KR20170050342A - 단열을 위한 패턴이 형성된 사출성형용 스탬퍼 및 이를 구비하는 사출 금형 - Google Patents

Abstract

본 발명은 성형용 스탬퍼에 관한 것으로서, 본 발명에 의하면 사출성형용 스탬퍼로서, 제1 면(111)에 형성된 성형용 패턴(112); 및 상기 제1 면의 반대면인 제2 면(113)에 형성된 단열용 패턴(114)을 포함하는 것을 특징으로 하는 사출성형용 스탬퍼가 제공된다.

Description

단열을 위한 패턴이 형성된 사출성형용 스탬퍼 및 이를 구비하는 사출 금형 {STAMPER FOR INJECTION MOLDING WITH PATTERN FOR INSULATION AND INJECTION MOLD WITH THE SAME}

본 발명은 사출성형용 스탬퍼에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 단열 효과가 뛰어나면서 동시에 우수한 강도를 갖는 사출 성형용 스탬퍼 및 이를 구비하는 사출 금형에 관한 것이다.

사출성형은 일정한 형상을 가진 금형의 캐비티 내부로 용융된 수지를 유입시켜서 충진하고, 이를 냉각하여 캐비티의 형상과 동일한 제품을 형성하는 방법으로서, 플라스틱 제품을 대량으로 생산하는데 일반적으로 이용된다.

최근에는 일반적인 가정용 플라스틱 제품뿐만 아니라, 우주 항공분야나 정밀광학기기 분야에 사용되는 플라스틱 제품을 생산하는데 있어서도 사출성형방법이 이용되고 있으며, 특히, 미세하고도 정밀한 패턴이 요구되는 제품의 제조에도 이용되고 있다. 즉, 표면에 수십 나노 내지 수십 마이크로미터 크기의 미세 패턴이 존재하는 플라스틱 구조물을 생산하기 위한 방법으로 사출성형이 이용되는 것이다. 이 경우, 제품의 미세 패턴에 대응하는 패턴이 일면에 형성된 판상의 스탬퍼를 캐비티 내에 설치하여 사출성형을 하게 된다. 이러한 스탬퍼를 이용한 사출성형에서 단열을 위하여 일반적으로 스탬퍼와 금형의 코어 사이에 단열판이 개재되는데, 단열을 위해 사용되는 종래의 단열판은 일반적으로 열전달계수가 낮은 고무판이나 에폭시경화판과 같이 비금속류의 재질인 것이 사용된다. 하지만, 이러한 종래의 비금속류 재질의 단열판은 강도가 낮기 때문에 반복되는 고온/고압의 사출성형 환경에 취약하여 쉽게 손상된다는 문제가 있다.

본 발명과 관련된 기술분야의 선행특허문헌으로서 일본공개특허 특개2006-120230호에는 최상부보다 낮은 열전도율을 갖는 중간부를 갖는 단열 스탬퍼를 사용하는 기술이 기재되어 있으며, 공개특허 제10-2012-0115617호에는 단열을 위해 열전도율이 낮은 접착층을 이용하는 기술이 기재되어 있고, 일본공개특허 특개2008-221783호에는 단열을 위해 스탬퍼의 중간에 열 전도도가 낮은 열 차단성 영역층을 형성한 기술이 스탬퍼가 기재되어 있으며, 공개특허 제10-2011-0067731호에는 스탬퍼의 단열을 위해 단열보드를 이용하는 기술이 기재되어 있다.

본 발명의 목적은 강도와 단열성이 모두 우수한 사출성형용 스탬퍼 및 이를 구비하는 사출 금형을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 패턴의 형상에 따라 접촉열저항계수(TCR)가 조절되는 사출성형용 스탬퍼 및 이를 구비하는 사출 금형을 제공하는 것이다.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면,

사출성형용 스탬퍼로서, 제1 면(111)에 형성된 성형용 패턴(112); 및 상기 제1 면의 반대면인 제2 면(113)에 형성된 단열용 패턴(114)을 포함하는 것을 특징으로 하는 사출성형용 스탬퍼가 제공된다.

상기 단열용 패턴은 산부와 골부가 반복되어서 형성되는 톱니 형태일 수 있다.

상기 단열용 패턴의 재질은 금속인 것이 바람직하다.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 측면에 따르면,

제1 코어(211)를 구비하는 제1 금형부(210); 상기 제1 코어와 대응하는 제2 코어(221)를 구비하는 제2 금형부(220); 및 상기 제1 코어와 상기 제2 코어의 사이에 형성되는 공간에 상기 제1 코어와 접하도록 설치되어서 상기 제2 코어와의 사이에 캐비티(C)를 형성하는 사출성형용 스탬퍼(100)를 포함하며, 상기 사출성형용 스탬퍼는 위에 기재된 사출성형용 스탬퍼인 것을 특징으로 하는 사출 금형이 제공된다.

상기 사출성형용 스탬퍼는 상기 단열용 패턴이 상기 제1 코어와 접하도록 설치된다.

본 발명에 의하면 앞서서 기재한 본 발명의 목적을 모두 달성할 수 있다. 구체적으로는, 본 발명에 따른 사출성형용 스탬퍼는 금형의 코어와 접촉하는 면에 단열용 패턴이 형성되어 있으므로, 재질의 제한을 받지 않기 때문에, 충분한 강도를 갖는 재질이 사용될 수 있어서, 강도와 단열성이 모두 우수하다.

또한, 스탬퍼에 형성된 단열용 패턴은 높이와 기울기를 변화시킬 경우 접촉열저항계수를 조절할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스탬퍼를 이용한 사출성형 공정을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 A 부분을 확대하여 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 스탬퍼의 단열용 패턴의 높이와 기울기(피치)에 따른 스탬퍼와 코어 사이의 접촉 열전달 계수의 변화를 보여주는 그래프이다.
도 4는 스탬퍼 두께에 따른 사이클 타임의 변화를 보여주는 도면이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.

도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 스탬퍼를 이용한 사출성형 공정을 개략적으로 도시한 도면이 도시되어 있고, 도 2에는 도 1의 A 부분이 확대되어 도시되어 있다. 도 1과 도 2를 참조하면, 사출 금형(200)은 제1 금형부(210)와, 제1 금형부(210)와 합쳐져서 캐비티(C)를 형성하는 제2 금형부(220)와, 캐비티(C) 내에 설치되는 스탬퍼(100)를 포함한다.

제1 금형부(210)는 도면 상 상부에 위치하며 대응하는 제2 금형부(220)를 대향하는 면에 위치하는 제1 코어(211)를 구비한다. 제1 코어(211)는 제2 금형부(220)와 대향하는 편평한 접촉면(212)을 구비한다. 접촉면(121)에 스탬퍼(100)의 일면이 접한다. 도시되지는 않았으나, 제1 코어(221)에는 냉각 채널이 형성된다.

제2 금형부(220)는 도면 상 하부에 위치하며 제1 금형부(210)와 대응한다. 제2 금형부(220)는 제1 금형부(210)에 구비되는 제1 코어(211)에 대응하는 제2 코어(221)를 구비한다. 제2 코어(221)는 제1 코어(211)와 합형되었을 때, 성형을 위한 캐비티(C)가 형성된다. 도시되지는 않았으나 제2 코어(221)에는 냉각 채널이 형성된다.

스탬퍼(100)는 편평한 판상의 부재로서, 통상적인 사출성형용 스탬퍼에서 사용되는 충분히 강한 강도를 갖는 재질(예를 들면, 금속)로 이루어진다. 스탬퍼(100)는 제1 코어(211)의 접촉면(212)과 접하도록 제1 코어(211)에 설치된다. 제1 코어(211)는 제2 코어와 이격되어서 대향하는 제1 면(111)과, 제1 면(111)의 반대면으로서 제1 코어(211)의 접촉면(212)과 접하는 제2 면(113)을 구비한다. 스탬퍼(100)의 제1 면(111)과 제2 코어(221)의 사이에는 용융 수지(M)가 채워지는 캐비티(C)가 형성된다. 스탬퍼(100)의 제1 면(111)에는 용융 수지(M)에 의한 사출물에 패턴을 형성하기 위한 성형용 패턴(112)이 형성된다. 성형용 패턴(112)은 사출성형용 스탬퍼에서 사용되는 통상적인 구성으로 이루어지므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

제1 코어(211)의 접촉면(212)과 접하는 스탬퍼(100)의 제2 면(113)에는 단열용 패턴(114)이 형성된다. 단열용 패턴(114)는 톱니 형태로 산부와 골부가 반복되는 구조이다. 단열용 패턴(114)의 뾰족한 끝단이 제1 코어(211)의 접촉면(212)과 접함으로써, 스탬퍼(100) 자체가 충분한 단열 효과를 갖게 된다. 따라서, 고무판이나 에폭시경화판과 같이 강도가 낮은 단열판을 별도로 사용함에 따른 종래의 기술의 문제점이 해결될 수 있다.

도 3의 좌측 그래프는 단열용 패턴의 기울기가 동일한 상태에서 단열용 패턴의 높이에 따른 스탬퍼와 코어 사이의 접촉열전달계수의 변화를 보여주며, 도 3의 우측 그래프는 단열용 패턴의 높이가 동일한 상태에서 단열용 패턴의 기울기에 따른 스탬퍼와 코어 사이의 접촉열전달계수의 변화를 보여준다. 도 3에서 h_c는 solid contact conductance를 의미하며, h_g는 gas filled gap conductance를 의미한다. 도 3으로부터 패턴의 형상을 조절함으로써 접촉열저항계수(TCR)이 제어될 수 있음이 확인된다.

도 4의 그래프는 스탬퍼 두께에 따른 사이클 타임(용융 수지의 중심 온도가 초기 온도로부터 90℃까지 감소하는데 걸리는 시간)의 변화를 보여준다. 도 4로부터 스탬퍼의 두께를 조절함으로써 사이클 타임이 제어될 수 있음이 확인된다.

상기 실시예에서는 단열용 패턴이 도 2에 도시된 바와 같은 산부와 골부가 반복되는 톱니 형태인 것으로 설명하였으나 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 코어와 접촉하는 스탬퍼의 면적을 줄여주는 형태라면 모두 가능하며, 이러한 모든 패턴을 본 발명은 포함한다.

이상 실시예를 통해 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 실시예는 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 수정되거나 변경될 수 있으며, 본 기술분야의 통상의 기술자는 이러한 수정과 변경도 본 발명에 속하는 것임을 알 수 있을 것이다.

100 : 사출성형용 스탬퍼
111 : 제1 면
112 : 성형용 패턴
113 : 제2 면
114 : 단열용 패턴
200 : 사출 금형
210 : 제1 금형부
211 : 제1 코어
220 : 제2 금형부
221 : 제2 코어

Claims (5)

1. 사출성형용 스탬퍼로서,
   제1 면(111)에 형성된 성형용 패턴(112); 및
   상기 제1 면의 반대면인 제2 면(113)에 형성된 단열용 패턴(114)을 포함하는 것을 특징으로 하는 사출성형용 스탬퍼.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 단열용 패턴은 산부와 골부가 반복되어서 형성되는 톱니 형태인 것을 특징으로 하는 사출성형용 스탬퍼.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 단열용 패턴의 재질은 금속인 것을 특징으로 하는 사출성형용 스탬퍼.
4. 제1 코어(211)를 구비하는 제1 금형부(210);
   상기 제1 코어와 대응하는 제2 코어(221)를 구비하는 제2 금형부(220); 및
   상기 제1 코어와 상기 제2 코어의 사이에 형성되는 공간에 상기 제1 코어와 접하도록 설치되어서 상기 제2 코어와의 사이에 캐비티(C)를 형성하는 사출성형용 스탬퍼(100)를 포함하며,
   상기 사출성형용 스탬퍼는 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 하나의 청구항에 기재된 사출성형용 스탬퍼인 것을 특징으로 하는 사출 금형.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 사출성형용 스탬퍼는 상기 단열용 패턴이 상기 제1 코어와 접하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 사출 금형.
   

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