KR20180055253A

KR20180055253A - 열가소성 수지재의 미세침 패치 성형용 금형

Info

Publication number: KR20180055253A
Application number: KR1020160152873A
Authority: KR
Inventors: 강명호
Original assignee: 강명호
Priority date: 2016-11-16
Filing date: 2016-11-16
Publication date: 2018-05-25

Abstract

본 발명은 열가소성 수지재의 미세침 패치 및 이의 제조에 사용되는 성형용 금형 그리고 그 성형방법에 관한 것으로, 이 미세침 패치(1)는 바닥 몸체를 이루도록 열가소성 수지재로 성형된 기대(3); 및 상기 기대(3)와 동일한 소재에 의해 일체로 성형되되, 상기 기대(3)의 접안면(11)으로부터 뾰족하게 돌출된 원뿔형 또는 다각뿔형 첨부(P)을 갖는 다수의 미세침(5);을 포함하여 이루어지고, 상기 미세침(5)은 첨부(P)의 직경이 1 내지 100㎛의 범위 내에 있으며, 이때, 상기 첨부(P)의 내각(θ+φ)은 10 내지 60도의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하며, 따라서 미세침의 첨부 직경을 1 내지 100㎛의 범위까지 작게 만들 수 있으므로, 패치를 피부에 지압할 때 미세침의 침투로 인해 발생하는 통증을 최소화시킬 수 있게 된다.

Description

열가소성 수지재의 미세침 패치 및 그 성형방법{Micro Needle Patch Made Of Thermoplastic Resin And Molding Method Thereof}

본 발명은 열가소성 수지재의 미세침 패치 및 그 성형방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열가소성 수지를 재료로 사용함으로써 첨부 직경이 최소화된 미세침을 갖도록 하면서, 적은 비용으로 대량 생산할 수 있는 열가소성 수지재의 미세침 패치 및 이의 제조에 사용되는 성형용 금형 그리고 그 성형방법에 관한 것이다.

미세침 패치(micro needle patch)는 다수의 침을 갖는 패치를 파스나 밴드처럼 피부에 붙여 피부를 자극하거나 피부에 도포된 약물을 피부로 주입하는 것으로, 미세침을 갖는 패치를 제조함에 있어 금속을 연마하여 침의 첨부 즉, 정점을 작게 하는 것이 가능하지만, 이는 대량생산이 불가능하고 또한 고가이기 때문에 재사용할 수밖에 없어, 인체에 적용 시에 염증이 생기는 등의 부작용이 발생하는 문제점이 있었다.

이에, 플라스틱을 사출 성형하는 방법이 시도되었지만, 마이크로 단위로 미세한 침 형상의 캐비티를 금형에 가공하기 위해서는 포토리지스트 가공 등의 방법을 동원하여야 했고, 또 도 1에 도면부호 101로 도시된 바와 같은 미세바늘 패치 시스템(등록특허 제10-1033514호)의 경우에 패치(101)를 성형을 함에 있어 가공된 미세침(103)은 첨부의 직경이 50㎛ 이하로는 형성되지 않아 성능을 만족시키지 못하였으며, 따라서 피부 침투 시에 심한 통증을 일으키는 한편, 높은 제품 단가로 인해 재사용 회수가 비정상적으로 늘어나 피부에 염증을 유발하는 등 사용 상 많은 문제점을 가지고 있었다.

KR 10-1033514

본 발명은 위와 같은 종래의 미세침 패치가 가지고 있는 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 다수의 미세침들이 좁은 간격으로 밀집되게 돌출된 미세침 패치를 열가소성 수지를 이용하여 성형함에 있어 미세침 첨부의 직경이 10㎛ 내외가 되도록 미세침을 뾰족하게 성형함으로써, 피부에 부착한 때 미세침의 침투로 인해 발생하는 통증을 최소화하는 한편, 열가소성 수지를 재료로 사용함으로써 대량생산을 가능하게 하여 원가를 절감하고, 따라서 많이 사용하지 않고도 부담없이 버릴 수 있도록 하여 재사용으로 인한 부작용을 제거하여 사용 안전성을 크게 높이고자 하는 데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 바닥 몸체를 이루도록 열가소성 수지재로 성형된 기대; 및 상기 기대와 동일한 소재에 의해 일체로 성형되되, 상기 기대의 접촉면으로부터 뾰족하게 돌출된 원뿔형 또는 다각뿔형 팁을 갖는 다수의 미세침;을 포함하여 이루어지고, 상기 미세침은 첨부의 직경이 1 내지 100㎛의 범위 내에 있으며, 이때, 상기 첨부의 내각은 10 내지 60도의 범위 내에 있는 열가소성 수지재의 미세침 패치를 제공한다.

또한, 상기 미세침은 높이가 0.1 내지 2.0㎜의 범위 내에 있는 것이 바람직하다.

또한, 상기 열가소성 수지재는 나일론 수지, 폴리에스테르 수지, ABS 수지, 아크릴 수지, SAN 수지, 아크릴레이트 수지, PEEK 수지, PPS 수지, 폴리케톤 수지 및 복합열가소성 수지로 이루어진 일군의 수지 중 선택된 어느 하나의 수지로 이루어진 것이 바람직하다.

또한, 상기 기대는 반복하여 접착할 수 있는 반복 접착제가 배면에 도포되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 기대는 접촉면에 진동을 발생시키는 진동자가 배면에 부착되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 주입된 용탕에 의해 미세침 패치의 기대를 성형하도록 내부에 캐비티가 형성되는 캐비티금형; 상기 캐비티금형과 함께 캐비티를 형성하며, 상기 캐비티로 주입된 상기 용탕에 의해 상기 미세침 패치의 접촉면과 상기 접촉면에 돌출된 다수의 미세침을 성형하도록 내부에 코어가 배치되는 코어금형; 상기 용탕을 상기 캐비티로 주입하기 전부터 미리 상기 코어를 가열하는 가열수단; 및 상기 가열수단에 의해 가열된 상기 코어를 급속으로 냉각하는 냉각수단;을 포함하여 이루어지되, 상기 코어금형은 형개 시 상기 냉각수단과 이격되고, 형합 시 상기 냉각수단과 접촉되도록, 상기 냉각수단 상에 탄발수단에 의해 탄력적으로 지지되는 열가소성 수지재의 미세침 패치 성형용 금형을 제공한다.

또한, 상기 가열수단에 의해 가열되는 상기 코어의 가열온도는 100 내지 300 ℃의 범위 내에 있는 것이 바람직하다.

또한, 상기 캐비티로의 상기 용탕의 주입이 완료된 시점부터 상기 용탕이 상기 미세침 패치로 응고되기까지 걸리는 상기 코어의 급속 냉각시간은 15 내지 60초인 것이 바람직하다.

또한, 상기 코어는 복수의 분할코어를 상호 밀착되도록 병렬로 조립하여 이루어지되, 이웃한 한 쌍의 상기 분할코어 중 적어도 어느 한 쪽 분할코어의 상면 모서리를 따라 다수의 코어홈이 접촉면 쪽으로 개방되도록 형성되어, 다른 한 쪽 분할코어의 접촉면 또는 코어홈과 만나 코어구멍을 형성하도록 되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 입구가 V자 모양이며, 상기 V자 모양 각각의 꼭지점에서 연장된 모서리가 한 점에서 만나도록 상기 어느 한 쪽 분할코어에 형성된 코어홈과, 상기 다른 한 쪽 분할코어의 상기 접촉면은 상기 분할코어가 상기 코어로 조립될 때 상호 밀착되어, 삼각뿔 모양의 코어구멍을 형성하도록 되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 상기 분할코어는 상기 코어구멍의 첨부가 상기 코어홈 입구의 중점에서 내린 수선 상에 오도록, 상기 접촉면이 수선에 대해 경사져 있는 것이 바람직하다.

또한, 입구가 V자 모양이며, 상기 V자 모양 각각의 꼭지점에서 연장된 모서리가 한 점에서 만나도록 상기 어느 한 쪽 및 다른 한 쪽 분할코어에 형성된 코어홈은 상기 분할코어가 상기 코어로 조립될 때 상호 밀착되어, 사각뿔 모양의 코어구멍을 형성하도록 되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 상기 코어는 다수의 코어구멍을 형성하도록 다공성 재질로 제작되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 형개 상태에서 코어금형의 코어틀 내에 코어를 장착한 뒤, 가열수단을 작동시켜 상기 코어틀을 통해 상기 코어를 가열하고, 탄발수단에 의해 상기 코어금형을 이격된 상태로 탄력 지지하는 냉각수단을 작동하여 냉각시키는 성형준비단계; 상기 코어금형 위에 캐비티금형을 닫아 내부에 캐비티를 형성하는 동시에, 상기 코어금형를 상기 냉각수단에 접촉시켜, 상기 성형준비단계에서 가열된 상기 코어를 상기 냉각수단에 의해 급속으로 냉각시키는 형합단계; 상기 형합단계에서 발생한 상기 캐비티에 용탕을 주입하는 용탕주입단계; 상기 용탕주입단계에서 상기 캐비티에 주입된 용탕을 급속 냉각시켜 응고시키는 용탕응고단계; 상기 용탕응고단계에서 응고된 주물을 상기 냉각수단에 의해 냉각시키는 주물냉각단계; 및 상기 코어금형 위의 상기 캐비티금형을 열어 상기 주물냉각단계에서 냉각이 완료된 상기 주물을 상기 캐비티로부터 발출하는 주물발출단계;를 포함하여 이루어지는 열가소성 수지재의 미세침 패치 성형방법을 제공한다.

또한, 상기 코어는 복수의 분할코어를 상호 밀착되도록 상기 코어틀 내에 병렬로 조립하여 이루어지되, 이웃한 한 쌍의 상기 분할코어 중 적어도 어느 한 쪽 분할코어의 상면 모서리를 따라 다수의 코어홈이 접촉면 쪽으로 개방되도록 형성되어, 다른 한 쪽 분할코어의 접촉면 또는 코어홈과 만나 코어구멍을 형성하도록 되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명의 열가소성 수지재의 미세침 패치에 따르면, 미세침의 첨부 직경을 1 내지 100㎛의 범위까지 작게 만들 수 있으므로, 패치를 피부에 부착한 때 미세침의 침투로 인해 발생하는 통증을 최소화시킬 수 있게 된다.

또한, 열가소성 수지를 재료로 사용함으로써 성형에 의해 대량생산이 가능하여 원가 절감이 가능하고, 따라서 사용자로 하여금 사용 회수를 크게 줄이게 하여 지나친 재사용으로 인한 부작용을 제거하고, 따라서 사용 안전성을 대폭 향상시킬 수 있게 된다.

또한, 기대에 반복 접착제를 도포하거나 진동자를 부착하여 사용 편리성과 효과를 일층 향상시킬 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 열가소성 수지재의 미세침 패치 제조에 사용되는 성형용 금형 및 패치 성형방법에 따르면, 코어를 100 내지 300℃ 범위로 가열한 상태에서 코어구멍에 용탕을 주입하므로, 용탕의 점성을 줄여 코어구멍에 주입되는 깊이를 늘릴 수 있고, 따라서 미세침의 첨부를 더욱 뾰족하게 만들 수 있게 된다.

또한, 형개 시 냉각수단에 대해 탄력적으로 지지되어 이격된 상태로 가열되는 코어금형이 형합과 동시에 냉각수단과 접촉되어 급냉되므로, 코어구멍에 주입된 용탕을 수축될 여유 없이 급속 응고시킬 수 있으며, 따라서, 미세침의 첨부가 응고 시 수축으로 인해 뭉뚝하게 되는 것을 방지할 수 있게 된다.

또한, 코어를 복수의 분할코어의 조립에 의해 형성하고, 각 분할코어의 모서리에 코어홈을 가공함으로써, 이웃한 두 분할코어의 코어홈과 접촉면의 밀착에 의해 코어구멍을 형성함으로써, 코어홈과 접촉면 사이의 틈새를 통해 코어구멍에 배기성능을 부여할 수 있게 되므로, 용탕의 주입 시 코어구멍 꼭지점 부위으로 압축되는 공기를 틈새를 통해 외부로 빼낼 수 있게 되고, 그에 따라 용탕에 대한 공기 저항을 없애 코어구멍으로 주입되는 용탕의 깊이를 더더욱 증가시킬 수 있게 되며, 따라서 미세침의 첨부를 더더욱 뾰족하게 성형할 수 있게 된다.

도 1은 종래의 방식에 의해 성형된 미세침 패치의 정면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세침 패치의 사시도.
도 3은 도 2의 평면도.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 미세침 패치의 사시도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세침 패치 제조에 사용되는 성형용 금형을 형개 상태로 도시한 정면도.
도 6은 도 5의 성형용 금형을 형합 상태로 도시한 정면도.
도 7은 도 5에 도시된 코어를 도시한 사시도.
도 8은 도 7에 도시된 코어구멍의 부분 절단 확대사시도.
도 9는 다른 실시 형태에 따른 코어구멍의 부분 절단 확대사시도.
도 10은 도 7에 도시된 코어의 다른 실시 형태를 도시한 발췌 사시도.
도 11은 또 다른 실시 형태에 따른 코어구멍의 부분 절단 확대사시도.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세침 패치 성형방법을 순차적으로 도시한 블록도.
도 13은 온도 및 공기저항에 따라 용탕의 주입 깊이가 변화되는 상황을 설명하는 코어구멍 종단면도.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 열가소성 수지재의 미세침 패치 및 이의 제조에 사용되는 성형용 금형을 첨부 도면을 참조로 상세히 설명한다.

본 발명의 미세침 패치는 도 2 및 도 3에 도면부호 1로 도시된 바와 같이, 크게 기대(3)와 미세침(5)으로 이루어지는 바, 상기 기대(3)는 패치(1)의 바닥 몸체를 이루는 부분으로, 도시된 것처럼, 직육면체면의 납작한 띠 형태로 되어 있으며, 특히, 나일론 수지, 폴리에스테르 수지, ABS 수지, 아크릴 수지, SAN 수지, 아크릴레이트 수지, PEEK 수지, PPS 수지, 폴리케톤 수지 및 복합열가소성 수지 등의 열가소성 수지를 성형하여 제작된다. 이때, 패치(1) 사용자의 피부와 접촉하는 면을 접안면(11)이라 하고, 그 반대쪽 면을 배면(13)이라고 한다.

상기 미세침(5)은 위 기대(3)와 동일한 소재에 의해 동시에 일체로 성형되는 바, 기대(3)의 접안면(11)으로부터 뾰족하게 돌출된 다수의 침을 이른다. 이때, 미세침(5)은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 삼각뿔형의 형태를 취하는 것이 바람직하나, 그 외에도 사각뿔형 등 다각뿔형 또는 원뿔형으로 제작될 수 있다.

이때, 미세침(5)은 첨부(P)의 직경이 1 내지 100㎛의 범위 내에 있으며, 도 2에 도시된 첨부(P)의 내각(θ+φ)은 10 내지 60도의 범위 내에 있는 것이 바람직하다. 다만, 첨부(P)의 직경은 성형에 의해서는 1㎛ 미만으로 제작이 불가하고, 직경이 100㎛를 넘을 경우에는 피부 압착 시 첨부(P)의 침투로 인해 통증이 유발되는 문제가 발생한다. 또, 첨부(P)의 내각(θ+φ)이 10도 미만일 때 침이 변형되는 문제가 발생하고, 반대로 60도를 초과할 때는 마찬가지로 피부 압착 시 첨부(P)로 인해 통증이 유발되는 문제가 발생한다. 따라서, 미세침(5)은 침의 형상이 삼각뿔형 또는 사각뿔형일 때, 밑변이 0.7㎜, 높이가 0.30 내지 1.5㎜로 되며, 1㎜ 간격으로 400개 정도를 배열하는 것이 바람직하다.

또한, 미세침(5)은 높이가 0.1 내지 2.0㎜의 범위 내에 있는 것이 바람직한데, 높이가 0.1㎜ 미만일 경우 침이 기능이 부족해지는 문제가 발생하고, 2.0㎜를 초과할 경우에는 피부에 큰 상처를 발생시키는 문제가 발생한다.

한편, 위와 같은 미세침(5)이 접안면(11)에 돌출된 기대(3)는 사용 시 패치(1)를 손가락 끝에 반복해서 붙였다 떼었다할 수 있도록, 예컨대 포스트잇의 접착제와 같은 반복 접착제(15)가 도 2에 도시된 것처럼 배면(13)에 도포되는 것이 바람직하다. 따라서, 패치(1)를 피부에 대고 누르고자 할 때 단순히 반복 접착제(15)에 손가락 끝을 일시적으로 붙여 사용하면 되고, 사용이 끝나면 다시 떼어 두면 된다. 다만, 반복 접착제(15)의 접착력이 소진될 정도로 여러 번 사용된 패치(1)는 폐기하는 것이 바람직하므로, 반복 접착제(15)의 접착력 소진을 염려할 필요는 없다. 그러나, 패치(1)는 반복 접착제(15) 대신, 배면(13)에 끼움고리 등을 추가로 성형하는 등 파지 방식을 다양하게 마련할 수도 있다.

또한, 기대(3)는 사용자가 손가락에 붙이는 등 직접 파지하여 사용하는 외에, 예컨대 마스크팩 접안면에 부착하여 사용하는 경우, 도 4에 도시된 것처럼, 배면(13)에 진동자(17)를 부착하여, 접안면(11)에 진동을 발생시켜 접안면(11)과 접촉되는 피부를 마사지하는 효과를 거둘 수도 있다.

한편, 위와 같은 패치(1)를 성형하는 성형용 금형(20)은 도 5에 도면부호 31로 도시된 바와 같이, 크게 캐비티금형(21), 코어금형(23), 가열수단(25), 및 냉각수단(27)을 포함하여 구성된다.

여기에서, 상기 캐비티금형(21)은 코어금형(23)과 함께 금형(20)의 내부에 캐비티(C)를 형성하는 상측 금형 즉, 상형으로서, 도 5에 도시된 바와 같이, 주입된 용탕에 의해 미세침 패치(1)의 기대(3)를 성형하는 바, 캐비티(C) 상면이 평탄면으로 되어 있으며, 형합 또는 형개되도록 캐비티금형 고정판(31)에 고정되어 상하로 이동 가능하게 되어 있다.

상기 코어금형(23)도 마찬가지로 위 캐비티금형(21)과 함께 성형용 금형(1)의 내부에 캐비티(C)를 형성하는 바, 도 5에 도시된 바와 같이, 위 캐비티금형(21)과 형합된 상태에서 내부에 배치된 코어(35)로 주입되는 용탕에 의해 미세침 패치(1)의 접안면(11)과 이 접안면(11)에 돌출된 다수의 미세침(5)을 성형한다.

이와 같이, 코어(35)는 다수의 미세침(5)을 성형하기 위해, 미세침(5)과 대응하는 다수의 코어구멍(37)이 상면에 오목하게 형성되는데, 각각의 코어구멍(37)은 미세침(5)의 형태에 따라 그 형태가 바뀐다. 즉, 미세침(5)이 삼각뿔형이나 사각뿔형으로 되면, 코어구멍(37)도 삼각뿔형이나 사각뿔형으로 오목하게 형성되고, 원뿔형이면 원뿔형 구멍이 된다. 따라서, 코어(35)는 도시되어 있지 않지만, 전체적으로 하나의 평판에 다수의 코어구멍(37)이 규칙적인 배열을 갖도록 격자 형태로 배치되는 것이면, 어떤 형태로도 변형이 가능하다.

특히, 본 발명의 코어(35)는 다른 실시 형태로서, 도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 분할코어(36)의 조립에 의해 구성될 수도 있는데, 이는 이웃한 분할코어(36)의 경계에 코어구멍(37)을 형성함으로써, 코어구멍(37) 자체에 통기로를 확보하여, 코어구멍(37) 내 공기압축으로 인한 용탕의 유동저항을 줄이기 위한 것으로, 이렇게 되면 코어(35)는 미세침(5)의 첨부(P)를 더욱 뾰족하게 성형할 수 있게 된다.

다만, 코어(35)는 위와 같이 코어구멍(37)의 배기성을 높일 수 있는 또 다른 실시형태로서, 자체의 재질을 발포금속과 같은 다공성 재질로 제작할 수 있으며, 이 경우 코어(35)를 복수의 분할코어(36)로 제작하지 않아도, 용탕 주입 시 캐비티(C) 내에 발생하는 압축공기를 원활히 빼낼 수 있지만, 통기성이 충분히 확보되지 않는다면 분할코어(36)를 채용하면서 재질을 다공성으로 제작할 수도 있다.

이와 같이, 각각의 분할코어(36)는 코어하우징(39) 내에 또는 도시된 것처럼 코어하우징(39) 내에 설치되는 코어틀(41)의 내부에 상호 밀착되도록 병렬로 배치되어 조립된다. 분할코어(36)는 도면 상 좌우 횡방향으로는 길게 연장되고, 전후 종방향으로는 좁게 즉, 코어구멍(37)의 간격만큼 짧게 되어 있는 직육면체 형태로 되어 있으며, 한 쌍의 좌우 횡변 중 어느 한 쪽 즉, 도 7에 확대 도시된 바와 같이 도면 상 앞쪽의 상면 모서리(43)을 따라 다수의 코어홈(45)이 절삭이나 방전 가공 등에 의해 형성된다.

이때, 각각의 코어홈(45)도 또한 미세침(5)의 형태에 따라 그 내부의 형태가 변경되는 바, 코어홈(45)이 삼각뿔형일 때는 도 7 및 도 8에 도시된 것처럼, 위쪽으로 열린 입구가 V자 모양이 될 수 있으며, 이때 V자 모양 입구의 세 꼭지점에서 연장된 모서리가 한 점에서 만난다. 따라서, 삼각뿔의 나머지 세 면 중 이웃한 접촉면(47)을 향하는 전면이 외부로 개방된다. 마찬가지로, 코어홈(45)이 사각뿔형일 때는 도 9에 도시된 것처럼 위쪽으로 열린 입구가 U자 모양이 되며, 이때 U자 모양 입구의 네 꼭지점에서 연장된 모서리가 한 점에서 만나며, 사각뿔의 나머지 네 면 중 전면을 향한 면이 외부로 개방된다.

따라서, 코어홈(45)은 도 5와 같이 분할코어(36)가 코어틀(41) 내에 조립된 때, 이웃하는 분할코어(36)의 접촉면(47)과 밀착되어, 삼각뿔형의 코어홈(45)은 도 7 및 도 8에 도시된 것처럼, 삼각뿔형의 코어구멍(37)을 형성하고, 사각뿔형의 코어홈(45)은 도 9에 도시된 것처럼, 사각뿔형의 코어구멍(37)을 형성한다. 이때, 코어홈(45)은 도 7에 도시된 것처럼, 분할코어(36)의 한 쪽 모서리(43)에만 형성되는 것은 아니고, 도 10의 (a)에 도시된 것처럼, 홀수 번째 분할코어(36)에는 형성하지 않고, 짝수 번째 분할코어(36)에는 전후 양측 모서리에 모두 형성할 수 있으며, 도 10의 (b)로 도시된 것처럼, 최외곽 분할코어(36)를 제외하고, 나머지 분할코어(36)는 이웃한 분할코어(36)와 접촉면을 따라 교대로 형성할 수도 있다. 이에 따라, 코어홈(45)은 어떻든 간에 이웃한 분할코어(36)와의 접촉에 의해 개방면이 닫히면서 삼각뿔형 또는 사각뿔형의 코어구멍(37)을 형성한다.

이때, 분할코어(36) 접촉면(47)이 도 7에 도시된 것처럼, 상면에 대해 직각일 때는 즉, 수직할 때는 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 삼각뿔 또는 사각뿔의 일측면이 수선(v)을 따라 형성되어 코어구멍(37)은 중심축선이 경사지는 즉, 한 쪽으로 기울어진 형태를 띠게 되나, 접촉면(47)을 도 8 및 도 9에 도시된 것처럼, 코어홈(45)의 다른 면의 경사각(θ)과 동일하게 수선(v)에 대해 경사각(θ)만큼 기울이면, 코어구멍(37)은 이등변삼각뿔 또는 이등변사각뿔의 형태를 띠게 된다.

한편, 삼각뿔형의 코어홈(45)은 도 5와 같이 분할코어(36)가 코어틀(41) 내에 조립된 때, 이웃하는 분할코어(36)의 코어홈(45)과 마주보는 관계로 밀착되어, 도 11에 도시된 것처럼, 사각뿔 모양의 코어구멍(37)을 형성할 수도 있다. 다만, 이 경우 접촉면(47)을 상면에 대해 직각으로 유지해야 코어구멍(37)은 이등변사각뿔의 형태를 갖게 된다.

상기 가열수단(25)은 용탕을 캐비티(C)로 주입하기 전에 미리 코어(35)를 가열하는 수단으로서, 코어금형(23)을 가열할 수 있는 것이면, 어떤 형태로도 제작이 가능하나, 본 실시예에서와 같이 코어(35)가 복수의 분할코어(36)로 되어 있는 경우, 도 5에 도시된 바와 같이, 분할코어(36)를 수납, 조립할 수 있는 코어틀(41)의 내부에 제작되는 것이 바람직하다. 이 경우 가열수단(25)은 도 5에 도시된 것처럼, 복수의 관체 히터로 이루어질 수 있다. 이때, 가열수단(25)에 의해 가열되는 코어(35)의 온도는 100 내지 300 ℃의 범위 내에 있는 것이 바람직한데, 이 온도가 100℃ 미만일 때는 극점이 형성되지 않는 문제가 발생하고, 300℃를 초과할 때는 성형사이클이 지나치게 길어지는 문제가 발생한다.

상기 냉각수단(27)은 위와 같이 가열수단(25)에 의해 가열된 코어(35)를 급속으로 냉각하기 위한 수단으로서, 마찬가지로 코어(35)를 냉각할 수 있는 것이면 어떤 형태로도 제작이 가능하나, 특히, 코어(35)를 급속 냉각하기 위해서는 도 5에 도시된 것처럼, 코어틀(41) 저면에 형개폐와 연동하여 착탈 가능한 냉각판의 형태로 제작되는 것이 바람직하다. 이때, 냉각수단(27)은 코어금형 지지판(33)을 통해 바닥에 지지된다.

이를 위해, 코어금형(23)은 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 반동스프링과 같은 탄발수단(49)에 의해 냉각수단(27) 상에 탄력적으로 지지되는 바, 형개 시에는 탄발수단(49)의 반발력에 의해 위로 들려 냉각수단(27)과 이격되나, 형합 시에는 캐비티금형(21)과 캐비티금형 고정판(31)의 하중에 의해 탄발수단(49)을 압축하여 냉각수단(27)과 접촉되며, 접촉하는 즉시 일시에 냉각수단(27)에 의한 급속한 냉각이 이루어진다. 이를 위해, 냉각수단(27)은 중심 부분에 복수의 냉각수배관(51) 등과 같은 냉각원이 배설되며, 원둘레 부분에 탄발수단(49)이 배치된다.

이에 따라, 코어금형(23)은 가열수단(25)의 작동이 정지된 후 형합되어, 또는 가열수단(25)의 작동 정지와 동시에 형합되어, 또는 형합 이후에 가열수단(25)의 작동을 정지하여 급속하게 냉각이 이루어진다. 이때, 용탕이 캐비티(C)로 주입 완료된 시점부터 미세침 패치(1)로 응고되기까지 걸리는 급속 냉각시간은 15 내지 40 초의 범위 내에 있는 것이 바람직하다. 그러나, 냉각시간이 15초 미만인 경우에는 미세침이 변형되는 문제가 발생하고, 40초를 초과하는 경우 지나치게 사이클이 길어지는 문제가 발생한다.

이제, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열가소성 수지재의 미세침 패치 성형용 금형(20)의 작동에 의해 미세침(5)을 제작하는 방법을 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 미세침 패치 성형방법은 도 12에 도시된 바와 같이, 크게 성형준비단계(S10), 형합단계(S20), 용탕주입단계(S30), 용탕응고단계(S40), 주물냉각단계(S50), 및 주물발출단계(S60)를 포함하여 이루어진다.

여기에서, 먼저 상기 성형준비단계(S10)는 도 5에 도시된 미세침 패치 성형용 금형(20)에 의한 미세침 패치(1)의 성형을 준비하는 단계로서, 도 5에 도시된 것처럼 코어금형(23)으로부터 캐비티금형(21)이 분리되어 열린 형개 상태에서 코어금형(23)의 코어틀(41) 내에 코어(35)를 장착한 뒤, 코어틀(41) 내에 설치된 가열수단(25)을 작동시켜 코어틀(41)을 통해 코어(35)를 가열한다. 이때, 가열온도는 상술한 바 있듯이, 100 내지 300℃ 범위에 유지되도록 한다. 이에 따라, 추후 주입되는 용탕(F)은 점도가 충분히 낮아져, 도 13에 도시된 것처럼, 가열하지 않은 때(A)보다 더 깊이(B) 코어구멍(37) 안으로 주입될 수 있게 된다. 이와 동시에, 냉각수단(27)을 작동하여 충분히 냉각되도록 한다. 다만, 냉각수단(27)은 충분히 냉각되어도 탄발수단(49)에 의해 코어금형(23)과 탄력적으로 이격되어 있으므로, 코어금형(23)을 냉각시키지 못한다.

상기 형합단계(S20)는 코어금형(23) 위에 캐비티금형(21)을 닫아 금형(20)을 폐쇄하는 단계로서, 코어금형(23)과 캐비티금형(21) 사이에 캐비티(C)를 형성함으로써, 용탕이 주입될 공간을 확보한다.

특히, 본 발명에서는 형합 시 코어금형(23)과 냉각수단(27)이 접촉하므로, 코어(35)에 대한 가열과 냉각을 중첩시킬 수 있다. 즉, 상술한 바 있듯이, 코어금형(23)은 가열수단(25)의 작동이 정지된 후 형합될 수도, 가열수단(25)의 작동 정지와 동시에 형합될 수도, 또는 가열수단(25)의 작동이 정지되기 전 형합될 수도 있으며 따라서, 코어(35)를 가열하는 동시에 냉각시킴으로써, 코어(35)의 급속한 냉각이 가능하게 된다.

상기 용탕주입단계(S30)는 위 형합단계(S20)에서 금형(20) 내에 발생한 캐비티(C)에 용탕을 주입하는 단계로서, 주입된 용탕은 도 7에 도시된 것처럼 코어(35) 상면에 형성된 다수의 코어구멍(37) 각각에 도 13에 도시된 것처럼 주입된다. 이때, 용탕은 위에서 언급한 바와 같이 충분한 온도로 가열되므로, 점성이 낮아져 가열하기 전보다 더 깊게 도 13의 B선으로 표시된 지점까지 코어구멍(37) 안으로 주입된다. 그러나, 꼭지점 부위(S)에 공기 압축이 발생하므로, 달리 배기수단이 없는 이상 코어구멍(37) 안으로 더 깊숙이 주입될 수 없다. 즉, 미세침(5)의 첨부(P)는 더 이상 뾰족하게 성형되지 못한다.

따라서, 코어(35)가 도 7 이하에 도시된 것처럼 복수의 분할코어(36)로 이루어지고, 따라서, 코어구멍(37)이 코어홈(45)과 접촉면(47)의 만남에 의해 형성됨으로써 또는 다공질의 재질로 제작되어 배기성능을 갖게 되면, 도 13에 도시된 것처럼, 용탕의 주입에 의해 코어구멍(37) 꼭지점 부위(S)에 압축된 공기는 코어홈(45)과 접촉면(47) 사이의 틈새를 통해 예컨대, 화살표(T) 방향으로 또는 자체의 기공을 통해 배기되므로, 용탕은 C선까지 더 깊게 코어구멍(37) 안으로 주입 가능하게 된다. 즉, 미세침(5)의 첨부(P)는 더욱 뾰족하게 성형된다.

상기 용탕응고단계(S40)는 위와 같이 코어(35)의 코어구멍(37)을 포함하여 캐비티(C) 내에 주입된 용탕을 냉각하여 응고시키는 단계로서, 가열수단(25)의 작동을 정지시켜 코어(35)가 더 이상 가열되지 않도록 하는 동시에, 코어금형(23)에 접촉된 냉각수단(27)에 의해 주입된 용탕을 급속히 응고시킨다. 이에 따라, 응고된 주물 즉, 미세침(5)은 수축될 시간이 없거나 매우 짧기 때문에, 수축으로 인해 첨부(P)가 뭉뚝해지는 것을 즉, 첨부(P)의 직경이 늘어나는 것을 피할 수 있게 된다.

상기 주물냉각단계(S50)는 위 용탕응고단계(S40)와 연속선상에서 용탕응고단계(S40)에서 응고된 주물을 냉각시키는 단계로서, 형합 상태를 그대로 유지하여, 즉, 코어금형(23)과 냉각수단(27)의 접촉을 그대로 유지하여 냉각수단(27)에 의해 계속해서 코어(35)를 냉각함으로써, 응고된 용탕을 주물 즉, 성형된 미세침 패치(1)가 되도록 한다.

상기 주물발출단계(S60)는 위 주물냉각단계(S50)에서 냉각되어 성형이 완료된 주물을 금형(20)에서 빼내는 단계로서, 주물의 냉각이 완료된 뒤 코어금형(23) 위의 캐비티금형(21)을 열어 형개한 다음, 캐비티(C)로부터 주물을 발출하는 것으로 마무리 된다. 이후, 발출된 주물을 후가공하면, 최종 제품 즉, 미세침 패치(1)의 제작이 완료된다.

1 : 미세침 패치 3 : 기대
5 : 미세침 11 : 접안면
13 : 배면 15 : 반복 접착제
17 : 진동자 20 : 성형용 금형
21 : 캐비티금형 23 : 코어금형
25 : 가열수단 27 : 냉각수단
31 : 캐비티금형 고정판 33 : 코어금형 지지판
35 : 코어 36 : 분할코어
37 : 코어구멍 39 : 코어하우징
41 : 코어틀 43 : 상면 모서리
45 : 코어홈 47 : 접촉면
49 : 탄발수단 C : 캐비티
F : 용탕 P : 첨부

Claims

바닥 몸체를 이루도록 열가소성 수지재로 성형된 기대(3); 및
상기 기대(3)와 동일한 소재에 의해 일체로 성형되되, 상기 기대(3)의 접안면(11)으로부터 뾰족하게 돌출된 원뿔형 또는 다각뿔형 첨부(P)을 갖는 다수의 미세침(5);을 포함하여 이루어지고,
상기 미세침(5)은 첨부(P)의 직경이 1 내지 100㎛의 범위 내에 있으며,
이때, 상기 첨부(P)의 내각(θ+φ)은 10 내지 60도의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 열가소성 수지재의 미세침 패치.
청구항 1에 있어서,
상기 미세침(5)은 높이가 0.1 내지 2.0㎜의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 열가소성 수지재의 미세침 패치.
청구항 1에 있어서,
상기 열가소성 수지재는 나일론 수지, 폴리에스테르 수지, ABS 수지, 아크릴 수지, SAN 수지, 아크릴레이트 수지, PEEK 수지, PPS 수지, 폴리케톤 수지 및 복합열가소성 수지로 이루어진 일군의 수지 중 선택된 어느 하나의 수지로 이루어진 것을 특징으로 하는 열가소성 수지재의 미세침 패치.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기대(3)는 반복하여 접착할 수 있는 반복 접착제(15)가 배면(13)에 도포되는 것을 특징으로 하는 열가소성 수지재의 미세침 패치.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기대(3)는 접안면(11)에 진동을 발생시키는 진동자(17)가 배면(13)에 부착되는 것을 특징으로 하는 열가소성 수지재의 미세침 패치.
주입된 용탕에 의해 미세침 패치(1)의 기대(3)를 성형하도록 내부에 캐비티(C)가 형성되는 캐비티금형(21);
상기 캐비티금형(21)과 함께 캐비티(C)를 형성하며, 상기 캐비티(C)로 주입된 상기 용탕에 의해 상기 미세침 패치(1)의 접안면(11)과 상기 접안면(11)에 돌출된 다수의 미세침(5)을 성형하도록 내부에 코어(35)가 배치되는 코어금형(23);
상기 용탕을 상기 캐비티(C)로 주입하기 전부터 미리 상기 코어(35)를 가열하는 가열수단(25); 및
상기 가열수단(25)에 의해 가열된 상기 코어(35)를 급속으로 냉각하는 냉각수단(27);을 포함하여 이루어지되,
상기 코어금형(23)은 형개 시 상기 냉각수단(27)과 이격되고, 형합 시 상기 냉각수단(27)과 접촉되도록, 상기 냉각수단(27) 상에 탄발수단(49)에 의해 탄력적으로 지지되는 것을 특징으로 하는 열가소성 수지재의 미세침 패치 성형용 금형.
청구항 6에 있어서,
상기 가열수단(25)에 의해 가열되는 상기 코어(35)의 가열온도는 100 내지 300 ℃의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 열가소성 수지재의 미세침 패치 성형용 금형.
청구항 6에 있어서,
상기 캐비티(C)로의 상기 용탕의 주입이 완료된 시점부터 상기 용탕이 상기 미세침 패치(1)로 응고되기까지 걸리는 상기 코어(35)의 급속 냉각시간은 15 내지 60 초인 것을 특징으로 하는 열가소성 수지재의 미세침 패치 성형용 금형.
청구항 6 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
상기 코어(35)는 복수의 분할코어(36)를 상호 밀착되도록 병렬로 조립하여 이루어지되, 이웃한 한 쌍의 상기 분할코어(36) 중 적어도 어느 한 쪽 분할코어(36)의 상면 모서리(43)를 따라 다수의 코어홈(45)이 접촉면(47) 쪽으로 개방되도록 형성되어, 다른 한 쪽 분할코어(36)의 접촉면(47) 또는 코어홈(45)과 만나 코어구멍(37)을 형성하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 열가소성 수지재의 미세침 패치 성형용 금형.
청구항 9에 있어서,
입구가 V자 모양이며, 상기 V자 모양 각각의 꼭지점에서 연장된 모서리가 한 점에서 만나도록 상기 어느 한 쪽 분할코어(36)에 형성된 코어홈(45)과, 상기 다른 한 쪽 분할코어(36)의 상기 접촉면(47)은 상기 분할코어(36,36)가 상기 코어(35)로 조립될 때 상호 밀착되어, 삼각뿔 모양의 코어구멍(37)을 형성하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 열가소성 수지재의 미세침 패치 성형용 금형.
청구항 10에 있어서,
상기 분할코어(36,36)는 상기 코어구멍(37)의 첨부(P)가 상기 코어홈(45) 입구의 중점에서 내린 수선 상에 오도록, 상기 접촉면(47,47)이 수선에 대해 경사져 있는 것을 특징으로 하는 열가소성 수지재의 미세침 패치 성형용 금형.
청구항 9에 있어서,
입구가 V자 모양이며, 상기 V자 모양 각각의 꼭지점에서 연장된 모서리가 한 점에서 만나도록 상기 어느 한 쪽 및 다른 한 쪽 분할코어(36,36)에 형성된 코어홈(45,45)은 상기 분할코어(36,36)가 상기 코어(35)로 조립될 때 상호 밀착되어, 사각뿔 모양의 코어구멍(37)을 형성하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 열가소성 수지재의 미세침 패치 성형용 금형.
청구항 6 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
상기 코어(35)는 다수의 코어구멍(37)을 형성하도록 다공성 재질로 제작되는 것을 특징으로 하는 열가소성 수지재의 미세침 패치 성형용 금형.
형개 상태에서 코어금형(23)의 코어틀(41) 내에 코어(35)를 장착한 뒤, 가열수단(25)을 작동시켜 상기 코어틀(41)을 통해 상기 코어(35)를 가열하고, 탄발수단(49)에 의해 상기 코어금형(23)을 이격된 상태로 탄력 지지하는 냉각수단(27)을 작동하여 냉각시키는 성형준비단계(S10);
상기 코어금형(23) 위에 캐비티금형(21)을 닫아 내부에 캐비티(C)를 형성하는 동시에, 상기 코어금형(23)를 상기 냉각수단(27)에 접촉시켜, 상기 성형준비단계(S10)에서 가열된 상기 코어(35)를 상기 냉각수단(27)에 의해 급속으로 냉각시키는 형합단계(S20);
상기 형합단계(S20)에서 발생한 상기 캐비티(C)에 용탕을 주입하는 용탕주입단계(S30);
상기 용탕주입단계(S30)에서 상기 캐비티(C)에 주입된 용탕을 급속 냉각시켜 응고시키는 용탕응고단계(S40);
상기 용탕응고단계(S40)에서 응고된 주물을 상기 냉각수단(27)에 의해 냉각시키는 주물냉각단계(S50); 및
상기 코어금형(23) 위의 상기 캐비티금형(21)을 열어 상기 주물냉각단계(S50)에서 냉각이 완료된 상기 주물을 상기 캐비티(C)로부터 발출하는 주물발출단계(S60);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 열가소성 수지재의 미세침 패치 성형방법.
청구항 14에 있어서,
상기 코어(35)는 복수의 분할코어(36)를 상호 밀착되도록 상기 코어틀(41) 내에 병렬로 조립하여 이루어지되, 이웃한 한 쌍의 상기 분할코어(36) 중 적어도 어느 한 쪽 분할코어(36)의 상면 모서리(43)를 따라 다수의 코어홈(45)이 접촉면(47) 쪽으로 개방되도록 형성되어, 다른 한 쪽 분할코어(36)의 접촉면(47) 또는 코어홈(45)과 만나 코어구멍(37)을 형성하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 열가소성 수지재의 미세침 패치 성형방법.