JP2013060636A

JP2013060636A - 成形方法

Info

Publication number: JP2013060636A
Application number: JP2011200266A
Authority: JP
Inventors: Kosuke Asai; 孝祐浅井
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2011-09-14
Filing date: 2011-09-14
Publication date: 2013-04-04

Abstract

【課題】低コストで簡単に製品を製造可能な成形方法を提供する。
【解決手段】断熱膨張により金属微粒子より粒径の小さい粒が、大きい粒より多い氷の粒を製造するステップ、製造された氷の粒と金属微粒子とを混合するステップ、前記金属微粒子と前記氷の粒を一時冷却貯蔵するステップ、冷却貯蔵した前記金属微粒子と前記氷の粒を金型内に射出するステップと、前記金型から前記金属微粒子と前記氷の粒を取り出して常温以上で処理するステップよりなる成形法。
【選択図】図２

Description

本発明は、固体粒子を、射出圧を加えて金型に押込み、型に充填して成形する成形方法に関する。

従来の射出成形は、樹脂微粒子をホッパー部に入れて、加熱したスクリューで粉砕し、溶融して、型部に射出した後、冷却することで製品を製造していた。

しかしながら、従来の射出成形では、材料として樹脂を用いるので、硬い製品を製造することはできなかった。

また、製品の製造方法として、金属の粒子とバインダを混合し、金型に射出成形した後、取り出した成形品を高熱で脱脂及び焼結して製品を作製する金属粒子射出成形法がある（特許文献１参照）。

特開２００１−１５８９２５号公報

金属粒子射出成形は、形状及び材料選択の自由度があり、寸法精度も高いことが知られている。

しかしながら、金属粒子射出成形法では、金型へ射出成形した後、バインダを取り除き、密度の高い金属組織を得るために、脱脂工程及び焼結工程において、成形品を高い温度で加熱する必要がある。脱脂工程及び焼結工程で、成形品を加熱する際には大きな設備と多くの燃料を用いるのでコストが高く、また、工程が多いので製造時間が長くなってしまっていた。

本発明は、このような事情を鑑みてなされてものであり、低コストで簡単に製品を製造可能な成形方法を提供することを目的とする。

本発明の成形方法は、金属微粒子と氷の粒を混合するステップと、前記金属微粒子と前記氷の粒を一時冷却貯蔵するステップと、冷却貯蔵した前記金属微粒子と前記氷の粒を金型内に射出するステップと、前記金型から前記金属微粒子と前記氷の粒を取り出して常温以上で処理するステップと、を有することを特徴とする。

また、水を断熱膨張させて前記氷を製造するステップを有する。

また、前記氷を製造するステップは、前記金属微粒子よりも直径の大きい氷及び前記金属微粒子よりも直径の小さい氷をそれぞれ製造する。

また、前記氷を製造するステップは、前記金属微粒子よりも直径の大きい氷の量が前記金属微粒子よりも直径の小さい氷の量よりも少ないように調整する。

本発明の第１実施形態に係る射出成形装置を示す図である。第１実施形態の射出成形装置による製造方法を示す図である。第１実施形態の射出成形装置による混合工程を示す図である。第１実施形態の射出成形装置による混合工程後を示す図である。第１実施形態の射出成形装置による射出成形工程直前を示す図である。第１実施形態の射出成形装置による射出成形工程を示す図である。射出成形後の成形品を示す図である。本発明の第１実施形態に係る射出成形装置の変形例を示す図である。本発明の第１実施形態に係る射出成形装置の変形例を示す図である。本発明の第２実施形態に係る射出成形装置による混合工程を示す図である。本発明の第３実施形態に係る射出成形装置による混合工程を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。

図１は、本発明の第１実施形態に係る成形装置としての射出成形装置１を示す図である。

図１に示すように、本発明の第１実施形態に係る射出成形装置１は、固体粒子の一例としての金属微粒子２１を一時貯留するホッパー２と、水３１を一時貯留するタンク３と、ホッパー２に連通し金属微粒子２１が通過する第１通路４と、タンク３に連通し第１通路４に交差する第２通路５と、第２通路５に設けられ水から氷の粒を形成する氷粒製造部６と、第１通路４と第２通路５が交差して形成される交差部７と、交差部７内で金属微粒子２１と氷の粒を混合する混合部材としてのプロペラ８と、交差部７の下方と連通し、交差部７内で混合された金属微粒子２１と氷の粒を一時貯蔵する貯蔵部９と、交差部７と貯蔵部９とを区切る開閉可能な開閉部材１０と、貯蔵部９に貯蔵した金属微粒子２１と氷の粒を金型４０内に射出する押出部材としてのピストン１１と、交差部７と貯蔵部９を冷却する冷却部材１２と、を備える。

ホッパー２は、下方に図示しない開閉可能な扉等を有する。扉が閉じている時、金属微粒子２１は、ホッパー２に一時的に貯留する。扉を開くと、金属微粒子２１は、管状の第１通路４を通過し、交差部７へ流れる。

金属微粒子２１は、直径約５μｍの鋼、ステンレス鋼、磁性材料、チタン及びチタン合金等の金属微粒子射出成形で用いられる金属が好ましい。

タンク３は、図示しない開閉可能な弁等を有する。弁が閉じている時、水３１は、タンク３に一時的に貯留する。弁を開くと、水３１は、管状の第２通路５に配置された氷粒製造部６へ流れる。

氷粒製造部６は、タンク３から第２通路５に流れてきた水３１を製氷し、製造した氷の粒を交差部７へ流す。製氷の際は、氷粒製造部６は、断熱膨張等を用いて水３１から細かい粒の氷を製造する。氷粒製造部６は、氷の粒の直径及び量を調整することが可能な氷粒調整部６ａを有する。したがって、氷粒製造部６が氷粒調整部６ａを有することで、金属微粒子２１の材料及び直径に応じて、氷の直径及び量を対応させることができ、状況に応じて的確な氷の粒を製造する事が可能となる。なお、氷の粒の直径と量はそれぞれ個別に調整することが可能である。

本実施形態の氷粒製造部６は、氷粒調整部６ａにより、直径が約２μｍ〜５μｍの金属微粒子２１よりも小さい氷の粒と、直径が約５μｍ〜８μｍの金属微粒子２１よりも大きい氷の粒と、をそれぞれ製造可能である。直径が金属微粒子２１よりも大きい氷の粒は、混合の際に、全体をまんべんなく混合するために役立つ。また、直径が金属微粒子２１よりも小さい氷の粒は、混合した後、金属微粒子２１間及び金属微粒子２１と金属微粒子２１よりも直径が大きい氷の間の隙間を埋めるために役立つ。このような役割のため、氷粒製造部６は、直径が金属微粒子２１よりも小さい氷が、直径が金属微粒子２１よりも大きい氷よりも大量に製造されるように、氷粒調整部６ａにより調整することが好ましい。

交差部７は、金属微粒子２１と氷をプロペラ８により混合する。プロペラ８を用いることにより、的確に効率よく混合することが可能となる。また、混合前及び混合中、開閉部材１０は閉じている。開閉部材１０を閉じることにより、一時的に金属微粒子２１と氷を交差部７にとどめておくことができるので、さらに的確に効率よく混合することが可能となる。なお、混合の際には、交差部７を冷却部材１２により冷却する。

開閉部材１０は、交差部７と貯蔵部９とを区切ることが可能である。金属微粒子２１と氷を交差部７から貯蔵部９に流出させる際、開閉部材１０は開かれる。また、金属微粒子２１と氷を交差部７に流入させる際、金属微粒子２１と氷を交差部７で混合中、及び金属微粒子２１と氷を交差部７から貯蔵部９に流出させた後、開閉部材１０は閉じられる。

貯蔵部９は、筒状の部材からなる。貯蔵部９には、交差部７から金属微粒子２１と氷が流入される。金属微粒子２１と氷は、ピストン１１によって射出され、射出口９ａから金型４０に射出される。また、貯蔵部９は、少なくとも金属微粒子２１と氷が貯蔵部９内に存在する間、冷却部材１２により冷却される。

次に、第１実施形態の射出成形装置１による具体的な製造方法を説明する。

図２は第１実施形態の射出成形装置による製造方法を示す図、図３は第１実施形態の射出成形装置による混合工程を示す図、図４は第１実施形態の射出成形装置による混合工程後を示す図、図５は第１実施形態の射出成形装置による射出成形工程直前を示す図、図６は第１実施形態の射出成形装置による射出成形工程を示す図、図７は射出成形後の製品を示す図である。

第１実施形態では、まず、図１で示したように、射出成形装置１のホッパー２に金属微粒子２１、タンク３に水３１を貯留する。

次に、図３に示すように、ホッパー２から金属微粒子２１を流出し、タンク３から水３１を流出する。ここで、図２に示すように、ステップ１で、氷粒製造部６により、断熱膨張等により、水３１から氷３２を製造する（ＳＴ１）。

次に、ステップ２で、金属微粒子２１と氷３２を混合する（ＳＴ２）。交差部７での混合は、図３に示すように、金属微粒子２１と氷３２を交差部７に流入させながらプロペラ８を回転させてもよいし、金属微粒子２１と氷３２が交差部７に流入し貯留した後にプロペラ８を回転させてもよい。

交差部７で混合した後、図４に示すように、開閉部材１０を開くことによって、金属微粒子２１と氷３２は、貯蔵部９に流入する。金属微粒子２１と氷３２が貯蔵部９に流入した後、図５に示すように、開閉部材１０を閉じる。

次に、ステップ３で、混合された金属微粒子２１と氷３２を貯蔵部９から金型４０に射出する（ＳＴ３）。図６に示すように、ピストン１１を押すことによって、混合された金属微粒子２１と氷３２は、貯蔵部９の射出口９ａから金型４０に押し出される。

次に、ステップ４で、金型４０に押し出された金属微粒子２１と氷３２を常温以上で処理する（ＳＴ４）。金型４０に押し出された金属微粒子２１と氷３２を常温で放置又は低温で加熱することで、図７に示すように、氷３２は溶けて金属微粒子２１のみが残り、製品２２が完成する。なお、加熱温度の違いにより、物性の異なる製品を製造することが可能となる。

このように、本実施形態の射出成形装置では、成形品を高い温度で加熱する必要がなく、脱脂工程及び焼結工程を必要としない。したがって、小スペース、少燃料で製品を製造することが可能である。また、低コスト及び短時間で製品を製造することが可能である。

図８は本発明の第１実施形態に係る射出成形装置の変形例を示す図、図９は本発明の第１実施形態に係る射出成形装置の変形例を示す図である。

第１実施形態では、開閉部材１０を閉じて、交差部７で金属微粒子２１と氷の粒をプロペラ８により混合したが、図８に示すように、開閉部材１０を設けず、金属微粒子２１と氷をそのまま貯蔵部９に流してもよい。また、図９に示すように、プロペラ８を設けず、金属微粒子２１と氷の粒をそのまま貯蔵部９に流してもよい。

次に、第２実施形態について説明する。

図１０は、本発明の第２実施形態に係る成形装置としての射出成形装置による混合工程を示す図である。

第２実施形態の射出成形装置１は、氷粒製造部６を用いることなく、タンク３から水３１を霧状又は粒状に滴下させて第１連通部５を冷却部材１２で冷却することで、氷３２を製造する。その他の構造及び工程は第１実施形態と同様である。

射出成形装置１は、水３１を霧状又は粒状に滴下させるために、タンク３の下方に、粒径を調整する図示しない粒径調整部を有することが好ましい。粒径調整部は、例えば、水３１の通過する穴の径を変更する板状の部材をタンク３の下に移動可能に配置すればよい。

このように、図１に示した第１実施形態の氷粒製造部６を用いることなく、氷３２を製造するので、射出成形装置１の部品点数を削減することができ、装置の小型化及び低コスト化を実現することが可能となる。

なお、第２実施形態では、第１実施形態と同様に、開閉部材１０を設けず、金属微粒子２１と氷の粒３２をそのまま貯蔵部９に流してもよい。また、プロペラ８で混合せず、金属微粒子２１と氷の粒３２をそのまま貯蔵部９に流してもよい。

次に、第３実施形態について説明する。

図１１は、本発明の第３実施形態に係る成形装置としての射出成形装置による混合工程を示す図である。

第３実施形態の射出成形装置１は、あらかじめ混合タンク５１で、図１に示した金属微粒子２１と水３１を混合させて、金属微粒子と水が混ざった物質６１を霧状又は粒状に滴下させて通路５２を冷却部材１２で冷却することで、金属微粒子と水が混ざった物質６１の水の部分を凍らせて、金属微粒子と氷が混ざった物質６２を製造する。その後の工程は第１実施形態と同様である。

このように、あらかじめ金属微粒子２１と水３１を混合させて、金属微粒子と氷が混ざった物質６２を製造するので、図１に示した第１実施形態の氷粒製造部６、プロペラ８及び開閉部材１０を用いることなく、並びに、第１実施形態のホッパー２又はタンク３のどちらか一つを用いて、金属微粒子と氷が混ざった物質６２を製造するので、射出成形装置１の部品点数をさらに削減することができ、さらに装置の小型化及び低コスト化を実現することが可能となる。

以上、種々の実施形態について説明したが、本実施例はこれらの実施形態のみに限られるものではなく、それぞれの実施形態の構成を適宜組み合わせて構成した実施形態も本発明の範疇となるものである。

例えば、本実施形態では、固体粒子として金属微粒子を使用したが、直径数μｍのセラミック粒子又はセメント粒子を使用することも可能である。セラミック粒子又はセメント粒子を使用すると、製品を軽量化することが可能となると共に、寸法精度が向上する。また、氷の代わりにドライアイスを使用することも可能である。

１…射出成形装置（成形装置）、２…ホッパー（第１容器）、３…タンク（第２容器）、４…第１通路、５…第２通路、６…氷粒製造部、６ａ…氷粒調整部、７…交差部、８…プロペラ（混合部材）、９…貯蔵部、１０…開閉部材、１１…ピストン（押出部材）、１２…冷却部材、２１…金属微粒子、３１…水、３２…氷、４０…金型、５１…混合タンク、５２…通路、６１…金属微粒子と水が混ざった物質、６２…金属微粒子と氷が混ざった物質

Claims

金属微粒子と氷の粒を混合するステップと、
前記金属微粒子と前記氷の粒を一時冷却貯蔵するステップと、
冷却貯蔵した前記金属微粒子と前記氷の粒を金型内に射出するステップと、
前記金型から前記金属微粒子と前記氷の粒を取り出して常温以上で処理するステップと、
を有することを特徴とする成形方法。
水を断熱膨張させて前記氷を製造するステップ
を有する
請求項１に記載の成形方法。
前記氷を製造するステップは、前記金属微粒子よりも直径の大きい氷及び前記金属微粒子よりも直径の小さい氷をそれぞれ製造する
請求項２に記載の成形方法。
前記氷を製造するステップは、前記金属微粒子よりも直径の大きい氷の量が前記金属微粒子よりも直径の小さい氷の量よりも少ないように調整する
請求項３に記載の成形方法。