JPS62289346A - 粉末焼成型の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ３、発明の詳細な説明 〔発明の技術分野〕 本発明は樹脂射出成形用型等に使用可能な粉末焼成型の
製造方法に関するものである。

〔従来技術〕

従来、樹脂射出成形用型には切削金型や放電加工金型が
主流として使用されている。この金型の製作には、基材
である金属ブロックを機械加工、放電加工等して模型の
形状を写し、さらに表面加工時のカッターマークや放電
電極による荒れ等をなくすため、サンドペーパー等によ
り麿き作業を行っている。このため、金型の製作には極
めて多数の手間と時間とがかかり、コスト高にならざる
を得なかった。

このような金型のコスト高を解消するものとして、金属
粉末を焼成して作る粉末焼成型が、例えば特開昭６０−
６２４１号公報、特開昭６０−６２４２号公報等に従寓
されている。この提案の粉末焼成型によると、粒径が５
０〜５００μｍ程度の鉄粉等を基材（骨材）にし、これ
をエチルシリケート等をバインダーとして混合してスラ
リーにし、このスラリーから造形して焼成するようにし
ている。

しかし、本発明者等の研究によると、骨材の主要成分の
粒径を５０〜５００μｍの比較的大きなものにし、しか
もバインダーがエチルシリケートであるものは、造形お
よび焼成時にクランクが発生しやすいため十分な強度を
得ることが難しく、またバインダーの溶媒（アルコール
類）が蒸発するとき、特に細かい粒子（１０μ閤）を用
いた場合には型の表面に微細なりラックが多発し、型の
表面の平滑性を悪くする等の欠点がみられる。このため
、この従来の粉末焼成型では、特に圧力の負荷の大きい
樹脂射出成形用型に適用するには十分とはいえなかった
。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上述のような従来の粉末焼成型におけ
る問題点を解消し、基材の粒度とバインダーを適切に選
択することにより、肌面を平滑にし、かつクランクの発
生のない粉末焼成型が得られる製造方法を提供すること
にある。

〔発明の構成〕

上記目的を達成するため本発明は、粒径１０μｍ以下の
粒子による累積重量が４０％以上である金属粉を基材に
し、この基材にコロイダルシリカをバインダーとして混
合したスラリーを調整し、このスラリーを造形乾燥した
のち焼成することを特徴とするものである。

本発明の粉末焼成型の基材に使用する金属粉としては、
入手しやすくかつ安価である鉄粉が最適であるが、ニッ
ケル、アルミナ、クロム。

チタン、タングステン等の金属粉末も適用可能である。

鉄粉としては、鋳鉄粉、純鉄粉、鋼粉等を好ましく使用
することができる。

また、基材には、この基材よりも低い融点と高い熱伝導
率を有する金属、例えばアルミニウム、亜鉛、銅等の粉
末を副材として混合するようにしてもよい。これら、低
融点で高熱伝導率の副材は、基材を焼結するときに強固
なバインダーとして作用し、かつその焼成結合体の熱伝
導性を高めることができる。したがって、焼成結合体を
樹脂成形用型にしたときの耐圧強度を上げ、また溶融樹
脂の流れを良好にするため成形性を向上し、かつ高い放
熱効果によって成形後の冷却固化を促進し、成形作業性
を向上することができる。

上記基材を構成する金属粉の粒径は、粒径１０μｍ以下
の粒子による累積重量が基材全重量の４０％以上、さら
に好ましくは５０％以上占めることが必要である。すな
わち基材の金属粉を、孔径１０μｍの多数の透孔を有す
る篩にかけたとき、その篩を通過した金属粉の全重量が
、基材全重量に対して４０％以上を占めるような配合に
することが必要である。

このような粒子分布からなる基材は、好ましくは粒径４
〜７μｍ範囲の微粉と粒径１０〜１００μｍ範囲の細粉
とを、前者を主成分とするようにして混合配合したもの
が好適である。また、本発明の基材には、上記粒度分布
要件を満足していれば、上記粒径範囲以外の金属粉が混
入されていても何等差し支えない。

基材を構成する金属粉の粒度が上述した規定の累積重量
分布範囲を外れていると、焼成後の焼成粘合体にクラン
クが発生し、十分な圧縮強度や曲げ強度を得られなくな
る。このようになる理由は定かではないが、粒径１０μ
ｍ以下の微細粒径の金属粉が主要成分となっていること
により、成形体内の細密充填化が進み、それによってス
ラリーから造形乾燥した成形体、さらには焼成後の焼成
結合体のクランクの発生を低減することができるものと
思われる。

本発明に使用するバインダーとしては、コロイダルシリ
カであることが必要である。従来の粉末焼結では、シリ
カゾルでもエチルシリケートが使用されることが主流で
あったが、このエチルシリケートは？８媒がアルコール め、そのアルコール類が乾燥時に蒸発するときクラック
を形成しやすく、それが焼結後の肌面を粗くする原因に
なっていた。

本発明で使用するコロイダルシリカは、溶媒が水であっ
て、その水の中に粒径が４〜１００ｍμｍ程度の無定形
シリカを分散してなるものである。したがって、乾燥時
や焼成時にエチルシリケートのように溶媒の蒸発によっ
てクランクを形成することはなく、平滑度の高い型肌面
の粉末焼成型を得ることができる。

このコロイダルシリカも、基材同様にシリカ粒子の粒度
が異なるものを分布させたものが好ましい。その粒径と
しては、４〜６ｍμ醜範囲の微粉、７〜９ｍ１ＪＩＩ＋
範囲の細粉、１０〜２０ｍμｍ範囲の中粉、７０〜１０
０ｍμ■範囲の粗粉を混合したものがよい。

コロイダルシリカはバインダーとして基材の金属粉と混
合してスラリーに調整され、模型をセットした型枠に流
し込んで成形体にする。このため、スラリーの粘度はス
ラリーを型枠内に流し込んだとき、型の隅々まで円滑に
流れる程度ものである必要がある。しかし、そのために
コロイダルシリカの混合量を多くしすぎてはならず、好
ましくは基材１ｋｇ当たり１００ｃｃ以下（重量比で１
００：１５以下）にすることが望ましい。このコロイダ
ルシリカの混合量があまり多くなりすぎると、乾燥固化
後の成形体にクランクを発生しやす（なるからである。

第１図は本発明に基づいて上述した基材の金属粉とコロ
イダルシリカから調整したスラリーから粉末焼成型にす
るまでのフローを例示したものである。Ａは上記スラリ
ーを型枠に流し込む工程で、定盤２の上に木、樹脂、ゴ
ム等の材料から製品形状に形取った模型１をセントし、
その周囲に型枠３を立てることにより原型ｌ。

が構成されている。この原型１０に容器４からスラリー
５を流し込む。

原型１０に流し込んだスラリー５は、そのまま放置して
自然乾燥させるか、または約４０〜５０℃の温度で加熱
して強制乾燥して固化させる。固化したのち原型１０か
ら脱型して、Ｂに示すような成形体５”を得る。固化の
ために自然乾燥の場合は６〜２４時間を要するが、強制
乾燥する場合は４〜６時間で行うことができる。

ただし、強制乾燥の場合は、その加熱が急激にならない
ようにすることが望ましく、あまり急激であるとコロイ
ダルシリカの溶媒（水）が比較的大きな孔の逃げ路を形
成してピンホールを生成する原因になり、また急激な収
縮によるクラック発生の原因ともなるからである。

原型１０から脱型した成形体５゛は、上述した本発明に
よる条件によって造形されることによりクラックやピン
ホールは形成しておらず、また模型１に対応した型面１
゛　もきれいな平滑性を有している。

このようにして乾燥固化された成形体５′は、次にＣに
示すように焼成炉１１にて６００〜１０００℃の温度で
、約１〜１０時間焼成する。

この焼成により強固な焼成結合体５”が形成される。次
いでＤに示すように、得られた焼成結合体５″にはエジ
ェクタービン孔７の加工や、ガイドピン８　、−−−−
−−、　８の取付は等の後加工を施し、これを別途同じ
ようにして金属粉末から作った焼成結合体５ａの型（第
１図ではオス型）と組み付けることにより、樹脂射出成
形用型１２等として完成させる。

上記のように樹脂成形用の型に加工された焼成結合体５
”の断面を見ると、第３図に示すように粒径の異なる基
材の金属粉末６．−・−・−２６が細密充填状態になっ
ており、かつこれら金属粉末６，６同士の界面にコロイ
ダルシリカから変じたシリカが膜状のバインダーとなっ
て介在し、金属粉の結合を補助している。

また、前述したように、基材にその基材よりも融点が低
（、かつ熱伝導率が大きい金属粉を副材として混合する
ようにすれば、この副材が一層強固なバインダーとして
作用するため、さらに高い圧縮強度、曲げ強度の焼成結
合体が得られるようになる。また、熱伝導性が向上する
ため、射出成形時の樹脂の流れを速やかにし、かつ射出
完了後は放熱速度を促進するため冷却をはやめ、脱型ま
での時間を短縮することができる。そのため、成形作業
を向上することができる。

〔実施例〕

実施例１ 基材として次の組成の鉄粉を、またバインダーとして次
の組成のコロイダルシリカをそれぞれ用意し、両者を混
合してスラリーにした。

基材　　　　　　　　　　　（重量部）鉄の微粉（４〜
　７μｍ）　　５０部 鉄の細粉（１０〜１０１００ｐ　　５０部計重００部 バインダー（コロイダルシリカ） 微粉（４〜　６ｍμ＋＋＋）　　　　２．４部細粉（７
〜　９ｍＡｌ＋ｉ）　　　　２．６部中粉（１０〜２０
ｍμｍ　）　　　　２．　９部粗粉（７０〜１００ｍμ
＋ｎ）　　　２．９計重１Ｏ０８部 （基材１ｋｇ当たり８８ｃｃ） 上記基材の指定粒径以下の累積重量分布は第３図に示す
通りで、粒径１０μｍ以下の粒子による累積重量は５２
％であった。

上記スラリーを、表面粗度１３Ｓの木型模型をセｙトし
た型枠に流し込み、２０℃、８時間の自然乾燥を行って
固化した。型枠から脱型した成形体には、クラックやピ
ンホールは全く認められなかった。

次いで、上記成形体を焼成炉に入れ、６００〜８００℃
の温度で５時間焼成を行って焼成結合体にした。この焼
成結合体にはクラックやピンホールはなく、上記表面粗
度１３Ｓの木型模型に対応する型肌面の粗度は１５３で
あり、橿めて平滑性に優れていた。

また、焼成結合体の圧縮強度および曲げ強度を測定した
ところ、それぞれ１　、　６　ｔｏｎ／ｃ＋ａ”、　３
ｋｇ／ｍｍ”であった。

実施例２ 実施例１における基材組成に、さらに亜鉛粉末を１０重
量部混合し、それを基材とし、バインダーや乾燥、焼成
条件等は実施例１と同一条件にしてスラリーを調整し、
造形固化および焼成を行った。

得られた焼成結合体にはクランクやピンホールはな（、
圧縮強度および曲げ強度を測定したところ、それぞれ２
　ｔｏｎ／ｃｍ”、　５　ｋｇ／＋ａｍ”であり、実施
例１で得た焼成結合体よりもさらに強度アップしていた
。

比較例１ 基材として次の組成の鉄粉を、またバインダーとして実
施例１と同じ次の組成のコロイダルシリカを用意し、両
者を混合してスラリーを調整した。

基材　　　　　　　　　　　（重量部）鉄の微粉（４〜
　７μｍ）　　　３７部鉄の細粉（１０〜１００μｍ）
　　６３部計重００部 バインダー（コロイダルシリカ） 微粉（４〜　６ｍ１１ｍ）　　　　２．６部細粉（７〜
９ｍ１ｉＩＩ＋）　　　　２．　９部中粉（１０〜２０
ｍμ＋＊）　　　　３．２部則粉（７０〜１００ｍμｍ
）　　　　３．２計重１１．９部 （基材１ｋｇ当たり９’７ｃｃ） 上記基材の粒径１０μｍ以下の粒子による累積重量は３
７％であった。

上記スラリーを実施例１と同一条件で型枠に流し込み、
乾燥固化したのち脱型して成形体を得た。この成形体を
観察したところ、表面および裏面に僅かなりラックが認
められた。

次いで、この成形体を焼成炉に入れ、実施例１と同一条
件で焼成して焼成結合体を得た。この焼成結合体には焼
成前の成形体より更に拡大したクランクが認められた。

比較例２ 基材組成は実施例１と同一であるが、バインダーにエチ
ルシリケートを使用し、そのエチルシリケートを基材１
００重量部に対し２０重量部使用してスラリーを調整し
た。

このスラリーを実施例１と同一の型枠に流し込み、同一
条件で乾燥固化し、脱型後焼成した。

上記脱型後の成形体表面には多数のクラックが認められ
、焼成により更にそのクラックが進展し、型面は粗くな
っていた。

〔発明の効果〕

上述したように、本発明による粉末焼成型の製造方法に
よると、粒径１０μｍ以下の粒子による累積重量が４０
％以上を占める金属粉を基材にし、またバインダーとし
てコロイダルシリカを使用したことにより、基材の細密
充填が可能になるためクラックの発生がなくなり、また
バインダーの溶媒に基づ（ピンホールの発生をな（すこ
とができる。したがって、焼成結合体の圧縮強度や曲げ
強度を向上することができるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の粉末焼成型の製造方法を工程順に示す
説明図、第２図は焼成結合体の断面の一部を示す断面図
、第３図は本発明に使用される基材の累積重量分布曲線
図である。 ｌ・・・模型、　３・・・型枠、　４・・・容器、　５
・・・スラリー、　５゛・・・成形体、　５”・・・焼
成結合体。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）粒径１０μｍ以下の粒子による累積重量が４０％
   以上である金属粉を基材にし、この基材にコロイダルシ
   リカをバインダーとして混合したスラリーを調整し、こ
   のスラリーを造形乾燥したのち焼成することを特徴とす
   る粉末焼成型の製造方法。
2. （２）金属粉が鉄粉である特許請求の範囲第１項記載の
   粉末焼成型の製造方法。
3. （３）粒径４〜７μｍの範囲の微粉からなる金属粉を主
   要成分とし、これに粒径１０〜１００μｍの範囲の細粉
   からなる金属粉を混合して基材を構成した特許請求の範
   囲第１項記載の粉末焼成型の製造方法。
4. （４）コロイダルシリカの混合量が基材１ｋｇ当たり１
   ００ｃｃ以下である特許請求の範囲第１項記載の粉末焼
   成型の製造方法。
5. （５）粉末焼成型が樹脂射出成形用型である特許請求の
   範囲第１項記載の粉末焼成型の製造方法。