KR101454159B1 - 필름 인서트 사출성형장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 필름 인서트 사출성형장치 및 그 방법에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 인서트 필름이 안착되기 위하여 오목하게 형성된 안착부를 구비하는 고정다이와: 상기 안착부와의 사이에서 캐비티를 형성하는 캐비티 형성부와, 상기 고정다이의 일부에 밀착하도록 고정다이에 대하여 상하로 이동가능한 코어, 상기 코어의 상하 이동을 가능하게 하는 탄성수단, 그리고 상기 캐비티에 용융수지가 유입되기 위한 런너를 포함하는 이동다이를 포함하여 구성된다. 본 발명은 고정다이와 이동다이가 일정거리 이격된 저압상태에서 형성된 캐비티에 용융수지가 유입되기 때문에 인서트 필름에 가해지는 압력이 낮다. 이때, 코어가 고정다이의 일부와 밀착하여 용융수지가 캐비티 외부로 배출되는 것을 방지한다. 그리고 고정다이와 이동다이가 완전 밀착하여 유입된 용융수지가 완전한 제품의 외형을으로 성형된다.

Description

필름 인서트 사출성형장치 및 그 방법{Apparatus for making molded article by insert molding and method for manufacturing the same}

본 발명은 필름 인서트 사출성형장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이동다이와 고정다이가 일정거리 이격된 저압상태에서 성형된 인서트 필름의 일측에 용융수지를 주입한 후, 이동다이와 고정다이를 합형시켜 인서트 필름에 가해지는 압력을 최소화하도록 구성하는 것을 기술적 요지로 하고 있음을 알 수 있다.

일반적으로 플라스틱 제품을 장식하거나 표면을 처리하기 위한 방법으로 도금, 증착, 도장, 인쇄 등이 이용되었다. 특히, 제품에 무늬를 인쇄하여 제품에 더욱 선명하고 다양한 디자인을 구현하기 위하여 수압전사 방법이 주로 사용되었다. 수압전사는 도료 또는 잉크를 사용하여 패턴이 인쇄된 전사필름의 인쇄면이 상부를 향하도록 수용액이 저장된 수조 위에 띄운 뒤, 패턴을 전사하고자 하는 제품을 상부에서 전사필름의 인쇄면 방향으로 눌러 액압으로 인해 인쇄면의 패턴이 제품에 전사되는 방식이다. 그러나 상기 방법은 전사필름이 외압에 대해 민감하게 반응하기 때문에 찢어지거나 전사시 제품과 전사필름에 미세한 기포가 유입될 수 있다는 단점이 있고, 무늬패턴에 따라 백화현상이 발생할 수 있다는 문제점도 가진다.

최근에는 플라스틱 사출성형 시 미리 삽입된 필름에 의해 성형과 표면처리가 동시에 이루어지는 인몰드 데코레이션(In-mold Decoration)성형 방법에서 더욱 발전한 필름인서트 사출성형(Film Insert Molding)방법이 각광받고 있다. 인서트 필름은 주로 자동차 내·외장 성형품에 사용되나, 그 외에도 전자 및 가전제품, 이동통신단말기 케이스 등의 표면처리 공정에도 사용될 수 있다.

필름인서트 사출성형 방법에 쓰이는 인서트 필름은 적층필름으로서, 코팅층, 패턴층 그리고 기재층으로 구성되어있다. 코팅층은 외부와 접하는 표면에 위치하여 필름 내 형성된 패턴이 손상되지 않도록 보호하고, 코팅층의 하부에 위치한 패턴층은 일정한 무늬와 형태 및 색을 사용하여 디자인을 표현하며, 기재층은 패턴층 하부에 위치하여 사출성형시 용융수지가 패턴과 직접적으로 접촉되어 패턴을 손상하는 것을 방지하는 역할을 한다. 상기와 같은 인서트 필름의 패턴층에는 2차원적인 평면의 문자 또는 도형 등이 인쇄되어 패턴을 형성한다.

도 1은 이와 같은 필름인서트 사출성형 방법이 도시되어 있다. 먼저 제10과정에서는 미리 인쇄 또는 엠보싱 처리된 인서트 필름(2)을 별도의 히터(H)를 사용하여 고온으로 가열한다. 이때, 고온은 유리전이온도 이상으로 가해진다.

제20과정에서는, 제10과정에서 가열된 인서트 필름(2)을 진공성형금형이 장착된 진공성형기(10)에 고정한 뒤 진공압에 의해 1차 성형한다. 이때, 인서트 필름(2)은 고온으로 가열된 상태이기 때문에 그 외면이 변형될 수 있다. 그리고 제30과정에서, 절단기(T)를 사용하여 성형된 인서트 필름(2) 중 필요한 부분을 트리밍(Trimming)하여 원하는 모양의 성형된 인서트 필름(2)을 생산한다.

제40과정과 제50과정에 도시된 바와 같이, 성형된 인서트 필름(2)을 사출금형의 고정다이(20)에 오목하게 형성된 안착부(22)에 안착시키고 이동다이(30)를 고정다이(20)에 밀착시킨다. 이로 인해, 인서트 필름(2)과 고정다이(20) 사이에 캐비티가 형성되고, 상기 캐비티 내로 이동다이(30)의 런너(32)를 통해 용융수지가 사출된다. 마지막으로, 제60과정에서 알 수 있듯이, 인서트 필름(2)의 일측에 캐비티 형상을 가진 수지(40)가 성형된다. 따라서, 인서트 필름과 수지(40)가 일체로 성형된 사출품을 생산할 수 있는 것이다.

필름인서트 성형방법은 사전에 인쇄 또는 엠보싱 처리되고 성형 된 인서트 필름에 곧바로 용융수지가 사출되기 때문에 필름 패턴의 형상 및 색상이 그대로 유지될 수 있으며, 다른 공정과는 달리 접착제로 사용하기 위한 화학물질이 배출되지 않기 때문에 친환경적인 성형 공법으로 볼 수 있다.

그러나 필름인서트 성형방법으로는 3차원적인 엠보싱 패턴을 갖는 필름을 사용하는 것에는 한계점이 있다. 인서트 필름의 코팅층과 패턴층에 입체적인 엠보싱 패턴을 형성하면, 제품 표면에 촉감 및 질감의 표현을 더할 수 있어 디자인의 심미성을 극대화할 수 있다. 하지만 필름인서트 성형시, 이미 엠보싱 패턴이 형성된 인서트 필름과 고정다이 사이에 형성된 캐비티에 고압으로 용융수지를 유입하는 과정에서 인서트 필름에 압력이 전달되게 된다. 이러한 압력으로 인해 상기와 같은 공정에서 엠보싱이 변형되면 결과적으로 제품의 신뢰성에 문제가 생길 우려가 있는 것이다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 엠보싱을 구비하는 인서트 필름의 엠보싱을 변형하지 않고도 인서트 필름과 일체로 사출성형하는 필름 인서트 사출성형장치 및 그 방법을 제공하는 것을 주된 목적으로 한다.

상기 목적을 해결하기 위한 본 발명에 의하면, 성형된 인서트 필름과, 사출 성형으로 만들어지는 용융수지를 일체로 제조하기 위한 장치로서,

인서트 필름이 안착되기 위하여 오목하게 형성된 안착부를 구비하는 고정다이와: 상기 안착부와의 사이에서 캐비티를 형성하는 캐비티형성부와, 상기 고정다이의 일부에 밀착하도록 고정다이에 대하여 상하로 이동가능한 코어, 상기 코어의 상하 이동을 가능하게 하는 탄성수단, 그리고 상기 캐비티에 용융수지가 유입되기 위한 런너를 포함하는 이동다이를 포함하여 구성되어; 상기 코어는, 고정다이와 이동다이가 일정거리 이격된 상태에서 고정다이의 일부와 밀착하여 캐비티 내부로 유입되는 용융수지가 외부로 배출되는 것을 방지하고, 고정다이와 이동다이가 밀착하는 과정에서 하방으로 이동하여 캐비티의 체적을 감소하게 하는 것을 기술적 특징으로 하고 있다.

그리고 실시예에 의하면, 상기 인서트 필름은 표면에 엠보싱이 형성된다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 코어는 캐비티의 외주면을 따라 형성된다.

본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 코어는 캐비티의 일부를 포함하여 형성된다.

여기에서, 상기 코어는 상기 캐비티내에 형성되는 경사턱을 포함할 수 있다.

본 발명에 의한 필름 인서트 사출성형방법은, 성형된 인서트 필름과, 사출 성형으로 만들어지는 용융수지를 일체로 제조하기 위한 방법으로서,

성형된 인서트 필름을 고정다이의 오목하게 형성된 안착부에 안착시키는 인서트 필름 안착과정; 상기 이동다이와 고정다이가 일정거리 이격되도록 이동시키고, 상기 안착부와 이동다이의 캐비티형성부 사이에 캐비티가 형성되고, 이동다이에 형성된 코어가 고정다이에 밀착되며, 상기 캐비티에 런너를 통하여 용융수지가 주입되는 용융수지 사출과정; 그리고, 상기 고정다이 하면과 이동다이 상면이 완전히 밀착된 상태에서 주입된 용융수지가 압축되어 캐비티의 형상대로 성형되는 용융수지 압축성형과정을 포함하여 구성되는 필름 인서트 성형과정을 포함하여 구성되고 있다.

그리고 상기 용융수지 압축성형과정에서는, 상기 코어가 코어 하부에 위치한 스프링에 의해 고정다이에 대하여 하향 이동하는 코어 이동 단계를 더 포함하여 구성할 수 있다.

이상과 같은 본 발명에 의하면, 인서트 필름의 표면에 기재를 일체로 성형함으로써, 접착제를 사용하여 인서트 필름과 기재를 접착하는 가공 시간, 노력 그리고 비용을 감소할 수 있다.

뿐만 아니라, 엠보싱을 포함한 입체적 또는 평면적 패턴을 구비하는 인서트 필름의 패턴을 변형하지 않고도 인서트 필름과 일체로 성형품을 사출성형할 수 있다는 장점이 있다.

도 1은 종래의 필름 인서트 사출성형법의 진공 성형과정을 보인 예시도.
도 2는 엠보싱을 구비하는 인서트 필름의 단면 구성을 보인 단면도.
도 3은 본 발명에 의한 필름 인서트 사출성형장치의 예시도.
도 4는 본 발명의 필름 인서트 사출성형과정을 보인 예시도.
도 5는 본 발명의 이동다이와 고정다이의 밀착 구조를 설명하기 위해 나타낸 확대 단면도.
도 6은 본 발명의 이동다이의 단면 구성을 보인 단면도.

이하에서는 도면에 도시한 실시예에 기초하면서 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 살펴보기로 한다.

도 2는 필름 인서트 사출성형장치에 사용되고 엠보싱을 구비하는 인서트 필름(100)의 단면을 도시하고 있다. 인서트 필름(100)은 외부와 접하여 필름 내 형성된 패턴을 보호하는 코팅층(102), 코팅층(102)의 하단에 위치하고 패턴을 포함하는 패턴층(104), 그리고 패턴층(104) 하단에 위치하고 사출되는 용융수지와 접하는 기재층(106)으로 구성되어있다. 상기 코팅층(102)과 패턴층(104)에는 입체적인 엠보싱이 형성되어 그 표면의 질감 및 촉감을 형성하도록 한다. 이러한 엠보싱은 다양한 형태와 크기로 구성하는 것이 가능하다.

도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명에 의한 필름 인서트 사출성형장치는, 그 사이에서 사출품을 성형하기 위한 고정다이(200)와 이동다이(300)를 포함하고 있다. 본 발명의 고정다이(200)는 인서트 필름(100)을 삽입할 수 있도록 인서트 필름(100)과 대응되는 오목한 형상의 안착부(202)를 구비한다.

상기 이동다이(300)는 상기 안착부(202)와 같이 캐비티를 형성하는 캐비티형성부(320), 고정다이(200)의 일부에 밀착하도록 고정다이(200)에 대하여 상하로 이동가능한 코어(340), 그리고 캐비티 내로 용융수지를 사출하게 하는 런너(400)를 포함하여 구성된다. 또한, 본 발명에 의한 이동다이(300)는 코어(340)를 상방으로 탄성적으로 지지하는 스프링(360)을 포함한다. 그러나 상기 코어(340)의 이동을 가능하게 하는 다른 이동장치를 설치하는 것도 가능하다.

본 발명의 실시예에서는 코어(340)의 높이가 캐비티형성부(320)와는 동일하고, 이동다이(300) 상면보다는 높게 구성된다. 그리고 캐비티형성부(320)를 향하는 코어(340)의 단부에 경사턱(342)을 형성하여, 성형되는 사출품의 하부가 경사면을 가질 수 있게 한다. 이처럼 사용자의 의도에 따라, 캐비티가 원하는 형상으로 형성되도록 고정다이(200)의 하면, 캐비티형성부(320), 또는 코어(340) 등의 높이 및 형상을 조정할 수 있음은 자명하다.

다음에는 도 4 내지 도 6을 참조하면서 본 발명에 의한 필름 일체형 사출품 사출압축 성형 과정에 대하여 살펴보기로 한다. 먼저 도 2에서 상술한 것과 같은 엠보싱 처리된 인서트 필름을 일정 온도 이상으로 가열한 뒤 진공성형금형이 장착된 진공성형기를 사용하여 1차 성형한다. 그리고 절단기를 사용하여 성형된 인서트 필름 중 필요한 부분만 절단하여 원하는 모양의 인서트 필름을 생산한다. 제100과정에서는 이러한 인서트 필름(100)을 사출금형 고정다이(200)의 안착부(202)에 안착시킨다. 상기 인서트 필름(100)을 안착시키는 방법은 인서트 필름(100)의 외형을 변형시키지 않도록 외부의 충격을 최소화하는 방법으로 이루어지는 것이 바람직하다.

제200과정에서는 고정다이(200)와 이동다이(300)가 일정 간격 이격되도록 이동되고, 코어(340)와 안착부(202) 사이에는 캐비티(500)가 형성된다. 도 5의 (a)는 고정다이(200)와 이동다이(300)가 일정 간격 이격되어 있는 모습이 도시되어 있다. 본 발명의 실시예에서는 코어(340)가 이동다이(300)의 다른 상면보다 높게 형성되어 있음을 볼 수 있다. 그 높이의 차이만큼 고정다이(200)와 이동다이(300)가 이격되어 있고, 코어(340)와 고정다이(200)는 서로 밀착되어있다.

이와 같이 캐비티가 형성되면, 다음에는 용융수지가 사출되는 과정이 진행된다. 사출성형기 노즐(미도시)에서 사출된 용융수지가 코어(340)와 캐비티형성부(320) 사이에 형성된 런너(400)를 통해 캐비티(500) 내부로 충전된다. 이때, 코어(340)의 상면은 인서트 필름(100)의 각 단부를 포함한 고정다이(200)의 일부와 밀착되어, 캐비티(500)가 외부에 대하여 개구된 부분이 없도록 한다. 따라서, 코어(340)에 의해 유입된 용융수지가 캐비티(500) 외부로 유출되는 것을 방지할 수 있다.

종래에는 완전 밀폐된 캐비티에 용융수지 사출성형이 진행되었기 때문에, 수지 유입 및 성형 과정 중에 캐비티 내부에 고압이 발생하고 그로 인해 안착부에 안착된 인서트 필름에도 상당한 압력이 가해졌다. 따라서 인서트 필름의 패턴을 입체적인 형태로 디자인했을 경우, 패턴에 외형적인 변형이 가해져 제품의 완성도가 현저히 낮아지는 문제점을 가진다.

본 발명은 고정다이(200)와 이동다이(300)가 일정거리 이격된 상태에서 안착부(202)과 이동다이(300) 사이에 캐비티(500)가 형성되고, 그 내부로 용융수지가 사출되기 때문에 사출로 인한 압력이 종래보다 낮다. 따라서, 3차원적인 엠보싱 패턴을 갖는 필름을 사용하더라도 엠보싱에 가해지는 압력이 적기 때문에 외형적 무늬를 유지할 수 있어 인서트 필름과 일체형의 사출품을 완성도 있게 성형할 수 있다.

그리고 고정다이(200)와 이동다이(300)가 일정거리 이격된 상태에서 캐비티(500)가 형성되었다 할지라도, 코어(340)가 고정다이(200)와 밀착되어 있기 때문에 용융수지가 외부로 유출되지 못하도록 방지할 수 있다. 도 6에서는 본 발명의 이동다이(300)의 단면을 구성을 보인 단면도가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 캐비티형성부(320) 외주면을 따라 코어(340)가 연속적으로 형성되어 캐비티 형성시 수지가 캐비티형성부(320)를 벗어나 외부로 유출되는 것을 방지하고 있음을 알 수 있다. 그리고 코어(340)의 외주면에 위치한 이동다이(300)의 상면은 이후 이동다이(300)와 고정다이(200)의 밀착과정에서 고정다이(200)와 밀착되어 캐비티(500)의 완전한 밀폐를 형성한다.

본 발명의 또 다른 실시예로서, 코어(340)가 캐비티(500)의 내부까지 위치하도록 형성하여 사출성형되는 수지의 형상을 구현하게 하는 것도 가능하다. 즉, 코어(340)가 캐비티(500)의 일부를 형성하는 것이 가능하고, 코어(340)가 캐비티(500) 외측 테두리를 따라 형성되는 것도 가능하다. 단, 이동다이(300)와 고정다이(200)가 완전히 밀착될 때 정해진 캐비티(500)형상을 형성하게 하는 것을 전제로 한다. 또한, 본 과정에서는 용융수지의 사출시에 용융수지가 고화됨에 따라 수지가 수축되는 수축률을 고려하여 적당량의 수지를 주입하는 것이 요구된다.

그리고 제 300과정에서는 이동다이(300)와 고정다이(200)를 밀착하여 완전한 제품의 외형을 성형하는 과정이 수행된다. 용융수지를 유입한 뒤, 이동다이(300)를 고정다이(200) 방향으로 이동시켜 이동다이(300)와 고정다이(200)가 완전히 밀착하게 한다. 따라서, 도 5b에 도시된 바와 같이, 이동다이(300)의 상면과 고정다이(200)의 하면이 완전히 합형 되는 것이다. 이때, 코어(340) 하부에 위치한 스프링(360)에 의해 코어(340)는 하향 이동이 가능하다. 이로 인해, 캐비티(500)의 체적은 감소하게 되고, 유입된 용융수지는 캐비티(500) 형상대로 압축성형된다.

마지막으로 제 400과정에서는 고정다이(200)와 이동다이(300)를 이동하여 형개한 후, 완성된 제품을 이젝팅하는 과정이 수행된다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의하면 성형된 인서트 필름을 구비한 이동다이가 고정다이와 일정 부분 이격된 저압상태에서 용융수지가 사출되고 이동다이와 고정다이가 합형된 상태에서 용융수지를 압축 및 성형되도록 구성하여 사출성형시 필름 인서트에 가해지는 압력을 최소화하는 것을 기술적 요지로 하고 있음을 알 수 있다.

이와 같은 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서 당업계의 통상의 기술자에게 있어서는 다른 여러 가지 변형이 가능함은 물론이고, 본 발명의 보호범위는 첨부한 특허청구의 범위에 기초하여 해석되어야 할 것임은 자명하다.

100 ..... 인서트 필름 102 ..... 코팅층
104 ..... 패턴층 106 ..... 기재층
200 ..... 고정다이 202 ..... 안착부
300 ..... 이동다이 320 ..... 캐비티형성부
340 ..... 코어 342 ..... 경사턱
360..... 스프링 400 ..... 런너
500 ..... 캐비티

Claims (7)

1. 일정 온도로 가열되고 원하는 모양으로 절단되며, 표면에 엠보싱이 성형된 인서트 필름과, 사출 성형으로 만들어지는 용융수지를 일체로 성형하기 위한 장치로서:
   인서트 필름이 안착되도록 오목하게 형성된 안착부를 구비하는 고정다이(200)와:
   상기 안착부와의 사이에서 캐비티(500)를 형성하기 위한 캐비티 형성부(320)와, 상기 고정다이의 일부에 밀착하도록 고정다이에 대하여 상하로 이동가능한 코어(340), 상기 코어를 상방으로 탄성적으로 지지하는 탄성수단, 그리고 상기 캐비티로 용융수지를 공급하기 위한 런너(400)를 구비하는 이동다이(300)를 포함하여 구성되고;
   상기 인서트 필름은 상기 안착부 내에 안착되도록 절단되고, 인서트 필름의 하부의 기재층(106)이 상기 런너를 통하여 공급되는 용융수지와 일체로 성형되며;
   상기 코어는 캐비티의 외주면을 따르도록 성형되거나, 캐비티의 외주면을 포함하도록 성형되고;
   상기 코어는, 고정다이와 이동다이가 일정거리 이격된 상태에서 고정다이의 일부와 밀착하여 캐비티 내부로 유입되는 용융수지가 외부로 배출되는 것을 방지하고;
   상기 코어(340)는 캐비티형성부(320)와 동일한 높이를 가지고, 이동다이(300) 상면보다는 높게 성형되어, 고정다이와 이동다이가 밀착하는 과정에서 하방으로 이동하여 캐비티 성형부(320)가 캐비티의 체적을 감소하게 하는 것을 특징으로 하는 필름 인서트 사출성형장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서, 상기 코어는 상기 캐비티내에 형성되는 경사턱을 포함하는 필름 인서트 사출성형장치.
6. 삭제
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