JPH0255232B2 - - 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開放気孔
内に樹脂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の炭化珪素質焼結
体の開放気孔内に樹脂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孔を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
かな間隔で突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し易
くなる為、ガイド板の孔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パージヨンのガイド
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、孔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
気孔部に樹脂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
体の開放気孔部に樹脂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体で
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
フアイヤなどと同様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
と極めて小さく、しかも第１図に例示するよう
に、直径が200〜3000μｍ位の孔が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。

このように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樹脂を充填
した複合体とすることを必要とする。その理由
は、樹脂を炭化珪素質焼結体の開放気孔内に充填
することによつて、炭化珪素質焼結体からの結晶
粒の脱離を防止することができ、耐摩耗性を著し
く向上させることができるからである。

前記炭化珪素質焼結体に充填する樹脂として
は、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、トリマジン
樹脂、ポリパラバン酸樹脂、ポリアミドイミド樹
脂、シリコン樹脂、エポキシシリコン樹脂、アク
リル酸樹脂、メタクリル酸樹脂、アニリン樹脂、
フエノール樹脂、ウレタン系樹脂、フラン系樹
脂、フツ素樹脂、アセタール樹脂、ナイロン樹
脂、ポリエチレン樹脂、ポリカーボネート樹脂、
ポリブチレンテレフタレート樹脂、スチレンアク
リロニトリル樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリウ
レタン樹脂およびポリフエニレンサルフアイド樹
脂から選択される樹脂を単独あるいは混合して使
用することが好ましい。

そして前記樹脂の充填率は、前記開放気孔100
容積部に対し、樹脂が少なくとも10容積部充填さ
れたものであることが好ましい。その理由は、金
属シリコンの充填量が10容積部より少ないと炭化
珪素質焼結体からの結晶粒の脱離を防止する効果
充分でなく、耐摩耗性を向上させることが困難で
あるからである。

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ましい。前記
平均粒径が5μｍを越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。

前記炭化珪素質焼結体は、寸法精度に優れてい
ることが重要であり、平均アスペクト比が５以下
の炭化珪素結晶によつて構成される三次元網目構
造を有するものであることが有利である。

次に本発明のワイヤードツトプリンタ用ガイド
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樹
脂を含浸させた複合体によりつくることを特徴と
する方法によつてワイヤードツトプリンター用ガ
イド板を製造することができる。

前記炭化珪素粉末は、平均粒径が5μｍ以下で
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
型および非結晶のものがあるが、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5μｍ以下のものを微粉末状
で取得し易く、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。

前記炭化珪素粉末は、ホウ素、アルミニウムお
よび鉄の含有量の合計が元素に換算して0.3重量
％以下であることが有利である。その理由は、前
記ホウ素、アルミニウムおよび鉄の含有量の合計
が元素に換算して0.3重量％より多いと、炭化珪
素粉末中に含有されている遊離炭素との相互作用
によつて焼結時に焼成収縮し易く、実質的な収縮
を生じさせることなく焼結体を製造することが困
難になるからである。

なお、前記炭化珪素粉末にホウ素、アルミニウ
ムおよび鉄の含有量が上記範囲内である場合に
は、出発原料中に５重量％以下の遊離炭素を含有
させるべく炭素質物質を添加することができる。
前記遊離炭素は結晶粒の粗大化を抑制する作用を
有しており、出発原料中に存在させることによ
り、焼結体の結晶粒径を均一化し比較的高強度の
焼結体を得ることができる。前記遊離炭素の含有
量を５重量％以下とする理由は、５重量％よりも
多いと炭化珪素粉末粒子間に過剰の炭素が存在す
ることになり、粒と粒との結合を著しく阻害する
ため、焼結体の強度が劣化するからである。

前記炭素質物質としては、焼結開始時に炭素を
存在させられるものであればよく、例えばフエノ
ール樹脂、リグニンスルホン酸塩、ポリビニルア
ルコール、コンスターチ、糖類、コールタールピ
ツチ、アルギン酸塩のような各種有機物質あるい
はカーボンブラツク、アセチレンブラツクのよう
な熱分解炭素を有利に使用することができる。

前記炭化珪素粉末は、前記ホウ素、アルミニウ
ムおよび鉄の含有量の合計が元素に換算して0.3
重量％を越える場合には炭素質物質および遊離炭
素の含有量が固定炭素量に換算して0.6重量％以
下であることが有利である。その理由は、ホウ
素、アルミニウムおよび鉄の含有量の合計が元素
に換算して0.3重量％を越える場合に、炭素質物
質および遊離炭素の含有量が固定炭素量に換算し
て0.6重量％よりも多いと、先にも説明した如く、
前記ホウ素、アルミニウムあるいは鉄と炭素との
相互作用によつて焼結時に焼成収縮し易く、実質
的な収縮を生じさせることなく焼結体を得ること
が困難になるからである。

また、前記ホウ素、アルミニウムおよび鉄の含
有量が余り多いと焼結体の物性を劣化させるた
め、なるべく少ないことが望ましく、その含有量
の合計は元素に換算して２重量％以下であること
が有利である。

前記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する方法として
は、従来知られた各種の成形方法を使用すること
ができ、例えば型押し成形、鋳込み成形、静水圧
成形あるいは射出成形を用いて目的とする所定形
状の生成形体に成形することができる。なかで
も、射出成形法は複雑な形状でかつ高精度の生成
形体を得ることができるため有利である。

前記生成形体は1400〜2100℃の温度範囲内で焼
成される。その理由は、前記温度が1400℃より低
いと粒と粒との結合が充分でなく強度が極めて低
いからであり、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つたり、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。

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、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。

なお、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1400〜2100℃の温度範囲
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有
利である。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
なくともいずれかのガス分圧を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。

本発明によれば、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。

前記生成形体は45〜80容積％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45容積％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
少なく高強度の焼結体を得ることが困難であるか
らであり、一方80容積％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。

また、前記1400℃に至るまでの昇温過程のうち
1300℃以上で少なくとも30分間雰囲気中のCOお
よびN₂のガス分圧の合計を100Pa以下に維持する
ことにより、炭化珪素の粒子と粒子との間のネツ
クを均一に生成させて強固に接合することができ
る。

本発明によれば、炭化珪素質焼結体の開放気孔
内に樹脂を充填することが必要である。その理由
は、樹脂を炭化珪素質焼結体の開放気孔内に充填
することによつて、炭化珪素質焼結体からの結晶
粒の脱離を防止することができ、耐摩耗性を著し
く向上させることができるからである。

前記炭化珪素質焼結体の気孔中へ充填する方法
としては、樹脂を加熱して溶融させて含浸する方
法、樹脂を溶剤に溶解させて含浸する方法、樹脂
をモノマー状態で含浸した後ポリマーに転化する
方法あるいは、微粒化した樹脂を分散媒液中に分
散し、この分散液を炭化珪素質焼結体に含浸し、
乾燥した後、樹脂の溶融温度で樹脂を焼きつける
方法が適用できる。

本発明によれば、前記樹脂を前記炭化珪素質焼
結体の開放気孔100容量部に対し、少なくとも10
容積部充填することが有利である。その理由は、
樹脂の充填量が10容積部より少ないと炭化珪素質
焼結体からの結晶粒子の脱離を防止する効果が充
分でなく、耐摩耗性を向上させることが困難であ
るからである。

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／cm²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容積％）であつた。そ
して前記生成形体に超硬ドリルで直径0.2mmの孔
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に焼成した。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℃で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／cm²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。

次いで、この焼結体に二液性タイプのエポキシ
樹脂を真空下で浸漬し含浸させた後、約150℃の
温度で硬化させ、複合体を得た。得られた複合体
の気孔率は約２％であつた。

次いで、前記ガイド板の細孔の内面を研摩仕上
げした。

このようにして製造されたワイヤードツトプリ
ンターガイド板を実際とプリンターに装着して耐
用試験を行つたところ、従来のプラスチツク製ガ
イド板は約1.5憶ドツト、ガラス製ガイド板は約
３憶ドツトで使用が困難であつたのに対し、本発
明のガイド板は５憶ドツト以上の使用に充分耐え
る耐久性を有していることが確認された。

〔発明の効果〕

以上述べた如く、本発明のワイヤードツトプリ
ンターガイド板は、実質的に収縮を生じさせるこ
となく焼結された多孔質の炭化珪素質焼結体を基
材とし、その開放気孔中に樹脂が充填された複合
体であるため、寸法精度および耐摩耗性に極めて
優れており、耐久性に優れたワイヤードツトプリ
ンターガイド板を格別の機械加工を施すことなく
安価に供給することができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のワイヤードツトプリンター
用ガイド板の１例の斜視図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 平均粒径が5μｍ以下の炭化珪素粉末を主成
   分とするセラミツクス原料をワイヤードツトプリ
   ンター用ガイド板の形状の生成形体とし、前記生
   成形体を1400〜2100℃の温度範囲内で焼成するに
   際し、焼成雰囲気を制御することのできる耐熱性
   容器中に挿入して1400〜2100℃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
   された非酸化性雰囲気下で、焼成時における炭化
   珪素の揮散率を５重量％以下に制御して実質的に
   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
   中に樹脂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。