주물기술/ 알루미늄 합금계 주조기술에 관한 특허분석
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알루미늄 합금계 주조기술에 관한 특허분석
[자료제공] 특허기술정보센터(www.kipris.or.kr)
특허기술정보를 어떻게 관리하고 활용하느냐에 따라 기업에서 추진중인 연구프로젝트나 경 영전략에 많은 영향을 미칠 수 있다.
기술개발을 위한 기초자료수집 및 개발영역선정, 공백 기술파악 등의 기술정보분야를 비롯하여 경쟁사의 제품개발동향, 기술시장의 참여상태 등 경영정보분야에서 쉽게 활용할 수 있다. 또한, 권리침해상태, 취득권리범위확인, 특허취득가 능여부를 살펴볼 수도 있다.
이러한 특허기술정보의 활용은 선행특허정보를 조사하여 정확하게 분석하여야 하며, 분석된 정보를 기술개발과 경영적 부분에 연결함으로써 활용가치를 극대화시킬 수 있어 기업의 지 식정보화에 초석이 될 것이다.
이러한 맥락으로 특허기술정보센터(www.kipris.or.kr)에서는 선행기술조사서비스 및 특허정 보서비스, 여러 기초기술분야의 특허정보를 한눈에 파악할 수 있는 분석자료를 제공하고 있 으며, 이하 거론할 내용은 『알루미늄 합금계의 주조기술』을 분석해 놓은 특허맵(Patent Map)의 일부를 인용한 것이다.

1. 개요
알루미늄 합금계 주조 기술은 크게 모합금 개선기술과 모합금 공정기술로 구분할 수 있으며 이하에서는 주조업계 및 학계에서 관심이 높은 반용융(Semi-Solid), 부분가압(Squeeze) 주 조기술의 특허정보를 소개하고자 한다.
우선 출원건수를 통해 관심과 연구가 어떤 기술에 모여있는지와 어느 국가의 기업이 어떤 주조 기술을 보유하고 있는지를 우선 알아보고, 반용융과 부분가압 주조기술에 대하여 살펴 보기로 하자.


그림 1

위의 그림 1과 그림 2에서 좀더 자세히 살펴보면, 일본이 전체 다출원 기업중의 약 44%정 도를 차지하고 있어 알루미늄 합금계 주조기술 분야에서 강세를 보이고 있음을 알 수 있다.
그림 2에서 한국 기업 중에는 포항종합제철이 다출원 기업에 속해 있어 세계적 기업임을 출 원동향에서도 알아볼 수 있었다.
포항종합제철이 1983년부터 2000년 5월까지 국내에 출원한 출원건수는 10,112 여건이었으며, 비철합금과 알루미늄합금과 관련된 분야는 총 649 여건 이였다.
그럼 1999년까지 조사된 자료를 이용하여 알루미늄 합금계 주조기술의 출원동향을 살펴보 자.
1968년 이후 알루미늄 합금계 주조기술과 관련된 특허정보는 한국의 경우 126건(특허 115 건, 실용 11건)이 출원되었고, 일본(JP)의 경우는 약 221건, 유럽(EP)의 경우는 35건, 국제특 허출원(WO)은 8건, 미국의 경우는 등록건수를 기준으로 하여 약 130건을 채택·분석하였 다.


그림 2

그림3

그림 3은 각국의 연도별 출원건수(미국의 경우는 출원년도에 따르는 등록건수) 추이를 나타 내고 있다.
(주의: 1998년 이후의 출원은 공개 또는 등록까지의 시간지연 때문에 외관상 격감하는 오해 를 피하기 위해 data를 생략했다.)
알루미늄 합금계 주조기술에 관한 출원은 1970년대 중반부터 전세계적으로 시작되어 1980년 대 초반까지 꾸준히 증가추세를 보이다가 후반에는 잠시 주춤한 후 1990년 초반에 출원량이 증가하였으나, 1995년을 기해 한국을 제외하고 세계적으로는 감속하는 경향을 보이고 있다.
이 분석자료를 통해 알루미늄 합금계 주조기술이 미국을 선두로 기술개발이 진행되었음을 알 수 있고, 이어 일본, 한국, 유럽이 뒤이어 기술이 보급되기 시작했다.
일본은 1980년대 초반과 1990년대 초반에 기술개발이 증가하였고, 유럽은 1980년대 중반에 기술개발이 진행된 것으로 보여진다.
한국은 1980년대 초반부터 개발이 진행되어졌다고 추정은 되어지나 출원건수 중의 외국인 출원을 제외하고, 내국인이 출원한 건수로 본다면 1989년부터 내국인이 출원한 것으로 조사 되어 기술개발이 일본, 미국에 비해 상당히 뒤쳐져 있다고 볼 수 있을 것이다.
국내에서는 대부분의 업체들이 기술을 노하우로 관리하는 경향이 많아 정확하게 기술수준을 짐작할 수는 없지만, 지적 재산권에 관한 관리가 미흡하여 현재 수출이나 기술 사용시 애로 점이 많을 듯 하다.
그림 4에서 한국과 프랑스는 1980년대 후반부터 출원인수가 증가하고 있으며, 독일과 미국, 일본은 연도별로 꾸준한 출원인 분포가 되어있어 계속적인 인적 자원이 증가하고 있음을 볼 수 있다.
또한, 독일과 일본은 1990대 중반부터 출원인수가 감소하는 추세를 보이고 있어 기초적인 알루미늄 합금계 주조기술이 완성되어진 듯 하다.
기술 분야별로 살펴보면, 수평연속 주조 분야의 장치분야가 알루미늄 합금계의 수평연속 (水平連續) 주조분야와 반용융(半鎔融) 주조, 부분가압(部分加壓) 주조에 비해 철강산업과 연관되어 출원건수가 많음을 볼 수 있다.


그림4

그림 5

2. 기술분야별 분석
2.1 반용융 주조기술 분야
반용융(半鎔融) 주조기술 분야는 일본과 유럽에서 기술개발이 진행된 듯 보이며, 한국은 1990년대 중반부터 출원건수가 있어 일본과 유럽에 비해 반용융 주조기술이 약 5년 정도 뒤 쳐졌다 말할 수 있다. 실제 출원된 출원인의 국적을 살펴보면, 미국이 가장 많은 기술을 보유하고 있으며, 이탈리 아도 상당한 수준의 기술을 보유하고 있는 듯 보인다.
주목할만한 점은 한국도 출원건수가 상대적으로 높은 편인데, 이 중에 중소기업의 출원 건 이 있는 것으로 보아 이 분야는 이미 개발이 시작되어 권리보호를 위한 권리설정을 하고 있 었다.
중요 출원인으로는 미국의 Renolds Wheels international Ltd.와 Semi-solid Technologies Inc., 이탈리아의 Magneti Marelli S.P.A., 한국의 두레에어메탈, 경남금속을 주목할 만 하다.
Semi-Solid Casting으로 1980년대 초반부터 출원이 되고 있는 기술분야로, 주물의 상태를 반용융(半鎔融) 상태로 유지하기 위해 전자기(電磁氣)를 이용하고 있었으며, 가압(加壓) 방 법과 온도(溫度) 제어를 위한 가열 챔버를 구비하여 가공 온도와 가압력(加壓力)을 조절하 는 기술방향으로 발전하고 있다. 추후에는 용융 금속의 종류와 용융 상태에 따라 온도 조절하는 분야와 가압력(加壓力)을 조 절할 수 있는 장치분야로 발전할 것이다.
반용융 주조 제품은 주로 자동차의 분사시스템 분야와 엔진 구성 부품들로 경량화(輕量化) 와 기계적 성질이 우수함을 요구하는 부분에 사용되므로 추후 수요는 증가할 것이라 생각된 다.
반용융 주조기술은 자기장을 이용하여 가열하는 기술이 꾸준히 발전하고 있는데 1981년에 출원된 미국특허 4,465,118에서는 주파수를 조절하는 수단을 구비하여 반용융 슬러리 생산 능률을 증가시킨 기술이며, 전체적인 구조는 한국공개특허 84-5028과 같이 챔버 수단과 열 전달 수단, 사출장치 등으로 구성되어 있었다. 그 후 일본의 공개특허 평04-88134에서는 냉 각과정과 반용융 금속의 배출 속도를 제어하는 동시에 함유 가스를 제거하는 기술과 일본공 개특허 평08-187549에서는 구상 결정입자를 얻는 기술로 발전하였다.
최근에는 미국특허 5,758,707에서는 금속물의 상태에 따라 가공온도와 가압력을 조절할 수 있는 기술과 한국공개특허 99-39180에서 입상 초정 생성장치를 이용하여 반고체 금속을 연 속으로 제조할 수 있는 기술까지로 발전하였다.

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미국특허4465118

한국공개특허84-5028


미국특허5758707



미국특허3945428

2.2 부분가압 주조기술 분야

부분가압(部分加壓) 주조기술 분야는 한국에서 가장 활발하게 출원되고 있으며, 1990년대 초 반부터 증가세를 보이고 있다.
출원인의 국적을 살펴보면, 영국과 한국이 가장 부분가압(部分加壓) 주조기술분야에 출원이 많은 것으로 보아 상당히 활발하게 기술 연구와 개발이 진행되고 있음을 볼 수 있다.
국내의 출원인은 다수가 포항종합제철이며, 많은 연구와 기술 축적이 되어 있음을 짐작할 수 있다.
중요 출원인으로는 영국의 AE PLC, Hi-Tec Metal Ltd., 일본의 Hanano shoji 주식회사, 한 국의 기아자동차, 포항종합제철, 동남정밀을 주목할만 하다.
부분가압(部分加壓) 주조는 Squeeze-Casting으로 불려지고 있으며, 1970년대 중반부터 출원 되고 있다.

그림 6
이 분야의 기술은 크게 용탕관련 분야와 금형 관련 분야로 나눌 수 있으며, 초기에는 용탕 의 투입과 누출에 관한 기술들 이였으나, 1990년대에 들어서는 금형을 분할하여 강도가 우 수한 특성을 갖는 생산방법으로 진행되고 있다.
가압 부분에서는 국부 가압을 위해 압출봉의 변형을 시켜 장치를 간소화하였으며, 용탕 주 입시 가스의 혼입을 방지하는 구조로 진행되어 왔다.
최근에는 용탕이 금형 내부에 일정하게 분포할 수 있도록 금형의 구조를 설계하고 있으며, 한국 역시 이쪽 방향으로 개발이 진행중인 듯 하다.
1974년 미국특허 3,945,428에서 보면 관형 강화금형을 설치하여 피스톤으로 국부가압을 하는 기술을 기초로 하여 유럽공개특허 120,649에서는 이동가능한 금형의 조합을 통해 가압하는 기술과 한국공개실용 91-17954에서 용탕누출방지 기술 등으로 발전을 하였으며, 최근에는 미국특허 5,730,205에서는 제1,2금형부를 구성한 금형어셈블리와 미국특허 5,906,235에서는 저압로를 포함한 가압 스퀴즈 캐스팅 기술로 발전하였다.

3. 한국의 동향 분석

그림 7에서는 한국 내에 출원한 전체 출원건수를 외국인출원과 내국인출원으로 구분하여 연 도별 추이를 표시하였다.
국내의 경우 외국에서 국내에 알루미늄 합금계 주조기술과 관련하여 출원하는 비중이 매우 높음을 보여주고 있으며, 1990년 이후에 국내의 출원이 차츰 증가하고 있는 추세이다.


그림 7


미국특허5906235
그림 7에서 보듯 1998년과 그 다음해에는 내국인의 출원이 전혀 없는 것으로 조사되었는데, 이는 IMF로 인한 내국인의 출원이 급감한 것으로 보여진다. 특허청의 발표에 의하면 1998 년의 출원건수가 전년 대비 23.3%가 급감하였다는 발표도 있었기에 미루어 짐작할 수 있다.
국내 출원인 중에 포항종합제철, 기아자동차, 현대자동차, 한국 과학기술 연구원, 산업과학 기술연구소 등이 다출원인으로 구성되어 있다.
알루미늄 합금계 주조기술의 출원건수는 1990년대에 들어오면서 차츰 내국인 출원 건수가 증가하는 것으로 보아 지적재산권(知的財産權)에 관한 관리가 시작이 되었고 기술 개발도 몇 개의 기업들이 주축이 되어 개발되고 있는 듯 하다.


그림 8
그림 8에서 보듯 출원된 건들의 절반정도가 등록절차를 밟게 되는데 그 중 등록된 50%의 등록건수 중에 26%정도가 외국인 출원인이란 점에서 자국의 기술보유 현황이 열악함을 알 수 있다.
또한 심사 미청구 건은 대부분 외국 출원인인 점에서 국내의 기술개발에 대한 방어출원이 이루어지고 있으며, 자국내의 기술보호의 수단으로 특허제도를 활용하고 있음을 주목할 필 요가 있다.
그림 9에서는 해외출원인을 각 국가별 구성으로 출원분포를 나타내어 보았다.


그림 9

그림 11
다수의 출원량이 해외 출원인에서 주도를 하는 추세이며, 일본과 프랑스, 독일 등은 국내 특 허출원을 이용하여 시장을 선점·진출을 시도하고 있다고 보여진다.
일례로 세계적인 알루미늄 압연업체인 프랑스의 페시네이사(Societe de Vente de L'Aluminium Pechiney)는 내수판매 비중이 높은 조일 알미늄 공업과 전략적 제휴 또는 합 작회사를 설립중이라고, 2000년 5월 9일자 한국경제신문에서 보도되었고, 세계 3대 알루미늄 압연업체인 알칸(Alcan International Limited)은 지난해 8월 대한전선 알미늄 사업부를 인 수해 "알칸 대한"을 설립한데 이어서 지난 3월 대한 알루미늄 공업까지 사들여 국내 시장에 진출한 것이 그 대표적인 사례일 것이다.


그림 10
그림 10에서 국내 출원의 기술분포를 보면, 1990년대 들어 부분가압 주조(squeeze-casting) 분야가 차츰 부각이 되고 있으며, 1990년대 중반에는 반용융 주조(semi-solid casting) 분야 가 증가하고 있음을 알 수 있다.
전반적으로는 1990년대 전후를 기점으로 알루미늄 합금계 주조기술의 필요성이 인식되어 고 부가가치의 생산제품을 제작하기 위해 정밀도(精密度)와 생산성(生産性), 기계적(機械的) 성 질이 우수한 주물(鑄物)을 생산하는 시점과도 일치한다.
다출원 기업 중 국내 출원인들의 기술분야별 출원분포를 그림 11에 나타내었으며, 국내 기 업들의 기술 분야는 스퀴즈 용법에 의해 생산되는 제품에 관한 기술개발과 수평연속 주조 장치 분야로 한정되어 있어 다른 관련 분야의 기술이 매우 부족함을 볼 수 있다.

4. 기술발전도로부터 본 향후 기술 개발 방향
앞선 내용을 종합해보면, 우선 일본의 알루미늄 합금계 주조기술의 보유수준은 가히 세계적 인 수준이며, 일부 분야에서는 주도적인 모습을 보이고 있으며, 전세계를 대상으로 자국의 기술력을 보호하려는 흔적들이 보이고 있다.
알루미늄 합금계 주조기술에 있어서, 모합금(母合金)을 개량(改良)하는 기술에서는 Ti과 B 의 효과를 잘 활용하는 기술이 차후 주목을 받을 듯 하다.
또한, Bi(비스무스)와 Zr(지르코늄), Sr(스트론튬)을 이용하여 경제적이면서도 간단한 방법으 로 정확한 합금이 가능한 것으로 보여지고 있으며, 이들 개량처리제로 미세(微細) 조직을 개 선하고 기계적인 성질을 향상시키는 분야가 부각될 것이다.
그리고, 반용융(半鎔融) 주조기술 분야는 두께가 얇은 부분, 최종형상과 거의 같은 경합금 (輕合金) 부품의 제조방법으로 선호되는 분야로 유럽에서부터 관심의 대상으로 부각되었고, 최근 일본과 미국에서도 관심대상이 된 분야로 많은 시설비가 투자되지 않아 중소기업에서 도 많은 연구와 개발만 선행된다면 충분히 메리트가 있는 분야임에 분명하다.
한때는 주조기술(鑄造技術)이 일부 숙련 작업자들의 노하우로 전수되고 보호하려 하였으나, 정보화가 빨라지는 현 시대에서는 전혀 법적 보호를 받지 못하고 있어 좋은 기술들이 사장 되는 현상을 보여주고 있다.
중소기업(中小企業)에서도 기술 개발을 노하우로만 간직할 것이 아니라 지적재산권(知的財 産權)을 이용한 보호와 기술 보급이 고려되어야 할 것이다.

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