(57)【要約】【課題】安価でありながら、十分な耐久性を安定して確保することが可能で、しかも軽量化を図ることが可能なオートテンショナを提供する。【解決手段】シリンダ１内に軸心方向に沿ってスライド可能なプランジャ４を配設して、プランジャ４によって、シリンダ１内を圧力室１２とリザーバ室１３とに区切るとともに、圧力室１２とリザーバ室１３とを連通する通路１６を設け、通路１６に、圧力室１２の圧力がリザーバ室１３の圧力よりも高くなったときに通路１６を閉じる閉塞手段２０を設けたオートテンショナである。閉塞手段２０をチェックボール２１を備えたチェックバルブ２２にて構成する。チェックボール２１を、Ｓｉ６−ＺＡｌＺＯＺＮ８−Ｚの組成式で表され、０．１≦ｚ≦２．０を満たすβサイアロンを主成分とし、残部不純物からなる焼結体にて構成する。【選択図】図１
2010007723.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ内に軸心方向に沿ってスライド可能なプランジャを配設して、このプランジャによって、シリンダ内を圧力室とリザーバ室とに区切るとともに、圧力室とリザーバ室とを連通する通路を設け、この通路に、前記圧力室の圧力がリザーバ室の圧力よりも高くなったときにこの通路を閉じる閉塞手段を設けたオートテンショナにおいて、
前記閉塞手段を、チェックボールを備えたチェックバルブにて構成し、前記チェックボールを、Ｓｉ６−ＺＡｌＺＯＺＮ８−Ｚの組成式で表され、０．１≦ｚ≦２．０を満たすβサイアロンを主成分とし、残部不純物からなる焼結体にて構成したことを特徴とするオートテンショナ。
【請求項２】
シリンダ内に軸心方向に沿ってスライド可能なプランジャを配設して、このプランジャによって、シリンダ内を圧力室とリザーバ室とに区切るとともに、圧力室とリザーバ室とを連通する通路を設け、この通路に、前記圧力室の圧力がリザーバ室の圧力よりも高くなったときにこの通路を閉じる閉塞手段を設けたオートテンショナにおいて、
前記閉塞手段を、チェックボールを備えたチェックバルブにて構成し、前記チェックボールを、Ｓｉ６−ＺＡｌＺＯＺＮ８−Ｚの組成式で表され、０．１≦ｚ≦２．０を満たすβサイアロンを主成分とし、残部焼結助剤および不純物からなる焼結体にて構成したことを特徴とするオートテンショナ。
【請求項３】
前記チェックボールは、バルブシート面との接触面を含む領域には、内部よりも緻密性に高い緻密層が形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のオートテンショナ。
【請求項４】
前記緻密層の断面を光学顕微鏡の斜光にて観察した場合、白色の領域として観察される白色領域の面積率は７％以下である請求項３に記載のオートテンショナ。
【請求項５】
前記緻密層の表面を含む領域には、前記緻密層内の他の領域よりもさらに緻密性の高い層である高緻密層が形成されている請求項３又は請求項４に記載のオートテンショナ。
【請求項６】
前記高緻密層の断面を光学顕微鏡の斜光にて観察した場合、白色の領域として観察される白色領域の面積率は３．５％以下である請求項５に記載のオートテンショナ。
【請求項７】
自動車用エンジンのタイミングベルト張力調整装置に用いられることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載のオートテンショナ。
【請求項８】
自動車用エンジンの補機ベルト張力調整装置に用いられることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載のオートテンショナ。
【請求項９】
自動車用エンジンのタイミングチェーン張力調整装置に用いられることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載のオートテンショナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オートテンショナに関し、特に、エンジンのタイミングベルト、タイミングチェーン、補機ベルト等の張力を一定に保持するためのオートテンショナに関する。
【背景技術】
【０００２】
オートテンショナは、一般的には、内部に作動油が充填されたシリンダの上部開口をオイルシールの組込みにより密閉して、作動油上に空気溜まりを設け、上記オイルシールをスライド自在に貫通するロッドの下端部に、シリンダ内部を圧力室とリザーバ室とに仕切る摺動可能なプランジャを設ける。圧力室とリザーバ室を連通する通路を設け、その通路の圧力室側の開口部にチェックバルブを組込みむ。そして、シリンダの内部に組込まれたリターンスプリングによりロッドに外方向への突出性を付与して、弛み側ベルトの張力が低下した際にロッドを外方向に移動させてベルトの弛みを吸収し、また、ベルトの張力が増大した際に、そのベルトからロッドに負荷される押込み力を圧力室に封入された作動油のダンパ作用により吸収してベルトの張力を一定に保つようにしている。
【０００３】
ところで、従来の補機用の油圧式オートテンショナ等においては、低周波−大振幅時の機能を優先して、チェックバルブの弁体としてスチールボールを用いるようにしている。このスチール製の弁体においては、質量が大きいため、圧力室内の圧力変化に対する弁体の追従性が悪く、また、弁体の挙動によるイナーシャの影響によって通路を敏感に開閉することができず、ベルトが高周波振動した場合に、圧力室内に対する作動油の供給不足が生じ、圧力室内の作動油による油圧ダンパ効果が低下してベルトの張力変化を吸収することができないという不都合があった。
【０００４】
そこで、近年では、チェックバルブの弁体に、軽量化を図ることができるセラミックスのボールを用いることが提案されている（特許文献１）。すなわち、チェックバルブのチェックボールを、ＳｉＣ（炭化珪素）、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）、ＺｒＯ２（ジルコニア）等のファインセラミックとしている。
【０００５】
ファインセラミックは、軽く、硬く、美しく傷つかない性質を持っているが、割れやすく加工性が悪いという欠点がある。また、窒化珪素やサイアロンなどのセラミックスは、鋼に比べて製造コストが高いため、オートテンショナのチェックバルブの弁体（チェックボール）にセラミックスを採用すると、オートテンショナの製造コストが大幅に上昇するという問題点があった。
【０００６】
これに対し、近年、セラミックスであるβサイアロンを、燃焼合成法を含む製造工程を採用することにより、低コストで製造する方法が開発された（たとえば特許文献２〜４参照）。そのため、このβサイアロンを構成部品の素材として採用した低価格なオートテンショナの製造が検討され得る。
【特許文献１】特開２００３−３０１９０１号公報
【特許文献２】特開２００４−９１２７２号公報
【特許文献３】特開２００５−７５６５２号公報
【特許文献４】特開２００５−１９４１５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、チェックバルブのチェックボールにβサイアロンを採用したとしても、作動油内において圧力が作用する環境下で、十分な耐久性を安定して確保することは容易ではない。すなわち、チェックボールのバルブシート面が摩耗して、その摩耗が大きくなると、チェックボールがバルブシート面に吸着して、バルブシート面から離反しにくくなる等の作動不良が生じる。このため、オートテンショナの寿命の低下を招くおそれがある。
【０００８】
本発明は、前記課題に鑑みて、安価でありながら、十分な耐久性を安定して確保することが可能で、しかも軽量化を図ることが可能なオートテンショナを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１のオートテンショナは、シリンダ内に軸心方向に沿ってスライド可能なプランジャを配設して、このプランジャによって、シリンダ内を圧力室とリザーバ室とに区切るとともに、圧力室とリザーバ室とを連通する通路を設け、この通路に、前記圧力室の圧力がリザーバ室の圧力よりも高くなったときにこの通路を閉じる閉塞手段を設けたオートテンショナにおいて、前記閉塞手段を、チェックボールを備えたチェックバルブにて構成し、前記チェックボールを、Ｓｉ６−ＺＡｌＺＯＺＮ８−Ｚの組成式で表され、０．１≦ｚ≦２．０を満たすβサイアロンを主成分とし、残部不純物からなる焼結体にて構成したものである。
【００１０】
本発明の第２のオートテンショナは、シリンダ内に軸心方向に沿ってスライド可能なプランジャを配設して、このプランジャによって、シリンダ内を圧力室とリザーバ室とに区切るとともに、圧力室とリザーバ室とを連通する通路を設け、この通路に、前記圧力室の圧力がリザーバ室の圧力よりも高くなったときにこの通路を閉じる閉塞手段を設けたオートテンショナにおいて、前記閉塞手段を、チェックボールを備えたチェックバルブにて構成し、前記チェックボールを、Ｓｉ６−ＺＡｌＺＯＺＮ８−Ｚの組成式で表され、０．１≦ｚ≦２．０を満たすβサイアロンを主成分とし、残部焼結助剤および不純物からなる焼結体にて構成したものである。
【００１１】
本発明のオートテンショナによれば、チェックボールを、βサイアロンを主成分とした焼結体にて構成したので、チェックボールの相手側（バルブシート面）との摩擦抵抗を減少させることができる。
【００１２】
ところで、βサイアロンは、燃焼合成を含む製造工程を採用することにより、前記ｚの値（以下、ｚ値という）が０．１以上となる種々の組成を有するものが製造可能である。そして、一般に転がり滑り疲労に対する耐久性に大きな影響を与える硬度は、製造の容易なｚ値４．０以下の範囲において、ほとんど変化しない。しかしながら、βサイアロンを主成分とする焼結体からなる部材の転がり滑り疲労に対する耐久性とｚ値との関係を詳細に調査したところ、ｚ値が３．５を超えると焼結体からなる部材の転がり滑り疲労に対する耐久性が大幅に低下することが分かった。
【００１３】
より具体的には、ｚ値が０．１以上３．５以下の範囲においては、転がり滑り疲労に対する耐久性はほぼ同等で、運転時間が所定時間を超えると、焼結体からなる部材の表面に剥離が発生して破損する。これに対し、ｚ値が３．５を超えると焼結体からなる部材が摩耗しやすくなり、これに起因して転がり滑り疲労に対する耐久性が大幅に低下する。つまり、ｚ値が３．５となる組成を境界として、βサイアロンからなる焼結体からなる部材の破損モードが変化し、ｚ値が３．５を超えると転がり滑り疲労に対する耐久性が大幅に低下するという現象が明らかとなった。したがって、βサイアロンからなる部材において、安定して十分な転がり滑り疲労に対する耐久性を確保するためには、ｚ値を３．５以下とする必要がある。
【００１４】
一方、上述のように、βサイアロンは、燃焼合成を含む製造工程により製造することにより、安価に製造することができる。しかし、ｚ値が０．１未満では、燃焼合成の実施が困難となることが分かった。そのため、βサイアロンを主成分とする焼結体からなる部材を安価に製造するためには、ｚ値を０．１以上とする必要がある。
【００１５】
また、オートテンショナの内部に硬質の異物が侵入する環境下で、チェックボールをβサイアロン焼結体から構成した場合、チェックボールの相手部材側への攻撃性とｚ値との関係から、ｚ値が１．０未満では、相手部材に破損が生じやすく、逆にｚ値が２．０を越えると、チェックボール自身が破損し易くなる。
【００１６】
すなわち、ｚ値が低くなると、チェックボールを構成する素材の強度が上昇する傾向にある。しかし、その反面、ｚ値が低くなると、チェックボールが弾性変形しにくくなる。このため、接触面積が小さくなり、接触面圧が高くなる。その結果、チェックボールと相手部材側（バルブシート面）との間に硬質の異物が侵入した場合、前記焼結体からなるチェックボールと相対する相手部材に損傷が発生しやすくなる。一方、ｚ値が高くなると、チェックボールが弾性変形しやすくなるため、接触面積が大きくなり、接触面圧が低くなる。しかし、その反面、チェックボールのｚ値が高くなると、これに伴ってチェックボールを構成する素材の強度が低下する傾向にある。そのため、硬質の異物により、チェックボール自身に損傷が生じやすくなる。したがって、ｚ値は、チェックボールを構成する素材の強度と接触面圧の低減とのバランスを確保可能な範囲とすることが必要である。
【００１７】
より具体的には、βサイアロン焼結体からなるチェックボールのｚ値が１．０未満になると、接触面圧の増加の影響が大きくなる。そのため、チェックボールと相手部材側との間に硬質の異物が侵入した場合、相手部材に形成される圧痕が大きくなり、これに起因した摩耗などの損傷が発生しやすくなる。その結果、βサイアロン焼結体からなるチェックボールを備えたオートテンショナの疲労寿命が低下する。したがって、オートテンショナの内部に硬質の異物が侵入する環境下で用いられる場合、βサイアロン焼結体からなるチェックボールのｚ値は、１．０以上であることが必要である。
【００１８】
一方、βサイアロン焼結体からなるチェックボールのｚ値が２．０を超える場合、チェックボールを構成する素材の強度低下の影響が、接触面圧の低減の効果を上回る。そのため、チェックボールと相手部材側（バルブシート面）との間に硬質の異物が侵入した場合、βサイアロン焼結体からなるチェックボール自身が損傷し、疲労寿命が低下する。また、ｚ値が２．０を超える場合、接触面積が増大することに伴い、チェックボールと相手部材側間に作用する摩擦力が増加するという問題も発生する。したがって、オートテンショナの内部に硬質の異物が侵入する環境下で用いられる場合、βサイアロン焼結体からなるチェックボールのｚ値は、２．０以下であることが必要である。
【００１９】
これに対し、本発明の第１のオートテンショナのチェックボールは、Ｓｉ６−ＺＡｌＺＯＺＮ８−Ｚの組成式で表され、１．０≦ｚ≦２．０を満たすβサイアロンを主成分とし、残部不純物からなる焼結体から構成されている。そのため、このチェックボールによれば、安価でありながら、十分な耐久性を安定して確保することが可能であるとともに、チェックボールと相手部材側（バルブシート面）との間に硬質の異物が侵入する環境下においても用いることが可能なβサイアロン焼結体からなるチェックボールを提供することができる。
【００２０】
本発明の第２のオートテンショナのチェックボールは、基本的には前記第１のオートテンショナのチェックボールの構成を有し、第１のオートテンショナと同様の作用効果を奏する。
【００２１】
特に、第２のオートテンショナのチェックボールは、焼結助剤を採用しており、この焼結助剤の採用により、焼結体の気孔率を低下させやすくなり、十分な耐久性を安定して確保することが可能なβサイアロン焼結体からなるチェックボールを容易に提供することができる。
【００２２】
なお、焼結助剤としては、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、珪素（Ｓｉ）、チタン（Ｔｉ）、希土類元素の酸化物、窒化物、酸窒化物のうち少なくとも一種類以上を採用することができる。また、第１のオートテンショナにおけるチェックボールと同等の作用効果を奏するためには、焼結助剤は、焼結体のうち２０質量％以下とすることが望ましい。
【００２３】
チェックボールは、バルブシート面との接触面を含む領域には、内部よりも緻密性に高い緻密層が形成されているのが好ましい。
【００２４】
ここで、緻密性の高い層とは、焼結体において空孔率の低い（密度の高い）層であって、たとえば以下のように調査することができる。まず、焼結体の表面に垂直な断面において焼結体を切断し、当該断面を鏡面ラッピングする。その後、鏡面ラッピングされた断面を光学顕微鏡の斜光（暗視野）にて、たとえば５０〜１００倍程度で撮影し、３００ＤＰＩ（Ｄｏｔ  Ｐｅｒ  Ｉｎｃｈ）以上の画像として記録する。このとき、白色の領域として観察される白色領域は、空孔率の高い（密度の低い）領域に対応する。したがって、白色領域の面積率が低い領域は、当該面積率が高い領域に比べて緻密性が高い。そして、画像処理装置を用いて記録された画像を輝度閾値により２値化処理した上で白色領域の面積率を測定し、当該面積率により、撮影された領域の緻密性を知ることができる。
【００２５】
つまり、前記本発明の焼結体では、接触面を含む領域に内部よりも白色領域の面積率の低い層である緻密層が形成されている。なお、前記撮影は、ランダムに５箇所以上で行ない、前記面積率は、その平均値で評価することが好ましい。また、焼結体の内部における前記白色領域の面積率は、たとえば１５％以上である。また、焼結体の転がり滑り疲労に対する耐久性を一層向上させるためには、前記緻密層は１００μｍ以上の厚みを有していることが好ましい。
【００２６】
前記緻密層の断面を光学顕微鏡の斜光にて観察した場合、白色の領域として観察される白色領域の面積率は７％以下であるのが好ましい。
【００２７】
また、緻密層の表面を含む領域には、前記緻密層内の他の領域よりもさらに緻密性の高い層である高緻密層が形成されているのが好ましく、さらには、高緻密層の断面を光学顕微鏡の斜光にて観察した場合、白色の領域として観察される白色領域の面積率は３．５％以下であるのが好ましい。
【００２８】
前記オートテンショナは、自動車用エンジンのタイミングベルト張力調整装置に用いられても、自動車用エンジンの補機ベルト張力調整装置に用いられても、自動車用エンジンのタイミングチェーン張力調整装置に用いられてもよい。
【発明の効果】
【００２９】
本発明では、チェックボールと接触する部位との摩擦抵抗を減少させることができる。これによって、チェックボールが相手部材側に吸着するのを防止でき、相手部材側から離反できなくなることを回避することができる。これによって、オートテンショナの長寿命化を図ることができる。
【００３０】
本発明にかかる焼結体は、Ｓｉ６−ＺＡｌＺＯＺＮ８−Ｚの組成式で表され、０．１≦ｚ≦２．０を満たすβサイアロンを主成分とし構成されている。そのため、安価でありながら、十分な耐久性を安定して確保することが可能なβサイアロン焼結体からなるチェックボールを備えたオートテンショナを提供することができる。
【００３１】
焼結体において緻密層を設けたものでは、耐久性の更なる向上を図ることができる。特に、白色領域の面積率が７％以下となる程度に前記緻密層の緻密性を向上させることで、焼結体の転がり滑り疲労に対する耐久性がより向上する。したがって、前記構成により、本発明の焼結体の転がり滑り疲労に対する耐久性を一層向上させることができる。
【００３２】
緻密層にさらに緻密性の高い高緻密層を設けたものでは、耐久性の一層の向上を図ることができる。特に、白色領域の面積率は３．５％以下であれば、高緻密層の緻密性の向上を図ることができる。
【００３３】
このように、前記オートテンショナは耐久性に優れたチェックボールを備えるので、自動車用エンジンのタイミングベルト張力調整装置、補機ベルト張力調整装置、又はタイミングチェーン張力調整装置等に対して最適となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下本発明の実施の形態を図１〜図６に基づいて説明する。
【００３５】
本発明に係るオートテンショナは、一端側（図例では下部）が閉塞されるとともに他端側（図例では上部）が開口（開放）されたシリンダ１と、このシリンダ１に収容される有底筒状のスリーブ２と、シリンダ１内に嵌入されるロッド３と、スリーブ２内に収容されるプランジャ４とを備える。
【００３６】
シリンダ１は、筒状の本体部１ａと、本体部１ａの下方開口部を塞ぐ底壁１ｂとを備えたものであり、スリーブ２は、筒状の本体部２ａと、本体部２ａの下方開口部を塞ぐ底壁２ｂとを備えたものである。スリーブ２は、その底壁２ｂがシリンダ１のシリンダ１の底壁１ｂ上に載置されるように、シリンダ１内に嵌入される。
【００３７】
ロッド３は、ロッド本体３ａとこのロッド本体３ａの上端に連設される大径軸部３ｂとを備える。シリンダ１には、シリンダ１内においてシリンダ１の内径面に沿って摺動可能なウエアリング５が嵌合され、このウエアリング５に前記ロッド３が装着され、このウエアリング５から前記大径軸部３ｂが延びる。なお、ウエアリング５には、エアおよび作動油が流通可能な通路５ａが設けられている。
【００３８】
ウエアリング５とスリーブ２との間にはリターンスプリング６が介在され、このリターンスプリング６の弾性力によって、ロッド３に矢印Ａ方向の押圧力を付与している。この場合、スリーブ２の上方開口端にスプリング受け７が設けられている。スプリング受け７は、平板リング状の基部７ａと、この基部７ａの内径部から立設される筒状部７ｂとを備える。スプリング受け７にロッド３のロッド本体３ａが遊嵌状に挿通されている。スプリング受け７は、ロッド３の軸方向の往復動のガイドを兼ねることができる。
【００３９】
また、シリンダ１の上方開口部は、ロッド３の大径軸部３ｂに外嵌されるシール部材１０にて塞がれている。この場合、シリンダ１の上方開口部の内径面に止め輪１１が装着され、この止め輪１１にてシール部材１０が受けられている。ロッド３の先端（下部）には、先細テーパ部９が設けられている。
【００４０】
プランジャ４は、シリンダ１の内部を圧力室１２とリザーバ室１３とに仕切るもものである。この場合、ロッド３の先端部が嵌入状となる孔部１５を有するブロック体からなる。また、プランジャ４には、圧力室１２とリザーバ室１３とを連通する通路１６が設けられている。すなわち、プランジャ４は、その下面中央部に凸隆部１７が設けられ、この凸隆部１７に、通路１６に連通される通路１６が凸隆部１７の端面（下端面）１７ａに開口している。なお、プランジャ４の孔部１５は、上方に向かって拡径する下部テーパ部１５ａと、下部テーパ部１５ａの上方の中間孔部１５ｂと、上方に向かって拡径する中間テーパ部１５ｃを介して中間孔部１５ｂに連設される大径の上部開口部１５ｄとからなる。
【００４１】
また、通路１６には、圧力室１２の圧力がリザーバ室１３の圧力よりも高くなったときにこの通路１６を閉じる閉塞手段２０が設けられている。この閉塞手段２０としては、チェックボール２１を備えたチェックバルブ２２にて構成している。すなわち、チェックバルブ２２は、通路１６の下方開口端に設けられたバルブシート面１６ａに嵌合する弁体としてのチェックボール２１と、チェックボール２１の開閉量を制限するリテーナ２３とを備える。
【００４２】
リテーナ２３は、有底短筒状体からなる本体部２３ａと、この本体部２３ａの上方開口端から外径方向へ延びる外鍔部２３ｂとからなり、本体部２３ａがプランジャ４の凸隆部１７に嵌合している。また、圧力室１２には、プランジャ４を上方へ押し上げるスプリング２５が収容されている。すなわち、スプリング２５は、下方から上方に向かって縮径するコイルばねからなり、その上端がリテーナ２３の外鍔部２３ｂを押圧している。
【００４３】
前記リターンスプリング６の弾力は、スプリング２５の弾力よりも大きい。ロッド３にかかる負荷は、プランジャ４で受けるようにしている。圧力室１２とリザーバ室１３からなる作動室の内部には作動油が充填され、その作動室上には空気室が設けられている。なお、作動油としては、粘度変化の少ないシリコーンオイルを用いるのが好ましいが、エンジンオイルや他のオイルであってもよい。
【００４４】
前記のように構成されたオートテンショナは、自動車用エンジンのタイミングベルト張力調整装置等に用いられる。すなわち、ベルトの張力調整状態において、ベルトの張力が変化し、そのベルトに弛みが生じると、リターンスプリング６の押圧によってロッド３が外方に移動して（すなわち、図１の矢印Ａ方向に移動して）ベルトの弛みを吸収する。なお、タイミングベルトとは、エンジンのクランクシャフトの回転からカムシャフトを駆動させるためのベルトである。
【００４５】
このとき、プランジャ４もロッド３と同方向に移動するため、圧力室１２の容積が大きくなって圧力が低下し、その圧力がリザーバ室１３の圧力より低くなると、チェックバルブ２２が通路１６を開放するため、リザーバ室１３の作動油は通路から圧力室１２に流れ、ロッド３およびプランジャ４は外方に向けて急速に移動してベルトの弛みを直ちに吸収する。
【００４６】
一方、ベルトの張力が大きくなると、ベルトからロッド３に押込み力が負荷される。このとき、圧力室１２の圧力はリザーバ室１３の圧力より高くなるため、チェックバルブ２２は通路１６を閉鎖し、圧力室１２に封入された作動油により、ロッド３に負荷される押込み力が緩衝される。
【００４７】
押込み力がリターンスプリング６の弾性力より大きい場合、圧力室１２の作動油はスリーブ２とプランジャ４の摺動面間に形成された微小なリーク隙間からリザーバ室１３内に流れ、前記押込み力とリターンスプリング６の弾性力とが釣り合う位置までロッド３はゆっくりと後退し、ベルトの張力は一定に保持される。
【００４８】
このように、張力調整状態においては、閉塞手段２０であるチェックバルブ２２が開閉動作を行うことになる。このため、チェックボール２１のバルブシート面１６ａが摩耗して、その摩耗が大きくなると、チェックボール２１がバルブシート面１６ａに吸着して、バルブシート面１６ａから離反しにくくなる等の作動不良が生じる。
【００４９】
そこで、本発明では、チェックボールをセラミックスで成形している。このセラミックス（焼結体）は、Ｓｉ６−ＺＡｌＺＯＺＮ８−Ｚの組成式で表され、０．１≦ｚ≦２．０を満たすβサイアロンを主成分とし、残部不純物からなる。不純物は、原料に由来するもの、あるいは製造工程において混入するものを含む不可避的不純物を含む。βサイアロンは、珪素、アルミニウム、酸素、窒素の元素から構成され、組成式はＳｉ６−ＺＡｌＺＯＺＮ８−Ｚで表示されるこれら元素の固溶体である。
【００５０】
オートテンショナの内部に硬質の異物が侵入する環境下で、チェックボールをβサイアロン焼結体から構成した場合、チェックボールの相手部材側への攻撃性とｚ値との関係から、ｚ値が１．０未満では、相手部材に破損が生じやすく、逆にｚ値が２．０を越えると、チェックボール自身が破損し易くなる。
【００５１】
すなわち、ｚ値が低くなると、チェックボールを構成する素材の強度が上昇する傾向にある。しかし、その反面、ｚ値が低くなると、チェックボールが弾性変形しにくくなる。このため、接触面積が小さくなり、接触面圧が高くなる。その結果、チェックボールと相手部材側（バルブシート面）との間に硬質の異物が侵入した場合、前記焼結体からなるチェックボールと相対する相手部材に損傷が発生しやすくなる。一方、ｚ値が高くなると、チェックボールが弾性変形しやすくなるため、接触面積が大きくなり、接触面圧が低くなる。しかし、その反面、チェックボールのｚ値が高くなると、これに伴ってチェックボールを構成する素材の強度が低下する傾向にある。そのため、硬質の異物により、チェックボール自身に損傷が生じやすくなる。したがって、ｚ値は、チェックボールを構成する素材の強度と接触面圧の低減とのバランスを確保可能な範囲とすることが必要である。
【００５２】
より具体的には、βサイアロン焼結体からなるチェックボールのｚ値が１．０未満になると、接触面圧の増加の影響が大きくなる。そのため、チェックボールと相手部材側との間に硬質の異物が侵入した場合、相手部材に形成される圧痕が大きくなり、これに起因した剥離などの損傷が発生しやすくなる。その結果、βサイアロン焼結体からなるチェックボールを備えたオートテンショナの疲労寿命が低下する。したがって、オートテンショナの内部に硬質の異物が侵入する環境下で用いられる場合、βサイアロン焼結体からなるチェックボールのｚ値は、１．０以上であることが必要である。
【００５３】
一方、βサイアロン焼結体からなるチェックボールのｚ値が２．０を超える場合、チェックボールを構成する素材の強度低下の影響が、接触面圧の低減の効果を上回る。そのため、チェックボールと相手部材側（バルブシート面）との間に硬質の異物が侵入した場合、βサイアロン焼結体からなるチェックボール自身が損傷し、疲労寿命が低下する。また、ｚ値が２．０を超える場合、接触面積が増大することに伴い、チェックボールと相手部材側間に作用する摩擦力が増加するという問題も発生する。したがって、オートテンショナの内部に硬質の異物が侵入する環境下で用いられる場合、βサイアロン焼結体からなるチェックボールのｚ値は、２．０以下であることが必要である。
【００５４】
このように、焼結体がＳｉ６−ＺＡｌＺＯＺＮ８−Ｚの組成式で表され、０．１≦ｚ≦２．０を満たすβサイアロンを主成分とし、残部不純物からなる焼結体から構成されていることによって、安価でありながら、十分な耐久性を安定して確保することが可能なβサイアロン焼結体からなるチェックボール２１を備えたオートテンショナを提供することができる。
【００５５】
なお、Ｓｉ６−ＺＡｌＺＯＺＮ８−Ｚの組成式で表され、０．１≦ｚ≦２．０を満たすβサイアロンを主成分とし、残部焼結助剤および不可避的不純物からなる焼結体にて構成されてもよい。焼結助剤としては、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、珪素（Ｓｉ）、チタン（Ｔｉ）、希土類元素の酸化物、窒化物、酸窒化物のうち少なくとも一種類以上を採用することができる。また、前記本発明の一の局面におけるチェックボールと同等の作用効果を奏するためには、焼結助剤は、焼結体のうち２０質量％以下とすることが望ましい。焼結助剤を含むことで、容易に焼結体の気孔率を低下させることが可能となり、十分な耐久性を安定して確保することが可能である。
【００５６】
次に、チェックボール２１の製造方法の図２を用いて説明する。まず、βサイアロンの粉体を製造するβサイアロン粉体製造工程５０が実施される。βサイアロン粉体製造工程５０においては、たとえば燃焼合成法を採用した製造工程である。
【００５７】
次に、βサイアロン粉体製造工程５０において製造されたβサイアロンの粉体に、焼結助剤を添加して混合する混合工程５１が実施される。この混合工程５１は、焼結助剤を添加しない場合、省略することができる。すなわち、前記βサイアロン粉体製造工程５０と混合工程５１とで原料粉末が準備される工程と呼ぶことができる。
【００５８】
次に、前記βサイアロンの粉体またはβサイアロンの粉体と焼結助剤との混合物を、チェックボール２１の概略形状に成形する成形工程５２が実施される。具体的には、βサイアロンの粉体またはβサイアロンの粉体と焼結助剤との混合物に、プレス成形、鋳込み成形、押し出し成形、転動造粒などの成形手法を適用することにより、チェックボール２１の概略形状に成形された成形体が作製される。
【００５９】
次に、前記成形体を昇温して焼結させることにより、チェックボール２１の概略形状を有する焼結体を作製する焼結工程５３が実施される。この焼結工程５３は、常圧中で行なわれる常圧焼結法により実施されてもよいが、加圧焼結法（Ｈｏｔ  Ｐｒｅｓｓ；ＨＰ）、熱間静水圧焼結法（Ｈｏｔ  Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ  Ｐｒｅｓｓ；ＨＩＰ）などの焼結法が採用されて実施されてもよい。また前記焼結の加熱方法は、ヒータ加熱のほか、マイクロ波やミリ波による電磁波加熱を用いることができる。
【００６０】
次に、焼結工程において作製された焼結体に対して仕上げ加工を実施することにより、チェックボール２１を完成させる仕上げ工程５４が実施される。具体的には、焼結工程において作製されたチェックボール２１の表面を研磨する。これによって、本実施の形態における焼結体は完成する。
【００６１】
ところで、表面（他部材との接触面）を含む領域に、内部よりも緻密性の高い層を設けるようにしてもよい。ここで、緻密性の高い層とは、焼結体において空孔率の低い（密度の高い）層であって、たとえば以下のように調査することができる。まず、焼結体の表面に垂直な断面において焼結体を切断し、当該断面を鏡面ラッピングする。その後、鏡面ラッピングされた断面を光学顕微鏡の斜光（暗視野）にて、たとえば５０〜１００倍程度で撮影し、３００ＤＰＩ（Ｄｏｔ  Ｐｅｒ  Ｉｎｃｈ）以上の画像として記録する。このとき、白色の領域として観察される白色領域は、空孔率の高い（密度の低い）領域に対応する。したがって、白色領域の面積率が低い領域は、当該面積率が高い領域に比べて緻密性が高い。そして、画像処理装置を用いて記録された画像を輝度閾値により２値化処理した上で白色領域の面積率を測定し、当該面積率により、撮影された領域の緻密性を知ることができる。つまり、前記本発明のチェックボール２１では、接触面を含む領域に内部よりも白色領域の面積率の低い層である緻密層が形成されている。なお、前記撮影は、ランダムに５箇所以上で行ない、前記面積率は、その平均値で評価することが好ましい。また、焼結体の内部における前記白色領域の面積率は、たとえば１５％以上である。
【００６２】
また、焼結体の転がり滑り疲労に対する耐久性を一層向上させるためには、前記緻密層は１００μｍ以上の厚みを有していることが好ましい。
【００６３】
このように、緻密性の高い層を設けることによって、焼結体の耐久性の向上を図ることができる。この際、緻密層の断面を光学顕微鏡の斜光にて観察した場合、白色の領域として観察される白色領域の面積率は７％以下とするのが好ましい。白色領域の面積率が７％以下となる程度に前記緻密層の緻密性を向上させることで、焼結体の耐久性がより向上する。
【００６４】
また、前記緻密層内で、緻密層表面を含む領域に、内部よりも緻密性の高い緻密層を設けるようにしてもよい。このように、高緻密層を設けることによって、焼結体の耐久性の向上を一層図ることができる。この際、高緻密層の断面を光学顕微鏡の斜光にて観察した場合、白色の領域として観察される白色領域の面積率は３．５％以下とするのが好ましい。白色領域の面積率が３．５％以下となる程度に高緻密層の緻密性を向上させることで、焼結体の耐久性がより一層向上する。
【００６５】
次に、他のチェックボールの製造方法を図３を用いて説明する。まず、βサイアロンの粉末を準備するβサイアロン粉末準備工程５５が実施される。βサイアロン粉末準備工程においては、たとえば燃焼合成法を採用した製造工程により、安価にβサイアロンの粉末を製造することができる。
【００６６】
次に、βサイアロン粉末準備工程５５において準備されたβサイアロンの粉末に、焼結助剤を添加して混合する混合工程５６が実施される。この混合工程５６は、焼結助剤を添加しない場合、省略することができる。
【００６７】
前記βサイアロンの粉末またはβサイアロンの粉末と焼結助剤との混合物を、焼結体の概略形状に成形する成形工程５７が実施される。具体的には、βサイアロンの粉末またはβサイアロンの粉末と焼結助剤との混合物に、プレス成形、鋳込み成形、押し出し成形、転動造粒などの成形手法を適用することにより、焼結体の概略形状に成形された成形体が作製される。
【００６８】
次に、前記成形体の表面が加工されることにより、前記成形体が焼結後に所望の焼結体の形状により近い形状になるよう成形される焼結前加工工程５８が実施される。具体的には、グリーン体加工などの加工手法を適用することにより、前記成形体が焼結後に焼結体の形状により近い形状になるように成形される。この焼結前加工工程５８は、成形工程５７において前記成形体が成形された段階で、焼結後に所望のチェックボール２１の形状に近い形状が得られる状態である場合には省略することができる。
【００６９】
次に、成形体が、１ＭＰａ以下の圧力下で焼結される焼結工程５９が実施される。具体的には、成形体が、ヒータ加熱、マイクロ波やミリ波による電磁波加熱などの加熱方法により加熱されて焼結されることにより、チェックボール２１の概略形状を有する焼結体が作製される。焼結は、不活性ガス雰囲気中または窒素と酸素との混合ガス雰囲気中において、１５５０℃以上１８００℃以下の温度域に成形体が加熱されることにより実施される。不活性ガスとしては、ヘリウム、ネオン、アルゴン、窒素などが採用可能であるが、製造コスト低減の観点から、窒素が採用されることが好ましい。
【００７０】
次に、焼結工程５９において作製されたチェックボール２１の表面が加工され、当該表面を含む領域が除去される仕上げ加工が実施されることにより、チェックボール２１を完成させる仕上げ工程６０が実施される。具体的には、焼結工程５９において作製されたチェックボール２１の表面を研磨する。
【００７１】
ここで、前記焼結工程における焼結により、チェックボール２１の表面から厚み５００μｍ程度の領域には、内部よりも緻密性が高く、断面を光学顕微鏡の斜光にて観察した場合、白色の領域として観察される白色領域の面積率が７％以下である緻密層が形成される。さらに、焼結体の表面から厚み１５０μｍ程度の領域には、緻密層内の他の領域よりもさらに緻密性が高く、断面を光学顕微鏡の斜光にて観察した場合、白色の領域として観察される白色領域の面積率が３．５％以下である高緻密層が形成されている。したがって、仕上げ工程においては、除去される焼結体の厚みは、特に接触面となるべき領域において１５０μｍ以下とすることが好ましい。これにより、焼結体表面を含む領域に、高緻密層を残存させ、焼結体の転がり滑り疲労に対する耐久性を向上させることができる。
【００７２】
ところで、チェックボールの製造方法においては、転がり滑り疲労に対する耐久性を低下させる欠陥の発生を抑制する目的で、熱間静水圧焼結法（Ｈｏｔ  Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ  Ｐｒｅｓｓ；ＨＩＰ）やガス圧焼結法（Ｇａｓ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅｄ  Ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ；ＧＰＳ）などの加圧焼結法（通常１０ＭＰａ以上の圧力下で焼結を行なう方法）による焼結が採用することも考えられる。この方法であっても、チェックボール２１の気孔率が低下し、密度の高い焼結体を製造することができる。しかし、加圧焼結法を採用した製造方法は、製造コストの上昇を招来する。さらに、加圧焼結法を採用した製造方法では、チェックボール２１の表層部に材質が変質した異常層が形成される。そのため、チェックボール２１の仕上げ加工において、当該異常層を除去する必要が生じ、チェックボール２１の製造コストが一層上昇する。一方、加圧焼結法を採用しない場合、チェックボール２１の気孔率が増加して欠陥が発生し、チェックボール２１の転がり滑り疲労に対する耐久性が低下するという問題点があった。
【００７３】
これに対し、本発明者は、βサイアロンからなる成形体を１ＭＰａ以下の圧力下で焼結してチェックボール２１を製造することにより、チェックボール２１の表面に形成される接触面（表面）を含む領域に、内部よりも緻密性の高い緻密層を形成可能であることを見出した。前記本発明の焼結体の製造方法においては、βサイアロンを主成分とする成形体が１ＭＰａ以下の圧力下で焼結される工程を含むことにより、加圧焼結の採用に伴う製造コストの上昇を抑制しつつ、接触面を含む領域に緻密層を形成することができる。その結果、本発明のチェックボールの製造方法によれば、十分な耐久性を安定して確保することが可能なβサイアロン焼結体からなる焼結体を、安価に製造することができる。
【００７４】
なお、成形体が焼結される工程は、βサイアロンの分解を抑制するため、０．０１ＭＰａ以上の圧力下で行なうことが好ましく、低コスト化を考慮すると大気圧以上の圧力下で行なうことがより好ましい。また、製造コストを抑制しつつ緻密層を形成するためには、成形体が焼結される工程は１ＭＰａ以下の圧力下で行なうことが好ましい。
【００７５】
前記チェックボールの製造方法においては、成形体が焼結される工程では、１５５０℃以上１８００℃以下の温度域で成形体が焼結される。
【００７６】
成形体が焼結される温度が１５５０℃未満では、焼結による緻密化が進みにくいため、成形体が焼結される温度は１５５０℃以上であることが好ましく、１６００℃以上であることがより好ましい。一方、成形体が焼結される温度が１８００℃を超えると、βサイアロン結晶粒の粗大化によるチェックボール２１の機械的特性の低下が懸念されるため、成形体が焼結される温度は１８００℃以下であることが好ましく、１７５０℃以下であることがより好ましい。
【００７７】
前記チェックボールの製造方法では、成形体が焼結される工程では、不活性ガス雰囲気中または窒素と酸素との混合ガス雰囲気中において成形体が焼結される。
【００７８】
不活性ガス雰囲気中において成形体が焼結されることにより、βサイアロンの分解や組織変化を抑制することができる。また、窒素と酸素との混合ガス雰囲気中において成形体が焼結されることにより、βサイアロン焼結体の窒素および酸素の含有量を制御することができる。
【００７９】
前記チェックボールの製造方法は、成形体が焼結される前に、成形体の表面が加工される工程をさらに備えている。
【００８０】
成形体が焼結されると成形体の硬度が極めて高くなり、加工が困難となる。そのため、焼結後に、たとえば成形体の大幅な加工を行なってチェックボール２１として仕上げる仕上げ工程を採用することは、チェックボール２１の製造コストの上昇を伴う。これに対し、成形体の焼結前に成形体の加工を行なって、仕上げ工程などにおける焼結後の成形体の加工量を抑制することにより、チェックボール２１の製造コストを抑制することができる。特に、加圧焼結法を採用する製造方法では、異常層を除去するために焼結後に比較的大きな加工量が必要となるため、このような工程のメリットは小さいが、本発明のチェックボール２１の製造方法では、βサイアロンからなる成形体を１ＭＰａ以下の圧力下で焼結する工程が採用されているため、異常層を除去するための加工量が抑制されており、前記工程によるメリットは極めて大きい。
【００８１】
前記チェックボールの製造方法は、焼結された成形体の表面が加工され、当該表面を含む領域が除去される工程をさらに備えている。そして、焼結された成形体の表面が加工される工程において除去される当該成形体の厚みは１５０μｍ以下である。
【００８２】
前記本発明のチェックボールの製造方法においては、表面を含む領域に厚み１５０μｍ程度の上述の高緻密層が形成される。そのため、焼結された成形体の表面が加工され、当該表面を含む領域が除去される工程、たとえば仕上げ工程が実施される場合、当該工程において除去される成形体の厚みを１５０μｍ以下とすることにより、チェックボール２１の接触面に高緻密層を残存させることができる。したがって、前記工程を採用することにより、一層転がり滑り疲労に対する耐久性が向上したチェックボール２１を製造することができる。なお、高緻密層をより確実に残存させるためには、前記工程において除去される焼結された成形体の厚みは、１００μｍ以下とすることがより好ましい。
【００８３】
ところで、前記実施形態では、自動車用エンジンのタイミングベルト張力調整装置に用いたものとしたが、自動車用エンジンの補機ベルト張力調整装置に用いられても、自動車用エンジンのタイミングチェーン張力調整装置に用いられてもよい。ここで、補機ベルトとはおもにオルタネーター(発電機)、パワーステアリングのオイルポンプ、エアコンのコンプレッサーなどを駆動させるためについているベルトである。また、タイミングチェーンとは、エンジンのクランクシャフトの回転からカムシャフトを駆動させるためのチェーンである。すなわち、本発明のオートテンショナは耐久性に優れたチェックボールを備えるので、自動車用エンジンのタイミングベルト張力調整装置、補機ベルト張力調整装置、又はタイミングチェーン張力調整装置等に対して最適となる。
【００８４】
以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、例えば、前記実施形態では、リターンスプリング６をシリンダ１に内装したものであったが、リターンスプリングをシリンダの外周側に配設したものであってもよい。また、ロッド３とプランジャ４とが一体化されているものであれば、リターンスプリング６又はプランジャスプリング２５のいずれかを省略したものであってもよい。さらには、スリーブ２を有さないものであってもよい。
【実施例１】
【００８５】
以下、本発明の実施例１について説明する。種々のｚ値を有するβサイアロン焼結体からなる転動体（ボール）を有する転がり軸受を作製し、ｚ値と転動疲労寿命（耐久性）との関係を調査する試験を行なった。すなわち、オートテンショナのチェックボールではないが、転がり軸受の転動体であるボールをβサイアロン焼結体にて構成して、このボールの耐久試験を行った。試験の手順は以下のとおりである。
【００８６】
まず、試験の対象となる試験軸受の作製方法について説明する。はじめに、燃焼合成法でｚ値を０．１〜４の範囲で作製したβサイアロンの粉末を準備し、上記実施の形態１において図３に基づいて説明したチェックボール２１の製造方法と基本的に同様の方法で、ｚ値が０．１〜４である転動体を作製した。具体的な作製方法は以下のとおりである。まず、サブミクロンに微細化されたβサイアロン粉末と、焼結助剤としての酸化アルミニウム（住友化学株式会社製、ＡＫＰ３０）および酸化イットリウム（Ｈ．Ｃ．Ｓｔａｒｃｋ社製、Ｙｔｔｒｉｕｍｏｘｉｄｅ  ｇｒａｄｅ  Ｃ）とをボールミルを用いて湿式混合により混合した。その後、スプレードライヤーにて造粒を実施し、造粒粉を製造した。当該造粒粉を金型で球体に成形し、さらに冷間静水圧成形（ＣＩＰ）で加圧を行ない、球状の成形体を得た。
【００８７】
引き続き当該成形体に対して１次焼結として常圧焼結を行なった後、圧力２００ＭＰａの窒素雰囲気中でＨＩＰ（Ｈｏｔ  Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ  Ｐｒｅｓｓ；熱間静水圧焼結）処理することで、焼結球体を製造した。次に、当該焼結球体にラッピング加工を行ない、３／８インチセラミック球（ＪＩＳ等級  Ｇ５）とした。そして、別途準備した軸受鋼（ＪＩＳ規格ＳＵＪ２）製の軌道輪と組み合わせて、ＪＩＳ規格６２０６型番の軸受を作製した（実施例Ａ〜Ｈおよび比較例Ｂ〜Ｃ）。また、比較のため、窒化珪素からなる転動体、すなわちｚ値が０である転動体も上記βサイアロンからなる転動体と同様の方法で作製し、同様に軸受に組立てた（比較例Ａ）。
【００８８】
次に、試験条件について説明する。上述のように作製されたＪＩＳ規格６２０６型番の軸受に対し、最大接触面圧Ｐｍａｘ：３．２ＧＰａ、軸受回転数：２０００ｒｐｍ、潤滑：タービン油ＶＧ６８(清浄油)の循環給油、試験温度：室温、の条件の下で運転する疲労試験を行なった。そして、振動検出装置により運転中の軸受の振動を監視し、転動体に破損が発生して軸受の振動が所定値を超えた時点で試験を中止するとともに、運転開始から中止までの時間を当該軸受の寿命として記録した。また、試験中止後、軸受を分解して転動体の破損状態を確認した。
【００８９】
【表１】
2010007723.tif 000003
表１に本実施例の試験結果を示す。表１においては、各実施例および比較例における寿命が、比較例Ａ（窒化珪素）における寿命を１とした寿命比で表されている。また、破損形態は、転動体の表面に剥離が発生した場合「剥離」、剥離が発生することなく表面が摩耗して試験が中止された場合「摩耗」と記載されている。
【００９０】
表１を参照して、ｚ値が０．１以上３．５以下となっている実施例Ａ〜Ｈでは、窒化珪素（比較例Ａ）と比較して遜色ない寿命を有している。また、破損形態も窒化珪素の場合と同様に「剥離」となっている。これに対し、ｚ値が３．５を超えている比較例Ｂでは、寿命が大幅に低下するとともに、転動体に摩耗が観察される。すなわち、ｚ値が３．８である比較例Ｂでは、最終的には転動体に剥離が発生しているものの、転動体における摩耗が影響し、寿命が大幅に低下したものと考えられる。さらに、ｚ値が４である比較例Ｃにおいては、極めて短時間に転動体の摩耗が進行し、転がり軸受の耐久性が著しく低下している。
【００９１】
以上のように、ｚ値が０．１以上３．５以下の範囲においては、サイアロン焼結体からなる転動体を備えた転がり軸受の耐久性は、窒化珪素の焼結体からなる転動体を備えた転がり軸受とほぼ同等である。これに対し、ｚ値が３．５を超えると転動体が摩耗しやすくなり、これに起因して転動疲労寿命が大幅に低下する。さらに、ｚ値が大きくなると、βサイアロンからなる転動体の破損原因が「剥離」から「摩耗」に変化し、転動疲労寿命が著しく低下することが明らかとなった。このように、ｚ値を０．１以上３．５以下とすることにより、安価でありながら、十分な耐久性を安定して確保することが可能なβサイアロン焼結体からなる転動体の提供可能であることが確認された。
【００９２】
なお、表１を参照して、ｚ値が３を超える３．５の実施例Ｈにおいては、転動体には僅かな摩耗が発生しており、寿命も実施例Ａ〜Ｇに比べて低下している。このことから、十分な耐久性をより安定して確保するためには、ｚ値は３以下とすることが望ましいといえる。
【実施例２】
【００９３】
以下、本発明の実施例２について説明する。種々のｚ値を有するβサイアロン焼結体からなる転動体を有する転がり軸受を作製し、当該転がり軸受の内部に硬質の異物が侵入する環境下におけるｚ値と転動疲労寿命との関係を調査する試験を行なった。試験の手順は以下のとおりである。
【００９４】
まず、試験の対象となる試験軸受の作製方法について説明する。はじめに、燃焼合成法でｚ値を０．１〜２．５の範囲で作製したβサイアロンの粉末を準備し、上記実施例１と同様の方法で、ｚ値が０．１〜２．５である転動体を作製した。そして、別途準備した様々な鋼材を素材として製作した軌道輪と組み合わせて、ＪＩＳ規格６２０６型番の軸受を作製した（比較例Ｂ〜Ｆ、実施例Ａ〜Ｅ）。軌道輪を構成する鋼としては、ＪＩＳ規格ＳＵＪ２、ＳＣＭ４２０、ＳＣｒ４２０、Ｓ５３Ｃ、Ｓ４５Ｃ、Ｓ４０ＣおよびＡＩＳＩ規格Ｍ５０を採用した。また、比較のため、窒化珪素からなる転動体、すなわちｚ値が０である転動体も上記βサイアロンからなる転動体と同様の方法で作製し、同様に軸受に組立てた（比較例Ａ）。
【００９５】
次に、試験条件について説明する。上述のように作製されたＪＩＳ規格６２０６型番の軸受に対し、最大接触面圧Ｐｍａｘ：２．５ＧＰａ、軸受回転数：２０００ｒｐｍ、潤滑：タービン油ＶＧ６８、試験温度：室温の条件の下、潤滑油にガスアトマイズにより作製したＫＨＡ３０の粉末（粒径１０８〜１８０μｍ；硬質の異物）を０．４ｇ／Ｌの割合で添加した状態で運転する疲労試験を行なった。そして、振動検出装置により運転中の軸受の振動を監視し、軸受に破損が発生して軸受の振動が所定値を超えた時点で試験を中止するとともに、運転開始から中止までの時間を当該軸受の寿命として記録した。また、試験中止後、軸受を分解して軸受の破損状態を確認した。
【００９６】
【表２】
2010007723.tif 000004
表２に本実施例の試験結果を示す。表２においては、各欄内の上段に各実施例および比較例における寿命が、軌道輪の材質をＳＵＪ２とした場合の比較例Ａ（窒化珪素）の寿命を１とした寿命比で表されている。また、各欄内の下段には、軸受の破損部位（軌道輪または玉）が記載されている。
【００９７】
表２を参照して、ｚ値が１．０以上２．０以下となっている実施例Ａ〜Ｅは、窒化珪素（比較例Ａ）と比較して明確に長寿命となっている。ここで、表２に示すように、破損部位は窒化珪素の場合と同様に軌道部材（軌道輪）となっており、破損形態は剥離であった。これに対し、ｚ値が２．０を超えている比較例Ｅ〜Ｆでは、寿命が大幅に低下するとともに、転動体（玉）の破損（剥離）が先行する。すなわち、ｚ値が２．２５である比較例Ｅでは、硬質の異物の影響によりβサイアロン焼結体からなる軸受部品（玉）に損傷が生じ、寿命が大幅に低下したものと考えられる。さらに、ｚ値が２．５である比較例Ｆにおいては、一層短時間に転動体の剥離が生じ、転がり軸受の耐久性が著しく低下している。
【００９８】
一方、ｚ値が１．０より小さくなっている比較例Ｂ〜Ｄでは、寿命が比較例Ａとほぼ同じ程度にまで低下するとともに、軌道部材の破損（剥離）が先行する。すなわち、ｚ値が０．７５である比較例Ｄでは、ｚ値が０（窒化珪素）である比較例Ａとの物性の差が小さくなる。そのため、βサイアロン焼結体からなる玉と、当該玉に相対する軌道部材との間に侵入した硬質の異物による損傷が軌道部材側に集中し、これに起因して、窒化珪素焼結体からなる玉を採用した比較例Ａ並みにまで寿命が低下したものと考えられる。
【００９９】
さらに、表２を参照して、ｚ値が１．０以上２．０以下となっていても、相対する軌道輪の硬度（表面硬度）がＨＶ６８０未満である場合、軌道輪の硬度がＨＶ６８０以上の場合に比べて寿命が低下する傾向にある。これは、軌道輪の硬度が低い場合、βサイアロン焼結体からなる玉と、当該玉に相対する軌道部材との間に侵入した硬質の異物によって、軌道部材側に損傷が生じ易くなるためであると考えられる。
【０１００】
以上のように、ｚ値が２．０を超えるとβサイアロン焼結体からなる転動体が破損し易くなる一方、ｚ値が１．０未満では、相手部材との間の接触面圧が増加し、相手部材に損傷が発生しやすくなる。そして、ｚ値を１．０以上２．０以下とすることにより、転動体を構成する素材の強度と接触面圧の低減とのバランスが確保される。その結果、軸受の内部に硬質の異物が侵入する環境下において、βサイアロン焼結体からなる転動体（ボール）を含む転がり軸受の寿命が向上することが確認された。特に、軌道部材および転動体の一方はβサイアロン焼結体からなる部品であり、軌道部材および転動体の他方は鋼からなる部品である場合、軌道部材の物性と転動体の物性とがほどよく調和して、硬質の異物による損傷の発生を抑制することができる。このように、ｚ値を１．０以上２．０以下とすることにより、安価でありながら、十分な耐久性を安定して確保することが可能であるとともに、軸受の内部に硬質の異物が侵入する環境下においても用いることが可能なβサイアロン焼結体からなる転動体が提供可能であることが確認された。
【０１０１】
また、軌道部材および転動体の一方はβサイアロン焼結体からなる部品であり、軌道部材および転動体の他方は鋼からなる部品である場合、鋼からなる部品の損傷を抑制するため、鋼からなる部品の表面硬度はＨＶ６８０以上とすることが好ましいことが確認された。
【実施例３】
【０１０２】
以下、本発明の実施例３について説明する。本発明のボールの断面における緻密層および高緻密層の形成状態を調査する試験を行なった。試験の手順は以下のとおりである。
【０１０３】
はじめに、燃焼合成法で作製した組成がＳｉ５ＡｌＯＮ７であるβサイアロンの粉末（株式会社イスマンジェイ製、商品名メラミックス）を準備し、実施の形態１において図３に基づいて説明したチェックボール２１の製造方法と同様の方法で、一辺が約１０ｍｍの立方体試験片を作製した。具体的な製造方法は次のとおりである。まず、サブミクロンに微細化されたβサイアロン粉末と、焼結助剤としての酸化アルミニウム（住友化学株式会社製、ＡＫＰ３０）および酸化イットリウム（Ｈ．Ｃ．Ｓｔａｒｃｋ社製、Ｙｔｔｒｉｕｍｏｘｉｄｅ  ｇｒａｄｅ  Ｃ）とをボールミルを用いて湿式混合により混合した。その後、スプレードライヤーにて造粒を実施し、造粒粉を製造した。当該造粒粉を金型で所定の形状に成形し、さらに冷間静水圧成形（ＣＩＰ）で加圧を行ない、成形体を得た。引き続き当該成形体を圧力０．４ＭＰａの窒素雰囲気中で１６５０℃に加熱して焼結することで、上記立方体試験片を製造した。
【０１０４】
その後、当該試験片を切断し、切断された面をダイヤモンドラップ盤でラッピングした後、酸化クロムラップ盤による鏡面ラッピングを実施することにより、立方体の中心を含む観察用の断面を形成した。そして、当該断面を光学顕微鏡（株式会社ニコン製、マイクロフォト−ＦＸＡ）の斜光で観察し、倍率５０倍のインスタント写真（フジフイルム株式会社製  ＦＰ−１００Ｂ）を撮影した。その後、得られた写真の画像を、スキャナーを用いて（解像度３００ＤＰＩ）パーソナルコンピューターに取り込んだ。そして、画像処理ソフト（三谷商事株式会社製  ＷｉｎＲＯＯＦ）を用いて輝度閾値による２値化処理を行なって（本実施例での２値化分離閾値：１４０）、白色領域の面積率を測定した。
【０１０５】
次に、試験結果について説明する。図４は、試験片の上記観察用の断面を光学顕微鏡の斜光で撮影した写真である。また、図５は、図４の写真の画像を、画像処理ソフトを用いて輝度閾値により２値化処理した状態を示す一例である。また、図６は、図４の写真の画像を、画像処理ソフトを用いて輝度閾値により２値化処理して白色領域の面積率を測定する際に、画像処理を行なう領域（評価領域）を示す図である。図４において、写真上側が試験片の表面側であり、上端が表面である。
【０１０６】
図４および図５を参照して、本発明のチェックボール２１と同様の製造方法により作製された本実施例における試験片は、表面を含む領域に内部よりも白色領域の少ない層が形成されていることがわかる。そして、図６に示すように、撮影された写真の画像を試験片の最表面からの距離に応じて３つの領域（最表面からの距離が１５０μｍ以内の領域、１５０μｍを超え５００μｍ以内の領域、５００μｍを超え８００μｍ以内の領域）に分け、領域毎に画像解析を行なって白色領域の面積率を算出したところ、表３に示す結果が得られた。表３においては、図６に示した各領域を１視野として、無作為に撮影された５枚の写真から得られる５視野における白色領域の面積率の、平均値と最大値とが示されている。
【０１０７】
【表３】
2010007723.tif 000005
表３を参照して、本実施例における白色領域の面積率は、内部において１８．５％であったのに対し、表面からの深さが５００μｍ以下である領域においては３．７％、表面からの深さが１５０μｍ以下の領域においては１．２％となっていた。このことから、本発明のボールと同様の製造方法により作製された本実施例における試験片は、表面を含む領域に内部よりも白色領域の少ない緻密層および高緻密層が形成されていることが確認された。
【実施例４】
【０１０８】
以下、本発明の実施例４について説明する。本発明のボールの転動疲労寿命を確認する試験を行なった。試験の手順は以下のとおりである。
【０１０９】
まず、試験の対象となる試験軸受の作製方法について説明する。はじめに、燃焼合成法で作製した組成がＳｉ５ＡｌＯＮ７であるβサイアロンの粉末（株式会社イスマンジェイ製、商品名メラミックス）を準備し、実施の形態１において図３に基づいて説明したチェックボール２１の製造方法と同様の方法で直径９．５２５ｍｍの３／８インチセラミック球を作製した。具体的な製造方法は次のとおりである。まず、サブミクロンに微細化されたβサイアロン粉末と、焼結助剤としての酸化アルミニウム（住友化学株式会社製、ＡＫＰ３０）および酸化イットリウム（Ｈ．Ｃ．Ｓｔａｒｃｋ社製、Ｙｔｔｒｉｕｍｏｘｉｄｅ  ｇｒａｄｅ  Ｃ）とをボールミルを用いて湿式混合により混合した。その後、スプレードライヤーにて造粒を実施し、造粒粉を製造した。当該造粒粉を金型で球体に成形し、さらに冷間静水圧成形（ＣＩＰ）で加圧を行ない球状の成形体を得た。
【０１１０】
次に、当該成形体に対して焼結後の加工代が所定の寸法となるようにグリーン体加工を行ない、引き続き当該成形体を圧力０．４ＭＰａの窒素雰囲気中で１６５０℃に加熱して焼結することで、焼結球体を製造した。次に、当該焼結球体にラッピング加工を行ない、３／８インチセラミック球（転動体；ＪＩＳ等級  Ｇ５）とした。そして、別途準備した軸受鋼（ＪＩＳ規格ＳＵＪ２）製の軌道輪と組み合わせて、ＪＩＳ規格６２０６型番の軸受を作製した。ここで、上記焼結球体に対するラッピング加工により除去される焼結球体の厚み（加工代）を８段階に変化させ、８種類の軸受を作製した（実施例Ａ〜Ｈ）。一方、比較のため、窒化珪素および焼結助剤からなる原料粉末を用いて加圧焼結法により焼結した焼結球体（日本特殊陶業株式会社製  ＥＣ１４１）に対して、上述と同様にラッピング加工を行ない、別途準備した軸受鋼（ＪＩＳ規格ＳＵＪ２）製の軌道輪と組み合わせて、ＪＩＳ規格６２０６型番の軸受を作製した（比較例Ａ）。ラッピング加工による加工代は０．２５ｍｍとした。
【０１１１】
次に、試験条件について説明する。上述のように作製されたＪＩＳ規格６２０６型番の軸受に対し、最大接触面圧Ｐｍａｘ：３．２ＧＰａ、軸受回転数：２０００ｒｐｍ、潤滑：タービン油ＶＧ６８(清浄油)の循環給油、試験温度：室温、の条件の下で運転する疲労試験を行なった。そして、振動検出装置により運転中の軸受の振動を監視し、転動体に破損が発生して軸受の振動が所定値を超えた時点で試験を中止するとともに、運転開始から中止までの時間を当該軸受の寿命として記録した。なお、試験数は実施例、比較例ともに１５個ずつとし、そのＬ１０寿命を算出した上で、比較例Ａに対する寿命比で耐久性を評価した。
【０１１２】
【表４】
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表４に本実施例の試験結果を示す。表４を参照して、実施例の軸受の寿命は、その製造コスト等を考慮するといずれも良好であるといえる。そして、加工代を０．５ｍｍ以下とすることにより転動体の表面に緻密層を残存させた実施例Ｄ〜Ｇの軸受の寿命は、比較例Ａの寿命の１．５〜２倍程度となっていた。さらに、加工代を０．１５ｍｍ以下とすることにより転動体の表面に高緻密層を残存させた実施例Ａ〜Ｃの軸受の寿命は、比較例Ａの寿命の３倍程度となっていた。このことから、本発明のボールを備えた転がり軸受は、耐久性において優れていることが確認された。そして、本発明のチェックボール２１と同様のボールを備えた転がり軸受は、ボールの加工代を０．５ｍｍ以下として、表面に緻密層を残存させることにより寿命が向上し、ボールの加工代を０．１５ｍｍ以下として、表面に高緻密層を残存させることにより寿命がさらに向上することが分かった。
【０１１３】
このように、０．１≦ｚ≦２．０を満たすβサイアロンを主成分とした転動体は耐久性に優れることが分かる。このため、０．１≦ｚ≦２．０を満たすβサイアロンを主成分としたチェックボールは、耐久性に優れ、オートテンショナの長寿命化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１４】
【図１】本発明の実施形態を示すオートテンショナの断面図である。
【図２】前記オートテンショナのチェックボールの製造工程図である。
【図３】前記オートテンショナの他のチェックボールの製造工程図である。
【図４】試験片の観察用の断面を光学顕微鏡の斜光で撮影した写真である。
【図５】前記図４の写真の画像を、画像処理ソフトを用いて輝度閾値により２値化処理した状態を示す一例である。
【図６】前記図４の写真の画像を、画像処理ソフトを用いて輝度閾値により２値化処理する際に、画像処理を行なう領域（評価領域）を示す図である。
【符号の説明】
【０１１５】
１     シリンダ
３     ロッド
４     プランジャ
１２   圧力室
１３   リザーバ室
１６   通路
２０   閉塞手段
２１   チェックボール
２２   チェックバルブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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