KR20130124774A - 면상 히터가 형성된 가열금형을 구비한 사출성형장치, 면상 히터가 형성된 가열금형 및 면상 히터가 형성된 가열금형의 제조방법 - Google Patents

면상 히터가 형성된 가열금형을 구비한 사출성형장치, 면상 히터가 형성된 가열금형 및 면상 히터가 형성된 가열금형의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 분리형 금형을 구비한 사출성형장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 가열금형에 면상 히터가 형성된 분리형 금형을 구비한 사출성형장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 면상 히터가 형성된 가열금형을 구비한 사출성형장치는 제1금형과 제2캐비티면을 포함하는 제2금형을 포함한다. 그리고 제1금형은, 제1면과 상기 제1면으로부터 떨어져 있으며 면상 히터가 형성된 제2면을 구비하며, 상기 제1면은 상기 제2캐비티면과 마주보며, 상기 제2캐비티면과 함께 캐비티를 형성하는 제1캐비티면을 포함하는 가열금형과, 상기 가열금형의 위치를 기준으로, 상기 가열금형의 제2면과 접하는 제1위치와 상기 가열금형의 제2면으로부터 멀어지는 제2위치 사이에서 이동하며, 상기 가열금형의 제2면과 접하는 냉각면을 구비한 냉각금형을 포함한다. 여기서 상기 면상 히터는 상기 가열금형의 제2면에 형성되는 제1절연층과, 상기 제1절연층 위에 형성되는 발열체 패턴과, 상기 발열체 패턴이 형성된 제1절연층 위에 형성되는 제2절연층을 포함한다. 상술한 사출성형장치는 가열금형 전체를 균일하게 가열할 수 있으며, 히터 매설을 위한 가열금형 가공에 의한 가열금형의 강도 저하를 방지할 수 있는 효과가 있다. 또한, 곡면형상의 캐비티면을 구비하는 사출성형장치에도 적용이 용이하다.

Description

면상 히터가 형성된 가열금형을 구비한 사출성형장치, 면상 히터가 형성된 가열금형 및 면상 히터가 형성된 가열금형의 제조방법{Injection molding apparatus having heating mold with heating layer, heating mold with heating layer and manufacturing method of heating mold with heating layer}
본 발명은 분리형 금형을 구비한 사출성형장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 가열금형에 면상 히터가 형성된 분리형 금형을 구비한 사출성형장치에 관한 것이다.
합성수지나 금속의 사출성형은 캐비티가 형성된 고정금형(캐비티금형)과 코아가 형성된 가동금형(코아금형) 사이에 용융상태의 합성수지나 금속을 주입하고 냉각시켜서 캐비티 형상의 성형품을 얻는 것을 말한다.
사출성형에 있어서, 용융재료의 주입 시에는 금형의 온도가 가능하면 용융재료의 온도와 동일한 것이 바람직하다. 주입된 재료의 유동과 캐비티 표면의 패턴의 전사성을 향상시키고 용융된 재료가 굳은 후 잔류응력에 의한 변형을 줄일 수 있기 때문이다.
또한, 용융된 재료의 주입이 완료된 후에는 금형의 온도를 낮추어 주입이 완료된 재료가 빨리 냉각되도록 하여 사출성형의 싸이클 타임을 짧게 하여 생산성을 높일 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
그러나, 금형의 온도를 높이면 유동성과 전사성이 우수해지나 냉각에 시간이 많이 소요되어 사출 성형의 사이클 타임이 길어지는 문제점이 있고, 싸이클 타임을 짧게 하기 위하여 금형이 급속히 냉각되도록 부피를 작게 할 경우에는 강성이 약하여 제품에 변형이 발생하거나 내구성이 나쁘게 되는 문제점이 있다.
이러한 문제를 개선하기 위한 방법으로서, 본 발명자는 중간코아금형판과 코아금형지지판으로 분리된 코아금형을 구비한 사출성형장치를 개발하여 등록특허 제0644920호, 제0644926호, 제0644922호로 등록받은 바 있다.
이 사출성형장치를 사용하면, 전열히터를 사용하여 중간코아금형판(가열금형)을 적절한 온도로 급속히 가열하고, 동시에 코아금형지지판(냉각금형)을 적절한 온도로 냉각한 후, 금형을 형합하고, 사출재료를 주입하여 성형을 하게 된다. 금형을 형합하는 과정에서 중간코아금형판이 미리 냉각되어 있는 코아금형지지판과 접촉하면서 냉각되므로, 중간코아금형판의 급속한 냉각이 가능하다. 따라서 사출재료의 주입이 완료되는 즉시 사출재료의 응고가 시작되어 사출성형 사이클 타임을 줄일 수 있다.
한국등록특허공보 제0644920호 한국등록특허공보 제0644926호 한국등록특허공보 제0644922호 일본공개특허공보 특개평11-277539 국제공개공보 WO 02/00415 A1
그러나, 종래의 분리된 코아금형을 구비한 사출성형장치는 분리된 중간코아금형판에 홈을 가공한 후 홈에 전열히터를 매설한 것으로서, 가공된 홈에 의해서 중간코아금형판의 내구성이 약해진다는 문제가 있었다.
또한, 전열히터와 캐비티 면 사이의 거리가 일정하지 않기 때문에 중간코아금형의 위치별로 온도 편차가 발생한다는 문제가 있었다.
또한, 전열히터를 매설하기 위해서 중간코아금형판의 두께가 최소한 전열히터의 두께 이상이어야 하므로, 중간코아금형판의 두께를 원하는 만큼 줄일 수 없다는 문제가 있었다. 이로 인해, 코아금형의 가열 및 냉각 속도를 원하는 만큼 빠르게 하여 사이클 타임을 더욱 줄이고자 하는 요구에 대응하기 어려웠다.
또한, 곡면 형상의 캐비티를 구비한 중간코아금형판을 제작하기가 매우 어려웠다.
본 발명은 상술한 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 금형의 내구성을 유지하면서도 가열속도가 더욱 빠르며, 위치별 온도 편차가 적은 사출성형장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 상기 사출성형장치용 가열금형을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 상기 사출성형장치용 가열금형을 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 면상 히터가 형성된 가열금형을 구비한 사출성형장치는 제1금형과 제2캐비티면을 포함하는 제2금형을 포함한다.
그리고 제1금형은, 제1면과 상기 제1면으로부터 떨어져 있으며 면상 히터가 형성된 제2면을 구비하며, 상기 제1면은 상기 제2캐비티면과 마주보며, 상기 제2캐비티면과 함께 캐비티를 형성하는 제1캐비티면을 포함하는 가열금형과, 상기 가열금형의 위치를 기준으로, 상기 가열금형의 제2면과 접하는 제1위치와 상기 가열금형의 제2면으로부터 멀어지는 제2위치 사이에서 이동하며, 상기 가열금형의 제2면과 접하는 냉각면을 구비한 냉각금형을 포함한다.
여기서 상기 면상 히터는 상기 가열금형의 제2면에 형성되는 제1절연층과, 상기 제1절연층 위에 형성되는 발열체 패턴과, 상기 발열체 패턴이 형성된 제1절연층 위에 형성되는 제2절연층을 포함한다.
상술한 사출성형장치는 가열금형 전체를 균일하게 가열할 수 있으며, 히터 매설을 위한 가열금형 가공에 의한 가열금형의 강도 저하를 방지할 수 있는 효과가 있다. 또한, 곡면형상의 캐비티면을 구비하는 사출성형장치에도 적용이 용이하다.
상기 가열금형의 제1절연층에는 압축잔류응력이 부여되는 것이 바람직하다. 압축잔류응력은 가열금형의 가열시, 가열금형의 제2면과 제1절연층 사이의 열팽창 계수 차이에 의해, 제1절연층에 걸리는 인장응력을 어느 정도 상쇄할 수 있다. 따라서 인장응력에 의해서 제1절연층에 크랙이 생기면서 제1절연층이 금속 플레이트에서 박리되는 것을 방지할 수 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 면상 히터가 형성된 가열금형은 캐비티면을 포함하는 제1면과, 상기 제1면으로부터 떨어져 있는 제2면과, 상기 제2면에 형성되는 제1절연층과, 상기 제1절연층 위에 형성되는 발열체 패턴과, 상기 발열체 패턴이 형성된 제1절연층 위에 형성되는 제2절연층을 포함할 수 있다.
상기 제1절연층에는 압축잔류응력이 부여되는 것이 바람직하다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 면상 히터가 형성된 가열금형의 제조방법은 캐비티면을 포함하는 제1면과, 상기 제1면으로부터 떨어져 있는 제2면을 구비하는 금속 플레이트를 제작하는 단계와, 상기 금속 플레이트의 제2면을 샌딩하는 단계와, 상기 금속 플레이트를 가열하여 팽창시키는 단계와, 가열되어 팽창된 상기 금속 플레이트의 제2면에 제1절연층을 코팅하는 단계와, 상기 제1절연층 위에 발열체 패턴을 형성하는 단계와, 상기 발열체 패턴이 형성된 제1절연층 위에 제2절연층을 코팅하는 단계를 포함할 수 있다.
상술한 제조방법에 있어서, 상기 금속 플레이트를 가열하여 팽창시키는 단계는, 상기 금속 플레이트를 가열금형의 사용시의 가열온도 이상이며, 상기 금속 플레이트의 용융점 이하인 온도에서 가열하는 단계인 것이 바람직하다.
또한, 상기 금속 플레이트를 냉각하여 상기 제1절연층에 압축잔류응력을 부여하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 면상 히터가 형성된 가열금형을 구비한 사출성형장치는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 가열금형 전체를 균일하게 가열할 수 있다.
둘째, 곡면형상의 캐비티면을 구비하는 사출성형장치에도 적용이 용이하다.
셋째, 히터 매설을 위한 가열금형 가공에 의한 가열금형의 강도 저하를 방지할 수 있다.
넷째, 히터 매설을 위한 공간이 필요 없으므로, 가열금형의 두께를 더욱 얇게 할 수 있다. 따라서 가열금형의 가열 및 냉각 시간이 단축되어 사이클 타임을 줄일 수 있다.
다섯째, 히터로부터 캐비티면까지의 거리가 균일하므로, 편차를 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 면상 히터가 형성된 가열금형을 구비한 사출성형장치를 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 면상 히터가 형성된 가열금형을 구비한 사출성형장치의 금형이 형개된 상태를 나타내는 개략도이다.
도 3은 도 2에 도시된 금형이 형합된 상태를 나타내는 개략도이다.
도 4는 도 2에 도시된 가열금형의 일부를 나타낸 개략도이다.
도 5는 가열금형의 다른 실시예의 개략도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 의한 면상 히터가 형성된 가열금형의 제조방법의 순서도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태들로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 면상 히터가 형성된 가열금형을 구비한 사출성형장치를 개략적으로 나타내는 블록도이다. 도 1에 도시된 바와 같이 사출부는 캐비티에 성형하기 위한 재료를 주입하기 위한 부분으로서, 가열실린더(122)와 가열실린더(122)의 내부에 설치되는 스크류(124)와, 스크류(124)를 회전시키는 유압모터(120)를 구비한다. 또한, 제2금형고정판(50)을 이동시키기 위하여 유압실린더(110)가 구비된다. 또한, 제1금형의 냉각금형(20)은 제1금형고정판(10)에 고정되고 제1금형고정판(10)에는 사출시 가열실린더(122)가 밀착되도록 구비되며 주입통로(24)를 통하여 캐비티에 용융된 사출재료가 주입된다.
상기 가열실린더(122)의 내부에는 가열실린더(122)의 길이방향으로 스크류(124)가 설치되고, 일측에는 상기 스크류(124)와 연결되어 스크류(124)를 회전시키기 위한 유압모터(120)가 설치되어 있다. 또한, 사출제어부(310)는 유압실린더(110)와, 유압모터(120) 및 금형온도제어부(320)와 전기적으로 연결되도록 설치되며, 금형온도제어부(320)는 냉각금형(20)에 설치된 냉각수배관(23)에 흐르는 냉각수의 흐름을 제어하는 밸브(322)와, 가열금형(30)에 설치되는 면상 히터(33)와, 가열금형(30)에 설치되는 온도센서(60)와 전기적으로 연결되도록 설치된다.
도 2는 도 1에 도시된 면상 히터가 형성된 가열금형을 구비한 사출성형장치의 금형이 형개된 상태를 나타내는 개략도이며, 도 3은 도 2에 도시된 금형이 형합된 상태를 나타내는 개략도이다.
도 2를 참조하면, 제1금형은 냉각금형(20)과 가열금형(30)을 포함한다. 가열금형(30)은 제2금형(40)의 제2캐비티면(41)과 마주보는 곡면인 제1캐비티면(31)과 반대 면인 제2면(32)을 구비한다. 도 3을 참조하면, 제1캐비티면(31)은 제2캐비티면(41)과 함께 용융된 사출 재료가 주입되는 캐비티를 형성한다.
도 4는 도 2에 도시된 가열금형의 일부를 나타낸 개략도이다.
가열금형(30)의 제2면(32)에는 면상 히터(33)가 형성되어 있다. 면상 히터(33)는 제2면(32)위에 형성되는 제1절연층(331)과 제1절연층(331) 위에 형성되는 발열체 패턴(332)과, 발열체 패턴(332)이 형성된 제1절연층(331) 위에 형성되는 제2절연층(333)을 포함한다.
제2면(32)은 제1절연층(331)과의 접착성 향상시키고 및 단면적을 넓히기 위해서 샌딩 처리가 되어 있다.
제1절연층(331)은 발열체 패턴(332)과 가열금형(20)을 전기적으로 절연시키기 위한 것으로서, 내열결정화 유리, 초 내열 유리, 세라믹 등으로 이루어진다. 제1절연층(331)에는 압축잔류응력이 부여되어 있어, 면상 히터(33)의 발열시에 금속 재질인 가열금형(30)과 제1절연층(331)의 열팽창 계수 차이에 의해서 제1절연층(331)이 파괴되면서, 면상 히터(33)가 제2면(32)에서 박리되는 것을 최소화할 수 있다.
발열체 패턴(332)는 구리(Cu), 탄소(C), 은(Ag), 파라듐(Pd), 루테늄(Ru02), 은-파라듐 합금(Ag-Pd), 은-백금 합금(Ag-Pt), 인듐산화물(In2O3), 주석산화물(SnO2), 탄소나노튜브 등 전기전도성 물질을 포함한다.
발열체 패턴(322)에 전류를 흘리면, 줄 열이 발생하여 가열금형(30)이 가열된다. 발열체 패턴(322)은 두께가 0.01 내지 0.05㎜ 인 것이 바람직하다. 발열체 패턴(322)의 두께가 너무 얇으면, 전류가 충분히 흐르지 못해, 가열금형(30)을 원하는 온도까지 가열하기 어렵다.
발열체 패턴의 두께를 충분히 두껍게 하기 어려운 경우에는, 도 5에 도시된 바와 같이, 제2절연층(333) 위에 다시 발열체 패턴(335)을 형성하고, 발열체 패턴(335)이 형성된 제2절연층(333) 위에 다시 절연층(336)을 형성하는 방법으로 발열체 패턴의 적층 수를 늘려서 전류가 충분히 흐르도록 할 수도 있다. 도 5에는 발열체 패턴(332, 335)이 두 층인 것으로 도시되어 있으나, 적층 수는 필요한 히터 용량에 따라서 적절하게 선택할 수 있다.
제2절연층(333)은 발열체 패턴(332)과 냉각금형(20)을 전기적으로 절연시키기 위한 것이다. 제2절연층(333) 역시 제1절연층(331)과 마찬가지로 내열결정화 유리, 초 내열 유리, 세라믹 등으로 이루어진다. 제1절연층(331)과 제2절연층(333)은 동일한 소재로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 제2절연층(333) 위에는 보호 필름 층을 더 형성할 수 있다. 보호 필름 층은 제2절연층(333)의 표면에 이물질이 붙는 것을 방지하기 위한 것이다. 보호 필름 층은 테프론 수지와 같은 불소 수지 또는 SiO2-TiO2-RO 계 유리인 것이 바람직하다.
도 2와 3을 참고하면, 냉각금형(20)은 가열금형(30)과 접촉시 가열금형(30)을 급속하게 냉각시키기 역할은 한다. 냉각금형(20)은 내부에 형성된 냉각수 배관(23)을 포함한다. 냉각수 배관(23)은 미도시된 냉각수 탱크 및 냉각수를 순환시키기 위한 펌프와 연결된다.
냉각금형(20)에는 서포트 핀(28)이 결합되어 있다. 서포트 핀(28)은 가열금형(30)의 서포트 구멍(38)에 삽입된다. 서포트 핀(28)의 끝단에는 서포트 구멍(38)에 형성된 턱(39)에 걸리는 스토퍼(29)가 결합되어 있어, 냉각금형(20)과 가열금형(30)이 일정한 간격 이상으로 멀어지는 것을 방지한다.
가열금형(30)과 냉각금형(20) 사이에는 가열금형(30)과 냉각금형(20)이 서로 멀어지는 방향으로 탄성력을 가하는 코일스프링(36)이 설치되어 있다. 코일스프링(30)은 가열금형(30)에 형성된 코일스프링 수용구멍(37)에 삽입된다.
또한, 가열금형(30)과 냉각금형(20)에는 각각 안내구멍(35, 25)이 형성되어 있으며, 용융된 사출재료의 주입통로(34, 24)가 각각 형성되어 있다.
제2금형(40)에는 제1캐비티면(31)과 함께 용융된 사출재료가 주입되는 캐비티를 이루는 제2캐비티면(41)이 형성되어 있다. 또한, 제2금형(40)에는 가이드핀(45)이 설치되어 있다. 가이드핀(45)은 가열금형(30)의 안내구멍(35)를 관통하여 냉각금형(20)에 형성되어 있는 안내구멍(25)에 삽입된다.
이하에서는 상술한 면상 히터가 형성된 가열금형을 구비한 사출성형장치의 작용에 대하여 설명한다.
먼저, 면상 히터(33)에 전류를 공급하여 가열금형(30)을 가열한다. 냉각금형(20)의 냉각수 배관(23)으로는 계속 냉각수를 흘려서 냉각금형(20)을 효율적인 냉각에 필요한 온도를 유지하도록 냉각한다.
가열금형(30)과 냉각금형(20)이 분리되어 있으므로, 가열금형(30)의 가열과 냉각금형(20)의 냉각이 동시에 이루어질 수 있다.
다음으로, 가열금형(30)이 사출에 적절한 온도에 이르면, 사출기에 본 금형장치가 설치된 도 2에 도시된 상태에서, 도면에서 좌측 방향으로(제1금형 방향) 제2금형고정판(50)을 이동시켜서 제2금형(40), 가열금형(30), 냉각금형(20)이 서로 밀착되도록 한다.
그리고 즉시, 도 3에 도시된 것과 같이 형성된 캐비티(C)내에 용융된 사출재료를 주입하고, 주입 도중이나 주입이 완료된 시점에서 면상 히터(33)의 전원을 차단한다.
주입이 완료되고 사출재료의 응고가 완료되면 제2금형고정판(50)을 후방으로(그림에서 우측방향으로) 이동시켜서 가이드핀(45)이 가이드구멍(25, 35)으로부터 분리되도록 한다.
이때 가열금형(30)은 코일스프링(36)의 복원력에 의해서 냉각금형(20)으로부터 분리되어 냉각이 차단되고 동시에 면상 히터(33)에 전원이 공급되어 가열금형(30)이 가열된다.
캐비티(C)로부터 사출 성형된 제품을 제거하고 상기와 같은 과정이 반복되어 사출을 행하게 된다.
이하에서는 도 6을 참고하여, 상술한 가열금형의 제조방법에 대해서 설명한다.
먼저, 금속 플레이트를 프레스 가공하여 캐비티 면을 구비하는 금속 플레이트를 제조한다(S1).
다음, 금속 플레이트의 캐비티 면이 형성된 면의 반대 면을 샌딩처리한다(S2). 샌딩은 고운 모래나 금속 구를 고압을 이용해서, 표면처리 대상에 분사하는 표면처리 방법이다. 제1절연층과의 접착성의 향상시키고, 제1절연층과의 접촉면적을 넓혀 제2면과 제1절연층 사이의 열전도성을 향상시키기 위함이다.
다음, 금속 플레이트를 가열하여 팽창시킨다(S3). 금속 플레이트를 핫 플레이트에 올려놓는 방법, 유도가열 등의 방법을 이용하여 금속 플레이트를 가열할 수 있다. 가열온도는 사출성형장치의 작동시 가열금형이 가열되는 온도 이상이어야 하며, 금속 플레이트의 용융점 이하이어야 한다. 금속 플레이트가 가열금형이 가열되는 온도 이상으로 가열되어야 사출성형장치의 작동시 가열금형의 팽창에 의해서 제1절연층에 지나치게 큰 인장응력이 걸리는 것을 방지할 수 있다.
다음, 가열되고 있는 금속 플레이트의 샌딩처리된 표면에 제1절연층을 코팅한다(S4). 제1절연층은 용사공정을 이용하여 코팅할 수 있다. 용사공정은 가스의 연소에너지 또는 전기에너지를 열원으로 하여 용사 재료를 용융시킨 후, 용융된 입자들을 코팅 대상 표면으로 이동시켜, 코팅 피막을 형성하는 표면처리 기법이다.
용사공정은 고온의 플라스마를 이용하는 플라스마 용사공정, 산소와 연료가스의 연소에너지를 열원으로 선형 용사 재료를 용사하는 와이어 용사공정, 산소와 연료가스의 연소에너지를 열원으로 분말 형태의 용사재료를 용사하는 분말 용사공정 등이 있다.
다음, 제1절연층이 형성된 금속 플레이트를 냉각한다(S5). 금속 플레이트의 열팽창 개수는 유리 또는 세라믹 재질인 제1절연층에 비해서 크기 때문에 냉각하는 후에 금속 플레이트에는 인장잔류응력이 부여되며, 제1절연층에는 압축잔류응력이 부여된다.
유리나 세라믹 재질인 제1절연층은 압축응력에는 매우 강하지만 인장응력에는 상대적으로 약하다. 압축잔류응력은 가열금형의 가열 및 냉각시, 금속 플레이트와 제1절연층 사이의 열팽창 계수 차이에 의해, 제1절연층에 걸리는 인장응력을 어느 정도 상쇄할 수 있다. 따라서 인장응력에 의해서 제1절연층에 크랙이 생기면서 제1절연층이 금속 플레이트에서 박리되는 것을 방지할 수 있다.
다음, 제1절연층 위에 발열체 패턴을 형성한다(S6). 발열체 패턴은 다양한 방법으로 형성할 수 있다.
금속 플레이트의 캐비티가 평면이거나, 복잡하지 않은 곡면 형태인 경우에는 스크린 프린팅을 이용하여 발열체 패턴을 형성할 수 있다.
우선, 발열체 패턴을 형성하는 전도성 물질, 바인더 및 용매가 혼합된 발열체 페이스트와 발열체 패턴이 형성되어 있는 스크린을 준비한다. 그리고 제1절연층 위에 발열체 패턴이 형성되어 있는 스크린을 올려놓고, 스크린 위에 발열체 페이스트를 도포한 후 스퀴즈를 이용해서 페이스트를 제1절연층 위에 전사시킨다. 다음, 전사된 발열체 페이스트를 건조시켜 페이스트 내의 용매를 제거하고, 열처리하여 페이스트 내의 바인더를 제거한다. 스크린 프린팅은 비교적 간단한 방법으로 두꺼운 발열체 패턴을 형성할 수 있다는 장점이 있다.
다른 방법으로는, 포토리소그래피 공정을 이용하는 방법이 있다. 우선, 제1절연층 위에 발열체 층을 스퍼터링이나 진공증착과 같은 박막형성 방법을 이용하여 형성한다. 그리고 포토레지스트를 도포하고, 마스크를 통해서 포토레지스트에 자외선을 조사하여 현상한다. 그리고 포토레지스트를 에칭하여 포토레지스트 패턴을 만든다. 다음, 건식이나 습식 에칭을 통해서 발열체 층을 패턴닝한다. 마지막으로 포토레지스트 패턴을 제거하면, 발열체 패턴을 만들 수 있다. 포토리소그래피 공정은 널리 알려진 공정이므로 자세한 설명을 생략한다.
상기 공정을 통해서 형성된 발열체 패턴의 두께가 얇은 경우에는 도금 공정을 추가로 진행하여 발열체 패턴의 두께를 좀 더 두껍게 할 수 있다. 도금 공정에서는 유리나 세라믹 재질인 제1절연층에는 도금이 되지 않고, 발열체 패턴에만 도금이 되므로 도금 조건을 조절하여 쉽게 원하는 두께의 발열체 패턴을 얻을 수 있다. 이 방법은 캐비티 형태에 관계없이 원하는 발열체 패턴을 형성할 수 있다는 장점이 있다.
다음, 발열체 패턴이 형성된 제1절연층 위에 제2절연층을 형성한다(S7). 제2절연층은 제1절연층과 유사한 방법으로 형성할 수 있다. 필요한 경우에는 발열체 패턴을 형성하는 단계와 절연층을 형성하는 단계를 반복하여 발열체 패턴의 적층 수를 늘릴 수도 있다.
마지막으로, 제2절연층 위에 보호 필름 층을 형성한다(S8). 보호 필름 층은 면상 히터의 표면에 이물질이 부착되는 것을 방지하기 위한 것으로서, 용사 공정을 이용해서 형성할 수 있다.
이상, 본 발명을 실시예들을 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 많은 변형이 가능함은 명백하다.
10: 제1금형고정판 20: 냉각 플레이트
21: 냉각면 23: 냉각수 배관
25: 안내구멍 28: 서포트 핀
29: 스토퍼 30: 가열 플레이트
31: 제1캐비티면 32: 제2면
33: 면상 히터 331: 제1절연층
332: 발열체 패턴 333: 제2절연층
334: 보호 필름 층 35: 안내구멍
36: 코일 스프링 40: 제2금형
41: 제2캐비티면 45: 가이드핀
50: 제2금형고정판

Claims (17)

  1. 제1금형과 제2캐비티면을 포함하는 제2금형을 포함하는 사출성형장치에 있어서,
    상기 제1금형은,
    제1면과 상기 제1면으로부터 떨어져 있으며 면상 히터가 형성된 제2면을 구비하며, 상기 제1면은 상기 제2캐비티면과 마주보며, 상기 제2캐비티면과 함께 캐비티를 형성하는 제1캐비티면을 포함하는 가열금형과,
    상기 가열금형의 위치를 기준으로, 상기 가열금형의 제2면과 접하는 제1위치와 상기 가열금형의 제2면으로부터 멀어지는 제2위치 사이에서 이동하며, 상기 가열금형의 제2면과 접하는 냉각면을 구비한 냉각금형을 포함하며,
    상기 면상 히터는 상기 가열금형의 제2면에 형성되는 제1절연층과, 상기 제1절연층 위에 형성되는 발열체 패턴과, 상기 발열체 패턴이 형성된 제1절연층 위에 형성되는 제2절연층을 포함하는 것을 특징으로 하는 면상 히터가 형성된 가열금형을 구비한 사출성형장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가열금형의 제1절연층에는 압축잔류응력이 부여된 것을 특징으로 하는 면상 히터가 형성된 가열금형을 구비한 사출성형장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 면상 히터는 상기 제1절연체 층 위에 서로 교대로 반복해서 형성된 복수의 발열체 패턴과 제2절연체 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 면상 히터가 형성된 가열금형을 구비한 사출성형장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 면상 히터는 상기 제2절연층 위에 형성된 보호 필름 층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 면상 히터가 형성된 가열금형을 구비한 사출성형장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 보호 필름 층은 불소 수지 또는 SiO2-TiO2-RO 계 유리인 것을 특징으로 하는 면상 히터가 형성된 가열금형을 구비한 사출성형장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1절연층과 제2절연층은 내열 유리 또는 세라믹인 것을 특징으로 하는 면상 히터가 형성된 가열금형을 구비한 사출성형장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 발열체 패턴은 구리(Cu), 탄소(C), 은(Ag), 파라듐(Pd), 루테늄(Ru02), 은-파라듐 합금(Ag-Pd), 은-백금 합금(Ag-Pt), 인듐산화물(In2O3), 주석산화물(SnO2), 탄소나노튜브 중에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 면상 히터가 형성된 가열금형을 구비한 사출성형장치.
  8. 캐비티면을 포함하는 제1면과, 상기 제1면으로부터 떨어져 있는 제2면과, 상기 제2면에 형성되는 제1절연층과, 상기 제1절연층 위에 형성되는 발열체 패턴과, 상기 발열체 패턴이 형성된 제1절연층 위에 형성되는 제2절연층을 포함하는 면상 히터가 형성된 가열금형.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1절연층에는 압축잔류응력이 부여된 면상 히터가 형성된 가열금형.
  10. 캐비티면을 포함하는 제1면과, 상기 제1면으로부터 떨어져 있는 제2면을 구비하는 금속 플레이트를 제작하는 단계와,
    상기 금속 플레이트의 제2면을 샌딩하는 단계와,
    상기 금속 플레이트를 가열하여 팽창시키는 단계와,
    가열되어 팽창된 상기 금속 플레이트의 제2면에 제1절연층을 코팅하는 단계와,
    상기 제1절연층 위에 발열체 패턴을 형성하는 단계와,
    상기 발열체 패턴이 형성된 제1절연층 위에 제2절연층을 코팅하는 단계를 포함하는 면상 히터가 형성된 가열금형의 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 금속 플레이트를 가열하여 팽창시키는 단계는,
    상기 금속 플레이트를 가열금형의 사용시의 가열온도 이상이며, 상기 금속 플레이트의 용융점 이하인 온도에서 가열하는 단계인 면상 히터가 형성된 가열금형의 제조방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 금속 플레이트를 냉각하여 상기 제1절연층에 압축잔류응력을 부여하는 단계를 더 포함하는 면상 히터가 형성된 가열금형의 제조방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 제1절연층을 코팅하는 단계와 상기 제2절연층을 코팅하는 단계는 용사 기법을 이용하는 단계인 면상 히터가 형성된 가열금형의 제조방법.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 발열체 패턴을 형성하는 단계는,
    상기 제1절연층 위에 발열체 층을 형성하는 단계와,
    상기 발열체 층을 패터닝하는 단계를 포함하는 단계인 면상 히터가 형성된 가열금형의 제조방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 발열체 패턴을 형성하는 단계는,
    상기 발열체 층을 패터닝하는 단계 이후에 패터닝된 상기 발열체 층을 도금하는 단계를 더 포함하는 단계인 면상 히터가 형성된 가열금형의 제조방법.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 발열체 패턴을 형성하는 단계는,
    발열체 페이스트를 스크린 프린팅을 통해서 상기 제1절연층에 도포하는 단계와,
    도포된 상기 발열체 페이스트를 열처리하는 단계를 포함하는 단계인 면상 히터가 형성된 가열금형의 제조방법.
  17. 제10항에 있어서,
    상기 보호 필름 층을 코팅하는 단계를 더 포함하는 면상 히터가 형성된 가열금형의 제조방법.





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