金属粉末射出成形法における樹脂流動に関する研究（1）－射出成形条件と成形体特性の関係

摘要

金属粉末射出成形法(Metal Injection Molding: MIM)とは，金型内に溶融状態のプラスチックを充填し，固化させて成形を行う射出成形法と，金型内に金属粉末のみを圧紛充填し，焼結して成形する粉末冶金法を組み合わせた，射出成形の成形能力と粉末冶金の素材選択の柔軟性（自由性）とを合わせ持つ複合技術である．MIMは金属粉末に樹脂や流動性を与えるパラフィンワックス等の結合剤を混合，混練して可塑性を持たせ，射出成形により形状を付与し，その後，溶媒または加熱により結合剤の脱脂を行った後，焼結することで金属製品を製造するものである．MIMの長所は，機械加工や粉末冶金に比べて三次元複雑形状の精密部品をニアネットシェイプで成形できること，さらに，難加工材科，高融点材料などの成形にも適しており，微細，微小な金属部品（マイクロパーツ）の加工法として有効である．また，圧粉焼結法で得られない溶製材に近い強度が得られ，中量生産から大量生産でのコスト削減が可能である．一方，短所および課題として，MIMは高い混合割合の金属粉末を有機バインダ中に充填するため，特異な流動挙動を示し，金属粉末の分散が不均一となり，成形·脱脂·焼結の各工程において，割れ，膨れ，変形等の欠陥が発生しやすく，強度や寸法精度などの品質向上が求められている．しかし，過去のMIMの研究例では焼結後の評価について報告されたものが多く，射出成形の流動の詳細や成形と密度との関係を明らかにしたものはない．本研究では，MIMの製造工程の中から特に射出成形工程に注目し，射出成形によって得られた成形体の成形条件が，成形体密度にどのように影響を与えるかを射出工程中の型内圧力の測定から成形体密度との関連性を評価検討し，その型内圧力曲線を用いてMIM材と汎用プラスチック材料（ポリプロピレン：PP）との比較を行った．さらに，焼結後の密度や物性および収縮率などの観点から，射出成形条件との関連性を明らかにした．