JPH07113388B2 - Manufacturing method of ceramic spring - Google Patents

Manufacturing method of ceramic spring

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JPH07113388B2
JPH07113388B2 JP16074387A JP16074387A JPH07113388B2 JP H07113388 B2 JPH07113388 B2 JP H07113388B2 JP 16074387 A JP16074387 A JP 16074387A JP 16074387 A JP16074387 A JP 16074387A JP H07113388 B2 JPH07113388 B2 JP H07113388B2
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JP
Japan
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linear
ceramic
spring
green
firing
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孝幸 小林
輝代隆 塚田
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イビデン株式会社
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16FSPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F1/00Springs
    • F16F1/02Springs made of steel or other material having low internal friction; Wound, torsion, leaf, cup, ring or the like springs, the material of the spring not being relevant
    • F16F1/021Springs made of steel or other material having low internal friction; Wound, torsion, leaf, cup, ring or the like springs, the material of the spring not being relevant characterised by their composition, e.g. comprising materials providing for particular spring properties
    • F16F1/022Springs made of steel or other material having low internal friction; Wound, torsion, leaf, cup, ring or the like springs, the material of the spring not being relevant characterised by their composition, e.g. comprising materials providing for particular spring properties made of ceramic materials

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、セラミック製スプリングの製造方法に関する
ものである。
The present invention relates to a method for manufacturing a ceramic spring.

(従来の技術) セラミック製スプリングは、セラミック自体の特性であ
る耐熱性、耐蝕性等を利用することができるから、従来
の金属製スプリングでは特に耐熱性の面で使用範囲に限
界があったのに比して、その使用範囲の拡大が期待され
ているものである。
(Prior Art) Ceramic springs can utilize the heat resistance, corrosion resistance, etc., which are the characteristics of ceramics themselves, so conventional metal springs have a limited range of use especially in terms of heat resistance. It is expected that the range of its use will be expanded compared to.

このようなセラミック製スプリングを製造するために従
来より採られていた方法としては、セラミック材料によ
って線状の生成形体を形成しておき、この線状の生成形
体を筒等に巻き付けて乾燥することによりスプリング形
状のものとし、これを焼成することにより完成するもの
であった。
As a conventional method for manufacturing such a ceramic spring, a linear green body is formed from a ceramic material, and the linear green body is wound around a cylinder or the like and dried. It was made into a spring shape and was completed by firing this.

ところが、このような製造方法であると、寸法精度に優
れたスプリングを得ることは困難であった。一般に、セ
ラミックはその焼成によって多かれ少なかれ収縮するも
のであり、この収縮を考慮した上でセラミック材料を焼
成することは困難であり、特に直径が300mm前後にもな
るスプリングを精度良く製造することは極めて困難であ
った。
However, with such a manufacturing method, it was difficult to obtain a spring having excellent dimensional accuracy. Generally, ceramic shrinks more or less by its firing, and it is difficult to fire the ceramic material in consideration of this shrinkage, and it is extremely difficult to manufacture a spring with a diameter of around 300 mm with high accuracy. It was difficult.

また、従来から行なわれているスプリングの他の製造方
法として、セラミック材料を円筒状に焼成しておき、こ
れからスプリングを削り出すことも行なわれていたが、
セラミックは一般に強度が高いものであるから、研削に
時間が掛るだけでなく研削作業自体も非常に困難なもの
であった。従って、このような製造方法は特別の場合し
か採用されず、一般的ではないものであったのである。
Further, as another method of manufacturing a spring that has been conventionally performed, it is also performed that a ceramic material is fired in a cylindrical shape and the spring is cut out from this.
Since ceramics are generally high in strength, not only grinding takes a long time, but also grinding work itself is very difficult. Therefore, such a manufacturing method was adopted only in a special case and was not general.

そこで、発明者等は、このような実状に鑑みて耐熱生、
耐蝕性及び耐熱衝撃性に優れたセラミック製スプリング
を製造すべく鋭意研究してきた結果、製造工程にある工
夫をすることによって、容易に製造することができ、完
成後の製品がスプリングとして必要な高い寸法精度を有
したものとすることができることを新規に知見し、本発
明を完成したのである。
Therefore, the inventors, in view of such a situation, heat-resistant,
As a result of earnest research to manufacture a ceramic spring with excellent corrosion resistance and thermal shock resistance, it can be easily manufactured by devising the manufacturing process, and the finished product is required as a spring. The inventors have newly discovered that they can have dimensional accuracy and completed the present invention.

(発明が解決しようとする問題点) 本発明は以上のような経緯に基づいてなされたもので、
その解決しようとする問題点は、従来のセラミック製ス
プリング製造における困難性である。
(Problems to be Solved by the Invention) The present invention has been made based on the above circumstances,
The problem to be solved is the difficulty in manufacturing conventional ceramic springs.

そして、本発明の目的とするところは、十分な耐熱性、
耐蝕性及び耐熱衝撃性を有することは勿論のこと、寸法
精度に優れたセラミック製スプリングを確実かつ簡単に
製造することのできる方法を提供することにある。
And the purpose of the present invention is to have sufficient heat resistance,
It is an object of the present invention to provide a method capable of reliably and easily manufacturing a ceramic spring having excellent dimensional accuracy as well as having corrosion resistance and thermal shock resistance.

(問題点を解決するための手段及び作用) 以上の問題点を解決するために本発明が採った手段は、
実施例に対応する第1図〜第4図を参照して説明する
と、 「セラミック材料を、螺旋状に連続したスプリングとな
るべき線条部分(11)と、この線条部分(11)を連続的
に接続する薄肉状の接続部分(12)とにより構成した生
成形体(10a)とし、 この生成形体(10a)を焼成した後、 接続部分(12)を取り除いて、線条部分(11)のみが残
存するようにしたことを特徴とするセラミック製スプリ
ング(10)の製造方法」 である。
(Means and Actions for Solving Problems) Means adopted by the present invention for solving the above problems are
The description will be given with reference to FIGS. 1 to 4 corresponding to the embodiment. “A ceramic material is a linear portion (11) to be a spirally continuous spring, and the linear portion (11) is continuous. To form a molded body (10a) composed of a thin-walled connecting portion (12) that is to be electrically connected. After firing the molded body (10a), the connecting portion (12) is removed and only the linear portion (11) is removed. The method for manufacturing a ceramic spring (10) is characterized in that

すなわち、本発明に係る製造方法にあっては、セラミッ
ク材料によって形成されるべき生成形体(10a)の形状
が、螺旋状に連続したスプリングとなるべき線条部分
(11)と、この線条部分(11)を連続的に接続する薄肉
状の接続部分(12)とにより構成されたものである必要
がある。その理由は、生成形体(10a)は焼成されるま
での間は比較的軟らかいものであり、生成形体(10a)
が焼成される前、あるいは焼成中においてスプリングと
なるべき接続部分(12)が型くずれしてはいけないから
である。すなわち、線条部分(11)が焼成後にスプリン
グとしての均一な弾発力を発揮するものとなるために
は、その互いの位置関係が均一でないといけないのであ
り、この均一な位置関係を維持するためには接続部分
(12)によって、生成形体(10a)が焼成される前、あ
るいは焼成中において線条部分(11)の位置を保持して
おく必要があるからなのである。
That is, in the manufacturing method according to the present invention, the shape of the green body (10a) to be formed of the ceramic material is a linear portion (11) which is to be a spiral continuous spring, and the linear portion. It must be composed of a thin-walled connecting portion (12) for continuously connecting (11). The reason is that the green body (10a) is relatively soft until it is fired.
This is because the connecting portion (12) that should be a spring must not lose its shape before or during firing. That is, in order for the linear portions (11) to exhibit a uniform elastic force as a spring after firing, their mutual positional relationship must be uniform, and this uniform positional relationship is maintained. This is because it is necessary to hold the position of the linear portion (11) before or during firing of the green body (10a) by the connecting portion (12).

なお、以上のような生成形体(10a)を形成する方法と
しては、そのような形状を有する型を用いて行なっても
よいし、一旦円筒状の生成形体を形成しておき、この外
側あるいは内側を螺旋状に削り取って線条部分(11)及
び接続部分(12)を形成するように実施してもよいもの
である。
In addition, as a method of forming the green formed body (10a) as described above, a mold having such a shape may be used. Alternatively, a cylindrical green formed body may be formed once, and the outer or inner side thereof may be formed. May be shaved in a spiral shape to form the line portion (11) and the connecting portion (12).

また、接続部分(12)は線条部分(11)よりも十分薄肉
状のものである必要がある。この理由は、この接続部分
(12)はスプリングとしては全く不要部分であって、こ
の接続部分(12)は生成形体(10a)の焼成後に研削に
よって簡単に除去できるようにする必要があるからであ
る。そのためには、この接続部分(12)はできるだけ薄
い方がよく、好ましくはその厚さはスプリングの幅の1/
10程度が最も適している。
Further, the connecting portion (12) needs to be sufficiently thinner than the linear portion (11). The reason for this is that this connection part (12) is completely unnecessary as a spring, and this connection part (12) needs to be easily removed by grinding after firing of the green body (10a). is there. For this purpose, this connecting part (12) should be as thin as possible, preferably its thickness is 1 / the width of the spring.
10 is the most suitable.

そして、本発明にあっては、上記のように構成した生成
形体(10a)を焼成した後に、接続部分(12)を取り除
いて、線条部分(11)のみが残存するようにする必要が
ある。残存した線条部分(11)によってセラミック製ス
プリング(10)を構成する必要があるからである。接続
部分(12)を取り除く方法としては種々な方法を適用す
ることができるが、特にダイアモンド砥石を使用する研
削が一般的で最も効率が良い。
Further, in the present invention, it is necessary to remove the connecting portion (12) so that only the linear portion (11) remains after firing the green formed body (10a) configured as described above. . This is because it is necessary to form the ceramic spring (10) with the remaining linear portion (11). Various methods can be applied as a method of removing the connection portion (12), but grinding using a diamond grindstone is common and most efficient.

(発明の作用) 以上のような製造方法によってセラミック製スプリング
(10)を製造する場合には、型を用いてセラミック材料
から生成形体(10a)を形成されるのであるが、この生
成形体(10a)の成形は一般的な型を用いることによっ
て容易に行なわれるものである。
(Operation of the Invention) When the ceramic spring (10) is manufactured by the above manufacturing method, the green body (10a) is formed from the ceramic material using the mold. The molding of 1) is easily performed by using a general mold.

このようにして形成された生成形体(10a)にあって
は、螺旋状の線条部分(11)がその間に位置する接続部
分(12)によってその位置が保持された状態にある。従
って、この生成形体(10a)を焼成工程等に移動する場
合に、当該生成形体(10a)が例え軟質なものであって
も、線条部分(11)が変形することはないのである。ま
た、この生成形体(10a)を焼成する場合にも、線条部
分(11)はこれと同一の材料によって形成された接続部
分(12)によって位置決めされているから、線条部分
(11)が焼成中に収縮しても、この線条部分(11)は接
続部分(12)とともに収縮するから、その部分も一定し
た収縮をするのである。従って、焼成完了後の線条部分
(11)の間隔あるいはピッチは一定した状態にあるので
ある。
In the green formed body (10a) formed in this way, the position of the helical filament portion (11) is held by the connecting portion (12) located therebetween. Therefore, when the green formed body (10a) is moved to the firing step or the like, the linear portion (11) is not deformed even if the green formed body (10a) is soft. Further, even when the green body (10a) is fired, the linear portion (11) is positioned by the connecting portion (12) formed of the same material, so that the linear portion (11) is Even if it shrinks during firing, this linear portion (11) shrinks together with the connecting portion (12), so that this portion also shrinks uniformly. Therefore, the interval or pitch of the linear portions (11) after the completion of firing remains constant.

以上のようにして焼成された接続部分(12)を取り除く
ことによってセラミック製スプリング(10)が完成する
のである。
The ceramic spring (10) is completed by removing the connection portion (12) fired as described above.

(実施例) 次に、本発明に係るセラミック製スプリング(10)の製
造方法を、図面に示した実施例に従って詳細に説明す
る。
(Example) Next, a method for manufacturing a ceramic spring (10) according to the present invention will be described in detail according to an example shown in the drawings.

実施例1 セラミック材料のための出発原料として、特開昭52−14
2697号公報に記載の主としてβ型結晶よりなる炭化珪素
の製造方法により製造し、さらに精製、粒度分級した炭
化珪素微粉を使用した。この炭化珪素微粉は、97.3重量
%がβ型結晶で残部が2H型結晶よりなり、0.32重量%の
遊離炭素、0.21重量%の酸素を含有し、17.5m2/gの比表
面積を有していた。
Example 1 As a starting material for a ceramic material, JP-A-52-14
The silicon carbide fine powder produced by the method for producing silicon carbide mainly composed of β-type crystals described in Japanese Patent No. 2697, further refined, and subjected to particle size classification was used. This silicon carbide fine powder consists of 97.3% by weight of β-type crystals and the balance of 2H-type crystals, contains 0.32% by weight of free carbon, 0.21% by weight of oxygen, and has a specific surface area of 17.5 m 2 / g. It was

この炭化珪素微粉98.7gと市販の200メッシュ炭化ホウ素
粒(電気化学工業会社製)を粉砕、粒度分級して、比表
面積を24.3m2/gに調製した炭化ホウ素粉末1.3gと固定端
素含有率51.6重量%のノボラック型フェノール樹脂3.0g
との混合物に対し、アセトン150mlを添加して2時間ボ
ールミル処理を行った。ボールミル処理を行った混合物
スラリーを常温で撹拌しながら乾燥し、その後徐々に温
度を上げながら最終的に60℃迄加熱乾燥し、冷却してか
らメノウ乳鉢中で30分間混和した。
This silicon carbide fine powder 98.7g and commercially available 200 mesh boron carbide particles (manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.) were pulverized and classified to a specific surface area of 24.3m 2 / g. 3.0 g of novolac type phenol resin with a rate of 51.6% by weight
Acetone (150 ml) was added to the mixture and the mixture was ball-milled for 2 hours. The ball-milled mixture slurry was dried at room temperature with stirring, and then gradually heated to a final temperature of 60 ° C. and dried, cooled, and then mixed in an agate mortar for 30 minutes.

以上のような組成のセラミック材料を使用して、第4図
に示したような、外径が300mm、内径が260mm、高さが40
mmの生成形体(10a)を形成した。また、この生成形体
(10a)を構成している線条部分(11)の幅は2mm、ピッ
チは2mm溝部の深さは1.8mm(すなわち接続部分(12)の
厚さは0.2mm)であり、生成形体(10a)の密度は1.89g/
cm3(相対理論密度率約58.9%)であることが認められ
た。この線条部分(11)及び接続部分(12)からなる生
成形体(10a)の形成は、上述した混和粉末の適量を採
取し、これを金属製押し型を用いて0.15t/cm2の圧力で
仮成形した。そして、アイソスタティックプレス機を用
いて2.0t/cm2の圧力で円筒状に成形した。このように一
旦円筒状の生成形体を形成しておいてから、その外側を
螺旋状に削り取ることにより、線条部分(11)及び接続
部分(12)からなる生成形体(10a)を形成したのであ
る。
Using the ceramic material with the above composition, as shown in Fig. 4, the outer diameter is 300mm, the inner diameter is 260mm, and the height is 40mm.
mm of the formed form (10a) was formed. In addition, the width of the linear portion (11) constituting the green body (10a) is 2 mm, the pitch is 2 mm, the groove depth is 1.8 mm (that is, the thickness of the connecting portion (12) is 0.2 mm). , The density of the produced form (10a) is 1.89g /
It was confirmed to be cm 3 (relative theoretical density ratio of about 58.9%). The green body (10a) consisting of the linear portion (11) and the connecting portion (12) was formed by collecting an appropriate amount of the above-mentioned mixed powder and pressing it with a metal pressing die at a pressure of 0.15 t / cm 2 . Was temporarily molded. Then, it was molded into a cylindrical shape at a pressure of 2.0 t / cm 2 using an isostatic press. In this way, once the cylindrical green body has been formed, the outer surface of the green green body is shaved off to form the green body (10a) consisting of the linear portion (11) and the connecting portion (12). is there.

なお、この線条部分(11)の断面形状は、当該セラミッ
ク製スプリング(10)の用途、使用箇所等に応じて種々
変更して実施することができる。例えば、第6図及び第
7図は線条部分(11)の断面形状を円弧状に形成した例
を示すもので、第6図はその内側に接続部分(12)を形
成してこれを取り除く例、第7図はその外側に接続部分
(12)を形成してこれを取り除く例をそれぞれ示してい
る。また、第8図及び第9図は線条部分(11)の一部に
面取りを施した例を示すもので、第8図はその内側に接
続部分(12)を形成してこれを取り除く例、第7図はそ
の外側に接続部分(12)を形成してこれを取り除く例を
それぞれ示している。
The cross-sectional shape of the linear portion (11) can be variously changed and implemented according to the application, use location, etc. of the ceramic spring (10). For example, FIGS. 6 and 7 show an example in which the cross-sectional shape of the linear portion (11) is formed in an arc shape. In FIG. 6, a connecting portion (12) is formed inside and removed. For example, FIG. 7 shows an example in which a connection portion (12) is formed on the outer side and removed. Further, FIGS. 8 and 9 show an example in which a part of the linear portion (11) is chamfered, and FIG. 8 shows an example in which a connecting portion (12) is formed inside and removed. , FIG. 7 shows an example in which a connecting portion (12) is formed on the outer side and is removed.

このように形成した生成形体(10a)をタンマン型焼結
炉栄装入し、大気圧下のアルゴンガス気流中で焼結し
た。昇温過程は、常温〜1650℃では5℃/min、1650℃に
て45分間保持した後、さらに5℃/minで昇温し、最高温
度2100℃で30分間保持した。焼結中のCOガス分圧は、常
温〜1650℃が5kPa以下、1650℃で保持する際は0.5kPa以
下、1650℃より高温域では5kPa以下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
は、遊離炭素を1.7重量%含有し、3.16g/cm3(相対理論
密度率は約98.5%)の密度を有していた。
The green compact (10a) thus formed was charged into a Tammann type sintering furnace and sintered in an argon gas stream under atmospheric pressure. In the temperature raising process, the temperature was kept at 5 ° C / min and 1650 ° C for 45 minutes from room temperature to 1650 ° C, then further raised at 5 ° C / min and kept at the maximum temperature of 2100 ° C for 30 minutes. The CO gas partial pressure during sintering is controlled by appropriately adjusting the argon gas flow rate such that the room temperature to 1650 ° C is 5 kPa or less, the temperature at 1650 ° C is 0.5 kPa or less, and the temperature higher than 1650 ° C is 5 kPa or less. did. The obtained sintered body contained 1.7% by weight of free carbon and had a density of 3.16 g / cm 3 (relative theoretical density ratio was about 98.5%).

以上のように形成した生成形体(10a)の接続部分(1
2)を、#220のダイアモンド砥石を使用して、R−max
が1〜2μmとなるように研削して取り除いた。これに
より、第1図及び第2図に示したようなセラミック製ス
プリング(10)を得た。
The connecting portion (1) of the green body (10a) formed as described above
2), R-max using # 220 diamond grindstone
Of 1 to 2 μm was removed by grinding. As a result, a ceramic spring (10) as shown in FIGS. 1 and 2 was obtained.

実施例2 基本的には実施例1と同様であるが、第5図に示すよう
に、線条部分(11)が接続部分(12)の内側になるよう
な生成形体(10a)を形成し、この生成形体(10a)を無
加圧焼成した。この後、#220のダイアモンド砥石を使
用して、接続部分(12)をR−maxが1〜2μmとなる
ように研削して取り除いた。この研削は、材料の外側か
ら行なえるので上記実施例1の場合に比して比較的容易
であった。
Example 2 Basically the same as in Example 1, but as shown in FIG. 5, a green form (10a) was formed such that the linear portion (11) was inside the connecting portion (12). The green compact (10a) was calcined without pressure. Then, using a # 220 diamond grindstone, the connection portion (12) was ground and removed so that the R-max was 1 to 2 μm. Since this grinding can be performed from the outside of the material, it was relatively easy as compared with the case of Example 1 above.

以上のようにして、第1図及び第2図に示したようなセ
ラミック製スプリング(10)を得た。
As described above, the ceramic spring (10) as shown in FIGS. 1 and 2 was obtained.

(発明の効果) 以上詳述した通り、本発明にあっては、上記実施例にて
例示した如く、 「セラミック材料を、螺旋状に連続したスプリングとな
るべき線条部分(11)と、この線条部分(11)を連続的
に接続する薄肉状の接続部分(12)とにより構成した生
成形体(10a)とし、 この生成形体(10a)を焼成した後、 接続部分(12)を取り除いて、線条部分(11)のみが残
存するようにしたこと」 にその特徴があり、これにより、十分な耐熱性、耐蝕性
及び耐熱衝撃性を有していることは勿論のこと、寸法精
度に優れたセラミック製スプリング(10)を確実かつ簡
単に製造することができるのである。
(Effects of the Invention) As described in detail above, according to the present invention, as illustrated in the above embodiment, "the ceramic material and the linear portion (11) to be a spirally continuous spring, A green formed body (10a) composed of a thin-walled connecting portion (12) that continuously connects the linear portions (11) is formed. After firing the formed green body (10a), the connecting portion (12) is removed. , So that only the linear portion (11) remains ", which not only has sufficient heat resistance, corrosion resistance, and thermal shock resistance, but also improves dimensional accuracy. An excellent ceramic spring (10) can be reliably and easily manufactured.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明によって製造したセラミック製スプリン
グの正面図、第2図は同縦断面図、第3図は本発明によ
って製造したセラミック製スプリングの他の実施例を示
す正面図、第4図は生成形体の縦断面図、第5図は生成
形体の他の例を示す縦断面図である。 なお、第6図〜第9図のそれぞれは線条部分の形状を変
えた各例を示す断面図である。 符号の説明 10……セラミック製スプリング、10a……生成形体、11
……線条部分、12……接続部分。
FIG. 1 is a front view of a ceramic spring manufactured by the present invention, FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the same, and FIG. 3 is a front view showing another embodiment of the ceramic spring manufactured by the present invention, and FIG. FIG. 5 is a vertical cross-sectional view of the green body, and FIG. 5 is a vertical cross-sectional view showing another example of the green body. Each of FIGS. 6 to 9 is a cross-sectional view showing an example in which the shape of the linear portion is changed. Explanation of code 10 …… Ceramic spring, 10a …… Generation form, 11
…… Lines, 12 …… Connections.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】セラミック材料を、螺旋状に連続したスプ
リングとなるべき線条部分と、この線条部分を連続的に
接続する薄肉状の接続部分とにより構成した生成形体と
し、 この生成形体を焼成した後、 前記接続部分を取り除いて、前記線条部分のみが残存す
るようにしたことを特徴とするセラミック製スプリング
の製造方法。
1. A green formed body comprising a ceramic material composed of a linear portion to be a spirally continuous spring and a thin-walled connecting portion for continuously connecting the linear portion. After firing, the connecting portion is removed so that only the linear portion remains, and a method for manufacturing a ceramic spring.
JP16074387A 1987-06-27 1987-06-27 Manufacturing method of ceramic spring Expired - Lifetime JPH07113388B2 (en)

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