KR101032536B1

KR101032536B1 - 금속 분말 사출 성형용 금형 장치

Info

Publication number: KR101032536B1
Application number: KR1020080091160A
Authority: KR
Inventors: 젠조 이시지마
Original assignee: 히다치 훈마츠 야킨 가부시키가이샤
Priority date: 2007-09-18
Filing date: 2008-09-17
Publication date: 2011-05-04
Also published as: JP2009091651A; JP5183346B2; KR20090029659A

Abstract

고정 금형과 가동 금형으로 이루어지는 금형 내부에 설치된 캐비티에, 고정 금형 및 가동 금형의 적어도 한쪽에 설치된 게이트로부터, 금속 분말과 바인더로 이루어지는 가소성의 원료를 사출 충전하는 금속 분말 사출 성형용 금형에 관한 것이다. 여기서, 고정 금형과 가동 금형 중 적어도 한쪽이 복수의 금형으로 분할되고, 캐비티에, 금속 분말과 바인더로 이루어지는 가소성의 원료를 사출 충전한 후, 복수로 분할된 금형을 구동함으로써, 캐비티의 용적을 일정하게 하여 캐비티를 변형시킴과 더불어, 캐비티에 충전된 가소성의 원료를 체적 일정하게 변형시켜 성형체를 성형한다.

Description

금속 분말 사출 성형용 금형 장치{DIE FOR METAL POWDER INJECTION MOLDING}

본 발명은, 금속 분말과 바인더로 이루어지는 가소성의 원료를, 금형 내부에 설치된 캐비티에 사출 충전하여 원하는 형상의 성형체를 성형하는 금속 분말 사출 성형용 금형 장치에 관한 것으로서, 특히 두께가 얇은 부위를 갖는 성형체의 성형에 적합한 기술에 관한 것이다.

분말 야금법은, 금속 분말 또는 금속 분말에 비금속 분말을 배합한 분말을 소정의 형상 및 치수로 굳히는 성형 공정에 의해 얻어진 성형체를, 융점보다 낮은 온도로 가열하여 분말 입자를 강고하게 결합하는 소결 공정을 거쳐 금속제품을 제조하는 기술이며, 복잡 형상 부품을 니어 넷 셰이프(near-net-shape)로 대량 생산할 수 있는 것이나, 용제법으로는 얻을 수 없는 복합재료를 얻을 수 있는 등의 이점에 의해, 그 적용이 확대되고 있다.

이러한 분말 야금법은, 원료 분말을 다이의 캐비티 내에 충전하고, 이것을 펀치로 가압하여 압분 성형한 후, 얻어진 성형체를 소결하는 압형 성형법과, 원료 분말을 다량의 바인더와 함께 혼련(混練)하여 가소성을 갖게 한 원료를 몰드 내의 캐비티에 가압 충전하고, 얻어진 성형체를 가열하여 바인더를 제거한 후, 소결하는 사출 성형법으로 크게 나뉜다.

압형 성형법에서는, 원료 분말의 유동성 및 금형에 대한 윤활성 때문에, 1질량％ 이하 정도의 성형 윤활제를 원료 분말에 혼입하는 경우가 있지만, 성형 윤활제의 사용량이 적기 때문에, 소결 공정의 처음의 단계에서 휘발 제거하는 것이 용이하고, 탈지 공정이 짧게 끝난다는 이점이 있다. 압형 성형법에서는, 원료 분말의 다이로의 충전은, 피더(분상(粉箱))로 불리는 분말 공급 장치로부터 원료 분말을 다이 등으로 형성되는 공간에 떨어뜨리는 방법으로 행해지지만, 이 방법에서는 충전량에 격차가 발생하는 것을 피할 수 없다. 또, 두께가 얇은 제품을 압형 성형법으로 얻고자 하면, 캐비티의 작은 공극에 원료 분말을 충전할 필요가 있기 때문에, 원료 분말의 입자 지름이 작은 것을 이용할 필요가 있다. 이 경우에는, 원료 분말의 유동성이 저하함과 더불어 충전성이 저하하고, 안정된 원료 분말의 공급을 행할 수 없다. 이 때문에, 압형 성형법에 의해 제품을 제조하는 경우에는, 어느 정도의 크기의 제품인 것이 필요하다.

사출 성형법은, 원료가 가소성을 갖기 때문에 상기의 압형법으로는 성형할 수 없는 언더 컷 등(오버 행한 부위)을 갖는 형상으로 성형할 수 있다는 이점이 있다. 또, 원료가 가소성을 갖기 때문에 상기의 압형 성형법에 비해 캐비티가 작은 공극에 원료 분말을 충전할 수 있다는 이점도 갖는다. 그러나, 원료의 유동성을 확보하기 위해, 원료 분말에 30~70 체적％의 열가소성 수지 등의 바인더를 첨가해 혼련할 필요가 있다. 이 경우, 성형체에 다량의 바인더를 함유하고 있기 때문에, 이것을 제거하는 탈바인더 공정에 시간이 걸린다는 결점이 있다. 또, 두께가 매우 얇은 제품을 얻고자 하면, 원료를 충전하는 캐비티의 공극이 미소하기 때문에, 고압으로 원료를 충전할 필요가 있다. 그런데, 고압으로 원료를 사출해 충전하면, 유동하기 쉬운 바인더만이 미소 공극으로 흘러 버려, 금속 분말을 균일하게 충전하는 것이 어렵다. 이 때문에, 사출 성형법에 의해 두께가 얇은 제품을 제조하는 경우라도, 어느 정도의 얇기까지의 제품에 밖에 대응할 수 없다.

이러한 상황 아래, 압형 성형법과 사출 성형법의 장점을 겸비한 성형법이 제안되고 있다(일본국 특허공개 2006-344581호 공보 등). 일본국 특허공개 2006-344 581호 공보 등에 개시된 기술은, 원료 분말에 통상의 압형 성형법으로 부여하는 이상의 다량의 바인더 등을 부여한 원료를 이용해 압형 성형하는 방법이다. 일본국 특허공개 2006-344581호 공보에 의하면, 사출 성형법으로는 원료를 균일하게 충전할 수 없을 것 같은 미소 공극에도 원료를 충전할 수 있고, 두께가 매우 얇은 제품의 제조에 대응 가능하다. 또, 사출 성형법에 비교해 바인더의 첨가량이 적고, 그 만큼 탈바인더 시간을 짧게 할 수 있기 때문에, 사출 성형법으로 제조하는 경우보다 염가로 제조 가능하다.

일본국 특허공개 2006-344581호 공보의 제조 방법에 있어서, 원료는, 일반의 압형법으로 취급할 수 있도록, 어느 정도의 크기의 조립 분말로서, 피더 등의 분말 공급 장치에 의한 충전 방법을 이용하여 공급된다. 그러나, 두께가 매우 얇은 제품을 성형하는 경우, 캐비티의 공극이 미소하기 때문에, 일반의 압형법으로 이용하는 분말 공급 장치에 적절한 분말의 크기로 조립하면, 입자 지름이 크기 때문에 균일하고 치밀하게 조립 분말을 충전하는 것이 어렵다. 한편, 조립 분말의 입자 지 름을 작게 하면, 원료 분말의 유동성이 저하한다. 따라서, 적합한 크기의 조립 분말로 조정하는 것은 용이하지 않다.

일본국 특허공개 2006-344581호 공보에서는, 소정의 양을 충전할 수 있도록 원료를 1회의 충전량에 상당하는 양의 펠릿으로서 정리하고, 펠릿 단위로 원료를 공급하는 것을 바람직한 형태로 하고 있다. 그러나, 이 경우, 펠릿 제작 공정이 추가되어 공정수가 증가한다. 또, 균질인 제품을 제조하기 위해서는, 이 펠릿 제작 공정에 있어서 얻어지는 펠릿을 균질하게 관리할 필요가 있고, 이 관리의 수고가 증가한다. 또한, 펠릿을 제작할 때, 연화하기 쉽게 원료를 가열하기 때문에, 펠릿을 제작하기 위한 여분의 열에너지가 필요하다.

그래서, 본 발명은, 두께가 매우 얇은 제품을 보다 효율적으로 제조하기 위해, 원료의 공급이 용이한 사출 성형용 금형 장치를 제공하는 것이며, 원료인 분말의 조립이 용이하고, 원료로부터 펠릿을 제작하는 공정을 추가하여 관리 항목을 늘리거나, 성형 과정에 있어서의 여분의 열에너지를 필요로 하지 않는 기술을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

본 발명의 금형 장치는, 고정 금형과 가동 금형으로 이루어지는 금형 내부에 설치된 캐비티에, 고정 금형 및 가동 금형의 적어도 한쪽에 설치된 게이트로부터, 금속 분말과 바인더로 이루어지는 가소성의 원료를 사출 충전하는 금속 분말 사출 성형용 금형에 있어서, 고정 금형과 가동 금형 중 적어도 한쪽이 복수의 금형으로 분할되고, 캐비티에, 금속 분말과 바인더로 이루어지는 가소성의 원료를 사출 충전한 후, 복수로 분할된 금형을 구동함으로써, 캐비티의 용적을 일정하게 하여 캐비티를 변형시킴과 더불어, 캐비티에 충전된 가소성의 원료를 체적 일정하게 변형시켜 성형체를 성형할 수 있도록 한 것을 특징으로 한다. 상기 구성의 금형 장치에 있어서는, 캐비티에 사출 충전된 원료의 체적을 일정하게 하여, 원료의 일부를 밀어 내 성형체를 성형하기 때문에, 캐비티의 작은 간극에 원료를 충전할 필요가 없다. 따라서, 원료인 분말의 입자 지름의 영향을 작게 할 수 있고, 분말의 조립이 용이하다. 또, 일정량의 원료를 금형 내에 충전할 수 있기 때문에, 펠릿 제작 공 정이 불필요하다.

본 발명의 금형 장치에 있어서, 고정 금형과 가동 금형 중 적어도 한쪽에, 캐비티 내부에 돌출하는 돌출 펀치와 후퇴하는 후퇴 펀치로 분할한 금형을 설치하는 것이 바람직하다. 이 경우, 캐비티에 금속 분말과 바인더로 이루어지는 가소성의 원료를 사출 충전한 후, 돌출 펀치를 캐비티 내에 돌출시킴과 더불어, 후퇴 펀치를 캐비티로부터 후퇴시켜, 캐비티에 사출 충전된 원료의 체적을 일정하게 하여, 원료의 일부를 밀어내어 성형체를 성형한다.

구체적으로는, 캐비티는, 가소성의 원료의 사출 충전시에 예를 들면 대략 원기둥형상으로 되고, 후퇴 펀치는 예를 들면 원통형상이며, 후퇴 펀치를 설치한 금형의 내주면과 슬라이딩 가능하게 끼워 맞춰진다. 돌출 펀치는 예를 들면 원기둥형상이며, 후퇴 펀치의 내주면과 슬라이딩 가능하게 끼워 맞춰진다. 후퇴 펀치를 설치한 금형의 캐비티에 의해 컵형상 성형체의 외주를, 후퇴 펀치를 설치하지 않은 금형에 의해 컵형상 성형체의 저부를, 후퇴 펀치에 의해 컵형상 성형체의 가장자리부를, 돌출 펀치에 의해 컵형상 성형체의 내주면 및 저부를 각각 성형한다.

후퇴 펀치의 두께는, 예를 들면 0.05~0.26㎜이다. 본 발명의 금형 장치에 의해 얇은 제품을 성형함에 있어서, 원료로서, 금속 분말에, 열가소성 수지와 왁스로 이루어지는 바인더를 40~60 체적％ 첨가하여, 가열 혼련한 가소성의 원료를 이용할 수 있다.

본 발명의 사출 성형용 금형 장치에 의하면, 원료인 분말의 조립이 용이하 고, 원료로부터 펠릿을 제작하는 공정을 추가해 관리 항목을 늘리거나, 성형 과정에 있어서의 여분의 열에너지의 필요가 없다. 이로부터, 두께가 매우 얇은 제품을 보다 효율적으로 제조할 수 있다는 뛰어난 효과를 나타낸다.

이하, 얇은 제품의 일례로서 냉음극 형광 램프용 전극의 제조를 예를 들어, 도면을 참조하여 본 발명의 금형 장치의 구성과 동작을 설명함과 더불어, 본 금형 장치를 이용한 성형체의 성형 방법에 대해 설명한다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 냉음극 형광 램프는, 유리관(1) 내에, 단자(2)로 외부에 접속된 전극(3)이 양단에 배치된 구조를 하고 있고, 이 유리관(1)의 내면에 형광체(4)를 도포함과 더불어, 희가스와 미량의 수은으로 이루어진 봉입 가스(5)를 봉입하여 구성되어 있다. 이 양단의 전극(3)에 고전계를 더하여 저압의 수은 증기 중에서 글로우 방전을 발생시키고, 이 방전에 의해 여기된 수은이 자외선을 발생함과 더불어, 이 자외선에 의해 유리관(1) 내면의 형광체(4)를 여기하여 발광시킨다. 최근, 여기서 이용되는 전극(3)으로서는, 할로우 캐소드 효과를 얻기 위해, 도 2에 나타낸 저부(3a)와 원통부(3b)로 이루어진 바닥이 있는 원통형상으로 형성한 것이 이용되고 있다. 이 경우, 단자(2)는 바닥이 있는 원통형상 전극(3)의 저부(3a)에 납땜 등으로 접착되지만, 단자(2)와 전극(3)이 일체 형상으로 되어 있는 것도 있다.

이러한 구성의 냉음극 형광 램프는, 최근 액정 디스플레이의 백 라이트용 광원으로서 이용되고 있고, 또 최근에는, 액정 텔레비전이나 카 내비게이션 시스템의 액정 디스플레이 등에도 적용되어, 그 수요가 확대되고 있다. 또한, 하나의 제품에 사용되는 냉음극 형광 램프의 개수는, 15인치 이하의 액정 디스플레이 등에서는, 텔레비전용으로 4~6개, 모니터용으로 1~2개이지만, 대형 모니터나 텔레비전용에서는 필요한 휘도를 얻기 위해서 복수 개의 냉음극 형광 램프가 사용된다. 이 때문에, 냉음극 형광 램프의 수요는 급격하게 확대되고 있다.

상기와 같은 냉음극 형광 램프에 있어서는, 최근, 액정 디스플레이 등의 저소비전력화, 고휘도·고정밀화 등의 성능 향상의 요구에 대응하기 위해, 음극 강하 전압의 저하, 내스퍼터성 등의 전극 재료의 특성 향상이 요구되고 있다. 그리고, 그러한 특성 향상을 위해서, 보다 얇은 전극이 요구되고 있다.

도 3(a)~도 3(d)는, 본 발명의 금형 장치의 구성과 동작을 설명하는 모식도이다. 금형 장치는, 컵형상 성형체의 저면을 성형하는 금형면(11)을 갖는 고정 금형(10)과, 컵형상 성형체의 외주면을 성형하는 내주면(21)을 갖는 가동 금형(20)과, 컵형상 성형체의 가장자리부를 성형하는 단면(31)을 갖는 원통형상의 후퇴 펀치(30)와, 컵형상 성형체의 저부를 성형하는 단면(41) 및 컵형상 성형체의 내주면을 형성하는 외주면(42)을 갖는 원기둥형상의 돌출 펀치(40)로 구성되어 있다.

고정 금형(10)과 가동 금형(20)은, 일반의 사출 성형에 이용하는 금형과 마찬가지로, 각각의 단면을 밀착시켜서 배치되어 형체결되고, 성형체의 취출에 있어서는, 가동 금형(20)이 도시하지 않은 구동 장치에 의해 형개방된다. 고정 금형(10)에는 게이트(51) 및 스프루(61)가, 가동 금형(20)에는 게이트(52) 및 스프루(62)가 각각 쌍으로 형성되어 있다. 또한, 본 실시 형태에 있어서는, 게이트 및 스프루를 고정 금형(10)과 가동 금형(20)의 양자로 형성했지만, 어느 한쪽에만 형성해도 된다.

돌출 펀치(40)는 도시하지 않은 실린더 등의 구동장치에 의해, 진퇴 가능하게 구성되어 있다. 후퇴 펀치(30)는 도시하지 않은 스프링 등에 의해 유지되고, 혹은 다른 구동장치에 의해, 돌출 펀치(40)의 돌출, 후퇴에 따라 진퇴 가능하게 구성되어 있다. 후퇴 펀치(30)의 내주면은 돌출 펀치(40)의 외주면과 슬라이딩 가능하게 끼워 맞춰지고, 후퇴 펀치(30)의 외주면은 가동 금형(20)의 내주면(21)과 슬라이딩 가능하게 끼워 맞춰져 있고, 고정 금형(10)에 대향하고 있다.

상기 구성의 금형 장치는, 다음과 같이 하여 동작한다. 즉, 원료(M)의 충전시에 있어서는, 도 3(a)에 나타낸 바와 같이, 고정 금형(10)의 금형면(11), 가동 금형(20)의 내주면(21), 후퇴 펀치(30)의 단면(31), 돌출 펀치(40)의 단면(41)에 의해 원하는 용적의 캐비티를 형성한다. 이 캐비티에 스프루(61, 62) 및 게이트(51, 52)를 통해 가소성의 원료(M)를 사출해 충전한다.

이와 같이 하여 캐비티에 원료(M)가 충전된 후, 도 3(b)에 나타낸 바와 같이, 돌출 펀치(40)를 캐비티 내에 진입시켜(도면 중의 아래를 향한 화살표의 방향) 원료(M)를 압압하고, 돌출 펀치(40)의 단면(41)에 의해 컵형상 성형체의 저부(3a)를 형성한다. 이 때, 후퇴 펀치(30)를 후퇴시킴으로써(도면 중의 위를 향한 화살표의 방향), 가동 금형(20)의 내주면(21)과, 후퇴 펀치(30)의 단면(31)과, 돌출 펀치(40)의 외주면(42)에 의해 형성되는 원통형상의 캐비티에 원료(M)를 후방 압출하여, 전극의 원통부(3b)를 형성한다. 이 때문에, 캐비티의 작은 간극에 원료(M)를 충전할 필요가 없고, 원료(M)인 분말의 입자 지름의 영향을 작게 할 수 있기 때문에, 조립이 용이해진다. 또, 스프루(61, 62)로부터 캐비티 내에 충전한 원료(M)가 새어 나와 캐비티 내의 원료(M)의 용적이 줄어드는 일이 없도록, 게이트(51, 52)로부터 캐비티 내에서는 원료(M)를 사출시의 압력에 있어서 유지할 필요가 있다. 또한, 원료(M)에 배압(背壓)을 가하면서 후퇴 펀치(30)를 후퇴시켜 성형하면, 성형체의 원통부(3b)의 가장자리부의 높이를 균일하게 성형할 수 있음과 더불어, 원료(M)의 밀도가 캐비티 내에 균일하게 작용하여, 성형 후에 얻어지는 성형체의 밀도가 균일해지기 때문에 바람직하다.

상기의 충전 공정 및 성형 공정에 있어서는, 원료(M)는 연화하여 유동성이 있는 상태로 이용되지만, 성형 완료 후의 펀칭 공정시에 있어서, 원료(M)가 연화한 채이면 성형체의 형상을 유지하지 못하고, 펀칭시 혹은 펀칭 후에 형붕괴가 생긴다. 이 때문에, 펀칭 공정은, 바인더 중에 포함되는 열가소성 수지의 연화점 이하의 온도로 냉각한 후에 행한다. 이와 같이 함으로써 바닥이 있는 원통형상 성형체가 경화하고, 펀칭시 및 펀칭 후에도 성형시의 형상이 유지되고, 취급도 용이해진다.

상기의 온도로 냉각되어 성형체(P)가 고체화되면, 도 3(c)에 나타낸 바와 같이, 가동 금형(20)을 고정 금형(10)과의 밀착 상태로부터 개방하여, 고정 금형(10)과 이간하는 방향으로 이동시킴과 더불어, 돌출 펀치(40)를 도면 상방으로 퇴피시키고, 마지막에 후퇴 펀치(30)를 성형체(P)의 원통부(3b)의 가장자리부로부터 이간하는 방향으로 퇴피시켜, 성형체(P)를 성형 금형으로부터 빼낸다. 성형체(P)의 펀 칭이 용이해지도록, 고정 금형(10)의 금형면(11)에 펀칭 핀을 설치해 두어도 된다.

상기에 의해 얻어지는 성형체(P)는 컵형상 성형체(P₁)와 러너(P₂)로 이루어지고, 도 3(d)에 나타낸 바와 같이, 러너(P₂)를 제거함으로써 컵형상 성형체(P₁)가 얻어진다. 이 때, 성형체(P)는, 금속 분말이 바인더에 의해 결착되었을 뿐인 매우 약한 것이기 때문에, 수작업으로 용이하게 컵형상 성형체(P₁)와 러너(P₂)로 분리할 수 있다. 또, 이 러너(P₂)의 제거 작업을 보다 한층 용이하게 하기 위해, 일반 사출 성형법에 있어서 행해지고 있듯이, 고정 금형(10)의 게이트(51) 또는 가동 금형(20)의 게이트(52)로서, 게이트의 단면적이 작은 게이트를 이용하는 것은 바람직하다. 이로 인해, 게이트 부분에서 용이하게 분리할 수 있다.

상기의 본 발명의 금형 장치에 의하면, 사출 성형법으로 성형하는 것이 어려운, 두께가 0.05~0.26㎜인 얇은 제품을 성형하는 것이 가능하다. 이러한 얇은 제품을 성형하기 위해서는, 후퇴 펀치의 두께를 0.05~0.26㎜로 하면 된다. 또, 상기의 본 발명의 금형 장치에 의하면, 일본국 특허공개 2006-344581호 공보와 같은 펠릿 제작 공정이 불필요하기 때문에 공정수를 저감할 수 있다. 또, 균일한 양의 원료를 캐비티 내에 충전할 수 있기 때문에, 펠릿을 균질하게 관리하는 수고를 줄일 수 있다. 또한, 가열하여 제작하는 펠릿이 불필요하기 때문에, 원료의 성형에 필요한 열에너지를 삭감할 수 있고, 보다 효율적으로 얇은 제품을 제조할 수 있다는 뛰어난 효과를 나타낸다.

상기의 본 발명의 금형 장치를 이용하여 냉음극 형광 램프용 전극을 제조하 는 경우에는, 원료로서, 몰리브덴 분말 및/또는 텅스텐 분말을 주원료로 하는 금속 분말에, 열가소성 수지와 왁스로 이루어지는 바인더를 40~60 체적％ 첨가하여, 가열 혼련한 것을 이용할 수 있다.

금속 분말로서, 몰리브덴 분말 또는 텅스텐 분말만으로 이용할 수 있고, 몰리브덴 분말과 텅스텐 분말을, 체적비로, Mo:W=10:90~90:10의 범위로 혼합해 이용해도 된다. 또, 몰리브덴 분말, 텅스텐 분말, 및 이들 혼합 분말 중 어느 하나에 5질량％ 이하의 니켈 분말을 첨가하여 이용해도 된다. 또한, 티탄 탄화물, 몰리브덴 탄화물, 텅스텐 탄화물, 바나듐 탄화물, 지르코늄 탄화물, 니오브 탄화물, 탄 탈 탄화물, 하프늄 탄화물 등의 금속 탄화물 분말을 1~50 체적％의 범위로 첨가해도 된다. 이들 금속 분말이나 금속 탄화물 분말은, 입자 지름이 10㎛ 이하인 것이 적합하다. 또 분말의 형상으로서는, 요철이 적은 것이 적합하고, 주원료가 되는 몰리브덴 분말의 경우는 탭 밀도가 3.0Mg/㎥ 이상이 되는 분말, 텅스텐 분말의 경우는 탭 밀도가, 5.6Mg/㎥ 이상이 되는 분말이 적합하다.

바인더는, 원료에 가소성을 부여하는 열가소성 수지 및, 금속 분말과 금형 (다이 및 펀치를 포함한다)의 사이의 마찰을 저감하는 왁스로 이루어지는 것이 적합하다. 열가소성 수지로서는, 폴리스티렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아세탈, 폴리에틸렌비닐아세테이트 등이 이용되고, 왁스로서는, 파라핀 왁스, 우레탄 왁스, 카르나바 왁스 등이 이용된다. 또 열가소성 수지와 왁스는, 20:80~60:40의 범위로 구성하면 적합한 바인더가 된다. 이러한 바인더는, 원료를 캐비티의 미소한 공극에 유동시키기 위해 40 체적％ 이상이 필요하지만, 60 체적％를 넘어 바인 더를 첨가하면, 원료의 성형 후에 행해지는 탈바인더 공정이 장시간이 되어 제조 코스트가 증가한다. 이로 인해, 바인더의 첨가량은 40~60 체적％로 하면 적합하다.

또, 상기와 같이 하여 얻어진 컵형상 성형체는, 일본국 특허공개 2006-3445 81호 공보와 마찬가지로, 바인더 성분의 열분해 온도로 가열하는 탈바인더 공정, 및 금속 분말끼리를 금속적으로 확산 결합시키는 소결 공정을 거쳐 냉음극 형광 램프용 전극이 된다. 이와 같이 하여 얻어진 냉음극 형광 램프용 전극은, 주원료로서 몰리브덴 및/또는 텅스텐을 이용하고 있기 때문에, 음극 강하 전압의 저하, 내스퍼터성 등의 특성이 향상되고 있다. 상기의 제조 방법에 의하면, 전극의 소형화가 가능함과 더불어, 보다 한층 효율적으로 제조할 수 있기 때문에, 전극을 염가로 공급할 수 있다. 따라서, 본 발명의 금속 분말 사출 성형용 금형 장치 및 이것을 이용한 제조 방법은, 냉음극 형광 램프용 전극의 제조에 적합하다.

또한, 상기는 냉음극 형광 램프용 전극의 제조예로서, 얇은 컵형상 성형체를 제조하는 경우의 금형 장치 및 성형 방법에 대해 설명했지만, 본 발명의 금형 장치 및 성형 방법에 의하면, 도 4에서 나타나는 캠 형상 등의 성형체도 성형 가능하다.

또, 상기에서는 가동 금형만을 복수의 금형으로 분할하고, 가동 금형에 돌출 펀치 및 후퇴 펀치를 설치했지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 도 5(a)~도 6(b)에 나타낸 바와 같이, 고정 금형(10) 및 가동 금형(20)의 양쪽을 복수의 금형으로 분할하고, 고정 금형(10)에 저면 형성 펀치(50)를 설치하고, 가동 금형(20)에 돌출 펀치(40) 및 후퇴 펀치(30)를 설치해도 된다. 이 경우, 저면 형 성 펀치(50)에 의해 컵형상 성형체의 저면을 성형한다. 또, 고정 금형(10)의 내주면 및 저면 형성 펀치(50), 가동 금형(20)의 내주면(21), 후퇴 펀치(30)의 단면(31), 돌출 펀치(40)의 단면(41)에 의해 원하는 용적의 캐비티가 형성된다.

또한, 상기에서는 후방 압출에 의해 원료의 성형을 행했지만, 본 발명에 있어서의 원료의 압출 형태는 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 도 5(a) 및 도 5(b)에 나타낸 바와 같이, 캐비티에 원료(M)를 충전한 후, 후퇴 펀치(30)를 후퇴 시키고(도면 중의 위를 향한 화살표의 방향), 동시에 저면 형성 펀치(50)를 캐비티 내에 진입시켜(도면 중의 위를 향한 화살표의 방향), 원료(M)를 전방 압출하여 성형해도 된다. 또한, 도 6(a) 및 도 6(b)에 나타낸 바와 같이, 캐비티에 원료(M)를 충전한 후, 돌출 펀치(40)를 캐비티 내에 진입시키고(도면 중의 아래를 향한 화살표의 방향), 후퇴 펀치(30)를 후퇴시키고(도면 중의 위를 향한 화살표의 방향), 저면 형성 펀치(50)를 캐비티 내에 진입시켜(도면 중의 위를 향한 화살표의 방향), 원료(M)를 성형해도 된다. 이 때, 원료(M)는 전방 압출과 후방 압출을 동시에 행하는 복합 압출에 의해 성형된다. 또, 상기와 같이, 이들 성형 공정은 원료(M)가 연화하여 유동성이 있는 상태로 행해진다.

도 1은 냉음극 형광 램프의 구조의 일례를 나타내는 단면도이다.

도 2는 냉음극 형광 램프용 전극의 일례의 단면도이다.

도 3(a)~도 3(d)는 본 발명의 컵형상 성형체를 성형하기 위한 금형 장치의 구성과, 그 동작을 설명하는 단면도이며, 도 3(a)는 원료의 충전 공정, 도 3(b)는 성형 공정, 도 3(c)는 펀칭 공정, 및 도 3(d)는 러너 제거 공정을 나타내는 단면도이다.

도 4는 본 발명의 금속 분말 사출 성형용 금형 장치에 의해 얻어지는 다른 제품 형상의 예를 나타내는 모식도이다.

도 5(a) 및 도 5(b)는 본 발명의 금형 장치의 다른 일례를 나타내는 단면도이며, 도 5(a)는 원료의 충전 공정, 도 5(b)는 성형 공정을 나타내는 단면도이다.

도 6(a) 및 도 6(b)는 본 발명의 금형 장치의 다른 일례를 나타내는 단면도이며, 도 6(a)는 원료의 충전 공정, 도 6(b)는 성형 공정을 나타내는 단면도이다.

Claims

고정 금형(10)과 가동 금형(20)으로 이루어지는 금형 내부에 설치된 캐비티에, 상기 고정 금형(10) 및 상기 가동 금형(20)의 적어도 한쪽에 설치된 게이트(51, 52)로부터, 금속 분말에 바인더를 첨가하여 혼련(混練)한 가소성의 원료(M)를 사출 충전하는 금속 분말 사출 성형용 금형에 있어서,

상기 고정 금형(10)과 상기 가동 금형(20) 중 적어도 한쪽이 복수의 금형으로 분할되고,

금속 분말에 열가소성 수지와 왁스로 이루어지는 바인더를 40~60 체적％ 첨가하여, 가열 혼련한 가소성의 원료(M)를 상기 캐비티에 사출 충전한 후, 상기 복수로 분할된 금형을 구동함으로써, 상기 캐비티의 용적을 일정하게 하여 상기 캐비티를 변형시킴과 더불어, 상기 캐비티에 충전된 가소성의 원료(M)를 체적이 일정하게 변형시켜 성형체(P)를 성형하는 것을 특징으로 하는 금속 분말 사출 성형용 금형 장치.
청구항 1에 있어서,

상기 고정 금형(10)과 상기 가동 금형(20) 중 적어도 한쪽에, 상기 캐비티 내부에 돌출하는 돌출 펀치(40)와 후퇴하는 후퇴 펀치(30)로 분할한 금형을 설치함과 더불어,

상기 캐비티에 금속 분말과 바인더로 이루어지는 가소성의 원료(M)를 사출 충전한 후, 상기 돌출 펀치(40)를 상기 캐비티 내에 돌출시킴과 더불어, 상기 후퇴 펀치(30)를 상기 캐비티로부터 후퇴시켜, 캐비티에 사출 충전된 원료(M)의 체적을 일정하게 하여, 원료(M)의 일부를 밀어내어 성형체(P)를 성형하는 것을 특징으로 하는 금속 분말 사출 성형용 금형 장치.
청구항 2에 있어서,

상기 캐비티는, 가소성 원료(M)의 사출 충전시에 원기둥형상으로 되고,

상기 후퇴 펀치(30)가, 원통형상이며, 상기 후퇴 펀치(30)를 설치한 금형의 내주면과 슬라이딩 가능하게 끼워 맞춰지고,

상기 돌출 펀치(40)가, 원기둥형상이며, 상기 후퇴 펀치(30)의 내주면과 슬라이딩 가능하게 끼워 맞춰지고,

상기 후퇴 펀치(30)를 설치한 금형의 캐비티로 컵형상 성형체(P₁)의 외주를, 상기 후퇴 펀치(30)를 설치하지 않은 금형으로 컵형상 성형체(P₁)의 저부를, 상기 후퇴 펀치(30)로 컵형상 성형체(P₁)의 가장자리부를, 상기 돌출 펀치(40)로 컵형상 성형체(P₁)의 내주면 및 저부를, 각각 성형하는 것을 특징으로 하는 금속 분말 사출 성형용 금형 장치.
청구항 3에 있어서,

상기 후퇴 펀치(30)의 두께가 0.05~0.26㎜인 것을 특징으로 하는 금속 분말 사출 성형용 금형 장치.
삭제