KR100455976B1 - 금속 분말 사출 성형품의 언더 컷 형성 방법 및 언더 컷을구비하는 금속 분말 사출 성형품 - Google Patents

금속 분말 사출 성형품의 언더 컷 형성 방법 및 언더 컷을구비하는 금속 분말 사출 성형품 Download PDF

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Abstract

간단한 공정에 의한 금속 분말 사출 성형품의 언더 컷 형성 방법 및 이러한 형성 방법에 의해 형성된 언더 컷을 구비하는 금속 분말 사출 성형품을 제공하기 위해, 금속 분말과 결합 수지를 포함하는 혼연물을 사출 성형하는 공정과, 사출 성형에 의해 얻어지는 사출 성형체에 언더 컷을 형성하는 공정과, 상기 언더 컷이 형성된 사출 성형체를 탈지 후 소결하는 공정을 갖는다. 언더 컷은 사출 성형체의 적어도 일부를 변형시킴으로써 형성하는 것이 바람직하며, 가압 부재에 의한 가압에 의해 변형시키는 것이 보다 바람직하다.

Description

금속 분말 사출 성형품의 언더 컷 형성 방법 및 언더 컷을 구비하는 금속 분말 사출 성형품{Method of forming undercut in metal powder injection-molded article and metal powder injection-molded article having undercut}
치열 교정에 있어서, 브래킷과 같은 치열 교정용 기구는 통상 접착제 등을 사용하여 치아에 직접 고정된다. 브래킷에는 교정용 아치 와이어에 의해 힘이 가해져, 이로써 치아를 강제적으로 적정 위치까지 이동시키는 것이다.
따라서, 교정 처치 중에 치열 교정용 기구가 탈락하지 않는 충분한 접합 강도를 얻기 위해 각종 제안이 이루어지고 있다.
그들 제안의 하나로서, 예를 들면 치열 교정용 기구의 치아와의 접착면에 언더 컷을 설치하는 것을 들 수 있다. 언더 컷을 설치함으로써 접착면의 표면적이 증가하고, 더욱이 치과용 접착제의 보존력이 향상하기 때문에 접착 강도가 향상하는 것이다.
상기 접착면에 언더 컷을 설치하는 방법으로서는, 치열 교정용 기구 본체를 성형 후, 2차 가공으로서 기계 가공 등에 의해 언더 컷을 형성하는 방법이나, 와이어 메쉬를 치열 교정용 기구 본체에 용접 등에 의해 설치하는 방법 등을 들 수 있다.
그러나, 상기 2차 가공을 행하는 방법에 의하면, 일반적으로 치열 교정용 기구는 비교적 작기 때문에, 작업이 대단히 번잡하고 생산성에 뒤떨어져 비용이 증가되는 문제가 있다. 더욱이, 치열 교정용 기구는 티타늄 등의 고강도 금속 재료가 사용되고 있기 때문에 가공성이 나쁘며, 언더 컷 형성은 극히 곤란하다. 또, 와이어 메쉬를 용접 등에 의해 고착시키는 방법에서는, 용접 시에 메쉬부가 납재로 매몰하거나, 와이어 메쉬와 본체와의 접착력이 시간이 경과함에 따라 저하하는 등의 문제가 있었다.
한편, 최근, 치열 교정용 기구 본체의 제조는, 제품 생산성이 높고, 성형품 형상의 자유도가 크며, 복잡한 형상의 성형체라도 비교적 용이하게 성형할 수 있는 금속 분말 사출 성형법(Metal Injection Molding)에 의해 수행되고 있다. 이러한 금속 분말 사출 성형법은 금속 분말과 결합 수지를 주로 하는 혼연물(feed stock)을 사출 성형한 후, 탈지·소결하여 금속 성형체를 제작하는 방법이다.
이러한 금속 분말 사출 성형법에 의하면, 복잡 형상이라도 일체 성형이 가능하지만, 사출 성형 시에 금형을 사용하기 때문에, 소결체에 2차 가공을 실시하지 않고 직접 언더 컷을 성형하지는 못했다.
본 발명의 목적은 2차 가공을 필요로 하지 않고 간단한 공정에 의한 금속 분말 사출 성형품의 언더 컷 형성 방법의 제공 및 언더 컷을 구비하는 금속 분말 사출 성형품을 제공함에 있다.
본 발명은 금속 분말 사출 성형품의 언더 컷 형성 방법 및 언더 컷을 구비하는 금속 분말 사출 성형품에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 금속 분말 사출 성형품의 언더 컷 형성 방법인 제 1 실시예를 도시하는 부분 단면도.
도 2는 본 발명의 금속 분말 사출 성형품의 언더 컷 형성 방법인 제 1 실시예를 도시하는 부분 단면도.
도 3은 본 발명의 금속 분말 사출 성형품의 언더 컷 형성 방법인 제 1 실시예를 도시하는 부분 단면도.
도 4는 본 발명의 금속 분말 사출 성형품의 언더 컷 형성 방법인 제 2 실시예를 도시하는 부분 단면도.
도 5는 본 발명의 금속 분말 사출 성형품의 언더 컷 형성 방법인 제 3 실시예를 도시하는 부분 단면도.
도 6은 도 5의 A-A선에서 본 도면.
도 7은 본 발명에 의해 제작된 치열 교정용 기구의 입체 사시도.
도 8은 도 7에 도시하는 치열 교정용 기구의 요부 확대도.
도 9는 도 7에 도시하는 치열 교정용 기구의 단면도.
도 10은 본 발명에 의해 제작된 치열 교정용 기구의 사용 양태를 도시하는 평면도.
※도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명※
1: 치과 교정용 브래킷 2: 기초부
3: 계합부 6: 접착면
7: 슬롯 8: 와이어
9: 치아 10: 사출 성형체
11: 사출 성형체 13: 볼록부
14: 오목부 15: 돌출 테이퍼
16: 언더 컷 30a, 30b, 30c: 가압 부재
31: 가압면 33, 35: 돌기
40: 언더 컷 성형 부재 41: 성형체
42: 탈지체 50: 코어
52: 핀(fin)
(1) 제 1 본 발명에 의한 금속 분말 사출 성형품의 언더 컷 형성 방법은 금속 분말과 결합 수지를 포함하는 혼연물(feed stock)을 사출 성형하는 공정과, 상기 사출 성형에 의해 얻어지는 사출 성형체에 언더 컷을 형성하는 공정과, 상기 언더 컷이 형성된 사출 성형체를 탈지 후 소결하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 것이다.
(2) 상기 언더 컷은 상기 사출 성형체의 적어도 일부를 가열 변형시킴으로써 형성되는 것이 바람직하다.
(3) 상기 언더 컷 형성은 상기 사출 성형체를 가열하여 연화시킴으로써 수행되는 것이 바람직하다.
(4) 상기 언더 컷은 가압 부재에 의해 상기 사출 성형체의 적어도 일부를 프레스함으로써 형성되는 것이 바람직하다.
(5) 상기 가압 부재의 가압면은 가열되어 있는 것이 바람직하다.
(6) 상기 가압면의 온도가 90 내지 150℃인 것이 바람직하다.
(7) 상기 가압 부재의 가압면에 돌기가 형성되어 있는 것이 바람직하다.
(8) 상기 프레스를 여러 회 행하는 것이 바람직하다.
(9) 상기 프레스는 상기 가압면의 형상을 바꾸어 행하는 것이 바람직하다.
(10) 제 2 본 발명에 의한 금속 분말 사출 성형품의 언더 컷 형성 방법은 금속 분말과 결합 수지를 포함하는 혼연물을 사출 성형하는 공정과, 상기 사출 성형에 의해 성형되는 사출 성형체를 탈지하는 공정과, 상기 탈지에 의해 얻어지는 탈지체를 소결하는 공정을 갖는 금속 분말 사출 성형품의 언더 컷 형성 방법에 있어서, 상기 사출 성형체는 언더 컷 성형 부재와 일체화되는 것을 특징으로 하는 것이다.
(11) 상기 언더 컷 성형 부재는 가열에 의해 제거 가능한 재료로 이루어지는 것이 바람직하다.
(12) 상기 언더 컷 성형 부재는 상기 탈지 공정에서 제거 가능한 재료로 이루어지는 것이 바람직하다.
(13) 상기 언더 컷 성형 부재는 수지를 주성분으로 하는 재료로 이루어지는 것이 바람직하다.
(14) 상기 수지의 융점은 150 내지 400℃인 것이 바람직하다.
(15) 제 3 본 발명에 의한 금속 분말 사출 성형품의 언더 컷 형성 방법은 금속 분말과 결합 수지를 포함하는 혼연물을 사출 성형하는 공정과, 상기 사출 성형에 의해 성형되는 사출 성형체를 탈지 후 소결하는 공정을 갖는 금속 분말 사출 성형품의 언더 컷 형성 방법에 있어서, 상기 사출 성형 공정에 있어서 형 공간 내에 언더 컷을 형성하는 코어를 구비하는 사출 성형용 금형을 사용하는 것을 특징으로 하는 것이다.
(16) 상기 코어는 탄성 재료로 구성되는 것이 바람직하다.
(17) 상기 탄성 재료는 경도 40 내지 100 Hv인 것이 바람직하다.
(18) 상기 탄성 재료는 인장 강도 60kg/cm2이상인 것이 바람직하다.
(19) 상기 탄성 재료는 실리콘 고무로 이루어지는 것이 바람직하다.
(20) 본 발명의 금속 분말 사출 성형품은 상기 (1), (10) 또는 (15) 중 어느 하나에 기재된 방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 것이다.
(21) 상기 금속 분말 사출 성형품은 치열 교정용 기구인 것이 바람직하다.
(22) 상기 치열 교정용 기구는 치아와의 접착면에 상기 언더 컷이 설치되어 있는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명의 금속 분말 사출 성형품의 언더 컷 형성 방법을 첨부 도면에 도시하는 적합한 실시예에 근거하여 상세히 설명한다.
본 발명의 언더 컷을 구비하는 금속 분말 사출 성형품으로서, 도 7에 도시하는 바와 같은 치열 교정용 기구(브래킷)의 제조 방법을 예로 들어 설명한다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 금속 분말 사출 성형품의 언더 컷 형성 방법의 제 1 실시예를 도시하는 부분 단면도이다.
본 발명의 금속 분말 사출 성형품의 언더 컷 형성 방법은 금속 분말과 결합 수지를 포함하는 혼연물(feed stock)을 사출 성형하는 공정과, 사출 성형에 의해 얻어지는 사출 성형체에 언더 컷을 형성하는 공정과, 상기 언더 컷이 형성된 사출 성형체를 탈지 후 소결하는 공정을 갖는 것을 특징으로 한다.
금속 분말 사출 성형품은 구체적으로는 하기와 같은 공정에 따라서 제조할 수 있다.
우선, 금속 분말과 결합 수지를 혼합기에 의해 혼합하여 혼연물을 조제한다. 혼합은 니더(kneader) 등의 혼합기 또는 가열 혼합기 등을 사용하여 행할 수 있다.
혼합 조건은 사용되는 금속 분말의 입자 지름이나 형상, 결합 수지의 종류, 첨가제 등의 배합량 등의 각종 조건에 의해 적당히 선택된다. 혼연물은 필요에 따라 펠렛(작은 덩어리)화하는 것도 가능하다.
혼연물 내의 금속 분말 비율은 80 내지 98wt%의 범위로 하는 것이 바람직하다. 금속 분말 비율을 이 범위로 함으로써, 혼연물은 적절한 유동성을 가지며, 성형성에 뛰어나 양호한 소결체를 얻을 수 있다.
금속 분말로서는 특별히 한정되지 않지만, 치열 교정용 기구 등을 제조할 경우에는, 티타늄, 티타늄계 합금, 스테인리스 강철 등의 치과용 금속 재료를 사용하는 것이 바람직하며, 그 중에서도 티타늄, 티타늄계 합금이 특히 바람직하다.
치열 교정용 기구는 금속제 와이어 등으로 강하게 잡아 당겨지기 때문에, 사용중에 파손하는 일이 없도록 고강도, 고인성이 요구되지만, 티타늄 또는 티타늄계 합금을 사용함으로써, 이러한 조건을 용이하게 만족할 수 있다. 더욱이, 티타늄 또는 티타늄계 합금은 생체 친화성이 극히 높아, 치열 교정용 기구의 재료로서 특히 적합하다.
결합 수지로서는, 예를 들면 폴리프로필렌 수지, 폴리에틸렌 수지, 아크릴 수지, 폴리스티렌 수지, 각종 왁스류 등을 들 수 있으며, 이들을 1종 또는 2종 이상을 혼합·혼용하여 사용할 수 있다.
또한, 상기 금속 분말, 결합 수지 외에 필요에 따라서 가소제, 윤활제, 산화 방지제, 탈지 촉진제, 계면 활성제 등의 각종 첨가물을 첨가할 수 있다.
이렇게 하여 조제된 혼연물을 사출 성형기에 의해 사출 성형한다. 사출 성형의 성형 조건으로서는 특별히 한정되지 않으며, 혼연물의 조성, 점도 등에 의해 적당히 설정되지만, 재료 온도 20 내지 200℃ 정도, 사출 압력 30 내지 150kgf/cm2정도로 하는 것이 바람직하다.
사출 성형용 금형으로서는, 일반적으로 플라스틱 성형용 금형과 동일한 것을 사용할 수 있지만, 예를 들면 치열 교정용 기구와 같이 미세하고 또한 복잡한 형상의 성형체를 제조할 경우에는, 핫 러너 등을 사용하는 것이 바람직하다.
도 1은 사출 성형용 금형으로부터 뽑아낸 사출 성형체의 일부를 도시하는 단면도이다.
사출 성형체(10)에는 다수의 볼록부(13)가 형성되어 있다. 볼록부(13)는1cm2당 16 내지 1600개 정도 배열하고 있는 것이 바람직하다.
해당 볼록부(13)에는 금형 돌출 방향을 향해 폭이 점차 감소하는 돌출 테이퍼(15)가 형성되어 있다.
이러한 사출 성형체(10)의 볼록부(13)를 가압 부재(30a)에 의해 가압하면, 볼록부(13)의 선단이 변형하여 언더 컷(16)이 형성된다. 이렇게, 미소결 사출 성형체 단계이면, 적어도 그 일부를 변형시켜 원하는 언더 컷을 용이하게 형성하는 것이 가능하다.
사출 성형체(10)를 변형시켜 언더 컷을 형성할 경우, 가열하고 연화시켜 행하는 것이 바람직하다. 미소결 사출 성형체(10)는 결합 수지를 포함하여 열 가소 특성을 갖기 때문에, 가열함으로써 용이하게 변형시킬 수 있다.
사출 성형체(10)를 가열하고 연화시켜 변형시키는 방법으로서는 특별히 한정되지 않으며, 고온 부재와 접촉시키는 방법이나 고주파, 레이저 광선 조사 등의 고 에너지를 비접촉으로 부여하는 등의 방법을 들 수 있다.
본 실시예의 경우, 가압 부재(30a)의 가압면(31)이 가열되어 있으며, 이 가압면(31)과 접촉함으로써 볼록부(13)의 선단부가 가열되어 연화하며, 또한 가압함으로써 언더 컷(16)이 형성된다.
가압면(31)의 온도는 적당히 선택하는 것이 가능하지만, 90 내지 150℃로 하는 것이 바람직하다. 가압면(31)의 온도가 너무 높으면 사출 성형체(10)의 연화가 현저하여, 형상을 유지하는 것이 곤란해지는 경우가 있으며, 더욱이 결합 수지의 분해, 가스화 등의 우려가 있다. 한편, 가열 온도가 너무 낮을 경우, 사출성형체(10)가 거의 연화하지 않는 경우가 있어, 그러한 상태에서 가압하면 사출 성형체(10)의 일부 또는 전체에 균열, 결여 등이 생겨, 형상이 손상될 우려가 있다.
도 2는 본 실시예에 있어서 언더 컷을 성형할 경우의 다른 예를 도시하는 단면도이다.
사출 성형체(10)에는 상기의 경우와 마찬가지로 다수의 볼록부(13)가 형성되어 있다. 이 볼록부(13)에는 돌출 테이퍼를 설치해도 설치하지 않아도 되지만, 본 실시예에서는 돌출 테이퍼는 설치되어 있지 않다.
가압 부재(30b)의 가압면(31)에는 볼록부(13)에 대응하도록 돌기(33)가 형성되어 있다.
이 돌기(33)와 볼록부(13)를 상호 대조시킨 상태에서 대향시켜 상호 가압하면, 돌기(33)가 볼록부(13)에 매입하고, 볼록부(13)의 선단부가 변형하여 분할된다. 이 분할 조각이 가압 방향에 대해 측면 쪽으로 압출되어, 언더 컷(16)이 형성된다.
또한, 가압면(31)에 형성되는 돌기(33) 형상, 배치 등에 대해서는 임의로 선택하여 설정할 수 있다. 더욱이, 가압면(31)에 형성되는 볼록부로서 핀 등을 매설한 것이어도 된다.
본 실시예와 같이, 가압 부재의 가압면에 돌기를 형성함으로써, 언더 컷을 설치하는 위치나 배치 등을 보다 다양화시킬 수 있다. 따라서, 사출 성형품의 용도, 목적 등에 의해 원하는 언더 컷을 형성할 수 있다.
가압면(31)은 상기의 경우와 마찬가지로 90 내지 150℃로 가열되어 있는 것이바람직하다.
도 3은 본 실시예에 있어서 언더 컷을 성형할 경우의 또 다른 예를 도시하는 단면도이다.
사출 성형체(10) 및 가압 부재(30c)는 도 2에 도시하는 경우와 동일한 것을 사용할 수 있다.
도면에 도시하는 바와 같이, 가압 부재(30c)의 가압면(31)에는, 돌기(35)가 오목부(14)에 대해 1개 걸러 대향하도록 형성되어 있다.
돌기(35)의 선단부가 오목부(14)에 대향하는 상태에서 프레스하면, 돌기(35)가 오목부(14)에 압입된다. 이로써, 오목부(14)에 인접하는 볼록부(13)의 선단부가 양측 방향으로 밀려나, 언더 컷(16)이 형성된다.
가압면(31)은 상기의 경우와 마찬가지로 90 내지 150℃로 가열되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 가압면(31)에 형성되는 돌기(35) 형상, 배치 등에 대해서는 임의로 선택하여 설정할 수 있다. 또한, 가압면(31)에 형성되는 볼록부로서 핀 등을 매설한 것이어도 된다.
또한, 가압 부재를 사용한 가압에 의해 언더 컷을 형성할 경우, 가압 회수는 1회로 행하여도 되며, 여러 회로 행하여도 된다.
여러 회의 가압을 행할 경우, 동일 형상의 가압면에 의해 반복하여 가압해도 되며, 혹은 가압면 형상을 바꾸어 가압해도 되지만, 가압면 형상을 바꾸어 가압하는 것이 바람직하다. 다른 형상의 가압면 조합에 의해 언더 컷 형성을 보다 다양화할 수 있다.
다음으로, 이상과 같이 하여 언더 컷이 형성된 사출 성형체(10)를 탈지한다.
탈지는 비산화성 분위기, 예를 들면 진공 또는 감압 상태 하(예를 들면 1×10-1내지 1×10-6Torr) 혹은 질소 가스, 아르곤 가스 등의 불활성 가스 속에서 열 처리를 행하여, 결합 수지를 증발 또는 분해함으로써 이루어진다. 이 때의 승온 속도, 탈지 온도 등의 탈지 조건은 결합 수지가 급격히 기화 또는 분해하지 않으며, 또, 결합 수지와 금속 분말과의 반응을 회피하도록 설정된다. 탈지 온도로서는, 예를 들면 150 내지 750℃의 범위로 하는 것이 바람직하다.
마지막으로, 탈지체를 소결한다.
소결은 1×10-2이하(보다 바람직하게는 1×10-2내지 1×10-6Torr)의 감압 혹은 진공 하, 또는 1 내지 760Torr의 질소 가스, 아르곤 가스 등의 불활성 가스 분위기 하에서 수행되는 것이 바람직하다.
소결 온도 및 소결 시간은 소결에 의해 금속 분말이 확산, 입자 성장하여 결정립이 되며, 전체적으로 치밀, 즉 고밀도, 저 다공율의 소결체가 되도록 설정된다.
예를 들면, 소결 온도로서는, 1000 내지 1500℃, 소결 시간으로서는 0.5 내지 10시간의 범위 내에서 설정하는 것이 바람직하다.
소결 후, 언더 컷을 구비하는 금속 분말 사출 성형품이 얻어진다.
이렇게, 본 발명의 제조 방법에 의하면, 2차 가공을 요하지 않고 연속적 공정만으로 간단히 언더 컷을 구비하는 금속 분말 사출 성형품을 얻을 수 있다.
더욱이, 특수한 사출 기구나 금형 구조를 전혀 필요로 하지 않고, 가압 부재(가압면)를 교환함으로써 용도, 목적에 따라서 원하는 크기, 형상, 배열의 언더 컷을 성형하는 것이 가능하다.
도 4는 본 발명의 금속 분말 사출 성형품의 언더 컷 형성 방법의 제 2 실시예를 도시하는 부분 단면도이다.
본 발명은 금속 분말과 결합 수지를 포함하는 혼연물을 사출 성형하는 공정과, 사출 성형에 의해 성형되는 사출 성형체를 탈지하는 공정과, 탈지에 의해 얻어지는 탈지체를 소결하는 공정을 갖는 금속 분말 사출 성형품의 언더 컷 형성 방법으로, 상기 사출 성형체는 언더 컷 성형 부재와 일체화되는 것을 특징으로 한다.
혼연물 조제 및 사출 성형의 조건 등에 대해서는 상기 제 1 실시예의 경우와 동일하다. 이하, 주로 제 1 실시예와의 상위점에 대해서 설명하며, 동일한 사항에 대해서는 설명을 생략한다.
도 4는 본 실시예에 있어서의 사출 성형체 및 탈지체 일부를 도시하는 부분 단면도이다.
이 도면에 도시하는 바와 같이, 사출 성형체(11)는 금속 분말과 결합 수지를 포함하는 혼연물로 이루어지는 성형체(41)와, 언더 컷 성형 부재(40)로 구성된다. 성형체(41)와 언더 컷 성형 부재(40)와는 성형체(41)의 볼록부(13)에서 서로 끼워 맞춰 일체화하고 있다.
이러한 사출 성형체(11)는 언더 컷 성형 부재(40)를 미리 사출 성형용 금형 내에 코어로서 장전한 상태에서 혼연물을 사출 성형함으로써 얻어진다.
언더 컷 성형 부재(40)의 구성 재료로서는, 성형체(41) 또는 탈지체(42) 형상을 손상하지 않고 제거 가능한 재료이면 어떠한 것이어도 되며, 예를 들면 가열, 용해 또는 그 밖의 방법에 의해 분해하여 제거 가능한 것 등을 들 수 있다. 그 중에서도 가열에 의해 제거 가능한 재료가 바람직하며, 탈지 공정에서 제거 가능한 재료가 더욱 바람직하다. 이로써, 하나의 공정에서 성형체(41)의 탈지 및 언더 컷 성형 부재(40) 제거를 동시에 행할 수 있다.
이러한 언더 컷 성형 부재(40)의 구성 재료로서는, 사출 성형 시의 혼연물의 사출 온도 하에 있어서도 형상을 유지하고, 또한 탈지 공정에 있어서 결합 수지와 함께 제거 가능한 것이면 특별히 한정되지 않지만, 수지를 주성분으로 하는 것이 바람직하며, 이러한 융점이 150 내지 400℃의 수지 재료인 것이 보다 바람직하다. 이러한 수지로서는, 예를 들면, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리스티렌, 폴리아세탈, 아크릴 수지 등을 들 수 있다.
이렇게, 사출 성형체(11)로부터 언더 컷 성형 부재(40)가 제거되어, 도면에 도시하는 바와 같이 언더 컷(16)이 성형된 탈지체(42)가 얻어진다.
해당 탈지체(42)를 제 1 실시예와 동일하게 하여 소결함으로써, 언더 컷을 구비하는 금속 분말 사출 성형품을 얻을 수 있다.
본 실시예와 같이, 사출 성형 후, 가열 등에 의해 제거 가능한 재료로 이루어지는 언더 컷 성형 부재(40)를 사용함으로써, 사출 성형용 금형으로부터의 이형에 있어서의 제약이 없어지며, 성형체 형상, 치수의 자유도가 비약적으로 향상하여, 어떠한 언더 컷이라도 형성 가능하게 할 수 있다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 금속 분말 사출 성형품의 언더 컷 형성 방법인 제 3 실시예를 도시하는 부분 단면도이다.
본 발명은 금속 분말과 결합 수지를 포함하는 혼연물을 사출 성형하는 공정과, 사출 성형에 의해 성형되는 사출 성형체를 탈지 후 소결하는 공정을 갖는 금속 분말 사출 성형품의 언더 컷 형성 방법으로, 상기 사출 성형 공정에 있어서 금형 공간 내에 언더 컷을 형성하는 코어를 구비하는 사출 성형용 금형을 사용하는 것을 특징으로 한다.
혼연물 조제 및 사출 성형의 조건 등에 대해서는 상기 제 1 실시예 및 제 2 실시예의 경우와 동일하게 행할 수 있다.
이하, 주로 제 1 실시예, 제 2 실시예의 경우와 다른 점에 대해서 설명하며, 동일한 사항에 대해서는 설명을 생략한다.
도 5는 본 실시예에 있어서 사용되는 사출 성형용 금형의 금형 공간 내에 설치되는 코어의 일례를 도시하는 부분 단면도, 도 6은 도 5의 A-A선에서 본 도면이다.
코어(50)에는 도면에 도시하는 바와 같은 핀(52)이 형성되어 있다. 핀(52)은 선단이 4개로 분할되어 있으며, 이 핀(52) 형상에 의해 사출 성형체에 언더 컷이 형성된다.
이러한 코어(50)는 탄성 재료로 구성되어 있는 것이 바람직하다. 이로써 핀(52)은 신축 또는 변형 가능해져, 사출 성형체(10)의 언더 컷(16) 부분으로부터 용이하게 뽑아낼 수 있다.
핀(52)은 도 5 및 도 6에 도시하는 바와 같이 선단부가 열린 형상을 이루고 있다. 사출 성형 후, 핀(52)이 이 형상을 유지할 경우, 코어(50)의 돌출 방향에 대해 방해가 되어 사출 성형체(10)로부터 뽑아내는 것은 대단히 곤란하다. 그러나, 본 발명과 같이 핀(52)이 탄성을 가질 경우, 코어(50) 추출에 따라서 핀(52)의 선단부가 닫혀 추출이 가능해진다.
본 발명에서는, 이렇게 탄성 재료가 갖는 유연성, 변형 성능과 같은 특징을 충분히 살림으로써, 종래, 금형의 개폐 동작만으로는 이형 불가능했던 언더 컷을 갖는 사출 성형품도 용이하게 금형으로부터 추출할 수 있다.
코어(50)를 구성하는 탄성 재료로서는, 예를 들면 경도 40 내지 100 Hv인 것이 바람직하다. 경도가 40 Hv 미만에서는 코어로서의 충분한 강성, 형상 유지성이 얻어지지 않으며, 100Hv을 넘으면 핀(52)이 충분히 변형할 수 없게 되어, 추출 시에 사출 성형체(10)를 손상시킬 수 있는 등의 문제를 초래할 우려가 있다.
더욱이, 인장 강도로서는, 60kg/cm2이상인 것이 바람직하다.
인장 강도가 60kg/cm2미만에서는, 추출 시의 응력에 대해, 강도가 부족하여 추출이 곤란해지는 경우가 있다.
이러한 코어(50)의 구성 재료로서는, EVA 수지(에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체), 염소화 폴리에틸렌, 열가소성 엘라스토머, 고무 재료(천연 고무, 합성 고무) 등을 들 수 있다. 합성 고무의 구체적인 예로서는, 예를 들면 이소프렌 고무, 부타디엔 고무, 1, 2-폴리부타디엔 고무, 스티렌-부타디엔 고무, 클로로프렌 고무, 니트릴 고무, 부틸 고무, 에틸렌-프로필렌 고무, 클로로 설폰화 폴리에틸렌, 아크릴 고무, 에피클로하이드린 고무, 실리콘 고무, 불소계 고무, 우레탄 고무 등을 들 수 있고, 이들 고무 재료는 단독으로 사용할 수 있으며, 또 2종 이상의 혼합물로서 사용할 수도 있지만, 그 중에서도 실리콘 고무가 바람직하다. 실리콘 고무는 넓은 온도 범위에서 사용 가능하며, 내열성, 내유성, 내후성에 뛰어나다. 따라서, 사출 성형 시의 온도 및 압력에 대해, 변질·분해 등이 없어, 핀(52)의 형상을 보다 양호하게 유지할 수 있다. 더욱이, 결합 수지, 금속 분말 등의 혼연물 성분과 반응할 우려가 없다.
본 발명에 있어서 코어(50)는 전체가 실리콘 고무와 같은 탄성 재료에 의해 구성되는 것이어도 되며, 탄성 재료와 금속 재료 등이 조합되어 구성되어 있는 것이어도 된다. 이 경우, 적어도 핀(52) 부분이 실리콘 고무 등의 탄성 재료에 의해 구성되며, 그 밖의 부분은 금속 재료 등으로 구성되어 있는 것이 바람직하다.
코어(50)를 추출한 후, 사출 성형체(10)를 제 1 실시예와 동일하게 하여 탈지·소결함으로써 언더 컷을 구비하는 금속 분말 사출 성형품을 얻을 수 있다.
이상과 같이 각 실시예에 의해 형성되는 언더 컷은 일정한 패턴으로 설치해도 되며, 또는 불규칙하게 설치해도 된다. 또, 언더 컷의 각도, 크기를 갖추도록 형성해도 되며, 소정 순열에 따라서, 또는 불규칙하게 각도 등을 바꾸어 형성해도 된다.
또, 본 발명에 의해 성형되는 언더 컷을 구비하는 금속 분말 사출 성형품으로서는 어떠한 것이어도 되지만, 예를 들면 치열 교정용 기구 등을 들 수 있다.
치열 교정용 기구의 경우, 도 7 내지 도 9에 도시하는 바와 같이, 치아와의 접착면(6)에 언더 컷(16)을 형성하는 것이 바람직하다. 이로써 접착면(6)의 표면적이 확대하고, 또 접착제가 충분히 보존되어, 뛰어난 접착 강도를 얻을 수 있다.
이상, 본 발명의 금속 분말 사출 성형품의 언더 컷 형성 방법 및 언더 컷을 구비하는 금속 분말 사출 성형품을 도시하는 각 실시예에 대해서 설명했지만, 본 발명은 이들에 한정되는 것이 아니라, 예를 들면 언더 컷 성형 부재로서는 수지제 비드(beads) 등을 사용해도 된다.
다음으로, 본 발명의 구체적 실시예에 대해서 설명한다.
(실시예 1)
티타늄 분말(평균 입경:15μm, 92wt%)과, 결합 수지로서 폴리프로필렌, 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체(EVA)와, 그 밖의 각종 첨가제(파라핀 왁스, 디부틸프탈레이트)를 소정의 비율로 혼합하며, 혼합기를 사용해 혼합하여 혼연물을 조제했다.
다음으로, 이 혼연물을 가열하여 결합 수지를 용융시켜, 사출 성형용 금형 내에 사출하여 사출 성형체(10)를 얻었다.
이 사출 성형체(10) 볼록부(13)의 선단부를 도 1에 도시하는 바와 같은 형상의 120℃로 가열된 가압면(31)을 갖는 가압 부재(30a)에서 가압하여, 언더 컷(16)을 형성했다.
언더 컷(16)이 형성된 사출 성형체(10)를 소정의 탈지 화로를 사용하여, 진공 속에서 450℃로, 1시간 가열하여, 성형체 형상을 손상시키지 않도록 결합 수지 및 첨가제 성분을 분해 제거하여, 탈지체로 했다.
다음으로, 탈지체를 소결 화로로 옮겨, 아르곤 가스 속에서 1200℃에서 3시간 소결한 후 냉각하여, 도 7 내지 도 9에 도시하는 바와 같은 접착면(6)에 언더 컷(16)이 형성된 치열 교정용 브래킷(1)이 얻어졌다.
이 치과 교정용 브래킷(1)의 각 부의 형상은 이하와 같다.
기초부(2) 치수: 5mm×5mm
볼록부(13): 1cm2당 100개
언더 컷(16)의 오목부 깊이: 0.3mm
슬롯(7) 깊이: 2.5mm, 폭: 1.3mm
(실시예 2)
실시예 1과 동일한 조성의 혼연물을 조제했다.
다음으로, 사출 성형용 금형 내에, 도면에 도시하는 바와 같은 언더 컷 성형 부재(40)(폴리스티렌 수지제, 융점 200℃)를 배치했다. 이 사출 성형용 금형 내에 실시예 1과 동일하게 하여 혼연물을 사출하여, 도 4에 도시하는 바와 같은 사출 성형체(11)를 얻었다.
이 사출 성형체(11)를 소정의 탈지 화로를 사용하여, 질소 가스 속에서 450℃, 1.5시간 가열하여, 결합 수지 및 첨가제 성분을 분해 제거함과 동시에, 언더 컷 성형 부재(40)를 제거함으로써, 언더 컷(16)이 형성된 탈지체(42)를 얻었다.
다음으로, 이 탈지체(42)를 소결 화로로 옮겨, 진공 속에서 1200℃, 3시간 소결한 후 냉각하여, 실시예 1과 동일한 치열 교정용 브래킷(1)이 얻어졌다.
(실시예 3)
실시예 1과 동일한 조성의 혼연물을 조제했다.
다음으로, 이 혼연물을 가열하여 결합 수지를 용융시켜, 사출 성형용 금형 내에 사출했다. 사출 성형용 금형 내에는, 미리 도 5에 도시하는 바와 같은 형상의 실리콘 수지제 코어(50)를 배치했다.
사출된 혼연물이 경화한 후, 사출 성형용 금형을 열어, 사출 성형체로부터 코어(50)를 뽑아냈다. 핀(52)은 코어(50)의 사출 성형체로부터의 추출에 따라 선단부가 닫혀, 사출 성형체의 언더 컷 형상을 손상하는 일 없이 용이하게 추출할 수 있었다.
이렇게 하여 언더 컷이 형성된 사출 성형체를 실시예 1과 동일하게 탈지·소결함으로써, 실시예 1과 동일한 치열 교정용 브래킷(1)이 얻어졌다.
실시예 1 내지 3에서 제작된 각 치열 교정용 브래킷(1)의 접착면(6)에 치과용 접착제를 도포하여, 도 10에 도시하는 바와 같이 치아(9) 표면에 고착시킨 후, 브래킷(1)의 계합부(3)에 설치된 슬롯(7)에 스테인리스제 와이어(8)를 삽입 통과하여 설치했다.
이 상태에서 와이어(8)의 한쪽 끝을 고정하고, 다른쪽 끝을 견인하여 충분한 장력을 주었지만, 브래킷(1)은 치아(9)에 양호하게 접착하고 있으며, 브래킷(1)의 흔들림, 박리 등은 볼 수 없었다.
이상 서술한 바와 같이, 본 발명 방법에 의하면, 특수한 금형 구조 등을 전혀 필요로 하지 않고, 또, 번잡한 2차 가공을 필요로 하지 않아 간단한 공정으로 언더컷을 구비하는 금속 분말 사출 성형품을 얻을 수 있다. 더욱이 언더 컷의 패턴 등의 조정·변경도 용이하게 행할 수 있다.
언더 컷을 구비하는 금속 분말 사출 성형품이 예를 들면 치열 교정용 기구인 경우, 언더 컷 형성에 의해 접착 면적이 확대하여, 치아로의 접착 강도의 유지·향상을 도모할 수 있다. 더욱이, 언더 컷의 각도나 위치 등의 선택에 의해 접착 강도 조정도 가능해진다.
본 발명의 금속 분말 사출 성형품은 예를 들면 치열 교정용 기구에 사용하는 데 적합하다.

Claims (22)

  1. 금속 분말 사출 성형품의 언더 컷 형성 방법에 있어서,
    금속 분말과 결합 수지를 포함하는 혼연물(feed stock)을 사출 성형하는 공정과,
    상기 사출 성형에 의해 얻어지는 사출 성형체에 언더 컷을 형성하는 공정과,
    상기 언더 컷이 형성된 사출 성형체를 탈지 후 소결하는 공정을 가지며,
    상기 언더 컷은 상기 사출 성형체의 적어도 일부를 가열 변형시킴으로써 형성되고,
    상기 언더 컷은 상기 사출 성형하는 공정과 상기 사출 성형체를 탈지 후 소결하는 공정 사이에서 형성하는 것을 특징으로 하는 금속 분말 사출 성형품의 언더 컷 형성 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 언더 컷의 형성은 상기 사출 성형체를 가열하여 연화시킴으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 금속 분말 사출 성형품의 언더 컷 형성 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 언더 컷은 가압 부재에 의해 상기 사출 성형체의 적어도 일부를 가압
    함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 금속 분말 사출 성형품의 언더 컷 형성 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 가압 부재의 가압면은 가열되어 있는 것을 특징으로 하는 금속 분말 사출 성형품의 언더 컷 형성 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 가압면의 온도는 90 내지 150℃인 것을 특징으로 하는 금속 분말 사출 성형품의 언더 컷 형성 방법.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 가압 부재의 가압면에 돌기가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 금속 분말 사출 성형품의 언더 컷 형성 방법.
  8. 제 4 항에 있어서,
    프레스를 복수회 행하는 것을 특징으로 하는 금속 분말 사출 성형품의 언더 컷 형성 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 프레스는 상기 가압면의 형상을 바꾸어 행하는 것을 특징으로 하는 금속 분말 사출 성형품의 언더 컷 형성 방법.
  10. 금속 분말과 결합 수지를 포함하는 혼연물을 사출 성형하는 공정과,
    상기 사출 성형에 의해 성형되는 사출 성형체를 탈지하는 공정과,
    상기 탈지에 의해 얻어지는 탈지체를 소결하는 공정을 포함하는 금속 분말 사출 성형품의 언더 컷 형성 방법에 있어서,
    상기 사출 성형체는 언더 컷 성형 부재와 일체화되는 것을 특징으로 하는 금속 분말 사출 성형품의 언더 컷 형성 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 언더 컷 성형 부재는 가열에 의해 제거 가능한 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 금속 분말 사출 성형품의 언더 컷 형성 방법.
  12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 언더 컷 성형 부재는 상기 탈지 공정에서 제거 가능한 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 금속 분말 사출 성형품의 언더 컷 형성 방법.
  13. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 언더 컷 성형 부재는 수지를 주성분으로 하는 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 금속 분말 사출 성형품의 언더 컷 형성 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 수지의 융점은 150 내지 400℃인 것을 특징으로 하는 금속 분말 사출 성형품의 언더 컷 형성 방법.
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 제 1 항 또는 제 10 항에 기재된 방법에 의해 제조되는 언더 컷을 구비하는 금속 분말 사출 성형품.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 금속 분말 사출 성형품은 치열 교정용 기구인 언더 컷을 구비하는 금속 분말 사출 성형품.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 치열 교정용 기구는 치아와의 접착면에 상기 언더 컷이 설치되어 있는 언더 컷을 구비하는 금속 분말 사출 성형품.
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