JP3004562B2 - セラミックボールベアリング - Google Patents
セラミックボールベアリングInfo
- Publication number
- JP3004562B2 JP3004562B2 JP7091893A JP9189395A JP3004562B2 JP 3004562 B2 JP3004562 B2 JP 3004562B2 JP 7091893 A JP7091893 A JP 7091893A JP 9189395 A JP9189395 A JP 9189395A JP 3004562 B2 JP3004562 B2 JP 3004562B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ball bearing
- ceramic
- present
- ceramic ball
- ppm
- 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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- Rolling Contact Bearings (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、セラミックボールベア
リングおよびその製造方法に関する。
リングおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、耐摩耗性、耐熱性あるいは耐酸性
などの諸特性に優れたセラミック材料を、各種摺動部材
として用いることが試みられている。たとえば、セラミ
ック材料で構成されたボールベアリングは、金属のそれ
に比べて、運転中に潤滑油が切れても焼付きを起こさ
ず、また耐摩耗性に優れることから各種機械用のベアリ
ング部材として期待されている。
などの諸特性に優れたセラミック材料を、各種摺動部材
として用いることが試みられている。たとえば、セラミ
ック材料で構成されたボールベアリングは、金属のそれ
に比べて、運転中に潤滑油が切れても焼付きを起こさ
ず、また耐摩耗性に優れることから各種機械用のベアリ
ング部材として期待されている。
【０００３】従来、このようなボールベアリングを構成
するセラミック材料としては、機械的強度に優れた窒化
ケイ素系、炭化ケイ素系、アルミナ系、あるいは窒化チ
タン系セラミック材料が主として用いられている。ま
た、これらのセラミック材料を用いてボールベアリング
を製造する方法も種々実施されている。たとえば、ボー
ルベアリングを形成する場合の一例を挙げると、まず所
定の原料セラミック粉末をバインダーと共に混合して所
定の手段で成形したのち、これを焼結し、必要な後処理
を施すことにより得られる。
するセラミック材料としては、機械的強度に優れた窒化
ケイ素系、炭化ケイ素系、アルミナ系、あるいは窒化チ
タン系セラミック材料が主として用いられている。ま
た、これらのセラミック材料を用いてボールベアリング
を製造する方法も種々実施されている。たとえば、ボー
ルベアリングを形成する場合の一例を挙げると、まず所
定の原料セラミック粉末をバインダーと共に混合して所
定の手段で成形したのち、これを焼結し、必要な後処理
を施すことにより得られる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来の方法で得られる
ボールベアリングは、その使用過程において、短時間で
ボール表面に材料の剥離が生ずるものがしばしばあるこ
とが判明している。このような剥離現象の出現はセラミ
ックボールベアリングにとっては致命的であり、部品の
品質の安定性ならびに信頼性の点で問題となる。
ボールベアリングは、その使用過程において、短時間で
ボール表面に材料の剥離が生ずるものがしばしばあるこ
とが判明している。このような剥離現象の出現はセラミ
ックボールベアリングにとっては致命的であり、部品の
品質の安定性ならびに信頼性の点で問題となる。
【０００５】本発明は上述した従来の技術の問題点に鑑
みてなされたものであり、剥離などの欠陥部が発生せず
安定した品質を有するセラミックボールベアリングおよ
びその製造方法を提供することを目的とする。
みてなされたものであり、剥離などの欠陥部が発生せず
安定した品質を有するセラミックボールベアリングおよ
びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段および作用】本発明に係る
セラミックボールベアリングは、セラミック材料中の金
属成分の含有量が３５００ｐｐｍ以下であり、かつ３０
０時間以上の転がり疲労寿命を有することを特徴として
いる。
セラミックボールベアリングは、セラミック材料中の金
属成分の含有量が３５００ｐｐｍ以下であり、かつ３０
０時間以上の転がり疲労寿命を有することを特徴として
いる。
【０００７】さらに本発明のセラミックボールベアリン
グの製造方法は、原料セラミック粉末をスラリー化した
のち、これを造粒し、所定形状に成形し、焼結するセラ
ミックボールベアリングの製造方法において、セラミッ
クボールベアリングにおける金属成分の含有量が３５０
０ｐｐｍ以下になるように除去する工程および研磨する
工程を設けることを特徴としている。
グの製造方法は、原料セラミック粉末をスラリー化した
のち、これを造粒し、所定形状に成形し、焼結するセラ
ミックボールベアリングの製造方法において、セラミッ
クボールベアリングにおける金属成分の含有量が３５０
０ｐｐｍ以下になるように除去する工程および研磨する
工程を設けることを特徴としている。
【０００８】本発明者らの研究によれば、ボールベアリ
ングの使用中に剥離が生じたものの表面をＸ線マイクロ
アナライザによって分析した結果、当該剥離部分から多
量の鉄（Ｆｅ）が検出された。この事実に着目して更に
研究したところ、原料セラミック材料中に不可避的に存
在する鉄に起因して、焼結時にこの鉄粒子を核とする何
らかの凝集現象が生じ、これが部品表面に析出して表面
層に３０〜１００μｍ程度の凝集体が形成されることが
分かった。この凝集体は剥離され易く、機械的応力に伴
ってウロコ状に剥離していき、これがボールベアリング
の品質低下の原因となっていたのである。
ングの使用中に剥離が生じたものの表面をＸ線マイクロ
アナライザによって分析した結果、当該剥離部分から多
量の鉄（Ｆｅ）が検出された。この事実に着目して更に
研究したところ、原料セラミック材料中に不可避的に存
在する鉄に起因して、焼結時にこの鉄粒子を核とする何
らかの凝集現象が生じ、これが部品表面に析出して表面
層に３０〜１００μｍ程度の凝集体が形成されることが
分かった。この凝集体は剥離され易く、機械的応力に伴
ってウロコ状に剥離していき、これがボールベアリング
の品質低下の原因となっていたのである。
【０００９】本発明は上記の知見に基づいてなされたも
のであり、セラミック材料中に不可避的に存在する上記
のような剥離の要因となる金属成分を積極的に排除する
ことを特徴としている。なお、上述したような部品表面
層での剥離現象は、鉄のみならず、Ｃｒ，Ｎｉ，Ｗなど
の金属成分においても同様に生じ、さらに、ＷＣなどの
金属化合物などの存在によっても生じ得る。したがっ
て、本発明においては、金属成分としては、このような
成分をも含むものとする。
のであり、セラミック材料中に不可避的に存在する上記
のような剥離の要因となる金属成分を積極的に排除する
ことを特徴としている。なお、上述したような部品表面
層での剥離現象は、鉄のみならず、Ｃｒ，Ｎｉ，Ｗなど
の金属成分においても同様に生じ、さらに、ＷＣなどの
金属化合物などの存在によっても生じ得る。したがっ
て、本発明においては、金属成分としては、このような
成分をも含むものとする。
【００１０】本発明のセラミックボールベアリングを構
成する原料セラミック材料は、従来、摺動部品用の材料
として用いられているセラミックが適宜用いられ得る。
具体的には、その用途に応じて、たとえば、窒化ケイ素
系、炭化ケイ素系、アルミナ系、あるいは窒化チタン系
セラミック材料が用いられ、さらにこれらの混合材料も
用いられ得る。
成する原料セラミック材料は、従来、摺動部品用の材料
として用いられているセラミックが適宜用いられ得る。
具体的には、その用途に応じて、たとえば、窒化ケイ素
系、炭化ケイ素系、アルミナ系、あるいは窒化チタン系
セラミック材料が用いられ、さらにこれらの混合材料も
用いられ得る。
【００１１】本発明のセラミックボールベアリングを製
造する場合は、通常、まず原料セラミック粉末をスラリ
ー化したのち、これを造粒し、所定形状に成形し、焼結
することによってセラミックボールベアリングを得る方
法が採られ得るが、上記の工程の少なくとも一つの工程
において含有金属成分の実質的な除去を行う。
造する場合は、通常、まず原料セラミック粉末をスラリ
ー化したのち、これを造粒し、所定形状に成形し、焼結
することによってセラミックボールベアリングを得る方
法が採られ得るが、上記の工程の少なくとも一つの工程
において含有金属成分の実質的な除去を行う。
【００１２】このような金属成分の積極的な除去は、た
とえば、原料セラミック粉末をスラリー化したのち、磁
石が装着されたスクリーンフィルタを用いて該スラリー
をろ過することによって行われ得る。
とえば、原料セラミック粉末をスラリー化したのち、磁
石が装着されたスクリーンフィルタを用いて該スラリー
をろ過することによって行われ得る。
【００１３】また、原料段階で金属成分を除去する方法
としては、たとえば、原料セラミック粉末をスラリー化
する前に、該原料セラミック粉末を磁石と接触させるこ
とによって、原料セラミック粉末中の金属成分を予め選
別し除去する方法が有効である。
としては、たとえば、原料セラミック粉末をスラリー化
する前に、該原料セラミック粉末を磁石と接触させるこ
とによって、原料セラミック粉末中の金属成分を予め選
別し除去する方法が有効である。
【００１４】さらにまた、前述したスラリーを所定方法
で造粒したのち、該造粒物を磁石と接触させることによ
って、造粒物中の金属成分を選別し除去する方法も有効
である。
で造粒したのち、該造粒物を磁石と接触させることによ
って、造粒物中の金属成分を選別し除去する方法も有効
である。
【００１５】本発明においては、上述した種々の方法の
少なくとも１種、あるいは２種以上を組合わせて行うこ
とが肝要である。本発明においては、上記のような方法
を用いて、セラミック材料中の金属成分を実質的に除去
することが重要であるが、前述した剥離現象を実質的に
抑制するためには、材料中の鉄の含有量を２０００ｐｐ
ｍ以下、好ましくは２００ｐｐｍ以下に制限することが
好ましい。
少なくとも１種、あるいは２種以上を組合わせて行うこ
とが肝要である。本発明においては、上記のような方法
を用いて、セラミック材料中の金属成分を実質的に除去
することが重要であるが、前述した剥離現象を実質的に
抑制するためには、材料中の鉄の含有量を２０００ｐｐ
ｍ以下、好ましくは２００ｐｐｍ以下に制限することが
好ましい。
【００１６】
【実施例】以下、実際の製造例に基づいて本発明を説明
するが、本発明は下記の実施例の記載に制限されるもの
ではない。
するが、本発明は下記の実施例の記載に制限されるもの
ではない。
【００１７】重量比で、Ｓｉ3 Ｎ4 ：１００部、Ｙ2 Ｏ
3 ：５部、Ａｌ2 Ｏ3 ：４部、ＡｌＮ：３部、Ｔｉ
Ｏ2 ：１．５部の割合で原料セラミック粉末を調合し、
溶剤、バインダーと共に混合、攪拌して原料スラリーを
調製した。
3 ：５部、Ａｌ2 Ｏ3 ：４部、ＡｌＮ：３部、Ｔｉ
Ｏ2 ：１．５部の割合で原料セラミック粉末を調合し、
溶剤、バインダーと共に混合、攪拌して原料スラリーを
調製した。
【００１８】次に、このスラリーを電磁石がその周囲に
装着されたスクリーンを用いてろ過した。さらに、この
ろ過液を噴霧乾燥法によって造粒し、得られた顆粒を加
圧成形し、その後、添加したバインダーを電気炉中で加
熱分解昇華させてから焼結を行った。得られた焼結物に
若干の研磨加工を施すことによって鉄の含有量を２００
０ｐｐｍ以下としたボールベアリングを得た。
装着されたスクリーンを用いてろ過した。さらに、この
ろ過液を噴霧乾燥法によって造粒し、得られた顆粒を加
圧成形し、その後、添加したバインダーを電気炉中で加
熱分解昇華させてから焼結を行った。得られた焼結物に
若干の研磨加工を施すことによって鉄の含有量を２００
０ｐｐｍ以下としたボールベアリングを得た。
【００１９】このようにして得られた本発明のボールベ
アリングならびに従来のボールベアリングについて、転
がり疲労寿命を測定したところ、従来のボールベアリン
グは平均４００時間、最短５０時間の寿命であったが、
本発明のボールベアリングでは平均４２０時間、最短３
００時間の寿命であった。測定条件は、荷重４００ｋ
ｇ、回転数１２００ｒｐｍ、ボール径１０ｍｍ、相手材
がＳＵＳ−２（円板）の条件で行った。
アリングならびに従来のボールベアリングについて、転
がり疲労寿命を測定したところ、従来のボールベアリン
グは平均４００時間、最短５０時間の寿命であったが、
本発明のボールベアリングでは平均４２０時間、最短３
００時間の寿命であった。測定条件は、荷重４００ｋ
ｇ、回転数１２００ｒｐｍ、ボール径１０ｍｍ、相手材
がＳＵＳ−２（円板）の条件で行った。
【００２０】上記の転がり疲労寿命測定の結果からも分
るように、本発明のセラミックボールベアリングは、転
がり疲労寿命が最短でも３００時間と長く、また寿命の
ばらつきが格段に減少し、品質が飛躍的に向上すること
が認められた。
るように、本発明のセラミックボールベアリングは、転
がり疲労寿命が最短でも３００時間と長く、また寿命の
ばらつきが格段に減少し、品質が飛躍的に向上すること
が認められた。
【００２１】
【発明の効果】本発明のセラミックボールベアリングに
おいては、セラミック材料中の金属成分が実質的に排除
されているので、ボールベアリング表面における剥離現
象を効果的に防止することができ、品質の安定性にすぐ
れている。
おいては、セラミック材料中の金属成分が実質的に排除
されているので、ボールベアリング表面における剥離現
象を効果的に防止することができ、品質の安定性にすぐ
れている。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−207767（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−8605（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−79837（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F16C 33/32 C04B 35/628 C04B 35/00
Claims (3)
- 【請求項１】 焼結助剤を含み窒化珪素を主成分とする
セラミック材料中の金属成分として鉄の含有量が２００
０ｐｐｍ以下であり、かつ３００時間以上の転がり疲労
寿命を有することを特徴とするセラミックボールベアリ
ング。 - 【請求項２】 前記鉄の含有量が２００ｐｐｍ以下であ
ることを特徴とする請求項１記載のセラミックボールベ
アリング。 - 【請求項３】 前記焼結助剤としてＹ 2 Ｏ 3 、Ａｌ 2 Ｏ
3 、ＡｌＮ、ＴｉＯ 2 の少なくとも１種を用いたことを
特徴とする請求項１または請求項２記載のセラミックボ
ールベアリング。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7091893A JP3004562B2 (ja) | 1995-03-27 | 1995-03-27 | セラミックボールベアリング |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7091893A JP3004562B2 (ja) | 1995-03-27 | 1995-03-27 | セラミックボールベアリング |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63268695A Division JPH06658B2 (ja) | 1988-10-25 | 1988-10-25 | セラミック摺動部品およびその製造方法 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11157249A Division JP2000001372A (ja) | 1999-06-04 | 1999-06-04 | セラミック摺動部品 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07332373A JPH07332373A (ja) | 1995-12-22 |
| JP3004562B2 true JP3004562B2 (ja) | 2000-01-31 |
Family
ID=14039250
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7091893A Expired - Lifetime JP3004562B2 (ja) | 1995-03-27 | 1995-03-27 | セラミックボールベアリング |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3004562B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4828685B2 (ja) * | 2000-07-12 | 2011-11-30 | 株式会社東芝 | 窒化珪素焼結体およびそれを用いた摺動部材並びにベアリングボール |
-
1995
- 1995-03-27 JP JP7091893A patent/JP3004562B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07332373A (ja) | 1995-12-22 |
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