KR20130051737A - 전사 인몰드 사출 성형방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 사출 성형물 인쇄방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전사 인몰드를 이용한 사출성형물 인쇄방법 및 이의 인쇄방법으로 제조된 사출 성형물에 관한 것이다.
본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 필름층의 상면에 문양 또는 패턴을 형성하는 단계, 상기 문양 또는 패턴이 형성된 필름을 몰드에 삽입하는 단계, 사출 성형 원료를 공급하는 단계, 상기 공급된 원료를 가열하여 용융수지를 형성하는 단계, 상기 용융수지로부터 가스를 배기시키는 단계, 상기 몰드에 삽입된 필름층위로 상기 가스가 배기된 용융수지를 투입하여 사출 성형하는 단계를 포함한다.

Description

전사 인몰드 사출 성형방법{Transcription inmold injection molding method}

본 발명은 사출 성형물 인쇄방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전사 인몰드를 이용한 사출성형물 인쇄방법 및 이의 인쇄방법으로 제조된 사출 성형물에 관한 것이다.

일상생활 속에서 사용되는 많은 제품들이 플라스틱을 성형함으로써 제조되고 있는데, 이 중에서도 현대인들의 생활필수품이 되어버린 휴대폰, MP3, CD플레이어, PMP 등과 같은 성형제품들은 단순한 기능성 제품을 넘어서 개성을 표현하는 장식품으로서의 기능도 증가하고 있다.

이에 상기와 같은 성형제품들의 차별화된 디자인의 개발과 함께 외관 손상을 보호할 수 있는 성형제품에 대한 필요성이 증가하고 있으며, 그 일 예로서, 상기 성형제품의 외관에 다양한 무늬를 형성하고, 질감을 향상시킬 수 있는 사출성형에 대한 연구의 필요성이 커지고 있다.

이에 전사 인몰드방법을 이용한 성형방법에 대하여 소개가 되고 있는데 이러한 전사 인몰드 성형방법은 휴대폰 커버, 제어 패널, 자동차 내외장재, 각종 전자제품의 컨트롤 패널과 부품뿐만 아니라 표면이 장식되는 합성수지 제품에 적용하기 위한 기술로서, 종래에 합성수지를 사출성형한 후에 표면을 장식하는 인쇄 단계와 후가공 단계 등과 같이 여러 단계에 걸쳐 진행되던 방법과 비교하여, 사출성형공정 단 하나만으로 복잡한 인쇄 또는 그래픽과 패턴으로 표면이 장식된 합성수지 제품을 제조할 수 있는 기술이다.

그러나 이러한 기존의 방법에 의한 전사 인몰드 성형방법은 사출성형되는 제품은 표면 품질이 좋지 않기 때문에 구현하고자 하는 색상이 선명하게 형성되지 못하였고, 이에 따라 외관에 선명한 색상을 구현하기가 어렵다는 단점이 있다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 사출 성형물을 형성하는 용융수지에 포함된 가스를 효과적으로 추출하여 고품질의 사출 성형물을 제조하며 이와 같이 제조된 고품질의 사출 성형물에 전사 인몰드 방식으로 문향 또는 패턴을 형성하여 고품질의 선명한 색상이 인쇄된 사출 성형물을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 필름층의 상면에 문양 또는 패턴을 형성하는 단계, 상기 문양 또는 패턴이 형성된 필름을 몰드에 삽입하는 단계, 사출 성형 원료를 공급하는 단계, 상기 공급된 원료를 가열하여 용융수지를 형성하는 단계, 상기 용융수지로부터 가스를 배기시키는 단계, 상기 몰드에 삽입된 필름층위로 상기 가스가 배기된 용융수지를 투입하여 사출 성형하는 단계를 포함한다.

또는, 필름층의 상면에 표면층을 형성하는 단계, 필름층의 배면에 이형층을 형성하는 단계, 상기 이형층의 배면에 문양 또는 패턴이 형성된 인쇄층을 형성하는 단계, 상기 인쇄층이 형성된 필름층을 몰드에 삽입하는 단계, 사출 성형 원료를 공급하는 단계, 상기 공급된 원료를 가열하여 용융수지를 형성하는 단계, 상기 용융수지로부터 가스를 배기시키는 단계, 상기 몰드에 삽입된 필름층의 인쇄층 배면으로 상기 가스가 배기된 용융수지를 투입하여 사출성형하는 단계를 포함한다.

또는, 필름층의 상면에 UV 하드코팅층을 형성하는 단계, 상기 필름층의 배면에 문양 또는 패턴이 형성된 인쇄층을 형성하는 단계, 상기 인쇄층이 형성된 필름층을 몰드에 삽입하는 단계, 사출 성형 원료를 공급하는 단계, 상기 공급된 원료를 가열하여 용융수지를 형성하는 단계, 상기 용융수지로부터 가스를 배기시키는 단계, 상기 몰드에 삽입된 필름층의 인쇄층 상면으로 상기 가스가 배기된 용융수지를 투입하여 사출성형하는 단계를 포함한다.

또는, 사출 성형 원료를 공급하는 단계, 상기 공급된 원료를 가열하여 용융수지를 형성하는 단계, 상기 용융수지로부터 가스를 배기시키는 단계, 상기 가스가 배기된 용융수지를 사출성형하여 사출성형물을 제조하는 단계, 상기 사출성형물을 몰드에 위치시키는 단계, 필름에 문양 또는 패턴을 형성하는 단계, 상기 문양 또는 패턴이 형성된 필름을 몰드에 위치시키는 단계, 상기 몰드에 위치된 필름을 상기 몰드에 위치된 사출성형물에 가압하여 상기 사출성형물에 문양 또는 패턴을 형성하는 단계를 포함한다.

그리고 상기 사출 성형물은 상기 용융수지를 일정 구간 흐르도록 안내하면서, 그 일정 구간 외측을 링 형태로 형성된 복수의 배기부재가 감싸도록 함으로써 상기 용융수지로부터 가스가 배기되도록 하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 배기부재는 일측면 외주면에 길이방향으로 돌출된 제1돌기와, 일측면 내주면에 길이방향으로 돌출되고 방사방향으로 형성된 배기용 미세홈을 구비한 제2돌기와, 상기 제1돌기와 제2돌기 사이에 형성된 가스 챔버를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

또는, 상기 제1돌기는 제2돌기에 비해 길이방향으로 높게 형성된 것을 특징으로 한다.

또는, 상기 배기부재는 복수개의 조각으로 분할된 것을 특징으로 한다.

또는, 상기 배기부재의 제1돌기에는 가스를 배출할 수 있는 복수의 배기공이 더 구비된 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 배기부재의 제1돌기는 가스를 배출할 수 있도록 이격을 두고 분할된 다수의 돌기들로 이루어진 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 용융수지를 일정 구간 흐르도록 안내하기 위하여, 외측면에 길이방향을 따라 용융수지의 이동을 안내하는 가이드홈을 구비한 안내부재를 구비하여 사용하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 배기부재의 미세홈은 에칭, 방전 가공, 레이저 가공 중 어느 한 방법으로 형성하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기와 같은 제조방법으로 제조된 것을 사출성형물을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 사출 성형물을 형성하는 용융수지에 포함된 가스를 제거한 후 전사 인몰드 방식으로 문향 또는 패턴을 형성하기 때문에 고품질의 선명한 색상이 인쇄된 사출 성형물을 제조할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 전사 인몰드 사출성형 장치 어셈블리의 구성도.
도 2는 본 발명에 사용되는 사출부의 사시도.
도 3은 본 발명에 사용되는 사출부의 분해사시도.
도 4는 본 발명에 사용되는 사출부의 종단면도.
도 5는 본 발명에 사용되는 배기부의 안내부재의 구성을 설명하기 위한 시시도.
도 6은 본 발명에 사용되는 배기부의 배기부재를 설명하기 위한 사시도.
도 7은 본 발명에 사용되는 배기부의 배기부재의 정면도.
도 8은 본 발명에 사용되는 배기부의 배기부재의 미세홈을 에칭으로 형성하는 방법을 설명하기 위한 일련의 참조도.
도 9는 본 발명에 사용되는 배기부의 배기부재의 미세홈을 에칭으로 형성하는 것을 설명하기 위한 흐름도.
도 10과 도 11은 본 발명에 사용되는 배기부의 배기부재에 레이저 가공으로 미세홈을 형성하는 방법을 설명하기 위한 흐름도.
도 12는 진공펌프를 이용하여 용융수지로부터 가스를 강제로 분리할 수 있도록 한 구성을 설명하기 위한 사용상태도.
도 13은 본 발명에 사용되는 배기부의 안내부재의 변형된 구성을 설명하기 위한 참조사시도.
도 14는 도 5의 I-I에 따른 단면도.
도 15 내지 도 17은 변형된 형태의 배기부재를 설명하기 위한 참조 정면도.
도 18은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전사인몰드 사출성형방법 흐름도.
도 19내지 도 24는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전사인몰드 사출성형장치의 작동 예시도.

이하, 상기와 같은 본 발명의 기술적 사상에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전사 인몰드 사출 성형방법은 사출 성형 원료를 용융한 후 용융수지에서 가스를 제거한 후 이와 같이 가스가 제거된 용융수지를 문양 또는 패턴이 형성된 필름층이 삽입된 몰드에 주입하여 문양 또는 패턴이 형성된 사출 성형물을 제조하는 방법에 관한 것이다.

이에 이하 설명에서는 사출 성형 원료를 용융한 후 용융수지에서 가스를 제거하는 방법에 대하여 먼저 설명한 후 필름층에 문양 또는 패턴을 형성하는 방법에 설명하기로 한다. 그리고 이와 같이 형성되는 문양 또는 패턴이 형성된 필름층을 몰드에 삽입한 후 상기 가스가 제거된 용융수지를 몰드에 주입하여 사출성형하는 방법에 대하여 설명하기로 한다.

먼저 사출 성형 원료를 용융한 후 용융수지에서 가스를 제거하는 방법은 사출 성형 원료를 공급하는 단계, 상기 공급된 원료를 가열하여 용융수지를 형성하는 단계, 상기 용융수지로부터 가스를 배기시키는 단계를 포함한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 사출 성형물을 제조하기 위한 사출 성형 장치(20)는 공급부(22), 가열부(24), 사출부(26), 및 배기부(28)로 이루어진다.

상기 공급부(22)는 상기 가열부(24) 실린더 내로 원료를 공급하는 장치로, 원료를 공급하는 호퍼와, 상기 호퍼로부터 공급되는 원료를 이송하는 이송스크류 및 이송스크류에 동력을 공급하는 모터로 구성될 수 있다.

여기에 상기 이송스크류로 원료가 정량공급될 수 있도록 원료의 공급을 계측하고 제어할 수 있는 원료감지센서부가 추가로 구성될 수 있다.

상기 공급부(22)에 공급되는 원료는 가열성 수지재료로 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 폴리스틸렌, 액정고분자 등의 모든 열가소성 수지가 가능하다. 상기 열가소성 수지들은 성형성이 좋고, 공학적 물성치가 우수하여 기구물을 제작하는데 널리 사용되고 있다.

또한, 사출 성형물의 기계 강도를 향상시키기 위해 상기 열가소성 수지 원료에 무기섬유와 같은 충전제가 더 포함될 수 있다.

또는, 상기 원료를 열가소성 수지와 화합물이 혼합된 혼합물에 의해 형성하여 줄 수 있다.

상기 원료는 상기 공급부(22)를 통하여 가열부(24)로 이송되며 상기 가열부(24)에서 가열수단에 의해 용융수지로 용융된다.

상기 가열부(24)는 원료 공급 파이프를 통하여 상기 공급부(22) 몸체에 연결되어 있다.

따라서 상기 공급부(22)에서 공급된 원료는 원료 공급 파이프를 통하여 가열 실린더에 공급된다.

상기 가열 실린더의 외주면에는 상기 원료 공급 파이프와 연결되는 원료 투입구가 형성되어 있으며, 가열 실린더의 내부에는 스크류가 설치되어 있다. 또한, 상기 가열 실린더에는 원료를 용융하기 위한 가열 수단이 내장되어 있다.

따라서 가열 실린더에 공급된 원료는 상기 가열 수단에 의하여 용융수지로 용융되고, 상기 용융 수지는 스크류가 회전함에 따라 상기 사출부에 공급된다. 상기 가열 수단은 전기 저항이 높은 코일로 구비하여 줄 수 있다.

이하에서는 상기 융융 수지에서 가스를 배기시키기 위한 사출부(26) 및 배기부(28)에 대하여 도 2 내지 도 17을 참고하여 자세히 설명하기로 한다.

먼저, 이와 같이 가열부(24)에 의해 용융된 용융수지는 상기 사출부(26)를 통해 사출된다. 상기 사출부(26)는, 메인몸체(110), 헤드(120)로 구성된다. 그리고 이와 같은 사출부(26)는 상기 용융수지에 포함된 가스를 배기시키는 배기부(28)를 포함하여 이루어지는데 상기 배기부(28)는 안내부재(130), 배기부재(140)를 포함하여 이루어진다.

상기 배기부(28)의 상기 안내부재(130)와 배기부재(140)의 협력 작업에 의하여 상기 사출부(26) 메인몸체(110) 내부의 통로(111)로 흐르는 용융수지로부터 가스를 효과적으로 추출하여 외부로 배출할 수 있게 된다.

아래에서는 상기 용융수지로부터 가스를 배기하는 상기 안내부재(130) 및 배기부재(140)에 대해 좀 더 상세하게 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 의한 사출부(26)의 사시도이고, 도 3은 본 발명에 의한 사출부(26)의 분해사시도이며, 도 4는 본 발명에 의한 사출부(26)의 종단면도이다.

먼저, 상기 메인몸체(110)는 내부가 관통된 원통 형상이다. 상기 메인몸체(110)는 그 일단이 사출기 실린더에 연결되어 용융수지를 공급받으며, 그 타단은 헤드(120)와 결합된다. 상기 메인몸체(110)의 내부에는 용융수지 통로(111)가 형성되어 있다. 따라서 상기 메인몸체(110)의 일단을 통해 공급된 용융수지는 상기 통로(111)를 통해 상기 헤드(120)에 공급된다.

또한, 상기 메인몸체(110)의 내부공간에는 용융수지에 포함된 가스 성분을 배출하기 위한 배기부(28)의 배기부재(140)가 삽입 설치된다.

또한, 상기 메인몸체(110)에는 다수의 가스 배기구(112)가 형성된다. 상기 가스 배기구(112)는 상기 메인몸체(110)의 내주면에서 외주면까지 연통되어 용융수지에 포함된 가스 성분을 상기 메인몸체(110)의 외부로 최종 배출하는 역할을 한다.

상기 헤드(120)는 그 일단이 상기 메인몸체(110)와 결합하고 그 타단에는 분사구(121)가 형성되어 있어, 용융수지를 금형을 향해 분사하는 역할을 수행한다. 여기서, 상기 메인몸체(110)와 헤드(120)의 결합은 나사결합일 수도 있고 단순히 억지끼움 방식일 수도 있다.

하지만, 도면에 도시된 것처럼 메인몸체(110)의 일측 내주면과 헤드(120) 외주면에 나사산이 형성되어 서로 나사결합할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 헤드(120)는 필요로 하는 직경을 가진 용융수지를 분출시키기 위해 상기 메인몸체(110)측 단부로부터 상기 분사구(121)로 점차 내경이 축소되도록 구성된다.

도 5는 본 발명에 따른 안내부재의 구성을 설명하기 위한 시시도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 안내부재(130)는 양 단부에 콘(135a,135b)이 형성되어 있으며, 상기 안내부재(130)의 외주면에는 길이 방향으로 제1가이드홈(131)과 제2가이드홈(132)이 형성되어 있다. 또한, 안내부재(130)의 일측부에 배기부재(140)를 지지하기 위한 지지부(133)가 일체로 형성되어 있다. 상기 지지부(133)에는 복수개의 연결공(134)이 형성되어 있다.

또한, 상기 안내부재(130)의 외주면에는 길이 방향으로 형성된 제1가이드홈(131)은 상기 헤드(120) 방향으로 뚫려 있으며, 상기 제2가이드홈(132)은 상기 헤드(120) 방향으로 막혀 있다.

또한, 상기 연결공(134)은 상기 용융수지 통로(111)와 상기 제2가이드홈(132)을 연결하는 역할을 한다.

이와 같은 구성에 따르면, 상기 용융수지 통로(111)로 공급된 용융수지가 상기 제2가이드홈(132)을 통하여 헤드(120) 방향으로 이동하는 것이 가능해진다. 그 후, 상기 용융수지는 막혀있는 제2가이드홈(132)에 의해 그 이동을 제한 받게 되고, 그 주위에 형성된 제1가이드홈(131)으로 넘어가게 된다. 이 과정에서 용융수지는 얇고 고르게 펴지면서 용융수지에 포함되어 있는 가스 성분이 효과적으로 추출된다.

이 후, 용융수지는 제1가이드홈(131)을 따라 헤드(120)로 이동하게 되고, 상기 분사구(121)를 통해 금형으로 분사된다.

도 6은 본 발명에 따른 배기부재를 설명하기 위한 사시도이고, 도 7은 본 발명에 따른 배기부재의 정면도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 배기부재(140)는 상기 안내부재(130)에 끼워지며, 추출된 가스를 메인몸체(110)의 외부로 배출시키는 역할을 한다. 이를 위해 상기 배기부재(140)는 제1돌기(143), 제2돌기(144), 그리고 가스 챔버(145)를 포함하여 이루어진다.

여기서, 상기 제1돌기(143)는 상기 배기부재(140)의 일측면 외주면에 길이방향으로 돌출되고, 상기 제2돌기(144)는 상기 배기부재(140)의 일측면 내주면에 길이방향으로 돌출된다. 또한, 상기 가스 챔버(145)는 상기 제1돌기(143)와 상기 제2돌기(144) 사이에 형성된다.

상기 배기부재(140)는 복수개 구비되어 일렬로 연접하여 정렬되며, 상기 제2돌기(144)에는 미세홈(142)이 형성된다. 이로써 용융수지에 포함된 가스 성분은 압력에 의하여 상기 미세홈(142)을 통해 가스 챔버(145) 내로 수집된다.

여기서, 상기 배기부재(140)는 방사상으로 분할된 복수개의 조각들로 구성될 수 있다. 각각의 조각 사이에는 미세한 틈이 존재하게 되고, 이 틈을 통하여 가스가 배출된다. 도면에 따르면 상기 배기부재(140)는 8개의 조각으로 분할된 것으로 도시되었으나 분할된 개수는 조절 가능하다. 또한, 상기 배기부재(140)의 제1돌기(143)에는 가스를 배출할 수 있도록 복수의 배기공(147)이 형성된다.

또한, 상기 제2돌기(144)는 제1돌기(143)에 비해 길이방향으로 짧게 형성될 수 있다. 이로써 상기 배기부재(140)가 서로 연접했을 때 상기 제1돌기(143)의 짧은 폭으로 인해 가스가 흐를 수 있는 통로가 마련되어 상기 안내부재(130)를 따라 이동하는 용융수지로부터 추출된 가스 성분이 가스 챔버(145)에 보다 원활하게 유입될 수 있다.

또한, 상기 미세홈(142)의 깊이는 상기 용융수지로부터 가스 성분이 원활하게 분리되면서도 상기 용융수지가 유출되지 않는 깊이로 형성되며, 0.001~0.02mm의 깊이면 적당하다.

상기 배기부재(140)에 상기 미세홈(142)을 형성하는 것은 대단히 정밀한 가공을 필요로 하는 것으로, 통상의 금속 가공 방법으로 미세홈(142)이 형성된 배기부재(140)를 대량으로 생산하는 것은 상당한 비용과 시간을 요한다. 따라서 생산 단가를 낮추고 생산 시간을 단축하기 위한 방법으로 본 발명에 따른 배기부재(140)의 미세홈(142)을 에칭(etching)으로 형성하는 것을 제안하는 바이다. 이에 대해 도 8 및 도 9를 참조하여 설명한다.

먼저, 도 8에 도시한 바와 같이 배기부재(140)를 준비한다.

이후, 도 8에 도시된 바와 같이 배기부재(140) 상에 레지스트층(161)을 형성한다. 이 때 레지스트층(161)을 이루는 물질은 포토 레지스트 또는 열경화성 레지스트 등 일반적으로 사용되는 다양한 종류의 레지스트가 적용될 수 있으며, 필름 형식이나 스프레이 도포 등으로 형성될 수 있다.

이후, 도 8c에 도시된 바와 같이 레지스트층(161)에 마이크로 패턴을 형성한다. 마이크로 패턴 형성 방법은 광 리소그래피, 임프린트 리소그래피, 연성 식각, 사출 성형 등 다양한 방법이 적용될 수 있다.

이후, 도 8d에 도시된 바와 같이 에칭을 하여 상기 배기부재(140)의 표면 일부를 부식시킨 후 상기 배기부재(140)의 표면에 존재하는 레지스트층(161)을 제거한다. 이때 에칭은 건식 에칭, 또는 습식 에칭 등 다양한 방식의 에칭이 적용될 수 있다. 즉, 상기 배기부재(140)를 부식액(solution)에 노출시켜 부식시키거나, 플리즈마(plasma)에 노출시켜 상기 미세홈(142)을 형성할 수도 있다.

도 9는 본 발명에 따른 배기부재에 에칭으로 미세홈을 형성하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

도시된 바와 같이 배기부재(140) 상에 레지스트층을 형성하는 단계(S110), 상기 레지스트층에 마이크로 패턴을 형성하는 단계(S120), 상기 배기부재(140)의 표면 일부를 부식시키는 단계(S130) 및 상기 레지스트층을 제거하는 단계(S140)를 통해 상기 미세홈(142)을 형성할 수 있다.

이때 티타늄 코팅 단계(S150)를 추가할 수 있으며, 티타늄 코팅에 의하여 부식 방지하고, 미세홈(142)이 확장되는 것을 방지할 수 있다.

이처럼 배기부재(140)에 에칭으로 미세홈(142)을 형성하게 되면 용융수지와 가스를 원활히 분리하여 배출할 수 있다.

또한, 상기 배기부재(140)의 미세홈(142)은 레이져(light amplification by stimulated emission of radiation) 가공을 통해 형성할 수도 있다.

상술한 바와 같이, 상기 미세홈(142)의 깊이는 0.001~0.02mm의 범위인 것이 바람직하므로, 이러한 정밀도를 갖도록 하기 위해서는 정밀 가공에 적합한 레이저 가공을 적용할 수 있다.

도 10과 11은 본 발명에 따른 배기부재에 레이저 가공으로 미세홈을 형성하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도시된 바와 같이, 배기부재(140) 표면을 연마하는 단계(S210), 배기부재(140) 표면의 이물질 제거하는 단계(S220), 배기부재(140) 표면에 레이저 가공을 하여 미세홈(142)을 형성하는 단계(S231), 폴리싱(polishing) 단계(S233), 배기부재(140) 표면에 티타늄 코팅하는 단계(S235)를 통해 미세홈(142)을 형성할 수 있다.

여기서, 배기부재(140) 표면의 이물질 제거하는 단계(S220)는 배기부재(140) 미세홈(142)의 정밀도를 높일 수 있도록 각각의 단계 중간에 실시할 수도 있고, 상기 폴리싱(polishing) 단계(S233) 또한 제작 공정 중간에 삽입 될 수 있다.

상기 배기부재(140) 표면에 티타늄 코팅하는 단계(S235)를 거치게 되면, 배기부재(140)의 표면에서 발생할 수 있는 부식을 방지할 수 있고, 미세홈(142)이 커지는 현상을 방지할 수 있다.

도 11에 도시된 바와 같이, 레이저 가공 단계(S239) 전후에 티타늄 코팅 단계(S237)를 거칠 수 있으며, 이는 표면 정밀도를 높이며 가공 후 부식을 방지할 수 있다. 도 11에 도시된 바와 마찬가지로, 배기부재(140) 표면의 이물질 제거하는 단계(S220)가 배기부재(140)에 형성되는 미세홈(142)의 정밀도를 높일 수 있도록 각각의 단계 중간에 실시할 수도 있다. 상기 폴리싱(polishing) 단계(S233) 또한 제작 공정 중간에 삽입 될 수도 있다.

이처럼 레이저 가공으로 미세홈(142)을 형성하게 되면 표면 가공 단계를 거쳐 표면 보다 매끄럽게 가공되어 가스 배출이 보다 원활해 질 수 있다.

소형 기계에 사용될 기어 같은 작은 금속부품을 만드는 경우처럼 몇몇 경우에는 주조를 하면 상당히 많은 기계 가공을 해야 하며, 손실되는 금속조각이 많기 때문에 분말야금을 이용하는 것이 보다 경제적일 수 있다. 또한 텅스텐 같은 금속처럼 녹는점이 매우 높거나, 또는 구리와 흑연처럼 서로 녹지 않는 물질로 이루어진 합금을 만드는 경우에도 용융시키는 것이 비실용적이다. 이러한 분말야금법은 액체나 기체가 투과할 수 있는 다공성 물체를 만드는 데 이용되기도 한다.

이러한 분말야금법 중 소결(sintering)방법을 이용하여 상기 미세홈(142)이 형성된 배기부재(140)를 만들 수 있다. 소결방법으로 배기부재(140)를 형성하게 되면, 정밀하게 상기 배기부재(140)를 형성할 수 있고, 이에 추가하여 상기 미세홈(142)을 형성하면 용융수지에 포함된 가스 성분이 투과할 수 있어 더욱 효과적인 가스 배출을 기대할 수 있다.

도 12는 진공펌프를 이용하여 용융수지로부터 가스를 강제로 분리할 수 있도록 한 구성을 설명하기 위한 사용상태도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 배기부(50)는 메인몸체(110) 외주면에 진공펌프(150)를 설치하여 용융수지로부터 가스를 강제로 분리할 수 있다.

이와 같은 구성에 의하면 상기 가스 챔버(145), 분할된 배기부재(140)의 조각 틈새, 상기 제1가이드홈(131)과 제2가이드홈(132) 등으로부터 보다 빠르고 효율적으로 가스를 추출하여 배출할 수 있게 된다.

이와 같이 구성된 본 발명에 의한 배기부의 작용 및 동작을 첨부한 도면에 의거 설명하면 다음과 같다.

메인몸체(110)의 용융수지 통로(111)로 공급된 용융수지는 연결공(134)을 통하여 제2가이드홈(132)으로 공급되고, 상기 제2가이드홈(132)을 따라 이동한다. 그러나 상기 제2가이드홈(132)은 그 끝이 막혀 있으므로 상기 용융수지는 이동을 제한받으면서 제1가이드홈(131)으로 넘어간 후 제1가이드홈(131)을 따라 이동한다. 이 과정에서 용융수지는 얇고 고르게 펴지게 되며, 이때 용융수지에 포함되어 있는 가스 성분이 효과적으로 추출된다.

이후, 추출된 가스 성분은 배기부재(140)들 사이에 형성된 틈을 통하여 가스 챔버(145)에 수집된다. 또한, 상기 배기부재(140)를 구성하는 각 조각들 사이의 틈을 통하여도 가스 챔버(145)에 수집된다. 그 후, 수집된 가스는 배기부재(140)를 구성하는 각 조각들 사이의 틈을 통하여 메인몸체(110)의 내주면으로 이동되고, 상기 메인몸체(110)에 형성된 가스 배기구(112)를 통하여 메인몸체(110)의 외부로 최종 배출된다.

계속해서 본 발명에 따른 안내부재(130) 및 배기부재(140)의 변형된 구성에 대해 설명하기로 한다.

도 13은 본 발명에 따른 안내부재의 변형된 구성을 설명하기 위한 참조사시도이고, 도 14는 도 13의 I-I에 따른 단면도이다.

도시된 바와 같이, 변형된 안내부재(130-2)는 변형전과 같이 복수의 가이드홈(131-2)이 형성되어 있는 구성에는 변함이 없으나 상기 가이드홈(131-2)은 변형전보다 촘촘하게 밀집되게 형성되고 헤드(120)방향과 그 반대방향 양편으로 모두 뚫려 있는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 구성에 따르면 변형전 안내부재(130)와 비교하여 구성이 더욱 간단하여 생산비용을 줄일 수 있는 장점을 갖게 된다.

도 15 내지 도 17은 변형된 형태의 배기부재를 설명하기 위한 참조 정면도이다.

도 15의 경우, 변형전 배기부재(140)와 비교하여 여러 조각들로 분할된 구성은 동일하나 제1돌기(143)에 형성된 배기공(147)을 제거한 것을 특징으로 한다. 이같이 상기 배기공(147)이 배제되더라도 각 조각들의 틈 사이로 미세한 유로가 형성되어 가스의 배출이 가능하다.

도 16의 경우, 변형전 배기부재(140)와 비교하여 여러 조각들로 분할되지 않은 단일의 몸체로 형성되고 제1돌기(143)에 복수의 배기공(147)이 구비된 것을 특징으로 한다. 이같은 구성에 따르면 각 조각들의 틈 사이로 가스의 배출은 이루어지지 않더라도 제1돌기(143)에 구비된 복수의 배기공(147)들에 의해 가스의 배출이 원활하게 이루어진다.

도 17의 경우, 변형전 배기부재(140)와 비교하여 여러 조각들로 분할되지 않은 단일의 몸체로 형성되는 대신 제1돌기(143)가 가스를 배출할 수 있도록 이격을 두고 분할된 복수의 조각 돌기들로 이루어지는 것을 특징으로 한다. 이같은 구성에 따르면 상기 배기공(147)과 마찬가지로 각 조각 돌기들의 틈 사이로 가스의 배출이 원활하게 이루어진다.

이와 같이 배기부에 의해 가스가 제거된 융용수지는 사출부로부터 금형으로 사출되어 성형물을 성형하게 된다.

이하에서는 필름층에 문양 또는 패턴을 형성하는 방법에 설명하기로 한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전사 인몰드 사출 성형방법의 필름층은 본 청구의 범위에 기재된 바와 같이 다양한 방법으로 실시될 수 있는데, 본 실시예에서는 하기와 같은 세부적인 기술요소들을 모두 포함하는 실시예에 대하여 설명하기로 한다.

상기 필름층은 패턴을 형성하기 위한 기재로 사용되는 층으로, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET;polyethyleneterephthalate), 폴리카보네이트(PC; polycarbonate), 폴리비닐알코올(PVA; polyvinyl alcohol), 나일론(nylon) 및 이들의 혼합물 소재의 필름으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다. 필름층은 두께가 12 내지 188㎛인 것이 바람직하다.

패턴층은 최종 제품의 표면을 이루게 되는 표면층을 장식하기 위하여 패턴을 형성하기 위한 층으로, 상기 필름층의 배면에 형성된다.

상기 표면층을 장식하기 위한 패턴은 나뭇결 무늬(wood grain), 돌무늬, 헤어라인(hair line), 홀로그램, 매트(mat) 등의 각종 디자인일 수 있으며, 광택을 조절할 수도 있다.

상기 패턴층은 패턴층 형성용 조성물을 실크스크린 인쇄, (마이크로) 그라비아 인쇄 등의 인쇄방법; 마이크로그라비아, 롤코팅, 콤마코팅 등의 코팅방법; 또는 롤 브러쉬(roll brush)가공, 프레스 가공 등의 가공방법을 이용하여 원하는 디자인으로 패턴화함으로써 형성할 수 있다.

상기 패턴층 형성용 조성물은 아크릴 폴리올(acrylic polyol) 수지, 이소시아네이트(isocyanate) 경화제와 톨루엔(toluene), 메틸에틸케톤(MEK ;methylethylketone) 및 에틸셀루솔브(ethylcellusolve)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 용매를 포함하며, 실리카, 니트로셀룰로오스 등의 첨가제를 더 포함할 수 있다. 이때, 각 성분들은 패턴층을 형성하기 위한 방법과 패턴층의 두께에 따라 그 함량을 조절하여 사용할 수 있다.

이형층은 사출성형이 완료된 후, 상기 필름층과 패턴층을 최종 제품의 표면을 이루게 되는 표면층과 분리하기 위한 층으로, 상기 패턴층의 배면에 형성된다.

상기 이형층은, 실리콘 경화된 제품을 사용하여 형성할 수 있으나 내약품성이 강하여 재도장성이 부여되지 않는 물질을 사용하는 것이 바람직하며, 피막자체가 패턴층 또는 필름층 자체에서 분리되는 것을 사용할 수도 있다.

구체적으로, 각종 실리콘(silicone), 왁스(wax), 셀룰로오스 아세테이트(cellulose acetate) 또는 니트로셀룰로오스(nitrocellulose) 등의 이형성 물질, 또는 아크릴 변성 실리콘 수지, 멜라민 수지 및 알키드 수지로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 수지를 포함하는 이형층 형성용 조성물을 사용하여 형성할 수 있다.

이러한 상기 이형층 형성용 조성물을 상기 패턴층의 배면에 마이크로 그라비아코팅, 롤 코팅, 딥 코팅 또는 스프레이 코팅 등의 방법을 이용하여 도포하고 130 내지 220℃, 바람직하게는 150 내지 200℃의 온도에서 적정 시간 동안 건조하여 이형층을 형성할 수 있다.

표면층은 최종 합성수지 제품의 표면을 이루게 되는 층으로, 상기 이형층의 배면에 형성된다. 상기 표면층은 두께가 2 내지 30㎛인 것이 바람직하다.

인쇄층은 색상과 그림을 구현하기 위한 층으로, 상기 표면층의 배면에 형성된다.

상기 인쇄층은 통상의 자연 건조형, 자외선 경화형, 열경화형 잉크 또는 코팅제 등을 모두 사용하여 형성할 수 있으며, 색상을 구현하기 위하여 착색제를 함께 사용할 수 있다.

상기 인쇄층이 단색인 경우에는 전면 인쇄방법 또는 코팅방법을 이용하여 동일하고 균일한 색상을 구현할 수 있으며, 그림을 인쇄하는 경우에는 도안을 각종 인쇄방법을 이용하여 해상도가 우수한 디자인을 구현할 수 있다.

이때, 인쇄방법 또는 코팅방법은 패턴층의 형성에서와 동일한 방법을 사용할 수 있으며, 그 밖에도 오프셋 인쇄방법, 잉크젯 승화전사방법 등을 사용할 수 있다.

상기 인쇄층은 알루미늄 페이스트, 구리 페이스트, 펄 등의 입자를 스퍼터링 방법으로 증착하여 형성할 수도 있다. 이때, 잉크 단독 또는 별도의 코팅(인쇄)을 행하여 증착 프라이머를 형성하여, 인쇄와 증착을 동시에 적용할 수도 있다.

또한, 상기 인쇄층은 하기 접착층을 형성하기 위한 수지를 이용하여 접착층에 직접 형성할 수도 있다. 상기 인쇄층은 두께가 1 내지 100㎛, 바람직하게는 1 내지 30㎛인 것이 바람직하다.

상기 접착층은 인몰드 성형용 필름이 합성수지 제품의 사출물과 부착되는 접착성을 향상시키기 위한층으로, 상기 인쇄층의 배면에 형성된다.

상기 접착층은, 각종 합성수지 사출물 소재 또는 금속판과 열접착 및 접착성이 우수한 핫멜트 및 열반응형 접착제로 폴리아크릴, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 에틸렌비닐아세테이트, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 또는 각종 고무계 접착제 등과 같이 열융착이 가능한 고분자수지와, 열고착형 아크릴계 수지 점착제 등을 사용하여 형성할 수 있다. 이러한 물질들은 용매나 열에 의해 잘 용융된다.

상기 접착층을 형성하기 위한 물질은 사출물 소재의 종류에 따라 선택하여 사용할 수 있는데, 예를 들어 폴리카보네이트 사출물 소재인 경우에는 아크릴계 수지와 폴리카보네이트 수지를 혼합하여 사용할 수 있다. 접착층 형성 물질을 상기 인쇄층의 배면에 마이크로그라비아 코팅, 롤 코팅, 딥 코팅 또는 스프레이 코팅 등의 방법을 이용하여 도포하고 건조하여 접착층을 형성할 수 있다.

이하에서는 이와 같이 구비되는 사출성형용 용융수지 및 필름층을 이용하여 전사 인몰드 방식으로 사출성형 제품을 성형하는 방법에 대하여 설명하기로 한다.

본 발명의 전사 인몰드 사출 성형 제품의 다른 제조방법은, (Ⅰ) 필름층; 패턴층; 이형층; 자외선 경화형 수지를 포함하는 표면층 형성용 조성물을 도포하여 형성된 표면층; 인쇄층; 및 접착층을 포함하는 인몰드 성형용 필름을 제조하는 제1단계; (Ⅱ) 제조된 필름을 몰드에 삽입하는 제2단계; (Ⅲ) 삽입된 필름의 배면으로 상기와 같이 가스가 제거된 용융수지를 투입하여, 상기 표면층을 1차 경화하는 동시에 사출성형하는 제3단계; (Ⅳ) 사출성형된 성형제품으로부터 이형층을 제거하는 제4단계를 포함한다.

여기서 사용자의 선택에 따라 이형층이 제거된 합성수지 제품에 자외선을 조사하여 표면층을 2차 경화시키는 제5단계를 포함할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전사 인몰드 사출 성형방법에 대하여 설명하기로 한다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 전사 인몰드 사출 성형방법은 사출성형물을 제조하는 방법 및 필름을 제조하는 단계는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전사 인몰드 사출 성형방법과 동일 또는 유사하다.

다만 사출성형이 완료된 사출성형물에 문양 또는 패턴이 형성된 필름을 가압하여 상기 사출성형물에 문양 또는 패턴을 형성하는 것으로 차이가 있으며 이하설명에서는 도 18내지 도24를 참조하여 다른 부분을 중심으로 설명하기로 한다.

도 18은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전사인몰드 사출성형방법 흐름도이다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 전사인몰드 사출성형방법은 크게 도 18에 도시된 바와 같이 사출 성형물과 필름을 몰드에 각각 셋팅하는 단계, 1차 진공처리 단계, 필름 가열 단계, 2차 진공처리 단계, 하부진공유지/압축공기 가압단계 및 압축공기 방출/성형품 취출 후 트리밍 단계로 크게 나눌 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 전사인몰드 사출성형장치의 작동 예시도인 도 19내지 도 24를 참조하여 좀 더 자세히 설명하면 먼저 사출 성형물과 필름 셋팅단계는 도 19와 같이 각각 상부몰드(410)와 하부 몰드(420)로 나뉘는 몰드부(400) 내부에 사출 성형물(440)은 지지판(442)위에 위치시키며, 상기 필름(430)은 고정장치(미도시)를 이용하여 위치시키는 것을 말한다.

상기 1차 진공단계는 도 20과 같이 각각 사출 성형물(440)과 필름(430)이 위치된 몰드부(400)를 밀봉한 후 진공장치(422)를 이용하여 상기 몰드부 내부(500) 공기를 흡입하여 상기 몰드부 내부(500)를 진공상태로 만드는 것을 말한다.

상기 필름 가열 단계는 도 21에 도시된 바와 같이 상기와 같이 몰드부(400)내부(500)가 진공상태로 된 다음 가열장치(450)들을 이용하여 상기 필름(430)을 가열하는 것을 말한다.

상기 2차 진공 단계는 도 22에 도시된 바와 같이 상기 필름(430)을 가열한 후 진공장치(422)를 이용하여 상기 몰드부 내부(500) 공기를 추가로 흡입하여 2차 진공상태로 만드는 것을 말한다.

상기 하부진공유지/압축공기로 가압단계는 도 23에 도시된 바와 같이 상기 지지판(442)을 상승시켜 상기 몰드부 내부(500)의 상부 및 하부를 격리시키면서 상기 몰드부 내부(500)의 하부는 진공상태를 유지한다. 그리고 상기 지지판(442)이 상승하면서 상기 가열된 필름(430)이 상기 사출 성형물(440)에 부착되도록 하며, 그리고 상기 몰드부 내부(500) 상부를 압축장치(412)를 이용하여 가압하여 상기 필름(430)이 상기 사출성형물에 가압밀착부착되도록 하는 것을 말한다.

상기 압축공기 대기 방출 및 성형품 취출 및 트리밍 단계는 도 24에 도시된 바와 같이 밀폐된 상기 몰드부(400)를 개방하여 압축공기를 대기로 방출하며 상기 지지판(422) 및 사출 성형물(440)에 부착된 필름부분 중 불필요한 부분을 제거하는 것을 말한다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예 및 다른 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예들을 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.

10: 장치어셈블리 22: 공급부 30: 인쇄부 40: 몰드부
28: 배기부 26: 사출부 110: 메인몸체
120: 헤드 130: 안내부재 140: 배기부재
111: 통로 112: 배기구 121: 분사구
135a, 135b: 콘 131: 제1가이드홈 132: 제2가이드홈
133: 지지부 134: 연결공 143: 제1돌기
144: 제2돌기 145: 가스챔버 142: 미세홈

Claims (13)

1. 필름층의 상면에 문양 또는 패턴을 형성하는 단계;
   상기 문양 또는 패턴이 형성된 필름을 몰드에 삽입하는 단계;
   사출 성형 원료를 공급하는 단계;
   상기 공급된 원료를 가열하여 용융수지를 형성하는 단계;
   상기 용융수지로부터 가스를 배기시키는 단계;
   상기 몰드에 삽입된 필름층위로 상기 가스가 배기된 용융수지를 투입하여 사출 성형하는 단계;를 포함하는 전사 인몰드 사출 성형방법.
2. 필름층의 상면에 표면층을 형성하는 단계;
   필름층의 배면에 이형층을 형성하는 단계;
   상기 이형층의 배면에 문양 또는 패턴이 형성된 인쇄층을 형성하는 단계;
   상기 인쇄층이 형성된 필름층을 몰드에 삽입하는 단계;
   사출 성형 원료를 공급하는 단계;
   상기 공급된 원료를 가열하여 용융수지를 형성하는 단계;
   상기 용융수지로부터 가스를 배기시키는 단계;
   상기 몰드에 삽입된 필름층의 인쇄층 배면으로 상기 가스가 배기된 용융수지를 투입하여 사출성형하는 단계;를 포함하는 전사 인몰드 사출 성형방법.
3. 필름층의 상면에 UV 하드코팅층을 형성하는 단계;
   상기 필름층의 배면에 문양 또는 패턴이 형성된 인쇄층을 형성하는 단계;
   상기 인쇄층이 형성된 필름층을 몰드에 삽입하는 단계;
   사출 성형 원료를 공급하는 단계;
   상기 공급된 원료를 가열하여 용융수지를 형성하는 단계;
   상기 용융수지로부터 가스를 배기시키는 단계;
   상기 몰드에 삽입된 필름층의 인쇄층 상면으로 상기 가스가 배기된 용융수지를 투입하여 사출성형하는 단계;를 포함하는 전사 인몰드 사출 성형방법.
4. 사출 성형 원료를 공급하는 단계;
   상기 공급된 원료를 가열하여 용융수지를 형성하는 단계;
   상기 용융수지로부터 가스를 배기시키는 단계;
   상기 가스가 배기된 용융수지를 사출성형하여 사출성형물을 제조하는 단계;
   상기 사출성형물을 몰드에 위치시키는 단계;
   필름에 문양 또는 패턴을 형성하는 단계;
   상기 문양 또는 패턴이 형성된 필름을 몰드에 위치시키는 단계;
   상기 몰드에 위치된 필름을 상기 몰드에 위치된 사출성형물에 가압하여 상기 사출성형물에 문양 또는 패턴을 형성하는 단계;를 포함하는 전사 인몰드 사출 성형방법.
5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한항에 있어서,
   상기 사출 성형물은 상기 용융수지를 일정 구간 흐르도록 안내하면서, 그 일정 구간 외측을 링 형태로 형성된 복수의 배기부재가 감싸도록 함으로써 상기 용융수지로부터 가스가 배기되도록 하는 것을 특징으로 하는 전사 인몰드 사출 성형방법.
6. 제 5항에 있어서,
   상기 배기부재는 일측면 외주면에 길이방향으로 돌출된 제1돌기와, 일측면 내주면에 길이방향으로 돌출되고 방사방향으로 형성된 배기용 미세홈을 구비한 제2돌기와, 상기 제1돌기와 제2돌기 사이에 형성된 가스 챔버를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 전사 인몰드 사출 성형방법.
7. 제 6항에 있어서,
   상기 제1돌기는 제2돌기에 비해 길이방향으로 높게 형성된 것을 특징으로 하는 전사 인몰드 사출 성형방법.
8. 제 6항에 있어서,
   상기 배기부재는 복수개의 조각으로 분할된 것을 특징으로 하는 전사 인몰드 사출 성형방법.
9. 제 6항에 있어서,
   상기 배기부재의 제1돌기에는 가스를 배출할 수 있는 복수의 배기공이 더 구비된 것을 특징으로 하는 전사 인몰드 사출 성형방법.
10. 제 6항에 있어서,
    상기 배기부재의 제1돌기는 가스를 배출할 수 있도록 이격을 두고 분할된 다수의 돌기들로 이루어진 것을 특징으로 하는 전사 인몰드 사출 성형방법.
11. 제 6항에 있어서,
    상기 용융수지를 일정 구간 흐르도록 안내하기 위하여, 외측면에 길이방향을 따라 용융수지의 이동을 안내하는 가이드홈을 구비한 안내부재를 구비하여 사용하는 것을 특징으로 하는 전사 인몰드 사출 성형방법.
12. 제 6항에 있어서,
    상기 배기부재의 미세홈은 에칭, 방전 가공, 레이저 가공 중 어느 한 방법으로 형성하는 것을 특징으로 하는 전사 인몰드 사출 성형방법.
13. 제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항의 제조방법으로 제조된 것을 특징으로 하는 전사 인몰드 사출성형물.

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