JP3100968B2 - グリーンボディからバインダーを除去する方法 - Google Patents
グリーンボディからバインダーを除去する方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、粉末状物質より成形された成形体即ちグリ
ーンボディからバインダを除去する方法、より詳細に云
うと、第５世代の部品加工法として最近特に注目されて
いる、セラミックス、サーメット、金属などの粉末状物
質の射出成形において、かかる粉末状物質をバインダを
用いてペレット化してから射出成形することにより得ら
れた成形体であるグリーンボディから、該グリーンボデ
ィに含まれているバインダを除去する方法に関する。
ーンボディからバインダを除去する方法、より詳細に云
うと、第５世代の部品加工法として最近特に注目されて
いる、セラミックス、サーメット、金属などの粉末状物
質の射出成形において、かかる粉末状物質をバインダを
用いてペレット化してから射出成形することにより得ら
れた成形体であるグリーンボディから、該グリーンボデ
ィに含まれているバインダを除去する方法に関する。
（従来の技術） 上記したようなグリーンボディから、熱分解によりバ
インダを除去する方法として、特公昭62−33282号に開
示されているような加圧脱脂法と、特公昭61−48563号
に開示されているような不飽和脱脂法とがある。
インダを除去する方法として、特公昭62−33282号に開
示されているような加圧脱脂法と、特公昭61−48563号
に開示されているような不飽和脱脂法とがある。
加圧脱脂法は、グリーンボディを圧力室に入れ、圧力
室内の圧力を、周囲温度において、グリーンボディに含
まれるバインダの蒸気圧よりも高いレベルまで上げてバ
インダを蒸気化し、バインダをグリーンボディから揮散
させることにより除去しようとするものである。
室内の圧力を、周囲温度において、グリーンボディに含
まれるバインダの蒸気圧よりも高いレベルまで上げてバ
インダを蒸気化し、バインダをグリーンボディから揮散
させることにより除去しようとするものである。
不飽和脱脂法は、グリーンボディをバインダ吸収材に
載置し、先づグリーンボディをバインダの最低融点成分
の融点と最高融点成分の融点との間の範囲の温度に加熱
してバインダの低融点成分を除去し、次にグリーンボデ
ィをバインダの最高融点成分の融点よりも高くかつグリ
ーンボディを構成する粉状物質の焼結温度よりも低い温
度に加熱してバインダを除去しようとするものである。
載置し、先づグリーンボディをバインダの最低融点成分
の融点と最高融点成分の融点との間の範囲の温度に加熱
してバインダの低融点成分を除去し、次にグリーンボデ
ィをバインダの最高融点成分の融点よりも高くかつグリ
ーンボディを構成する粉状物質の焼結温度よりも低い温
度に加熱してバインダを除去しようとするものである。
（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記した熱分解による従来の方法はい
ずれも、バインダを除去するのにグリーンボディ即ちバ
インダを高温に加熱しなければならず、しかも加熱を長
時間必要とし、例えば、脱バインダには、通常約３日、
長い場合には１週間程度の時間を要していた。従って、
従来のバインダ除去法即ち脱バインダ法は、著しくコス
トのかかるものとなり、最終成形製品のコストの上昇を
招いていた。
ずれも、バインダを除去するのにグリーンボディ即ちバ
インダを高温に加熱しなければならず、しかも加熱を長
時間必要とし、例えば、脱バインダには、通常約３日、
長い場合には１週間程度の時間を要していた。従って、
従来のバインダ除去法即ち脱バインダ法は、著しくコス
トのかかるものとなり、最終成形製品のコストの上昇を
招いていた。
本発明は、従来技術の上記課題を解決するためになさ
れたものである。
れたものである。
従って、本発明の目的は、グリーンボディに含まれる
バインダを該グリーンボディから著しく容易にかつ短時
間で除去することができる、グリーンボディからバイン
ダを除去する方法を提供することにある。
バインダを該グリーンボディから著しく容易にかつ短時
間で除去することができる、グリーンボディからバイン
ダを除去する方法を提供することにある。
（課題を解決するための手段） 本発明は、ある種のポリマ即ち紫外線分解性を有する
ポリマをバインダとして使用した場合、該ポリマはバイ
ンダ除去処理即ち脱バインダ処理の際に紫外線の照射を
行なうと光分解を起こすことにより、従来技術の熱分解
による脱バインダ処理に比べて、脱バインダに要する時
間を少なくとも約1/5乃至1/20以下にすることができる
とともに、従来技術と比較して脱バインダ処理を実質上
低温で行なうことができるということを知得してなされ
たものである。
ポリマをバインダとして使用した場合、該ポリマはバイ
ンダ除去処理即ち脱バインダ処理の際に紫外線の照射を
行なうと光分解を起こすことにより、従来技術の熱分解
による脱バインダ処理に比べて、脱バインダに要する時
間を少なくとも約1/5乃至1/20以下にすることができる
とともに、従来技術と比較して脱バインダ処理を実質上
低温で行なうことができるということを知得してなされ
たものである。
従って、本発明によれば、バインダを使用して成形し
たグリーンボディからバインダを除去する方法が提供さ
れている。この方法は、前記バインダが紫外線分解性を
有するポリマを主成分とするものであり、バインダ即ち
ポリマが紫外線による光分解を引き起こすのに十分な温
度でグリーンボディを加熱した状態でグリーンボディに
紫外線を照射してバインダを光分解させる工程を備え、
この加熱温度を大気圧下において150乃至300℃の範囲と
する。
たグリーンボディからバインダを除去する方法が提供さ
れている。この方法は、前記バインダが紫外線分解性を
有するポリマを主成分とするものであり、バインダ即ち
ポリマが紫外線による光分解を引き起こすのに十分な温
度でグリーンボディを加熱した状態でグリーンボディに
紫外線を照射してバインダを光分解させる工程を備え、
この加熱温度を大気圧下において150乃至300℃の範囲と
する。
本明細書において成形体即ちグリーンボディを構成す
る材料に関して使用されている「粉末状物質」または
「粉末状材料」とは、例えば射出成形などによる成形品
の形成において使用される、粉末体、粉状体などを示す
ものである。
る材料に関して使用されている「粉末状物質」または
「粉末状材料」とは、例えば射出成形などによる成形品
の形成において使用される、粉末体、粉状体などを示す
ものである。
一般に、粉末射出成形用のバインダを選択する場合、
射出成形性、成形時の熱安定性、形状保持性、脱バイン
ダ性が考慮されるが、これらの特性は一般に、ポリマの
構造に依存する。射出成形においては、バインダには、
常温において固体であり温度を高めると可塑性を示すポ
リマが使用され、高温時に呈するポリマの可塑性を利用
して成形を行ない、常温で成形体の形状を保持させるも
のである。
射出成形性、成形時の熱安定性、形状保持性、脱バイン
ダ性が考慮されるが、これらの特性は一般に、ポリマの
構造に依存する。射出成形においては、バインダには、
常温において固体であり温度を高めると可塑性を示すポ
リマが使用され、高温時に呈するポリマの可塑性を利用
して成形を行ない、常温で成形体の形状を保持させるも
のである。
このような目的を達成するためには、バインダのポリ
マは、高温において分子セグメント運動が活発となって
分子集合体に可塑性が表われ、冷却すればセグメント運
動が低下して分子間力が強く働き、形状を保持すること
が必要とされる。
マは、高温において分子セグメント運動が活発となって
分子集合体に可塑性が表われ、冷却すればセグメント運
動が低下して分子間力が強く働き、形状を保持すること
が必要とされる。
線状ポリマはかかる性質をもつので、射出成形に使用
されてきたが、これまで使用されてきた線状ポリマは、
主鎖として結合する炭素原子が１級および２級の炭素原
子であるポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレ
ン、ポリ酢酸ビニル、ポリアクリル酸などが主として使
用されてきた。
されてきたが、これまで使用されてきた線状ポリマは、
主鎖として結合する炭素原子が１級および２級の炭素原
子であるポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレ
ン、ポリ酢酸ビニル、ポリアクリル酸などが主として使
用されてきた。
主鎖に１級および２級炭素原子を持つポリマの場合に
は、脱バインダ工程におけるポリマ除去の機構がセグメ
ントの熱運動に基づいた分子鎖の切断にあると考えられ
ることから、セグメントの熱運動を盛んにするには高温
を必要とするとともに、長時間を要することとなる。従
来の熱分解によるバインダの除去において、高温および
長時間を要するのは、このような理由によるものと考え
られる。
は、脱バインダ工程におけるポリマ除去の機構がセグメ
ントの熱運動に基づいた分子鎖の切断にあると考えられ
ることから、セグメントの熱運動を盛んにするには高温
を必要とするとともに、長時間を要することとなる。従
来の熱分解によるバインダの除去において、高温および
長時間を要するのは、このような理由によるものと考え
られる。
これに対して、主鎖に３級炭素原子を有するポリマ
は、紫外線を照射すると比較的容易に光分解する性質を
もっていることが知られている。かかるポリマには、例
えば、ポリイソブチレン、ポリメタクリル酸、ポリメタ
クリル酸エステル、ポリメタクリルアミド、ポリαメチ
ルスチレンおよびこれらの混合物などがある。
は、紫外線を照射すると比較的容易に光分解する性質を
もっていることが知られている。かかるポリマには、例
えば、ポリイソブチレン、ポリメタクリル酸、ポリメタ
クリル酸エステル、ポリメタクリルアミド、ポリαメチ
ルスチレンおよびこれらの混合物などがある。
例えば、ポリメタクリル酸エステルは、紫外線の照射
によりノリッシュ（Norrish）型の分解を起こして分子
が崩壊する。この型の分解は、カルボニル基のπ電子や
非結合電子対が紫外線により励起されることにより開始
するものと考えられている。励起エネルギは炭素−炭素
結合エネルギと同等であるので、特に高温の熱エネルギ
を加えることなく結合の開裂が起こり、しかも、この結
合の開裂は、ラジカル反応であるとされている。
によりノリッシュ（Norrish）型の分解を起こして分子
が崩壊する。この型の分解は、カルボニル基のπ電子や
非結合電子対が紫外線により励起されることにより開始
するものと考えられている。励起エネルギは炭素−炭素
結合エネルギと同等であるので、特に高温の熱エネルギ
を加えることなく結合の開裂が起こり、しかも、この結
合の開裂は、ラジカル反応であるとされている。
ミラー（Miller）等は、前者のポリマを架橋型ポリ
マ、後者のポリマを光分解型ポリマと呼んでいるが、こ
れらのポリマは第１表のように示すことができる。
マ、後者のポリマを光分解型ポリマと呼んでいるが、こ
れらのポリマは第１表のように示すことができる。
また、重合熱の大小もポリマの崩壊の目安とすること
ができる。重合熱の小さいポリマは、熱解離に際して単
量体に分解し易く、紫外線による崩壊を生じ易い。例え
ば、主鎖が１級炭素原子のポリエチレンの重合熱は22kc
al/モルであり、主鎖に３級炭素原子をもつポリメタク
リル酸メチルのそれは13kcal/モルである。
ができる。重合熱の小さいポリマは、熱解離に際して単
量体に分解し易く、紫外線による崩壊を生じ易い。例え
ば、主鎖が１級炭素原子のポリエチレンの重合熱は22kc
al/モルであり、主鎖に３級炭素原子をもつポリメタク
リル酸メチルのそれは13kcal/モルである。
本発明者は、上記したポリマの特性と、バインダとし
て必要な上記特性とを考慮して、バインダの主成分とな
るポリマとして、光分解型ポリマ即ち紫外線分解性ポリ
マを使用してグリーンボディを形成し、脱バインダ工程
においてポリマに紫外線の照射を行なえば、バインダと
して必要な特性を損なうことなく、従来の熱分解による
脱バインダ技術と比較して、バインダ除去処理即ち脱バ
インダ処理の時間を実質上有意に短縮することができる
とともに脱バインダ処理を従来技術よりも実質上低温で
行えることを見出した。
て必要な上記特性とを考慮して、バインダの主成分とな
るポリマとして、光分解型ポリマ即ち紫外線分解性ポリ
マを使用してグリーンボディを形成し、脱バインダ工程
においてポリマに紫外線の照射を行なえば、バインダと
して必要な特性を損なうことなく、従来の熱分解による
脱バインダ技術と比較して、バインダ除去処理即ち脱バ
インダ処理の時間を実質上有意に短縮することができる
とともに脱バインダ処理を従来技術よりも実質上低温で
行えることを見出した。
かかる紫外線分解性ポリマとしては、上記第１表に示
す光分解型ポリマを使用することができ、主鎖に３級炭
素原子を有するものが好ましい。主鎖に３級炭素原子を
もつポリマとしては、主鎖の炭素原子にアルキル基、フ
ェニル基、カルボニル基またはπ電子もしくは非共有電
子対をもつ基を有するポリマから選ぶことができる。ま
た、かかるポリマは、常温で固体であり、分子量が約20
万以下であるものを使用することができる。更に、ワッ
クスに対して良好な相溶性を発揮するものを使用するの
が好ましい。
す光分解型ポリマを使用することができ、主鎖に３級炭
素原子を有するものが好ましい。主鎖に３級炭素原子を
もつポリマとしては、主鎖の炭素原子にアルキル基、フ
ェニル基、カルボニル基またはπ電子もしくは非共有電
子対をもつ基を有するポリマから選ぶことができる。ま
た、かかるポリマは、常温で固体であり、分子量が約20
万以下であるものを使用することができる。更に、ワッ
クスに対して良好な相溶性を発揮するものを使用するの
が好ましい。
バインダとしてかかる紫外線分解性ポリマを使用して
つくった成形体即ちグリーンボディの脱バインダを行な
うため、紫外線の照射によるバインダ即ちポリマの光分
解を行なう。この光分解は、バインダを構成するポリマ
が紫外線による光分解を引き起こすのに十分な温度、例
えば、300℃において行なわれる。例えば、光分解を大
気圧下において行なう場合には、成形体即ちバインダを
150乃至300℃の温度に加熱して行なうと有利であること
がわかった。大気圧下におけるかかる範囲の温度では、
バインダを構成する上記したポリマは実質上熱分解を起
こさないので、この範囲での加熱は、バインダの主成分
であるポリマを熱分解させるのではなく、ポリマの光分
解を促進するものであると考えるのが適当である。
つくった成形体即ちグリーンボディの脱バインダを行な
うため、紫外線の照射によるバインダ即ちポリマの光分
解を行なう。この光分解は、バインダを構成するポリマ
が紫外線による光分解を引き起こすのに十分な温度、例
えば、300℃において行なわれる。例えば、光分解を大
気圧下において行なう場合には、成形体即ちバインダを
150乃至300℃の温度に加熱して行なうと有利であること
がわかった。大気圧下におけるかかる範囲の温度では、
バインダを構成する上記したポリマは実質上熱分解を起
こさないので、この範囲での加熱は、バインダの主成分
であるポリマを熱分解させるのではなく、ポリマの光分
解を促進するものであると考えるのが適当である。
更に、かかる範囲の温度とすると、グリーンボディを
構成する粉末状物質の多くが、脱バインダ処理の際に酸
化されるのを有効に防止することができるという利点も
得られることがわかった。この範囲の温度において酸化
を起こすような粉末状物質の場合には、非酸化性雰囲気
を使用して脱バインダ処理を行なうことができる。
構成する粉末状物質の多くが、脱バインダ処理の際に酸
化されるのを有効に防止することができるという利点も
得られることがわかった。この範囲の温度において酸化
を起こすような粉末状物質の場合には、非酸化性雰囲気
を使用して脱バインダ処理を行なうことができる。
更に、脱バインダ処理を一層有効に行なうためには、
バインダのポリマを流動化させることが望ましいことが
わかった。本発明のバインダの主成分である紫外線分解
性ポリマは、大気圧下では上記した150乃至300℃の温度
で良好に流動化し、従って、脱バインダ処理の際の紫外
線の照射は、バインダを150乃至300℃の範囲の温度にし
て行なうのが好ましい。
バインダのポリマを流動化させることが望ましいことが
わかった。本発明のバインダの主成分である紫外線分解
性ポリマは、大気圧下では上記した150乃至300℃の温度
で良好に流動化し、従って、脱バインダ処理の際の紫外
線の照射は、バインダを150乃至300℃の範囲の温度にし
て行なうのが好ましい。
しかしながら、本発明のバインダ処理は、理論的に
は、上記した範囲の温度に限定されるものではない。紫
外線の照射が行なわれる限りは、300℃よりも高温、即
ち、従来の熱分解による脱バインダ処理温度までバイン
ダを加熱しても、実質上同様な処理時間で脱バインダで
処理を行なうことができる。これは、理論的には明らか
ではないが、この温度においては紫外線分解性ポリマの
熱分解が起こることが十分に考えられるが、該ポリマの
熱分解に比べて、光分解が著しく早い速度で行なわれ、
脱バインダが実質上光分解によって行なわれるからであ
ると考えられる。従って、このような高温においては、
光分解と比較すれば無視し得るものではあるが、ポリマ
の熱分解もわずかに生じていることは考えられる。ま
た、例えば大気圧よりも低い圧力とすれば、100℃より
も低い温度で脱バインダ処理を行なっても、従来の脱バ
インダ処理に比較して処理時間を有意に短縮することが
できるものである。
は、上記した範囲の温度に限定されるものではない。紫
外線の照射が行なわれる限りは、300℃よりも高温、即
ち、従来の熱分解による脱バインダ処理温度までバイン
ダを加熱しても、実質上同様な処理時間で脱バインダで
処理を行なうことができる。これは、理論的には明らか
ではないが、この温度においては紫外線分解性ポリマの
熱分解が起こることが十分に考えられるが、該ポリマの
熱分解に比べて、光分解が著しく早い速度で行なわれ、
脱バインダが実質上光分解によって行なわれるからであ
ると考えられる。従って、このような高温においては、
光分解と比較すれば無視し得るものではあるが、ポリマ
の熱分解もわずかに生じていることは考えられる。ま
た、例えば大気圧よりも低い圧力とすれば、100℃より
も低い温度で脱バインダ処理を行なっても、従来の脱バ
インダ処理に比較して処理時間を有意に短縮することが
できるものである。
本発明のバインダ除去即ち脱バインダ法は、第１図に
示すような光分解炉装置を使用して実施することができ
る。
示すような光分解炉装置を使用して実施することができ
る。
上記した紫外線分解性ポリマを主成分とするバインダ
を使用して粉末状物質をペレット化し、これを例えば射
出成形処理して形成した成形体即ちグリーンボディ１
を、全体を参照番号２で示す光分解炉装置の室内に配設
した支持台３に載置する。グリーンボディ１は、炉室内
において所定の温度に保持されるように、外部から熱的
に遮断するのが好ましい。この遮断手段については後述
する。
を使用して粉末状物質をペレット化し、これを例えば射
出成形処理して形成した成形体即ちグリーンボディ１
を、全体を参照番号２で示す光分解炉装置の室内に配設
した支持台３に載置する。グリーンボディ１は、炉室内
において所定の温度に保持されるように、外部から熱的
に遮断するのが好ましい。この遮断手段については後述
する。
次に、紫外線源４を用いてグリーンボディに紫外線を
照射してグリーンボディ内のバインダ即ちポリマの光分
解を行なう。紫外線源４としては、紫外線ランプのほ
か、水銀ランプなども有効に使用することができる。例
えば、アメリカ合衆国に所在するウルトラ・バイオレッ
ト社製の強力短波長紫外線ランプ（Ｒ−52G型、200−28
0nm、1,250μW/cm2）、岩崎電気株式会社製の水銀ラン
プ（BHRF、160WH）を使用することができる。コストの
観点からは、水銀ランプが好ましく使用される。
照射してグリーンボディ内のバインダ即ちポリマの光分
解を行なう。紫外線源４としては、紫外線ランプのほ
か、水銀ランプなども有効に使用することができる。例
えば、アメリカ合衆国に所在するウルトラ・バイオレッ
ト社製の強力短波長紫外線ランプ（Ｒ−52G型、200−28
0nm、1,250μW/cm2）、岩崎電気株式会社製の水銀ラン
プ（BHRF、160WH）を使用することができる。コストの
観点からは、水銀ランプが好ましく使用される。
光分解は、上記したように、バインダを構成するポリ
マが紫外線による光分解を引き起こすのに十分な温度に
おいて行なわれる。例えば、大気圧下においては、本発
明の経済性、ポリマの光分解性、本発明の実施性などを
考慮して、好ましくは150乃至300℃の範囲の温度で行な
う。これにより、光分解の速度を一層大きくすることが
できるとともに本発明の方法の実施の際の容易性と経済
性とを確保することができる。また、バインダのポリマ
の流動性を一層高めることができ、光分解を更に促進す
ることができる。更にまた、上記温度範囲は、グリーン
ボディを構成する多くの粉末状物質の酸化を阻止するこ
とができることからも好ましい。かかる温度範囲におい
ても酸化を受けやすい材料に関しては、炉室内を窒素な
どの非酸化性雰囲気にして光分解を行なうことができ
る。加熱は、ヒータ５を用いて行なうことができる。
マが紫外線による光分解を引き起こすのに十分な温度に
おいて行なわれる。例えば、大気圧下においては、本発
明の経済性、ポリマの光分解性、本発明の実施性などを
考慮して、好ましくは150乃至300℃の範囲の温度で行な
う。これにより、光分解の速度を一層大きくすることが
できるとともに本発明の方法の実施の際の容易性と経済
性とを確保することができる。また、バインダのポリマ
の流動性を一層高めることができ、光分解を更に促進す
ることができる。更にまた、上記温度範囲は、グリーン
ボディを構成する多くの粉末状物質の酸化を阻止するこ
とができることからも好ましい。かかる温度範囲におい
ても酸化を受けやすい材料に関しては、炉室内を窒素な
どの非酸化性雰囲気にして光分解を行なうことができ
る。加熱は、ヒータ５を用いて行なうことができる。
この光分解による脱バインダ処理においては、第２図
に示すように、加熱により先づ、グリーンボディ１の表
面およびその付近でバインダ即ちポリマ６が液状化し、
次に、第２図において矢印７で示すように照射された紫
外線により光分解を起こし、第２図において矢印８で示
すように蒸気化される。次いで、グリーンボディ１内部
のバインダ即ちポリマが、第２図に示すように、グリー
ンボディを構成する粉末状物質９間を毛管作用によって
次第にグリーンボディの表面に浮び上がり、光分解を受
け、蒸気化されることにより、脱バインダが促進され
る。また、加熱により流動化したバインダは、光分解に
より重合度が低下し、低温でも粘性が著しく低下した液
体10となって支持台３に流れ落ちることにより脱バイン
ダされるものもある。従って、支持台３は、液状のバイ
ンダを吸収保持することができる材料から形成するのが
好ましい。
に示すように、加熱により先づ、グリーンボディ１の表
面およびその付近でバインダ即ちポリマ６が液状化し、
次に、第２図において矢印７で示すように照射された紫
外線により光分解を起こし、第２図において矢印８で示
すように蒸気化される。次いで、グリーンボディ１内部
のバインダ即ちポリマが、第２図に示すように、グリー
ンボディを構成する粉末状物質９間を毛管作用によって
次第にグリーンボディの表面に浮び上がり、光分解を受
け、蒸気化されることにより、脱バインダが促進され
る。また、加熱により流動化したバインダは、光分解に
より重合度が低下し、低温でも粘性が著しく低下した液
体10となって支持台３に流れ落ちることにより脱バイン
ダされるものもある。従って、支持台３は、液状のバイ
ンダを吸収保持することができる材料から形成するのが
好ましい。
第１図において、参照番号11、12、13および14は、炉
２の室内を断熱状態に保持するようにそれぞれ配設され
た断熱材、保温材、セラミックウールおよびガラス板で
あり、ガラス板12は、紫外線を容易に透過することがで
きるように石英ガラスから形成することができる。この
目的のためには、例えば、短波長の紫外線を透過し易い
透明な石英ガラス（東芝セラミック株式会社製のT103
0、肉厚2mm）または耐熱ガラス（岩城硝子株式会社製の
IWAKI7740、肉厚2mm）を使用することができる。
２の室内を断熱状態に保持するようにそれぞれ配設され
た断熱材、保温材、セラミックウールおよびガラス板で
あり、ガラス板12は、紫外線を容易に透過することがで
きるように石英ガラスから形成することができる。この
目的のためには、例えば、短波長の紫外線を透過し易い
透明な石英ガラス（東芝セラミック株式会社製のT103
0、肉厚2mm）または耐熱ガラス（岩城硝子株式会社製の
IWAKI7740、肉厚2mm）を使用することができる。
（作用） 本発明においては、バインダは紫外線分解性を有する
ポリマを主成分とするものであり、従って、グリーンボ
ディへの紫外線の照射により、バインダは光分解を起こ
し、例えば蒸気化してグリーンボディから揮散すること
により、バインダの除去が行なわれる。
ポリマを主成分とするものであり、従って、グリーンボ
ディへの紫外線の照射により、バインダは光分解を起こ
し、例えば蒸気化してグリーンボディから揮散すること
により、バインダの除去が行なわれる。
（効果） 以上のように、本発明は、粉末状物質の成形におい
て、紫外線分解性を有するポリマを主成分とするバイン
ダを使用して前記粉末状物質を成形してグリーンボディ
を形成し、該グリーンボディに紫外線を照射してバイン
ダを光分解させるように構成されているから、最終成形
製品の品質などに悪影響を及ぼすことなく、バインダ除
去処理即ち脱バインダ処理を実質上低温、かつ、短時間
で行なうことができる。
て、紫外線分解性を有するポリマを主成分とするバイン
ダを使用して前記粉末状物質を成形してグリーンボディ
を形成し、該グリーンボディに紫外線を照射してバイン
ダを光分解させるように構成されているから、最終成形
製品の品質などに悪影響を及ぼすことなく、バインダ除
去処理即ち脱バインダ処理を実質上低温、かつ、短時間
で行なうことができる。
以下、本発明を実施例に関して更に説明する。
実験１ 本実験においては、紫外線分解性ポリマをバインダと
して使用してグリーンボディをつくり、光分解による脱
バインダを行った。
して使用してグリーンボディをつくり、光分解による脱
バインダを行った。
本実験では、紫外線分解性ポリマとして、パラフィン
ワックスとの相溶性のよいポリメタクリル酸エステル系
ポリマと、ポリαメチルスチレン系ポリマを使用した。
ポリメタクリル酸エステルは、三菱レーヨン株式会社か
らBR115（分子量約55,000）およびBR116（分子量約45,0
00）の名称で販売されているものを使用するとともに、
ポリαメチルスチレンはアメリカ合衆国に所在するアモ
コ・ケミカルズ・コーポレイション（Amoco Chemicals
Corporation）社からAMOCO240（分子量約790）の名称で
販売されているものを使用した。これらの各ポリマおよ
びこれらの混合物を、従来からバインダに混合されてい
るパラフィンワックスと組合わせて、十分に相溶するよ
うに150℃で混合し、バインダを調製した。
ワックスとの相溶性のよいポリメタクリル酸エステル系
ポリマと、ポリαメチルスチレン系ポリマを使用した。
ポリメタクリル酸エステルは、三菱レーヨン株式会社か
らBR115（分子量約55,000）およびBR116（分子量約45,0
00）の名称で販売されているものを使用するとともに、
ポリαメチルスチレンはアメリカ合衆国に所在するアモ
コ・ケミカルズ・コーポレイション（Amoco Chemicals
Corporation）社からAMOCO240（分子量約790）の名称で
販売されているものを使用した。これらの各ポリマおよ
びこれらの混合物を、従来からバインダに混合されてい
るパラフィンワックスと組合わせて、十分に相溶するよ
うに150℃で混合し、バインダを調製した。
得られたバインダを、平均粒度が10ミクロンの金属粉
体（SUS304ステンレス鋼）に混練してペレットをつくっ
た。
体（SUS304ステンレス鋼）に混練してペレットをつくっ
た。
比較のために、光分解を起こしにくい架橋型ポリマを
使用して比較バインダを同様な態様でつくった。使用し
たポリマは、三菱油化株式会社からMS330の名称で販売
されているポリエチレンおよび三菱油化株式会社からMA
2Aの名称で販売されているポリプロピレンを使用した。
使用して比較バインダを同様な態様でつくった。使用し
たポリマは、三菱油化株式会社からMS330の名称で販売
されているポリエチレンおよび三菱油化株式会社からMA
2Aの名称で販売されているポリプロピレンを使用した。
これらのバインダにおいては、パラフィンワックス
は、射出成形時のペレットに流動性を付与するため、40
乃至60％の量をポリマに配合した。
は、射出成形時のペレットに流動性を付与するため、40
乃至60％の量をポリマに配合した。
このようにして得られたバインダの組成および配合量
は、第２表に示す通りであった。
は、第２表に示す通りであった。
このようにして得られたバインダを、第２表に示すよ
うに量を変えて、金属粉体5kgに添加し、真空混練器
（株式会社ダルトン製、容量５）を用いて約150℃の
温度で１時間混練を行なって均質なスラリを形成した。
その後、このスラリを冷却し、平均粒径が2mmとなるよ
うに粉砕し、これを用いてペレットを形成した。
うに量を変えて、金属粉体5kgに添加し、真空混練器
（株式会社ダルトン製、容量５）を用いて約150℃の
温度で１時間混練を行なって均質なスラリを形成した。
その後、このスラリを冷却し、平均粒径が2mmとなるよ
うに粉砕し、これを用いてペレットを形成した。
次に、かかるペレットを使用して射出成形を行ない、
縦20mm、横20mm、肉厚3mmの板状のグリーンボディを形
成し、脱バインダ用の試料とした。射出成形は、成形温
度130乃至160℃、成形圧力600乃至800kg/cm2の条件で行
なった。射出成形の温度および圧力をこのような範囲と
したのは、バインダの粘性、流動性、融点などを考慮し
たからである。
縦20mm、横20mm、肉厚3mmの板状のグリーンボディを形
成し、脱バインダ用の試料とした。射出成形は、成形温
度130乃至160℃、成形圧力600乃至800kg/cm2の条件で行
なった。射出成形の温度および圧力をこのような範囲と
したのは、バインダの粘性、流動性、融点などを考慮し
たからである。
次に、第１図に示すように構成された光分解炉装置を
使用して、グリーンボディの脱バインダ処理を行なっ
た。脱バインダは、グリーンボディの温度を200乃至250
℃に２乃至10時間保持しながら、グリーンボディに紫外
線を照射することにより行なった。紫外線源として、上
記した商業的に入手することができる強力短波長紫外線
ランプと、水銀ランプとを使用した。紫外線の照射強度
は、アメリカ合衆国に所在するウルトラバイオレット社
製のアナログ型紫外線強度計（Ｊ−225）で測定した。
また、第１図に示すガラス板14として、岩城硝子株式会
社からIWAKI7740の名称で販売されている耐熱ガラス
（肉厚3mm）を使用した。
使用して、グリーンボディの脱バインダ処理を行なっ
た。脱バインダは、グリーンボディの温度を200乃至250
℃に２乃至10時間保持しながら、グリーンボディに紫外
線を照射することにより行なった。紫外線源として、上
記した商業的に入手することができる強力短波長紫外線
ランプと、水銀ランプとを使用した。紫外線の照射強度
は、アメリカ合衆国に所在するウルトラバイオレット社
製のアナログ型紫外線強度計（Ｊ−225）で測定した。
また、第１図に示すガラス板14として、岩城硝子株式会
社からIWAKI7740の名称で販売されている耐熱ガラス
（肉厚3mm）を使用した。
比較のため、本発明のバインダおよび比較バインダの
双方について、紫外線の照射を行なわず加熱だけを行な
う試験を実施した。
双方について、紫外線の照射を行なわず加熱だけを行な
う試験を実施した。
上記した加熱における昇温速度は、発泡孔やクラック
の発生を防止するように、32℃／時間とした。脱バイン
ダ処理後、空冷し、バインダ除去率を測定した。結果
は、第３表に示す通りであった。
の発生を防止するように、32℃／時間とした。脱バイン
ダ処理後、空冷し、バインダ除去率を測定した。結果
は、第３表に示す通りであった。
なる式に従って算出した。上記式において、Ａは脱バイ
ンダ処理前のグリーンボディの重量、Ｂは脱バインダ処
理後のグリーンボディの重量、Ｃは使用されたバインダ
の重量である。
ンダ処理前のグリーンボディの重量、Ｂは脱バインダ処
理後のグリーンボディの重量、Ｃは使用されたバインダ
の重量である。
第３表に示す結果から、本実験に係るバインダ除去方
法によれば、グリーンボディからのバインダの除去を短
時間で有効に行なえることがわかる。また、紫外線源と
しては、高価な紫外線ランプだけでなく、商業的に入手
が一層容易な水銀ランプも有効に使用することができる
ことがわかる。
法によれば、グリーンボディからのバインダの除去を短
時間で有効に行なえることがわかる。また、紫外線源と
しては、高価な紫外線ランプだけでなく、商業的に入手
が一層容易な水銀ランプも有効に使用することができる
ことがわかる。
第３表においては、バインダ除去率は、紫外線ランプ
による照射よりも水銀ランプによる照射の方が高くなっ
ているが、これは照射強度の相違によるもので、両者の
照射強度を実質上同等にして行なった試験では、実質上
同等のバインダ除去率となった。
による照射よりも水銀ランプによる照射の方が高くなっ
ているが、これは照射強度の相違によるもので、両者の
照射強度を実質上同等にして行なった試験では、実質上
同等のバインダ除去率となった。
更に、上記のようにして得た各試料について、処理温
度を変えて脱バインダ率を測定した。この測定にあたっ
ては、上記した水銀ランプを使用した。照射強度は、50
0μw/cm2と2,500μw/cm2であった。結果は第４表に示す
通りであった。
度を変えて脱バインダ率を測定した。この測定にあたっ
ては、上記した水銀ランプを使用した。照射強度は、50
0μw/cm2と2,500μw/cm2であった。結果は第４表に示す
通りであった。
第４表に示すように、本発明の脱バインダ法によれ
ば、従来の方法と比較して、著しく低温かつ短時間でバ
インダの除去を行なうことができることがわかる。
ば、従来の方法と比較して、著しく低温かつ短時間でバ
インダの除去を行なうことができることがわかる。
更にまた、上記試料を使用し、脱バインダ処理時間を
変えて脱バインダ率を測定した。この測定にあたって
も、上記した水銀ランプを使用した。照射強度は、同じ
く500μw/cm2であった。結果は第５表に示す通りであっ
た。
変えて脱バインダ率を測定した。この測定にあたって
も、上記した水銀ランプを使用した。照射強度は、同じ
く500μw/cm2であった。結果は第５表に示す通りであっ
た。
第５表からわかるように、試料番号１乃至５の各バイ
ンダを用いれば、バインダの除去を著しく短時間で行う
ことができる。
ンダを用いれば、バインダの除去を著しく短時間で行う
ことができる。
実験２ 本実験では、本発明の方法が最終成形製品に及ぼす影
響について検討するために行われた。
響について検討するために行われた。
まず、第６表に示す各バインダと（試料番号11乃至2
1）を実験１と同様にして調製し、第７表に示すよう
に、それぞれ成形体用粉末状物質に第７表に示す量をも
って添加し、真空混練機により粉末状物質とバインダと
を150℃の温度で約１乃至1.5時間混練して均一なスラリ
を形成し、冷却した。次に、混練物を粉砕して平均粒径
が約4mmの粒状物とし、該粒状物からペレットを形成し
た。
1）を実験１と同様にして調製し、第７表に示すよう
に、それぞれ成形体用粉末状物質に第７表に示す量をも
って添加し、真空混練機により粉末状物質とバインダと
を150℃の温度で約１乃至1.5時間混練して均一なスラリ
を形成し、冷却した。次に、混練物を粉砕して平均粒径
が約4mmの粒状物とし、該粒状物からペレットを形成し
た。
かくして得られたそれぞれのペレットを用いて、第８
表に示す射出成形条件により最大直径が65mmで最大肉厚
が7mmのお椀状成形体即ちグリーンボディを形成し、該
グリーンボディを第１図に示すように構成された光分解
炉装置に入れ、第８表に示す条件の下で脱バインダ処理
を行なった。次に、第８表に示す条件で焼結処理を行な
い、最終成形製品を得た。得られた最終成形焼結製品
は、変形や歪が全くなく、かつ、表面にクラックおよび
傷も全く存在しないものであった。
表に示す射出成形条件により最大直径が65mmで最大肉厚
が7mmのお椀状成形体即ちグリーンボディを形成し、該
グリーンボディを第１図に示すように構成された光分解
炉装置に入れ、第８表に示す条件の下で脱バインダ処理
を行なった。次に、第８表に示す条件で焼結処理を行な
い、最終成形製品を得た。得られた最終成形焼結製品
は、変形や歪が全くなく、かつ、表面にクラックおよび
傷も全く存在しないものであった。
第１図は本発明の方法を実施するのに使用することがで
きる光分解炉の概略断面図、第２図は本発明におけるバ
インダの除去の過程を示すグリーンボディの部分概略断
面図である。 １……グリーンボディ、２……光分解炉装置、３……支
持台、４……紫外線源、５……ヒータ、６……バイン
ダ、７……紫外線、８……バインダ蒸気、９……粉末状
物質、10……バインダ液体、11……断熱材、12……保温
材、13……セラミックウール、14……ガラス板。
きる光分解炉の概略断面図、第２図は本発明におけるバ
インダの除去の過程を示すグリーンボディの部分概略断
面図である。 １……グリーンボディ、２……光分解炉装置、３……支
持台、４……紫外線源、５……ヒータ、６……バイン
ダ、７……紫外線、８……バインダ蒸気、９……粉末状
物質、10……バインダ液体、11……断熱材、12……保温
材、13……セラミックウール、14……ガラス板。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−199570（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−6171（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−275748（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B22F 3/02 - 3/10 C04B 35/64
Claims (3)
- 【請求項１】バインダを使用して成形したグリーンボデ
ィからバインダを除去する方法において、 前記バインダは、ポリイソブチレン、ポリメタクリル
酸、ポリメタクリル酸エステル、ポリメタクリルアミ
ド、ポリαメチルスチレンおよびこれらの混合物よりな
る群から選ばれた紫外線分解性を有するポリマを主成分
とするものであり、 前記ポリマが紫外線による光分解を引き起こすのに十分
な150乃至300℃の温度に大気圧下において前記グリーン
ボディを加熱した状態で前記グリーンボディに紫外線を
照射して前記グリーンボディを構成する粉末の酸化を防
止させながら前記バインダを光分解して前記グリーンボ
ディからバインダを除去する方法。 - 【請求項２】前記ポリマは分子量が20万以下であること
を特徴とする請求項１に記載の方法。 - 【請求項３】前記紫外線の照射は水銀ランプを使用して
行うことを特徴とする請求項１に記載の方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01320922A JP3100968B2 (ja) | 1989-12-11 | 1989-12-11 | グリーンボディからバインダーを除去する方法 |
| US07/480,211 US4978498A (en) | 1989-12-11 | 1990-02-14 | Method for removing binder from green body |
| CA002011121A CA2011121C (en) | 1989-12-11 | 1990-02-28 | Method for removing binder from green body |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01320922A JP3100968B2 (ja) | 1989-12-11 | 1989-12-11 | グリーンボディからバインダーを除去する方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03183704A JPH03183704A (ja) | 1991-08-09 |
| JP3100968B2 true JP3100968B2 (ja) | 2000-10-23 |
Family
ID=18126778
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP01320922A Expired - Lifetime JP3100968B2 (ja) | 1989-12-11 | 1989-12-11 | グリーンボディからバインダーを除去する方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4978498A (ja) |
| JP (1) | JP3100968B2 (ja) |
| CA (1) | CA2011121C (ja) |
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| FR2788268B1 (fr) * | 1999-01-11 | 2002-05-31 | Ct De Transfert De Technologie | Composition ceramique pateuse pour l'alimentation d'une machine de prototypage rapide et procede de fabrication |
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