JPH0483752A - 焼結性物質混合物 - 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］ 本発明は射出成形法による焼結性物質の成形に好適な焼
結性物質の混合物に関するものである。

［従来の技術］ 複雑な形状を有する金属またはセラミックス等の焼結性
物質成形体は広く射出成形法によって成形されている。

とりわけ、大量に製造されているエレクトロニクスの部
品、自動車部品等のエンジニャリングの部品を製造する
際有効な手段であり、乾式プレス法、スリップキャスト
法等とともして重要な役割を果たしている。

射出成形法によって金属またはセラミックスの成形体を
得るには、金属粉末またはセラミックス粉末を熱可塑性
樹脂バインダーと混合・混練したのちグリーン体を作成
し、加熱によりバインダー成分を分解・除去させる脱脂
を行ない、所定の温度で焼結させる方法が一般的に行な
われている。

このような方法で複雑な形状を有するグリーン体が脱脂
・焼結されるが、焼結性物質混合物の特性として、どん
な厚みのグリーン体であっても欠陥なく射出成形性する
ことができ、かつ脱脂の際に短時間でバインダー成分が
除去されると共に成形体にフクレ、クラック、割れ等の
有害な変形が発生しないということなどが必要である。

現在、焼結性物質の射出成形用バインダーとして各種ワ
ックス、アモルファスポリプロピレン、アクリル系レジ
ン、スチレン系レジン等が使用されている。しかしこれ
らのバインダーを除去する脱脂工程は、グリーン体の肉
厚が１５ｍｍ以上になると長時間を要するようになり、
しかも脱脂中の成形体内部にクラック、割れが発生し外
観上及び性能上良品を得ることは困難であった。

このような問題点を解決するために、バインダーとして
揮散し易い水を用いることが試みられている。例えば、
特開昭６１−９４７０２号、特開昭６１−１０１４４７
号及びＵＳＰ−４１１３４８０号には、本質的に各種金
属粉末またはセラミックス粉末に、加熱によりゲル化す
る成分と水を添加した組成物を用いる方法が開示されて
いる。

しかしこれらの方法では金型を摂氏６０度以上に加熱す
る必要があること、また加熱された金型からグリーン体
を取り出した際、温度が低下するとグリーン体が変形す
る危険性がある。

また、ＵＳＰ−４７３４２３７号には各種セラミックス
粉末及び金属粉末に摂氏０〜２２度においてゲル化する
成分及び水を添加した組成物を用いる方法が提案されて
いる。

しかしながら、成形温度である摂氏８０度以上の温度で
は水が揮散し易く金属粉末またはセラミックス粉末の濃
度を一定に保つことが困難であることに加え、成形時の
射出スピードが速い場合成形機ノズルから射出された組
成物が周囲に飛散するという問題点があった。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明はこれらの問題を解決し、複雑な形状を有するグ
リーン体を容易に成形することができ且つグリーン体を
金型から取り出した後も変形のない焼結性物質混合物を
提供することを目的とするものである。

［課題を解決するための手段及び作用］本発明に従えば
、これらの課題は、 （Ａ）焼結性物質　　１００重量部に対して、（Ｂ）加
熱溶解後冷却によりゲル化可能な多糖類　　　　　　　
１．０〜１５０重量部、（Ｃ）加熱によりゲル化可能な
水溶性高分子１．０〜１５．０重量部、 によって解決することができる。以下、本発明を具体的
に説明する。

本発明における焼結性物質混合物は本質的に下記の焼結
性物質、加熱溶解後冷却によりゲル化可能な多糖類、ゲ
ル化可能な水溶性高分子よりなる。

（Ａ）焼結性物質 本発明において使用される焼結性物質の融点、分解温度
または昇華温度は、通常摂氏６００度以上であり、１０
００度以上が好ましく、特に１４００度以上が好適であ
る。融点、分解温度または昇華温度が６００度未満の金
属またはセラミックスを焼結性物質として使用すると脱
脂時に有害な変形やフクレを生じる。

また、平均粒径は０．１〜５００ミクロンである。この
平均粒径は焼結性物質の種類によって異なるが、金属の
場合では通常１〜５００ミクロンであり、１〜３００ミ
クロンが望ましく、とりわけ１〜２００ミクロンが最適
である。平均粒径が１ミクロン未満の金属を用いると、
混線が困難である。

一方、５００ミクロンを越えた金属を使用すると、焼結
によって得られる成形物の機械的特性が低下する。また
セラミックスの場合では、一般に０１〜２００ミクロン
であり、Ｏ１〜１５０ミクロンが好ましく、特に０．１
〜１００ミクロンが好適である。平均粒径が０．１ミク
ロン未満のセラミックスを使用すると、混合物を製造す
る際にセラミックスの均−状の分散が困難である。

方、２００ミクロンを越えたセラミックスを用いると、
混合物の成形物を焼結する際に保形性が悪くなると共に
、焼結後の密度が低下し、焼結体の機械的強度が低下す
る。

本発明において焼結性物質として用いられる金属の代表
例としては、アルミニウム、鉄、銅、チタン、モリブデ
ン、ジルコニウム、コバルト、ニッケルおよびクロムの
ごとき金属ならびにこれらの金属を主成分（少なくとも
５０重量％）とする合金が挙げられる。

これらの金属及び合金の粉末は軸受台金、快削鋼、耐熱
材、耐摩耗材などとして広く使われているものであり、
通常粉末冶金材料と言われているものである。

また、セラミックスの代表例としては、アルミナ、炭化
珪素、窒化珪素、ジルコニア、コージライト、タングス
テンカーバイド、フェライト、窒化アルミニウム等の材
料が挙げられる。

なお、この焼結物質には焼結助剤として、ホウ素、ベリ
リウム、炭素、酸化イツトリウム、酸化セリウム、酸化
マグネシウム、酸化リチウムなどを適宜少量（一般には
、１００重量部のセラミ・ンクスに対して多くとも２０
重量部）添加させても良い。

（Ｂ）加熱溶解後冷却によりゲル化可能な多糖類また、
本発明において用いられる加熱溶解後冷却によりゲル化
可能な多糖類は公知の加熱溶解後冷却によりゲル化可能
な多糖類であれば特に制限はなく、温水に溶解後冷却す
ればゲル化するものは、本発明に使用することができる
。一般には、藻類および植物から抽出された多糖類で、
カラギーナン、アルギン酸塩、ガラクトマンナンなどが
含まれ、「寒天ハンドブックＪ　（林金雄、岡崎彰夫著
、光琳社出版、昭和４５年）及び化学大辞典にその詳細
が記載されている。

本発明の焼結性物質混合物において、前記焼結性物質１
００重量部に対する加熱溶解後冷却によりゲル化可能な
多糖類の混合割合は１．０〜１５．０重量部であり、１
．０〜１Ｏ９０重量部が好ましく、特に１．０〜８．０
重量部が好適である。加熱溶解後冷却によりゲル化可能
な多糖類の混合割合が１．０重量部未満では成形体の強
度が弱く、金型からの離型時成形体にクラックや欠けが
発生する。一方、１５重量部を越えると流動性が低下す
るばかりでなく、脱脂、焼結時にクラックが発生したり
、焼結体の密度が低下する。

（Ｃ）加熱によりゲル化可能な水溶性高分子加熱により
ゲル化する水溶性高分子とは約摂氏３０度以下の水では
水溶性物質であるが、ある温度を越えると物質のゲル化
が起こるものを言い、具体的にはセルロースエーテル系
のものが知られており、メチルセルロース、ヒドロキシ
メチルセルロール、ヒドロキシプロピルメチルセルロー
ス、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシエチル
セルロース等が挙げられる。これらの熱ゲル化可能な水
溶性高分子の分子量は２０００〜２００万であり、２０
００〜１５０万が望ましく、２０００〜ｌＯＯ万が好適
である。分子量が２０００未満の場合高温での水の保水
性が乏しく、一方２００万を越える分子量のものは脱脂
時に分解が困難になるため好ましくない。

また、前記焼結性物質１００重量部に対する加熱により
ゲル化する水溶性高分子の混合割合は０．５〜１５重量
部であり、０．５〜１０．０重量部が望ましく、とりわ
け０，５〜８．０重量部が好適である。水溶性高分子の
混合割合が０．５重量部未満では射出成形時の混合物の
ノズルからの飛散を防止することが困難であり、また水
溶性高分子の混合割合が１５．０重量部を越えると流動
性が低下するのみならず、成形体にウェルドマーク、表
面に微小クラックが発生する。

本発明の焼結性物質混合物は、原則として上記の焼結性
物質、加熱溶解後冷却によりゲル化可能な多糖類及び加
熱によりゲル化可能な水溶性高分子物質からなり、これ
を充分に均一に混合した形の混合物として取扱うことが
できる。

使用に際しては、これに適量の水を混合して適度の流動
性を与え、射出成形用原料として使用する。

更に水の混合割合は、前記焼結性物質１００重量部に対
して５．０〜５０．０重量部であり、５．０〜４５．０
重量部が好ましく、特に５．０〜４０．０重量部が好適
である。

水の混合割合が５．０重量部未満では流動性が低下する
のみならず、焼結性物質の均一分散が困難となる。一方
、５０．０重量部を越えると成形体の強度が弱く、金型
からの離型時変形したり、欠けやクラックが発生する。

本発明の焼結性物質混合物は混合・混線され、射出成形
用原料となるが、混合・混線時にポリアクリル酸塩、ア
ルギン酸塩、ポリカルボン酸型界面活性剤等の分散剤や
ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、ポリ
ブロビレングリコール、グリセリン及びソルビタン酸エ
ステル等の可塑剤を添加することができる。この際、分
散剤、可塑剤等の加工助剤の添加量は焼結性物質１００
重量部に対して多くとも３０重量部であり、特に２０重
量部以下が好ましい。

本発明の焼結性物質混合物を使用するにあたっては、以
上の焼結性物質、加熱溶解後冷却によりゲル化可能な多
糖類、加熱によりゲル化可能な水溶性高分子の混合物に
水を前記の混合割合の範囲内において均一に混合すれば
良い。

混合物を製造するにあたり、全混合成分を同時に混合し
てもよく、また混合成分の一部をあらかじめ混合し、得
られる混合物に残りの混合成分を混合しても良い、混合
方法としては熱可塑性樹脂の分野において一般に使用さ
れているヘンシェルミキサー、スーパーミキサーのごと
き混合機を用いてトライブレンドさせても製造すること
ができるし、トライブレンドさせた混合物を数日間放置
した後、バンバリーミキサ−、ニーダ−、ロールミル及
びスクリュウ式押出機のごとき混合機を使用して剪断力
をかけ、混練させることによって均一状の混合物を得る
ことができる。この場合、般には混練させた後、ペレッ
ト状物に成形し、後記の射出成形に供される。

このようにして得られる焼結性物質混合物は合成樹脂の
分野において通常実施されている射出成形法によって各
種形状を有する成形体に賦形される。なお成形温度は加
熱溶解後冷却によりゲル化可能な多糖類の水に対する溶
解温度以上であるが、水の沸騰温度である摂氏１００度
以下の温度範囲で実施する必要がある。これらのことか
ら射出成形は混合物の温度が摂氏８０〜１００度の温度
範囲で実施すれば良い。また金型温度は１０〜４０℃の
範囲で実施すれば良い。得られる成形体の厚さは一般に
は０．５〜２００ｍｍである。この成形体の厚さが２０
０ｍｍを越えるならば、成形体の表面にフクレが発生し
たり、クラックが発生し易くなる。

得られた成形体は温度を上昇させ、本質的に加熱溶解後
冷却によりゲル化可能な多糖類、水溶性高分子がなくな
るまで脱脂を実施する。この際、脱脂の最高温度は通常
摂氏２００度以上である。

このようにして脱脂された成形体は焼結される。焼結性
物質が酸化物系では、その種類によって異なるが、摂氏
５００〜１７００度の温度範囲で焼結される。一方１、
非酸化物系では、不活性ガスの雰囲気中で摂氏１５００
〜２５００度の温度範囲で、やはりその種類によって定
ぬれた温度で焼結される。

［実施例及び比較例］ 以下、実施例によって本発明を更に詳しく説明する。

なお、実施例及び比較例において、溶融粘度は高化式フ
ローテスターを使用して、摂氏９０度及び荷重３０Ｋｇ
の条件で測定した。

脱脂は電子炉（内容積２０００ｃｃ）を使用して摂氏４
００度まで昇温させた。また焼結は上記と同じ電子炉を
用い、大気圧下で９０度／時間で１０００度または１６
００度まで昇温させた。

実施例及び比較例において使用した焼結性物質、加熱溶
解後冷却によりゲル化可能な多糖類、加熱によりゲル化
可能な水溶性高分子の種類及び物性を下記に示す。

［（Ａ）焼結性物質］ 焼結性物質として平均粒径が０．４ミクロンであるアル
ミナおよび平均粒径が１．５ミクロンであるフェライト
を使用した。

〔（Ｂ）加熱溶解後冷却によりゲル化可能な多糖類〕

加熱溶解後冷却によりゲル化可能な多糖類として紅藻類
から抽出されたガラクトマンナンを使用した。

〔（Ｃ）加熱によりゲル化する水溶性高分子］加熱によ
りゲル化する水溶性高分子として分子量６０００である
ヒドロキシプロピルメチルセルロース（以下ｒＨＰＭＣ
Ｊという。）及び分子量１万であるメチルセルロース（
以下ｒＭＣＪという。）を用いた。

［（Ｄ）可塑剤］ 可塑剤として分子量３０００であるポリエチレングリコ
ールを使用した。

（実施例１〜４、比較例１〜５） 第１表に種類及びその混合割合が示されている焼結性物
質、加熱溶解後冷却によりゲル化可能な多糖類、加熱に
よりゲル化可能な水溶性高分子、可塑剤、及び水をあら
かじめヘンシェルミキサを使ってそれぞれ２分間トライ
ブレンドを行なった。得られた各混合物を１５時間放置
した後、ベント付２軸押出機（径３５ｍｍ）を用いて摂
氏５０度の温度において混練しながらペレットを製造し
た。それぞれのペレットを射出成形機（型締圧１００ト
ン）を使用し、金型温度摂氏２０度で、円柱（径２５ｍ
ｍ、長さ１５０ｍｍグリーン成形体）を作成した。得ら
れた各円柱を脱脂炉を使って前記の条件で脱脂を行なっ
た。このようにして得られた各脱脂物を前記の条件で焼
結して（焼結温度を第２表に示す、）各焼結物を製造し
た。このようにして得られた各グリーン体、脱脂後の成
形体及び焼結体の外観ならびにグリーン体の脱脂速度及
び焼結性物質混合物の粘度を第２表に示す。

（以下余白） ［発明の効果］ 本発明の焼結性物質混合物は、グリーン体及び脱脂体の
特性ならびにそれらの製造方法を含めて下記のごとき効
果を発揮する。

（１）成形時の流動性、保水性が良好なため複雑な形状
を有する成形物についても、賦形が容易である。

（２）金型温度が１０〜４０℃の範囲で成形できるため
、火傷の心配もなく取扱いが容易である。

（３）８０℃以上の温度においても混合物の粘度の低下
が大きくないため、射出成形時の流動安定性、成形性に
優れている。

（４）グリーン体の保型性に優れているため、金型から
製品を離型する際でも、また離型後放置の状態において
も成形体に変形、クラックおよび欠は等の発生がない。

（５）脱脂時の変形がなく、かつ脱脂時の昇温速度を速
くすることが可能であり、その結果脱脂時間を短縮する
ことができる。

（６）脱脂時において脱脂が容易で、脱脂による変形を
大幅に小さくできる。

本発明の焼結性物質混合物は以上のごとき効果を発揮す
るために、各種の形状に成形された焼結体は機械の部品
、電子機器の部品、家庭電器の部品、自動車の部品等の
分野に利用される。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　焼結性物質１００重量部に対して加熱溶解後冷却によ
   りゲル化可能な多糖類１．０〜１５．０重量部及び加熱
   によりゲル化可能な水溶性高分子１．０〜１５．０重量
   部よりなる焼結性物質混合物。