(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属粉末またはセラミックス粉末よりなる焼結用粉末とバインダーを含有する射出成形用組成物であって、前記バインダーがポリアセタール樹脂、変性ポリオレフィン樹脂、パラフィンワックスと分散剤としてのフタル酸エステルからなり、かつ該バインダーは全体当たり３５〜７０容量％の量で含有され、前記フタル酸エステルはバインダー当たり０．１〜３０容量％の量で使用されていることを特徴とする射出成形用組成物。
【請求項２】
金属粉末またはセラミックス粉末よりなる焼結用粉末とバインダーを含有する射出成形用組成物であって、前記バインダーがポリアセタール樹脂、変性ポリオレフィン樹脂、パラフィンワックスとポリプロピレンからなり、かつ該バインダーは全体当たり３５〜７０容量％の量で含有され、前記ポリプロピレンはバインダー当たり５〜３０容量％の量で使用されていることを特徴とする射出成形用組成物。
【請求項３】
金属粉末またはセラミックス粉末よりなる焼結用粉末とバインダーを含有する射出成形用組成物であって、前記バインダーがポリアセタール樹脂、変性ポリオレフィン樹脂、パラフィンワックスと分散剤としてのフタル酸エステルとポリプロピレンからなり、かつ該バインダーは全体当たり３５〜７０容量％の量で含有され、前記フタル酸エステルがバインダー当たり０．１容量％以上、また前記ポリプロピレンがバインダー当たり５容量％以上で、かつフタル酸エステルとポリプロピレンの合計量がバインダー当たり３０容量％以下の量で使用されていることを特徴とする射出成形用組成物。
【請求項４】
前記ポリアセタール樹脂および変性ポリオレフィン樹脂がそれぞれバインダー組成の５〜４０容量％であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の射出成形用組成物。
【請求項５】
前記フタル酸エステルがジプチルフタレート、ジオクチルフタレートであることを特徴とする請求項１、３または４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】
本発明は射出成形焼結製品の製造に供される射出成形用組成物、さらに詳細には射出成形用組成物におけるバインダーに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
射出成形粉末冶金法は金属粉末等の焼結用粉末とバインダーとを混練して得られる射出成形用組成物を所定形状の金型にて射出成形し、得られた成形品を加熱して脱バインダーした後に焼結を行うことにより焼結製品を製造する方法であり、とくに三次元的に複雑な形状を有する製品やナイフエッジ部等の薄肉部を有する製品を製造するのに有効な方法であって、例えば特開昭５７−２６１０５号公報等に記載のポリエチレン、ポリステレン等を用いる成形方法が知られている。
しかしながら、従来公知の射出成形用組成物は焼結用粉末の分散性が不十分で、変形、膨れ、陥没、クラック等の種々の欠陥を生じないで脱脂するのに２〜３日、早くても１日と多くの処理時間を要していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような実状に鑑みてなされたものであり、焼結用粉末を均一に分散し、射出成形性に優れ、脱脂時における欠陥の発生を抑制し、短時間で脱脂することができる射出成形用組成物を提供することを目的とするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の第１の実施態様は、金属粉末またはセラミックス粉末よりなる焼結用粉末とバインダーを含有する射出成形用組成物であって、前記バインダーがポリアセタール樹脂、変性ポリオレフィン樹脂、パラフィンワックスと分散剤としてのフタル酸エステルからなり、かつ該バインダーは全体当たり３５〜７０容量％の量で含有され、前記フタル酸エステルはバインダー当たり０．１〜３０容量％の量で使用されている射出成形用組成物を特徴とするものである。
【０００５】
また本発明の第２の実施態様は、金属粉末またはセラミックス粉末よりなる焼結用粉末とバインダーを含有する射出成形用組成物であって、前記バインダーがポリアセタール樹脂、変性ポリオレフィン樹脂、パラフィンワックスとポリプロピレンからなり、かつ該バインダーは全体当たり３５〜７０容量％の量で含有され、前記ポリプロピレンはバインダー当たり５〜３０容量％の量で使用されている射出成形用組成物を特徴とするものである。
【０００６】
さらに本発明の第３の実施態様は、金属粉末またはセラミックス粉末よりなる焼結用粉末とバインダーを含有する射出成形用組成物であって、前記バインダーがポリアセタール樹脂、変性ポリオレフィン樹脂、パラフィンワックスと分散剤としてのフタル酸エステルとポリプロピレンからなり、かつ該バインダーは全体当たり３５〜７０容量％の量で含有され、前記フタル酸エステルがバインダー当たり０．１容量％以上、また前記ポリプロピレンがバインダー当たり５容量％以上で、かつフタル酸エステルとポリプロピレンの合計量がバインダー当たり３０容量％以下の量で使用されている射出成形用組成物を特徴とするものである。
【０００７】
そして本発明では、前記ポリアセタール樹脂および変性ポリオレフィン樹脂の使用量をそれぞれバインダー組成の５〜４０容量％としたり、前記フタル酸エステルにジプチルフタレート、ジオクチルフタレートを用いたりすることを特徴とするものである。
【０００８】
すなわち、本発明はバインダーとしてポリアセタール樹脂、変性ポリオレフィン樹脂、パラフィンワックスとを併用するとともに、分散剤としてフタル酸エステルを使用すること、またバインダーとしてポリアセタール樹脂、変性ポリオレフィン樹脂、パラフィンワックスに加えポリプロピレンを併用することを主たる特徴とするものである。
【０００９】
ポリアセタール樹脂は脱脂時の形状保持に作用し、変性ポリオレフィン樹脂は射出成形時の流動性ならびに脱脂性に寄与するパラフィンワックスとポリアセタール樹脂の相溶材として作用する。
【００１０】
また分散剤として使用するフタル酸エステルはバインダー中の樹脂やパラフィンワックスとの相溶性に優れるばかりでなく、分子中のエステル結合の存在により焼結用粉末との親和性にも優れている。したがってこのフタル酸エステルが焼結用粉末とバインダーとの橋渡し的役割を果たし、その結果として分散性や金型との離型性が改善される。
【００１１】
ポリプロピレンは保形性、剛性に優れるとともに、成形性に作用する。
【００１２】
本発明において、焼結用粉末としては鉄、ステンレス鋼、銅−ニッケル合金等の金属粉末やアルミナやジルコニア等のセラミックス粉末が、焼結製品の用途等に応じて選択使用される。
【００１３】
射出成形用組成物におけるバインダーは、焼結用粉末の射出成形を可能としかつ得られる射出成形体に一定の強度を確保するために必要であるが、その含有量が３５容量％未満では組成物の流動性が低下し、射出成形が困難となり、他方７０容量％を超えると成形時に成形体表面に面引けと称する欠陥が生じ、また得られる射出成形体中の焼結用粉末の充填密度が低くなり、最終的に得られる焼結製品の密度を向上させることが困難となるため、本発明では射出成形用組成物におけるバインダーの含有量を３５〜７０容量％と限定した。
【００１４】
バインダー成分の１つであるポリアセタール樹脂は熱変形性が高いので保形性に優れ、分子の末端より順次切れる解重合型の樹脂であることから脱脂時間の短縮に寄与する効果を奏するが、その含有量が５容量％未満では保形性が不十分であり、他方４０容量％を超えると脱脂時間を要するため、ポリアセタール樹脂量としてはバインダー組成の５〜４０容量％が好ましい。しかし、ポリアセタール樹脂は他のバインダー成分や粉末との相溶性が悪く、急激に分解することから脱脂欠陥が発生しやすくなる。そこで本発明ではポリアセタール樹脂と他のバインダー成分や粉末との相溶性を改善するため、変性ポリオレフィン樹脂を使用したのである。
【００１５】
変性ポリオレフィン樹脂としてはポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−グリシジルメタクリレート共重合体等に共重合させた樹脂が好適である。この変性ポリオレフィン樹脂の含有量としては、５容量％未満では相溶性が不十分であり、他方４０容量％を超えると脱脂時間を要するため、５〜４０容量％が好ましい。
【００１６】
なおパラフィンワックスは射出成形時における組成物の流動性ならびに脱脂性に寄与する成分であり、一般的には融点が３５〜８０℃のものが使用される。
【００１７】
また分散剤として使用するフタル酸エステルはジプチルフタレート、ジオクチルフタレートが比較的安価で、安定していることから好適に使用される。このフタル酸エステルは他のバインダー成分との相溶性、焼結粉末との親和性に優れ、分散性の改善効果があるが、その使用量がバインダー全体の０．１容量％未満では分散性の改善効果が十分に得られず、他方３０容量％を超えると得られる射出成形体の強度が低下し成形体が脆くなるため、フタル酸エステルの使用量としてはバインダー全体の０．１〜３０容量％が好ましい。
【００１８】
またポリプロピレンはポリアセタールと同様、熱変形温度が比較的高いので形状を保持するための保形性に優れ、さらに剛性、成形性も優れるという特徴を有し、薄肉形状品にも対応できる成分であるが、その添加量が５容量％未満では剛性、成形性が十分に得られず、他方３０容量％を超えると脱脂時間を要するため、ポリプロピレンの使用量としてはバインダー全体の５〜３０容量％が好ましい。
【００１９】
なお上記分散剤としてフタル酸エステルとポリプロピレンを併用する場合にはそれぞれの添加量の下限は上記の通りであるが、上限はフタル酸エステルとポリプロピレンの合計で３０容量％程度が適当である。
【００２０】
本発明に係る射出成形用組成物は焼結用粉末、バインダーおよび分散剤を上記の割合で均一に混練することによって容易に調製される。この組成物は射出成形、脱脂および焼結の各工程を経て最終製品となる。射出成形はプラスチックの射出成形に使用されている通常の射出成形機を用いて行うことができる。脱脂は射出成形体を加熱処理することによって行われるが、焼結粉末として酸化されやすい金属が使用されている場合には加熱処理を不活性ガス雰囲気下または還元性雰囲気下で行うことが好適である。焼結は使用する焼結用粉末の種類によっても異なるが、一般に真空、不活性ガス雰囲気、還元性雰囲気で行われる。
【００２１】
【実施例】
実施例１
バインダーとしてポリアセタール樹脂、ポリエチレンを用いた変性ポリオレフィン樹脂、融点が６５℃のパラフィンワックスと分散剤としてジプチルフタレートを表１に示す割合で平均粒径５μｍのカルボニル鉄粉と混合、混練して５種類の射出成形用組成物（試供Ｎｏ．１〜試供Ｎｏ．５）を調製した。なお、粉末中へのバインダーの添加量は５０容量％とした。次いで、金型を用い、各組成物について射出成形を行い、図１に示す形状の成形体を得た。この成形体の寸法は、Ｗ１＝２３ｍｍ、Ｗ２＝１５ｍｍ、Ｗ３＝１０ｍｍ、Ｗ４＝２．５ｍｍ、Ｈ１＝２１ｍｍ、Ｈ２＝１６ｍｍ、Ｈ３＝５ｍｍ、Ｈ４＝２．５ｍｍで、厚さは４ｍｍであった。
【００２２】
この実施例における各組成物の射出成形性、脱脂性および焼結体の欠陥発生の有無を表１に併せて示す。なお、射出成形性は成形体のクラックの発生の有無および射出成形金型から取出すときに発生する成形体の破損の有無により評価した結果であり、脱脂性は各成形体を窒素気流中で５０℃／時間の速度で昇温し１０ 時間脱脂処理を行い、処理後の成形体を観察し変形等の有無により評価した結果であり、焼結体の欠陥発生の有無は脱脂処理が行われた成形体を１２００℃、真空雰囲気で２時間焼結処理を行って得られた焼結製品のクラック等の欠陥や変形の有無により評価した結果である。
【００２３】
なお比較のため、表１には分散剤を使用しなかった以外は実施例１と同様にして射出成形用組成物を調製し、該組成物を実施例１と同一の条件で射出成形、脱脂処理および焼結を行い、同様の評価を行った結果を試供Ｎｏ．１に、また分散剤を本発明で規定する範囲よりも多量に使用した以外は実施例１と同様にして射出成形用組成物を調製し、該組成物を実施例１と同一の条件で射出成形、脱脂処理および焼結を行い、同様の評価を行った結果を試供Ｎｏ．２に、さらにポリアセタール樹脂を使用しなかった以外は実施例１と同様にして射出成形用組成物を調製し、該組成物を実施例１と同一の条件で射出成形、脱脂処理および焼結を行い、同様の評価を行った結果を試供Ｎｏ．３に、さらにまた変性ポリオレフィン樹脂を使用しなかった以外は実施例１と同様にして射出成形用組成物を調製し、該組成物を実施例１と同一の条件で射出成形、脱脂処理および焼結を行い、同様の評価を行った結果を試供Ｎｏ．４に、それぞれ示して比較例１とした。
【００２４】
表１の結果より、本発明の実施例１に係る射出成形用組成物はいずれも射出成形性が良好であり、脱脂処理時および焼結時において欠陥の発生がなく、品質良好な焼結製品が得られることがわかる。
【００２５】
【表１】
0003743144.tif 000002
【００２６】
実施例２
バインダーとしてポリアセタール樹脂、ポリエチレンを用いた変性ポリオレフィン樹脂、融点が６５℃のパラフィンワックスとビカット軟化点１５０℃のポリプロピレンと、分散剤としてフタル酸エステルを使用し、表２に示す割合で平均粒径１０μｍのＳＵＳ３１６Ｌ粉と混合、混練して５種類の射出成形用組成物（試供Ｎｏ．６〜試供Ｎｏ．１１）を調製した。なお、粉末中へのバインダーの添加量は４５容量％とした。次いで、実施例１と同様、各組成物について射出成形を行い、図１に示すものと同じ形状で、成形体の厚みを１．５ｍｍとした以外は実施例１と同じ寸法の成形体を得た。
【００２７】
この実施例における各組成物の射出成形性、脱脂性および焼結体の欠陥発生の有無を表２に併せて示す。なお、射出成形性は成形体のクラックの発生の有無および射出成形金型から取出すときに発生する成形体の破損の有無により評価した結果であり、脱脂性は各成形体を窒素気流中で５０℃／時間の速度で昇温し１０時間脱脂処理を行い、処理後の成形体を観察し変形等の有無により評価した結果であり、焼結体の欠陥発生の有無は脱脂処理が行われた成形体を１２００℃、真空雰囲気で２時間焼結処理を行って得られた焼結製品のクラック等の欠陥や変形の有無により評価した結果である。
【００２８】
なお比較のため、表２にはポリプロピレンを本発明で規定した範囲を超えて多量に使用した以外は、実施例２と同様にして射出成形組成物を調製し、該組成物を実施例２と同一の条件で射出成形、脱脂処理および焼結を行い、同様の評価を行った結果を試供Ｎｏ．５に、またポリアセタール樹脂を使用しなかった以外は実施例２と同様にして射出成形用組成物を調製し、該組成物を実施例２と同一の条件で射出成形、脱脂処理および焼結を行い、同様の評価を行った結果を試供Ｎｏ．６に、さらに変性ポリオレフィン樹脂を使用しなかった以外は実施例２と同様にして射出成形用組成物を調製し、該組成物を実施例１と同一の条件で射出成形、脱脂処理および焼結を行い、同様の評価を行った結果を試供Ｎｏ．７に、それぞれ示して比較例２とした。
【００２９】
表２の結果より、本発明の実施例２に係る射出成形用組成物もいずれも射出成形性が良好であり、脱脂処理時および焼結時において欠陥の発生がなく、品質良好な焼結製品が得られることがわかる。
【００３０】
【表２】
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【００３１】
【発明の効果】
以上説明したごとく、本発明に係る射出成形用組成物は焼結用粉末が均一に分散し、射出成形性に優れ、かつ脱脂時には欠陥を生じることなく短時間で脱脂することができるという優れた効果を奏し、薄肉形状品や複雑な三次元形状を有する焼結製品の製造に極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例における成形体の形状と寸法を示す正面図である。
【図１】
0003743144.tif 000004