JP2000219902A - 射出成形による粉末焼結体およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 射出成形法による金属またはセラミックス粉
末焼結体の表面処理工程において、二次加工を必要とせ
ず、かつ表面の光沢性および色調が良好である粉末焼結
体およびその製造方法を提供することにある。 【解決手段】 焼結可能な金属またはセラミックス粉末
と脱脂除去可能なバインダ樹脂とを混練した中心層形成
材料と、焼結可能な粉末の表面に金属薄膜をコーティン
グした粉末と脱脂除去可能なバインダ樹脂と混練した表
皮層形成材料とを複合射出して、中心層形成材料が表皮
層形成材で被覆された成形体を成形し、次いで脱バイン
ダしたものを焼結し、粉末焼結体を製造する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属またはセラミ
ックス粉末を成形してなる、腕時計などの装飾品の外装
部品およびその製造方法に関するものである。さらに詳
しくは、射出成形法を用いて、表面が装飾性に優れてい
る金属またはセラミックス粉末焼結体およびその製造方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、金属またはセラミックス粉末射出
成形法は小型かつ複雑な３次元形状の製品をニア・ネッ
ト・シェイブ（最終部品形状に近い形状）で作製する方
法として、広く利用される技術である。工程としては、
まず原料である金属またはセラミックス粉末とバインダ
樹脂とを混練して、射出成形用原料コンパウンドとす
る。このコンパウンドは熱可塑性を有しており、射出成
形機を用いて、通常のプラスチック材料と同じように、
所望の形状に連続成形が可能である。成形後、次の工程
として、成形体に含まれるバインダ樹脂を除去する。こ
の工程を脱脂工程と呼ぶ。脱脂方法には、加熱により成
形体から蒸発させる方法、触媒により分解させる方法、
溶媒中に浸漬させて抽出させる方法などが知られてい
る。そして、最後に脱脂体を焼結して、金属またはセラ
ミックスの粉末焼結体である製品が得られる。

【０００３】また、プラスチック複合射出成形の分野に
おいて、２機以上の射出機構を有する複合射出成形機を
用いて、２種類以上の溶融したプラスチック材料を金型
内に射出する成形技術が知られている。例えば、プラス
チック製品において、ボトルのブロー成形用多層パリソ
ン成形、または軟硬質材料の複合成形、または中心層に
発泡性材料を射出して内側を発砲させて、ヒケのない製
品を成形する方法に利用されている。

【０００４】従来から、装飾品は、例えば腕時計などの
金属製ケースの部品には、装飾性やデザイン性を向上さ
せるために、素材の上に金色または銀白色のメッキを施
す表面処理が行われている。市場では貴金属系の色調が
好まれている。ケースの素材は耐食性および耐久性に優
れていることからステンレスが主流になっている。また
最近では、軽く、強く、サビにくく、熱に強い素材で、
生体適合性に富み、人体に与える化学的影響のないチタ
ンも採用されている。メッキの種類は大きく分けて２通
りあり、メッキ溶液の中で素材に電解処理によって表皮
層に金属被膜を付ける湿式メッキ法と、素材に、真空状
態で高電圧を加えてメッキ材料をイオン化し、ガスと反
応させ加工物を表皮層に密着させる乾式メッキ法があ
る。湿式メッキ法としては、表面の色調を金色に仕上げ
るために金メッキが、銀白色に仕上げるために銀メッキ
またはパラジウムメッキまたはクロムメッキが、白色に
仕上げるためにルテニウムメッキなどが行われている。
乾式メッキ法としては、色調に応じた被覆材料を選択
し、素材にイオンプレーティングなどが行われている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の方法では、例えば金などの湿式メッキ法の場
合、良好な光沢性のある金色を発現させるためには、数
千Åと厚く金メッキを施す必要があり、高価な金を多量
に消費することになる。他の材料では金同様の色調が得
られない。しかも、電解メッキ法で金コーティングを施
す場合、前処理、水洗、濾過、廃液処理などの多数の工
程が必要となり、生産性に問題を有していた。またコス
トがアップするという課題もあった。また、乾式メッキ
法のイオンプレーティング法の場合、数百Åの薄い膜で
良好な光沢性のある金色を発現させることができるが、
イオンプレーティング装置のチャンバー内を高真空にし
加熱冷却させるのに多大な製造時間を要する。特に大型
部品の場合には、一度にチャンバー内に設置できる個数
に限りがあるため製造能力が低下するという課題があっ
た。

【０００６】さらに、湿式メッキ法と乾式メッキ法はい
ずれにしても、製品に対して二次加工を施すことにな
り、製品を扱う工程が増えるための不良の発生も無視で
きないものとなっていた。

【０００７】この課題を解決するために、本発明の目的
は装飾品として、光沢性のある良好な色調を示す表皮層
を持った金属またはセラミックスの粉末焼結体を、湿式
メッキまたは乾式メッキといった表面処理、つまり二次
加工を必要せずに、安価で大量に提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成させるた
めに、本発明は焼結可能な金属またはセラミックスから
なる粉末焼結体の表面付近に、金、銀、銅、亜鉛、アル
ミニウム、クロム、白金、チタン、パラジウム、ルテニ
ウムまたはこれらの合金が、粉末焼結体の中心層に比べ
て多く含んでいることをを特徴とする。

【０００９】またこのような粉末焼結体を製造するため
に、材料として焼結可能な金属またはセラミックスの粉
末に金属薄膜をコーティングしたものを使用し、この金
属薄膜としては、金、銀、銅、亜鉛、アルミニウム、ク
ロム、白金、チタンまたはこれらの合金を使用する。従
来技術と比較して、湿式メッキまたは乾式メッキといっ
た表面処理つまり二次加工を必要としないメリットがあ
る。

【００１０】焼結可能な金属またはセラミックス粉末と
脱脂除去可能なバインダ樹脂とを混練した中心層を形成
する第１のコンパウンドと、表面に金属薄膜をメッキ法
でコーティングした焼結可能な金属またはセラミックス
粉末と脱脂除去可能なバインダ樹脂とを混練した表皮層
を形成する第２のコンパウンドとを、２基以上の射出機
構を有する射出成形機の各射出機構それぞれに投入し、
成形体を形成する金型内へ、まず表皮層を形成する第２
のコンパウンドを、次いでノズルを切り換え、中心層を
形成する第１のコンパウンドを、最後に表皮層を形成す
る第２のコンパウンドを射出して成形体を成形する。次
いで、成形体のバインダ樹脂を除去し、焼結させて粉末
焼結体を製造する。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明によれば、粉末焼結体の中
心部分に存在する中心層形成材料を、表面部分に存在す
る表皮層形成材料で完全に被覆することができる。この
表皮層形成材料には、表面をメッキ法で金属薄膜とし
て、高価な貴金属系材料がコーティングされた焼結可能
な金属またはセラミックスの粉末が使用される。高価な
貴金属系材料は粉末の極表面のみに用いられる。高価な
貴金属系材料がコーティングされている粉末とコーティ
ングされていない粉末とを用いて、成形体を成形し、脱
脂工程を経た後、焼成して金属合金またはセラミックス
の焼結体である粉末焼結体を得る。

【００１２】この得られた粉末焼結体は金色または銀白
色などの装飾性、耐食性に優れた表面を有し、従来の製
品のように表面処理、つまり湿式メッキまたは乾式メッ
キといった二次加工を必要とせず、大幅な工数削減と歩
留まり向上が可能となる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明による一実施例について、図面
を基に説明する。図１は本発明による金属またはセラミ
ックスの射出成形体を示している。図２、図３はその射
出成形体の製造工程の一例を示す概略図である。

【００１４】焼結可能な金属として、ステンレスＳＵＳ
３１６Ｌ粉末を第１の粉末とし、また図１（ｂ）に示す
ように、焼結可能な金属として、平均粒径１５μｍ（粒
度分布１０から２０μｍ）のステンレスＳＵＳ３１６Ｌ
粉末１を使用し、この表面に、スパッタリング法で数十
Åの金を金属薄膜２として、コーティングを施したもの
を第２の粉末として使用する。スパッタリング法による
金属薄膜の密着性は良好で、球状のＳＵＳ３１６Ｌ粉末
１への付きまわりもよく、良好な光沢性も得られた。

【００１５】本発明では、スパッタリング法によって金
属薄膜をコーティングするので、湿式メッキ法では困難
な種々の合金も簡単にコーティングできる。例えば、銅
と亜鉛の合金を用いることで、金メッキと比べて遜色の
ない光沢性のある金色に着色できた。また、コーティン
グ方法としては、スパッタリング法以外にイオンプレー
ティング法や真空蒸着法などが可能である。しかも、薄
い膜でも粉末表面全体を均一に被覆されるので、コーテ
ィング量を少なくできるため、材料コストの削減も可能
となる。

【００１６】次に、金属薄膜２を施したステンレス３１
６Ｌ粉末１（第２の粉末）と、コーティングを施してい
ないステンレス３１６Ｌ粉末（第１の粉末）それぞれに
ついて、ステンレス３１６Ｌ粉末１００グラムに対して
熱可塑性樹脂ポリプロピレンとワックス類（パラフィン
ワックス、カルナバワックス）と成形助剤などとを混合
した有機バインダ樹脂を１０グラムの割合（バインダ樹
脂の体積分率は約５０％位）で、ラボプラストミルの１
６０℃加熱された容器に入れ、１分間５０回転で、約３
０分間混練する。金の金属薄膜２を施したステンレス３
１６Ｌ粉末１（第２の粉末）とバインダ樹脂とからな
る、第２のコンパウンド（表皮層形成材料３）と、コー
ティングを施していないステンレス３１６Ｌ粉末（第１
の粉末）とバインダ樹脂とからなる、第１のコンパウン
ド（中心層形成材料４）とを作製する。

【００１７】次に、日精樹脂工業社製ダブルインジェク
ション成形機を用いて射出成形を行う。この複合成形機
は２台の射出ユニットを有しており、同一の金型でも異
なった材料を射出することができる。まず最初に図２に
示すように、射出ユニット５の樹脂ホッパ５ａに前記金
の金属薄膜２を施したステンレス３１６Ｌ粉末１が含ま
れる第２のコンパウンド、つまり表皮層形成材料３を、
射出ユニット６の樹脂ホッパ６ａに、コーティングして
いないステンレス３１６Ｌ粉末が含まれる第１のコンパ
ウンド、つまり中心層形成材料４をそれぞれ投入し、そ
れぞれの射出ユニット内で溶融混練する。溶融混練され
た表皮層形成材料３は樹脂通路７に、中心層形成材料４
は樹脂通路８に送り込まれる。

【００１８】次に、図３（ａ）示すように、樹脂通路７
を開放すると共に樹脂通路８を閉鎖して、固定型９と可
動型１０の間に形成された１つのキャビティ１１内に、
射出ユニット５のスクリュ５ｂの前進により、１つの樹
脂注入口１２を通して所定量の第２のコンパウンド、つ
まり表皮層形成材料３を射出する。さらに図３（ｂ）に
示すように、樹脂通路８を開放すると共に樹脂通路７を
閉鎖して、キャビティ１１内に、射出ユニット６のスク
リュ６ｂの前進により、１つの樹脂注入口１２を通して
所定量の第１のコンパウンドつまり中心層形成材料４を
射出する。既にキャビティ１１内に射出されている表皮
層形成材料３は金型内面に密着して、押し広げられると
共に中心層形成材料が４がその内部に充填されていく。
最後に図３（ｃ）に示すように、再び樹脂通路７を開放
すると共に樹脂通路８を閉鎖して、キャビティ１１内
に、射出ユニット５のスクリュ５ｂの前進により、１つ
の樹脂注入口１２を通して所定量の表皮層形成材料３を
射出する。さらに保圧をかけて、金型内で冷却した後、
型を開いて成形体を取り出す。成形体の断面図を図１
（ａ）に示す。その後しばらく室温にて成形体を冷却放
置する。

【００１９】射出圧力、射出時間、ノズル温度、金型温
度、保圧力などの成形条件は、ウェルド、充填不足、バ
リ、ヒケが発生しない、かつ中心層形成材料が完全に表
皮層形成材料で被覆された成形体が得られる条件を最適
成形条件とする。

【００２０】以上のようにして得られた成形体を、ファ
イン社製の熱風循環式の脱脂炉を用いて、大気中で６０
℃から毎時１０℃で３２０℃まで昇温して、３２０℃で
２時間保持して有機バインダ樹脂を成形体から脱脂分解
し、脱脂体を得た。また、成形体の表皮層と中心層を形
成するコンパウンドに含まれるバインダ樹脂主成分を同
一とすることで、同条件で成形体からを均一にバインダ
樹脂を脱脂分解することができた。

【００２１】さらに電気炉で、真空雰囲気中（１０^-4か
ら１０^-5トール）、毎分２０℃で１１１０℃まで昇温し
て、１１００℃で１０分間保持して、さらに１３２５℃
に昇温して、１３２５℃で６０分保持してＳＵＳ３１６
Ｌ粉末を焼結させる。最終的に、表皮層を形成する、金
属薄膜２をコーティングしたＳＵＳ３１６Ｌ粉末１が焼
結体の表面で熱拡散し、粉末焼結体の表面全体を金属薄
膜２、つまり本実施例では金で均一に被覆することがで
きた。また焼結体の表皮層と中心層を形成する、金属ま
たはセラミックス粉末の材料を同一とすることで、焼結
の際に発生する熱収縮などの差による歪み、割れ等の問
題が無くなった。

【００２２】さらに本発明は、実施例で使用したＳＵＳ
３１６Ｌ粉末に限定するもでではなく、スレンレス鋼全
般、チタン、銅、亜鉛、鉄などの金属粉末またはアルミ
ナ、ジルコニアなどのセラミックス粉末にも適用するこ
とができる。

【００２３】また本実施例では金を金属薄膜としてコー
ティングしたが、希望する製品表面の色調に応じて、金
合金、銀、銅、アルミニウム、亜鉛、クロム、白金、チ
タン、パラジウム、ルテニウムまたはこれらの合金を使
用することもできる。

【００２４】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、あら
かじめ表面に所望の金属薄膜をコーティングした金属ま
たはセラミックス粉末を、成形体の表皮層のみに射出成
形して製造することで、高価な材料を多量に消費するこ
とがなく、従来技術のメッキ法などによる二次加工を施
した表面と遜色がない、それ以上の光沢性に優れる色調
に優れる製品を低コストで提供できる。

【００２５】また湿式メッキ法では困難な種々の合金の
表皮層も簡単に形成できる。さらに、二次加工を廃止す
ることで、従来技術の製品の二次加工法により、製品を
取り扱う工数などが増えて不良が発生する点を改良でき
る。

【００２６】さらに、金属薄膜をコーティングした金属
またはセラミックス粉末を、成形体の表皮層のみに射出
成形して焼成するので、金属薄膜として使用した金属材
料は二次加工法で形成したような金属皮膜として存在す
るのではなく、金属またはセラミックス中に拡散した状
態で存在する。よって、二次加工法で膜付けされた粉末
焼結体と比較し、本発明によって得られた焼結体の表皮
層は耐摩耗性および耐食性について、はるかに良好なも
のが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）本発明による金属またはセラミックスの
粉末とバインダ樹脂からなる成形体の断面図である。 （ｂ）本発明で使用した、第２の粉末の断面図である。

【図２】本発明による金属またはセラミックスを含む粉
末焼結体の射出成形工程を示す概略図である。

【図３】本発明による金属またはセラミックスを含む粉
末焼結体の射出成形工程を示す概略図である。

【符号の説明】

１ 焼結可能な金属またはセラミックス粉末 ２ 金属薄膜 ３ 表皮層形成材料（第２のコンパウンド） ４ 中心層形成材料（第１のコンパウンド） ５、６ 射出ユニット ５ａ、６ａ 樹脂ホッパ ５ｂ、６ｂ スクリュ ７、８ 樹脂通路 ９ 固定型 １０ 可動型 １１ キャビティ １２ 樹脂注入口

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ２３Ｃ 14/34 Ｃ０４Ｂ 35/00 Ｂ // Ｂ２９Ｃ 45/16 Ｅ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 焼結可能な金属またはセラミックスから
   なる第１の粉末と除去可能な第１のバインダ樹脂とを混
   練した第１のコンパウンドと、表面に金属薄膜をコーテ
   ィングした焼結可能な金属またはセラミックスからなる
   第２の粉末と除去可能な第２のバインダ樹脂とを混練し
   た第２のコンパウンドとを、複合射出して、前記第１の
   コンパウンドが前記第２のコンパウンドで被覆された成
   形体を成形する工程と、次いで、得られた成形体のバイ
   ンダ樹脂を除去して、脱脂体を得る脱脂工程と、次い
   で、この脱脂体を焼結し、粉末焼結体を得る工程とを有
   することを特徴とする粉末焼結体の製造方法。
2. 【請求項２】 前記第２の粉末の表面にコーティングす
   る金属薄膜の材料は第２の粉末とは異なる材料であり、
   金、銀、銅、亜鉛、アルミニウム、クロム、白金、チタ
   ン、パラジウム、ルテニウムまたはこれらの合金である
   ことを特徴とする請求項１記載の粉末焼結体の製造方
   法。
3. 【請求項３】 前記第１の粉末の焼結可能な金属または
   セラミックスと、前記第２の粉末の焼結可能な金属また
   はセラミックスの材料が、同一であることを特徴とする
   請求項１または２に記載の粉末焼結体の製造方法。
4. 【請求項４】 前記第１のバインダ樹脂の主成分と前記
   第２のバインダ樹脂の主成分とが同一であることを特徴
   とする請求項１から３に記載の粉末焼結体の製造方法。
5. 【請求項５】 前記第１のコンパウンドが前記第２のコ
   ンパウンドで被覆された成形体を成形する工程におい
   て、前記第２のコンパウンドを射出成形し、続いて前記
   第１のコンパウンドを射出成形し、続いて前記第２のコ
   ンパウンドを射出成形して、成形体を形成することを特
   徴とする請求項１から４に記載の粉末焼結体の製造方
   法。
6. 【請求項６】 請求項１から５に記載された方法で製造
   された粉末焼結体。