JPH0735024B2 - セラミツクス製スパナ - Google Patents

セラミツクス製スパナ

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JPH0735024B2
JPH0735024B2 JP60298089A JP29808985A JPH0735024B2 JP H0735024 B2 JPH0735024 B2 JP H0735024B2 JP 60298089 A JP60298089 A JP 60298089A JP 29808985 A JP29808985 A JP 29808985A JP H0735024 B2 JPH0735024 B2 JP H0735024B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、少なくとも被加工材との接触把持部分をセラ
ミック材で構成したスパナ、レンチおよびその類似工具
に関する。
〔従来の技術〕
従来からナットの締付け等に用いられるスパナ類は、高
強度と高耐トルクの要求から一般にバナジウム鋼等の合
金鋼が多用されて来た。
かかる合金鋼製スパナは、高強度であると共に、比較的
安価に提供できるという利点を有しているが、その反
面、導電性を持つことにより使用状況によっては電気回
路の短絡事故、人体への感電の恐れもあり、電気,電子
関連の分野における配電盤等の微調整作業には適してい
ない。また、磁性材料を具備した装置での使用に際して
は、磁気変化を与え好ましくなかった。
一般工具、例えばドライバー軸の単純な形状部にセラミ
ック材を使用したものも特開昭59−107865号公報に記載
されているが、スパナ類のように挟持部を有し、しかも
ドライバー軸とは比較にならない大きさと複雑な形状を
有し、且つ各部分に生じるトルクも複雑であるスパナ類
への適用は従来困難とされてきた。
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明において解決すべき課題は、上記従来のスパナ類
へのセラミック材の適用の問題点を解消し、バナジウム
鋼等の合金鋼等から作成された工具と同様の機械強度を
有し、その上、充分な耐食性と共に電気絶縁性を具備
し、電気,電子分野での使用に適したセラミック製スパ
ナ類の実現にある。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は、かかる要求特性を充足するセラミック材とし
て、特に正方晶系結晶構造を有する酸化ジルコニウム系
セラミック材を特定条件で使用したとき、その優れた電
気絶縁性と共に従来の合金鋼製のものと同様の機械的強
度を有し、特に、スパナのように、高いトルクを要する
工具に最も適したものであるという新規な知見に基づく
ものである。
本発明のスパナは、少なくも頭部を正方晶系の結晶構造
を持つ酸化ジルコニウムを主たる成分とする焼結体から
構成されている。
上記酸化ジルコニウムは正方晶系の結晶構造からのみな
るものであっても又立方晶酸化ジルコニウムが共存する
ものであって良いが、20モル%以上が正方晶で構成され
る必要があり、好ましくは70モル%以上が正方晶であっ
た方がよい。
部分安定化酸化ジルコニウムは応力が外部から加わった
場合正方晶から単斜晶へのマンテンサイト変態、即ちマ
イクロクラックが発生することによって応力緩和を行う
が、焼結体に多量の単斜晶が存在すれば、スパナのよう
に過大な応力がかかった場合、その単斜晶部分に存在す
るマイクロクラックが起点となって応力集中を生じ、応
力破壊を招く。従ってスパナのように高い機械強度を要
求される工具にとっては、焼結体の単斜晶含有量を最小
限に抑えることが重要であって、好ましくは10.0モル%
以下にすることであり、実質的には0モル%にすること
が好ましい。
焼結体中における正方晶酸化ジルコニウムの量が20モル
%未満である場合には、機械的な力を受けたとき歪を充
分に吸収することができず、更に亀裂が発生した場合に
その伝播を抑えることができない。
上記部分安定化酸化ジルコニウムは、Y2O3,CaO,MgO,CeO
2等の安定化材を従来のものより幾分多く固溶したも
の、特にY2O3で部分安定化したものが最も好ましく、そ
の添加量は1〜6モル%であることが好ましい。MgO,Ca
Oにおいては6〜12モル%、CeO2では6〜10モル%が良
好であり、また、2種以上混合して用いられる場合の全
添加量も単独の場合とほぼ同様で、総添加量の和は4〜
10モル%であるのが好ましい。
本発明のスパナにおいては、硬さ,曲げ強度等の物性向
上のために、上記酸化物で部分安定化した正方晶ZrO
2に、Al2O3を10.0〜35.0重量%含有せしめることが効果
的であり、本発明のスパナの焼結に際しては、Cr2O3,Y2
O3,MgO等を焼結助剤として全体に対して1重量%以下添
加するのがよい。
Al2O3をZrO2に添加するに際しては、粉体同志を機械的
に混合するか、或いはオキシ塩化物の形で化学的に合成
したものでもよい。
また、本発明においては、正方晶ZrO2に更にAl2O3に代
えて、或いはAl2O3と共に高アスペクト比によるクラッ
クデフレクション効果等の特性を有するウイスカーを添
加することによって靭性値を増大せしめることができ、
スパナとしての要求特性を一段と満足せしめることがで
きる。
かかるウイスカーとしては窒化珪素ウイスカーが好まし
く、6.0〜19.0重量%含有せしめた焼結体は、正方晶酸
化ジルコニウム単味焼結体に比べ、靭性値において1.4
倍以上の強度向上を示す。また、炭化珪素ウイスカーの
添加においても同様に強度向上が認められるが、高絶縁
性が要求される場合にはあまり好ましくない。
上記各ウイスカーの添加量が6.0重量%未満であると、
物性の顕著な向上が認められず、また、19.0重量%を超
えると諸物性値の低下を示す。
添付図は本発明に係るスパナの一構造例を示す。
第1図は全体の構造を示す図である。同図は、柄1と頭
部2とを別体に形成し、柄1の先端に上記ジルコニア系
セラミックスで作製した頭部2を装着した例を示すが、
柄1が頭部2と同質のセラミックス材料で構成されたも
のであってもよい。
なお柄1としては、FRP等の合成樹脂類の電気絶縁性体
であって、且つ高強度な材料であればいかなる材料も使
用できる。
スパナ頭部に用いた正方晶系酸化ジルコニウム系セラミ
ックスは、他の窒化珪素,サイアロン,炭化珪素系セラ
ミックスに比べて極めて破壊靭性が大きい利点を有する
が、合成鋼性のスパナと比較した場合、チッピング,欠
けが多少起こり易いという難点がある。
このため、エッジ部3は厚み方向から見て、第2図
(a)のように、角部5に0.5〜2R程度の丸みRをもた
せるか、或いは第2図(b)のように斜切角6を120゜
程度の鈍角とすることが好ましい。
また、第3図に示すように、スパナ先端エッジ部3の先
端7の形状は1R〜5R程度の曲面を持たせるのが好まし
い。
更に、第4図に示すように、エッジ内部隅4はなるべく
大きなRをもたせた方がよく、2Rから10Rとするのが最
良である。
このようにすることによって、使用時におけるチッピン
グ及び欠けを大幅に解消することができる。
また、さらにスパナに大きなトルクがかかった場合、従
来のスパナと同様な形状であると第5図Cで示すような
亀裂が発生して破損し易いため、本発明における頭部の
形状は、第5図の実線によって示すAのごとく、鎖線で
示すBのような従来のスパナ頭部の外形よりも丸みを帯
びた略円形の側面形状を有するものが最も好ましい。
即ち、このため、二面幅(S)/外幅(S1)の比および
厚さをJIS(B4630)よりも大きくする。その割合はスパ
ナに加わるトルクの大きさによって異なるが、一般には
JIS規格の1.2〜2倍程度とする。更に、外幅(S1)に接
する頭部の円弧の中心aをスパナの口の底方向に移動さ
せる。その位置は、b点からS/4以内にあることが好ま
しい。また、円弧と柄と接する円弧の半径は大きいこと
が望まれるが、一般にスパナ頭部の外幅よりも大きいこ
とが好ましい。
本発明に係るセラミックス製スパナは、一般に純度99.9
%以上,平均粒子径0.3〜1.0μmを有する部分安定化酸
化ジルコニウムに有機バインダを添加して、造粒,スラ
リ化或いはペレット化し、プレス成形,スリップキャス
ティング成形又は射出成形して所望形状のグリーン成形
体を製造し、各成形体に適した脱脂方法、例えば常圧脱
脂又は加圧脱脂を行う。次に1450±50℃で2時間焼成し
たものか、それにさらにHIP処理を施したものか、ある
いはホットプレスによってアルゴン雰囲気下で1350〜14
60℃、1000気圧以上で熱間静水圧加圧焼結(HIP処理)
したスパナあるいは1400±50℃,150kg/cm2以上の条件で
ホットプレス法で直接加圧焼結して目的のセラミックス
スパナを得る。
このようにして得られたセラミックススパナは常温で高
強度かつ優れた電気絶縁性を有し、電気,電子及び化学
の分野での使用に適する。
〔実施例〕
以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
実施例1 酸化イットリウムで部分安定化した純度99.9%以上、平
均粒子径0.3μm酸化ジルコニウム粉末100重量部に対し
て、解膠剤としてアクリル酸アンモニウム塩0.3重量
部,アクリル系エマルジョンバインダ1.0重量部,界面
活性剤0.5重量部及び純水30.0重量部を投入し、ローラ
ミルにて24時間混合分散してスラリとして約1昼夜エー
ジングした後、真空脱泡した。上記スラリを所望形状の
石膏型に1.5気圧で圧力鋳込みして、グリーン成形体を
得た。得られた成形体は40℃に設定した乾燥器内にて1
昼夜乾燥した後、400℃真空下で脱脂、更には酸化雰囲
気中昇温速度1℃/minで1470℃まで加熱し、2時間保
持、放冷後焼結体を得た。続いて、アルゴン雰囲気下14
60℃、1800気圧以上でHIP処理して一体成形スパナを得
た。
以上のようにして得たスパナ物性的特性及び電気的特性
を第1表に示す。
実施例2 酸化イットリウムで部分安定化した純度99.9%以上,平
均粒子径0.5μm酸化ジルコニウム粉末80.0重量%と、
純度99.99%,平均粒子径0.4μmの酸化アルミニウム粉
末20.0重量%からなる混合粉末100重量部に対し、結合
剤としてアクリル樹脂10.0重量部,エチレン−酢酸ビニ
ル共重合体5.0重量部,ポリスチレン3.0重量部、可塑剤
としてフタル酸ジブチル2.0重量部及び滑剤としてステ
アリン酸亜鉛2.0重量部を170℃±5℃に設定したニーダ
ーに投入し、30分間加熱混練した後、ニーダーから取出
してペレタイザで粗粉化した。次いで、このペレットを
140℃±2℃に設定された2軸押出機に投入し、等粒の
射出成形用ペレットを作製した。
その後、射出成形機にて射出温度180℃,射出圧力700kg
/cm2,金型温度40℃,保圧と冷却を30秒として射出成形
した。次いで、加圧下500℃、昇温速度10℃/hrで脱脂
後、酸化雰囲気中1450℃で2時間保持して予備焼結体を
得た。更に、アルゴン雰囲気下1350〜1460、1000気圧以
上でHIP処理を行ってスパナを得た。
上記の方法で得られたセラミックス製スパナの物理的性
質及び電気的性質を第1表に示す。
実施例3 酸化イットリウムで部分安定化した純度99.9%以上、平
均粒子径0.7μm酸化ジルコニウム粉末72.0重量%と純
度99.99%、平均粒子径0.5μmの酸化アルミニウム粉末
15.6重量%および純度99.0%以上の窒化珪素ウイスカー
粉体12.4重量%からなる組成粉末をボールミルにて20時
間粉砕混合し、窒化珪素ウイスカーのアスペクト比が3
〜200となるように調整,造粒した。
つぎに、所望型状を有したカーボンモールド内にて上記
粉体を装填し温度1430±20℃、圧力200kg/cm2で1.0時間
保持してホットプレスしてスパナを得た。
このようにして得られたセラミックス製スパナは、破壊
靭性値において、正方晶酸化ジルコニウム単味スパナの
約1.5倍の値を示すものであった。
〔発明の効果〕 本発明にかかる酸化ジルコニウム系セラミックススパナ
は、優れた電気絶縁性,高強度を有し更には、非磁性材
料でかつ化学的に安定であり、電気,電子分野における
機器の組立,調整においては、回路短絡による火花の発
生が防止でき、人体への感電も防ぐことができる。
また、磁性材料をもった装置の使用においても磁気を帯
びないため、磁気変化を引き起こすような危険性も全く
ない。セラミックスであることから、耐酸化性に優れて
おり、化学分野の使用でも充分にその効果が期待でき
る。
【図面の簡単な説明】
添付図は本発明に係るスパナの態様を示す図である。第
1図は全体図、第2図から第4図は部分図、第5図は頭
部の外形を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 谷口 泰造 福岡県北九州市戸畑区牧山新町1番1号 大光炉材株式会社内 (72)発明者 奥村 耕一 福岡県北九州市戸畑区牧山新町1番1号 大光炉材株式会社内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】少なくとも頭部を、正方晶を20モル%以上
    有すると共に単斜晶を10モル%以下とした部分安定化酸
    化ジルコニウムを主たる成分とするセラミックス焼結体
    によって形成したことを特徴とするセラミックス製のス
    パナ,レンチおよびその類似の工具。
  2. 【請求項2】特許請求の範囲第1項の記載において、部
    分安定化酸化ジルコニウムを主たる成分とするセラミッ
    クス焼結体が、部分安定化酸化ジルコニウムにアルミナ
    を10.0〜35.0重量%含有せしめたセラミックス焼結体で
    あるセラミックス製のスパナ,レンチおよびその類似の
    工具。
  3. 【請求項3】特許請求の範囲第1項の記載において、部
    分安定化酸化ジルコニウムを主たる成分とするセラミッ
    クス焼結体が、窒化珪素ウイスカーを6.0〜19.0重量%
    含有せしめたるセラミックス焼結体であるセラミックス
    製のスパナ,レンチおよびその類似の工具。
  4. 【請求項4】特許請求の範囲第1項の記載において、頭
    部が曲面を持つ先端形状を有すると共に、略円形の側面
    形状を有するセラミックス製のスパナ,レンチおよびそ
    の類似の工具。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60123268A (ja) * 1983-11-05 1985-07-01 東ソー株式会社 セラミツクス製作業用工具

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