【誤訳訂正書】
【提出日】平成22年3月23日(2010.3.23)
【誤訳訂正１】
【訂正対象書類名】明細書
【訂正対象項目名】全文
【訂正方法】変更
【訂正の内容】
【書類名】      明細書
【発明の名称】  柔軟な型を使用する金属及びセラミックの低圧射出成形
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所望の部品を製造する方法であって、
ａ）所望の形状のパターンを用意する工程、
ｂ）柔軟な型を形成するためにパターンの周りに材料を注ぐ工程であり、前記柔軟な型の材料は、有機ポリマーベース樹脂及び補強フィラー材料を含み、
ｃ）前記柔軟な型の材料を堅い固体に硬化させる工程、
ｄ）前記柔軟な型材料からパターンを取り除きキャビティを形成する工程、
ｅ）突出し機構を柔軟な型に取り付ける工程、
ｆ）前記柔軟な型を射出成形機に取り付ける工程、及び
ｇ）所望の部品を成形するための所定の温度及び圧力で所定の時間にわたって射出成形機に取り付けられた前記柔軟な型の中に粉末供給材料を導入する工程、を含む方法。
【請求項２】
前記有機ポリマーベース樹脂は、エポキシ樹脂及びウレタンポリマーから成るグループから選択される請求項１の方法。
【請求項３】
前記補強フィラー材料は、金属、金属酸化物、金属カーバイド、金属シリケート、金属カーボネート、金属燐酸塩、アルミノシリケート、クレイ、タルク、グラファイト及び炭素から成るグループから選択される請求項１の方法。
【請求項４】
金属の補強材料は、アルミニウム、鉄、鋼、銅、ニッケル、亜鉛、スズから成るグループから選択される金属である請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記補強フィラーは、単一の材料、混合物又は合金を含む請求項１の方法。
【請求項６】
前記補強フィラー材料は、充填材、粉末又はショットの形態である請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記補強フィラー材料は、柔軟な型材料全体の２０乃至４５容積％の間を構成するアルミニウム充填材を含む請求項１の方法。
【請求項８】
前記アルミニウム充填材は、柔軟な型材料全体の３０容積％を構成する請求項７の方法。
【請求項９】
前記柔軟な型の材料の硬化時間は４乃至２４時間の範囲である請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記粉末供給材料は、金属、セラミック、これらの混合物からなグループから選択される粉末を有し、前記粉末供給材料は、水、ポリサッカライド固着剤と混合される、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
成形圧力は、１０ＭＰａ（１５００ｐｓｉ）より小さく、成形温度は約１００℃（約２１２°Ｆ）より小さい、請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、射出成形技術を用いて粉末から合金及びセラミック部品を製造する柔軟な型（soft tooling）を迅速に製造する方法に関する。完成した部品は、まったくか又は機械加工を必要としないほぼ最終的な形状であり、優れた焼成特性を有する。さらに詳細には本発明は、射出成形機械で使用する型を製造する有機ポリマーベース樹脂のような柔軟な材料を使用する成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
「未焼成体（green body）」から焼成部品を製造することは先行技術で知られている。一般に、未焼成体は、粉末/バインダ混合物でダイを充填し、加圧して混合物をコンパクトにすることによって形成される。自己支持構造である未焼成体は、ダイから取り除かれ焼成される。焼成方法の間、バインダは、揮発し、燃焼される。焼成した部品は、通常完全には濃縮されず（ほぼ８５−９０％の理論的な密度）、可鍛材料と比較して機械的な特性が減少する。
【０００３】
射出成形は、金属及びセラミック粉末から複雑な、最終形状の部品を製造する好ましい方法である。射出成形された部品を製造する型は、現在の技術水準の金属及びセラミック供給原料に関して通常必要とされるアルミニウム及び型スチールのような金属から製造される。硬い型の製造は、長い製造時間を必要とし、非常に高価である。さらに、型材料の正確な収縮要因の決定は、連続した高価な機械加工の複数の反復を必要とする。
【０００４】
現在の大部分の成形方法は、成形、流動化媒体として有機ワックス又はポリマーを使用する。ポリマーベースの成形方法は、約１００ＭＰａ（約15,000psi）におよぶ高い成形圧力と、約100℃（212°Ｆ）の成形温度を必要とする（R.M.German及びA.Boseによる「金属及びセラミックの射出成形」p53,144）。これらの装置によって使用される高圧及び高温は、アルミニウム及び鋼のような金属型の使用を必要とし、有機ポリマーベース材料のような「柔軟な」型を使用することを妨げる。通常、粒子状のフィラーで固められたプラスチック樹脂を用いて柔軟な型を用いることによって硬い型を用いた場合の高い製造コスト及び長い製造時間を回避する。さらに、柔軟な型は、硬い型の場合よりもさらに容易に変更することができ、金属セラミックス部品の最終形状成形の収縮要因を正確に決定することを容易にする。
【０００５】
最終形状に近い成形において柔軟な型を使用する利点は、約１０ＭＰａ（約1,500psi）より小さい低い成形圧力と、約100℃（212°Ｆ）以下の低温を可能にする射出成形供給材料を使用することによって実現することができる。これらの供給材料の例は、水性ポリサッカライドベース射出成形化合物である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複雑で比較的廉価で柔軟な型及び迅速な時間を用いて最終形状成形部品を製造する方法を提供する。本発明によれば、柔軟な型を迅速に製造する方法は、所望の形状のパターンを容易し、前記パターンの周りに材料を注ぎ、柔軟な型材料を剛性の固体になるように硬化させ、柔軟な型材料からキャビティを形成することとを含む。
【０００７】
この方法で製造した柔軟な型は、射出成形、プレス鍛造、ブランキング又はドローイングを含む従来の機械製造技術によって最終的な機械加工をほとんどかまったく必要としないほぼ最終形状を成形する成形型であると考えられる。射出成形機械において最終形状に近い成形部品をつくるために柔軟な型を使用する利点は、約１０ＭＰａ（約1,500psi）より小さい低い成形圧力と、約100℃（212°Ｆ）以下の圧力で成形することができる供給材料を使用することである。
【０００８】
本発明は、更に本発明によって製造される柔軟な型を使用して最終形状に近い成形部品を製造する方法を含む。この方法は、所望の形状のパターンを用意する工程と、柔軟な型を形成するためにパターンの周りに材料を注ぐ工程と、柔軟な型材料を固体に硬化させる工程と、柔軟な型材料からパターンを取り除きキャビティを形成する工程と、突出し機構を柔軟な型に取り付ける工程と、柔軟な型を射出成形機に取り付ける工程と、所望の部品を成形するための適当な温度及び圧力で適当な時間にわたって射出成形機に粉末供給材料を導入する工程とを含む。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面を参照して詳細に説明する。複雑な形状を含むいかなる柔軟な型も粒子状の形態のプラスチック樹脂とフィラーとの組み合わせから本発明によって形成され、これは、強度、変形抵抗性、熱伝達を容易にする。この最も好ましいプラスチック樹脂は、ウレタン及びエポキシ樹脂を含む金属のクラスから選択される。金属、金属酸化物、金属カーバイド、金属シリカを含む広範なものが、補強フィラーとして使用することができる。有用な金属は、アルミニウム、鉄、スチール、銅、ニッケル、すず及び亜鉛を含む。
【００１０】
有用な非鉄成分は、金属酸化物、ニトライド、シリカ、カーボネート及び酸化アルミニウム、シリカ、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、カルシウム及びマグネシクム・カーボネート、ドロマイト、アルミノシリケート、コルヂエライト、カルシウムサルフェート、クレイ、タルク、ガラファイト、カーボン等のようなフォスフェートを含む。補強材料は、単独か、又は混合物として、又は合金として使用される。粉末、ショット（shot）、充填材を含む粒子形状のものを使用することができる。フィラーの量は、約２５−４５容積％の間である。本発明による最も有用な柔軟な型成分は、エポキシ又はウレタンプラスチック材料と組み合わせられた約３０容積％のアルミニウム充填材を含むことが分かった。
【００１１】
この方法によって製造された柔軟な型は、金属、セラミック、粉末材料から金属、セラミック製の最終形状に近い成形部品をつくるために射出成形機械で使用される。本発明は、プラスチック樹脂/フィラーの組み合わせからつくられる柔軟な型から複雑な形状の硬い金属及びセラミックを経済的に製造する第１に商業的に実行可能な方法を提供する。
【００１２】
本発明は、機械加工によって、又は成長SLAマスターパターンによるような当業者によく知られた多数の適切な方法によってつくられるマスターパターンの周りの柔軟な型を鋳造することを企図する。この後者の方法は、３次元の中実なCADファイルを拡大したSLAに変換することから成り、これは、柔軟な型を鋳造するパターンとして使用され、最も好ましいのは、ポリウレタン又はエポキシが補強フィラーと予め混合され、マスターパターンの周りで鋳造される。樹脂が固体に硬化した後、マスターパターンは、取り除かれ、製造すべき最終的な所望の形状の金属又はセラミックスに型のキャビティを残す。
【００１３】
もし必要であれば、Fanelliらに付与された米国特許第4,734,237号及び米国特許第4,734,237号で説明されている粉末供給材料をつくるための柔軟な型で実行することができる。さらに柔軟な型は、変形され、標準的な射出成形機で最終的な部品の製造を容易にするために冷却ライン、ガイドピン、除去可能な湯口、突出しシステムのような他の標準的な構成を組み込むために変形される。
【００１４】
柔軟な型は、金属又はセラミックスを含むプラスチック材料及び硬い材料に使用する標準的な多数の射出成形機械に取り付けることができる。射出成形は、約１０ＭＰａ（約1,500psi）より小さい低い成形圧力と、約100℃（212°Ｆ）以下で成形することができる低圧/低温供給材料を使用して実行される。Fenelliらに説明されているポリサッカライドベースの供給材料の水溶液は、本発明による柔軟な型を使用して射出成形する好ましい型式の成分である。
【００１５】
部品は、射出成形機械から除去された後、それらは、乾燥され、成形される材料と一貫した焼成スケジュールによって焼成される。焼成スケジュールは、多数の金属セラミック材料が知られており、さらに説明する必要はない。
【００１６】
図１は、次のステップを含む射出成形機械の完成部品を製造する方法の
好ましい実施形態のフローチャートである。即ち、
ａ）所望の形状のパターンを用意する工程、
ｂ）パターンの周りに材料を注ぎ柔軟な型を形成する工程、
ｃ）柔軟な型材料を剛性のある固体に硬化させる工程、及び
ｄ）柔軟な型材料からパターンを取り除きキャビティを形成する工程を含む。
【００１７】
パターンはアルミニウム又はスチールのようなエポキシ又は金属からつｙくられ、使用される適当な収縮データを反映させなければならない。いくつかの仕上げ機械は、柔軟な型を必要とする正確な寸法を得るために必要である。柔軟な型が要求された特性に合致すると、最終的な部品は図１に示した次のステップを使用して射出成形機で製造される。
【００１８】
ｅ）突出し装置を柔軟な型に取り付ける工程、
ｆ）柔軟な型を射出成形機に取り付ける工程、及び
ｇ）所望の部品を成形するための適当な温度及び圧力で適当な時間にわたって射出成形機に粉末供給材料を導入する工程。
【００１９】
本発明全体を明確簡単な技術用語で説明したが、本発明のいくつかの好ましい実施形態を示すために次の例が提供される。しかしながら、これらの例は本発明を制限することを目的とするものではない。
【００２０】
例１
レーザシステムを使用して成長したSLAマスターパターンは、ティーカップ形状にCADファイルからつくられた。エポキシ樹脂は、鋳造媒体の３０容積％を構成するアルミニウム・充填材でつくられ、木製の台で支持されたマスターパターンの周りに注がれた。エポキシ樹脂は、ほぼ２４時間にわたって硬化することができるように乱されず、剛性を有する固体に硬化された。マスターパターンはエポキシの型にティーカップの形状のキャビティーが残るように取り除かれ、エポキシの型は木製の台から取り除かれた。
【００２１】
射出成形機械における設置を可能にするために、エポキシ型に、スプルーブシング、ノズル通路、突出し装置、換気口、格子、支持ブラケット、及び配置リングの導入からなる二次機械加工がなされた。エポキシの成型に対するCAD図面の完成からの経過時間の全体は、ほぼ３週間であった。型は、Cincinnati Milicron社の85トン往復動射出成形機械に設置され、最終形状成形ティーカップはほぼ２．８ＭＰａ−４．８ＭＰａ（ほぼ400-700psi）及び８５℃（185°F）のバレル温度の液圧成形圧を使用してステンレススチール供給材料から成形された。成形温度は、冷却器によって12.8℃(55°Ｆ)で制御され、316Lのステンレススチールの標準のスケジュールを使用して空気の環境で焼成された。カップは、必要な、強度、寸法及び外観の特性全体を所有していた。
【００２２】
例２
例１に示された手順は、セラミック供給材料の水溶液が射出成形機械でティーカップを成形するために使用されることを除いてこの例についても行われた。セラミック供給材料は、主な材料として水・寒天ポリサッカライド固着剤を有するアルミノシリケート粉末から成る。この成形されたカップは、標準のセラミック焼成スケジュールを使用して空気環境で焼成された。圧力、温度、及び時間は、例１の316Lステンレススチール供給材料とこの実施形態と同じである。完成したカップは図３（a)に示されている。
【００２３】
例３
「入口案内羽根」が機械加工されたスチールマスターパターンからつくられた。ベインの寸法は、１０．２６cm×１．９０cm×４０．６cm（４"×３／４"×１／１６"）である。鋳造媒体の３０％の容積から構成されるアルミニウム充填材と予備混合されるエポキシ樹脂は、マスターパターンの周りに注がれ、これは、木製の台に支持された。エポキシ樹脂が２４時間で剛性を有する固体に硬化した後、マスターパターンはエポキシの型に入口案内ベインの形状のキャビティーが残るように取り除かれ、エポキシの型は木製の台から取り除かれた。
【００２４】
二次機械加工作業は、例１で説明したようにエポキシ樹脂で必要とされるように実行された。エポキシ型は、Cincinnati Milicron社の射出成形機械に設置され、最終形状の成形ベインは、ほぼ２．８ＭＰａ−４．８ＭＰａ（ほぼ400-700psi）とほぼ８５℃（185°Ｆ）のバレル温度の範囲で液圧成形圧力を使用して17-4PHステンレススチール供給材料の水溶液から成形された。成形温度は、冷却器によってほぼ12.8℃(55°Ｆ)で制御された。図３（ｃ）に示した完成したベインは、ほぼ２４時間にわたって乾燥され、17-4PHステンレススチールの場合標準の焼成スケジュールを使用して水素大気で焼成された。ベインは、必要とされる特性及び特徴全体を所有していた。
【００２５】
例４
フォークの形をした平坦な食卓用食器類は、例１の手順全体に続いて機械加工されたスチール製のマスターパターンからつくられた。ポリサッカライドは、鋳造媒体の３０％の容積を構成するアルミニウム充填材と混合され、木製台で支持されたマスターパターンの周りで鋳造された。ウレタンは、２４時間にわたって硬化し剛性を有する固体になった。
【００２６】
二次機械作業は、例１に示したようにウレタン製の型に必要なものとして実行された。図２に示す型は、Cincinnati Milicron社 55トン往復動射出成形機械に設置され、最終形状のティーカップはほぼほぼ２．８ＭＰａ−４．８ＭＰａ（ほぼ400-700psi）及び85℃（185°F）のバレル温度の液圧成形圧を使用して316L及び17-4PHステンレススチール供給材料から成形された。成形温度は、冷却器からの液体を循環することによって12.8℃（55°Ｆ)で制御された。図3(b)に示す完成した食器類は、ほぼ２４時間にわたって乾燥され、316L又は17-4PHステンレススチールの場合標準の焼成スケジュールを使用して水素大気で焼成された。食器類は、表面仕上げ及び密度に関して必要とされる特性を所有していた。
【００２７】
本発明は、射出成形装置においてエポキシ樹脂又はポリウレタンのような「柔軟な型（soft tooling）」を使用して金属又はセラミック材料から複雑な部品を成形するために必要とされる長期の産業上のニーズを満たすものである。この型のコストは、比較的に安く、製造時間は、金属型を製造する従来の方法に比較して比較的に短い。完成した部品は、他の処理をほとんどかまったく必要とせず、非常に経済的な処理になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明による柔軟な型の製造方法の１つの実施形態を示し、型から最終的に完成した部品を製造する方法を含むフローチャートである。
【図２】
アルミニウムの約３０容積％で充填されたエポキシ樹脂で成形された柔軟な型の写真である。
【図３】
柔軟な型とポリサッカライド供給材料の水溶液を使用して射出成形機でつくられたステンレススチール及びセラミック部品の写真である。