JPH0835001A - Method for injection molding large-sized articles - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明はセラミックや金属粉末の
射出成型法により大型の焼結部品を作る場合の成型方法
に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a molding method for making a large-sized sintered part by injection molding of ceramic or metal powder.
【０００２】[0002]
【従来の技術】セラミックや金属粉末の射出成型法にお
いて、従来のプラスチックバインダーによる射出成型で
は、後工程の脱脂が障害となり、大型部品、例えば、厚
みが約５ｍｍ以上のもの、又は重さが５０ｇ以上のもの
等の部品の成型は非常に困難であり、ある場合には不可
能であるとさえ言われている。しかしながら、本件出願
の出願人と同一の出願人が先に開示した寒天バインダ−
による射出成型方法（特開平４−８８１０１号、特開平
４−３３７００２号、米国特許第５２５８１５５号）に
よれば、かかる後工程の脱脂が問題となることはない。
即ち、寒天バインダーに使用される寒天は、テングサに
代表される海藻から抽出される天然多糖類で、９２〜９
６°Ｃで水に溶解してゾル状態になり、３７〜４２°Ｃ
で固化して弾性ゲル状態になる可逆性ゾル・ゲル反応を
示す性質をもっている。この寒天をセラミックや金属粉
末の射出成型用バインダーとして利用することにより、
セラミックや金属粉末と寒天バインダーとを均質に混練
したペレットは、加熱すると流動性を示し、冷却すると
固化することから、従来のプラスチックバインダーと同
様に、粉体の射出成型が可能となる。2. Description of the Related Art In the injection molding method of ceramics and metal powders, in the conventional injection molding using a plastic binder, degreasing in the subsequent step becomes an obstacle, and a large part, for example, having a thickness of about 5 mm or more, or weighing 50 g. It is said that molding of parts such as the above is very difficult, and in some cases even impossible. However, the agar binder previously disclosed by the same applicant as the applicant of the present application
According to the injection molding method according to JP-A-4-88101, JP-A-4-337002, and US Pat. No. 5,258,155, such degreasing in the subsequent step does not pose a problem.
That is, the agar used for the agar binder is a natural polysaccharide extracted from seaweed typified by agar, 92 to 9
Dissolves in water at 6 ° C and turns into a sol state, 37-42 ° C
It has the property of exhibiting a reversible sol-gel reaction that solidifies into an elastic gel state. By using this agar as a binder for injection molding of ceramics and metal powders,
Pellets obtained by homogeneously kneading ceramic or metal powder and agar binder exhibit fluidity when heated and solidify when cooled, so that powder injection molding is possible like conventional plastic binders.
【０００３】寒天バインダーはそのバインダー中に８０
〜８５ＷＴ％の水分を含んでいる。従って、穏やかな加
熱条件で加熱すると、寒天バインダーは、１００°Ｃに
至るまでに水分は蒸発し、気孔率の高い多孔質（ポーラ
ス）な海綿体となる。非酸化物系のセラミックや金属粉
末の焼結は、真空下で行われることが多いが、そのよう
な真空下では水の沸点は６０〜７０°Ｃに低下し、この
温度では寒天は軟化せず極めて弱い力の水素イオン結合
で網目構造に結合していた水分を遊離し、多孔質とな
る。The agar binder contains 80% in the binder.
Contains ~ 85 WT% water. Therefore, when heated under mild heating conditions, the agar binder evaporates water up to 100 ° C and becomes a porous spongy body with high porosity. Sintering of non-oxide ceramics and metal powders is often performed under vacuum, but under such vacuum the boiling point of water drops to 60-70 ° C, at which temperature the agar softens. By the very weak force, the hydrogen ion bond releases the water bonded to the network structure and becomes porous.
【０００４】水分が完全に蒸発した後、更に加熱する
と、寒天は褐変化しながら縮合反応を開始し、寒天の主
成分である多糖類の化学構造式からも明らかなように、
多数存在する（−Ｈ）イオンと（−ＯＨ）イオンとがＨ
2 Ｏとなり、次いで、六員環構造を繋いでいる酸素原子
が六員環構造の炭素原子と反応してＣＯ2 ガスとなり、
前に形成された気孔を通って蒸発する。この反応は２７
０〜２８０°Ｃで終了する。When the agar is further heated after the water has completely evaporated, the agar starts to undergo a condensation reaction while browning, and as is clear from the chemical structural formula of the polysaccharide which is the main component of the agar,
A large number of (-H) ions and (-OH) ions are H.
2 O, then the oxygen atoms connecting the 6-membered ring structure react with the carbon atoms of the 6-membered ring structure to form CO 2 gas,
Evaporate through the previously formed pores. This reaction is 27
Finish at 0-280 ° C.
【０００５】プラスチックバインダーに１０〜１５％含
まれるパラフィンワックス類は加熱され熔融状態となっ
て成型体の外へ滲み出し、熱分解されてガス化する。こ
のとき、プラスチックバインダーに含まれている熱可塑
性プラスチックは軟化しており、急激に加熱すると、パ
ラフィンワックスは成型体の外へ滲み出す前にガス化し
てプラスチックを発泡させ、成型体を割ったり、変形さ
せたり、膨張させてしまう。望ましいポーラスな状態に
するには、前述の水を蒸発させるよりも昇温速度を遅く
しなければならない。また、１０〜１５％しか含まれて
いないパラフィンワックスは８０〜８５％含まれている
水分よりも熱分解しなければならない分子量は多く長時
間を要する。Paraffin waxes, which are contained in a plastic binder in an amount of 10 to 15%, are heated to a molten state, exude out of the molded body, and are thermally decomposed and gasified. At this time, the thermoplastic plastic contained in the plastic binder is softened, and when heated rapidly, the paraffin wax gasifies and foams the plastic before bleeding out of the molded body, cracking the molded body, It will be deformed or expanded. In order to obtain the desired porous state, the rate of temperature rise must be slower than the aforementioned evaporation of water. Further, the paraffin wax containing only 10 to 15% has a larger molecular weight that must be thermally decomposed than the water containing 80 to 85%, and it takes a long time.
【０００６】パラフィンワックスが完全にガス化した
後、熱可塑性プラスチックは炭化水素のモノマー又はオ
リゴノマーに熱分解されるが、極めて穏やかな加熱条件
でないと、発泡してガスを内在させパラフィンワックス
と同様、割れ、変形、膨張の原因となる。更に、この反
応は４００〜５００°Ｃの高温で終了する。After the paraffin wax is completely gasified, the thermoplastic is pyrolyzed to hydrocarbon monomers or oligomers, but unless extremely mild heating conditions cause foaming and gas entrapment, similar to paraffin wax. It causes cracking, deformation and expansion. Furthermore, the reaction ends at elevated temperatures of 400-500 ° C.
【０００７】このことから、寒天バインダーを用いた成
型体は焼結炉へ直接入れて加熱しても割れ、変形、膨張
を起こさず脱脂工程も必要としないが、プラスチックバ
インダーの成型体はバインダーを分解する長時間の脱脂
工程を必要とするのである。From the above, a molded body using an agar binder does not crack, deform or expand even when directly placed in a sintering furnace and heated, and a degreasing step is not required, but a molded body of a plastic binder does not contain a binder. It requires a long degreasing step to decompose.
【０００８】しかるにこのようなセラミックや金属粉末
の射出成型法は、基本的にはプラスチックの射出成型技
術を応用したものであり、寒天バインダ−を使用したセ
ラミックや金属粉末の射出成型法によって射出容量の大
きな大型部品を成型する場合には当然金型の型締力及び
射出容量の大きな大型の射出成型機が使用されるべきも
のであると考えられている。However, such ceramic or metal powder injection molding method is basically an application of the plastic injection molding technique, and the injection capacity of the ceramic or metal powder using an agar binder is increased. It is considered that a large-sized injection molding machine having a large mold clamping force and a large injection capacity should be used when molding a large-sized large component.
【０００９】[0009]
【発明が解決しようとする課題】このため、もしセラミ
ックや金属粉末の射出成型法によって射出容量の大きな
大型部品を成型する場合には、当然の結果として、使用
する装置が高価になり、しかも設置面積が大きくなって
しまうという課題があった。その上、近年、製品の多品
種少量生産の傾向が益々増大しており、１ロット当たり
の生産数量が少ない大型製品では成型機の償却経費が嵩
み、製品のコストが高くなるという課題も存在してい
る。Therefore, if a large component having a large injection capacity is to be molded by the ceramic or metal powder injection molding method, as a matter of course, the apparatus to be used becomes expensive and the installation is required. There is a problem that the area becomes large. In addition, in recent years, the trend of high-mix low-volume production of products has been increasing more and more, and there is also a problem that the depreciation cost of the molding machine increases and the cost of the product increases for large-scale products with a small production quantity per lot. are doing.
【００１０】従って、セラミックや金属粉末の射出成型
法によって大型部品を製造することが可能になると、従
来の焼結法による大型部品と比較して機械的特性値が著
しく向上し、材料の選択が広くなるという長所が判明し
ているにもかかわらず、上述のような課題が大きな妨げ
となり、セラミックや金属粉末の射出成型法によって大
型部品を製造することは広く実施されるまでには至って
いないのである。本発明はこのような課題を解決するも
のである。Therefore, when it becomes possible to manufacture a large-sized part by the injection molding method of ceramics or metal powders, the mechanical characteristic value is remarkably improved as compared with the large-sized part by the conventional sintering method, and the selection of the material is made. Although the advantage of widening is known, the above-mentioned problems greatly hinder the production of large parts by injection molding of ceramics and metal powders, which has not been widely implemented. is there. The present invention solves such a problem.
【００１１】[0011]
【課題を解決するための手段】本発明は既製の小型の射
出成型機を改良し、また、成型方法に改良を加えること
により、これまでの小型の射出成型機を使用することに
よって大型部品を成型することを可能にした。より具体
的には、大型部品の生産コストを低減するため、インロ
ー方式により一対の金型のパーテイングラインを離して
配置し、金型を寒天バインダーでペレット化したセラミ
ック及び金属粉末の可塑化温度以上に保持したまま、ペ
レットを可塑化しながら金型のキャビテーに所定量より
も少ない容量のペレット溶融体を射出し、その後、金型
を型締し、金型を冷却しながらキャビテーの残りの空隙
に該キャビテーが完全に充満されるまで加圧射出成型す
るのである。The present invention improves a ready-made small injection molding machine, and by improving the molding method, a large-sized part can be manufactured by using the small injection molding machine used so far. Made it possible to mold. More specifically, in order to reduce the production cost of large parts, a pair of molds are placed apart by the spigot method, and the molds are pelletized with an agar binder. While holding the above, while injecting the pellet melt into the mold cavity while plasticizing the pellets, the mold melt is clamped and the mold cavity is cooled. Then, pressure injection molding is performed until the cavities are completely filled.
【００１２】[0012]
【作用】パーテイングラインを引き離して設定したイン
ロー方式の金型に、寒天バインダーでペレット化したセ
ラミック及び金属粉末を可塑化状態にて、当初は、所定
の量よりも少ない容量のペレットを押し込み、型締後
に、金型を冷却しながら残りの空隙部分が充満するまで
ペレットを加圧射出し、大型部品を成型する。[Function] In the mold of the spigot system set apart from the parting line, the ceramic and metal powder pelletized with the agar binder are in a plasticized state, and initially, a pellet having a volume smaller than the predetermined amount is pushed, After the mold is clamped, the pellets are pressure-injected while cooling the mold until the remaining voids are filled to mold large parts.
【００１３】[0013]
【実施例】図１及び図２、図３及び図４、図５及び図６
は、本件発明の方法を実施する際のそれぞれ第１〜第３
の工程にある装置の状態を示している。図において、そ
れ自体公知の射出成型機１０はホッパ１２を有してお
り、該ホッパ１２から供給されるペレットはスクリュー
１４により、射出ノズル１６を介して金型１８内へ供給
される。金型１８は、上金型２０と下金型２２とから構
成されている。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIGS. 1 and 2, 3 and 4, 5 and 6
Are the first to the third when carrying out the method of the present invention.
The state of the apparatus in the process of is shown. In the figure, an injection molding machine 10 known per se has a hopper 12, and pellets supplied from the hopper 12 are supplied by a screw 14 into a mold 18 through an injection nozzle 16. The mold 18 is composed of an upper mold 20 and a lower mold 22.
【００１４】図１及び図２に示す準備工程である第１の
工程において、射出成型機１０の加熱筒内のヒーター温
度を寒天バインダーの軟化温度である９４゜Ｃ〜９６゜
Ｃに設定する。一方、ホッパ１２には予めセラミック及
び金属粉末を寒天バインダーでペレット化したペレット
が充填されている。また、上金型２０及び下金型２２の
内部に設けた図示していない加熱媒体循環パイプに、６
０゜Ｃ〜７０゜Ｃの加熱媒体を流し、これらの金型温度
が好ましくは５０゜Ｃ以上になるように保持しておく。
更に、金型１８は、図２に示すように、上金型２０及び
下金型２２のパーテイングラインが幾分離れた状態に位
置するように、図示していない型締め位置検出センサー
を設定しておく。これにより金型１８の内部の射出成型
部所即ちキャビテイ２４の容積は最終的に目的とする射
出成型品の容積よりも大きくなるような状態に保持され
る。従って、金型１８は上下の金型２０、２２がいわゆ
るインロー方式で互いに嵌合するような位置に保持され
るのである。In the first step, which is the preparatory step shown in FIGS. 1 and 2, the heater temperature in the heating cylinder of the injection molding machine 10 is set to 94 ° C. to 96 ° C. which is the softening temperature of the agar binder. On the other hand, the hopper 12 is previously filled with pellets obtained by pelletizing ceramic and metal powders with an agar binder. In addition, a heating medium circulation pipe (not shown) provided inside the upper mold 20 and the lower mold 22
A heating medium at 0 ° C to 70 ° C is flown, and the temperature of these molds is preferably maintained at 50 ° C or higher.
Further, as shown in FIG. 2, the mold 18 has a mold clamping position detection sensor (not shown) set so that the parting lines of the upper mold 20 and the lower mold 22 are located at some distances from each other. I'll do it. As a result, the volume of the injection molding portion inside the mold 18, that is, the cavity 24 is finally maintained in a state of being larger than the volume of the intended injection molded product. Therefore, the mold 18 is held at a position where the upper and lower molds 20 and 22 are fitted to each other by a so-called spigot system.
【００１５】図３及び図４に示す連続可塑化充填工程で
ある第２の工程において、射出成型機１０の充填ノズル
１６を金型１８へ押し当て、ホッパ１２に投入されてい
る、セラミック及び金属粉末を寒天バインダーでペレッ
ト化した前記ペレットをスクリュー１４で連続的に可塑
化しながら、キャビテイ２４内部に供給する。このとき
の連続可塑化充填量は、図３に示す上下の金型２０、２
２を図５に示すように押し下げて型締めしたときに、図
６に示すようにキャビテイ２４内部が完全に充填される
程度の量とする。従って、可塑化量はスクリュー１４の
大きさ、回転数及び時間の関係で制御することになる。
このことは、従来の射出成型方法では、ペレットを可塑
化し、必要量を計算しながらスクリューは後方に下が
り、計量が終了した後、射出圧力をかけて可塑化された
ペレットを一気にキャビテイ２４内部に押し込むため、
キャビテイ２４容積の大きな成型品の場合には、型締め
圧力の大きな大型の射出成型機を必要としていたのと、
全く異なるところである。In the second step, which is the continuous plasticizing and filling step shown in FIGS. 3 and 4, the filling nozzle 16 of the injection molding machine 10 is pressed against the mold 18, and the ceramics and the metal charged in the hopper 12 are charged. The pellets obtained by pelletizing the powder with an agar binder are continuously plasticized by the screw 14 and supplied into the cavity 24. The continuous plasticizing filling amount at this time is the upper and lower molds 20 and 2 shown in FIG.
The amount is such that the inside of the cavity 24 is completely filled as shown in FIG. 6 when 2 is pushed down and clamped as shown in FIG. Therefore, the amount of plasticization is controlled by the relationship between the size of the screw 14, the number of rotations, and the time.
This means that in the conventional injection molding method, the pellets are plasticized, the screw is lowered backward while calculating the required amount, and after the weighing is finished, the injection pressure is applied to the plasticized pellets inside the cavity 24 at once. To push
In the case of a molded product with a large cavity 24 volume, a large injection molding machine with a large mold clamping pressure was required,
It's a completely different place.
【００１６】次に図５及び図６に示す型締め工程である
第３の工程において、上下の金型２０、２２のパーテイ
ングラインを合わせるように型締めを行う。このさい、
少量の可塑化されたペレットを更に射出して図６に示す
キャビテイ２４内部に射出圧力をかけることが望まし
い。なお、成型品が極めて大型の物品又は複雑な形状の
物品である場合には、当初の射出工程においては、金型
のキャビテー容量よりも少ない容量のペレット溶融体を
射出し、型締めを行い、金型を冷却しながら最後に残り
のキャビテー空間全部を完全に充満するほどのペレット
溶融体を射出するという二段射出充填工程が必要とな
る。また、ある場合には当初の射出工程においては、金
型のキャビテー容量よりも少ない容量のペレット溶融体
を射出し、型締めを行い、金型を冷却しながら、その
後、再び金型をインロー方式に広げ、再びペレット溶融
体をキャビテーの残りの空間に射出して、再度型締めを
行い、こうして溶融体をキャビテーの末端部まで行き渡
られることが効果的な場合もある。溶融体がキャビテー
の末端部まで行き渡った後、金型２０、２２の内部に設
けられている、図示していない冷却媒体循環パイプに冷
却水を流し、保圧をかけ成型品のヒケを無くするように
しながら金型温度が寒天バインダーで作られたペレット
の固化温度例えば４０゜Ｃ〜４２゜Ｃ以下になるまで冷
却を行う。完全に完成品が冷却されたなら金型を開放し
て完成品を突き出しピンで押し上げて取り出す。こうし
て成型された完成品をその後、公知の手段により焼結加
工するのである。このように、軟化温度（９４〜９６゜
Ｃ）と固化温度（４０〜４２゜Ｃ以下）との温度差が非
常に大きい寒天バインダーの特性を利用することによ
り、小型の射出成型機によって射出容量の大きい部品を
成型することが出来るのである。Next, in the third step, which is the mold clamping step shown in FIGS. 5 and 6, the mold clamping is performed so that the parting lines of the upper and lower molds 20 and 22 are aligned with each other. This time
It is desirable to further inject a small amount of plasticized pellets to apply injection pressure inside the cavity 24 shown in FIG. In addition, when the molded product is an extremely large article or an article having a complicated shape, in the initial injection step, a pellet melt having a capacity smaller than the cavity capacity of the mold is injected, and the mold is clamped, A two-stage injection and filling process is required in which the pellet melt is finally injected to completely fill the remaining cavitating space while cooling the mold. In some cases, in the initial injection step, a pellet melt having a capacity smaller than the cavity capacity of the mold is injected, the mold is clamped, the mold is cooled, and then the mold is reused. In some cases, it is effective to inject the pellet melt into the remaining space of the cavitation and perform mold clamping again so that the melt can reach the end of the cavitation. After the melt reaches the end of the cavity, cooling water is circulated through a cooling medium circulation pipe (not shown) provided inside the molds 20 and 22 to apply a holding pressure to eliminate the sink mark of the molded product. While cooling, the mold temperature is cooled until the solidification temperature of the pellets made of the agar binder falls below 40 ° C to 42 ° C. When the finished product is completely cooled, the mold is opened and the finished product is ejected and pushed up with a pin to take it out. The finished product molded in this way is then sintered by known means. In this way, by utilizing the characteristics of the agar binder having a very large temperature difference between the softening temperature (94 to 96 ° C) and the solidifying temperature (40 to 42 ° C or less), the injection capacity can be reduced by a small injection molding machine. It is possible to mold large parts.
【００１７】[0017]
【発明の効果】射出容量の大きい部品を小型の射出成型
機にて成型することが出来るため、機械購入費用が安価
で、かつ成型機の設置場所も狭くてよい。EFFECTS OF THE INVENTION Since a component having a large injection capacity can be molded by a small injection molding machine, the cost of purchasing the machine is low and the installation place of the molding machine may be small.
【図１】射出成型機に金型を取り付け、成型品を成型す
る前の工程を示している当該射出成型機の説明図であ
る。FIG. 1 is an explanatory view of an injection molding machine showing a process before a mold is attached to an injection molding machine and a molded product is molded.
【図２】射出成型機が図１の状態にあるときの金型の嵌
め込み状態を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a fitted state of a mold when the injection molding machine is in the state of FIG.
【図３】射出成型機が、連続可塑化充填工程にある当該
射出成型機の説明図である。FIG. 3 is an explanatory view of the injection molding machine in a continuous plasticizing and filling step.
【図４】射出成型機が図３の状態にあるときの金型の嵌
め込み状態を示す図である。FIG. 4 is a view showing a fitted state of a mold when the injection molding machine is in the state of FIG.
【図５】射出成型機が、充填後の金型型締め工程にある
当該射出成型機の説明図である。FIG. 5 is an explanatory view of the injection molding machine in a mold clamping step after filling.
【図６】射出成型機が図５の状態にあるときの金型の嵌
め込み状態を示す図である。FIG. 6 is a view showing a fitted state of a mold when the injection molding machine is in the state of FIG.
１０：射出成型機 １２：ホッパ １４：スクリュー １６：ノズル １８：金型 ２０：上金型 ２２：下金型 ２４：キャビ
テイ10: Injection molding machine 12: Hopper 14: Screw 16: Nozzle 18: Mold 20: Upper mold 22: Lower mold 24: Cavity
Claims (2)
グラインを所定距離だけ離して設置すること、金型を寒
天バインダーでペレット化したセラミック及び金属粉末
の可塑化温度以上に保持すること、ペレットを可塑化し
ながら金型のキャビテーに所定量の溶融体を射出するこ
と、金型を型締しながら冷却すること、必要に応じて金
型内へ溶融体を加圧射出すること、から成る大型物品を
射出成型する方法。1. A pair of inlay-type molds are installed with a separating distance of a predetermined distance, the molds are maintained at a temperature above the plasticizing temperature of ceramic and metal powder pelletized with an agar binder, and pellets. A large-sized machine consisting of injecting a predetermined amount of melt into the cavity of the mold while plasticizing the mold, cooling while clamping the mold, and injecting the melt into the mold under pressure as necessary. A method of injection molding an article.
グラインを所定距離だけ離して設置すること、金型を寒
天バインダーでペレット化したセラミック及び金属粉末
の可塑化温度以上に保持すること、ペレットを可塑化し
ながら金型のキャビテーに所定量より少ない容量の溶融
体を射出すること、その後、金型を型締しながら金型を
冷却すること、キャビテー内の残りの空隙に該キャビテ
ーが完全に充満されるまで溶融体を加圧射出すること、
から成る大型物品を射出成型する方法。2. A pair of metal molds of inlay type are installed with a separating distance of a predetermined distance, the metal molds are held at a temperature above the plasticizing temperature of ceramic and metal powder pelletized with an agar binder, and pellets. Injecting a melt with a volume smaller than a predetermined amount into the cavity of the mold while plasticizing the mold, and then cooling the mold while clamping the mold, the cavity is completely filled in the remaining cavity. Pressurizing the melt until it is full,
A method of injection molding a large article consisting of.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6166841A JPH0835001A (en) | 1994-07-19 | 1994-07-19 | Method for injection molding large-sized articles |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6166841A JPH0835001A (en) | 1994-07-19 | 1994-07-19 | Method for injection molding large-sized articles |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0835001A true JPH0835001A (en) | 1996-02-06 |
Family
ID=15838650
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6166841A Pending JPH0835001A (en) | 1994-07-19 | 1994-07-19 | Method for injection molding large-sized articles |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0835001A (en) |
-
1994
- 1994-07-19 JP JP6166841A patent/JPH0835001A/en active Pending
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