JPH10265804A

JPH10265804A - 金属製成形体およびその製造方法

Info

Publication number: JPH10265804A
Application number: JP9071253A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Takahashi; 和彦高橋
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1997-03-25
Filing date: 1997-03-25
Publication date: 1998-10-06

Abstract

(57)【要約】【課題】金型を必要とせずコンピュータのデータ処理
も必要としない金属製成形体とその製造方法の提供。【解決手段】金属粒子と結着粒子とを混合したトナー
を用いて図面情報を転写した像をもつ金属粉成形体Ａを
加熱焼結した金属粉焼結体Ｂからなる金属製成形体。金
属粒子と結着粒子とを混合したトナーを用いて電子写真
プロセスにより金属粉成形体Ａを形成する第１の工程
と、ついで金属粉成形体Ａを加熱焼結して金属粉焼結体
Ｂを得る第２の工程と、からなる金属製成形体の製造方
法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真プロセス
を利用して形成した金属製成形体およびその製造方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】金属粉末を所望の形状に固める方法とし
ては、金型を用いてキャビティ内に金属粉末を充填し
プレスして押し固める方法、特開平６−１９０６４３
号公報に開示されているように、荷電粒子線の照射によ
って基板状の任意の位置を帯電させた後、該荷電粒子と
反対極に帯電した粒子をその位置に付着させ、静電気力
によって粒子を任意形状に配列させて薄肉の金属粉末層
を形成する方法、などがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の方法に
はつぎの問題がある。金型とプレスを用いた金属粉末成形の問題点はつぎ
の通りである。・複雑で込み入った形状に対応することが困難であ
る。・金型、プレスとも非常に高価である。成形形状が複
雑である場合、とくに高価となる。・金型の製作は通常１〜２ヵ月と長期間を要する。こ
れは、設計変更に対し迅速に対応しなければならない場
合にネックとなる。静電気力を利用して層を形成する場合の問題点はつ
ぎの通りである。・コンピュータで処理された情報の取込みは一般には
容易であるが、コンピュータによる設計がかえって容易
でない場合、すなわち曲面、曲線をもつもの、たとえば
人間の感性で表現される芸術的な曲線に対しても、人間
の直接描いた図面を直接利用することが可能になるよう
にしたい。そしてこのような図面をコンピュータに入力
するための複雑なデータ処理が一切必要でないようにし
たい。・基板上に粒子を散布により供給するため、部分的に
組成が異なる金属粉末成形体を得ることは難しい。・また、金属粉末成形体を任意の層厚にしたり任意の
三次元形状とすることはできない。本発明の課題は、金型を用いないことにより複雑な成形
形状に対応可能な、かつコンピュータのデータ処理を必
要としないことにより高度な作業を必要としない、金属
製成形体およびその製造方法を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記課題を達成する本発
明はつぎの通りである。（１）金属粒子と結着粒子とを混合したトナーを用い
図面情報を電子写真プロセスで転写した像をもつ金属粉
成形体を加熱焼結した金属粉焼結体からなる金属製成形
体。（２）金属粒子と結着粒子とを混合したトナーを用
い、図面情報を電子写真プロセスにより転写して、前記
図面情報の像をもつ金属粉成形体を成形する第１の工程
と、前記金属粉成形体を加熱し、結着粒子を分解すると
ともに金属粒子同士を焼結させて、金属粉焼結体を形成
する第２の工程と、からなる金属製成形体の製造方法。（３）前記第１の工程において金属粉成形体を複数枚
成形し、該金属粉成形体を複数枚重ね合わせたものを前
記第２の工程で加熱焼結して金属粉焼結体を形成する
（２）記載の金属製成形体の製造方法。（４）前記第１の工程において金属粉成形体を成形
し、該金属粉成形体を前記第２の工程で加熱焼結して金
属粉焼結体を形成するとともに該金属粉焼結体を複数枚
重ねて加熱焼結し金属粉焼結体を形成する（２）記載の
金属製成形体の製造方法。（５）前記トナーとして金属粒子の組成および／また
は種類が異なる複数のトナーを用意して前記第１の工程
の電子写真プロセスを実行することにより、各部で構成
金属粉末の組成および／または種類が変化する金属粉末
成形体を得る（２）記載の金属製成形体の製造方法。（６）前記金属粉成形体または前記金属粉焼結体を金
属部材表面に密着させた状態で前記第２の工程の加熱焼
結を行い、金属粉焼結体で金属部材を表面加工する
（２）記載の金属製成形体の製造方法。

【０００５】上記（１）の金属製成形体および上記
（２）の金属製成形体の製造方法では、電子写真プロセ
ス（複写プロセス）により極薄の金属製成形体が得られ
る。複写成形法であるから、金型を用いず、複雑で込み
入った平面形状も出せる。また、図面をコンピュータに
入力、データ処理する必要もなく、高度な作業を伴わな
い。上記（３、（４）の金属製成形体の製造方法では、
要求に応じて金属製成形体の厚みを変えることができ
る。上記（５）の金属製成形体の製造方法では、複数種
のトナーを用意することにより、各部で金属粉末の組
成、種類の異なる金属製成形体が得られる。上記（６）
の金属製成形体の製造方法では、金属粉末成形体が金属
部材上に密着形成されることにより、金属製成形体が金
属部材の表面加工、表面処理に利用され得る。

【０００６】

【発明の実施の形態】図１、図２、図３、図４、図５
は、それぞれ、本発明の第１、第２、第３、第４、第５
実施例の金属製成形体および／またはその製造方法を示
している。本発明の全実施例に共通する部分には、本発
明の全実施例にわたって同じ符号を付してある。まず、
本発明の全実施例に共通な部分を、図１を参照して、説
明する。本発明の何れの実施例においても、金属製成形
体は、金属粒子ｅと結着粒子ｒとを混合したトナーＥを
用い図面情報を電子写真プロセスで転写した像をもつ金
属粉成形体Ａを加熱焼結した金属粉焼結体Ｂからなる。
また、本発明の何れの実施例においても、金属製成形体
の製造方法は、金属粒子ｅと結着粒子ｒとを混合したト
ナーＥを用い、図面情報を電子写真プロセスにより転写
して、図面情報の像をもつ金属粉成形体Ａを成形する第
１の工程と、金属粉成形体Ａを加熱し、結着粒子ｒを分
解するとともに金属粒子ｅ同士を焼結させて、金属粉焼
結体Ｂを形成する第２の工程と、からなる。

【０００７】金属製成形体の材料は、定着性に十分な最
低限の結着樹脂（結着粒子）ｒを金属粒子（金属粉末）
ｅと混合した静電荷像現像用トナーからなる。金属粉末
ｅの含有量は、３０ｖｏｌ％〜９０ｖｏｌ％、望ましく
は、５０ｖｏｌ％〜７０ｖｏｌ％である。３０ｖｏｌ％
〜９０ｖｏｌ％とする理由は、３０ｖｏｌ％より小では
金属粉末の成形に支障が出るからであり、９０ｖｏｌ％
より大では結着樹脂が少なくなり過ぎて十分な結着性が
得られないからである。

【０００８】上記トナーを用い、電子写真プロセス（複
写）により紙上に粉体像を定着させる（図１の工程１０
１）。電子写真プロセスは、従来の複写プロセスと同様
であり、たとえば、つぎの工程を有する。（１）静電潜像（electrostatic latent image）の形成均一帯電させた感光体（光半導体）上に像露光を行って
静電潜像を得る。（２）現像静電潜像に着色荷電粒子（トナー）を付着させて可視像
（粉体像）とする。（３）転写・分離転写紙上に粉体像を転写し、感光ドラムから紙を分離す
る。（４）クリーニング感光体上の残余のトナーを除去し、つぎの潜像形成にそ
なえる。（５）定着未定着の粉体像を加熱などの方法で紙上に定着させる。

【０００９】このようにして、金型、プレスなしで、図
面情報から容易に金属粉末を主成分とした薄い層（金属
粉薄肉成形体Ａ）が紙Ｐ上に形成される。金属粉薄肉成
形体Ａの１層の厚さは、感光体の帯電した電位に比例す
るため、所望の厚さの金属粉体層が容易に生成できる。
ついで、金属粉薄肉成形体Ａを用いて、加熱焼結工程１
０２において、通常の粉末冶金の脱ロー、焼結工程と同
じように、高温の保護雰囲気、または真空中で加熱する
ことにより、結着樹脂ｒを分解させ、金属粉末ｅ同士を
焼結することにより、目的とする金属粉薄肉焼結体Ｂが
得られる。加熱焼結工程で紙Ｐは炭化し、金属粉薄肉焼
結体Ｂから容易に剥離、除去される。

【００１０】つぎに、本発明の各実施例に特有な部分を
説明する。本発明の第１実施例では、図１に示すよう
に、金属製成形体は金属粉薄肉焼結体Ｂからなる。ま
た、金属製成形体の製造方法では、第１の工程１０１に
おいて金属粉薄肉成形体Ａ（１層の粉体像からなる）を
紙Ｐ上に成形し、この金属粉薄肉成形体Ａを第２の工程
１０２で加熱焼結して金属粉薄肉焼結体Ｂ（１層の粉体
像を加熱焼結した１層の焼結体からなる）を形成する。

【００１１】本発明の第２実施例では、図２に示すよう
に、金属製成形体は金属粉厚肉焼結体Ｃからなる。ま
た、金属製成形体の製造方法では、第１の工程１０１に
おいて製造した金属粉薄肉成形体Ａ（１層の粉体像から
なる）を複数枚重ね合わせ、これを第２の工程１０２に
おいて加熱焼結して金属粉厚肉焼結体Ｃ（複数層の粉体
像を加熱焼結した焼結体からなる）を形成する。第１の
工程１０１で得た金属粉薄肉成形体Ａは紙Ｐ上に形成さ
れているので、複数枚の金属粉薄肉成形体Ａを重ね合わ
せるときには、図２に示すように金属粉薄肉成形体Ａの
紙と反対側の面同士を合わせて重ね合わせ、金属粉薄肉
成形体Ａ同士の金属の拡散、融合が紙に邪魔されずに円
滑に行われるようにすることが望ましい。かくして製造
された金属粉厚肉焼結体Ｃは、金属粉薄肉成形体Ａの厚
さ×重ね合わせ枚数分の厚さを有し、第１実施例に比べ
て、厚みが大な金属製成形体となる。

【００１２】本発明の第３実施例では、図３に示すよう
に、金属製成形体は金属粉厚肉焼結体Ｄからなる。ま
た、金属製成形体の製造方法では、第２の工程１０２に
おいて製造した金属粉薄肉焼結体Ｂ（１層の粉体像の焼
結体からなる）を複数枚重ね合わせ、これを第２の工程
１０２の一部である図３の工程１０２Ａ（第１実施例の
工程１０２の後に設けられる工程）において加熱焼結し
て金属粉厚肉焼結体Ｄ（複数層の金属粉薄肉焼結体Ｂを
加熱焼結した焼結体からなる）を形成する。第１実施例
の第２の工程１０２で得た金属粉薄肉焼結体Ｂでは、紙
Ｐは既に炭化していて金属粉薄肉焼結体Ｂから除去され
ているので、複数枚の金属粉薄肉焼結体Ｂを重ね合わせ
るときには、図３に示すように、金属粉薄肉焼結体Ｂ同
士を直接合わせて重ね合わせることができ、工程１０２
Ａで加熱焼結したときに、金属粉薄肉焼結体Ｂ同士の金
属の拡散、融合が円滑に行われる。かくして製造された
金属粉厚肉焼結体Ｄは、金属粉薄肉焼結体Ｂの厚さ×重
ね合わせ枚数分の厚さを有し、第１実施例に比べて、厚
みが大な金属製成形体となる。また、重ね合わせの枚数
と、各積層高さでの粉末像の平面形状を選定することに
より、任意の三次元形状の金属製成形体が得られ、その
金属製成形体は金型としても、あるいは金属製モデルと
しても使用でき、かつその金属製成形体の製造方法は金
型の製造方法としても、あるいは金属製モデルの製造方
法としても利用できる。

【００１３】本発明の第４実施例では、図４に示すよう
に、金属粉薄肉成形体Ｈが複数種合金組成分布をもって
いる。この場合、トナーとして、複数種の組成の異なる
トナーＥ（金属粒子ｅ＋結着粒子ｒ）、Ｆ（金属粒子ｆ
＋結着粒子ｒ）、Ｇ（金属粒子ｇ＋結着粒子ｒ）を用
い、どのトナーをどの程度の密度で密着させるかの信号
（色の異なるドット密度の信号など）を入れておけば、
カラー電子写真プロセスと同様のプロセスにより、１つ
の図面から任意の組成の異なる粉末の薄肉成形が可能と
なる。また、積層方向にも、各層のトナーを変化させる
ことにより、複数種合金組成分布をもたせることが可能
である。金属粉薄肉成形体Ｈを成形した後の加熱焼結工
程には、本発明の第１〜第３実施例の加熱焼結工程の何
れを適用してもよく、その加熱焼結工程を適用すること
により、金属粉薄肉または厚肉焼結体とされ、金属製成
形体が得られる。

【００１４】本発明の第５実施例では、図５に示すよう
に、金属粉薄肉成形体Ａ（またはＨ）または金属粉焼結
体Ｂ（またはＣ、Ｄ）が金属部材Ｍの表面に密着され、
この状態で加熱焼結が行われる。ただし、金属粉薄肉成
形体Ａ（またはＨ）を金属部材Ｍに密着させるときには
紙Ｐと反対側の面を金属部材に密着させる。加熱焼結に
より、結着樹脂ｒは分解し、金属粒子は互いに焼結する
とともに金属部材Ｍに拡散して固着する。これによっ
て、金属部材Ｍの表面に薄肉または厚肉の金属層（金属
粉の焼結層）を形成でき、金属部材の表面加工（表面処
理）として利用できる。

【００１５】

【実施例】具体的実施例を説明する。実施例１１）トナーの組成をつぎのようにした。スチレン−アクリル酸共重合体４６体積％低分子量ポリプロピレン４体積％黄銅粉末（平均粒子径４５μｍ）５０体積％２）この混合物をロールミル中で１１０〜１４０℃で約
３０分間加熱溶融混練し、室温まで冷却した後ハンマー
ミル、ジェットミル粉砕機で粉砕し、１０〜２０μｍの
粒径のトナーを得た。３）このトナーを用いて、電子写真複写機で紙上に厚さ
約１００μｍのトナー層（これが金属粉薄肉成形体Ａで
ある）を複写した。４）この複写された紙を約５００℃で３０分間加熱脱脂
後、Ａｒガス中で８１０℃、１時間の焼結を行い、室温
まで冷却したところ、厚さ７０μｍの黄銅金属膜焼結体
（これが金属粉薄肉焼結体Ｂである）が得られた。な
お、トナーが複写された紙は上記加熱焼結処理中に炭化
され黄銅金属膜とは容易に剥離可能であった。

【００１６】実施例２使用したトナーおよび複写、加熱工程は実施例１の１）
〜３）と同様にし、これを２枚作成し、その複写面を重
ねて、４）と同一の条件で加熱焼結した結果、重ね合わ
せた複写面が互いに焼結し、約１４０μｍの黄銅金属膜
（これが金属粉厚肉焼結体Ｃである）が得られた。

【００１７】

【発明の効果】請求項１の金属製成形体および請求項２
の金属製成形体の製造方法によれば、複写成形によるた
め、金型を用いないで済み、かつ複雑で込み入った平面
形状にも対応できる。また、図面をコンピュータに入
力、データ処理する必要もなく、高度な作業を伴わな
い。また、薄肉の金属粉成形体および金属粉焼結体を容
易に得ることができる。さらに、ＣＡＤで設計された情
報がある場合、これを本発明で図面化して用いることは
いうまでもなく、その作業は極めて容易である。コンピ
ュータによる設計がかえって容易でない場合、すなわち
曲面、曲線をもつ部材、たとえば人間の感性で表現され
る芸術的な曲線に対しても、人間の直接描いた図面を直
接利用することが可能であり、このような図面をコンピ
ュータに入力するための複雑なデータ処理が一切必要で
ない。請求項２〜４の金属製成形体の製造方法によれ
ば、要求に応じて薄肉から任意の厚肉まで金属製成形体
の厚みを変えることができる。薄肉の厚さも複写機の感
光体の電位を変えることにより変えることができる。請
求項５の金属製成形体の製造方法によれば、複数種のト
ナーを用意することにより、各部で金属粉末の組成、種
類の異なる金属製成形体が得られる。請求項６の金属製
成形体の製造方法では、金属製成形体を金属部材上に密
着形成することにより、金属製成形体が金属部材の表面
加工、表面処理として利用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の金属製成形体の側面図と
金属製成形体の製造方法の工程図である。

【図２】本発明の第２実施例の金属製成形体の側面図と
金属製成形体の製造方法の工程図である。

【図３】本発明の第３実施例の金属製成形体の側面図と
金属製成形体の製造方法の工程図である。

【図４】本発明の第４実施例の金属製成形体の側面図と
金属製成形体の製造方法の工程図である。

【図５】本発明の第５実施例の金属製成形体の製造方法
で作製金属製成形体の側面図である。

【符号の説明】

Ａ、Ｈ金属粉薄肉成形体Ｂ金属粉薄肉焼結体Ｃ、Ｄ金属粉厚肉焼結体Ｍ金属部材Ｐ紙１０１、１０１Ａ電子写真プロセス（複写プロセス）１０２、１０２Ａ加熱焼結工程

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属粒子と結着粒子とを混合したトナー
を用い図面情報を電子写真プロセスで転写した像をもつ
金属粉成形体を加熱焼結した金属粉焼結体からなる金属
製成形体。
【請求項２】金属粒子と結着粒子とを混合したトナー
を用い、図面情報を電子写真プロセスにより転写して、
前記図面情報の像をもつ金属粉成形体を成形する第１の
工程と、前記金属粉成形体を加熱し、結着粒子を分解するととも
に金属粒子同士を焼結させて、金属粉焼結体を形成する
第２の工程と、からなる金属製成形体の製造方法。
【請求項３】前記第１の工程において金属粉成形体を
複数枚成形し、該金属粉成形体を複数枚重ね合わせたも
のを前記第２の工程で加熱焼結して金属粉焼結体を形成
する請求項２記載の金属製成形体の製造方法。
【請求項４】前記第１の工程において金属粉成形体を
成形し、該金属粉成形体を前記第２の工程で加熱焼結し
て金属粉焼結体を形成するとともに該金属粉焼結体を複
数枚重ねて加熱焼結し金属粉焼結体を形成する請求項２
記載の金属製成形体の製造方法。
【請求項５】前記トナーとして金属粒子の組成および
／または種類が異なる複数のトナーを用意して前記第１
の工程の電子写真プロセスを実行することにより、各部
で構成金属粉末の組成および／または種類が変化する金
属粉末成形体を得る請求項２記載の金属製成形体の製造
方法。
【請求項６】前記金属粉成形体または前記金属粉焼結
体を金属部材表面に密着させた状態で前記第２の工程の
加熱焼結を行い、金属粉焼結体で金属部材を表面加工す
る請求項２記載の金属製成形体の製造方法。