(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属粉末と樹脂バインダとを混合させた成形材料を金型内に射出成形する金属粉末射出成形法により射出成形体を成形する方法において，
金型内の成形材料の流路における成形材料の進行方向が変わる進路変更部分又は最終充填部の少なくとも１箇所にダミーキャビティを設け，該ダミーキャビティを，上記成形材料の流路の温度よりも低い温度に冷却することを特徴とする射出成形体の成形方法。
【請求項２】
請求項１において，上記ダミーキャビティは，ランナーにおける進路変更部分に設けられていることを特徴とする射出成形体の成形方法。
【請求項３】
金属粉末と樹脂バインダとを混合させた成形材料を金型内に射出成形する金属粉末射出成形法により，第一成形体と第二成形体とを接合して一体化してなる複合射出成形体を成形する方法において，
上記請求項１または上記請求項２の射出成形体の成形方法により，第一成形体または第二成形体の少なくとも一方を成形することを特徴とする複合射出成形体の成形方法。
【請求項４】
金属粉末と樹脂バインダとを混合させた成形材料を金型内に射出成形する金属粉末射出成形法により，第一成形体と第二成形体とを接合して一体化してなる複合射出成形体を成形する方法において，
上記第一成形体を成形するための第一成形面を有する第一金型と，上記第二成形体を成形するための第二成形面を有する第二金型と，上記第一成形体の接合部に余肉部を形成するためのダミーキャビティを設けた第三成形面を有する第三金型とを準備する工程と，
上記第一成形面と第三成形面とを対向させて第一キャビティを形成するように第一金型と第三金型とを型締めする工程と，
上記第一キャビティに上記成形材料を射出して第一成形体を成形する工程と，
上記第一成形面に第一成形体を残したまま，第三金型の型開きを行い，第一成形体の接合部，及びダミーキャビティにおいて形成された余肉部を露出させる工程と，
上記第一成形体の上記余肉部を切断除去する工程と，
上記第一成形体の接合部と上記第二成形面とを対向させて第二キャビティを形成するように，上記第一金型と上記第二金型とを型締めする工程と，
上記第二キャビティに上記成形材料を射出して，上記接合部に接合する第二成形体を成形する工程とから構成されていることを特徴とする複合射出成形体の成形方法。
【請求項５】
請求項３または４において，上記ダミーキャビティを，上記成形材料の流路の温度よりも低い温度に冷却することを特徴とする複合射出成形体の成形方法。
【請求項６】
請求項３〜５のいずれか１項において，上記ダミーキャビティは，第一キャビティにおける最終充填部に設けることを特徴とする複合射出成形体の成形方法。
【請求項７】
請求項３〜５のいずれか１項において，上記ダミーキャビティは，ランナーにおける進路変更部分に設けられていることを特徴とする複合射出成形体の成形方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は，射出成形体の成形方法，及びこれを用いた複合射出成形体の成形方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
近年，金属粉末射出成形法（MIM法：Metal Powder Injection Molding）が金属部品の製造法として利用されている。この方法を用いて金属焼結体を製造するには，まず，金属粉末を樹脂バインダと混合させて流動性を有する成形材料を調製する。次いで，図６（ａ）に示すごとく，第一金型９１１と第二金型９１２とからなる射出成形用金型９１を準備する。射出成形用金型９１は，キャビティ９１３と，そこに成形用材料を供給するランナー９１４とを有する。成形機９６内のスクリュー９６１の回転により，ノズル９６２からランナー９１４に成形材料を所望の圧力で射出する。これにより，キャビティ９１３に射出成形体が射出成形される。
離型後，射出成形体を加熱して樹脂バインダの大部分を除去する脱脂工程と，更に高い温度で加熱して金属粉末を焼結させる焼結工程を行うことによって所望の形状の金属複合焼結体を得る。
【０００３】
【解決しようとする課題】
ところで，上記金属粉末射出成形方法においては，金属粉末に比べて樹脂バインダは流動性が良いため，樹脂バインダと金属粉末とが流動中に分離することがある。特に，成形時の熱と圧力によって，成形材料の最先端部で樹脂バインダと金属粉末とが分離し，樹脂バインダ成分が流動初期時に比べて多くなる。
【０００４】
このため，均一な金属成形体が得られず，図６（ｂ）に示すごとく，射出成形体９０における，ゲート９７から最も遠い最終充填部９８や成形材料の会合部９７における樹脂バインダ含有量が多くなり，樹脂バインダの滲み部分９０９が生じる。また，脱脂及び焼成によって，樹脂バインダが揮発して滲み部分にくぼみが生じるという問題がある。
【０００５】
かかる問題に対して，特開平６−２３５００３号公報には，製品分キャビティとランナーとの間に余肉形成部を設け，これにより樹脂バインダの滲みを抑制する方法が開示されている。
しかし，この方法では，流路の最終充填部において樹脂バインダと金属粉末とが分離して，不均一な材料構成の射出成形体が成形されてしまうという問題がある。
【０００６】
また，金型内で射出成形法によって異種材料または同種材料を接合して複合射出成形体を得る場合には，図６（ｃ）に示すごとく，第一成形体９０１と第二成形体９０２との接合部９０３に樹脂バインダが多い部分が形成されると，接合部９０３に樹脂バインダの滲み部分９０９が生じ，両者の接合強度が低下するという問題がある。また，成形品だけでなく，これを脱脂した脱脂品，焼成した焼結体の接合強度も低下するという問題がある。
【０００７】
本発明はかかる従来の問題点に鑑み，成形材料の最終充填部及び会合部における樹脂バインダの滲みを抑制することができる射出成形体の成形方法，及び接合強度に優れた複合射出成形体の成形方法を提供しようとするものである。
【０００８】
【課題の解決手段】
請求項１の発明は，金属粉末と樹脂バインダとを混合させた成形材料を金型内に射出成形する金属粉末射出成形法により射出成形体を成形する方法において，
金型内の成形材料の流路における成形材料の進行方向が変わる進路変更部分又は最終充填部の少なくとも１箇所にダミーキャビティを設け，該ダミーキャビティを，上記成形材料の流路の温度よりも低い温度に冷却することを特徴とする射出成形体の成形方法である。
【０００９】
本発明は，金属粉末射出成形の際に，成形材料の流動先端に形成されるバインダ多量部分を，ダミーキャビティに滞留させ，流路から排除することに着目したものである。
すなわち，本成形方法においては，金型内の成形材料の流路における進行変更部分又は最終充填部の少なくとも一箇所に，ダミーキャビティを設けている。
ダミーキャビティには，成形材料のバインダ多量部分が溜まり，流路から排除される。したがって，流路には，均一に混合された成形材料が残ることになり，均一な射出成形体を成形することができる。
【００１０】
特に，進路変更部分及び最終充填部は，進路直線部分に比べて，樹脂バインダが溜まりやすい部分である。そのため，かかる部分にダミーキャビティを設けることにより，バインダ多量部分を，効率よく流路から排除することができる。
したがって，射出成形体の滲みを抑制でき，脱脂や焼成後にも均一な製品を提供することができる。
【００１１】
進路変更部分とは，金型における成形材料の流路において，成形材料の進路方向が変わる部分をいう。
進路変更角度Ａが６５°以上の進路変更部分にダミーキャビティを設けることが好ましい。６５°未満の進路変更部分はバインダ多量部分が滞留しにくく，ダミーキャビティを設けても，バインダ多量部分の捕獲性が低いからである。
【００１２】
請求項２の発明のように，上記ダミーキャビティは，ランナーにおける進路変更部分に設けられていることが好ましい。これにより，成形用のキャビティに到達する前にバインダ多量部分を成形材料から除去することができ，均一な射出成形体を得ることができる。
【００１３】
上記最終充填部は，金型内の流路において成形材料が最後に到達する部分をいい，たとえば，キャビティにおけるゲートから最も遠い部分などである。
金型における成形材料の流路は，射出成形体が成形されるキャビティと，そこに成形材料を供給するランナーとを含む。
成形材料を射出成形すると，ダミーキャビティにバインダ多量部分からなる余肉部が形成される。余肉部は，必要に応じて除去する。ダミーキャビティがキャビティに形成されている場合には，余肉部は，外観向上のため，製品化前に切断除去することが好ましい。
また，ダミーキャビティがランナーに設けられている場合には，バインダ多量部分の除去効率が低下したときには，除去効率回復のため，余肉部を除去することが好ましい。
【００１４】
請求項１の発明では，上記ダミーキャビティを，上記成形材料の流路の温度よりも低い温度に冷却する。これにより，ダミーキャビティにおいて，樹脂バインダが多い部分を硬化させやすくなり，当該部分の流路への逆流を抑制することができる。
【００１５】
ダミーキャビティを流路よりも低い温度に冷却する方法としては，たとえば，ダミーキャビティ近傍の金型内に，冷媒を充填した冷却用ヒートパイプを埋める方法，ペルチェ素子を用いた冷却法などがある。
【００１６】
ダミーキャビティは，流路よりも２０〜８０℃低いことが好ましい。２０℃未満では，樹脂バインダ成分の多い部分の流路への逆流を抑制することが困難となるおそれがあり，８０℃を超える場合には，冷却に多大なエネルギーが消費されてしまうおそれがある。
【００１７】
請求項３の発明は，金属粉末と樹脂バインダとを混合させた成形材料を金型内に射出成形する金属粉末射出成形法により，第一成形体と第二成形体とを接合して一体化してなる複合射出成形体を成形する方法において，
上記請求項１または上記請求項２の射出成形体の成形方法により，第一成形体または第二成形体の少なくとも一方を成形することを特徴とする複合射出成形体の成形方法である。
【００１８】
上記複合射出成形体の成形方法は，上記射出成形体の成形方法を利用している。流路を流れる成形材料の先端に形成されるバインダ多量部分は，成形体の接合強度を低くする。そこで，複合射出成形体を成形するにあたり，上記射出成形体の成形方法により，ダミーキャビティにバインダ多量部分を溜めてこれを流路から排除する。これにより，バインダ多量部分が射出成形体に形成されにくくなり，射出成形体の接合強度が高くなる。
かかる接合強度が高い射出成形体を，少なくとも第一成形体または第二成形体として用いることにより，第一成形体と第二成形体との接合強度が高い複合射出成形体を成形することができる。
【００１９】
請求項４の発明は，金属粉末と樹脂バインダとを混合させた成形材料を金型内に射出成形する金属粉末射出成形法により，第一成形体と第二成形体とを接合して一体化してなる複合射出成形体を成形する方法において，
上記第一成形体を成形するための第一成形面を有する第一金型と，上記第二成形体を成形するための第二成形面を有する第二金型と，上記第一成形体の接合部に余肉部を形成するためのダミーキャビティを設けた第三成形面を有する第三金型とを準備する工程と，
上記第一成形面と第三成形面とを対向させて第一キャビティを形成するように第一金型と第三金型とを型締めする工程と，
上記第一キャビティに上記成形材料を射出して第一成形体を成形する工程と，
上記第一成形面に第一成形体を残したまま，第三金型の型開きを行い，第一成形体の接合部，及びダミーキャビティにおいて形成された余肉部を露出させる工程と，
上記第一成形体の上記余肉部を切断除去する工程と，
上記第一成形体の接合部と上記第二成形面とを対向させて第二キャビティを形成するように，上記第一金型と上記第二金型とを型締めする工程と，
上記第二キャビティに上記成形材料を射出して，上記接合部に接合する第二成形体を成形する工程とから構成されていることを特徴とする複合射出成形体の成形方法である。
【００２０】
本成形方法においては，第一成形体成形用の第一キャビティにダミーキャビティを形成している。ダミーキャビティには，成形材料中の樹脂バインダー多量部分が溜まり，余肉部が形成される。この余肉部は切断除去し，その切断面に第二成形体を射出して，第一成形体と第二成形体とを接合する。
【００２１】
本発明においては，第一成形体と第二成形体との接合前に，金属接合強度を低下させる樹脂バインダ多量成分を余肉部としてあらかじめ除去している。そのため，本成形方法によれば，接合強度の高い複合射出成形体を成形することができる。また，本成形方法により得られた複合射出成形体は，脱脂品や焼結品としても，優れた接合強度を維持することができる。
【００２２】
また，請求項５の発明のように，上記ダミーキャビティを，上記成形材料の流路の温度よりも低い温度に冷却することが好ましい。これにより，上記のようにダミーキャビティから流路への樹脂バインダ多量部分の逆流を抑制することができる。
【００２３】
請求項６の発明のように，上記ダミーキャビティは，第一キャビティにおける最終充填部に設けることが好ましい。最終充填部は，最も樹脂バインダ多量部分が形成されやすい部分である。最終充填部にダミーキャビティを設けてバインダ多量部分を切断除去することにより，外観性のよい複合射出成形体を成形することができる。
【００２４】
請求項７の発明のように，上記ダミーキャビティは，ランナーにおける進路変更部分に設けられていることが好ましい。これにより，成形用のキャビティに到達する前に成形材料からバインダ多量部分を除去することができ，均一な射出成形体を得ることができる。
【００２５】
第一成形体形成用の成形材料，及び第二成形体形成用の成形材料は，同種でも異種でもよい。
本成形方法により形成された射出成形体及び複合射出成形体は，たとえば，自動車用部品，電装部品などに用いることができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
実施形態例１
本発明の実施形態に係る射出成形体の成形方法について，図１〜図３を用いて説明する。
まず，射出成形用の金型を準備する。金型は，図１に示すごとく，成形材料５５が流動する流路８００を有する。流路８００は，板状の成形用のキャビティ８６と，ランナー８０，スプルー８０１と，ゲート８０３とからなる。ランナー８０における成形材料５５の進行方向が変わる進路変更部分８３１，８３２，８３３及び最終充填部８４には，ダミーキャビティ１が設けられている。
【００２７】
ランナー８０における進路変更部分８３１，８３２，８３３は，ランナー８０２におけるスプルー８０１との交差部分，ランナー８０２の途中，ランナー８０２におけるゲート８０３との交差部分である。最終充填部８４は，キャビティ８６のゲート８０３から最も遠い部分である。
スプルー８０１は，ランナー８０２を介して４つのキャビティ８６に連結されている。
【００２８】
図２に示すごとく，金型８におけるダミーキャビティ１の近傍には，冷媒を充填した冷却用ヒートパイプ２を埋設している。ダミーキャビティ１は，成形材料の流路よりも２０〜２５℃低い温度に冷却する。冷媒は，水であり，金型８の外部における熱交換器との間を循環している。
【００２９】
また，金属粉末としてＳＵＳ６３０Ｌを，樹脂バインダとしてアクリル，ＰＷ系，ＥＶＡ系，ステアリン酸を準備し，この金属粉末５５体積％と，樹脂バインダ４５体積％とを混合して，成形材料を調製する。
【００３０】
次に，成形材料を，成形機にて，金型８のランナー８０を通じて，キャビティ８２に射出成形する（図６（ａ）参照）。これにより，成形材料５５は，スプルー８０１，ランナー８０２及びゲート８０３を経てキャビティ８６へと流動する。やがて，キャビティ８６の内部全体に成形材料５５が充満して，射出成形体５が形成される。その後，射出成形体５を金型から取り出す。
射出成形体５の最終充填部８４には，ダミーキャビティ１により形成された余肉部が残っているため，余肉部を除去する。
【００３１】
本例においては，図１に示すごとく，成形材料の流路８００における進路変更部分８８１，８８２，８８３及び最終充填部８４に，ダミーキャビティ１を設けている。図３（ａ）に示すごとく，流路８００における成形材料５５の先端部には，バインダを多量に含むバインダ多量部分５５０が形成される。バインダ多量部分５５０は，図３（ｂ）に示すごとく，ダミーキャビティ１に溜まる。このため，ダミーキャビティ１によって，バインダ多量部分５５０が，流路８００から排除される。
【００３２】
また，図２に示すごとく，ダミーキャビティ１の近傍には，冷却用ヒートパイプ２が埋設されているため，ダミーキャビティ１において，バインダ多量部分を固化させやすくなり，流路への逆流を抑制することができる。
また，成形用のキャビティに成形材料の会合部がある場合にも，会合部に滲みが生じることを防止できる（図６（ｂ）参照）。
したがって，射出成形体の滲みを抑制でき，脱脂や焼成後にも均一な製品を提供することができる。
【００３３】
実施形態例２
本例においては，図４に示すごとく，金型のキャビティ８６が「Ｌ」字型であり，その最終充填部８４だけでなく進路変更部分８４２にも，ダミーキャビティ１を設けている。その他は，実施形態例１と同様である。本例においても，実施形態例１と同様の効果を得ることができる。
【００３４】
実施形態例３
本例は，図５（ｄ）に示すごとく，金属粉末射出成形法により第一成形体５１及び第二成形体５２を接合して一体化してなる複合射出成形体５を成形する方法である。
まず，図５（ａ），（ｃ）に示すごとく，第一成形体５１を成形するための第一金型８１及び第三金型８３と，第二成形体を成形するための第二金型８２とを準備する。第一金型８１は，第一成形体５１を成形するための第一成形面８１０を有する。第三金型８３は，第一成形体５１の接合部５０に余肉部５１０を形成するためのダミーキャビティ１を設けた第三成形面８３０を有する。第二金型８２は，第二成形体５２を成形するための第二成形面８２０を有する。
【００３５】
第三金型８３に設けたダミーキャビティ１は，第一成形体５１を成形するための第一キャビティ８６１において，成形材料が最後に到達する最終充填部８４に位置している。
第一金型８１及び第二金型８２は，成形材料供給用のランナー８０７，８０８を有する。ランナー８０７，８０８の進路変更部分８３５にも，ダミーキャビティ１が設けられている。
第一，第二金型８１，８６には，ダミーキャビティ１の付近に，冷却用ヒートパイプが埋設されている。
【００３６】
また，金属粉末としてのＳＵＳ４１０Ｌを５５体積％，樹脂バインダとしてのアクリル，ＰＷ系，ＥＶＡ系，ステアリン酸を４５体積％を混合して，第一成形体用の成形材料を準備する。金属粉末としてのＳＵＳ６３０Ｌを５５体積％，樹脂バインダとしてのアクリル，ＰＷ系，ＥＶＡ系，ステアリン酸を４５体積％を混合して，第二成形体用の成形材料を準備する。
【００３７】
次に，図５（ａ）に示すごとく，第一金型８１と第三金型８３とを型締めして，第一成形面８１０と第三成形面８３０とを対向させて第一キャビティ８６１を形成する。次いで，ランナー８０７を通じて第一キャビティ８６１に，第一成形体用の成形材料５５１を射出成形する。これにより，第一キャビティ８６１に第一成形体５１が形成され，第一成形体５１の接合部５０には，ダミーキャビティ１に進入した余肉部５１０が形成されている。
【００３８】
次いで，図５（ｂ）に示すごとく，第一成形体５１を第一金型８１に残したまま第三金型８３を離型する。すると，第一成形体５１の接合部５０が露出し，その部分に形成された余肉部５１０が突出する。
次いで，接合部５０に切断刃８５を進行させて，接合部５０に突出した余肉部５１０を切断する。
次いで，図５（ｃ）に示すごとく，第一金型８１と第二金型８２とを型締し，第一成形体５１の接合部５０と第二成形面８２０とを対向させて第二キャビティ８６２を形成する。
【００３９】
次いで，第二金型８２のランナー８０８を通じて第二キャビティ８６２に成形材料５５２を射出成形する。これにより，図５（ｄ）に示すごとく，第一成形体５１と第二成形体５２とが接合部５０において接合してなる複合射出成形体５が形成される。その後，複合射出成形体５を離型し取り出す。
【００４０】
本例においては，接合部形成用の成形面８３０にダミーキャビティ１を形成することにより，ダミーキャビティ１に，接合強度低下の原因となるバインダ多量部分を滞留させて余肉部５１０を形成している。余肉部５１０を切断除去すると，流動初期時の設定量の樹脂バインダと金属粉末とが均一に混合した接合部５０が形成される。このため，接合部５０の接合強度が高くなり，第一成形体５１と第二成形体５２との接合強度の高い複合射出成形体５３を成形することができる。また，得られた複合射出成形体５３は，脱脂品や焼結品としても，優れた接合強度を維持することができる。
【００４１】
また，本例においては，第一成形体５１の余肉部５１０だけを切断除去しているが，接合部を含む第一成形体の一部を切断除去してもよい。これにより，樹脂バインダーの多量に存在する部分は除去され，その切断面は第二成形体５２との接合強度が高くなる。したがって，強度に優れた複合射出成形体が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態例１における，金型におけるランナー及びキャビティの斜視図。
【図２】実施形態例１の金型の断面図。
【図３】実施形態例１における，ダミーキャビティにおける成形材料の流動挙動を示す説明図（ａ），（ｂ）。
【図４】実施形態例２の金型の断面図。
【図５】実施形態例３における，複合射出成形体の成形方法を示す説明図（ａ）〜（ｃ）及び複合射出成形体の斜視図（ｄ）。
【図６】従来例における，金型の断面図（ａ）及び射出成形体の問題点を示す説明図（ｂ），（ｃ）。
【符号の説明】
１．．．ダミーキャビティ，
２．．．冷却用ヒートパイプ，
５．．．複合射出成形体，
５０．．．接合部，
５１．．．第一成形体，
５２．．．第二成形体，
５３．．．複合射出成形体，
５５，５５１，５５２．．．成形材料，
５１０．．．余肉部，
５５０．．．バインダ多量部分，
８．．．金型，
８０，８０７，８０８．．．ランナー，
８１．．．第一金型，
８２．．．第二金型，
８３．．．第三金型，
８４．．．最終充填部，
８００．．．流路，
８１０．．．第一成形面，
８２０．．．第二成形面，
８３０．．．第三成形面，
８６．．．キャビティ，
８６１．．．第一キャビティ，
８６２．．．第二キャビティ，
８３１，８３２，８３３，８３５．．．進路変更部分，
【図１】
0004395950.tif 000002
【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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