JPH07196361A

JPH07196361A - セラミックス射出成形方法

Info

Publication number: JPH07196361A
Application number: JP5351883A
Authority: JP
Inventors: Hiroichi Fukuda; 博一福田; Takeshi Yasui; 猛安井; Tomoyoshi Kuroishi; 知義黒石; Kazuyuki Yamada; 一幸山田
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1993-12-28
Filing date: 1993-12-28
Publication date: 1995-08-01

Abstract

(57)【要約】【目的】成形体の薄肉化及び形状の複雑化が可能な射
出成形方法を提供する。【構成】有機バインダは下記に示す樹脂成分とワッ
クス成分とからなり、前記ワックス成分は下記に示す
組成からなる材料を用いて、前記セラミックスコンパウ
ンドの温度を１３０〜１８０℃の範囲、成形用金型の温
度を２０〜４０℃の範囲で射出成形をなすことを特徴と
したセラミックス射出成形方法。有機バインダ（有機バインダの総量を１００ｖｏｌ％
としたとき）樹脂成分が３５〜７０ｖｏｌ％、ワックス
成分が６５〜３０ｖｏｌ％。ワックス成分（有機バインダの総量を１００ｖｏｌ％
としたとき）マイクロクリスタリンワックスが５〜３５
ｖｏｌ％、パラフィンワックスが１５〜４０ｖｏｌ％、
ステアリン酸が０〜２０ｖｏｌ％。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はセラミックス射出成形方
法の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】ウエルド（湯境）、ヒケなどの欠陥を抑
える成形技術として、例えば特開平２−３０２３５７号
公報でセラミックス射出成形材料及びこれを用いた射出
成形方法が提案されている。この成形方法は、分子量１
〜５万のバインダを３〜１５ｗｔ％、分子量２００〜１
０００のバインダを８５〜９７ｗｔ％の組成割合の有機
バインダを使用することで、セラミックス材料温度を５
５〜９５℃、金型温度を４０〜５２℃にすることがで
き、材料温度と金型温度との温度差を小さくしたので成
形欠陥の発生を防止できるというものである。

【０００３】分子量１〜５万のバインダはアクリル系樹
脂，ＥＶＡ（エチレン酢酸ビニル共重合体）等の樹脂成
分であり、また分子量２００〜１０００のバインダはパ
ラフィンワックス等のワックス成分であると説明されて
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記ワックス
成分が９７ｗｔ％にも達する成形法では次の問題が認め
られた。ワックス成分が多いため脱脂工程での体積変化
が大きく、成形体の形状によってはクラックが入りやす
い。このために成形体の形状は単純形状に限られ、肉厚
もある程度以上大きくする必要がある。また、金型温度
が４０〜５２℃と高いため、離型性が悪く成形体に変形
クラックの発生が見られた。

【０００５】

【課題を解決するための手段】そこで本発明者らはより
薄肉で複雑な形状の成形体を製造する技術を確立するこ
とを目的に鋭意研究を続けるなかで、上記の従来方法に
は材料の温度を下げるためにワックス成分を過剰にした
こと及び金型温度を高くし過ぎたことが新たな問題を生
みだしたとの知見し、これらを是正することで好ましい
成形方法を確立することに成功した。具体的には、セラ
ミックスコンパウンドの組成がセラミックス粉末４５〜
６０ｖｏｌ％、有機バインダ４０〜５５ｖｏｌ％で、こ
の有機バインダの総量を１００ｖｏｌ％としたときに樹
脂成分が３５〜７０ｖｏｌ％、ワックス成分が３０〜６
５ｖｏｌ％であり、更に有機バインダの総量を１００ｖ
ｏｌ％としたときにワックス成分はマイクロクリスタリ
ンワックスが５〜４０ｖｏｌ％、パラフィンワックスが
１５〜４０ｖｏｌ％、ステアリン酸が０〜２０ｖｏｌ％
である材料を用いて、前記セラミックスコンパウンドの
温度を１３０〜１８０℃の範囲、成形用金型の温度を２
０〜４０℃の範囲で射出成形すれば好ましい成形体を製
造し得る。

【０００６】上記セラミックス粉末は窒化珪素（Ｓｉ₃
Ｎ₄）、イットリア（Ｙ₂Ｏ₃）アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）、
その他の粉末の単独又は混合物である。上記樹脂成分は
アクリル系樹脂（ポリメタクリル酸エステル、ポリアク
リル酸エステル、エチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶ
Ａ））である。上記ワックス成分はマイクロクリスタリ
ンワックス（ＭＣＷ）、パラフィンワックス、ステアリ
ン酸、その他の単独又は混合物である。

【０００７】

【作用】上記組成割合について以下に説明する。図１は
本発明方法に係るセラミックス粉末と有機バインダの比
率とその評価の相関図であり、横軸は、上段がセラミッ
クス粉末で下段が有機バインダであり、縦軸は評価（不
良←→良）を示す。横軸下段の有機バインダが５５ｖｏ
ｌ％を越える（図では目盛５５より左方）と脱脂性が許
容以下になり、これに伴って焼結体の密度が低くなり焼
結体の品質が低下する。そこで、有機バインダは５５ｖ
ｏｌ％以下でセラミックス粉末は４５ｖｏｌ％以上とす
る。また、有機バインダが４０ｖｏｌ％未満（図では目
盛４０より右方）ではコンパウンドの粘性が高くなり過
ぎて成形性が許容以下となり、好ましくない。それで、
有機バインダは４０ｖｏｌ％以上でセラミックス粉末は
６０ｖｏｌ％以下とする。以上からセラミックスコンパ
ウンド中、セラミックス粉末を４５〜６０ｖｏｌ％、有
機バインダを４０〜５５ｖｏｌ％とする。

【０００８】セラミックコンパウンドは、１３０℃未満
で粘度が上り流動性が低下してウエルドやフローマーク
が発生しやすく、１８０℃超でステアリン酸又はパラフ
インワックス中の低分子量成分が気化して成形体にポア
が発生しやすくなる。従って、セラミックコンパウンド
の温度は１３０〜１８０℃の範囲にすることが好まし
い。

【０００９】成形用金型は、２０℃未満でセラミックコ
ンパウンドの粘度が上り流動性が低下してウエルドやフ
ローマークを発生し、４０℃超で成形体の強度が低下し
て変形、クラックを発生する恐れがある。そこで、成形
用金型の温度を２０〜４０℃の範囲にする。

【００１０】図２は本発明方法に係る有機バインダ中の
樹脂成分とワックス成分の比率とその評価の相関図であ
り、横軸は、上段が樹脂成分で下段がワックス成分であ
り、縦軸は評価（不良←→良）を示す。横軸上段に示す
樹脂成分が３５ｖｏｌ％未満ではコンパウンドの体積膨
張率が過大となり、成形段階でヒケが発生しやすくなる
とともに脱脂初期段階でワックス成分の急激なしみ出し
によりクラックが発生すやすくなる。また、成形体の許
容歪が小さくなり、複雑形状品では成形時に図に示した
とおり成形性及び脱脂性が不良となる。また、樹脂成分
が７０ｖｏｌ％を越えると、コンパウンドの粘性が過大
となり成形性が著しく低下し、これに伴って熱分解によ
る脱脂が主となるので脱脂歩留りが低下する。以上から
有機バインダ中、樹脂成分を３５〜７０ｖｏｌ％、ワッ
クス成分を３０〜６０ｖｏｌ％とする。

【００１１】上記有機バインダを１００とした場合に、
それに含まれるアクリル系樹脂の割合は１５〜３５ｖｏ
ｌ％、又はエチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）の割
合は１５〜３５ｖｏｌ％であることが望ましい。アクリ
ル系樹脂は３５ｖｏｌ％を越えると、コンパウンドの粘
性が高くなり過ぎて成形できなくなる。また、エチレン
酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）は３５ｖｏｌ％を越える
と急激な熱分解により脱脂歩留りが低下することがその
理由である。

【００１２】上記有機バインダを１００とした場合に、
それに含まれるマイクロクリスタリンワックス（ＭＣ
Ｗ）の割合は５〜４０ｖｏｌ％、パラフィンワックスの
割合は１５〜４０ｖｏｌ％、又はステアリン酸の割合は
０〜２０ｖｏｌ％であることが望ましい。マイクロクリ
スタリンワックス（ＭＣＷ）は５ｖｏｌ％を下回ると成
形体が脆くなり、４０ｖｏｌ％を越えると脱脂歩留りが
低下するからであり、パラフィンワックスは１５ｖｏｌ
％を下回ると脱脂歩留りが低下し、４０ｖｏｌ％を越え
ると成形時のヒケが発生しやすくなるからであり、ステ
アリン酸は２０ｖｏｌ％を越えると成形体が脆くなるか
らである。

【００１３】

【実施例】本発明の実施例を添付図面に基づいて以下に
説明する。図３は本発明方法に係る製造フロー図であ
り、セラミックス粉末を調合し、混合・粉砕し、乾燥
し、これに有機バインダを加えて混練し、ペレット化
し、温度調節した材料をやはり温度調節した金型に射出
して成形体を得る。この成形体を脱脂処理し、その後に
焼成処理する。以下具体例を実施例で説明する。（１）セラミックス原料；セラミックスの種類、その粉
末の比表面積（単位重量当りの表面積）（以下［ＢＥ
Ｔ」と記す。）、重量割合を次の通りとする。Ｓｉ₃Ｎ₄ ＢＥＴ１０．０ｍ²／ｇ９２ｗｔ％Ｙ₂Ｏ₃ ＢＥＴ３．０ｍ²／ｇ５ｗｔ％Ａｌ₂Ｏ₃ ＢＥＴ７．０ｍ²／ｇ３ｗｔ％（２）混合・粉砕；ボールミルにてエタノール中で約６
４時間実施する。（３）乾燥；真空乾燥法（４）混練；加圧ニーダにて１５０℃で３時間実施す
る。（５）ペレット化；所定の大きさのペレットにする。（６）材料温度調節；材料を１５０℃に調節する。金型温度調節；金型を２５〜３５℃に調節する。（７）射出成形；キャビティ（成形体）の寸法１０ｍ
ｍ径×５０ｍｍ長さ射出圧力は５００〜７５０ｋｇ／ｃｍ²。（８）脱脂；窒素ガス雰囲気中で２．５℃／時間の割合
で加熱し、５００℃に達したら３時間保持することで、
脱脂する。（９）焼成；最大９．５ｋｇ／ｃｍ²窒素ガス雰囲気中
で６℃／分の割合で加熱し、１８００℃に達したら４時
間保持することで、焼成する。

【００１４】上記セラミックス粉末に所定割合の有機バ
インダを加え、且つこの有機バインダの組成を種々変更
して成形及び脱脂を実施し、それを実施例１〜６及び比
較例１〜３としてまとめたのが表１である。

【００１５】

【表１】

【００１６】評価の記号を先に説明すると、◎は優（良
品）、○は良（微細な欠陥を含むが実用上差支えないも
の。）、×は不良（欠陥品）である。

【００１７】実施例１：セラミックス粉末５２ｖｏｌ％有機バインダ４８ｖｏｌ％有機バインダ中の樹脂成分５４ｖｏｌ％有機バインダ中のワックス成分４６ｖｏｌ％材料温度１５０℃ 金型温度２５〜３０℃ （樹脂成分５４ｖｏｌ％）アクリル系樹脂２７ｖｏｌ％ＥＶＡ２７ｖｏｌ％（ワックス成分４６ｖｏｌ％）ＭＣＷ１０ｖｏｌ％パラフィンワックス２４ｖｏｌ％ステアリン酸１２ｖｏｌ％酸化ワックス０ｖｏｌ％の条件で射出成形したところ、評価は○であった。

【００１８】実施例２：セラミックス粉末５２ｖｏｌ％有機バインダ４８ｖｏｌ％有機バインダ中の樹脂成分４８ｖｏｌ％有機バインダ中のワックス成分５２ｖｏｌ％材料温度１５０℃ 金型温度２５〜３０℃ （樹脂成分４８ｖｏｌ％）アクリル系樹脂２４ｖｏｌ％ＥＶＡ２４ｖｏｌ％（ワックス成分５２ｖｏｌ％）ＭＣＷ２０ｖｏｌ％パラフィンワックス２１ｖｏｌ％ステアリン酸１１ｖｏｌ％酸化ワックス０ｖｏｌ％の条件で射出成形したところ、評価は◎であった。

【００１９】実施例３：セラミックス粉末５２ｖｏｌ％有機バインダ４８ｖｏｌ％有機バインダ中の樹脂成分４２ｖｏｌ％有機バインダ中のワックス成分５８ｖｏｌ％材料温度１５０℃ 金型温度２５〜３０℃ （樹脂成分４２ｖｏｌ％）アクリル系樹脂２１ｖｏｌ％ＥＶＡ２１ｖｏｌ％（ワックス成分５８ｖｏｌ％）ＭＣＷ３０ｖｏｌ％パラフィンワックス１９ｖｏｌ％ステアリン酸９ｖｏｌ％酸化ワックス０ｖｏｌ％の条件で射出成形したところ、評価は◎であった。

【００２０】実施例４：セラミックス粉末５２ｖｏｌ％有機バインダ４８ｖｏｌ％有機バインダ中の樹脂成分３６ｖｏｌ％有機バインダ中のワックス成分６４ｖｏｌ％材料温度１５０℃ 金型温度２５〜３０℃ （樹脂成分３６ｖｏｌ％）アクリル系樹脂１８ｖｏｌ％ＥＶＡ１８ｖｏｌ％（ワックス成分６４ｖｏｌ％）ＭＣＷ４０ｖｏｌ％パラフィンワックス１６ｖｏｌ％ステアリン酸８ｖｏｌ％酸化ワックス０ｖｏｌ％の条件で射出成形したところ、評価は○であった。

【００２１】実施例５：セラミックス粉末５４ｖｏｌ％有機バインダ４６ｖｏｌ％有機バインダ中の樹脂成分３６ｖｏｌ％有機バインダ中のワックス成分６４ｖｏｌ％材料温度１５０℃ 金型温度２５〜３０℃ （樹脂成分３６ｖｏｌ％）アクリル系樹脂１８ｖｏｌ％ＥＶＡ１８ｖｏｌ％（ワックス成分６４ｖｏｌ％）ＭＣＷ４０ｖｏｌ％パラフィンワックス１６ｖｏｌ％ステアリン酸８ｖｏｌ％酸化ワックス０ｖｏｌ％の条件で射出成形したところ、評価は○であった。

【００２２】比較例１：セラミックス粉末５４ｖｏｌ％有機バインダ４６ｖｏｌ％有機バインダ中の樹脂成分３６ｖｏｌ％有機バインダ中のワックス成分６４ｖｏｌ％材料温度１５０℃ 金型温度２５〜３０℃ （樹脂成分３６ｖｏｌ％）アクリル系樹脂１８ｖｏｌ％ＥＶＡ１８ｖｏｌ％（ワックス成分６４ｖｏｌ％）ＭＣＷ０ｖｏｌ％パラフィンワックス５６ｖｏｌ％ステアリン酸８ｖｏｌ％酸化ワックス０ｖｏｌ％の条件で射出成形したところ、評価は×であった。

【００２３】比較例２：セラミックス粉末５４ｖｏｌ％有機バインダ４６ｖｏｌ％有機バインダ中の樹脂成分３６ｖｏｌ％有機バインダ中のワックス成分６４ｖｏｌ％材料温度１５０℃ 金型温度２５〜３０℃ （樹脂成分３６ｖｏｌ％）アクリル系樹脂１８ｖｏｌ％ＥＶＡ１８ｖｏｌ％（ワックス成分６４ｖｏｌ％）ＭＣＷ０ｖｏｌ％パラフィンワックス１６ｖｏｌ％ステアリン酸８ｖｏｌ％酸化ワックス４０ｖｏｌ％の条件で射出成形したところ、評価は×であった。

【００２４】比較例３：セラミックス粉末５４ｖｏｌ％有機バインダ４６ｖｏｌ％有機バインダ中の樹脂成分６０ｖｏｌ％有機バインダ中のワックス成分４０ｖｏｌ％材料温度１５０℃ 金型温度２５〜３０℃ （樹脂成分６０ｖｏｌ％）アクリル系樹脂３０ｖｏｌ％ＥＶＡ３０ｖｏｌ％（ワックス成分４０ｖｏｌ％）ＭＣＷ０ｖｏｌ％パラフィンワックス１５ｖｏｌ％ステアリン酸２５ｖｏｌ％酸化ワックス０ｖｏｌ％の条件で射出成形したところ、評価は×であった。

【００２５】比較例１はワックス成分においてパラフィ
ンワックスを５６ｖｏｌ％としたため評価は×であっ
た。このことおよび他の実験からパラフィンワックスは
４０ｖｏｌ％以下にする必要がある。比較例２はワック
ス成分においてマイクロクリスタリンワックスの代りに
酸化ワックスを添加したものである。酸化ワックスは溶
融粘度が高く、脱脂初期の段階でのしみ出し効果が殆ど
期待できないため脱脂時にクラックが発生してしまう。
比較例３はステアリン酸を大量に添加したものであり、
成形体が多少脆くなる。またステアリン酸の場合は溶融
粘度が極端に低いため脱脂初期段階でのしみ出しが過大
となってクラックが発生してしまう。

【００２６】尚、本実施例で樹脂成分をアクリル系樹脂
とＥＶＡの配合体としたのは、成形体の強度向上を狙っ
たものである。しかし、これに限るものではなく樹脂成
分はアクリル系樹脂又はＥＶＡの一成分であっても差支
えない。

【００２７】

【発明の効果】以上に述べた通り本発明は、セラミック
スコンパウンドの組成がセラミックス粉末４５〜６０ｖ
ｏｌ％、有機バインダ４０〜５５ｖｏｌ％で、この有機
バインダの総量を１００ｖｏｌ％としたときに樹脂成分
が３５〜７０ｖｏｌ％、ワックス成分が３０〜６５ｖｏ
ｌ％であり、更に有機バインダの総量を１００ｖｏｌ％
としたときにワックス成分はマイクロクリスタリンワッ
クスが５〜４０ｖｏｌ％、パラフィンワックスが１５〜
４０ｖｏｌ％、ステアリン酸が０〜２０ｖｏｌ％である
材料を用いて、前記セラミックスコンパウンドの温度を
１３０〜１８０℃の範囲、成形用金型の温度を２０〜４
０℃の範囲で射出成形をなすことを特徴とし、ワックス
成分が従来より少量で且つ樹脂成分が多いため、成形に
おいて体膨張率が小さくなってヒケが発生しにくくなり
成形体の許容歪が大きくなる。脱脂においては脱脂初期
段階でのワックス成分の急激なしみ出しが少ないのでク
ラックの発生が抑制され、この結果、成形体の薄肉化お
よび形状の複雑化が可能となる。また、金型の温度を上
げる必要がないので、離型性が良好となり成形体の表面
品質が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法に係るセラミックスと有機バインダ
の比率とその評価の相関図

【図２】本発明方法に係る有機バインダ中の樹脂成分と
ワックス成分の比率とその評価の相関図

【図３】本発明方法に係る製造フロー図

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山田一幸埼玉県和光市中央１丁目４番１号株式会社本田技術研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セラミックスコンパウンドの組成がセラ
ミックス粉末４５〜６０ｖｏｌ％、有機バインダ４０〜
５５ｖｏｌ％で、前記有機バインダは下記に示す樹脂
成分とワックス成分とからなり、前記ワックス成分は下
記に示す組成からなる材料を用いて、前記セラミック
スコンパウンドの温度を１３０〜１８０℃の範囲、成形
用金型の温度を２０〜４０℃の範囲で射出成形をなすこ
とを特徴としたセラミックス射出成形方法。有機バインダ（有機バインダの総量を１００ｖｏｌ％
としたとき）樹脂成分３５〜７０ｖｏｌ％ワックス成分６５〜３０ｖｏｌ％ワックス成分（有機バインダの総量を１００ｖｏｌ％
としたとき）マイクロクリスタリンワックス５〜４０ｖｏｌ％パラフィンワックス１５〜４０ｖｏｌ％ステアリン酸０〜２０ｖｏｌ％