JPH02225602A - 焼結金属の製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は焼結金属の製造法に関し、さらに詳しくは迅速
に成形体からバインダーを除去することができ、形状、
または外観を損なうことなく、所要時間巾ない焼結金属
の製造法に関する。

（従来技術） 従来、焼結金属を製造するには、まず、金属粉末とバイ
ンダーをブレンドしてインジェクション成形し、焼結金
属用の成形体（グリーンボディ）を製造する。

次いで、これを加熱してバインダー成分を分解除去して
中間製品（ブラウンボディ）を製造し、次いで加熱条件
を変更して焼結処理して金属成分のみが焼結された状態
（シルバーボディ）の製品として取り出すという方式が
代表的な方法の一つでインジェクションパウダーメタラ
ジ−またはメタルインジェクションモールディング（Ｍ
ＩＭ）とも呼ばれている。

その廃用られるバインダーとしては、種々のもの、例え
ばポリプロピレン、カルナウバワックス、パラフィンワ
ックスなどが開発されており、それらは単独またはブレ
ンドされた状態で用いられていた。また、例えば、特開
昭５９−２２９４０３号公報などにはエチレン−酢酸ビ
ニル共重合体、低密度ポリエチレン、メタクリル酸エス
テル共重合体、フタル酸エステルなどを混合した組成物
を用いる方法などが紹介されている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記何れのバインダーも、次のような何
れかの欠点を有するものである。

■成形体（グリーンボディ）からバインダーを除去する
のに長時間を要する。

■バインダー成分を分解除去する際、バインダーが完全
に消失しにくい。

■焼結前の形体（グリーンボディ）の強度に問題がある
。

■成形体（グリーンボディ）を製造する際の成形温度が
１５０℃未満であるため他の射出成形作業との温度管理
上の繁雑さがある。因みに一般のプラスチック成形品を
成形する際の射出成形温度は１５０〜２５０℃である。

■バインダー組成物の配合が複雑である。

本発明者らは、かかる従来の問題点について鋭意検討し
、新しい焼結金属の製造法を開発し、本発明を完成する
に到った。

（発明の構成） 即ち、本発明は 「金属粉末を相対粘度１．１５〜３．２０を有するラク
トン樹脂をバインダーとし、必要に応じてステアリン酸
またはその金属塩をブレンドして成形し、次いで、得ら
れた成形体より前記バインダーを脱脂後加熱焼結するこ
とを特徴とする焼結金属の製造法」 である。

以下に本発明の詳細な説明する。

本発明でいう［・・・成形体よりバインダーを脱脂する
・　・］というのは成形体（グリーンボディ）を加熱し
てバインダー成分を分解除去して中間製品（ブラウンボ
ディ）を製造する段階の処理のことをいう。

本発明のポイントは従来用いられていたポリプロピレン
、カルナウバワックス、パラフィンワックス、エチレン
−酢酸ビニル共重合体を主とした配合物などの替わりに
一定の相対粘度（すなわち、分子量に相当する）をＨす
るラクトン樹脂をノくインダーとして用いるところにあ
り、本発明の焼結金属の製造法によって前記のような欠
点を解消することができる。

本発明の焼結金属の製造法に用いられる金属粉末素材と
してはアトマイズ鉄粉、カーボニル鉄粉、還元鉄粉、Ｎ
ｉ−Ｆｅ合金粉、通常の３０４．３１６ステンし・ス鋼
粉、パ１イス鋼粉、超硬合金粉、銅粉、アルミニウム粉
、チタン粉、各合金粉、磁性金属粉など従来用いられて
いたちのが同じように適用可能である。

なお、本発明で述べる樹脂の相対粘度とはし細管粘度計
（ウベロー・デ粘度計）を用いて測定した粘度とする。

測定法はＪＩＳ　　Ｋ６７２６に準じて行なった。

ただし、溶剤としてトルエンを用い、樹脂濃度１％、温
度２５℃プラスマイナス０．０５℃で測定した値とする
。

本発明で述べるラクトン樹脂の中で相対粘度１゜１５〜
３．２０を有するラクトン樹脂とは常温では固体であり
、各種の成形品やブレンド用樹脂として用いられている
ものである。

本発明の焼結金属の製造法に用いられるカプロラクトン
樹脂の好ましい相対粘度は１．１５〜３゜２０、さらに
好ましくは、１．５〜３．２０である。

すなわち、ε−カプロラクトン、トリメチルカプロラク
トン、δ−バレロラクトンなどのラクトンモノマーを活
性水素基を有する開始剤および触媒の存在下て開環付加
重合させることによりｆ％＋られる。

この反応に用いられる触媒としては有機スズ化合物、有
機チタン化合物、有機／％ロゲン化スズ化合物などが一
般的であり、その使用量は出発原料に対して０．１〜５
０００ｐｐｍ、好ましくは１０〜ｌＱＱｐｐｍである。

上記の相対粘度範囲を有するグレードの樹脂を製造する
には活性水素基を有する開始剤として新たに添加する必
要はなく、ラクトンモノマー中に通常含まれている微量
の水分を開始剤として重合を行なう。

含まれている水分の量が少なければ少ない程相対粘度は
高くなる。

反応温度は１００〜２３０℃が適当であり、不活性ガス
中で行なうのがよい。

反応温度を２３０℃以上にすることは好ましくない。と
いうのはラクトン樹脂の解重合温度が約２２０〜２３０
℃であるため、これ以上の高温度で反応を行なうと重合
物が分解し、分子量が大きくならないからである。

反対に反応温度が１００℃以下では反応速度が遅く、効
率が悪い。

この熱ｉＵ塑性ラクトン樹脂は常温で液体のものから固
体状のもの道程々の分子量（すなわち、相χ、１粘度に
相当する）を有するものがあり、各種の用途に用いられ
ている なお、相対粘度１，５０〜３．２０を有するラクトン樹
脂は各種の用途向けに市販されており、たとえば、倍力
操作用物体（特開昭６Ｏ−２４０６９２）、プラスチッ
ク粘土（特開昭６ｌ−４２６７９）、医療用ギブス（特
開昭５８−８１０４２）、医療用固定材、放射線照射用
フェイスマスク、かつらの型取材（特開昭６０−２１５
０１８）などに用いられている。

相対粘度１，１５〜３，２０を有するラクトン樹脂の具
体的な例としてはダイセル化学工業（株）で製造され、
市販されているカプロラクトンＨ−１、Ｈ−４、Ｈ−５
、Ｈ−７などのグレードがある。これらの各種グレード
の中でＨ−５およびＨ−７が特に好ましい。

したがって、これら市販のものを購入して用いても良い
。

また、上記各種のグレードのラクトン樹脂を２種類以上
ブレンドして用いても良い。

ブレンドして用いた場合、相当する単独のグレードのも
のより成形物の曲げ強度が改籍される効果があるので特
に目的とする成形物が薄肉の成形体の場合には有効であ
る。

ポリプロピレン、カルナウバワックス、パラフィンワッ
クスなどの替わりにカプロラクトン樹脂を金属粉末のバ
インダーとして使用するのが本発明のポイントであるが
、その作用効果は成形物からバインダーを除去するのに
要する時間（脱脂時間）が短縮され生産性が向上するこ
とである。

また、必要に応じて樹脂成形時に用いる滑剤として知ら
れＣいるステアリン酸またはその金属塩をブレンドして
も良い。

これらをブレンドして用いると成型物のＭ！４２性が改
良され、か一つ、加熱成形時の流動特性が改良される効
果がある。

したがって、艶などの表面状態が良好な成型物が得られ
る。

必要に応じて配合されるステアリン酸またはその金属塩
の量は全体の量に対して０．１〜５重二％、好ましくは
、０．３〜２重量％である。

配合される量が０．１重量％より少ないと添加する効果
が小さく、逆に５重量％以上添加すると効果が減殺され
るだけでなく、逆に弊害が生じてくるので好ましくない
。

以下に本発明の焼結金属の製造法における製造条件を順
に述べる。

（イ）成形体における樹脂の配合量 樹脂の配合量は全重量に対して５〜３０重量％、好まし
くは１０％前後である。

配合量が５重量％未満では、成１じ時における配合混へ
物の流動性が不足し、成形が困難にな乙ばかりでなく、
所望の強度をもった成ｌｌｊ体を成形することかできな
い。

一方、３０重量％を越える量を配合すると、樹脂の量が
多すぎるためバインダーを脱脂するのに要する時間が長
くなり、かつ、成形体の収縮率が大となり、かつ、成形
体に脆化傾向が現われるようになるので好ましくない。

特に配合量８〜１０％程度にするのが種々の点でバラン
スが取れており、とくに好ましい。

なお、第１図は一例とし２て相対粘度２．３４を有する
カプロラクトン樹脂を平均粒度１．２　ｌｉ　ｍを有す
る５ＵＳ３１６Ｌステンレス鋼粉末をステンレス鋼粉末
／樹脂−９０／　１．０割合で配合し、た配合物の溶融
時の流れ特性の温度依存性を８１１定した結果であり、
横軸が温度、縦軸がフローテスター（品性製作所製、荷
重１０ｋｇ／Ｃｍ　　　ノズル１、ｍｍφＸ１０ｒｎｍ
高さ、余熱時間１０分）による１ｌ−１定値を対数目盛
りで示したものである。

（ロ）金属粉末の平均粒度 平均粒度は１０〜５０μｍが好ましい。

平均粒度が１０μｍ未満になると、相対的に金属粉末の
比表面積が増大するので好ましくない。

逆に、５０μｍを越える粒度にするのは加熱焼結前の成
形体および加熱焼結後の焼結成形体の強度低下が著しく
なるので好ましくない。

（ハ）成形圧力条件 成形圧力は１５０〜１０００ｋｇ／ｃｍ２が好ましい。

成形圧力が１５０ｋｇ／ｃｍ２未満だと寸法精度の良い
成形体を形成することができない。

一方、１０００ｋｇ／ｃｍ”を越える圧力を適用しても
何のメリットもない。

（ニ）成形温度条件 成形温度は１５０〜２２０℃が好ましい。

成形温度が１５０℃未満だと流動性が悪いため成形する
ことができない。

一方、２２０℃を越える温度では粘度が低くなり過ぎて
成型しにくい。

なお、成形時の圧力条件と温度条件は相対的なものであ
り、圧力を高目にして成形する時は低目の温度で成形す
るこ′とができる。

要は金属粉末と樹脂との混合組成物の溶融時の粘度の問
題であり、複雑な形状の金型を使用する時は流れ易くな
る条件に設定すれば良い。

なお、成形は射出成形等を適用できる。

（ホ）脱脂条件 ■昇温速度 昇温速度は５〜ｂ 昇温速度を１００℃／時を越える速度にすると成形体に
発泡による孔やクラックが生じ、使用に耐える加熱成形
体を得ることができない。

一方、５℃／時未満の昇温速度では遅すぎて生産性にお
いて劣るので実用的でない。

■加熱温度 加熱温度は２２０〜８００℃が好ましい。

加熱温度が２２０℃未満ではバインダーであるラクトン
樹脂を完全に除去することができず焼結金属中に残留す
るので好ましくない。

一方、加熱温度を８００℃を越える高温にすると寸法精
度に狂いを生じるようになるので好ましくない。

■加熱保持時間 加熱保持時間は０〜１５時間が好ましい。

薄肉の成形体を作製する際には昇温過程だけで完全に樹
脂が除去されるので、特に加熱温度に保持する必要がな
い。

一方、どのような肉厚のものでも５〜１２時間あれば樹
脂が除去される。

■加熱焼結時の雰囲気 樹脂が炭化するのを防止するため、低温部では大気、高
温部では金属の酸化防止のため水素雰囲気中で行なうの
が好ましい。

なお、本発明の方法を実施するに際して、加熱焼゛結し
て樹脂を除去する処理は成形体を、これとは不活性なア
ルミナやシリカ、さらにはジルコニアなどの粉末中に埋
没させて行なうのが好ましく、これによって成形体の形
状保持効果が得られるだけでなく、液化樹脂の毛細管現
象による排出効果も促進されて、その処理時間の短縮が
はかれるようになる。

（発明の効果） 本発明の方法によれば焼結前の成形体の強度が大である
ので、保管φ運搬などにおける製品ロスが少なくなる。

また、用いられる樹脂が単独のものであり、単に金属粉
末との配合量のみをコントロールすればよく、工程管理
も簡単である。

つぎに、この発明を実施例及び比較例により具体的に説
明する。

実施例１ 平均粒度５〜８μｍを有する５ＵＳ３１６Ｌステンレス
鋼粉末９０部に対して相対粘度２．３４を有するポリカ
プロラクトン１０部を配合し加圧式ニーダ−を用い、１
３５℃の温度で１時間溶融状態で混合した後、冷却し粉
砕して平均粒度２ｍｍを有する配合混合物を調製した。

ついで、射出圧カフ００ｋｇ／Ｃｍ　　、成型温度１８
０℃の射出成形条件にて高さ４５ｍｍ、最大内厚２０ｍ
ｒｎ、最小肉厚３ｍｒｎ、最大径４５ｍｍ１最小径２４
ｍｍの寸法をもった偏肉円筒状射出成形体を成形し、こ
れをアルミナ粉末中に埋没させた状態で、昇温速度３０
℃／時、加熱温度５００　”Ｃ１１０時間にて射出成形
体を脱脂処理し、さらに水素雰囲気中１２００℃で４時
間焼結することによって良好な焼結金属成形体を得た。

実施例２ 平均粒度４〜７μｍを有するＦｅ−Ｎｉ合金９０部に対
して相対粘度２．３４を有するポリカプロラクトン１０
部を配合し加圧式ニーダを用い１３５℃の温度で１時間
溶融状態で混合した後、冷却し粉砕して平均粒度２ｍｍ
を有する配合混合物を調製した。

実施例１と同一の条件で射出成形、脱脂、焼結を行ない
、良好な金属焼結部材を得た。

実施例３ 平均粒度５〜８μｍを有する５ＵＳ３１６Ｌステンレス
鋼粉末９２部に対して相対粘度２．３４を有するポリカ
プロラクトン８部を配合した以外は実施例１と同じ条件
で行ない良好な焼結金属成形体を得た。

実施例４ 平均粒度５〜８μｍを有する５ＵＳ３１６Ｌステンレス
鋼粉末９１部に対して相対粘度２．３４を有するポリカ
プロラクトン９部を配合り、た以外は実施例１と同じ条
件で行ない良好な焼結金属成形体を得た。

実施例５ ステアリン酸（和光純薬製）を樹脂と金、ＶＡ粉の合計
量に対して０．５部配合した以外は実施例３と同じ条件
で行ない良好な焼結金属成形体を得た。

ステアリン酸を配合した以外は同じ条件である実施例３
の場合と比較して溶融時のｔ・ルク（すなわち、溶融粘
度に相当する）が２／３に低下した。

また、形継時に必要な加重が６割に低下し、離形性が向
上した。

実施例６ ステアリン酸マグネシウム（和光純薬製）を樹脂と金属
粉の合計量に対して１部配合した以外は実施例３と同じ
条件で行ない良好な焼結金属成形体を得た。

ステアリン酸マグネシウムを配合した以外は同じ条件で
ある実施例３の場合と比較して溶融時のトルク（すなわ
ち、溶融粘度に相当する）の低下はなかったが、離形時
に必要な加重が測定できない程度迄低下、すなわち、離
形性が著しく向上した。

実施例７ 平均粒度５〜８μｍを有する５ＵＳ３１６Ｌステンレス
鋼粉末の代りに平均粒度５〜８μｍを有するカルボニル
鉄粉を配合した以外は実施例１と同じ条件で行ない良好
な焼結金属成形体を得た。

実施例８ 平均粒度５〜８μｍを有する５ＵＳ３１６Ｌステンレス
鋼粉末の代りに平均粒度５〜８μｍを有するカルボニル
鉄粉を配合した以外は実施例３と同じ条件で行ない良好
な焼結金属成形体を得た。

実施例９ 相対粘度１．５０を有するポリカプロラクトン１０部を
配合した以外は実施例１と同じ条件で行ない良好な焼結
金属成形体を得た。

実施例１０ 相対粘度１．９３を有するポリカプロラクト８部を配合
した以外は実施例１と同じ条件で行ない良好な焼結金属
成形体を得た。

実施例１１ 相対粘度１．２８を有するポリカプロラクトン８部を配
合した以外は実施例６と同じ条件で行ない良好な焼結金
属成形体を得た。

実施例１２ 相対粘度１．９３を有するポリカプロラクトン８部を配
合した以外は実施例６と同じ条件で行ない良好な焼結金
属成形体を得た。

比較例 ポリカプロラクトンを配合する替わりにポリプロピレン
樹脂とパラフィンワックスの混合物を用いた場合は良好
な成形体を得るには脱脂工程と焼結工程合計で約４０時
間を要した。

【図面の簡単な説明】

第１図は金属粉末とラクトン樹脂配合組成物の溶融物の
流れ特性の温度依存性をｎ１定した結果であり、横軸が
温度、縦軸がフローテスターによるｉＰ１定値（対数尺
）である。 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 金属粉末を相対粘度１．１５〜３．２０を有するラクト
   ン樹脂をバインダーとし、必要に応じてステアリン酸ま
   たはその金属塩をブレンドして成形し、次いで、得られ
   た成形体より前記バインダーを脱脂後加熱焼結すること
   を特徴とする焼結金属の製造法。