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焼結体とは

焼結体とは?
焼結体とは粉体に熱をかけ固めたもので、素材の違いにより下記の3つに分類されます
[1]無機焼結体(セラミックス)
[2]金属焼結体(シンタリングメタルス)
[3]有機焼結体(焼結プラスチックス)

このうちのBの焼結プラスチックス【フィルタレン】の製造工程について下図に示します。

焼結プラスチックス【フィルタレン】の製造工程

焼結製品特性表
成形品である
通常の多孔質体(スポンジなど)は製法上ブロックでの販売になるので、形状品にするのには後加工が必要であるが、フィルタレンは成形品なので安定した寸法精度が得られやすく品質管理上有利である。また、加工費と成形費を比較するとコストメリットが出る場合が多い。


連続気孔構造である
発泡体の場合、多くのものは独立気泡構造で内部に液体や気体は浸透しないが、フィルタレンは連続気孔構造で、内部に液体や気体が浸透し濾過などを行なう。また、独立気孔が存在しないので、滅菌したフィルタレンに針などを突き刺しても未滅菌部分に針が触れ汚染されることが無い。

異物の流出が無い
他の多孔質体の場合、接着剤で固めたり、異物を入れて製造し後工程で異物を除去するものがあるが、これらの製法では異物の流出の危険性が高く、食品や検査関連では使用が難しいが、フィルタレンの場合はプラスチックのパウダーを熱処理で固めただけなので、異物の流出が無い。

変形性が低い
スポンジなどは柔らかく圧縮性に富むが、フィルタレンはある程度の硬さ、強度を保有していて荷重変形性が低い。

圧力損失が高い
フィルタレンは構造上、体積の半分以上を固体部分(プラスチックス)が占めるので流体の通りがスポンジなどと比較すると悪い。大量の流入、流出を必要とする場合、使用が難しい。

金型が必要
成形品なので、金型製作のリードタイムとイニシャルコストがかかる。


焼結成形品設計上の留意点
1.金型
プラスチックの一般的な成形方法は、プラスチックを溶融させ、金型に充填し、離型温度まで下がった時点で金型より取り出すという形を取る。しかし、焼結成形では金型自体を加熱し冷却するサイクルをとるので、原料チャージから離型まで非常に時間が掛かる。生産数量を稼ぐ為には必然的に、多数個取り、多面取りにならざるを得ない。そこで、金型製作費用(イニシャルコスト)やメインテナンス費用(ランニングコスト)を考えると、焼結成形品はなるべくシンプルにし、ハウジングやケースに細工を施した方が良く、成形品の形状としては、左右対称の回転体が好ましい。金型の加工方法としては、金型加工単価の低いボール盤、フライス盤等の機械加工で済むのがベストで、次にワイヤー放電加工が安価で、電極放電加工は時間、コスト共に掛かるので設計上避けるのが無難である。

2.ゲート
焼結成形品においては原料がパウダーである為に、原料充填性が重要となる。通常開口部φ3以上の大きなゲートが必要となる。ゲート面の表面肌は、金型の接触面(PL)と比較すると、ある程度ザラザラしているが、機能、性能、外観上等に問題が無ければ、そのままの打ちっ放しでも通常は問題とならない。もし必要があれば、後加工としてカッター、ニッパー等で容易に切断、除去する事も可能である。

3.アンダーカット
焼結体は多孔質成形品(ポーラス)であるので、インジェクション成形品等のソリッド な物と比較すると半分は空気になり強度は落ちるので、アンダーカット等の無理抜きは不可である。

4.形状
パウダーを充填して成形する関係で、形状的には下図の様に上部(ゲート面)より順番に小さくなっていく様な形状が好ましい。途中から突起する形状の場合、C面かR面が必要となる。

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