JP3992376B2

JP3992376B2 - Powder molding method

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Publication number: JP3992376B2
Application number: JP26927398A
Authority: JP
Inventors: 眞人佐川; 俊宏渡辺; 浩永田
Original assignee: Intermetallics Co Ltd
Current assignee: Intermetallics Co Ltd
Priority date: 1998-09-24
Filing date: 1998-09-24
Publication date: 2007-10-17
Anticipated expiration: 2018-09-24
Also published as: EP0988959A3; JP2000096104A; EP0988959A2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、粉末成形方法に関するものである。このような粉末成形方法により成形された成形体に、加熱処理や焼結処理等を施すことにより、各種機械部品等が製造される。
【０００２】
【従来の技術】
従来、粉末成形方法としては、（イ）筒状のダイに充填された粉末を、パンチにより圧縮するようにした金型プレス成形方法、（ロ）ゴム型に充填された粉末を、液体により圧縮するようにしたＣＩＰ（ＣｏｌｄＩｓｏｓｔａｔｉｃＰｒｅｓｓｉｎｇ）成形方法、（ハ）粉末が充填されたゴムモールドをダイに装着し、パンチにより圧縮するようにしたＲＩＰ（ＲｕｂｂｅｒＩｓｏｓｔａ−ｔｉｃＰｒｅｓｓｉｎｇ）成形方法、（ニ）スラリー状にした粉末を押し出すようにした押し出し成形方法、（ホ）粉末とバインダーを混ぜ合わせ、バインダーが流動するまで加熱した後、射出成形するようにしたＭＩＭ（ＭｅｔａｌＩｎｊｅｃｔｉｏｎＭｏｕｌｄｉｎｇ）法又はＰＩＭ（ＰｏｗｄｅｒＩ−ｎｊｅｃｔｉｏｎＭｏｕｌｄｉｎｇ）法等が知られている。なお、以下では、ＭＩＭ法及びＰＩＭ法を合わせて、単に、ＰＩＭ法という。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
金型プレス成形方法は、金型から抜くことができないような形状の成形体を成形することができないし、また、細長い成形体等の成形が困難である等の多くの制約があり、また、ＣＩＰ成形方法は、ニアネット・シェイプ性や生産性が悪い等の問題があり、更には、ＲＩＰ成形方法は、種々の形状の成形体を成形することができるし、また、ニアネット・シェイプ性や生産性等の点においても優れているが、ＰＩＭ法に比べて、成形される成形体の形状に制約があるという問題があり、更にまた、金属粉末やセラミック粉末にバインダーを添加し、その後、射出成形して成形体を成形するＰＩＭ法は、バインダーの添加量が４０〜５０体積％にも達するために、脱バインダーに長時間を要するとともに、肉厚部品や大物部品を製造することが困難であるという問題があり、また、脱バインダー工程における炭素汚染の問題等多くの問題がある。
【０００４】
本発明の目的は、上述した従来の粉末成形方法が有する課題を解決することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述した目的を達成するために、第１には、粉末成形方法を、搬送装置により搬送されるモールドユニットを構成するモールドに、少なくとも、最終製品を実質的に構成するベース粉末とバインダー粉末との混合粉を、空気タッピングにより、充填する工程と、前記搬送装置により搬送されるモールドユニットを、加熱処理装置に搬入し加熱処理を施すことにより、前記バインダー粉末を溶融させて、前記バインダー粉末を介して、前記ベース粉末同士を結合させて成形体を成形する工程と、前記加熱処理装置から搬出されたモールドユニットを冷却する工程と、前記モールドユニットを構成するモールドから、前記成形体を取り出す工程とにより構成したものであり、第２には、前記混合粉に、潤滑材を添加したものである。
【０００６】
【作用】
本発明は、成形体に加熱処理や焼結処理等を施すことにより製造される部品等の最終製品を実質的に構成することになる金属粉末、セラミック粉末、樹脂粉末等の各種粉末（以下、この粉末を、「ベース粉末」という。）或いはベース粉末に後述するようなバインダーや潤滑剤を添加した混合物を、キャビティーを有するモールドに充填し、その後、上記ベース粉末或いはベース粉末とバインダーの混合物がモールドに充填されている間に、加熱処理等の適当な処理を施して、ベース粉末同士を結合したり、ベース粉末同士をバインダーを介して結合し、次いで、ベース粉末同士が結合した状態、或いは、ベース粉末同士がバインダーを介して結合した状態の成形体を、モールドから取り出すようにした粉末成形方法に関するものである。このようにして成形された成形体に、加熱処理や焼結処理を施すことにより、各種機械部品等の最終製品が製造されることになる。
【０００７】
上述したように、本発明においては、空気タッピング（ＡｉｒＴａｐｐｉ−ｎｇ）法により、モールドに粉末を充填後、ベース粉末或いはベース粉末とバインダーの混合物に熱処理等の適当な処理を施すことにより、ベース粉末同士が結合した状態、或いは、ベース粉末同士がバインダーを介して結合した状態の成形体を製造するものである。
【０００８】
空気タッピング法は、キャビティー内に粉末を、短時間に、均一、且つ、高密度に充填する方法であり、最近本発明者等が開発した新しい粉末充填法である（例えば、特開平９−７８１０３号公報、特開平９−１６９３０１号公報、特願平９−２２５６９３号等参照）。空気タッピング法では、１つの開口部を持つキャビティーのキャビティー開口部に、粉末が充填された供給ホッパーを取付け、供給ホッパー上方の開口部から、先ず、ホッパーとキャビティーにある空気を排気し、次に、やはり供給ホッパー上方の開口部から供給ホッパーを経てキャビティーに向かって流れる高速空気流を導入する。この減圧と昇圧を、高速バルブ操作により素早く切替え、複数回このサイクルを継続する。この操作により、空気が粉末中を供給ホッパーからキャビティー底面に向かって流れるときは気流は高速で、その逆のときは低速になる。こうして供給ホッパーに投入された粉末はキャビティー中に高密度に充填される。この操作は、機械的なタッピングと同じような音がして、粉末が高密度化されるので、空気タッピングと呼ぶ。空気タッピングは、また、２つの開口部を持つキャビティーへの粉末充填にも使える。このときは片方のキャビティーには、上述の場合と同様に粉末が充填された供給ホッパーを取付け、先ず、供給ホッパーを取付けていない方の開口部からキャビティと供給ホッパー内の空気を排気し、排気側開口部を閉じた後、次に供給ホッパー上方の開口部から供給ホッパーを経てキャビティーに向かって流れる高速気流を導入する。この操作を繰返しても上述の１つの開口部から空気の排出と導入を行う場合と同じようにキャビティー中に粉末が高蜜度に充填できる。
【０００９】
この空気タッピング法の特徴は、キャビティー中に粉末を短時間に、均一、且つ、高密度に充填されることに加えて、キャビティーがいくつもにも枝分かれして複雑な形をしていても、キャビティーの隅々まで粉末が運ばれ、キャビティー全体にわたって、均一、且つ、高密度な粉末の充填が達成できることである。
【００１０】
本発明者等はこの空気タッピング法の特徴を、ＲＩＰ法に適用することを提案してきた。しかし、多くの形状のキャビティーについて、充填された粉末をＲＩＰ法により圧縮した後、降圧中、キャビティーの形が復元するとき、圧縮された粉末に多くのひびが入り、成形体として取り出せないことがあり、成形できる成形体の形状に多くの制限がある。
【００１１】
そこで、本発明者は、キャビティー中に空気タッピング法で充填された粉末を圧縮以外の方法で、キャビティーに充填された状態のまま結合させることに思い当たり、実験を繰り返して、本発明の有効性を確認した。こうして、本発明により、複雑形状の成形体をＰＩＭ法のように多量のバインダーを使用しないで得ることが可能になった。この粉末成形体を熱処理することによって複雑形状の高品質の機械部品等が生産性良く生産できるようになった。
【００１２】
ところで、空気タッピング法により、いくつも枝分かれした複雑形状のキャビティーに粉末充填するとき、キャビティー全体に亘たって、均一、且つ、高密度に充填するために大変重要なことが実験により分かった。それは粉末に潤滑剤を添加して、空気の流れによって粉末がキャビティーの奥まで滑らかに運ばれるようにしておくことである。粉末の潤滑性が十分でないと、キャビティーの枝分かれしたところに粉末が詰まるなどにより本発明の実施が困難になることがある。粉末自体が潤滑性を持つ材質（例えばテフロン粉末）でできているときは、潤滑剤を別に添加する必要はないが、多くの金属やセラミック粉末ではステアリン酸亜鉛などの界面活性剤等の潤滑剤を粉末に添加して、粉末表面にこすりつけるようにして、よく攪拌混合しておく。こうして高い潤滑性を持つ粉末ができ、このような粉末を使用することにより、空気タッピング法によりキャビティーがいくつも枝分かれするなどの複雑な形状をしている場合でも、キャビティーの隅々まで粉末が、均一、且つ、高密度に充填され、その後、粉末を結合して得た成形体を熱処理（焼結など）を施して、極めて高品質の機械部品等が製造される。
【００１３】
本発明に用いられる潤滑剤は金属せっけんなどの界面活性剤、ワックス類、グリース類等あらゆる種類の潤滑剤を用いることができる。ただし、粉末は空気タッピングによって充填されるので、空気タッピングが有効に働くように、潤滑剤をベース粉末に添加しても粉末が粘着性を持ったり、固まったりしないように潤滑剤の種類と量を決める必要がある。また添加された潤滑剤も、バインダーと同様に脱バインダー処理のときに除去される。以上のことを考慮すると潤滑剤としては、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸マグネシウム等の金属せっけんを使用することが好ましい。また潤滑剤の添加量は０．５〜１４体積％、好ましくは、１〜１０体積％の範囲が好ましい。
【００１４】
次に、上述したバインダーとしては以下のような形態がある。
（イ）ベース粉末より融点の低い粉末（以下、この粉末を、単に、「バインダー粉末」という。）を、バインダーとしてベース粉末に混合して混合粉末を調製し、該混合粉末をモールドに充填し、その後、混合粉末がモールドに充填されている間に混合粉末に加熱処理を施して、バインダー粉末のみを溶融し、該溶融したバインダー粉末を介してベース粉末同士を結合し、モールドを冷却した後、成形体をモールドから取り出すようにする。
（ロ）ベース粉末の粒子表面を、バインダーによりコーティングし、コーティングされたベース粉末をモールドに充填し、その後、上記コーティングされたベース粉末に適当な処理を施して、上記バインダーを介してベース粉末同士を結合し、その後、成形体をモールドから取り出すようにする。
なお、バインダーの材質としては上述したように、ベース粉末より低融点の材質が選ばれる。このような低融点のバインダーとして樹脂が適しており、樹脂としては熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂の両方使用できる。しかし、できるだけ少量のバインダーで十分な結合力を出すためには熱可塑性樹脂の方がバインダー材質として優れている。さらに、後述するように、瞬間接着剤、紫外線硬化型接着剤、ＰＶＡなど水分を与えると接着性を持つ樹脂なども、加熱以外の粉末結合手段を取るときには、適宜選択され、バインダー粉末として混合して用いられたり、ベース粉末の粒子表面にコーティングして用いられたりする。
【００１５】
上述したように、バインダーは、ベース粉末同士を結合することにより、成形体が、ハンドリングに耐えられればよく、従って、バインダーの量は、上述したＰＩＭ法のように、４０〜５０体積％ほども多くする必要がない。本発明においては、バインダーの量は、４〜２０体積％で十分である。また、バインダーと上述した潤滑剤を合わせても５〜３０体積％でよく、多くの場合５〜２０体積％の範囲に調整できる。このように、バインダーの量が、ＰＩＭ法に比べ、非常に少ないので、ＰＩＭ法のように、脱バインダー処理に２〜３日要するようなことがなく、数時間以下で、脱バインダー処理を完了することができる。また、ＰＩＭ法においては、バインダーの量が４０〜５０体積％と多いので、ＰＩＭ法を、厚肉品や大物部品に適用することができなかった。ＰＩＭ法により厚肉品や大物部品を作ると脱バインダーに時間がかかり過ぎたり、脱バインダーが不完全にしかできなかったり、脱バインダー中に成形体が膨張するなどにより破損したりするなど多くの問題がある。本発明においては、バインダーの量が非常に少ないので、厚肉品や大物部品の製造が可能となった。
【００１６】
ＰＩＭ法においては、粉末とバインダーの混練物を溶融し、射出成形機により溶融物に圧力をかけて、成形体を成形するものであるので、高強度の金属で金型を作る必要があり、金型の加工コストが膨大になる。そのため、ＰＩＭ法によって作られる各種機械部品等の最終製品の製造コストが上昇することになる。更に、ＰＩＭ法においては、射出成形により成形体を製造するものであるので、溶融するバインダー粉末の量を４０〜５０体積％と多くして、流動性を高めなければならない。これだけ多量のバインダーを焼結前に除去する必要があるが、多量のバインダー除去を高温で速く行おうとすると成形体が変形したり、破損したりしてしまう。従って、脱バインダー処理時間が２〜３日もかかることになり、非常に生産性が悪い。本発明においては、粉末の状態で、モールドに充填するものであり、ＰＩＭ法に比べてバインダー量を大幅に低減できるので、脱バインダーの時間は普通の圧縮成形法による場合と同程度に短縮できる。また、粉末は流動性に優れているので、空気タッピングにより、モールドのキャビティーが複雑な場合にも、該キャビティーに粉末を充填することができるとともに、モールドを、割り型で形成することにより、複雑な形状の成形体を成形することができる。更に、本発明においては、モールドを金属に限らず、合成樹脂など加工容易な材質で製作することができるので、モールドの製作が容易で安価にできるため、最終製品の製造コストを大幅に低減できることになる。
【００１７】
【実施例】
以下に、バインダーとしてバインダー粉末を使用し、ベース粉末とバインダー粉末との混合粉末をモールドに充填する例を用いて、本発明の実施例について説明する。また、図１に示されているような、３つの円盤部ｃ１〜ｃ３の中心を２つの円柱部ｃ４、ｃ５で連結した構造を有する成形体Ｃを製造する例を用いて、本発明の実施例について説明する。
【００１８】
１は、硬質合成樹脂製、金属製或いは硬質ゴム等で形成された硬質なモールドであり、モールドには、図１に示されている成形体が成形されるようなキャビティー２が形成されてる。本実施例におけるモールド１は、上方が開口した有底のほぼ筒状体として形成されており、モールド１の内周面１ａからは、成形体Ｃの２つの円柱部ｃ４、ｃ５を成形するために、２つの環状部１ｂ、１ｃが突設されている。また、モールド１は、後述するようにして成形された成形体Ｃを、モールド１から取り出すために、モールド１の中心に沿って縦方向に２つの割り型１’、１”に分割されている。また、分割された割り型１’、１”のそれぞれの底部１ｄの底面には、凹部１ｅが形成されている。本実施例においては、凹部１ｅは、平面形状が、モールド１の外径より、小さな半径を有する円弧状に形成されている。
【００１９】
３は、所定の間隔を置いて配置された、分割された割り型１’、１”が、それぞれ載置される一対の移動ブロックであり、移動ブロックには、割り型１’、１”の底部１ｄに形成された凹部１ｅに挿着される内側凸部３ａが形成されているとともに、割り型１’、１”の下部外周面に接触する側面を有する外側凸部３ｂが形成されている。
【００２０】
４は、所定の間隔を置いて配置された一対の移動ブロック３の該間隔に挿入されるとともに、割り型１’、１”の底部１ｄの一部が載置される凸部４ａを有するテーブル部材であり、該テーブル部材４には、移動ブロック３が載置されている。
【００２１】
上述した割り型１’、１”からなるモールド１、一対の移動ブロック３及びテーブル部材４により、モールドユニットＵが構成されている。
【００２２】
次に、上述したモールドユニットＵを使用して、成形体Ｃを成形する工程について説明する。
【００２３】
図４において、５は、モールド１の上面に載置される筒状の供給ホッパーであり、供給ホッパー５の下部開口部には、グリッド部材５ａが取着されている。グリッド部材５ａは、平行な一定間隔の針金、一定の目の大きさのメッシュ、一定の大きさの孔を多数パンチングした金属薄板等で構成されており、グリッド部材５ａは、後述する空気タッピング作業の際に、混合粉末（以下、単に、「粉末」ともいう。）を通過させるが、図示されていない粉末供給装置により、供給ホッパー５に粉末を供給する際には、供給された粉末が、実質的に、グリッド部材５ａを通過しないような、目開きの大きさ（平行な針金の間隔やメッシュの大きさ）を有している。
【００２４】
モールドユニットＵのモールド１の上面に載置された供給ホッパー５に、図示されていない粉末供給装置により、粉末ｐを供給する。供給ホッパー５に供給される粉末ｐの量は、当然ながら、モールド１のキャビティー２に充填される粉末ｐの量以上であり、好ましくは、空気タッピングにより、モールド１のキャビティー２に粉末ｐを充填した後、多くの粉末ｐが供給ホッパー５に残っているようにする。また、予め、粉末ｐが入っている供給ホッパー５を、モールドユニットＵのモールド１の上面に載置するように構成することもできる。
【００２５】
次いで、モールドユニットＵのモールド１の上面に載置された供給ホッパー５の上部開口部に、空気吸引吹き込みパイプ６ａが配設された蓋部材６を被せる。その後、図示されていない低気圧高気圧発生装置により、空気吸引吹き込みパイプ６ａを介して、供給ホッパー５内の空気を吸引して、供給ホッパー５内を低気圧状態とし、次いで、低気圧高気圧発生装置により、空気吸引引き込みパイプ６ａを介して、供給ホッパー５内へ、積極的に、空気を供給して、供給ホッパー５内を高気圧状態にし、このサイクルを何回か繰り返す。このような空気タッピング工程により、図５に示されているように、供給ホッパー５に収容された粉末ｐが、グリッド部材５ａを通って、モールド１のキャビティー２に充填される。そして、モールド１のキャビティー２に粉末ｐが充填された後に、図６に示されているように、供給ホッパー５の上部開口部から蓋部材６を取り外すとともに、粉末ｐが充填されたモールド１から供給ホッパー５を取り外すと、グリッド部材５ａにより、モールド１のキャビティー２に充填された粉末ｐと、供給ホッパー５に残った粉末ｐとが分離される。
【００２６】
次いで、粉末ｐが充填されたモールド１を有するモールドユニットＵを、炉等の加熱処理装置に入れて、モールド１のキャビティー２に充填された粉末ｐに加熱処理を施す。加熱温度は、ベース粉末は溶融しないが、バインダー粉末が溶融する温度である。このような温度まで、加熱処理装置に入れられたモールド１に充填された粉末ｐを加熱することにより、バインダー粉末の溶融された樹脂液が、ベース粉末間に行き渡ることになる。所定時間、加熱処理を施した後、加熱処理装置からモールドユニットＵを取り出し、モールドユニットＵを冷却する。モールドユニットＵの冷却は、モールドユニットＵを、室温中で冷却させる自然冷却でも、また、モールドユニットＵに強制的に冷却空気を当てて冷却する強制冷却であってもよい。
【００２７】
次いで、図７に示されているように、モールド１中の成形体Ｃの上面に、図示されていないシリンダー装置等の駆動装置により上下動可能な真空吸着装置Ｖ１の吸引パッドｖ１を当接するとともに、真空吸着装置Ｖ１を作動させて、吸引パッドｖ１に、成形体Ｃを吸着させる。このような真空吸着装置Ｖ１による成形体Ｃの吸着作業に前後して、一対の移動ブロック３の外周面に、図示されていないシリンダー装置等の駆動装置により左右方向に移動可能な真空吸着装置Ｖ２の吸引パッドｖ２を当接するとともに、真空吸着装置Ｖ２を作動させて、吸引パッドｖ２に、移動ブロック３を吸着させる。
【００２８】
次いで、真空吸着装置Ｖ２の駆動装置を作動させて、真空吸着装置Ｖ２の吸引パッドｖ２に吸引保持されている一対の移動ブロック３を、互いに、離反する方向に、テーブル部材４上を移動させて、移動ブロック３の内側凸部３ａが、割り型１’、１”の底部１ｄに形成された凹部１ｅに挿着されている割り型１’、１”を、互いに、離反する方向に移動させる。モールド１の環状部１ｂ、１ｃが、成形体Ｃの円盤部ｃ１〜ｃ３間の形成された間隙から出た後に、真空吸着装置Ｖ２の駆動装置を停止させて、移動ブロック３の移動を停止させる。その後、真空吸着装置Ｖ１の駆動装置を作動させて、真空吸着装置Ｖ１の吸引パッドｖ１に吸引保持されている成形体Ｃを、上方或いは図８の紙面に対して、前後方向に移動させて、成形体Ｃを、モールド１から取り出す。
【００２９】
真空吸着装置Ｖ１により取り出された成形体Ｃは、成形体Ｃに含まれる、バインダー粉末が溶融したバインダー樹脂を取り除くために、脱バインダー工程に送られて、脱バインダー処理が施されて、部品等の所望の最終製品が製造されることになる。
【００３０】
一方、モールドユニットＵについては、再度、真空吸着装置Ｖ２の駆動装置を作動させて、真空吸着装置Ｖ２の吸引パッドｖ２に吸引保持されている一対の移動ブロック３が、互いに、接近する方向に移動させて、図２に示されているように、割り型１’、１”同士を当接させる。次いで、真空吸着装置Ｖ２の作動を停止させて、吸引パッドｖ２による移動ブロック３の吸引保持を解放するとともに、真空吸着装置Ｖ２の駆動装置を、適宜、作動させて、真空吸着装置Ｖ２を、モールドユニットＵから離れた待機位置に戻す。
【００３１】
図９には、上述したモールドユニットＵのモールド１のキャビティー２への供給ホッパー５を介しての粉末ｐの充填工程、空気タッピング工程、粉末ｐが充填されたモールド１を有するモールドユニットＵの加熱処理工程及びモールドユニットＵのモールド１からの成形体の取り出し工程等を、連続的に行う、一例としての成形体の製造工程が示されている。
【００３２】
図２に示されているような、モールド１のキャビティー２に粉末ｐが充填されていないモールドユニットＵが、間欠走行或いは連続走行するコンベアベルトやローラーコンベヤ等の適当な搬送装置Ｔ上に載置され、図９において、右方向に搬送される（工程Ｉ）。なお、図９には、搬送装置Ｔとして、図示されていない駆動装置により回転駆動されるローラーコンベヤｔ１が示されている。
【００３３】
次いで、回転駆動されるローラーコンベヤｔ１により、図９において、右方向に搬送されるモールドユニットＵの走行経路に、ストッパーＳ１を進出させて、モールドユニットＵにストッパーＳ１を当接させてモールドユニットＵを停止させる。このように、モールドユニットＵが停止した状態で、図示されていない適当なロボット等の自動機により、図４に示されているように、モールドユニットＵのモールド１に、供給ホッパー５を載置する（工程II）。
【００３４】
次いで、ストッパーＳ１を、モールドユニットＵの走行経路から退避させて、供給ホッパー５が載置されたモールドユニットＵを、搬送装置Ｔにより移動させる。その後、モールドユニットＵの走行経路に、ストッパーＳ２を進出させて、上方に粉末供給装置Ａが配設された位置に、モールドユニットＵを停止させるとともに、粉末供給装置Ａから供給ホッパー５に粉末を供給する（工程III）。
【００３５】
次いで、ストッパーＳ２を、モールドユニットＵの走行経路から退避させて、粉末が入った供給ホッパー５が載置されたモールドユニットＵを、空気タッピング工程位置まで移動させ、空気タッピング工程位置に達した時点で、ストッパーＳ３を進出させて、モールドユニットＵにストッパーＳ３を当接させてモールドユニットＵを停止させる（工程IV）。空気タッピング工程位置に停止したモールドユニットＵに載置された供給ホッパー５に、空気吸引吹き込みパイプ６ａが配設された蓋部材６を被せるとともに、上述した空気タッピングを行い、供給ホッパー５に収容された粉末ｐを、グリッド部材５ａを通して、モールド１のキャビティー２に充填する。モールド１のキャビティー２に粉末ｐが充填された後に、蓋部材６及び供給ホッパー５を取り外す。供給ホッパー５の取り外しは、蓋部材６の取り外し位置とは異なる、次の位置で行うこともできる。
【００３６】
次いで、ストッパーＳ３を、モールドユニットＵの走行経路から退避させて、モールド１のキャビティー２に粉末ｐが充填されたモールドユニットＵを、トンネル状の加熱処理装置Ｈに搬入し（工程Ｖ）、上述したように、バインダー粉末を溶融して、バインダー粉末の溶融された樹脂液を、ベース粉末間に行き渡らせる。
【００３７】
次いで、加熱処理装置Ｈから出たモールドユニットＵを、自然冷却或いは強制冷却した後、モールドユニットＵにストッパーＳ４を当接させてモールドユニットＵを停止させるとともに、モールド１中の成形体Ｃの上面に、真空吸着装置Ｖ１の吸引パッドｖ１を当接し、更に、真空吸着装置Ｖ２の吸引パッドｖ２に移動ブロック３を吸着させる（工程VI）。
【００３８】
次いで、真空吸着装置Ｖ２の駆動装置を作動させて、割り型１’、１”を、互いに、離反する方向に移動させて、モールド１の環状部１ｂ、１ｃを、成形体Ｃの円盤部ｃ１〜ｃ３間の形成された間隙から排出した後、真空吸着装置Ｖ２の駆動装置を停止させて、移動ブロック３の移動を停止させ、その後、真空吸着装置Ｖ１の駆動装置を作動させて、真空吸着装置Ｖ１の吸引パッドｖ１に吸引保持されている成形体Ｃをモールド１から取り出す。
【００３９】
次いで、再度、真空吸着装置Ｖ２の駆動装置を作動させて、真空吸着装置Ｖ２の吸引パッドｖ２に吸引保持されている一対の移動ブロック３を、互いに、接近する方向に移動させて、割り型１’、１”同士を当接させ、その後、真空吸着装置Ｖ２の作動を停止させて、吸引パッドｖ２による移動ブロック３の吸引保持を解放するとともに、真空吸着装置Ｖ２の駆動装置を、適宜、作動させて、真空吸着装置Ｖ２を、モールドユニットＵから離れた待機位置に戻す（工程VII）。この
ようにして、モールド１から成形体Ｃが取り出され、割り型１’、１”同士が当接されたモールドユニットＵは、図９の工程Ｉに戻される。一方、真空吸着装置Ｖ１により取り出された成形体Ｃは、成形体Ｃに含まれる、バインダー粉末が溶融したバインダー樹脂を取り除くために、脱バインダー工程に送られて、脱バインダー処理が施されて、部品等の所望の最終製品が製造される。
【００４０】
上述した実施例においては、割り型１’、１”からなるモールド１を、一対の移動ブロック３及びテーブル部材４により保持した例が示されているが、割り型１’、１”からなるモールド１を、モールド１の下部が嵌着可能な凹部を有する台座により保持することも、また、バンド等により緊諦して、割り型１’、１”が離反しないように構成することもできる。勿論、モールド１を分割する必要がなく、モールド１が一体に形成されているような場合には、上記のような保持手段を使用する必要がない。
【００４１】
上述した実施例において成形された、図１に示されている成形体Ｃの大きさは、円盤部ｃ１〜ｃ３の外径：４０ｍｍ、その厚さ：１０ｍｍ、円柱部ｃ４、ｃ５の外径：２０ｍｍ、その長さ：１０ｍｍである。使用されたベース粉末は、鉄粉であり、その平均粒径は５０μｍであり、その量は、９０体積％である。また、使用されたバインダー粉末は、融点が６５°Ｃのエポキシ樹脂粉末であり、その量は、８体積％である。なお、潤滑剤として、２体積％のステアリン酸マグネシウム粉末を添加した。上記の鉄粉とエポキシ樹脂粉末とステアリン酸マグネシウム粉末を、ロッキングミキサーで十分混ぜ合わせて、混合粉末を調製した。
【００４２】
上述した混合粉末を使用して、上述した粉末成形方法により、図１に示されている成形体Ｃを成形した。割り型１’、１”を分割して取り出された成形体には、割れや欠けが発生せず、また、成形体は、搬送工程や脱バインダー工程等における種々のハンドリングに十分耐えられる強度を有していた。また、脱バインダー処理に要した時間は、約２時間であり、ＭＩＭ或いはＰＩＭ法における脱バインダー処理時間に比べ、大幅に短縮された。
【００４３】
上述した実施例においては、少なくともベース粉末及びバインダー粉末からなる混合粉末を、モールドに充填する例を用いて、本発明の粉末成形方法について説明したが、ベース粉末を、樹脂でコーティングし、樹脂でコーティングされたベース粉末をモールドに充填し、その後、上述したように、樹脂でコーティングされたベース粉末が充填されたモールドに熱処理を施して、コーティングされた樹脂を溶融することにより、ベース粉末を結合するように構成することもできる。先に述べたように、このときの樹脂としては熱可塑性樹脂が熱硬化性樹脂よりも適している。
【００４４】
上述した炉等を用いた加熱処理に代えて、高周波を利用した高周波加熱手段を用いることもできる。高周波加熱手段としては、周波数３００Ｋ〜３ＭＨｚの高周波磁界で磁性体がヒステリシス損と渦電流のジュール効果で発熱することを利用した高周波誘導加熱、周波数３〜３０ＭＨｚの高周波での誘電体損失による自己発熱を利用した高周波誘電加熱及び電子レンジで利用されているマイクロ波加熱がある。
【００４５】
また、上述した実施例においては、少なくとも、ベース粉末とバインダー粉末とを含む混合粉末を、キャビティーを有するモールドに充填し、その後、上記の混合粉末がキャビティーに充填されたモールドに、ベース粉末は溶融しないが、バインダー粉末が溶融する温度で熱処理を施すことにより、バインダー粉末を溶融し、該溶融したバインダー粉末を介して、ベース粉末同士を結合するようにした例を説明したが、以下のような手段を用いて、ベース粉末同士を結合して、モールドから取り出した成形体がひび割れたり、欠けたりするようなことがなく、ハンドリングが容易なような保形性を付与することができる。
【００４６】
水分を全く含まないベース粉末に、バインダーとしての湿気を付与することにより硬化する瞬間接着剤を添加してベース粉末をコーティングし、湿気を付与することにより硬化する瞬間接着剤がコーティングされたベース粉末を、極めて低湿度の雰囲気中で、上述したようにモールドに充填する。次いで、水分を含む気体（空気或いはＮ2 ガス）を、モールドに充填されたベース粉末中に吹き込んで、ベース粉末にコーティングされた、湿気を付与することにより硬化する瞬間接着剤を硬化させることにより、ベース粉末同士を結合し、モールドから取り出した成形体に保形性を付与することもできる。
【００４７】
ベース粉末に、バインダーとして、紫外線を照射することにより硬化する接着剤を添加して、該接着剤によりベース粉末をコーティングする。次いで、紫外線を照射することにより硬化する接着剤がコーティングされたベース粉末を、紫外線が透過可能な透明な物質で作製されたモールドに充填する。その後、上記ベース粉末が充填されたモールドに、紫外線を照射することにより、接着剤を硬化させてベース粉末同士を結合し、モールドから取り出した成形体に保形性を付与する。
【００４８】
また、バインダーとしてのＰＶＡ（ポリビニルアルコール）等、水分を含むと接着効果を発現する物質を、粉末状態で、ベース粉末に混合しておく。水分を含むと接着効果を発現する物質の粉末とベース粉末の混合粉末を、乾燥状態でモールドに充填し、その後、モールドに充填された混合粉末に水分を吹き込んで、上記水分を含むと接着効果を発現する物質の接着効果を発現させて、ベース粉末同士を結合する。
【００４９】
更に、バインダーを使用することなく、ベース粉末をモールドに充填した後、ベース粉末に、ベース粉末が軽度に焼結したり溶着したりする程度に加熱処理を施して、ベース粉末同士を結合させ、その後モールドから成形体を取り出して成形体を製造することもできる。ベース粉末がモールドに充填されている間にベース粉末を余り高温に加熱しすぎると粉末の焼結が進みすぎたり、粉末が溶融してしまい、モールド中に粉末の成形体がきれぎれになってしまって所望の成形体が取出せなくなる。
【００５０】
【発明の効果】
本発明は、以上説明した構成を有しているので、以下に記載する効果を奏するものである。
【００５１】
従来の圧縮成形法に比べて成形できる形状の自由度がはるかに広く、複雑な形状の品物のネットシェイプ生産が可能になった。また、複雑形状品の生産手段として期待されているＭＩＭ法やＰＩＭ法に比べて、本発明の方法では、粉末に添加する必要があるバインダーの量がはるかに少なくてよく、このため、ＭＩＭ法やＰＩＭ法において問題になっている長時間の脱バインダー時間を大幅に短縮できる。そのため、生産性が大幅に向上するととも、ＭＩＭ法やＰＩＭ法では脱バインダーが困難なために、適用困難であった大物品や肉厚品の複雑形状品の生産も、本発明の方法により可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の粉末成形方法により成形される一例としての成形体の斜視図である。
【図２】図２は図１に示されている成形体を成形するために使用されるモールドユニットの垂直断面図である。
【図３】図３は図２に示されているモールドユニットの平面図である。
【図４】図４は図１に示されている成形体を成形するために使用されるモールドユニット及び供給ホッパーの垂直断面図である。
【図５】図５は図１に示されている成形体を成形するために使用されるモールドユニット、供給ホッパー及び蓋部材の垂直断面図である。
【図６】図６は粉末が充填された状態のモールドユニットの垂直断面図である。
【図７】図７は成形体を取り出す工程を説明するためのモールドユニットの垂直断面図である。
【図８】図８は同じく成形体を取り出す工程を説明するためのモールドユニットの垂直断面図である。
【図９】図９は本発明の粉末成形方法の成形体成形工程を説明するための概略工程図である。
【符号の説明】
Ｃ・・・・・・・・・成形体
Ｕ・・・・・・・・・モールドユニット
１・・・・・・・・・モールド
３・・・・・・・・・移動ブロック
４・・・・・・・・・テーブル部材
５・・・・・・・・・供給ホッパー
６・・・・・・・・・蓋部材[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a powder molding method. Various machine parts and the like are manufactured by subjecting the molded body molded by such a powder molding method to a heat treatment, a sintering process, and the like.
[0002]
[Prior art]
Conventional powder molding methods include (a) a die press molding method in which powder filled in a cylindrical die is compressed by a punch, and (b) a powder filled in a rubber die is compressed with a liquid. CIP (Cold Isostatic Pressing) molding method, (C) A rubber isostatic pressing (RIP) molding method in which a rubber mold filled with powder is mounted on a die and compressed by a punch, (d) Extrusion molding method that extrudes slurry powder, (M) MIM (Metal Injection Molding) method or PIM (Powder) that mixes powder and binder, heats the binder until it flows, and then performs injection molding I-njection Molding) Etc. have been known. Hereinafter, the MIM method and the PIM method are simply referred to as the PIM method.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
The mold press molding method has many limitations such as being unable to mold a molded body having a shape that cannot be removed from the mold, and being difficult to mold an elongated molded body, etc. The CIP molding method has problems such as poor near-net shape and productivity, and further, the RIP molding method can form molded articles of various shapes, and the near-net shape. It is also excellent in terms of productivity and productivity, but there is a problem that the shape of the molded body to be molded is limited compared to the PIM method, and further, a binder is added to the metal powder or ceramic powder, and then The PIM method for forming a molded body by injection molding requires a long time for debinding because the amount of binder added reaches 40-50% by volume, and can produce thick parts and large parts. There is a problem that it is poorly, and there is such a number of problem in carbon contamination in the binder removal step.
[0004]
An object of the present invention is to solve the problems of the above-described conventional powder forming method.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above-mentioned object, the present invention firstly includes: Filling a mold constituting a mold unit conveyed by a conveying apparatus with a powder molding method by air tapping at least a mixed powder of a base powder and a binder powder substantially constituting a final product; The mold unit transported by the transport device is carried into a heat treatment device and subjected to heat treatment, whereby the binder powder is melted, and the base powder is bonded to each other through the binder powder to form a molded body. And a step of cooling the mold unit carried out from the heat treatment apparatus, and a step of removing the molded body from the mold constituting the mold unit. Secondly, Add lubricant to the mixed powder It is a thing.
[0006]
[Action]
The present invention includes various powders such as metal powder, ceramic powder, resin powder and the like (hereinafter referred to as “particulate powder”) which will substantially constitute final products such as parts manufactured by subjecting the molded body to heat treatment and sintering treatment. This powder is referred to as “base powder”) or a mixture obtained by adding a binder or a lubricant as described later to the base powder is filled into a mold having a cavity, and then the above base powder or a mixture of the base powder and the binder. While the mold is filled, a suitable treatment such as heat treatment is applied to bond the base powders together, or the base powders are bonded via a binder, and then the base powders are bonded together, Alternatively, the present invention relates to a powder molding method in which a molded body in which base powders are bonded to each other via a binder is removed from the mold. By subjecting the molded body thus formed to heat treatment and sintering treatment, final products such as various machine parts are manufactured.
[0007]
As described above, in the present invention, the base powder or a mixture of the base powder and the binder is subjected to an appropriate treatment such as a heat treatment after filling the mold with the air by an air tapping-ng method. A molded body in which the powders are bonded together or in which the base powders are bonded via a binder is manufactured.
[0008]
The air tapping method is a method of filling powder into a cavity in a short time uniformly and with high density, and is a new powder filling method recently developed by the present inventors (for example, Japanese Patent Laid-Open No. Hei 9-9). 78103, JP-A-9-169301, Japanese Patent Application No. 9-25693, etc.). In the air tapping method, a supply hopper filled with powder is attached to the cavity opening of a cavity having one opening, and the air in the hopper and the cavity is first exhausted from the opening above the supply hopper. Next, a high-speed air flow that flows from the opening above the supply hopper to the cavity through the supply hopper is introduced. This pressure reduction and pressure increase are quickly switched by high-speed valve operation, and this cycle is continued a plurality of times. By this operation, when air flows through the powder from the supply hopper toward the bottom of the cavity, the airflow is high speed, and vice versa. Thus, the powder charged into the supply hopper is filled in the cavity with high density. This operation is called air tapping because it sounds like mechanical tapping and the powder is densified. Air tapping can also be used to fill a cavity with two openings. At this time, a supply hopper filled with powder is attached to one of the cavities as in the above case, and first, the air in the cavity and the supply hopper is exhausted from the opening where the supply hopper is not attached, After closing the exhaust-side opening, high-speed airflow that flows from the opening above the supply hopper to the cavity through the supply hopper is then introduced. Even if this operation is repeated, the powder can be filled in the cavity with a high degree of honey as in the case of discharging and introducing air from the one opening described above.
[0009]
The feature of this air tapping method is that in addition to the powder being filled in the cavity in a short time, uniformly and densely, the cavity has many branches and has a complicated shape. In addition, the powder is conveyed to every corner of the cavity, and uniform and high-density powder filling can be achieved throughout the cavity.
[0010]
The inventors of the present invention have proposed applying the characteristics of the air tapping method to the RIP method. However, for many shaped cavities, when the filled powder is compressed by the RIP method and the cavity shape is restored during pressure reduction, the compressed powder has many cracks and cannot be taken out as a molded body. In many cases, there are many limitations on the shape of the molded body that can be molded.
[0011]
Therefore, the present inventor conceived to combine the powder filled in the cavity by the air tapping method with a method other than compression, and repeated the experiment to repeat the effectiveness of the present invention. The sex was confirmed. Thus, according to the present invention, it is possible to obtain a compact having a complicated shape without using a large amount of binder as in the PIM method. By heat-treating this powder compact, high-quality mechanical parts with complex shapes can be produced with high productivity.
[0012]
By the way, it has been experimentally found that, when powder is filled in a cavity having a complicated shape that is branched by an air tapping method, the powder is uniformly and densely filled throughout the cavity. It is to add a lubricant to the powder so that the air flows smoothly so that the powder is carried deep into the cavity. If the lubricity of the powder is not sufficient, it may be difficult to implement the present invention due to powder clogging at the branches of the cavity. When the powder itself is made of a material having lubricity (for example, Teflon powder), it is not necessary to add a lubricant separately. However, in many metal and ceramic powders, a lubricant such as a surfactant such as zinc stearate. Is added to the powder and rubbed onto the powder surface, and mixed well with stirring. In this way, a powder with high lubricity can be obtained. By using such a powder, even if the cavity is branched by the air tapping method, the powder is applied to every corner of the cavity. However, it is filled uniformly and at a high density, and thereafter, the molded body obtained by bonding the powder is subjected to a heat treatment (sintering or the like) to produce an extremely high quality machine part or the like.
[0013]
As the lubricant used in the present invention, all kinds of lubricants such as surfactants such as metal soap, waxes and greases can be used. However, since the powder is filled by air tapping, the type and amount of lubricant should be added so that even if lubricant is added to the base powder, the powder will not stick or harden so that air tapping will work effectively. It is necessary to decide. The added lubricant is also removed during the debinding process in the same manner as the binder. Considering the above, it is preferable to use a metal soap such as zinc stearate or magnesium stearate as the lubricant. The addition amount of the lubricant is 0.5 to 14% by volume, preferably 1 to 10% by volume.
[0014]
Next, the binder described above has the following forms.
(B) A powder having a melting point lower than that of the base powder (hereinafter, this powder is simply referred to as “binder powder”) is mixed with the base powder as a binder to prepare a mixed powder, and the mixed powder is filled into a mold. Then, after the mixed powder is filled in the mold, the mixed powder is subjected to heat treatment, only the binder powder is melted, the base powders are bonded through the melted binder powder, and the mold is cooled. The molded body is taken out from the mold.
(B) The particle surface of the base powder is coated with a binder, the coated base powder is filled into a mold, and then the coated base powder is appropriately treated, and the base powders are bonded to each other via the binder. Then, the molded body is removed from the mold.
As described above, a material having a lower melting point than the base powder is selected as the binder material. A resin is suitable as such a low melting point binder, and both a thermosetting resin and a thermoplastic resin can be used as the resin. However, a thermoplastic resin is superior as a binder material in order to produce a sufficient binding force with as little binder as possible. Furthermore, as will be described later, instant adhesives, UV curable adhesives, resins such as PVA and the like that have adhesiveness when given moisture are appropriately selected when taking powder bonding means other than heating, and are mixed as binder powders. Or coated on the particle surface of the base powder.
[0015]
As described above, the binder is only required to be able to withstand the handling by bonding the base powders. Therefore, the amount of the binder is about 40 to 50% by volume as in the PIM method described above. There is no need to do much. In the present invention, 4 to 20% by volume of the binder is sufficient. Moreover, even if it combines a binder and the lubricant mentioned above, 5-30 volume% may be sufficient, and in many cases, it can adjust to the range of 5-20 volume%. In this way, since the amount of binder is very small compared to the PIM method, the binder removal process does not take 2-3 days like the PIM method, and the binder removal process is completed within a few hours or less. can do. In the PIM method, since the amount of the binder is as large as 40 to 50% by volume, the PIM method cannot be applied to thick-walled products and large parts. When making thick or large parts by the PIM method, it takes too much time to remove the binder, the binder can be removed only incompletely, or the molded body expands during the removal of the binder, etc. There's a problem. In the present invention, since the amount of the binder is very small, it is possible to manufacture thick-walled products and large parts.
[0016]
In the PIM method, a kneaded product of a powder and a binder is melted and pressure is applied to the melt by an injection molding machine to form a molded body. Therefore, it is necessary to make a mold with a high-strength metal, Mold processing cost becomes enormous. Therefore, the manufacturing cost of final products such as various machine parts made by the PIM method increases. Furthermore, in the PIM method, since a molded body is manufactured by injection molding, the amount of the binder powder to be melted must be increased to 40 to 50% by volume to improve fluidity. It is necessary to remove such a large amount of binder before sintering. However, if a large amount of binder is removed quickly at a high temperature, the molded body is deformed or damaged. Accordingly, the binder removal processing time takes 2 to 3 days, and the productivity is very poor. In the present invention, the mold is filled in a powder state, and the amount of the binder can be greatly reduced as compared with the PIM method. Therefore, the debinding time can be shortened to the same extent as in the case of the ordinary compression molding method. . In addition, since the powder is excellent in fluidity, even when the mold cavity is complicated by air tapping, the powder can be filled into the cavity, and the mold can be formed in a split mold. A molded body having a complicated shape can be formed. Furthermore, in the present invention, the mold can be made of a material that is easy to process, such as a synthetic resin, not limited to metal, so that the mold can be easily and inexpensively manufactured, and the manufacturing cost of the final product can be greatly reduced. become.
[0017]
【Example】
Below, the Example of this invention is described using the example which uses binder powder as a binder and fills the mixed powder of base powder and binder powder in a mold. Further, the embodiment of the present invention is implemented using an example in which a molded body C having a structure in which the centers of three disk portions c1 to c3 are connected by two cylindrical portions c4 and c5 as shown in FIG. An example will be described.
[0018]
Reference numeral 1 denotes a hard mold made of hard synthetic resin, metal, hard rubber, or the like, and a cavity 2 is formed in the mold so that the molded body shown in FIG. 1 is formed. . The mold 1 in the present embodiment is formed as a bottomed substantially cylindrical body having an open top, and the two cylindrical portions c4 and c5 of the molded body C are formed from the inner peripheral surface 1a of the mold 1. Two annular portions 1b and 1c are projected. The mold 1 is divided into two split molds 1 ′ and 1 ″ in the longitudinal direction along the center of the mold 1 in order to take out the molded body C molded as described later from the mold 1. In addition, a concave portion 1e is formed on the bottom surface of the bottom portion 1d of each of the split molds 1 ′ and 1 ″. In the present embodiment, the recess 1 e is formed in an arc shape having a smaller radius than the outer diameter of the mold 1.
[0019]
Reference numeral 3 denotes a pair of moving blocks on which the divided split molds 1 ′ and 1 ″ arranged at predetermined intervals are respectively placed. The moving blocks include split molds 1 ′ and 1 ″. An inner convex portion 3a to be inserted into the concave portion 1e formed on the bottom portion 1d is formed, and an outer convex portion 3b having a side surface contacting the lower outer peripheral surface of the split molds 1 ′ and 1 ″ is formed. .
[0020]
4 is a table having a convex part 4a on which a part of the bottom part 1d of the split molds 1 ′ and 1 ″ is placed while being inserted into the gap between the pair of moving blocks 3 arranged at a predetermined interval. The movable block 3 is placed on the table member 4.
[0021]
A mold unit U is constituted by the mold 1 composed of the above-described split molds 1 ′ and 1 ″, the pair of moving blocks 3 and the table member 4.
[0022]
Next, the process of shape | molding the molded object C using the mold unit U mentioned above is demonstrated.
[0023]
In FIG. 4, reference numeral 5 denotes a cylindrical supply hopper placed on the upper surface of the mold 1, and a grid member 5 a is attached to the lower opening of the supply hopper 5. The grid member 5a is composed of parallel wires with constant intervals, a mesh with a constant eye size, a thin metal plate punched with many holes with a constant size, and the grid member 5a is an air tapping operation to be described later. At this time, the mixed powder (hereinafter, also simply referred to as “powder”) is allowed to pass through, but when the powder is supplied to the supply hopper 5 by a powder supply device (not shown), the supplied powder is It has a mesh size (interval between parallel wires and mesh size) that does not substantially pass through the grid member 5a.
[0024]
Powder p is supplied to the supply hopper 5 placed on the upper surface of the mold 1 of the mold unit U by a powder supply device (not shown). The amount of the powder p supplied to the supply hopper 5 is naturally equal to or more than the amount of the powder p filled in the cavity 2 of the mold 1, and preferably the powder p is fed into the cavity 2 of the mold 1 by air tapping. After charging, a large amount of powder p is left in the supply hopper 5. In addition, the supply hopper 5 containing the powder p can be configured to be placed on the upper surface of the mold 1 of the mold unit U in advance.
[0025]
Next, a cover member 6 provided with an air suction blow pipe 6a is placed over the upper opening of the supply hopper 5 placed on the upper surface of the mold 1 of the mold unit U. Thereafter, air in the supply hopper 5 is sucked through the air suction blow pipe 6a by a low-pressure and high-pressure generator (not shown) to bring the supply hopper 5 into a low-pressure state, and then the low-pressure and high-pressure generator Thus, the air is actively supplied into the supply hopper 5 through the air suction / intake pipe 6a to bring the supply hopper 5 into a high-pressure state, and this cycle is repeated several times. By such an air tapping process, as shown in FIG. 5, the powder p accommodated in the supply hopper 5 is filled into the cavity 2 of the mold 1 through the grid member 5a. Then, after the powder p is filled in the cavity 2 of the mold 1, as shown in FIG. 6, the lid member 6 is removed from the upper opening of the supply hopper 5, and the mold 1 filled with the powder p. When the supply hopper 5 is removed, the powder p filled in the cavity 2 of the mold 1 and the powder p remaining in the supply hopper 5 are separated by the grid member 5a.
[0026]
Next, the mold unit U having the mold 1 filled with the powder p is put into a heat treatment apparatus such as a furnace, and the powder p filled in the cavity 2 of the mold 1 is subjected to heat treatment. The heating temperature is a temperature at which the base powder does not melt but the binder powder melts. By heating the powder p filled in the mold 1 placed in the heat treatment apparatus to such a temperature, the resin liquid in which the binder powder is melted is spread between the base powders. After performing the heat treatment for a predetermined time, the mold unit U is taken out from the heat treatment apparatus, and the mold unit U is cooled. The cooling of the mold unit U may be natural cooling in which the mold unit U is cooled at room temperature, or forced cooling in which cooling air is forcibly applied to the mold unit U.
[0027]
Next, as shown in FIG. 7, a suction pad v1 of a vacuum suction device V1 that can be moved up and down by a driving device such as a cylinder device (not shown) is brought into contact with the upper surface of the molded body C in the mold 1. Then, the vacuum suction device V1 is operated to cause the compact C to be attracted to the suction pad v1. Before and after the suction operation of the molded body C by the vacuum suction device V1, a vacuum suction device V2 that can be moved in the left-right direction on a peripheral surface of the pair of moving blocks 3 by a driving device such as a cylinder device (not shown). The suction pad v2 is abutted and the vacuum suction device V2 is operated to attract the moving block 3 to the suction pad v2.
[0028]
Next, the driving device of the vacuum suction device V2 is operated, and the pair of moving blocks 3 sucked and held by the suction pad v2 of the vacuum suction device V2 are moved on the table member 4 in directions away from each other. The inner convex part 3a of the moving block 3 moves the split molds 1 ′, 1 ″ inserted in the recesses 1e formed in the bottom part 1d of the split molds 1 ′, 1 ″ in a direction away from each other. . After the annular portions 1b and 1c of the mold 1 exit from the gap formed between the disk portions c1 to c3 of the molded body C, the driving device of the vacuum suction device V2 is stopped and the movement of the moving block 3 is stopped. . Thereafter, the driving device of the vacuum suction device V1 is operated, and the molded body C sucked and held by the suction pad v1 of the vacuum suction device V1 is moved in the front-rear direction relative to the upper side or the paper surface of FIG. The molded body C is taken out from the mold 1.
[0029]
The molded body C taken out by the vacuum suction device V1 is sent to a debinding process in order to remove the binder resin in which the binder powder is melted contained in the molded body C, and is subjected to a debinding process to obtain a component, etc. The desired final product will be manufactured.
[0030]
On the other hand, with respect to the mold unit U, the driving device of the vacuum suction device V2 is operated again, and the pair of moving blocks 3 sucked and held by the suction pad v2 of the vacuum suction device V2 move toward each other. 2, the split molds 1 ′ and 1 ″ are brought into contact with each other. Next, the operation of the vacuum suction device V2 is stopped, and the suction block v2 is sucked and held by the suction pad v2. While releasing, the drive device of the vacuum suction device V2 is appropriately operated to return the vacuum suction device V2 to the standby position away from the mold unit U.
[0031]
FIG. 9 shows a mold unit U having a mold 1 filled with powder p, a powder t filling process, an air tapping process, and a powder p filling process through a supply hopper 5 to the cavity 2 of the mold 1 of the mold unit U described above. The manufacturing process of the molded object as an example which performs the heat-processing process and the taking-out process of the molded object from the mold 1 of the mold unit U, etc. continuously is shown.
[0032]
As shown in FIG. 2, the mold unit U in which the cavity 2 of the mold 1 is not filled with the powder p is placed on an appropriate conveying device T such as a conveyor belt or a roller conveyor that runs intermittently or continuously. 9 and conveyed rightward in FIG. 9 (step I). In FIG. 9, a roller conveyor t <b> 1 that is rotationally driven by a drive device (not shown) is shown as the transport device T.
[0033]
Next, the roller conveyor t1 that is rotationally driven causes the stopper S1 to advance into the travel path of the mold unit U that is conveyed in the right direction in FIG. Stop. In this manner, with the mold unit U stopped, the supply hopper 5 is placed on the mold 1 of the mold unit U as shown in FIG. (Step II).
[0034]
Next, the stopper S <b> 1 is retracted from the travel path of the mold unit U, and the mold unit U on which the supply hopper 5 is placed is moved by the transport device T. Thereafter, the stopper S2 is advanced into the travel path of the mold unit U, the mold unit U is stopped at the position where the powder supply device A is disposed above, and the powder is supplied from the powder supply device A to the supply hopper 5. Supply (step III).
[0035]
Next, the stopper S2 is retracted from the travel path of the mold unit U, and the mold unit U on which the supply hopper 5 containing powder is placed is moved to the air tapping process position, and reaches the air tapping process position. Then, the stopper S3 is advanced, the stopper S3 is brought into contact with the mold unit U, and the mold unit U is stopped (step IV). The supply hopper 5 placed on the mold unit U stopped at the position of the air tapping process is covered with the lid member 6 on which the air suction blow pipe 6 a is disposed, and the above-described air tapping is performed to be accommodated in the supply hopper 5. The powder p is filled into the cavity 2 of the mold 1 through the grid member 5a. After the powder 2 is filled in the cavity 2 of the mold 1, the lid member 6 and the supply hopper 5 are removed. The removal of the supply hopper 5 can also be performed at the following position different from the removal position of the lid member 6.
[0036]
Next, the stopper S3 is retracted from the travel path of the mold unit U, and the mold unit U in which the powder 2 is filled in the cavity 2 of the mold 1 is carried into the tunnel-shaped heat treatment apparatus H (step V), As described above, the binder powder is melted, and the resin liquid in which the binder powder is melted is spread between the base powders.
[0037]
Next, the mold unit U coming out of the heat treatment apparatus H is naturally cooled or forcibly cooled, and then the mold unit U is brought into contact with the stopper S4 to stop the mold unit U, and the upper surface of the molded body C in the mold 1 is stopped. Then, the suction pad v1 of the vacuum suction device V1 is contacted, and the moving block 3 is suctioned to the suction pad v2 of the vacuum suction device V2 (step VI).
[0038]
Next, the driving device of the vacuum suction device V2 is operated to move the split molds 1 ′, 1 ″ in directions away from each other, and the annular portions 1b, 1c of the mold 1 are moved to the disk portion c1 of the molded body C. After discharging from the gap formed between c3 to c3, the driving device of the vacuum suction device V2 is stopped to stop the movement of the moving block 3, and then the driving device of the vacuum suction device V1 is operated to perform vacuum suction. The molded body C sucked and held by the suction pad v1 of the device V1 is taken out from the mold 1.
[0039]
Next, the driving device of the vacuum suction device V2 is operated again, and the pair of moving blocks 3 sucked and held by the suction pad v2 of the vacuum suction device V2 are moved toward each other. '1' are brought into contact with each other, and thereafter, the operation of the vacuum suction device V2 is stopped, the suction holding of the moving block 3 by the suction pad v2 is released, and the driving device of the vacuum suction device V2 is appropriately operated. Then, the vacuum suction device V2 is returned to the standby position away from the mold unit U (step VII).
In this manner, the molded body C is taken out from the mold 1 and the mold unit U in which the split dies 1 ′ and 1 ″ are brought into contact with each other is returned to the step I in FIG. 9. On the other hand, it is taken out by the vacuum suction device V1. The molded body C is sent to the binder removal process to remove the binder resin in which the binder powder contained in the molded body C is melted, and is subjected to the binder removal process to produce a desired final product such as a part. Is done.
[0040]
In the embodiment described above, an example is shown in which the mold 1 made of the split molds 1 ′, 1 ″ is held by the pair of moving blocks 3 and the table member 4. However, the mold made of the split molds 1 ′, 1 ″ is shown. 1 can be held by a pedestal having a recess into which the lower part of the mold 1 can be fitted, or can be configured so that the split molds 1 ′, 1 ″ are not separated by tightening with a band or the like. Of course, it is not necessary to divide the mold 1, and when the mold 1 is formed integrally, there is no need to use the holding means as described above.
[0041]
The size of the molded body C shown in FIG. 1 formed in the above-described embodiment is as follows: the outer diameters of the disk portions c1 to c3: 40 mm, the thickness: 10 mm, and the outer diameters of the columnar portions c4 and c5: 20 mm, its length: 10 mm. The base powder used is iron powder, its average particle size is 50 μm, and its amount is 90% by volume. The used binder powder is an epoxy resin powder having a melting point of 65 ° C., and its amount is 8% by volume. In addition, 2 volume% magnesium stearate powder was added as a lubricant. The above iron powder, epoxy resin powder and magnesium stearate powder were sufficiently mixed with a rocking mixer to prepare a mixed powder.
[0042]
Using the above-mentioned mixed powder, the compact C shown in FIG. 1 was molded by the powder molding method described above. The molded product taken out by splitting the split molds 1 ′ and 1 ″ does not crack or chip, and the molded product has sufficient strength to withstand various handling in the transport process, the binder removal process, and the like. In addition, the time required for the debinding process was about 2 hours, which was significantly reduced as compared with the debinding process time in the MIM or PIM method.
[0043]
In the above-described embodiments, the powder molding method of the present invention has been described using an example in which a mixed powder consisting of at least a base powder and a binder powder is filled in a mold. However, the base powder is coated with a resin, The base powder is bonded by filling the mold with the coated base powder and then heat treating the mold filled with the resin-coated base powder as described above to melt the coated resin. It can also be configured to. As described above, as the resin at this time, a thermoplastic resin is more suitable than a thermosetting resin.
[0044]
Instead of the above-described heat treatment using a furnace or the like, high-frequency heating means using high-frequency can be used. As high-frequency heating means, high-frequency induction heating using the fact that a magnetic material generates heat by a high-frequency magnetic field of a frequency of 300 K to 3 MHz due to hysteresis loss and the Joule effect of eddy current, self-heating due to dielectric loss at a high frequency of 3 to 30 MHz. There are high-frequency dielectric heating using a microwave and microwave heating used in a microwave oven.
[0045]
In the above-described embodiment, at least the mixed powder containing the base powder and the binder powder is filled in a mold having a cavity, and then the base powder is filled in the mold in which the mixed powder is filled in the cavity. Is not melted, but an example in which the binder powder is melted by performing a heat treatment at a temperature at which the binder powder melts, and the base powders are bonded to each other through the melted binder powder. By using such means, the base powders are bonded to each other, so that the molded product taken out from the mold is not cracked or chipped, and shape retention can be imparted so that it can be easily handled.
[0046]
Base powder coated with instant adhesive that hardens by adding moisture to base powder that does not contain any moisture, and adds base adhesive that cures by applying moisture as binder. In a very low humidity atmosphere as described above. Next, a moisture-containing gas (air or N2 gas) is blown into the base powder filled in the mold, and the instantaneous adhesive coated with the moisture and cured by applying moisture is cured. The base powders can be bonded to each other, and shape retention can be imparted to the molded body taken out from the mold.
[0047]
An adhesive that cures when irradiated with ultraviolet rays is added as a binder to the base powder, and the base powder is coated with the adhesive. Next, a base powder coated with an adhesive that cures when irradiated with ultraviolet rays is filled into a mold made of a transparent material that can transmit ultraviolet rays. Thereafter, the mold filled with the base powder is irradiated with ultraviolet rays to cure the adhesive, bond the base powders together, and impart shape retention to the molded body taken out of the mold.
[0048]
In addition, a substance that exhibits an adhesive effect when moisture is contained, such as PVA (polyvinyl alcohol) as a binder, is mixed with the base powder in a powder state. A mixed powder of a substance powder that exhibits an adhesive effect when it contains moisture and a base powder is filled in the mold in a dry state, and then the moisture is blown into the mixed powder filled in the mold. The base powders are bonded to each other by exhibiting the adhesive effect of the substance that expresses.
[0049]
Furthermore, after filling the mold with the base powder without using a binder, the base powder is subjected to heat treatment to such an extent that the base powder is slightly sintered or welded, and the base powders are bonded to each other. Thereafter, the molded body can be produced by removing the molded body from the mold. If the base powder is heated too high while the base powder is filled in the mold, the powder will be sintered too much or the powder will melt, and the powder compact will be broken in the mold. The desired molded body cannot be taken out.
[0050]
【The invention's effect】
Since this invention has the structure demonstrated above, there exists an effect described below.
[0051]
Compared to the conventional compression molding method, the shape flexibility that can be molded is much wider, and it has become possible to produce net-shaped products with complex shapes. In addition, compared with the MIM method and PIM method that are expected as means for producing complex shaped products, the method of the present invention requires a much smaller amount of binder that needs to be added to the powder. And a long debinding time which is a problem in the PIM method can be greatly shortened. Therefore, the productivity of the present invention is greatly improved, and it is difficult to remove the binder by the MIM method and the PIM method, so that it is possible to produce large articles and thick-walled complicated shapes that were difficult to apply by the method of the present invention. Became.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of a molded body as an example molded by the powder molding method of the present invention.
FIG. 2 is a vertical sectional view of a mold unit used to mold the molded body shown in FIG.
FIG. 3 is a plan view of the mold unit shown in FIG. 2;
4 is a vertical sectional view of a mold unit and a supply hopper that are used to mold the molded body shown in FIG. 1. FIG.
FIG. 5 is a vertical sectional view of a mold unit, a supply hopper and a lid member used for forming the molded body shown in FIG. 1;
FIG. 6 is a vertical sectional view of the mold unit in a state filled with powder.
FIG. 7 is a vertical sectional view of a mold unit for explaining a step of taking out a molded body.
FIG. 8 is a vertical sectional view of a mold unit for explaining a step of taking out the molded body in the same manner.
FIG. 9 is a schematic process diagram for explaining a molded body molding step of the powder molding method of the present invention.
[Explanation of symbols]
C ......... Molded body
U ... Mold unit
1 ... Mold
3 ......... Movement block
4 .... Table material
5 .... Supply hopper
6 ..... Lid member

Claims

A step of filling at least a mixed powder of a base powder and a binder powder substantially constituting the final product by air tapping into a mold constituting a mold unit conveyed by a conveying device; The mold unit is carried into a heat treatment apparatus and subjected to heat treatment, whereby the binder powder is melted, and the base powders are bonded to each other through the binder powder to form a molded body, and A powder molding method comprising: a step of cooling a mold unit carried out from a heat treatment apparatus; and a step of taking out the molded body from a mold constituting the mold unit .

The powder molding method according to claim 1, wherein a lubricant is added to the mixed powder .