JPS63101519A - セラミツクス製転動体 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、セラミックス製転動体に係り、さらに詳しく
は耐圧強度に優れ、寿命のバラツキの少ないセラミック
ス製転動体に関する。

（従来の技術） 近年、ベアリングの転動体であるボールやローラーの材
質として、耐熱性や耐摩耗性に優れ、また軽くて剛性の
大きい窒化ケイ素焼結体等のセラミックス部材の使用が
試みられており、特に高温下で使用されるベアリング用
部材として期待されている。

このようなベアリング用のセラミックス部材としては、
通常の常圧焼結によるものでは内部のポアサイズが大き
く耐圧強度が不足するため、ホットプレス法により形成
したものが使用されている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながらホットプレス法によるセラミック８製の転
動体でも、５〜８μｍの内部ボアが点在しており、一般
にセラミックスの破壊強度がボア等の内部欠陥が大きく
なるほど弱くなるといわれている事からも、まだ不十分
であり、さらにホブトプレス法は１軸加圧のなめ得られ
る焼結体が配向性を持ち、このため機械的特性にたいし
て異方性を有するため、ある方向からの荷重に対して脆
いという欠点があり、寿命のバラツキが大きいという問
題があった。

またホットプレス法により転動体、例えばボールを形成
するには、ポットプレス法による成形体の形状が単純な
形に限定されているので、まず平板状に成形し、これを
棒状に切断し、さらに丸棒に加工した後、各々のボール
の近似形状まで加工してからバレル研磨等により最終形
状に仕上げている。このように、ホットプレス法による
セラミックス焼結体からの転動体の形成は、加工コスト
が大きくなり生産性が悪いという問題もあった。

そこで、最終形状の近似形状に成形でき加工コストの小
さい常圧焼結法によるセラミックス転動体で、ホットプ
レス法によるものと同等もしくはそれ以上の耐圧強度を
有するものが強く望まれていた。

本発明はこのような従来の問題を解決するためになされ
たもので、どのような方向からの荷重に対してもほぼ均
等な耐圧強度を有し、寿命のバラツキが少なく、さらに
加工コストの小さいセラミックス製転動体を提供するこ
とを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 本発明のセラミックス製転動体は、内部のポアサイズが
３μｍ以下で、かつ結晶組織が配向性を持たない窒化ゲ
イ素材からなることを特徴としている。

すなわち本発明のセラミックス製転動体は、セラミック
ス焼結体の製造プロセスのうち、常圧焼結と等方加圧焼
結（ＨＩＰ）の組合わせにおいて、各製造条件をコント
ロールすることにより得られ、例えば以下のようにして
製造することができる。

まず窒化ケイ素粉末に適量の焼結助剤を添加して混合粉
砕した後、例えばスプレードライヤー法により造粒する
。この造粒粉の粒径は５０〜１００μｍの範囲が好まし
く、１００μｍを越えると焼結後の内部の空隙が大きく
なってしまい、また５０μｍより小さくてもそれ以上の
効果は得られない。

次いで金型プレス法やラバープレス法等により転動体の
最終形状の近似形状に成形する。この成形体を脱脂後常
圧焼結し、次いで不活性ガス雰囲気、例えば窒素ガス雰
囲気中で等方加圧焼結処理を行い、処理体をバレル研磨
等の加工により最終形状に仕上げる。ここで等方加圧焼
結処理の温度条件としては、高いほど内部の空隙は小さ
くなるがあまり高いと表層部に異質層が生じ耐圧強度が
低下することがあり、またあまり低いとこの効果が不十
分なので、１５００℃〜１８００℃の範囲が好ましい。

また圧力は１０〜２０００ｋＯ／　ｃぜ、好ましくは３
００〜１０００ｋ（１／ｃぜの範囲である。

（作用） 本発明のセラミックス製転動体において、内部のポアサ
イズが３μｍ以下なので、耐圧強度に優れており、また
常圧焼結を用いているので得られた焼結体が配向性を持
たず、このため実質的に等方性を有しており、どのよう
な方向に対してもほぼ均等な耐圧強度を示す。

なお、ここで言う等方性とは、外圧に対する強度が方向
によって異ならないことである。

（実施例） 次に本発明の実施例について説明する。

実施例１ まず窒化ケイ素（Ｓｉ３　Ｎ　４　）粉末１００重呈部
に対して、焼結助剤として酸化イツトリウム５重量部と
酸化アルミニウム４重量部と窒化アルミニウム３重量部
とを加え、平均粒径が１．０μｍ以下になるようにボー
ルミルで十分に粉砕、混合を行い、この混合粉末に有機
バインダ５重量部と適量の溶剤を加え混練し、スプレー
ドライヤー法により平均造粒粉粒径が約７０μｍとなる
ように造粒した。

次いでこの造粒粉を用いてプレス圧１０００ｋｐ／ｃｄ
で金型プレスにより図面（ａ）に示す形状に成形した。

この成形体を脱脂した後、窒素ガス雰囲気中で約１８０
０°Ｃ１４時間で常圧焼結を行い、次いで窒素ガス１０
００ｋ（１／ａｊ、約１７００°Ｃ１４０分の条件下で
等方加圧焼結処理を行った。

この窒化ケイ素焼結体をバレル研磨により直径１０ｎｍ
のベアリング用ボールを形成した。

実施例２〜４ 実施例１と同一の窒化ケイ素粉末を用いて、表に示す製
造条件以外は実施例１と同一条件でセラミックス製ボー
ルをそれぞれ形成した。なお乾式ラバープレスを用いた
場合の成形体の形状を図面（ｂ）に示す。

比較例 また本発明との比較のため、従来のホットプレス法を用
いてプレス圧約１０００に！７／ａａ、温度約１８００
℃の条件で平板状の窒化ケイ素焼結体を成形し、これよ
り切出し加工およびバレル研磨加工により実施例と同一
形状のセラミックス製ボールを形成した。

このようにして得た実施例１〜４および比較例のセラミ
ックス製ボールの内部を非破壊検査により調べたところ
実施例１〜４のセラミックス製ボールはいずれも内部に
２〜３μｍのボアが数個存在していただけに対し。て、
比較例のセラミックス製ボールは表層部および内部共に
３〜８μｍのボアが点在していた。

また実施例１〜４および比較例のセラミックス製ボール
を用いて圧砕試験と転がり疲労試験を下記の方法により
行った。各々の試験結果を表に示す。

（圧砕試験） ＪＩＳ−８−１５０１に準じ、インストロン万能試験機
によりクロスヘッドスピード５薗／分で圧砕強度を測定
し、最大接触圧力として示す。

（転がり疲労試験） スラスト型軸受試験機を用いて５ＩＪＪ板上で３個のセ
ラミックス製ボールを回転させ、試験開始から２００時
間までを１００　ｋｌＪ、２００時間以降を２５０　ｋ
ｇの荷重を加えて試験を行った。

（以下余白） ［発明の効果コ 以上説明したように本発明によれば、内部のポアサイズ
が３μｍ以下セ、実質”的に等方性の窒化ケイ素焼結体
を使用しているので、全方向に対してほぼ均等な優れた
耐圧強度を有しており、寿命が長くバラツキの少ないセ
ラミックス製転動体が得られる。

また従来のホットプレス法によるものに比べ、常圧焼結
を使用しているので成形体の形状を最終形状の近似形状
とすることが出来るので加工コストを短縮することも出
来る。

【図面の簡単な説明】

図面（ａ）は本発明の一実施例の金型プレスによる成形
体の形状、（ｂ）は乾式ラバープレスによる成形体の形
状である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）内部のポアサイズが３μｍ以下で、かつ粒界組織
   が実質的に等方性の窒化ケイ素材からなることを特徴と
   するセラミックス製転動体。
2. （２）窒化ケイ素材が、常圧焼結体を等方加圧焼結処理
   してなる特許請求の範囲第１項記載のセラミックス製転
   動体。
3. （３）常圧焼結体が、平均粒径５０〜１００μｍの窒化
   ケイ素造粒粉を使用してなる特許請求の範囲第２項記載
   のセラミックス製転動体。
4. （４）等方加圧焼結処理が不活性ガス雰囲気中、１５０
   ０〜１８００℃および１０〜２０００ｋｇ／ｃｍ＾２で
   施されている特許請求の範囲第２項記載のセラミックス
   製転動体。