JPH0126849B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、例えば散気管、インクローラ等に好
適な焼結多孔質体の製造方法に関するものであ
る。

熱可塑性樹脂のペレツト又は粉体から製造され
る焼結多孔質体は、高い機能性を有していること
から、近来広い産業分野に亘つて活用されてい
る。例えば、多孔性を生かした散気管、発泡板、
フイルタの瀘材、吸音材、電解装置の隔膜をはじ
め、吸液性を生かしたインクローラ、軸受に使用
されている。更には、親水性熱可塑性樹脂や導電
性熱可塑性樹脂を原料にして得られる親水性多孔
質体、導電性多孔質体が製造されており、ヒータ
等として多孔質体の利用範囲を一層拡大してい
る。

このような多孔質体を製造するに際して、現在
広く行なわれている方法によれば、熱可塑性樹脂
粉体又は粒子を金型内に充填するか或いはプレス
金型で圧粉体に成形し、しかる後に電気炉やガス
炉等の加熱炉内で一定時間加熱処理し、これによ
つて焼結多孔質体を得るようにしている。しかし
ながら、この公知の方法では、粉体層を外部から
加熱するために、焼結製品の外表面側と内部とで
焼結の進行度合に差が生じてしまい、製品の機械
的強度や空孔径に局部的なムラが生じ易くなる。
従つて、これを防止して使用に耐える強度と均一
な多孔性とを有する製品を作成するには、金型の
形状、焼結温度、焼結時間、昇温速度、炉の加熱
制御等のような熱伝導的な諸要素をすべて熟知
し、考慮して作業を行なわねばならない。但、こ
のようにしても、製品の大きさや肉厚には限界が
あり、極端に肉厚の大きいもの、長い形状のもの
は製造不可能であると考えられてきた。

本発明は、上記の実情に鑑み、高強度で均一多
孔性の焼結多孔質体を作業性及び再現性良く所望
形状に作成する方法を提供することを目的とする
ものである。

即ち、本発明は、導電性が付与された被焼結粒
子層を一対の対向電極間に配し、これら対向電極
の少なくとも一方を弾性手段の圧縮による弾性復
元力で前記被焼結粒子層側へ付勢した状態で、前
記一対の対向電極間にて前記被焼結粒子層を通し
て電流を流し、これによつて発生した熱エネルギ
ーを利用して前記被焼結粒子層の粒子同士を互い
に融着せしめ、この融着による前記被焼結粒子層
の体積収縮に応じて前記弾性手段をその弾性復元
力により伸張せしめ、この伸張した弾性手段の押
圧力で前記一対の対向電極の少なくとも一方を前
記被焼結粒子層側に絶えず押付けながら位置移動
せしめることを特徴とする焼結多孔質体の製造方
法に係るものである。

即ち、本発明の方法によれば、粒子層自体に導
電性を付与し、この導電部分を通じて電流を流し
ているので、粒子層全体に一様に通電してジユー
ル熱を均一に発生させることができ、従つて焼結
の進行度合が場所的に異なることがなく、高強度
で良多孔質の焼結製品が確実に得られることにな
る。しかも、通電中での温度上昇に伴なつて導電
性が低下し、発熱量が減少することにより一定の
平衡温度に対するが、これに着目して製造条件を
コントロールすれば均一な焼結多孔質体を作業性
及び再現性良く作成することが可能である。

また、本発明の方法では、上記電流を流すため
の対向電極の少なくとも一方を被焼結粒子層側へ
付勢し、上記ジユール熱による粒子同士の融着で
生じる粒子層の体積収縮時にも粒子層側へ移動、
押圧せしめているので、粒子層の充填密度を焼結
前に予め適切な範囲に設定できると共に、焼結中
でも粒子層には常に押圧力が加わるために対向電
極との間の接触を均一に保持し、焼結を均一に進
行させて強度及び空孔均一性に優れた焼結多孔質
体を得ることができる。しかも、上記被焼結粒子
層側への対向電極の付勢、更には体積収縮時の移
動、押圧を弾性手段（例えば導電性硬質ゴム）の
圧縮による弾性復元力の作用で行なつているの
で、弾性手段の物性を適切に決めさえすれば、焼
結前及び焼結中において常に所望の圧力で被焼結
粒子層に対し対向電極を押圧することができる。
従つて、簡略かつ容易にして、自動的に上記した
粒子充填密度及び焼結均一性を達成することがで
きる。

この方法を信頼性良く実施するには、次の装置
を使用することが非常に有利である。例えば、導
電性カーボンブラツクを配合した熱可塑性樹脂粉
体を円筒状のセラミツク製金型に充填し、この金
型の両開口側からアルミニウム製の電極板を取付
け、これら電極板間に交流電圧をかけて粉体の温
度上昇の様子を調べた。この結果、温度上昇して
粉体粒子間の融着が進行するに従つて、粉体の体
積収縮により粉体と電極板との間の接点が減少し
て発熱量が低下する。このために継続的な加熱が
不可能となり、ひいては焼結品の強度不足及び空
孔径のばらつきが一部生じてしまうが、図面に例
示したように、焼結中に電極板を常に樹脂粉体に
密着させる附勢手段を金型に設ければ、上記の問
題を解消することができる。

第１図の装置はインクローラ製造用の金型を例
示するものであつて、セラミツク等の耐熱絶縁性
筒状枠体１内に導電性樹脂粉体２が充填され、こ
の粉体と両側で接した状態で一対のアルミニウム
製対向電極板３，４が枠体１の両端開口部に挿入
されている。一方の電極板３は電極固定板５に直
接固定されているが、他方の電極板４の外側端面
には耐熱性のある導電性硬質ゴム６が密接せしめ
られている。このゴム６は圧縮可能で弾性力を有
していて、図示のように枠体１内に部分的に挿入
されているが、その右端面に圧縮用ねじ７の当て
板８が接当していることが重要である。即ち、ね
じ７は電極固定板５に取付けられた導電性軸受９
に軸支され、摘み１０の回転に伴なつてゴム６を
圧縮する方向に移動し、これによつて焼結前の粉
体２の充填密度が適度な範囲となるようにゴム６
を介して電極板４から粉体２に圧力が加わる。こ
のように構成すれば、焼結中に上述したように粉
体２の体積収縮が生じた場合、この収縮分だけ、
それまで圧縮されていたゴム６が弾性復元力によ
つて膨張することになり、電極板４を焼結粉体２
側へ移動させ、常に両者間の均一圧の接触を保持
することができる。他方の電極板３側でも同様の
現象が生じ、電極板４による粉体２への押圧力の
ために粉体２が電極板３に絶えず押付けられ、こ
れら両者間の接触をやはり常に保つことができ
る。

第２図の装置は肉薄の製品を作成するために使
用されるものであつて、絶縁性枠体１１内に電極
板１３、導電性樹脂粉体１２、電極板１４が順次
積層され、電極板１４の上面には上述と同様のね
じ１７の当て板１８が当てがわれている。ねじ１
７は共通の軸受１９により夫々軸支された状態
で、ハンドル２０の操作で当て板１８を介して粉
体１２に適度な圧縮応力が加わるようになつてい
る。軸受１９の周辺には、枠体１１の上端面に固
定された支持軸２１が緩めに挿入されており、こ
の支持軸２１の頭部２１ａと軸受１９との間にて
支持軸２１に圧縮スプリング２２が取付けられて
いる。従つて、このスプリング２２の弾性力によ
つて、軸受１９を介してねじ１７から電極板１４
に対し常に一定の圧力が加わつている。このた
め、焼結中に上述したように粉体１２の体積収縮
が生じると、この収縮分を吸収するようにスプリ
ング２２の弾性復元力の作用で軸受１９、従つて
電極板１４が下降し、電極板１４と粉体１２との
均一圧の接触を常に保つことができる。

以上に例示した装置を使用することにより、
10゜〜10⁷Ω・cmの体積固有抵抗を有する熱可塑性
樹脂粉体を原料として、円柱状、シート状等の高
強度良多孔質の焼結多孔質粉体を確実に製造する
ことができる。この場合、重要なことは、種々の
樹脂粉体の体積固有抵抗及び粒径、電極板間に印
加する電圧等と、充分な強度を有する多孔質体を
得るのに必要な最低焼結時間との間には、主とし
て、 ｔ∝l²・ｒ／v² （但、ｔは一定の機械的強度を得るのに必要な通
電時間、ｌは電極板間の間隔、ｒは粉体の粒径、
ｖは電圧である。） なる関係が成立することである。この関係式は、
ジユールの法則より誘導された理論式において熱
の放散量が変化しないものと仮定した場合に得ら
れたものであつて、通電時間（焼結時間）は主に
電極の間隔ｌと粉体粒度ｒと電圧ｖとによつて決
定され、粉体の体積とは無関係であることを示し
ている。従つて、上記の式を利用して、樹脂の種
類、粉体粒度、電圧、焼結時間を変化させると、
焼結の条件設定を容易に行なうことができる。特
に、電極間隔を狭くして大面積の導電性多孔質体
を低電圧で短時間に作成することができるし、ま
た電極間隔、粒度を一定にすれば電圧又は電流量
によつて焼結の進行状況を自動的に制御（自己制
御）することができる。このため、電極の電源回
路に定電流素子を接続しておき、焼結を完了する
のに要する電流量以上の電流が流れないようにす
れば、電気エネルギーの節約を図れ、しかも過度
の焼結を防ぐこともできる。

第１図の金型を使用したとき、例えばポリプロ
ピレンにカーボンブラツクを配合した導電性樹脂
を冷凍粉砕した５〜200メツシユの粉体を原料と
して、80mmφ×165mmＬのローラを作成できる。
このローラは、焼結時間により20〜180Kg／cm²の
圧縮強度を有しており、焼結時間を一定時間以上
に長くしても多孔質体の強度はあまり増加しなく
なることが分つている。

本発明で使用可能な焼結されるべき粒子は焼結
可能であれば種類を問わないが、例えば上述のポ
リオレフイン系の熱可塑性樹脂をはじめ、ポリア
ミド、ポリアセタール、ポリスチレン、ポリエン
樹脂、ポリエステル、ポリフエニレンサルフアイ
ド、ABS樹脂、ポリカーボネート等の樹脂が使
用されてよい。これらの樹脂粉体に導電性を付与
するには、カーボンブラツク、グラフアイト、金
属粉体等を冷凍粉砕前に少量添加した後に導電性
粉末に粉砕するか、或いは樹脂粉末に少量混合す
ることができる。この導電性充填材の添加量は焼
結体の機械的強度を損わないように選択する必要
があり、また樹脂粉末と混合する場合には、その
充填材の粒度は樹脂粉末の粒径と同程度にする方
が焼結体の機械的強度を高くすることができる。
また、熱可塑性樹脂と、アイオノマー樹脂又は合
成ゴム等の安定材と、カーボンブラツク等の導電
性充填材と、エチレンオキシアルコール又は高級
脂肪酸の多価アルコールエステル等の界面活性剤
と、高級脂肪酸又はその金属塩等の滑剤と、アジ
ピン酸ジイソプロピル等の可塑剤とからなる樹脂
組成物を焼結することができる。この場合は、熱
可塑性樹脂100重量部当り、５〜30重量部の導電
性充填材を使用するのがよい。上記の導電性樹脂
粉体又は組成物と他の非導電性熱可塑性樹脂とを
混合して、導電性を調整してもよい。

この場合、焼結多孔質体の機械的強度を変化さ
せることなく、広範囲の体積固有抵抗に調整する
ことができる。更に、樹脂自体が導電性を有する
ものを使用すれば、上記の導電性充填材は不要と
なり、また非導電性樹脂との混合により導電性を
調整できる。

なお、上述の装置において、例えば第１図の場
合、ゴム６として非導電性のものを使用してよい
が、電極板４からはリード線を直接取出すことに
なる。ゴム６の代りに第２図のような圧縮スプリ
ング等の他の弾性体が使用可能である。こうした
附勢手段は一方の電極だけでなく、両方の電極側
にも設けることができる。また、各構成部分の形
状や材質を種々に変えてよい。また、焼結される
べき原料を予め成形しておけば、上述の枠体１，
１１を使用しなくても所望形状に焼結が可能であ
る。

以上述べた本発明の方法によつて、これ迄不可
能であると考えられてきた肉厚の大きな製品や面
積の大きな製品を、電気炉やガス炉のような大型
の装置を用いずに非常に短時間でかつ簡単に製造
することができる。この結果、製造コストが著し
く低減し、また焼結が均一に進行して製品の強度
や空孔均一性が大幅に改善される。特に、得られ
た多孔質体は焼結による変形が少ないために、表
面側と内部とで空孔径にばらつき（ムラ）がな
く、しかも内部加熱によることから、強度ムラの
ない均質な製品となる。本発明により得られた多
孔質体は充分な耐摩耗性と共に導電性又は帯電防
止性を有しているから、単に既述した散気管やイ
ンクローラ等に限られることなく、その導電性を
生かしたヒータ等の製品にも利用可能であり、用
途的にみて非常に有用である。

以下、本発明を具体的な実施例に基いて更に詳
しく説明する。

実施例 １ プロピレン等のオレフインとビニルアルコール
との共重合体に導電性カーボンブラツクを配合し
てなる体積固有抵抗体5.0×10⁶Ω・cmの市販の導
電性熱可塑性樹脂組成物を−50℃で冷凍粉砕し、
48〜60メツシユの粒度に調整した導電性粉体を得
た。この粉体を第１図に示す円筒状の金型（29mm
φ×24mmＬ）に充填せしめ、80vの交流電圧を20
分間印加して焼結を行なつた。

この結果、空孔率38％、体積固有抵抗7.0×10⁴
Ω・cm、圧縮強度120Kg／cm²の導電性多孔質イン
クローラが作成された。通電前には粉体の全抵抗
は約15KΩであつたが、通電すると温度上昇に伴
なつて抵抗が上昇しだし、10分後には約45KΩに
なつたが、20分後には45KΩより少ししか下がら
なかつた。10〜20分の間では金型内の粉体温度が
ほゞ平衡に達したことが示された。

実施例 ２ 48〜60メツシユに調整されたポリプロピレンの
冷凍粉体８部と、平均60メツシユのアルミニウム
粉末２部とを均一に混合し、この混合粉末を第２
図に示す多孔板製造用プレスに充填せしめ、40V
の交流電圧を印加した。約15分の通電によつて、
引張強度60Kg／cm²、体積固有抵抗３×10²Ω・cm
の導電性焼結多孔板が得られた。この多孔板は
1500mm×1500mm×８mmｔの大きさのものまで製造
を試みたが、いずれも、粉体を均一に充填しさえ
すれば強度的にかなり均一な多孔板を製造でき
た。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明を例示するものであつて、第１図
は円柱状焼結多孔質体を製造する状態の金型の断
面図、第２図はシート状焼結多孔質体を製造する
装置の断面図である。なお、図面に用いられてい
る符号において、 １，１１……枠体、２，１２……導電性樹脂粉
体、３，４，１３，１４……電極板、６……圧縮
用耐熱ゴム、７，１７……ねじ、２２……圧縮ス
プリングである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 導電性が付与された被焼結粒子層を一対の対
   向電極間に配し、これら対向電極の少なくとも一
   方を弾性手段の圧縮による弾性復元力で前記被焼
   結粒子層側へ付勢した状態で、前記一対の対向電
   極間にて前記被焼結粒子層を通して電流を流し、
   これによつて発生した熱エネルギーを利用して前
   記被焼結粒子層の粒子同士を互いに融着せしめ、
   この融着による前記被焼結粒子層の体積収縮に応
   じて前記弾性手段をその弾性復元力により伸張せ
   しめ、この伸張した弾性手段の押圧力で前記一対
   の対向電極の少なくとも一方を前記被焼結粒子層
   側に絶えず押付けながら位置移動せしめることを
   特徴とする焼結多孔質体の製造方法。