JP2004018283A

JP2004018283A - セラミックス耐火板

Info

Publication number: JP2004018283A
Application number: JP2002172768A
Authority: JP
Inventors: Katsuto Nakazawa; 中澤　克仁; Hachiro Kamigaki; 上垣　八郎
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2002-06-13
Filing date: 2002-06-13
Publication date: 2004-01-22

Abstract

【課題】複数個の成形体を突き合わせて炉内鑞付けするときに敷板として用いる耐火板であって、熱変形が少なく、鑞付けして得られる部品の変形、寸法精度の悪化を抑えて不良発生率を下げ得るものを提供する。
【解決手段】耐火板１０をＳｉ_３Ｎ_４を主成分とするセラミックスで形成する。また、好ましくはその耐火板の厚みを７ｍｍ以上とし、上面の外周部に部品の変形防止効果を高めるテーパ面１４を設ける。
【選択図】　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、複数個の成形体を突き合わせ、加熱炉内で突き合わせ面を鑞付けするときに敷板として用いるセラミックス耐火板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
焼結部品の製造過程において、粉末成形体を複数個突き合わせて加熱炉に導入し、焼結と同時に各成形体の突き合わせ面を炉中鑞付けして一体化された部品を得る方法が実用化されている。
【０００３】
この方法では、焼結材製のリングなどを敷板にしてその敷板上に成形体を載せ、これをネットコンベヤなどを用いて加熱炉に導入する。
【０００４】
成形体を敷板に載せて焼結する方法は、発明協会発行の公開技報、公技番号８４−００３１３４や特開平５−１９５０１７号公報にも示されている。
【０００５】
前者の公開技報に示される方法は、中央に突起と穴を設け、外径寸法を成形体よりも小さくしたセラミックス製敷板を用いることで冷却流体の流れを妨げないようにして部品の特に外径側の歪を小さくする。
【０００６】
また、後者の公開公報に示される方法は、温度３００Ｋ及び１２００Ｋにおける熱伝導率と温度１２００Ｋにおける比熱が限定されたセラミックス板を敷板として用いることで炉内温度分布の発生を抑えて焼結による部品の歪を小さくする。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来、炉内鑞付け時に敷板として用いていた焼結材は、部品焼結時の熱で変形し（反りを生じる）、その影響を受けて部品も変形し、不良品が生じる。
【０００８】
焼結と同時に鑞付けを行う部品のひとつに、自動車などの自動変速機に用いられるプラネタリギヤ用のキャリアがある。そのプラネタリキャリアの一例を図８に示す。図示のプラネタリキャリア１は、片側の端板になるプレート２ａの一面に凹んだ３個のブリッジ接合面２ｂを設け、さらに、プレート２ａを貫通する鑞材供給孔２ｃとプレートの他面に突出するボス部２ｄを設けた第１成形体２と、他側の端板になるプレート３ａに軸方向に延び出す３個のブリッジ３ｂと、サンギヤ導入用の孔３ｃを設けた第２成形体３とから成る。
【０００９】
このプラネタリキャリア１は、ブリッジ３ｂをブリッジ接合面２ｂに突き合わせて図９に示すように第２成形体３上に第１成形体２を重ね、さらに、鑞材供給孔２ｃに鑞材を入れ、これを敷板に載せて炉内で焼結する。そして、その焼結時に溶けた鑞材で第１、第２成形体２、３を接合して一体化する。
【００１０】
このプラネタリキャリアなどは、敷板が熱変形して反ると、敷板に接したプレート３ａが敷板の上面に沿うように変形する。そのプレート３ａの変形によりブリッジ３ｂが傾き、突き合わせの位置や姿勢が変動して第１、第２成形体のプレート間寸法（窓幅）Ｗが狂うため、不良品が発生する。
【００１１】
そこで、前述の公開技報や公開公報に示されるセラミックス製の敷板を用いることを検討したが、従来のセラミックス板では製品の不良率低減に関して満足な結果が得られていない。
【００１２】
以上の事情から炉内鑞付け時に生じる部品の変形をより小さく抑えられる敷板用の耐火板が望まれている。
【００１３】
この発明は、その要求に応えることを課題としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、この発明においては、成形体の鑞付け時に敷板として用いる耐火板をＳｉ_３Ｎ_４を主成分とするセラミックスで形成した。
【００１５】
また、より好ましい形態として、その耐火板の外径寸法を、耐火板に載せる成形体の外径寸法と同等又はそれ以上とし、この耐火板の外周部に、成形体の外径よりも中心側から径方向外方に向かって上面位置を低下させるテーパを形成した。
【００１６】
なお、テーパを付した耐火板、付していない耐火板のどちらも板厚は７ｍｍ以上とするのがよい。
【００１７】
また、テーパ付き耐火板は、テーパの内端位置の直径をφＺ、成形体相互の連結部の内径をφＣ、外径をφＢとしたとき、φＣ＜φＺ＜（φＢ−φＣ）／２の条件を満足させると好ましい。さらにテーパの勾配を２／１０００〜８／１０００とする、或いはテーパを上下両面に形成するのも好ましい。
【００１８】
【作用】
Ｓｉ_３Ｎ_４を主成分とするセラミックスは、熱膨張率がＡｌ_２Ｏ_３、ＡｌＮ、ＳｉＣなどを主成分とするセラミックスよりも更に小さく、加熱時の変形がより小さく抑えられる。これにより、炉内鑞付けして作られる部品の変形も小さくなり、製品の不良発生率が下がる。
【００１９】
耐火板をＳｉ_３Ｎ_４を主成分とするセラミックスで形成することと併せてその耐火板の上面の外周部にテーパを形成したものは、耐火板の外周部が熱変形して反り上っても、成形体との間にテーパによる隙間が生じているため成形体にこれを持ち上げようとする力が強く働かない。従って、部品の変形、それによる突き合わせの位置、姿勢の変動がテーパ無しの場合よりも小さく抑えられ、図９の窓幅Ｗが精度良く安定して不良品の発生率が更に小さくなる。
【００２０】
なお、テーパの勾配が小さ過ぎるとテーパ設置の効果が不十分になり、一方、その勾配が大き過ぎると成形体の外周側が耐火板から完全に浮いて支持不良による部品の変形が起こるので、テーパの勾配は２／１０００〜８／１０００程度にするのがよい。
【００２１】
このテーパを上下両面に設けると表裏（上下）の関係が無くなり、上下面を見間違えることによる耐火板の誤使用が起こらない。
【００２２】
また、耐火板の厚みを７ｍｍ以上にすると変形の蓄積による精度低下が抑えられ、繰り返し使用に対する耐久性も確保される。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図１に、この発明の実施形態を示す。このセラミックス耐火板１０は、Ｓｉ_３Ｎ_４の含有量が９７〜９９重量％（残部は結合材や不可避不純物）の材料で形成されている。
【００２４】
このセラミックス耐火板１０は、厚みｔを７ｍｍ以上にして全域でその厚みを一定させており、上面１１と下面１２が全域で平行になっている。また、外観は円盤状であり、図４に示すように外径φＤは、その上に載せる成形体２０の外径φＡと同等又はそれ以上とし、中心に位置決め用のロッドを挿入する孔１３を設けている。
【００２５】
図２、図３は、より好ましい実施形態である。図２のセラミックス耐火板１０は、材質、厚みについては図１の耐火板と同様とし、上面１１の外周部に中心側から外周側に向かって上面位置を低下させるテーパ面１４を形成している。また、図３のセラミックス耐火板１０は、上面のテーパ面１４と同じテーパ面１４を下面１２の外周部にも設けて表裏の関係を無くしている。
【００２６】
テーパ面１４の内端位置の直径φＺ（図４参照）は、その上に載せる成形体が、例えば図８で述べたプラネタリキャリア１の場合、ブリッジ３ｂの内径φＣよりも大、ブリッジ３ｂの厚み中心部の直径（φＢ−φＣ）／２よりも小にするのがよい。テーパ面１４の内端位置の直径φＺがブリッジ３ｂの内径φＣと同一又はそれよりも小さいと、荷重が最も集中する領域が耐火板１０の平坦部から外れ、プレート３ａの支持が不安定になって部品が変形し易くなる。また、φＺが（φＢ−φＣ）／２よりも大きいと、耐火板の熱変形による部品の変形が起こり易くなる。
【００２７】
重ねて載せた成形体相互の連結部が例示のブリッジ３ｂではなく、円筒などである場合にも同じことが言える。
【００２８】
以下に、この発明の効果の確認試験結果を記す。試験には、Ｓｉ_３Ｎ_４含有量９７重量％以上、図４の直径φＤ＝１２０ｍｍ、内径φｄ＝５０ｍｍ、厚みｔ＝１０ｍｍのセラミックス耐火板を用いた。
【００２９】
この耐火板に、図４に示す成形体２０をロッド２１で位置決めして載せた。成形体２０は、Ｆｅ−２Ｎｉ−０．８Ｃの組成で成形密度６．９ｇ／ｃｍ^３で成形した鉄系焼結金属（成形体２）と、Ｆｅ−２Ｃｕ−０．８Ｃの組成で成形密度６．８ｇ／ｃｍ^３で成形した鉄系焼結金属（成形体３）を組み合わせ、鉄系焼結金属の成形体２に設けた貫通孔にＦｅ−Ｍｎ−Ｎｉ−Ｃｕ系の鑞材チップを挿入したものを耐火板上にセットした。そして、これを加熱炉に導入し、１１３０℃前後に加熱して焼結と同時に鑞付けを行った。
【００３０】
成形体２０の寸法諸元は、図４に示す外径φＡ＝１２０ｍｍ、ブリッジ部外径φＢ＝１０３ｍｍ、ブリッジ部内径φＣ＝５２ｍｍである。
【００３１】
なお、ここで用いた成形体２０は、図を簡略化したが、図８で述べたプラネタリキャリアである。
【００３２】
−評価試験１−
上記のセラミックス耐火板について、先ずテーパ面１４の勾配（μｍ／ｍｍ）＝５／１０００としてそのテーパ面１４の内端位置（直径φＺ）が製品の精度にどのような影響を与えるかを調べた。その結果を図５に示す。この図５は、窓幅Ｗの誤差が±０．１５ｍｍの範囲内にあるものを良品、その範囲から外れたものを不良品として良品率を求めている。これから判るように、φＺ≧（φＢ−φＣ）／２の場合は良品率が９５％程度であり、また、φＺ≦φＣの場合は良品率が９０％程度と更に悪くなっているのに対し、φＺをφＣよりも大、（φＢ−φＣ）／２よりも小としたときに１００％近い良品率が得られている。
【００３３】
−評価試験２−
次に、テーパ面１４の有無と、φＣ＜φＺ＜（φＢ−φＣ）／２の条件下でのテーパ勾配の大きさの影響について調べた。その結果を図６に示す。この試験ではテーパ勾配が２／１０００〜８／１０００の範囲にあるときに最も高い９９．７％以上の良品率が得られている。
【００３４】
−評価試験３−
耐火板の厚みｔを変えてその厚みと製品の平面度の関係を調べた。平面度は、耐火板に接触する面Ｆ（図４）の高低差を求めている。その結果を図７に示す。
【００３５】
厚み２ｍｍの耐火板は、割れが生じて用をなさなかった。また、厚み５ｍｍの耐火板は平面度が０．２ｍｍ以上であり、さらに数回の使用で変形が大きくなって使用に耐えないものになった。これに対し、厚み７ｍｍ以上の耐火板は、製品の平面度が０．２ｍｍ以下に抑えられ、繰り返し使用に関する耐久性にも問題がなかった。
【００３６】
なお、この発明の耐火板は、炉内鑞付けのみを行うときの敷板としても利用できる。
【００３７】
【発明の効果】
以上述べたように、この発明の耐火板は、Ｓｉ_３Ｎ_４を主成分とするセラミックスで形成したので、炉内での熱変形が従来のセラミックス板よりも小さく抑えられ、それを敷板にして炉内鑞付けする部品の変形、精度低下による不良発生を減少させることができる。
【００３８】
耐火板の上面の外周部にテーパを形成したもの、中でも、テーパの勾配を２／１０００〜８／１０００にしたものや、テーパ面の内端位置の直径φＺについてφＣ＜φＺ＜（φＢ−φＣ）／２の条件を成立させたものは、部品の寸法精度の狂いがより小さく抑えられ、不良発生率が更に小さくなる。
【００３９】
また、厚みを７ｍｍ以上とした耐火板は、割れ等が防止され、繰り返し使用における変形の蓄積も抑制されて耐久性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の耐火板の実施形態を示す断面図
【図２】他の実施形態の断面図
【図３】更に他の実施形態の断面図
【図４】耐火板のテーパの好ましい内端位置の説明図
【図５】テーパの有無及び大きさと鑞付けした部品の良品率との関係を示す図表
【図６】テーパ面の内端位置の直径と良品率との関係を示す図表
【図７】耐火板の厚みと部品の平面度の関係を示す図表
【図８】（ａ）鑞付けする成形体の一例（プラネタリキャリアを示す分割斜視図）
（ｂ）第２成形体の内面を示す斜視図
【図９】図８の成形体を突き合わせて重ねた状態の側面図
【符号の説明】
１　プラネタリキャリア
２　第１成形体
２ａ　プレート
２ｂ　ブリッジ接合面
３　第２成形体
３ａ　プレート
３ｂ　ブリッジ
１０　セラミックス耐火板
１１　上面
１２　下面
１３　ロッド挿入用の孔
１４　テーパ面

Claims

複数個の成形体を突き合わせ、加熱炉内で各成形体の突き合わせ面を鑞付けするときに敷板として用いる耐火板であって、Ｓｉ_３Ｎ_４を主成分とする材料で形成されていることを特徴とするセラミックス耐火板。
耐火板の厚みを７ｍｍ以上にした請求項１記載のセラミックス耐火板。
耐火板の外径寸法を、耐火板に載せる成形体の外径寸法と同等又はそれ以上とし、この耐火板の外周部に、成形体の外径よりも中心側から径方向外方に向かって上面位置を低下させるテーパを形成した請求項１又は２記載のセラミックス耐火板。
前記テーパの内端位置の直径をφＺ、成形体相互の連結部の内径をφＣ、外径をφＢとしたとき、φＣ＜φＺ＜（φＢ−φＣ）／２の条件を満足させた請求項３記載のセラミックス耐火板。
前記テーパの勾配を２／１０００〜８／１０００とした請求項３又は４記載のセラミックス耐火板。
前記テーパを上下両面に形成した請求項３乃至５のいずれかに記載のセラミックス耐火板。