(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属粉末とバインダとを混合させた成形材料を型内に射出成形する金属粉末射出成形法により，第１成形体を射出成形した後，該第１成形体の接合面に密着した状態で第２成形体を射出成形して両者を一体化してなる金属複合成形体を製造する方法であって，
上記第２成形体の射出成形は，上記第１成形体の接合面上において該接合面と平行な方向の流れ成分が得られるように上記第２成形体用の第２成形材料を流動させながらこれを上記型内に充填するに当たり，上記第２成形材料は，上記接合面上において，全体の流れ方向が上記接合面と平行な方向となるように流動させることを特徴とする金属複合成形体の製造方法。
【請求項２】
請求項１において，上記第２成形材料の流路には，上記第１成形体の接合面上においてその前後よりも流路を狭めた狭幅部を設けてあることを特徴とする金属複合成形体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は，金属粉末射出成形法により，同種又は異種材料よりなる２つの成形体を一体化してなる金属複合成形体を製造する場合の成形法に関する。
【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。この方法は，金属粉末をバインダと混合させて流動性を持たせて，これを射出成形し，得られた成形体から加熱等により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製品を得る。
【０００３】
また，この金属粉末射出成形法を用いて，同種又は異種材料よりなる複数の焼結体を一体化してなる金属複合焼結体を製造することもできる。この場合には，図６（ａ）（ｂ）に示すごとく，たとえば予め作製した第１成形体９１を金型８内にインサートし，これと同種又は異種材料よりなる第２成形体９２を成形すると共に一体化して金属複合成形体を作製する。そして，その後，これを脱脂，焼結して上記の金属複合焼結体を得る。
【０００４】
【解決しようとする課題】
しかしながら，上記金属複合成形体において，複数の成形体の境界面においては，成形材料に含有されるバインダの濃度が高くなりやすく，焼結後に健全な接合界面が得られない場合があるという問題がある。具体的には，図６（ｂ）における界面Ｓにおいては，図７に示すごとく，第１成形体９１の接合面表面にはバインダの濃度が高いバインダ高濃度部９１８が形成され，一方，第２成形体９２の接合面表面にもバインダの濃度が高いバインダ高濃度部９２８が形成されている。そして，これらのバインダ高濃度部９１８，９２８同士が接合した状態の界面が得られる。
【０００５】
すなわち，金属粉末射出成形法に用いる成形材料は，金属粉末とバインダとの混合物であり，所定の温度に加熱することによりバインダを液状化して成形材料全体を流動化させたものである。成形材料の流動化状態においては，金属粉末よりもバインダの方が流動性が高い。
そのため，図８に示すごとく，射出成形時には，成形材料９５におけるバインダ高濃度部９５１が流路中央から先端に吹き出し，その後側面に回り込むように流動する。それ故，成形された成形体の表面には流動性の高いバインダの濃度が高くなった層が形成され，２つの成形体の界面においてもこれが残存した状態となる。なお，金型８と接する流れ方向の側面側においては，最初に固化するバインダ高濃度部に対して内部の流動によってせん断力Ｆが加えられる。そのため，側面部においては先端部よりもバインダ高濃度部の厚みが薄い状態となる。
【０００６】
そして，上記のごとく複数の成形体の界面にバインダ高濃度部が残存している状態で脱脂を行った場合には，バインダの消失により窪みが生じてしまう場合がある。また，その後の焼結によって正常な接合状態が得られない場合もある。
【０００７】
本発明は，かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので，異種材料もしくは同種材料よりなる複数の成形体の境界面においてバインダ高濃度部の形成を抑制することができる金属複合成形体の製造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，金属粉末とバインダとを混合させた成形材料を型内に射出成形する金属粉末射出成形法により，第１成形体を射出成形した後，該第１成形体の接合面に密着した状態で第２成形体を射出成形して両者を一体化してなる金属複合成形体を製造する方法であって，
上記第２成形体の射出成形は，上記第１成形体の接合面上において該接合面と平行な方向の流れ成分が得られるように上記第２成形体用の第２成形材料を流動させながらこれを上記型内に充填するに当たり，上記第２成形材料は，上記接合面上において，全体の流れ方向が上記接合面と平行な方向となるように流動させることを特徴とする金属複合成形体の製造方法にある。
【０００９】
本発明において最も注目すべきことは，上記第２成形体の射出成形を行う際に，その第２成形材料の流動方向を，上記のごとく積極的に制御し，第１成形体の接合面と平行な流れ方向を生み出すことである。この接合面と平行な流れ成分とは，直進するものだけでなく，接合面と平行な面上において曲折させる場合も含む。
【００１０】
次に，本発明の作用効果につき説明する。
本発明においては，上記第１成形体を射出成形した後，これを配置した型内に第２成形体用の第２成形材料を射出成形する。このとき，第２成形材料は，第１成形体の接合面上においてこれと平行な方向の流れ成分を発生させる。これにより，第１成形体と第２成形体との境界部分（接合部分）においては，バインダ高濃度部の形成を抑制することができる。
【００１１】
この理由は次のように考えられる。
第１に，金属粉末とバインダとの混合物よりなる成形材料は，これを流動させた場合に流動性に優れたバインダが流動方向先端部に高い濃度で集まり，その側面部は先端部よりもバインダ濃度の低い状態となる。ここで，上記のごとく，上記第１成形体の接合面に対して第２成形材料を平行に流して充填することにより，第１成形体と接触する部分には第２成形体における上記平行な流れ成分の側面部，つまり，もともとバインダ濃度が比較的低い部分が配置される。
【００１２】
第２に，第１成形体の接合面に対して平行に第２成形材料が流動するので，接合面に対してはせん断応力が発生する。これにより，第１成形体の接合面にバインダ高濃度部が形成されていた場合にも，このバインダ高濃度部が上記せん断力により削り取られる。
【００１３】
第３に，第１成形体の接合面上において第２成形材料が流動し続けるので，第２成形材料から上記接合面に対して熱が与え続けられる。そのため，接合面におけるバインダ硬化層のバインダが再び流動性を取り戻し，第２成形材料と共に接合面上から運び出される。
【００１４】
以上の３つのような作用が組合わさって，第１成形体の接合面と第２成形体との境界部分においては，バインダ高濃度部の形成が抑制されると考えられる。そして，これにより，得られる金属複合成形体に対して脱脂工程および焼結工程を加えても，良好な品質を維持することができる。
【００１５】
従って，本発明によれば，異種材料もしくは同種材料よりなる複数の成形体の境界面においてバインダ高濃度部の形成を抑制することができる金属複合成形体の製造方法を提供することができる。
【００１６】
次に，上記第２成形材料は，上記接合面上において，全体の流れ方向が上記接合面と平行な方向となるように流動させる。これにより，接合面上におけるこれと平行な流れ成分を容易に得ることができる。
【００１７】
また，請求項２の発明のように，上記第２成形材料の流路には，上記第１成形体の接合面上においてその前後よりも流路を狭めた狭幅部を設けてあることが好ましい。この場合には，第２成形材料が狭幅部を通過する際にその内部圧力が高まり，第１成形体の接合面上において生じるせん断力を高めることができ，上記のバインダ高濃度層の形成抑制効果を高めることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
実施形態例１
本発明の実施形態例にかかる金属複合成形体の製造方法につき，図１を用いて説明する。
本例においては，金属粉末とバインダとを混合させた成形材料を型内に射出成形する金属粉末射出成形法により，第１成形体１１を射出成形した後，該第１成形体１１の接合面１１０に密着した状態で第２成形体１２を射出成形して両者を一体化してなる金属複合成形体１を製造した。
上記第２成形体１２の射出成形は，上記第１成形体１１の接合面１１０上において該接合面１１０と平行な方向の流れ成分が得られるように上記第２成形体１２用の第２成形材料を流動させながらこれを上記型８内に充填する。
【００２１】
以下，これを詳説する。
本例では，上記第１成形体１１用の第１成形材料としては，平均粒径１０μｍのＳＵＳ３１６粉末と，ＰＷ，ＥＶＡ，アクリル，ステアリン酸よりなるバインダを混合したものを用いた。また，第２成形体１２用の第２成形材料としては，平均粒径１０μｍのＳＵＳ４１０粉末と，ＰＷ，ＥＶＡ，アクリル，ステアリン酸よりなるバインダを混合したものを用いた。
【００２２】
そして，図１に示すごとく，型（金型）８に設けた第１キャビティ７１に予め成形した第１成形体１１をインサートし，その接合面１１０を露出させた第２キャビティ７２内に第２成形材料を射出して第２成形体１２を成形した。なお本例では，第１成形体１１を事前に別の金型により成形し，金型８の第１キャビティ７１に挿入したが，金型８に種々工夫を加えておき金型８の第１キャビティ７１内に直接射出成形してもよい。また，本例では，第２キャビティ７２のゲート８２を，上記接合面１１０と平行な方向に設けた。
【００２３】
ここで注目すべきことは，図１に示すごとく，上記第２成形体１２の射出成形は，第２成形材料が接合面１１０上において，全体の流れ方向が接合面１１０と平行な方向となるように流動させて行ったことである。そして，これにより，第１成形体１１の接合面１１０上においては，該接合面１１０と平行な方向の流れ成分Ｒを生じさせた。
【００２４】
この結果，得られた金属複合成形体１は，第１成形体１１と第２成形体１２のそれぞれの接合面１１０，１２０において，従来のようなバインダ高濃度部の形成を抑制することができる。
これは，図１に示すごとく，第２成形材料が第１成形体１１の接合面１１０上を平行に流動することによって，少なくとも上述した３つの効果が得られるためであると考えられる。
【００２５】
即ち，まず第１に，第２成形体１２の接合面１２０は流動方向の側面部に該当するため，バインダ濃度がもともと比較的低い部分となる。第２に，第１成形体１１の接合面１１０に対してせん断応力が加えられ，接合面１１０上のバインダ高濃度部が削り取られる。第３に，第２成形材料から接合面１１０に対して熱が与え続けられることにより，接合面１１０におけるバインダに再び流動性が戻り，第２成形材料と共に接合面上から運び出される。
この結果，第１成形体１１と第２成形体１２との境界部，つまり接合面１１０と接合面１２０とはいずれも従来よりもバインダ濃度が低下した状態となる。
【００２６】
そして，得られた金属複合成形体１を脱脂し，焼結を行った結果，第１成形体１１と第２成形体１２との接合が非常に強固になされていると共に外観上問題ない優れた品質を有する金属複合焼結体が得られた。
【００２７】
実施形態例２
本例は，図２に示すごとく，実施形態例１における金型８を改造し，第２成形材料の流路において，第１成形体１１の接合面１１０上においてその前後よりも流路を狭めた狭幅部８５を設けた例である。具体的には，第１成形体１１の接合面１１０と対抗する位置の金型８に突起部８５０を設け，これにより上記狭幅部８５を設けた。
【００２８】
この場合には，接合面１１０と平行な流れ成分Ｒが生じる部分が，上記狭幅部８５の存在によって増圧される。そのため。第２成形材料から第１成形体１１の接合面に付与されるせん断応力を高めることができる。それ故，上述した接合面１１０のバインダ成分の除去効果を高めることができる。
その他は実施形態例１と同様の作用効果が得られる。
【００２９】
実施形態例３
本例は，図３に示すごとく，実施形態例１における第２キャビティ７２の形状を変更した例である。即ち，第２キャビティ７２における第１成形体１１の接合面１１０の露出位置を若干後退させ，段部８６を形成した。この場合においても，第１成形体１１の接合面１１０上においては，これと平行な第２成形材料の流れ成分Ｒを得ることができる。この場合には，接合面１１０上において流路が若干広がるので接合面１１０に対するせん断力が若干弱くなるものの，実施形態例１とほぼ同様の作用効果を得ることができる。
【００３０】
参考例１
本例は，図４に示すごとく，第２成形材料が，第１成形体１１との接合面１１０に対して非平行な方向から進行してきて，上記接合面１１０上においてこれと平行な方向に変換される流れ成分Ｒを有するように流動させる例である。
【００３１】
具体的には，金型８の第２キャビティ７２を略Ｔ字状とし，その軸部側流路７２１を第１成形体１１の接合面１１０に垂直に設け，頂部側流路７２２を接合面１１０に平行に設けた。また，第１成形体１１との接合面１１０に対して非平行な方向から進入する上記軸部側流路７２２の流路幅Ａは，第１成形体１１の接合面１１０の幅Ｂよりも狭くした。
【００３２】
これにより，第２成形体１２の射出成形時には，第２成形材料を接合面１１０に対して垂直に進行させた後，接合面上において流れ方向を９０度変換させることができる。そのため，図４に示すごとく，左右にそれぞれ接合面１１０に平行な流れ成分Ｒを設けることができる。
それ故，本例の場合にも，実施形態例１と同様に，上記接合面１１０に平行な第２成形材料の流れ成分Ｒの存在によって，第１成形体１１と第２成形体１２との境界部分において，バインダ高濃度部の形成を抑制することができる。
【００３３】
参考例２
本例は，図５に示すごとく，金型８の第２キャビティ７２をＬ字状に変更した例である。具体的には，第１成形体１１の接合面１１０に垂直な垂直流路７２３と，平行な平行流路７２４とを組み合わせて第２キャビティ７２を設けた。また，本例でも，第１成形体１１との接合面１１０に対して非平行な方向から進入する上記垂直流路７２３の流路幅Ａは，第１成形体１１の接合面１１０の幅Ｂよりも狭くした。
【００３４】
本例においても，第２成形体１２の射出成形時には，第２成形材料を接合面１１０に対して垂直に進行させた後，接合面上において流れ方向を９０度変換させることができる。そのため，図４に示すごとく，接合面１１０に平行な流れ成分Ｒを設けることができる。この場合にも参考例１と同様の作用効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施形態例１における，第２成形材料の流動状態を示す説明図。
【図２】  実施形態例２における，第２成形材料の流動状態を示す説明図。
【図３】  実施形態例３における，第２成形材料の流動状態を示す説明図。
【図４】  参考例１における，第２成形材料の流動状態を示す説明図。
【図５】  参考例２における，第２成形材料の流動状態を示す説明図。
【図６】  従来例における，（ａ）第２成形材料の流動状態，（ｂ）充填完了時の状態，を示す説明図。
【図７】  従来例における，複数の成形体界面の構成を示す説明図。
【図８】  従来例における，成形材料の流れ方を示す説明図。
【符号の説明】
１．．．金属複合成形体，
１１．．．第１成形体，
１１０．．．接合面，
１２．．．第２成形体，
１２０．．．接合面，
７１．．．第１キャビティ，
７２．．．第２キャビティ，
８．．．型（金型），
８２．．．ゲート，
Ｒ．．．接合面に平行な流れ成分，
【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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