(57)【要約】      （修正有）【課題】転動体の形成材料として安価なアルミナを用いるとともに、補強を施すことにより、強度不足からこれまで使用できなかった用途にも使用可能な転がり軸受を提供する。【解決手段】外輪である第１部材１及び、内輪である第２部材２との間に、転動自在に配置された複数個の転動体３とを備えた転がり軸受１に於いて、前記転動体をアルミナとアルミナ繊維とを含有する、繊維強化アルミナセラミックスからなることを特徴とした転がり軸受。【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部材及び第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部材及び第２部材の一方が他方に対して相対移動する転がり軸受において、
前記転動体が、アルミナとアルミナ繊維とを含有する繊維強化アルミナセラミックスからなることを特徴とする転がり軸受。
【請求項２】
アルミナ繊維は、平均繊維径１０μｍ以下、平均繊維長２０μｍ以下及びアスペクト比２以下であり、かつ、繊維強化アルミナセラミックスにおける含有量が５０〜８０質量％であることを特徴とする請求項１記載の転がり軸受。
【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軸受に関し、より詳細には転動体のセラミックス材料の改良に関する。
【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。セラミックス材料としては、窒化ケイ素やジルコニア、アルミナ等が一般的であり、例えば、特許文献１では、イットリア等の金属酸化物を２〜５質量％、ジルコニア１００質量部に対してアルミナを５〜４０質量部とし、各成分粒子の粒径を特定したジルコニア−アルミナ−イットリア系セラミックスで転動体を形成した転がり軸受を提案している。また、特許文献２では、アルミナ含有率を２０質量％以上にしてヤング率を２５０ＧＰａ以上に高めたジルコニア−アルミナ−イットリア系セラミックスで転動体を形成した転がり軸受を提案している。更に、特許文献３では、アルミナが６０〜９５モル％でジルコニアが４０〜５モル％のアルミナ−ジルコニア系セラミックス製で、表面粗さを０．０５Ｒａ以下に加工した転動体を備える転がり軸受を提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【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２００２−５１８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、窒化ケイ素やジルコニアはアルミナに比べて高価であり、材料コストが高くなる問題がある。また、アルミナ−ジルコニア系セラミックスでは、アルミナ成分量が多くなるほど安価になるものの、一方で機械的強度が低下するようになり、強度が要求される用途には使用できない状況にある。更には、ジルコニアは比重が大きいためトルクが高くなり、また２００℃を超えると相変態により低温劣化するという問題がある。
【０００６】
そこで本発明は、転動体の形成材料として安価なアルミナを用いるとともに、補強を施すことにより、強度不足からこれまで使用できなかった用途にも使用可能な転がり軸受を提供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、下記の転がり軸受を提供する。
（１）互いに対向配置された軌道面を備えた第１部材及び第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部材及び第２部材の一方が他方に対して相対移動する転がり軸受において、
前記転動体が、アルミナとアルミナ繊維とを含有する繊維強化アルミナセラミックスからなることを特徴とする転がり軸受。
（２）アルミナ繊維は、平均繊維径１０μｍ以下、平均繊維長２０μｍ以下及びアスペクト比２以下であり、かつ、繊維強化アルミナセラミックスにおける含有量が５０〜８０質量％であることを特徴とする上記（１）記載の転がり軸受。
【発明の効果】
【０００８】
本発明では、安価なアルミナに、アルミナ繊維を混合して補強した繊維強化アルミナセラミックスで転動体を形成したため、従来のアルミナ系セラミックス製転動体では強度不足により使用できなかった用途にも適用できるようになる。また、アルミナが主体であるため、ジルコニアを添加した場合のような相変態もなく、温度による影響を受け難く。１００℃以上の温度においても適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【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。
【図２】試験１の結果を示すグラフである。
【図３】試験２の結果をグラフである。
【図４】試験２において、試験後のジルコニア−アルミナ製玉の表面を撮影した写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明に関して図面を参照して詳細に説明する。
【００１１】
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。
【００１２】
本発明では、玉３を、アルミナとアルミナ繊維とを含有する繊維強化アルミナセラミックスで形成する。アルミナ繊維におけるアルミナ純度には制限はなく、シリカ等を含んでいてもよい。また、繊維強化アルミナセラミックス中での分散性に優れ、優れた補強効果が得られることから、アルミナ繊維は、平均繊維径が１０μｍ以下で、平均繊維長が２０μｍ以下で、アスペクト比が２以下であることが好ましい。より好ましくは、平均繊維径が４〜８μｍ、平均繊維長が８〜１６μｍ、アスペクト比が１〜２である。
【００１３】
また、繊維強化アルミナセラミックスにおけるアルミナ繊維の含有量は、５０〜８０質量％が好ましく、６０〜７０質量％がより好ましい。アルミナ繊維の含有量が５０質量％未満の場合は、繊維不足により十分な補強効果が得られない。一方、アルミナ繊維の含有量が８０質量％を超える場合は、アルミナ繊維間を満たすアルミナ粉末が不足して空孔が発生し、強度低下を招くことに加えて、音響特性に劣るようになる。
【００１４】
繊維強化アルミナセラミックスからなる玉３を製造するには、アルミナ粉末と、アルミナ繊維とを上記の配合比となるように混合したものを出発材料として用いる。その際、アルミナ粉末には、アルミナ純度が９９．９％以上の高純度アルミナ粉末が好ましいが、普通純度アルミナ粉末（アルミナ純度９９．５％以上、Ｎａ２Ｏ０．４％以下）を用いることもでき、普通純度アルミナ粉末を用いることにより最も安価にすることができる。
【００１５】
そして、アルミナ粉末及びアルミナ繊維、必要に応じて成形バインダーを、ボールミル等を用いて十分均一に混合し、所定形状に成形した後に焼結、研磨する。尚、アルミナ粉末は微粉であることが好ましく、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より高まる。
【００１６】
尚、玉３の製造に際し、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。
【００１７】
このように、繊維強化アルミナセラミックス製の玉３を用いることにより、玉３が補強されるとともに、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鋼等の金属製にすることができるが、玉３がセラミックス製であることから、外輪１及び内輪２との間で金属接触にならず損傷も少なくなる。
【００１８】
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。
【００１９】
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繊維強化アルミナセラミックスで形成する。 
【実施例】
【００２０】
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。
【００２１】
（試験１：強度評価）
アルミナ純度が９９．９％（ソーダ含有量０．１％）で、平均粒径が０．５μｍのアルミナ粉末と、平均繊維径が１０μｍ、平均繊維長が２０μｍ、アスペクト比が２のアルミナ繊維とをボールミル装置に投入し、イオン交換水中で２４時間湿式混合した。その際、アルミナ繊維含有量が３０、４０、５０、７０、８０、９０質量％となるように変化させた。
【００２２】
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、成形ブレス用の粉末を作製した。この成形粉末を、１．５ｔｏｎ／ｃｍ２の成形圧にて一軸油圧プレスを行い、曲げ試験用試験片を作製した。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。
【００２３】
上記のようにアルミナ繊維の添加量を変えて作製した各試験片について３点曲げ強度を測定し、その結果を図２に示すが、アルミナ繊維量が５０〜８０質量％の範囲で高強度を示し、それ以外では強度が低下している。
【００２４】
（試験２：高温音響耐久性評価）
アルミナ純度が９９．９％（ソーダ含有量０．１％）で、平均粒径が０．５μｍのアルミナ粉末と、平均繊維径が１０μｍ、平均繊維長が２０μｍ、アスペクト比が２のアルミナ繊維とをボールミル装置に投入し、イオン交換水中で２４時間湿式混合した。その際、アルミナ繊維含有量が３０、４０、４５、５０、７０、８０、８５、９０質量％となるように変化させた。
【００２５】
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、成形ブレス用の粉末を作製した。この成形粉末を、１．５ｔｏｎ／ｃｍ２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。
【００２６】
また、比較のために、ジルコニア−アルミナセラミックスで同様の玉を作製した。
【００２７】
上記で作製した玉を用い、６０８深溝玉軸受を組み立てて試験軸受を作製し、試験軸受をモータに装着して１１０℃の高温槽に入れ、回転させた。尚、予圧荷重は３０Ｎ、回転数は３００ｍｉｎ−１とした。そして、所定時間毎に回転を止め、試験軸受のアンデロン値を測定した。また、試験時間は最終１０００時間まで行った。
【００２８】
結果を図３に示すが、アルミナ繊維量が５０〜８０質量％の範囲では、長時間経過後もアンデロン値の上昇はみられず、高温音響耐久性に優れている。しかし、アルミナ繊維量が５０質量％未満、８０質量％を越えると、回転初期からアンデロン値が高く、しかも時間の経過とともに徐々に上昇している。
【００２９】
また、ジルコニア−アルミナセラミックス製の玉では、試験直後からアンデロン値は高く、短時間で急上昇し、約３００時間経過後に試験を中止した。
【００３０】
音響特性の低下（アンデロン値の急上昇）の原因は、主に転動体の表面粒子の脱落である。試験後の玉を観察したが、本発明に従うアルミナ繊維量が５０〜８０質量％の玉では脱落が見られないのに対し、アルミナ繊維量が５０質量％未満及び８０質量％超の玉では脱落が確認された。また、ジルコニア−アルミナセラミックス製の玉は、図４に示すように、脱落が顕著である。
【００３１】
以上の試験結果から、本発明に従い、アルミナにアルミナ繊維を５０〜８０質量％含有させた繊維強化アルミナセラミックスで玉を形成することにより、高強度で、高温音響耐久性に優れるようになることが分かる。
【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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