KR100876305B1 - 슬라이딩형 휴대폰의 레일두께에 대한 공차를 줄일 수 있는다이캐스팅 프레임의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 슬라이딩형 휴대폰의 슬라이딩 작동에 있어서 매끄럽고 안정된 슬라이딩 상태를 보장하여 사용감 또한 높일 수 있도록 휴대폰의 슬라이딩을 위한 레일 구조를 최소의 공차만으로 형성될 수 있도록 하기 위한 슬라이딩형 휴대폰에 적용되는 다이캐스팅 프레임의 제조 방법에 관한 것으로,

본 발명의 슬라이딩형 휴대폰용의 레일 공차를 줄일 수 있는 다이캐스팅 프레임의 제조 방법은,

다이캐스팅용 알루미늄 합금을 700 내지 750℃로 가열 용융한 용탕을 금형 캐비티로 주입하여 성형하는 합금프레임성형단계; 및

상기 합금프레임성형단계에서 제조되어 냉각된 합금프레임을 프레스기에 배치한 후 가압시켜 합금프레임 양측에 슬라이딩용 레일 형성을 위한 두께를 성형하는 두께성형단계를 포함하여 이루어진 것을 기술적 특징으로 한다.

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Description

슬라이딩형 휴대폰의 레일두께에 대한 공차를 줄일 수 있는 다이캐스팅 프레임의 제조 방법{MANUFATURING METHOD OF THE DIE-CASTING FRAME FOR CELLULAR PHONE}

본 발명은 슬라이딩형 휴대폰에 사용되는 다이캐스팅 프레임의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 슬라이딩형 휴대폰의 슬라이딩 작동에 있어서 매끄럽고 안정된 슬라이딩 상태를 보장하고 사용감 또한 높일 수 있도록 휴대폰의 슬라이딩을 위한 레일 구조를 최소의 공차만으로 형성되고 각 구간에 대한 두께의 편차가 없는 슬라이딩형 휴대폰에 적용되는 다이캐스팅 프레임의 제조 방법에 관한 것이다.

다이캐스팅(DIE-CASTING)은 다이 주조라고 하는 것으로, 필요한 주조형상에 완전히 일치하도록 정확하게 기계가공된 강제(鋼製)의 금형(金型)에 용융된 금속(熔融金屬)을 주입하여 금형과 똑같은 주물을 얻는 주조방법이다.

상기한 방식으로 얻어지는 다이캐스팅 제품은 일반 사출제품보다 기계적 성 질이 우수하여 다이캐스팅은 통상적으로 자동자부품을 비롯하여 보다 구조적 안정성이 요구되는 전기기기, 광학기기, 방직기, 계측기 등의 부품 생산에 많이 이용되고 있는 실정이다.

그러나 최근 상기한 부품 생산을 넘어 휴대폰에도 다이캐스팅 방법이 응용되고 있는 실정인데, 경박단소(輕薄短小)화 경향을 보이는 휴대폰에 있어서 적합한 다이캐스팅용 합금의 개발이나 이러한 합금을 이용하여 정밀한 휴대폰 구조를 완성하기 위한 공법들이 많이 시도되고 있는 실정이다.

특히, 상기한 다이캐스팅용 합금으로는 주식회사 대원합금 등의 특허등록 제0741660호(2007.07.16) 『휴대폰 및 전자제품 내외장용 알루미늄-마그네슘 합금』이 개시되고 있는데,

다년간 휴대전화 부품 관련 다이캐스팅 업종에 종사한 본 발명의 발명자는 상기 등록특허의 합금의 단점으로서 다이캐스팅을 거쳐 탕구를 절단하고 타발 및 후처리시 버(bur)를 제거하는 과정에서 깔끔하게 버가 제거되지 못하게 되어 불량을 일으키며, 프레임의 추가적인 도금, 도장, 기타 후가공 과정에서 뒤틀림이 방생하는 것을 발견하게 되었다.

특히, 상기 등록특허의 단점은 경박단소화 경향과 관련하여 그 만큼 박형화된 제품에 도금 공정이나 커팅 등의 후가공 공정에서 열이나 물리적인 충격이 가해질 경우 불량이 심하게 발생하게 되므로 생산성 및 단가경쟁력, 심지어는 완성된 휴대폰의 품질에도 심각한 악영향을 끼치게 된다.

또한 상기한 다이캐스팅용 합금 자체에 대한 문제만이 아니라 슬라이딩형의 휴대폰에 있어서 기존의 단순한 주조금형만을 이용한 다이캐스팅에서는 슬라이딩을 위한 레일 구조의 공차를 요구되는 수준으로까지 낮출 수가 없어 최종적인 제품 생산에 있어서 생산된 제품 중 40 내지 45% 정도만이 양품으로 합격을 받게 되고 그 외는 불량으로 버려지는 문제가 있게 되었다.

좀 더 구체적으로 설명하면,

우선 본 발명을 비롯하여 다이캐스팅 휴대폰 프레임 제조에 있어서 관련 업계에서 업급하는 공차라 함은, 설계도면시 레일의 두께 치수와 도장까지 최종 완료된 레일의 두께 치수에 대한 편측 차이를 의미하는 것인데,

슬라이딩을 위한 레일의 두께에 대한 합격 공차를 업계에서는 ±5/100을 합격점으로 하고 있으나 단순한 주조금형만을 이용한 다이캐스팅 공정으로는 최대한 공차를 줄이고자 하더라도 ±6/100 내지 ±7/100 정도로 맞출 수밖에 없는 정도이고,

나아가 두께에 대한 공차도 문제이지만 주조금형으로 완성된 레일에 있어서그 레일의 부분 부분마다 두께가 일정하지 않고 달리 형성되는 문제점이 있다.

결국 슬라이딩형 휴대폰의 케이스를 다이캐스팅으로 형성하는 경우, 다이캐 스팅 특성으로 인해 케이스의 강도 보장은 가능하지만,

슬라이딩 동작에 있어 최종 제품과 설계상의 제품 두께를 비교할 때 공차가 커지고 이에 따라 슬라이딩시 헐거워지고 안정된 슬라이딩 동작을 보장할 수 없으며,

또한 하나의 레일에 있어서도 두께에 대한 편차가 발생하다보니 슬라이딩 동작시 뻑뻑감을 주고 또한 소음이 발생된다는 심각한 문제가 발생되어

상기한 문제점이 해결되지 않는 이상 다이캐스팅을 슬라이딩형 휴대폰에 적용시키는데 한계점에 봉착하게 된다.

특히 슬라이딩형 휴대폰 케이스를 다이캐스팅이 아닌 단순 사출방식으로 형성하는 경우에는, 사출로 휴대폰 외관을 만든 기간 자체가 아주 오래전부터였고 이에 따라 많은 노하우가 축적되어 있어 상기한 문제점이 발생되지 않으나,

다이캐스팅에 사용되는 수지가 사출에 사용되는 수지 보다 까다롭고 그 녹는점 또한 상당히 높다는 점에서 다이캐스팅에서는 사출보다 제품의 정밀성이 떨어지고,

또한 다이캐스팅을 휴대폰의 외관제품에 적용하기 시작한 지가 얼마되지 않은 현 업계 상황에서는 그에 따른 노하우의 축적 또한 없다 할 것이어서

본 발명자는 슬라이딩형 휴대폰의 레일 구조를 정밀하게 완성시킬 수 있는 다이캐스팅 공법을 연구하게 된 것이다.

다만, 다이캐스팅 공법에 관한 종래기술로 등록특허 제670187호(2007.01.10) 『프레스를 이용한 다단가압식 다이캐스팅 공법 및 금형』이 개시되고

상기한 등록특허 제670187호는 기계식 프레스를 이용하여 액상 상태의 소재를 초고압으로 주조할 수 있도록 하는 다단가압식 다이캐스팅 공법 및 금형에 관한 것으로 일반적인 기계식 프레스를 이용하여 상, 하부 금형간에 형합 및 형개 작동이 가능하도록 설치한 다음, 상기 상, 하부금형의 캐비티에는 액상의 금속 소재를 중력을 이용하여 주입하는 단계와, 상기 상부금형을 하강시켜서 하부 금형에 형합시킴과 동시에 하부금형의 캐비티에 주입되어 있는 금속소재를 기계식으로 가압하는 단계와, 이어서 하부금형의 캐비티에 충전되어 있는 금속소재를 유압실리더를 이용하여 유압으로 최종 가압하는 단계를 포함하여 금형의 캐비티 내부에 주입되는 순간부터 응고가 진행되는 금속소재를 캐비티 내부에 치밀한 조직으로 충전되돌고 소성변형을 가하여 주조하는 것을 특징한 다이캐스팅 공법이다.

그러나 상기한 등록특허 제670187호는 단순 주조에서 발생되는 수축공 결합을 제거하고, 제품 내부에 수축공이나 기포공 등의 주조 결함을 제거하고 기계적 성질이 우수한 성형 제품을 만들기 위해 다이캐스팅의 작업과 동시에 프레스 작업을 진행하는 공법인 것으로

본 발명에서 구현하고자 하는 슬라이딩형 휴대폰 레일 구조의 결함을 보완하기 위해 고안된 기술 자체가 아니며, 그 공정에 있어서도 차이가 있는 것이다.

또한 소비자들의 제품에 대한 구매욕구를 충족시키기 위하여 제품 기능만이 아니라 제품 외관에 있어서도 시각성 내지 심미감을 높여 상품성을 증진시킬 필요성이 대두되고 있는데,

상기 등록특허를 비롯한 종래의 합금은 제품 프레임에 컬러를 입히는 도장 공정에 있어서 높은 채도 내지 휘도를 구현하기에는 문제점이 있고, 고채도 및 고휘도를 구현할 수 있는 특수한 도장 공정을 도입한다 하더라도 상기 등록특허에 의한 합금 자체가 도장 공정과 맞지 않는 성분 배합비를 가지고 있는바 도장 공정후 제품 외관에 기포 자국이 생기는 등 제품불량률이 높아진다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 슬라이딩형 휴대폰의 프레임 제조에 있어서 기존의 단순 다이캐스팅만으로 진행되던 공정에서 탈피하여 프레스 공정을 추가하여 슬라이딩형 휴대폰 레일 두께 공차를 최소화시키도록 하는 것을 그 첫째 목적으로 한다.

더 나아가 도장까지 완료된 슬라이딩형 휴대폰 레일의 두께가 0.79 내지 0.81mm수준으로 유지될 수 있는 즉, 두께에 대한 공차가 도장단계 전에는 생기지 않아 도장시의 피막 두께만으로도 공차가 결정되도록 하거나 또는 최대한 공차가 높다 하더라도 ＋0.045로 유지될 수 있는 다이캐스팅 프레임의 제조 방법을 제공하고자 하는 것을 목적으로 한다.

또한 레일에 대한 일정한 두께를 제공할 수 있도록 하여 슬라이딩형 휴대폰의 미끄러지는 과정에서 마찰이 일어나 마모 및 파손이 발생되는 것을 방지하고 뻑뻑감을 줄이고 사용자의 사용감을 높일 수 있는 다이캐스팅 프레임의 제조 방법을 제공하고자 하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 다이캐스팅 알루미늄 합금, 특히 이후 색상 구현 단계에서 원하는 고채도 및 고휘도의 색상 구현이 가능한 알루미늄 합금을 제안하고, 도장공정에 있어서 슬라이딩 휴대폰 프레임의 고채도 및 고휘도 색상 구현 방법을 제안하고자 하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 슬라이딩형 휴대폰용의 레일 두께에 대한 공차를 줄일 수 있는 다이캐스팅 프레임의 제조 방법은,

다이캐스팅용 알루미늄 합금을 700 내지 750℃로 가열 용융한 용탕을 금형 캐비티로 주입하여 성형하는 합금프레임성형단계; 및

상기 합금프레임성형단계에서 제조되어 냉각된 합금프레임을 프레스기에 배치한 후 가압시켜 합금프레임 양측에 슬라이딩용 레일 형성을 위한 두께를 성형하는 두께성형단계를 포함하여 이루어진 것을 기술적 특징으로 한다.

또한 본 발명의 상기 프레스기는

합금프레임의 상면이 안착되는 것으로 합금프레임의 슬라이딩용 레일 형성을 위한 레일성형부가 구비된 지그부와,

상기 지그부에 안착된 합금프레임을 가압하여 슬라이딩을 위한 레일을 형성시키는 프레스부로 이루어진 것을 기술적 특징으로 한다.

또한 상기 프레스기를 통해 형성된 레일의 두께 공차는 0에서 0.01이고,

더 바람직하게 본 발명의 두께성형단계에서 완성된 레일의 두께는 0.73mm 내지 0.74mm인 것을 기술적 특징으로 한다.

또한 상기 두께성형단계 이후 합금프레임 표면에 컬러를 구현하는 도장 공정이 더 포함되되, 상기 도장공정에서의 합금프레임에 대한 피막두께는 편측으로 0.03 내지 0.035mm 인 것을 기술적 특징으로 한다.

또한 본 발명에서 도입되는 도장공정은

합금표면과의 밀착성을 증진시키기 위해 1차 도장작업이 이루어지는 제 1 도장 단계와, 제1도장 단계 후 진행되는 제 1 건조단계와, 상기 제 1 건조단계 후 진행되는 것으로 제품에 표현될 색상으로 2차 도장작업이 이루어지는 제 2 도장 단계와, 제 2 도장 단계 후 진행되는 제 2 건조단계, 그리고

상기 제 2 건조단계 후 진행되는 것으로 색상이 입혀진 프레임에 투명색상을 입히는 제 3 도장 단계로 이루어지고,

상기 제 1 및 제 2 건조단계의 건조온도는 150 내지 180℃로 하고,

상기 각 도장단계에서 형성되는 피막두께비는 3: 3: 4인 것을 기술적 특징으로 한다.

본 발명에 따른 다이캐스팅 프레임의 제조 방법은, 슬라이딩형 휴대폰 레일 구조에 대한 두께 공차를 최소화시키고, 도장까지 완료된 슬라이딩형 휴대폰 레일의 두께가 0.79 내지 0.81mm수준으로 유지될 수 있도록 하여 결국 요구되는 수준인 공차를 0.05 더 나아가서는 0.03으로까지 맞출 수 있으며,

또한 일정한 두께의 레일을 형성할 수 있어 슬라이딩형 휴대폰의 미끄러지는 과정에서의 뻑뻑감이나 마찰 또는 소음 발생을 방지하여 사용자의 사용감을 충족시킬 수 있어,

종국적으로는 기존 전수검사에서 생산된 제품 중 40 내지 45% 정도의 양품만을 얻을 수 있었던 것에 비하여 양품률을 90 내지 95% 까지로 높일 수 있다는 효과가 있다.

또한 기존 휴대폰 제품과는 퀄러티(Quality)에서 차이가 나는 고채도 및 고휘도 색상 구현이 가능하도록 하도록 하여 우수한 심미감을 제공할 수 있다는 효과가 있다.

본 발명은 도면을 참조하여 다음과 같이 보다 구체적으로 설명될 수 있다.

우선, 본 발명은 슬라이딩형 휴대폰에 적용되는 프레임, 좀 더 구체적으로는 슬라이딩 구조가 필요한 프레임에 한정된 기술인 것으로

도 5에 도시된 바와 같이, 슬라이딩 휴대폰은 화면창이 보이는 상부케이스(A)와 번호패드가 부착된느 하부케이스(B)로 이루어져있어

상부케이스가 하부케이스를 기준으로 미끄러지면서 상승되도록 하기 위한 슬라이딩 구조는 상기 상부케이스와 결합되어 상부케이스의 저면을 형성하는 프레임(F)에 형성되어야 하는 것이고, 특히 상기한 프레임(F)의 가장자리 양측으로 슬 라이딩을 위한 레일이 형성되어야 한다.

따라서 이하에서 언급되는 합금프레임 내지 프레임은 슬라이딩형 휴대폰에 있어서도 슬라이딩을 위한 레일 구조가 형성되는 프레임(F)에 한정하여 설명하도록 한다.

또한 합금프레임에 있어서 상부 프레임(A)과 결합시 외부로 노출되는 면을 하면(20)으로, 그 반대면을 상면(10)으로 칭한다.

또한 앞서 언급한 바 있으나 본 발명에서 언급되는 공차라 함은, 설계 도면상에서의 치수와 비교할 때 도장 전의 프레임형성에 따른 두께의 차이값과 프레임 도장에 의한 프레임 편측의 피막 두께를 합한 치수에서 설계도면시의 두께를 뺀 값을 의미하는 것이다.

본 발명에 따른 다이캐스팅 알루미늄 합금은 주재료이며 나머지 성분 외에 잔량을 차지하는 Al 외에 Si, Fe, Cu, Mn, Mg, Cr, Ni, Zn, Ti, Pb, Sn, 그 외 불가피한 불순물을 포함하여 이루어진다.

상기 Si는 용융물의 유동성 증진, 수축률 저하, 내열성 향상, 그리고 고채도 및 고휘도를 가진 색상 구현을 위한 것으로, 7.00~8.00 중량% 첨가된다.

상기 Fe는 점착성 감소를 통한 탈형 성능 향상을 위한 전형적인 성분으로, 0.50~0.65 중량% 첨가된다.

상기 Cu는 점착성 감소 및 고용강화(특히 Mg에 대한)를 위한 것이며, 1.40~1.70 중량% 첨가되며, 일정정도 시효경화성(age-hardening)을 부여하여 경도와 내마모성을 향상시키지만, 상한치를 넘어서면 내식성 저하를 일으킨다.

상기 Mn은 내식성 증진 및 Fe 첨가 효과 보조를 위한 것으로, 0.40~0.70 중량% 첨가되며, 일정 정도 고온에서 연화 저항을 크게 하고 표면처리 특성을 개선하는 기능을 한다.

상기 Mg는 내식성 및 인장강도, 그리고 상기 Si와 제품 색상에 의한 외관불량률을 낮추기 위한 것으로 1.60~1.80 중량% 첨가되며, 그 미만이면 경도가 떨어지고 초과되면 과도한 경도로 인하여 내피로성과 내층격성이 저하될 뿐만 아니라 고밀도 제품을 유지할 수 없어 색상 구현 후 시간이 지남에 따라 제품 외관에 기포 등이 발생하게 된다.

상기 Cr은 결정입자 미세화를 통한 내마모성 향상을 위한 것이며, 0.01~0.03 중량% 첨가되고, 일정 정도 내열성 향상에 기여한다.

상기 Ni는 내열성 향상을 위한 것으로, 0.03~0.07 중량% 첨가되며, 그 미만일 경우에는 내열성이 저하되고 초과도리 경우에는 생산성이 저하된다.

상기 Zn은 내식성과 강도향상, 및 고채도 및 고휘도 구현 제품에 맞는 취성을 갖도록 하기 위한 것이며, 0.80~1.30 중량% 첨가되며, 상한치를 넘어서거나 최저치 미만이면 내식성이 저하되고 취성이 지나치게 강해진다.

상기 Ti는 내식성과 강도개선을 위한 것으로, 0.01~0.03 중량% 첨가된다.

상기 Pb 및 Sn는 함께 성형성 및 피삭성 향상을 위한 것으로, 각각 0.04~0.08 중량% 및 0.01~0.02 중량%가 첨가되며, 상한치를 넘어서면 열간 및 냉간 가공성이 저하된다.

앞서 언급한 특허등록 제0741660호에 제시된 합금의 성분과 차이나는 것은 점착성 감소 및 고용강화를 위한 Cu, 내식성과 강도향상, 및 취성 개선을 위한 Zn, 내마모성 향상을 위한 Cr, 성형성 및 피삭성 향상을 위한 Sn 및 Pb, 내열성 향상을 위한 Ni이며,

이러한 성분 차이로 인하여 휴대용 전자제품을 위한 프레임의 탈형, 버 제거 등의 후처리, 도금 등의 후가공시 파손 및 변형이 방지되며, 아울러 경박단소화 경향에 맞추어 최대한 박형화시켜도 불량 발생이 그만큼 적어지게 된다.

특히 상기 Mg, Cr, Ni, Ti 및 Zn는 상대적인 배합량의 상호작용으로 취성(脆性, brittleness) 특성 개선에 일조하여 휴대용 전자제품의 LCD나 메모리칩 등의 내장부품을 충격으로부터 보호하는 데 적합한 특성을 제공하는 것으로 나타났으며,

또한 Mg와 Si는 프레임 자체가 고밀도 제품이 가능하도록 하여 색상 구현 공정 즉, 도장 공정에서 진행되는 건조단계에 있어서 높은 온도에 의한 표면 처리시 온도에 의한 기포 등 공기층이 발생하게 되어 외관불량률이 발생된다는 문제점을 해소하게 된다.

이러한 알루미늄 합금 성분은 700~750℃의 주조온도에서 다이캐스트 방법으로 성형되는데, 좀 더 구체적으로 본 발명의 슬라이딩형 휴대폰용의 레일 공차를 줄일 수 있는 다이캐스팅 프레임의 제조 방법은

도 1에 도시된 바와 같이, 다이캐스팅용 알루미늄 합금을 가열 용융한 용탕을 금형 캐비티로 주입하여 성형하는 합금프레임성형단계(S1)를 거치고,

상기 합금프레임성형단계(S1)에서 제조되어 냉각된 합금프레임(F)을 프레스기(P)에 배치한 후 가압시켜 합금프레임 양측에 슬라이딩용 레일 형성을 위한 정밀두께를 성형하는 두께성형단계(S2)를 거치고,

이후 도장단계를 포함한 후가공단계(S3)을 거친 후 최종 완료된다.

도 2는 본 발명의 두께성형단계에서 사용되는 프레스기(P)를 개략적으로 도시한 도면인 것으로 프레스기의 구체적인 작동 방식은 기존 다양한 프레스기와 동일하기에 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.

즉, 상기 프레스기(P)는 합금프레임의 상면(10)이 안착되는 지그부(200)와, 안착된 함급프레임을 가압하여 합금프레임 양측에 슬라이딩을 위한 레일을 형성시키는 프레스부(100)로 구성된다.

또한 상기 지그부(200)에는 합금프레임의 슬라이딩용 레일 형성을 위한 레일성형부(210)가 구비되어 있다.

결국 합금프레임성형단계(S1)를거친 합금프레임을 지그부(200)에 안치시키되 합금프레임의 가장자리 일측을 상기 레일성형부(210)에 위치시킨 후 프레스부(100)로 가압하여 합금프레임(F)에 레일(30)을 형성하게 되는 것이다.

이 경우 상기 레일성형부(210)의 두께는 이후 합금프레임의 바람직한 최종 레일 두께 형성을 위하여 0.73mm에서 0.73＋0.01mm로 맞춰지는 것이 바람직하다.

즉, 두께성형단계(S2)를 거친 레일(30)의 두께(t)가 설계시의 두께와 비교할 때 0에서 0.01정도로만 차이값이 생길 수 있도록 프레스기(P)에서 레일성형부(210)의 두께를 조절하여야 하는 것이다.

따라서 상기 방법으로 형성된 프레임의 레일 두께(t)는 설계상의 두께였던 0.73mm로 맞춰질 수 있고, 공차범위 내에서 최대 두께라 하더라도 0.74mm인 레일 두께를 얻을 수 있게 되는데,

다이캐스팅된 합금프레임의 두께를 단순히 주조 금형에서 형성하는 것이 아니고 별도의 단계에서 프레스기를 사용하여 내려찍는 방법으로 채택함으로서,

두께에 대한 공차를 0에서 0.01까지 보장할 수 있게 되고

나아가 프레스기에 의해 순간적으로 가압되는 방식이기에 각 레일에 대한 두께가 부분 부분마다의 편차없이 동일하게 형성된다는 효과를 얻을 수 있게 된다.

다음으로 두께성형단계(S2) 이후 합금프레임 표면에 컬러를 구현하는 도장 공정을 비롯한 후가공단계(S3)가 이루어지는데,

상기 도장공정에서의 합금프레임에 대한 피막두께는 편측으로 각각 0.03 내지 0.035mm가 되도록 도장이 진행된다.

따라서 프레스 방식을 도입한 본 발명에 따른 다이캐스팅 공정에 의하면, 레일 형성을 위한 합금프레임의 성형시 레일 두께에 대한 공차가 0 에서 ＋0.01로 보장되고.

이후 후가공인 도장공정에서는 편측으로 0.03 내지 0.035㎜ 정도의 피막두께를 보장할 수 있게 되어,

최종 제품에서는 설계도면상의 치수와 비교할 때 그 공차가 0.03 내지 0.045가 되어 다이캐스팅 제품에서 요구되는 최적 공차인 ±0.05를 넘지않는다는 결과를 얻을 수 있게 되고,

뿐만 아니라 상기 두께성형단계에서 공차가 0으로 맞춰지는 경우 이후 도장단계를 거치게 되면 레일 두께에 대한 공차는 도장 단계시의 피막 두께만으로 결정되므로,

기존의 슬라이딩 휴대폰 프레임보다 월등히 우수한 구조의 제품을 제공할 수 있게 되는 것이다.

이상에서 설명한 본 발명의 공정 중 도장을 포함한 후가공단계는 다음의 실시예를 통하여 보다 상세히 이해될 수 있다.

[ 실시예 : 휴대용 전자제품 프레임의 제조]

< 표 1 : 합금 성분의 조성비율(중량%) >

Si	Fe	Cu	Mn	Mg	Cr	Ni	Zn	Ti	Pb	Sn	Al
7.50	0.57	1.45	0.55	1.70	0.02	0.048	1.10	0.023	0.06	0.016	잔량

상기 <표 1>과 같은 비율을 갖는 12 종류의 성분들과, 불가피한 불순물이 함유된 혼합물을 도가니에 넣고, 공지의 방법에 따라 용탕화 하여 금형에 투입한 후, 도 3에 도시된 바와 같은 휴대폰의 슬라이딩을 위한 레일을 구비한 프레임(F)을 각각 10개씩 제조하였다.

이에 <표 1>에 따른 합금비율을 갖는 각 프레임은 취성 시험을 한 결과 38.4kg·f/㎠로 나타났으며,

두께성형단계에서 프레스 방식에 의해 레일 형성시 그 두께가 부분마다 편차가 발생되지 않고 일률적인 두께로 형성되었고,

레일 두께(t)는 설계도면상의 치수였던 0.73mm과 동일한 0.73mm인 제품이 7개, 0.74mm인 제품이 4개, 그리고 1개의 제품이 언급된 두께보다 조금 두꺼운 0.745mm로 얻어졌다.

이후 도금처리된 프레임에 색상을 입히는 도장 공정이 시작되는데, 피막두께는 편측으로 0.03mm에서 0.035mm로 진행되어 결국, 최종 얻어지는 프레임 레일 두께(t)는 0.79mm(0.73mm+0.03*2)에서 0.81mm(0.74mm+0.035*2)임이 확인되었다.

또한 완료된 프레임은 기포 발생 등 외관 불량률이 시각적으로 발견되지 아니하며 또한 기존 제품보다 우수한 고채도 및 고휘도 색상 구현이 가능하였다.

즉, 이후 진행되는 도장 공정의 건조단계에서는 높은 온도에 의한 열처리가 진행되는데, 높은 온도에 의한 열처리시 프레임 표면에 공기층이 생기게 되어 결국 표면이 매끄럽지 못하는 등 외관 불량률이 높아진다는 문제점이 생기게 된다. 따라서 기존 합금 조성비율과는 달리 상기 표 1에서와 같이 합금 특히, 강도 향상에 도움이 되는 Mg와 이와 화학반응을 하는 Si의 조성 비율을 조절하였는바, 이로 인해 높은 온도에 있어서도 제품이 고밀도를 유지하여 공기층이 생기지 않도록 하고 우수한 고채도 및 고휘도 색상이 구현되면서 외관불량률이 없는 제품을 생산할 수 있게 된 것이다.

뿐만 아니라 Zn의 성분비를 조절하여 고채도 및 고휘도 제품에 요구되는 취성을 갖출 수 있게 되었다.

다이캐스팅 및 후처리를 거친 슬라이딩형 휴대폰 프레임은 도금을 통하여 강도 및 외관성능을 향상시키고, 도장을 통하여 촉감이나 다양한 외관 색상을 얻을 수 있다.

도 4에는 도금 및 도장과 관련된 다양한 후가공 공정이 도시되어 있다.

참고로 본 명세서에서 도 4와 관련하여 기술함에 있어, 엄밀하지 않은 의미로 '단계'(D,NP,CP,CC,DC)는 포괄적인 과정을 의미하고, '공정'은 각 단계를 이루는 세부 과정을 나타내고,

'코팅'이라는 용어는 도금과 도장을 구분하지 않고 지칭하는 경우 사용한다.

도 4와 관련된 각 제조단계의 조합은 예를 들어,

다이캐스팅(D)-크롬도금(CP),

다이캐스팅(D)-니켈도금(NP)-크롬도금(CP),

다이캐스팅(D)-크롬도금(CP)-컬러코팅(CC)(특히 LCD 브라켓의 경우에는 블랙코팅(BC)),

다이캐스팅(D)-니켈도금(NP)-크롬도금(CP)-컬러코팅(CC)(특히 LCD 브라켓의 경우에는 블랙코팅(BC)),

다이캐스팅(D)-크롬도금(CP)-컬러코팅(CC)-다이아몬드 커팅(DC),

다이캐스팅(D)-니켈도금(NP)-크롬도금(CP)-컬러코팅(CC)-다이아몬드커팅(DC),

다이캐스팅(D)-니켈도금(NP)-컬러코팅(CC)-크롬도금(CP), 그리고

다이캐스팅(D)-니켈도금(NP)-컬러코팅(CC)-크롬도금(CP)-다이아몬드커팅(DC) 등의 조합으로 이루어질 수 있으며,

이러한 다양한 조합이 가능한 점을 고려하여 공정순서와 관련된 화살표는 실선, 점선, 일점쇄선, 이점쇄선으로 각각 나타내었다.

또 이하에서 도 4에 대한 설명은 이러한 다양한 제조단계의 조합을 모두 설명하지 않고 특정 조합에 대해서만 설명하도록 한다. 그러나 이러한 특정 조합에 대한 설명에 의하여 본 발명이 제한되는 것은 아니다.

주로 강도 보강 목적과 함께 다양한 금속감을 제공하기 위한 도금공정에서는 광택특성과 강도보장, 그리고 무엇보다도 비용 절감을 위하여 니켈도금 단계(NP)를 거친 후 크롬도금 단계(CP)를 거치는 것이 바람직하며,

만약 마스킹 방식을 통하여 다양한 문양이나 레터링을 하는 경우의 컬러코팅(CC) 단계를 거칠 경우에도 주로 내마모성 향상을 목적으로 하는 크롬도금 단계(CP)는 컬러코팅 이후에 진행되는 것이 바람직하다.

다이캐스팅 단계(D)를 거친 슬라이딩형 휴대폰의 프레임은 도금설비로 옮겨서 불량이 없는지를 확인하기 위한 입고검사를 한 다음, 본격적인 니켈도금 단계가 진행된다(NP).

상기 니켈도금단계(NP)는 먼저 알칼리성 계면활성화제를 이용하여 표면의 이물질과 유분 등을 제거하며, 이후 흐르는 물에 수세를 행한다.

다음으로 화학니켈(Ni)도금공정을 진행하는데(NP1), 이 공정은 프레임 또는 브라켓 표면상에 전도성 피막을 생성시켜 도금 품질을 높이기 위한 것이며, 상업적으로 구입가능한 일정 등급의 도금액을 사용하며, 28~33℃, pH 8.3~9.3, 15Ω/㎠ 이하의 피저항치를 적용하여 5~7분 정도 진행한 다음, 수세한다.

이어 유산동 도금공정을 진행하는데(NP2), 이 공정은 프레임 표면상에 제1 전기도금층을 형성하여 표면이 연성과 밀착성을 갖고, 전도성을 향상하고 각 도금층의 수축팽창률을 저하시키기 위한 것이며, 황산동(CuSO4·5H2O) 200~230g/ℓ, 황산(H2SO4) 50~60g/ℓ, 염소(Cl) 40~60ppm을 이용하고, 20~28℃, 전류650~750A/C.B, 전압 3~4V/C.B 하에서 40~50분 진행한다. 이어서 황산을 이용하여 산세하여 중화시키고, 수세를 거친다.

다음으로 반광택 니켈도금 공정(NP3)이 진행되는데, 이는 일종의 프라이머로써 이전 도금층(유산동 도금층)과 이후 도금층(광택니켈층) 사이의 결합력을 향상시키기 위한 것이다.

이러한 반광택 니켈도금 공정은 NiSO4 260~300g/ℓ, NiCl2 30~40g/ℓ, 붕산 35~45g/ℓ을 혼합 사용하며, 52~58℃, pH 3.9~4.5, 전류650~750A/C.B, 전압 5~7V/C.B 하에서 15~25분 진행한다.

다음으로 광택니켈 공정(NP4)이 진행되는데, 이 공정을 통하여 내스크래치 특성과 내식특성 개선을 도모할 수 있으며, NiSO4 250~310g/ℓ, NiCl2 30~40g/ℓ, 붕산 35~45g/ℓ을 혼합 사용하며, 52~58℃, pH 3.9~4.5, 전류750~850A/C.B, 전압 5~7V/C.B 하에서 13~17분 진행한다.

상기 반광택 니켈층과 광택 니켈층의 차이는 기본적으로 전류밀도의 세기와 소량 사용되는 광택제의 종류에 기반하는 것이며, 각 공정 후에는 회수 공정을 거치고, 광택니켈 도금 공정 후에는 회수에 이어 수세가 진행된다.

다음으로 상기 니켈 도금 단계 후에는, 니켈도금층과 다른 색상이나 질감을 위한 컬러코팅 단계(CC)를 진행하여 최종적으로 특정 문양이나 레터링이 가능하도록 하기 위하여 마스킹 방법을 채용하는 것을 고려하였다.

컬러코팅 단계(CC)는 먼저 최종 세척과정을 거칠 경우 이전의 니켈도금(NP)층이 드러날 부분에 문양, 숫자, 로고 등을 인쇄한다(CC1). 마스킹층의 인쇄(CC1)는 예를 들어 인쇄장비를 활용한 실크인쇄일 수 있으며, 이후 건조과정을 거친다.

이어 도장설비를 활용하여 본 발명의 특징인 고채도 및 고휘도 색상 구현을 위한 컬러도장 공정(CC2)을 진행하는데,

본 발명에서 실시되는 컬러도장 공정은 하도, 중도, 상도인 제1 도장단계, 제2 도장단계, 그리고 제3 도장 단계로 이루어지는 것은 공지의 도장공정과 동일하고 도장설비 라인 또한 기존에 사용하던 설비를 사용하게 되나

각 단계의 구체적인 작업 공정 즉, 각 도장되는 피막두께와 피막두께 비, 그리고 건조온도에 있어서 기존 도장 공정과 차이점을 보인다.

즉, 도금처리가 완료된 프레임에 1차 도장이 이루어진다(제 1 도장단계). 상기 제 1 도장단계의 도료 분사 목적은 도금처리된 프레임 표면과의 나머지 도장 단계에서 분사되는 도료와의 밀착성을 증진시키기 위함이다. 따라서 제 1 도장단계에 분사되는 도료는 도금층을 부식시키면서 이후 분사되는 도료에 대한 접착제 기능을 수행하도록 하기 위하여 산성을 강하게 띄는 도료가 바람직하다.

다음으로 1차 도장이 완료된 프레임에 바로 2차 도장작업이 이루어지는 것이 아니라 1차 도장된 프레임을 건조시킨다(제 1 건조단계). 상기 건조단계는 열풍에 의한 건조가 바람직하며, 건조 온도는 150 내지 180℃인 것이 바람직하다.

다음으로 건조된 프레임에 2차 도장작업이 이루어진다(제 2 도장단계). 상기 단계의 목적은 원하는 컬러를 프레임에 표현하기 위함이다. 즉, 상기 단계에 사용되는 도료는 통상적인 컬러 도료로써 디자인 요구 사항에 따라 색상이 선택된다. 상기 2차 도장이 완료된 프레임은 다시 건조작업이 진행되는데(제 2 건조단계), 제 2 건조단계에서 진행되는 조건은 제 1 건조단계의 조건과 동일하다.

다음으로 2차 건조까지 완료된 프레임에 3차 도장작업이 이루어진다(제 3 도장단계). 본 단계 도장작업의 목적은 컬러까지 채색된 프레임에 투명층을 형성하여 사용에 따라 프레임에 도장된 색이 벗겨지는 현상을 방지하고 미관상으로도 우수한 고채도 및 고휘도 색상을 완성할 수 있도록 하기 위함이다. 따라서 본 도장단계에 분사되는 도료는 투명클리어 도료인 것이 바람직하다.

좀 더 구체적으로, 통상적으로 도금층 위에 도장 작업이 진행되는 경우 색상 구현이 어렵다. 이는 도금처리된 면이 마치 거울면처럼 표면의 레벨링이 우수 즉, 평활상태가 좋아 컬러 도장의 경우 색상 발현을 어렵게 하기 때문이다. 따라서 상기와 같은 도장공정이 필요하고 프레임에 입혀지는 피막 두께비 또한 다음과 같은 비를 유지해야 하는 것이다.

즉 상기 각 단계에서 입혀지는 도료의 피막 두께는 3: 3: 4 인 것이 바람직하다. 이는 상기 피막 두께비가 지켜지지 않을 경우, 고채도 및 고휘도 색상 구현이 우수하지 못할 뿐만 아니라 본 발명자가 신뢰성 실험을 진행한 결과 제품 불량률이 나타났기 때문이다.

여기서 제품 신뢰성 실험은, 일정 크기의 실험통에 인조석과 물과 그리고 완성된 제품을 함께 집어넣어 믹스시켜 제품 표면에 컬러가 벗겨지느냐 여부에 따른 것이다. 즉, 컬러가 벗겨지지 않거나 모서리 부분에서 1~2mm 정도 크기로 컬러가 벗겨지는 경우에는 양품으로 합격을 받게 되나 상기 믹스 실험을 통하여 제품 표면에 컬러가 벗겨지면 불량품이 된다. 그런데 상기 도장 조건에 의해서 실험을 해 본 결과, 제품 불량률이 없었다.

특히, 본 발명에 따른 프레임은 상기 컬러코팅단계(CC)는 니켈도금단계(NP) 또는 크롬도금단계(CP)를 거친 브라켓에 대하여 행하는 블랙코팅단계(BP)를 행할 수도 있는데,

이러한 블랙코팅은 흑색안료를 포함하는 도료를 스프레이하여 형성되는 것일 수 있으며, 도장품질의 향상을 위하여 도장과 건조를 수회 반복할 수 있고, 무광택인 것이 바람직하다.

또 결합력의 향상을 위하여 상기 블랙코팅 이전에 프레임을 강알칼리성(또는 강산) 용액을 이용하여 도금된 상기 프레임 표면에 미세 요철을 형성하는 것이 바람직하다.

또 필요에 따라 도장 대신에 전기분해방법으로 표면을 산화시켜 알루미늄 표면에 산화알루미늄으로 된 부동태피막을 형성시켜주는 양극산화피막도금방법(anodizing)(예: 철착화합물을 첨가한 황산용액에 알루미늄 제품을 침지시키고 전류를 가하여 표면에 착색 양극산화피막을 형성)과, 크롬산염을 함유한 용액속에 알루미늄 소재를 침지시켜 일어나는 화학적 반응에 의하여 알루미늄 표면상에 크롬(Cr)을 주성분으로 하는 얇은 피막을 형성시켜 주는 화성피막도금방법 또는 크롬산염 피막도금방법(chromate)을 이용하여 블랙코팅층을 형성할 수 있다.

다음으로 크롬도금 단계(CP)는 내마모성 향상기능에 기여할 수 있으며,

먼저 내식성 강화층 도금단계(CP1)를 진행하는 것이 바람직한데, 이는 특히 반도체 제조공정이나 평판디스플레이 제조공정을 위하여 개발 발전된 미소 다공성 코팅법을 일반 도금 분야에 적용한 다공성 니켈 도금(microporous nickel coatings) 공정인 것이 바람직하다.

상기 공정은 NiSO4 220~270g/ℓ, NiCl2 60~80g/ℓ, 붕산 35~45g/ℓ의 혼합액을 이용하여, 55~61℃, pH 3.9~4.5, 전류 650~750A/C.B, 전압 6.4~6.6V/C.B 하에서 2~4분 진행하고, 이후 수세과정을 거친다.

이어서 크롬 활성화 공정(CP2)을 거친다. 이 공정에서는 상업적으로 구입가능한 영국 Cookson Electronics社의 자회사인 Enthone, Inc.의 ANKOR® NFDS를 사용할 수 있고, NFDS 2~3g/ℓ를 사용하고, 20~30℃, 전압 2~4V/C.B 하에서 30~50초간 진행한다.

이어서 크롬도금공정(CP3)은 산화크롬(CrO3) 210~260g/ℓ, 황산(H2SO4) 0.7~1.3g/ℓ의 혼합액을 사용하고, 35~41℃, 전류 1600~2000A/C.B, 전압 4.8~5.8V/C.B 하에서 3~5분 진행하고, 이후 회수, 수세 및 이온수세과정을 거친다(CP4).

본 발명에서 추구하는 프레임이 최대한 박형화된 제품임에도 이상의 각 도금공정에서 가해지는 열에도 변형이 발생하지 않는 것은 그만큼 본 발명에 따른 합금 이 기계적인 특성(내충격성 등)은 물론 다이캐스팅 품질을 증대시키고(Cu), 탈형 후 후가공시 버 제거 등의 후처리 공정이 안정되게 이루어지고(Sn 및 Pb), 도금 및 기타 후가공 공정에서 뒤틀림이나 파손이 발생되지 않도록 하며(Ni 및 Zn), 완성된 휴대용 전자제품에서도 외관 불량률이 생기지 않으며 강도 및 형상을 유지(Cr, Mg 및 Si)할 수 있기 때문이며,

또 최대한 박형화가 가능한 것은 용융된 합금의 유동성이 우수하기 때문이다.

다음으로 도장된 프레임에서 특정부위만이 광택성을 갖도록 하기 위하여 도금 및 컬러코팅 과정을 거친 프레임을 다이아몬드 커팅 단계(DC)를 거치는 것을 고려할 수 있다.

이후, 상기 다이아몬트 커팅단계를 거친 프레임은 투명 보호층 형성단계(DC1)를 거쳐 커팅면(F1)의 방식 및 방청성능의 완벽화를 도모할 수 있다.

상기 투명 보호층은 예를 들어 알킬아민화합물 계통을 사용할 수 있으며, 추가적으로 상업적으로 구입 가능한 락카에나멜수지를 더 도포하여 내약품성 및 내후성을 보완하고 피막유지 광택성을 얻을 수 있다.

이상의 설명에서 각 합금, 다이캐스팅, 프레스, 각 도금 단계 및 세부 공정, 다이아몬드 커팅장치 등과 관련된 통상의 공지된 기술을 생략되어 있으나, 당업자 라면 용이하게 이를 추측 및 추론하고 재현할 수 있다.

또 이상에서 본 발명을 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 특정 공정 순서에 따라 설명하였으나 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능하고, 이러한 수정, 변경 및 치환은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

도 1은 본 발명에 의한 공정을 도시한 개략도.

도 2는 본 발명에 도입된 프레스기의 개략적인 외관도.

도 3은 본 발명에 사용되는 휴대폰 프레임을 도시한 것으로 도 3a는 상면을, 도 3b는 하면을, 그리고 도 3c는 A-A 에 대한 단면도.

도 4는 발명에 따른 도금 및 도장과 관련된 다양한 후가공의 공정도.

도 5는 슬라이딩 휴대폰의 측면을 도시한 측면도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

F: 프레임 P: 프레스기

10: 상면 20: 하면 30: 레일 t: 레일의 두께

100: 프레스부 200: 지그부 210: 레일성형부

Claims (7)

1. 슬라이딩형 휴대폰 프레임 제조에 있어서,

   다이캐스팅용 알루미늄 합금을 700 내지 750℃로 가열 용융한 용탕을 금형 캐비티로 주입하여 성형하는 합금프레임성형단계; 및

   상기 합금프레임성형단계에서 제조되어 냉각된 합금프레임을 프레스기에 배치한 후 가압시켜 합금프레임 양측에 슬라이딩용 레일 형성을 위한 두께를 성형하는 두께성형단계;를 포함하여 이루어지되,

   상기 두께성형단계에 사용되는 프레스기는

   합금프레임의 상면이 안착되는 것으로 합금프레임의 슬라이딩용 레일 형성을 위한 레일성형부가 구비된 지그부와,

   상기 지그부에 안착된 합금프레임을 가압하여 슬라이딩을 위한 레일의 두께를 형성시키는 프레스부로 이루어진 것을 특징으로 하는 슬라이딩형 휴대폰의 레일두께에 대한 공차를 줄일 수 있는 다이캐스팅 프레임의 제조 방법.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서, 상기 프레스기를 통해 형성된 레일의 두께 공차는 0에서 0.01인 것을 특징으로 하는 슬라이딩형 휴대폰의 레일두께에 대한 공차를 줄일 수 있는 다이캐스팅 프레임의 제조 방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 두께성형단계에서 완성된 레일의 두께는 0.73mm 내지 0.74mm인 것을 특징으로 하는 슬라이딩형 휴대폰의 레일두께에 대한 공차를 줄일 수 있는 다이캐스팅 프레임의 제조 방법.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 두께성형단계 이후 합금프레임 표면에 컬러를 구현하는 도장 공정이 더 포함되되,

   상기 도장 공정에서의 합금프레임에 대한 피막두께는 편측으로 0.03 내지 0.035mm 인 것을 특징으로 하는 슬라이딩형 휴대폰의 레일두께에 대한 공차를 줄일 수 있는 다이캐스팅 프레임의 제조 방법.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 도장공정은

   합금표면과의 밀착성을 증진시키기 위해 1차 도장작업이 이루어지는 제 1 도장 단계;

   제1도장 단계 후 진행되는 제 1 건조단계;

   상기 제 1 건조단계 후 진행되는 것으로 제품에 표현될 색상으로 2차 도장작업이 이루어지는 제 2 도장 단계;

   제 2 도장 단계 후 진행되는 제 2 건조단계; 및

   상기 제 2 건조단계 후 진행되는 것으로 색상이 입혀진 프레임에 투명색상을 입히는 제 3 도장 단계로 이루어지고,

   상기 제 1 및 제 2 건조단계의 건조온도는 150 내지 180℃로 하고,

   상기 각 도장단계에서 형성되는 피막두께비는 3: 3: 4인 것을 특징으로 하는 슬라이딩형 휴대폰의 레일두께에 대한 공차를 줄일 수 있는 다이캐스팅 프레임의 제조 방법.
7. 제 1 항, 제 3 항, 제 4 항, 제 5 항, 제 6 항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 합금프레임은

   용융물의 유동성 증진, 수출률 저하, 내열성 향상, 그리고 도장시 고채도 및 고휘도의 색상구현을 위한 7.00~8.00 중량%의 Si,

   점착성 감소를 통한 탈형 성능 향상을 위한 0.50~0.65 중량%의 Fe,

   점착성 감소 및 고용강화를 위한 1.40~1.70 중량%의 Cu,

   내식성 증진 및 Fe 첨가 효과 보조를 위한 0.40~0.70 중량%의 Mn,

   취성, 내식성 및 인장강도 향상과 도장시 고채도 및 고휘도의 색상구현을 위한 1.60~1.80 중량%의 Mg,

   취성 및 내마모성 향상을 위한 0.01~0.03 중량%의 Cr,

   취성 및 내열성 향상을 위한 0.03~0.07 중량%의 Ni,

   내식성과 강도 향상, 그리고 취성 개선을 위한 0.80~1.30 중량%의 Zn,

   취성 및 내식성 개선을 위한 0.01~0.03 중량%의 Ti,

   피삭성 향상을 위한 0.04~0.08 중량%의 Pb,

   성형성 및 피삭성 향상을 위한 0.01~0.02 중량%의 Sn,

   잔량의 Al, 그리고 불가피한 불순물을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 슬라이딩형 휴대폰의 레일두께에 대한 공차를 줄일 수 있는 다이캐스팅 프레임의 제조 방법.

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