JPH0270005A - 射出成形体の脱バインダ方法 - 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 この発明は、射出成形粉末冶金法で得られた射出成形体
に脱バインダ処理を施すに際し、当該成形体に膨れや変
形を生ずることなく、迅速に脱バインダ処理をなし得る
と共に、脱バインダ工程から引続き焼結工程に移行する
場合は、炉内を真空吸引するポンプや弁体等の摺動部に
摩耗を来すことのない新規な脱バインダ方法に関するも
のである。

従来技術 高密度かつ高強度を有し、三次元の複雑形状を呈する金
属部品を量産し得る技術として、射出成形粉末冶金法が
最近注目され、各種の産業分野で広く実用化されつつあ
る。この射出成形粉末冶金法は以下の各工程からなる。

すなわち、平均粒径数μｍから数十μｍ程度の微細な金
属粉末と、ポリマー系またはワックス系のバインダとを
所要割合で均一に混練してペレツ１〜化（造粒）した後
、これを射出成形機から金型キャビティ中に射出し、該
金型から脱型することにより、前記バインダで保形され
ている射出成形体（グリーン）を得る。

次いで脱バインダ工程に移行し、該射出成形体からバイ
ンダの除去を行なう。バインダ除去手段としては、昇華
法、自然乾燥法、溶剤抽出法、加熱分解法等があるが、
加熱によりバインダを蒸発分解させるのが一般的であり
、この場合バインダ成分の急激な気化を防ぐべく、炉中
でプログラムに従った加熱制御がなされる。

脱バインダの終了した成形体は、不活性あるいは還元性
の雰囲気または真空雰囲気の炉中で焼結がなされる。製
品の高密度化を図るには、焼結温度を高くするか、ある
いは焼結時間を長く設定する。焼結後の成形体は、射出
時の成形体よりも体積で３０〜４０％収縮し、理論値の
８７〜９６％の密度が得られる。この焼結晶は、必要に
応し熱処理９表面処理、切削加工等の後処理が施されて
最終製品となる。

前述の射出成形粉末冶金法は、金属粉末と有機バインダ
との混練物を金型中で成形する点で、従来のプレス式粉
末冶金法と技術的に共通している。

しかし前者は、■添加するバインダ用有機剤の星が格段
に多く、■成形は射出成形機による射出でなされ、■か
つ脱バインダの工程が重要である、等の点で後者と大き
く相違している。

発明が解決しようとする課題 前述した如く、射出成形粉末冶金法において射出成形体
に含まれるバインダの量は、粉末冶金法でのプレス成形
体に比べ格段に多いために、その脱バインダ工程では往
々にして種々の困難に遭遇する。すなわち、脱バインダ
に際しては、先に述べた如く、不活性雰囲気または還元
性雰囲気の炉中で加熱を行なう加熱分解法が一般に採用
される。

このとき、第５（ａ）図に示す如く、射出成形体１０の
肉厚が比較的薄い場合は、例えばアルミナ（ＡＱ２０．
）やジルコニア（ＺｒＯ２’）を材質とするトレー１−
２（現場では、「セッター」とも称する）の平坦面上に
直接載置される。また第５（ｂ）図に示す如く、射出成
形体１ｏの肉厚が比較的厚い場合は、前記トレー１２に
アルミナ粉末１４が所要厚さで敷き詰められ、該アルミ
ナ粉末１４のベツド上に、射出成体１０を埋設載置して
、加熱分解処理を施すのが一般的である。

しかし、前者の如く射出成形体１０をトレー１２」二に
直接載置すると、該成形体１０から分解したバインダの
揮散が該トレー１２により妨げられ、該バインダの除去
が円滑に進行せず長時間を要すると共に、トレー１２と
の間に停滞するバインダにより成形体１０に膨れその他
の変形を生ずる難点がある。また後者の場合は、成形体
１０とトレー１２との間にポーラスなアルミナ粉末１４
が介在しているために、バインダ蒸発時の抜けを良好に
させるが、この場合でも肉厚のある成形体１０にあって
は、前述した膨れその他の変形を往々にして生ずる難点
が指摘される。

なお、前述の如くアルミナ粉末等を使用する理由は、炉
内での輻射熱を射出成形体に均一に行き渡らせるためで
あるが、該アルミナ粉末等の使用に伴い、逆に以下の如
き欠点も生している。

■脱バインダがなされた成形体は、恰も砂の造形のよう
に多孔質で、極めて脆弱な状態となっている。このため
、１ヘレー」２に敷き詰めたアルミナ粉末１４上で射出
成形体１０の脱バインダが進行すると、結合力の脆弱化
した該成形体１０は軟弱な粉末基盤に起因して、容易に
変形を来す畏れがある。

■脱バインダ工程および焼結工程は、何れも炉内でのプ
ログラム制御された加熱を伴なう。これには、個別の炉
で脱バインダおよび焼結を別途行なう場合と、炉内雰囲
気および加熱プログラムを変更するだけで、同一の炉を
使用し一連の脱バインダおよび焼結を行なう場合とがあ
る。後者の場合で、かつ前記のアルミナ粉末を使用する
ときは、脱バインダの終了した前記成形体は、アルミナ
粉末によりくるまれたマツフル状態で焼結工程に移行す
る。しかも脱バインダ後の成形体は、該バインダが除去
された部分が多孔状態になるので、この多孔部にアルミ
ナ粉末が入り込み易い。従って、この状態で焼結による
体積収縮を伴なうと、多孔部中に介在する該粉末により
、焼結体にクランクを生ずる重大な欠点がある。

■また、脱バインダ工程から引続き焼結工程に移行する
際に、炉内は高真空雰囲気とするため真空ポンプによる
真空引きがなされる。このとき、トレーや成形体に前記
微細なアルミナ粉末が付着していると、該粉末は炉内空
気と共にポンプ吸引され、管路系に介在する弁体やポン
プの摺動面に入り込み、長期の使用に伴ない前記摺動面
を摩耗させて、機器損傷の原因となることが懸念される
。

発明の目的 この発明は、前述した射出成形粉末冶金法を実施する際
の脱バインダ工程に内在している前記欠点に鑑み、これ
を好適に解決するべく提案されるものであって、脱バイ
ンダ時に成形体に膨れや変形を生ずることなく、迅速な
脱バインダが図られる新規な射出成形体の脱バインダ方
法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段 前述した課題を克服し、所期の目的を達成するため本発
明は、金属粉末とバインダとの混練物を金型中に射出し
て所要形状の射出成形体を得、この成形体を加熱して脱
バインダを行なった後、焼結することにより高密度・高
強度の金属部品を製造する射出成形粉末冶金法において
、前記射出成形体を加熱してバインダ成分を分解除去す
る脱バインダ工程に際し、多孔質セラミックスを材質と
するトレー上に該射出成形体を載置して脱バインダ処理
を行なうことを特徴とする。

実施例 次に、本発明に係る射出成形体の脱バインダ方法につき
、好適な実施例を挙げて以下説明する。

本発明に係る方法では、射出成形粉末冶金法を実施する
各工程中の脱バインダ工程において、第１図に示す如く
、射出成形体１０を載置して炉内に保持する前記トレー
１−２として、多孔質セラミックスを基材とするものを
使用することを内容とする。この多孔質セラミックスと
しては、例えば気孔率８０％以」二のものが好適に採用
され、該１ヘレー１２上に射出成形体１０を載置して、
アルゴン（Ａｒ）等の不活性ガスを充填した雰囲気の炉
内で、−例として第２図に示す温度勾配となるようその
加熱がプログラム制御される。

このように、例えば気孔率８０％以上の多孔質セラミッ
クスを基材とするトレー１２に、射出成形体］０を載置
して脱バインダ工程を進行させると、該成形体１０から
加熱分解されたバインダが前記トレー１２の多孔質部分
を介して速やかに排除される。従って、脱バインダ工程
の終了時に、該成形体］０に前述した如き膨れは生じな
い。また射出成形体１０は、多孔質セラミックス材質の
トレー１２」二に直接載置されるものであるから、従来
技術で述へたアルミナ粉末にマツフル状に埋設させた場
合の如き、脱バインダ後の脆弱化によ＝８ る該成形体の変形も生じない。なお、多孔質セラミック
スを、その焼成前にメツシュを介して押出し、次いで焼
成することにより、第３図に示すハニカム形状のトレー
１２が製造される。このバーカム状のトレー１２を使用
すれば、そのメツシュ状の中空部によりバインダの除去
が更に迅速になされると共に、１ヘレ一１２自体の熱ボ
リュームを抑制し得て、省エネルギーに大きく寄与し得
る。

また、先に第１図に関連して説明した脱バインダ方法は
、当該射出成形体１０の肉厚が比較的薄い場合に好適に
採用される。しかるに、射出成形体１０の肉厚がかなり
厚い場合には、前述した多孔質セラミックスを基材とす
るトレー１２を使用しても、該成形体１０に膨れを生ず
ることがある。

これは多くの場合、炉内で射出成形体１０の均一・加熱
がなされないことに起因する。すなわち、脱バインダ工
程が進行する炉内は、不活性雰囲気または還元性雰囲気
に保持されており、射出成形体は炉中で輻射熱によって
のみ加熱され、射出成形体の対流加熱は殆ど期待されな
い。このため肉厚のある射出成形体では、輻射熱が均一
に行き渡らない結果として均一な脱バインダがなされず
、前記の膨れ等を生ずるものと考えられる。

そこで、第４図に示すように、多孔質セラミックスを材
質とするトレー１２上に肉厚の射出成形体１０を載置し
、更に該成形体１０の上面を、同じく多孔質セラミック
スを材質とする適宜の板体からなる遮蔽体１６により被
覆して、炉内での加熱分解を行なったところ、均一な脱
バインダが達成され、成形体１０に膨れは生じなかった
。これは、多孔質セラミックスの遮蔽体１６を射出成形
体１０の上方に位置させることによって、炉内での輻射
熱が該成形体１０に均一に行き渡る結果になったためで
あると推察される。

発明の効果 以」二説明した如く、本発明に係る射出成形体の脱バイ
ンダ方法によれば、射出成形体の脱バインダを実施する
際に、射出成形体を多孔質セラミックスを基材とするト
レーに載置して、炉内でのプログラム制御された加熱分
解を行なうだけで、該成形体から分解されたバインダは
前記１ヘレーの多孔部を介して速やかに除去される。従
って、迅速かつ膨れを生ずることのない良好な脱バイン
ダが実現された。また、剛固な構造体であるトレーに射
出成形体を直接載置するものであるので、バインダ除去
により脆弱な構造体と化した該成形体の変形も未然かつ
有効に防止し得る。

なお、射出成形体が比較的肉厚で炉内での均一加熱が困
難と思われるものについては、前記トレーに該成形体を
載置すると共に、同じく多孔質セラミックスからなる遮
蔽板を被せることにより、炉内での輻射熱を均一化して
、均一な脱バインダを実現して膨れ発生を防止すること
ができる。また前記多孔質セラミックスを基材とするト
レーおよび遮蔽体を、多数の中空部を有する例えばハニ
カム構造とした場合は、トレー自体の熱ボリュームを抑
制することができる。このときは、炉内での加熱昇温に
要する熱エネルギーを抑えて、省エネルギーを達成し得
る。

更に、本発明に係る脱バインダ方法では、従来技術で説
明した如きアルミナ等の粉末を使用するものではないか
ら、脱バインダが終了した後の成形体の多孔部に該粉末
が介在することがない。このため、焼結時における成形
体の体積収縮によっても、該粉末の噛み込みによるクラ
ック発生を確実に防止することができる。また脱バイン
ダ方法が終了した後に、当該炉体を使用して引続き焼結
工程に移行する場合は、炉内を真空雰囲気とするために
真空ポンプによる真空引きを必要とすることは前述した
通りである。この場合に本発明では、アルミナ等の粉末
は全く使用しないから、前述した真空引きを行なう管路
系の弁体や真空ポンプ等の摺動部に前記粉末が付着して
、経時的に摩耗損傷を生ずる等の弊害も生じない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る射出成形体の脱バインダ方法を実
施する際の好適例を概略的に示す説明図、第２図は脱ワ
ツクス・焼結の各工程でのプログラム制御された加熱パ
ターンの一例を示すグラフ図、第３図はハニカム構造を
採用した多孔質セラミックスを基材とするトレーの概略
斜視図、第４図は本発明に係る方法の別実施例を概略的
に示す説明図、第５（ａ）図および第５（ｂ）図は、従
来技術に係る脱ワツクス工程を示す説明図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 〔１〕金属粉末とバインダとの混練物を金型中に射出し
   て所要形状の射出成形体を得、この成形体を加熱して脱
   バインダを行なった後、焼結することにより高密度・高
   強度の金属部品を製造する射出成形粉末冶金法において
   、 前記射出成形体を加熱してバインダ成分を分解除去する
   脱バインダ工程に際し、多孔質セラミックスを材質とす
   るトレー上に該射出成形体を載置して脱バインダ処理を
   行なう ことを特徴とする射出成形体の脱バインダ方法。 〔２〕多孔質セラミックスを材質とするトレー上に載置
   した射出成形体を、同じく多孔質セラミックスを材質と
   する遮蔽板により被覆して、脱バインダ処理を行なうこ
   とを特徴とする請求項１記載の射出成形体の脱バインダ
   方法。 〔３〕多孔質セラミックスを材質とするトレーおよび遮
   蔽板は、好ましくはハニカム構造の如き中空剛性構造と
   なっていることを特徴とする請求項１または２記載の射
   出成形体の脱バインダ方法。 〔４〕前記多孔質セラミックスは、好ましくは気孔率８
   ０％以上であることを特徴とする請求項１〜３の何れか
   に記載の射出成形体の脱バインダ方法。