JPH08170104A - 金属またはセラミック粉末射出成形方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 混練物の充填及び金型の離型性もよく、安価
で歩留りもよい、高い寸法精度の成形体を得ることがで
きる金属またはセラミック粉末の射出成形方法および装
置を提供することにある。 【構成】 金属またはセラミック粉末射出成形装置は、
金属またはセラミック粉末と熱可塑性樹脂を主体とする
バインダーとの混練物を射出成形するヒーター３付きで
内部にスクリュー２があるシリンダー１を備え、このシ
リンダー１には混練物の計量時間を検出する検知部４を
有し、前記検知部４からの計量時間信号を受けてシリン
ダー温度を算出する演算部５とが付設されており、この
演算部５からの温度信号ｂに応じてシリンダー温度が制
御される。又、金属またはセラミック粉末射出成形方法
は、射出成形機での混練物の計量時間を検出し、検出さ
れた計量時間に応じてシリンダー温度を算出し、算出該
当温度のシリンダー温度で射出するものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、金属またはセラミック
粉末射出成形方法と装置に関するものであり、さらに詳
しくは、金属またはセラミック粉末と熱可塑性樹脂を主
体とするバインダーとの混練物を射出成形する技術の改
良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】粉末冶金業や窯業の分野で近年注目を集
めている技術に粉末射出成形法がある。この粉末射出成
形法は、粉末に１０〜２０重量％程度の熱可塑性樹脂や
可塑剤等からなるバインダーを加え、混練した後、射出
成形を行い成形体を得、ついで加熱炉等を用いて、成形
体を加熱することによってバインダーを除去する脱脂工
程を経て焼結し、必要とする形状を持つ金属またはセラ
ミック焼結体を得る方法である。

【０００３】これは、プラスチックの分野で一般的に行
われている射出成形技術を応用したもので、一般的な圧
縮成形では困難な複雑形状の製品が高い寸法精度で量産
性良く得られるという利点がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような粉
末射出成形法では、粉末とバインダーを混合、混練した
物、即ち、混練物の流動性が粉末の性状によって大きく
変動するという欠点がある。

【０００５】即ち、同一組成の金属またはセラミック粉
末で同一の製法で製造した場合でも、工業的規模での製
造となると粉末の平均粒径、粒度分布及び粉末形状など
が製造ロットごとに変動する。

【０００６】この結果、混練物の内部において、金属ま
たはセラミック粉末の粉末間のバインダーの分散性に差
が生じ、結局得られた混練物の流動性が大きく変動する
ことになる。

【０００７】このために、ある粉末ロットによる混練物
が金型内に完全に充填される成形条件でも、他の粉末ロ
ットによる混練物では不完全な充填となったり、逆に過
度な充填となって成形体にバリが発生したり、成形体が
金型から離型できなくなるなどの問題がある。

【０００８】また、これらの問題点が発生しない場合で
も、上記の混練物の流動性の変動のため、得られた成形
体の重量、寸法が大きくばらつき、粉末射出成形法の特
徴である重量、寸法等の高い精度が得られないという問
題がある。

【０００９】最も、かかる問題への対策として、金属ま
たはセラミック粉末の粒度調整を行い、ほぼ均一な性状
の粉末を得て使用することが実験室規模では行われてい
る。しかし、価格及び歩留りという点からすると、この
方法は工業的規模での製造の場合にはとても採用できる
ものではない。

【００１０】よって、本発明の目的は、金属またはセラ
ミック粉末射出成形に当たって得られる混練物の流動性
が粉末の性状によって大きく変動することを解消し、混
練物の充填及び金型の離型性もよく、安価で歩留りもよ
い、高い寸法精度の成形体を得ることができる、金属ま
たはセラミック粉末射出成形方法および装置を提供する
ことにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、金属またはセ
ラミック粉末と熱可塑性樹脂を主体とするバインダーと
の混練物を計量して射出成形する射出成形機において、
混練物の計量時間を検出し、検出された計量時間に応じ
てシリンダー温度を算出し、算出したシリンダー温度で
射出することを特徴とする金属またはセラミック粉末射
出成形方法である。

【００１２】又、本発明の装置は、ヒーター付きで内部
にスクリューがあるシリンダーを備え、このシリンダー
には、金属またはセラミック粉末と熱可塑性樹脂を主体
とするバインダーとの混練物の計量時間を検出する検知
部を有し、前記検知部からの計量時間信号を受けてシリ
ンダー温度を算出する演算部が付設されており、この演
算部からの温度信号に応じてシリンダー温度を制御する
制御部を有することを特徴とする金属またはセラミック
粉末射出成形装置である。

【００１３】

【作用】射出成形機においては、所定の加熱条件下のシ
リンダー内に成形用原料を投入した後、スクリューを回
転させることにより成形用原料を溶融状態にする。この
溶融状態で設定した量の計量を行い、計量完了後スクリ
ューを金型方向に動かすことにより成形用原料を金型内
に射出して成形体を得ている。

【００１４】この計量中は、スクリューの回転が所定の
回転数になるようにモーターが制御され、また一般の射
出成形機では、この計量時間がわかるようになってい
る。

【００１５】そこで、本発明にあたっては、金属または
セラミック粉末とバインダーとの混練物が射出成形機内
でスクリューにより溶融される際に、バインダーの分散
性の差により計量時間が大きく変わることに着目したも
のである。

【００１６】更に、シリンダー温度の変化により計量時
間が変化し、同時に射出の際の流動性が変化することに
着目して、シリンダー温度と流動性及び計量時間との関
係を定量的に把握したものである。

【００１７】シリンダー内に混練物が投入されると、ス
クリューが金型方向に圧力を掛けながら回転して混練物
が溶融される。

【００１８】その後、スクリューが予め設定された位置
まで後退して計量を完了し、この計量に要した時間が検
出されて計量時間検知部に送られる。

【００１９】計量時間検知部からの計量信号に応じてシ
リンダー温度を演算し、更に、シリンダー温度演算部が
出力する温度信号に応じてシリンダー温度が制御され
る。

【００２０】そのため、粉末ロットが異なり混練物の流
動性が変動しても、得られる成形体の重量、寸法の変動
が低減される。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を用いて
説明する。

【００２２】図１に示すのは、この発明の射出成形装置
の一例である。この装置は、ヒーター３により加熱され
るシリンダー１内にはスクリュー２が回転及び軸方向に
移動可能に組み込まれている。

【００２３】このスクリュー２は、その回転により混練
物を溶融させて計量を行い、長軸方向に移動して射出を
行うものである。

【００２４】シリンダー１の一端（図示しない金型から
離間した方の端部）近くには、混練物をシリンダー１内
に投入するホッパー７が設けられている。

【００２５】シリンダー１内には、適宜公知の計量時間
センサー４ａが設けられており、この計量時間センサー
４ａは計量時間検知部４に電気的に接続されている。

【００２６】この計量時間検知部４には演算部５が接続
されており、検出された計量時間を示す計量信号ａに応
じてシリンダー温度を算出して温度信号ｂを出力する。

【００２７】シリンダー１内には適宜公知の温度センサ
ー６ａが付属しており、シリンダー温度制御部６に電気
的に接続され、ヒーター３を制御している。

【００２８】演算部５からの温度信号ｂは、温度制御部
６に入力されてヒーター３の温度を制御する。

【００２９】ホッパー７からシリンダー１内に混練物が
投入されると、スクリュー２が金型方向に圧力を加えな
がら回転して混練物が溶融される。

【００３０】その後、スクリュー２が予め設定された位
置まで後退して計量を完了し、この計量に要した時間が
センサー４ａにより検出されて、計量時間検知部４に送
られる。

【００３１】計量後の溶融状態の混練物は、スクリュー
２をノズル方向に移動させて圧力を掛けることにより射
出され、金型内に充填されて成形体が得られる。

【００３２】検知部４からの計量信号ａに応じて、演算
部５がその温度信号ｂにより、温度制御部６を制御し
て、ヒーター３の温度を変えてシリンダー１の温度を制
御する。

【００３３】（実施例１）金属粉末として水アトマイズ
法により得られたＦｅ５０−Ｃｏ５０（ｍｏｌ％）の合
金粉末の製造日が異なる１０ロットを用意した。ついで
これらの合金粉末９１．４重量％に対しエチレン酢酸ビ
ニル共重合樹脂５．０重量％、高密度ポリエチレン２．
６重量％、ジブチルフタレート（試薬１級）１％を混合
し、それぞれ加圧ニーダーを用いて１３０℃で１時間混
練し、１０ロットの混練物を得た。

【００３４】射出成形機に直径３０ｍｍで高さ５ｍｍの
円板の金型を取り付け、シリンダーは１６０℃に設定し
た。

【００３５】各混練物をホッパーに入れ、計量値を２０
ｍｍに設定して、スクリュー回転数６０ｒｐｍで計量を
行って計量時間を検出した。計量時間を６．０秒に制御
するようにシリンダー温度を変化させて、射出成形を行
って成形体を得た。得られた成形体を各ロットｎ＝２０
で重量と、直径を測定し、各ロットにおける平均値を求
めた。

【００３６】（比較例１）成形時のシリンダー温度１６
０℃と一定にした以外は実施例１と同様にして成形体を
得て、測定を行った。

【００３７】実施例１及び比較例１から得られた測定結
果とその時のシリンダー温度を表１に示す。

【００３８】

【表１】 ※１：完全充填せず ※２：過充填のため離型できず

【００３９】表１から明らかなように、計量時間が一定
となるようにシリンダー温度を制御することにより、粉
末ロットが異なり混練物の流動性が変動している場合に
おいても成形体重量と寸法の粉末ロット間のばらつきを
大きく低減できることがわかる。

【００４０】（実施例２）セラミック粉末としてＮｉ−
Ｚｎフェライト仮焼粉末で製造日が異なる１０ロットを
用意した。ついで、これらの合金粉末８９．５重量％に
対し、エチレン酢酸ビニル共重合樹脂６．０重量％、高
密度ポリエチレン３．５重量％、ジブチルフタレート
（試薬１級）１％を混合し、それぞれ加圧ニーダーを用
いて１２０℃で１時間混練し、１０ロットの混練物を得
た。

【００４１】射出成形機に直径３０ｍｍで高さ５ｍｍの
円板の金型を取り付け、シリンダーは１５０℃に設定し
た。

【００４２】各混練物をホッパーに入れて計量値を２０
ｍｍに設定して、スクリュー回転数６０ｒｐｍで計量を
行って時間を検出した。計量時間を６．０秒に制御する
ようにシリンダー温度を変化させて、射出成形を行って
成形体を得た。

【００４３】得られた成形体を各ロットｎ＝２０で重量
と、直径を測定し、各ロットにおける平均値を求めた。

【００４４】（比較例２）成形時のシリンダー温度１５
０℃と一定にした以外は実施例１と同様にして成形体を
得て、測定を行った。

【００４５】実施例２及び比較例２から得られた測定結
果を表２に示す。

【００４６】

【表２】 ※１：完全充填せず ※２：過充填のため離型できず

【００４７】表２から明らかなように、計量時間が一定
となるようにシリンダー温度を制御することにより、粉
末ロットが異なり混練物の流動性が変動している場合に
おいても成形体重量と寸法の粉末ロット間のばらつきを
大きく低減できることがわかる。

【００４８】なお、本発明は、上記の実施例に限定され
るものではない。例えば、Ｆｅ−Ｃｏ合金粉末やＮｉ−
Ｚｎフェライト粉末に代えて、他の金属やセラミックを
用いても同様な効果が得られる。

【００４９】

【発明の効果】本発明によれば、製造ロットが変わって
原料粉末の性状が異なった粉末となり混練物の流動性が
変動しても、成形体重量や成形体寸法の変動は大きく低
減され、高精度の成形体を得ることができる。したがっ
て、粉末射出成形法の持つ本来の利点である高寸法精度
が達成でき、工業上極めて重要である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の射出成形装置の一例を示す側面断面図
である。

【符号の説明】

１ シリンダー ２ スクリュー ３ ヒーター ４ （計量時間）検知部 ４ａ 計量時間センサー ５ 演算部 ６ （シリンダー）温度制御部 ６ａ 温度センサー ７ ホッパー ａ 計量信号 ｂ 温度信号

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属またはセラミック粉末と熱可塑性樹
   脂を主体とするバインダーとの混練物を計量して射出成
   形する射出成形機において、混練物の計量時間を検出
   し、検出された計量時間に応じてシリンダー温度を算出
   し、算出したシリンダー温度で射出することを特徴とす
   る金属またはセラミック粉末射出成形方法。
2. 【請求項２】 ヒーター付きで内部にスクリューがある
   シリンダーを備え、このシリンダーには、金属またはセ
   ラミック粉末と熱可塑性樹脂を主体とするバインダーと
   の混練物の計量時間を検出する検知部を有し、前記検知
   部からの計量時間信号を受けてシリンダー温度を算出す
   る演算部が付設されており、この演算部からの温度信号
   に応じてシリンダー温度を制御する制御部を有すること
   を特徴とする金属またはセラミック粉末射出成形装置。