JPH06263547A - セラミックス射出成形体の脱脂方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 射出成形法による複雑形状のセラミックス成
形体を脱脂する際に、成形体に割れの生じない方法、特
にその原因となる分解ガスの滞留を抑制する方法を提供
することにより、良品歩留りを向上させること。 【構成】 射出成形体を埋め込むセラミックス粒子を網
状容器で保持するようにして、脱脂時の分解ガスは網状
容器及び仕切り壁を容易に通過して局部的に滞留させな
くした。 【効果】 本発明によって、炉内の有効体積を減らすこ
となく、成形体表面での温度上昇を防ぎ、分解ガスの滞
留による熱分解の局所化を抑制できた。その結果、複数
個の射出成形体の脱脂時の割れの発生を抑制する効果が
確認された。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、射出成形工程を経てセ
ラミックス焼結体を製造する工程の内、バインダーの熱
可塑性高分子成分を射出成形後に分解除去するための脱
脂の方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】複雑な形状を有するターボチャージャー
ロータ等のセラミックス部品は、射出成形法または泥漿
鋳込み成形法などにより製造されている。

【０００３】中でも、射出成形法は高精度で、かつ大量
生産性に富むことから広く実用化されている。

【０００４】射出成形法は、プラスチックの成形を応用
した成形法で、セラミックス粉末にポリエチレン、ポリ
スチレン等の熱可塑性樹脂、可塑剤、分散剤、ワックス
等からなる有機バインダーを混合した後、ペレタイジン
グして粒状化させ、次にこのコンパウンドを加熱して可
塑性を付与し成形用金型内に射出して成形する方法であ
る。

【０００５】得られた成形体は熱可塑性高分子を除去す
るために、適正温度に加熱する脱脂処理を行い、最後に
焼結工程を経てセラミックス成形体となる。

【０００６】射出成形法では、熱可塑性高分子を主成分
とするバインダーは金型内に流入させる際の流動性を付
与する点で必要である。

【０００７】しかし、焼結過程では熱分解後の残査であ
る炭素を主とする有機成分がセラミックス粉未と反応す
ることから焼結時の阻害効果を有することが知られてい
る。

【０００８】したがって、予めバインダーを除去する目
的で、射出成形体を適正温度に加熱することによって、
熱可塑性高分子を熱分解させる脱脂処理が行われてい
る。

【０００９】成形品の形状が複雑であればあるほど、よ
り流動性を付与するためにバインダー割合が高くなる。
したがって、脱脂後の粉体充填比率が低下して成形体強
度が低下する。

【００１０】また、発生した分解ガスが複雑形状の成形
体表面に抜ける過程で機械的に弱い部位が損傷を受ける
可能性が大きくなる。

【００１１】このため、成形体割れの発生率が高くな
る。このように脱脂工程は、射出成形によるセラミック
ス部材の製造における良品歩留りを大きく左右する重要
な工程となっている。

【００１２】脱脂割れを防止するために、容器に様々な
セラミックス粉を敷き詰め、その粉中への埋め込みを行
い、輻射熱による部分的な温度上昇を抑制する方法が一
般的に用いられている。

【００１３】しかし、この方法だけでは充分な効果が得
られておらず、次に示すような発明との併用がなされて
いる。

【００１４】例えば、特開昭５７―１７４６８号公報に
おいて、常圧より高い雰囲気下で加熱することによっ
て、高分子成分が分解して、生成するガス体積を雰囲気
圧力によって圧縮し成形体へのダメージを少なくするこ
とが提唱されている。

【００１５】また、本願出願人は、特願平３―１３９４
６２号で、脱脂加熱時に成形体内の温度の不均一を抑制
するために、炉内に導入するガスの流れを均一化させる
方法を提案している。

【００１６】しかしながら、いずれの改善策もセラミッ
クス成形体の形状が比較的簡単なものの場合にはある程
度の改善効果があるものの、特に複雑な形状を有する射
出成形体では成形体の部位毎の分解速度のバラツキ改善
が十分ではなく、脱脂時の歩留りは満足し得る水準には
達していないのが現状である。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】射出成形法による複雑
形状のセラミックス成形体を脱脂する際に、成形体に割
れの生じない方法、特にその原因となる分解ガスの滞留
を抑制する方法を提供することにより、良品歩留りを向
上させることが本発明の目的である。

【００１８】また、成形体表面での温度上昇を防ぎ、か
つ分解ガスの滞留による熱分解の局所化を抑制する構造
を持たせる際に、炉内の有効体積を減らすことが無いよ
うにすることも課題である。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明は、熱可塑性高分
子を混合したセラミックス粉末コンパウンドを用いて射
出成形法で加工した成形体の脱脂工程において、網状容
器内に収容したセラミックス粒子の中に射出成形体を１
個もしくは２個以上埋め込んだ状態で熱可塑性高分子を
加熱除去することを特徴とするセラミックス射出成形体
の脱脂方法である。

【００２０】また、前記脱脂方法において、セラミック
ス粒子を収容する容器として、網状の枠または棚によっ
て区切られた小部屋の集合体からなるものを使用し、該
各小部屋に射出成形体を１個もしくは２個以上埋め込み
脱脂することもできる。

【００２１】本発明では、射出成形した成形体を脱脂す
る場合において、セラミックス粒子中に射出成形体を埋
め込ませる際に用いる容器として、底面および側面がセ
ラミックス粒子より細かい網状構造を有するものとする
ことが特徴である。

【００２２】また、特に大量処理用として適用する場合
には、網状構造の容器をそれぞれ間隔をもつようにした
棚や仕切り構造中に設置した上で、各小部屋の中に１個
もしくは２個以上の成形体を埋め込むことも可能であ
る。

【００２３】単に容器を大型化したのみではセラミック
ス粒子の体積が大きくなり分解ガスの逃出を目的とする
網状部までの距離が大きくなり過ぎて分解ガスの流通が
阻害される結果、本発明の効果が十分に得られなく恐れ
がある。

【００２４】容器を小部屋に分割してセラミックス粒子
を小部屋単位に分割することにより、このような弊害を
取り除くことが可能である。

【００２５】この場合、各小部屋の間にはガスの流通が
可能な様に１０ｍｍ以上程度の間隔を置くことが望まし
い。

【００２６】従来の網状構造を有しない容器では、上面
のみで分解ガスの拡散を伴うため底部および側部に分解
ガスが滞留し易かった。

【００２７】このことにより、バインダーの熱分解が各
成形体で局所的に起こり易く割れ発生につながってい
た。

【００２８】本発明では、容器ならびに仕切りを網状構
造としたために、これらの不都合がほぼ完全に解消する
ことができる。

【００２９】容器の材質としては、ステンレスあるいは
ＳＣｒ４４０やＳＮＣＭ４３９等の耐食性鋼材が好まし
い。

【００３０】この理由として、網状構造を付与する際の
細線加工が比較的容易であり、脱脂時に昇温する数百℃
までの温度域で雰囲気によらず強度および化学的性質等
が安定で、入手が容易であることなどが挙げられる。

【００３１】使用するセラミックス粒子としては分解ガ
スとの反応性の低いものが好ましく、例えば酸化アルミ
ニウム、酸化ジルコニウム、二酸化珪素、窒化珪素、炭
化珪素等が適している。粒子径に関する望ましい範囲は
５０〜２００μｍである。

【００３２】５０μｍより細かい場合は分解ガスの逃出
が滑らかに行われす滞留が起こってしまうため好ましく
なく、２００μｍより大きい場合は成形体が加熱軟化す
る際に表面にくぼみ状の変形を起こさせるため好ましく
ない。

【００３３】さらに、５０〜２００μｍの粒径のセラミ
ックス粒子は最も製造し易く安価で、かつ焼結体用とし
ては高品質である微細粉末製造時に分別後廃棄されてい
ることが多かったため、この点でも資源の有効活用が図
られる。

【００３４】このようにして、直接成形体表面に輻射熱
が達しない状態を実現出来、かつ分解ガスが容器の底部
および側部に滞留することによる熱分解の局所化を抑制
するようにしたものである。

【００３５】

【作用】射出成形体を埋め込むセラミックス粒子を網状
容器で保持する様にしたため、脱脂時の分解ガスは網状
容器及び仕切り壁を容易に通過して局部的に滞留が生じ
ない。

【００３６】また、この方法では容器の大きさや内容積
が変化しないため、炉内の有効体積が減らないことも特
徴である。

【００３７】

【実施例】以下、実施例に基づき本発明をさらに詳細に
説明する。

【００３８】

【実施例１】窒化珪素粉末（平均粒径０．７μｍ、宇部
興産製）に、酸化アルミニウム粉未（平均粒径０．２μ
ｍ、住友化学製）３重量％および酸化イットリウム粉末
（平均粒径０．４μｍ、日本イットリウム製）５重量％
を添加混合したセラミックス原料５８体積％に、熱可塑
性高分子としてパラフィンワックス１５体積％、酢酸ビ
ニルアセテート２０体積％、アミン樹脂５体積％、ジフ
タル酸ノルマルブチル２体積％を加え、ニーディングを
行った。

【００３９】これをペレット化して射出成形し自動車用
ターボチャージャーロータとした。形状としては、１２
枚羽根を有する焼結後の直径が５０ｍｍφ、最大肉厚部
が３０ｍｍφである。

【００４０】この射出成形体を加圧対応雰囲気制御型脱
脂炉（東海高熱工業製ＴＪ―４００Ｈ、炉内容積４００
ｍｍφ×６００ｍｍＬ）で脱脂する時に、平均粒径９５
μｍの酸化アルミニウム粗粒を収容する容器として、底
部および側面に４４μｍメッシュの網状構造を全面に付
与したステンレス製容器、底部に網のあるステンレス製
容器、全く網の無いステンレス製容器を用い、各１個ず
つ２０回脱脂処理を行った。

【００４１】３種類の容器は、２５０ｍｍ×１５０ｍｍ
×１００ｍｍ高さの同じ大きさである。その容器の違い
による脱脂時の歩留りを第１表に示す。

【００４２】さらに、各容器に１０個の射出成形体を並
べて同様の脱脂を行った結果を第２表に示す。

【００４３】

【表１】

【００４４】

【表２】

【００４５】脱脂条件は、窒素ガスの５ｋｇｆ／ｃｍ²
加圧雰囲気で、室温から６００℃まで昇温速度３度／時
間での昇温を行い、流通ガス量としては毎分５リットル
である。

【００４６】本発明の実施例は、比較例より脱脂工程で
の歩留りが明らかに向上している。

【００４７】

【実施例２】炭化珪素粉末（平均粒径０．５μｍ、イビ
デン製）に、酸化アルミニウム粉末（平均粒径０．３μ
ｍ、大明化学製）５重量％を添加混合したセラミックス
原料５２体積％に、熱可塑性高分子としてパラフィンワ
ックス１８体積％、酢酸ビニルアセテート２５体積％、
アミン樹脂２体積％、ジフタル酸ノルマルブチル３体積
％を加えて、ニーディングを行った。

【００４８】これをペレット化して射出成形し自動車用
ターボチャージャーロータとした。形状としては、自動
車用ターボチャージャーロータとして、１２枚羽根を有
する焼結後の直径が５０ｍｍφ、最大肉厚部が３０ｍｍ
φである。

【００４９】この射出成形体を加圧対応雰囲気制御型脱
脂炉（東海高熱工業製ＴＪ―４００Ｈ、炉内容積４００
ｍｍφ×６００ｍｍＬ）で脱脂する時に、平均粒径１２
０μｍの酸化ジルコニウム粗粒を収容する容器として、
図３に示すような網状の枠または棚によって区切られた
小部屋の集合体からなり、各小部屋の底部および側面に
１０５μｍメッシュの網状構造を全面に付与したステン
レス製容器であり各々の間は少なくとも５ｍｍ最大２０
ｍｍの空間を設けて配置した容器、各小部屋の底部だけ
網のあるステンレス製容器、全く網の無いステンレス製
容器を用い、各小部屋に１〜３個ずつ埋め込み、それぞ
れの容器で同じ条件の下、脱脂処理を行った。

【００５０】３種類の容器はいずれも２５０ｍｍ×１５
０ｍｍ×１００ｍｍ高さの同じ大きさで行ったものであ
る。その容器の違いによる脱脂時の歩留りを第３表に示
す。

【００５１】

【表３】

【００５２】脱脂条件は、Ａｒガスの８ｋｇｆ／ｃｍ²
加圧雰囲気で、室温から５００℃まで昇温速度３度／時
間での昇温を行い、流通ガス量としては毎分５リットル
である。

【００５３】本発明の実施例は、比較例より脱脂工程で
の歩留りが明らかに向上している。

【００５４】

【発明の効果】本発明により、炉内の有効体積を減らす
ことが無く、成形体表面での温度上昇を防ぎ、かつ分解
ガスの滞留による熱分解の局所化を抑制することが可能
になった。

【００５５】その結果、複数個の射出成形体の脱脂時の
割れの発生を抑制する効果が確認された。

【００５６】このことによって、脱脂時の歩留りの向上
が達成され、セラミックス部品の生産性を比較的コスト
のかからない改造によって向上させることに成功した。
その意味で、本発明の工業的有用性は大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】射出成形体を個々にセラミックス粗粒に埋設し
た際の断面の概略図である。

【図２】複数の射出成形体をセラミックス粗粒に埋設し
た際の断面の概略図である。

【図３】各成形体毎に分割した枠または棚構造を有し、
かつその側面または底面が埋設させるセラミックス粗粒
径より細かい網状構造を有する脱脂炉内用容器の断面か
らみた概略図である。

【符号の説明】

１ 射出成形体 ２ セラミックス粗粒 ３ 網状部 ４ 容器の骨格 ５ 小部屋毎の空間部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱可塑性高分子を混合したセラミックス
   粉末コンパウンドを用いて射出成形法で加工した成形体
   の脱脂工程において、網状容器内に収容したセラミック
   ス粒子の中に射出成形体を１個もしくは２個以上埋め込
   んだ状態で熱可塑性高分子を加熱除去することを特徴と
   するセラミックス射出成形体の脱脂方法。
2. 【請求項２】 セラミックス粒子を収容する容器とし
   て、網状の枠または棚によって区切られた小部屋の集合
   体からなるものを使用し、該各小部屋に射出成形体を１
   個もしくは２個以上埋め込むことを特徴とする請求項１
   記載のセラミックス射出成形体の脱脂方法。