JPH01110909A - セラミックスコイルばねの成形方法 - Google Patents

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方法に関する。

〔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成形され
てきたが、金属製コイルばねは耐熱性、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
るセラミックス酸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、この混線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、コイリング用の芯線に
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
出原料の混線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し、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ｌ腸農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、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
、その後芯線な取り外して本焼結する方法（特開昭８２
−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、該線材と同様な熱収縮特性を有する芯
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８２−２
５０１３号公報）。

なお、これらの方法をブロック図で示すと第２図のよう
になる。第２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塑性を調整している。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間部がある。

■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。

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、特に線材の線径が太い場
合でも、線材の線切れ、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
コイルばねの成形方法を提供す、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方法は、セラミックス粉体と、
互いに溶解性の異なる第１及び第２の結合剤、可塑剤並
びに上記第１の結合剤を溶解する第１の溶媒とを混練し
て線材を成形した後、乾燥する工程と、該線材を上記第
２の結合剤を溶解する第２の溶媒に浸漬して可塑性を付
与する工程と、該線材をコイリングする工程とを具備し
たことを特徴とするものである。

本発明において、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１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、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。なお
、非酸化物系セラミックスを用いる場合、ぬれ性を改善
するために、シラン系カップリング剤、アルミ系カップ
リング剤、チタン系カップリング剤等を用いて表面処理
してもよい。

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渣を残
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し、可塑
剤は可塑性、柔軟性を付与する機能、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。

本発明においては、第１の結合剤が水溶性の結合剤、Ｎ
えばメチルセルロース等、第１の溶媒が水、第２の結合
剤が有機溶媒に溶解する結合剤、例えばポリビニルブチ
ラール、ポリアクリル酸エステル、ポリメタクリル酸エ
ステル等、第２の溶媒が有機溶媒という組合わせが考え
られる。また、可塑剤としては、水及び有機溶媒の双方
に溶解性をもつもの、すなわち両親媒性のものが望まし
く、例えばポリエチレングリコールが挙げられ、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、更に、分散剤としてポリカルボン酸
塩等を添加してもよい。

本発明方法では、第１の溶媒（例えば水）を除去して乾
燥収縮させた線材を第２の溶媒に浸漬すると、線材中の
第２の結合剤に第２の溶媒が吸収され、コイリングに必
要な可塑性が付与される。

そして、線材の乾燥後には保形性が得られる。したがっ
て、線径の太い線材でも線切れやコイル内側の変形を招
くことなく、短時間でコイリングができ、形状ばらつき
も非常に小さくすることができる。また、線材を保管し
ておき、必要に応じて随意にコイリングすることができ
るので、多品種少量生産に適している。

〔実施例〕

以下、本発明方法を実施例に基づいてより詳細に説明す
る。

実施例１ 第１図に示す方法に従い、以下のようにしてセラミック
スコイルばねを製造した。まず、第１表に示す原料（ポ
リビニルブチラール以外）を同表に示す配合比で配合し
て調整し、更にポリビニルブチラールの微粉３重量部を
添加し混練して均一分散させた０次に、この原料を押出
成形して線材を作製し、この線材を充分に乾燥収縮する
まで乾燥して線径５腸園の線材を得た。つづいて、乾燥
した線材をトリクロルエチレンに浸漬した。この場合、
線材の線径が５１と大きいので、超音波をかけてポリビ
ニルブチラールの溶解を促進させてもよい、この際、添
加したポリビニルブチラールの粒子径が大きいと線材が
膨潤するが、ポリビニルブチラールの粒子径が小さいと
線材は膨潤しなかった。このようにして可塑性を付与し
た線材を芯線にコイルリングした。コイリング後、乾燥
すると、コイル状成形体は充分な保形性を有していた。

その後、芯線かち取り外して脱バインダし。

空気中、１４５０℃で焼結を行なって線径３．８ｒｘｒ
ｍ、コイル径２５膳■、有効巻き数５のセラミックスコ
イルばねを製造した。得られたセラミックスコイルばね
の特性は、焼結体密度ｄ　＝　８．０９ｇ　／　ｃ＋ｓ
２．バネ定数ｋ　＝　２．４０　ｋｇＦ／厘厘２、せん
断強度τ＝４８ｋｇｆ／鳳、２　（平均値）であった。

第　　１　　表 実施例２ 第２表に示すように第２の結合剤としてポリメタクリル
酸エステルを用いた以外は、上記実施例１と同様にして
線径３．０＋ｓｉ＋、コイル径２０ｍｍ、有効巻き数６
のセラミックスコイルばねを製造することができた。得
られたセラミックスコイルばねの特性は焼結体密度ｄ＝
８．０９ｇ／ａｍ２．バネ定数に＝　１．５２　ｋｇｆ
／　ｓ＋ｓ２、せん断強度τ＝３９ｋｇｆ／ｍ鳳２（平
均値）であった。

実施例３ 第３表に示す原料を用いた以外は上記実施例１と同様に
して、コイル状成形体を得た後、Ｎ２ガス中、１８５０
℃で焼結することにより、線径３．８■、コイル径３０
１諺、有効巻き数５のセラミックスコイルばねを製造す
ることができた。得られたセラミックスコイルばねの特
性は、焼結体密度ｄ；３．２３ｇ／ｃ■２、バネ定数ｋ
　＝　１．９３　ｋｇｆ／園墓２、せん断強度τ＝　４
３　ｋｇｆ／　ｔａｔａ”　（平均値）であった。

第２表 第３表 〔発明の効果〕 本発明方法によれば、線径の太い線材でも線切れやコイ
ル内側の変形を招くことなく、短時間でコイリングがで
き、形状ばらつきも非常に小さいセラミックスコイルば
ねを得ることができる。また、線材を保管しておき、随
意にコイリングすることができるので、多品種少量生産
に適している。

【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
ねの成形方法を示すブロック図、第２図は従来のセラミ
ックスコイルばねの成形方法を示すブロック図である。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）セラミックス粉体と、互いに溶解性の異なる第１
   及び第２の結合剤、可塑剤並びに上記第１の結合剤を溶
   解する第１の溶媒とを混練して線材を成形した後、乾燥
   する工程と、該線材を上記第２の結合剤を溶解する第２
   の溶媒に浸漬して可塑性を付与する工程と、該線材をコ
   イリングする工程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方法。
2. （２）第１の結合剤が水溶性の結合剤、第１の溶媒が水
   、第２の結合剤が有機溶媒に溶解する結合剤、第２の溶
   媒が有機溶媒である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方法。