KR100540725B1

KR100540725B1 - 미세 구멍을 갖는 주조품의 제조 방법 및 장치

Info

Publication number: KR100540725B1
Application number: KR1020000065120A
Authority: KR
Inventors: 야마구치다다시; 사토마사키; 나가하마히데노부
Original assignee: 와이케이케이 가부시끼가이샤
Priority date: 1999-11-04
Filing date: 2000-11-03
Publication date: 2006-01-10
Also published as: US20020100575A1; EP1097768B1; EP1097768A1; JP2001129655A; US6374899B1; CN1174823C; US6508296B2; TW558468B; JP3808258B2; DE60018140D1; KR20010051421A; DE60018140T2; CN1294951A; HK1036240A1

Abstract

미세 구멍을 갖는 주조품의 제조 방법은 금형(1)의 공동(2)에 선형 코어 부재(3)를 설치하는 단계와, 상기 공동에 용탕 금속을 주입하는 단계와, 최종 주조품(4)으로부터 코어 부재를 인출하여 미세 구멍(5, 5a, 5b)을 형성하는 단계를 포함한다. 표면 코팅이나 표면 열처리에 의해 형성된 피막(6)을 갖는 선형 코어 부재는 주조품으로부터 인발시 피막이 선형 코어 부재에서 부분적으로 또는 전체적으로 박리되므로써 코어 부재가 주조품의 내측으로부터 인발될 수 있게 한다. 선택적으로, 상기 선형 코어 부재는 본래 직경보다 작은 직경을 갖는 주조품으로부터 인발시 인발 방향으로 신축성있게 변형되도록 구성된다.

Description

미세 구멍을 갖는 주조품의 제조 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR PRODUCTION OF CAST ARTICLE HAVING SMALL HOLE}

도 1 은 캐필러리부와 플랜지부를 포함하는 일체형 구조의 광커넥터 페룰의 부분단면도.

도 2 는 분리된 상태의 캐필러리부와 플랜지부를 포함하는 일체형 구조의 다른 실시예의 광커넥터 페룰의 부분단면도.

도 3a 내지 도 3c 는 본 발명에 따른 주조품의 제조 단계를 개략적으로 도시한 부분단면도.

도 4 는 피막으로 피복된 선형 코어 부재를 사용하여 본 발명에 따른 방법의 다른 실시예를 도시하는 부분단면도.

도 5 는 탄성 변형이 용이한 재료로 제조된 선형 코어 부재를 사용하는, 본 발명에 따른 방법의 다른 실시예를 도시하는 개략적인 부분단면도.

도 6 은 본 발명에 따른 주조품의 생산을 위한 장치의 다른 실시예를 개략적으로 도시한 부분단면도.

도 7 은 도 6 에 도시된 장치를 사용하여 생산된 성형품의 개략적인 단면도.

[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명]

1 : 금형 2 : 공동

3 : 와이어 4 : 주조품

5 : 미세 구멍 6 : 피막

8 : 안내부재

본 발명은 미세 구멍을 갖는 주조품의 제조 방법 및 장치에 관한 것으로서, 금형 주조 기법 특히 아몰퍼스 합금(금속 유리의 금형 주조에 의해 미세 구멍을 갖는 성형품(특히, 페룰 및 캐필러리와 같은 광커넥터 부품))의 생산에 사용될 수 있는 미세 구멍 성형 기법에 관한 것이다. 페롤은 광커넥터의 광파이버가 수납되는 것으로서 도1 및 도2에 개시되어 있는데, 도1 에서 캐비티(11a)와 플렌지(12a)가 일체로 되어 있으며, 도2 에서 캐비티(11a)와 플랜지(12a)로 이루어진 것이 도시되어 있다.

미세 구멍을 가지며 높은 치수 정밀도를 요구하는 전형적인 성형품으로서 광커넥터의 페룰이나 캐필러리를 들 수 있다.

도 1 에는 캐필러리부(11)와 플랜지부(12)를 포함하는 일체형 구조의 광커넥터 페룰(10)의 모드가 도시되어 있다. 특히, 상기 페룰(10)은 그 축선을 따라 광파이버(17)(또는 얇은 플라스틱 박막으로 피복된 광파이버의 기본 나선[basic thread)]를 삽입하기 위한 소직경의 관통 구멍(13)을 형성하고 있는 캐필러리부(11)와, 그 축선을 따라 외피형 광파이버(16)(외피로 피복된 광파이버)를 삽입하기 위한 대직경의 관통 구멍(14)을 형성하는 플랜지부(12)로 구성되어 있 다. 소직경의 관통 구멍(13)과 대직경의 관통 구멍(14)은 경사부(15)를 통해 서로 연결된다. 한쌍의 광파이버(17)의 연결은 분기 슬리브(18)를 광파이버가 이미 삽입되어 연결되어 있는 페룰(10)의 대향 단부를 통해 삽입한 후, 페룰(10)의 단부와 접하게 하므로써 이루어진다. 그 결과, 광파이버(17)는 그 선단부들의 축선들이 서로 정렬된 상태로 상기 선단부들이 접촉 및 연결되게 된다.

도 2 는 분리된 부품으로서의 캐필러리부(11a)와 플랜지부(12a)를 포함하는 광커넥터 페룰(10a)의 다른 실시예를 도시하고 있다.

광파이버가 삽입되는 미세 구멍의 직경은 페룰의 형태에 따른다.

지금까지 페룰은 지르코늄과 같은 세라믹을 사용하여 제조되었다. 페룰에서의 미세 구멍 형성은 사출 성형에 의해 매우 작은 구멍을 갖는 세라믹 페룰 블랭크를 미리 형성하고 소성후 와이어래핑 가공에 의해 소정 칫수로 마무리가공하므로써 얻을 수 있었다. 또한, 세라믹 페룰의 제조는 상기 내경 마무리가공 이외에, 외경의 연마가공과 구형 볼록면으로의 페룰 선단의 폴리싱과 같은 여러 단계의 가공을 포함한다. 따라서, 제조 과정은 시간이 많이 소요되고, 그 비용은 불가피하게 상승하게 된다.

이러한 문제점들을 해결하기 위한 방법으로서, 본 출원인은 기존에 종래의 금형 주조법을 기본으로 한 기술과 유리 천이영역을 나타내는 아몰퍼스 합금의 조합에 의해 광커넥터용 페룰과 같은 미세 구멍을 갖는 성형품이나, 복잡한 형상의 성형품에서도 소정의 형상과 칫수 정밀도 및 표면 품질을 만족시키는 아몰퍼스 합 금 성형품을 단일 공정으로 대량생산할 수 있는 방법을 제안하였다(일본 특개평 10-186176 호). 이러한 명세서에 기재된 미세 구멍을 갖는 아몰퍼스 성형품의 제조 방법은 기본적으로 코어 핀이 세팅된 금형 공동내에 아몰퍼스 합금을 발생시킬 수 있는 재료의 용탕을 고속으로 충진하여 주조하고, 그후 코어 핀을 최종 주조품으로부터 인발하여 미세 구멍을 형성하는 것이다.

미세 구멍을 갖는 주조품을 제조하기 위해, 통상적으로는 이형제(離型劑)가 균일하게 도포된 코어 핀이 사용되고 있다. 상기 사용된 이형제는 금속 용탕이 코어핀과 접촉하였을 때 이형제가 급속히 증발하기 때문에, 주조품에 기포나 결함이 존재하게 된다. 또한, 이형제의 증발 방향이 균일하지 않고 일정하게 제어되지 않으므로 미세 구멍의 칫수 정밀도를 높일 수 없다는 문제를 내포하고 있다. 게다가, 고정밀도의 주조품을 얻기 위해 주조중 사출 압력이 증가될 때, 미세 구멍을 형성하기 위해 주조 재료와 코어 핀 사이에 간극이 없기 때문에 코어 핀이 주조품으로부터 인발될 수 없다는 문제도 발생된다. 또한, 이러한 처리는 주조후 코어 핀의 인발 동작이나 주조중 코어핀의 표면이 손상되거나 파손될 가능성에 노출된다는 문제를 안고 있다. 코어 핀은 초경합금으로 제조되어 상당히 값비싸며, 이에 따라 손상되거나 파손된 코어 핀은 반복 사용이 불가하여 결과적으로 제조 비용의 상승을 초래한다는 문제가 있다.

이러한 문제는 특별히 광커넥터 페룰이나 캐필러리에 한정된 것만이 아니라 미세 구멍을 갖는 금속 성형품의 금형 주조인 경우에 공통적인 문제이다.

따라서, 본 발명의 기본적인 목적은 미세 구멍을 갖는 주조품을 저렴한 비용으로 짧은 시간에 높은 생산성으로 생산할 수 있으며, 상술한 바와 같이 코어 핀의 인발 곤란성이나 내구성에 기인한 여러 문제들을 경감시킬 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 미세한 구멍을 갖는 아몰퍼스 합금 성형품에서도 간단한 공정으로 소정의 형상과 높은 칫수 정밀도 및 표면 품질로 성형가공가능한 방법 및 장치를 제공하고, 또한 내구성과 강도 및 내충격성 등이 우수한 미세 구멍을 갖는 저렴한 아몰퍼스 합금성형품 특히, 광커넥터용 페룰 또는 캐필러리 등을 제공하기 위한 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 제 1 특징은 미세 구멍을 갖는 주조품의 생산을 위한 방법을 제공한다.

본 발명에 따른 방법의 제 1 실시예는 주조품을 생산하기 위해 미리 세팅된 필요한 단면을 갖는 공동내로 금속 용탕의 주조시, 표면 코팅이나 표면 처리에 의해 형성된 피막을 갖는 선형 코어 부재가 선형 코어 부재로 사용되며, 상기 선형 코어 부재는 주조후 주조품으로부터 인발되므로써, 주조품에 선형 코어 부재와 동일한 단면 형상의 미세 구멍을 형성하게 된다. 이 경우에는, 주조후 주조품으로부터 인발될 때 선형 코어 부재의 표면으로부터 피막의 일부 또는 전체가 박리되므로써 선형 코어 부재가 주조품의 내측으로부터 인발되는 것이 바람직하다. 여기서 인장하중은 선형코어 부재에 인발방향으로, 즉 길이방향으로 가해진다.

본 발명에 따른 방법의 제 2 실시예는 주조품을 생산하기 위해 미리 세팅된 필요한 단면 형상의 선형 코어 부재를 갖는 금형의 공동에 금속 용탕을 주입하는 단계와, 선형 코어 부재의 단면 형상을 갖는 미세 구멍을 형성하기 위해 주조품으로부터 선형 코어 부재를 인발하는 단계를 포함하며, 상기 선형 코어 부재는 주조후 주조품으로부터 선형 코어 부재의 인발시 인발방향으로 신축성있게 변형되어 본래 직경보다 작은 직경을 갖도록 구성되므로써 선형 코어 부재는 주조품의 내측으로부터 인발될 수 있도록 구성된다.

본 발명의 제 2 특징은 제품 외형을 규제하는 공동을 갖는 금형과, 상기 금형의 공동내로 돌출 및 후퇴가능하도록 금형에 미끄럼가능하게 배치된 중앙 구멍을 갖는 원통형의 가동 안내부재와, 상기 원통형의 안내부재의 중앙 구멍을 통해 금형에 세팅된 선형 코어 부재와, 상기 선형 코어 부재에 그 길이방향으로 1960 N/mm2 의 인장 하중을 인가하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 미세구멍을 갖는 주조 성형품의 제조 장치가 제공된다.

상술한 바와 같은 방법 및 장치를 사용하여, 미세 구멍을 갖는 주조 성형품 특히, 아몰퍼스 합금 성형품, 예를 들어 광커넥터 페룰이나 캐필러리를 높은 생산성으로 제조할 수 있게 된다.

주조후 주조품으로부터 선형 코어 부재의 인발에 대한 어려움이나 선형 코어 부재의 내구성에 기인한 상술한 바와 같은 문제에 대해, 본 발명에 따른 주조품 생산을 위한 방법은 선형 코어 부재의 인발 특성을 개선한다. 주조후 선형 코어 부재의 인발성을 향상시키는 방법으로서는 다음과 같은 방법이 있다. 이하의 서술에 서는 선형 코어 부재를 "와이어(wire)" 로 언급한다.

(1) 와이어를 표면 코팅 또는 표면 처리하는 방법

이러한 방법은 와이어의 표면을 쉽게 박리가능한 박막으로 코팅하거나, 또는 선형 코어 부재로서의 와이어가 주조품으로부터 용이하게 분리될 수 있도록 그 생산중 필수불가결하게 형성되는 피막을 갖는 와이어를 이용하는 방법이다. 이러한 방법에 의해, 와이어가 주조품으로부터 인발될 때, 와이어의 피막이 주조품에 밀착배치되어 와이어가 주조품으로부터 분리되기 때문에, 피막은 와이어로부터 부분적으로 또는 전체적으로 박리된다. 그 결과, 와이어의 단면 형상을 갖는 미세 구멍이 주조품에 형성된다.

상술한 바의 와이어 피막은 산화물, 질화물, 탄화물 등과 같은 재료를 와이어의 표면상에 물리적 증착(PVD) 이나 화학증착(CVD) 또는 전기도금이나 무전해도금(electroless plating) 및 용융도금 등의 적절한 방법으로 형성된다. 상기 와이어의 표면 피막은 와이어가 활성인 금속 재료인 경우, 제조 공정에 특별한 처리를 실행하지 않아도 스케일로서의 와이어 구성 원소를 포함하는 산화물, 질화물, 탄화물 등의 박막이 잔존하는 것을 그대로 이용할 수도 있다. 박막의 두께는 박막의 박리 특성과 와이어의 인발 특성을 고려하여 0.5 ㎛ 내지 100 ㎛ 의 범위가 바람직하다. 이러한 방법에서는 다양한 재료가 와어어 재료로 사용될 수 있다. 다른 와이어 재료중에서도 내열성이 우수한 Ti 계 합금이 바람직하다.

(2)탄성 와이어 초탄성 와이어를 사용하는 방법

이러한 방법은 와이어(선형 코어 부재)로서 탄성 한계치가 높은 와이어를 이용하는 방법이다. 이러한 와이어를 이용하므로써, 와이어는 주조품으로부터 인발될 때 인발 방향으로 신축성있게 변형되며, 따라서 그 직경은 주조품에 형성되어야할 미세 구멍보다 작게 형성된다. 그 결과, 상기 와이어는 주조품과 와이어 사이에 간극이 확보되기 때문에 주조품으로부터 인발될 수 있으며, 와이어 형상의 단면을 갖는 미세 구멍이 주조품에 성형된다. 와이어로서는 상술한 바와 같이 스프링용 재료나 고장력 강재료 및 초탄성 재료(Ni-Ti 초탄성 합금 등) 등이 사용될 수 있다.

상술한 제 (1) 방법 및 제 (2) 방법은 조합되어 이용될 수도 있다.

본 발명에 따르면, 금형에 세팅되거나 주조처리중 와이어(선형 코어 부재)를 보호하기 위해, 금형에 미끄럼가능하게 배치되어 공동의 내외로 돌출 및 인발될 수 있는 원통형의 가동형 안내부재를 구비한 금형을 사용할 수도 있다. 와이어가 안내부재의 중앙 구멍을 통해 삽입되므로써 상기 원통형 안내부재와 함께 금형 공동에 세팅될 때, 1960 N/㎣ 이하의 인장 하중이 와이어에 길이방향으로 인가된다. 이러한 원통형 안내부재를 사용하므로써, 안내부재로 피복된 와이어의 일부는 용탕과 접촉하지 않기 때문에 보호되며, 주조품과 접촉하고 있는 와이어의 표면적은 적어지게 된다. 그 결과, 인발 단계중 와이어의 상처나 파손 비율이 감소된다. 또한, 와이어에 인장 하중이 인가되기 때문에, 금형 공동으로 용탕의 사출중 와이어의 우발적인 굴곡이 방지된다. 따라서, 미세 구멍을 갖는 주조품을 고정밀도로 제조할 수 있다. 또한, 이러한 방법은 상술한 방법과 조합하여 사용될 수도 있다.

와이어의 크기는 미세 구멍의 필요한 직경에 따라 임의로 변화된다. 광커넥터 부분인 경우, 와이어의 크기는 0.025 내지 1 ㎜ 범위에 설정된다.

본 발명의 방법에 사용된 주조재료는 어떤 특정의 기질로 한정될 필요는 없지만, 일반적인 주조법에 사용될 수 있는 재료라면 무방하며, 양호하기로는 적어도 50% 이상의 체적율의 비정질 상(armorphous phase)을 포함한 실질적으로 비정질 합금이 양호하게 사용될 수 있다. 더욱 양호하기로는 하기 일반식 (1) 내지 (6) 중 어느 하나로 표시된 조성을 갖는 아몰퍼스 합금을 적절히 사용할 수 있다.

여기서, M¹ 은 Zr 및 Hf 에서 선택되는 1종 또는 2종의 원소, M² 는 Ni, Cu, Fe, Co, Mn, Nb, Ti, V, Cr, Zn, Al, Ga 로 이루어진 집단에서 선택되는 적어도 1종의 원소, Ln 은 Y, La, Ce, Nd, Sm, Gd, Tb, Dy, Ho, Yb, Mm(희토류 원소의 집합체인 미시 금속)으로 이루어지는 집단에서 선택되는 적어도 1 종의 원소이고, M³ 는 Be, B, C, N, O 으로 이루어진 집단에서 선택되는 적어도 1종의 원소이며, M⁴ 는 Ta, W, Mom 로 이루어진 집단에서 선택되는 적어도 1종의 원소이고, M⁵ 는 Au, Pt, Pd, Ag 로 이루어진 집단에서 선택되는 적어도 1종의 원소이며, a, b, c, d, e, f 는 각각의 원자 % 이고, 25≤ a ≤85, 15≤b ≤75, 0≤c ≤30, 0≤d ≤03, 0≤e ≤15, 0≤f ≤15 이다.

상기 아몰퍼스 합금은 하기의 일반식(1-a) 내지 (1-p)의 아몰퍼스 합금을 포함한다.

M¹ _aM² _b … (1-a)

이러한 아몰퍼스 합금은 M² 원소가 Zr 또는 Hf 와 공존하기 위해 혼합 엔탈피가 네거티브로 크고, 아몰퍼스 형성능이 양호하다.

이러한 아몰퍼스 합금처럼 상기 일반식 (1-a) 의 합금에 희토류 원소를 첨가하므로써 아몰퍼스의 열적 안정성이 향상된다.

이러한 아몰퍼스 합금처럼 원자 반경이 작은 원소 M³(Be, B, C, N, O)로 아몰퍼스 구조중의 간극을 매립하므로써, 그 구조가 안정하게 되고, 아몰퍼스 형성능이 향상된다.

이러한 아몰퍼스 합금에서처럼, 고융점 금속 M⁴(Ta, W, Mo)를 첨가한 경우, 아몰퍼스 형성능에 영향을 미치지 않고 내열성과 내식성이 향상된다.

이러한 귀금속 M⁵(Au, Pt, Pd, Ag) 를 포함한 아몰퍼스 합금인 경우, 결정화가 발생되어도 깨지지 않는다.

Ln 은 Y, La, Ce, Nd, Sm, Gd, Tb, Dy, Ho, Yb, Mm 으로 이루어진 집단에서 선택되는 적어도 1종의 원소, M⁶ 은 Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W 로 이루어진 집단에서 선택되는 적어도 1종의 원소, M³ 는 Be, B, C, N, O 으로 이루어진 집단에서 선택되는 적어도 1종의 원소이며, 30≤g ≤90, 0≤h ≤55, 0≤i ≤10 이다.

상기 아몰퍼스 합금은 하기의 일반식 (2-a) 및 (2-b) 의 아몰퍼스 합금을 포 함한다.

이러한 아몰퍼스 합금은 혼합 엔탈피가 네거티브로 크고, 아몰퍼스 형성능이 양호하다.

이러한 아몰퍼스 합금에 있어서, 원자 반경의 작은 원소 M³(Be, B, C, N, O)로 아몰퍼스 구조중의 간격을 매립하므로써, 그구조가 안정화게 되고, 아몰퍼스 형성능이 향상된다.

M⁷은 Cu, Ni, Sn, Zn 으로 이루어진 집단에서 선택되는 적어도 1종의 원소이고, p 는 원자 % 로서, 5≤p≤60 이다. 이러한 아몰퍼스 합금은 혼합 엔탈피가 네거티브로 크고, 아몰퍼스 형성능이 양호하다.

M⁷은 Cu, Ni, Sn, Zn 으로 이루어진 집단에서 선택되는 적어도 1종의 원소이고, M⁸은 Al, Si, Ca 로 이루어진 집단에서 선택되는 적어도 1종의 원소이고, q 및 r 는 원자 % 로서, 1≤q ≤35 이고, 1≤r ≤25 이다.

이러한 아몰퍼스 합금에서 처럼 상기 일반식 (3) 의 합금에서 원자 반경의 작은 원소 M⁸(Al, Si, 또는 Ca)로 아몰퍼스 구조중의 간극을 매립하므로써 그 구조가 안정하게 되고, 아몰퍼스 형성능이 양호하다.

M⁷은 Cu, Ni, Sn, Zn 으로 이루어진 집단에서 선택되는 적어도 1종의 원소이고, M⁸은 Al, Si, Ca 로 이루어진 집단에서 선택되는 적어도 1종의 원소이고, M⁹는 Y, La, Ce, Nd, Sm, Mm 으로 이루어진 집단에서 선택되는 적어도 1종의 원소이며, q ,r 및 s 는 원자비로서, 1≤q ≤35 이고, 1≤r ≤25 이고, 3≤s ≤25 이다.

이러한 아몰퍼스 합금에서 처럼 상기 일반식 (3) 및 (4) 의 합금에 희토류 원소를 첨가하므로써 아몰퍼스의 열적 안정성이 향상된다.

상술한 아몰퍼스 합금중에서도 유리 천이온도(Tg)와 결정화 온도(Tx)의 온도차가 매구 넓은 Zr-TM-Al 계 및 Hf-TM-Al 계(TM: 천이금속) 아몰퍼스 합금은 고강도 고내식성인 동시에, 과냉각액체 영역(유리 천이영역) ΔTx = Tx - Tg 가 30K 이상, 특히 Zr-TM-Al 계 아몰퍼스 합금은 60K 이상으로 극히 넓고, 이 온도영역에서는 점성 유동에 의해 수십 MPa 이하의 저응력으로도 매우 양호한 가공성을 나타낸다. 또한 냉각 속도가 수십 K/s 정도의 주조법에 의해서도 비정질 벌크재가 얻어지는 등, 매우 안정하게 제조가 용이한 특징을 갖는다. 이런 합금은 용탕으로부터 의 금형 주조에 의해서도 또한 유리 천이영역을 이용한 점성 유동에 의한 성형 가공에 의해서도 비정질 재료가 가능한 동시에, 금형 형상 및 칫수를 그히 충실하게 재현할 수 있다.

본 발명에 사용되는 Zr-TM-Al 계 및 Hf-TM-Al 계 아몰퍼스 합금은 합금 조성, 측정법에 의해서도 다르지만, 매우 큰 ΔTx 의 범위를 갖고 있다. 예를 들어,

합금(Tg: 652K, Tx: 768K)의 ΔTx 은 116K 로 극히 넓다. 내산화성도 극히 우량하며, 공기중에서 Tg까지의 고온으로 가열해도 거의 산화되지 않는다. 경도는 실온에서 Tg 부근까지 비커스 경도(Hv)로 460(DPN), 인장강도는 1,600MPa, 굴곡강도는 3,000 MPa 에 달한다. 열팽창율(α)은 실온에서 Tg 부근까지 1×10^-5/K 로 작고, 영율(Young's modulus)은 91GPa, 압축시의 탄성 한계는 4 내지 5 % 를 초과한다. 따라서, 합금의 인성(靭性)도 높고, 샤르피 충격값은 60-70 kJ/㎡ 을 나타낸다. 이와 같이 매우 고강도의 특성을 나타내지만, 유리 천이영역까지 가열되면, 유동응력은 10 MPa 정도까지 저하된다. 따라서, 이러한 합금은 가공이 매우 용이하며, 저응력으로 복잡한 형상의 미소 부품이나 고정밀도 부품으로 성형할 수 있다는 특징을 갖는다. 또한, 소위 유리(비정질)로서의 특성으로부터 가공(변형) 표면은 평활성이 매우 높으며, 결정 합금을 변형시킬 때처럼 미끄럼 밴드가 표면에 나타나는 계단부 등은 실질적으로 발생되지 않는다는 특징을 갖는다.

일반적으로, 아몰퍼스 합금은 유리 천이영역까지 가열되면 장시간의 유지에 의해 결정화가 시작된다. 이와는 달리, 본 합금처럼 ΔTx 가 넓은 합금은 비정질상이 안정하며, ΔTx 내의 온도를 적당히 선택하면 2시간 정도까지 결정이 발생되지 않는다. 따라서 이러한 합금의 사용자는 통상의 성형 가공중 결정화 발생에 대해서는 염려할 필요가 없다.

또한, 이러한 합금은 용탕으로부터의 응고에 의해서도 그 특성을 발휘한다. 일반적으로, 아몰퍼스 합금의 제조에는 급속한 냉각이 필요하다. 이와는 달리 상술한 합금은 약 10 K/sec 의 비율로 실시되는 냉각에 의해 용탕으로부터 비정질 단상으로 이루어진 벌크재를 생산할 수 있다. 그 응고 표면은 결과적으로 매우 평활하다. 상기 합금은 금형 표면상에의 폴리싱 작업에 의해 영향을 받은 미크론 정도의 연마흔적이 충실하게 재생될 수 있는 변형성(transferability)을 갖는다.

따라서, 상술한 합금이 주조 재료로 채택될 때, 주조품을 생산하는데 사용된 금형은 주조품이 금형의 표면 특성을 그대로 재현하기 때문에 그 표면이 주조품의 표면 특성을 만족시키도록 조정될 것만을 요구한다. 이러한 합금은 종래 금형 주조법에서의 칫수 조정이나 표면 조도 조정 공정을 생략하거나 단축시킬 수 있다.

상술한 바와 같이 비교적 낮은 경도와 높은 인장강도 및 높은 굴곡 강도, 비교적 낮은 영율, 고탄성한계, 고내충격성, 고내연마성, 표면의 평활성, 고정밀도의 주조 또는 가공성을 병합한 특징은 광커넥터의 페룰이나 슬리브 등의 각종 분야의 성형품 재료로서 적용되고 있다. 또한, 아몰퍼스 합금은 고정밀도의 주조성 및 가공성을 가지며, 또한 금형의 공동 형상을 충실히 재현할 수 있는 우수한 변형성을 갖고 있다. 따라서, 금형을 적절히 제작하므로써, 금형 주조법에 의해 소정의 형 상, 칫수 정밀도, 및 표면 품질을 만족시키는 성형품을 단일의 공정으로 높은 양산성으로 제조할 수 있다. 그러나, 금형의 공동 형상을 충실히 재현할 수 있는 우수한 변형성을 갖고 있다는 것은 금형 공동면과 주조재와의 사이에 간극이 거의 없다는 것을 의미한다. 따라서, 금형으로부터 주조품을 인출할 때, 상술한 바와 같이 미세 구멍을 형성하는데 사용된 코어 핀은 너무 미세하여 그 강도가 충분하지 않으므로, 이러한 핀이 상처를 받거나 손상된다는 문제가 제기되었다. 본 발명은 이러한 문제점을 해결하였기 때문에, 특히 미세 구멍을 갖는 아몰퍼스 합금 성형품의 제조에 매우 유효하게 적용할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 주조품의 제조에 사용되는 금속 재료로서는 상술한 바와 같은 비정질 합금외에 Al 계 합금, Mg 계 합금, Zn 계 합금, Fe 계 합금, Cu 계 합금, 티탄 합금 등의 다이캐스트용 합금을 적절하게 이용할 수 있다. 이와 같은 다이캐스트용 합금은 통상의 주조법으로 사용할 수 있는 합금이며, 종래 광커넥터용 부재에 이용되고 있는 세라믹이나 비정질 합금 등에 비해 저렴하다. 다이캐스트용 장치에 의해 상기 합금을 금형내에 압입, 성형하므로써 광커넥터용 부재를 간단히 제조할 수 있다.

예를 들어, Al 계 합금으로서는 JIS 기호에 의한 ADC1, ADC5, ADC12 등, Al-Si 계, Al-Mg 계, Al-Si-Cu 계, 또는 Al-Si-Mg 계의 다이캐스트용 알루미늄 합금을 적절히 사용할 수 있고, 특히 ADC12 가 유용하다. 마찬가지로, Mg 합금으로서는 예를 들어 MDC1A, MDC2A, MDC3A 등 Mg 계 또는 Mg-Al-Zn 계의 다이캐스트용 마그네슘 합금을 적절히 사용할 수 있고, 특히 MDC1A 가 유용하다. Zn 계 합금으로서는 예를 들어, AG40A, AG41A, 고 Mn 합금 등 Zn-Al 계, Zn-Al-Cu 계, Zn-Al-Cu-Mg 계의 다이캐스트용 아연 합금을 적절히 이용할 수 있고, 특히 고 Mn 합금이 유용하다. Fe 기 합금에서는 예를 들어 회주철, 오스테나이트 주철, 스텐레스 주강 등이 있고, 스텐레스 주강이 특히 유용하다. Cu 기 합금에서는 예를 들어 황동, 청동 알루미늄 청동 등이 있고, 알루미늄 청동이 특히 유용하다. 또한, 티탄 합금에서는 예를 들어 α형 합금, β형 합금, α+β형 합금이 있고, 특히 α+β형 합금이 유용하다.

이러한 합금중에서도 일반식 Fe_x-M_y-X_z(M 은 Ni 및/또는 Co 이고, X 는 Mn, Si, Ti, Al, C 에서 선택되는 적어도 1종의 원소이며, a, b, c 는 각각의 중량% 이며, 30≤ b ≤40, 0≤c ≤10 이며, a 는 불가피한 불순물을 함유하는 나머지이다)로 표시되는 Fe-M-X 계 합금은 광커넥터용 부품의 재료로 적합하다. 상기 일반식으로 표시되는 Fe-M-X 계 합금은 높은 칫수 정밀도로로 가공이 용이하며, 또한 열팽창계수가 파이버의 선팽창계수에 가깝기 때문에, 광파이버를 장착하는 페룰의 재료로 특히 적합하다.

본 발명에 따른 실시예가 첨부 도면을 참조로 하기에 상세히 서술될 것이다.

도 3a 는 본 발명에 따라 미세 구멍을 갖는 주조품을 생산하기 위한 장치 및 방법의 일실시예의 개략적인 구성을 도시하고 있다. 도 3a 및 도 3b 에서, 도면부호 1 은 제품의 외측 칫수를 한정하는 공동(2)을 갖는 분할 금형이며, 도면부호 3 은 표면 코팅 또는 표면 처리를 실시한 신장된 와이어(선형 코어 부재) 또는 높은 탄성한계를 갖는 재료로 이루어진 와이어(선형 코어 부재)이다.

금형(1)은 구리, 구리합금, 초경합금, 기타의 금속재료로 제작될 수 있으며, 또한 유체, 기체 등이 냉각 액체나 가열 매채를 유통시키는 유로를 배치할 수도 있다. 한편 와이어(3)는 TiO₂, TiN, TiC 등의 박막으로 코팅된 표면을 갖거나, 또는 와이어 재료는 스프링용 부재, 고장력 강재료, 초탄성 재료 등으로 이루어지거나, 혹은 상기 2 종류의 구성이 혼합된 재료로 이루어진다.

또한, 용탕의 산화막 형성을 방지하기 위해, 장치 전체를 진공이나 또는 Ar 가스 등의 불활성 가스분위기에서 배치하거나, 혹은 용탕 주입부에 불활성 가스 흐름을 설정하는 것이 바람직하다.

주조품의 생산에 있어서, 금속 용탕(도시않음)은 금형(1)의 공동(2)내로 주입된다. 금형 온도가 용탕 금속의 용융점[아몰퍼스 합금인 경우 유리 천이 온도(Tg) 보다 낮은] 이하의 레벨로 낮아질 때까지 금형이 냉각된 후, 금형(1)은 도 3b 에 도시된 바와 같이 분리되어 와이어(3)를 지지한 상태의 주조품(4)이 취출된다.

그후, 와이어(3)가 최종 주조품으로부터 인출되어, 도 3c 에 도시된 바와 같이 미세 구멍(5)을 갖는 주조품(4)을 얻을 수 있다.

도 4 는 상술한 바와 같은 TiO₂, TiN, TiC 등의 피막(6)으로 코팅된 와이어를 사용하는 실시예를 도시하고 있다. 이러한 예비 피막(6)으로 코팅된 와이어(3)를 사용하므로써, 와이어 인발시 와이어(3)로부터 피막(6)의 박리로 인해, 주조품(7)으로부터는 단지 와이어(3)만 인출되기 때문에 미세 구멍을 형성할 수 있게 된다.

도 5 는 스프링용 재료, 고장력 강재료, 초탄성 재료 등의 탄성 한계치가 높은 재료로 이루어진 와이어(3)를 도시하고 있다. 이와 같이 탄성 한계가 높은 재료로 제조된 와이어(3)를 사용하므로써, 와이어가 인발될 때 그 자체 탄성으로 인해 와이어(3)와 주조품(7)사이에는 미세한 간극이 형성된다. 그 결과, 와이어(3)가 주조품(7)으로부터 인발가능하고 주조품에 미세 구멍이 형성된다.

도 6 은 본 발명에 따른 주조품의 생산에 사용된 장치 및 방법에 대한 다른 실시예를 개략적으로 도시하고 있다. 도 6 에서, 도면부호 8 은 금형(1)의 공동(2)으로부터 돌출 및 후퇴가능하도록 금형에 미끄럼가능하게 배치된 원통형의 가동 안내부재를 도시하고 있다. 상기 와이어(3)는 안내부재(8)의 중앙 구멍을 통해 삽입되므로써 상기 원통형의 가동 안내부재(8)와 함께 금형(1)의 공동(2)에 세팅된다. 이와 같은 원통형의 안내부재(8)를 사용하므로써, 안내부재로 피복된 와이어(3)의 일부는 용탕과의 접촉으로부터 보호되며, 주조품과 접촉된 와이어의 표면적은 적어지게 된다. 그 결과, 인발중 와이어(3)의 파손 비율이 상당히 감소된다.

또한, 와이어에는 그 길이방향으로 인장 하중이 가해지기 때문에, 용탕이 와이어(3)에 대해 횡방향으로 유입되거나 금형내에서 용탕이 난류를 일으켜도 와이어의 자체 굴곡이 효과적으로 방지된다. 따라서, 주조품에는 고정밀도로 미세 구멍이 형성될 수 있다.

도 7 은 상술한 도 6 에 도시된 장치를 사용하여 생산된 주조품(4a)을 도시하고 있으며, 그 하단부는 절단되었다. 상기 주조품(4a)은 소직경부(5a)와 대직경부(5b)를 갖는다. 대직경부(5b)의 길이는 금형(1)의 공동(2)내로의 원통형 가동 안내부재(8)의 삽입 길이를 조정하므로써 임의로 조절할 수 있다. 또한, 소직경부(5a)는 필요에 따라 와이어래핑 가공될 수 있다.

상술한 실시예에서는 그 전장에 걸쳐 동일한 직경을 갖는 신장된 와이어(3)가 사용되었지만, 인발 방향으로 단계적으로 또는 경사적으로 선직경이 크게 되어 있는 와이어(선형 코어 부재)를 이용하므로써, 축선 방향으로 단계적으로 또는 경사적으로 내경이 크게 되어 있는 미세 구멍을 성형할 수 있다. 또한 도 6 에 도시된 바와 같은 원통형의 가동 안내부재(8)가 사용된 경우, 그 단면 형상이 변화되는 안내부재를 사용하므로써 다양한 형상의 미세 구멍을 형성할 수 있다. 또한, 상술한 실시예에서는 관통 구멍을 갖는 주조품의 제조에 대해 설명하였지만, 금형 공동내에 세팅되는 선형 코어 부재의 높이를 조절하므로써, 비관통 구멍을 갖는 주조품을 제조할 수도 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 장치 및 방법에 따르면, 주조후 주조품으로부터 선형 코어 부재의 인발에 대한 어려움이나 코어 부재의 내구성에 대해 제기되는 문제점은 감소되며, 미세 구멍을 갖는 주조품이 고정밀도로 저렴하게 짧은 시간에 제조될 수 있다. 그 결과, 세장형 구멍을 갖는 아몰퍼스 합금성형품에서도 간단한 공정으로 소정의 형상과 높은 칫수 정밀도 및 표면 품질로 성형가공이 가능하며, 내구성과 강도 및 내충격성이 우수한 미세 구멍을 갖는 저렴한 아몰퍼스 합금성형 품, 특히 페룰 및 캐필러리와 같은 광커넥터용 부품을 제공할 수 있다.

이하에 본 발명의 효과를 구체적으로 확인한 몇가지 실시예를 서술한다.

실시예 1

0,1 ㎜ 직경의 45Ni-55Ti 계 초탄성 합금제 와이어 표면에 4㎛의 산화막이 형성된 와이어를 사용하여 주조가 실행되었다. 주조는 미리 용제된 Zr₅₅Al₁₀Ni₅Cu₃₀ 의 조성을 갖는 합금을 이용하여 1,33 ×10^-2 Pa 의 진공분위기에서 실행되었다. 사용된 금형은 2,5 ㎜ 의 직경과 10,5 ㎜ 의 길이를 갖는 공동을 포함한다. 주조후, 주조품은 금형으로부터 인출되고, 와이어는 1,7 ㎜/ 초 의 속도로 제품으로부터 인출되어 미세 구멍을 형성한다. 이 단계에서 인발 하중은 294 N/㎟ 이었다. 현미경으로 관찰하면, 성형된 미세 구멍은 스텐레스 스틸 와이어의 원형 단면 형상을 갖는 것을 알 수 있다.

실시예 2

0,1 ㎜ 직경의 Ti제 와이어를 산화시키므로써 와이어 표면에 5㎛의 산화막이 형성된 와이어를 사용하여 실시예 1 과 동일한 금형을 이용하여 동일한 방법으로 주조가 실행되었다. 인발 하중은 98 N/㎟ 이었다. 현미경으로 관찰하면, Ti 와이어의 원형 단면 형상을 갖는 미세 구멍이 형성되었음을 확인할 수 있다.

실시예 3

0,1 ㎜ 직경의 45Ni-55Ti 계 초탄성 합금제 와이어 표면에 4㎛의 산화막이 형성된 와이어를 사용하여 주조가 실행되었다. 인발 하중은 785 N/㎟ 이었다. 현 미경으로 관찰하면, Ti 와이어의 원형 단면 형상을 갖는 미세 구멍이 형성되었음을 확인할 수 있다.

특정의 실시예에 대해서 서술되었지만, 본 발명의 정신으로부터 일탈없이 다른 실시예도 사용될 수 있다. 예를 들어, 서술된 방법은 하나의 공동을 갖는 금형을 사용하여 단일 공정으로 하나의 주조품을 제조하는 것에 대해 서술하였다. 자연히, 본 발명은 2개 이상의 공동을 갖는 금형을 사용하여 2개 이상의 주조품을 제조할 수도 있다. 본 발명은 금형의 공동수나 형상 및 크기에 대해 상술한 실시예에 한정되지 않는다. 또한, 본 발명은 상술한 적용예에 한정되지 않는다. 따라서, 서술한 실시예들은 단지 예시적인 것으로서 한정적인 것은 아니며, 본 발명의 범위는 서술한 실시예 보다는 첨부의 청구범위에 의해 한정되어야 하며, 본 기술분야의 숙련자라면 첨부된 청구범위로부터의 일탈없이 본 발명에 다양한 변형과 수정이 가해질 수 있음을 인식해야 한다.

Claims

금형(1)의 공동(2)에 필요한 단면 형상을 갖는 선형 코어 부재(3)를 설치하는 단계와, 상기 금형의 공동에 용탕을 주입하여 주조품을 생산하는 단계와, 선형 코어 부재의 단면 형상을 갖는 미세 구멍(5)을 형성하기 위해 주조품으로부터 선형 코어 부재를 인발하는 단계를 포함하는, 미세 구멍을 갖는 주조품의 제조 방법에 있어서,

상기 선형 코어 부재로서는 표면 코팅이나 표면 처리에 의해 형성된 피막을 갖는 선형 코어 부재가 사용되며, 상기 선형 코어 부재는 주조후 주조품으로부터 인발되어 주조품에 선형 코어 부재와 동일한 단면 형상을 갖는 미세 구멍을 형성하고, 상기 금형에 설치된 선형 코어 부재에는 인발 방향으로 인장 하중이 가해지며, 이 상태에서 용탕 금속이 금형의 공동내로 주입되는 것을 특징으로 하는 주조품의 제조 방법.
제 1 항에 있어서, 주조후 주조품으로부터 선형 코어 부재(3)를 인발할 때, 상기 표면 코팅 또는 표면 처리에 의해 형성된 피막(6)의 일부 또는 전체가 선형 코어 부재 표면으로부터 박리되므로써, 선형 코어 부재가 주조품 내부로부터 인발될 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 주조품의 제조 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 선형 코어 부재(6)의 피막(6)은 선형 코어 부재를 구성하고 있는 원소를 함유한 산화막, 질화막,또는 탄화막인 것을 특징으로 하는 주조품의 제조 방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 선형 코어 부재(3)는 Ti 계 합금으로 제조되는 것을 특징으로 하는 주조품의 제조 방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 선형 코어 부재(3)의 피막(6)은 0,5 내지 100 ㎛ 범위의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 주조품의 제조 방법.
금형(1)의 공동(2)에 필요한 단면 형상을 갖는 선형 코어 부재(3)를 설치하는 단계와, 상기 금형의 공동에 용탕을 주입하여 주조품을 생산하는 단계와, 선형 코어 부재의 단면 형상을 갖는 미세 구멍을 형성하기 위해 주조품으로부터 선형 코어 부재를 인발하는 단계를 포함하는, 미세 구멍을 갖는 주조품의 제조 방법에 있어서,

상기 선형 코어 부재는 주조후 주조품으로부터 인발 방향으로 신축성있게 변형되므로써 선형 코어 부재의 직경이 본래 직경 보다 작게 형성되고, 상기 금형에 설치된 선형 코어 부재에는 인발 방향으로 인장 하중이 가해지며, 이 상태에서 용탕 금속이 금형의 공동내로 주입되고, 상기 선형 코어 부재(3)는 Ni-Ti 계 초탄성 합금으로 제조되는 것을 특징으로 하는 주조품의 제조 방법.
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제 1 항 내지 제 3 항과 제 6 항 및 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 선형 코어 부재(3)는 0,025 내지 1 ㎜ 범위의 직경을 것을 특징으로 하는 주조품의 제조 방법.
삭제
제 1 항 내지 제 3 항과 제 6 항 및 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 인장 하중은 1960 N/㎟ 인 것을 특징으로 하는 주조품의 제조 방법.
삭제
제 1 항 내지 제 3 항과 제 6 항 및 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 합금은 하기의 일반식 (1) 내지 (6) 중 어느 하나로 표시되는 조성을 갖는 비정질의 합금인 것을 특징으로 하는 주조품의 제조 방법.

여기서, M¹ 은 Zr 및 Hf 에서 선택되는 1종 또는 2종의 원소, M² 는 Ni, Cu, Fe, Co, Mn, Nb, Ti, V, Cr, Zn, Al, Ga 로 이루어진 집단에서 선택되는 적어도 1종의 원소, Ln 은 Y, La, Ce, Nd, Sm, Gd, Tb, Dy, Ho, Yb, Mm(희토류 원소의 집합체인 미시 금속)으로 이루어지는 집단에서 선택되는 적어도 1 종의 원소이고, M³ 는 Be, B, C, N, O 으로 이루어진 집단에서 선택되는 적어도 1종의 원소이며, M⁴ 는 Ta, W, Mom 로 이루어진 집단에서 선택되는 적어도 1종의 원소이고, M⁵ 는 Au, Pt, Pd, Ag 로 이루어진 집단에서 선택되는 적어도 1종의 원소이며, a, b, c, d, e, f 는 각각의 원자 % 이고, 25≤ a ≤85, 15≤b ≤75, 0≤c ≤30, 0≤d ≤03, 0≤e ≤15, 0≤f ≤15 이고,

Ln 은 Y, La, Ce, Nd, Sm, Gd, Tb, Dy, Ho, Yb, Mm 으로 이루어진 집단에서 선택되는 적어도 1종의 원소, M⁶ 은 Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W 로 이루어진 집단에서 선택되는 적어도 1종의 원소, M³ 는 Be, B, C, N, O 으로 이루어진 집단에서 선택되는 적어도 1종의 원소이며, 30≤g ≤90, 0≤h ≤55, 0≤i ≤10 이며,

M⁷은 Cu, Ni, Sn, Zn 으로 이루어진 집단에서 선택되는 적어도 1종의 원소이고, p 는 원자 % 로서, 5≤p≤60 이며,

M⁷은 Cu, Ni, Sn, Zn 으로 이루어진 집단에서 선택되는 적어도 1종의 원소이고, M⁸은 Al, Si, Ca 로 이루어진 집단에서 선택되는 적어도 1종의 원소이고, q 및 r 는 원자 % 로서, 1≤q ≤35 이고, 1≤r ≤25 이고,

M⁷은 Cu, Ni, Sn, Zn 으로 이루어진 집단에서 선택되는 적어도 1종의 원소이고, M⁹는 Y, La, Ce, Nd, Sm, Mm 으로 이루어진 집단에서 선택되는 적어도 1종의 원소이며, q 및 s 는 원자비로서, 1≤q ≤35 이고, 3≤s ≤25 이며,

M⁷은 Cu, Ni, Sn, Zn 으로 이루어진 집단에서 선택되는 적어도 1종의 원소이고, M⁸은 Al, Si, Ca 로 이루어진 집단에서 선택되는 적어도 1종의 원소이고, M⁹는 Y, La, Ce, Nd, Sm, Mm 으로 이루어진 집단에서 선택되는 적어도 1종의 원소이며, q ,r 및 s 는 원자비로서, 1≤q ≤35 이고, 1≤r ≤25 이고, 3≤s ≤25 이다.
제 1 항 내지 제 3 항과 제 6 항 및 제 7 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 주조 재료는 Al 계 합금, Mg 계 합금, Zn 계 합금, Fe 계 합금, Cu 계 합금 및 티타늄 합금으로 구성된 집단에서 선택된 다이캐스팅용 합금인 것을 특징으로 하는 주조품의 제조 방법.
제 1 항 내지 제 3 항과 제 6 항 및 제 7 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 주조품은 광파이버를 삽입하거나 지지하는 광커넥터 부품인 것을 특징으로 하는 주조품의 제조 방법.
미세 구멍을 갖는 주조품을 제조하기 위한 장치에 있어서,

제품의 외형을 형성하는 공동이 구비된 금형(1)과,

중앙 구멍을 가지며 상기 공동(2)으로부터 돌출 및 후퇴가능하도록 금형에 미끄럼가능하게 배치된 원통형의 가동 안내부재(8)와,

상기 원통형의 가동 안내부재의 중앙 구멍을 통해 상기 금형에 배치된 선형 코어 부재(3) 및,

상기 선형 코어 부재(3)에 길이방향으로 1960 N/㎟ 이하의 인장 하중을 인가하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 주조품 제조 장치.
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