(57)【要約】【課題】金属粉末等とバインダーとを混合し成形後に脱脂、焼結を経て所望の焼結体を得る焼結体の製造において、成形体の脱脂工程に必要な時間の短縮を可能とする粉末成形用組成物と、この粉末成形用組成物を用いた成形体の脱脂方法を提供する。【解決手段】粉末成形用組成物に含まれるバインダーの熱可塑性樹脂と有機化合物とを、この粉末成形用組成物を用いた成形体の脱脂工程の際、有機化合物の気化および除去が熱可塑性樹脂の有するビカット軟化点の温度未満の温度で完了する熱可塑性樹脂と有機化合物との組み合わせとする。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属粉末またはセラミック粉末と、バインダーとを含む粉末成形用組成物を成形して成形体とし、前記成形体を加熱して前記バインダーを気化して除いた後、さらに加熱して前記金属粉末または前記セラミック粉末を焼結して所望の焼結体を製造する工程に用いられる前記粉末成形用組成物であって、
前記バインダーは、第１の熱可塑性樹脂と有機化合物とを含み、
前記成形体中の前記有機化合物は、前記第１の熱可塑性樹脂の有するビカット軟化点の温度未満で気化することを特徴とする粉末成形用組成物。
【請求項２】
金属粉末またはセラミック粉末と、バインダーとを含む粉末成形用組成物を成形して成形体とし、前記成形体を加熱して前記バインダーを気化して除いた後、さらに加熱して前記金属粉末または前記セラミック粉末を焼結して所望の焼結体を製造する工程に用いられる前記粉末成形用組成物であって、
前記バインダーは、第１の熱可塑性樹脂と第２の熱可塑性樹脂と有機化合物とを含み、
前記第２の熱可塑性樹脂の有するビカット軟化点の温度は、前記第１の熱可塑性樹脂の有するビカット軟化点の温度より低く、
前記成形体中の前記有機化合物は、前記第１の熱可塑性樹脂の有するビカット軟化点の温度未満で気化することを特徴とする粉末成形用組成物。
【請求項３】
金属粉末またはセラミック粉末と、バインダーとを含む粉末成形用組成物を成形して成形体とし、前記成形体を加熱して前記バインダーを気化して除いた後、さらに加熱して前記金属粉末または前記セラミック粉末を焼結して所望の焼結体を製造する工程に用いられる前記粉末成形用組成物であって、
前記バインダーは、第１の熱可塑性樹脂と第３の熱可塑性樹脂と有機化合物とを含み、
前記第３の熱可塑性樹脂の有する熱分解温度は、前記第１の熱可塑性樹脂の有する熱分解温度より１０〜４０Ｋ高く、
前記成形体中の前記有機化合物は、前記第１の熱可塑性樹脂の有するビカット軟化点の温度未満で気化することを特徴とする粉末成形用組成物。
【請求項４】
金属粉末またはセラミック粉末と、バインダーとを含む粉末成形用組成物を成形して成形体とし、前記成形体を加熱して前記バインダーを気化して除いた後、さらに加熱して前記金属粉末または前記セラミック粉末を焼結して所望の焼結体を製造する工程に用いられる前記粉末成形用組成物であって、
前記バインダーは、第１の熱可塑性樹脂と第２の熱可塑性樹脂と第３の熱可塑性樹脂と有機化合物とを含み、
前記第２の熱可塑性樹脂の有するビカット軟化点の温度は、前記第１の熱可塑性樹脂の有するビカット軟化点の温度より低く、
前記第３の熱可塑性樹脂の有する熱分解温度は、前記第１の熱可塑性樹脂の有する熱分解温度より１０〜４０Ｋ高く、
前記成形体中の前記有機化合物は、前記第１の熱可塑性樹脂の有するビカット軟化点の温度未満で気化することを特徴とする粉末成形用組成物。
【請求項５】
請求項３または４に記載の粉末成形用組成物であって、
前記第１および第３の熱可塑性樹脂は、同種類の樹脂であり、
前記第３の熱可塑性樹脂のビカット軟化点温度は、前記第１の熱可塑性樹脂のビカット軟化点温度より１０〜４０Ｋ高いことを特徴とする粉末成形用組成物。
【請求項６】
前記第１の熱可塑性樹脂は、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリブチルメタクリレート、ポリオキシメチレン、ポリビニールブチラール、エチレン酢酸ビニル共重合体、変性ポリアセタールから選ばれる１種または２種類以上の樹脂であることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の粉末成形用組成物。
【請求項７】
前記有機化合物は、ワックス類、フタル酸エステル、脂肪酸エステル、脂肪酸アミド、フタール酸ジオクチルから選ばれる１種または２種類以上の有機化合物であることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の粉末成形用組成物。
【請求項８】
前記第２の熱可塑性樹脂は、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリブチルメタクリレート、ポリオキシメチレン、ポリビニールブチラール、フタール酸ジオクチル、エチレン酢酸ビニル共重合体、変性ポリアセタールから選ばれる１種または２種類以上の樹脂であることを特徴とする請求項２から７のいずれかに記載の粉末成形用組成物。
【請求項９】
前記第３の熱可塑性樹脂は、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリブチルメタクリレート、ポリオキシメチレン、ポリビニールブチラール、エチレン酢酸ビニル共重合体、変性ポリアセタールから選ばれる１種または２種類以上の樹脂であることを特徴とする請求項３から８のいずれかに記載の粉末成形用組成物。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれかに記載の粉末成形用組成物であって、
前記粉末成形用組成物中に、前記バインダーは３０〜７０ｖｏｌ％を占め、且つ前記バインダー中に、前記第１の熱可塑性樹脂が５〜７０ｖｏｌ％、前記有機化合物が３０〜９５ｖｏｌ％、前記第２の熱可塑性樹脂と前記第３の熱可塑性樹脂との合計が０〜７０ｖｏｌ％含まれることを特徴とする粉末成形用組成物。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれかに記載の粉末成形用組成物を用いて成形体を製造し、この成形体を加熱して、前記成形体中の前記有機化合物を気化し除く工程を有する成形体の脱脂方法であって、
前記成形体中の前記有機化合物を気化し除く工程を、前記第１の熱可塑性樹脂の有するビカット軟化点の温度未満の温度で、完了させることを特徴とする成形体の脱脂方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の成形体の脱脂方法であって、
前記成形体中の前記有機化合物を気化し除く工程を、前記有機化合物がこの工程において有する蒸気圧以下の圧力まで減圧した雰囲気の中でおこなうことを特徴とする成形体の脱脂方法。
【請求項１３】
請求項１１または１２に記載の成形体の脱脂方法であって、
前記成形体中の前記有機化合物を気化し除く工程において、前記有機化合物の有する蒸気圧が０．１３３Ｐａ以上である有機化合物を前記有機化合物として用いることを特徴とする成形体の脱脂方法。
【請求項１４】
請求項１１から１３のいずれかに記載の成形体の脱脂方法であって、
前記成形体中の前記有機化合物を気化し除く工程における昇温を１５０〜６００Ｋ／ｈｒの昇温速度でおこなうことを特徴とする成形体の脱脂方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属粉末またはセラミックス粉末と、熱可塑性樹脂および有機化合物を含むバインダーとを有する粉末形成用組成物、およびこの粉末形成用組成物より成形体を成形し焼結することによって機械部品等を製造する際の成形体の脱脂方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、機械部品等の製品を製造する方法の一つとして射出等による成形法を用いた方法がある。この射出による成形法とは、まず、目的の機械部品を構成する金属原料またはセラミック原料の粉末に、有機化合物と熱可塑性樹脂とから成るバインダーを混合し、この混合物を加熱混練して粉末成型用組成物とする。次に、この粉末成型用組成物を射出成形することで、所望の機械部品等の成形体を成形し、この成形体を加熱炉内に設置する。そして、加熱炉内を昇温し成形体中に含まれるバインダーを脱脂する。この脱脂の工程が完了したら、成形体をさらに昇温加熱して焼結させ、所望の機械部品等の焼結体を得るというものである。
【０００３】
ところが、上述した射出による成形法を用いて所望の機械部品等の焼結体を得る工程において、バインダーを脱脂する昇温の工程は、成形体の亀裂や膨張を回避するために通常２〜３日という長時間をかけておこなわれている。そこで、この脱脂工程の時間短縮を図る手段として、例えば、特許文献１、特許文献２には、バインダーを適宜選ぶことで脱脂工程の時間を短縮する手段が開示されており、また、特許文献３には、脱脂工程と焼結工程を同一炉で行うことで移動の手間を省く手段が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−１２９３０６号公報
【特許文献２】
特開平１１−１８１５０２号公報
【特許文献３】
特許番号第２９３０１１９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしこれらの手段を用いたとしても、脱脂工程の昇温に少なくても８時間程度の時間を要しており、依然として焼結体製造工程全体の時間の中でも多くの割合を占めている。従って、射出等の成形法により所望の機械部品等の焼結体を得る工程の生産性向上を目論む上で、脱脂工程における昇温の短縮は重要なポイントである。
【０００６】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、脱脂工程において高速の昇温が可能で、昇温時間を短縮できる粉末成形用組成物と、この粉末成形用組成物を用いた成形体の脱脂方法とを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するための第１の手段は、金属粉末またはセラミック粉末と、バインダーとを含む粉末成形用組成物を成形して成形体とし、前記成形体を加熱して前記バインダーを気化して除いた後、さらに加熱して前記金属粉末または前記セラミック粉末を焼結して所望の焼結体を製造する工程に用いられる前記粉末成形用組成物であって、
前記バインダーは、第１の熱可塑性樹脂と有機化合物とを含み、
前記成形体中の前記有機化合物が、前記第１の熱可塑性樹脂の有するビカット軟化点の温度未満で気化することを特徴とする粉末成形用組成物である。
【０００８】
第１の手段に係る粉末成形用組成物から成形した成形体の脱脂工程において、成形体中の有機化合物は、第１の熱可塑性樹脂の有するビカット軟化点の温度未満の温度で気化するため、成形体の膨れ、亀裂、変形等は第１の熱可塑性樹脂により抑制されるので高速の昇温が可能となる。
【０００９】
第２の手段は、金属粉末またはセラミック粉末と、バインダーとを含む粉末成形用組成物を成形して成形体とし、前記成形体を加熱して前記バインダーを気化して除いた後、さらに加熱して前記金属粉末または前記セラミック粉末を焼結して所望の焼結体を製造する工程に用いられる前記粉末成形用組成物であって、
前記バインダーは、第１の熱可塑性樹脂と第２の熱可塑性樹脂と有機化合物とを含み、
前記第２の熱可塑性樹脂の有するビカット軟化点の温度は、前記第１の熱可塑性樹脂の有するビカット軟化点の温度より低く、
前記成形体中の前記有機化合物は、前記第１の熱可塑性樹脂の有するビカット軟化点の温度未満で気化することを特徴とする粉末成形用組成物である。
【００１０】
第２の手段によれば、粉末成形用組成物から成形した成形体の脱脂工程において、成形体中の有機化合物は、第１の熱可塑性樹脂の有するビカット軟化点の温度未満の温度で気化するため、成形体の膨れ、亀裂、変形等は第１の熱可塑性樹脂により抑制されるので高速の昇温が可能となる。そして、第１の熱可塑性樹脂の有するビカット軟化点の温度より低いビカット軟化点の温度を有する第２の熱可塑性樹脂を加えることで、粉末成形用組成物を成形体とする際の、粉末成形用組成物の流動性、分散性、相溶性、金型との離型性が向上し、作製された成形体の面引け等を抑制できる。
【００１１】
第３の手段は、金属粉末またはセラミック粉末と、バインダーとを含む粉末成形用組成物を成形して成形体とし、前記成形体を加熱して前記バインダーを気化して除いた後、さらに加熱して前記金属粉末または前記セラミック粉末を焼結して所望の焼結体を製造する工程に用いられる前記粉末成形用組成物であって、
前記バインダーは、第１の熱可塑性樹脂と、第３の熱可塑性樹脂と、有機化合物とを含み、
前記第３の熱可塑性樹脂の有する熱分解温度は、前記第１の熱可塑性樹脂の有する熱分解温度より１０〜４０Ｋ高く、
前記成形体中の前記有機化合物は、前記第１の熱可塑性樹脂の有するビカット軟化点の温度未満で気化することを特徴とする粉末成形用組成物である。
【００１２】
第３の手段によれば、粉末成形用組成物から成形した成形体の脱脂工程において、成形体中の有機化合物は、第１の熱可塑性樹脂の有するビカット軟化点の温度未満の温度で気化するため、成形体の膨れ、亀裂、変形等は第１の熱可塑性樹脂により抑制されるので高速の昇温が可能となる。さらに、前記第３の熱可塑性樹脂として、前記第１の熱可塑性樹脂の熱分解温度より１０〜４０Ｋ高い熱分解温度を有する熱可塑性樹脂を加えて粉末成形用組成物を調製し、それを成形して成形体を得ているので、この得られた成形体を、前記第１の熱可塑性樹脂の有する熱分解温度以上に昇温した際、前記第１および第３の熱可塑性樹脂の熱分解反応が相補的に進み、処理温度上昇当たりの加熱重量減量の低下速度を緩やかなものとすることができ、発生するガス量の増加が穏やかなものとなるので、当該ガスの発生に起因する成形体の変形を、さらに抑制することができる。
【００１３】
第４の手段は、金属粉末またはセラミック粉末と、バインダーとを含む粉末成形用組成物を成形して成形体とし、前記成形体を加熱して前記バインダーを気化して除いた後、さらに加熱して前記金属粉末または前記セラミック粉末を焼結して所望の焼結体を製造する工程に用いられる前記粉末成形用組成物であって、
前記バインダーは、第１の熱可塑性樹脂と第２の熱可塑性樹脂と第３の熱可塑性樹脂と有機化合物とを含み、
前記第２の熱可塑性樹脂の有するビカット軟化点の温度は、前記第１の熱可塑性樹脂の有するビカット軟化点の温度より低く、
前記第３の熱可塑性樹脂の有する熱分解温度は、前記第１の熱可塑性樹脂の有する熱分解温度より１０〜４０Ｋ高く、
前記成形体中の前記有機化合物は、前記第１の熱可塑性樹脂の有するビカット軟化点の温度未満で気化することを特徴とする粉末成形用組成物である。
【００１４】
第４の手段によれば、粉末成形用組成物から成形した成形体の脱脂工程において、成形体中の有機化合物は、第１の熱可塑性樹脂の有するビカット軟化点の温度未満の温度で気化するため、成形体の膨れ、亀裂、変形等は第１の熱可塑性樹脂により抑制されるので高速の昇温が可能となる。そして、第１の熱可塑性樹脂の有するビカット軟化点の温度より低いビカット軟化点の温度を有する第２の熱可塑性樹脂を加えることで、粉末成形用組成物を成形体とする際の、粉末成形用組成物の流動性、分散性、相溶性、金型との離型性が向上し、作製された成形体の面引け等を抑制できる。さらに、前記第３の熱可塑性樹脂として、前記第１の熱可塑性樹脂の熱分解温度より１０〜４０Ｋ高い熱分解温度を有する熱可塑性樹脂を加えて粉末成形用組成物を調製し、それを成形して成形体を得ているので、この得られた成形体を、前記第１の熱可塑性樹脂の有する熱分解温度以上に昇温した際、前記第１および第３の熱可塑性樹脂の熱分解反応が相補的に進み、処理温度上昇当たりの加熱重量減量の低下速度を緩やかなものとすることができ、発生するガス量の増加が穏やかなものとなるので、当該ガスの発生に起因する成形体の変形を、さらに抑制することができる。
【００１５】
第５の手段は、第３または第４の手段に記載の粉末成形用組成物であって、
前記第１および第３の熱可塑性樹脂は、同種類の樹脂であり、
前記第３の熱可塑性樹脂のビカット軟化点温度は、前記第１の熱可塑性樹脂のビカット軟化点温度より１０〜４０Ｋ高いことを特徴とする粉末成形用組成物である。
【００１６】
第５の手段によれば、前記第１および第３の熱可塑性樹脂として、同種類の熱可塑性樹脂を用いる場合、各々のビカット軟化点温度の差は、各々の熱分解温度の差に概ね一致する。そこで、前記第３の熱可塑性樹脂として、前記第１の熱可塑性樹脂のビカット軟化点温度より１０〜４０Ｋ高いビカット軟化点温度を有する、第１の熱可塑性樹脂と同種類の熱可塑性樹脂を用いることで、上述したように、処理温度上昇当たりの加熱重量減量の低下速度を緩やかなものとすることができ、成形体の変形を、さらに抑制することができる。
【００１７】
第６の手段は、前記第１の熱可塑性樹脂は、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリブチルメタクリレート、ポリオキシメチレン、ポリビニールブチラール、エチレン酢酸ビニル共重合体、変性ポリアセタールから選ばれる１種または２種類以上の樹脂であることを特徴とする第１から第５のいずれかの手段に記載の粉末成形用組成物である。
【００１８】
第６の手段によれば、第１から第５のいずれかの手段に記載の第１の熱可塑性樹脂として、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリブチルメタクリレート、ポリオキシメチレン、ポリビニールブチラール、エチレン酢酸ビニル共重合体、変性ポリアセタールから選ばれる１種または２種類以上の樹脂を用いることで、脱脂工程における高速の昇温が可能となる。
【００１９】
第７の手段は、前記有機化合物は、ワックス類、フタル酸エステル、脂肪酸エステル、脂肪酸アミド、フタール酸ジオクチルから選ばれる１種または２種類以上の有機化合物であることを特徴とする第１から第６のいずれかの手段に記載の粉末成形用組成物である。
【００２０】
第７の手段によれば、第１から第６の手段のいずれかに記載の有機化合物として、汎用性、好環境性、作業性、コストの点より、上述したワックス類等から選ばれる１種または２種類以上の有機化合物を用いることで、脱脂工程における高速の昇温が可能となる。
【００２１】
第８の手段は、前記第２の熱可塑性樹脂は、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリブチルメタクリレート、ポリオキシメチレン、ポリビニールブチラール、フタール酸ジオクチル、エチレン酢酸ビニル共重合体、変性ポリアセタールから選ばれる１種または２種類以上の樹脂であることを特徴とする第２から第７のいずれかの手段に記載の粉末成形用組成物である。
【００２２】
第８の手段によれば、第２から第７の手段のいずれかに記載の第２の熱可塑性樹脂として、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリブチルメタクリレート、ポリオキシメチレン、ポリビニールブチラール、フタール酸ジオクチル、エチレン酢酸ビニル共重合体、変性ポリアセタールから選ばれる１種または２種類以上の樹脂を用いることで、作製された成形体の面引け等を抑制できる。
【００２３】
第９の手段は、前記第３の熱可塑性樹脂は、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリブチルメタクリレート、ポリオキシメチレン、ポリビニールブチラール、エチレン酢酸ビニル共重合体、変性ポリアセタールから選ばれる１種または２種類以上の樹脂であることを特徴とする第３から第８の手段のいずれかに記載の粉末成形用組成物である。
【００２４】
第９の手段によれば、第３から第８の手段のいずれかに記載の第３の熱可塑性樹脂として、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリブチルメタクリレート、ポリオキシメチレン、ポリビニールブチラール、エチレン酢酸ビニル共重合体、変性ポリアセタールから選ばれる１種または２種類以上の樹脂を用いることで、得られた成形体を、前記第１の熱可塑性樹脂の有する熱分解温度以上に昇温した際、前記第１および第３の熱可塑性樹脂の熱分解反応が相補的に進み、処理温度上昇当たりの加熱重量減量の低下速度を緩やかなものとすることができ、発生するガス量の増加が穏やかなものとなるので、当該ガスの発生に起因する成形体の変形を、さらに抑制することができる。
【００２５】
第１０の手段は、第１から第９の手段のいずれかに記載の粉末成形用組成物であって、
前記粉末成形用組成物中に、前記バインダーは３０〜７０ｖｏｌ％を占め、且つ前記バインダー中に、前記第１の熱可塑性樹脂が５〜７０ｖｏｌ％、前記有機化合物が３０〜９５ｖｏｌ％、前記第２の熱可塑性樹脂と前記第３の熱可塑性樹脂との合計が０〜７０ｖｏｌ％含まれることを特徴とする粉末成形用組成物である。
【００２６】
第１０の手段によれば、第１から第９の手段のいずれかに記載のバインダーを３０〜７０ｖｏｌ％とし、且つバインダー中の、前記第１の熱可塑性樹脂を５〜７０ｖｏｌ％とし、有機化合物を３０〜９５ｖｏｌ％とし、前記第２の熱可塑性樹脂と前記第３の熱可塑性樹脂との合計を０〜７０ｖｏｌ％とすることにより、脱脂工程における高速の昇温が可能となる。
【００２７】
第１１の手段は、第１から第１０の手段のいずれかに記載の粉末成形用組成物を用いて成形体を製造し、この成形体を加熱して、前記成形体中の前記有機化合物を気化し除く工程を有する成形体の脱脂方法であって、
前記成形体中の前記有機化合物を気化し除く工程を、前記第１の熱可塑性樹脂の有するビカット軟化点の温度未満の温度で、完了させることを特徴とする成形体の脱脂方法である。
【００２８】
第１１の手段によれば、第１から第１０の手段のいずれかに記載の粉末成形用組成物から成形した成形体の脱脂工程において、成形体中の有機化合物は、第１の熱可塑性樹脂の有するビカット軟化点の温度未満の温度で気化するため、成形体の膨れ、亀裂、変形等は第１の熱可塑性樹脂により抑制されるので高速の昇温が可能となる。
【００２９】
第１２の手段は、第１１の手段に記載の成形体の脱脂方法であって、
前記成形体中の前記有機化合物を気化し除く工程を、前記有機化合物がこの工程において有する蒸気圧以下の圧力まで減圧した雰囲気の中でおこなうことを特徴とする成形体の脱脂方法である。
【００３０】
第１２の手段によれば、第１から第１０の手段のいずれかに係る粉末成形用組成物から成形した成形体の脱脂工程において、有機化合物を気化し除く速度がさらに上がり、脱脂工程の時間をさらに短縮することができると同時に、有機化合物を気化し除く温度も低下させることができるので、バインダーとして用いる第１および第２の熱可塑性樹脂と、有機化合物との組み合わせに用いる、熱可塑性樹脂や有機化合物の選択の範囲を拡張できる。
【００３１】
第１３の手段は、第１１または第１２の手段に記載の成形体の脱脂方法であって、
前記成形体の脱脂工程において、前記有機化合物の有する蒸気圧が０．１３３Ｐａ以上である有機化合物を前記有機化合物として用いることを特徴とする成形体の脱脂方法である。
【００３２】
第１３の手段によれば、脱脂工程の際の減圧した雰囲気圧は、０．１３３Ｐａに減圧すればよいので、この減圧が可能なコストの安い装置を用いて脱脂工程の高速の昇温が可能となる。
【００３３】
第１４の手段は、第１１から第１３の手段のいずれかに記載の成形体の脱脂方法であって、
前記成形体中の前記有機化合物を気化し除く工程における昇温を１５０〜６００Ｋ／ｈｒの昇温速度でおこなうことを特徴とする成形体の脱脂方法である。
【００３４】
第１４の手段によれば、第１１から第１３の手段に記載の成形体の脱脂方法を採ることによって、成形体の脱脂工程において昇温速度が１５０〜６００Ｋ／ｈｒという高速の昇温が可能となる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る第１、第２の２つの実施の形態について、工程毎に説明する。ここで、第１の実施の形態は、通常の用途に用いられる機械部品等の焼結体を製造する際の実施の形態であり、第２の実施の形態は、特に精密な形状を要求される機械部品等の焼結体を製造する際の実施の形態である。
【００３６】
〈第１の実施の形態〉
（粉末成形用組成物の調製）
粉末成形用組成物は、製造の目的物である機械部品等を構成する金属またはセラミックの粉末と、これらの粉末を成形可能とするためのバインダーとの混合物である。ここで、金属またはセラミックの粉末は、一般的な粉末焼結、射出成形に用いられるものであれば様々な粉末が適用可能である。一方、バインダーは、有機化合物と熱可塑性樹脂との混合物である。
【００３７】
このバインダー中の、有機化合物と熱可塑性樹脂とについてさらに説明する。バインダー中の有機化合物は、後述する粉末成形用組成物から成形された成形体の脱脂工程の前期において、成形体中にて気化し揮散する際に、成形体中へ連続的な気孔を生成させることを目的としている。この生成した気孔は、脱脂の工程の後期において、成形体中の熱可塑性樹脂が気化した際のガスを成形体よりスムーズに排出させるためのものである。この有機化合物として、汎用性、好環境性、作業性、コスト等の点を考えると、ワックス類、フタル酸エステル、脂肪酸エステル、脂肪酸アミド、フタール酸ジオクチルから選ばれる１種または２種類以上を用いることが好ましい。
【００３８】
バインダー中の熱可塑性樹脂は、上述した脱脂の工程の前期において、有機化合物が気化し揮散する際に、成形体の形状を保つことを目的としている。本発明では、この目的で加える熱可塑性樹脂を「第１の熱可塑性樹脂」と記載する。バインダー中の有機化合物と第１の熱可塑性樹脂とは、第１の熱可塑性樹脂のビカット軟化点未満の温度で、有機化合物が気化し成形体から除かれる組み合わせとなっていることが肝要であるが、その理由は後述する成形体の脱脂工程にて詳しく説明する。
【００３９】
ここで、ビカット軟化点について簡単に説明する。ビカット軟化点とは、熱可塑性樹脂が加熱されたとき、軟化を開始する温度を、ＡＳＴＭ　Ｄ　１５２５に規定されたビカット試験法により測定したものをいう。この試験法は、断面積１ｍｍ２の平たい先端を持つ針に一定荷重を加え、毎時５０Ｋ（ケルビン）の昇温速度で昇温し、被測定樹脂への針の進入深さが１ｍｍに達した温度をビカット軟化点として測定する。すなわち、ビカット軟化点の温度未満の温度であれば、当該熱可塑性樹脂は十分な硬度を有しているが、ビカット軟化点を超えると軟化を開始する温度である。
【００４０】
本発明に係る第１の熱可塑性樹脂として、汎用性、好環境性、作業性、コスト等の点を考えると、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリブチルメタクリレート、ポリオキシメチレン、ポリビニールブチラール、エチレン酢酸ビニル共重合体、変性ポリアセタールから選ばれる１種または２種類以上で、バインダーとして組み合わせて用いる有機化合物が気化、揮散を終了する温度より高いビカット軟化点を有するものを用いればよい。
【００４１】
次に、バインダー中の有機化合物と熱可塑性樹脂との配合比、およびバインダーと金属粉末またはセラミック粉末との配合比について説明する。成形体の成形時における流動性、強度の観点より、バインダー中の第１の熱可塑性樹脂は５〜７０ｖｏｌ％、有機化合物は３０〜９５ｖｏｌ％程度の配合が好ましい。このバインダー３０〜７０ｖｏｌ％と、上記金属粉末またはセラミック粉末７０〜３０ｖｏｌとを配合して加熱混練し、粉末成形用組成物を得る。配合比がこの範囲にあると、後述する成形体の成形時における流動性が十分にあり、面引け等の点で好ましい結果を得ることができる。
【００４２】
上記のバインダーと金属またはセラミックの粉末との配合比による粉末成形用組成物を用いれば、射出による成形体の成形は十分に可能だが、後述する成形時の流動性、面引け等の点で、さらに好ましい結果を望む場合は、前記第１の熱可塑性樹脂より低いビカット軟化点の温度を有する熱可塑性樹脂、例えばポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリブチルメタクリレート、ポリオキシメチレン、ポリビニールブチラール、エチレン酢酸ビニル共重合体から選ばれる１種または２種類以上を添加することも好ましい構成である。本発明では、この目的で加えられる熱可塑性樹脂を「第２の熱可塑性樹脂」と記載する。バインダー中における、第１および第２の熱可塑性樹脂、有機化合物の配合比は、得られた粉末成形用組成物のサンプルを用いた試作等により適宜な値を決定すればよいが、第１の熱可塑性樹脂の効果を減殺しない観点より、第２の熱可塑性樹脂を粉末成形用組成物へ添加する際の上限を７０ｖｏｌ％としておくことが好ましい。
【００４３】
（成形）
調製された粉末成形用組成物を、射出成形機または押し出し成形機等により金型の中へ注入して成形体を得る。本発明に係る粉末成形用組成物は、流動性、分散性、相溶性、離型性に優れており、成形時の粘度および摩擦係数が低いため、組成物は金型中に均一に充填されること、且つバインダー相互およびバインダーと金属粉末等の親和が大きいため金型中で偏析が起きにくいことから成形体の面引け等を抑制することができる。
【００４４】
（成形体の脱脂）
成形体の脱脂工程は、調製された成形体を適宜に加熱して成形体中のバインダーを除去する工程である。この脱脂工程について図１を参照しながら説明する。図１は、本発明に係る粉末成型用組成物のバインダーに用いられる有機化合物および第１の熱可塑性樹脂が、加熱によって気化、揮散する状態の一例を示したグラフであって、縦軸に有機化合物の気化、揮散の状態を示す加熱減量をとり、横軸に温度をとったものである。尚、比較のため、図１には、従来の技術に係るバインダー中の有機化合物および熱可塑性樹脂の一例も併せて示した。
【００４５】
調製された成形体を加熱装置内に設置したのち、室温から第１の熱可塑性樹脂におけるビカット軟化点の温度未満に設定した所定の温度まで１５０〜６００Ｋ／ｈｒの昇温速度で昇温を開始する。成形体の温度が約３４０Ｋに到達すると、本発明に係る有機化合物は、図１に実線で示すように気化、揮散を開始し、成形体中に連続的な気孔が生成するが、これは４３０Ｋ未満で完了する。そこで、この温度を所望の時間保持して、成形体中の有機化合物の気化と揮散を完了する。
【００４６】
ここで、本発明に係る有機化合物が気化、揮散をおこなっている３４０〜４３０Ｋ未満の温度において、本発明に係る第１の熱可塑性樹脂はビカット軟化点４３０Ｋを有しているので、十分な硬度を保持している。この結果、本発明の昇温速度が１５０〜６００Ｋ／ｈｒという高速のため、有機化合物が成形体中にて急速に気化、揮散をおこない気孔を生成しても、成形体の膨れ、亀裂、変形等は抑制されている。
【００４７】
尚、この有機化合物が気化、揮散をおこなっている際、加熱装置内の雰囲気は大気圧でもよいが、１．３３×１０−３〜０．１３３Ｐａ（１０−５〜１０−３Ｔｏｒｒ）程度に減圧することが好ましい。加熱装置内の雰囲気を減圧することで、有機化合物の脱脂速度をさらに加速することができる。因みに、同温度のもとで、雰囲気の圧力が０．１３３Ｐａの場合と１３３Ｐａの場合とを比較すると、０．１３３Ｐａの場合は、１３３Ｐａの場合の約３倍の脱脂速度を示した。但し、この加熱装置内の雰囲気の減圧による脱脂速度の上昇は、０．０６Ｐａの場合と０．１３３Ｐａの場合とを比較すると脱脂速度上昇の効果は小さく、０．０６Ｐａより圧力を下げてもさほどの効果は期待できない。むしろ０．１３３Ｐａ程度の減圧であればコストの安い装置でも実施可能であるので、上述した有機化合物であって蒸気圧が０．１３３Ｐａ以上のものを用いることが好ましい。
【００４８】
さらに、加熱装置内の雰囲気を減圧することにより、有機化合物が気化し揮散する速度が上がると同時に温度も低下し、前記第１の熱可塑性樹脂の有するビカット軟化点の温度との温度差が拡大するので、前記バインダーとして用いる第１および第２の熱可塑性樹脂と、有機化合物との組み合わせに用いる、熱可塑性樹脂や有機化合物の選択の範囲を拡張することができ、この点からも好ましい構成である。
【００４９】
加熱装置内の成形体の昇温加熱が進行し、その温度が第１の熱可塑性樹脂のビカット軟化点を超えると成形体中の第１の熱可塑性樹脂は軟化を始めるが、それ以前に有機化合物の気化、揮散は終わっているので、成形体の膨れ、亀裂、変形等は起こらない。もし、この時点で有機化合物の微少量が残留していて、それらが気化してもこれら気化物は、生成した気孔を経て揮散してしまうので、成形体の膨れ、亀裂、変形等の原因とはならない。
【００５０】
加熱装置内の成形体の昇温加熱がさらに進行し、例えば５９０Ｋを超えると、今度は、第１の熱可塑性樹脂が、図１に一点鎖線で示すように気化、揮散を始めるが、これらの気化物は、生成した気孔を経て揮散してしまうので成形体の膨れ、亀裂、変形等の原因とはならない。そして、成形体の温度が例えば６６０Ｋを超えると、第１の熱可塑性樹脂の気化、揮散が終了して成形体からバインダー成分が消失し脱脂工程が完了する。
【００５１】
尚、第１の熱可塑性樹脂の気化、揮散の際、製造の最終目的物である機械部品等にバインダーの成分が不純物として残留しないよう、加熱装置内へ排掃（スウィープ）ガスを供給することとしてもよい。ここで、機械部品等に酸化されやすい金属等が使用されているときは、スウィープガスとして不活性ガスまたは還元性ガスを用いることが好ましく、還元されやすい物質が使用されているときは酸化性ガスを用いることが好ましい。
【００５２】
前記スウィープガスを、ガス供給装置により例えば流量１〜１００ｌ／ｍｉｎで加熱装置内に供給しながら、雰囲気の圧力を、例えば０．１〜６５ｋＰａとし、昇温速度１５０〜６００Ｋ／ｈｒにて、第１の熱可塑性樹脂が完全に遊離除去できる温度まで昇温して脱脂をおこなう。
【００５３】
以上説明したように、バインダー中の有機化合物と第１の熱可塑性樹脂との組み合わせが、第１の熱可塑性樹脂のビカット軟化点の温度未満で、有機化合物が気化し除かれるものとなっているので、従来時間をかけておこなわざるを得なかった昇温を高速でおこなえるため、脱脂工程の時間短縮が実現できた。
【００５４】
これに対し、従来の技術に係るバインダー中の有機化合物と熱可塑性樹脂との組み合わせ例において、図１に破線で示す有機化合物例は、４１８Ｋより気化と揮散を開始し約４８０Ｋで終了しているが、用いられている熱可塑性樹脂のビカット軟化点は４０５Ｋのため、有機化合物が気化と揮散をおこなっている間に既に軟化を開始してしまう。この状態で成形体の昇温を高速でおこなうと、有機化合物が成形体中にて急速に気化し揮散し、これに起因する力が成形体に懸った際、軟化した熱可塑性樹脂はこの力に対抗できず、成形体の膨れ、亀裂、変形等を引き起こされてしまう。このため、これらの問題を起こさない低速の昇温をおこなわざるを得ず、この工程に長時間を要していたのである。尚、従来の技術に係る熱可塑性樹脂例は、図１に二点鎖線で示すように約６００Ｋで気化、揮散を始め、約７００Ｋでこれを終了している。
【００５５】
また、本発明に係る成形体中に第２の熱可塑性樹脂が含まれている場合、成形体の温度がビカット軟化点の温度を超えて、第２の熱可塑性樹脂が軟化を開始しても、第１の熱可塑性樹脂が十分な硬度を保持しているので問題はない。成形体の温度がさらに上昇すると、第２の熱可塑性樹脂が気化、揮散を始めるが、これらの気化物は、生成した気孔を経て揮散してしまうので成形体の膨れ、亀裂、変形等の原因とならず、やはり問題とならない。
【００５６】
（成形体の焼結）
バインダーの脱脂を完了した成形体に対し引き続き焼結をおこなう。ここで成形体を、脱脂工程をおこなった加熱装置から焼結工程をおこなう炉へ移動することも可能だが、工程時間の短縮、生産性向上の観点からは、脱脂工程をおこなった加熱装置と焼結工程をおこなう炉とを同一の装置とし、脱脂工程に続いて焼結工程を実施するのが好ましい。脱脂工程に続いて５００〜６００Ｋ／ｈｒの昇温速度で昇温し、成形体を構成する金属またはセラミックの焼結温度まで昇温して焼結させ、適宜な時間この温度を保持して目的の焼結体を得た。尚、この焼結の際、減圧下でキャリアガスとして適宜、不活性ガス、還元性ガス、酸化性ガスを選択し炉内に供給すると、製造の目的物である機械部品等の構成成分である金属またはセラミックの蒸発を極力抑制することができ好ましい。
【００５７】
この脱脂工程と焼結工程とをおこなう同一の装置としては、装置内の雰囲気の圧力を大気圧から１×１０−２Ｐａ程度の範囲で制御可能で、且つ所望のガス雰囲気とすることができ、さらに室温より１６７３Ｋ（但し、この温度は金属焼結体の場合）迄の加熱が可能な真空脱脂焼結炉、例えば同和鉱業（株）の射出成形体専用真空脱脂焼結炉等が好個に使用できる
【００５８】
（実施例１）
金属粉末として平均粒径１０μｍのＳＵＳ３１６Ｌ粉末、バインダー中における第１の熱可塑性樹脂としてビカット軟化点の温度が４２３Ｋのポリプロピレン、有機化合物として４２３Ｋでの蒸気圧が１３Ｐａのパラフィンワックスおよび４２３Ｋでの蒸気圧が１３Ｐａのフタール酸ジオクチルを選択した。まず、パラフィンワックス７０ｖｏｌ％およびポリプロピレン３０ｖｏｌ％を配合してバインダーとした。次に、金属粉末５８ｖｏｌ％と、バインダー４２ｖｏｌ％とを配合し、４３３Ｋ×７０ｍｉｎの条件で加熱混錬して成形体組成物を得た。
【００５９】
得られた粉末成形用組成物を射出成形機により、金型へ注入して射出成形を行い、外形３５ｍｍ、内径２７ｍｍ、高さ１０ｍｍ（肉厚４ｍｍ）を有するリング状の成形体を得た。このとき成形体の成形度は流動性、分散性、相溶性、金型との離型性とも良好で、成形体の面引け等は発生しなかった。
【００６０】
得られたリング状射出成形体を真空脱脂焼結炉に設置し、脱脂の工程および焼結をおこなった。このときの、脱脂の工程のプロファイルを図２に示す。図２は、縦軸に炉内温度をとり、横軸に時間をとり、さらに横軸へ、炉内の雰囲気の圧力および昇温速度を記載したものである。
【００６１】
まず、炉内に成形体を設置後、炉内の雰囲気の圧力を０．０１３３Ｐａに減圧し、炉内温度を常温３００Ｋから４１８Ｋまで昇温速度３７５Ｋ／ｈｒで昇温する。そして４１８Ｋを２０分間保持して、パラフィンワックスとフタール酸ジオクチルの脱脂の工程を行った後、さらに昇温速度３７５Ｋ／ｈｒにて炉内温度を４７３Ｋまで昇温し、第１の熱可塑性樹脂であるポリプロピレンの脱脂を開始する。ポリプロピレンの脱脂の際は、スィープガスとして窒素ガスを流量２０ｌ／ｍｉｎで炉内に供給しながら、炉内の排気をおこない、炉内の雰囲気の圧力を２．６６ｋＰａとした後、５７３Ｋまでは昇温速度３７５Ｋ／ｈｒ、６７３Ｋまでは昇温速度３００Ｋ／ｈｒ、１０７３Ｋまでは昇温速度６００Ｋ／ｈｒで昇温し、を行った。ここ迄の、バインダーの脱脂に要した合計脱脂時間は約２時間であった。
【００６２】
バインダーの脱脂終了後、引き続き成形体の焼結を行うため、同一の炉内において炉内温度を５００〜６００Ｋ／ｈｒの昇温速度で昇温して１６２３Ｋとし、これを２時間保持して、焼結体を得た。得られた焼結体に欠陥は認められなかった。さらに焼結体中のバインダーの残留を測定するため燃焼式炭素分析装置により炭素量の測定を行った結果、０．０１ｗｔｌ％以下であり問題のないレベルであることが判明した。この実施例１におけるバインダーの組成と成形体の評価結果とを図３に示し、成形体の外観を図４に示す。
【００６３】
（実施例２）
金属粉末として平均粒径１０μｍのＳＵＳ３１６Ｌ粉末、バインダー中における第１の熱可塑性樹脂としてビカット軟化点温度４２３Ｋのポリプロピレン、第２の熱可塑性樹脂としてビカット軟化点温度４０３Ｋのポリエチレン、有機化合物として、４２３Ｋでの蒸気圧が１３Ｐａのパラフィンワックスおよび４２３Ｋでの蒸気圧が１３Ｐａのフタール酸ジオクチルを選択した。
【００６４】
まず、ポリプロピレン２０ｖｏｌ％、ポリエチレン１０ｖｏｌ％およびパラフィンワックス７０ｖｏｌ％を配合してバインダーとした。次に、金属粉末５８ｖｏｌ％と、バインダー４２ｖｏｌ％とを配合し、４３３Ｋ×７０ｍｉｎの条件で加熱混錬して粉末成形体組成物を得た。得られた粉末成形用組成物を、実施例１と同様にして射出成形しリング状の成形体を得た。このとき成形体の成形度は流動性、分散性、相溶性、金型との離型性とも良好で、成形体の面引け等は発生しなかった。
【００６５】
得られたリング状射出成形体を真空脱脂焼結炉に設置し、実施例１と同様の脱脂の工程および焼結をおこなった。得られた焼結体に欠陥は認められなかった。さらに焼結体中のバインダーの残留を測定するため燃焼式炭素分析装置により炭素量の測定を行った結果、０．０１ｗｔ％以下であり問題のないレベルであることが判明した。この実施例２におけるバインダーの組成と成形体の評価結果とを図３に示し、成形体の外観を図４に示す。
【００６６】
（実施例３）
実施例２と同様に、金属粉末として平均粒径１０μｍのＳＵＳ３１６Ｌ粉末、バインダー中における第１の熱可塑性樹脂としてビカット軟化点温度４２３Ｋのポリプロピレン、第２の熱可塑性樹脂としてビカット軟化点温度４０３Ｋのポリエチレン、有機化合物として４２３Ｋでの蒸気圧が１３Ｐａのパラフィンワックスおよび４２３Ｋでの蒸気圧が１３Ｐａのフタール酸ジオクチルを選択した。
【００６７】
まず、ポリプロピレン１０ｖｏｌ％、ポリエチレン１５ｖｏｌ％、パラフィンワックス７０ｖｏｌ％およびフタール酸ジオクチル５ｖｏｌ％を配合してバインダーとした。次に、金属粉末５８ｖｏｌ％と、バインダー４２ｖｏｌ％とを配合し、４３３Ｋ×７０ｍｉｎの条件で加熱混錬して粉末成形体組成物を得た。得られた粉末成形用組成物を、実施例１と同様にして射出成形しリング状の成形体を得た。このとき成形体の成形度は流動性、分散性、相溶性、金型との離型性とも良好で、成形体の面引け等は発生しなかった。
【００６８】
得られたリング状射出成形体を真空脱脂焼結炉に設置し、実施例１と同様の脱脂の工程および焼結をおこなった。得られた焼結体に欠陥は認められなかった。さらに焼結体中のバインダーの残留を測定するため燃焼式炭素分析装置により炭素量の測定を行った結果、０．０１ｗｔ％以下であり問題のないレベルであることが判明した。この実施例３におけるバインダーの組成と成形体の評価結果とを図３に示し、成形体の外観を図４に示す。
【００６９】
（実施例４）
金属粉末として平均粒径１０μｍのＳＵＳ３０４Ｌ粉末、バインダー中における第１の熱可塑性樹脂としてビカット軟化点温度４３０Ｋ変性ポリアセタール樹脂およびビカット軟化点温度４２３Ｋのポリプロピレン、有機化合物として、４２３Ｋでの蒸気圧が１３Ｐａのパラフィンワックスおよび４２３Ｋでの蒸気圧が１３Ｐａのフタール酸ジオクチルを選択した。
【００７０】
まず、変性ポリアセタール樹脂２０ｖｏｌ％、ポリプロピレン１０ｖｏｌ％およびパラフィンワックス７０ｖｏｌ％を配合してバインダーとした。次に、金属粉末５８ｖｏｌ％と、バインダー４２ｖｏｌ％とを配合し、４３３Ｋ×７０ｍｉｎの条件で加熱混錬して粉末成形体組成物を得た。得られた粉末成形用組成物を、実施例１と同様にして射出成形しリング状の成形体を得た。このとき成形体の成形度は流動性、分散性、相溶性、金型との離型性とも良好で、成形体の面引け等は発生しなかった。
【００７１】
得られたリング状射出成形体を真空脱脂焼結炉に設置し、実施例１と同様の脱脂の工程および焼結をおこなった。得られた焼結体に欠陥は認められなかった。さらに焼結体中のバインダーの残留を測定するため燃焼式炭素分析装置により炭素量の測定を行った結果、０．０１ｗｔ％以下であり問題のないレベルであることが判明した。この実施例４におけるバインダーの組成と成形体の評価結果とを図３に示し、成形体の外観を図４に示す。
【００７２】
（実施例５）
金属粉末として平均粒径１０μｍのＳＵＳ３０４Ｌ粉末、バインダー中における第１の熱可塑性樹脂としてビカット軟化点温度４３０Ｋ変性ポリアセタール樹脂およびビカット軟化点温度４２３Ｋのポリプロピレン、第２の熱可塑性樹脂としてビカット軟化点温度４０３Ｋのポリエチレンを用い、有機化合物として４２３Ｋでの蒸気圧が１３Ｐａのパラフィンワックスおよび４２３Ｋでの蒸気圧が１３Ｐａのフタール酸ジオクチルを選択した。まず、変性ポリアセタール樹脂１５ｖｏｌ％、ポリプロピレン１０ｖｏｌ％、ポリエチレン５ｖｏｌ％およびパラフィンワックス７０ｖｏｌ％を配合してバインダーとした。
【００７３】
次に、金属粉末５８ｖｏｌ％と、バインダー４２ｖｏｌ％とを配合し、４３３Ｋ×７０ｍｉｎの条件で加熱混錬して粉末成形体組成物を得た。得られた粉末成形用組成物を、実施例１と同様にして射出成形しリング状の成形体を得た。このとき成形体の成形度は流動性、分散性、相溶性、金型との離型性とも良好で、成形体の面引け等は発生しなかった。
【００７４】
得られたリング状射出成形体を真空脱脂焼結炉に設置し、実施例１と同様の脱脂の工程および焼結をおこなった。得られた焼結体に欠陥は認められなかった。さらに焼結体中のバインダーの残留を測定するため燃焼式炭素分析装置により炭素量の測定を行った結果、０．０１ｗｔ％以下であり問題のないレベルであることが判明した。この実施例５におけるバインダーの組成と成形体の評価結果とを図３に示し、成形体の外観を図４に示す。
【００７５】
（比較例１）
実施例１のバインダーに用いたポリプロピレンを、ビカット軟化点温度４２３Ｋのものから４０３Ｋのものに代替した以外は、実施例１と同様にバインダーを配合し、次に粉末成形体組成物を得、さらにリング状の成形体を得た。このとき成形体の成形度は良好であった。
【００７６】
得られたリング状射出成形体を真空脱脂焼結炉に設置し、実施例１と同様の脱脂の工程および焼結をおこなった。得られた焼結体には、亀裂および膨れの欠陥が認められた。この比較例１におけるバインダーの組成と成形体の評価結果を図３に示し、成形体の外観を図５に示す。
【００７７】
（比較例２）
実施例２のバインダーに用いたポリプロピレンを、ビカット軟化点温度４２３Ｋのものから４０３Ｋのものに代替した以外は、実施例２と同様にバインダーを配合し、次に粉末成形体組成物を得、さらにリング状の成形体を得た。このとき成形体の成形度は良好であった。
【００７８】
得られたリング状射出成形体を真空脱脂焼結炉に設置し、実施例１と同様の脱脂の工程および焼結をおこなった。得られた焼結体には、亀裂および膨れの欠陥が認められた。この比較例２におけるバインダーの組成と成形体の評価結果を図３に示し、成形体の外観を図５に示す。
【００７９】
（比較例３）
実施例３のバインダーに用いたポリプロピレンを、ビカット軟化点温度４２３Ｋのものから４０３Ｋのものに代替した以外は、実施例３と同様にバインダーを配合し、次に粉末成形体組成物を得、さらにリング状の成形体を得た。このとき成形体の成形度は良好であった。
【００８０】
得られたリング状射出成形体を真空脱脂焼結炉に設置し、実施例１と同様の脱脂の工程および焼結をおこなった。得られた焼結体には、亀裂および膨れの欠陥が認められた。この比較例３におけるバインダーの組成と成形体の評価結果を図３に示す。
【００８１】
〈第２の実施の形態〉
（粉末成形用組成物の調製）
粉末成形用組成物は、第１の実施の形態と同様に、製造の目的物である機械部品等を構成する金属またはセラミックの粉末と、これらの粉末を成形可能とするためのバインダーとの混合物である。このバインダー中の熱可塑性樹脂について、説明する。
【００８２】
バインダー中には、第１の実施の形態にて説明した第１の熱可塑性樹脂と、以下説明する「第３の熱可塑性樹脂」が含まれ、また、所望により第１の実施の形態にて説明した第２の熱可塑性樹脂が含まれる。ここで、第１および第２の熱可塑性樹脂は、第１の実施の形態と同様に、有機化合物が気化し揮散する際に、成形体の形状を保つことを目的とする。他方、「第３の熱可塑性樹脂」とは、後述する、成形体の脱脂において、成形体にかかる負担を低減し、精密な形状を要求される機械部品等の焼結体を製造するために加えられるものである。この目的を達成するため、第３の熱可塑性樹脂は、第１の熱可塑性樹脂より、熱分解温度が１０〜４０Ｋ高いものを選択することが好ましい。
【００８３】
尚、複数の熱可塑性樹脂における熱分解温度の差とは、各熱可塑性樹脂が加熱を開始する際には、その熱分解開始温度の差である。また、各熱可塑性樹脂が熱分解を行っている際は、各熱可塑性樹脂間において、熱分解による加熱減量が概ね等しい値を示すときの加熱温度の差をいう。
【００８４】
本実施の形態に係る第１の熱可塑性樹脂は、第１の実施の形態と同様に、汎用性、好環境性、作業性、コスト等の点を考えると、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリブチルメタクリレート、ポリオキシメチレン、ポリビニールブチラール、エチレン酢酸ビニル共重合体、変性ポリアセタールから選ばれる１種または２種類以上で、バインダーとして組み合わせて用いる有機化合物が気化、揮散を終了する温度より高いビカット軟化点を有するものを用いればよい。
【００８５】
また所望により、第２の熱可塑性樹脂を加える場合は、第１の実施の形態にて説明したものと同様な樹脂を、同様な組成比で加えることができ、この第２の熱可塑性樹脂の添加により、第１の実施の形態にて説明したものと同様に、粉末成形用組成物を成形体とする際の、粉末成形用組成物の流動性、分散性、相溶性、金型との離型性が向上させ、作製された成形体の面引け等を抑制することができる。
【００８６】
第３の熱可塑性樹脂の種類としては、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリブチルメタクリレート、ポリオキシメチレン、ポリビニールブチラール、エチレン酢酸ビニル共重合体から選ばれる１種または２種類以上を添加したものを用いることができる。さらに、第１、第３の熱可塑性樹脂として同種類のものを用いると、例えば、当該両熱可塑性樹脂の重合度の差により、熱分解温度の差が１０〜４０Ｋであるものを容易に得ることができ好ましい。くわえて、第１、第３の熱可塑性樹脂として同種類のものを用いることで、両樹脂における、１０〜４０Ｋの熱分解温度の差が熱分解反応を穏やかなものにさせる。さらに加えて、第１、第３の熱可塑性樹脂としてポリエチレンを用いると、コスト、作業性、製造される焼結体の精度等の観点より好ましい結果を得ることができた。
また、第１、第３の熱可塑性樹脂として、２種以上の樹脂の混合物を用いる場合は、第１、第３の熱可塑性樹脂の間で、同種類、且つ１０〜４０Ｋの熱分解温度の差を有するものを選択すれば良い。
【００８７】
用いられる第１の熱可塑性樹脂と組み合わせるのに、好適な第３の熱可塑性樹脂の選択方法としては、次のようなのもがある。
第１の方法は、熱分析等により、第３の熱可塑性樹脂加熱時の加熱減量データを求め、そのデータと、第１の熱可塑性樹脂の加熱減量データとを比較して、両樹脂の熱分解温度の差を、１０〜４０Ｋ高く保つものを第３の熱可塑性樹脂として選択すればよい。
第２の方法は、第１と、第３の熱可塑性樹脂が同種類の樹脂である場合、両樹脂の熱分解温度の差は、概ね両樹脂のビカット軟化点温度の差に等しいことから、第１の熱可塑性樹脂と同種類であって、ビカット軟化点温度が１０〜４０Ｋ高いものを、第３の熱可塑性樹脂として選択してもよい。
【００８８】
バインダー中における第３の熱可塑性樹脂の配合比は、得られた粉末成形用組成物のサンプルを用いた試作等により適宜な値を決定すればよいが、第１の熱可塑性樹脂の効果を減殺しない観点より、第３の熱可塑性樹脂を粉末成形用組成物へ添加する際の上限を７０ｖｏｌ％としておくことが好ましい。
また所望により、第３の熱可塑性樹脂と上述した第２の熱可塑性樹脂とを混合使用する場合は、両熱可塑樹脂の合計を粉末成形用組成物へ添加する際の上限も７０ｖｏｌ％としておくことが好ましい。
【００８９】
バインダー中の有機化合物と熱可塑性樹脂との配合比、およびバインダーと金属粉末またはセラミック粉末との配合比については、第１の実施の形態と同様である。
【００９０】
（成形）
成型方法は、第１の実施の形態と同様であるが、第１、第３の熱可塑性樹脂としてビカット軟化点温度の差が１０〜４０Ｋであるものを用いることで、組成物は金型中に均一に充填され、且つバインダー相互およびバインダーと金属粉末等の親和が大きいため金型中で偏析が起きにくいことから成形体の面引け等を抑制することができる。勿論、さらに第２の熱可塑性樹脂を加えた場合も成形体の面引け等を抑制することができる。
【００９１】
（成形体の脱脂）
本実施の形態に係る成形体の脱脂工程について図６、図７を参照しながら説明する。図６は、第１の熱可塑性樹脂単独の場合と、第１および第３の熱可塑性樹脂を等量混合した場合との、各熱処理温度における加熱減量の変化の状態を示したグラフであり、図７は、本実施の形態に係る粉末成型用組成物のバインダーに用いられる有機化合物、第１および第３の熱可塑性樹脂が、加熱によって気化、揮散する状態の一例を示したグラフであって、両グラフとも、縦軸に有機化合物の気化、揮散の状態を示す加熱減量をとり、横軸に温度をとったものである。
【００９２】
まず、図６において、熱可塑性樹脂として第１および第３の熱可塑性樹脂の混合物を用いた場合（図中：−○−で示した。）より、第１の熱可塑性樹脂単独のものを用いた場合（図中：…×…で示した。）の方が、処理温度上昇当たりの加熱重量減量の傾斜が大きいことが判明した。これは、第１の熱可塑性樹脂単独のものを熱処理した場合、急激な分解となるものが、第１および第３の熱可塑性樹脂の混合物を用いた場合は、両熱可塑性樹脂の熱分解反応が平均化され、相補的に穏やかに進むことが判明した。
【００９３】
この第１および第３の熱可塑性樹脂と、有機化合物としてワックスとを含む、本実施の形態に係るバインダーが、加熱によって気化、揮散する状態について、図７を参照しながら説明する。
【００９４】
調製された成形体を加熱装置内に設置したのち、室温から第１の熱可塑性樹脂におけるビカット軟化点の温度未満に設定した所定の温度まで１５０〜６００Ｋ／ｈｒの昇温速度で昇温を開始する。成形体の温度が約３４０Ｋに到達すると、本実施の形態に係る有機化合物は、図７に実線で示すように気化、揮散を開始し、成形体中に連続的な気孔が生成するが、これは４３０Ｋ未満で完了する。そこで、この温度を所望の時間保持して、成形体中の有機化合物の気化と揮散を完了する。
【００９５】
ここで、本実施の形態に係る有機化合物が気化、揮散をおこなっている３４０〜４３０Ｋ未満の温度において、本実施の形態に係る第１の熱可塑性樹脂（ビカット軟化点４３０Ｋ）は、十分な硬度を保持している。この結果、本実施の形態の昇温速度が１５０〜６００Ｋ／ｈｒという高速のため、有機化合物が成形体中にて急速に気化、揮散をおこない気孔を生成しても、成形体の膨れ、亀裂、変形等は抑制されている。加熱装置内の雰囲気についても第１の実施の形態と同様である。
【００９６】
加熱装置内の成形体の昇温加熱が進行し、その温度が第１の熱可塑性樹脂のビカット軟化点を超えると成形体中の第１の熱可塑性樹脂は軟化を始めるが、この時点では、第３の熱可塑性樹脂（ビカット軟化点４５０Ｋ）が十分な硬度を保持している。さらに昇温が進行し、第３の熱可塑性樹脂のビカット軟化点を超えると、成形体中の第３の熱可塑性樹脂は軟化を始めるが、それ以前に有機化合物の気化、揮散は終わっているので、成形体の膨れ、亀裂、変形等は起こらない。この時点で有機化合物の微少量が残留していて、それらが気化しても、これら気化物は生成した気孔を経て揮散してしまうので、成形体の膨れ、亀裂、変形等の原因とはならない。この点は、第１の実施の形態と同様である。
【００９７】
加熱装置内の成形体の昇温加熱がさらに進行し、例えば５９０Ｋを超えると、今度は、第１および第３の熱可塑性樹脂が、図７に一点鎖線および２点鎖線で示すように、両熱可塑性樹脂のビカット軟化点温度の差に、概ね等しい熱分解開始温度の差を保ちながら気化、揮散を始める。すると、図６を用いて説明したように、第１および第３の熱可塑性樹脂は昇温に対応して、第１の実施の形態の場合より、穏やかに熱分解を開始し気化して行く。
【００９８】
もちろん、第１の実施の形態で記載したように、第１および第３の熱可塑性樹脂の混合物を用いなくても、肉眼観察において何ら問題のない成形体の脱脂工程を行うことが可能である。しかし、第２の実施の形態の構成を採ることにより、例えば１００倍程度の光学顕微鏡にて観察しても、何ら問題のない成形体の脱脂工程を行うことが可能となった。
そして、成形体の温度が例えば７２０Ｋを超えると、第３の熱可塑性樹脂の気化、揮散が終了して成形体からバインダー成分が消失し脱脂工程が完了する。
【００９９】
尚、第１および第３の熱可塑性樹脂の気化、揮散の際、製造の最終目的物である機械部品等にバインダーの成分が不純物として残留しないよう、加熱装置内へ排掃（スウィープ）ガスを供給することは、目的、方法とも第１の実施の形態と同様である。
【０１００】
（成形体の焼結）
バインダーの脱脂を完了した成形体に対し引き続き焼結をおこなうが、目的、方法とも第１の実施の形態と同様である。
【０１０１】
（実施例６）
金属粉末として平均粒径１０μｍのＳＵＳ３１６Ｌ粉末、バインダー中における第１の熱可塑性樹脂としてビカット軟化点の温度が４０３Ｋのポリエチレン、第３の熱可塑性樹脂としてビカット軟化点の温度が４２３Ｋのポリエチレン、有機化合物として４２３Ｋでの蒸気圧が１３Ｐａ以下のパラフィンワックスおよび４２３Ｋでの蒸気圧が１３Ｐａ以下のフタール酸ジオクチルを選択した。まず、パラフィンワックス７０ｖｏｌ％およびポリエチレン２５ｖｏｌ％（ビカット軟化点の温度が４０３Ｋのポリエチレン１２．５ｖｏｌ％、ビカット軟化点の温度が４２３Ｋのポリエチレン１２．５ｖｏｌ％）、フタール酸ジオクチル５ｖｏｌ％を配合してバインダーとした。次に、金属粉末５８ｖｏｌ％と、バインダー４２ｖｏｌ％とを配合し、４３３Ｋ×７０ｍｉｎの条件で加熱混錬して成形体組成物を得た。
【０１０２】
得られた粉末成形用組成物を射出成形機により、金型へ注入して射出成形を行い、外形３５ｍｍ、内径２７ｍｍ、高さ１０ｍｍ（肉厚４ｍｍ）を有するリング状の成形体を得た。このとき成形体の成形度は流動性、分散性、相溶性、金型との離型性とも良好で、成形体の面引け等は発生しなかった。
【０１０３】
得られたリング状射出成形体を真空脱脂焼結炉に設置し、脱脂の工程および焼結をおこなった。このときの、脱脂の工程のプロファイルを図８に示す。図８は、縦軸に炉内温度をとり、横軸に時間をとり、さらに横軸へ、炉内の雰囲気の圧力および昇温速度を記載したものである。
【０１０４】
まず、炉内に成形体を設置後、炉内の雰囲気の圧力を０．０１３３Ｐａに減圧し、炉内温度を常温３００Ｋから４１８Ｋまで昇温速度３７５Ｋ／ｈｒで昇温する。そして４１８Ｋを２０分間保持して、パラフィンワックスとフタール酸ジオクチルの脱脂の工程を行った後、さらに昇温速度３７５Ｋ／ｈｒにて炉内温度を４７３Ｋまで昇温し、スィープガスとして窒素ガスを流量２０ｌ／ｍｉｎで炉内に供給しながら、炉内の排気をおこない、炉内の雰囲気の圧力を２．６６ｋＰａとした後、５７３Ｋまでは昇温速度３７５Ｋ／ｈｒで昇温する。５７３Ｋを超えると、まず、第１の熱可塑性樹脂であるポリエチレンの脱脂が始まり、次に、ビカット軟化点の温度差に相応して、第３の熱可塑性樹脂であるポリエチレンの脱脂が始まるが、ここで、昇温速度を４００Ｋ／ｈｒとして６７３Ｋまで昇温する。６７３Ｋを超えると第１の熱可塑性樹脂のポリエチレンはほぼ熱分解を終了するため、昇温速度８００Ｋ／ｈｒで８７３Ｋまで昇温し、８７３Ｋから１０７３Ｋまでは昇温速度６００Ｋ／ｈｒで昇温を行った。ここ迄の、バインダーの脱脂に要した合計脱脂時間１時間５０分であった。
【０１０５】
バインダーの脱脂終了後、引き続き成形体の焼結を行うため、同一の炉内において炉内温度を５００〜６００Ｋ／ｈｒの昇温速度で昇温して１６２３Ｋとした。このとき、炉内の温度が１３７３Ｋまでは雰囲気の圧力を０．０１３３Ｐａに減圧し、炉内の温度が、１３７３Ｋ〜１６２３Ｋにおいては窒素とアルゴンの混合ガスを流量２０ｌ／ｍｉｎで炉内に供給しながら、炉内の排気をおこない、炉内の雰囲気の圧力を３．９９ｋＰａとした。そして１６２３Ｋを２時間保持して、焼結体を得た。
【０１０６】
得られた焼結体を、１００倍の光学顕微鏡にて観察したが、欠陥は認められなかった。さらに焼結体中のバインダーの残留を測定するため燃焼式炭素分析装置により炭素量の測定を行った結果、０．０１ｗｔ％以下であり問題のないレベルであることが判明した。
【０１０７】
（実施例７）
第１の熱可塑性樹脂としてビカット軟化点の温度が４０３Ｋのポリエチレン１５ｖｏｌ％、第３の熱可塑性樹脂としてビカット軟化点の温度が４２３Ｋのポリエチレン１５ｖｏｌ％とを配合し、フタール酸ジオクチルは配合せずにバインダーとした以外は、実施例６と同様にして成形体組成物を調製した。
そして当該成形体組成物を用い、実施例６と同様にしてリング状の成形体を作製したが、成形度は流動性、分散性、相溶性、金型との離型性とも良好で、成形体の面引け等は発生しなかった。
得られたリング状射出成形体を真空脱脂焼結炉に設置し、実施例６と同様に脱脂の工程および焼結をおこない焼結体を得た。
得られた焼結体を、１００倍の光学顕微鏡にて観察したが、欠陥は認められなかった。さらに焼結体中のバインダーの残留を測定するため燃焼式炭素分析装置により炭素量の測定を行った結果、０．０１ｗｔ％以下であり問題のないレベルであることが判明した。
【０１０８】
（比較例４）
金属粉末として平均粒径１０μｍのＳＵＳ３１６Ｌ粉末、バインダー中における熱可塑性樹脂としてビカット軟化点の温度が４２３Ｋのポリエチレン、有機化合物として４２３Ｋでの蒸気圧が１３Ｐａ以下のパラフィンワックスおよび４２３Ｋでの蒸気圧が１３Ｐａ以下のフタール酸ジオクチルを選択した。まず、パラフィンワックス７０ｖｏｌ％およびポリエチレン２５ｖｏｌ％、フタール酸ジオクチル５ｖｏｌ％を配合してバインダーとした。次に、金属粉末５８ｖｏｌ％と、バインダー４２ｖｏｌ％とを配合し、４３３Ｋ×７０ｍｉｎの条件で加熱混錬して成形体組成物を得た。
【０１０９】
そして当該成形体組成物を用い、実施例６と同様にしてリング状の成形体を作製したが、成形度は流動性、分散性、相溶性、金型との離型性とも良好で、成形体の面引け等は発生しなかった。
得られたリング状射出成形体を真空脱脂焼結炉に設置し、実施例６と同様に脱脂の工程および焼結をおこない焼結体を得た。
得られた焼結体を、１００倍の光学顕微鏡にて観察したところ、欠陥が認められた。さらに焼結体中のバインダーの残留を測定するため燃焼式炭素分析装置により炭素量の測定を行った結果、０．０１ｗｔ％以下であり問題のないレベルであることが判明した。
【０１１０】
（比較例５）
バインダー中における熱可塑性樹脂としてビカット軟化点の温度が４０３Ｋのポリエチレンを用いた以外は、比較例４と同様にして成形体組成物を調製した。
そして当該成形体組成物を用い、実施例６と同様にしてリング状の成形体を作製したが、成形度は流動性、分散性、相溶性、金型との離型性とも良好で、成形体の面引け等は発生しなかった。
得られたリング状射出成形体を真空脱脂焼結炉に設置し、実施例６と同様に脱脂の工程および焼結をおこない焼結体を得た。
得られた焼結体を、１００倍の光学顕微鏡にて観察したところ、欠陥が認められた。さらに焼結体中のバインダーの残留を測定するため燃焼式炭素分析装置により炭素量の測定を行った結果、０．０１ｗｔ％以下であり問題のないレベルであることが判明した。
【０１１１】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明は金属粉末またはセラミック粉末と、バインダーとを含む粉末成形用組成物を成形して成形体とし、前記成形体を加熱して前記バインダーを気化して除いた後、さらに加熱して前記金属粉末または前記セラミック粉末を焼結して所望の焼結体を製造する工程に用いられる前記粉末成形用組成物であって、
前記バインダーは、第１の熱可塑性樹脂と有機化合物とを含み、
前記成形体中の前記有機化合物が、前記第１の熱可塑性樹脂の有するビカット軟化点の温度未満で気化することを特徴とする粉末成形用組成物としたことで、
この粉末成形用組成物から成形した成形体の脱脂工程において、高速の昇温が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るバインダーが、加熱によって気化、揮散する状態を示したグラフである。
【図２】本発明の実施例に係る脱脂の工程のプロファイルである。
【図３】本発明の実施例と比較例に係るバインダーの組成と成形体の評価結果である。
【図４】本発明の実施例に係る成形体の外観写真である。
【図５】本発明の比較例に係る成形体の外観写真である。
【図６】熱可塑性樹脂の各熱処理温度における加熱減量を示したグラフである。
【図７】本発明の異なる実施の形態に係るバインダーが、加熱によって気化、揮散する状態を示したグラフである。
【図８】本発明の異なる実施例に係る脱脂の工程のプロファイルである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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