JPH04304A - 金属間化合物を主体とするばね座の製造方法 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、コイルばねや板ばね等を支持するばね座に係
り、特に金属間化合物を主体とするばね座とその製造方
法に関する。

［従来の技術］ 従来のばね座は一般に鋼製であるが、近時は、ばね座に
要求される性能が高まる傾向にある。例えば軽量で耐熱
性、耐酸化性、耐摩耗性等に優れた性質をもつばね座が
要求されることがある。本発明者らはこのような背景の
もとに、金属間化合物をばね座に使用することに着目し
た。金属間化合物の一例として、ＴｉＡ１．　Ｔｉ３Ａ
ｌ、　Ａ１３　Ｔｉ。

Ｎｉ、　Ａ１．　ＦｅＡｌ、　Ｔ１Ｎｉ等が知られてい
る。ＴｌＮｉは金属間化合物の中では成形性が良い方で
あるにもがかわらず、実際の成形にあたっては複数回の
熱処理（軟化焼鈍）が必要であり、金属に比べるとはる
かに成形が困難である。更に他の金属間化合物において
は、所望のばね座形状に加工することはきわめて困難で
ある。

そこで、金属間化合物を形成する前に予め成形を行って
おくことも考えられている。例えば特開昭６１−２７０
３５３号公報に見られるように、金属間化合物の原料を
ホットプレスしたのちに焼成することによって所望形状
の金属間化合物を得るようにしたり、特開昭８２−７０
５３１号公報に見られるように、金属間化合物の原料を
脱気したのち所定の成形圧力と温度条件で処理すること
が提案されている。

［発明が解決しようとする課題］ 上記先行技術のように金属間化合物を形成する前に予め
材料を成形しておいても゛、金属間化合物を形成させる
ための熱処理を行なう際に、材料を加圧するには、材料
をカプセル等に密封したり、型によって拘束する必要が
ある。カプセル等を用いないようにするには、熱処理前
の材料に特殊な加工を行うとか、熱処理時に材料の昇温
温度を遅くしたり、粒度を小さくするといった対策が考
えられる。しかしこの場合、ばね座の形状が制約される
ばかりか、製造コストがきわめて高くなるなどの問題が
あった。

従って本発明の目的は、金属間化合物を主体とする所望
形状のばね座を、形状に制約を受けることなく低コスト
で製造できるようなばね座とその製造方法を提供するこ
とにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を果たすために開発された本発明方法は、第１
図に工程の概略を示したように、金属間化合物を形成す
る組成比で混合された複数の元素を含有する混合原料を
圧着し所望のばね座形状に成形する工程と、この混合圧
着体からなる成形品を金属間化合物が形成される温度条
件で加圧しながら熱処理する工程とを含んでいる。金属
間化合物を形成させるための上記熱処理工程は、例えば
アルミナや珪砂等の粉粒体を圧力媒体とする擬似等方圧
プレス加工（以下、擬似ＨＩＰと称する）が適している
。

本発明のばね座の原料は、主として金属間化合物形成前
の金属材料から構成されている必要があるが、一部に金
属間化合物を含んでいてもよい。

また、ばね座としての諸特性を改善する目的、あるいは
ばね座への成形の容易化を図る目的で、適宜の元素や化
合物が添加されていてもよい。上記原料は純金属の塊で
ある必要はなく、固溶体であってもよいし、めっき等に
よってつくられた複合体であってもよい。混合前の原料
の形態は、粉末。

フレーク状、線材、箔等である。

混合方法および圧着方法は、原料が粉末あるいはフレー
ク状である場合、Ｖ型混合機、ボールミル、ミキサ等に
よって混合したものを押出すか、金型プレスあるいはホ
ットプレスまたはＣＩＰ（冷間等方圧プレス成形）もし
くはＨＩＰによって圧着させる。また、混合された上記
原料を金属パイプに詰めるなどして、スェージングマシ
ンによって所定の外径になるまで鍛造するようにしても
よい。

線状原料の場合には、原料の線を束ねるかまたは撚り合
わせたのち、伸線機あるいはスェージングマシン、押出
し機等を使って線同志を圧着させる。箔状原料の場合に
は、箔を厚み方向に積層するかあるいは積層後に巻いた
状態で、圧延装置あるいはスェージングマシン、押出し
機により圧着させる。

上記成形工程は冷間で行ってもよいが、成形時の変形抵
抗を減少させるために成形工程を温間で行ってもよい。

温間で成形する場合、金属間化合物が形成される温度以
下であることが好ましいが、組織の一部に金属間化合物
を生じる程度の短時間で成形が終了するなら、金属間化
合物が形成される温度以上の温間で成形を行ってもよい
。

なお、上記成形工程を実施する前に、成形前熱処理を行
ってもよい。この処理は例えば真空中で行われる焼鈍で
ある。成形前熱処理を実施することにより、混合圧着体
を製造する際に生じた加工歪が除去される。また、成形
時の変形抵抗が減少し、かつ混合圧着体の圧着面が拡散
によって強固なものとなり、強度を向上させることがで
きる。

また、この成形前熱処理は、混合圧着体の不純物成分を
拡散または除去する効果もある。成形前熱処理は、大気
中もしくは不活性ガスあるいは真空雰囲気、あるいはこ
れら雰囲気を組合わせて行われる。処理温度は金属間化
合物が形成される温度以下が一般的であるが、圧着面の
一部に金属間化合物ができる程度の短時間の加熱である
なら金属間化合物が形成される温度以上であってもかま
わない。

Ｅ作用］ 所望のばね座形状に加工された金属間化合物形成前の混
合圧着体成形品は、擬似ＨＩＰ等により加圧された状態
で、金属間化合物が形成される温度まで加熱される。こ
の加熱処理によって拡散または自己燃焼焼結を生じ、金
属間化合物からなるばね座が作られる。加熱温度は金属
間化合物の固相線以下の温度域とする。金属間化合物の
形成を終わらせるには上記温度を一定時間維持する必要
がある。温度が低いと時間が長くかかる。上記熱処理時
に圧着体成形品が加圧されることにより、この成形品に
すでに含まれていたり、新たに発生しようとする空孔が
潰され、緻密な金属間化合物ばね座が得られる。

上記熱処理によって金属間化合物が形成されたのちに、
必要に応じてこのばね座に金属間化合物形成後の熱処理
を行ってもよい。この熱処理を行うことによって、空孔
を更に減少させることができるとともに、組織の均一化
が促進され、更には不純物の拡散もしくは不純物の除去
が図れる。処理温度は、金属間化合物の固相線以下の温
度域とする。この熱処理（金属間化合物形成後の熱処理
）は、大気中で行ってもよいが、不活性ガスあるいは真
空雰囲気中で行えば更に好ましい結果が得られることが
ある。また、これらの雰囲気を組合わせてもよい。材料
によっては適宜の加圧手段で加圧した状態でこの熱処理
を実施してもよい。

［実施例コ 以下に本発明の一実施例について、第２図および第３図
を参照して説明する。第２図に示す製造工程の一例は、
原料の混合工程１と、混合圧着体の製造工程２と、必要
に応じて行われる成形前熱処理工程３と、成形工程４と
、金属間化合物の形成温度まで加熱する熱処理工程５と
、必要に応じて実施される金属間化合物形成後の熱処理
工程６および仕上げ工程７からなる。

原料を混合する工程１においては、−例としてガスアト
マイズ法により作製した　３５０メツシユ以下のＡ１粉
末と、３５０メツシユ以下のスポンジＴｉ粉末を重量分
率でＴｉ：Ａ１−３７．２％＝６２．８％の割合で、Ａ
「ガス置換された乾式ボールミルを用いて混合する。

次に、混合圧着体の製造工程２において、金型ブレスを
用いて、所望のばね座形状の混合圧着体（この場合、圧
粉体）を得る。なお、上記工程２の後に焼鈍等の成形前
熱処理工程３を実施することにより、混合圧着体を製造
した時の加工歪を除去するようにしてもよい。

さらに、上記製造工程２によって得られた混合圧着体に
、成形工程４によって鍛造あるいは機械加工等を行って
もよい。上記製造工程２によって所望のばね座形状が得
られる場合は、上記熱処理工程３および成形工程４を省
略してもよい。

上記工程２、あるいは必要に応じて工程２，３゜４によ
って得られた混合圧着体からなる成形品は、熱処理工程
５において、第３図に示した擬似ＨＩＰを実施する装置
２ｏに入れられ、金属間化合物が形成される温度まで加
熱されかつ加圧される。この装置２ｏは、圧力媒体とし
てのアルミナ粉末等の固形粉粒体２１を満たした耐圧ス
テンレス鋼製ポット２２と、このポット２２に内蔵され
たコイル状の抵抗発熱体であるカンタルヒータ２３と、
温度検出用の熱電対２４と、ステンレス鋼製の蓋２５と
、この蓋２５を加圧する油圧シリンダ等の加圧手段２６
と、上記ポット２２を包囲する密閉容器状の真空チャン
バ２７と、このチャンバ２７の内部を排気する排気装置
２８等を備えて構成されている。チャンバ２７は０リン
グ等のシール材２９によって気密が保たれる。粉粒体２
１は、耐熱および耐圧性を有するものであればよいから
、アルミナ粉末以外のセラミックス粉末やカーボン粉末
等を利用してもよい。

上記ポット２２に収容されたヒータ２３の内側に、ばね
良形状の前記混合圧着体の成形品Ａをセットし、加圧手
段２６によって３５０ｋｇｆ／ａｍ２の擬似等方圧をか
ける。また、排気装置２８によってチャンバ２７内を排
気す、ることにより、ボット２２の内部も排気した状態
で、ヒータ２３によって前記成形品Ａを７００℃まで加
熱する。この時の成形品Ａの温度は熱電対２４によって
測定される。

成形品Ａは上記温度に加熱されることにより、自己燃焼
焼結による金属間化合物形成の発熱が観測された。なお
、圧力媒体としてガスや液体を用いるＨＩＰ等によって
、成形品Ａを等方圧で加圧してもよい。あるいは型を用
いるホットプレスによって機械的に加圧するようにして
もよい。

上記実施例装置２０を使用した場合、ボ・ソト２２内に
充填された粉粒体２１によってほぼ等方圧で成形品Ａを
加圧できるため、成形品Ａをカプセル等の密封容器に封
入する必要がない。しかも、所望の真空度を成形品Ａの
表面および内部に及ぼすことができるから、真空雰囲気
中で成形品Ａを金属間化合物形成温度まで加熱すること
ができる。

このため、成形品Ａに含まれる不純物の除去が図れると
ともに、空孔をさらに減少させることができる。また、
必要に応じてチャンバ２７の内部を特定のガスに置換さ
せることにより、ガス雰囲気中で金属間化合物を形成さ
せることも可能である。

金属間化合物が形成された後、上記擬似等方圧と真空度
を維持した状態で成形品Ａを１１００℃に保持し、２時
間の熱処理工程６を行う。この熱処理工程６を行うこと
によって、成形品Ａに含まれる空孔を減少させることが
できるとともに、組織の均一化が促進され、更には不純
物の拡散もしくは不純物の除去が図れる。また、必要に
応じてチャンバ２７の内部を特定のガスに置換させるこ
とにより、ガス雰囲気中で熱処理工程６を行うことも可
能である。また、この熱処理工程６の実施によって、結
晶粒の大きさや金属間化合物組織を調整することも可能
である。

以上の一連の工程によって、ＴｉＡｌ＋ＴＩ、　ＡＩの
金属間化合物からなる、気孔率１％以下のほぼ真密度で
軽量かつ高強度の耐熱、耐酸化性のばね座３０（第４図
に一例を示す）が得られた。

上記製造工程を経て得られたばね座３０に、仕上げ工程
７を行ってもよい。例えばバレル加工によってばね座の
表面を滑らかなものにする。あるいは機械加工によって
ばね座表面の研磨を行ったショットピーニングを行うこ
とにより、ばね座３０の表層部に圧縮残留応力を生じさ
せれば、ばね座３０の耐久性を更に高めることができる
。

第４図に示されたばね座３０の一例は、コイルばね３１
の内径側を拘束する円柱部３２を一体に備えている。第
５図に示されている他の例のばね座３３は、コイルばね
３１の外径側を拘束する円筒部３４を備えている。但し
、上記円柱部３２や円筒部３４をもたない第６図に示さ
れるようなばね座３５であってもよい。また、第３図中
に示される成形品Ａのように、ばねの内径側を拘束する
円筒状の円柱部３２を一体に備えていてコイルばね端末
との接触面が平坦なばね座であってもよい。

また、第７図あるいは第８図に示されるような平板形状
のばね座３６にも勿論適用できる。

第９図に示されたばね座４０は、高温雰囲気中で接合さ
れる一対の被接合品４１．４２を付勢するための装置４
３に使用される。この場合、コイルばね３１は一方のば
ね座を兼ねたホルダ４５とばね座４０との間に圧縮した
状態で設けられている。他方のホルダ４６は、被接合品
４２を支持している。なお、第１０図に示されるように
、ホルダ４５とは別体の第２のばね座４７が採用されて
もよい。

第１１図は、被接合品４１．４２を押圧するために板ば
ね５０が使用された例である。この板ばね５０は、ばね
座５１，５２．５３によって撓まされた状態で３点支持
されている。ばね座５３と被接合品４１との間に、中間
部材５４が介在させられている。

本発明は、上記実施例で示したものに限らず、Ｔｉ−Ａ
ｌ系の他の組成についても適用できる。また、他の金属
間化合物を形成する系についても同様である。

〔発明の効果コ 本発明によれば、金属間化合物を主体とする様々な形状
のばね座を、形状に制約されることな（簡易な工程によ
り得ることができ、従来にはなかった金属間化合物を主
体とするばね座を低コストで提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を示す工程説明図、第２図は本発明
の一実施例を示す工程説明図、第３図は擬似ＨＩＰを実
施する装置の断面図、第４図はばね座が使用されたコイ
ルばね装置の側面図、第５図はばね座の他の例を示すコ
イルばね装置の断面図、第６図はばね座の更に別の例を
示す側面図、第７図ないし第１１図はそれぞれ互いに異
なる態様のばね座が使用された装置の一部を示すそれぞ
れ断面図である。 Ａ・・・混合圧着体の成形品、２０・・・擬似ＨＩＰを
実施するための装置、２１・・・粉粒体、３０・・・ば
ね座、３３・・・ばね座、３５．３６・・・ばね座、４
０・・・ばね座、 ５３・・−ばね座。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属間化合物を形成する組成比で混合された複数
   の元素を含有する原料からなりかつ所望のばね座形状に
   成形された混合圧着体を金属間化合物が形成される温度
   条件で熱処理したことを特徴とする金属間化合物を主体
   とするばね座。
2. （２）金属間化合物を形成する組成比で混合された複数
   の元素を含有する混合原料を圧着しかつ所望のばね座形
   状に成形して混合圧着体の成形品を得る工程と、上記混
   合圧着体の成形品を金属間化合物が形成される温度条件
   で加圧しながら熱処理する工程とを具備したことを特徴
   とする金属間化合物を主体とするばね座の製造方法。
3. （３）上記熱処理工程は、当該熱処理温度に耐える耐熱
   性を有した粉粒体を圧力媒体として用いる擬似等方圧プ
   レスによって行うことを特徴とする請求項２記載の金属
   間化合物を主体とするばね座の製造方法。