JP4955864B2 - 窒化珪素製細長物の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直動軸受用レール等の厳しい真直度が要求される窒化珪素製細長物の製造方法に関する。特に詳しくは、焼成時に反りが発生しやすい直動軸受用レール等の窒化珪素製細長物について、焼成後に所定の加熱処理を施して反りを矯正する窒化珪素製細長物の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、直動軸受用レールや、軸、熱電対保護管などのセラミック製細長物に対し、寸法精度の良好なものが望まれている。
【０００３】
上記のセラミック製細長物は、焼成時に反りが発生しやすく、寸法精度に狂いが生じることが多い。反りの原因としては、焼成炉内の温度差、成形体の形状、成形体の密度差等が考えられる。このような反り解消手段としては、細長物では、従来から、成形体を吊って焼成する、いわゆる吊り焼成が採られているが、反り解消のためには充分ではなかった。
【０００４】
一方、反り量を加味して焼結体寸法を設定すると、原料ロスや研削代が増加し、コストアップにつながる。特に、直動軸受用レール等は、厳しい真直度が要求されるため、焼結体の反り具合によって焼成後の研削代が所定以上に大きくなりコストに大きく影響する。
そこで、特開昭６１−４４７８２号公報では、セラミック磁器をスライシング後、３〜１０ｇ／ｃｍ2の加重をかけ５００〜９００℃の範囲で熱処理を行うことにより、スライシングによる歪み（反り）を取り除くことが提案されている。
【０００５】
しかしながら、この方法によっても、直動軸受用レール等の窒化珪素製細長物に発生した反りを充分に矯正することはできなかった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明は、上記した従来の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、厳しい真直度が要求されるとともに焼成時に反りが発生しやすい直動軸受用レール等の窒化珪素製細長物について、反りが矯正された真直度の優れた窒化珪素製細長物の製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明によれば、断面における外周寸法の総和に対して３倍以上の長さを有する部材である窒化珪素製角柱細長物（傘部を有する形状を除く。）の焼結体に対し、５ＭＰａ以上の曲げ応力を付与しつつ１３００〜１５００℃の範囲の温度で加熱することにより、反りを矯正して矯正後の反り量を０．５ｍｍ以下とすることを特徴とする窒化珪素製細長物の製造方法、が提供される。
本発明においては、細長物焼結体の長手方向に垂直な方向に曲げ応力を付与することが好ましい。この窒化珪素製細長物の具体例としては、厳しい真直度が要求される直動軸受用レールや軸が挙げられる。
【０００８】
なお、本発明において、「細長物」とは、図２に示すような単純形状を想定した場合、次式で表されるように、断面における外周寸法（外周長）の総和に対して３倍以上の長さを有する部材をいう。
（２０＋２０＋１０＋１０）×３≦Ａ（長さ：１８０以上）
（１０×π）×３≦Ａ（長さ：３０π以上）
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をその実施の形態に従ってさらに詳しく説明するが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。
本発明の製造方法は、窒化珪素製細長物の焼結体に対し、５ＭＰａ以上の曲げ応力を付与しつつ１３００〜１５００℃の範囲の温度で加熱することにより、反りを矯正することに特徴を有する。
【００１０】
本発明では、窒化珪素製細長物の焼結体に対して、反りを矯正する方向に５ＭＰａ以上の曲げ応力を付与する。曲げ応力としては、好ましくは８ＭＰａ以上、さらに好ましくは１０ＭＰａ以上である。曲げ応力が５ＭＰａ未満の場合には、反り矯正の効果が低い。
細長物焼結体に対する曲げ応力の付与方向は、反りの矯正方向、通常は厚み方向である。
【００１１】
また、細長物焼結体に対しては、曲げ応力を付加するとともに、１３００〜１５００℃の範囲の温度で加熱処理を施す。１３００℃未満の温度では、反り矯正効果を得ることができず、一方、１５００℃を超える温度で加熱処理を施すと、反りの矯正は可能でも、得られる細長物焼結体の強度が著しく低下する。
なお、加熱処理は、窒化珪素製の焼結体が対象であることから、通常、窒素雰囲気等の不活性雰囲気で行われる。また、加熱圧力としては限定されず、常圧、加圧のいずれの圧力条件でも、当該処理を行うことができるが、ＨＩＰなどの高圧焼結を行ったものに対しては加圧下の方が好ましい。
【００１２】
本発明では、窒化珪素製細長物の焼結体を対象とする。このような窒化珪素焼結体の細長物は、たとえば次のようにして製造することができる。
まず、窒化珪素原料に焼結助剤と適当量のバインダーを添加、混合する。この混合物を成形後仮焼してバインダーを除去し、得られた仮焼体を窒素雰囲気中、１７００〜１８００℃程度の高温で焼結することにより窒化珪素焼結体を得る。次いで、得られた窒化珪素焼結体をスライスなどの加工により、窒化珪素製細長物の焼結体を得ることができる。
なお、スライスなどの加工を行わず、直接焼結体として細長物として得ることももちろん可能である。
上記のようにして得られる窒化珪素製細長物の焼結体は、通常真直度が低く、反り等が生じており、寸法精度が劣っている。本発明では、このような窒化珪素製細長物の焼結体を対象とするものである。
【００１３】
【実施例】
（実施例１）
窒化珪素原料に焼結助剤と所定量のバインダーを添加し、混合機にて混合した後、スプレードライヤーにて乾燥造粒した。この造粒原料をゴム型より構成される成形型に充填し、静水圧プレス機により成形し角柱成形体を制作した。
これらの成形体を大気中４００℃にて仮焼しバインダーを除去した後、ＮＣフライス盤により所定形状に加工した。
【００１４】
これらを高圧窒素雰囲気中で１７００℃×１ｈｒ焼成し窒化珪素製の角柱（１２ｍｍ×１０ｍｍ×長さ３００ｍｍ）焼結体を得た。
得られた窒化珪素製角柱焼結体の中から反り量３ｍｍのものを６体選択し、最大曲げ応力５ＭＰａを掛けながら、常圧窒素雰囲気中で処理温度１３００℃、１４００℃、１５００℃にてそれぞれ２本づつ１時間キープして反り修正を行った。
【００１５】
この反り修正は、図１に示すように、１体の窒化珪素製角柱焼結体１０を接触面側を研削仕上げしたＳｉＣ基板１２上に載置し、上方から同様な仕上げを施した荷重用ＳｉＣ基板１４を被せることにより行った。
【００１６】
得られた反り修正品の反り量を測定した。その後、反り修正品から試験片を切りだしＪＩＳ Ｒ１６０１に基づき、４点曲げ強度測定を行った。合格値は、反り量０．５ｍｍ以下、曲げ強度９００ＭＰａ以上とし、○と表示した。不合格品は、×と表示した。その結果を表１に示す。
【００１７】
（実施例２）
最大曲げ応力を１０ＭＰａとした以外は、実施例１と同様に窒化珪素製角柱焼結体を製造し、評価を行った。その結果を表２に示す。
【００１８】
（比較例１）
処理温度を１２００℃、１２５０℃、１５５０℃とした以外は、実施例１と同様に窒化珪素製角柱焼結体を製造し、評価を行った。その結果を表１に示す。
【００１９】
（比較例２）
処理温度を１２００℃、１２５０℃、１５５０℃とした以外は、実施例２と同様に窒化珪素製角柱焼結体を製造し、評価を行った。その結果を表２に示す。
【００２０】
（比較例３）
実施例１と同様の反り量３ｍｍの窒化珪素製角柱焼結体１０本を最大曲げ応力を３ＭＰａとし、処理温度を１２００℃、１２５０℃、１３００℃、１４００℃、１５００℃、１５５０℃にてそれぞれ２本づつ１時間キープして反り修正を行い、得られた反り修正品について実施例１と同じようにして測定、評価を行った。その結果を表３に示す。
【００２１】
【表１】
【００２２】
【表２】
【００２３】
【表３】
【００２４】
（実施例３：特性の確認）
転がり軸受で重要特性であるスラスト転がり寿命試験を行った。
試験片は、実施例１と同材質の窒化珪素素材各２個を実施例１と同様の熱履歴・曲げ応力を付加し、その後所定の寸法に仕上げて得た。
図３にスラスト型試験機の概要を示し、試験片たるセラミック円板１に対し、油３中において鋼球２を回転させながら面圧４９００ＭＰａをかけてその寿命を計測した。その結果を表４に示す。
【００２５】
（比較例４）
試験片は、実施例１と同様に製作された焼結体（未処理）を所定の寸法に仕上げて得た。
得られた試験片について、実施例３と同様の試験を行った。その結果を表４に示す。
【００２６】
【表４】
【００２７】
まず、表１〜３の結果から明らかなように、角柱焼結体に付与する最大曲げ応力が５ＭＰａ以上、及び加熱処理温度が１３００〜１５００℃の範囲という要件が臨界的であるということがわかる。この範囲を逸脱した温度で加熱した場合には、反り矯正が不十分であるか、あるいは得られる角柱焼結体の曲げ強度が著しく低下している。
さらに、１３００〜１５００℃の範囲で加熱処理することで、未処理品に比して転がり寿命が大幅に向上しており、したがって、本発明の反り矯正処理を受けた窒化珪素製角柱焼結体は、転がり軸受の１種である直動軸受用レールとして極めて優れたものということができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の製造方法によれば、厳しい真直度が要求され、かつ焼成時に反りが発生しやすい直動軸受用レール等の窒化珪素製細長物について、強度等の特性低下がなく、反りが矯正され、真直度に優れた窒化珪素製細長物を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 窒化珪素製角柱焼結体の反り修正方法の一例を示す説明図である。
【図２】 単純形状の細長物を示す斜視図である。
【図３】 スラスト試験機の概要を示す説明図である。
【符号の説明】
１…セラミック円板、２…鋼球、３…油、１０…窒化珪素製角柱焼結体、１２…ＳｉＣ基板、１４…荷重用ＳｉＣ基板。
【発明の属する技術分野】
本発明は、直動軸受用レール等の厳しい真直度が要求される窒化珪素製細長物の製造方法に関する。特に詳しくは、焼成時に反りが発生しやすい直動軸受用レール等の窒化珪素製細長物について、焼成後に所定の加熱処理を施して反りを矯正する窒化珪素製細長物の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、直動軸受用レールや、軸、熱電対保護管などのセラミック製細長物に対し、寸法精度の良好なものが望まれている。
【０００３】
上記のセラミック製細長物は、焼成時に反りが発生しやすく、寸法精度に狂いが生じることが多い。反りの原因としては、焼成炉内の温度差、成形体の形状、成形体の密度差等が考えられる。このような反り解消手段としては、細長物では、従来から、成形体を吊って焼成する、いわゆる吊り焼成が採られているが、反り解消のためには充分ではなかった。
【０００４】
一方、反り量を加味して焼結体寸法を設定すると、原料ロスや研削代が増加し、コストアップにつながる。特に、直動軸受用レール等は、厳しい真直度が要求されるため、焼結体の反り具合によって焼成後の研削代が所定以上に大きくなりコストに大きく影響する。
そこで、特開昭６１−４４７８２号公報では、セラミック磁器をスライシング後、３〜１０ｇ／ｃｍ2の加重をかけ５００〜９００℃の範囲で熱処理を行うことにより、スライシングによる歪み（反り）を取り除くことが提案されている。
【０００５】
しかしながら、この方法によっても、直動軸受用レール等の窒化珪素製細長物に発生した反りを充分に矯正することはできなかった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明は、上記した従来の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、厳しい真直度が要求されるとともに焼成時に反りが発生しやすい直動軸受用レール等の窒化珪素製細長物について、反りが矯正された真直度の優れた窒化珪素製細長物の製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明によれば、断面における外周寸法の総和に対して３倍以上の長さを有する部材である窒化珪素製角柱細長物（傘部を有する形状を除く。）の焼結体に対し、５ＭＰａ以上の曲げ応力を付与しつつ１３００〜１５００℃の範囲の温度で加熱することにより、反りを矯正して矯正後の反り量を０．５ｍｍ以下とすることを特徴とする窒化珪素製細長物の製造方法、が提供される。
本発明においては、細長物焼結体の長手方向に垂直な方向に曲げ応力を付与することが好ましい。この窒化珪素製細長物の具体例としては、厳しい真直度が要求される直動軸受用レールや軸が挙げられる。
【０００８】
なお、本発明において、「細長物」とは、図２に示すような単純形状を想定した場合、次式で表されるように、断面における外周寸法（外周長）の総和に対して３倍以上の長さを有する部材をいう。
（２０＋２０＋１０＋１０）×３≦Ａ（長さ：１８０以上）
（１０×π）×３≦Ａ（長さ：３０π以上）
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をその実施の形態に従ってさらに詳しく説明するが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。
本発明の製造方法は、窒化珪素製細長物の焼結体に対し、５ＭＰａ以上の曲げ応力を付与しつつ１３００〜１５００℃の範囲の温度で加熱することにより、反りを矯正することに特徴を有する。
【００１０】
本発明では、窒化珪素製細長物の焼結体に対して、反りを矯正する方向に５ＭＰａ以上の曲げ応力を付与する。曲げ応力としては、好ましくは８ＭＰａ以上、さらに好ましくは１０ＭＰａ以上である。曲げ応力が５ＭＰａ未満の場合には、反り矯正の効果が低い。
細長物焼結体に対する曲げ応力の付与方向は、反りの矯正方向、通常は厚み方向である。
【００１１】
また、細長物焼結体に対しては、曲げ応力を付加するとともに、１３００〜１５００℃の範囲の温度で加熱処理を施す。１３００℃未満の温度では、反り矯正効果を得ることができず、一方、１５００℃を超える温度で加熱処理を施すと、反りの矯正は可能でも、得られる細長物焼結体の強度が著しく低下する。
なお、加熱処理は、窒化珪素製の焼結体が対象であることから、通常、窒素雰囲気等の不活性雰囲気で行われる。また、加熱圧力としては限定されず、常圧、加圧のいずれの圧力条件でも、当該処理を行うことができるが、ＨＩＰなどの高圧焼結を行ったものに対しては加圧下の方が好ましい。
【００１２】
本発明では、窒化珪素製細長物の焼結体を対象とする。このような窒化珪素焼結体の細長物は、たとえば次のようにして製造することができる。
まず、窒化珪素原料に焼結助剤と適当量のバインダーを添加、混合する。この混合物を成形後仮焼してバインダーを除去し、得られた仮焼体を窒素雰囲気中、１７００〜１８００℃程度の高温で焼結することにより窒化珪素焼結体を得る。次いで、得られた窒化珪素焼結体をスライスなどの加工により、窒化珪素製細長物の焼結体を得ることができる。
なお、スライスなどの加工を行わず、直接焼結体として細長物として得ることももちろん可能である。
上記のようにして得られる窒化珪素製細長物の焼結体は、通常真直度が低く、反り等が生じており、寸法精度が劣っている。本発明では、このような窒化珪素製細長物の焼結体を対象とするものである。
【００１３】
【実施例】
（実施例１）
窒化珪素原料に焼結助剤と所定量のバインダーを添加し、混合機にて混合した後、スプレードライヤーにて乾燥造粒した。この造粒原料をゴム型より構成される成形型に充填し、静水圧プレス機により成形し角柱成形体を制作した。
これらの成形体を大気中４００℃にて仮焼しバインダーを除去した後、ＮＣフライス盤により所定形状に加工した。
【００１４】
これらを高圧窒素雰囲気中で１７００℃×１ｈｒ焼成し窒化珪素製の角柱（１２ｍｍ×１０ｍｍ×長さ３００ｍｍ）焼結体を得た。
得られた窒化珪素製角柱焼結体の中から反り量３ｍｍのものを６体選択し、最大曲げ応力５ＭＰａを掛けながら、常圧窒素雰囲気中で処理温度１３００℃、１４００℃、１５００℃にてそれぞれ２本づつ１時間キープして反り修正を行った。
【００１５】
この反り修正は、図１に示すように、１体の窒化珪素製角柱焼結体１０を接触面側を研削仕上げしたＳｉＣ基板１２上に載置し、上方から同様な仕上げを施した荷重用ＳｉＣ基板１４を被せることにより行った。
【００１６】
得られた反り修正品の反り量を測定した。その後、反り修正品から試験片を切りだしＪＩＳ Ｒ１６０１に基づき、４点曲げ強度測定を行った。合格値は、反り量０．５ｍｍ以下、曲げ強度９００ＭＰａ以上とし、○と表示した。不合格品は、×と表示した。その結果を表１に示す。
【００１７】
（実施例２）
最大曲げ応力を１０ＭＰａとした以外は、実施例１と同様に窒化珪素製角柱焼結体を製造し、評価を行った。その結果を表２に示す。
【００１８】
（比較例１）
処理温度を１２００℃、１２５０℃、１５５０℃とした以外は、実施例１と同様に窒化珪素製角柱焼結体を製造し、評価を行った。その結果を表１に示す。
【００１９】
（比較例２）
処理温度を１２００℃、１２５０℃、１５５０℃とした以外は、実施例２と同様に窒化珪素製角柱焼結体を製造し、評価を行った。その結果を表２に示す。
【００２０】
（比較例３）
実施例１と同様の反り量３ｍｍの窒化珪素製角柱焼結体１０本を最大曲げ応力を３ＭＰａとし、処理温度を１２００℃、１２５０℃、１３００℃、１４００℃、１５００℃、１５５０℃にてそれぞれ２本づつ１時間キープして反り修正を行い、得られた反り修正品について実施例１と同じようにして測定、評価を行った。その結果を表３に示す。
【００２１】
【表１】
【表２】
【表３】
（実施例３：特性の確認）
転がり軸受で重要特性であるスラスト転がり寿命試験を行った。
試験片は、実施例１と同材質の窒化珪素素材各２個を実施例１と同様の熱履歴・曲げ応力を付加し、その後所定の寸法に仕上げて得た。
図３にスラスト型試験機の概要を示し、試験片たるセラミック円板１に対し、油３中において鋼球２を回転させながら面圧４９００ＭＰａをかけてその寿命を計測した。その結果を表４に示す。
【００２５】
（比較例４）
試験片は、実施例１と同様に製作された焼結体（未処理）を所定の寸法に仕上げて得た。
得られた試験片について、実施例３と同様の試験を行った。その結果を表４に示す。
【００２６】
【表４】
まず、表１〜３の結果から明らかなように、角柱焼結体に付与する最大曲げ応力が５ＭＰａ以上、及び加熱処理温度が１３００〜１５００℃の範囲という要件が臨界的であるということがわかる。この範囲を逸脱した温度で加熱した場合には、反り矯正が不十分であるか、あるいは得られる角柱焼結体の曲げ強度が著しく低下している。
さらに、１３００〜１５００℃の範囲で加熱処理することで、未処理品に比して転がり寿命が大幅に向上しており、したがって、本発明の反り矯正処理を受けた窒化珪素製角柱焼結体は、転がり軸受の１種である直動軸受用レールとして極めて優れたものということができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の製造方法によれば、厳しい真直度が要求され、かつ焼成時に反りが発生しやすい直動軸受用レール等の窒化珪素製細長物について、強度等の特性低下がなく、反りが矯正され、真直度に優れた窒化珪素製細長物を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 窒化珪素製角柱焼結体の反り修正方法の一例を示す説明図である。
【図２】 単純形状の細長物を示す斜視図である。
【図３】 スラスト試験機の概要を示す説明図である。
【符号の説明】
１…セラミック円板、２…鋼球、３…油、１０…窒化珪素製角柱焼結体、１２…ＳｉＣ基板、１４…荷重用ＳｉＣ基板。
Claims (3)
- 断面における外周寸法の総和に対して３倍以上の長さを有する部材である窒化珪素製角柱細長物（傘部を有する形状を除く。）の焼結体に対し、５ＭＰａ以上の曲げ応力を付与しつつ１３００〜１５００℃の範囲の温度で加熱することにより、反りを矯正して矯正後の反り量を０．５ｍｍ以下とすることを特徴とする窒化珪素製細長物の製造方法。
- 該細長物焼結体の長手方向に垂直な方向に曲げ応力を付与する請求項１記載の窒化珪素製細長物の製造方法。
- 該窒化珪素製細長物が、直動軸受用レール、又は軸である請求項１又は２記載の窒化珪素製細長物の製造方法。
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|---|---|---|---|
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001164755A JP4955864B2 (ja) | 2001-05-31 | 2001-05-31 | 窒化珪素製細長物の製造方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
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| JP2001164755A Expired - Fee Related JP4955864B2 (ja) | 2001-05-31 | 2001-05-31 | 窒化珪素製細長物の製造方法 |
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2001
- 2001-05-31 JP JP2001164755A patent/JP4955864B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JP2002356375A (ja) | 2002-12-13 |
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