JPH0835001A - 大型物品を射出成型する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 小型の射出成型機を改良し、また、成型方法
に改良を加えることにより、これまでの小型の射出成型
機を使用することによって大型部品を成型することであ
る。 【構成】 インロー方式の一対の金型のパーテイングラ
インを所定距離だけ離して設置し、金型を寒天バインダ
ーでペレット化したセラミック及び金属粉末の可塑化温
度以上に保持し、ペレットを可塑化しながら金型のキャ
ビテーに所定量の溶融体を射出し、金型を型締しながら
冷却し、必要に応じて金型内へ溶融体を加圧射出するこ
とから成る大型物品を射出成型する方法。

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や金属粉末の
射出成型法により大型の焼結部品を作る場合の成型方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】セラミックや金属粉末の射出成型法にお
いて、従来のプラスチックバインダーによる射出成型で
は、後工程の脱脂が障害となり、大型部品、例えば、厚
みが約５ｍｍ以上のもの、又は重さが５０ｇ以上のもの
等の部品の成型は非常に困難であり、ある場合には不可
能であるとさえ言われている。しかしながら、本件出願
の出願人と同一の出願人が先に開示した寒天バインダ−
による射出成型方法（特開平４−８８１０１号、特開平
４−３３７００２号、米国特許第５２５８１５５号）に
よれば、かかる後工程の脱脂が問題となることはない。
即ち、寒天バインダーに使用される寒天は、テングサに
代表される海藻から抽出される天然多糖類で、９２〜９
６°Ｃで水に溶解してゾル状態になり、３７〜４２°Ｃ
で固化して弾性ゲル状態になる可逆性ゾル・ゲル反応を
示す性質をもっている。この寒天をセラミックや金属粉
末の射出成型用バインダーとして利用することにより、
セラミックや金属粉末と寒天バインダーとを均質に混練
したペレットは、加熱すると流動性を示し、冷却すると
固化することから、従来のプラスチックバインダーと同
様に、粉体の射出成型が可能となる。

【０００３】寒天バインダーはそのバインダー中に８０
〜８５ＷＴ％の水分を含んでいる。従って、穏やかな加
熱条件で加熱すると、寒天バインダーは、１００°Ｃに
至るまでに水分は蒸発し、気孔率の高い多孔質（ポーラ
ス）な海綿体となる。非酸化物系のセラミックや金属粉
末の焼結は、真空下で行われることが多いが、そのよう
な真空下では水の沸点は６０〜７０°Ｃに低下し、この
温度では寒天は軟化せず極めて弱い力の水素イオン結合
で網目構造に結合していた水分を遊離し、多孔質とな
る。

【０００４】水分が完全に蒸発した後、更に加熱する
と、寒天は褐変化しながら縮合反応を開始し、寒天の主
成分である多糖類の化学構造式からも明らかなように、
多数存在する（−Ｈ）イオンと（−ＯＨ）イオンとがＨ
₂ Ｏとなり、次いで、六員環構造を繋いでいる酸素原子
が六員環構造の炭素原子と反応してＣＯ₂ ガスとなり、
前に形成された気孔を通って蒸発する。この反応は２７
０〜２８０°Ｃで終了する。

【０００５】プラスチックバインダーに１０〜１５％含
まれるパラフィンワックス類は加熱され熔融状態となっ
て成型体の外へ滲み出し、熱分解されてガス化する。こ
のとき、プラスチックバインダーに含まれている熱可塑
性プラスチックは軟化しており、急激に加熱すると、パ
ラフィンワックスは成型体の外へ滲み出す前にガス化し
てプラスチックを発泡させ、成型体を割ったり、変形さ
せたり、膨張させてしまう。望ましいポーラスな状態に
するには、前述の水を蒸発させるよりも昇温速度を遅く
しなければならない。また、１０〜１５％しか含まれて
いないパラフィンワックスは８０〜８５％含まれている
水分よりも熱分解しなければならない分子量は多く長時
間を要する。

【０００６】パラフィンワックスが完全にガス化した
後、熱可塑性プラスチックは炭化水素のモノマー又はオ
リゴノマーに熱分解されるが、極めて穏やかな加熱条件
でないと、発泡してガスを内在させパラフィンワックス
と同様、割れ、変形、膨張の原因となる。更に、この反
応は４００〜５００°Ｃの高温で終了する。

【０００７】このことから、寒天バインダーを用いた成
型体は焼結炉へ直接入れて加熱しても割れ、変形、膨張
を起こさず脱脂工程も必要としないが、プラスチックバ
インダーの成型体はバインダーを分解する長時間の脱脂
工程を必要とするのである。

【０００８】しかるにこのようなセラミックや金属粉末
の射出成型法は、基本的にはプラスチックの射出成型技
術を応用したものであり、寒天バインダ−を使用したセ
ラミックや金属粉末の射出成型法によって射出容量の大
きな大型部品を成型する場合には当然金型の型締力及び
射出容量の大きな大型の射出成型機が使用されるべきも
のであると考えられている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】このため、もしセラミ
ックや金属粉末の射出成型法によって射出容量の大きな
大型部品を成型する場合には、当然の結果として、使用
する装置が高価になり、しかも設置面積が大きくなって
しまうという課題があった。その上、近年、製品の多品
種少量生産の傾向が益々増大しており、１ロット当たり
の生産数量が少ない大型製品では成型機の償却経費が嵩
み、製品のコストが高くなるという課題も存在してい
る。

【００１０】従って、セラミックや金属粉末の射出成型
法によって大型部品を製造することが可能になると、従
来の焼結法による大型部品と比較して機械的特性値が著
しく向上し、材料の選択が広くなるという長所が判明し
ているにもかかわらず、上述のような課題が大きな妨げ
となり、セラミックや金属粉末の射出成型法によって大
型部品を製造することは広く実施されるまでには至って
いないのである。本発明はこのような課題を解決するも
のである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は既製の小型の射
出成型機を改良し、また、成型方法に改良を加えること
により、これまでの小型の射出成型機を使用することに
よって大型部品を成型することを可能にした。より具体
的には、大型部品の生産コストを低減するため、インロ
ー方式により一対の金型のパーテイングラインを離して
配置し、金型を寒天バインダーでペレット化したセラミ
ック及び金属粉末の可塑化温度以上に保持したまま、ペ
レットを可塑化しながら金型のキャビテーに所定量より
も少ない容量のペレット溶融体を射出し、その後、金型
を型締し、金型を冷却しながらキャビテーの残りの空隙
に該キャビテーが完全に充満されるまで加圧射出成型す
るのである。

【００１２】

【作用】パーテイングラインを引き離して設定したイン
ロー方式の金型に、寒天バインダーでペレット化したセ
ラミック及び金属粉末を可塑化状態にて、当初は、所定
の量よりも少ない容量のペレットを押し込み、型締後
に、金型を冷却しながら残りの空隙部分が充満するまで
ペレットを加圧射出し、大型部品を成型する。

【００１３】

【実施例】図１及び図２、図３及び図４、図５及び図６
は、本件発明の方法を実施する際のそれぞれ第１〜第３
の工程にある装置の状態を示している。図において、そ
れ自体公知の射出成型機１０はホッパ１２を有してお
り、該ホッパ１２から供給されるペレットはスクリュー
１４により、射出ノズル１６を介して金型１８内へ供給
される。金型１８は、上金型２０と下金型２２とから構
成されている。

【００１４】図１及び図２に示す準備工程である第１の
工程において、射出成型機１０の加熱筒内のヒーター温
度を寒天バインダーの軟化温度である９４゜Ｃ〜９６゜
Ｃに設定する。一方、ホッパ１２には予めセラミック及
び金属粉末を寒天バインダーでペレット化したペレット
が充填されている。また、上金型２０及び下金型２２の
内部に設けた図示していない加熱媒体循環パイプに、６
０゜Ｃ〜７０゜Ｃの加熱媒体を流し、これらの金型温度
が好ましくは５０゜Ｃ以上になるように保持しておく。
更に、金型１８は、図２に示すように、上金型２０及び
下金型２２のパーテイングラインが幾分離れた状態に位
置するように、図示していない型締め位置検出センサー
を設定しておく。これにより金型１８の内部の射出成型
部所即ちキャビテイ２４の容積は最終的に目的とする射
出成型品の容積よりも大きくなるような状態に保持され
る。従って、金型１８は上下の金型２０、２２がいわゆ
るインロー方式で互いに嵌合するような位置に保持され
るのである。

【００１５】図３及び図４に示す連続可塑化充填工程で
ある第２の工程において、射出成型機１０の充填ノズル
１６を金型１８へ押し当て、ホッパ１２に投入されてい
る、セラミック及び金属粉末を寒天バインダーでペレッ
ト化した前記ペレットをスクリュー１４で連続的に可塑
化しながら、キャビテイ２４内部に供給する。このとき
の連続可塑化充填量は、図３に示す上下の金型２０、２
２を図５に示すように押し下げて型締めしたときに、図
６に示すようにキャビテイ２４内部が完全に充填される
程度の量とする。従って、可塑化量はスクリュー１４の
大きさ、回転数及び時間の関係で制御することになる。
このことは、従来の射出成型方法では、ペレットを可塑
化し、必要量を計算しながらスクリューは後方に下が
り、計量が終了した後、射出圧力をかけて可塑化された
ペレットを一気にキャビテイ２４内部に押し込むため、
キャビテイ２４容積の大きな成型品の場合には、型締め
圧力の大きな大型の射出成型機を必要としていたのと、
全く異なるところである。

【００１６】次に図５及び図６に示す型締め工程である
第３の工程において、上下の金型２０、２２のパーテイ
ングラインを合わせるように型締めを行う。このさい、
少量の可塑化されたペレットを更に射出して図６に示す
キャビテイ２４内部に射出圧力をかけることが望まし
い。なお、成型品が極めて大型の物品又は複雑な形状の
物品である場合には、当初の射出工程においては、金型
のキャビテー容量よりも少ない容量のペレット溶融体を
射出し、型締めを行い、金型を冷却しながら最後に残り
のキャビテー空間全部を完全に充満するほどのペレット
溶融体を射出するという二段射出充填工程が必要とな
る。また、ある場合には当初の射出工程においては、金
型のキャビテー容量よりも少ない容量のペレット溶融体
を射出し、型締めを行い、金型を冷却しながら、その
後、再び金型をインロー方式に広げ、再びペレット溶融
体をキャビテーの残りの空間に射出して、再度型締めを
行い、こうして溶融体をキャビテーの末端部まで行き渡
られることが効果的な場合もある。溶融体がキャビテー
の末端部まで行き渡った後、金型２０、２２の内部に設
けられている、図示していない冷却媒体循環パイプに冷
却水を流し、保圧をかけ成型品のヒケを無くするように
しながら金型温度が寒天バインダーで作られたペレット
の固化温度例えば４０゜Ｃ〜４２゜Ｃ以下になるまで冷
却を行う。完全に完成品が冷却されたなら金型を開放し
て完成品を突き出しピンで押し上げて取り出す。こうし
て成型された完成品をその後、公知の手段により焼結加
工するのである。このように、軟化温度（９４〜９６゜
Ｃ）と固化温度（４０〜４２゜Ｃ以下）との温度差が非
常に大きい寒天バインダーの特性を利用することによ
り、小型の射出成型機によって射出容量の大きい部品を
成型することが出来るのである。

【００１７】

【発明の効果】射出容量の大きい部品を小型の射出成型
機にて成型することが出来るため、機械購入費用が安価
で、かつ成型機の設置場所も狭くてよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】射出成型機に金型を取り付け、成型品を成型す
る前の工程を示している当該射出成型機の説明図であ
る。

【図２】射出成型機が図１の状態にあるときの金型の嵌
め込み状態を示す図である。

【図３】射出成型機が、連続可塑化充填工程にある当該
射出成型機の説明図である。

【図４】射出成型機が図３の状態にあるときの金型の嵌
め込み状態を示す図である。

【図５】射出成型機が、充填後の金型型締め工程にある
当該射出成型機の説明図である。

【図６】射出成型機が図５の状態にあるときの金型の嵌
め込み状態を示す図である。

【符号の説明】

１０：射出成型機 １２：ホッパ １４：スクリュー １６：ノズル １８：金型 ２０：上金型 ２２：下金型 ２４：キャビ
テイ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インロー方式の一対の金型のパーテイン
   グラインを所定距離だけ離して設置すること、金型を寒
   天バインダーでペレット化したセラミック及び金属粉末
   の可塑化温度以上に保持すること、ペレットを可塑化し
   ながら金型のキャビテーに所定量の溶融体を射出するこ
   と、金型を型締しながら冷却すること、必要に応じて金
   型内へ溶融体を加圧射出すること、から成る大型物品を
   射出成型する方法。
2. 【請求項２】 インロー方式の一対の金型のパーテイン
   グラインを所定距離だけ離して設置すること、金型を寒
   天バインダーでペレット化したセラミック及び金属粉末
   の可塑化温度以上に保持すること、ペレットを可塑化し
   ながら金型のキャビテーに所定量より少ない容量の溶融
   体を射出すること、その後、金型を型締しながら金型を
   冷却すること、キャビテー内の残りの空隙に該キャビテ
   ーが完全に充満されるまで溶融体を加圧射出すること、
   から成る大型物品を射出成型する方法。