金属粉末射出成型法

金属粉末射出成型法（MIM）の概要

金属粉末射出成型法（MIM：Metal Injection Molding）は、金属部品の製造において革新的な技術として注目されています。この方法は、金属粉末とバインダー（結合剤）を混合した材料を射出成型し、その後、脱脂と焼結工程を経て最終製品を得るというものです。1970年代に米国で開発され、その後、世界中で広く利用されるようになりました。従来の粉末冶金法とプラスチック射出成型法の長所を組み合わせたMIMは、精密で複雑な形状の金属部品を効率的に製造できることから、多様な産業分野で活用されています。

MIMの歴史と現状

日本においては、1980年代からMIMによる量産が始まりました。当初は数社による取り組みでしたが、市場の拡大と技術の発展に伴い、現在では30社程度が商業ベースでMIMによる生産を行っています。ただし、比較的新しい技術であるため、製造プロセス、理論、ノウハウなどは企業によって異なっているのが現状です。近年では、日本粉体粉末冶金協会の主導によるJIS化の動きもあり、技術の標準化に向けた取り組みが進められています。特に、電子機器や医療機器分野への進出が顕著で、今後ますますその重要性が増していくと予想されます。

MIMの特徴

MIMは、他の金属加工法と比較して多くの利点を持っています。以下にその主な特徴を挙げます。

高精度・複雑形状の製造が可能: MIMでは、非常に精密で複雑な形状の部品を製造することができます。従来の加工方法では困難であった形状の部品も、MIMであれば容易に作製できます。
優れた量産性と品質の均一性: プラスチック射出成型と同様に、MIMは大量生産に適しており、部品間の品質バラツキが小さく、安定した品質の製品を供給できます。
後工程処理の削減: 切削などの後工程処理が不要なため、製造コストの削減とリードタイムの短縮に繋がります。また、鋳造法では不可能な横穴や縦穴などの複雑な内部構造も容易に実現できます。
難加工材への対応: 微細な金属粉末を原料とするため、チタンや硬質合金、磁石用合金、ステンレス鋼など、溶解が困難で加工が難しい材料にも対応可能です。
高い強度: 焼結によって高い密度と強度を持つ金属部品が得られます。

一方で、MIMには以下の課題もあります。

大型部品の製造が困難: MIMは、比較的サイズの小さな部品の製造に適しており、大型部品の製造にはコストがかかり、また技術的な課題も存在します。ダイカストなどに比べてコスト高となるケースも少なくありません。

MIMの製造工程

MIMの製造工程は、大きく分けて以下のステップから構成されます。

1. 原料混合: 金属粉末とバインダーを所定の割合（一般的には金属粉末80%、バインダー20%）で混合します。
2. 射出成型: 混合物を射出成型機を用いて金型に射出成型し、「グリーン体」と呼ばれる未焼結の成形品を作製します。
3. 脱脂: グリーン体を有機溶媒などで処理し、バインダーを除去します。
4. 焼結: 脱脂後の成形品を高真空、高温の環境下で焼結処理を行い、金属粒子を結合させ、最終製品である「シルバー体」を得ます。焼結後の金属の相対密度は約98%に達し、十分な強度と機能性を備えた金属部品となります。

MIMの位置づけ

MIMは、機械加工、ダイカスト、精密鋳造、粉末冶金に続く、第五世代の金属加工技術として位置付けられています。これらの従来技術では困難であった、高精度、複雑形状、量産性、難加工材対応といった要求を同時に満たすことができる技術として、MIMは今後ますます重要な役割を果たしていくと期待されています。

まとめ

MIMは、精密で複雑な形状の金属部品を効率的に製造できる革新的な技術です。その高い精度、量産性、難加工材への対応力から、電子機器、医療機器など幅広い分野で活用されています。一方で、大型化やコスト面での課題も存在しますが、技術革新によってこれらの課題が克服され、さらに多くの分野でMIMが利用されるようになることが期待されます。

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