KR101004830B1 - 정밀 구조 인터페이스를 갖는 전기 주조 접착 적층식 공구가공면 - Google Patents

Abstract

본 발명은 몰드용 삽입체에 관한 것으로, 압흔면과 보강면을 갖는 스탬퍼를 구비한 열가소성 사출 몰드에 관한 것이다. 삽입체는 보강면과 접촉된 상태인 복수의 돌기를 그 위에 갖는 대면면을 갖는 지지 블록을 또한 가진다. 다량의 접착제는 대면면을 보강면에 접합시키는 돌기의 측면 사이에 배치된다. 이러한 몰드용 삽입체를 제조하는 방법이 또한 개시된다.

압흔면, 보강면, 스탬퍼, 복수의 돌기, 접착제 삽입체, 사출 몰드

Description

정밀 구조 인터페이스를 갖는 전기 주조 접착 적층식 공구 가공면{ELECTROFORMED ADHESIVE LAMINATED TOOLING SURFACE WITH PRECISION STRUCTURED INTERFACES}

본 발명은 통상 사출 성형에 관한 것이다. 특히, 발명은 정밀 표면, 특히 광학 등급면의 사출 성형을 위한 공구 가공의 구비에 관한 것이다.

사출 성형은 중합체의 다중 유사 부품의 제조를 위한 선택 방법중 하나였다. 그러나, 성형될 부품이, 예컨대 세부 구조 내에서 고정밀 치수를 요구하는 경우에, 적절한 몰드의 예비는 급속히 어려워진다. 소정의 단순 부품 형상으로, 몰드 표면을 직접 기계 가공하는 것이 가능할 수도 있다. 그러나, 복잡한 상황에 있어서, 다이아몬드 선반 가공, 직접 절삭 가공, 및 브로칭 가공(broaching), 그런 후 후속의 중합체 성형 공정을 위한 니켈 전기 주조물을 제조하도록 구리 마스터(master)를 이용하는 것과 같은 기술에 의해 경질 구리의 표면을 준비하는 것은 공지된 바이다.

이러한 전기 주조물의 사용은 유용한 기술이지만, 이들 표면을 몰드에 장착하는 방법의 결손으로 제한된다. 예컨대, 전기 주조된 스탬퍼(stamper)는 기계 고정구, 주연부 용접, 납땜, 및 땜질에 의해 두꺼운 판에 장착되었다. 모놀리식 (monolithic) 도금, 예컨대 12.7mm(0.5인치)는 몰드 내로의 직접 삽입을 위해 제조되었다. 그러나, 이들은 통상 광범위한 상업적 적용을 갖는 실용적인 기술이 아니다.

주목할 만한 예외는 소형 디스크 업계로, 마스터는 사진석판술을 이용하여 종종 제조되고, 전기 주조식 스탬퍼는 이들 마스터를 생산한다. 중심에 구멍을 갖는 원형 부품으로의 후속 변형 조작은 전기 주조물의 주연부를 포획하거나 '틀을 잡을' 뿐만아니라 제품의 2개의 직경을 형성하는 2개의 링, 내부 및 외부 보유링을 사용하여 몰드 내로의 장착을 허용한다. 그러나, 130mm보다 큰 제품에 대해, 이 기술은 외경 및 내경에서의 보유력이 공정 중에 스탬퍼의 편향을 제한하기에 충분하지 않기 때문에 실용적이지 않다. 효율적이고 광범위한 부품 크기 및 형상에 적용가능한 정밀면을 갖는 삽입체를 갖는 몰드를 제공하는 방법에 대한 필요가 여전히 당업계에 존재한다.

본 발명은 압흔면과 보강면을 갖는 스탬퍼를 구비하는 몰드용 삽입체를 제공한다. 삽입체는 보강면과 접촉된 상태인 복수의 돌기를 그 위에 갖는 대면면을 갖는 지지 블록을 또한 가진다. 다량의 접착제는 대면면을 보강면에 접합시키는 돌기들 사이에 배치된다.

제2 태양에 있어서, 발명은 몰드용 삽입체를 제조하는 방법을 제공한다. 방법은 압흔면과 보강면을 갖는 스탬퍼를 제조하는 단계와, 복수의 돌기를 그 위에 갖는 대면면을 갖는 지지부를 제조하는 단계를 포함한다. 보강면은 복수의 돌기와 접촉하게 위치되고, 스탬퍼는 돌기 사이에 배치된 다량의 접착제로 지지부에 접합된다.

첨부된 여러 도면에서, 동일 부품은 동일한 도면부호를 나타낸다.

도1은 본 발명에 따른 삽입체를 포함한 사출 몰드의 표면의 사시도이다.

도2는 선2-2를 따라 취한 도1의 삽입체의 측단면도이다.

도3은 본 발명에 따른 삽입체를 갖는 몰드로 사출 성형된 중합체로 형성된 예시적인 광학 요소의 표면의 현미경 사진이다.

본원에서 개시된 특허, 특허 출원, 및 공보는 개별적으로 참고되는 것 같지만 (그 전체가) 본원에서 참고된다. 상기 기술이 예시적일 뿐이며 이를 제한하려 하지 않는다는 것을 알 것이다. 본 발명의 다양한 변경 및 변형은 발명의 범위를 벗어나지 않고서도 전술로부터 당업자에게 명백해질 것이며, 본 발명은 본원에서 설명된 예시적인 실시예를 부당하게 제한하지 않는 것을 알 것이다.

본 발명은 접착제가, 예컨대 사출 성형의 부품을 형성할 수 있는 삽입체를 형성하도록 요소를 접합하는 데에 사용될 수도 있는 방법을 제시한다. 가능하지는 명백하지 않지만; 열가소성 사출 몰드가 그 조작 중에 신속하고 갑작스러운 온도 주기를 경험한다. 접착제는 불량한 열 전도체이고, 몰드의 대량의 열적 부피에서 스탬핑 표면을 분리하는 접착체층은 그 주기 시간을 심하게 연장할 것이다. 게다가, 접착제층의 집적은 이러한 심각한 열적 응력 하에서 통상 신속하게 파손될 것 이다.

이제 도1에 의하면, 본 발명에 따라 삽입체(12)를 구비한 사출 몰드(10)의 표면의 사시도가 도시된다. 도시된 몰드(10)는 제1 몰드부(14 및 제2 몰드부(16)를 편의상 구비하지만, 당업자는 열가소성 사출 몰드가 2개 이상의 주요부를 가질 수도 있다는 것을 알 것이다. 제1 및 제2 몰드부(14, 16)는 상당한 열적 부피 및/또는 전도율을 제공하는 재료, 예컨대 강철, 알루미늄, 또는 구리 및 그 합금으로 알맞게 제조된다. 이러한 구조는 입구 포트(18)에 의한 몰드(10) 내로 압력 하에서 도입된 용융 중합체로 제조된 몰드에 의해 형성된 중합체 부품에서 멀리 열을 견인하도록 작용한다. 선택적으로, 몰드(10)는 냉각 채널(20)을 경유하여, 예컨대 냉각수의 도입에 의해 추가로 냉각될 수도 있다. 삽입체(12)는 도시된 실시예에서 제1 몰드부 몸체(22)와 접촉하지만, 하나 이상의 몰드부는 본 발명의 다른 실시예에서 삽입체를 가질 수도 있다는 것을 알 것이다.

도2에 의하면, 선2-2를 따라 취한 도1의 몰드(10)의 단면도가 도시된다. 이 도면에서, 삽입체(12)가 압흔면(32)과 보강면(34)을 갖는 스탬퍼(30)를 구비한다는 것을 쉽게 알 수 있다. 압흔면(32)은 몰드(10)에 의해 성형된 중합체 부품에 주어진 패턴의 반전부를 자체 보유한다. 압흔면(32)이 보강면(34)과 상이한 재료일 필요는 없지만, 다음에 추가로 논의되는 바와 같이 상이한 재료인 것이 종종 편리하다.

스탬퍼(30)는 지지 블록(40)에 의해 지지되고, 상기 지지 블록(40)은 복수의 돌기(44)를 그 위에 갖는 대면면(42)을 가지고, 상기 복수의 돌기(44)는 보강면 (34)과 접촉한다. 다량의 접착제(46)가 대면면(42)을 보강면(34)에 접착시키기 위한 돌기(44) 사이에 배치된다. 돌기(44)가 다양한 형상을 가질 수도 있지만, 돌기(44)가 보강면(34)과 접촉하기 위한 대체로 편평한 상부면(48)을 갖는 것이 통상 편리하다. 상부면(48)이 대체로 편평한 경우에, 스탬퍼(30)가 제1 몰드부 몸체(22)에 대해 적절한 위치에 있는 것을 보장하는 것이 특히 용이하다. 또한, 양호한 접착제(46)와의 접착 접합을 달성하도록 돌기(44)가 대체로 편평한 상부면(48)에 대해 하부 절단된 측면(50)을 갖는 것이 통상 편리하다. 그러나, 발명은 돌기(44)의 측면(50)이 양각, 제로 또는 음각인 도안을 갖는 지에 상관없이 작동가능하다.

적어도 약 5%의 보강면(34)은 돌기(44)의 편평한 상부면(48)과 접촉되어야 한다. 지지 블록(40)으로의 스탬퍼 보강면(34)의 접합은 접착제(46)로 달성되고 이를 달성하도록 보강면(34) 상에 표면적을 필요로 하지만, 스탬퍼(30)에서 지지 블록(40)으로의 열 전달은 돌기(44)에 의해 달성되고 이를 달성하기 위해 보강면(34) 상에 표면적을 필요로 하기 때문에, 트레이드 오프(trade-off)가 관련된다. 보강면(34)의 약 5퍼센트 내지 50퍼센트는 돌기(44)의 편평한 상부면(48)과 접촉하는 실시예가 특히 적절한 것으로 여겨진다. 양호한 결과는 보강면(34)의 약 10퍼센트 내지 35퍼센트가 편평한 상부면(48)과 접촉하는 경우에 달성된다.

양호한 결과는 보강면(34)과 돌기(44)가 임의의 거칠기량을 갖는 경우에 달성된다. 이러한 거칠기는 접착제(46)를 위한 양호한 보유면이 파지하는 것을 허용한다. 또한, 이는 스탬퍼(32)가 지지 블록(40) 상에 장착됨에 따라 돌기(44)의 상 부면(48) 상에 부주의하게 위치되는 임의의 접착제가 배출되는 미세 채널을 또한 제공한다. 대략 2.5미크론(rms)의 거칠기는 대략 15,000센티포즈의 접착 점도와 대략 12Mpa의 조립력에 적절한 것으로 여겨진다. 최상의 결과는 상부면(48)이 보강면(34)과 직접 접촉하는 경우에 달성되는 것으로 여겨지지만, 보강면(34)과 적어도 소정의 상부면(48) 사이로 접착제(46)를 완전 배제시키는 데에 통상 편리하지 않을 것이라는 것을 알 것이다. 이 적용예의 의도로, "보강면과 접촉한 복수의 돌기"라는 구문은 소정의 얇은 접착제(46)층이 돌기와 보강면(34) 사이에서 돌기(44)의 일부 또는 모두 위에 존재할 수도 있다는 가능성을 내포한다.

삽입체(12)를 제조하기 위한 방법은 압흔면(32)과 보강면(34)을 갖는 스탬퍼(32)를 제조하는 단계에서 시작한다. 스탬퍼(32)를 제조하는 편리한 하나의 방법은 패턴면으로 마스터를 제조하는 것으로 시작한다. 마스터는 각각에 적합한 다양한 기술을 이용하여 다양한 유기 및 무기 재료로 알맞게 준비된다. 예컨대, 금속으로 준비된 마스터는 기계 가공, 다이아몬드 선반 가공, 연마 가공, 전기 주조 가공, 이온 비임 에칭 방전 가공(EDM) 등과 같은 방법으로 알맞게 형상화된다. 중합체로부터 준비된 마스터는 사전 석판술, 레이져 절제술, 기계 가공, 다이아몬드 선반 가공 등에 의해 알맞게 형상화된다.

다음, 압흔면(32)이 될 부분은 마스터의 패턴면 상에 전기 주조될 것이다. 니켈은 가장 알맞은 압흔면이고, 전해 및 무전해 공정 모두는 이를 적용하기에 통상 알맞다. 그런 후, 선택적으로, 보강면이 될 부분은 압흔면의 하부측이 될 부분 상에 도금된다. 구리 및 구리 합금은 그 높은 열전도성과 접착 접합을 위한 기제 로서의 양호한 특성으로 인해, 종종 가장 알맞은 보강면이고, 전해 공정은 이를 적용하기에 통상 알맞다. 최종적으로, 압흔면은 마스터의 패턴면에서 분리된다. 이는 손으로 편의상 이루어지지만, 가능하면 분리를 시작하도록 레버와 같은 압흔면과 마스터 사이의 인터페이스에서 다소간 칼날을 사용할 것이 요구된다.

그런 후, 삽입체를 제조하기 위한 방법은 지지 블록(40)의 제조로 진행한다. 지지 블록(40)은 압흔면으로부터의 열 제거를 최대화하는 것이 바람직한 경우에 구리 및 그 합금으로 편의상 제조되지만, 강철과 같은 다른 금속이 사용될 수도 있다. 복수의 돌기는 정밀 금속 제조에 통상 사용되는 다양한 구조화 방법에 의해, 예컨대 구리 블록의 표면 상에 알맞게 생성된다. 약 0.127mm(0.005인치) 및 6.35mm(0.250인치) 사이의 높이를 갖는 돌기가 가공 가능하다고 여겨진다. 양호한 결과는 약 0.127mm(0.005인치) 및 0.635mm(0.025인치) 사이의 높이를 갖는 돌기로 달성되었다. 지지 블록(40)은 단일 블록, 예컨대 구리 금속으로 편의상 준비될 수 있고, 또는 표면층(50) 상의 돌기(44)가 기부층(52)에 의해 지지된 상태인, 도2에 도시된 바와 같은 복합물일 수 있다.

그런 후, 보강면은 지지 블록의 대면면인 부분 상에서 복수의 돌기와 접촉 상태로 위치된다. 스탬퍼는 돌기들 사이에 배치된 다량의 접착제로 지지 블록에 접착된다. 상이한 등급의 접착제는 성형될 재료를 용융하는 데에 필요한 온도, 성형 속도, 및 사출 몰드에 제공된 냉각 시스템의 효율과 같은 요소에 따라 사용될 수도 있다. 본 발명에서 시도된 다수의 적용예에 대해, 에폭시 접착제 및 실리콘 접착제와 같은 접착제가 사용될 수도 있다. 적절한 접착제는 미국 미네소타주 세 인트. 폴 소재의 쓰리엠 컴파니로부터 상업적으로 모두 입수가능한, 스카치-웰드 EC-3448 일성분 에폭시 및 스카치-웰드 DP-420 이성분 에폭시를 포함한다. 발명은 다량의 열 전달이 돌기를 통해 일어날 것이라는 것을 의도하였지만, 열 응력에 대한 저항 및 적절한 접합 강도를 제공하는 제한으로 달성될 수 있을 정도의 열 전달 특성으로 접착제를 선택하는 것이 또한 편리하다. 이를 달성하는 하나의 방법은 금속 충진 접착제를 사용하는 것으로, 금속 충진된 고온 에폭시 수지 시스템이 특히 유용한 것으로 여겨진다. 특히, 미국 로드 아일랜드주 크랜스턴 소재의 에폭시스사로부터 70-3810으로 상업적으로 입수가능한 금속 충진된 고온 에폭시 수지 시스템이 적절한 것으로 여겨진다.

바람직하지는 않지만, 보강면 상에 돌기를 갖는 발명을 실시하는 것이 가능하며, 상기 돌기는 대체로 편평한 대면면과 접촉한다. 이는 압흔면의 치수 정확성을 왜곡시키지 않고서도 보다 저렴하게 제조되겠지만, 발명의 범위 내에 있는 것으로 여겨진다.

그런 후, 전술된 바와 같은 삽입체는 정교한 세부 부분을 갖는 부품을 알맞게 제공하도록 종래의 사출 성형에서 사용될 수 있다. 삽입체 및 방법은, 예컨대 압축 또는 블로잉 성형과 같은 기타 성형 및 압출에 적합하다. 압흔면이 마모되거나 제품 설계가 조절될 필요가 있는 경우에 삽입체가 상대적으로 저렴한 비용으로 교체될 수 있기 때문에 비용 절감이 달성된다. 본 발명이 광학 인터페이스 및 디스플레이용, 미세 전자 제품 및 자료 저장 제품용, 미생물 검출기용, 약제 전달용, 및 유전체학 및 단백질학에 적합한 도구용 부품을 제조하는 데에 특히 유용한 것으 로 의도된다.

예1

본 발명에 따른 사출 몰드를 위한 삽입체는 PDA를 위한 배경 조명을 성형할 목적으로 제조되었다. 요구된 배경 조명은 64mm×68mm×1mm로, 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 구체적으로 미국 펜실베니아주 브리스톨 소재의 아토하스 엔. 에이.로부터 상업적으로 입수가능한 제제 V825로부터 준비되었다. 배경 조명은 17.8미크론의 상부폭을 가지며 대략 100 내지 150미크론으로 이격된 사다리꼴의 일련의 평행 리지를 요구하였다. 이 예의 잔류부에 따라 완성된 배경 조명의 현미경 사진은 도3에 도시된다.

배경 조명의 형상은 마스터를 형성하도록 두께가 0.5mm인 구리로 기계 가공되었고, 마스터는 화학적으로 부동태화되었다. 그런 후, 니켈층은 전해 도금 가공에 의해 마스터 상에 전기 주조되어, 스탬퍼의 압흔면이 될 부분을 형성하였다. 니켈층은 약 500미크론의 두께를 가진다.

그런 후, 도금된 마스터는 약 600미크론의 두께를 갖는 구리층이 니켈면에 적층될 때까지 화상 구리 용액에서 전기 도금됨으로써 추가로 처리되었다. 그런 후, 그 니켈 압흔면과 그 구리 보강면을 갖는 스탬퍼는 수동 장력으로 마스터에서 분리되었다. 최종 단계로, (도2에 도시된 바와 같은) 표면(34)은 평면화되었다.

그런 후, 지지 블록은 앰프코 알로이스사로부터의 PAS 940 구리 합금으로 제조되었다. 구리 합금 블록의 평탄면은 상승 돌기의 배열을 생성하도록 구조화되었고, 각 돌기는 약 0.38mm(0.015인치)의 높이를 가지며 사각형의 상부면을 가지고, 각 측부는 약 0.25mm(0.010인치)로 측정된다. 돌기는 중심부 사이에서 약 0.51mm(0.020인치)의 간격을 갖는 직선 배열로 배열되었다. 돌기는 모든 4측면 상에서 약 0.05mm(0.002인치)의 미미한 하부 절결부를 가진다.

그런 후, 돌기의 상부면과 스탬퍼의 보강면은 약 2.5미크론의 표면 거칠기를 부가하도록 연마 매체로 처리되었다. 그런 후, 미국 로드 아일랜드주 크랜스턴 소재의 에폭시스사로부터 70-3810으로 상업적으로 입수가능한 금속 충진된 고온 에폭시 수지 시스템은 돌기들 사이에서 지지 블록 상에 배치되었다. 그런 후, 스탬퍼의 보강면은 보강면이 삽입체를 형성하도록 돌기의 상부면과 견고하게 접촉된 상태로 접착제를 사용하여 지지 블록에 접착되었다.

그런 후, 삽입체는 다른 종래의 구조의 강철 사출 몰드의 몰드부 몸체에 조립되었다. 삽입체에는 강철 사출 몰드부의 상응 렛지에 대항하여 끼워진 그 측면 상에 견부가 제공되었고, 삽입체는 제 위치에 볼트 고정되었다. 그런 후, 사출 성형은 225 ℃의 온도 및 60Mpa의 작동 압력에서 폴리메틸 메타크릴레이트를 제공하는 압축기에 연결되었다. 그런 후, 사출 몰드는 종래의 기술을 이용하여 조작되어, 기술된 배경 조명을 형성하였다.

Claims (26)

1. 압흔면과 보강면을 갖는 스탬퍼와,

   보강면과 접촉하는 복수의 돌기를 상부에 갖는 대면면을 갖는 지지 블록과,

   보강면에 대면면을 접합시키기 위해 돌기의 측면들 사이에 배치되는 접착제를 포함하는 몰드용 삽입체.
2. 제1항에 있어서, 돌기는 보강면과 접촉하기 위해 편평한 상부면을 가지며, 돌기의 측면들 중 적어도 일부분은 편평한 상부면에 대해 하부 절결되고, 보강면의 5% 내지 50%는 편평한 상부면과 접촉하는 몰드용 삽입체.
3. 제1항에 있어서, 스탬퍼는 압흔면과 보강면이 상이한 재료로 구성되도록 복합 구조이며, 압흔면은 니켈과 니켈 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 재료를 포함하고, 보강면은 구리와 구리 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 재료를 포함하는 몰드용 삽입체.
4. 제1항에 있어서, 돌기는 구리, 구리 합금, 철 및 알루미늄으로 이루어진 군에서 선택되는 재료로 제조되는 몰드용 삽입체.
5. 제1항에 있어서, 접착제는 금속 충진된 에폭시 수지인 몰드용 삽입체.
6. 제1항에 있어서, 돌기는 0.127mm와 6.35mm 사이의 높이를 갖는 몰드용 삽입체.
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제
12. 삭제
13. 삭제
14. 삭제
15. 삭제
16. 삭제
17. 삭제
18. 삭제
19. 삭제
20. 삭제
21. 삭제
22. 삭제
23. 삭제
24. 삭제
25. 삭제
26. 삭제

Images