JPH0673405A - 金属可塑性組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 その焼成時における収縮を極力小さくするこ
とのできる金属可塑性組成物を得ることを目的とする。 【構成】 金属粉あるいはその合金粉と水溶性樹脂バイ
ンダーとを混練して中間混合物を生成し、この中間混合
物を乾燥・固化させたのちに、水に浸漬・溶解すること
によりスラリーとし、ついでこのスラリーを乾燥させて
ケーキとしたのちに粉砕することにより得られた凝縮粉
と、バインダーとを混練してなることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、美術工芸品や金属製食
器、あるいは、宝飾品などを製造するための造形用素材
として用いて好適な金属可塑性組成物に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、美術工芸品等を製作する場合、そ
の造形素材としてＡｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｏ
ｓ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｗ、Ｍｏ等の金属、または、これらの
金属を主成分とする合金材料等が用いられており、その
加工方法の主たるものが、鋳造や圧延等、あるいは、た
たきだしによるものであった。

【０００３】しかしながら、このような加工方法である
と、大掛かりな設備が必要となるばかりでなく、金属に
よっては、例えば、Ｐｔでは融点が高いために、鋳造に
よる造形が困難であるといった問題点がある。

【０００４】また、たたきだしや圧延等の加工方法であ
ると、造形の形状に制約があり、あるいは、それに要す
る時間が多大なものとなるといった不具合がある。

【０００５】そこで、本願出願人は、金属粉や合金粉を
水溶性バインダーに混合して粘土状とした、金属可塑性
組成物を提案した（特開平４ー２６７０７号参照）。

【０００６】この先の提案に係わる金属可塑性組成物
は、一般の粘土とほぼ同様の塑像性を有し、種々の複雑
な形状を、指先あるいはへら等の簡易な道具によって容
易に造形できるという利点を有する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前述した貴
金属可塑性組成物は、造形材料として極めて有用である
が、さらに、次の事項が要望されるに至った。

【０００８】すなわち、前述の金属可塑性組成物におい
ては、焼成後における容積が、造形時における容積に比
して４０％〜６０％程度に減少してしまうという問題が
あった。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、前述した従来
の問題点を有効に解消し得る金属可塑性組成物を提供せ
んとするもので、特に、金属粉あるいはその合金粉と水
溶性樹脂バインダーとを混練して中間混合物を生成し、
この中間混合物を乾燥・固化させたのちに、水に浸漬・
溶解することによりスラリーとし、ついでこのスラリー
を乾燥させてケーキとしたのちに粉砕することにより得
られた凝縮粉と、バインダーとを混練してなることを特
徴とする。そして、前記バインダーは、水溶性樹脂バイ
ンダーまたは熱可塑性樹脂バインダー、あるいは、これ
らの混合バインダーを含むものである。

【００１０】

【作用】本発明に係わる金属可塑性組成物は、金属粉あ
るいはその合金粉（以下、単に金属粉と略称する）を水
溶性樹脂バインダーと混練することにより、中間混合物
を生成する。この状態において、金属粉は、バインダー
中に均一に分散している。これより、前記中間混合物を
乾燥させることにより、バインダー中の水分を除去し
て、金属粉がバインダーの残部によって結合された状態
とする。ついで、この乾燥状態となされた金属粉とバイ
ンダーとの混合物を水に浸漬して溶解することによりス
ラリーとしたのちに、乾燥させてケーキとする。このケ
ーキは、表面にバインダーが付着した金属粉の多数が結
合した粒状物の集合体である。ついで、このケーキを粉
砕することにより、前記粒状物が細かく粉砕されて金属
粉が不規則な配列状態で結合された凝縮粉となされる。
そして、この凝縮粉とバインダーとを混練して得られた
金属可塑性組成物は、先の提案と同様に、塑像性に優れ
た造形用素材となる。

【００１１】このようにして得られた凝縮粉を用いた金
属可塑性組成物を造形後に焼成すると、殆ど収縮のない
金属物品が得られる。これは、前記凝縮粉が、新たに混
合されたバインダー中において不規則な配列を有し、焼
成時にその不規則な状態を保持したまま相互に焼結され
ることにより、焼結された金属間に空間部が形成される
ことによるものと考えられる。

【００１２】ここで、中間混合物の組成について説明す
る。この好適な組成は以下のとおりである。 金属粉 ；５０重量％〜９８．５重量％ 水溶性樹脂バインダー ；１．５重量％〜５０重量％ また、前記バインダーの好適な組成は下記のとおりであ
る。但し、このバインダーの配合比は、得られる混合物
全体を１００重量％として示している。 セルローズ系水溶性バインダー；０．４重量％〜１６．５重量％ 界面活性剤 ；０．００１重量％〜８．５重量％ 油脂またはアルコール類 ；１．２重量％〜２５重量％ 水および不可避不純物 ；残部

【００１３】つぎに、前記各成分の具体例と、配合比を
限定した理由について説明する。 （ａ）金属粉 この金属粉としては、平均粒径が２０μｍの球状のもの
が用いられ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉ
ｒ、Ｏｓ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｗ、Ｍｏ、あるいは、こ
れらの合金からなる群より選択された１種または２種以
上が用いられる。

【００１４】（ｂ）セルローズ系水溶性バインダー このセルローズ系水溶性バインダーは、メチルセルロー
ズ、エチルセルローズ等を水に溶解したもので、このセ
ルローズ系水溶性バインダーが前記範囲未満であると、
バインダーとしての効果が得られず、また、前記範囲よ
り多いと中間混合物の粘性が大きくなり過ぎて好ましく
ない。

【００１５】（ｃ）界面活性剤 界面活性剤は、金属粉とセルローズ系水溶性バインダー
との親和性を高め、両者の混合を容易にするものであ
る。この界面活性剤としては、アルキルベンゼンスルホ
ン酸塩、脂肪酸セッケン等の陰イオン界面活性剤が好適
に用いられ、その配合比が、前記範囲未満であるとその
効果が不十分で、また、前記範囲を越えると、得られた
中間混合物の粘度が低下し流動性が増すので好ましくな
い。

【００１６】（ｄ）油脂またはアルコール類 この油脂またはアルコール類は、小量添加することによ
り中間混合物に滑性を付与するものである。そして、こ
の油脂としては、例えば、フタル酸エチルヘキチル、フ
タル酸ジＮオクチル、フタル酸ジＮブチル等の高級有機
酸エステルが用いられ、また、アルコール類としては、
例えば、ポリビニルアルコール等の高級アルコール、ポ
リエチレングリコール等の高級多価アルコールが好適に
用いられる。また、これらの配合比が前記範囲未満であ
るとその効果が得られず、また、前記範囲より多いと、
得られた中間混合物が油っぽく滑りやすくなり好ましく
ない。

【００１７】

【実施例】以下、本発明を一実施例に基づき説明する。
まず、メチルセルローズ；９重量％、アルキルベンゼン
スルホン酸塩；３重量％、フタル酸ジＮオクチル；１０
重量％、および、水および不可避不純物；残部からなる
バインダーを作成し、このバインダー２２重量％と平均
粒径２０μｍの球状のＡｇ粉；７８重量％を混練して中
間混合物を生成する。

【００１８】ついで、この金属可塑性塑性物を室温で１
日保持して乾燥させる。また、この自然乾燥に代えて、
約８０℃で２時間加熱することによる強制乾燥であって
もよい。

【００１９】ついで、前述のようにして乾燥させた金属
粉と水分が除去されたバインダーとの混合物を、水中に
６時間浸漬し、必要に応じて撹拌等の外力を与えてスラ
リーとしたのちに、温度；８０℃で２４時間保持して乾
燥させてケーキとする。このケーキは、表面に水分が除
去されたバインダーが付着した金属粉が、このバインダ
ーを介して不規則に結合された平均粒径１ｍｍ程度の凝
集粒の集合体となる。

【００２０】これより、前記ケーキをボールミル等を用
いて粉砕することにより、平均粒径が５０μｍ〜１００
μｍの凝縮粉が得られる。この凝縮粉は、前記凝集粉と
同様に、水分が除去されたバインダーによって金属粉が
不規則に結合された形状となされている。

【００２１】このようにして得られた凝縮粉を用いて、
その配合比を調整して、以下に示す配合比の金属可塑性
組成物（実施例１）を生成した。 Ａｇ凝縮粉；８２重量％ メチルセルローズ；１．８重量％ アルキルベンゼンスルホン酸塩；０．５重量％ フタル酸ジＮオクチル；０．５重量％ 水および不可避不純物；残部

【００２２】そして、この金属可塑性組成物の所定量に
より、３．４ｃｍ×３．０ｃｍ×０．９ｃｍの直方体を
形成したのちに、温度９００℃で２時間焼成し、その収
縮率（焼成後の容積／焼成前の容積）を見てみたとこ
ろ、９５％であった。この結果からも明らかなように、
本発明の凝縮粉を用いて生成された金属可塑性組成物
は、焼成後においてもほとんど収縮が見られない。これ
は、前述のようにして得られた凝縮粉を用いて金属可塑
性組成物を生成した場合、凝縮粉を構成する金属粉間に
隙間が形成され、焼成時に金属粉がブリッジ状に結合さ
れて、これらの間に隙間が形成されることによるものと
考えられる。

【００２３】なお、前記実施例１において用いた水溶性
バインダーに代えて、熱可塑性樹脂バインダーを用いて
もよく、また、両バインダーからなる混合バインダーを
用いてもよいものである。。その場合の組成ならびに配
合比について以下に示す。

【００２４】［熱可塑性樹脂バインダーの場合］ （ａ）熱可塑性樹脂 この熱可塑性樹脂は、ポリメタクリル酸メチル等のアク
リル系樹脂が用いられ、得られる金属可塑性組成物の形
状を良好の保持し、かつ、後述する可塑剤との組み合わ
せによって、金属可塑性組成物に比較的低い温度での、
可塑性、自己粘着性、伸び、および、割れ防止等の特性
を与えるものであり、その配合比は、２重量％〜１０重
量％である。そして、この配合比は、その下限値を下回
ると、前述した特性が十分に得られず、また、上限値を
越えると金属可塑性組成物を脱脂・焼結する際に、変形
やだれ、あるいは発泡等が生じ好ましくないことから、
前記範囲内に設定されたものである。

【００２５】（ｂ）可塑剤 可塑剤は、前述のように、前記金属可塑性組成物に、可
塑性、自己粘着性、伸び、および割れ防止等の特性を与
えるもので、フタル酸ジＮブチル、フタル酸ジエチルヘ
キシル、フタル酸ジＮオクチル等のフタル酸系化合物
や、ポリエチレングリコール、エチレングリコール、グ
リセリン等のアルコール類から選ばれる１種または２種
以上が用いられ、その配合比は、２重量％〜１０重量％
である。そして、前記配合比は、その下限値を下回る
と、可塑性、伸び、および、割れ防止等の特性が十分に
得られず、また、上限値を越えると、自己粘着性が低下
し、また、金型成形時に金型の内部に気泡を巻き込むよ
うになって、金型強度を低下させてしまうことから、前
記範囲内に設定されたものである。

【００２６】（ｃ）分散剤 この分散剤は、好ましくは添加されるもので、例えば、
ソルビタンモノオレート等の界面活性剤が用いられ、前
記金属粉体あるいは合金粉体とバインダーとの混合性を
高めるもので、不可避不純物と合わせて、０．０５重量
％〜６重量％の範囲内で添加される。

【００２７】［熱可塑性樹脂バインダーと水溶性セルロ
ーズ系樹脂バインダーとの混合バインダーの場合］ （ａ）熱可塑性樹脂 熱可塑性樹脂は、ポリメタクリル酸メチル等のアクリル
系樹脂であり、油脂成分が共存することによって、前記
金属可塑性組成物の蘇生性を良好なものとするととも
に、形状を良好に保持し、かつ、可塑性、伸び、およ
び、割れ防止等の特性を与えるものである。そして、そ
の配合比（すなわち、溶媒成分が除去された後の配合
比）が０．１重量％未満であると、良好な蘇生性が得ら
れず、伸びおよび割れ防止等の特性が不十分であり、一
方、５重量％を越えると、焼結時に加熱されることによ
り金属可塑性組成物に流動性が生じ、成形体を所望の形
状に焼結することができなくなることから、アクリル系
樹脂の配合比は、０．１重量％〜５重量％に設定され
る。

【００２８】（ｂ）水溶性セルローズ系樹脂 水溶性セルローズ系樹脂は、メチルセルローズ、エチル
セルローズ等が用いられ、金属可塑性組成物に可塑性お
よび形状保持特性を付与する効果があるが、さらに、前
記アクリル系樹脂との組み合わせによって、このアクリ
ル系樹脂によって与えられる金属可塑性組成物の形状保
持性、可塑性、伸び、および、割れ防止等の特性を調整
する効果を示すとともに、水分を乾燥すると固化すると
いう特徴により、前記金属可塑性組成物の乾燥・固化の
進行度合いを調整するものである。そして、その配合比
が０．１重量％未満であると、水分を乾燥しても固化が
不十分なため成形体に必要な硬さおよび強度が得られ
ず、一方、５重量％を越えると、金属可塑性組成物の粘
性が低下して塑像性が著しく低下することから、水溶性
セルローズ系樹脂の配合比は、０．１重量％〜５重量％
に設定される。

【００２９】（ｃ）油脂 この油脂は、植物性油、動物性油、合成油、あるいは、
フタル酸、オレイン酸等の高級有機酸、あるいは、フタ
ル酸ジＮブチル、フタル酸エチルヘキシル、ソルビタン
モノオレート等の高級有機物化合物、さらに、ポリエチ
レングリコール等の高級アルコール等が用いられ、前記
金属可塑性組成物の可塑性調整や、造形時における手や
造形治具への付着を抑制するためのものである。そし
て、その配合比が０．１重量％未満であるとその効果が
得られず、また、５重量％を越えて配合すると伸びの特
性が著しく悪くなることから、この油脂の配合比は、
０．１重量％〜５重量％に設定される。

【００３０】（ｄ）低級アルコール この低級アルコールは、エチレングリコール、グリセリ
ン等が用いられ、得られた金属可塑性組成物の造形時に
おけるひび割れ等を抑制するためのものであるが、金属
可塑性組成物に対する要求特性によっては、必ずしも混
合する必要はない。そして、その配合比が、５重量％を
越えると、金属可塑性組成物の粘性が低下して塑像性が
著しく低下することから、その配合比は、５重量％以下
に設定され。

【００３１】（ｅ）界面活性剤 この界面活性剤は、ラウリル硫酸ナトリウム等が用いら
れ、前記金属可塑性組成物の製造時における配合物の混
練・混合が円滑化され、それに要する時間を短縮するた
めに混合するもので、製造条件によっては必ずしも混合
する必要はない。そして、０．５重量％を越えて配合し
ても前述の効果に変化がないため、この界面活性剤の配
合量は、０．５重量％以下に設定される。

【００３２】つぎに、熱可塑性樹脂バインダーを用いた
金属可塑性組成物（実施例２）、および、両者を混合し
たバインダーを用いた金属可塑性組成物（実施例３）の
それぞれについて、以下に示す配合比で金属可塑性組成
物を生成した。

【００３３】実施例２；蒸発乾燥後の配合比が、アクリ
ル樹脂；４重量％、フタル酸ジＮブチル；４重量％、ソ
ルビタンモノオレート；２重量％となるように、これら
を、エタノール中において室温で撹拌混合し、この溶液
に平均粒径２０μｍのＡｇ凝縮粉を、同じく蒸発乾燥後
の配合比が９０重量％となるように撹拌混合したのち
に、この混合溶液をバットに広げて、温度４０℃で２４
時間保持することにより自然乾燥させて金属可塑性組成
物を得た。

【００３４】実施例３；蒸発乾燥後の配合比が、ポリメ
タクリル酸メチル；２．７重量％、フタル酸ジＮブチ
ル；２．１重量％、および、ソルビタンモノオレート；
０．５重量％となるように、これらを、エタノール中に
おいて室温で撹拌混合し、この溶液に平均粒径３０μｍ
のＡｇ粉末を、同じく蒸発乾燥後の配合比が８４．９重
量％となるように撹拌混合したのちに、この混合溶液を
バットに広げて、温度４０℃で２４時間保持することに
より自然乾燥させ、これを、メチルセルローズ；１．０
重量％、ラウリル硫酸ナトリウム；０．０２、残部；水
および不可避不純物を撹拌混合して得られたゼリー状組
成物と混練して金属可塑性組成物を得た。

【００３５】そして、これらの各実施例について、前記
実施例１と同様に造形したのちに、温度９００℃で２時
間焼成し、その収縮率（焼成後の容積／焼成前の容積）
を見てみたところ、実施例２では９３％であり、実施例
３では９２％であった。

【００３６】このように、本発明の金属可塑性組成物
は、焼成後においてほとんど収縮のない金属物品を得る
ことができる。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係わる金
属可塑性組成物は、金属粉あるいはその合金粉と水溶性
樹脂バインダーとを混練して中間混合物を生成し、この
中間混合物を乾燥・固化させたのちに、水に浸漬・溶解
することによりスラリーとし、ついでこのスラリーを乾
燥させてケーキとしたのちに粉砕することにより得られ
た凝縮粉と、バインダーとを混練してなることを特徴と
するもので、その焼成後における収縮率を大幅に減少さ
せて、造形時の形状と得られた金属物品との外観上の差
異を大幅に減少させることができる。したがって、金属
物品の造形用素材としての品質を大幅に高めることがで
きる。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属粉あるいはその合金粉と水溶性樹脂
   バインダーとを混練して中間混合物を生成し、この中間
   混合物を乾燥・固化させたのちに、水に浸漬・溶解する
   ことによりスラリーとし、ついでこのスラリーを乾燥さ
   せてケーキとしたのちに粉砕することにより得られた凝
   縮粉と、バインダーとを混練してなることを特徴とする
   金属可塑性組成物。
2. 【請求項２】 前記バインダーが水溶性樹脂バインダー
   および／または熱可塑性樹脂バインダーであることを特
   徴とする請求項１記載の金属可塑性組成物。