KR20210090499A

KR20210090499A - Imd 사출 성형 금형 및 이를 이용한 imd 제품 성형 방법

Info

Publication number: KR20210090499A
Application number: KR1020200003866A
Authority: KR
Inventors: 김성훈; 임일규; 지혜원; 김태현
Original assignee: 주식회사 나노기술
Priority date: 2020-01-10
Filing date: 2020-01-10
Publication date: 2021-07-20

Abstract

볼록하게 돌출된 하측면을 구비하고, 하측면에 IMD에 의해 인쇄 패턴이 표시되는 IMD 제품을 성형하기 위한 IMD 사출 성형 금형과, 이를 이용한 IMD 제품 성형 방법이 개시된다. 개시된 IMD 사출 성형 금형은, IMD 제품의 상측면의 형상에 대응되는 상측 형상 한정면을 구비한 상부 코어, 및 IMD 제품의 하측면의 형상에 대응되게 홈 형상으로 파여진 하측 형상 한정면을 구비한 하부 코어를 구비하고, 하부 코어는, 하측 형상 한정면의 일 부분인 제1 형상부를 갖는 보디 블록과, 보디 블록에 고정 지지되는 것으로, 하측 형상 한정면의 다른 일 부분인 제2 형상부를 갖는 캡 블록을 구비한다. 보디 블록과 캡 블록 사이에 하측 형상 한정면에서 하부 코어의 외부로 공기가 배출되도록 제1 공기 배출 유로가 형성된다.

Description

IMD 사출 성형 금형 및 이를 이용한 IMD 제품 성형 방법{In mold decoration injection mold and method for forming in mold decoration product using the same}

본 발명은 IMD 방식에 의해 표면에 인쇄 패턴이 표시되는 IMD 제품을 성형하는데 사용되는 IMD 사출 성형 금형과, 이를 이용한 IMD 제품 성형 방법에 관한 것이다.

IMD(in mold decoration)은 플라스틱 제품 등을 사출 성형할 때 금형 내에 인쇄 패턴이 적층된 필름(film)을 끼워 넣어, 사출 성형과 동시에 금형 내에서 플라스틱 제품 등의 표면에 인쇄 패턴을 전사하는 기술을 말하고, IMD 필름은 IMD에 사용되는 필름을 말한다. IMD 필름은 스마트폰, 노트북 PC, 디지털 카메라 등의 케이스와, 그 외 가전제품의 케이스, 화장품 용기, 자동차 부품의 표면 장식과 표면 보호를 목적으로 널리 사용되고 있다.

도 1은 종래의 일 예에 따른 IMD 사출 성형 금형이 형폐된 모습을 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 1을 참조하면, 종래의 IMD 사출 성형 금형(10)은 형개 및 형폐되는 상부 및 하부 코어(core)(11, 15)와, 상기 상부 및 하부 코어(11, 15)가 형폐된 때에 상기 상부 및 하부 코어(11, 15) 사이에 개재되는 IMD 필름(1)을 상기 하부 코어(15)에 고정 시키는 IMD 필름 클램프(clamp)(19)를 구비한다.

상부 코어(11)와 하부 코어(15)가 형폐되면 IMD 제품의 형상에 대응되는 캐비티(CA1)가 형성된다. 상기 캐비티(CA1)는 상부 코어(11)의 하측면에 마련된 상측 형상 한정면(14)과 하부 코어(15)의 상측면에 마련된 하측 형상 한정면(16)에 의해 한정된다. 상부 코어(11)는 용융된 수지(resin)가 상부 코어(11)를 관통하여 흐르는 러너(runner)(12)와, 상기 러너(12)의 말단과 상측 형상 한정면(14)을 연결하는 게이트(gate)(13)를 더 구비한다.

두께가 두껍거나 굴곡이 심한 형상의 IMD 제품을 성형하고자 하는 경우, 하측 형상 한정면(16)의 바닥면까지 오목하게 파여진 홈(groove)의 깊이가 커진다. 또한, 상기 하측 형상 한정면(16)의 바닥면과 하측 형상 한정면(16)의 측면의 경계가 되는 경계부(18)의 곡률 반경이 작아진다.

그러나, 종래에는 상기 IMD 사출 성형 금형(10)을 이용하더라도 실제로는 두께가 두껍거나 굴곡이 심한 형상의 IMD 제품을 성형하는 작업이 신뢰성 있게 진행되지 못했다. 부연하면, 종래에 IMD 필름(1)은 PET(polyethylene terephthalate) 소재로 형성된 캐리어 필름(carrier film) 상에 코팅(coating) 적층된, 인쇄층(printing layer)를 포함한 복수의 층(layer)을 구비한다. 그런데, 상기 PET 소재 형성된 캐리어 필름은 연성(延性)이 부족하여 IMD 필름(1)이 하측 형상 한정면(16)을 구부러지지 못하고 깨져 버리는 경우가 빈번하게 발생하는 것이다. 상기 PET 소재로 형성된 캐리어 필름을 구비한 IMD 필름을 사용하여 IMD 제품을 성형하는 경우에, IMD 분야의 통상의 기술자에게 상기 하측 형상 한정면(16)의 바닥면까지의 깊이보다 상기 경계부(18)의 곡률 반경이 더 커야만 상기 캐리어 필름이 깨지지 않고 IMD 제품을 성형할 수 있다고 알려져 있다.

또한, 상기 캐리어 필름의 연성이 충분하다고 할지라도 상기 하측 형상 한정면(16)에 의해 형성된 홈(groove)이 IMD 필름(1)에 의해 폐쇄되어서 상기 하측 형상 한정면(16)에 의해 형성된 홈에 채워진 공기(air)가 캐비티(CA1) 외부로 방출되지 못하게 된다. 이로 인해, 상기 상부 금형(11)과 하부 금형(15) 사이에 IMD 필름(1)을 개재하고 상부 금형(11)과 하부 금형(15)을 형폐함과 거의 동시에 러너(12)와 게이트(13)를 통해 용융된 수지(9)를 캐비티(CA1) 내부로 주입하면, 상기 폐쇄된 홈에 갇힌 공기로 인해 IMD 필름(1)이 하측 형상 한정면(16)에 밀착되지 못하고, 용융된 수지(9)에 의해 IMD 필름(1)에 구멍이 생겨 불량품이 생성된다.

대한민국 공개특허공보 제10-2018-0138305호

본 발명은, 두께가 두껍거나 굴곡이 심한 형상을 갖는 IMD 제품(in mold decoration product)을 신뢰성 있게 성형할 수 있는 IMD 사출 성형 금형과, 상기 IMD 사출 성형 금형을 이용한 IMD 제품 성형 방법을 제공한다.

본 발명은, 볼록하게 돌출된 하측면을 구비하고, 상기 하측면에 IMD(in mold decoration)에 의해 인쇄 패턴(prtining pattern)이 표시되는 IMD 제품을 성형하기 위한 금형으로서, 상기 IMD 제품의 상측면의 형상에 대응되는 상측 형상 한정면을 구비한 상부 코어(core), 및 상기 IMD 제품의 하측면의 형상에 대응되게 홈(groove) 형상으로 파여진 하측 형상 한정면을 구비한 하부 코어를 구비하고, 상기 하부 코어는, 상기 하측 형상 한정면의 일 부분인 제1 형상부를 갖는 보디 블록(body block)과, 상기 보디 블록에 고정 지지되는 것으로, 상기 하측 형상 한정면의 다른 일 부분인 제2 형상부를 갖는 캡 블록(cap block)을 구비하고, 상기 보디 블록과 캡 블록 사이에 상기 하측 형상 한정면에서 상기 하부 코어의 외부로 공기가 배출되도록 제1 공기 배출 유로가 형성된 IMD 사출 성형 금형을 제공한다.

상기 제1 공기 배출 유로는, 상기 보디 블록과 캡 블록이 접촉되는 경계면에서 상기 보디 블록 및 캡 블록 중 하나에 형성되며 상기 제1 형상부와 제2 형상부의 경계까지 연장된 10 내지 200㎛ 깊이의 미세 채널(micro channel)을 포함할 수 있다.

상기 캡 블록은 상기 제2 형상부의 주변에 마련되고 상기 상부 코어와 하부 코어가 형폐(型閉)된 때 상기 상부 코어에 밀착되는 상측면을 더 구비하고, 상기 제1 형상부는 상기 홈 형상으로 파여진 하측 형상 한정면의 바닥면을 구비하고, 상기 제2 형상부는 상기 홈 형상으로 파여진 하측 형상 한정면의 내측면을 구비하고, 상기 제1 형상부 및 제2 형상부 중 하나는 상기 바닥면과 내측면을 이어주는 곡면을 구비하고, 상기 곡면의 곡률 반경은 상기 상측면에서 상기 바닥면까지의 깊이의 1/6 보다 크거나 같을 수 있다.

상기 캡 블록은 인접하여 배치된 복수의 블록 조각을 구비하고, 상기 인접한 블록 조각 사이에 상기 하측 형상 한정면에서 상기 하부 코어의 외부로 공기가 배출되도록 제2 공기 배출 유로가 형성될 수 있다.

상기 제2 공기 배출 유로는 상기 인접한 블록 조각 사이에 형성된 10 내지 200㎛ 폭의 미세 슬릿(micro slit)일 수 있다.

또한 본 발명은, 볼록하게 돌출된 하측면을 구비하고, 상기 하측면에 IMD(in mold decoration)에 의해 인쇄 패턴(prtining pattern)이 표시되는 IMD 제품을 성형하기 위한 금형으로서, 상기 IMD 제품의 상측면의 형상에 대응되는 상측 형상 한정면을 구비한 상부 코어(core), 및 상기 IMD 제품의 하측면의 형상에 대응되게 홈(groove) 형상으로 파여진 하측 형상 한정면을 구비한 하부 코어를 구비하고, 상기 하부 코어는, 상기 하측 형상 한정면의 일 부분인 제1 형상부를 갖는 보디 블록(body block)과, 상기 보디 블록에 고정 지지되는 것으로, 상기 하측 형상 한정면의 다른 일 부분인 제2 형상부를 갖는 캡 블록(cap block)을 구비하고, 상기 보디 블록과 캡 블록 중 하나는 인접하여 배치된 복수의 블록 조각을 구비하고, 상기 인접한 블록 조각 사이에 상기 하측 형상 한정면에서 상기 하부 코어의 외부로 공기가 배출되도록 공기 배출 유로가 형성된 IMD 사출 성형 금형을 제공한다.

상기 공기 배출 유로는 상기 인접한 블록 조각 사이에 형성된 10 내지 200㎛ 폭의 미세 슬릿(micro slit)일 수 있다.

또한 본 발명은, 상기한 IMD 사출 성형 금형을 이용하여 상기 IMD 제품을 사출 성형하는 방법으로서, 상기 인쇄 패턴이 형성된 인쇄층(printing layer)과 상기 인쇄층을 지지하는 캐리어 필름(carrier film)을 구비하는 IMD 필름을, 상기 상부 코어와 하부 코어가 형개(型開)된 때 상기 상부 코어와 하부 코어 사이에 공급하는 IMD 필름 공급 단계, 상기 하부 코어에 형성된 공기 배출 유로를 통해 상기 하측 형상 한정면에서 상기 하부 코어의 외부로 공기를 배출시켜 상기 IMD 필름을 상기 하측 형상 한정면에 흡착시키는 IMD 필름 흡착 단계, 상기 상부 코어와 하부 코어를 형폐하고, 상기 IMD 제품의 형상에 대응되는 캐비티(cavity)에 용융된 수지를 사출 주입하는 수지 사출 단계, 상기 용융된 수지를 경화시켜 하측면에 상기 인쇄층이 접합된 IMD 제품을 형성하는 수지 경화 단계, 및 상기 상부 코어와 하부 코어를 형개하여 상기 IMD 제품을 취출하는 IMD 제품 취출 단계를 구비하는 IMD 제품 성형 방법을 제공한다.

상기 캐리어 필름은 TPU(thermoplastic polyurethane), CPP(casting polypropylene), PC(polycarbonate), ABS(acrylonitrile butadiene styrene), 및 고무(rubber) 중에서 어느 하나의 소재로 이루어질 수 있다.

본 발명의 IMD 제품 성형 방법은, 상기 IMD 필름 흡착 단계에서 상기 IMD 필름이 상기 하측 형상 한정면에 빈틈없이 밀착되도록, 상기 IMD 필름을 연성(延性)은 향상되나 용융되지는 않는 상태가 되게 가열하는 IMD 필름 가열 단계를 더 구비할 수 있다.

상기 IMD 사출 성형 금형은 상기 IMD 필름을 상기 하부 코어에 고정시키는 IMD 필름 클램프(clamp)를 더 구비하고, 상기 IMD 제품 성형 방법은, 상기 IMD 필름 공급 단계와 필름 흡착 단계 사이에 상기 IMD 필름 클램프로 IMD 필름을 상기 하부 코어에 고정시키는 IMD 필름 고정 단계를 더 구비할 수 있다.

상기 IMD 제품 취출 단계에서, 상기 상부 코어와 하부 코어가 형개되면 상기 인쇄층이 접합된 IMD 제품이 상기 하부 코어에서 분리되고, 상기 캐리어 필름은 상기 IMD 필름 클램프에 의해 상기 하부 코어에 고정되어서 상기 인쇄층과 분리될 수 있다.

본 발명의 IMD 사출 성형 금형은 홈 형상의 하측 형상 한정면에서 하부 코어의 외부로 공기가 배출되도록 유도하는 공기 배출 유로를 구비하므로, 상기 공기 배출 유로를 통해 공기를 흡기하면 상기 하측 형상 한정면의 깊이가 깊고 굴곡이 심하더라도 IMD 필름이 상기 하측 형상 한정면에 빈틈없이 흡착된다. 따라서, 본 발명의 IMD 사출 성형 금형을 이용하여 IMD 제품을 성형하면, 두께가 두꺼운 IMD 제품, 또는 굴곡이 심한 IMD 제품, 즉 곡면 부분의 곡률 반경이 작은 IMD 제품을 신뢰성 있게 생산할 수 있으며, 양품 수율이 향상된다. 더욱이, 연성이 우수한 TPU, CPP, PC, ABS, 및 고무 중 어느 하나의 소재로 이루어진 캐리어 필름을 구비한 IMD 필름을 사용하여 IMD 제품을 성형하는 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면 IMD 필름의 연성(延性)이 우수하여 두께가 두꺼운 IMD 제품 또는 굴곡이 심한 IMD 제품을 더욱 신뢰성 있게 생산할 수 있다.

도 1은 종래의 일 예에 따른 IMD 사출 성형 금형이 형폐된 모습을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 IMD 제품 성형 방법을 순차적으로 도시한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 IMD 사출 성형 금형의 하부 코어를 도시한 사시도이다.
도 8은 도 7의 IMD 사출 성형 금형의 하부 코어를 분해 도시한 사시도이다.
도 9는 도 7을 IX-IX에 따라 절개 도시한 단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 IMD 사출 성형 금형, 및 이를 이용한 IMD 제품 성형 방법을 상세하게 설명한다. 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자 또는 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 2 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 IMD 제품 성형 방법을 순차적으로 도시한 단면도이다. 도 2 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 IMD 제품 성형 방법은, IMD 필름 공급 단계(S10), IMD 필름 고정 단계(S20), IMD 필름 가열 단계(S30), IMD 필름 흡착 단계(S40), 수지 사출 단계(S50), 수지 경화 단계(S60), 및 IMD 제품 취출 단계(S70)를 구비한다.

IMD 필름 공급 단계(S10)는 IMD 필름(1)을 IMD 사출 성형 금형(20)의 상부 코어(23)와 하부 코어(34)가 형개(型開)된 때 상기 상부 코어(23)와 하부 코어(34) 사이에 공급하는 단계이다. IMD 필름(1)은 캐리어 필름(carrier film)(2)과, 상기 캐리어 필름(2) 위에 순차적으로 코팅(coating) 적층된 복수의 층(layer)(3 내지 7)을 구비한다. 상기 캐리어 필름(2)은 상기 복수의 층(3 내지 7)을 지지하는 것으로서, 깊이(DT)가 깊고 굴곡이 심한, 다시 말해 곡면(38)(도 7 참조)의 곡률 반경이 작은 하측 형상 한정면(64)에 빈틈없이 밀착될 수 있도록 연성이 우수한 소재로 형성된다. 상기 연성이 우수한 소재로는, 예컨대 TPU(thermoplastic polyurethane), CPP(casting polypro pylene), PC(polycarbonate), 연성이 우수하게 개질된 ABS(acrylonitrile butadiene styrene), 및 고무(rubbder) 등이 있다.

캐리어 필름(2)에는 이형층(release layer)(3), 하드 코팅층(hard coating layer)(4), 프라이머층(primer layer)(5), 인쇄층(printing layer)(6), 및 부착층(binding layer)(7)가 차례로 적층된다. 상기 인쇄층(6)에는 본 발명의 IMD 제품 성형 방법에 의해 제작되는 IMD 제품(P)의 하측면에 표시되는 소정의 인쇄 패턴(printing pattern)이 형성된다. 상기 하드 코팅층(4)은 IMD 제품(P)의 하측면에서 최외곽에 노출되는 층으로서, 상기 인쇄층(6)을 감싸 보호하는 층이다. 상기 프라이머층(5)은 상기 인쇄층(6)과 하드 코팅층(4) 사이의 접합력을 증대시키는 접착제가 도포된 층이다. 상기 바인더층(7)은 도 6에 도시된 바와 같이 IMD 제품(P)의 경화된 수지(9)와 인쇄층(6) 사이의 접합력을 증대시키는 접착제가 도포된 층이다. 상기 이형층(3)은 상기 IMD 제품 취출 단계(S70)에서 하드 코팅층(4)이 캐리어 필름(2)에서 깨끗하게 분리될 수 있도록 이형제가 도포된 층이다.

IMD 사출 성형 금형(20)은 볼록하게 돌출된 하측면을 구비하고, 상기 하측면에 IMD(in mold decoration)에 의해 소정의 인쇄 패턴(printing pattern)이 표시되는 IMD 제품(P)을 성형하기 위한 금형으로, 상부 금형(21), 하부 금형(30), 및 IMD 필름 클램프(clamp)(28)를 구비한다. 상부 금형(21)은 IMD 제품(P)의 상측면의 형상에 대응되는 상측 형상 한정면(26)을 구비하는 상부 코어(core)(23), 및 상기 상부 코어(23)를 고정 지지하는 상부 원판(22)을 구비한다. 상기 상부 코어(23)는 상부 금형)(21)의 외부에서 사출 주입되는 용융된 수지(resin)가 상부 코어(23) 내부를 관통하여 흐르는 러너(runner)(24)와, 상기 러너(24)의 말단과 상측 형상 한정면(26)을 연결하는 게이트(gate)(25)를 더 구비한다.

하부 금형(30)은 볼록하게 돌출된 IMD 제품(P)의 하측면의 형상에 대응되게 홈(groove) 형상으로 파여진 하측 형상 한정면(64)을 구비한 하부 코어(33), 및 상기 하부 코어(33)를 고정 지지하는 하부 원판(31)을 구비한다. 도 2 내지 도 4, 및 도 6에 도시된 바와 같이 서로 마주보는 상부 코어(23)의 하측면과 하부 코어(33)의 상측면(57)이 이격되게 상부 금형(21)과 하부 금형(30)이 이격된 상태를 형개(型開)라 하고, 도 5에 도시된 바와 같이 상부 코어(23)의 하측면과 하부 코어(33)의 상측면(57)이 밀착되게 상부 금형(21)과 하부 금형(30)이 밀착된 상태를 형폐(型閉)라 한다.

상부 금형(21)은 상하로 이동하지 않고 하부 금형(30)만 상하로 이동하여 상부 금형(21)과 하부 금형(30)이 형개 및 형폐될 수도 있고, 이와 반대로 하부 금형(30)은 상하로 이동하지 않고 상부 금형(21)만 상하로 이동하여 상부 금형(21)과 하부 금형(30)이 형개 및 형폐될 수도 있으며, 상부 금형(21)과 하부 금형(30)이 서로 반대 방향으로 상하 이동하여 상부 금형(21)과 하부 금형(30)이 형개 및 형폐될 수도 있다.

IMD 필름 클램프(28)는 형개된 상부 금형(21)과 하부 금형(30), 다시 말해서 형개된 상부 코어(23)와 하부 코어(33) 사이로 공급된 IMD 필름(1)을 하부 코어(33)에 고정시킨다. 상기 IMD 필름 클램프(28)는 창틀(window frame)처럼 중앙에 통공이 형성되어 있다. 따라서, 상부 코어(23)와 하부 코어(33)가 형폐될 때 용융된 수지(9)가 주입되는 공간인 캐비티(CA2)의 형성이 IMD 필름 클램프(28)에 의해 방해되지 않는다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 IMD 사출 성형 금형의 하부 코어를 도시한 사시도이고, 도 8은 도 7의 IMD 사출 성형 금형의 하부 코어를 분해 도시한 사시도이며, 도 9는 도 7을 IX-IX에 따라 절개 도시한 단면도이다. 도 7 내지 도 9를 함께 참조하면, 상기 하부 코어(33)는 보디 블록(body block)(34)과, 상기 보디 블록(34)에 고정 지지되는 캡 블록(cap block)(50)을 구비한다. 보디 블록(34)은 외측면(44)과 단차지게 상향 돌출된 돌기부(35)를 구비한다. 상기 돌기부(35)의 상측면에는 하측 형상 한정면(64)의 일 부분인 제1 형상부(36)가 구비된다.

캡 블록(50)은 중앙에 통공이 형성된 대략 사각형의 블록으로, 상기 중앙의 통공의 내주면에 하측 형상 한정면(64)의 다른 일 부분인 제2 형상부(51)와, 상기 제2 형상부(51)의 주변에 마련되고 상부 코어(23)와 하부 코어(33)가 형폐된 때 상기 상부 코어(23)의 하측면에 밀착되는 상측면(57)을 구비한다. 상기 보디 블록(34)의 제1 형상부(36)는 홈 형상으로 파여진 하측 형상 한정면(64)의 바닥면(37)과, 상기 바닥면(37)의 외측에 마련된 곡면(38)으로 구분된다. 상기 캡 블록(50)의 제2 형상부(51)는 홈 형상으로 파여진 하측 형상 한정면(64)의 내측면이 된다. 상기 곡면(38)은 상기 바닥면(37)과 상기 내측면(64)을 매끄럽게 이어준다.

보디 블록(34)과 캡 블록(50) 사이에는 상기 하측 형상 한정면(64)에서 상기 하부 코어(33)의 외부로 공기(air)가 배출되도록 유도하는 제1 공기 배출 유로(47)가 형성된다. 제1 공기 배출 유로(47)는, 제1 형상부(36) 주변의 돌기부 상측면(39)에 파여지게 형성된 복수의 미세 채널(channel)(40)과, 상기 돌기부 상측면(39)의 외측 모서리에서 절곡된 돌기부 외측면(41)에 파여지게 형성된 복수의 돌기부 외측면 채널(42)과, 돌기부(35) 바깥의 단차진 상측면(43) 및 이와 이격되게 대면(對面)하는 캡 부재(50)의 외부 하측면(55) 사이에 형성된 틈새와, 상기 단차진 상측면(43)의 외측 모서리에서 절곡된 보디 블록 외측면(44)에 파여지게 형성된 복수의 보디 블록 외측면 채널(45)을 포함한다.

캡 블록(50)이 보디 블록(34) 위에 씌워지며 결합되면, 상기 돌기부 상측면(39) 및 캡 부재(50)의 제2 형상부(51)에 인접한 내부 하측면(53)은 대면하여 밀착되고 상기 복수의 미세 채널(40)을 통해서만 공기가 유동 가능하다. 상기 복수의 미세 채널(40)은 제1 형상부(36)와 제2 형상부(51)의 경계, 구체적으로는 하측 형상 한정면(64)의 곡면(38)과 내측면(51)의 경계까지 연장된다. 바람직하게는, 상기 미세 채널(40)의 깊이(MC)는 10 내지 200㎛ 일 수 있다.

상기 깊이(MC)가 10㎛ 보다 작으면 제1 공기 배출 유로(47)를 통한 공기의 배출이 원활하지 않을 수 있다. 또한, 상기 깊이(MC)가 200㎛ 보다 크면 상기 미세 채널(40)의 입구로 용융된 수지(9)(도 5 참조)가 유입되고 경화되어서 IMD 제품(P)의 하측면에 불필요한 웨이스트 돌기(waste protrusion)가 형성될 수 있다. 상기 웨이스트 돌기는 상부 코어(23)(도 6 참조)와 하부 코어(33)(도 6 참조)가 형개된 때 IMD 제품(P)의 원활한 취출을 방해하는 언더컷(undercut)으로 작용할 수 있다.

캡 블록(50)이 보디 블록(34) 위에 씌워지며 결합되면, 상기 돌기부 외측면(41)와, 상기 캡 부재(50)의 내부 하측면(53)에서 절곡된 캡 블록 내측면(54)은 대면하여 밀착되고, 상기 복수의 미세 채널(40)로 유입된 공기는 상기 복수의 돌기부 외측면 채널(42)을 통해서만 유동 가능하다. 상기 돌기부 외측면 채널(42)의 깊이는 상기 미세 채널(40)의 깊이(MC)보다 약간 크거나 같다.

또한 캡 블록(50)이 보디 블록(34) 위에 씌워지며 결합되면, 상술한 바와 같이 돌기부(35) 바깥 단차진 상측면(43) 및 이외 대면하는 캡 부재(50)의 외부 하측면(55) 사이에 이격된 틈새가 형성되며, 상기 복수의 돌기부 외측면 채널(42)로 유입된 공기는 상기 틈새를 통해서 하측 형상 한정면(64)에서 멀어지는 방향으로 유동 가능하다. 그리고, 보디 블록 외측면(44)은 하부 원판(31)의 내측면(32)에 대면하여 밀착되고, 상기 틈새를 통과한 공기는 상기 복수의 보디 블록 외측면 채널(45)을 통해서 하부 코어(33)(도 2 참조)의 외부로 유동 가능하다.

상기 캡 블록(50)은 인접하여 배치된 4개의 블록 조각(60)을 구비한다. 각각의 블록 조각(60)은 예컨대, 볼트(bolt)와 같은 체결 수단에 의해 보디 블록(34)에 고정된다. 캡 블록(50)의 4개의 블록 조각들(60) 중에서 인접한 한 쌍의 블록 조각(60) 사이에는 하측 형상 한정면(64)에서 하부 코어(33)(도 2 참조)의 외부로 공기가 배출되도록 제2 공기 배출 유로(59)가 형성된다. 상기 4개의 블록 조각(60)은 밀착되지 않고 서로 미세하게 이격되며, 상기 제2 공기 배출 유로(59)는 인접하나 미세하게 이격된 한 쌍의 블록 조각(60) 사이에 형성된 4개의 미세 슬릿(micro slit)이다. 바람직하게는, 상기 미세 슬릿(59)의 폭(MS)은 10 내지 200㎛ 일 수 있다.

상기 폭(MS)이 10㎛ 보다 작으면 상기 미세 슬릿(59)를 통한 공기의 배출이 원활하지 않을 수 있다. 또한, 상기 폭(MS)이 200㎛ 보다 크면 상기 미세 슬릿(59)의 입구로 용융된 수지(9)(도 5 참조)가 유입되고 경화되어서 IMD 제품(P)의 하측면에 불필요한 웨이스트 돌기(waste protrusion)가 형성될 수 있다. 상기 웨이스트 돌기는 상부 코어(23)(도 6 참조)와 하부 코어(33)(도 6 참조)가 형개된 때 IMD 제품(P)의 원활한 취출을 방해하는 언더컷(undercut)으로 작용할 수 있다.

도면에 도시되진 않았으나, 하부 원판(31)(도 2 참조)에는 상기 제1 공기 배출 유로(47) 및 제2 공기 배출 유로(59)를 통해 하부 코어(33) 외부로 배출된 공기를 하부 원판(31)의 외부로 유도하는 원판 공기 배출 유로가 형성된다. 또한, 도면에 도시되진 않았으나, IMD 사출 성형 금형(20)(도 2 참조)은 상기 하측 형상 한정면(64) 주변의 공기가 상기 제1 및 제2 공기 배출 유로(47, 59)와 상기 원판 공기 배출 유로를 통해 하부 금형(30)(도 2 참조)로 배출되도록 공기를 흡기하는 진공 펌프를 더 구비한다.

도 3, 도 4, 및 도 9를 함께 참조하면, IMD 필름 클램프(28)로 IMD 필름(1)을 하부 코어(33)에 고정하면, 홈 형상의 하측 형상 한정면(64)이 IMD 필름(1)에 의해 폐쇄된다. 그리고, 상기 진공 펌프(미도시)를 작동하여 제1 및 제2 공기 배출 유로(47, 59)과 원판 공기 배출 유로(미도시)를 통해 공기를 하측 형상 한정면(64)에서 하부 금형(30) 외부로 배출하면, 하측 형상 한정면(64) 주변에 부압(負壓)이 형성되면서 IMD 필름(1)이 상기 하측 형상 한정면(64)에 빈틈없이 흡착된다.

자체 실험 결과, 하측 형상 한정면(64)의 곡면(38)의 곡률 반경이 상기 캡 블록(50)의 상측면(57)에서 바닥면(37)까지의 깊이(DT)의 1/6인 경우에도 IMD 필름(1)이 상기 하측 형상 한정면(64)에 빈틈없이 밀착되는 것이 확인되었다. 구체적인 예로서, 하측 형상 한정면(64)의 깊이(DT)가 3mm 인 때에 상기 곡면(38)의 곡률 반경이 0.5mm 이었고, 상기 깊이(DT)가 6mm 인 때에 상기 곡면(38)의 곡률 반경이 1.0mm 이었다. 상기 곡면(38)의 곡률 반경이 상기 깊이(DT)의 1/6 보다 큰 경우에는 IMD 필름(1)이 더욱 쉽게 상기 하측 형상 한정면(64)에 빈틈없이 밀착될 수 있다.

결론적으로, 본원 발명의 IMD 사출 성형 금형(20)의 하부 코어(30)는 하측 형상 한정면(64)의 깊이(DT)가 깊거나 굴곡이 심한 경우에도 IMD 필름(1)이 상기 하측 형상 한정면(64)에 빈틈없이 밀착될 수 있다. 따라서, 본원 발명의 IMD 사출 성형 금형(20)을 이용하면 두께가 두껍거나 하측면의 굴곡의 심한 IMD 제품(P)을 신뢰성 있게 제조할 수 있다.

도 2를 다시 참조하면, IMD 필름 공급 단계(S10)에서 IMD 필름(1)은 IMD 사출 성형 금형(20)의 좌측에서 IMD 사출 성형 금형(20)의 우측으로 진행하면서 공급될 수 있다. 상기 IMD 필름(1)은 롤투롤(roll-to-roll) 방식으로 공급된다. 부연하면, IMD 필름(1)은 IMD 사출 성형 금형(20)의 좌측에 위치한 IMD 필름 언와인딩 롤러(unwinding roller)(미도시)에서 풀어져 공급되고, 상기 IMD 사출 성형 금형(20)의 우측에 위치한 IMD 필름 리와인딩 롤러(rewinding roller)(미도시)에 다시 감기며 회수될 수 있다.

IMD 필름(1)에서 하드 코팅층(4), 프라이머층(5), 인쇄층(6), 및 바인더층(7)은 캐리어 필름(2)의 상측면 전체 영역이 아니라, 상기 하측 형상 한정면(64)의 외주 경계를 넘지 않는 평면 크기의 영역에만 적층될 수 있다. IMD 필름 공급 단계(S10)에서 상기 캐리어 필름(2)이 아래로 향하도록 IMD 필름(1)이 공급된다. IMD 필름(1)이 상술한 바와 같이 롤투롤 방식으로 공급되더라도 상기 하드 코팅층(4), 프라이머층(5), 인쇄층(6), 및 바인더층(7)이 하측 형상 한정면(64)과 위아래로 정렬될 때 상기 IMD 필름(1)은 진행을 정지한다.

도 3을 참조하면, IMD 필름 고정 단계(S20)는 IMD 필름 클램프(28)로 IMD 필름(1)을 하부 코어(33)에 고정시키는 단계이다. 구체적으로, IMD 필름 클램프(28)를 하부 코어(33)의 상측면(57), 구체적으로는 캡 블록(50)의 상측면(57) 측으로 가압하여 상기 IMD 필름 클램프(28)와 캡 블록(50) 사이에 개재된 IMD 필름(1)을 상기 캡 블록(50)의 상측면(57)에 밀착 고정시킨다. 이로 인해, 상기 하측 형상 한정면(64)이 IMD 필름(1)에 의해 덮이면서 폐쇄된다.

도 4를 참조하면, IMD 필름 가열 단계(S30)는 IMD 필름(1)이 하측 형상 한정면(64)에 빈틈없이 밀착되도록, 상기 IMD 필름(1)을 연성(延性)은 향상되나 용융되지는 않는 상태가 되게 가열하는 단계이다. 예를 들면, 상부 금형(21)과 하부 금형(30)이 형개된 상태에서 히터(heater)(70)를 상부 코어(23)와 하부 코어(33) 사이로 이동시켜 IMD 필름(1)을 가열하고, 상기 히터(70)를 상기 상부 금형(21)과 하부 금형(30) 바깥의 원위치로 복귀시키는 방법으로 IMD 필름 가열 단계(S30)를 수행할 수 있다.

바람직한 실시예에서 상기 IMD 필름(1)이 70 내지 200℃ 온도가 되도록 IMD 필름(1)을 가열할 수 있다. IMD 필름 가열 단계(S30)를 통해 캐리어 필름(2)뿐만 아니라, 그 위에 적층된 다른 층들(3 내지 7)(도 2 참조)도 용융되어 흘러내릴 정도는 아니지만 연성이 향상되어 쉽게 굽어질 수 있게 된다.

IMD 필름 흡착 단계(S40)는 하부 코어(33)에 형성된 제1 공기 배출 유로(47)(도 9 참조) 및 제2 공기 배출 유로(59)(도 7 참조)를 통해 하측 형상 한정면(64)에서 하부 코어(33)의 외부로 공기를 배출시켜 IMD 필름(1)을 하측 형상 한정면(64)에 빈틈이 생기지 않게 흡착시키는 단계이다. 상술한 바와 같이 IMD 사출 성형 금형(20)의 진공 펌프(미도시)를 작동시키면 상기 제1 및 제2 공기 배출 유로(47, 59)와 원판 공기 배출 유로(미도시)를 통해 공기가 하측 형상 한정면(64)에서 하부 금형(30) 외부로 배출되고, 하측 형상 한정면(64) 주변에 부압(負壓)이 형성되면서 IMD 필름(1)이 상기 하측 형상 한정면(64)에 빈틈없이 흡착된다.

본 발명의 바람직한 실시예에서는, 상기 캐리어 필름(2)이 연성이 우수한 TPU, CPP, PC, ABS, 고무 중에서 어느 한 종류의 소재로 이루어져 있어서, 상기 미세 채널(40)(도 9 참조) 깊이(MC) 및 미세 슬릿(59)(도 8 참조)의 폭(MS)이 크지 않고 상기 진공 펌프의 출력이 크지 않더라도 IMD 필름(1)이 하측 형상 한정면(64)의 곡면(38)(도 9 참조)의 형상을 그대로 추종하여 굽어진다. 상기 IMD 필름 흡착 단계(S40)는 IMD 필름 가열 단계(S30) 직후, 또는 IMD 필름 가열 단계(S30)와 동시에 수행될 수 있다.

도 5를 참조하면, 수지 사출 단계(S50)는 상부 코어(23)와 하부 코어(33)를 형폐하고, 상측 형상 한정면(26)과 하측 형상 한정면(64)이 합쳐져서 형성된 공간, 즉 IMD 제품(P)의 형상에 대응되는 캐비티(CA2)에 용융된 수지(9)를 사출 주입하는 단계이다. IMD 사출 성형 금형(20)에 연결된 수지 사출 장치(미도시)에서 용융된 수지(9)가 사출되면 상기 러너(24)와 게이트(25)를 통해 용융된 수지(9)가 상기 캐비티(CA2) 내부로 주입된다.

수지 경화 단계(S60)는 상기 캐비티(CA2)에 주입된 용융 수지(9)를 경화시켜 하측면에 IMD 필름(1)의 인쇄층(6)이 접합된 IMD 제품(P)을 형성하는 단계이다. IMD 필름 흡착 단계(S40)에서 IMD 필름(1)이 하측 형상 한정면(64)에 밀착되어 있으므로, 상기 캐비티(CA2)는 IMD 제품(P)의 형상에 정확하게 대응된다. 따라서, 수지 경화 단계(S60)에서 경화 형성된 IMD 제품(P)은 설계된 IMD 제품(P)의 형상과 합치된다.

도 6을 참조하면, IMD 제품 취출 단계(S60)는 상부 코어(23)와 하부 코어(33)를 형개하여 경화된 IMD 제품(P)을 취출하는 단계이다. IMD 제품 취출 단계(S60)에서 상부 코어(23)와 하부 코어(33)가 형개될 때 IMD 제품(P)은 상측 형상 한정면(26)에 부착되고 하측 형상 한정면(64)과는 분리된다. 즉, 상부 코어(23)에 부착되고 하부 코어(33)에서는 분리된다. 이때, 캐리어 필름(2)과 하드 코팅층(4) 사이의 이형층(3)으로 인해 상기 하드 코팅층(4), 프라이머층(5), 인쇄층(6), 및 바인더층(7)은 경화된 수지(9)에 접합되어 IMD 제품(P)에 속하게 되며, 캐리어 필름(2)으로부터 분리된다.

상부 코어(23)와 하부 코어(33)가 형개되는 순간에 IMD 필름 클램프(28)는 IMD 필름(1)을 사이에 개재하고 하부 코어(33)의 상측면(57)에 밀착되어 있는 상태이므로, 상기 캐리어 필름(2)은 하부 코어(33)에 고정된 상태로 상기 하드 코팅층(4), 프라이머층(5), 인쇄층(6), 및 바인더층(7)과 분리된다.

도면에 도시되진 않았지만, 상부 금형(21)은 상측 형상 한정면(26)에 부착된 IMD 제품(P)을 상기 상측 형상 한정면(26)에서 분리하는 이젝트 핀(eject pin)을 더 구비할 수 있다. 상기 IMD 제품 취출 단계(S60)에서 상부 코어(23)와 하부 코어(33)가 형개된 직후에 상기 이젝트 핀을 돌출시켜서 상측 형상 한정면(26)에 부착된 IMD 제품(P)을 상측 현상 한정면(26)에서 분리할 수 있다.

IMD 제품(P)이 IMD 사출 성형 금형(20)에서 취출된 후에 IMD 필름 클램프(28)가 하부 코어(33)의 상측면(57)에서 이격되도록 상승하여 IMD 필름(1)이 이동 가능하게 될 수 있다. 이후에 IMD 필름 공급 단계(S10)가 다시 수행되면, 다시 말해서 상술한 롤투롤 방식으로 캐리어 필름(2)과 그 위에 적층된 복수의 층들(3 내지 7)을 구비한 IMD 필름(1)의 부분이 형개된 상부 코어(23)와 하부 코어(33) 사이에 공급되면, 상기 하드 코팅층(4), 프라이머층(5), 인쇄층(6), 및 바인더층(7)이 분리되어서 캐리어 필름(2)과 이형층(3)만 남은 IMD 필름(1)의 부분은 상부 금형(21)과 하부 금형(30)의 밖으로 배출된다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

1: IMD 필름 20: IMD 사출 성형 금형
23: 상부 코어 33: 하부 코어
34: 보디 블록 36: 제1 형상부
47: 제1 공기 배출 유로 50: 캡 블록
51: 제2 형상부 59: 제2 공기 배출 유로

Claims

볼록하게 돌출된 하측면을 구비하고, 상기 하측면에 IMD(in mold decoration)에 의해 인쇄 패턴(prtining pattern)이 표시되는 IMD 제품을 성형하기 위한 금형으로서,
상기 IMD 제품의 상측면의 형상에 대응되는 상측 형상 한정면을 구비한 상부 코어(core); 및, 상기 IMD 제품의 하측면의 형상에 대응되게 홈(groove) 형상으로 파여진 하측 형상 한정면을 구비한 하부 코어;를 구비하고,
상기 하부 코어는, 상기 하측 형상 한정면의 일 부분인 제1 형상부를 갖는 보디 블록(body block)과, 상기 보디 블록에 고정 지지되는 것으로, 상기 하측 형상 한정면의 다른 일 부분인 제2 형상부를 갖는 캡 블록(cap block)을 구비하고,
상기 보디 블록과 캡 블록 사이에 상기 하측 형상 한정면에서 상기 하부 코어의 외부로 공기가 배출되도록 제1 공기 배출 유로가 형성된 것을 특징으로 하는 IMD 사출 성형 금형.
제1 항에 있어서,
상기 제1 공기 배출 유로는, 상기 보디 블록과 캡 블록이 접촉되는 경계면에서 상기 보디 블록 및 캡 블록 중 하나에 형성되며 상기 제1 형상부와 제2 형상부의 경계까지 연장된 10 내지 200㎛ 깊이의 미세 채널(micro channel)을 포함하는 것을 특징으로 하는 IMD 사출 성형 금형.
제1 항에 있어서,
상기 캡 블록은 상기 제2 형상부의 주변에 마련되고 상기 상부 코어와 하부 코어가 형폐(型閉)된 때 상기 상부 코어에 밀착되는 상측면을 더 구비하고,
상기 제1 형상부는 상기 홈 형상으로 파여진 하측 형상 한정면의 바닥면을 구비하고,
상기 제2 형상부는 상기 홈 형상으로 파여진 하측 형상 한정면의 내측면을 구비하고,
상기 제1 형상부 및 제2 형상부 중 하나는 상기 바닥면과 내측면을 이어주는 곡면을 구비하고,
상기 곡면의 곡률 반경은 상기 상측면에서 상기 바닥면까지의 깊이의 1/6 보다 크거나 같은 것을 특징으로 하는 IMD 사출 성형 금형.
제1 항에 있어서,
상기 캡 블록은 인접하여 배치된 복수의 블록 조각을 구비하고,
상기 인접한 블록 조각 사이에 상기 하측 형상 한정면에서 상기 하부 코어의 외부로 공기가 배출되도록 제2 공기 배출 유로가 형성된 것을 특징으로 하는 IMD 사출 성형 금형.
제4 항에 있어서,
상기 제2 공기 배출 유로는 상기 인접한 블록 조각 사이에 형성된 10 내지 200㎛ 폭의 미세 슬릿(micro slit)인 것을 특징으로 하는 IMD 사출 성형 금형.
볼록하게 돌출된 하측면을 구비하고, 상기 하측면에 IMD(in mold decoration)에 의해 인쇄 패턴(prtining pattern)이 표시되는 IMD 제품을 성형하기 위한 금형으로서,
상기 IMD 제품의 상측면의 형상에 대응되는 상측 형상 한정면을 구비한 상부 코어(core); 및, 상기 IMD 제품의 하측면의 형상에 대응되게 홈(groove) 형상으로 파여진 하측 형상 한정면을 구비한 하부 코어;를 구비하고,
상기 하부 코어는, 상기 하측 형상 한정면의 일 부분인 제1 형상부를 갖는 보디 블록(body block)과, 상기 보디 블록에 고정 지지되는 것으로, 상기 하측 형상 한정면의 다른 일 부분인 제2 형상부를 갖는 캡 블록(cap block)을 구비하고,
상기 보디 블록과 캡 블록 중 하나는 인접하여 배치된 복수의 블록 조각을 구비하고,
상기 인접한 블록 조각 사이에 상기 하측 형상 한정면에서 상기 하부 코어의 외부로 공기가 배출되도록 공기 배출 유로가 형성된 것을 특징으로 하는 IMD 사출 성형 금형.
제6 항에 있어서,
상기 공기 배출 유로는 상기 인접한 블록 조각 사이에 형성된 10 내지 200㎛ 폭의 미세 슬릿(micro slit)인 것을 특징으로 하는 IMD 사출 성형 금형.
제1 항 내지 제7 항 중 어느 한 항의 IMD 사출 성형 금형을 이용하여 상기 IMD 제품을 사출 성형하는 방법으로서,
상기 인쇄 패턴이 형성된 인쇄층(printing layer)과 상기 인쇄층을 지지하는 캐리어 필름(carrier film)을 구비하는 IMD 필름을, 상기 상부 코어와 하부 코어가 형개(型開)된 때 상기 상부 코어와 하부 코어 사이에 공급하는 IMD 필름 공급 단계; 상기 하부 코어에 형성된 공기 배출 유로를 통해 상기 하측 형상 한정면에서 상기 하부 코어의 외부로 공기를 배출시켜 상기 IMD 필름을 상기 하측 형상 한정면에 흡착시키는 IMD 필름 흡착 단계; 상기 상부 코어와 하부 코어를 형폐하고, 상기 IMD 제품의 형상에 대응되는 캐비티(cavity)에 용융된 수지를 사출 주입하는 수지 사출 단계; 상기 용융된 수지를 경화시켜 하측면에 상기 인쇄층이 접합된 IMD 제품을 형성하는 수지 경화 단계; 및, 상기 상부 코어와 하부 코어를 형개하여 상기 IMD 제품을 취출하는 IMD 제품 취출 단계;를 구비하는 것을 특징으로 하는 IMD 제품 성형 방법.
제8 항에 있어서,
상기 캐리어 필름은 TPU(thermoplastic polyurethane), CPP(casting polypropylene), PC(polycarbonate), ABS(acrylonitrile butadiene styrene), 및 고무(rubber) 중에서 어느 하나의 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 IMD 제품 성형 방법.
제8 항에 있어서,
상기 IMD 필름 흡착 단계에서 상기 IMD 필름이 상기 하측 형상 한정면에 빈틈없이 밀착되도록, 상기 IMD 필름을 연성(延性)은 향상되나 용융되지는 않는 상태가 되게 가열하는 IMD 필름 가열 단계;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 IMD 제품 성형 방법.
제8 항에 있어서,
상기 IMD 사출 성형 금형은 상기 IMD 필름을 상기 하부 코어에 고정시키는 IMD 필름 클램프(clamp)를 더 구비하고,
상기 IMD 제품 성형 방법은, 상기 IMD 필름 공급 단계와 필름 흡착 단계 사이에 상기 IMD 필름 클램프로 IMD 필름을 상기 하부 코어에 고정시키는 IMD 필름 고정 단계;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 IMD 제품 성형 방법.
제11 항에 있어서,
상기 IMD 제품 취출 단계에서, 상기 상부 코어와 하부 코어가 형개되면 상기 인쇄층이 접합된 IMD 제품이 상기 하부 코어에서 분리되고,
상기 캐리어 필름은 상기 IMD 필름 클램프에 의해 상기 하부 코어에 고정되어서 상기 인쇄층과 분리되는 것을 특징으로 하는 IMD 제품 성형 방법.