JP2005248217A

JP2005248217A - 生成形体の製造方法、および焼結体の製造方法

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Publication number: JP2005248217A
Application number: JP2004056963A
Authority: JP
Inventors: Yoshinobu Shimoitani; 良信下井谷
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-03-02
Filing date: 2004-03-02
Publication date: 2005-09-15

Abstract

【課題】成形処理後、成形型を抜く工程を不要にすることで、例えば複雑な形状の成形品であっても精度よく成形することができるなどの様々な利点を得られるようにすること。
【解決手段】粉体を含んだ流動体を合成樹脂からなる成形型に充填し、高速遠心成型法を用いて成形処理（ｎ２）して生成形体を形成し、該成形処理後、上記生成形体を収めた成形型を有機溶媒を用いて溶解する溶解処理（ｎ３）を施して上記成形型を除去し、上記生成形体を取り出した後、焼結処理を施す。
【選択図】図１

Description

この発明は、セラミック製品や金属製品をえるための生成形体の製造方法、および焼結体の製造方法に関する。

近年、セラミック等の粉末を含んだ成形品には、電子部品などの精度が要求されるものや、複雑な形状のものが多い。このような成形品の代表的な製造方法として、例えば射出成形がある。しかし、射出成形では、合わせた型を開いて成形品を取り出すため、成形品が複雑な形状である場合、型を抜く工程において、成形品が破損してしまうというおそれがある。
また、型を抜き易くするため、射出成形用の型は、抜き勾配等を考慮して設計されなければならない。このため、そのような型を用いて製造される成形品は、その形状が制約される。

一方、上述するような電子部品などの精密品の製造に適している成形処理の方法として、高速遠心成形法が提案されている。
中でも、下記、特許文献１における高速遠心成形法による生成形体の製造方法は、粉体を含んだ泥漿を割型に充填して、高速遠心機にかけるものであって、割型と該割型を収容する枠との間に蝋、あるいは低融点合金を充填して、成形中に泥漿が割型の隙間から漏洩することを防止している。

しかし、このような高速遠心成形法では、型を外す前段で、割型と該割型を収容する枠との間に充填した蝋、又は低融点合金を除去しなければならないため、手間を要し、改良の余地がある。

しかも、割型を使用しているので、上述した射出成形法による場合と同様に型抜きの際に、成形品が破損するおそれがある。

すなわち、上述のように成形に割型を用いれば、例えば図１４に示したように、成形品３６の一部が破損するおそれがある。図１４はボルトを得るための成形品の成形例を示しており、精度を要する螺子山３６ａが成形型３４、３４を抜く際に、破損してしまう。

その上、図１４に示したように、成形処理後の成形品３６の側面には、一対の割型３４、３４の合わせ目であるパーティングライン３５が残ってしまう。このため、成形品によっては、機能面や外観面において問題が生じるおそれもある。

特許第３２１０７７０号公報

そこで本発明は、成形処理後、成形型を抜く工程を不要にすることで、例えば複雑な形状の成形品であっても精度よく成形することができるなどの様々な利点を得られるようにすることを目的とする。

本発明の生成形体の製造方法は、粉体を含んだ流動体を、成形型に充填し、成形処理して、生成形体を形成し、該成形処理後、上記生成形体を収めた成形型を溶解する溶解処理を施して上記成形型を除去し、上記生成形体を取り出すことを特徴とする。

上記粉体には、ステンレス合金、カルボニル鉄、チタン合金、その他の金属合金粉末、或いは、チタンアルミニウムなどの金属間化合物粉末、アルミナ粉末、ジルコニア、炭化ケイ素、コージエライト、炭化タングステン、窒化アルミニウム、べリリア、マグネシア磁器などのセラミック粉末など、或いは、これらを混合した微細な粉末からなるものを使用できる。

また、上記成形処理は、射出成形、高速遠心成形法、鋳込み成形、加圧鋳込み成形などが採用できる。
中でも、高速遠心成形法を採用すれば、常温で成形できる、成形条件の設定が容易である、などの数々の利点を有する。

上記流動体は、生成形体の原料となる粉体に対し採用する成形処理に適した流動性をもたせるために必要に応じて液体やバインダなどを混合させたものである。

また、上記溶解処理は、例えば、加熱による溶融処理、光による溶融処理、さらには、溶媒による溶解処理など、上記成形型を溶解する処理である。

また、本発明の生成形体の製造方法では、上記成形処理を、生成形体に対して中空部を形成する中子を入れて行うと、様々な形状の生成形体を得ることができる。

上記成形型には、一体型を用いるとよい。高速遠心成形法で成形する場合でも蝋や低融点合金が不要となる。

上記生成形体の製造方法により製造した生成形体に対しては、中焼結処理、及び本焼結処理を施せば、焼結体を形成することができる。

上記中焼結処理は、流動体にバインダを含んだ場合、このバインダを除去する処理であって、この中焼結処理において成形型を除去し、成形時に中子を使用した場合はバインダに加えてその中子を除去することも可能である。

また、上記記成形型が合成樹脂製であれば、上記溶解処理を有機溶媒で溶解させて行うことができる。そして、中子も合成樹脂製であれば、有機溶媒により、成形型とともに、溶融できる。
上記有機溶媒には、メチレンクロライド、ぎ酸、酢酸メチル、アセトン、熱エチルアルコール、トリクレン、アクリルをはじめその他の有機溶媒として、塩化メチレン等のハロゲン化脂肪族炭化水素、ベンゼン、トルエン等の芳香族炭化水素、テトラヒドロフラン等を採用することができる。

また、上記成形型を、合成樹脂で形成する場合は、例えば、有機溶媒を上記ぎ酸、或いはトリクレンとすれば、合成樹脂を酢酸ビニル樹脂、ポリビニルホルマール、ポリビニルブチラールなどで形成すると溶解する。以下同様に、酢酸メチルに対しては、酢酸ビニル、塩化ビニル酢酸ビニル共重合が溶解し、アクリル、パラフィンに対しては、メチレンクロライドが溶解し、熱エチルアルコールに対しては、酢酸ビニル樹脂が溶解する。

この発明の生成形体の製造方法によれば、流動体を成形型で成形した後、溶解処理により成形型を除去して生成形体を取り出すため、これまでのように成形品を成形型から抜き取る脱型処理が不要である。よって、生成形体は、逆勾配や、アンダーカットを有した、従来の成形方法では製造不可能であった形状であっても成形することができる。

また、脱型工程が不要であるため、生成形体を成形型から取り出す際に、生成形体が崩れてしまうという事態を防止できる。このため、例えば電子部品や螺子等の精密な部分を有する部品の製造に好適な製法となる。

また、この発明の焼結体の製造方法によれば、上述のように精度の高い生成形体から製造できるので、所望通りの焼結体を確実に造ることができるという効果を得られる。

この発明の一実施形態を、以下図面を用いて説明する。
図１は焼結体を製造するための工程を示す工程図であり、焼結体の原料としての粉体を含む流動体２０（図４、図６参照）を得るための混合処理（ステップｎ１）、該混合処理（ステップｎ１）で得た流動体２０から生成形体２２（図８、図９参照）を得るための成形処理（ステップｎ２）、該成形処理（ステップｎ２）に用いた成形型１６（図３、図４参照）を溶解する溶解処理（ステップｎ３）、該溶解処理（ステップｎ３）を経て取り出された生成形体２２を中焼結して粉体とともに混合されたバインダを除去する中焼結処理（ステップｎ４）、該中焼結処理（ステップｎ４）を経た中焼結体２９（図１１参照）に対し、所望の形状になるように切削加工する切削処理（ステップｎ５）、該切削処理（ステップｎ５）を経て所望の形状になった中焼結体２９に対し焼結を施す本焼結処理（ステップｎ６）を有する。

上記成形処理（ステップｎ２）では、例えば射出成形法、高速遠心成形法などの成形材料としての流動体２０を型内で固める様々な成形法を採用できるが、この例では、高速遠心成形法を採用する。

すなわち、上記流動体２０は、金属粉体からなる粉体を含み、高速遠心成形法に適した泥漿を得るべくアルコールや水などの液体とバインダなど必要材料を混合［ステップｎ１（図１参照）］したものである。

また、この例では成形型１６には、合成樹脂のものを用いた例を説明する。

図２は、このような焼結体の製造方法によって形成され得る焼結体の一例としてのディーゼルエンジン用の燃料噴射ノズル１１（以下、ノズル１１という）の一部破断側面図である。

このノズルは、ノズル１１の軸方向に穿設された中空の内孔部１２と、この内孔部１２の先端に設けられたテーパコーン状のシート部１３と、このシート部１３の先端に設けられた円筒内壁面１４ａ及び半球面１４ｂからなるホール部１４とを有している。そして、上記ホール部１４の半球面１４ｂには、放射状に延びる複数の噴孔１５が形成されている。

このような形状のノズル１１を形成するためには、図３に示したような成形型１６と図４に示したような中子１７を用いる。

上記成形型１６は、一体型であって、アクリルで形成し、有底円筒状に形成され、上端外周部には、鍔部１６ａが形成されている。

上記中子１７は、アクリル製であって、上記内孔部１２を形成する幹部１７ａと、上記噴孔１５を形成する複数本の枝部１７ｂ…と、これら枝部１７ｂの先端に形成するとともに、複数本の枝部１７ｂ…を一体化し、成形型１６の内底面に定置されるリング状の接地部１７ｃを有している。

中子１７の上部には、上記接地部１７ｃを成形型１６の内底面に接地した状態の中子１７を保持する中子保持部材１９を取り付けている。なお、中子保持部材１９は、上記成形型１６、および上記中子１７と同じアクリルで形成している。
また、図中１９ａは、上記流動体２０を注入する貫通孔であり、１９ｂは、中子１７の保持位置を規制する鍔部である。

これら成形型１６と中子１７を用いての成形処理（ステップｎ２）は図４に示したように行う。すなわち、上記中子保持部材１９を取り付けた中子１７を成形型１６内に挿入し［図４（ａ）］、中子１７の接地部１７ｃを成形型１６内の内底面に接地させ、中子保持部材１９の鍔部１９ｂを成形型１６の上端部に当接させる［図４（ｂ）］。

次に、中子保持部材１９における貫通孔１９ａから流動体２０を注入して図４（ｃ）に示すごとく、流動体２０を成形型１６内に充填する。

続いて、流動体２０を充填した成形型１６を図５に示すごとく高速遠心機２４における回転アーム２４ａ端部に枢着された保持枠１８に嵌め込んで取り付ける。
図６は、成形型１６を保持枠１８に取り付けた状態を示す断面図である。
保持枠１８は、円板状の底面部材１８ａと、該底面部材１８ａを着脱可能に取り付ける円筒状の外周側面部材１８ｂとで構成している。上記着脱はボルト１８ｃの螺合により行う。

上記成形型１６は、その外周部を保持枠１８の内周部に密着した状態で取り付けられる。成形型１６は、一体型で形成しているため、高速遠心機２４を駆動しても、例えば成形型を割型で形成した場合のように、一対の割型どうしを接触させたときにできる隙間が存在しないため、流動体２０が成形型１６の外側へ漏洩することはない。このため、別途、漏洩を防止するために成形型１６と保持枠１８との間に蝋等を充填するような手間は不要である。

そして、高速遠心機２４を駆動し、回転アーム２４ａを回転させると、保持枠１８には遠心力Ｆが作用するため、保持枠１８は、図７（ａ）に示したように底面部材１８ａを下にした状態から図７（ｂ）に示したように底面部材１８ａを水平に上げた状態に姿勢を変更する。このような、回転を所定時間継続させて、流動体２０に対して成形型１６の底面方向に遠心力Ｆを作用させる。

このような高速遠心成形法による成形処理（ステップｎ２）の後は、保持枠１８から成形型１６を取り外す。遠心力Ｆにより成形型１６が保持枠１８に対して強固に嵌着して取り外しが困難な場合は、図８に示したように保持枠１８の底面部材１８ａを取り外して、例えば棒状の部材２３などにより成形型１６を押し上げれば、成形型１６を容易に取り出すことができる。
成形処理（ステップｎ２）後の成形型１６内は、図９（ａ）に示したように、上部に上澄み液２１が浮き上がり、下部に流動体２０中の粉体などの成分が沈降した状態となって、生成形体２２が形成される。

上澄み液２１を捨てた後、次の溶解処理（ステップｎ３）に移行する。該溶解処理（ステップｎ３）は、図１０に示したように上記生成形体２２を成形型１６ごと、例えばメチレンクロライドなどの有機溶媒３７を貯液した処理槽３８中に浸漬させて行う。いわゆる、溶媒脱脂である。

なお、上記溶解処理（ステップｎ３）では、生成形体２２が崩れたり変形したりしない限り、有機溶媒３７を撹拌流動せしめたり、超音波を併用したりする等、溶解を促進する手段を用いることも可能である。

上記溶解処理（ステップｎ３）を行うことにより、アクリル製である成形型１６、中子１７、および中子保持部材１９は、溶解させられ、このとき、流動体２０が上記有機溶媒３７に溶けるバインダ等の粒子を含む場合には、その粒子も溶解させられる。

このように溶解処理（ステップｎ３）を経ると、図９（ｂ）に示したごとく生成形体２２を取り出すことができる。
つまり、生成形体２２を成形型１６から物理的に取り出す脱型処理が不要である。

続いて、中焼結処理（ステップｎ４）に移行する。この中焼結処理（ステップｎ４）では、上記溶解処理（ステップｎ３）で取り出した生成形体２２を真空炉内でおよそ１２０度／時の昇温速度で約７００度程度まで上昇させて、加熱処理し、流動体２０中に混合したバインダなどの粒子を除去する。いわゆる脱脂である。

また、上記溶解処理（ステップｎ３）で、中子１７が完全に除去できずに残留していても、この中焼結処理（ステップｎ４）によって中子１７を完全に除去することができる。

なお、上記成形型１６、中子１７、および中子保持部材１９、又はこれらのうちの少なくともいずれか一つが上記中焼結処理（ステップｎ４）において溶融できる材質である場合は、その中焼結処理（ステップｎ４）で除去してもよい。

続いて、切削処理（ステップｎ５）に移行する。すなわち、上記ノズル１１の形状にすべく図１１に示したように中焼結体２９に対して切削加工を行う。つまり、中子１７の接地部１７ｃ対応部位の近傍を含む不要部位と、その他内側の不要部位とを適宜切削して噴孔１５を露出させるとともに、所望の形状に形成する。

そして最後に、切削処理（ステップｎ５）を経た中焼結体２９に対して本来の焼結温度（例えば１３００〜１４００度位）で加熱処理する本焼結処理（ステップｎ６）に移行し、焼結体としてのノズル１１を得る（図２参照）。
なお、切削処理（ステップｎ５）と本焼結処理（ステップｎ６）とは、順序を入れ替えるもよい。

焼結体としてのノズル１１は、以上のようにして製造されるので、次のような様々な効果を得ることができる。
すなわち、生成形体２２の取り出しは、溶解処理（ステップｎ３）で成形型１６などを溶解して行うので、成形型１６を生成形体２２から分離して外すこれまでの脱型処理が不要である。
このため、脱型を考慮した形に拘束されることなく、いわゆる逆勾配、アンダーカットを有するような様々な形の生成形体を得ることができる。

また、成形型１６に力を加えて外すのではないため、生成形体２２が脱型時に損傷してしまうことを防ぐことができる。
つまり、複雑な形状、精密な形状の生成形体２２を確実に得ることができる。

その上、成形型１６には、脱型のための押し出しピンが不要である。つまり、成形型１６の構成が簡素であるとともに、押し出しピンで押し出したときに出来るピンの跡が残ることもない。

さらに、成形体１６には一体型を用いるので割型を用いたときのように流動体２０の漏洩防止手段を講ずる必要がない。この結果、工程の省略等の利点が得られる。
また、パーティングラインが出来ないので製品形状の精度を高めることができる。

成形処理（ステップｎ２）は、高速遠心成形法で行うので、常温で成形できる、成形処理（ステップｎ２）後にできた上澄み液２１を再利用できるので経済的である、成形条件の設定が容易である、などのメリットを有する。

また、成形処理（ステップｎ２）では、中子１７を利用するので、中空部を有する複雑な形状の生成形体２２であっても形成できる。そしてこの中子１７は合成樹脂で形成したので、成形型１６の溶解処理（ステップｎ３）と同時に容易に溶解除去でき、成形処理（ステップｎ２）後に力をかけて分解する必要がないので破壊するおそれがなく、寸法精度の高い生成形体２２を確実に得られる。

また、この発明の構成と、上記一形態の構成との対応において、この発明の焼結体は、上記一形態のディーゼルエンジン用噴射ノズル１１に対応するも、この発明は、上述の実施形態の構成のみに限定されるものではない。

例えば、前記溶解処理（ステップｎ３）は熱や光によって行うことができる。熱で行う場合には、成形型１６がアクリルの場合、例えば２００度程度で行うとよい。また、成形処理（ステップｎ２）は射出成形で行うもよい。

さらに例えば、以下に示す金属製品の製造方法にも適用できる。
図１２は、高速遠心成形法で金属製品の一例としてのボルトを製造する場合の成形型３１を示しており、この成形型３１は、上面が開口した有底筒状をなし、生成形体２２に対応した形状のキャビティ３２を有する一体型である。
なお、前述した一実施形態と同様の構成については同一の符号を付してその説明を省略した。以下の実施形態についても、前述した一実施形態と同様の構成について同一の符号を付してその説明を省略する。

このような一体型である成形型３１を使用すれば、上述したように溶解処理（ステップｎ３）によって、成形型３１のみ除去して生成形体２２を取り出すことができる。
すなわち、図１４に示したように成形型３４に割型を使用した場合のように、一対の割型３４、３４を物理的に分離させてボルト３６を取り出す必要がない。このため、螺子山３６ａが破損してしまうこともない。

次に、図１３（ａ）は、射出成形法で金属製品の一例としてのミニチュア軸受け２５の外輪２５ａ［図１３（ｂ）参照］を製造する場合の成形型２７を示している。軸受け２５は図１３（ｂ）に示したように先端部が円錐形をした軸部材２６を回転可能に受けるもので、リング状の内周面にはボール２５ｂが摺動する凹溝２５ｃを有している。

このため、上記成形型２７は、上記外輪２５ａの外形を成形する外形を成形する外形成形部２７ａと、該外形成形部２７ａの内側に位置して上記凹溝２５ｃを有する形状に成形する内形成形部２７ｂとを有し、成形する生成形体に対応した形状のキャビティ２７ｃを有した一体型である。

上記成形型２７を用いて、キャビティ２７ｃ内に射出成形用に調製した流動体を射出する成形処理（ステップｎ２）を施した後、溶解処理（ステップｎ３）を行えば、成形型２７のみを溶解して、外輪２５ａ用の生成形体（図
示せず）を取り出すことができる。

すなわち、上記ミニチュア軸受け２５の外輪２５ａのように、これまでの射出成形では成形が不可能であった形状であっても、脱型工程を行う必要がないため、容易に成形型２７から外輪２５ａ用の生成形体（図示せず）を取り出すことができる。

そして、上記取り出した生成形体に上記ステップｎ４以降の処理を施せば、上述例のミニチュア軸受け２５の外輪２５ａのようなこれまで塑性加工によって製造していた細かな製品でも、簡単、且つ高精度に製造できる。
塑性加工で製造されていた金属製品の他、鍛造等で製造されていた製品も本発明の製造方法で製造が可能である。

成形品の要求される寸法精度や使用目的に応じて、成形型には、一体型に限らず割型を使用するもよい。

製造処理を示すフローチャート。ディーゼルエンジン用燃料噴射ノズルの一部断面側面図。成形型の斜視図。成形処理前段の説明図。成形型と高速遠心機の斜視図。成形型を保持枠に装着した状態の断面図。高速遠心機の斜視図。成形型を保持枠から取り外す状態の断面図。成形処理後の生成形体を示す断面図。溶媒処理の説明図。中焼結体の断面図。他の例に係る成形型の一部断面側面図。他の例に係る成形型とこれを用いて製造した製品の断面図。従来技術の問題点を示す説明図。

符号の説明

１１…ディーゼルエンジン用燃料噴射ノズル（焼結体）
１６、２７、３１…成形型
１７…中子
２０…流動体
２２、３０…生成形体
３７…有機溶媒

Claims

粉体を含んだ流動体を成形型に充填し、成形処理して生成形体を形成し、
該成形処理後、上記生成形体を収めた成形型を溶解する溶解処理を施して上記成形型を除去し、上記生成形体を取り出す
生成形体の製造方法。
前記成形処理を高速遠心成形法により行う
請求項１に記載の生成形体の製造方法。
前記成形型が一体型である
請求項１、又は請求項２に記載の生成形体の製造方法。
前記成形処理を、生成形体に対して中空部を形成する中子を入れて行う
請求項１、請求項２、又は請求項３に記載の生成形体の製造方法。
請求項１から請求項４のうちのいずれか一項に記載の生成形体の製造方法で製造した生成形体に対し、中焼結処理、及び本焼結処理を順に施す
焼結体の製造方法。
前記成形型を合成樹脂で形成するとともに、
前記溶解処理を有機溶媒による溶解で行う
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の生成形体の製造方法、又は請求項５に記載の焼結体の製造方法。