JPH02214606A - 球体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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からなる球体の製造方法に関する
。

（従来の技術）・ 窒化けい素や炭化けい素などのセラミックスは種々の機
械部品に広く用いられつつあり、ボールベアリングの球
体をセラミックスで形成することが行なわれている。こ
れはベアリングの他の部品をセラミックスで形成するこ
とと併せて、高温下および腐蝕性環境下での使用が可能
になるためである。

このようなボールベアリングに用いるセラミックスから
なる球体を製造するために、球面をなす凹部を有する上
パンチおよび下パンチを用いて成形体を成形し、この成
形体を焼結して得る方法が採用されている。

（発明が解決しようとする課題） しかるに、この従来の球体の製造方法においては、球を
２等分して半球状として凹部を形成したパンチを用いて
球体形の成形体を成形することは、パンチの加工が困難
であるなどの理由により実際上難しいために、半球より
小さい球面をなす凹部をもた上バンチおよび下パンチを
用いて成形体を成形している。

しかしながら、このように成形した成形体は各部の密度
に差が生じ成形体全体で密度むらを生じることがある。

そして、この成形体を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、球体が不均一に摩耗し
てベアリングの動作に悪影響を与えることがある。

本発明は前記事情に基づいてなされたもので、均一な密
度を有して機械部品として信頼性の高いセラミックス球
体を得る製造方法を提供することを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段と作用） 前記の目的を達成するために本発明の球体の製造方法は
、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、両端部が球面部を
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％とする成形体
を成形する工程を具備することを特徴とするものである
。

本発明の発明者は、プレスにより成形体を加圧成形する
工程を備えたセラミックス球体の製造方法において、球
体に密度のむらが発生することについて研究を重ねてき
た。その結果、球体の密度イ のむらは成形体の形状に応じて発生することがわかった
。

次にこの点について説明する。

すなわち、第１図および第２図に示すように成形体を成
形するためには、球面をなす凹部１ａ、２ａをもつ丸棒
型の上パンチ１および下パンチ２と、ダイス３とを備え
た金型を使用する。ダイス３は丸型の孔３ａを有し、下
バンチ２がこの孔３ａに挿入される。そして、ダイス３
の孔３ａにセラミックス材料の粉末を入れ、さらに上バ
ンチ１をダイス３・の孔３ａに挿入して下降し粉末を加
圧することにより第２図に示す成形体４を成形する。

しかして、成形体４の成形時には成形上などの理由から
上バンチ１と下バンチ２の各先端が衝合せずに離間して
いる。このため、成形体４の両方の端部は、上バンチ１
および下バンチ２の凹部１ａ、２ａにより球面部４ａ、
４ｂとして形成され、これら球面部４ａ、４ｂに挟まれ
た中央部には、上バンチ１および下バンチ２の凹部１ａ
ｓ２ａの開放縁に挾まれ且つダイス３の内周面に囲。

まれで円周方向全体にわたり帯状部４ｃが形成される。

このような成形体４を成形する時に成形体４の各部で粉
末が加圧される度合を調べると、上パンチ１が下降して
凹部１ａの頂点が粉末を直接加圧する距離は、凹部１ａ
の開放縁が粉末を直接加圧する距離よりも小さい。この
ため、成形体４における球面部４ａ、４ｂの密度は帯状
部４ｃのに密度に比較して小さく、機械部品として実用
上支障を来たす値を越えることがある。このように成形
体４の各部間の密度むらを生じることがある。

そして、発明者はこれまでの考察の中から、成形体４に
おける球面部４ａｔ４ｂの頂点間の長さＡに対する帯状
部（非球面部）４ｃの割合が成形体４の密度と関係ある
ことに着目し、球面部４ａ。

４ｂの頂点間の長さＡに対する帯状部４ｃの幅Ｂの割合
を一定の範囲に設定することにより、成形体４における
各部間の密度むらを解消して成形体４の密度を機械部品
としての実用上充分な大きさに設定することができるこ
とを見出した。

本発明の球体の製造方法はこのような考察によりなされ
たもので、以下に説明する。

本発明は成形体直径１〜３０ｍｍ、なかでも６〜３０ｍ
ｍのセラミックスからなる球体の製造を対象にしている
。

まず、第１図および第２図に示す金型を用いてセラミッ
クス材料からなる成形体４を成形する。

成形に使用〜する上パンチ１および下パンチ２の凹部１
ａ、２ａの曲率半径Ｒは夫々等しくする。

成形体４の球面部４ａ、４ｂの各頂点を結ぶ長さＡは、
成形体４に必要な直径と同じ大きさとする。また、成形
体４の球面部４ａｓ４ｂの頂点を結ぶ長さに対する帯状
部４の幅Ｂの割合を、５０〜９０％、好ましくは６０〜
８０％の範囲に設定する。このように寸法を設定するこ
とにより、成形体４の球面部４ａ、４ｂの密度を実用上
必要な大きさまで高め、球面部４ａ　、４ｂと帯状部４
ｃの夫々の密度を均一にすることができる。なお、この
ような成形体４の寸法を得るようにパンチおよびダイズ
の移動距離を設定する。

次に成形体４を脱脂焼結後に第３図に示すように砥石６
を有するバレル加工機５で加工し球にする。

その後、焼結体をち密化させるためにＨＩＰ処理を施す
。これにより焼結体の密度をさらに高めることができる
。

さらに、球体に仕上げ加工を施して必要とする寸法精度
に仕上げる。

このように製造した球体は、機械部品例えばボールベリ
ングの球体として使用すると優れた耐久性と信頼性を発
揮することができる。

（実施例） 焼結助剤としてＹ２０３　、Ａ１１２０３を添加して５
ｔ３Ｎ、粉末を第１図に示す金型を使用して成形体４を
成形した。この成形体４の球面部４ａ’、４ｂの頂点の
間を結ぶ長さ（直径）Ａを１３１１１１球面部の曲率半
径を６．５■とし、帯状部４ｃの幅Ｂは直径に対する割
合を異ならせて複数の大きさを設定して複数の試料を作
成した。その後、各試料の成形体に研摩加工を施して帯
状部を曲面に形成した。

次いで、試料をＮ２雰囲気中で脱脂処理を行なった後、
温度１８００℃、４時間の条件で常圧焼結した。

ここで、各試料の焼結体に存在するボアの大きさを夫々
電子顕微鏡により１４１Ｊ定し、その結果を第４図に示
すように焼結体の直径に対する帯状部の幅の割合とボア
直径との関係を線図にまとめた。

この線図によれば、直径Ａに対する帯状部の幅Ｂの割合
が３５％である焼結体に存在するボアの径は２０μ−、
直径Ａに対する帯状部の幅Ｂの割合が６０％である焼結
体に存在するボアの径は２μｍ、直径Ａに対する帯状部
の幅Ｂの割合が８０％である焼結体に存在するボアの径
は１１以下であり、前記割合が５０％以上の各焼結体に
存在するボアの直径は、割合が５０％未満のそれに比較
して小さいことがわかる。また、５０％以上の各焼結体
ではボアが均一に分散して存在しているが、５０％以下
の焼結体では各部におけるボアの数にばらつきがあるこ
とが肉眼による観察の結果認められた。

さらに、各焼結体を温度１８００℃、１１００ａｔ、２
時間、Ｎ２ガス雰囲気の条件でＨＩＰ処理した。ＨＩＰ
処理後に直径Ａに対する帯状部の幅Ｂの割合が５０％以
上の各焼結体のではボアが消滅していたが、５０％未満
の焼結体ではボアが依然として残っていた。

従って、前者の焼結体からなる球体をボールベアリング
に組込んで使用した結果、長期にわたり偏った摩耗も発
生せず良好に使用できた。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明の球体の製造方法によれば、
セラミックス粉末をを加圧して均一な密度を有する成形
体を成形することができ、これにより機械部品として優
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。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の製造方法において成形体
の成形工程を示す説明図、第３図は成の関係を示す線図
である。 ＝４・・・成形体、４ａ、４ｂ・・・球面部、４Ｃ・・
・帯状部。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第 図 第 図 ｉｔ、Ｈ４本のＩｇ−１＝対する滞伏部の長さの劉与第
４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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、両端部が球面部をな
   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％とする成形体を
   成形する工程を具備することを特徴とする球体の製造方
   法。