JP2549636B2 - セラミツクス製転動体 - Google Patents
セラミツクス製転動体Info
- Publication number
- JP2549636B2 JP2549636B2 JP61245312A JP24531286A JP2549636B2 JP 2549636 B2 JP2549636 B2 JP 2549636B2 JP 61245312 A JP61245312 A JP 61245312A JP 24531286 A JP24531286 A JP 24531286A JP 2549636 B2 JP2549636 B2 JP 2549636B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- rolling element
- silicon nitride
- ceramic
- sintered body
- ceramic rolling
- 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.)
- Expired - Lifetime
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Description
【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、セラミックス製転動体に係り、さらに詳し
くは耐圧強度に優れ、寿命のバラツキの少ないセラミッ
クス製転動体に関する。
くは耐圧強度に優れ、寿命のバラツキの少ないセラミッ
クス製転動体に関する。
（従来の技術） 近年、ベアリングの転動体であるボールやローラーの
材質として、耐熱性や耐摩耗性に優れ、また軽くて剛性
の大きい窒化ケイ素焼結体等のセラミックス部材の使用
が試みられており、特に高温下で使用されるベアリング
用部材として期待されている。
材質として、耐熱性や耐摩耗性に優れ、また軽くて剛性
の大きい窒化ケイ素焼結体等のセラミックス部材の使用
が試みられており、特に高温下で使用されるベアリング
用部材として期待されている。
このようなベアリング用のセラミックス部材として
は、通常の常圧焼結によるものでは内部のポアサイズが
大きく耐圧強度が不足するため、ホットプレス法により
形成したものが使用されている。
は、通常の常圧焼結によるものでは内部のポアサイズが
大きく耐圧強度が不足するため、ホットプレス法により
形成したものが使用されている。
（発明が解決しようとする問題点） しかしながらホットプレス法によるセラミックス製の
転動体でも、５〜８μｍの内部ポアが点在しており、一
般にセラミックスの破壊強度がポア等の内部欠陥が大き
くなるほど弱くなるといわれている事からも、まだ不十
分であり、さらにホットプレス法は１軸加圧のため得ら
れる焼結体が配向性を持ち、このため機械的特性にたい
して異方性を有するため、ある方向からの荷重に対して
脆いという欠点があり、寿命のバラツキが大きいという
問題があった。
転動体でも、５〜８μｍの内部ポアが点在しており、一
般にセラミックスの破壊強度がポア等の内部欠陥が大き
くなるほど弱くなるといわれている事からも、まだ不十
分であり、さらにホットプレス法は１軸加圧のため得ら
れる焼結体が配向性を持ち、このため機械的特性にたい
して異方性を有するため、ある方向からの荷重に対して
脆いという欠点があり、寿命のバラツキが大きいという
問題があった。
またホットプレス法により転動体、例えばボールを形
成するには、ホットプレス法による成形体の形状が単純
な形に限定されているので、まず平板状に成形し、これ
を棒状に切断し、さらに丸棒に加工した後、各々のボー
ルの近似形状まで加工してからバレル研磨等により最終
形状に仕上げている。このように、ホットプレス法によ
るセラミックス焼結体からの転動体の形成は、加工コス
トが大きくなり生産性が悪いという問題もあった。
成するには、ホットプレス法による成形体の形状が単純
な形に限定されているので、まず平板状に成形し、これ
を棒状に切断し、さらに丸棒に加工した後、各々のボー
ルの近似形状まで加工してからバレル研磨等により最終
形状に仕上げている。このように、ホットプレス法によ
るセラミックス焼結体からの転動体の形成は、加工コス
トが大きくなり生産性が悪いという問題もあった。
そこで、最終形状の近似形状に成形でき加工コストの
小さい常圧焼結法によるセラミックス製転動体で、ホッ
トプレス法によるものと同等もしくはそれ以上の耐圧強
度を有するものが強く望まれていた。
小さい常圧焼結法によるセラミックス製転動体で、ホッ
トプレス法によるものと同等もしくはそれ以上の耐圧強
度を有するものが強く望まれていた。
本発明はこのような従来の問題を解決するためになさ
れたもので、どのような方向からの荷重に対してもほぼ
均等な耐圧強度を有し、寿命のバラツキが少なく、さら
に加工コストの小さいセラミックス製転動体を提供する
ことを目的とする。
れたもので、どのような方向からの荷重に対してもほぼ
均等な耐圧強度を有し、寿命のバラツキが少なく、さら
に加工コストの小さいセラミックス製転動体を提供する
ことを目的とする。
（問題点を解決するための手段） 本発明のセラミックス製転動体は、内部のポアサイズ
が３μｍ以下で、かつ結晶組織が実質的に当方性の窒化
ケイ素材からなることを特徴としている。
が３μｍ以下で、かつ結晶組織が実質的に当方性の窒化
ケイ素材からなることを特徴としている。
すなわち本発明のセラミックス製転動体は、セラミッ
クス焼結体の製造プロセスのうち、常圧焼結と等方加圧
焼結（HIP）の組合わせにおいて、各製造条件をコント
ロールすることにより得られ、例えば以下のようにして
製造することができる。
クス焼結体の製造プロセスのうち、常圧焼結と等方加圧
焼結（HIP）の組合わせにおいて、各製造条件をコント
ロールすることにより得られ、例えば以下のようにして
製造することができる。
まず窒化ケイ素粉末に適量の焼結助剤を添加して混合
粉砕した後、例えばスプレードライヤー法により造粒す
る。この造粒粉の粒径は50〜100μｍの範囲が好まし
く、100μｍを超えると焼結後の内部の空隙が大きくな
ってしまい、また50μｍより小さくてもそれ以上の効果
は得られない。
粉砕した後、例えばスプレードライヤー法により造粒す
る。この造粒粉の粒径は50〜100μｍの範囲が好まし
く、100μｍを超えると焼結後の内部の空隙が大きくな
ってしまい、また50μｍより小さくてもそれ以上の効果
は得られない。
次いで金型プレス法やラバープレス法等により転動体
の最終形状の近似形状に成形する。この成形体を脱脂後
常圧焼結し、次いで不活性ガス雰囲気、例えば窒素ガス
雰囲気中で等方加圧焼結処理を行い、処理体をバレル研
磨等の加工により最終形状に仕上げる。ここで等方加圧
焼結処理の温度条件としては、高いほど内部の空隙は小
さくなるがあまり高いと表層部に異質層が生じ耐圧強度
が低下することがあり、またあまり低いとこの効果が不
十分なので、1500℃〜1800℃の範囲が好ましい。また圧
力は10〜2000kg/cm2、好ましくは300〜1000kg/cm2の範
囲である。
の最終形状の近似形状に成形する。この成形体を脱脂後
常圧焼結し、次いで不活性ガス雰囲気、例えば窒素ガス
雰囲気中で等方加圧焼結処理を行い、処理体をバレル研
磨等の加工により最終形状に仕上げる。ここで等方加圧
焼結処理の温度条件としては、高いほど内部の空隙は小
さくなるがあまり高いと表層部に異質層が生じ耐圧強度
が低下することがあり、またあまり低いとこの効果が不
十分なので、1500℃〜1800℃の範囲が好ましい。また圧
力は10〜2000kg/cm2、好ましくは300〜1000kg/cm2の範
囲である。
（作用） 本発明のセラミックス製転動体において、内部のポア
サイズが３μｍ以下なので、耐圧強度に優れており、ま
た常圧焼結を用いているので得られた焼結体が配向性を
持たず、このため実質的に等方性を有しており、どのよ
うな方向に対してもほぼ均等な耐圧強度を示す。
サイズが３μｍ以下なので、耐圧強度に優れており、ま
た常圧焼結を用いているので得られた焼結体が配向性を
持たず、このため実質的に等方性を有しており、どのよ
うな方向に対してもほぼ均等な耐圧強度を示す。
なお、ここで言う等方性とは、外圧に対する強度が方
向によって異ならないことである。
向によって異ならないことである。
（実施例） 次に本発明の実施例について説明する。
実施例１ まず窒化ケイ素（Si3N4）粉末100重量部に対して、焼
結助剤として酸化イットリウム５重量部と酸化アルミニ
ウム４重量部と窒化アルミニウム３重量部とを加え、平
均粒径が1.0μｍ以下になるようにボールミルで十分に
粉砕、混合を行い、この混合粉末に有機バインダ５重量
部と適量の溶剤を加え混練し、スプレードライヤー法に
より平均造粒粉粒径が約70μｍとなるように造粒した。
次いでこの造粒粉を用いてプレス圧1000kg/cm2で金型プ
レスにより図面（ａ）に示す形状に成形した。この成形
体を脱脂した後、窒素ガスを雰囲気中で約1800℃、４時
間で常圧焼結を行い、次いで窒素ガス1000kg/cm2、約17
00℃、40分の条件下で等方加圧焼結処理を行った。
結助剤として酸化イットリウム５重量部と酸化アルミニ
ウム４重量部と窒化アルミニウム３重量部とを加え、平
均粒径が1.0μｍ以下になるようにボールミルで十分に
粉砕、混合を行い、この混合粉末に有機バインダ５重量
部と適量の溶剤を加え混練し、スプレードライヤー法に
より平均造粒粉粒径が約70μｍとなるように造粒した。
次いでこの造粒粉を用いてプレス圧1000kg/cm2で金型プ
レスにより図面（ａ）に示す形状に成形した。この成形
体を脱脂した後、窒素ガスを雰囲気中で約1800℃、４時
間で常圧焼結を行い、次いで窒素ガス1000kg/cm2、約17
00℃、40分の条件下で等方加圧焼結処理を行った。
この窒化ケイ素焼結体をバレル研磨により直径10mmの
ベアリング用ボールを形成した。
ベアリング用ボールを形成した。
実施例２〜４ 実施例１と同一の窒化ケイ素粉末を用いて、表に示す
製造条件以外は実施例１と同一条件でセラミックス製ボ
ールをそれぞれ形成した。なお乾式ラバープレスを用い
た場合の成形体の形状を図面（ｂ）に示す。
製造条件以外は実施例１と同一条件でセラミックス製ボ
ールをそれぞれ形成した。なお乾式ラバープレスを用い
た場合の成形体の形状を図面（ｂ）に示す。
比較例 また本発明との比較のため、従来のホットプレス法を
用いてプレス圧約1000kg/cm2、温度約1800℃の条件で平
板状の窒化ケイ素焼結体を成形し、これより切出し加工
およびバレル研磨加工により実施例と同一形状のセラミ
ックス製ボールを形成した。
用いてプレス圧約1000kg/cm2、温度約1800℃の条件で平
板状の窒化ケイ素焼結体を成形し、これより切出し加工
およびバレル研磨加工により実施例と同一形状のセラミ
ックス製ボールを形成した。
このようにして得た実施例１〜４および比較例のセラ
ミックス製ボールの内部を非破壊検査により調べたとこ
ろ実施例１〜４のセラミックス製ボールはいずれも内部
に２〜３μｍのポアが数個存在していただけに対して、
比較例のセラミックス製ボールは表層部および内部共に
３〜８μｍのポアが点在していた。
ミックス製ボールの内部を非破壊検査により調べたとこ
ろ実施例１〜４のセラミックス製ボールはいずれも内部
に２〜３μｍのポアが数個存在していただけに対して、
比較例のセラミックス製ボールは表層部および内部共に
３〜８μｍのポアが点在していた。
また実施例１〜４および比較例のセラミックス製ボー
ルを用いて圧砕試験と転がり疲労試験を下記の方法によ
り行った。各々の試験結果を表に示す。
ルを用いて圧砕試験と転がり疲労試験を下記の方法によ
り行った。各々の試験結果を表に示す。
（圧砕試験） JIS−Ｂ−1501に準じ、インストロン万能試験機によ
りクロスヘッドスピード5mm/分で圧砕強度を測定し、最
大接触応力として示す。
りクロスヘッドスピード5mm/分で圧砕強度を測定し、最
大接触応力として示す。
（転がり疲労試験） スラスト型軸受試験機を用いてSUJ板上で３個のセラ
ミックス製ボールを回転させ、試験開始から200時間ま
でを100kg、200時間以降を250kgの荷重を加えて試験を
行った。
ミックス製ボールを回転させ、試験開始から200時間ま
でを100kg、200時間以降を250kgの荷重を加えて試験を
行った。
［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、内部のポアサイ
ズが３μｍ以下で、実質的に等方性の窒化ケイ素焼結体
を使用しているので、全方向に対してほぼ均等な優れた
耐圧強度を有しており、寿命が長くバラツキの少ないセ
ラミックス製転動体が得られる。
ズが３μｍ以下で、実質的に等方性の窒化ケイ素焼結体
を使用しているので、全方向に対してほぼ均等な優れた
耐圧強度を有しており、寿命が長くバラツキの少ないセ
ラミックス製転動体が得られる。
また従来のホットプレス法によるものに比べ、常圧焼
結を使用しているので成形体の形状を最終形状を近似形
状とすることが出来るので加工コストを短縮することも
出来る。
結を使用しているので成形体の形状を最終形状を近似形
状とすることが出来るので加工コストを短縮することも
出来る。
第１図（ａ）は本発明の一実施例の金型プレスによる成
形体の形状、第１図（ｂ）は乾式ラバープレスによる成
形体の形状である。
形体の形状、第１図（ｂ）は乾式ラバープレスによる成
形体の形状である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井上 浩一 横浜市磯子区新杉田町８ 株式会社東芝 横浜金属工場内 (56)参考文献 特開 昭60−18620（ＪＰ，Ａ)
Claims (4)
- 【請求項１】内部のポアサイズが３μｍ以下で、かつ結
晶組織が実質的に等方性の窒化ケイ素材からなることを
特徴とするセラミックス製転動体。 - 【請求項２】窒化ケイ素材が、常圧焼結体を等方加圧焼
結処理してなる特許請求の範囲第１項記載のセラミック
ス製転動体。 - 【請求項３】常圧焼結体が、平均粒径50〜100μｍの窒
化ケイ素造粒粉を使用してなる特許請求の範囲第２項記
載のセラミックス製転動体。 - 【請求項４】等方加圧焼結処理が不活性ガス雰囲気中、
1500〜1800℃および10〜2000kg/cm2で施されている特許
請求の範囲第２項記載のセラミックス製転動体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61245312A JP2549636B2 (ja) | 1986-10-17 | 1986-10-17 | セラミツクス製転動体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61245312A JP2549636B2 (ja) | 1986-10-17 | 1986-10-17 | セラミツクス製転動体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63101519A JPS63101519A (ja) | 1988-05-06 |
| JP2549636B2 true JP2549636B2 (ja) | 1996-10-30 |
Family
ID=17131799
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61245312A Expired - Lifetime JP2549636B2 (ja) | 1986-10-17 | 1986-10-17 | セラミツクス製転動体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2549636B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2512061B2 (ja) * | 1987-11-26 | 1996-07-03 | 日本碍子株式会社 | 均質窒化珪素焼結体およびその製造方法 |
| JP2736387B2 (ja) * | 1988-07-27 | 1998-04-02 | 日本特殊陶業株式会社 | 転がり軸受材料用窒化珪素基焼結体及びその製造方法 |
| JP4827793B2 (ja) * | 2007-05-08 | 2011-11-30 | 立兆股▲分▼有限公司 | 日付コード刻印システム |
| JP5578429B2 (ja) * | 2009-09-30 | 2014-08-27 | 日立金属株式会社 | セラミックボール素球、セラミックボール素球成形用金型およびセラミックボール素球の製造方法 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2330595C2 (de) * | 1972-06-16 | 1985-04-25 | Norton Co., Worcester, Mass. | Verfahren zur Herstellung von Siliciumnitrid-Formkörpern |
| JPS54107914A (en) * | 1978-02-10 | 1979-08-24 | Tokyo Shibaura Electric Co | Production of high density silicon nitride base sintered body |
| JPS5771872A (en) * | 1980-10-20 | 1982-05-04 | Kobe Steel Ltd | Manufacture of high density silicon nitride sintered body |
| JPS6018620A (ja) * | 1984-04-27 | 1985-01-30 | Toray Ind Inc | ベアリング用ボ−ル |
-
1986
- 1986-10-17 JP JP61245312A patent/JP2549636B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63101519A (ja) | 1988-05-06 |
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