(57)【要約】【課題】射出成形性、及び組成の均一性に優れる射出成形用組成物を製造する新規な方法を提供する。【解決手段】金属、合金、セラミックス粉末よりなる焼結用粉末とバインダーとを含有する射出成形用組成物の調整方法であって、前記バインダーが少なくともポリエチレンを含む結合材樹脂と、滑剤としてのパラフィンワックスと分散剤とからなると共に、パラフィンワックスとポリエチレンとは重量基準で３０／７０〜９０／１０の割合で添加されるものであり、混練の前段階として結合材樹脂とパラフィンワックスとを重量基準で３０／７０〜７０／３０の割合で溶融混合させたポリマーアロイを作製し、該ポリマーアロイと原料粉末とが重量基準で５／９５〜１０／９０となるように分割した原料粉末の一部とポリマーアロイとを、ポリマーアロイの融点を上回る温度において混練した後、残りの原料粉末とパラフィンワックスとを添加して混練し、混練処理の最後に分散剤を添加して混練することによって射出成形用組成物としての混練物を調整することを特徴とする。【選択図】    なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属、合金、セラミックス粉末の中から選ばれた１種類以上の原料粉末と、数種のバインダーとを混練して射出成形用組成物を調整する方法に於いて、原料粉末に添加するバインダーが少なくともポリエチレンを含む結合剤樹脂と、滑剤としてのパラフィンワックスと、分散剤からなると共に、パラフィンワックスとポリエチレンが重量基準で３０／７０〜９０／１０の割合であり、上記の射出成形用組成物を調整する際に、先ず、結合剤樹脂とパラフィンワックスとを重量基準で３０／７０〜７０／３０の割合で溶融混合させたポリマーアロイを作製することによって射出成形用組成物としての混練物を調整することを特徴とする射出成形用組成物の調整方法。
【請求項２】
金属、合金、セラミックス粉末の中から選ばれた１種類以上の原料粉末と、数種のバインダーとを混練して射出成形用組成物を調整する方法に於いて、前記ポリマーアロイと原料粉末とが重量基準で５／９５〜１０／９０となるように分割した原料粉末の一部を、ポリマーアロイの融点を上回る温度へと加熱・攪拌した後、ポリマーアロイを添加して行きながら原料粉末とポリマーアロイとを混練し、混練物の混練に必要とされるトルクの安定状態になった事を確認した後、残りの原料粉末とパラフィンワックスを添加し混練してポリマーアロイと同様な混練処理を重ね、混練処理の最後に分散剤を添加し混練することによって射出成形用組成物としての混練物を調整することを特徴とする射出成形用組成物の調整方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の射出成形用組成物の調整方法において、前記バインダーが分散剤を含むことを特徴とする射出成形用組成物の調整方法。
【請求項４】
請求項３に記載の射出成形用組成物の調整方法において、前記分散剤がフタル酸エステルであることを特徴とする射出成形用組成物の調整方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は金属もしくはセラミックス系の焼結製品を射出成形焼結法により製造する際に使用される射出成形用組成物の調整方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
射出成形焼結法は金属、合金、セラミックス粉末の中から選ばれた１種類以上の原料粉末と、融点の異なる数種のバインダーとを混練して得られる射出成形用組成物を所定形状の金型にて射出成形し、得られた成形体を加熱して脱バインダー処理した後に焼結処理を行うことにより焼結製品を製造する方法であり、特に三次元的に複雑な形状を呈する製品を入手する際に好適であるとして従来から広く利用されてきた。
【０００３】
射出成形用組成物は従来、脱バインダー処理に２〜３日、早くても１日と、処理時間の長さが課題であったが、処理時間の短縮が可能な射出成形用組成物としては特開平１１−１４０５０３に記載の、バインダーにポリアセタール樹脂、変性ポリオレフィン樹脂、パラフィンワックスと分散剤としてフタル酸エステルを使用した射出成形用組成物が知られている。
【特許文献１】特開平１１−１４０５０３号公報
【０００４】
射出成形用組成物の調整方法としては当所、原料粉末とバインダーとを同時に添加して混練処理を始める方法や、予めバインダーのみを完全に加熱溶融させたところに原料粉末を徐々に添加していきながら混練処理を進めていく方法等が採られていたが、低融点バインダー成分の揮発による射出成形時の流動性の低下を抑え、より短時間で均一化処理が可能な調整方法としては特開平５−１２５４０１に記載の、加熱した原料粉末と、添加する結合剤樹脂の中から選定された最も融点の高い結合剤樹脂とを順次混練し、結合材樹脂の添加が終った時点で滑剤、分散剤の順で添加し混練する方法が知られている。
【特許文献２】特開平５−１２５４０１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、射出成形用組成物に用いられるバインダーは、射出成形時の流動性、及び成形体の形状保持に必要最低限の量が添加されるため、バインダーのみを分割して添加する従来公知の射出成形用組成物の調整方法は、結合剤樹脂溶融時に原料粉末に対するバインダー量が、混練機による十分なせん断効果が得られる粘度とするためには少なく、また結合剤樹脂はバインダー成分中最も融点、熱変形性が高く、且つ原料粉末との濡れ性が悪いため、短時間での溶融、分散が容易ではなく、得られる射出成形用組成物の組成が均一性に欠け、射出成形時の流動性が悪くなるため、焼結体としての製品寸法が安定しないという問題を引き起こしていた。
【０００６】
本発明は上記の課題を解決し、金属、合金、セラミックス粉末の中から選ばれた１種類以上の原料粉末と、数種のバインダーとを混練して得る射出成形用組成物として、射出成形時の流動性が良く、得られる焼結体寸法の均一性に優れる射出成形用組成物の調整方法を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明の第一の実施形態は、金属、合金、セラミックス粉末の中から選ばれた１種類以上の原料粉末と、数種のバインダーとを混練して射出成形用組成物を調整する方法に於いて、原料粉末に添加するバインダーが少なくともポリエチレンを含み、場合によってはさらに、ポリアセタール、ポリプロピレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−アクリレート共重合体、ポリスチレンから選ばれた少なくとも１つを含む結合剤樹脂と、滑剤としてのパラフィンワックスと、分散剤とからなると共に、パラフィンワックスとポリエチレンとは重量基準で３０／７０〜９０／１０の割合であり、上記の射出成形用組成物を調整する際に、先ず、結合剤樹脂とパラフィンワックスとを重量基準で３０／７０〜７０／３０の割合で溶融混合させたポリマーアロイを作製することによって射出成形用組成物としての混練物を調整することを特徴とする。
【０００８】
また本発明の第二の実施形態は、金属、合金、セラミックス粉末の中から選ばれた１種類以上の原料粉末と、数種のバインダーとを混練して射出成形用組成物を調整する方法に於いて、前記ポリマーアロイと原料粉末とが重量基準で５／９５〜１０／９０となるように分割した原料粉末の一部を、ポリマーアロイの融点を上回る温度へと加熱・攪拌した後、ポリマーアロイを添加して行きながら、原料粉末とポリマーアロイとを混練し、混練物の混練に必要とされるトルクの安定状態になった事を確認した後、残りの原料粉末とパラフィンワックスを添加し混練してポリマーアロイと同様な混練処理を重ね、混練処理の最後に分散剤を添加し混練することによって射出成形用組成物としての混練物を調整することを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明に於いて使用される原料粉末は、各種の金属粉末、合金粉末、金属酸化物粉末、セラミックス粉末をもとに、最終製品の要求を満たすことのできる様、夫々単体もしく混合体の状態で利用されている。
【００１０】
また原料粉末と併せて用いられるバインダーは、原料粉末を射出成形する際に円滑な作業が進められることを目的として原料粉末に混入されるものであって、その組成としては射出成形作業時に混練物が示す流動性に影響を与える滑剤と、射出成形された成形体の形状保持に影響を与える結合樹脂剤と、必要によって添加される分散剤とを組み合わせて利用されている。
【００１１】
これらのバインダー成分は脱バインダー時の変形を防ぐ目的で、段階的な揮発が行われる様、融点の異なるものを組み合わせて用いられており、一般的に分散剤、滑剤、結合剤樹脂の順番で融点が高くなるものが用いられる。
【００１２】
本発明で滑剤として使用するパラフィンワックスは、分子量、融点が共に低く、射出成形時における組成物の流動性ならびに脱バインダー性に寄与する成分であり、一般的には融点が３５〜８０℃のものが使用される。
【００１３】
結合剤樹脂としては一般的に、熱可塑性樹脂であり、分子量、沸点、粘性の何れもが高いポリエチレン、ポリアセタール、ポリプロピレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−アクリレート共重合体、ポリスチレン等のポリマーが利用される。
【００１４】
本発明では特に、パラフィンワックスと分子構造が似ていることから相溶性が良く、射出成形時の流動性に優れ、成形体表面に面引けと称する欠陥が生じにくいポリエチレンと、必要によってさらにポリエチレンを除いた前述のポリマー群から選択された結合剤樹脂が利用され、特にポリマーブレンド系の混和性に影響する溶解度指数がポリエチレンと接近している、ポリプロピレン、ポリスチレン等が用いられる。
【００１５】
本発明で利用される上記の滑剤と結合樹脂剤とは、重量基準で２０／８０〜８０／２０の割合で利用され、特に、重量基準で２５／７５〜７５／２５の割合が好ましい割合とされている。
【００１６】
バインダーの組成としては、原料粉末と結合剤樹脂との濡れ性を向上させて両者を混練物中に均一に分散させる目的から、必要によってさらに分散剤を使用することもあり、上記の分散剤としてはフタル酸エステルであるジブチルフタレートやジオクチルフタレートが利用され、その添加割合はバインダーの合計量１００重量部に対して０．１〜２０重量部で利用されている。
【００１７】
フタル酸エステルは常温で液体であり、バインダー中の結合材樹脂やパラフィンワックスとの相溶性に優れるばかりでなく、分子中のエステル結合の存在により、焼結用粉末との親和性にも優れており、このフタル酸エステルが焼結用粉末とバインダーとの橋渡し的役割を果たし、その結果として分散性や金型との離型性が改善される。
【００１８】
なお、原料粉末に対するバインダーの配合割合は原料粉末７５〜９５重量％に対してバインダー２５〜５重量％の割合で利用される。
【００１９】
本発明に於いて、少なくともポリエチレンを含む結合剤樹脂とパラフィンワックスとを予め溶融混合し、ポリマーアロイを作製しているのは、結合剤樹脂の粒自体が無数の分子鎖によって構成されており、原料粉末と混合する場合にはこれらの分子鎖を一つ一つ分離した後に原料粉末の個々の粒子に被覆されて初めて均一な混練処理を可能にするものであって、単に結合剤樹脂を溶融させても原料粉末と結合剤樹脂とが均一に混ざり難くなると共に、原料粉末の粒子表面への結合剤樹脂被覆も均一性を欠き易くなり、射出成形用組成物の組成、及び射出成形時の流動性に均一性を欠く様になってくるため、これらの問題を解決するための手段として、混練の前段階で添加するパラフィンワックスの全量または一部と、パラフィンワックスとの相溶性が良いポリエチレンを少なくとも含む結合剤樹脂の添加する全量とを、パラフィンワックスとポリエチレンの相溶作用により混練機による十分なせん断効果が得られる粘度とし、残る結合剤樹脂と共に溶融混合を行い、結合剤樹脂の各々の分子鎖を機械的に分断しアロイ化することにより、組成の均一性に富み、溶融が容易で、原料粉末への濡れ性も改善されるポリマーアロイとし、射出成形用組成物としての組成の均一化を図ることを目的としている。
【００２０】
なおポリマーアロイ作製に於いて、パラフィンワックスの含有量が３０重量
％未満では、結合剤樹脂の量が多く溶融混合が困難であるため、均一なアロイ化物を作製することができず、他方７０重量％を超えると相対的にバインダーに占めるパラフィンワックスの比率が高くなり、射出成形体が脆くなるため、本発明ではポリマアロイ作製時におけるパラフィンワックスの添加量を３０〜７０重量％と限定した。
【００２１】
また結合剤樹脂の一つとして添加されるポリエチレン等の含有量が、パラフィンワックスとポリエチレンとの合計量１００重量部に対して１０重量部未満では、ポリマーアロイの作製時においてパラフィンワックスとの相溶作用により他の結合剤樹脂の分子鎖を機械的に分断するための粘度とすることができず、他方７０重量部を越えると相対的にバインダーに占める結合剤樹脂の量が過剰となり、射出成形時の流動性が低くなると共に、上述の如くポリマーアロイの作製が困難になるため、本発明ではパラフィンワックスとポリエチレン等との添加量を、重量基準で３０／７０〜９０／１０の割合と限定した。
【００２２】
本発明に於いて、混練当初から投入する原料粉末、バインダーの全てを混練機へと投入せず、添加するポリマーアロイの量に応じて分割した原料粉末の一部とポリマーアロイのみとしているのは、滑剤、分散剤の添加による混練物の粘度の低下を防ぎ、バインダー量が混練機による十分なせん断効果を得るために適した量として、混練物に高い混練効果を与え、射出成形時の流動性の向上を図るためである。
【００２３】
なお混練当初に投入する原料粉末の量が、添加するポリマーアロイの全量と原料粉末との合計量１００重量部に対して９０重量部未満では、原料粉末に対するバインダーの量が過剰となり、粘度が著しく低く十分な混練効果が得られず、他方９５重量部を超えると原料粉末に対するバインダーの量が不足し、原料粉末に均一な被覆がなされず、混練機による十分な混練効果が得られないため、本発明では混練当初に投入する原料粉末の量を添加するポリマーアロイの全量と原料粉末との合計量１００重量部に対して９０〜９５重量部となる量と限定した。
【００２４】
【実施例】
実施例１
１８０℃に加熱した混練機に、融点が１２０℃であるポリエチレンと、融点が１５５℃であるポリプロピレンと、融点が５５℃であるパラフィンワックスとを重量基準で１：１：２の割合で投入して２時間溶融混合を行った後、４０°Ｃまで冷却し、回収することによりポリマーアロイを作製した後、ポリマーアロイ０．４８ｋｇとの合計量１００重量部に対して９２重量部となるように分割した平均粒径１０μｍのＳＵＳ３１６粉末５．５２ｋｇを投入して１５０°Ｃに加熱した混練機に、ポリマーアロイを０．４８ｋｇ添加し、混練物が均一な状態となるまで混練した後、パラフィンワックス０．２８ｋｇと、残りのＳＵＳ３１６粉末３．６８ｋｇを投入し、混練物が均一な状態となるまで混練した後、ジプチルフタレート０．０４ｋｇを添加して、さらに２０分間の混練処理を行い、４０°Ｃまで冷却し、回収した混練物を粉砕処理して射出成形用組成物を調整した。次いでフローテスターを用い、押出温度を１３０°Ｃ、押出圧力を３０ｋｇｆ／ｃｍ２とした場合に於ける射出成形用組成物の粘度としてのメルトフローレート（ＭＦＲ）を測定し、さらに上記の射出成形用組成物を用いて厚さが８ｍｍであり、幅が１４ｍｍであり、長さが１６ｍｍである直方体形状の成形体を５０個連続して射出成形し、得られた成形体を脱バインダーした後、焼結して、得られた焼結体の重量と形状寸法の変動状況を調査した結果、ＭＦＲは１９４ｇ／１０ｍｉｎであり、製品重量についての標準偏差は０．００７４であり、厚さについての標準偏差は０．００６３であり、幅についての標準偏差は０．００８５であり、長さについての標準偏差は０．００５２であって品質の安定した状態であることが確認された。
【００２５】
実施例２
２００°Ｃに加熱した混練機に、融点が１１０°Ｃであるポリエチレンと、融点が１６５°Ｃであるポリアセタールと、融点が１８０°Ｃであるポリスチレンと、融点が６５°Ｃであるパラフィンワックスとを重量基準で３：２：１：６の割合で投入して２時間溶融混合を行った後、４０°Ｃまで冷却し、回収することによりポリマーアロイを作製した後、ポリマーアロイ０．４２ｋｇとの合計量１００重量部に対して９３重量部となるように分割した平均粒径５μｍの鉄粉５．５８ｋｇを投入して１６０°Ｃに加熱した混練機に、ポリマーアロイを０．４２ｋｇ添加し、混練物が均一な状態となるまで混練した後、パラフィンワックス０．２１ｋｇと、残りの鉄粉３．７２ｋｇを投入し、混練物が均一な状態となるまで混練した後、ジプチルフタレート０．０７ｋｇを添加した以降は実施例１と同様な混練処理、及び調整した射出成形用組成物についての調査を行った結果、ＭＦＲは１８２ｇ／１０ｍｉｎであり、製品重量についての標準偏差は０．００８２であり、厚さについての標準偏差は０．００６８であり、幅についての標準偏差は０．００９５であり、長さについての標準偏差は０．００７４であって品質の安定した状態であることが確認された。
【００２６】
比較例１
平均粒径１０μｍのＳＵＳ３１６粉末９．２ｋｇを投入して１８０°Ｃに加熱した混練機に、融点が１５５°Ｃであるポリプロピレン０．１２ｋｇを添加し混練物が均一な状態となるまで混練した後、融点が１２０℃のポリエチレン０．１２ｋｇを添加し混練物が均一な状態となるまで混練した後、融点が５５°Ｃであるパラフィンワックス０．５２ｋｇを添加し混練物が均一な状態となるまで混練した後、ジプチルフタレート０．０４ｋｇを添加した以降は実施例１と同様な混練処理、及び調整した射出成形用組成物についての調査を行った結果、ＭＦＲは７５ｇ／１０ｍｉｎであり、製品重量についての標準偏差は０．０１７６であり、厚さについての標準偏差は０．０１５１であり、幅についての標準偏差は０．０１６９であり、長さについての標準偏差は０．０１６６であってバラツキが大きい状態を示し、製品品質の安定さに欠ける状態であることが確認された。
【００２７】
比較例２
１８０°Ｃに加熱した混練機に、融点が１２０°Ｃであるポリエチレンと、融点が１５５°Ｃであるポリプロピレンと、融点が５５°Ｃであるパラフィンワックスとを重量基準で２：２：１の割合で投入した以降は実施例１と同様な処理を行いポリマーアロイを作製した後、ポリマーアロイ０．３ｋｇとの合計量１００重量部に対して９２重量部となるように分割した平均粒径１０μｍのＳＵＳ３１６粉末３．４５ｋｇを投入して１５０°Ｃに加熱した混練機に、ポリマーアロイを０．３ｋｇ添加し、混練物が均一な状態となるまで混練した後、パラフィンワックス０．４６ｋｇと、残りのＳＵＳ３１６Ｌ粉末５．７５ｋｇを投入し、混練物が均一な状態となるまで混練した後、ジプチルフタレート０．０４ｋｇを添加した以降は実施例１と同様な混練処理、及び調整した射出成形用組成物についての調査を行った結果、ＭＦＲは１３４ｇ／１０ｍｉｎであり、製品重量についての標準偏差は０．０１３５であり、厚さについての標準偏差は０．０１２５であり、幅についての標準偏差は０．０１３６であり、長さについての標準偏差は０．０１２０であってバラツキが大きい状態を示し、製品品質の安定さに欠ける状態であることが確認された。
【００２８】
比較例３
平均粒径５μｍの鉄粉９．３ｋｇを投入して２００°Ｃに加熱した混練機に、融点が１８０°Ｃであるポリスチレン０．０３５ｋｇを添加し混練物が均一な状態となるまで混練した後、融点が１６５°Ｃのポリアセタール０．０７ｋｇを添加し混練物が均一な状態となるまで混練した後、融点が１１０°Ｃのポリエチレン０．１０５ｋｇを添加し混練物が均一な状態となるまで混練した後、融点が６５°Ｃであるパラフィンワックス０．４２ｋｇを添加し混練物が均一な状態となるまで混練した後、ジプチルフタレート０．０７ｋｇを添加した以降は実施例２と同様な混練処理、及び調整した射出成形用組成物についての調査を行った結果、ＭＦＲは２０ｇ／１０ｍｉｎであり、製品重量についての標準偏差は０．０２１８であり、厚さについての標準偏差は０．０１６７であり、幅についての標準偏差は０．０１７８であり、長さについての標準偏差は０．０１７７であってバラツキが大きい状態を示し、製品品質の安定さに欠ける状態であることが確認された。
【００２９】
比較例４
平均粒径５μｍの鉄粉９．３ｋｇを投入して２００°Ｃに加熱した混練機に、実施例２と同様にして作製したポリマーアロイ０．４２ｋｇを添加して、混練物が均一な状態となるまで混練した後、パラフィンワックス０．２１ｋｇを添加し、混練物が均一な状態となるまで混練した後、ジプチルフタレート０．０７ｋｇを添加した以降は実施例２と同様な混練処理、及び調整した射出成形用組成物についての調査を行った結果、ＭＦＲは１３８ｇ／１０ｍｉｎであり、製品重量についての標準偏差は０．００９９であり、厚さについての標準偏差は０．００９７であり、幅についての標準偏差は０．００９７であり、長さについての標準偏差は０．００９５であってバラツキが大きい状態を示し、製品品質の安定さに欠ける状態であることが確認された。
【００３０】
以上の結果をまとめて表１に示す。
【００３１】
【表１】
2004216663.tif 000002
【００３２】
本発明の実施による時は、表１に示した測定結果に見る如く、品質の安定した射出成形焼結製品を市場に供給出来ることが明らかになった。
【００３３】
【発明の効果】
上述の如く、本発明に関わる射出成形用組成物の調整方法によって得られた射出成形用組成物は、従来公知の射出成形用組成物の調整方法によって得られた射出成形用組成物と比べて射出成形時の流動性に優れるため、焼結体寸法の均一性に優れる製品を製造することができる。