JPH01110908A

JPH01110908A - セラミックスコイルばねの成形方法

Info

Publication number: JPH01110908A
Application number: JP26833187A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Nakatani; 雅彦中谷; Shigemi Sato; 繁美佐藤; Toyoyuki Tono; 東野　豊之; Hide Nomura; 埜村　秀; Ryusuke Adachi; 隆介安達
Original assignee: NHK Spring Co Ltd
Current assignee: NHK Spring Co Ltd
Priority date: 1987-10-26
Filing date: 1987-10-26
Publication date: 1989-04-27
Anticipated expiration: 2011-11-27
Also published as: JP2558747B2

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製造され
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、この混練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りぶれが生じ
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１＋ｓ量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
、その後芯線を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問題がある。

■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、抽出操作によりコイリン
グ後の保形性を向上させるため、細線のコイリングやＤ
／ｄの小さいコイリングが可能で、線材の線切れや変形
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〕鴫本発明のセラミックスコイルばねの成形方法は、セラミ
ックス粉体に成形性を付与する有機材料及びその溶剤を
加えて混練し、線材を成形する工程と、該線材をコイリ
ングする工程と、コイル状成形体から溶剤及び有機材料
の一部を抽出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、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。

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１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するもの
であり、その配合量が少な過ぎると、得られる混練物が
もろくなって押出成形やコイル状への加工が困難となる
。また、その配合量があまりにも多くなると、ダイス（
ノズル）からの押出成形が困難となるなどの問題を発生
する。

可塑剤は可塑性、柔軟性を与える機能で、押出成形や押
出成形して得られた線材に良好な柔軟性を与える。その
配合量が少な過ぎると、混練物の粘性が高くなり、押出
が困難となる問題を発生し、またその配合量があまりに
も多すぎると、混練物の強度が低下し、コイル形状の保
形性がなくなるなどの問題が発生する。

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、結合剤としては有機溶媒に溶解するも
の、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が用いられる。また
、可塑剤としては有機溶媒に溶解しやすいものを選択、
組み合わせることにより、線材に対してコイリングに必
要な可塑性を付与する。

本発明において、溶剤としては、アルコール、エステル
、ケトン、芳香族炭化水素、脂肪族炭化水素、脂環族炭
化水素、塩素化炭化水素の群から選択される単独溶媒も
しくは２種以上の混合溶媒が挙げられる。

本発明において、抽出操作は、超臨界抽出、蒸気洗浄、
ソックスレー抽出、単なる抽出溶媒への浸漬等によって
行なわれる。

本発明方法によれば、従来のように線材中に含まれる水
分及び有機材料によって、線材のコイリングに必要な可
塑性を付与して芯線にコイリングし、そのまま焼結する
場合と異なり、抽出操作により有機材料の一部を抽出す
るので、コイル形状の保形性が向上し、芯線に巻いたま
ま焼結する必要がない、また、線材の線切れ等を防止で
き、細線のコイリングやＤ／ｄの小さいコイリングが可
能で、成形体の形状ばらつきも非常に小さくすることが
できる。また、室温で線材を保管しておいても可塑性が
変わらないため、必要に応じてコイリングできるので、
多品種少量生産に適している。

〔実施例〕以下１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、セラミックスコイルばねを製
造した。まず、第１表に示す原料及び有機溶媒を同表に
示す配合比で配合して原料を調整し、混練した−（なお
、表中、アルミキレ−）　ＡＬ−Ｍは用研ファインケミ
カル製商品名）、この混線物中の溶剤量を１５％以下に
調整した後、押出成形して線材を作製した。押出成形し
た直後の線材は可塑性が大きいので、溶剤量を１０％以
下に調整した後、芯線にコイリングした。コイリング後
においても線材は可塑性がかなりあるので、超臨界抽出
により溶剤と有機材料の一部（主と、して可塑剤）を除
去して保形性をもたせた。その後、コイル状成形体を芯
線から取り外してもその保形性は充分あり、脱バインダ
した後、空気中、１４５０℃で焼結して、線径２．２■
、コイル径２０＋ｓｍ、有効巻数６巻のセラミックスコ
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＝　８．０９　ｇ　／　ｃｍ　
３、ばね定数ｋ　＝　０．４３　ｋｇｆ／　ｍｍ、せん
断強度τ＝　４３　ｋｇｆ／ｍｍ２（平均値）であった
。

実施例２第２表に示す原料及び有機溶媒を用い、上記実施例１と
同様にして、線径０．４■、コイル径２．０■、すなわ
ちＤ／ｄ＝５のセラミックスコイルばねを製造した。

第２表の原料を用いた場合、第１表の場合と比べてコイ
リング時の線材の可塑性が大きく、Ｄ／ｄの小さいコイ
ルばねの製造に適していた。

実施例３第３表に示す原料及び有機溶媒を用い、実施例１と同様
にしてコイル状成形体を得た後、脱バインダし、Ｎ２ガ
ス中、１８００℃で焼結して、線径２．２ｍｍ、コイル
径２０層層、有効巻数６巻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　＝　３．２３ｇ　７ｃｍ３、ばね定数ｋ
　＝　０．７０　ｋｇｆ／　ｒｓｒａ、せん断強度で＝
　４５　ｋｇｆ／膳ｉ＋２　（平均値）であった。

実施例４第４表に示す原料及び有機溶媒を用い、実施例１と同様
にしてコイル状成形体を得た後、脱バインダし、Ｎ２ガ
ス中、１７８０℃で焼結して、線径０．６履ｍ、コイル
径３．０鵬層のセラミックスコイルばねを製造した。

第　　１　　表第　　２　　表第　　３　　表第　　４　　表〔発明の効果〕上記各実施例により、以下のような効果を得ることがで
きた。

１、水溶性の有機材料（メチルセルロース）を用いた場
合と比べて、線材の可塑性が太きくコイリングが容易で
あり、線径１層層以下のコイリングやＤ／ｄの小さいコ
イリングが回部となった。

２、コイリングした後、抽出操作により有機材料の一部
（主として可塑剤）を除去するので、芯線から取り外し
た時の保形性が良好で、形状のばらつきが非常に少ない
。

３、コイリングマシンを利用して金属ばねと同様な方法
でコイリング可能な有機材料の配合比とすることができ
る。

４、線材を保管しておいても、コイリングに必要とされ
る可塑性が変化しない、したがって、必要に応じて随時
コイリングすることもできるので、多品種少量生産に適
する方法である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るセラミックスコイルばねの製造方
法を示すブロック図、第２図は従来のセラミックスコイ
ルばねの製造方法を示すブロック図である。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦第１図第２図

Claims

【特許請求の範囲】

セラミックス粉体に成形性を付与する有機材料及びその
溶剤を加えて混練し、線材を成形する工程と、該線材を
コイリングする工程と、コイル状成形体から溶剤及び有
機材料の一部を抽出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。