JPS62157782A

JPS62157782A - セラミツクス製スパナ

Info

Publication number: JPS62157782A
Application number: JP60298089A
Authority: JP
Inventors: 安高　亮介; ▲吉▼野　啓; 泰造谷口; 耕一奥村
Original assignee: Taiko Refractories Co Ltd; Nippon Tungsten Co Ltd
Current assignee: Taiko Refractories Co Ltd; Nippon Tungsten Co Ltd
Priority date: 1985-12-28
Filing date: 1985-12-28
Publication date: 1987-07-13
Anticipated expiration: 2010-04-19
Also published as: JPH0735024B2

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、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〕従来からナツトの締付は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１ｍ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、少なくと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ド変態、即ちマ
イクロクラックが発生することにが存在すれば、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ンクが起゛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１
０．０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、ＹｚＣ１＋。

Ｃａｂ、ＭｇＯ，Ｃｅ０ｚ等の安定化剤を従来のものよ
り幾分多く固溶したもの、特にＹｔＯｉ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，ＣａＯにおいては６〜１２
モル％、ＣｅＯ□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１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
，に、Ｍ２Ｏ３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、Ｃｒｚ　０３　、　Ｙｚ　Ｏｓ　、　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。

Ａ１２０ｘをＺｒ０ｚ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ＡＩｚ
Ｃｈ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
ィ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。

かかるウィスカーとしては窒化珪素ウィスカーが好まし
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
ィ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
。

上記各ウィスカーの添加量が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、合金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、エツジ部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
６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、スパナ先端エツジ部３の先
端７の形状はＩＲ〜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、エツジ内部隅４はなるべく
大きなＲをもたせた方がより、２ＲからＩＯＲ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（Ｓｌ）の比およ
び厚さをＪＩＳ（８４６３０）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（Ｓｌ）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、スラリ化或いはベレット化し、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１３５０〜１４６０℃、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℃３１５０　ｋｇ／ａＡ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通する。

〔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酸化イツトリウムで部分安定化した純度９９．９％以上
、平均粒子径０６３μｍ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々゛１０
重併部　黒面・沃件預１Ｏ−５雷署１Ｒ乃び純水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４
０℃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℃／ｗ
ｉｎで１４７０′ｃ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１４６０℃、１
８００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の物性的特性及び電気的特
性を第１表に示す。

実施例２酸化イツ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０．４　μｍ
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、可塑剤とじてフタル酸
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’Ｃ±５℃に設定したニーダ−に
投入し、３０分間加熱混練した後、ニーダーから取出し
てベレタイザで粗粉化した。次いで、このベレットを１
４０℃±２℃に設定された２軸押用機に投入し、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’Ｃ，射出圧力
Ｔｏｏ　ｋｇ　／　ＣＩｌ！　、金型温度４０”ｃ、保
圧と冷却を３０秒として射出成形した。次いで、加圧下
５ｏｏ℃、昇温速度１０℃／ｈｒで脱脂後、酸化雰囲気
中１４５０’ｃ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
気圧以上テＩＩＩＰ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。

第　　　１　　　表 ※　Ｍ化率は次式で算出したものである。

Ｍ＝　（（Ｅ＋Ｆ）／（Ｄ＋Ｆ＋Ｆ））　Ｘ１００ただ
しＤ：正方晶酸化ジルコニウム１１１面の回折強度Ｅ：
単斜晶酸化ジルコニウム１１１面の回折強度Ｆ：単斜晶
酸化ジルコニウム１１１面の回折強度実施例３酸化イツ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０．５　μｍの
酸化アル迅ニウム粉末１５．６重量％および純度９９．
０％以上の窒化珪素ウィスカー粉体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
化珪素ウィ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２００ｋｉｒ
　／　ｃｏｔ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５よ、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。特許出願人　日本タングステン　株式会社（ほか１名）

Claims

【特許請求の範囲】

１、少なくとも頭部を部分安定化ＺｒＯ＿２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。