JPH02290903A - 粉末成形用組成物および該組成物を用いた粉末成形品の製造方法 - 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、寸法精度の高い粉末成形品を製造するための
粉末成形用組成物およびこの組成物を用いた粉末成形品
の製造方法に関する。

〔従来の技術〕

粒状物質を用いて粉末成形品を製造する技術は粉末冶金
技術として公知であり、粉末成形品を効率よく生産でき
ること、融点の高い材料を溶融させずに生産できること
より広く用いられてきた。

乾式プレス法は従来粉末冶金技術を代表する方法である
が、この方法は粒状物質にバインダを加えた粉末成形用
組成物を金型に込め、一軸圧縮グレスにて粉末成形品を
作り、この粉末成形品からパインダを除去する脱脂を行
い、次に焼成を行うものであった。

この乾式プレス法は粉末成形品を作る工程が短く、脱脂
工程が短時間で済むため、高効率に作業を行うことがで
きるが、反面粉末成形品の寸法精度が悪く高い要求値を
満足できないこと、内在する欠陥を一定値以下にできな
いことおよび焼成後に二次加工を施さねばならないこと
が改善しなければならない課題として挙げられ、特に精
密部品への展開は制限されていた。

粒状物質を用いて粉末成形品を製造する他の従来法には
、射出成形法および押し出し成形法が挙げられる。これ
らの方法は焼結可能な粒状物質とバインダとからなる粉
末成形用組成物を分散混合し、射出あるいは押し出しに
より所定形状の粉末成形品を製造するものであり、乾式
プレス法に比較して多量の熱可塑性パインダを添加した
粉末成形用組成物を使用すること、バインダの高温可塑
性を利用して粉末成形品の形状を現出させることを特徴
とする。これらの方法は乾式プレス法に比較して成形お
よび脱脂工程に長時間を要するものの、粉末成形品の寸
法精度が高いこと、複雑形状の現出が容易なこと、内在
する欠陥が少ないことより近年注目を集めている。

〔発明者解決しようとする課題〕

しかし、射出成形法および押しだし成形法の複雑形状精
密部品への展開には、多くの解決しなければならない課
題が残っている。

課題の一つとしては脱脂工程における脱脂変形が挙げら
れる。

脱脂変形には、脱脂治具に密着していない粉末成形品部
分の自重によるものと、バインダが軟化状態において分
解または蒸発する際、粉末成形品に発生する不均一収縮
によるものとがある。射出成形法および押しだし成形法
においては、複雑形状を現出することが第一段階の目的
とされる。この目的のみを達成しようとするならば、バ
インダにより高温流動性の高いものを選び、バインダ量
を多くすればよい。一方脱脂工程中の脱脂変形のみを解
決するには、選択するバインダに高温時の流動性の低い
ものを選択するか、または添加バインダ量を少なくすれ
ばよい。従って、成形工程における流動性と脱脂工程に
おける変形能の両者を十分満足するバインダ、すなわち
一般に用いられる成形温度での流動切が高く、しから脱
脂工程における変形能が低いバインダを含有する粉末成
形用組成物を求めることは非常に困難であった。

本発明は、このような課題を解決し、成形工程における
流動性が高《、かつ脱脂変形を防止した寸法精度の高い
粉末成形品を製造するための粉末成形用組成物の提供、
およびこの粉末成形用組成物を用いた粉末成形品の製造
方法の提供を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の粉末成形用組成物はバインダと焼結可能な粒状
物質を含有するもので、粉末成形用組成物を構成するバ
インダは少なくとも高分子成分、低分子成分および感光
性樹脂を含有し、この感光性對脂は紫外線または電子線
またはＸ線の照射により硬化するもので、かつ、分散混
合により粉末成形品を作成する工程および成形工程の熱
で容易に硬化しないものであることを特徴とする。本発
明の粉末成形用組成物を構成する焼結可能な粒状物質と
しては、金属類、セラミック類およびサーメット類から
なる群より選ばれる物質を使用することができる。また
感光性樹脂のバインダに対する割合が５．０から９．５
容量％であることが好ましい。

本発明の粉末成形品の製造方法は、少なくとも上記バイ
ンダと上記粒状物質を分散混合して粉末成形用組成物を
作成し、この粉末成形用組成物を所定の形状の粉末成形
品に成形し、この粉末成形品に紫外線または電子線また
はＸ線の照射処理を施したのちに脱脂を行い、次に焼成
することにより粉末成形品を製造するものである。

〔作用〕

本発明の粉末成形用組成物を構成するパインダの高分子
成分には、粉末成形品に強度を付与するものとして、ポ
リエチレン、ポリプロピレン、エチレンー酢酸ビニル共
重合体（　ＥＶＡ　）、ポリエチレン等の高分子が、強
度および高速脱脂性を付与する目的で、ポリスチレン、
アタクチックポリプロピレン（ＡＰＰ）、メタクリル系
樹脂、ポリアセタール園脂等の高分子が使用可能である
。低分子成分には、おもに粒状物質とバインダとを含有
する粉末成形用組成物に流動性を付与する目的で、バラ
フィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、ヘキ
ストワックス、ステアリン酸などを使用することができ
る。粉末成形用組成物中の粒状物質とバインダとの比率
の決め方は、まず、目的とする粉末成形品の形状な考慮
する必要がある。複雑微細な形状ほど成形工程で高い流
動性が要求されるためバインダの比率は高くなる。また
、比表面積の大きな粒状物質を使う場合もバインダ比率
は高くなる。

感光性叫脂の添加量は、目的とする粉末成形品の形状に
より異なるが、実験の結果、バインダの約５．０〜９．
５答量％に最適値を見いだすことが出来た。添加される
感光性叫脂には熱により容易に硬化しな一・もの、すな
わち第一工程の粉末成形用組成物を作成する工程および
第二工程の成形工程における熱の影響を受けて硬化しな
いものを選ばなければならない。

このような要求を満たす感光性樹脂を選択することで第
二工程の成形は従来と同様に行うことができるばかりで
なく、バインダを除去する第四工程である脱脂工程での
変形を考慮する事なく成形工程での流動性を主体にバイ
ンダ添加量およびバインダを構成する高分子成分および
低分子成分の種類を選択できる。

本発明の粉末成形用組成物を構成するバインダに含有さ
れる感光性閏脂は紫外線または電子性またはＸ線に感光
波長を有し、かつ、紫外線または電子線またはＸ線の照
射により硬化するものであれば使用できる。感光性園脂
としては、架僑型の紫外線樹脂、電子線樹脂およびＸ線
剛脂、重合型の紫外線甜脂、電子線樹脂およびＸ線對脂
を挙げることができる。架橋型の感光性附脂としてはポ
リビニルシンナメート、クロロメチル化ポリスチレン、
グリシジルメタクリレートーエチルアクリレート共重合
体等の耐脂を使用することができる。

重合型の感光性樹脂として用いるためのモノマの例とし
てはメチルメタクリルレート、エチレングリコールジメ
タクリレート、トリエチレングリコールなどを挙げるこ
とができる。重合型の感光性甜脂を使用する場合にはバ
インダに重合開始剤を添加してもよい。重合開始剤とし
ては、照射によってルイス酸を発生させる前駆物質、例
えば、トリアリールスルホニウムフルオ口ボレート、テ
トラアリールホスホニウムフルオ口ボレート、ジアリー
ルヨードニウムフルオロボレートの様なオニウム塩を挙
げることが出来る。

焼結可能な粒状物質としては、金属類、セラミック類及
びサーメット類からなる群より選ばれる物質を使用でき
る。

本発明の粉末成形品の製造方法の第一工程では、製造す
る粉末成形品の形状にあわせて添加成分量を決定し、感
光性樹脂、高分子成分および低分子成分を含有するバイ
ンダと焼結可能な粒状物質とを混合分散して粉末成形用
組成物を作成する。

第二工程では、この粉末成形用組成物を所定形状の粉末
成形品に成形する。成形は、従来一般Ｋ用いられている
射出あるいは押し出し方法で行うことができる。

第三工程において、粉末成形品表面に、紫外線または電
子線またはＸ線を照射する。この時、感光性園脂は粉末
成形品の表面から硬化する。感光性樹脂単体の場合、照
射による硬化深度は、明脂の種類、照射する紫外線また
は電子線またはＸ線の種類および照射時間により異なり
、およそ２〜４ｍｍにわたる。本発明の場合一例を挙げ
れば粒状物質を５５〜６５容量％含有する粉末成形品に
おいて、硬化深度は０．０５〜Ｑ．３ｍｍと測定された
がこのように表面のみの硬化であっても脱脂変形防止に
十分の効果が認められた。また、本発明の粉末成形用組
成物および本発明の方法により製造される粉末成形品は
照射処理終了まで、暗所にて取扱うことが好ましい。

第四の工程では、照射処理が施された粉末成形品を熱処
理炉に投入し、緩やかに昇温して添加されたバインダを
粉末成形品より除去する。バインダの除去は、低分子量
のものが先に、より高分子量のものが後に除去されるた
め、第三工程で硬化した感光性樹脂は、高分子成分の後
に分解除去される。

第四の工程である脱脂工程での変形機構について以下に
説明する。

粉末成形品の高温時の変形能は、含有される高分子成分
および感光性對脂の債により決まる。脱脂工程Ｋ投入さ
れた粉末成形品は加熱により軟化し変形能が高まるが、
同時に表面よりバインダが分解蒸発して除去されるに従
い変形能が低下する。

しかし粉末成形品の変形能が高い状態でのバインダの除
去は粒状物質の再配列による収縮を起こし、粉末成形品
各部のバインダ除去の程度が異なることにより、変形に
つながる。粉末成形品よりのバインダ除去は、低分子バ
インダ成分から始まる。

この際、高分子バインダ成分および硬化した感光性甜脂
は粉末成形品の骨組みのような役目をして変形を防止す
る。変形防止のみを目的とするなら、高分子成分により
高温強度の高い明脂を選択すればよいが、成形工程での
要求である高流動性を満足しなければならないので、高
分子成分の選択に制限が加わる。本発明の場合、第二工
程である成形工程後に硬化処理を行えば、第四の工程で
ある脱脂工程では低分子成分の除去を高分子成分および
硬化した感光性樹脂の骨組みおよび硬化した感光性樹脂
の強い表面拘束のあるなかで行うことができる。また、
高分子成分の除去も硬化した感光性樹脂の表面拘束の中
で行うことができるため脱脂変形が防止できる。

第五工程では脱脂された粉末成形品を焼成する。

焼成された粉末成形品は添加されたバインダの容量に比
例して焼成収縮する。しかし、本発明の場合には脱脂変
形が十分に防止されているためあらかじめ収縮量を正確
に見込むことができるため寸法精度の高い粉末成形品を
製造することかでぎる。

〔実施例〕

以下、実施例により本発明を説明する。

（実施例１） 平均粒径２．５μｍ，比表面積４．１ｉ／ｇ　　のカル
ボニル鉄粉を焼結可能な粒状物質として用い、粒状物質
１００重量部に対して８重量部のバインダを加えて、二
−ダ中、１２０℃で分散混合し、粉末成形用組成物を作
成した。パインダの組成は低分子成分としてパラフィン
ワックス４重量部、高分子成分としてエチレンー酢酸ビ
ニル共重合体（ＥＶＡ）およびアタクチックボリグロビ
レン（ＡＰＰ　）、感光性樹脂として重合型の紫外線樹
脂であるメタクリル系感光性對脂（東亜合成（株）製ア
ルニックスＴＢＡ−２ＭＡ）を使用した。バインダ中の
（低分子成分の容量）：（高分子バインダ成分十感光樹
脂の容量）比率を５０：５０とし、高分子成分中の（Ｅ
ＶＡ十感光性樹脂）：ＡＰＰの容量比率を５５：４５と
した。粉末成形用組成物は、ヘレット化し、１４０℃、
１　０　０　０ｋｇ／　ＣＩ？Ｌにて射出成形し、第１
図（ａ）に示す形状を得た。粉末成形品には、主波長３
６５．３ｎｍ　　の紫外線を発する水銀アーク燈を用い
、粉末成形品の上面および下面にそれぞれ６０秒照射を
行った。

硬化後の表面硬さをマイクロピッヵースで測定した後、
バインダを除去する脱脂を行った。

脱脂は常圧窒素雰囲気下、昇温速度２０℃／時間で４５
０℃まで昇温し１時間の保持後炉冷した。

脱脂後の不均一脱脂収縮による粉末成形品の変形状態を
第１図（ｂ）に示す。表１は、パインダ組成と、第１図
ｆｂ）の寸法ｌ，と寸法ｌ２の差を測定してＣｌ２　−
ｉｔ　　’）を変形量とした時の値とを示したものであ
る。表１に示すように、比較試料遅５の感光性對脂を添
加していないものの変形は、試料陽１、２、３で感光性
對脂の添加により大きく改善されることがわかった。し
かし、試料述４のよ５にＥＶＡの感光性樹脂による置き
換えの比率が大きくなり過ぎると、成形強度が損なわれ
、成形金型よりの搬出が不可能となることがわかった。

焼成工程は水素雰囲気下、１　３　５　０　’Ｃで行い
、密度７．６２ｇ／ｃｒ７ｌを得た。これより本発明の
粉末成形用組成物およびこの組成物を用いた粉末成形品
の製造方法が脱脂変形防止以外に悪影響を及ぼさな（・
ことが確認できた。焼成後の変形量は試科嵐１および試
料Ｎ［ｌ５で、焼成前に比べ減少したが、Ｎｎ２、３は
変化がなかった。これは焼成収縮によるものであり、変
形が焼成工程で発生していることが確かめられた。

本発明の実施により寸法精度のよい粉末成形品を製造す
ることが出来た。

（実施例２） 平均粒径２．５μｍのタングステン粉１００Ｍｆｔ部に
対し、（・ずれも平均粒径１．　Ｏ〜１５μｍのカルボ
ニルニノケル、カルボニル鉄粉および還元銅粉の合計が
５．５重量部で、ニッケル、鉄および銅の重量比率を３
：１：１とした粒状物質１００重量部に対し、バインダ
を４から５重量部加えた粉末成形用組成物を加熱混合機
で作製した。バインダ組成は実施例１と同様に、パラフ
ィンワックス、ＥＶＡ，ＡＰＰを使用し、感光性附脂と
して電子線に感度を有するメタクリル系感光性樹脂（例
えば、東亜合成（株）製アルニックスＴＢＡ−２ＭＡ）
を選んだ。表２に試料のバインダ組成を示す。粉末成形
用組成物は粉砕して射出成形に供した。成形条件は、射
出温度１４０℃、射出圧力６　０　０　ｋｌ？／　ｃｒ
ａであった。第２図（ａ）に本実施例粉末成形品の型状
を示す。粉末成形品には電子線を加速電圧２　０　ｋＶ
，　５μＣ　／　ｃｒＡの線量で１０秒間照射した。

照射後の粉末成形品を脱脂炉に投入し、バインダを除去
した。脱脂後の自重による粉末成形品の変形状態を第２
図（ｂ）に示す。変形量は図に示すｌ３寸法を測定した
。実施例２における各試料の粉末成形用組成物の組成お
よび脱脂後の変形状態を表２に示す。同表が示すＩ′Ｖ
＆ｌＩＯの比較試料は脱脂後に著しく変形した。一方、
試料隘７、８は脱脂後に殆ど変形しなかった。焼成は水
素雰囲気中１４００℃で行い、焼成後の密度測定にて、
いずれの試料も真密度である１ｓ．ｚｇ／ｉを満足して
いることを確認できた。焼成した試料は非常に高い寸法
精度であった。

このことから、感光性對脂の添加が脱脂変形改善以外に
悪影響を及ぼさないことがあきらかとなった。

〔発明の効果〕

本発明は、成形工程における流動性が高く、かつ脱脂工
程における粉末成形品の脱脂変形を十分に防止すること
ができ、このため寸法精度の高い粉末成形品を裂造する
ことがで診る。

従って本発明は特に精密微細形状の粉末成形品の製造に
極めて有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は粉末成形品の脱脂変形を表わす模
式断面図である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）バインダと焼結可能な粒状物質を含有する粉末成
   形用組成物において、前記バインダは少なくとも高分子
   成分、低分子成分、紫外線または電子線またはＸ線の照
   射により硬化する感光性樹脂を含有し、該感光性樹脂は
   容易に熱硬化しないものであることを特徴とする粉末成
   形用組成物。
2. （２）焼結可能な粒状物質が金属類、セラミック類およ
   びサーメット類からなる群より選択される物質である請
   求項１記載の粉末成形用組成物。
3. （３）感光性樹脂のバインダに対する割合が、５．０か
   ら９．５容量％である、請求項１または２記載の粉末成
   形用組成物。
4. （４）少なくともバインダと焼結可能な粒状物質とを分
   散混合して請求項１、２または３記載の粉末成形用組成
   物を作成する第一工程、前記粉末成形用組成物を所定の
   形状の粉末成形品に成形する第二の工程、前記粉末成形
   品に紫外線または電子線またはＸ線を照射する第三工程
   、照射処理された前記粉末成形品を脱脂する第四工程お
   よび脱脂された前記粉末成形品を焼成する第五の工程か
   ら構成される粉末成形用組成物を用いた粉末成形品の製
   造方法。