JP2010000576A - 工作機械用ボールブッシュ - Google Patents

Abstract

【課題】トラブル発生時における軌道部材の損傷を抑制しつつ、ボールの熱による寸法変化の低減および耐焼付性の向上を達成することが可能な工作機械用ボールブッシュを提供する。
【解決手段】工作機械の主軸を軸方向に伸縮可能に支持する工作機械用ボールブッシュを構成するボール３３は、Ｓｉ_６−ＺＡｌ_ＺＯ_ＺＮ_８−Ｚの組成式で表され、０．１≦ｚ≦３．５を満たすβサイアロンを主成分とし、残部不純物からなる焼結体から構成され、ヤング率が１８０ＧＰａ以上２７０ＧＰａ以下となっている。
【選択図】図３

Description

本発明は、工作機械用ボールブッシュに関し、より特定的には、βサイアロンを主成分とする焼結体からなる構成部品を備えた工作機械用ボールブッシュに関するものである。

一般に工作機械は、先端部分に工具を取り付け可能とした主軸を、ビルトインモータなどの駆動装置により回転させる構成を有している。ここで、当該主軸は、主軸の外周面に対向するように配置されたハウジングなどの部材に対して転がり軸受により回転自在に保持される場合がある。また、当該主軸は、工作機械の動作時における熱の影響により、軸方向に伸縮する場合がある。このような主軸の伸縮に対応するため、上述した転がり軸受の外輪が係合した円筒部材と、工作機械における主軸の周囲に配置されハウジングなどの部材との間にボールブッシュが配置される場合がある。（たとえば特許文献１参照）。

ここで、ボールブッシュを構成するボールとして鋼製のボールを用いる場合には、工作機械の動作時における熱の影響により当該ボールもその寸法が変化することがある。このようなボールの寸法変化は主軸の回転精度に対して悪影響を与える。これに対し、工作機械用ボールブッシュのボールとして、窒化珪素製のボールを採用することが考えられる。窒化珪素は、ボールの素材として一般的に採用される鋼に比べて線膨張係数が小さいため、上述したボールの熱による寸法変化を低減し、主軸の回転精度の向上に寄与することができる。また、窒化珪素をボールの素材として採用することにより、鋼からなるハウジングなどの部材と、ボールとが異種材料となるとともにボールの耐摩耗性が向上するため、耐焼付性も向上する。したがって、工作機械用ボールブッシュのボールの素材として窒化珪素を採用することにより、上述のボールの熱による寸法変化の低減および耐焼付性の向上を達成することができる。
特開２００２−３４６８０７号公報

一方、工作機械においては、被加工物と主軸とが衝突するなどのトラブルが発生する場合がある。このような場合、工作機械用ボールブッシュには衝撃的な負荷が作用する。ここで、窒化珪素は、鋼に比べてヤング率が大きく、弾性変形しにくいという特徴がある。そのため、鋼製のボールに比べて、窒化珪素製のボールとハウジングなどの部材との接触面積は小さくなり、接触面圧が大きくなる傾向にある。そのため、工作機械用ボールブッシュのボールとして窒化珪素製のボールが採用されている場合、上述のようなトラブルが発生すると、ハウジングなどの部材に圧痕などの損傷が発生しやすくなる。当該部材に圧痕などの損傷が発生した場合、主軸の軸方向における収縮に伴い当該主軸の回転精度の低下、異音やボールブッシュにおける早期焼付きなどの原因となる。つまり、工作機械用ボールブッシュのボールとして窒化珪素製のボールを採用した場合、上述のようなトラブルが発生した場合におけるハウジングなどの部材の損傷が大きくなるという問題があった。

そこで、本発明の目的は、トラブル発生時における部材の損傷を抑制しつつ、ボールの熱による寸法変化の低減および耐焼付性の向上を達成することが可能な工作機械用ボールブッシュを提供することである。

本発明に従った工作機械用ボールブッシュは、工作機械の主軸を軸方向に伸縮可能に支持する工作機械用ボールブッシュである。この工作機械用ボールブッシュは、主軸の径方向外側に配置された内方部材と、内方部材から見て主軸とは反対側に、内方部材に対向するように配置された外方部材と、内方部材と外方部材との間において、内方部材および外方部材に接触して配置されたボールとを備える。そして、上記ボールは、窒化珪素からなる場合に比べて内方部材または外方部材に対する衝撃を抑制することが可能なセラミックスからなっている。

本発明の工作機械用ボールブッシュによれば、トラブル発生時における内方部材または外方部材の損傷を抑制しつつ、ボールの熱による寸法変化の低減および耐焼付性の向上を達成することが可能な工作機械用ボールブッシュを提供することができる。

本発明の一の局面における工作機械用ボールブッシュは、工作機械の主軸を軸方向に伸縮可能に支持する工作機械用ボールブッシュである。この工作機械用ボールブッシュは、主軸の径方向外側に配置された内方部材と、内方部材から見て主軸とは反対側に、内方部材に対向するように配置された外方部材と、内方部材と外方部材との間において、内方部材および外方部材に接触して配置されたボールとを備えている。そして、ボールは、βサイアロンを主成分とし、残部不純物からなる焼結体から構成される。

本発明の他の局面における工作機械用ボールブッシュは、工作機械の主軸を軸方向に伸縮可能に支持する工作機械用ボールブッシュである。この工作機械用ボールブッシュは、主軸の径方向外側に配置された内方部材と、内方部材から見て主軸とは反対側に、内方部材に対向するように配置された外方部材と、内方部材と外方部材との間において、内方部材および外方部材に接触して配置されたボールとを備えている。そして、ボールは、βサイアロンを主成分とし、残部焼結助剤および不純物からなる焼結体から構成される。

本発明の一の局面における工作機械用ボールブッシュにおいては、ボールにセラミックスであるβサイアロン焼結体（βサイアロンを主成分とする焼結体）が採用されている。そのため、ボールの熱による寸法変化の低減および耐焼付性の向上が達成される。さらに、βサイアロン焼結体は、窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）やアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）などの一般的なセラミックスからなる焼結体に比べてヤング率が小さい。そのため、ヤング率が高いことに起因したトラブル発生時における内方部材および外方部材の損傷を抑制することができる。以上のように、本発明の一の局面における工作機械用ボールブッシュによれば、トラブル発生時における内方部材または外方部材の損傷を抑制しつつ、ボールの熱による寸法変化の低減および耐焼付性の向上を達成することが可能な工作機械用ボールブッシュを提供することができる。

また、本発明の他の局面における工作機械用ボールブッシュは、基本的には上記本発明の一の局面における工作機械用ボールブッシュと同様の構成を有し、同様の作用効果を奏する。しかし、本発明の他の局面における工作機械用ボールブッシュでは、焼結体が焼結助剤を含む点で上記本発明の一の局面における工作機械用ボールブッシュとは異なっている。本発明の他の局面における工作機械用ボールブッシュによれば、焼結助剤の採用により、焼結体の気孔率を低下させやすくなり、十分な耐久性を安定して確保することが可能な工作機械用ボールブッシュを容易に提供することができる。

なお、焼結助剤としては、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、珪素（Ｓｉ）、チタン（Ｔｉ）、希土類元素の酸化物、窒化物、酸窒化物のうち少なくとも一種類以上を採用することができる。また、上記本発明の一の局面における工作機械用ボールブッシュと同等の作用効果を奏するためには、焼結助剤は、焼結体のうち２０質量％以下とすることが望ましい。

上記工作機械用ボールブッシュにおいて好ましくは、上記βサイアロンは、Ｓｉ_６−ＺＡｌ_ＺＯ_ＺＮ_８−Ｚの組成式で表され、０．１≦ｚ≦３．５を満たす。

本発明者は、βサイアロン焼結体からなるボールの転動疲労寿命とβサイアロンの組成との関係を詳細に調査した。その結果、以下の知見が得られた。βサイアロンは、燃焼合成を含む製造工程を採用することにより、上記ｚの値（以下、ｚ値という）が０．１以上となる種々の組成を有するものを安価に製造することができる。そして、一般に転動疲労寿命に大きな影響を与える硬度は、製造の容易なｚ値４．０以下の範囲において、ほとんど変化しない。しかしながら、βサイアロン焼結体からなるボールの転動疲労寿命とｚ値との関係を詳細に調査したところ、ｚ値が３．５を超えるとボールの転動疲労寿命が低下することが分かった。

より具体的には、ｚ値が０．１以上３．５以下の範囲においては、転動疲労寿命はほぼ同等で、ボールブッシュの運転時間が所定時間を超えると、ボールの表面に剥離が発生して破損する。これに対し、ｚ値が３．５を超えるとボールが摩耗しやすくなり、これに起因して転動疲労寿命が低下する。つまり、ｚ値が３．５となる組成を境界として、βサイアロンからなるボールの破損モードが変化し、ｚ値が３．５を超えると転動疲労寿命が低下するという現象が明らかとなった。したがって、βサイアロン焼結体からなるボールにおいて、安定して十分な寿命を確保するためには、ｚ値を３．５以下とすることが好ましい。以上のように、上記βサイアロンを０．１≦ｚ≦３．５を満たすものとすることにより、安価で、かつ耐久性に優れた工作機械用ボールブッシュを提供することができる。

上記工作機械用ボールブッシュにおいて好ましくは、上記βサイアロンは、Ｓｉ_６−ＺＡｌ_ＺＯ_ＺＮ_８−Ｚの組成式で表され、０．５≦ｚ≦３．０を満たす。

これにより、振動や衝撃が作用した場合におけるモータ用転がり軸受の耐久性を一層向上させることができる。

上記工作機械用ボールブッシュにおいて好ましくは、上記ボールのヤング率は１８０ＧＰａ以上２７０ＧＰａ以下である。

ボールのヤング率が高くなると、ボールを構成する素材（βサイアロン焼結体）の強度が上昇する傾向にある。しかし、その反面、ボールのヤング率が高くなると、ボールが弾性変形しにくくなるため、内方部材および外方部材との接触面積が小さくなり、接触面圧が高くなる。その結果、内方部材および外方部材に損傷が発生し易くなる。一方、ボールのヤング率が低くなると、ボールが弾性変形しやすくなるため、内方部材および外方部材との接触面積が大きくなり、接触面圧が低くなる。しかし、その反面、ボールのヤング率が低くなると、これに伴ってボールを構成する素材の強度が低下する傾向にある。そのため、ボールのヤング率は、ボールを構成する素材の強度と内方部材および外方部材との間における接触面圧の低減とのバランスを確保可能な範囲とすることが必要である。

より具体的には、βサイアロン焼結体からなるボールのヤング率が１８０ＧＰａ未満の場合、ボールを構成する素材の強度低下の影響が接触面圧の低減の効果を上回り、ボールの転動疲労寿命が低下する。また、内方部材および外方部材との接触面積が増大することに伴い、内方部材および外方部材との間に作用する摩擦力が増加してトルクが上昇し、主軸の軸方向における収縮に対する抵抗が大きくなる問題も発生する。したがって、βサイアロン焼結体からなるボールのヤング率は、１８０ＧＰａ以上であることが好ましく、２２０ＧＰａ以上であることがより好ましい。

一方、βサイアロン焼結体からなるボールのヤング率が２７０ＧＰａを超えると、接触面圧の増加の影響がボールを構成する素材の強度上昇の効果を上回り、内方部材および外方部材におけるボールの接触面（転走面）に圧痕などの損傷が発生しやすくなる。したがって、βサイアロン焼結体からなるボールのヤング率は、２７０ＧＰａ以下であることが好ましく、２６０ＧＰａ以下であることが好ましい。

上記工作機械用ボールブッシュにおいては、内方部材および外方部材は鋼からなるものとすることができる。この場合、当該内方部材および外方部材の表面硬度はＨＶ６８０以上であることが好ましい。これにより、振動や衝撃が作用した場合における内方部材および外方部材の損傷を抑制することができる。

上記工作機械用ボールブッシュにおいて好ましくは、上記ボールは、内方部材および外方部材と接触する面である転走面を含む領域に、内部よりも緻密性の高い層である緻密層を有している。

上述のβサイアロン焼結体からなるボールにおいては、その緻密性が転動疲労寿命に大きく影響する。これに対し、上記構成によれば、転走面を含む領域に内部よりも緻密性の高い層である緻密層が形成されていることにより、転動疲労寿命が向上する。その結果、十分な耐久性を安定して確保することが可能な工作機械用ボールブッシュを提供することができる。

ここで、緻密性の高い層とは、焼結体において空孔率の低い（密度の高い）層であって、たとえば以下のように調査することができる。まず、βサイアロン焼結体からなるボールの表面に垂直な断面においてボールを切断し、当該断面を鏡面ラッピングする。その後、鏡面ラッピングされた断面を光学顕微鏡の斜光（暗視野）にて、たとえば５０〜１００倍程度で撮影し、３００ＤＰＩ（Ｄｏｔ Ｐｅｒ Ｉｎｃｈ）以上の画像として記録する。このとき、白色の領域として観察される白色領域は、空孔率の高い（密度の低い）領域に対応する。したがって、白色領域の面積率が低い領域は、当該面積率が高い領域に比べて緻密性が高い。そして、記録された画像を、画像処理装置を用いて輝度閾値により２値化処理した上で白色領域の面積率を測定し、当該面積率により、撮影された領域の緻密性を知ることができる。

つまり、上記工作機械用ボールブッシュにおいて好ましくは、上記焼結体は、転走面を含む領域に内部よりも白色領域の面積率の低い層である緻密層が形成されている。なお、上記撮影は、ランダムに５箇所以上で行ない、上記面積率は、その平均値で評価することが好ましい。また、上記焼結体の内部における上記白色領域の面積率は、たとえば１５％以上である。また、βサイアロン焼結体からなるボールの転動疲労寿命を一層向上させるためには、上記緻密層は１００μｍ以上の厚みを有していることが好ましい。

上記工作機械用ボールブッシュにおいて好ましくは、緻密層の断面を光学顕微鏡の斜光にて観察した場合、白色の領域として観察される白色領域の面積率は７％以下である。

白色領域の面積率が７％以下となる程度に上記緻密層の緻密性を向上させることで、βサイアロン焼結体からなるボールの転動疲労寿命がより向上する。したがって、上記構成により、本発明の工作機械用ボールブッシュの耐久性を一層向上させることができる。

上記工作機械用ボールブッシュにおいて好ましくは、緻密層の表面を含む領域には、緻密層内の他の領域よりもさらに緻密性の高い層である高緻密層が形成されている。

緻密性のさらに高い高緻密層が緻密層の表面を含む領域に形成されることにより、βサイアロン焼結体からなるボールの転動疲労に対する耐久性がより向上し、工作機械用ボールブッシュの寿命を一層向上させることができる。

上記工作機械用ボールブッシュにおいて好ましくは、高緻密層の断面を光学顕微鏡の斜光にて観察した場合、白色の領域として観察される白色領域の面積率は３．５％以下である。

白色領域の面積率が３．５％以下となる程度に上記高緻密層の緻密性を向上させることで、βサイアロン焼結体からなるボールの転動疲労寿命がより向上する。したがって、上記構成により、本発明の工作機械用ボールブッシュの耐久性を一層向上させることができる。

以上の説明から明らかなように、本発明の工作機械用ボールブッシュによれば、トラブル発生時における内方部材または外方部材の損傷を抑制しつつ、ボールの熱による寸法変化の低減および耐焼付性の向上を達成することが可能な工作機械用ボールブッシュを提供することができる。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。

図１は、本発明の一実施の形態における工作機械用ボールブッシュを備えた工作機械の主軸付近の構成を示す概略断面図である。図２は、図１に示した工作機械における工作機械用ボールブッシュの拡大断面模式図である。図１および図２を参照して、本発明の一実施の形態における工作機械用ボールブッシュ（以下、ボールブッシュとも呼ぶ）を備えた工作機械の構成について説明する。

図１を参照して、本実施の形態における工作機械９０は、円筒状の形状を有する主軸９１と、主軸９１の外周面を取り囲む、ハウジング９２、移動ハウジングと３１および固定ハウジング３２と、外輪１１および外輪２１の外周面のそれぞれがハウジングの内壁９２Ａおよび移動ハウジング３１の内壁に接触するとともに、内輪１２および内輪２２の内周面のそれぞれが主軸９１の外周面９１Ａに接触するように、主軸９１とハウジング９２または主軸９１と移動ハウジング３１との間に嵌め込まれて配置された工作機械用転がり軸受としてのアンギュラ玉軸受１（フロント軸受）および単列アンギュラ玉軸受２（リア軸受）と、工作機械用ボールブッシュであるボールブッシュ３とを備えている。ボールブッシュ３は、主軸９１の径方向外側に配置された内方部材としての移動ハウジング３１と、移動ハウジング３１から見て主軸９１とは反対側に、移動ハウジング３１に対向するように配置された外方部材としての固定ハウジング３２と、移動ハウジング３１と固定ハウジング３２との間において、移動ハウジング３１および固定ハウジング３２に接触して配置されたボール３３とを備える。複数のボール３３は、互いの相対的な位置を保持器３４（図２参照）により決定されている。ボールブッシュ３では、ボール３３が移動ハウジング３１と固定ハウジング３２との間に回転可能に配置されているため、移動ハウジング３１と固定ハウジング３２とは、主軸９１の軸方向において相対的に移動可能になっている。

また、アンギュラ玉軸受１は、第１軌道部材としての外輪１１と、第２軌道部材としての内輪１２と、複数の転動体としての玉１３と、保持器とを備えている。外輪１１の内周面には、円環状の第１転走面しての外輪転走面が形成されている。内輪１２の外周面には、外輪転走面に対向する円環状の第２転走面としての内輪転走面が形成されている。また、複数の玉１３には、転動体転走面としての玉転走面（玉１３の表面）が形成されている。そして、当該玉１３は、外輪転走面および内輪転走面の各々に玉転走面において接触し、円環状の保持器により周方向に所定のピッチで配置されることにより円環状の軌道上に転動自在に保持されている。これにより、外輪１１と内輪１２とは互いに相対的に回転可能となっている。

また、単列アンギュラ玉軸受２は、第１軌道部材としての外輪２１と、第２軌道部材としての内輪２２と、複数の転動体としての玉２３と、保持器とを備えている。外輪２１の内周面には、円環状の第１転走面しての外輪転走面が形成されている。内輪２２の外周面には、外輪転走面に対向する円環状の第２転走面としての内輪転走面が形成されている。また、複数の玉２３には、転動体転走面としての玉転走面（玉２３の外周面）が形成されている。そして、当該玉２３は、外輪転走面および内輪転走面の各々に玉転走面において接触し、円環状の保持器により周方向に所定のピッチで配置されることにより円環状の軌道上に転動自在に保持されている。この結果、外輪２１と内輪２２とは互いに相対的に回転可能となっている。

これにより、主軸９１は、ハウジング９２に対して軸周りに回転自在に支持されるとともに、主軸９１が軸方向に伸縮しても、ボールブッシュ３によって固定ハウジング３２に対して移動ハウジング３１が相対的に主軸９１の軸方向に移動可能であるため、主軸９１を安定して支持することができる。すなわち、ボールブッシュ３は、工作機械の主軸９１を軸方向に伸縮可能に支持する工作機械用ボールブッシュである。

また、主軸９１には、外周面９１Ａの一部を取り囲むようにモータロータ９３Ｂが設置されており、ハウジング９２の内壁９２Ａには、モータロータ９３Ｂに対向する位置にモータステータ９３Ａが設置されている。このモータステータ９３Ａおよびモータロータ９３Ｂは、モータ９３（ビルトインモータ）を構成している。これにより、主軸９１は、モータ９３の動力によって、ハウジング９２に対して相対的に回転可能となっている。また、図１に示した工作機械９０に設置されたアンギュラ玉軸受１においては、玉１３と外輪１１との接触点と、玉１３と内輪１２との接触点とを結ぶ直線は、ラジアル方向（アンギュラ玉軸受１の回転軸に垂直な方向）に対して角度をなしている。そのため、ラジアル方向の荷重だけでなく、アキシャル方向の荷重をも受けることが可能であるとともに、ラジアル方向の荷重が負荷されると、アキシャル方向（アンギュラ玉軸受１の回転軸の方向）への分力が生じる。図１を参照して、本実施の形態の工作機械９０では、前方側（主軸９１の先端９１Ｂ側）に同じ向きのアンギュラ玉軸受１を２つ配置するとともに、後方側（モータロータ９３Ｂ側）には、前方側とは逆向きのアンギュラ玉軸受１を２つ配置することにより、当該分力を相殺している。

次に、工作機械９０の動作について説明する。図１を参照して、モータ９３のモータステータ９３Ａに図示しない電源から電力が供給されることにより、モータロータ９３Ｂを軸回りに回転させる駆動力が発生する。これにより、ハウジング９２に対してアンギュラ玉軸受１および単列アンギュラ玉軸受２により回転自在に支持されている主軸９１は、モータロータ９３Ｂとともにハウジング９２、移動ハウジング３１および固定ハウジング３２に対して相対的に回転する。このように、主軸９１が回転することにより、主軸９１の先端９１Ｂに取り付けられた図示しない工具が被加工物を切削、研削等して、被加工物を加工することができる。

次に、上記ボールブッシュ３について説明する。図３は、本実施の形態における工作機械用ボールブッシュとしての、図２に示したボールブッシュ３の要部を拡大して示した概略部分断面図である。

図２および図３を参照して、ボールブッシュ３は、内方部材としての移動ハウジング３１と、外方部材としての固定ハウジング３２と、ボール３３と、保持器３４とを備える。固定ハウジング３２の内周面には、主軸９１の延在方向に沿って延び、ボール３３が接触する固定ハウジング内周面３２Ａが形成されている。移動ハウジング３１の外周面には、固定ハウジング内周面３２Ａに対向し、ボール３３が接触する移動ハウジング外周面３１Ａが形成されている。また、複数のボール３３には、転走面としてのボール転走面３３Ａ（ボール３３の表面）が形成されている。そして、当該ボール３３は、固定ハウジング内周面３２Ａおよび移動ハウジング外周面３１Ａの各々にボール転走面３３Ａにおいて接触し、円環状の保持器３４により周方向および主軸９１の延在方向に所定のピッチで配置されることにより転動自在に保持されている。これにより、固定ハウジング３２と移動ハウジング３１とは互いに相対的に主軸９１の延在方向（軸方向）において移動可能となっている。

そして、本実施の形態におけるボール３３は、Ｓｉ_６−ＺＡｌ_ＺＯ_ＺＮ_８−Ｚの組成式で表され、０．１≦ｚ≦３．５を満たすβサイアロンを主成分とし、残部不純物からなる焼結体から構成され、ヤング率が１８０ＧＰａ以上２７０ＧＰａ以下となっている。

さらに、図３を参照して、ボール３３の転走面であるボール転走面３３Ａを含む領域には、内部３３Ｃよりも緻密性の高い層であるボール緻密層３３Ｂが形成されている。このボール緻密層３３Ｂの断面を光学顕微鏡の斜光にて観察した場合、白色の領域として観察される白色領域の面積率は７％以下である。そのため、本実施の形態おけるボールブッシュ３は、トラブル発生時における固定ハウジング３２および移動ハウジング３１の損傷を抑制しつつ、ボール３のでの熱に夜寸法変化の低減および耐焼付性の向上を達成することが可能な工作機械用ボールブッシュとなっている。上記不純物は、原料に由来するもの、あるいは製造工程において混入するものを含む不可避的不純物を含む。

さらに、図３を参照して、ボール緻密層３３Ｂの表面であるボール転走面３３Ａを含む領域には、ボール緻密層３３Ｂ内の他の領域よりもさらに緻密性の高い層であるボール高緻密層３３Ｄが形成されている。ボール高緻密層３３Ｄの断面を光学顕微鏡の斜光にて観察した場合、白色の領域として観察される白色領域の面積率は３．５％以下となっている。これにより、ボール３３の転動疲労に対する耐久性がより向上し、ボールブッシュ３の耐久性が一層向上している。

なお、上記本実施の形態においては、ボールブッシュ３を構成するボール３３は、βサイアロンを主成分とし、残部焼結助剤および不純物からなる焼結体から構成されていてもよい。焼結助剤を含むことで、焼結体の気孔率を低下させやすくなり、十分な耐久性を安定して確保することが可能なボールブッシュ３を、容易に提供することができる。上記不純物は、原料に由来するもの、あるいは製造工程において混入するものを含む不可避的不純物を含む。

次に、本実施の形態における工作機械用ボールブッシュの製造方法について説明する。図４は、本発明の一実施の形態における工作機械用ボールブッシュの製造方法の概略を示す図である。また、図５は、本発明の一実施の形態におけるβサイアロン焼結体からなるボールの製造方法の概略を示す図である。

図４を参照して、本実施の形態における工作機械用ボールブッシュの製造方法においては、まず、軌道部材を製造する軌道部材製造工程と、転動体を製造する転動体製造工程とが実施される。具体的には、軌道部材製造工程では、内方部材としての移動ハウジング３１、外方部材としての固定ハウジング３２などが製造される。一方、転動体製造工程では、ボール３３などが製造される。

そして、軌道部材製造工程において製造された軌道部材（移動ハウジング３１および固定ハウジング３２）と、転動体製造工程において製造された転動体（ボール３３）とを組み合わせることにより、工作機械用ボールブッシュを組立てる組立工程が実施される。具体的には、たとえば移動ハウジング３１および固定ハウジング３２と、ボール３３とを組み合わせることにより、ボールブッシュ３が組立てられる。そして、転動体製造工程は、たとえば以下のβサイアロン焼結体からなる転動体（ボール）の製造方法を用いて実施される。

図５を参照して、本実施の形態におけるβサイアロン焼結体からなるボールの製造方法においては、まず、βサイアロンの粉末を準備するβサイアロン粉末準備工程が実施される。βサイアロン粉末準備工程においては、たとえば燃焼合成法を採用した製造工程により、安価にβサイアロンの粉末を製造することができる。

次に、βサイアロン粉末準備工程において準備されたβサイアロンの粉末に、焼結助剤を添加して混合する混合工程が実施される。この混合工程は、焼結助剤を添加しない場合、省略することができる。

次に、図５を参照して、上記βサイアロンの粉末またはβサイアロンの粉末と焼結助剤との混合物を、転動体（ボール３３）の概略形状に成形する成形工程が実施される。具体的には、上記βサイアロンの粉末またはβサイアロンの粉末と焼結助剤との混合物に、プレス成形、鋳込み成形、押し出し成形、転動造粒などの成形手法を適用することにより、ボール３３の概略形状に成形された成形体が作製される。

次に、上記成形体の表面が加工されることにより、当該成形体が焼結後に所望の転動体（ボール３３）の形状により近い形状になるよう成形される焼結前加工工程が実施される。具体的には、グリーン体加工などの加工手法を適用することにより、上記成形体が焼結後にボール３３の形状により近い形状になるように加工される。この焼結前加工工程は、成形工程において上記成形体が成形された段階で、焼結後に所望の転動体（ボール）の形状に近い形状が得られる状態である場合には省略することができる。

次に、図５を参照して、上記成形体が焼結される焼結工程が実施される。具体的には、上記成形体が、たとえば１ＭＰａ以下の圧力下でヒータ加熱、マイクロ波やミリ波による電磁波加熱などの加熱方法により加熱されて焼結されることにより、ボール３３の概略形状を有する焼結体が作製される。焼結は、不活性ガス雰囲気中または窒素と酸素との混合ガス雰囲気中において、１５５０℃以上１８００℃以下の温度域に上記成形体が加熱されることにより実施される。不活性ガスとしては、ヘリウム、ネオン、アルゴン、窒素などが採用可能であるが、製造コスト低減の観点から、窒素が採用されることが好ましい。

次に、焼結工程において作製された焼結体の表面が加工され、当該表面を含む領域が除去される仕上げ加工が実施されることにより、転動体を完成させる仕上げ工程が実施される。具体的には、焼結工程において作製された焼結体の表面を研磨することにより、転動体としてのボール３３を完成させる。以上の工程により、本実施の形態におけるβサイアロン焼結体からなる転動体（ボール３３）は完成する。

ここで、上記焼結工程における焼結により、焼結体の表面から厚み５００μｍ程度の領域には、内部よりも緻密性が高く、断面を光学顕微鏡の斜光にて観察した場合、白色の領域として観察される白色領域の面積率が７％以下である緻密層が形成される。さらに、焼結体の表面から厚み１５０μｍ程度の領域には、緻密層内の他の領域よりもさらに緻密性が高く、断面を光学顕微鏡の斜光にて観察した場合、白色の領域として観察される白色領域の面積率が３．５％以下である高緻密層が形成される。したがって、仕上げ工程においては、除去される焼結体の厚みは、特に転走面となるべき領域において１５０μｍ以下とすることが好ましい。これにより、ボール転走面３３Ａを含む領域に、高緻密層を残存させ、ボール３３の転動疲労寿命を向上させることができる。

なお、上記焼結工程は、βサイアロンの分解を抑制するため、０．０１ＭＰａ以上の圧力下で行なうことが好ましく、低コスト化を考慮すると大気圧以上の圧力下で行なうことがより好ましい。また、製造コストを抑制しつつ緻密層を形成するためには、焼結工程は１ＭＰａ以下の圧力下で行なうことが好ましい。また、βサイアロン焼結体からなる転動体（ボール）のヤング率を１８０ＧＰａ以上２７０ＧＰａ以下の所望の値に調整するためには、たとえばβサイアロン粉末準備工程において準備されるβサイアロン粉末のｚ値を、０．１≦ｚ≦３．５の範囲で調節すればよい。より具体的には、ｚ値を増加させることにより、βサイアロン焼結体のヤング率を低下させることができる。

また、上記実施の形態における移動ハウジング３１および固定ハウジング３２の素材としては、たとえばＪＩＳ規格ＳＵＪ２などの高炭素クロム軸受鋼、ＳＣＭ４２０などの機械構造用合金鋼、Ｓ５３Ｃなどの機械構造用炭素鋼などの鋼を採用することができる。

上記実施の形態においては、本発明の工作機械用ボールブッシュであるボールブッシュ３を主軸９１のリア軸受の外周部に配置する場合について説明したが、採用されるボールブッシュ３の構成や配置はこれに限られず、他の構成や配置としてもよい。また、主軸９１を支持するフロント軸受および／またはリア軸受として円筒ころ軸受を採用してもよい。さらに、上記実施の形態においては、本発明の工作機械用ボールブッシュの内方部材および外方部材として、移動ハウジング３１および固定ハウジング３２が採用される場合について説明したが、内方部材および外方部材（軌道部材）は、転動体（ボール３３）が表面を転走するように使用される軸などの部材であってもよい。すなわち、内方部材および外方部材は、ボール３３が転走するための転走面が形成された部材であればよい。

以下、本発明の実施例１について説明する。種々のｚ値を有するβサイアロン焼結体からなるボール３３に対応する転動体を有する転がり軸受を作製し、ｚ値と転動疲労寿命（耐久性）との関係を調査する試験を行なった。なお、ここではボールブッシュの耐久性を評価するために模擬的に転がり軸受を試験試料として用いている。試験の手順は以下のとおりである。

まず、試験の対象となる試験軸受の作製方法について説明する。はじめに、燃焼合成法でｚ値を０．１〜４の範囲で作製したβサイアロンの粉末を準備し、上記実施の形態において図５に基づいて説明した転動体の製造方法と基本的に同様の方法で、ｚ値が０．１〜４である転動体を作製した。具体的な作製方法は以下のとおりである。まず、サブミクロンに微細化されたβサイアロン粉末と、焼結助剤としての酸化アルミニウム（住友化学株式会社製、ＡＫＰ３０）および酸化イットリウム（Ｈ．Ｃ．Ｓｔａｒｃｋ社製、Ｙｔｔｒｉｕｍｏｘｉｄｅ ｇｒａｄｅ Ｃ）とをボールミルを用いて湿式混合により混合した。その後、スプレードライヤーにて造粒を実施し、造粒粉を製造した。当該造粒粉を金型で球体に成形し、さらに冷間静水圧成形（ＣＩＰ）で加圧を行ない、球状の成形体を得た。

引き続き当該成形体に対して１次焼結として常圧焼結を行なった後、圧力２００ＭＰａの窒素雰囲気中でＨＩＰ（Ｈｏｔ Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ Ｐｒｅｓｓ；熱間静水圧焼結）処理することで、焼結球体を製造した。次に、当該焼結球体にラッピング加工を行ない、３／８インチセラミック球（ＪＩＳ等級 Ｇ５）とした。そして、別途準備した軸受鋼（ＪＩＳ規格ＳＵＪ２）製の軌道輪と組み合わせて、ＪＩＳ規格６２０６型番の軸受を作製した（実施例Ａ〜Ｊ）。また、比較のため、窒化珪素からなる転動体、すなわちｚ値が０である転動体も上記βサイアロンからなる転動体と同様の方法で作製し、同様に軸受に組立てた（比較例Ａ）。

次に、試験条件について説明する。上述のように作製されたＪＩＳ規格６２０６型番の軸受に対し、最大接触面圧Ｐ_ｍａｘ：３．２ＧＰａ、軸受回転数：２０００ｒｐｍ、潤滑：タービン油ＶＧ６８(清浄油)の循環給油、試験温度：室温、の条件の下で運転する疲労試験を行なった。そして、振動検出装置により運転中の軸受の振動を監視し、転動体に破損が発生して軸受の振動が所定値を超えた時点で試験を中止するとともに、運転開始から中止までの時間を当該軸受の寿命として記録した。また、試験中止後、軸受を分解して転動体の破損状態を確認した。

表１に本実施例の試験結果を示す。表１においては、各実施例および比較例における寿命が、比較例Ａ（窒化珪素）における寿命を１とした寿命比で表されている。また、破損形態は、転動体の表面に剥離が発生した場合「剥離」、剥離が発生することなく表面が摩耗して試験が中止された場合「摩耗」と記載されている。

表１を参照して、ｚ値が０．１以上３．５以下となっている本発明の実施例Ａ〜Ｈでは、窒化珪素（比較例Ａ）と比較して遜色ない寿命を有している。また、破損形態も窒化珪素の場合と同様に「剥離」となっている。これに対し、ｚ値が３．５を超える実施例Ｉでは、寿命が低下するとともに、転動体に摩耗が観察される。すなわち、ｚ値が３．８である実施例Ｉでは、最終的には転動体に剥離が発生しているものの、転動体における摩耗が影響し、寿命が低下したものと考えられる。さらに、ｚ値が４である実施例Ｊにおいては、短時間に転動体の摩耗が進行し、転がり軸受の耐久性がさらに低下している。

以上のように、ｚ値が０．１以上３．５以下の範囲においては、βサイアロン焼結体からなる転動体を備えた転がり軸受の耐久性は、窒化珪素の焼結体からなる転動体を備えた転がり軸受とほぼ同等である。これに対し、ｚ値が３．５を超えると転動体が摩耗しやすくなり、これに起因して転動疲労寿命が低下する。さらに、ｚ値が大きくなると、βサイアロンからなる転動体の破損原因が「剥離」から「摩耗」に変化し、転動疲労寿命が一層低下することが明らかとなった。このように、ｚ値を０．１以上３．５以下とすることにより、安価で、かつ耐久性に優れたβサイアロン焼結体からなる転動体が得られることが確認された。

なお、表１を参照して、ｚ値が３を超える３．５の実施例Ｈにおいては、転動体には僅かな摩耗が発生しており、寿命も実施例Ａ〜Ｇに比べて低下している。このことから、十分な耐久性をより安定して確保するためには、ｚ値は３以下とすることが望ましいといえる。

また、上記実験結果より、窒化珪素からなる転動体と同等以上の耐久性（寿命）を得るには、ｚ値は２以下とすることが好ましく、１．５以下とすることが、より好ましい。一方、燃焼合成を採用した製造工程によるβサイアロン粉体の作製の容易性を考慮すると、十分に自己発熱による反応が期待できる０．５以上のｚ値を採用することが好ましい。

以下、本発明の実施例２について説明する。種々のｚ値を有するβサイアロン焼結体からなる転動体を有する転がり軸受を作製し、当該転がり軸受に対して衝撃が作用する環境下におけるｚ値と転動疲労寿命との関係を調査する試験を行なった。なお、ここでもボールブッシュに衝撃が作用する環境を模擬するために、上述のようなボール３３に対応する転動体を有する転がり軸受を用いている。試験の手順は以下のとおりである。

まず、試験の対象となる試験軸受の作製方法について説明する。はじめに、燃焼合成法でｚ値を０．１〜３．５の範囲で作製したβサイアロンの粉末を準備し、上記実施例１と同様の方法で、ｚ値が０．１〜３．５である転動体を作製した。そして、別途準備した様々な鋼材を素材として製作した軌道輪と組み合わせて、ＪＩＳ規格６２０６型番の軸受を作製した（実施例Ａ〜Ｊ）。軌道輪を構成する鋼としては、ＪＩＳ規格ＳＵＪ２、ＳＣＭ４２０、ＳＣｒ４２０、Ｓ５３Ｃ、Ｓ４５Ｃ、Ｓ４０ＣおよびＡＩＳＩ規格Ｍ５０を採用した。また、比較のため、窒化珪素からなる転動体、すなわちｚ値が０である転動体も上記βサイアロンからなる転動体と同様の方法で作製し、同様に軸受に組立てた（比較例Ａ）。

次に、試験条件について説明する。上述のように作製されたＪＩＳ規格６２０６型番の軸受に対し、最大接触面圧Ｐ_ｍａｘ：２．５ＧＰａ、軸受回転数：５００ｒｐｍ、潤滑：タービン油ＶＧ６８循環給油、加振条件：２５００Ｎ（５０Ｈｚ）、試験温度：室温の条件の下で運転する加振衝撃疲労試験を行なった。そして、振動検出装置により運転中の軸受の振動を監視し、軸受に破損が発生して軸受の振動が所定値を超えた時点で試験を中止するとともに、運転開始から中止までの時間を当該軸受の寿命として記録した。また、試験中止後、軸受を分解して軸受の破損状態を確認した。

表２に本実施例の試験結果を示す。表２においては、各欄内の上段に各実施例および比較例における寿命が、軌道輪の材質をＳＵＪ２とした場合の比較例Ａ（窒化珪素）の寿命を１とした寿命比で表されている。また、各欄内の下段には、軸受の破損部位（軌道輪または玉）が記載されている。

表２を参照して、ｚ値が０．５以上３．０以下となっている本発明の実施例Ｃ〜Ｈは、窒化珪素（比較例Ａ）と比較して明確に長寿命となっている。ここで、表２に示すように、破損部位は窒化珪素の場合と同様に軌道部材（軌道輪）となっており、破損形態は剥離であった。これに対し、ｚ値が３．０を超える実施例ＩおよびＪでは、寿命が低下するとともに、転動体（玉）の破損（剥離）が先行する。すなわち、ｚ値が３．２５である実施例Ｉでは、衝撃の影響によりβサイアロン焼結体からなる軸受部品（玉）に損傷が生じ、寿命が低下したものと考えられる。さらに、ｚ値が３．５である実施例Ｊおいては、さらに短時間に転動体の剥離が生じ、転がり軸受の耐久性が一層低下している。

一方、ｚ値が０．５より小さい実施例ＡおよびＢでは、寿命が比較例Ａとほぼ同じ程度にまで低下するとともに、軌道部材の破損（剥離）が先行する。すなわち、ｚ値が０．２５である実施例Ｂでは、ｚ値が０（窒化珪素）である比較例Ａとの物性の差が小さくなる。そのため、βサイアロン焼結体からなる玉と、当該玉に相対する軌道部材との衝突によって、一方的に軌道部材側に損傷が生じ、窒化珪素焼結体からなる玉を採用した比較例Ａ並みにまで寿命が低下したものと考えられる。

さらに、表２を参照して、ｚ値が０．５以上３．０以下となっている場合であっても、相対する軌道輪の硬度（表面硬度）がＨＶ６８０未満である場合、軌道輪の硬度がＨＶ６８０以上の場合に比べて寿命が低下する傾向にある。これは、軌道輪の硬度が低い場合、βサイアロン焼結体からなる玉と、当該玉に相対する軌道部材との衝突によって、軌道部材側に損傷が生じ易くなるためであると考えられる。

以上のように、ｚ値が３．０を超えるとβサイアロン焼結体からなる軸受部品自身が破損し易くなる一方、ｚ値が０．５未満では、相手部材との間の接触面圧が増加し、相手部材に損傷が発生しやすくなる。そして、ｚ値を０．５以上３．０以下とすることにより、転動体を構成する素材の強度と、軌道部材との間の接触面圧の低減とのバランスが確保される。その結果、軸受に対して衝撃が作用する環境下において、βサイアロン焼結体からなる転動体を含む転がり軸受の寿命が向上することが確認された。特に、軌道部材が鋼からなる場合、軌道部材の物性と転動体の物性とがほどよく調和して、衝撃、振動等による損傷の発生を抑制することができる。このように、転動体を構成するβサイアロンのｚ値を０．５以上３．０以下とすることにより、トラブル等により衝撃的な負荷が作用するおそれのある工作機械用ボールブッシュの耐久性を向上させることができることが確認された。

また、軌道部材（ボールブッシュの内方部材および外方部材）が鋼からなる場合、当該軌道部材の損傷を抑制するため、軌道部材の表面硬度はＨＶ６８０以上とすることが好ましいことが確認された。

以下、本発明の実施例３について説明する。本発明の工作機械用ボールブッシュを構成するβサイアロンからなる転動体（ボール）の緻密層および高緻密層の形成状態を調査する試験を行なった。試験の手順は以下のとおりである。

はじめに、燃焼合成法で作製した組成がＳｉ_５ＡｌＯＮ_７であるβサイアロンの粉末（株式会社イスマンジェイ製、商品名メラミックス）を準備し、上記実施の形態において図５に基づいて説明した転動体の製造方法と同様の方法で、一辺が約１０ｍｍの立方体試験片を作製した。具体的な製造方法は次のとおりである。まず、サブミクロンに微細化されたβサイアロン粉末と、焼結助剤としての酸化アルミニウム（住友化学株式会社製、ＡＫＰ３０）および酸化イットリウム（Ｈ．Ｃ．Ｓｔａｒｃｋ社製、Ｙｔｔｒｉｕｍｏｘｉｄｅ ｇｒａｄｅ Ｃ）とをボールミルを用いて湿式混合により混合した。その後、スプレードライヤーにて造粒を実施し、造粒粉を製造した。当該造粒粉を金型で所定の形状に成形し、さらに冷間静水圧成形（ＣＩＰ）で加圧を行ない、成形体を得た。引き続き当該成形体を圧力０．４ＭＰａの窒素雰囲気中で１６５０℃に加熱して焼結することで（常圧焼結）、上記立方体試験片を製造した。

その後、当該試験片を切断し、切断された面をダイヤモンドラップ盤でラッピングした後、酸化クロムラップ盤による鏡面ラッピングを実施することにより、立方体の中心を含む観察用の断面を形成した。そして、当該断面を光学顕微鏡（株式会社ニコン製、マイクロフォト−ＦＸＡ）の斜光で観察し、倍率５０倍のインスタント写真（フジフイルム株式会社製 ＦＰ−１００Ｂ）を撮影した。その後、得られた写真の画像を、スキャナーを用いて（解像度３００ＤＰＩ）パーソナルコンピューターに取り込んだ。そして、画像処理ソフト（三谷商事株式会社製 ＷｉｎＲＯＯＦ）を用いて輝度閾値による２値化処理を行なって（本実施例での２値化分離閾値：１４０）、白色領域の面積率を測定した。

次に、試験結果について説明する。図６は、試験片の上記観察用の断面を光学顕微鏡の斜光で撮影した写真である。また、図７は、図６の写真の画像を、画像処理ソフトを用いて輝度閾値により２値化処理した状態を示す一例である。また、図８は、図６の写真の画像を、画像処理ソフトを用いて輝度閾値により２値化処理して白色領域の面積率を測定する際に、画像処理を行なう領域（評価領域）を示す図である。図６において、写真上側が試験片の表面側であり、上端が表面である。

図６および図７を参照して、上記実施の形態と同様の製造方法により作製された本実施例における試験片は、表面を含む領域に内部よりも白色領域の少ない層が形成されていることがわかる。そして、図８に示すように、撮影された写真の画像を試験片の最表面からの距離に応じて３つの領域（最表面からの距離が１５０μｍ以内の領域、１５０μｍを超え５００μｍ以内の領域、５００μｍを超え８００μｍ以内の領域）に分け、領域毎に画像解析を行なって白色領域の面積率を算出したところ、表３に示す結果が得られた。表３においては、図８に示した各領域を１視野として、無作為に撮影された５枚の写真から得られる５視野における白色領域の面積率の、平均値と最大値とが示されている。

表３を参照して、本実施例における白色領域の面積率は、内部において１８．５％であったのに対し、表面からの深さが５００μｍ以下である領域においては３．７％、表面からの深さが１５０μｍ以下の領域においては１．２％となっていた。このことから、上記実施の形態と同様の上記製造方法により作製された本実施例における試験片においては、表面を含む領域に内部よりも白色領域の少ない緻密層および高緻密層が形成されていることが確認された。

以下、本発明の実施例４について説明する。本発明の工作機械用ボールブッシュを構成するβサイアロン焼結体からなる転動体（ボール）の転動疲労寿命を確認する試験を行なった。試験の手順は以下のとおりである。

まず、試験の対象となる試験軸受の作製方法について説明する。はじめに、燃焼合成法で作製した組成がＳｉ_５ＡｌＯＮ_７であるβサイアロンの粉末（株式会社イスマンジェイ製、商品名メラミックス）を準備し、上記実施の形態において図５に基づいて説明した転動体の製造方法と同様の方法で直径９．５２５ｍｍの３／８インチセラミック球を作製した。具体的な製造方法は次のとおりである。まず、サブミクロンに微細化されたβサイアロン粉末と、焼結助剤としての酸化アルミニウム（住友化学株式会社製、ＡＫＰ３０）および酸化イットリウム（Ｈ．Ｃ．Ｓｔａｒｃｋ社製、Ｙｔｔｒｉｕｍｏｘｉｄｅ ｇｒａｄｅ Ｃ）とをボールミルを用いて湿式混合により混合した。その後、スプレードライヤーにて造粒を実施し、造粒粉を製造した。当該造粒粉を金型で球体に成形し、さらに冷間静水圧成形（ＣＩＰ）で加圧を行ない球状の成形体を得た。

次に、当該成形体に対して焼結後の加工代が所定の寸法となるようにグリーン体加工を行ない、引き続き当該成形体を圧力０．４ＭＰａの窒素雰囲気中で１６５０℃に加熱して焼結することで、焼結球体を製造した。次に、当該焼結球体にラッピング加工を行ない、３／８インチセラミック球（転動体；ＪＩＳ等級 Ｇ５）とした。そして、別途準備した軸受鋼（ＪＩＳ規格ＳＵＪ２）製の軌道輪と組み合わせて、ＪＩＳ規格６２０６型番の軸受を作製した。ここで、上記焼結球体に対するラッピング加工により除去される焼結球体の厚み（加工代）を８段階に変化させ、８種類の軸受を作製した（実施例Ａ〜Ｈ）。一方、比較のため、窒化珪素および焼結助剤からなる原料粉末を用いて加圧焼結法により焼結した焼結球体（日本特殊陶業株式会社製 ＥＣ１４１）に対して、上述と同様にラッピング加工を行ない、別途準備した軸受鋼（ＪＩＳ規格ＳＵＪ２）製の軌道輪と組み合わせて、ＪＩＳ規格６２０６型番の軸受を作製した（比較例Ａ）。ラッピング加工による加工代は０．２５ｍｍとした。

次に、試験条件について説明する。上述のように作製されたＪＩＳ規格６２０６型番の軸受に対し、最大接触面圧Ｐ_ｍａｘ：３．２ＧＰａ、軸受回転数：２０００ｒｐｍ、潤滑：タービン油ＶＧ６８(清浄油)の循環給油、試験温度：室温、の条件の下で運転する疲労試験を行なった。そして、振動検出装置により運転中の軸受の振動を監視し、転動体に破損が発生して軸受の振動が所定値を超えた時点で試験を中止するとともに、運転開始から中止までの時間を当該軸受の寿命として記録した。なお、試験数は実施例、比較例ともに１５個ずつとし、そのＬ_１０寿命を算出した上で、比較例Ａに対する寿命比で耐久性を評価した。

表４に本実施例の試験結果を示す。表４を参照して、実施例の軸受の寿命は、その製造コスト等を考慮するといずれも良好であるといえる。そして、加工代を０．５ｍｍ以下とすることにより転動体の表面に緻密層を残存させた実施例Ｄ〜Ｇの軸受の寿命は、比較例Ａの寿命の１．５〜２倍程度となっていた。さらに、加工代を０．１５ｍｍ以下とすることにより転動体の表面に高緻密層を残存させた実施例Ａ〜Ｃの軸受の寿命は、比較例Ａの寿命の３倍程度となっていた。このことから、本発明の工作機械用ボールブッシュは、耐久性において優れていることが確認された。そして、工作機械用ボールブッシュは、βサイアロン焼結体からなる転動体（ボール）の加工代を０．５ｍｍ以下として、表面に緻密層を残存させることにより寿命が向上し、加工代を０．１５ｍｍ以下として、表面に高緻密層を残存させることにより寿命がさらに向上することが分かった。

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の工作機械用ボールブッシュは、転動体（ボール）の熱による寸法変化の低減および耐焼付性の向上などが求められる工作機械用ボールブッシュに、特に有利に適用され得る。

本発明の一実施の形態における工作機械用ボールブッシュを備えた工作機械の主軸付近の構成を示す概略断面図である。 図１に示した工作機械における工作機械用ボールブッシュの拡大断面模式図である。 図２の要部を拡大して示した概略部分断面図である。 本発明の一実施の形態における工作機械用ボールブッシュの製造方法の概略を示す図である。 本発明の一実施の形態におけるβサイアロン焼結体からなる転動体の製造方法の概略を示す図である。 試験片の観察用の断面を光学顕微鏡の斜光で撮影した写真である。 図６の写真の画像を、画像処理ソフトを用いて輝度閾値により２値化処理した状態を示す一例である。 画像処理を行なう領域（評価領域）を示す図である。

符号の説明

１ アンギュラ玉軸受、２ 単列アンギュラ玉軸受、３ ボールブッシュ、１１，２１ 外輪、１２，２２ 内輪、１３，２３ 玉、３１ 移動ハウジング、３１Ａ 移動ハウジング外周面、３２ 固定ハウジング、３２Ａ 固定ハウジング内周面、３３ ボール、３３Ａ ボール転走面、３３Ｂ ボール緻密層、３３Ｃ 内部、３３Ｄ ボール高緻密層、３４ 保持器、９０ 工作機械、９１ 主軸、９１Ａ 外周面、９１Ｂ 先端、９２ ハウジング、９２Ａ 内壁、９３ モータ、９３Ａ モータステータ、９３Ｂ モータロータ。

Claims (12)

1. 工作機械の主軸を軸方向に伸縮可能に支持する工作機械用ボールブッシュであって、
   前記主軸の径方向外側に配置された内方部材と、
   前記内方部材から見て前記主軸とは反対側に、前記内方部材に対向するように配置された外方部材と、
   前記内方部材と前記外方部材との間において、前記内方部材および前記外方部材に接触して配置されたボールとを備え、
   前記ボールは、窒化珪素からなる場合に比べて前記内方部材または前記外方部材に対する衝撃を抑制することが可能なセラミックスからなっている、工作機械用ボールブッシュ。
2. 前記ボールは、βサイアロンを主成分とし、残部不純物からなる焼結体から構成される、請求項１に記載の工作機械用ボールブッシュ。
3. 前記ボールは、βサイアロンを主成分とし、残部焼結助剤および不純物からなる焼結体から構成される、請求項１に記載の工作機械用ボールブッシュ。
4. 前記βサイアロンは、Ｓｉ_６−ＺＡｌ_ＺＯ_ＺＮ_８−Ｚの組成式で表され、０．１≦ｚ≦３．５を満たす、請求項２または３に記載の工作機械用ボールブッシュ。
5. 前記βサイアロンは、Ｓｉ_６−ＺＡｌ_ＺＯ_ＺＮ_８−Ｚの組成式で表され、０．５≦ｚ≦３．０を満たす、請求項２または３に記載の工作機械用ボールブッシュ。
6. 前記ボールのヤング率は１８０ＧＰａ以上２７０ＧＰａ以下である、請求項２〜５のいずれか１項に記載の工作機械用ボールブッシュ。
7. 前記ボールのヤング率は２２０ＧＰａ以上２６０ＧＰａ以下である、請求項２〜５のいずれか１項に記載の工作機械用ボールブッシュ。
8. 前記内方部材および前記外方部材は鋼からなり、
   前記内方部材および前記外方部材の表面硬度はＨＶ６８０以上となっている、請求項２〜７のいずれか１項に記載の工作機械用ボールブッシュ。
9. 前記ボールは、前記内方部材および前記外方部材と接触する面である転走面を含む領域に、内部よりも緻密性の高い層である緻密層を有している、請求項２〜８のいずれか１項に記載の工作機械用ボールブッシュ。
10. 前記緻密層の断面を光学顕微鏡の斜光にて観察した場合、白色の領域として観察される白色領域の面積率は７％以下である、請求項９に記載の工作機械用ボールブッシュ。
11. 前記緻密層の表面を含む領域には、前記緻密層内の他の領域よりもさらに緻密性の高い層である高緻密層が形成されている、請求項９または１０に記載の工作機械用ボールブッシュ。
12. 前記高緻密層の断面を光学顕微鏡の斜光にて観察した場合、白色の領域として観察される白色領域の面積率は３．５％以下である、請求項１１に記載の工作機械用ボールブッシュ。