KR102036630B1 - 국부적 온도제어가 가능한 성형장치 - Google Patents

국부적 온도제어가 가능한 성형장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 성형장치에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 금형의 온도를 국부적으로 제어 가능하도록 하는 국부적 온도제어가 가능한 성형장치에 관한 것이다.
본 발명은 설치홈이 마련된 제1 금형; 상기 제1 금형과 마주보게 배치되는 제2 금형; 상기 제1 금형의 설치홈과 상기 제2 금형 사이에 형성되는 캐비티; 상기 제1 금형의 설치홈 내부에 배치되되, 상기 캐비티 내부로 주입된 상기 성형재료의 유동방향을 따라 배치되고, 서로 다른 상변화온도를 가지는 복수의 상변화물질층; 상기 복수의 상변화물질층의 상측에 배치되어, 상기 복수의 상변화물질층과 상기 성형재료 간의 접촉을 방지하는 메탈 인서트; 및 상기 복수의 상변화물질층을 상기 상변화온도까지 가열하는 히터부;를 포함하고, 상기 복수의 상변화물질층은 상기 성형재료가 주입되는 주입구로부터 멀어질수록 높은 상변화온도를 가지는 것을 특징으로 하는 국부적 온도제어가 가능한 성형장치를 제공한다.

Description

국부적 온도제어가 가능한 성형장치{FORMING APPARATUS CAPABLE OF CONTROLLING TEMPERATURE LOCALLY}
본 발명은 성형장치에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 금형의 온도를 국부적으로 제어 가능하도록 하는 국부적 온도제어가 가능한 성형장치에 관한 것이다.
성형장치는 합성수지 또는 금속 등의 성형 재료를 이용하여 특정 형상의 제품을 대량으로 생산하는 장치이다.
성형 장치에는 내부로 유입된 성형 재료의 온도 제어를 위하여 다양한 수단/장치가 설치/이용되고 있다. 예를 들어, 성형장치의 금형 내에 형성된 유로를 통하여 냉각수 또는 냉각 오일과 같은 냉각 유체가 유동하며, 유동하는 냉각 유체에 의하여 금형의 온도, 즉 금형 내로 유입된 성형 재료의 온도가 제어된다.
또 다른 방법으로는, 금형 내에 전기 히터 등과 같은 발열 소자를 배치함으로써 금형의 온도 및 성형재료의 온도를 제어할 수 있다.
그러나, 위에서 설명한 바와 같은 온도 제어 수단/장치는 사용 과정에서 다음과 같은 문제점을 발생시킬 수 있다.
냉각유체의 유로 또는 전기히터와 같은 온도제어수단/요소는 비교적 넓은 면적을 갖는 금형 내에 균일하게 배치되어 있으며, 따라서 이론적으로는 금형 전체를 단일의 온도 조건으로 제어할 수 있다.
그러나, 실제 공정 현장에서는 금형의 온도는 국부적으로 편차가 발생하게 된다. 즉, 냉각 유체를 사용하는 경우, 시간이 경과됨에 따라 냉각 유체의 온도가 변화되며(상승하며), 따라서 금형의 전체 영역 중에서 냉각 유체가 초기 유입되는 유입 영역, 냉각 유체가 유동하는 중간 영역 그리고 냉각 유체가 배출되는 배출 영역의 온도는 차이가 나게 된다.
금형 상에 위치하는 성형재료의 모든 영역에 동일한 온도의 열이 공급되어야만 균일한 성질/특성을 갖는 성형품이 제조되지만, 위와 같은 이유로 금형의 영역별로 성형 재료에 다른 온도의 열이 공급됨으로써 성형 공정 후의 성형 제품은 균일한 특성을 갖기 어려운 문제점이 있었다.
특히, 고분자 수지는 온도와 시간에 따라 경화되는 정도가 현저히 다르게 나타나기 때문에 고분자 수지로 제조된 나노 패턴, 바이오 칩 또는 광학 요소와 같은 두께가 매우 얇고 미세한 소자는 성형 공정에서의 온도의 영향을 크게 받는다. 예를 들어, 페이스트(paste) 또는 겔(gel) 형태의 성형 재료가 금형의 표면에 형성된 미세 패턴(groove) 내에 유입되는 과정에서, 금형의 온도가 설정된 값보다 낮은 경우, 미세 패턴 내의 공간이 성형 재료로 완전히 채워지기 전에 성형 재료가 경화되기 시작하며, 따라서 미세 패턴과 동일한 패턴을 갖는 성형 제품이 제조되지 않는 문제점이 있었다.
대한민국 등록특허공보 제10-1191012호(2012.10.18. 등록공고, 발명의 명칭 : 박막 필름 히터를 이용한 성형장치)
본 발명의 목적은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 서로 다른 상변화온도를 가지는 복수의 상변화물질층과, 서로 다른 투과율을 가지는 복수의 광투과층 및 서로 다른 퀴리온도를 가지는 복수의 감온자성물질층 중 어느 하나를 이용함으로써, 금형의 온도를 국부적으로 제어할 수 있도록 하는 국부적 온도제어가 가능한 성형장치를 제공하는데 있다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 국부적 온도제어가 가능한 성형장치는, 설치홈이 마련된 제1 금형; 상기 제1 금형과 마주보게 배치되는 제2 금형; 상기 제1 금형의 설치홈과 상기 제2 금형 사이에 형성되는 캐비티; 상기 제1 금형의 설치홈 내부에 배치되되, 상기 캐비티 내부로 주입된 상기 성형재료의 유동방향을 따라 배치되고, 서로 다른 상변화온도를 가지는 복수의 상변화물질층; 상기 복수의 상변화물질층의 상측에 배치되어, 상기 복수의 상변화물질층과 상기 성형재료 간의 접촉을 방지하는 메탈 인서트; 및 상기 복수의 상변화물질층을 상기 상변화온도까지 가열하는 히터부;를 포함하고, 상기 복수의 상변화물질층은 상기 성형재료가 주입되는 주입구로부터 멀어질수록 높은 상변화온도를 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 국부적 온도제어가 가능한 성형장치는, 설치홈이 마련된 제1 금형; 상기 제1 금형과 마주보게 배치되는 제2 금형; 상기 제1 금형의 설치홈과 상기 제2 금형 사이에 형성되는 캐비티; 상기 제1 금형의 설치홈 내부에 배치되되, 상기 캐비티 내부로 주입된 상기 성형재료의 유동방향을 따라 배치되고, 서로 다른 투과율을 가지는 복수의 광투과층; 상기 복수의 광투과층의 상측에 배치되어, 상기 복수의 광투과층과 상기 성형재료 간의 접촉을 방지하는 메탈 인서트; 상기 복수의 광투과층으로 상기 레이저광을 조사하는 레이저부;를 포함하고, 상기 복수의 상변화물질층은 상기 성형재료가 주입되는 주입구로부터 멀어질수록 높은 투과율을 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 국부적 온도제어가 가능한 성형장치는, 설치홈이 마련된 제1 금형; 상기 제1 금형과 마주보게 배치되는 제2 금형; 상기 제1 금형의 설치홈과 상기 제2 금형 사이에 형성되는 캐비티; 상기 제1 금형의 설치홈 내부에 배치되되, 상기 캐비티 내부로 주입된 상기 성형재료의 유동방향을 따라 배치되고, 일정 투과율을 가지는 광투과층; 상기 광투과층의 상측에 배치되어, 상기 광투과층과 상기 성형재료 간의 접촉을 방지하는 메탈 인서트; 및 상기 광투과층으로 복수의 레이저광을 조사하되, 상기 성형재료가 주입되는 주입구로부터 멀리 떨어진 위치로 갈수록 높은 파워의 레이저광을 조사하는 레이저부;를 포함한다.
본 발명의 제2 및 제3 실시예에 따른 국부적 온도제어가 가능한 성형장치에 있어서, 상기 메탈 인서트는, 상기 광투과층과 마주하는 상기 메탈 인서트의 일면에 형성되고, 플라즈모닉 공명을 형성하기 위하여, 상기 광투과층 방향으로 요철 형상의 나노패턴부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 제4 실시예에 따른 국부적 온도제어가 가능한 성형장치는, 설치홈이 마련된 제1 금형; 상기 제1 금형과 마주보게 배치되는 제2 금형; 상기 제1 금형의 설치홈과 상기 제2 금형 사이에 형성되는 캐비티; 상기 제1 금형의 설치홈 내부에 배치되되, 상기 캐비티 내부로 주입된 상기 성형재료의 유동방향을 따라 배치되고, 서로 다른 퀴리온도를 가지는 복수의 감온자성물질층; 상기 복수의 감온자성물질층의 상측에 배치되어, 상기 복수의 감온자성물질층과 상기 성형재료 간의 접촉을 방지하는 메탈 인서트; 상기 복수의 감온자성물질층을 상기 퀴리온도까지 가열하는 코일부;를 포함하고, 상기 복수의 감온자성물질층은 상기 성형재료가 주입되는 주입구로부터 멀어질수록 높은 퀴리온도를 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 국부적 온도제어가 가능한 성형장치는, 서로 다른 상변화온도를 가지는 복수의 상변화물질층을 구비한 것에 의해 금형의 온도를 국부적으로 제어할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 국부적 온도제어가 가능한 성형장치는, 서로 다른 투과율을 가지는 복수의 광투과층을 구비한 것에 의해 금형의 온도를 국부적으로 제어할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 국부적 온도제어가 가능한 성형장치는, 동일한 투과율을 가진 광투과층으로 파워가 다른 복수의 레이저광을 조사하도록 한 것에 의해 금형의 온도를 국부적으로 제어할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 국부적 온도제어가 가능한 성형장치는, 서로 다른 퀴리온도를 가지는 복수의 감온자성물질층을 구비한 것에 의해 금형의 온도를 국부적으로 제어할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 국부적 온도제어가 가능한 성형장치는, 금형의 온도를 국부적으로 제어할 수 있는 것에 의해 성형재료의 온도를 균일하게 유지할 수 있어 균일한 특성의 성형제품을 생산할 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 국부적 온도제어가 가능한 성형장치의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 국부적 온도제어가 가능한 성형장치의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 국부적 온도제어가 가능한 성형장치의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 국부적 온도제어가 가능한 성형장치의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
이하, 상술한 해결하고자 하는 과제가 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시 예들이 첨부된 도면을 참조하여 설명된다. 본 실시 예들을 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 하기에서 생략된다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 국부적 온도제어가 가능한 성형장치의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 국부적 온도제어가 가능한 성형장치는 제1 금형(110)과, 제2 금형(120)과, 캐비티(130)와, 복수의 상변화물질층(200)과, 메탈 인서트(140) 및 히터부(300)를 포함한다.
상기 제1 금형(110)은 일정 깊이 및 면적을 갖는 설치홈(111)이 마련될 수 있다. 이때, 설치홈(111)에는 후술하는 복수의 상변화물질층(200)과 메탈 인서트(140) 등이 설치될 수 있다.
상기 제2 금형(120)은 제1 금형(110)에 마주보게 배치될 수 있다. 이때, 제1 금형(110) 및 제2 금형(120)은 캐비티(130)에서 사출되는 성형품을 배출시키기 위하여, 제1 금형(110)에 대해 제2 금형(120)을 이동시키거나 제2 금형(120)에 대해 제1 금형(110)을 이동시킬 수 있는 구조로 구성될 수 있다.
한편, 제1 금형(110) 또는 제2 금형(120) 중 어느 하나에는 성형재료(M)가 주입되는 주입구(121)가 마련될 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에서는 제2 금형(120)에 주입구(121)가 형성된 것이 제시된다.
상기 캐비티(130)는 제1 금형(110)과 제2 금형(120) 사이에 형성될 수 있으며, 주입구(121)와 연통된 상태로 형성되어 주입구(121)를 통하여 주입된 성형재료(M)가 채워지게 된다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 상기 복수의 상변화물질층(200)은 제1 금형(110)의 설치홈(111) 내부에 배치되되, 캐비티(130) 내부로 주입된 성형재료(M)의 유동방향을 따라 배치될 수 있다.
이때, 복수의 상변화물칠층(200)은 서로 다른 상변화온도를 가지도록 형성될 수 있다.
즉, 복수의 상변화물질층(200)을 이루는 상변화물질은 특정한 온도에서 온도변화 없이 일정한 열을 흡수하거나 방출하는 기능을 하는 물질이다. 주변 온도의 상승으로 인해 상변화물질은 고체에서 액체로 상변화를 하면서 열에너지를 흡수하였다가 온도가 낮아짐에 따라 응고되면서 저장한 열에너지를 방출함으로써 반복적으로 열에너지를 흡수하거나 방출할 수 있는 기능을 수행한다.
이때, 상변화물질은 염(SALT)과 염수화물(SALT HYDRATES)을 포함하는 무기물질, 파라핀(Paraffin)과 지방산(Fatty acid) 및 PEG(Polyethylene Glycol)을 포함하는 고분자물질, 크레졸을 포함하는 페놀류, 키논, 아니솔 중에서 1종 또는 2종을 선택해서 혼합하여 구성될 수 있다.
한편, 제2 금형(120)의 주입구(121)로 주입되어 캐비티(130) 내부로 유동되는 성형재료(M)의 온도는 주입구(121)로부터 성형재료(M)의 유동방향을 따라 멀어질수록 점차 낮아지게 된다.
이때, 복수의 상변화물질층(200)의 각각의 상변화온도를 다르게 가지도록 형성함으로써, 제1 금형(110) 및 제2 금형(120)의 온도를 국부적으로 제어할 수 있다.
더욱 구체적으로, 복수의 상변화물질층(200)은 성형재료(M)가 주입되는 주입구(121)로부터 멀어질수록 높은 상변화온도를 가지도록 배치될 수 있다.
이때, 복수의 상변화물질층(200)은 주입구(121)에 근접하게 배치되고 낮은 상변화온도를 가지는 제1 상변화물질층(210)과, 제1 상변화물질층(210)의 일측에 배치되고 제1 상변화물질층(210)보다 상대적으로 높은 상변화온도를 가지는 제2 상변화물질층(220) 및 제2 상변화물질층(220)의 일측에 배치되고 제2 상변화물질층(220)보다 상대적으로 높은 상변화온도를 가지는 제3 상변화물질층(230)을 포함할 수 있다.
일예로, 성형재료(M)의 온도가 200도일 경우, 제1 상변화물질층(210)을 지나는 캐비티(130) 구간(제1 구간) 내에서는 성형재료(M)의 온도가 140도 ~ 120도로 낮아지게 되고, 제2 상변화물질층(220)을 지나는 캐비티(130) 구간(제2 구간) 내에서는 성형재료(M)의 온도가 120도 ~ 100도로 낮아지게 되며, 제3 상변화물질층(230)을 지나는 캐비티(130) 구간(제2 구간) 내에서는 성형재료(M)의 온도가 100도 ~ 80도로 낮아지게 될 수 있다.
이에 대응하도록, 제1 상변화물질층(210)은 60도 ~ 80도의 상변화온도를 가지도록 형성하고, 제2 상변화물질층(220)은 80도 ~ 100도의 상변화온도를 가지도록 형성하며, 제3 상변화물질층(230)은 100도 ~ 120도의 상변환온도를 가지도록 형성하는 것이 바람직하다.
이때, 후술하는 히터부(300)를 통해 제1 상변화물질층(210)은 해당 상변화온도인 60도 ~ 80도까지 가열되도록 하여, 해당 상변화온도인 60도 ~ 80도에서 상변화가 이루어질 수 있도록 한다. 이에 따라, 제1 상변화물질층(210)은 해당 상변화온도인 60도 ~ 80도의 열을 방출하게 된다.
또한, 제2 상변화물질층(220)은 해당 상변화온도인 80도 ~ 100도까지 가열되도록 하여, 해당 상변화온도인 80도 ~ 100도에서 상변화가 이루어질 수 있도록 한다. 이에 따라, 제2 상변화물질층(220)은 해당 상변화온도인 80도 ~ 100도의 열을 방출하게 된다.
또한, 제3 상변화물질층(230)은 해당 상변화온도인 100도 ~ 120도까지 가열되도록 하여, 해당 상변화온도인 100도 ~ 120도에서 상변화가 이루어질 수 있도록 한다. 이에 따라, 제3 상변화물질층(230)은 해당 상변화온도인 100도 ~ 120도의 열을 방출하게 된다.
따라서, 캐비티(130) 내부에서 유동되는 성형재료(M)의 온도가 캐비티(130) 내부의 전영역에서 평균적으로 100도를 유지할 수 있게 된다.
결과적으로, 캐비티(130)의 제1 구간에서 제3 구간으로 갈수록 낮아지는 성형재료(M)의 온도에 대응하여, 제1 상변화물질층(210)에서 제3 상변화물질층(230)으로 갈수록 상변화온도를 높게 형성함으로써, 캐비티(130) 내부에서 유동되는 성형재료(M)의 온도가 캐비티(130) 내부의 전영역에서 균일하게 유지될 수 있다.
상기 히터부(300)는 복수의 상변화물질층(200)과 각각 연결되어, 각각의 상변화물질층(210,220,230)이 상변화온도까지 가열될 수 있도록 한다.
상기 메탈 인서트(140)는 복수의 상변화물질층(200)의 상측에 배치되어, 복수의 상변화물질층(200)과 성형재료(M) 간의 접촉을 방지한다.
즉, 성형재료(M)와 복수의 상변화물질층(200)과 직접적으로 접촉하게 되면 성형재료(M)에 의해 복수의 상변화물질층(200)이 박리되는 현상이 발생할 수 있다.
따라서, 성형재료(M)와 복수의 상변화물질층(200) 사이에 메탈 인서트(140)를 배치하여 복수의 상변화물질층(200)과 성형재료(M)를 분리시킴으로써, 성형재료(M) 간의 접촉을 방지할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 제1 실시예에서는 메탈 인서트(140)가 복수의 상변화물질층(200)과 성형재료(M) 간의 접촉을 방지하기 위한 구성으로 사용되었으나, 패턴이 마련된 성형품을 제조하기 위해서 메탈 인서트(140)의 상면에 소정의 패턴을 형성할 수도 있다.
이상 상술한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 국부적 온도제어가 가능한 성형장치는 복수의 상변화물질층(200)의 상변화온도를 주입구(121)로부터 멀어질수록 높게 가지도록 형성됨에 따라, 캐비티(130) 내부로 유동되는 성형재료(M)의 온도를 균일하게 유지할 수 있어 균일한 특성의 성형제품을 생산할 수 있는 이점이 있다.
지금부터는 본 발명의 제2 실시예에 따른 국부적 온도제어가 가능한 성형장치에 대해서 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 국부적 온도제어가 가능한 성형장치의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다. 이때, 도 2의 확대된 부위는 메탈 인서트에 나노패턴부가 형성된 것을 나타낸 것이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 국부적 온도제어가 가능한 성형장치는 제1 금형(110)과, 제2 금형(120)과, 캐비티(130)와, 복수의 광투과층(400), 메탈 인서트(140) 및 레이저부(500)를 포함한다.
본 발명의 제2 실시예의 제1 금형(110)과, 제2 금형(120) 및 캐비티(130)는 본 발명의 제1 실시예에서 상술한 제1 금형(110)과 제2 금형(120) 및 캐비티(130)의 구성과 동일하여 자세한 설명은 생략한다.
본 발명의 제2 실시예서는 제1 금형(110) 및 제2 금형(120)의 국부적으로 온도를 제어하기 위하여, 복수의 광투과층(400) 레이저부가 사용된 것이 제시된다.
상기 복수의 광투과층은 제1 금형(110)의 설치홈(111) 내부에 배치되되, 캐비티(130) 내부로 주입된 성형재료(M)의 유동방향을 따라 배치될 수 있다.
이때, 복수의 광투과층(400)은 서로 다른 투과율을 가지도록 형성될 수 있다.
즉, 복수의 광투과층(400)의 각각의 투과율을 다르게 가지도록 형성함으로써, 제1 금형(110) 및 제2 금형(120)의 온도를 국부적으로 제어할 수 있다.
더욱 구체적으로, 복수의 광투과층(400)은 성형재료(M)가 주입되는 주입구(121)로부터 멀어질수록 높은 투과율을 가지도록 배치될 수 있다.
이때, 복수의 광투과층(400)은 주입구(121)에 근접하게 배치되고 낮은 투과율을 가지는 제1 광투과층(410)과, 제1 광투과층(410)의 일측에 배치되고 제1 광투과층(410)보다 상대적으로 높은 투과율을 가지는 제2 광투과층(420) 및 제2 광투과층(420)의 일측에 배치되고 제2 광투과층(420)보다 상대적으로 높은 투과율을 가지는 제3 광투과층(430)을 포함할 수 있다.
앞서 상술한 바와 같이 일예로, 주입구(121)를 통해 주입되는 성형재료(M)의 온도가 200도일 경우, 제1 광투과층(410)을 지나는 캐비티(130) 구간(제1 구간) 내에서는 성형재료(M)의 온도가 주입구(121)를 통해 주입되는 성형재료(M)의 온도보다 낮아지게 되고, 제2 광투과층(420)을 지나는 캐비티(130) 구간(제2 구간) 내에서는 성형재료(M)의 온도가 제1 구간보다 낮아지게 되며, 제3 광투과층(430)을 지나는 캐비티(130) 구간(제3 구간) 내에서는 성형재료(M)의 온도가 제2 구간보다 낮아지게 된다.
이에 대응되도록, 제1 광투과층(410)은 70%의 투과율을 가지도록 형성하고, 제2 광투과층(420)은 80%의 투과율을 가지도록 형성하며, 제3 광투과층(430)은 90%의 투과율을 가지도록 형성하는 것이 바람직하다.
즉, 제1 광투과층(410)에서 제3 광투과층(430)으로 갈수록 레이저광(L)이 투과되는 투과율이 높아지기 때문에 제1 광투과층(410)에서 제3 광투과층(430)으로 갈수로 많은 양의 레이저광(L)이 공급될 수 있다.
따라서, 캐비티(130)의 제1 구간에서 제3 구간으로 갈수록 낮아지는 성형재료(M)의 온도에 대응하여 제1 광투과층(410)에서 제3 광투과층(430)으로 갈수록 많은 양의 레이저광(L)이 공급됨으로써, 캐비티(130) 내부에서 유동되는 성형재료(M)의 온도가 캐비티(130) 내부의 전영역에서 균일하게 유지될 수 있다.
상기 메탈 인서트(140)는 복수의 광투과층(400)의 상측에 배치되어, 복수의 광투과층(400) 성형재료(M) 간의 접촉을 방지한다.
즉, 메탈 인서트(140)는 복수의 광투과층(400) 성형재료(M)를 분리시킴으로써, 성형재료(M)간의 접촉을 방지할 수 있게 된다.
상기 레이저부(500)는 제1 금형(110)의 외부측에 설치되어 복수의 광투과층(400)으로 레이저광(L)을 조사한다.
한편, 제1 금형(110)에는 레이저부(500)로부터 투과되는 레이저광(L)이 제1 금형(110)을 투과할 수 있도록 광투과블록(B)이 형성될 수 있다.
즉, 광투과블록(B)은 복수의 광투과층(400)의 하부에 마련되고, 레이저광(L)이 투과될 수 있도록 광투과 재질로 형성될 수 있다.
이에 따라, 레이저부(500)로부터 조사되는 레이저광(L)은 광투과블록(B)을 투과한 상태로 복수의 광투과층(400)으로 조사되게 된다.
한편, 본 발명의 제2 실시예에 따른 메탈 인서트(140)는 복수의 광투과층(400)과 마주하는 메탈 인서트(140)의 하면에 형성되고, 플라즈모닉 공명(plasmonic resonance)을 형성하기 위하여, 광투과층 방향으로 요철 형상의 나노패턴부(141)를 포함할 수 있다.
이때, 나노패턴부(141)는 금속패턴(142)을 가지도록 형성될 수 있으며, 금속패턴(142)의 소재로는 금 또는 은이 사용되나, 금속패턴(142)의 소재는 플라즈모닉 공명 특성을 갖는 것이라면 이에 제한되는 것은 아니다.
즉, 레이저부(500)로부터 발생된 레이저광(L)이 나노패턴부(141)에 도달하게 되면, 레이저광(L)은 나노패턴부(141)의 금속패턴(142) 표면의 자유전자와 결합하여 표면 플라즈몬 에너지로 변환됨으로써, 나노패턴부(141)가 가열되고 나노패턴부와 연결된 메탈 인서트(140)가 가열된다.
결과적으로, 메탈 인서트(140)의 하면에 나노패턴부(141)를 형성하여 플라즈몬 에너지를 발생시켜 나노패턴부(141)가 가열될 수 있도록 함으로써, 성형재료(M)로 레이저광(L)을 공급하기 위한 레이저부(500)의 파워를 줄일 수 있는 이점이 있다.
이상 상술한 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 국부적 온도제어가 가능한 성형장치는 복수의 광투과층(400)의 투과율을 주입구(121)로부터 멀어질수록 높게 가지도록 형성함에 따라, 캐비티(130) 내부로 유동되는 성형재료(M)의 온도를 균일하게 유지할 수 있어 균일한 특성의 성형제품을 생산할 수 있는 이점이 있다.
지금부터는 본 발명의 제3 실시예에 따른 국부적 온도제어가 가능한 성형장치에 대해서 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 국부적 온도제어가 가능한 성형장치의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다. 이때, 화살표로 도시된 것은 주입구로부터 멀어질수록 조사되는 레이저광의 파워 크기를 나타낸 것이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 국부적 온도제어가 가능한 성형장치는 제1 금형(110)과, 제2 금형(120)과, 캐비티(130)와, 광투과층(600)과, 메탈 인서트(140) 및 레이저부(700)를 포함한다.
본 발명의 제3 실시예의 제1 금형(110)과, 제2 금형(120)과, 캐비티(130) 및 메탈 인서트(140)는 본 발명의 제2 실시예에서 상술한 제1 금형(110)과 제2 금형(120)과 캐비티(130) 및 메탈 인서트(140)의 구성과 동일하여 자세한 설명은 생략한다.
본 발명의 제3 실시예서는 제1 금형(110) 및 제2 금형(120)의 국부적으로 온도를 제어하기 위하여, 광투과층(600)과 복수의 레이저광(L)을 조사하는 레이저부(700)가 사용된 것이 제시된다.
광투과층(600)은 제1 금형(110)의 설치홈(111) 내부에 배치되되, 캐비티(130) 내부로 주입된 성형재료(M)의 유동방향을 따라 배치될 수 있다.
이때, 광투과층(600)은 일정한 투과율을 가지도록 형성될 수 있다.
상기 레이저부(700)는 광투과층(600)으로 복수의 레이저광(L)을 조사한다.
이때, 레이저부(700)는 성형재료(M)가 주입되는 주입구(121)로부터 멀리 떨어진 위치로 갈수록 높은 파워의 레이저광(L)을 조사하는 것이 바람직하다.
즉, 제2 금형(120)의 주입구(121)로 주입되어 캐비티(130) 내부로 유동되는 성형재료(M)의 온도가 주입구(121)로부터 성형재료(M)의 유동방향을 따라 멀어질수록 점차 낮아지는 것에 대응하여, 레이저부(700)는 성형재료(M)가 주입되는 주입구(121)로부터 멀리 떨어진 위치로 갈수록 높은 파워를 가지는 레이저광(L)을 조사할 수 있도록 한다.
따라서, 캐비티(130) 내부로 유동되는 성형재료(M)의 온도를 균일하게 유지할 수 있어 균일한 특성의 성형제품을 생산할 수 있는 이점이 있다.
지금부터는 본 발명의 제4 실시예에 따른 국부적 온도제어가 가능한 성형장치에 대해서 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 국부적 온도제어가 가능한 성형장치의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 국부적 온도제어가 가능한 성형장치는 제1 금형(110)과, 제2 금형(120)과, 캐비티(130)와, 복수의 감온자성물질층(800) 및 메탈 인서트(140)를 포함한다.
본 발명의 제4 실시예의 제1 금형(110)과, 제2 금형(120)과, 캐비티(130) 및 메탈 인서트(140)는 본 발명의 제1 실시예에서 상술한 제1 금형(110)과, 제2 금형(120)과, 캐비티(130) 및 메탈 인서트(140)의 구성과 동일하여 자세한 설명은 생략한다.
본 발명의 제4 실시예서는 제1 금형(110) 및 제2 금형(120)의 국부적으로 온도를 제어하기 위하여, 복수의 감온자성물질층(800)과 복수의 감온자성물질층(800)의 퀴리온도까지 가열하는 코일부(900)가 사용된 것이 제시된다.
본 발명의 제4 실시예에 따른 상기 감온자성물질층은 제1 금형(110)의 설치홈(111) 내부에 배치되되, 캐비티(130) 내부로 주입된 성형재료(M)의 유동방향을 따라 배치될 수 있다.
이때, 복수의 감온자성물질층(800)은 서로 다른 퀴리온도를 가지도록 형성될 수 있다.
복수의 감온자성물질층(800)은 퀴리온도까지 가열되면 강자성체에서 상자성체로 변화되고, 상자성체로 변화된 복수의 감온자성물질층은 코일(910)의 자장에 거의 방응하지 않게 되는 특성을 가지고 있다.
복수의 감온자성물질층(800)을 이루는 감온자성물질로는 Fe-Ni 합금, 또는 Fe-Ni-Cr 합금 등이 사용될 수 있다.
이때, 복수의 감온자성물질층(800)은 서로 다른 퀴리온도를 가지도록 형성될 수 있다.
즉, 복수의 감온자성물질층(800)의 각각의 퀴리온도를 다르게 가지도록 형성함으로써, 제1 금형(110) 및 제2 금형(120)의 온도를 국부적으로 제어할 수 있다.
복수의 감온자성물질층(800)은 성형재료(M)가 주입되는 주입구(121)로부터 멀어질수록 높은 퀴리온도를 가지도록 배치될 수 있다.
이때, 복수의 감온자성물질층(800)은 주입구(121)에 근접하게 배치되고 낮은 퀴리온도를 가지는 제1 감온자성물질층(810)과, 제1 감온자성물질층(810)의 일측에 배치되고 제1 감온자성물질층(810)보다 상대적으로 높은 퀴리온도를 가지는 제2 감온자성물질층(820) 및 제2 감온자성물질층(820)의 일측에 배치되고 제2 감온자성물질층(820)보다 상대적으로 높은 퀴리온도를 가지는 제3 감온자성물질층(830)을 포함할 수 있다.
이에 대응하도록, 제1 감온자성물질층(810)은 60도 ~ 80도의 퀴리온도를 가지도록 형성하고, 제2 감온자성물질층(820)은 80도 ~ 100도의 퀴리온도를 가지도록 형성하며, 제3 감온자성물질층(830)은 100도 ~ 120도의 퀴리온도를 가지도록 형성하는 것이 바람직하다.
이때, 후술하는 코일부(900)를 통하여 복수의 감온자성물질층(800)을 가열하게 되면, 제1 감온자성물질층(810)은 해당 퀴리온도인 60도 ~ 80도에서 자장이 없어지기 때문에 더 이상 가열되지 않는다. 이에 따라, 제2 감온자성물질층(810)은 해당 퀴리온도인 60도 ~ 80도의 열을 방출하게 된다.
또한, 제2 감온자성물질층(820)은 해당 퀴리온도인 80도 ~ 100도에서 자장이 없어지기 때문에 더 이상 가열되지 않는다. 이에 따라, 제1 감온자성물질층(820)은 해당 퀴리온도인 80도 ~ 100도의 열을 방출하게 된다.
또한, 제3 감온자성물질층(830)은 해당 퀴리온도인 100도 ~ 120도에서 자장이 없어지기 때문에 더 이상 가열되지 않는다. 이에 따라, 제3 감온자성물질층(830)은 해당 퀴리온도인 100도 ~ 120도의 열을 방출하게 된다.
따라서, 캐비티(130) 내부에서 유동되는 성형재료(M)의 온도가 캐비티(130) 내부의 전영역에서 평균적으로 100도를 유지할 수 있게 된다.
결과적으로, 캐비티(130)의 제1 구간에서 제3 구간으로 갈수록 낮아지는 성형재료(M)의 온도에 대응하여, 제1 감온자성물질층(810)에서 제3 감온자성물질층(830)으로 갈수록 퀴리온도를 높게 형성함으로써, 캐비티(130) 내부에서 유동되는 성형재료(M)의 온도가 캐비티(130) 내부의 전영역에서 균일하게 유지될 수 있다.
상기 코일부(900)는 복수의 감온자성물질층(800)과 각각 연결되어, 각각의 감온자성물질층(810,820,830)이 퀴리온도까지 가열될 수 있도록 한다.
한편, 코일부(900)는 복수의 감온자성물질층(800)을 가열하는 코일(910)과 코일에 전원을 공급하는 전원공급원(920)을 포함할 수 있다.
이상 상술한 바와 같이, 본 발명의 제4 실시예에 따른 국부적 온도제어가 가능한 성형장치는 복수의 감온자성물질층(800)의 퀴리온도를 주입구(121)로부터 멀어질수록 높게 가지도록 형성함에 따라, 캐비티(130) 내부로 유동되는 성형재료(M)의 온도를 균일하게 유지할 수 있어 균일한 특성의 성형제품을 생산할 수 있는 이점이 있다.
상술한 바와 같이 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면, 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변경시킬 수 있다.
110: 제1 금형 111: 설치홈
120: 제2 금형 121: 주입구
130: 캐비티 140: 메탈 인서트
200: 복수의 상변화물질층 300: 히터부
400: 복수의 광투과층 500: 레이저부
600: 광투과층 700: 레이저부
800: 복수의 감온자성물질층 900: 코일부

Claims (5)

  1. 삭제
  2. 설치홈이 마련된 제1 금형;
    상기 제1 금형과 마주보게 배치되는 제2 금형;
    상기 제1 금형의 설치홈과 상기 제2 금형 사이에 형성되는 캐비티;
    상기 제1 금형의 설치홈 내부에 배치되되, 상기 캐비티 내부로 주입된 성형재료의 유동방향을 따라 배치되고, 서로 다른 투과율을 가지는 복수의 광투과층;
    상기 복수의 광투과층의 상측에 배치되어, 상기 복수의 광투과층과 상기 성형재료 간의 접촉을 방지하는 메탈 인서트;
    상기 복수의 광투과층으로 레이저광을 조사하는 레이저부;를 포함하고,
    상기 복수의 상변화물질층은 상기 성형재료가 주입되는 주입구로부터 멀어질수록 높은 투과율을 가지는 것을 특징으로 하는 국부적 온도제어가 가능한 성형장치.
  3. 설치홈이 마련된 제1 금형;
    상기 제1 금형과 마주보게 배치되는 제2 금형;
    상기 제1 금형의 설치홈과 상기 제2 금형 사이에 형성되는 캐비티;
    상기 제1 금형의 설치홈 내부에 배치되되, 상기 캐비티 내부로 주입된 성형재료의 유동방향을 따라 배치되고, 일정 투과율을 가지는 광투과층;
    상기 광투과층의 상측에 배치되어, 상기 광투과층과 상기 성형재료 간의 접촉을 방지하는 메탈 인서트; 및
    상기 광투과층으로 복수의 레이저광을 조사하되, 상기 성형재료가 주입되는 주입구로부터 멀리 떨어진 위치로 갈수록 높은 파워의 레이저광을 조사하는 레이저부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 국부적 온도제어가 가능한 성형장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 메탈 인서트는,
    상기 광투과층과 마주하는 상기 메탈 인서트의 일면에 형성되고, 플라즈모닉 공명을 형성하기 위하여, 상기 광투과층 방향으로 요철 형상의 나노패턴부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 국부적 온도제어가 가능한 성형장치.
  5. 설치홈이 마련된 제1 금형;
    상기 제1 금형과 마주보게 배치되는 제2 금형;
    상기 제1 금형의 설치홈과 상기 제2 금형 사이에 형성되는 캐비티;
    상기 제1 금형의 설치홈 내부에 배치되되, 상기 캐비티 내부로 주입된 성형재료의 유동방향을 따라 배치되고, 서로 다른 퀴리온도를 가지는 복수의 감온자성물질층;
    상기 복수의 감온자성물질층의 상측에 배치되어, 상기 복수의 감온자성물질층과 상기 성형재료 간의 접촉을 방지하는 메탈 인서트;
    상기 복수의 감온자성물질층을 상기 퀴리온도까지 가열하는 코일부;를 포함하고,
    상기 복수의 감온자성물질층은 상기 성형재료가 주입되는 주입구로부터 멀어질수록 높은 퀴리온도를 가지는 것을 특징으로 하는 국부적 온도제어가 가능한 성형장치.
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