KR20040078502A - 자동차용 반응사출 금형 및 자동차용 스티어링 휠의제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차용 스티어링 휠의 제조방법에 관한 것이다. 특히 본 발명은 금형 내 카운터 압력 제어를 통하여 오버플로우와 버어의 발생을 억제하고 싸이클 타임의 감소로 생산성을 향상시키는 데 있고, 이에 따른 반응사출 금형은, 내부에 형성된 캐비티와 연통되는 수지주입구 및 가스밴트가 형성되는 금형에서, 상기 가스밴트에 연통되는 공기채널; 상기 공기채널에 연통되는 밸브; 및 상기 밸브와 연결되고 상기 캐비티의 압력을 측정하는 압력변환기를 포함한다.

Description

자동차용 반응사출 금형 및 자동차용 스티어링 휠의 제조방법{MANUFACTURING METHOD OF STEERING WHEEL AND REACTION INJECTION MOLE FOR VEHICLE}

[발명이 속하는 기술분야]

본 발명은 자동차용 스티어링 휠의 제조에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 반응사출성형의 오버플로우 방지를 위한 자동차용 스티어링 휠 금형 및 자동차용 스티어링 휠의 제조방법에 관한 것이다.

[종래기술]

일반적으로 자동차용 스티어링 휠은 자동차 주행 시 방향을 제어하는 조향역할, 사고 발생 시 승객을 보호하는 안전장치 역할을 동시에 수행하고 있다. 또한 내장재 부품으로 운전자가 손으로 잡을 때 터치감이 좋아야 하는 등 감성 품질 문제도 중요시 되는 부품이다.

이러한 스티어링 휠을 제작하기 위하여 종래에는 사출성형 공법에 의한 PP, PVC 재질을 사용하였고, 근래에는 반응사출성형공법(Reaction Injection Molding;RIM)을 통한 폴리우레탄 재질을 사용하고 있다.

반응사출성형이란 금형 내에서 단량체(Monomer)로부터 고분자로의 중합과 동시에 성형이 이루어지는 플라스틱 가공 방법을 말한다. 예로서 폴리올(Polyol)과 이소시아네이트(Isocyanate)등의 단량체로부터 폴리우레탄 폼을 제조하는 방법으로 액상의 단량체 반응액 원료를 정량적으로 계량한 후 강력 혼합하여 금형 내에 사출하고 중합, 경화과정을 거쳐 제품을 탈형하는 순으로 진행된다.

도 1은 종래 반응사출성형 공법을 이용하여 제작된 스티어링 휠을 도시한 평면도이다.

스티어링 휠은 금형(10) 내부에서 형성되는 데, 금형(10)의 내부에 스티어링 휠에 대응되는 캐비티(cavity)(12)가 형성되고, 금형(10)의 하부에 수지를 주입할 수 있는 수지주입구(14)가 형성된다. 금형(10)의 중심부에는 스티어링 휠의 허브코어(16)가 위치한다.

이러한 금형(10)의 수지주입구(14)를 통해 수지를 주입하게 되면 스킨층 외부에서 발생하는 버와 기포 발생을 억제하기 위하여 인위적으로 오버플로우(18)를 발생시키고 있다.

도 2는 종래 반응사출성형 공정에 관한 순서도이다.

먼저 금형에 이형제와 페인트를 도포하고, 허브코아(hub core)(16)를 인서트 한 후, 폴리올(Polyol)과 이소시아네이트(Isocyanate) 원료를 주입하고 계량펌프를 통하여 믹싱헤드에서 원료의 중합반응에 의한 반응열로 형성된 폴리우레탄을 수지 주입구를 통하여 캐비티 내부로 주입한다. 주입된 폴리우레탄 폼(Foam)은 해압 및 경화과정을 거쳐 탈형 후 성형품으로 완성된다.

그러나 일반적인 반응사출성형은 해압 및 경화과정 중 내부의 높은 온도와 발포압에 의하여 기포가 제품 표면으로 터져나오는 현상이 발생하는데 이를 방지하기 위하여 인위적으로 오버플로우(18)를 발생시킨다.

또한, 스킨층 외부에 발생하는 버어(burr)(20)로 인하여 2차 가공이 힘들고 재생이 불가능하여 원재료의 낭비가 크고, 일반 사출성형에 비하여 싸이클 타임이 과다한 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 그 목적은 금형 내 카운터 압력 제어를 통하여 오버플로우와 버어의 발생을 억제하고 싸이클 타임의 감소로 생산성을 향상시키는 자동차용 반응사출 금형 및 자동차용 스티어링 휠의 제조방법을 제공하는 데 있다.

도 1은 종래 반응사출성형 공법을 이용하여 제작된 스티어링 휠을 도시한 평면도.

도 2는 종래 반응사출성형 공법의 생산 공정을 보여주는 순서도.

도 3은 본 발명에 따른 개선된 반응사출 금형을 도시한 평면도.

도 4는 도 3에 도시한 반응사출 금형의 일부를 도시한 부분 단면도.

도 5는 본 발명에 따른 개선된 반응사출방법을 설명하기 위한 순서도.

상술한 목적을 달성하기 위해서 본 발명의 반응사출 금형은, 내부에 형성된 캐비티와 연통되는 수지주입구 및 가스밴트가 형성되는 금형에서, 상기 가스밴트에연통되는 공기채널; 상기 공기채널에 연통되는 밸브; 및 상기 밸브와 연결되고 상기 캐비티의 압력을 측정하는 압력변환기를 포함한다.

그리고, 상기 금형을 이루는 복수의 본체가 맞닿는 면에 실링이 설치되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 캐비티와 연통되고 금형에 설치되는 안전밸브를 더 포함하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 밸브에 연통되는 가스를 주입하기 위한 가스주입수단을 더 포함하며, 이 가스주입수단으로는 가스가 채워진 가스실린더가 사용되는 것이 바람직하다.

그리고 본 발명의 제조방법은, 금형의 내부에 형성된 캐비티의 표면에 이형제를 도포하고, 도포된 상기 이형제의 표면 위에 페인트를 도포한 후, 상기 캐비티에 허브코어를 안착시킨 후 금형을 결합하여 수지를 주입하고, 해압 및 경화를 거쳐 탈형하는 과정을 거쳐 자동차용 스티어링 휠을 제조하는 방법에서, 상기 금형의 내부로 미리 설정된 압력까지 압축공기를 주입하고, 주입되는 수지의 발포로 인해 형성된 압력과 상기 압축공기에 의해 형성된 압력편차를 최소화하면서 반응사출을 실시한다.

여기서, 상기 주입되는 수지로 인하여 압축되어지는 금형 내부의 공기를 압력변환기를 이용하여 금형의 외부로 배출시킴으로써 성형이 완성될 때까지 일정한 압력차이를 유지토록 하는 것이 바람직하다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 개선된 스티어링 휠 금형을 도시한 평면도이고, 도 4는 도 3에 도시한 금형의 일부를 도시한 부분 단면도이다.

도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 금형(21)은 상부본체와 하부본체가 결합되어 형성되는 것으로, 금형(21)의 내부에는 허브코어(23)가 안치될 공간이 형성되고, 이 허브코어 공간과 연통되는 폼이 주입될 공간인 캐비티(25)가 형성되며, 이 캐비티(25)에 가스밴트(27)를 통해 연통되는 공기채널(29)이 형성되고, 공기채널(29)은 하부본체의 일측에 복수개로 형성된 공기주입구(31)와 연통된다. 금형(21)에는 캐비티(25)와 연통되는 수지주입구(33)가 형성되어 금형(21)의 내부로 수지를 주입할 수 있도록 한다.

그리고 상부본체와 하부본체(35)가 맞닿아 결합되어 있을 때 공기가 새는 것을 방지하기 위해서 두 본체가 맞닿은 면에 실링(37)이 설치된다.

또한 금형(21)에는 캐비티(25)와 연통되는 안전밸브(39)가 설치됨으로써 공기주입구(31)를 통해 주입되는 공기압이 적정한 수준이 되도록 한다.

상기한 복수개의 공기주입구(31)에는 각각 제1밸브(41)와 제2밸브(43)가 연결 설치되는 데, 그 중에서 일측의 공기주입구(31)에 설치된 제1밸브에는 가스주입수단이 연결되며, 가스주입수단으로 가스실린더(45)가 사용되는 것이 바람직하다.

그리고 제1밸브(41)와 제2밸브(43)에는 금형(21) 내부의 압력을 측정하는 압력변환기(47)가 접속된다. 압력변환기(47)는 금형(21) 내부의 압력을 측정하여 제1밸브(41) 및 제2밸브(43)의 개폐정도를 조절하여 금형(21) 내부로 공급되는 공기압을 조절하게 된다.

도 5는 본 발명에 따른 스티어링 휠의 제조방법을 설명하기 위한 순서도이다.

먼저 허브코어(23)를 금형(21)의 공간에 안착하기 전 금형(21)의 내부에 형성된 캐비티 표면에 이형제를 도포하여 금형(21)에서 완성될 제품이 용이하게 분리 가능토록 한다.

이형제의 도포 후에는 제품의 외관을 형성할 페인트를 도포한다.

그리고 허브코아를 금형(21)의 하부본체의 공간에 먼저 안착시킨 후 상부본체를 하부본체(35)에 결합하여 금형(21)을 완성한다.

다음으로, 압력변환기(47)를 통해 금형(21) 내부의 압력을 측정하면서 압력변환기(47)를 통해 제1밸브(41)를 개방하여 가스실린더(45)로부터 금형(21)의 내부로 압축공기를 주입하고, 금형(21) 내부의 압력이 미리 설정한 압력(20bar)에 도달하면 제1밸브(41) 및 제2밸브(43)를 닫고 믹싱헤드로부터 원료를 주입하여 반응사출을 실시한다.

믹싱헤드로로부터 주입되는 원료는 종래 공지된 방식과 동일하게 폴리올(Polyol)과 이소시아네이트(Isocyanate) 원료를 주입하고 계량펌프를 통하여 믹싱헤드에서 원료의 중합반응에 의한 반응열로 형성된 폴리우레탄을 수지 주입구를 통하여 캐비티 내부로 주입한다. 주입된 폴리우레탄의 양은 전체 성형품의 30%만 주입하게 된다.

주입된 폴리우레탄은 화학적 발포제(H₂O)를 통하여 발포를 시작하게 되는 데 이때 카운터 압력 제어가 시작된다. 즉, 주입된 폴리우레탄 폼이 발포를 시작하게 되면 미리 주입된 공기압과의 압력차이가 발생하게 되고 미리 주입된 공기는 폴리우레탄 폼으로 인하여 더욱 압축이 되므로 발포시간이 경과할수록 압력차이는 변하게 된다. 그러므로 미리 설정한 공기압(50bar)을 유지하기 위해 압력변환기(47)의 제어에 따라 제2밸브(43)를 조절하여 폴리우레탄 폼으로 인하여 압축되어지는 일부분의 공기를 가스밴트(27) 및 제2밸브(43)를 통해 외부로 배출시킴으로써 성형이 완성될 때까지 일정한 압력차이를 유지할 수 있게 된다.

반응사출작업이 종료되면 제1밸브(41)와 제2밸브(43)를 닫고 해압 및 경화공정을 포함하는 냉각과정을 거치게 되고, 탈형 후 성형품으로 완성된다.

아래의 표 1은 종래 대비 본 발명의 개선된 반응사출성형 공법에 대한 비교 물성치이다.

	종래의 반응사출성형	본 발명의 반응사출성형
오버플로우 발생률	20~25%	5~6%
경화시간	120~150초	100~120초

표 1에서 알 수 있듯이, 본 발명에서 사용된 금형 내 카운터 압력으로 인하여 오버플로우의 발생률을 크게 개선할 수 있어 원재료의 소비를 줄일 수 있고, 제품의 경화시간 감소로 인하여 싸이클 타임을 개선할 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 의하면, 금형 내 압축공기를 주입하고, 폴리우레탄을 주입하는 과정에서 금형 내부의 압력을 조절하면서 주입함으로써 오버플로우가 억제되고 경화과정이 촉진되어 싸이클 타임을 개선할 수 있다.

또한 스티어링 휠의 스킨층 밀도를 증가시켜 허브코어와 폴리우레탄의 밀착성을 향상시키는 효과가 있다.

Claims (7)

1. 내부에 형성된 캐비티와 연통되는 수지주입구 및 가스밴트가 형성되는 금형에 있어서,

   상기 가스밴트에 연통되는 공기채널;

   상기 공기채널에 연통되는 밸브; 및

   상기 밸브와 연결되고 상기 캐비티의 압력을 측정하는 압력변환기

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 반응사출 금형.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 금형을 이루는 복수의 본체가 맞닿는 면에 실링이 설치되는 것을 특징으로 하는 자동차용 반응사출 금형.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 캐비티와 연통되고 상기 금형에 설치되는 안전밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 반응사출 금형.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 밸브에 연통되는 가스를 주입하기 위한 가스주입수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 반응사출 금형.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 가스주입수단은 가스가 채워진 가스실린더인 것을 특징으로 하는 자동차용 반응사출 금형.
6. 금형의 내부에 형성된 캐비티의 표면에 이형제를 도포하고, 도포된 상기 이형제의 표면 위에 페인트를 도포한 후, 상기 캐비티에 허브코어를 안착시킨 후 금형을 결합하여 수지를 주입하고, 해압 및 경화를 거쳐 탈형하는 과정을 거쳐 자동차용 스티어링 휠을 제조하는 방법에 있어서,

   상기 금형의 내부로 미리 설정된 압력까지 압축공기를 주입하고, 주입되는 수지의 발포로 인해 형성된 압력과 상기 압축공기에 의해 형성된 압력편차를 최소화하면서 반응사출을 실시하는 것을 특징으로 하는 자동차용 스티어링 휠의 제조방법.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 주입되는 수지로 인하여 압축되어지는 금형 내부의 공기를 압력변환기를 이용하여 금형의 외부로 배출시킴으로써 성형이 완성될 때까지 일정한 압력차이를 유지토록 하는 것을 특징으로 하는 자동차용 스티어링 휠의 제조방법.