(57)【要約】【課題】ＨＩＰ処理を省いてもＨＩＰ処理したものと同等の緻密な転動体を製造する。【解決手段】転がり支持装置の転動体はジルコニア（ＺｒＯ２）−アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を主成分とする空孔率が２％以下の酸化物系セラミック材料を採用し、不活性ガス雰囲気中にて８ＭＰａ以上の圧力で前記酸化物系セラミック材料を一次焼成し緻密化させることで、前記転動体を作製することを特徴とする転がり支持装置用転動体の製造方法、及びこの製造方法で作製された転動体、該転動体を採用した転がり支持装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
転がり支持装置の転動体はジルコニア（ＺｒＯ２）−アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を主成分とする空孔率が２％以下の酸化物系セラミック材料を採用し、不活性ガス雰囲気中にて８ＭＰａ以上の圧力で前記酸化物系セラミック材料を一次焼成し緻密化させることで、前記転動体を作製することを特徴とする転がり支持装置用転動体の製造方法。
【請求項２】
前記酸化物系セラミック材料の空孔サイズは、１０μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の転がり支持装置用転動体の製造方法。
【請求項３】
前記請求項１の焼成条件は、大気中０．５℃〜２．０℃／ｍｉｎ．の昇温速度にて５００℃〜７００℃まで加熱し、到達後１〜３時間保持、そして不活性ガスを投入し、不活性ガス雰囲気中０．５℃〜２．０℃／ｍｉｎ．の昇温速度にて１４５０℃〜１５００℃の温度に昇温し、到達した時点で８〜１０ＭＰａの圧力をかけ、圧力をかけた状態で０．５℃〜２．０℃／ｍｉｎ．の昇温速度にて１５５０℃〜１７００℃まで加熱後１〜３時間保持することを特徴とする請求項１又は２に記載の転がり支持装置用転動体の製造方法。
【請求項４】
転動体は請求項１〜３のいずれか1項に記載の製造方法で作製されることを特徴とする転がり支持装置用転動体。
【請求項５】
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、前記転動体は請求項１〜３のいずれか1項に記載の製造方法で作製されることを特徴とする転がり支持装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転がり軸受、リニアガイド、ボールねじ等の転がり支持装置、並びにこれら転がり支持装置用転動体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばエアコンや電車、風車、工作機械等ではインバータモータが使用されているが、インバータモータには、軸電圧が発生して、ロータ軸とハウジングとの間に電位差が生じる場合がある。これに伴って、ハウジングやロータ軸からの漏れ電流が、転がり軸受の転動体と軌道輪との間に流れ、軌道輪の軌道面及び転動体の転動面に電食（電気化学的腐食）が生じる恐れがある。この電食が生じると、軌道輪の軌道面および転動体の転動面の精度が低下し、振動が上昇して、軸受の寿命が短くなる。また、リニアモータのガイドでも、同様に電食の問題がある。
【０００３】
この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ることが行われている。セラミックス製転動体の製造には、例えば特許文献１に記載されたように、ジルコニア粉末とアルミナ粉末とを所定比率で混合して得た混合粉末を、球状の金型に充填してプレス成形して成形球とし、成形球を焼結、熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）処理して素球とし、素球の表面を研磨する方法が一般的である。
【０００４】
すなわち、ジルコニア−アルミナを主成分とする材料を転動体として使用する場合、材料を緻密化させるため、焼成工程は一次焼成後に必ず２次焼成のＨＩＰ処理（加圧力は１００ＭＰａ〜１５０ＭＰａの圧力）を行なう。このＨＩＰ処理のコストは、材料コストの約５０％を占めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−７０８７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、ＨＩＰ処理を行わなくてもＨＩＰ処理したものと同等の緻密な転動体を製造することを目的とし、また、ＨＩＰ処理を省くことで大幅にコストダウンすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は下記を提供する。
（１）転がり支持装置の転動体はジルコニア（ＺｒＯ２）−アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を主成分とする空孔率が２％以下の酸化物系セラミック材料を採用し、不活性ガス雰囲気中にて８ＭＰａ以上の圧力で前記酸化物系セラミック材料を一次焼成し緻密化させることで、前記転動体を作製することを特徴とする転がり支持装置用転動体の製造方法。
（２）前記酸化物系セラミック材料の空孔サイズは、１０μｍ以下であることを特徴とする。
（３）の焼成条件は、大気中０．５℃〜２．０℃／ｍｉｎ．の昇温速度にて５００℃〜７００℃まで加熱し、到達後１〜３時間保持、そして不活性ガスを投入し、不活性ガス雰囲気中０．５℃〜２．０℃／ｍｉｎ．の昇温速度にて１４５０℃〜１５００℃の温度に昇温し、到達した時点で８〜１０ＭＰａの圧力をかけ、圧力をかけた状態で０．５℃〜２．０℃／ｍｉｎ．の昇温速度にて１５５０℃〜１７００℃まで加熱後１〜３時間保持することを特徴とする。
（４）転動体は上述の（１）〜（３）のいずれか1項に記載の製造方法で作製されることを特徴とする転がり支持装置用転動体。
（５）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、前記転動体は上述の（１）〜（３）のいずれか1項に記載の製造方法で作製されることを特徴とする転がり支持装置。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の製造方法によれば、ＨＩＰ処理を行なわず、一次焼成にて８ＭＰａ以上の数十ＭＰａ圧力だけをかけながら焼成することで、ＨＩＰ処理と比べてかなり低い圧力をかけＨＩＰ処理したものと同等以上の緻密な転動体が得られ、また、ＨＩＰ処理の生産コストは材料コストの５０％を占めていることから、大幅なコストダウンができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態に係る試験片の組織を示した写真である。
【図２】本実施形態に係る空孔率が２％より大である素球と、２％以下の素球をＨＩＰレス焼成した場合の結果を比較した写真である。
【図３】本実施形態に係る空孔サイズが１０μｍより大の素球と、１０μｍ以下の素球についてＨＩＰレス焼成した結果を示した写真である。
【図４】本実施形態に係る処理圧７ＭＰａでＨＩＰレス焼成した試験片と、８ＭＰａで処理した試験片の空孔の分布を示した写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
＜転動体の製造方法＞
アルミナ成分：ジルコニア成分＝２：８（質量比）で調整したアルミナ−ジルコニアセラミックを作製した。製造方法としてはアルミナ粉末とジルコニア粉末を調合し、ボ−ルミルにてイオン交換水中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。成形用の粉末は１.５ｔｏｎ／ｃｍ２の成形圧にて一軸油圧プレスによる成形を行い、その後一次焼成、そして２次焼成のＨＩＰ処理をし得られた材料試験片と、ＨＩＰレス焼成により得られた材料試験片を製作した。
【００１１】
従来では、ＨＩＰ処理試験片の成形以降の工程は、まず脱脂工程で大気中１℃／ｍｉｎ．の昇温速度にて６００℃まで加熱し、到達後２時間保持、そして冷却。脱脂した試験片を取り出し、一次焼成する。条件は大気中１℃／ｍｉｎ．の昇温速度にて１６００℃まで加熱し、到達後２時間保持、そして冷却。一次焼成した試験片を取り出し、ＨＩＰ処理を行う。ＨＩＰ処理は、３℃／ｍｉｎ．にて１５５０℃まで昇温し、到達温度に達すれば１時間保持、そして冷却する。ＨＩＰ処理の圧力条件はアルゴン雰囲気中１００ＭＰａ．以上であり、つまり、従来では、ＨＩＰ処理を伴う焼成工程を行なうことが必須であった。
【００１２】
これに対し、本発明はＨＩＰレス焼結を行い、即ち脱脂機能を備え、且つ１０ＭＰａ程度の圧力にて焼成処理できる炉を使用することで脱脂⇒焼成⇒ＨＩＰを１工程で処理するという特徴を有する。好ましくは、島津製Ｓ−ＨＩＰ炉ＨＨＳを採用し、上述の脱脂⇒焼成⇒ＨＩＰを１工程で完成する。焼成条件については、大気中１℃／ｍｉｎ．の昇温速度にて６００℃まで加熱、到達後２時間保持、そして１℃／ｍｉｎ．の昇温速度にて１６００℃まで加熱後１時間保持。アルゴン雰囲気中にて焼成し１５００℃にて１０ＭＰａの圧力をかける。
【００１３】
上述の従来の方法及び実施例１の方法で得られた試験片の機械的特性を表１に、組織写真を図１（ａ）、図１（ｂ）の写真に示した。すなわち、図１（ａ）が空孔率２％以下の材料にＨＩＰ処理をした従来例であり、図１（ｂ）が空孔率２％以下の材料に１０ＭＰａの圧力をかけてＨＩＰレス処理をした実施例１である。これにより、ＨＩＰレス焼成で得られた素球の特性は、ＨＩＰ処理で得られた試験片と同等以上の機械的強度を示すことが分かる。組織も両者差はない。ＨＩＰレス焼結にて緻密化する条件としては、常圧焼成により得られた材料の空孔率が、２値化計測にて２％以下であり、且つその空孔サイズが１０μｍ以下であることが必要。一次焼成での加圧力は不活性ガス雰囲気中（窒素ガス、アルゴンガス）にて８ＭＰａ以上が必要、好ましくは１０ＭＰａ以上である。なお、コストを考慮したうえ、３０ＭＰａ以下でＨＩＰレス焼結を行なうことが好ましい。
【００１４】
【表１】
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【００１５】
図２の写真は空孔率が２％以下の素球と、２％より大きいである素球をＨＩＰレス焼成した場合の結果を比較した。すなわち、図２（ａ）は実施例１と同じ素材を異なる顕微鏡で観察したものであり、図２（ｂ）は空孔率２％より大きい材料に１０ＭＰａの圧力をかけてＨＩＰレス処理した参考例１である。これにより、２％以下の素球はＨＩＰレスにより完全緻密になるが、２％より大であると空孔が残存することが分かる。
【００１６】
図３は、空孔率が両方とも２％であるが、空孔サイズが１０μｍ以下の素球と、１０μｍより大きいである素球とについてＨＩＰレス焼成したものの顕微鏡写真である。すなわち、図３（ａ）は空孔率２％以下で空孔サイズ１０μｍ以下の材料に、１０ＭＰａの圧力をかけてＨＩＰレス処理した実施例２であり、図３（ｂ）は空孔率２％以下で空孔サイズ１０μｍ以上の材料に、１０ＭＰａの圧力をかけてＨＩＰレス処理した実施例３である。図３の結果により、１０μｍ以下は空孔が殆ど残存しないのに対し、１０μｍより大きい空孔があった素球は空孔が一部残存するが、図２（ｂ）の参考例１と比べて、数より少ない空孔が残存し、空孔のサイズもより小さいことが分かる。
【００１７】
図４の写真は処理圧７ＭＰａでＨＩＰレス焼成した試験片、そして８ＭＰａでＨＩＰレス処理した試験片の空孔の分布を観察した結果である。すなわち、図４（ａ）は空孔率２％以下の材料に８ＭＰａの圧力をかけてＨＩＰレス処理をした実施例４であり、図４（ｂ）は空孔率２％以下の材料に７ＭＰａの圧力をかけてＨＩＰレス処理した参考例２である。これにより、８ＭＰａ未満の７ＭＰａでてＨＩＰレス処理した試験片は数多くの空孔が残存し、空孔のサイズがより大きいことが分かる。
【００１８】
本実施形態の製造方法は、一次焼成での空孔率が２％以下の酸化物系セラミック材料と、且つ従来より低い圧力で緻密化する方法とを採用するので、作製された転動体は空孔の数がより少なく、空孔のサイズもより小さい。従って、本実施形態の転動体を採用する転がり支持装置は、電食の発生率がより小さい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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