(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼結用粉末とバインダーを含有する射出成形用組成物において、前記バインダーが組成物全体に対し30〜35容量％配合され、かつ該バインダーが、40〜55容量％の粉末結合用樹脂Ａと45〜60容量％の流動性付与用樹脂Ｂとから成り、これにより高密度化したことを特徴とする射出成形用組成物。
【請求項２】
焼結用粉末に対して0.1から0.6重量％の炭素粉末を添加した請求項１に記載の射出成形用組成物。
【請求項３】
粉末結合用樹脂Ａが、ポリアセタール、ポリプロピレン、変性ポリオレフィン、ポリエチレン及びポリビニルアルコールから成る群から選択される１又は２以上である請求項１又は２に記載の射出成形用組成物。
【請求項４】
流動性付与用樹脂Ｂが、パラフィンワックス、ビーズワックス及びカルナバワックスから成る群から選択される１又は２以上である請求項１から３までのいずれかに記載の射出成形用組成物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、その性能を低下させることなく、高密度製品を作製できる射出成形用組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
射出成形用組成物として、一般的に金属粉末又はセラミックス粉末から成る焼結用粉末約55容量％及びバインダー約45容量％の配合物が使用され、このバインダーは、通常焼結用粉末同士を結合させる役目を有する樹脂Ａ約70容量％と流動性を付与する役目を有する樹脂Ｂの配合物として使用される。
このような配合物及び配合割合を有する射出成形用組成物は、バインダーが全体積当たり約45容量％と多いために焼結後の最終製品の密度が低くなるという欠点がある。この低密度を改善するために特開平11−181501号公報では、窒素を含ませることを提案しているが、窒素を不純物としている場合もあり、全ての材料に適用できる訳ではない。又特開平11−350005号公報では、寒天バインダーで密度向上を意図しているが、水を使用するため蒸発しやすく取り扱いが困難であるという欠点がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この他に、密度向上とは無関係に、30〜70体積％の焼結用粉末と70〜30体積％のバインダーから成る射出成形用組成物が提案されている（特開平４−202703号公報）。この組成物中のバインダーは、低密度ポリエチレンとパラフィン系ワックス以外に界面活性剤を含有している。該界面活性剤の添加は、成形後の金型からの剥離性や前記低密度ポリエチレンとパラフィン系ワックス間の混合を良好にするためであるが、界面活性剤の添加は成分数の増加以外に通常その融点や沸点が高いために焼結後の生成物から除去できず、最終製品に残存する可能性があり、望ましいものではない。
【０００４】
更に特開平５−17802号公報記載の発明でも、ポリプロピレンとパラフィン以外に、高級飽和脂肪酸を使用し、特開平５−59402号公報記載の発明でも、ポリエチレンとパラフィン以外に、エチレン−酢酸共重合体を含有している。
本発明は、このような従来技術の欠点に鑑み、界面活性剤や高分子量の有機酸を使用しなくても、該界面活性剤添加の効能である金型からの剥離性やバインダー成分の良好な混合性を達成できる射出成形用組成物を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、焼結用粉末とバインダーを含有する射出成形用組成物において、前記バインダーが組成物全体に対し30〜35容量％配合され、かつ該バインダーが、40〜55容量％の粉末結合用樹脂Ａと45〜60容量％の流動性付与用樹脂Ｂとから成り、これにより高密度化したことを特徴とする射出成形用組成物である。
【０００６】
以下本発明を詳細に説明する。
まず金属粉末とバインダーを使用する射出成形体の製造の一例を図１ａ〜ｄに基づいて説明する。
図１ａに示す粒状バインダー１と金属粉末２を混練後、バインダー１が流動性を有する状態になるように、180〜200℃で加熱し射出成形すると、図１ｂに示す通り、金属粉末２の周囲に溶融したバインダー１ａが隙間なく埋め尽くされた状態になる。その後この溶融バインダー１ａを脱脂工程で分解及び除去して金属粉末２の周囲から除去し隙間（ボイド）３を形成し（図１ｃ）、更に高温の焼結工程で緻密化して高密度射出成形体とする（図１ｄ）。
【０００７】
より高密度の射出成形体を得るためには、図１ｄの焼結工程後の隙間３を減らせば良く、そのためには図１ｃの脱脂後の隙間を減少させれば良く、これは使用するバインダー量を減少させることにより達成できる。しかしながらバインダー量を減少させると流動性が悪くなって、射出成形体が金型から剥離しない等の不都合が生じ、場合によっては成形自体が不能になることがある。
従来は前述した通り、主として界面活性剤や窒素の添加で高密度化に対応していたが、本発明では、添加物によらず、組成物を構成する焼結用粉末とバインダーの割合、及びバインダー中の粉末結合用樹脂と流動性付与用樹脂との配合割合を特定することにより、射出成形体の高密度化を達成する。
【０００８】
本発明の射出成形用組成物は、金属粉末やセラミックス粉末等の焼結用粉末と、粉末結合用樹脂Ａと流動性付与用樹脂Ｂとから成るバインダーとを含んで成る。そしてバインダーが前記組成物全体に対し30〜35容量％配合され、かつ該バインダーが、40〜55容量％の粉末結合用樹脂Ａと45〜60容量％の流動性付与用樹脂Ｂとから成り、従来のような界面活性剤や高級有機脂肪酸を含有しない。
バインダー量を前述の通り限定するのは、該バインダー量が30容量％未満になると成形不能になることがあり、35容量％を超えるとバインダー量低減による射出成形体の高密度化が達成できないからである。
【０００９】
又バインダー中の樹脂Ａと樹脂Ｂの配合量に関してはバインダー量にも影響されるが、一般に、樹脂Ｂの下限が45容量％未満であると（樹脂Ａの上限が55容量％を超えると）、流動性が不十分になって成形不良になり、樹脂Ｂの上限が60容量％を超えると（樹脂Ａの下限が40容量％未満になると）、射出成形体の高密度化が達成できなくなる。
更に樹脂Ａと樹脂Ｂの配合比を上述の範囲とすることにより、バインダー量を30〜35容量％という高密度化にとって望ましい低い範囲での射出成形体の成形を可能にする。
本発明の粉末結合用樹脂Ａとして使用可能な樹脂としては、ポリアセタール、ポリプロピレン、変性ポリオレフィン、ポリエチレン、ポリビニルアルコール等があり、本発明の流動性付与用樹脂Ｂとして使用可能な樹脂としては、パラフィンワックス、ビーズワックス、カルナバワックス等がある。
本発明の焼結用粉末としては金属粉末とセラミックス粉末があり、金属粉末としては、鉄や銅などの金属単体、ステンレスやＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ等の金属合金、酸化チタン等の金属酸化物を含み、セラミックス粉末としては、アルミナ（Al2O3）、窒化シリコン（Si3N4）及び炭化チタン（TiC）等がある。
【００１０】
これらの樹脂原料を使用して射出成形体を製造するためには、１〜３mm程度に粉砕した樹脂Ａと樹脂Ｂの混合物（バインダー）をアトマイズ法などで作製もしくは粉砕した１〜10μｍ程度の金属粉末やセラミックス粉末等の焼結粉末と十分に加熱混練した後、バインダーが流動性を保持できる温度で射出成形する。その後、真空加熱で脱脂処理してバインダーを除去し、次いで1000〜1700℃で焼結して所定の高密度を有する射出成形体とする。
このようにして製造される射出成形体は、バインダー中の樹脂の配合割合と射出成形体中のバインダーの割合が特定され、この特定に応じた密度値を有することになる。そして前記射出成形体は界面活性剤等の付加成分を有しないため、出発原料の数が減少し、更に前記界面活性剤の除去が不要になるという長所を有している。
【００１１】
本発明では、前記射出成形用組成物に、0.1〜0.6重量％の炭素粉末を添加すると更に高密度化が促進される。これは焼結工程において金属粉末等の表面酸化膜が炭素によって還元されて緻密化が進行するからであると推測できる。
炭素量が0.1重量％未満では密度改善効果が不十分で、0.6重量％を超えると密度改善効果がそれ以上進行せず、又金属中に残留する炭素量が顕著になるという欠点が生じる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明に係わる射出成形用混合物製造の実施例及び比較例を記載するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００１３】
比較例１
金属粉末として粒径約６μｍのＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系粉末を使用し、かつバインダー中の樹脂Ａとしてポリアセタールを、又樹脂Ｂとして融点が約65℃のパラフィンワックスを使用した。金属粉末を57容量％使用し、バインダーを43容量％として射出成形用混合物を構成した。前記バインダーは、樹脂Ａ70容量％と樹脂Ｂ30容量％との混合物とした。
この混合物を均一に分散させた後、180から200℃の温度で射出成形し、真空加熱してバインダーを分解除去した。更に1350℃で焼結させたところ、相対密度が95.0％の射出成形体が得られた。このような密度の射出成形体では機械的特性が低く、又表面が滑らかでなく、めっき等が困難であるという欠点を有していた。
【００１４】
比較例２
金属粉末とバインダーのそれぞれを60容量％及び40容量％としたこと以外は比較例１と同一条件で射出成形体を製造したところ、その相対密度は95.6％まで上昇した。従ってバインダー量を３容量％分減少させることにより焼結後の相対密度が0.6％増加したことが分かる。
【００１５】
比較例３
より以上の相対密度の上昇を意図して、バインダー量を更に５容量％分減少させて35容量％とした（従って金属粉末量は更に５容量％分増加して65容量％とした）こと以外は比較例２と同一条件で射出成形体を製造することを試みたが、射出成形体の流動性が悪く、成形が行えなかった。
比較例１〜３の結果を表１に示した。
【００１６】
【表１】
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【００１７】
比較例４〜８
次いで比較例１〜３の結果から、バインダーの量を減らすためには、樹脂Ｂの量を若干増やして流動性を改善することが有効であると考え、樹脂Ａと樹脂Ｂの配合量を変えて、次のように射出成形体を製造した。
比較例１の金属粉末の容量％とバインダーの容量％を基準にして、バインダーを構成する樹脂Ａの容量％と樹脂Ｂの容量％を、順に80容量％−20容量％（比較例４）、55容量％−45容量％（比較例５）、45容量％−55容量％（比較例６）、40容量％−60容量％（比較例７）及び30容量％−70容量％（比較例８）と変化させたこと以外は比較例１と同一条件で射出成形体を製造したところ、比較例５〜７で比較例１とほぼ同じそれぞれ94.9％、95.2％及び94.8％の相対密度で射出成形体が得られたが、比較例４及び８では成形体が得られなかった。
比較例４〜８及び比較例１の結果を表２に示した。
表２からバインダー中の流動性付与用樹脂Ｂの量が30〜60容量％で95％前後の相対密度が得られたことが分かる。
【００１８】
【表２】
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【００１９】
実施例１及び２及び比較例９及び10
次いで比較例５のバインダー中の樹脂Ａ及び樹脂Ｂの容量％を基準にして、金属粉末とバインダーの容量％を、順に60容量％−40容量％（比較例９）、65容量％−35容量％（実施例１）、68容量％−32容量％（実施例２）及び72容量％−28容量％（比較例10）と変化させたこと以外は比較例５と同一条件で射出成形体を製造したところ、比較例９及び実施例１及び２でそれぞれ95.8％、97.1％及び98.0％の相対密度で射出成形体が得られたが、比較例10では成形体が得られなかった。
比較例５、９及び10及び実施例１及び２の結果を表３に示した。
表３から、金属粉末量及びバインダー量を調節することにより、界面活性剤を使用しなくても、得られる射出成形体の相対密度が97〜98容量％まで上昇することが分かり、そのときのバインダー量を32容量％まで減少させられることも分かった。
【００２０】
【表３】
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【００２１】
実施例３及び４及び比較例11
樹脂Ｂの量が45容量％である実施例１及び２では、バインダー量は32容量％までしか減少させられなかった。本例では、流動性付与用樹脂である樹脂Ｂの量を60容量％まで上昇させて更にバインダー量を減少させることを試みた。
樹脂Ａの量を40容量％、樹脂Ｂの量を60容量％に固定して、バインダー量を32容量％（実施例３）、30容量％（実施例４)及び28容量％と順に減少させたこと以外は実施例１と同一条件で射出成形体を製造したところ、実施例１及び２でそれぞれ97.9％及び98.0％の相対密度で射出成形体が得られたが、比較例11では成形体が得られなかった。
実施例１及び２及び比較例11の結果を表４に示した。
表４と表３を比較すると、樹脂Ｂの量を増加させることにより、射出成形体が成形できるバインダー量が減少したことが分かる。
【００２２】
【表４】
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【００２３】
実施例５
実施例１の組成物に対し、0.2重量％の炭素粉末を添加したこと以外は実施例１と同一条件で射出成形体を製造したところ、実施例１で得られた相対密度97.1％が98.0％まで上昇した。
【００２４】
実施例６
実施例２の組成物に対し、0.2重量％の炭素粉末を添加したこと以外は実施例２と同一条件で射出成形体を製造したところ、実施例２で得られた相対密度98.0％が99.2％まで上昇した。
【００２５】
【発明の効果】
本発明は、焼結用粉末とバインダーを含有する射出成形用組成物において、前記バインダーが組成物全体に対し30〜35容量％配合され、かつ該バインダーが、40〜55容量％の粉末結合用樹脂Ａと45〜60容量％の流動性付与用樹脂Ｂとから成り、これにより高密度化をしたことを特徴とする射出成形用組成物である。
【００２６】
本発明では従来の射出成形用組成物で使用される界面活性剤等の付加物を使用することなく、高密度組成物を作製することが可能になる。
又前記射出成形用組成物に炭素粉末を加えると緻密化が進行してより高密度の製品が得られることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】射出成形体製造の工程を示す概略図。
【符号の説明】
１  バインダー
１ａ  溶融バインダー
２  金属粉末
３  隙間
【図１】
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