(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無機粉末とバインダとを含む無機粉末射出成形用組成物であって、
金型を用いて当該組成物を所望の形状に射出成形することによって、成形体を得、次いで、前記成形体から前記バインダを除去した後、前記成形体を焼成することによって無機焼結体を得る、各工程を備える、無機焼結体の製造方法において使用され、
前記金型寸法と前記金型から取り出した後、２４±１時間、常温で放置した後の前記成形体寸法とから、成形収縮率（％）＝〔（金型寸法−成形体寸法）／金型寸法〕×１００の式に基づき求めた成形収縮率が０．３％未満となり、かつ
前記成形体の、前記バインダを除去する前の曲げ弾性率が７９０ｋｇｆ／ｍｍ2未満となるように設定されたことを特徴とする、無機粉末射出成形用組成物。
【請求項２】
前記無機粉末の平均粒径は、０．０１〜１００μｍである、請求項１に記載の無機粉末射出成形用組成物。
【請求項３】
前記無機粉末の平均粒径は、０．５〜１０μｍである、請求項２に記載の無機粉末射出成形用組成物。
【請求項４】
前記バインダが融解した状態で、前記無機粉末と前記バインダとを混練して得られたものである、請求項１ないし３のいずれかに記載の無機粉末射出成形用組成物。
【請求項５】
前記バインダは、前記無機粉末と前記バインダとの合計に対して、３０体積％以上６０体積％以下添加されている、請求項１ないし４のいずれかに記載の無機粉末射出成形用組成物。
【請求項６】
前記無機粉末は、セラミック材料からなる、請求項１ないし５のいずれかに記載の無機粉末射出成形用組成物。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかに記載の無機粉末射出成形用組成物を所望の形状に射出成形することによって、成形体を得、次いで、前記成形体から前記バインダを除去した後、前記成形体を焼成することによって無機焼結体を得る、各工程を備える、無機焼結体の製造方法。
【請求項８】
前記無機粉末は、セラミック材料からなり、前記無機焼結体は、セラミック焼結体である、請求項７に記載の無機焼結体の製造方法。
【請求項９】
前記セラミック焼結体は、内壁面によって規定される空間を形成するケース部と、前記ケース部の前記内壁面の相対向する部分間を連結するように前記空間内に配置される柱部とを備える、ＴＭモード誘電体共振器の本体部分である、請求項８に記載の無機焼結体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、無機粉末射出成形用組成物、およびそれを用いて実施される無機焼結体の製造方法に関するもので、特に、無機粉末射出成形用組成物における特性の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
セラミック材料や金属材料からなる無機粉末を焼結させて無機焼結体を得る方法は、たとえば電子部品の製造の技術分野において広く適用されている。
【０００３】
このような電子部品の分野において製造される無機焼結体は、単純な形状のものもあるが、電子部品の小型化や高性能化を図るため、複雑な形状とされなければならないこともある。
【０００４】
複雑な形状の無機焼結体を得ようとする場合、無機原料粉末に熱可塑性樹脂を含むバインダを混練することによって、可塑性を付与し、射出成形することにより成形体を得、この成形体を加熱することにより脱脂を行ない、その後、焼結可能な温度で成形体を焼成することにより無機焼結体を得る方法が実施されている。
【０００５】
この射出成形に基づく方法は、プレス成形法や押出し成形法では成形不可能な複雑形状の製品の製造が可能であり、また、泥漿鋳込み成形法に比べ量産性が高く、また、寸法精度の高い製品が得られる、という利点を有している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、たとえば、特公平７−３９２２号公報に記載されるようなＴＭモード誘電体共振器の本体部分、すなわち、内壁面によって規定される空間を形成するケース部と、このケース部の内壁面の相対向する部分間を連結するように空間内に配置される柱部とを備える構造物を、射出成形に基づき得ようとした場合、射出成形後の金型から取り出した成形体における、ケース部と柱部との連結部分に、ひび割れが発生することがある。特に、ケース部と柱部との肉厚の差が比較的大きいとき、このようなひび割れが発生しやすい。
【０００７】
そこで、この発明の目的は、射出成形により得られる成形体の形状にかかわらず、上述したようなひび割れが生じにくいようにされた、無機粉末射出成形用組成物および無機焼結体の製造方法を提供しようとすることである。
【０００８】
この発明は、まず、無機粉末とバインダとを含む無機粉末射出成形用組成物に向けられる。この組成物は、無機焼結体の製造方法において使用されるものであって、この製造方法では、金型を用いて上述した無機粉末射出成形用組成物を所望の形状に射出成形することによって、成形体を得、次いで、成形体からバインダを除去した後、成形体を焼成することによって無機焼結体を得る、各工程が実施される。
【０００９】
このような無機焼結体の製造方法において、射出成形によって得られた成形体が有するいくつかの特性がひび割れを防止するのに重要であることを見出し、この発明をなすに至ったものである。
【００１０】
すなわち、この発明では、金型寸法と金型から取り出した後の成形体寸法とから、後述する条件にて求めた成形収縮率が０．３％未満となるとともに、成形体の、バインダを除去する前の曲げ弾性率が７９０ｋｇｆ／ｍｍ2未満となるように設定されることを特徴としている。
【００１１】
上述した成形収縮率は、より具体的には、射出成形して得られた成形体を金型から取り出した後、２４±１時間、常温で放置した後、この成形体の寸法を測定し、この成形体の寸法と金型の寸法とから、以下の式に基づき算出したものである。
成形収縮率（％）＝〔（金型寸法−成形体寸法）／金型寸法〕×１００
また、曲げ弾性率は、ＪＩＳ  Ｋ７１７１に従って３点曲げ試験により求められるものであり、より具体的には、次の式により算出される。
Ｅf ＝（σf2−σf1）／（εf2−εf1）
ここに、Ｅf は曲げ弾性率、σf1はたわみｓ1 で測定した曲げ応力、σf2はたわみｓ2 で測定した曲げ応力、εf1はたわみｓ1 に対応する曲げひずみ、εf2はたわみｓ2 に対応する曲げひずみである。
【００１２】
なお、曲げひずみεfiは、次の式により算出される。
εfi＝６ｈｓi ／Ｌ2 
ここに、Ｌは支点間距離、ｈは厚さである。
【００１４】
この発明に係る無機粉末射出成形用組成物において、無機粉末の平均粒径は、好ましくは、０．０１〜１００μｍであり、より好ましくは、０．５〜１０μｍである。
【００１５】
また、この発明に係る無機粉末射出成形用組成物を得るため、バインダが融解した状態で、無機粉末とバインダとを混練するようにすることが好ましい。
【００１６】
この発明の特徴となる成形収縮率および曲げ弾性率を上述のような特定的な範囲に設定するため、種々の方法があり得るが、たとえば、バインダの添加比率が調整される。
【００１７】
好ましくは、バインダは、無機粉末とバインダとの合計に対して、３０体積％以上６０体積％以下添加される。
【００１８】
この発明は、また、上述したような無機粉末射出成形用組成物を用いて実施される無機焼結体の製造方法にも向けられる。この無機焼結体の製造方法では、上述した無機粉末射出成形用組成物を所望の形状に射出成形することによって、成形体を得、次いで、成形体からバインダを除去した後、成形体を焼成することによって無機焼結体を得る、各工程が実施される。
【００１９】
この発明に係る製造方法によって、代表的には、セラミック焼結体を得ることができ、この場合には、無機粉末射出成形用組成物に含まれる無機粉末は、セラミック材料から構成される。
【００２０】
また、上述のようにセラミック焼結体を製造する場合、内壁面によって規定される空間を形成するケース部と、ケース部の内壁面の相対向する部分間を連結するように空間内に配置される柱部とを備える、ＴＭモード誘電体共振器の本体部分を製造するのに、この発明を有利に適用することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１には、この発明を適用して有利に製造されるＴＭモード誘電体共振器の本体部分１が斜視図で示されている。
【００２２】
この本体部分は、内壁面２によって規定される空間３を形成するケース部４と、このケース部４の内壁面２の相対向する部分間を連結するように空間３内に配置される柱部５とを備えている。ここで、ケース部４の肉厚に比べて、柱部４の肉厚が厚く、これらケース部４と柱部５との間で比較的大きな肉厚差を有している。
【００２３】
このような本体部分１を射出成形するため、誘電体セラミック粉末とバインダとを含む射出成形用組成物が用意される。以下に、このような誘電体共振器の本体部分のための特定的な射出成形用組成物に限らず、無機粉末とバインダとを含む無機粉末射出成形用組成物について一般的に説明する。
【００２４】
無機粉末射出成形用組成物に含まれる無機粉末としては、アルミナ、ジルコニア等の酸化物セラミック材料、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸ジルコン酸鉛等の複合酸化物セラミック材料、窒化アルミニウム、窒化珪素、炭化珪素等の非酸化物系セラミック材料等、種々のセラミック原料およびそれらの２種類以上の混合物からなるもの、あるいは、鉄、ステンレス鋼、カルボニル鉄等の鉄系金属、チタン、銅、アルミニウム等の非鉄金属またはそれらの合金からなるもの、あるいは、セラミックと金属との複合材料であるサーメット等からなるもの等、焼結可能な材料からなる無機粉末であれば、いずれを用いてもよい。
【００２５】
このような無機粉末の平均粒径は、好ましくは、０．０１〜１００μｍ、より好ましくは、０．５〜１０μｍとされる。その理由は、平均粒径がこの範囲を超えて小さい場合、射出成形に必要な流動性を得るために必要なバインダの添加量が多くなり、後述する脱脂工程において、長い時間が必要となるためであり、他方、平均粒径が上述の範囲を超えて大きい場合には、緻密な焼結体を得ることが困難になるためである。
【００２６】
無機粉末射出成形用組成物に含まれるバインダとしては、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリプロピレン、エチレン酢酸ビニル共重合体、アクリル系樹脂等の樹脂、パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、蜜蝋等のワックス、ステアリン酸、パルミチン酸等の高級脂肪酸、あるいは、フタル酸エステル等の可塑剤等、現在、バインダとして知られている種々のものを、適宜、単独でまたは組み合わせて使用することができる。
【００２７】
上述したような無機粉末とバインダとは、十分に混練される。この混練には、加圧式ニーダのような強力なせん断作用が及ぼされる設備を用い、バインダを融解させた状態で行なうことが望ましい。この操作により、バインダは無機粉末間に均一に分散し、得られた混練物は、バインダの融点以上の高温下で流動性を持つようになる。なお、この混練の際に、無機粉末とバインダとの分散性を高めかつ流動性を向上させるために、高級脂肪酸や高級脂肪酸エステル等からなる分散剤を添加してもよい。
【００２８】
また、バインダの添加量は、無機粉末とバインダとの合計に対して、３０体積％以上６０体積％以下であることが望ましい。その理由は、次のとおりである。バインダの添加量が３０体積％未満の場合には、無機粉末とバインダとの混練物の流動性が悪く、目的とする形状に成形できないことがあり、また、成形可能な場合でも、得られた焼結体にウェルドラインやフローマークといった成形に起因する欠陥が発生しやすい。他方、バインダの添加量が６０体積％を超える場合には、成形体の密度が低くなるため、脱脂および焼成時における変形やひび割れが発生しやすくなる。
【００２９】
この発明では、上述したような無機粉末とバインダとの混練物、すなわち無機粉末射出成形用組成物の成形収縮率が０．３％未満であり、かつ、成形体の曲げ弾性率が７９０ｋｇｆ／ｍｍ2未満であることが特徴である。
【００３０】
成形収縮率を０．３％未満に設定するのは、次の理由による。
【００３１】
すなわち、たとえば、大きなアンダーカットを持つ形状の成形体を射出成形する場合、射出成形した成形体が金型内で冷却され固化する際、アンダーカット部分を形作るための金型のコア部が成形体の収縮の邪魔をすることになるが、成形収縮率が０．３％以上であると、このようなコア部による収縮の邪魔によって成形体の特定の部分にひび割れを発生させることがある。図１に示した誘電体共振器の本体部分１について言えば、成形収縮率が０．３％以上になると、成形体におけるケース部４と柱部５との連結部分にひび割れが発生しやすい。
【００３２】
他方、上述した成形収縮率は、これが小さくなると、成形体と金型のキャビティ部との密着性が高くなり、型開き時に働く引張り応力により、成形体の特定の部分にひび割れが発生しやすくなる。図１に示した誘電体共振器の本体部分１について言えば、成形体におけるケース部４の部分にひび割れが発生しやすい。
【００３３】
これを解決するためには、成形体に柔軟性を与えればよく、そのため、成形体の３点曲げ試験における曲げ弾性率が７９０ｋｇｆ／ｍｍ2 未満となるような無機粉末射出成形用組成物を用いることにより、このようなひび割れを防止することができる。
【００３４】
このようにして得られた混練物、すなわち無機粉末射出成形用組成物は、射出成形において取り扱いやすい大きさに造粒される。その方法としては、混練物を加熱しながら、直径３ｍｍ程度の大きさのダイスから押し出し、その直後にカッターにてカットするホットカット法、あるいは、同様にダイスから押し出し、冷却した後に、カッターにてカットするストランドカット法、さらには、平板状等の形状にした後、破砕する破砕法等がある。
【００３５】
上述のような方法で造粒されかつ大きさが揃えられた混練物は、次いで、射出成形機に導入される。混練物は、射出成形機における加熱されたシリンダ内に送られ、溶融状態となった後、金型内に射出成形される。その後、金型が開かれ、成形体が取り出される。
【００３６】
次いで、この成形体からバインダから除去される。その方法としては、成形体を加熱してバインダを分解し除去するのが一般的であるが、バインダ成分の一部を溶解するような溶媒や特殊な気相中に成形体を放置してバインダを除去する方法を用いることもできる。
【００３７】
バインダを除去した後の成形体は、そこに含まれる無機粉末の焼結可能な温度に加熱され、それによって焼成される。このとき、特に、非酸化物系のセラミックや非金属、合金、サーメットからなる無機粉末を含む場合には、雰囲気の制御が重要である。また、この焼成工程を、上述したバインダ除去工程すなわち脱脂工程に続けて、一連の工程として実施することも可能である。
【００３８】
このようにして、目的とする形状の無機焼結体、たとえば、図１に示すような誘電体共振器の本体部分１のようなセラミック焼結体が得られる。
【００３９】
なお、前述した射出成形の直後に、ゲートを除去するための後加工を行なう場合が多いが、たとえば大きなアンダーカットのように、金型のみによっては付与することが困難な形状を付与するための加工等を、成形体または焼結体に対して適宜施すようにしてもよい。
【００４０】
また、得られた焼結体に対して、その表面を研磨したり、めっきまたはスパッタリング等による金属膜の成膜を行なったりして、焼結体の表面に必要な処理を適宜施すようにしてもよい。図１に示した誘電体共振器の本体部分１の場合には、焼結体としての本体部分１の表面には、実電流路となる導電性の金属膜が形成される。
【００４１】
【実施例】
無機粉末として、誘電体セラミック材料のための前駆体粉末、より特定的には、酸化チタン、酸化ジルコニウムおよび酸化錫の各粉末を、焼結後において誘電体としての電気的特性が得られるような比率で混合した後、微細な粒径の粉末となるように粉砕を行なったものを準備した。
【００４２】
次に、バインダとして、表１に示すように、アクリル−ポリスチレン−エチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）−ステアリン酸またはパラフィンワックス−可塑剤を含み、これらを加熱下で溶解して混合した混合バインダを６種類準備した。ここで、より具体的には、アクリルとして、ポリメタクリル酸イソブチルを用い、可塑剤として、フタル酸ジブチルを用いた。
【００４３】
【表１】
0004292599.tif 000002
これらセラミック原料粉末とバインダとを、セラミック原料粉末とバインダとの混練物になった場合に、バインダが占める割合が４０体積％になるように調合し、加圧式リーダを用いて、５ｋｇｆ／ｃｍ2の加圧下および１５０℃の温度下で６０分間混練した。次に、得られた混練物を、押出し造粒機を用いてホットカット法により、直径３ｍｍ、長さ５ｍｍ程度の大きさの円柱状にそれぞれ造粒した。
【００４４】
得られた円柱状の各造粒物を横型射出成形機に投入し、２５ｍｍ×４０ｍｍ×４ｍｍの板状に射出成形し、金型から取り出した後、成形収縮率、ならびに成形体の曲げ強さおよび曲げ弾性率を測定した。表１に示すように、６種類の射出成形用組成物についての成形収縮率、曲げ強さおよび曲げ弾性率は、互いに異なることを確認した。
【００４５】
また、同じ造粒物を、図１に示した誘電体共振器の本体部分１を成形するための横型射出成形機に投入し、射出成形を行なった。図１に示した本体部分１において、柱部５の最大肉厚は１２ｍｍであり、ケース部４の肉厚は２．５ｍｍであった。また、射出成形の条件は、いずれの試料においても、ノズル温度１７０〜２００℃、射出圧力１０００〜１５００ｋｇｆ／ｃｍ2 、および金型温度２０℃に設定した。
【００４６】
得られた成形体を観察したところ、表１に示すように、試料１、２、３および６において、何らかの欠陥が生じていた。
【００４７】
次に、各試料に係る成形体を、昇温速度２℃／ｈ、最高温度５００℃の条件で脱脂した後、最高温度１３００〜１４００℃で焼成し、焼結体を得た。焼結体の外観およびダイヤモンドカッターを用いて切断した切断面の観察を行ったところ、脱脂および焼成工程が原因と考えられるひび割れは発生しなかった。
【００４８】
表１に示すように、成形収縮率が０．３％未満および曲げ弾性率が７９０ｋｇｆ／ｍｍ2未満の双方の条件を満たす試料４および５によれば、成形時に発生するひび割れをなくすことができ、良品率を１００％とすることができた。
【００４９】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、成形収縮率が０．３％未満となるように設定された無機粉末射出成形用組成物を用いて射出成形されるので、成形収縮による成形体内部の残留応力を緩和することができる。他方、上述のように成形収縮率を小さく設定することにより、離型時に金型のキャビティ部への成形体の食いつきが起こり、ひび割れ等の欠陥を招くことがあるが、この発明では、成形体に柔軟性を与えるため、曲げ弾性率が７９０ｋｇｆ／ｍｍ2未満になるように設定されるので、成形収縮率を小さくしたために生じるひび割れ等の欠陥も防止することができる。
【００５０】
したがって、この発明が、内壁面によって規定される空間を形成するケース部と、ケース部の内壁面の相対向する部分間を連結するように空間内に配置される柱部とを備える、ＴＭモード誘電体共振器の本体部分の射出成形に適用されると、肉厚の比較的薄いケース部と肉厚の比較的厚い柱部との連結部分において発生しやすいひび割れを有利に防止することができるとともに、金型のキャビティ部への食いつきによって発生しやすいケース部でのひび割れも防止することができ、誘電体共振器の本体部分を高い良品率をもって能率的に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明を適用して有利に製造されるＴＭモード誘電体共振器の本体部分１を示す斜視図である。
【符号の説明】
１  誘電体共振器の本体部分
２  内壁面
３  空間
４  ケース部
５  柱部
【図１】
0004292599.tif 000003