KR20100072740A - 금속과 수지의 접합방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 금속과 수지의 접합방법을 개시한다. 본 발명은 소정형태로 가공된 금속가공물의 표면을 프레스 가공하여 금속가공물의 표면에 충전홈을 형성하는 충전홈 1차 가공단계와, 1차 가공된 충전홈 양측의 금속가공물 표면을 펀치로 가압하여 충전홈을 더브테일(dovetail) 형태로 가공하는 충전홈 2차 가공단계와, 더브테일형 충전홈이 형성된 금속가공물을 금형에 인서트하고, 충전홈이 형성된 부위에 열가소성 합성수지를 사출 성형하여 수지성형물을 일체로 형성하는 수지성형단계를 포함한다.

본 발명은 합성수지의 성형 시 수지의 일부가 금속가공물의 더브테일형 충전홈에 충전된 상태로 경화되어 별도의 접착제 사용 없이도 금속과 수지를 매우 견고하게 일체로 접합할 수 있게 된다.

금속, 수지, 알루미늄합금, 프레스, 언더컷, 사출성형, 더브테일

Description

금속과 수지의 접합방법{Method for joining metal and resin}

본 발명은 알루미늄합금 등의 금속과 수지를 일체로 접합하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 휴대폰, DMB, MP3 플레이어 등과 같은 각종 전자기기의 케이스나 산업기기의 구조용 부품 등에 사용되는 금속-수지 복합체에 있어서 금속 가공물에 대하여 수지 성형물을 접착제와 같은 별도의 접합수단을 사용하지 않고 견고하게 일체로 접합하는 방법에 관한 것이다.

금속-수지 복합체는 각종 전자기기는 물론이고 자동차나 산업기기 등의 구조용 부품으로도 널리 이용되고 있는데, 이러한 금속-수지 복합체의 구성은 통상 강력한 접착력을 발휘하는 접착제(일명 "순간접착제")에 의해 이루어지는 것이 일반적이다.

예를 들어 휴대폰 케이스의 경우 주로 합성수지를 사출 성형하여 제조하였으나, 최근에는 전자파 차단효과와 내구성 및 미관 향상 등을 위해 알루미늄합금과 같은 경량의 비철금속으로 제조하는 추세이다.

그런데 도 1에 도시한 바와 같이, 휴대폰과 같은 전자기기의 케이스(H)는 두께가 얇은 금속박판(金屬薄板)을 프레스(press) 성형하여 구성하기 때문에 회로기판(PCB)이나 키패드(keypad) 등의 내장부품(E)을 고정 및 지지하기 위한 보스(boss:B))와 리브(rib)를 별도로 제작하여 접합해야 한다.

이러한 보스(B)나 리브는 케이스(H)와 같은 금속으로 이루어져 용접으로 접합되기도 하지만, 대개는 케이스(H)와 상이한 합성수지로 제작되어 별도의 접착제에 의해 케이스(H)에 일체로 접합된다.

이 때문에 접합공정이 추가되어 제작이 번잡할 뿐 아니라, 접착제의 도포량이 부족하면 접합력이 떨어지고 반대로 과도한 경우에는 잉여 접착제가 외부로 흘러나와 제품을 오염시키게 되므로 상당한 정밀제어가 요구된다.

또한, 접착제에 의한 접합은 합성수지 보스(B)에 충격 등 큰 외력이 가해질 경우 접착부에서 박리(剝離)가 발생하기도 한다.

한편, 등록특허 제0562968호에는 소정형태로 가공된 알루미늄합금 형상물을 암모니아 수용액 등에 침지시켜 표면을 미세하게 에칭(etching)시킨 후 금형에 삽입하여 그 에칭 면에 열가소성 수지를 사출 성형함으로써 접착제 사용 없이 금속과 수지를 일체로 접합하는 방법이 제시되어 있으나, 이 기술은 알루미늄합금의 성형가공과 별도로 그 표면을 에칭하기 위해 복잡한 전후처리공정들이 요구되는 단점이 있다.

또, 등록특허 제0549211호에는 금속박판을 프레스 또는 단조 가공하여 테이 퍼구멍(taper hole)을 갖는 외부케이스를 제작한 후, 외부케이스의 내면에 열가소성 합성수지를 사출 성형하여 보스를 갖는 내부케이스를 일체로 구성하는 기술이 제시되어 있다.

그러나 이 기술 역시 합성수지의 접합력을 높이기 위해 외부케이스의 내면에 스크래치(scratch)를 형성하거나 부식처리를 전처리로 행하는 번잡함이 동반되고, 테이퍼구멍을 통해 내부케이스를 구성하는 합성수지가 외부케이스 밖으로 노출되는 단점을 피할 수 없다.

본 발명은 상술한 종래의 제반문제를 감안하여 창안된 것으로서, 금속-수지 복합체를 구성함에 있어서 별도의 접착제를 사용하지 않고 금속과 수지를 견고하게 일체로 접합할 수 있으며, 외력에 의한 박리를 확실하게 방지할 수 있는 금속과 수지의 접합방법을 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은, 금속과 수지의 접합력 증대를 위한 금속표면의 부식처리를 행하지 않고서도 강한 접합력을 구현할 수 있음은 물론 수지가 금속의 이면 쪽으로 노출되지 않아 미려한 외관을 보장할 수 있는 금속과 수지 접합방법을 제공하는 것이다.

이와 같은 목적들을 달성하기 위해 본 발명에 의한 금속과 수지의 접합방법은, 소정형태로 가공된 금속가공물의 표면을 프레스 가공하여 금속가공물의 표면에 충전홈을 형성하는 충전홈 1차 가공단계; 1차 가공된 충전홈 양측의 금속가공물 표면을 펀치로 가압하여 충전홈을 더브테일(dovetail) 형태로 가공하는 충전홈 2차 가공단계; 더브테일형 충전홈이 형성된 금속가공물을 금형에 인서트하고, 충전홈이 형성된 부위에 열가소성 합성수지를 사출 성형하여 수지성형물을 일체로 형성하는 수지성형단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다

이러한 본 발명의 한 바람직한 특징에 의하면, 충전홈이 일정간격으로 이격 배치되는 복수개로 이루어진다.

또, 금속가공물은 알루미늄합금으로 이루어지고, 충전홈은 금속가공물의 가공공정에서 동시에 가공된다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 합성수지의 성형 시 수지의 일부가 금속가공물의 더브테일형 충전홈에 충전된 상태로 경화되므로 별도의 접착제 사용 없이도 금속과 수지를 매우 견고하게 일체로 접합할 수 있고, 외력이 가해지더라도 종래와 같이 합성수지 성형물이 금속가공물로부터 박리되는 현상은 발생되지 않는다.

특히 종래와 같이 금속과 수지의 접합력 증대를 위해 금속표면을 부식 처리하지 않고서도 강한 접합력을 얻을 수 있고, 수지가 금속의 이면 쪽으로 노출되지도 않아 금속고유의 미려한 외관을 확실하게 실현할 수 있다.

그러므로 본 발명은, 금속-수지 복합체의 신뢰성과 내구성 향상은 물론 외관향상 등에 크게 기여하는 우수한 효과가 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.

도2는 본 발명에 의한 금속과 수지의 접합방법에 의해 일체로 접합된 금속-수지 복합체의 일례로, 휴대폰과 같은 전자기기의 금속 케이스(H) 내면에 내장부 품(E)을 고정하기 위한 합성수지 보스(B)가 일체로 형성된 구성의 요부이다.

금속 케이스(H)의 내면에는 2개의 충전홈(1)이 서로 이격되어 일정깊이로 형성된다. 이 충전홈(1)은 그 바닥(1a)에서 개구(1c) 쪽으로 갈수록 홈의 폭이 점차 좁아지는 더브테일형 단면을 갖는다.

합성수지 보스(B)는 충전홈(1)이 형성된 부위의 금속 케이스(H) 내면에 형성된다. 합성수지 보스(B)의 저면에는 금속 케이스(H)의 각 충전홈(1)에 결합된 더브테일형의 2개의 결합돌기(2)가 일체로 구비된다.

따라서 합성수지 보스(B)와 금속 케이스(H)가 상호 결합된 더브테일형의 충전홈(1) 및 결합돌기(2)들에 의해 견고한 결합상태를 유지할 수 있으며, 외력에 의한 합성수지 보스(B)의 박리현상도 확실하게 방지된다.

다음, 이와 같은 합성수지 보스(B)를 금속 케이스(H)에 일체로 성형하는 방법에 대해 설명한다.

먼저 도3a 및 도3b에 도시한 바와 같이, 예컨대 알루미늄합금 판재를 프레스 가공에 의해 소정형태로 성형한 금속 케이스(H)를 지그(jig:도시하지 않음)에 장착한 후, 사각펀치(P1)를 이용하여 금속 케이스(H)의 내면에 충전홈(1)을 일정깊이로 1차 성형한다.

이때, 충전홈(1)은 2개가 이격된 것으로 도시하고 있으나, 이는 단지 예시의 목적일 뿐, 1개 또는 2개 이상일 수도 있으며, 그 수효는 금속 케이스(H)에 성형될 합성수지 보스(B)의 크기에 따라 달라진다.

다음 도3c에 도시한 바와 같이, 충전홈(1) 양측의 금속 케이스(H) 내면을 V펀치(P2)로 동시에 타격하여 2차 가공한다. 그러면, 도4에 도시한 바와 같이 충전홈(1)의 양 측벽(1b) 상부가 홈의 안쪽으로 밀려들어가는 연성변형이 발생되고, 이에 따라 충전홈(1)의 양 측벽(1b)에 마치 언더컷(under-cut)이 발생한 형태가 됨으로써 충전홈(1)이 대략 더브테일형의 단면을 취하게 된다.

충전홈(1)의 2차 가공이 완료되고 나면, 도3d에 도시한 바와 같이 각 충전홈(1)은 그 바닥(1a)에서 개구(1c) 쪽으로 갈수록 점차 폭이 좁아지는 더브테일 형태를 취하는 한편, 각 충전홈(1) 주변의 금속 케이스(H) 내면은 V펀치(P2)의 타격에 의해 움푹 패인 펀치자국(3)들이 형성된다. 이러한 펀치자국(3)들은 합성수지 보스(B)와의 접촉면적을 증대시켜 접합력 향상에 기여하게 된다.

한편, 이러한 충전홈(1)의 가공은 금속 케이스(H)의 성형과 별도의 공정으로 진행하여도 무방하나, 바람직하기로는 프레스 가공에 의한 금속 케이스(H)의 성형 시 동시에 진행할 수 있다.

다음 이와 같이 충전홈(1)의 가공이 완료된 금속 케이스(H)를 도3e에 도시한 바와 같이, 사출성형금형(M)에 인서트한 후, 사출성형금형(M)의 캐비티(cavity:C)에 열가소성의 용융수지를 공급하여 합성수지 보스(B)를 성형한다.

그러면, 용융수지의 일부가 금속 케이스(H)의 내면에 형성된 충전홈(1)에 진입한 상태로 경화되어 결합돌기(2)를 형성하는데, 충전홈(1)은 개구(1c)의 폭이 바 닥(1a)보다 좁은 더브테일 형태를 가지므로 금속 케이스(H)와 합성수지 보스(B)가 강한 결합력을 형성하면서 일체로 접합된다.

따라서 금속 케이스(H)에 합성수지 보스(B)를 접합하는데 별도의 접착제가 필요 없으면서도 접착제에 의한 접합보다 오히려 향상된 접합강도를 얻을 수 있고, 충격 등의 외력 작용 시 접착의 단점인 이질재(異質材)간의 박리현상도 효과적으로 방지할 수 있다.

또한 금속의 표면을 화학적으로 부식 처리한 후 수지를 성형하여 접합하는 기술에 비해서도 간단한 공정으로 강한 접합력을 구현할 수 있다.

특히 금속 케이스(H)의 내면에 더브테일형 충전홈(1)을 가공하고 이 충전홈(1) 위에 합성수지 보스(B)을 사출성형 하기 때문에 수지가 금속 케이스(H)의 외부로 전혀 노출되지 않으며, 이에 따라 금속 고유의 미려한 외관을 그대로 구현할 수 있게 된다.

이와 같이 구성된 본 발명에 의하면, 휴대폰을 비롯한 MP3 플레이어와 DMB 등 각종 전자기기의 케이스와 각종 산업기기의 구조용 부품 및 건축용 내 외장재의 구성 등에 광범위하게 이용될 수 있다.

도1은 휴대용 전자기기의 일례를 개략적으로 나타낸 단면도,

도2는 본 발명의 접합방법에 의해 일체로 구성된 금속-수지 복합체의 요부 발췌 단면도,

도3a 내지 도3e는 본 발명에 의한 금속과 수지 접합방법을 순차적으로 나타낸 단면도들,

도4는 본 발명에 의한 접합방법의 요부를 발췌하여 나타낸 단면도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

H: 금속 케이스 B: 합성수지 보스

M: 사출성형금형 C: 캐비티

1: 충전홈 2: 결합돌기

Claims (4)

1. 금속과 수지를 일체로 접합하는 금속과 수지의 접합방법에 있어서,

   소정형태로 가공된 금속가공물의 표면을 프레스 가공하여 금속가공물의 표면에 충전홈을 형성하는 충전홈 1차 가공단계;

   1차 가공된 상기 충전홈 양측의 금속가공물 표면을 펀치로 가압하여 상기 충전홈을 더브테일 형태로 가공하는 충전홈 2차 가공단계;

   더브테일형 충전홈이 형성된 상기 금속가공물을 금형에 인서트하고, 상기 충전홈이 형성된 부위에 열가소성 합성수지를 사출 성형하여 수지성형물을 일체로 형성하는 수지성형단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속과 수지의 접합방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 충전홈이 일정간격으로 이격 배치되는 복수개로 이루어진 것을 특징으로 하는 금속과 수지의 접합방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 금속가공물은 알루미늄합금인 것을 특징으로 하는 금속과 수지의 접합방법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 충전홈을 상기 금속가공물의 가공공정에서 동시에 가공하는 것을 특징으로 하는 금속과 수지의 접합방법.

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