JPH0971802A - 金属物品の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 金属粉末及び有機結合剤を主成分とする金属
粘土又は金属ペーストを原料とし、内部に空洞を有する
金属物品を容易に且つ少ない変形量で製造することがで
きる金属物品の製造方法を提供する。 【解決手段】 金属粉末及び有機結合剤を主成分とする
金属粘土又は金属ペーストを原料として金属物品を製造
する方法であって、前記金属粉末の焼結温度で燃焼、焼
結、変形等を生じない耐熱性粒状物質、及び前記焼結温
度で燃焼等する有機結合剤を主成分とする中子用粘土を
成形し、さらに樹脂等からなる被覆層で被覆して中子を
作成し、この中子の外周面に金属粘土を貼り付けるか、
金属ペーストを塗り付けて造形物を作成し、乾燥後、加
熱して中子中の被覆層を燃焼等させると共に造形物中及
び中子中の有機結合剤を燃焼等させ、さらに昇温、加熱
して造形物中の金属粉末を焼結させ、冷却した後、中子
を取り除く。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属粉末及び有機
結合剤を主成分とする金属粘土又は金属ペーストを原料
とし、内部に空洞を有する金属物品を容易に且つ少ない
変形量で製造することができる金属物品の製造方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、金属粉末とバインダとからな
る金属粘土を任意形状に造形して焼結することにより金
属物品を製造する方法が知られている。特に内部に空洞
を有する金属物品を製造する場合、ワックス等に代表さ
れる中子が用いられる。即ち、加熱すると流動化、分
解、燃焼等により流出或いは消失する物質で作成された
中子が用いられる。尚、この場合の製造過程を示すと、
まず、適宜形状に成形した中子の外周面に、金属粘土を
被覆して造形し、乾燥して造形物を得る。次に、これを
加熱することにより、中子を燃焼等により除去すると共
に、造形物中のバインダを除去する。さらに、これを昇
温、加熱して造形物中の金属粉末を焼結させる。その
後、冷却して内部に空洞を有する金属物品を得る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来のワックス等からなる中子は、加熱時に速やかに流動
化、分解、燃焼等により流出又は消失するため、造形物
が焼結しないうちに内部は空洞化して内部支持機能を失
い、特に造形物が薄肉の場合には自重により崩壊又は変
形し、金属物品が得られない、或いは造形時の形状と異
なった金属物品しか得られないといった問題があった。
また、前記ワックス等からなる中子は燃焼により中子の
全部が燃えるが、その段階で多量の煙が発生し、作業環
境を悪化させると言った問題があった。

【０００４】一方、鋳造において砂等とバインダとから
なる中子を用いて製造する方法も知られている。この構
成の中子はバインダが分解、燃焼等しても容積が殆ど減
少しないので内部支持機能が焼結時にまで継続する、砂
等は燃えないので発生する煙も少ない、という利点を有
する。しかし、金属粘土を原料とする金属物品の製造
に、上記砂等からなる中子を用いた場合には、金属粘土
を中子の外周面に貼り付ける際に中子の表面の砂等が金
属粘土に埋設状に付着するため、焼結して得られた金属
物品の内部から砂等を除去する作業が極めて面倒になる
という問題があった。また、中子の表面はポーラス状と
なるため、金属物品の内部表面は梨地状になり、内部が
認識され得る形状の製品では意匠性を低下させることも
あった。特に中子の表面にクラックが形成された場合に
は、金属粘土がそのクラック内に食い込むため、内部の
表面に意図としない突起が形成された金属物品が得られ
るものとなっていた。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記に鑑み提
案されたもので、金属粉末及び有機結合剤を主成分とす
る金属粘土又は金属ペーストを原料として金属物品を製
造する方法であって、金属粘土又は金属ペーストを構成
する金属粉末の焼結温度で燃焼、焼結、変形等を生じな
い耐熱性粒状物質、及び前記焼結温度で分解、燃焼等す
る有機結合剤とを主成分とする中子用粘土を任意形状に
成形し、さらに樹脂又はワックスからなる被覆層で被覆
して中子を作成し、この中子の外周面に金属粘土を貼り
付けるか、金属ペーストを塗り付けて造形物を作成し、
乾燥した後、加熱して中子中の被覆層を分解、燃焼等さ
せると共に造形物中及び中子中の有機結合剤を分解、燃
焼等させ、さらに昇温、加熱して造形物中の金属粉末を
焼結させ、冷却した後、中子を取り除くことを特徴とす
る金属物品の製造方法に関するものである。

【０００６】

【発明の実施の形態】前記本発明に用いる金属粘土又は
金属ペーストは、金属粉末及び有機結合剤を主成分と
し、これに溶媒を加えて十分に混練して得られる。金属
粉末とは、空気中、非酸素雰囲気中又は還元雰囲気中等
において加熱すると、焼結する金属（貴金属を含む）、
金属酸化物、セラミック材料等の微粉末である。具体的
にはＡｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ等の貴金属粉末やＮｉ、Ｃ
ｏ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｚｒ、Ｐｂ、Ｗ、
Ｍｏ、Ｔａ、ＳｉＣ等又はこれらの合金、これらの酸化
物、酸化物合金粉末等、その他セラミック、窯業材料粉
末等から選ばれる一種以上を適宜に使用することができ
る。有機結合剤とは、上記金属粉末の焼結温度で分解、
燃焼等するものであれば、特にその材質を限定するもの
ではなく、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、ワックス等い
ずれも使用可能である。具体的にはポリアクリル酸エス
テル、ポリメタクリル酸エステル、ポリ塩化ビニル、ポ
リ酢酸ビニル、ＡＢＳ、セルロース系、デンプン、ポリ
エチレン、エポキシ系、ポリエステル系等の水溶性又は
油溶性樹脂、各種ワックス等から選ばれる一種以上を適
宜に使用することができる。尚、種々の目的に応じて界
面活性剤、潤滑剤、油等を適宜に配合することができ
る。溶媒は、上記有機結合剤を溶解するものであって、
選定した有機結合剤に応じて水系（水やアルコール系溶
剤を含む）、油系の溶剤を適宜に使用することができ
る。この溶媒と有機結合剤とを併せてバインダーとす
る。

【０００７】前記本発明に用いる中子用粘土は、耐熱性
粒状物質及び有機結合剤を主成分とし、これに溶媒（分
散媒）を加えて十分に混練して得られる。耐熱性粒状物
質とは、金属粘土又は金属ペーストを構成する前記金属
粉末の焼結温度において燃焼、焼結、変形等を生じない
物質であれば、特にその材質を限定するものではない。
具体的にはアルミナ、酸化亜鉛、酸化チタン等の金属酸
化物、アルミナシリケート、カオリン、タルク、蝋石、
珪ソウ土、シリカ、砂等から選ばれる一種以上を適宜に
使用することができる。尚、この耐熱性粒状物質の形状
は球状、回転楕円状などの粒子表面が滑らかなものが好
ましい。また、この中子用粘土を構成する有機結合剤及
び溶媒は、前記金属粘土又は金属ペーストを構成する有
機結合剤及び溶媒と同じものを用いることができる。

【０００８】本発明は以下の各工程から構成される。 ａ．まず、中子用粘土を金属物品の内部に設ける空洞形
状に応じて任意形状に成形する。 ｂ．次に、成形された中子用粘土の成形体の表面を樹脂
又はワックスからなる被覆層で被覆して中子を作成す
る。この被覆層を形成する樹脂又はワックスは、造膜性
を有するものであれば特にその種類や塗布（被覆）方法
を限定するものではなく、特に水溶性樹脂や水系エマル
ションタイプであると、その表面張力により中子用粘土
の成形体の表面がポーラス状であったとしてもそのポー
ラス状孔に入り込みにくいので好ましい。また、特に限
定するものではないが、この被覆層は数〜数百μｍの厚
みで設けられる。 ｃ．さらに、作成された中子の外周面に、金属粘土を貼
り付けるか若しくは金属ペーストを塗り付けて造形物を
作成する。その際、金属物品の内部空洞が外部と連通し
ていれば何等問題はないが、金属物品の内部空洞が閉鎖
空間である場合、即ち中空状の金属物品を製造する場合
には、焼結後に中子を崩壊して取り除くための開口部
（外部との連通部）を設ける必要がある。 ｄ．そして、作成された造形物を乾燥した後、加熱す
る。通常２００℃以上になると、中子中の被覆層が熱溶
融、熱変性等で流動化して外部へ流出したり、分解、燃
焼等で消失する。また、造形物中及び中子中の有機結合
剤も分解、燃焼等で消失する。この時点で中子は、被覆
層が消失した分だけ容積が減少し、さらに有機結合剤が
消失したことによっても容積減少を生じているが、金属
粉末の焼結時に焼結による体積減少も起こるので、中子
の体積減少と金属焼結体の体積減少とで相殺し、結果と
して内部支持機能を維持している。 ｅ．さらに、昇温して造形物中の金属粉末を焼結させ
る。造形物中の金属粉末が焼結し始めても、前記のよう
に中子は内部支持機能を維持しているので、金属物品の
自重による変形は極めて少ない。 ｆ．最後に焼結した金属物品を冷却し、中子を外部に取
り出して除去する。中子は既に有機結合剤が消失してい
るので、実質的に耐熱性粒状物質のみから構成されてい
るので、弱い外力で容易に崩壊し、バラバラになった耐
熱性粒状物質を外部に容易に取り出すことができる。

【０００９】以上の各構成からなる本発明の金属物品の
製造方法では、中子の内部支持効果が焼結時にまで継続
するため、熱変形の少ない金属物品を極めて容易に得る
ことができる。尚、前記のように中子は、被覆層が消失
した分だけ容積が減少し、さらに有機結合剤が消失した
ことによっても容積減少を生ずるが、金属粘土又は金属
ペーストで形成される造形物も有機結合剤が消失したこ
と及び金属粉末の焼結により収縮するので、内部の中子
に支持された状態で金属物品は焼結するものとなり、自
重による変形を生ずることがない。また、中子は大部分
が耐熱性粒状物質で構成されているので、加熱、焼結時
の燃焼による煙の発生も少ない。さらに、中子はその表
面に被覆層が形成されているので、中子用粘土粒子と金
属粘土粒子とが直接絡み合うことがなく、造形物の内面
に砂等の耐熱性粒状物質が埋設状に付着することがな
く、焼結後の中子の除去（取り出し）を容易に行うこと
ができる。また逆に、被覆層が中子用粘土の成形体のポ
ーラス孔を塞ぎ、中子用粘土の成形体の表面にクラック
が形成された場合にも被覆層がそのクラックを塞ぐの
で、金属粘土又は金属ペーストがポーラス孔やクラック
内に食い込むことがなく、内部の表面が滑らかな面とな
った意匠性の高い金属物品を得ることができる。

【００１０】

【実施例】メチルセルロース１４ｇを水７０ｇに溶解し
てバインダ８４ｇを作成した。前記バインダ５０ｇとア
ルミナ珪酸粒子（粒径１０〜３００μｍ）５０ｇとを混
練して中子用粘土を作成した。前記バインダ８ｇと銀粉
末（粒径１〜１００μｍ，平均粒径１０〜２０μｍ）１
００ｇとを混練して銀粘土を作成した。まず、前記中子
用粘土を卵型状に成形し、乾燥した後、アクリル樹脂エ
マルジョン（固形物３０％）を用いてディップコーティ
ングし、乾燥して表面に被覆層を形成した中子を作成し
た。次に、前記中子の表面に厚さ０．５ｍｍの板状に延
ばした前記銀粘土を層状に貼り付け、乾燥した。そし
て、造形物の一部にφ５ｍｍの孔（開口部）を開設し、
転倒防止のため川砂を入れた皿に開口部を上にして前記
造形物を電気炉内に静置し、室温から８００℃まで約１
時間かけて加熱した。継続して８００℃で３０分保持し
た。その後、電気炉から焼結した金属物品を取り出し、
放冷してから開口部を下にして、アルミナ珪酸粒子を流
出して取り出した。ごく一部のアルミナ珪酸粒子は金属
物品の内部表面に付着、残存していたが、開口部から筆
を入れて軽く触れるだけで容易に剥離して取り出すこと
ができた。殆ど変形がなく、内面が極めて滑らかな金属
物品が得られた。

【００１１】

【発明の効果】以上説明したように本発明の金属物品の
製造方法は、耐熱性粒状物質と有機結合剤とを主成分と
する中子用粘土の成形体の表面に、樹脂又はワックスか
らなる被覆層を設けた中子を用いるものであるから、中
子の内部支持効果が焼結時にまで継続し、熱変形するこ
とがない金属物品を極めて容易に得ることができる。ま
た、中子は大部分が耐熱性粒状物質で構成され、加熱、
焼結時の燃焼による煙の発生も少ないので、作業環境を
向上することができる。さらに、中子はその表面に被覆
層が形成され、造形物の内面に砂等の耐熱性粒状物質が
埋設状に付着することがないので、焼結後の中子の除去
（取り出し）を容易に行うことができ、作業性を向上す
ることができる。また、被覆層が中子用粘土の成形体の
ポーラス孔を塞ぎ、中子用粘土の成形体の表面にクラッ
クが形成された場合にも被覆層がそのクラックを塞ぎ、
金属粘土又は金属ペーストがポーラス孔やクラック内に
食い込むことがないので、内部空洞の壁面が滑らかな意
匠性の高い金属物品を製造することができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石垣 眞一 東京都府中市南町６−28−３ 相田化学工 業株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属粉末及び有機結合剤を主成分とする
   金属粘土又は金属ペーストを原料として金属物品を製造
   する方法であって、 金属粘土又は金属ペーストを構成する金属粉末の焼結温
   度で燃焼、焼結、変形等を生じない耐熱性粒状物質、及
   び前記焼結温度で分解、燃焼等する有機結合剤を主成分
   とする中子用粘土を任意形状に成形し、さらに樹脂又は
   ワックスからなる被覆層で被覆して中子を作成し、この
   中子の外周面に金属粘土を貼り付けるか、金属ペースト
   を塗り付けて造形物を作成し、乾燥した後、加熱して中
   子中の被覆層を分解、燃焼等させると共に造形物中及び
   中子中の有機結合剤を分解、燃焼等させ、さらに昇温、
   加熱して造形物中の金属粉末を焼結させ、冷却した後、
   中子を取り除くことを特徴とする金属物品の製造方法。