JPH0649511A - 複雑形状の金属粉末焼結体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 金属粉末射出成形用原料を金型に射出成形し
てできた複数のいわゆるグリーン体なる成形体から複雑
形状の一体部品を簡便に製造する方法を提供する。 【構成】 水アトマイズ法で製造された金属粉末に熱可
塑性バインダーを添加してコンパウンドとし、このコン
パウンドから別々に射出成形した複数のグリーン体
（４′，１４）をそのまま一体部品（４）に組み立てた
後、脱脂、焼結を行い、金属組織上一体化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複数の金属粉末射出成
形グリーン体から一体部品を製造する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】金属粉末射出成形技術を使用して金属焼
結部品を製造する一般的方法は、以下のように行われて
いる。

【０００３】金属粉末に熱可塑性樹脂およびワックス等
からなるバインダーを添加し、加熱しながら混練した
後、ペレット状のコンパウンドとし、これを金属粉末射
出成形用原料とする。このコンパウンドを用い、金型に
射出成形していわゆるグリーン体なる成形体を造る。こ
のグリーン体を加熱し、バインダーを除去脱脂した後
に、焼結して、焼結部品を得る。

【０００４】金属粉末射出成形技術の特徴は、微粉末を
使用するため、焼結反応が進みやすく、金属粗粉末のプ
レス圧縮成形の焼結と比較して焼結部品の密度を高くで
きるため熔湯から製造される溶製材に近い材料特性が得
られることである。さらに、プレス圧縮成形では、上下
面からの加圧のため、金型に制約があり、比較的簡単な
形状の部品を対象とせざるを得ないが、金属粉末射出成
形技術を用いることにより三次元的に複雑な形状の部品
が製造可能となった。しかし、この金属粉末射出成形技
術をもってしても、金型製作の困難性から、製造できる
部品の形状には自ずと限界があった。

【０００５】このような形状の限界を克服する手段とし
て、従来いくつかの方法が提案されている。例えば、特
開昭62-289378 号公報および特開平3-39405 号公報があ
り、その両者の共通する製造方法は、複雑な形状の部品
をより簡単に射出成形できる複数個の部品に分割して成
形し、成形後に各分割部品を接合し、脱脂焼結すること
であり、さらに両者の特徴的な具体的工程は、焼結部品
の接合界面の強度を上げるため、接合しようとするグリ
ーン体相互の界面における、各々のグリーン体の金属粒
子間のギャップをできるだけ埋める工程にある。この目
的のため、前者は、界面に電流を流し、加熱してバイン
ダーを溶解して、界面近傍の金属粒子を混合させる工程
を提案し、後者は、界面に同一組成の金属粉末を液体バ
インダーと混合したスラリーを付着させて、界面の凹凸
を埋める工程を提案している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記の両者のいずれの
方法においても、グリーン体相互を接合するに際し、余
分な工程を設けており、この余分な工程中の不安定な要
素が問題となる。すなわち、前者においては、安定的な
導電性を有する個所での通電加熱ではなく、界面の局部
的な接触という不安定要素の多い導電個所での通電加熱
であり、また後者は、グリーン体自体を寸法精度よく成
形しても、その接合界面に寸法精度を正確に規制しがた
いスラリーの付着という工程を有している。従って、両
者はいずれも工程中の不安定な要素によって、界面全体
の一様な接合および正確な寸法精度を有する焼結品を得
るには問題がある。

【０００７】本発明の目的は、上記の問題点を解決する
複雑形状の焼結部品の簡便な製造方法を提供することで
ある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の方法は、水アトマイズ法で製造された金
属粉末に熱可塑性バインダーを添加してコンパウンドと
し、このコンパウンドから別々に射出成形した複数のグ
リーン体を、そのまま一体の部品に組み立てた後、脱
脂、焼結を行い、金属組織上一体化することを特徴とす
る。

【０００９】金属粉末としては、SUS304L, SUS316L, SI
S410L, SUS430L, SUS630等のステンレス鋼、SKH51, SKH
57等の高速度鋼、 PB47 、パーメンジュール等の磁性合
金の金属粉末が使用できる。

【００１０】また、熱可塑性バインダーとしては、特開
平1-301805号公報に開示された組成のバインダー、さら
に市販されているアクリル系樹脂を主成分とするバイン
ダー、エチレン一酢酸ビニル共重合体を主成分とするバ
インダー等が使用できる。

【００１１】

【作用】図１は、一部品のグリーン体内部の金属粒子の
分布状態である、金属粒子の占める広さとほぼ同じ広さ
を占めるバインダーが存在していることが分かる。この
ようなグリーン体が脱脂、焼結により高密度の金属粉末
焼結体となるのが金属粉末射出成形技術の特徴の一つで
ある。

【００１２】一方、図２は、分割して射出成形された二
つの部品のグリーン体をそのまま接合させた場合の界面
の状態である。すなわち、界面に電流を通じたり、ある
いは界面に金属粉末のスラリーを付着させたりすること
を行わない状態の界面である。この界面には、微小なギ
ャップが生じているが、しかしながら本発明の射出成形
技術によって、このギャップは使用している金属粉末の
ほぼ平均金属粒子径以下、具体的には15μm 以下にする
ことができる。また、図１で明らかなようにグリーン体
自体の金属粒子間のギャップは、ほぼ平均金属粒子径に
等しい。従って、グリーン体相互の界面のギャップとグ
リーン体自体の内部の金属粒子間のギャップの差はほと
んどない。さらに、一体に組み立てられた二つの部品の
グリーン体の脱脂工程中では、界面の微小なギャップの
ため脱脂反応がグリーン体内部より優先的にこの界面に
生じ、脱脂工程中に液化あるいは気化したバインダーが
この界面に集まり、界面近傍の金属粒子はそのために流
動化し、脱脂終了時には、グリーン体相互の界面は消失
する。界面の消失した状態を図３に示す。

【００１３】また、本発明の方法には、高圧水でアトマ
イズされた金属粉末を使用する。この水アトマイズ金属
粉末は、水による急冷作用のため、表面張力の影響が小
さく、従って外殻に凹凸が多く比較的不規則な形状を呈
している。上記の脱脂工程において、グリーン体界面に
おける金属粒子の流動化の際、不規則な形状の水アトマ
イズ粉末は、粉末粒子相互の絡み合いによって、粒子の
移動が制限されるため、グリーン体の型くずれ、変形が
なく、一体部品としての保形性がきわめて良好で、寸法
精度が維持できる。

【００１４】上記のように、脱脂後グリーン体相互の界
面は消失し、グリーン体自体の内部とほぼ同じ状態の金
属粒子の分布状態が得られる。従って、この脱脂した一
体部品を焼結すれば、金属組織上全く一体化し（図
４）、かつ変形のない寸法精度の良好な焼結部品が得ら
れる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明を図面に示す実施例により詳細
に説明する。

【００１６】図６と図７に、例えばロボットなどに用い
られる直線運動用高精度のリニアガイドを示す。

【００１７】このリニアガイドは、レール１と、このレ
ール１の上を走行するキャリッジ２とからなる。キャリ
ッジ２は、さらにブロック本体３と、このブロック本体
３の両端面に取り付けられるエンドプレート４′および
アールピース１４からなる側蓋４とを有する。ブロック
本体３とレール１がボール５、６を介して接する水平な
およびほぼ垂直な案内面には、それぞれボール５、６が
レール１の長手方向に転動するようにブロック本体３の
直線のボール案内溝７、９およびレール１のボール案内
溝８、１０が設けられ、さらにブロック本体３には、こ
れらのボール案内溝７、９と平行に走る円形断面のボー
ル案内通路１２、１３が設けられている。これらの案内
通路１２と１３は、それぞれ、ブロック本体３の端面の
エンドプレート４′に設けられた半円形の案内溝１１、
１１′（図８）を介して対向する案内溝７、９に連結さ
れている。案内溝１４′を有するアールピース１４（図
９、１０および１１）が、図６に示すように、エンドプ
レート４′の半円形の案内溝１１、１１′の中心にその
中心を位置させた状態でエンドプレート４′の端面に、
半円形の案内溝１１と共に円形横断面の案内通路を区画
するように取り付けられている。このようにして、ブロ
ック本体３の水平面のためのボール案内通路１２と７、
およびこれらのボール案内通路を連結する、両端のエン
ドプレート４′の半円形のボール案内溝１１とアールピ
ース１４の案内溝１４′とにより区画された半円形の案
内通路により、ボール５のためのエンドレスの案内通路
が形成されている。もう一方のブロック本体３の垂直面
の案内通路１３、９も同様にしてエンドプレート４′の
半円形の案内通路と共にエンドレスの案内通路を形成し
ている。

【００１８】なお、１５はグリースニップル、１６はサ
イドシール、１７はエンドシールを示す。

【００１９】レール１、ブロック本体３は金属で造られ
るが、側蓋４は従来合成樹脂で造られていた。すなわ
ち、エンドプレート４′とアールピース１４は合成樹脂
で各々別個に射出成形した後に、エンドプレート４′の
所定の位置にアールピース１４を組み付けて側蓋４を構
成していた。本発明による実施例では、このエンドプレ
ート４′とアールピース１４を金属粉末射出成形により
各々別個にグリーン体を造り、そのまま一体部品に組み
立てた後、脱脂、焼結を行って、一体化した側蓋４を製
造したものであって、その製造工程図を図５に示す。

【００２０】このエンドプレート４′とアールピース１
４に使用される金属粉末は、ステンレス鋼粉末でSUS 30
4Lが使用される。この金属粉末の製造方法では、AOD 炉
で精錬されたSUS 304L溶湯が、タップ後高圧水によりア
トマイズされる。このアトマイズは、1,000 〜1,500 kg
f/cm² の高圧水により行われる。アトマイズされた後に
乾燥し、それからエアセパレータにより所定の粒度に分
級され、射出成形用金属粉末として本実施例では、平均
粒径が6 〜12μm のものが使用された。

【００２１】この射出成形用金属粉末に流動性を与える
ために、混練機により熱可塑性バインダーを7 〜12重量
％一緒に添加し、80〜150 °C に加温しながら両者を均
一に混練する。

【００２２】ここで使用されるバインダーは、特開平 1
-301805 号公報に開示されているポリオキシエチレン−
ポリオキシプロピレン縮合物系ポリエーテルを主成分と
するバインダーであって、具体的には平均分子量 17,00
0 〜26,000でかつエチレンオキシドを60〜90重量％含む
ポリオキシエチエレン−ポリオキシプロピレン縮合物系
ポリエーテル50〜80重量％、天然ワックス15〜40重量％
および脂肪酸 5〜30重量％よりなる。この射出成形用バ
インダーは、成形性、脱脂性および焼結性などの物性に
優れたものである。 混練後、射出成形に適する原料と
するために、この混練物を押出し機によりペレット状と
する。ペレット状としたコンパウンドを、射出成形機を
用いて金型に射出成形して所定の形状のエンドプレート
４′とアールピース１４を成形する。得られた二つの射
出成形グリーン体４′と１４のゲートを切断した後、本
発明によりグリーン体のまま組立てを行う。すなわち、
エンドプレートグリーン体４′の穴にアールピースグリ
ーン体１４をそのまま装着して一体部品とする。この
際、エンドプレート４′とアールピース１４の接合面の
ギャップは、15μm 以下に抑えられる。それから、一体
部品を脱脂炉に装入し、常圧300 〜400 °C で昇温を含
め48〜72時間の脱脂工程を行う。前述のように、本発明
の方法に用いるバインダーは脱脂性に優れているため、
この工程によりバインダーが成形体にほとんど残らず、
99.5％以上が脱脂される。この際、エンドプレート４′
とアールピース１４の接合面は消失し、内部状態と同一
となり、一体部品となっている。脱脂完了後、一体部品
を取り出し、真空炉に装入し、1,200 〜1,350 °C で真
空焼結する。この焼結により、アールピース１４とエン
ドプレート４′の接合面が金属組織上一体化して接合さ
れる。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明による複数
の金属粉末射出成形グリーン体からなる一体部品の製造
方法では、別々に射出成形した複数のグリーン体をその
まま一体部品に組み立てた後、脱脂、焼結するので、複
雑形状の金属粉末焼結品が、変形少なく、寸法精度の高
い、しかも金属組織上も一体化した一体部品として製造
することができる。

【００２４】また、直線運動用キャリッジの側蓋を本発
明の方法により製造することによって、アールピースは
エンドプレート内の定位置に固定されるため、ボールの
方向転換通路としての穴の大きさが、全方向転換部を通
じて一定になり、ボールの蛇行運動がないので、円滑な
ボール循環が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】水アトマイズ法で製造された金属粉末に熱可塑
性バインダーを添加してコンパウンドとし、このコンパ
ウンドを用いて射出成形した一部品のグリーン体内部の
金属粒子の分布状態を示す電子顕微鏡写真（1,000 倍)
である。

【図２】本発明の方法において、分割して射出成形され
た二つの部品のグリーン体をそのまま接合させた場合の
界面の状態を示す電子顕微鏡写真(1,000倍) である。

【図３】さらに本発明の方法の次の工程において、一体
に組み立てられた二つの部品のグリーン体を脱脂した後
に二つのグリーン体の間の界面が消失した状態を示す電
子顕微鏡写真(1,000倍) である。

【図４】さらに本発明の方法の引き続く工程において、
脱脂した一体部品を焼結した後の金属組織上全く一体化
した状態を示す顕鏡面腐食後の電子顕微鏡写真(1,000
倍) である。

【図５】本発明による複数の金属粉末射出成形グリーン
体からの一体部品の製造方法をリニアガイドのキャリッ
ジのエンドプレートとアールピースの二つの成形品から
なる側蓋に適用した場合の製造工程図である。

【図６】リニアガイドのキャリッジを図７の線VI-VI に
沿って部分的に断面した部分縦断面を含む側面図であ
る。

【図７】リニアガイドのキャリッジを図６の線VII-VII
に沿って部分的に切断した部分横断面を含む断面図であ
る。

【図８】リニアガイドのキャリッジのエンドプレートに
アールピースを組み付けた状態を示す図６の線VIII-VII
I から見た図である。

【図９】リニアガイドのキャリッジを構成するエンドプ
レートに取り付けられるアールピースの正面図である。

【図１０】図９のアールピースの平面図である。

【図１１】図９のアールピースの側面図である。

【符号の説明】

４ 側蓋 ４′ エンドプレート １４ アールピース

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 若生 茂 神奈川県横浜市港北区高田町1245−３

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水アトマイズ法で製造された金属粉末に
   熱可塑性バインダーを添加してコンパウンドとし、この
   コンパウンドから別々に射出成形した複数のグリーン体
   を、そのまま一体の部品に組み立てた後、脱脂、焼結を
   行い、金属組織上一体化することを特徴とする複雑形状
   の金属粉末焼結体の製造方法。
2. 【請求項２】 請求項１の製造方法により、エンドプレ
   ートとアールピースを一体化して製造したことを特徴と
   する直線運動用キャリッジの側蓋。