JPH01110906A

JPH01110906A - セラミックスコイルばねの成形装置

Info

Publication number: JPH01110906A
Application number: JP26832987A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Nakatani; 雅彦中谷; Shigemi Sato; 繁美佐藤; Toyoyuki Tono; 東野　豊之; Hide Nomura; 埜村　秀; Ryusuke Adachi; 隆介安達
Original assignee: NHK Spring Co Ltd
Current assignee: NHK Spring Co Ltd
Priority date: 1987-10-26
Filing date: 1987-10-26
Publication date: 1989-04-27
Anticipated expiration: 2012-04-02
Also published as: JP2597371B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明はセラミックスコイルばねの成形装置に関する。

〔従来の技術〕

コイルばねは各種機械にとって重要な部品として用いら
れている。こうしたコイルばねは金属材料から製造され
てきたが、金属製コイルぼねは耐熱性、耐食性、耐摩耗
性等の特性に劣るため、近年、これらの特性を改善し得
るセラミックス製のコイルばねの製造が試みられている
。

セラミックスコイルばねの製造方法としては、セラミッ
クス粉体原料に成形性を付与する有機材料とその溶剤と
を混練し、この混練物を押し出して得られるセラミック
ス線材を用いて目的とするコイル形状のコイルばねを得
る方法が行なわれている。

成形性を付与する有機材料として水溶性のものを、その
溶剤として水を使用してコイルばねを製造した場合、以
下の問題が生じる。

■線材に含まれる水分が多い場合（高含水率の線材）コイリング自体は容易であるが、コイリング用　　−の
芯棒に巻きつけるとコイリング時に内側（内径）がつぶ
れやすい、また、この状態で乾燥させると、水分の蒸発
に伴う乾燥収縮で線切れ、及び更にコイル内径のつぶれ
が生じる。なお、高含水率の線材を用いてコイリングし
た場合、コイリング直後に芯線から成形体を取り外すと
、保形性がなくコイル形状を保持しない。

■逆に線材に含まれる水分が少ない場合セラミックス押
出原料の混練時に添加水分量を少なくするか、又は押し
出した線材を乾燥させて水分量を少なく１、コイリング
後の乾燥収縮をできるだけ小さくしようとすると、線材
が硬くなり、その後のコイリング作業が困難でコイリン
グ時に線切れを生じる。また、雰囲気（温度、湿度等）
によってコイリングの状態が大きく影響されるため、コ
イリング可能な条件が限定される。また、微量な水分量
の変化により、乾燥後の形状ばらつきが大きい、したが
って、線径１■以下の細線のコイリング及びＤ／ｄ（Ｄ
：コイル平均径。

ｄ：線径）の小さいコイリングが困難である。

そこで、一般的に考えられるセラミックスコイルばねの
製造方法としては１例えば以下のような方法が知られて
いる。

■セラミックス粉体原料と、メチルセルロース、界面活
性剤、多価アルコール及び水とを混練し、押出成形して
線材を得た後、芯線にコイリングし、そのまま仮焼結し
、その後芯線を取り外して本焼結する方法（特開昭Ｅｉ
２−７８５９号公報）。

■上記方法を改良して等ピッチのコイルばねを得るため
に、セラミックス粉体を主原料とする押出加工された線
材を水分調整し、該線材と同様な熱酸１ｉ＃性を有する
芯線に、間隔保持用コイル材とともに巻き付け、アルミ
ナ粉末中に埋め込んで仮焼結を行ない、仮焼結された線
材を芯線から取り外して本焼結する方法（特開昭６２−
２５０１３号公報）。

なお、これらの方法をブロック図で示すと第６図のよう
になる。第６図に示すように、これらの方法では原料の
混練物を押出成形して線材を得た後、乾燥操作により線
材を所定の水分率まで、−般に約３％以下の値まで低下
させることにより、セラミックスコイルばねの成形が可
能なように線材の可ｍ性を調整している。なお、線材の
可塑性が乾燥後（水分調整後）においても有利に保持し
得るように界面活性剤、多価アルコールを多添加してい
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、従来の方法には以下のような問題がある。

■コイリング後の線切れ等を発生させないような線材を
得るために、乾燥による水分調整に微妙なコントロール
を必要とする。

■線材の可塑性が乾燥後においても有利に保持し得るた
め、コイリング後の保形性に乏しい、したがって、該線
材と同様な熱収縮特性を有する芯線に巻いたまま焼結す
る必要がある。

■芯線として線材と同様な熱収縮特性を有するものを用
いているため、線切れやコイルの内側の変形をある程度
防止することができるが、仮焼結まで行なうため再使用
することができず、芯線に要するコストが高くなる。

■芯線として線材と同様な熱収縮特性を有するものを用
いる必要があるため、コイリングマシンを利用して金属
ばねと同様な方法でコイリングすることができず、量産
性がない。

以上のように従来の方法はコスト、歩留り等の観点から
量産性の乏しい方法である。

本発明は上記問題点を解決し、細線のコイリングやＤ／
ｄの小さいコイリングが可能で、線材の線切れや変形等
を防止でき、形状ばらつきも小さくすることができる量
産性のあるセラミックスコイルばねの成形装置を提供す
ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段と作用〕本発明のセラミ
ックスコイルばねの成形装置は、セラミックス粉体を主
成分とする乾燥した線材を浸漬させる溶媒槽と、該溶媒
槽の後段に配置されたコイリング用の芯線又は自動コイ
リングマシンとを具備したことを特徴とするものである
。

本発明においては、線材を成形するために、溶媒槽の前
段に、セラミックス粉体を主成分とする混練物を線材に
成形する押出成形機及び該線材を乾燥する乾燥炉を設け
てもよい。

本発明において、原料となるセラミックス粉体は、酸化
物系セラミックスでもよいし、非酸化物系セラミックス
でもよい、酸化物系セラミックスとしては、例えばアル
ミナ、ムライト、部分安定化ジルコニア等が挙げられる
。また、非酸化物系セラミックスとしては１例えば窒化
ケイ素、炭化ケイ素、サイアロン等が挙げられる。

本発明において、添加する有機材料（一般にバインダー
とも呼ばれる）は、セラミックス粉体のような非可塑性
原料の成形において可塑性、保形性を付与し、しかも焼
結により分解、飛散して焼結体に不純物などの残液を残
さないという特長を有している。

使用される有機材料には結合剤、可塑剤、分散剤などが
ある。これらは一般的に以下の機能を持つことが知られ
ている。

結合剤はグリーン成形体の強度保持として機能するもの
であり、その配合量が少な過ぎると、得られる混線物が
もろくなって押出成形やコイル状への加工が困難となる
。また、その配合量があまりにも多くなると、ダイス（
ノズル）からの押出成形が困難となるなどの問題を発生
する。

可塑剤は可塑性、柔軟性を与える機能で、押出成形や押
出成形して得られた線材に良好な柔軟性を与える。その
配合量が少な過ぎると、混練物の粘性が高くなり、押出
が困難となる問題を発生し、またその配合量があまりに
も多すぎると、混練物の強度が低下し、コイル形状の保
形性がなくなるなどの問題が発生する。

分散剤はセラミックス粉体と有機材料を混練したときの
均−分散及び有機材料の溶剤の添加量を低減させる機能
をもつ。

結合剤として水溶性のものを用いる場合、溶媒槽に収容
された溶媒に溶解しにくいもの１例えばメチルセルロー
スが用いられる。可塑剤としては水溶性で、かつ溶媒槽
中の溶媒に溶解しやすいもの（両親媒性のもの）が選択
される。こうした可塑剤としては１例えばポリエチレン
グリコールが挙げられる。また、ポリエチレングリコー
ルの一端又は両端を種々の親木基で置換したものでもよ
い０以上の各原料は、適当な配合比で配合され、混練さ
れた後１例えば押出成形機により線材に成形され、更に
水分をほとんど除去し、充分に乾燥収縮した状態まで乾
燥される。

本発明において、溶媒槽に収容された溶媒は、乾燥され
た線材に可塑性を付与する作用を有する（以下、この溶
媒をコイリング溶媒と記す）、こうしたコイリング溶媒
としては、セラミックス粉体粒子間に浸透しやすく、有
機材料を軟化させて可塑性を付与させるものが用いられ
る。すなわち、水溶性結合剤（例えばメチルセルロース
）を軟化させるが溶解させにくく、可塑成分を溶解させ
る作用を有するものが用いられ、具体的にはアルコール
、エステル、ケトン、芳香族炭化水素、脂肪族炭化水素
、脂環族炭化水素、塩素化炭化水素の群から選択される
単独溶媒もしくは２種以上の混合溶媒、又はアルコール
と少量の水との混合溶媒が挙げられる。特に、エステル
、ケトンと塩素化炭化水素との混合溶媒、アルコールと
塩素化炭化水素との混合溶媒等が望ましい、上記のよう
な混合溶媒は表面張力が小さく、線材表面の空孔等から
セラミックス粉体粒子間に入り込みやすいので、可塑化
効果により、また有機材料の軟化により線材に可塑性を
付与するのに有利である。また、コイリング溶媒として
混合溶媒を用いれば、その組成比により有機材料（結合
剤、可塑剤の溶解性）を調整でき、また乾燥時の溶媒の
蒸発速度を調整できるので、コイリング条件の選択の幅
が広くなる。

本発明の成形装置では、溶媒槽のコイリング溶媒に浸漬
されて可塑性が付与された線材は、旋盤式コイリングマ
シンの芯線に巻かれるか、又は自動コイリングマシンに
よりコイリングされる。その後、コイル状成形体を乾燥
、脱パインダレ、更に焼結することによりセラミックス
コイルばねが製造される。

本発明の成形装置では、水分を除去して乾燥収縮させた
線材をコイリング溶媒に浸漬する際に、線材がコイリン
グ溶媒を吸収してコイリングに必要な可塑性が付与され
る。そして、線材の乾燥後にはコイリング溶媒によって
可塑成分（ポリエチレングリコール等）が溶出し、かつ
結合剤（メチルセルロース）はコイリング溶媒によって
軟化するだけで、はとんど溶解、膨潤していないので。

良好な保形性が得られる。したがって、従来のように線
材中に含まれる水分及び有機材料（結合剤、可塑剤等）
によって、線材のコイリングに必要な可塑性を付与する
場合と異なり、■水分調整がいらない、■保形性がよい
、■線材と同様な熱収縮特性を有する芯線に巻いたまま
焼結する必要がない、■従来の金属ばねと同様にコイリ
ングマシンが使用できる、■量産性がある、という効果
を得ることができる。そして、線材の線切れ等を防止で
き、細線のコイリングやＤ／ｄの小さいコイリングが可
能で、成形体の形状ばらつきも小さくすることができる
。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第４図は線材の成形装置を示す構成図である。

第４図に示すように、線材の成形装置は、押出成形機１
、乾燥炉１１及び巻取ドラム１２から構成されている。

上記押出成形機１の内部には第１及び第２のスクリュー
２，３が設けられ、第１のスクリュー２はメインモータ
４及び振動モータ５によって、第２のスクリュー３はモ
ータ６によってそれぞれ回転するようになっている。ま
た、押出成形機ｌの内部は真空ポンプ７によって減圧に
される。押出成形Ｊ１１１のホッパー８からは、セラミ
ックス粉末、成形性を付与する有機材料とその溶剤であ
る水等を所定の配合比で配合して調整された原料が供給
される。そして、原料は第１及び第２のスクリュー２．
３によって混練され、ダイス９を通して押出されて線材
１０となり、乾燥炉１１で乾燥収縮した状態まで乾燥さ
れた後、径の大きい巻取ドラム１２に巻取られる。なお
、線材の断面形状は真円に限らず、だ円、四角形でもよ
い。

上記のようにして作製された乾燥状態の線材のコイリン
グは、第１図又は第３図に示す装置によって行なわれる
。

第１図の装置は、線材に可塑性を付与するコイリング溶
媒２１を収容した溶媒槽２２と、旋盤式コイリングマシ
ン（芯線２３のみを図示）とを有するものである。第１
図において、線材１０は溶媒槽２２内のコイリング溶媒
２１に浸漬されており、この線材１０はコイリング溶媒
２１によって充分な可塑性が付与された状態で旋盤式コ
イリングマシンの芯線２３に巻かれてコイリングされる
。芯線２３への線材１０の固定は、第２図（ａ）及び（
ｂ）に示すように、芯線２３に孔２３ａを設けておき、
この孔２３ａに線材１０の端部を挿入することにより行
なわれる。なお、線材１０の端部を接着テープで芯線２
３により固定してもよい、その後、線材ｌＯがコイリン
グされた芯線２３をオーブン（図示せず）中に挿入して
コイリング溶媒を蒸発させることにより乾燥する。

更に、線材１０の端部を切断した後、線材１０を芯線２
３から取り外し、焼結炉内で焼結することにより、セラ
ミックス焼結体からなるコイルばねが製造される。

第３図図示の装置は、線材に可塑性を付与するコイリン
グ溶媒２１を収容した溶媒槽２２と、自動コイリングマ
シン３！とを有するものである。第３図において、線材
ｌＯは回転可能な支持台２４上に巻かれており、溶媒槽
２２内のコイリング溶媒２１に浸漬されて充分な可塑性
が付与された状態で、自動コイリングマシン３１によっ
てコイリングされる。自動コイリングマシン３１では、
線材１０は矯正ローラ３２及び送りローラ３３によって
送られ、ガイド３４を通って芯線３５に沿ってコイリン
グピン３６．３７で設定された曲率及びピッチツール３
８で設定されたピッチでコイリングされた後、カッティ
ングツール３９で切断される。また、乾燥はドライヤ４
０で行なわれる。

更に、線材ｌＯを芯線３５から取り外し、焼結炉内で焼
結することにより、セラミックス焼結体からなるコイル
ばねが製造される。

以下、第１図、第３図、第４図図示の装置を使用し、第
５図にブロック図で示す方法に従ってセラミックスコイ
ルばねを製造した例について説明する。

製造例１部分安定化ジルコニア１００重量部、メチルセルロース
４重量部、ポリエチレングリコール４重量部、グリセリ
ン４重量部、ポリカルボン酸アンモニウム塩０．５重量
部、水１６重量部を配合して原料を調整し、第４図図示
の押出成形機ｌに供給して口径０．５５＋ｕ＋のダイス
９から線材１０を押出した後。

この線材１０をＥＩＯ−１２０℃に設定された乾燥炉１
１内を通過させて乾燥し、５５０　ｍ■径の巻取りドラ
ム１２に巻取った。この線材１０の線径は０．５２ｍ層
であった。

次に、溶媒槽２２にコイリング溶媒２１としてエチルア
ルコール５０マｏｆ％＋イソプロピルアルコール５０マ
ｏ１％の混合溶媒を収容し、巻取りドラム１２から取り
外した線材１０を１分以上浸漬し、第１図及び第２図（
ａ）　、　（ｂ）に示すように旋盤式コイリングマシン
の芯線２３にコイリングした。

つづいて、コイリング溶媒を揮発させるために７０℃の
オーブンで１分以上加熱した後、線材１０の両端部を切
断し、芯線２３よりコイル状成形体を取り外した。得ら
れたコイル状成形体の形状は線径０．５２＋ａｍ、コイ
ル平均径１０．０ｍｍ、有効巻数６巻、総巻数８巻、自
由長１１ｍｍであった。

次いで、このコイル状成形体を焼結してセラミックスコ
イルばねを製造した。得られたコイルばねの形状は線径
０．４０腸層、コイル平均径８．１ｍ思、有効巻数６巻
、総巻数８巻、自由長１０．０ｍｍであった。

製造例２上記製造例１と同様に第４図図示の装置を用いて成形し
た線材１０を、第３図図示の装置を用いてコイリングし
た。この場合、線材ｌＯをコイリング溶媒２１に１分以
上浸漬し、上記製造例１と同一の形状となるように、自
動コイリングマシン３１のコイリングピン３Ｂ、　３７
及びピッチツール３８を配置してコイリングし、同時に
ドライヤ４０でコイリング溶媒を揮発させた。そして、
カッティングツール３８で末端を切断してコイル状成形
体を得た０次いで、このコイル状成形体を焼結したとこ
ろ、上記製造例１とほぼ同一形状のセラミックスコイル
ばねを製造することができた。

〔発明の効果〕

本発明のセラミックスコイルばねの成形装置によれば、
線径１ｍ層以下の細線のコイリングやＤ／ｄの小さいコ
イリングが可能であり、線切れ、コイル内側の変形がな
くなるとともに、形状ばらつきも少なくなり、歩留りが
向上する。また、金属ばねと同様に自動コイリングマシ
ンによる成形が可能となり、成形速度が大幅に向上する
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例におけるセラミックスコイルば
ねの成形装置を示す構成図、第２図（ａ）は同装置の芯
線への線材の固定状態を示す正面図、同図（ｂ）は同側
面図、第３図は本発明の他の実施例におけるセラミック
スコイルばねの成形装置を示す構成図、第４図は本発明
の実施例において用いられた線材の成形装置を示す構成
図、第５図は本発明の実施例におけるセラミックスコイ
ルばねの製造方法を示すブロック図、第６図は従来のセ
ラミックスコイルばねの製造方法を示すブロック図であ
る。１０・・・線材２１・・・コイリング溶媒、２２・・・
溶媒槽、３１・・・自動コイリングマシン、３２・・・
ｆｉ正ロール、３３・・・送りロール、３４・・・ガイ
ド、３５・・・芯線、３Ｂ、３７・・・コイリングピン
、３８・・・ピッチツール、３８・・・カッティングツ
ール、４０・・・ドライヤ。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦第１図（ａ）　　　　　　（ｂ）第２図第４図第５図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）セラミックス粉体を主成分とする乾燥した線材を
浸漬させる溶媒槽と、該溶媒槽の後段に配置されたコイ
リング用の芯線又は自動コイリングマシンとを具備した
ことを特徴とするセラミックスコイルばねの成形装置。
（２）溶媒槽の前段に、セラミックス粉体を主成分とす
る混練物を線材に成形する押出成形機及び該線材を乾燥
する乾燥炉を設けたことを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載のセラミックスコイルばねの成形装置。