JPS627659A - セラミツクス・コイルばねの製造法 - 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】 （技術分野） 本発明はセラミックス・コイルばねの製造法に係り、特
に高温下でのばね特性に優れ、また高硬度、耐摩耗性、
耐蝕性、非磁化性などに優れたセラミックス・コイルば
ねを有利に製造する方法に関するものである。

（背景技術・解決課題） 従来から、コイルばね（スプリング）は、それ自身の弾
性の利用を主目的とした機械要素として、各種の機械、
装置或いは機構に用いられてきており、今日においては
、日常家庭用品や工業用品、更にはその他の分野におい
て、必要不可欠の部品となっている。

ところで、そのような従来からのコイルばねは、金属材
料にて製造されているものであるところから、熱に弱く
、高温の使用環境下において充分なばね特性を発揮し得
ない問題を内在しているのであり、たとえ熱に強い金属
、特に熱に強いとされている耐熱合金から得られるもの
であっても、４ｏ　ｏ　’ｃ以上の環境下において使用
される場合にあっては、ベタリ現象が惹起されて、最早
その優れたばね特性を発現し得なくなるのである加えて
、従来からのコイルばねは金属製であるが故に、錆が発
生しやすく、また耐摩耗性にも劣るものであり、更には
磁場の影響を受けて磁化され易く、そのような環境下に
おける使用に制限を受ける等といった問題があった。

（解決手段） かかる状況下、本発明者等は、耐熱性、耐摩耗性、耐蝕
性等に優れたセラミックス材料からコイルばねを製造す
る技術について、種々検討を重ねた結果、かかるセラミ
ックス材料からなるコイルばねの有利な製造手法を見い
出し、本発明を完成するに至ったのである。

すなわち、本発明は、高温下においても優れたばね特性
を有すると共に、高硬度、耐摩耗性、耐蝕性、非磁化性
等の優れた特徴を有するセラミックス製コイルばねを、
効果的に製造し得る手法を提供するものであって、その
特徴とするところは、セラミックス粉末原料１００重量
部あたり、１〜１０重量部のメチルセルロース、１〜１
０１１Ｂの界面活性剤及び１〜１５重量部の多価アルコ
ールを加え、更にａｍの水を加えて均一に混練せしめ、
粘土様の混練物を調製した後、かかる混練物を所定のノ
ズルから押し出して、線状素材を形成せしめ、更にその
後かかる線状素材を、コイル状に巻線加工した状態下に
おいて、所定の焼成を行なうようにしたことにある。

コノヨうに、本発明にあっては、コイルばねの基材とな
るセラミックス粉末原料に対して、所定量のメチルセル
ロース、界面活性剤、多価アルコールを加えて、水と共
に混練せしめて、押出成形用の混練物を調製することに
より、ばね素材としての線状素材の押出成形を有利に行
ない、そしてコイル形状への成形加工を容易ならしめ、
以て目的とするコイルばねの製造を有利に行ない得るよ
うにしたのである。

ここにおいて、本発明でばね基材として用いられるセラ
ミックス粉末原料としては、焼成によって、目的とする
強度、靭性を与える公知のセラミックスが適宜に選択さ
れることとなるが、一般に高強度、高靭性のセラミック
スコイルばねを与えるＺｒＯ，−Ｙ、Ｏ，系等の部分安
定化ジルコニア磁器材料、９０〜９８％のＡｌｚＯｘを
含むアルミナ磁器材料、更にはＺ　ｒ　Ｏｘ　　ＹｔＯ
ｚ　　Ａ　ｉ　ｚｏｚ系磁器材料などが好適に用いられ
ることとなる。

なお、ジルコニア、ジルコニア−アルミナ系の材料にあ
っては、特に高強度、高靭性の物性をコイルばねに与え
、またアルミナ材料は、原料がジルコニアに比べて安価
であること、コイルばねに作りやすいこと、強度などが
比較的強いことなどの特徴を有している。

そして、このようなセラミックス粉末原料に対して、本
発明にあっては、その１００重量部あたり、１〜１０重
量部のメチルセルロース、１〜１０重量部の界面活性剤
及び１〜１５重量部の多価アルコールが配合せしめられ
ることとなる。なおこれら配合成分の中で、メチルセル
ロースは、粘結剤として機能するものであり、その配合
量が余りにも少ないと、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
の配合量が余りにも多くなると、ノズルがらの押出成形
が困難となるなどの問題を発生せしめる。

それ故、かかるメチルセルロースの配合量としては、１
〜１０重景部、好ましくは３〜７重量部の　　　　　　
　・割合が用いられることとなる。

また、第二、第三の配合成分たる界面活性剤及び多価ア
ルコールは、共に可塑剤として機能するものではあるが
、その単独では充分な効果を奏し得す、それらの併用に
よって優れた効果を発揮するものである。そして、それ
らの配合によって、押出成形して得られた線状素材に有
効な柔軟性を与え、後の巻線加工、換言すればコイル形
状への成形加工を可能と為すものである。

ところで、かかる界面活性剤としては、ノニオン系、ア
ニオン系、カチオン系等の各種の界面活性剤を用いるこ
とができるが、一般に、アルキルポリオキシエチレンエ
ーテル、アルキルカルボニルオキシポリオキシエチレン
、フルキル゛２エニルポリオキシエチレンエーテル、脂
肪酸多価アルコールエステル、脂肪酸多価アルコールポ
リオキシエチレン、脂肪酸ショ糖エステル等のノニオン
系界面活性剤が用いられ、特にポリオキシエチレン脂肪
酸エステルが好適に用いられることとなる。

また、多価アルコールとしては、エチレングリコール、
プロピレングリコール、グリセリン等があるが、特に本
発明にあっては、グリセリンが好適に用いられるもので
ある。

そして、かかる界面活性剤は、その配合量が余りにも少
ないと混練物の粘性が高くなり、押出が困難となる問題
を惹起し、またその配合量が余りにも多過ぎると、混練
物の粘結性が低下するようになるところから、１〜１０
重量部、好ましくは３〜７重量部の範囲において配合せ
しめられることとなる。また、多価アルコールにあって
も、その配合量が少な過ぎると、押出成形された線状素
材の柔軟性が悪化する問題を惹起し、又、多過ぎると、
押し出された線状素材の乾燥が困難となり、その乾燥操
作を面倒にするところから、１〜１５重量部、好ましく
は５〜１０重量部の範囲において配合せしめられる。

さらに、上記の如きメチルセルロース、界面活性剤、多
価アルコールとともに、必要に応じて、ステアリン酸エ
マルジョンの如き潤滑剤や他の助剤が配合せしめられる
こととなる。なお、潤滑剤の配合は、セラミックス粉末
の混練物の押出操作を有利に行なわしめるものであり、
良好な線状素材を得る上において、その配合は好ましい
ものである。

また、これら配合成分と共に、適量の水がセラミックス
粉末原料に加えられ、そして均一に混練せしめられて、
押出成形に適した粘土様の混練物が調製されるのである
。なお、水の添加量は、押出成形することのできる混練
物を与えるように、適宜の割合において設定されること
となるが、一般に、針入度が８から１４の値となる粘度
を有するような混練物とされることとなる。

そして、このように調製された混練物は、目的とするコ
イルばねの線径を与えるノズル孔を有するノズルから押
し出され、所定の線状素材が連続的に形成せしめられる
こととなる。

そして、更に、かかる押出成形された線状素材は、所定
の水分率まで乾燥せしめられた後、コイル形状を付与す
るために芯材等の回りに通常の手法に従って巻線加工せ
しめられ、更にその状態下において、それぞれのセラミ
ックス粉末原料に従う焼成操作、一般には仮焼成と本焼
成が施され、以て目的とするセラミックス・コイルばね
が形成せしめられるのである。

（発明の効果） かくの如き本発明手法によれば、高温下においてもヘタ
リが少なく、優れたばね特性を示すと共に、高硬度、耐
摩耗性、耐蝕性、更には非磁化性等の優れた特徴を有す
るセラミックス製コイルばねが有利に製造され得ること
となり、その工業的な製造に大きく寄与せしめ得たので
あって、そこに、本発明の顕著な工業的意義が存するも
のである。

（実施例） 以下に、本発明を更に具体的に明らかにするために、本
発明の実施例を示すが、本発明がそのような実施例の記
載によって何等の制約をも受けるものでないことは言う
までもないところであり、また本発明が、それら実施例
の他にも、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、当
業者の知識に基づき種々なる変更、修正、改良等を加え
た形態において実施され得るものであることが、理解さ
れるべきである。なお、実施例中の部は、重量基準にて
示されるものである。

実施例　１ ３モル％のＹ２Ｏ，を含む部分安定化ジルコニア１００
部、メチルセルロース３部、ポリオキシエチレン脂肪酸
エステル３部、グリセリン１０部およびステアリン酸エ
マルジョン３部を、適量の水とともに、ニーダ−にて均
一な粘土状になるまで混練した。得られた混練物の針入
度（針度計：日本碍子株式会社製硬度計）は１０であっ
た。次いで、この混練を終えた粘土状の混練物を真空土
練機に通し、その後、真空押出機のノズル（ノズル穴＝
３Ｂφ）から押し出すことにより、丸紐状の線状素材を
押出成形した。

次いで、この押し出された紐状の線状素材を所定の°長
さに切断した後、水分率が３％以下となるまで低温乾燥
せしめた。更にその後、所定の芯棒の周りに螺旋状に巻
きつけ、従来と同様の焼成操作に従って、匣鉢内におい
て、３００℃／ｈ以下の昇温速度、常圧下において、１
３００℃〜１３５０℃で仮焼した後、芯棒を取り外し、
更に１４５０℃〜１５００℃の温度で本焼成を行なうこ
とにより、目的とするセラミックス・コイルばね（素線
径：１，８鶴、巻数：ｉｏ、ｓ、重ｉｔ：１４．２ｇ、
密度：６．ＯＯ）を得た。

かくして得られたセラミックス・コイルばねのばね定数
（ｋ）を測定したところ、ｋ＝０．０４８８であり、よ
ってＧ＝８３００ｋｇｆ／１−２となった。また、密着
時の剪断応力（τ）は１３．５１ｋｇ／ｌｕ″であった
。

実施例　２ ９８％のＡｌ２Ｏ２を　含むアルミナ粉末ｌ。

０部、メチルセルロース７部、ポリオキシエチレンノニ
ルフェニルエーテル６部、グリセリン６部、及びステア
リン酸エマルジョン６部を、適量の水の存在下において
、ニーグーにて均一に混練せしめ、針入度（日本碍子株
式会社製硬度計）が１０である粘土状の混練物を得た。

次いで、この均一な混練物を用いて、実施例１と同様に
して押出成形し、丸紐状の線状素材を作製し、その後所
定の乾燥を施した。そして、この乾燥された線状素材を
用いて、これをコイル状に巻線加工した後、仮焼成（１
３００℃〜１３５０℃）、本焼成（１５５（１〜１６０
０”Ｃ）を行なうことにより、高温下でのへクリ率の小
さな、従って、高温下でも優れたばね特性を発揮し得る
アルミナセラミックス・コイルばねを得た。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）セラミックス粉末原料１００重量部あたり、１〜
   １０重量部のメチルセルロース、１〜１０重量部の界面
   活性剤及び１〜１５重量部の多価アルコールを加え、更
   に適量の水を加えて均一に混練せしめ、粘土様の混練物
   を調製した後、かかる混練物を所定のノズルから押し出
   して、線状素材を形成せしめ、更にその後かかる線状素
   材を、コイル状に巻線加工した状態下において、所定の
   焼成を行なうことを特徴とするセラミックス・コイルば
   ねの製造法。
2. （２）前記セラミックス粉末原料が、アルミナ磁器材料
   または部分安定化ジルコニア磁器材料或いはそれらの混
   合磁器材料である特許請求の範囲第１項記載の製造法。
3. （３）前記多価アルコールが、グリセリンである特許請
   求の範囲第１項又は第２項記載の製造法。
4. （４）前記界面活性剤が、ポリオキシエチレン脂肪酸エ
   ステルである特許請求の範囲第１項乃至第３項の何れか
   に記載の製造法。