JPH0827501A - 粉末の成形方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 小型、肉薄で複雑形状の製品を低コストで得
る成形方法を供する。 【構成】 金属粉末またはセラミック粉末に対して熱可
塑性樹脂を主成分とするバインダーを混合、混練、造粒
して作製したペレット１を加熱して金型５内で圧縮成形
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、粉末冶金及び窯業分野
での粉末の成形方法に関し、通常の成形方法の圧縮成形
では製造困難な肉薄で複雑形状の成形体を低コストで成
形する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】通常、粉末冶金及び窯業の分野では、以
下のような方法で製品を得ている。すなわち、調整され
た原料粉末に少量のバインダーを加え所望の形状に成形
用金型を用いて圧縮成形し、これを焼結することにより
金属またはセラミック焼結体を得る方法であり、これは
単純な形状の焼結体を安価、大量に製造するために最も
適切な方法として工業的に広く用いられている。しか
し、圧縮成形で製造可能な製品形状は、粉末を圧縮成形
用金型に充填する必要から、比較的単純な形状に制限さ
れ、また得られる成形体の強度が充分ではないため、強
度を維持するために、ある一定以上の肉厚を必要とする
という制限があった。また、粉末と金型内壁との摩擦に
起因して、成形体各部の密度が不均一となり、焼結時に
変形してしまう問題もある。

【０００３】近年、粉末射出成形法と呼ばれる製造方法
が注目を集めている。粉末射出成形法とは、原料粉末に
１０〜２０重量％程度の熱可塑性樹脂や可塑剤等からな
るバインダーを加え、混練した後、射出成形を行なって
成形体を得、ついで加熱等の操作によりバインダーを除
去する脱脂工程を経て焼結し、必要とする形状を持つ金
属、もしくはセラミック焼結体を得る方法である。これ
は、プラスチックの分野で一般的に行われている射出成
形技術を応用したもので、一般的な圧縮成形では困難な
複雑形状の製品が高い寸法精度で量産性良く得られると
いう利点がある。また、成形体には圧縮成形と比較して
多量のバインダーを含んでいるため成形体強度に優れ、
圧縮成形では保形困難な肉薄形状の形状の製品が得られ
るという利点がある。

【０００４】しかし、射出成形の際、必要とする製品部
品の他に粉末とバインダーの混練物を製品形成部分に導
くための流路にあたるランナやスプルと呼ばれる部分も
同時に成形される。このランナやスプルは、混練物を滞
りなく製品形成部分に導くため、通常最低でも４ｍｍの
肉厚（流路の間隙長）が必要であり、以下に記すような
問題点があった。

【０００５】製品部分に対して比較的重量が大きいラ
ンナやスプルのような製品にならない部分が生じて混練
物の収率が低下してコストアップになる。の欠点を
解消するために、ランナやスプルを解砕して再び成形用
原料として用いることが行われる。しかし、成形機内で
受けた熱履歴により、混練物中のバインダーが劣化し、
成形体強度が低下するため、おのずとランナやスプルの
再利用回数には限界があり、の問題の根本的解決には
ならない。また、活性な金属粉末の場合、成形の熱履歴
により酸化が進み、ランナやスプルの再利用が不可能な
場合もある。成形サイクルが長くなり、コストアップ
になる。成形工程での費用は、ほぼ成形サイクルにより
決定される。これは射出成形の場合、混練物が冷却され
取り出しに必要な強度を得るまでの時間で決定されるの
で、成形体の製品部分が薄い場合でも、肉厚のランナや
スプルが冷却されるまでに時間を要し、その時間は最低
でも１５秒以上かかる。これに対し圧縮成形の成形サイ
クルは最大でも数秒であり、圧縮成形と比較して成形工
程におけるコストが大である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、上述
した問題点を解決した、粉末冶金及び窯業の分野におけ
る粉末の成形方法に関し、特に小型、肉薄で複雑形状の
製品を低コストで得られる成形方法を提供することであ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、金属粉
末または、セラミック粉末を成形、焼結することによ
り、焼結体を得る製造方法において、前記粉末に対して
熱可塑性樹脂を主成分とするバインダを混合、混練し、
造粒したペレットを用い、このペレットを加熱してから
金型内で圧縮成形することにより、成形体を得ることを
特徴とする成形方法が得られる。

【０００８】

【作用】本発明者は、上述した粉末射出成形法の欠点を
解消すべく、成形方法について鋭意検討の結果、粉末射
出成形法での利点を残しながら射出成形機を用いない成
形方法について検討することにより、本発明を成すに到
った。

【０００９】本発明の成形方法は、以下の通りである。
金属粉末または、セラミック粉末と有機高分子を主成分
とするバインダーを混合、混練した混練物を、所望の成
形体に適した大きさに造粒したペレットを作製する。次
に、このペレットを加熱して流動可能な状態として、金
型内に入れ、通常の圧縮成形により混練物を金型内の製
品形成部分に充填し、冷却させて金型より取り出す方法
である。

【００１０】本発明では、通常の圧縮成形と比較して、
原料粉末の金型内での流動性に優れているため、複雑形
状の成形体が得られ、また、圧縮成形と比較して粉末に
対して多量のバインダーが添加されているため成形体強
度に優れた肉薄の成形体が得られ、上記の粉末射出成形
法の利点を持つことができる。また、本発明では、粉末
射出成形法では必要なランナやスプルを必要としないた
め、上記の粉末射出成形法の欠点である圧縮成形と比較
してコストが高いという問題点が解消される。

【００１１】

【実施例】以下、本発明を実施例を用いて説明する。

【００１２】（実施例１）図１は、本実施例１、２と比
較例１、２で用いられる成形装置の概略図を示す。図１
に示すごとく、混練して造粒されたペレット１は、赤外
線を用いた加熱部２で加熱されるようになっており、コ
ンベア３で移動する。このペレットを圧縮成形金型５の
中に入れるためのアーム４が設けられている。図２は、
本実施例１、２と比較例２で成形される成形体の斜視図
で肉厚０.２ｍｍで、外側が１５×１５×１０ｍｍの枡
状の形状である。

【００１３】原料粉末として平均粒径１.２μｍのアル
ミナ粉末を調整し、アルミナ粉末８６重量％に対し、バ
インダーとして低密度ポリエチレン７重量％、パラフィ
ンワックス６重量％、ジオクチルフタレート１重量％を
拡散用の回転翼を有する混合機で混合し、φ５ｍｍの口
金と切断機構を取り付けた押出成形機で１００℃で混
練、押出、切断することでφ５ｍｍ×８.２ｍｍのペレ
ットを得た。

【００１４】このペレットを用い、図１に示す装置を用
いペレットを８０℃に熱し金型５で圧縮成形することに
より図２に示す成形体を得た。

【００１５】（比較例１）実施例１で用いた粉末を用
い、この粉末にバインダーとしてポリビニールアルコー
ル１０ｗｔ％水溶液を３ｗｔ％添加し、自動乳鉢で混合
して成形用粉末を得た。この粉末を図１の圧縮成形金型
５を用いて圧縮成形を検討したが、成形体強度が低いた
め保形性に難があり所望の形状の成形体が得られなかっ
た。

【００１６】実施例１と比較例１より、本発明により通
常の圧縮成形が不可能な形状を成形可能とすることがわ
かる。

【００１７】（実施例２）原料粉末として平均粒径１０
μｍのチタン粉末を調整し、チタン粉末８７重量％に対
し、バインダーとしてパラフィンワックス１３重量％を
拡散用の回転翼を有する混合機で混合し、φ５ｍｍの口
金と切断機構を取り付けた押出成形機で１００℃で混
練、押出、切断することでφ５ｍｍ×８.２ｍｍのペレ
ットを得た。

【００１８】このペレットを用い、図１に示す装置を用
いペレットを８０℃に熱し図２に示すような成形体が得
られる金型５で圧縮成形することにより成形体を得た。

【００１９】この成形体を５０℃／ｈｒで昇温し、３０
０℃で２時間保持することで脱脂し、その後、１１００
℃で焼結した。なお、脱脂、焼結は真空中で行った。得
られた焼結体の酸素分析を行ったところ７００ｐｐｍで
あった。

【００２０】（比較例２）実施例２で用いたチタン粉末
９８ｗｔ％に対して流動パラフィン２ｗｔ％を自動乳鉢
にて混合して成形用粉末を得た。この粉末を図１の圧縮
成形金型５を用いて圧縮成形を検討したが、成形体強度
が低いため保形性に難があり所望の形状の成形体が得ら
れなかった。

【００２１】次に、実施例２で作製したペレットを用
い、図２に示した成形体が得られるような射出成形用金
型を用い１２０℃で射出成形した。得られた成形体のス
プルとランナを解砕して再び同条件で射出成形した。得
られた成形体の升状の製品部分を実施例２と同様に脱
脂、焼結することにより焼結体を得た。得られた焼結体
の酸素分析を行ったところ２０００ｐｐｍであった。

【００２２】実施例２と比較例２より、本発明により通
常の圧縮成形が不可能な形状を成形可能とすることがわ
かる。また、活性金属粉末に対して粉末射出成形法を適
用する場合、ランナやスプルの再利用が困難であり、本
発明と比較して原料粉末費等のコストが大幅に増加する
ことがわかる。

【００２３】なお、本実施例では、原料粉末としてアル
ミナ粉末とＴｉ粉末を用いたが他のセラミック粉末や金
属粉末でも適用可能なことは明らかである。

【００２４】また、バインダーの主成分である熱可塑性
樹脂も各種適用でき、一例をあげれば各種ポリオレフィ
ンや各種アクリル系樹脂が適用可能であり、さらにワッ
クス類や可塑剤などが必要に応じて使用可能である。

【００２５】本発明でのバインダー添加量であるが、少
ない場合は金型に充填するに必要な流動性が得られなか
ったり、必要な成形体強度が得られなかったりし、多い
場合は焼結時にバインダーの分解ガスが多量に発生して
焼結体に膨れ等の外観不良を生じる。バインダー添加量
は、使用粉末粒径、粒度分布、形状により異なり、粉末
に対して２０〜５５体積％程度で、好ましくは３０〜５
０体積％程度である。

【００２６】

【発明の効果】以上詳しく説明したように、本発明によ
れば、通常の成形方法の圧縮成形では製造困難である肉
薄で複雑形状の成形体が得られ、また、その成形コスト
は粉末射出成形よりもはるかに低く、本発明による成形
は従来の方法と比較して製品形状の自由度の増加による
高付加価値化と費用削減の効果は大きく工業上きわめて
重要である。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１、２及び比較例１、２に係る成形装置
の概略図。

【図２】実施例１、２と比較例１、２で成形される成形
体の斜視図。

【符号の説明】 １ ペレット ２ 加熱部 ３ コンベア ４ アーム ５ （圧縮成形）金型

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属粉末またはセラミック粉末を成形、
   焼結することにより、焼結体を得る製造方法において、
   前記粉末に対して熱可塑性樹脂を主成分とするバインダ
   を混合、混練、造粒して作製したペレットを加熱して、
   金型内で圧縮成形することを特徴とする粉末の成形方
   法。