KR20020052964A - 사출 성형 방법과 장치 및 그 성형품 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 스킨용 사출 유닛(13) 및 코어용 사출 유닛(12)에서 금형(8, 9)으로 스킨층 수지 및 코어층 수지를 각각 사출함으로써, 스킨층과 코어층으로 이루어진 성형품을 얻는다. 성형품의 내부에 공동(空洞) 등의 결함이 발생하지 않도록 스킨층 수지의 냉각 고화시의 체적 감소분을 보충하기 위하여 스킨용 사출 유닛(13)에 의한 스킨층 수지 사출 압력 및 코어용 사출 유닛(12)에 의한 코어층 수지 사출 압력을 제어한다. 코어용 보(保)압력이 스킨용 보압력보다 큰 상태를 소정의 시간만큼 유지하는 것을 특징으로 한다.

Description

사출 성형 방법과 장치 및 그 성형품{METHOD AND APPARATUS FOR INJECTION MOLDING AND PRODUCT OF THE SAME}
본 발명은 복수의 사출 유닛으로 수지를 사출하여 성형품을 제조하는 사출 성형 방법에 관한 것이다.
통상적으로, 사출 성형으로 얻어지는 성형품은 용융 상태의 수지를 캐비티에 압입하여 냉각 고화시킴으로써 제조되는데, 고화시 수지의 체적 감소에 의해 성형품의 내부가 부압 상태가 되면 내부로 표피 부분이 당겨져 들어가 오목부인 후퇴부가 발생하게 된다. 따라서, 이러한 불량의 발생을 방지하기 위하여 고화시 성형품의 내부가 부압이 되지 않도록 하기 위한 각종 사출 성형 방법이 실용화되어 있다.
구체적으로는, (1) 사출 유닛에서 캐비티로 소정량의 수지를 사출한 후, 이 사출 유닛에서 수지를 추가하여 더욱 사출함으로써 고화시의 체적 감소분을 보충하는 방법, (2) 사출 유닛에서 캐비티로 수지를 사출한 후, 후퇴부가 발생하기 쉬운 부분에 공기나 질소 등의 가스를 주입하는 방법, (3) 수지에 발포제를 첨가하여 고화시의 체적 감소분을 발포제의 팽창으로 보충하는 방법 등이 실용화되어 있다.
그러나, 상기된 것처럼 수지를 보충하는 종래의 제1 방법은 캐비티에 대량으로 수지를 사출하도록 설정된 사출 유닛을 이용하여 소량의 수지를 보충함에 따라 보충량이 과잉되기 쉽다. 그리고, 보충량이 과잉되면 성형품이 필요 이상으로 무거워지는 동시에 수지의 사용량이 늘어 재료 비용이 높아진다는 문제가 발생한다. 아울러, 수지 압력이 전체적으로 높아짐에 따라 금형이 열려 금형 불량 또는 버어(burr)가 발생하거나 금형을 단기간 사용할 수 없게 된다는 문제도 발생한다.
또한, 캐비티 내의 소정 부위에 가스를 주입하는 제2 방법은 가스를 소정 부위로 인도하기 위한 가스 주입로가 필요하게 되어 금형 장치의 값이 상승하거나 성형품의 형상에 따라서는 가스 주입로를 금형 장치에 설치할 수 없는 경우가 발생하는 문제가 있다. 아울러, 이러한 방법에서는 성형품의 내부에 가스로 인한 공동이 발생하여 성형품의 강도가 저하되기 쉽고, 폴리플로필렌 수지 등의 연질 수지에 있어서는 가스가 불필요한 부분에까지 주입되기 때문에 성형품의 형상이나 사용 가능한 수지에 제한이 있다는 문제도 있다.
또한, 수지에 발포제를 첨가하는 제3 방법은 발포제에 의해 재료 비용이 상승하는 동시에 발포제로 인한 성형품 내부의 공동에 의해 강도가 저하되며, 아울러 발포제에 의해 성형품 표면에 가스 흔적(跡)(스맬 마크)이 발생한다는 문제가 있다.
따라서, 본 발명은 상술한 각종 문제의 원인이 되는 가스의 공급이나 발포제를 첨가하지 않고 체적 감소분의 수지의 보충을 정확하게 수행할 수 있는 사출 성형 방법 및 사출 성형 장치를 제공하는 것이다.
상기의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 스킨용 사출 유닛 및 코어용 사출 유닛에서 금형으로 스킨층 수지 및 코어층 수지를 각각 사출함으로써, 스킨층과 코어층으로 이루어진 성형품을 얻는 사출 성형 방법으로서,
상기 스킨용 사출 유닛에서 상기 금형으로 소정의 스킨층 초기 사출 압력치로 상기 스킨층 수지를 사출하는 단계와,
상기 스킨층 수지가 사출되기 시작하고 나서 소정 시간 경과후, 상기 스킨층초기 사출 압력치보다 큰 소정의 코어층 초기 사출 압력치로 상기 코어용 사출 유닛에서 상기 금형으로 상기 코어층 수지를 사출하는 단계와,
상기 코어층 수지가 사출되기 시작하고 나서 소정 시간 경과후, 상기 스킨층 수지의 사출 압력을 상기 스킨층 초기 사출 압력치보다 작은 소정의 스킨층 보압력치로 변경하는 단계와,
상기 스킨층 수지의 사출 압력이 상기 스킨층 보압력치가 되고 나서 소정 시간 경과후, 상기 코어층 수지의 사출 압력을 상기 코어층 초기 사출 압력치보다 작고 또한 상기 스킨층 보압력치보다 큰 소정의 코어층 보압력치로 변경하는 단계와,
상기 코어층 보압력치가 상기 스킨층 보압력치보다 큰 상태로 소정 시간만큼 유지하는 단계를 포함한다.
상기의 방법에 따르면, 스킨층이 되는 스킨층 수지가 표면측에서 내측에 걸쳐 냉각 고화되어 체적 감소가 발생할 때에 그 내측에 위치하는 코어층에 사출된 코어층 수지가 체적 감소분을 보충하도록 스킨층 수지보다 고압으로 존재하기 때문에 스킨층 수지의 체적 감소에 의해 일어나는 내압의 저하를 방지한다. 따라서, 스킨층 수지 및 코어층 수지가 냉각 고화되어 성형품을 형성할 때에 성형품의 표면에 후퇴부가 발생하거나 내부에 공동이 발생하는 일은 없다.
상기의 사출 성형 방법에 있어서, 상기 코어층 초기 사출 압력치가 상기 스킨층 초기 사출 압력치보다 상기 스킨층 수지의 냉각 고화시의 체적 감소분을 보충하기에 충분할 만큼 크게 설정되어 있다. 또는, 상기 코어층 보압력치가 상기 스킨층 보압력치보다 상기 스킨층 수지의 냉각 고화시의 체적 감소분을 보충하기에충분할 만큼 크게 설정되어 있다.
또한, 상기 코어층 초기 사출 압력치가 상기 스킨층 초기 사출 압력치보다, 상기 코어층 보압력치가 상기 스킨층 보압력치보다 각각 상기 스킨층 수지의 냉각 고화시의 체적 감소분을 보충하기에 충분할 만큼 크게 설정되어 있다. 따라서, 성형품의 후퇴부나 공동을 한층 확실하게 방지할 수 있다.
여기서, 상기 코어층 보압력의 발생은 상기 코어용 사출 유닛의 사출 압력에 의해 이루어지는 것이 바람직하다. 이 구성에 따르면, 금형을 조작하는 등의 복잡한 처리를 수행할 필요가 없다.
아울러, 상기의 사출 성형 방법에 있어서, 상기 코어용 사출 유닛의 사출 용량이 상기 스킨용 사출 유닛의 사출 용량에 대하여 동등 또는 그 이하로 설정되는 것이 바람직하다.
이와 같은 구성에 의해 코어층 수지의 사출량의 미세 조정이 가능해지기 때문에 성형품의 후퇴부나 공동을 발생시키지 않는 최소한의 필요 사출량으로 코어층 수지를 정확하게 사출할 수 있다. 따라서, 성형품의 여분의 중량 증가 및 그에 따른 비용 상승을 억제할 수 있다.
아울러, 상기의 사출 성형 방법에 있어서, 상기 코어층 수지의 사출량이 상기 스킨층 수지의 사출량보다 소량인 것이 바람직하다.
이와 같은 구성에 의해 중량 증가 및 비용 증가를 일으키는 코어층 수지의 과잉 사용을 충분히 억제할 수 있다.
또한, 상기의 사출 성형 방법에 있어서, 상기 스킨용 사출 유닛에 의한 스킨용 수지의 사출 압력치는 상기 코어용 사출 유닛에서 상기 금형으로의 상기 코어층 수지의 사출이 개시된 이후에 단계적으로 감소될 수 있다.
또한, 상기의 사출 성형 방법에 있어서, 상기 스킨용 사출 유닛에 의한 스킨용 수지의 사출 압력치는 상기 스킨층 보압력치로 변경되기 이전에 상기 스킨층 보압력치보다 작은 압력치로 설정될 수 있다.
또한, 상기의 사출 성형 방법에 있어서, 상기 코어층 보압력치가 상기 스킨층 보압력치보다 큰 상태가 소정의 시간만큼 유지된 후, 상기 코어용 수지의 사출 압력치와 상기 스킨층 수지의 사출 압력치의 적어도 일측이 단계적으로 감소될 수 있다.
또한, 상기의 사출 성형 방법에 있어서, 상기 코어층 수지 및 상기 스킨층 수지는 동종이거나 혹은 이종이며 또한 상용성을 갖는 것이 바람직하다. 따라서, 코어층 수지와 스킨층 수지가 충분히 접착되므로, 성형품의 강도를 높일 수 있다.
또한, 본 발명은 스킨층과 코어층으로 이루어진 성형품을 얻는 사출 성형 장치로서, 금형과, 상기 금형으로 스킨층 수지를 사출하는 스킨용 사출 유닛과, 상기 금형으로 코어층 수지를 사출하는 코어용 사출 유닛과, 상기 스킨층 수지의 사출 압력의 크기를 제어하는 스킨층 수지 사출 압력 제어 수단과, 상기 코어층 수지의 사출 압력의 크기를 제어하는 코어층 수지 사출 압력 제어 수단 및 사출 제어 장치로 이루어지고, 상기 코어용 사출 유닛의 사출 용량은 상기 스킨용 사출 유닛의 사출 용량에 대하여 동등 또는 그 이하이고, 상기 사출 제어 장치는 상기의 사출 성형 방법을 수행하도록 상기 스킨용 사출 유닛, 상기 코어용 사출 유닛, 상기 스킨층 수지 사출 압력 수단 및 상기 코어층 수지 출력 수단을 제어한다.
이와 같은 구성의 장치를 이용하면 성형품에 후퇴부나 공동을 발생시키지 않으며 저가로 성형품을 제조할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기의 사출 성형 방법에 의해 성형된 성형품이다. 이와 같은 성형품은 자동차 부품에 적합할 뿐만 아니라 폴리카보네이트나 아크릴 수지 등의 투명성을 갖는 부품이나 콤팩트 디스크(CD) 등의 고도의 평면성이 요구되는 부품에 적합하다.
도1은 스킨층 수지 및 코어층 수지의 사출 동작을 도시한 설명도.
도2는 복수층 사출 성형기의 개략 구성도.
도3은 사출 유닛 연결 장치의 평면도.
도4는 도2의 사출 유닛 연결 장치의 A-A선 사시 단면도.
도5는 사출 유닛 연결 장치의 요부를 확대하여 나타낸 단면도.
도6은 스킨층 수지와 코어층 수지의 상태를 도시한 설명도.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
1: 형 체결 베이스
8, 9: 금형
10: 사출 유닛 장치
12: 코어용 사출 유닛
13: 스킨용 사출 유닛
12a, 13a: 노즐부
본 발명의 실시 형태를 도1 내지 도6에 의거하여 이하에 설명한다.
본 실시 형태에 관한 사출 성형 장치는, 도2에 도시한 바와 같이 복수층 사출 성형기로 이루어져 있다. 복수층 사출 성형기는 형 체결 베이스(1)와 사출 유닛 장치대(2)를 갖고 있다. 형 체결 베이스(1)의 양단부에는 지지부재(3a, 3b)가 세로 방향으로 설치되어 있고, 지지부재(3a, 3b)간에는 봉형의 가이드 부재(4)가 각 코너부에 가로 방향으로 설치되어 있다. 또한, 도면 중 우측에 위치하는 일측 지지부재(3a)에는 실린더 로드(5a)가 타측 지지부재(3b)에 대향되도록 금형 개폐 실린더(5)가 설치되어 있으며, 실린더 로드(5a)의 선단부에는 가이드 결합 부재(6)가 설치되어 있다. 그리고, 가이드 결합 부재(6)의 각 코너부에는 상술한 가이드 부재(4)가 미끄럼 이동 자재로 삽입 관통되어 있는데, 이 가이드 결합 부재(6)가 가이드 부재(4)를 따라 이동함에 따라 금형 개폐 실린더(5)의 실린더 로드(5a)에 의한 진퇴 방향이 규제된다.
상기의 가이드 결합 부재(6)에는 형반(型盤)(7)을 통해 이동 금형(8)이 설치되어 있다. 사출 유닛 연결 장치(10)의 배면에 접합된 고정 금형(9)이 이동 금형(8)에 대향되게 설치되어 있다. 사출 유닛 연결 장치(10)는 전면의 외주부가 타측 지지부재(3b)에 고정되어 있다. 따라서, 고정 금형(9)이 사출 유닛 연결 장치(10)를 통해 타측 지지부재(3b)에 고정 설치되고 이동 금형(8)이 금형 개폐 실린더(5)에 의해 고정 금형(9)에 접촉되게 형 체결됨에 따라 이동 금형(8)과 고정 금형(9)은 캐비티부(11)를 내부에 형성하게 된다.
상기의 캐비티부(11)에는 성형품의 내부인 내층을 구성하는 코어층과, 이 코어층을 피복하는 외층을 구성하는 스킨층으로 이루어지는 2종류의 수지가 사출 유닛 연결 장치(10)를 통해 동시에 압입되도록 구성되어 있다.
아울러, 코어층의 수지로는 스킨층과 동일하게 착색된 동일한 수지를 이용하여도 되고, 스킨층과 다른 색으로 착색된 동일한 수지나 스킨층과 다른 수지를 이용하여도 된다. 또한, 코어층의 수지로는 비용 감소나 제품의 리사이클성을 고려하여 폐기된 열경화성 수지나 생산 과정에서 발생된 열경화성 수지 제품의 불량품을 분쇄한 분쇄물과 열가소성 수지를 섞어 소정 입경으로 펠릿화한 것을 이용하여도 된다. 폐기된 열경화성 수지로는 섬유 강화 열경화성 수지나 불포화 폴리에스텔과 유리 섬유와 충진재{탄산 칼슘이나 탈크(talc) 등}를 포함하는 FRP(Fiber Reinforced Plastic) 수지, 열경화성 우레탄 수지 등을 들 수 있다.
상기된 코어층의 수지(코어층 수지) 및 스킨층의 수지(스킨층 수지)는 코어용 사출 유닛(12) 및 스킨용 사출 유닛(13)으로부터 각각 공급되도록 구성되어 있다. 코어용 사출 유닛(12)은 스킨용 사출 유닛(13)의 사출 용량에 대하여 30% 등의 작은 사출 용량으로 설정되어 있다. 그리고, 이들 사출 유닛(12, 13)은 도시되지 않은 제어 장치에 의해 사출 동작(사출 타이밍이나 사출 압력 등)이 제어된다. 즉, 각 사출 유닛(12, 13)은 도1에 도시된 바와 같이 스킨층 수지를 사출하고 소정 시간의 경과 후에 스킨층 수지의 사출 압력보다 높은 사출 압력으로 코어층 수지를 사출하며, 스킨층 수지보다 높은 압력으로 코어층 수지를 보압하도록 제어 장치에 의해 제어된다. 본 발명에 관한 사출 성형 장치에서 코어층 수지의 사출 압력 및 스킨층 수지의 사출 압력의 제어는 주지의 제어 수단을 이용하므로 상세한 설명은 생략한다.
상기의 코어용 사출 유닛(12)은 지지부재(3b)의 상면에 고정 설치된 슬라이드 기구(14)에 설치되어 있다. 아울러, 코어용 사출 유닛(12)은 본 실시 형태와 같이 플로어면에 대하여 수직 방향으로 배치되어도 되고, 플로어면에 대하여 수평 방향으로 배치되어도 된다. 슬라이드 기구(14)는 코어용 사출 유닛(12)의 노즐부(12a)의 축심이 형 체결 방향에 대하여 직교하도록 코어용 사출 유닛(12)을 승강 가능하게 지지하는데, 캐비티부(11)로 수지의 공급 시에 코어용 사출 유닛(12)의 노즐부(12a)가 사출 유닛 연결 장치(10)의 측면에 접촉되도록 구성되어 있다. 한편, 스킨용 사출 유닛(13)은 노즐부(13a)의 축심이 형 체결 방향에 대하여 평행하도록 사출 유닛 적재대(2)상에 진퇴 이동 가능하게 설치되어 있으며, 캐비티부(11)로 수지의 공급 시에 노즐부(13a)가 사출 유닛 연결 장치(10)의 전면에 접촉되도록 구성되어 있다.
상기의 노즐부(12a, 13a)가 접촉되는 사출 유닛 연결 장치(10)는 도4에 도시한 바와 같이 고정 금형(9)에 접합된 금형 접합반(15)과, 지지부재(3b)에 고정 설치된 고정반(16)을 가지고 있다. 금형 접합반(15)과 고정반(16)은 도3에 나타낸 바와 같이 소정 간격 이격하여 대향되도록 복수의 볼트(17)를 통해 체결되어 있다. 그리고, 도4에 도시한 바와 같이 이들 금형 접합반(15) 및 고정반(16)의 사이에는 코어층 수지의 주위를 스킨층 수지가 덮도록 양 수지를 집합시키면서 캐비티부(11)로 공급하는 수지층 성형 기구(18)가 설치되어 있다.
상기의 수지층 성형 기구(18)는 도5에 도시한 바와 같이 수측 적층 부재(19)와, 암측 적층 부재(20)와, 수지 도입 부재(21)와, 유로 개폐 부재(22)를 가지고 있다. 수측 적층 부재(19)는 고정반(16)의 중심에 관통 설치되어 있고, 선단부가 스킨용 사출 유닛(13)의 노즐부(13a)에 접촉되도록 설정되어 있다. 수측 적층 부재(19)의 선단부에는 노즐부(13a)의 선단부가 면형으로 접촉하도록 오목 완곡부(19a)가 형성되어 있으며, 오목 완곡부(19a)의 중심부(바닥부)에는 노즐부(13a)로부터의 수지를 도통시키는 스킨층용 유로(19b)의 일단이 개구되어 있다. 그리고, 이 스킨층용 유로(19b)는 수측 적층 부재(19)의 축심 방향으로 형성된 후, 축심을 중심으로 하여 복수 방향(예를 들면 4 방향)으로 분기되어 타측 벽면의 복수의 부분에서 개구되도록 형성되어 있다.
상기의 스킨층용 유로(19b)가 복수 부분에서 개구되는 수측 적층 부재(19)의 타측에는 원추 형상으로 형성된 경사 볼록부(19c)가 형성되어 있다. 그리고, 이 경사 볼록부(19c)의 경사 벽면에는 상술한 코어층용 유로(19d)가 개구되어 있다.또한, 경사 볼록부(19c)에는 코어층용 유로(19d)의 일단이 개구되어 있으며, 코어층용 유로(19d)는 수측 적층 부재(19){경사 볼록부(19c)}의 축심 방향으로 형성된 후, 금형 접합반(15) 및 고정반(16)의 중심 위치에서 직각 방향으로 절곡되며, 스킨층용 유로(19b)의 분기로의 사이를 통과하여 측벽면에서 개구되도록 형성되어 있다. 또한, 이 코어층용 유로(19d)의 절곡부에는 폐쇄로(19e)가 연통되어 있는데, 폐쇄로(19e)는 코어층용 유로(19d)의 절곡 방향과 반대 방향의 측벽면에서 개구되도록 형성되어 있다.
상기의 구성을 갖는 수측 적층 부재(19)는 암측 적층 부재(20)에 끼워 맞춤되어 있다. 암측 적층 부재(20)는 금형 접합반(15)의 중심부에 관통 설치되어 있으며, 이 암측 적층 부재(20)의 고정 금형(9)측의 선단부에는 집합로(20a)의 일단이 개구되어 있다. 집합로(20a)는 상술한 경사 볼록부(19c) 방향으로 형성된 후, 경사 볼록부(19c)의 경사 벽면에 대하여 일정한 간격을 유지하도록 구경이 확대되면서 수측 적층 부재(19)의 선단에서 폐색(閉塞)되도록 형성되어 있다. 또한, 암측 적층 부재(20)의 측면벽에는 코어층용 유로(20a) 및 폐쇄로(20b)의 일단이 개구되어 있으며, 이들 코어층용 유로(20a) 및 폐쇄로(20b)의 타단은 상술한 암측 적층 부재(19)의 코어층용 유로(19d) 및 폐쇄로(19e)에 연통되어 있다. 그리고, 이와 같이 코어층용 유로(20a)와 절곡 후의 코어층용 유로(19d)와 폐쇄로(19e)와 폐쇄로(20b)가 연통됨으로써, 직선형 관통공이 암측 적층 부재(19) 및 수측 적층 부재(20)에 걸쳐 형 체결 방향과 직각 방향으로 형성된다.
상기의 암측 적층 부재(20)의 일측 측벽면에는 관 형상의 수지 도입부재(21)가 코어층용 유로(20a)에 연통되도록 고정 설치되어 있다. 수지 도입 부재(21)는 도4에 도시한 바와 같이 금형 접합반(15) 및 고정반(16) 사이에서 남측 적층 부재(20)측의 중심부로부터 외주부에 도달하도록 형성되어 있는데, 외주부측의 단부에는 어댑터 부재(23)가 설치되어 있다. 그리고, 이 어댑터 부재(23)에는 상술한 코어용 사출 유닛(12)의 노즐부(12a)가 접촉되도록 구성되어 있다.
한편, 암측 적층 부재(20)의 타측 측벽면에는, 예를 들면 유압 실린더로 이루어진 유로 개폐 부재(22)가 설치되어 있다. 유로 개폐 부재(22)는 도5에 도시한 바와 같이 진퇴 이동 가능한 폐쇄 부재(22a)를 가지고 있으며, 폐쇄 부재(22a)는 폐쇄로(20b, 19e)에 액밀(液密) 상태로 삽통(揷通)되어 있다. 유로 개폐 부재(22)가 폐쇄 부재(22a)를 진출시키면 코어층용 유로(19d)를 절곡부에서 폐쇄시키는 한편 폐쇄 부재(22a)를 후퇴시키면 코어층용 유로(19d)를 개방시키도록 구성되어 있다. 또한, 폐쇄 부재(22a)의 선단부는 코어층용 유로(19d)의 절곡 반경에 대응하는 완곡면으로 형성되어 있으며, 코어층용 유로(19d)를 개방 상태로 했을 때에 절곡부에서의 수지의 유동 저항을 저감시키도록 구성되어 있다.
상기의 구성에 있어서, 복수층 사출 성형기의 동작을 통해 본 실시 형태의 사출 성형 방법에 대하여 설명한다.
먼저, 도2에 도시한 바와 같이 열 가소성 수지인 코어층 수지 및 스킨층 수지가 코어용 사출 유닛(12) 및 스킨용 사출 유닛(13)의 도시되지 않은 호퍼에 각각 투입된다. 코어층 수지 및 스킨층 수지는 상용성을 갖도록 재질이 선택되는 것이 바람직하다. 구체적으로는 표1에 도시한 바와 같이 동일한 재질인 것이 바람직하나, "Ｏ"의 조합이어도 된다.
[표1]
Ｏ접착 양호 △접착 불충분 -접착 안됨
그 이후, 도5에 도시한 바와 같이 코어용 사출 유닛(12) 및 스킨용 사출 유닛(13)의 노즐부(12a, 13a)가 어댑터 부재(23) 및 수측 적층 부재(19)에 각각 접촉되어 사출 성형의 준비가 완료된다. 그리고, 성형 개시 버튼 등을 눌러 사출 성형의 개시가 지시되면, 도시되지 않은 제어 장치에 의해 제어되는 각 사출 유닛(12,13)이 도1의 사출 동작으로 스킨층 수지 및 코어층 수지를 각각 사출하여 소정 형상의 성형품을 성형한다. 도1에서 스킨용 사출 유닛(13)의 사출 동작이 점선으로 도시되어 있으며, 코어용 사출 유닛(12)의 사출 동작이 실선으로 도시되어 있다.
구체적으로는, 도2에 도시한 바와 같이 금형 개폐 실린더(5)에 의해 이동 금형(8)이 고정 금형(9)의 방향으로 이동하며, 고정 금형(9)에 대하여 소정의 압입력으로 이동 금형(8)을 압박하여 형 체결을 수행하게 된다. 형 체결에 의해 금형(8, 9)내에 캐비티부(11)가 형성되면, 이 캐비티부(11)에 즉각 수지를 충진할 수 있는 큰 사출 용량의 스킨용 사출 유닛(13)에 스킨층 수지가 장진되어 가열되며, 용융 상태의 스킨층 수지가 코어층 수지에 앞서 사출된다.
상기의 스킨층 수지는 도5에 도시한 바와 같이 노즐부(13a)를 통해 사출 유닛 연결 장치(10)의 수측 적층 부재(19)의 스킨층용 유로(19b)로 유입되며 스킨층용 유로(19b)에서 복수 방향으로 분기되어 진행한다. 그리고, 스킨층 수지가 스킨층용 유로(19b)를 더욱 진행하면 수측 적층 부재(19)의 경사 볼록부(19c)와 암측 적층 부재(20)의 코어층용 유로(20a)와의 간극에서 유출되고, 경사 볼록부(19c)의 경사 벽면을 완전히 덮으면서 고정 금형(9)의 방향으로 유동한 후, 금형(8, 9)내의 캐비티부(11)로 유입된다.
스킨층 수지가 사출되고 나서 소정의 대기 시간(t1)이 경과하면 유로 개폐 부재(22)의 폐쇄 부재(22a)가 후퇴하여 코어층용 유로(19d)는 개방 상태가 된다. 그리고, 코어용 사출 유닛(12)에 열경화성 수지를 포함한 코어층 수지가 장진되어 가열되며, 스킨층 수지의 냉각 고화시의 체적 감소분을 보충하도록 용융 상태의 코어층 수지가 스킨층 수지의 사출압보다 높은 압력으로 사출된다. 코어층 수지는 성형품의 중량 증가 및 재료 비용의 상승 억제를 위하여 스킨층 수지의 사출량보다 적은 최소한의 필요 사출량으로 정확하게 사용되는 것이 바람직하다.
코어층 수지는 수지 도입 부재(21)를 통해 암측 적층 부재(20) 및 수측 적층 부재(19)의 코어층용 유로(20a, 19d)로 유입되고, 폐쇄 부재(22a)에 의해 진행 방향이 절곡된 후, 경사 볼록부(19c)의 선단부로부터 유출된다. 이때, 경사 볼록부(19c)의 선단부에는 앞서 사출된 스킨층 수지가 경사 볼록부(19c)의 경사 벽면을 따라 집합되어 있다. 따라서, 경사 볼록부(19c)의 선단부로부터 유출된 코어층 수지는 스킨층 수지로 완전히 피복되면서 스킨층 수지와 함께 코어층용 유로(20a)를 통과하여 캐비티부(11)로 압입되게 된다.
그 이후, 도1에 도시한 바와 같이 스킨용 사출 유닛(13)은 스킨층 수지의 사출 압력을 단계적으로 저하시킨 후, 사출 압력을 높여 캐비티부(11)내를 제1 스킨용 보압력으로 상승시키고 소정의 냉각 시간(t2)이 경과되었을 때에 제2 스킨용 보압력으로 단계적으로 저하시켜 사출을 완료한다. 한편, 코어용 사출 유닛(12)은 스킨층 수지가 제1 스킨용 보압력으로 전환되고 나서 일정 시간(t3)이 경과되기까지 사출 초기의 높은 사출 압력을 유지하고, 상술한 냉각 시간(t2)이 경과되기 전에 사출 압력을 단계적으로 저하시켜 제1 스킨용 보압력보다 고압인 제1 코어용 보압력과 제2 스킨용 보압력보다 고압인 제2 코어용 보압력으로 단계적으로 저하시키면서 사출을 종료한다.
상기와 같이 캐비티부(11)에 스킨층 수지 및 코어층 수지가 사출되면, 도6에도시한 바와 같이 금형(8, 9)에 접촉하고 있는 스킨층 수지가 냉각되며 체적 감소를 일으키면서 고화된다. 이때, 고화된 스킨층 수지의 내부에는 상술과 같이 스킨층 수지의 사출 압력보다 고압인 코어층 수지가 용융 상태로 존재한다. 따라서, 스킨층 수지의 체적 감소가 고화 상태의 스킨층 수지로 둘러 쌓인 성형품 내부의 압력을 저하시키도록 작용하여도 이 성형품 내부에 존재하는 코어층 수지가 압력의 저하분을 보충하기 때문에 성형품 내부를 부압으로 만드는 일은 없다. 바꾸어 말하면, 코어층 수지의 압력에 의해 스킨층 수지가 금형 표면으로 밀어 붙여짐에 따라 후퇴부 등이 해소된다. 그 결과, 스킨층 수지 및 코어층 수지가 냉각 고화되어 성형품이 완성되었을 때에 성형품에 공동이나 후퇴부가 발생하는 일은 없다.
또한, 도2에 도시된 코어층 수지를 사출하는 코어용 사출 유닛(12)은 스킨용 사출 유닛(13)의 사출 용량에 대하여 동등 이하, 통상은 30% 등의 작은 사출 용량으로 설정되어 있다. 따라서, 코어용 사출 유닛(12)에서 사출된 코어층 수지가 성형품에 공동이나 후퇴부를 발생시키지 않는 최소한의 필요 사출량으로 정확하게 충진되기 때문에 성형품의 중량 증가 및 이 중량 증가에 동반되는 비용의 상승을 충분히 억제할 수 있다.
이상과 같이 1회분의 사출 성형이 완료되면, 도5에 도시한 바와 같이 유로 개폐 부재(22)의 폐쇄 부재(22a)를 진출시켜 코어층용 유로(19d)를 폐쇄시킴에 따라 대기 상태가 된다. 그리고, 다음의 사출 성형의 개시가 지시되면 상술한 일련의 동작을 재차 반복하게 된다.
도1에서 스킨층 수지 및 코어층 수지 각각의 고화의 개시 및 고화의 완료는다음과 같이 수행된다. 사출 성형에서는 일반적으로 금형이 냉각되어 있으므로, 스킨층 수지의 사출이 개시된 시점(t0)으로부터 금형과의 접촉면은 고화가 시작된다. 그러나, 본 발명에서 문제시하는 것은 그와 같은 금형과의 접촉면에서의 냉각 고화가 아니라 층 내부의 고화이다. 이와 같은 내부의 고화는 도1의 t1'의 시점에서 이미 시작되며 t2-2의 시점에서 완료될 것으로 생각된다. 코어층 수지의 고화는 개략 t3시점 부근에서부터 개시되고 t2-2시점 부근에서 종료될 것으로 생각된다. 따라서, 스킨층 수지의 체적 감소가 고화 상태인 스킨층 수지로 둘러 쌓인 성형품 내부 압력을 저하시키도록 작용하여도 이 성형품 내부에 존재하는 코어층 수지가 압력의 저하분을 보충하는 작용이 도1의 t4-1시점까지 이어진다.
도1의 실시 형태에서는 스킨용 설정 압력을 한번 0 부근까지 떨어뜨리고 나서 제1 스킨용 보압력으로 상승시키고 있으나, 반드시 이와 같은 패턴으로 할 필요는 없다. 예를 들면, 처음의 사출 압력에서 바로 제1 스킨용 보압력으로 이행하여도 된다. 중요한 것은 상기 코어층 보압력치가 상기 스킨층 보압력치보다 큰 상태를 필요한 시간만큼 유지하는 상태가 존재하면 되며, 처음 사출 압력에서 제1 스킨용 보압력으로 이행하기까지의 패턴은 성형 대상 등의 조건에 따라 설정하면 된다.
도1의 실시 형태에서는 (제1 스킨용 보압력) > (제2 코어 보압력)이며, (스킨용 설정 압력) = (제1 스킨용 보압력) 또한 (코어용 설정 압력) = (제2 코어 보압력)인 시간대가 t3과 t2의 사이에 존재하나, 반드시 이와 같은 시간대를 설정할필요는 없다. 상기 코어층 보압력치가 상기 스킨층 보압력치보다 큰 상태를 필요한 시간만큼 유지한 후의 스킨용 설정 압력 및 코어용 설정 압력의 변화 패턴은 성형 대상 등의 조건에 따라 설정하면 된다.
도1의 실시 형태에서는 스킨용 보압력을 0으로 하기 전에 코어용 보압력을 0으로 하고 있으나, 반대로 코어용 보압력을 0으로 하기 전에 스킨용 보압력으로 0으로 하여도 된다. 성형품을 완전하게 스킨층 수지로 덮을 필요가 있는 경우에는 스킨용 보압력을 0으로 하기 전에 코어용 보압력을 0으로 한다. 코어층 수지가 표면에 나타나도록 하는 경우에는 코어용 보압력을 0으로 하기 전에 스킨용 보압력을 0으로 한다. 이와 같이 성형품의 사양에 따라 적절하게 설정하면 된다.
아울러, 본 실시 형태의 사출 성형 방법은 자동차 성형품의 제조에 적용할 수 있을 뿐만 아니라 폴리카보네이트나 아크릴 수지 등의 투명성을 갖는 재료로 이루어지는 성형품의 제조나 콤팩트디스크(CD)의 제조에 적용할 수 있다. 특히, 투명성을 갖는 재료로 이루어지는 성형품의 경우에는 변형 발생을 방지할 수 있으므로, 콤팩트디스크(CD)의 경우에는 복굴절율을 개선할 수 있다.
다음에는 본 실시 형태의 사출 성형 방법과 종래와 같이 한대의 사출 유닛으로 수지의 사출 및 체적 감소분을 보충하는 방법으로 각각 성형품을 제조하여 성형품의 상태를 조사하였다.
구체적으로는 140온스 사출 용량의 사출 성형기를 스킨용 사출 유닛(13)으로 사용하고, 47온스 사출 용량의 사출 성형기를 코어용 사출 유닛(12)으로 사용하였다. 그리고, 스킨용 사출 유닛(13)의 실린더 온도를 호퍼측으로부터 170℃, 180℃, 220℃, 230℃로 설정하고 코어용 사출 유닛(12)의 실린더 온도를 호퍼측으로부터 210℃, 220℃, 230℃로 설정한 후, 도1에 도시한 사출 압력 및 사출 타이밍으로 스킨층 수지 및 코어층 수지를 각각 사출하였다. 즉, 스킨층 수지의 사출을 개시하고 나서 약 80%가 사출되었을 때에 코어층 수지를 스킨층 수지의 사출 압력보다 25% 높은 사출 압력으로 사출하며 코어층 수지의 사출 완료 후에 보압력을 단계적으로 저하시키도록 제어하였다.
그 결과, 본 실시 형태의 사출 성형 방법에 따르면 보충량을 포함한 5000g의 설계 중량에 대하여 4900g∼4950g의 성형품을 제조할 수 있는 것이 확인되었다. 또한, 이 성형품에는 후퇴부나 버어가 발생하지 않는 것도 확인되었다.
다음에는 도1의 2점 쇄선으로 도시한 바와 같이 사출 유닛에서 수지의 사출을 수행한 후, 이 사출 유닛으로 체적 감소분의 보충을 이어서 수행함으로써 성형품을 제조하였다. 이 경우에는 보압력 및 이 보압력의 유지 시간을 각각 20%정도 높게 설정함으로써, 성형품의 부분 열등을 품질 한도 내까지 해소할 수 있다는 것이 판명되었다. 그러나, 이 경우에는 상술한 5000g의 설계 중량에 대하여 약 250g(약 5%)의 중량 증가가 발생하는 것이 확인되었으며 성형품에 버어가 발생하는 것도 확인되었다.
본 발명의 사출 성형 방법 및 사출 성형 장치는 가스의 공급이나 발포제를 첨가하지 않고 체적 감소분의 수지의 보충을 정확하게 수행할 수 있다.

Claims (12)

  1. 스킨용 사출 유닛 및 코어용 사출 유닛에서 금형으로 스킨층 수지 및 코어층 수지를 각각 사출함으로써, 스킨층과 코어층으로 이루어진 성형품을 얻는 사출 성형 방법으로서,
    상기 스킨용 사출 유닛에서 상기 금형으로 소정의 스킨층 초기 사출 압력치로 상기 스킨층 수지를 사출하는 단계와,
    상기 스킨층 수지가 사출되기 시작하고 나서 소정 시간 경과후, 상기 스킨층 초기 사출 압력치보다 큰 소정의 코어층 초기 사출 압력치로 상기 코어용 사출 유닛에서 상기 금형으로 상기 코어층 수지를 사출하는 단계와,
    상기 코어층 수지가 사출되기 시작하고 나서 소정 시간 경과후, 상기 스킨층 수지의 사출 압력을 상기 스킨층 초기 사출 압력치보다 작은 소정의 스킨층 보압력치로 변경하는 단계와,
    상기 스킨층 수지의 사출 압력이 상기 스킨층 보압력치가 되고 나서 소정 시간 경과후, 상기 코어층 수지의 사출 압력을 상기 코어층 초기 사출 압력치보다 작고 또한 상기 스킨층 보압력치보다 큰 소정의 코어층 보압력치로 변경하는 단계와,
    상기 코어층 보압력치가 상기 스킨층 보압력치보다 큰 상태로 소정 시간만큼 유지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 사출 성형 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 코어용 사출 유닛의 사출 용량이 상기 스킨용 사출 유닛의 사출 용량에 대하여 동등 또는 그 이하인 것을 특징으로 하는 사출 성형 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 코어층 수지의 사출량이 상기 스킨층 수지의 사출량보다 소량인 것을 특징으로 하는 사출 성형 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 스킨용 사출 유닛에 의한 스킨용 수지의 사출 압력치는 상기 코어용 사출 유닛에서 상기 금형으로의 상기 코어층 수지의 사출이 개시된 이후에 단계적으로 감소되는 것을 특징으로 하는 사출 성형 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 스킨용 사출 유닛에 의한 스킨용 수지의 사출 압력치는 상기 스킨층 보압력치로 변경되기 이전에 상기 스킨층 보압력치보다 작은 압력치로 설정되는 것을 특징으로 하는 사출 성형 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 코어층 보압력치가 상기 스킨층 보압력치보다 큰 상태가 소정의 시간만큼 유지된 후, 상기 코어용 수지의 사출 압력치와 상기 스킨층 수지의 사출 압력치의 적어도 일측이 단계적으로 감소되는 것을 특징으로 하는 사출 성형 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 코어층 초기 사출 압력치가 상기 스킨층 초기 사출 압력치보다 상기 스킨층 수지의 냉각 고화시의 체적 감소분을 보충하기에 충분할 만큼 크게 설정되는 것을 특징으로 하는 사출 성형 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 코어층 보압력치가 상기 스킨층 보압력치보다 상기 스킨층 수지의 냉각 고화시의 체적 감소분을 보충하기에 충분할 만큼 크게 설정되는 것을 특징으로 하는 사출 성형 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 코어층 초기 사출 압력치가 상기 스킨층 초기 사출 압력치보다, 상기 코어층 보압력치가 상기 스킨층 보압력치보다 각각 상기 스킨층 수지의 냉각 고화시의 체적 감소분을 보충하기에 충분할 만큼 크게 설정되는 것을 특징으로 하는 사출 성형 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 코어층 수지 및 상기 스킨층 수지는 동종이거나 혹은 이종이며 또한 상용성을 갖는 것을 특징으로 하는 사출 성형 방법.
  11. 스킨층과 코어층으로 이루어진 성형품을 얻는 사출 성형 장치로서,
    금형과,
    상기 금형으로 스킨층 수지를 사출하는 스킨용 사출 유닛과,
    상기 금형으로 코어층 수지를 사출하는 코어용 사출 유닛과,
    상기 스킨층 수지의 사출 압력의 크기를 제어하는 스킨층 수지 사출 압력 제어 수단과,
    상기 코어층 수지의 사출 압력의 크기를 제어하는 코어층 수지 사출 압력 제어 수단과,
    사출 제어 장치를 포함하고,
    상기 코어용 사출 유닛의 사출 용량은 상기 스킨용 사출 유닛의 사출 용량에 대하여 동등 또는 그 이하이고,
    상기 사출 제어 장치는 상기의 사출 성형 방법을 수행하도록 상기 스킨용 사출 유닛, 상기 코어용 사출 유닛, 상기 스킨층 수지 사출 압력 수단 및 상기 코어층 수지 출력 수단을 제어하는 것을 특징으로 하는 사출 성형 장치.
  12. 제1항의 사출 성형 방법으로 성형된 성형품.
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