JP4207355B2 - 凹部を有する金属粉末成形体の成形方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は，金属粉末射出成形法により，凹部を有する金属粉末成形体を製造する方法に関する。
【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，まず金属粉末をバインダと混合して流動性を持たせて，これを射出成形する。次いで，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成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，有底あるいは貫通した凹部を成形材料の射出方向と交差する方向に設けた金属粉末成形体を成形する場合には，上記凹部に対応する入れ子を金型のキャビティ内に配置しておき，キャビティ内に成形材料を射出成形する。そして，得られた成形体を金型から離型すると共に入れ子を成形体から取り外すことにより上記凹部を有する金属粉末成形体が得られる。
【０００４】
【解決しようとする課題】
ところで，上記入れ子を用いて射出成形する場合には，この入れ子の周囲を横切るように分岐して成形材料が流動する。そして，分岐した成形材料は入れ子の奥側において再び会合する。このような会合部分近傍においては，上記成形材料中のバインダと金属粉末との分離が起こり，バインダが表面側に滲み出したり，境界部分が不連続になったりする場合がある。
このような場合には，次の脱脂工程および焼成工程を行った後に得られた焼結体において，上記会合部分近傍に窪み等が発生し，外観上および強度上の不具合が生じるという問題がある。
【０００５】
具体例を，図９，図１０に示す。成形体９１，９２は，矢印Ａ方向に成形材料を射出して成形したものを焼結させたものである。これらは，底部９１２を有する有底の円形凹部９１１，貫通した円形凹部９２１をそれぞれ有する。これらの射出成形時においては，上述したバインダの滲み出しが凹部９１１，９２１の奥（成形材料の流れ方向の下流側）に生じた。これを脱脂，焼成した結果，同図に示すごとく，成形体９１，９２には，凹部９１１，９２１の奥側に窪み９９が形成された。この場合には，窪み９９の存在が，外観上および強度上において問題となる。
【０００６】
本発明は，かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので，凹部を有する金属粉末成形体を高い品質で精度よく成形することができる成形方法を提供しようとするものである。
【０００７】
【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，有底あるいは貫通した凹部を上記成形材料の射出方向と交差する方向に設けてなる金属粉末成形体を成形する方法において，
上記成形材料を射出するキャビティと，該キャビティ内において進退可能に配設された上記凹部形成用の入れ子とを有する金型を用い，
上記キャビティ内への上記成形材料の射出を開始する際には，上記入れ子を後退させておき，上記成形材料の射出開始後，該成形材料が上記キャビティ内の上記入れ子の進入予定部を通過した後であって，射出成形中に上記入れ子を前進させて上記凹部を形成することを特徴とする凹部を有する金属粉末成形体の成形方法にある。
【０００８】
本発明において最も注目すべきことは，上記キャビティ内において進退可能な入れ子を有する金型を用いると共に，後退させておいた入れ子を射出成形中に前進させることである。上記入れ子の後退位置としては，例えば入れ子の周囲のキャビティ面とほぼ同一面上の位置が最も好ましい。
【０００９】
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，まず，上記入れ子を本来凹部を形成するために配置される所定位置よりも後退させる。次いで，この状態で，上記成形材料をキャビティ内に射出する。そして，成形材料が入れ子の進入予定部，すなわち後退している入れ子の前方を通過した後に，入れ子を所定の位置まで前進させる。
【００１０】
上記の入れ子の前進を行う前においては，入れ子という障害物が無いので，入れ子の進入予定部においても上記成形材料がスムーズに流動し，充填されていく。そして，入れ子の前を成形材料が通過した後，即ち，入れ子の前方に成形材料が存在している状態で，入れ子をキャビティの内方に前進させる。これにより，成形材料には，入れ子の進入した部分に凹部が形成される。なお，成形材料の射出停止のタイミングとしては，金型形状等に応じて最適なタイミングを選択することができ，入れ子の前進動作前に終了させてもよいし，入れ子の前進中或いは前進動作完了後に終了させてもよい。
【００１１】
ここで重要なことは，上記凹部の形成は，従来のような成形材料の分岐およびその後の会合を必要としないことである。そのため，従来の分岐および会合に起因するバインダの滲み出し等の問題を確実に防止することができる。それ故，バインダ滲み出し部分が脱脂，焼成工程後において窪み等の不良部分となる不具合も確実に防止することができる。
【００１２】
したがって，本発明によれば，凹部を有する金属粉末成形体を高い品質で精度よく成形することができる成形方法を提供することができる。
【００１３】
次に，請求項２の発明のように，上記射出成形時には，上記入れ子の温度を，上記金型の温度よりも高くしておくことが好ましい。この場合には，上記入れ子を前進させる際にこれに接触する成形材料を高温に維持して流動性を維持することができ，上記凹部の形成を精度よく行うことができる。
【００１４】
また，請求項３の発明のように，上記入れ子の前進は，上記キャビティ内へ射出された上記成形材料の射出量が所定量を超えた際に開始することが好ましい。即ち，上記入れ子の前進のタイミングを，上記成形材料の射出量により制御することが好ましい。この場合には，入れ子の進退動作制御を簡単に行うことができる。なお，射出量は，流量計により直接測定する方法以外に，スクリュ位置により定める方法，射出時間と射出量との関係を予め求めておき時間により求める方法，キャビティ内に成形材料を検知するセンサを設けておき，成形材料の到達位置により求める方法等種々の方法をとることができる。
【００１５】
また，請求項４の発明のように，上記金型には，上記キャビティ内における上記入れ子の進入予定部を上記成形材料が通過したことを検知するセンサを設けてあることが好ましい。この場合には，上記入れ子の進入予定部に成形材料が存在することを直接的に把握することができ，入れ子の前進動作タイミングをより最適な状態にすることができる。
また，請求項５の発明のように，上記センサは，上記入れ子の先端部に設けた圧力センサとすることができる。
【００１６】
【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凹部を有する金属粉末成形体の成形方法につき，図１〜図４を用いて説明する。
本例の成形方法は，金属粉末とバインダとを混合させた成形材料１０を型内に射出成形する金属粉末射出成形法により，有底の凹部３１を上記成形材料１０の射出方向（矢印Ａ）と交差する方向に設けてなる金属粉末成形体１（以下，適宜，成形体１という）を成形する方法である。
【００１７】
上記金属複合成形体１は，図４に示すごとく，立方体形状を有していると共にその上面１１の中央部に厚みの半分の深さを有する円形の凹部３１を設けたものである。凹部３１は底部１９を有しており，貫通はしていない。
この成形体１の成形材料としては，ＳＵＳ３１６Ｌ材料よりなる金属粉末とバインダとの混合物を用いた。
【００１８】
また，本例における金型８としては，図１〜図３に示すごとく，成形材料１０を射出するキャビティ７と，キャビティ７内において進退可能に配設された凹部形成用の入れ子８１とを有するものを用いた。成形材料を射出するゲート８９は，図１〜図３に示すごとく，凹部３１の形成方向に対して直交する方向の位置に設けてある。なお，本例では，充填した成形材料１０が入れ子８１に接して硬化しないように，入れ子８１の温度を１２０℃に保持して金型８の温度よりも高くしておいた。
【００１９】
そして，図１に示すごとく，キャビティ７内への成形材料１０の射出を開始する際には，入れ子８１をその周囲のキャビティ面と同一面上の位置まで後退させておく。
次いで，図２に示すごとく，成形材料１０の射出開始後，成形材料１０がキャビティ７内の入れ子８１の進入予定部を通過させる。その後，図３に示すごとく，上記入れ子８１を前進させて凹部３１を形成する。
【００２０】
上記入れ子８１の前進は，キャビティ７内へ射出された成形材料の射出量が所定量を超えた際に開始した。具体的には，上記所定量としては，成形材料１０が入れ子８１の前方にまで充填されうる量とした。また，その所定量が射出されたことを把握する方法としては，射出成形機から検出される射出開始信号を基準とした射出時間を用いた。即ち，上記所定量が射出完了されるまでの時間を予め実験的に求めておき，その時間が経過した際に上記入れ子８１の前進動作を行った。
【００２１】
次いで，上記入れ子８１の前進動作完了後においても成形材料１０の射出をしばらく続け，キャビティ７内の圧力を十分に高めた後，成形材料１０の射出を停止した。
得られた成形体１は，図４に示すごとく，バインダの滲みだし等の欠陥がない健全な状態で得られた。
この成形体１を脱脂，焼成した結果，窪み等のない優れた形状を有する焼結体が得られた（図示略）。
【００２２】
このように優れた形状の成形体１が得られたのは，上記のごとく，入れ子８１を進退可能に設けておき，これを射出成形中に上記タイミングで前進させたためである。
即ち，入れ子８１の前進を行う前においては，入れ子８１という障害物が無いので，図２に示すごとく，入れ子８１の進入予定部においても成形材料が分岐することなくスムーズに流動し，充填されていく。
【００２３】
そして，入れ子８１の前方に成形材料が存在している状態で，入れ子８１をキャビティ７の内方に前進させることにより，成形材料１０には，入れ子８１の進入した部分に凹部３１が形成される。
このように，上記凹部３１の形成には，成形材料１０の分岐およびその後の会合を全く必要としない。それ故，上記のごとく，バインダ滲み出し部分の形成，その後の窪みの形成等の不具合を確実に防止することができる。
【００２４】
実施形態例２
本例は，図８に示すごとく，立方体形状を有していると共にその上面２１の中央部に裏面まで貫通した円形の凹部３２を設けた成形体２を成形する例である。
【００２５】
本例においては，実施形態例１と同様の金型８において，入れ子８１の進退ストロークを長くしたものを用いる。
そして，図５に示すごとく，キャビティ７内への成形材料２０の射出を開始する際には，入れ子８１をその周囲のキャビティ面と同一面上の位置まで後退させておく。
【００２６】
次いで，図６に示すごとく，成形材料２０の射出開始後，成形材料２０がキャビティ７内の入れ子８１の進入予定部を通過させる。その後，図７に示すごとく，上記入れ子８１を前進させて凹部３２を形成する。
次いで，上記入れ子８１の前進動作完了後においても成形材料２０の射出をしばらく続け，キャビティ７内の圧力を十分に高めた後，成形材料２０の射出を停止した。その他は実施形態例１と同様である。
【００２７】
本例において得られた成形体２も，図８に示すごとく，バインダの滲みだし等の欠陥がない健全な状態で得られた。
この成形体２を脱脂，焼成した結果，窪み等のない優れた形状を有する焼結体が得られた（図示略）。
その他は実施形態例１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，成形材料の射出を開始した状態を示す説明図。
【図２】実施形態例１における，成形材料が入れ子の進入予定部を通過した状態を示す説明図。
【図３】実施形態例１における，入れ子を前進させて凹部を形成した状態を示す説明図。
【図４】実施形態例１における，金属粉末成形体の斜視図。
【図５】実施形態例２における，成形材料の射出を開始した状態を示す説明図。
【図６】実施形態例２における，成形材料が入れ子の進入予定部を通過した状態を示す説明図。
【図７】実施形態例２における，入れ子を前進させて凹部を形成した状態を示す説明図。
【図８】実施形態例２における，金属粉末成形体の斜視図。
【図９】従来例における，金属粉末成形体の斜視図。
【図１０】従来例における，金属粉末成形体の斜視図。
【符号の説明】
１，２．．．金属粉末成形体，
１０，２０．．．成形材料，
３１，３２．．．凹部，
７．．．キャビティ，
８．．．金型，
８９．．．ゲート，

Claims (5)

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，有底あるいは貫通した凹部を上記成形材料の射出方向と交差する方向に設けてなる金属粉末成形体を成形する方法において，
   上記成形材料を射出するキャビティと，該キャビティ内において進退可能に配設された上記凹部形成用の入れ子とを有する金型を用い，
   上記キャビティ内への上記成形材料の射出を開始する際には，上記入れ子を後退させておき，上記成形材料の射出開始後，該成形材料が上記キャビティ内の上記入れ子の進入予定部を通過した後であって，射出成形中に上記入れ子を前進させて上記凹部を形成することを特徴とする凹部を有する金属粉末成形体の成形方法。
2. 請求項１において，上記射出成形時には，上記入れ子の温度を，上記金型の温度よりも高くしておくことを特徴とする凹部を有する金属粉末成形体の成形方法。
3. 請求項１又は２において，上記入れ子の前進は，上記キャビティ内へ射出された上記成形材料の射出量が所定量を超えた際に開始することを特徴とする凹部を有する金属粉末成形体の成形方法。
4. 請求項１又は２において，上記金型には，上記キャビティ内における上記入れ子の進入予定部を上記成形材料が通過したことを検知するセンサを設けてあることを特徴とする凹部を有する金属粉末成形体の成形方法。
5. 請求項４において，上記センサは，上記入れ子の先端部に設けた圧力センサであることを特徴とする凹部を有する金属粉末成形体の成形方法。

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