JPH0825178B2 - 射出成形体の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 金属粉末あるいはセラミックス粉末を射出成形して成
形体を形成した後に高温焼成して焼結体を得る射出成形
体の製造方法に関し、 成形性と脱バインダ性の両者を満足する射出成形体を
得ることを目的とし、 被成形体粉末にポリエチレンと相溶性がなく、該ポリ
エチレンよりも分解温度の高い高分子樹脂を被覆した
後、該高分子樹脂の軟化温度以下で且つポリエチレンの
溶融温度以上の温度で混練してポリエチレンを被覆し、
二重被覆層をもつ被成形体粉末を作り、該樹脂被覆粉末
を射出成形するよう構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は射出成形体の製造方法に関する。

金属やセラミックスを用いて寸法精度の高い成形体を
得るには切削加工を行うのが通例であるが、材質が硬
く、また脆くて旋盤加工が困難な場合がある。

例えば、鉄・珪素（Fe・Si）合金などの軟磁性合金を
用いて形成されるマグネット・ベースやモータのヨーク
などがこれに当たり、材質が硬くて脆いために切削加工
による場合には製造収率が低下する。

一方、金属粉末を熱可塑性樹脂と混合した後、必要と
する形状に射出成形し、これを炉中に置き、徐々に昇温
して熱可塑性樹脂を分解させて脱バインダ処理を行った
後に焼結するウイテック・プロセス（Witec-process）
があり、この方法は上記のような材料の加工に適し、製
造収率が高いと云う特徴がある。

〔従来の技術〕

ウイテック・プロセスにおいて金属粉末の成形に使用
する熱可塑性樹脂（以下略してバインダ）の必要条件
は、 などであり、端的に言ってバインダの必要条件は成形性
が良く且つ脱バインダ性の良いことである。

然し、この条件を充分に満足する材料は存在しない。

すなわち、成形性が劣ると射出成形に際して流動性が
悪く、鋳型の途中で樹脂が止まるショート・ショット
（Short-Shot）や成形体に凹みを生ずる「ひけ」が生じ
易くなる。

また流動性を良くするためにバインダの添加量を増す
と加熱して脱バインダする工程中に自重により成形体が
崩れると云う現象が生じ易い。

従来、バインダとしてポリエチレン，ポリスチレンの
ような熱可塑性樹脂が用いられてきた。

これらの樹脂は何れも軟化温度が低くて射出成形性が
良く、特にポリエチレンは優れている。

然し、脱バインダ工程中で自重により成形体が崩れる
と云う現象を無くすことは困難である。

そのため、熱分解温度においても粘度の高い樹脂例え
ばポリメチルメタクリレート（略称PMMA）などが使用さ
れているが、流動性が劣るためにショート・ショットや
「ひけ」が起こり易いという問題があった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

以上記したように金属粉末やセラミックス粉末を焼結
して焼結体を製造するのに使用するバインダの必要条件
は成形性と脱バインダ性が優れていることであるが、こ
の二つの条件を充分に満たし得る材料が見当たらないこ
とが問題である。

〔問題点を解決するための手段〕 上記の問題は被成形体粉末にポリエチレンと相溶性が
なく、該ポリエチレンよりも分解温度の高い高分子樹脂
を被覆した後、該高分子樹脂の軟化温度以下で且つポリ
エチレンの溶融温度以上の温度で混練してポリエチレン
を被覆し、二重被覆層をもつ被成形体粉末を作り、該樹
脂被覆粉末を射出成形する製造方法をとることにより解
決することができる。

〔作用〕

本発明は単一のバインダを用いるのでなく、樹脂の熱
分解温度においても粘度が高く、脱バインダ工程中でも
自重による崩れを生じにくいバインダと、軟化温度が低
く、また溶融した際の粘度が低く、そのために射出成形
性のよいバインダとを二層構造にして使用することによ
り従来の問題を解決するものである。

すなわち、金属粉末やセライック粉末の上に溶融状態
でも高粘度で自重による崩れを生じにくい樹脂を被覆し
た後、この上に溶融した際の粘度が低く、射出成形性の
良い樹脂を被覆した二重被覆を施すことにより必要条件
を総て満たすものである。

こゝで、上層に使用するバインダとして本発明は従来
より射出成形性の良い樹脂として知られている低分子量
のポリエチレンを使用する。

次に、下層に使用するバインダは射出成形時にポリエ
チレンに溶解しないことが必要であり、相溶性が無く、
且つ溶融状態でも高粘度の樹脂が崩れ防止のために必要
であり、この条件を満たす樹脂としてPMMA,アクリロニ
トリルアクリレートスチレン（略称AAS），ポリスチレ
ン（略称PS）などを選んだ。

本発明はかゝる二重被覆層を備えた被成形体粉末をバ
インダとしてポリエチレンを使用する従来法と全く同じ
条件で射出成形するものである。

次に、脱バインダ法としては成形体を熱伝導の良い金
属粉末やセラミックス粉末の中に埋没し、ポリエチレン
の軟化温度以上で且つ下層を構成する高粘度樹脂の軟化
温度以下の温度で加熱し、ポリエチレンをできるだけ融
け出させた後に高粘度樹脂の熱分解温度にまで昇温して
高粘度樹脂を分解させるものである。

このようにすると被成形体粉末からなる成形体はポリ
エチレンの融け出し工程で多孔質となっているために亀
裂や「ふくれ」が生じにくゝ、そのために従来よりも高
速に昇温することができる。

次に、本発明を実施するには二重被覆層の形成方法が
問題となるが、本発明の実施に際しては全容量に対する
樹脂の含有量は40〜50容量％が良く、また被覆樹脂中の
ポリエチレンとして平均分子量が5000以下のものが良
く、また樹脂中のポリエチレンの含有量としては60〜90
容量％がよい。

以下この理由について説明する。

先ず、使用するポリエチレンの平均分子量については
平均分子量に比例して軟化温度と粘度とが上昇するので
本発明に係る二重被覆層用ポリエチレンとしては平均分
子量が5000以下のものを使用する必要がある。

すなわち、平均分子量が1500,3500,5000,7000の４種
類のバインダについて脱バインダの実験を行うと、平均
分子量が5000以下のポリエチレンをバインダに用いた試
料については殆どのポリエチレンが充填材中に溶出して
しまうのに対し、平均分子量が7000のものは高粘度のた
めに相当量が残留してしまう。

これらのことから、使用するポリエチレンとして平均
分子量が3000のものを使用し、被成形体粉末として粒径
が44μｍ以下の鉄（Fe）を使用し、高粘度で且つ分解温
度の高い樹脂としてPMMAを用い、被成形体粉末とバイン
ダからなる全量に対するバインダの量を10％置きに30〜
60容量％の範囲に４種類とり、この各種類についてポリ
エチレンの含有量を10％置きに50〜100容量％に変えて
試料を作り成形性と脱バインダ性の良否を調べた。

第１図と第２図はこの結果を図示したものである。

すなわち、第１図は射出成形体の全量に対するバイン
ダの添加量の影響を示すものでバインダの量が30容量％
以下の成形体にはショート・ショット，「ひけ」，気泡
などの欠陥が多発しており、これからバインダの添加量
として30容量％以下は不適当である。

また、添加量が60容量％の試料はポリエチレンとPMMA
の量比を変えた何れの試料とも成形体の崩れ，割れ，膨
れなどが発生しており、これから60容量％以上は不適当
である。

以上のことから適当なバインダ添加量は40〜50％の範
囲である。

次に、第２図は本実験に使用した試料をポリエチレン
の添加容量％について記したもので、図で60容量％の結
果とはバインダの添加量を第１図に示すように30〜60％
に変えた各試料の結果を示すものである。

実験の結果からポリエチレンの添加量が50容量％の成
形体にはショート・ショット，「ひけ」，気泡などの欠
陥が多発しており、そのためポリエチレンの添加量とし
ては不適当である。

次に、100容量％のものはバインダがポリエチレンだ
けのものであるが、脱バインダ処理で成形体が崩れてし
まい不適当である。

一方、60〜90容量％のものは成形性が良く、また脱バ
インダ性も良好である。

〔実施例〕

粒度が350メッシュ以下のFe粉を被成形体粉末として
用い、この100重量部に対し、PMMAを3.0重量部を取り、
メチルエチルケトン（略称MEK）に溶解して加え、ボー
ルミルで24時間に亙って混合し、これをスプレードライ
ヤで乾燥してPMMAをFe粉に被覆した。

これに平均分子量が3000のポリエチレンを9.5重量部
加え、ポリエチレンの軟化温度（90〜100℃）以上でPMM
Aの軟化温度（140〜150℃）以下である120℃で混練して
粒径が2mm程度のペレットを作った。

この組成比は容量％に換算すると全量に対するバイン
ダの添加量が50容量％で、バインダ中のポリエチレンの
比率が80容量％に相当する。

これを射出成形してラインプリンタのハンマに使用す
る成形体を作った。

次に、この成形体を窒化アルミニウム（AlN）粉末か
らなる充填材に埋没させ、120℃の温度に保持してポリ
エチレンを溶出させた後、窒素（N₂）雰囲気中で20℃／
時の条件で450℃まで昇温して脱バインダを行ったが、
崩れ，亀裂，膨れなどの不良は全く認められなかった。

次に、この脱バインダ体を水素（H₂）雰囲気中で1400
℃で焼結処理することによりひび割れ等のない良好なハ
ンマを得ることができた。

〔発明の効果〕

本発明の実施により射出成形に際してショート・ショ
ットや「ひけ」の発生がなく、また脱バインダ処理に当
たって崩れ，亀裂，膨れなどの不良発生がなく、また従
来に較べて半分以下の時間で脱バインダ処理を行うこと
が可能になった。

【図面の簡単な説明】

第１図は射出成形体の全量に対するバインダの添加量の
関係図、 第２図はバインダ総量中でのポリエチレン添加量の関係
図、 である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被成形体粉末にポリエチレンと相溶性がな
   く、該ポリエチレンよりも分解温度の高い高分子樹脂を
   被覆した後、該高分子樹脂の軟化温度以下で且つポリエ
   チレンの溶融温度以上の温度で混練してポリエチレンを
   被覆し、二重被覆層をもつ被成形体粉末を作り、該樹脂
   被覆粉末を射出成形することを特徴とする射出成形体の
   製造方法。
2. 【請求項２】高分子樹脂からなる二重被覆層を備えた樹
   脂被覆粉末において、全容量に対する樹脂の含有量が40
   〜50容量％であり、また被覆樹脂中のポリエチレンとし
   て平均分子量が5000以下のものを使用し、全樹脂中の含
   有量が60〜90容量％であることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の射出成形体の製造方法。