(57)【要約】【課題】均一な球形の金属粉末射出成形用ペレットを、安価に製造する方法を提供すること。【解決手段】外熱式回転炉に金属粉末とバインダーとを投入し、該外熱式回転炉による転動と加熱作用により、バインダーを溶融化した球状体とすると共に、該バインダーに金属粉末を付着させ、金属粉末とバインダーとから成る金属粉末射出成形用ペレットを製造することとした。【選択図】　　　　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
外熱式回転炉に金属粉末とバインダーとを投入し、該外熱式回転炉による転動と加熱作用により、バインダーを溶融化した球状体とすると共に、該バインダーに金属粉末を付着させ、金属粉末とバインダーとから成るペレットを形成することを特徴とする、金属粉末射出成形用ペレットの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属粉末射出成形用ペレットの製造方法に関し、特に、均一な球形の金属粉末射出成形用ペレットを、安価に製造する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、金属粉末の射出成形技術は、高密度の複雑形状の金属製品を低コストで製造できる技術として注目されている。
この技術は、金属粉末とバインダーとから成る原料ペレットを金型で射出成形し、取り出した成形品を真空炉で脱脂と高温焼結を行い、金属の相対密度９８％程度の高密度、且つ複雑形状の金属製品を作りだす技術である。
【０００３】
ここで、従来の金属粉末とバインダーとから成る原料ペレットの製造方法は、一般的に金属粉末とバインダーとをニーダーで加熱混練し、コンパウンド（混練物）を作製する方法が採られている。
【０００４】
即ち、ニーダーとして広く用いられている加熱ニーダーでコンパウンドを作製する場合には、次のような手順を踏んでいる。
先ず、加熱ニーダーの混合槽中に金属粉末を投入してバインダーの溶融温度に加熱した後、バインダーを少量ずつ加える。
混練されている原料が餅状のコンパウンドにまとまってから、更に３０〜６０分間混練を続ける。
混練を終了したコンパウンドは、混合槽から取り出し冷却後、クラッシャーによる粉砕によりペレット化する。
なお、バインダーを混合槽中において予め加熱溶融し、その中に金属粉末を少量ずつ加えていく方法もある。
また、コンパウンドのペレット化に際し、コンパウンドを加熱押出機に投入し、押し出しながらダイスカッターなどによって切断していく方法もある。
【０００５】
【特許文献１】
特開平３−２９４４０２号公報
【特許文献２】
特開平５−２３０５０３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した方法により製造された金属粉末射出成形用ペレットは、その製造に長時間を要し、また混練，冷却，粉砕，或いは混練，押し出し，切断などの多くの工程を経て製造されるため、製造原価が高いと言う課題を有していた。
【０００７】
また、製造された原料ペレットは、粒径が不揃いで且つ形状が不定形なため、射出成形機のフィーダ部分などにおいて目詰まりを起こし易く、また射出成形時の圧力、温度などの微調整も必要となり、取扱い性及び作業性に課題を有するものであった。
【０００８】
本発明は、上述した従来の技術が有する課題に鑑み成されたものであって、その目的は、均一な球形の金属粉末射出成形用ペレットを、安価に製造する方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記した目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、粉粒体の乾燥或いは化学反応などの処理に用いられている外熱式回転炉に着目し、該外熱式回転炉による転動と加熱作用を利用すれば、均一な球形の金属粉末とバインダーとから成るペレットを容易に形成できることを見出し、本発明を完成させた。
【００１０】
即ち、本発明は、外熱式回転炉に金属粉末とバインダーとを投入し、該外熱式回転炉による転動と加熱作用により、バインダーを溶融化した球状体とすると共に、該バインダーに金属粉末を付着させ、金属粉末とバインダーとから成る金属粉末射出成形用ペレットを製造することとした。
【００１１】
上記した本発明にかかる金属粉末射出成形用ペレットの製造方法によれば、金属粉末とバインダーとが一体化したペレットを、外熱式回転炉による転動と加熱作用により一工程で一気に形成でき、しかも得られるペレットは、外熱式回転炉による転動作用により均一な球形のものとなる。
そのため、本発明にかかる金属粉末射出成形用ペレットの製造方法は、取扱い性及び作業性の良好な均一な球形の金属粉末射出成形用ペレットを、安価に製造できる方法となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、上記した本発明にかかる金属粉末射出成形用ペレットの製造方法の実施の形態を、図面などを示して詳細に説明する。
【００１３】
本発明において使用する金属粉末としては、従来より金属粉末射出成形法に使用されている全ての金属粉末が例外なく使用でき、例えばアトマイゼーション法により作製された平均粒径１０〜２０μｍのＳＵＳ３０４，ＳＵＳ３１６Ｌ，Ｆｅ８％Ｎｉ，ＳＮＣＭ４１５，ＳＫＤ１１，ＳＫＨ５１，コバールなどの金属粉末が挙げられる。また、本発明においては、外熱式回転炉内の雰囲気を制御することにより、各金属粉末の特性に合わせた対応が容易に実施でき、例えば、窒素ガスなどを導入して外熱式回転炉内を非酸化雰囲気（還元雰囲気）に制御することにより、鉄，アルミニウム，ニッケル，タングステンなどの酸化され易い金属粉末をも、酸化させることなくペレット化することができる。
【００１４】
また、本発明において使用するバインダーも、それ自体公知であるものを使用することができ、例えば主流である熱可塑性のバインダーとしては、熱可塑性の樹脂、及び該樹脂よりも低分子のワックス、高級脂肪酸などが挙げられる。
【００１５】
上記樹脂はバインダーの主材成分であり、形成された原料ペレットに可塑性を与え、また常温での成形体強度を持たせるもので、例えばポリエチレン，ポリプロピレン，ポリスチレン，エチレン−酢酸ビニル共重合体，エチレン−エチルアクリレート共重合体，ポリメタクリル酸アルキルエステル，ポリアミドなどが挙げられ、これらの樹脂は、上記金属粉末と共に後記する外熱式回転炉に投入される。
【００１６】
また、上記樹脂よりも低分子成分であるワックス、高級脂肪酸などは、原料ペレットの脱脂性や流動性の改善のためにバインダーの助材成分として用いられ、上記ワックスとしては、例えばノルマルパラフィンワックス，マイクロクリスタリンワックス，酸化ワックス，ペトロラタム，酸化ペトロラタム，ポリエチレンワックスなどの合成ワックスやモンタンワックス，カルナバワックス，ビーワックスなどの天然ワックスが挙げられる。また上記高級脂肪酸としては、ミスチリン酸，パルミチン酸，ステアリン酸，アラキジン酸，ベヘニン酸，オレイン酸などが挙げられる。この他、高級アルコール、高級脂肪酸アミド、脂肪酸エステル、フタル酸エステル、アジピン酸エステル、セバチン酸エステルなどもバインダーの助材成分として用いられる。これらの助材成分は、上記バインダーの主材成分である樹脂と共に金属粉末に混合して外熱式回転炉に投入しても良いが、外熱式回転炉内に蒸気として存在させても良い。
【００１７】
本発明においては、外熱式回転炉を用いて金属粉末射出成形用ペレットを製造する。
本発明において使用する外熱式回転炉の一例を、その周辺機器を含めて概念的に図１に示す。
【００１８】
図１に示したように、上記した金属粉末Ａとバインダーの主材成分である樹脂粒子Ｂとを所定量ずつ混合機１に投入し、得られた混合物Ｍをホッパー２よりシュート３を介して、例えば、窒素ガス、炭酸ガス或いはアルゴンガスなどを導入して非酸化雰囲気に制御された回転炉４内に投入する。また、ワックス、高級脂肪酸などのバインダーの助材成分Ｃを回転炉４の窯尻に設置する。
【００１９】
なお、この回転炉４内への投入前の金属粉末Ａと樹脂粒子Ｂとの混合は、回転炉４内における転動作用により十分に混合される場合には必須の工程ではなく、その場合には、所定量の金属粉末Ａと樹脂粒子Ｂとを、個々に直接回転炉４内に投入すれば良い。また、バインダーの助材成分Ｃを、バインダーの主材成分である樹脂粒子Ｂと共に金属粉末Ａと混合し、回転炉４内に投入することとしても良い。
【００２０】
また、上記金属粉末Ａとバインダー成分Ｂ，Ｃとの割合は、目標とする製造ペレットの金属粉末とバインダーとの混合割合より、金属粉末Ａが若干過剰となる量とする。
【００２１】
回転炉４は、加熱装置５内に水平線Ｈに対してθの角度で傾斜させた状態で、ローラー受け円盤４ａの位置でローラー６上に載置され、ローラー６の回転によって周方向に所定の速度Ｒで回動する。また、加熱装置５には炭化珪素発熱体７が設けられ、該炭化珪素発熱体７に通電することによって回転炉４内をその外周面より所定の温度Ｔとなるように加熱している。
【００２２】
回転炉４内には、図２（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）に示したように複数の凹面部８が形成され、投入する金属粉末Ａと樹脂粒子Ｂとがスムーズに転動するように構成されている。この凹面部８の内面は曲面とし、例えば投入する樹脂粒子Ｂの平均半径と該曲面の曲率半径との比が、０．００５以上になるように構成されている。この凹面部８の形成数は、回転炉４の内径にもよるが、図示した２〜６個が適当である。なお、凹面部８同士の当接部には、図示したようにアール１０を施すことが好ましい。
【００２３】
また、回転炉４内に、図３（ａ），（ｂ），（ｃ）に示したように軸芯に沿って仕切り板９を設け、該仕切り板９によって回転炉４内部を複数のセクターＳに分割し、各セクターＳ内に上記シュート３を介して混合物Ｍが各々投入される構成としても良い。この場合のセクターＳの分割数としては、図示した２〜４分割が好ましく、分割することにより各原料Ａ，Ｂの転動を効率的に行わせると共に、回転炉４の断面を有効に活用でき、熱効率の向上及び生産性の向上を図ることができる。
【００２４】
なお、上記各仕切り板９と回転炉４の内周壁面との接地部分にアール１０を施し、加熱により軟化した樹脂粒子Ｂなどの固結を防止すると共に、スムーズに各原料Ａ，Ｂが転動するように構成すること、また、セクターＳの分割数が４以上である場合には、仕切り板９の交差部にも図示したようにアール１０を設けることは好ましい。
【００２５】
上記したような回転炉４内に投入された金属粉末Ａ及び樹脂粒子Ｂは、回転炉４の回動に伴い転動しながら流下し、その間に加熱され、また、回転炉４の窯尻に設置されたワックス、高級脂肪酸などのバインダーの助材成分Ｃも、回転炉４内において加熱されるため、図４に概念的に示したように、先ず、バインダーの主材成分である樹脂粒子Ｂの表面から揮発成分の蒸発による蒸気ｂが発生し、該蒸気ｂが周辺に存在する金属粉末Ａに付着すると共に、バインダーの助材成分Ｃからも蒸気ｃが発生し、該蒸気ｃも金属粉末Ａの表面に付着し、金属粉末Ａを付着し易い状態とする（図４の〔Ｉ〕部）。
続いて、上記樹脂粒子Ｂは加熱により溶融化した球状体となり、その表面に付着し易い状態となった上記金属粉末Ｂが付着する。（図４の〔ＩＩ〕部）。
その後も、上記した樹脂粒子Ｂからの蒸気ｂの発生、及び助材成分Ｃからの蒸気ｃの発生、その両蒸気ｂ，ｃが付着した金属粉末Ａの溶融化した樹脂粒子Ｂへの付着が繰り返し成されることにより、金属粉末Ａとバインダー成分Ｂ，Ｃとが一体化した球状ペレットＰが形成される（図４の〔ＩＩＩ〕部）。
【００２６】
ここで、上記回転炉４の傾斜角度θ、及び回転炉４の回動速度Ｓ、更には回転炉４の加熱温度Ｔなどは、いずれも得られる上記球状ペレットＰの組成、粒径などに大きく影響をおよぼすため、所望とする球状ペレットＰの組成、粒径などを考慮し、更に使用する金属粉末Ａ及びバインダー成分Ｂ，Ｃの種類などに応じて、適宜最適のものに設定する必要がある。
【００２７】
回転炉４より排出された球状ペレットＰは、出口フード１１の下方に設けられた振動篩い１２にかけられ、余剰の金属粉末Ａが除かれ、金属粉末射出成形用ペレットとして使用する製品として回収される。一方、振動篩い１２を通過した余剰の金属粉末Ａは、再び回転炉４内に投入する原料金属粉末Ａとしてそのまま使用される。
【００２８】
【実施例】
次に、上記した本発明にかかる金属粉末射出成形用ペレットの製造方法の実施例を記載するが、本発明は、何ら下記の実施例に限定されるものではない。
【００２９】
−使用原料−
・金属粉末　：アトマイズ法により作製された平均粒径２０μｍ、比重７．８５のＳＵＳ３１６Ｌ
・バインダー：粒径範囲１５０〜２５０μｍ、比重１．０の円柱状ポリプロピレンペレット
【００３０】
2004002986.tif 000002
【００３１】
−製造条件−
上記外熱式回転炉を、回転速度１９．７ｒ．ｐ．ｍ．、回転炉内の加熱温度を、上流側２９０℃，中央２９０℃，下流側３００℃になるように設定した。
上記金属粉末とバインダーとを、重量比で６対１の割合で混合し、得られた混合物を、定常化した上記外熱式回転炉に３５０ｇ／ｍｉｎの投入速度で連続投入した。
投入物の炉内滞留時間は、約２分であった。
【００３２】
−製造結果−
外熱式回転炉からの排出物は、略均一の球状物で、その粒径は約０．２〜０．３ｍｍであった。
比重は平均値６．８〜７．２で、金属粉末がバインダー内に７５〜８３重量％の割合で混入した球状物であることが分かった。
篩いを通過したものは、余剰の金属粉末で、そのまま再使用し得るものであった。
【００３３】
【発明の効果】
以上、説明した本発明にかかる金属粉末射出成形用ペレットの製造方法によれば、取扱い性及び作業性の良好な均一な球形の金属粉末射出成形用ペレットを、安価に製造できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明において使用する外熱式回転炉を、その周辺機器と共に概念的に示した図である。
【図２】本発明において使用する種々の外熱式回転炉の横断面を概念的に示した図であって、（ａ）は回転炉に２個の凹面部を形成した構造の物、（ｂ）は３個の凹面部を形成した構造の物、（ｃ）は４個の凹面部を形成した構造の物、（ｄ）は６個の凹面部を形成した構造の物を各々示した図である。
【図３】本発明において使用する他の外熱式回転炉の横断面を概念的に示した図であって、（ａ）は回転炉内を２分割した構造の物、（ｂ）は３分割した構造の物、（ｃ）は４分割した構造の物を各々示した図である。
【図４】外熱式回転炉による転動と加熱作用により金属粉末とバインダーとから成る球状ペレットが形成されるプロセスを概念的に示した外熱式回転炉の縦断面図である。
【符号の説明】
１　　混合機
２　　ホッパー
３　　シュート
４　　回転炉
４ａ　ローラー受け円盤
５　　加熱装置
６　　ローラー
７　　炭化珪素発熱体
８　　凹面部
９　　仕切り板
１０　アール
１１　出口フード
１２　振動篩い
Ａ　　金属粉末
Ｂ　　樹脂粒子
ｂ　　樹脂粒子より発生した蒸気
Ｃ　　助材成分
ｃ　　助材成分より発生した蒸気
Ｍ　　混合物
Ｐ　　ペレット
【図１】
2004002986.tif 000003
【図２】
2004002986.tif 000004
【図３】
2004002986.tif 000005
【図４】
2004002986.tif 000006