(57)【要約】【課題】金属粉末射出成形を用い複合焼結品を製造する時、従来のろう付けや溶接による接合では金属粉末射出成形の全工程終了後にその工程が追加され、コストアップや製造納期の長期化を招いていた。また金属粉末射出成形の焼結工程を利用し、その中で接合する方法もいくつか行われているが、いずれも実用レベルの強度が得られないという克服すべき課題がある。【解決手段】金属粉末射出成形において焼結と接合を同時に行うことで接合工程の合理化を図り、また金型に成形体を設置してさらに別の成形体を射出して接着する際、設置する成形体の接合面をコンパウンドの流れ方向に対し１５〜４５°の角度を持つようにすることや金属粉末入りペースト糊を成形体接合面に塗布して二つの成形体を接着することにより焼結後の接合強度を実用レベルまで上げる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属粉末と有機バインダーの混練物を射出成形して作製した成形体をあらかじめ金型内の一部に設置し、さらにこれと同種類または異種類の金属粉末と有機バインダーの混練物を金型内に射出することにより両成形体を接着した後、脱脂及び焼結して両者を接合することにより行われる金属複合焼結体の製造において、あらかじめ金型内に設置する成形体の接合部形状を金型内での混練物の流れの方向に対して角度１５〜４５度の傾きを持つ接合面を取るようにして行う同種類または異種類の金属が接合した金属複合焼結体を製造する方法。
【請求項２】
金属粉末と有機バインダーの混練物を射出成形して作製した成形体の表面の一部分に金属粉末と有機バインダーからなるペースト状混練物を塗布し、この部分を接着面として別の成形体とペースト状混練物の層を介して接着した後、脱脂及び焼結を行うことにより同種類または異種類の金属が接合した金属複合焼結体を製造する方法。
【請求項３】
金属粉末と有機バインダーからなる混練物を射出成形して作製した成形体から一部の有機バインダー成分を脱脂した後、成形体の表面の一部分に金属粉末と有機バインダーからなるペースト状混練物を塗布し、この部分を接着面として別の同様に脱脂した成形体とペースト状混練物の層を介して接着する。その後脱脂及び焼結を行うことにより同種類または異種類の金属が接合した金属複合焼結体を製造する方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、金属粉末射出成形において成形体の接合による金属複合焼結体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】金属粉末射出成形は、金属粉末と有機バインダーの混練物であるコンパウンドを金型内に射出して製品形状の成形体を作製した後、この成形体から有機バインダー成分を脱脂除去し、さらに高温で焼結することにより三次元形状に自由度の大きな精密金属部品を作製する技術である。
【０００３】現在、金属粉末射出成形はステンレス鋼、磁性材料や工具鋼などの各種金属材料において精密部品の製造に利用されている。しかしこれらは１回の射出成形による成形体を脱脂、焼結した単一種類の金属材料からなる製品であった。
【０００４】最近になり、金属粉末射出成形において接合により複数の金属材料からなる金属複合焼結体の製作が試みられている。その一般的な製造方法としてはろう付けや溶接による焼結体の接合が行われるが、これらの方法では焼結までのすべてのＭＩＭプロセスの終了後にろう付けや溶接の工程が追加されるのでコストアップや製造期間の長期化を免れなかった。
【０００５】また、成形体の上に別の成形体を重ねて置いたり、金属粉末が含有されていない有機ペースト糊で二つの成形体を接着した後、脱脂、焼結することにより接合することも行われるが、両者の密着性は悪く、焼結後の複合焼結体の接合強度は接合なしの単一材料の焼結体に比べ非常に低い。
【０００６】さらに射出成形して作製した成形体をあらかじめ金型内の一部に設置し、別のコンパウンドを金型内に射出することにより両成形体を接着した後、これを脱脂及び焼結することにより接合することも行われている。しかしあらかじめ金型内に設置する成形体の接合部形状に工夫がなく密着性が悪いため、焼結後の複合焼結体の接合強度は低く、実用レベルに達していない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従来の金属粉末射出成形での金属複合焼結体の製造方法において（０００４）に記載の方法では金属粉末射出成形の工程終了後に工程を追加することによりコストアップや製造期間の長期化が余儀なくされ、また（０００５）及び（０００６）に記載の方法では接合強度が低く、実用レベルの強度が得られないという問題点があった。本発明は従来方法の抱える上述の問題点を解決しようとするものである。すなわち、金属粉末射出成形において後工程を追加せずに低コストで製造期間の長期化なしに実用レベルの接合強度を有する金属複合焼結体を製造する方法を実現する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】従来のろう付けや溶接による接合では金属粉末射出成形の全工程終了後にその工程が追加される形で行われ、コストアップや製造期間の長期化を招いていたが、本発明では接合工程を金属粉末射出成形の工程の後に追加せずに金属粉末射出成形プロセス中の成形体の焼結工程において焼結と接合を同時に行うことで、コストダウン及び製造期間を短縮する。
【０００９】また金属複合焼結体において高い接合強度を得る方法として、（請求項１）ではあらかじめ金型内に設置する成形体の接合部形状を金型内でのコンパウンドの流れの方向に対して角度１５〜４５度の傾きを持つ接合面を取るように成形する。この成形体を金型内に設置後、さらに別の混練物を射出してこの接合面を介して二つの成形体を接着する。この方法により両者間に高い密着性が得られる。その後、焼結することにより高い接合強度を有する金属複合焼結体が得られる。
【００１０】（請求項２）では成形体接合面へ金属粉末と有機バインダーからなるペースト状混練物（以下、金属粉末入りペースト糊と云う）を塗布して二つの成形体を接着する。これにより両者間に高い密着性を有する金属粉末入りペースト糊中間層が得られ、その後、脱脂−焼結することにより高い接合強度を有する金属複合焼結体が得られる。
【００１１】（請求項３）では、一部バインダー成分を脱脂した成形体接合面へ（００１０）において記載した金属粉末入りペースト糊を塗布して一部バインダー成分を脱脂した二つの成形体を接着する。これにより両者間に高い密着性を有する金属粉末入りペースト糊中間層が得られ、その後、脱脂−焼結することにより高い接合強度を有する金属複合焼結体が得られる。
【００１２】
【発明の実施の形態】（請求項１）の方法での実施例を挙げ、実施の形態を説明する。平均粒径１０μｍのＳＵＳ３１６ＬあるいはＳＵＳ４３０Ｌステンレス鋼粉末と複数の有機ポリマーを混練してコンパウンドを作製した。このコンパウンドをこれと接する端面が金型内でのコンパウンドの流れの方向に対して角度３０度の傾きを持つ入れ駒で図１に示すようにキャビティの中央部まで半分ふさいだ試験片用金型内に射出して中央部まで半分だけの平ダンベル状引張試験片成形体を作製した。この成形体を入れ駒の位置に設置して同種あるいは異種のステンレス鋼粉末のコンパウンドを再び射出して二つの成形体を接着し、図２に示すような複合成形体を作製した。その後溶媒脱脂および焼結を行い金属複合焼結体を作製した。
【００１３】この方法により作製した金属複合焼結体では、ＳＵＳ３１６Ｌ同士を１３５０℃にて焼結した試料は４６０ＭＰａ、ＳＵＳ４３０Ｌ同士を１１００℃にて焼結した試料は３６０ＭＰａの引張強度を示し、これらの値はそれぞれ接合なしの単一材料の強度の１００％及び９０％であった。またＳＵＳ３１６ＬとＳＵＳ４３０Ｌの異種ステンレス鋼の複合成形体を１３５０℃で焼結した試料は３２０ＭＰａの引張強度を示し、この値は接合なしのＳＵＳ３１６Ｌ単一材料の強度の７０％であった。また比較のため接合部端面が金型内でのコンパウンドの流れの方向に対して角度９０度の傾きを持つ入れ駒にて同様に作製した金属複合焼結体では、ＳＵＳ３１６Ｌ同士を１３５０℃にて焼結した試料は３１０ＭＰａ、ＳＵＳ４３０Ｌ同士を１１００℃にて焼結した試料は２６０ＭＰａの引張強度を示し、これらの値は角度３０度での強度の７０％であった。
【００１４】次に（請求項３）の方法での実施例を挙げ、実施の形態を説明する。まず（００１２）に記載と同様な方法でＳＵＳ３１６Ｌ粉末あるいはＳＵＳ４３０Ｌ粉末のコンパウンドにより接合部端面が金型内でのコンパウンドの流れの方向に対して角度３０度の傾きを持つ半分だけの平ダンベル引張試験片成形体を作製した。次にコンパウンドに含まれる有機バインダ成分のうち、ＰＰ（ポリプロピレン）を残しＰＭＭＡ（アクリル樹脂）やＰＷ（パラフィンワックス）などをノルマルヘキサン蒸気中で成形体から除去した。この一部バインダ成分を脱脂除去した成形体の接合面にＳＵＳ３１６ＬあるいはＳＵＳ４３０Ｌのステンレス鋼粉末とＰＶＡ（ポリビニルアルコール）をエタノールに溶解した溶液を体積比３：４の割合で混合、混練して作製したステンレス鋼粉末入りペースト糊を塗布し、図３に示すようにこのペースト糊の層を介して別の同様に脱脂した半分だけの試験片成形体と接着した。その後、接着した試験片成形体について残されたＰＰ（ポリプロピレン）の加熱脱脂及び焼結を行い、同種類または異種類の金属が接合した金属複合焼結体を作製した。
【００１５】この方法で作製した金属複合焼結体では、ＳＵＳ３１６Ｌ同士をＳＵＳ３１６Ｌ粉末入りペースト糊で接着して１３５０℃にて焼結して接合した試料は４００ＭＰａ、ＳＵＳ４３０Ｌ同士をＳＵＳ４３０Ｌ粉末入りペースト糊で接着して１１００℃にて焼結して接合した試料は３２０ＭＰａの引張強度を示し、これらの値はそれぞれ接合なしの単一材料の強度の９０％及び８０％であった。またＳＵＳ３１６Ｌ／ＳＵＳ４３０Ｌの異種ステンレス鋼をＳＵＳ３１６Ｌ粉末入りペースト糊で接着して１３５０℃で焼結して接合した試料は３３０ＭＰａ、同じくＳＵＳ４３０Ｌ粉末入りペースト糊では３７０ＭＰａの引張強度を示した。
【００１６】金属粉末入りペースト糊に使用する金属粉末は成形体に含まれる金属粉末と同一の粉末、また異種類金属の成形体の接合においてはどちらか一方と同一の金属粉末あるいは両者金属の混合粉末が望ましい。またペースト糊に使用される有機バインダには、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）のアルコール溶解液など常温において液体で、金属粉末とよく混練され、また接着力を有するものが望ましい。
【００１７】
【発明の効果】
本発明によれば金属粉末射出成形の工程終了後にろう付けや溶接などによる接合工程の追加なしで低コストで、また製造期間の長期化なしに実用レベルの接合強度を有する金属複合焼結体が製造出来る。
【００１８】また成形を複数回に分けることにより中空形状など、より複雑形状の精密部品が金型を複雑化せずに製造出来る。
【００１９】また異種類の金属粉末からなる成形体を接合することにより一つの部品において例えば磁性／非磁性や硬質／軟質などの複数の異なる機能を有する精密機械部品などが製造出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】（請求項１）における２回の射出成形による成形体の接着方法の概略図であり（Ａ）は第１回目、（Ｂ）は第２回目の射出成形を示す。
【図２】２回の射出成形により作製した引張試験片成形体を示す図である。
【図３】金属粉末入りペースト糊による引張試験片成形体の作製方法を示す図である。
【符号の説明】
１射出成形金型
２入れ駒
３キャビティ
４半分だけの試験片成形体
５引張試験片成形体
６金属粉末入りペースト糊
【図１】
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【図２】
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【図３】
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