JP3480863B2 - 射出成形体の成形方法 - Google Patents

射出成形体の成形方法

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JP3480863B2 JP05063895A JP5063895A JP3480863B2 JP 3480863 B2 JP3480863 B2 JP 3480863B2 JP 05063895 A JP05063895 A JP 05063895A JP 5063895 A JP5063895 A JP 5063895A JP 3480863 B2 JP3480863 B2 JP 3480863B2
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欽二 戸田
陽稔 山田
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洋 赤池
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    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C45/00Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor
    • B29C45/17Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C45/72Heating or cooling
    • B29C45/73Heating or cooling of the mould
    • B29C45/7306Control circuits therefor

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  • Powder Metallurgy (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】本発明は金属粉末又はセラミック
粉末と有機バインダとの混練物から射出成形体を成形す
る成形方法に関し、特に該成形体が薄肉部を有し且つ深
さ及び幅方向の比較的大きな成形体である場合の射出成
形方法に係る。 【0002】 【従来の技術およびその問題点】一般に、射出成形品は
高強度、高密度及び高精度を有することから近時におい
て各種分野で多用されている。射出成形品は通常、各種
金属粉末あるいはセラミック粉末等を有機バインダと共
に混練し、この混練物を射出成形して所謂グリーンボデ
ィと称される成形体を形成し、次いでこの射出成形体を
加熱して有機バインダの大部分を除去する脱脂工程等を
経た後、焼結することにより得られる。このような射出
成形体の原料として粒径を10μm以下に調製した広範
囲の金属材料粉末及び各種セラミック等を原料とするこ
とができ、その用途も広範囲に亘るものである。 【0003】近時における用途の拡大に伴い、射出成形
体が薄肉部を有し且つ深さ及び幅方向の寸法が比較的大
きなもの、より具体的には図2に示されるような薄肉部
として厚さ1mm以下で、深さが5mm×幅5mm以上の面積
を有する射出成形体等あるいは薄肉部を有する複雑形状
の製品を射出成形する場合等が益々増大する傾向にあ
る。しかしながら、このような薄肉部を有し且つ深さ×
幅方向の比較的大きな成形体を射出成形する場合、射出
成形時に原料である混練物の金型内での流れが阻害され
て金型内に不充填が生じる恐れがあるため射出成形によ
り満足する充填ができないのみならず、たとえ充填され
たとしても押出し時に成形体が金型内に奪われたり、押
出し中にちぎれ等の成形体不良を生じ、成形体を金型か
ら取り出す作業が極めて困難であった。そのため従来は
予め成形体の肉厚を所望寸法より厚肉に作成したうえで
後加工を行って所望寸法まで機械加工するか、もしくは
図3に示されるように金型上に1°以上の抜けテーパー
を設け射出成形体の取り出し時に製品が金型に奪われな
いようにする等の対策が不可欠であった。 【0004】上記の従来方法における後加工を施す場合
は、射出成形品を通常の工程にしたがって脱脂、焼結等
の工程後に機械加工するため、後加工が面倒で高価であ
るばかりでなく、形状及び材質等によっては後加工その
ものができない場合もあり、何らかの対策が求められて
いる現状にある。 【0005】本発明は上記現状に鑑み、薄肉部を有し且
つ深さ×幅方向の比較的大きな射出成形品を得る場合の
従来の問題点を解消し、後加工等を不要とする射出成形
方法を提供することを目的とするものである。 【0006】 【問題点を解決するための手段】本発明は、金属粉末又
はセラミック粉末と有機バインダとの混練物から厚さ1
mm以下で、底部面積5mm×5mm以上の成形体を射
出成形するに際し、該混練物を50〜80℃に加熱した
金型を用いて射出充填し、次いで金型温度を40℃以下
に冷却し、15mm/sec以下の低速で押し出しピン
を用いて成形体を型から取り出すことを特徴とする射出
成形体の成形方法に関する。 【0007】以下、本発明に用いる装置を図1に従って
説明する。なお、本発明方法はこれら説明から明らかに
なるであろう。図1は本発明に用いる装置の概略を模式
的に表した説明図であり、この図1において、1は射出
成形機であり、この射出成形機1には所望形状の製品彫
込み部を形成した金型2がセットされている。4は金型
加熱装置、5は金型冷却装置であり、それぞれ冷却媒体
供給側開閉弁6及び加熱媒体供給側開閉弁7により冷却
媒体又は加熱媒体を供給側水管11、金型内水管13及
び戻り側水管12を経て冷却媒体戻り側開閉弁8及び加
熱媒体戻り側開閉弁9からそれぞれ金型冷却装置5及び
金型加熱装置4へ冷却媒体又は加熱媒体を還流させ得る
ようになっており、これにより金型温度を所望温度に昇
温もしくは冷却し得るようになっている。金型2の温度
は金型内に設置された温度検知部材、例えば熱電対10
により逐次計測され、配線14によりその温度情報はシ
ーケンサー3に伝達されるとともに射出成形機の作動は
配線15によりシーケンサー3により制御される。ま
た、各開閉弁は、それぞれ電磁弁6、7、8、9とし、
これらはそれぞれ配線16、17、18、19により熱
電対10からの温度情報に基づいてシーケンサー3で制
御されるようになっている。加熱、冷却手段としてヒー
トポンプやヒーターを使うようにしても良く、温度検知
部材としてサーミスタ等を用いても良い。 【0008】本発明者らは、射出成形体の典型例とし
て、原料粉末として平均粒径8μmのSUS316L粉
末12kgにポリエチレン0.7kg、パラフィンワッ
クス0.3kgを秤量し、加圧式ニーダにより150℃
にて1時間混練した後に粉砕して得た混練物につき、そ
の流動性、強度等の特性を検討した。まず、流動性を評
価するため、スパイラルフロー試験金型を使用し、前記
混練物の流動性試験を実施した。成形条件は、ノズル温
度190℃、射出圧800kg/cm2とし、金型温度を変え
て各温度におけるスパイラルフロー長さを調べた。その
結果を図4に示す。図4から、金型温度が50℃未満で
は流動性が低く、80℃を超えると逆にパラフィンワッ
クスの分解、流出が著しく生じる。従って、混練物の射
出に当たっては金型温度を50〜80℃にすることが望
ましいことが分かる。 【0009】次に、成形体の強度を調べるため、強度と
相関関係にある硬さにつき前記混練物を用いた成形体の
硬さを評価した。試験は成形体を加熱及び冷却して各温
度における成形体の硬さを測定することにより行った。
その結果を図5に示す。図5から、成形体温度が40℃
を超えると硬さが極端に低下し、この状態での成形品を
型から押し出そうとすると押し出しピンの成形体への食
い込み、あるいは金型への奪われ等の不都合が発生する
ものと思われる。従って、成形体の押し出しピンによる
金型からの取り出し工程は金型温度を40℃以下とし、
十分な硬さ、換言すれば強度を有する状態で実施するの
が望ましいことがわかる。これら成形体の流動性及び強
度(硬さ)は原料の異なる混練物でも同様の傾向を示す
ものである。 【0010】なお、成形体を型から取り出すための押し
出し工程中に成形体を40℃以下の金型温度として行う
場合、その押し出し速度も成形体の破損に大きく影響す
るものである。後述する実施例からも明らかなように、
押し出し時の成形体の押し出し速度は15mm/sec
以下の低速で行うことが必要である。 【0011】上記した如き知見に基づき本発明では射出
成形体の成形を金型内温度を射出充填時と成形体を型か
ら取り出すための押し出し時とで温度を変え、かつ前記
押し出し時の押し出し速度を調整するようにして行うも
のであり、その具体例を前述した図1に示される装置を
用いて行う場合について以下に説明する。すなわち、射
出成形機1はコンピュータ制御されており、その動作は
配線15によりシーケンサー3に伝えられる。金型内温
度は熱電対10により検知され、配線14によりシーケ
ンサー3に伝えられようになっている。金型2を加熱す
る場合には、予め所定の温度にまで金型加熱装置4内に
て加熱された加熱媒体をシーケンサー3の指示に基づい
て開放された供給側電磁弁7、水管11、金型内水管1
3、水管12、戻り側電磁弁8を経て金型加熱装置4内
へ還流させることにより、金型内温度を所定温度に昇温
させる。金型内温度が所定温度、すなわち50〜80℃
の範囲内になったとき、混練物を金型に供給し、射出充
填する。この際、混練物の流動性は良好であるため、特
に薄肉部を有し且つ深さ×幅の面積の比較的大きな成形
体金型内にも金型内での不充填(ショートショット)、
ウェルド等の不都合が生じないで良好な充填をすること
ができる。 【0012】金型内への混練物の充填が完了したことは
配線15により射出成形機1からシーケンサー3に伝えら
れ、この情報に基づきシーケンサー3は加熱媒体流通用
の各開閉弁、すなわち加熱媒体供給側電磁弁7及び戻り
側電磁弁8を閉じるとともに冷却媒体供給側電磁弁6及
び戻り側電磁弁9を開放し、金型冷却装置内で所定温度
に冷却された冷却媒体を水管11、金型内水管13、水管1
2、戻り側電磁弁9を経て金型冷却装置5内へ還流させ
ることにより、金型内温度を所定温度、すなわち40℃
以下の温度にまで急冷させる。 【0013】金型の急速加熱、急速冷却を可能とするた
め、水管11と水管12は極力短いものとし、また水管
13は極力大容量の構造とすることが好ましい。熱電対
10等の温度検知部材は金型内の製品彫込み部に対し、
極力近づけて成形体の実温に略等しい温度の計測が出き
るようにする。金型内から成形体を押し出し、成形体の
金型からの取り出しが完了した後は、冷却媒体供給側電
磁弁6及び戻り側電磁弁9を閉じ、加熱媒体供給側電磁
弁7及び戻り側電磁弁8を開けることにより次の成形作
業に移行する。 【0014】成形体の成形後は常法に従って脱脂、脱
炭、還元、焼結等の工程を経ることにより所望の薄肉部
を有し且つ深さ×幅方向の比較的大きな射出成形品が得
られる。 【0015】このように本発明では各種原料から調製し
た混練物により射出成形体を成形する場合に、金型温度
を加熱、具体的には50〜80℃の範囲内として射出充
填するため、混練物の流動性が良好で金型内での不充填
等の欠陥が防止される。充填成形が終了した後に行う金
型からの成形体の押し出しは、金型を急冷した後、成形
体を低速で押し出し、例えば40℃以下に急冷した金型
から成形体を15mm/sec以下の低速で押し出すた
、成形体の硬さ、すなわち強度が向上し、薄肉部の押
し出しに際しても成形体の破損が防止され良好な型抜き
が行える。従って、薄肉部を有し且つ深さ×幅方向の面
積の比較的大きな成形体の射出成形が成形体の破損ある
いは金型内への奪われ等の不都合を生じること無く実施
することができる。 【0016】以下に実施例を示す。 【実施例】前述した混練物、すなわち原料粉末として平
均粒径8μmのSUS316L粉末12kgにポリエチ
レン0.7kg、パラフィンワックス0.3kgを秤量
し、加圧式ニーダにより150℃にて1時間混練した後
に粉砕して得た混練物を用いて図2に示したような、薄
肉部として厚さ0.5mm、横幅20mm、縦幅10m
mで、深さ(L)を変えた箱形製品を成形した。成形条
件はノズル先端温度190℃、射出圧力800kg/c
、射出速度5g/sec、とした。その際、金型温
度を30〜80℃の間にて射出した後、直ちに金型を冷
却し、金型温度(成形体温度)を10〜60℃の間にて
製品を取り出した。その時の成形体を金型から取り出す
ための押し出し速度は6.7〜40mm/secとし
た。これらの結果を表1及び表2に示す。さらに、同様
の条件で深さLを20mmとして、押し出し速度を変
え、成形体の破損の有無を調べた。その結果を表3に示
す。 【0017】 【表1】【0018】 【表2】 【0019】 【表3】【0020】これらの結果より、射出成形に際して金型
温度を50〜80℃として充填し、次いで金型温度を4
0℃以下に急冷し、15mm/sec以下の低速で押し
出すことにより金型内への不充填あるいは破損等の不都
合が生じずに、金型から成形体を取り出すことが可能に
なる。 【0021】 【発明の効果】以上のような本発明によれば、薄肉部を
有し且つ深さ×幅方向の比較的大きな面積を有する成形
体を不充填あるいは破損等の不都合を生じずに射出成形
することができるため、焼結後の後加工等の付加工程が
一切不要となり、また金型に抜けテーパー等を設けるこ
と無く、スムーズな射出成形体の成形が行える。
【図面の簡単な説明】 【図1】本発明に用いる装置の概略を模式的に示した説
明図である。 【図2】本発明で成形の対象とした薄肉部を有する成形
体の斜視説明図である。 【図3】従来の成形体を得るために抜けテーパーを設け
た金型を示す説明図である。 【図4】金型温度とスパイラルフロー長さとの関係図で
ある。 【図5】成形体温度と硬さとの関係図である。 【符号の説明】 1 射出成形機 2 金型 3 シーケンサー 4 金型加熱装置 5 金型冷却装置 6 冷却媒体供給側電磁弁 7 加熱媒体供給側電磁弁 8 加熱媒体戻り側電磁弁 9 冷却媒体戻り側電磁弁 10 熱電対 11 水管 12 水管 13 金型内水管 14 配線 15 配線 16 配線 17 配線 18 配線 19 配線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 赤池 洋 山梨県韮崎市大草町下条西割1200 三井 金属鉱業株式会社韮崎事業所内 (56)参考文献 特開 昭59−49915(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B29C 45/00 - 45/84 B29C 33/00 - 33/76

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 金属粉末又はセラミック粉末と有機バイ
    ンダとの混練物から厚さ1mm以下で、底部面積5mm
    ×5mm以上の成形体を射出成形するに際し、該混練物
    を50〜80℃に加熱した金型を用いて射出充填し、次
    いで金型温度を40℃以下に冷却し、15mm/sec
    以下の低速で押し出しピンを用いて成形体を型から取り
    出すことを特徴とする射出成形体の成形方法。
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