JPH0442990B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は多孔質の炭化珪素質焼結体の気孔内に
金属シリコンを充填させた複合体からなるワイヤ
ードツトプリンター用ガイド板とその製造方法に
関し、特に本発明は、所定形状に成形した生成形
体の形状寸法を実質的に焼成収縮させることなく
焼結した開放気孔を有する多孔質体の炭化珪素質
焼結体の開放気孔内に金属シリコンを充填させた
複合体からつくられるワイヤードツトプリンター
用ガイド板、並びに実質的に機械加工などの仕上
加工を必要とせず安価にかつ容易に前記ガイド板
を製造する方法に関する。

〔従来の技術〕

従来のワイヤードツトプリンター用ガイド板
（以下単にガイド板ともいう）は、各種のプラス
チツク材料、ガラスのフオトエツチング加工材
料、アルミナ焼結体、ルビー又はサフアイヤなど
からつくられている。

そして、ワイヤードツトプリンターのプリント
ヘツドは、一般にタングステンや炭化タングステ
ンなどの硬質金属で形成された断面円形のインパ
クトワイヤーが先端のガイド板に向つて設けられ
ている。

そのため、前記プラスチツク材料からなるガイ
ド板は摩耗が著しく使用寿命が短かい欠点があ
り、また前記ガラスのフオトエツチング加工材料
からなるガイド板は穴がストレートに整列加工す
ることが困難でありコストが高価となるばかりで
なく、破損し易いので使用寿命が短かいなどの欠
点がある。

一方、アルミナ焼結体、ルビー又はサフアイヤ
などからつくられたガイド板は比較的硬度が高い
ため機械加工などによる仕上加工は困難でありコ
ストが高価となるばかりでなく比較的脆い性質が
あるため加工性が悪く、独立した円形の孔をわず
かな間隔で穿孔することは非常に困難なものであ
る。

また、例えば特開昭56−89962号の公報によれ
ば、「カーボンで構成したドツトプリンター用ガ
イド板の基体に酸化珪素を反応させ基体の総てを
炭化珪素層に転化形成させるか又は基体の総ての
表面か又は分散している部分的表面を炭化珪素層
に形成することを特徴とするワイヤードツトプリ
ンター用ガイド板。」が開示されている。

上記ワイヤードツトプリンター用ガイドは、プ
リントする時にソレノイドによつてインパクトワ
イヤーが往復運動し、ガイド板上を摺動すると共
に、インパクトワイヤーの先端部がリボンを叩い
て文字をプリントすることにより使用されるもの
である。上記インパクトワイヤーの作動は非常に
早く、往復回数も非常に多い為、ガイド板はイン
パクトワイヤーの摺動により摩耗し易い。また、
文字を構成する点と点の間隔は小さい方が読み易
くなる為、ガイド板の穴間距離はなるべく小さい
方がよい。

前記特開昭56−89962号の公報によれば、カー
ボン基体に酸化珪素を反応させ、基体全体又は表
面を炭化珪素に転化したコンバージヨンのガイド
板が開示されている。そして、カーボン基体表面
を炭化珪素に転化する反応は下記の通りのもので
ある。

2C＋SiO→SiC＋CO それゆえ上記反応式によつて生成するSiCの粒
子の大きさを調整することは一般に困難であり、
生成したSiCの粒子が大きく成長し表面粒子が粗
くなる為、穴の内面を研摩加工しないと使用でき
る状態ではない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は前記従来の各種材料からなるガイド板
の欠点を除去、改善することを目的とし、ガイド
板に本来要求される高い寸法精度、耐摩耗性、耐
久強度および使用時の粉脱落防止などの諸特性を
いずれも兼備した多孔質炭化珪素質焼結体の開放
気孔部に金属シリコンを充填した複合体により構
成されたワイヤードツトプリンター用ガイド板と
その製造方法を提供するものである。

すなわち、前記目的に対し、開放気孔を有する
多孔質体であつて、実質的に焼成収縮させること
なく所定形状のままで焼結された炭化珪素質焼結
体の開放気孔部に金属シリコンを充填させた複合
体により寸法精度が高く実用耐久強度および耐摩
耗性に優れたガイド板とその製造方法を提供する
ものである。

〔問題点を解決するための手段〕 本発明によれば、開放気孔を有する多孔質であ
つて、実質的に収縮させることなく所定形状で焼
結させた炭化珪素質焼結体を基材とすることを必
要とする。

一般に炭化珪素質焼結体は高い硬度、高い耐熱
衝撃性並びに高温での高い強度を有し、耐摩耗
性、耐酸化性、耐蝕性に優れ、良好な熱伝導率、
低い熱膨張率などの化学的および物理的に優れた
諸特性を有するのでメカニカルシールや軸受けな
どの耐摩耗摺動材料又は耐蝕性の要求されるポン
プ部品などの耐久材料として広く使用されてい
る。

しかしながら、反面高い硬度を有する炭化珪素
質焼結体は、前記アルミナ焼結体、ルビー又はサ
フアイヤなどのように機械加工などによる仕上加
工に困難を伴い高価となる欠点がある。特にワイ
ヤードツトプリンター用ガイド板のように、例え
ば縦寸法が６mmで、横寸法が３mm、板厚さが１mm
であつて、しかも第１図および第２図に例示する
ように、直径が200〜3000μm位の穴が９〜24箇位
明けられているものは、仕上加工費が高価となる
欠点がある。

そこで本発明は、実質的に焼成収縮を生じない
方法で焼結された炭化珪素質焼結体、すなわち開
放気孔を有する多孔質体であつて、実質的に生成
形体で形成された第１図または第２図に例示する
ような形状で前記の形状寸法を有する多数の成形
体を殆んど焼結収縮を生じさせることなく所定形
状のままで焼結し、機械加工などの仕上加工を実
質的に必要としない多孔質の炭化珪素質焼結体を
基材とするものである。

このような炭化珪素質焼結体をガイド板の基材
に使用すれば、従来のアルミナ焼結体やルビー又
はサフアイヤなどのように比較的高い硬度の材料
を仕上加工する必要はなく、少なくとも加工費に
要する分は安価に製造できる。

また、炭化珪素質焼結体自体が有する本来の諸
特性、特に高い硬度で耐摩耗性に優れ、インクや
その他の化学薬品などに対する耐蝕性にも優れた
特性をそのまま活用させることもできる。

また本発明によれば、前記所定形状で焼結した
炭化珪素質焼結体の前記開放気孔部に金属シリコ
ンを含浸などの方法により充填した複合体とする
ことを必要とする。金属シリコンは炭化珪素質焼
結体となじみがよく、多孔質体である炭化珪素質
焼結体の耐久強度を向上させることができるばか
りでなく、金属シリコン自体も耐摩耗性および耐
蝕性に優れた特性を有するので有利に使用できる
ものである。

そして前記金属シリコンの充填率は、前記開放
気孔100容量部に対し、少なくとも50容量部であ
ることが好ましい。その理由は、金属シリコンが
50容量部以下であると多孔質の炭化珪素質焼結体
の開放気孔にプリンター用インキが浸入する量が
過剰となるばかりでなく、炭化珪素質焼結体の耐
久強度を十分に向上させることができず、耐摩耗
性を向上させかつ焼結体の粉脱落を十分に防止さ
せることができないからである。

また、前記炭化珪素質焼結体は、その結晶の平
均粒径が5μm以下であることが好しい。前記平均
粒径が5μmを超えると焼結体表面の面粗度が大き
くなり、ガイド板表面が平滑となり難く、しかも
焼結体自体の寸法精度が劣化するからである。

そして前記炭化珪素質焼結体の密度は、1.4〜
2.6ｇ／cm³であることが好ましい。前記密度が1.4
ｇ／cm³よりも小さい焼結体は、炭化珪素の粒子相
互の結合箇所が少なくなるため十分な耐久強度を
有する焼結体となすことが困難であるからであ
り、一方2.6ｇ／cm³より大きな焼結体はそれに見
合つた生成形体の密度とすることが極めて困難で
あつて現実的でないからである。

次に本発明のガイド板の製造方法について説明
する。

本発明によれば、炭化珪素粉末を主成分とする
セラミツクス原料を所定形状の生成形体とし、前
記生成形体を800°〜2100℃の温度範囲に制御した
非酸化性雰囲気下で実質的に前記生成形体の形状
寸法を収縮させることなく高い寸法精度の状態で
焼結して得られる開放気孔を有する多孔質の炭化
珪素質焼結体の前記開放気孔内に金属シリコンを
含浸させた複合体によりつくることを必要とす
る。

そして前記炭化珪素粉末は、平均粒径が5μm以
下のβ型炭化珪素微粉であることが好ましい。そ
の理由は、5μmより大きい粒度の炭化珪素は焼成
収縮を抑制する上では好ましいが、焼結体内の粒
と粒との結合箇所が少なくなるため、高強度の炭
化珪素焼結体を得ることが困難になるばかりでな
く、表面の面粗度を劣化させるからである。

ところで、前記炭化珪素の結晶系にはα型、β
型および非晶質のものがあるが、本発明によれば
その何れか、およびそれらの混合物をも使用する
ことができ、なかでもβ型のものは本発明の目的
とする5μm以下のものを微粉末状で取得し易く、
またβ型の結晶は粒子が比較的丸味を帯びてお
り、被摺動部材料を摩耗させず、面粗度が良好で
ある。しかも比較的高強度の焼結体を製造するこ
とができるため有利に使用することができ、なか
でもβ型炭化珪素を50重量％以上含有する炭化珪
素粉末を使用することが有利である。また、前記
出発原料は少くとも60重量％のβ型、2H型およ
び非晶質の炭化ケイ素焼結体を含有する炭化ケイ
素の出発原料の１つとすることが有利である。こ
の理由はβ型結晶、2H型結晶および非晶質の炭
化ケイ素結晶は比較的低温で合成される低温安定
型結晶であり、焼結に際し、その一部が4H，6H
あるいは15R型等の高温安定型α型結晶に相転移
して、板状結晶を生じやすいばかりでなく、結晶
の成長性にも優れた特性を有しているからであ
り、特に60重量％以上のβ型炭化ケイ素からなる
出発原料を用いることが有利である。

また、本発明によれば、前記焼結に伴う収縮率
は、実質的に２％以下であつて、生成形体の所定
形状に近似の状態で構成される高い寸法精度の複
合体でつくられることが好ましい。

つまり、前述の如き寸法精度の高い焼結体を得
る上で実質的に収縮させることなく焼結する際の
焼成収縮率は２％以下であることが好ましく、な
かでも、１％以下であることがより好適である。

また、前記生成形体は800〜2100℃の温度範囲
内において焼成される。特に高強度の焼結体を製
造する場合には1700〜2100℃の温度範囲におい
て、少なくとも10分間雰囲気中のCOあるいはN₂
の少なくともいずれかのガス分圧が100Pa以上に
維持された雰囲気中で焼成されることが好まし
い。その理由は、前記温度範囲内において少なく
とも10分間雰囲気中のCOあるいはN₂の少なくと
もいずかのガス分圧を100Pa以上とすることによ
つて、ネツクの成長を促進させ、かつ炭化珪素の
焼結時における焼成収縮を効果的に抑制すること
ができるからである。

本発明の炭化珪素質焼結体は前記生成形体を焼
成雰囲気を制御することのできる耐熱性容器内に
装入し、焼成することが有利である。このように
耐熱性の容器内に装入して焼成雰囲気を制御しつ
つ焼成することが有利である理由は、隣接する炭
化珪素結晶同志の結合およびネツクの成長を促進
させることができるからである。前述の如く耐熱
性の容器内に生成形体を装入して焼成雰囲気を制
御しつつ焼成することによつて隣接する炭化珪素
結晶同志の結合およびネツクの成長を促進させる
ことができる理由は、炭化珪素粒子間における炭
化珪素の蒸発−再凝縮および／または表面拡散に
よる移動を促進することができるためと考えられ
る。

前記耐熱性容器としては、黒鉛や炭化珪素など
の材質およびこれらと同等の機能を有するものを
有利に使用することができる。

また、前記生成形体を焼成雰囲気を制御するこ
とのできる耐熱性容器中に装入して焼成すること
により、焼成時における炭化珪素の揮散率を５重
量％以下に制御することが有利である。

また、本発明によれば、前記生成形体は800〜
2100℃の温度範囲内で焼成される。その理由は前
記温度が800℃より低いと粒と粒とを結合するネ
ツクを充分に発達させることが困難で、高い強度
を有する焼結体を得ることができず、一方2100℃
より高いと一旦成長したネツクのうち一定の大き
さよりも小さなネツクがくびれた形状となつた
り、著しい場合には消失したりして、むしろ強度
が低くなるし、また一部の粒子が粗大化するため
表面の面粗度が劣化するからである。

なお、前記生成形体は非酸化性雰囲気中で実質
的に収縮させることなく焼成される。その理由
は、焼結時における収縮は焼結体の強度を向上さ
せる上では好ましいが、一般的には焼結時の収縮
量は生成形体の密度に大きく影響するため、均一
な収縮を生成させるためには均一な密度を有する
生成形体を得ることが重要である。しかし、その
ような均一な密度を有する生成形体を得ることは
極めて困難であるため、本発明の目的とする極め
て寸法精度の高い焼結体を焼成収縮を生起させて
製造することが困難であるからである。

また、本発明の製造方法によれば、前記炭化珪
素焼結体を製造するための生成形体は40〜80容量
％の密度を有するものであることが有利である。
その理由は、前記生成形体の密度が40容量％より
低いと炭化珪素粒子相互の接触点が少ないため、
必然的に結合箇所が少なくなり強度を有する焼結
体を得ることが困難であるからであり、一方80容
量％より高い生成形体は製造することが困難であ
るからである。

なお、炭化珪素以外の炭化物においても炭化珪
素と同様の焼結機構を有するものであれば、本発
明と同様に寸法精度および強度に優れた焼結体を
得ることができる。

次に本発明を実施例および比較例について説明
する。

〔実施例〕

実施例 １ 出発原料として使用した炭化珪素粉末は94.6重
量％がβ型結晶で残部が実質的に2H型結晶より
なり、0.29重量％の遊離炭素、0.17重量％の酸
素、0.03重量％の鉄、0.03重量％のアルミニウム
を主として含有し、0.28μmの平均粒径を有して
おり、ホウ素は検出されなかつた。

前記炭化珪素粉末100重量部に対し、ポリビニ
ルアルコール５重量部、水300重量部を配合し、
ボールミル中で５時間混合した後乾燥した。

この乾燥混合物を適量採取し、顆粒化した後金
属製押し型を用いて3000Kg／cm³の圧力で成形し
た。この生成形体の寸法は６mm×３mm×厚さ１mm
で、密度は2.0ｇ／cm³（62容量％）であつた。そ
して前記生成形体に超硬ドリルで直径0.2mmの穴
を第１図に示すように９個あけた。

前記生成形体を多数つくり、黒鉛製ルツボに装
入し、タンマン型焼成炉を使用して１気圧の主と
してアルゴンガス雰囲気中で焼成した。昇温過程
は450℃／時間で1900℃まで昇温し、最高温度
1900℃で10分間保持した。焼結中のCOガス分圧
は常温〜1700℃が80Pa以下、1700℃よりも高温
域では300±50Paの範囲内となるようにアルゴン
ガス流量を適宜調整して制御した。

得られた焼結体の密度は2.05ｇ／cm³で、その結
晶構造は走査型電子顕微鏡によつて観察したとこ
ろ、多方向に複雑に絡み合つた三次元構造を有し
ており、生成形体に対する線収縮率はいずれの方
向に対しても0.25±0.02％の範囲内で、焼結体の
寸法精度は±0.015mm以内であつた。また、この
焼結体の平均曲げ強度は18.5Kg／mm²と極めて高い
値を示した。

このようにして得られた炭化珪素質焼結体の開
放気孔部に金属シリコンを95容量％含浸し複合体
を得ることにより、第１図に例示するような形状
のガイド板を得た。そしてこのガイド板の表面粗
さを測定したところ2μm Rmaxであり、これを
ワイヤードツトプリンターのガイド板に供したと
ころ、従来のプラスチツク製ガイド板が1.5億ド
ツト、ガラス製のガイド板が３億ドツトであるの
に対し、本発明のガイド板は５億ドツト以上と優
れた耐久性があることが判つた。このように本発
明によれば耐摩耗性などの耐久使用期間が従来の
それに比し約２〜３倍になつた。

実施例 ２ 実施例１と同様の操作を繰返して焼結体を製造
した。結果は第１表に示した。

第１表に示した結果よりわかるように線収縮率
は最大でも0.253±0.022％程度であり、実施例１
に示した焼結条件によれば線収縮率を0.25％に設
定して生成形体を成形し焼結を行うことにより、
寸法精度が±0.02mm以内の極めて寸法精度の高い
焼結体を容易に製造することが可能であることが
確認された。その後、実施例１に準じて本発明の
ガイド板を得た。なお、使用結果も実施例１とほ
ぼ同様であつた。

〔発明の効果〕

以上述べた如く、本発明のガイド板用炭化珪素
質焼結体は実質的に収縮を生じさせることなく焼
結されたものであつて、その開放気孔部に金属シ
リコンを含浸充填させた複合体からなるガイド板
は寸法精度および耐久強度に優れており、格別の
機械加工を施すことなく安価に供給できるもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、本発明のワイヤードツト
プリンター用ガイド板の斜視図である。 １……ガイド板本体、２……ガイド板の板厚
さ、３……ガイド板の細孔、４……ガイド板側面
の凸部、５……ガイド板側面の凹部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 炭化珪素粉末を主成分とするセラミツクス原
   料を所定形状の生成形体に成形した後、1700〜
   2100℃の温度範囲内で、少なくとも10分間雰囲気
   中のCOあるいはN₂の少なくともいずれかのガス
   分圧が100Pa以上に維持された雰囲気中で焼結し
   て開放気孔を有する多孔質の炭化珪素焼結体を製
   造し、次いで前記開放気孔内に金属シリコンを含
   浸することを特徴とするワイヤードツトプリンタ
   ー用ガイド板の製造方法。 ２ 前記炭化珪素粉末は、平均粒径が5μm以下の
   β型炭化珪素微粉である特許請求の範囲第１項記
   載の製造方法。 ３ 前記焼結に伴う収縮率は、実質的に２％以下
   である特許請求の範囲第１項記載の製造方法。