JPH07173508A

JPH07173508A - 通気性・通水性を有する焼結体の製造方法

Info

Publication number: JPH07173508A
Application number: JP31860193A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Saka; 繁樹坂; Masahiro Chiji; 正紘知地
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1993-12-17
Filing date: 1993-12-17
Publication date: 1995-07-11

Abstract

(57)【要約】【目的】通気性・通水性を確保しつつ使用面の機械加
工性や性状を満足させ得る所謂複層構造の焼結体を、簡
易な成形で製造する方法を提供する。【構成】焼結用粉末と有機バインダと水又は有機溶剤
とが混合されたスラリーを、線状のスリットが形成され
た成形型１１に注入して加圧し、スラリー中の液分を前
記スリット１５，１６から排出して脱液するとともに気
化消失させ、粉末同士が接触すると共にバインダを介し
て固形化した成形体を作成し、該成形体を焼結して通気
性・通水性を有する焼結体を製造する方法である。前記
成形型１１に注入する前記スラリーは、平均粒度をそれ
ぞれ異にする少なくとも第１スラリー層１８Ａと第２ス
ラリー層１８Ｂであり、かつその層間に水溶性仕切材１
９を介装している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、通気性・通水性を有す
る焼結体の製造方法に係り、プラスチックの射出成形・
真空成形・ブロー成形・加飾成形等の金型材料又はエア
フロート・テーブル、気体軸受け等の機械部品材料など
に利用される。

【０００２】

【従来の技術】焼結用粉末の平均粒子径をｄとしたと
き、スリット幅Ｓが１０μｍ≦Ｓ≦３ｄとされた線状の
スリットが形成された成形型に焼結用粉末と有機バイン
ダと水又は有機溶剤とが混合されたスラリーを注入して
加圧し、スラリー中の液分を前記スリットから排出して
脱液すると共に加圧時に同時に気化消失させ、粉体同士
が接触すると共にバインダを介して固形化した成形体を
得、この成形体を焼結することにより、通気性・通水性
を有する金型材料に適した焼結体を製造する技術は、特
公平５−８２４３号、特公平５−１５７６２号公報で公
知である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前述公報に記載されて
いる製造方法は、それなりの有用性は認められるもの
の、該方法によっては、所謂単層構造の焼結体を製造す
るにすぎず所謂複層構造の焼結体は得ることができなか
った。そこで本発明は、通気性・通水性を確保しつつ使
用面の機械加工性や性状を満足させ得る所謂複層構造の
焼結体を、簡易な成形で製造する方法を提供することが
目的である。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、焼結用粉末と
有機バインダと水又は有機溶剤とが混合されたスラリー
を、線状のスリットが形成された成形型１１に注入して
加圧し、スラリー中の液分を前記スリット１５，１６か
ら排出して脱液するとともに気化消失させ、粉末同士が
接触すると共にバインダを介して固形化した成形体を作
成し、該成形体を焼結して通気性・通水性を有する焼結
体を製造する方法において、前述の目的を達成するため
に、次の技術的手段を講じている。

【０００５】すなわち、請求項１に係る本発明は、前記
成形型１１に注入する前記スラリーは、平均粒度をそれ
ぞれ異にする少なくとも第１スラリー層１８Ａと第２ス
ラリー層１８Ｂであり、かつその層間に水溶性仕切材１
９を介装していることを特徴とするものである。また、
請求項２に係る本発明は、前記第１スラリー層１８Ａの
平均粒度が小さく、第２スラリー層１８Ｂの平均粒度が
大きくされていることを特徴とするものである。

【０００６】更に、請求項３に係る本発明は、前記第１
スラリー層１８Ａの平均粒度が小さく、第２スラリー層
１８Ｂの平均粒度が大きくされ、更に、水溶性仕切材１
９を介装して平均粒度が小さい第３スラリー層１８Ａを
第２スラリー層１８Ｂ上に注入することを特徴とするも
のである。また、請求項４に係る本発明は、焼結用粉末
よりなる予備成形体２０を別途作成しておき、該予備成
形体２０の成形型１１への装填と該予備成形体２０とは
平均粒度を異にする前記スラリー１８の注入を行なうこ
とを特徴とするものである。

【０００７】更に、請求項５に係る本発明は、前記予備
成形体２０の成形型１１への装填後に、スラリー１８を
成形型１１に注入することを特徴とするものである。ま
た、請求項６に係る本発明は、前記スラリー１８を成形
型１１に注入した後に、予備成形型２０を成形型１１に
装填することを特徴とするものである。更に、請求項７
に係る本発明は、前記スラリー１８を成形型１１に注入
した後に、予備成形型２０を成形型１１に装填し、更
に、この予備成形体２０上の成形型１１内にスラリー１
８を注入することを特徴とするとするものである。

【０００８】また、請求項８に係る本発明は、前記予備
成形体２０の平均粒度が大きくスラリー１８の平均粒度
が小さくされていることを特徴とするものである。更
に、請求項９に係る本発明は、前記予備成形体２０の平
均粒度が小さくスラリー１８の平均粒度が大きくされて
いることを特徴とするものである。

【０００９】

【作用】本発明によれば、通気性・通水性を有する複層
構造の焼結体を得ることができるし、平均粒度を異にす
るスラリーを複数回注入するときでも、水溶性仕切材に
よって層間相互のスラリーの粒子が混合するのを防止で
きる。また、予備成形体の装填とスラリーの注入によっ
ても該予備成形体によって層間相互の粒子の混合を防止
する。

【００１０】

【実施例】以下、図を参照して本発明の実施例を説明す
る。図１は請求項１〜３に係る本発明実施例のプロセス
であり、図２は請求項４〜９に係る本発明実施例のプロ
セスを示している。先ず、本発明に使用するスラリーに
ついて説明する。

【００１１】スラリーは、焼結用粉末と有機バインダと
水又はアルコール等の有機溶剤とが混合されたものであ
る。焼結用粉末としては、各種金属粉末、セラミック粉
末、これらの混合粉末もしくはこれらと各種強化繊維の
混合粉末を使用することができる。強化繊維としては、
炭素繊維、ボロン繊維、セラミック（ＳｉＣ，Ａｌ₂Ｏ
₃等）ウイスカ等を例示することができる。

【００１２】また、粉末の粒子径は、平均粒子径で数μ
ｍのものから使用することができる。平均粒子径の下限
は、成形型の線状スリットの幅から限定される。尚、通
常、金属粉末では、１０μｍ以上のものが各種市販され
ており入手容易である。ここに、平均粒子径とは、粉末
粒子径と累積重量比との関係により定まる粒度分布にお
いて、累積重量比の５０％に対応する粒子径ｄｍとい
う。尚、ある粒子径ｄ₀に対応する累積重量比（％）Ｒ
₀は、試料粉末全重量をＷ₀としたとき、ｄ₀以下の粒
子の累積重量をｗ₀とするとｗ₀／Ｗ₀×１００（％）
で与えられる。上記粒度分布は、粒度分布測定機（例え
ば、シーラス社製）により容易に測定される。

【００１３】前記粉末に添加される有機バインダとして
は、スラリー液分である水又は有機溶剤に溶けるものを
使用する。例えば、アクリル樹脂系、酢酸セルロース
系、熱硬化性樹脂系のものを適宜使用することができ、
アクリル樹脂系バインダの具体例として商品名「バイン
ドセラムＷＡ３２０」（三井東圧製）を例示することが
できる。

【００１４】スラリーの組成は、使用する焼結用粉末の
粒径によっても異なるが、概ね、粉末１００重量部に対
してバインダ２〜５重量部、溶媒（水又は有機溶剤）８
〜４０重量部程度でよい。次に、本発明に使用する成形
型について説明する。前記成形型として、焼結用粉末の
平均粒子径をｄとしたとき、スリットの幅Ｓが１０μｍ
≦Ｓ≦３ｄとされた線状のスリットが形成されたものが
使用される。型の材質としては、鋼材や合金鋼材等の通
常の金型材を使用すればよく、特殊な材料は不要であ
る。

【００１５】スリット幅Ｓを１０μｍ以上とするのは、
１０μｍ未満のスリットを形成することは、通常の工業
的機械加工手段では困難であり、またコスト高の要因と
なるからである。一方、Ｓが３ｄ以下に制限されるの
は、３ｄを越えると粉末がスリットから流出し成形困難
乃至不可能になるからである。

【００１６】成形型の具体例を第１図および第２図に示
しており、該成形型１１は、有底円筒状外型１２の内部
底面に底板１３が配設されており、上部開口には加圧プ
ランジャ１４が嵌着されている。前記外型１２は縦方向
に適宜分割されており、対向する分割面相互間にスリッ
ト（図示省略）が形成されている。また、外型１２内周
面と底板１３外周面および加圧プランジャ１４外周面と
の間にスリット１５，１６が形成されている。これらの
スリット１５，１６は、成形室１７から見れば線状に形
成されている。

【００１７】そこで、請求項１〜３に係る本発明では、
図１で示す如く第１ステップ１Ｓとして原料粉の調整、
第２ステップ２Ｓとして調整された原料粉にバインダ、
水または溶剤とを混合してスラリーを作成する。このス
ラリーとしては、粉末の平均粒度が例えば４５μｍとさ
れているスラリーと、粉末の平均粒度が例えば１００μ
ｍとされているスラリーと、いうように、平均粒度が大
小異なるスラリーとする。

【００１８】これら粉末の粒度はレーザー式粒度分析計
にて容易に測定でき、かつ、測定データは信頼できるも
のである。上記スラリーのうち、平均粒度が小さいスラ
リーを成形型１１に注入して第１スラリー層１８Ａとし
た後に、この上層面に水溶性フィルム又はシート等によ
る水溶性仕切材１９をその全面に亘って敷設した後、こ
の水溶性仕切材１９が原型を保持してる間に、前記第１
スラリー層１８Ａよりも平均粒度が大きいスラリーを成
形型に注入して第２スラリー層１８Ｂを形成した後（ス
テップ３Ｓとする）に、加圧プランジャ１４の押込みに
よって加圧され、スラリー中の液分は、スリット１５，
１６から排出される。

【００１９】スラリーの加圧は、通常、３〜１００ＭＰ
ａ（３０〜１０００ｋｇｆ／ｃｍ²）で行われ、スラリ
ー中の粉末同士が接触するまで加圧脱液する。そして、
加圧時に同時にスラリー中の液分を気化消失させる。こ
れによって、溶媒中のバインダは濃縮ないし固化し、粉
末同士はバインダを介して固形化され、粉末成形体とし
て成形される。該粉末成形体は粉末粒子の接着強度が高
いので、取り扱い性に優れ、成形型から容易に取り出す
ことができる。

【００２０】尚、成形体において、粉末同士が接触して
いることは、粉末同士を焼結させる上での前提条件でも
ある。前記スラリー液分の気化消失のための温度は、溶
媒の沸点以上、望ましくは沸点温度より１０〜３０℃高
温とするのがよい。このような温度を与えることによっ
て、短時間で成形体中の溶媒を沸騰させ気化消失させる
ことができる。

【００２１】ところで、焼結用粉末として鉛、アルミニ
ウムのような塑性変形の容易な粉末は、比較的低圧の加
圧によって粉末同士がからまり合って、固形化し、成形
される。従って、鉄粉等の塑性変形のし難い粉末に対し
て、成形性、粉末成形体の取扱い性は良好となる。この
場合、有機バインダおよび溶媒は、粉末同士が滑りを生
じて塑性変形するための潤滑剤的作用をなす。このた
め、粉末間の表面摩擦力が低下し、ＣＩＰ法、金型プレ
ス法などによって、粉末を成形する場合に比べて、相当
低い圧力でも固形化が可能となる。

【００２２】以上のように、昇温工程であるステップ４
Ｓ、加圧保持工程であるステップ５Ｓ、離型工程である
ステップ６Ｓを経て得られた成形体は、恒温保持による
乾燥保管工程であるステップ７Ｓを経ることで十分水分
を除去した後に真空炉又は雰囲気炉中での焼結工程であ
るステップ８Ｓを経由することで、目的用途に耐え得る
強度を確保しつつ、しかも通気性を損なわずに連続した
開孔部を有する金属系素材を造ることができ、鏡面加工
仕上げ性が確保できる。

【００２３】粒子の焼結過程は、図３（ａ）に示される
ように、第１段階では、粒子Ａの接触部周辺の表面拡散
によって、２粒子間のネック部Ａ１の面積が増大して接
着が起こる。この場合は未だ寸法変化はなく焼結体の強
度も低い。第２段階においては、図３（ｂ）の様に粒子
間で多くの質量移動が起こり、中心間距離が減少して収
縮を生ずる。当然ネック部Ａ１は太くなり、強度は増大
していく。この現象は粒子内の空孔（原子の欠落した空
間）が粒子表面に移動するいわゆる原子空孔拡散現象と
言われ、結果として２粒子間ひいては粒子層全体が収縮
する。さらに焼結が進むと、図４のように初めから存在
していた粒子Ａ間の空隙Ｂが空孔を取り込みながら次第
に丸みを帯びつつ合体し、さらに粒界Ｃを伝わり外部に
放出されて、収縮を続け緻密化する。なお、図４におい
て、Ｄは原子の拡散束を示している。

【００２４】焼結には焼結温度と時間とが影響するが、
前述の脱液加圧法により前もって加圧成形体を造り、真
空炉あるいは雰囲気炉中で焼結する。高温側とするかあ
るいは焼結時間を長くすれば、焼結はより速く進行す
る。本発明では、焼結温度を焼結開始温度以上とする必
要がある。通常焼結開始温度は、粒子寸法によって違い
はあるものの、絶対温度で溶融温度の０．４〜０．５と
され、鉄であれば６３０℃、銅で４００℃前後となる。

【００２５】微粉になると同一重量であっても比表面積
が増大するので、低温側で焼結の進行が早まり、粗粉と
微粉の焼結過程にずれを生ずる。微粉層の焼結が進み大
きな収縮が起こると、その部分での通気性が阻害される
ことになるので、予め微粉層単体の成形体での焼結条件
を調べ、焼結体の空隙率が２０％前後となる焼結条件で
粗粉・微粉複合層成形体の焼結を行なうことが望まし
い。

【００２６】更に、本発明では、第１スラリー層１８Ａ
として粉末の平均粒度が大きいものを用い、第２スラリ
ー層１８Ｂとして粉末の平均粒度が小さいものを用いる
こともできる。また、本発明では、第１スラリー層１８
Ａの上に水溶性仕切材１９を介在させて第２スラリー層
１８Ｂを注入充填し、更に、水溶性仕切材１９を介在さ
せて第１スラリー層１８Ａを注入充填させて前述した各
ステップを経由することによって、平均粒度が大きい層
を小さい層で所謂サンドイッチとした複合層による焼結
体を得ることができる。

【００２７】図２は請求項４〜９に係る本発明方法のプ
ロセスを示しており、前述したスラリー脱液加圧法によ
るステップ１Ｓ〜ステップ６Ｓによって、別途予備成形
体２０を作成しておき、この予備成形体２０を成形型１
１に装填するものであり、その他の工程は図１と共通す
るので共通部分は共通符号で示している。この予備成形
体２０は、スラリー１８における粉末の平均粒度とは異
なっており、成形体２０のそれが平均粒度がスラリー１
８よりも大きい場合と小さい場合があり、また、成形型
１１に予備成形体２０を先に装填してからその後にスラ
リー１８を注入する場合、スラリー１８を先に注入して
おき、その後に成形体２０を装填する場合、スラリー１
８を先に注入し、その後に成形体２０を装填して更にこ
の成形体２０上にスラリーを注入する場合のいずれであ
っても良く、予備成形体２０のポーラス部分にスラリー
１８の一部が侵入して両者は一体化される。

【００２８】図２は、予備成形体２０を成形型１２に先
に装填した後、この成形体２０における粉末の平均粒度
とは異なるスラリー１８を注入充填し、図１で示したと
同じ要領でステップ４Ｓ〜ステップ８Ｓを経由すること
で目的とする焼結体を得ることができる。なお、以上の
説明において、焼結用粉体は、例えばステンレス系のガ
スアトマイズ粉を用いるのが望ましい。これは、図３お
よび図４に示す如く粉体Ａが球形であって、連続した開
孔部を形成するのに有利だからである。

【００２９】

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明によれば、粒
子の焼結体で構成されるため、全面に均一に分布した開
孔を有し、使用面に微粉層を用いることにより鏡面加工
性が優れ、複雑形状のプラスチック成形品用金型で、脱
ガス困難や引け等で成形不良の原因となる部位、さらに
シボ加工性、寸法精度を要求される金型材として適す
る。

【００３０】また加飾インモールド成形（プラスチック
製品への印刷・装飾）での加飾用フイルムの吸引固定
用、機械部品等としてはエアテーブル、気体軸受けなど
通気性を利用した部品・機器に適用して有益な通気性・
通水性を有する焼結体を製造できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示すフローチャート図で
ある。

【図２】本発明の第２実施例を示すフローチャート図で
ある。

【図３】２粒子の焼結状態を示し、（ａ）は中心間距離
不変、（ｂ）は中心間距離減少である。

【図４】空隙の収縮と原子の拡散模型を示している。

【符号の説明】

１１成形型１４加圧プランジャ１８Ａ第１スラリー層１８Ｂ第２スラリー層１９水溶性仕切材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】焼結用粉末と有機バインダと水又は有機
溶剤とが混合されたスラリーを、線状のスリットが形成
された成形型（１１）に注入して加圧し、スラリー中の
液分を前記スリット（１５）（１６）から排出して脱液
するとともに気化消失させ、粉末同士が接触すると共に
バインダを介して固形化した成形体を作成し、該成形体
を焼結して通気性・通水性を有する焼結体を製造する方
法において、前記成形型（１１）に注入する前記スラリーは、平均粒
度をそれぞれ異にする少なくとも第１スラリー層（１８
Ａ）と第２スラリー層（１８Ｂ）であり、かつその層間
に水溶性仕切材（１９）を介装していることを特徴とす
る通気性・通水性を有する焼結体の製造方法。
【請求項２】第１スラリー層（１８Ａ）の平均粒度が
小さく、第２スラリー層（１８Ｂ）の平均粒度が大きく
されていることを特徴とする請求項１記載の通気性・通
水性を有する焼結体の製造方法。
【請求項３】第１スラリー層（１８Ａ）の平均粒度が
小さく、第２スラリー層（１８Ｂ）の平均粒度が大きく
され、更に、水溶性仕切材（１９）を介装して平均粒度
が小さい第３スラリー層（１８Ａ）を第２スラリー層
（１８Ｂ）上に注入することを特徴とする請求項１に記
載の通気性・通水性を有する焼結体の製造方法。
【請求項４】焼結用粉末と有機バインダと水又は有機
溶剤とが混合されたスラリーを、線状のスリットが形成
された成形型（１１）に注入して加圧し、スラリー中の
液分を前記スリット（１５）（１６）から排出して脱液
するとともに気化消失させ、粉末同士が接触すると共に
バインダを介して固形化した成形体を作成し、該成形体
を焼結して通気性・通水性を有する焼結体を製造する方
法において、焼結用粉末よりなる予備成形体（２０）を別途作成して
おき、該予備成形体（２０）の成形型（１１）への装填
と該予備成形体（２０）とは平均粒度を異にする前記ス
ラリー（１８）の注入を行なうことを特徴とする通気性
・通水性を有する焼結体の製造方法。
【請求項５】予備成形体（２０）の成形型（１１）へ
の装填後に、スラリー（１８）を成形型（１１）に注入
することを特徴とする請求項４記載の通気性・通水性を
有する焼結体の製造方法。
【請求項６】スラリー（１８）を成形型（１１）に注
入した後に、予備成形型（２０）を成形型（１１）に装
填することを特徴とする請求項４記載の通気性・通水性
を有する焼結体の製造方法。
【請求項７】スラリー（１８）を成形型（１１）に注
入した後に、予備成形型（２０）を成形型（１１）に装
填し、更に、この予備成形体（２０）上の成形型（１
１）内にスラリー（１８）を注入することを特徴とする
請求項４記載の通気性・通水性を有する焼結体の製造方
法。
【請求項８】予備成形体（２０）の平均粒度が大きく
スラリー（１８）の平均粒度が小さくされていることを
特徴とする請求項４〜７のいずれかに記載の通気性・通
水性を有する焼結体の製造方法。
【請求項９】予備成形体（２０）の平均粒度が小さく
スラリー（１８）の平均粒度が大きくされていることを
特徴とする請求項４〜７のいずれかに記載の通気性・通
水性を有する焼結体の製造方法。