KR100272823B1 - 파스너 부재의 제조 방법 - Google Patents

파스너 부재의 제조 방법 Download PDF

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KR100272823B1
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지로 하토리
아카미추 타카기
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스프레이그 로버트 월터
미네소타 마이닝 앤드 매뉴팩춰링 컴퍼니
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Abstract

본 발명은 기부(114) 및 그 기부로 부터 돌출하며 헹열로 배열된 다수의 머리붙이 스템(118)을 구비하는 파스너 부재를 형성하는 방법에 관한 것이다. 영구적인 기부 주형(102), 희생 스템 주형(100), 및 영구 머리부 주형(104)내로 용융된 재료를 사출 성형하여 상기 파스너 부재를 형성하며, 상기 주형들내에서 상기 재료를 응고시킨다. 상기 기부 주형 및 머리부 주형을 제거한 후에 파스너 부재를 해제하기 위하여 상기 스템 주형을 제거할 수 있다.

Description

[발명의 명칭]
파스너 부재의 제조방법
[기술 분야]
본 발명은 파스너(fastener)에 관한 것으로, 특히 복수 개의 배열된 머리 붙이 스템(headed stem)이 돌출된 표면이 있는 2개의 마주한 파스너 부재를 구비한 형태의 파스너에 관한 것이다.
[발명의 배경]
2개의 마주한 파스너 부재를 포함하는 맞물림식 파스너는 다양한 용도로 보급되어 있다. 본 발명에 관한 맞물림식 파스너의 특별한 형태에는 2개의 마주한 파스너 부재가 포함되며, 각각의 파스너 부재에는 복수 개의 배열된 머리 붙이 스템이 돌출된 표면이 있다. 이와 같은 파스너는, 비교적 작은 힘을 이용하여 파스너를 맞물리게 하는 반면, 파스너 부재를 분리하는 데 보다 큰 힘이 요구되는 것이 바람직한 환경에 특히 유용하다.
제1도에는 종래의 성형된 중합체 파스너가 도시되어 있다. 마주한 파스너 부재(10, 12)에는 각각 기부(14, 16)가 포함되어 있다. 각각의 기부에는 그로부터 수직으로 돌출된 복수 개의 정렬된 스템(18)이 포함되어 있으며, 각 스템의 말단부에는 머리부(20)가 구비되어 있다. 머리부는 각 기부(14,16)의 반대편에 일반적으로 호상면(弧狀面 ; 22)이 있는데, 파스너 부재가 초기에 함께 맞물릴 때, 이 면들은 머리부(20)의 마주한 호상면(22)과 미끄럼식으로 접촉하기에 적합한 면이다. 또한 머리부(20)에는 스템으로부터 반경 방향 외측으로 연장되는 거의 평탄한 래칭면(latching surface ; 24)이 각각 포함되어 있으며, 제2도에 도시된 바와 같이, 이 래칭면(24)은 마주하는 머리부의 래칭면과 맞물리게 되어 있다.
제1도는 맞물릴 준비가 된 파스너 부재(10, 12)를 도시하고 있는데, 하나의 파스너 부재의 머리부는 대체로 다른 파스너 부재의 머리부 사이에 배치되어 있다. 파스너 부재를 맞물리기 위하여, 파스너 부재(10, 12)는 각각의 기부가 거의 평행하도록 하여 서로를 향해 밀어, 머리부(20)가 스템과 접촉하여 스템을 측방향으로 편향시키게 한다. 스템이 측방향으로 편향되면, 하나의 파스너 부재의 머리부는 마주한 파스너 부재의 머리부를 지나 제2도에서 예시한 방식으로 맞물린다.
예전에는, 일반적으로 복수 개의 돌출하는 스템을 구비한 받침층(backing layer)을 열원 아래로 통과시켜서 전술한 형태의 파스너를 형성했는데, 열원은 스템을 용융하여 각각의 스템 꼭대기에 머리부를 형성하는 경향이 있다. 이와 같은 공정은 “파스너 제조 방법”이라는 명칭의 미국 특허 제4,290,832호에 개시된 바와 같이 당업계에서는 공지되어 있다. 이 특허에는 받침층, 그 받침층으로부터 수직으로 돌출된 복수 개의 단일 필라멘트 스템 및 각 스템 상부의 머리부가 구비된 파스너 부재를 제조하기 위한 다단계 공정이 개시되어 있다.
제3도에 개략적으로 도시된 공정은, 2개의 받침층(50, 52) 사이로 단일 필라멘트(54)를 이송하면서 이 2개의 받침층(50, 52)을 평행한 경로로 이동시키는 단계와, 부착기(56, 58)를 사용하여 단일 필라멘트를 그 층 사이에서 수직으로 연장되도록 가압하는 단계를 포함한다. 블레이드(60)로 받침층 사이의 단일 필라멘트를 반으로 잘라 둘로 나누면, 마주한 받침층은 각각 그들로부터 연장되는 복수 개의 단일 필라멘트를 구비하게 된다. 단일 필라멘트의 새롭게 잘린 말단부는 열원(62, 64)에 의해 각각의 스템 꼭대기에 머리부를 형성할 만큼 충분한 온도까지 가열된다. 머리부가 응고된 후 2개의 파스너 부재(66, 68)는 분배 및 사용을 위해 별도의 롤러(70, 72)에 각각 감긴다.
전술한 공정으로 형성된 파스너는 유용하지만, 일관성 없는 형상의 머리부를 나타내는 경향이 있는데, 이는 잠재적으로 해제 성능에 영향을 미친다. 예컨대, 이와 같은 공정으로 인해 호상 래칭면을 구비한 거의 구형인 머리부가 우연히 형성될 수 있다. 호상 래칭면은 스템으로부터 반경 방향으로 연장되는 평탄한 래칭면보다 파스너가 쉽게 분리되는 경향이 있고, 파스너를 분리하는 데 요하는 힘이 적게 든다. 또한, 불균일한 가열, 제조 속도의 차이 등으로 인하여 머리부가 불균일하게 형성된다. 이와 같은 불균일로 인해 해제 특성이 불일치하고, 몇몇 환경 하에서는 바람직하지 않을 수 있다.
또한, 특정 용례에 있어서는 특정한 맞물림 및 해제 특성을 얻기 위하여 대체로 원뿔형, 구형 또는 그 밖의 바람직한 모양의 머리부를 계공하는 것이 바람직할 수 있다. 예컨대, 삼각형의 단일 필라멘트 스템을 가열함으로써 형성한 3개의 로브형 머리 구조가 미합중국 특허 제4,454,183호(올맨)에 개시되어 있다. 그러나, 상기한 바와 같이, 단일 필라멘트 스템을 가열하여 형성한 머리부는 균일하게 형성되지 않는 경향이 있다. 또한, 여러 가지의 다른 머리부 구조는 일반적으로 그것이 형성되는 스템의 크기 및 모양에 의해서 제한된다.
스템의 꼭대기(상부)에 원하는 모양의 머리부를 형성하려는 다른 방법이 일본국 특허 공보 제1-238805호(안자이)에 개시되어 있다. 상기 공보에 개시된 방법은 사출 성형하여 각각의 스템 열을 형성하는 단계를 포함한다. 구형, 원뿔형 또는 그 밖의 형상의 머리부를 포함할 수 있는 스템의 각각의 열은 통상적으로 스템의 종축선을 따라 분리되는 주형에서 형성된다. 용융된 재료가 분사되어 응고된 후, 주형을 반으로 분리하여 각각의 스템 열을 제거찬다.
각각의 스템 열으로부터 파스너를 형성하기 위해서는 몇 개의 이러한 스템열을 배열하여 함께 연결해야만 한다. 각각의 스템 열은 접착제, 열적 접합, 고주파 접합 등으로 연결될 수 있다. 이러한 파스너 형성 방법은 머리부의 형성과 관련하여 종래 기술보다 개량된 면을 나타내지만, 각각의 스템 열을 함께 연결하여 파스너를 형성하면, 보다 많은 시간의 투자와 장치가 필요하며, 따라서 보다 많은 비용이 들어 바람직하지 않게 된다.
마지막으로, 파스너가 표면, 본체 등에 용이하게 부착되도록 하기 위하여 종종 제2의 체결부를 파스너의 일면, 통상적으로 배면상에 형성하는 것이 바람직하다. 현재는, 통상적으로 제2의 체결부를 파스너 부재의 배면에 (용매, 열, 또는 초음파를 이용하는) 융접에 의해 부착하며. 파스너부를 형성하는 단계와는 별도의 제조 단계를 필요로 한다. 제2의 제조 단계는 제품 가격을 상승시키므로 바람직하지 않다.
따라서, 원하는 모양의 균일하고 동일한 머리 구조를 가지고 행렬을 이루는 스템을 구비한 일체형 파스너 부재의 제조 방법을 제공하고, 원하는 여러 모양의 머리 구조를 가지는 단일형 파스너 부재의 제조 방법을 제공하며, 파스너 부재와 동시에 형성되는 일체형의 제2의 체결부를 구비하는 파스너 부재를 제공하는 것이 바람직하다.
[발명의 요약]
본 발명에 따라, 기부, 이 기부로부터 돌출된 근위 단부 및 머리부를 구비하는 말단부가 각각 구비된 복수 개의 배열된 스템을 구비하는 파스너 부재의 제조 방법이 제공된다. 본 방법은 (a) 파스너의 기부를 형성하기에 적합한 공동을 구비한 기부 주형을 제공하는 단계, (b) 스템을 성형하기 위한 복수 개의 정렬된 통로를 구비하는 희생 스템 주형을 제공하는 단계, (c) 머리부를 성형하기 위한 복수 개의 정렬된 공동을 구비하는 머리부 주형을 제공하는 단계, (d) 희생 스템 주형(sacrificial stem mold)의 통로가 기부 주형의 공동과 유체 연통되도록 희생 스템 주형을 기부 주형에 인접하게 고정시키고, 머리부 주형의 공동이 희생 스템 주형의 통로와 유체 연통되도록 머리부 주형을 희생 스템 주형에 인접하게 고정시키는 단계, (e) 파스너 부재의 기부, 스템 및 머리부를 형성하기 위하여 기부 주형, 희생 스템 주형 및 머리부 주형 중의 하나의 흡입구 통로(108)를 통하여 주형 내부로 용융된 플라스틱을 유입하는 단계, (f) 파스너 부재를 형성하기 위하여 상기 주형들 내에서 플라스틱을 응고시키는 단계, (g) 희생 스템 주형 및 응고된 파스너 부재로 부터 머리부 주형 및 기부 주형을 분리하는 단계 및 (h) 파스너 부재에 손상을 주지 않으면서 희생 스템 주형으로부터 파스너 부재를 해제하기 위하여 희생 스템 주형을 제거하는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 상기 방법은 희생 스템 주형을 뜨거운 물과 같은 용매로 용해시켜 제거하는 단계를 포함한다.
또한, 기부 및 행렬로 배열된 복수 개의 스템을 구비하는 단일체의 플라스틱 파스너를 제조하기 위한 주형이 제공되고, 각각의 스템에는 기부로부터 돌출된 근위 단부 및 머리부가 구비된 말단부가 구비된다. 이 주형에는 (a) 파스너 부재의 기부를 성형하기에 적합한 공동이 있는 기부 주형, (b) 기부로부터 상향 돌출되는 스템을 성형하기 위하여 상기 기부 주형 공동과 유체 연통되고 행렬로 배열된 복수 개의 통로를 군비하며 상기 기부 주형에 인접하는 희생 스템 주형 및 (c) 행렬로 배열되고 상기 희생 스템 주형 통로와 유체 연통되며 파스너 부재의 머리부를 성형하기에 적합한 복수 개의 공동을 구비하는 머리부 주형으로서, 상기 공동 중의 적어도 하나를 상기 머리부 주형의 외측벽과 연통시키며 파스너 부재를 형성하기 위해 적어도 하나의 상기 공동으로 용융된 플라스틱 재료를 전달하기에 적합한 흡입구 통로를 구비하는 머리부 주형이 포함된다. 상기 기부 주형과 머리부 주형은, 상기 파스너 부재에 손상을 주지 않고 상기 희생 스템 주형으로부터 상기 파스너 부재를 해제하기 위하여, 상기 희생 스템 주형 및 상기 파스너 부재로부터 분리된다. 하나의 실시예에서, 희생 스템 주형은 수용액 매체에서 용해 가능한 COOH기를 함유하는 열가소성 수지로 제조된다.
[도면의 간단한 설명]
본 발명은 첨부한 도면을 참조하면 보다 용이하게 이해되며, 동일한 참조 번호는 몇 개의 도면 전체에 걸쳐 동일한 구성 요소를 일컫는 것이다.
제1도는 종래 기술의 대표적인 파스너의 단면도로서, 파스너 부재가 맞물리기 전의 상태를 나타내고,
제2도는 종래 기술의 대표적인 파스너의 단면도로서, 파스너 부재가 맞물린 후의 상태를 나타내며,
제3도는 기부층으로부터 돌출된 복수 개의 단일 필라멘트 스템에 머리부를 마련하는 종래 기술의 공정을 나타내는 개략도이고,
제4도는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 희생 스템 주형의 평면도이며,
제5도는 본 발명의 파스너 부재를 사출 성형하기 전의 머리부 주형, 스템 주형 및 기부 주형의 단면도이고,
제6도는 본 발명의 파스너 부재를 사출 성형한 후의 머리부 주형, 희생 주형 및 기부 주형의 단면도이며,
제7도는 파스너 부재를 사출 성형한 후의 파스너의 스템에 희생 스템 주형이 부착되어 있는 본 발명의 파스너 부재의 단면도이고,
제8도는 희생 스템 주형이 파스너 부재로부터 제거된 후의 본 발명의 파스너 부재의 단면도이며,
제9도는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 머리부 주형의 단면도이고,
제10도는 본 발명에 따른 파스너의 하나의 실시예의 평면도이며,
제11도 및 제12도는 본 발명에 따른 주형의 여러 실시예의 단면도이고,
제13도 및 제14도는 본 발명의 실시예에 따라 형성된 파스너 부재의 희생 스템 주형, 스템 및 머리부의 단면도이다.
[발명의 상세한 설명]
기부, 이 기부로부터 돌출되는 복수 개의 스템 및 스템의 말단부에 연결된 복수 개의 머리부를 구비하는 파스너 부재를 형성하는 방법이 개시되어 있다. 이하에서 상세하게 설명하는 이 방법에는 일반적으로 희생 스템 주형(sacrificial stem mold)을 형성하는 단계, 기부 주형과 머리부 주형 사이에 희생 스템 주형을 고정시키는 단계, 파스너를 형성하기 위해 용융된 재료나 액체 재료를 사출하는 단계, 파스너를 노출시키기 위해 희생 스템 주형으로부터 기부 주형 및 머리부 주형을 분리하는 단계 및 파스너를 해제하기 위해 희생 스템 주형을 제거하는 단계가 포함된다. 본 발명의 방법은 제4도 내지 제8도를 참조하면 보다 잘 이해할 수 있으며, 제4도 내지 제8도는 일반적으로 이 방법의 연속적인 단계를 도시한다.
제4도에 도시된 바와 같이, 희생 스템 주형(100)은 완성된 파스너 부재의 스템의 원하는 형상 및 위치에 상응하는 복수 개의 배열된 통로(106)를 포함하도록 형성되어 있다. 예시된 실시예에 있어서는, 통로는 원형 단면으로 도시되어 있지만, 여러 가지의 단면 형상(즉, 제4도에서 일반적으로 99로 도시된 바와 같이, 삼각형 또는 사각형)일 수도 있다. 이와 유사하게 희생 스템 주형(100)은 그 주형내에 2개 이상의 단면 형상을 가지는 통로(즉, 열을 지어 번갈아 형성되는 원형 및 사각형 단면의 통로이거나 각각의 열 중에 교호로 형성되는 원형 및 사각형 단면의 통로)를 포함할 수도 있다.
통로는 행렬로 규칙적으로 배열되거나, 다른 원하는 배열로 형성될 수 있다. 예컨대, 제10도에 도시된 바와 같이, 복수 개의 동심 링 형태로 배열된 머리부(120′) 및 스템(도시 않됨)을 포함하는 대체로 원형의 커넥터(110′)가 형성될 수 있다. 희생 스템 주형의 통로는 인접한 통로가 서로 다소 이격되도록 배열되는 것이 바람직하다. 제1도, 제2도, 제4도 내지 제8도에 도시된 바와 같이, 열을 이룬 스템의 쌍 사이에 존재하는 다소의 간격으로 인해, 제2도에 도시된 바와 같이, 마주하는 파스너 부재가 함께 체결될 때 그 맞물림이 용이하게 되는데, 그 이유는 각각의 머리부가 서로 접촉할 때 각각의 스템 및 스템에 부착된 머리부가 인접한 여러 열 사이를 이격시키는 공간 내로 편향될 수 있기 때문이다. 여러 스템 열을 알맞게 이격시키는 방법은 파스너 부재의 재료, 스템 및 머리부의 크기, 의도한 용례 및 원하는 결합 해제력 등을 포함한 몇 가지 요인에 따르지만 이에 한정되지는 않는다.
희생 스템 주형(100)은 대체로 평면형이므로, 대체로 평면형인 래칭부가 마련된 머리부를 형성하게 된다. 제13도 및 제14도에 도시된 다른 실시예에 있어서, 희생 스템 주형 (100′, 100″)은 상호 연결된 파스너 부재를 해제하는데 필요한 힘을 변화시키기 위하여 각각의 형상화한 형태로 된 래칭면(124′124″)를 형성하도록 맞추어질 수 있다. 따라서, 평면의 래칭면 및 희생 스템 주형의 적절한 변형에 의해 주어지는 형상화한 래칭면은 본 발명의 범위에 드는 것이다.
희생 스템 주형은 파스너 부재를 형성하는데 사용되는 사출 성형 공정을 충분히 견디어낼 만큼 내구성이 있으며, 파스너 부재가 형성된 후 그 파스너를 해제하기 위해 제거되도록 설계된다. 주형을 용매(즉, 물, 아세톤 또는 알코올)로 용해하는 방법, 분해시키는 방법, 용융시키는 방법, (힘 또는 초음파를 전달하여) 부수는 방법, 절단하는 방법 또는 파스너 부재에 손상을 주지 않으면서 스템 둘레로부터 희생 스템 주형을 제거하는 방법을 포함한 여러 가지 방법으로 희생 주형으로부터 파스너를 “제거”할 수 있다.
양호한 실시예에 있어서, 희생 스템 주형 재료(이하, “스템 주형재”라 칭함)는 수용성 재료이다. 스템 주형재를 사용하면 주형을 용해시키기 위해 주형에 물을 가하거나 주형을 흔들거나 진동(즉, 초음파 진동 또는 기계적 진동)시킴으로써 희생 주형이 파스너로부터 제거된다. 예컨대, 참고 자료로 인용한 유럽 특허 출원 제0,314,156호(텔빅)에 개시된 재료는 수용성 또는 수용성-알칼리성 매체로 용해 가능한 COOH기를 함유하는 중합체와 필러(filler)의 열가소성 수지 혼합물에 속한다. 이와 같은 혼합물은 열가소성으로 고체로 형성되어 사용 후에 용해된다. 특정한 용례에 적합한 이와 같은 재료는 GBC-1330(상표)으로 스위스 연방의 벨란트 아게사가 시판하고 있다. 본 발명의 희생 스템 주형을 형성하는 데 유용한 재료의 다른 예는 산성 매체에서 용해 가능한 아미노기 함유 중합체가 기재되어 있는 미국 특허 제4,990,146호(델빅 등)와 알칼리성 매체로 용해 가능한 중합체가 기재되어 있는 제4,870,148호(벨쯔 등)에 개시되어 있다. 희생 스템 주형에 적용할 수 있는 다른 수지는 약 70%의 폴리비닐알코올, 30%의 활석(talc) 및 소량의 글리세린으로 구성되며, 일본 동경 소재의 리켄 비닐 산업사에서 시판하고 있다. 희생 스템 주형재와 용매의 다른 화합물도 전술한 제거될 수 있는 다른 희생 스템 주형재처럼 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 간주된다.
희생 스템 주형은 통상적으로 사출 성형에 의해 형성되며, 폴리머 사이언스 앤드 엔지니어링 백과사전(월리 1987) 8권 102-134에 기재된 바와 같이, 사출 성형은 당업계에 공지되어 있으며, 그 설명이 참고 자료로서 본 명세서에서 인용된다. 사출 성형은 일반적으로 공동이 있는 다이를 제공하는 단계를 포함하며, 그 공동은 흡입구 통로에 의해 다이의 외부로 연결된다. 다이는 통상 적어도 2개의 부분으로 분할되므로, 다이 부분들은 그 내부에 형성된 물품을 제거하도록 분리될 수 있다. 용융된 재료는 흡입구 통로를 통해 다이 공동내로 유입되어 공동의 형상에 의해 성형되는 제품을 형성하도록 응고된다. 재료가 응고된 후, 다이가 제거되어 완성된 제품이 노출된다. 공정을 간략히 설명하였지만, 사출 성형은 당업계에서 공지되어 있으므로, 공정 및 장치의 일부만을 본 명세서에 도시하고 설명한다. 또한 개방면(open face)의 주형 내로 스템 주형재를 붓거나 스템 주형 판부재에 구멍들을 성형하는 등의 희생 스템 주형을 형성하는 다른 방법도 본 발명의 범위내에 포함된다.
제5도에 도시된 바와 같이, 희생 스템 주형(100)을 형성한 후에 본 발명의 파스너 부재를 사출 성형하기 위해 기부 주형(102)과 머리부 주형(104) 사이에 회생 스템 주형을 배치한다. 기부 주형(102)과 머리부 주형(104)은 모두 영구적인 주형으로서, 이것은 파스너의 해제를 위하여 파열시키거나 파괴시키지 않는다는 것을 의미한다. 일반적으로, 기부 주형(102), 희생 스템 주형(100) 및 머리부 주형(104)은 본 발명의 파스너 부재를 형성하기 위하여 제6도에 도시된 바와 같이 각각의 주형 공동이 대응하는 인접 주형의 공동과 유체 연통되도록 (유체가 흘러 통하게 되도록) 배치된다.
제5도에 도시된 바와 같이, 기부 주형(102)에는 공동(109)과 통하는 흡입구 통로(108)가 포함되어 있다. 흡입구 통로(108)는 기부 주형(102)의 소정의 측부 또는 저면으로부터 들어가고, 용융된 재료의 공급원으로부터 공동(109) 내로 용융된 재료를 전달하는 데 적합하다. 공동(109) 내에서 용융 재료의 흐름을 보다 균일하게 확산시키기 위하여 흡입구 통로가 일반적으로 팬(fan) 형상인 것이 바람직할 수도 있다. 예시된 실시예에 있어서, 제5도에 도시된 바와 같이, 흡입구 통로(108)는 기부 주형(102)의 측부로부터 공동(109)내로 들어간다. 이와 달리, 흡입구 통로(108′)는, 제11도에 도시된 바와 같이 머리부 주형(104′)내에 형성될 수도 있으며, 그에 따라 흡입구 통로(108′)는 하나 이상의 머리부 공동(107′)에 유체상으로 연결된다. 제12도에 도시된 바와 같이, 다른 실시예에 있어서는, 흡입구 통로(108″)는 머리부 주형(104″)과 희생 스템 주형(100″)을 통해 들어가서 공동(109″)과 유체 연통된다.
공동(109)은 파스너 부재의 기부를 형성하는 형태를 이루며, 용례에 따라 다양한 크기로 될 수 있다. 예시된 실시예에 있어서, 공동(109)은 두께 보다 폭이 넓은 평탄한 기부를 형성하기에 적합하나, 다른 실시예에서는 기부에 형성된 스템 및 머리부 보다 기부 주형(102)이 매우 크도록 형성하는 것도 역시 가능하다. 예컨데, 배열된 스템 및 머리부의 하나 이상의 군이 그 기부로부터 돌출되는 큰 패널(예를 들어, 자동차 차체 패널 또는 외장 부품 등)이 기부 주형(102) 내에 형성될 수 있다. 따라서, 머리부 주형 및 스템 주형에 대해 비교적 작게 도시하였지만, 상기 기부 주형이 본문에서 예시한 것보다 크고 보다 상세한 기부를 형성하기에 적합한 기부 주형을 포함한다는 것을 알 수 있다.
선택적으로, 제5도 내지 제8도에 도시된 바와 같이, 기부 주형(102)은 파스너 부재(110)를 본체, 표면 등에 부착할 수 있는, 나사부(111), 인접한 기부(114)등의 제2의 체결부를 형성하도록 제작될 수 있다. 흡입구 통로(108)는 이와 같은 제2의 체결부를 형성하는 데에도 적합하다. 본 발명의 파스너 부재를 사출 성형하는 양호한 방법의 다른 장점은 파스너 부재의 잔여부와 동시에 제2 체결부를 사출 성형할 수 있다는 것이다. 전술한 종래 기술의 방법은 통상적으로 용매, 열, 또는 초음파를 이용하여 제2 체결부를 파스너 부재에 용접하는 제2의 제조 단계를 포함하며, 이러한 방식은 훨씬 복잡하므로 본 발명의 일체식 방법보다 비용이 많이 든다.
희생 스템 주형(100)은 기부 주형(102)의 상부에 배치되므로, 이하에서 설명하는 바와 같이 용융된 재료가 공동(109)을 채워 기부를 형성하고, 통로(106)내로 흘러 스템(18)을 형성하며, 머리부 주형(104)의 머리부 공동(107)내로 흘러 머리부(102)를 형성하도록 한다. 용융된 재료가 파스너를 형성하도록 사출된 후에, 제8도에 도시된 바와 같이 각각의 스템(118)에는 기부(114)에 고정된 기부 단부(117) 및 기부(114)로부터 돌출된 말단부(119)가 구비된다.
제5도에 도시된 바와 같이, 머리부 주형(104)은 희생 스템 주형(100)의 상부에 위치되어, 스템의 각각의 말단부(119) 상부에 머리부(120)를 성형하기 적합한 복수 개의 배열된 머리부 공동(107)을 포함한다. 머리부 공동(107)은 스템(118)을 형성하는 각각의 통로(106)와 유체 연통됨으로써 용융 재료가 통로(106)를 통하여 흘러 머리부(120)를 형성하게 한다. 머리부 공동(107)은 원뿔형, 반구형, 원통형, 육면체, 구형 등을 포함하는 여러 형상 중의 하나로 형성될 수 있다. 예컨대, 제9도에는 일반적으로 원뿔형(107′)인 머리부 공동과 육면체(107″)인 머리부 공동이 도시되어 있다. 제1도, 제2도, 및 제4도 내지 제8도에 도시된 실시예에는 버섯 모양의 머리부 공동(107)이 도시되어 있다.
본 발명에 따라 설계되고 형성된 파스너 부재를 한정하지 않는 다음의 예는 파스너 부재의 상대적 크기와, 그에 따른 기부 주형 공동, 희생 스템 주형 통로 및 머리부 주형 공동의 크기를 예시하기 위한 것이다. 파스너 부재에는 두께가 약 0.15cm(0.06″)인 기부층, 직경이 0.08cm(0.03″)이고 높이가 0.18cm(0.07″)인 복수 개의 원통형 스템 및 밑변 직경이 약 0.165cm(0.065″)이고 높이가 약 0.13cm(0.05″)이며 대략 원뿔형인 복수 개의 머리부가 포함되어 있다. 스템은 일련의 열로 배열되는데, 각각 쌍을 이루는 2개의 열은 중앙에 약 0.2cm(0.08″) 만큼 간격이 있고, 쌍을 이루는 각각의 열은 각각의 쌍을 이루는 인접한 열로부터 중앙에 약 0.24cm(0.093″) 만큼 이격되어 있다. 머리부가 작으며 폭 넓게 이격된 스템은 보다 작은 결합력 및 해제력을 필요로 하는 반면에, 머리부가 크며 가깝게 이격된 스템은 보다 큰 결합력 및 결할 해제력을 필요로 함을 알 수 있다.
기부 주형(102), 희생 스템 주형(100) 및 머리부 주형(104)을 당업계에서 공지된 방식으로 알맞게 정렬하고 함께 고정시킨 후, 제6도에 도시된 바와 같이 적합하게 용융된 플라스틱재를 흡입구 통로(108)를 통해 분사하여 파스너 부재(110)를 형성한다. 본 명세서에서 사용되는 “플라스틱”에는 모든 단량체(monomers), 중합체(Polymers), 저중합체(oligomers) 및 이들의 혼합물이 포함된다. 사출 성형은 본 발명의 파스너 부재를 형성하기에 적합한 방식인데, 그 이유는 종래 기술에 따른 개개의 단일 필라멘트 상부에 머리부를 형성하기 위하여 스템을 가열해야 할 때 보다는 수지를 사출 성형할 때 파스너 부재를 형성하기 위하여 융점이 높은 수지를 사용할 수 있기 때문이다. 예컨대, 단일 필라멘트 스템을 가열하는 종래 기술의 방법으로 파스너 부재를 형성하는데 폴리프로필렌을 사용할 수도 있는데, 그 이유는 폴리프로필렌은 융점이 비교적 낮고 머리부를 형성하기 위하여 스템의 단부가 쉽게 가열되기 때문이다. 그러나, 나일론과 같은 수지는 종래 기술의 방법에 대해 바람직하지 않을 수도 있는데, 그 이유는 나일론의 융점이 높으므로 이를 가열하여 단일 필라멘트의 상부에 머리부를 형성하는 것이 더욱 어려울 수 있기 때문이다. 본 발명의 방법에서는 나일론 (및 비교적 융점이 높은 다른 재료)을 사용해서 사출성형에 의해 파스너 부재를 형성할 수 있으며, 이로써 더욱 강한 파스너를 생산하게 된다.
또한, 반응 사출 성형(Reacion-Injection Molding; RIM)으로 공지된 공정도 실용적인 것으로 알려져 있으며, 이는 통상 적절한 반응액 성분들을 공급하는 단계, 그 성분들을 혼합하는 단계 및 그 혼합물을 주형 내로 분사하여 중합시켜 플라스틱 제품을 형성하는 단계를 포함한다. 본 발명에 따라 폴리우레탄, 폴리에스터 및 나일론 등의 재료가 반응 사출 성형될 수 있다.
파스너 부재를 형성하기 위하여 선택하는 재료(이하 “파스너 재료”라 칭한다)의 유형은, 용례에 따르면 폴리프로필렌(예를 들어, 미쓰비시-가사이사가 시판하는 제품 번호 8826J 등), 폴리아세탈(예를 들어, 폴리플라스틱사가 시판하는 제품 번호 M90-44 등), 나일론(예를 들어, 아사히- 가세이사가 시판하는 제품 번호 1220S 등), 이오노머(예를 들어, 미쓰이 듀퐁 케미칼사가 시판하는 제품 번호 1554 등)와 같은 재료 및 페놀 수지 등과 폴리우레탄 수지 등과 같은 열경화성 수지가 유용하다는 것을 알 수 있다. 파스너 재료는 스템 주형 재료와 화학적으로 반응하지 않거나, 그렇지 않은 경우 희생 스템 주형의 구조 또는 성능에 유해한 영향을 미치지 않는다. 또한, 전술한 바와 같이 스템 주형 재료는 파스너 부재를 형성하는 데 사용한 사출 성형 공정에 대해 내성이 있어야 한다.
다음의 데이타는 본 발명의 성형 단계의 몇 가지 비한정적인 샘플 파라미터를 보여준다.
이들 샘플을 일본 동경에 소재하는 Famuc Co, Ltd.에서 시판하는 Auto shot C 시리즈 모델 30A 사출 성형기에서 흘려 보냈다. 수지를 10~50mm/sec의 흐름 속도로 주형 내로 사출하였으며, 압력은 최대 1200kg/cm2로 제한하였다. 주형 체결력은 약 30톤이었다.
새롭게 형성된 파스너는 통상적으로 기부, 스템 및 머리부 주형 내에서 경화된다. 몇 가지 경우에, 파스너 재료는 열이 가해지면 보다 신속하고 효과적으로 경화될 수 있다. 기부 주형(102) 및 머리부 주형(104)은 파스너 부재(110)가 경화된 후에 제거되어, 제7도에 도시된 바와 같이 파스너 부재의 스템에 부착된 희생스템 주형(100)만 남는다. 제8도에 도시된 바와 같이, 희생 스템 주형(100)은 파스너 부재(110)를 해제하기 위하여 스템 주형으로부터 제거된다. 양호한 실시예에 있어서, 희생 스템 주형을 제거하기 위하여 희생 주형재에 용매, 적합하게는 물을 가하여 희생 스템 주형을 제거한다. 가장 양호한 실시예에 있어서는, 뜨거운 물로 희생 스템 주형을 용해함으로써 희생 스템 주형을 제거한다. 바람직하게는 용매와 조합하거나 용매 없이 기계적 진동 또는 초음파 진동을 이용하여 파스너 부재(110)로부터 희생 스템 주형이 제거되도록 촉진할 수 있다.
단일 파스너 부재를 2개의 부분으로 분할함으로써 형성되는 마주한 파스너 부재를 맞물리게 하기 위하여, 파스너 부재는 제1도의 종래 기술에 대하여 도시한 바와 같이 정렬된다. 종래 기술에 대하여 제2도에 도시한 바와 같이, 각각의 기부에 가해진 압축력으로 인해 파스너 부재가 맞물린다. 이미 설명한 바와 같이, 파스너 부재를 맞물리게 하고 맞물림을 해제하는 데 펼요한 험의 수준은 스템 및 머리부의 크기와 간격을 변경함으로써 조절될 수 있다.
몇 가지의 기하학적 형상에 대해, 본 발명에 따라 구성된 파스너 부재를 해제하는 데 요구되는 힘은 종래 기술의 방법에 따라 구성된 필적하는 파스너를 분리하는 데 요구되는 힘보다 매우 클 수 있다(즉, 2배). 이와 같이, 본 발명은 머리부의 형상을 형성하는 이상적인 제어 방법을 제공하며, 그 결과, 파스너는 보다 큰 유지력을 나타낸다. 또한, 본 발명의 파스너 부재를 맞물리게 하는 데 요구되는 힘은 종래 기술의 방법에 따라 형성된 필적하는 파스너 부재를 맞물리게 하는데 요구되는 힘보다 클 수 있지만, 이와 같은 체결력은 머리부 형상, 스템 간격 및 수지 계수를 변경함으로써 조절될 수 있다.
몇 개의 실시예를 참조하여 본 발명을 설명하였다. 당업계에 종사하는 당업자는 본 발명의 범위를 이탈하지 않고도 설명한 실시예에 많은 변경을 가할 수 있다는 것은 명백하다. 따라서, 본 발명의 범위는 본 명세서에서 설명한 구조로만 한정되지 않으며, 오로지 청구범위에 기재된 구성 및 그 균등물에 의해서만 한정된다.

Claims (13)

  1. 기부(114), 이 기부로부터 돌출되는 근위 단부와 머리부(120)가 구비된 말단부가 각각 마련된 복수 개의 배열된 스템(118)을 구비하는 파스너 부재를 제조하는 파스너 부재의 제조 방법에 있어서, (a) 파스너의 기부를 성형하기에 적합한 공동(109, cavity)이 구비된 영구적인 기부 주형(102)을 마련하는 단계와, (b) 스템을 성형하기 위한 복수 개의 배열된 통로(106)가 구비된 희생 스템 주형(100)을 마련하는 단계와, (c) 머리부를 성형하기 위한 복수 개의 배열된 공동이 구비된 영구적인 머리부 주형(104)을 마련하는 단계와, (d) 상기 희생 스템 주형의 통로가 상기 기부 주형의 공동과 유체 연통되도록 상기 희생 스템 주형을 상기 기부 주형에 인접하게 고정시키고, 상기 머리부 주형의 공동이 상기 희생 스템 주형의 통로와 유체 연통되도록 상기 머리부 주형을 상기 희생 스템 주형에 인접하게 고정하는 단계, (e) 상기 파스너 부재의 기부, 스템 및 머리부를 형성하기 위하여 기부 주형, 희생 스템 주형 및 머리부 주형 중의 하나의 주형의 흡입구 통로(108)를 통해 상기 주형 내로 용융된 플라스틱를 유입하는 단계, (f) 상기 파스너 부재를 형성하기 위하여 상기 주형 내애서 플라스틱을 응고시키는 단계, (g) 상기 희생 스템 주형과 응고된 파스너 부재로부터 상기 머리부 주형과 상기 기부 주형을 분리하는 단계, 및 (h) 상기 파스너 부재에 손상을 주지 않으면서 상기 희생 스템 주형으로부터 상기 파스너 부재를 해제하기 위하여 상기 희생 스템 주형을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 파스너 부재의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 단계 (h)에는 상기 희생 스템 주형을 용매로 용해시켜 제거하는 단계가 포함되는 것을 특징으로 하는 파스너 부재의 재조 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 단계 (h)에는 가열된 용매를 재공하여 이 가열된 용매로 상기 희생 스템 주형을 용해시킴으로써 상기 희생 스템 주형을 제거하는 단계가 포함되는 것을 특징으로 하는 파스너 부재의 제조 방법.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 용매는 물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 파스너 부재의 제조 방법.
  5. 제2항에 있어서, 상기 단계 (h)는 용매로 상기 희생 스템 주형을 용해하고 상기 희생 스템 주형을 흔들어서 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로하는 파스너 부재의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 단계 (e)에는 파스너 부재를 사출 성형하는 단계가 포함되는 것을 특징으로 하는 파스너 부재 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 단계 (e)에는 파스너 부재를 반응 사출 성형하는 단계가 포함되는 것을 특징으로 하는 파스너 부재 제조 방법.
  8. 기부(114)와, 행렬로 배열되고 상기 기부로부터 돌출된 근위 단부 및 머리부(120)가 구비된 말단부가 각각 마련된 복수 개의 스템이 구비되는 일체형 플라스틱 파스너 부재의 제조용 주형에 있어서, (a) 상기 파스너 부재의 상기 기부를 성형하기에 적합한 공동(109)이 구비된 영구적인 기부 주형(102)으로서, 이 기부 주형의 외측벽과 상기 공동을 연결시키며 파스너 부재의 기부를 형성하기 위해 상기 공동으로 용융된 플라스틱 재료를 전달하기에 적합한 흡입구 통로(108)를 구비하는 영구적인 기부 주형(102)과, (b) 상기 기부 주형 공동과 유체 연통되며 행렬로 배열된 복수 개의 통로(106)를 구비하며 상기 기부 주형과 인접하는 희생 스템 주형(100)으로서, 상기 복수 개의 통로(106)는 상기 기부 주형의 공동으로부터 상기 용융된 플라스틱재를 받아들여 상기 기부로부터 상향 돌출하는 스템을 성형하도록 맞추어지는 것인 희생 스템 주형(100), 및 (c) 행렬로 배열되고 상기 희생 스템 주형의 통로와 유체 연통되는 복수 개의 공동을 구비한 영구적인 머리부 주형(104)으로서, 상기 머리부 주형의 공동은 상기 파스너 부재의 머리부를 성형하기 위해 상기 희생 스템 주형의 상기 통로로부터 상기 용융된 플라스틱 재료를 받아들이도륵 맞추어지는 것인 영구적인 머리부 주형(104)을 포함하며, 상기 기부 주형과 머리부 주형은 상기 파스너 부재에 손상을 주지 않으면서 상기 희생 스템 주형으로부터 상기 파스너 부재가 해제되도록 맞추어지는 것을 특징으로 하는 일체형 플라스틱 파스너 부재의 제조용 주형.
  9. 제8항에 있어서, 상기 희생 스템 주형은 수용성 매체에서 용해 가능한 COOH기를 함유하는 열가소성 재료로 제조되는 것을 특징으로 하는 일체형 플라스틱 파스터 부재의 제조용 주형.
  10. 제8항에 있어서, 상기 머리부 주형의 배열된 공동은 일반적으로 반구형인 것을 특징으로 하는 일체형 플라스틱 파스너 부재의 제조용 주형.
  11. 제8항에 있어서, 상기 머리부 주형의 배열된 공동은 일반적으로 버섯 머리와 같은 형상을 이루는 것을 특징으로 하는 일체형 플라스틱 파스너 부재의 제조용 주형.
  12. 기부와, 행렬로 배열되고 상기 기부로부터 돌출된 근위 단부 및 머리부가 구비된 말단부가 각각 마련된 복수 개의 스템이 구비되는 일체형 플라스틱 파스너 부재의 제조용 주형에 있어서, (a) 상기 파스너 부재의 상기 기부를 성형하기에 적합한 공동(109)이 구비된 영구적인 기부 주형과, (b) 상기 기부로부터 상향 돌출되는 스템을 성형하기 위하여 상기 기부 주형의 상기 공동과 유체 연통되고 행렬로 배열된 복수 개의 통로(106)가 구비되며 상기 기부 주형에 인접하는 희생 스템 주형(100), 및 (c) 행렬로 배열되고 상기 희생 스템 주형의 상기 통로와 유체 연통되며 상기 파스너 부재의 상기 머리부를 성형하기에 적합한 복수 개의 공동을 구비하는 영구적인 머리부 주형(104)으로서, 상기 공동 중의 적어도 하나를 상기 머리부 주형의 외측벽과 연통시키며 파스너 부재를 형성하기 위해 적어도 하나의 상기 공동으로 용융된 플라스틱 재료를 전달하기에 적합한 흡입구 통로(108′)를 구비하는 영구적인 머리부 주형(104)을 포함하며, 상기 기부 주형과 머리부 주형은 상기 파스너 부재에 손상을 주지 않으면서 상기 희생 스템 주형으로부터 상기 파스너 부재가 해제되도록 맞추어지는 것을 특징으로 하는 일체형 플라스틱 파스너 부재의 제조용 주형.
  13. 제12항에 있어서, 상기 희생 스템 주형은 수용성 매체에서 용해 가능한 COOH기를 함유하는 열가소성 재료로 제조되는 것을 특징으로 하는 일체형 파스너 부재의 제조용 주형.
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