JPH01268805A - 微小部品を製作するための型の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は非常に微小な部品、即ちその一つの寸法が数止
を越えない部品を製作するための型を得る方法に関する
。

特に、本発明は射出成形によってクォーツ腕時計のモー
タアセンブリ用のマグネットロータを製作するための型
を得るのに好適な方法である。

以下の説明は、例示としてクォーツ腕時計のマグネット
ロータ製作用の型を得る方法について述べる。しかし、
本発明はこの特別の型に限定されるものではなく、如何
なる形状の微小な部品を製作するための型にも適用可能
な点に留意されたい。

〔従来の技術〕 クォーツ腕時計用のマグネットロータは、円盤型のマグ
ネットと射出成形された部分とからなっている。この部
分はマグネットのケーシングとなる円筒形のハウジング
と、歯車１段部、枢軸を含む上部軸と、段部と枢軸を含
む下部軸とを具えている。このマグネットロータは、約
３ｍｍの軸長と、ハウジング用の約２胴の直径とを有す
る。歯車の直径は約０．５〜１ｍｍの範囲にあり、枢軸
は０．１ｍｍ程度の直径となっている。

マグネットロータは射出成形によって得られる。

従来技術によれば、この型は金属ブロックのスパーク加
工又は放電加工によって形成される。

これらの技術によって得られる切削精度は、マグネット
ロータの歯車の歯型用のキャビ型等の小さい寸法の型を
製作するのには充分なものである。

しかし、この技術によって得られるのは、直線の列で形
成された断面形状を有する簡単な輪郭のキャビ型のみで
ある。

歯車の歯は、噛み合いを良好にするためにハイポイド型
の複雑な輪郭を有することが知られている。このため、
この公知の技術を用いる場合には、解決すべき問題点が
存在する。

本発明の目的は、この問題点を解決することにある。特
に、本発明は、１報以下の直径の歯車の複雑な輪郭を有
する歯を有するクォーツ腕時計用のマグネッ）ｏ−夕を
製作するための型を得ることが可能である。広義には、
本発明は、複雑な輪郭を有するｌ　ｍｍ以下のサイズの
寸法の微小部品を製作するための型を得ることを目的と
する。

本発明の方法は、製造されるべき部品の形状をしたマ）
　ＩＪフックス上少なくとも１種類の金属を含む粉末（
本明細書中では金属粉末と称する）を型取りして形成し
、次いで焼結して型を得るやり方である。

本発明の方法は、焼結金属粉末から部品を製作する公知
の方法とは全く異なったものである。本発明の特徴は、
マトリックスを機械加工して型の逆型を製作し、次に、
型を得るために前記マトリックスの逆型を形成する点に
存する。この二段階の作業によって、加工が容易なレリ
ーフされた部分（マ）　ＩＪッタス）の上に型の形状を
写すことが可能となる。一方、従来技術の場合には、型
はマトリックスに孔をあけて作られた空洞として直接に
得られる。

〔発明の概要〕

更に詳しく述べれば、本発明の目的は、非常に微小な寸
法の部品を製作すること意図した型を得る方法であり、
製作されるべき部品の形状と寸法となるように組み立て
られる一つ又は数個の型のシェルを具え、 一部なくともその一部が所望のシェルの逆型の形状を有
し、該部分がシェルの寸法より僅かに大きい寸法を有す
る硬い材料のマ）　ＩＪフックス機械加工し、 一前記マトリックスをキャビ型内にセットして、金属粉
末と結合剤とからなる混合物を前記キャビ型内に注入し
て前記シェルの素材を形成し、−加熱によって結合剤を
除去し、該素材に焼結処理を行う ステップによって各シェルを製作することからなる。

本発明の方法においては、型を製作するのに採用される
マトリックスは、焼結処理の際にシェルが受ける収縮を
考慮に入れて、目的とする部品の寸法よりも大きい寸法
を有する。この収縮は、結合剤と金属粉末との比率によ
って精密に規定されることが判っている。好適態様によ
れば、目的とするものよりも５〜２５％大きい寸法のシ
ェルに相当するマトリックスが使用される。

型を形成するのにマトリックスを使用すると、輪郭転回
（ｐｒｏｆｉｌｅ　ｔｕｒｎｉｎｇ）等の技術を使うこ
とができるので、スパーク加工や放電加工よりも解像度
を良くすることができる利点がある。解像度の向上は、
マ）　ＩＪフックス目的とする部品よりも大きな寸法を
持っていると云う単純な事実からも得られる。このよう
に、本発明の方法によれば、複雑な輪郭を有する微小パ
ターンを得ることが可能である。

本発明の特徴と利点は、図面に示された好適実施例によ
って更に明らかとなるであろう。

〔実施例〕

第１ａ図〜第１ｄ図は、単一のマ）　ＩＪラックスら得
られる型の場合についての本発明方法の各ステップを示
す。第１段階は、支持体１０２と、製作されるべき部品
の形状をなし且つ該部品の寸法より僅かに大きい寸法を
有する部分１０４を含む第１ａ図に示されたようなマ）
　ＩＪフックス００を形成するものである。このマ）　
ＩＪフックス００はスチール等の硬い材料のブロックを
機械加工することによって作られることが望ましい。

方法の第２段階は、このマトリックスから型の素材を得
ることである。そうするためには、第１ｂ図に示すよう
に、マトリックス１００の部分１０４は二つのエレメン
ト１０８と１１０を組み立てて形成されたキャビ型１０
６内に設置される。

マトリックス１００はその支持体１０２によってキャビ
型内に保持される。エレメント１０８に設けられたオリ
フィス１１２によって、金属粉末と結合剤との混合物が
キャビ型に注入される。

このようにして第１Ｃ図に示されるような型素材１１６
が得られる。この型には、機械加工により、又はマトリ
ックス１００とキャビ型の縁部との間のキャビ型１０６
内にステム１１４を設置することにより、チャンネル１
１８を設けることもできる。このようなステムはマトリ
ックス１００の一体化部分として形成されたり、又はエ
レメント１１０の表面隆起によって形成されてもよい。

方法の第３段階は、第１ｄ図に示されるように、型素材
１１６を炉１２０の内部にセントするものである。この
段階で、結合剤は加熱によって除去され、型素材は焼結
される。この処理中に生じる型素材の収縮によって、目
的とする部品に対して大きめに設定された初期の型の寸
法が補償される。

第１ｅ図は本発明方法によって得られた型の使用法を示
している。この型１１６はカバー１２２と組み立てられ
、目的とする部品の形状・寸法を有するキャビ型１２４
を形成する。ゲート即ちチャンネル１１８を通じてこの
キャビ型内に部品の製作用の材料が注入される。

一例として、本発明方法によってクォーツ腕時計用のマ
グネットロータを製作するための型を得るやり方を次に
説明する。

このようなマグネットロータは第２ａ図と第２ｂ図に符
号２で示されている。

こ゛のマグネットロータは、円盤状のマグネット４と三
つの部品からなる成形部分とで構成されている。この三
つの部品とは、マグネット４を収容するための円筒状の
ハウジング６と、歯車１０゜段部１２．枢軸１４を具え
た上部軸８と、段部１８、枢軸２０を具えた下部軸１６
である。マグネット４．ハウジング６及び軸８，１６は
同軸に配置されている。ハウジング６は、次に述べるよ
うに型の部分に対応した一つ又は数個の凹部２２を具え
、部位２を射出成形する際にマグネット４を所定の位置
に維持する機能を持たせている。

第２ａ図と第２ｂ図に示すマグネットロータは、約３ｆ
ｆｌＩＩｌの軸長と約２ｍｍの直径とを有する。枢軸１
４．２０は約０．１　ｍｍの直径を有し、歯車１０の歯
２４は０．１　ｍｍのオーダーの深さを有する歯型を形
成している。

このマグネットロータ製作用の型は、本発明方法によっ
て３段階で形成される。第１段階は、それぞれ目的とす
る部品の部分に相当する１個又は数個のマトリックスを
得ることにある。第２ａ図と第２ｂ図に示されたマグネ
ットロータの場合には、第３ａ図と第３ｂ図に示される
ような二つのマトリックスを用いることが望ましい。こ
れらのマ）　ＩＪフックス、それぞれ、ロータの軸に垂
直にマグネット４を実質的に等しい部分に分割する平面
に対して上と下にある部分に相当する。

第３ａ図は、マグネットロータの上半分に相当するエレ
メントを支持体２８上に具えた上部マトリックス２６の
側面図である。この上部マトリックス２６は、スチール
等の硬い材料を機械加工して作られ、支持体２８上に中
空部３２と張り出し部３４とを有する略円筒形をなすエ
レメント３０を具えている。こうしてエレメント３０は
ハウジング６とマグネット４の外形を有する。このエレ
メント３０の上には歯車３６１段部３８．枢軸４０が機
械加工によって設けられている。

焼結時の型の収縮を考慮に入れて、上部マトリックス２
６は目的とするマグネットロータの寸法より僅かに大き
く作られる。目的とする部品の寸法に対するマ）　ＩＪ
フックス寸法の比率は１．０５〜１．２５の範囲であり
、特に１．１５程度が好ましい。

第３ａ図には目的とするマグネットロータの寸法が点線
４２で示されている。

第３ｂ図は、マグネットロータの下半分に相当する下部
マトリックス４４の側面図を示す。このマトリックスは
、ハウジング６とマグネット４の外形の半分を形成する
中空部３２と張り出し部３４、段部４８並びに枢軸５０
を具えたエレメント３０が機械加工によって作られてい
る支持体４６を含んでいる。上部マ）　ＩＪフックス６
と同じように、下部マトリックス４４は目的とするマグ
ネットロータの寸法よりも僅かに大きく作られている。

比較のために、マグネットロータの下半分が点線５２で
示されている。

各マトリックスは金属ブロック等の硬い材料のブロック
を機械加工して得られる。この機械加工は公知の技術に
よって行われるが、特に輪郭転回（ｐｒｏｆｉｌｅ　ｔ
ｕｒｎｉｎｇ）等によってなされることが好ましく、こ
れによれば歯の深さが０．１　ｍｍ以下の細かい歯車の
歯型に対応する複雑な輪郭をも得ることができる。

目的とする部品に対応するマトリックスの作製は、本発
明方法の第１段階である。次の段階は、これらのマ）　
ＩＪフックス包含するキャビ型内に金属粉末を注入して
各シェルの素材を得ることにある。

第４ａ図と第４ｂ図には、本発明の第２段階を行うため
の装置が、注入前の閉じられた状態と注入後の開かれた
状態でそれぞれ示されている。

この装置は、基本的には固定プレート５４．可動プレー
ト５６並びに可動プレート５８からなる。

これらのプレートはスチールで作られることが好ましい
。プレート５６は、プレート５４０面に垂直な軸に沿っ
て移動して、該プレート５４の上に重なったり、これか
ら離れたりすることができるように構成されている。同
様に、プレート５８は同じ軸に沿って可動であり、プレ
ート５６に接したり離れたりできるようになっている。

プレート５６と５８の動きは図示しない周知の手段によ
ってガイドされる。

中間プレート５６は円筒状の空間６０を具え、３枚のプ
レートが第４ａ図のように接した場合、シェルの素材を
得るためにマ）　ＩＪフックス２が設置される空間を形
成する。この装置は引き続いて使用されて、第３ａ図と
第３ｂ図に示された上下マ）　ＩＪフックス６．４４か
ら二つのシェル素材が得られる。

空間内にセットされるマトリックス６２　（第３ａ図と
第３ｂ図の２６と４４に対応）はプレート５８の下面６
４に固定される。この固定は支持体６６（第３ａ図と第
３ｂ図の２８と４６に対応）を吸着、糊付け、溶接等の
手段によってプレート５８の下面６４に設けられた盲孔
６８内に保持することによって行われる。

シェル素材を形成する材料を空間内に注入するために供
給チャンネル又はゲート７０が設けられている。空間の
底には注入された材料の余りを受けるための受は入れチ
ャンネル７２が設けられている。この装置は、又、プレ
ート５８の孔７８゜８０に沿ってガイドされる芯出し用
のロッド７４゜７６を具えている。これらのロッドは第
４ｂ図に示されるように前記空間内を貫通し、型を形成
する異なったシェルをその間に位置決めするためのチャ
ンネル８２．８４を、成形されたシェル８６内に作り出
す。第１Ｃ図に見られるチャンネル１１８に相当するチ
ャンネル８５も同じようにして設けられる。

シェルを形成する材料は、注入作業用に結合剤と混合さ
れた金属粉末である。粉末粒子のサイズは、混合物内で
の最適比率を保証するために１〜５ミクロンの範囲が好
ましい。

この材料は、金属、半金属、炭化チタンや炭化タングス
テン等の炭化物等の炭化物、窒化チタンや窒化ニオブ等
の窒化物を含む合金、鉄、ニッケル、クローム、モリブ
デン等の重金属、これらの重金属の合金、又はＡ、、１
．０．やＺｎＯ２等のセラミック型の材料やこれらの混
合物である。炭化タングステンの場合には、全体の３〜
１２重量％のコバルトが添加されることが望ましい。炭
化チタンの場合には、全体の３〜１２重量％のニッケル
及び／又はモリブデンが添加されることが望ましい。

−例として、次のようなやり方がある。英国のＭｕｒｅ
ｘ　Ｃｏｍｐａｎｙから供給されている平均粒径力（約
３．５ミクロンの０品質の炭化タングステン粉末が、硬
いミルを具えた粉砕機中にデカヒドロナフタリンの存在
下に３６時間置かれる。それから、３〜１２重量％の粉
末化されたコバルトが炭化タングステン粉末に添加され
、その後、この混合物は更に３〜６時間製粉作業を受け
る。

このようにして得られた微粉末混合物は、真空乾燥され
て溶剤を除去され、Ｆ　１ｓｃｈｅｒ−Ｔｒｏｐｓｃｈ
タイプのハードワックス８０重量％と部分鹸化ワックス
２０重量％からなる結合剤と１５０℃の温度下で混合さ
れる。これらのワックスは西独の（：ｈｅｍｉｓｃｈｅ
　Ｗｅｒｋｅ　Ｈｕｌｓ社から５Ｈ１０５とに２５の品
番でそれぞれ販売されている。

この混合物は、次に、プラスチック材料工業で通常行わ
れているように、スクリュウタイプのインジェクション
プレス中を３回連続して通過させる。始めの２回は粉末
と結合剤との馴染みを良くするのに役立つ。３回目の通
過の際に、この混合物は１００℃の温度に保たれた第４
ａ図の装置に注入される。この注入の数秒後に、得られ
た素材７４が成形装置から取り出される。

次の段階は結合剤の除去と素材の焼結である。

先ず、素材は保護ガスの存在下又は真空下に炉内で４５
０℃に加熱される。結合ワックスはこの加熱によって液
化し蒸発して殆ど完全に除去される。この加熱の際に、
結合剤を吸収するように構成された材料、例えばガラス
繊維のシートで作られた支持体上にこの素材を載せたり
、酸化アルミの粉末等の吸収性物質でこれを完全にくる
んだりしてもよい。この加熱は、物品の寸法に応じて数
時間のオーダーで行われる。

第２位相において、この素材は焼結炉内に入れられ、真
空下に加熱されて残りの結合剤と共に吸収可能なガスや
水分が除去される。

素材は次に真空即ち約０．１　ミＩＪバールの圧力下に
７００℃の温度で加熱され、更に１００　ミＩＪバール
の圧力のアルゴン雰囲気中で１４００℃の温度で加熱さ
れる。素材はこの温度に約３０分間維持される。

冷却後１乙得られた素材は直ぐに使用可能の状態であり
、仕上げ加工の必要がない。

第５図は、本発明方法で作られた二つのシェルからなる
型を示している。シェル８８．９０はそれぞれ第２ａ図
と第２ｂ図のマ）　ＩＪフックス６゜４４に対応してい
る。組み立てられると、これらのシェルは、第２ａ図と
第２ｂ図に図示されたマグネットロータの形状と寸法を
有する空間９２を形成する。

マグネットロータを製造するには、先ず磁化された円盤
９４を下部シェル９０内に置き、上部シェル８８を合わ
せて型を閉じる。型が閉じられると、第２ａ図と第２ｂ
図に示されたように、ハウジング６の空所２２に相当す
る肩部９６によって、磁化円盤９４は自動的に所定の位
置に保持される。

次に、プラスチック材料等のマグネットロータの製作用
に選ばれた材料が、両シェル８８．９０の合わせ目に形
成された第４ｂ図に示されたチャンネル８５等の二つの
チャンネルを具えた少なくとも一つのノズル９８を通じ
て型内に注入される。

本発明は型そのものを得ることに関連しているものであ
って、射出によって部品を製作する特定の方法に関する
ものではない。従って、これらの部品の製造のための材
料とか工程条件等の詳細について述べることは不要であ
ろう。これらは部品の特性や用途に応じて公知の材料や
工程条件中から選択すればよい。

【図面の簡単な説明】

第１ａ図〜第１ｄ図は本発明方法の各段階を示し、第１
ｅ図は微小部品を製作するためにこの方法で得られた型
を採用した状態を示す。 第２ａ図と第２ｂ図は、それぞれ、成形部品内に組み込
まれたマグネットを具えたクォーツ腕時計用のマグネッ
トロータの平面図と正面図である。 第３ａ図と第３ｂ図は、第２ａ図と第２ｂ図のマグネッ
トロータの製作を意図した、二つのシェルからなる型を
得るためのマ）　ＩＪソックス表している。 第４ａ図と第４ｂ図は、金属粉末によってシェルの素材
を成形するための装置を示し、第４ａ図は成形前に装置
が閉じている状態を示し、第４ｂ図は成形後に型が開か
れた状態を示す。 第５図は、本発明方法によって得られた型を用いた射出
成形によるマグネットロータを製作を示す断面図を示す
。 １００　マトリックス、 １０２　支持体、 １０４　部分、 １０６　空所、 １０８．１１０　　エレメント。 Ｆ俊、ｔｂ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、目的とする部品の形状と寸法に対応する空所を形成
   するように構成された１個又は数個の成形シェルからな
   る、微小部品を製作するための型を得る方法であって、
   各シェルは、 −少なくとも一部が所望のシェルの逆型となり、該部の
   寸法が目的とするシェルの寸法より僅かに大きいマトリ
   ックスを硬い材料から機械加工によって作製し、 −前記マトリックスをキャビ型内にセットし、少なくと
   も一種の金属粉末と結合剤とからなる混合物を前記キャ
   ビ型内に注入することによってシェルの素材を作製し、 −加熱によって前記素材から結合剤を除去した後、該素
   材に焼結処理を施す 各ステップを経て得られる方法。 ２、混合物中の結合剤と粉末との比率が、対応するマト
   リックスと目的とする部品の間の寸法的な関係に応じて
   、各シェルに対してそれぞれ選択される請求項１に記載
   の方法。 ３、マトリックスの寸法が目的とするシェルの寸法に対
   して５％〜２５％大きい請求項１又は２に記載の方法。 ４、金属粉末が炭化タングステンとコバルトからなって
   いる請求項１又は２に記載の方法。 ５、金属粉末が炭化チタン及び／又はニッケル及び／又
   はモリブデンからなっている請求項１又は２に記載の方
   法。 ６、結合剤がプラスチック材料である請求項１又は２に
   記載の方法。 ７、各マトリックスが輪郭転回（ｐｒｏｆｉｌｅ　ｔｕ
   ｒｎｉｎｇ）によって形成される請求項１に記載の方法
   。 ８、マトリックスがスチールで形成されている請求項１
   に記載の方法。 ９、更に、少なくとも一つのマトリックスにステム形状
   のエレメントを設け、このステムによって最終的に得ら
   れたシェルに微小部品を射出成形するためのゲートを形
   成する請求項１に記載の方法。