(57)【要約】【課題】彫刻や切削を行いやすく、十分な強度を有しかつ一層低い温度で焼結することができる金属成形体及びその製造方法を提供する。【解決手段】金属粉末を低温分解性バインダーにより結合してなる金属成形体であって、前記低温分解性バインダー：１．０〜５．０質量％を含有し、残部が金属粉末および不可避不純物からなる組成を有し、前記金属粉末は、平均粒径：０．３〜３μｍ未満の微細金属粉末、または平均粒径：０．３〜３μｍ未満の微細金属粉末：２５〜１００質量％と平均粒径：５〜２０μｍの粗大金属粉末：０〜７５質量％との混合金属粉末からなるり、前記低温分解性バインダーは、エリトリトール、マンニトール、キシリトール、Ｄ−ソルビトール、Ｌ−アスパラギン酸ナトリウム、Ｌ−グルタミン酸ナトリウム、Ｌ−テアニンの内の１種または２種以上の組み合わせで構成されている。【選択図】        なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属粉末を低温分解性バインダーにより結合してなることを特徴とする金属成形体。
【請求項２】
低温分解性バインダー：１．０〜５．０質量％を含有し、残部が金属粉末および不可避不純物からなる組成を有することを特徴とする金属成形体。
【請求項３】
前記金属粉末は平均粒径：０．３〜３μｍ未満の微細金属粉末からなることを特徴とする請求項１または２記載の金属成形体。
【請求項４】
前記金属粉末は平均粒径：０．３〜３μｍ未満の微細金属粉末：２５〜１００質量％と平均粒径：５〜２０μｍの粗大金属粉末：０〜７５質量％との混合金属粉末からなることを特徴とする請求項１、２または３記載の金属成形体。
【請求項５】
前記低温分解性バインダーは、エリトリトール、マンニトール、キシリトール、Ｄ−ソルビトール、Ｌ−アスパラギン酸ナトリウム、Ｌ−グルタミン酸ナトリウム、Ｌ−テアニンの内の１種または２種以上の組み合わせで構成されていることを特徴とする請求項１、２、３または４記載の金属成形体。
【請求項６】
低温分解性バインダー：１．０〜５．０質量％を含有し、残部が金属粉末および不可避不純物からなる配合組成を有する混合体をプレス成形することを特徴とする金属成形体の製造方法。
【請求項７】
低温分解性バインダー：１．０〜５．０質量％を含有し、残部が金属粉末および不可避不純物からなる組成を有する混合体を５０〜２００ＭＰａの圧力でプレス成形することを特徴とする金属成形体の製造方法。
【請求項８】
低温分解性バインダー：１．０〜５．０質量％を含有し、残部が金属粉末および不可避不純物からなる組成を有する混合体を５０〜２００ＭＰａの圧力でプレス成形したのち、大気中、温度：５〜１２０℃に保持することにより乾燥処理することを特徴とする金属成形体の製造方法。
【請求項９】
前記金属粉末は平均粒径：０．３〜３μｍ未満の微細金属粉末からなることを特徴とする請求項６、７または８記載の金属成形体の製造方法。
【請求項１０】
前記金属粉末は、平均粒径：０．３〜３μｍ未満の微細金属粉末：２５〜１００質量％および平均粒径：５〜２０μｍの粗大金属粉末０〜７５質量％との混合粉末からなることを特徴とする請求項６、７、８または９記載の金属成形体の製造方法。
【請求項１１】
前記低温分解性バインダーは、エリトリトール、マンニトール、キシリトール、Ｄ−ソルビトール、Ｌ−アスパラギン酸ナトリウム、Ｌ−グルタミン酸ナトリウム、Ｌ−テアニンの内の１種または２種以上の組み合わせで構成されていることを特徴とする請求項６、７、８、９または１０記載の金属成形体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、彫刻や切削を行いやすく、十分な強度を有しかつ一層低い温度で焼結することができる金属成形体及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、金、銀、銅、ニッケル、アルミニウム、亜鉛、スズ、鉄などの金属粉末に接着剤として高密度ポリエチレンおよびエチレン酢酸ビニール重合体、可塑剤としたマイクロクリスタリンワックスおよびパラフィンワックス、必要に応じて有機バインダーとしてポリプロピレン、カルナバワックス、ステアリン酸などを混練して混練体を作製し、この混練体を適宜の形状に造形して造形体を作製し、この造形体を乾燥したのち温度：２３０〜３００℃、４〜６時間大気中で加熱することにより脱脂して金属成形体を作製し、この金属成形体を温度：７００〜１０００℃の高温で２〜３時間加熱焼結することにより装飾品または美術工芸品を製造する方法が知られていた（特許文献１参照）。
【特許文献１】特公平６−３７６４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、従来の前記混練体を造形して作製した造形体は揮発成分が４〜８質量％と多く含むために、これを脱脂して金属成形体を作製するには温度：２３０〜３００℃で４〜６時間と長く保持しなければならず、また得られた金属成形体は強度が十分でなく、さらに小刀または彫刻刀などで削り取り、模様を形成しようとすると、強度が十分でなく脆いために彫刻周辺部分の一部が欠けることが多く、切れのある彫刻模様が得られないこと、
（ロ）彫刻等が正常に施されても、彫刻された従来の金属成形体は焼結温度が７００〜１０００℃で２〜３時間保持する必要があり、高温で長時間保持する必要があるので３０分以下という短時間で効率的に装飾品または美術工芸品を製造することができない、などの問題点があった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
そこで、本発明者らは、一層高強度を有しかつ切削または彫刻時に周囲が欠け落ちることがなく、さらに焼結に際しては一層低温でかつ短時間で十分な密度の焼結体を作製することができる金属成形体を得るべく研究を行った。その結果、
（イ）金属粉末に低温分解性バインダーを混合して得られた混合体をプレス成形して作製した金属成形体は、揮発成分をほとんど含まないために脱脂工程を省略または短縮することができ、また低温でかつ短時間の焼結により高密度の焼結体を得ることができ、さらにこの金属成形体は彫刻または切削素材として十分な強度を有すること、
（ロ）前記金属粉末は、平均粒径：０．３〜３μｍ未満の微細金属粉末が好ましく、平均粒径：０．３〜３μｍ未満の微細金属粉末：２５〜１００質量％および平均粒径：５〜２０μｍの粗大金属粉末：０〜７５質量％との混合金属粉末であることが一層好ましいこと、
（ハ）前記低温分解性バインダーは、エリトリトール、マンニトール、キシリトール、Ｄ−ソルビトール、Ｌ−アスパラギン酸ナトリウム、Ｌ−グルタミン酸ナトリウム、Ｌ−テアニンの内の１種または２種以上の組み合わせで構成されていることが好ましいこと、などの知見を得たのである。
【０００５】
この発明は、かかる知見にもとづいてなされたものであって、
（１）金属粉末および低温分解性バインダーからなる金属成形体、
（２）低温分解性バインダー：１．０〜５．０質量％を含有し、残部が金属粉末および不可避不純物からなる組成を有する金属成形体、
（３）前記金属粉末は平均粒径：０．３〜３μｍの微細金属粉末からなる前記（１）または（２）記載の金属成形体、
（４）前記金属粉末は、平均粒径：０．３〜３μｍの微細金属粉末：２５〜１００質量％および平均粒径：５〜２０μｍの粗大金属粉末：０〜７５質量％との混合金属粉末からなる前記（１）、（２）または（３）記載の金属成形体、
（５）前記低温分解性バインダーは、エリトリトール、マンニトール、キシリトール、Ｄ−ソルビトール、Ｌ−アスパラギン酸ナトリウム、Ｌ−グルタミン酸ナトリウム、Ｌ−テアニンの内の１種または２種以上の組み合わせで構成されている前記（１）、（２）、（３）または（４）記載の金属成形体、に特徴を有するものである。
【０００６】
この発明の金属成形体は、低温分解性バインダー：１．０〜５．０質量％を金属粉末に混合した混合体をプレス成形することにより作製する。したがって、この発明は、
（６）低温分解性バインダー：１．０〜５．０質量％を含有し、残部が金属粉末および不可避不純物からなる組成を有する混合体をプレス成形することを特徴とする金属成形体の製造方法、に特徴を有するものである。
前記（６）記載の低温分解性バインダー：１．０〜５．０質量％を含有し、残部が金属粉末および不可避不純物からなる組成を有する混合体をプレス成形する際のプレス成形圧力は５０〜２００ＭＰａの範囲内にあることが好ましい。したがって、この発明は、
（７）低温分解性バインダー：１．０〜５．０質量％を含有し、残部が金属粉末および不可避不純物からなる組成を有する混合体を５０〜２００ＭＰａの圧力でプレス成形する金属成形体の製造方法、に特徴を有するものである。
前記低温分解性バインダー：１．０〜５．０質量％を含有し、残部が金属粉末および不可避不純物からなる組成を有する混合体には不可避不純物として水分や揮発成分が含まれていることが多く、これら不可避不純物は可及的に少ないことが望ましく、前記混合体をプレス成形して得られた金属成形体を大気中、温度：５〜１２０℃に保持することにより乾燥処理することが一層好ましい。したがって、この発明は、
（８）低温分解性バインダー：１．０〜５．０質量％を含有し、残部が金属粉末および不可避不純物からなる組成を有する混合体をプレス成形したのち、大気中、温度：５〜１２０℃に保持することにより乾燥処理する前記（６）または（７）記載の金属成形体の製造方法、に特徴を有するものである。
【０００７】
この発明の金属成形体の製造方法で使用する平均粒径：０．３〜３μｍ未満の微細金属粉末は、通常の一般に広く市販されている金属粉末よりも微細な平均粒径：０．３〜３μｍ未満の微細金属粉末を使用することが焼結温度を一層低温にすることができる。しかし、この発明の金属成形体の製造方法で使用する平均粒径：０．３〜３μｍ未満の微細金属粉末：２５〜１００質量％にさらに平均粒径：５〜２０μｍの粗大金属粉末０〜７５質量％との混合粉末を使用することにより一層抗折強度の優れた金属成形体を作製することができる。したがって、この発明は、
（９）前記金属粉末は、平均粒径：０．３〜３μｍ未満の微細金属粉末からなる前記（６）、（７）または（８）記載の金属成形体の製造方法、
（10）前記金属粉末は、平均粒径：０．３〜３μｍ未満の微細金属粉末：２５〜１００質量％と平均粒径：５〜２０μｍの粗大金属粉末０〜７５質量％との混合粉末からなる前記（６）、（７）または（８）記載の金属成形体の製造方法、に特徴を有するものである。
この発明の金属成形体の製造方法において使用する低温熱分解性バインダーは、エリトリトール、マンニトール、キシリトール、Ｄ−ソルビトール、Ｌ−アスパラギン酸ナトリウム、Ｌ−グルタミン酸ナトリウム、Ｌ−テアニンの内の１種または２種以上の組み合わせで構成されている。したがって、この発明は、
（11）前記低温分解性バインダーは、エリトリトール、マンニトール、キシリトール、Ｄ−ソルビトール、Ｌ−アスパラギン酸ナトリウム、Ｌ−グルタミン酸ナトリウム、Ｌ−テアニンの内の１種または２種以上の組み合わせで構成されている前記（６）、（７）、（８）、（９）または（１０）記載の金属成形体の製造方法、に特徴を有するものである。
この発明の金属成形体に含まれる低温熱分解性バインダーを１．０〜５．０質量％に限定したのは、低温熱分解性バインダーが１．０質量％未満含では十分な強度の成形体が得られず、一方、５．０質量％を越えて含有すると、脱バインダーに時間がかかりすぎたり、バインダー残りが生じて高密度化の妨げとなったり、焼結後の変形が大きくなったりするので好ましくないからである。低温分解性バインダー含有量の一層好ましい範囲は２〜４質量％である。
【発明の効果】
【０００８】
この発明の金属成形体は、従来の金属成形体に比べて強度および切削性に優れていることから、より大型でかつ繊細複雑な装飾品または美術工芸品をつくることができるなど優れた効果を奏するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
金属粉末として平均粒径：０．８μｍを有する純銀粉末および平均粒径：５μｍを有する純銀粉末を用意した。さらに、低温分解性バインダーとして、エリトリトール、マンニトール、キシリトール、Ｄ−ソルビトール、Ｌ−アスパラギン酸ナトリウム、Ｌ−グルタミン酸ナトリウム、Ｌ−テアニンを用意した。
実施例１
平均粒径：０．８μｍを有する純銀粉末に対し、低温分解性バインダーであるＤ−ソルビトールを表１に示される配合割合となるように配合し混合して混合体を作製し、得られた混合体をプレス成形することにより縦：５ｍｍ、横：２ｍｍ、長さ：４０ｍｍの寸法を有する本発明金属成形体１〜３および比較金属成形体１〜２を作製し、これら本発明金属成形体１〜３および比較金属成形体１〜２の抗折強度を測定し、その結果を表１に示した。
【００１０】
さらに得られた混合体をプレス成形することにより本発明金属成形体１〜３および比較金属成形体１〜２からなる直径：２０ｍｍ、幅：３ｍｍの寸法を有する切削性サンプルを作製し、これら本発明金属成形体１〜３および比較金属成形体１〜２からなる切削性サンプルの表面に彫刻刀で３本の削り取り部分を形成し、削り取り部分の淵に欠け落ちた部分がない時を○、削り部分に欠け落ちた部分がある時を×とし、その結果を表１に示すことにより切削性を評価した。
【００１１】
さらに、これら本発明金属成形体１〜３および比較金属成形体１〜２を表１に示される温度で３０分間保持することにより焼結し、焼結体を作製した。得られた焼結体の相対密度を測定し、その結果を表１に示した。
従来例１
市販の純銀粘土を購入し、この純銀粘土を使用して縦：５ｍｍ、横：２ｍｍ、長さ：４０ｍｍの寸法を有する従来金属成形体１を作製し、この従来金属成形体１の抗折強度を測定し、その結果を表１に示した。
【００１２】
さらに得られた混合体をプレス成形することにより従来金属成形体１からなる直径：２０ｍｍ、幅：３ｍｍの寸法を有する切削性サンプルを作製し、この従来金属成形体１からなる切削性サンプルの表面に彫刻刀で３本の削り取り部分を形成し、削り取り部分の淵に欠け落ちた部分がない時を○、削り部分に欠け落ちた部分がある時を×とし、その結果を表１に示すことにより切削性を評価した。
【００１３】
さらに、これら従来金属成形体１を表１に示される温度で３０分間保持することにより焼結し、焼結体を作製した。得られた焼結体の相対密度を測定し、その結果を表１に示した。
【００１４】
【表１】
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【００１５】
表１に示される結果から、低温分解性バインダーであるＤ−ソルビトールを１〜５質量％含む本発明金属成形体１〜３は、従来金属成形体１およびＤ−ソルビトールを１〜５質量％の範囲から外れて含む比較金属成形体１〜２に比べて坑折強度および切削性に優れており、またこの本発明金属成形体１〜３の焼結温度は３５０℃以上の低温度で十分な高密度の焼結体が得られていることから、低温で焼結することができることが分かる。
実施例２
平均粒径：０．８μｍを有する純銀粉末：７５質量％および平均粒径：５μｍを有する純銀粉末：２５質量％からなる銀混合粉末に対し、低温分解性バインダーであるＤ−ソルビトールを表２に示される配合割合となるように配合し混合して混合体を作製し、得られた混合体をプレス成形することにより縦：５ｍｍ、横：２ｍｍ、長さ：４０ｍｍの寸法を有する本発明金属成形体４〜６および比較金属成形体３〜４を作製し、これら本発明金属成形体４〜６および比較金属成形体３〜４の抗折強度を測定し、その結果を表２に示した。
【００１６】
さらに得られた混合体をプレス成形することにより本発明金属成形体４〜６および比較金属成形体３〜４からなる直径：２０ｍｍ、幅：３ｍｍの寸法を有する切削性サンプルを作製し、これら本発明金属成形体４〜６および比較金属成形体３〜４からなる切削性サンプルの表面に彫刻刀で３本の削り取り部分を形成し、削り取り部分の淵に欠け落ちた部分がない時を○、削り部分に欠け落ちた部分がある時を×とし、その結果を表２に示すことにより切削性を評価した。
【００１７】
さらに、これら本発明金属成形体４〜６および比較金属成形体３〜４を表１に示される温度で３０分間保持することにより焼結し、焼結体を作製した。得られた焼結体の相対密度を測定し、その結果を表２に示した。
【００１８】
【表２】
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【００１９】
表２に示される結果から、銀混合粉末に低温分解性バインダーであるＤ−ソルビトールを１〜５質量％添加して得られた本発明金属成形体４〜６は、Ｄ−ソルビトールを１〜５質量％の範囲から外れて含む比較金属成形体３〜４に比べて坑折強度および切削性に優れ、また平均粒径：０．８μｍを有する純銀粉末：７５質量％および平均粒径：５μｍを有する純銀粉末：２５質量％からなる銀混合粉末を用いて作製したこの本発明金属成形体４〜６は、表１の平均粒径：０．８μｍを有する純銀粉末を用いて作製した金属成形体１〜３よりも抗折強度が優れていること、さらに焼結温度は３５０℃以上の低温度で十分な高密度の焼結体が得られていることから低温で焼結することができることなどが分かる。
実施例３
平均粒径：０．８μｍを有する純銀粉末に低温分解性バインダーであるエリトリトール、マンニトール、キシリトール、Ｌ−アスパラギン酸ナトリウム、Ｌ−グルタミン酸ナトリウムおよびＬ−テアニンをそれぞれ表３に示される配合割合となるように配合し混合して混合体を作製し、得られた混合体を圧力：１２０ＭＰａでプレス成形することによりプレス成形体を作製し、このプレス成形体を１００℃の温風が出るドライヤーを用いて３０分間乾燥することにより縦：５ｍｍ、横：２ｍｍ、長さ：４０ｍｍの寸法を有する本発明金属成形体７〜１２を作製し、得られた本発明金属成形体７〜１２の抗折強度を測定し、その測定結果を表３に示した。
【００２０】
さらにこれら本発明金属成形体７〜１２からなる直径：２０ｍｍ、幅：３ｍｍの寸法を有する切削性サンプルを作製し、これら本発明金属成形体７〜１２からなる切削性サンプルの表面に彫刻刀で３本の削り取り部分を形成し、削り取り部分の淵に欠け落ちた部分がない時を○、削り部分に欠け落ちた部分がある時を×とし、その結果を表３に示した。
【００２１】
さらに、これら本発明金属成形体７〜１２を表３に示される温度で３０分間保持することにより焼結し、焼結体を作製した。得られた焼結体の相対密度を測定し、その結果を表３に示した。
【００２２】
【表３】
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【００２３】
表３に示される結果から、低温分解性バインダーとしてエリトリトール、マンニトール、キシリトール、Ｌ−アスパラギン酸ナトリウム、Ｌ−グルタミン酸ナトリウムおよびＬ−テアニンを使用して作製した金属成形体はいずれも強度が優れており、この金属成形体を３５０℃以上の低温度で短時間で焼結できることが分かる。