KR100918593B1 - 박막 소결 발향체의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 박막 소결 발향체의 제조방법을 개시한다.

본 발명은 금형의 내부에 고체 분말을 채워넣는 충진단계와; 상기 고체분말을 용융 온도 이상으로 가열하여 다공성 소결체를 성형하는 1차소결체 성형단계와; 상기 1차소결체를 용융온도 보다 20~40% 낮은 온도 분위기의 조건에서 원하는 두께의 이를 때까지 저 압력으로 수회 가압하는 가압성형 단계와; 상기 가압성형된 1차소결체를 용융온도 보다 20~80% 낮은 온도 분위기의 조건에서 3 ~ 45 분간 2차 소결하여 박막 소결 발향체를 성형하는 단계와; 상기 2차 소결된 박막 소결 발향체의 표면을 연마하는 단계와; 상기 표면 연마된 박막 소결 발향체에 향료를 침투시키는 침투단계를 통해 박막 소결 발향체의 제조방법을 성형하는 것을 특징으로 한다. 이와 같이 제조되는 본 발명은, 슬림한 박막의 형태로 제조가 가능하므로 적용 대상 제품에 대한 자유도를 대폭적으로 높일 수 있을 뿐만 아니라 증대된 내구성 및 탄성을 통한 소결체의 파손 및 손상을 감소시킬 수 있어 결과적으로 이를 적용한 대상제품에 대한 소비자의 만족도 및 상품가치를 높일 수 있는 산업상 유용한 효과가 기대된다.

발향, 방향, 소결, 다공, 금속

Description

박막 소결 발향체의 제조방법{FRAGRANCE EMITTING AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 금속 분말로 된 소결체를 이용한 방향성 다기공 소결 발향체의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 금속 파우더를 소결하여 된 소결체를 간소한 공정에 의해 슬림한 두께로 성형함으로써 다양한 물품에 적용시킬 수 있도록 하여 해당 제품의 상품가치를 높일 수 있도록 한 박막 소결 발향체의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 방향성을 갖는 금속은 다공성 금속 소결체에 일정량의 향료를 주입시켜 그 내부에 함침되도록 함으로써 서서히 발향이 이루어지도록 한 것으로서, 주로 소비자들의 시각적인 만족감을 주는 팬시 제품이나 악세사리 및 문구류 등의 재료로 사용된다.

종래 기술에 따른 다공성 금속 소결체는 평균입도가 100㎛ 이상인 금속분말을 100∼600Mpa 압력하에서 상온 가압하여 예비 소결체를 제조하고, 이때 10∼20%의 기공율을 갖도록 900℃∼1400℃ 범위의 온도에서 120분 이하 시간동안 소결함에 따라 다공 금속 소결체를 성형하였다.

이렇게 성형된 상기 다공 금속 소결체의 기공으로 진공상태에서 향료를 강제 침투시키는 과정을 통해 방향성 금속을 제조하였다.

그러나, 종래 기술에 따른 다공성 금속 소결체는 평균입도가 100㎛ 이상인 금속분말을 원재료로 하여 가압 소결함에 따라 큰 입도를 갖는 금속분말로 인하여 표면이 미려한 제품의 제조가 곤란하여 상품성을 높이는데 한계가 있는 단점이 있었다.

또한, 상기 금속분말을 가압 소결하여 성형되는 소결체는 20%이하의 기공율을 갖게 되며, 이와 같은 기공율을 갖는 금속 소결체에 향료를 침투시키기 위한 작업은 반드시 진공상태에서 이루어져야 향료의 효율적인 침투가 가능하게 되어 단시간내에 향료를 침투시키는 것이 불가능하고 아울러 사용 중 향료 리필(refell)이 용이하지 못한 단점으로 인해 결과적으로 소비자의 다양한 욕구를 충족시키는데 한계가 있는 문제점이 있었다.

특히, 종래의 소결체는 가벼운 충격에도 쉽게 깨지는 단점이 있을 뿐만 아니라 현재의 기술로는 소결체의 두께를 10mm 미만으로 제작할 수 없는 단점으로 인해 적용 대상이 악세사리류나 비교적 부피가 큰 제품 등과 같이 제한적이어서 상품성과 시장성이 낮은 문제점이 있었다.

아울러, 제품에 적용된 소결체의 경우 표면이 거칠고 내구성이 취약하여 외부로부터 작은 충격이나 낙하로 인한 충격에도 쉽게 파손되는 단점으로 인해 결과적으로 상품에 대한 소비자의 불만이 가중되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 금속 파우더를 소결한 소결체를 소정의 압력으로 가압하여 그 밀도와 두께를 조절함으로써 탄성과 내구성을 갖는 박막 소결체로의 생산을 가능하게 할 수 있는 박막 소결 발향체의 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 0.5mm 미만의 두께를 갖는 소결체의 제조를 가능하게 함으로써 슬림한 두께의 카드, 문구, 악세사리, 전자제품 및 시트지 형태의 제품에 적용시킬 수 있도록 하여 적용제품에 대한 상품가치를 높일 수 있는 박막 소결 발향체의 제조방법을 제공하는데 있다.

상기의 목적을 실현하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 소결 발향체의 제조방법은, 트레이의 내부에 고체 분말을 채워 넣는 충진단계와; 상기 고체분말을 용융 온도 이상으로 가열하여 다공성 소결체를 성형하는 1차소결체 성형단계와; 상기 1차소결체를 원하는 두께의 이를 때까지 저 압력으로 수회 가압하는 가압성형 단계와(반드시 저 압력으로 수회 압축성형을 하여야 함. 고 압력으로 압축 성형 할 경우 1차 소결체의 내/외부에 균열(crack)발생); 상기 가압성형된 1차소결체를 용융온도 보다 20~80% 낮은 온도 분위기의 조건에서 3 ~ 45분간 2차 소결하여 박막 소결 발향체를 성형하는 단계와; 상기 2차 소결된 박막 소결 발향체의 표면을 연마하는 단계와; 상기 표면 연마된 박막 소결 발향체에 향료를 침투시키는 침투단계로 구성되는 것을 그 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 한 특징으로서, 상기 1차 소결체에 대한 가압성형 단계에서, 30~300MPA의 압력으로 3~18회 반복 가압 성형하는 것에 특징이 있다

본 발명의 바람직한 다른 특징으로서, 상기 표면 연마단계에 이어서 박막 소결 발향체의 표면에 인쇄 또는 각인을 실시하는 단계를 더 포함하는 것에 있다.

본 발명의 바람직한 다른 특징으로서, 상기 표면 연마단계에 이어서 박막 소결 발향체의 표면에 산화와 변색이 방지되게 도금을 실시하는 도금 단계를 더 포함하는 것에 있다.

본 발명의 바람직한 또 다른 특징으로서, 상기 충진단계에서, 상기 트레이에 충진되는 고체분말은 금속재·합성수지재·광물재·비철금속재 중 어느 하나인 것에 있다.

본 발명의 바람직한 또 다른 특징으로서, 상기 성형단계에서, 고체분말은 용융점 대비 20~80% 낮은 온도에서 가열되는 것에 있다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가 장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명에 따른 박막 소결 발향체의 제조방법은, 소정의 형상으로 소결된 소결체를 일정 온도의 분위기에서 가압하여 밀도와 두께를 조절함으로써 소결체에 대한 내구성 및 탄성을 증대시킬 수 있으므로 종전의 악세사리류 뿐만 아니라 두께가 슬림한 각종 카드류 및 시트지 형태의 제품에 적용이 가능하다.

따라서, 적용 대상 제품에 대한 자유도를 대폭적으로 높일 수 있을 뿐만 아니라 증대된 내구성 및 탄성을 통한 소결체의 파손 및 손상을 감소시킬 수 있어 결과적으로 이를 적용한 대상제품에 대한 소비자의 만족도 및 상품가치를 높일 수 있는 산업상 유용한 효과가 기대된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 박막 소결 발향체의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도면들 중 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 동일한 참조부호로 나타내고 있음을 유의하여야 한다. 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지의 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.

도 1은 본 발명에 따른 다기공 발향체의 제조방법을 나타낸 순서도이고, 도 2는 본 발명에 따른 다기공 발향체를 나타낸 사시도이다. 그리고, 도 3은 도 2의 다기공 발향체를 나타낸 분해 사시도이다.

이에 나타내 보인 바와 같이, 본 발명에 따른 박막 소결 발향체의 제조방법은, 금형(10)의 내부에 고체분말(25)을 채워 넣는 충진단계(S10)와, 상기 금형(10)에 충진된 고체분말(25)을 용융 온도 이상으로 가열하여 다공성 소결체 즉, 1차소결체(20)를 성형하는 1차 소결단계(S20)와, 상기 1차소결체(20)를 원하는 두께의 이를 때까지 저 압력으로 30~300MPA으로 3~18회 가압하는 가압성형 단계와(S30)와, 상기 가압성형된 1차소결체(20)를 용융온도 보다 20~80% 낮은 온도 분위기의 조건에서 3 ~ 45분간 2차 소결하여 박막 소결 발향체(20′)를 성형하는 2차 소결단계(S40)와, 상기 2차 소결된 박막 소결 발향체(20′)의 표면을 연마하는 표면 연마단계(S50) 및 상기 표면 연마된 박막 소결 발향체(20′)의 표면에 습식 또는 건식 도금을 실시하는 도금단계(S60)와, 상기 도금단계를 거친 박막 소결 발향체(20′)의 표면에 인쇄 또는 각인을 통해 상품정보를 기록하는 표면성형단계(S70)와, 상기 박막 소결 발향체(20′)에 향료를 침투시키는 침투단계(S80)로 이루어진다.

상기 충진단계(S10)에서, 상기 금형(10)은 적어도 일면이 외부로 노출된 용기 형태를 갖는 부재로써, 고체분말(25)의 용융시 열변형이 이루어지지 않는 소재 로 성형된다. 이러한 금형(10)은 다양한 형태 및 크기로 제작이 가능하지만, 본 발명에서는 평판의 박막형 소결체 즉, 박막 소결 발향체(20′)를 성형하기 위한 것이므로, 후술할 가압프레스(p)의 압력이 균일하게 작용할 수 있도록 수용공간의 바닥면이 평탄하게 구비되어야 할 것이다.

또한, 상기 고체분말(25)은 금속재·비철금속재·광물질·합성수지 등 형상을 성형할 수 있는 특징을 갖는다면 다양한 소재가 사용되어도 무방하며, 본 발명에서는 바람직한 실시예로서 귀금속재로 널리 활용되면서 가공이 용이한 은·금·주석·신주·스테인레스 분말이 사용될 수 있으며, 이러한 금속 및 비금속재 외에도 합성수지류로는 우레탄·실리콘·에이비에스·폴리카보네이트·플라스틱 분말이 사용될 수 있다. 또한 유리분말이나 광물질 분말 및 비철금속 분말이 사용될 수 있다.

이러한 고체분말(25)은 상기 금형(10)의 성형공간인 캐비티 내에서 넘치지 않을 정도로 적당량 채워진 상태에서 고온 즉, 고체분말(25)이 완전히 용융되지 않을 정도의 조건하에서 일정시간 가열되는 것에 의해 1차소결체(20)를 형성하게 된다.

상기 1차소결체(20)의 성형단계(S20)에서, 성형조건은 상기 고체분말(25)의 소재가 갖는 특성별로 용융점 대비 20~80% 낮은 온도에서 일정시간 가열하는 것을 특징으로 한다.

이러한 조건에 의해 고체분말(25)을 가열하게 되면 상기 고체분말(25) 들이 서로 기공을 형성하면서 접합되는 것에 의해 기공(s)을 형성하게 된다.

한편, 상기 성형조건은 다음의 조건을 만족하는 것이 바람직하다.

첫째, 고체분말(25)의 가열시 금형(10)이 변형되지 말아야 한다.

둘째, 기공을 형성할 수 있을 정도로 고체분말과 고체분말이 융착되어야 한다.

셋째, 융착된 고체분말(25)로 된 1차소결체(20)가 단일의 성형체로 접합된 상태를 유지해야 한다.

넷째, 고체분말(25)에 대한 가열온도와 가열시간을 통해 1차소결체(20)의 기공도가 결정된다.

대표적인 귀금속재료로 널리 활용되는 은과 성형성이 양호하여 악세사리나 팬시용품의 소재로 활용되는 합성수지(폴리카보네이트, 우레탄)의 성형조건을 살펴보면 다음과 같다.

은(Ag) 또는 은합금으로 된 상품틀(10)에 은(Ag) 분말을 넣어서 소결하는 경우를 살펴보면, 융점을 기준으로 25~30%의 낮은 온도로 5분간 소결하는 것에 의해 1차소결체(20)를 얻을 수 있다. 이때 소결하는 시간을 연장하는 경우에는 기공율이 낮아지는 것을 실험을 통해 확인할 수 있다.

폴리카보네이트 또는 우레탄으로 된 합성수지물로 된 분말의 경우 융점을 기준으로 10~20% 낮은 온도로 5분 이상 소결하는 것에 의해 1차소결체(20)를 얻을 수 있음을 확인하였다. 이러한 합성수지재 역시 상기 은 분말과 마찬가지로 소결 시간을 연장할 경우 기공율이 낮아지는 것을 실험을 통해 확인하였다.

상기 1차 소결된 1차소결체(20)에 대한 가압 성형단계(S30)에서, 상기 1차소결체(20)를 원하는 두께에 이를 때까지 저 압력으로 반복하여 수회 가압하는 것에 의해 성형을 이루며, 이때 상기 1차소결체에 대한 압력의 크기는 30~300MPA가 바람직하고, 그 횟수는 3~18회가 적당하다.

즉, 상기 1차소결체(20)에 대한 압력은 반드시 저 압력(30~300MPA)이어야 하며, 반복하여 수회(3~18회) 압축하여야 한다. 이는 고 압력(300MPA 이상)으로 1차 소결체에 대한 압력을 가하는 경우 상기 1차소결체(20)의 내·외부에 균열이 발생하기 때문이다.

여기서, 상기 가압프레스(p)는 롤링기·압연기 등과 같이 대상물에 대한 가압 성형이 가능한 공지의 장비가 사용되며, 본 발명에서는 프레스가 이용되는 것을 제안한다.

즉, 본 발명에서의 상기 가압프레스(p)는 상기 1차소결체(20)에 대한 균일한 압력으로 가압 할 수 있도록 상기 1차소결체(20)의 상부면과 접촉하는 접촉면이 평탄한 것이 바람직하다. 한편, 상기 가압프레스(p)는 유공압을 이용한 공지의 가압 프레스가 사용되어도 무방하므로 상세한 설명은 생략한다.

한편, 상기 가압프레스(p)에 의해 일정 압력으로 가압된 1차소결체(20)는 소정의 두께로 압착되는 것에 의해 기공 밀도가 높아지게 된다. 이는 1차 소결된 1차소결체(20)를 가압하게 되면 고체분말간의 공간 즉, 기공(s)이 협소해지면서 고체분말 간의 결합력이 증대됨에 따라 내구성 및 탄성이 증대된다.

상기 가압프레스(p)에 의해 압착된 1차소결체(20)에 대한 2차 소결단계(S40)에서, 상기 가압프레스(p)에 의해 소정의 두께로 압착된 1차소결체(20)는 용융온도 보다 20~80% 낮은 온도 하에서 3~45분간 소결되는 것에 의해 박막 소결 발향체(20′)를 성형하게 된다.

즉, 상기 가압프레스(p)에 의해 압착된 1차소결체(20)는 두께가 감소되는 것에 의해 밀도가 높아져 결과적으로 탄성 및 내구성은 높아지게 되고, 상대적으로 기공의 크기는 감소된다. 이와 같이 가압프레스(p)에 의해 압착된 1차소결체(20)는 시간이 경과하면 형태 복원이 이루어질 수 있으므로 상기 2차 소결과정을 통해 형태를 안정화시키는 것이다.

이때 상기 2차 소결과정에서, 상기 온도 분위 조건은 상기 고체분말(25)이 용융점 이하의 온도로 가열되는 것을 충족해야 한다. 즉, 2차 소결과정은 이미 1차 소결과정과 가압 과정을 거친 1차소결체(20) 에 대한 재 소결을 시행하는 것이며, 이때 상기 고체분말들이 서로 기공을 형성하고 결합된 상태이므로 용융 온도로 가열되는 경우 기공 유지가 대단히 어려워지기 때문이다. 따라서, 고체분말(25)의 종류에 따라 용융온도 이전의 분위기 하에서 소결되는 것이 바람직하다.

상기 2차 소결과정을 거친 박막 소결 발향체(20′)에 대한 표면 연마단계(S50)에서, 상기 2차 소결된 박막 소결 발향체(20′)는 그라인더 등과 같은 연삭공구를 통해 표면을 가공하는 것이 바람직하다. 이는 반드시 필요한 공정은 아니나 상기의 공정으로 제조된 박막 소결 발향체(20′)가 표면에 노출되게 구비되는 경우 에는 외관의 미려함과 사용자의 신체에 접촉시 접촉감을 높이기 위해 시행될 수 있다.

상기 표면 연마된 박막 소결 발향체(20′)의 표면에 도금을 실시하는 도금단계(S60)에서, 상기 도금방법은 크게 건식과 습식 그리고 습·건식으로 대별된다.

즉, 본 발명은 상기 고체분말(25)을 일정 온도에서 1차 및 2차 가열하여 된 박막 소결 발향체(20′)의 외관을 미려하게 하면서 산화와 변색을 방지되게 하여 악세사리나 팬시용품으로서의 상품성을 유지할 수 있도록 하기 위하여 도금을 실시하여 상기 박막 소결 발향체(20′)의 외표면에 도금막을 형성하는 것이며, 이때의 도금조건을 간략하게 살펴보면 다음과 같다.

첫째, 다공성 발향부(20)의 기공을 차단하거나 폐쇄시키지 않도록 도금이 이루어져야 한다.

둘째, 고체분말(25)의 소재 종류에 따라 습식 또는 건식 또는 습·건식의 3가지 방법으로 도금을 실시한다.

여기서, 상기 습식 도금시 주의할 점은 도금액이 기공으로 스며들지 않게 하는 것이 가장 중요하다.

이를 위해 본 발명은 바람직하게 80℃ 이하의 온도에서 용융되는 물질(대표적으로 파라핀계열 등)을 사전에 도포하여 박막 소결 발향체(20′)의 기공속으로 함침시킨 후 세척과 건조과정을 거친 뒤 습식 도금을 실시하고, 이어서 80℃ 이하의 저온 열처리를 통하여 도금의 강도를 높임과 동시에 다공성 발향부(20)의 기공 에 함침된 물질(파라핀 계열)을 빼내어 주는 것에 의해 미세 기공을 유지하도록 하는 방법을 제안한다.

건식 도금 역시 최우선적으로 고려되어야 할 부분은 도금막이 박막 소결 발향체(20′)의 기공을 차단하지 않도록 유지하는 것이다.

이를 위해 본 발명은 도금막을 형성하는 도금 입자를 상기 박막 소결 발향체(20′)의 외표면에서 고온·고압으로 분사하는 방법을 제안한다. 이때, 상기 도금막의 두께는 2㎛ 이상이 될 경우 도금전과 비교하여 기공이 차단되거나 좁혀지는 현상에 의해 향료액의 원활한 침투가 곤란하게 되므로 가급적 1㎛ 이하로 도금이 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.

이와 같은 도금공정은 고체분말(25)의 종류에 따라 공지의 다양한 도금방법에 의해 실시될 수 있을 것이다.

상기 도금단계를 거친 박막 소결 발향체(20′)의 표면에 인쇄 또는 각인을 통해 상품정보를 기록하는 표면성형단계(S70)에서, 상기 인쇄 및 각인은 박막 소결 발향체(20′)의 기공을 차폐시키지 않도록 문양이나 상품정보를 담은 글자나 이미지로 형성될 수 있다.

상기 침투단계(S80)는 상기 박막 소결 발향체(20′)의 외표면에 향료(40) 또는 향수를 뿌리거나 떨어뜨리면, 향료 액이 상기 박막 소결 발향체(20′)의 기공속 으로 즉, 모세관 현상에 의해 기공속으로 침투되며, 침투된 향료는 자연 발향된다.

여기서, 다른 향료를 사용하고자 하는 경우에는, 상기 박막 소결 발향체(20′)를 헤어 드라이어를 이용하여 열을 가하면 기존의 향이 발향되어 없어지게 되므로, 원하는 향료(40)나 향수를 박막 소결 발향체(20′)에 뿌리거나 떨어뜨리면 된다.

한편, 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형을 할 수 있음은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다. 따라서 그러한 변형 예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구 범위에 속한다 해야 할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 박막 소결 발향체의 제조방법을 설명하기 위한 모식도,

도 2는 본 발명에 따른 박막 소결 발향체의 제조방법을 나타낸 블록도.

도 3은 본 발명에 의해 제조된 박막 소결체의 적용예를 나타낸 사시도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 금형

20 : 1차소결체

20′: 박막 소결 발향체

25 : 파우더

40 : 향료액

Claims (6)

1. 금형의 내부에 고체 분말을 채워넣는 충진단계와;

   상기 고체분말을 용융 온도 이상으로 가열하여 다공성 소결체를 성형하는 1차소결체 성형단계와;

   상기 1차소결체를 용융 온도 보다 20~40% 낮은 온도 분위기의 조건에서 반복 가압하는 가압성형 단계와;

   상기 가압 성형된 1차소결체를 용융 온도 보다 20~80% 낮은 온도 분위기의 조건에서 3~45 분간 2차 소결하여 박막 소결 발향체를 성형하는 단계와;

   상기 2차 소결된 박막 소결 발향체의 표면을 연마하는 단계와;

   상기 표면 연마된 박막 소결 발향체에 향료를 침투시키는 침투단계;

   로 구성되는 것을 특징으로 하는 박막 소결 발향체의 제조방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 1차 소결체에 대한 가압성형 단계에서, 30~300MPA의 압력으로 3~18회 반복 가압 성형하는 것을 더 포함하는 박막 소결 발향체의 제조방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 표면 연마단계에 이어서 박막 소결 발향체의 표면에 인쇄 또는 각인을 실시하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 소결 발향체의 제조방법.
4. 제 1항에 있어서, 상기 표면 연마단계에 이어서 박막 소결 발향체의 표면에 산화와 변색이 방지되게 도금을 실시하는 도금 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 소결 발향체의 제조방법.
5. 제 1항에 있어서, 상기 충진단계에서,

   상기 상품틀에 충진되는 고체분말은 금속재·합성수지재·광물재·비철금속재 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 박막 소결 발향체의 제조방법.
6. 삭제

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