JPH03191003A - 金属間化合物を主体とする弾性部材の製造方法 - Google Patents

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、金属間化合物を主体とするばね等の弾性部材
とその製造方法に関する。

［従来の技術］ 従来のばね、あるいはばねに類する性質を発揮する弾性
部材の原料は、一般にスチール等の金属あるいはＦＲＰ
等の非金属であった。しかし近時は、軽量で耐熱性およ
び耐酸化性等の優れた性質をもつ金属間化合物が着目さ
れてきている。金属間化合物の一例として、Ｔ１＾１．
　Ｔｉ３Ａｌ、＾１３　Ｔｉ。

Ｎｉ、＾Ｉや、形状記憶効果を有するＴ１Ｎｉ等が知ら
れている。Ｔ１Ｎｉにおいて曲げ加工によるコイルばね
製造の例がみられるが、Ｔｉ旧は金属間化合物の中では
成形性が良い方であるにもかかわらず、実際の成形にあ
たっては複数回の熱処理（軟化焼鈍）が必要であり、金
属に比べるとはるかにばね成形が困難である。更に他の
金属間化合物においてはばねの実用化は難しいと考えら
れていた。

また、金属間化合物を形成する前に予め成形を行ってお
くことも考えられている。例えば特開昭６１−２７０３
５３号公報に見られるように、金属間化合物の原料をホ
ットプレスしたのちに焼成することによって所望形状の
金属間化合物を得るようにしたものや、特開昭６２−７
０５３１号公報に見られるように、金属間化合物の原料
を脱気したのちに所定の成形圧力と温度条件で処理する
ことが提案されている。

［発明が解決しようとする課題］ 上記先行技術のように金属間化合物を形成する前に予め
成形するようにしても、コイルばねのように変形の大き
な曲げ加工が必要な製品を得ることは不可能であった。

その理由は、金属間化合物の原料からなる立体物は、通
常の金属材に比べて金属間化合物を形成する前の状態で
は均一性に乏しく、空孔や欠陥を多く含んでいることが
あるため、変形が不均一になりやすく、しかも大きな曲
げ加工による塑性変形や伸びに耐えられないからである
。

従って本発明の目的は、金属間化合物を主体とする所望
形状の弾性部材を問題なく製造できるような製造方法と
、金属間化合物を主体とするばね等の弾性部材を提供す
ることにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を果たすために開発された本発明方法は、金属
間化合物を形成する組成比で混合された複数の元素を含
有する原料を得る工程と、上記原料に加圧力を加えるこ
とによって混合圧着体を得る工程と、上記混合圧着体を
型によって局部的に押圧しつつこの混合圧着体を上記押
圧部において混合圧着体の一端側から他端側に向かって
上記型に沿って徐々に塑性変形させてゆくことにより所
望形状の成形体を得る工程と、上記成形体を金属間化合
物が形成される温度条件で処理する工程とを具備してい
る。

弾性部材の例としては、例えば巻ばねや板ばね、トーシ
ョンバー、あるいはばねに類する性質を発揮する部材で
ある。金属間化合物を構成する物質は、少なくとも１つ
の元素が金属であればよい。

上記原料は主として金属材料から構成されている必要が
あるが、一部に金属間化合物を含んでいてもよい。また
、ばねとしての諸特性を改善する目的あるいは成形の容
易化を図る目的で、適宜の元素や化合物が添加されてい
てもよい。上記原料は純金属の塊である必要はなく、固
溶体であってもよいし、めっき等によってつくられた複
合体であってもよい。混合前の原料の形態は、粉末、フ
レーク状、線材、箔等である。

混合方法および圧着方法は、原料が粉末あるいはフレー
ク状である場合、Ｖ型混合機、ボールミル、ミキサ等に
よって混合したものを押出すか、あるいはホットプレス
またはＣＩＰによって圧着させる。また、混合された上
記原料を金属パイプに詰め、スェージングマシンによっ
て所定の外径になるまで鍛造するようにしてもよい。

線状原料の場合には、原料の線を束ねるかまたは撚り合
わせたのち、伸線機等を使って線同志を圧着させること
もできる。箔状原料の場合には、箔を厚み方向に積層す
るかあるいは積層後に巻いた状態で、圧延により圧着さ
せることもできる。

上記工程によって得られた混合圧着体は、通常の金属材
料に比べると組織がかなり不均一であり、多くの欠陥や
空孔が内在していることがあるから、そのまま曲げ加工
を行うと変形が局部的に進行する。このため所定の曲率
で曲げることに困難を伴う。

そこで本発明では、例えば芯金およびローラ等からなる
型によって混合圧着体を局部的に押圧するとともに、こ
の押圧部を型に沿って相対的に移動させながら、混合圧
着体を徐々に曲げてゆくことにより、所望形状の成形体
を得るようにしている。

［作用］ 上記のように混合圧着体が成形されるから、混合圧着体
の変形域を充分短くすることができ、しかも変形域の大
部分が拘束された状態で曲げられるので、変形域に割れ
か進行したり、変形が不均一に進行するといった不具合
を生じることなく、混合圧着体を所望の形状に成形する
ことができる。

また、曲げと同時に型によって混合圧着体に圧縮力を付
与するため、混合圧着体に内在する空孔を潰す効果もあ
る。

上記成形工程は冷間て行ってもよいが、成形時の変形抵
抗を減少させるために成形工程を温間て行ってもよい。

温間で成形する場合、金属間化合物が形成される温度以
下であることが好ましいが、組織の一部に金属間化合物
を生しる程度の短時間で成形が終了するなら、金属間化
合物か形成される温度以上の温間で成形を行ってもよい
。

なお、上記成形工程を実施する前に、成形前熱処理を行
ってもよい。この処理は例えば真空中で行われる焼鈍で
ある。成形前熱処理を実施することにより、混合圧着体
を製造する際に生じた加工歪が除去される。また、成形
時の変形抵抗が減少し、かつ混合圧着体の圧着面が拡散
によって強固なものとなり、強度を向上させることがで
きる。

また、この成形前熱処理は、混合圧着体の不純物成分を
拡散または除去する効果もある。成形前熱処理は、大気
中もしくは不活性ガスあるいは真空雰囲気、あるいはこ
れら雰囲気を組合わせて行われる。処理温度は金属間化
合物が形成される温度以下が一般的であるか、圧着面の
一部に金属間化合物ができる程度の短時間の加熱である
なら金属間化合物が形成される温度以上であってもかま
わない。

上記成形工程を経て所望の形状に塑性加工された成形体
は、金属間化合物が形成される温度まで加熱される。こ
の加熱処理によって拡散または自己燃焼焼結を生じ、金
属間化合物が形成される。

加熱温度は金属間化合物の同相線以下の温度域とする。

金属間化合物の形成を終わらせるには上記温度を一定時
間維持する必要がある。温度が低いと時間が長くかかる
。また、空孔を減少させる目的で、成形体を加圧した状
態のまま金属間化合物が形成される温度以上に加熱する
ようにしてもよい。

金属間化合物が形成されたのちに、必要に応じて化合物
形成後の熱処理を行ってもよい。この熱処理を行うこと
によって、空孔を減少させることができるとともに、組
織の均一化が促進され、更には不純物の拡散もしくは不
純物の除去が図れる。

処理温度は、金属間化合物の固相線以下の温度域とする
。この熱処理（金属間化合物形成後の熱処理）は、大気
中で行ってもよいが、不活性ガスあるいは真空雰囲気中
で行えば更に好ましい結果が得られることがある。また
、これらの雰囲気を組合わせてもよい。材料によっては
適宜の加圧手段で加圧した状態でこの熱処理を実施して
もよい。

［実施例コ 以下に本発明の一実施例について、第１図ないし第３図
を参照して説明する。第１図に示す製造工程の一例は、
原料の混合工程１と、混合圧着体の製造工程２と、必要
に応じて行われる成形前熱処理工程３と、成形工程４と
、金属間化合物の形成温度まで加熱する熱処理工程５と
、必要に応じて実施される化合物形成後の熱処理工程６
および仕上げ工程７からなる。

原料の混合工程１において、ガスアトマイズ法により作
製した３５０メツシユ以下のＡ１粉末と、３５０メツシ
ユ以下のスポンジＴｉ粉末を重量分率でＴｉ：Ａｌ＝３
７．２％：　６２．８％の割合で、Ａ「ガス置換された
乾式ボールミルを用いて混合する。

次に、混合圧着体の製造工程２において、上記混合粉末
を外径２０■、肉厚０．５■のステンレス鋼のパイプに
詰め、ロータリスェージングマシンによって外径８Ｉま
で縮径加工する。その後、切削加工によって上記バイブ
を削り取る。こうして線状の混合圧着体（この場合、圧
粉体）が得られる。上記第１のスェージング加工を行っ
たのち、第２のスェージング加工によって、上記混合圧
着体を外径φ１ｍｍまで縮径させる。なお、上記工程２
の後に焼鈍等の熱処理工程３を実施することにより、混
合圧着体を製造した時の加工歪みを除去するようにして
もよい。

成形工程４においては、第２図に示す成形装置１０を用
いて混合圧着体Ａのコイリングを行う。

この装置１０は、型の一例としての芯金１１と、ヘッド
１２と、型の一例としてのローラ１３と、チャック１４
等を備えて構成されている。芯金１１とヘッド１２は互
いに軸線方向に接離可能であるとともに、図示しない駆
動機構によって互いに同一方向に同一回転速度で一体に
回転されるようになっている。ローラ１３は、混合圧着
体Ａを芯金１１に押付けて徐々に曲げる力と、所定の圧
縮ノＪＰを付与する働きをもつ。

芯金１１の外周部には、成形すべきコイルばね成形体Ａ
′のピッチに応じた螺旋溝１５が設けられている。この
螺旋溝１５と対向しているローラ１３にも溝１６が設け
られている。これらの溝１５．１６の幅方向には所望の
断面形状が形成されている。例えば、第２図においては
混合圧着体Ａの断面を円形とし、溝１５．１６の断面形
状をそれぞれ略半円形とした例である。溝１５．１６を
省略することもできる。

ローラ１３は回転自在に設けられているから、混合圧着
体Ａとローラ１３との間の摩擦力を小さくすることがで
きる。また、混合圧着体Ａを曲げる際に過度の変形が生
じたり、傷が生じるなどの不具合も抑制することができ
る。また、混合圧着体Ａを曲げながら芯金１１を回転さ
せるのに要する力も少なくてすむ。

上記成形装置１０を用いて混合圧着体Ａのコイリングを
行うには、芯金１１とヘッド１２を停止させた状態でチ
ャック１４によって混合圧着体Ａの端部を保持する。そ
してローラ１３によって混合圧着体Ａを芯金１１の溝１
５に押付ける。

芯金１１とヘッド１２を一体に回転させ、ローラ１３と
芯金１１との間で混合圧着体Ａを局部的に押圧しつつ、
押圧部１１ａにおいて混合圧着体Ａを芯金１１に沿って
曲げる。更に、ローラ１３を螺旋溝１５のピッチに応じ
て芯金１１の軸線方向に移動させ、混合圧着体Ａが螺旋
溝１５に巻付くように混合圧着体Ａを案内する。

コイリング終了後、ローラ１３を芯金１１から離すとと
もに、チャック１４による成形体Ａ′の拘束を解く。そ
してヘッド１２を芯金１１から分離させるとともに、成
形体Ａ′の外周部を図示しないホルダによって保持し、
芯金１１をコイリング時とは逆方向に回転させることに
よって、コイル状成形体Ａ′を芯金１１から外す。

上記成形工程４によって得られたコイル状成形体Ａ′は
、熱処理工程５において、第３図に示された加熱装置２
０に入れられ、金属間化合物が形成される温度まで加熱
される。この加熱装置２０は、珪砂２１を満たした耐圧
ステンレス鋼製ポット２２と、このポット２２に内蔵さ
れたコイル状の抵抗発熱体であるカンタルヒータ２３と
、温度検出用の熱電対２４と、ステンレス鋼製の蓋２５
と、このＭ２Ｓを加圧する油圧シリンダ等の加圧手段２
６を備えて構成されている。

上記ポット２２に収容されたヒータ２３の内側に、コイ
ル状成形体Ａ′をセットし、加圧手段２６によって１５
０ｋｇｆ’／ａｍ２の擬似等方圧をかける。

そしてヒータ２３によって７００℃まで加熱する。

この時のコイル状成形体Ａ′の温度は熱電対２４によっ
て測定される。コイル状成形体Ａ′は上記温度に加熱さ
れることにより、自己燃焼焼結による金属間化合物形成
の発熱が観測された。なお、ＨＩＰやＨＰ等によって、
ガス、粉体あるいは液体を用いて加圧するか、あるいは
機械的に加圧を行うようにしてもよい。

金属間化合物が形成された後、上記圧力を維持した状態
で成形体Ａ′を９００℃に保持し、２時間の熱処理工程
６を行う。この熱処理工程６を行うことによって、成形
体Ａ′に含まれる空孔を減少させることができるととも
に、組織の均一化が促進され、更には不純物の拡散もし
くは不純物の除去が図れる。

以上の一連の工程によって、線径１１Ｉ１１．　　コイ
ル平均径１２１ｍ、巻数１０の金属間化合物を主体とす
るコイルばねが得られた。このコイルばねは、Ｘ線解析
の結果からＡｌ１　Ｔｉの金属間化合物からなることが
わかった。このコイルばねは、７００℃にて５■の圧縮
変形を加えたのち除荷しても元の形状を完全に保ってお
り、良好なばね作用を発揮することが確認された。

なお、上記製造工程を経て得られたコイルばねに、仕上
げ工程７を行ってもよい。例えばバレル加Ｔによってば
ね表面を滑らかなものにする。あるいは機械加工によっ
てばね表面の研磨を行ったり、表面傷１表面層等の除去
あるいは切断、研削加工等により形状の修正を行う。ま
た、ショットピーニングを行うことにより、ばね表層部
に圧縮残留応力を生じさせれば、ばねの耐久性を更に高
めることができる。

なお第４図に示されるような成形装置３０を使用して、
混合圧着体Ａを所望の形状に塑性加工してもよい。この
成形装置３０は、型の一例としての固定ローラ３１と、
ホルダ３２に取付けられた型の一例としての可動ローラ
３３と、混合圧着体Ａを保持するためのチャック３４等
を備えている。

＝Ｊ動フローラ３３軸３５を中心に自転できるとともに
、輔３５を中心に固定ローラ３１の回りを公転するよう
に構成されている。混合圧着体Ａは一端側がチャック３
４によって固定ローラ３１に拘束され、可動ローラ３３
が図示矢印Ｆ方向に転動することにより、固定ローラ３
１と可動ローラ３３との間で混合圧着体Ａが局部的に押
圧される。

そして押圧部３１ａにおいて曲げられることにより、固
定ローラ３１の外径に応じた曲率で成形が行われる。

なお第５図に示される成形装置４０のように、可動ロー
ラ３３によって混合圧着体Ａに図示矢印Ｐ、力方向加圧
力を与えた状態で可動ローラ３３を固定型３１の外周方
向に転勤させることにより、固定型３１の外周形状に応
じた曲率て成形するようにしてもよい。

第６図に示された成形装置５０は、固定型５１と、押さ
え部材５２とを備えている。図示例の固定型５１は、成
形すべき成形体Ａ′の形状に応じた曲率の非円形状の成
形面５３を備えている。押さえ部材５２は混合圧着体Ａ
を固定型５１に押し付ける働きをする。この押さえ部材
５２は、成形面５３に混合圧着体Ａを押付ける際に、成
形面５３に沿って混合圧着体Ａに対する接触点が移動す
るようになっている。

なお本発明はコイルばね以外の弾性体を製造する場合に
も同様に適用できる。

［発明の効果］ 本発明によれば、金属間化合物を主体とする弾性部祠の
所望形状への成形を容易かつ正確に行うことができるよ
うになり、従来にはなかった金属間化合物を主体とする
弾性部材を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の一実施例を示す工程説明図、第２
図は混合圧着体を成形する装置の斜視図、第３図は加熱
装置の断面図、第４図ないし第６図はそれぞれ混合圧着
体を成形する装置の他の例を示すそれぞれ概略図である
。 Ａ・・・混合圧着体、Ａ′・・・成形体、１０・・・成
形装置、］１・・・芯金（型）　　１３・・・ローラ（
型）２０・・・加熱装置、２３・・・ヒータ、２６・・
加圧手段、３０・・・成形装置、３１・・・ローラ（型
）、３３・・・ローラ（型）、４０．５０・・・成形装
置、５１・・・型、５２・・・押さえ部材。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属間化合物を形成する組成比で混合された複数
   の元素を含有する原料に加圧力を加えることによって混
   合圧着体を得たのち、上記混合圧着体を型によって局部
   的に押圧しつつこの混合圧着体を上記押圧部において混
   合圧着体の一端側から他端側に向かって上記型に沿って
   徐々に塑性変形させてゆくことにより所望形状の成形体
   を得、更に上記成形体を金属間化合物が形成される温度
   条件で処理したことを特徴とする金属間化合物を主体と
   する弾性部材。
2. （２）金属間化合物を形成する組成比で混合された複数
   の元素を含有する原料を得る工程と、上記原料に加圧力
   を加えることによって混合圧着体を得る工程と、上記混
   合圧着体を型によって局部的に押圧しつつこの混合圧着
   体を上記押圧部において混合圧着体の一端側から他端側
   に向かって上記型に沿って徐々に塑性変形させてゆくこ
   とにより所望形状の成形体を得る工程と、上記成形体を
   金属間化合物が形成される温度条件で処理する工程とを
   具備したことを特徴とする金属間化合物を主体とする弾
   性部材の製造方法。
3. （３）上記混合圧着体を成形する際に使われる型は、芯
   金と、上記混合圧着体を上記芯金との間で押圧しつつ芯
   金の周方向に相対的に移動することによって混合圧着体
   を芯金に沿って曲げる押さえ部材とを備えて構成される
   請求項２記載の金属間化合物を主体とする弾性部材の製
   造方法。