JPH11117003A - 焼結体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高価な金型やゴム型を作成することなく、し
かも、複雑な形状であっても簡単な工程で焼結体製品を
製造することができる焼結体の製造方法を提供する。 【解決手段】 熱可塑性樹脂の粒体又は粉末から多孔質
樹脂容器１０，１２を作成する工程と、この多孔質樹脂
容器の内部に粉末焼結材料を充填する工程と、内部に粉
末焼結材料３２を充填した多孔質樹脂容器を無酸化雰囲
気中で加熱し、熱可塑性樹脂の粒体又は粉末どうしを融
合させて気液密性の樹脂容器４０，４２とする工程と、
気液密性の樹脂容器を静圧成形処理を施して内部の粉末
焼結材料の密度を高める工程と、圧縮された粉末焼結材
料を焼結させて焼結体を製造する工程とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属やセラミック
スの焼結体を製作するための焼結体の製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】微細金属粉末を圧縮成形して焼結させる
金属焼結体は、一般的な鋳造品に比べて、 粉末を合金化することで均一な組成が得られる。 温度管理が容易で結晶粒度の管理が可能となり、強
度等の物性の予測が正確にできる。 高い寸法精度が得られる。 製品に近い形状が得られ、加工量が少ない。 ＭＡ（メカトロニカルアロイ材料）を粉末原料とす
ることで、微細組織として高い強度を確保できる。等の
利点がある。

【０００３】一方、粉末セラミックスを圧縮成形して焼
結したセラミックス焼結体においては、一般のセラミッ
クス成形品に比べて、 安価で、短い工期で生産できる。 複雑な形状を製作できる。等の利点がある。

【０００４】このため、例えば回転機械の羽根車等、複
雑な形状で、高い寸法精度が要求される機械部品におい
ては、鋳造品に代えて金属焼結体で構成することが広く
行われている。このことは、セラミックス焼結体におい
ても同様である。

【０００５】このような焼結体を製造する工程は、通
常、原料粉と種々の添加材とを混合する混合工程と、混
合後の粉末を成形する工程と、これを焼結する工程とか
らなる。成形工程としては、プレス成形法や、成形粉末
をゴム型内に入れて液体中で加圧する冷間静圧成形法
（ＣＩＰ法）、あるいは、高温高圧雰囲気中で成形と焼
結を同時に行う熱間静圧成形法（ＨＩＰ法）がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来法においては、いずれも、成形工程におい
て、高価な金型やゴム型を作成する必要があり、このた
め製品としての単価が高価になってしまう。また、複雑
な形状の製品の場合、このような金型やゴム型自体を製
品に近い形状までに成形するのが困難であり、従って、
成形後に後加工を施す必要があるといった問題があっ
た。

【０００７】本発明は上記に鑑み、高価な金型やゴム型
を作成することなく、しかも、複雑な形状であっても簡
単な工程で焼結体製品を製造することができる焼結体の
製造方法を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、熱可塑性樹脂の粒体又は粉末から多孔質樹脂容器を
作成する工程と、この多孔質樹脂容器の内部に粉末焼結
材料を充填する工程と、内部に粉末焼結材料を充填した
多孔質樹脂容器を無酸化雰囲気中で加熱し、熱可塑性樹
脂の粒体又は粉末どうしを融合させて気液密性の樹脂容
器とする工程と、前記気液密性の樹脂容器を静圧成形処
理を施して内部の粉末焼結材料の密度を高める工程と、
前記圧縮された粉末焼結材料を焼結させて焼結体を製造
する工程とを有することを特徴とする焼結体の製造方法
である。

【０００９】これにより、例えば光造形法等によって多
孔質樹脂容器を比較的容易にかつ正確な形状寸法で作成
し、これの内部に粉末焼結材料を充填した後に、無酸化
雰囲気中で加熱して樹脂どうしを融合させることによ
り、内部に粉末焼結材料を収容した気液密性の樹脂容器
が形成される。これを静圧成形処理によって高密度化し
た後、焼結させて焼結体が製造される。静圧成形処理に
おいては、場合に応じて液体又は気体を用い、樹脂容器
もそれに合わせて気密又は液密に構成する。

【００１０】請求項２に記載の発明は、多孔質樹脂容器
を作成する工程において、迅速模型製造方法を用いるこ
とを特徴とする請求項１に記載の焼結体の製造方法であ
る。迅速模型製造方法としては、選択レーザー焼結方
法、液滴噴射法、溶融堆積法、光造型法、薄板積層法、
固体下地硬化法等がある。これにより、予め記憶させた
形状データに基づいて多孔質樹脂容器が比較的容易にか
つ正確な形状寸法で作成される。

【００１１】請求項３に記載の発明は、無酸化雰囲気中
で加熱する工程を、真空雰囲気中で行なうことを特徴と
する請求項１に記載の焼結体の製造方法。これにより、
粉末焼結材料中の気体が多孔質樹脂容器を通して除去さ
れるので、この過程でも圧縮されて密度が高められる。

【００１２】請求項４に記載の発明は、多孔質樹脂容器
を複数に分割して作成し、分割部分の開口部から粉末焼
結材料を充填し、該開口部を接合してから無酸化雰囲気
中で加熱することを特徴とする請求項１に記載の焼結体
の製造方法である。これにより、多孔質樹脂容器を作成
するための装置を小型化することができ、また、精密な
形状のものも作りやすくなる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、回転機械の一体型インペラ
を金属焼結体で製造するようにした本発明の実施の形態
を図面を参照して説明する。

【００１４】先ず、図１に示すように、例えばポリカー
ボネイト等の熱可塑性樹脂により、結合することにより
成形品の形状に沿った内部空間１０ａ，１２ａを形成す
る多孔質樹脂容器１０，１２を作成する。この多孔質樹
脂容器１０，１２は肉厚ｔが例えば１ｍｍ程度の薄肉に
形成され、その内部に粉末焼結材料を充填するととも
に、互いに結合される粉末充填口１０ｂ，１２ｂが設け
られている。

【００１５】なお、この実施の形態においては、２つの
多孔質樹脂容器１０，１２により、１つの成形品のため
の樹脂容器を構成しているが、製品の形状に応じて適宜
に分割した樹脂容器を構成すればよいことは言うまでも
ない。

【００１６】多孔質樹脂容器１０，１２は、図２に示す
ような、光造形法を利用したレーザ選択焼結装置２０の
チャンバ２２内に、ポリカーボネイト等の熱可塑性樹脂
の粒子を所定の厚さ、例えば０．１ｍｍの厚さで均一に
充填して原料粒子層２４を形成し、これにレーザ光を照
射することによって製作される。このレーザ選択焼結装
置２０は、チャンバ２２の上方に配置したレーザ照射装
置２１と、図示していない制御装置を備えており、制御
装置の記憶部には、あらかじめ製造すべき樹脂容器１
０，１２の形状が例えば数値データとして記憶されてい
る。

【００１７】制御装置は、原料粒子層２４の厚さと対応
する厚さに輪切りした形状を算出し、この形状を平面視
したパターンに沿ってレーザ光スキャンを行なうよう
に、レーザ照射装置２１に対して制御信号を送る。レー
ザ照射装置２１は、例えば、炭酸ガスレーザ発生装置等
のレーザ光源２６からレーザ光をミラー２８を介して原
料粒子層２４に照射する。すると、この原料粒子層２４
のレーザ光が照射された部分が選択的に溶融して、隣接
する樹脂２４の粒子の表層どうしが融着して、多孔質な
樹脂薄片３０が形成される。この工程を繰り返すことに
より、樹脂薄片３０が順次積層して多孔質樹脂容器１
０，１２が製作される。

【００１８】次に、各多孔質樹脂容器１０，１２内に、
粉末焼結材料である金属粉末３２を振動を与えながら所
定の密度に充填した後、一方の粉末充填口１０ｂ内に他
方の粉末充填口１２ｂを嵌合させることにより、図３に
示すように、両多孔質樹脂容器１０，１２を一体化す
る。

【００１９】そして、これを気液密容器内に入れ、減圧
状態で熱可塑性樹脂２４の軟化温度以上に加熱すると、
該多孔質樹脂容器１０，１２中の気体が除去されながら
樹脂粒子が融合し、無孔質の緻密な表面層を有する樹脂
容器４０，４２となる。この過程において、金属粉末３
２の内部に存在した気体も、真空吸引により多孔質樹脂
容器１０，１２の周壁を通過して外部に排気され、従っ
て、金属粉末３２は樹脂容器４０，４２に圧縮されて、
原形を止めたままその充填密度が高められる。

【００２０】次に、金属粉末３２を充填した樹脂容器４
０，４２を一旦冷却した後、ＣＩＰ処理を施す。すなわ
ち、金属粉末３２を無孔質の樹脂容器４０，４２で包囲
したまま、例えば、液中に入れ、静圧を加えて均一に圧
縮する。これによって、金属粉末３２は、その形状を保
ったままで充填密度が更に高められて、金属粉末３２の
成形体となる。

【００２１】次に、この成形体を加熱炉中で所定温度で
焼結し、金属粒子どうしを結合させることによって、多
孔質樹脂容器１０，１２の内部空間１０ａ，１２ａの形
状に沿った形状の金属焼結体（一体型インペラ）が製造
される。

【００２２】上記のような工程においては、樹脂容器を
レーザ選択焼結装置２０を用いて作成することにより、
複雑な形状を有する製品を焼結する場合でも、樹脂容器
の成形が容易であり、容器の作成コストも安い。しか
も、容器形状が精密であるので、焼結された製品に施す
仕上げ加工の量も少なくて済み、製品の成形工程自体も
簡単になるので、この点からもコストが安い。

【００２３】なお、この実施の形態においては、金属焼
結体を製造した例を示しているが、金属粉末の代わりに
粉末セラミックスを使用することによって、セラミック
ス焼結体もほぼ同様に製造することができる。また、樹
脂素材として耐熱性を有するものを用いれば、焼結工程
で熱間静圧成形法を用いることもできる。

【００２４】

【実施例】図２に示すレーザ選択焼結装置２０を用い
て、図１に示すようなポリカーボネイト製の多孔質樹脂
容器１０，１２を作成し、この内部に粒度１〜１００μ
ｍのＮｉ−Ｃｒ−Ｍｏ合金の金属粉末３２を振動を与え
つつ充填した。この時の粉末密度は、アルキメデス法で
計測したところ、５７％であった。

【００２５】次に、金属粉末３２を充填した２つの多孔
質樹脂容器１０，１２を一体化した後、１torrの減圧容
器中で２００℃で２時間加熱し、金属粉末３２の表面に
ポリカーボネイト層を融着させた。冷却後、圧力容器中
で水を媒体として８００Ｍｐａで加圧するＣＩＰ処理を
施した。この時の粉末密度は、アルキメデス法で計測し
たところ、８０％であった。

【００２６】その後、アルゴンガス雰囲気中で１４０Ｍ
ｐａに加圧し、１０００℃で１時間加熱して焼結させ
た。これにより、引張り強さ７００Ｍｐａで気孔率が０
％の焼結体（一体型インペラ）を製造することができ
た。なお、同じ形状を同じ材質で鋳造したものの引張り
強さは、６００Ｍｐａ程度であった。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
例えば光造形法等によって比較的容易にかつ正確な形状
寸法で作成した多孔質樹脂容器をもとに気液密性の樹脂
容器が形成し、これによって静圧成形処理を行うので、
高価な金型やゴム型を作成することなく、しかも、複雑
な形状であっても仕上げ工程を少なくして簡単な工程で
焼結体製品を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の多孔質樹脂容器の一例を
示す断面図である。

【図２】多孔質樹脂容器の作成工程を示す概略図であ
る。

【図３】多孔質樹脂容器内に金属粉末を充填した状態の
断面図である。

【符号の説明】

１０，１２ 多孔質樹脂容器 １０ａ，１２ａ 内部空間 ２０ レーザ選択焼結装置 ２４ 熱可塑性樹脂 ３２ 金属粉末（粉末焼結材料） ４０，４２ 無孔質の樹脂容器

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱可塑性樹脂の粒体又は粉末から多孔質
   樹脂容器を作成する工程と、 この多孔質樹脂容器の内部に粉末焼結材料を充填する工
   程と、 内部に粉末焼結材料を充填した多孔質樹脂容器を無酸化
   雰囲気中で加熱し、熱可塑性樹脂の粒体又は粉末どうし
   を融合させて気液密性の樹脂容器とする工程と、 前記気液密性の樹脂容器を静圧成形処理を施して内部の
   粉末焼結材料の密度を高める工程と、 前記圧縮された粉末焼結材料を焼結させて焼結体を製造
   する工程とを有することを特徴とする焼結体の製造方
   法。
2. 【請求項２】 多孔質樹脂容器を作成する工程におい
   て、迅速模型製造方法を用いることを特徴とする請求項
   １に記載の焼結体の製造方法。
3. 【請求項３】 無酸化雰囲気中で加熱する工程を、真空
   雰囲気中で行なうことを特徴とする請求項１に記載の焼
   結体の製造方法。
4. 【請求項４】 多孔質樹脂容器を複数に分割して作成
   し、分割部分の開口部から粉末焼結材料を充填し、該開
   口部を接合してから無酸化雰囲気中で加熱することを特
   徴とする請求項１に記載の焼結体の製造方法。