JP2006300323A - Rolling device - Google Patents

Rolling device Download PDF

Info

Publication number
JP2006300323A
JP2006300323A JP2006105432A JP2006105432A JP2006300323A JP 2006300323 A JP2006300323 A JP 2006300323A JP 2006105432 A JP2006105432 A JP 2006105432A JP 2006105432 A JP2006105432 A JP 2006105432A JP 2006300323 A JP2006300323 A JP 2006300323A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
rolling
rolling element
guide rail
strength
silicon nitride
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2006105432A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Toyohisa Yamamoto
豊寿 山本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NSK Ltd
Original Assignee
NSK Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NSK Ltd filed Critical NSK Ltd
Priority to JP2006105432A priority Critical patent/JP2006300323A/en
Publication of JP2006300323A publication Critical patent/JP2006300323A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a rolling device especially for working at a high speed which effectively suppresses the deterioration of the accuracy of repeated positioning by the thermal expansion of a supporting body and the wear of a rolling body, can be stably used for a long period of time and can improve the strength of the supporting body to bending moment and suppress the wear of the rolling body while maintaining the high stiffness of the supporting body. <P>SOLUTION: A rolling device wherein at least one of a movable element, a supporting body and a rolling body is formed of one material of a ceramic material, cermet, and cemented carbide with the ratio of bending strength to a density of 1.2×10<SP>7</SP>mm or more, a guide rail 13 as the supporting body or the movable element is formed of the ceramic material with the ratio of the bending strength to the density of 1.2×10<SP>7</SP>mm or more and comprises a flat surface with a surface roughness of 0.5 μmRa or less. As for the guide rail 13, the corner 18a of a cutout part 18 for avoiding interference with a mounting member has a radius of curvature of 0.1 mm or more. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、転がり軸受,直動案内装置,ボールねじ等の転動装置に係り、特に、各種スピンドル,各種ポンプ,半導体製造装置(搬送装置など),工作機械,タービン等のような高速,腐食環境下,高温環境下,又はラジアル荷重を支持する環境下において、高荷重下で使用可能な転動装置に関する。   The present invention relates to rolling devices such as rolling bearings, linear motion guide devices, and ball screws, and in particular, high speed, corrosion such as various spindles, various pumps, semiconductor manufacturing devices (conveying devices, etc.), machine tools, turbines, and the like. The present invention relates to a rolling device that can be used under a high load in an environment, a high-temperature environment, or an environment that supports a radial load.

コンピュータや携帯電話などの電子機器を製造する工程などで使用される電子部品実装装置は、例えば基板が置かれるXYテーブルの上方に電子部品吸着ヘッドを上下動可能に設け、このヘッドで半導体デバイス等の電子部品を吸着して基板の所定位置に電子部品を実装するように構成されている。従って、このような電子部品実装装置で基板の所定位置に電子部品を正確に実装するためには、XYテーブルの位置決め精度を向上させると共に電子部品吸着ヘッドを上下方向に往復動させるヘッド昇降機構の位置決め精度を向上させる必要があり、そのためにはヘッド昇降機構のリニアガイドとして用いられる直動案内装置の位置決め精度を高める必要がある。   An electronic component mounting apparatus used in a process of manufacturing an electronic device such as a computer or a mobile phone is provided with an electronic component suction head that can move up and down, for example, above an XY table on which a substrate is placed. The electronic component is adsorbed and mounted on a predetermined position of the substrate. Therefore, in order to accurately mount the electronic component at a predetermined position on the board with such an electronic component mounting apparatus, the head lifting mechanism for improving the positioning accuracy of the XY table and reciprocating the electronic component suction head in the vertical direction is provided. It is necessary to improve the positioning accuracy. To that end, it is necessary to increase the positioning accuracy of the linear motion guide device used as the linear guide of the head lifting mechanism.

特に、最近では電子機器自体の小型化に伴い、基板に実装される電子部品の小型化および基板の高集積化が進み、電子部品を実装する際の位置決め精度は数μmオーダにまで達しているため、直動案内装置に要求される位置決め精度も上昇の一歩を辿っている。
また、生産効率を高めるために、実装速度も増加する傾向にあり、例えば1サイクルが0.5〜0.1秒以下となるような速度で電子部品の実装を可能とするためには、電子部品吸着ヘッドを高速で上下動させることのできるヘッド昇降機構を必要とされ、そのためにはヘッド昇降機構に組み込まれる直動案内装置もヘッドの高速での往復動に対応できるものでなければならない。なお、これらの要求は上述したヘッド昇降機構に用いられる直動案内装置だけでなく、例えばワイヤボンディング装置のボンディングヘッド昇降機構に用いられる直動案内装置についても同様のことが言える。
In particular, with recent miniaturization of electronic equipment itself, the miniaturization of electronic components mounted on a substrate and the high integration of the substrate have progressed, and positioning accuracy when mounting electronic components has reached the order of several μm. For this reason, the positioning accuracy required for the linear motion guide device has also been increasing.
Also, in order to increase production efficiency, the mounting speed tends to increase. For example, in order to enable mounting of electronic components at such a speed that one cycle is 0.5 to 0.1 seconds or less, an electronic component suction head is required. A head elevating mechanism that can be moved up and down at high speed is required. For this purpose, the linear motion guide device incorporated in the head elevating mechanism must be able to cope with the reciprocating motion of the head at high speed. These requirements can be applied not only to the linear motion guide device used for the head lifting mechanism described above, but also to the linear motion guide device used for the bonding head lifting mechanism of the wire bonding apparatus, for example.

ところで、電子部品実装装置の電子部品吸着ヘッドやワイヤボンディング装置のボンディングヘッドなどを精度よく高速で上下動させるためには、直動案内装置の案内レールを高剛性化して案内レールに生じる撓みや振動等を小さくする必要があり、このような案内レールの高剛性化を図った直動案内装置として、例えば特開昭62−175691号公報(特公平6−44051号公報)に開示されたものが知られている。また、特開平11−62958号公報には、案内レールのレール材料として超硬合金を使用する技術が開示されている。   By the way, in order to move the electronic component suction head of the electronic component mounting device and the bonding head of the wire bonding device up and down with high accuracy and high speed, the guide rail of the linear motion guide device is made to have high rigidity and the deflection or vibration generated in the guide rail. As such a linear motion guide device in which the rigidity of the guide rail is increased, one disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 62-175691 (Japanese Patent Publication No. 6-44051) is disclosed. Are known. Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-62958 discloses a technique of using a cemented carbide as a rail material of a guide rail.

しかしながら、特開昭62−175691号公報に開示された直動案内装置は、案内レールを比剛性が0.8×10mm以上のセラミック材料から形成したものであり、電子部品実装装置やワイヤボンディング装置などへの適用は以下のような理由により困難であった。
すなわち、電子部品実装装置やワイヤボンディング装置などは、一般に、直動案内装置のスライダを支持台等に固定し、案内レールのほうを動かしてヘッドを往復動させる構成のものが多い。これに対し、上記公報に開示された直動案内装置は、案内レールの両端を支持台等に固定し、スライダのほうを動かして使用される構成であるため、上記のような電子部品実装装置やワイヤボンディング装置への適用は不向きである。
However, the linear motion guide device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-175691 is a guide rail formed of a ceramic material having a specific rigidity of 0.8 × 10 8 mm or more, and is used for an electronic component mounting device or a wire. Application to a bonding apparatus or the like has been difficult for the following reasons.
That is, in many electronic component mounting apparatuses and wire bonding apparatuses, the slider of the linear motion guide device is fixed to a support base or the like, and the head is reciprocated by moving the guide rail. On the other hand, the linear motion guide device disclosed in the above publication is configured to be used by fixing both ends of the guide rail to a support base and the like and moving the slider. And is not suitable for wire bonding equipment.

また、電子部品実装装置の多くは、電子部品の吸着から実装に至る一連の工程を連続して行っているため、複数本の案内レールを回転するドラム上に設けて電子部品を連続的に実装していく、いわゆるマシンガン方式が採用されている。このため、電子部品を実装するための上下動に加え、これに同期したドラムの回転による回転加速度が案内レールに加わることから、案内レールにはレール自重やヘッド重量などによって発生する慣性力が曲げモーメントとして作用する。特に、案内レールの上下動のサイクル時間が0.2秒を超えると、案内レールに負荷される加速度は数G〜十数G程度にもなり、これに加えてドラムの円周方向への加速度も数G程度となる。従って、このような条件下で使用される案内レールには、上述した複合加速度やレール自重およびヘッドの質量によって生じる慣性力に対して十分な強度が要求される。   In addition, since many electronic component mounting devices perform a series of processes from adsorption to mounting of electronic components in succession, multiple guide rails are provided on a rotating drum to mount electronic components continuously. The so-called machine gun method is adopted. For this reason, in addition to the vertical movement for mounting electronic components, rotation acceleration due to the rotation of the drum synchronized with this is applied to the guide rail, so inertial force generated by the rail's own weight, head weight, etc. is bent on the guide rail. Acts as a moment. In particular, when the cycle time of the vertical movement of the guide rail exceeds 0.2 seconds, the acceleration applied to the guide rail becomes several G to several tens G, and in addition to this, the acceleration in the circumferential direction of the drum Is about several G. Therefore, the guide rail used under such conditions is required to have sufficient strength against the above-described compound acceleration, the rail weight and the inertial force generated by the head mass.

しかし、上記公報に開示されたセラミック製の案内レールは、硬度および剛性に関しては高いものの、曲げ強度に関してはそれほど高くなく、軸受鋼やステンレス鋼のような鉄鋼材料からなる案内レールに比較して曲げ強度が低い。また、案内レールに大きな曲げモーメントが負荷される場合には、案内レールの構成材料がアルミナセラミックス、炭化ケイ素セラミックス、窒化ケイ素などであっても曲げ強度が不十分である場合は破損してしまう。したがって、上記公報に開示された技術のように、案内レールを単にセラミック化しただけでは強度的な信頼性(特に曲げ強度に対する信頼性)の観点から装置の高速化が困難となる。   However, although the ceramic guide rail disclosed in the above publication is high in hardness and rigidity, it is not so high in bending strength and is bent in comparison with a guide rail made of a steel material such as bearing steel or stainless steel. Low strength. Further, when a large bending moment is applied to the guide rail, the guide rail may be damaged if the bending strength is insufficient even if the constituent material of the guide rail is alumina ceramics, silicon carbide ceramics, silicon nitride, or the like. Therefore, as in the technique disclosed in the above publication, it is difficult to increase the speed of the apparatus from the viewpoint of strength reliability (particularly reliability with respect to bending strength) simply by making the guide rail ceramic.

また、セラミックのような脆性材料からなる案内レールは、レール形状による強度変化(応力集中)にも敏感であり、ヘッドなどの部品を取り付けるための取付け孔や取付け部品との干渉を避けるための切欠き等が案内レールに設けられている場合には、その部分に応力集中が生じ易い。このため、案内レールを単にセラミック化しただけでは、強度的な信頼性(特に曲げ強度に対する)から、装置の高速化が困難となる。   In addition, guide rails made of brittle materials such as ceramics are sensitive to changes in strength (stress concentration) due to the rail shape, and are cut to avoid interference with mounting holes for mounting parts such as the head. When a notch or the like is provided on the guide rail, stress concentration tends to occur at that portion. For this reason, if the guide rail is simply made into ceramic, it is difficult to increase the speed of the apparatus due to the strength reliability (particularly with respect to bending strength).

さらに、レール素材をセラミック材料とすることで、レール自体は高剛性化されるものの、スライダに組み込まれる転動体との接触面圧が増加し、これにより転動体の負荷が鋼製レールを用いた場合に比較して大きくなる。たとえば、レール素材として窒化ケイ素を使用し、転動体をマルテンサイト系ステンレス鋼で構成すると、両者の硬度に2倍以上の差が生じ、鋼製のレールを用いた場合と比較して転動体の摩耗が促進される場合がある。   Furthermore, by using a ceramic material for the rail material, the rail itself is highly rigid, but the contact surface pressure with the rolling element incorporated in the slider increases, so that the rolling element load uses a steel rail. It becomes larger than the case. For example, if silicon nitride is used as the rail material and the rolling element is made of martensitic stainless steel, the difference between the two is more than twice, and the rolling element is compared with the case where the steel rail is used. Wear may be accelerated.

一方、特開平11−62958号公報に開示されているように、剛性が高い材料、すなわち材料物性としてヤング率が高い材料としては、サーメットや超硬合金などがある。サーメットや超硬合金は、軸受鋼(250GPa)などの金属材料と比較して、そのヤング率が300GPa〜650GPa程度と非常に高く、各種セラミックス(窒化ケイ素:250GPa〜350GPa程度、アルミナ:350GPa〜420GPa程度、炭化ケイ素:400GPa〜420GPa程度)と比較しても高い。従って、ヤング率の高いサーメットや超硬合金で案内レールを形成すれば、案内レールの高剛性化を図ることができる。しかし、電子部品実装装置やワイヤボンディング装置などのように、案内レールが高速で上下動しながら回転する場合には、加速度やレール自重及びヘッド重量により大きな慣性力が生じ、この慣性力によって駆動性能(サイクル速度、応答性能)が劣化する。また、この場合、案内レールの密度(質量)が大きいと慣性力も大きくなることから、レール材料としてサーメットや超硬合金を用いた場合でも案内レールの曲げ強度が不十分となり、破損に至る場合がある。   On the other hand, as disclosed in JP-A-11-62958, materials having high rigidity, that is, materials having a high Young's modulus as material properties include cermet and cemented carbide. Cermet and cemented carbide have a very high Young's modulus of about 300 GPa to 650 GPa compared to metal materials such as bearing steel (250 GPa), and various ceramics (silicon nitride: about 250 GPa to 350 GPa, alumina: 350 GPa to 420 GPa). Higher than silicon carbide: about 400 GPa to 420 GPa). Therefore, if the guide rail is formed of cermet or cemented carbide having a high Young's modulus, the guide rail can be made highly rigid. However, when the guide rail rotates while moving up and down at a high speed, such as an electronic component mounting device or a wire bonding device, a large inertia force is generated due to the acceleration, the weight of the rail, and the head weight. (Cycle speed, response performance) deteriorates. In this case, if the density (mass) of the guide rail is large, the inertial force also increases. Therefore, even when cermet or cemented carbide is used as the rail material, the bending strength of the guide rail becomes insufficient, which may lead to damage. is there.

また、セラミック材料(特に通常の窒化ケイ素)をレール素材として用いた場合、熱伝導率が低く、装置内部に熱を蓄積し易くなる。つまり、案内レールを窒化ケイ素のような熱伝導性の悪いセラミック材料で形成すると、軸受鋼などの鉄鋼材料をレール素材として用いた場合に比較して、案内レールの摺動面温度が作動時に高くなり、レール摺動面の温度上昇によりグリース粘度が低下するため、転動体とレール溝表面間での油膜形成が阻害され、転動体摩耗や微小焼付きなどの原因となる。これらは、直動案内装置の作動時における振動の発生原因となり、繰り返し位置決め精度に悪影響を及ぼす。また、レール素材の温度上昇は案内レールの熱膨張を助長し、こちらも繰り返し位置決め精度に悪影響を及ぼす。   Further, when a ceramic material (especially normal silicon nitride) is used as a rail material, the thermal conductivity is low, and heat is easily accumulated inside the apparatus. In other words, if the guide rail is formed of a ceramic material with poor thermal conductivity such as silicon nitride, the sliding surface temperature of the guide rail is higher during operation than when a steel material such as bearing steel is used as the rail material. Therefore, since the grease viscosity decreases due to the temperature rise of the rail sliding surface, the formation of an oil film between the rolling element and the rail groove surface is hindered, which causes rolling element wear and microseizure. These cause vibration when the linear motion guide device is operated, and adversely affect the positioning accuracy repeatedly. In addition, the temperature rise of the rail material promotes the thermal expansion of the guide rail, which repeatedly adversely affects the positioning accuracy.

さらに、安定した繰り返し位置決め精度を長期にわたって得るためには、放熱性の良いレール素材が必要となる。特に、直動案内装置の作動条件はより高速化する一方であり、これに加え繰り返し位置決め精度の要求は厳しくなっている。これらの要求を満足するためには、レール素材の弾性変形による位置ズレが少ないうえに装置の放熱性を改善して、熱膨張や転動体摩耗を発生し難くし、長期的な位置決め精度を確保した直動案内装置が必要となる。   Furthermore, in order to obtain stable repeat positioning accuracy over a long period of time, a rail material with good heat dissipation is required. In particular, the operating conditions of the linear motion guide device are becoming faster, and in addition to this, the requirement for repeated positioning accuracy is becoming stricter. In order to satisfy these requirements, there is little misalignment due to the elastic deformation of the rail material, and the heat dissipation of the device is improved to prevent thermal expansion and rolling element wear, ensuring long-term positioning accuracy. Such a linear motion guide device is required.

ところで、半導体,液晶パネル,ハードディスクなどを製造する際の洗浄工程や成膜工程では、種々の薬品が使用されているため、これらの工程において用いられる転動装置には、薬品の雰囲気中などの腐食環境下でも問題なく作動することが要求される。また、ウエハや液晶パネルの大口径化のため、転動装置はより大きな荷重を支持する必要が生じてきている。   By the way, since various chemicals are used in the cleaning process and the film-forming process when manufacturing semiconductors, liquid crystal panels, hard disks, etc., the rolling device used in these processes has a chemical atmosphere. It is required to operate without problems even in corrosive environments. In addition, because of the large diameter of wafers and liquid crystal panels, it has become necessary for the rolling device to support a larger load.

特開平8−121488号公報には、外輪が常圧焼結法で製造されたセラミックス材料からなり、内輪がガス圧焼結法又はHIP法で製造されたセラミックス材料からなる耐食性転がり軸受が開示されている。
また、特開平10−82426号公報には、内輪,外輪,及び転動体をそれぞれ炭化ケイ素で構成した、耐食性に優れるセラミック製の転がり軸受が開示されている。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-121488 discloses a corrosion-resistant rolling bearing in which an outer ring is made of a ceramic material manufactured by an atmospheric pressure sintering method and an inner ring is made of a ceramic material manufactured by a gas pressure sintering method or an HIP method. ing.
Japanese Laid-Open Patent Publication No. 10-82426 discloses a ceramic rolling bearing having excellent corrosion resistance in which an inner ring, an outer ring, and a rolling element are made of silicon carbide.

一方、ジェットエンジンやガスタービンにおいては、省エネルギー化及び環境問題の観点から高効率化が進められているため、これらに用いられる転動装置には、より高荷重・高温下でも問題なく作動することが要求される。
しかしながら、前述の特開平8−121488号公報に記載の転がり軸受は、外輪が常圧焼結法で製造されているため、以下のような問題点を有している。すなわち、常圧焼結法で製造された部材は強度や破壊靱性が低く、表面や内部の欠陥を起点として微小クラックが伝播しやすい。そのため、摩耗粉が多量に発生したり割れが生じたりして、転がり軸受が短寿命となる場合がある。
On the other hand, in jet engines and gas turbines, efficiency is being promoted from the viewpoint of energy saving and environmental problems, so the rolling devices used for these should operate without problems even under higher loads and temperatures. Is required.
However, the rolling bearing described in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-121488 has the following problems because the outer ring is manufactured by the atmospheric pressure sintering method. That is, a member manufactured by the normal pressure sintering method has low strength and fracture toughness, and microcracks are likely to propagate from the surface and internal defects. Therefore, a large amount of wear powder is generated or cracks occur, and the rolling bearing may have a short life.

特に、転がり軸受がラジアル荷重を支持する場合には、外輪の負荷圏に荷重が集中するため、軽荷重下においても、常圧焼結法で製造した外輪の負荷圏においてクラックが容易に伝播し、寿命が極端に短くなる場合がある。
また、特開平10−82426号公報に記載の転がり軸受のように、内輪,外輪,及び転動体を炭化ケイ素で構成した場合は、耐食性は優れるものの、強度及び破壊靱性が低いという問題点がある。このような転がり軸受に荷重がある程度負荷されると、表面あるいは全体にクラックが伝播して、剥離や割れが生じてしまう場合がある。
In particular, when a rolling bearing supports a radial load, the load concentrates in the outer ring load zone, so cracks easily propagate in the outer ring load zone manufactured by atmospheric pressure sintering even under light loads. The life may be extremely short.
Further, when the inner ring, the outer ring, and the rolling element are made of silicon carbide as in the rolling bearing described in JP-A-10-82426, the corrosion resistance is excellent, but the strength and fracture toughness are low. . When a load is applied to such a rolling bearing to some extent, cracks may propagate to the surface or the entire surface, and peeling or cracking may occur.

特に、転がり軸受がラジアル荷重を支持する場合には、外輪の負荷圏に荷重が集中するため、軽荷重下においても、剥離や割れが生じて寿命が極端に短くなる場合がある。
また、特公平7−30788号公報には、鋼製の軸体に嵌合される内輪と、ハウジングに保持される外輪との間に転動体を備えた転がり軸受について、上記内輪の材料を、外輪の材料よりも線膨張係数の小さい材質で形成し、かつ内輪の材料の線膨張係数が、内輪に嵌合される鋼製の軸体の材料の線膨張係数よりも小さくすることが提案されている。
In particular, when the rolling bearing supports a radial load, the load is concentrated in the load zone of the outer ring, so that even under light load, peeling or cracking may occur and the life may be extremely shortened.
Japanese Patent Publication No. 7-30788 discloses a material of the inner ring for a rolling bearing provided with a rolling element between an inner ring fitted to a steel shaft body and an outer ring held by a housing. It is proposed that the outer ring material is made of a material having a smaller linear expansion coefficient, and that the inner ring material has a smaller linear expansion coefficient than that of the steel shaft material fitted to the inner ring. ing.

工作機械や各種スピンドルでは、近年、ますます高速回転化する傾向にあり、上記工作機械などの回転部を支持する転がり軸受にも、高精度で、かつ、苛酷な使用条件下で作動することが要求される。また、通常の軸受支持装置にあっても、発熱に伴う外輪の熱はハウジングを通って比較的放熱しやすいが、内輪の熱は、軸体側から放熱されにくいため、外輪に比べ内輪の温度が高くなる傾向にある。   In recent years, machine tools and various spindles tend to rotate at higher speeds. Rolling bearings that support rotating parts such as the above-mentioned machine tools can operate with high precision and under severe operating conditions. Required. Even in a normal bearing support device, the heat of the outer ring due to heat generation is relatively easy to dissipate through the housing, but the heat of the inner ring is difficult to dissipate from the shaft body side, so the temperature of the inner ring is lower than that of the outer ring. It tends to be higher.

しかしながら、外輪と内輪とが同一材料、例えば、軸受鋼(SUJ2)などの高炭素クロム軸受鋼鋼材で製作されている従来の転がり軸受では、軸受の発熱や外部からの熱により内輪の温度が外輪よりも高くなって、軸受の外輪と内輪との間に温度差が生じる場合、軸受の内部すきまが発熱しない前と比較して小さくなる。このため、特に、使用条件の厳しい高速回転下では、軸受のラジアルすきまが過少となったり、すきま変化により予圧が過大となり、焼き付いたり、寿命が極端に短くなったりする場合がある。   However, in the conventional rolling bearing in which the outer ring and the inner ring are made of the same material, for example, a high carbon chrome bearing steel such as bearing steel (SUJ2), the temperature of the inner ring is increased by the heat generated from the bearing or the heat from the outside. When the temperature difference becomes higher between the outer ring and the inner ring of the bearing, the internal clearance of the bearing becomes smaller than before the heat is not generated. For this reason, especially under high-speed rotation with severe service conditions, the radial clearance of the bearing may become insufficient, or the preload may become excessive due to a change in the clearance, resulting in seizure or an extremely short life.

通常、回転速度が一定の場合には、その特定の使用条件において最適なすきま、あるいは、最適な予圧となるようにあらかじめ補正した転がり軸受を選定して組み付ければよい。しかし、回転条件が種々に変化し、軸受内部で発熱が大きい、あるいは、外部から熱が伝導し、軸受内部に温度差が生じる場合には、回転装置に組み込まれた軸受の温度を検出することで、軸受内部のすきま、あるいは、すきまの変化に伴って生じる予圧を外的な力(例えば油圧機構など)によって調整することも可能であるが、装置が複雑で高価となるなどの欠点があった。   Normally, when the rotational speed is constant, a rolling bearing that has been corrected in advance so as to obtain an optimum clearance or an optimum preload under the specific use conditions may be selected and assembled. However, if the rotation conditions change variously, heat generation is large inside the bearing, or heat is conducted from the outside and a temperature difference occurs inside the bearing, the temperature of the bearing built into the rotating device should be detected. However, it is possible to adjust the internal clearance of the bearing or the preload generated by the change in the clearance by an external force (for example, a hydraulic mechanism), but there are drawbacks such as complicated and expensive equipment. It was.

また、上記特公平7−30788号公報に記載された技術では、上記内輪の材料を、外輪の材料よりも線膨張係数の小さい材質で形成し、且つ当該内輪の線膨張係数が、内輪に嵌合される鋼製の軸体の材料の線膨張係数よりも小さいため、内輪と外輪を同一材料で構成した場合よりはすきま変化が少ない。
しかし、より高速回転になって発熱が多くなり転動装置内部の温度勾配が大きくなると、内輪の熱膨張量が外輪の熱膨張量より小さくても、転動体は外輪と同じ材質の軸受鋼であり熱膨張量が大きいために、すきまが過少になって、焼き付いたり、寿命が極端に短くなる場合がある。
In the technique described in the above Japanese Patent Publication No. 7-30788, the material of the inner ring is formed of a material having a smaller linear expansion coefficient than the material of the outer ring, and the linear expansion coefficient of the inner ring is fitted to the inner ring. Since it is smaller than the linear expansion coefficient of the material of the shaft body made of steel, the change in the clearance is smaller than when the inner ring and the outer ring are made of the same material.
However, if the rotation speed becomes higher and the heat generation increases and the temperature gradient inside the rolling device increases, the rolling element is made of bearing steel made of the same material as the outer ring, even if the thermal expansion amount of the inner ring is smaller than that of the outer ring. Because of the large amount of thermal expansion, there are cases where the clearance becomes too small and seizure occurs or the service life is extremely shortened.

また、特開2000−205276号公報には、外輪を構成するセラミック材料の熱伝導率を内輪及び転動体を構成するセラミック材料の熱伝導率よりも大きくした転がり軸受が開示されているが、上記公報に開示の転がり軸受は、以下のような問題点を有している。すなわち、セラミック材料の中には耐熱衝撃性や曲げ強度が不十分なものがあるため、高温雰囲気下あるいは高温・腐食雰囲気下において使用されると、加熱されることによって軸受内部に温度勾配が生じ、その温度勾配によって熱応力が発生する。そうすると、外輪や内輪の表面に微小クラックが伝播し摩耗粉が多量に発生したり、クラックが部材を貫通し割れが生じたりして、転がり軸受が短寿命となる場合がある。   Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-205276 discloses a rolling bearing in which the thermal conductivity of the ceramic material constituting the outer ring is larger than the thermal conductivity of the ceramic material constituting the inner ring and the rolling element. The rolling bearing disclosed in the gazette has the following problems. In other words, some ceramic materials have insufficient thermal shock resistance and bending strength, so when used in a high temperature atmosphere or a high temperature / corrosion atmosphere, a temperature gradient is generated inside the bearing due to heating. A thermal stress is generated by the temperature gradient. In this case, a minute crack propagates to the surface of the outer ring or the inner ring, and a large amount of wear powder is generated, or the crack penetrates the member to cause a crack, which may shorten the life of the rolling bearing.

他方、溶融金属めっき装置に使用される転がり軸受は、溶融金属に浸漬した状態で使用されるため、該溶融金属に対する耐食性に優れていることが要求される。このような転がり軸受は、一般には、鉄鋼材料で構成されているが、溶融金属の鉄鋼材料に対する侵食性は非常に強く、鉄鋼材料の耐食性の善し悪しが転がり軸受の転動寿命に直接影響を与えるので、溶融金属と接触する部分がセラミック材料で構成された転がり軸受が提案されている(例えば、実開昭63−89428号公報や実開昭61−90852号公報)。   On the other hand, since the rolling bearing used for a molten metal plating apparatus is used in the state immersed in the molten metal, it is requested | required that it is excellent in the corrosion resistance with respect to this molten metal. Such a rolling bearing is generally made of a steel material. However, the corrosion resistance of molten metal to the steel material is very strong, and the corrosion resistance of the steel material directly affects the rolling life of the rolling bearing. Therefore, rolling bearings have been proposed in which the portion in contact with the molten metal is made of a ceramic material (for example, Japanese Utility Model Publication Nos. 63-89428 and 61-90852).

しかし、実開昭63−89428号公報及び実開昭61−90852号公報には、転がり軸受を構成する各種セラミック材料の名称(Si,SiC,Al,サイアロン)は開示されているものの、その耐熱衝撃値や曲げ強度に関しては何ら記載されていない。Si,SiC,Al,サイアロンで転がり軸受を構成したとしても、耐熱衝撃値や曲げ強度が不十分であると、前記構成部材の表面に微小なクラックが伝播して摩耗粉が多量に発生したり、クラックが前記構成部材を貫通して割れが生じたりする場合がある。 However, Japanese Utility Model Publication Nos. 63-89428 and 61-90852 disclose the names of various ceramic materials constituting the rolling bearing (Si 3 N 4 , SiC, Al 2 O 3 , sialon). However, there is no description regarding the thermal shock value and bending strength. Even if the rolling bearing is composed of Si 3 N 4 , SiC, Al 2 O 3 , and sialon, if the thermal shock value and bending strength are insufficient, minute cracks propagate to the surface of the component member and wear powder May occur in large quantities, or cracks may penetrate through the constituent members to cause cracks.

本発明の第1の目的は、特に高速で作動する転動装置において、支持体の熱膨張や転動体摩耗などによる繰り返し位置決め精度の低下を効果的に抑制し、長期間安定して使用でき、支持体の高剛性を保ちつつ曲げモーメントに対する支持体の強度向上および転動体の摩耗抑制を図ることのできる転動装置を提供することである。
本発明の第2の目的は、高速,腐食環境下,高温環境下,又はラジアル荷重を支持する環境下において、高荷重下で使用されても長寿命なセラミック材料製の転動装置を提供することである。
The first object of the present invention is to effectively suppress a decrease in repeated positioning accuracy due to thermal expansion of the support or wear of the rolling element, particularly in a rolling device that operates at high speed, and can be used stably for a long period of time. An object of the present invention is to provide a rolling device capable of improving the strength of the support against bending moments and suppressing the wear of the rolling elements while maintaining high rigidity of the support.
A second object of the present invention is to provide a rolling device made of a ceramic material that has a long life even when used under high load in a high speed, corrosive environment, high temperature environment, or environment that supports a radial load. That is.

本発明の第3の目的は、温度上昇により、熱膨張が大きい箇所、あるいは、転動装置の内部で温度勾配が生じる箇所で使用することができる転動装置を提供することである。
本発明の第4の目的は、耐食性,耐熱衝撃性,及び耐摩耗性に優れていて、高温・腐食環境下あるいは高温環境下において高速で使用されても長寿命な転動装置を提供することである。
The third object of the present invention is to provide a rolling device that can be used at a location where thermal expansion is large due to a temperature rise or at a location where a temperature gradient is generated inside the rolling device.
A fourth object of the present invention is to provide a rolling device that is excellent in corrosion resistance, thermal shock resistance, and wear resistance and has a long life even when used at high speed in a high temperature / corrosion environment or a high temperature environment. It is.

本発明に係る転動装置は、回動可能又は直線運動可能な可動子と、該可動子を支持する支持体と、前記可動子と前記支持体との間に転動自在に配設された複数の転動体とを備えた転動装置であって、前記可動子、前記支持体、前記転動体のうち少なくとも1つがセラミック材料、サーメット、超硬合金のうち何れか1種類の材料から形成され、かつ該材料の曲げ強度と密度との比が1.2×10mm以上、前記転動体と前記可動子の常温時における線膨張係数の比が0.45以下、前記転動体と前記支持体の常温時における線膨張係数の比が0.45以下であることを特徴とする。 A rolling device according to the present invention is disposed so as to be rotatable between a movable element capable of rotating or linearly moving, a support body supporting the movable element, and the movable element and the support body. A rolling device comprising a plurality of rolling elements, wherein at least one of the mover, the support, and the rolling elements is formed of any one of a ceramic material, a cermet, and a cemented carbide. And the ratio of the bending strength to the density of the material is 1.2 × 10 7 mm or more, the ratio of the linear expansion coefficient between the rolling element and the mover at room temperature is 0.45 or less, and the rolling element and the support The linear expansion coefficient ratio of the body at normal temperature is 0.45 or less.

本発明の好適な実施形態において、前記可動子、前記支持体および前記転動体は、セラミック材料、サーメット、超硬合金のうち何れか1種類の材料から形成され、かつ500MPa以上の曲げ強度を使用時に有している。
このような構成であれば、セラミック材料の表面や内部においてクラックが伝播しにくく、剥離や摩耗が生じにくいので、転動装置が高速で作動しても長寿命である。
In a preferred embodiment of the present invention, the mover, the support, and the rolling element are formed of any one of ceramic material, cermet, and cemented carbide, and use a bending strength of 500 MPa or more. Sometimes have.
With such a configuration, cracks hardly propagate on the surface and inside of the ceramic material, and peeling and wear hardly occur. Therefore, even if the rolling device operates at a high speed, it has a long life.

なお、可動子、支持体および転動体を構成する材料は、それぞれの材料の使用環境温度における曲げ強度が500MPa以上であり、比強度が1.2×10mm以上であれば、全て同種の材料でもよいし、全て異種の材料でもよい。もちろん、可動子,支持体および転動体のうちの2つが同種で、残りの1つが異種の材料でもよい。
本発明の別の好適な実施形態において、可動子及び転動体は、セラミック材料、サーメット、超硬合金のうち何れか1種類の材料から形成され、かつ500MPa以上の曲げ強度を使用時に有している。また、可動子及び転動体を構成する前記材料は1.2×10mm以上の比強度を有し、この比強度は支持体を構成する材料(セラミック材料またはサーメット若しくは超硬合金)のそれより大きい値に設定されている。
In addition, if the bending strength in the use environment temperature of each material is 500 MPa or more and the specific strength is 1.2 × 10 7 mm or more, the materials constituting the mover, the support, and the rolling element are all the same type. The material may be used, or all different types of materials may be used. Of course, two of the mover, the support, and the rolling element may be the same type, and the other one may be a different type of material.
In another preferred embodiment of the present invention, the mover and the rolling element are formed of any one of ceramic material, cermet, and cemented carbide, and have a bending strength of 500 MPa or more in use. Yes. The material constituting the mover and the rolling element has a specific strength of 1.2 × 10 7 mm or more, and this specific strength is that of the material constituting the support (ceramic material, cermet or cemented carbide). It is set to a larger value.

このような構成であれば、作動時にフープ応力、遠心力等が作用する可動子や転動体において、その表面や内部でクラックがより伝播しにくく、剥離や摩耗が生じ難くなる。その結果、高速で作動する際の寿命の主原因となるフープ応力による剥離や摩耗を効果的に抑制することができるから、転動装置は高速で作動しても長寿命である。
前記可動子、支持体および転動体を構成する材料(セラミック材料またはサーメット若しくは超硬合金)の比強度は、1.5×10mm以上であることがより好ましく、また1.8×10mm以上であることがさらにより好ましい。
With such a configuration, in a mover or rolling element on which hoop stress, centrifugal force, or the like acts during operation, cracks are less likely to propagate on the surface or inside, and peeling and wear are less likely to occur. As a result, peeling and wear due to hoop stress, which is the main cause of life when operating at high speed, can be effectively suppressed, so that the rolling device has a long life even when operating at high speed.
The specific strength of the material (ceramic material or cermet or cemented carbide) constituting the mover, support and rolling element is more preferably 1.5 × 10 7 mm or more, and 1.8 × 10 7. Even more preferably, it is at least mm.

ここで、上記比強度が1.2×10mm未満であると、表面や内部の欠陥を起点としてクラックが伝播しやすく、摩耗粉が多量に発生したり割れが生じたりするおそれがあるので、転動装置が短寿命となる場合がある。特に、作動速度が速い場合は、遠心力によって可動子に作用するフープ応力のために、軽荷重下においても、比較的容易にクラックが伝播して剥離や割れが生じ、転動装置が極端に短寿命となるおそれがある。 Here, if the specific strength is less than 1.2 × 10 7 mm, cracks are likely to propagate from the surface or internal defects, and a large amount of wear powder may be generated or cracks may occur. The rolling device may have a short life. In particular, when the operating speed is high, the hoop stress acting on the mover due to centrifugal force causes cracks to propagate relatively easily even under light loads, causing separation and cracking, and the rolling device becomes extremely There is a risk of short life.

本発明の別の好適な実施形態において、前記可動子、支持体および転動体を構成する材料(セラミック材料またはサーメット若しくは超硬合金)は、使用環境温度に対して1.5倍以上の耐熱衝撃値を有すると共に500MPa以上の曲げ強度と1.2×10mm以上の比強度(使用環境温度時)を有している。
このような構成であれば、高温環境下あるいは高温・腐食環境下において使用され、加熱されることによって転動装置内部に温度勾配が生じ、その温度勾配によって熱応力が生じた場合でも、可動子や支持体の表面に微小クラックが伝播しにくく、摩耗や割れが生じにくい。よって、高温環境下あるいは高温・腐食環境下においても転動装置は長寿命である。
In another preferred embodiment of the present invention, the material (ceramic material, cermet, or cemented carbide) constituting the mover, the support, and the rolling element has a thermal shock of 1.5 times or more with respect to the use environment temperature. It has a bending strength of 500 MPa or more and a specific strength of 1.2 × 10 7 mm or more (at the time of use environment temperature).
In such a configuration, even when a temperature gradient is generated inside the rolling device when used in a high temperature environment or a high temperature / corrosion environment and is heated, and even if thermal stress is generated by the temperature gradient, the mover In addition, microcracks are less likely to propagate to the surface of the support and wear and cracks are less likely to occur. Therefore, the rolling device has a long life even in a high temperature environment or a high temperature / corrosion environment.

上記耐熱衝撃値は使用環境温度に対して2.0倍以上であることがより好ましく、また曲げ強度は500MPa以上であることがより好ましい。
上記耐熱衝撃値が転動装置の使用環境温度の1.5倍未満であって、上記曲げ強度が転動装置の使用時に500MPa未満であり、比強度が1.2×10mm未満である場合には、高温環境下あるいは高温・腐食環境下において使用され、加熱されることによって転動装置内部に温度勾配が生じ、その温度勾配によって熱応力が生じた際に可動子や支持体の表面に微小クラックが伝播し、摩耗粉が多量に発生したり、クラックが部材を貫通し割れが生じたりして、転動装置の寿命が短くなる場合がある。
The thermal shock value is more preferably 2.0 times or more with respect to the use environment temperature, and the bending strength is more preferably 500 MPa or more.
The thermal shock value is less than 1.5 times the operating environment temperature of the rolling device, the bending strength is less than 500 MPa when the rolling device is used, and the specific strength is less than 1.2 × 10 7 mm. In some cases, it is used in a high temperature environment or in a high temperature / corrosive environment, and when heated, a temperature gradient is generated inside the rolling device, and when the thermal stress is generated by the temperature gradient, the surface of the mover or the support body In some cases, a minute crack propagates to generate a large amount of wear powder, or the crack penetrates the member to cause a crack, thereby shortening the life of the rolling device.

本発明の別の好適な実施形態において、前記可動子、支持体および転動体を構成する材料(セラミック材料またはサーメット若しくは超硬合金)は、その耐熱衝撃値が溶融金属の温度の1.5倍以上であり、かつ800MPa以上の曲げ強度と1.2×10mm以上の比強度(溶融金属接触時)を有している。
上記材料の耐熱衝撃値が溶融金属の温度に対して1.5倍以上であると、転動装置を溶融金属に浸漬した際に加熱されたり、溶融金属中から取り出した際に冷却されたりすることによって熱応力が発生しても、転動装置の構成部材である可動子や支持体の表面に微小なクラックが伝播しにくい。よって、摩耗粉が多量に発生したり、可動子や支持体に割れが生じたりすることが起こりにくい。
In another preferred embodiment of the present invention, the material (ceramic material or cermet or cemented carbide) constituting the mover, support and rolling element has a thermal shock value of 1.5 times the temperature of the molten metal. It is above and has a bending strength of 800 MPa or more and a specific strength of 1.2 × 10 7 mm or more (at the time of molten metal contact).
If the thermal shock value of the material is 1.5 times or more of the temperature of the molten metal, the rolling device is heated when immersed in the molten metal or cooled when taken out from the molten metal. Therefore, even if thermal stress is generated, minute cracks are difficult to propagate to the surfaces of the mover and the support that are constituent members of the rolling device. Therefore, it is difficult to generate a large amount of wear powder and to cause cracks in the mover and the support.

また、上記材料の曲げ強度が転動装置の使用時に800MPa以上であると、可動子と転動体及び支持体と転動体との間に1〜2.5GPaという比較的高い接触応力が繰り返し負荷されても、表面に微小なクラックが生じにくく、寿命の低下が抑えられる。
したがって、溶融金属と接触するような高温環境下で使用されても、転動装置は長寿命である。
Further, if the bending strength of the material is 800 MPa or more when the rolling device is used, a relatively high contact stress of 1 to 2.5 GPa is repeatedly applied between the mover and the rolling element, and the support and the rolling element. However, micro cracks are unlikely to occur on the surface, and a reduction in the service life can be suppressed.
Therefore, the rolling device has a long life even when used in a high-temperature environment in contact with the molten metal.

上記耐熱衝撃値が溶融金属の温度に対して1.5倍未満であったり、使用時の曲げ強度が800Mpa未満であったり、比強度が1.2×10mm未満であったりすると、熱応力や繰り返し応力が負荷されることにより可動子や支持体の表面に微小なクラックが伝播し、摩耗粉が多量に発生したり、可動子や支持体に割れが生じたりして、転動装置の寿命が短くなる場合がある。 If the thermal shock value is less than 1.5 times the temperature of the molten metal, the bending strength during use is less than 800 Mpa, or the specific strength is less than 1.2 × 10 7 mm, When a stress or repetitive stress is applied, minute cracks propagate to the surface of the mover or the support, and a large amount of wear powder is generated, or cracks are generated in the mover or the support. The life of the battery may be shortened.

ここでいう耐熱衝撃値とは、以下の方法によって得られた数値を意味するものである。すなわち、高温(T)のセラミック材料製またはサーメット製若しくは超硬合金製の試験片を常温(T)の水中に浸漬して急冷した後、試験片の曲げ強度を測定する。このとき、曲げ強度が急激に低下する冷却温度差ΔT=T−T(℃)を耐熱衝撃値とする。
なお、従来の転動装置には、可動子、支持体及び転動体のうち少なくとも1つを金属材料(軸受鋼やステンレス鋼)で形成したものがある。この場合には、金属材料が接触点で凝着を起こして焼付くおそれがあるため、転動装置の寿命が極端に短い場合がある。また、金属材料では、剛性や耐食性が不十分である場合がある。
Here, the thermal shock value means a numerical value obtained by the following method. That is, a test piece made of a high temperature (T 1 ) ceramic material, cermet or cemented carbide is immersed in water at room temperature (T 2 ) and rapidly cooled, and then the bending strength of the test piece is measured. At this time, the cooling temperature difference ΔT = T 1 −T 2 (° C.) at which the bending strength sharply decreases is defined as the thermal shock value.
Some conventional rolling devices are formed of a metal material (bearing steel or stainless steel) at least one of a movable element, a support body, and a rolling element. In this case, there is a possibility that the metal material will adhere to the contact point and seize, so that the life of the rolling device may be extremely short. In addition, the metal material may have insufficient rigidity and corrosion resistance.

しかしながら、上述のように、可動子、支持体および転動体の全てをセラミック材料から形成すると、上記のような問題点がなく、軽量で剛性が高く、耐摩耗性に優れ、凝着しにくく、さらに耐食性及び耐熱性に優れている。
さらに、転動体を比強度の大きいセラミック材料で構成した場合は、転動体を金属材料で構成した従来の転動装置と比較して、作動時に転動体に作用する遠心力が低減され、より高速で作動することができ、さらに発熱も低くなる。
However, as described above, when all of the mover, the support body and the rolling element are formed of a ceramic material, there are no such problems as described above, light weight and high rigidity, excellent wear resistance, and difficult to adhere. Furthermore, it is excellent in corrosion resistance and heat resistance.
Furthermore, when the rolling elements are made of a ceramic material with a high specific strength, the centrifugal force acting on the rolling elements during operation is reduced and higher speed compared to conventional rolling devices in which the rolling elements are made of a metal material. Can be operated, and the heat generation is also reduced.

本発明において使用可能なセラミック材料は、特に限定されるものではなく、例えば、窒化ケイ素(Si)系、ジルコニア(ZrO)系、アルミナ(Al)系、炭化ケイ素(SiC)系、窒化アルミニウム(AlN)系、炭化ホウ素(BC)系、ホウ化チタン(TiB)系、窒化ホウ素(BN)系、炭化チタン(TiC)系、窒化チタン(TiN)系、若しくはこれらのうち2種類以上のセラミック材料を複合させたセラミック系複合材料などを例示できる。 The ceramic material that can be used in the present invention is not particularly limited. For example, silicon nitride (Si 3 N 4 ), zirconia (ZrO 2 ), alumina (Al 2 O 3 ), silicon carbide (SiC) ), Aluminum nitride (AlN), boron carbide (B 4 C), titanium boride (TiB 2 ), boron nitride (BN), titanium carbide (TiC), titanium nitride (TiN), or Among these, a ceramic composite material in which two or more kinds of ceramic materials are combined can be exemplified.

また、本発明において使用されるセラミック材料は、比強度,破壊靱性,機械的強度などを向上させるために、繊維状充填材を配合することができる。繊維状充填材の種類は、特に限定されるものではないが、炭化ケイ素ウィスカー、窒化ケイ素ウィスカー、アルミナウィスカー、窒化アルミニウムウィスカー等を例示できる。
本発明において使用可能なサーメット及び超硬合金は、特に限定されるものではない。なお、サーメット,超硬合金とは、周期律表においてIVa,Va,VIa族に属する9種類の金属(W,Mo,Cr,Ta,Nb,V,Hf,Zr,Ti)の炭化物の粉末を、鉄,コバルト,ニッケル等の鉄族金属を用いて焼結結合した合金である。
In addition, the ceramic material used in the present invention can be blended with a fibrous filler in order to improve specific strength, fracture toughness, mechanical strength, and the like. The type of fibrous filler is not particularly limited, and examples thereof include silicon carbide whiskers, silicon nitride whiskers, alumina whiskers, and aluminum nitride whiskers.
The cermet and the cemented carbide that can be used in the present invention are not particularly limited. Cermet and cemented carbide are carbide powders of nine metals (W, Mo, Cr, Ta, Nb, V, Hf, Zr, Ti) belonging to groups IVa, Va, VIa in the periodic table. It is an alloy that is sintered and bonded using an iron group metal such as iron, cobalt, and nickel.

サーメットとしては、例えば、TiC−Ni系,TiC−Mo−Ni系,TiC−Co系,TiC−MoC−Ni系,TiC−MoC−ZrC−Ni系,TiC−MoC−Co系,MoC−Ni系,Ti(C,N)−MoC−Ni系,TiC−TiN−MoC−Ni系,TiC−TiN−MoC−Co系,TiC−TiN−MoC−TaC−Ni系,TiC−TiN−MoC−WC−TaC−Ni系,TiC−WC−Ni系,Ti(C,N)−WC−Ni系,TiC−Mo系,Ti(C,N)−Mo系,ホウ化物系(MoB−Ni系,BC/(W,Mo)B系など)などがあげられる。 Examples of the cermet include TiC—Ni, TiC—Mo—Ni, TiC—Co, TiC—Mo 2 C—Ni, TiC—Mo 2 C—ZrC—Ni, TiC—Mo 2 C—Co. system, Mo 2 C-Ni-based, Ti (C, N) -Mo 2 C-Ni system, TiC-TiN-Mo 2 C -Ni system, TiC-TiN-Mo 2 C -Co -based, TiC-TiN-Mo 2 C—TaC—Ni, TiC—TiN—Mo 2 C—WC—TaC—Ni, TiC—WC—Ni, Ti (C, N) —WC—Ni, TiC—Mo, Ti (C , N) -Mo system, boride based (MoB-Ni system, B 4 C / (W, Mo) B 2 type, etc.) and the like.

ここで、Ti(C,N)−MoC−Ni系,Ti(C,N)−WC−Ni系,Ti(C,N)−Mo系は、TiC−MoC−Ni系,TiC−WC−Ni系,TiC−Mo系を窒素ガス中で焼結した合金である。
サーメットの代表的な組成は、TiC−30%MoC−20%Ni,TiC−19%MoC−24%Ni,TiC−8%MoC−15%Ni,Ti(C,N)−25%MoC−15%Ni,TiC−14%TiN−19%MoC−24%Ni,TiC0.70.3−11%MoC−24%Ni,TiC0.70.3−19%MoC−24%Ni,TiC0.70.3−27%MoC−24%Ni,TiC−20%Mo−15%Ni,TiC−30%Mo−15%Ni等である。
Here, Ti (C, N) -Mo 2 C-Ni -based, Ti (C, N) -WC -Ni -based, Ti (C, N) -Mo system, TiC-Mo 2 C-Ni system, TiC -Alloys obtained by sintering WC-Ni and TiC-Mo in nitrogen gas.
Typical composition of the cermet, TiC-30% Mo 2 C -20% Ni, TiC-19% Mo 2 C-24% Ni, TiC-8% Mo 2 C-15% Ni, Ti (C, N) -25% Mo 2 C-15% Ni, TiC-14% TiN-19% Mo 2 C-24% Ni, TiC 0.7 N 0.3 -11% Mo 2 C-24% Ni, TiC 0.7 N 0.3 -19% Mo 2 C- 24% Ni, TiC 0.7 N 0.3 -27% Mo 2 C-24% Ni, TiC-20% Mo-15% Ni, TiC-30% Mo- 15% Ni or the like.

また、超硬合金としては、例えば、WC−Co系,WC−Cr−Co系,WC−TaC−Co系,WC−TiC−Co系,WC−NbC−Co系,WC−TaC−NbC−Co系,WC−TiC−TaC−NbC−Co系,WC−TiC−TaC−Co系,WC−ZrC−Co系,WC−TiC−ZrC−Co系,WC−TaC−VC−Co系,WC−TiC−Cr−Co系,WC−TiC−TaC系などがあげられる。
また、非磁性であり耐食性の優れた超硬合金として、WC−Ni系,WC−Co−Ni系,WC−Cr−MoC−Ni系,WC−Ti(C,N)−TaC系,WC−Ti(C,N)系,Cr−Ni系などがあげられる。
Further, as the cemented carbide, for example, WC—Co, WC—Cr 3 C 2 —Co, WC—TaC—Co, WC—TiC—Co, WC—NbC—Co, WC—TaC— NbC-Co, WC-TiC-TaC-NbC-Co, WC-TiC-TaC-Co, WC-ZrC-Co, WC-TiC-ZrC-Co, WC-TaC-VC-Co, WC-TiC-Cr 3 C 2 -Co system, WC-TiC-TaC-based and the like.
Further, as a cemented carbide which is non-magnetic and has excellent corrosion resistance, WC—Ni, WC—Co—Ni, WC—Cr 3 C 2 —Mo 2 C—Ni, WC—Ti (C, N) — Examples include TaC, WC—Ti (C, N), and Cr 3 C 2 —Ni.

WC−Co系の代表的な組成は、W:Co:C=70.41〜91.06:3.0〜25.0:4.59〜5.94である。また、WC−TaC−NbC−Co系の代表的な組成は、W:Co:Ta:Nb:C=65.7〜86.3:5.8〜25.0:1.4〜3.1:0.3〜1.5:4.7〜5.8である。さらに、WC−TiC−TaC−NbC−Co系の代表的な組成は、W:Co:Ta:Ti:Nb:C=65.0〜75.3:6.0〜10.7:5.2〜7.2:3.2〜11.0:1.6〜2.4:6.2〜7.6である。さらに、WC−TaC−Co系の代表的な組成は、W:Co:Ta=53.51〜90.30:3.5〜25.0:0.30〜25.33である。さらに、WC−TiC−Co系の代表的な組成は、W:Co:Ti=57.27〜78.86:4.0〜13.0:3.20〜25.59である。さらに、WC−TiC−TaC−Co系の代表的な組成は、W:Co:Ta:Ti:C=47.38〜87.31:3.0〜10.0:0.94〜9.38:0.12〜25.59:5.96〜10.15である。   A typical composition of the WC—Co system is W: Co: C = 70.41 to 91.06: 3.0 to 25.0: 4.59 to 5.94. The typical composition of the WC-TaC-NbC-Co system is W: Co: Ta: Nb: C = 65.7 to 86.3: 5.8 to 25.0: 1.4 to 3.1. : 0.3 to 1.5: 4.7 to 5.8. Further, a typical composition of the WC-TiC-TaC-NbC-Co system is W: Co: Ta: Ti: Nb: C = 65.0-75.3: 6.0-10.7: 5.2. -7.2: 3.2-11.0: 1.6-2.4: 6.2-7.6. Furthermore, a typical composition of the WC—TaC—Co system is W: Co: Ta = 53.51 to 90.30: 3.5 to 25.0: 0.30 to 25.33. Furthermore, a typical composition of the WC—TiC—Co system is W: Co: Ti = 57.27 to 78.86: 4.0 to 13.0: 3.20 to 25.59. Furthermore, the typical composition of the WC—TiC—TaC—Co system is W: Co: Ta: Ti: C = 47.38 to 87.31: 3.0 to 10.0: 0.94 to 9.38. : 0.12 to 25.59: 5.96 to 10.15.

本発明の好適な実施形態において、前記可動子、支持体および転動体のうち少なくとも1つは、ホウ化物系サーメットから形成され、かつ850MPa以上の曲げ強度を使用時に有すると共に10MPa・m1/2以上の破壊靱性を有している。また、それ以外のものはセラミック材料またはサーメット若しくは超硬合金から形成されている。
上記ホウ化物系サーメットは、耐熱性を有するNi基合金の結合相によって融点の高いホウ化物の硬質相を結合した合金である(硬質相はMTB(Mは主にMo及び/又はWであり、Tは主にNiである)である)。この組織を有すると、室温から高温域まで硬度及び曲げ強度の低下が少ない。また、ホウ化物系サーメットは耐摩耗性に優れるばかりでなく、相手材の摩耗も低減させる効果を有する。さらに、Ni基合金中に微細な分散層として存在させた場合には、靱性の劣化をそれほど伴うことなく、結合相の高温強度を向上させることができる。
In a preferred embodiment of the present invention, at least one of the mover, the support and the rolling element is formed of a boride-based cermet and has a bending strength of 850 MPa or more when in use and 10 MPa · m 1/2. It has the above fracture toughness. Others are made of ceramic material, cermet or cemented carbide.
The boride-based cermet is an alloy in which a hard phase of a boride having a high melting point is bonded by a bonded phase of a heat-resistant Ni-based alloy (the hard phase is M 2 TB 2 (M is mainly Mo and / or W). And T is mainly Ni)). With this structure, there is little decrease in hardness and bending strength from room temperature to high temperature range. Further, the boride-based cermet not only has excellent wear resistance, but also has an effect of reducing wear of the counterpart material. Furthermore, when the Ni-based alloy is present as a fine dispersed layer, the high-temperature strength of the binder phase can be improved without much deterioration of toughness.

本発明において、使用環境温度におけるホウ化物系サーメットの曲げ強度は850MPa以上であり、比強度は1.2×10mm以上であることが好ましい。市場からの調達性を考えると、使用環境温度における曲げ強度は2600MPa以下であることが望ましいが、特に限定されるものではない。特に、可動子と転動体及び支持体と転動体との間に1GPa以上といった比較的高い接触応力が繰り返し負荷される場合に、転動体及び転走面表面に微小なクラックが生じにくく、寿命や音響特性の低下を抑制できる。 In the present invention, it is preferable that the boride cermet has a bending strength of 850 MPa or more and a specific strength of 1.2 × 10 7 mm or more at the use environment temperature. Considering the availability from the market, the bending strength at the use environment temperature is desirably 2600 MPa or less, but is not particularly limited. In particular, when a relatively high contact stress of 1 GPa or more is repeatedly applied between the mover and the rolling element, and between the support and the rolling element, minute cracks are unlikely to occur on the rolling element and the rolling contact surface, and the life and A decrease in acoustic characteristics can be suppressed.

ホウ化物系サーメットの破壊靱性は、10MPa・m1/2以上であることが好ましい。転動装置が使用環境雰囲気によって加熱されたり、常温雰囲気に冷却されたりする場合には、内部に大きな温度勾配が生じて熱応力が発生するが、破壊靱性が10MPa・m1/2以上であれば、可動子や支持体の表面に熱応力によるクラックが発生しにくい。なお、上記のような効果をより十分に得るためには、ホウ化物系サーメットの破壊靱性は12MPa・m1/2以上であることがより好ましい。 The fracture toughness of the boride cermet is preferably 10 MPa · m 1/2 or more. When the rolling device is heated by the use environment atmosphere or cooled to a room temperature atmosphere, a large temperature gradient is generated inside and a thermal stress is generated, but the fracture toughness is 10 MPa · m 1/2 or more. For example, cracks due to thermal stress are unlikely to occur on the surface of the mover or the support. In order to obtain the above effects more sufficiently, it is more preferable that the fracture toughness of the boride cermet is 12 MPa · m 1/2 or more.

また、ホウ化物系サーメットの熱膨張係数は8〜9×10−6/℃であり、金属に非常に近い。ホウ化物系サーメットの熱膨張係数が8〜9×10−6/℃であると、例えば、溶融金属浴中で使用されるロールを溶融金属に浸漬する際、又はメンテナンス等のために溶融金属中から取り出す際に、軸及びハウジングの線膨張係数が異なることに起因して発生する熱応力が軸受に加わっても、軸受材の割れや欠け等が生じることがないので、転がり軸受の寿命の低下を抑制できる。 Further, boride-based cermets have a thermal expansion coefficient of 8 to 9 × 10 −6 / ° C., which is very close to metal. When the thermal expansion coefficient of the boride-based cermet is 8 to 9 × 10 −6 / ° C., for example, when the roll used in the molten metal bath is immersed in the molten metal, or in the molten metal for maintenance or the like When the bearing is taken out of the bearing, even if the thermal stress generated due to the difference in the linear expansion coefficient between the shaft and the housing is applied to the bearing, the bearing material will not be cracked or chipped. Can be suppressed.

本発明の転動装置としては、転がり軸受,直動案内装置,ボールねじ,直動ベアリング等があげられる。転動装置が転がり軸受の場合は、回転輪が可動子に相当し、固定輪が支持体に相当する。また、転動装置が直動案内装置の場合は、スライダが可動子または支持体に相当し、案内レールが支持体または可動子に相当する。また、転動装置がボールねじの場合は、ナットが可動子に相当し、ねじ軸が支持体に相当する。そして、転動装置が直動ベアリングの場合は、外筒が可動子に相当し、軸が支持体に相当する。   Examples of the rolling device of the present invention include a rolling bearing, a linear motion guide device, a ball screw, and a linear motion bearing. When the rolling device is a rolling bearing, the rotating wheel corresponds to a mover, and the fixed wheel corresponds to a support. When the rolling device is a linear guide device, the slider corresponds to a mover or a support, and the guide rail corresponds to a support or a mover. When the rolling device is a ball screw, the nut corresponds to the mover and the screw shaft corresponds to the support. When the rolling device is a linear motion bearing, the outer cylinder corresponds to a mover and the shaft corresponds to a support.

本発明の別の実施形態において、前記可動子、前記支持体および前記転動体はセラミック材料から形成され、該セラミック材料は、その破壊靭性値(MPa・m1/2)とビッカース硬さ(GPa)との比(破壊靱性値/ビッカース硬さ)が0.25以上であり、比強度が1.2×10mm以上のセラミック材料である。
このような構成であれば、セラミック材料の表面あるいは内部においてクラックが伝播しにくいので、剥離や摩耗が生じにくい。したがって、転動装置は高荷重下においても作動が可能であり、しかも長寿命である。つまり、高荷重下での使用においては、クラックの伝播を防止するという点から、破壊靱性値と比強度が優れていることがより重要となるのである。
In another embodiment of the present invention, the mover, the support, and the rolling element are made of a ceramic material, and the ceramic material has a fracture toughness value (MPa · m 1/2 ) and a Vickers hardness (GPa). ) (A fracture toughness value / Vickers hardness) of 0.25 or more, and a specific strength of 1.2 × 10 7 mm or more.
With such a configuration, cracks are unlikely to propagate on the surface or inside of the ceramic material, so that peeling and wear are unlikely to occur. Therefore, the rolling device can operate even under a heavy load and has a long life. That is, in use under a high load, it is more important that the fracture toughness value and the specific strength are superior from the viewpoint of preventing the propagation of cracks.

なお、可動子、支持体および転動体を形成する各セラミック材料は、その破壊靱性値とビッカース硬さとの比(破壊靱性値/ビッカース硬さ)が0.25以上であり、比強度が1.2×10mm以上であれば、全て同種のセラミック材料でもよいし、全て異種のセラミック材料でもよい。もちろん、可動子、支持体および転動体のうちの2つが同種のセラミック材料から形成され、残りの1つが異種のセラミック材料から形成されてもよい。 Each ceramic material forming the mover, the support, and the rolling element has a ratio of fracture toughness value to Vickers hardness (fracture toughness value / Vickers hardness) of 0.25 or more, and a specific strength of 1. As long as it is 2 × 10 7 mm or more, the same kind of ceramic material may be used, or different kinds of ceramic materials may be used. Of course, two of the mover, the support, and the rolling element may be made of the same kind of ceramic material, and the other one may be made of a different kind of ceramic material.

本発明の別の好適な実施形態において、前記セラミック材料は、比強度が1.2×10mm以上であり、粒径1μm以下の炭化ケイ素粒子を含有する窒化ケイ素である。
窒化ケイ素に分散相成分として配合される粒径1μm以下であるナノメータサイズを含む微細な炭化ケイ素粒子は、焼結過程において窒化ケイ素粒に対するピンニング作用(結晶粒の成長を止めて組織を微細にする効果)及び粒界移動を緩慢化し、窒化ケイ素の粒成長を抑制し、焼結体のミクロ組織を微細化する。また、窒化ケイ素の粒内及び粒界に分布して粒界を強化するとともに、クラックに対する架橋として働く。
In another preferred embodiment of the present invention, the ceramic material is silicon nitride containing silicon carbide particles having a specific strength of 1.2 × 10 7 mm or more and a particle size of 1 μm or less.
Fine silicon carbide particles having a nanometer size with a particle size of 1 μm or less, blended in silicon nitride as a dispersed phase component, have a pinning effect on silicon nitride grains in the sintering process (stops crystal grain growth and refines the structure) Effect) and grain boundary movement are slowed down, silicon nitride grain growth is suppressed, and the microstructure of the sintered body is refined. Moreover, it distributes in the grain of silicon nitride and in grain boundaries, strengthens the grain boundaries, and acts as a bridge for cracks.

これらの結果、摺動面からの粒子の剥離,脱落が抑制,防止され、強度及び靱性が向上し、且つ耐摩耗性も良好となるので、転動装置は長期間安定に作動することができる。さらに、窒化ケイ素マトリックスの粒内,粒界に分布する炭化ケイ素微細粒子により、窒化ケイ素マトリックス粒子の靱性が高められ、摺動面からの粒子の剥離,脱落が抑制,防止されることに加えて、炭化ケイ素の摩耗係数は窒化ケイ素のそれと比較して小さいので(例えば、炭化ケイ素:0.2〜0.4、窒化ケイ素:0.5〜0.6、相手材は炭化タングステン焼結体)、その混在効果として、潤滑が不十分な環境下においても良好な摺動特性が得られる。   As a result, separation and removal of particles from the sliding surface are suppressed and prevented, strength and toughness are improved, and wear resistance is also improved, so that the rolling device can operate stably for a long period of time. . In addition, the silicon carbide fine particles distributed in the grain boundaries of the silicon nitride matrix enhance the toughness of the silicon nitride matrix particles, and prevent and prevent the separation and dropping of the particles from the sliding surface. Since the wear coefficient of silicon carbide is smaller than that of silicon nitride (for example, silicon carbide: 0.2 to 0.4, silicon nitride: 0.5 to 0.6, the counterpart is a tungsten carbide sintered body) As a mixed effect, good sliding characteristics can be obtained even in an environment where lubrication is insufficient.

また、炭化ケイ素は、窒化ケイ素に比べて著しく硬質(炭化ケイ素:Hv2200〜2400、窒化ケイ素:Hv1200〜1400)であるため、その微細粒子の分散は焼結体の耐摩耗性の増強に寄与する。しかも、炭化ケイ素は、その熱伝導率が窒化ケイ素に比べて著しく大きい(炭化ケイ素:60〜270W/m・K(25℃)、窒化ケイ素:17〜31W/m・K(25℃))ため、炭化ケイ素粒子が分布していることにより焼結体の熱伝導性が高められ、転動装置の実使用時における接触面からの熱拡散が助長され、接触表面の昇温に起因する焼付きが抑制される。   Further, since silicon carbide is extremely hard (silicon carbide: Hv 2200 to 2400, silicon nitride: Hv 1200 to 1400) compared to silicon nitride, the dispersion of the fine particles contributes to the enhancement of the wear resistance of the sintered body. . Moreover, silicon carbide has a significantly higher thermal conductivity than silicon nitride (silicon carbide: 60 to 270 W / m · K (25 ° C.), silicon nitride: 17 to 31 W / m · K (25 ° C.)). The distribution of silicon carbide particles enhances the thermal conductivity of the sintered body, promotes thermal diffusion from the contact surface during actual use of the rolling device, and seizes due to the temperature rise of the contact surface Is suppressed.

本発明のさらに別の実施形態において、前記支持体を構成するセラミック材料の破壊靭性値とビッカース硬さとの比をA1、前記転動体を構成するセラミック材料の破壊靭性値とビッカース硬さとの比をA2、前記可動子を構成するセラミック材料の破壊靭性値とビッカース硬さとの比をA3としたとき、前記A1及び前記A2はA1,A2>A3であり、比強度は1.2×10mm以上である。 In still another embodiment of the present invention, the ratio between the fracture toughness value of the ceramic material constituting the support and the Vickers hardness is A1, and the ratio between the fracture toughness value of the ceramic material constituting the rolling element and the Vickers hardness is When the ratio between the fracture toughness value of the ceramic material constituting the mover and the Vickers hardness is A3, A1 and A2 are A1, A2> A3, and the specific strength is 1.2 × 10 7 mm. That's it.

ラジアル荷重を支持する転がり軸受の場合には、外輪の負荷圏に荷重が集中するため、軽荷重下においても、外輪の負荷圏でクラックが容易に伝播してしまい、転がり軸受の寿命が極端に短い場合がある。しかしながら、上記のような構成の転がり軸受であれば、荷重が集中する負荷圏を有する外輪において、セラミック材料の表面あるいは内部でクラックが伝播しにくく、剥離や摩耗が生じにくい。したがって、ラジアル荷重を支持する転がり軸受の寿命の主原因となる外輪における剥離や摩耗を効果的に抑制することができ、その結果、高いラジアル荷重が作用する場合においても、転がり軸受が長寿命である。   In the case of a rolling bearing that supports a radial load, the load concentrates in the load zone of the outer ring, so even under light loads, cracks easily propagate in the load zone of the outer ring, and the life of the rolling bearing becomes extremely long. It may be short. However, in the case of a rolling bearing having the above-described configuration, cracks are unlikely to propagate on the surface or inside of the ceramic material in the outer ring having a load zone where loads are concentrated, and peeling and wear are unlikely to occur. Therefore, it is possible to effectively suppress the peeling and wear in the outer ring, which is the main cause of the life of the rolling bearing that supports the radial load, and as a result, the rolling bearing has a long life even when a high radial load is applied. is there.

なお、外輪を構成するセラミック材料と転動体を構成するセラミック材料は、同種であってもよいし異種であってもよい。
前記可動子、支持体および転動体を構成するセラミック材料の破壊靱性値とビッカース硬さとの比は、0.25以上である必要があるが、0.35以上であることがより好ましく、0.40以上であることがさらに好ましい。そうすれば、前記セラミック材料の表面あるいは内部においてクラックがより伝播しにくくなるので、剥離や摩耗がより生じにくい。よって、転動装置及び転がり軸受はより高い荷重条件下においても作動が可能となり、しかも長寿命となる。
The ceramic material constituting the outer ring and the ceramic material constituting the rolling element may be the same or different.
The ratio of the fracture toughness value to the Vickers hardness of the ceramic material constituting the mover, the support and the rolling element needs to be 0.25 or more, more preferably 0.35 or more, and More preferably, it is 40 or more. By doing so, cracks are less likely to propagate on the surface or inside of the ceramic material, so that peeling and wear are less likely to occur. Therefore, the rolling device and the rolling bearing can be operated even under higher load conditions, and have a longer life.

セラミック材料の破壊靱性値とビッカース硬さとの比が0.25未満であり、比強度が1.2×10mm未満であると、表面や内部の欠陥を起点としてクラックが伝播しやすくなるため、摩耗粉が多量に発生したり割れが生じたりして、転がり軸受等の転動装置の寿命が短くなる場合がある。
本発明において使用可能なセラミック材料は、特に限定されるものではなく、窒化ケイ素(Si)系、ジルコニア(ZrO)系、アルミナ(Al)系、炭化ケイ素(SiC)系、窒化アルミニウム(AlN)系、炭化ホウ素(BC)系、ホウ化チタン(TiB)系、窒化ホウ素(BN)系、炭化チタン(TiC)系、窒化チタン(TiN)系、あるいは、これらのうち2種以上を複合させたセラミック系複合材料などを例示できる。
If the ratio between the fracture toughness value of the ceramic material and the Vickers hardness is less than 0.25 and the specific strength is less than 1.2 × 10 7 mm, cracks are likely to propagate from the surface and internal defects. In some cases, a large amount of wear powder is generated or cracks occur, and the life of a rolling device such as a rolling bearing is shortened.
The ceramic material that can be used in the present invention is not particularly limited, and silicon nitride (Si 3 N 4 ), zirconia (ZrO 2 ), alumina (Al 2 O 3 ), and silicon carbide (SiC) Aluminum nitride (AlN), boron carbide (B 4 C), titanium boride (TiB 2 ), boron nitride (BN), titanium carbide (TiC), titanium nitride (TiN), or these Examples thereof include ceramic composite materials in which two or more of them are combined.

また、本発明に使用されるセラミック材料は、破壊靱性や機械的強度などを向上させるために、繊維状充填材を配合することができる。繊維状充填材の種類は特に限定されるものではないが、炭化ケイ素ウィスカー、窒化ケイ素ウィスカー、アルミナウィスカー、窒化アルミニウムウィスカー等を例示できる。
なお、セラミック材料の破壊靱性値には、セラミック材料の平坦面を対象に、JIS R1607のIF法に基づいて算出された破壊靱性値を用いる。また、ビッカース硬さには、セラミック材料の平坦面を対象に、JISR1610に基づいて測定した値を用いる。
The ceramic material used in the present invention can be blended with a fibrous filler in order to improve fracture toughness, mechanical strength, and the like. The type of fibrous filler is not particularly limited, and examples thereof include silicon carbide whiskers, silicon nitride whiskers, alumina whiskers, and aluminum nitride whiskers.
As the fracture toughness value of the ceramic material, the fracture toughness value calculated based on the IF method of JIS R1607 for the flat surface of the ceramic material is used. In addition, as the Vickers hardness, a value measured based on JIS R1610 for a flat surface of a ceramic material is used.

さらに、本発明の転動装置としては、転がり軸受の他、リニアガイド装置,ボールねじ,直動ベアリング等があげられる。転動装置が転がり軸受の場合は、回転輪(通常は外輪)が可動子に相当し、固定輪(通常は内輪)が支持体に相当する。また、転動装置がリニアガイド装置の場合は、スライダまたは案内レールが可動子に相当し、案内レールまたはスライダが支持体に相当する。また、転動装置がボールねじの場合は、ナットが可動子に相当し、ねじ軸が支持体に相当する。そして、転動装置が直動ベアリングの場合は、外筒が可動子に相当し、軸が支持体に相当する。   Furthermore, examples of the rolling device of the present invention include a linear guide device, a ball screw, a linear motion bearing and the like in addition to a rolling bearing. When the rolling device is a rolling bearing, the rotating wheel (usually the outer ring) corresponds to the mover, and the fixed wheel (usually the inner ring) corresponds to the support. When the rolling device is a linear guide device, the slider or guide rail corresponds to a mover, and the guide rail or slider corresponds to a support. When the rolling device is a ball screw, the nut corresponds to the mover and the screw shaft corresponds to the support. When the rolling device is a linear motion bearing, the outer cylinder corresponds to a mover and the shaft corresponds to a support.

本発明の別の実施形態において、前記転動体と前記可動子の常温時における線膨張係数の比が0.45以下であり、前記転動体と前記支持体の常温時における線膨張係数の比が0.45以下である。ここで、上記常温とは、例えば20℃を考えれば良い。
本発明の別の好適な実施形態において、前記転動体は、破壊靭性値(MPa・m1/2)とビッカース硬さ(GPa)との比が0.40以上、好ましくは0.425以上で、かつ比強度が1.2×10mm以上のセラミック材料から形成されている。
In another embodiment of the present invention, the ratio of the linear expansion coefficient of the rolling element and the mover at normal temperature is 0.45 or less, and the ratio of the linear expansion coefficient of the rolling element to the support is normal temperature. 0.45 or less. Here, the normal temperature may be 20 ° C., for example.
In another preferred embodiment of the present invention, the rolling element has a ratio of the fracture toughness value (MPa · m 1/2 ) to the Vickers hardness (GPa) of 0.40 or more, preferably 0.425 or more. And a specific strength of 1.2 × 10 7 mm or more.

上記転動体は、好ましくは、破壊靭性値(MPa・m1/2)とビッカース硬さ(GPa)との比が0.40以上で、かつ比強度が1.2×10mm以上の超硬合金(タングステン(W)の炭化物粉末を鉄、コバルト、ニッケルなどの鉄族金属を用いて焼結結合した合金)から形成されている。
転動体と可動子および転動体と支持体の常温時における線膨張係数の比が共に0.45以下である場合には、高速回転になり発熱が多い条件下でも、転動体の熱膨張量が相対的に内輪および外輪の熱膨張量より格段に小さい。このため、温度勾配に起因する予圧増加を効果的に軽減することができ、高速回転下で発熱が多くなる条件下においても焼付が生じにくくなり、高速条件下で回転できるとともに、高速回転下で長期間作動することができる(図27参照)。
Preferably, the rolling element preferably has a ratio of fracture toughness value (MPa · m 1/2 ) to Vickers hardness (GPa) of 0.40 or more and a specific strength of 1.2 × 10 7 mm or more. It is formed of a hard alloy (an alloy obtained by sintering and bonding tungsten (W) carbide powder using an iron group metal such as iron, cobalt, or nickel).
When the ratio of the linear expansion coefficients of the rolling element and the movable element and the rolling element and the support at normal temperature are both 0.45 or less, the thermal expansion amount of the rolling element is high even under conditions of high speed rotation and high heat generation. Relatively smaller than the thermal expansion amount of the inner ring and the outer ring. For this reason, it is possible to effectively reduce the increase in preload due to the temperature gradient, making it difficult for seizure to occur even under conditions where heat generation increases under high speed rotation, and it is possible to rotate under high speed conditions and under high speed rotation. It can operate for a long time (see FIG. 27).

さらに、上記支持体の線膨張係数に対する上記転動体の線膨張係数の比が0.40以下である場合には、さらに転動体の熱膨張量を効果的に抑制することができる。
ただし、工業的に実施できる範囲で、軸受などの転動装置として必要な強度を考慮すると、線膨張係数比の下限は0.2であると思われるが、すきま低減防止等の点からすると小さい方が好ましいので、0.2以上に限定されるものではない。
Furthermore, when the ratio of the linear expansion coefficient of the rolling element to the linear expansion coefficient of the support is 0.40 or less, the amount of thermal expansion of the rolling element can be further effectively suppressed.
However, the lower limit of the linear expansion coefficient ratio is considered to be 0.2 in consideration of the strength required for rolling devices such as bearings in a range that can be implemented industrially, but is small in terms of preventing clearance reduction. Therefore, it is not limited to 0.2 or more.

一方、常温における上記可動子の線膨張係数に対する上記転動体の線膨張係数の比、および、上記支持体の線膨張係数に対する上記転動体の線膨張係数の比が0.45を超える場合には、温度勾配に起因する予圧増加を緩和することが十分できなくなり、高速回転条件下で発熱が多くなる場合には、すきまが過少になり、焼き付いたり、寿命が極端に短くなる場合がある。   On the other hand, when the ratio of the linear expansion coefficient of the rolling element to the linear expansion coefficient of the mover at room temperature and the ratio of the linear expansion coefficient of the rolling element to the linear expansion coefficient of the support exceed 0.45 When the increase in preload due to the temperature gradient cannot be sufficiently mitigated and heat generation increases under high-speed rotation conditions, the clearance may become too small, resulting in seizure and extremely short life.

上記転動体は、ビッカース硬さ(GPa)に対する破壊靭性値(MPa・m1/2)の比が0.40以上、かつ比強度が1.2×10mm以上のセラミック材料あるいは超硬合金であることが好ましい。上記転動体は、ビッカース硬さに対する破壊靭性値の比が0.40以上、かつ比強度が1.2×10mm以上のセラミック材料あるいは超硬合金である場合には、高速回転条件下で大きな遠心力が転動体にかかっても、セラミック材料若しくは超硬合金からなる転動体の表面あるいは内部においてクラックが発生しにくく、伝播しにくいため、はく離や摩耗が生じ難く、凝着しにくいことから、より高速回転条件下で作動することができるとともに、高速回転条件下でも長寿間作動することができる(図28参照)。 The rolling element is a ceramic material or cemented carbide with a ratio of fracture toughness value (MPa · m 1/2 ) to Vickers hardness (GPa) of 0.40 or more and a specific strength of 1.2 × 10 7 mm or more. It is preferable that When the rolling element is a ceramic material or cemented carbide having a fracture toughness ratio to Vickers hardness of 0.40 or more and a specific strength of 1.2 × 10 7 mm or more, the rolling element is subjected to high-speed rotation conditions. Even if a large centrifugal force is applied to the rolling elements, cracks do not easily occur or propagate on the surface or inside of the rolling elements made of ceramic material or cemented carbide. In addition to being able to operate under higher speed rotation conditions, it is also possible to operate for a longer life under higher speed rotation conditions (see FIG. 28).

本発明の別の実施形態において、前記可動子または前記支持体は、直動案内装置の案内レールであり、該案内レールは、セラミック材料、サーメット、超硬合金のうち何れか1種類の材料から形成され、かつ0.5μmRa以下の表面粗さで仕上げられた平面部を有している。
上記のように、案内レールをセラミック材料若しくはサーメット又は超硬合金で形成することにより、例えば案内レールの一端部に実装装置の電子部品吸着ヘッドを取り付け、該ヘッドが1サイクルを0.2秒以下の高速で上下動する場合やドラムに取り付けられて公転する場合でも加速度やヘッド重量等によって発生する慣性力に対して十分な強度を有する案内レールを得ることができる。また、案内レールの各平面部を0.5μmRa以下の表面粗さで仕上げることにより、案内レール表面の微小な凹凸による応力集中が軽減されるため、レール自重やヘッド重量などによって発生する慣性力に対して十分な強度を有する案内レールを得ることができる。
In another embodiment of the present invention, the mover or the support is a guide rail of a linear guide device, and the guide rail is made of any one material of ceramic material, cermet, and cemented carbide. The flat portion is formed and finished with a surface roughness of 0.5 μmRa or less.
As described above, the guide rail is formed of a ceramic material, cermet or cemented carbide, for example, an electronic component suction head of a mounting device is attached to one end of the guide rail, and the head takes 0.2 cycle or less for one cycle. Even when moving up and down at a high speed or when revolving by being attached to a drum, a guide rail having sufficient strength against the inertial force generated by acceleration, head weight or the like can be obtained. Also, by finishing each flat part of the guide rail with a surface roughness of 0.5 μmRa or less, stress concentration due to minute irregularities on the surface of the guide rail is reduced, so that the inertial force generated by the rail's own weight or head weight is reduced. A guide rail having sufficient strength can be obtained.

この場合、案内レールを構成するセラミック材料は、2×10mm以上の比強度を有するものが好ましい。サーメット又は超硬合金の場合は、1.7×10mm以上の比強度を有するものが好ましい。サーメット及び超硬合金は、破壊靭性値がセラミック材料より大きく、破損し難いため、上記の比強度とした。また、サーメット又は超硬合金の比強度は1.95×10mm以上がより好ましく、市場の調達性からは2.8×10mm以下が望ましいが、特に限定されるものではない。以上により、より十分な強度を有する案内レールを得ることができる。 In this case, it is preferable that the ceramic material constituting the guide rail has a specific strength of 2 × 10 7 mm or more. In the case of cermet or cemented carbide, one having a specific strength of 1.7 × 10 7 mm or more is preferable. Cermet and cemented carbide have a fracture toughness value larger than that of the ceramic material and are not easily damaged. Further, the specific strength of the cermet or the cemented carbide is more preferably 1.95 × 10 7 mm or more, and 2.8 × 10 7 mm or less is desirable from the viewpoint of market procurement, but it is not particularly limited. As described above, a guide rail having a sufficient strength can be obtained.

また、案内レールの各平面部を0.5μmRa以下の表面粗さで仕上げることにより、案内レール表面の微小な凹凸による応力集中が軽減されるため、レール自重やヘッド重量などによって発生する慣性力に対して十分な強度を有する案内レールを得ることができる。この場合、案内レールの平面部への仕上げ研削は、その研削目が案内レールの長手方向すなわち慣性力による曲げモーメントに対して垂直な方向に残るように行うことが望ましいが、案内レールの中間部に取付け部品との干渉を避けるために切欠き部等が形成され、研削目がやむを得ず案内レールの幅方向となる場合には、案内レールの平面部を0.3μmRa以下の表面粗さで仕上げることが好ましい。なお、案内レールの平面部を例えば0.05μmRa以下の表面粗さで仕上げると、案内レールの強度に対して平面部の表面粗さによる影響がほとんど無視できるレベルになる。このため、0.05μmRa以下の表面粗さは、単にコストアップの要因となるので、案内レール平面部の仕上げ粗さの範囲としては、0.5μmRa〜0.05μmRa、好ましくは0.3μmRa〜0.05μmRaとすることが望ましい。   Also, by finishing each flat part of the guide rail with a surface roughness of 0.5 μmRa or less, stress concentration due to minute irregularities on the surface of the guide rail is reduced, so inertial force generated by the rail's own weight or head weight is reduced. A guide rail having sufficient strength can be obtained. In this case, it is desirable that finish grinding on the flat portion of the guide rail is performed so that the ground line remains in the longitudinal direction of the guide rail, that is, in a direction perpendicular to the bending moment due to inertial force. When notches are formed to avoid interference with mounting parts, and the grinding line is unavoidably in the width direction of the guide rail, the flat surface of the guide rail should be finished with a surface roughness of 0.3 μmRa or less. Is preferred. Note that if the flat portion of the guide rail is finished with a surface roughness of, for example, 0.05 μmRa or less, the influence of the surface roughness of the flat portion on the strength of the guide rail is almost negligible. For this reason, a surface roughness of 0.05 μmRa or less simply increases the cost. Therefore, the finish roughness range of the guide rail flat portion is 0.5 μmRa to 0.05 μmRa, preferably 0.3 μmRa to 0. .05 μm Ra is desirable.

前記案内レールを構成するセラミック材料は、好適には、5MPa・m0.5以上の破壊靭性値と46W/m・K以上の熱伝導率とを有している。
前記案内レールを構成する前記セラミック材料は、好適には、窒化ケイ素を主成分とするセラミック材料であって、焼結体内に含まれる粒界相中の結晶質相の割合が10体積%以上である。
The ceramic material constituting the guide rail preferably has a fracture toughness value of 5 MPa · m 0.5 or more and a thermal conductivity of 46 W / m · K or more.
The ceramic material constituting the guide rail is preferably a ceramic material mainly composed of silicon nitride, and the ratio of the crystalline phase in the grain boundary phase contained in the sintered body is 10% by volume or more. is there.

レール素材として、高熱伝導性のセラミック材料を使用することにより、摺動面で発生した熱を外部に放出し、レール素材の温度上昇を効果的に抑制することができる。また、これと同時に、レール溝表面と転動体の接触面でも温度上昇を抑制できる。したがって、レール全体の熱膨張や内部予圧量の減少を引き起こす転動体の摩耗などの短期的、長期的な位置決め精度劣化の課題を解決できる。特に、レール素材の熱伝導率が46W/m・K以上、さらに好ましくは72W/m・K以上であると、レール以外の部分(転動体、スライダ等)を軸受鋼(熱伝導率:46W/m・K)で形成した場合においてもレール自身が断熱源となって熱伝導を阻害するようなことがない。ただし、レールのみの熱伝導率が特に良好であっても転動体やスライダなどの他の部品の熱伝導率があまり良くない場合には効果が少ないため、レール素材の熱伝導率の上限値は100W/m・Kまでが好ましいが、特に限定されるものではない。   By using a high thermal conductivity ceramic material as the rail material, the heat generated on the sliding surface can be released to the outside, and the temperature rise of the rail material can be effectively suppressed. At the same time, temperature rise can be suppressed at the contact surface between the rail groove surface and the rolling element. Therefore, it is possible to solve the short-term and long-term positioning accuracy degradation problems such as the thermal expansion of the entire rail and the wear of the rolling elements that cause a decrease in the amount of internal preload. In particular, when the thermal conductivity of the rail material is 46 W / m · K or more, and more preferably 72 W / m · K or more, the portion other than the rail (rolling element, slider, etc.) is replaced with bearing steel (thermal conductivity: 46 W / Even in the case of m · K), the rail itself does not become a heat insulation source and does not disturb the heat conduction. However, even if the thermal conductivity of only the rail is particularly good, the effect is low if the thermal conductivity of other parts such as rolling elements and sliders is not very good, so the upper limit of the thermal conductivity of the rail material is Although it is preferably up to 100 W / m · K, it is not particularly limited.

ここで、こうした高熱伝導性のセラミックスをレール素材とする場合には、レール素材の破壊靭性値を5MPa・m0.5以上とするのが良い。レール素材の破壊靭性値が5MPa・m0.5以上であれば、直動案内装置の作動中に案内レールに作用する繰り返し荷重などに対して破損することなく使用できる。特に、使用環境が厳しい場合には、レール素材の破壊靭性値を6MPa・m0.5以上とすることが好ましい。また、市場の調達性や曲げ強度との兼ね合いなどにより、破壊靭性値の上限値は8MPa・m0.5までが望ましいが、特に限定されるものではない。また、同時に上記比強度が2.0×10mm以上である窒化ケイ素をレール素材として用いれば、上記の用途において好適に利用できる。 Here, when such a high thermal conductive ceramic is used as a rail material, the fracture toughness value of the rail material is preferably 5 MPa · m 0.5 or more. When the fracture toughness value of the rail material is 5 MPa · m 0.5 or more, the rail material can be used without being damaged by repeated loads acting on the guide rail during operation of the linear motion guide device. In particular, when the use environment is severe, the fracture toughness value of the rail material is preferably 6 MPa · m 0.5 or more. Further, the upper limit value of the fracture toughness value is desirably up to 8 MPa · m 0.5 depending on the balance with market procurement and bending strength, but is not particularly limited. At the same time, if silicon nitride having a specific strength of 2.0 × 10 7 mm or more is used as a rail material, it can be suitably used in the above applications.

これら窒化ケイ素焼結体の熱伝導性を向上させるためには、焼結体内の格子振動の伝播を阻害する要因、すなわち粒界、欠陥、結晶構造などを最適化する必要がある。
例えば、特開平9−165265号公報では、窒化ケイ素結晶粒を一方向に配列させて特定方向の熱伝導率を改善したものが提案されている。また、同様に特開平9−157030号公報には、短軸径を2μm以上として粒界を減少させ、さらに結晶粒に配向性を持たせた素材が提案されている。
ここで、極端な結晶粒サイズの拡大は、レール素材の強度劣化を引き起こすため、軸受部材として要求される強度が保たれる範囲内とする必要がある。
In order to improve the thermal conductivity of these silicon nitride sintered bodies, it is necessary to optimize factors that hinder the propagation of lattice vibration in the sintered body, that is, grain boundaries, defects, crystal structures, and the like.
For example, Japanese Patent Laid-Open No. 9-165265 proposes a method in which silicon nitride crystal grains are arranged in one direction to improve the thermal conductivity in a specific direction. Similarly, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-157030 proposes a material in which the minor axis diameter is set to 2 μm or more to reduce the grain boundary and the crystal grains have orientation.
Here, since the extreme enlargement of the crystal grain size causes the strength deterioration of the rail material, it is necessary to set the strength within the range required for the bearing member.

また、さらに好適な高熱伝導性の窒化ケイ素を主成分とするセラミック材料を得るためには、内部欠陥を減少させるか、その結晶構造を最適化することが望ましい。
内部欠陥として特に有害なものは焼結時に焼結体内部に残存する空孔であり、これらが焼結体内部に多量に存在すると焼結体の熱伝導率が著しく低下する。したがって、上記のような用途で使用する窒化ケイ素において、空孔率を低減することにより熱伝導率を増加させる効果が得られる。特に、焼結体内部の空孔率を2%以下にすると、軸受の振動を発生することなく好適に使用でき、また、熱伝導率も効果的に増大させることができる。このとき、空孔率を低減するためには、セラミック材料をHIP焼結法、ガス圧焼結法などの加圧焼結によって焼結するのが望ましい。
Moreover, in order to obtain a more preferable ceramic material mainly composed of high thermal conductivity silicon nitride, it is desirable to reduce internal defects or optimize the crystal structure.
Particularly harmful as internal defects are vacancies remaining in the sintered body during sintering, and if these are present in a large amount in the sintered body, the thermal conductivity of the sintered body is significantly lowered. Therefore, in the silicon nitride used for the above applications, the effect of increasing the thermal conductivity can be obtained by reducing the porosity. In particular, when the porosity inside the sintered body is 2% or less, it can be suitably used without generating vibration of the bearing, and the thermal conductivity can be effectively increased. At this time, in order to reduce the porosity, it is desirable to sinter the ceramic material by pressure sintering such as HIP sintering or gas pressure sintering.

窒化ケイ素の熱伝導率を低下させる要因としては、結晶粒界に存在する焼結助剤相の影響が考えられ、焼結助剤としては、一般に、Al、MgO、CeOなどの金属酸化物及びY、Yb、Laなどの希土類酸化物の中から選択され、焼結体全体の20体積%を上限として添加される場合が多い。特に、Al−Y系のものやAl−MgOのものが多く、これらは非晶質の状態で焼結体の粒界に存在している。ここで、一般に非晶質構造の固体は格子振動が伝播し難く、熱伝導率が低い。従って、これらを粒界中に多量に有する窒化ケイ素は熱伝導率が低くなる。逆に、焼結助剤部分の結晶化度を高めることにより、焼結助剤部分での熱伝導性を改善し、高熱伝導性の窒化ケイ素を得ることができる。焼結助剤の結晶化度を高めるためには、焼結後の冷却速度を調整すればよい。すなわち、冷却速度が速いと焼結助剤成分の原子配列が間に合わず、高温状態である非晶質をそのまま引き継いだ形で常温相を構成するが、冷却速度を遅くすれば、結晶化の進んだ常温相となる。このとき、さらに熱伝導率を向上させるためには、助剤成分として、La、Ce、Pr、Nd、Ho等のランタノイド糸列から選ばれた酸化物を加えるとよい。 Factors that reduce the thermal conductivity of silicon nitride, the influence of the sintering aid phase present at the grain boundaries is considered as the sintering aid, in general, Al 2 O 3, MgO, a metal such as CeO It is often selected from oxides and rare earth oxides such as Y 2 O 3 , Yb 2 O 3 , La 2 O 3, and 20% by volume of the entire sintered body is added as the upper limit. In particular, there are many Al 2 O 3 —Y 2 O 3 -based ones and Al 2 O 3 —MgO ones, which are present in the grain boundary of the sintered body in an amorphous state. Here, in general, solids having an amorphous structure are difficult to propagate lattice vibration and have low thermal conductivity. Accordingly, silicon nitride having a large amount of these in the grain boundary has a low thermal conductivity. Conversely, by increasing the crystallinity of the sintering aid portion, the thermal conductivity in the sintering aid portion can be improved and high thermal conductivity silicon nitride can be obtained. In order to increase the crystallinity of the sintering aid, the cooling rate after sintering may be adjusted. In other words, if the cooling rate is high, the atomic arrangement of the sintering aid component is not in time, and the room temperature phase is formed by taking over the amorphous material in the high temperature state as it is. It becomes a room temperature phase. At this time, in order to further improve the thermal conductivity, an oxide selected from lanthanoid yarns such as La, Ce, Pr, Nd, and Ho may be added as an auxiliary component.

また、案内レールにヘッド等を取り付けるための切欠き部が形成されている場合には、切欠き部の角部を0.1mm以上の曲率半径とすることにより、切欠き部の角部に集中する応力を軽減することができる。また、ヘッドや試験機への取り付けのために必要な切欠き部やレールの断面積変化については、可能な限り鋭角な角度を作成することなく、例えば形状係数を5以下とすることによって、慣性力による角部への応力集中を軽減できる。ここで、形状係数を低くする手法としては、切欠き部の角部を円弧状に形成する方法が一般的であるが、形状係数を5以下とするためには、切欠き部の角部を0.1mm以上、好ましくは0.3mm以上の曲率半径で形成することが望ましい。なお、角部の曲率半径が大き過ぎると、案内レールに取り付けられる部品と干渉するため、角部の曲率半径は最大でも1mm以下とすることが望ましく、このときの形状係数は1〜2程度となる。また、その他に応力集中を軽減する方法としては、切欠き部の底に面取りを形成する方法や、切欠き角度を大きくする方法などがあるが、部品取付けに問題がなければいずれの方法でも構わない。   In addition, when a notch for attaching a head or the like is formed on the guide rail, the corner of the notch is set to have a radius of curvature of 0.1 mm or more to concentrate on the corner of the notch. To reduce the stress. In addition, regarding the change in the cross-sectional area of the notch and the rail necessary for mounting to the head and the testing machine, the inertia is obtained by setting the shape factor to 5 or less, for example, without creating an acute angle as much as possible. Stress concentration on the corners due to force can be reduced. Here, as a method of reducing the shape factor, a method of forming the corner of the notch in an arc shape is common, but in order to reduce the shape factor to 5 or less, the corner of the notch is reduced. It is desirable to form with a radius of curvature of 0.1 mm or more, preferably 0.3 mm or more. If the radius of curvature of the corner is too large, it interferes with the parts attached to the guide rail. Therefore, it is desirable that the radius of curvature of the corner is 1 mm or less at the maximum, and the shape factor at this time is about 1-2. Become. As other methods for reducing stress concentration, there are a method of forming a chamfer at the bottom of the notch and a method of increasing the notch angle. Absent.

また、案内レールを構成するセラミック材料としては、窒化ケイ素、ジルコニア、アルミナ、炭化ケイ素、硼化チタンなどの他に、これらの複合燒結体を用いることができ、中でも窒化ケイ素は剛性が高く、高い破壊靭性値を有するので特に好ましい。この場合の窒化ケイ素素材は、その破壊靭性値が5MPa・m0.5以上で、硬度が12GPa以上であれば、破壊強度的にもさらに好適に用いることができる。 In addition to silicon nitride, zirconia, alumina, silicon carbide, titanium boride, etc., these composite sintered bodies can be used as the ceramic material constituting the guide rail. Among these, silicon nitride has high rigidity and high strength. This is particularly preferable because it has a fracture toughness value. In this case, if the fracture toughness value is 5 MPa · m 0.5 or more and the hardness is 12 GPa or more, the silicon nitride material can be used more suitably in terms of fracture strength.

窒化ケイ素はHIP法、ガス圧燒結法などの加圧燒結により得られ、平均値で幅3μm以下、長さ4μm以上の柱状に成長した柱状結晶が窒化ケイ素粒全体の70%以上、好ましくは90%以上であるものが良いが、比強度の条件を満たす材料であれば常圧燒結のものでも構わない。また、助剤成分としては、AlやMgO、CeOなどの金属酸化物またはY、Yb、Laなどの希土類酸化物の中から選択され、燒結体全体の20wt%を上限として添加されたものを用いることができる。また、素材内部の空孔および異物等の欠陥は円相当径で50μm以下、好ましくは20μm以下とすれば、局所的な素材強度劣化を抑制し素材の信頼性を向上させることができる。 Silicon nitride is obtained by pressure sintering such as HIP method, gas pressure sintering method, etc., and columnar crystals grown in a columnar shape having an average width of 3 μm or less and a length of 4 μm or more are 70% or more of the entire silicon nitride grains, preferably 90 However, any material that satisfies the condition of specific strength may be sintered at normal pressure. Further, the auxiliary component is selected from metal oxides such as Al 2 O 3 , MgO and CeO or rare earth oxides such as Y 2 O 3 , Yb 2 O 3 and La 2 O 3, and the entire sintered body The one added up to the upper limit of 20 wt% can be used. Further, if defects such as vacancies and foreign matters inside the material have an equivalent circle diameter of 50 μm or less, preferably 20 μm or less, local material strength deterioration can be suppressed and the reliability of the material can be improved.

本発明の好適な実施形態において、転動体は該転動体の表面を被覆する硬質被膜を有し、硬質被膜は0.1μm〜5.0μmの膜厚を有している。
転動体の表面に0.1μm〜5.0μmの膜厚を有する硬質被膜を形成して転動体の表面を前記硬質被膜で被覆すると、転動体の耐摩耗性が向上し、直動案内装置の初期設定予圧が長期にわたって保たれるので、案内レールの剛性を低下させることなく所要の位置決め精度を長期間にわたって確保することができる。
In a preferred embodiment of the present invention, the rolling element has a hard film covering the surface of the rolling element, and the hard film has a thickness of 0.1 μm to 5.0 μm.
When a hard coating having a film thickness of 0.1 μm to 5.0 μm is formed on the surface of the rolling element and the surface of the rolling element is coated with the hard coating, the wear resistance of the rolling element is improved, and the linear motion guide device Since the initial setting preload is maintained over a long period of time, the required positioning accuracy can be ensured over a long period of time without reducing the rigidity of the guide rail.

ここで、硬質被膜の膜厚を0.1μm〜5.0μmとした理由は、硬質被膜の膜厚が0.1μm未満の場合には転動体を構成する母材金属の縦弾性係数(ヤング率)と硬質被膜のそれとの間に大きな差異があり、これにより硬質被膜の剥離や脱落等が容易に起こり、硬質被膜の剥離片によって転動体転動溝や転動体の表面にチッピング等の異常摩耗が生じる可能性があるためである。また、硬質被膜の膜厚が5.0μmを超える場合には、硬質被膜の内部応力が大きくなる。これにより、硬質被膜が転動体の表面から剥離し易くなり、硬質被膜の剥離片によって転動体転動溝や転動体の表面にチッピング等の異常摩耗が生じる可能性があるためである。従って、転動体の表面に形成される硬質被膜の膜厚としては、0.1μm〜5.0μm、好ましくは0.5μm〜5.0μmの範囲内であることが望ましい。   Here, the reason why the film thickness of the hard coating is 0.1 μm to 5.0 μm is that, when the film thickness of the hard coating is less than 0.1 μm, the longitudinal elastic modulus (Young's modulus) of the base metal constituting the rolling element ) And that of the hard coating, which causes the hard coating to peel off or drop off easily, and the hard coating strips cause abnormal wear such as chipping on the rolling element rolling grooves and rolling element surface. This is because there is a possibility of occurrence. Moreover, when the film thickness of a hard film exceeds 5.0 micrometers, the internal stress of a hard film becomes large. This is because the hard coating is easily peeled off from the surface of the rolling element, and abnormal wear such as chipping may occur on the rolling element rolling groove and the surface of the rolling element due to the peeling piece of the hard coating. Therefore, the film thickness of the hard coating formed on the surface of the rolling element is desirably in the range of 0.1 μm to 5.0 μm, preferably 0.5 μm to 5.0 μm.

前記硬質被膜はTiN、TiC、TiAlN、TiCN、Cr、Cr、CrN、WC、BC、cBN、CN、TaC、TaN、ZrN、ダイヤモンドライクカーボンおよびダイヤモンドのうち少なくとも一種類の材料からなり、このように硬質被膜をTiN、TiC、TiAlN、TiCN、Cr、Cr、CrN、WC、BC、cBN、CN、TaC、TaN、ZrN、ダイヤモンドライクカーボンおよびダイヤモンドのうち少なくとも一種類の材料から構成したことにより、硬質被膜の耐摩耗性が向上するので、転動体の摩耗を効果的に抑制することができる。 The hard coating is at least one of TiN, TiC, TiAlN, TiCN, Cr 7 C 3 , Cr 2 O 3 , CrN, WC, B 4 C, cBN, CN, TaC, TaN, ZrN, diamond-like carbon, and diamond. In this way, the hard film is made of TiN, TiC, TiAlN, TiCN, Cr 7 C 3 , Cr 2 O 3 , CrN, WC, B 4 C, cBN, CN, TaC, TaN, ZrN, diamond-like carbon In addition, since the wear resistance of the hard coating is improved by using at least one material of diamond and diamond, the wear of the rolling elements can be effectively suppressed.

ここで、転動体の表面に硬質被膜を形成する方法としては、たとえばプラズマCVD、熱CVD、光CVD等の各種CVD、イオンプレーティング法(ホロカソード方式およびアーク方式)、スパッタリング、イオンビーム形成法、イオン化蒸着法などの種々の方法を用いることができ、イオンプレーティング法を用いて転動体の表面に硬質被膜を形成する場合には、例えばチャンバー内を10−4Pa以下に排気した後、イオンボンバードにより転動体表面のクリーニングを行った後、転動体表面の温度を400℃〜500℃とし、ターゲット(例えば、Ti系被膜の場合はTi材、Cr系被膜の場合はCr材、ダイヤモンドライクカーボン被膜あるいはダイヤモンド被膜の場合はグラファイトなど)に−200V〜−300Vのバイアス電圧を印加し、放電電流を80A〜150Aとして、必要に応じてプロセスガス(例えば、窒化物の場合は窒素ガス、炭化物の場合はCH等のメタンガス)をチャンバー内に導入して硬質被膜を成膜することができる。 Here, as a method of forming a hard film on the surface of the rolling element, for example, various CVD such as plasma CVD, thermal CVD, photo CVD, ion plating method (holo cathode method and arc method), sputtering, ion beam forming method, Various methods such as ionized vapor deposition can be used. When a hard film is formed on the surface of the rolling element using the ion plating method, for example, after evacuating the chamber to 10 −4 Pa or less, After the rolling element surface is cleaned by bombardment, the temperature of the rolling element surface is set to 400 ° C. to 500 ° C., and the target (for example, Ti material in the case of Ti-based coating, Cr material in the case of Cr-based coating, diamond-like carbon) -200V to -300V vias for graphite or diamond coatings) Applying a voltage, the discharge current as 80A~150A, a process gas (e.g., nitrogen gas in the case of nitrides, in the case of carbides methane such as CH 4) as necessary to introduce into the chamber a hard coating A film can be formed.

また、プラズマCVDを用いて転動体の表面にダイヤモンドライクカーボン被膜あるいはダイヤモンド被膜を形成する場合には、アルゴンガスで転動体の表面をボンバード(ドライクリーニング)処理した後、テトラメチルシランガスをイオンガスでプラズマ化して転動体の表面に中間層を形成し、続いてチャンバー内にベンゼンを導入し、チャンバー内に導入されたベンゼンをイオンガスでプラズマ化することにより、転動体の表面にダイヤモンドライクカーボン被膜あるいはダイヤモンド被膜を形成することができる。この場合、ダイヤモンドライクカーボン被膜あるいはダイヤモンド被膜中に、タングステン、チタン、クロム、シリコンなどの他の金属を添加してもよい。   When a diamond-like carbon film or a diamond film is formed on the surface of the rolling element using plasma CVD, the surface of the rolling element is bombarded (dry cleaning) with argon gas, and then tetramethylsilane gas is ionized with ion gas. A diamond-like carbon coating is formed on the surface of the rolling element by forming plasma into an intermediate layer on the surface of the rolling element, and subsequently introducing benzene into the chamber, and then plasminizing the benzene introduced into the chamber with ion gas. Alternatively, a diamond coating can be formed. In this case, other metals such as tungsten, titanium, chromium and silicon may be added to the diamond-like carbon film or the diamond film.

本発明の好適な実施形態において、転動体は案内レールの硬さに対して0.6倍〜1.5倍の表面硬さを有している。
転動体の表面硬さを案内レールの硬さに対して0.6倍〜1.5倍の範囲内としたことにより、転動体の摩耗が抑制されると共に案内レール表面の損傷が抑制され、転動体の初期設定予圧が長期にわたって保たれるので、案内レールの剛性低下を招くことなく所要の位置決め精度を長期にわたって確保することができる。
In a preferred embodiment of the present invention, the rolling element has a surface hardness of 0.6 to 1.5 times the hardness of the guide rail.
By setting the surface hardness of the rolling element within the range of 0.6 to 1.5 times the hardness of the guide rail, wear of the rolling element is suppressed and damage to the surface of the guide rail is suppressed. Since the initial setting preload of the rolling element is maintained for a long time, the required positioning accuracy can be ensured for a long time without causing a decrease in the rigidity of the guide rail.

転動体の表面硬さを案内レールの硬さに対して0.6倍〜1.5倍の範囲内とした理由は、次のような理由からである。すなわち、転動体の表面硬さと案内レールの硬さとの比が0.6未満の場合には、転動体の表面硬さが案内レールの表面硬さと比較して低くなる。これにより、転動体表面の摩耗が促進され、予圧が短期間で抜けてしまうため、所要の位置決め精度を長期にわたって維持できない場合がある。逆に、転動体の表面硬さと案内レールの硬さとの比が1.5を超える場合には、転動体の表面硬さが案内レールの表面硬さと比較して硬くなり過ぎるため、案内レールの摩耗やチッピングが著しく増加する場合がある。   The reason why the surface hardness of the rolling element is in the range of 0.6 times to 1.5 times the hardness of the guide rail is as follows. That is, when the ratio of the surface hardness of the rolling element to the hardness of the guide rail is less than 0.6, the surface hardness of the rolling element is lower than the surface hardness of the guide rail. As a result, the wear of the rolling element surface is promoted and the preload is released in a short period of time, so that the required positioning accuracy may not be maintained over a long period of time. On the contrary, when the ratio of the surface hardness of the rolling element to the hardness of the guide rail exceeds 1.5, the surface hardness of the rolling element becomes too hard compared with the surface hardness of the guide rail. Wear and chipping may increase significantly.

転動体の材質としては、転動体の表面硬さが案内レールの硬さに対して0.6倍〜1.5倍の範囲内であれば特に限定されないが、たとえば窒化ケイ素、ジルコニア、アルミナ、炭化ケイ素、窒化アルミニウム、炭化ホウ素、ホウ化チタン、窒化ホウ素、炭化チタン、窒化チタンを主成分とするセラミック材料や、これらを複合させたセラミック複合材料、あるいは周期律表で第IVa族、第Va族および第VIa族のいずれかに属する9種類の金属(例えばW、Mo、Cr、Ta、Nb、V、Hf、Zr、Ti)の炭化物粉末を鉄、コバルト、ニッケルなどの鉄族金属を用いて焼結結合した合金である超硬合金およびサーメット、硬質チタン系合金(Ti−W−TiC系合金)などを好適に用いることができる。   The material of the rolling element is not particularly limited as long as the surface hardness of the rolling element is in the range of 0.6 to 1.5 times the hardness of the guide rail. For example, silicon nitride, zirconia, alumina, Ceramic materials mainly composed of silicon carbide, aluminum nitride, boron carbide, titanium boride, boron nitride, titanium carbide, titanium nitride, ceramic composite materials obtained by combining these materials, or groups IVa and Va in the periodic table Nine kinds of metals belonging to any one of group VIa and group VIa (for example, W, Mo, Cr, Ta, Nb, V, Hf, Zr, Ti) are used as iron group metals such as iron, cobalt, and nickel. Cemented carbide and cermet, which are sintered and bonded, and hard titanium-based alloys (Ti-W-TiC-based alloys) can be preferably used.

また、本発明に用いるセラミック材料は、破壊靭性値や機械的強度などを向上させるために、繊維状充填材を配合してもよい。繊維状充填材としては、特に限定されないが、例えば炭化ケイ素系ウイスカー、窒化ケイ素系ウイスカー、アルミナ系ウイスカー、窒化アルミニウム系ウイスカー等を使用できる。
超硬合金としては、たとえばWC−Co系合金、WC−Cr−Co系合金、WC−TaC−Co系合金、WC−TiC−Co系合金、WC−NbC−Co系合金、WC−TaC−NbC−Co系合金、WC−TiC−TaC−NbC−Co系合金、WC−TiC−TaC−Co系合金、WC−ZrC−Co系合金、WC−TiC−ZrC−Co系合金、WC−TaC−VC−Co系合金、WC−Cr−Co系合金、WC−TiC−Cr−Co系合金などを用いることができ、非磁性であり、耐食性を向上させた超硬合金としては、WC−Ni系合金、WC−Co−Ni系合金、WC−Cr−MoC−Ni系合金、WC−Ti(C,N)−TaC系合金、WC−Ti(C,N)系合金、Cr−Ni系合金などを用いることもできる。
The ceramic material used in the present invention may contain a fibrous filler in order to improve the fracture toughness value and mechanical strength. Although it does not specifically limit as a fibrous filler, For example, a silicon carbide type whisker, a silicon nitride type whisker, an alumina type whisker, an aluminum nitride type whisker, etc. can be used.
As the cemented carbide, for example, WC-Co alloy, WC-Cr 3 C 2 -Co alloy, WC-TaC-Co alloy, WC-TiC-Co alloy, WC-NbC-Co alloy, WC- TaC-NbC-Co alloy, WC-TiC-TaC-NbC-Co alloy, WC-TiC-TaC-Co alloy, WC-ZrC-Co alloy, WC-TiC-ZrC-Co alloy, WC- TaC-VC-Co alloy, WC-Cr 3 C 2 -Co alloy, WC-TiC-Cr 3 C 2 -Co alloy, etc. can be used, and it is non-magnetic and has improved corrosion resistance. Examples of alloys include WC—Ni alloys, WC—Co—Ni alloys, WC—Cr 3 C 2 —Mo 2 C—Ni alloys, WC—Ti (C, N) —TaC alloys, WC—Ti ( C, N) -based alloy, Cr 3 C 2 − Ni-based alloys and the like can also be used.

ここで、WC−Co系合金の代表的な組成としては、W:Co:C=70.41〜91.06wt%:3.0〜25.0wt%:4.59〜5.94wt%であり、WC−TaC−NbC−Co系合金の代表的な組成としては、W:Co:Ta:Nb:C=65.7〜86.3wt%:5.8〜25.0wt%:1.4〜3.1wt%:0.3〜1.5wt%:4.7〜5.8wt%である。また、WC−TiC−TaC−NbC−Co系合金の代表的な組成としては、W:Co:Ta:Ti:Nb:C=65.0〜75.3wt%:6.0〜10.7wt%:5.2〜7.2wt%:3.2〜11.0wt%:1.6〜2.4wt%:6.2〜7.6wt%であり、WC−TaC−Co系合金の代表的な組成としては、W:Co:Ta=53.51〜90.30wt%:3.5〜25.0wt%:0.30〜25.33wt%である。さらに、WC−TiC−Co系合金の代表的な組成としては、W:Co:Ti=57.27〜78.86wt:4.0〜13.0wt%:3.20〜25.59wt%であり、WC−TiC−TaC−Co系合金の代表的な組成としては、W:Co:Ta:Ti:C=47.38〜87.31wt%、3.0〜10.0wt%、0.94〜9.38wt%、0.12〜25.59wt%、5.96〜10.15wt%である。   Here, a typical composition of the WC-Co alloy is W: Co: C = 70.41 to 91.06 wt%: 3.0 to 25.0 wt%: 4.59 to 5.94 wt%. As a typical composition of the WC—TaC—NbC—Co alloy, W: Co: Ta: Nb: C = 65.7 to 86.3 wt%: 5.8 to 25.0 wt%: 1.4 to 3.1 wt%: 0.3 to 1.5 wt%: 4.7 to 5.8 wt%. Moreover, as a typical composition of a WC-TiC-TaC-NbC-Co type alloy, W: Co: Ta: Ti: Nb: C = 65.0-75.3 wt%: 6.0-10.7 wt% : 5.2 to 7.2 wt%: 3.2 to 11.0 wt%: 1.6 to 2.4 wt%: 6.2 to 7.6 wt%, which is a typical WC-TaC-Co alloy The composition is W: Co: Ta = 53.51 to 90.30 wt%: 3.5 to 25.0 wt%: 0.30 to 25.33 wt%. Further, a typical composition of the WC—TiC—Co alloy is W: Co: Ti = 57.27 to 78.86 wt: 4.0 to 13.0 wt%: 3.20 to 25.59 wt%. As a typical composition of the WC—TiC—TaC—Co alloy, W: Co: Ta: Ti: C = 47.38 to 87.31 wt%, 3.0 to 10.0 wt%, 0.94 to 9.38 wt%, 0.12 to 25.59 wt%, 5.96 to 10.15 wt%.

サーメットとしては、TiC−Ni系合金、TiC−Mo−Ni系合金、TiC−Co系合金、TiC−MoC−Ni系合金、TiC−MoC−ZrC−Ni系合金、TiC−MoC−Co系合金、MoC−Ni系合金、Ti(C,N)−MoC−Ni系合金、TiC−TiN−MoC−Ni系合金、TiC−TiN−MoC−Co系合金、TiC−TiN−MoC−TaC−Ni系合金、TiC−TiN−MoC−WC−TaC−Ni系合金、TiC−WC−Ni系合金、Ti(C,N)−WC−Ni系合金、TiC−Mo系合金、Ti(C,N)−Mo系、ホウ化物系(MoB−Ni系、BC/(W,Mo)B系)合金などを用いることができる。ここで、Ti(C,N)−MoC−Ni系合金、Ti(C,N)−WC−Ni系合金およびTi(C,N)−Mo系合金は、TiC−MoC−Ni系合金またはTiC−WC−Ni系合金あるいはTiC−Mo系合金を窒素ガス(N)中で焼結した金属である。 The cermet, TiC-Ni based alloy, TiC-Mo-Ni based alloy, TiC-Co alloy, TiC-Mo 2 C-Ni based alloy, TiC-Mo 2 C-ZrC -Ni based alloy, TiC-Mo 2 C—Co alloy, Mo 2 C—Ni alloy, Ti (C, N) —Mo 2 C—Ni alloy, TiC—TiN—Mo 2 C—Ni alloy, TiC—TiN—Mo 2 C—Co system alloy, TiC-TiN-Mo 2 C -TaC-Ni -based alloy, TiC-TiN-Mo 2 C -WC-TaC-Ni -based alloy, TiC-WC-Ni alloy, Ti (C, N) -WC- Ni-based alloy, TiC-Mo-based alloy, Ti (C, N) -Mo system, boride based (MoB-Ni system, B 4 C / (W, Mo) B 2 system) or the like can be used alloys. Here, Ti (C, N) -Mo 2 C-Ni alloy, Ti (C, N) -WC -Ni -based alloy and Ti (C, N) -Mo based alloy, TiC-Mo 2 C-Ni It is a metal obtained by sintering a titanium alloy, a TiC-WC-Ni alloy, or a TiC-Mo alloy in nitrogen gas (N 2 ).

サーメットの代表的な組成としては、TiC−30%MoC−20%Ni、TiC−19%MoC−24%Ni、TiC−8%MoC−15%Ni、Ti(C,N)−25%MoC−15%Ni、TiC−14%TiN−19%MoC−24%Ni、TiC0.70.3−11%MoC−24%Ni、TiC0.70.3−19%MoC−24%Ni、TiC0.70.3−27%MoC−24%Ni、TiC−20%Mo−15%Ni、TiC−30%Mo−15%Niである。 The typical composition of cermet is TiC-30% Mo 2 C-20% Ni, TiC-19% Mo 2 C-24% Ni, TiC-8% Mo 2 C-15% Ni, Ti (C, N ) -25% Mo 2 C-15 % Ni, TiC-14% TiN-19% Mo 2 C-24% Ni, TiC 0.7 N 0.3 -11% Mo 2 C-24% Ni, TiC 0. 7 N 0.3 -19% Mo 2 C -24% Ni, TiC 0.7 N 0.3 -27% Mo 2 C-24% Ni, TiC-20% Mo-15% Ni, TiC-30% Mo -15% Ni.

本発明の好適な実施形態において、転動体は窒化膜で被覆され、窒化膜はHv800〜Hv1400の硬さを有している。Hv800〜Hv1400の硬さを有する窒化膜で転動体を被覆すると、レール素材の硬度と転動体表面の硬度差が軽減されるので、摩耗の促進を抑制することができる。硬さの異なる材料が摩耗(擦れ合う)する場合、硬さの低い方が塑性変形しやすく、優先的に摩耗され易いため、両者の硬度差をできるだけ小さくすることが好ましい。ここで、窒化膜の硬さがHv800未満の場合には、レール素材との硬度差が大きくなるため、転動体の摩耗が促進される場合がある。また、窒化膜の硬さがHv1400を超える場合には、窒化膜の表面にFeNが生成され、転動体の表面が脆くなる。これにより、使用中に窒化膜の剥離などが生じ、寿命を低下させる場合がある。従って、窒化膜の硬さとしては、Hv800〜Hv1400の範囲内が好ましい。 In a preferred embodiment of the present invention, the rolling element is covered with a nitride film, and the nitride film has a hardness of Hv800 to Hv1400. When the rolling element is covered with a nitride film having a hardness of Hv800 to Hv1400, the difference in hardness between the rail material and the surface of the rolling element is reduced, so that the promotion of wear can be suppressed. When materials having different hardnesses wear (rub against each other), the lower the hardness, the easier the plastic deformation, and the easier the wear. Therefore, it is preferable to make the difference in hardness as small as possible. Here, when the hardness of the nitride film is less than Hv800, the difference in hardness from the rail material becomes large, and thus wear of the rolling elements may be promoted. When the hardness of the nitride film exceeds Hv 1400, Fe 2 N is generated on the surface of the nitride film, and the surface of the rolling element becomes brittle. Thereby, peeling of the nitride film or the like may occur during use, and the life may be reduced. Therefore, the hardness of the nitride film is preferably in the range of Hv800 to Hv1400.

本発明の別の好適な実施形態において、転動体はCr炭化物と炭素とを含む複合炭化物層で被覆され、複合炭化物層はHv1000〜Hv1800の硬さを有している。Hv1000〜Hv1800の硬さを有する複合炭化物層で転動体を被覆すると、案内レール素材の硬度と転動体表面の硬度との硬度差が低減されるので、転動体表面や転動体転動溝表面の摩耗が促進されることを抑制できる。硬さが異なる材料が摩耗する場合、硬さの低いほうが塑性変形し易く、その結果、優先的に摩耗され易いため、両者の硬度差をできるだけ小さくすることが好ましい。   In another preferred embodiment of the present invention, the rolling element is coated with a composite carbide layer containing Cr carbide and carbon, and the composite carbide layer has a hardness of Hv1000 to Hv1800. When a rolling element is coated with a composite carbide layer having a hardness of Hv1000 to Hv1800, the difference in hardness between the hardness of the guide rail material and the hardness of the rolling element surface is reduced, so that the rolling element surface and the rolling element rolling groove surface It can suppress that wear is accelerated. When materials having different hardness are worn, the lower the hardness, the easier the plastic deformation occurs. As a result, the material is easily worn preferentially. Therefore, it is preferable to make the difference in hardness as small as possible.

ここで、複合炭化物層の硬さがHv1000未満の場合には、レース素材との硬度差が大きくなるため、転動体の摩耗が促進される場合がある。また、複合炭化物層の硬さがHv1800を超える場合には、転動体の表面に形成される複合炭化物層が非常に脆くなり、使用中に剥離などが生じ、寿命を低下させる場合がある。従って、複合炭化物層の硬さとしては、Hv1000〜Hv1800の範囲内であることが好ましい。   Here, when the hardness of the composite carbide layer is less than Hv1000, the hardness difference from the race material becomes large, and thus wear of the rolling elements may be promoted. Further, when the hardness of the composite carbide layer exceeds Hv1800, the composite carbide layer formed on the surface of the rolling element becomes very brittle, and peeling may occur during use, which may shorten the life. Therefore, the hardness of the composite carbide layer is preferably in the range of Hv1000 to Hv1800.

本発明の別の好適な実施形態において、転動体は硼化膜で被覆され、硼化膜はHv1000〜Hv1700の硬さを有している。Hv1000〜Hv1700の硬さを有する硼化膜で転動体を被覆すると、案内レール素材の硬度と転動体表面との硬度差が低減されるので、転動体や案内レールの摩耗が促進されることを抑制することができる。硬さの異なる材料が摺動する場合、硬さの低いほうが塑性変形し易く、その結果、優先的に摩耗され易いため、両者の硬度差をできるだけ小さくすることが好ましい。   In another preferred embodiment of the present invention, the rolling element is coated with a boride film, and the boride film has a hardness of Hv1000 to Hv1700. When the rolling elements are coated with a boride film having a hardness of Hv1000 to Hv1700, the difference in hardness between the guide rail material and the rolling element surface is reduced, so that the wear of the rolling elements and the guide rail is promoted. Can be suppressed. When materials having different hardnesses are slid, the lower the hardness, the easier the plastic deformation occurs. As a result, the materials tend to be preferentially worn. Therefore, it is preferable to make the difference in hardness as small as possible.

ここで、硼化膜の硬さがHv1000未満の場合には、レール素材との硬度差が大きくなるため、転動体の摩耗が促進される場合がある。また、硼化膜の硬さがHv1700を超える場合には、硼化膜の表面にHv1700以上のFeBが形成される。これにより、転動体の表面層が非常に脆くなり、使用中に剥離などが生じ、寿命を低下させる場合がある。従って、硼化膜の硬さとしては、Hv1000〜Hv1700の範囲内であることが好ましい。   Here, when the hardness of the boride film is less than Hv1000, the difference in hardness from the rail material becomes large, so that wear of the rolling elements may be promoted. When the hardness of the boride film exceeds Hv 1700, FeB of Hv 1700 or more is formed on the surface of the boride film. As a result, the surface layer of the rolling element becomes very brittle, and peeling or the like occurs during use, which may shorten the life. Accordingly, the hardness of the boride film is preferably in the range of Hv1000 to Hv1700.

前記硬質被膜、窒化膜、複合炭化物層及び硼化膜は、好ましくは0.05μmRa以下の表面粗さを有している。ここで、上記表面粗さが0.05μmRaを超える場合には、転動体表面の微小凹凸が転動体転動溝の表面と直接接触し易くなり、転動体の表面を覆う膜によって転動体転動溝の表面が損傷したり、摩耗が促進されたりする場合がある。従って、転動体の表面を覆う膜の表面粗さとしては、0.05μmRa以下、好ましくは0.02μmRa以下であることが好ましい。   The hard coating, nitride film, composite carbide layer, and boride film preferably have a surface roughness of 0.05 μmRa or less. Here, when the surface roughness exceeds 0.05 μmRa, the minute irregularities on the surface of the rolling element are likely to be in direct contact with the surface of the rolling element rolling groove, and the rolling element rolling is performed by a film covering the surface of the rolling element. The surface of the groove may be damaged or wear may be accelerated. Therefore, the surface roughness of the film covering the surface of the rolling element is preferably 0.05 μmRa or less, and preferably 0.02 μmRa or less.

本発明の好適な実施形態において、前記案内レールは転動体転動溝を有し、該転動体転動溝は、幅方向に沿う表面粗さが0.2μmRa以下であって、長手方向に沿う表面粗さが0.1μmRa以下である。
前述したように、直動案内装置の高精度化と高速化を目的として、レール素材にセラミック材料若しくはサーメット又は超硬合金を用いると、(1)転動体との接触面における面圧が増加する、(2)転動体と接触する転動体転動溝の表面硬度が転動体に比較して約2倍以上となる、などの理由から、転動体の摩耗が促進され、短時間で直動案内装置の予圧が低下する場合がある。ここで、このような転動体摩耗減少について調べた結果、転動体の摩耗量が案内レールの転動体転動溝の表面粗さによって大きく変化し、さらには粗さの凸部と凹部の偏りによって摩耗傾向が極端に異なるという知見が得られた。
In a preferred embodiment of the present invention, the guide rail has a rolling element rolling groove, and the rolling element rolling groove has a surface roughness of 0.2 μmRa or less along the width direction, and extends along the longitudinal direction. The surface roughness is 0.1 μmRa or less.
As described above, when a ceramic material, cermet or cemented carbide is used for the rail material for the purpose of improving the accuracy and speed of the linear motion guide device, (1) the surface pressure at the contact surface with the rolling element increases. (2) Because the surface hardness of the rolling element rolling groove in contact with the rolling element is about twice or more that of the rolling element, wear of the rolling element is promoted, and linear motion guidance is achieved in a short time. The preload of the device may be reduced. Here, as a result of investigating such rolling element wear reduction, the amount of wear of the rolling element greatly varies depending on the surface roughness of the rolling element rolling groove of the guide rail, and further due to the unevenness of the convex and concave portions of the roughness. The knowledge that the wear tendency is extremely different was obtained.

すなわち、転動体転動溝の幅方向の表面粗さを0.2μmRa以下とし、かつ転動体転動溝の長手方向の表面粗さを0.1μmRa以下とすることによって、転動体転動溝の表面に存在する微小な表面凹凸によって転動体の表面が損傷することを効果的に抑制できる。ここで、転動体転動溝の表面粗さを転動体の転がり方向(長手方向)の表面粗さについてのみ着目しただけでは、案内レールの幅方向への微小な振動によって発生する転動体表面の損傷を抑制することは難しい。すなわち、転動体転動溝の幅方向の表面粗さと長手方向の表面粗さの両方が上記条件を満足した場合のみ転動体表面の摩耗損傷を効果的に抑制できる。この場合、幅方向の表面粗さと長手方向の表面粗さの下限値は特に設けないが、転動体の表面粗さよりも小さくすると転動体摩耗の抑制効果が少なくなり、これ以上の表面仕上げはレール素材のコストアップにもなるため、望ましくない。   That is, by setting the surface roughness in the width direction of the rolling element rolling groove to 0.2 μmRa or less and the surface roughness in the longitudinal direction of the rolling element rolling groove to 0.1 μmRa or less, the rolling element rolling groove It can suppress effectively that the surface of a rolling element is damaged by the minute surface unevenness | corrugation which exists in the surface. Here, only focusing on the surface roughness of the rolling element rolling groove in the rolling direction (longitudinal direction) of the rolling element, the surface roughness of the rolling element generated by minute vibrations in the width direction of the guide rail. It is difficult to suppress damage. That is, only when both the surface roughness in the width direction and the surface roughness in the longitudinal direction of the rolling element rolling groove satisfy the above conditions, wear damage on the rolling element surface can be effectively suppressed. In this case, there is no particular lower limit for the surface roughness in the width direction and the surface roughness in the longitudinal direction. However, if the surface roughness is smaller than the surface roughness of the rolling element, the effect of suppressing the rolling element wear will be reduced. This also increases the cost of the material, which is not desirable.

また、上記のような高速で使用される直動案内装置は、転動体転動溝表面での油膜形成が困難である。特に、転動体転動溝の表面に高さの極端に高い凸部が存在すると、そこで油膜切れが発生し易い。こうした油膜切れは転動体の摩耗を促進する要因となるため、上記のような高速で使用される直動案内装置については、転動体転動溝表面の極端な表面凹凸は可能な限り少なくすることが望ましい。
ここで、粗さの平均線に対する表面凸部と表面凹部の割合は、いわゆる粗さのゆがみ度(Sk)の定義により、
Further, in the linear motion guide device used at a high speed as described above, it is difficult to form an oil film on the surface of the rolling element rolling groove. In particular, if there is a convex part having an extremely high height on the surface of the rolling element rolling groove, oil film breakage is likely to occur there. Since such oil film breakage is a factor that promotes wear of the rolling elements, the surface irregularities on the rolling element rolling groove surface should be minimized as much as possible for the linear motion guide devices used at high speeds as described above. Is desirable.
Here, the ratio of the surface convex portion and the surface concave portion to the average line of roughness is defined by the definition of so-called roughness distortion (Sk),

Figure 2006300323
で表される。ここで、Rqは二乗平均粗さ(RMS)、nは正の整数、Y(i)は粗さの各山(i番目)の高さを平均線よりも上をプラス、下をマイナスとしてそれぞれ示している。すなわち、粗さの凸部(平均線よりも上の部分)の高さの総和が凹部の高さの総和よりも小さいとゆがみ度Skは負となり、逆の場合にはSkは正となる。
Figure 2006300323
It is represented by Here, Rq is the root mean square roughness (RMS), n is a positive integer, Y (i) is the height of each roughness peak (i-th) plus above the average line, and minus below Show. That is, when the total sum of the heights of the convex portions of roughness (portions above the average line) is smaller than the total sum of the heights of the concave portions, the skew degree Sk is negative, and in the opposite case, Sk is positive.

したがって、転動体転動溝の表面に油膜を効果的に形成するためには、潤滑油の切れが発生するような極端な表面凸部を少なくして、潤滑油が転動溝表面に均一に行き渡るようにすると良い。換言すれば、Skが負となるように転動溝を形成して潤滑油が転動溝表面に均一に行き渡るようにすると良い。しかし、Sk値が−3以下としてもそれ以上の効果は期待できず、こちらもコストアップの要因となるので、Sk値の範囲としては−3〜0の範囲内であることが好ましい。   Therefore, in order to effectively form an oil film on the surface of the rolling element rolling groove, the number of extreme surface protrusions that cause the lubricating oil to break is reduced, and the lubricating oil is evenly distributed on the surface of the rolling groove. It is good to go around. In other words, it is preferable that the rolling groove is formed so that Sk is negative so that the lubricating oil is evenly distributed on the surface of the rolling groove. However, even if the Sk value is -3 or less, no further effect can be expected, and this also causes a cost increase. Therefore, the Sk value is preferably in the range of -3 to 0.

以上説明したように、本発明によれば、高速で作動する転動装置において、支持体の熱膨張や転動体摩耗などによる繰り返し位置決め精度の低下を効果的に抑制し、長期間安定して使用でき、案内レールの高剛性を保ちつつ曲げモーメントに対する案内レールの強度向上および転動体の摩耗抑制を図ることのできる転動装置を得ることができる。
また、長期間振動の増加がなく、高精度で強度的に信頼性を高めることができる。さらに、案内レールに設けられた切欠き部の角部に応力が集中することを軽減できる。また、案内レールの高剛性を保ちつつ曲げモーメントに対する案内レールの強度向上を図ることができると共に案内レール及び転動体の摩耗抑制を図ることができる。
As described above, according to the present invention, in a rolling device that operates at high speed, it is possible to effectively suppress a decrease in positioning accuracy due to thermal expansion of the support or rolling element wear, and to be used stably for a long period of time. Thus, it is possible to obtain a rolling device capable of improving the strength of the guide rail against the bending moment and suppressing the wear of the rolling element while maintaining high rigidity of the guide rail.
Further, there is no increase in vibration for a long period of time, and the reliability can be enhanced with high accuracy and strength. Furthermore, it is possible to reduce the stress concentration at the corners of the notches provided on the guide rail. Further, it is possible to improve the strength of the guide rail with respect to the bending moment while maintaining the high rigidity of the guide rail and to suppress wear of the guide rail and the rolling elements.

また、高速,腐食環境下,高温環境下,又はラジアル荷重を支持する環境下において、高荷重下で使用されても長寿命なセラミック材料製の転動装置を得ることができる。
また、温度上昇により、熱膨張が大きい箇所、あるいは、転動装置の内部で温度勾配が生じる箇所で使用することができる転動装置を得ることができる。
また、耐食性,耐熱衝撃性,及び耐摩耗性に優れていて、高温・腐食環境下あるいは高温環境下において高速で使用されても長寿命な転動装置を得ることができる。
In addition, a rolling device made of a ceramic material having a long life can be obtained even when used under a high load in a high-speed, corrosive environment, high-temperature environment, or environment that supports a radial load.
Moreover, the rolling device which can be used in the location where a thermal expansion is large by the temperature rise, or the location where a temperature gradient arises inside a rolling device can be obtained.
In addition, a rolling device having excellent corrosion resistance, thermal shock resistance, and wear resistance and having a long life even when used at high speed in a high temperature / corrosion environment or a high temperature environment can be obtained.

[実施態様1]
図1は、本発明に係る転動装置の一実施形態である直動案内装置を示す図である。同図において、符号10は電子部品吸着ヘッド、11は電子部品吸着ヘッド10を上下方向に往復動させるヘッド昇降機構を示し、このヘッド昇降機構11は、駆動装置(図示せず)と、この駆動装置の周囲に配置された複数の直動案内装置12とから構成されている。
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a view showing a linear motion guide device which is an embodiment of a rolling device according to the present invention. In the figure, reference numeral 10 denotes an electronic component suction head, 11 denotes a head lifting mechanism for reciprocating the electronic component suction head 10 in the vertical direction, and this head lifting mechanism 11 includes a drive device (not shown) and its drive. It comprises a plurality of linear motion guide devices 12 arranged around the device.

直動案内装置12は支持体または可動子としての案内レール13、球状転動体14、可動子または支持体としてのスライダ15A,15B等から構成され、案内レール13の両側面には転動体転動溝16が案内レール13の長手方向に沿って形成されている。この転動体転動溝16は、球状転動体14を案内レール13の長手方向に案内するためのもので、球状転動体14の表面粗さをXμmRaとすると、XμmRa以上で0.2μmRa以下の表面粗さ、好ましくはXμmRa以上で0.1μmRa以下の表面粗さを有している。   The linear motion guide device 12 includes a guide rail 13 as a support or a movable element, a spherical rolling element 14, sliders 15A and 15B as a movable element or a support, and the like. A groove 16 is formed along the longitudinal direction of the guide rail 13. This rolling element rolling groove 16 is for guiding the spherical rolling element 14 in the longitudinal direction of the guide rail 13, and when the surface roughness of the spherical rolling element 14 is X μmRa, the surface is X μmRa or more and 0.2 μmRa or less. It has a surface roughness of preferably not less than X μmRa and not more than 0.1 μmRa.

案内レール13は前記駆動装置と回転自在のカムフォロワーにより連結されており、この案内レール13には、止めねじ(図示せず)により電子部品吸着ヘッド10を案内レール13に取り付けるための取付け孔17が複数設けられていると共に切欠き部18が設けられている。
また、案内レール13は比強度が2×10mm以上のセラミック材料(例えば窒化ケイ素、ジルコニア、アルミナ、炭化ケイ素、硼化チタン、若しくはこれらの材料を燒結した複合燒結体)、あるいは1.7×10mm以上の比強度を有するサーメットまたは超硬合金で形成されており、転動体転動溝16を除いた案内レール13の平面部は、0.5μmRa〜0.05μmRaの表面粗さ、好ましくは0.3μmRa〜0.05μmRaの表面粗さで仕上げられている。
The guide rail 13 is connected to the drive device by a rotatable cam follower. A mounting hole 17 for attaching the electronic component suction head 10 to the guide rail 13 by a set screw (not shown). Are provided, and a notch 18 is provided.
Further, the guide rail 13 is a ceramic material (for example, silicon nitride, zirconia, alumina, silicon carbide, titanium boride, or a composite sintered body obtained by sintering these materials) having a specific strength of 2 × 10 7 mm or more, or 1.7. The flat portion of the guide rail 13 excluding the rolling element rolling groove 16 is formed of cermet or cemented carbide having a specific strength of × 10 7 mm or more, and has a surface roughness of 0.5 μmRa to 0.05 μmRa, It is preferably finished with a surface roughness of 0.3 μmRa to 0.05 μmRa.

切欠き部18は電子部品実装装置に取り付けられる取付け部品との干渉を避けるためのもので、この切欠き部18の角部18aは、0.1mm以上で1mm以下の曲率半径、好ましくは0.3mm以上で1mm以下の曲率半径で形成されている。
球状転動体14は、ステンレス鋼等の鉄鋼材料、好ましくはマルテンサイト系ステンレス鋼で形成されている。また、案内レール13の側面とその側面に対向するスライダ15A,15Bの両側部(袖部ともいう)との間には球状転動体14が多数個ずつ配設されている。
The notch 18 is for avoiding interference with a mounting part attached to the electronic component mounting apparatus. The corner 18a of the notch 18 has a curvature radius of 0.1 mm or more and 1 mm or less, preferably 0. It is formed with a radius of curvature of 3 mm or more and 1 mm or less.
The spherical rolling element 14 is made of a steel material such as stainless steel, preferably martensitic stainless steel. A large number of spherical rolling elements 14 are arranged between the side surface of the guide rail 13 and both side portions (also referred to as sleeve portions) of the sliders 15A and 15B facing the side surfaces.

スライダ15A,15Bは案内レール13の長手方向に対して直角な断面が門形に形成されており、その両側部内には、球状転動体14を案内レール13の転動体転動溝16に沿って繰り返し転動させるための転動体循環路が形成されている。また、スライダ15A,15Bのうちスライダ15Aは電子部品実装装置本体19の上部に固定されており、スライダ15Bは電子部品実装装置本体19の下部に固定されている。従って、駆動装置であるカムフォロワー機構が図示しないモータ等により回転駆動されると、電子部品吸着ヘッド10が案内レール13と一体に上下動するようになっている。
本実施形態において、案内レール13のレール素材としては、表1及び表2に示す実施例1〜16のいずれかを用いることができる。
The sliders 15 </ b> A and 15 </ b> B are formed in a gate shape in a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the guide rail 13, and the spherical rolling elements 14 are disposed along the rolling element rolling grooves 16 of the guide rail 13 in both side portions. A rolling element circulation path for repeated rolling is formed. Of the sliders 15A and 15B, the slider 15A is fixed to the upper part of the electronic component mounting apparatus main body 19, and the slider 15B is fixed to the lower part of the electronic component mounting apparatus main body 19. Therefore, when the cam follower mechanism as a driving device is rotationally driven by a motor or the like (not shown), the electronic component suction head 10 moves up and down integrally with the guide rail 13.
In this embodiment, any one of Examples 1 to 16 shown in Table 1 and Table 2 can be used as the rail material of the guide rail 13.

Figure 2006300323
Figure 2006300323

Figure 2006300323
Figure 2006300323

表1及び表2において、実施例1の案内レールは、1000気圧以上の加圧燒結によって得られた高強度窒化ケイ素(比強度が3.1×10mm)をレール素材として用い、レール平面部の表面粗さを0.3μmRa、転動体転動溝16の表面粗さを0.08μmRa、切欠き部18の角部18aの曲率半径をR=0.15mm程度としたものである。また、実施例2の案内レールは100気圧程度の加圧燒結によって得られた窒化ケイ素(比強度が2.5×10mm)をレール素材として用い、レール平面部の表面粗さを0.3μmRa、転動体転動溝16の表面粗さを0.08μmRa、切欠き部18の角部18aの曲率半径をR=0.15mmとしたものである。 In Tables 1 and 2, the guide rail of Example 1 uses a high-strength silicon nitride (specific strength: 3.1 × 10 7 mm) obtained by pressure sintering at 1000 atm or higher as a rail material, and a rail plane. The surface roughness of the portion is 0.3 μmRa, the surface roughness of the rolling element rolling groove 16 is 0.08 μmRa, and the radius of curvature of the corner 18a of the notch 18 is about R = 0.15 mm. In addition, the guide rail of Example 2 uses silicon nitride (specific strength is 2.5 × 10 7 mm) obtained by pressure sintering at about 100 atm as a rail material, and the surface roughness of the rail flat portion is set to 0. 3 μmRa, the surface roughness of the rolling element rolling groove 16 is 0.08 μmRa, and the radius of curvature of the corner 18a of the notch 18 is R = 0.15 mm.

実施例3の案内レールは、10気圧以下の燒結条件で得られた窒化ケイ素(比強度が2.2×10mm)をレール素材として用い、レール平面部の表面粗さを0.4μmRa、転動体転動溝16の表面粗さを0.08μmRa、切欠き部18の角部18aの曲率半径をR=0.15mmとしたものである。また、比較例1の案内レールは高強度の窒化ケイ素(比強度が3.1×10mm)をレール素材として用い、レール平面部の表面粗さを0.6μmRa、転動体転動溝16の表面粗さを0.08μmRa、切欠き部18の角部18aの曲率半径をR=0.15mmとしたものである。
実施例4の案内レールは10気圧以下で焼結された窒化ケイ素(比強度が1.8×10mm)をレール素材として用い、レール平面部の表面粗さを0.3μmRa、転動体転動溝16の表面粗さを0.08μmRa、切欠き部18の角部18aの曲率半径をR=0.15mmとしたものである。
The guide rail of Example 3 uses silicon nitride (specific strength 2.2 × 10 7 mm) obtained under a sintering condition of 10 atm or less as a rail material, and the surface roughness of the rail flat portion is 0.4 μmRa, The surface roughness of the rolling element rolling groove 16 is 0.08 μmRa, and the radius of curvature of the corner 18a of the notch 18 is R = 0.15 mm. The guide rail of Comparative Example 1 uses high-strength silicon nitride (specific strength is 3.1 × 10 7 mm) as a rail material, the surface roughness of the rail flat portion is 0.6 μmRa, and the rolling element rolling grooves 16 The surface roughness is 0.08 μmRa, and the radius of curvature of the corner 18a of the notch 18 is R = 0.15 mm.
The guide rail of Example 4 uses silicon nitride (specific strength: 1.8 × 10 7 mm) sintered at 10 atm or less as a rail material, the surface roughness of the rail flat portion is 0.3 μmRa, and rolling element rolling is performed. The surface roughness of the moving groove 16 is 0.08 μmRa, and the radius of curvature of the corner 18a of the notch 18 is R = 0.15 mm.

比較例2の案内レールは、10気圧以下の焼結条件で得られた窒化ケイ素(比強度が2.2×10mm)をレール素材として用い、レール平面部の表面粗さを0.8μmRa、転動体転動溝16の表面粗さを0.08μmRa、切欠き部18の角部18aの曲率半径をR=0.08mmとしたものであり、この場合の切欠き部18はその形状係数が6程度である。また、比較例3の案内レールは10気圧以下で燒結された窒化ケイ素(比強度が1.8×10mm)をレール素材として用い、平面部の表面粗さを0.6μmRa、転動体転動溝16の表面粗さを0.08μmRa、切欠き部18の角部18aの曲率半径をR=0.15mmとしたものであり、比較例4の案内レールは10気圧以下で燒結された窒化ケイ素(比強度が1.8×10mm)をレール素材として用い、平面部の表面粗さを0.6μmRa、転動体転動溝16の表面粗さを0.25μmRa、切欠き部18の角部18aの曲率半径をR=0.15mmとしたものである。なお、比較例4の案内レールは、比較例3の案内レールと同様に、10気圧以下で燒結された窒化ケイ素をレール素材として用いたものであるが、焼結温度及び時間が異なるため、強度が比較的低く比強度で1.8×10mm程度となっている。 The guide rail of Comparative Example 2 uses silicon nitride (specific strength 2.2 × 10 7 mm) obtained under sintering conditions of 10 atm or less as a rail material, and the surface roughness of the rail flat portion is 0.8 μmRa. The surface roughness of the rolling element rolling groove 16 is 0.08 μmRa, and the radius of curvature of the corner 18a of the notch 18 is R = 0.08 mm. In this case, the notch 18 has a shape factor. Is about 6. The guide rail of Comparative Example 3 uses silicon nitride (specific strength 1.8 × 10 7 mm) sintered at 10 atm or less as a rail material, the surface roughness of the flat portion is 0.6 μmRa, and rolling element rolling is performed. The surface roughness of the groove 16 is 0.08 μmRa, the radius of curvature of the corner 18a of the notch 18 is R = 0.15 mm, and the guide rail of Comparative Example 4 is nitrided sintered at 10 atm or less. Silicon (specific strength is 1.8 × 10 7 mm) is used as a rail material, the surface roughness of the flat portion is 0.6 μmRa, the surface roughness of the rolling element rolling groove 16 is 0.25 μmRa, and the notch 18 The radius of curvature of the corner 18a is R = 0.15 mm. The guide rail of Comparative Example 4 uses silicon nitride sintered as a rail material at 10 atm or less, like the guide rail of Comparative Example 3, but the sintering temperature and time are different. Is relatively low and has a specific strength of about 1.8 × 10 7 mm.

また、実施例5〜17および比較例5、6に使用した原材料を一括して示すと以下の通りである。
(1)超硬系1(日本タングステン株式会社製WC−Co系G1、比強度;1.23×10mm)
(2)超硬系2(日本タングステン株式会社製WC−Co系G3、比強度;1.77×10mm)
(3)超硬系3(日本タングステン株式会社製WC−Ni−Cr系NM15、比強度;2.35×10mm)
(4)超硬系4(日本タングステン株式会社製WC−Ni−Cr−Mo系NR11、比強度;1.78×10mm)
(5)超硬系5(日本タングステン株式会社製WC−TiC−TaC系RCCL、比強度;0.68×10mm)
Moreover, it is as follows when the raw material used for Examples 5-17 and Comparative Examples 5 and 6 is shown collectively.
(1) Carbide system 1 (WC-Co system G1, manufactured by Nippon Tungsten Co., Ltd., specific strength; 1.23 × 10 7 mm)
(2) Carbide system 2 (WC-Co system G3 manufactured by Nippon Tungsten Co., Ltd., specific strength: 1.77 × 10 7 mm)
(3) Carbide type 3 (WC-Ni-Cr type NM15 manufactured by Nippon Tungsten Co., Ltd., specific strength; 2.35 × 10 7 mm)
(4) Carbide system 4 (WC-Ni-Cr-Mo system NR11 manufactured by Nippon Tungsten Co., Ltd., specific strength; 1.78 × 10 7 mm)
(5) Carbide system 5 (WC-TiC-TaC system RCCL manufactured by Nippon Tungsten Co., Ltd., specific strength; 0.68 × 10 7 mm)

(6)超硬系6(ダイジェット工業株式会社製WC−Ni系DN、比強度;1.47×10mm)
(7)超硬系7(住友電気工業株式会社製WC−Ni−Cr系M61U、比強度;1.95×10mm)
(8)サーメット系1(日本タングステン株式会社製TiC−TaN−Ni−Mo系DUX40、比強度;2.73×10mm)
(9)サーメット系2(日本タングステン株式会社製TiC−TaN−Ni−Mo系DUX30、比強度;2.46×10mm)
(10)サーメット系3(旭ガラス株式会社製ホウ化物系UD−II35T、比強度;2.23×10mm)
(11)サーメット系4(旭ガラス株式会社製ホウ化物系UD−II50T、比強度;2.55×10mm)
なお、抗折力は、JIS R1601に基づいて測定した値である。
(6) Carbide system 6 (WC-Ni system DN manufactured by Daijet Industries, specific strength; 1.47 × 10 7 mm)
(7) Carbide system 7 (WC-Ni-Cr system M61U, manufactured by Sumitomo Electric Industries, Ltd., specific strength: 1.95 × 10 7 mm)
(8) Cermet 1 (TiC-TaN-Ni-Mo DUX40 manufactured by Nippon Tungsten Co., Ltd., specific strength: 2.73 × 10 7 mm)
(9) Cermet system 2 (TiC-TaN-Ni-Mo system DUX30 manufactured by Nippon Tungsten Co., Ltd., specific strength; 2.46 × 10 7 mm)
(10) Cermet system 3 (Boride system UD-II35T manufactured by Asahi Glass Co., Ltd., specific strength; 2.23 × 10 7 mm)
(11) Cermet system 4 (Boride system UD-II50T manufactured by Asahi Glass Co., Ltd., specific strength; 2.55 × 10 7 mm)
The bending strength is a value measured based on JIS R1601.

本発明者らは、表1及び表2に示した実施例1〜17および比較例1〜6の案内レールについて、図2に示すような荷重負荷試験を行った。すなわち、一端部が固定された案内レールの他端部にヘッド自重を模した荷重を負荷し、負荷された荷重によってレール素材が破断する時の応力値を測定した。このときの測定結果を図3及び図4に示す。なお、図3及び図4の測定結果は、実際のマシンガンタイプの電子部品実装機を1サイクル0.2秒の最大速度で駆動した場合を想定し、数値計算によって算出したレールへの最大応力に安全係数をかけた値を1として標準化したものである。   The present inventors performed a load test as shown in FIG. 2 for the guide rails of Examples 1 to 17 and Comparative Examples 1 to 6 shown in Tables 1 and 2. That is, a load imitating the weight of the head was applied to the other end of the guide rail with one end fixed, and the stress value when the rail material was broken by the applied load was measured. The measurement results at this time are shown in FIGS. The measurement results in FIG. 3 and FIG. 4 show the maximum stress on the rail calculated by numerical calculation assuming that an actual machine gun type electronic component mounting machine is driven at a maximum speed of 0.2 seconds per cycle. The value obtained by multiplying the safety factor is standardized as 1.

図3及び図4に示されるように、実施例の案内レールは比較例に対して1.1〜1.8倍程度の強度を有しており、上記の基準応力を上回っている。
また、サーメット系1の素材を用い、平面部の表面粗さを変えて用意した案内レール13に関して、前述の荷重負荷試験を行った。このときの測定結果を図5に示す。図5に示されるように、平面部の表面粗さが本発明の範囲内である場合には、上記の基準応力を上回っている。
As shown in FIGS. 3 and 4, the guide rail of the example has a strength of about 1.1 to 1.8 times that of the comparative example, and exceeds the reference stress.
Further, the above-described load test was performed on the guide rail 13 prepared by using the material of the cermet system 1 and changing the surface roughness of the flat portion. The measurement result at this time is shown in FIG. As FIG. 5 shows, when the surface roughness of a plane part is in the range of the present invention, it exceeds the above-mentioned standard stress.

また、本発明者らは1サイクルを0.2秒、転動体予圧を60Nとし、2本のレールにばねを介して擬似的に曲げモーメントを負荷した状態で連続10時間の直動試験を実施例1及び比較例4の案内レールに対して行い、試験後、各レールの予圧抜け量を測定した。その試験結果を表3に示す。なお、表3の試験結果は比較例4の予圧抜け量を1として示している。   In addition, the present inventors conducted a linear motion test for 10 hours in a state in which one cycle is 0.2 seconds, the rolling element preload is 60 N, and a pseudo bending moment is applied to the two rails via springs. It performed with respect to the guide rail of Example 1 and Comparative Example 4, and measured the amount of preload loss of each rail after the test. The test results are shown in Table 3. The test results in Table 3 show the preload loss amount of Comparative Example 4 as 1.

Figure 2006300323
Figure 2006300323

Figure 2006300323
Figure 2006300323

図15は部品実装装置を模擬した試験機を示しており、この試験機を用いて、ストローク:80mm、1サイクル0.2秒で、2本の案内レール13にばね(ばね荷重:100N)を介して擬似的に曲げモーメントを負荷した状態で連続20時間の直動試験を、実施例18〜20および比較例7、8に対して行い、試験後の各実施例および比較例の予圧抜け量を測定した。その試験結果を表4に示す。なお、表4の試験結果は比較例7の予圧抜け量を1とした相対値で示す。本実施形態で転動体に用いた窒化ケイ素球は日本特殊陶工業株式会社製EC141窒化ケイ素で形成した。   FIG. 15 shows a testing machine simulating a component mounting apparatus. Using this testing machine, a spring (spring load: 100 N) is applied to two guide rails 13 with a stroke of 80 mm and a cycle of 0.2 seconds. A linear motion test for 20 hours in a state in which a bending moment is applied via the test is performed on Examples 18 to 20 and Comparative Examples 7 and 8, and the preload loss amount of each Example and Comparative Example after the test is performed. Was measured. The test results are shown in Table 4. The test results in Table 4 are shown as relative values with the preload loss amount of Comparative Example 7 as 1. The silicon nitride sphere used for the rolling element in this embodiment was formed of EC141 silicon nitride manufactured by Nippon Special Ceramics Co., Ltd.

表3に示すように、転動体転動溝16の表面粗さを0.08μmRaとした実施例1の案内レールは、転動体転動溝16の表面粗さが0.25μmRaである比較例4に比較して、転動体14の予圧変化量が小さく、転動体14の損傷も軽微であった。ここで、予圧変化は転動体14の摩耗(径の減少)によって生じる。
上述のように、本実施形態では案内レール13が2×10mm以上の比強度を有するセラミック材料、あるいは1.7×10mm以上の比強度を有するサーメットまたは超硬合金で形成される場合には、電子部品吸着ヘッド10が1サイクルを0.2秒以下の高速で上下動する場合やドラムに取り付けられて公転する場合でも、加速度やヘッド重量等によって発生する慣性力に対して十分な強度を有する案内レールを得ることができる。
As shown in Table 3, in the guide rail of Example 1 in which the surface roughness of the rolling element rolling groove 16 is 0.08 μmRa, Comparative Example 4 in which the surface roughness of the rolling element rolling groove 16 is 0.25 μmRa. In comparison with the above, the amount of change in the preload of the rolling element 14 was small, and the damage to the rolling element 14 was slight. Here, the preload change is caused by the wear (reduction in diameter) of the rolling elements 14.
As described above, in this embodiment, the guide rail 13 is formed of a ceramic material having a specific strength of 2 × 10 7 mm or more, or a cermet or cemented carbide having a specific strength of 1.7 × 10 7 mm or more. In some cases, even when the electronic component suction head 10 moves up and down at a high speed of 0.2 seconds or less or revolves by being attached to a drum, it is sufficient for the inertial force generated by acceleration, head weight, etc. A guide rail having high strength can be obtained.

また、本実施形態では案内レール13の平面部を0.5μmRa〜0.05μmRaの表面粗さ、好ましくは0.3μmRa〜0.05μmRaの表面粗さでの仕上げたことにより、案内レール13の表面凹凸による応力集中が軽減される。従って、案内レール13の自重やヘッド10の重量などによって発生する慣性力に対して十分な強度を有する案内レールを得ることができ、電子部品吸着ヘッド10を高速で上下動させたときに案内レール13に生ずる撓みや振動等を抑制することができる。   In the present embodiment, the surface of the guide rail 13 is obtained by finishing the flat portion of the guide rail 13 with a surface roughness of 0.5 μmRa to 0.05 μmRa, preferably 0.3 μmRa to 0.05 μmRa. Stress concentration due to unevenness is reduced. Therefore, it is possible to obtain a guide rail having a sufficient strength against the inertia force generated by the weight of the guide rail 13 or the weight of the head 10, and the guide rail when the electronic component suction head 10 is moved up and down at high speed. 13 can be suppressed.

さらに、本実施形態では案内レール13に設けられた切欠き部18の角部18aを0.1mm以上で1mm以下の曲率半径、好ましくは0.3mm以上で1mm以下の曲率半径で形成する場合には、慣性力による角部18aへの応力集中が軽減される。従って、部品との干渉を避けるための切欠き部18が案内レール13に設けられている場合でも電子部品吸着ヘッド10をより精度よく高速で上下動させることができる。   Furthermore, in this embodiment, when the corner 18a of the notch 18 provided on the guide rail 13 is formed with a radius of curvature of 0.1 mm to 1 mm, preferably 0.3 mm to 1 mm. The stress concentration on the corner 18a due to the inertial force is reduced. Therefore, even when the notch 18 for avoiding interference with the component is provided in the guide rail 13, the electronic component suction head 10 can be moved up and down more accurately and at high speed.

また、本実施形態では転動体転動溝16の表面粗さが0.2μmRa以下、好ましくは0.1μmRa以下となっている場合には、案内レール13が窒化ケイ素等のセラミック材料で形成されている場合でも転動体14の表面荒れや摩耗をより効果的に防止することができる。
また、本発明のレールに使用されるサーメットあるいは超硬合金は、特に限定されず、前述された材料を使用できる。
次に、本発明の実施例A1〜A4および比較例a1〜a3を表5に示す。
In this embodiment, when the surface roughness of the rolling element rolling groove 16 is 0.2 μmRa or less, preferably 0.1 μmRa or less, the guide rail 13 is formed of a ceramic material such as silicon nitride. Even when it exists, the surface roughening and abrasion of the rolling element 14 can be prevented more effectively.
Moreover, the cermet or cemented carbide used for the rail of the present invention is not particularly limited, and the materials described above can be used.
Next, Examples A1 to A4 and Comparative Examples a1 to a3 of the present invention are shown in Table 5.

Figure 2006300323
Figure 2006300323

表5において、実施例A1は図1の案内レール13を1000気圧程度の加圧焼結によって得られる高強度窒化ケイ素(比強度:3.2×10mm、平面部粗さRa:0.3μm)から形成する共にSUS440Cからなる転動体14の表面に膜厚:2μm、表面粗さ:0.01μmRaのダイヤモンドライクカーボン被膜(以下、DLC被膜と略記する)を形成し、このDLC被膜で転動体14の表面を被覆した直動案内装置である。また、実施例A2は案内レール13を1000気圧程度の加圧焼結によって得られる窒化ケイ素(比強度:2.6×10mm、平面部粗さRa:0.3μm)から形成すると共にSUS440Cからなる転動体14の表面にTiAlN被膜(膜厚:2μm、表面粗さ:0.05μmRa)を形成し、このTiAlN被膜で転動体14の表面を被覆した直動案内装置で、実施例A3は案内レール13を8気圧程度の焼結条件で得られる窒化ケイ素(比強度:2.1×10mm、平面部粗さRa:0.3μm)から形成する共にSUS440Cからなる転動体14の表面にCrN被膜(膜厚:3μm、表面粗さ:0.03μmRa)を形成し、このCrN被膜で転動体14の表面を被覆した直動案内装置である。実施例A4は、案内レール13を8気圧程度の焼結条件によって得られる窒化ケイ素(比強度:1.5×10mm、平面部粗さRa:0.3μm)から形成すると共にSUS440Cからなる転動体14の表面に膜厚:2μm、表面粗さ:0.01μmRaのダイヤモンドライクカーボン被膜を形成し、このDLC膜で転動体4の表面を被覆した直動案内装置である。 In Table 5, Example A1 is a high-strength silicon nitride obtained by pressure-sintering the guide rail 13 of FIG. 1 at about 1000 atm (specific strength: 3.2 × 10 7 mm, planar portion roughness Ra: 0.00). A diamond-like carbon film (hereinafter abbreviated as DLC film) having a film thickness of 2 μm and a surface roughness of 0.01 μm Ra is formed on the surface of the rolling element 14 made of SUS440C. The linear motion guide device covers the surface of the moving body 14. In Example A2, the guide rail 13 is formed from silicon nitride (specific strength: 2.6 × 10 7 mm, flat surface roughness Ra: 0.3 μm) obtained by pressure sintering at about 1000 atmospheres, and SUS440C. Example A3 is a linear motion guide device in which a TiAlN film (film thickness: 2 μm, surface roughness: 0.05 μm Ra) is formed on the surface of the rolling element 14 and the surface of the rolling element 14 is covered with this TiAlN film. The surface of the rolling element 14 made of SUS440C, in which the guide rail 13 is formed from silicon nitride (specific strength: 2.1 × 10 7 mm, flat surface roughness Ra: 0.3 μm) obtained under sintering conditions of about 8 atm. This is a linear motion guide device in which a CrN film (film thickness: 3 μm, surface roughness: 0.03 μm Ra) is formed and the surface of the rolling element 14 is covered with this CrN film. In Example A4, the guide rail 13 is made of silicon nitride (specific strength: 1.5 × 10 7 mm, flat surface roughness Ra: 0.3 μm) obtained under sintering conditions of about 8 atm and made of SUS440C. In this linear motion guide device, a diamond-like carbon film having a film thickness of 2 μm and a surface roughness of 0.01 μm Ra is formed on the surface of the rolling element 14, and the surface of the rolling element 4 is covered with this DLC film.

一方、比較例a1は案内レール13を8気圧程度の焼結条件によって得られる窒化ケイ素(比強度:1.5×10mm、平面部粗さRa:0.6μm)から形成した直動案内装置であり、この比較例a1の転動体表面には、DLC被膜等の硬質被膜は形成されていない。また、比較例a2は案内レール13を8気圧程度の焼結条件で得られる窒化ケイ素(比強度:2.1×10mm、平面部粗さRa:0.6μm)から形成すると共にSUS440Cからなる転動体14の表面にTiN被膜(膜厚:3μm、表面粗さ:0.1μmRa)を形成し、このTiN被膜で転動体14の表面を被覆した直動案内装置であり、比較例a3は案内レール13を8気圧程度の焼結条件で得られる窒化ケイ素(比強度:2.1×10mm、平面部粗さRa:0.6μm)から形成すると共にSUS440Cからなる転動体14の表面にCrN被膜(膜厚:10μm、表面粗さ:0.05μmRa)を形成し、このCrN被膜で転動体14の表面を被覆した直動案内装置である。なお、比較例a1のレール素材は内部組織が不均一となっている。 On the other hand, Comparative Example a1 is a linear motion guide in which the guide rail 13 is formed from silicon nitride (specific strength: 1.5 × 10 7 mm, flat surface roughness Ra: 0.6 μm) obtained under sintering conditions of about 8 atmospheres. A hard coating such as a DLC coating is not formed on the surface of the rolling element of Comparative Example a1. In Comparative Example a2, the guide rail 13 is formed from silicon nitride (specific strength: 2.1 × 10 7 mm, flat surface roughness Ra: 0.6 μm) obtained under sintering conditions of about 8 atmospheres, and from SUS440C. A rolling guide device in which a TiN film (film thickness: 3 μm, surface roughness: 0.1 μm Ra) is formed on the surface of the rolling element 14 and the surface of the rolling element 14 is coated with this TiN film, Comparative Example a3 is The surface of the rolling element 14 made of SUS440C while the guide rail 13 is formed from silicon nitride (specific strength: 2.1 × 10 7 mm, flat surface roughness Ra: 0.6 μm) obtained under sintering conditions of about 8 atm. This is a linear motion guide device in which a CrN film (film thickness: 10 μm, surface roughness: 0.05 μm Ra) is formed and the surface of the rolling element 14 is covered with this CrN film. The rail material of Comparative Example a1 has a non-uniform internal structure.

表5に示される実施例A1〜A4及び比較例a1〜a3について、1サイクル0.1秒、予圧60Nとし、二本の案内レールにばねを介して擬似的に曲げモーメントを負荷した状態で50時間の連続運転を行った。試験後、各案内レールの予圧抜け量を測定し、その測定値を基に転動体表面の摩耗量を推定して実施例A1〜A4及び比較例a1〜a3の耐久性について評価した。その評価結果を表5に併記する。なお、表5の耐久性は比較例a2の予圧抜け量を1とした相対値で示されている。   For Examples A1 to A4 and Comparative Examples a1 to a3 shown in Table 5, the cycle was set to 50 seconds with a preload of 60 N and a pseudo bending moment applied to the two guide rails via springs. The operation was continued for hours. After the test, the preload loss amount of each guide rail was measured, and the wear amount of the rolling element surface was estimated based on the measured value, and the durability of Examples A1 to A4 and Comparative Examples a1 to a3 was evaluated. The evaluation results are also shown in Table 5. The durability in Table 5 is shown as a relative value with the preload loss amount of Comparative Example a2 as 1.

表5に示すように、実施例A1〜A3の各直動案内装置は比較例a1のものと比較して、その耐久性が約50〜150倍程度の高い値を示している。これは、比較例a1は案内レールが比強度の低い窒化ケイ素から形成され、かつ平面部粗さが大きいのに対し、実施例A1〜A3は案内レールが2×10mm以上の高い比強度を有する高い窒化ケイ素から形成され、平面部粗さが小さく、硬質被膜により転動体の耐摩耗性が向上したためである。 As shown in Table 5, each of the linear motion guide devices of Examples A1 to A3 has a durability that is about 50 to 150 times higher than that of Comparative Example a1. This is because in Comparative Example a1, the guide rail is formed of silicon nitride having a low specific strength and the planar portion roughness is large, whereas in Examples A1 to A3, the guide rail has a high specific strength of 2 × 10 7 mm or more. This is because it is made of high silicon nitride having a low planar portion roughness and the wear resistance of the rolling elements is improved by the hard coating.

また、実施例A1〜A3の各直動案内装置は比較例a2のものと比較して、その耐久性が約5〜15倍程度の高い値を示している。これは、比較例a2は転動体の表面に形成されたTiN等の硬質被膜の表面粗さが0.1μmRaであるのに対し、実施例A1〜A3は転動体の表面に形成されたDLC、CrNの硬質被膜の表面粗さが0.05μmRa以下となっているためである。   Moreover, each linear motion guide apparatus of Example A1-A3 has shown the high value of about 5 to 15 times the durability compared with the thing of the comparative example a2. This is because Comparative Example a2 has a surface roughness of 0.1 μmRa of a hard coating such as TiN formed on the surface of the rolling element, while Examples A1 to A3 have DLC formed on the surface of the rolling element, This is because the surface roughness of the hard coating of CrN is 0.05 μmRa or less.

また、実施例A4の直動案内装置は比較例a1のものに比較して、その耐久性が2.5倍と比較的高い値を示している。これは、案内レールの平面部粗さが小さく、案内レール表面の微小な凹凸に生じる応力集中が軽減され、かつDLC(ダイヤモンドライクカーボン)が転動体表面に形成され、耐摩耗性が向上したからである。
転動体の表面に形成されたDLC等の硬質被膜(表面粗さ:0.01μmRa)の膜厚と直動案内装置の耐久性との相関について調べた結果を図6に示す。なお、ここで使用した直動案内装置の案内レールは、100気圧程度の加圧焼結によって得られる窒化ケイ素(比強度:2.6×10mm、平面部粗さ:0.3μm)から形成されている。また、図中縦軸の耐久性は比較例a2の予圧抜け量を1とした相対値で示している。
In addition, the linear motion guide device of Example A4 has a relatively high durability value of 2.5 times that of Comparative Example a1. This is because the flatness of the flat portion of the guide rail is small, the stress concentration caused by minute irregularities on the surface of the guide rail is reduced, and DLC (diamond-like carbon) is formed on the surface of the rolling element, thereby improving the wear resistance. It is.
FIG. 6 shows the result of examining the correlation between the film thickness of a hard film (surface roughness: 0.01 μmRa) such as DLC formed on the surface of the rolling element and the durability of the linear motion guide device. The guide rail of the linear motion guide device used here is made of silicon nitride (specific strength: 2.6 × 10 7 mm, flat surface roughness: 0.3 μm) obtained by pressure sintering at about 100 atm. Is formed. In addition, the durability on the vertical axis in the figure is shown as a relative value with the preload loss amount of Comparative Example a2 as 1.

図6に示されるように、転動体の表面に形成された硬質被膜の膜厚が0.1〜5μmの範囲内から外れると直動案内装置の耐久性が急激に低下する。これは、転動体の表面に形成された硬質被膜の膜厚が0.1μm〜5μmの範囲内から外れると、硬質被膜の剥離や脱落等が起こり易くなり、硬質被膜の剥離片によって転動体転動溝や転動体の表面にチッピング等の異常摩耗が生じるためと考えられる。したがって、転動体の表面にDLC等の硬質被膜を形成し、この硬質被膜で転動体の表面を被覆する場合には、硬質被膜の膜厚を0.1μm〜5μm、好ましくは0.2μm〜5μmの範囲内とすることが望ましい。   As shown in FIG. 6, when the thickness of the hard coating formed on the surface of the rolling element is out of the range of 0.1 to 5 μm, the durability of the linear motion guide device is drastically lowered. This is because when the thickness of the hard coating formed on the surface of the rolling element is out of the range of 0.1 μm to 5 μm, the hard coating is easily peeled off or dropped off. This is probably because abnormal wear such as chipping occurs on the surface of the groove or rolling element. Therefore, when a hard film such as DLC is formed on the surface of the rolling element and the surface of the rolling element is covered with this hard film, the film thickness of the hard film is 0.1 μm to 5 μm, preferably 0.2 μm to 5 μm. It is desirable to be within the range.

次に、転動体の表面に形成された硬質被膜(膜厚さ:2μm)の表面粗さと直動案内装置の耐久性との相関について調べた結果を図7に示す。なお、ここで使用した直動案内装置の案内レールは、100気圧程度の加圧焼結によって得られる窒化ケイ素(比強度:2.6×10mm、平面部粗さRa:0.3μm)から形成されている。 Next, FIG. 7 shows the result of examining the correlation between the surface roughness of the hard coating (film thickness: 2 μm) formed on the surface of the rolling element and the durability of the linear motion guide device. In addition, the guide rail of the linear motion guide device used here is silicon nitride obtained by pressure sintering of about 100 atm (specific strength: 2.6 × 10 7 mm, flat surface roughness Ra: 0.3 μm). Formed from.

図7に示されるように、転動体の表面に形成された硬質被膜の表面粗さが0.05μmRaを超えると直動案内装置の耐久性が急激に低下する。これは、転動体の表面に形成された硬質被膜の表面粗さが0.05μmRaを超えると硬質被膜の表面が案内レールの転動体転動溝と局所的に接触し、この部分での接触応力が高くなることによって転動体転動溝の表面にチッピング等が生じ、案内レールの転動体転動溝が早期に摩耗してしまうためと考えられる。したがって、転動体の表面にDLC、CrN等の硬質被膜を形成し、この硬質被膜で転動体の表面を被覆する場合には、硬質被膜の表面粗さを0.05μmRa以下、好ましくは0.02μmRa以下とすることが望ましい。
次に、本発明の実施例B1〜B15および比較例b1〜b6を表6に示す。
As shown in FIG. 7, when the surface roughness of the hard coating formed on the surface of the rolling element exceeds 0.05 μmRa, the durability of the linear motion guide device sharply decreases. This is because when the surface roughness of the hard coating formed on the surface of the rolling element exceeds 0.05 μmRa, the surface of the hard coating locally contacts the rolling element rolling groove of the guide rail, and the contact stress at this portion This is considered to be because chipping or the like occurs on the surface of the rolling element rolling groove due to the increase in the rolling speed, and the rolling element rolling groove of the guide rail wears out early. Accordingly, when a hard film such as DLC or CrN is formed on the surface of the rolling element and the surface of the rolling element is covered with this hard film, the surface roughness of the hard film is 0.05 μmRa or less, preferably 0.02 μmRa. The following is desirable.
Next, Table 6 shows Examples B1 to B15 and Comparative Examples b1 to b6 of the present invention.

Figure 2006300323
Figure 2006300323

表6において、実施例B1〜B15および比較例b1〜b6で用いた転動体材料を一括して示すと以下の通りである。
(1)窒化ケイ素系1b(日本タングステン株式会社製NPN−3;Hv=1850)
(2)窒化ケイ素系2b(品川白煉瓦株式会社製SAN−P;Hv=1700)
(3)ジルコニア系1b(日本タングステン株式会社製NPZ−1;Hv=1250)
(4)ジルコニア系2b(日本特殊陶業株式会社製KGS20;Hv=1300)
(5)ジルコニア系3b(京セラ株式会社製Z703N;Hv=1350)
(6)ジルコニア系4b(日本タングステン株式会社製NPZ−3;Hv=1650)
In Table 6, the rolling element materials used in Examples B1 to B15 and Comparative Examples b1 to b6 are collectively shown as follows.
(1) Silicon nitride 1b (NPN-3 manufactured by Nippon Tungsten Co., Ltd .; Hv = 1850)
(2) Silicon nitride type 2b (Shinagawa White Brick Co., Ltd. SAN-P; Hv = 1700)
(3) Zirconia 1b (NPZ-1 manufactured by Nippon Tungsten Co., Ltd .; Hv = 1250)
(4) Zirconia 2b (KGS20 manufactured by Nippon Special Ceramics Co., Ltd .; Hv = 1300)
(5) Zirconia 3b (Kyocera Corporation Z703N; Hv = 1350)
(6) Zirconia 4b (NPZ-3 manufactured by Nippon Tungsten Co., Ltd .; Hv = 1650)

(7)アルミナ系1b(サンゴバンノートン社製AZ−93;Hv=1600)
(8)アルミナ系2b(日本タングステン株式会社製NPA−2;Hv=2000)
(9)超硬系1b(WC−Ni−Cr系合金(日本タングステン株式会社製NM18);Hv=1050)
(10)超硬系2b(WC−Co系合金(三菱マテリアル株式会社製GTi05);Hv=1550)
(11)超硬系3b(WC−TiC−TaC−Co系合金(日本タングステン株式会社製SN10);Hv=1700)
(12)超硬系4b(WC−Co系合金(日本タングステン株式会社製UF30);Hv=1500)
(7) Alumina-based 1b (AZ-93 manufactured by Saint-Gobain Norton; Hv = 1600)
(8) Alumina-based 2b (NPA-2 manufactured by Nippon Tungsten Co., Ltd .; Hv = 2000)
(9) Carbide 1b (WC-Ni-Cr alloy (NM18 manufactured by Nippon Tungsten Co., Ltd.); Hv = 1050)
(10) Carbide 2b (WC-Co alloy (GTi05 manufactured by Mitsubishi Materials Corporation); Hv = 1550)
(11) Carbide 3b (WC-TiC-TaC-Co alloy (SN10 manufactured by Nippon Tungsten Co., Ltd.); Hv = 1700)
(12) Carbide 4b (WC-Co alloy (UF30 manufactured by Nippon Tungsten Co., Ltd.); Hv = 1500)

(13)サーメット系1b(TiC−TaN−Ni−Mo系合金(日本タングステン株式会社製DUX30);Hv=1700)
(14)チタン系焼結合金1b(Ti−W−Co系合金(日本タングステン株式会社製TW−3);Hv=1000)
(15)SUS440C(Hv=1000)
(16)SKH4(Hv=750)
(17)超硬系5b(三菱マテリアル株式会社製GTi40C;Hv=760)
(18)超硬系6b(三菱マテリアル株式会社製GTi30C;Hv=880)
(19)炭化ケイ素系1b(株式会社東芝製TSC−1;Hv=2400)
(20)炭化ケイ素系2b(日本碍子株式会社製SC−20;Hv=2860)
(13) Cermet type 1b (TiC-TaN-Ni-Mo type alloy (DUX30 manufactured by Nippon Tungsten Co., Ltd.); Hv = 1700)
(14) Titanium-based sintered alloy 1b (Ti-W-Co-based alloy (TW-3, manufactured by Nippon Tungsten Co., Ltd.); Hv = 1000)
(15) SUS440C (Hv = 1000)
(16) SKH4 (Hv = 750)
(17) Carbide 5b (GTi40C manufactured by Mitsubishi Materials Corporation; Hv = 760)
(18) Carbide 6b (GTi30C manufactured by Mitsubishi Materials Corporation; Hv = 880)
(19) Silicon carbide type 1b (TSC-1 manufactured by Toshiba Corporation; Hv = 2400)
(20) Silicon carbide-based 2b (Nippon Choshi Co., Ltd. SC-20; Hv = 2860)

直動案内装置としての耐久性を評価するために、上記の原材料から転動体を作製し、図1に示す直動案内装置を作製した。転動体の表面粗さは、いずれの場合も0.025μmRaである。また、レール素材としては、表6に示す4種類の窒化ケイ素1〜4を用いた。ここで、窒化ケイ素1は1000気圧程度の加圧焼結によって得られる高強度窒化ケイ素(比強度:3.2×10mm、硬さ:Hv1700)、窒化ケイ素2は100気圧程度の加圧焼結によって得られる窒化ケイ素(比強度:2.6×10mm、硬さ:Hv1500)、窒化ケイ素3は8気圧程度の焼結条件で得られた窒化ケイ素(比強度:2.1×10mm、硬さ:Hv1400)である。また、窒化ケイ素4は内部の組織が不均一で、強度が低く、比強度が1.5×10mm、硬さがHv1200の窒化ケイ素である。 In order to evaluate the durability as a linear motion guide device, a rolling element was manufactured from the above raw materials, and the linear motion guide device shown in FIG. 1 was manufactured. The surface roughness of the rolling elements is 0.025 μmRa in any case. As the rail material, four types of silicon nitrides 1 to 4 shown in Table 6 were used. Here, silicon nitride 1 is high-strength silicon nitride (specific strength: 3.2 × 10 7 mm, hardness: Hv1700) obtained by pressure sintering at about 1000 atmospheres, and silicon nitride 2 is pressurized at about 100 atmospheres. Silicon nitride obtained by sintering (specific strength: 2.6 × 10 7 mm, hardness: Hv1500), silicon nitride 3 is silicon nitride obtained under sintering conditions of about 8 atm (specific strength: 2.1 × 10 7 mm, hardness: Hv 1400). Silicon nitride 4 is silicon nitride having a non-uniform internal structure, low strength, a specific strength of 1.5 × 10 7 mm, and a hardness of Hv1200.

表6に示される実施例B1〜B15(平面部粗さRaは0.3μmである。)及び比較例b1〜b6(平面部粗さRaは0.6μmである。)について、1サイクル0.2秒、予圧60Nとし、二本の案内レールにばねを介して擬似的に曲げモーメントを負荷した状態で50時間の連続運転を行った。試験後、各案内レールの予圧抜け量を測定し、その測定値を基に転動体表面の摩耗量を推定して実施例B1〜B14及び比較例b1〜b6の耐久性について評価した。その評価結果を表6に併記する。なお、表6の耐久性は比較例b1の予圧抜け量を1とした相対値で示されている。   For Examples B1 to B15 shown in Table 6 (plane portion roughness Ra is 0.3 μm) and comparative examples b1 to b6 (plane portion roughness Ra is 0.6 μm), one cycle is 0. A continuous operation for 50 hours was performed with a preload of 60 N for 2 seconds and a pseudo bending moment applied to the two guide rails via a spring. After the test, the preload loss amount of each guide rail was measured, and the wear amount of the rolling element surface was estimated based on the measured value, and the durability of Examples B1 to B14 and Comparative Examples b1 to b6 was evaluated. The evaluation results are also shown in Table 6. The durability in Table 6 is shown as a relative value with the preload loss amount of Comparative Example b1 as 1.

表6に示すように、実施例B1〜B14の各直動案内装置は比較例b1のものと比較して、その耐久性が約5〜15倍程度の高い値を示している。これは、比較例b1は案内レールが比強度の低い窒化ケイ素から形成され、かつ平面部粗さRaが大きいのに対し、実施例A1〜A3は案内レールが2×10mm以上の高い比強度を有する窒化ケイ素から形成され、かつ平面部粗さRaが小さいためである。 As shown in Table 6, each of the linear motion guide devices of Examples B1 to B14 has a durability that is about 5 to 15 times higher than that of Comparative Example b1. This is because in Comparative Example b1, the guide rail is made of silicon nitride having a low specific strength and the planar portion roughness Ra is large, while in Examples A1 to A3, the guide rail has a high ratio of 2 × 10 7 mm or more. This is because it is formed of silicon nitride having strength and has a small planar portion roughness Ra.

また、実施例B1〜B14の各直動案内装置は比較例b2のものと比較して、その耐久性が約3〜10倍程度の高い値を示している。これは、比較例b2は転動体と案内レールとの硬さ比(転動体/案内レール)が0.54であるのに対し、実施例A1〜A3は転動体と案内レールとの硬さ比が0.6以上となっているためである。
さらに、実施例B1〜B14の各直動案内装置は比較例b5のものと比較して、その耐久性が約6〜18倍程度の高い値を示している。これは、比較例b5は転動体と案内レールとの硬さ比が1.6であるのに対し、実施例A1〜A3は転動体と案内レールとの硬さ比が1.5以下となっているためである。
Moreover, each linear motion guide apparatus of Examples B1-B14 has shown the high value of about 3 to 10 times as compared with the thing of the comparative example b2. This is because Comparative Example b2 has a hardness ratio between the rolling element and the guide rail (rolling element / guide rail) of 0.54, whereas Examples A1 to A3 have a hardness ratio between the rolling element and the guide rail. This is because is 0.6 or more.
Further, each of the linear motion guide devices of Examples B1 to B14 shows a high value of about 6 to 18 times as long as that of Comparative Example b5. In Comparative Example b5, the hardness ratio between the rolling element and the guide rail is 1.6, whereas in Examples A1 to A3, the hardness ratio between the rolling element and the guide rail is 1.5 or less. This is because.

実施例B15の直動案内装置は、比較例b3のものと比較して、その耐久性が3倍と比較的高い値を示している。これは、案内レールの平面部粗さが小さく、案内レール表面の微小な凹凸に生じる応力集中が軽減され、慣性力に対して耐え得る強度を有するためである。
転動体と案内レールとの硬さ比と直動案内装置の耐久性との相関について調べた結果を図8に示す。なお、ここでは100気圧程度の加圧焼結によって得られる窒化ケイ素(比強度:2.6×10mm)からなる案内レールを用いて直動案内装置の耐久性を試験した。案内レールの平面部粗さは、いずれの場合においても0.3μmである。また、図中縦軸の耐久性は比較例b1の予圧抜け量を1とした相対値で示している。
The linear motion guide device of Example B15 shows a relatively high value of the durability of three times that of Comparative Example b3. This is because the flatness of the flat portion of the guide rail is small, the stress concentration generated in the minute irregularities on the surface of the guide rail is reduced, and the guide rail has a strength capable of withstanding the inertial force.
FIG. 8 shows the result of examining the correlation between the hardness ratio between the rolling elements and the guide rail and the durability of the linear motion guide device. Here, the durability of the linear motion guide device was tested using a guide rail made of silicon nitride (specific strength: 2.6 × 10 7 mm) obtained by pressure sintering at about 100 atm. In any case, the planar portion roughness of the guide rail is 0.3 μm. Further, the durability on the vertical axis in the figure is shown as a relative value with the preload loss amount of Comparative Example b1 as 1.

図8に示されるように、転動体の表面硬さと案内レールの表面硬さとの比が0.6〜1.5の範囲内から外れると直動案内装置の耐久性が急激に低下する。これは、転動体の表面硬さと案内レールの表面硬さとの比が0.6〜1.5の範囲内から外れると案内レールや転動体の摩耗が促進されるためと考えられる。したがって、直動案内装置の耐久性低下を防止するためには、転動体の表面硬さを案内レールの硬さに対して0.6倍〜1.5倍の範囲内とすれば良い。
次に、本発明の実施例C1〜C3および比較例c1〜c3を表7に示す。
As shown in FIG. 8, when the ratio between the surface hardness of the rolling element and the surface hardness of the guide rail is out of the range of 0.6 to 1.5, the durability of the linear motion guide device is drastically lowered. This is considered to be because wear of the guide rail and the rolling element is promoted when the ratio between the surface hardness of the rolling element and the surface hardness of the guide rail is out of the range of 0.6 to 1.5. Therefore, in order to prevent the durability of the linear motion guide device from deteriorating, the surface hardness of the rolling element may be in the range of 0.6 to 1.5 times the hardness of the guide rail.
Next, Table 7 shows Examples C1 to C3 and Comparative Examples c1 to c3 of the present invention.

Figure 2006300323
Figure 2006300323

表7において、実施例C1〜C3は下記の熱処理方法によって転動体の表面全体にHv800〜Hv1400の緻密な窒化膜を形成したものであるが、窒化膜の表面硬さがHv800以上であれば窒化膜の形成方法は特に限定されず、例えば熱処理条件1、2および3以外にもガス軟窒化、イオン窒化、塩浴浸硫窒化、ガス浸硫窒化などの方法を用いることができる。また、実施例C1〜C3はSUS440Cからなる転動体の表面に窒素(N)を拡散浸透させることにより、N拡散層全域に(Fe、Cr)2〜3or4N、CrN、MoN、VN等の緻密な窒化膜を形成したものである。 In Table 7, Examples C1 to C3 are obtained by forming a dense nitride film of Hv800 to Hv1400 on the entire surface of the rolling element by the following heat treatment method. If the surface hardness of the nitride film is Hv800 or more, nitriding is performed. The method for forming the film is not particularly limited. For example, methods such as gas soft nitriding, ion nitriding, salt bath nitrosulphurizing, gas nitrosulphurizing other than heat treatment conditions 1, 2, and 3 can be used. In Examples C1 to C3, nitrogen (N) is diffused and permeated on the surface of the rolling element made of SUS440C, so that (Fe, Cr) 2 to 3 or 4 N, Cr 2 N, Mo 2 N, A dense nitride film such as VN is formed.

表7の熱処理条件1〜3は、以下の通りである。
<熱処理条件1>
480℃〜560℃×3〜8時間窒化処理(50%N−50%NH混合ガス)
<熱処理条件2>
300℃〜380℃×1時間弗化処理(90%N−10%NF混合ガス)後、400℃〜480℃×24〜48時間窒化処理(50%N−50%NH混合ガス)
<熱処理条件3>
480℃〜560℃×3〜8時間、軟窒化処理(シアン酸塩(KCNO及びNaCNO)を主成分とする塩浴窒化)
The heat treatment conditions 1 to 3 in Table 7 are as follows.
<Heat treatment condition 1>
480 ° C. to 560 ° C. × 3 to 8 hours nitriding treatment (50% N 2 -50% NH 3 mixed gas)
<Heat treatment condition 2>
300 ° C. to 380 ° C. × 1 hour fluorination treatment (90% N 2 -10% NF 3 mixed gas), then 400 ° C. to 480 ° C. × 24 to 48 hours nitriding treatment (50% N 2 -50% NH 3 mixed gas) )
<Heat treatment condition 3>
Soft nitriding treatment (salt bath nitriding mainly composed of cyanate (KCNO and NaCNO)) at 480 ° C to 560 ° C for 3 to 8 hours

熱処理条件1は、ガス窒化の例である。熱処理条件2は、前処理として弗化処理を施した場合の例であり、フッ素系ガスのクリーニング作用によって窒化を阻害する表面酸化層が除去されるため、より低温で均一な窒化膜を形成することができ、高合金系では特に有効な手法である。熱処理条件3は軟窒化の例である。   Heat treatment condition 1 is an example of gas nitriding. The heat treatment condition 2 is an example in the case where a fluorination treatment is performed as a pretreatment, and the surface oxide layer that inhibits nitriding is removed by the cleaning action of the fluorine-based gas, so that a uniform nitride film is formed at a lower temperature. This is a particularly effective technique for high alloy systems. Heat treatment condition 3 is an example of soft nitriding.

実施例C1は図1の案内レール13を1200気圧程度の加圧焼結によって得られる高強度窒化ケイ素(比強度:3.3×10mm)から形成すると共にSUS440Cからなる転動体14の表面に窒化膜(表面硬さ:Hv1100、表面粗さ:0.04μmRa)を形成し、この窒化膜で転動体14の表面を被覆した直動案内装置である。また、実施例C2は案内レール13を150気圧程度の加圧焼結によって得られる高強度窒化ケイ素(比強度:2.7×10mm)から形成すると共にSUS440Cからなる転動体14の表面に窒化膜(表面硬さ:Hv1360、表面粗さ:0.05μmRa)を形成し、この窒化膜で転動体14の表面を被覆した直動案内装置であり、実施例C3は案内レール13を10気圧程度の焼結条件で得られた窒化ケイ素(比強度:2.2×10mm)から形成すると共にSUS440Cからなる転動体14の表面に窒化膜(表面硬さ:Hv950、表面粗さ:0.03μmRa)を形成し、この窒化膜で転動体14の表面を被覆した直動案内装置である。実施例C1、C2及びC3で用いた案内レール13の平面部粗さRaは0.3μmである。 In Example C1, the guide rail 13 shown in FIG. 1 is made of high-strength silicon nitride (specific strength: 3.3 × 10 7 mm) obtained by pressure sintering at about 1200 atm, and the surface of the rolling element 14 made of SUS440C. In this linear motion guide device, a nitride film (surface hardness: Hv1100, surface roughness: 0.04 μmRa) is formed, and the surface of the rolling element 14 is covered with this nitride film. In Example C2, the guide rail 13 is formed of high-strength silicon nitride (specific strength: 2.7 × 10 7 mm) obtained by pressure sintering at about 150 atm, and on the surface of the rolling element 14 made of SUS440C. This is a linear guide device in which a nitride film (surface hardness: Hv1360, surface roughness: 0.05 μmRa) is formed and the surface of the rolling element 14 is covered with this nitride film. A nitride film (surface hardness: Hv950, surface roughness: 0) is formed on the surface of the rolling element 14 made of SUS440C and formed from silicon nitride (specific strength: 2.2 × 10 7 mm) obtained under a certain sintering condition. .03 μmRa), and the surface of the rolling element 14 is covered with this nitride film. The planar portion roughness Ra of the guide rail 13 used in Examples C1, C2, and C3 is 0.3 μm.

一方、比較例c1は案内レールを比強度が1.5×10mmの窒化ケイ素から形成した直動案内装置であり、この比較例c1の転動体(表面硬さ:Hv700、表面粗さ:0.05μmRa)の表面には窒化膜が形成されていない。また、比較例c2は案内レールを比強度が2.7×10mmの窒化ケイ素から形成した直動案内装置であり、この比較例c2の転動体(表面硬さ:Hv710、表面粗さ:0.06μmRa)の表面にも窒化膜は形成されていない。さらに、比較例c3は案内レールを比強度が2.2×10mmの窒化ケイ素から形成した直動案内装置であり、この比較例c3の転動体の表面には、表面粗さが0.07Raの窒化膜(表面硬さ:Hv1430)が形成されている。比較例c1、c2及びc3で用いた案内レール13の平面部粗さRaは0.6μmである。 On the other hand, Comparative Example c1 is a linear motion guide device in which the guide rail is formed of silicon nitride having a specific strength of 1.5 × 10 7 mm. The rolling element of this Comparative Example c1 (surface hardness: Hv700, surface roughness: A nitride film is not formed on the surface of 0.05 μm Ra). Comparative example c2 is a linear motion guide device in which the guide rail is formed of silicon nitride having a specific strength of 2.7 × 10 7 mm. The rolling element of this comparative example c2 (surface hardness: Hv710, surface roughness: A nitride film is not formed on the surface of 0.06 μm Ra). Further, Comparative Example c3 is a linear motion guide device in which the guide rail is made of silicon nitride having a specific strength of 2.2 × 10 7 mm. The surface roughness of the rolling element of Comparative Example c3 is 0. A 07Ra nitride film (surface hardness: Hv1430) is formed. The planar portion roughness Ra of the guide rail 13 used in Comparative Examples c1, c2, and c3 is 0.6 μm.

実施例C1〜C3および比較例c1〜c3について、1サイクル0.2秒、予圧55Nとし、二本のレールにばねを介して擬似的に曲げモーメントを負荷した状態で8時間の連続運転を行った。試験後、各レールの摩擦抵抗の減少量を測定し、転動体の摩耗量を評価した。その評価結果を表8に示す。なお、表8に示される摩擦抵抗の減少量は比較例c1の摩擦抵抗減少量を1とした相対値で示している。   For Examples C1 to C3 and Comparative Examples c1 to c3, one cycle was 0.2 seconds, preload was 55 N, and 8 hours of continuous operation was performed with a pseudo bending moment applied to the two rails via springs. It was. After the test, the amount of decrease in the frictional resistance of each rail was measured, and the amount of wear of the rolling elements was evaluated. The evaluation results are shown in Table 8. Note that the amount of decrease in frictional resistance shown in Table 8 is shown as a relative value with the amount of decrease in frictional resistance of Comparative Example c1 as 1.

Figure 2006300323
Figure 2006300323

表8に示されるように、実施例C1〜C3は、比較例c1〜c3と比較して、試験前後の摩擦抵抗の減少量が小さく、転動体の損傷も軽微であった。ここで、摩擦抵抗の減少は転動体あるいはレールの摩耗によって生じる。
また、実施例C1〜C3の各直動案内装置は比較例c1のものと比較して、転動体の摩耗量が14/1000〜29/1000程度の極めて低い値を示している。これは、比較例c1は案内レールが比強度の低い窒化ケイ素から形成され、かつ平面部粗さRaが大きいのに対し、実施例C1〜C3は案内レールが2×10mm以上の高い比強度を有する高い窒化ケイ素から形成され、平面部粗さRaが小さく、窒化膜により転動体の耐摩耗性が向上したためである。
As shown in Table 8, in Examples C1 to C3, compared with Comparative Examples c1 to c3, the amount of decrease in frictional resistance before and after the test was small, and the rolling elements were slightly damaged. Here, the reduction in frictional resistance is caused by wear of the rolling elements or rails.
In addition, each of the linear motion guide devices of Examples C1 to C3 shows an extremely low value of the amount of wear of the rolling elements of about 14/1000 to 29/1000 as compared with that of Comparative Example c1. This is because the comparative example c1 is made of silicon nitride having a low specific strength and has a large flat surface roughness Ra, while the examples C1 to C3 have a high ratio in which the guide rail is 2 × 10 7 mm or more. This is because it is made of high-strength silicon nitride, has a small flat surface roughness Ra, and improves the wear resistance of the rolling elements by the nitride film.

また、実施例C1〜C3の各直動案内装置は比較例c2のものと比較して、転動体の摩耗量が7/100〜145/1000程度の低い値を示している。これは、比較例c2は転動体の表面に窒化膜が形成されていないのに対し、実施例C1〜C3は転動体の表面に窒化膜が形成され、耐摩耗性が向上したためである。
さらに、実施例C1〜C3の各直動案内装置は比較例c3のものと比較して、転動体の摩耗量が低い値を示している。これは、比較例c3は転動体の表面に形成された窒化膜の表面硬さと表面粗さがHv1430、0.07μmRaであるのに対し、実施例C1〜C3は転動体の表面に形成された窒化膜の表面硬さがHv800〜Hv1400の範囲内で、かつ窒化膜の表面粗さが0.05μmRa以下となっているためである。
In addition, each of the linear motion guide devices of Examples C1 to C3 shows a low value of about 7/100 to 145/1000 in the amount of wear of the rolling elements as compared with that of Comparative Example c2. This is because Comparative Example c2 does not have a nitride film formed on the surface of the rolling element, whereas Examples C1 to C3 have a nitride film formed on the surface of the rolling element, resulting in improved wear resistance.
Further, each of the linear motion guide devices of Examples C1 to C3 shows a lower value of the amount of wear of the rolling elements than that of Comparative Example c3. This is because Comparative Example c3 had a surface hardness and surface roughness of the nitride film formed on the surface of the rolling element of Hv1430, 0.07 μmRa, while Examples C1 to C3 were formed on the surface of the rolling element. This is because the surface hardness of the nitride film is in the range of Hv800 to Hv1400, and the surface roughness of the nitride film is 0.05 μmRa or less.

転動体の表面に形成された窒化膜(表面粗さ:0.03μmRa)の表面硬さと案内レールの摩擦抵抗の減少量との相関について調べた結果を図9に示す。なお、ここで使用した直動案内装置の案内レールは、1200気圧程度の加圧焼結によって得られる窒化ケイ素(比強度:3.3×10mm)から形成され、平面部粗さRaは0.3μmである。 FIG. 9 shows the results of examining the correlation between the surface hardness of the nitride film (surface roughness: 0.03 μm Ra) formed on the surface of the rolling element and the amount of reduction in the frictional resistance of the guide rail. In addition, the guide rail of the linear motion guide device used here is formed of silicon nitride (specific strength: 3.3 × 10 7 mm) obtained by pressure sintering of about 1200 atm, and the planar portion roughness Ra is 0.3 μm.

図9に示されるように、転動体の表面に形成された窒化膜の表面硬さがHv800〜Hv1400の範囲内から外れると急激に転動体あるいはレールの摩耗が促進されることがわかる。これは、窒化膜の表面硬さがHv800未満の場合はレール素材との硬度差が大きくなることによって転動体の摩耗が促進され、窒化膜の表面硬さがHv1400を超える場合は窒化膜の表面にFeNが生成され、転動体の表面が脆くなるためである。 As shown in FIG. 9, it can be seen that when the surface hardness of the nitride film formed on the surface of the rolling element deviates from the range of Hv800 to Hv1400, the wear of the rolling element or rail is rapidly accelerated. This is because, when the surface hardness of the nitride film is less than Hv 800, the hardness difference from the rail material is increased to promote wear of the rolling elements, and when the surface hardness of the nitride film exceeds Hv 1400, the surface of the nitride film This is because Fe 2 N is formed on the surface and the surface of the rolling element becomes brittle.

次に、転動体の表面に形成された窒化膜(表面硬さ:Hv1350)の表面粗さと案内レールの摩擦抵抗の減少量との相関について調べた結果を図10に示す。なお、ここで使用した直動案内装置の案内レールは、1200気圧程度の加圧焼結によって得られる窒化ケイ素(比強度:3.3×10mm)から形成され、平面部粗さRaは0.3μmである。 Next, FIG. 10 shows the results of examining the correlation between the surface roughness of the nitride film (surface hardness: Hv1350) formed on the surface of the rolling element and the amount of decrease in the frictional resistance of the guide rail. In addition, the guide rail of the linear motion guide device used here is formed of silicon nitride (specific strength: 3.3 × 10 7 mm) obtained by pressure sintering of about 1200 atm, and the planar portion roughness Ra is 0.3 μm.

図10に示されるように、転動体の表面に形成された窒化膜の表面粗さが0.05μmRaを超えると転動体および案内レールが急激に摩耗することがわかる。これは、窒化膜の表面粗さが0.05μmRaを超えると転動体表面の微小凹凸が転動体転動溝の表面と直接接触し易くなり、転動体表面の微小凹凸によって転動体転動溝の表面が損傷したり、転動体転動溝表面の摩耗が促進されたりするためである。   As shown in FIG. 10, it can be seen that when the surface roughness of the nitride film formed on the surface of the rolling element exceeds 0.05 μmRa, the rolling element and the guide rail are abruptly worn. This is because when the surface roughness of the nitride film exceeds 0.05 μmRa, the minute irregularities on the surface of the rolling element are likely to be in direct contact with the surface of the rolling element rolling groove, and the minute irregularities on the surface of the rolling element cause the rolling element rolling groove to This is because the surface is damaged or the wear of the rolling element rolling groove surface is promoted.

案内レールに用いるセラミックとしては、たとえば窒化ケイ素、ジルコニア、アルミナ、炭化ケイ素、硼化チタン等を用いることができ、また、これらの複合焼結体などを用いることができるが、その中でも窒化ケイ素は剛性が高く、かつ高い破壊靭性値を有するので特に好ましい。この場合、窒化ケイ素素材の破壊靭性値を5MPa・m0.5以上とし、窒化ケイ素素材の硬度を14GPa以上とすれば、破壊強度的にもさらに好適に用いることができる。 As the ceramic used for the guide rail, for example, silicon nitride, zirconia, alumina, silicon carbide, titanium boride and the like can be used, and these composite sintered bodies can be used, among which silicon nitride is It is particularly preferable because of its high rigidity and high fracture toughness value. In this case, if the fracture toughness value of the silicon nitride material is 5 MPa · m 0.5 or more and the hardness of the silicon nitride material is 14 GPa or more, the fracture strength can be further suitably used.

窒化ケイ素は例えばHIP法、ガス圧焼結法などの加圧焼結により得ることができ、平均値で幅3μm以下、長さ4μm以上の柱状に成長した柱状結晶が窒化ケイ素粒全体の70以上、好ましくは90%以上であるものが望ましいが、比強度の条件を満たす材料であれば常圧焼結のものでも構わない。また、助剤成分としては、たとえばAl、MgO、CeOなどの金属酸化物やY、Yb、Laなどの希土類酸化物の中から選択することができ、焼結体全体の20wt%を上限として添加されたものを用いることができる。また、素材内部の空孔や異物等の欠陥は円相当径で50μm以下、好ましくは20μm以下とすれば、局所的な素材強度劣化が抑制されるので、素材の信頼性を向上させることができる。
次に、本発明の実施例D1〜D3および比較例d1〜d3を表9に示す。
Silicon nitride can be obtained, for example, by pressure sintering such as HIP method, gas pressure sintering method, etc., and columnar crystals grown into columnar shapes having an average width of 3 μm or less and a length of 4 μm or more are 70 or more of the entire silicon nitride grains. However, it is preferably 90% or more, but any material that satisfies the condition of specific strength may be sintered under normal pressure. The auxiliary component can be selected from metal oxides such as Al 2 O 3 , MgO and CeO and rare earth oxides such as Y 2 O 3 , Yb 2 O 3 and La 2 O 3. In addition, it is possible to use one added with an upper limit of 20 wt% of the entire sintered body. Further, if defects such as vacancies and foreign matters inside the material are 50 μm or less, preferably 20 μm or less in terms of the equivalent circle diameter, local material strength deterioration is suppressed, so that the reliability of the material can be improved. .
Next, Table 9 shows Examples D1 to D3 and Comparative Examples d1 to d3 of the present invention.

Figure 2006300323
Figure 2006300323

表9において、実施例D1は図1の案内レール13を1200気圧程度の加圧焼結によって得られる高強度窒化ケイ素(比強度:3.3×10mm)から形成すると共にSUS440Cからなる転動体14の表面にCr炭化物とCとを含む複合炭化物層(表面硬さ:Hv1640、表面粗さ:0.03μmRa)を形成し、この複合炭化物層で転動体14の表面を被覆した直動案内装置である。また、実施例D2は案内レール13を150気圧程度の加圧焼結によって得られる高強度窒化ケイ素(比強度:2.7×10mm)から形成すると共にSUS440Cからなる転動体14の表面にCr炭化物とCとを含む複合炭化物層(表面硬さ:Hv1560、表面粗さ:0.05μmRa)を形成し、この複合炭化物層で転動体14の表面を被覆した直動案内装置であり、実施例D3は案内レール13を10気圧程度の焼結条件で得られた窒化ケイ素(比強度:2.2×10mm)から形成すると共にSUS440Cからなる転動体14の表面にCr炭化物とCとを含む複合炭化物層(表面硬さ:Hv1720、表面粗さ:0.04μmRa)を形成し、この複合炭化物層で転動体14の表面を被覆した直動案内装置である。実施例D1、D2及びD3で用いた案内レール13の平面部粗さRaは0.3μmである。 In Table 9, in Example D1, the guide rail 13 shown in FIG. 1 is formed from high-strength silicon nitride (specific strength: 3.3 × 10 7 mm) obtained by pressure sintering at about 1200 atm and SUS440C. A linear guide that forms a composite carbide layer (surface hardness: Hv1640, surface roughness: 0.03 μmRa) containing Cr carbide and C on the surface of the moving body 14 and covers the surface of the rolling element 14 with the composite carbide layer. Device. In Example D2, the guide rail 13 is formed of high-strength silicon nitride (specific strength: 2.7 × 10 7 mm) obtained by pressure sintering at about 150 atm, and is formed on the surface of the rolling element 14 made of SUS440C. A linear motion guide device in which a composite carbide layer (surface hardness: Hv1560, surface roughness: 0.05 μmRa) containing Cr carbide and C is formed, and the surface of the rolling element 14 is covered with this composite carbide layer. In Example D3, the guide rail 13 is formed of silicon nitride (specific strength: 2.2 × 10 7 mm) obtained under sintering conditions of about 10 atmospheres, and Cr carbide and C are formed on the surface of the rolling element 14 made of SUS440C. Is a linear motion guide device in which a composite carbide layer (surface hardness: Hv1720, surface roughness: 0.04 μmRa) is formed and the surface of the rolling element 14 is covered with this composite carbide layer. The planar portion roughness Ra of the guide rail 13 used in Examples D1, D2, and D3 is 0.3 μm.

一方、比較例d1は案内レールを比強度が1.5×10mmの窒化ケイ素から形成した直動案内装置であり、この比較例d1の転動体(表面硬さ:Hv700、表面粗さ:0.05μmRa)の表面には複合炭化物層は形成されていない。また、比較例d2は案内レールを比強度が2.7×10mmの窒化ケイ素から形成した直動案内装置であり、この比較例d2の転動体(表面硬さ:Hv710、表面粗さ:0.05μmRa)の表面にも複合炭化物層は形成されていない。さらに、比較例d3は案内レールを比強度が2.2×10mmの窒化ケイ素から形成した直動案内装置であり、この比較例d3の転動体の表面には、表面粗さが0.1μmRaの複合炭化物層(表面硬さ:Hv1750)が形成されている。比較例d1、d2及びd3で用いた案内レールの平面部表面粗さRaは0.6μmである。なお、複合炭化物層は転動体の表面にCrを拡散浸透させることにより、Cr拡散層全域にFe,Cr及びCからなる複合炭化物層を均一に形成することができる。このCr拡散浸透処理は、特に限定されない。Cr拡散・浸炭の一例を挙げると、鋼板製半密閉容器を用い、65wt%〜80wt%の金属Cr粉と、19wt%〜34wt%のAl粉と、0.5wt%〜1.0wt%のNHCとからなる混合粉末に被処理物を埋め込み、Hガスを流しながら950℃〜1150℃で5〜15時間加熱する方法などがある。この方法によれば、被処理物にクロム拡散硬質層に含まれる高硬度のCr炭化物(Cr23、Cr、CrC)が、剥離しない安定した表面硬化層を付与させることができる。また、母材としては焼戻し後の強度がHRC58以上の鉄鋼材料(例えばステンレス鋼、SUJ2等)であることが好ましい。 On the other hand, Comparative Example d1 is a linear motion guide device in which the guide rail is made of silicon nitride having a specific strength of 1.5 × 10 7 mm. The rolling element of this Comparative Example d1 (surface hardness: Hv700, surface roughness: A composite carbide layer is not formed on the surface of 0.05 μm Ra). Comparative example d2 is a linear motion guide device in which the guide rail is formed of silicon nitride having a specific strength of 2.7 × 10 7 mm. The rolling element of this comparative example d2 (surface hardness: Hv710, surface roughness: No composite carbide layer is formed on the surface of 0.05 μm Ra). Further, Comparative Example d3 is a linear motion guide device in which the guide rail is formed of silicon nitride having a specific strength of 2.2 × 10 7 mm. The surface roughness of the rolling element of Comparative Example d3 is 0. A 1 μm Ra composite carbide layer (surface hardness: Hv1750) is formed. The planar portion surface roughness Ra of the guide rail used in Comparative Examples d1, d2 and d3 is 0.6 μm. The composite carbide layer can uniformly form a composite carbide layer made of Fe, Cr, and C over the entire Cr diffusion layer by diffusing and infiltrating Cr on the surface of the rolling element. This Cr diffusion and penetration treatment is not particularly limited. An example of Cr diffusion and carburization is the use of a semi-sealed container made of steel plate, 65 wt% to 80 wt% metal Cr powder, 19 wt% to 34 wt% Al 2 O 3 powder, 0.5 wt% to 1.0 wt%. For example, there is a method in which an object to be processed is embedded in a mixed powder composed of% NH 4 C and heated at 950 ° C. to 1150 ° C. for 5 to 15 hours while flowing H 2 gas. According to this method, the high hardness Cr carbide (Cr 23 C 6 , Cr 7 C 6 , Cr 2 C) contained in the chromium diffusion hard layer is imparted to the object to be processed so as to provide a stable surface hardened layer that does not peel off. Can do. Further, the base material is preferably a steel material (for example, stainless steel, SUJ2 or the like) having a strength after tempering of HRC58 or higher.

実施例D1〜D3および比較例d1〜d3について、1サイクル0.2秒、予圧55Nとし、二本のレールにばねを介して擬似的に曲げモーメントを負荷した状態で8時間の連続運転を行った。試験後、各レールの摩擦抵抗の減少量を測定し、転動体の摩耗量を評価した。その評価結果を表10に示す。なお、表10に示される摩擦抵抗の減少量は比較例d1の摩擦抵抗減少量を1とした相対値で示している。   For Examples D1 to D3 and Comparative Examples d1 to d3, one cycle was 0.2 seconds, preload was 55 N, and continuous operation was performed for 8 hours with a bending moment applied to the two rails via a spring. It was. After the test, the amount of decrease in the frictional resistance of each rail was measured, and the amount of wear of the rolling elements was evaluated. The evaluation results are shown in Table 10. Note that the amount of decrease in frictional resistance shown in Table 10 is expressed as a relative value with the amount of decrease in frictional resistance of Comparative Example d1 as 1.

Figure 2006300323
Figure 2006300323

表10に示されるように、実施例D1〜D3の各直動案内装置は比較例d1のものと比較して、転動体の摩耗量が1/250〜2/250程度の極めて低い値を示している。これは、比較例d1は案内レールが比強度の低い窒化ケイ素から形成され、かつ平面部粗さRaが大きいのに対し、実施例D1〜D3は案内レールが2×10mm以上の高い比強度を有する高い窒化ケイ素から形成され、平面部粗さRaが小さく、複合炭化物層により耐摩耗性が向上したためである。 As shown in Table 10, the linear motion guide devices of Examples D1 to D3 show extremely low values of about 1/250 to 2/250 of the amount of wear of the rolling elements as compared with that of Comparative Example d1. ing. This is because the comparative example d1 is made of silicon nitride having a low specific strength and has a large flat surface roughness Ra, while the examples D1 to D3 have a high ratio in which the guide rail is 2 × 10 7 mm or more. This is because it is made of high-strength silicon nitride, has a small flat surface roughness Ra, and has improved wear resistance due to the composite carbide layer.

また、実施例D1〜D3の各直動案内装置は比較例d2のものと比較して、転動体の摩耗量が低い値を示している。これは、比較例d2は転動体の表面に複合炭化物層が形成されていないのに対し、実施例D1〜D3は転動体の表面に複合炭化物層が形成されているためである。
さらに、実施例D1〜D3の各直動案内装置は比較例d3のものと比較して、転動体の摩耗量が低い値を示している。これは、比較例d3は転動体の表面に形成された複合炭化物層の表面硬さと表面粗さがHv1750、0.1μmRaであるのに対し、実施例C1〜C3は転動体の表面に形成された複合炭化物層の表面硬さがHv1000〜Hv1800の範囲内で、かつ複合炭化物層の表面粗さが0.05μmRa以下となっているためである。
Moreover, each linear motion guide apparatus of Examples D1-D3 has shown the value with a low amount of wear of a rolling element compared with the thing of the comparative example d2. This is because the composite carbide layer is not formed on the surface of the rolling element in Comparative Example d2, whereas the composite carbide layer is formed on the surface of the rolling element in Examples D1 to D3.
Further, each of the linear motion guide devices of Examples D1 to D3 shows a lower value of the wear amount of the rolling elements than that of Comparative Example d3. This is because Comparative Example d3 has a surface hardness and surface roughness of the composite carbide layer formed on the surface of the rolling element of Hv1750 and 0.1 μmRa, while Examples C1 to C3 are formed on the surface of the rolling element. This is because the surface hardness of the composite carbide layer is in the range of Hv1000 to Hv1800, and the surface roughness of the composite carbide layer is 0.05 μmRa or less.

転動体の表面に形成された複合炭化物層の表面硬さと案内レールの摩擦抵抗の減少量との相関について調べた結果を図11に示す。なお、ここで使用した直動案内装置の案内レールは、1200気圧程度の加圧焼結によって得られる窒化ケイ素(比強度:3.3×10mm)から形成されている。
図11に示されるように、転動体の表面に形成された複合炭化物層の表面硬さがHv1000〜Hv1800の範囲内から外れると案内レールあるいは転動体の摩耗量が急激に上昇する。これは、複合炭化物層の表面硬さがHv1000未満の場合はレール素材との硬度差が大きくなることによって転動体の摩耗が促進され、複合炭化物層の表面硬さがHv1800を超える場合は転動体の表面に形成される炭化物層が脆くなるためである。
FIG. 11 shows the result of examining the correlation between the surface hardness of the composite carbide layer formed on the surface of the rolling element and the amount of decrease in the frictional resistance of the guide rail. In addition, the guide rail of the linear guide apparatus used here is formed from silicon nitride (specific strength: 3.3 × 10 7 mm) obtained by pressure sintering at about 1200 atm.
As shown in FIG. 11, when the surface hardness of the composite carbide layer formed on the surface of the rolling element is out of the range of Hv1000 to Hv1800, the wear amount of the guide rail or the rolling element increases rapidly. This is because, when the surface hardness of the composite carbide layer is less than Hv1000, the wear of the rolling element is promoted by increasing the hardness difference from the rail material, and when the surface hardness of the composite carbide layer exceeds Hv1800, the rolling element This is because the carbide layer formed on the surface of the steel becomes brittle.

次に、転動体の表面に形成された複合炭化物層の表面粗さと案内レールの摩擦抵抗の減少量との相関について調べた結果を図12に示す。なお、ここで使用した直動案内装置の案内レールは、1200気圧程度の加圧焼結によって得られる窒化ケイ素(比強度:3.3×10mm)から形成されている。
図12に示されるように、転動体の表面に形成された複合炭化物層の表面粗さが0.05μmRaを超えると案内レールあるいは転動体の摩耗量が急激に上昇する。これは、複合炭化物層の表面粗さが0.05μmRaを超えると転動体表面の微小凹凸が転動体転動溝の表面と直接接触し易くなり、複合炭化物層によって転動体転動溝の表面が損傷したり、摩耗が促進されたりするためである。
Next, FIG. 12 shows the result of examining the correlation between the surface roughness of the composite carbide layer formed on the surface of the rolling element and the amount of reduction in the frictional resistance of the guide rail. In addition, the guide rail of the linear guide apparatus used here is formed from silicon nitride (specific strength: 3.3 × 10 7 mm) obtained by pressure sintering at about 1200 atm.
As shown in FIG. 12, when the surface roughness of the composite carbide layer formed on the surface of the rolling element exceeds 0.05 μmRa, the wear amount of the guide rail or the rolling element increases rapidly. This is because, when the surface roughness of the composite carbide layer exceeds 0.05 μmRa, the minute irregularities on the surface of the rolling element are likely to be in direct contact with the surface of the rolling element rolling groove, and the surface of the rolling element rolling groove is caused by the composite carbide layer. This is because they are damaged or wear is promoted.

案内レールに用いるセラミックとしては、たとえは窒化ケイ素、ジルコニア、アルミナ、炭化ケイ素、硼化チタン等を用いることができ、また、これらの複合焼結体などを用いることができるが、その中でも窒化ケイ素は剛性が高く、かつ高い破壊靭性値を有するので特に好ましい。このとき、窒化ケイ素素材の破壊靭性値を5MPa・m0.5以上とし、窒化ケイ素素材の硬度を14GPa以上とすれば、破壊強度的にもさらに好適に用いることができる。
次に、本発明の実施例E1〜E3および比較例e1〜e3を表11に示す。
As the ceramic used for the guide rail, for example, silicon nitride, zirconia, alumina, silicon carbide, titanium boride, etc. can be used, and these composite sintered bodies can be used, among which silicon nitride Is particularly preferred because of its high rigidity and high fracture toughness. At this time, if the fracture toughness value of the silicon nitride material is 5 MPa · m 0.5 or more and the hardness of the silicon nitride material is 14 GPa or more, the fracture strength can be further suitably used.
Next, Examples E1 to E3 and Comparative Examples e1 to e3 of the present invention are shown in Table 11.

Figure 2006300323
Figure 2006300323

表11において、実施例E1は図1の案内レール13を1200気圧程度の加圧焼結によって得られる高強度窒化ケイ素(比強度:3.3×10mm)から形成すると共にSUS440Cからなる転動体14の表面に硼化膜(表面硬さ:Hv1530、表面粗さ:0.04μmRa)を形成し、この硼化膜で転動体14の表面を被覆した直動案内装置である。また、実施例E2は案内レール13を150気圧程度の加圧焼結によって得られる高強度窒化ケイ素(比強度:2.7×10mm)から形成すると共にSUS440Cからなる転動体14の表面に硼化膜(表面硬さ:Hv1460、表面粗さ:0.05μmRa)を形成し、この硼化膜で転動体14の表面を被覆した直動案内装置であり、実施例E3は案内レール13を10気圧程度の焼結条件で得られた窒化ケイ素(比強度:2.2×10mm)から形成すると共にSUS440Cからなる転動体14の表面に硼化膜(表面硬さ:Hv1640、表面粗さ:0.03μmRa)を形成し、この硼化膜で転動体14の表面を被覆した直動案内装置である。実施例E1〜E3で用いた案内レール13の平面部粗さRaは0.3μmである。 In Table 11, in Example E1, the guide rail 13 of FIG. 1 is formed from high-strength silicon nitride (specific strength: 3.3 × 10 7 mm) obtained by pressure sintering at about 1200 atmospheres, and SUS440C is used. This is a linear motion guide device in which a boride film (surface hardness: Hv1530, surface roughness: 0.04 μmRa) is formed on the surface of the moving body 14, and the surface of the rolling element 14 is covered with this boride film. In Example E2, the guide rail 13 is formed from high-strength silicon nitride (specific strength: 2.7 × 10 7 mm) obtained by pressure sintering at about 150 atm. On the surface of the rolling element 14 made of SUS440C. A boring film (surface hardness: Hv 1460, surface roughness: 0.05 μm Ra) is a linear motion guide device in which the surface of the rolling element 14 is covered with this boride film. A boride film (surface hardness: Hv1640, surface roughness) is formed on the surface of the rolling element 14 made of SUS440C and formed from silicon nitride (specific strength: 2.2 × 10 7 mm) obtained under sintering conditions of about 10 atm. This is a linear motion guide device in which the surface of the rolling element 14 is covered with this boride film. The planar portion roughness Ra of the guide rail 13 used in Examples E1 to E3 is 0.3 μm.

一方、比較例e1は案内レールを比強度が1.5×10mmの窒化ケイ素から形成した直動案内装置であり、この比較例e1の転動体(表面硬さ:Hv700、表面粗さ:0.05μmRa)の表面には硼化膜は形成されていない。また、比較例e2は案内レールを比強度が2.7×10mmの窒化ケイ素から形成した直動案内装置であり、この比較例e2の転動体(表面硬さ:Hv710、表面粗さ:0.05μmRa)の表面にも硼化膜は形成されていない。さらに、比較例e3は案内レールを比強度が2.2×10mmの窒化ケイ素から形成した直動案内装置であり、この比較例e3の転動体の表面には、表面粗さが0.08μmRaの硼化膜(表面硬さ:Hv1650)が形成されている。比較例e1〜e3で用いた案内レール13の平面部粗さRaは0.6μmである。 On the other hand, Comparative Example e1 is a linear motion guide device in which the guide rail is formed of silicon nitride having a specific strength of 1.5 × 10 7 mm. The rolling element (surface hardness: Hv700, surface roughness: Comparative Example e1) A boride film is not formed on the surface of 0.05 μm Ra). Comparative example e2 is a linear motion guide device in which the guide rail is formed of silicon nitride having a specific strength of 2.7 × 10 7 mm. The rolling element of this comparative example e2 (surface hardness: Hv710, surface roughness: No boride film is formed on the surface of 0.05 μm Ra). Further, Comparative Example e3 is a linear motion guide device in which the guide rail is made of silicon nitride having a specific strength of 2.2 × 10 7 mm. The surface roughness of the rolling element of Comparative Example e3 is 0. A boride film (surface hardness: Hv1650) of 08 μmRa is formed. The planar portion roughness Ra of the guide rail 13 used in Comparative Examples e1 to e3 is 0.6 μm.

転動体の表面に硼化膜を形成する場合には、たとえば転動体の表面に硼素を拡散浸透させ、これに引き続き焼入および焼戻しを施すことによって転動体の表面に硼化膜を均一に形成することができ、転動体の表面に硼素を拡散浸透させる方法としては、処理剤としてジボランあるいは三塩化ボロンと水素からなる混合ガスを用いて硼素を拡散浸透させるガス法、ボロンあるいはフェロボロンとアルミナおよび塩化アンモンの混合粉末を用いて硼素を拡散浸透させる粉末法、処理剤としてホウ砂と酸化ナトリウムおよび酸化カリウムを用いて硼素を拡散浸透させる浸漬法などがある。これらの方法のうちガス法は処理ガスに毒性があり、また粉末法は処理コストが高いなどの問題がある。また、一般に硼化膜はFeB層とFeB層の2層からなり、表面側のFeB層はその硬さがHv1700〜Hv2000にも達し、非常に脆いため、硼化膜の表面層はFeB層であることが好ましい。従って、転動体の表面に硼化膜を形成する場合、上述した浸漬法を用い、処理温度:900℃〜1000℃、処理時間:3時間〜6時間の条件で拡散浸透処理を行うことにより、表面がFeB層の硼化膜(硬さ:Hv1000〜Hv1700)を得ることができる。 When forming a boride film on the surface of the rolling element, for example, boron is diffused and infiltrated on the surface of the rolling element, followed by quenching and tempering to form a uniform boride film on the surface of the rolling element. As a method of diffusing and infiltrating boron on the surface of the rolling element, a gas method in which boron is diffused and infiltrated using a mixed gas composed of diborane or boron trichloride and hydrogen as a treating agent, boron or ferroboron and alumina and There are a powder method in which boron is diffused and permeated using a mixed powder of ammonium chloride, and an immersion method in which boron is diffused and permeated using borax, sodium oxide, and potassium oxide as treatment agents. Among these methods, the gas method has a problem that the processing gas is toxic and the powder method has a high processing cost. In general, the boride film is composed of two layers, an Fe 2 B layer and an FeB layer, and the hardness of the surface Fe 2 B layer reaches Hv 1700 to Hv 2000 and is very brittle. Is preferably an Fe 2 B layer. Therefore, when a boride film is formed on the surface of the rolling element, by using the above-described immersion method, by performing diffusion permeation treatment under the conditions of treatment temperature: 900 ° C. to 1000 ° C., treatment time: 3 hours to 6 hours, A boride film (hardness: Hv1000 to Hv1700) having a Fe 2 B layer on the surface can be obtained.

また、硼化処理後は徐冷されることになるので、硼化膜の下地は一般にフェライト若しくはパーライトあるいはフェライトとパーライトの混合組織となり、転動体に求められる強度が不足して大きな接触応力に耐えられない場合がある。このため、硼化処理しただけの状態では摺動部品に使用できても転がり軸受等の転動体には適用できない。そこで、転動体の母材として焼入れによって硬化する材料を使用し、硼化処理後に焼入れ焼戻しを施すことによって案内レールとの接触によって生じる応力に耐えられるだけの強度を確保することができる。   In addition, since it is gradually cooled after the boride treatment, the base of the boride film is generally a ferrite or pearlite or a mixed structure of ferrite and pearlite, and the strength required for the rolling element is insufficient, so that it can withstand a large contact stress. It may not be possible. For this reason, even if it can be used as a sliding part in a state where it is just borated, it cannot be applied to a rolling element such as a rolling bearing. Therefore, by using a material that is hardened by quenching as the base material of the rolling element and performing quenching and tempering after the boride treatment, it is possible to ensure a strength sufficient to withstand the stress caused by the contact with the guide rail.

転動体の母材に十分な焼入れ硬さを与えるためには、炭素含有量の多い鋼を使用することにより十分な焼入れ硬さを付与できるが、硼化処理時に原子半径が炭素原子よりも大きい硼素原子が母材表面から侵入する。このため、母材の炭素含有量が1.0%以上であると硼化性が阻害され、硼化膜を形成し難くなり、転動体の研磨後に硼化膜が消失してしまう場合がある。一方、母材の炭素含有量が0.3%以下であると硼化膜の下地を支えるべく十分な芯部強度が得られなくなる。したがって、硼化膜の膜厚、硬さ及び芯部強度のすべてを満足するためには、転動体の母材として、炭素総含有量が0.3wt%〜1.0wt%、好ましくは0.4wt%〜0.9wt%の鋼を使用することが好ましい。   In order to give sufficient quenching hardness to the base material of the rolling element, sufficient quenching hardness can be imparted by using steel with a high carbon content, but the atomic radius is larger than carbon atoms during the boride treatment. Boron atoms enter from the surface of the base material. For this reason, when the carbon content of the base material is 1.0% or more, boriding properties are inhibited, and it becomes difficult to form a boride film, and the boride film may disappear after polishing of the rolling elements. . On the other hand, when the carbon content of the base material is 0.3% or less, sufficient core strength to support the base of the boride film cannot be obtained. Therefore, in order to satisfy all of the film thickness, hardness, and core strength of the boride film, the total carbon content is 0.3 wt% to 1.0 wt%, preferably 0. It is preferable to use 4 wt% to 0.9 wt% of steel.

実施例E1〜E3及び比較例e1〜e3について、1サイクル0.2秒、予圧55Nとし、二本のレールにばねを介して擬似的に曲げモーメントを負荷した状態で8時間の連続運転を行った。試験後、各レールの摩擦抵抗の減少量を測定し、転動体の摩耗量を評価した。その評価結果を表12に示す。なお、表12に示される摩擦抵抗の減少量は比較例e1の摩擦抵抗減少量を1とした相対値で示している。   For Examples E1 to E3 and Comparative Examples e1 to e3, one cycle was 0.2 seconds, preload was 55 N, and continuous operation was performed for 8 hours with a bending moment applied to the two rails via a spring. It was. After the test, the amount of decrease in the frictional resistance of each rail was measured, and the amount of wear of the rolling elements was evaluated. The evaluation results are shown in Table 12. The amount of decrease in frictional resistance shown in Table 12 is shown as a relative value with the amount of decrease in frictional resistance of Comparative Example e1 as 1.

Figure 2006300323
Figure 2006300323

表12に示されるように、実施例E1〜E3の各直動案内装置は比較例e1のものと比較して、転動体の摩耗量が1/200〜1/125程度の極めて低い値を示している。これは、比較例e1は案内レールが比強度の低い窒化ケイ素から形成され、かつ平面部粗さRaが大きいのに対し、実施例E1〜E3は案内レールが2×10mm以上の高い比強度を有する高い窒化ケイ素から形成され、平面部粗さRaが小さく、硼化膜により耐摩耗性が向上したためである。 As shown in Table 12, each of the linear motion guide devices of Examples E1 to E3 shows an extremely low value of the wear amount of the rolling element of about 1/200 to 1/125 compared to that of Comparative Example e1. ing. This is because in Comparative Example e1, the guide rail is formed of silicon nitride having a low specific strength and the planar portion roughness Ra is large, while in Examples E1 to E3, the guide rail has a high ratio of 2 × 10 7 mm or more. This is because it is made of high-strength silicon nitride, has a small flat surface roughness Ra, and has improved wear resistance due to the boride film.

また、実施例E1〜E3の各直動案内装置は比較例e2のものと比較して、転動体の摩耗量が低い値を示している。これは、比較例e2は転動体の表面に硼化膜が形成されていないのに対し、実施例E1〜E3は転動体の表面に硼化膜が形成されているためである。
さらに、実施例E1〜E3の各直動案内装置は比較例e3のものと比較して、転動体の摩耗量が低い値を示している。これは、比較例e3は転動体の表面に形成された硼化膜の表面硬さと表面粗さがHv1650、0.08μmRaであるのに対し、実施例E1〜E3は転動体の表面に形成された硼化膜の表面硬さがHv1000〜Hv1700の範囲内で、かつ窒化膜の表面粗さが0.05μmRa以下となっているためである。
In addition, each of the linear motion guide devices of Examples E1 to E3 shows a lower value of the amount of wear of the rolling elements than that of Comparative Example e2. This is because the comparative example e2 has no boride film formed on the surface of the rolling element, while the examples E1 to E3 have the boride film formed on the surface of the rolling element.
Further, each of the linear motion guide devices of Examples E1 to E3 shows a lower value of the amount of wear of the rolling elements than that of Comparative Example e3. This is because in Comparative Example e3, the surface hardness and surface roughness of the boride film formed on the surface of the rolling element are Hv1650 and 0.08 μmRa, while Examples E1 to E3 are formed on the surface of the rolling element. This is because the surface hardness of the boride film is in the range of Hv1000 to Hv1700, and the surface roughness of the nitride film is 0.05 μmRa or less.

転動体の表面に形成された硼化膜の表面硬さと直動案内装置の耐久性との相関について調べた結果を図13に示す。なお、ここで使用した直動案内装置の案内レールは、100気圧程度の加圧焼結によって得られる窒化ケイ素(比強度:2.6×10mm)から形成されている。また、図中縦軸の耐久性は比較例e1の予圧抜け量を1とした相対値で示している。 FIG. 13 shows the result of examining the correlation between the surface hardness of the boride film formed on the surface of the rolling element and the durability of the linear motion guide device. Note that the guide rail of the linear motion guide device used here is formed of silicon nitride (specific strength: 2.6 × 10 7 mm) obtained by pressure sintering at about 100 atm. Further, the durability on the vertical axis in the figure is shown as a relative value with the preload loss amount of Comparative Example e1 as 1.

図13に示されるように、転動体の表面に形成された硼化膜の表面硬さがHv1000〜Hv1700の範囲内から外れると直動案内装置の耐久性が急激に低下する。これは、転動体の表面に形成された硼化膜の表面硬さがHv1000未満の場合はレール素材との硬度差が大きくなることによって転動体の摩耗が促進され、また硼化膜の表面硬さがHv1700を超える場合は硼化膜が非常に脆くなるためである。従って、転動体の表面に形成される硼化膜の表面硬さとしては、Hv1000〜Hv1700の範囲内であることが好ましい。   As shown in FIG. 13, when the surface hardness of the boride film formed on the surface of the rolling element is out of the range of Hv1000 to Hv1700, the durability of the linear motion guide device is drastically lowered. This is because when the surface hardness of the boride film formed on the surface of the rolling element is less than Hv1000, the wear difference of the rolling element is promoted by increasing the hardness difference from the rail material, and the surface hardness of the boride film is also increased. This is because if the thickness exceeds Hv1700, the boride film becomes very brittle. Therefore, the surface hardness of the boride film formed on the surface of the rolling element is preferably in the range of Hv1000 to Hv1700.

次に、転動体の表面に形成された硼化膜の表面粗さと直動案内装置の耐久性との相関について調べた結果を図14に示す。なお、ここで使用した直動案内装置の案内レールは、100気圧程度の加圧焼結によって得られる窒化ケイ素(比強度:2.6×10mm)から形成されている。また、図中縦軸の耐久性は比較例e1の予圧抜け量を1とした相対値で示している。 Next, FIG. 14 shows the result of examining the correlation between the surface roughness of the boride film formed on the surface of the rolling element and the durability of the linear motion guide device. Note that the guide rail of the linear motion guide device used here is formed of silicon nitride (specific strength: 2.6 × 10 7 mm) obtained by pressure sintering at about 100 atm. Further, the durability on the vertical axis in the figure is shown as a relative value with the preload loss amount of Comparative Example e1 as 1.

図14に示されるように、転動体の表面に形成された硼化膜の表面粗さが0.05μmRaを超えると直動案内装置の耐久性が急激に低下する。これは、硼化膜の表面粗さが0.05μmRaを超える場合は転動体表面の微小凹凸が転動体転動溝の表面と直接接触し易くなり、硼化膜によって転動体転動溝の表面が損傷したり、転動体転動溝表面の摩耗が促進されたりするためである。従って、転動体の表面に形成される硼化膜の表面粗さとしては、0.05μmRa以下であることが好ましい。
次に、本発明の実施例F1〜F9および比較例f1〜f4を表13に示す。
As shown in FIG. 14, when the surface roughness of the boride film formed on the surface of the rolling element exceeds 0.05 μmRa, the durability of the linear motion guide device sharply decreases. This is because when the surface roughness of the boride film exceeds 0.05 μmRa, the minute irregularities on the surface of the rolling element are likely to be in direct contact with the surface of the rolling element rolling groove, and the surface of the rolling element rolling groove is formed by the boride film. This is because the surface of the rolling element is damaged or the wear on the surface of the rolling element rolling groove is promoted. Accordingly, the surface roughness of the boride film formed on the surface of the rolling element is preferably 0.05 μmRa or less.
Next, Examples F1 to F9 and Comparative Examples f1 to f4 of the present invention are shown in Table 13.

Figure 2006300323
Figure 2006300323

表13において、実施例F1〜F9は案内レール13の転動体転動溝16の幅方向表面粗さを0.04〜0.2μm、長手方向表面粗さを0.02〜0.1μm、ゆがみ度(Sk値)を−0.1〜+1とした直動案内装置である。
これに対して、比較例f1〜f4は案内レール13の転動体転動溝16の幅方向表面粗さを0.2〜0.25μm、長手方向表面粗さを0.15μm、ゆがみ度(Sk値)を−1.4〜+1とした直動案内装置である。
また、実施例F1〜F9及び比較例f1〜f4は加圧焼結によって得られた窒化ケイ素(比強度:3.1×10mm)をレール素材として用い、グリースはNF2を用いた。また、各例の転動体はマルテンサイト系のステンレス鋼から形成されている。
In Table 13, Examples F1 to F9 are 0.04 to 0.2 μm in the width direction surface roughness of the rolling element rolling groove 16 of the guide rail 13, 0.02 to 0.1 μm in the longitudinal direction surface roughness, and are distorted. This is a linear motion guide device having a degree (Sk value) of -0.1 to +1.
On the other hand, in Comparative Examples f1 to f4, the width-direction surface roughness of the rolling element rolling groove 16 of the guide rail 13 is 0.2 to 0.25 μm, the longitudinal surface roughness is 0.15 μm, and the degree of distortion (Sk This is a linear motion guide device in which (value) is -1.4 to +1.
In Examples F1 to F9 and Comparative Examples f1 to f4, silicon nitride (specific strength: 3.1 × 10 7 mm) obtained by pressure sintering was used as a rail material, and grease was NF2. The rolling elements in each example are formed from martensitic stainless steel.

図15は部品実装装置を模擬した試験機を示しており、この試験機を用いて実施例F1〜F9及び比較例f1〜f4の耐久試験を行った。ここで、試験機は供試体となる2本の案内レール13を試験機上に平行に配置し、各案内レール13の一端部をばね20で連結したものであり、案内レール16が高速運動した場合に発生する荷重を供試体に負荷することができるようになっている。これらのレール13は、図示しない外部駆動源よって高速で往復運動され、実機に近い条件での試験が可能となる。また、供試体に組み付けられている各スライダ15A,15Bに負荷される初期設定予圧は、それぞれ1.5N、0.8Nとしてある。
試験は、ばね荷重:100N、ストローク:90mm、往復周期:0.15秒として、10×10サイクルまで行い、供試体を取り外して予圧減少量を測定した。
FIG. 15 shows a testing machine simulating a component mounting apparatus, and durability tests of Examples F1 to F9 and Comparative Examples f1 to f4 were performed using this testing machine. Here, the test machine has two guide rails 13 serving as specimens arranged in parallel on the test machine, and one end of each guide rail 13 is connected by a spring 20, and the guide rail 16 moves at high speed. In this case, the load generated in the case can be applied to the specimen. These rails 13 are reciprocated at a high speed by an external drive source (not shown), and a test under conditions close to those of an actual machine becomes possible. Further, the initial setting preloads applied to the sliders 15A and 15B assembled to the specimen are 1.5N and 0.8N, respectively.
The test was performed up to 10 × 10 6 cycles with a spring load of 100 N, a stroke of 90 mm, and a reciprocation cycle of 0.15 seconds, and the preload reduction amount was measured by removing the specimen.

実施例F1〜F9および比較例f1〜f4の耐久性について試験した結果を図16、図17及び図18に示す。
図16において、横軸は案内レールに形成された転動体転動溝の幅方向表面粗さを示し、縦軸は耐久試験後の予圧減少量を示している。図16から明らかなように、転動体転動溝の幅方向表面粗さを0.02μmRa以下とすることにより、予圧抜け量が極端に少なくなることがわかる。
The result of having tested about durability of Examples F1-F9 and Comparative Examples f1-f4 is shown in FIG.16, FIG17 and FIG.18.
In FIG. 16, the horizontal axis indicates the surface roughness in the width direction of the rolling element rolling groove formed on the guide rail, and the vertical axis indicates the amount of preload reduction after the durability test. As is apparent from FIG. 16, it can be seen that the amount of preload loss is extremely reduced by setting the surface roughness in the width direction of the rolling element rolling groove to 0.02 μmRa or less.

図17において、横軸は案内レールに形成された転動体転動溝の長手方向表面粗さを示し、縦軸は耐久試験後の予圧減少量を示している。図17から明らかなように、転動体転動溝の長手方向表面粗さを0.1μmRa以下とすることにより、予圧抜けが効果的に抑制できることがわかる。
実施例F1〜F9および比較例f3、f4について、転動体転動溝の表面粗さのゆがみ度と耐久性との関係を図18に示す。同図から明らかなように、転動体転動溝の表面粗さのゆがみ度(Sk値)を負とすることにより、予圧抜けがより効果的に抑制できることがわかる。
In FIG. 17, the horizontal axis indicates the surface roughness in the longitudinal direction of the rolling element rolling grooves formed on the guide rail, and the vertical axis indicates the amount of preload reduction after the durability test. As is clear from FIG. 17, it is understood that the preload loss can be effectively suppressed by setting the surface roughness of the rolling element rolling groove in the longitudinal direction to 0.1 μmRa or less.
FIG. 18 shows the relationship between the degree of distortion of the surface roughness of the rolling element rolling groove and the durability of Examples F1 to F9 and Comparative Examples f3 and f4. As is apparent from the figure, it is understood that the preload loss can be more effectively suppressed by making the degree of distortion (Sk value) of the surface roughness of the rolling element rolling groove negative.

以上のことから、転動体転動溝の幅方向表面粗さを0.02μmRa以下とし、かつ長手方向表面粗さを0.1μmRa以下とすることにより、セラミック製案内レールおよび転動体の摩耗を抑制することができる。また、転動体転動溝の表面粗さのゆがみ度(Sk値)を負とすることにより、セラミック製案内レールおよび転動体の摩耗をより効果的に抑制することができる。
また、本発明の実施例G1〜G4および比較例g1〜g4に用いた窒化ケイ素素材をまとめて表14に示す。
From the above, the wear of the ceramic guide rail and the rolling element is suppressed by setting the rolling surface rolling groove width-direction surface roughness to 0.02 μmRa or less and the longitudinal surface roughness to 0.1 μmRa or less. can do. Moreover, by making the degree of distortion (Sk value) of the surface roughness of the rolling element rolling groove negative, it is possible to more effectively suppress wear of the ceramic guide rail and the rolling element.
Table 14 shows the silicon nitride materials used in Examples G1 to G4 of the present invention and Comparative Examples g1 to g4.

Figure 2006300323
Figure 2006300323

これらの窒化ケイ素素材はAl及びYを合計で10wt%含み、焼結温度2000℃で焼結したものである。このとき、焼結後の冷却速度を25〜150℃/hrで変化させて、それぞれ助剤成分の結晶化率を変え、素材の熱伝導率を変化させている。
これらの窒化ケイ素を案内レール13のレール素材として、表15に示すような実施例および比較例を作成した。
These silicon nitride materials contain a total of 10 wt% of Al 2 O 3 and Y 2 O 3 and are sintered at a sintering temperature of 2000 ° C. At this time, the cooling rate after sintering was changed at 25 to 150 ° C./hr to change the crystallization rate of the auxiliary component and change the thermal conductivity of the material.
Using these silicon nitrides as the rail material of the guide rail 13, examples and comparative examples as shown in Table 15 were prepared.

Figure 2006300323
Figure 2006300323

表15において、実施例G1〜G4はそれぞれ表14の窒化ケイ素3〜6で案内レール13を構成した。いずれも平面部粗さと強度および熱伝導率が本発明の推奨範囲内のものである。これに対して、比較例g1および比較例g2は熱伝導率がそれぞれ20W/m・K、40W/m・Kと本発明の推奨範囲外である窒化ケイ素1、2をレール素材として用いたものである。また、比較例g3は熱伝導率が50W/m・Kと本発明の推奨範囲を満たしているものの、比強度が1.8×10mmと低い窒化ケイ素7をレール素材として用いた例である。また、比較例g4は熱伝導率および曲げ強度は推奨範囲を満足しているが、破壊靭性値が5MPa・m0.5未満である窒化ケイ素8をレール素材として用いた例である。また、案内レールの平面部粗さは実施例G1〜G4の場合には0.3μmであり、比較例g1〜g4の場合には0.6μmRaである。 In Table 15, Examples G1-G4 comprised the guide rail 13 with the silicon nitride 3-6 of Table 14, respectively. In any case, the planar portion roughness, strength, and thermal conductivity are within the recommended range of the present invention. On the other hand, Comparative Example g1 and Comparative Example g2 use silicon nitrides 1 and 2 that are outside the recommended range of the present invention as the rail material, with thermal conductivities of 20 W / m · K and 40 W / m · K, respectively. It is. Comparative Example g3 is an example in which silicon nitride 7 having a low specific strength of 1.8 × 10 7 mm is used as a rail material, although the thermal conductivity satisfies 50 W / m · K and the recommended range of the present invention. is there. Comparative Example g4 is an example in which silicon nitride 8 having a fracture toughness value of less than 5 MPa · m 0.5 is used as a rail material, although the thermal conductivity and bending strength satisfy the recommended ranges. Moreover, the planar part roughness of a guide rail is 0.3 micrometer in the case of Examples G1-G4, and is 0.6 micrometerRa in the case of Comparative Examples g1-g4.

これらの実施例G1〜G4及び比較例g1〜g4を、前述の図15に示す直動試験装置によって作動特性を評価した。また、各実施例及び各比較例の直動案内装置には振動ピックアップが取り付けてあり、作動中に発生する振動値の変化を図示しない振動計により測定できる。
案内レールは、長さ:330mm、幅:14mm、厚さ:8mmのものを使用した。引張ばねによる負荷荷重は120Nとし、作動周期:8Hz、作動ストローク:90mmとした。グリースは、合成炭化水素系の基油に増ちょう剤としてウレア系化合物を添加したものを使用した。
The working characteristics of these Examples G1 to G4 and Comparative Examples g1 to g4 were evaluated using the linear motion test apparatus shown in FIG. In addition, the linear motion guide devices of the respective examples and comparative examples are provided with a vibration pickup, and a change in vibration value generated during operation can be measured by a vibration meter (not shown).
A guide rail having a length of 330 mm, a width of 14 mm, and a thickness of 8 mm was used. The load applied by the tension spring was 120 N, the operation cycle was 8 Hz, and the operation stroke was 90 mm. The grease used was a synthetic hydrocarbon base oil with a urea compound added as a thickener.

直動案内装置の寿命試験は、試験開始後の積算往復数が1×10回に到達した時点での振動増加率(=最終振動値/初期振動値)で行った。また、寿命試験後には、案内レールの曲げ強度試験を行い、実機で負荷される曲げ応力に安全率を乗じた応力を案内レールの最も強度の弱い部分(切欠き部)に負荷して、案内レールの強度を評価した。また、表15に示す各実施例及び各比較例について、同様に繰り返しの曲げ応力を負荷し、破断までの繰り返し数を測定した。 The life test of the linear motion guide device was performed at the rate of increase in vibration (= final vibration value / initial vibration value) when the cumulative number of reciprocations after the start of the test reached 1 × 10 7 times. After the life test, a guide rail bending strength test is conducted, and the guide rail is loaded with a stress obtained by multiplying the bending stress applied on the actual machine by a safety factor on the weakest part (notch) of the guide rail. The strength of the rail was evaluated. For each of the examples and comparative examples shown in Table 15, repeated bending stress was similarly applied, and the number of repetitions until breakage was measured.

上述した寿命試験と強度評価試験の結果を図19にまとめて示す。
図19は、表15に示す各実施例及び各比較例の試験結果を案内レール素材の熱伝導率で整理した結果である。同図において、縦軸の振動増加率は、試験結果を分り易く表示するために、比較例g1の値を1とした相対値で示してあり、また、各評価結果のマークは、曲げ強度試験において、クラックの発生しなかったものは「○」、クラックの発生が認められたものは「×」で示している。図19からわかるように、熱伝導率が46W/m・K以上である高熱伝導性の窒化ケイ素で案内レールを形成することにより、転走面温度の上昇を効果的に抑制し、グリース粘度の低下による潤滑条件の劣化を制限して、長期間安定した作動状態を維持できる。ただし、比較例g4では、破壊靭性値が5MPa・m0.5以下であったため、クラックの発生が認められた。また、窒化ケイ素の比強度が2.0×10mm以下である比較例g3の場合には、昇温は抑制されたものの、規定荷重で切欠き部が破断し、強度的な制約から案内レール素材として使用できない。
The results of the life test and the strength evaluation test described above are collectively shown in FIG.
FIG. 19 shows the results of arranging the test results of the examples and comparative examples shown in Table 15 according to the thermal conductivity of the guide rail material. In the same figure, the vibration increase rate on the vertical axis is shown as a relative value with the value of Comparative Example g1 set to 1 in order to display the test result in an easy-to-understand manner, and each evaluation result mark is a bending strength test. In FIG. 2, the case where no crack was generated is indicated by “◯”, and the case where the crack was observed was indicated by “X”. As can be seen from FIG. 19, by forming the guide rail with high thermal conductivity silicon nitride having a thermal conductivity of 46 W / m · K or more, the rise in rolling contact surface temperature is effectively suppressed, and the grease viscosity is reduced. It is possible to maintain a stable operating state for a long time by limiting the deterioration of the lubrication condition due to the decrease. However, in Comparative Example g4, since the fracture toughness value was 5 MPa · m 0.5 or less, occurrence of cracks was observed. Further, in the case of Comparative Example g3 in which the specific strength of silicon nitride is 2.0 × 10 7 mm or less, although the temperature rise is suppressed, the notch is broken at a specified load, and guidance is given due to strength constraints. Cannot be used as rail material.

図20に、繰り返し曲げ評価試験の結果をレール素材の破壊靭性値で整理した結果を示す。レール素材の比強度が2.0×10mm以上であっても、平面部粗さが0.5μmより大きく、破壊靭性値が5MPa・m0.5未満である比較例g4は、規定荷重の繰り返し曲げ応力の負荷によって試験途中で破断した。これに対し、平面粗さが0.3μmで、比強度が2.0×10mm以上で、破壊靭性値が5MPa・m0.5以上であるその他の実施例は、比較例g4の破断サイクルの1000倍のサイクルを負荷しても破断しない。 In FIG. 20, the result of having arranged the result of the repeated bending evaluation test by the fracture toughness value of the rail material is shown. Even if the specific strength of the rail material is 2.0 × 10 7 mm or more, the comparative example g4 in which the flat surface roughness is larger than 0.5 μm and the fracture toughness value is less than 5 MPa · m 0.5 is the specified load. The test was broken during the test due to repeated bending stress. On the other hand, other examples having a plane roughness of 0.3 μm, a specific strength of 2.0 × 10 7 mm or more, and a fracture toughness value of 5 MPa · m 0.5 or more are ruptures of Comparative Example g4 Even when a cycle 1000 times the cycle is loaded, it does not break.

なお、本発明は上述した実施形態に限られるものではない。たとえば、上述した実施形態では本発明を電子部品実装装置のヘッド昇降機構に適用した場合について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、たとえばワイヤボンディング装置のボンディングヘッド昇降機構に本発明を適用できることは勿論である。   The present invention is not limited to the embodiment described above. For example, in the above-described embodiment, the case where the present invention is applied to the head lifting mechanism of the electronic component mounting apparatus has been described. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and for example, the bonding head lifting / lowering of the wire bonding apparatus. Of course, the present invention can be applied to the mechanism.

[実施態様2]
図21は、本発明に係る転動装置の一実施形態である深みぞ玉軸受の構造を示す部分縦断面図である。
この玉軸受は、外輪1と、内輪2と、外輪1と内輪2との間に転動自在に配設された複数の玉3と、複数の玉3を保持する樹脂製の冠形保持器(図示せず)と、を備えている。なお、外輪1が本発明の構成要件たる支持体に相当し、内輪2が本発明の構成要件たる可動子に相当する。
[Embodiment 2]
FIG. 21 is a partial longitudinal sectional view showing the structure of a deep groove ball bearing which is an embodiment of the rolling device according to the present invention.
This ball bearing includes an outer ring 1, an inner ring 2, a plurality of balls 3 that are rotatably arranged between the outer ring 1 and the inner ring 2, and a resin crown-shaped cage that holds the plurality of balls 3. (Not shown). In addition, the outer ring | wheel 1 is corresponded to the support body which is a structural requirement of this invention, and the inner ring | wheel 2 is corresponded to the needle | mover which is a structural requirement of this invention.

外輪1,内輪2,及び玉3は全てセラミック材料,サーメット,又は超硬合金で構成されており、しかも、そのセラミック材料,サーメット,又は超硬合金の比強度は1.2×10mm以上である。さらに、そのセラミック材料,サーメット,又は超硬合金の耐熱衝撃値は、該玉軸受の使用環境温度の1.5倍以上であり、前記使用環境温度における前記セラミック材料,前記サーメット,又は前記超硬合金の曲げ強度は500MPa以上である。 The outer ring 1, inner ring 2, and ball 3 are all made of ceramic material, cermet, or cemented carbide, and the specific strength of the ceramic material, cermet, or cemented carbide is 1.2 × 10 7 mm or more. It is. Furthermore, the thermal shock value of the ceramic material, cermet, or cemented carbide is 1.5 times or more the operating environment temperature of the ball bearing, and the ceramic material, the cermet, or the cemented carbide at the operating environment temperature. The bending strength of the alloy is 500 MPa or more.

このような本実施形態の玉軸受は、セラミック材料で構成されている場合は、軽量で剛性が高く、耐食性,耐摩耗性,耐熱性に優れている。また、回転時に玉3に作用する遠心力が低減され、より高速で作動することができ、さらに発熱も低くなる。さらに、比重が小さいので、回転速度が速い場合でも、玉軸受を駆動するためのエネルギー、すなわち電力使用量が小さくなる。よって、エネルギー消費量を少なくできて、省エネルギー化を図ることができる。さらに、高速回転下においても、金属材料のように接触点で凝着を起こして焼付くおそれがない。また、サーメット及び超硬合金は、セラミック材料と比較すると、曲げ強度が比較的高く加工しやすく安価であるという特徴がある。   When such a ball bearing of this embodiment is made of a ceramic material, it is lightweight and has high rigidity, and is excellent in corrosion resistance, wear resistance, and heat resistance. Further, the centrifugal force acting on the ball 3 at the time of rotation is reduced, the device can be operated at a higher speed, and the heat generation is further reduced. Furthermore, since the specific gravity is small, even when the rotational speed is high, the energy for driving the ball bearing, that is, the amount of power used is small. Therefore, energy consumption can be reduced and energy saving can be achieved. Further, even under high-speed rotation, there is no risk of seizure due to adhesion at the contact point unlike metal materials. Further, cermet and cemented carbide have a characteristic that they have a relatively high bending strength and are easy to process and inexpensive compared to ceramic materials.

さらに、セラミック材料,サーメット,又は超硬合金の比強度が1.2×10mm以上であることから、セラミック材料,サーメット,又は超硬合金の表面や内部においてクラックが伝播しにくく、剥離や摩耗が生じにくいので、この玉軸受は高速で作動しても長寿命である。
さらに、セラミック材料,サーメット,又は超硬合金の耐熱衝撃値が、該玉軸受の使用環境温度の1.5倍以上であり、前記使用環境温度におけるセラミック材料,サーメット,又は超硬合金の曲げ強度が500MPa以上であることから、高温環境下あるいは高温・腐食環境下において使用され、加熱されることによって玉軸受内部に温度勾配が生じ、その温度勾配によって熱応力が生じた場合でも、外輪1や内輪2の表面に微小クラックが伝播しにくく、摩耗や割れが生じにくい。よって、高温環境下あるいは高温・腐食環境下においても、この玉軸受は長寿命である。
Furthermore, since the specific strength of the ceramic material, cermet, or cemented carbide is 1.2 × 10 7 mm or more, cracks hardly propagate on the surface or inside of the ceramic material, cermet, or cemented carbide, and peeling or Since wear does not easily occur, this ball bearing has a long life even if it operates at high speed.
Furthermore, the thermal shock value of the ceramic material, cermet, or cemented carbide is 1.5 times or more the operating environment temperature of the ball bearing, and the bending strength of the ceramic material, cermet, or cemented carbide at the operating environment temperature. Therefore, the outer ring 1 or the outer ring 1 can be used even in the case where a temperature gradient is generated inside the ball bearing by being heated and heated in a high temperature environment or in a high temperature / corrosive environment, and a thermal stress is generated by the temperature gradient. Small cracks are unlikely to propagate to the surface of the inner ring 2 and wear and cracks are less likely to occur. Therefore, this ball bearing has a long life even in a high temperature environment or a high temperature / corrosion environment.

次に、上記とほぼ同様の構成の玉軸受において、外輪,内輪,及び玉を構成するセラミック材料,サーメット,又は超硬合金を種々変更したものを用意して、回転試験によって各種評価を行った。
実施例H1〜H24及び比較例h1〜h3の玉軸受には、日本精工株式会社製の玉軸受(呼び番号6206,内径30mm,外径62mm,幅16mm)を使用した。
Next, in the ball bearing having the same configuration as the above, various changes were made to the outer ring, the inner ring, and the ceramic material, cermet, or cemented carbide constituting the ball, and various evaluations were performed by a rotation test. .
As ball bearings of Examples H1 to H24 and Comparative Examples h1 to h3, ball bearings manufactured by NSK Ltd. (nominal number 6206, inner diameter 30 mm, outer diameter 62 mm, width 16 mm) were used.

外輪及び内輪は表16及び表17に示すようなセラミック材料,サーメット,又は超硬合金で構成し、玉は、実施例H1〜H12,H18〜H24及び比較例h3については窒化ケイ素(日本特殊陶業社製EC−141、比強度2.94×10mm、耐熱衝撃値:880℃、曲げ強度:1000MPa)で構成し、実施例H13〜H17及び比較例h1,h2については内輪と同種のセラミック材料で構成した。また、保持器にはフッ素系樹脂製の冠形保持器を用いた。なお、表16及び表17には、セラミック材料,サーメット,及び超硬合金の比強度([曲げ強度]/[密度])と曲げ強度も併せて示している。 The outer ring and inner ring are made of ceramic material, cermet, or cemented carbide as shown in Table 16 and Table 17, and the balls are made of silicon nitride (Nippon Specialty Ceramics) for Examples H1 to H12, H18 to H24 and Comparative Example h3. EC-141 manufactured by the company, specific strength 2.94 × 10 7 mm, thermal shock value: 880 ° C., bending strength: 1000 MPa), and Examples H13 to H17 and Comparative Examples h1 and h2 are the same type of ceramic as the inner ring. Composed of materials. In addition, a fluorinated resin crown-shaped cage was used as the cage. Tables 16 and 17 also show the specific strength ([bending strength] / [density]) and bending strength of the ceramic material, cermet, and cemented carbide.

Figure 2006300323
Figure 2006300323

Figure 2006300323
Figure 2006300323

使用したセラミック材料,サーメット,及び超硬合金は、以下の通りである。
・窒化ケイ素系1h:サンゴバンノートン社製NBD200、比強度2.9×10mm、曲げ強度980MPa
・窒化ケイ素系2h:日本タングステン社製NPN−3、比強度3.9×10mm、曲げ強度1300MPa
・窒化ケイ素系3h:京セラ社製SN733、比強度3.1×10mm、曲げ強度980MPa
・窒化ケイ素系4h:新日本製鉄社製S110H、比強度3.6×10mm、曲げ強度1180MPa
The ceramic material, cermet, and cemented carbide used are as follows.
Silicon nitride 1h: NBD200 manufactured by Saint-Gobain Norton, specific strength 2.9 × 10 7 mm, bending strength 980 MPa
-Silicon nitride 2h: NPN-3 manufactured by Nippon Tungsten Co., Ltd., specific strength 3.9 × 10 7 mm, bending strength 1300 MPa
Silicon nitride 3h: Kyocera SN733, specific strength 3.1 × 10 7 mm, bending strength 980 MPa
・ Silicon nitride type 4h: Nippon Steel Corporation S110H, specific strength 3.6 × 10 7 mm, bending strength 1180 MPa

・ジルコニア系1h:京セラ社製Z703、比強度3.6×10mm、曲げ強度1960MPa
・ジルコニア系2h:日本タングステン社製NPZ−1、比強度2.9×10mm、曲げ強度1800MPa
・ジルコニア系3h:日本タングステン社製NPZ−3、比強度1.7×10mm、曲げ強度1700MPa
・ジルコニア系4h:京セラ社製Z21H0、比強度1.4×10mm、曲げ強度784MPa
Zirconia system 1h: Z703 manufactured by Kyocera Corporation, specific strength 3.6 × 10 7 mm, bending strength 1960 MPa
・ Zirconia 2h: NPZ-1 manufactured by Nippon Tungsten Co., Ltd., specific strength 2.9 × 10 7 mm, bending strength 1800 MPa
-Zirconia 3h: NPZ-3 manufactured by Nippon Tungsten Co., Ltd., specific strength 1.7 × 10 7 mm, bending strength 1700 MPa
Zirconia 4h: Z21H0 manufactured by Kyocera Corporation, specific strength 1.4 × 10 7 mm, bending strength 784 MPa

・炭化ケイ素系1h:日本タングステン社製NPS−1、比強度1.8×10mm、曲げ強度560MPa
・アルミナ系1h :サンゴバンノートン社製AZ−93、比強度2.5×10mm、曲げ強度1180MPa
・アルミナ系2h :日本タングステン社製NPA−2、比強度1.9×10mm、曲げ強度835MPa
・アルミナ系3h :京セラ社製A−601D、比強度1.0×10mm、曲げ強度400MPa
・アルミナ系4h :東芝社製AL−16、比強度0.8×10mm、曲げ強度320MPa
-Silicon carbide type 1h: NPS-1 manufactured by Nippon Tungsten Co., Ltd., specific strength 1.8 × 10 7 mm, bending strength 560 MPa
Alumina-based 1h: AZ-93 manufactured by Saint-Gobain Norton, specific strength 2.5 × 10 7 mm, bending strength 1180 MPa
Alumina-based 2h: NPA-2 manufactured by Nippon Tungsten Co., Ltd., specific strength 1.9 × 10 7 mm, bending strength 835 MPa
Alumina 3h: A-601D manufactured by Kyocera Corporation, specific strength 1.0 × 10 7 mm, bending strength 400 MPa
Alumina 4h: AL-16 manufactured by Toshiba, specific strength 0.8 × 10 7 mm, bending strength 320 MPa

・超硬合金1h :日本タングステン社製WC−Co系 G3、比強度1.77×10mm、耐熱衝撃値800℃、曲げ強度1800MPa
・超硬合金2h :日本タングステン社製WC−Ni−Cr−Mo系 NR11、比強度1.78×10mm、耐熱衝撃値700℃、曲げ強度2400MPa
・超硬合金3h :日本タングステン社製WC−TiC−TaC系 RCCL、比強度0.68×10mm、耐熱衝撃値550℃、曲げ強度1000MPa
・超硬合金4h :住友電気工業社製WC−Ni−Cr系 M61U、比強度1.95×10mm、耐熱衝撃値500℃、曲げ強度2500MPa
Cemented carbide 1h: WC-Co G3 manufactured by Nippon Tungsten Co., Ltd., specific strength 1.77 × 10 7 mm, thermal shock value 800 ° C., bending strength 1800 MPa
Cemented carbide 2h: WC-Ni-Cr-Mo type NR11 manufactured by Nippon Tungsten Co., Ltd., specific strength 1.78 × 10 7 mm, thermal shock value 700 ° C., bending strength 2400 MPa
Cemented carbide 3h: WC-TiC-TaC RCRC, manufactured by Nippon Tungsten Co., Ltd., specific strength 0.68 × 10 7 mm, thermal shock value 550 ° C., bending strength 1000 MPa
Cemented carbide 4h: WC-Ni-Cr-based M61U manufactured by Sumitomo Electric Industries, Ltd., specific strength 1.95 × 10 7 mm, thermal shock value 500 ° C., bending strength 2500 MPa

・サーメット1h :日本タングステン社製TiC−TaN−Ni−Mo系 DUX40、比強度2.73×10mm、耐熱衝撃値550℃、曲げ強度1800MPa
・サーメット2h :日本タングステン社製TiC−TaN−Ni−Mo系 DUX30、比強度2.46×10mm、耐熱衝撃値550℃、曲げ強度1600MPa
・サーメット3h :旭硝子社製ホウ化物系 UD−II−35T、比強度2.23×10mm、耐熱衝撃値800℃、曲げ強度2000MPa
・サーメット4h :旭硝子社製ホウ化物系 UD−II−50T、比強度2.55×10mm、耐熱衝撃値1000℃、曲げ強度2350MPa
Cermet 1h: TiC-TaN-Ni-Mo based DUX40 manufactured by Nippon Tungsten Co., Ltd., specific strength 2.73 × 10 7 mm, thermal shock value 550 ° C., bending strength 1800 MPa
-Cermet 2h: TiC-TaN-Ni-Mo-based DUX30 manufactured by Nippon Tungsten Co., Ltd., specific strength 2.46 × 10 7 mm, thermal shock value 550 ° C., bending strength 1600 MPa
・ Cermet 3h: boride system UD-II-35T manufactured by Asahi Glass Co., Ltd., specific strength 2.23 × 10 7 mm, thermal shock value 800 ° C., bending strength 2000 MPa
・ Cermet 4h: boride system UD-II-50T manufactured by Asahi Glass Co., Ltd., specific strength 2.55 × 10 7 mm, thermal shock value 1000 ° C., bending strength 2350 MPa

次に、評価した内容と回転試験の条件について説明する。
まず、高速回転性能について説明する。玉軸受を日本精工株式会社製の軸受回転試験機に取り付け、初期のラジアル荷重を490Nとし、常温下、水中で1000min−1の回転速度で回転させた(内輪回転)。そして、回転速度を1時間毎に1000min−1ずつ増加していき、振動値が急激に上昇した時点の回転速度を限界回転速度として、高速回転性能を評価した。その結果を表16及び表17にまとめて示す。なお、各実施例及び比較例における玉軸受の限界回転速度は、比較例h1の限界回転速度を1とした場合の相対値で示してある。
Next, the evaluated contents and conditions of the rotation test will be described.
First, the high-speed rotation performance will be described. The ball bearing was attached to a bearing rotation tester manufactured by NSK Ltd., and the initial radial load was set to 490 N, and the ball bearing was rotated at a rotational speed of 1000 min −1 in water at room temperature (inner ring rotation). Then, the rotational speed was increased by 1000 min −1 every hour, and the high speed performance was evaluated with the rotational speed at the time when the vibration value increased rapidly as the limit rotational speed. The results are summarized in Table 16 and Table 17. In addition, the limit rotational speed of the ball bearing in each Example and the comparative example is shown by the relative value when the limit rotational speed of the comparative example h1 is 1.

次に、耐久性(寿命)について説明する。
玉軸受を上記と同様の日本精工株式会社製の軸受回転試験機に取り付け、ラジアル荷重を490Nとし、常温下、水中で10000min−1の回転速度で回転させた(内輪回転)。そして、振動値が初期値の3倍に上昇した時点を玉軸受の寿命とした。その結果を表16及び表17にまとめて示す。なお、各実施例及び比較例における玉軸受の耐久性(寿命)は、比較例h1の耐久性(寿命)を1とした場合の相対値で示してある。
Next, durability (life) will be described.
The ball bearing was attached to the same bearing rotation tester manufactured by NSK Ltd., the radial load was set to 490 N, and it was rotated at a rotational speed of 10,000 min −1 in water at room temperature (inner ring rotation). The point of time when the vibration value increased to three times the initial value was defined as the life of the ball bearing. The results are summarized in Table 16 and Table 17. In addition, durability (life) of the ball bearing in each Example and a comparative example is shown by the relative value when the durability (life) of the comparative example h1 is set to 1.

実施例H1〜H12,H18〜H24は、外輪及び内輪を同種のセラミック材料,サーメット,又は超硬合金で構成した玉軸受である。そして、実施例H13〜H17は、外輪及び内輪を異種のセラミック材料で構成し(すなわち、比強度が異なる)、可動子である内輪を構成するセラミック材料の比強度を、支持体である外輪を構成するセラミック材料の比強度よりも大とした玉軸受である。   Examples H1 to H12 and H18 to H24 are ball bearings in which the outer ring and the inner ring are made of the same kind of ceramic material, cermet, or cemented carbide. In Examples H13 to H17, the outer ring and the inner ring are made of different ceramic materials (that is, the specific strengths are different), and the specific strength of the ceramic material constituting the inner ring that is the mover is set to the outer ring that is the support. This is a ball bearing that is larger than the specific strength of the ceramic material to be formed.

表16及び表17から、実施例H1〜H24の玉軸受は、内輪,外輪,及び玉を比強度が1.2×10mm以上であるセラミック材料,サーメット,又は超硬合金で構成したので、内輪,外輪,及び玉を比強度が1.2×10mm未満であるセラミック材料,サーメット,又は超硬合金で構成した比較例h1〜h3の玉軸受と比較して、限界回転速度及び耐久性が優れている(高速回転性能に優れ、長寿命である)ことが分かる。また、比強度が大きい程、玉軸受の限界回転速度及び耐久性が優れているという傾向があることが分かる。 From Table 16 and Table 17, the ball bearings of Examples H1 to H24 are composed of an inner ring, an outer ring, and a ball made of a ceramic material, cermet, or cemented carbide having a specific strength of 1.2 × 10 7 mm or more. In comparison with the ball bearings of comparative examples h1 to h3 in which the inner ring, the outer ring, and the ball are made of ceramic material, cermet, or cemented carbide having a specific strength of less than 1.2 × 10 7 mm, It can be seen that the durability is excellent (high speed rotation performance and long life). Moreover, it turns out that there exists a tendency that the limit rotational speed and durability of a ball bearing are excellent, so that specific strength is large.

また、表16の結果の一部と他の玉軸受(外輪及び内輪を同種のセラミック材料で構成した玉軸受)の評価結果とを、併せてグラフ化したものを図22に示す。なお、図22の横軸はセラミック材料の比強度を示し、左側の縦軸は限界回転速度、右側の縦軸は耐久性を示す。また、図22においては、限界回転速度に関するデータを○印で示し、耐久性に関するデータを□印で示している。   FIG. 22 is a graph showing a part of the results of Table 16 and the evaluation results of other ball bearings (ball bearings in which the outer ring and the inner ring are made of the same kind of ceramic material). In FIG. 22, the horizontal axis represents the specific strength of the ceramic material, the left vertical axis represents the limit rotational speed, and the right vertical axis represents the durability. Further, in FIG. 22, data relating to the limit rotational speed is indicated by a circle, and data relating to durability is indicated by a square.

図22のグラフから分かるように、比強度が1.2×10mm以上であると、優れた限界回転速度及び耐久性が玉軸受に付与されている。また、1.5×10mm以上であると、玉軸受の優れた限界回転速度及び耐久性がより確実となり、1.8×10mm以上であると、玉軸受の限界回転速度及び耐久性がさらに優れたものとなる。 As can be seen from the graph of FIG. 22, when the specific strength is 1.2 × 10 7 mm or more, excellent limit rotational speed and durability are imparted to the ball bearing. Moreover, if it is 1.5 × 10 7 mm or more, the excellent limit rotational speed and durability of the ball bearing will be more reliable, and if it is 1.8 × 10 7 mm or more, the limit rotational speed and durability of the ball bearing will be increased. The property is further improved.

次に、上記とほぼ同様の構成の玉軸受について、高温耐久性を評価した結果について説明する。試験に使用した玉軸受(実施例H25〜H40及び比較例h4〜h7)は、日本精工株式会社製の玉軸受(呼び番号6206,内径30mm,外径62mm,幅16mm)で、外輪,内輪,及び玉を構成するセラミック材料,サーメット,又は超硬合金を表18及び表19に示すように種々変更したものである。   Next, the results of evaluating the high temperature durability of a ball bearing having a configuration similar to the above will be described. The ball bearings used in the tests (Examples H25 to H40 and Comparative Examples h4 to h7) are ball bearings (nominal number 6206, inner diameter 30 mm, outer diameter 62 mm, width 16 mm) manufactured by Nippon Seiko Co., Ltd. Further, the ceramic material, cermet, or cemented carbide constituting the ball is variously changed as shown in Table 18 and Table 19.

なお、玉は窒化ケイ素(日本特殊陶業社製EC−141)で構成し、保持器にはSUS304製の波形保持器を用いた。また、表18及び表19には、セラミック材料,サーメット,又は超硬合金についての耐熱衝撃値と玉軸受の使用環境温度(200℃)との比([セラミック材料,サーメット,又は超硬合金の耐熱衝撃値]/[玉軸受の使用環境温度]の値)と、比強度と、使用環境温度(200℃)における曲げ強度(MPa)とを併せて示している。   The ball was made of silicon nitride (EC-141 manufactured by Nippon Special Ceramics Co., Ltd.), and a SUS304 corrugated cage was used as the cage. Tables 18 and 19 also show the ratio of the thermal shock resistance value of the ceramic material, cermet, or cemented carbide to the ambient temperature (200 ° C.) of the ball bearing ([ceramic material, cermet, or cemented carbide] Thermal shock value] / [Usage environment temperature of ball bearing]), specific strength, and bending strength (MPa) at the use environment temperature (200 ° C.) are shown together.

Figure 2006300323
Figure 2006300323

Figure 2006300323
Figure 2006300323

使用したセラミック材料は、以下の通りである。
・窒化ケイ素系2h:日本タングステン社製NPN−3、耐熱衝撃値800℃(4.0)、曲げ強度1300MPa、比強度3.93×10mm
・窒化ケイ素系5h:品川白煉瓦社製SAN−P、耐熱衝撃値650℃(3.25)、曲げ強度1080MPa、比強度3.34×10mm
・ジルコニア系6h:日本ガイシ社製UTZ33H、耐熱衝撃値300℃(1.5)、曲げ強度1800MPa、比強度2.13×10mm
・ジルコニア系7h:日本タングステン社製NPZ−5、耐熱衝撃値350℃(1.75)、曲げ強度1800MPa、比強度3.33×10mm
The ceramic material used is as follows.
-Silicon nitride 2h: NPN-3 manufactured by Nippon Tungsten Co., Ltd., thermal shock value 800 ° C. (4.0), bending strength 1300 MPa, specific strength 3.93 × 10 7 mm
・ Silicon nitride-based 5h: SAN-P manufactured by Shinagawa White Brick Co., Ltd., thermal shock value 650 ° C. (3.25), bending strength 1080 MPa, specific strength 3.34 × 10 7 mm
・ Zirconia 6h: UTZ33H manufactured by NGK, thermal shock value 300 ° C. (1.5), bending strength 1800 MPa, specific strength 2.13 × 10 7 mm
Zirconia 7h: NPZ-5 manufactured by Nippon Tungsten Co., Ltd., thermal shock value 350 ° C. (1.75), bending strength 1800 MPa, specific strength 3.33 × 10 7 mm

・アルミナ系4h :東芝社製AL−16、耐熱衝撃値230℃(1.15)、曲げ強度320MPa、比強度0.84×10mm
・アルミナ系5h :日本特殊陶業社製HC2、耐熱衝撃値300℃(1.5)、曲げ強度800MPa、比強度1.86×10mm
・アルミナ系6h :日本特殊陶業社製KP990、耐熱衝撃値160℃(0.8)、曲げ強度500MPa、比強度1.28×10mm
・炭化ケイ素系1h:日本タングステン社製NPS−1、耐熱衝撃値600℃(3.0)、曲げ強度560MPa、比強度1.81×10mm
・炭化ケイ素系2h:東芝社製TSC−1、耐熱衝撃値350℃(1.75)、曲げ強度500MPa、比強度1.81×10mm
Alumina 4h: Toshiba AL-16, thermal shock value 230 ° C. (1.15), bending strength 320 MPa, specific strength 0.84 × 10 7 mm
Alumina 5h: HC2 manufactured by Nippon Special Ceramics Co., Ltd., thermal shock value 300 ° C. (1.5), bending strength 800 MPa, specific strength 1.86 × 10 7 mm
Alumina 6h: Nippon Special Ceramics Co., Ltd. KP990, thermal shock value 160 ° C. (0.8), bending strength 500 MPa, specific strength 1.28 × 10 7 mm
Silicon carbide 1h: NPS-1 manufactured by Nippon Tungsten Co., Ltd., thermal shock value 600 ° C. (3.0), bending strength 560 MPa, specific strength 1.81 × 10 7 mm
Silicon carbide-based 2h: TSC-1 manufactured by Toshiba, thermal shock value 350 ° C. (1.75), bending strength 500 MPa, specific strength 1.81 × 10 7 mm

なお、上記の耐熱衝撃値の後の括弧内の数値は、各セラミック材料についての耐熱衝撃値と玉軸受の使用環境温度(200℃)との比([セラミック材料の耐熱衝撃値]/[玉軸受の使用環境温度]の値)である。また、曲げ強度および比強度は、玉軸受の使用環境温度である200℃における曲げ強度および比強度である。
また、サーメット及び超硬合金は、前述のものを使用した。
The numerical value in parentheses after the above thermal shock value is the ratio of the thermal shock value for each ceramic material to the ambient temperature (200 ° C.) of the ball bearing ([thermal shock value of ceramic material] / [ball Value of the ambient temperature of the bearing]. The bending strength and specific strength are bending strength and specific strength at 200 ° C., which is the use environment temperature of the ball bearing.
Moreover, the cermet and the cemented carbide used the above-mentioned thing.

次に、高温耐久性の試験方法及び試験条件について説明する。
玉軸受を日本精工株式会社製の軸受回転試験機に取り付け、ラジアル荷重を980Nとし、高温下、大気中、1000min−1の回転速度で無潤滑下で回転させた(内輪回転)。玉軸受の加熱は、外輪を収めたハウジングに巻き付けたヒータによって行い、外輪の外径面が所定の温度に至った時点から試験を開始するものとした。そして、回転時の振動値が急激に増加した時点を寿命と判断し、高温耐久性を評価した。その結果を表18及び表19にまとめて示す。なお,各実施例及び比較例における玉軸受の高温耐久性(寿命)は、各温度における比較例h4の高温耐久性(寿命)を1とした場合の相対値で示してある。
Next, a test method and test conditions for high temperature durability will be described.
The ball bearing was attached to a bearing rotation tester manufactured by NSK Ltd., and the radial load was set to 980 N, and the ball bearing was rotated at high temperature in the air at a rotation speed of 1000 min −1 without lubrication (inner ring rotation). The ball bearing was heated by a heater wound around a housing containing the outer ring, and the test was started when the outer diameter surface of the outer ring reached a predetermined temperature. And the time when the vibration value at the time of rotation increased rapidly was judged as the life, and the high temperature durability was evaluated. The results are summarized in Table 18 and Table 19. In addition, the high temperature durability (life) of the ball bearing in each Example and Comparative Example is shown as a relative value when the high temperature durability (life) of Comparative Example h4 at each temperature is 1.

表18及び表19から分かるように、加熱温度が200℃と300℃のいずれの場合においても、実施例H25〜H40の玉軸受は、比較例h4〜h7の玉軸受と比較して、高温耐久性(寿命)が優れていた。なお、実施例H25のように200℃における高温耐久性の数値が300℃における高温耐久性の数値よりも小さくなっている場合があるが、200℃における高温耐久性が300℃における高温耐久性よりも劣るわけではなく、あくまでも比較例h4に対しての相対値である。   As can be seen from Table 18 and Table 19, in both cases where the heating temperature is 200 ° C. and 300 ° C., the ball bearings of Examples H25 to H40 are higher in durability than the ball bearings of Comparative Examples h4 to h7. The property (lifetime) was excellent. In addition, although the numerical value of the high temperature durability at 200 ° C. may be smaller than the numerical value of the high temperature durability at 300 ° C. as in Example H25, the high temperature durability at 200 ° C. is higher than the high temperature durability at 300 ° C. Is not inferior, and is a relative value with respect to Comparative Example h4.

図23は、表18のうち加熱温度が200℃の場合の結果をまとめて示した図であり、各セラミック材料についての[セラミック材料の耐熱衝撃値]/[玉軸受の使用環境温度(200℃)]の値及び玉軸受の使用環境温度である200℃における曲げ強度と、玉軸受の高温耐久性(寿命)との関係を示すものである。
図23中のプロットのうち、△印は前述の高温耐久性(寿命)が5未満の場合を示している。また、○印は5以上10未満の場合、●印は10以上20未満の場合、◎印は20以上の場合をそれぞれ示している。
図23からも、実施例H25〜H32の玉軸受が、比較例h4,h5の玉軸受と比較して、高温耐久性(寿命)が優れていることがわかる。
FIG. 23 is a table summarizing the results in Table 18 when the heating temperature is 200 ° C., and [ceramic material thermal shock resistance] / [ball bearing operating temperature (200 ° C.) for each ceramic material. )] And the bending strength at 200 ° C., which is the use environment temperature of the ball bearing, and the high temperature durability (life) of the ball bearing.
Among the plots in FIG. 23, Δ marks indicate the case where the aforementioned high temperature durability (lifetime) is less than 5. In addition, ◯ indicates a case of 5 or more and less than 10, ● ● indicates a case of 10 or more and less than 20, and ◎ indicates a case of 20 or more.
Also from FIG. 23, it can be seen that the ball bearings of Examples H25 to H32 are superior in high-temperature durability (life) compared to the ball bearings of Comparative Examples h4 and h5.

次に、本発明に係る転動装置の別の実施形態である深みぞ玉軸受について説明する。この玉軸受は、外輪,内輪,及び玉の全てがセラミック材料,サーメット,又は超硬合金で構成されていて、溶融金属と接触する高温環境下において好適に使用されるものである。そして、このセラミック材料,サーメット,又は超硬合金の耐熱衝撃値は、溶融金属の温度の1.5倍以上であり、溶融金属の温度における曲げ強度は800MPa以上であり、比強度は1.2×10mm以上である。なお、その他の構成については前述の玉軸受(図21のもの)と同様であるので、その説明は省略する。 Next, a deep groove ball bearing which is another embodiment of the rolling device according to the present invention will be described. In this ball bearing, the outer ring, the inner ring, and the ball are all made of a ceramic material, cermet, or cemented carbide, and are preferably used in a high-temperature environment in contact with molten metal. The thermal shock value of the ceramic material, cermet, or cemented carbide is 1.5 times or more the temperature of the molten metal, the bending strength at the temperature of the molten metal is 800 MPa or more, and the specific strength is 1.2. × 10 7 mm or more. In addition, since it is the same as that of the above-mentioned ball bearing (the thing of FIG. 21) about another structure, the description is abbreviate | omitted.

このような本実施形態の玉軸受は、セラミック材料,サーメット,又は超硬合金の耐熱衝撃値が溶融金属の温度の1.5倍以上であるので、溶融金属に浸漬した際に加熱されたり、溶融金属中から取り出した際に冷却されたりすることによって熱応力が発生しても、玉軸受の構成部材である外輪や内輪の表面に微小なクラックが伝播しにくい。よって、摩耗粉が多量に発生したり、クラックが外輪や内輪を貫通して割れが生じたりすることが起こりにくい。   The ball bearing of this embodiment is heated when immersed in the molten metal because the thermal shock value of the ceramic material, cermet, or cemented carbide is 1.5 times the temperature of the molten metal, Even if thermal stress is generated due to cooling when the molten metal is taken out from the molten metal, minute cracks are unlikely to propagate to the surfaces of the outer ring and inner ring that are constituent members of the ball bearing. Therefore, it is difficult for a large amount of wear powder to be generated, or for cracks to penetrate through the outer ring and the inner ring.

また、溶融金属の温度におけるセラミック材料,サーメット,又は超硬合金の曲げ強度が800MPa以上であるので、玉軸受の使用時に外輪,内輪と玉との間に1〜2.5GPaという比較的高い接触応力が繰り返し負荷されても、表面に微小なクラックが生じにくく、寿命の低下が抑えられる。
したがって、溶融金属と接触するような高温環境下で使用されても、本実施形態の玉軸受は長寿命である。よって、溶融金属めっき装置等に好適に使用することができる。
Moreover, since the bending strength of the ceramic material, cermet, or cemented carbide at the temperature of the molten metal is 800 MPa or more, a relatively high contact of 1 to 2.5 GPa between the outer ring, the inner ring and the ball when using the ball bearing. Even if stress is repeatedly applied, minute cracks are unlikely to be generated on the surface, and a reduction in life is suppressed.
Therefore, the ball bearing of this embodiment has a long life even when used in a high-temperature environment in contact with the molten metal. Therefore, it can be suitably used for a molten metal plating apparatus or the like.

次に、上記とほぼ同様の構成の玉軸受について、高温耐久性を評価した結果について説明する。試験に使用した玉軸受(実施例H41〜H51及び比較例h8〜h15)は、日本精工株式会社製の玉軸受(呼び番号6206,内径30mm,外径62mm,幅16mm)で、外輪,内輪,及び玉を構成するセラミック材料,サーメット,又は超硬合金を表20及び表21に示すように種々変更したものである。   Next, the results of evaluating the high temperature durability of a ball bearing having a configuration similar to the above will be described. The ball bearings used in the tests (Examples H41 to H51 and Comparative Examples h8 to h15) are ball bearings (nominal number 6206, inner diameter 30 mm, outer diameter 62 mm, width 16 mm) manufactured by Nippon Seiko Co., Ltd. Further, as shown in Table 20 and Table 21, various changes were made to the ceramic material, cermet, or cemented carbide constituting the ball.

なお、玉は窒化ケイ素(日本特殊陶業社製EC−141)で構成し、保持器にはTa製のもみ抜き形保持器を用いた。また、表20及び表21には、セラミック材料,サーメット,又は超硬合金についての耐熱衝撃値と溶融金属温度(460℃)との比([セラミック材料,サーメット,又は超硬合金の耐熱衝撃値]/[溶融金属温度]の値)と、溶融金属温度(460℃)における比強度(×10mm)と曲げ強度(MPa)とを併せて示している。 The balls were made of silicon nitride (EC-141 manufactured by Nippon Special Ceramics Co., Ltd.), and a Ta machined cage was used as the cage. Tables 20 and 21 also show the ratio of the thermal shock value of ceramic material, cermet, or cemented carbide to the molten metal temperature (460 ° C.) (the thermal shock value of ceramic material, cermet, or cemented carbide). ] / [Molten metal temperature]), specific strength (× 10 7 mm) and bending strength (MPa) at the molten metal temperature (460 ° C.).

Figure 2006300323
Figure 2006300323

Figure 2006300323
Figure 2006300323

使用したセラミック材料は、以下の通りである。
・窒化ケイ素系2h:日本タングステン社製NPN−3、耐熱衝撃値800℃(1.7)、曲げ強度1300MPa、比強度3.93×10mm
・窒化ケイ素系6h:新日鉄サイアロン社製S−110、耐熱衝撃値750℃(1.6)、曲げ強度870MPa、比強度3.6×10mm
・窒化ケイ素系7h:三井鉱山マテリアル社製MSN、耐熱衝撃値700℃(1.5)、曲げ強度870MPa、比強度2.75×10mm
・窒化ケイ素系8h:日本特殊陶業社製EC141、耐熱衝撃値880℃(1.9)、曲げ強度990MPa、比強度2.94×10mm
・窒化ケイ素系9h:日本ガイシ社製SN−55、耐熱衝撃値800℃(1.7)、曲げ強度800MPa、比強度2.66×10mm
The ceramic material used is as follows.
Silicon nitride 2h: NPN-3 manufactured by Nippon Tungsten Co., Ltd., thermal shock value 800 ° C. (1.7), bending strength 1300 MPa, specific strength 3.93 × 10 7 mm
Silicon nitride 6h: S-110 manufactured by Nippon Steel Sialon Co., Ltd., thermal shock value 750 ° C. (1.6), bending strength 870 MPa, specific strength 3.6 × 10 7 mm
・ Silicon nitride-based 7h: MSN manufactured by Mitsui Mining & Materials, thermal shock value 700 ° C. (1.5), bending strength 870 MPa, specific strength 2.75 × 10 7 mm
-Silicon nitride 8h: EC141 manufactured by Nippon Special Ceramics Co., Ltd., thermal shock value 880 ° C. (1.9), bending strength 990 MPa, specific strength 2.94 × 10 7 mm
・ Silicon nitride type 9h: SN-55 manufactured by NGK, thermal shock value 800 ° C. (1.7), bending strength 800 MPa, specific strength 2.66 × 10 7 mm

・窒化ケイ素系10h:日本ガイシ社製SN−73、耐熱衝撃値1000℃(2.2)、曲げ強度1140MPa、比強度3.59×10mm
・窒化ケイ素系11h:日本ガイシ社製SN−84、耐熱衝撃値1000℃(2.2)、曲げ強度850MPa、比強度2.69×10mm
・窒化ケイ素系12h:東芝社製TSN−05、耐熱衝撃値600℃(1.3)、曲げ強度690MPa、比強度2.19×10mm
・窒化ケイ素系13h:木村耐火社製SRBSN、耐熱衝撃値800℃(1.7)、曲げ強度790MPa、比強度2.42×10mm
・窒化ケイ素系14h:木村耐火社製SSN、耐熱衝撃値700℃(1.5)、曲げ強度790MPa、比強度2.56×10mm
・ Silicon nitride type 10h: SN-73 manufactured by NGK, thermal shock value 1000 ° C. (2.2), bending strength 1140 MPa, specific strength 3.59 × 10 7 mm
-Silicon nitride 11h: SN-84 manufactured by NGK, thermal shock value 1000 ° C. (2.2), bending strength 850 MPa, specific strength 2.69 × 10 7 mm
Silicon nitride 12h: TSN-05 manufactured by Toshiba, thermal shock value 600 ° C. (1.3), bending strength 690 MPa, specific strength 2.19 × 10 7 mm
-Silicon nitride type 13h: SRBSN manufactured by Kimura Fire Resistance Co., Ltd., thermal shock value 800 ° C. (1.7), bending strength 790 MPa, specific strength 2.42 × 10 7 mm
Silicon nitride-based 14h: SSN manufactured by Kimura Fire Resistance Co., Ltd., thermal shock value 700 ° C. (1.5), bending strength 790 MPa, specific strength 2.56 × 10 7 mm

・ジルコニア系7h:日本タングステン社製NPZ−5、耐熱衝撃値350℃(0.8)、曲げ強度1790MPa、比強度3.33×10mm
・ジルコニア系8h:日本特殊陶業社製UTZ33H、耐熱衝撃値300℃(0.7)、曲げ強度1290MPa、比強度2.13×10mm
・アルミナ系5h :日本特殊陶業社製HC2、耐熱衝撃値300℃(0.7)、曲げ強度790MPa、比強度1.86×10mm
Zirconia 7h: NPZ-5 manufactured by Nippon Tungsten Co., Ltd., thermal shock value 350 ° C. (0.8), bending strength 1790 MPa, specific strength 3.33 × 10 7 mm
・ Zirconia 8h: UTZ33H manufactured by Nippon Special Ceramics Co., Ltd., thermal shock value 300 ° C. (0.7), bending strength 1290 MPa, specific strength 2.13 × 10 7 mm
Alumina 5h: HC2 manufactured by Nippon Special Ceramics Co., Ltd., thermal shock value 300 ° C. (0.7), bending strength 790 MPa, specific strength 1.86 × 10 7 mm

なお、上記の耐熱衝撃値の後の括弧内の数値は、各セラミック材料についての耐熱衝撃値と溶融金属温度(460℃)との比([セラミック材料の耐熱衝撃値]/[溶融金属温度]の値)である。また、曲げ強度および比強度は、溶融金属温度である460℃における曲げ強度および比強度である。
また、サーメット及び超硬合金は、前述のものを使用した。
The numerical value in parentheses after the above thermal shock value is the ratio of the thermal shock value and the molten metal temperature (460 ° C.) for each ceramic material ([thermal shock value of ceramic material] / [molten metal temperature]). Value). The bending strength and specific strength are bending strength and specific strength at 460 ° C. which is a molten metal temperature.
Moreover, the cermet and the cemented carbide used the above-mentioned thing.

次に、高温耐久性の試験方法及び試験条件について説明する。
玉軸受を室温下で日本精工株式会社製の軸受回転試験機に取り付け、玉軸受を460℃の溶融亜鉛浴中に浸漬した。そして、溶融亜鉛浴中に浸漬した状態で、アキシアル荷重980N,回転速度200min−1の条件で回転させた(内輪回転)。そして、回転トルクが初期値の3倍に上昇するまでの玉軸受の回転時間を寿命として、高温耐久性を評価した。なお、溶融亜鉛浴の成分は、Alが0.1〜5%、Feが0.1%以下、Pbが0.1%以下で、残部はZnである。
Next, a test method and test conditions for high temperature durability will be described.
The ball bearing was attached to a bearing rotation tester manufactured by NSK Ltd. at room temperature, and the ball bearing was immersed in a 460 ° C. molten zinc bath. And in the state immersed in the molten zinc bath, it was rotated on the conditions of an axial load of 980 N and a rotational speed of 200 min −1 (inner ring rotation). Then, the high temperature durability was evaluated using the rotation time of the ball bearing until the rotational torque increased to three times the initial value as the lifetime. The components of the molten zinc bath are 0.1 to 5% for Al, 0.1% or less for Fe, 0.1% or less for Pb, and the balance is Zn.

評価の結果を表20及び表21にまとめて示す。なお、各実施例及び比較例における玉軸受の高温耐久性(寿命)は、比較例h8の高温耐久性(寿命)を1とした場合の相対値で示してある。
また、表20の結果をグラフ化したものを図24に示す。図24のグラフは、各セラミック材料についての[セラミック材料の耐熱衝撃値]/[溶融金属温度(460℃)]の値及び玉軸受の使用環境温度である溶融金属温度(460℃)における曲げ強度と、玉軸受の高温耐久性(寿命)との関係を示すものである。
The results of evaluation are summarized in Table 20 and Table 21. In addition, the high temperature durability (life) of the ball bearing in each Example and Comparative Example is shown as a relative value when the high temperature durability (life) of Comparative Example h8 is 1.
Further, FIG. 24 shows a graph of the results of Table 20. The graph of FIG. 24 shows the bending strength at the molten metal temperature (460 ° C.) as the value of [the thermal shock value of the ceramic material] / [molten metal temperature (460 ° C.)] and the use environment temperature of the ball bearing for each ceramic material. And the relationship between the high temperature durability (life) of the ball bearing.

図24中のプロットのうち、●印は寿命(相対値)が20以上の場合を示し、○印は10以上20未満の場合を示す。また、△印は5以上10未満の場合を示し、×印は5未満の場合を示す。
表20,表21及び図24から、実施例H41〜H51の玉軸受は、[セラミック材料,サーメット,又は超硬合金の耐熱衝撃値]/[溶融金属温度]の値が1.5以上であり、且つ、溶融金属の温度(460℃)におけるセラミック材料,サーメット,又は超硬合金の曲げ強度が800MPa以上であり、比強度が1.2×10mm以上であるので、溶融金属浴に浸漬した状態で使用した場合に、比較例h8〜h15の玉軸受と比較して高温耐久性(寿命)が優れていることがわかる。
Among the plots in FIG. 24, the mark ● indicates the case where the life (relative value) is 20 or more, and the mark ◯ indicates the case where the life is 10 or more and less than 20. In addition, the Δ mark indicates a case of 5 or more and less than 10, and the x mark indicates a case of less than 5.
From Table 20, Table 21, and FIG. 24, in the ball bearings of Examples H41 to H51, the value of [Thermal shock value of ceramic material, cermet, or cemented carbide] / [Mold metal temperature] is 1.5 or more. In addition, since the bending strength of the ceramic material, cermet or cemented carbide at the molten metal temperature (460 ° C.) is 800 MPa or more and the specific strength is 1.2 × 10 7 mm or more, it is immersed in the molten metal bath. When used in this state, it can be seen that the high temperature durability (life) is superior to the ball bearings of Comparative Examples h8 to h15.

また、高温まで優れた硬度と強度を有する硬質合金であるホウ化物系サーメットは、例えば以下のような方法により得ることができる。硬質相を構成する原料である(MoB,WB)及びNiの粉末と、結合相を構成する原料であるNi,(W,Ni)−Ti合金,Ni−Ti合金,(Cr,Ni)−Ta合金,Ni−Nb合金,及び炭素から選ばれる粉末と、を秤り取り、回転ボールミルや振動ボールミル等によりエタノール等の有機溶媒を媒体として湿式で混合粉砕した。得られたスラリーを減圧乾燥した後、金型プレスや静水圧プレス等を用いて加圧成形し、通常は真空中等の非酸化性の雰囲気において1100〜1400℃で焼結した。このようなMoB−Ni系硬質合金としては、例えば、旭硝子株式会社製の商品名UD−II−30,UD−IIT−35T,UD−II−50T等があげられる。   Further, a boride-based cermet which is a hard alloy having excellent hardness and strength up to a high temperature can be obtained by, for example, the following method. (MoB, WB) and Ni powder which are raw materials constituting the hard phase, and Ni, (W, Ni) -Ti alloy, Ni-Ti alloy, (Cr, Ni) -Ta which are the raw materials constituting the binder phase An alloy, a Ni—Nb alloy, and a powder selected from carbon were weighed and mixed and pulverized in a wet manner using an organic solvent such as ethanol as a medium by a rotating ball mill, a vibration ball mill, or the like. After drying the obtained slurry under reduced pressure, it was pressure-molded using a die press, an isostatic press, or the like, and was usually sintered at 1100 to 1400 ° C. in a non-oxidizing atmosphere such as in a vacuum. Examples of such MoB-Ni hard alloys include trade names UD-II-30, UD-IIT-35T, and UD-II-50T manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.

上記のようなホウ化物系サーメットの摺動特性を評価するため、四球式摩耗試験機を用いて摩耗量を調査した。
まず、四球式摩耗試験の方法について説明する。3個の球を相互に接するように正三角形状に配置して試料容器内に固定し、これら3個の固定球の中心に形成された凹部に1個の試験球を載置した。そして、試験球に回転を与えると同時に、下方から荷重を負荷した。なお、該摩耗試験は、潤滑油(日石三菱株式会社製スーパーマルパス、粘度2)中で行った。また、試験条件は、回転速度:7000min−1,前記荷重:147N,温度:室温,試験時間:1時間である。さらに、試験球の直径は3/8インチであり、試験球及び固定球は同種の素材で構成した。
In order to evaluate the sliding characteristics of the boride cermet as described above, the amount of wear was investigated using a four-ball wear tester.
First, the method of the four-ball wear test will be described. Three spheres were arranged in an equilateral triangle shape so as to contact each other and fixed in the sample container, and one test sphere was placed in a recess formed at the center of these three fixed spheres. And while giving a rotation to a test ball | bowl, the load was loaded from the downward direction. The wear test was performed in a lubricating oil (Nippon Mitsubishi Mitsubishi Corporation Super Malpas, viscosity 2). The test conditions are: rotational speed: 7000 min −1 , load: 147 N, temperature: room temperature, test time: 1 hour. Furthermore, the diameter of the test ball was 3/8 inch, and the test ball and the fixed ball were made of the same material.

この摩耗試験においては、トルクが初期値の3倍に上昇した時点で試験を終了した。そして、試験後の3個の固定球の摩耗痕の面積を測定し、その平均値を摩耗量とした。試験結果を表22に示す。なお、各実施例及び比較例の摩耗量は、比較例h16の摩耗量を1とした場合の相対値で示してある。   In this wear test, the test was terminated when the torque increased to three times the initial value. And the area of the wear trace of three fixed spheres after a test was measured, and the average value was made into the amount of wear. The test results are shown in Table 22. The amount of wear in each example and comparative example is shown as a relative value when the amount of wear in comparative example h16 is 1.

Figure 2006300323
Figure 2006300323

表22から分かるように、実施例H52〜H57のホウ化物系サーメットの摩耗量は、比較例h16,h17と比較して格段に少なかった。この理由としては、ホウ化物系サーメットは潤滑性を有するホウ素化合物と金属とが複合したものであるためと考えられる。   As can be seen from Table 22, the amount of wear of the boride cermets of Examples H52 to H57 was much smaller than those of Comparative Examples h16 and h17. The reason for this is considered that boride-based cermet is a composite of a boron compound having lubricity and a metal.

次に、上記のようなホウ化物系サーメットの耐久性を評価するため、ホウ化物系サーメットを素材として転がり軸受を製造し、回転試験を行った。
回転試験に使用した転がり軸受(実施例H58〜H63及び比較例h18〜h20)は、日本精工株式会社製の玉軸受(呼び番号6000,内径10mm,外径26mm,幅8mm)で、外輪,内輪,及び転動体を構成する素材を表23に示すように種々変更したものである。なお、保持器には、射出成形法により製造した樹脂組成物製(テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル樹脂(PFA)80体積%とチタン酸カリウムウィスカー20体積%を配合したもの)の冠形保持器を用いた。
Next, in order to evaluate the durability of the boride cermet as described above, a rolling bearing was manufactured using the boride cermet as a material, and a rotation test was performed.
The rolling bearings used in the rotation test (Examples H58 to H63 and Comparative Examples h18 to h20) are ball bearings (nominal number 6000, inner diameter 10 mm, outer diameter 26 mm, width 8 mm) manufactured by Nippon Seiko Co., Ltd. , And the materials constituting the rolling elements are variously changed as shown in Table 23. The cage is a crown-shaped holder made of a resin composition produced by an injection molding method (containing 80% by volume of tetrafluoroethylene / perfluoroalkyl vinyl ether resin (PFA) and 20% by volume of potassium titanate whiskers). A vessel was used.

上記のような玉軸受を前述と同様の日本精工株式会社製の軸受回転試験機(回転試験機の軸はステンレス材製)に取り付け、回転速度1500min−1ラジアル荷重300N、温度250℃の条件で無潤滑下で回転させた。そして、振動値が初期値の3倍に上昇した時点を玉軸受の寿命とした。その結果を表23にまとめて示す。なお、各実施例及び比較例の玉軸受の耐久性(寿命)は、比較例h18の耐久性(寿命)を1とした場合の相対値で示してある。 The above ball bearing is mounted on a bearing rotation tester manufactured by Nippon Seiko Co., Ltd. (the shaft of the rotation tester is made of stainless steel), and the rotational speed is 1500 min −1, the radial load is 300 N, and the temperature is 250 ° C. Rotated under no lubrication. The point of time when the vibration value increased to three times the initial value was defined as the life of the ball bearing. The results are summarized in Table 23. The durability (life) of the ball bearings of each example and comparative example is shown as a relative value when the durability (life) of Comparative Example h18 is 1.

Figure 2006300323
Figure 2006300323

表23から分かるように、実施例H58〜H63の玉軸受の耐久性は、比較例h18〜h20と比較して大変優れていた。玉軸受の耐久性と玉軸受を構成する素材の曲げ強度との相関性を示すグラフを、図25に示す。このグラフから、曲げ強度が850MPa以上であると、耐久性が格段に優れていることが分かる。   As can be seen from Table 23, the durability of the ball bearings of Examples H58 to H63 was very excellent as compared with Comparative Examples h18 to h20. A graph showing the correlation between the durability of the ball bearing and the bending strength of the material constituting the ball bearing is shown in FIG. From this graph, it can be seen that the durability is remarkably excellent when the bending strength is 850 MPa or more.

次に、上記のようなホウ化物系サーメットの溶融金属中における耐久性を評価するため、ホウ化物系サーメットを素材として転がり軸受を製造し、回転試験を行った。
回転試験に使用した転がり軸受(実施例H64〜H66及び比較例h21)は、日本精工株式会社製のスラスト玉軸受(呼び番号51305,内径25mm,外径52mm,高さ18mm)で、外輪及び内輪を構成する素材を表24に示すように種々変更したものである。なお、いずれのスラスト玉軸受も、転動体は前述の窒化ケイ素系8hで構成されており(転動体の数は3個)、C/Cコンポジット製のもみぬき保持器を備えている。
Next, in order to evaluate the durability of the boride-based cermet in the molten metal, a rolling bearing was manufactured using the boride-based cermet as a raw material, and a rotation test was performed.
The rolling bearings used in the rotation test (Examples H64 to H66 and Comparative Example h21) are thrust ball bearings (nominal number 51305, inner diameter 25 mm, outer diameter 52 mm, height 18 mm) manufactured by Nippon Seiko Co., Ltd. As shown in Table 24, the materials constituting the material are variously changed. In any of the thrust ball bearings, the rolling element is composed of the above-described silicon nitride 8h (the number of rolling elements is three), and is provided with a C / C composite rice bran cage.

Figure 2006300323
Figure 2006300323

このようなスラスト玉軸受を室温下で日本精工株式会社製の軸受回転試験機に取り付け、スラスト玉軸受を460℃の溶融亜鉛浴中に浸漬した。そして、溶融亜鉛浴中に浸漬した状態で、スラスト荷重980N,回転速度200min−1の条件で回転させた(内輪回転)。そして、回転トルクが初期値の3倍に上昇するまでのスラスト玉軸受の回転時間を寿命として、耐久性を評価した。なお、溶融亜鉛浴の成分は、前述のものと同様である。 Such a thrust ball bearing was attached to a bearing rotation tester manufactured by Nippon Seiko Co., Ltd. at room temperature, and the thrust ball bearing was immersed in a molten zinc bath at 460 ° C. And in the state immersed in the molten zinc bath, it rotated on the conditions of thrust load 980N and rotational speed 200min- 1 (inner ring rotation). And durability was evaluated by setting the rotation time of the thrust ball bearing until the rotational torque increased to three times the initial value as the lifetime. The components of the molten zinc bath are the same as those described above.

評価の結果を表24に併せて示す。なお、各実施例及び比較例の玉軸受の耐久性(寿命)は、比較例h21の耐久性(寿命)を1とした場合の相対値で示してある。また、表24には、ホウ化物系サーメットの破壊靱性KIC,熱膨張係数,耐熱衝撃値,及び溶融金属温度(460℃)における曲げ強度および比強度を併せて示してある。
表24から分かるように、実施例H64〜H66のスラスト玉軸受の耐久性は、比較例h21と比較して大変優れていた。
The results of evaluation are also shown in Table 24. The durability (life) of the ball bearings of each example and comparative example is shown as a relative value when the durability (life) of Comparative Example h21 is 1. Table 24 also shows the fracture toughness K IC , thermal expansion coefficient, thermal shock resistance, and bending strength and specific strength at the molten metal temperature (460 ° C.) of the boride cermet.
As can be seen from Table 24, the durability of the thrust ball bearings of Examples H64 to H66 was very excellent as compared with Comparative Example h21.

なお、本発明は前記各実施形態に限定されるものではない。例えば、前記実施形態においては、深みぞ玉軸受等を例示して説明したが、本発明の転動装置は様々な転がり軸受に対して適用することができる。例えば、アンギュラ玉軸受,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である。   The present invention is not limited to the above embodiments. For example, in the above embodiment, a deep groove ball bearing or the like has been described as an example. However, the rolling device of the present invention can be applied to various rolling bearings. For example, radial ball bearings, cylindrical roller bearings, tapered roller bearings, needle roller bearings, self-aligning roller bearings and other radial type rolling bearings, and thrust type ball bearings and thrust roller bearings such as thrust roller bearings.

また、前記実施形態においては、転動装置として転がり軸受を例示して説明したが、本発明の転動装置は、他の様々な種類の転動装置に対して適用することができる。例えば、直動案内装置,ボールねじ,直動ベアリング等の他の転動装置にも好適に適用可能である。
以上のように、本発明の転動装置は、軽量で、耐食性,耐熱衝撃性,及び耐摩耗性に優れていて、高温・腐食環境下あるいは高温環境下において高速で使用されても長寿命である。
Moreover, in the said embodiment, although the rolling bearing was illustrated and demonstrated as a rolling device, the rolling device of this invention is applicable with respect to various other types of rolling devices. For example, the present invention can be suitably applied to other rolling devices such as a linear motion guide device, a ball screw, and a linear motion bearing.
As described above, the rolling device of the present invention is lightweight, excellent in corrosion resistance, thermal shock resistance, and wear resistance, and has a long life even when used at high speed in a high temperature / corrosion environment or a high temperature environment. is there.

[実施態様3]
図26は、本実施形態に係る転動装置である転がり軸受であって、内輪1の軌道面1a(案内面)と外輪2の軌道面2a(案内面)との間に転動体3が介挿されて構成されている。
上記外輪2は、ハウジング4に取り付けられて支持体を構成し、内輪1は、軸体5に固定されて可動子を構成する。
上記内輪1及び外輪2は、SUJ2やSUS440Cなどの軸受鋼から構成されている。
また、転動体3は、セラミック材料あるいは超硬合金から構成され、当該セラミック材料あるいは超硬合金を選択することで、内輪1に対する転動体3の線膨張係数の比、及び外輪2に対する転動体3の線膨張係数の比を、共に0.45以下に設定している。
[Embodiment 3]
FIG. 26 shows a rolling bearing which is a rolling device according to the present embodiment, in which the rolling element 3 is interposed between the raceway surface 1a (guide surface) of the inner ring 1 and the raceway surface 2a (guide surface) of the outer ring 2. It is inserted and configured.
The outer ring 2 is attached to a housing 4 to constitute a support body, and the inner ring 1 is fixed to a shaft body 5 to constitute a mover.
The inner ring 1 and the outer ring 2 are made of bearing steel such as SUJ2 or SUS440C.
Further, the rolling element 3 is made of a ceramic material or cemented carbide, and by selecting the ceramic material or cemented carbide, the ratio of the linear expansion coefficient of the rolling element 3 to the inner ring 1 and the rolling element 3 to the outer ring 2 are selected. Both the ratios of the linear expansion coefficients are set to 0.45 or less.

上記構成の転がり軸受にあっては、高速回転になり発熱が多い条件下でも、転動体3の熱膨張量が相対的に内輪1および外輪2の熱膨張量より格段に小さい。このため、温度勾配に起因する予圧増加を効果的に軽減することができ、高速回転下で発熱が多くなる条件下においても焼きつきが生じにくくなる結果、高速条件下で回転できるとともに、高速回転下で長期間作動することができる。   In the rolling bearing having the above-described configuration, the thermal expansion amount of the rolling element 3 is relatively smaller than the thermal expansion amounts of the inner ring 1 and the outer ring 2 even under conditions where the rotation is high speed and the heat generation is large. For this reason, it is possible to effectively reduce the increase in preload due to temperature gradients, and it is difficult to cause seizure even under conditions where heat generation increases under high speed rotation. Can operate for a long time under.

ここで、上記転動体3として、ビッカース硬さ(GPa)に対する破壊靭性値(MPa・m1/2)の比が0.40以上のセラミック材料あるいは超硬合金を採用すると、高速回転条件下で大きな遠心力が転動体3にかかっても、セラミック材料若しくは超硬合金からなる転動体3の表面あるいは内部においてクラックが発生しにくく、伝播しにくい。このため、はく離や摩耗が生じ難く、凝着しにくいことから、より高速回転条件下で作動することができるとともに、高速回転条件下でも長寿間作動することができる。 Here, when a ceramic material or a cemented carbide having a ratio of fracture toughness value (MPa · m 1/2 ) to Vickers hardness (GPa) of 0.40 or more is employed as the rolling element 3, Even if a large centrifugal force is applied to the rolling element 3, cracks are unlikely to occur on the surface or inside of the rolling element 3 made of ceramic material or cemented carbide, and propagation is difficult. For this reason, since peeling and abrasion hardly occur and adhesion is difficult, it can be operated under higher speed rotation conditions and can be operated for a longer lifetime under higher speed rotation conditions.

ここで、本発明で採用される材料の破壊靭性値(MPa・m1/2)は、転動装置を構成する材料の平坦面を対象に、JISR1607のIF法に基づいて算出された破壊靭性値を用いる。ビッカース硬さは、転動装置を構成する材料の平坦面を対象に、JIS R1610に基づいて測定した値を用いる。
なお、内外輪1、2及び転動体3の全てをセラミック材料あるいは超硬合金から構成し、そのセラミック材料あるいは超硬合金のビッカース硬さ(GPa)に対する破壊靭性値(MPa・m1/2)の比が0.40未満の場合には、高速回転条件下で大きな遠心力が転動体3にかかると、表面や内部の欠陥を起点としてクラックが発生しやすく、あるいは、伝播し易く、摩耗粉が多量に発生したり、はく離が生じたりして、転動装置の寿命が極端に短い場合がある。
Here, the fracture toughness value (MPa · m 1/2 ) of the material employed in the present invention is calculated based on the IF method of JIS R1607 for the flat surface of the material constituting the rolling device. Use the value. As the Vickers hardness, a value measured based on JIS R1610 for a flat surface of a material constituting the rolling device is used.
The inner and outer rings 1 and 2 and the rolling element 3 are all made of a ceramic material or a cemented carbide, and the fracture toughness value (MPa · m 1/2 ) for the Vickers hardness (GPa) of the ceramic material or the cemented carbide. If the ratio is less than 0.40, if a large centrifugal force is applied to the rolling element 3 under high-speed rotation conditions, cracks are likely to occur or propagate from the surface or internal defects, and wear powder May occur in large quantities or peel off, and the life of the rolling device may be extremely short.

また、上記転動体3は、比剛性(密度(g/cm)に対する縦弾性係数(GPa)の比)が0.90×10mm以上であり、比強度が1.2×10mm以上であることが好ましい。
比剛性が0.90×10mm以上であり、比強度が1.2×10mm以上である転動体3の場合には、転動体3に生じる遠心力およびジャイロモーメントを効果的に軽減でき、かつ転動体荷重およびすべりを効果的に低減できることから、発熱が少なくなるとともに、予圧の増加を低減するため、焼きつきが生じ難くなる。この結果、より高速条件下で回転できるとともに、高速回転下で長期間作動することができる。
The rolling element 3 has a specific rigidity (ratio of longitudinal elastic modulus (GPa) to density (g / cm 3 )) of 0.90 × 10 8 mm or more and a specific strength of 1.2 × 10 7 mm. The above is preferable.
When the rolling element 3 has a specific rigidity of 0.90 × 10 8 mm or more and a specific strength of 1.2 × 10 7 mm or more, the centrifugal force and gyro moment generated in the rolling element 3 are effectively reduced. In addition, since the rolling element load and slip can be effectively reduced, heat generation is reduced and an increase in preload is reduced, so that seizure hardly occurs. As a result, it can rotate under higher speed conditions and can operate for a long time under high speed rotation.

また、上記転動体3は比剛性が0.90×10mm以上である場合には荷重を受けた時の転動体3の弾性変形量が低減し、転動装置の剛性を向上することができる。このため、本発明の範囲である転がり軸受を工作機械の主軸を支持する転がり軸受として使用する場合には、主軸の剛性が向上し、被加工物の寸法形状の精度をより高めることができる。 In addition, when the rolling element 3 has a specific rigidity of 0.90 × 10 8 mm or more, the amount of elastic deformation of the rolling element 3 when receiving a load is reduced, and the rigidity of the rolling device can be improved. it can. For this reason, when using the rolling bearing which is the range of this invention as a rolling bearing which supports the main axis | shaft of a machine tool, the rigidity of a main axis | shaft improves and it can raise the precision of the dimension shape of a workpiece further.

上記セラミック材料としては、特に限定されないが、窒化ケイ素(Si)系、ジルコニア(ZrO)系、アルミナ(Al)系、炭化ケイ素(SiC)系、窒化アルミ(AlN)系、炭化ホウ素(BC)系、ホウ化チタン(TiB)系、窒化ホウ素(BN)系、炭化チタン(TiC)系、窒化チタン(TiN)系、あるいは、これらを複合させたセラミック系複合材料などを例示できる。 As the ceramic material is not particularly limited, silicon nitride (Si 3 N 4) type, zirconia (ZrO 2) based, alumina (Al 2 O 3) based, silicon carbide (SiC) based, aluminum nitride (AlN) system Boron carbide (B 4 C), Titanium boride (TiB 2 ), Boron nitride (BN), Titanium carbide (TiC), Titanium nitride (TiN), or a ceramic composite that combines these Examples include materials.

また、本発明に用いるセラミック材料は、破壊靭性、縦弾性係数、硬さ、機械的強度などを向上させるために、繊維状充填材を配合することができる。繊維状充填材としては、特に限定されないが、炭化ケイ素ウィスカー、窒化ケイ素ウィスカー、アルミナウィスカー、窒化アルミニウムウィスカーを例示できる。
また、上記超硬合金としては、特に限定されないが、超硬合金として次のものが例示できる。
The ceramic material used in the present invention can be blended with a fibrous filler in order to improve fracture toughness, longitudinal elastic modulus, hardness, mechanical strength, and the like. Although it does not specifically limit as a fibrous filler, A silicon carbide whisker, a silicon nitride whisker, an alumina whisker, and an aluminum nitride whisker can be illustrated.
Moreover, although it does not specifically limit as said cemented carbide, The following can be illustrated as a cemented carbide.

すなわち、WC−Co系、WC−Cr−Co系、WC−TaC−Co系、WC−TiC−Co系、WC−NbC−Co系、WC−TaC−NbC−Co系、WC−TiC−TaC−NbC−Co系、WC−TiC−TaC−Co系、WC−ZrC−Co系、WC−TiC−ZrC−Co系、WC−TaC−VC−Co系、WC−Cr−Co系、WC−TiC−Cr−Co系、WC−TiC−TaC系などがある。また、非磁性であり耐食性を向上させたものに、WC−Ni系、WC−Co−Ni系、WC−Cr−MoC−Ni系、WC−Ti(C,N)−TaC系、WC−Ti(C,N)系、Cr−Ni系などがある。 That is, WC-Co, WC-Cr 3 C 2 -Co, WC-TaC-Co, WC-TiC-Co, WC-NbC-Co, WC-TaC-NbC-Co, WC-TiC -TaC-NbC-Co system, WC-TiC-TaC-Co system, WC-ZrC-Co system, WC-TiC-ZrC-Co system, WC-TaC-VC-Co system, WC-Cr 3 C 2 -Co Type, WC—TiC—Cr 3 C 2 —Co type, WC—TiC—TaC type, and the like. In addition, non-magnetic and improved corrosion resistance include WC—Ni, WC—Co—Ni, WC—Cr 3 C 2 —Mo 2 C—Ni, WC—Ti (C, N) —TaC. Type, WC—Ti (C, N) type, Cr 3 C 2 —Ni type, and the like.

ここで、WC−Co系の代表的な組成は、W:Co:C=70.41〜91.06:3.0〜25.0:4.59〜5.94である。WC−TaC−NbC−Co系の代表的な組成は、W:Co:Ta:Nb:C=65.7〜86.3:5.8〜25.0:1.4〜3.1:0.3〜1.5:4.7〜5.8である。WC−TiC−TaC−NbC−Co系の代表的な組成は、W:Co:Ta:Ti:Nb:C=65.0〜75.3:6.0〜10.7:5.2〜7.2:3.2〜11.0:1.6〜2.4:6.2〜7.6である。WC−TaC−Co系の代表的な組成は、W:Co:Ta=53.51〜90.30:3.5〜25.0:0.30〜25.33である。WC−TiC−Co系の代表的な組成は、W:Co:Ti=57.27〜78.86:4.0〜13.0:3.20〜25.59である。WC−TiC−TaC−Co系の代表的な組成はW:Co:Ta:Ti:C=47.38〜87.31:3.0〜10.0:0.94〜9.38:0.12〜25.59:5.96〜10.15である。   Here, a typical composition of the WC—Co system is W: Co: C = 70.41 to 91.06: 3.0 to 25.0: 4.59 to 5.94. The typical composition of the WC-TaC-NbC-Co system is W: Co: Ta: Nb: C = 65.7-86.3: 5.8-25.0: 1.4-3.1: 0. .3 to 1.5: 4.7 to 5.8. The typical composition of the WC-TiC-TaC-NbC-Co system is W: Co: Ta: Ti: Nb: C = 65.0-75.3: 6.0-10.7: 5.2-7. .2: 3.2-11.0: 1.6-2.4: 6.2-7.6. A typical composition of the WC—TaC—Co system is W: Co: Ta = 53.51 to 90.30: 3.5 to 25.0: 0.30 to 25.33. A typical composition of the WC—TiC—Co system is W: Co: Ti = 57.27 to 78.86: 4.0 to 13.0: 3.20 to 25.59. A typical composition of the WC—TiC—TaC—Co system is W: Co: Ta: Ti: C = 47.38 to 87.31: 3.0 to 10.0: 0.94 to 9.38: 0. 12-25.59: 5.96-10.15.

上述の理由により、本発明における転動装置は、高速回転性能に優れ、工作機械各種スピンドルあるいはドライ真空ポンプなどの各種ポンプの回転部のように、温度上昇により、熱膨張が大きい箇所、あるいは、転動装置の内部で温度勾配が生じる箇所で、より高速回転下で作動できるとともに、長期間使用できる。
上記実施形態では、転動装置として転がり軸受を例示したが、直動案内装置などの転動装置であっても良い。
ここで、超硬合金は、セラミック材料に比べ、加工が容易であり、また、価格も安いという利点がある。
For the reasons described above, the rolling device of the present invention is excellent in high-speed rotation performance, such as a rotating part of various pumps such as various spindles of machine tools or dry vacuum pumps, a portion where thermal expansion is large due to temperature rise, or It can operate under higher speed rotation and can be used for a long period of time at a location where a temperature gradient occurs inside the rolling device.
In the said embodiment, although the rolling bearing was illustrated as a rolling device, rolling devices, such as a linear motion guide device, may be sufficient.
Here, the cemented carbide has advantages that it is easy to process and cheaper than the ceramic material.

内外輪1、2及び転動体3を、表25及び表26に示す材料で構成することで、本発明に基づく転がり軸受である実施例I1〜I10、及び、比較のための転がり軸受である比較例i1〜i7を用意して、各転がり軸受について高速回転性及び耐久性を後述に説明するように評価した。各転がり軸受は、アンギュラ形転がり軸受(型番:7013C、内径:65mm、外径:100mm、幅:18mm、接触角:15°)である。なお、表25の各実施例は、転動体にセラミック材料を使用した例であり、表26は、転動体に超硬合金を使用した例である。   Examples I1 to I10 which are rolling bearings based on the present invention by composing the inner and outer rings 1 and 2 and the rolling elements 3 with materials shown in Tables 25 and 26, and a comparison which is a rolling bearing for comparison. Examples i1 to i7 were prepared, and each rolling bearing was evaluated for high speed rotation and durability as described below. Each rolling bearing is an angular rolling bearing (model number: 7013C, inner diameter: 65 mm, outer diameter: 100 mm, width: 18 mm, contact angle: 15 °). In addition, each Example of Table 25 is an example which used the ceramic material for the rolling element, and Table 26 is an example which used the cemented carbide for the rolling element.

Figure 2006300323
Figure 2006300323

Figure 2006300323
Figure 2006300323

ここで、表25中における、窒化ケイ素系、ジルコニア系とは、下記性能を有するセラミック材料である。
(1)窒化ケイ素系1i:
線膨張係数:3.4×10−6(K−1)、(破壊靭性値/ビッカース硬さ):0.41、比剛性:0.94×10(mm)、比強度:3.93×10mm
(2)窒化ケイ素系2i:
線膨張係数:3.0×10−6(K−1)、(破壊靭性値/ビッカース硬さ):0.46、比剛性:0.95×10(mm)、比強度:3.06×10mm
(3)窒化ケイ素系3i:
線膨張係数:2.8×10−6(K−1)、(破壊靭性値/ビッカース硬さ):0.40、比剛性:0.94×10(mm)、比強度:2.94×10mm
(4)窒化ケイ素系4i:
線膨張係数:5.4×10−6(K−1)、(破壊靭性値/ビッカース硬さ):0.33、比剛性:0.86×10(mm)、比強度:2.41×10mm
(5)ジルコニア系1i:
線膨張係数:9.6×10−6(K−1)、(破壊靭性値/ビッカース硬さ):0.51、比剛性:0.47×10(mm)、比強度:1.73×10mm
Here, in Table 25, silicon nitride and zirconia are ceramic materials having the following performance.
(1) Silicon nitride 1i:
Linear expansion coefficient: 3.4 × 10 −6 (K −1 ), (Fracture toughness value / Vickers hardness): 0.41, Specific rigidity: 0.94 × 10 8 (mm), Specific strength: 3.93 × 10 7 mm
(2) Silicon nitride 2i:
Linear expansion coefficient: 3.0 × 10 −6 (K −1 ), (Fracture toughness value / Vickers hardness): 0.46, Specific rigidity: 0.95 × 10 8 (mm), Specific strength: 3.06 × 10 7 mm
(3) Silicon nitride 3i:
Linear expansion coefficient: 2.8 × 10 −6 (K −1 ), (Fracture toughness value / Vickers hardness): 0.40, Specific rigidity: 0.94 × 10 8 (mm), Specific strength: 2.94 × 10 7 mm
(4) Silicon nitride 4i:
Linear expansion coefficient: 5.4 × 10 −6 (K −1 ), (Fracture toughness value / Vickers hardness): 0.33, Specific rigidity: 0.86 × 10 8 (mm), Specific strength: 2.41 × 10 7 mm
(5) Zirconia series 1i:
Linear expansion coefficient: 9.6 × 10 −6 (K −1 ), (Fracture toughness value / Vickers hardness): 0.51, Specific rigidity: 0.47 × 10 8 (mm), Specific strength: 1.73 × 10 7 mm

また、表26中における、超硬とは、下記性能を有する超硬合金である。
(1)超硬1i(日本タングステン製WC−Co系G1):
線膨張係数:5.0×10−6(K−1)、(破壊靭性値/ビッカース硬さ):1.10、比剛性:0.38×10mm、比強度:1.27×10mm
(2)超硬2i(日本タングステン製WC−TiC−TaC−Co系 HN05):
線膨張係数:5.5×10−6(K−1)、(破壊靭性値/ビッカース硬さ):0.55、比剛性:0.41×10mm、比強度:1.02×10mm
(3)超硬3i(ダイジェット工業製WC−Ni系DN):
線膨張係数:4.5×10−6(K−1)、(破壊靭性値/ビッカース硬さ):0.76、比剛性:0.41×10mm、比強度:1.46×10mm
In Table 26, cemented carbide is a cemented carbide having the following performance.
(1) Carbide 1i (WC-Co G1 made by Nippon Tungsten):
Linear expansion coefficient: 5.0 × 10 −6 (K −1 ), (Fracture toughness value / Vickers hardness): 1.10, Specific rigidity: 0.38 × 10 8 mm, Specific strength: 1.27 × 10 7 mm
(2) Carbide 2i (WC-TiC-TaC-Co based HN05 made by Nippon Tungsten):
Linear expansion coefficient: 5.5 × 10 −6 (K −1 ), (Fracture toughness value / Vickers hardness): 0.55, Specific rigidity: 0.41 × 10 8 mm, Specific strength: 1.02 × 10 7 mm
(3) Carbide 3i (Daijet Industry WC-Ni DN):
Linear expansion coefficient: 4.5 × 10 −6 (K −1 ), (Fracture toughness value / Vickers hardness): 0.76, Specific rigidity: 0.41 × 10 8 mm, Specific strength: 1.46 × 10 7 mm

(4)超硬4i(住友電気工業製WC−Ni−Cr系M61U):
線膨張係数:4.4×10−6(K−1)、(破壊靭性値/ビッカース硬さ):0.92、比剛性:0.36×10mm、比強度:1.95×10mm
(5)超硬5i(住友電気工業製WC−Co−Ni−Cr系M4):
線膨張係数:4.0×10−6(K−1)、(破壊靭性値/ビッカース硬さ):0.58、比剛性:0.41×10mm、比強度:2.17×10mm
(6)超硬6i(日本タングステン製WC−Co系G30):
線膨張係数:5.7×10−6(K−1)、(破壊靭性値/ビッカース硬さ):1.10、比剛性:0.38×10mm、比強度:1.99×10mm
(7)超硬7i(富士ダイス製WC−Ni−Cr−Mo系M45):
線膨張係数:6.1×10−6(K−1)、(破壊靭性値/ビッカース硬さ):0.83、比剛性:0.39×10mm)、比強度:2.25×10mm
(4) Carbide 4i (WC-Ni-Cr-based M61U manufactured by Sumitomo Electric Industries):
Linear expansion coefficient: 4.4 × 10 −6 (K −1 ), (Fracture toughness value / Vickers hardness): 0.92, Specific rigidity: 0.36 × 10 8 mm, Specific strength: 1.95 × 10 7 mm
(5) Carbide 5i (WC-Co-Ni-Cr type M4 manufactured by Sumitomo Electric Industries):
Linear expansion coefficient: 4.0 × 10 −6 (K −1 ), (Fracture toughness value / Vickers hardness): 0.58, Specific rigidity: 0.41 × 10 8 mm, Specific strength: 2.17 × 10 7 mm
(6) Carbide 6i (WC-Co G30 made by Nippon Tungsten):
Linear expansion coefficient: 5.7 × 10 −6 (K −1 ), (Fracture toughness value / Vickers hardness): 1.10, Specific rigidity: 0.38 × 10 8 mm, Specific strength: 1.99 × 10 7 mm
(7) Carbide 7i (WC-Ni-Cr-Mo type M45 manufactured by Fuji Dice):
Linear expansion coefficient: 6.1 × 10 −6 (K −1 ), (Fracture toughness value / Vickers hardness): 0.83, Specific rigidity: 0.39 × 10 8 mm), Specific strength: 2.25 × 10 7 mm

なお、SUJ2は、線膨張係数が12.5×10−6(K−1)(0〜100℃)、縦弾性係数が208(GPa)、密度が7.83(g/cm)である。
また、SUS440Cは、線膨張係数が10.1×10−6(K−1)(0〜100℃)、縦弾性係数が200(GPa)、密度が7.68(g/cm)である。そして、各試験用の転がり軸受を、それぞれ2個背面組合せで組み付け、常温での予圧を700Nとした。なお、いずれの場合も、保持器にはナイロン保持器を使用し、潤滑油にはスーパーハイランド22(VG22)を用いてオイルエア潤滑を行った(流速は、0.225cc/時間とした。)
SUJ2 has a linear expansion coefficient of 12.5 × 10 −6 (K −1 ) (0 to 100 ° C.), a longitudinal elastic modulus of 208 (GPa), and a density of 7.83 (g / cm 3 ). .
SUS440C has a linear expansion coefficient of 10.1 × 10 −6 (K −1 ) (0 to 100 ° C.), a longitudinal elastic modulus of 200 (GPa), and a density of 7.68 (g / cm 3 ). . And each rolling bearing for each test was assembled | attached by the back surface combination, respectively, and the preload in normal temperature was 700N. In either case, a nylon cage was used as the cage, and oil-air lubrication was performed using Super Highland 22 (VG22) as the lubricating oil (flow rate was 0.225 cc / hour).

高速回転性は、日本精工製の軸受回転試験機(詳細は省くが背面組合せのスピンドル構造からなる)を用いて評価した。なお、外輪2側がハウジング4に固定されて支持体を構成し、内輪1が軸体5に固定されて回転運動を行う可動子を構成するようにした。
評価は、常温、大気中で、試験前に予圧を700Nに設定し、外輪2の外径面の温度を測定しながら、回転速度を5000min−1から試験を開始し、30分ごとに1000rpmづつ回転速度を増加していき、外輪2の外径面温度が急激に増加した時点の回転速度を限界回転速度として、高速回転性を評価する基準値とした。
この評価結果を、表25及び表26に併せて示す。なお、各実施例および比較例における転がり軸受の高速回転性(限界回転速度)は、比較例i1(表25)の高速回転性(限界回転速度)を1とした相対値で示したものである。
High-speed rotation was evaluated using a bearing rotation tester manufactured by NSK (comprising a spindle structure with a back surface combination, although details are omitted). The outer ring 2 side is fixed to the housing 4 to constitute a support body, and the inner ring 1 is fixed to the shaft body 5 to constitute a mover that performs rotational motion.
The evaluation is performed at room temperature and in the atmosphere, with a preload set to 700 N before the test, while measuring the temperature of the outer diameter surface of the outer ring 2, the test is started from a rotational speed of 5000 min −1 , and 1000 rpm every 30 minutes. The rotational speed was increased, and the rotational speed at the time when the outer surface temperature of the outer ring 2 suddenly increased was taken as the limiting rotational speed, which was used as a reference value for evaluating high-speed rotational performance.
The evaluation results are also shown in Table 25 and Table 26. In addition, the high-speed rotability (limit rotational speed) of the rolling bearing in each example and comparative example is a relative value with the high-speed rotability (limit rotational speed) of Comparative Example i1 (Table 25) as 1. .

一方、耐久性の評価試験は、上記高速回転性(限界回転速度)の評価で使用した試験機と同じ日本精工製の軸受回転試験機を用いて、常温かつ大気中で、試験前に予圧を700Nに設定し、回転速度:15000min−1で試験を行い、振動値を基準として耐久性を評価した。ここでは、振動値が初期値の5倍に上昇した時点を転がり軸受の寿命とした。 On the other hand, the durability evaluation test is performed using a bearing rotation tester manufactured by NSK, which is the same as the tester used in the evaluation of the high-speed rotation (limit rotation speed), at room temperature and in the atmosphere, and preloading is performed before the test. The test was conducted at a rotational speed of 15000 min −1 at 700 N, and the durability was evaluated based on the vibration value. Here, the time when the vibration value increased to five times the initial value was defined as the life of the rolling bearing.

この評価結果を表25及び表26に併せて示す。なお、各実施例および比較例における転がり軸受の高速回転性及び耐久性(振動寿命)は、比較例i1(表25)の高速回転性及び耐久性(振動寿命)をそれぞれ1とした相対値で示したものである。
表25及び表26に示されるように、各比較例に比べて、本発明に基づく各実施例の転がり軸受は、いずれも高速回転性及び耐久性が格段に向上している。
The evaluation results are also shown in Table 25 and Table 26. In addition, the high-speed rotation property and durability (vibration life) of the rolling bearing in each example and comparative example are relative values where the high-speed rotation property and durability (vibration life) of Comparative Example i1 (Table 25) are set to 1, respectively. It is shown.
As shown in Table 25 and Table 26, the rolling bearings of the respective examples based on the present invention are remarkably improved in high-speed rotation and durability as compared with the comparative examples.

また、内外輪1、2として、SUJ2やSUS440Cに焼入れ焼戻しをした材料を使用し、また、転動体3として、SUJ2やSUS440Cに焼入れ焼戻しをした材料若しくは例えば表25及び表26に示したようなセラミック材料や超硬合金から構成して、それらを組み合わせて種々の線膨張係数の比からなる転がり軸受を作成して、高速回転性及び耐久性の評価を行った。試験条件及び評価条件は、上述と同様の条件とした。   Further, as the inner and outer rings 1 and 2, a material quenched and tempered into SUJ2 and SUS440C is used, and as the rolling element 3, a material quenched and tempered into SUJ2 and SUS440C or, for example, as shown in Table 25 and Table 26 Rolling bearings composed of ceramic materials and cemented carbides and combined with various linear expansion coefficient ratios were prepared to evaluate high-speed rotation and durability. Test conditions and evaluation conditions were the same as described above.

なお、耐久性及び高速回転性は、内外輪1、2及び転動体3を全てSUJ2から構成した場合の耐久性(振動寿命)及び高速回転性をそれぞれ1とした相対値で示している。
その結果を、図27に示す。
ここで、内輪1の膨張は、外輪2の膨張に比べ軸受すきまが減少して焼き付きや低寿命を助長する傾向にあるため、図27では、内輪1の線膨張係数に対する転動体3の線膨張係数の比を基準として、高速回転性(限界回転速度)、及び、耐久性(振動寿命)を求めた。
The durability and the high-speed rotation are shown as relative values where the durability (vibration life) and the high-speed rotation are 1 when the inner and outer rings 1 and 2 and the rolling element 3 are all made of SUJ2.
The result is shown in FIG.
Here, since the expansion of the inner ring 1 tends to promote the seizure and the low life by reducing the bearing clearance as compared with the expansion of the outer ring 2, the linear expansion of the rolling element 3 with respect to the linear expansion coefficient of the inner ring 1 is shown in FIG. 27. Based on the ratio of the coefficients, high-speed rotation performance (limit rotational speed) and durability (vibration life) were obtained.

この図27から分かるように、内輪1の線膨張係数に対する転動体3の線膨張係数の比が、0.45で0.5以上の場合に比べて2倍以上も高速回転性及び耐久性が向上し、さらに0.40以下でその効果が向上すると共に安定して確保可能となる。すなわち、少なくとも内輪1の線膨張係数に対する転動体3の線膨張係数の比が、0.45以下、好ましくは0.40以下が良いことが分かる。   As can be seen from FIG. 27, the ratio of the linear expansion coefficient of the rolling element 3 to the linear expansion coefficient of the inner ring 1 is 0.45, which is twice as high as that of 0.5 or more. In addition, when 0.40 or less, the effect is improved and it is possible to ensure the stability. That is, it can be seen that at least the ratio of the linear expansion coefficient of the rolling element 3 to the linear expansion coefficient of the inner ring 1 is 0.45 or less, preferably 0.40 or less.

また、内輪1の線膨張係数に対する転動体3の線膨張係数の比、及び外輪2の線膨張係数に対する転動体3の線膨張係数の比を、0.45となるように転動体3を選定した。その選定は、窒化ケイ素(Si)系のセラミック材料について、常圧焼結、反応焼結、HIP(熱間静水圧焼結)のいずれかを施し、破壊靭性とビッカース硬さとの比が異なるものを種々試作して行った。そして、軸受の耐久性についての試験及び評価を、上述と同様な条件にて実施した。 Further, the rolling element 3 is selected so that the ratio of the linear expansion coefficient of the rolling element 3 to the linear expansion coefficient of the inner ring 1 and the ratio of the linear expansion coefficient of the rolling element 3 to the linear expansion coefficient of the outer ring 2 are 0.45. did. For the selection, silicon nitride (Si 3 N 4 ) -based ceramic material is subjected to atmospheric pressure sintering, reaction sintering, or HIP (hot isostatic pressing), and the ratio between fracture toughness and Vickers hardness We made various prototypes with different values. And the test and evaluation about the durability of a bearing were implemented on the same conditions as the above-mentioned.

なお、耐久性は、内外輪1、2及び転動体3を全てSUJ2から構成した場合の耐久性(振動寿命)を1とした相対値で示している。
図28にその結果を示す。
この図28から分かるように、転動体3のビッカース硬さに対する破壊靭性の比が0.4以上となると、0.35以下に比べて2倍以上も耐久性が向上し、特に0.425以上の場合に耐久性が格段に向上することが分かる。すなわち、転動体3のビッカース硬さに対する破壊靭性の比は、0.4以上好ましくは0.425以上であることが分かる。
また、転動体3を上記セラミック材料に代えて超硬合金とした場合においても、上記図28と同様な結果が得られることを確認している。
以上のように、本発明に基づく転がり軸受装置は、高速回転性(限界回転速度)に優れ、長寿命を有することがわかる。
The durability is shown as a relative value with the durability (vibration life) being 1 when the inner and outer rings 1 and 2 and the rolling element 3 are all made of SUJ2.
FIG. 28 shows the result.
As can be seen from FIG. 28, when the ratio of the fracture toughness to the Vickers hardness of the rolling element 3 is 0.4 or more, the durability is improved twice or more compared to 0.35 or less, particularly 0.425 or more. It can be seen that the durability is remarkably improved in the case of. That is, it can be seen that the ratio of the fracture toughness to the Vickers hardness of the rolling element 3 is 0.4 or more, preferably 0.425 or more.
Further, it has been confirmed that the same results as in FIG. 28 can be obtained even when the rolling element 3 is made of a cemented carbide instead of the ceramic material.
As described above, it can be seen that the rolling bearing device according to the present invention is excellent in high-speed rotation performance (limit rotation speed) and has a long life.

[実施態様4]
図29は、本発明の転動装置の一実施形態である転がり軸受の構造を示す部分縦断面図である。この転がり軸受は、外輪1と、内輪2と、外輪1と内輪2との間に転動自在に配設された複数の玉3と、複数の玉3を保持する樹脂製の冠形保持器(図示せず)と、を備えている。なお、外輪1が本発明の構成要件たる可動子に相当し、内輪2が本発明の構成要件たる支持体に相当する。
[Embodiment 4]
FIG. 29 is a partial longitudinal sectional view showing the structure of a rolling bearing which is an embodiment of the rolling device of the present invention. The rolling bearing includes an outer ring 1, an inner ring 2, a plurality of balls 3 that are rotatably disposed between the outer ring 1 and the inner ring 2, and a resin crown-shaped cage that holds the plurality of balls 3. (Not shown). In addition, the outer ring | wheel 1 is corresponded to the needle | mover which is a structural requirement of this invention, and the inner ring | wheel 2 is equivalent to the support body which is a structural requirement of this invention.

外輪1,内輪2,及び玉3は全てセラミック材料で構成されており、しかも、セラミック材料の破壊靱性値(MPa・m1/2)とビッカース硬さ(GPa)との比([破壊靱性値]/[ビッカース硬さ])は0.25以上であり、比強度は1.2×10mmである。
このような本実施形態の転がり軸受は、セラミック材料で構成されていることから、軽量で剛性,耐摩耗性,耐熱性に優れている。また、高速回転下においても、金属材料と比較して格段に接触点で凝着を起こし難く焼付き難い。
The outer ring 1, the inner ring 2, and the ball 3 are all made of a ceramic material, and the ratio of the fracture toughness value (MPa · m 1/2 ) to the Vickers hardness (GPa) of the ceramic material ([fracture toughness value ] / [Vickers hardness]) is 0.25 or more, and the specific strength is 1.2 × 10 7 mm.
Since the rolling bearing of this embodiment is made of a ceramic material, it is lightweight and excellent in rigidity, wear resistance, and heat resistance. In addition, even under high-speed rotation, adhesion at the contact point is much less likely to occur and seizure is difficult compared to metal materials.

さらに、セラミック材料の[破壊靱性値]/[ビッカース硬さ]の値が0.25以上であることから、セラミック材料の表面あるいは内部においてクラックが伝播しにくいので、剥離や摩耗が生じにくい。したがって、本実施形態の転がり軸受は、高荷重下においても長寿命である。
特に、ラジアル荷重を支持する場合でも、荷重が集中する負荷圏を有する外輪において、セラミック材料の表面あるいは内部でクラックが伝播しにくく、剥離や摩耗が生じにくい。したがって、高いラジアル荷重が負荷される条件下においても長寿命である。
Further, since the value of [fracture toughness value] / [Vickers hardness] of the ceramic material is 0.25 or more, cracks are difficult to propagate on the surface or inside of the ceramic material, and peeling and wear are unlikely to occur. Therefore, the rolling bearing of the present embodiment has a long life even under a high load.
In particular, even when a radial load is supported, cracks hardly propagate on the surface or inside of the ceramic material in the outer ring having a load zone where the load concentrates, and peeling and wear are unlikely to occur. Therefore, it has a long life even under a condition where a high radial load is applied.

本実施形態の転がり軸受は、上記のような優れた特性を有していることから、高速,腐食環境下,高温環境下においても、高荷重下で使用することができる。よって、各種スピンドル,各種ポンプ,半導体製造装置(搬送装置など),工作機械,タービン等に好適に使用することができる。ただし、他のいかなる機器,用途に適用しても長寿命な転がり軸受であることは勿論である。   Since the rolling bearing of the present embodiment has the excellent characteristics as described above, it can be used under a high load even at high speed, in a corrosive environment, and in a high temperature environment. Therefore, it can be suitably used for various spindles, various pumps, semiconductor manufacturing apparatuses (such as a conveying apparatus), machine tools, and turbines. However, it is a matter of course that the rolling bearing has a long life even when applied to any other device or application.

なお、本実施形態は本発明の一例を示したものであって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。例えば、本実施形態においては、転動装置として転がり軸受を例示して説明したが、本発明の転動装置は、他の様々な種類の転動装置に対して適用することができる。例えば、直動案内装置,ボールねじ,直動ベアリング,リニアブッシュ等の他の転動装置にも好適に適用可能である。   In addition, this embodiment shows an example of this invention, Comprising: This invention is not limited to this embodiment. For example, in the present embodiment, a rolling bearing is exemplified as the rolling device, but the rolling device of the present invention can be applied to various other types of rolling devices. For example, the present invention can be suitably applied to other rolling devices such as a linear motion guide device, a ball screw, a linear motion bearing, and a linear bush.

また、本発明の転動装置のうち転がり軸受は、様々な転がり軸受に対して適用することができる。例えば、深みぞ玉軸受,アンギュラ玉軸受,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である。
次に、上記とほぼ同様の構成の転がり軸受において、外輪1,内輪2,及び玉3を構成するセラミック材料を種々変更したものを用意して、回転試験によって各種評価を行った。
Further, the rolling bearing of the rolling device of the present invention can be applied to various rolling bearings. For example, radial rolling bearings such as deep groove ball bearings, angular contact ball bearings, cylindrical roller bearings, tapered roller bearings, needle roller bearings, and self-aligning roller bearings, and thrust type bearings such as thrust ball bearings and thrust roller bearings It is a rolling bearing.
Next, in the rolling bearing having substantially the same configuration as described above, various kinds of ceramic materials constituting the outer ring 1, the inner ring 2, and the ball 3 were prepared, and various evaluations were performed by a rotation test.

実施例J1〜J28及び比較例j1〜j4の転がり軸受には、日本精工株式会社製の転がり軸受(呼び番号6206,内径30mm,外径62mm,幅16mm)を使用した。外輪,内輪,及び玉は表27及び表28に示すようなセラミック材料で構成した。また、保持器にはフッ素系樹脂製の冠形保持器を用いた。なお、表27及び表28には、各セラミック材料の破壊靱性値(MPa・m1/2)とビッカース硬さ(GPa)との比([破壊靱性値]/[ビッカース硬さ])と、比強度(×10mm)も、併せて示している。 For the rolling bearings of Examples J1 to J28 and Comparative Examples j1 to j4, rolling bearings manufactured by NSK Ltd. (nominal number 6206, inner diameter 30 mm, outer diameter 62 mm, width 16 mm) were used. The outer ring, inner ring, and ball were made of ceramic materials as shown in Table 27 and Table 28. In addition, a fluorinated resin crown-shaped cage was used as the cage. In Tables 27 and 28, the ratio between the fracture toughness value (MPa · m 1/2 ) and the Vickers hardness (GPa) of each ceramic material ([fracture toughness value] / [Vickers hardness]), The specific strength (× 10 7 mm) is also shown.

Figure 2006300323
Figure 2006300323

Figure 2006300323
Figure 2006300323

使用したセラミック材料は、以下の通りである。
・窒化ケイ素系1j:日本タングステン社製、NPN−3
・窒化ケイ素系2j:品川白煉瓦社製、SAN−P
・窒化ケイ素系3j:京セラ社製、SN733
・窒化ケイ素系4j:SINERAMICS社製、S/RBSN
The ceramic material used is as follows.
-Silicon nitride 1j: NPN-3, manufactured by Nippon Tungsten Co., Ltd.
・ Silicon nitride-based 2j: SAN-P, manufactured by Shinagawa White Brick Co., Ltd.
-Silicon nitride 3j: SN733 manufactured by Kyocera Corporation
・ Silicon nitride 4j: SINERAMICS, S / RBSN

・ジルコニア系1j:京セラ社製、Z701N
・ジルコニア系2j:日本タングステン社製、NPZ−2
・ジルコニア系3j:日本タングステン社製、NPZ−1
・ジルコニア系4j:日本特殊陶業社製、KGS20
・ジルコニア系5j:住友電工社製、RZ601
・ジルコニア系6j:京セラ社製、Z703
・ジルコニア系7j:京セラ社製、Z21H0
・ジルコニア系8j:日本特殊陶業社製、AZ−80GH
・ジルコニア系9j:日本タングステン社製、NPZ−3
・ジルコニア系10j:日本タングステン社製、NPZ−5
・ジルコニア系11j:日本ガイシ社製、CZ−51
・ Zirconia 1j: K701A, Z701N
・ Zirconia 2j: manufactured by Nippon Tungsten Co., Ltd., NPZ-2
-Zirconia 3j: NPZ-1 manufactured by Nippon Tungsten Co.
・ Zirconia 4j: KGS20, manufactured by Nippon Special Ceramics Co., Ltd.
・ Zirconia 5j: RZ601, manufactured by Sumitomo Electric
・ Zirconia 6j: K703, Z703
Zirconia 7j: Kyocera Corporation, Z21H0
・ Zirconia 8j: AZ-80GH, manufactured by Nippon Special Ceramics Co., Ltd.
・ Zirconia 9j: NPZ-3, manufactured by Nippon Tungsten Co., Ltd.
・ Zirconia 10j: NPZ-5 manufactured by Nippon Tungsten Co., Ltd.
・ Zirconia 11j: NGK Corporation, CZ-51

・アルミナ系1j :日本特殊陶業社製、HC2
・アルミナ系2j :日本特殊陶業社製、NAZ−83H
・アルミナ系3j :サンゴバンノートン社製、AZ−93
・アルミナ系4j :東芝社製、AL−16
・アルミナ系5j :日本タングステン社製、NPA−2
・アルミナ系6j :日本特殊陶業社製、KP−95
・炭化ケイ素系 :日本タングステン社製、NPS−1
・炭化ケイ素粒子分散窒化ケイ素系:クボタ社製、KN−101N
・炭化ケイ素ウィスカ複合窒化ケイ素系:日重ニューマテリアル社製、SNW
・ホウ化チタン系1j:クボタ社製、TB−901
・ Alumina series 1j: HC2 manufactured by Nippon Special Ceramics Co., Ltd.
・ Alumina 2j: NAZ-83H, manufactured by Nippon Special Ceramics Co., Ltd.
Alumina 3j: AZ-93 manufactured by Saint-Gobain Norton
・ Alumina 4j: manufactured by Toshiba, AL-16
-Alumina 5j: Nippon Tungsten Co., NPA-2
Alumina 6j: KP-95 manufactured by Nippon Special Ceramics Co., Ltd.
-Silicon carbide type: NPS-1 manufactured by Nippon Tungsten Co., Ltd.
・ Silicon carbide particle-dispersed silicon nitride system: manufactured by Kubota Corporation, KN-101N
・ Silicon carbide whisker composite silicon nitride system: manufactured by Nisshi New Material, SNW
-Titanium boride type 1j: manufactured by Kubota Corporation, TB-901

次に、評価した内容と回転試験の条件について説明する。
まず、耐荷重性(限界荷重)について説明する。
図30に示すような日本精工株式会社製の軸受回転試験機に転がり軸受32を取り付け、初期のラジアル荷重を400Nとし、水33を潤滑剤として使用して、常温下で5000min−1の回転速度で回転させた。そして、ラジアル荷重を6時間毎に100Nずつ増加していき、振動センサ34で検出される振動値が急激に上昇した時点のラジアル荷重を限界荷重として、耐荷重性を評価した。
Next, the evaluated contents and conditions of the rotation test will be described.
First, load resistance (limit load) will be described.
A rolling bearing 32 is mounted on a bearing rotation tester manufactured by NSK Ltd. as shown in FIG. 30, the initial radial load is 400 N, water 33 is used as a lubricant, and the rotational speed is 5000 min −1 at room temperature. It was rotated with. Then, the radial load was increased by 100 N every 6 hours, and the load resistance was evaluated using the radial load at the time when the vibration value detected by the vibration sensor 34 rapidly increased as the limit load.

なお、図30中、符号30は回転軸を示し、図示しないモータによって回転される。また、玉軸受31は、この回転軸30を支持するための支持軸受である。さらに、試験軸受32は回転軸30によって内輪回転で回転され、図示しない外部の負荷装置によって試験荷重がラジアル方向に負荷される。
試験結果を表27及び表28にまとめて示す。なお、各実施例及び比較例における転がり軸受の耐荷重性(限界荷重)は、比較例j1の耐荷重性(限界荷重)を1とした場合の相対値で示してある。
In FIG. 30, reference numeral 30 denotes a rotating shaft, which is rotated by a motor (not shown). The ball bearing 31 is a support bearing for supporting the rotary shaft 30. Further, the test bearing 32 is rotated by the inner ring rotation by the rotating shaft 30, and the test load is loaded in the radial direction by an external load device (not shown).
The test results are summarized in Table 27 and Table 28. In addition, the load resistance (limit load) of the rolling bearing in each Example and Comparative Example is shown as a relative value when the load resistance (limit load) of Comparative Example j1 is 1.

次に、耐久性(寿命)について説明する。
転がり軸受を上記と同様の日本精工株式会社製の軸受回転試験機に取り付け、ラジアル荷重を980Nとし、水を潤滑剤として使用して、常温下で5000min−1の回転速度で回転させた。そして、振動値が初期値の3倍に上昇した時点を転がり軸受の寿命とした。その結果を表27及び表28にまとめて示す。なお、各実施例及び比較例における転がり軸受の耐久性(寿命)は、比較例j1の耐久性(寿命)を1とした場合の相対値で示してある。
Next, durability (life) will be described.
The rolling bearing was attached to a bearing rotation tester manufactured by NSK Ltd. similar to the above, and the radial load was 980 N, and water was used as a lubricant, and the rolling bearing was rotated at a rotational speed of 5000 min −1 at room temperature. The time when the vibration value increased to three times the initial value was defined as the life of the rolling bearing. The results are summarized in Table 27 and Table 28. In addition, durability (life) of the rolling bearing in each Example and Comparative Example is shown as a relative value when the durability (life) of Comparative Example j1 is 1.

なお、上記2種の試験における回転速度は、セラミック材料製の転がり軸受としては高速の回転試験であると言える。
次に、外輪,内輪,及び玉を同種のセラミック材料で構成した転がり軸受の評価結果について考察する。
実施例J1〜J14,J20〜J28,及び比較例j1〜j4の結果から、比強度が1.2×10mm以上であり、破壊靱性値とビッカース硬さとの比が大きい程、転がり軸受の耐荷重性及び耐久性が優れているという傾向があることが分かる。
In addition, the rotational speed in the above-mentioned two types of tests can be said to be a high-speed rotational test for a rolling bearing made of a ceramic material.
Next, the evaluation results of the rolling bearing in which the outer ring, the inner ring, and the ball are made of the same kind of ceramic material will be considered.
From the results of Examples J1 to J14, J20 to J28, and Comparative Examples j1 to j4, the specific strength is 1.2 × 10 7 mm or more, and the larger the ratio between the fracture toughness value and the Vickers hardness, the more the rolling bearing. It can be seen that there is a tendency to have excellent load resistance and durability.

なお、実施例J21は、破壊靱性値(MPa・m1/2)とビッカース硬さ(GPa)との比が0.25以上であるセラミック材料が、粒径1μm以下の炭化ケイ素(SiC)を含有する窒化ケイ素(Si)である例であるが、窒化ケイ素系セラミックスで転がり軸受を構成した中でも、特に耐荷重性及び耐久性に優れることがわかる。
粒径1μm以下の炭化ケイ素を含有する窒化ケイ素は、粒径1μm以下の炭化ケイ素粉末1〜40質量%と焼結助剤であるスピネル(MgAl)/ジルコニア(ZrO)粉末3〜20質量%とを窒化ケイ素粉末に配合した粉末混合物を焼結することにより得られ、窒化ケイ素粒子の粒内及び粒界に炭化ケイ素粒子が分散した組織を有することが好ましい。
In Example J21, the ceramic material in which the ratio of the fracture toughness value (MPa · m 1/2 ) to the Vickers hardness (GPa) is 0.25 or more is silicon carbide (SiC) having a particle size of 1 μm or less. Although it is an example which is silicon nitride (Si 3 N 4 ) contained, it can be seen that even when a rolling bearing is constituted by silicon nitride ceramics, it is particularly excellent in load resistance and durability.
Silicon nitride containing silicon carbide having a particle size of 1 μm or less is composed of 1 to 40% by mass of silicon carbide powder having a particle size of 1 μm or less and spinel (MgAl 2 O 4 ) / zirconia (ZrO 2 ) powder 3 to 3 as a sintering aid. It is preferably obtained by sintering a powder mixture in which 20% by mass of silicon nitride powder is blended, and preferably has a structure in which silicon carbide particles are dispersed in the grains of silicon nitride particles and in grain boundaries.

焼結原料中に占める焼結助剤(スピネル/ジルコニア)の配合量は、3〜20質量%が好ましい。3質量%未満の場合には焼結反応を効率的に進めることができず、焼結体の緻密化の不足をきたすおそれがあり、クラックが伝播しやすくなって、転がり軸受が比較的短時間で寿命となってしまう場合がある。
一方、焼結原料中に占める焼結助剤の配合量が20質量%を超える場合には、マトリックスの窒化ケイ素の粒界における残留ガラス相が増加して、強度,靭性等の機械的性質の低下を招くので、転がり軸受が比較的短時間で寿命となってしまう場合がある。このような問題がより生じにくくするためには、焼結原料中に占める焼結助剤の配合量は5〜15質量%とすることがより好ましい。
As for the compounding quantity of the sintering auxiliary agent (spinel / zirconia) which occupies in a sintering raw material, 3-20 mass% is preferable. If it is less than 3% by mass, the sintering reaction cannot proceed efficiently, and there is a risk of insufficient densification of the sintered body, cracks tend to propagate, and the rolling bearing takes a relatively short time. May end up with a lifespan.
On the other hand, when the amount of the sintering aid in the sintering raw material exceeds 20% by mass, the residual glass phase at the grain boundary of the silicon nitride in the matrix increases, and mechanical properties such as strength and toughness are increased. Since the reduction is caused, the rolling bearing may end up in a relatively short time. In order to make it difficult for such problems to occur, the blending amount of the sintering aid in the sintering raw material is more preferably 5 to 15% by mass.

なお、焼結助剤を構成するスピネルとジルコニアの2成分の量比は、その助剤効果をより効果的に発現させるために、スピネル/ジルコニア=1/2〜2/1(重量比)であることが好ましい。また、ジルコニアは、相転移とそれに付随する焼結助剤効果の低下を抑制,防止するために、約1〜2.8mol%のイットリア(Y)を含有する、いわゆる部分安定化ジルコニアが好ましく使用される。 In addition, the amount ratio of the two components of spinel and zirconia constituting the sintering aid is spinel / zirconia = 1/2 to 2/1 (weight ratio) in order to express the auxiliary effect more effectively. Preferably there is. In addition, zirconia is a so-called partially stabilized zirconia containing about 1 to 2.8 mol% of yttria (Y 2 O 3 ) in order to suppress and prevent phase transition and the accompanying decrease in the sintering aid effect. Are preferably used.

分散相成分である炭化ケイ素は、粒径1μm以下の微細粒径を有するものが使用される。このようなナノメータレベルを含む微細粉末を適用する場合には、窒化ケイ素マトリックス粒子の粒内,粒界に炭化ケイ素粒子が分布した組織を形成することができ、その分散効果として前述のように、摺動面からの粒子の剥離,脱落が抑制,防止され、強度及び靱性が向上し、且つ耐摩耗性も良好となるので、転がり軸受は長期間安定に作動することができる。   As the dispersed phase component, silicon carbide having a fine particle diameter of 1 μm or less is used. When applying such fine powder including nanometer level, it is possible to form a structure in which silicon carbide particles are distributed in the grain boundaries of silicon nitride matrix particles, and as described above, the dispersion effect is as follows. The separation and dropping of particles from the sliding surface are suppressed and prevented, the strength and toughness are improved, and the wear resistance is also improved, so that the rolling bearing can operate stably for a long time.

上記炭化ケイ素粉末の焼結原料中に占める配合量は、1〜40質量%の範囲が好ましい。1質量%未満の場合には、分散相として十分に窒化ケイ素マトリックス粒子の靱性を高めることができず、摺動面からの粒子の剥離,脱落を抑制,防止する前記効果が十分ではない。一方、40質量%を超える場合には、炭化ケイ素粒子が凝集しやすくなり、残留ポロシティの増加を招くので、結果として焼結体の特性改善効果を確保できなくなる。このような問題がより生じにくくするためには、焼結原料中に占める炭化ケイ素粉末の配合量は5〜30質量%とすることがより好ましい。   The blending amount of the silicon carbide powder in the sintering raw material is preferably in the range of 1 to 40% by mass. When the amount is less than 1% by mass, the toughness of the silicon nitride matrix particles cannot be sufficiently increased as the dispersed phase, and the above-described effect of suppressing and preventing the separation and dropping of the particles from the sliding surface is not sufficient. On the other hand, if it exceeds 40% by mass, the silicon carbide particles tend to aggregate and increase the residual porosity, and as a result, the effect of improving the characteristics of the sintered body cannot be ensured. In order to make it difficult for such a problem to occur, the blending amount of the silicon carbide powder in the sintered raw material is more preferably 5 to 30% by mass.

上記粒径1μm以下の炭化ケイ素を含有する窒化ケイ素は、その焼結手法は特に限定されるものではないが、焼結原料の加圧成形体を不活性雰囲気下に加熱保持して焼結反応を行わせる常圧焼結法を適用することができる。また、常圧焼結により得られる焼結体に、所望により熱間静水圧加圧処理(HIP)を施せば、より高い緻密性と機械的性質が付与される。   The sintering method of silicon nitride containing silicon carbide having a particle size of 1 μm or less is not particularly limited, but the sintering reaction is performed by heating and holding the pressure-formed body of the sintering raw material in an inert atmosphere. It is possible to apply an atmospheric pressure sintering method that performs the above. Moreover, if a sintered body obtained by atmospheric pressure sintering is subjected to hot isostatic pressing (HIP) as desired, higher density and mechanical properties are imparted.

また、実施例J27は、外輪と内輪とを同種のセラミック材料で構成し、玉を前記のものとは異種のセラミック材料で構成した転がり軸受の例である。この結果から、破壊靱性値とビッカース硬さとの比が0.25以上と大きい場合には、転がり軸受の耐荷重性及び耐久性に優れることがわかる。
また、表27及び表28の結果の一部と他の転がり軸受(外輪,内輪,及び玉を同種のセラミック材料で構成した転がり軸受)の評価結果とを、併せてグラフ化したものを図31に示す。なお、グラフの横軸は、セラミック材料の破壊靱性値とビッカース硬さとの比を示し、左側の縦軸は耐荷重性、右側の縦軸は耐久性を示す。また、グラフにおいては、耐荷重性に関するデータを○印で示し、耐久性に関するデータを□印で示している。
Example J27 is an example of a rolling bearing in which the outer ring and the inner ring are made of the same kind of ceramic material, and the balls are made of a ceramic material different from the above. From this result, it is understood that when the ratio between the fracture toughness value and the Vickers hardness is as large as 0.25 or more, the rolling bearing is excellent in load resistance and durability.
FIG. 31 is a graph showing a part of the results of Tables 27 and 28 and the evaluation results of other rolling bearings (rolling bearings in which outer rings, inner rings, and balls are made of the same kind of ceramic material). Shown in The horizontal axis of the graph indicates the ratio between the fracture toughness value of the ceramic material and the Vickers hardness, the left vertical axis indicates the load resistance, and the right vertical axis indicates the durability. In the graph, data relating to load resistance is indicated by ◯, and data relating to durability is indicated by □.

図31のグラフから分かるように、破壊靱性値とビッカース硬さとの比が0.25以上であると、転がり軸受の耐荷重性及び耐久性が優れている。また、0.35以上であると、耐荷重性及び耐久性がより優れていて、0.40以上であると、耐荷重性及び耐久性がさらに優れている。
次に、外輪と玉を同種のセラミック材料で構成し、内輪を前記のものとは異種のセラミック材料で構成した転がり軸受の評価結果について考察する。
As can be seen from the graph of FIG. 31, when the ratio between the fracture toughness value and the Vickers hardness is 0.25 or more, the load bearing and durability of the rolling bearing are excellent. Further, when it is 0.35 or more, load resistance and durability are more excellent, and when it is 0.40 or more, load resistance and durability are further excellent.
Next, an evaluation result of a rolling bearing in which the outer ring and the ball are made of the same kind of ceramic material and the inner ring is made of a ceramic material different from the above will be considered.

実施例J15〜J19は、セラミック材料の比強度が1.2×10mm以上であり、破壊靱性値とビッカース硬さとの比が、外輪,内輪,及び玉のすべてについて0.25以上となっており、なおかつ、外輪を構成するセラミック材料の破壊靱性値とビッカース硬さとの比及び玉を構成するセラミック材料の破壊靱性値とビッカース硬さとの比が、内輪を構成するセラミック材料の破壊靱性値とビッカース硬さとの比よりも大となっている。
このような転がり軸受は、表27及び表28から分かるように、耐荷重性及び耐久性が優れている。
In Examples J15 to J19, the specific strength of the ceramic material is 1.2 × 10 7 mm or more, and the ratio of the fracture toughness value to the Vickers hardness is 0.25 or more for all of the outer ring, the inner ring, and the ball. In addition, the ratio of the fracture toughness value of the ceramic material constituting the outer ring to the Vickers hardness and the ratio of the fracture toughness value of the ceramic material constituting the ball to the Vickers hardness are the fracture toughness value of the ceramic material constituting the inner ring. It is larger than the ratio of Vickers hardness.
As can be seen from Tables 27 and 28, such a rolling bearing is excellent in load resistance and durability.

図1は本発明に係る転動装置の一実施形態である直動案内装置を示す図である。FIG. 1 is a view showing a linear motion guide device which is an embodiment of a rolling device according to the present invention. 図2は図1に示す案内レールの曲げ強度試験を説明するための図である。FIG. 2 is a view for explaining a bending strength test of the guide rail shown in FIG. 図3は表1に示す実施例と比較例の曲げ強度試験の試験結果を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the test results of the bending strength tests of the examples and comparative examples shown in Table 1. 図4は表2に示す実施例と比較例の曲げ強度試験の試験結果を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing test results of the bending strength tests of the examples and comparative examples shown in Table 2. 図5はサーメットからなる案内レール平面部の表面粗さと破壊強度との関係を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the surface roughness of the flat portion of the guide rail made of cermet and the breaking strength. 図6は図1の案内レールを比強度が2.0×10mm以上のセラミック材料から形成すると共に転動体の表面をDLC被膜で被覆した場合におけるDLC被膜の膜厚と直動案内装置の耐久性との関係を示す線図である。FIG. 6 shows the thickness of the DLC film and the linear motion guide device when the guide rail of FIG. 1 is made of a ceramic material having a specific strength of 2.0 × 10 7 mm or more and the surface of the rolling element is coated with the DLC film. It is a diagram which shows the relationship with durability. 図7は図1の案内レールを比強度が2.0×10mm以上のセラミック材料から形成すると共に転動体の表面をDLC被膜で被覆した場合におけるDLC被膜の表面粗さと直動案内装置の耐久性との関係を示す線図である。FIG. 7 shows the surface roughness of the DLC film and the linear motion guide device when the guide rail of FIG. 1 is made of a ceramic material having a specific strength of 2.0 × 10 7 mm or more and the surface of the rolling element is coated with the DLC film. It is a diagram which shows the relationship with durability. 図8は硬さの異なる材料で転動体を構成した場合における直動案内装置の耐久性を示す線図である。FIG. 8 is a diagram showing the durability of the linear guide device when the rolling elements are made of materials having different hardnesses. 図9は図1の案内レールを比強度が2.0×10mm以上のセラミック材料から形成すると共に転動体の表面を窒化膜で被覆した場合における窒化膜の硬さと直動案内装置の耐久性との関係を示す線図である。FIG. 9 shows the hardness of the nitride film and the durability of the linear motion guide device when the guide rail of FIG. 1 is formed of a ceramic material having a specific strength of 2.0 × 10 7 mm or more and the surface of the rolling element is covered with a nitride film. It is a diagram which shows the relationship with sex. 図10は図1の案内レールを比強度が2.0×10mm以上のセラミック材料から形成すると共に転動体の表面を窒化膜で被覆した場合における窒化膜の表面粗さと直動案内装置の耐久性との関係を示す線図である。FIG. 10 shows the surface roughness of the nitride film and the linear motion guide device when the guide rail of FIG. 1 is made of a ceramic material having a specific strength of 2.0 × 10 7 mm or more and the surface of the rolling element is covered with the nitride film. It is a diagram which shows the relationship with durability. 図11は図1の案内レールを比強度が2.0×10mm以上のセラミック材料から構成すると共に転動体の表面を複合炭化物層で被覆した場合における複合炭化物層の硬さと直動案内装置の耐久性との関係を示す線図である。FIG. 11 shows the hardness of the composite carbide layer and the linear motion guide device when the guide rail of FIG. 1 is made of a ceramic material having a specific strength of 2.0 × 10 7 mm or more and the surface of the rolling element is covered with the composite carbide layer. It is a diagram which shows the relationship with durability. 図12は図1の案内レールを比強度が2.0×10mm以上のセラミック材料から形成すると共に転動体の表面を複合炭化物層で被覆した場合における複合炭化物層の表面粗さと直動案内装置の耐久性との関係を示す線図である。FIG. 12 shows the surface roughness of the composite carbide layer and the linear motion guide when the guide rail of FIG. 1 is formed of a ceramic material having a specific strength of 2.0 × 10 7 mm or more and the surface of the rolling element is covered with the composite carbide layer. It is a diagram which shows the relationship with durability of an apparatus. 図13は図1の案内レールを比強度が2.0×10mm以上のセラミック材料から形成すると共に転動体の表面を硼化膜で被覆した場合における硼化膜の硬さと直動案内装置の耐久性との関係を示す線図である。FIG. 13 shows the hardness of the boride film and the linear motion guide device when the guide rail of FIG. 1 is formed of a ceramic material having a specific strength of 2.0 × 10 7 mm or more and the surface of the rolling element is covered with the boride film. It is a diagram which shows the relationship with durability. 図14は図1の案内レールを比強度が2.0×10mm以上のセラミック材料から形成すると共に転動体の表面を硼化膜で被覆した場合における硼化膜の表面粗さと直動案内装置の耐久性との関係を示す線図である。FIG. 14 shows the surface roughness of the boride film and the linear motion guide when the guide rail of FIG. 1 is made of a ceramic material having a specific strength of 2.0 × 10 7 mm or more and the surface of the rolling element is covered with the boride film. It is a diagram which shows the relationship with durability of an apparatus. 図15は図1に示す直動案内装置の耐久性を試験するために使用した試験機の平面図である。FIG. 15 is a plan view of a testing machine used for testing the durability of the linear motion guide device shown in FIG. 図16は転動体転動溝の幅方向表面粗さと予圧減少量との関係を示す線図である。FIG. 16 is a diagram showing the relationship between the surface roughness in the width direction of the rolling element rolling grooves and the amount of preload reduction. 図17は転動体転動溝の長手方向表面粗さと予圧減少量との関係を示す線図である。FIG. 17 is a diagram showing the relationship between the surface roughness in the longitudinal direction of the rolling element rolling groove and the preload reduction amount. 図18は転動体転動溝表面のSk値と予圧減少量との関係を示す線図である。FIG. 18 is a diagram showing the relationship between the Sk value of the rolling element rolling groove surface and the preload reduction amount. 図19は図1に示す直動案内装置の寿命試験結果を示す図である。FIG. 19 is a diagram showing a life test result of the linear motion guide device shown in FIG. 図20は図1に示す直動案内装置の繰り返し曲げ応力負荷試験結果を示す図である。FIG. 20 is a diagram showing the repeated bending stress load test results of the linear motion guide device shown in FIG. 図21は本発明に係る転動装置の一実施形態である玉軸受の構造を示す部分縦断面図である。FIG. 21 is a partial longitudinal sectional view showing a structure of a ball bearing which is an embodiment of the rolling device according to the present invention. 図22はセラミック材料の比強度と玉軸受の限界回転速度及び耐久性との相関を示す図である。FIG. 22 is a diagram showing the correlation between the specific strength of the ceramic material, the limit rotational speed and durability of the ball bearing. 図23は200℃におけるセラミック材料の耐熱衝撃値及び曲げ強度と玉軸受の高温耐久性との関係を示す図である。FIG. 23 is a view showing the relationship between the thermal shock value and bending strength of the ceramic material at 200 ° C. and the high temperature durability of the ball bearing. 図24は460℃におけるセラミック材料の耐熱衝撃値及び曲げ強度と玉軸受の高温耐久性との関係を示す図である。FIG. 24 is a diagram showing the relationship between the thermal shock value and bending strength of the ceramic material at 460 ° C. and the high temperature durability of the ball bearing. 図25はホウ化物系サーメットの曲げ強度と玉軸受の耐久性との相関を示す図である。FIG. 25 is a diagram showing the correlation between the bending strength of boride cermets and the durability of ball bearings. 図26は本発明に係る転動装置の一実施形態である転がり軸受を示す部分断面図である。FIG. 26 is a partial cross-sectional view showing a rolling bearing which is an embodiment of a rolling device according to the present invention. 図27は線膨張係数の比と高速回転性及び耐久性との関係を示す図である。FIG. 27 is a diagram showing the relationship between the ratio of the linear expansion coefficient, high-speed rotability, and durability. 図28は(破壊靭性値/ビッカース硬さ)と耐久性との関係を示す図である。FIG. 28 is a diagram showing the relationship between (fracture toughness value / Vickers hardness) and durability. 図29は本発明に係る転動装置の一実施形態である転がり軸受の構造を示す部分断面図である。FIG. 29 is a partial cross-sectional view showing the structure of a rolling bearing which is an embodiment of the rolling device according to the present invention. 図30は軸受回転試験機の構造を示す断面図である。FIG. 30 is a sectional view showing the structure of a bearing rotation tester. 図31はセラミック材料の破壊靱性値とビッカース硬さとの比と、転がり軸受の耐荷重性及び耐久性との相関を示す図である。FIG. 31 is a diagram showing the correlation between the ratio of the fracture toughness value and the Vickers hardness of the ceramic material, and the load bearing capacity and durability of the rolling bearing.

Claims (3)

回動可能又は直線運動可能な可動子と、該可動子を支持する支持体と、前記可動子と前記支持体との間に転動自在に配設された複数の転動体とを備えた転動装置であって、前記可動子、前記支持体、前記転動体のうち少なくとも1つがセラミック材料、サーメット、超硬合金のうち何れか1種類の材料から形成され、かつ該材料の曲げ強度と密度との比が1.2×10mm以上、前記転動体と前記可動子の常温時における線膨張係数の比が0.45以下、前記転動体と前記支持体の常温時における線膨張係数の比が0.45以下であることを特徴とする転動装置。 A rolling element provided with a movable element that can rotate or linearly move, a support body that supports the movable element, and a plurality of rolling elements that are arranged to roll between the movable element and the support body. A moving device, wherein at least one of the mover, the support, and the rolling element is formed of any one of ceramic material, cermet, and cemented carbide, and the bending strength and density of the material The ratio of the linear expansion coefficient at normal temperature of the rolling element and the movable element is 0.45 or less, and the linear expansion coefficient of the rolling element and the support at normal temperature is 1.2 × 10 7 mm or more. A rolling device having a ratio of 0.45 or less. 前記転動体は、破壊靭性値(MPa・m1/2)とビッカース硬さ(GPa)との比が0.40以上のセラミック材料から形成されている請求項1記載の転動装置。 The rolling device according to claim 1, wherein the rolling element is formed of a ceramic material having a ratio of a fracture toughness value (MPa · m 1/2 ) to a Vickers hardness (GPa) of 0.40 or more. 前記転動体は、破壊靭性値(MPa・m1/2)とビッカース硬さ(GPa)との比が0.40以上の超硬合金から形成されている請求項1記載の転動装置。 The rolling device according to claim 1, wherein the rolling element is formed of a cemented carbide having a ratio of a fracture toughness value (MPa · m 1/2 ) to a Vickers hardness (GPa) of 0.40 or more.
JP2006105432A 2001-03-02 2006-04-06 Rolling device Pending JP2006300323A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006105432A JP2006300323A (en) 2001-03-02 2006-04-06 Rolling device

Applications Claiming Priority (10)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001059128 2001-03-02
JP2001060103 2001-03-05
JP2001062975 2001-03-07
JP2001094256 2001-03-28
JP2001177705 2001-06-12
JP2001205300 2001-07-06
JP2002007937 2002-01-16
JP2002018916 2002-01-28
JP2002037590 2002-02-15
JP2006105432A JP2006300323A (en) 2001-03-02 2006-04-06 Rolling device

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002569596A Division JPWO2002070910A1 (en) 2001-03-02 2002-03-01 Rolling device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2006300323A true JP2006300323A (en) 2006-11-02

Family

ID=37517874

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006105432A Pending JP2006300323A (en) 2001-03-02 2006-04-06 Rolling device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2006300323A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009028151A1 (en) * 2007-08-24 2009-03-05 Ntn Corporation Rolling bearing device
JP2009074682A (en) * 2007-08-24 2009-04-09 Ntn Corp Rolling bearing device

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009028151A1 (en) * 2007-08-24 2009-03-05 Ntn Corporation Rolling bearing device
JP2009074682A (en) * 2007-08-24 2009-04-09 Ntn Corp Rolling bearing device
CN102979822A (en) * 2007-08-24 2013-03-20 Ntn株式会社 Rolling bearing device
CN101809304B (en) * 2007-08-24 2013-05-15 Ntn株式会社 Cylindrical roller bearing device
US8491195B2 (en) 2007-08-24 2013-07-23 Ntn Corporation Rolling bearing device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPWO2002070910A1 (en) Rolling device
EP1873412B1 (en) Rolling sliding member and rolling apparatus
JP3724480B2 (en) Rolling device
JP3217696B2 (en) Disc valve
JPH09133138A (en) Bearing device
JP2008081522A (en) Slide member
EP2957654A1 (en) Sliding member
JP2011183545A (en) Coated tool excellent in sliding characteristic and method of manufacturing the same
GB2354559A (en) Rolling bearing
US6357923B1 (en) Rolling bearing and bearing device
JP2007291466A (en) Surface-treating method of metal, rolling-sliding member and rolling device
JP2006300323A (en) Rolling device
JP7373341B2 (en) Rolling bearings and main shaft support devices for wind power generation
JP2006200749A (en) Rolling device
JP2001254801A (en) Machine element utilizing rolling friction, its rolling body and linear introduction mechanism for vacuum
KR20070067622A (en) Sewing machine component
JP5626715B2 (en) Sliding member and mechanical seal
WO2000037813A1 (en) Ball bearing
JP5019445B2 (en) Low friction sliding member and low friction rolling member
JP2006046373A (en) Rolling bearing
JP2000205277A (en) Rolling bearing
CN110616359B (en) Self-lubricating stainless steel and preparation method thereof
JP4928997B2 (en) Wear-resistant member and wear-resistant device using the same
JP2008111462A (en) Rolling element and rolling device
JP2004307986A (en) Rolling member, and rolling device equipped with it

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20090519

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20091110