JP2633859B2 - セラミックス製圧縮コイルばねの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明はセラミックス製圧縮コイルばねの製造方法に
係り、特に端縁部に座巻部を備えたセラミックス製圧縮
コイルばねを有利に製造する方法に関するものである。

（背景技術） 従来から、コイルばねは、一般に、金属材料にて製造
されており、そのために耐熱性及び耐摩耗性が充分でな
く、また錆の発生や磁場の影響による磁化現象が惹起さ
れ易いといった問題を内在しており、その使用環境に制
限を受ける場合があったのである。

そこで、近年、耐熱性、耐摩耗性及び耐腐食性に優れ
たセラミックス材料を用いてコイルばねを製造すること
が考えられている。そして、このようなセラミックス製
のコイルばねは、例えば、特開昭62−7659号及び特開昭
62−25013号公報において、本願出願人が明らかにした
如く、セラミックス粉末を主原料とした線状のばね素材
を用いて、該ばね素材を巻線加工してコイル状に成形し
た後、該成形品を焼成せしめることにより、製造される
こととなる。

ところが、従来、このような手法にて製造される圧縮
コイルばねは、オープンエンドのものであり、クローズ
エンドの如く、端縁部に座巻部を備えた圧縮コイルばね
の製造に対しては、何等考慮されておらず、そのような
座巻部を有するセラミックス製圧縮コイルばねの遊離の
製造手法は、未だ見出されていないのが現状であった。

（解決手段） かかる状況下、本発明者等は、セラミックス材料から
コイルばねを製造する技術について、種々なる検討を重
ねた結果、セラミックス製圧縮コイルばねの端縁部に対
して、座巻部を有利に形成することのできる手法を見い
出し、本発明を完成するに至ったのである。

すなわち、本発明は、端縁部に座巻部を備えたセラミ
ックス製コイルばねを有利に製造し得る手法を提供する
ものであって、その特徴とするところは、線状のセラミ
ックスばね素材をコイル状に成形した後、該成形品を焼
成若しくは半焼成することにより得られる圧縮コイルば
ねを用い、該圧縮コイルばねの端縁部における座巻部形
成部位に隣接するコイル線間に間隙保持用挟材を介装す
ると共に、かかる挟材が介装された圧縮コイルばねを、
所定のセラミックス粉末が充填された耐熱性容器内に、
前記座巻部形成部位のみが突出するように埋設せしめて
加熱する一方、かかる加熱状態下において該座巻部形成
部位に対して所定大きさの荷重を圧縮方向に作用させて
変形せしめることにより、座巻部を形成するようにした
ことにある。

（発明の具体的構成） ところで、かかる本発明にあっては、先ず、所定のセ
ラミックス粉末を主原料として得られるばね素材をコイ
ル状に成形し、そしてそれによって得られる成形品を用
いて、オーブンエンドの圧縮コイルばねが形成されるこ
ととなる。

なお、この密着コイルばねの形成に際しては、例え
ば、本願出願人が先に明らかにした、前記特開昭62−25
013号公報等に示されている如く、先ず、所定のセラミ
ックス粉末を主原料とするセラミックス組成物を、所定
のノズルから押し出すこと等によって、目的とするコイ
ルばねの線径を与えるセラミックス線材を形成し、該セ
ラミックス線材に対して乾燥操作を施して、その含水比
を所定の値まで低下せしめることにより、可塑性を有す
る線状のばね素材が形成されるのである。

そして、該ばね素材を、目的とするコイルばねの形状
を与えるべき型材としての芯棒に対して、等ピッチで巻
き付けてコイル状に成形した後、該成形品を焼成若しく
は半焼成せしめることにより、オープンエンドの圧縮コ
イルばねが形成されることとなる。

なお、本発明において、ばね基材として用いられるセ
ラミックス粉末原料としては、焼成によって目的とする
強度、靭性を与える公知のセラミックスが適宜に選択さ
れることとなるが、一般に、ZrO₂−Y₂O₃系等の部分安定
化ジルコニア磁気材料や90〜98％のAl₂O₃を含むアルミ
ナ磁器材料、ZrO₂−Y₂O₃−Al₂O₃系磁気材料などが好適
に用いられ、更にそのようなセラミックス粉末原料に対
して、通常、その100重量部あたり、１〜10重量部のメ
チルセルロース、１〜10重量部の界面活性剤および１〜
15重量部の多価アルコール、更にはステアリン酸エマル
ジョンの如き潤滑剤や他の助剤、水等が適宜配合せしめ
られることとなる。

さらに、そのようなセラミックス粉末原料にて形成さ
れたばね素材を用いて成形されたコイル状の成形品の焼
成乃至はは焼成操作は、通常、芯棒に巻き付けられた状
態下で、例えば、部分安定化ジルコニア磁器材料にて形
成されたものにあっては、1100℃〜1500℃で行なわれる
こととなる。

そして、このようにして形成されたオープンエンドの
圧縮コイルばねに対して、その端縁部に座巻部が形成さ
れることとなるが、それには、先ず、第１図に示されて
いる如く、かかる圧縮コイルばね10に対して、その座巻
部が形成されるべき部位に隣接するコイル線間に、該コ
イル線間の間隙を保持するための挟材12が介装せしめら
れる。かかる挟材12としては、耐熱性のものであって且
つ圧縮コイルばね10と反応しない材料、例えばアルミナ
セラミックスにて形成されたものが好適に用いられる。

なお、かかる第１図においては、圧縮コイルばね10の
端縁部をクローズドエンドとする場合、即ち形成される
べき座巻部の巻数が１である場合が示されており、それ
故一巻目と二巻目とのコイル線間に、挟材12が介装され
ている。

更にその後、かかる挟材12が介装された圧縮コイルば
ね10は、図示されているように、耐熱性容器14の保持穴
16に充填された所定のセラミックス粉末18中に、その座
巻部形成部位のみが突出する状態で埋設される。

そして、このようにセラミックス粉末18中に埋め込ま
れた圧縮コイルばね10は、所定の加熱炉内中において、
加熱せしめられると共に、その突出部上に、アルミナ等
の耐熱材料にて形成された重り20が載置されることによ
り、該突出部に対して、所定大きさの圧縮荷重（軸方向
荷重）が作用せしめられる。

なお、前記容器14の保持穴16は、圧縮コイルばね10に
対して充分なる保持力が及ぼされ得るように、該圧縮コ
イルばね10の外形に対応した、僅かに大径の円形穴をも
って形成されていることが望ましい。また、その保持穴
16に充填されるセラミックス粉末18としては、例えば、
Na₂Oが可及的に減少せしめられて、0.1％以下の含有量
とされたアルミナ粉末が好適に用いられ、これによって
かかる圧縮コイルばね10の着色（黄色化）が良好に回避
され得ることとなる。

すなわち、かかる加熱操作によって、圧縮コイルばね
10が軟化され、以て重り20によって及ぼされる縮み方向
の荷重によって、圧縮コイルばね10には、ひずみが生ぜ
しめられて、塑性変形せしめられることとなるのであ
り、それによって、第２図に示されている如く、前記突
出部が圧縮されて軸方向に塑性変形せしめられて、座巻
部が形成されるのである。

ここにおいて、圧縮コイルばね10に対する加熱温度
は、該圧縮コイルばね10を形成するセラミックス材料や
その焼成条件等に応じて、一般に、1000℃〜1500℃の範
囲内に設定されるものであり、常圧下、300℃/Hr以下の
昇温速度にて加熱操作が行なわれることとなる。

また、作用せしめられる荷重（重り20の重量）は、圧
縮コイルばね10において生ぜしめられる応力が、許容応
力内となるように設定する必要があり、またかかる圧縮
コイルばね10に対して、荷重を効果的に及ぼし得るべ
く、特に大きな素線径のコイルばね10を加工するに際し
ては、強度の向上が充分に為されていない半焼成のもの
用いて行なうようにすることが望ましい。尤も、このよ
うに圧縮コイルばね10として、半焼成のものを用いた場
合には、かかる変形操作と同時に焼成せしめられること
となる。

そして、このような加熱状態下における圧縮コイルば
ね10に対する加圧、変形操作に際して、該圧縮コイルば
ね10の本体部分（有効巻線部分）は、セラミックス粉末
18内への埋設状態下に保持されていると共に、かかる変
形操作によって圧縮コイルばね10の端部が当接される部
位に隣接するコイル間には、挟材12が介装されて、その
間隙が保持され得るようになっているところから、上述
の如き操作によって、その突出部に対してのみ効果的に
変形が惹起せしめられ、本体部分における変形が、有効
に回避され得ることとなるのである。

従って、上述の如き、本発明手法に従えば、端部に座
巻部を備えた、目的とするセラミックス製の圧縮コイル
ばねを有利に製造することができるのである。

以上、本発明手法を図面を参照しつつ詳述してきた
が、本発明は、上述の具体的記載或いは図面によって限
定して解釈されるものでは、決してなく、当業者の知識
に基づいて種々なる変更、修正、改良などが加えられた
態様において実施され得るものであり、またそのような
実施態様が本発明の趣旨を逸脱しない限り、何れも本発
明の範囲内に含まれることは、言うまでもないところで
ある。

例えば、前記具体例においては、単一の圧縮コイルば
ねに対して座巻部を形成する場合について説明したが、
本発明の実施に際しては、通常、複数の保持穴16を備え
た耐熱製容器14を用い、多数の圧縮コイルばね10に対し
て、同時に加工が施されるものであり、またそのような
場合、耐熱性容器14に設けられる保持穴の配設間隔や位
置等は、そこに保持される圧縮コイルばねに対して荷重
が有効に作用せしめられる得るように設定されることと
なる。

（発明の効果） かくの如き本発明手法によれば、端縁部に座巻部を備
えた、セラミックス製の圧縮コイルばねを有利に製造す
ることができるのであり、その工業的な製造に大きく寄
与せしめ得たのであって、そこに本発明の大きな工業的
意義が存するものである。

そして、また、このような本発明手法によって、高温
下においてもヘタリが少なく、優れたばね特性を示す共
に、高硬度、耐摩耗製、耐蝕性、更には非磁化性等の優
れた特徴と有するセラミックス製コイルばねにおいて、
その端縁部の形状の設定が容易となり、使用可能範囲が
著しく拡大されるといった優れた効果をも奏し得ること
となるのである。

（実施例） 以下に、本発明を更に具体的に明らかにするために、
本発明の実施例を示すが、本発明がそのような実施例の
記載によって、何等の制約をも受けるものでないこと
は、言うまでもない。

実施例 １ 先ず、部分安定化ジルコニアを主原料として調製され
た混練物を、真空押出器を用いて押し出し成形すること
により線状のばね素材を形成し、それを切断、乾燥した
後、前述の如く、所定の芯棒を用いて巻線加工してコイ
ル状に成形し、更に該成形品を焼成せしめることによ
り、素線径:4mm,外径:30mm,総巻数:8のオープンエンド
のジルコニアセラミックス製圧縮コイルばねを形成し
た。

次いで、該オープンエンドの圧縮コイルばねを用い
て、第１図に示されているように、その一方の端縁部に
おける一巻目と二巻目とのコイル間に、挟材（12）を介
装すると共に、かかる挟材（12）が介装された圧縮コイ
ルばね（10）を、耐熱性容器（14）の保持穴（16）に充
填されたアルミナ粉末（18）中に、端縁部の一巻部分の
みが突出する状態で埋設した。

次いで、かかる圧縮コイルばね（10）を、所定の加熱
炉中にて1350℃に加熱すると共に、その突出部上に、25
0gの重り（20）を載置せしめて、その端部が隣り合うコ
イルに当接するま変形せしめた。

そして、冷却後、圧縮コイルばね（10）を取り出し、
更に、他方の端縁部に対しても同様の操作を施すことに
より、両側端縁部がクローズドエンドとされた、有効巻
数:6,自由長:40mmの、目的とするセラミックス製の圧縮
コイルばねを得ることができた。

実施例 ２ 前記実施例１と同様に、部分安定化ジルコニアを主原
料とする線状のばね素材を形成し、それを切断、乾燥し
た後、巻線加工してコイル状に成形し、更に該成形品を
焼成せしめることにより、素線径:1mm,外径:10mm,総巻
数:8のオープンエンドのジルコニアセラミックス製圧縮
コイルばねを形成した。

次いで、かかる圧縮コイルばねを、その一方の端縁部
にかかる一巻目と二巻目とのコイル間に、挟材（12）を
介装すると共に、耐熱性容器（14）の保持穴（16）に充
填されたアルミナ粉末（18）中に、端縁部の一巻部分の
みが突出する状態で埋設せしめ、更にかかる圧縮コイル
ばね（10）を、所定の加熱炉中にて1250℃に加熱すると
共に、その突出部上に、15gの重り（20）を載置せしめ
て、その端部が隣り合うコイルに当接するまで変形せし
めた。

そして、冷却後、圧縮コイルばね（10）を取り出し、
更に、他方の端縁部に対しても同様の操作を施すことに
より、両側端縁部がクローズドエンドとされた、有効巻
数:6,自由長:25mmの、目的とするセラミックス製の圧縮
コイルばねを得ることができた。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、それぞれ、本発明手法を説明する
ための一工程図である。 10:圧縮コイルばね、12:挟材 14:耐熱製容器、16:保持穴 18:セラミックス粉末、20:重り

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】線状のセラミックスばね素材をコイル状に
   成形した後、該成形品を焼成若しくは半焼成することに
   より得られる圧縮コイルばねを用い、該圧縮コイルばね
   の端縁部における座巻部形成部位に隣接するコイル線間
   に間隙保持用挟材を介装すると共に、かかる挟材が介装
   された圧縮コイルばねを、所定のセラミックス粉末が充
   填された耐熱性容器内に、前記座巻部形成部位のみが突
   出するように埋設せしめて加熱する一方、かかる加熱状
   態下において該座巻部形成部位に対して所定大きさの荷
   重を圧縮方向に作用させて変形せしめることにより、座
   巻部を形成することを特徴とするセラミックス製圧縮コ
   イルばねの製造方法。