(57)【要約】【課題】アルミナ−ジルコニア製転動体を備える転がり軸受において、転動体の高温での機械的特性の低下を抑制して耐久性を向上させる。【解決手段】アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）と、セリア（ＣｅＯ）を安定化剤としたジルコニア（ＺｒＯ２）とからなるアルミナ−セリア系ジルコニアからな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（Ａｌ２Ｏ３）と、セリア（ＣｅＯ）を安定化剤としたジルコニア（ＺｒＯ２）とからなるアルミナ−セリア系ジルコニアからなることを特徴とする転がり支持装置。
【請求項２】
セリア系ジルコニア成分が５質量％以上３０質量％以下、アルミナ成分が７０質量％以上９５質量％以下であることを特徴とする請求項１記載の転がり支持装置。
【請求項３】
アルミナ成分を形成するアルミナ原料粉末のアルミナ純度が９０％であることを特徴とする請求項１または２記載の転がり支持装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミックス製の転動体を備える転がり支持装置に関する。
【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、更にはイットリアを添加して安定化させたイットリア系ジルコニアも使用されている。しかし、ジルコニアも高価であることから、安価なアルミナを添加し、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も行われている（例えば、特許文献１〜３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１０６５７０号公報
【特許文献２】特開２００２−７０８７１号公報
【特許文献３】特開平１−２２３２２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、イットリアを安定化剤とした正方晶ジルコニア多結晶体は、比較的低温域、例えば１００℃で約４．６％の体積膨張を伴って、準安定正方晶ジルコニアから単斜晶ジルコニアへの相転位が進行する。そして、この体積膨張によって導入されたマイクロクラックにより機械的性質の顕著な劣化が発生する。
【０００７】
転がり軸受では運転時に高い応力が転動体に加わり、１００℃を超える高温に曝されることもあるため、イットリア系ジルコニアを含む転動体の表面にマイクロクラックが発生し、それを起点としてセラミックス粒子が脱粒しやすい。そして、脱粒したセラミックス粒子が研磨材となって内外輪に大きな損傷を与える。
【０００８】
そこで本発明は、アルミナ−ジルコニア製転動体を備える転がり軸受において、転動体の高温での機械的特性の低下を抑制して耐久性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために本発明は、下記の転がり支持装置を提供する。
（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（Ａｌ２Ｏ３）と、セリア（ＣｅＯ）を安定化剤としたジルコニア（ＺｒＯ２）とからなるアルミナ−セリア系ジルコニアからなることを特徴とする転がり支持装置。
（２）セリア系ジルコニア成分が５質量％以上３０質量％以下、アルミナ成分が７０質量％以上９５質量％以下であることを特徴とする上記（１）記載の転がり支持装置。
（３）アルミナ成分を形成するアルミナ原料粉末のアルミナ純度が９０％であることを特徴とする上記（１）または（２）記載の転がり支持装置。
【発明の効果】
【００１０】
本発明では、アルミナ成分を配合して安価にしたアルミナ−ジルコニア製転動体において、ジルコニアを、イットリアに代りセリアで安定化させた正方晶ジルコニアを用いることにより、ジルコニアの相変態を防止して高温耐久性に優れる転動体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る転がり軸受の一実施形態である玉軸受を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明に関して図面を参照して詳細に説明する。
【００１３】
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。
【００１４】
本発明では、玉３を、アルミナと、セリアを安定化剤としたジルコニアとからなるアルミナ−セリア系ジルコニア製とする。尚、セリアの含有量はジルコニアを安定化できれば制限はないが、ジルコニア成分全量の６〜１９質量％が好ましい。ジルコニアの安定化剤として、これまではイットリアが広く使用されているが、上記したようにイットリアを安定化剤とした正方晶ジルコニア多結晶体は、比較的低温域で準安定正方晶ジルコニアから単斜晶ジルコニアへの相転位が進行するという問題がある。そして、この体積膨張によって導入されたマイクロクラックにより、機械的性質の顕著な劣化が発生する。そこで、イットリアの代わりにセリアを安定化剤として含む正方晶ジルコニアにすることで、高温高湿環境下でも玉３を安定化させることができる。
【００１５】
また、アルミナ成分が７０〜９５質量％で、残部をセリア系ジルコニア成分とすることが好ましい。このようにアルミナリッチにすることにより、玉３を更に安価にすることができる。また、ジルコニアの配合比率が高まるほど低温劣化が顕著になるが、アルミナ成分を加えることにより低温劣化を低減することができ、アルミナ成分の配合比率が７０質量％以上になると特に効果的になる。但し、アルミナ成分の配合比率が９５質量％を超えると、玉全体としての強度が不十分になる。このような理由から、アルミナ成分の配合比率を７０〜９５質量％とし、好ましくは７５〜８５質量％とする。
【００１６】
玉３は、後述するように、アルミナ原料粉末と、セリア系ジルコニア原料粉末とを焼結して製造されるが、アルミナ原料粉末のアルミナ純度を９０％以上の高純度にすることが好ましい。このような高純度アルミナ原料粉末を用いることにより、不純物が起点となる早期剥離が発生しなくなる。アルミナ原料粉末のアルミナ純度は高いほど好ましく、アルミナ純度が９９．９％以上であることが特に好ましい。尚、アルミナに含まれる不純物としては、Ｎａ２Ｏが圧倒的に多い。
【００１７】
玉３を製造するには、アルミナ原料粉末と、セリア系ジルコニア原料粉末とを均一に混合し、所定形状に成形した後に焼結、研磨して製造されるが、アルミナ原料粉末及びジルコニア原料粉末として、ともに平均粒径が０．５μm以下の微粉を用いることにより焼結性が更に高まる。
【００１８】
尚、成形方法は圧縮成形が一般的であり、焼結後ＨＩＰ処理した素材（素球）を研削、研磨して所定の球形状に調整する。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必要があり、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。
【００１９】
このように、セラミック製の玉３を用いることにより、外・内輪１，２を金属製にすることができ、外・内輪１，２と玉３とが電気的に絶縁され、更には外輪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。尚、外・内輪１，２の形成材料としては、ＳＵＪ２鋼やＳＵＳ鋼、１３Ｃｒ鋼等が挙げられる。
【００２０】
また、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。また、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】
尚、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軸受にも適用でき、それぞれの転動体を上記した高純度アルミナ−ジルコニア系セラミックスで形成する。 
【実施例】
【００２２】
以下に試験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はない。
【００２３】
（オートクレーブ試験）
表１に示すように、各種セラミックス材料（アルミナ純度は９９．９質量％、セリア含有量はジルコニア成分全量の５質量％一定）からなる試料を用いてオ−トクレ−ブ試験（高温高湿度環境下による試験）を実施し、試験前後の曲げ強度及び破壊靭性値を測定し、更に材料表面の単斜晶量をＸ線回析により計測した。尚、オ−トクレ−ブ試験の条件は、２００℃、２ＭＰａの飽和水蒸気中で、試料を２００時間放置した。破壊靭性値（Ｋ１Ｃ）はＪＩＳ  Ｒ  １６０７で規定されたＩＦ法に基づき測定し、Ｎｉｉｈａｒａの式により算出した。曲げ強度はＪＩＳ  Ｒ  １６０１で規定された３点曲げ強さ試験に準じた測定法により測定した。結果を表１に併記する。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
表１に示すように、軸受の転動体に広範に使用されている窒化ケイ素（比較例２）と比べて、実施例のようにセリア系ジルコニアを５〜３０質量％としたアルミナ−ジルコニア系セラミックスは、窒素ケイ素の曲げ強度及び破壊靭性値よりも優れている。また、イットリア系ジルコニアのみで作製した比較例１のような単斜晶も生成せず、試験前後での強度変化も殆どない。
【００２６】
（耐久試験）
また、同材料を用いて６０６軸受用の玉を作製し、６０８軸受を組み立てて試験軸受とし、耐久試験を行った。玉の製造には、比較例４、５及び実施例では、各原料粉末をビーズミル装置に投入し、イオン交換水中で２４時間湿式混合した。混合後、成形バインダーを添加してスプレイドライヤーにて乾燥造粒を行い、成形プレス用の粉末を作製した。この成形粉末を、９８ＭＰａの成形圧にて一軸油圧プレスを行い、６０８深溝玉軸受用の玉（５／３２インチ）を作製した。尚、焼結条件は、大気圧（酸素気流中）１５００℃にて２時間保持して焼結し、ＨＩＰ処理（アルゴン気流中、１４５０℃で１時間、処理圧１０００気圧）した。また、比較例１〜３では、原料粉末の混合工程を経ることなく成形し、各材料の焼結温度にて焼結した後、ＨＩＰ処理を行って玉を作製した。
【００２７】
耐久試験は、試験軸受をモ−タに装着して１２０℃の高温槽に収容し、与圧荷重：３０N、回転数：３００ｍｉｎ−１にて軸受を回転させながら１０００時間後に停止し、その後で軸受のアンデロン値を測定した。判定基準はアンデロン値ＨＢが１０以上を寿命とし、結果を表２に併記する。
【００２８】
【表２】
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【００２９】
表２に示すように、実施例では、窒化ケイ素（比較例２）と同等、試験後もアンデロン値の上昇は認められなかった。これに対し、イットリア系ジルコニアを用いた比較例１では単斜晶が生成して脱粒し、音響が上昇している。また、アルミナを用いた比較例３では強度不足による剥離が原因で音響が上昇している。更に、比較例４、５のように、セリア系ジルコニアを３質量％または３５質量％含有した場合も強度不足により音響が上昇している。
【００３０】
（アルミナ純度の検証）
表３に示すように、アルミナ純度が異なるアルミナ原料粉末と、セリア系ジルコニア粉末とを用い、セリア系ジルコニア粉末が１０質量％となるようにして試料を作製した。そして、各試料の室温での曲げ強度を、ＪＩＳ  Ｒ  １６０１で規定された３点曲げ強さ試験に準じた測定法により測定した．結果を表３に併記する。
【００３１】
【表３】
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【００３２】
表３に示すように、アルミナ純度を９０％以上にすることで、曲げ強度はさらに上昇することが分かる。
【符号の説明】
【００３３】
１  外輪
２  内輪
３  玉
４  保持器
２０  シール部材
２１  芯金部材
２２  シールリップ
２２ａ  接触面
【図１】
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