(57)【要約】【課題】アルミナ−ジルコニア製転動体の高温での音響特性の低下を抑え、１００℃付近の高温に耐え得る耐久性を付与することを目的とする。【解決手段】アルミナ−ジルコニアを主成分とするセラミックス製で、平均粒径が０．５μｍ以下の焼結粒子からなり、単斜晶量が１０％以下である転動体を備える転がり支持装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向配置された軌道面を備えた第１部材および第２部材と、両部材の軌道面間に転動自在に配置された複数個の転動体と、を少なくとも備え、転動体が転動することにより第１部材および第２部材の一方が他方に対して相対移動する転がり支持装置において、
前記転動体がアルミナ−ジルコニアを主成分とするセラミックス製で、平均粒径が０．５μｍ以下の焼結粒子からなり、単斜晶量が１０％以下であることを特徴とする転がり支持装置。
【請求項２】
請求項１記載の転がり支持装置の製造方法であって、
アルミナ原料粉末と、ジルコニア原料粉末とを混合し、成形して成形球とした後、前記成形球を焼結温度１２００〜１４００℃にて焼結し、焼結粒子の平均粒径を０．５μｍ以下、単斜晶量を１０％以下にすることを特徴とする転がり支持装置の製造方法。
【請求項３】
前記成形球の表面を、該成形球の外径の１／１００以上の厚さで研磨した後、焼結することを特徴とする請求項２記載の転がり支持装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミナ−ジルコニア製転動体を備える転がり支持装置、並びにその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、エアコンのファンモータでは、省エネ化のためにインバータ制御されていることが多い。しかし、インバータ回路から高周波の電流が発生してモータ内の軸受の内外輪や転動体にも流れ込むことがあり、それにより転動面（レース面）に電食が発生することがある。
【０００３】
電食を防止するために様々な提案がなされており、セラミックス製の転動体を用いた転がり軸受を用いることも行われている。しかし、セラミックスとして一般的な窒化珪素は加工精度や機械強度が高いという利点があるものの、高価である。
【０００４】
また、セラミックスとしてジルコニアや、イットリアを添加して安定化させたイットリア安定化ジルコニア（以下、総称して「ジルコニア」ともいう。）と、アルミナとを複合化したアルミナ−ジルコニア系セラミックスも使用されている。アルミナは安価であり、アルミナを含むことにより、ジルコニアの高強度、高靭性を活かしつつ転動体全体を安価にすることができる。
【０００５】
例えば、特許文献１には、全組成物に対して希土類元素酸化物（イットア等）が２〜５モル％、ジルコニア１００質量部に対してアルミナが５〜４０質量部であり、ジルコニアの平均結晶粒が０．２〜５μｍで、アルミナの平均結晶粒がジルコニアの平均結晶粒の０．５〜２．５倍である転動体を用いることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−１０６５７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、ジルコニアは７０℃を超えると単斜晶に相変態を起こして、転動体表面の粒子が脱粒して短期間のうちに音響寿命に陥るため、実用上は６０℃以下で使用されることが多い。そこで本発明では、アルミナ−ジルコニア製転動体の高温での音響特性の低下を抑え、１００℃付近の高温に耐え得る耐久性を付与することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために本発明は、下記の転がり支持装置及びその製造方法を提供する。
（１）互いに対向配置された軌道面を備えた第１部材および第２部材と、両部材の軌道面間に転動自在に配置された複数個の転動体と、を少なくとも備え、転動体が転動することにより第１部材および第２部材の一方が他方に対して相対移動する転がり支持装置において、
前記転動体がアルミナ−ジルコニアを主成分とするセラミックス製で、平均粒径が０．５μｍ以下の焼結粒子からなり、単斜晶量が１０％以下であることを特徴とする転がり支持装置。
（２）上記（１）記載の転がり支持装置の製造方法であって、
アルミナ原料粉末と、ジルコニア原料粉末とを混合し、成形して成形球とした後、前記成形球を焼結温度１２００〜１４００℃にて焼結し、焼結粒子の平均粒径を０．５μｍ以下、単斜晶量を１０％以下にすることを特徴とする転がり支持装置の製造方法。
（３）前記成形球の表面を、該成形球の外径の１／１００以上の厚さで研磨した後、焼結することを特徴とする上記（２）記載の転がり支持装置の製造方法。
【発明の効果】
【０００９】
本発明では、アルミナ−ジルコニア製転動体における焼結粒子の平均粒径が０．５μｍ以下の微細粒子であり、ジルコニアが単斜晶に相変態を起こしても単斜晶の発生量が少なくなる。その結果、転動体表面から脱粒しにくくなり、１００℃付近の高温になっても音響特性の低下が見られず、高温耐久性に優れるようになる。また、転動体は緻密で、高密度にもなるため、高強度にもなる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】転がり支持装置の一例である玉軸受の一例を示す断面図である。
【図２】スラスト研磨機を示す概略図である。
【図３】成形球の表面を２０μｍ（転動体外径の２／５００）研磨して得た転動体の表層部断面を撮影した写真である。
【図４】成形球の表面を４０μｍ（転動体外径の４／５００）研磨して得た転動体の表層部断面を撮影した写真である。
【図５】成形球の表面を５０μｍ（転動体外径の５／５００）研磨して得た転動体の表層部断面を撮影した写真である。
【図６】成形球の表面を７０μｍ（転動体外径の７／５００）研磨して得た転動体の表層部断面を撮影した写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明に関して図面を参照して詳細に説明する。
【００１２】
本発明において、転がり軸受の構造には制限はなく、例えば図１に断面図で示すような玉軸受を例示することができる。図示される玉軸受は、外輪１と内輪２との間に、玉３が転動自在に介装してあり、玉３は保持器４により所定間隔に維持するようになっている。外輪１及び内輪２の両側部には、それぞれシール溝１１，１２が形成しており、外輪１のシール溝１１には、芯金部材２１と一体化したシール部材２０が装着されており、シールリップ２２の接触面２２ａが内輪２のシール溝１２に接触するように構成されている。また、内輪２とシールリップ２２との間の空間ｓに潤滑剤が封入される。
【００１３】
本発明では、玉３をアルミナ−ジルコニア製にするが、これにより外・内輪１，２と玉３とが電気的に絶縁される。また、外輪１及び内輪２は、ＳＵＪ２鋼、ＳＵＳ鋼、１３Ｃｒ鋼等の金属製とすることができるが、外輪１及び内輪２と玉３とが金属接触にならず、金属凝着による損傷を防止することもできる。
【００１４】
アルミナ−ジルコニア系セラミックスにおいて、アルミナ成分とジルコニア成分との配合比率には制限はなく、アルミナ成分が増すほど低コストになり、ジルコニア成分が増すほど高強度、高靭性となる。また、アルミナ成分のアルミナ純度は高い方が好ましいが、特に制限されない。更に、ジルコニア成分は、イットリア（Ｙ２Ｏ３）等で安定化されていてもよい。
【００１５】
但し、本発明では、玉３を形成する焼結粒子の平均粒径を０．５μｍ以下の微粒子とし、緻密で高密度にする。ジルコニアは７０℃を超える温度で単斜晶に相変態を起こすが、０．５μｍ以下の微粒子にすることにより単斜晶が生成してもその発生量を少なくでき、具体的には１０％以下にすることにより、玉表面の脱粒を防止して１００℃付近の高温での使用を可能にする。単斜晶の発生量は少ないほど好ましく、１０％以下にすることが好ましい。
【００１６】
平均粒径０．５μｍ以下の微粒子にするには、従来の焼結温度よりも低い温度で焼結する。具体的には、従来は１６００℃程度で焼結していたが、本発明では１２００〜１４００℃で焼結する。但し、低温で焼結することにより空孔が発生しやすくなり、焼結前の成形時に成形圧がかかり難い表層部に空孔が発生しやすい。
【００１７】
そこで、焼結を行う前に、原料粉末を成形して得た成形球を研磨して、表層部を所定厚さで取り除いておく。研磨量は、成形球の外径の１／１００以上である。但し、研磨代を必要以上に多くしても材料コストが高まるだけであり、成形球の外径の５／１００以下とすることが好ましい。
【００１８】
また、研磨機には制限はなく、例えば図２に示すスラスト研磨機の他、バレル研磨機やホールミル等を用いればよい。
【００１９】
このような微粒子からなる玉３を製造するには、アルミナ原料粉末と、ジルコニア原料粉末とを所定比率で混合し、この混合粉体を成形して成形球とし、上記のように成形球の表層部を所定量研磨した後、１２００〜１４００℃で焼結し、ＨＩＰ成形処理を施し、仕上げ研磨を行う。尚、成形方法は圧縮成形が一般的である。また、各原料粉末が均一に混合せず、それぞれの焼結粒子が偏析すると、転がり疲労寿命が低下するようになる。偏析を防止する方法として、均一に混合するだけでなく、強く粉砕する機能を持った混合を実施することが好ましく、ボールミル混合機も可能であるが、粉砕メディアがφ１ｍｍ以下のジルコニア系のビ−ズを使用したビ−ズミル混合機が最も有効である。
【００２０】
また、玉軸受の潤滑剤は、潤滑油でもよいし、潤滑油を基油とするグリースでもよい。尚、潤滑油または基油、増ちょう剤、更には添加剤には制限はなく、目的に応じて適宜選択される。
【００２１】
上記した実施形態は本発明の一例を示したものであって、例えばアンギュラ玉軸受、自動調心玉軸受、円筒ころ軸受、円すいころ軸受、針状ころ軸受、自動調心ころ軸受等のラジアル形の転がり軸受や、スラスト玉軸受、スラストころ軸受等のスラスト形の転がり支持装置一般に適用でき、それぞれの転動体を上記したアルミナ−ジルコニア系セラミックスで形成する。 
【実施例】
【００２２】
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明を更に説明するが、本発明はこれにより何ら制限されるものではない。
【００２３】
（試験−１）
アルミナ原料粉末と、ジルコニア原料粉末とを、アルミナ：ジルコニア＝２：８となるように調合し、ボ−ルミルにてイオン交換水中で２４時間の湿式混合を行なった。混合後、成形バインダ−を添加しスプレドライヤ−にて乾燥造粒を行い、成形プレス用の粉末を作製した。得られた成形プレス用粉末を用いてφ５ｍｍの玉を成形した。成形は、１．５ｔｏｎ／ｃｍ２の成形圧にて一軸油圧プレスにて行った。
【００２４】
そして、成形球を焼結温度１３００℃、１４００℃、１５００℃、１６００℃または１７００℃にて焼結した。次いで、ＨＩＰ処理を各焼結温度に対し−１００℃に設定して行った後、得られた素球を研磨し、高温（１００℃）多湿（湿度９５％）条件にて２４時間放置して試験球を作製した。
【００２５】
作製した試験球について、単斜晶量をＸ線回折により求めた。また、焼結粒子の平均粒径を、フルマンの式にてして求めた。結果を表１に示す。
【００２６】
また、試験球を用いて６０８軸受を組み立て、高温音響耐久試験を実施した。環境温度は１００℃とし、与圧荷重３０Ｎ、回転数３００ｒｐｍにて１０００時間連続回転させた後、アンダロン値（Ｈ．Ｂ．）を測定した。結果を表１に示すが、測定値が１０未満を「〇」、１０以上を「×」とした。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
表１に示すように、平均粒径が０．５μｍ以下であれば高温多湿試験後の単斜晶量は１０％以下であり、高温音響耐久試験による音響寿命にも優れることが分かる。
【００２９】
（試験−２）
試験−１と同様にしてφ５ｍｍの成形球を作製した後、成形球の表面を２０μｍ（外径の２／５００）、４０μｍ（外径の４／５００）、５０μｍ（外径の５／５００）、７０μｍ（外径の７／５００）の厚さで研磨した。
【００３０】
次いで、研磨後の成形球を焼結温度１４００℃にて焼結し、１３００℃にてＨＩＰ処理した後、得られた素球を研磨し、高温（１００℃）多湿（湿度９５％）条件にて２４時間放置した。この高温多湿下での放置後、各試験球について表層部断面の顕微鏡写真を撮影した。
【００３１】
撮影した写真を図３〜６に示すが、成形球を研磨する際の研磨量が成形球の外径の１／１００以上である５０μｍ及び７０μｍでは、組織中に欠陥が観察されず均一組織であった。
【符号の説明】
【００３２】
１  外輪
２  内輪
３  玉
４  保持器
２０  シール部材
２１  芯金
２２  シールリップ
２２ａ  接触面
【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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