 여기에 용융된 제2 수지가 사출 및 경화되어 제2 사출품(9)이 성형된다.

도 6 및 도 7을 함께 참조하면, 상부 금형(51)에는 상기 제1 사출품(2)이 상기 제1 상부 캐비티면(63)에서 분리되지 않고 안착되도록, 제1 사출품(2)의 위치 정렬부(2p)(도 5 참조)를 흡착시키는 흡착 유닛이 구비된다. 상기 흡착 유닛은 제1 사출품(2)의 상측면이 제1 상부 캐비티면(63)에 안착된 때 제1 사출품(2)의 위치 정렬부(2p)와 마주보도록 제1 상부 코어(61)에 설치된 흡착 핀(suction pin)(66)을 구비한다. 제1 상부 캐비티면(63)의 주변부에는 상기 위치 정렬부(2p)가 안착되는 위치 정렬부 안착 홈(64)이 형성된다.

흡착 핀(66)은 제1 상부 코어(61)의 상측면에서 상기 위치 정렬부 안착 홈(64)까지 관통 형성된 흡착 핀 삽입 홀(65)에 삽입 장착된다. 따라서, 제1 사출품(2)을 제1 상부 캐비티면(63)에 안착시키면, 상기 위치 정렬부(2p)가 위치 정렬부 안착 홈(64)에 안착되어 흡착 핀(66)의 하단과 대면(對面)하게 되며, 흡착 핀(66)이 부압(負壓)을 형성하여 위치 정렬부(2p)를 흡착하게 된다. 이에 따라 제1 사출품(2)은 이중 사출 금형(50)이 형합(型合)되고 제2 수지가 상기 제2 사출품 형성용 캐비티에 주입될 때까지 제1 상부 캐비티면(63)에 안정적으로 안착되고, 제1 상부 캐비티면(63)과 제1 사출품(2)의 제1 수지층(6) 상측면 사이에 빈 공간이 형성되지 않는다. 흡착 핀(66)의 하단에 부압이 형성되도록 공기를 흡기하는 콤프레서(compressor)(미도시)가 이중 사출 금형(50)의 외부에 구비되고, 상부 원판(58)에는 흡착 핀(66)과 상기 콤프레서가 공기 유동 가능하게 연결되도록 흡기 유로(59)가 형성된다.

한편, 이중 사출 금형(50)의 상부 금형(51)과 하부 금형(70)이 형합(型合)되면, 상기 제2 상부 캐비티면(미도시)과 이에 정렬되는 하나의 공통 하부 캐비티면(83b)에 의해, 필름(3)과, 필름(3) 위에 적층된 제1 수지층(6)과, 제1 수지층(6) 위에 적층된 보강층(7)과, 필름(3) 아래에 적층된 제2 수지층(8)을 구비하여 이루어진 제3 사출품(1)(도 1 참조)의 형상에 대응되는 제3 사출품 형성용 캐비티(미도시)가 한정된다. 회전 금형판(77)이 180° 회전함에 따라 상기 제2 사출품 형성용 캐비티에서 성형된 제2 사출품(9)이 상기 제3 사출품 형성용 캐비티 내부로 이동하고, 여기에 용융된 제1 수지가 사출 및 경화되어 제3 사출품(1)이 성형된다.

일반적으로, 상부 금형(51)은 이동하지 않게 고정된 고정측 금형이고, 하부 금형(70)은 상부 금형(51)을 향하거나 상부 금형(51)에서 멀어지게 이동해 상부 금형(51)에 밀착되거나 상부 금형(51)에서 이격되는 가동측 금형이다. 다만, 상술한 것과 반대로 상부 금형(51)이 가동측 금형이고 하고 하부 금형(70)이 고정측 금형일 수도 있다.

상기 제2 사출품 형성용 캐비티의 외측에는 용융된 상태로 제2 수지 스프루(53)를 통해 상부 금형(51)으로 주입된 제2 수지를 상기 제2 사출품 형성용 캐비티로 토출하는 제2 수지 게이트(gate)(미도시)가 마련된다. 또한, 상기 제3 사출품 형성용 캐비티의 외측에는 용융된 상태로 제1 수지 스프루(54)를 통해 상부 금형(51)으로 주입된 제1 수지를 상기 제3 사출품 형성용 캐비티로 토출하는 제1 수지 게이트(미도시)가 마련된다. 이와 같은 구성에 의해 상기 제2 사출품 형성용 캐비티 및 제3 사출품 형성용 캐비티의 측면에서 상기 제2 사출품 형성용 캐비티 및 제3 사출품 형성용 캐비티 내부로 제2 수지 및 제1 수지가 주입된다.

만약, 제2 사출품 형성용 캐비티 내부로 제2 수지를 토출하는 게이트가 제1 사출품(2)(도 1 참조)의 중앙부를 마주보는 위치에 마련되거나, 완제품 형성용 캐비티 내부로 제1 수지를 토출하는 게이트가 제2 사출품(9)(도 1 참조)의 중앙부를 마주보는 위치에 마련된다면, 제2 수지층(8)의 중앙부 또는 보강층(7)의 중앙부에 게이트 웨이스트(gate waste) 자국이 발생되어 플라스틱 제품 완제품(1)의 광투과 성능이나 광택 특성이 저하될 수 있으므로 이를 방지하기 위함이다. 도 6의 참조번호 '64' 상기 제2 수지 스프루(53)를 통해 주입된 제2 수지를 상기 제2 수지 게이트까지 안내하는 제2 수지 러너(runner)의 일 부분으로서, 제1 상부 코어(61)의 상측면의 일 측에서 아래로 연장되어 상기 제2 사출품 형성용 캐비티의 외측에 형성되는 상기 제2 수지 게이트까지 이어진다. 도 6의 참조번호 '69' 상기 제1 수지 스프루(54)를 통해 주입된 제1 수지를 상기 제1 수지 게이트까지 안내하는 제1 수지 러너의 일 부분으로서, 제2 상부 코어(68)의 상측면의 일 측에서 아래로 연장되어 상기 제3 사출품 형성용 캐비티의 외측에 형성되는 상기 상기 제1 수지 게이트까지 이어진다.

도 6 및 도 8을 함께 참조하면, 하부 금형(70)에는 이중 사출 금형(50)이 형개(型開)된 때 상기 제3 사출품 형성용 캐비티에서 형성된 제3 사출품(1)을 하부 금형(70)의 공통 하부 캐비티면(83b)로부터 분리 취출하기 위한 취출 유닛(85)이 구비된다. 취출 유닛(85)은, 한 쌍의 공통 하부 코어(81a, 81b)의 아래에 각각 승강 가능하게 2층으로 배치된 하부 이젝트 플레이트(lower eject plate)(88)와 상부 이젝트 플레이트(upper eject plate)(89), 상기 하부 및 상부 이젝트 플레이트(88, 89)를 지지하는 지지 플레이트(90), 상기 지지 플레이트(90)와 상기 회전 금형판(77)이 일정한 거리를 두고 이격된 상태로 유지되도록 상기 지지 플레이트(90)와 상기 회전 금형판(77)을 연결하는 복수의 가이드 핀(guide pin)(91)과 복수의 가이드 블록(95), 하단부가 상기 하부 및 상부 이젝트 플레이트(88, 89)에 고정되고 상단은 상기 공통 하부 캐비티면(83a, 83b)까지 상향 연장되는 복수의 이젝트 핀(eject pin)(97), 상기 가이드 핀(91)에 끼워지고 상기 회전 금형판(77)과 상기 상부 이젝트 플레이트(89) 사이에 개재된 스프링(spring)(92), 및 상기 하부 및 상부 이젝트 플레이트(88, 89)를 상승 구동하는 것으로, 유압 실린더(hydraulic pressure cylinder)를 포함하는 액추에이터(86)를 구비한다. 상기 가이드 핀(91)과 상기 가이드 블록(95)은 하부 및 상부 이젝트 플레이트(88, 89)의 승강 운동을 안내한다.

하부 베이스(71)에는 제1 상부 코어(61) 및 제2 상부 코어(68)와 정렬되는 지점에 제1 및 제2 취출 유닛 배치 홈(73, 74)이 형성되고, 상기 한 쌍의 취출 유닛 배치 홈(73, 74)에 각각 지지 플레이트(90), 하부 및 상부 이젝트 플레이트(88, 89), 이젝트 핀(97), 가이드 핀(91), 가이드 블록(95), 및 스프링(92)이 수용된다. 상기 액추에이터(86)는 제2 취출 유닛 배치 홈(74)에 형성된 액추에이터 삽입 홈(75)에만 삽입 고정되고, 제1 취출 유닛 배치 홈(73)에는 설치되지 않는다.

이에 따라, 지지 플레이트(90), 하부 및 상부 이젝트 플레이트(88, 89), 이젝트 핀(97), 가이드 핀(91), 가이드 블록(95), 및 스프링(92)은 회전 금형판(77)에 지지되어, 회전 금형판(77)이 하부 베이스(71)에서 이격되어 회전할 때 회전 금형판(77)과 함께 회전하지만, 상기 액추에이터(86)는 하부 베이스(71)에 고정 지지되어 회전하지 않는다.

상기 제3 사출품 형성용 캐비티에 제1 수지가 주입되어 제3 사출품(1)(도 1 참조)이 성형된 후 이중 사출 금형(50)이 형개될 때 액추에이터(86)가 작동하면 실린더 로드(cylinder rod)(87)가 지지 플레이트(90)에 형성된 통공(90h)을 통해 상승하여 하부 및 상부 이젝트 플레이트(88, 89)를 회전 금형판(77)에 가까워지도록 밀어 올리고, 이에 따라 이젝트 핀(97)의 상단이 공통 하부 캐비티면(83b) 위로 돌출되면서 제3 사출품(1)을 공통 하부 캐비티면(83b)에서 분리 취출한다. 그리고, 상기 액추에이터(86)의 실린더 로드(87)가 원위치로 하강하면 스프링(92)의 탄성 복원력에 의해 상기 하부 및 상부 이젝트 플레이트(88, 89)와 이젝트 핀(97)이 하강하여 원위치로 복귀한다.

이하에서, 도 6 내지 도 8을 함께 참조하며, 이중 사출 금형(50)을 이용한 제2 수지층 사출 성형 단계(S13) 및 보강층 사출 성형 단계(S14)를 설명한다. 우선 상부 금형(51)과 하부 금형(70)을 형개(型開)하고, 상기 제1 상부 캐비티면(63)에 제1 사출품(2)(도 1 참조)을 삽입 안착시킨다. 이때 위치 정렬부 안착 홈(64)에 제1 사출품(2)의 위치 정렬부(2p)를 안착시키고 흡착 핀(66)을 통해 상부 금형(51) 측으로 위치 정렬부(2p)를 흡착시켜 제1 사출품(2)이 상기 제1 상부 캐비티면(63)에 안정적으로 안착되게 한다. 한편, 상부 금형(51)과 하부 금형(70)이 형개되면서 회전 금형판(77)이 180° 회전함에 따라 제2 상부 캐비티면(63)과 정렬되는 공통 하부 캐비티면(83b)에는 제2 사출품(9)(도 1 참조)이 부착된다.

다만, 도 6에서는 제1 상부 코어(61)와 공통 하부 코어(81a) 사이에 제2 사출품(9)이 개재되고, 제2 상부 코어(68)와 공통 하부 코어(81b) 사이에 제3 사출품(1)이 개재되는 것으로 도시되어 있으나, 이는 이중 사출 금형(50)이 형개된 때 산출되는 결과물로서 도시된 것이며 이중 사출 금형(50)이 형합(型合)되기 전에 제1 및 제2 상부 코어(61, 68)와 한 쌍의 공통 하부 코어(81a, 81b) 사이에 개재되는 것을 도시한 것은 아니다.

다음으로, 상부 금형(51)과 하부 금형(70)을 형합하고, 제1 및 제2 상부 코어(61, 68)과, 한 쌍의 공통 하부 코어(81a, 81b)를 가열한다. 제1 상부 코어(61) 및 제2 상부 코어(68)와, 한 쌍의 공통 하부 코어(81a, 81b)에는 각각 내부를 관통하는 복수의 유체 유로(미도시)가 형성되어 있다. 상기 복수의 유체 유로를 통해 가열 매체가 흐르도록 하여 상기 제1 상부 코어(61) 및 제2 상부 코어(68)와, 한 쌍의 공통 하부 코어(81a, 81b)를 가열할 수 있고, 상기 복수의 유체 유로를 통해 냉각 매체가 흐르도록 하여 상기 제1 상부 코어(61) 및 제2 상부 코어(68)와, 한 쌍의 공통 하부 코어(81a, 81b)를 냉각시킬 수 있다. 상기 가열 매체로서는 예컨대, 고온수 또는 수증기가 사용될 수 있고, 상기 냉각 매체로서는 예컨대, 상온수가 사용될 수 있다. 한편, 가열 매체로서 수증기가 흐를 수 있는 유체 유로는, 온수 또는 상온수만 흐를 수 있는 유체 유로보다 유체 유로의 연결 부분이 더욱 신뢰성 있게 밀봉되어야만 한다.

제1 상부 코어(61) 및 제2 상부 코어(68) 내부의 유체 유로에는 가열 매체로서 수증기(steam)를 주입하여, 제1 상부 코어(61) 및 제2 상부 코어(68)가 급속하게 100℃ 보다 높은 온도, 구체적으로는 120℃ 내지 150℃로 가열되도록 한다. 한편, 한 쌍의 공통 하부 코어(81a, 81b) 내부의 유체 유로에는 가열 매체로서 고온수를 주입하여, 한 쌍의 공통 하부 코어(81a, 81b)가 100℃ 보다 낮은 온도, 구체적으로는 60℃ 내지 80℃로 가열되도록 한다. 다만, 본 발명의 금형 가열 구성은 상술한 바에 한정되는 것은 아니며, 예컨대, 상기 제1 상부 코어(61) 내부의 유체 유로에 수증기 대신 고온수를 주입하여 제1 상부 코어(61)를 60℃ 내지 80℃로 가열되도록 할 수도 있다.

다음으로, 용융된 제2 수지가 제2 수지 스프루(53)와 러너(64) 및 게이트를 통해 제1 상부 캐비티면(63)과 공통 하부 캐비티면(83a)에 의해 한정되는 제2 사출품 형성용 캐비티의 측면으로부터 내부로 사출 주입되고, 그와 동시에 용융된 제1 수지가 제1 수지 스프루(54)와 러너(69) 및 게이트를 통해 제2 상부 캐비티면(미도시)과 공통 하부 캐비티면(83b)에 의해 한정되는 제3 사출품 형성용 캐비티 측면으로부터 내부로 사출 주입된다.

상기 유체 유로를 통해 유입된 수증기에 의해 상기 제2 사출품 형성용 캐비티의 주변과 상기 제3 사출품 형성용 캐비티의 주변이 높은 온도로 가열되어 있으므로, 용융된 제2 수지와 제1 수지의 점성이 작고 유속이 빨라 제2 사출품 형성용 캐비티와 제3 사출품 형성용 캐비티의 측면으로부터 제2 수지와 제1 수지가 주입되어도 상기 캐비티들에 채워질 수 있고, 상기 캐비티 내에 주입된 수지에서 예컨대, 웰드(weld) 자국과 같은 주름이 발생하지 않게 된다. 한편, 제1 수지층 사출 성형 단계(S11)(도 2 참조)에서 형성될 수 있는 게이트 웨이스트(미도시) 또는 제1 수지층(6)(도 1 참조) 표면의 흠결은 고온의 제1 수지가 상기 제3 사출품 형성용 캐비티 내부에 주입되면서 녹았다가 재경화되는 과정에서 깨끗하게 제거될 수 있다.

다음으로, 제1 상부 코어(61), 제2 상부 코어(68), 및 한 쌍의 공통 하부 코어(81a, 81b)의 유체 유로에 상온의 냉각수를 주입하여 상기 코어들(61, 68, 81a, 81b)을 냉각시킨다. 이로써, 상기 제2 사출품 형성용 캐비티에 주입된 제2 수지가 경화되어 제2 수지층(8)(도 1 참조)을 형성하며 제2 사출품(9)이 사출 성형되고, 상기 제3 사출품 형성용 캐비티에 주입된 제1 수지가 경화되어 보강층(7)(도 1 참조)을 형성하며 제3 사출품(1)이 사출 성형된다. 상기 유체 유로에 상온의 냉각수가 주입되기 전에, 제1 상부 코어(61) 및 제2 상부 코어(68)의 유체 유로에 채워진 수증기, 및 한 쌍의 공통 하부 코어(81a, 81b)의 유체 유로에 채워진 고온수는 고압 공기의 주입에 의해 상기 유체 유로에서 배출된다. 또한, 상부 금형(61)과 하부 금형(70)을 형개하기 전에 흡착 핀(66)에 의한 위치 정렬부(2p)의 흡착을 정지한다.

다음으로, 상부 금형(61)과 하부 금형(70)을 형개하면, 그와 동시에 액추에이터86)가 작동하여 이젝트 핀(97)이 상기 제3 사출품 형성용 캐비티를 한정하고 있던 공통 하부 캐비티면(83b)의 위로 돌출하여 상기 공통 하부 캐비티면(83b)에 부착되어 있던 제3 사출품(1)이 상기 공통 하부 캐비티면(83b)에서 분리된다. 상부 금형(61)과 하부 금형(70)을 형개함과 동시에 또는 그보다 약간 앞서서, 고압 공기를 상기 유체 유로에 주입하여 상기 유체 유로에 채워진 냉각수를 배출시키는 작업이 수반된다.

한편, 상기 제2 사출품 형성용 캐비티를 한정하고 있던 공통 하부 캐비티면(83a)에는 제2 사출품(9)이 부착되어 있게 되고, 회전 금형판(77)이 180° 회전함으로 인해 상기 제2 사출품(9)이 부착된 공통 하부 캐비티면(83a)이 제2 상부 코어(68)와 정렬된다. 그리고, 제1 상부 코어(61)의 제1 상부 캐비티면(63)에 다시 새로운 제1 사출품(2)(도 1 참조)을 삽입 안착시키고 상부 금형(51)과 하부 금형(70)을 다시 형합함으로써 새로운 제3 사출품(1)을 생산하기 위한 사이클(cycle)이 개시된다. 상술한 바와 같이 이중 사출 금형(50)을 이용한 작업을 통해 상기 이중 사출 금형(50)을 한번 형합하고 한번 형개하는 사이클마다 하나씩의 제3 사출품(1)을 생산할 수 있어 생산성이 향상된다.

상기 보강층 사출 성형 단계(S14) 후에 상술한 바와 같이 위치 정렬부 제거 단계(S15)가 수행되고, 추가적으로 제2 수지층 사출 성형 단계(S13)와 보강층 사출 성형 단계(S14)에서 형성된 게이트 웨이스트를 제거하는 단계가 수행될 수 있다. 이와 같은 단계를 통해 필름(3)이 내재된 플라스틱 제품(1f)이 완성된다.

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.

1: 플라스틱 제품 완제품 3: 필름
6: 제1 수지층 8: 제2 수지층
7: 보강층 10: 제1 수지층 사출 성형용 금형
40: 이중 사출 금형 51: 제1 상부 코어
61: 제2 상부 코어 81a, 81b: 공통 하부 코어

Claims

필름의 상측면에 용융된 제1 수지를 사출하고 경화하여, 상기 필름 및 상기 필름 위에 적층된 제1 수지층과, 상기 필름의 경계 밖에 위치 정렬부를 구비한 제1 사출품을 형성하는 제1 수지층 사출 성형 단계; 상기 필름의 하측면에 용융된 제2 수지를 사출하고 경화하여, 상기 제1 사출품 및 상기 제1 사출품의 아래에 적층된 제2 수지층을 구비한 제2 사출품을 형성하는 제2 수지층 사출 성형 단계; 상기 제1 수지층의 상측면에 용융된 제1 수지를 다시 사출하고 경화하여, 상기 제2 사출품 및 상기 제2 사출품의 위에 적층된 보강층을 구비한 제3 사출품을 형성하는 보강층 사출 성형 단계; 및, 상기 보강층 사출 성형 단계 후에, 상기 위치 정렬부를 제거하는 위치 정렬부 제거 단계;를 구비하고,
상기 제2 수지층 사출 성형 단계는, 상기 제2 수지층 사출 성형 단계에 이용되는 금형의 상부 금형과 하부 금형 중 상부 금형 측으로 상기 위치 정렬부를 흡착시켜 상기 제1 사출품을 상기 상부 금형에 안착시키는 제1 사출품 위치 고정 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는, 필름이 내재된 플라스틱 제품 제조 방법.
제1 항에 있어서,
상기 제1 수지층 사출 성형 단계에서 이용되는 금형은, 서로 형합(型合)되면 상기 위치 정렬부의 형상에 대응되는 위치 정렬부 공간이 형성되는 상부 금형과 하부 금형을 구비하고,
상기 제1 수지층 사출 성형 단계에서, 상기 용융된 제1 수지의 일부가 상기 위치 정렬부 공간에 주입되는 것을 특징으로 하는, 필름이 내재된 플라스틱 제품 제조 방법.
제1 항에 있어서,
상기 제1 수지층 사출 성형 단계에서 이용되는 금형은, 상부 금형과 하부 금형이 위아래로 배치된 다대식 사출 금형(vertical type injection mold)이고,
상기 하부 금형은 상향 돌출된 복수의 필름 고정 돌기를 구비하고, 상기 필름은 상기 복수의 필름 고정 돌기가 끼워지는 복수의 돌기 끼움 통공이 형성된 필름 고정부를 구비하고,
상기 제1 수지층 사출 성형 단계는, 상기 필름을 상기 하부 금형에 놓으면서 상기 복수의 필름 고정 돌기를 상기 복수의 돌기 끼움 통공에 끼우는 돌기 끼움 단계, 및 상기 하부 금형과 상기 상부 금형을 밀착시키는 형합 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는, 필름이 내재된 플라스틱 제품 제조 방법.
제3 항에 있어서,
상기 제1 수지층 사출 성형 단계 후에, 상기 필름 고정부를 상기 필름으로부터 제거하는 필름 고정부 제거 단계;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는, 필름이 내재된 플라스틱 제품 제조 방법.
제1 항에 있어서,
상기 제1 수지층 사출 성형 단계에서, 상기 용융된 제1 수지는 상기 필름의 중심부 위에서 상기 필름을 향해 주입되어 상기 필름의 상측면을 덮도록 확산되고,
상기 제2 수지층 사출 성형 단계에서, 상기 용융된 제2 수지는 상기 필름의 외주변에서 상기 필름을 향해 주입되어 상기 필름의 하측면을 덮도록 확산되고,
상기 보강층 사출 성형 단계에서, 상기 용융된 제1 수지는 상기 제1 수지층의 외주변에서 상기 제1 수지층을 향해 주입되어 상기 제1 수지층의 상측면을 덮도록 확산되는 것을 특징으로 하는, 필름이 내재된 플라스틱 제품 제조 방법.
제1 항에 있어서,
상기 제1 수지층 사출 성형 단계 및 상기 보강층 사출 성형 단계는, 상기 제1 수지층 사출 성형 단계에 이용되는 금형 및 상기 보강층 사출 성형 단계에 이용되는 금형을 관통하는 유체 유로에 수증기(steam)를 주입하여, 상기 금형을 120 내지 150℃의 온도로 가열하는 금형 가열 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 필름이 내재된 플라스틱 제품 제조 방법.
제1 항에 있어서,
상기 제1 수지는 PC 수지(polycarbonate resin)를 포함하고, 상기 제2 수지는 ABS 수지(acrylonitrile-butadiene-styrene resin) 및 ASA 수지(Acrylic Styrene Acrylonitrile resin) 중에서 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는, 필름이 내재된 플라스틱 제품 제조 방법.
제1 항에 있어서,
상기 제1 수지층 사출 성형 단계는, 상기 제1 수지층 사출 성형 단계에 이용되는 금형의 상부 금형과 하부 금형이 형개(型開)된 때, 상기 위치 정렬부를 밀어 올려 상기 제1 사출품을 상기 하부 금형으로부터 취출하는 제1 사출품 취출 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는, 필름이 내재된 플라스틱 제품 제조 방법.
제1 항의 제2 수지층 사출 성형 단계 및 보강층 사출 성형 단계에 사용되는 이중 사출 금형으로서,
상기 제1 사출품이 삽입 안착되는 제1 상부 캐비티면을 구비한 제1 상부 코어, 상기 보강층의 상측면 형상을 한정하는 제2 상부 캐비티면을 구비한 제2 상부 코어, 상기 제1 상부 코어 및 상기 제2 상부 코어를 지지하는 상부 원판, 및 상기 제1 사출품이 상기 제1 상부 캐비티면에서 분리되지 않고 안착되도록, 상기 위치 정렬부를 흡착시키는 흡착 유닛을 구비한 상부 금형; 및,
상기 제2 수지층의 하측면 형상을 한정하는 공통 하부 캐비티면을 구비한 것으로, 상기 제1 상부 코어 및 상기 제2 상부 코어의 개수의 합과 같은 개수인 복수의 공통 하부 코어, 상기 복수의 공통 하부 코어를 지지하는 것으로, 상기 공통 하부 캐비티면을 상기 제1 상부 캐비티면과 정렬되는 위치 및 상기 제2 상부 캐비티면과 정렬되는 위치 사이에서 이동시키기 위해 미리 정해진 각도만큼씩 회전하는 회전 금형판, 및 상기 회전 금형판을 지지하는 하부 베이스를 구비한 하부 금형;을 구비한 것을 특징으로 하는, 필름이 내재된 플라스틱 제품 제조용 이중 사출 금형.
제9 항에 있어서,
상기 흡착 유닛은, 상기 제1 사출품이 상기 제1 상부 캐비티면에 안착된 때 상기 위치 정렬부와 마주보도록 상기 제1 상부 코어에 설치되어, 상기 위치 정렬부를 흡착하는 흡착 핀(suction pin)을 구비한 것을 특징으로 하는, 필름이 내재된 플라스틱 제품 제조용 이중 사출 금형.
제9 항에 있어서,
상기 하부 금형은, 상기 상부 금형과 상기 하부 금형이 형개(型開)된 때 상기 제3 사출품을 상기 하부 금형으로부터 취출하기 위한 취출 유닛을 더 구비하고,
상기 취출 유닛은, 상기 복수의 공통 하부 코어의 아래에 각각 승강 가능하게 배치된 이젝트 플레이트(eject plate)와, 상기 이젝트 플레이트에 지지되어 상기 이젝트 플레이트가 상승하면 말단부가 상기 공통 하부 캐비티면을 넘어 돌출되는 이젝트 핀(eject pin)과, 상기 이젝트 플레이트를 상승 구동하는 액추에이터(actuator)와, 상기 이젝트 플레이트와 상기 회전 금형판 사이에 개재되는 스프링(spring)을 구비하고,
상기 이젝트 플레이트는 상기 회전 금형판에 지지되어 상기 회전 금형판과 함께 회전하고, 상기 액추에이터는 상기 하부 베이스에 고정 지지되어 상기 회전 금형판과 함께 회전하지 않는 것을 특징으로 하는, 필름이 내재된 플라스틱 제품 제조용 이중 사출 금형.