JPH0681003A - 金型の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 金型の製造を機械加工等を用いることなく、
簡便に行えるようにすることを目的とする。 【構成】 金属粉末またはこの金属を主成分とする合金
粉末とバインダーとを混練して金属可塑性組成物を生成
し、この金属可塑性組成物に製品模型を押しつけて雌型
を形成し、ついでこの雌型を焼結することを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、製品の製造に用いられ
る金型の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、同一形状の製品を多数製造する
場合、製品形状と同一の凹部を有する金型を形成してお
き、この金型内に溶融状態にある材料を流し込みあるい
は充填して固化させ、こののちに、固化した材料を金型
から抜き取る方法が採られている。ところで、前記金型
は、通常、溶解金属によって形成された金属塊に、切削
等の機械加工、あるいは、放電加工等により前述の凹部
を形成することによって製造されることが殆どである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の金型の製造方法においては、素材となる金属
塊を製造するための鋳造設備が必要であり、また、凹部
を形成するための機械設備が必要となり、大掛かりな設
備が要求されるという不具合がある。また、機械加工や
放電加工により凹部を形成するものであるから、加工に
時間を要するといった問題点も有している。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、前述した従来
の技術において残されている不具合や問題点を有効に解
消し得る金型の製造方法を提供せんとするもので、請求
項１記載の金型の製造方法は、金属粉末またはこの金属
を主成分とする合金粉末とバインダーとを混練して金属
可塑性組成物を生成し、この金属可塑性組成物に製品模
型を押しつけて雌型を形成し、ついでこの雌型を乾燥さ
せたのちに焼結することを特徴とする。請求項２記載の
金型の製造方法は、請求項１記載の金型の製造方法にお
いて、金属粉末が、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｗ、およ
び、Ｍｏから選択された１種であることを特徴とする。
また、請求項３記載の金型の製造方法は、請求項１記載
の金型の製造方法において、合金粉末が、Ａｇ、Ｃｕ、
Ｎｉ、Ｃｒ、Ｗ、および、Ｍｏを主成分とする合金から
選択された１種であることを特徴とする。さらに、請求
項４記載の金型の製造方法は、請求項１ないし請求項３
のいずれかに記載の金型の製造方法において、バインダ
ーが、熱可塑性樹脂バインダーおよび／または水溶性セ
ルローズ系樹脂バインダーであることを特徴とする。

【０００５】

【作用】本発明に係わる金型の製造方法によれば、金属
粉末あるいは合金粉末とバインダーとを混練して金属可
塑性組成物を生成しておき、この金属可塑性組成物に製
品模型を押しつけると、前記金属可塑性組成物がその可
塑性により変形して、製品模型の外形形状と同様の凹部
を有する雌型が形成される。

【０００６】ついで、この雌型を焼成することにより、
残存するバインダーを除去するとともに、金属粉体ある
いは合金粉体を焼結させて、所定の製品形状の凹部を有
する金型が形成される。

【０００７】ここで、本発明に用いられる金属可塑性組
成物の各成分の具体例と配合例について説明する。

【０００８】［金属粉末あるいは合金粉末］金属粉末あ
るいは合金粉末は、平均粒径が２００μｍ以下の球状、
異形状または偏平状の粉末が用いられ、この粉末には、
Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｗ、および、Ｍｏ、あるい
は、これらの合金の内から選ばれる１種が用いられる。
この金属粉末あるいはその合金粉末は、成形する製品の
素材によって選択的に用いられるものであり、前記素材
が溶融状態で用いられるものである場合には、素材の融
点よりも高い融点を有し、かつ、この素材と反応しない
金属あるいはその合金が選択される。

【０００９】そして、その配合比は、バインダーが水溶
性セルローズ系樹脂バインダーを用いる場合には、５０
重量％〜９８．５重量％であり、また、熱可塑性樹脂バ
インダーを用いる場合には、８２重量％〜９６重量％、
さらに、水溶性セルローズ系樹脂バインダーと熱可塑性
樹脂バインダーとを混合して用いる場合には、７０重量
％〜９７重量％である。これらの配合比は、その上限値
を越えると、得られる金属可塑性組成物の伸びやひび割
れ等の観点から好ましくなく、また、下限値を下回る
と、焼結時における収縮率が大きくなって精度上好まし
くないことから前記範囲内に設定されたものである。ま
た、平均粒径が２００μｍを越えると金属可塑性組成物
の伸びや強度が低下することから、２００μｍ以下とす
ることが好ましい。

【００１０】［バインダーの組成］ Ａ；水溶性セルローズ系樹脂バインダーの場合 （ａ）水溶性セルローズ系樹脂 水溶性セルローズ系樹脂には、メチルセルローズあるい
はエチルセルローズ等が用いられ、加熱により速やかに
ゲル化して固化し、形状自己保持性を容易にするために
添加されるもので、その配合比は０．４重量％〜１６．
５重量％である。この配合比は、その上限値を越えると
粘性が大きくなり過ぎて、型取りが難しくなり、また、
下限値を下回ると前述の自己保持性の機能が得られなく
なることから、前記範囲内に設定されたものである。

【００１１】（ｂ）界面活性剤 この界面活性剤は、前記金属粉末や合金粉末と水溶性セ
ルローズ系樹脂との混合性を高めるために添加するもの
で、アルキルベンゼンスルホン酸塩、脂肪酸セッケン等
の陰イオン界面活性剤が用いられ、その配合比は０．０
０１重量％〜８．５重量％である。この配合比は、その
上限値を越えると金属可塑性組成物の粘性が低下して形
状自己保持性に悪い影響を与え、また、下限値を下回る
と、前述した効果が十分に得られなくなることから、前
記範囲内に設定されたものである。

【００１２】（ｃ）油脂 この油脂は、得られる金属可塑性組成物と他の物質との
付着性を低下させる（すなわち、製品模型との付着性を
小さくして離型性を高める）ために添加されるもので、
フタル酸ジＮオクチル、フタル酸ジＮブチル等のフタル
酸系化合物や、ポリビニルアルコール、ポリエチレング
リコール、エーテル類等のアルコール類が用いられ、そ
の配合比は１．２重量％〜２５重量％である。この配合
比は、その上限値を越えると過剰に滑りやすくなり、ま
た、下限値を下回ると前述した効果が得られないことか
ら、前記範囲内に設定されたものである。 （ｄ）残り 水および不可避不純物。

【００１３】Ｂ；熱可塑性樹脂バインダーの場合 （ａ）熱可塑性樹脂 この熱可塑性樹脂は、ポリメタクリル酸メチル等のアク
リル系樹脂が用いられ、得られる金属可塑性組成物の形
状を良好の保持し、かつ、後述する可塑剤との組み合わ
せによって、金属可塑性組成物に比較的低い温度での、
可塑性、自己粘着性、伸び、および、割れ防止等の特性
を与えるものであり、その配合比は、２重量％〜１０重
量％である。そして、この配合比は、その下限値を下回
ると、前述した特性が十分に得られず、また、上限値を
越えると金属可塑性組成物を脱脂・焼結する際に、変形
やだれ、あるいは発泡等が生じ好ましくないことから、
前記範囲内に設定されたものである。

【００１４】（ｂ）可塑剤 可塑剤は、前述のように、前記金属可塑性組成物に、可
塑性、自己粘着性、伸び、および割れ防止等の特性を与
えるもので、フタル酸ジＮブチル、フタル酸ジエチルヘ
キシル、フタル酸ジＮオクチル等のフタル酸系化合物
や、ポリエチレングリコール、エチレングリコール、グ
リセリン等のアルコール類から選ばれる１種または２種
以上が用いられ、その配合比は、２重量％〜１０重量％
である。そして、前記配合比は、その下限値を下回る
と、可塑性、伸び、および、割れ防止等の特性が十分に
得られず、また、上限値を越えると、自己粘着性が低下
し、また、金型成形時に金型の内部に気泡を巻き込むよ
うになって、金型強度を低下させてしまうことから、前
記範囲内に設定されたものである。

【００１５】（ｃ）分散剤 この分散剤は、好ましくは添加されるもので、例えば、
ソルビタンモノオレート等の界面活性剤が用いられ、前
記金属粉体あるいは合金粉体とバインダーとの混合性を
高めるもので、不可避不純物と合わせて、０．０５重量
％〜６重量％の範囲内で添加される。

【００１６】Ｃ；熱可塑性樹脂バインダーと水溶性セル
ローズ系樹脂バインダーとの混合バインダーの場合 （ａ）熱可塑性樹脂 熱可塑性樹脂は、ポリメタクリル酸メチル等のアクリル
系樹脂であり、油脂成分が共存することによって、前記
金属可塑性組成物の蘇生性を良好なものとするととも
に、形状を良好に保持し、かつ、可塑性、伸び、およ
び、割れ防止等の特性を与えるものである。そして、そ
の配合比（すなわち、溶媒成分が除去された後の配合
比）が０．１重量％未満であると、良好な蘇生性が得ら
れず、伸びおよび割れ防止等の特性が不十分であり、一
方、５重量％を越えると、焼結時に加熱されることによ
り金属可塑性組成物に流動性が生じ、成形体を所望の形
状に焼結することができなくなることから、アクリル系
樹脂の配合比は、０．１重量％〜５重量％に設定され
る。

【００１７】（ｂ）水溶性セルローズ系樹脂 水溶性セルローズ系樹脂は、メチルセルローズ、エチル
セルローズ等が用いられ、金属可塑性組成物に可塑性お
よび形状保持特性を付与する効果があるが、さらに、前
記アクリル系樹脂との組み合わせによって、このアクリ
ル系樹脂によって与えられる金属可塑性組成物の形状保
持性、可塑性、伸び、および、割れ防止等の特性を調整
する効果を示すとともに、水分を乾燥すると固化すると
いう特徴により、前記金属可塑性組成物の乾燥・固化の
進行度合いを調整するものである。そして、その配合比
が０．１重量％未満であると、水分を乾燥しても固化が
不十分なため成形体に必要な硬さおよび強度が得られ
ず、一方、５重量％を越えると、金属可塑性組成物の粘
性が低下して塑像性、すなわち型成形性が著しく低下す
ることから、水溶性セルローズ系樹脂の配合比は、０．
１重量％〜５重量％に設定される。

【００１８】（ｃ）油脂 この油脂は、植物性油、動物性油、合成油、あるいは、
フタル酸、オレイン酸等の高級有機酸、あるいは、フタ
ル酸ジＮブチル、フタル酸エチルヘキシル、ソルビタン
モノオレート等の高級有機物化合物、さらに、ポリエチ
レングリコール等の高級アルコール等が用いられ、前記
金属可塑性組成物の可塑性調整や、型成形時における製
品模型との付着を抑制するためのものである。そして、
その配合比が０．１重量％未満であるとその効果が得ら
れず、また、５重量％を越えて配合すると伸びの特性が
著しく悪くなることから、この油脂の配合比は、０．１
重量％〜５重量％に設定される。

【００１９】（ｄ）低級アルコール この低級アルコールは、エチレングリコール、グリセリ
ン等が用いられ、得られた金属可塑性組成物の造形時に
おけるひび割れ等を抑制するためのものであるが、金属
可塑性組成物に対する要求特性によっては、必ずしも混
合する必要はない。そして、その配合比が、５重量％を
越えると、金属可塑性組成物の粘性が低下して塑像性
（同上）が著しく低下することから、その配合比は、５
重量％以下に設定される。

【００２０】（ｅ）界面活性剤 この界面活性剤は、ラウリル硫酸ナトリウム等が用いら
れ、前記金属可塑性組成物の製造時における配合物の混
練・混合が円滑化され、それに要する時間を短縮するた
めに混合するもので、製造条件によっては必ずしも混合
する必要はない。そして、０．５重量％を越えて配合し
ても前述の効果に変化がないため、この界面活性剤の配
合量は、０．５重量％以下に設定される。

【００２１】

【実施例】以下、実施例に沿って本発明を説明する。ま
ず、水溶性セルローズ系樹脂バインダーを用いた金属可
塑性組成物（実施例１）、熱可塑性樹脂バインダーを用
いた金属可塑性組成物（実施例２）、および、両者を混
合したバインダーを用いた金属可塑性組成物（実施例
３）のそれぞれについて、以下に示す配合比で金属可塑
性組成物を生成した。

【００２２】実施例１；メチルセルローズ；９重量％、
アルキルベンゼンスルホン酸塩；３重量％、フタル酸ジ
Ｎオクチル；１０重量％、および、残部；水および不可
避不純物からなるバインダーを作成し、このバインダー
２２重量％と平均粒径４０μｍのＡｇ粉末７８重量％を
混練して金属可塑性組成物を得た。

【００２３】実施例２；蒸発乾燥後の配合比が、アクリ
ル樹脂；４重量％、フタル酸ジＮブチル；４重量％、ソ
ルビタンモノオレート；２重量％となるように、これら
を、エタノール中において室温で撹拌混合し、この溶液
に平均粒径３０μｍのＡｇ粉末を、同じく蒸発乾燥後の
配合比が９０重量％となるように撹拌混合したのちに、
この混合溶液をバットに広げて、温度４０℃で２４時間
保持することにより自然乾燥させて金属可塑性組成物を
得た。

【００２４】実施例３；蒸発乾燥後の配合比が、ポリメ
タクリル酸メチル；２．７重量％、フタル酸ジＮブチ
ル；２．１重量％、および、ソルビタンモノオレート；
０．５重量％となるように、これらを、エタノール中に
おいて室温で撹拌混合し、この溶液に平均粒径３０μｍ
のＡｇ粉末を、同じく蒸発乾燥後の配合比が８４．９重
量％となるように撹拌混合したのちに、この混合溶液を
バットに広げて、温度４０℃で２４時間保持することに
より自然乾燥させ、これを、メチルセルローズ；１．０
重量％、ラウリル硫酸ナトリウム；０．０２、残部；水
および不可避不純物を撹拌混合して得られたゼリー状組
成物と混練して金属可塑性組成物を得た。

【００２５】ついで、このようにして得られた各実施例
の金属可塑性組成物Ｗを、図１に示すような型枠１内に
充填して、その露出した表面を平滑に均す。

【００２６】そして、このようにして充填された金属可
塑性組成物Ｗに、その露出面側から、図２に示すような
製品模型（本実施例においては、レリーフ状の製品模型
を示した）２を押しつけ、図３に示すように、製品模型
２の背面と金属可塑性組成物Ｗの表面とが一致するまで
所定の圧力で押し込む。

【００２７】この図３に示す状態で、実施例１にあって
は、金属可塑性組成物Ｗが半硬化状態あるいは固化状態
となるまで、自然乾燥あるいは強制乾燥により乾燥させ
る。ここで、実施例１における乾燥条件を示せば次のと
おりである。 自然乾燥の場合；室温で、４８時間 強制乾燥の場合；温度８０℃で、６時間

【００２８】ついで、このようにして実施例１において
は金属可塑性組成物Ｗを乾燥させたのちに、また、実施
例２および実施例３においては直接、金属可塑性組成物
Ｗから前記製品模型２を離型するとともに、前記型枠１
を取り外し、しかるのちに、これらの各金属可塑性組成
物Ｗを、大気中で、温度；９００℃、時間；１時間以上
の条件で焼成する。

【００２９】これによって、金属可塑性組成物Ｗのバイ
ンダーが完全に除去されるとともに、Ａｇ粉末が焼結さ
れて、図４に示すように、前記製品模型２と同等の形状
を有する凹部３を有する金型４が形成される。

【００３０】そして、前述のようにして得られた金型４
の凹部３内に、適宜の溶解金属材料、あるいは、粘土等
を注入あるいは充填・固化させたのちに離型することに
より、図２に示す製品模型２と同様の形状を有する製品
が得られる。

【００３１】このように、本発明の金型の製造方法によ
れば、金属可塑性組成物Ｗを生成して、この金属可塑性
組成物Ｗに製品模型２を押しつけることによって、製品
模型２と同様の凹部３が容易に形成され、かつ、この凹
部３が形成された金属可塑性組成物Ｗを焼成して、金属
可塑性組成物Ｗのバインダーを除去するとともに金属粉
体を焼結することによって、前記凹部３を有する金型４
が容易に得られる。

【００３２】したがって、機械加工等の作業を不要にし
た金型の製造が可能となる。この結果、金型の製造装置
の簡素化が図られるとともに、金属可塑性組成物Ｗに製
品模型２を押しつけるという熟練度を必要としない簡素
な作業によって金型の製造が行え、よって、これらの相
乗作用により、金型の製造コストが大幅に軽減される。

【００３３】なお、前記実施例は一例であって、本願発
明の技術思想の範囲内で種々変形することが可能であ
る。

【００３４】例えば、前記実施例においては、レリーフ
状の製品に用いられる金型について例示したが、これに
代えて、図５および図６に示すように、円筒状等の立体
的な製品の製造に用いる割型への適用も可能である。

【００３５】そして、この場合には、金属可塑性組成物
Ｗを充填した型枠１０を一対用意しておき、これらの型
枠１０を製品模型１１を挟み込むように突き合わせ、こ
の製品模型１１の略半分が、前記両型枠１０内の金属可
塑性組成物Ｗ内に埋め込まれるようにし、必要に応じこ
の状態で金属可塑性組成物Ｗを乾燥させたのちに、製品
模型１１を離型して焼成することにより、割型が得られ
る。

【００３６】また、このような割型を製造する場合に
は、製品模型１１と一体的にまたは別個に、湯通を形成
するための中子を設ける必要がある。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係わる金
型の製造方法によれば、金属可塑性組成物を生成して、
この金属可塑性組成物に製品模型を押しつけることによ
って、製品模型と同様の凹部を形成し、ついで、この金
属可塑性組成物を焼成して、金属可塑性組成物のバイン
ダーを除去するとともに金属粉体を焼結することによ
り、前記凹部を有する金型を得るものであるから、次の
ような優れた効果を奏する。

【００３８】機械加工等の作業を不要にした金型の製造
を可能にし、これによって、金型の製造装置の簡素化を
図るとともに、金属可塑性組成物に製品模型を押しつけ
るという熟練度を必要としない簡素な作業によって金型
の製造を行うことができ、よって、これらの相乗作用に
より、金型の製造コストを大幅に軽減することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の金型の製造方法を説明するためのもの
で、型枠内に金属可塑性組成物を充填した状態を示す外
観斜視図である。

【図２】本発明の金型の製造方法を説明するためのもの
で、製品模型の一例を示す外観斜視図である。

【図３】本発明の金型の製造方法を説明するためのもの
で、型枠内に充填された金属可塑性組成物へ製品模型を
押し込んだ状態を示す外観斜視図である。

【図４】本発明の金型の製造方法によって製造された金
型の外観を示す斜視図である。

【図５】本発明の金型の製造方法の変形例を説明するた
めのもので、金属可塑性組成物が充填された型枠と、製
品模型を示す外観斜視図である。

【図６】本発明の金型の製造方法の変形例を説明するた
めのもので、金属可塑性組成物が充填された一方の型枠
内に、製品模型を押し込んだ状態を示す外観斜視図であ
る。

【符号の説明】

Ｗ 金属可塑性組成物 １ 型枠 ２ 製品模型 ３ 凹部 ４ 金型 １０ 型枠 １１ 製品模型

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属粉末またはこの金属を主成分とする
   合金粉末とバインダーとを混練して金属可塑性組成物を
   生成し、この金属可塑性組成物に製品模型を押しつけて
   雌型を形成し、ついでこの雌型を焼結することを特徴と
   する金型の製造方法。
2. 【請求項２】 前記金属粉末が、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃ
   ｒ、Ｗ、および、Ｍｏから選択された１種であることを
   特徴とする請求項１記載の金型の製造方法。
3. 【請求項３】 前記合金粉末が、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃ
   ｒ、Ｗ、および、Ｍｏを主成分とする合金から選択され
   た１種であることを特徴とする請求項１記載の金型の製
   造方法。
4. 【請求項４】 前記バインダーが、熱可塑性樹脂バイン
   ダーおよび／または水溶性セルローズ系樹脂バインダー
   であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいず
   れかに記載の金型の製造方法。