JP2001140001A - 金属複合成形体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 異種材料もしくは同種材料よりなる複数の成
形体の境界面においてバインダ高濃度部の形成を抑制す
ることができる金属複合成形体の製造方法を提供するこ
と。 【解決手段】 金属粉末とバインダとを混合させた成形
材料を型内に射出成形する金属粉末射出成形法により，
第１成形体１１を射出成形した後，第１成形体１１の接
合面１１０に密着した状態で第２成形体１２を射出成形
して両者を一体化してなる金属複合成形体１を製造する
方法であって，第２成形体１２の射出成形は，第１成形
体１１の接合面１１０上において接合面１１０と平行な
方向の流れ成分Ｒが得られるように第２成形体１２用の
第２成形材料を流動させながらこれを型８内に充填す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は，金属粉末射出成形法により，同
種又は異種材料よりなる２つの成形体を一体化してなる
金属複合成形体を製造する場合の成形法に関する。

【０００２】

【従来技術】近年，金属粉末射出成形法（MIM法：Metal
Powder Injection Molding）が金属部品の製造法とし
て利用されている。この方法は，金属粉末をバインダと
混合させて流動性を持たせて，これを射出成形し，得ら
れた成形体から加熱等によりバインダの大部分を除去す
る脱脂工程と，更に高い温度で加熱して金属粉末を焼結
させる焼結工程を行うことによって所望の製品を得る。

【０００３】また，この金属粉末射出成形法を用いて，
同種又は異種材料よりなる複数の焼結体を一体化してな
る金属複合焼結体を製造することもできる。この場合に
は，図６（ａ）（ｂ）に示すごとく，たとえば予め作製
した第１成形体９１を金型８内にインサートし，これと
同種又は異種材料よりなる第２成形体９２を成形すると
共に一体化して金属複合成形体を作製する。そして，そ
の後，これを脱脂，焼結して上記の金属複合焼結体を得
る。

【０００４】

【解決しようとする課題】しかしながら，上記金属複合
成形体において，複数の成形体の境界面においては，成
形材料に含有されるバインダの濃度が高くなりやすく，
焼結後に健全な接合界面が得られない場合があるという
問題がある。具体的には，図６（ｂ）における界面Ｓに
おいては，図７に示すごとく，第１成形体９１の接合面
表面にはバインダの濃度が高いバインダ高濃度部９１８
が形成され，一方，第２成形体９２の接合面表面にもバ
インダの濃度が高いバインダ高濃度部９２８が形成され
ている。そして，これらのバインダ高濃度部９１８，９
２８同士が接合した状態の界面が得られる。

【０００５】すなわち，金属粉末射出成形法に用いる成
形材料は，金属粉末とバインダとの混合物であり，所定
の温度に加熱することによりバインダを液状化して成形
材料全体を流動化させたものである。成形材料の流動化
状態においては，金属粉末よりもバインダの方が流動性
が高い。そのため，図８に示すごとく，射出成形時に
は，成形材料９５におけるバインダ高濃度部９５１が流
路中央から先端に吹き出し，その後側面に回り込むよう
に流動する。それ故，成形された成形体の表面には流動
性の高いバインダの濃度が高くなった層が形成され，２
つの成形体の界面においてもこれが残存した状態とな
る。なお，金型８と接する流れ方向の側面側において
は，最初に固化するバインダ高濃度部に対して内部の流
動によってせん断力Ｆが加えられる。そのため，側面部
においては先端部よりもバインダ高濃度部の厚みが薄い
状態となる。

【０００６】そして，上記のごとく複数の成形体の界面
にバインダ高濃度部が残存している状態で脱脂を行った
場合には，バインダの消失により窪みが生じてしまう場
合がある。また，その後の焼結によって正常な接合状態
が得られない場合もある。

【０００７】本発明は，かかる従来の問題点に鑑みてな
されたもので，異種材料もしくは同種材料よりなる複数
の成形体の境界面においてバインダ高濃度部の形成を抑
制することができる金属複合成形体の製造方法を提供し
ようとするものである。

【０００８】

【課題の解決手段】請求項１の発明は，金属粉末とバイ
ンダとを混合させた成形材料を型内に射出成形する金属
粉末射出成形法により，第１成形体を射出成形した後，
該第１成形体の接合面に密着した状態で第２成形体を射
出成形して両者を一体化してなる金属複合成形体を製造
する方法であって，上記第２成形体の射出成形は，上記
第１成形体の接合面上において該接合面と平行な方向の
流れ成分が得られるように上記第２成形体用の第２成形
材料を流動させながらこれを上記型内に充填することを
特徴とする金属複合成形体の製造方法にある。

【０００９】本発明において最も注目すべきことは，上
記第２成形体の射出成形を行う際に，その第２成形材料
の流動方向を，上記のごとく積極的に制御し，第１成形
体の接合面と平行な流れ方向を生み出すことである。こ
の接合面と平行な流れ成分とは，直進するものだけでな
く，接合面と平行な面上において曲折させる場合も含
む。

【００１０】次に，本発明の作用効果につき説明する。
本発明においては，上記第１成形体を射出成形した後，
これを配置した型内に第２成形体用の第２成形材料を射
出成形する。このとき，第２成形材料は，第１成形体の
接合面上においてこれと平行な方向の流れ成分を発生さ
せる。これにより，第１成形体と第２成形体との境界部
分（接合部分）においては，バインダ高濃度部の形成を
抑制することができる。

【００１１】この理由は次のように考えられる。第１
に，金属粉末とバインダとの混合物よりなる成形材料
は，これを流動させた場合に流動性に優れたバインダが
流動方向先端部に高い濃度で集まり，その側面部は先端
部よりもバインダ濃度の低い状態となる。ここで，上記
のごとく，上記第１成形体の接合面に対して第２成形材
料を平行に流して充填することにより，第１成形体と接
触する部分には第２成形体における上記平行な流れ成分
の側面部，つまり，もともとバインダ濃度が比較的低い
部分が配置される。

【００１２】第２に，第１成形体の接合面に対して平行
に第２成形材料が流動するので，接合面に対してはせん
断応力が発生する。これにより，第１成形体の接合面に
バインダ高濃度部が形成されていた場合にも，このバイ
ンダ高濃度部が上記せん断力により削り取られる。

【００１３】第３に，第１成形体の接合面上において第
２成形材料が流動し続けるので，第２成形材料から上記
接合面に対して熱が与え続けられる。そのため，接合面
におけるバインダ硬化層のバインダが再び流動性を取り
戻し，第２成形材料と共に接合面上から運び出される。

【００１４】以上の３つのような作用が組合わさって，
第１成形体の接合面と第２成形体との境界部分において
は，バインダ高濃度部の形成が抑制されると考えられ
る。そして，これにより，得られる金属複合成形体に対
して脱脂工程および焼結工程を加えても，良好な品質を
維持することができる。

【００１５】従って，本発明によれば，異種材料もしく
は同種材料よりなる複数の成形体の境界面においてバイ
ンダ高濃度部の形成を抑制することができる金属複合成
形体の製造方法を提供することができる。

【００１６】次に，請求項２の発明のように，上記第２
成形材料は，上記接合面上において，全体の流れ方向が
上記接合面と平行な方向となるように流動させることが
好ましい。この場合には，接合面上におけるこれと平行
な流れ成分を容易に得ることができる。

【００１７】また，請求項３の発明のように，上記第２
成形材料の流路には，上記第１成形体の接合面上におい
てその前後よりも流路を狭めた狭幅部を設けてあること
が好ましい。この場合には，第２成形材料が狭幅部を通
過する際にその内部圧力が高まり，第１成形体の接合面
上において生じるせん断力を高めることができ，上記の
バインダ高濃度層の形成抑制効果を高めることができ
る。

【００１８】また，請求項４の発明のように，上記第２
成形材料は，上記第１成形体との接合面に対して非平行
な方向から進行してきて，上記接合面上においてこれと
平行な方向に変換される流れ成分を有するようにするこ
ともできる。この場合には上記接合面上のみにおいてこ
れに平行な流れ成分を設ければよいので，成形体の形状
選択の自由度を高めることができる。

【００１９】また，請求項５の発明のように，上記第１
成形体との接合面に対して非平行な方向から進入する上
記第２成形材料の流路幅は，上記第１成形体の接合面の
幅よりも狭くすることが好ましい。この場合には，上記
接合面に平行な流れ成分を容易に得ることができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】実施形態例１ 本発明の実施形態例にかかる金属複合成形体の製造方法
につき，図１を用いて説明する。本例においては，金属
粉末とバインダとを混合させた成形材料を型内に射出成
形する金属粉末射出成形法により，第１成形体１１を射
出成形した後，該第１成形体１１の接合面１１０に密着
した状態で第２成形体１２を射出成形して両者を一体化
してなる金属複合成形体１を製造した。上記第２成形体
１２の射出成形は，上記第１成形体１１の接合面１１０
上において該接合面１１０と平行な方向の流れ成分が得
られるように上記第２成形体１２用の第２成形材料を流
動させながらこれを上記型８内に充填する。

【００２１】以下，これを詳説する。本例では，上記第
１成形体１１用の第１成形材料としては，平均粒径１０
μｍのＳＵＳ３１６粉末と，ＰＷ，ＥＶＡ，アクリル，
ステアリン酸よりなるバインダを混合したものを用い
た。また，第２成形体１２用の第２成形材料としては，
平均粒径１０μｍのＳＵＳ４１０粉末と，ＰＷ，ＥＶ
Ａ，アクリル，ステアリン酸よりなるバインダを混合し
たものを用いた。

【００２２】そして，図１に示すごとく，型（金型）８
に設けた第１キャビティ７１に予め成形した第１成形体
１１をインサートし，その接合面１１０を露出させた第
２キャビティ７２内に第２成形材料を射出して第２成形
体１２を成形した。なお本例では，第１成形体１１を事
前に別の金型により成形し，金型８の第１キャビティ７
１に挿入したが，金型８に種々工夫を加えておき金型８
の第１キャビティ７１内に直接射出成形してもよい。ま
た，本例では，第２キャビティ７２のゲート８２を，上
記接合面１１０と平行な方向に設けた。

【００２３】ここで注目すべきことは，図１に示すごと
く，上記第２成形体１２の射出成形は，第２成形材料が
接合面１１０上において，全体の流れ方向が接合面１１
０と平行な方向となるように流動させて行ったことであ
る。そして，これにより，第１成形体１１の接合面１１
０上においては，該接合面１１０と平行な方向の流れ成
分Ｒを生じさせた。

【００２４】この結果，得られた金属複合成形体１は，
第１成形体１１と第２成形体１２のそれぞれの接合面１
１０，１２０において，従来のようなバインダ高濃度部
の形成を抑制することができる。これは，図１に示すご
とく，第２成形材料が第１成形体１１の接合面１１０上
を平行に流動することによって，少なくとも上述した３
つの効果が得られるためであると考えられる。

【００２５】即ち，まず第１に，第２成形体１２の接合
面１２０は流動方向の側面部に該当するため，バインダ
濃度がもともと比較的低い部分となる。第２に，第１成
形体１１の接合面１１０に対してせん断応力が加えら
れ，接合面１１０上のバインダ高濃度部が削り取られ
る。第３に，第２成形材料から接合面１１０に対して熱
が与え続けられることにより，接合面１１０におけるバ
インダに再び流動性が戻り，第２成形材料と共に接合面
上から運び出される。この結果，第１成形体１１と第２
成形体１２との境界部，つまり接合面１１０と接合面１
２０とはいずれも従来よりもバインダ濃度が低下した状
態となる。

【００２６】そして，得られた金属複合成形体１を脱脂
し，焼結を行った結果，第１成形体１１と第２成形体１
２との接合が非常に強固になされていると共に外観上問
題ない優れた品質を有する金属複合焼結体が得られた。

【００２７】実施形態例２ 本例は，図２に示すごとく，実施形態例１における金型
８を改造し，第２成形材料の流路において，第１成形体
１１の接合面１１０上においてその前後よりも流路を狭
めた狭幅部８５を設けた例である。具体的には，第１成
形体１１の接合面１１０と対抗する位置の金型８に突起
部８５０を設け，これにより上記狭幅部８５を設けた。

【００２８】この場合には，接合面１１０と平行な流れ
成分Ｒが生じる部分が，上記狭幅部８５の存在によって
増圧される。そのため。第２成形材料から第１成形体１
１の接合面に付与されるせん断応力を高めることができ
る。それ故，上述した接合面１１０のバインダ成分の除
去効果を高めることができる。その他は実施形態例１と
同様の作用効果が得られる。

【００２９】実施形態例３ 本例は，図３に示すごとく，実施形態例１における第２
キャビティ７２の形状を変更した例である。即ち，第２
キャビティ７２における第１成形体１１の接合面１１０
の露出位置を若干後退させ，段部８６を形成した。この
場合においても，第１成形体１１の接合面１１０上にお
いては，これと平行な第２成形材料の流れ成分Ｒを得る
ことができる。この場合には，接合面１１０上において
流路が若干広がるので接合面１１０に対するせん断力が
若干弱くなるものの，実施形態例１とほぼ同様の作用効
果を得ることができる。

【００３０】実施形態例４ 本例は，図４に示すごとく，第２成形材料が，第１成形
体１１との接合面１１０に対して非平行な方向から進行
してきて，上記接合面１１０上においてこれと平行な方
向に変換される流れ成分Ｒを有するように流動させる例
である。

【００３１】具体的には，金型８の第２キャビティ７２
を略Ｔ字状とし，その軸部側流路７２１を第１成形体１
１の接合面１１０に垂直に設け，頂部側流路７２２を接
合面１１０に平行に設けた。また，第１成形体１１との
接合面１１０に対して非平行な方向から進入する上記軸
部側流路７２２の流路幅Ａは，第１成形体１１の接合面
１１０の幅Ｂよりも狭くした。

【００３２】これにより，第２成形体１２の射出成形時
には，第２成形材料を接合面１１０に対して垂直に進行
させた後，接合面上において流れ方向を９０度変換させ
ることができる。そのため，図４に示すごとく，左右に
それぞれ接合面１１０に平行な流れ成分Ｒを設けること
ができる。それ故，本例の場合にも，実施形態例１と同
様に，上記接合面１１０に平行な第２成形材料の流れ成
分Ｒの存在によって，第１成形体１１と第２成形体１２
との境界部分において，バインダ高濃度部の形成を抑制
することができる。

【００３３】実施形態例５ 本例は，図５に示すごとく，金型８の第２キャビティ７
２をＬ字状に変更した例である。具体的には，第１成形
体１１の接合面１１０に垂直な垂直流路７２３と，平行
な平行流路７２４とを組み合わせて第２キャビティ７２
を設けた。また，本例でも，第１成形体１１との接合面
１１０に対して非平行な方向から進入する上記垂直流路
７２３の流路幅Ａは，第１成形体１１の接合面１１０の
幅Ｂよりも狭くした。

【００３４】本例においても，第２成形体１２の射出成
形時には，第２成形材料を接合面１１０に対して垂直に
進行させた後，接合面上において流れ方向を９０度変換
させることができる。そのため，図４に示すごとく，接
合面１１０に平行な流れ成分Ｒを設けることができる。
この場合にも実施形態例４と同様の作用効果が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態例１における，第２成形材料の流動状
態を示す説明図。

【図２】実施形態例２における，第２成形材料の流動状
態を示す説明図。

【図３】実施形態例３における，第２成形材料の流動状
態を示す説明図。

【図４】実施形態例４における，第２成形材料の流動状
態を示す説明図。

【図５】実施形態例５における，第２成形材料の流動状
態を示す説明図。

【図６】従来例における，（ａ）第２成形材料の流動状
態，（ｂ）充填完了時の状態，を示す説明図。

【図７】従来例における，複数の成形体界面の構成を示
す説明図。

【図８】従来例における，成形材料の流れ方を示す説明
図。

【符号の説明】

１．．．金属複合成形体， １１．．．第１成形体， １１０．．．接合面， １２．．．第２成形体， １２０．．．接合面， ７１．．．第１キャビティ， ７２．．．第２キャビティ， ８．．．型（金型）， ８２．．．ゲート， Ｒ．．．接合面に平行な流れ成分，

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三村 栄二 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 Ｆターム(参考） 4K018 BA17 CA09 CA30 JA09

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属粉末とバインダとを混合させた成形
   材料を型内に射出成形する金属粉末射出成形法により，
   第１成形体を射出成形した後，該第１成形体の接合面に
   密着した状態で第２成形体を射出成形して両者を一体化
   してなる金属複合成形体を製造する方法であって，上記
   第２成形体の射出成形は，上記第１成形体の接合面上に
   おいて該接合面と平行な方向の流れ成分が得られるよう
   に上記第２成形体用の第２成形材料を流動させながらこ
   れを上記型内に充填することを特徴とする金属複合成形
   体の製造方法。
2. 【請求項２】 請求項１において，上記第２成形材料
   は，上記接合面上において，全体の流れ方向が上記接合
   面と平行な方向となるように流動させることを特徴とす
   る金属複合成形体の製造方法。
3. 【請求項３】 請求項２において，上記第２成形材料の
   流路には，上記第１成形体の接合面上においてその前後
   よりも流路を狭めた狭幅部を設けてあることを特徴とす
   る金属複合成形体の製造方法。
4. 【請求項４】 請求項１において，上記第２成形材料
   は，上記第１成形体との接合面に対して非平行な方向か
   ら進行してきて，上記接合面上においてこれと平行な方
   向に変換される流れ成分を有することを特徴とする金属
   複合成形体の製造方法。
5. 【請求項５】 請求項３において，上記第１成形体の接
   合面に対して非平行な方向から進入する上記第２成形材
   料の流路幅は，上記第１成形体との接合面の幅よりも狭
   いことを特徴とする金属複合成形体の製造方法。