DE69922336T2

DE69922336T2 - Verfahren zum formen von hinterschneidungen in durch metallpulverspritzgiessen hergestellten artikel und artikel mit hinterschneidung

Info

Publication number: DE69922336T2
Application number: DE69922336T
Authority: DE
Inventors: Kenichi Suwa-shi SHIMODAIRA; Junichi Suwa-shi Hayashi; Masaru Suwa-Shi KATO
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1998-09-18
Filing date: 1999-09-13
Publication date: 2005-12-01
Anticipated expiration: 2019-09-14
Also published as: EP1033193A4; TW424023B; DE69922336D1; EP1033193A1; JP2000096103A; EP1033193B1; KR20010032240A; US6444167B1; WO2000016935A1; KR100455976B1

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Bilden von Hinterschneidungen in einem Metallspritzgußerzeugnis.
Technischer Hintergrund
In der Orthodontie werden orthodontische Apparaturen oder Anordnungen, wie Klammern, an den Zähnen direkt adhäsiv befestigt, normalerweise durch Verwendung eines Klebemittels oder dergleichen. Auf die Klammern wird von einem orthodontischen Bogendraht Kraft ausgeübt, und die Zähne werden dadurch in einer geeigneten Position zwangsläufig ausgerichtet. Es sind schon verschiedene Vorschläge gemacht worden, um eine ausreichende Haftfestigkeit zu schaffen, damit solche orthodontischen Apparaturen bei orthodontischer Behandlung fest gehalten werden. Als ein Vorschlag werden z.B. Hinterschneidungen in der Oberfläche einer orthodontischen Apparatur vorgesehen, die an den Zähnen adhäsiv befestigt werden soll. Durch die Schaffung von Hinterschneidungen wird der Flächenbereich der Haftfläche vergrößert, und die Haftfestigkeit nimmt zu, denn es gibt eine Verbesserung der Haltekraft des dentalen Klebemittels. Zu den Verfahren, mit denen Hinterschneidungen in einer Haftfläche geschaffen werden, wie oben beschrieben, gehört ein Verfahren, gemäß dem Hinterschneidungen durch spanabhebende Bearbeitung oder dergleichen als sekundäre Bearbeitung nach dem Herstellen eines orthodontischen Apparaturkörpers gebildet werden, ein Verfahren, gemäß dem ein Drahtgewebe an einem orthodontischen Apparaturkörper durch Schweißen oder dergleichen befestigt wird, und so weiter. Was jedoch das Verfahren der Durchführung der genannten sekundären Bearbeitung betrifft, gibt es insofern Schwierigkeiten, wie außerordentlich komplizierte Bearbeitung, mangelnde Produktivität und hohe Kosten, denn eine orthodontische Apparatur ist insgesamt verhältnismäßig klein.
Außerdem wird für orthodontische Apparaturen ein starkes Metall, beispielsweise Titan benutzt, so daß die Bearbeitbarkeit schlecht ist und Hinterschneidungen außerordentlich schwer zu bilden sind. Bei dem Verfahren des Anheftens eines Drahtgewebes durch Schweißen oder dergleichen besteht die Schwierigkeit, daß der Gewebeteil durch Lotfüllstoff aus Metall beim Schweißen eingegraben wird und die Haftkraft zwischen dem Drahtgewebe und dem Körper allmählich abnimmt.
Auf der anderen Seite sind neuerdings orthodontische Apparaturkörper durch Metallspritzgießen gefertigt worden, das eine hohe Ausbeute bietet, flexibel in der Gestaltung der Formkörper ist, und mit dem leicht sogar komplizierte Gestaltungen geformt werden können. Ein solches Metallspritzgießverfahren wird zur Erzeugung eines Metallkörpers benutzt, indem ein hauptsächlich aus metallenem Pulver und bindendem Harz bestehendes Ausgangsmaterial nach dem Spritzgießen verfestigt einer Bindemittelentfernung unterzogen und gesintert wird.
Mit einem solchen Metallspritzgießverfahren ist eine Einkörperformgebung selbst zu komplizierter Gestalt möglich; aber da ein Formwerkzeug für das Spritzgießen benutzt wird, können Hinterschneidungen nicht unmittelbar eingeformt werden, ohne daß die sekundäre Bearbeitung am gesinterten Körper durchgeführt wird.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem Hinterschneidungen in einem Metallspritzgußerzeugnis mittels eines einfachen Prozesses gebildet werden können, ohne daß eine sekundäre Bearbeitung nötig ist, und Metallspritzgußerzeugnisse mit Hinterschneidungen zu schaffen.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung ist in den Ansprüchen bestimmt.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Teilschnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Bilden von Hinterschneidungen in einem Metallspritzgußerzeugnis gemäß der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Teilschnittansicht des ersten Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Bilden von Hinterschneidungen in einem Metallspritzgußerzeugnis gemäß der vorliegenden Erfindung.
3 ist eine Teilschnittansicht des ersten Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Bilden von Hinterschneidungen in dem Metallspritzgußerzeugnis gemäß der vorliegenden Erfindung.
4 ist eine Teilschnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Bilden von Hinterschneidungen in dem Metallspritzgußerzeugnis gemäß der vorliegenden Erfindung.
5 ist eine Teilschnittansicht eines dritten Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Bilden von Hinterschneidungen in dem Metallspritzgußerzeugnis gemäß der vorliegenden Erfindung.
6 ist eine Ansicht längs der Linie A-A in 5
7 ist eine stereoskopische perspektivische Ansicht einer mit der vorliegenden Erfindung zubereiteten orthodontischen Apparatur.
8 ist eine vergrößerte Ansicht der in 7 gezeigten orthodontischen Apparatur.
9 ist eine Querschnittsansicht der in 7 gezeigten orthodontischen Apparatur.
10 ist eine Draufsicht, die die Verwendung einer mit der vorliegenden Erfindung zubereiteten orthodontischen Apparatur zeigt.
Beste Art und Weise zum Ausführen der Erfindung
Verfahren zum Bilden von Hinterschneidungen in einem Metallspritzgußerzeugnis gemäß der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend im einzelnen unter Hinweis auf die in den beigefügten Figuren gezeigten, bevorzugten Ausführungsbeispiele beschrieben. Als ein Beispiel wird ein Verfahren zum Herstellen der in 7 gezeigten orthodontischen Apparatur (Klammer) als ein Metallspritzgußerzeugnis mit Hinterschneidungen gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert. 1, 2 und 3 sind Teilschnitte, die ein erstes Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Bilden von Hinterschneidungen in dem Metallspritzgußerzeugnis gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen.
Ein Verfahren zum Bilden von Hinterschneidungen eines Metallspritzgußerzeugnisses der vorliegenden Erfindung weist folgende Schritte auf: ein Ausgangsmaterial, welches Metallpulver und Bindeharz enthält, wird einem Spritzgießen unterzogen, in einem durch das Spritzgießen erhaltenen Grünkörper werden Hinterschneidungen gebildet, und der Grünkörper mit den Hinterschneidungen wird nach dem Entfernen des Bindemittels gesintert. Genauer gesagt kann ein Metallspritzgußerzeugnis mit den nachfolgend beschriebenen Schritten hergestellt werden. Zunächst wird ein Ausgangsmaterial durch Mischen eines Metallpulvers und Bindeharzes mit einer Knetmaschine zubereitet. Das Kneten kann durch Verwendung einer Knetmaschine, beispielsweise eines Kneters oder eines Heizmischers und dergleichen erfolgen. Die Knetbedingungen werden zweckmäßig ausgewählt anhand verschiedener Bedingungen, beispielsweise Teilchendurchmesser und Gestalt des Metallpulvers, Art des Bindeharzes, Menge beigemischter Zusatzstoffe und dergleichen. Wenn nötig, kann das Ausgangsmaterial pelletiert werden.
Vorzugsweise sollte das Verhältnis zwischen Metallpulver im Ausgangsmaterial im Bereich von 80 Gew. % bis 98 Gew. % liegen. Wenn das Verhältnis des Metallpulvers in diesem Bereich eingestellt wird, hat das Ausgangsmaterial ein mäßiges Fließvermögen, ausgezeichnete Formungseigenschaften und kann einen vorzuziehenden gesinterten Körper liefern.
Das Metallpulver unterliegt keiner besonderen Begrenzung; aber bei der Herstellung einer orthodontischen Apparatur oder dergleichen ist die Verwendung eines metallischen Dentalwerkstoffs, beispielsweise Titan, Titanlegierung und rostfreier Stahl vorzuziehen. Titan und Titanlegierung sind besonders vorzuziehen.
Da eine orthodontische Apparatur von einem Metalldraht oder dergleichen mit Kraft gezogen wird, muß sie einen hohen Grad an Festigkeit und Zähigkeit haben, um im Gebrauch nicht beschädigt zu werden. Wenn Titan oder Titanlegierung verwendet wird, lassen sich diese Bedingungen leicht erfüllen. Ferner sind Titan und Titanlegierung von außerordentlich großer Affinität für den menschlichen Körper und besonders gut geeignet als Material für eine orthodontische Apparatur.
Zu den Bindeharzen gehört z.B. Polypropylenharz, Polyethylenharz, Acrylharz, Polystyrolharz, verschiedene Arten von Wachsen und so weiter. Und jedes dieser Materialien kann entweder allein oder mit einem oder mehreren dieser Materialien vermischt und geknetet, benutzt werden.
Zusätzlich zu dem oben beschriebenen Metallpulver und Bindeharz können außerdem verschiedene Arten von Zusätzen, beispielsweise Weichmacher, Schmiermittel, Antioxidantien, Bindemittelentfernungsbeschleuniger und Tenside hinzugefügt werden, je nach Bedarf.
Das hiermit vorbereitete Ausgangsmaterial wird einem Spritzgießen mittels einer Spritzgießmaschine unterzogen. Die Formgebungsbedingungen beim Spritzgießen sind nicht besonders beschränkt. Sie werden entsprechend der Zusammensetzung, Viskosität und dergleichen des Ausgangsmaterials zweckmäßig eingestellt. Es ist allerdings vorzuziehen, daß die Materialtemperatur etwa 20° C bis 200° C beträgt, und daß der Spritzguß etwa 30 kgf/cm² bis 150 kgf/cm² ist.
Als Formwerkzeug für das Spritzgießen kann die gleiche Art von Formwerkzeug wie für Kunststofformgebung im allgemeinen benutzt werden. Aber beim Herstellen eines feinen und komplizierten Grünkörpers, wie es eine orthodontische Apparatur ist, ist die Verwendung eines Heißkanals oder dergleichen vorzuziehen.
1 ist eine Querschnittsansicht, die einen Teil eines aus einem Formwerkzeug zum Spritzgießen extrahierten Grünkörpers nach dem Spritzgießen zeigt. Auf dem Grünkörper 10 ist eine Vielzahl von Vorsprüngen 13 gebildet. Es ist vorzuziehen, daß etwa sechzehn bis eintausendsechshundert Vorsprünge 13 pro 1 cm² angeordnet sind. Die Vorsprünge 13 haben je einen verjüngten Abschnitt 15 mit abnehmender Breite längs der Extraktionsrichtung des Formwerkzeugs.
Wenn diese Vorsprünge 13 des Grünkörpers 10 mit einem Preßglied 30a gepreßt werden, werden Spitzen der Vorsprünge 13 verformt und Hinterschneidungen 16 gebildet. Wenn ein Grünkörper also noch nicht gesintert ist, ist es möglich, mindestens einen Teil desselben zu verformen und die gewünschten Hinterschneidungen leicht zu bilden. Die Bildung von Hinterschneidungen durch Verformen des Grünkörpers 10 geschieht vorzugsweise durch Erwärmen und Erweichen. Der ungesinterte Grünkörper 10 enthält Bindeharz und ist thermoplastisch, so daß er durch Erwärmen leicht verformt werden kann. Es gibt keine besondere Beschränkung für Verfahren zum Erwärmen, Erweichen und anschließenden Verformen des Grünkörpers 10. Eingeschlossen ist ein Verfahren, bei dem der Körper mit einem heißen Teil kontaktiert wird, ein Verfahren, bei dem hohe Energie hinzugefügt wird, beispielsweise hochfrequente Bestrahlung, ein Laserstrahl oder dergleichen ohne Berührung, und so weiter.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Preßoberfläche 31 des Preßgliedes 30a erhitzt, und die Spitzen der Vorsprünge 13 werden durch Kontaktieren derselben mit dieser Preßoberfläche 31 erhitzt und erweicht, so daß durch weiteres Pressen Hinterschneidungen 16 gebildet werden. Die Temperatur der Preßoberfläche 31 kann nach Wahl gewählt werden, ist aber vorzugsweise 90° C bis 150° C. Wenn die Temperatur der Preßoberfläche 31 zu hoch ist, wird der Grünkörper 10 drastisch erweicht, und es wäre manchmal schwierig, die Gestalt beizubehalten. Außerdem besteht die Wahrscheinlichkeit, daß es zu einer Zersetzung, Vergasung und dergleichen des Bindeharzes kommt. Wenn auf der anderen Seite die Heiztemperatur zu niedrig ist, wird der Grünkörper 10 manchmal überhaupt nicht erweicht und, wenn er dann in solchem Zustand gepreßt wird, kann ein Teil des Grünkörpers 10 oder der gesamte Grünkörper zerbrechen, Risse bekommen und dergleichen, so daß oft die Gestalt beschädigt wird.
2 ist eine Querschnittsansicht eines weiteren Beispiels der Formgebung von Hinterschneidungen in diesem Ausführungsbeispiel. Wie im oben beschriebenen Fall wird der Grünkörper 10 mit einer Vielzahl von Vorsprüngen 13 gebildet. Vorsprünge 13 können verjüngt sein oder auch nicht, aber bei diesem Ausführungsbeispiel sind sie nicht verjüngt.
Auf der Preßoberfläche 31 eines Preßgliedes 30b sind Vorwölbungen 33 so gebildet, daß sie zu den Vorsprüngen 13 passen. Die Vorwölbungen 33 und Vorsprünge 13 sind einander zugewandt, und wenn sie gegeneinander gepreßt werden, werden die Vorwölbungen 33 in den Vorsprüngen 13 eingebettet, und die Spitzen der Vorsprünge 13 werden dann verformt und geteilt. Diese geteilten Stücke werden in Bezug auf die Preßrichtung nach außen geschoben und bilden damit Hinterschneidungen 16.
Außerdem kann die Gestalt, Anordnung und so weiter der auf der Preßoberfläche 31 gebildeten Vorwölbungen 33 nach Wahl ausgewählt und eingestellt werden. Als auf der Preßoberfläche 31 gebildete Vorwölbungen können ferner Stifte oder dergleichen eingebettet sein.
Da bei diesem Ausführungsbeispiel die Orte, die Anordnung und dergleichen der Hinterschneidungen durch das Bilden der Vorwölbungen auf der Preßoberfläche des Preßgliedes angeordnet werden können, können daher, je nach dem Zweck und Ziel und so weiter des Spritzgußerzeugnisses, gewünschte Hinterschneidungen gebildet werden. Es ist vorzuziehen, die Preßoberfläche 31 bei 90° C bis 150° C zu erhitzen, wie im zuvor genannten Fall.
3 ist eine Querschnittsansicht, die ein weiteres Beispiel der geformten Hinterschneidungen in diesem Ausführungsbeispiel zeigt. Als Grünkörper 10 und Preßglied 30c können die gleichen wie in 2 benutzt werden.
Wie die Figur zeigt, sind auf der Preßoberfläche 31 des Preßgliedes 30c Vorwölbungen 35 so gebildet, daß sie jeder Aussparung 14 zugewandt sind. Da die Spitzen der Vorwölbungen 35 so gepreßt werden, daß sie zu den Aussparungen 14 weisen, werden die Vorwölbungen 35 in die Aussparungen 14 gepreßt. Infolgedessen werden die Spitzen der an die Aussparungen 14 angrenzenden Vorsprünge 13 zur Seite geschoben, wodurch Hinterschneidungen 16 gebildet werden. Es ist vorzuziehen, daß die Preßoberfläche 31 bei 90° C bis 150° C erhitzt wird, wie im oben genannten Fall.
Außerdem kann die Gestalt, Anordnung und so weiter der auf der Preßoberfläche 31 gebildeten Vorwölbungen 35 nach Wahl ausgewählt und eingestellt werden. Ferner können als Vorwölbungen auf der Preßoberfläche 31 Stifte oder dergleichen eingebettet werden. Darüber hinaus kann, wenn Hinterschneidungen mit einem Preßglied gebildet werden, das Pressen einmal oder mehrmals durchgeführt werden. Wenn mehrmals gepreßt wird, kann das Pressen mit Preßoberflächen identischer Gestalt oder mit Preßoberflächen verschiedener Gestalten wiederholt werden. Vorzuziehen ist aber die Verwendung von Preßoberflächen verschiedener Gestalten zum Pressen. Durch die Kombination von Preßoberflächen verschiedener Gestalten können unterschiedliche Hinterschneidungen gebildet werden.
Der Grünkörper 10, in welchem, wie beschrieben, Hinterschneidungen gebildet wurden, wird dann verfestigt (debound).
Das Entfernen des Bindemittels erfolgt mittels Wärmebehandlung mit einer nicht oxidierenden Atmosphäre, beispielsweise im Vakuum oder unter Niederdruckbedingung (z.B. 1 × 10^-1 Torr bis 1 × 10^-6 Torr) oder in einem Inertgas, beispielsweise Stickstoff oder Argon, und durch das Verdampfen oder Zersetzen des Bindeharzes. Verfestigungsbedingungen, wie die Temperatursteigerungsrate, Bindemittelentfernungstemperatur und so weiter können so eingestellt werden, daß das Bindeharz nicht rasch verdampft oder sich zersetzt, und daß Reaktionen zwischen dem Bindeharz und dem Metallpulver vermieden werden. Es ist vorzuziehen, daß die Bindemittelentfernungstemperatur im Bereich von z.B. 150° C bis 750° C liegt. Schließlich wird der durch das Bindemittel-Entfernen erhaltene Braunkörper gesintert.
Es ist vorzuziehen, das Sintern bei einem niedrigen Druck von 1 × 10-² Torr oder darunter (noch mehr bevorzugt 1 × 10-² bis 1 × 10^-6 Torr) oder in einem Vakuum oder in einer Inertgasatmosphäre, z.B. Stickstoff und Argon bei 1 Torr bis 760 Torr durchzuführen. Die Sintertemperatur und Sinterzeit werden so eingestellt, daß durch Sintern Diffusion und Wachstum von Metallpulverkörnchen zu Kristallkörnchen erzielt wird, so daß aus dem Pulver ein dichter, gesinterter Körper als Ganzes entsteht, mit anderen Worten ein Körper, der hohe Dichte und niedrige Porosität besitzt. Es ist vorzuziehen, daß die Sintertemperatur 1000° C bis 1500° C und die Sinterzeit 0,5 Stunden bis 10 Stunden beträgt.
Nach dem Sintern steht ein Metallspritzgußerzeugnis mit Hinterschneidungen zur Verfügung.
Gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung können Metallspritzgußerzeugnisse mit Hinterschneidungen leicht ohne sekundäre Bearbeitung und mit ausschließlich kontinuierlichen Prozessen erhalten werden. Auch können ohne einen besonderen Einspritzmechanismus oder Formwerkzeugaufbau zu benötigen, Preßglieder (Preßoberflächen) ausgetauscht werden, so daß es möglich ist, Hinterschneidungen in einer vorzuziehenden Größe, Gestalt und Anordnung je nach dem Zweck zu formen.
4 ist eine Teilschnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Bilden von Hinterschneidungen in einem Metallspritzgußerzeugnis gemäß der vorliegenden Erfindung. Die vorliegende Erfindung ist ein Verfahren zum Bilden von Hinterschneidungen in einem Metallspritzgußerzeugnis, welches folgende Schritte aufweist: ein metallenes Pulver und bindendes Harz enthaltendes Ausgangsmaterial wird einem Spritzgießen unterzogen, ein durch das Spritzgießen geformter Grünkörper wird verfestigt, und der durch das Verfestigen erhaltene Braunkörper wird gesintert, wobei der Grünkörper mit einem Hinterschneidungsformglied in einem Körper integriert ist.
Die Zubereitung des Ausgangsmaterials und Spritzgießbedingungen und dergleichen sind die gleichen wie beim ersten Ausführungsbeispiel. Hauptsächlich werden die Unterschiede gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel nachfolgend beschrieben, und die Erläuterung der gleichen Elemente wird weggelassen.
4 ist eine Teilschnittansicht, die einen Teil eines Grünkörpers und eines Braunkörpers bei diesem Ausführungsbeispiel zeigt. Wie die Figur zeigt, besteht der Grünkörper 11 aus einem Grünkörper 41, der aus einem Ausgangsmaterial besteht, welches Metallpulver und Bindeharz enthält, und einem Hinterschneidungsformglied 40. Der Grünkörper 41 und das Hinterschneidungsformglied 40 sind an den Vorsprüngen 13 des Grünkörpers 41 zu einem Körper miteinander vereinigt. Ein solcher Grünkörper 11 kann durch Spritzgießen eines Ausgangsmaterials erhalten werden, während zunächst das Hinterschneidungsformglied 40 als Kern in ein Formwerkzeug zum Spritzgießen gefüllt wird.
Als Werkstoffe für das Hinterschneidungsformglied 40 ist jedes Material akzeptabel, sofern es entfernbar ist und die Gestalt des Grünkörpers 41 oder Braunkörpers 42 nicht beschädigt, beispielsweise einschließlich jedes beliebigen Materials, welches durch Erwärmen, Auflösen oder andere Verfahren zersetzbar und entfernbar ist. Unter diesen ist ein durch Erwärmen entfernbares Material vorzuziehen, und ein Material, welches beim Verfestigungsschritt entfernbar ist, ist ferner vorzuziehen. Das Verfestigen des Grünkörpers 41 und Entfernen des Hinterschneidungsformgliedes 40 kann gleichzeitig in einem Schritt erfolgen.
Es gibt keine besonderen Beschränkungen hinsichtlich eines solchen Materials für das Hinterschneidungsformglied 40, sofern das Material selbst bei der Spritzgießtemperatur eines Ausgangsmaterials während des Spritzgießens formbeständig und zusammen mit dem Bindeharz im Verfestigungsschritt entfernbar ist. Ein Material, welches Harz als Hauptbestandteil enthält, ist vorzuziehen, und ein Harzmaterial, welches einen Schmelzpunkt von 150° C bis 400° C hat, ist noch mehr vorzuziehen. Zu solchen Harzen gehört zum Beispiel Polypropylen, Polyethylen, Polystyrol, Polyacetal, Acrylharz und so weiter.
Das Hinterschneidungsformglied 40 wird dadurch vom Grünkörper 11 entfernt und bietet damit den Braunkörper 42, der die Hinterschneidungen 16 aufweist, wie in der Figur gezeigt. Durch Sintern des Braunkörpers 42, wie beim ersten Ausführungsbeispiel, kann ein Metallspritzgußerzeugnis mit Hinterschneidungen bereitgestellt werden.
Das bei diesem Ausführungsbeispiel benutzte Hinterschneidungsformglied 40 besteht aus einem Material, welches durch Erwärmen oder dergleichen nach dem Spritzgießen entfernbar ist. Folglich gibt es keine Einschränkungen hinsichtlich des Lösens aus einem Formwerkzeug beim Spritzgießen, die Flexibilität der Gestalten und Größen eines Grünkörpers ist drastisch verbessert; und beliebige Hinterschneidungen können gebildet werden.
5 und 6 sind Teilschnittansichten eines dritten Ausführungsbeispiels des Verfahrens zum Bilden von Hinterschneidungen in einem Metallspritzgußerzeugnis gemäß der vorliegenden Erfindung. Die vorliegende Erfindung ist ein Verfahren zum Bilden von Hinterschneidungen in einem Metallspritzgußerzeugnis, welches folgende Schritte aufweist: Spritzgießen eines metallenes Pulver und bindendes Harz enthaltenden Ausgangsmaterials und Sintern eines durch Spritzgießen erhaltenen Grünkörpers nach dem Verfestigen; während ein Formwerkzeug zum Spritzgießen, welches im Formwerkzeug einen Kern zum Bilden von Hinterschneidungen hat, im Spritzgießschritt benutzt wird.
Es kann die gleiche Ausgangsmaterialzubereitung, Spritzgießbedingungen und so weiter durchgeführt werden wie beim ersten und zweiten oben genannten Ausführungsbeispiel. Hauptsächlich werden die Unterschiede zwischen dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel erläutert, und eine Erklärung der gleichen Elemente wird weggelassen.
5 ist eine Teilschnittansicht eines Beispiels eines in einem Formwerkzeug für das Spritzgießen vorgesehenen Kerns, der bei diesem Ausführungsbeispiel benutzt wird. 6 ist eine Ansicht längs der Linie A-A in 5 Der Kern 50 ist, wie die Figur zeigt, mit Flossen 52 gebildet. Jede Flosse 52 ist an ihrer Spitze auf viererlei Weise geteilt, und ein Grünkörper ist mit Hinterschneidungen durch die Gestalt dieser Flossen 52 gebildet. Es ist vorzuziehen, daß ein solcher Kern 50 aus einem elastischen Material gemacht ist. Die Flossen 52 können gestreckt oder verformt werden und lassen sich leicht aus den Hinterschneidungen 16 des Grünkörpers 10 lösen. Die Flossen 52 haben offene Spitzen, wie in 5 und 6 gezeigt. Wenn eine Flosse 52 diese Gestalt nach dem Spritzgießen beibehält, steht sie in Richtung der Freigabe des Kerns 50 in Eingriff, so daß die Freigabe vom Grünkörper 10 außerordentlich schwierig ist. Aber wenn die Flosse 52 Elastizität besitzt, wie bei der vorliegenden Erfindung, schließen sich die Spitzen der Flosse 52, wenn der Kern 50 freigegeben wird, so daß die Freigabe möglich wird. Durch volles Ausnutzen der Eigenschaften, wie Flexibilität und Verformung eines elastischen Werkstoffs in der oben beschriebenen Weise, ist es möglich, einen Grünkörper mit Hinterschneidungen leicht aus einem Formwerkzeug herauszunehmen, der allein durch Öffnen und Schließen des Formwerkzeugs nicht entfernt werden konnte.
Als den Kern 50 bildender, elastischer Werkstoff ist ein Werkstoff vorzuziehen, der z.B. eine Vickers-Härte von 40 bis 100 hat. Bei einer Härte unterhalb 40 kann für einen Kern keine ausreichende Steifheit und kein ausreichendes Formhaltevermögen erreicht werden; und bei mehr als 100 können die Flossen 52 nicht vollständig verformt werden, was Schwierigkeiten, wie Verkratzen des Grünkör pers 10 bei der Extraktion verursacht.
Außerdem ist die Zugfestigkeit vorzugsweise 60 kg/cm² oder mehr. Bei weniger als 60 kg/cm² Zugfestigkeit reicht die Festigkeit nicht aus, der Beanspruchung bei der Extraktion standzuhalten, und die Extraktion wird manchmal schwierig.
Zu den Werkstoffen für einen solchen Kern 50 gehört EVA-Harz (Ethylen-Vinylacetat Copolymer), chloriertes Polyethylen, thermoplastisches Elastomer, Gummimaterial (natürlicher Kautschuk, synthetischer Kautschuk) und dergleichen. Beispiele synthetischen Kautschuks umfassen z.B. Polyisopren-Kautschuk, Butadien-Kautschuk, 1,2-Polybutadien-Kautschuk, Styrol/Butadien-Kautschuk, Chloropren-Kautschuk, Nitril-Kautschuk, Butyl-Kautschuk, Ethylen/Propylen-Kautschuk, chlorsulfoniertes Polyethylen, Acryl-Kautschuk, Epichlorhydrin-Kautschuk, Silikon-Kautschuk, Fluor-Kautschuk, Urethan-Kautschuk und dergleichen. Jeder dieser gummiartigen Werkstoffe kann entweder allein oder als Gemisch mit einem oder mehr der anderen zusammen verwendet werden. Aber Silikon-Kautschuk ist unter diesen vorzuziehen. Silikon-Kautschuk ist in einem großen Temperaturbereich anwendbar und hat eine ausgezeichnete Wärmebeständigkeit, Ölbeständigkeit und Wetterbeständigkeit. Er wird nicht durch Temperatur und Druck beim Spritzgießen transformiert, zersetzt und so weiter, und die Gestalt der Flossen 52 läßt sich gut halten. Ferner ist es unwahrscheinlich, daß der Kautschuk mit Bestandteilen im Ausgangsmaterial, beispielsweise dem Metallpulver umgesetzt wird.
Der Kern 50 kann bei der vorliegenden Erfindung vollständig aus einem elastischen Werkstoff, wie Silikon-Kautschuk gemacht sein, oder er kann aus einem elastischen Werkstoff, einem metallenen Werkstoff und dergleichen gemacht sein. In diesem Fall ist vorzuziehen, daß mindestens die Flossen 52 aus einem elastischen Werkstoff bestehen, beispielsweise aus Silikon-Kautschuk, und daß andere Teile aus einem metallenen Material oder dergleichen gemacht sind.
Nach dem Entfernen des Kerns 50 kann durch Verfestigen und Sintern des Grünkörpers 10 wie beim ersten Ausführungsbeispiel ein Metallspritzgußerzeugnis mit Hinterschneidungen erhalten werden.
Die wie im Fall der vorstehenden Ausführungsbeispiele gebildeten Hinterschneidungen können ein regelmäßiges oder ein unregelmäßiges Muster haben. Außerdem können Hinterschneidungen so gebildet sein, daß die Winkel und Größen derselben gleich sind, oder die Winkel und dergleichen können unregelmäßig geändert sein, und zwar auf der Grundlage einer vorherbestimmten Reihenfolge.
Ferner kann ein Metallspritzgußerzeugnis mit Hinterschneidungen, welches gemäß der vorliegenden Erfindung geformt ist, für beliebige Benutzung vorgesehen sein, schließt aber zum Beispiel eine orthodontische Apparatur ein. Im Fall einer orthodontischen Apparatur ist vorzuziehen, wie 7 und 9 zeigen, Hinterschneidungen 16 in einer Haftfläche 6 zu bilden, an der die Apparatur mit Zähnen verbunden wird. Folglich nimmt der Oberflächenbereich der Haftfläche 6 zu, und die Haftung wird vollkommen eingehalten, was eine ausgezeichnete Adhäsionsfestigkeit bietet.
Verfahren zum Bilden von Hinterschneidungen in Metallspritzgußerzeugnissen, die Hinterschneidungen gemäß der Erfindung aufweisen, wurden vorstehend unter Hinweis auf jedes in den Figuren gezeigte Ausführungsbeispiel erläutert; aber die vorliegende Erfindung ist nicht hierauf beschränkt. Zum Beispiel können als Hinterschneidungsformglied Perlen aus Harz oder dergleichen benutzt werden.
Beispiele
Als nächstes werden spezifische Beispiele der vorliegenden Erfindung erläutert.
Beispiel 1
Titanpulver (durchschnittliche Teilchengröße 15 μm, 92 Gew. %), Polypropylen als Bindeharz, Ethylen-Vinylacetat Copolymer (EVA) und noch weitere verschiedene Zusatzstoffe (Paraffinwachs, Dibutylphthalat) wurden in einem vorherbestimmten Verhältnis gemischt und mit einer Knetmaschine geknetet, um ein Ausgangsmaterial vorzubereiten. Dieses Ausgangsmaterial wurde dann erhitzt, um das Bindeharz zu schmelzen, und wurde in ein Formwerkzeug zum Spritzgießen gespritzt, wodurch ein Grünkörper 10 geschaffen wurde. Die Spitzen von Vorsprüngen 13 dieses Grünkörpers 10 wurden mit einem Preßglied 30a gepreßt, welches eine Preßoberfläche 31 mit der in 1 gezeigten Gestalt hatte, und bei 120° C erhitzt, wodurch Hinterschneidungen 16 gebildet wurden.
Der mit Hinterschneidungen 16 gebildete Grünkörper 10 wurde eine Stunde lang bei 450° C im Vakuum in einem vorherbestimmten Bindemittelentfernungsofen erhitzt, wodurch das Bindeharz und die Zusatzstoffe zersetzt und entfernt wurden, ohne die Gestalt des Grünkörpers zu beschädigen und folglich einen Braunkörper zu liefern.
Dann wurde der Braunkörper in einen Sinterofen verlagert und drei Stunden lang bei 1200° C in Argon gesintert und danach gekühlt, wodurch eine orthodontische Klammer 1 entstand, in deren Haftfläche 6 Hinterschneidungen 16 gebildet waren, wie in 7 und 9 gezeigt.
Jeder Teil dieser orthodontischen Klammer 1 hat folgende Gestalt:
Größe der Basis 2: 5 mm × 5 mm
Vorsprünge 13: 100 pro 1 cm²
Tiefe der Aussparung einer Hinterschneidung 16: 0,3 mm
Tiefe eines Schlitzes 7: 2,5 mm, Breite desselben: 1,3 mm
Beispiel 2
Ein Ausgangsmaterial der gleichen Zusammensetzung wie im Beispiel 1 wurde zubereitet.
Dann wurde ein Hinterschneidungsformglied 40, wie in der Figur gezeigt (aus Polystyrol gemacht, Schmelzpunkt 200° C), im Innern eines Formwerkzeugs zum Spritzgießen vorgesehen. Das Ausgangsmaterial wurde zum Spritzgießen wie beim Beispiel 1 in dieses Formwerkzeug gespritzt, wodurch ein Grünkörper 11 entstand, wie in 4 gezeigt.
Dieser Grünkörper 11 wurde 1,5 Stunden in Stickstoff in einem vorherbestimmten Bindemittelentfernungsofen erhitzt; das Bindeharz und die Zusatzstoffe wurden zersetzt und entfernt; und zur gleichen Zeit wurde das Hinterschneidungsformglied 40 entfernt, so daß ein mit Hinterschneidungen 16 gebildeter Braunkörper 42 entstand.
Dieser Braunkörper 42 wurde dann in einen Sinterofen verlagert und drei Stunden bei 1200° C im Vakuum gesintert und dann gekühlt, was die orthodontische Klammer 1 wie beim Beispiel 1 ergab.
Beis piel 3
Ein Ausgangsmaterial der gleichen Zusammensetzung wie im Beispiel 1 wurde zubereitet.
Dieses Ausgangsmaterial wurde erhitzt, um das Bindeharz zu schmelzen, und wurde in ein Formwerkzeug zum Spritzgießen eingespritzt. In dem Formwerkzeug zum Spritzgießen war im voraus ein aus Silikonharz gemachter Kern 50 einer Gestalt gemäß 5 vorgesehen worden.
Nachdem das eingespritzte Ausgangsmaterial fest geworden war, wurde das Formwerkzeug für das Spritzgießen geöffnet und der Kern 50 vom Grünkörper abgezogen. Die Spitzen der Flossen 52 wurden beim Herausziehen des Kerns 50 aus dem Grünkörper geschlossen, so daß es möglich war, den Kern zu extrahieren, ohne die Hinterschneidungsgestalt des Grünkörpers zu beschädigen. Der so mit den Hinterschneidungen gebildete Grünkörper wurde wie beim ersten Ausführungsbeispiel verfestigt und gesintert, so daß die gleiche orthodontische Klammer 1 wie beim Beispiel 1 erhalten wurde.
Die Haftfläche 6 jeder gemäß den Beispielen 1 bis 3 zubereiteten orthodontischen Klammer 1 wurde mit Dentalklebemittel beschichtet und an der Oberfläche eines Zahns 9 befestigt, wie in 10 gezeigt. Dann wurde ein rostfreier Draht 8 durch Schlitze 7 geführt, die an Eingriffsteilen 3 der Klammern 1 vorgesehen waren, und montiert. Ein Ende des Drahtes 8 wurde in diesem Zustand befestigt, und durch Ziehen am anderen Ende wurde ausreichend Spannung aufgebracht. Die Klammern 1 wurden an den Zähnen 9 ordnungsgemäß befestigt, und es schienen keine wackeligen, getrennten und so weiter Klammern 1 vorhanden zu sein.
Wie vorstehend beschrieben, kann mit dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ein Metallspritzgußerzeugnis mit Hinterschneidungen geschaffen werden, ohne einmalige Formwerkzeugaufbauten oder dergleichen zu erfordern und ohne daß eine komplizierte sekundäre Bearbeitung nötig ist. Ferner können Hinterschneidungsmuster und dergleichen ohne weiteres angeordnet und geändert werden.
Wenn ein Metallspritzgußerzeugnis mit Hinterschneidungen eine orthodontische Apparatur ist, nimmt aufgrund der Ausbildung von Hinterschneidungen eine Haftfläche zu, und die Haftfestigkeit an den Zähnen kann erhalten und verbessert werden. Ferner kann durch Wahl von Winkeln, Orten und dergleichen für die Hinterschneidungen die Adhäsionsfestigkeit bevorzugt angeordnet werden.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Metallspritzgußerzeugnisse gemäß der vorliegenden Erfindung sind zum Beispiel als eine orthodontische Apparatur geeignet.

1: orthodontische Klammern
2: Basis
3: Eingriffsteile
4: Haftfläche
7: Schlitz
8: Draht
9: Zahn
10: Grünkörper
11: Grünkörper
13: Vorsprung
14: Aussparung
15: verjüngter Abschnitt
16: Hinterschneidung
30a, 30b, 30c: Preßglied
31: Preßoberfläche
33, 35: Vorwölbung
40: Hinterschneidungsformglied
41: Grünkörper
42: Braunkörper
50: Kern
52: Flosse

Claims

Verfahren zum Bilden eines Metallspritzgußerzeugnisses, welches mit Hinterschneidungen versehen ist, folgende Schritte aufweisend: (a) Spritzgießen eines Ausgangsmaterials, welches Metallpulver und Bindeharz enthält, (b) Bilden von Hinterschneidungen (16) an einem durch Schritt (a) geschaffenen Spritzguß-Grünkörper (11), wobei die Hinterschneidungen durch Pressen mindestens eines Teils (13) des Spritzguß-Grünkörpers mit einem Preßglied (31) gebildet werden, welches eine erhitzte Preßoberfläche hat; und (c) Sintern des Spritzguß-Grünkörpers, in dem die Hinterschneidungen gebildet sind, nach einem Bindemittel-Entfernen.
Verfahren zum Bilden eines Metallspritzgußerzeugnisses, welches mit Hinterschneidungen versehen ist, folgende Schritte aufweisend: (a) Spritzgießen eines Ausgangsmaterials, welches Metallpulver und Bindeharz enthält, (b) Bilden von Hinterschneidungen (16) an einem durch den Schritt (a) geschaffenen Spritzguß-Grünkörper (11), wobei die Hinterschneidungen durch Erhitzen und Erweichen des Spritzguß-Grünkörpers (11) gebildet werden; und (e) Sintern des Spritzguß-Grünkörpers, in dem die Hinterschneidungen gebildet sind, nach einem Bindemittel-Entfernen.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der Schritt (b) aufweist, mindestens einen Teil (13) des Spritzguß-Grünkörpers (11) mit einem Preßglied (31) zu pressen.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die Preßoberfläche (30a) des Preßgliedes (31) erhitzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 4, bei dem die Temperatur der Preßoberfläche 90° C bis 150° C beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, 3, 4 oder 5, bei dem an einer Preßoberfläche (30b) des Preßgliedes (31) Vorwölbungen (33) gebildet sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 3 bis 6, bei dem das Pressen mehrmals durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem das Pressen wiederholt wird, während die Gestalt der Preßoberfläche geändert wird.
Verfahren zum Bilden eines Metallspritzgußerzeugnisses, welches mit Hinterschneidungen versehen ist, folgende Schritte aufweisend: (a) Spritzgießen eines Ausgangsmaterials, welches Metallpulver und Bindeharz enthält; und (b) Sintern eines durch Schritt (a) geformten Spritzguß-Grünkörpers nach einem Bindemittel-Entfernen; wobei im Schritt (a) ein Formwerkzeug zum Spritzgießen mit einem aus einem elastischen Werkstoff gemachten Kern (50) zum Bilden von Hinterschneidungen im Formwerkzeug benutzt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem der elastische Werkstoff eine Vickers Härte von 40 bis 100 hat.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, bei dem der elastische Werkstoff eine Zugfestigkeit von 6 N/mm² (60 kg/cm²) oder mehr hat.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, bei dem der elastische Werkstoff aus Silikon-Kautschuk besteht.
Anwendung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Herstellen einer orthodontischen Apparatur.
Anwendung von Anspruch 12, bei dem die Hinterschneidungen (16) in einer Zahnhaftfläche (6) der orthodontischen Apparatur (1) vorgesehen sind.