JPH11172302A - 金属射出成形用バインダーおよびこれを用いた成形法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 金属粉末とバインダーとを混練して得られる
金属射出成形用組成物を射出成形してグリーン体とし、
このグリーン体を脱脂し、ついで焼結する金属射出成形
法において、焼結密度を向上できるようにする。 【解決手段】 アガロースの含有率が９８重量％以上の
寒天を水に溶解したバインダー、またはアガロースの含
有率が９８重量％以上の寒天とアルコール類とを水に溶
解したバインダー、もしくはこれらに水溶性高分子を加
えたバインダーを用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、金属粉末から金
属製部品などを製造する金属射出成形法およびこれに用
いられるバインダーに関する。

【０００２】

【従来の技術】金属射出成形法は、金属微粉末とバイン
ダーとを混練し、この混練物を射出成形機によって射出
成形し、所望の立体形状を有するグリーン体とする。つ
いで、このグリーン体を加熱し、バインダーの一部を分
解、除去して脱脂を行い、ついでこれを高温で加熱し、
焼結して金属部品等を得るものである。

【０００３】このような金属射出成形法において使用さ
れるバインダーとしては、アクリル系樹脂、ポリエチレ
ン、ポリプロピレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体な
どの熱可塑性樹脂とワックスとの混合物が主に使用され
ている。すなわち、熱可塑性樹脂とワックスとの混合物
を加熱、溶解しておき、これに加熱した金属粉末を徐々
に添加し、温度約１５０〜２００℃で混練する方法がと
られている。

【０００４】しかしながら、このようなバインダーを使
用する方法では、グリーン体を脱脂する際の脱脂温度が
高く、かつ脱脂時間が極めて長い欠点があり、全製造工
程時間の大部分がこの脱脂工程に費やされる不都合があ
る。このような不都合を解決するバインダーとして、寒
天などの天然多糖類の水溶液を使用し、これのゾル−ゲ
ル可逆反応を利用するものが知られている。このバイン
ダーでは、バインダー中の約８０％以上が水であるた
め、脱脂は先のものに比べて極めて容易になるという利
点がある。

【０００５】ところで、寒天は海草の抽出物であり天然
物であるので、不純物が比較的多く含まれている。例え
ば、通常の寒天には４重量％以下の灰分（日本工業規
格）が含まれている。このため、寒天水溶液系バインダ
ーを用いて金属射出成形を行うと、焼結の際に灰分が残
り、焼結を阻害するため焼結密度を高くすることができ
ない、また焼結体の機械的強度を高くすることができな
いという問題があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】よって、本発明におけ
る課題は、寒天水溶液系バインダーを用いた金属射出成
形において、焼結密度を向上できるようにすることにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】かかる課題は、アガロー
スの含有率が９８重量％以上の寒天を水に溶解したバイ
ンダー、またはアガロースの含有率が９８重量％以上の
寒天とアルコール類とを水に溶解したバインダー、もし
くはこれらに水溶性高分子を加えたバインダー、および
このバインダーを用いた成形法によって解決される。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳しく説明する。
寒天の主成分は下記化学式（Ｉ）で示されるアガロース
であり、それ以外の不純物は総称してアガロペクチンと
呼ばれる。アガロペクチンは、その構造においてアガロ
ースと同じ結合様式をしているが、部分的に硫酸エステ
ル、メトキシル、ピルビン酸などの基を多く含んでお
り、アガロペクチンの含有量が多いと焼結の際に残る灰
分も多くなる。

【０００９】

【化１】

【００１０】本発明では、アガロースの含有率が９８重
量％以上と高純度に精製された寒天が用いられる。アガ
ロースの含有率がこれより低いと、焼結密度を高くする
効果が不十分である。アガロースとアガロペクチンの物
性を比較すると、アガロースはゲル化力が強く、ゾル粘
度が高いのに対して、アガロペクチンはゲル化力が弱
く、ゾル粘度は分子量にもよるが概して低い。よって、
アガロースの含有率が高い寒天を用いることによって、
バインダーのゲル化力は増大し、ゾル粘性が上がる。ま
た特公平７−６８５６６号公報に記載されているよう
に、寒天は、これを溶解させる水の水素イオン結合の状
態によって、あるいは寒天溶液中に存在する添加剤の種
類によって、ゾルやゲルの状態での物性が異なることが
知られており、例えば、水として磁気処理水を用いるこ
とによって、あるいはホウ酸ナトリウムを添加すること
によってゾルの粘性やゲルの強度を大きくすることがで
きる。

【００１１】アルコール類としては、エタノール、メタ
ノール、イソプロピルアルコール、２，３−ジブロムプ
ロパノールなどの１種または２種以上を混合して用いら
れる。このアルコール類は、寒天のゲル状態におけるゲ
ル強度を高めるものである。水溶性高分子としては、ポ
リエチレングリコール、ポリビニルアルコール、カルボ
キシメチルセルロースなどが挙げられるが、なかでもポ
リエチレングリコールが好適である。この水溶性高分子
は、バインダーのゲルに粘性を付与し、射出成形時にお
ける射出原料の流動性を向上させ、バインダーと金属粉
体との分離を改善する。

【００１２】本発明のバインダーは、水１００部（重量
部、以下同様）に対して寒天１５〜３５部、好ましくは
２０〜３０部を溶解したもの、あるいはこれに水溶性高
分子５〜１０部を溶解したもの、もしくは水１００部に
対して寒天１５〜３５部、好ましくは２０〜３０部と、
アルコール類５〜３０部とを溶解したものあるいはこれ
に更に水溶性高分子５〜１０部を溶解したものであり、
これに防腐剤としての安息香酸、安息香酸ナトリウム、
射出成形時の滑剤としてのステアリン酸、エルカ酸、高
級脂肪酸の金属石ケン分散剤、界面活性剤などを必要に
応じて添加することができる。寒天を水に溶解させたバ
インダーは、９０〜９６℃でゾル状の粘性液体となり、
３５〜４５℃以下に冷却するとゲル化して体積を収縮し
ながら弾性のある固定化物質となる。

【００１３】上記バインダーの組成において、寒天が１
５部未満では金属粉体を結合する効果が得られず、３５
部を越えるとゾル状態での粘度が高くなりすぎて、混練
が困難となる。また、アルコール類が５部未満ではゲル
の強度を高める効果が不十分であり、３０部を越えると
ゲルの強度が低下し始める。また、水溶性高分子が５部
未満では添加効果が得られず、１０部を越えるとゾルの
粘度が高くなり、不都合となる。

【００１４】このようなバインダーは、例えば９０〜９
６℃に加温した温水に寒天、および必要に応じてアルコ
ール類、水溶性高分子、その他の添加物を加え、温度１
００〜１２０℃、蒸気圧１．０〜２．０atmの加圧下で
よく攪拌、混合して溶解することによって調製すること
ができる。

【００１５】次に、このバインダーを用いた金属射出成
形法について説明する。原料となる金属粉末には、ガス
アトマイズ法、水アトマイズ法、高圧水アトマイズ法な
どによって得られた鉄、ステンレス鋼などの鋼、タング
ステン、チタン、ニッケルなどの粒径１００μｍ以下、
好ましくは２０μｍ以下の球状、真球状の微粉末が用い
られる。この金属粉末に対して上記バインダーを４０〜
５０体積％、好ましくは４３〜４７体積％の割合で加
え、混練する。混練温度は、１００〜１２０℃とされ、
バインダーがゾル状態を示す温度で行われる。この際、
金属粉末を数回に分けて加えることが好ましい。

【００１６】混練後、これを造粒してペレット状とした
のち、射出成形して、所望形状のグリーン体とする。射
出成形温度は、バインダーがゾル状態を保つ９０〜９６
℃とされる。射出成形後のグリーン体は常温まで冷やさ
れ、バインダーがゲル状となって、その形状が保持され
る。ついで、得られたグリーン体を脱脂し、バインダー
由来の水、アルコール類および寒天、水溶性高分子の一
部を除去する。この除去の際、水のみを除去して焼結へ
移行することもできる。

【００１７】この脱脂には、種々の方法があるが、グリ
ーン体を加熱し、常温より徐々に高めて１００〜１５０
℃で水、アルコール類を除去し、さらに２００〜４００
℃に加熱して、寒天、水溶性高分子の一部を熱分解して
除去する方法や、グリーン体を凍結乾燥もしくは真空乾
燥し、バインダーがゲル状態を保ったまま、大部分の
水、アルコール類を除去し、ついで加熱して寒天、水溶
性高分子の一部を除去する方法などが好ましく、特に後
者の方法によれば、グリーン体の割れ、クラックを防止
できる点で望ましい。また、この脱脂を真空または不活
性ガス雰囲気下で行い、金属粉末の酸化を防止すること
が望ましい。この脱脂によって、グリーン体の含水率は
０．５〜１．０重量％となる。

【００１８】ついで、この脱脂後のグリーン体を加熱炉
にて加熱して焼結し、所望形状の金属製品とする。加熱
は、真空または不活性ガス雰囲気下で温度１２００〜１
５００℃程度にまで昇温して行われる。

【００１９】このようなバインダーおよびこのバインダ
ーを用いた金属射出成形法にあっては、寒天の水溶液を
主体としているので、脱脂時間が極めて短時間で済む。
また、アルコール類を添加した場合は、さらに脱脂時間
が短くなる効果が得られる。またアガロース含有率が９
８重量％以上の寒天は、不純物であるアガロペクチンの
含有量が２重量％以下と少なく、したがって焼結の際に
残る灰分が１％以下と少ない。よって金属射出成形にお
いて、この高純度の寒天をバインダーとして用いること
によって焼結密度を向上させることができる。

【００２０】以下、具体例を示し、本発明の作用、効果
を明確にする。なお、本発明は以下の具体例に限定され
るものではない。 （具体例） −バインダーの調製− 寒天と防腐剤を、下記表１に示す配合割合で温水（イオ
ン交換水）に溶解してバインダーＡ，Ｂ，Ｃをそれぞれ
調製した。寒天はアガロース含有率が９８％のものを用
いた。比較例としてアガロース含有率が９６％の寒天を
用い、下記表１の配合割合でバインダーＤを調製した。

【００２１】−金属射出成形− ガスアトマイズ法によって得られた粒径４５μｍ以下
（平均粒径２５μｍ）の球状のチタン粉末を予め約９０
〜１００℃に加温し、これを、９６℃に保温した上記バ
インダーＡ〜Ｄに３回に分けて添加した。チタン粉末と
バインダーとの配合割合は下記表１に示す通りとした。
そして、温度１００〜１２０℃、蒸気圧１．０〜２．０
atmの加圧下で混練したのちペレット化し、これを射出
温度９４℃、金型温度２５℃で射出成形し、厚さ１０ｍ
ｍ、幅１５ｍｍ、長さ１００ｍｍの短冊状のグリーン体
を得た。ついで、このグリーン体を真空乾燥装置にい
れ、温度８０℃、圧力１トール、時間１０時間の条件で
真空乾燥し、含水率約０．５ｗｔ％まで水を除去し、つ
いで圧力１０^-5トールで常温から昇温速度１℃／時間で
４００℃まで加熱して脱脂し、引きつづいて昇温速度５
℃／時間で１３００℃まで昇温し、この温度を２時間保
持する焼結条件により焼結して、チタン製板状部材を製
造した。得られたチタン製板状部材の焼結密度を測定し
た結果を、下記表１に合わせて示す。

【００２２】

【表１】

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように本発明の金属射出成
形用バインダーおよびこのバインダーを用いた金属射出
成形法にあっては、アガロース含有率が９８％以上の高
純度寒天を用いることにより、焼結の際に残る灰分を減
少させることができるので、成形品の焼結密度を高め、
また焼結体の機械的強度を向上させることができる。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アガロースの含有率が９８重量％以上の
   寒天と、水とからなる金属射出成形用バインダー。
2. 【請求項２】 アガロースの含有率が９８重量％以上の
   寒天と、アルコール類と、水とからなる金属射出成形用
   バインダー。
3. 【請求項３】 請求項１または２のいずれか一項に記載
   の金属射出成形用バインダーに水溶性高分子を添加して
   なる金属射出成形用バインダー。
4. 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれか一項に記載
   の金属射出成形用バインダーと金属粉末とを混練し、こ
   の混練物を射出成形してグリーン体とし、このグリーン
   体から少なくとも水を除去したのち、焼結する金属射出
   成形法。