JPH04354807A - 焼結体の製造方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、射出成形焼結法に関す
る。より詳しく言えば、本発明は、焼結体の形状の自由
度を高め、且つ、脱脂、焼結時に発生する亀裂、膨れ、
変形等の不良の発生を抑える射出成形焼結法に関する。

【０００２】

【従来の技術】射出成形焼結法は、複雑形状の焼結部品
を製造することが可能であって、焼結部品の作製におい
て焼結体の形状自由度が最も高いとされている。

【０００３】通常の射出成形焼結法においては、原料粉
末とバインダを混練し、これを射出成形して成形体を作
製し、更に脱脂、焼結を行って焼結体を得る。これまで
、本手法においては、部品の最終形状に（焼結時の収縮
率を考慮して）できるだけ近づけた射出成形体を作製し
、これを脱脂、焼結してきた。またこの際には、脱脂時
や焼結時に発生する亀裂、膨れ、変形等の不良を抑える
ことが必要なことから、これらの不良の発生を防止する
ために主としてバインダ系の改良が行われてきた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】一般に、射出成形焼結
法においては、脱脂の際に成形体の突起部に変形が、そ
して厚肉部に亀裂や膨れが発生し易い。これらをバイン
ダ系の改良で防止しようとすると、脱脂の不良を避ける
ためには原料粉末とバインダとの混練体の流動性を低く
抑える必要があるので、混練体の成形性をある程度犠牲
にせざるを得ない。

【０００５】このように、射出成形焼結法において期待
される成形性と脱脂性とは相反する性質であって、これ
までは、両者の妥協点を探ってこの手法を実施してきた
。しかしながらこれでは、複雑形状の部品の製造が可能
というこの手法の特長に制限を加えることになる。更に
また、射出成形では薄肉で面積の大きい部分等に対して
良好な成形体を作製することが困難なため、このような
部分を持つ部品を従来の射出成形焼結法で製造すること
は困難であった。すなわち、射出成形焼結法は焼結部品
の作製において最も形状自由度が高いと評価されている
にもかかわらず、金型の作製や混練体の流動性の点から
なお制約があり、これまで以上に形状の自由度を高める
ことが期待されている。

【０００６】本発明は、脱脂や焼結時の亀裂、膨れ、変
形等の不良の発生を防ぎ且つ焼結体の形状の自由度を高
める焼結体の製造方法を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の焼結体製造方法
は、成形材料を射出成形して成形体を作製し、次いでこ
れを脱脂そして焼結して焼結体を製造する方法において
、前もって作製した成形体を射出成形用の型の中へ挿入
してから射出成形を行って、後に脱脂及び焼結すべき複
合成形体を作製することを特徴とする。

【０００８】本発明の方法における前もって作製した成
形体は、完成焼結体において突起、厚肉部、大面積の薄
肉部といったような従来の射出成形焼結法では不良の発
生し易かった部分を構成する。

【０００９】予備成形体の作製方法は、射出成形、圧粉
成形、グリーンシート成形等である。突起や厚肉部を構
成する予備成形体の作製には、バインダ使用量が少なく
てすむ圧粉成形が適しており、大面積の薄肉部を構成す
る予備成形体の作製には、薄肉で面積の大きな成形体を
容易に作製できるグリーンシート成形が適している。ま
た、圧粉成形等の方法では作製することの困難な複雑形
状の予備成形品を作製するのには、射出成形が適してい
る。予備成形体の作製方法はこれらには限定されないこ
とは言うまでもない。

【００１０】予備成形体を作製するための成形材料は、
後の射出成形のために用いられる原料粉末と同種の原料
粉末を含む。原料粉末の例を挙げると、金属材料、例え
ば軟質磁性材料（Ｆｅ−５０％Ｃｏ　合金、Ｆｅ−Ｓｉ
　合金等）、ステンレス鋼、超硬合金といったようなも
のや、セラミック材料、例えばシルコニア、窒化ケイ素
、炭化ケイ素といったようなものである。成形材料は、
このような原料粉末のほかに、射出成形焼結体の製造に
おいて成形体の作製のために用いられる成形材料に一般
的に含有される例えばバインダ等の成分を含有する。

【００１１】バインダに関しては、予備成形体に好適な
もの、言い換えれば後の脱脂時に不良の発生するのを防
止する効果の高いものを使用する。具体的に言えば、予
備成形体の成形性と脱脂性とを共に満足するものを使用
する。圧粉成形についてこの条件に適うものの例は、ポ
リスチレンや、アクリル系バインダ（例えばポリメチル
メタクリレート、ポリブチルメタクリレート等）であっ
て、これらはいずれも予備成形体の成形を容易にし、し
かも脱脂時に極端に流動性が良好にならず又は粘度が低
下せず、且つ急激に分解飛散して不良発生の原因となる
恐れが少ない。予備成形体用のバインダとしては、これ
らのほかに、パラフィン系のもの、ポリエチレン等のポ
リオレフィン系のものを使用することもできる。しかし
ながらこれらのバインダは、ポリスチレンやアクリル系
のバインダに比べて高温でより流動性が良好となり又は
粘度が低下して、予備成形体の変形の原因となったりす
ることがあることに注意する必要があろう。また、グリ
ーンシート成形において好適なバインダの例はポリビニ
ルブチラール等である。

【００１２】予備成形体を挿入した型でもって射出成形
するための成形材料も、原料粉末のほかに、このような
成形材料に通常含まれるバインダ等の他の成分を含有す
る。この射出成形材料のバインダは、予備成形体用のも
のとは条件が異なり、成形性の方により大きな比重がか
けられる。従って、パラフィン系のものやポリエチレン
等のバインダを使用する方が好ましい。もっと詳しく言
えば、後に焼結することを考えに入れると、ポリエチレ
ンの方がパラフィンよりも潤滑性が少なく、予備成形体
が射出成形体から離脱しにくくなるので、ポリエチレン
がより好ましいバインダである。

【００１３】バインダは、予備成形用のものもその後の
射出成形用のものも、複数種のバインダを混合したもの
を用いて差支えない。

【００１４】予備成形体の先に言及したような作製方法
も、その後の射出成形方法も、公知の成形法であって、
それらはいずれもここで詳しく説明するまでもない。と
は言うものの、予備成形体を挿入した型でもって射出成
形を行って得られた未焼結成形体を焼結する際には、予
備成形体と後から射出成形された部分とで収縮率が相違
すると、所望通りの一体の完成焼結体を得るのに不都合
である。このため、両者の焼結時の収縮率の差異をなく
すべきである。

【００１５】例えば、通常の圧粉成形体の焼結時の線収
縮率は１０％以下と、射出成形体の１８％前後に比べて
小さい。これを一致させるために、射出成形用混練体の
バインダ量を低減して線収縮率を１０％以下にするため
にはバインダ量を３０％以下にする必要があるが、この
バインダ量では射出成形は非常に困難である。しかし、
原料粉末の粒度分布を調節することによりバインダ量が
少なくても射出成形が可能となり、且つ、焼結時の収縮
率を低く抑えることができるので、圧粉成形体の焼結時
の収縮率と一致させることができる。射出成形用原料粉
末の粒度分布は、原料粉末のタップ密度がある一定の値
となるように、粒度の異なる粉末を混合することにより
調節することが可能であり、こうすることによって圧粉
成形体及び射出成形部分の焼結時の収縮率が同じになる
ように射出成形材料のバインダ量を調節することができ
る。このようにして原料粉末の粒度分布及びバインダ量
を調節する技術は、本願出願人の出願にかかる特願平１
−２４１８２４号明細書に開示される。

【００１６】予備成形体を挿入した型で射出成形を行っ
て作製される完成成形体は、全体的に見て同じ組成にな
ればよい。従って例えば、完成成形体の組成をＦｅ　成
分５０％そしてＣｏ　成分５０％としようとする場合に
は、射出成形用原料粉末として平均粒径２０μｍのＦｅ
−５０％Ｃｏ合金を使用し、予備成形体用原料粉末とし
て、平均粒径２０μｍのＦｅ−２０％Ｃｏ　合金と平均
粒径３μｍのＣｏ　粉末とを組み合わせて使用するとい
ったようなことも可能である。この例の場合、予備成形
体のプレス成形をＦｅ−５０％Ｃｏ　合金を原料粉末と
して用いる場合に比べてより容易にすることができると
いう利点がある。

【００１７】

【作用】焼結すべき射出成形体を作製するのに先立ち成
形型内に挿入される前もって作製した成形体は、通常の
射出成形焼結法では一般に作製するのが困難な突起、厚
肉部、大面積の薄肉部等の作製を可能にする。これは、
このような部分を構成する予備成形体をそれらに適した
材料及び成形法を用いて作製することができるためであ
る。例えば、脱脂時に不良の発生し易い突起や厚肉部を
作製するのに利用できる圧粉成形は、射出成形時ほど材
料の流動性を要求しないのでバインダ量のより少ない、
且つ脱脂時に急激に分解飛散にして変形を引き起こす恐
れの少ないバインダを使用した成形材料の使用を可能に
する。また例えば、大面積の薄肉部の作製に利用できる
グリーンシート成形は、射出成形ではうまく作製するこ
との困難なこのような部分の成形を容易にする。

【００１８】

【実施例】次に、実施例により本発明を更に説明する。

【００１９】実施例１ 原料粉末として軟質磁性材料のＦｅ−５０％Ｃｏ　合金
を使用し、バインダとしてアクリル系のものを用いた成
形材料から、φ５×２０ｍｍ及び２０×２０×１０ｍｍ
の試料を圧粉成形で　１００個ずつ、またやはり同じ試
料を射出成形で　１００個ずつ作製した。突起部を構成
するφ５×２０ｍｍの試料及び厚肉部を構成する２０×
２０×１０ｍｍの試料を射出成形用金型内に挿入し、収
縮率がこれらの焼結時の収縮率と同じになるように調製
した射出成形用材料を金型に充填して射出成形を行い、
図１（ａ）〜（ｃ）に示す形状の複合成形体を作製した
。この図において、１は突起部、２は厚肉部、３は後か
ら射出成形した部分である。予備成形体試料挿入後の射
出成形用材料のバインダは、アクリル系のものではなく
ポリエチレンを主成分としたものを用いた。

【００２０】比較のために、射出成形用金型内に予備成
形体を挿入せずに、上記の予備成形体試料挿入後の射出
成形用材料と同じ材料を射出成形して、やはり図１に示
す成形体と同じ形状の成形体を作製した。

【００２１】これらの成形体を、通常の条件で脱脂し、
そして焼結した。脱脂した成形体の亀裂、膨れ、変形の
不良発生の有無を調べた結果を表１に示す。比較例では
、全試料の突起部が倒れ（変形発生率　１００％）、厚
肉部の半数以上に亀裂、膨れが発生した（発生率６３％
）。 一方、本発明の方法に従って予備成形体を挿入した厚肉
部には若干亀裂が発生した（発生率８％）が、それ以外
の脱脂不良は見られなかった。また、これらの成形体を
焼結しても不良は発生しなかった。

【００２２】

【表１】

【００２３】実施例２ 大面積の薄肉部を構成する５０×５０×１ｍｍの試料を
グリーンシート法で作製した。成形材料として、実施例
１と同じＦｅ−５０％Ｃｏ　合金、ポリビニルブチラー
ル（バインダ）、メチルエチルケトン（溶媒）を含有し
てなる混合物を使用した。これらの試料のおのおのを射
出成形用金型内に挿入し、そしてポリエチレンを主成分
とするバインダを用いた成形材料を射出成形して、図２
（ａ）〜（ｃ）に示す形状の複合成形体を作製した。こ
の図において、１１は薄肉部、１２は後から射出成形し
た部分である。

【００２４】比較のために、予備成形体を挿入せずに、
上記と同じ成形材料を射出成形して図２の成形体と同一
形状の成形体を作製した。

【００２５】これらの成形体を脱脂し、そして焼結した
。本発明の方法に従った場合には、成形、脱脂、焼結時
のいずれでも不良の発生はなかった。ところが、比較の
ために作製した末焼結の成形体には、薄肉部に充填不良
が発生して、満足な製品を得ることができなかった。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
従来法では困難であった、射出成形体の脱脂及び焼結時
における突起や厚肉部での亀裂、膨れ、変形等の不良の
発生を防止することが可能になった。また、大面積の薄
肉部を有する成形体の作製も可能となって、不良の発生
しない突起や厚肉部のある成形体の作製が可能となった
ことと併せて、完成焼結体の形状の自由度が向上した。

【図面の簡単な説明】

【図１】突起及び厚肉部を有する、実施例１で作製した
成形体を示す図であって、（ａ）はその上面図、（ｂ）
は正面図、（ｃ）は側面図である。

【図２】大面積の薄肉部を有する、実施例２で作製した
成形体を示す図であって、（ａ）はその上面図、（ｂ）
は正面図、（ｃ）は側面図である。

【符号の説明】

１…突起部 ２…厚肉部 ３…後から射出成形した部分 １１…薄肉部 １２…後から射出成形した部分

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　成形材料を射出成形して成形体を作製
   し、次いでこれを脱脂そして焼結して焼結体を製造する
   方法において、前もって作製した成形体を射出成形用の
   型の中へ挿入してから射出成形を行って、後に脱脂及び
   焼結すべき複合成形体を作製することを特徴とする焼結
   体の製造方法。
2. 【請求項２】　　前記前もって作製した成形体が圧粉成
   形された成形体である、請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】　　前記前もって作製した成形体がグリー
   ンシート成形された成形体である、請求項１又は２記載
   の方法。