JPH0257609A - 射出成形用金属粉末およびそのコンパウンドならびにこれを用いた射出焼結部品の製造方法 - 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】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、射出成形用の金属粉末およびコンパウンドと
、そのコンパウンドを用いて金属焼結部品を製造する方
法に関する。

〈従来の技術〉 般に焼結機械部品は、鉄系粉末を主体として合金粉末と
欄滑剤を添加して、プレス成形した後に非酸化性雰囲気
中で焼結して製造される。

しかし、この方法は金型中で上下パンチで成形するため
に三次元形状の複雑部品が製造できない。

一方、セラミック製品はセラミック原料粉とバインダー
を混合し、押し出し成形や射出成形をしたのちに、脱バ
インダー焼成することにより複雑形状や薄肉・小型部品
の製品を製造している。

近年、従来の粉末冶金法を超える技術として、金属粉末
を用いた射出成形技術が複雑形状の製品を量産できるこ
とから注目を浴び、一部工業化されている。

金属粉末射出成形方法は、金属粉末を有機バインダーと
混練して原料を得る混練工程、原料をプラスチックの成
形の場合と同様に射出成形し成形体を得る射出成形工程
、成形体に熱処理などを施して成形体よりバインダーを
除去する脱脂工程、脱脂した成形体を焼結する焼結工程
を順次行う方法であり、特開昭５７−１６１０３、特開
昭５９−２２９４０３により公知となっている。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかし、上記の方法は、通常の金型成形で用いられる金
属粉末のやや細かい粉末を用いており、射出成形特有の
コンパウンドの流動性や、金属粉末の金型内における配
向性を考慮していないため、金属粉末焼結体の密度比（
理論密度に対する焼結密度の割合）を安定して９３％以
上とすることがよいことは公知であるが９３％以上とす
ることができないばかりか、製品として最も重要視され
る部品の寸法精度に何等考慮がされていない。

そこで、本発明は上記従来技術の問題点を解決し、９３
％以上の密度比と寸法精度の優れた金属粉末焼結体を安
定して得ることのできる射出成形用金属粉末、およびコ
ンパウンド、ならびに前記コンパウンドを用いた射出焼
結部品の製造方法を得ることを目的とする。

く課題を解決するための手段〉 そこで、本発明者らは上述した目的を達成するために射
出成形用金属粉末の平均粒径が５〜１５μｍで、かつ下
記で定義される粒子形状係数が、１．０〜１．５の範囲
の粉末が５０％以上であることを特徴とする射出成形用
金属粉末を提供する。

ＳＦ：粉末粒子断面の形状係数 Ｌ　：粒子断面の最大長さ Ａ　：粒子断面積 また、前記金属粉末９５〜８５５〜８５重量機バインダ
ー５〜１５重量％とを有する射出成形用コンパウンドで
あって、前記有機バインダーの構成が熱可塑性樹脂４０
〜８０ｍ′￥８：％、可塑剤が６〜１３重量％およびパ
ラフィンワックス、密ろうのうち１種または２種を２０
〜５００〜５０重量ることを特徴とした射出成形用コン
パウンドを提供する。

そして、前記射出成形用コンパウンドを用いて、射出成
形する際、 射出圧力４００〜２０００　　ｋｇｆ／ａｍ２、成形温
度１２０〜１７０℃の条件で成形し、 ついでこの射出成形体を非酸化性雰囲気で、昇温速度２
００℃／　ｈ　ｒ以下、加熱温度４５０〜６００℃の条
件で加熱して脱パインダーを行い、 その後、焼結することを特徴とする射出焼結部品の製造
方法を提供する。

以下本発明について、詳細に説明する。

本発明に用いる、射出成形用金属粉末に於いて、その金
属の種類は、鉄、ＳＵＳをはじめ、一般的な金属であれ
ばよい。

本発明において射出成形用金属粉末の適正な粒子径は平
均粒径で５〜１５μｍである。

般的な粉末製造方法としては、水アトマイズ法、粉砕法
等がある。　しかし水アトマイズ法等で平均粒径が５μ
ｍ未満の金属粉末を得るのは難しく、粉砕後に分級によ
り供することも可能ではあるが、歩止まりが低下し、コ
スト高になる。　さらに焼結部の密度の上昇についても
、期待するほどの効果が得られない。

また、１５μｍ超では、バインダー量を多くしないと射
出成形時の流動性が悪く、かつ、焼結部品の密度も低い
ので本発明において適当でない。

また、本発明に於いて、下記式［１］で定義される粒子
形状係数（ＳＦ）が１．０〜１．５の範囲で、かつこの
範囲の粉末を５０％以上含有するのがよい。

ＳＦ：粉末粒子断面の形状係数 Ｌ　：粒子断面の最大長さ Ａ　：粒子断面積 これは、焼結体の寸法精度に影１７を及ぼすためである
。

つまり、粒子形状係数か１．０〜１５の範囲の粉末を、
５０％未満しか含んでいないと粒子が不規則状のため、
コンパウドの流動性が悪く、また、不規則な金属粉末粒
子同士か接触するので配向性が悪くなり、焼結時に均一
な収縮とならず、寸法精度も悪くなるので不適である。

次に、有機バインダーの成分・　組成において、熱可塑
性樹脂を４０〜８０重量％、可塑剤が６〜１３重景％、
そしてワックス剤を２０〜５０重二％を含有するのがよ
い。

熱可塑性樹脂としては特に限定されないか、エチレン酢
酸ビニル共重合体（以下ＥＶＡと記す）ポリスチレン（
以下ＰＳと記す）、ポリプロピレン（以下ＰＰと記す）
ポリメタクリル酸エステル（Ｐ　Ｍ　Ｅ　）等のうち１
ｆ！！または２種以上の混合物から選択する方が好まし
い。

特にＥＶＡは流動性および脱脂性が優れていることから
含有することがより好ましい。

バインダーを構成する熱可塑性樹脂か４０％未満では成
形体の強度が弱く、部品製造上ハンドリングが困難とな
る。　また８０％越えると脱バインダーが困難となり、
焼結体中のＣ量が高くなり焼結体特性を損なうため好ま
しくない。

可塑剤としてはジブチルフタレート（以下ＤＢＰと記す
）　ジエチルフタレート（ＤＥＰ）のいずれか１種ある
いは２種以上を用いることが好ましい。　これら可塑剤
は、バインターを構成する各成分の相溶性を向上させて
、バインダーの均質化をはかると４ｔに、射出成形時に
おける配合物の流動性を向上させる作用がある。

またその配合量は６％未満では前記作用の効果か得られ
ず、１３％を越えて混合すると成形体が脆化するため好
ましくない。

またワックス類としては、パラフィンワックス、蜜ろう
等のうち１種または２種以上を用いることが好ましい。

　これらは、射出成形時における混合物の流動性を向上
させ、かつ原料粉末とバインダーのぬれ性を向上させて
配合物を均質化する作用をもつ。　これらの作用が詔め
られる添加量は２０％以上であり、５０％を越えると成
形体の強度が低下するので好ましくない。

次に有機バインダーの前記金属粉末への添加量は、金属
粉末９５〜８５ｗｔ％に対し、５〜１５ｗｔ％であるこ
とが好ましい。

有機バインダーの添加量が５％未満では粉末充填剤の隙
間を埋めるためのみのバインダー量しかなく、流動性を
付与するに必要な量が不足してしまうため、成形時に流
動性が低下し射出成形できなくなる。

一方、１５％を越えて混合すると、バインダーの量が多
すぎて、焼結体の密度が低下してしまうために好ましく
ない。

前記、金属粉末と有機バインダーは一般的な方法を用い
て混練１ノ、コンパウンドとする。

そして次に射出成形される。　本発明に於いて射出成形
時の圧力は、４００〜２０００ｋｇｆ／ｃｍ２が好まし
い。

射出圧力が４００　ｋｇｆ／ｃｍ’未満では満足な射出
成形体を得ることはできない。　また射出圧力が２　、
０００　ｋｇｆ／ｃｍ’であれは、十分複雑形状の部品
も射出成形が可能であり、コスト、設備の面を考慮する
と２０００　ｋｇｆ／ｃｍ２をこえて圧力をかける利点
はない。

また、成形温度は、１２０〜１７０℃で行なうのが好ま
しい。　成形温度が１２０℃未満では、満足な射出成形
体を得ることができず、１７０℃を超えるとバインダー
からのガスの発生が著しくなり、成形体の外観不良とな
る。

所望の成形を行なった後、脱脂を行なう。

本発明における脱脂工程は不活性ガス雰囲気中、昇温速
度２００℃／　ｈ　ｒ以下、加熱温度４５０〜６００℃
で加熱し、脱バインダーを行なうのが良い。

昇温速度が、２００℃／　ｈ　ｒ超では、成形体に割れ
やふくれなどが生じ、満足な成形体か得がたいので、不
適である。

また脱バインダーの加熱温度が４５０℃未満では、完全
な脱バインダーが行われず、焼結体中に炭素として残留
して寸法精度の不良などの原因となる。　　また、６０
０℃を越える脱バインダーは成形体の反りが生じるよう
になり好ましくない。

この後、一般的な方法を用いて、焼結を行ない、射出焼
結部品を得ることができる。

〈実施例〉 以下、実施例に基づいて本発明を具体的に説明する。

（実施例） 水アトマイズ鉄粉または５ＵＳ３１６ステンレス鋼粉お
よびバインダーとを第１表に示す成分・組成に従い加圧
ニーダによって混練し、本発明例および比較例の原料を
作製した。

本発明の鉄粉とステンレス鋼粉は所望の粒径を得るため
に、水圧８００〜１０００ｋｇｆ／ｃｍ２で水溶調比を
２５〜３０ｋｇ／分の範囲で調節して水アトマイズを行
い平均粒径と粒子形状の異なる粉末を用意した。

比較例の鉄粉およびステンレス鋼粉は水圧４００　ｋｇ
ｆ／ｃｍ”以下で水アトマイズを行い、その後分級して
得た。

平均粒径はマイクロトラック法により求め、粒子形状は
、使用した粉末の代表サンプルを樹脂に埋め込み、粉末
の断面を２００倍に拡大して１２００〜１４００個の粉
末を画像処理して次式て求め、定義した。

ＳＦ；粉末粒子断面の形状係数 Ｌ　１粒子断面の最大長ざ Ａ　：粒子断面積 前記形状係数が１のときは真円球を示し、値か１より大
きくなる程不規則形状の粉末を意味する。

各々の成形原料を、第２表に示される射出成形条件にて
、厚さが４ｍｍ、幅が１５ｍｍ、長さが３０ｍｍの板状
の試験片を成形した。　これをステンレスの網の上に並
べてＡｒカスＷ　１２１Ｅｌ気中で同様に第２表に示す
条件で脱パイングーを行った後、さらに鉄粉成形体は分
解アンモニアガスで１１５０℃×３０分間、ステンレス
成形体は真空中で１３５０℃Ｘ６０分間焼結を行った。

得られた試験片の焼結密度を測定し、理論密度との割合
で密度比を、寸法変化は各１０個の試験片の幅方向にお
ける焼結前後の寸法変化を測定し、その標準偏差を求め
た。

なお第１図に本発明例２に用いた鉄粉の、第２図に比較
例１に用いた鉄粉のＳＥＭ像を示す。　本発明に用いた
金属粉末の大半の粒子形状は球状に近く、形状係数が１
〜１．５の範囲の粉末が５０％以上であり、射出成形時
の流動性に優れかつ金属粉末の配向性にも冨んでいるた
め、焼結体の密度比が９３％以上と高く、かつ、寸法精
度も優れている。

〈発明の効果〉 金属粉末射出成形方法を使用して焼結部品をＢＵ　造す
るに当り、本発明の金属粉末およびコンパウンドならび
にその前記コンパウンドを用いて製造した射出焼結部品
は９３％以上の密度比と、寸法精度の高い焼結部品が得
られ、製品小止りの向上か可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は粒子の構造を示す図面代用写真で
ある。 第１図は発明例１に用いた鉄粉の倍率５００のＳＥＭ写
真である。 第２図は比較例２に用いた鉄粉の倍率５００のＳＥＭ写
真である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）射出成形用金属粉末の平均粒径が５〜１５μｍで
   、かつ下記で定義される粒子形状係数が、１．０〜１．
   ５の範囲の粉末が５０％以上であることを特徴とする射
   出成形用金属粉末。 ＳＦ＝Ｌ＾２／Ａ・π／４［ I ］ ＳＦ：粉末粒子断面の形状係数 Ｌ：粒子断面の最大長さ Ａ：粒子断面積
2. （２）前記金属粉末９５〜８５重量％と、有機バインダ
   ー５〜１５重量％とを有する射出成形用コンパウンドで
   あって、前記有機バインダーの構成が熱可塑性樹脂４０
   〜８０重量％、可塑剤が６〜１３重量％およびパラフィ
   ンワックス、密ろうのうち１種または２種を２０〜５０
   重量％含有することを特徴とした射出成形用コンパウン
   ド。
3. （３）前記射出成形用コンパウンドを用いて、射出成形
   する際、 射出圧力４００〜２０００ｋｇｆ／ｃｍ＾２、成形温度
   １２０〜１７０℃の条件で成形し、 ついでこの射出成形体を非酸化性雰囲気で、昇温速度２
   ００℃／ｈｒ以下、加熱温度４５０〜６００℃の条件で
   加熱して脱バインダーを行い、 その後焼結することを特徴とする射出焼結部品の製造方
   法。