(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャビティ内への第１注入口以外の注入口を開閉可能なスライド型を備え、前記キャビティ内に金属粉末とバインダとの第１混練体を前記第１注入口より噴射して凝固させた後、該スライド型を移動して前記キャビティを拡張しつつ順次注入口を開口し、前記第１混練体とは異なる材質の混練体を順次噴射し凝固させて複数の金属材料よりなるグリーン体を得、該グリーン体を脱脂、焼結することを特徴とする焼結部品の製造方法。
【請求項２】
第１の金属粉末とバインダの混練体を円筒状のキャビティ内に噴射して凝固させた後、前記キャビティ内に配設した円筒のスライド型を移動して前記キャビティを拡張して円筒状の第１空間を得て、該第１空間に第２の金属粉末とバインダの混練体を噴射して凝固させた後、更に前記スライド型を移動して前記キャビティを拡張して円筒状の第２空間を得て、該第２空間に第３の金属粉末とバインダの混練体を噴射して凝固した３層の混練体よりなるグリーン体を得て、該グリーン体を脱脂、焼結することを特徴とする焼結部品の製造方法。
【請求項３】
前記第１の金属粉末と前記第３の金属粉末とが同一の磁性材で、前記第２の金属粉末が非磁性材であることを特徴とする請求項２記載の焼結部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、金属粉末射出成形方法に関し、特に複数の金属材料で構成される部品の製造を行う金属粉末射出成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の金属粉末射出成形方法としては、特開平５−５９４０７号公報に示されたものがある。これは、金属粉末とバインダとの混練体を射出成形により成形してグリーン体を得て、複数のグリーン体を所望の形状に組立てる。組立てたグリーン体は、脱脂して複合成形体を水素と不活性ガスの混合ガスであって露点−３０℃以下の雰囲気中で７５０℃以下の温度を開始温度とし５００℃以上７５０℃以下の温度を終了温度とする加熱処理をおこなってから、焼結するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記した方法では、複数のグリーン体を別々に成形した後、組立て用に専用の工作機械が必要となる。工作機械においては、複数のグリーン体毎に成形精度の誤差が生じているため、例えば同心軸上に複数のグリーン体を組立てたくても、前記誤差により組立てたグリーン体の同心度が十分得られない場合がある。
【０００４】
また、金属粉末射出成形方法ではない方法で複数の金属材料を一体にした部品を製造する方法としては、特開平５−２３７６７８号公報に開示されたものがある。これは、強磁性である電磁アクチュエータ部材の改質部分にニッケル箔を巻き付け、その部分にレーザービームを照射してニッケルをアクチュエータ部材に合金化させ、この部分を非磁性又は弱磁性に改質して、磁性部材と非磁性部材とが一体となった部品を得るものである。
【０００５】
しかしながら、この方法では、非磁性又は弱磁性部分を形成するために、ニッケル箔を強磁性部材の表面に巻き付けて改質しているので、表面上は非磁性又は弱磁性になるものの内部においては改質されない。また、非磁性又は弱磁性部分と強磁性部分との境界面は、この方法において明確に制御できず、所望の境界面を得ることはできない。
【０００６】
故に、本発明は、金属粉末射出成形方法において、複数の金属材料が一体となった焼結部品を安価に精度良く製造し、また、強磁性材と非磁性材との境界面を任意に設定可能な焼結部品の製造方法を提供することを、その技術的課題をするものである。
【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請求項１の発明は、キャビティ内への第１注入口以外の注入口を開閉可能なスライド型を備え、キャビティ内に金属粉末とバインダとの第１混練体を第１注入口より噴射して凝固させた後、スライド型を移動してキャビティを拡張しつつ順次注入口を開口し、第１混練体とは異なる材質の混練体を順次噴射し凝固させて複数の金属材料よりなるグリーン体を得、グリーン体を脱脂、焼結するようにしたので、複数の金属材料よりなるグリーン体を組立てる必要がなく、外観精度の良いグリーン体を得ることができるのである。また、混練体を順次に注入していくので、別の混練体との境界面との接着が注入時の加圧により促進されるため、境界面で材質の異なる混練体が剥がれるということがないのである。
【０００８】
また、請求項２の発明によれば、第１の金属粉末とバインダの混練体を円筒状のキャビティ内に噴射して凝固させた後、キャビティ内に配設した円筒のスライド型を移動してキャビティを拡張して円筒状の第１空間を得て、第１空間に第２の金属粉末とバインダの混練体を噴射して凝固させた後、更にスライド型を移動してキャビティを拡張して円筒状の第２空間を得て、第２空間に第３の金属粉末とバインダの混練体を噴射して凝固した３層の混練体よりなるグリーン体を得て、該グリーン体を脱脂、焼結するようにしたので、金属材料の各層の軸心が同心上に存在する精度の良い円筒状のグリーン体を得ることができるのである。
【０００９】
更に、請求項３の発明によれば、請求項２の発明において、第１の金属粉末と第３の金属粉末とが同一の磁性材で、第２の金属粉末が非磁性材としたので、磁性材と非磁性材との境界面を任意に設定できる部品を得ることができるのである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
この出願の発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る金属粉末射出成形装置の断面図である。図２は本発明に係る金属粉末射出成形装置により成形されるグリーン体及び製品の斜視図である。
【００１１】
先ず実施の形態に基づく構成を説明する。
【００１２】
図１に示されるように、金属粉末射出成形装置１は、成形されるグリーン体１０の外形を形成する径の異なる連続した孔２ａ、２ｂが開けられた固定型２と、孔２ａ側の開口を塞ぐ移動型３と、孔２ｂ側の開口を塞ぐノックアウトピン４及び円筒状のパンチ５とから構成される。
【００１３】
固定型２は、金属粉末とバインダとの混練体を注入される注入口２ｃが径の大きい孔２ａに、軸方向に並列した注入口２ｄ、２ｅが径の小さな孔２ｂにそれぞれ連通するように形成されている。移動型３は、孔２ａ側の開口を塞ぐ基部３ｃと、基部３ｃから突出した孔２ａより径の小さな凸部３ａと、凸部３ａから突出した孔２ｂより径の小さなピン３ｂとが形成されている。ピン３ｂの先端側には、孔２ｂ側の開口を塞ぐように、孔２ｂとピン３ｂとの間を摺動可能な円筒状のパンチ５と、パンチ５内を摺動可能で、かつ、ピン３ｂと同径でピン３ｂの先端面と当接するノックアウトピン４とが配置されている。
【００１４】
キャビティ６は、孔２ａの壁面と、孔２ｂの壁面と、移動型３の基部３ｃの先端面と、凸部３ａ及びピン３ｂの外周面及び先端面と、パンチ５の先端面と、ノックアウトピン４の先端面とから形成される。また、キャビティ６は、パンチ５とノックアウトピン４とを移動させることにより、容積を変化させることができる。
【００１５】
本発明の実施の形態においては、注入口２ｃ、２ｅには、それぞれ磁性をもつ金属粉末である１８Ｃｒ系ステンレス粉末とバインダとの混練体が加圧供給される。注入口２ｄには、非磁性の金属粉末である１８Ｃｒ−Ｎｉ系ステンレス粉末とバインダとの混練体が加圧供給される。バインダとしては、熱可塑性樹脂のポリエチレンや、ポリプロピレンやエチレン−酢酸ビニル共重合体等をベースとし、ワックスと低分子量添加剤を混合したものが使用される。
【００１６】
しかし、金属粉末は、それぞれの注入口２ｃ、２ｄ、２ｅへ供給される混練体に含有されているものが異なっても良い。また、金属粉末の材料特性は、磁性又は非磁性について特に限定する必要のない場合は、他の材料特性により金属粉末を選定し、例えばステンレス鋼、チタン（合金）、Ｆｅ−Ｎｉ系合金、Ｃｏ基合金、Ｎｉ基合金、高速度鋼等から選定しても良い。
【００１７】
金属粉末の粒子形状としては、球形で粒子の大きさが１０μｍ以下が望ましく、混練体においては、金属粉末がバインダに対して４５〜６５体積％で、かつ、重量比が約９割を占めるように調整されていると良い。
【００１８】
次に実施の形態に基づく作動について説明する。
【００１９】
第１段階においては、図１（ａ）に示されるように、パンチ５は、ピン３ｂの半分以上を被覆し、注入口２ｃを開口し、注入口２ｄ、２ｅを閉口した状態となっている。このとき、キャビティ６は、孔２ａの壁面と、孔２ｂの壁面と、移動型３の基部３ｃの先端面と、ピン３ｂの外周面と、凸部３ａの先端面及び外周面と、パンチ５の先端面とから形成される。
【００２０】
注入口２ｃには、第１の金属粉末とバインダとの混練体が、金属粉末射出成形装置１の外で約１５０℃〜２００℃に加熱されたものが供給される。次に、加熱された第１の金属粉末とバインダとの混練体は、圧力１５０〜１０００ｋｇｆ／ｃｍ２程度がかけられて、プランジャ速度２０〜２００ｍｍ／ｓｅｃで注入口２ｃから約６０℃に加熱されているキャビティ６内に注入され、凝固して第１のグリーン体１０ａを形成する。
【００２１】
次に、第１のグリーン体１０ａがキャビティ６内である程度凝固すると、第２段階において、図１（ｂ）に示されるように、パンチ５は、第１段階に比べキャビティ６を拡張する方向に移動して、注入口２ｄを開口し、注入口２ｅが閉口した状態となる。パンチ５の移動に伴い、キャビティ６（第１空間）は、第１のグリーン体１０ａの先端面と、孔２ｂの壁面と、ピン３ｂの外周面と、凸部３ａの先端面及び外周面と、パンチ５の先端面とから形成される。
【００２２】
注入口２ｄには、第２の金属粉末とバインダとの混練体が第１段階と同じような条件で供給される。第２の金属粉末とバインダとの混練体は、注入口２ｄからキャビティ６内に注入され、凝固して第１のグリーン体１０ａと合体することにより、第２のグリーン体１０ｂを形成する。
【００２３】
更に、第２のグリーン体１０ｂがキャビティ６内である程度凝固すると、第３段階において、図１（ｃ）に示されるように、パンチ５は、第２段階に比べ更にキャビティ６を拡張する方向に移動して、注入口２ｅを開口する。パンチ５と共にノックアウトピン４も同方向に移動し、キャビティ６（第２空間）は、第２のグリーン体１０ｂの先端面と、孔２ｂの壁面と、パンチ５及びノックアウトピン４の先端面と、ピン３ｂの外周面及び先端面とから形成される。
【００２４】
注入口２ｅには、第１段階で使用された第１の金属粉末とバインダとの混練体が第１段階と同じ条件で供給される。第１の金属粉末とバインダとの混練体は、注入口２ｅからキャビティ６内に注入され、凝固して第２のグリーン体１０ｂと合体することにより、グリーン体１０を形成する。
【００２５】
グリーン体１０は、移動型３を固定型２内から引き抜き、孔２ａ側を開口してノックアウトピン４を孔２ａ方向へ移動させることにより、グリーン体１０を押し出すことにより金属粉末射出成形装置１から取り出される。
【００２６】
グリーン体１０を取り出した後、バインダを含有しているグリーン体１０は、炉に入れられて、バインダを構成する各成分の融点を超す熱分解温度（約６００℃以内）まで徐々に昇温され、グリーン体１０の肉厚にもよるが十分な時間（１０〜７２時間）をかけてバインダが液状又はガス状の分解物されて、グリーン体１０内からバインダが除去され、ブラウン体１１を得る。バインダの除去については、溶媒例えばトリクロロエチレンにグリーン体１０をつけて、一部のバインダを溶解して除去した後に、炉へ入れても良い。
【００２７】
次に、ブラウン体１１は、水素雰囲気下又は高真空下で、金属の融点の８０％以上から融点直下の温度まで昇温され、焼結されて図２に示されるような製品１２となる。製品１２は、ブラウン体１１の１５〜２５％の収縮量で成形される。
【００２８】
上述した実施の形態においては、パンチ５を円筒状のものにしているが、必ずしもこの形状である必要はなく、例えば、製品に環状部分でなく一部分のみに材料特性の異なるものを一体的に成形したい場合、プレート状のパンチを移動して混練体が供給される注入口を開口、閉口可能なようにして、パンチの移動に伴い形成される略長方形の空間により成形するようにしても良い。また、パンチ５の先端面は、製品１２の端面を形成するために、軸方向に対して傾斜して形成されているが、金属粉末の異なる混練体の境界面を機能要求に合わせて、例えば磁性材と非磁性材との境界面を製品１２の軸方向の直交方向で明確に分けたい場合、パンチ５の先端面を軸方向に対して垂直に形成すればよい。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係る焼結部品の製造方法は、キャビティ内で複数の金属材料よりなるグリーン体が、一体的に成形されるので、複数の金属材料よりなるグリーン体を組立てる必要がなく、外観精度の良いグリーン体を得ることができるのである。また、混練体を順次に注入していくので、別の混練体との境界面との接着が注入時の加圧により促進されるため、境界面で材質の異なる混練体が剥がれるということがないのである。
【００３０】
また、円筒状のキャビティ内に順次に、混練体が供給されるので、金属材料の各層の軸心が同心上に存在する精度の良い円筒状のグリーン体を得ることができるのである。
【００３１】
更に、円筒状のキャビティ内順次に、磁性材の第１の金属粉末の混練体、非磁性の第２の金属粉末の混練体、磁性材の第１の金属粉末の混練体が供給されるようにしたので、磁性材と非磁性材との境界面を任意に設定できる部品を得ることができるのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る金属粉末射出成形装置の断面図。
【図２】本発明に係る金属粉末射出成形装置により成形されるグリーン体及び製品の斜視図。
【符号の説明】
１    金属粉末射出成形装置
２    固定型
３    移動型
４    ノックアウトピン
５    パンチ
６    キャビティ
１０  グリーン体
１１  ブラウン体
１２  製品
【図１】
0003978916.tif 000002
【図２】
0003978916.tif 000003