JPH0675858B2 - セラミツクス球体の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明はボールベアリング等に用いられるセラミックス
球体の製造方法に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

ボールベアリング等のボールは耐摩耗性等の機械的特性
が優れていることが要求されるため、その材料としてセ
ラミックスを用いることが注目されている。こうしたセ
ラミックス球体は従来、（ａ）転動造粒法、（ｂ）攪拌
造粒法、（ｃ）機械プレス法、（ｄ）アイソスタティッ
クプレス法、（ｅ）ダンゴジメ法等により製造されてい
る。

（ａ）の転動造粒法又は（ｂ）の攪拌造粒法はセラミッ
クスの粉体を転動又は攪拌しながら、水や有機溶媒、結
合剤、その他可塑剤等の添加物を添加し、球状に成形す
るものである。しかし、これらの方法では球体内で密度
が不均一となる傾向があり、耐摩耗性を向上させること
が困難である。

（ｃ）の機械プレス法は、加圧方向が一方向であるの
で、球体の成形には本質的に適しておらず、シリンダー
状又はたわら状の成形体に適用されるに留まっている。
また、やはり成形体内で密度が不均一となるという問題
がある。

（ｄ）のアイソスタティック法は、球状成形体を均一な
密度で成形するのに有効な方法である。しかし、球状の
型にセラミックスの粉体を充填するのに時間がかかるた
め、生産性が低い。

（ｅ）のダンゴジメ法は、粘土を含むようなセラミック
スについては従来から使用されているが、ファインセラ
ミックスの成形法としてはまだ確立されていない。

〔発明の目的〕

本発明は上記事情を考慮してなされたものであり、生産
性を低下させることなく、低コストで密度の均一なセラ
ミックス球体を製造し得る方法を提供しようとするもの
である。

〔発明の概要〕

本発明のセラミックス球体の製造方法は、セラミックス
粉体、液体及び結合剤を転動又は攪拌させて球体を形成
する工程と、この球体を乾燥する工程と、この球体表面
に乾燥状態を維持するための保護膜を形成する工程と、
アイソスタティックプレスにより加圧成形を行なう工程
と、得られた成形体を焼成する工程とを具備したことを
特徴とするものである。

このような方法によれば、転動造粒法又は攪拌造粒法の
量産性を生かすとともに、アイソスタティック法を用い
ることにより成形密度の均一性の高いセラミックス球体
を得ることができる。この結果、耐摩耗性等に優れたセ
ラミックス球体を低コストで得ることができる。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を説明する。

実施例１ まず、比表面積５m²/gのイットリア部分安定化ジルコニ
ア粉100重量部と、ポリビニルアルコールの５％水溶液3
0重量部とを予め混合した後、転動造粒機を用いて、直
径がそれぞれ2.5mm、6.3mm、12.5mmの３種の球体に造粒
した。次に、この球体を乾燥し、球体中の残留水分を0.
5％に調整した。つづいて、市販のゴムノリを灯油で３
倍に希釈したものを用意し、前記球体に吹きかけなが
ら、転動乾燥を行ない、球体の表面に約0.1mmのゴム膜
を形成させた。

次いで、得られた球体をそれぞれ２つのグループに分
け、一方のグループ（実施例）については湿式のアイソ
スタティックプレスを用いて、２トン／cm²の圧力で加
圧した。この成形により球体の直径はそれぞれ2mm、5m
m、10mm程度まで圧縮された。他方のグループ（比較
例）についてはアイソスタティックプレスによる加圧を
行なわなかった。

次いで、各球体をアルミナ製匣鉢の中に入れ、空気中、
1500℃で２時間焼成を行なった。この結果、実施例の球
体の直径はそれぞれ1.4mm、3.6mm、7.1mmとなった。ま
た、比較例の球体の直径はそれぞれ1.6mm、3.9mm、7.8m
mとなった。

以上のようにして得られたジルコニア球体をポリビン中
に投入して一昼夜空ずりを行ない、表面を滑らかにし
た。その後、ポットミル中に投入して時間と摩耗率との
関係を調べ、耐摩耗テストを行なった。この結果を図に
示す。

図から明らかなように、実施例の方法により得られたジ
ルコニア球体と、転動のみを行ない、アイソスタティッ
クプレスによる加圧を行なわなかった比較例のジルコニ
ア球体とを比較すると、同一時間では比較例の方が摩耗
率がはるかに大きくなっている。これは、比較例の方法
ではアイソスタティックプレスによる加圧を行なってい
ないため、球体中の密度が不均一となっていることによ
ると考えられる。

また、直径7.8mmの焼成ジルコニア球体100kgを製造する
のに従来のアイソスタティックプレス法では10.25時間
の労務が必要であったのに対し、本発明方法ではわずか
に1.5時間の労務を要するだけとなり、大幅に生産性を
向上することができた。

実施例２ まず、比表面積25m²/g、純度99.99％のアルミナ粉100重
量部を転動造粒機に投入し、回転させながら、予め0.5
重量部の硫酸マグネシウムを50重量部のポリエチレンオ
キサイド10％水溶液に溶解させた溶液を吹きかけ、直径
8mmの球体に造粒した。次に、この球体を乾燥し、水分
を除去した。つづいて、ポリビニルブチラールをメチル
エチルケトンに溶解したものを用意し、前記球体に吹き
かけながら、転動乾燥を行ない、球体の表面に約0.05mm
のポリビニルブチラール膜を形成させた。

次いで、この球体を20メッシュの網で製作した袋に入
れ、アイソスタティックプレスを用いて1.5トン／cm²の
圧力で加圧した。この加圧により球体の直径は5.5mmと
なった。つづいて、この球体と比較のためアイソスタテ
ィックプレスで加圧していない球体とをアルミナ匣鉢に
入れ、空気中、1450℃で２時間焼成し、アルミナ球体を
得た。

得られたアルミナ球体の密度は3.95g/cm³であり、ビッ
カース硬度は荷重5kgにて1600kgf/mm²であった。一方、
アイソスタティックプレスを行なわずに焼成した球体の
密度は3.58g/cm³であり、ビッカース硬度は荷重5kgにて
1080kgf/mm²であった。

次に、これら２種類のアルミナ球体を直径4mmに研摩
し、スラスト軸受にそれぞれ10個づつはめこみ、接触応
力200kgf/mm²、毎分600回転でころがり耐久試験を行な
った。その結果、アイスタティックプレスを行なわなか
った球体では26時間経過した時点で表面にかけが発生し
たのに対し、本発明方法により得られたアルミナ球体は
100時間経過しても何ら変化が認められなかった。

なお、上記実施例ではジルコニア及びアルミナの球体を
製造する場合について説明したが、本発明方法はこれに
限らず窒化珪素や炭化珪素等の非酸化物、あるいはムラ
イト、スピネル、コージュライトのような複合酸化物に
も同様に適用できることは勿論である。

また、セラミックス粉体と転動造粒に用いる液体との組
合せについては、例えばβ−アルミナやマグネシアのよ
うに水をきらうセラミックス粉体を使用する場合にはア
セトンやトルエン等の有機溶媒とし、結合剤もそれに合
わせたものを用いればよい。

〔発明の効果〕

以上詳述した如く本発明によれば、高い生産性で密度の
均一性の高いセラミックス球体を製造することができ、
ひいては耐摩耗性が良好で長寿命のセラミックス製ベア
リング等を安価に製造できる等顕著な効果を奏するもの
である。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の実施例の方法及び比較例の方法によりそれ
ぞれ製造されたジルコニア球体の耐摩耗テストにおける
時間と摩耗率との関係を示す線図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野村 達生 千葉県東金市小沼田字戌開1573の８ 東芝 セラミツクス株式会社東金工場内 (56)参考文献 特公 昭55−16044（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】セラミックス粉体、液体及び結合剤を転動
   又は攪拌させて球体を形成する工程と、この球体を乾燥
   する工程と、この球体表面に乾燥状態を維持するための
   保護膜を形成する工程と、アイソスタティックプレスに
   より加圧成形する工程と、得られた成形体を焼成する工
   程とを具備したことを特徴とするセラミックス球体の製
   造方法。
2. 【請求項２】セラミックス粉体を転動もしくは攪拌しな
   がら液体及び結合剤を添加するか、又はセラミックス粉
   体に予め結合剤溶液を添加した後、転動もしくは攪拌す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のセラミ
   ックス球体の製造方法。