JPH0770606A - 焼結体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 焼結体の製造方法に関し、脱バインダ処理時
間が短く、且つ射出成形時に離型不良が発生する恐れが
少ないことを目的とする。 【構成】 焼結性粉末１と有機バインダ２とを混練し、
パーティング面側が開口するようキャビティの周囲に設
けた凹部及び凹部内に放熱フィンを有する可動側金型
と、コアを有する固定側金型とからなる射出成形金型を
用いて、混練した射出成形用原料を所定の形状に射出成
形し、射出成形して得た成形体を金型から取り出し、加
熱し脱バインダ処理し、次に成形体を所定の高温に加熱
し焼結するものとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、焼結体の製造方法に関
する。マグネットベースやモータのヨーク等の電子部品
は、鉄・珪素合金，鉄・コバルト合金等の軟質磁性材料
が用いられている。

【０００２】これらの材料は硬くて脆いために、切削加
工では高精度の寸法で所定の形状に仕上げることが困難
である。一方、金属やセラミックス等の焼結性粉末を有
機バインダと混合し、所望の形状に射出成形し、成形体
を加熱炉で除々に昇温して有機バインダを分解させてバ
インダを除去し、その後焼結するという製造方法があ
る。

【０００３】上記のような射出成形する製造方法は、前
述の軟質磁性材料の加工に適しているので、複雑の形状
のものに適用して広く利用されている。

【０００４】

【従来の技術】焼結体の製造工程は、焼結性粉末と有機
バインダとの混練、射出成形、脱脂及び焼結の工程から
構成されている。

【０００５】詳述すると、原料の平均粒径が１０μm 以
下の焼結性粉末とワックス状の有機バインダとを混練し
た後に、有機バインダの軟化温度以上に高い射出温度、
1000Kg／cm² 程度の射出圧力で射出成形して成形体とす
る。

【０００６】次にアルゴンや窒素等の不活性雰囲気中で
所定の温度まで加熱して、有機バインダを蒸発気化させ
て脱バインダ処理する。次に、所定の高温度まで加熱し
焼結して、所望の形状の焼結体とするものである。

【０００７】射出成形機にセットする従来の射出成形金
型を図４に示す。なお、図示した射出成形金型の成形体
即ち焼結体の形状は円筒形である。図４の(A) は型閉め
した状態の断面図、(B) は可動側金型の斜視図である。

【０００８】図において、射出成形金型は、スプルー1
2，ランナー11等を形成するコア21を備えた固定側金型2
0と、成形用空洞15（図では円筒形）を有するキャビテ
ィ31A及びエジェクタピン33等を備えた可動側金型30A
とで構成されている。

【０００９】詳述すると固定側金型20は、成形機の固定
ダイプレート等に取付ける固定側取付板22と、パーティ
ング面ＰＬとは反対側の面が固定側取付板に密着固定さ
れる、軸心部にスプルーブシュ23（このスプルーブシュ
23の軸心にスプルー12を形成する円錐状の孔を有する)
が嵌着されたコア21とから構成されている。

【００１０】スプルー12の開口側（パーティング面ＰＬ
側）は、ランナー11を形成するように笠形に開口してい
る。可動側金型30A は、成形機の移動ダイプレート等に
取付ける可動側取付板36と、スペーサブロック35を介し
て可動側取付板36に固着されるキャビティ取付部材32A
と、パーティング面ＰＬ側が開口した成形用空洞15（混
練物質が充填され成形品10が形成される部分）を有し、
裏面がキャビティ取付部材32A に密着し固定されるキャ
ビティ31A とで構成されている。

【００１１】そして可動側金型30A には、可動側取付板
36, スペーサブロック35, キャビティ取付部材32A によ
り周囲が取り囲まれた空間に、エジェクタプレート34が
収容されている。

【００１２】また、キャビティ取付部材32A,キャビティ
31A の小孔を貫通して、先端が成形用空洞15の端面に顔
出しするエジェクタピン33は、その根元部分をエジェク
タプレート34に固着させてある。

【００１３】なお、キャビティ取付部材32のパーティン
グ面ＰＬ側に円形の凸部を設け、コア21のパーティング
面ＰＬ側を円形の凹部を設けて、固定側金型20と可動側
金型30A との型合わの精度の向上をはかっている。また
型合わせのために、２本のガイドバーを設けたものもあ
る。

【００１４】一方、キャビティ取付部材32A を平行に貫
通する２本の冷媒通路40を設け、キャビティ取付部材32
A の一方の側面側の開口を連結管42で連通させている。
そして注入口41から冷媒（例えば油) Ｗを冷媒通路40に
流しこみ、キャビティ取付部材32A-連結管42- キャビテ
ィ取付部材32A を経て出口43から取り出すことで、可動
側金型30A を所定の温度（例えば75℃) に保持するよう
にしている。

【００１５】以下、射出成形金型を用いて焼結体を成形
する方法を説明する。まず、焼結性粉末と有機バインダ
とを混練した射出成形用原料を、射出成形機のホッパに
投入し、シリンダ内でバインダの軟化温度以上の所定の
射出成形温度に加熱し、射出成形用原料に充分な流動性
を付与する。

【００１６】一方、可動側金型30A を固定側金型20方向
に移動し、両者のパーティング面ＰＬを密着させ型閉め
を行う。そして、シリンダを前進させてノズルの開口を
固定側金型20のスプルー12の注入部に密着させ、溶融状
態の射出成形用原料をスプルー12に注入する。このこと
により射出成形用原料はスプルー12, ランナー11を経
て、コア21とキャビティ31A とが形成する所望形状の成
形用空洞15に、圧入・充填され成形体10が成形される。

【００１７】そして、成形体10が冷却されて、その形が
崩れることのない所定の時間を経た後、可動側金型30A
を後退して型開きを行う。この際、成形体10及びスプル
ー12に充填された射出成形用原料は、キャビティ31A に
付着して後退し、固定側金型20から引き離される。

【００１８】この可動側金型30A の後退の終点近くで射
出成形機に取りつけたエジェクタがエジェクタプレート
34を叩打する。このことにより、エジェクタプレート34
即ちエジェクタピン33が前進し、成形用空洞に充填され
硬化した成形体10を可動側金型30A から取り出す。

【００１９】従来、50% Fe-Co 合金粉末からなる焼結体
の製造に用いる有機バインダは、ポリエチレン（分解開
始温度は約 400℃ ,軟化温度約 110℃ )を主成分バイン
ダとし、ポリメチルアクリレート（分解開始温度は約 3
00℃ ,軟化温度約 170℃ )を副成分バインダとした二成
分構成の有機バインダを使用していた。

【００２０】なお、主成分バインダと副成分バインダの
容積比は(75 〜60) 対 (25〜40) であり、50% Fe-Co 合
金粉末と有機バインダとの容積比は、65対35である。

【００２１】このような焼結性粉末と有機バインダとを
混練した射出成形用原料を、射出成形機を用いて成形す
る。そして、射出成形金型から取り出した成形体10を窒
素雰囲気中で約 400℃に加熱して保持し、分解開始温度
が低い副成分バインダ（ポリメチルアクリレート)をま
ず蒸発させて除去し、成形体10内に適度の間隙を設け
る。

【００２２】次に、成形体10を除々に約 500℃まで昇温
させ、その温度を保持して分解開始温度が高い主成分バ
インダ（ポリエチレン）を蒸発させ除去していた。一成
分バインダ（例えばポリエチレン100 ％）の場合の脱脂
所要時間が約４０時間であったのを、このように分解開
始温度が低い副成分樹脂バインダ（ポリメチルアクリレ
ート) を含む二成分構成のバインダを採用し、２段構成
の加熱方法で脱バインダ処理して、脱バインダの所要時
間を約２０時間に短縮させていた。

【００２３】脱バインダ処理後、成形体10を約1400℃に
加熱して焼結させ、設計寸法に合致した所望の形状の焼
結体としている。

【００２４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、所定の温度
に設定した射出成形金型に射出成形用原料を射出し充填
して成形体を形成する際に、射出成形金型の温度をバイ
ンダが硬化する温度以下に設定しなければならない。

【００２５】この際、射出成形金型の設定温度が低すぎ
ると、キャビティ内に流入した射出成形用原料の冷却速
度が大きくて、キャビティの成形用空洞の隅々まで充分
に充填される前に、射出成形用原料が流動性を失い成形
体が所定の形状にならなくて充填不良になる。

【００２６】また、射出成形金型の設定温度が高すぎる
と、射出成形用原料がキャビティ内で硬化するのに時間
を要することになり、射出成形時間が多くなる。なお、
充分に硬化する前に、型開きをして成形品を取り出す
と、強度不足により成形品の形状が崩れたり或いは破損
して、所謂離型不良となる。

【００２７】一方、従来は上述のように、分解開始温度
が高い主成分バインダに、分解開始温度が低い副成分バ
インダを混合した二成分構成の有機バインダを採用した
ことで、脱バインダ処理時間を半減していた。

【００２８】しかしながら、脱バインダ処理時間を節減
するために混合した副成分バインダの軟化温度は、主成
分バインダの軟化温度（約 110℃) よりも高い。このよ
うな軟化温度の高い射出成形用原料では、成形時の流動
性を良好にするために、通常は 140℃〜 160℃であった
射出成形温度を、副成分バインダの軟化温度（約 170
℃) 以上に高い温度即ち約 200℃しなければならなかっ
た。

【００２９】一方、射出成形金型は主成分バインダの硬
化温度以下で、充填不良にならないような温度（約 75
℃) に保持しなければならない。上述のように射出成形
温度と射出成形金型の設定温度との差が大きいことに起
因して、従来は何回か連続して射出成形を繰り返すと、
射出成形金型の射出成形用原料による加熱が、冷媒の冷
却速度を上回り、射出成形金型の温度が所定温度以上に
上昇して離型不良が発生するという問題点があった。

【００３０】本発明はこのような点に鑑みて創作された
もので、脱バインダ処理時間が短く、且つ射出成形時に
離型不良が発生する恐れが少ない、焼結体の製造方法を
提供することを目的としている。

【００３１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明は、図１に図示したように、焼結性粉末１と
有機バインダ２とを混練し、その混練した射出成形用原
料を、パーティング面側が開口するようキャビティの周
囲に設けた凹部及び凹部内に放熱フィンを有する可動側
金型と、コアを有する固定側金型とからなる射出成形金
型を用いて所定の形状に射出成形し、射出成形して得た
成形体を金型から取り出し、加熱し脱バインダ処理した
後に、成形体を所定の高温に加熱し焼結するものであ
る。

【００３２】或いは、型開き後に放熱フィン部分にエァ
ーを吹きつけるものとする。また、焼結性粉末が Fe-Co
合金粉末であり、有機バインダが、軟化温度が低い主成
分バインダと軟化温度が高い副成分バインダとからなる
ものであり、脱バインダ時の加熱温度が、副成分バイン
ダの分解開始温度以上の温度と、主成バインダの分解開
始温度以上の温度とからなる、２段構成とする。

【００３３】

【作用】本発明方法によれば、射出成形用原料の射出成
形時に、パーティング面側が開口するようキャビティの
周囲に設けた凹部及び凹部内に放熱フィンを有する可動
側金型と、コアを有する固定側金型とからなる射出成形
金型を用いている。

【００３４】したがって、型開きするその都度、放熱面
積が広い放熱フィンから熱が外部に放出されるので、キ
ャビティの温度上昇が抑制され、所定の温度に保持され
る。よって離型不良になる恐れがない。

【００３５】また、二成分構成のバインダを使用して、
２段構成の加熱方法で脱バインダ処理を実施しているの
で、その脱バインダ処理時間がは短い。

【００３６】

【実施例】以下図を参照しながら、本発明を具体的に説
明する。なお、全図を通じて同一符号は同一対象物を示
す。

【００３７】図１は、本発明の製造工程を示す図、図２
は本発明の射出成形金型の図で(A)は型閉めした状態の
断面図、(B) は可動側金型の斜視図、図３は金型の冷却
特性図である。

【００３８】図２に図示した射出成形金型は、スプルー
12，ランナー11等を形成するコア21を備えた固定側金型
20と、成形用空洞15（射出成形用原料が充填され成形体
10が形成される部分）を有するキャビティ31及びエジェ
クタピン33等を備えた可動側金型30とで構成されてい
る。

【００３９】固定側金型20は、図４に図示した従来の固
定側金型と全く同じである。図に図示した可動側金型30
が、図４に図示した従来の可動側金型と異なる点は、パ
ーティング面ＰＬ側が開口するように、成形用空洞15を
有するキャビティ31の周囲に、深さが成形用空洞の深さ
にほぼ等しい凹部50をを設け、この凹部50内に放射状に
多数の放熱フィン51を設けた点である。

【００４０】なお、この凹部50は図示例はリング形であ
るが、角形でも良いことは勿論である。詳述すると固定
側金型20は、成形機の固定ダイプレート等に取付ける固
定側取付板22と、パーティング面ＰＬとは反対側の面が
固定側取付板22に密着固定される、軸心部にスプルーブ
シュ23（このスプルーブシュ23の軸心にスプルー12を形
成する円錐状の孔を有する) が嵌着されたコア21とから
構成されている。

【００４１】スプルー12の開口側（パーティング面ＰＬ
側）は、ランナー11を形成するように笠形に開口してい
る。可動側金型30は、成形機の移動ダイプレート等に取
付ける可動側取付板36と、スペーサブロック35を介して
可動側取付板36に固着されるキャビティ取付部材32と、
パーティング面ＰＬ側が開口した成形用空洞15を有し、
裏面がキャビティ取付部材32に密着固定されるキャビテ
ィ31とで構成され、キャビティ31には凹部50と放熱フィ
ン51とを設けてある。

【００４２】そして、可動側金型30には、可動側取付板
36, スペーサブロック35, キャビティ取付部材32により
周囲が取り囲まれた空間に、エジェクタプレート34が収
容され、キャビティ取付部材32, キャビティ31の小孔を
貫通して、先端が成形用空洞15の端面に顔出しするエジ
ェクタピン33は、その根元部分をエジェクタプレート34
に固着させてある。

【００４３】なお、キャビティ取付部材32のパーティン
グ面ＰＬ側に円形の凸部を設け、コア21のパーティング
面ＰＬ側を円形の凹部を設けて、固定側金型20と可動側
金型30との型合わの精度の向上をはかっている。

【００４４】一方、キャビティ取付部材32を平行に貫通
する２本の冷媒通路40を設け、キャビティ取付部材32の
一方の側面側の開口を連結管42で連通させている。そし
て注入口41から冷媒（例えば油) Ｗを冷媒通路40に流し
こみ、キャビティ取付部材32- 連結管42- キャビティ取
付部材32A を経て出口43から取り出すことで、可動側金
型30を所定の温度（例えば75℃) に保持するようにして
いる。

【００４５】図１において、１は50% Fe-Co 合金粉末か
らなる焼結性粉末である。２は、ポリエチレン（分解開
始温度は約 400℃ ,軟化温度約 110℃ )よりなる主成分
バインダと、ポリメチルアクリレート（分解開始温度は
約 300℃ ,軟化温度約 170℃ )を副成分バインダとから
なる二成分構成の有機バインダである。

【００４６】なお、主成分樹脂バインダと副成分樹脂バ
インダの容積比は、(75 〜60) 対 (25〜40) であり、焼
結性粉末１と有機バインダ２との容積比は、65対35であ
る。

【００４７】このような焼結性粉末１と有機バインダ２
とを混練（３）して、射出成形用原料とした後に、射出
成形機のホッパに投入し、シリンダ内で射出成形用原料
が充分な流動性を有する所定の射出成形温度（約 200
℃) に加熱する。

【００４８】一方、冷媒Ｗにより約75℃に保持した可動
側金型30を、固定側金型20方向に移動し、両者のパーテ
ィング面ＰＬを密着させ型閉めを行う。そして、シリン
ダを前進させてノズルの開口を固定側金型20のスプルー
12の注入部に密着させ、溶融状態の射出成形用原料をス
プルー12に注入する。

【００４９】このことにより溶融状態の射出成形用原料
はスプルー12, ランナー11を経て、コア21とキャビティ
31とが形成する所望形状の成形用空洞15に圧入・充填さ
れ、成形体10が成形される。

【００５０】次に、可動側金型30を後退して型開きを行
う。この際、成形体10及びスプルー12に充填された射出
成形用原料は、キャビティ31に付着して後退し、固定側
金型20から引き離される。

【００５１】この可動側金型30の後退の終点近くで射出
成形機に取付けたエジェクタが、エジェクタプレート34
を叩打する。したがって、エジェクタプレート34ととも
にエジェクタピン33が前進し、成形用空洞15に充填され
硬化した成形体10を可動側金型30から取り出す。

【００５２】この際可動側金型30は、キャビティ取付部
材32に設けた冷媒通路40を通る冷媒Ｗによって冷却され
ているのに加えて、型開きをするその都度、キャビティ
31側に設けた放熱面積が広い放熱フィン51及び凹部50の
内壁から、熱がパーティング面ＰＬ側の外部に放出され
る。

【００５３】したがって、射出成形を繰り返しても、射
出成形金型の射出成形用原料による加熱が冷媒の冷却速
度を上回ることがなくなり、射出成形金型の温度が所定
温度保持される。

【００５４】即ち、離型不良が発生しない。なお、放熱
フィン部分にエァーを吹きつけることで、キャビティの
冷却効果がさらに向上する。

【００５５】脱バインダ処理工程においては、射出成形
金型から取り出した成形体10を窒素雰囲気中で約400 ℃
に加熱して保持し、分解開始温度が低い副成分バインダ
（ポリメチルアクリレート) を分解して放出させて除去
し、成形体10内に適度の間隙を設ける。

【００５６】次に、成形体10を除々に加熱し約 500℃ま
で昇温させ、その温度を保持して分解開始温度が高い主
成分バインダ（ポリエチレン）を分解し放出させ除去す
る。この脱バインダに要する時間は約２０時間である。

【００５７】次に、成形体10を約1400℃に加熱して焼結
させ、設計寸法に合致した所望の形状の焼結体とする。
図３は、上述のように凹部と放熱フィンとを有する可動
側金型の実験冷却特性と、放熱フィンを有しない従来の
可動側金型の実験冷却特性とを示す図である。

【００５８】図３は横軸に成形回数を、縦軸に金型温度
を示している。なお、図３の右上に斜線で示した領域Ｅ
は、キャビティがこの領域Ｅまで温度上昇すると、離型
不良になる恐れがある領域である。

【００５９】従来の可動側金型の冷却特性は点線Ｂであ
り、本発明に係わる可動側金型の冷却特性は実線Ａであ
る。点線Ｂのように従来は３回連続して成形するとキャ
ビティ温度が約79℃に上昇するので、離型不良になる恐
れがあった。

【００６０】本発明によれば 実線Ａのように４回連続
して成形しても、キャビティは殆ど温度上昇しない。

【００６１】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、焼結性粉
末と分解開始温度が高い主成分バインダ及び主成分バイ
ンダよりも分解開始温度が低い副成分樹脂バインダから
なる二成分構成の有機バインダとを混練し、焼結体を射
出成形機を用いて成形する際に、キャビティの周囲にパ
ーティング面側が開口した凹部と凹部内に設けた放熱フ
ィンとを備えた射出成形金型を使用する焼結体の製造方
法であって、連続して射出成形しても、離型不良及び成
形不良が発生する恐れがないという優れた効果を有す
る。

【００６２】また、一成分構成のバインダを採用した場
合よりも、脱バインダ処理時間が短くて、得られる焼結
体が低コストである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の製造工程を示す図

【図２】 本発明の射出成形金型の図で (A) は型閉めした状態の断面図 (B) は可動側金型の斜視図

【図３】 金型の冷却特性図

【図４】 従来の射出成形金型の図で (A) は型閉めした状態の断面図 (B) は可動側金型の斜視図

【符号の説明】

１ 焼結性粉末 ２ 有機バイン
ダ 10 成形体 11 ランナー 12 スプルー 15 成形用空洞 20 固定側金型 21 コア 22 固定側取付板 30,30A 可動側
金型 31,31A キャビティ 32，32A キャ
ビティ取付部材 33 エジェクタピン 40 冷媒通路 42 連結管 50 凹部 51 放熱フィン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ２２Ｆ 3/10 Ｃ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 焼結性粉末(1) と有機バインダ(2) とを
   混練し、 該混練した射出成形用原料を、パーティング面側が開口
   するようキャビティの周囲に設けた凹部及び該凹部内に
   放熱フィンを有する可動側金型と、コアを有する固定側
   金型とからなる射出成形金型を用いて所定の形状に射出
   成形し、 射出成形して得た成形体を金型から取り出し、加熱し脱
   バインダ処理し、 その後該成形体を所定の高温に加熱し焼結することを特
   徴とする焼結体の製造方法。
2. 【請求項２】 前記金型を型開き後、放熱フィン部分に
   エァーを吹きつけることを特徴とする請求項１記載の焼
   結体の製造方法。
3. 【請求項３】 焼結性粉末が Fe-Co合金粉末であり、 有機バインダが、軟化温度が低い主成分バインダと軟化
   温度が高い副成分バインダとからなるものであり、 脱バインダ時の加熱温度が、該副成分バインダの分解開
   始温度以上の温度と、該主成バインダの分解開始温度以
   上の温度とからなる、２段構成であることを特徴とす
   る、請求項１，又は２記載の焼結体の製造方法。