JPS6046210A - 射出濾過圧密成形法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は射出成形機を用いるセラミックスの成形法に関
する。

ファイン・セラミックスあるいはエンジニアリング・セ
ラミックスにおける成形法の一つとして近来、セラミッ
クス射出成形法に注目が集まっている。元来、射出成形
法とはプラスチック材料、すなわち樹脂材料を対象とし
て開発された成形法であるが、第１図に示すような機構
を有している。

すなわち、原料であるプラスチック材料は、ペレット１
として投入口４よりチャージされるが、それは搬送羽根
３によって射出成形機２のスクリュー基部５に運び込ま
れる。ついでスクリュー６によってノズル７に向は搬送
されながら、加熱部（ヒータ一部）８によって加熱され
、溶融物（メルト）９となった後、ノズル７を通ってモ
ールド１０中に射出造形されるが、モールド１０はメル
ト温度より低温（常温の場合が通例）に保たれていて固
化するので保形が可能となり、成形操作が完了する。従
って脱型できるようになり、成形体１１として取出すこ
とができる。斯くして得られた成形体は、普通射出孔部
型合せ口部等におけるバリを伴なっているので、これを
除去して完成製品となる。

射出時にスクリュー圧を用いる他、プランジャーによる
圧縮圧、気体圧による圧縮圧を用いることもあるが、成
形原理は同じである。

これがプラスチックスの射出成形の原理であるが、プラ
スチックスには増量材と称して、粉体を混ぜ成形するこ
とにより、成形体物性を部分的に改良し、又は美観の改
善をはかる場合もある。

しかし、この場合（粉体を混入する場合）、粉体の混入
量には自ら制限があり、普通の場合には容積比でプラス
チックス対粉体比を最高８対２　（ＭＭ比に直すと、約
５７対４３）、最大の無理な作業を行なう場合において
すら、この比を容量で７対３　（重量で約４４対５６）
とすることは困難とされている。

セラミックス材料を射出成形する場合には、成形体の主
成分は粉体であるので、粉体量は出来得る限り多い事が
望まれる。しかしながらプラスチックス・セラミックス
複合組成物を射出成形する場合には、側圧成形機に頼る
限りプラスチックス対粉体（セラミックス）の容積比を
上記の７対３　（重量比で約４４対５６）以上に粉体濃
度を上げることは出来ない。極力無理をして強力な射出
機を設計した場合においても、この比を６．５対＆５　
（重量で３８対６２）にまで持って行くことは至難とさ
れている。

この容積比以上に粉体系が多量になる場合にはもはや、
系を流動させることが出来なくなることは、懸濁系のレ
オロジー学においても理論上すでに証明されていること
でもある。

しかし、セラミックスの射出成形においては、最終的に
は成形体中に含をされるプラスチックスは焼結時に焼き
切らなくてはならないので（すなわち燃焼ガス化して系
外に排除しなければならないので）容積比で６５量もプ
ラスチックスが混入していたの・では、焼き切るプラス
チックスの量が多きに過ぎ、焼結操作上極めて不利とな
る。また経済性の上から見ても好ましくない。さらに、
なによりも、これだけ粉体の充填廊が高いと（粉体の充
填間隙容積が犬であると）粉体部が焼結してセラミック
ス化するときの焼結収縮量が多くなりさらには最終到達
可能な焼結密度が低下するなど結果的には良好な焼結体
とすることが出来なくなる。こうした要求から、セラミ
ックス射出成形ではプラスチックス対粉体比を容積比６
５対３５（重量比３８対６２）よりも更に高粉体濃度側
に持って行く様努力されているが、望ましい結果は未だ
得られていない。すなわち、射出圧を向上させることに
より、より少ないプラスチックス量において流動状態を
作り出す様涙ぐましい努力が行なわれているが、現在容
積比６５対３５（重量比３８対６２）以上の粉体濃度で
好結果を得られている例はない。（すなわち、これ以上
の粉体濃度にすると複雑な形状の造形が出来なくなる。

） 本発明は、上記問題点を解決したものであり、特にプラ
スチックス対セラミックス（粉体）の容積比４０対６０
（重量比約１８対８２）の成形体を得ることに成功した
ものである。（粉体側に２段階粒度配合あるいは３段階
粒度配合を行なった特殊の場合には容積比で３０対７０
［重量比で１２対８８］に迄持って行くことも可能であ
った。）本発明の要旨は、セラミックス射出成形におい
て、内部に焼結金属またはセラミックス材質からなる多
孔質板を設けたモールドを用いて、セラミック素地を射
出造形し、射出完了後、前記多孔質板を通して、造形体
から媒体の一部を絞り出し系外に抜き取ることにより、
粉体濃度を増大した成形物を得ることを特徴とする射出
ア過圧密成形法の構成に在る。すなわち、本発明の射出
成形においては、型温度をメルト温度と同等あるいは、
その近傍（±５℃）に保っておき、又射出造形完了後に
モールド部分を分離するが、このモールド内には粉体径
より／ｌＸ径の孔路を持った濾過板（絞り板）を設けて
おき、この絞り板を押圧することによって前記射出造形
温度あるいはその近傍に保っである造形完了体を圧密し
、絞り板を通してプラスチックスの一部を絞り出し、粉
体濃度の高められた最終成形体を得るものである。

本発明方法を図面に基いて説明する。本発明方法におい
ては、射出成形機のノズルまでは、第１図と同様である
が、モールド１０として第２図に示すものを使用する。

モールドには絞り板１２．ヒーター１３．プレス部１４
．絞り板前後部１５．ノズル接続部１６が設けられ、造
形体１１が先ずメルト温度と同温あるいはその近傍に保
たれた型に沿って造形される。造形終了後、射出機のノ
ズル７を射出機本体２と共に取りはずし、代りにストッ
パー（図示せず）を装着する。また、引続きモールド部
はヒーター１３によりモールド全体をメルト温度と同温
あるいはその近傍に保持する。絞り板１２としては目的
とする成形体中の最も細かい粉体粒子より更にｔＪ＼さ
な径の孔路を有する焼結金属あるいは焼結セラミックス
坂を使用する。、次に、この駄態下で第２図のプレスの
ピストン１７を図面で右方に押圧し射出を完了している
造形体１１（射出時と同温あるいはその近傍に保たれて
いる）においてプラスチックスの一部を絞り板を通して
絞り出す（すなわち強制Ｓ戸別する）、５戸液に相当す
るプラスチックスの一部は絞り板１２の背部に貯まるが
、これは排出バイブ（図示せず）を介してモールド外に
排除される。絞り終った時点で最終成形体寸法とする。

射出成形後に、この操作を新たに加えることにより造形
時のプラスチックス対粉体の容積比４０対６０（重量比
１８対８２）を低減させ、粉体比率を向上させることが
可能となった。発明者の行なった第１図、第２図で示し
た装置を用いた研究ではこの比を最高容積比３５対６５
（重量比１５対８５）までとすることができた。斯くし
て射出造形後に溶融プラスチックスの一部を強制５濾過
して造形体化し、さらにその後モールドの位置を移動し
、モールドの温度を室温あるいは室温近傍まで冷却する
。冷却によりプラスチックス・粉体捌合組成物中のプラ
スチックス（絞り残り）は固化するので脱型して焼結用
成形体を取り出すことが可能となる。

斯くして取り出された成形体は、プラスチックス含有量
が極めて少ない（上記重量比１５対８５の価はほとんど
理論値としての最高濃度となっている）ので、セラミッ
クスとして焼結させたものの強度は極めて高いものを期
待することができる。

プラスチックス・セラミックス複合組成物の・場合、プ
ラスチックス射出成形法に新たに余分のプラスチックス
部分の絞り出し機構を付加作動させることによって、高
粉体濃度の成形体として取り出すことができるので、セ
ラミックス射出成形体としての性能向上に大きく資する
ことができる。

以上、プラスチックス・セラミックス複合組成物につい
て説明したが、本発明方法はセラミックス・水系その他
セラミックス・液体系組成物の場合にも、同様に適用す
ることができる。すなわち上記組成物を射出造形後、絞
り板を圧密し、絞り板を通して造形体から余分の水分等
液体を絞り出し、充分な保形性を保持した高粉体濃度の
成形体として取り出すことができる。すなわち、造形時
には必要であるが、保形時には余分である液分差ΔＷを
濾過して分脈するものである。その概要は第５図に示す
ように、先ず原料泥漿１９（造形最適水分Ｗ１を有する
）をノズル７から注型枠１ｏ中に注入するが、造形終了
後はノズル接続部１６を取りはずし、代りにストッパー
により閉塞した後（図面には示していない）、左方から
ピストン１７を作動させ圧密し余分の液分△Ｗを；戸別
する。この際ピストンによる機械圧の外の手段として造
形体に液圧あるいは気体圧をかけて絞る（このときは注
入側より圧力を印加する）こともできる。

このため圧密ピストン部１７の突端には予め絞り板１２
を設置して置くが、この絞り板は金属あるいはセラミッ
ク質の多孔板で、泥漿中の媒体（液体）を通過させ得る
が、粉体の通過を許さない孔径として段別製作した粉体
焼結体を用いる。場合によっては造形体２０と絞り板１
２の間に５戸紙１８を挿し挟むことによって一層濾過効
果を挙げる事も可能である。所定絞り版位置まで絞り出
したものが最終成形体（液分Ｗ２）となるが、これは充
分な保形性を有しているの・で脱型して取り出す事がで
きる。すなわち、造形時必要であるが、保形時不必要で
ある液分差△Ｗを強制；戸別することにより、射出シ濾
過圧密成形を可能とするものであ４以下、本発明方法を
実施例により具体的に説明する。

実施例１ 粉体としてアルミナ粉（α−Ａ１．Ｏｓ　純度９９゜８
２重量％）を用い、プラスチックスとしてポリスチレン
（重量平均分子［１１，２７Ｘ１０．転移温度１０２’
Ｃ）を使用した。

先ず、粉体とプラスチックスを容積比３０対７０（重量
比５９対４１）になるように混合し、これを第３図に示
す装置の圧縮テスト容器２１中に投入した。これに上杵
２２を挿入し、上杵２２が原料面に接触した駄態を保ち
ながら外部からヒーター２３を働かせ昇温した。加熱に
伴なっ−て杵は自重で少しの量沈下するが、このとき空
気の残存あるいは混入を防ぐため装置全体を真空容器（
図示せず）に収容しテストを行なった。

底型２４の中心部の温度計２５がポリスチレンの軟化点
１２７℃になったとき、上杵２２の上部から圧縮圧を加
えてプレスした。プレスによって一成形体が一定容積に
収まった後、なお一定時間（造形１体の大きさで決まる
）加熱下で加圧を持続した。

その後で一旦室温に冷却した後、既述の第２図に示した
多孔質絞り板と類似の林料かうなる多孔質絞り底板１２
′を圧縮テスト容器の下部に第４図に示すように装着し
た。この多孔質絞り底板１２′はテストに使用したと同
一のアルミナ粉のみで成形し土器質（開孔構造　：　同
一の粉体を使用し土器質にまで焼成しであるので、その
有する多孔状通路の径は粉体材料の最微径より細くする
ことが出来る）にまで焼成したものである。従って多孔
板の有する空隙径は、原料粉体より細く、粉体の通過は
許容されない。メルト・ポリスチレンのみが通過できる
通路となっている。温度ｆｔ２５及びディスタンドピー
ス２６を絞り底板の下に置き、絞り底板下に絞り出され
たメルト・ポリスチレンは下部空室部２７Ｇこ貯えられ
るようになっている。

容器全体を第３図における造形時と同じ温度に保った（
この場合も底の絞り底板中心位置で測定した）後、上杵
２２を挿入して上部から絞り圧を印加した。

第３図における造形圧は５０　ｋｇ　７ｃｍ　Ｑであっ
たが絞り圧はこれより低く１９〜２３ｋｇ／ｃｍ”で充
分に絞り得た。しかし圧密条件を揃えるため、絞り出す
だけの全量を絞り出した後で念のため再度最初の成形圧
（５０ｋｇ　７ｃｍ　”）まで上げておいた。

測定の諸元を示すと次のようである。

造形体寸法（絞り出し前）＝５０φＸ　５７．．３　ｍ
ｍ造形体中のプラスチックス濃度：　重量比４１％（容
量比７０％） 次いで絞り出し体としたときの・寸法を測定した結果は
５０φＸ　３７−３　ｍｍとなった。この結果から絞り
出されたポリスチレン量を計算すると、始めのポリスチ
レン７０量のうち３５量が絞り出されていたことに相当
する。これを絞り出し後の濃度比に直すと４６容積比（
７４重量比）まで固体濃度が上昇したことに相当してい
る。絞る前の試料と絞った後の試料をセラミックス化す
るため同一の焼成条件下で焼成した（　１６５０℃まで
３時間かかって昇温したｆｆｌ、１６５０℃でなお１時
間保持）。これらの試料からそれぞれ強度測定用テスト
ピース２０本を切り出し、曲げ試験（３点曲げ抗折強度
）を行ない、２０本の平均値をめた。なお同一試料粉体
（Ａｔ、Ｏｓ粉）をＴ（ＩＰ（高温等方圧圧縮成形）に
よる成形体についても同様に焼成し曲げ試験を行なった
。これらの結果を次の第１表に示す。

第１表 この表から本発明による場合［（■）の場合］の改善率
が極めて高度のものであることが判る。また１、　ＨＩ
　Ｐ成形体と較べても遜色のないものであることを証明
することが出来た。

実施例２ 射出成形機を使用してＡｌ、０３粉体・ポリスチレン複
合試料（混合比：粉体濃度３０容量％）を原材料として
射出した。使用した射出成形機の諸元は次のとおりであ
る。

１ｎ　小圧力２０００　ｋｇ　７ｃｍ　”までシリンダ
一温度　１１０℃　・ 射出温度　１２７℃ 金型温度　１２７℃ スクリュー回転数　６Ｏｒｐｍ 射出圧力　１３００　ｋｇ　／ａｎ　２最大射出速度　
１６　ｓｅｃ　７回 成形した形状は円筒状で５０φＸ　５０　ｍｍである。

この場合、普通の射出成形と異なることは金型温度を射
出温度に揃えたことである。絞り出しのために第２図に
示した絞り装置部が予めモールド内に装着されており、
本文に示した方法で余分のポリスチレンを絞り出した。

絞り出しが完了後、圧を一旦５０　ｋｇ　７ｃｍ　１１
まで上昇させた。

絞らないで取り出したサンプル、本発明方法に依り絞ら
れたサンプルを実施例１と同一条件下でセラミック化し
た。これらから強度測定用サンプルを各々２０本づつ切
り出し、３点曲げ抗折強度を測定した。結果を第２表に
示す。

第　２　表 本発明方法によりセラミックス成形体の強度が改善され
、その値はＩ（ＩＰ成形体に相当するまで高められてい
るものであることを証明できた。

実施例３ ジルコニア粉体（超微粉、平均粒度０．５μ以下の粒度
のもの、純度９５．８％）を用いた。媒体として水を用
い、分散助剤としてアクリロニトリル系の水溶液を用い
た。（添加後の粉体に対する量が０２％に収まるよう調
土処理した。）素地を第５図の型組構成体中に注入し造
形を行なった。注入時、液分は１０重量％（容量で２５
％）であった。造形後、絞りピストンを作動させて造形
体中の余分の水分（この場合、余分の水分△Ｗの値とし
ては上記の２５容量％中の１５％を絞り出すことができ
た）を絞り出した。この場合、最終造形体は液分４３重
量％（１２容量％）となったので、実に始めの液Ｉｔ（
２５容量％）の中１５容量％が絞り出されたことになっ
ていた。この・液分（４，３重量％、１２容量％）であ
れば、良好な保形性を有するので脱型可能であった。

【図面の簡単な説明】

第１図は射出成形機の概略構造を示す縦断面図で、第２
図は本発明方法に係る絞り出し機構を付加したモールド
部の縦断面図を示し、第３図および第４図は実施例１に
用いた成形装置の縦断面図で、第５図は粉体・液体系の
濾過圧密成形装置の縦断面図である。 １・・・・合成樹脂ペレット。 ２・・・・射出成形機本体。 ６・・・・スクリュー、　７・・・・ノズル。 １０・・・・モールド（注型枠）。 １２・・・・絞り板、１２′・・・・絞り底板。 １３・・・・ヒータ一部、１４・・・・プレス部。 １５・・・・絞り板背後部、１６・・・・ノズル接続部
。 １７・・・・ピストン、１８・・・・１紙。 ２１・・・・・圧縮テスト容器、２２．−１．上杵。 ２３・・・・ヒーター、２４・・・・底型。 ２５・・・・温度計。 ２６・・・・・ディスタンドピース。 特許出願人　梅　屋　薫 代理人　弁理士松永圭司 第１図 第２図 第３図　第４図 第５図 １４　１Ｊ　１ど　Ｉ（ｊ　ＩＢ　ＩＪ　どｕ　ＩＪ　
ｌｅｔ　＋！９手続補正書 昭和５８年１０月２１日 特許庁長官　若　杉　和　夫　殿 １、　事件の表示 昭和５８年特許願　第１５４１４８号 ２　発明の名称 射出５濾過圧密成形法 ３　補正をする者 事件との関係　特許出願人 氏　各　梅　屋　罵 自　発 ａ　補正により増加する発明の数 ＼ ７、補正の対象 明細書の「特許請求の範囲」および「発明の詳細な説明
」の欄 ８、補正の内容 （１）特許請求の範囲 別紙のとおり （２）発明の詳細な説明 １、明細書　第９頁　第１０行 「・・・・・・説明したが、ｊと「本発明方法・・１．
・・］の間に次の文章を加入する。 「例えばパラフィンの如き、プラスチックスと同様に加
温下で液状となり、高温で燃焼させ系外に揮散させるこ
とのできる固体とセラミック粉体からなるセラミックス
・固体系組成物に対しても適用することができる。さら
に、」２、同　第１０頁　第７行 「・・・・・・圧力を印加する」を ［・・・・・・圧力を印加することも可能である」に補
正する。 ３、明細書　第１４頁　第３行 「・・・・・・（ＡＩ、Ｃ）３粉）をＨＩＰ・・・・・
・」を「・・・・・・（Ａ１２０．粉）のＨＩ　Ｐ、、
、、、、Ｊに補正する。 以上 ２Ｐ　笹許請求の範囲 １、　セラミックス射出成形において、内部に焼結金属
またはセラミックス材質からなる多孔質板を設けたモー
ルドを用いて、セラミック素地を射出造形し、射出完了
後、前記多孔質板を通して、造形体から媒体の一部を絞
り出し系外に抜き取ることにより、粉体濃度を増大した
成形物を得ることを特徴とする射出濾過圧密成形法。 ２、　前記セラミック素地がプラスチックス・セラミッ
クス複合組成物である特許請求の範囲第１項記載の射出
濾過圧密成形法。 ａ　前記セラミック素地が粉体・液体系あるいは粉体・
固体系複合組成物である特許請求の範囲第１項記載の射
出５濾過圧密成形法。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　セラミックス射出成形において、内部に焼結金属
   またはセラミックス材質からなる多孔質板を設けたモー
   ルドを用いて、セラミック素地を射出造形し、射出完了
   後、前記多孔質板を通して、造形体から媒体の一部を絞
   り出し系外に抜き取ることにより、粉体濃度を増大した
   成形物を得ることを特徴とする射出５濾過圧密成形法。 ２、　前記セラミック素地がプラスチックス・セラミッ
   クス複合組成物である特許請求の範囲第１項記載の射出
   ン濾過圧密成形法。 ａ　前記セラミック素地が粉体・液体系複合組成物であ
   る特許請求の範囲第１項記載の射出濾過圧密成形法。