本発明の粉末焼結体用成形体の製造方法� ��よび本発明の粉末焼結体の製造方法を、図1 を例にして説明する。図1は、粉末焼結体で� �るディーゼルエンジン用燃料噴射ノズル、� �よびこのノズルを作るための成形体の製造� �程を示している。図1(a)~(d)が本発明の粉末焼 結体用成形体の製造方法に該当し、図1(a)~(h)� ��本発明の粉末焼結体の製造方法に該当する� ��

 図1(a)に示すように、円筒状の成形金型2� �中子3をセットする。中子3は、成形体内部お よび粉末焼結体内部に複雑な内部構造と形状 を付与するために挿入される冶具である。図 2(a)に中子3の平面図、図2(b)に中子3の側面図� �示した。中子3は、棒状の幹部4と、該幹部4� �先端部から放射状に延びて噴射孔を形成す� �枝部5と、これら枝部5を成形金型2内で安定� �て支持すべく、枝部5の先端を一体に連結す� ��リング状に形成された支持部6とを有してい る。中子3には、枝部5が6本設けられている。 後述のように、高速遠心成形法においては中 子にはほぼ等方的な静水圧力のみがかかる。 つまり、高速遠心成形法においては、成形し ている間、中子に強い機械的力や熱等が加わ ることがないので、成形中に中子に破損や亀 裂等が生じる可能性は小さい。したがって、 高速遠心成形法にいては、複雑で微細な構造 を有する中子を使用することができ、中子の 材料についても、特に強度の大きさを要求さ れることはない。この中子3は、たとえばア� �リル樹脂、ポリスチレン、ABS樹脂などのス� �レン系樹脂またはポリカーボネート等の合� �樹脂製である。

 泥漿1を調整する。泥漿は、通常溶媒に原 料粉末を均一に分散させて調整される。本発 明は、この泥漿が結合剤樹脂を含有している ことに特徴を有する。

 原料粉末は、目的とする粉末焼結体に応� ��て適宜選択され、たとえばオーステナイト� ��ステンレス鋼粉末、冷間成形用型鋼の高水� ��アトマイズ粉末、超硬合金、サーメット、� ��よびその他の焼結金属製造用粉末、並びに� ��純度アルミナ粉末、アルミナにマグネシア� ��シリカ、チタニア等を添加した混合粉末、� ��リリア、およびマグネシア磁器等の磁性体� ��品製造用粉末等である。

 分散媒は、原料粉末等に応じて適宜選択� ��れ、たとえば水、メタノール、エタノール� ��ヘプタン、2-エトキシエタノール、スチレ� �、α-メチルスチレン、トルエン、ベンゼン� �である。

 前記結合剤樹脂は、原料粉末が成形され� ��形体になったときに、原料粉末間に介在し� ��原料粉末間の結合を強化することにより、� ��形体の機械的強度を増大する機能を有する� ��このために、結合剤樹脂を含有する泥漿を� ��いて遠心成形法により成形体を製造すると� ��高度に複雑な内部構造と形状にしても、亀� ��または破損等を生じにくい成形体を製造す� ��ことができ、また機械的加工により高度に� ��雑な形状にすることのできる成形体を製造� ��ることができる。結合剤樹脂は、原料粉末� ��よび分散媒等に応じて適宜選択され、たと� ��ばエポキシアクリレート樹脂、ウレタンア� ��リレート樹脂、ポリエステルアクリレート� ��脂、不飽和ポリエステル樹脂、エチルセル� ��ース等である。

 前記泥漿には、必要に応じて分散剤およ� ��硬化剤等を添加することができる。分散剤� ��しては、たとえばポリオキシエチレンジス� ��ホン化フェニルエーテル、ポリオキシエチ� ��ンソルビタンモノオレエート、ラウリルグ� ��コシド、ジスルホン化フェニルエーテル、� ��リオキシエチレンラウリルエーテル酢酸ナ� ��リウム、およびソルビタンモノオレエート� ��を挙げることができる。硬化剤としては、� ��とえばパーキュアVLおよびメチルエチルケ� �ンパーオキサイド等を挙げることができる� �

 泥漿は、たとえば次のように調整するこ� ��ができる。原料粉末に分散媒および結合剤� ��脂を加えて攪拌する。泥漿に分散剤または� ��化剤を添加する場合には、原料粉末、分散� ��および結合剤樹脂の混合液に分散剤または� ��化剤を添加して攪拌する。分散剤および硬� ��剤の両方を添加する場合には、分散剤、硬� ��剤の順番に添加して攪拌することが好まし� ��。

 本発明の泥漿は、このように少なくとも3 種類の物質の混合物であり、5種類以上の物� �の混合物になることもある。このため本発� �の泥漿では、各物質間の相互作用を考慮し� �、好適な成形体が得られるように、各物質� �選択およびその配合量の決定を行う。

 たとえば原料粉末が冷間成形用型鋼であ� ��場合には、次のような物質が選択される。� ��合剤樹脂として、常温硬化系のエポキシア� ��リレート樹脂が好ましい。これは、樹脂と� ��ては粘度が低く成形時の粒子充填性に優れ� ��いるほか,熱分解除去も容易であるからであ る。このとき硬化剤として有機過酸化物系の 架橋剤(たとえばパーキュアVL(日本油脂(株)製 ))を添加することが好ましい。分散媒として� ��、スチレンモノマーが好ましい。これは、� ��合剤樹脂との適合性が良いことに加え、結� ��剤樹脂の固化時にスチレンモノマーが結合� ��樹脂と架橋しながら取り込まれていくので� ��固化収縮を抑制することができるからであ� ��。分散剤としては、ポリオキシエチレンジ� ��チレンまたはフェニルエーテルが好ましい� ��これは、その親水基(ポリオキシエチレン基 )が原料粉末に吸着し、さらにその芳香族系� �親油基が分散媒および結合剤樹脂によくな� �むからである。

 なお、泥漿の用いる分散媒と中子との組� ��合わせによっては、成形中に中子が分散媒� ��溶解することがある。したがって、成形中� ��中子の溶解が起こるような分散媒と中子と� ��組み合わせは避けることが好ましい。たと� ��ば、中子の材料をアクリル樹脂、分散媒を� ��チレンとすると、成形中にたとえば前記中� ��の枝部が溶解して細くなり、その結果、最� ��的に得られるディーゼルエンジン用燃料噴� ��ノズルの噴射孔が細くなって、効率的な噴� ��を行うことが困難になる場合がある。もっ� ��も、前記組み合わせにおいても、成形時の� ��度を約-20℃に維持すると、中子の溶解を防� ��することができ、ディーゼルエンジン用燃� ��噴射ノズルの噴射孔が細くなるのを防ぐこ� ��ができる。

 上記のような原料粉末、結合剤樹脂、硬� ��剤、分散媒および分散剤を採用した場合の� ��合割合としては、原料粉末の径が1~10μmであ るときには、前記分散媒に対して結合剤樹脂 が50~70質量%、原料粉末の径が0.1~1μmであると� ��には、前記分散媒に対して結合剤樹脂が1~5� ��量%であることが好ましい。また原料粉末の 配合割合は、分散媒と結合剤樹脂との合計量 を1としたとき、約2であることが好ましい。� ��のような配合割合であると、成形体を複雑� ��状にしても破損や亀裂の発生が抑制され、� ��らに成形体の成形金型からの離型も容易に� ��る。

 このような泥漿1を成形金型2内に注入す� �。泥漿1が成形金型2内に注入された状態を図 1(b)に示した。

 次に高速遠心成形を行う。高速遠心成形� ��公知の方法により行うことができる(特開200 5-48230号公報参照)。結合剤樹脂を使用する本� ��明においては、10~20℃、5,000~13,000rpm、1.8~7.2k sという条件で行うことが、強度の高い成形� �が得られる点で好ましい。

 この高速遠心成形において、くるみ成形が� ��われる。「くるみ成形」とは、原料粉末が� ��中子が存在している部分を除いて堆積し、� ��子をくるむようにして成形される成形法を� ��う。この高速遠心成形法におけるくるみ成� ��においては、成形金型2内の中子3に対して� �ほぼ等方的な静水圧力のみがかかる。この� �うにして、中子がくるみ装着されて成型さ� �た成形体7が得られる。高速遠心成形を行っ� ��後の状態を図1(c)に示した。成形金型2の底� �に成形体7が形成され、その上部に上澄み8が 形成される。この上澄み8は、分散媒と結合� �樹脂等とからなる。成形体7中に内在する分� ��媒と結合剤樹脂、および上澄み8中の分散媒 と結合剤樹脂とは、重合が起こって固化する 。
このようにして製造された成形体7は、原料� �末と、この原料粉末の間に介在し、この原� �粉末同士を結合する結合剤樹脂とを有して� �る。すなわち、成形体7は、本願発明に係る� ��末焼結体用成形体である。上記固化により� ��形体7の機械的強度は大きくなる。このため 、図2に示したような中子3を使用して複雑で� ��細な内部構造の成形体を作成しても、成形� ��の破損や亀裂が生じにくい。つまりこの成� ��体の製造方法は、機械的加工を施さなくて� ��、高度に複雑な内部構造と形状を有する成� ��体を製造することができる。また、成形金� ��2から成形体を取り出すときにも、成形体の 破損が生じにくい。

 成形体7および上澄み8を成形金型2から取� ��出す。成形金型2から取り出した成形体7お� �び固化した上澄み8を図1(d)に示した。

 上澄み8を除去した後、成形体7にドリル� �による穴あけや切削、旋盤加工等の機械的� �工を施し、成形体7を目的形状に整形する。� ��形体7に機械的加工を施して得られる加工成 形体9を図1(e)に示した。前述のように成形体7 の機械的強度は大きいので、このような機械 的加工を施しても成形体7の破損や亀裂が生� �にくい。したがって、中子を使用して複雑� �内部構造と形状にするのではなく、機械的� �工を施すことにより複雑な形状にすること� �できる。つまり、この成形体の製造方法は� �機械的加工を施すことにより複雑な内部構� �と形状にすることのできる強度の大きい成� �体を製造することができる。また、この機� �的加工においては、成形体を中子とともに� �工し、成形体を所定形状に成形することも� �きる。

 中子3がくるみ装着成型されている加工成 形体9から中子3を除去する。中子3を除去した 後の加工成形体9を図1(f)に示した。この中子3 を除去する操作においても、上述の通り、加 工成形体9が強固であるので、加工成形体9の� ��損や亀裂が生じにくい。中子3を除去する方 法としては、加工成形体9とともに中子3を溶� ��に浸して中子3を溶解除去する方法、および 加工成形体9とともに中子3を加熱して中子3を 熱分解除去する方法等を挙げることができる 。成形体が複雑形状を有する場合には、成形 体にクラックが生じにくい等の理由により、 中子3を溶解除去する方法が好適である。し� �し、中子の溶解除去の際、浸漬温度が高い� �ど、また泥漿中の結合剤の割合が低いほど� �形体にクラックが生じやすくなるので、こ� �ような場合には、熱分解除去する方法が適� �ている。

 溶解除去に使用する溶剤としては、中子3 は溶解するが結合剤樹脂は溶解しない溶剤が 好ましい。このような溶剤を使用すれば、中 子の溶解除去中にも成形体の強度が維持され るので、溶解除去中成形体にクラック等が生 じにくくなり、また中子の溶解除去後にも成 形体の強度が維持されるので、中子の溶解除 去後にも成形体の機械的加工が可能になる。 このような溶剤としては、中子3がアクリル� �脂製である場合には、ジクロロエタン等を� �げることができる。

 加工成形体9を加熱し、加工成形体9中に� �在する結合剤樹脂を熱分解して除去する(熱� ��脂)。熱脱脂済加工成形体10を図1(g)に示した 。この熱脱脂操作においても、上述の通り、 加工成形体9が強固であるので、熱脱脂済加� �成形体10の破損や亀裂が生じにくい。熱脱脂 をするときの温度は、結合剤樹脂を熱分解す ることが可能な温度であり、結合剤樹脂ごと に決定される。たとえば結合剤樹脂にエポキ シアクリレート樹脂を使用したときには、熱 脱脂温度としては300~350℃が好ましい。また� �形体のクラック発生を防止するためには、� �脱脂温度まで一気に昇温するのではなく、25 ~100℃/hで昇温することが好ましい。熱脱脂時 間としては、結合剤樹脂にエポキシアクリレ ート樹脂を使用したときには、熱脱脂温度に 達した後4~200時間であることが好ましい。熱� ��脂は、真空、アルゴン-水素、アルゴン、空 気等の雰囲気下で行うことができる。

 また、前記の中子の熱分解除去を、結合� ��樹脂の熱脱脂と同一の操作で行うことも可� ��である。結合剤樹脂の熱脱脂と同一の操作� ��行う場合、たとえば中子の材料がアクリル� ��脂であるときには、真空雰囲気において、2 5~100℃/hで昇温していき、280~300℃の範囲では5 ℃/h程度でゆっくり昇温して先に中子を熱分� ��除去し、その後約315℃で60時間保持して、� �合剤樹脂を分解除去することができる。

 熱脱脂済加工成形体10を焼結する。この� �結によって得られるディーゼルエンジン用� �料噴射ノズルである粉末焼結体11を図1(h)に� �した。焼結温度および焼結時間は、原料粉� �、成形体の大きさおよびその形状等に応じ� �適宜決定される。たとえば1,200~1,250℃で、0.5 ~3時間である。たとえば、原料粉末に冷間成� ��用型鋼を使用し、通常のディーゼルエンジ� ��用燃料噴射ノズルを製造する場合、電子顕� ��鏡観察によると、焼結温度が高くなるに従� ��焼結体の組織中の気泡の形状が丸くなり、� ��も減少し、組織の緻密化が進行する。1150~11 80℃では気泡の数の減少は著しく、焼結体の� ��対密度は93%程度に上昇する。約1260℃以上に なると、組織、密度の変化は小さくなり、135 0℃で4時間保持すると、相対密度は97%程度ま� ��上昇する。

 この粉末焼結体11は、本願発明に係る粉� �焼結体である。粉末焼結体11は、図2に示し� �ような複雑で微細な構造を有する中子3を使� ��して作成した成形体7から作られているので 、粉末焼結体11も複雑で微細な構造を有する� ��すなわちこの粉末焼結体の製造方法は、高� ��に複雑な形状を有する粉末焼結体を製造す� ��ことができる。中子3には、枝部5が6本設け� ��れていたので、粉末焼結体11には、6本の枝� ��5に対応して6個の噴射孔が形成されている� �

 上述の通り、本発明においては、複雑で� ��細な構造を有する焼結体を得ることができ� ��ので、中子3において枝部の数を増やし、焼 結体に設けられる噴射孔の数を7個以上にす� �こともできる。したがって、本発明によれ� �、実用上十分な数の噴射孔を有するディー� �ルエンジン用燃料噴射ノズル、たとえば4~100 個、好ましくは10~50個の噴射孔を有するディ� ��ゼルエンジン用燃料噴射ノズルを製造する� ��とができる。4~100個の噴射孔を有するディ� �ゼルエンジン用燃料噴射ノズルの製造は、� �子3において枝部を4~100本にすることにより� �成される。

 また、本発明によれば噴射孔の内径を小� ��くすることができ、実用上十分な内径の噴� ��孔を有するディーゼルエンジン用燃料噴射� ��ズル、たとえば内径30~100μm、好ましくは50~8 0μmの噴射孔を有するディーゼルエンジン用� �料噴射ノズルを製造することができる。こ� �ようなディーゼルエンジン用燃料噴射ノズ� �の製造は、中子3において枝部の径を噴射孔� ��内径に対応して決定することにより達成さ� ��る。

 また粉末焼結体11を作成した後、これに� �械的加工を施して所望の形状の製品を作る� �とも可能である。

 本発明である粉末焼結体用成形体および� ��末焼結体、並びにこれらの製造方法は、上� ��一形態の構成のみには限定されない。

 たとえば粉末焼結体としては、ディーゼ� ��エンジン用燃料噴射ノズル以外のノズルで� ��ってもよく、小型化や精密化、省エネ化な� ��様々な要求の高い電子機器や通信機械機器� ��どを始めとする各方面の製品であってもよ� ��。この場合、図2に示した中子以外の中子を 使用することができる。

 上記例では、中子を使用して成形体およ� ��粉末焼結体に複雑な形状を付与しているが� ��本発明の粉末焼結体用成形体および粉末焼� ��体の製造方法では、中子を用いず、成形金� ��により成形体に複雑な形状を付与すること� ��可能である。また上述のように、遠心成形� ��単純な形状の成形体を作った後、これに機� ��的加工を行って成形体に複雑な形状を付与� ��ることもできる。

 上記例では、成形体の機械加工を行った� ��に中子の除去を行っているが、本発明の粉� ��焼結体の製造方法では、中子除去の後に成� ��体の機械加工を行ってもよく、また中子除� ��の前後で成形体の機械加工を行ってもよい� ��

 上記例では、成形体に機械的加工を加え� ��上で粉末焼結体を製造しているが、本発明� ��粉末焼結体の製造方法では、成形体に機械� ��加工を加えることなく、成形体を焼結して� ��末焼結体を製造することができる。