JP2003300780A - 窒化けい素製耐摩耗性部材およびその製造方法 - Google Patents

窒化けい素製耐摩耗性部材およびその製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】窒化けい素本来の高強度・高靭性特性に加えて
所定の電気抵抗値（導電性）を有し、特に摺動特性が優
れた窒化けい素製耐摩耗性部材およびその製造方法を提
供することを目的とする。 【解決手段】窒化けい素を５５〜７５質量％、炭化けい
素を１２〜２８質量％、Ｍｏ，Ｗ，ＴａおよびＮｂから
選択される少なくとも１種の元素をけい化物換算で３〜
１５質量％および希土類元素−Ｓｉ−Ａｌ−Ｏ−Ｎから
なる粒界相を５〜１５質量％で構成されるセラミックス
焼結体からなり、電気抵抗値が１０７〜１０４Ω・ｃ
ｍ、気孔率が１％以下、３点曲げ強度が９００ＭＰａ以
上であることを特徴とする窒化けい素製耐磨耗性部材２
である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は窒化けい素を主成分
とし適度な電気抵抗値を有する耐摩耗性部材およびその
製造方法に係り、特に静電気の発生を抑制するための導
電性を付与した場合であっても、従来の窒化けい素焼結
体と同等以上の緻密性と窒化けい素焼結体本来の機械的
強度とに加え、耐磨耗性、特に摺動特性が優れた転がり
軸受け部材として好適な窒化けい素製耐摩耗製部材およ
びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】耐摩耗性部材は、例えば軸受部材、摺動
部材、圧延用などの各種ロール材、コンプレッサ用ベー
ン、ガスタービン翼、カムローラなどのエンジン部品な
ど、各種の分野で使用されている。このような耐摩耗性
部材には、従来から金属材料のほかセラミックス材料が
用いられている。特に、窒化けい素焼結体は機械的強度
や耐摩耗性に優れることから、種々の分野で幅広く使用
されている。
【０００３】従来の窒化けい素焼結体の焼結組成として
は窒化けい素−希土類酸化物（酸化イットリウムなど）
−酸化アルミニウム系、窒化けい素−希土類酸化物−酸
化アルミニウム−酸化チタニウム系、窒化けい素−酸化
イットリウム−酸化アルミニウム−窒化アルミニウム−
チタニウム、マグネシウム、ジルコニウムの酸化物系等
が知られている。上記焼結組成における希土類酸化物等
の焼結助剤は、焼結中にＳｉ−希土類元素−Ａｌ−Ｏ−
Ｎ等からなる粒界相（液相）を生成させ、焼結体を緻密
化し高強度化をするために添加されている。
【０００４】従来の窒化けい素焼結体は窒化けい素原料
粉末に上記のような焼結助剤を添加物として加えて成形
し、得られた成形体について焼成炉を使用して１６５０
〜１９００℃程度の高温で所定時間焼成する方法で量産
されている。
【０００５】上述した窒化けい素焼結体を用いた耐摩耗
性部材の中でも、上記の窒化けい素焼結体はセラミック
スの中でも摺動特性に優れることからベアリング（軸受
け）部材、特にベアリングボールとしても広く実用化さ
れている。このような軸受は種々の用途に用いられてお
り、重要保安部品としての使用も検討されはじめてい
る。このため、窒化けい素焼結体からなる軸受部材、す
なわちボールやコロなどの転動体に対しては信頼性をよ
り一層高めることが求められている。
【０００６】例えば、転動体表面のキズや亀裂などの欠
陥は、軸受自体はもとより、それを用いたシステム全体
の破損などに繋がることから、そのような欠陥はできる
限り排除するような工程がとられている。同様に、転動
体の表面近傍に存在するポアなども信頼性の低下原因と
なるために、ボールやコロなどの最終形状に加工する際
に除去している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来方法によって製造された窒化けい素焼結体では、曲げ
強度や破壊靭性値、耐摩耗性がある程度は向上している
ものの電気的に絶縁体であることから、例えばハードデ
ィスクドライブ装置（ＨＤＤ）の回転部のベアリングボ
ールとして高速回転を行った際に発生する静電気が軸受
け鋼等の金属部材により作製された回転軸部、ボール受
け部に効果的に発散されず、経時的に多量の静電気が蓄
積される恐れがあり、ハードディスクドライブ装置（Ｈ
ＤＤ）が正常に稼動できないという問題が発生してしま
うことが判明した。
【０００８】一方、従来から電気抵抗値が１０−３Ω・
ｃｍ程度を示す低電気抵抗の窒化けい素焼結体は存在
し、主に切削工具などに使用されている。しかしなが
ら、低電気抵抗を実現するために炭化物などの導電付与
粒子を多量に添加しているため、導電性付与粒子どうし
が凝集し易く、曲げ強度や破壊靭性値の低下を生じやす
い問題点があった。また、ベアリングボールのように常
に全体から圧縮荷重を受けるような用途においては、こ
のような凝集粒子が多数存在する個所から亀裂が入り易
く摺動特性が短時間で劣化してしまう問題点もあった。
したがって、ベアリングボールのように全体から圧縮荷
重を受けながら使用される焼結体においては凝集粒子が
可及的に少ない方が好ましい。
【０００９】本発明は上記のような課題を解決するため
になされたものであり、窒化けい素本来の高強度・高靭
性特性に加えて所定の電気抵抗値（導電性）を有し、特
に摺動特性が優れた窒化けい素製耐摩耗性部材およびそ
の製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、従来の窒化けい素焼結体を製造する際に、一
般的に使用されていた窒化けい素原料粉末、導電性付与
粒子の種類および焼結助剤や添加物の種類および添加
量、焼成条件を種々変えて、それらの要素が焼結体の特
性に及ぼす影響を実験により比較検討した。
【００１１】その結果、微細な窒化けい素原料粉末に導
電性付与粒子として炭化けい素とＭｏ，Ｗ，Ｔａ，Ｎｂ
の炭化物、酸化物、硼化物、けい化物、からなる群より
選択される少なくとも１種および希土類元素の酸化物、
アルミナ、必要に応じて窒化アルミニウム、酸化チタン
などを所定量ずつ添加した原料混合体を成形脱脂し、得
られた成形体を焼結、または焼結した後に所定の条件で
熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）処理したときに、窒化けい
素焼結体中に導電性付与粒子として炭化けい素とＭｏ，
Ｗ，Ｔａ，Ｎｂのけい化物からなる群より選択される少
なくとも１種が複合分散し、且つ粒界相が希土類元素−
Ａｌ−Ｏ−Ｎからなる相で構成されることになり、高強
度、高靭性特性に加えて、所定の電気抵抗値を有し特に
摺動特性が優れた耐摩耗性部材として好適な窒化けい素
焼結体が得られるという知見が得られた。本発明は上記
知見に基づいて完成されたものである。
【００１２】すなわち、本発明に係る窒化けい素製耐摩
耗性部材は、窒化けい素を５５〜７５質量％、炭化けい
素を１２〜２８質量％、Ｍｏ，Ｗ，ＴａおよびＮｂから
選択される少なくとも１種の元素をけい化物換算で３〜
１５質量％および希土類元素−Ｓｉ−Ａｌ−Ｏ−Ｎから
なる粒界相を５〜１５質量％で構成されるセラミックス
焼結体からなり、電気抵抗値が１０７〜１０４Ω・ｃ
ｍ、気孔率が１％以下、３点曲げ強度が９００ＭＰａ以
上であることを特徴とする。
【００１３】また、上記窒化けい素製耐摩耗性部材にお
いて、破壊靭性値が６．０ＭＰａ・ｍ１／２以上である
ことが好ましい。さらに、Ｔｉ，Ｈｆ，Ｚｒからなる群
より選択される少なくとも１種を酸化物に換算して５質
量％以下含有することが好ましい。
【００１４】また、上記耐摩耗性部材において、前記窒
化けい素焼結体からなる板状の耐摩耗性部材の上面に設
定した直径４０ｍｍの軌道上に直径が９．５２５ｍｍで
ある３個のＳＵＪ２製転動鋼球を配置してスラスト型軸
受試験機を構成し、上記転動鋼球に３．９２ＫＮの荷重
を印加した状態で回転数１２００ｒｐｍの条件下で回転
させたときに、上記窒化けい素製耐摩耗性部材の表面が
剥離するまでの回転数で定義される転がり寿命が１×１
０７回以上である耐摩耗性部材とすることも可能であ
る。
【００１５】さらに、前記窒化けい素焼結体の圧砕強度
が２００ＭＰａ以上であり、この窒化けい素焼結体から
なる耐摩耗性部材から直径が９．５２５ｍｍである３個
の転動ボールを調製する一方、ＳＵＪ２製鋼板の上面に
設定した直径４０ｍｍの軌道上に上記３個の転動ボール
を配置してスラスト型軸受試験機を構成し、上記転動ボ
ールに５．９ＧＰａの最大接触応力が作用するように荷
重を印加した状態で回転数１２００ｒｐｍの条件下で回
転させたときに、上記窒化けい素焼結体製転動ボールの
表面が剥離するまでの時間で定義される転がり疲労寿命
が４００時間以上である窒化けい素製耐摩耗性部材とす
ることも可能である。
【００１６】なお、耐摩耗性部材がボール形状である場
合の耐摩耗性（転がり疲労寿命）の測定方法として、直
径９．５２５ｍｍ（＝３／８インチ）のボールを基準値
として挙げているが、本発明はこのサイズに限定される
ものではない。例えば、ボールのサイズが直径９．５２
５ｍｍ（＝３／８インチ）と異なる場合は、最大接触応
力をボールのサイズに合せて変更して測定するものとす
る。この場合、最大接触応力の変更については、単位Ｐ
ａが１Ｐａ＝１．０２×１０−５ｋｇｆ／ｃｍ ２である
ことから、測定対象のボールのサイズに合せて比例計算
して算出するものとする。また、本発明の耐摩耗性部材
はボールのサイズが異なったとしても転がり疲労寿命が
４００時間以上得られるものである。
【００１７】本発明の耐摩耗性部材の製造方法は、酸素
を１．７質量％以下、α相型窒化けい素を９０質量％以
上含有する平均粒径１．０μｍ以下の窒化けい素粉末
に、炭化けい素を１２〜２８質量％、Ｍｏ，Ｗ，Ｔａ，
Ｎｂの炭化物、けい化物、酸化物からなる群より選択さ
れる少なくとも１種をけい化物換算で３〜１５質量％、
希土類元素を酸化物に換算して２〜１０質量％、アルミ
ニウムを酸化物に換算して２〜１０質量％、Ｔｉ，Ｈ
ｆ，Ｚｒからなる群より選択される少なくとも１種を酸
化物に換算して５質量％以下添加した原料混合体を成形
して成形体を調製し、得られた成形体を脱脂後、非酸化
性雰囲気下１８５０℃以下の温度で焼結することを特徴
とする。
【００１８】また、上記窒化けい素製耐摩耗性部材の製
造方法において、焼結後に３０ＭＰａ以上の非酸化性雰
囲気下で温度１８００℃以下で熱間静水圧プレス（ＨＩ
Ｐ）処理を実施することが好ましい。
【００１９】上記製造方法によれば、耐摩耗性部材を構
成する窒化けい素焼結体を調製する際に、窒化けい素原
料粉末に導電性付与粒子としての炭化けい素とＭｏ化合
物等とを所定量添加し、得られた原料混合体の成形体を
所定条件下で脱脂・焼結して形成されているため、窒化
けい素焼結体結晶組織中に炭化けい素等が分散して、所
定の電気抵抗値（１０７〜１０４Ω・ｃｍ）が得られ、
静電気の発生を効果的に抑制できる導電性が付与され
る。
【００２０】また、Ｍｏ化合物等は、炭化けい素と併用
すると所定の電気抵抗値を得るのに著しい効果をすると
共に、炭化けい素の含有量を減少させることが可能であ
り、焼結性の低下や焼結体の曲げ強度および破壊靭性値
や摺動特性の劣化、さらには焼結体で形成したボールの
研摩時に発生する脱粒の改善に大きな効果を発揮する。
【００２１】さらに焼結性が低下することが少ないた
め、結晶組織の気孔径を極微小化することが可能であ
る。そして、応力が作用した場合に疲労破壊の起点とな
り易い気孔が減少するため、疲労寿命および耐久性に優
れた耐摩耗性部材が得られる。また、窒化けい素結晶組
織中に希土類元素等を含む粒界相が形成され、その粒界
相中の最大気孔径が０．３μｍ以下であり、気孔率が１
％以下、三点曲げ強度が室温で９００ＭＰａ以上であ
り、破壊靭性値が６．０ＭＰａ・ｍ１／２以上であり、
圧砕強度が２００ＭＰａ以上の機械的特性に優れた窒化
けい素製耐摩耗性部材を得ることも容易である。
【００２２】本発明方法において使用され、耐摩耗性部
材を構成する窒化けい素焼結体の主成分となる窒化けい
素粉末としては、焼結性、曲げ強度、破壊靭性値および
転がり寿命を考慮して、酸素含有量が１．５質量％以
下、好ましくは０．５〜１．２質量％であるα相型窒化
けい素を７５〜９７質量％、好ましくは８０〜９５質量
％含有し、平均粒径が１．０μｍ以下、好ましくは０．
４〜０．８μｍ程度の微細な窒化けい素粉末を使用する
ことが好ましい。
【００２３】また、不純物酸素量が１．５質量％を超え
るような窒化けい素粉末を用いると、焼結体全体として
の酸素濃度が増加し、気孔率が増大するなどして窒化け
い素焼結体が低強度化し易い。窒化けい素原料粉末のよ
り好ましい酸素含有量は０．５〜１．２質量％の範囲で
ある。
【００２４】なお、窒化けい素原料粉末としてはα相型
のものとβ相型のものとが知られているが、α相型の窒
化けい素原料粉末では焼結体とした場合に強度が不足し
易い傾向がある一方、β相型の窒化けい素原料粉末では
高温度焼成が必要であるが、アスペクト比が高い窒化け
い素結晶粒子が複雑に入り組んだ高強度の焼結体が得ら
れる。したがって、本発明においてはα相型原料粉末を
高温度で焼成して窒化けい素焼結体としては、β相型の
窒化けい素結晶粒子を主成分とする焼結体とすることが
好適である。
【００２５】本発明に係る耐摩耗部材において、窒化け
い素の含有量を５５〜７５質量％の範囲に限定した理由
は、５５質量％以上の範囲で焼結体の曲げ強度、破壊靭
性値および転がり寿命が格段に向上し、窒化けい素の優
れた特性が顕著となるためである。一方、焼結体の電気
抵抗値を考慮すると、７５質量％までの範囲とする。好
ましくは６０〜７０質量％の範囲とすることが好まし
い。
【００２６】その結果、窒化けい素の出発原料粉末とし
ては、焼結性、曲げ強度、破壊靭性値、転がり寿命を考
慮して、酸素含有率が１．５質量％以下、好ましくは
０．５〜１．２質量％であり、α相型窒化けい素を９０
質量％以上含有し、平均粒径が１．０μｍ以下、好まし
くは０．４〜０．８μｍ程度の微細な窒化けい素粉末を
使用することが好ましい。
【００２７】特に平均粒径が０．７μｍ以下の微細な原
料粉末を使用することにより、少量の焼結助剤であって
も気孔率が０．５％以下の緻密な焼結体を形成すること
が可能である。この焼結体の気孔率はアルキメデス法に
より容易に計測できる。
【００２８】導電性付与粒子として含有する炭化けい素
は窒化けい素結晶組織中に単独で分散し所定の電気抵抗
値を付与する役目を果たすものである。この炭化けい素
の含有量が１２質量未満では効果が不十分である一方、
含有量が２８質量％を超える過量となる場合には、焼結
性の低下や焼結体の曲げ強度および破壊靭性値や摺動特
性の劣化、さらにはボールの研磨時における脱粒が発生
しやすいため、含有量は１２〜２８質量％の範囲とす
る。好ましくは１５〜２５質量％の範囲とすることが望
ましい。また、この炭化けい素にもα型とβ型とがある
が、双方とも同一の作用効果を有する。
【００２９】もう一方の導電性付与粒子として焼結体に
含有されるＭｏ，Ｗ，Ｔａ，Ｎｂからなる群より選択さ
れる少なくとも１種の元素のけい化物は、炭化けい素と
併用すると、焼結体に所定の電気抵抗を付与するのに著
しい効果を発揮する化合物である。また、これらの元素
のけい化物は炭化けい素の含有量を相対的に減少させる
ことができるので、炭化けい素の添加による焼結性の低
下や焼結体の曲げ強度および破壊靭性値や摺動特性の劣
化、さらにはボールの研磨時における脱粒の発生を防止
して改善を図るに際して大きな作用効果を併せ持つもの
である。
【００３０】上記のＭｏ，Ｗ，Ｔａ，Ｎｂの元素の含有
量がけい化物換算で３質量未満の場合では、その添加効
果が不十分である一方、含有量が１５質量％を超える過
量となる場合には、焼結性の低下や焼結体の曲げ強度お
よび破壊靭性値や摺動特性の劣化が起こるため含有量は
３〜１５質量％の範囲とする。好ましくは５〜１３質量
％の範囲とすることが望ましい。
【００３１】なお、本発明に係る耐摩耗部材において、
Ｍｏ，Ｗ，Ｔａ，Ｎｂの元素はけい化物として存在する
が、原料段階では各種化合物として添加することが可能
である。上記けい化物になるものとしては各元素のけい
化物の他、Ｍｏ，Ｗ，Ｔａ，Ｎｂの炭化物、酸化物、硼
化物があげられ、これらの化合物を窒化けい素粉末に添
加し、焼結することにより窒化けい素のけい素成分と反
応してけい化物となる。上記した化合物の中では、特に
Ｍｏけい化物が顕著な改善効果を有し好適である。な
お、当該けい化物には炭けい化物も含まれるものとす
る。
【００３２】また本発明に係る耐摩耗性部材において、
電気抵抗値は１０７〜１０４Ω・ｃｍの範囲に調整され
る。この電気抵抗値が１０７Ω・ｃｍを超えるように過
大であると、上記耐摩耗性部材で形成したベアリングボ
ールの摺動時に発生する静電気の帯電を効率良く防止す
ることが困難である。逆に、耐摩耗性部材の電気抵抗値
が１０４Ω・ｃｍ未満であると、静電気の帯電を防ぐこ
とは可能であるものの窒化けい素焼結体中に導電性付与
粒子が大量に含有されている状態となり易くなるため、
窒化けい素が本来もつ耐摩耗性や高強度の利点を十分に
発揮できなくなるので好ましくない。
【００３３】焼結助剤として希土類酸化物等を使用した
場合には、窒化けい素焼結体組織に希土類元素−Ｓｉ−
Ａｌ−Ｏ−Ｎからなる粒界相が形成される。この粒界相
は窒化けい素の焼結助剤として希土類酸化物、酸化アル
ミニウム、窒化アルミニウムなどを使用した場合の希土
類元素−Ｓｉ−Ａｌ−Ｏ−Ｎ系ガラスあるいは結晶化合
物で構成されるものあり、窒化けい素焼結体組織を緻密
化して耐摩耗性部材の特性を改善する。これらの粒界相
の形成量が５質量％未満では、窒化けい素の緻密化が不
十分である一方、１５質量％を超える過量となる場合に
は、焼結体の曲げ強度および破壊靭性値や摺動特性の劣
化が起こるため、その含有量は５〜１５質量％の範囲と
される。好ましくは７〜１３質量％の範囲とすることが
望ましい。
【００３４】上記窒化けい素原料粉末に焼結助剤として
添加する希土類元素としては、Ｙ,Ｈｏ，Ｅｒ，Ｙｂ，
Ｌａ，Ｓｃ，Ｐｒ，Ｃｅ，Ｎｄ，Ｄｙ，Ｓｍ，Ｇｄなど
の酸化物もしくは焼結操作により、これらの酸化物とな
る物質が単独で、または２種以上の酸化物を組み合せた
ものを含んでもよい。これらの焼結助剤は、窒化けい素
原料粉末と反応して液相を生成し、焼結促進剤として機
能する。
【００３５】上記焼結助剤の添加量は、酸化物換算で原
料粉末に対して２〜１０質量％の範囲とする。この添加
量が２質量％未満の場合は、焼結体の緻密化あるいは高
強度化が不十分であり、特に希土類元素がランタノイド
系元素のように原子量が大きい元素の場合には、比較的
低強度で比較的に低熱伝導率の焼結体が形成される。一
方、添加量が１０質量％を超える過量となると、過量の
粒界相が生成し、気孔の発生量が増加したり、強度が低
下し始めるので上記範囲とする。特に同様の理由により
２〜８質量％とすることが望ましい。
【００３６】また本発明において選択的な添加成分とし
て使用するアルミニウム（Ａｌ）の酸化物（Ａｌ
２Ｏ３）は、上記希土類元素の焼結促進剤の機能を促進
し低温での緻密化を可能にし結晶組織において粒成長を
制御する機能を果し、Ｓｉ３Ｎ４焼結体の曲げ強度およ
び破壊靭性値などの機械的強度を向上させるために５質
量％以下の範囲で添加される。このＡｌの添加量が酸化
物換算で０．２質量％未満の場合においては添加効果が
不十分である一方、５質量％を超える過量となる場合に
は酸素含有量の上昇が起こるため、添加量は５質量％以
下、好ましくは０．２〜５質量％の範囲とする。特に
０．５〜３質量％とすることが望ましい。
【００３７】さらに他の選択的な添加成分としての窒化
アルミニウム（ＡｌＮ）は、焼結過程における窒化けい
素の蒸発などを抑制するとともに、上記希土類元素の焼
結促進剤としての機能をさらに助長する役目を果すもの
であり、５質量％以下の範囲で添加されることが望まし
い。
【００３８】ＡｌＮの添加量が０．１質量％未満の場合
においては、より高温度での焼結が必要になる一方、５
質量％を超える過量となる場合には過量の粒界相を生成
したり、または窒化けい素に固溶し始め、気孔が増加し
気孔率の上昇が起こるため、添加量は５質量％以下の範
囲とする。特に焼結性、強度、転がり寿命共に良好な性
能を確保するためには添加量を０．１〜３質量％の範囲
とすることが望ましい。
【００３９】本発明に係る耐摩耗性部材において、Ｔ
ｉ，Ｈｆ，Ｚｒの化合物を、必要に応じて他の添加成分
として使用するとよい。上記Ｔｉ，Ｈｆ，Ｚｒの酸化
物、炭化物、窒化物、けい化物から成る群から選択され
る少なくとも１種の化合物は、上記の希土類酸化物等の
焼結促進剤としての機能をさらに促進し焼結体の機械的
強度を向上させる機能を有する。これらの化合物の添加
量が酸化物換算で０．５質量％未満では添加効果が不十
分である一方、５質量％を超える過量となる場合には焼
結体の強度の低下が起こるため、添加量は５質量％以下
の範囲とする。特に１〜３質量％とすることが望まし
い。
【００４０】また上記Ｔｉ，Ｍｏ等の化合物は窒化けい
素セラミックス焼結体を黒色系に着色し不透明性を付与
する遮光剤としても機能する。
【００４１】また焼結体の気孔率は耐摩耗性部材の転が
り寿命および強度に大きく影響するため１．０％以下と
なるように製造する。気孔率が１．０％を超えると、疲
労破壊の起点となる気孔が急増して耐摩耗性部材の転が
り寿命が低下するとともに、焼結体の強度低下が起こ
る。好ましくは０．５％以下とする。
【００４２】さらに上記のように窒化けい素焼結体の気
孔率を１．０％以下にし、スラスト型転がり摩耗試験装
置（スラスト型軸受試験機）を使用した場合に、所定の
転がり寿命を与えるような窒化けい素焼結体を得るため
には、前記原料で調製した窒化けい素成形体を脱脂後、
１８５０℃以下の温度で２〜１０時間程度、常圧焼結ま
たは加圧焼結することが重要である。また焼結操作完了
直後における焼結体の冷却速度を毎時１００℃以下にし
て徐冷することにより、気孔径をさらに小さくすること
ができる。
【００４３】特に、焼結工程の途中において１２５０〜
１６００℃の温度で０．５〜１０時間保持することによ
り生成する液相（結晶粒界相）中の酸素濃度を減少させ
液相を高融点化し、液相の溶融時に生じる泡状の気孔の
発生を抑制し、かつ最大気孔径を極微小化し、焼結体の
転がり寿命を改善することが可能になる。この焼結途中
における保持操作は、特に温度が１３５０〜１４５０℃
の真空雰囲気で処理した場合に顕著な効果を発揮する
が、温度が１５００〜１６００℃の窒素雰囲気中の処理
でも同程度の効果が発揮される。
【００４４】また、焼結後に液相が凝固する温度までに
至る焼結体の冷却速度を毎時１００℃以下にして徐冷し
た場合に、液相中の酸素濃度の低減化がさらに促進され
るので、転がり寿命を改善した焼結体が得られる。
【００４５】焼結温度を１６５０℃未満とした場合に
は、焼結体の緻密化が不十分で気孔率が１．０ｖｏｌ．
％を超えた値になり、機械的強度および転がり寿命が共
に低下してしまう。一方焼結温度が１８５０℃を超える
と窒化けい素成分自体が蒸発分解し易くなる。特に加圧
焼結ではなく、常圧焼結を実施した場合には、１８００
℃付近より窒化けい素の分解蒸発が始まる。
【００４６】上記焼結操作完了直後における焼結体の冷
却速度は気孔径を低減したり、粒界相を結晶化させるた
めの制御因子であり、冷却速度が毎時１００℃を超える
ような急速冷却を実施した場合には、焼結体組織の粒界
相が非結晶質（ガラス相）となり、焼結体に生成した液
相中での酸素濃度の低減化が不十分となり、焼結体の転
がり寿命特性が低下してしまう。
【００４７】上記冷却速度を厳密に調整すべき温度範囲
は、所定の焼結温度（１６５０〜１８５０℃）から、前
記の焼結助剤の反応によって生成する液相が凝固するま
での温度範囲で十分である。ちなみに前記のような焼結
助剤を使用した場合の液相凝固点は概略１６００〜１５
００℃程度である。そして少なくとも焼結温度から上記
液相凝固温度に至るまでの焼結体の冷却速度を毎時１０
０℃以下、好ましくは５０℃以下、さらに好ましくは２
５℃以下に制御することにより、焼結体の最大気孔径が
０．３μｍ以下となり、気孔率も０．５％以下となり、
転がり寿命特性および耐久性に優れた窒化けい素焼結体
が得られる。
【００４８】本発明に係る耐摩耗性部材を構成する窒化
けい素焼結体は、例えば以下のようなプロセスを経て製
造される。すなわち前記所定の微細粒径を有し、また酸
素含有量が少ない微細な窒化けい素粉末に対して所定量
の焼結助剤、導電性付与成分（炭化けい素、Ｍｏ化合物
等）、有機バインダ等の必要な添加剤および必要に応じ
てＡｌ２Ｏ３，ＡｌＮ，Ｔｉ等の化合物を加えて原料混
合体を調製し、次に得られた原料混合体を成形して所定
形状の成形体を得る。
【００４９】原料混合体の成形法としては、汎用の一軸
プレス法、金型プレス法、ドクターブレード法、ラバー
プレス法、ＣＩＰ法のような公知の成形法が適用でき
る。
【００５０】上記金型プレス法で成形体を形成する場合
において、特に焼結後において気孔が発生し難い粒界相
を形成するためには、原料混合体の成形圧力を１２０Ｍ
Ｐａ以上に設定することが必要である。この成形圧力が
１２０ＭＰａ未満である場合には、主として粒界相を構
成する成分となる希土類元素化合物が凝集した箇所が形
成され易い上に、十分に緻密な成形体となり得ず、クラ
ックの発生が多い焼結体しか得られない。上記粒界相の
凝集した箇所は疲労破壊の起点となり易いため、耐摩耗
性部材の寿命耐久性が低下してしまう。一方、成形圧力
が２００ＭＰａを超えるように過大にした場合、成形型
の耐久性が低下してしまうので、必ずしも製造性が良い
とは言えない。そのため、上記成形圧力は１２０〜２０
０ＭＰａの範囲が好ましい。
【００５１】上記成形操作に引き続いて、成形体を非酸
化性雰囲気中で温度６００〜８００℃、または空気中で
温度４００〜５００℃で１〜２時間加熱して、予め添加
していた有機バインダ成分を十分に除去し、脱脂する。
【００５２】次に脱脂処理された成形体を、窒素ガスや
アルゴンガスなどの不活性ガス雰囲気中で１６５０〜１
８５０℃の温度で所定時間、常圧焼結または雰囲気加圧
焼結を行う。加圧焼結法としては、雰囲気加圧焼結、ホ
ットプレス、ＨＩＰ処理など各種の加圧焼結法が用いら
れる。
【００５３】また上記焼結後、得られた窒化けい素焼結
体に対し、さらに３０ＭＰa以上の非酸化性雰囲気中で
温度１８００℃以下で熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）処理
を実施することにより、疲労破壊の起点となる焼結体の
気孔の影響をより低減できるため、さらに改善された摺
動特性および転がり寿命特性を有する耐摩耗性部材が得
られる。
【００５４】特に、上記窒化けい素焼結体をベアリング
ボールのような軸受部材に適用する場合には、常圧焼結
または雰囲気加圧焼結後にＨＩＰ処理を行うことが有効
である。
【００５５】上記製法によって製造された窒化けい素製
耐摩耗性部材は、気孔率が１．０％以下であり、また三
点曲げ強度が常温で９００ＭＰａ以上と機械的特性にも
優れている。
【００５６】また、圧砕強度が２００ＭＰａ以上、破壊
靭性値が６．０ＭＰａ・ｍ１／２以上である窒化けい素
製耐摩耗性部材を得ることもできる。
【００５７】本発明に係る窒化けい素製耐摩耗性部材お
よびその製造方法によれば、耐摩耗性部材を構成する窒
化けい素焼結体を調製する際に、窒化けい素原料粉末に
導電性付与粒子としての炭化けい素とＭｏ化合物等とを
所定量添加し、得られた原料混合体の成形体を所定条件
下で脱脂・焼結して形成されているため、窒化けい素焼
結体結晶組織中に炭化けい素等が分散して、所定の電気
抵抗値（１０７〜１０ ４Ω・ｃｍ）が得られ、静電気の
発生を効果的に抑制できる導電性が付与される。
【００５８】また炭化けい素とＭｏ化合物等とを併用し
て所定量添加しているため、焼結性が損なわれることが
少なく、気孔の発生が抑制されて気孔率を極微小化する
ことが可能であり、静電気の影響が少なく、転がり寿命
特性および耐久性が優れた耐摩耗性部材が得られる。そ
のため、この耐摩耗性部材を転がり軸受部材として使用
して軸受部を調製した場合には、長期間に亘って良好な
摺動転動特性を維持することが可能であり、動作信頼性
および耐久性に優れた回転機器を提供することができ
る。また、他の用途としては、エンジン部品、各種治工
具、各種レール、各種ローラなど耐摩耗性を要求される
様々な分野に適用可能である。
【００５９】すなわち、本発明で使用する窒化けい素焼
結体は各種の用途に使用することが可能であるものの、
特に耐摩耗性部材に対して有効である。この窒化けい素
焼結体を適用し得る耐摩耗性部材は、軸受部材、圧延用
などの各種ロール材、コンプレッサ用ベーン、ガスター
ビン翼、カムローラなどのエンジン部品などが挙げられ
るが、これらのうちでもベアリングボールのように全面
が摺動部となる軸受部材（転動体）に対して効果的であ
る。
【００６０】また特に、ハードディスクドライブ装置
（ＨＤＤ）の回転部のベアリングボールとして使用した
場合には、高速回転を行った際に発生した静電気がベア
リングボールを介して軸受け鋼等の金属部材により作製
された回転軸部、ボール受け部に効果的に発散されるこ
とになり、経時的に多量の静電気が蓄積される恐れがな
く、記憶データの損傷もなく、ハードディスクドライブ
装置（ＨＤＤ）を常に正常に稼動させることができるの
で、特に効果的である。
【００６１】なお、耐摩耗性部材として使用する窒化け
い素焼結体には、必要に応じて表面研摩や被覆処理など
の仕上げ加工を行ってもよいことは言うまでもない。言
い換えると、窒化けい素焼結体がそのまま耐摩耗性部材
として使用可能な場合は、窒化けい素焼結体が直接耐摩
耗性部材となる。
【００６２】
【発明の実施の形態】次に本発明の実施形態を以下に示
す実施例を参照して具体的に説明する。
【００６３】実施例１ 実施例１として、酸素量が１．１質量％であり、α相型
窒化けい素を９７質量％含む平均粒径０．５５μｍのＳ
ｉ３Ｎ４（窒化けい素）原料粉末６４質量％に対して、
導電性付与材として平均粒径０．６μｍのβ型炭化けい
素粉末（ＳｉＣ）を１６質量％と、平均粒径１μｍの炭
化モリブデン（Ｍｏ２Ｃ）粉末を１０質量％と、焼結助
剤としての平均粒径０．９μｍのＹ２Ｏ３（酸化イット
リウム）粉末を４質量％と、平均粒径０．７μｍのＡｌ
２Ｏ３（アルミナ）粉末を３質量％と、平均粒径１．０
μｍのＡｌＮ（窒化アルミニウム）粉末を２質量％と、
平均粒径０．５μｍのＴｉＯ２（酸化チタン）粉末を１
質量％とを添加し、エチルアルコール中で窒化けい素ボ
ールを用いて９６時間湿式混合したのち乾燥して原料混
合体を調製した。
【００６４】次に得られた原料粉末混合体に有機バイン
ダを所定量添加し調合造粒粉としたのち、１３０ＭＰａ
の成形圧力で金型プレス成形し、曲げ強度測定用サンプ
ルとしての縦５０ｍｍ×横５０ｍｍ×厚さ５ｍｍの成形
体および転がり寿命測定用サンプルとしての直径８０ｍ
ｍ×厚さ６ｍｍの円板状成形体をそれぞれ多数製作し
た。
【００６５】次に得られた成形体を温度４５０℃の空気
気流中において４時間脱脂した後、窒素ガス雰囲気中で
加圧力０．７ＭＰａにて１８００℃で４時間焼結した。
次に得られた焼結体を窒素ガス雰囲気中９８ＭＰａにて
温度１７００℃で１時間、熱間静水圧プレス（ＨＩＰ：
ホットアイソスタテイックプレス）処理することによ
り、実施例１に係る窒化けい素焼結体製耐摩耗性部材を
調製した。
【００６６】比較例１〜３ 比較例１として導電性付与材としてのＳｉＣ粉末とＭo
２Ｃ粉末とを添加しない点以外は実施例１と同一条件で
処理することにより、比較例１に係る窒化けい素焼結体
製耐摩耗性部材を調製した。また比較例２として、導電
性付与材としてのＭo２Ｃ粉末を添加しない点以外は実
施例１と同一条件で処理することにより、比較例２に係
る窒化けい素焼結体製耐摩耗性部材を調製した。さらに
比較例３として、導電性付与材のＳｉＣ粉末を添加しな
い点以外は実施例１と同一条件で処理することにより比
較例３に係る窒化けい素焼結体製耐摩耗性部材を調製し
た。
【００６７】こうして得られた実施例１および比較例１
〜３に係る窒化けい素製耐摩耗部材について、気孔率、
室温での３点曲げ強度、マイクロインデンテーション法
における新原方式による破壊靭性値、電気抵抗値、およ
び図１に示すようなスラスト型転がり摩耗試験装置（ス
ラスト型軸受試験機）を用いて、転がり寿命（繰り返し
回数）を測定した。
【００６８】なお、焼結体の気孔率はアルキメデス法に
よって測定した。また、アルキメデス法による測定限界
は０．０１％であり、この値以下の気孔率は全て０．０
１％以下と表示した。
【００６９】また、三点曲げ強度については焼結体から
３ｍｍ×４０ｍｍ×厚さ４ｍｍの曲げ試験片を作成し、
スパン（支点距離）を３０ｍｍとし、荷重の印加速度を
０．５ｍｍ／ｍｉｎに設定した条件で測定した。
【００７０】また電気抵抗値は試料の上下を研削加工し
上下の平面上に電極を設置し、室温(２５℃)にて試料の
抵抗を絶縁抵抗計で測定した。
【００７１】また各耐摩耗性部材の転がり特性は、図１
に示すようなスラスト型転がり摩耗試験装置を使用して
測定した。この試験装置は、装置本体１内に配置された
平板状の耐摩耗性部材２と、この耐摩耗性部材２上面に
配置された複数の転動鋼球３と、この転動鋼球３の上部
に配置されたガイド板４と、このガイド板４に接続され
た駆動回転軸５と、上記転動鋼球３の配置間隔を規制す
る保持器６とを備えて構成される。装置本体１内には、
転動部を潤滑するための潤滑油７が充填される。上記転
動鋼球３およびガイド板４は、日本工業規格（ＪＩＳ
Ｇ ４８０５）で規定される高炭素クロム軸受鋼（ＳＵ
Ｊ２）で形成される。上記潤滑油７としては、パラフィ
ン系潤滑油（４０℃での粘度：６７．２ｍｍ２／Ｓ）や
タービン油が使用される。
【００７２】本実施例に係る板状の耐摩耗性部材の転が
り寿命は、耐摩耗性部材２の上面に設定した直径４０ｍ
ｍの軌道上に直径が９．５２５ｍｍである３個のＳＵＪ
２製転動鋼球を配置し、タービン油の油浴潤滑条件下
で、この転動鋼球３に３．９２ＫＮの荷重を印加した状
態で回転数１２００ｒｐｍの条件下で回転させたとき
に、上記窒化けい素製耐摩耗性部材２の表面が剥離する
までの回転数を転がり寿命（繰り返し回数）として測定
した。各測定結果を下記表１に示す。
【００７３】
【表１】
【００７４】上記表１に示す結果から明らかなように実
施例１に係る窒化けい素製耐摩耗性部材においては、導
電性付与粒子としての炭化けい素粉末および炭化モリブ
デン粉末を所定量添加して形成されているため、静電気
の滞留を防止できる所定の電気抵抗値が得られている一
方、気孔の発生が抑制されており、機械的強度特性が良
好であり、転がり寿命が１×１０７回を超え耐久性に優
れた窒化けい素製耐摩耗性部材が得られた。
【００７５】一方、導電性付与材としてのＳｉＣ粉末と
Ｍo２Ｃ粉末とを添加しない比較例１においては、破壊
靭性値は上昇したものの所定の低い電気抵抗値は全く得
られていない。
【００７６】一方、比較例２のように導電性付与材とし
てのＭo２Ｃ粉末を添加しない場合および比較例３のよ
うに導電性付与材としてのＳｉＣ粉末を添加しない場合
においては、転がり寿命に有意差は生じていないが、所
定の低い電気抵抗値は全く得られていない。
【００７７】次に本発明に係る窒化けい素製耐摩耗性部
材を軸受材の転動ボールに適用した場合について以下の
実施例および比較例を参照して具体的に説明する。
【００７８】実施例１Ｂおよび比較例１Ｂ〜３Ｂ 前記実施例１および比較例１〜３において作成した調合
造粒粉をそれぞれ金型に充填加圧して球状の予備成形体
を調製した。さらに各予備成形体を９８０ＭＰａの成形
圧でラバープレス処理を実施することにより、圧砕強度
測定用および転がり寿命測定用サンプルとしての球状成
形体をそれぞれ調製した。
【００７９】次に各球状成形体について、実施例１と同
一条件で脱脂処理、焼結処理およびＨＩＰ処理を実施
し、緻密な窒化けい素焼結体を得た．さらに得られた焼
結体を研摩加工して直径が９．５２５ｍｍであり、表面
粗さが０．０１μｍＲａであるボール状に形成すること
により、それぞれ実施例１Ｂおよび比較例１Ｂ〜３Ｂに
係る耐摩耗性部材としての軸受用転動ボールを調製し
た。なお、上記表面粗さは、触針式表面粗さ測定器を使
用し、転動ボールの赤道上を測定して求めた中心線平均
粗さ（Ｒａ）として測定した。
【００８０】また上記のようにして調製した各実施例お
よび比較例に係る耐摩耗性部材としての転動ボールにつ
いて、圧砕強度、転がり疲労寿命および静電気による不
具合の有無について調査測定した。
【００８１】なお上記圧砕強度は、同一寸法のベアリン
グボール２個を縦に重ねて配置し、旧ＪＩＳ−Ｂ−１５
０１に準じたインストロン万能試験機により、クロスヘ
ッドスピード５ｍｍ/分の条件で測定した。
【００８２】また、転がり（疲労）寿命は、図１に示す
スラスト型転がり摩耗試験装置を使用して測定した。こ
こで前記実施例１等においては評価対象が平板状の耐摩
耗性部材２であり、この耐摩耗性部材２の表面を転動す
るボールはＳＵＪ２製転動鋼球３であったが、本実施例
１Ｂおよび比較例１Ｂ〜３Ｂの窒化けい素製転動ボール
８を評価対象とするため、耐摩耗性部材２の代わりにＳ
ＵＪ２製の軸受鋼板９を配置した。
【００８３】そして各転動ボールの転がり疲労寿命は、
上記のように各耐摩耗性部材から直径が９．５２５ｍｍ
である３個の転動ボール８を調製する一方、ＳＵＪ２製
鋼板９の上面に設定した直径４０ｍｍの軌道上に上記３
個の転動ボール８を配置し、タービン油の油浴潤滑条件
下でこの転動ボール８に５．９ＧＰａの最大接触応力が
作用するように荷重を印加した状態で回転数１２００ｒ
ｐｍの条件下で回転させたときに、上記窒化けい素焼結
体製転動ボール８の表面が剥離するまでの時間として転
がり（疲労）寿命を測定した。
【００８４】また、静電気による不具合の有無について
は以下のように調査測定した。すなわち、ハードディス
クドライブを回転させるためのスピンドルモータのベア
リング部材として各転動ボールを組込み、該スピンドル
モータを回転速度８０００ｒｐｍで２００時間連続稼動
させたときの静電気による不具合の有無、つまりハード
ディスクドライブが正常に稼動するか否かにより不具合
の有無を判定した。
【００８５】なお、この転がり摩耗試験におけるその他
のベアリング部材として、軸受鋼ＳＵＪ２製の回転軸部
並びにボール受け部を用いた。各測定・評価結果を下記
表２に示す。
【００８６】
【表２】
【００８７】上記表２に示す結果から明らかなように実
施例１Ｂに係る窒化けい素製転動ボールにおいては、導
電性付与粒子としての炭化けい素粉末および炭化モリブ
デン粉末を所定量添加して形成されているため、静電気
の滞留を防止できる所定の電気抵抗値が得られており、
静電気による不具合は完全に防止されていた上に、転が
り寿命が４００時間を超え耐久性に優れた窒化けい素製
耐摩耗性部材が得られた。
【００８８】一方、導電性付与材としてのＳｉＣ粉末と
Ｍо２Ｃ粉末とを添加しない比較例１Ｂの場合、導電性
付与材としてのＭо２Ｃ粉末を添加しない比較例２Ｂの
場合および導電性付与材としてのＳｉＣ粉末を添加しな
い比較例３Ｂの場合においては、実施例１Ｂと比較して
転がり寿命に有意差は生じていないが、所定の低い電気
抵抗値は全く得られていないため、静電気による不具合
が発生した。
【００８９】次に前記実施例以外の組成または処理条件
によって調製した板状の耐摩耗性部材について以下の実
施例および比較例を参照して具体的に説明する。
【００９０】実施例２〜２０ 実施例２〜２０として実施例１において使用した窒化け
い素原料粉末と、ＳｉＣ粉末と、Ｍｏ２Ｃ粉末等と、Ｙ
２Ｏ３粉末等と、Ａｌ２Ｏ３粉末と、表３に示すように
平均粒径０．９〜１．０μｍの各種希土類酸化物粉末の
他に、平均粒径０．５μｍのＴｉＯ２粉末と、平均粒径
１．０μｍのＡｌＮ粉末の他に平均粒径０．４〜０．５
μｍの各種化合物粉末を表３に示す組成比となるように
調合して原料混合体をそれぞれ調製した。
【００９１】次に得られた各原料混合体を実施例１と同
一条件で成形脱脂処理した後、表３に示す条件で焼結処
理を実施し、さらにＨＩＰ処理することにより、それぞ
れ実施例２〜２０に係る窒化けい素製耐摩耗性部材を製
造した。
【００９２】比較例４〜１０ 一方比較例４〜１０として表３に示すようにＳｉＣを過
少量に添加したもの（比較例４）、ＳｉＣを過量に添加
する一方、Ｓｉ３Ｎ４含有量を過少としたもの（比較例
５）、Ｍｏ２Ｃを過少量に添加したもの（比較例６）、
Ｍｏ２Ｃを過量に添加したもの（比較例７）、Ｙ２Ｏ３
を過少量に添加したもの（比較例８）、Ｙ２Ｏ３を過量
に添加したもの（比較例９）、ＴｉＯ２を好ましい範囲
よりも過量に添加したもの（比較例１０）の原料混合体
をそれぞれ調製した。
【００９３】次に得られた各原料混合体を実施例３と同
一条件で成形脱脂処理した後、表３に示す条件で焼結操
作を実施した後に、さらにＨＩＰ処理することにより、
それぞれ比較例４〜１０に係る窒化けい素製耐摩耗性部
材を製造した。
【００９４】こうして製造した各実施例および比較例に
係る各窒化けい素製耐摩耗性部材について、実施例１と
同一条件で気孔率、電気抵抗値、室温での三点曲げ強
度、破壊靭性値および転がり寿命を測定して下記表３に
示す結果を得た。
【００９５】
【表３】
【００９６】上記表３に示す結果から明らかなように、
所定量の希土類元素、導電性付与粒子としての炭化けい
素粉末および炭化モリブデン粉末等を所定量添加して形
成された各実施例に係る耐摩耗性部材においては、静電
気の滞留を防止できる所定の電気抵抗値が得られている
一方、気孔の発生が抑制されており、機械的強度特性が
良好であり、転がり寿命が１×１０７回を超え耐久性に
優れた窒化けい素製耐摩耗性部材が得られた。
【００９７】一方、比較例４〜１０で示すように、導電
性付与粒子、希土類成分等の添加量が本発明で規定する
好ましい範囲外とした焼結体では、実施例と同一条件の
焼結操作およびＨＩＰ処理を実施しても、耐摩耗性部材
表面の転がり寿命が低く、焼結体の電気抵抗値,三点曲
げ強度および破壊靭性値等のいずれかの特性において本
発明で規定する特性要件が満たされていないことが確認
できる。
【００９８】次に上記実施例２〜２０および比較例４〜
１０に係る耐摩耗性部材を軸受材の転動ボールに適用し
た場合について以下の実施例および比較例を参照して具
体的に説明する。
【００９９】実施例２Ｂ〜２０Ｂおよび比較例４Ｂ〜１
０Ｂ 前記実施例２〜２０および比較例４〜１０において作成
した調合造粒粉をそれぞれ金型に充填加圧して球状の予
備成形体を調製した。さらに各予備成形体を９８０ＭＰ
ａの成形圧でラバープレス処理を実施することにより、
圧砕強度測定用および転がり寿命測定用サンプルとして
の球状成形体をそれぞれ調製した。
【０１００】次に各球状成形体について、実施例１と同
一条件で脱脂処理を行った後に、表４に示す焼結途中で
の保持条件、焼結条件、焼結後の冷却速度およびＨＩＰ
条件で処理し、さらに得られた焼結体を研摩加工して直
径が９．５２５ｍｍであり、表面粗さが０．０１μｍＲ
ａであるボール状に形成することにより、それぞれ実施
例２Ｂ〜２０Ｂおよび比較例４Ｂ〜１０Ｂに係る耐摩耗
性部材としての軸受用転動ボールを調製した。なお、上
記表面粗さは、触針式表面粗さ測定器を使用し、転動ボ
ールの赤道上を測定して求めた算術平均粗さ（Ｒａ）と
して測定した。
【０１０１】また上記のようにして調製した各実施例お
よび比較例に係る耐摩耗性部材としての転動ボールにつ
いて、圧砕強度、転がり（疲労）寿命および静電気によ
る不具合の有無を実施例１Ｂと同様にして測定・評価し
た。測定評価結果を下記表４に示す。
【０１０２】
【表４】
【０１０３】上記表４に示す結果から明らかなように、
所定量の希土類元素、導電性付与粒子としての炭化けい
素粉末および炭化モリブデン粉末等を所定量添加して形
成された各実施例に係る耐摩耗性部材においては、静電
気の滞留を防止できる所定の電気抵抗値が得られている
一方、気孔の発生が抑制されており、圧砕強度特性が良
好であり、転がり（疲労）寿命が４００時間を超え耐久
性に優れた窒化けい素製耐摩耗性部材が得られている。
【０１０４】一方、比較例４Ｂ〜１０Ｂで示すように、
導電性付与粒子、希土類成分等の添加量が本発明で規定
する範囲外とした焼結体では、実施例と同一条件の焼結
処理およびＨＩＰ処理を実施しても、転動ボールの転が
り（疲労）寿命が全体に低くなるか、または焼結体の圧
砕強度や静電気による不具合等のいずれかの特性におい
て本発明で規定する特性要件が満たされていないことが
確認できる。
【０１０５】
【発明の効果】以上説明の通り、本発明に係る耐摩耗性
部材およびその製造方法によれば、耐摩耗性部材を構成
する窒化けい素焼結体を調製する際に、窒化けい素原料
粉末に導電性付与粒子としての炭化けい素とＭｏ化合物
等とを所定量添加し、得られた原料混合体の成形体を所
定条件下で脱脂・焼結して形成されているため、窒化け
い素焼結体結晶組織中に炭化けい素等が分散して、所定
の電気抵抗値（１０７〜１０４Ω・ｃｍ）が得られ、静
電気の発生を効果的に抑制できる導電性が付与される。
【０１０６】また炭化けい素とＭｏ化合物等とを併用し
て所定量添加しているため、焼結性が損なわれることが
少なく、気孔の発生が抑制されて気孔率を極微小化する
ことが可能であり、静電気の影響が少なく、転がり寿命
特性および耐久性が優れた耐摩耗性部材が得られる。そ
のため、この耐摩耗性部材を転がり軸受部材として使用
して軸受部を調製した場合には、長期間に亘って良好な
摺動転動特性を維持することが可能であり、動作信頼性
および耐久性に優れた回転機器を提供することができ
る。また、他の用途としては、エンジン部品、各種治工
具、各種レール、各種ローラなど耐摩耗性を要求される
様々な分野に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る窒化けい素製耐摩耗性部材の転が
り寿命特性を測定するためのスラスト型転がり摩耗試験
装置の構成を示す断面図。
【符号の説明】
１ 装置本体 ２ 耐摩耗性部材 ３ 転動鋼球 ４ ガイド板 ５ 駆動回転軸 ６ 保持器 ７ 潤滑油 ８ 転動ボール（窒化けい素製） ９ 軸受鋼板（ＳＵＪ２製）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3J101 AA02 AA62 BA10 DA09 DA20 EA75 FA11 FA31 GA26 GA29 GA36 4G001 BA01 BA03 BA08 BA12 BA21 BA22 BA24 BA32 BA48 BA49 BA73 BB03 BB08 BB12 BB21 BB22 BB32 BB48 BB49 BB73 BC13 BC43 BC52 BC54 BD12 BD14 BD16 BD23 BE02 BE26 BE33

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 窒化けい素を５５〜７５質量％、炭化け
    い素を１２〜２８質量％、Ｍｏ，Ｗ，ＴａおよびＮｂか
    ら選択される少なくとも１種の元素をけい化物換算で３
    〜１５質量％および希土類元素−Ｓｉ−Ａｌ−Ｏ−Ｎか
    らなる粒界相を５〜１５質量％で構成されるセラミック
    ス焼結体からなり、電気抵抗値が１０ ７〜１０４Ω・ｃ
    ｍ、気孔率が１％以下、３点曲げ強度が９００ＭＰａ以
    上であることを特徴とする窒化けい素製耐磨耗性部材。
  2. 【請求項２】 破壊靭性値が６．０ＭＰａ・ｍ１／２以
    上であることを特徴とする請求項１記載の窒化けい素製
    耐磨耗性部材。
  3. 【請求項３】 Ｔｉ，Ｈｆ，Ｚｒからなる群より選択さ
    れる少なくとも１種を酸化物に換算して５質量％以下含
    有することを特徴とする請求項１記載の窒化けい素製耐
    磨耗性部材。
  4. 【請求項４】 前記窒化けい素焼結体からなる板状の耐
    摩耗性部材の上面に設定した直径４０ｍｍの軌道上に直
    径が９．５２５ｍｍである３個のＳＵＪ２製転動鋼球を
    配置してスラスト型軸受試験機を構成し、上記転動鋼球
    に３．９２ＫＮの荷重を印加した状態で回転数１２００
    ｒｐｍの条件下で回転させたときに、上記窒化けい素製
    耐摩耗性部材の表面が剥離するまでの回転数で定義され
    る転がり寿命が１×１０７回以上であることを特徴とす
    る請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の窒化けい
    素製耐摩耗性部材。
  5. 【請求項５】 前記窒化けい素焼結体の圧砕強度が２０
    ０ＭＰａ以上であり、この窒化けい素焼結体からなる耐
    摩耗性部材から直径が９．５２５ｍｍである３個の転動
    ボールを調製する一方、ＳＵＪ２製鋼板の上面に設定し
    た直径４０ｍｍの軌道上に上記３個の転動ボールを配置
    してスラスト型軸受試験機を構成し、上記転動ボールに
    ５．９ＧＰａの最大接触応力が作用するように荷重を印
    加した状態で回転数１２００ｒｐｍの条件下で回転させ
    たときに、上記窒化けい素焼結体製転動ボールの表面が
    剥離するまでの時間で定義される転がり疲労寿命が４０
    ０時間以上であることを特徴とする請求項１ないし請求
    項３のいずれかに記載の窒化けい素製耐摩耗性部材。
  6. 【請求項６】 酸素を１．７質量％以下、α相型窒化け
    い素を９０質量％以上含有する平均粒径１．０μｍ以下
    の窒化けい素粉末に、炭化けい素を１２〜２８質量％、
    Ｍｏ，Ｗ，Ｔａ，Ｎｂの炭化物、けい化物、酸化物から
    なる群より選択される少なくとも１種をけい化物換算で
    ３〜１５質量％、希土類元素を酸化物に換算して２〜１
    ０質量％、アルミニウムを酸化物に換算して２〜１０質
    量％、Ｔｉ，Ｈｆ，Ｚｒ、からなる群より選択される少
    なくとも１種を酸化物に換算して５質量％以下添加した
    原料混合体を成形して成形体を調製し、得られた成形体
    を脱脂後、非酸化性雰囲気下１８５０℃以下の温度で焼
    結することを特徴とする窒化けい素製耐摩耗性部材の製
    造方法。
  7. 【請求項７】 焼結後、３０ＭＰａ以上の非酸化性雰囲
    気下で温度１８００℃以下で熱間静水圧プレス（ＨＩ
    Ｐ）処理を実施することを特徴とする請求項６記載の窒
    化けい素製耐摩耗性部材の製造方法。
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