JPH05148504A - 有機系溶媒に可溶の液体を用いた射出成形焼結品の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 金属もしくはセラミックスの粉末原料を用い
た射出成形焼結品にあって、特に製品化が困難とされて
いる平均粒径の細かい粉末原料を用いた際の有機バイン
ダーの系外抽出工程で、亀裂、膨れ、陥没等の表面欠陥
が見られず、しかも、短時間の処理にて有機バインダー
を系外に抽出除外する事を可能にする方法を開示する。 【構成】 粉末原料と有機バインダーとを所定の割合で
混合した後、該混合物を所望の形状に射出成形して成形
体とし、該成形体より前記の有機バインダーを除去した
後に、脱バインダー処理の済んだ成形体を加熱焼結して
得る射出成形焼結品の製造方法において、有機バインダ
ーとして、有機系溶媒に不溶である熱可塑性ポリマー
と、有機系溶媒に可溶である熱可塑性ポリマーと、有機
系溶媒に可溶の液体とよりなり、当該有機系溶媒に可溶
の液体の示す重量％を成形体総量の０．１〜５重量％と
した有機バインダーを用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、金属もしくはセラミッ
クス等の一種以上からなる原料粉末と有機バインダーと
を混練した後、この混練物を用いて射出成形して得た射
出成形体より有機バインダーを抽出除去し、その後、脱
バインダー処理の施された射出成形体を焼結して得る製
品製造工程の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】電気、電子、自動車、精密機械等の産業
分野に於いては、製品仕上がり寸法の精密である事、量
産のきく事、取扱いが容易である事等の点から射出成形
焼結品の利用がしきりに為されて居り、その製造工程と
しては、金属あるいはセラミックス等の一種以上からな
る原料粉末と有機バインダーとを混練した後、この混練
物を用いて射出成形し、ここで得られた射出成形体より
有機バインダーを抽出除去し、その後、脱バインダー処
理の施された射出成形体を焼結して製品を得る工程によ
って製品が生産されている。

【０００３】この場合、射出成形体より有機バインダー
を抽出する為に採られる方法としては、成形体の一部を
構成する有機バインダーを分解又は蒸発させて成形体よ
り抽出除去する熱分解方法か、もしくは、射出成形体に
有機溶媒を接触させて成形体より有機バインダーを溶出
除去する溶解方法を採るのが一般的である。

【０００４】しかしながら、射出成形体より有機バイン
ダーを抽出する為に採られる方法として、前者である成
形体の一部を構成する有機バインダーを分解又は蒸発さ
せて成形体より抽出除去する熱分解方法を採る場合に
は、有機バインダーの加熱による分解現象や蒸発現象を
短時間に発生させると射出成形体の内部に不必要で不均
一な圧力がかかる事が多くなり、製品に欠陥が生じ易く
なる為、結果的に、射出成形体より有機バインダーを抽
出する処理時間を長くしなければならなかった。

【０００５】特に、原料粉末の粒径が小さく、比表面積
が大きい場合には射出成形操作の実行に際して混練物の
射出流動性を安定させる目的から混練物を構成する有機
バインダーの添加量を極限にまで高める必要性があり、
結果的に、射出成形体より有機バインダーを抽出除去す
る際の加熱工程を多段階に設ける事を必要とし、脱バイ
ンダー処理時間だけでも２４時間を上回る必要があっ
た。

【０００６】また、射出成形体より有機バインダーを抽
出する為に採られる方法として、成形体の一部を構成す
る有機バインダーを分解又は蒸発させて成形体より抽出
除去する熱分解方法を採る場合に、有機バインダーの一
部に昇華性物質を加える方法も開示されているが、この
場合には、製品の成形処理時に上記の昇華性物質が蒸発
する恐れがあり、環境汚染を招く恐れがあると共に、成
形体の表面性状にも悪影響を及ぼしがちであって、その
解決手段の出現が切望されていた。

【０００７】次に、射出成形体に有機溶媒を接触させて
成形体より有機バインダーを溶出除去する溶解方法を採
る場合には、有機溶媒に可溶性を示す分子量部分で構成
された熱可塑性ポリマー部分が有機溶媒中に溶出して行
くところから、射出成形体にあって、有機溶媒によって
成形体の系外に抽出された有機バインダーの占めていた
部分が一つの通り道となって作用するため、加熱処理に
よって発生する有機バインダーの分解、蒸発現象が円滑
に進行する様になり、有機バインダーの除去処理に際し
て発生し易いとされていて、製品外面の亀裂現象や膨れ
発生現象を大幅に抑制する様になっている。

【０００８】この様に、製品外面に欠陥を発生させない
為に好ましい方法として、開示されている方法が幾つか
数えられるが、通常実施されている射出成形体に有機溶
媒を接触させて、成形体より有機バインダーを溶出除去
する溶解方法を採る場合の有機バインダーとしては、鉱
油、脂肪酸系油、天然油等の液体バインダーを多量に使
用する事が多い為、この有機バインダーを用いた混練物
を射出成形する前に、混練物から肝心の有機バインダー
が系外に滲出してしまう事が多くなり、結果として、射
出成形処理を実施した場合に、金型に製品が固着してし
まって製品の離型性を悪化させると共に、射出成形用混
練物の保管や再利用を困難なものとしていた。

【０００９】また、射出成形用混練物の製造に使用する
有機バインダーとして、有機溶媒に可溶な熱可塑性樹脂
と、有機溶媒に不溶な熱可塑性樹脂とを併用して用いる
場合もあるが、この場合には、使用される熱可塑性樹脂
の夫々が示す平均分子量の間に大幅な数値差があるのが
普通であって、その結果、射出成形用混練物の製造時に
あって、混練物を短時間で均一化する事を極めて困難な
ものとして居ると共に、射出成形体組成の部分的な不均
一が原因となって、有機バインダーの抽出除去処理中
に、射出成形体に膨れ、表面陥没、亀裂等の欠陥を発生
し易くしている。

【００１０】さらに、原料粉末を仮結合させる為のバイ
ンダーとして水溶性の樹脂を採用して混練した混練物を
射出成形して得た射出成形品について、水を利用した脱
バインダー方法が、例えば、特開平２−１０１１０１と
して提案されている。

【００１１】この場合、バインダーの抽出除去処理に水
を利用するところから有機溶媒の利用に比較して安価で
安全であるという長所も示すものの、有機溶媒を利用す
る場合に比較して射出成形体に対する浸透度が劣る事
と、射出成形体の内部に浸透した後は、加熱処理に際し
て蒸発速度が遅い為、バインダーの除去処理に要する処
理時間が悪戯に長引くという欠点があると共に、射出成
形体の内部に浸透したバインダーを抽出除去する際に、
加熱温度の僅かな変動で射出成形体の表面に亀裂や膨れ
の現象を招く恐れがあり、さらに、原料粉末として使用
する金属が水と反応して腐食する鉄系統や銅系統である
場合には必然的に利用できないという欠点がある為、早
期に問題を解決する事が望まれていた。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の課題
を解決し、金属並びにセラミックスの粉末原料を用いた
射出成形焼結品にあって、特に製品化が困難とされてい
る平均粒径の細かい粉末原料を用いた際の有機バインダ
ーの系外抽出工程で、亀裂、膨れ、陥没等の表面欠陥が
見られず、しかも、短時間の処理にて有機バインダーを
系外に抽出除外する事を可能にする方法を開示する事を
目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明者等は上記の課題
を解決する為に鋭意研究を重ねた結果、粉末原料と有機
バインダーとを所定の割合で混合した後、該混合物を所
望の形状に射出成形して成形体とし、該成形体より前記
の有機バインダーを除去した後に、脱バインダー処理の
済んだ成形体を加熱焼結して得る射出成形焼結品の製造
方法において、有機バインダーとして、有機系溶媒に不
溶である熱可塑性ポリマーと、有機系溶媒に可溶である
熱可塑性ポリマーと、有機系溶媒に可溶の液体とよりな
り、当該有機系溶媒に可溶の液体の示す重量％を成形体
総量の０．１〜５重量％とした有機バインダーを用いる
と共に、有機バインダーを用いて得た成形体を有機系溶
媒に接触させて有機系溶媒に可溶である熱可塑性ポリマ
ーを成形体より抽出除去した後さらに、この有機系溶媒
に可溶である熱可塑性ポリマーが抽出除去された成形体
を加熱処理する事によって、成形体から有機系溶媒に不
溶である熱可塑性ポリマーを抽出除去する事によって課
題の解決される事を見出だし、本発明に至ったものであ
る。

【００１４】本発明でいう有機系溶媒に不溶である熱可
塑性ポリマーとしてはポリプロピレン、エチレン酢酸ビ
ニル共重合体の他にポリエチレン、ポリスチレン、ナイ
ロン、ポリメチルメタクリレートの中の１種以上の熱可
塑性ポリマーによる代用が有効であると見られ、また、
有機系溶媒に可溶である熱可塑性ポリマーとしては変性
ワックス、カルナバワックス、パラフィンワックスの他
にマイクロクリスタリンワックスによる代用が有効であ
ると見られ、さらに、有機系溶媒としては四塩化炭素の
他に、芳香族系、脂肪族、パラフィン系、アルコール
系、ケトン系の溶剤による代用も可能であると見られ
る。

【００１５】本発明で使用される熱可塑性ポリマーとし
ては、室温に於いてその特性が安定であって、物理化学
的な変化が生じにくく、工業的にも取扱いが容易である
事、また、有機系溶媒を用いての脱バインダー処理を行
った後に実施される成形体からのバインダーの加熱除去
工程でバインダーに充分な熱分解を起こさせて、焼結体
中に炭素を残存させない様にすると共に、目標とする組
成ならびに各種の特性を焼結体に保持させる事が望まれ
る事からいえば、分子量の値が１００から１００，００
０である熱可塑性ポリマーである事が望ましく、さらに
いえば、同一の構造を有する熱可塑性ポリマーからなる
事が望まれるものの、有機系溶媒に不溶である熱可塑性
ポリマーの構造と、有機系溶媒に可溶である熱可塑性ポ
リマーの構造とが同一でなくても支障はない。

【００１６】本発明で用いられる有機系溶媒に不溶であ
る熱可塑性ポリマーは、本来、射出成形体の形状を保持
するために利用されるものであり、有機系溶媒に可溶で
ある熱可塑性ポリマーは、射出成形処理に際して混練物
の流動性を保持するために利用されるものである。

【００１７】本発明の実施に際して、有機系溶媒による
バインダーの除去作業に引き続いての加熱操作による射
出成形体よりのバインダー除去作業と、それに続く焼結
作業については、通常実施されている雰囲気、処理温
度、ならびに処理時間と同様にして処理され得る。

【００１８】なお、本発明の実施に際して利用される混
練物として原料粉末とバインダー以外に表面活性剤や滑
剤を微量に混在せしめていても製品への支障はない。

【００１９】

【作用】本発明によれば、バインダーとして有機系溶媒
に可溶の液体を添加したのは、射出成形体を有機系溶媒
に接触させてバインダーを系外に抽出除去せんとする際
に、射出成形体の内部に対して有機系溶媒が浸透するの
を容易にすると共に、有機系溶媒の浸透作用によって射
出成形体に膨脹または亀裂の発生する危険性を抹消する
為のものであり、さらに、その組成を均一化すると共
に、脱バインダー処理も短時間に処理して、爾後の工程
を進めんとするものであって、従来方法により、射出成
形体の形状を保持するために利用される有機系溶媒に不
溶である熱可塑性ポリマーと、射出成形処理に際して混
練物の流動性を保持するために利用される有機系溶媒に
可溶である熱可塑性ポリマーとのみににて構成される従
来のバインダーを利用した場合には、混練物を形成する
為に添加された異種の熱可塑性樹脂間にあって、その平
均分子量と分子量の分布状態が極端に相違する事から、
両者の間における相溶性が十分にとれない状態にあっ
て、結果的に組成の不均一な射出成形体を提供せざるを
得なく、有機溶媒、及び、加熱処理による射出成形体よ
りの有機バインダー除去処理工程で、製品の表面に膨
れ、陥没、亀裂等の欠陥を発生する事が多くなって来る
のを防止する為のものである。

【００２０】本発明にあって、有機系溶媒に可溶である
液体の含有量を０．１〜５．０重量％と規定したのは、
有機系溶媒に可溶である液体の含有量が０．１重量％未
満であると当初の目的である射出成形体の表面性状に良
好な製品の入手が達成されず、逆に、有機系溶媒に可溶
である液体の含有量が５．０重量％を超える場合には、
射出成形体の強度が劣悪なものとなって、所定の射出成
形体を入手する事が不可能となる為である。

【００２１】なお、製品の表面に亀裂や膨れを発生させ
るのは、射出成形体を加熱した際に、有機系溶媒に不溶
である熱可塑性ポリマーによって包含されて居た有機系
溶媒に可溶である熱可塑性ポリマーが急激にガス化する
事によって発生するものであり、同様に、製品の表面に
陥没や形状変動を発生させるのは、有機系溶媒に可溶で
ある熱可塑性ポリマーが偏重した部分をそのままにして
有機系溶媒を用いた脱バインダーを実施して後に射出成
形体を加熱した際には、成形体の骨格となるべき有機系
溶媒に不溶である熱可塑性ポリマーが存在しない部分を
射出成形体中に生み出し、その結果、製品表面に陥没現
象を呼び起こすものと考えられている。

【００２２】

【実施例】本発明の実施例に関して以下に詳述する。

【００２３】［実施例１］粉末原料として平均粒径が５
μｍのカーボニル鉄粉を９２重量部と、有機系溶媒に可
溶である変性ワックスを５重量部と、有機系溶媒に不溶
であるポリプロピレンを２．５重量部と、有機系溶媒に
可溶の液体であるキシレンを０．５重量部との割合にて
調合した後、加圧ニーダーを用い、１２０℃にて混練
し、この混練物を１００℃の温度、１００ｍｍ／ｓｅｃ
の射出速度にて図１に示す様なピッチ円の直径が２０ｍ
ｍであって、厚さが５ｍｍ、歯数が１８であるギア形状
をした射出成形体を５０個製作した。

【００２４】次に、上記の射出成形体を、有機系溶媒と
して選出した四塩化炭素に室温にて４時間に亘って浸漬
し、射出成形体より有機系溶媒に可溶なバインダー組成
部を抽出する一次の脱バインダー処理を施した後、一次
の脱バインダー処理を施した射出成形体に対して真空中
で７００℃までを毎分１０℃の割合の加熱処理を施し、
７００℃で３０分の保持時間を採って二次の脱バインダ
ー処理を施し、その後さらに１３５０℃までを毎分１０
℃の割合で加熱し、１時間の保持時間を採った後、炉中
にて冷却して得られた製品について表面の状況を調査し
たところ、何等の欠陥も認められないばかりか、一次の
脱バインダー処理を終了した時の脱バインダー率は６
９．０％であった。

【００２５】［実施例２］有機系溶媒に可溶であるカル
ナバワックスを４．５重量部と、有機系溶媒に不溶であ
るエチレン酢酸ビニル共重合体を１．５重量部と、有機
系溶媒に可溶の液体であるカプリルアルコールを２．０
重量部との割合にて調合した有機バインダーを用いた以
外は実施例１と同様に処理した結果得られた製品につい
て表面の状況を調査したところ、何等の欠陥も認められ
ないばかりか、一次の脱バインダー処理を終了した時の
脱バインダー率は７５％であった。

【００２６】［実施例３］有機系溶媒に可溶であるパラ
フィンワックスを３．０重量部と、有機系溶媒に不溶で
あるポリプロピレンを２．０重量部と、有機系溶媒に可
溶の液体であるポリオキシエチレンアルキルエーテルを
３．０重量部との割合にて調合した有機バインダーを用
いた以外は実施例１と同様に処理した結果得られた製品
について表面の状況を調査したところ、何等の欠陥も認
められないばかりか、一次の脱バインダー処理を終了し
た時の脱バインダー率は７５％であった。

【００２７】［実施例４］有機系溶媒に可溶である変性
ワックスを２．５重量部と、有機系溶媒に不溶であるエ
チレン酢酸ビニル共重合体を２．０重量部と、有機系溶
媒に可溶の液体であるキシレンを３．５重量部との割合
にて調合した有機バインダーを用いた以外は実施例１と
同様に処理した結果得られた製品について表面の状況を
調査したところ、何等の欠陥も認められないばかりか、
一次の脱バインダー処理を終了した時の脱バインダー率
は７５％であった。

【００２８】［比較例１］有機系溶媒に可溶である変性
ワックスを５．３重量部と、有機系溶媒に不溶であるポ
リプロピレンを２．７重量部との割合にて調合した有機
バインダーを用いた以外は実施例１と同様に処理した結
果得られた製品について表面の状況を調査したところ、
成形体の表面に亀裂が見出だされたと共に、焼結体には
膨れも認められ、一次の脱バインダー処理を終了した時
の脱バインダー率は６０％でしかなかった。

【００２９】［比較例２］有機系溶媒に可溶であるカル
ナバワックスを６．０重量部と、有機系溶媒に不溶であ
るエチレン酢酸ビニル共重合体を２．０重量部との割合
にて調合した有機バインダーを用いた以外は実施例１と
同様に処理した結果得られた製品について表面の状況を
調査したところ、成形体の表面に亀裂が見出だされたと
共に、焼結体には膨れも認められ、一次の脱バインダー
処理を終了した時の脱バインダー率は６２％でしかなか
った。

【００３０】［比較例３］有機系溶媒に可溶であるパラ
フィンワックスを４．８重量部と、有機系溶媒に不溶で
あるポリプロピレンを３．２重量部との割合にて調合し
た有機バインダーを用いた以外は実施例１と同様に処理
した結果得られた製品について表面の状況を調査したと
ころ、成形体の表面に亀裂が見出だされたと共に、焼結
体には膨れも認められ、一次の脱バインダー処理を終了
した時の脱バインダー率は５５％でしかなかった。

【００３１】［比較例４］有機系溶媒に可溶である変性
ワックスを４．４重量部と、有機系溶媒に不溶であるエ
チレン酢酸ビニル共重合体を３．６重量部との割合にて
調合した有機バインダーを用いた以外は実施例１と同様
に処理した結果得られた製品について表面の状況を調査
したところ、成形体の表面に亀裂が見出だされたと共
に、焼結体には膨れも認められ、一次の脱バインダー処
理を終了した時の脱バインダー率は５２％でしかなかっ
た。

【００３２】［比較例５］有機系溶媒に可溶であるパラ
フィンワックスを６．０重量部と、有機系溶媒に不溶で
あるポリプロピレンを１．９５重量部と、有機系溶媒に
可溶である液体ポリオキシエチレンアルキルエーテルを
０．０５重量部との割合にて調合した有機バインダーを
用いた以外は実施例１と同様に処理した結果得られた製
品について表面の状況を調査したところ、成形体の表面
に亀裂が見出だされたと共に、焼結体には膨れも認めら
れ、一次の脱バインダー処理を終了した時の脱バインダ
ー率は５５％でしかなかった。

【００３３】［比較例６］有機系溶媒に可溶である変性
ワックスを０．５重量部と、有機系溶媒に不溶であるエ
チレン酢酸ビニル共重合体をポリプロピレンを２．０重
量部と、有機系溶媒に可溶である液体キシレンを５．５
重量部との割合にて調合した有機バインダーを用いた以
外は実施例１と同様に処理した結果得られた製品につい
て表面の状況を調査したところ、成形体の強度が不十分
であって、爾後の工程に進める事が出来なかった。

【００３４】以上の調査結果を表１と表２に纏めて表示
する。

【００３５】

【表１】

【００３６】

【表２】

【００３７】以上に示した如く、本発明の実施になる時
は、製品性状の優れた射出成形焼結品を容易に入手する
事が可能になった。

【００３８】

【発明の効果】本発明の実施により製品性状の優れた射
出成形焼結品を容易に入手する事が可能になった為、斯
る製品を多量に消費、生産している多くの斯業界に対し
て、寄与するところ大なるものがある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の射出成形方法を使用して金型により成
形された直後のギヤを示す斜視図である。

【符号の説明】

１：ギヤ ２：ピンポイントゲート部 ３：ランナー部 ４：スプール部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 粉末原料と有機バインダーとを所定の割
   合で混合した後、該混合物を所望の形状に射出成形して
   成形体とし、該成形体より前記の有機バインダーを除去
   した後に、脱バインダー処理の済んだ成形体を加熱焼結
   して得る射出成形焼結品の製造方法において、有機バイ
   ンダーとして、有機系溶媒に不溶である熱可塑性ポリマ
   ーと、有機系溶媒に可溶である熱可塑性ポリマーと、有
   機系溶媒に可溶の液体とよりなり、当該有機系溶媒に可
   溶の液体の示す重量％を成形体総量の０．１〜５重量％
   とした有機バインダーを用いる事を特徴とする有機系溶
   媒に可溶の液体を用いた射出成形焼結品の製造方法。
2. 【請求項２】 粉末原料と有機バインダーとを所定の割
   合で混合した後、該混合物を所望の形状に射出成形して
   成形体とし、該成形体より前記の有機バインダーを除去
   した後に、脱バインダー処理の済んだ成形体を加熱して
   得る射出成形焼結品の製造方法において、有機バインダ
   ーとして、有機系溶媒に不溶である熱可塑性ポリマー
   と、有機系溶媒に可溶である熱可塑性ポリマーと、有機
   系溶媒に可溶の液体とによりなり、当該有機系溶媒に可
   溶の液体の示す重量％を成形体総量の０．１〜５重量％
   とした有機バインダーを用いて得た成形体を有機系溶媒
   に接触させて有機系溶媒に可溶である熱可塑性ポリマー
   を成形体より抽出除去した後、さらに、この有機系溶媒
   に可溶である熱可塑性ポリマーが抽出除去された成形体
   を加熱処理する事によって、成形体から有機系溶媒に不
   溶である熱可塑性ポリマーを抽出除去する事を特徴とす
   る有機系溶媒に可溶の液体を用いた射出成形焼結品の製
   造方法。
3. 【請求項３】 有機系溶媒に不溶である熱可塑性ポリマ
   ーがポリプロピレン、エチレン酢酸ビニル共重合体、の
   中の１種以上の熱可塑性ポリマーで構成され、有機系溶
   媒に可溶である熱可塑性ポリマーが変性ワックス、カル
   ナバワックス、パラフィンワックス、の中の１種以上の
   熱可塑性ポリマーで構成され、有機系溶媒に可溶の液体
   がキシレン、カプリルアルコール、ポリオキシエチレン
   アルキルエーテル、の中の１種以上で構成されている事
   を特徴とする請求項１または請求項２記載の有機系溶媒
   に可溶の液体を用いた射出成形焼結品の製造方法。
4. 【請求項４】 有機系溶媒が四塩化炭素である事を特徴
   とする請求項１または請求項２記載の有機系溶媒に可溶
   の液体を用いた射出成形焼結品の製造方法。