中空焼結体の製造方法
【課題】 ヒビや膨れの発生を防止できるものでありながら、中子の除去を容易に行うことが可能になる製品焼結体の製造方法を提供する。
【解決手段】本発明の製品焼結体Ｗの製造方法は、中空状の中子１を成形する中子成形工程３と、中空状の中子１と、この中空状の中子１を内部に備えた金型１３との間に焼結材料７を射出成形して射出成形体９を成形する射出成形工程４と、射出成形体９の内部から中空状の中子１を除去する中子除去工程５と、射出成形体９を焼結して焼結体Ｗを得る焼結工程６と、を備えている。
【解決手段】本発明の製品焼結体Ｗの製造方法は、中空状の中子１を成形する中子成形工程３と、中空状の中子１と、この中空状の中子１を内部に備えた金型１３との間に焼結材料７を射出成形して射出成形体９を成形する射出成形工程４と、射出成形体９の内部から中空状の中子１を除去する中子除去工程５と、射出成形体９を焼結して焼結体Ｗを得る焼結工程６と、を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中空焼結体の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
セラミックス、金属あるいはこれらの複合材料などから焼結体を成形する際に、粉末射出成形法が利用されることがある。この粉末射出成形法は、焼結可能な粉末に流動性を持たせるために種々の有機化合物および熱可塑性樹脂を添加し、加熱混練の後に混練物を射出成形材料として射出成形し、得られた成形体を焼結することにより、焼結体を製品として製造するものであり、複雑な形状や比較的小さな焼結体を得ることができるため好適に用いられている。
【０００３】
ところで、上述した粉末射出成形法を用いる場合であっても、焼結しようとする製品が内部に中空部分を有するような中空焼結体である場合には、射出成形だけで中空状の射出成形体を得ることは困難である。このような場合は、予め複数に分割された分割体ごとに射出成形と焼結とを行い、焼結後に分割体同士を貼りあわせて中空焼結体を得る方法が採用される。ところが、このような焼結体同士の貼りあわせは、時間を要する機械加工を伴ったり、また貼り合わせで未接合が発生したりして好ましくない。
【０００４】
そこで、このような問題を解決するために、中空部分を型取った中子を用いて中空焼結体を成形する方法が開発されている。
例えば、特許文献１や特許文献２には、予め熱可塑性樹脂で「中実の中子」を成形しておき、この熱可塑性の中子を金型内に配備した後、射出成形材料を射出成形する方法が開示されている。この方法では、射出成形後の加熱脱脂や焼結において熱可塑性の中子が溶解して分解除去されるため、中空焼結体を容易に成形することができる。
【０００５】
その反面、特許文献１や特許文献２の成形方法では、金属粉などで形成された射出成形材料に対して中子は熱可塑性樹脂で形成されているため、両者の熱膨張率には差があることが多い。このように熱膨張率に差がある材料を組み合わせた射出成形体を加熱すると、膨張した「中実の中子」が射出成形体を内側から押して射出成形体にヒビなどが生じさせたり、中子からガスが発生して射出成形体に膨れが生じさせたりして、中空焼結体の不良率が高くなりやすいという問題があった。
【０００６】
そこで、このようなヒビや膨れを低く抑えられる成形方法として、特許文献３〜特許文献５のような方法がさらに開発されている。
例えば、特許文献３の成形方法は、射出成形材料として有機バインダを含む材料を用いるものであり、予め射出成形材料と同じ材料を用いて中子を成形し、成形された中子を加熱脱脂して有機バインダを６０〜９０％脱脂する。そして、この脱脂された中子を金型内に設置し、脱脂された中子と金型との間に射出成形を行って中空の焼結体を得るものである。このように予め加熱脱脂により有機バインダが除去された中子を用いれば、中子からガスが発生することはなく、寸法精度の良い中空焼結体を成形することができる。
【０００７】
また、特許文献４にはアセタール樹脂のように酸触媒で分解しやすい樹脂を中子を構成する材料に予め混合しておき、射出成形後に射出成形体に含まれる樹脂分を酸触媒雰囲気下で分解（脱バインダ）することにより射出成形体から中子だけを化学的に除去する方法が開示されている。さらに、特許文献５にも、サンドブラストと５５０℃に加熱された苛性ソーダ溶液を用いて射出成形体からセラミックス製の中子だけを除去する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平３−７２００４号公報
【特許文献２】特開平３−８７３０２号公報
【特許文献３】特開平６−３０５８２１号公報
【特許文献４】特開平６−１０８１０６号公報
【特許文献５】特開平１１−９２８０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、特許文献３の方法では、予め中子からバインダの６０％以上が脱脂により除去されているために、中子自体の強度が低下してしまうという問題がある。このような強度の低い中子を用いると、射出成形時に中子の中でも薄肉とされた部分に成形圧が加わって中子が破損してしまう虞がある。
また、特許文献４や特許文献５のように中子を化学的に除去する方法では、中子が中実（中が詰まった形）である場合や、中子のサイズが小さく構造が複雑である場合に、酸触媒や苛性ソーダなどが中子の内部に十分に入り込まず、中子を確実に除去できないことがある。また、高温の苛性ソーダなどのように反応性が高い薬剤は焼結体への影響が無視できない。加えて、中子がセラミックス製である場合、焼結体の材質によっては中子と焼結体とが融着してしまい、中子の除去が困難になることがある。
【００１０】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであって、ヒビや膨れの発生を防止できるものでありながら、中子の除去を容易に行うことが可能な中空焼結体の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記目的を達成するため、本発明は次の技術的手段を講じている。
即ち、本発明の中空焼結体の製造方法は、中空状の中子を成形する中子成形工程と、中空状の中子と、この中空状の中子を内部に備えた金型との間に焼結材料を射出成形して射出成形体を成形する射出成形工程と、射出成形体の内部から中空状の中子を除去する中子除去工程と、射出成形体を焼結して焼結体を得る焼結工程と、を備えていることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明者は、中子を予め中空状に成形しておけば、加熱処理や化学処理などで射出成形後に容易に中子を除去でき、中子の膨張に起因するヒビや中子からのガス発生に起因する膨れの発生も防止できるのではないかと考えた。そして、焼結材料を射出成形して射出成形体を成形する射出成形工程の前に、予め中空状の中子を成形する中子成形工程を設けることにより、ヒビや膨れの発生を防止しつつも中子が容易に除去可能となることを知見して本発明を完成させたのである。
【００１３】
なお、前記焼結材料が有機バインダを含む場合には、中空焼結体の製造方法には前記射出成形体を加熱して射出成形体から有機バインダを除去する加熱脱脂工程が備えられるのが好ましい。そして、この加熱脱脂工程を有する場合には、前記中子除去工程として、前記加熱脱脂工程における加熱を利用して、前記射出成形体の内部から中空状の中子を除去するものを採用することができる。
【００１４】
また、前記中子成形工程は、周囲が壁面で囲まれた空洞を内部に備えた中空状の中子を成形するものであるのが好ましい。例えば、このような中子成形工程としては、レーザを用いた三次元造形法によって前記中子を中空状に成形するものを挙げることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の中空焼結体の製造方法によれば、中空焼結体（製品焼結体）のヒビや膨れの発生を防止できるものでありながら、中子の除去を容易に行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】（ａ）は本発明の製造方法で成形される中空焼結体を正面から見た図であり、（ｂ）は中空焼結体をその軸心に沿って切断した場合の断面図である。また、（ｃ）は本発明の製造方法で成形される中空の中子を正面から見た図であり、（ｄ）は中空の中子をその軸心に沿って切断した場合の断面図である。
【図２】中空焼結体の製造方法の工程を示すフローチャートである。
【図３】中空焼結体の製造方法における中子成形工程以降の処理手順を示す図である。
【図４】中子成形工程の処理手順を示す図である（三次元造形法）。
【図５】中子成形工程の処理手順を示す図である（分割金型を用いた方法）。
【図６】中子成形工程の処理手順を示す図である（ガスアシスト射出成型法）。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係る中空焼結体の製造方法を図面に基づき説明する。
中空焼結体としては、さまざまな形状のものが挙げられるが、本実施形態では、外形が円錐台形状で、内部に円筒状の部分２ａと球状の部分２ｂとを組み合わせたような中空部２を備えた中空焼結体を製造する製造方法を例に挙げて本発明を説明する。
なお、本発明の製造方法で製造される中空焼結体を、以下「製品焼結体Ｗ」と呼ぶ。
【００１８】
また、以下の実施の形態の説明では、
（１）製品焼結体Ｗの製造方法の説明
（２）中空状の中子１の製造方法の説明
（３）製品焼結体Ｗや中空状の中子１を形成するに最適な材料の説明
を順を追って述べる。
【００１９】
（１）製品焼結体の製造方法
まず、本発明に係る製品焼結体Ｗの製造方法について説明する。
図１（ａ）及び（ｂ）に示されるように、第１実施形態の製品焼結体Ｗ（中空焼結体）の外形は、その軸心を上下方向に向けたような略円錐台形状となっている。製品焼結体Ｗの内部には中空部２が形成されている。この中空部２は、製品焼結体Ｗの上面の開口及び下面の開口から製品焼結体Ｗの中心に向かって上下方向に伸びる円筒状の部分２ａと、この円筒状の部分２ａにおける上下方向の中途側に組み合わされた球状の部分２ｂとからなっている。製品焼結体Ｗは、上下の開口（円筒状の部分２ａ）に比べて奥（球状の部分２ｂ）の方が広幅になっていて、内部の中空部２を中子１を用いて成形した後で上下の開口から中子１を外に引き抜こうとしても、径が大きな球状の部分２ｂが開口に引っかかって中子１を物理的に取り出すことが困難になるような形状となっている。
【００２０】
特に、製品焼結体が小さいもの（例えば高さが０．５ｍｍ〜２ｍｍ、横幅が０．５ｍｍ〜２ｍｍ）である場合は、射出成形体９自体が脆く、射出成形後の中子１の取り出しも非常に難しくなる。
そこで、本発明の製造方法では、図２に示すように、以下に示す中子成形工程３、射出成形工程４、中子除去工程５及び焼結工程６という４つの製造工程を設けて、焼結の前に中子１を確実に除去することで製品焼結体Ｗを製造している。
【００２１】
特に、本発明の製造方法で特徴となる点は、射出成形工程４の前に中子成形工程３を設けている点であり、この中子成形工程３で中空状の中子１を成形して、射出成形後の中子除去工程５で中子１を容易に除去できるようにしている点である。
なお、製品焼結体Ｗを構成する焼結材料７が後述する有機バインダ８を含む場合には、射出成形体９を加熱して有機バインダ８を除去する加熱脱脂工程１０が設けられ、この加熱脱脂工程１０の加熱を利用して中子１を除去する中子除去工程５が行われる。
【００２２】
次に、本発明の製造方法を構成する各工程について詳しく説明する。
図２に示すように、中子成形工程３は、中空状の中子１を成形する工程である。
この中子成形工程３で成形される中空状の中子１は、図１（ｃ）や図１（ｄ）に示すように、周囲が壁面で囲まれた空洞１１を内部に備えていて、言うなれば、花瓶のような薄肉の形状を有するものとなっている。
【００２３】
このように中子１の内部を空洞１１として中子１を中空状にすれば、中子除去工程５において加熱や化学処理などを短時間行うだけで容易に中子１を除去できる。また、このような中空状の中子１は、加熱時に膨張して射出成形体９に対してヒビを発生させたり、ガスを発生して膨れを発生させたりすることもない。
上述した中子１は、製品焼結体Ｗの内部の中空部２に合わせた外形を有しており、またその内部は空洞１１とされている。この中空状の中子１は、後述する加熱脱脂工程１０で加えられる加熱で溶解可能な熱可塑樹脂の微粉末１２から形成されており、これらの微粉末１２を用いて十分に溶解可能な厚みに形成されている。また、中空状の中子１は、射出成形後に加熱溶融や化学的な溶解により除去しやすいように、あるいは射出成形に加わる成形圧力に耐えられるように、その厚みが局部的に薄く（厚く）されていてもよいし、内部に補強用のリブを備えていても良い。
【００２４】
図２及び図３に示すように、射出成形工程４は、中空状の中子１と、この中空状の中子１を内部に備えた金型１３との間に焼結材料７を射出成形して射出成形体９を成形する工程である。
金型１３は、内部が空洞とされた筺状に形成されており、この内部の空洞が中空状の中子１を収容可能な収容部１４とされている。金型１３は左右に分割可能とされており、一方の金型１３には収容部１４に焼結材料７を流し入れる流入口１５が形成されている。
【００２５】
金型１３の収容部１４は、中空状の中子１を収容可能なサイズに形成されている。収容部１４の高さは中子１と同じ高さとされており、また収容部１４の幅は製品焼結体Ｗの肉厚の分だけ中子１より広幅となっている。
図３（ａ）に示すように、射出成形工程４では、金型１３の収容部１４に中空状の中子１を収容して、分割された金型１３同士を突き合わせて収容部１４内に中子１を設置する。そうすると、中子１が金型１３の収容部１４の上面と下面とに面状態で接触し、金型１３の側面と収容部１４との間に焼結材料７を射出可能な隙間が水平方向に形成される。
【００２６】
次に、図３（ｂ）に示すように、流入口１５から金型１３の収容部１４内に焼結材料７を流し入れる。収容部１４内に流し入れる焼結材料７は、金属材料の粉末、セラミックスの粉末または後述する複合材料の粉末と、有機バインダ８とから構成されており、これらの焼結材料７をバッチ式または連続式の混練機や押出機のような混練設備を用いて予め溶融混練して形成された混練物である。
【００２７】
流入口１５から金型１３内に流し入れられた焼結材料７は、中空状の中子１と金型１３（収容部１４）との間に行き渡り、製品焼結体Ｗの形状に合わせた型取りが行われる。金型１３内に注入された焼結材料７は、金型１３の冷却に伴って有機バインダ８が硬化し、中空状の中子１と金型１３との間に形成された空間の形状に合わせて射出成形体９が成形される。このようにして成形された射出成形体９に対しては、次に中子除去工程５が行われる。
【００２８】
中子除去工程５は、射出成形体９の内部から中空状の中子１を除去する工程である。
図２及び図３に示す如く、第１実施形態の製造方法には射出成形体９から有機バインダ８を加熱して除去する加熱脱脂工程１０が設けられており、上述した中子除去工程５は加熱脱脂工程１０における加熱を利用して射出成形体９の内部より、熱可塑樹脂の微粉末１２を用いて形成された中空状の中子１を溶解して除去する構成となっている。
【００２９】
具体的には、加熱脱脂工程１０は、金型１３内から、中空状の中子１とこの中子１の周囲に成形された射出成形体９とを一緒に取り出す。このようにして取り出された射出成形体９を、大気雰囲気、減圧雰囲気、真空雰囲気、不活性ガス雰囲気または還元雰囲気に維持された炉内に入れ、有機バインダ８が加熱分解される温度（例えば、３００℃〜５００℃）以上に加熱する。このようにすると、射出成形体９に含まれる有機バインダ８が熱分解され、射出成形体９から有機バインダ８が脱脂される。
【００３０】
第１実施形態の中子除去工程５は、この加熱脱脂工程１０で射出成形体９に加えられる熱を利用して、中空状の中子１をも熱分解し射出成形体９の内部から中子１のみを除去する構成となっている。
なお、第１実施形態の製造方法では、加熱脱脂工程１０における加熱を利用して射出成形体９の内部から中空状の中子１を除去する中子除去工程５を用いたが、中子１を除去する方法は加熱によるものに限られない。例えば、中空状の中子１を構成する熱可塑樹脂に有機溶媒に可溶なものを用い、射出成形工程４の後に有機溶媒を用いて中子１を溶解除去する中子除去工程５を実施しても良い。また、中子１を構成する熱可塑樹脂に酸やアルカリに可溶なものを用いる場合には、射出成形工程４後に酸やアルカリを用いて中子１を溶解除去する中子除去工程５を実施しても良い。このような有機溶媒や酸・アルカリを用いた中子除去工程５を実施する場合は、中子除去工程５が加熱脱脂工程１０と別工程として設けられていても良い。
【００３１】
上述した中子除去工程５により中子１が除かれた射出成形体９は、焼結工程６で焼結される。焼結工程６で行われる焼結は、焼結材料７によって焼結温度や雰囲気や処理時間がさまざまに変化するが、例えば大気雰囲気、不活性ガス雰囲気、真空雰囲気などのもとであれば１０００℃〜２０００℃の温度で最高温度域で１時間〜１０時間に亘って行われる。このようにして射出成形体９を焼結することで、射出成形体９を構成する焼結材料７の粉末同士が溶融・結着して製品焼結体Ｗが形成される。
【００３２】
上述したように中空状の中子１を用いて射出成形を行えば、中空状の中子１は中実なものに比べて熱膨張の影響を受けにくく、また加熱しても中子１からガス発生しにくい為、射出成形体９にヒビや膨れが発生することがなくなる。
また、中実なものに比べて内部が空洞とされた中空状の中子１は薄肉であるため、中子除去工程５に必要な時間が短時間で済み、また中子１が除去されずに残ることもない。それゆえ、中子１の除去が困難な場合、例えば製品焼結体Ｗのサイズが小さい場合や中空のような複雑な形状の場合に好ましく用いられる。
ところで、本発明に係る製造方法で製造される製品焼結体Ｗとしては、様々なものが考えられるが、切削工具、燃料電池の電極材、スピーカの振動板、スタティックミキサ、自動車などの燃料供給系統に用いられる部材（例えば、燃料インジェクションノズル）などが好適である。
【００３３】
（２）中子の製造方法
次に、中子成形工程３に好適に採用し得る「中空状の中子１の製造方法」について説明する。
【００３４】
まず、中空状の中子１の製造に最も適した方法としては、三次元造型法が挙げられる。
この三次元造型法を用いた中子成形工程３について説明する。
図４に示すように、三次元造型法を利用して中空状の中子１の造型を行う中子成形工程３は、熱可塑樹脂の微粉末１２を一定の堆積厚さに堆積し、次に微粉末１２の堆積層に対してレーザを照射することで微粉末の堆積層を焼結するものであって、この微粉末の堆積と焼結とを堆積方向に繰り返し連続して行うことで中子１の造型を行うものである。
【００３５】
なお、三次元造型法が採用可能な材料としては、幾つかのものがあるが、その材料の組成などについては、後述することにする。
まず、造型装置１６は、互いに距離をあけて配備された左右一対のステージ１８、１８と、左右のステージ１８、１８の間に昇降自在に配備されたパーツヘッド１９とを有している。左右のステージ１８、１８は、互いの上面が同じ高さになるように配備されており、それぞれの上面にはステージ１８を上下方向に貫通する貫通孔２０が形成されている。これらの貫通孔２０には、熱可塑樹脂の微粉末１２が充填されており、また熱可塑樹脂の微粉末１２の下側にはピストン形状のフィーダ２１が上下方向に昇降自在に配備されている。
【００３６】
ステージ１８の上側には、ステージ１８の上面にその外周面が接触可能なローラ１７が配備されている。このローラ１７は、ステージ１８の上面を転動しながら水平に移動可能になっており、左右のステージ１８、１８間を往来できるようになっている。
パーツヘッド１９の上方には、炭酸ガスレーザのレーザガン２２と、パーツヘッド１９の上面に堆積した微粉末に対してレーザガン２２で発生したレーザを照射する照射ミラー２３とが配備されている。照射ミラー２３は図示しない制御装置からの制御信号に基づいて、パーツヘッド１９の上面に堆積した微粉末のうち任意部分の微粉末のみを焼結して焼結層２４を形成することができるようになっており、例えばＣＡＤの断面形状データに従って制御装置から制御信号を照射ミラー２３に送って断面形状データの通りの形状に焼結層２４を形成できるようになっている。
【００３７】
上述の造型装置１６と熱可塑樹脂の微粉末１２とを用いて中空状の中子１を製造する際は、以下の手順に従って製造する。
まず、左ステージ１８の貫通孔２０のフィーダ２１を上方に向かって移動させると、フィーダ２１の上側に載せられた熱可塑樹脂の微粉末１２がせり上がり、左ステージ１８の上面に微粉末１２が山盛り状に供給される。
【００３８】
図４（ａ）に示すように、ローラ１７を転動させながら左ステージ１８から右ステージ１８に向かって水平に移動させる。そうすると、左ステージ１８の上面に山盛り状に供給された微粉末１２がローラ１７に均されてパーツヘッド１９の上面に広がり、パーツヘッド１９の上面に微粉末１２が均一な厚さ（０．１μｍから０．２μｍの厚み）で堆積する。
【００３９】
図４（ｂ）に示されるように、レーザガン２２で発生したレーザを照射ミラー２３に導き、中空状の中子１の断面形状データに従って制御装置から制御信号を照射ミラー２３に送って照射ミラー２３を動かしながら微粉末１２を焼結する。そうすると、パーツヘッド１９の上面に堆積された微粉末１２のうち中空状の中子１の断面形状に沿った部分だけにレーザが照射され、レーザの照射部分に焼結層２４が形成される。
【００４０】
図４（ｃ）に示されるように、レーザの照射が終了した後は、パーツヘッド１９を堆積層の厚みの分だけ下降させる。そして、右ステージ１８の貫通孔２０のフィーダ２１を上方に向かって移動させると、フィーダ２１の上側に載せられた熱可塑樹脂の微粉末１２がせり上がり、右ステージ１８の上面に微粉末１２が山盛り状に供給される。
図４（ｄ）に示されるように、ローラ１７を転動させながら右ステージ１８から左ステージ１８に向かって水平に移動させる。そうすると、右ステージ１８の上面に山盛り状に供給された微粉末１２がローラ１７に均されてパーツヘッド１９の上面に広がり、焼結が終了した堆積層の上面にパーツヘッド１９の下降距離の厚み分だけ微粉末１２が堆積する。
【００４１】
図４（ｅ）に示されるように、焼結が終了した堆積層の上面にさらに堆積した堆積層に対して図４（ｂ）の場合と同様にレーザを照射し微粉末１２の焼結を行う。
図４（ｆ）に示されるように、上述の図４（ａ）〜図４（ｅ）までの手順を断面形状データの数（断面スライス数）だけ繰り返す。焼結が終了すると、未焼結の微粉末１２をエアーなどで飛ばして、適宜洗浄等を行うことで中空状の中子１が得られる。
【００４２】
上述した三次元造型法を用いることにより、中空の中子１を短時間に成形することが容易になる。また、内部が空洞１１である中空状の中子１は、射出成形工程４において大きな成形圧が加わった場合に破損し易いため、内部に補強用のリブを形成するのが好ましい。このような場合であっても、三次元造型法であれば補強リブを容易に形成できて有利である。
【００４３】
上述した三次元造型法を用いた中子成形工程３は、ＣＡＤの三次元データに基づいて所望の形状を容易に得ることができ、また内部に空洞１１があるような複雑な形状の中子１であっても簡単に形成することができる。例えば、三次元造型法を用いれば、中子１の肉厚を局部的に厚く（薄く）することも可能であり、金型１３を用いた射出成形に比べて複雑な形状を得ることもできる。
【００４４】
また、上述した三次元造型法を用いた中子成形工程３は、射出成形工程４の金型１３に合わせて中子１の形状を変化することも容易であり、金型１３の形状が変化した際にも中子１の形状を自由に変更して設計変更に柔軟に対応することができる。
ところで、中空状の中子１の製造方法としては、以下に述べる方法も採用可能である。
例えば、図５に示すように、中空状の中子１を複数に分割（図例では２分割）した部材毎に射出成形し、射出成形された部材を貼り合わして中子１とすることもできる。この方法では、複数に分割した部材毎に分割金型２５を用いる必要がある。
【００４５】
具体的には、上述した分割金型２５を用いた中子成形工程３は、以下の手順で行われる。
図５（ａ）に示すように、まず中空状の中子１を半割した場合の左半分側の分割部材１Ｌを射出成形する。この左半分側の分割部材１Ｌの射出成形には、中子１の左半分側の外側形状を型取った雌金型２６と、中子１の左半分側の内側形状を型取った雄金型２７とが用いられる。互いに衝き合わされた雌金型２６と雄金型２７との間に、湯口２８から予め溶融混練された熱可塑樹脂の微粉末１２を注入し、中子１の左半分側の分割部材１Ｌを射出成形する。
【００４６】
図５（ｂ）に示すように、中子１の左半分側の分割部材１Ｌと同様な手順で中子１の右半分側の分割部材１Ｒを射出成形する。
図５（ｃ）に示すように、射出成形された中子１の左半分側の分割部材１Ｌと右半分側の分割部材１Ｒとを、超音波融着、熱圧着、接着剤などを用いて接合する。そうすると、図５（ｄ）に示すような中空状の中子１が得られる。
【００４７】
このようにして得られた中空状の中子１を用いて、射出成形工程４、中子除去工程５、焼結工程６を行うことで、製品焼結体Ｗを成形することができる。
この方法で製造された中空状の中子１は、前述した三次元造型法で得られるものより表面平滑性に優れた中子１を得ることができる。それゆえ、製品焼結体Ｗを表面平滑性良く成形できるという利点を備えている。
【００４８】
一方、図６に示すように、中空中子１をガスアシストによる射出成形法により成形することもできる。
具体的には、ガスアシストの射出成形法による中子成形工程３は、以下の手順で行われる。
図６（ａ）に示すように、中子１の外側形状を型取った一対の金型２９、３０を用意し、これらの金型同士を衝き合わせる。
【００４９】
図６（ｂ）に示すように、互いに衝き合わされた両金型２９、３０の間に、湯口３１から予め溶融混練された熱可塑樹脂の微粉末１２を注入する。このとき、湯口３１から、注入される熱可塑樹脂の内側に、高圧のアシストガス３２を同時に注入するようにする。
そうすると、注入された高圧のアシストガス３２が、内部から熱可塑性樹脂を金型２９、３０の内面に押し付けるようになり、図６（ｃ）に示すような中空状の射出成形体９を成形することができる。
【００５０】
この方法で製造された中空状の中子１は、前述した三次元造型法で得られるものより表面平滑性に優れた中子１を継ぎ目なく得ることができ、また分割金型２５を用いた射出成形のように金型を多く用いないため、成形に必要な工程数が減って製造工程が簡略化でき、表面平滑性に優れた製品焼結体Ｗを安価に得ることができるという利点を備えている。
【００５１】
（３）製品焼結体や中子を形成するに最適な材料
最後に、本発明に係る製品焼結体Ｗ、本発明に係る中子１（中空中子１）に最適な材料に関する説明を行う。
なお、以下述べる材料に関しては、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
すなわち、製品焼結体Ｗの製造方法で用いられる焼結材料７、有機バインダ８及び熱可塑性樹脂には、次のようなものを用いればよい。
【００５２】
製品焼結体Ｗは、焼結材料７を焼結して形成されている。この焼結材料７は、金属材料の粉末、セラミックスの粉末、または金属炭化物や金属窒化物を含む複合材料（例えば、サーメット）の粉末と、粉末同士を結合させて後述する射出成形体９の保形を可能とする有機バインダ８と、を有している。
焼結材料７として用いられる金属材料の粉末としては、鉄（鋼）、チタン、銅、ニッケル、クロム、タングステン等の金属若しくはこれらの金属を含む合金（例えば、ステンレス）の粉末を用いることができる。金属材料の粉末は、その重量平均粒径が１μｍ〜３０μｍ、好ましくは３μｍ〜２０μｍとされるのが良い。金属材料の粉末の重量平均粒径を１μｍ以上、好ましくは３μｍ以上とすることで、有機バインダ８の配合量を抑えることが可能となり、バインダを多量に配合した製品焼結体Ｗに起こりやすい変形、例えば割れまたは膨れ等を防止することも可能となる。
【００５３】
また、金属材料の粉末の重量平均粒径を３０μｍ以下、好ましくは２０μｍ以下にすることにより、金属材料の粉末と有機バインダ８とが成形時などに分離することを抑えられ、緻密さと強度とを併せ持った製品焼結体Ｗを得ることが可能となる。
焼結材料７として用いられるセラミックスの粉末には、酸化物、窒化物または炭化物などのセラミックスの粉末が用いられる。酸化物のセラミックスにはアルミナやジルコニアを含むものが、また窒化物セラミックスには窒化珪素や窒化アルミを含むものが、さらに炭化物のセラミックスとしては炭化珪素を含むものが好適に用いられる。
【００５４】
上述したセラミックスの粉末には、例えばサイアロン（Si-Al-O-N系セラミックス）のように酸化物、窒化物または炭化物などの粉末がそれぞれ混合されたものを用いても良い。また、これらのセラミックスの粉末には、焼結後の密度や強度等の向上を目的として、酸化イットリウム、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化セリウム等の粉末を適宜添加することもできる。
【００５５】
また、セラミックスの粉末は、その重量平均粒径が５μｍ以下、好ましくは０．０１μｍ〜２．０μｍ以下とされるのが良い。セラミックスの粉末の重量平均粒径を５μｍ以下、好ましくは２．０μｍ以下とすることで、十分な密度を備えた製品焼結体Ｗを得ることが可能となる。
焼結材料７として用いられる複合材料の粉末は、炭化タングステン、窒化チタンまたは炭化チタンの粉末に、コバルトやニッケル等の添加物を添加した材料などを用いることができる。これらのコバルトやニッケル等の添加物を添加することにより、製品焼結体Ｗの強度や密度を適宜調節することが可能となる。
【００５６】
これらの炭化タングステン、窒化チタンまたは炭化チタンの粉末は、その重量平均粒径が５μｍ以下、好ましくは３μｍ以下とされるのが良い。重量平均粒径を５μｍ以下、好ましくは３μｍ以下とすることで、製品焼結体Ｗの強度や密度を向上させることが可能となるからである。また、複合材料に添加されるコバルト、ニッケル等の添加物は、製品焼結体Ｗの密度向上のためにその重量平均粒径が１０μｍ以下、好ましくは５μｍ以下とされるのが好ましい。
【００５７】
なお、上述した金属材料、セラミックス材料及び複合材料に用いられる重量平均粒径は、レーザ回折・散乱法を用いた粒度分布測定装置によって得られるものであり、粒度分布測定装置で測定される粒度分布に基づいて算術計算した場合の重量累積５０％の平均径を意味している。
有機バインダ８は、母材成分と、熱可塑成分とで構成されている。
【００５８】
母材成分は、ポリスチレン、ポリブチルメタクリレート、ポリオキシメチレン、ポリプロピレン、スチレンアクリル共重合体、アモルファスポリオレフィン、エチレン・酢酸ビニル共重合体、エチレン・メチルアクリレート共重合体、エチレン・エチルアクリレート共重合体、エチレン・ブチルアクリレート共重合体、エチレングリシジルメタクリレート共重合体より選ばれる少なくとも１種類以上からなる樹脂である。
【００５９】
熱可塑成分は、脂肪酸エステル、脂肪酸アミド、高級脂肪酸、フタル酸エステル、アジピン酸エステル、パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックス、カルナバワックス、モンタン系ワックス、ウレタン化ワックス、無水マレイン酸変性ワックスより選ばれる少なくとも１種類以上からなる有機化合物である。
【００６０】
有機バインダ８は、加熱により上述した熱可塑成分が溶解して可塑状態となり、冷却する際に接着力を発揮して粉体の粒子同士を結着する機能を備えている。
上述した熱可塑樹脂の微粉末１２は、熱可塑性樹脂のマトリクス成分に、マトリクス成分の溶解を促進する溶解促進成分を溶融混合した後、微粉末に調整したものである。
マトリクス成分に用いられる熱可塑性樹脂としては、ポリアセタール樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリメタクリル酸メチル樹脂、ポリスチレン樹脂、スチレンアクリル共重合体樹脂、エチレン酢酸ビニル共重合体樹脂、エチレンブチルメタクリレート共重合体樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリ乳酸樹脂などを用いることができる。
【００６１】
また、溶解促進成分には、パラフィンワックス、モンタン酸系ワックス、ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックス、カルナバワックス、ウレタン化ワックス、無水マレイン酸変性ワックスなどを用いることができる。これらのマトリクス成分及び溶解促進成分は、上述したものの中から複数を選んでも良い。
熱可塑樹脂の微粉末１２は、射出成形体９の成形性（転写精度）を良好にするために、その重量平均粒径が１００μｍ以下、好ましくは７０μｍ以下とされるのが良い。このような１００μｍ以下、好ましくは７０μｍ以下の微粉末は、混練設備でマトリクス成分と溶解促進成分とを溶融混練し、この混練された材料を５ｍｍ以下のペレットにし、さらにペレットを冷凍粉砕し、冷凍粉砕物を平均粒径１００ミクロン以下に篩い分けする方法で得ることができる。
【００６２】
また、別の方法としては、熱可塑樹脂と、この熱可塑樹脂よりも低融点の水溶性高分子とを混練設備を用いて溶融混練し、混練物を水中に投入して水溶性高分子だけを水に溶かし、水に不溶な熱可塑性樹脂の粒子だけを濾過し、濾過した熱可塑性樹脂の粒子を平均粒径１００μｍ以下に篩い分けする方法で得ることもできる。
【実施例】
【００６３】
出願人は、上述した「三次元造形法」、「分割金型法」、「（ガスアシストによる）射出成型法」を用いて中子１を作成した上で、作成した中子１を用い製品焼結体Ｗを製造することで、ヒビや膨れの発生防止といった効果や中子１の容易な除去が容易に行えるといった効果を確認している。
次に、実施例及び比較例を用いて、本発明の製品焼結体Ｗの製造方法をさらに詳しく説明する。
【００６４】
［実施例１］
まず、三次元造形法を用いてＰＰ（ポリプロピレン）の熱可塑樹脂の微粉末１２から厚み０．３ｍｍの中子１を、内部が中空となるように成形した。
次に、加圧ニーダ中に、金属材料の粉末としてＳＵＳ３１６Ｌの粉末と、有機バインダ８として有機バインダＡを配合したものを投入した。その後、加圧ニーダ中でＳＵＳ３１６Ｌの粉末と有機バインダＡとを１８０℃×６０分間に亘って混練した。ニーダで混練された混練物を造粒装置（ペレタイザ）で、直径３ｍｍφ×長さ６ｍｍのペレットに加工し、焼結材料Ａを得た。
【００６５】
上述した中空状の中子１を金型１３内に設置し、中子１と金型１３との間に予め成形温度１８０℃に混練溶融された焼結材料Ａを注入しつつ、中子１の周囲に射出成形体９を成形した。得られた射出成形体９を脱脂温度６００℃に加熱された窒素ガス中で加熱脱脂工程１０を行った。この加熱脱脂工程１０の加熱を利用して、射出成形体９の内部に保持された中子１も除去された。最後に、加熱脱脂（中子１除去）が終了した射出成形体９を、焼結温度１３７０℃のアルゴンガス中に保持して焼結を行った。
<焼結材料Ａ>
ＳＵＳ３１６Ｌの粉末 ５８ vol％
有機バインダＡ ４２ vol％
<有機バインダＡ>
（ａ）ポリスチレン ２５．０ vol％
（ｂ）ポリプロピレン ２０．０ vol％
（ｃ）パラフィンワックス（融点：６０℃） ４０．０ vol％
（ｄ）ポリプロピレンワックス １０．０ vol％
（ｅ）ステアリン酸 ５．０ vol％
得られた製品焼結体Ｗについては、内部の中空とされた部分の表面を観察した。表１に示すように、実施例１については、製品焼結体Ｗにクラックや膨れが見られず、またＲｍａｘが３μｍ以下と平滑な表面を備えた製品焼結体Ｗを得ることができた。
【００６６】
【表１】
【００６７】
［実施例２］
分割された中子１の外形に合わせて形成された分割金型２５内に、ＰＳ（ポリスチレン）の熱可塑樹脂の微粉末１２を注入して射出成形を行い、射出成形された部材同士を貼り合わして中空状の中子１を成形した。
なお、焼結材料７は実施例１と同じであり、また中子成形工程３以降の工程、すなわち射出成形工程４、中子除去工程５（加熱脱脂工程１０）、焼結工程６も実施例１と同様の条件で行った。
表１に示すように、実施例２についても、製品焼結体Ｗにクラックや膨れが見られず、またＲｍａｘが１０μｍ以下の製品焼結体Ｗを得ることができた。
【００６８】
［実施例３］
中空状の中子１については、実施例２と同じポリスチレンの微粉末１２から、ガスアシストによる射出成形法により成形した。ガスアシスト法により得られた射出成形体９の平均肉厚は２ｍｍ程度であった。得られた中子１を用いて実施例１と同様の射出成形体９を成形した。成形された射出成形体９は、実施例1に準じた加熱脱脂工程１０（中子除去工程５）、焼結工程６を経て製品焼結体Ｗとした。
表１に示すように、実施例３についても、製品焼結体Ｗにクラックや膨れが見られず、またＲｍａｘが１０μｍ以下の製品焼結体Ｗを得ることができた。
【００６９】
［実施例４］
まず、実施例１同様に三次元造形法を用いてＰＰ（ポリプロピレン）の熱可塑樹脂の微粉末１２から厚み０．３ｍｍの中子１を、内部が中空となるように成形した。
次に、加圧ニーダ中に、セラミックス材料の粉末としてアルミナの粉末と、有機バインダ８として有機バインダＢを配合して投入した。その後、加圧ニーダ中でアルミナの粉末と有機バインダＢとを１６０℃×６０分間に亘って混練した。ニーダで混練された混練物を造粒装置（ペレタイザ）で、直径３ｍｍφ×長さ６ｍｍのペレットに加工し、焼結材料Ｂを得た。
【００７０】
上述した中空状の中子１を金型１３内に設置し、中子１と金型１３との間に予め成形温度１７０℃に混練溶融された焼結材料Ｂを注入しつつ、中子１の周囲に射出成形体９を成形した。得られた射出成形体９を脱脂温度５００℃に加熱された空気中で加熱脱脂工程１０を行った。この加熱脱脂工程１０の加熱を利用して、射出成形体９の内部に保持された中子１も除去された。最後に、加熱脱脂（中子除去）が終了した射出成形体９を、焼結温度１６００℃の空気中に保持して焼結を行った。
<焼結材料Ｂ>
アルミナの粉末 ６０ vol％
有機バインダＢ ４０ vol％
<有機バインダＢ>
（ａ）エチレン酢酸ビニル共重合体 ２５．０ vol％
（ｂ）ポリブチルメタクリレート ３０．０ vol％
（ｃ）パラフィンワックス（融点：６０℃） ３０．０ vol％
（ｄ）フタル酸ジオクチル １０．０ vol％
（ｅ）ステアリン酸 ５．０ vol％
得られた製品焼結体Ｗについては、実施例１同様に、内部の中空とされた部分の表面を観察した。表１に示すように、実施例４についても、製品焼結体Ｗにクラックや膨れが見られず、またＲｍａｘが０．３μｍ以下の製品焼結体Ｗを得ることができた。
【００７１】
［実施例５］
分割された中子１の外形に合わせて形成された分割金型２５内に、ＰＳ（ポリスチレン）の熱可塑樹脂を注入して射出成形を行い、射出成形された部材同士を貼り合わして中空状の中子１を成形した。
なお、焼結材料７は実施例４と同じであり、また中子成形工程３以降の工程、すなわち射出成形工程４、中子除去工程５（加熱脱脂工程１０）、焼結工程６も実施例４と同様にして行った。
表１に示すように、実施例５についても、焼結体にクラックや膨れが見られず、またＲｍａｘが１μｍ以下の焼結体を得ることができた。
【００７２】
［実施例６］
中空状の中子１については、実施例５と同じポリスチレン微粉末１２から、ガスアシストによる射出成形法により成形した。ガスアシスト法により得られた射出成形体９の平均肉厚は２ｍｍ程度であった。得られた中子１を用いて実施例４と同様の射出成形体９を成形した。成形された射出成形体９は、実施例1に準じた加熱脱脂工程１０（中子除去工程５）、焼結工程６を経て製品焼結体Ｗとした。
表１に示すように、実施例６についても、製品焼結体Ｗにクラックや膨れが見られず、またＲｍａｘが１μｍ以下の製品焼結体Ｗを得ることができた。
【００７３】
［実施例７］
まず、実施例５同様に、分割された中子１の外形に合わせて形成された分割金型２５内に、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル樹脂）の熱可塑樹脂の微粉末１２を注入して射出成形を行い、射出成形された部材同士を貼り合わして中空状の中子１を成形した。
次に、加圧ニーダ中に、セラミックス材料の粉末としてアルミナの粉末と、有機バインダ８としてバインダ組成Ｃを配合して投入した。その後、加圧ニーダ中でアルミナの粉末と有機バインダＣとを１６０℃×６０分間に亘って混練した。ニーダで混練された混練物を造粒装置（ペレタイザ）で、直径３ｍｍφ×長さ６ｍｍのペレットに加工し、焼結材料Ｃを得た。
【００７４】
上述した中空状の中子１を金型１３内に設置し、中子１と金型１３との間に予め成形温度１７０℃に混練溶融された焼結材料Ｃを注入しつつ、中子１の周囲に射出成形体９を成形した。得られた射出成形体９を、２０℃に温度調節されたアセトン中に１２時間に亘って浸漬させた後、脱脂温度５００℃に加熱された空気中で加熱脱脂工程１０を行った。この加熱脱脂工程１０における有機溶媒（アセトン）への浸漬と加熱とを利用して、射出成形体９の内部に保持された中子１も除去された。最後に、加熱脱脂（中子除去）が終了した射出成形体９を、焼結温度１６００℃の空気中に保持して焼結を行った。
<焼結材料Ｃ>
アルミナの粉末 ６０ vol％
有機バインダＣ ４０ vol％
<有機バインダＣ>
（ａ）ポリエチレン ２５．０ vol％
（ｂ）ポリプロピレン ２５．０ vol％
（ｃ）パラフィンワックス（融点：４６℃） ４０．０ vol％
（ｄ）ステアリン酸 １０．０ vol％
表１に示すように、実施例７についても、製品焼結体Ｗにクラックや膨れが見られず、またＲｍａｘが１μｍ以下の製品焼結体Ｗを得ることができた。
【００７５】
［実施例８］
まず、実施例４と同様に三次元造形法を用いてＰＯＭ（ポリアセタール樹脂）の熱可塑樹脂の微粉末１２から厚み０．３ｍｍの中子１を、内部が中空となるように成形した。
次に、加圧ニーダ中に、金属材料の粉末としてチタンの粉末と、有機バインダ８としてバインダ組成Ｄを配合して投入した。その後、加圧ニーダ中でチタンの粉末と有機バインダＤとを１８０℃×６０分間に亘って混練した。ニーダで混練された混練物を造粒装置（ペレタイザ）で、直径３ｍｍφ×長さ６ｍｍのペレットに加工し、焼結材料７を得た。
上述した中空状の中子１を金型１３内に設置し、中子１と金型１３との間に予め成形温度１８０℃に混練溶融された焼結材料７を注入しつつ、中子１の周囲に射出成形体９を成形した。得られた射出成形体９を脱脂温度６００℃に加熱されたアルゴン中で加熱脱脂工程１０を行った。この加熱脱脂工程１０の加熱を利用して、射出成形体９の内部に保持された中子１も除去された。最後に、加熱脱脂（中子除去）が終了した射出成形体９を、焼結温度１２００℃の真空中に保持して焼結を行った。
<焼結材料Ｄ>
チタン粉末 ６５体積％
有機バインダＤ ３５体積％
<有機バインダＤ>
（ａ）ポリスチレン ２５．０ｖｏｌ％
（ｂ）ポリプロピレン ２０．０ｖｏｌ％
（ｃ）パラフィンワックス（融点：６０℃） ４０．０ｖｏｌ％
（ｄ）ポリプロピレンワックス １０．０ｖｏｌ％
（ｅ）ステアリン酸 ５．０ｖｏｌ％
表１に示すように、実施例８についても、製品焼結体Ｗにクラックや膨れが見られず、またＲｍａｘが１２μｍ以下の製品焼結体Ｗを得ることができた。
【００７６】
［実施例９］
実施例９は、実施例１と同じ条件で中子成形工程３、射出成形工程４、加熱脱脂工程１０、焼結工程６を行ったものである。実施例９が実施例１と異なっている点は、中子１を構成する熱可塑性樹脂にポリプロピレン系の複合樹脂材料を用いている点である。この複合樹脂材料は、ポリプロピレン（８５vol%）、パラフィンワックス（１０vol%）、ステアリン酸アミド（５vol%）を有しており、その平均粒径は５０μｍとされている。
表１に示すように、実施例９に示す製造方法で成形された製品焼結体Ｗについても、製品焼結体Ｗにクラックや膨れが見られなかった。
【００７７】
［実施例１０］
実施例１０は、実施例２と同じ条件で中子成形工程３、射出成形工程４、加熱脱脂工程１０、焼結工程６を行ったものである。実施例１０が実施例２と異なっている点は、中子１を構成する熱可塑性樹脂に実施例９と同じポリプロピレン系の複合樹脂材料を用いている点である。
表１に示すように、実施例１０に示す製造方法で成形された製品焼結体Ｗについても、製品焼結体Ｗにクラックや膨れが見られなかった。
【００７８】
［比較例１］
比較例１は、実施例１と同様の金属粉末（ＳＵＳ３１６Ｌの粉末）および有機バインダ８（有機バインダＡ）を用いて、内部が中実とされた中子１を射出成形法で成形したものである。
表１に示すように、比較例１に示す製造方法で成形された製品焼結体Ｗについては、製品焼結体Ｗの中空部分に放射状の大きなクラックが生じていた。脱脂後の成形体についても内部の観察を行ったところ、同じく放射状の大きなクラックが生じており、クラックに関しては２００度以下の加熱脱脂で既に生じていることが確認された。これは中子１が中実であると、中子１を構成するポリプロピレン樹脂が熱により膨張し、射出成形体９が膨張した中子１に押されてクラックが発生したと考えられる。
【００７９】
［比較例２］
比較例２は、実施例７と同様のセラミックス粉末（アルミナの粉末）および有機バインダ８（有機バインダＣ）を用いて、内部が中実とされた中子１を射出成形法で成形したものである。
表１に示すように、比較例２に示す製造方法で成形された製品焼結体Ｗについては、中子１がポリメタクリル酸メチル樹脂を用いて中実に成形されており肉厚があるため、アセトン中に１２時間に亘って浸漬させても中子１の溶解が十分にしなかった。なお、比較例２では、アセトンへの浸漬時間を２４時間まで伸ばしても、ポリメタクリル酸メチル樹脂の溶解が完了していない。これは、溶媒として用いたアセトンに接する中子１の表面積が小さく、溶解が十分に進行しなかったためであると考えられる。
【００８０】
［比較例３］
比較例３は、実施例８と同様の金属粉末（チタンの粉末）および有機バインダ８（有機バインダＤ）を用いて、内部が中実とされた中子１を射出成形法で成形したものである。
表１に示すように、比較例３に示す製造方法で成形された製品焼結体Ｗについては、製品焼結体Ｗの中空部分に放射状の大きなクラックが生じていた。脱脂後の成形体についても内部の観察を行ったところ、同じく放射状の大きなクラックが生じており、クラックに関しては２２０度以下の加熱脱脂で既に生じていることが確認された。これは中子１が中実であると、中子１を構成するポリアセタール樹脂が熱により膨張し、射出成形体９が膨張した中子１に押されてクラックが発生したと考えられる。
【００８１】
［比較例４］
比較例４は、実施例８と同じＰＯＭ（ポリアセタール樹脂）の熱可塑樹脂の微粉末１２に、実施例４の焼結材料７と同じアルミナの粉末を混合した材料を用いて、内部が中実とされた中子１を射出成形法で成形したものである。
【００８２】
表１に示すように、比較例４に示す製造方法で成形された製品焼結体Ｗについては、製品焼結体Ｗの中空部分に放射状の大きなクラックが生じていた。また、アルミナと有機バインダ８との複合材料からなる中子１は６００℃の脱脂を行っても、アルミナが残留し、取り除くことが困難であった。
上述した実施例と比較例との比較から、中子１を中空にすることで加熱脱脂時に中子１の除去が容易にとなり、製品焼結体Ｗに発生するヒビやクラックが抑えられることがわかる。また、セラミックスのような加熱脱脂でも溶解しない材料で中子１を成形すると、加熱や脱脂だけでは中子１の除去が十分に行えなくなり、中子除去工程５に手間がかかることがわかる。この点から、中子１は熱可塑性樹脂を用いて中空状に成形されるのが好ましいと考えられる。
【００８３】
本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、発明の本質を変更しない範囲で各部材の形状、構造、材質、組み合わせなどを適宜変更可能である。
例えば、上記実施形態では、ローラ１７で均された堆積層に対して炭酸ガスレーザを照射する製造装置を例示した。しかし、レーザの種類は炭酸ガスレーザに限定されない。例えば半導体レーザや赤外線レーザなどを用いることもできる。また、ローラ１７に代えてワイパのような部材を用いて堆積層を形成することもできる。
【００８４】
なお、上記実施形態では、中子１として円筒状の部分と球状の部分とを組み合わせたような空洞１１を有するものを用いたが、中子１の形状は例示したものに限られない。例えば、周囲が壁面で囲まれた空洞１１を内部に備えたものであって、外部から隔離されたような閉じられた空洞１１を内部に備えた中子１を成形することも可能である。
【符号の説明】
【００８５】
１ 中子（中空中子）
１Ｌ中子の左半分側
１Ｒ中子の右半分側
２ 製品焼結体の中空部
２ａ中空部の円筒状の部分
２ｂ中空部の球状の部分
３ 中子成形工程
４ 射出成形工程
５ 中子除去工程
６ 焼結工程
７ 焼結材料
８ 有機バインダ
９ 射出成形体
１０ 加熱脱脂工程
１１ 空洞
１２ 熱可塑性樹脂の微粉末
１３ 金型（焼結体成形用）
１４ 収容部
１５ 流入口
１６ （三次元造型法の）造型装置
１７ ローラ
１８ ステージ
１９ パーツヘッド
２０ 貫通孔
２１ フィーダ
２２ レーザガン
２３ 照射ミラー
２４ 焼結層
２５ 分割金型
２６ 雌金型
２７ 雄金型
２８ 湯口
２９ ガスアシスト法の金型（中子成形用）
３１ 湯口
３２ アシストガス
Ｗ 製品焼結体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中空焼結体の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
セラミックス、金属あるいはこれらの複合材料などから焼結体を成形する際に、粉末射出成形法が利用されることがある。この粉末射出成形法は、焼結可能な粉末に流動性を持たせるために種々の有機化合物および熱可塑性樹脂を添加し、加熱混練の後に混練物を射出成形材料として射出成形し、得られた成形体を焼結することにより、焼結体を製品として製造するものであり、複雑な形状や比較的小さな焼結体を得ることができるため好適に用いられている。
【０００３】
ところで、上述した粉末射出成形法を用いる場合であっても、焼結しようとする製品が内部に中空部分を有するような中空焼結体である場合には、射出成形だけで中空状の射出成形体を得ることは困難である。このような場合は、予め複数に分割された分割体ごとに射出成形と焼結とを行い、焼結後に分割体同士を貼りあわせて中空焼結体を得る方法が採用される。ところが、このような焼結体同士の貼りあわせは、時間を要する機械加工を伴ったり、また貼り合わせで未接合が発生したりして好ましくない。
【０００４】
そこで、このような問題を解決するために、中空部分を型取った中子を用いて中空焼結体を成形する方法が開発されている。
例えば、特許文献１や特許文献２には、予め熱可塑性樹脂で「中実の中子」を成形しておき、この熱可塑性の中子を金型内に配備した後、射出成形材料を射出成形する方法が開示されている。この方法では、射出成形後の加熱脱脂や焼結において熱可塑性の中子が溶解して分解除去されるため、中空焼結体を容易に成形することができる。
【０００５】
その反面、特許文献１や特許文献２の成形方法では、金属粉などで形成された射出成形材料に対して中子は熱可塑性樹脂で形成されているため、両者の熱膨張率には差があることが多い。このように熱膨張率に差がある材料を組み合わせた射出成形体を加熱すると、膨張した「中実の中子」が射出成形体を内側から押して射出成形体にヒビなどが生じさせたり、中子からガスが発生して射出成形体に膨れが生じさせたりして、中空焼結体の不良率が高くなりやすいという問題があった。
【０００６】
そこで、このようなヒビや膨れを低く抑えられる成形方法として、特許文献３〜特許文献５のような方法がさらに開発されている。
例えば、特許文献３の成形方法は、射出成形材料として有機バインダを含む材料を用いるものであり、予め射出成形材料と同じ材料を用いて中子を成形し、成形された中子を加熱脱脂して有機バインダを６０〜９０％脱脂する。そして、この脱脂された中子を金型内に設置し、脱脂された中子と金型との間に射出成形を行って中空の焼結体を得るものである。このように予め加熱脱脂により有機バインダが除去された中子を用いれば、中子からガスが発生することはなく、寸法精度の良い中空焼結体を成形することができる。
【０００７】
また、特許文献４にはアセタール樹脂のように酸触媒で分解しやすい樹脂を中子を構成する材料に予め混合しておき、射出成形後に射出成形体に含まれる樹脂分を酸触媒雰囲気下で分解（脱バインダ）することにより射出成形体から中子だけを化学的に除去する方法が開示されている。さらに、特許文献５にも、サンドブラストと５５０℃に加熱された苛性ソーダ溶液を用いて射出成形体からセラミックス製の中子だけを除去する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平３−７２００４号公報
【特許文献２】特開平３−８７３０２号公報
【特許文献３】特開平６−３０５８２１号公報
【特許文献４】特開平６−１０８１０６号公報
【特許文献５】特開平１１−９２８０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、特許文献３の方法では、予め中子からバインダの６０％以上が脱脂により除去されているために、中子自体の強度が低下してしまうという問題がある。このような強度の低い中子を用いると、射出成形時に中子の中でも薄肉とされた部分に成形圧が加わって中子が破損してしまう虞がある。
また、特許文献４や特許文献５のように中子を化学的に除去する方法では、中子が中実（中が詰まった形）である場合や、中子のサイズが小さく構造が複雑である場合に、酸触媒や苛性ソーダなどが中子の内部に十分に入り込まず、中子を確実に除去できないことがある。また、高温の苛性ソーダなどのように反応性が高い薬剤は焼結体への影響が無視できない。加えて、中子がセラミックス製である場合、焼結体の材質によっては中子と焼結体とが融着してしまい、中子の除去が困難になることがある。
【００１０】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであって、ヒビや膨れの発生を防止できるものでありながら、中子の除去を容易に行うことが可能な中空焼結体の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記目的を達成するため、本発明は次の技術的手段を講じている。
即ち、本発明の中空焼結体の製造方法は、中空状の中子を成形する中子成形工程と、中空状の中子と、この中空状の中子を内部に備えた金型との間に焼結材料を射出成形して射出成形体を成形する射出成形工程と、射出成形体の内部から中空状の中子を除去する中子除去工程と、射出成形体を焼結して焼結体を得る焼結工程と、を備えていることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明者は、中子を予め中空状に成形しておけば、加熱処理や化学処理などで射出成形後に容易に中子を除去でき、中子の膨張に起因するヒビや中子からのガス発生に起因する膨れの発生も防止できるのではないかと考えた。そして、焼結材料を射出成形して射出成形体を成形する射出成形工程の前に、予め中空状の中子を成形する中子成形工程を設けることにより、ヒビや膨れの発生を防止しつつも中子が容易に除去可能となることを知見して本発明を完成させたのである。
【００１３】
なお、前記焼結材料が有機バインダを含む場合には、中空焼結体の製造方法には前記射出成形体を加熱して射出成形体から有機バインダを除去する加熱脱脂工程が備えられるのが好ましい。そして、この加熱脱脂工程を有する場合には、前記中子除去工程として、前記加熱脱脂工程における加熱を利用して、前記射出成形体の内部から中空状の中子を除去するものを採用することができる。
【００１４】
また、前記中子成形工程は、周囲が壁面で囲まれた空洞を内部に備えた中空状の中子を成形するものであるのが好ましい。例えば、このような中子成形工程としては、レーザを用いた三次元造形法によって前記中子を中空状に成形するものを挙げることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の中空焼結体の製造方法によれば、中空焼結体（製品焼結体）のヒビや膨れの発生を防止できるものでありながら、中子の除去を容易に行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】（ａ）は本発明の製造方法で成形される中空焼結体を正面から見た図であり、（ｂ）は中空焼結体をその軸心に沿って切断した場合の断面図である。また、（ｃ）は本発明の製造方法で成形される中空の中子を正面から見た図であり、（ｄ）は中空の中子をその軸心に沿って切断した場合の断面図である。
【図２】中空焼結体の製造方法の工程を示すフローチャートである。
【図３】中空焼結体の製造方法における中子成形工程以降の処理手順を示す図である。
【図４】中子成形工程の処理手順を示す図である（三次元造形法）。
【図５】中子成形工程の処理手順を示す図である（分割金型を用いた方法）。
【図６】中子成形工程の処理手順を示す図である（ガスアシスト射出成型法）。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係る中空焼結体の製造方法を図面に基づき説明する。
中空焼結体としては、さまざまな形状のものが挙げられるが、本実施形態では、外形が円錐台形状で、内部に円筒状の部分２ａと球状の部分２ｂとを組み合わせたような中空部２を備えた中空焼結体を製造する製造方法を例に挙げて本発明を説明する。
なお、本発明の製造方法で製造される中空焼結体を、以下「製品焼結体Ｗ」と呼ぶ。
【００１８】
また、以下の実施の形態の説明では、
（１）製品焼結体Ｗの製造方法の説明
（２）中空状の中子１の製造方法の説明
（３）製品焼結体Ｗや中空状の中子１を形成するに最適な材料の説明
を順を追って述べる。
【００１９】
（１）製品焼結体の製造方法
まず、本発明に係る製品焼結体Ｗの製造方法について説明する。
図１（ａ）及び（ｂ）に示されるように、第１実施形態の製品焼結体Ｗ（中空焼結体）の外形は、その軸心を上下方向に向けたような略円錐台形状となっている。製品焼結体Ｗの内部には中空部２が形成されている。この中空部２は、製品焼結体Ｗの上面の開口及び下面の開口から製品焼結体Ｗの中心に向かって上下方向に伸びる円筒状の部分２ａと、この円筒状の部分２ａにおける上下方向の中途側に組み合わされた球状の部分２ｂとからなっている。製品焼結体Ｗは、上下の開口（円筒状の部分２ａ）に比べて奥（球状の部分２ｂ）の方が広幅になっていて、内部の中空部２を中子１を用いて成形した後で上下の開口から中子１を外に引き抜こうとしても、径が大きな球状の部分２ｂが開口に引っかかって中子１を物理的に取り出すことが困難になるような形状となっている。
【００２０】
特に、製品焼結体が小さいもの（例えば高さが０．５ｍｍ〜２ｍｍ、横幅が０．５ｍｍ〜２ｍｍ）である場合は、射出成形体９自体が脆く、射出成形後の中子１の取り出しも非常に難しくなる。
そこで、本発明の製造方法では、図２に示すように、以下に示す中子成形工程３、射出成形工程４、中子除去工程５及び焼結工程６という４つの製造工程を設けて、焼結の前に中子１を確実に除去することで製品焼結体Ｗを製造している。
【００２１】
特に、本発明の製造方法で特徴となる点は、射出成形工程４の前に中子成形工程３を設けている点であり、この中子成形工程３で中空状の中子１を成形して、射出成形後の中子除去工程５で中子１を容易に除去できるようにしている点である。
なお、製品焼結体Ｗを構成する焼結材料７が後述する有機バインダ８を含む場合には、射出成形体９を加熱して有機バインダ８を除去する加熱脱脂工程１０が設けられ、この加熱脱脂工程１０の加熱を利用して中子１を除去する中子除去工程５が行われる。
【００２２】
次に、本発明の製造方法を構成する各工程について詳しく説明する。
図２に示すように、中子成形工程３は、中空状の中子１を成形する工程である。
この中子成形工程３で成形される中空状の中子１は、図１（ｃ）や図１（ｄ）に示すように、周囲が壁面で囲まれた空洞１１を内部に備えていて、言うなれば、花瓶のような薄肉の形状を有するものとなっている。
【００２３】
このように中子１の内部を空洞１１として中子１を中空状にすれば、中子除去工程５において加熱や化学処理などを短時間行うだけで容易に中子１を除去できる。また、このような中空状の中子１は、加熱時に膨張して射出成形体９に対してヒビを発生させたり、ガスを発生して膨れを発生させたりすることもない。
上述した中子１は、製品焼結体Ｗの内部の中空部２に合わせた外形を有しており、またその内部は空洞１１とされている。この中空状の中子１は、後述する加熱脱脂工程１０で加えられる加熱で溶解可能な熱可塑樹脂の微粉末１２から形成されており、これらの微粉末１２を用いて十分に溶解可能な厚みに形成されている。また、中空状の中子１は、射出成形後に加熱溶融や化学的な溶解により除去しやすいように、あるいは射出成形に加わる成形圧力に耐えられるように、その厚みが局部的に薄く（厚く）されていてもよいし、内部に補強用のリブを備えていても良い。
【００２４】
図２及び図３に示すように、射出成形工程４は、中空状の中子１と、この中空状の中子１を内部に備えた金型１３との間に焼結材料７を射出成形して射出成形体９を成形する工程である。
金型１３は、内部が空洞とされた筺状に形成されており、この内部の空洞が中空状の中子１を収容可能な収容部１４とされている。金型１３は左右に分割可能とされており、一方の金型１３には収容部１４に焼結材料７を流し入れる流入口１５が形成されている。
【００２５】
金型１３の収容部１４は、中空状の中子１を収容可能なサイズに形成されている。収容部１４の高さは中子１と同じ高さとされており、また収容部１４の幅は製品焼結体Ｗの肉厚の分だけ中子１より広幅となっている。
図３（ａ）に示すように、射出成形工程４では、金型１３の収容部１４に中空状の中子１を収容して、分割された金型１３同士を突き合わせて収容部１４内に中子１を設置する。そうすると、中子１が金型１３の収容部１４の上面と下面とに面状態で接触し、金型１３の側面と収容部１４との間に焼結材料７を射出可能な隙間が水平方向に形成される。
【００２６】
次に、図３（ｂ）に示すように、流入口１５から金型１３の収容部１４内に焼結材料７を流し入れる。収容部１４内に流し入れる焼結材料７は、金属材料の粉末、セラミックスの粉末または後述する複合材料の粉末と、有機バインダ８とから構成されており、これらの焼結材料７をバッチ式または連続式の混練機や押出機のような混練設備を用いて予め溶融混練して形成された混練物である。
【００２７】
流入口１５から金型１３内に流し入れられた焼結材料７は、中空状の中子１と金型１３（収容部１４）との間に行き渡り、製品焼結体Ｗの形状に合わせた型取りが行われる。金型１３内に注入された焼結材料７は、金型１３の冷却に伴って有機バインダ８が硬化し、中空状の中子１と金型１３との間に形成された空間の形状に合わせて射出成形体９が成形される。このようにして成形された射出成形体９に対しては、次に中子除去工程５が行われる。
【００２８】
中子除去工程５は、射出成形体９の内部から中空状の中子１を除去する工程である。
図２及び図３に示す如く、第１実施形態の製造方法には射出成形体９から有機バインダ８を加熱して除去する加熱脱脂工程１０が設けられており、上述した中子除去工程５は加熱脱脂工程１０における加熱を利用して射出成形体９の内部より、熱可塑樹脂の微粉末１２を用いて形成された中空状の中子１を溶解して除去する構成となっている。
【００２９】
具体的には、加熱脱脂工程１０は、金型１３内から、中空状の中子１とこの中子１の周囲に成形された射出成形体９とを一緒に取り出す。このようにして取り出された射出成形体９を、大気雰囲気、減圧雰囲気、真空雰囲気、不活性ガス雰囲気または還元雰囲気に維持された炉内に入れ、有機バインダ８が加熱分解される温度（例えば、３００℃〜５００℃）以上に加熱する。このようにすると、射出成形体９に含まれる有機バインダ８が熱分解され、射出成形体９から有機バインダ８が脱脂される。
【００３０】
第１実施形態の中子除去工程５は、この加熱脱脂工程１０で射出成形体９に加えられる熱を利用して、中空状の中子１をも熱分解し射出成形体９の内部から中子１のみを除去する構成となっている。
なお、第１実施形態の製造方法では、加熱脱脂工程１０における加熱を利用して射出成形体９の内部から中空状の中子１を除去する中子除去工程５を用いたが、中子１を除去する方法は加熱によるものに限られない。例えば、中空状の中子１を構成する熱可塑樹脂に有機溶媒に可溶なものを用い、射出成形工程４の後に有機溶媒を用いて中子１を溶解除去する中子除去工程５を実施しても良い。また、中子１を構成する熱可塑樹脂に酸やアルカリに可溶なものを用いる場合には、射出成形工程４後に酸やアルカリを用いて中子１を溶解除去する中子除去工程５を実施しても良い。このような有機溶媒や酸・アルカリを用いた中子除去工程５を実施する場合は、中子除去工程５が加熱脱脂工程１０と別工程として設けられていても良い。
【００３１】
上述した中子除去工程５により中子１が除かれた射出成形体９は、焼結工程６で焼結される。焼結工程６で行われる焼結は、焼結材料７によって焼結温度や雰囲気や処理時間がさまざまに変化するが、例えば大気雰囲気、不活性ガス雰囲気、真空雰囲気などのもとであれば１０００℃〜２０００℃の温度で最高温度域で１時間〜１０時間に亘って行われる。このようにして射出成形体９を焼結することで、射出成形体９を構成する焼結材料７の粉末同士が溶融・結着して製品焼結体Ｗが形成される。
【００３２】
上述したように中空状の中子１を用いて射出成形を行えば、中空状の中子１は中実なものに比べて熱膨張の影響を受けにくく、また加熱しても中子１からガス発生しにくい為、射出成形体９にヒビや膨れが発生することがなくなる。
また、中実なものに比べて内部が空洞とされた中空状の中子１は薄肉であるため、中子除去工程５に必要な時間が短時間で済み、また中子１が除去されずに残ることもない。それゆえ、中子１の除去が困難な場合、例えば製品焼結体Ｗのサイズが小さい場合や中空のような複雑な形状の場合に好ましく用いられる。
ところで、本発明に係る製造方法で製造される製品焼結体Ｗとしては、様々なものが考えられるが、切削工具、燃料電池の電極材、スピーカの振動板、スタティックミキサ、自動車などの燃料供給系統に用いられる部材（例えば、燃料インジェクションノズル）などが好適である。
【００３３】
（２）中子の製造方法
次に、中子成形工程３に好適に採用し得る「中空状の中子１の製造方法」について説明する。
【００３４】
まず、中空状の中子１の製造に最も適した方法としては、三次元造型法が挙げられる。
この三次元造型法を用いた中子成形工程３について説明する。
図４に示すように、三次元造型法を利用して中空状の中子１の造型を行う中子成形工程３は、熱可塑樹脂の微粉末１２を一定の堆積厚さに堆積し、次に微粉末１２の堆積層に対してレーザを照射することで微粉末の堆積層を焼結するものであって、この微粉末の堆積と焼結とを堆積方向に繰り返し連続して行うことで中子１の造型を行うものである。
【００３５】
なお、三次元造型法が採用可能な材料としては、幾つかのものがあるが、その材料の組成などについては、後述することにする。
まず、造型装置１６は、互いに距離をあけて配備された左右一対のステージ１８、１８と、左右のステージ１８、１８の間に昇降自在に配備されたパーツヘッド１９とを有している。左右のステージ１８、１８は、互いの上面が同じ高さになるように配備されており、それぞれの上面にはステージ１８を上下方向に貫通する貫通孔２０が形成されている。これらの貫通孔２０には、熱可塑樹脂の微粉末１２が充填されており、また熱可塑樹脂の微粉末１２の下側にはピストン形状のフィーダ２１が上下方向に昇降自在に配備されている。
【００３６】
ステージ１８の上側には、ステージ１８の上面にその外周面が接触可能なローラ１７が配備されている。このローラ１７は、ステージ１８の上面を転動しながら水平に移動可能になっており、左右のステージ１８、１８間を往来できるようになっている。
パーツヘッド１９の上方には、炭酸ガスレーザのレーザガン２２と、パーツヘッド１９の上面に堆積した微粉末に対してレーザガン２２で発生したレーザを照射する照射ミラー２３とが配備されている。照射ミラー２３は図示しない制御装置からの制御信号に基づいて、パーツヘッド１９の上面に堆積した微粉末のうち任意部分の微粉末のみを焼結して焼結層２４を形成することができるようになっており、例えばＣＡＤの断面形状データに従って制御装置から制御信号を照射ミラー２３に送って断面形状データの通りの形状に焼結層２４を形成できるようになっている。
【００３７】
上述の造型装置１６と熱可塑樹脂の微粉末１２とを用いて中空状の中子１を製造する際は、以下の手順に従って製造する。
まず、左ステージ１８の貫通孔２０のフィーダ２１を上方に向かって移動させると、フィーダ２１の上側に載せられた熱可塑樹脂の微粉末１２がせり上がり、左ステージ１８の上面に微粉末１２が山盛り状に供給される。
【００３８】
図４（ａ）に示すように、ローラ１７を転動させながら左ステージ１８から右ステージ１８に向かって水平に移動させる。そうすると、左ステージ１８の上面に山盛り状に供給された微粉末１２がローラ１７に均されてパーツヘッド１９の上面に広がり、パーツヘッド１９の上面に微粉末１２が均一な厚さ（０．１μｍから０．２μｍの厚み）で堆積する。
【００３９】
図４（ｂ）に示されるように、レーザガン２２で発生したレーザを照射ミラー２３に導き、中空状の中子１の断面形状データに従って制御装置から制御信号を照射ミラー２３に送って照射ミラー２３を動かしながら微粉末１２を焼結する。そうすると、パーツヘッド１９の上面に堆積された微粉末１２のうち中空状の中子１の断面形状に沿った部分だけにレーザが照射され、レーザの照射部分に焼結層２４が形成される。
【００４０】
図４（ｃ）に示されるように、レーザの照射が終了した後は、パーツヘッド１９を堆積層の厚みの分だけ下降させる。そして、右ステージ１８の貫通孔２０のフィーダ２１を上方に向かって移動させると、フィーダ２１の上側に載せられた熱可塑樹脂の微粉末１２がせり上がり、右ステージ１８の上面に微粉末１２が山盛り状に供給される。
図４（ｄ）に示されるように、ローラ１７を転動させながら右ステージ１８から左ステージ１８に向かって水平に移動させる。そうすると、右ステージ１８の上面に山盛り状に供給された微粉末１２がローラ１７に均されてパーツヘッド１９の上面に広がり、焼結が終了した堆積層の上面にパーツヘッド１９の下降距離の厚み分だけ微粉末１２が堆積する。
【００４１】
図４（ｅ）に示されるように、焼結が終了した堆積層の上面にさらに堆積した堆積層に対して図４（ｂ）の場合と同様にレーザを照射し微粉末１２の焼結を行う。
図４（ｆ）に示されるように、上述の図４（ａ）〜図４（ｅ）までの手順を断面形状データの数（断面スライス数）だけ繰り返す。焼結が終了すると、未焼結の微粉末１２をエアーなどで飛ばして、適宜洗浄等を行うことで中空状の中子１が得られる。
【００４２】
上述した三次元造型法を用いることにより、中空の中子１を短時間に成形することが容易になる。また、内部が空洞１１である中空状の中子１は、射出成形工程４において大きな成形圧が加わった場合に破損し易いため、内部に補強用のリブを形成するのが好ましい。このような場合であっても、三次元造型法であれば補強リブを容易に形成できて有利である。
【００４３】
上述した三次元造型法を用いた中子成形工程３は、ＣＡＤの三次元データに基づいて所望の形状を容易に得ることができ、また内部に空洞１１があるような複雑な形状の中子１であっても簡単に形成することができる。例えば、三次元造型法を用いれば、中子１の肉厚を局部的に厚く（薄く）することも可能であり、金型１３を用いた射出成形に比べて複雑な形状を得ることもできる。
【００４４】
また、上述した三次元造型法を用いた中子成形工程３は、射出成形工程４の金型１３に合わせて中子１の形状を変化することも容易であり、金型１３の形状が変化した際にも中子１の形状を自由に変更して設計変更に柔軟に対応することができる。
ところで、中空状の中子１の製造方法としては、以下に述べる方法も採用可能である。
例えば、図５に示すように、中空状の中子１を複数に分割（図例では２分割）した部材毎に射出成形し、射出成形された部材を貼り合わして中子１とすることもできる。この方法では、複数に分割した部材毎に分割金型２５を用いる必要がある。
【００４５】
具体的には、上述した分割金型２５を用いた中子成形工程３は、以下の手順で行われる。
図５（ａ）に示すように、まず中空状の中子１を半割した場合の左半分側の分割部材１Ｌを射出成形する。この左半分側の分割部材１Ｌの射出成形には、中子１の左半分側の外側形状を型取った雌金型２６と、中子１の左半分側の内側形状を型取った雄金型２７とが用いられる。互いに衝き合わされた雌金型２６と雄金型２７との間に、湯口２８から予め溶融混練された熱可塑樹脂の微粉末１２を注入し、中子１の左半分側の分割部材１Ｌを射出成形する。
【００４６】
図５（ｂ）に示すように、中子１の左半分側の分割部材１Ｌと同様な手順で中子１の右半分側の分割部材１Ｒを射出成形する。
図５（ｃ）に示すように、射出成形された中子１の左半分側の分割部材１Ｌと右半分側の分割部材１Ｒとを、超音波融着、熱圧着、接着剤などを用いて接合する。そうすると、図５（ｄ）に示すような中空状の中子１が得られる。
【００４７】
このようにして得られた中空状の中子１を用いて、射出成形工程４、中子除去工程５、焼結工程６を行うことで、製品焼結体Ｗを成形することができる。
この方法で製造された中空状の中子１は、前述した三次元造型法で得られるものより表面平滑性に優れた中子１を得ることができる。それゆえ、製品焼結体Ｗを表面平滑性良く成形できるという利点を備えている。
【００４８】
一方、図６に示すように、中空中子１をガスアシストによる射出成形法により成形することもできる。
具体的には、ガスアシストの射出成形法による中子成形工程３は、以下の手順で行われる。
図６（ａ）に示すように、中子１の外側形状を型取った一対の金型２９、３０を用意し、これらの金型同士を衝き合わせる。
【００４９】
図６（ｂ）に示すように、互いに衝き合わされた両金型２９、３０の間に、湯口３１から予め溶融混練された熱可塑樹脂の微粉末１２を注入する。このとき、湯口３１から、注入される熱可塑樹脂の内側に、高圧のアシストガス３２を同時に注入するようにする。
そうすると、注入された高圧のアシストガス３２が、内部から熱可塑性樹脂を金型２９、３０の内面に押し付けるようになり、図６（ｃ）に示すような中空状の射出成形体９を成形することができる。
【００５０】
この方法で製造された中空状の中子１は、前述した三次元造型法で得られるものより表面平滑性に優れた中子１を継ぎ目なく得ることができ、また分割金型２５を用いた射出成形のように金型を多く用いないため、成形に必要な工程数が減って製造工程が簡略化でき、表面平滑性に優れた製品焼結体Ｗを安価に得ることができるという利点を備えている。
【００５１】
（３）製品焼結体や中子を形成するに最適な材料
最後に、本発明に係る製品焼結体Ｗ、本発明に係る中子１（中空中子１）に最適な材料に関する説明を行う。
なお、以下述べる材料に関しては、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
すなわち、製品焼結体Ｗの製造方法で用いられる焼結材料７、有機バインダ８及び熱可塑性樹脂には、次のようなものを用いればよい。
【００５２】
製品焼結体Ｗは、焼結材料７を焼結して形成されている。この焼結材料７は、金属材料の粉末、セラミックスの粉末、または金属炭化物や金属窒化物を含む複合材料（例えば、サーメット）の粉末と、粉末同士を結合させて後述する射出成形体９の保形を可能とする有機バインダ８と、を有している。
焼結材料７として用いられる金属材料の粉末としては、鉄（鋼）、チタン、銅、ニッケル、クロム、タングステン等の金属若しくはこれらの金属を含む合金（例えば、ステンレス）の粉末を用いることができる。金属材料の粉末は、その重量平均粒径が１μｍ〜３０μｍ、好ましくは３μｍ〜２０μｍとされるのが良い。金属材料の粉末の重量平均粒径を１μｍ以上、好ましくは３μｍ以上とすることで、有機バインダ８の配合量を抑えることが可能となり、バインダを多量に配合した製品焼結体Ｗに起こりやすい変形、例えば割れまたは膨れ等を防止することも可能となる。
【００５３】
また、金属材料の粉末の重量平均粒径を３０μｍ以下、好ましくは２０μｍ以下にすることにより、金属材料の粉末と有機バインダ８とが成形時などに分離することを抑えられ、緻密さと強度とを併せ持った製品焼結体Ｗを得ることが可能となる。
焼結材料７として用いられるセラミックスの粉末には、酸化物、窒化物または炭化物などのセラミックスの粉末が用いられる。酸化物のセラミックスにはアルミナやジルコニアを含むものが、また窒化物セラミックスには窒化珪素や窒化アルミを含むものが、さらに炭化物のセラミックスとしては炭化珪素を含むものが好適に用いられる。
【００５４】
上述したセラミックスの粉末には、例えばサイアロン（Si-Al-O-N系セラミックス）のように酸化物、窒化物または炭化物などの粉末がそれぞれ混合されたものを用いても良い。また、これらのセラミックスの粉末には、焼結後の密度や強度等の向上を目的として、酸化イットリウム、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化セリウム等の粉末を適宜添加することもできる。
【００５５】
また、セラミックスの粉末は、その重量平均粒径が５μｍ以下、好ましくは０．０１μｍ〜２．０μｍ以下とされるのが良い。セラミックスの粉末の重量平均粒径を５μｍ以下、好ましくは２．０μｍ以下とすることで、十分な密度を備えた製品焼結体Ｗを得ることが可能となる。
焼結材料７として用いられる複合材料の粉末は、炭化タングステン、窒化チタンまたは炭化チタンの粉末に、コバルトやニッケル等の添加物を添加した材料などを用いることができる。これらのコバルトやニッケル等の添加物を添加することにより、製品焼結体Ｗの強度や密度を適宜調節することが可能となる。
【００５６】
これらの炭化タングステン、窒化チタンまたは炭化チタンの粉末は、その重量平均粒径が５μｍ以下、好ましくは３μｍ以下とされるのが良い。重量平均粒径を５μｍ以下、好ましくは３μｍ以下とすることで、製品焼結体Ｗの強度や密度を向上させることが可能となるからである。また、複合材料に添加されるコバルト、ニッケル等の添加物は、製品焼結体Ｗの密度向上のためにその重量平均粒径が１０μｍ以下、好ましくは５μｍ以下とされるのが好ましい。
【００５７】
なお、上述した金属材料、セラミックス材料及び複合材料に用いられる重量平均粒径は、レーザ回折・散乱法を用いた粒度分布測定装置によって得られるものであり、粒度分布測定装置で測定される粒度分布に基づいて算術計算した場合の重量累積５０％の平均径を意味している。
有機バインダ８は、母材成分と、熱可塑成分とで構成されている。
【００５８】
母材成分は、ポリスチレン、ポリブチルメタクリレート、ポリオキシメチレン、ポリプロピレン、スチレンアクリル共重合体、アモルファスポリオレフィン、エチレン・酢酸ビニル共重合体、エチレン・メチルアクリレート共重合体、エチレン・エチルアクリレート共重合体、エチレン・ブチルアクリレート共重合体、エチレングリシジルメタクリレート共重合体より選ばれる少なくとも１種類以上からなる樹脂である。
【００５９】
熱可塑成分は、脂肪酸エステル、脂肪酸アミド、高級脂肪酸、フタル酸エステル、アジピン酸エステル、パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックス、カルナバワックス、モンタン系ワックス、ウレタン化ワックス、無水マレイン酸変性ワックスより選ばれる少なくとも１種類以上からなる有機化合物である。
【００６０】
有機バインダ８は、加熱により上述した熱可塑成分が溶解して可塑状態となり、冷却する際に接着力を発揮して粉体の粒子同士を結着する機能を備えている。
上述した熱可塑樹脂の微粉末１２は、熱可塑性樹脂のマトリクス成分に、マトリクス成分の溶解を促進する溶解促進成分を溶融混合した後、微粉末に調整したものである。
マトリクス成分に用いられる熱可塑性樹脂としては、ポリアセタール樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリメタクリル酸メチル樹脂、ポリスチレン樹脂、スチレンアクリル共重合体樹脂、エチレン酢酸ビニル共重合体樹脂、エチレンブチルメタクリレート共重合体樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリ乳酸樹脂などを用いることができる。
【００６１】
また、溶解促進成分には、パラフィンワックス、モンタン酸系ワックス、ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックス、カルナバワックス、ウレタン化ワックス、無水マレイン酸変性ワックスなどを用いることができる。これらのマトリクス成分及び溶解促進成分は、上述したものの中から複数を選んでも良い。
熱可塑樹脂の微粉末１２は、射出成形体９の成形性（転写精度）を良好にするために、その重量平均粒径が１００μｍ以下、好ましくは７０μｍ以下とされるのが良い。このような１００μｍ以下、好ましくは７０μｍ以下の微粉末は、混練設備でマトリクス成分と溶解促進成分とを溶融混練し、この混練された材料を５ｍｍ以下のペレットにし、さらにペレットを冷凍粉砕し、冷凍粉砕物を平均粒径１００ミクロン以下に篩い分けする方法で得ることができる。
【００６２】
また、別の方法としては、熱可塑樹脂と、この熱可塑樹脂よりも低融点の水溶性高分子とを混練設備を用いて溶融混練し、混練物を水中に投入して水溶性高分子だけを水に溶かし、水に不溶な熱可塑性樹脂の粒子だけを濾過し、濾過した熱可塑性樹脂の粒子を平均粒径１００μｍ以下に篩い分けする方法で得ることもできる。
【実施例】
【００６３】
出願人は、上述した「三次元造形法」、「分割金型法」、「（ガスアシストによる）射出成型法」を用いて中子１を作成した上で、作成した中子１を用い製品焼結体Ｗを製造することで、ヒビや膨れの発生防止といった効果や中子１の容易な除去が容易に行えるといった効果を確認している。
次に、実施例及び比較例を用いて、本発明の製品焼結体Ｗの製造方法をさらに詳しく説明する。
【００６４】
［実施例１］
まず、三次元造形法を用いてＰＰ（ポリプロピレン）の熱可塑樹脂の微粉末１２から厚み０．３ｍｍの中子１を、内部が中空となるように成形した。
次に、加圧ニーダ中に、金属材料の粉末としてＳＵＳ３１６Ｌの粉末と、有機バインダ８として有機バインダＡを配合したものを投入した。その後、加圧ニーダ中でＳＵＳ３１６Ｌの粉末と有機バインダＡとを１８０℃×６０分間に亘って混練した。ニーダで混練された混練物を造粒装置（ペレタイザ）で、直径３ｍｍφ×長さ６ｍｍのペレットに加工し、焼結材料Ａを得た。
【００６５】
上述した中空状の中子１を金型１３内に設置し、中子１と金型１３との間に予め成形温度１８０℃に混練溶融された焼結材料Ａを注入しつつ、中子１の周囲に射出成形体９を成形した。得られた射出成形体９を脱脂温度６００℃に加熱された窒素ガス中で加熱脱脂工程１０を行った。この加熱脱脂工程１０の加熱を利用して、射出成形体９の内部に保持された中子１も除去された。最後に、加熱脱脂（中子１除去）が終了した射出成形体９を、焼結温度１３７０℃のアルゴンガス中に保持して焼結を行った。
<焼結材料Ａ>
ＳＵＳ３１６Ｌの粉末 ５８ vol％
有機バインダＡ ４２ vol％
<有機バインダＡ>
（ａ）ポリスチレン ２５．０ vol％
（ｂ）ポリプロピレン ２０．０ vol％
（ｃ）パラフィンワックス（融点：６０℃） ４０．０ vol％
（ｄ）ポリプロピレンワックス １０．０ vol％
（ｅ）ステアリン酸 ５．０ vol％
得られた製品焼結体Ｗについては、内部の中空とされた部分の表面を観察した。表１に示すように、実施例１については、製品焼結体Ｗにクラックや膨れが見られず、またＲｍａｘが３μｍ以下と平滑な表面を備えた製品焼結体Ｗを得ることができた。
【００６６】
【表１】
【００６７】
［実施例２］
分割された中子１の外形に合わせて形成された分割金型２５内に、ＰＳ（ポリスチレン）の熱可塑樹脂の微粉末１２を注入して射出成形を行い、射出成形された部材同士を貼り合わして中空状の中子１を成形した。
なお、焼結材料７は実施例１と同じであり、また中子成形工程３以降の工程、すなわち射出成形工程４、中子除去工程５（加熱脱脂工程１０）、焼結工程６も実施例１と同様の条件で行った。
表１に示すように、実施例２についても、製品焼結体Ｗにクラックや膨れが見られず、またＲｍａｘが１０μｍ以下の製品焼結体Ｗを得ることができた。
【００６８】
［実施例３］
中空状の中子１については、実施例２と同じポリスチレンの微粉末１２から、ガスアシストによる射出成形法により成形した。ガスアシスト法により得られた射出成形体９の平均肉厚は２ｍｍ程度であった。得られた中子１を用いて実施例１と同様の射出成形体９を成形した。成形された射出成形体９は、実施例1に準じた加熱脱脂工程１０（中子除去工程５）、焼結工程６を経て製品焼結体Ｗとした。
表１に示すように、実施例３についても、製品焼結体Ｗにクラックや膨れが見られず、またＲｍａｘが１０μｍ以下の製品焼結体Ｗを得ることができた。
【００６９】
［実施例４］
まず、実施例１同様に三次元造形法を用いてＰＰ（ポリプロピレン）の熱可塑樹脂の微粉末１２から厚み０．３ｍｍの中子１を、内部が中空となるように成形した。
次に、加圧ニーダ中に、セラミックス材料の粉末としてアルミナの粉末と、有機バインダ８として有機バインダＢを配合して投入した。その後、加圧ニーダ中でアルミナの粉末と有機バインダＢとを１６０℃×６０分間に亘って混練した。ニーダで混練された混練物を造粒装置（ペレタイザ）で、直径３ｍｍφ×長さ６ｍｍのペレットに加工し、焼結材料Ｂを得た。
【００７０】
上述した中空状の中子１を金型１３内に設置し、中子１と金型１３との間に予め成形温度１７０℃に混練溶融された焼結材料Ｂを注入しつつ、中子１の周囲に射出成形体９を成形した。得られた射出成形体９を脱脂温度５００℃に加熱された空気中で加熱脱脂工程１０を行った。この加熱脱脂工程１０の加熱を利用して、射出成形体９の内部に保持された中子１も除去された。最後に、加熱脱脂（中子除去）が終了した射出成形体９を、焼結温度１６００℃の空気中に保持して焼結を行った。
<焼結材料Ｂ>
アルミナの粉末 ６０ vol％
有機バインダＢ ４０ vol％
<有機バインダＢ>
（ａ）エチレン酢酸ビニル共重合体 ２５．０ vol％
（ｂ）ポリブチルメタクリレート ３０．０ vol％
（ｃ）パラフィンワックス（融点：６０℃） ３０．０ vol％
（ｄ）フタル酸ジオクチル １０．０ vol％
（ｅ）ステアリン酸 ５．０ vol％
得られた製品焼結体Ｗについては、実施例１同様に、内部の中空とされた部分の表面を観察した。表１に示すように、実施例４についても、製品焼結体Ｗにクラックや膨れが見られず、またＲｍａｘが０．３μｍ以下の製品焼結体Ｗを得ることができた。
【００７１】
［実施例５］
分割された中子１の外形に合わせて形成された分割金型２５内に、ＰＳ（ポリスチレン）の熱可塑樹脂を注入して射出成形を行い、射出成形された部材同士を貼り合わして中空状の中子１を成形した。
なお、焼結材料７は実施例４と同じであり、また中子成形工程３以降の工程、すなわち射出成形工程４、中子除去工程５（加熱脱脂工程１０）、焼結工程６も実施例４と同様にして行った。
表１に示すように、実施例５についても、焼結体にクラックや膨れが見られず、またＲｍａｘが１μｍ以下の焼結体を得ることができた。
【００７２】
［実施例６］
中空状の中子１については、実施例５と同じポリスチレン微粉末１２から、ガスアシストによる射出成形法により成形した。ガスアシスト法により得られた射出成形体９の平均肉厚は２ｍｍ程度であった。得られた中子１を用いて実施例４と同様の射出成形体９を成形した。成形された射出成形体９は、実施例1に準じた加熱脱脂工程１０（中子除去工程５）、焼結工程６を経て製品焼結体Ｗとした。
表１に示すように、実施例６についても、製品焼結体Ｗにクラックや膨れが見られず、またＲｍａｘが１μｍ以下の製品焼結体Ｗを得ることができた。
【００７３】
［実施例７］
まず、実施例５同様に、分割された中子１の外形に合わせて形成された分割金型２５内に、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル樹脂）の熱可塑樹脂の微粉末１２を注入して射出成形を行い、射出成形された部材同士を貼り合わして中空状の中子１を成形した。
次に、加圧ニーダ中に、セラミックス材料の粉末としてアルミナの粉末と、有機バインダ８としてバインダ組成Ｃを配合して投入した。その後、加圧ニーダ中でアルミナの粉末と有機バインダＣとを１６０℃×６０分間に亘って混練した。ニーダで混練された混練物を造粒装置（ペレタイザ）で、直径３ｍｍφ×長さ６ｍｍのペレットに加工し、焼結材料Ｃを得た。
【００７４】
上述した中空状の中子１を金型１３内に設置し、中子１と金型１３との間に予め成形温度１７０℃に混練溶融された焼結材料Ｃを注入しつつ、中子１の周囲に射出成形体９を成形した。得られた射出成形体９を、２０℃に温度調節されたアセトン中に１２時間に亘って浸漬させた後、脱脂温度５００℃に加熱された空気中で加熱脱脂工程１０を行った。この加熱脱脂工程１０における有機溶媒（アセトン）への浸漬と加熱とを利用して、射出成形体９の内部に保持された中子１も除去された。最後に、加熱脱脂（中子除去）が終了した射出成形体９を、焼結温度１６００℃の空気中に保持して焼結を行った。
<焼結材料Ｃ>
アルミナの粉末 ６０ vol％
有機バインダＣ ４０ vol％
<有機バインダＣ>
（ａ）ポリエチレン ２５．０ vol％
（ｂ）ポリプロピレン ２５．０ vol％
（ｃ）パラフィンワックス（融点：４６℃） ４０．０ vol％
（ｄ）ステアリン酸 １０．０ vol％
表１に示すように、実施例７についても、製品焼結体Ｗにクラックや膨れが見られず、またＲｍａｘが１μｍ以下の製品焼結体Ｗを得ることができた。
【００７５】
［実施例８］
まず、実施例４と同様に三次元造形法を用いてＰＯＭ（ポリアセタール樹脂）の熱可塑樹脂の微粉末１２から厚み０．３ｍｍの中子１を、内部が中空となるように成形した。
次に、加圧ニーダ中に、金属材料の粉末としてチタンの粉末と、有機バインダ８としてバインダ組成Ｄを配合して投入した。その後、加圧ニーダ中でチタンの粉末と有機バインダＤとを１８０℃×６０分間に亘って混練した。ニーダで混練された混練物を造粒装置（ペレタイザ）で、直径３ｍｍφ×長さ６ｍｍのペレットに加工し、焼結材料７を得た。
上述した中空状の中子１を金型１３内に設置し、中子１と金型１３との間に予め成形温度１８０℃に混練溶融された焼結材料７を注入しつつ、中子１の周囲に射出成形体９を成形した。得られた射出成形体９を脱脂温度６００℃に加熱されたアルゴン中で加熱脱脂工程１０を行った。この加熱脱脂工程１０の加熱を利用して、射出成形体９の内部に保持された中子１も除去された。最後に、加熱脱脂（中子除去）が終了した射出成形体９を、焼結温度１２００℃の真空中に保持して焼結を行った。
<焼結材料Ｄ>
チタン粉末 ６５体積％
有機バインダＤ ３５体積％
<有機バインダＤ>
（ａ）ポリスチレン ２５．０ｖｏｌ％
（ｂ）ポリプロピレン ２０．０ｖｏｌ％
（ｃ）パラフィンワックス（融点：６０℃） ４０．０ｖｏｌ％
（ｄ）ポリプロピレンワックス １０．０ｖｏｌ％
（ｅ）ステアリン酸 ５．０ｖｏｌ％
表１に示すように、実施例８についても、製品焼結体Ｗにクラックや膨れが見られず、またＲｍａｘが１２μｍ以下の製品焼結体Ｗを得ることができた。
【００７６】
［実施例９］
実施例９は、実施例１と同じ条件で中子成形工程３、射出成形工程４、加熱脱脂工程１０、焼結工程６を行ったものである。実施例９が実施例１と異なっている点は、中子１を構成する熱可塑性樹脂にポリプロピレン系の複合樹脂材料を用いている点である。この複合樹脂材料は、ポリプロピレン（８５vol%）、パラフィンワックス（１０vol%）、ステアリン酸アミド（５vol%）を有しており、その平均粒径は５０μｍとされている。
表１に示すように、実施例９に示す製造方法で成形された製品焼結体Ｗについても、製品焼結体Ｗにクラックや膨れが見られなかった。
【００７７】
［実施例１０］
実施例１０は、実施例２と同じ条件で中子成形工程３、射出成形工程４、加熱脱脂工程１０、焼結工程６を行ったものである。実施例１０が実施例２と異なっている点は、中子１を構成する熱可塑性樹脂に実施例９と同じポリプロピレン系の複合樹脂材料を用いている点である。
表１に示すように、実施例１０に示す製造方法で成形された製品焼結体Ｗについても、製品焼結体Ｗにクラックや膨れが見られなかった。
【００７８】
［比較例１］
比較例１は、実施例１と同様の金属粉末（ＳＵＳ３１６Ｌの粉末）および有機バインダ８（有機バインダＡ）を用いて、内部が中実とされた中子１を射出成形法で成形したものである。
表１に示すように、比較例１に示す製造方法で成形された製品焼結体Ｗについては、製品焼結体Ｗの中空部分に放射状の大きなクラックが生じていた。脱脂後の成形体についても内部の観察を行ったところ、同じく放射状の大きなクラックが生じており、クラックに関しては２００度以下の加熱脱脂で既に生じていることが確認された。これは中子１が中実であると、中子１を構成するポリプロピレン樹脂が熱により膨張し、射出成形体９が膨張した中子１に押されてクラックが発生したと考えられる。
【００７９】
［比較例２］
比較例２は、実施例７と同様のセラミックス粉末（アルミナの粉末）および有機バインダ８（有機バインダＣ）を用いて、内部が中実とされた中子１を射出成形法で成形したものである。
表１に示すように、比較例２に示す製造方法で成形された製品焼結体Ｗについては、中子１がポリメタクリル酸メチル樹脂を用いて中実に成形されており肉厚があるため、アセトン中に１２時間に亘って浸漬させても中子１の溶解が十分にしなかった。なお、比較例２では、アセトンへの浸漬時間を２４時間まで伸ばしても、ポリメタクリル酸メチル樹脂の溶解が完了していない。これは、溶媒として用いたアセトンに接する中子１の表面積が小さく、溶解が十分に進行しなかったためであると考えられる。
【００８０】
［比較例３］
比較例３は、実施例８と同様の金属粉末（チタンの粉末）および有機バインダ８（有機バインダＤ）を用いて、内部が中実とされた中子１を射出成形法で成形したものである。
表１に示すように、比較例３に示す製造方法で成形された製品焼結体Ｗについては、製品焼結体Ｗの中空部分に放射状の大きなクラックが生じていた。脱脂後の成形体についても内部の観察を行ったところ、同じく放射状の大きなクラックが生じており、クラックに関しては２２０度以下の加熱脱脂で既に生じていることが確認された。これは中子１が中実であると、中子１を構成するポリアセタール樹脂が熱により膨張し、射出成形体９が膨張した中子１に押されてクラックが発生したと考えられる。
【００８１】
［比較例４］
比較例４は、実施例８と同じＰＯＭ（ポリアセタール樹脂）の熱可塑樹脂の微粉末１２に、実施例４の焼結材料７と同じアルミナの粉末を混合した材料を用いて、内部が中実とされた中子１を射出成形法で成形したものである。
【００８２】
表１に示すように、比較例４に示す製造方法で成形された製品焼結体Ｗについては、製品焼結体Ｗの中空部分に放射状の大きなクラックが生じていた。また、アルミナと有機バインダ８との複合材料からなる中子１は６００℃の脱脂を行っても、アルミナが残留し、取り除くことが困難であった。
上述した実施例と比較例との比較から、中子１を中空にすることで加熱脱脂時に中子１の除去が容易にとなり、製品焼結体Ｗに発生するヒビやクラックが抑えられることがわかる。また、セラミックスのような加熱脱脂でも溶解しない材料で中子１を成形すると、加熱や脱脂だけでは中子１の除去が十分に行えなくなり、中子除去工程５に手間がかかることがわかる。この点から、中子１は熱可塑性樹脂を用いて中空状に成形されるのが好ましいと考えられる。
【００８３】
本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、発明の本質を変更しない範囲で各部材の形状、構造、材質、組み合わせなどを適宜変更可能である。
例えば、上記実施形態では、ローラ１７で均された堆積層に対して炭酸ガスレーザを照射する製造装置を例示した。しかし、レーザの種類は炭酸ガスレーザに限定されない。例えば半導体レーザや赤外線レーザなどを用いることもできる。また、ローラ１７に代えてワイパのような部材を用いて堆積層を形成することもできる。
【００８４】
なお、上記実施形態では、中子１として円筒状の部分と球状の部分とを組み合わせたような空洞１１を有するものを用いたが、中子１の形状は例示したものに限られない。例えば、周囲が壁面で囲まれた空洞１１を内部に備えたものであって、外部から隔離されたような閉じられた空洞１１を内部に備えた中子１を成形することも可能である。
【符号の説明】
【００８５】
１ 中子（中空中子）
１Ｌ中子の左半分側
１Ｒ中子の右半分側
２ 製品焼結体の中空部
２ａ中空部の円筒状の部分
２ｂ中空部の球状の部分
３ 中子成形工程
４ 射出成形工程
５ 中子除去工程
６ 焼結工程
７ 焼結材料
８ 有機バインダ
９ 射出成形体
１０ 加熱脱脂工程
１１ 空洞
１２ 熱可塑性樹脂の微粉末
１３ 金型（焼結体成形用）
１４ 収容部
１５ 流入口
１６ （三次元造型法の）造型装置
１７ ローラ
１８ ステージ
１９ パーツヘッド
２０ 貫通孔
２１ フィーダ
２２ レーザガン
２３ 照射ミラー
２４ 焼結層
２５ 分割金型
２６ 雌金型
２７ 雄金型
２８ 湯口
２９ ガスアシスト法の金型（中子成形用）
３１ 湯口
３２ アシストガス
Ｗ 製品焼結体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空状の中子を成形する中子成形工程と、
中空状の中子と、この中空状の中子を内部に備えた金型との間に焼結材料を射出成形して射出成形体を成形する射出成形工程と、
射出成形体の内部から中空状の中子を除去する中子除去工程と、
射出成形体を焼結して焼結体を得る焼結工程と、
を備えた製品焼結体の製造方法。
【請求項２】
前記焼結材料が有機バインダを含む場合には、前記射出成形体を加熱して射出成形体から有機バインダを除去する加熱脱脂工程を備えていて、
前記中子除去工程は、前記加熱脱脂工程における加熱を利用して、前記射出成形体の内部から中空状の中子を除去することを特徴とする請求項１に記載の製品焼結体の製造方法。
【請求項３】
前記中子成形工程は、周囲が壁面で囲まれた空洞を内部に備えた中空状の中子を成形することを特徴とする請求項１又は２に記載の製品焼結体の製造方法。
【請求項４】
前記中子成形工程は、レーザを用いた三次元造形法によって前記中子を中空状に成形することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の製品焼結体の製造方法。
【請求項１】
中空状の中子を成形する中子成形工程と、
中空状の中子と、この中空状の中子を内部に備えた金型との間に焼結材料を射出成形して射出成形体を成形する射出成形工程と、
射出成形体の内部から中空状の中子を除去する中子除去工程と、
射出成形体を焼結して焼結体を得る焼結工程と、
を備えた製品焼結体の製造方法。
【請求項２】
前記焼結材料が有機バインダを含む場合には、前記射出成形体を加熱して射出成形体から有機バインダを除去する加熱脱脂工程を備えていて、
前記中子除去工程は、前記加熱脱脂工程における加熱を利用して、前記射出成形体の内部から中空状の中子を除去することを特徴とする請求項１に記載の製品焼結体の製造方法。
【請求項３】
前記中子成形工程は、周囲が壁面で囲まれた空洞を内部に備えた中空状の中子を成形することを特徴とする請求項１又は２に記載の製品焼結体の製造方法。
【請求項４】
前記中子成形工程は、レーザを用いた三次元造形法によって前記中子を中空状に成形することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の製品焼結体の製造方法。
【図１】
【図２】
【図４】
【図３】
【図５】
【図６】
【図２】
【図４】
【図３】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−３１４７７（Ｐ２０１２−３１４７７Ａ）
【公開日】平成２４年２月１６日（２０１２．２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１７２７６２（Ｐ２０１０−１７２７６２）
【出願日】平成２２年７月３０日（２０１０．７．３０）
【出願人】（５０３１７４９６９）株式会社アテクト (14)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月１６日（２０１２．２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月３０日（２０１０．７．３０）
【出願人】（５０３１７４９６９）株式会社アテクト (14)
【Ｆターム（参考）】
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