JPH04165003A - 焼結用粉体の射出成形方法 - 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］ 本発明はセラミックスやサーメットあるいは金属等の焼
結用粉体を射出成形により成形体とし、特には切削チッ
プやスパッタリングターゲット等概ね板状の形状を有す
る製品を製造するための焼結用粉体の射出成形方法に関
するものである。

［従来の技術〕 セラミックスやサーメット等の材料は耐熱性や耐摩耗性
等に優れ、産業用の機械部品や自動車用の部品等として
利用され、注目を集めている。

これ等の部品では、多くの場合複雑な形状、高生産性、
高精度、高信頼性等が要求され、これらの部品の成形方
法として射出成形法が適し゛ているとされている。

射出成形法をサーメットやセラミックス等の焼結用粉体
原料の成形に利用するには、バインダーとなる樹脂や可
塑剤等と焼結用の粉体原料を混練して熱可塑性を付与し
、例えばベレット状にしたものを射出成形機に供給して
焼成時の収縮と歪みを見込んだ寸法と形状の成形体に射
出成形し、次いで加熱して成形体中の樹脂等を熱分解す
るなどの方法により脱脂してバインダーの大部分を除き
、最後に焼成して緻密に焼結された製品とする方法が採
用される。

しかしながら成形体を射出成形する場合には、樹脂等と
混練された混練原料が高粘性であり、かつ混練原料が射
出成形機のゲートから高速でキャビティ内に注入される
とき、注入方向と直角の方向に膨らむバラス効果が小さ
いため、混練原料がゲートからとぐろ状に押し出され（
ジェツテイングという）、得られた成形体にとぐろ状の
痕跡が残る他、前後して注入された混練原料の境界の痕
跡（ウェルドラインという）、更には成形体中に成形歪
み等の欠点が導入される。これらの欠点は成形体を焼成
するとクラックの原因になる他、焼成された製品の形状
が歪む等の致命的欠陥になるという問題がある。

かかる問題に対する対策として、ゲート径を成形品肉厚
と同等あるいはそれ以上に大きくしてバラス効果の不足
分を補って充填したり、成形歪みを除去するため射出成
形された成形体を更に静水圧加圧する方法が提案されて
いる（例えば特開昭６１−２２５００４　）。しかしな
がらゲート径を大きくすると成形体に太いゲートの痕跡
が残って、多（の場合痕跡を削る加工が必要であり、更
に静水圧加圧する方法を採用すると、射出成形体を静水
圧加圧するという手間のかかる工程を追加することにな
り、いずれの場合も製造に要する工程が多いので製造コ
ストが安（ならないというセラミックスやサーメットの
実用化における問題点が増幅されることになる。

［発明の構成］ 本発明は前述の問題点を解決すべ（なされたものであり
、本発明の焼結用粉体の射出成形方法は、樹脂等と混練
した焼結用粉体を射出成形する方法であって、成形金型
のゲートが設けられていない側の最も広い内壁を加圧手
段を取りつけた可動壁とし、混練原料を金型のキャビテ
ィに開口するゲートから注入するに際し、可動壁を金型
のキャビティが狭くなるように移動し、ゲートの開口直
径なｄとするとき、金型の最初めキャビティの幅を成形
する成形体の厚さ□より小さい０．１ｄ〜６ｄの範囲に
設定した状態でキャビティを混練原料で充填した後、可
動壁に圧力Ｐａを加えた状態で、成形体が所定の厚さに
なるまで可動壁を移動しながら更に混練原料を注入し、
次いで混練原料の成形体に少なくとも初期の圧力Ｐａよ
り５％以上大きい圧力Ｐｂを加えて圧縮し、所定の厚さ
とした状態で冷却固化せしめることを特徴とする。

本発明の焼結用粉体の射出成形方法の好ましい態様では
、圧力Ｐｂをゲートの反対方向から可動壁により加える
。

本発明の焼結用粉体の射出成形方法の他の好ましい態様
では、前記最初のキャビティの幅を０．３ｄ〜３ｄとす
る。

本発明の焼結用粉体の射出成形方法の他の好ましい態様
では、初期の圧力Ｐａを８０〜２００ｋｇ／ｃｍ”とす
る。

本発明の焼結用粉体の射出成形方法の他の好ましい態様
では、圧力Ｐｂを初期の圧力Ｐａの　１２０％以上とす
る。

本発明の焼結用粉体の射出成形方法の他の好ましい態様
では、前記可動壁を突き出し手段として利用し、成形体
を成形金型から突き出して取り出す。

本発明の焼結用粉体の射出成形方法の他の好ましい態様
では、焼結用粉体がセラミックスまたはサーメットの原
料である。

本発明の焼結用粉体の射出成形方法により、太いゲート
径の痕跡を修正加工したり成形体に別途静水圧加圧する
ような手間をかけなくても、射出成形機中において若干
の操作を追加することにより、ジェツテイングやウェル
ドラインの痕跡更には歪み等の欠点が大幅に少な（、焼
結したとき寸法精度の良い部品が容易に得られる射出成
形方法が実現した。

即ち、射出成形機中の金型のキャビティを囲む壁面の中
で、ゲートの向い側にある最も大きい面積を有する壁面
を可動壁とし、可動壁に加圧手段を取り付け、金型のキ
ャビティの容積が可動壁に取り付けられている加圧手段
により増減できろようにされている。加圧手段としては
油圧装置や空気圧装置あるいはバネ材のような弾性体等
が利用できる他、ゲートからの混練原料の注入圧を利用
することもできる。

加圧手段として油圧を用いる場合には、混練原料の型内
圧力を最適な圧力となるように制御、更には時間ととも
に任意に変化させることも容易である。

射出成形に際しては、樹脂等と混練した焼結用粉体の混
練原料を、先ずゲートの開口径をｄとするとき０．１ｄ
〜６ｄの幅で成形体の所定の肉厚より狭い幅に設定され
ている金型のキャビティにゲートから混練原料を注入し
、可動壁に背圧Ｐａをかけた状態とする。このとき金型
のキャビティの幅がゲートの開口径ｄの６倍より狭けれ
ばジェティングやウェルドラインを殆ど形成することな
く金型のキャビティが混練原料により充填される。しか
しキャビティの幅をｄの０．１倍より狭くすると最初に
注入された混練原料が温度の低い金型により冷却される
ことにより、成形体中に歪みや欠陥を導入することにな
るので好ましくない。

最初のキャビティの好ましい幅は混練原料の調合と温度
等によっても変化するが、好ましくは０．３ｄ〜３ｄで
ある。

次いでゲートから混練原料を注入しながら可動壁の背圧
Ｐａを保持した状態で場合によっては背圧を増加させな
がら可動壁を序々に移動させる。混練原料の注入圧力と
しては１００〜２０００Ｋｇ／ｃｍ”の範囲が使われ、
Ｐａは注入圧力より低（設定される。この間混練原料は
とぐろ状になることなく金型のキャビティを充たした状
態で注入される。こうして板状の成形体が所定の厚さに
なったとき可動壁の移動を停止する。

圧力Ｐａは注入圧力より低くなければならないが、５〜
１０００Ｋｇ／ｃｗｔの範囲の圧力を利用できる。圧力
Ｐａは好ましくは５０〜５００Ｋｇ／Ｃｍａ　、更に好
ましくは８０〜２００Ｋｇ／Ｃ１１２とする。

圧力Ｐａは得られた成形体を焼結し、焼結体の物性と歪
みの粒度によって適した大きさとするのが良い。

加圧手段としてはバネ材などの弾性体を用いる場合には
圧力Ｐａの値は一定でなく徐々に増加することになる。

この場合のＰｂはＰａの最大値より大きくする。

この後可動壁に少なくとも初期のＰａより５％以上大き
い背圧Ｐｂを加えて圧縮し、金型中で冷却して固化せし
める。Ｐｂは更に好ましくは初期のＰａの１２０％以上
とする。

この加圧操作を行うことにより、成形体中に残存してい
る欠陥が大幅に減少し、かつ成形体が均質化され、焼成
された状態の製品の寸法精度が向上する。かくして本発
明の焼結用粉体の射出成形方法によれば、焼成後の仕上
加工が不要になったり、最終製品の歩留が大幅に向上す
るという効果が得られる。

また可動壁を成形体を成形金型内から突き出す手段とし
て利用することにより、たとえばビンを用いて突き出す
場合のように、成形体に傷をつけたりすることなく成形
体を成形金型から取り出すことができる。

本発明の焼結用粉体の射出成形方法は、金属の粉体の成
形にも応用はできるが、セラミックスやサーメットの粉
末のように焼結後の寸法修正がプレスで再加圧して一発
で行うことができないような焼結用粉体の射出成形に利
用すると特に効果的である。

［実施例〕 以下本発明を実施例により更に詳しく説明するが、実施
例は本発明の一例であって、本発明はこれらの実施例に
よって何ら限定されるものではない。

第１図〜第５図は角板状の成形体を成形するのに本発明
の焼結用粉体の射出成形方法を適用した例であり、図に
おいて、１は成形金型、２はキャビティ、３は可動壁、
４は加圧手段、５はゲート、６は角板状の成形体である
。

第１図は狭いキャビティ２中に混練原料がゲートから注
入されつつある初期の状態を示しており、ジェツテイン
グを起こすことなく混練原料がキャビティ中に広がって
いる。第２図はキャビティ２が混練原料で満たされた後
、可動壁３により板状の成形体に圧力Ｐａを加えた状態
でキャビティ中に更に混練原料が注入されており、板状
の成形体６がウェルドラインを生じることな（厚さを増
している状態を示している。

第３図は板状の成形体が所定の厚さになった後に、板状
の成形体６に少なくとも初期の圧力Ｐａより５％以上大
きい圧力Ｐｂを加えて所定の厚さの成形体とした状態を
示している。

第４図は板状の成形体６が冷却された後、成形金型１を
開いた状態を示している。第５図は可動壁３を成形体の
突き出し手段として利用して、成形された板状の成形体
６を突き出した状態を示しており、板状の成形体６を可
動壁の広い面で突き出すことにより板状の成形体６に傷
がつくことが回避され、板状の成形体が容易に取り出せ
る状態になっている。

試験例 窒化珪素の粉末？６．４ｗｔ％、ポリスチレン１５．３
ｗｔ％、ステアリン＠　２．８　ｗｔ％、ＤＥＰ　１．
７　ｗｔ％を合せて十分混練し、射出成形温度である１
８０℃において粘度が敵方ボイズの混練原料を調整しベ
レット状の原料とした。成形金型として第１図〜第５図
に示したものを用いてこの原料を射出成形機に投入し、
ゲートがら６０’Ｃに保持した金型中に可塑化温度１８
０℃において射出圧力１５００Ｋｇ／ｃｍ”で注入し、
−辺の長さが２０ｍｍで厚さが８ｍｍの正方形の板を成
形した。

加圧手段としては油圧装置を用い、射出成形に際しての
圧力Ｐａは１００Ｋｇ／Ｃｍ”、ゲートの直径は１ｍｍ
、最初のキャビティの幅は１ｒｎｍ、Ｐｂは可動壁によ
り加え、１５０ｋｇ／ｃｍ”とした。こうして成形した
１００個の角板には従来の方法では完全に消すことがで
きなかったジェティングやウェルドライン等の欠点は全
く認められず、ゲート径が１ｍｍと小さ（してあったこ
とによりゲートの痕跡が小さ（なり、これを脱脂して緻
密に焼結した状態の角板は、反りが従来の方法で成形し
たものの１７２以下となって、寸法精度が良いとともに
、強度や靭性などの物性の優れたものが得られた。

また、圧力ＰａとＰｂを種々変化させて射出成形して試
みた所、射出圧力１５００ｋｇ／ｃｍ”の条件では、圧
力Ｐａを８０〜２００ｋｇ／ｃｍ２の範囲とするとき特
に良好な焼結体を得ることができた。

［発明の効果］ 本発明の焼結用粉体の射出成形方法によれば、従来の方
法では完全に消すことができなかったジエテイングやウ
ェルドラインの痕跡等の欠点が解消し、成形体中に存在
している不均一性が改善されたことにより、これらを煩
結して得られる焼結体に亀裂が入ることが殆どなくなり
、かつ反りや歪みなどが大幅に減少して焼結体の寸法精
度が向上する他、焼結体の物性もすぐれたものが得られ
る。寸法精度の向上は歩留の向上あるいは焼結後の加工
を殆ど不要とすることになる。またゲート径を小さくこ
とが可能となったので、ゲート跡の修正が容易になるば
かりでな（、小径のゲートを使用することにより多数個
取り射出成形により高い生産性が可能になるという効果
も得られる。これらのことによりセラミックスやサーメ
ットの製造コストを下げて用途を拡大することができる
ので、本発明の産業上の利用効果は多大である。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第５図は角板状の成形体を成形するのに本発明
の焼結用粉体の射出成形方法を適用した例であり、角板
が成形される工程を順次図示している。図において、１
は成形金型、２はキャビティ、３は可動壁、４は加圧手
段、５はゲート、６は角板状の成形体である。 第２図 屑３ｒｆ１

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）樹脂等と混練した焼結用粉体を射出成形する方法
   であって、成形金型のゲートが設けられていない側の最
   も広い内壁を加圧手段を取りつけた可動壁とし、混練原
   料を金型のキャビティに開口するゲートから注入するに
   際し、可動壁を金型のキャビティが狭くなるように移動
   し、ゲートの開口径をｄとするとき、金型の最初のキャ
   ビティの幅を成形する成形体の厚さより小さい０．１ｄ
   〜６ｄに設定した状態でキャビティを混練原料で充填し
   た後、可動壁に圧力Ｐａを加えた状態で成形体が所定の
   厚さになるまで可動壁を移動しながら更に混練原料を注
   入し、次いで混練原料の成形体に少なくとも初期の圧力
   Ｐａより５％以上大きい圧力Ｐｂを加えて圧縮し、所定
   の厚さとした状態で冷却固化せしめることを特徴とする
   焼結用粉体の射出成形方法。
2. （２）請求項１において、圧力Ｐｂをゲートの反対方向
   から可動壁により加える焼結用粉体の射出成形方法。
3. （３）請求項１または２において、最初のキャビティの
   幅を０．３ｄ〜３ｄとする焼結用粉体の射出成形方法。
4. （４）請求項１〜３のいずれか１つにおいて、圧力Ｐａ
   を８０〜２００ｋｇ／ｃｍ＾２とする焼結用粉体の射出
   成形方法。
5. （５）請求項１〜４のいずれか１つにおいて、Ｐｂを初
   期のＰａの１２０％以上とする焼結用粉体の射出成形方
   法。
6. （６）請求項１〜５のいずれか１つにおいて、前記可動
   壁を突き出し手段として利用し、成形体を成形金型から
   突き出して取り出す焼結用粉体の射出成形方法。
7. （７）請求項１〜６のいずれか１つにおいて、焼結用粉
   体がセラミックスまたはサーメットの原料である焼結用
   粉体の付出成形方法。