(57)【要約】【課題】セラミックス製転動体の内部組織への粗大塊状物の混在を抑え、機械的強度を高める。【解決手段】出発原料となるジルコニア粉末と、アルミナ粉末とをそれぞれ粉砕する工程と、粉砕されたジルコニア粉末及びアルミナ粉末を所定の混合比にて湿式混合してスラリーを調製する工程と、スラリーを、目開きがミクロンオーダーのフィルタを通過させ、通過分を乾燥して原料粉末を調製する工程と、原料粉末を成形して成形球を得る工程と、成形球を焼結し、ＨＩＰ処理を行って素球を製造する工程と、素球の表面を研磨する工程とを備える製造方法、並びに前記製造方法で製造されたセラミックス製転動体を備える転がり支持装置。【選択図】図１
2013160367.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
転がり支持装置用のセラミックス製転動体を製造する方法であって、
出発原料となるジルコニア粉末と、アルミナ粉末とをそれぞれ粉砕する工程と、
粉砕されたジルコニア粉末及びアルミナ粉末を所定の混合比にて湿式混合してスラリーを調製する工程と、
スラリーを、目開きがミクロンオーダーのフィルタを通過させ、通過分を乾燥して原料粉末を調製する工程と、
原料粉末を成形して成形球を得る工程と、
成形球を焼結し、ＨＩＰ処理を行って素球を製造する工程と、
素球の表面を研磨する工程と、
を備えることを特徴とするセラミックス製転動体の製造方法。
【請求項２】
互いに対向配置される軌道面を備えた第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設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支持装置であって、
請求項１記載の製造方法で製造されたセラミックス製転動体を備え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に記載されているように、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、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】
しかしながら、得られる転動体の内部組織に、ジルコニアやアルミナ、あるいはジルコニアとアルミナとが混在した数十μｍの大きな塊状物が多数混在しており、転動体の機械的強度を低下させる原因になっている。
【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、セラミックス製転動体の内部組織への粗大塊状物の混在を極力抑えて機械的強度を高めることを目的とする。
【０００７】
また、セラミックス製転動体を備え、電食を防止できる転がり支持装置において、セラミックス製転動体の内部組織を緻密化し、装置全体としての耐久性を高めることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は下記を提供する。
（１）転がり支持装置用のセラミックス製転動体を製造する方法であって、
出発原料となるジルコニア粉末と、アルミナ粉末とをそれぞれ粉砕する工程と、
粉砕されたジルコニア粉末及びアルミナ粉末を所定の混合比にて湿式混合してスラリーを調製する工程と、
スラリーを、目開きがミクロンオーダーのフィルタを通過させ、通過分を乾燥して原料粉末を調製する工程と、
原料粉末を成形して成形球を得る工程と、
成形球を焼結し、ＨＩＰ処理を行って素球を製造する工程と、
素球の表面を研磨する工程と、
を備えることを特徴とするセラミックス製転動体の製造方法。
（２）互いに対向配置される軌道面を備えた第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設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支持装置であって、
上記（１）記載の製造方法で製造されたセラミックス製転動体を備えることを特徴とする転がり支持装置。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の製造方法では、原料粉末を粉砕して微粉化した粉末を湿式混合し、得られたスラリーを更にフィルタを通過させて所定の粒径以下の粉末のみを用いることにより、内部組織に数十μｍの粗大塊状物が少なく、緻密で高強度のセラミックス製転動体が得られる。
【００１０】
また、本発明の転がり支持装置は、緻密な内部組織を有し、高強度のセラミックス製転動体を備え、装置全体としての耐久性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の転がり支持装置の一例を示す玉軸受を示す断面図である。
【図２】比較例１で作製した転動体の断面を撮影した写真である。
【図３】実施例１で作製した転動体の断面を撮影した写真である。
【図４】実施例１及び比較例１で作製した転動体における、内部組織の塊状物の粒径とその個数を求めたグラフである。
【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】
図１は、本発明の転がり支持装置の一例を示す玉軸受を示す断面図である。図示される玉軸受１は、内輪１０と外輪１１との間に、保持器１２を介して複数の転動体である玉１３を保持したものであり、内輪１０、外輪１１及び玉１３とで形成される軸受内部空間にグリースＧを封入し、シール１４で封止したものである。内輪１０及び外輪１１は、一般的な熱処理を施したＳＵＪ２材が適当である。また、グリースＧにも制限はないが、セラミックスと金属との両方に親和性を有することが好ましく、例えば。エステル油等の極性の大きい潤滑油を基油とするグリースが好ましい。
【００１４】
本発明では、玉１３を以下の方法で製造する。
【００１５】
原料粉末には、得られる玉１３の機械的強度を考慮して、ジルコニア粉末とアルミナ粉末とを用いる。また、安定化剤としてＹ２Ｏ３やＣａＯ、ＭｇＯ、ＣｅＯ２等を加えたジルコニア粉末を使用してもよい。ジルコニア−アルミナ系セラミックスは、ヤング率が２５０ＧＰａ以上となり、玉１３の寸法精度を高くすることができる。尚、ヤング率は、軸受寿命及び耐衝撃性を良好にする観点から、４００ＭＰａ以下であることが好ましいが、これはヤング率が高いほど玉１３と内外輪の軌道面との間での最大接触面圧が高くなって軸受寿命が短くなること、最大接触面圧が高くなると、軸受に衝撃が生じた場合に、玉１３の押し付けによって内外輪の軌道面に圧痕が発生し易くなり軸受の耐衝撃性が低くなること、等の理由からである。
【００１６】
また、玉１３の線膨張係数を、０℃から８００℃までの平均値で１２．５×１０−６／Ｋ以下とすることができ、金属製の内輪１０及び外輪１１の線膨張係数との差が小さくなり、例えば玉１３が窒化珪素の場合のように軸受の温度上昇に伴って予圧が零になることを防止できる。
【００１７】
このようなヤング率及び線膨張係数とするには、ジルコニアに、ジルコニアよりもヤング率の高いアルミナを添加する。アルミナは線膨張係数が比較的高いため、ジルコニアに添加してもジルコニアの高い線膨張係数を大きく低下させることがない。また、ジルコニアにアルミナを添加することによって、高強度化するが、その理由としては、焼結から室温まで冷却される際の体積収縮の差から、アルミナ焼結粒子は圧縮し、ジルコニア焼結粒子は引張応力が付与され、残留応力の分布の違いから亀裂が迂回して進展する。更に、ジルコニア結晶粒子の相転移（正方晶→単斜相）によるアルミナ粒子への圧縮応力が負荷され、破壊に対して亀裂進展が防止される。この効果を十分に得るためには、アルミナを２０質量％以上８０質量％以下となるように添加することが好ましく、２５質量％以上４０質量％以下がより好ましい。ヤング率はアルミナ含有率とほぼ比例関係にあり、アルミナ含有率を２０質量％以上とすることによりヤング率を２５０ＧＰａ以上とすることができる。但し、アルミナ含有率が８０質量％を超えると、ヤング率が４００ＧＰａ以上となり、強度の点からは好ましくない。
【００１８】
このように、本発明ではジルコニア粉末と、アルミナ粉末とを用いるが、得られる玉１３の内部組織を緻密化するために、以下に示す工程を経て作製する。
【００１９】
先ず、出発原料となるジルコニア粉末とアルミナ粉末とを粉砕する。得られる玉１３の内部組織を緻密にするためには、ジルコニア粉末及びアルミナ粉末ともに、その粒径は０．５〜１．０μｍが好ましいが、このような粒径の粉末では粉末同士が凝集し易やすい。ジルコニア粉末及びアルミナ粉末は、市場から入手することができるが、入手した状態では粉末同士が凝集しているため、そのまま使用すると、得られる玉１３にも粗大な塊状物が混在する。そこで、凝集している原料粉末を粉砕して個々の粉末に解く。尚、粉砕方法には制限はなく、例えばボールミルを用いて行うことができる。
【００２０】
次いで、粉砕により個々の粉末に解かれたジルコニア粉末及びアルミナ粉末を、上記の混合比率となるように秤量し、混合媒体を用いて湿式混合してスラリーを調製する。混合媒体としては、水やアルコール、水とアルコールとの混合物が適当である。混合手段には制限はないが、ボールミルやアトライター、ビーズミル等のように、ボールを粉砕メディアとして使用する混合機を用いることにより短時間で均一な混合を実現でき好ましい。混合条件としては、例えばボールミルを使用する場合、ジルコニア粉末とアルミナ粉末との合計量に対し、ボールを３倍量程度加え、数十時間程度混合する。
【００２１】
次いで、ボールを取り出したスラリーを、フィルタに通す。フィルタには目開きがミクロンオーダー、好ましくは５０μｍ以下、より好ましくは３０μｍ以下、更に好ましくは１０μｍ以下のものを用いる。そして、フィルタ通過分を分取し、通過分を乾燥する。フィルタ通過分には、フィルタの目開きよりも小さいジルコニア粉末及びアルミナ粉末しか含まれておらず、これを成形して得られる玉１３は粗大な塊状物が無い緻密なものとなる。
【００２２】
尚、用いるフィルタには制限はないが、ガラス繊維や金属（ＳＵＳ製）、樹脂等を用いることができる。また、乾燥方法も制限はなく、スプレードライヤー等を用いることができる。
【００２３】
次いで、上記の混合粉末を球状の金型に充填し、プレス成形して成形玉を作製する。成形条件は、従来のジルコニア−アルミナ製玉の成形条件と同様で構わない。また、成形球は、脱脂処理を行ってもよい。
【００２４】
次いで、成形球を電気炉に入れて焼結した後、ＨＩＰ処理して素球を得る。焼結は、例えば大気中１４００〜１６００℃で１〜２時間行う。また、ＨＩＰ処理は、例えばアルゴン雰囲気中、１３００〜１５００℃で１〜２時間、１０００〜１５００気圧で行う。
【００２５】
そして、ＨＩＰ処理後に、素球の表面を研磨して玉１３を得る。
【００２６】
このようにして得られた玉１３は、内部組織に粗大塊状物が少なく、緻密で高強度となる。
【００２７】
以上、本発明に関して玉軸受１を基に説明したが、その他にもリニアガイドやボールねじの転動体を上記の玉１３と同様に製造することができる。
【実施例】
【００２８】
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。
【００２９】
（比較例１）
市場から入手した何れも平均粒径が０．５μｍのイットリア安定化ジルコニア粉末及びアルミナ粉末を、粉砕することなく、そのままの状態でジルコニア粉末が８０質量％、アルミナ粉末が２０質量％となるように秤量し、水とともにボールミル（メディアはジルコニア球）に入れ、３００ｒｐｍて７０時間混合を行い、スラリーを調製した。
【００３０】
次いで、スラリーからボールを取り出し、スプレードライヤーで乾燥して混合粉末を得た。そして、混合粉末を金型に充填し、１トン／ｃｍ２の加圧力でプレス成形して直径Φ５ｍｍの成形球を得た。成形球をアルミナ容器に入れ、脱脂炉にて脱脂処理を行った。脱脂条件は、大気中２℃／ｍｉｎで６００℃まで昇温し、６００℃で１時間保持した後、室温まで炉冷した。
【００３１】
次いで、成形球をアルミナ容器に再投入し、電気炉に入れて大気中４℃／ｍｉｎで１５００℃まで昇温し、１５００℃で１時間行焼結した後、炉冷して試験球を得た。
【００３２】
（実施例１）
市場から入手したジルコニア粉末及びアルミナ粉末を、それぞれボールミルにて粉砕した。そして、粉砕したジルコニア粉末とアルミナ粉末とを、ジルコニア粉末が８０質量％、アルミナ粉末が２０質量％となるように秤量し、水とともにボールミル（メディアはジルコニア球）に入れ、３００ｒｐｍて７０時間混合を行い、スラリーを調製した。次いで、スラリーを、目開き２０μｍのフィルタを通過させ、通過分をスプレードライヤーにて乾燥して混合粉体を得た。
【００３３】
そして、混合粉体を用い、比較例１と同様にして、プレス成形、脱脂処理及び焼結を行い試験球を得た。
【００３４】
（断面観察）
実施例１及び比較例１の各試験球の断面を観察して、内部組織を比較した。図２は比較例１の試験球の内部組織を撮影した写真であるが、数十μｍのジルコニア塊、アルミナ塊、（ジルコニア＋アルミナ）塊が多数観察された。これに対し、図３は実施例１の試験球の内部組織を撮影した写真であるが、比較例１の試験球で見られた粗大な塊は見られず、緻密構造であることがわかる。
【００３５】
また、断面から任意の測定面積２５００ｍｍ２を選び、その中に存在する塊状物の大きさと、その個数を求めた。結果を図４に示すが、比較例１の試験球には、２００μｍを超える塊状物も多数見られるのに対し、実施例１の試験球では、３０μｍを越す塊状物は全く見られず、３０μｍ以下の塊状物も比較例１の試験球に比べて大幅に減少している。
【符号の説明】
【００３６】
１  玉軸受
１０  内輪
１１  外輪
１２  保持器
１３  玉
１４  シール
【図１】
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【図４】
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【図２】
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【図３】
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