JPH09104014A

JPH09104014A - セラミックス射出成形体の接合方法

Info

Publication number: JPH09104014A
Application number: JP28917795A
Authority: JP
Inventors: Yuji Saito; 祐司斉藤; Kazuyuki Yamada; 一幸山田
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1995-10-12
Filing date: 1995-10-12
Publication date: 1997-04-22

Abstract

(57)【要約】【課題】接合後に加工の必要がないか、あるいは少な
く、精度が良く、かつ高い接合強度を有するセラミック
ス製品を得ることができる射出成形体の接合方法を提供
する。【解決手段】セラミックス粉末と有機バインダーから
なる混練物を材料として射出成形した部分成形体どうし
を接合して製品を得るに際し、２つの部分成形体の接合
部を加熱し軟化または溶融させた状態で、部分成形体と
部分成形体の間に混練物を射出することにより、部分成
形体と部分成形体の間の部分を成形すると同時に部分成
形体どうしを接合するセラミックス射出成形体の接合方
法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、セラミックス成形
体の接合方法に関し、さらに詳細には、セラミックス粉
末と有機バインダーの混練物を材料として射出成形した
成形体の接合方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】セラミックスは、耐熱性、耐摩耗性に優
れ、硬度が高く、また耐腐食性もよいなどの優れた特性
をもっており、近年、これらの特性を生かして、セラミ
ックスによる機械部品が製造されるようになり、精度の
高い部品が要求されるようになっている。このようなセ
ラミックスを成形するにあたり、一般に、射出成形に
は、複雑な形状のものも得ることができ、射出成形後の
加工が不要であるという利点がある。また、射出成形に
よる製品は、強度が高く、機械物性に優れ、高い寸法精
度も得ることができる。

【０００３】しかしながら、射出成形にも限界があり、
非常に複雑な形状のものを得る際などには、一度に成形
することができず、成形品を分割して別々に成形し、こ
れらの接合面を加熱溶融あるいは溶剤を用いて溶融させ
ることによって接合するという方法が採られている。一
方、接合方法を取らない場合には、崩壊中子を用いたス
リップキャストあるいは金型にスライドコアなどを用い
て射出成形している。

【０００４】ところが、成形後接合する方法による場
合、成形体を押しつけて接合するため、押しつけ力が一
定の場合、つぶれ代が不安定で精度の維持が困難であ
り、また、崩壊中子を用いる場合も寸法精度が良くない
という問題がある。このように、従来の方法では、寸法
精度のよいものが得られなかったために、加工に多大な
労力を必要としている。また、金型にスライドコアなど
を用いる場合は、構造が複雑になり、これも改善が望ま
れている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、接合後に加
工の必要がないか、あるいは少なく、精度がよく、かつ
高い接合強度を有するセラミックス製品を得ることがで
きる、特に複雑な形状の製品の製造に有用な射出成形体
の接合方法を得ることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、セラミックス
粉末と有機バインダーからなる混練物を材料として射出
成形した部分成形体どうしを接合して製品を得るに際
し、２つの部分成形体の接合部を加熱し軟化または溶融
させた状態で、部分成形体と部分成形体の間に混練物を
射出することにより、部分成形体と部分成形体の間の部
分を成形すると同時に部分成形体どうしを接合するセラ
ミックス射出成形体の接合方法である。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明が適用されるセラミックス
粉末としては、例えば、ＭｇＯ、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｓｉ
Ｏ₂、ＴｉＯ₂、ＺｒＯ₂、ＺｎＯ、Ｆｅ₂Ｏ₃、Ｓｉ
Ｏ、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＳｉＣ、ＢＮ、ＴｉＣ、ＷＣなどが挙
げられる。これらのセラミックス粉末には、金属粉末を
含んでいても構わない。金属粉末としては、金属シリコ
ン、Ｆｅ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｔｉなどが挙げられる

【０００８】本発明に用いられるセラミックス粉末、金
属粉末は、粉砕工程を経たものである。粉砕に用いる装
置は、ボールミル、攪拌ミル、ジェットミルなどであ
り、湿式粉砕、乾式粉砕のいずれでもよい。湿式粉砕を
行う際の媒液としては、エチルアルコール、メチルアル
コール、その他の有機溶媒や水が用いられる。このと
き、粉砕後の粒子径は、特に限定されないが、０．１〜
５０μｍが好ましい。

【０００９】一方、これに混練する有機バインダーとし
ては、特に限定されず、セラミックス粉末との関係など
により選択することができ、例えば、パラフィンワック
ス、マイクロクリスタリンワックス、酸化ワックス、マ
レイン化ワックス、ステアリン酸、オレイン酸などが挙
げられる。中でも、ワックス系バインダーが好適に用い
られる。これらを混練する装置としては、双腕型加圧ニ
ーダー、バンバリーミキサーなどが用いられる。

【００１０】セラミックス粉末に対する有機バインダー
の混練の割合は、適宜選択することができるが、２７〜
７０体積％が好ましく、特に３０〜６０体積％が好まし
い。混練割合が２７体積％未満であると、有機バインダ
ーが少ないため粘度が高くなりすぎて射出成形が困難と
なり、一方、混練割合が７０体積％を超えると、成形体
に多量に有機バインダーが含まれるため、また脱脂時に
軟化が著しく、脱脂変形が大きいため、バインダーの分
解により脱脂中にクラックが発生しやすくなり、また脱
脂時間が著しく長くなる。

【００１１】本発明の方法では、射出成形して得られた
成形体どうしを接合するに際し、部分成形体と部分成形
体の間に上記のような混練物を射出することにより、部
分成形体と部分成形体の間の部分を射出成形すると同時
に部分成形体どうしを接合するものである。

【００１２】図１に、この工程の一例を示す。部分成形
体どうしを接合して最終的に得ようとする製品は、図１
（Ｃ）の成形体３である。まず、図１（Ｃ）の製品の一
部分である部分成形体１を射出成形する。すなわち、図
１（Ａ）に示す金型内部ａに混練物を射出成形して、成
形体３の一部分の形状である部分成形体１を射出成形す
る。同様にして、成形体３の一部分の形状である部分成
形体２を射出成形する。その後、得られたこの部分成形
体１および部分成形体２を型の一部として、図１（Ｂ）
に示すように、成形体３を形作るように接合用の型に装
着する。このような型の内部ｂに混練物を射出して、こ
の部分の射出成形と同時に部分成形体１と部分成形体２
を接合一体化させ、最終的に接合部３を得るのである。
従って、最終的に得ようとする製品の接合部は、射出成
形部分５を介して部分成形体１の接合部４と部分成形体
１２の接合部４′で形成されている。

【００１３】部分成形体１と部分成形体２を射出成形に
より接合する際には、射出成形の際に、部分成形体の接
合面を含む端部（以下「接合部」という）４，４′を加
熱しておくことが必要である。このときの加熱温度は、
部分成形体の軟化温度（Ｔｓ）以上、かつ有機バインダ
ーの沸点未満にすることが必要であり、好ましくは、部
分成形体の融点以上、かつ新たに射出成形する混練物の
温度未満であることがよい。また、加熱する幅は、接合
面から０．１〜１０ｍｍであることが好ましい。

【００１４】ここで、部分成形体の融点は、熱分析にお
ける融解吸熱反応のピーク温度をいう。また、混練物の
軟化温度（Ｔｓ）とは、固体であった混練物が、温度の
上昇とともに固体域から遷移域、ゴム状弾性域を経て流
動域に至るまでの過程における、固体域から遷移域への
変化点の温度をいう。混練物の軟化温度（Ｔｓ）の測定
は、通常、フローテスタを用いて行われ、その方法とし
ては、一定のシリンダ温度を保って試料を押し出す際の
単位時間当たりのピストンストロークの変化により表さ
れる各温度のフローレートから求める定温法、試験時間
の経過と共に一定の割合で昇温したときの、各温度にお
ける単位時間当たりのピストンストロークの変化を表し
た流動曲線から求める昇温法などがある。有機バインダ
ーの沸点（Ｔｂ）の測定方法としては、ベックマン沸点
測定装置を用いる。ここで、有機バインダーが２種以上
の有機成分からなる場合には、沸点の最も低い有機成分
の沸点を基準とすることが必要である。

【００１５】このような温度範囲に接合部を加熱するこ
とで、軟化または溶融するため、新たに射出する混練物
とよくなじみ、しっかりと一体化する。加熱温度が、混
練物の軟化温度未満であると、残りの部分との接合が不
充分となり、一方、有機バインダーの沸点以上となる
と、有機バインダーが気化して混練物に気泡が生じ、ク
ラックの原因となる。

【００１６】部分接合部の接合部を加熱する方法として
は、部分成形体を挿着した一体化用の金型の該接合部分
をヒーターで加熱したり、熱風や赤外線、あるいは熱し
たプレートを用いて接合部を直接加熱してもよいし、比
較的温度の高い混練物を接合部に向かって射出してもよ
い。射出成形する際の混練物の温度は、７０℃〜１４０
℃が好ましく、特に８０〜１２０℃が好ましい。材料温
度が７０℃未満であると、流動性が低く、形状が転写さ
れ難い。一方、１４０℃を超えると、バリが生じたり、
部分成形体１，２が完全に溶融してしまう恐れがある。

【００１７】また、成形の際の金型の温度は、５℃〜６
０℃が好ましく、特に３０〜５５℃が好ましい。金型の
温度が、５℃未満であると、成形体の各部の冷却速度が
異なり、その結果、そりやねじれなどの変形が生じる恐
れがあり、一方、６０℃を超えると、バリが生じる恐れ
がある。

【００１８】射出成形する接合部分の幅、形状は、エア
ーの巻き込みが起こり難い形状が好ましい。例えば、接
合面を凹凸にすれば、より強固に接合することができ
る。また、接合のため射出成形する混練物の組成は、こ
れらが接合するのであれば、接合する部分成形体と同じ
ものでも、異なった物でもいずれでもよい。

【００１９】本発明の製造方法は、低圧射出成形に適用
される。高圧射出成形の場合の成形圧力は、５０ｋｇ／
ｃｍ²以上であるため、混練物が金型の隙間から漏れる
のを防止するために、高い型締め力で金型を抑える必要
が生じる。このとき、金型が精度のよいものでないと、
型締め力で成形体がヒビ割れたり、混練物が漏れだす恐
れがある。これに対し、低圧射出成形の場合の成形圧力
は、１〜１０ｋｇ／ｃｍ²、好ましくは２〜６ｋｇ／ｃ
ｍ²であり、高圧射出成形の場合のような問題はない。
また、低圧射出成形に用いられる混練物は、他の成形法
に用いられる混練物よりも、粘度が低く、通常は、９０
℃において９００ＰａＳ未満である。従って、低圧射出
成形の場合の混練物には、多量の有機バインダーが含ま
れることとなり、部分成形体どうしの接合性という意味
からも、低圧射出成形により行うことが好ましい。

【００２０】本発明では、まず、最終製品の一部分であ
る部分成形体をそれぞれ別々に成形する。次いで、これ
らの分割化した部分成形体を接合するにあたり、接合す
る間の部分を新たに射出成形しながら、射出成形と同時
に接合するので、部分成形体の位置関係は保持され、接
合による形状精度の悪化という問題がない。従って、複
雑な形状の成形体であっても、これを分割してアンダー
カット形状を有さないような形状に成形し、その後、精
度よく接合することが可能となる。また、中空状の成形
体であっても、簡単に製造することができる。

【００２１】例えば、中空形状の製品を製造する場合、
図２に示すような型を用い、２分割した成形品を別々に
成形後、成形しながら接合すればよい。図２（Ａ）は接
合後の中空形状の最終製品の断面図である。このような
製品を製造するには、まず、この筒状の最終製品を筒に
沿って２分割した部分から接合部分を除いた形状の部分
成形体を射出成形して得る。この時に用いる型の２方向
から見た断面図を図２（Ｂ）、（Ｃ）に示す。このよう
にして得られた部分成形体２つを、図２（Ｄ）に示すよ
うに接合用の型に装着し、新たに射出成形しながら接合
する。

【００２２】このような中空形状の成形体を製造するの
は、従来の方法では、型を抜くことはできても、成形収
縮などより割れやすく、非常に難しかったが、本発明の
方法によれば、簡単に製造することができる。本発明
は、このように、アンダーカット形状や中空形状のよう
な複雑な形状の成形体の製造に非常に有用である。しか
しながら、本発明の接合方法はどのような形状のものに
も適用することができ、これらに限定されるものではな
い。

【００２３】このようにして得られたグリーン成形体か
らは有機バインダーを除去する工程が必要となる（以
下、有機バインダーを除去することを「脱脂」とい
う）。一体化されたグリーン成形体を真空中で昇温し脱
脂を行い、その後、大気中で昇温することで残炭分を燃
焼させ、バインダー成分をほぼ完全に除去する。真空中
で昇温する際には、昇温速度１〜２０℃／時間で１５０
〜３００℃まで昇温し、大気中で昇温する際には昇温速
度２０〜１００℃／時間で４５０〜６００℃まで昇温す
るのがよい。

【００２４】このようにして脱脂された成形体を、チッ
素雰囲気中で焼結し、焼結体とする。焼結は、１，７０
０〜１，９００℃で２〜８時間行うことが好ましい。

【００２５】

【実施例】以下、実施例を挙げて本発明を説明する。実施例１表１に示したセラミック粉末とワックスを主体とする有
機バインダーを用いて双腕型ニーダーにて混練し、混練
物を作成した。混練物は４５体積％のバインダーを含ん
でいる。

【００２６】

【表１】

【００２７】＊１）（株）宇部興産製、ＳＮ−Ｅ１０＊２）日本イットリウム（株）製＊３）住友化学（株）製＊４）日本精蝋社製＊５）試薬一級＊６）サンノプコ社製

【００２８】この混練物を用い、金型温度を４０℃、材
料温度を９０℃として、図３に示すテストピースの１１
および１２の部分をそれぞれ射出成形した。それぞれの
テストピースの大きさは３２×５０×１０ｔであった。
次に、このようにして得られた成形品１１，１２を金型
の一部とする射出接合用の金型に装着し、１３の部分を
射出成形すると同時に成形品１１，１２を接合しながら
一体化し、３２×１３０×１０ｔのテストピースを得
た。このとき、この混練物についてフローテスター
〔（株）島津製作所製、高架式フローテスター〕を用い
て昇温法により得た流動曲線（図４）によると、軟化温
度（Ｔｓ）は５７．２℃であった。また、混練物を構成
する有機バインダーの中で最も沸点の低い有機成分であ
るステアリン酸の沸点が３６０℃である、最初に得られ
た部分成形体１１の接合部１４と、部分成形体１２の接
合部１４′を金型に設けたヒーターにより７０℃に加熱
しておき、残りの部分１２を射出成形する直前にヒータ
ーを切った。射出成形は、金型温度が４０℃、材料温度
が１０℃で行った。成形圧力は最初の１０秒間で４ｋｇ
／ｃｍ²まで上げ、４ｋｇ／ｃｍ²で２０秒間保持し、
固化させた。

【００２９】接合され得られた成形体１３は、スプルー
を取り除いたのち、真空中で昇温速度５℃／時間で２５
０℃まで昇温し脱脂を行い、その後、大気中で昇温速度
５０℃／時間で５００℃まで昇温することで残炭分を燃
焼させ、バインダー成分をほぼ完全に除去した。このよ
うにして脱脂された成形体を、チッ素雰囲気中で１，７
５０℃で４時間焼結し、テストピースを得た（参考写真
１）。

【００３０】このようにして得られたテストピースの接
合部は、見掛け上、非常に滑らかであった。このテスト
ピース３個について、４点曲げ強度を測定し（ＪＩＳ
Ｒ１６０１）、始めから３２×１３０×１０ｔの形状に
一括成形した母材の強度と比較した。測定結果を表２お
よび図５に示す。表および図から分かるうに、本発明の
接合方法により得られた製品は、母材と同等の強度であ
り、接合強度が高いことが分かる。

【００３１】

【表２】

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、接合する部分成形体と
部分成形体の間に混練物を射出し、部分成形体の接合部
を加熱して軟化、または溶融させた状態でこの部分を成
形しながら接合するので、部分成形体の位置関係が保持
され、高い形状精度、高い接合強度が得られる。従っ
て、複雑な形状の成形品であっても、これを分割して簡
単な型で成形し、その後接合することによって、複雑な
型が必要なく、簡単に精度の高い製品を得ることができ
る。従って、アンダーカット形状や中空形状のようなも
のを得るにも非常に有用な方法であり、これらを簡単に
精度よく成形することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の接合方法の一例の工程を示す概略断面
図である。

【図２】本発明の接合方法の一例の工程を示す概略断面
図である。

【図３】実施例１で作製したテストピースの概略斜視図
である。

【図４】実施例１で用いた混練物の流動曲線のチャート
である。

【図５】実施例１における四点曲げ強度の測定結果を示
す図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セラミックス粉末と有機バインダーから
なる混練物を材料として射出成形した部分成形体どうし
を接合して製品を得るに際し、２つの部分成形体の接合
部を加熱し軟化または溶融させた状態で、部分成形体と
部分成形体の間に混練物を射出することにより、部分成
形体と部分成形体の間の部分を成形すると同時に部分成
形体どうしを接合することを特徴とするセラミックス射
出成形体の接合方法。
【請求項２】射出成形を、成形圧力が１〜１０ｋｇ／
ｃｍ²の低圧射出成形で行う請求項１記載のセラミック
ス射出成形体の接合方法。
【請求項３】セラミックス射出成形体が、アンダーカ
ット形状を有する形状である請求項１〜２のいずれか１
項記載のセラミックス射出成形体の接合方法。