(57)【要約】【課題】  本発明は一旦溶融させて凝固した微小金属球で、金属液滴の凝固に伴う初晶デンドライトの晶出により微小金属球の表面に発生した凹凸を除去し、表面平滑性を有した、真球度が高い転動体用にも好適な微小金属球を提供するものである。【解決手段】  本発明は、定められた体積を有する溶融した液滴を形成し、該液滴を凝固させて直径が５０〜８００μｍの球状粒子とし、次いで得られた球状粒子の表面を研磨することを特徴とする微小金属球の製造方法である。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
定められた体積を有する溶融した液滴を形成し、該液滴を凝固させて直径が５０〜８００μｍの球状粒子とし、次いで得られた球状粒子の表面を研磨することを特徴とする微小金属球の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転がり軸受け等に使用される転動体用にも好適な微小金属球の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ボールベアリングなどに用いられる転動体用の鋼球は、鋼線を一定の長さに切断したピースを両側から半球状の球座をもつ雌、雄の金型で圧縮して球形に成形し、次に２枚の硬質鋳物盤の間にはさんで圧力をかけて転動させ、バリを除去した後、組織調整のための熱処理を行い、精密研磨して製造される（例えば、非特許文献１参照）。
この際、鋼球の素材は、転動体用鋼球として一般的である高炭素クロム軸受鋼（例えばＳＵＪ２鋼（１．０ｍａｓｓ％Ｃ−１．５ｍａｓｓ％Ｃｒ））や，マルテンサイト系ステンレス鋼（例えばＳＵＳ４４０Ｃ鋼（１．２ｍａｓｓ％Ｃ−１７ｍａｓｓ％Ｃｒ））である。
【０００３】
しかし、前述の鍛造成形する方法だとボールが小径になるほど製造時間が掛かり、不経済である。そこで、例えば、特開２００４−２３２０８４号公報（特許文献１）に開示される、一定の金属片をプラズマ炎中に導入することにより、一旦溶融した後に凝固させることで、球状化させた微小金属球の製造方法がある。熱プラズマは高いエネルギー場を有するために、高融点の金属を効率的に球状化をすることに適した方法であるとされている。
【０００４】
さらに、米国特許５２６６０９８号に開示される、所望の金属あるいは合金をるつぼで溶解し、溶湯に圧力と振動を付与して前記るつぼの底部に設けたオリフィスから溶湯を押出し、前記オリフィスから滴下した溶湯を急冷凝固させて金属球を製造する、均一液滴法と呼ばれる方法（特許文献２参照）などの、金属を一旦溶融して凝固させる方法が多数開示されており、前述の転動体用微小金属球を製造するのに適した方法であるとされている。
【非特許文献１】株式会社天辻鋼球製作所ホームページ（２００４）（インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ａｋｓｂａｌｌ．ｃｏ．ｊｐ／ｓｅｉｒ．ｈｔｍ＞）
【特許文献１】特開２００４−２３２０８４号公報
【特許文献２】米国特許第５，２６６，０９８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、一旦溶融させて凝固した金属球は、例えば凝固に伴って初晶デンドライトが晶出した場合には、表面が平滑でなく、デンドライトによる凹凸が生じるという問題があった。この様な表面に凹凸を生じた金属球は、一般に割れが生じやすく、転がり時に発生する騒音も大きくなる傾向がある。したがって、そのままでは転動体用微小金属球としては不適であり、これまで本手法を用いた金属球を転動体用微小金属球としての使用は実現されてこなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は、一旦溶融させて凝固した微小金属球であっても研磨により表面を平滑にすることが可能であり、表面平滑性を有し、真球度が高い、転動体用にも好適な微小金属球を得られることを見いだし本発明に到達した。
【０００７】
すなわち、定められた体積を有する溶融した液滴を形成し、該液滴を凝固させて直径が５０〜８００μｍの球状粒子とし、次いで得られた球状粒子の表面を研磨することを特徴とする微小金属球の製造方法である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、高い真球度を有する転動体用の微小金属球を、一旦溶融させて凝固させたのちに研磨することで製造することができ、従来の鍛造工程を経ずして必要な機械的特性を維持できるため、例えば、転動体用微小金属球の製造コスト低減に有効な技術となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
上述したように、本発明の重要な特徴は一旦溶融させて凝固したのちに得られた粒状粒子の表面を研磨する構成を採用したことにより、転動体用微小金属球の製造を実現した。
好ましくは、表面に形成されている凹部の表面大きさが円相当換算で直径１０μｍ以下であれば、含油性を持たせることができる。
好ましくは、機械的特性を得るためにＦｅ―Ｃ系合金であることが望ましい。さらに好ましくは、ＣｒやＷ，Ｍｏ，Ｖといった炭化物形成元素を添加することが望ましい。
【００１０】
定められた体積を有する溶融した液滴を得る具体的な手法としては、例えば、素材を線材に加工した後に一定長さで切断し、該線材片を熱プラズマに投入して溶融させることで得ることができる。また、所望の金属あるいは合金をるつぼで溶解し、溶湯に特定の圧力と振動を付与して前記るつぼの底部に設けたオリフィスから溶湯を押出し、前記オリフィスから滴下させることでも得ることができる。
【００１１】
形成された液滴は、落下中に表面張力により球状化する。これにより高い真球度を有する。好ましくは液滴を空中にて凝固を行うことにより、より高い真球度の微小金属球を得ることが可能となる。したがって、次工程で実施する研磨は表面平滑性のみを行うだけでよく、研磨工程を大幅に短縮できる。
【００１２】
また、本発明では微小金属球の直径は５０〜８００μｍであることが好ましい。粒径が５０μｍ以下であると、均一な液滴を得るのが困難である。また、粒径が８００μｍ以上の場合は、均一な液滴を得ることが困難であるとともに、球状化も困難である。さらに、従来の切断したピースを両側から半球状の球座をもつ雌、雄の金型で圧縮して球形に成形する製法に比べて製造コストが増える。したがって、粒径は８００μｍ以下であることが好ましい。
【００１３】
研磨の方法としては、金属素球を研磨剤とともに振動を与えて金属球がお互いに摺動することにより研磨する方法が利用できる。また、２つの平行な円盤間で円盤を回転させながら、研磨剤と共に金属素球を摺動させて、円盤により表面を直接的に行う方法などを採用してもよい。本発明においては、金属球表面を十分に平滑にできる研磨方法であれば、上述以外の研磨方法をとってもよい。
【実施例１】
【００１４】
上述した、定められた体積を有する溶融した液滴を得る方法として、素材を加工した線材を熱プラズマに投入する製造方法を採用した。
図１に記載のＲＦプラズマ装置を用いて、ステンレス鋼（０．７ｍａｓｓ％Ｃ−１３．５ｍａｓｓ％Ｃｒ残部主としてＦｅからなる）である金属片を用い、目標直径が３００．０μｍの微小金属球を以下に示す製造条件で作製した。プラズマ炎に導入する上記した金属片は直径０．２ｍｍのワイヤを切断刃により、一定寸法に切断して作製した。得られた金属粒子の粒径は、金属球の写した投影画像から投影面積Ｓおよび投影最大長Ｌを測定し、その測定値より円相当径Ｄ＝２（Ｓ／π）１／２、真円度Ｒ＝Ｄ／Ｌで算出する値であり、真円度が１である場合、真円であることを示す。
【００１５】
（製造条件）
金属片寸法：φ０．２ｍｍ×Ｌ０．４５０ｍｍ（体積１．４×１０−５ｃｍ３、Ｌ／φ＝２．２５）
金属片のＣＶ値：０．４７％
プラズマ動作ガス：Ａｒ  ３０Ｌ／ｍｉｎ
プラズマトーチ：水冷式石英管φ５０ｍｍ、高周波誘導コイルφ７０ｍｍ
チャンバ：最大内径φ８００ｍｍ、最大内高１５００ｍｍ
チャンバ内雰囲気：Ａｒガス雰囲気
原料供給装置：電磁フィーダー
高周波誘導コイル入力条件：４ＭＨｚ、１８ｋＷ
【００１６】
上述の製造条件により得られた金属球について、粒径が大きく異なる金属球を取り除く為のふるい分級を行った。その結果、プラズマ炎に導入した金属片の重量に対して、約６０％の重量の金属球を回収した。
該金属球を、金属球を写した投影画像から直径および面積を測定した結果を表１に示す。
得られた金属球をガラス瓶内で水と研磨剤としてダイヤモンドペーストを混合した溶液と混合したのちに、超音波発生器に入れ、超音波の振動を与えた。この際に、金属素球同士は超音波の振動により互いに摺動したり、衝突したりすることにより表面の研磨が進行する。
【００１７】
研磨した金属球から無作為に５６８球を抽出し、平均直径、平均真円度を測定した。これらは抽出した微小金属球の投影像について画像分析を行った。その結果を表１に示す。目標とする直径で、真球度の高い金属球を製造することができている。
【００１８】
また、図２に得られた金属球表面の走査型電子顕微鏡像を示す。また、図３に図２の金属球表面の拡大写真を示す。これらの図からも明らかなように、研磨処理により平滑な球面に調製できることが確認できた。
【００１９】
【表１】
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【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一例を示す金属微小球製造装置である。
【図２】本発明の一例を示す走査型電子顕微鏡像である。
【図３】本発明の一例を示す走査型電子顕微鏡像の部分拡大図である。
【符号の説明】
【００２１】
１・・・溶融金属液滴
２・・・回収缶
１０・・・冷却壁
１１・・・プラズマ発生空間
１２・・・高周波コイル
１３・・・作動ガス供給部
１４・・・プラズマ炎
１５・・・ノズル
１６・・・チャンバ
１７・・・排気装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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