JP7287060B2

JP7287060B2 - セラミックスボール

Info

Publication number: JP7287060B2
Application number: JP2019066796A
Authority: JP
Inventors: 真之新貝; 剛司西山; 正樹吉野; 俊野村
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2018-03-29
Filing date: 2019-03-29
Publication date: 2023-06-06
Anticipated expiration: 2039-03-29
Also published as: JP2019172569A

Description

本発明は、ベアリング等に用いられるセラミックスボール及びセラミックスボール断面の密度差の評価方法に関する。

セラミックスボールは、機械部品や電子部品のベアリング等に使用される。ベアリングではセラミックスボールは高速で回転するため、表面が平坦であること、真球に近いこと、ならびに強度が高いことが重要である。

通常、セラミックスボールは窒化珪素やジルコニアなどの各種セラミックス原料粉末を焼結助剤及び添加物と混合し、解砕し、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や転動造粒法等で球形に成形し、さらにこの成形体を焼成し、必要に応じ表面加工を施して作製される。

プレス成形では半球状の２つの金型の間に粉体を投入し、金型間に圧力をかけて粉体をプレス成形することによって成形体を作製し、この成形体を焼成することによって得られる（例えば特許文献１）。しかしながら、金型間に隙間が生じるため断面が楕円形状になること、隙間部でバリが発生してしまうことなどの問題がある。また、金型の圧力では粉末間の空隙を完全に除去することは出来ず得られた焼結体は内部に欠陥を生じてしまうため強度が低くなってしまう。また球の中心部は圧力がかかりにくく中心部の密度は低くなり、強度の低下を招いてしまう。

また、冷間等方圧成形法（ＣｏｌｄＩｓｏｓｔａｔｉｃＰｒｅｓｓｉｎｇ、ＣＩＰあるいはＣＩＰ成形法という）によってセラミックスボールを作製する方法がある（例えば特許文献２）。ＣＩＰ成形は目的とする大きさ以上の粉末の塊をＣＩＰ装置で作製した後、機械加工で球形状に成形する方法である。しかしながら、金型プレスと同様に圧力を粉末塊の内部まで均一にかけることは困難であり、成形体内の空隙を除去出来ず得られた焼結体は内部にわずかな欠陥を生じ強度が低くなってしまう。

また熱プラズマ中にセラミックス原料を投入して溶融後、冷却固化してセラミックスボールを作製する方法がある（例えば特許文献３）。高電圧型の直流プラズマガンを用いた層流を形成した熱プラズマ中に予熱した原料粉末を投入し、原料粉末表面を溶融しながら熱プラズマを横切らせた後、冷却固化し、捕集容器で捕集することによってセラミックスボールを得る方法である。表面が平滑で、かつ、真円に近いセラミックスボールを得ることが出来る。しかしながら、直径が５０μｍ以下の微小径セラミックスボールしか作製することができず、それ以上のボールを作製しようとすると異形が多くなってしまう。

また転動造粒法によってセラミックス球状成形体を作製し、焼結、研磨してセラミックスボールを作製する方法がある（例えば特許文献４）。転動造粒法では、ドラム内にセラミックス粉末と結合剤および水分を含む液体バインダーを交互に添加し球状の微粒を形成する。その後、回転の連動を微粒及び粉末に与えることで粒を成長させ、球状の成形体を作製する。

特開２０１１－１５５３０７１号公報特開平６－１５１９１号公報国際公開第２０１０／０６７７８２号特開２００４－２６９３４８号公報

前述の通り、セラミックスボールは、表面が平滑で、真球であることが好ましい。また強度が高いことが好ましい。しかし、セラミックスボール内部に空隙があったり、また内部に緻密化が不十分な領域があったりすると強度の低下を招いてしまう。強度が低下するとベアリングの動作中に割れや欠けが生じ機械部品や電子部品が正常に機能しなくなる。

本発明者らは、緻密化が不十分な領域を極力少なくなるように成形加工することで強度が高いセラミックスボールを得るに至った。すなわち、本発明は、略中心を通る断面をデジタルマイクロスコープのハイダイナミックレンジモードで撮影した画像において、ＲＧＢカラーモデル各要素全ての値が断面全体の平均値に対して１０以上低い低発色領域の面積が、前記断面の断面積の１／５０以下であり、ジルコニアの比率が全成分の９３ｗｔ．％以上であるセラミックスボールである。

本発明のセラミックスボールは強度が高く、使用中に割れや欠けを生じにくいため、ベアリングボール等に好ましく用いられる。また、本発明のセラミックスボールはベアリングボール以外にもボールミル等の粉砕・分散媒体としても好適に用いることが出来る。

本発明について以下詳細に説明する。

＜セラミックスボール＞
本発明のセラミックスボールは、略中心を通る断面をデジタルマイクロスコープのハイダイナミックレンジモードで撮影した画像において、ＲＧＢカラーモデル各要素全ての値が断面全体の平均値に対して１０以上低い低発色領域の面積が、前記断面の断面積の１／５０以下であるセラミックスボールである。ここで「ハイダイナミックレンジモード」とは、シャッタースピードを変化させるなどして異なる明るさの画像データを二以上取得し、一枚の画像に合成することで、ダイナミックレンジ（輝度の階調）を拡大する撮影モードをいう。

セラミックスボールの原料はアルミナ、ジルコニア、窒化珪素などが好ましく用いられ、これらは単独で用いてもよいし、用途に応じて適宜複合して用いても構わない。中でもジルコニアは強度に優れているため、主成分がジルコニアであることが好ましい。特に、ジルコニアの比率が全成分の９３ｗｔ．％以上であれば、強度をより向上させることができる。

ジルコニアについては安定化剤の添加量により結晶構造が異なる。安定化剤の添加量が低いと単斜晶の結晶構造をとり、安定化剤の添加量が増えるに従い正方晶、立方晶の結晶構造比率が高くなる。ジルコニアは正方晶の比率が多い方が、強度がより高くなる。安定化剤の添加量を少なくすることにより、立方晶の比率が低く、正方晶の比率が高くなると、強度がより高くなるためにセラミックスボールの使用中に割れや欠けをより抑制することができる。また、安定化剤の添加量を多くすることにより、単斜晶の比率が低く、正方晶の比率が高くなると同様に強度がより高くなり、割れ・欠けをより抑制することができる。

このため正方晶の比率が高くなる安定化剤の添加量が好まれ、このような安定化剤としてはイットリアを用いることが好ましい。安定化剤としてイットリアを添加する場合の添加量は、酸化物成分の全重量に対して好ましくは４．５ｗｔ．％以上５．５ｗｔ．％以下、より好ましくは４．７ｗｔ．％以上５．４ｗｔ．％以下である。

また、結晶粒の成長を抑制するためにアルミナを微量添加しても構わない。

内部の欠陥や緻密化については断面を観察することで識別することができる。

本発明のセラミックスボールは、略中心を通る断面をデジタルマイクロスコープのハイダイナミックレンジモードで撮影した画像において、ＲＧＢカラーモデル各要素全ての値が断面全体の平均値に対して１０以上低い低発色領域の面積が、前記断面の断面積の１／５０以下である。以下、各構成について詳述する。

略中心を通る断面とは、セラミックスボールを研削機等でボール径の４０％～６０％まで研削した断面を意味する。断面観察用のサンプルは、セラミックスボールを研削機等でボール径の４０％～６０％まで研削した後、さらに粒径６μｍのダイヤモンドスラリーで１０分以上仕上げ研磨して作製する。

得られた断面をハイダイナミックレンジモードで撮影する。ハイダイナミックレンジモードで撮影することにより、通常の撮影画像と比較して輝度の差が小さくてもコントラストが明確となり、鮮明な画像を得ることができる。結果として、セラミックスボール内部の欠陥や緻密さにムラがある領域（密度差）を容易に認識することができる。

得られた画像はＲＧＢカラーモデルで表される。画像をＲＧＢカラーモデルで表すことにより、セラミックスボール内部の欠陥や緻密さにムラがある領域（密度差）を容易に認識することができる。具体的には、ＲＧＢカラーモデルで表された画像中、赤・青・緑の各要素全てが断面全体の平均値より１０以上低くなる領域（低発色領域）を緻密化が不十分な領域と識別できる。

観察に用いるデジタルマイクロスコープとしては、ＶＨＸシリーズ（Ｋｅｙｅｎｃｅ製）が好適に用いられ、ＶＨＸ－２０００が好ましい。ＶＨＸ－２０００を用いる場合、観察倍率はボール径によって異なるが１０～２００倍、照明方法は拡散照明アダプタＯＰ－７４９８５を用い、得られた画像の画質は明るさ調整を２０以上４０以下、テクスチャ強調を７０以上９０以下、コントラストを２０以上４０以下、色彩調整を１０以上３０以下にすることが好ましく、緻密化が不十分な領域を識別しやすい。

本発明のセラミックスビーズは、低発色領域の面積が、断面積に対して１／５０以下である。低発色領域の面積が１／５０をこえると圧壊強度が低下するが、１／５０以下であれば低発色領域が存在していても圧壊強度の低下はほぼない。しかし、低発色領域はより小さいことが好ましいため、より好ましくは断面積の１／７０以下、さらに好ましくは１／１００以下である。低発色領域の面積の小さいセラミックスビーズは、例えば、後述するとおり、セラミックス成形体乾燥時における水分減少率を規定の範囲に設定することにより得ることができる。

また、転動造粒法を用いてセラミックスボールを作製する場合、このような低発色領域は、造粒中の条件の変動に由来して生じるため、一般的には略円弧状に現れる。この場合、当該略円弧状の低発色領域の円弧の長さ（以下、「低発色領域の長さ」という）が、セラミックスボールの直径の１／１０以下であることが好ましい。なお、円弧状の低発色領域が切れ目なく円周状に現れる場合は、円周長を低発色領域の長さとする。また、円弧状の低発色領域が複数現れる場合は、当該複数の円弧の長さの合計を低発色領域の長さとする。低発色領域の長さが直径の１／１０以下であれば該領域が存在していても圧壊強度の低下はより抑制される。しかし、低発色領域の長さはより短いことが好ましいため、より好ましくは１／１５以下であり、さらに好ましくは１／２０以下である。低発色領域の長さの短いセラミックスビーズは、例えば、後述するとおり、セラミックス成形体乾燥時における水分減少率を規定の範囲に設定することにより得ることができる。

また、本発明のセラミックスボールは、表面粗さＲａが０．３０μｍ以下であることが好ましい。表面粗さＲａが０．３０μｍ以下であるとベアリング動作中の摩擦を抑制することができる。表面粗さＲａの小さいセラミックスビーズは、例えば、後述するとおり、セラミックス焼結体の表面研磨により得ることができる。

なお、本明細書において、セラミックスボール表面の算術平均粗さＲａはＪＩＳＢ０６０１－１９９４に準拠して測定した数値である。具体的には、セラミックスボール表面の粗さ曲線からその平均の方向に基準粗さ（ｌ）だけ抜き取り、この抜き取り部分の平均線の方向にＸ軸を、Ｘ軸と直交する方向にＹ軸を取り、粗さ曲線をｙ＝ｆ（ｘ）で表したときに下記式（１）によって求められる値である。

本発明で得られるセラミックスボールは機械部品や電子部品の軸受の可動部品間に球を使って分離する軸受けのベアリングボール等に好適に使用される。ただしベアリングボール等に限らず、例えばボールミル等の粉砕・分散媒体としても好適に使用することである。

＜セラミックスボールの製造方法＞
本発明のセラミックスボールは、例えば転動造粒法によりセラミックス成形体を作製し、かかるセラミックス成形体から水分を除去した後に脱脂・焼結し、表面を研磨することにより製造することができる。

転動造粒法においては、傾斜した円柱状を有するドラムを回転させておき、このドラム内にセラミックス粉末と結合剤および水分を含む液体バインダーを交互に添加することにより粉末と粉末の間に液体バインダーの架橋を形成し、球状の微粒を形成する。その後、回転の連動を微粒及びセラミックス粉末に与えることにより粒の成長を促進させ、球状の成形体を作製する。

ここで成形体内に空隙を生じると焼結後に空隙や緻密化が不十分な領域を生じることとなる。このため粉末は液体バインダー添加後に十分に流動される必要があり、そのためにはセラミックス粉末の粒径が小さく、かさ密度が低いことが望ましい。

具体的には粉末の５０％粒径が７０μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは５０μｍ以下、さらに好ましくは３０μｍ以下である。ここで５０％粒径とは、粉末を粒径の大小順に配列し、その配列上にて小粒径側から度数を計数したときに、着目している粒径までの累積度数をＮｃ、評価対象となる粉末の総度数をＮ０として（Ｎｃ／Ｎ０）×１００＝５０％となる粒径である。

また、セラミックス粉末のかさ密度は１．２ｇ／ｃｍ^３以下であることが好ましい。かさ密度は径の小さい粉末の分布量が増えるほど値が小さくなる。径の小さい粒子が増えるほど液体バインダー添加後に流動されやすい。このためより好ましくは１．１ｇ／ｃｍ^３以下である。

液体バインダーは、水分の他に架橋剤およびジルコニアの分散剤を含むことが好ましい。架橋剤はポリビニルアルコール、分散剤はカルボン酸系分散剤やアクリル系分散剤が例として挙げられる。

このように得られたセラミックス成形体は水分を含んでいるが、後述する焼結を施す前にセラミックス成形体を乾燥させることにより、セラミックス成形体内部の水分が徐々に蒸発し、欠陥や緻密さにムラがある領域（密度差）が生じにくく、上述した低発色領域の面積をより低下させることができる。そのため、セラミックス成形体は、焼結を施す前に、乾燥機等を用いてセラミックス成形体内部の水分を徐々に減少させる乾燥工程に供されることが好ましい。

本発明者らの知見によると、乾燥工程におけるセラミックス成形体内の水分の減少速度が小さいと、セラミックス成形体内部の水分が徐々に蒸発し、欠陥や緻密さにムラがある領域（密度差）が生じにくく、上述した低発色領域の面積をより低下させることができる。そのため、本発明においては、当該セラミックス成形体の乾燥前の重量を１００重量％として１．５重量％／ｈ以下の水分減少率で乾燥させることが好ましい。乾燥工程における水分減少率は１．２重量％／ｈ以下であることがより好ましく、さらに好ましくは１．０重量％／ｈ以下である。なお、乾燥工程は成形体を複数層積層した状態で乾燥するため、最下層の成形体の水分を効率的に除去する観点から、乾燥工程における水分の減少速度は０．０１重量％／ｈ以上であることが好ましい。

セラミックス成形体の焼結は、用いる原料粉末の種類によって様々であるが十分に緻密化が出来る温度であればよい。ただし、部分安定化ジルコニアについては温度が高すぎると安定化剤に用いた原子の偏析が生じるため、偏析が生じない程度に温度を調整することが好ましい。例えばアルミナであれば１５５０～１６５０℃、部分安定化ジルコニアであれば１３５０～１５００℃で焼結することが出来る。

セラミックス焼結体の表面研磨は、例えばバレル研摩等で研磨材を用いて研磨することができる。研磨材はＳｉＣ研磨材やＡｌ_２Ｏ_３研磨材が好適に用いられ、これらは単独で用いても混合して用いても構わない。表面粗さの大きさに応じて研磨材を段階的に変化させてもよく、研磨工程の最終段階においては研磨材を用いない共摺りによる研磨を行ってもよい。

＜セラミックスボール断面の密度差を評価する方法＞
本発明のセラミックスボール断面の密度差の評価方法は、デジタルマイクロスコープのハイダイナミックレンジモードでセラミックスボールの略中心を通る断面を撮影した画像に対して、ＲＧＢカラーモデル各要素の値を算出し、その値の差によって密度差を評価するものである。本評価方法により、上述した通り、セラミックスボール内部の欠陥や緻密さにムラがある領域（密度差）を容易に認識することができ、セラミックスボール断面の密度差を定量的に評価することができる。結果として、空隙がなく緻密化が十分な圧壊強度の高い良品と、空隙があったり緻密化が不十分であったりすることにより圧壊強度の低い不良品とを容易に判別することができる。

セラミックスボールの原料は、例えば、前述した原料が挙げられ、特に圧壊強度が高い一方で、空隙や緻密さのムラの影響を受けやすいジルコニアにおいても、密度差を容易に評価することができることから、ジルコニアを用いたセラミックスボールの評価に好適に用いることができる。

以下、実施例に基づいて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。

［測定例１］表面粗さＲａ
セラミックスボールの表面をレーザー顕微鏡ＶＫ－Ｘ１００（Ｋｅｙｅｎｃｅ製）を用いて表面観察を行った。解析は解析アプリケーションソフトＶＫ－Ｈ１Ｗを用い、カットオフ値は０．２５μｍとした。セラミックスボール試料をテープ状に固定し、ボールの頂点を含む部分を測定し、この頂点の中央部分において、球状の傾きや湾曲を取り除く処理を行った上で粗さを算出した。該ソフトにおいて、１００μｍの長さを指定して表面粗さＲａを求めた。測定は３回行い、平均値を表面粗さＲａとした。

［測定例２］セラミックスボールの圧壊強度
セラミックスボールを直径２０ｍｍのジルコニア製の円柱状冶具で挟み、電子式万能試験機ＣＡＴＹ－２０００ＹＤ（米倉製作所製）で０．５ｍｍ／ｍｉｎの速度で圧縮荷重をセラミックスボールにかけ、破壊したときの荷重値を測定した。１水準につき３０回測定し、得られた値の平均値を圧壊強度とした。圧壊強度はボール径に依存するためボール断面積で除した値を評価した。

［実施例１］
オキシ塩化ジルコニウムに塩化イットリウムを加えて共沈法でジルコニア粉末を作製した。得られた粉末の諸元は以下の通りであった。

Ｙ_２Ｏ_３の含有量：４．７８ｗｔ．％
Ａｌ_２Ｏ_３の含有量：０．３８ｗｔ．％
Ｆｅ_２Ｏ_３の含有量：０．０００２ｗｔ．％
ＴｉＯ_２の含有量：０．００１ｗｔ．％
Ｎａ_２Ｏの含有量：０．００１１ｗｔ．％
比表面積：９．８ｍ^２／ｇ
５０％粒径：４２μｍ
かさ密度：１．０１ｇ／ｃｍ^３
次に上記粉末を用いて転動造粒法で造粒を行った。液体バインダーの調製は水分の他に架橋剤としてポリビニルアルコール、分散剤としてアクリル系分散剤を用い、目的径が５．０ｍｍとなるように造粒し成形球体を得た。得られた成形球体を篩い分けした後、水分の減少速度０．８重量％／ｈで乾燥させ、その後、大気中にて１３８０℃で２時間焼結した。

得られた焼結体をバレル研磨した。研磨はＳｉＣ研磨材による粗研磨を４時間、Ａｌ_２Ｏ_３研磨材とＳｉＣ研磨材による本研磨を４時間、研磨材を用いない共摺りによる研磨を４時間とした。このようにして平均径５．０ｍｍのセラミックスボールを得た。

このセラミックスボールの表面粗さＲａは０．２４μｍであった。得られたセラミックスボールを１００個樹脂に貼付け、研削機で２．５ｍｍ研磨し、その後ダイヤモンドスラリーで仕上げ研磨することで断面観察用の試料を得た。試料をデジタルマイクロスコープ顕微鏡ＶＨＸ－２０００（Ｋｅｙｅｎｃｅ製）を用いて倍率３０倍、照明方法は拡散照明アダプタＯＰ－７４９８５を用い、観察モードはハイダイナミックレンジ観察で観察し、得られた画像を明るさ調整３０、テクスチャ強調８０、コントラスト３０、色彩調整１５に画質調整した。調整後の画像をＲＧＢカラーモデルで表したところ、赤・青・緑の各要素全てが断面全体の平均値より１０以上低くなる低発色領域は観察されなかった。またこの圧壊荷重を測定したところ圧壊強度は平均６２．４ｋｇｆ／ｍｍ^２（６１２Ｎ／ｍｍ^２）であった。

［実施例２］
オキシ塩化ジルコニウムに塩化イットリウムを加えて共沈法でジルコニア粉末を作製した。得られた粉末の諸元は以下の通りであった。

Ｙ_２Ｏ_３の含有量：４．８１ｗｔ．％
Ａｌ_２Ｏ_３の含有量：０．３７ｗｔ．％
Ｆｅ_２Ｏ_３の含有量：０．０００２ｗｔ．％
ＴｉＯ_２の含有量：０．００１ｗｔ．％
Ｎａ_２Ｏの含有量：０．００１０ｗｔ．％
比表面積：９．６ｍ^２／ｇ
５０％粒径：４５μｍ
かさ密度：１．０６ｇ／ｃｍ^３
次に上記粉末を用いて転動造粒法で造粒を行い、目的径が４．０ｍｍとなるように造粒し成形球体を得た。焼結・バレル研磨は実施例１と同条件を用い、平均径４．０ｍｍのセラミックスボールを得た。このセラミックスボールの表面粗さＲａは０．２８μｍであった。得られたセラミックスボールを１００個樹脂に貼付け、研削機で２．０ｍｍ研磨し、その後ダイヤモンドスラリーで仕上げ研磨することで断面観察用の試料を得た。試料をデジタルマイクロスコープ顕微鏡ＶＨＸ－２０００（Ｋｅｙｅｎｃｅ製）を用いて倍率３０倍、照明方法は拡散照明アダプタＯＰ－７４９８５を用い、観察モードはハイダイナミックレンジ観察で観察し、得られた画像を明るさ調整２９、テクスチャ強調７５、コントラスト２８、色彩調整１６に画質調整した。調整後の画像をＲＧＢカラーモデルで表したところ、円弧状の低発色領域が観察された。この低発色領域は、円弧の長さが０．４５ｍｍのものが１つあり、領域面積の割合は１．８％であった。またこの圧壊荷重を測定したところ圧壊強度は平均６０．６ｋｇｆ／ｍｍ^２（５９４Ｎ／ｍｍ^２）であった。

［実施例３］
オキシ塩化ジルコニウムに塩化イットリウムを加えて共沈法でジルコニア粉末を作製した。得られた粉末の諸元は以下の通りであった。

Ｙ_２Ｏ_３の含有量：４．８３ｗｔ．％
Ａｌ_２Ｏ_３の含有量：０．３９ｗｔ．％
Ｆｅ_２Ｏ_３の含有量：０．０００１ｗｔ．％
ＴｉＯ_２の含有量：０．０００９ｗｔ．％
Ｎａ_２Ｏの含有量：０．００１１ｗｔ．％
比表面積：９．９ｍ^２／ｇ
５０％粒径：６８μｍ
かさ密度：１．１４ｇ／ｃｍ^３
次に上記粉末を用いて転動造粒法で造粒を行い、目的径が１２．０ｍｍとなるように造粒し成形球体を得た。焼結・バレル研磨は実施例１と同条件を用い、平均径１２．０ｍｍのセラミックスボールを得た。このセラミックスボールの表面粗さＲａは０．２２μｍであった。得られたセラミックスボールを２０個樹脂に貼付け、研削機で６．０ｍｍ研磨し、その後ダイヤモンドスラリーで仕上げ研磨することで断面観察用の試料を得た。試料をデジタルマイクロスコープ顕微鏡ＶＨＸ－２０００（Ｋｅｙｅｎｃｅ製）を用いて倍率１０倍、照明方法は拡散照明アダプタＯＰ－７４９８５を用い、観察モードはハイダイナミックレンジ観察で観察し、得られた画像を明るさ調整２９、テクスチャ強調７５、コントラスト２８、色彩調整１６に画質調整した。調整後の画像をＲＧＢカラーモデルで表したところ、赤・青・緑の各要素全てが断面全体の平均値より１０以上低くなる低発色領域が観察された。この領域の長さは０．６５ｍｍのものが１つあり、領域面積の割合は０．８％であった。またこの圧壊荷重を測定したところ圧壊強度は平均４８．６ｋｇｆ／ｍｍ^２（４７６Ｎ／ｍｍ^２）であった。

［実施例４］
オキシ塩化ジルコニウムに塩化イットリウムを加えて共沈法でジルコニア粉末を作製した。得られた粉末の諸元は以下の通りであった。

Ｙ_２Ｏ_３の含有量：４．７７ｗｔ．％
Ａｌ_２Ｏ_３の含有量：０．３７７ｗｔ．％
Ｆｅ_２Ｏ_３の含有量：０．０００３ｗｔ．％
ＴｉＯ_２の含有量：０．００１ｗｔ．％
Ｎａ_２Ｏの含有量：０．００１１ｗｔ．％
比表面積：９．１ｍ^２／ｇ
５０％粒径：４５μｍ
かさ密度：１．０２ｇ／ｃｍ^３
次に上記粉末を用いて転動造粒法で造粒を行い、目的径が４．０ｍｍとなるように成形球体を得た。焼結・バレル研磨は実施例１と同条件を用い、平均径４．０ｍｍのセラミックスボールを得た。このセラミックスボールの表面粗さＲａは０．３８μｍであった。得られたセラミックスボールを１００個樹脂に貼付け、研削機で２．０ｍｍ研磨し、その後ダイヤモンドスラリーで仕上げ研磨することで断面観察用の試料を得た。試料をデジタルマイクロスコープ顕微鏡ＶＨＸ－２０００（Ｋｅｙｅｎｃｅ製）を用いて倍率３０倍、照明方法は拡散照明アダプタＯＰ－７４９８５を用い、観察モードはハイダイナミックレンジ観察で観察し、得られた画像を明るさ調整２９、テクスチャ強調７５、コントラスト２８、色彩調整１６に画質調整した。調整後の画像をＲＧＢカラーモデルで表したところ、低発色領域は観察されなかった。またこの圧壊荷重を測定したところ圧壊強度は平均５５．６ｋｇｆ／ｍｍ^２（５４５Ｎ／ｍｍ^２）であった。

［実施例６］
オキシ塩化ジルコニウムに塩化イットリウムを加えて共沈法でジルコニア粉末を作製した。得られた粉末の諸元は以下の通りであった。

Ｙ_２Ｏ_３の含有量：５．７８ｗｔ．％
Ａｌ_２Ｏ_３の含有量：０．４０ｗｔ．％
Ｆｅ_２Ｏ_３の含有量：０．０００２ｗｔ．％
ＴｉＯ_２の含有量：０．００１ｗｔ．％
Ｎａ_２Ｏの含有量：０．００１１ｗｔ．％
ＳＯ_４の含有量：０．００６ｗｔ．％
比表面積：１１．８ｍ^２／ｇ
５０％粒径：４４μｍ
かさ密度：１．４４２ｇ／ｃｍ^３
得られたジルコニア粉末を用い転動造粒法で造粒を行った。液体バインダーの調製は水分の他に架橋剤としてポリビニルアルコール、分散剤としてアクリル系分散剤を用い、目的径が２．０ｍｍとなるように造粒し成形球体を得た。焼結・バレル研磨は実施例１と同条件を用い、平均径２．０ｍｍのセラミックスボールを得た。このセラミックスボールの表面粗さＲａは０．２８μｍであった。得られたセラミックスボールを１００個樹脂に貼付け、研削機で１．０ｍｍ研磨し、その後ダイヤモンドスラリーで仕上げ研磨することで断面観察用の試料を得た。試料をデジタルマイクロスコープ顕微鏡ＶＨＸ－２０００（Ｋｅｙｅｎｃｅ製）を用いて倍率１００倍、照明方法は拡散照明アダプタＯＰ－７４９８５を用い、観察モードはハイダイナミックレンジ観察で観察し、得られた画像を明るさ調整３４、テクスチャ強調８１、コントラスト２８、色彩調整１６に画質調整した。調整後の画像をＲＧＢカラーモデルで表したところ、赤・青・緑の各要素全てが断面全体の平均値より１０以上低くなる低発色領域は観察されなかった。またこの圧壊荷重を測定したところ圧壊強度は平均４２．６ｋｇｆ／ｍｍ^２（４１７Ｎ／ｍｍ^２）であった。

［実施例７］
オキシ塩化ジルコニウムに塩化イットリウムを加えて共沈法でジルコニア粉末を作製した。得られた粉末の諸元は以下の通りであった。

Ｙ_２Ｏ_３の含有量：４．７６ｗｔ．％
Ａｌ_２Ｏ_３の含有量：０．４１ｗｔ．％
Ｆｅ_２Ｏ_３の含有量：０．０００４ｗｔ．％
ＴｉＯ_２の含有量：０．００１０ｗｔ．％
Ｎａ_２Ｏの含有量：０．００１４ｗｔ．％
比表面積：１０．９ｍ^２／ｇ
５０％粒径：９１μｍ
かさ密度：１．４１ｇ／ｃｍ^３
次に上記粉末を用いて転動造粒法で造粒を行い、目的径が５．０ｍｍとなるように造粒し成形球体を得た。焼結・バレル研磨は実施例１と同条件を用い、平均径５．０ｍｍのセラミックスボールを得た。このセラミックスボールの表面粗さＲａは０．２８μｍであった。得られたセラミックスボールを１００個樹脂に貼付け、研削機で２．５ｍｍ研磨し、その後ダイヤモンドスラリーで仕上げ研磨することで断面観察用の試料を得た。試料をデジタルマイクロスコープ顕微鏡ＶＨＸ－２０００（Ｋｅｙｅｎｃｅ製）を用いて倍率３０倍、照明方法は拡散照明アダプタＯＰ－７４９８５を用い、観察モードはハイダイナミックレンジ観察で観察し、得られた画像を明るさ調整２９、テクスチャ強調７５、コントラスト２８、色彩調整１６に画質調整した。調整後の画像をＲＧＢカラーモデルで表したところ、赤・青・緑の各要素全てが断面全体の平均値より１０以上低くなる低発色領域が観察された。この領域の長さは２．５ｍｍのものが１つあり、領域面積の割合は４．８％であった。またこの圧壊荷重を測定したところ圧壊強度は平均２５．６ｋｇｆ／ｍｍ^２（２５１Ｎ／ｍｍ^２）であった。

［実施例８］
実施例２で作製した試料をデジタルマイクロスコープ顕微鏡ＶＨＸ－２０００（Ｋｅｙｅｎｃｅ製）を用いて倍率３０倍、照明方法は拡散照明アダプタＯＰ－７４９８５を用い、観察モードはハイダイナミックレンジをＯＦＦにした状態で観察し、得られた画像を確認したところ、円弧状の低発色領域が観察されなかったものの、圧壊強度は実施例１よりも低かった。

［比較例１］
実施例１において、篩い分けした後の成形球体を、水分の減少速度４．４重量％／ｈで乾燥させたこと以外は同様の方法により平均径５．０ｍｍのセラミックスボールを得た。得られたセラミックスボールを１００個樹脂に貼付け、研削機で２．５ｍｍ研磨し、その後ダイヤモンドスラリーで仕上げ研磨することで断面観察用の試料を得た。試料をデジタルマイクロスコープ顕微鏡ＶＨＸ－２０００（Ｋｅｙｅｎｃｅ製）を用いて倍率３０倍、照明方法は拡散照明アダプタＯＰ－７４９８５を用い、観察モードはハイダイナミックレンジ観察で観察し、得られた画像を明るさ調整３０、テクスチャ強調８０、コントラスト３０、色彩調整１５に画質調整した。調整後の画像をＲＧＢカラーモデルで表したところ、赤・青・緑の各要素全てが断面全体の平均値より１０以上低くなる低発色領域が観察された。この低発色領域は、円周の長さが３．１ｍｍのものが１つあり、領域面積の割合は６．０％であった。またこの圧壊荷重を測定したところ圧壊強度は平均２０．３ｋｇｆ／ｍｍ^２（１９９Ｎ／ｍｍ^２）であった。

実施例１～４、６、７、比較例１で作製したセラミックスボールの製造方法の概略と各種測定結果を表１に示す。

Claims

略中心を通る断面をデジタルマイクロスコープのハイダイナミックレンジモードで撮影した画像において、ＲＧＢカラーモデル各要素全ての値が断面全体の平均値に対して１０以上低い低発色領域の面積が、前記断面の断面積の１／５０以下であり、ジルコニアの比率が全成分の９３ｗｔ．％以上であるセラミックスボール。
前記低発色領域の長さがボール直径の１／１０以下である、請求項１に記載のセラミックスボール。
表面粗さＲａが０．３０μｍ以下である、請求項１または２に記載のセラミックスボール。
イットリアを含有し、イットリアの比率が４．５ｗｔ．％以上５．５ｗｔ．％以下である、請求項１～３のいずれかに記載のセラミックスボール。