JPH07237965A - セラミックス製ガイド部材及びその製造方法 - Google Patents
セラミックス製ガイド部材及びその製造方法Info
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- JPH07237965A JPH07237965A JP6029870A JP2987094A JPH07237965A JP H07237965 A JPH07237965 A JP H07237965A JP 6029870 A JP6029870 A JP 6029870A JP 2987094 A JP2987094 A JP 2987094A JP H07237965 A JPH07237965 A JP H07237965A
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Abstract
(57)【要約】
【構成】Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒから選ばれる少なくとも一種の
金属の酸化物を０．０５〜０．８重量％と、不純物０．
１％以下と、残部がＡｌ2 Ｏ3 から成り、平均結晶粒子
径が５μｍ以下の焼結体から成るセラミックス製ガイド
部材。 【効果】アルミナ本来の高硬度、高耐食性を低下させず
に、高い強度、および優れた耐摩耗、摩擦特性を有する
ガイド部材を得ることができる。
金属の酸化物を０．０５〜０．８重量％と、不純物０．
１％以下と、残部がＡｌ2 Ｏ3 から成り、平均結晶粒子
径が５μｍ以下の焼結体から成るセラミックス製ガイド
部材。 【効果】アルミナ本来の高硬度、高耐食性を低下させず
に、高い強度、および優れた耐摩耗、摩擦特性を有する
ガイド部材を得ることができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば繊維機械用摺動
部材、釣具用の糸道、あるいは磁気テープガイドなどと
して使用するセラミックス製ガイド部材に関するもので
ある。
部材、釣具用の糸道、あるいは磁気テープガイドなどと
して使用するセラミックス製ガイド部材に関するもので
ある。
【０００２】
【従来技術】従来のガイド部材は、硬質クロムメッキを
施した炭素鋼で作られたものが多くみられた。しかしな
がら、その様なガイドは硬度が低く、硬質物質との接触
によりメッキが剥がれ、極めて著しい摩耗を生じたり、
錆等の腐食の問題があった。その結果、寿命が短いだけ
でなく、ガイド部材の摩耗のため繊維や釣糸にダメージ
を与えるという不都合があった。
施した炭素鋼で作られたものが多くみられた。しかしな
がら、その様なガイドは硬度が低く、硬質物質との接触
によりメッキが剥がれ、極めて著しい摩耗を生じたり、
錆等の腐食の問題があった。その結果、寿命が短いだけ
でなく、ガイド部材の摩耗のため繊維や釣糸にダメージ
を与えるという不都合があった。
【０００３】そこで、近年ではアルミナ、ジルコニア、
炭化珪素等のセラミックス製のガイド部材が用いられて
いる。これらのセラミックスは耐摩耗性、耐食性に優れ
るため、錆びる心配がなく長期間良好に使用することが
できる。例えば、特公昭６３−４１５３２号公報には高
強度の部分安定化ジルコニアセラミックスを釣糸ガイド
に用いることが示されている。
炭化珪素等のセラミックス製のガイド部材が用いられて
いる。これらのセラミックスは耐摩耗性、耐食性に優れ
るため、錆びる心配がなく長期間良好に使用することが
できる。例えば、特公昭６３−４１５３２号公報には高
強度の部分安定化ジルコニアセラミックスを釣糸ガイド
に用いることが示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のアルミ
ナセラミックス製ガイド部材は、主成分であるＡｌ2 Ｏ
3 に焼結助剤としてＳｉＯ2 、ＭｇＯ、ＣａＯ等を添加
したものであり、強度が３０〜４０ｋｇ／ｍｍ2 程度と
やや低かった。そのため、例えば釣具用糸道として用い
た場合、割れや欠けが生じやすい等の問題点があった。
ナセラミックス製ガイド部材は、主成分であるＡｌ2 Ｏ
3 に焼結助剤としてＳｉＯ2 、ＭｇＯ、ＣａＯ等を添加
したものであり、強度が３０〜４０ｋｇ／ｍｍ2 程度と
やや低かった。そのため、例えば釣具用糸道として用い
た場合、割れや欠けが生じやすい等の問題点があった。
【０００５】またジルコニアセラミックスの場合は、硬
度がやや低く、砂や潤滑剤等に含まれるシリカ（Ｓｉ
Ｏ，ＳｉＯ2 ）等と同程度であるため、案内面にキズが
生じやすく糸にダメージを与えてしまう恐れがあった。
度がやや低く、砂や潤滑剤等に含まれるシリカ（Ｓｉ
Ｏ，ＳｉＯ2 ）等と同程度であるため、案内面にキズが
生じやすく糸にダメージを与えてしまう恐れがあった。
【０００６】さらに、炭化ケイ素セラミックスでは化学
的安定性に欠けるため、表面層からシリカ等に異種変化
するトライボケミカル的影響の作用で摩耗が比較的大き
かった。
的安定性に欠けるため、表面層からシリカ等に異種変化
するトライボケミカル的影響の作用で摩耗が比較的大き
かった。
【０００７】以上の様に、従来のセラミックス製ガイド
部材は全ての条件を満足するものではなかった。そこで
本発明は、以上の問題を解決し、極めて高い耐摩耗性を
有する耐久性に優れたセラミックス製ガイド部材を提供
することにある。
部材は全ての条件を満足するものではなかった。そこで
本発明は、以上の問題を解決し、極めて高い耐摩耗性を
有する耐久性に優れたセラミックス製ガイド部材を提供
することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記の問題
点について検討を重ねた結果、Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒから選ば
れる少なくとも一種の金属の酸化物を０．０５〜０．８
重量％と、不純物０．１％以下と、残部がＡｌ2 Ｏ3 か
ら成り、平均結晶粒子径が５μｍ以下の焼結体によりセ
ラミックス製ガイド部材を構成すれば良いことを見出し
た。
点について検討を重ねた結果、Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒから選ば
れる少なくとも一種の金属の酸化物を０．０５〜０．８
重量％と、不純物０．１％以下と、残部がＡｌ2 Ｏ3 か
ら成り、平均結晶粒子径が５μｍ以下の焼結体によりセ
ラミックス製ガイド部材を構成すれば良いことを見出し
た。
【０００９】つまり、本発明のセラミックス製ガイド部
材は、Ａｌ2 Ｏ3 を主成分とするが、Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒか
ら選ばれる少なくとも一種の金属の酸化物を０．０５〜
０．８重量％含有させ、かつこれら以外の不純物の含有
量を０．１重量％以下とすることにより、強度、耐摩耗
性を高め、かつ低摩擦特性とできるのである。
材は、Ａｌ2 Ｏ3 を主成分とするが、Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒか
ら選ばれる少なくとも一種の金属の酸化物を０．０５〜
０．８重量％含有させ、かつこれら以外の不純物の含有
量を０．１重量％以下とすることにより、強度、耐摩耗
性を高め、かつ低摩擦特性とできるのである。
【００１０】。
【００１１】つまりα型のＡｌ2 Ｏ3 と同型の結晶構造
（Ｍ2 Ｏ3 型）をもつＴｉ，Ｖ，Ｃｒの酸化物を微量添
加すれば、これらの酸化物はＡｌ2 Ｏ3 分子と容易に固
溶置換反応し、粒子間結合距離を短縮変形させて結合力
を著しく強化することができ、その結果極めて高い耐摩
耗性、及び高い強度を得ることができるのである。ま
た、上記酸化物を添加することにより表面粒子形状が特
殊な凹凸面となり、これにより低摩擦特性が得られる。
（Ｍ2 Ｏ3 型）をもつＴｉ，Ｖ，Ｃｒの酸化物を微量添
加すれば、これらの酸化物はＡｌ2 Ｏ3 分子と容易に固
溶置換反応し、粒子間結合距離を短縮変形させて結合力
を著しく強化することができ、その結果極めて高い耐摩
耗性、及び高い強度を得ることができるのである。ま
た、上記酸化物を添加することにより表面粒子形状が特
殊な凹凸面となり、これにより低摩擦特性が得られる。
【００１２】このような効果を奏するためには、Ｔｉ，
Ｖ，Ｃｒの酸化物を単独または複合して添加すれば良
く、その合計量を０．０５〜０．８重量％とすれば良
い。これは０．０５重量％よりも少ないと、上記のよう
な耐摩耗性、強度を高める効果に乏しく、一方０．８重
量％よりも多いと逆に強度、耐摩耗性が低下するためで
ある。なお、Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒの酸化物のうち特にＣｒの
酸化物を用いた場合が最も上記の効果が大きかった。
Ｖ，Ｃｒの酸化物を単独または複合して添加すれば良
く、その合計量を０．０５〜０．８重量％とすれば良
い。これは０．０５重量％よりも少ないと、上記のよう
な耐摩耗性、強度を高める効果に乏しく、一方０．８重
量％よりも多いと逆に強度、耐摩耗性が低下するためで
ある。なお、Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒの酸化物のうち特にＣｒの
酸化物を用いた場合が最も上記の効果が大きかった。
【００１３】また、本発明では上記Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒの酸
化物とＡｌ2 Ｏ3 以外の不純物を０．１重量％以下と極
めて少なくした点が重要である。つまり通常のアルミナ
セラミックスには焼結助剤として含まれているＳｉ
Ｏ2 、ＭｇＯ等の成分や、Ｎａ、Ｋ等のアルカリ成分等
の合計を０．１重量％以下と微量にすることによって、
焼結体の強度、耐摩耗性を高くできるのである。
化物とＡｌ2 Ｏ3 以外の不純物を０．１重量％以下と極
めて少なくした点が重要である。つまり通常のアルミナ
セラミックスには焼結助剤として含まれているＳｉ
Ｏ2 、ＭｇＯ等の成分や、Ｎａ、Ｋ等のアルカリ成分等
の合計を０．１重量％以下と微量にすることによって、
焼結体の強度、耐摩耗性を高くできるのである。
【００１４】さらに、本発明のセラミックス製ガイド部
材は、焼結体の平均結晶粒子径を５μｍ以下とすること
によって、強度、耐摩耗性を高くできる。
材は、焼結体の平均結晶粒子径を５μｍ以下とすること
によって、強度、耐摩耗性を高くできる。
【００１５】次に、本発明のセラミックス製ガイド部材
の製造方法を説明する。
の製造方法を説明する。
【００１６】まず、純度９９％以上、好ましくは純度９
９．９重量％以上の高純度で、平均粒径３μｍ以下のア
ルミナ粉末を用意する。ここで平均粒径３μｍ以下とし
たのは、３μｍ以上のものを使用すると焼結性が低下し
強度が低くなり、また粉末成形時の三重点欠陥が大きく
なる等の不具合が生じる為である。
９．９重量％以上の高純度で、平均粒径３μｍ以下のア
ルミナ粉末を用意する。ここで平均粒径３μｍ以下とし
たのは、３μｍ以上のものを使用すると焼結性が低下し
強度が低くなり、また粉末成形時の三重点欠陥が大きく
なる等の不具合が生じる為である。
【００１７】一方、Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒから選ばれる少なく
とも一種の金属の酸化物粉末は平均粒径５μｍ以下のも
のが好ましい。上記アルミナ原料に、これらの添加物粉
末を合計で０．０５〜０．８重量％だけ添加配合した原
料粉末を混合した後、パラフィンワックスを２〜４重量
％添加造粒する。得られた原料を公知の方法で所定形状
に粉末成形した後、大気雰囲気もしくは真空中にて１４
００〜１７００℃にて加熱焼結すれば本発明のセラミッ
クス製ガイド部材を得ることができる。
とも一種の金属の酸化物粉末は平均粒径５μｍ以下のも
のが好ましい。上記アルミナ原料に、これらの添加物粉
末を合計で０．０５〜０．８重量％だけ添加配合した原
料粉末を混合した後、パラフィンワックスを２〜４重量
％添加造粒する。得られた原料を公知の方法で所定形状
に粉末成形した後、大気雰囲気もしくは真空中にて１４
００〜１７００℃にて加熱焼結すれば本発明のセラミッ
クス製ガイド部材を得ることができる。
【００１８】
【実施例】以下、本発明実施例を説明する。
【００１９】高純度アルミナ粉末に、さまざまな量比で
添加物を配合し１５時間混合粉砕した。これを乾燥後、
パラフィンワックスを４重量％添加し、１．０ｔｏｎ／
ｃｍ2 の圧力で加圧成形したものを大気雰囲気にて１５
００℃で１時間焼成した。
添加物を配合し１５時間混合粉砕した。これを乾燥後、
パラフィンワックスを４重量％添加し、１．０ｔｏｎ／
ｃｍ2 の圧力で加圧成形したものを大気雰囲気にて１５
００℃で１時間焼成した。
【００２０】得られた焼結体を粉砕して、ＩＣＰ（発光
分光定量分析装置）により定量分析して得られた値を全
て酸化物換算としたものを焼結体組成とした。又、得ら
れた焼結体の表面を研削した後、抗折強度を測定した。
また、鏡面研磨した後、ビッカース硬度、摩擦係数の測
定および耐摩耗性の評価を行った。
分光定量分析装置）により定量分析して得られた値を全
て酸化物換算としたものを焼結体組成とした。又、得ら
れた焼結体の表面を研削した後、抗折強度を測定した。
また、鏡面研磨した後、ビッカース硬度、摩擦係数の測
定および耐摩耗性の評価を行った。
【００２１】抗折強度はＪＩＳＲ１６０１の３点曲げ試
験法に従い、ビッカース硬度の測定はＪＩＳＺ２２４４
試験法に従った。
験法に従い、ビッカース硬度の測定はＪＩＳＺ２２４４
試験法に従った。
【００２２】摩擦係数（μ）の測定は図１に示すよう
に、焼結体を直径５ｍｍの円柱体として表面粗さ（Ｒ
ａ）を０．３〜０．５μｍとし、各試料に対して、太さ
７５ｄのポリエステル糸を接触角θが９０°となるよう
に接触させ、この糸を１００ｍ／分で摺動させて、試料
の前の張力Ｔ１を２０ｇｆとした時の試料の後での張力
Ｔ２を測定し、数１のアモントンの法則式から算出し
た。
に、焼結体を直径５ｍｍの円柱体として表面粗さ（Ｒ
ａ）を０．３〜０．５μｍとし、各試料に対して、太さ
７５ｄのポリエステル糸を接触角θが９０°となるよう
に接触させ、この糸を１００ｍ／分で摺動させて、試料
の前の張力Ｔ１を２０ｇｆとした時の試料の後での張力
Ｔ２を測定し、数１のアモントンの法則式から算出し
た。
【００２３】
【数１】
【００２４】又、耐摩耗性の評価は図２に示すように、
リング状とした各試料にナイロンテグス３号の糸を接触
させ、１ｋｇの荷重を加えて摺動面に海水を垂らしなが
ら、この糸を３００ｍｍのストロークで、２秒間に１往
復の速度で１万回往復させた。その後、各試料の摺動部
を２０倍程度の双眼顕微鏡で観察し、摩耗痕跡が確認で
きないものは○とし、摩耗痕跡は確認できるが深さが１
μｍ以下のものは□とし、深さが１μｍ〜３μｍのもの
は△とし、深さが３μｍ以上のものは×として表した。
リング状とした各試料にナイロンテグス３号の糸を接触
させ、１ｋｇの荷重を加えて摺動面に海水を垂らしなが
ら、この糸を３００ｍｍのストロークで、２秒間に１往
復の速度で１万回往復させた。その後、各試料の摺動部
を２０倍程度の双眼顕微鏡で観察し、摩耗痕跡が確認で
きないものは○とし、摩耗痕跡は確認できるが深さが１
μｍ以下のものは□とし、深さが１μｍ〜３μｍのもの
は△とし、深さが３μｍ以上のものは×として表した。
【００２５】これらの結果は表１に示す通りである。
【００２６】
【表１】
【００２７】この結果より、炭化珪素質セラミックスか
らなるもの（Ｎｏ．１）やジルコニアセラミックスから
なるもの（Ｎｏ．２）はいずれも耐摩耗性が悪く、摩擦
係数も大きかった。また、本発明の組成のアルミナセラ
ミックスでも、添加物の量が０．８重量％より多いもの
（Ｎｏ．３、４）は強度が５０ｋｇ／ｍｍ2 未満と低く
耐摩耗性も悪かった。さらに、添加成分として、本発明
とは異なる成分を用いたもの（Ｎｏ．７）は強度、耐摩
耗性が低かった。
らなるもの（Ｎｏ．１）やジルコニアセラミックスから
なるもの（Ｎｏ．２）はいずれも耐摩耗性が悪く、摩擦
係数も大きかった。また、本発明の組成のアルミナセラ
ミックスでも、添加物の量が０．８重量％より多いもの
（Ｎｏ．３、４）は強度が５０ｋｇ／ｍｍ2 未満と低く
耐摩耗性も悪かった。さらに、添加成分として、本発明
とは異なる成分を用いたもの（Ｎｏ．７）は強度、耐摩
耗性が低かった。
【００２８】また、サファイアを用いたもの（Ｎｏ．１
０）は、強度、耐摩耗性は優れているが、単結晶体であ
り表面に適度な凹凸が存在しないことから、摩擦係数が
大きかった。
０）は、強度、耐摩耗性は優れているが、単結晶体であ
り表面に適度な凹凸が存在しないことから、摩擦係数が
大きかった。
【００２９】これらに対し、本発明の範囲内のもの（Ｎ
ｏ．５、６、８、９）は、いずれも強度が５０ｋｇ／ｍ
ｍ2 以上、ビッカース硬度１７００ｋｇ／ｍｍ2 以上で
あり、耐摩耗性も高く、摩擦係数も０．３以下と低く、
優れた結果であった。
ｏ．５、６、８、９）は、いずれも強度が５０ｋｇ／ｍ
ｍ2 以上、ビッカース硬度１７００ｋｇ／ｍｍ2 以上で
あり、耐摩耗性も高く、摩擦係数も０．３以下と低く、
優れた結果であった。
【００３０】なお、本発明のセラミックス製ガイド部材
は各種用途に用いることができる。例えば、釣糸用の糸
道や各種繊維機械用糸道、あるいは磁気テープのガイド
やその他の線状体のガイドとして用いることができる。
は各種用途に用いることができる。例えば、釣糸用の糸
道や各種繊維機械用糸道、あるいは磁気テープのガイド
やその他の線状体のガイドとして用いることができる。
【００３１】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、Ｔｉ，
Ｖ，Ｃｒから選ばれる少なくとも一種の金属の酸化物を
０．０５〜０．８重量％と、不純物０．１％以下と、残
部がＡｌ2 Ｏ3 から成り、平均結晶粒子径が５μｍ以下
の焼結体によりセラミックス製ガイド部材を構成したこ
とによって、アルミナ本来の高硬度、高耐食性を低下さ
せずに、充分に高い強度、および優れた耐摩耗、摩擦特
性を有することができる。この結果、長期に渡り腐食や
キズ、摩耗が発生しないセラミックス製ガイド部材を得
ることができ、各種用途に好適に用いることができる。
Ｖ，Ｃｒから選ばれる少なくとも一種の金属の酸化物を
０．０５〜０．８重量％と、不純物０．１％以下と、残
部がＡｌ2 Ｏ3 から成り、平均結晶粒子径が５μｍ以下
の焼結体によりセラミックス製ガイド部材を構成したこ
とによって、アルミナ本来の高硬度、高耐食性を低下さ
せずに、充分に高い強度、および優れた耐摩耗、摩擦特
性を有することができる。この結果、長期に渡り腐食や
キズ、摩耗が発生しないセラミックス製ガイド部材を得
ることができ、各種用途に好適に用いることができる。
【図１】本発明のセラミックス製ガイド部材における、
繊維との摩擦係数の測定方法を説明するための図であ
る。
繊維との摩擦係数の測定方法を説明するための図であ
る。
【図２】本発明のセラミックス製ガイド部材における、
耐摩耗性を評価する試験方法を説明するための図であ
る。
耐摩耗性を評価する試験方法を説明するための図であ
る。
Claims (3)
- 【請求項１】Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒから選ばれる少なくとも一
種の金属の酸化物を０．０５〜０．８重量％と、不純物
０．１重量％以下と、残部がＡｌ2 Ｏ3 から成り、平均
結晶粒子径が５μｍ以下の焼結体から成るセラミックス
製ガイド部材。 - 【請求項２】曲げ強度が５０ｋｇ／ｍｍ2 以上で、ビッ
カース硬度が１７００ｋｇ／ｍｍ2 以上であることを特
徴とする請求項１記載のセラミックス製ガイド部材。 - 【請求項３】平均粒径３μｍ以下の高純度アルミナ粉末
に、Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒから選ばれる少なくとも一種の金属
の酸化物粉末を０．０５〜０．８重量％添加混合した原
料を所定形状に成形した後、大気雰囲気または真空中で
１４００〜１７００℃で焼成する工程からなるセラミッ
クス製ガイド部材の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02987094A JP3559303B2 (ja) | 1994-02-28 | 1994-02-28 | セラミックス製ガイド部材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02987094A JP3559303B2 (ja) | 1994-02-28 | 1994-02-28 | セラミックス製ガイド部材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07237965A true JPH07237965A (ja) | 1995-09-12 |
| JP3559303B2 JP3559303B2 (ja) | 2004-09-02 |
Family
ID=12288015
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02987094A Expired - Fee Related JP3559303B2 (ja) | 1994-02-28 | 1994-02-28 | セラミックス製ガイド部材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3559303B2 (ja) |
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-
1994
- 1994-02-28 JP JP02987094A patent/JP3559303B2/ja not_active Expired - Fee Related
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