(57)【要約】【課題】ガラス転動体を備える転動装置の長寿化を図る。【解決手段】本発明の転動装置は、少なくともガラス転動体、外輪、内輪、潤滑剤を備える転動装置において、ガラス転動体が、イオン交換による表面圧縮応力層を有するアルカリアルミノシリケートガラスからなり、潤滑剤中のＬｉとＮａの合量が５質量％未満であることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともガラス転動体、外輪、内輪、潤滑剤を備える転動装置において、
ガラス転動体が、イオン交換による表面圧縮応力層を有するアルカリアルミノシリケートガラスからなり、
潤滑剤中のＬｉとＮａの合量が５質量％未満であることを特徴とする転動装置。
【請求項２】
潤滑剤がグリースであり、該グリース中のＬｉの含有量が１質量％未満であることを特徴とする請求項１に記載の転動装置
【請求項３】
潤滑剤が、少なくともベースオイル、添加剤及び増ちょう剤を含むグリースであり、該増ちょう剤中のＬｉの含有量が１質量％未満であることを特徴とする請求項１に記載の転動装置
【請求項４】
ガラス転動体の直径の寸法公差が０．０１％以内であることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の転動装置。
【請求項５】
ガラス転動体の表面が研磨面であることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の転動装置。
【請求項６】
ガラス転動体が、ガラス組成として、質量％で、ＳｉＯ２  ４５〜７５％、Ａｌ２Ｏ３  １０〜３０％、Ｌｉ２Ｏ  ０〜０．１％、Ｎａ２Ｏ  ５〜２５％を含有することを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の転動装置。
【請求項７】
ガラス転動体の表面圧縮応力層の圧縮応力値ＣＳが３００ＭＰａ以上、且つ応力深さＤＯＬが３０μｍ以上であることを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の転動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転動装置に関し、具体的には少なくともガラス転動体、外輪、内輪、潤滑剤を備える転動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
転動装置は、一般的に、転動体、外輪、内輪、潤滑剤を備えており、絶縁性が要求される転動装置には、転動体として、窒化珪素が広く使用されている。窒化珪素製の転動体は、絶縁性が高く、高強度であるというメリットを有する。その一方で、窒化珪素製の転動体は、密度が高く、球状に加工し難いというデメリットを有する（特許文献１参照）。
【０００３】
一方、ガラスは、絶縁材料であり、更に成形性や加工性が良好である。しかし、ガラスは、脆性材料であるため、転動体に使用する場合に、高速回転、高摩擦、高荷重等の過酷な条件で破損する虞がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１９０９５９号公報
【特許文献２】特開２０１７−０１５１４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
球状ガラスをイオン交換処理すると、表面圧縮応力層が形成されて、機械的強度を高めることができる（特許文献２参照）。
【０００６】
しかし、球状ガラスをイオン交換処理して、機械的強度を高めた時でも、転動体として長期間使用した時に、表面剥離や表面傷が発生して、破損確率が上昇する場合がある。この場合、ガラス転動体の転がり寿命が低下するため、転動装置の製品寿命が短くなる。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、その技術的課題は、ガラス転動体を備える転動装置の長寿化を図ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、種々の検討を行った結果、以下の知見を得た。ガラス転動体は、転動装置内において高温高圧下で潤滑剤と接触する。この場合、潤滑剤中にイオン半径の小さいアルカリ金属成分、具体的にはＬｉイオン、Ｎａイオンが含まれていると、このＬｉイオン、Ｎａイオンが、ガラス転動体の表面圧縮応力層に侵入して、表面圧縮応力層中のＫイオンとイオン交換反応するため、表面圧縮応力層の圧縮応力値ＣＳを低下させる。結果として、ガラス転動体の硬度が低下して、転がり寿命が短くなる。そこで、潤滑剤中のＬｉとＮａの含有量を少なくすると、転動装置を長期間使用しても、ガラス転動体の硬度が低下し難くなり、転動装置を長寿命化することができる。すなわち、本発明の転動装置は、少なくともガラス転動体、外輪、内輪、潤滑剤を備える転動装置において、ガラス転動体が、イオン交換による表面圧縮応力層を有するアルカリアルミノシリケートガラスからなり、潤滑剤中のＬｉとＮａの合量が５質量％未満であることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の転動装置は、潤滑剤がグリースであり、該グリース中のＬｉの含有量が１質量％未満であることが好ましい。
【００１０】
また、本発明の転動装置は、潤滑剤が、少なくともベースオイル、添加剤及び増ちょう剤を含むグリースであり、該増ちょう剤中のＬｉの含有量が１質量％未満であることが好ましい。
【００１１】
また、本発明の転動装置は、ガラス転動体の直径の寸法公差が０．０１％以内であることが好ましい。ここで、「直径の寸法公差」は、少なくとも１０か所で測定した直径の平均値に対する寸法公差であり、例えば、周知の接触式測長機により測定可能である。
【００１２】
また、本発明の転動装置は、ガラス転動体の表面が研磨面であることが好ましい。
【００１３】
また、本発明の転動装置は、ガラス転動体が、ガラス組成として、質量％で、ＳｉＯ２  ４５〜７５％、Ａｌ２Ｏ３  １０〜３０％、Ｌｉ２Ｏ  ０〜０．１％、Ｎａ２Ｏ  ５〜２５％を含有することが好ましい。
【００１４】
また、本発明の転動装置は、ガラス転動体の表面圧縮応力層の圧縮応力値ＣＳが３００ＭＰａ以上、且つ応力深さＤＯＬが３０μｍ以上であることが好ましい。ここで、「圧縮応力値ＣＳ」と「応力深さＤＯＬ」は以下のように測定する。球状ガラスと同じ組成、同じ熱履歴を有するガラス板を用意する。次に、球状ガラスと同じ条件で、ガラス板をイオン交換処理して、球状ガラスと同じ表面組成プロファイルを有するガラス板を得る。表面組成プロファイルは、ＳＥＭ−ＥＤＸ（例えば、日立ハイテクノロジーズ製Ｓ４３００−ＳＥ、堀場製作所製ＥＸ−２５０）によるＺＡＦ法のスタンダードレス定量分析を用いることで測定することができる。なお、同じ組成であるガラス同士について、周知のアルキメデス法や重液法で測定した密度を同一とすることで熱履歴を揃えることができる。続いて、表面応力計（例えば、株式会社折原製作所製ＦＳＭ−６０００）によりガラス板の断面を観察し、観察される干渉縞の本数とその間隔から、ガラス板の表面応力層の圧縮応力値ＣＳｐ、応力深さＤＯＬｐを算出する。最後に、得られたＣＳｐを球状ガラスのＣＳ、ＤＯＬｐを球状ガラスのＤＯＬとして評価する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の転動装置の一例を示すための縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の転動装置は、少なくともガラス転動体、外輪、内輪、潤滑剤を備える転動装置を備えている。図１は、本発明の転動装置の一例を示すための縦断面図である。転動装置１は、外輪２と内輪３の間に、ガラス転動体４が回動自在に介装されている。ガラス転動体４は、イオン交換による表面圧縮応力層を有するアルカリアルミノシリケートガラスであり、また保持具５により所定間隔に維持するようになっている。そして、外輪２、内輪３及びガラス転動体４の隙間には、図示しない潤滑剤が添加されており、潤滑剤中のＬｉとＮａの合量は５質量％未満である。
【００１７】
本発明の転動装置において、外輪と内輪の材質は、特に限定されないが、例えば、ＳＵＳ鋼、ＳＵＳ４４０Ｃ鋼、ＳＵＪ２鋼等の金属を使用することができる。
【００１８】
本発明の転動装置において、潤滑剤中のＬｉとＮａの合量は５質量％未満であり、好ましくは３質量％未満、１質量％以下、１質量％未満、０．５質量％未満、０．１質量％以下、特に０．１質量％未満であり、また潤滑剤中のＬｉの含有量は、好ましくは３質量％未満、１質量％以下、１質量％未満、０．５質量％未満、０．１質量％以下、特に０．１質量％未満であり、潤滑剤中のＮａの含有量は、好ましくは３質量％未満、１質量％以下、１質量％未満、０．５質量％未満、０．１質量％以下、特に０．１質量％未満である。潤滑剤中のＬｉとＮａの含有量が多過ぎると、転動装置の駆動時に、潤滑剤中のＬｉ及び／又はＮａが、ガラス転動体の表面圧縮応力層中のＫイオンとイオン交換して、ガラス転動体の硬度が低下し易くなる。結果として、転動装置の製品寿命が短くなる。
【００１９】
潤滑剤としては、ＬｉとＮａの合量が５質量％未満である限り、種々の材料が使用可能である。その中でも、振動やズレに強いため、ベースオイル、添加剤及び増ちょう剤を含むグリースを用いることが好ましい。潤滑剤中のベースオイルと添加剤の合量は、一般的に８０〜９５質量％であり、増ちょう剤の含有量は、一般的に５〜２０質量％である。
【００２０】
グリース中のＬｉの含有量は、好ましくは１質量％未満、０．５質量％未満、０．１質量％以下、特に０．１質量％未満である。潤滑剤中のＬｉとＮａの合量が多過ぎると、転動装置の駆動時に、グリース中のＬｉが、ガラス転動体の表面圧縮応力層中のＫイオンとイオン交換反応して、ガラス転動体の硬度が低下し易くなる。結果として、転動装置の製品寿命が短くなる。
【００２１】
増ちょう剤中のＬｉの含有量は、好ましくは１質量％未満、０．５質量％未満、０．１質量％以下、特に０．１質量％未満である。増ちょう剤中のＬｉの合量が多過ぎると、転動装置の駆動時に、増ちょう剤中のＬｉが、ガラス転動体の表面圧縮応力層中のＫイオンとイオン交換反応して、ガラス転動体の硬度が低下し易くなる。結果として、転動装置の製品寿命が短くなる。
【００２２】
転動装置の潤滑剤には、増ちょう剤として、石けん系増ちょう剤が添加されていることが多く、石けん系増ちょう剤として、例えば、リチウム石けん、リチウムコンプレックス石けん、ナトリウム石けん等が使用される。これらの石けん系増ちょう剤は、多量のＬｉ、Ｎａを含むため、転動装置の駆動時にガラス転動体の表面圧縮応力層中のＫイオンとイオン交換反応する。よって、本発明の転動装置では、グリース中の増ちょう剤として、石けん系増ちょう剤の代わりに、ＬｉとＮａの含有量が少ないウレア系増ちょう剤を用いることが好ましい。ウレア系増ちょう剤として、例えば、脂肪族ジウレア系増ちょう剤、脂肪族ジウレア系増ちょう剤、脂環式ジウレア系増ちょう剤、芳香族ジウレア系増ちょう剤が好ましい。
【００２３】
本発明の転動装置において、ガラス転動体は、アルカリアルミノシリケートガラスであり、アルカリアルミノシリケートガラスの中でも、ガラス組成として、質量％で、ＳｉＯ２  ４５〜７５％、Ａｌ２Ｏ３  １０〜３０％、Ｌｉ２Ｏ  ０〜０．１％、Ｎａ２Ｏ  ５〜２５％を含有することが好ましい。上記のように各成分の含有範囲を限定した理由を以下に説明する。なお、各成分の含有範囲の説明において、以下の％表示は、特段の断りがない限り、質量％を指す。
【００２４】
ＳｉＯ２は、ガラスのネットワークを形成する成分であり、その含有量は、好ましくは４５〜７５％、４５〜７０％、４５〜６５％、４５〜６３％、特に４８〜６１％である。ＳｉＯ２の含有量が多過ぎると、溶融性、成形性、加工性、熱膨張係数が低下し易くなる。一方、ＳｉＯ２の含有量が少な過ぎると、ガラス化し難くなり、また熱膨張係数が不当に高くなるため、耐熱衝撃性が低下し易くなる。
【００２５】
Ａｌ２Ｏ３は、イオン交換性能、歪点、ヤング率を高める成分である。しかし、Ａｌ２Ｏ３の含有量が多過ぎると、失透結晶が析出し易くなって、所望の形状に成形し難くなる。また溶融性、成形性、加工性、熱膨張係数が低下し易くなる。よって、Ａｌ２Ｏ３の好適な上限範囲は３０％以下、２８％以下、２４％以下、２３％以下、２２％以下、２１．５％以下、特に２１％以下であり、好適な下限範囲は１０％以上、１２％以上、１３％以上、１５％以上、１７％以上、特に１８％以上である。
【００２６】
Ｌｉ２Ｏは、イオン交換処理時にイオン交換溶液中にＬｉが溶出して、イオン交換溶液を劣化させる成分である。よって、Ｌｉ２Ｏの含有量は、好ましくは０〜０．１％、０〜０．１％未満、０〜０．０５％未満、特に０〜０．０１％未満である。
【００２７】
Ｎａ２Ｏは、イオン交換成分であると共に、溶融性や成形性を高める成分である。また耐失透性を改善する成分でもある。しかし、Ｎａ２Ｏの含有量が多過ぎると、体積電気抵抗率が低くなったり、熱膨張係数が不当に高くなるため、耐熱衝撃性が低下し易くなる。またガラス組成のバランスが崩れて、かえって耐失透性が低下する虞がある。よって、Ｎａ２Ｏの含有量は、好ましくは５〜２５％、１０〜２５％、１１〜２２％、１２〜２０％、１３〜１９％、特に１４〜１８％である。
【００２８】
上記成分以外にも、例えば、以下の成分を導入してもよい。
【００２９】
Ｂ２Ｏ３は、液相温度、高温粘度、密度を低下させる成分であると共に、イオン交換性能、特に圧縮応力値ＣＳを高める成分であるが、その含有量が多過ぎると、イオン交換によって表面にヤケが発生したり、耐水性、液相粘度、応力深さＤＯＬが低下する虞がある。よって、Ｂ２Ｏ３の含有量は、好ましくは０〜６％、０〜４％、０．１〜３％、０．１〜２％、特に０．５〜１％未満である。
【００３０】
Ｋ２Ｏは、イオン交換を促進する成分であり、特にアルカリ金属酸化物の中では応力深さＤＯＬを増大させる成分である。また高温粘度を低下させて、溶融性や成形性を高めたり、耐失透性を改善する成分である。しかし、Ｋ２Ｏの含有量が多過ぎると、熱膨張係数が不当に高くなり、耐熱衝撃性が低下したり、周辺材料と熱膨張係数が整合し難くなる。更に歪点が低下し過ぎたり、ガラス組成のバランスが崩れて、かえって耐失透性が低下する虞がある。よって、Ｋ２Ｏの含有量は、好ましくは０〜１０％、０．１〜９％、１〜８％、２〜７％、特に４〜６％である。
【００３１】
モル％比Ｋ２Ｏ／Ｎａ２Ｏは、好ましくは０〜１、０〜０．８、０．０５〜０．７、０．１〜０．５、０．１５〜０．４、０．１５〜０．３、特に０．１５〜０．２５である。このようにすれば、短時間で圧縮応力値ＣＳと応力深さＤＯＬが大きくなり易い。また、混合アルカリ効果によって比較的高い電気抵抗率を得ることができる。なお、「Ｋ２Ｏ／Ｎａ２Ｏ」は、Ｋ２Ｏの含有量をＮａ２Ｏの含有量で割った値である。
【００３２】
Ｐ２Ｏ５は、イオン交換性能を高める成分であり、特に応力深さＤＯＬを増大させる成分である。一方、Ｐ２Ｏ５の含有量が多過ぎると、ガラスが分相したり、耐水性や耐失透性が低下し易くなる。よって、Ｐ２Ｏ５の含有量は、好ましくは０〜１０％、０．１〜９％、１〜８％以下、２〜７％以下、特に３〜６％である。
【００３３】
ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ及びＢａＯの合量は、好ましくは０〜１５％、０〜９％、０．５〜６％、特に１〜５％である。ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ及びＢａＯの合量が多過ぎると、密度や熱膨張係数が不当に高くなったり、耐失透性やイオン交換性能が低下し易くなる。
【００３４】
ＭｇＯとＣａＯは、高温粘度を低下させて、溶融性や成形性を高めたり、歪点やヤング率を高める成分であり、アルカリ土類金属酸化物の中では、イオン交換性能を高める効果が大きい成分である。しかし、ＭｇＯとＣａＯの含有量が多くなると、密度や熱膨張係数が高くなったり、ガラスが失透し易くなる。よって、ＭｇＯの含有量は、好ましくは１０％以下、８％以下、６％以下、０．５〜５％、特に１〜４％である。ＣａＯの含有量は、好ましくは６％以下、４％以下、２％以下、１％未満、特に０．５％未満である。
【００３５】
ＳｒＯとＢａＯは、高温粘度を低下させて、溶融性や成形性を高めたり、歪点やヤング率を高める成分である。しかし、ＳｒＯとＢａＯの含有量が多くなると、密度や熱膨張係数が高くなったり、イオン交換性能が低下し易くなる。よって、ＳｒＯの含有量は、好ましくは３％以下、２％以下、１％以下、０．５％以下、特に０．１％未満である。ＢａＯの含有量は、好ましくは３％以下、２％以下、１％以下、０．５％以下、特に０．１％未満である。
【００３６】
質量比（ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ及びＢａＯの合量）／（Ｎａ２ＯとＫ２Ｏの合量）は、耐失透性を高める観点から、好ましくは０．５以下、０．４以下、特に０．３以下である。なお、「（ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ及びＢａＯの合量）／（Ｎａ２ＯとＫ２Ｏの合量）」は、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ及びＢａＯの合量をＮａ２ＯとＫ２Ｏの合量で割った値である。
【００３７】
ＺｎＯは、イオン交換性能を高める成分である。また低温粘性を低下させずに、高温粘性を低下させる成分である。しかし、Ｐ２Ｏ５の存在下でＺｎＯを増量すると、ガラスが分相したり、失透し易くなる。よって、ＺｎＯの含有量は、好ましくは６％以下、４％以下、１％以下、０．１％以下、特に０．０１％以下である。
【００３８】
ＺｒＯ２は、イオン交換性能、ヤング率、歪点を高める成分であり、高温粘性を低下させる成分である。しかし、ＺｒＯ２の含有量が多くなると、耐失透性が低下し易くなる。よって、ＺｒＯ２の含有量は、好ましくは０〜１０％、０〜５％、０〜３％、０〜１％未満、０〜０．４％、特に０〜０．１％未満である。
【００３９】
ＴｉＯ２は、イオン交換性能を高める成分であり、高温粘性を低下させる成分である。しかし、ＴｉＯ２の含有量が多くなると、ガラスが着色したり、失透し易くなる。よって、ＴｉＯ２の含有量は、好ましくは０〜４％、０〜１％未満、０〜０．１％未満、特に０〜０．０１％未満である。
【００４０】
ＳｎＯ２は、イオン交換性能、特に圧縮応力値ＣＳを高める成分である。しかし、ＳｎＯ２の含有量が多くなると、ＳｎＯ２に起因する失透が発生したり、ガラスが着色し易くなる。よって、ＳｎＯ２の含有量は、好ましくは０〜３％、０．０１〜２％、０．０５〜１％、特に０．１〜０．５％である。
【００４１】
清澄剤として、Ａｓ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ３、ＣｅＯ２、Ｆ、ＳＯ３、Ｃｌの群から選択された一種又は二種以上を含有させてもよい。但し、環境に対する配慮から、Ａｓ２Ｏ３とＳｂ２Ｏ３を添加しないことが好ましく、Ａｓ２Ｏ３とＳｂ２Ｏ３の含有量は、それぞれ０．１％未満、特に０．０１％未満が好ましい。ＣｅＯ２の含有量は、透過率を高めるために、０．１％未満、特に０．０１％未満が好ましい。Ｆの含有量は、低温粘性の低下による応力緩和を抑制するため、０．１％未満、特に０．０１％未満が好ましい。
【００４２】
ＣｏＯ、ＮｉＯ等の遷移金属酸化物は、ガラスを着色させる成分である。よって遷移金属酸化物の合量は、好ましくは０．５％以下、０．１％以下、特に０．０５％以下である。
【００４３】
Ｎｂ２Ｏ５、Ｌａ２Ｏ３等の希土類酸化物は、ヤング率を高める成分である。しかし、希土類酸化物の含有量が多くなると、原料コストが高騰し、耐失透性が低下し易くなる。よって、希土類酸化物の合量は、好ましくは３％以下、２％以下、１％未満、０．５％以下、特に０．１％以下である。
【００４４】
ＰｂＯとＢｉ２Ｏ３の含有量は、環境に対する配慮から、それぞれ０．１％未満が好ましい。
【００４５】
本発明の転動装置において、ガラス転動体は、以下のガラス特性を有することが好ましい。
【００４６】
ガラス転動体の密度は、好ましくは２．６０ｇ／ｃｍ３以下、２．５５ｇ／ｃｍ３以下、２．５０ｇ／ｃｍ３以下、２．４９ｇ／ｃｍ３以下、特に２．４８ｇ／ｃｍ３以下である。ガラス転動体の密度が低い程、転動装置の軽量化を図ることができる。なお、「密度」とは、周知のアルキメデス法で測定した値を指す。
【００４７】
ガラス転動体の３０〜３８０℃の温度範囲における熱膨張係数は、好ましくは７０×１０−７〜１１０×１０−７／℃、７５×１０−７〜１１０×１０−７／℃、８０×１０−７〜１１０×１０−７／℃、特に８５×１０−７〜１１０×１０−７／℃である。上記のようにガラス転動体の熱膨張係数を規制すれば、高速回転時に発生する熱により内輪や外輪が膨張したとしても、転動装置を適正に駆動させることができる。ここで、「熱膨張係数」とは、３０〜３８０℃の温度範囲において、ディラトメーターで測定した平均値である。
【００４８】
ガラス転動体の歪点は、好ましくは５２０℃以上、５５０℃以上、５６０℃以上、特に５７０〜７５０℃である。ガラス転動体の歪点が高い程、転動装置の耐熱性が向上する。またガラス転動体の歪点が高いと、イオン交換処理時に応力緩和が生じ難くなるため、ガラス転動体の表面圧縮応力層において、高い圧縮応力値ＣＳを確保し易くなる。
【００４９】
ガラス転動体の高温粘度１０２．５ｄＰａ・ｓに相当する温度は、好ましくは１６５０℃以下、１６００℃以下、１５８０℃以下、１５５０℃以下、１５４０℃以下、特に１５３０℃以下である。ガラス転動体の高温粘度１０２．５ｄＰａ・ｓに相当する温度が低い程、低温でガラスを溶融することができる。よって、ガラス転動体の高温粘度１０２．５ｄＰａ・ｓに相当する温度が低い程、溶融窯等のガラス製造設備への負担が小さくなると共に、球状ガラスの泡品位を高めることができる。
【００５０】
ガラス転動体の液相温度は、好ましくは１２００℃以下、１１５０℃以下、１１３０℃以下、１１１０℃以下、１０９０℃以下、特に１０７０℃以下である。ガラス転動体の液相温度が高過ぎると、溶融ガラスを球状に成形し難くなる。なお、「液相温度」は、標準篩３０メッシュ（篩目開き５００μｍ）を通過し、５０メッシュ（篩目開き３００μｍ）に残るガラス粉末を白金ボートに入れ、温度勾配炉中に２４時間保持して、結晶の析出する温度を測定した値を指す。
【００５１】
ガラス転動体の液相粘度は、好ましくは１０４．０ｄＰａ・ｓ以上、１０４．３ｄＰａ・ｓ以上、１０４．５ｄＰａ・ｓ以上、１０５．０ｄＰａ・ｓ以上、特に１０５．４ｄＰａ・ｓ以上である。ガラス転動体の液相粘度が低過ぎると、溶融ガラスを球状に成形し難くなる。なお、ガラス転動体の液相温度が１２００℃以下であり、且つ液相粘度が１０４．０ｄＰａ・ｓ以上であれば、マーブル成形法等により溶融ガラスを球状に成形可能である。なお、「液相粘度」は、液相温度におけるガラスの粘度を白金球引き上げ法で測定した値を指す。
【００５２】
ガラス転動体の１５０℃における体積電気抵抗率は、好ましくは１０５．０Ω・ｃｍ以上、１０５．５Ω・ｃｍ以上、１０６．０Ω・ｃｍ以上、１０６．５Ω・ｃｍ以上、１０７．０Ω・ｃｍ以上、１０７．５Ω・ｃｍ以上、１０８．０Ω・ｃｍ以上、１０８．５Ω・ｃｍ以上、１０８．７Ω・ｃｍ以上、１０９．０Ω・ｃｍ以上、特に１０９．５Ω・ｃｍ以上である。ガラス転動体の体積電気抵抗率が低いと、転動装置の絶縁性が低下し易くなる。
【００５３】
本発明の転動装置において、ガラス転動体の直径の寸法公差は、好ましくは０．１％以内であり、０．０５％以内、０．０２％以内、０．０１％以内、０．００５％以内、特に０．００２％以内である。また、ガラス転動体の直径の寸法公差は、好ましくは１０μｍ以内、５μｍ以内、３μｍ以内、２μｍ以内、１μｍ以内、０．５μｍ以内、特に０．１μｍ以内である。ガラス転動体の直径の寸法公差が大き過ぎると、転動装置の駆動動作等が不安定になる。
【００５４】
ガラス転動体の直径は、好ましくは１００ｍｍ以下、８０ｍｍ以下、５０ｍｍ以下、３０ｍｍ以下、２０ｍｍ以下、特に１０ｍｍ以下であり、また好ましくは１ｍｍ以上、２ｍｍ以上、４ｍｍ以上、特に５ｍｍ以上である。このようにすれば、転動装置内にガラス転動体を組み込み易くなる。
【００５５】
本発明の転動装置において、ガラス転動体の表面が研磨面であることが好ましい。ガラス転動体の表面を研磨面とすると、ガラス転動体の直径の寸法公差を低減し易くなる。ガラス転動体の研磨面の表面粗さＲａは、好ましくは１０ｎｍ以下、７ｎｍ以下、特に５ｎｍ以下である。ガラス転動体の研磨面の表面粗さＲａが大き過ぎると、高速の回転、高摩擦、高荷重等の過酷な条件で、ガラス転動体が破損し易くなる。なお、球状ガラスの表面を研磨して、ガラス転動体を得る方法として、種々の方法を採択することができるが、直径の寸法公差を低減する上で、球状ガラスを回動又は揺動させながら、研磨することが好ましい。
【００５６】
本発明の転動装置において、ガラス転動体は、イオン交換による表面圧縮応力層を有し、その圧縮応力値ＣＳは、好ましくは３００ＭＰａ以上、５００ＭＰａ以上、特に７００ＭＰａ以上である。表面圧縮応力層の圧縮応力値ＣＳが大きい程、ガラス転動体の機械的強度が高くなる。しかし、表面圧縮応力層の圧縮応力値ＣＳが大き過ぎると、内在する引っ張り応力値ＣＴが極端に高くなる虞がある。よって、表面圧縮応力層の圧縮応力値ＣＳは、好ましくは２５００ＭＰａ以下である。なお、球状ガラスのイオン交換時間を短くする、或いはイオン交換温度（イオン交換溶液の温度）を下げると、表面圧縮応力層の圧縮応力値ＣＳを大きくすることができる。
【００５７】
表面圧縮応力層の応力深さＤＯＬは、好ましくは１０μｍ以上、３０μｍ以上、５０μｍ以上、特に７０μｍ以上である。表面圧縮応力層の応力深さＤＯＬが大きい程、高回転時の摩耗や異物により、ガラス転動体の表面に深い傷が付いた場合に、ガラス転動体が割れ難くなる。一方、表面圧縮応力層の応力深さＤＯＬが大き過ぎると、内在する引っ張り応力値ＣＴが極端に高くなる虞がある。よって、表面圧縮応力層の応力深さＤＯＬは、好ましくは５００μｍ以下、３００μｍ以下、特に２００μｍ以下である。なお、球状ガラスのイオン交換時間を長くする、或いはイオン交換温度を上げると、応力深さＤＯＬを大きくすることができる。
【００５８】
ガラス転動体の内部の引っ張り応力値ＣＴは、好ましくは２００ＭＰａ以下、１５０ＭＰａ以下、１００ＭＰａ以下、特に５０ＭＰａ以下である。ガラス転動体の内部の引っ張り応力値ＣＴが小さい程、内部の欠陥によってガラス転動体が破損し難くなるが、ガラス転動体の内部の引っ張り応力値ＣＴが極端に小さくなると、表面圧縮応力層の圧縮応力値ＣＳや応力深さＤＯＬが低下して、ガラス転動体の機械的強度が低下してしまう。よって、ガラス転動体の内部の引っ張り応力値ＣＴは、好ましくは１ＭＰａ以上、１０ＭＰａ以上、特に１５ＭＰａ以上である。なお、「内部の引っ張り応力値ＣＴ」は、下記の数式１により算出した値を指す。
【００５９】
［数１］
ＣＴ  ＝  ＣＳ×ＤＯＬ／（ｔ×１０００−２×ＤＯＬ）
ＣＴ：内部の引っ張り応力値（ＭＰａ）
ｔ：ガラス転動体の直径（ｍｍ）
ＣＳ：圧縮応力値（ＭＰａ）
ＤＯＬ：応力深さ（μｍ）
【００６０】
本発明に係るガラス転動体は、例えば、以下のようにして作製することができる。まず所望のアルカリアルミノシリケートガラスのガラス組成になるように調合したガラスバッチを連続溶融炉に投入し、１５００〜１６００℃で加熱溶融して、溶融ガラスを得た後、清澄容器、攪拌容器を経由して、成形装置に供給した上で球状に成形し、徐冷する。
【００６１】
成形方法として、種々の成形方法を採択することができる。特にマーブル成形法、液滴成形法、浮上成形法を採択することが好ましい。このようにすれば、寸法精度が高い球状ガラスを成形し易くなる。結果として、表面を少量の研磨で、或いは表面を研磨しなくても、直径の寸法公差を低減することができる。
【００６２】
次に、必要に応じて、球状ガラスの表面を回転させながら研磨処理して、直径の寸法公差を低減する。
【００６３】
続いて、球状ガラスをイオン交換処理して、表面圧縮応力層を有するガラス転動体を得る。イオン交換処理は、３６０〜５００℃（好ましくは３７０〜４３０℃）のＫＮＯ３溶融塩中に球状ガラスを４〜１２０時間（好ましくは２４〜１００時間）浸漬することで行うことができる。生産効率の観点から、複数の球状ガラスを同時にイオン交換処理することが好ましく、その場合、球状ガラス同士が接触しないように、球状ガラスの直径よりもメッシュ幅が小さい金属製治具等に複数の球状ガラスを等間隔に配列し、この治具を積層した状態でイオン交換処理することがより好ましい。
【００６４】
イオン交換処理は、複数回行ってもよい。イオン交換処理を複数回行うと、深さ方向のＫイオン濃度の分布曲線を屈曲させることができ、表面圧縮応力層の圧縮応力値ＣＳと応力深さＤＯＬを増大させつつ、内部に蓄積される引っ張り応力の総量を低減することができる。
【００６５】
イオン交換処理を二回行う場合、イオン交換処理の間に熱処理工程を設けてもよい。このようにすれば、同一の硝酸カリウム溶融塩により、深さ方向のＫイオン濃度の分布曲線を屈曲させることができる。更に一回目のイオン交換処理の時間を短縮することができる。
【００６６】
必要に応じて、直径の寸法公差を低減するために、イオン交換処理後の球状ガラスの表面を回転させながら研磨処理してもよい。
【実施例１】
【００６７】
実施例に基づいて、本発明を説明する。但し、本発明は、以下の実施例に何ら限定されない。以下の実施例は、単なる例示である。
【００６８】
表１は、球状ガラス及びガラス板のガラス組成とガラス特性を示している。
【００６９】
【表１】
2019007504.tif 000003
【００７０】
次のようにして、試料Ｎｏ．１〜３を作製した。まず、表中のガラス組成となるように、ガラス原料を調合し、白金容器を用いて１５８０℃で８時間溶融した。次に、溶融ガラスの一部をカーボン板の上に流し出して板状に成形した後、徐冷して、ガラス板を得た。また、残りの溶融ガラスをサイコロ状に成形して、サイコロ状ガラスを得た後、球状ガラスに再成形した。なお、試料Ｎｏ．１〜３に係るガラス板と球状ガラスは、熱履歴が略同一になるように、それぞれ調整されており、その場合、同一のイオン交換条件でイオン交換処理を行った場合、両者の表面組成プロファイルと表面圧縮応力層の状態も同一になる。
【００７１】
続いて、ガラス板を用いて、各種特性を評価した。
【００７２】
密度は、周知のアルキメデス法によって測定した値である。
【００７３】
熱膨張係数αは、３０〜３８０℃の温度範囲において、ディラトメーターで測定した平均値である。
【００７４】
ヤング率Ｅは、周知の共振法によって測定した値である。
【００７５】
歪点Ｐｓ、徐冷点Ｔａ、軟化点Ｔｓは、ＡＳＴＭ  Ｃ３３６、ＡＳＴＭ  Ｃ３３８の方法によって測定した値である。
【００７６】
高温粘度１０４．０ｄＰａ・ｓ、１０３．０ｄＰａ・ｓ、１０２．５ｄＰａ・ｓに相当する温度は、白金球引き上げ法によって測定した値である。
【００７７】
液相温度ＴＬは、標準篩３０メッシュ（篩目開き５００μｍ）を通過し、５０メッシュ（篩目開き３００μｍ）に残るガラス粉末を白金ボートに入れ、温度勾配炉中に２４時間保持して、結晶の析出する温度を測定した値である。
【００７８】
続いて、ガラス板の両表面に光学研磨を施した後、イオン交換処理を行った。イオン交換処理は４３０℃のＫＮＯ３溶融塩中に４時間浸漬することで行った。イオン交換処理後、各ガラス板の表面を洗浄し、表面応力計（折原製作所製ＦＳＭ−６０００）を用いて観察される干渉縞の本数とその間隔から表面圧縮応力層の圧縮応力値ＣＳと応力深さＤＯＬを算出した。算出に当たり、各ガラス板の屈折率を１．５０、光学弾性定数を３０［（ｎｍ／ｃｍ）／ＭＰａ］とした。
【００７９】
体積電気抵抗率ρは、イオン交換処理後の０．７ｍｍ厚の板状試料を測定試料とし、ＡＳＴＭ  Ｃ６５７−７８に基づいて１５０℃における値を測定したものである。
【００８０】
また、試料Ｎｏ．１に係る球状ガラス（直径４ｍｍ、直径の寸法公差０．００６％、イオン交換処理されていないもの）を用意し、その表面に光学研磨を施した後、Ｌｉ、Ｎａを含まないＫＮＯ３溶融塩を用いて、４３０℃４時間の条件でイオン交換処理を行い、表面圧縮応力層を有するガラス転動体を作製した。なお、表面圧縮応力層の応力深さＤＯＬは４０μｍであった。
【００８１】
更に、得られたガラス転動体を表２に記載の試料Ａ〜Ｃ中にそれぞれ浸漬した。ガラス転動体の浸漬温度、浸漬時間は、表２に記載の通りである。なお、試料Ｂは、ベースオイル、添加剤及びリチウム系増ちょう剤の混合物であり、転動装置の潤滑剤として一般的に使用されているものである。また試料Ｃは、ベースオイル、添加剤及びウレア系増ちょう剤の混合物であり、転動装置の潤滑剤として使用可能である。なお、試料Ｂ、Ｃは、それぞれベースオイルと添加剤を合量で９０質量％含み、そのベースオイルと添加剤は、ＬｉとＮａを含んでいない。
【００８２】
【表２】
2019007504.tif 000004
【００８３】
浸漬後のガラス転動体を冷却し、中性洗剤水溶液、イオン交換水、アルコールの順に洗浄した後、８０℃の乾燥機中で１５分間乾燥させた。
【００８４】
乾燥後のガラス転動体について、ＧＤ―ＯＥＳ（Glow discharge optical emission spectrometry：堀場製作所製GD-PROFILER２）により、Ａｒ銃で深さ方向に最表面をエッチングしながら、深さ４０μｍ程度までのＬｉの発光強度を測定した。その結果、Ｌｉが検出されたものを「有り」、Ｌｉが検出限界以下だったものを「無し」とした。
【実施例２】
【００８５】
また、［実施例１］の欄のイオン交換処理後、且つ試料Ｂ、Ｃに浸漬前のガラス転動体を用意し、そのガラス転動体を転動装置の内輪と外輪の間に組み込むと共に、潤滑剤として、表２に記載の試料Ｂ又は試料Ｃを使用した。次に、ガラス転動体に荷重をかけた状態で、転動装置を１０時間駆動させた後、転動装置からガラス転動体を取り出して、その表面状態を電子顕微鏡で確認し、表面傷が殆ど認められなかったものを「○」、僅かに表面傷が認められたものを「△」、表面傷が認められたものを「×」として評価した。その結果を表２に示す。
【００８６】
表２から分かるように、潤滑剤として試料Ｃを用いた転動装置は、試料Ｃ中のＬｉとＮａ含有量が少なかったため、表面傷の評価が良好であった。一方、潤滑剤として試料Ｂを用いた転動装置は、試料Ｂ中のＬｉ含有量が多かったため、表面傷の評価が不良であった。
【００８７】
なお、表２に係る実験は、試料Ｎｏ．１を用いて行ったが、試料Ｎｏ．２、３を用いた場合でも、同様の傾向が認められると考えられる。
【符号の説明】
【００８８】
１  転動装置
２  外輪
３  内輪
４  ガラス転動体
５  保治具
【図１】
2019007504.tif 000005