JP5578429B2 - Ceramic ball base ball, ceramic ball base ball mold and method for manufacturing ceramic ball base ball - Google Patents
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Description
本発明は例えばベアリングボール等に用いられるセラミックボール素球、その製造に用いられるセラミックボール素球成形用金型及びセラミックボール素球の製造方法に関する。 The present invention relates to a ceramic ball base ball used for, for example, a bearing ball, a ceramic ball base ball forming die used for manufacturing the ceramic ball base ball, and a method for manufacturing the ceramic ball base ball.
セラミックボールはベアリング等に用いられるものであり、回転させて用いるため、表面が平坦であり、かつ真球に近いことが重要である。通常、セラミックボールは窒化珪素等の各種セラミック原料粉末を焼結助剤及び添加剤を混合し、粉砕し、スプレードライヤー等で造粒し、この造粒された粉末をプレス成形法を用いて球形に成形し、さらにこの成形体を焼結することによりセラミックボール用素球を形成し、必要に応じ表面加工を施し作製される。 Ceramic balls are used for bearings and the like, and are used by being rotated. Therefore, it is important that the surface is flat and close to a true sphere. Usually, ceramic balls are made of various ceramic raw material powders such as silicon nitride, mixed with a sintering aid and additives, pulverized, and granulated with a spray dryer, etc., and the granulated powder is formed into a spherical shape using a press molding method. Then, the molded body is sintered to form an elementary ball for a ceramic ball, and surface processing is performed as necessary.
従来のセラミックボール用素球は図5に示すように、上部パンチ1と下部パンチ2の間に造粒された粉末を挿入し、上部パンチ1と下部パンチ2に上下方向に圧力を加え、造粒された粉末をプレス成形することによって成形体を作製し、必要に応じて冷間静水圧プレス(Cold Isostatic Press,以下CIPと略す)を施した後、この成形体を焼結することによって得られている。しかし、このようなプレス成形によってセラミックボール素球用成形体を成形する際、造粒された粉末に圧力を加えるため、上部パンチ1の先端部分3と下部パンチ2の先端部分4が接触しないように、先端部分3と先端部分4の間に隙間を設けてプレス成形しなければならない。従って、プレス成形の際、粉末がパンチの先端部分3,4の間に存在するため、図6に示されるようにセラミックボール素球の成形体5は略球面状の球面部6の外周部分に帯状部7が環状に形成される。セラミックボールは、真球に近いことが必要であるため、この帯状部7を、焼結後に研磨、みがき加工などの加工手段により、除去する必要がある。この帯状部を除去する際に、砥石にキズや磨耗を発生させるという問題や、研磨材の消耗が激しくなり、研磨材を頻雑に取り替えなければならないという問題や、帯状部の角部が砥石に当たって欠けることなどにより、セラミックボール自身に欠陥が発生し、製品である研磨球にもキズなどの欠陥が発生するという問題があった。
As shown in FIG. 5, the conventional ceramic ball base ball inserts granulated powder between the upper punch 1 and the
さらに前記曲面を有する上部パンチ1と下部パンチ2の間に造粒された粉末を挿入し、上部パンチ1と下部パンチ2に圧力をかけて粉体プレス成形することによって成形体を作製する方法においては、上部パンチ1と下部パンチ2の上下加圧方向における中心部と外縁部(帯状部に相当)で造粒された粉末の圧縮率が異なるため成形体球面部と帯状部の成形体密度に差が生じ、成形体各部の密度むらが発生することがある。このような成形体を焼結、加工して得られた球体をボールベアリングに組込んで使用すると、球体が不均一に磨耗してベアリングの動作に悪影響がある場合があった。
Furthermore, in the method of producing a compact by inserting granulated powder between the upper punch 1 and the
前記セラミックボール素球に必然的に発生する帯状部に関する問題を解消するため、以下のような従来技術が開示されている。
特許文献1には、両端部に略球面状の球面部を有し、中央部に円周方向全体にわたる帯状部が形成されたセラミックスボール用素材において、前記帯状部の対角径と前記球面部の極径との差が100μm以下であるセラミックスボール用素材が記載されている。この従来技術によれば、加工時に素球の球面部の極部と帯状部が平均して研磨材などに接触させることができるため、研磨材、砥石等の磨耗、損傷を大幅に抑制できるとしている。
In order to solve the problem related to the belt-like portion that inevitably occurs in the ceramic ball base ball, the following conventional techniques are disclosed.
In Patent Document 1, in a material for a ceramic ball having a substantially spherical spherical portion at both ends and a belt-like portion extending in the entire circumferential direction at a central portion, the diagonal diameter of the belt-like portion and the spherical portion are provided. A ceramic ball material having a difference from the pole diameter of 100 μm or less is described. According to this prior art, since the pole part and the belt-like part of the spherical part of the elementary sphere can be brought into contact with the abrasive material on average during processing, it is possible to greatly suppress wear and damage of the abrasive material, the grindstone, etc. Yes.
特許文献2には、セラミックボール素球の表面に、その中央の円周方向全体にわたって外側に突出する帯状部を備えるとともに、前記帯状部の幅方向の端部であるエッジ部を丸めたセラミックボール素球が記載されている。この従来技術によれば、セラミックボール素球を、砥石を用いた研磨機により研磨する際に、エッジ部が砥石に当たっても、砥石にキズがついたり、砥石に異常磨耗が発生することが少なく、セラミックボール素球自身の欠陥が発生し難くなる効果があるとしている。
In
特許文献3には、球面をなす凹部を持つ上パンチおよび下パンチでセラミックス粉末を加圧することにより、両端部が球面状をなし、この両方の球面部に挟まれた部分が非球面部をなすとともに、前記両方の球面部の頂点の間の長さに対する前記非球面部の幅の割合を50〜90%とする球体の製造方法が記載されている。この従来技術によれば、成形体の密度むらを解消して、機械部品として優れた耐久性および信頼性を有するセラミックス球体を得ることができるとしている。
In
しかしながら、前記従来技術に記載されているセラミックボール成形体に必然的に発生する帯状部を調整する技術を用いても、なお以下のような問題があった。特許文献1に記載の発明は、帯状部の対角径と球面部の極径との差を100μm以下とすることにより、球面部より帯状部が突出しない形状とし、帯状部と球面部の極部が平均して研磨材などに接触し、帯状部の接触による研磨材の磨耗、損傷を抑制することができるものの、セラミック素球をプレス成形する際に、帯状部と球面部の境界で粉末の圧縮率が異なるため、成形密度むらが生じて、成形の際にセラミックボール成形体の帯状部と球面部の境界に割れが生じ易く、また焼結時にも帯状部と球面部の境界に割れが発生しやすく、製造歩留まりが低下し製造コストが上昇するという問題を有していた。 However, even if the technique for adjusting the belt-like portion inevitably generated in the ceramic ball molded body described in the prior art is used, there are still the following problems. In the invention described in Patent Document 1, the difference between the diagonal diameter of the belt-shaped portion and the polar diameter of the spherical surface portion is set to 100 μm or less, so that the belt-shaped portion does not protrude from the spherical surface portion. Although the average part touches the abrasive, etc., and it can suppress the abrasion and damage of the abrasive due to the contact with the band, the powder at the boundary between the band and the spherical part when pressing the ceramic ball Due to the different compression ratios, molding density unevenness occurs, and the ceramic ball molded body tends to crack at the boundary between the belt-like part and the spherical part during molding, and also breaks at the boundary between the belt-like part and the spherical part during sintering. Has a problem that the production yield is lowered and the production cost is increased.
特許文献2に記載の発明は、前記帯状部の幅方向の端部であるエッジ部を丸めたことから、研磨を行う際の砥石の磨耗やキズの発生を防止するとともに、セラミック素球自身の欠陥の発生をある程度防止できるものの、プレス成形する際の帯状部と球面部の境界で粉末の圧縮率が大きく異なることになるため、成形密度むらが生じて、成形の際にセラミックボール成形体の帯状部と球面部の境界に割れが生じ易く、また焼結時にも帯状部と球面部の境界に割れが発生しやすく、製造歩留まりが低下し製造コストが上昇するという問題を有していた。
In the invention described in
特許文献3に記載の発明は、成形体の密度むらはある程度解消できるものの、十分ではなく、依然として成形の際にセラミックボール成形体の帯状部と球面部の境界に割れが生じ、また焼結時にも帯状部と球面部の境界に割れが発生するという問題を解消するにいたらず、製造歩留まりが低下し製造コストが上昇するという問題を有していた。更に、前記両方の球面部の頂点の間の長さに対する前記非球面部の幅の割合を50〜90%と帯状部の幅を大きくしているため、素球から製品球を得るまでの加工時間が長くなるという問題も有していた。
Although the invention described in
したがって、本発明は上記従来技術の課題を解消し、帯状部を有するセラミックボール素球を製造する際の割れの発生を防止し、製造歩留まりの高いセラミックボール素球を得ることを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, to prevent generation of cracks when manufacturing a ceramic ball base ball having a strip-shaped portion, and to obtain a ceramic ball base ball having a high manufacturing yield.
本発明者らは、上記課題について鋭意研究した。その結果、セラミックボール素球において、球面部と帯状部の間の形状を工夫することで上記課題を解決できるとの知見を得た。 The present inventors diligently studied on the above problems. As a result, in the ceramic ball base ball, the knowledge that the said subject can be solved by devising the shape between a spherical surface part and a strip | belt-shaped part was acquired.
すなわち、本発明のセラミックボール素球9は、図1に示すように両端部に略球面状の球面部6を有し、中央部に円周方向全体にわたって外側に突出する帯状部7が形成されたセラミックボール素球において、球面部と帯状部の間に傾斜部8を有することを特徴とする。
That is, the ceramic
本発明のセラミックボール素球において、前記傾斜部8の断面形状がR面および/又は面取であると好ましい。本発明のセラミックボール素球において、図3(a)(b)に示すように、前記R面の半径および前記面取りの長さをC、前記帯状部の突出高さをHとしたとき、1>C/H≧0.05であることが好ましい。
In the ceramic ball base ball of the present invention, it is preferable that the cross-sectional shape of the
また、図1に示すように、セラミックボール素球の両側の球面部の頂点を結んだ長さをA、前記帯状部の幅をDとしたとき、D/A≧0.05であることが好ましい。更にD/A≦0.5であることが好ましい。 Further, as shown in FIG. 1, when the length connecting the vertices of the spherical portions on both sides of the ceramic ball base ball is A and the width of the belt-like portion is D, D / A ≧ 0.05. preferable. Furthermore, it is preferable that D / A ≦ 0.5.
本発明のセラミックボール素球成形用金型25は、図2に示すように加圧面中央部に略半球形の凹部を有しその周囲に平坦部を有する上下パンチ11、12と、これらの上下パンチを収納するダイス20によって形成されるセラミックボール素球成形用金型において、前記上下パンチの略半球形の凹部と平坦部の交差部に傾斜部18を有することを特徴とする。前記上下パンチの略半球形の凹部と平坦部の間の傾斜部18がR面および/又は面取であると好ましい。また、図4(a)(b)に示すように、前記上下パンチの略半球形の凹部と平坦部19間の傾斜部18のR面の半径および面取りの長さをc、前記平坦部の長さをhとしたとき、1>c/h≧0.05であることが好ましい。
As shown in FIG. 2, the ceramic ball base
本発明のセラミックボール素球の製造方法は、加圧面中央部に略半球形の凹部を有しその周囲に平坦部を有し、且つ該凹部と該平坦部の交差部に傾斜部を有する上下パンチと、これらの上下パンチを収納するダイスによって形成されるセラミックボール素球成形用金型を用いて、セラミック粉末に対して、少なくとも有機バインダーを0.1〜5質量部有し、中心粒径が10〜150μm、かさ密度ρaとタップかさ密度ρtの比、(ρa/ρt)が0.7以上である造粒粉を、前記上下パンチの軸方向に加圧して、中央の円周方向全体にわたって外側に突出する帯状部を有するとともに、球状部と帯状部の間に傾斜部を有するセラミックボール素球成形体を得た後、焼結してセラミックボール素球を得ることを特徴とする。前記造粒粉のアスペクト比が2以下であることが好ましい。前記造粒粉の最大粒径が300μm以下であると好ましい。また前記造粒粉が少なくともセラミック粉末、有機バインダー、溶媒を混合して得たセラミックスラリーであって、固形分が45%以上であるセラミックスラリーをスプレー乾燥して得ると好ましい。 The method for producing a ceramic ball element ball according to the present invention includes a substantially hemispherical concave portion at the center of the pressing surface, a flat portion around the concave portion, and an inclined portion at an intersection of the concave portion and the flat portion. Using a ceramic ball base ball molding die formed by a punch and a die containing these upper and lower punches, the ceramic powder has at least 0.1 to 5 parts by weight of an organic binder, and the center particle size Is 10 to 150 μm, the ratio of bulk density ρa to tap bulk density ρt, (ρa / ρt) is a granulated powder having a pressure of 0.7 or more in the axial direction of the upper and lower punches, and the entire circumferential direction in the center A ceramic ball base ball molded body having a belt-like portion protruding outward and having an inclined portion between the spherical portion and the belt-like portion is sintered and then sintered to obtain a ceramic ball base ball. The granulated powder preferably has an aspect ratio of 2 or less. The granulated powder preferably has a maximum particle size of 300 μm or less. The granulated powder is preferably a ceramic slurry obtained by mixing at least a ceramic powder, an organic binder, and a solvent and having a solid content of 45% or more by spray drying.
本発明の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、セラミックボール素球の製造方法によれば、帯状部を有するセラミックボール素球を製造するに際し、プレス成形時の割れ、焼結時の割れの発生を防止し、高い歩留まりでセラミックボール素球を製造することが出来る。 According to the ceramic ball base ball, the ceramic ball base ball mold, and the method for manufacturing the ceramic ball base ball of the present invention, when manufacturing the ceramic ball base ball having a band-shaped portion, cracking during press molding, during sintering Generation of ceramic balls can be produced with high yield.
以下、本発明の実施の形態を具体的に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものでなく。本発明の主旨を逸脱しない範囲で当業者の通常の常識に基づいて、以下の実施の形態に適宜変更、改良加えられたものも本発明の範囲に入ることが理解されるべきである。 Embodiments of the present invention will be specifically described below, but the present invention is not limited to the following embodiments. It should be understood that the following embodiments are appropriately modified and improved within the scope of the present invention based on the common general knowledge of those skilled in the art without departing from the gist of the present invention.
本発明のセラミックボール素球は、各種セラミック原料粉末に焼結助剤及びバインダーなどの添加剤を添加、混合、粉砕し、スプレードライヤー等で造粒し、図2に示すように、加圧面中央部に略半球形の凹部を有しその周囲に平坦部を有し、且つ該凹部と該平坦部の交差部に傾斜部を有する上下パンチの間に、造粒された粉末を挿入し、上部パンチ1と下部パンチ2に上下方向に圧力を加え、造粒された粉末をプレス成形することによって成形体を作製し、この成形体を焼結することによって得ることができる。
The ceramic ball base ball of the present invention is obtained by adding additives such as a sintering aid and a binder to various ceramic raw material powders, mixing, pulverizing, granulating with a spray dryer, etc., as shown in FIG. A granulated powder is inserted between the upper and lower punches having a substantially hemispherical concave part in the part, a flat part around the concave part, and an inclined part at the intersection of the concave part and the flat part. It can be obtained by applying pressure to the punch 1 and the
得られた本発明のセラミックボール素球9は、図1に示すように、両端部に略球面状の球面部6を有し、中央部に円周方向全体にわたって外側に突出する帯状部7が形成されたセラミックボール素球において、球面部6と帯状部7の間に傾斜部8を有することから、プレス成形する際に、球面部と帯状部の境界において、粉末が移動しやすくなり、帯状部と球面部の間の粉末の圧縮率の差が小さくなるため、成形密度むらが小さく、成形の際にセラミックボール成形体の帯状部と球面部の境界に割れが生じにくくなる。さらに、成形後の焼結過程で、この部分を基点とし、素球内部に向かうクラックが発生しにくくなるために素球の焼結割れ不良率が低くなる。さらに素球の密度むらも小さくなり、焼結、加工してベアリング等に用いる際にも密度むらにともなう特性差に起因する不具合が発生しにくくなる。
As shown in FIG. 1, the obtained ceramic
本発明のセラミックボール素球において、前記傾斜部がR面および/又は面取であると、プレス成形する際に、球面部と帯状部の境界において、粉末が移動しやすくなり、帯状部と球面部の間の粉末の圧縮率の差が小さくなるため、成形密度むらが小さく、成形の際にセラミックボール成形体の帯状部と球面部の境界に割れが生じにくくなるため、好ましい。傾斜部については、R面のみ、面取のみの形状でもかまわないが、R面と面取を組合せた形状でもかまわない。 In the ceramic ball base ball of the present invention, when the inclined portion is an R surface and / or a chamfer, the powder easily moves at the boundary between the spherical surface portion and the belt-like portion when press forming, and the belt-like portion and the spherical surface. Since the difference in the compressibility of the powder between the parts is small, the molding density unevenness is small, and cracks are less likely to occur at the boundary between the belt-like part and the spherical part of the ceramic ball molded body during molding. As for the inclined portion, only the R surface or a chamfered shape may be used, but a shape obtained by combining the R surface and the chamfer may be used.
本発明のセラミックボール素球において、図3(a)(b)に示すように、前記R面の半径および前記面取りの長さをC、前記帯状部の突出高さをHとしたとき、1>C/H≧0.05であることが好ましい。前記C/Hが0.05以上であると、プレス成形する際に、球面部と帯状部の境界において、粉末がより移動しやすくなり、セラミックボール成形体の帯状部と球面部の境界に割れがより生じにくくなるため、好ましい。前記C/Hが1以上になると、傾斜部の大きさが必要以上に大きくなって、セラミックボール素球をセラミックボール製品球に加工する際の加工時間が長くなるため好ましくない。同様の理由から、0.5≧C/H≧0.1であることが、より好ましい。前記R面の半径および前記面取りの長さをCは、図3(a)(b)に示すようにR面の場合局率半径を示し、面取りの場合、面取り長さを示す。帯状部の突出高さHは、図3に示すように、球面部の延長線と帯状部側面の交点と帯状部円周面との距離のことである。前記R面の半径および前記面取りの長さC、帯状部の突出高さHは、輪郭測定器により測定する。 In the ceramic ball base ball of the present invention, as shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b), when the radius of the R surface and the length of the chamfer are C, and the protruding height of the belt-like portion is H, 1 It is preferable that> C / H ≧ 0.05. When the C / H is 0.05 or more, the powder becomes easier to move at the boundary between the spherical portion and the belt-like portion during press molding, and cracks occur at the boundary between the belt-like portion and the spherical portion of the ceramic ball molded body. Is more preferable because it is less likely to occur. When the C / H is 1 or more, the size of the inclined portion is unnecessarily large, and the processing time for processing the ceramic ball base ball into a ceramic ball product ball is undesirably long. For the same reason, it is more preferable that 0.5 ≧ C / H ≧ 0.1. As shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b), C indicates the radius of curvature of the radius of the R surface and the length of the chamfer, and indicates the chamfer length in the case of chamfering. As shown in FIG. 3, the protruding height H of the belt-shaped portion is a distance between the extended line of the spherical surface portion, the intersection of the belt-shaped portion side surface, and the belt-shaped portion circumferential surface. The radius of the R surface, the length C of the chamfer, and the protrusion height H of the belt-like portion are measured by a contour measuring instrument.
本発明のセラミックボール素球において、図1に示すように、前記セラミックボール素球の両側の球面部の頂点を結んだ長さをA、前記帯状部の幅をDとしたとき、D/A≧0.05とすることにより、さらに成形時の破損が生じにくくなり、素球の歩留まりを向上することができる。またD/A≦0.5とすると、より好ましい。D/Aが0.5を超える場合は、帯状部の幅が大きくなりすぎて、セラミックボール製品球を得るまでの加工時間が長くなってしまうからである。さらに好ましくは0.3≧D/A≧0.1である。 In the ceramic ball base ball of the present invention, as shown in FIG. 1, when the length connecting the vertices of the spherical portions on both sides of the ceramic ball base ball is A and the width of the belt-like portion is D, D / A By setting it as ≧ 0.05, breakage during molding is less likely to occur, and the yield of elementary balls can be improved. Further, it is more preferable that D / A ≦ 0.5. This is because when the D / A exceeds 0.5, the width of the belt-like portion becomes too large, and the processing time until obtaining the ceramic ball product ball becomes long. More preferably, 0.3 ≧ D / A ≧ 0.1.
本発明のセラミックボール素球において、帯状部の角部に半径0.1mm以上のR部を設けることが好ましい。素球を加工して製品球とする際に、帯状部の角部が砥石に当たって欠けることなどによる製品球表面に欠陥の発生を防ぐ効果があるためである。 In the ceramic ball base ball of the present invention, it is preferable to provide an R portion having a radius of 0.1 mm or more at the corner of the belt-like portion. This is because, when the base ball is processed into a product ball, there is an effect of preventing the occurrence of defects on the surface of the product ball due to the corners of the belt-shaped portion hitting the grindstone and being chipped.
本発明のセラミックボール素球の材質としては、セラミックボールがベアリングなどに用いられ、耐摩耗性が要求されることから、硬質で耐摩耗性にすぐれる、窒化珪素、サイアロン、炭化珪素、アルミナ、ジルコニアなどを使用することができる。中でも窒化珪素は高硬度で耐摩耗性に優れることから、本発明のセラミックボール素球の効果が大きく、好ましい。特に窒化珪素を主結晶とし、焼結助剤にMgO及び希土類酸化物を用いたセラミックスは、高強度、高靭性を有し、疲労特性に優れることから好ましい。窒化珪素を主結晶とするセラミックスにおいて、2〜5質量%MgO、2〜5質量%希土類酸化物の焼結助剤を用いることにより、Mg、希土類を含む粒界相が形成され、窒化珪素結晶が直線距離10μm中に20個以下含まれるようになる。その結果、常温における曲げ強度700MPa以上、破壊靱性が6MPa・m1/2以上の材料特性を有するセラミックスが得られる。このため、ベアリングボールとして使用した場合に、十分な寿命を示す。希土類酸化物としてはY2O3が、曲げ強度を700MPa以上にする観点から好ましい。なおこの窒化珪素を主結晶とし、焼結助剤にMgO及び希土類酸化物を用いたセラミックスにはTi,V,Nb,W,Moなど周期律表第4a、5a、6a属金属のうち少なくとも1種を酸化物換算で0.05〜2質量%の割合で含ませることにより、強度及び靭性を改善させる効果があるため好ましい。 As the material of the ceramic ball base ball of the present invention, since ceramic balls are used for bearings and the like and wear resistance is required, silicon nitride, sialon, silicon carbide, alumina, hard and excellent in wear resistance, Zirconia or the like can be used. Among these, silicon nitride is preferable because it has a high hardness and excellent wear resistance, and thus the effect of the ceramic ball base ball of the present invention is great. In particular, ceramics using silicon nitride as the main crystal and MgO and rare earth oxide as a sintering aid are preferred because they have high strength and high toughness and are excellent in fatigue characteristics. In a ceramic having silicon nitride as a main crystal, a grain boundary phase containing Mg and rare earth is formed by using a sintering aid of 2 to 5% by mass MgO and 2 to 5% by mass rare earth oxide. Are included in a linear distance of 10 μm. As a result, a ceramic having material properties of a bending strength of 700 MPa or more at normal temperature and a fracture toughness of 6 MPa · m 1/2 or more can be obtained. For this reason, when it is used as a bearing ball, a sufficient life is shown. As the rare earth oxide, Y 2 O 3 is preferable from the viewpoint of making the bending strength 700 MPa or more. It should be noted that at least one of the metals in groups 4a, 5a, and 6a of the periodic table, such as Ti, V, Nb, W, and Mo, is used for ceramics using silicon nitride as a main crystal and MgO and rare earth oxide as a sintering aid. It is preferable to include seeds in an amount of 0.05 to 2% by mass in terms of oxides, because there is an effect of improving strength and toughness.
本発明のセラミックボール素球成形用金型25は、図2に示すように加圧面中央部に半径Eの略半球形凹部16を有しその周囲に平坦部19を有する上下パンチ11、12と、これらの上下パンチを収納するダイス20によって構成されるセラミックボール素球成形用金型において、前記上下パンチの略半球形の凹部16と平坦部19の間に傾斜部18を有することから、形成される素球の割れ不良率が低減するとともに、パンチの寿命が大幅に向上する。上下パンチ11,12の加圧方向と垂直断面は略円形状であり、ダイス20の加圧方向と垂直断面は、内径Fの略円形状である。また、上下パンチの略半球径凹部16の平坦部19からの深さをGで示す。なお、傾斜部18は具体的には、R面および/又は面取である。
As shown in FIG. 2, the ceramic ball base ball molding die 25 of the present invention has upper and
本発明のセラミックボール素球成形用金型25は、前記上下パンチの略半球形の凹部16と平坦部19間の傾斜部18のR面の半径および面取りの長さをc、前記平坦部の長さをhとしたとき、1>c/h≧0.05であることが好ましい。前記c/hが0.05以上であると、プレス成形する際に、球面部と帯状部の境界において、粉末がより移動しやすくなり、セラミックボール成形体の帯状部と球面部の境界に割れがより生じにくくなるため、好ましい。また、前記c/hが1以上になると、プレス成形後、焼結して得られたセラミックボール素球の傾斜部の大きさが必要以上に大きくなって、セラミックボール素球をセラミックボール製品球に加工する際の加工時間が長くなるため好ましくない。同様の理由から、0.5≧c/h≧0.1であることが、より好ましい。傾斜部18のR面の半径および面取りの長さcは、図4(a)(b)に示すとおりである。平坦部の長さhは、図4に示すように、略半球形の凹部16の延長線と平坦部19の延長線との交点から上下パンチの側面までの距離を言う。傾斜部18のR面の半径および面取りの長さc、平坦部の長さhは輪郭測定器により測定する。
The ceramic ball base ball molding die 25 of the present invention is such that the radius of the R surface and the chamfer length of the
本発明のセラミックボール素球成形用金型において、前記上下パンチの略半球形の凹部、平坦部、及び略半球形の凹部と平坦部間の傾斜部の表面粗さRaを0.2μm以下とすると、プレス成形する際に、球面部と帯状部の境界において、粉末がより移動しやすくなり、セラミックボール成形体の帯状部と球面部の境界に割れがより生じにくくなるため、好ましい。さらに好ましい表面粗さはRa0.1μm以下である。 In the ceramic ball base ball molding die of the present invention, the surface roughness Ra of the substantially hemispherical concave portion and the flat portion of the upper and lower punches and the inclined portion between the substantially hemispherical concave portion and the flat portion is 0.2 μm or less. Then, when press-molding, the powder is more likely to move at the boundary between the spherical surface portion and the belt-shaped portion, and cracks are less likely to occur at the boundary between the belt-shaped portion and the spherical surface portion of the ceramic ball molded body. Further preferable surface roughness is Ra 0.1 μm or less.
本発明のセラミックボール素球の製造方法は、加圧面中央部に略半球形の凹部を有しその周囲に平坦部を有し、且つ該凹部と該平坦部の交差部に傾斜部を有する上下パンチと、これらの上下パンチを収納するダイスによって形成されるセラミックボール素球成形用金型を用いて、セラミック粉末に対して、少なくとも有機バインダーを0.1〜5質量部有し、中心粒径が10〜150μm、かさ密度ρaとタップかさ密度ρtの比、(ρa/ρt)が0.7以上である造粒粉を、前記上下パンチの軸方向に加圧して、中央の円周方向全体にわたって外側に突出する帯状部を有するとともに、球状部と帯状部の間に傾斜部を有するセラミックボール素球成形体を得た後、焼結してセラミックボール素球を得ることを特徴としている。ここで、セラミック粉末に対して、少なくとも有機バインダーを0.1〜5質量部有し、中心粒径が10〜150μm、かさ密度ρaとタップかさ密度ρtの比、(ρa/ρt)が0.7以上である造粒粉を使用することから、原料の流動性が良くなるため、帯状部と球面部の境界で成形時に割れが発生するという問題がより発生しにくい効果がある。 The method for producing a ceramic ball element ball according to the present invention includes a substantially hemispherical concave portion at the center of the pressing surface, a flat portion around the concave portion, and an inclined portion at an intersection of the concave portion and the flat portion. Using a ceramic ball base ball molding die formed by a punch and a die containing these upper and lower punches, the ceramic powder has at least 0.1 to 5 parts by weight of an organic binder, and the center particle size Is 10 to 150 μm, the ratio of bulk density ρa to tap bulk density ρt, (ρa / ρt) is a granulated powder having a pressure of 0.7 or more in the axial direction of the upper and lower punches, and the entire circumferential direction in the center In addition, a ceramic ball base ball molded body having a band-like portion protruding outward and having an inclined portion between the spherical portion and the belt-like portion is sintered and then sintered to obtain a ceramic ball base ball. Here, the ceramic powder has at least 0.1 to 5 parts by mass of an organic binder, a center particle size of 10 to 150 μm, a ratio of bulk density ρa to tap bulk density ρt, and (ρa / ρt) of 0. Since the granulated powder having a particle size of 7 or more is used, the fluidity of the raw material is improved, and there is an effect that the problem that cracks occur at the boundary between the belt-like portion and the spherical portion is less likely to occur.
本発明のセラミック素球の製造方法において、造粒粉が有機バインダーを0.5〜5質量部有することにより、プレス成形後のセラミックボール成形体の強度が得られるため、帯状部と球面部の境界で成形時に割れが発生するという問題がより発生しにくい。有機バインダーが0.1質量部未満では、成形体の強度が低く、成形時に割れが発生しやすくなるためであり、有機バインダーが5質量部を超えると、造粒粉が硬くなりすぎて、プレス成形時に圧縮されにくくなり、造粒粉間の密着性が悪くなって、成形割れの発生することもあるからである。有機バインダーの好ましい範囲は0.2〜2質量部である。有機バインダーはPVB(ポリビニールブチラール)、アクリル系などを使用することができるが、成形時に割れを発生させない観点からPVB(ポリビニールブチラール)が好ましい。 In the method for producing a ceramic base ball of the present invention, since the granulated powder has an organic binder in an amount of 0.5 to 5 parts by mass, the strength of the ceramic ball molded body after press molding can be obtained. The problem of cracking at the time of molding at the boundary is less likely to occur. This is because when the organic binder is less than 0.1 parts by mass, the strength of the molded body is low and cracking is likely to occur during molding. When the organic binder exceeds 5 parts by mass, the granulated powder becomes too hard, and press It is because it becomes difficult to compress at the time of shaping | molding, the adhesiveness between granulated powders worsens, and a shaping | molding crack may generate | occur | produce. A preferable range of the organic binder is 0.2 to 2 parts by mass. As the organic binder, PVB (polyvinyl butyral), acrylic, or the like can be used, but PVB (polyvinyl butyral) is preferable from the viewpoint of preventing cracks during molding.
造粒粉の中心粒径が10〜150μm、かさ密度ρaとタップ密度ρtの比、(ρa/ρt)が0.7以上であると、造粒粉の流動性がより良好となるため、
プレス成形する際に、球面部と帯状部の境界において、粉末が移動しやすくなり、セラミックボール成形体の帯状部と球面部の境界に割れがより生じにくくなるためである。造粒粉の中心粒径が10μm未満であると、造粒粉が小さくなって流動性が悪くなって、プレス成形時に割れの発生することもあるからであり、造粒粉の中心粒径が150μmを超えると、造粒粉が大きくなって、焼結後のセラミックボール素球に欠陥が残ることもあるからである。使用する造粒粉の中心粒径の好ましい範囲は50〜120μmである。更に好ましい範囲は70〜110μmである。造粒粉の中心粒径は、JIS R1639−1「ファインセラミックス−か粒特性の測定方法−第1部:か粒径分布」に基づく方法で測定する。
When the center particle diameter of the granulated powder is 10 to 150 μm, the ratio of the bulk density ρa and the tap density ρt, and (ρa / ρt) being 0.7 or more, the fluidity of the granulated powder becomes better,
This is because, during press molding, the powder easily moves at the boundary between the spherical surface portion and the belt-shaped portion, and cracks are less likely to occur at the boundary between the belt-shaped portion and the spherical surface portion of the ceramic ball molded body. If the center particle diameter of the granulated powder is less than 10 μm, the granulated powder becomes smaller and the fluidity becomes worse, and cracking may occur during press molding. This is because if the thickness exceeds 150 μm, the granulated powder becomes large and defects may remain in the sintered ceramic ball base ball. A preferred range of the center particle size of the granulated powder to be used is 50 to 120 μm. A more preferable range is 70 to 110 μm. The center particle size of the granulated powder is measured by a method based on JIS R1639-1 “Fine Ceramics-Measuring Method of Granule Characteristics-Part 1: Particle Size Distribution”.
また、かさ密度ρaとタップかさ密度ρtの比、(ρa/ρt)が0.7以上であるとより好ましい。かさ密度ρaとタップかさ密度ρtの比、(ρa/ρt)は、大きいほうが粉末に振動を加えた際の充填度への影響が小さく、造粒粉の流動性を示す指標となる。このためかさ密度ρaとタップかさ密度ρtの比、(ρa/ρt)が0.7以上であると原料の流動性が良くなるため、帯状部と球面部の境界で成形時に割れが発生するという問題がより発生しにくいという効果がある。かさ密度ρaとタップかさ密度ρtの比、(ρa/ρt)は、0.8以上であることがより好ましい。かさ密度ρaとタップかさ密度ρtは、JIS R1639−1「ファインセラミックス−か粒特性の測定方法−第2部:かさ密度」に基づく方法で測定する。 Moreover, it is more preferable that the ratio (ρa / ρt) of the bulk density ρa and the tap bulk density ρt is 0.7 or more. The larger the ratio (ρa / ρt) of the bulk density ρa and the tap bulk density ρt, the smaller the influence on the degree of filling when vibration is applied to the powder, and an index indicating the fluidity of the granulated powder. Therefore, if the ratio of the bulk density ρa and the tap bulk density ρt, (ρa / ρt) is 0.7 or more, the fluidity of the raw material is improved, so that cracking occurs at the boundary between the belt-shaped part and the spherical part. The effect is that problems are less likely to occur. The ratio (ρa / ρt) of the bulk density ρa and the tap bulk density ρt is more preferably 0.8 or more. The bulk density ρa and the tap bulk density ρt are measured by a method based on JIS R1639-1 “Fine Ceramics-Measuring Method of Granule Characteristics-Part 2: Bulk Density”.
本発明のセラミックボール素球の製造方法において、前記造粒粉のアスペクト比が2以下であることが好ましい。造粒粉のアスペクト比が2以下であると、造粒粉の形態が等方的になるため造粒粉の流動性がさらに改善されるため、プレス成形する際に、球面部と帯状部の境界において、粉末が移動しやすくなり、セラミックボール成形体の帯状部と球面部の境界に割れがより生じにくくなる。造粒粉のアスペクト比は、造粒粉のSEM写真を撮影し、画像解析により造粒粉の長径と短径を測定し、(長径/短径)として算出する。 In the method for producing a ceramic ball sphere according to the present invention, it is preferable that an aspect ratio of the granulated powder is 2 or less. When the granulated powder has an aspect ratio of 2 or less, the form of the granulated powder is isotropic, so that the fluidity of the granulated powder is further improved. At the boundary, the powder easily moves and cracks are less likely to occur at the boundary between the band-shaped portion and the spherical portion of the ceramic ball molded body. The aspect ratio of the granulated powder is calculated as (major axis / minor axis) by taking an SEM photograph of the granulated powder, measuring the major axis and minor axis of the granulated powder by image analysis.
また、前記造粒粉の最大粒径が300μm以下であることが好ましい。前記造粒粉の最大粒径が300μmを超えると、造粒粉が大きくなって、焼結後のセラミックボール素球に欠陥が残ることもあるからである。さらに好ましくは最大粒径が250μm以下である。造粒粉の最大粒径を300μm以下とするためには、造粒粉を目開き300μmを超える篩を通過させ、300μmを超える粒径のものを除去することにより達成できる。 Moreover, it is preferable that the maximum particle diameter of the granulated powder is 300 μm or less. This is because if the maximum particle size of the granulated powder exceeds 300 μm, the granulated powder becomes large and defects may remain in the sintered ceramic ball base ball. More preferably, the maximum particle size is 250 μm or less. In order to set the maximum particle size of the granulated powder to 300 μm or less, it can be achieved by passing the granulated powder through a sieve having a mesh size exceeding 300 μm and removing particles having a particle size exceeding 300 μm.
また前記造粒粉が、少なくともセラミック粉末、有機バインダー、溶媒を混合して得たセラミックスラリーであって、固形分が45%以上であるセラミックスラリーをスプレー乾燥して得ると好ましい。固形分が45%以上であると、スプレー乾燥後の造粒粉内のセラミック粉末の充填度が高くなるため、プレス成形時に上下パンチの軸方向に必要以上に加圧力を加える必要がなく、帯状部と球面部の境界に割れが発生するという問題がより発生しにくいという効果がある。 The granulated powder is preferably a ceramic slurry obtained by mixing at least a ceramic powder, an organic binder, and a solvent and having a solid content of 45% or more by spray drying. When the solid content is 45% or more, the degree of filling of the ceramic powder in the granulated powder after spray drying increases, so there is no need to apply more pressure than necessary in the axial direction of the upper and lower punches during press molding, There is an effect that the problem that a crack occurs at the boundary between the portion and the spherical portion is less likely to occur.
セラミック粉末としては、セラミックボールがベアリングなどに用いられ、耐摩耗性が要求されることから、硬質で耐摩耗性にすぐれる、窒化珪素、サイアロン、炭化珪素、アルミナ、ジルコニアなどのセラミックスが得られる粉末を使用することが好ましい。窒化珪素の場合は、α化率70%以上、平均粒径5μm以下の窒化珪素粉末と焼結助剤粉末を混合した粉末が好ましく、焼結助剤粉末としては、MgO、Al2O3、希土類酸化物などが用いたられる。特に焼結助剤としてMgO及び希土類酸化物を用いた窒化珪素セラミックスは、高強度、高靭性を有し、疲労特性に優れることから好ましい。 As ceramic powder, ceramic balls such as silicon nitride, sialon, silicon carbide, alumina, zirconia, etc., which are hard and excellent in wear resistance, are obtained because ceramic balls are used for bearings and the like, and wear resistance is required. Preference is given to using powder. In the case of silicon nitride, a powder obtained by mixing silicon nitride powder having a pregelatinization rate of 70% or more and an average particle size of 5 μm or less and a sintering aid powder is preferable. Examples of the sintering aid powder include MgO, Al 2 O 3 , Rare earth oxides are used. In particular, silicon nitride ceramics using MgO and rare earth oxides as sintering aids are preferred because they have high strength and high toughness and are excellent in fatigue characteristics.
本発明のセラミックボール素球の製造方法において、プレス成形時の上下パンチの軸方向の加圧力は5〜50MPaであることが好ましい。上下パンチの軸方向の加圧力が5MPa未満であるとセラミックボール素球の成形体の強度が不足して、取り扱いが困難となるためであり、50MPaを超えると、成形時に成形体の帯状部と球面部の境界に割れが発生することもあるからである。 In the method for producing a ceramic ball base ball of the present invention, it is preferable that the pressing force in the axial direction of the upper and lower punches during press molding is 5 to 50 MPa. This is because if the pressing force in the axial direction of the upper and lower punches is less than 5 MPa, the strength of the ceramic ball base ball is insufficient, and handling becomes difficult, and if it exceeds 50 MPa, This is because cracks may occur at the boundary of the spherical portion.
本発明のセラミックボール素球の製造方法は、凹部と平坦部の交差部に傾斜部を有する上下パンチを用いてプレス成形しているため、プレス成形時のセラミックボール成形体の帯状部と球面部の境界の割れの発生を防ぐことは可能になるが、プレス成形後に、セラミックボール素球の成形体を硬さ20〜100のゴム型を用いてCIPを施すと、焼結時のセラミックボール素球の帯状部と球面部の境界の割れの発生を防ぐ効果が大きくなるため好ましい。CIPの圧力Pcは、プレス成形時の上下パンチの軸方向の加圧力Ppとすると、50≧Pc/Pp>1が好ましい。Pc/Pp>1であるとプレス成形時にセラミックボール素球の成形体に微小割れが存在したとしても、CIPにおいて等方的に圧力を加えるため、割れを減少させることが可能となるためである。Pc/Ppが50を超えるとCIPの圧力が過大となって設備コストの上昇を招くため好ましくない。より好ましくは20≧Pc/Pp≧2である。ゴム型の硬さとはJIS−K6253のデュロメータ硬さ試験に規定された方法により測定したデュロメータ硬さのことをいう。また、測定はタイプAデュロメータで行い、デュロメータの加圧面が密着してから15秒以内のデュロメータの目盛を、そのゴムのデュロメータ硬さとした。 Since the ceramic ball base ball manufacturing method of the present invention is press-molded using the upper and lower punches having inclined portions at the intersections between the concave portions and the flat portions, the band-shaped portion and the spherical portion of the ceramic ball molded body at the time of press molding It is possible to prevent the occurrence of cracks at the boundary of the ceramic ball. However, after press molding, if the molded ceramic ball sphere is subjected to CIP using a rubber mold having a hardness of 20 to 100, the ceramic ball This is preferable because the effect of preventing the occurrence of cracks at the boundary between the belt-like portion of the sphere and the spherical portion is increased. The CIP pressure Pc is preferably 50 ≧ Pc / Pp> 1 when the pressing force Pp in the axial direction of the upper and lower punches during press molding is used. If Pc / Pp> 1, even if there is a microcrack in the ceramic ball base ball during press molding, the pressure is applied isotropically in the CIP, so that the crack can be reduced. . If Pc / Pp exceeds 50, the pressure of CIP becomes excessive and increases the equipment cost, which is not preferable. More preferably, 20 ≧ Pc / Pp ≧ 2. The hardness of the rubber mold refers to the durometer hardness measured by the method specified in the durometer hardness test of JIS-K6253. The measurement was performed with a type A durometer, and the durometer scale within 15 seconds after the pressing surface of the durometer was in close contact was defined as the durometer hardness of the rubber.
以下、本発明の実施例について説明する。
(実施例1)
主原料として平均粒径が1.0μm、α化率90%のSi3 N4
粉末91.8重量%に対し、焼結助剤としてY2O3粉末を5重量%と、MgO粉末を2重量%と、SiO2粉末を1.2重量%それぞれ添加し、これらの粉末100質量部に対して、さらに有機バインダーとしてポリビニルブチラールを0.5質量部加え、粉末に対して溶媒(エチルアルコール)を固形分(粉末の重量/(粉末の重量+溶媒の重量))が50%になるよう添加して、窒化珪素ボールを用いたボールミルにて混合粉砕して、セラミックスラリーを作成する。その後、このセラミックスラリーを、スプレードライヤーを用いてスプレー乾燥を行った後、目開き150μmの篩を通過させて粗大なものを除去して、球状の造粒粉1を作成した。この際、スプレードライヤーの運転条件を調整することにより、造粒粉の中心粒径、かさ密度ρa/タップかさ密度ρtを調整した。表1に示すように、造粒粉1の中心粒径は60μm、かさ密度ρaは0.76g/cm3、タップかさ密度ρtは0.80g/cm3、かさ密度ρa/タップかさ密度ρtは0.95、造粒粉のアスペクト比は1.2であった。
Examples of the present invention will be described below.
Example 1
Si 3 N 4 having an average particle size of 1.0 μm and a pregelatinization rate of 90% as a main raw material
As a sintering aid, 5% by weight of Y 2 O 3 powder, 2% by weight of MgO powder, and 1.2% by weight of SiO 2 powder were added to 91.8% by weight of the powder. Further, 0.5 parts by mass of polyvinyl butyral as an organic binder is added to parts by mass, and the solid content (powder weight / (powder weight + solvent weight)) of the solvent (ethyl alcohol) is 50% with respect to the powder. And mixed and ground by a ball mill using silicon nitride balls to prepare a ceramic slurry. Thereafter, the ceramic slurry was spray-dried using a spray dryer, and then passed through a sieve having an opening of 150 μm to remove coarse particles, whereby spherical granulated powder 1 was prepared. At this time, the center particle diameter of the granulated powder and the bulk density ρa / tap bulk density ρt were adjusted by adjusting the operating conditions of the spray dryer. As shown in Table 1, the mean particle diameter of the granulated powder 1 60 [mu] m, bulk density .rho.a is 0.76 g / cm 3, a tap bulk density ρt is 0.80 g / cm 3, a bulk density .rho.a / tapped bulk density ρt is The aspect ratio of the granulated powder was 0.95 and 1.2.
一方、図2に示す形状で、表2に示すように、ダイスの内径Fが18.7mm、上下パンチの加圧面中央部に半径Eが8.97mm、深さGが8.33mmの半球形凹部を有し、その周囲に0.41mm平坦部を有し、上下パンチの半円形凹部と平坦部の交差部に半径0.013mのR面を有するセラミックボール素球成形用金型を準備した。金型の材質はダイス鋼(JIS SKD11相当)とし、上下パンチの加圧面の表面粗さはRaで0.1μmとした。 On the other hand, in the shape shown in FIG. 2, as shown in Table 2, a hemispherical shape having an inner diameter F of 18.7 mm, a radius E of 8.97 mm, and a depth G of 8.33 mm at the center of the pressing surface of the upper and lower punches. A ceramic ball base ball molding die having a concave portion, a flat portion of 0.41 mm around the concave portion, and an R surface having a radius of 0.013 m at the intersection of the semicircular concave portion and the flat portion of the upper and lower punches was prepared. . The material of the mold was die steel (equivalent to JIS SKD11), and the surface roughness of the pressing surface of the upper and lower punches was 0.1 μm in Ra.
この金型をプレス成形機に設置し、前記造粒粉を金型の上下パンチ間に充填し、表2に示すようにプレス圧25MPaで上下パンチの軸方向に加圧し、連続的に500個、セラミックボール素球の成形体を作成した。この成形体を目視にて割れの発生状況を確認した結果を表2に示す。割れの発生していなかった成形体を硬さ35のゴム型に挿入して、プレス圧120MPaでCIP成形を行った。その後、大気中500℃に加熱して、脱バインダーを行った後、窒素中1800℃で加熱して焼結を行い、セラミックボール素球を得た。得られたセラミックボール素球は図1に示す形状であり、寸法は表3に示すとおり、両側の球面部の頂点を結んだ長さAが14mm、帯状部の直径が14.6mm、帯状部の幅Dが1mm、帯状部と球面部の間にR面が形成されており、R面の半径Cが0.01mm、帯状部の突出高さが0.32mmであった。また、得られたセラミックボール素球の焼結後の割れの発生状況を、蛍光探傷試験を用いて確認した結果を表3に示す。 This mold is set in a press molding machine, the granulated powder is filled between the upper and lower punches of the mold, and as shown in Table 2, pressurizing is performed in the axial direction of the upper and lower punches at a press pressure of 25 MPa, and 500 pieces are continuously formed. Then, a molded body of ceramic ball spheres was prepared. Table 2 shows the results of visually confirming the state of occurrence of cracks in this molded body. The molded body in which no crack was generated was inserted into a rubber mold having a hardness of 35, and CIP molding was performed at a press pressure of 120 MPa. Then, after heating to 500 degreeC in air | atmosphere and performing binder removal, it heated and sintered at 1800 degreeC in nitrogen, and the ceramic ball elementary ball was obtained. The obtained ceramic ball base ball has the shape shown in FIG. 1, and the dimensions are as shown in Table 3. The length A connecting the vertices of the spherical portions on both sides is 14 mm, the diameter of the belt portion is 14.6 mm, the belt portion The width D was 1 mm, an R surface was formed between the belt-like portion and the spherical portion, the radius C of the R surface was 0.01 mm, and the protrusion height of the belt-like portion was 0.32 mm. Table 3 shows the results of confirming the occurrence of cracks after sintering of the obtained ceramic ball spheres using a fluorescent flaw detection test.
その後、得られたセラミックボール素球を、周知のボール研磨機を用いて、研磨球を得る。この際、セラミックボール素球の帯状部が消滅するまでの時間を記録した。 Thereafter, the obtained ceramic ball base ball is ground using a known ball grinder. At this time, the time until the band-like portion of the ceramic ball sphere disappeared was recorded.
(実施例2〜7)
表2に示すように、実施例1のセラミックボール成形用金型の上下パンチの半円形凹部と平坦部の交差部のR面の半径cを変更した以外は、実施例1と同様にして実施例2〜7のセラミックボール素球を作製した。セラミックボール素球の寸法は、帯状部と球面部の間のR面の半径Cが変更された以外は、実施例1のセラミックボール素球と同様であった。結果を表3に示す。なお、実施例2〜7のセラミックボール素球は実施例1と同様に周知のボール研磨機を用いて、研磨球とされる。セラミックボール素球の帯状部が消滅されるまでの研磨時間を実施例1の場合を(◎)として、同程度であったものを(◎)、研磨時間が5%の範囲内で増加したものを、(○)、研磨時間が5%を超えて増加したものを(△)として表3に記載した。
(Examples 2 to 7)
As shown in Table 2, the same procedure as in Example 1 was carried out except that the radius c of the R surface at the intersection of the semicircular recess and the flat part of the upper and lower punches of the ceramic ball molding die of Example 1 was changed. Ceramic ball balls of Examples 2 to 7 were produced. The size of the ceramic ball base ball was the same as that of the ceramic ball base ball of Example 1 except that the radius C of the R surface between the belt-like portion and the spherical portion was changed. The results are shown in Table 3. The ceramic ball base balls of Examples 2 to 7 are made into polishing balls using a well-known ball polishing machine as in Example 1. The polishing time until the band-like portion of the ceramic ball sphere disappears in the case of Example 1, where (◎) is the same level (◎), and the polishing time is increased within a range of 5% Are shown in Table 3 as (Δ) and (Δ) where the polishing time increased by more than 5%.
(実施例8〜12)
実施例4のセラミックボール成形用金型の上下パンチの凹半円形凹部と平坦部の間傾斜部を面取り形状とし、上下パンチの凹部の深さGおよび上下パンチの平坦部の長さhを表2に示すように変更し、プレス成形時のプレス圧力を40MPaとした以外は実施例4と同様にして実施例8〜12のセラミックボール素球を作製した。セラミックボール素球の寸法は、帯状部と球面部の間の傾斜部が面取り形状、帯状部の幅D、帯状部の突出部高さHが変更された以外は、実施例4のセラミックボール素球と同様であった。結果を表2、3に示す。更に、実施例8〜12のセラミックボール素球は実施例4と同様に周知のボール研磨機を用いて、研磨球とされる。
(Examples 8 to 12)
The inclined portion between the concave semicircular concave portion and the flat portion of the upper and lower punches of the ceramic ball molding die of Example 4 is chamfered, and the depth G of the concave portion of the upper and lower punches and the length h of the flat portion of the upper and lower punches are shown. The ceramic ball base balls of Examples 8 to 12 were produced in the same manner as in Example 4 except that the pressure was changed to 2 as shown in FIG. The size of the ceramic ball element ball is the same as that of Example 4 except that the inclined portion between the belt-like portion and the spherical portion is chamfered, the width D of the belt-like portion, and the protrusion height H of the belt-like portion is changed. It was similar to a sphere. The results are shown in Tables 2 and 3. Further, the ceramic ball base balls of Examples 8 to 12 are formed into polishing balls using a known ball polishing machine as in Example 4.
(実施例13〜15)
実施例4、8,9のセラミックボール素球に対し、プレス成形の際のプレス圧力を110MPaとし、プレス成形後に、CIPを行わないこと以外は、実施例4、8、9と同様にして実施例13、14、15のセラミックボール素球を得た。結果を表2、3に示す。更に、実施例13〜15のセラミックボール素球は実施例4、8、9と同様に周知のボール研磨機を用いて、研磨球とされる。
(Examples 13 to 15)
The same procedure as in Examples 4, 8, and 9 was performed except that the press pressure at the time of press forming was 110 MPa and CIP was not performed after press forming on the ceramic ball base balls of Examples 4, 8, and 9. Ceramic ball balls of Examples 13, 14, and 15 were obtained. The results are shown in Tables 2 and 3. Further, the ceramic ball base balls of Examples 13 to 15 are made into polishing balls by using a known ball polishing machine in the same manner as in Examples 4, 8, and 9.
(実施例16、17)
実施例6のセラミックボール素球の作製に用いた造粒粉の特性を表1に示す造粒粉2のように変更し、実施例6のセラミックボール成形用金型の上下パンチの凹部の深さG、傾斜部のR面半径c、上下パンチの平坦部の長さh、および上下パンチの加圧面の表面粗さを表1に示すように変更し、プレス成形時のプレス圧力を49MPaとした以外は実施例6と同様にして実施例16、17のセラミックボール素球を作製した。セラミックボール素球の寸法は、帯状部の幅D、傾斜部のR面半径C、帯状部の突出部高さHが変更された以外は、実施例6のセラミックボール素球と同様であった。結果を表1に示す。更に、実施例16、17のセラミックボール素球は実施例6と同様に周知のボール研磨機を用いて、研磨球とされる。
(Examples 16 and 17)
The characteristics of the granulated powder used for the production of the ceramic ball base ball of Example 6 were changed to the
(実施例18、19)
実施例16のセラミックボール成形用金型の上下パンチの半円形凹部と平坦部の間のR面の半径c、上下パンチの凹部深さG、および上下パンチの平坦部の長さhを表1に示すように変更した以外は実施例16と同様にして実施例18、19のセラミックボール素球を作製した。セラミックボール素球の寸法は、帯状部と球面部の間のR面の半径C、帯状部の幅D、帯状部の突出部高さHが変更された以外は、実施例16のセラミックボール素球と同様であった。結果を表1に示す。更に、実施例18、19のセラミックボール素球は実施例16と同様に周知のボール研磨機を用いて、研磨球とされる。
(Examples 18 and 19)
Table 1 shows the radius c of the R surface between the semicircular recess and the flat portion of the upper and lower punches of the ceramic ball molding die of Example 16, the recess depth G of the upper and lower punches, and the length h of the flat portion of the upper and lower punches. The ceramic ball base balls of Examples 18 and 19 were produced in the same manner as Example 16 except that the changes were made as shown in FIG. The dimensions of the ceramic ball base ball are the same as those of Example 16 except that the radius C of the R surface between the belt-like portion and the spherical portion, the width D of the belt-like portion, and the protrusion height H of the belt-like portion are changed. It was similar to a sphere. The results are shown in Table 1. Further, the ceramic ball base balls of Examples 18 and 19 are formed into polishing balls using a known ball polishing machine as in Example 16.
(実施例20〜22)
実施例16のセラミックボール成形用金型のダイスの内径F、上下パンチの加圧面中央部の凹部の半径E、上下パンチの半円形凹部と平坦部の間のR面の半径c、上下パンチの凹部の深さG、および上下パンチの平坦部の幅hを表2に示すように変更した以外は実施例16と同様にして実施例20〜22のセラミックボール素球を作製した。セラミックボール素球の寸法は、セラミックボール素球の両側の球面部の頂点を結んだ長さA、帯状部の直径B、帯状部と球面部の間のR面の半径C、帯状部の幅D、帯状部の突出部高さHが変更された以外は、実施例16のセラミックボール素球と同様であった。結果を表1に示す。更に、実施例20〜22のセラミックボール素球は実施例16と同様に周知のボール研磨機を用いて、研磨球とされる。
(Examples 20 to 22)
The inner diameter F of the die of the ceramic ball molding die of Example 16, the radius E of the concave portion at the center of the pressing surface of the upper and lower punches, the radius c of the R surface between the semicircular concave portion and the flat portion of the upper and lower punches, Ceramic ball balls of Examples 20 to 22 were produced in the same manner as in Example 16 except that the depth G of the recesses and the width h of the flat part of the upper and lower punches were changed as shown in Table 2. The dimensions of the ceramic ball base ball are as follows: the length A connecting the apexes of the spherical portions on both sides of the ceramic ball base ball, the diameter B of the strip portion, the radius C of the R surface between the strip portion and the spherical portion, the width of the strip portion D, the same as the ball of the ceramic ball of Example 16, except that the height H of the protruding portion of the belt-like portion was changed. The results are shown in Table 1. Furthermore, the ceramic ball base balls of Examples 20 to 22 are made into polishing balls using a known ball polishing machine as in Example 16.
(実施例23)
実施例16のセラミックボール素球の製造方法において、表1に示す造粒粉3を使用した以外は実施例16と同様にして、実施例23のセラミックボール素球を製造した。
(Example 23)
A ceramic ball ball of Example 23 was manufactured in the same manner as in Example 16 except that the
(比較例1)
実施例1のセラミックボール成形用金型の上下パンチの半円形凹部と平坦部の交差部に傾斜部を設けなかった以外は、実施例1と同様にして比較例1のセラミックボール素球を作製した。比較例1のセラミックボール素球の寸法は、帯状部と球面部の間に傾斜部が設けられなかった以外は、実施例1のセラミックボール素球と同様であった。結果を表2、3に示す。比較例1のセラミックボール素球は実施例1と同様に周知のボール研磨機を用いて、研磨球とされる。
(Comparative Example 1)
The ceramic ball base ball of Comparative Example 1 was produced in the same manner as in Example 1 except that the inclined portion was not provided at the intersection of the semicircular concave portion and the flat portion of the upper and lower punches of the ceramic ball molding die of Example 1. did. The dimensions of the ceramic ball base ball of Comparative Example 1 were the same as those of the ceramic ball base ball of Example 1 except that no inclined part was provided between the belt-like part and the spherical part. The results are shown in Tables 2 and 3. The ceramic ball base ball of Comparative Example 1 is made into a polishing ball using a known ball polishing machine as in Example 1.
(比較例2〜4)
比較例1のセラミックボール成形用金型の上下パンチの凹部の深さG、および上下パンチの平坦部の幅hを表2に示すように変更した以外は比較例1と同様にして比較例2〜4のセラミックボール素球を作製した。比較例2〜4のセラミックボール素球は帯状部の幅D、帯状部の突出部高さHが変更された以外は、比較例1のセラミックボール素球と同様であった。結果を表2、3に示す。比較例2〜4のセラミックボール素球は比較例1と同様に周知のボール研磨機を用いて、研磨球とされる。
(Comparative Examples 2 to 4)
Comparative Example 2 is the same as Comparative Example 1 except that the depth G of the concave portion of the upper and lower punches and the width h of the flat portion of the upper and lower punches of the ceramic ball molding die of Comparative Example 1 are changed as shown in Table 2. ˜4 ceramic balls were produced. The ceramic ball balls of Comparative Examples 2 to 4 were the same as the ceramic ball balls of Comparative Example 1 except that the width D of the belt-like portion and the height H of the protrusion of the belt-like portion were changed. The results are shown in Tables 2 and 3. The ceramic ball base spheres of Comparative Examples 2 to 4 are made into polishing balls using a known ball polishing machine as in Comparative Example 1.
実施例1〜23に示される本発明のセラミック素球成形用金型、セラミックボール素球の製造方法により得られたセラミックボール素球は、比較例1〜4のセラミックボール素球に比べて、プレス成形時、および焼結時に発生する割れの発生を低減することができることがわかる。なかでも、プレス成形後にCIP成形を行いその圧力が50≧Pc/Pp>1の関係にある製造方法で製造され、かつR面の半径および前記面取りの長さをC、前記帯状部の突出高さをHとしたときのC/Hが、より好ましい範囲である0.5≧C/H≧0.1、セラミックボール素球の両側の球面部の頂点を結んだ長さをA、前記帯状部の幅をDとしたときのD/Aが、さらに好ましい範囲である0.3≧D/A≧0.1の、実施例8、9は、成形後、焼結時の割れも発生せず、製品球とするための加工時間を低減させる効果のあることがわかる。 The ceramic ball base ball obtained by the ceramic ball base mold of the present invention shown in Examples 1 to 23 and the method of manufacturing the ceramic ball base ball is compared with the ceramic ball base ball of Comparative Examples 1 to 4, It can be seen that the generation of cracks occurring during press molding and sintering can be reduced. In particular, CIP molding is performed after press molding, and the pressure is manufactured by a manufacturing method having a relationship of 50 ≧ Pc / Pp> 1, and the radius of the R surface and the length of the chamfer are set to C, and the protrusion height of the band-shaped portion C / H when the thickness is H is a more preferable range of 0.5 ≧ C / H ≧ 0.1, the length connecting the vertices of the spherical portions on both sides of the ceramic ball base ball is A, and the band shape In Examples 8 and 9, in which D / A when the width of the part is D is 0.3 ≧ D / A ≧ 0.1, which is a more preferable range, cracks during sintering after molding also occur. It can be seen that there is an effect of reducing the processing time for making the product ball.
本発明は前記実施例になんら限定されるものでなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々形態で実施できることは言うまでもない。例えばセラミックボール素球の材料としては、窒化珪素質材料以外に、炭化珪素質材料、ジルコニア質材料、アルミナ質材料などの高硬度材料を使用することができる。 It goes without saying that the present invention is not limited to the above-described embodiments and can be implemented in various forms without departing from the gist of the present invention. For example, as the material of the ceramic ball element ball, in addition to the silicon nitride material, a high hardness material such as a silicon carbide material, a zirconia material, or an alumina material can be used.
以上説明したように、本発明のセラミックボール素球、セラミックボール成形用金型。セラミックボール素球の製造方法によれば、成形時および焼結時の割れ発生を防止して、セラミックボール素球を高効率で製造することが可能となる。
このため、ベアリングボール等に用いられるセラミックボールに適用することが可能となる。
As described above, the ceramic ball base ball and ceramic ball molding die of the present invention. According to the method for manufacturing a ceramic ball base ball, it is possible to prevent the generation of cracks during molding and sintering and to manufacture the ceramic ball base ball with high efficiency.
For this reason, it becomes possible to apply to the ceramic ball used for a bearing ball etc.
1:上部パンチ
2:下部パンチ
3:上部パンチの先端部分
4:下部パンチの先端部分
5:従来のセラミックボール素球
6:球面部
7:帯状部
8:傾斜部
9:本発明のセラミックボール素球
11:上部パンチ
12:下部パンチ
13:上部パンチの先端部分
14:下部パンチの先端部分
15:従来のセラミックボール成形用金型
16:上下パンチの凹部
18:上下パンチの傾斜部
19:上下パンチの平坦部
20:ダイス
25:本発明のセラミックボール成形用金型
1: Upper punch 2: Lower punch 3: Tip part of upper punch 4: Tip part of lower punch 5: Conventional ceramic ball element 6: Spherical surface part 7: Strip part 8: Inclined part 9: Ceramic ball element of the present invention Sphere 11: Upper punch 12: Lower punch 13: Upper punch tip 14: Lower punch tip 15: Conventional ceramic ball molding die 16: Upper / lower punch recess 18: Upper / lower punch slope 19: Upper / lower punch Flat part 20: Die 25: Mold for molding ceramic balls of the present invention
Claims (8)
The granulated powder of at least a ceramic powder, a ceramic slurry obtained by an organic binder, a solvent were mixed, to claim 5, characterized in that solids may a ceramic slurry is 45% or more spray dried 8. A method for producing a ceramic ball base ball according to 7 .
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