JPH09277222A - ボールベアリング用セラミック製ボールの成形型及び成形装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 表面仕上がり精度の高い高真円度のボールベ
アリング用セラミック製ボールを原料の無駄なく簡単に
得る。 【解決手段】 セラミックを主原料とする泥漿Ｓに遠心
力を与えて液状成分Ｌを遠心分離してボールベアリング
用セラミック製ボールＢを成形する成形型１として、凹
状に湾曲した成形面４ａ，４ｂを有する２個の割型２，
３を備えさせる。これらの割型２，３を組み付けた状態
で、内部に各々の成形面４ａ，４ｂによって高真円度の
球面をしたキャビティ４を構成する。泥漿Ｓをキャビテ
ィ４に供給するとともに遠心分離される液状成分Ｌを収
容する凹部５をキャビティ４に細径通路６を介して連結
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、遠心力を利用して
セラミックを主原料とする泥漿からボールベアリング用
セラミック製ボールをスリップキャスティング法により
成形する成形型及びこの成形型を備えた成形装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、セラミック製品を作製する方
法として、ドクターブレード法、圧縮成形法及びスリッ
プキャスティング法と称される方法がある。

【０００３】ドクターブレード法は、セラミック粉末に
溶剤、分散剤及び有機結合材を添加してなる泥漿を、回
転ロール上でドクターブレードにより掻き取りながら帯
状の基材上に一定の厚みで付着させ、これを加熱乾燥し
て得た帯状のグリーンシートを切断又は打ち抜いて平板
状の成形体を得る方法である。

【０００４】圧縮成形法は、上述の如き泥漿をスプレー
ドライヤで噴霧乾燥して得た粉末を成形型に投入してプ
レス成形により所定形状の成形体を得る方法である。

【０００５】スリップキャスティング法は、泥漿を石膏
型に充填して乾燥させることによって所定形状の成形体
を得る方法である。このスリップキャスティング法の一
種として、泥漿を石膏等からなる吸水性を有する成形型
に充填し、この成形型をその軸心を回転中心として回転
させてその遠心力により成形型内壁に上記泥漿を付着さ
せることにより、所定形状の成形体を得る方法も知られ
ている（特開平１−１７９７４８号公報参照）。

【０００６】しかしながら、上記の従来の成形方法では
次のような問題がある。

【０００７】すなわち、上記のドクターブレード法で
は、帯状の基材に付着した泥漿を乾燥するための乾燥炉
が必要であり設備費用が高騰するとともに、泥漿中に混
入している気体が乾燥時に膨張しないように予め泥漿を
真空脱泡処理する必要があり製作工程が増える。

【０００８】上記の圧縮成形法では、泥漿をスプレード
ライ工程で粉末に飛散させながら熱風を送る必要があり
設備費用が高騰するとともに、一旦泥漿から粉末を得た
後これを成形型に投入して成形するため作製に時間がか
かる。

【０００９】上記のスリップキャスティング法では、前
二者に比べて加熱による乾燥工程を経ないためその分だ
け設備費用を低減することができる反面、成形及び乾燥
に長時間を要するため作製に時間がかかる。また、上記
のスリップキャスティング法の一種として挙げた方法に
も言えることではあるが、一般に石膏型等の吸水性を有
する成形型では金型や樹脂型に比べて製品の表面仕上が
り精度が劣る。

【００１０】さらに、上記のスリップキャスティング法
の一種として挙げた方法では、泥漿に遠心力を作用させ
るのに成形型をその軸心を回転中心として回転させてい
るため、泥漿から液状成分を効率良く分離することがで
きない。つまり、遠心力は比重の大きい物質に対してよ
り強く作用するため、泥漿が充填された成形型をその軸
心を回転中心として回転させても、比重の大きいセラミ
ックに比べて比重の小さい液状成分に加わる遠心力は小
さい。したがって、この方法における重力倍数程度では
液状成分が遠心力により外方に脱液する作用はそれ程強
力とは言えず、固液分離機能を専ら吸水性を有する成形
型に委ねるとしてもさほど期待した効果を得ることがで
きない。

【００１１】そこで、本出願人は、先に製品の表面仕上
がり精度を損なわずに泥漿から液状成分を速やかに分離
する方法を開発し出願している（特開平５−６５５０４
号公報参照）。この方法は、泥漿が充填された成形型を
支持バーの両端に設けたポットに収容し、上記支持バー
を水平面内で旋回させることにより上記ポットに遠心力
を作用させ、ポットに収容された成形型内の泥漿から液
状成分を遠心分離する方法である。この方法によれば、
上記のスリップキャスティング法の一種として挙げた方
法に比べて高い重力倍数が得られ、液状成分が遠心力の
作用によって速やかに効率良く遠心分離される。また、
石膏型等の吸水性を有する成形型に代えて精密加工が可
能な金型や樹脂型を用いることができるので、製品の表
面仕上がり精度が向上する。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記の本出
願人が開発した方法により、ある特定の製品を作製する
場合、原料である泥漿を無駄なく効率良く使用すること
が製品のコストを低減できて経済的である。

【００１３】また、泥漿に遠心力を与えるだけでその後
にあまり手間を掛けずに成形できれば、生産効率が向上
して好ましい。特に、ボールベアリング用セラミック製
ボールを成形する場合には、表面仕上がり精度の高い高
真円度の球体とする必要があり、対策が望まれる。

【００１４】本発明はかかる点に鑑みてなされたもので
あり、その目的とするところは、表面仕上がり精度の高
い高真円度のボールベアリング用セラミック製ボールを
原料を無駄にすることなく簡単に成形できる成形型及び
成形装置を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は、製品形状に対応したキャビティの球面精
度を高めるとともに、遠心分離される液状成分を上記キ
ャビティの外側に設けたことを特徴とする。

【００１６】具体的には、本発明は、セラミックを主原
料とする泥漿に遠心力を与えて液状成分を遠心分離して
ボールベアリング用セラミック製ボールを成形する成形
型及び成形装置を対象とし、次のような解決手段を講じ
た。

【００１７】すなわち、本発明の第１〜４の解決手段
は、前者の成形型に関するものであり、第１の解決手段
は、成形型として、凹状に湾曲した成形面を有する複数
個の割型を備えたものを採用する。そして、これらの割
型を組み付けた状態で、内部に各々の成形面によって高
真円度の球面をしたキャビティを構成する。さらに、上
記泥漿をキャビティに供給するとともに遠心分離される
液状成分を収容する凹部を上記キャビティに細径通路を
介して連結したことを特徴とする。

【００１８】第２の解決手段は、第１の解決手段におい
て、各割型の成形面の表面粗さとして、最大高さを０．
１μｍ以下に設定したことを特徴とする。

【００１９】第３の解決手段は、第１又は第２の解決手
段において、各割型を組付け・分離可能にしている。そ
して、この各割型を成形されたセラミック製ボールの脱
型時に個々に分離するようにしたことを特徴とする。

【００２０】第４の解決手段は、第１又は第２の解決手
段において、各割型を分離不能に組み付けている。そし
て、この各割型を成形されたセラミック製ボールの脱型
時に溶融させるようにしたことを特徴とする。

【００２１】本発明の第５，６の解決手段は、後者の成
形装置に関するものであり、第５の解決手段は、成形装
置として、モータの起動により回転する回転軸を備えた
ものとする。さらに、支持バーを上記回転軸に水平面内
で旋回可能に取り付ける。また、ポットを上記支持バー
の外端に設ける。加えて、第１〜４の解決手段のいずれ
か１に記載のボールベアリング用セラミック製ボールの
成形型を上記ポットに収容する。そして、上記回転軸の
回転作動により支持バーを旋回させて上記ポットに遠心
力を作用させ、ポットに収容された成形型内の泥漿から
液状成分を遠心分離するようにしたことを特徴とする。

【００２２】第６の解決手段は、第５の解決手段におい
て、遠心加速度を３０００Ｇ以上に設定したことを特徴
とする。

【００２３】上記の構成により、本発明の第１〜６の解
決手段では、セラミックを主原料とする泥漿中の固形成
分（セラミック）が遠心力により速やかに沈降し、固形
成分（セラミック）と液状成分とに短時間に遠心分離さ
れる。遠心分離された固形成分（セラミック）は成形型
のキャビティに充填され、その高い面精度によって表面
仕上がり精度の高い高真円度のセラミック製ボールとな
る。一方、遠心分離された液状成分はキャビティの外側
の凹部に収容され、成形後に型外に排出される。成形さ
れたボールは成形型から取り出された後、細径通路を埋
めている固形成分と切り離される。

【００２４】したがって、その後の表面仕上げ加工は、
上記細径通路を埋めている固形成分を切り離した跡だけ
でよく、この切り離し跡はボール全体のほんの一部を占
めるだけであり、ボール全体を表面仕上げ加工する場合
に比べてその労力は極めて小さい。

【００２５】また、使用する泥漿の量をキャビティの容
量との関係で予め計算しておくことで、泥漿の無駄がな
くなる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面に基づいて説明する。

【００２７】図１及び図２は本発明の実施の形態に係る
成形型１を示す。この成形型１は、上半部分を構成する
アルミニウム合金製の割型２と、下半部分を構成する同
じくアルミニウム合金製の割型３とを上下に組み付けて
構成されている。上記下半部分を構成する割型３の型合
わせ面（上面）３ａには、上方に開口する凹状に湾曲し
た半径６ｍｍの半球形の成形面４ａが形成されている。
一方、上記上半部分を構成する割型２の型合わせ面（下
面）２ａには、下方に開口する凹状に湾曲した半径６ｍ
ｍの半球形の成形面４ｂが形成されている。上記各割型
２，３の成形面４ａ，４ｂの表面粗さは、最大高さ（Ｒ
_max ）が０．１μｍ以下に設定されている。そして、上
記２個の割型２，３の型合わせ面２ａ，３ａを突き合わ
せて組み付けた状態で、内部に各々の成形面４ａ，４ｂ
によって高真円度の球面をした直径１２ｍｍのキャビテ
ィ４が構成されるようになっている。

【００２８】上記上半部分を構成する割型２の上面に
は、直径１６ｍｍの凹部５が形成され、この凹部５の底
面は中央に向かって僅かに傾斜した漏斗状に形成され、
その底面中央には上記成形面４ｂに連通する直径１ｍｍ
以下の細径通路６が形成されている。そして、上記２個
の割型２，３の型合わせ面２ａ，３ａを突き合わせて組
み付けた状態で、上記凹部５はキャビティ４に細径通路
６を介して連結されセラミックを主原料とする泥漿Ｓを
上記キャビティ５に供給するようになっている（図２
（ａ）参照）。また、この凹部５には、図３に示すよう
な成形装置１１により上記泥漿Ｓから遠心分離される液
状成分Ｌが収容されるようになっている（図２（ｂ）参
照）。なお、図２（ｂ）中、Ｂはこの成形型１により成
形されたボールベアリング用セラミック製ボールであ
り、上記泥漿Ｓに遠心力を与えて液状成分Ｌを分離した
残りの固形成分で構成されている。泥漿Ｓの主原料であ
るセラミックとしては、窒化珪素、アルミナ、ジルコニ
ア、イットリア、マグネシア、シリカ、ＷＣ、ＴｉＣ及
びＳｉＣ等の単独あるいはこれらの２種類以上の組み合
わせを用いることができる。

【００２９】上記成形型１の各割型２，３は、組付け・
分離可能になっており、成形時にはその組付け状態を保
持するために、図２に示すように各々の型合わせ面２
ａ，３ａを突き合わせた状態でかつ凹部５を上に向けた
状態で筒体７に収容され、この筒体７下端に螺合させた
底蓋８と、筒体７上端に螺合させたパイプ材からなる止
め具９とによって両側から締め付けられて挟持されてい
る。なお、下半部分を構成する割型２底面と底蓋８内面
との間に緩み止め用の小径ボール１０が介在されてい
る。一方、成形後は上記底蓋８及び止め具９を共に筒体
７から取り外し、筒体７内から成形型１を取り出し、個
々の割型２，３に分離して成形されたセラミック製ボー
ルＢを脱型するようになっている。

【００３０】上述のように構成された成形型１は、図３
に示すような成形装置１１の一部を構成しており、この
成形装置１１にセットされて用いられる。本例では成形
装置１１の一例としてスイングロータータイプを示す
が、アングルロータータイプやホリゾンタルタイプの成
形装置であってもよく、要は泥漿Ｓに遠心力を作用させ
ることができる装置であればよい。

【００３１】上記成形装置１１は、モータ１２の起動に
より縦軸回りに回転する回転軸１３を備えてなり、この
回転軸１３の上端には支持バー１４が水平面内で旋回可
能に中央で連結されて取り付けられている。上記支持バ
ー１４の両外端には、ポット１５，１５が鉛直面内で回
動可能に水平ピン１６で取り付けられ、この各ポット１
５は静止状態では収容開口部１５ａを上に向けている。
この各ポット１５には、上記成形型１が凹部５を上に向
けて収容されるようになっている。

【００３２】そして、上記回転軸１３をモータ１２の起
動により回転させ、この回転作動により支持バー１４を
旋回させて上記各ポット１５に遠心力を作用させ、この
遠心力によって各ポット１５を図３（ａ）の収容開口部
１５ａを上に向けた姿勢から図３（ｂ）の収容開口部１
５ａを旋回半径内方に向けた姿勢に姿勢変更させ、各ポ
ット１５に収容された成形型１内の泥漿Ｓから液状成分
Ｌを遠心分離するようになっている。この際、回転軸１
３の回転数は遠心加速度が３０００Ｇ以上になるように
設定することが望ましい。

【００３３】これにより、泥漿Ｓから遠心分離された液
状成分Ｌは成形型１の凹部５に収容される一方、上記泥
漿Ｓから液状成分Ｌが遠心分離された残りの固形成分
（セラミック）は遠心力により速やかに沈降して両者を
短時間に遠心分離することができる。この遠心分離され
た固形成分（セラミック）は成形型１のキャビティ４に
充填され、その高い面精度によって表面仕上がり精度の
高い高真円度のセラミック製ボールＢを成形することが
できる。

【００３４】このようにしてセラミック製ボールＢを成
形した後は、モータ１２を停止させて成形型１を各ポッ
ト１５から取り出し、遠心分離された液状成分Ｌを成形
型１の凹部５から排出した後、成形型１を筒体７から取
り出して２個の割型２，３に分離し、成形されたセラミ
ック製ボールＢを脱型する。この段階ではセラミック製
ボールＢには成形型１の細径通路６を埋めている固形成
分が付着しているので、これを切除して切除跡を表面仕
上げ加工することでセラミック製ボールＢを得る。この
切除跡はセラミック製ボールＢ全体に比べて非常に小さ
く、したがって、手間を掛けずに簡単に補修することが
できる。このセラミック製ボールＢはその後に焼成され
完成品となる。

【００３５】また、成形型１のキャビティ４は、成形し
ようとするセラミック製ボールＢと同じ大きさであり、
その容量が予め判っているので、泥漿Ｓ中の固形成分
（セラミック）が不足なきよう泥漿Ｓの使用量を設定す
ることで、泥漿Ｓを無駄なく使用することができ、歩留
りを８０％以上とすることが簡単にできて非常に経済的
である。

【００３６】次に、上記の成形装置１１を用いてセラミ
ック製ボールＢを成形した具体例を説明する。

【００３７】泥漿Ｓの成分を表１に示す。

【００３８】

【表１】 その配合処方は、表１の成分をアルミナ製ポットにアル
ミナボール（直径１０ｍｍ）と共に入れ、ボールミルを
用いて１６〜４８時間に亘って練り均一に分散させる。

【００３９】上述した成形型１のキャビティ４に泥漿Ｓ
を充填し、これを成形装置１１のポット１５にセット
し、約１００００Ｇの遠心加速度で１２分間に亘ってポ
ット１５（成形型１）を旋回させて高速遠心成形し、直
径１２ｍｍのセラミック製ボールＢを得た。

【００４０】次いで、このセラミック製ボールＢをその
ままの状態でつまり無加工で大気中で１２３０℃で９０
分間に亘って焼成した。この焼成体の寸法及び重量のば
らつきは±０．１％以下であった（焼成後も無加工であ
る）。なお、焼成時に１０〜２０％の線収縮を伴うが、
セラミック製ボールＢの真円度には何等悪影響を及ぼす
ことはない。この焼成体の組織を画像解析したＴＥＭ写
真を図４に、その特性を表２にそれぞれ示す。図４のＴ
ＥＭ写真中、白く点在している小さい円がボイドであ
る。表２中、ボイドの平均径の数値は、ボイド断面の面
積を円形に換算したときの円の直径である。

【００４１】

【表２】 このデータから明らかなように、得られた焼成体は、組
織が均質かつ緻密になっており、表面仕上がり精度の高
い高真円度のセラミック製ボールＢであった。

【００４２】なお、上記実施例では、２個の割型２，３
で成形型１を構成したが、３個以上であってもよく、そ
の材質もアルミニウム合金に限らず他の金属であっても
よい。

【００４３】また、上記実施例では、割型２，３を組付
け・分離可能にして成形型１を構成したが、複数個の割
型を樹脂型、ろう型又は低融点金属型とし、かつこれら
の割型を分離不能に組み付けて成形型１を構成し、成形
後にこれらの割型を溶融させてセラミック製ボールを脱
型するようにしてもよい。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
遠心分離される泥漿中の液状成分を成形型のキャビティ
外の凹部に収容するとともに、固形成分（セラミック）
を高真円度の球面をしたキャビティに沈降させるので、
後加工を手間を掛けてすることなく表面仕上がり精度の
高い高真円度のセラミック製ボールを簡単に得ることが
できる。セラミック製ボールの大きさとキャビティの大
きさとが同じであるので、泥漿を無駄なく使用すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る成形型の縦断面図で
ある。

【図２】（ａ）は成形型に泥漿を充填した状態を示す縦
断面図、（ｂ）は泥漿から液状成分を遠心分離した状態
を示す縦断面図である。

【図３】（ａ）は成形装置の運転前の姿勢を示す概略構
成図、（ｂ）は成形装置の運転中の姿勢を示す概略構成
図である。

【図４】焼成体の組織をを画像解析したＴＥＭ写真であ
る。

【符号の説明】

１ 成形型 ２，３ 割型 ４ キャビティ ４ａ，４ｂ 成形面 ５ 凹部 ６ 細径通路 １２ モータ １３ 回転軸 １４ 支持バー １５ ポット １５ａ 収容開口部 Ｂ セラミック製ボール Ｌ 液状成分 Ｓ 泥漿

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 セラミックを主原料とする泥漿に遠心力
   を与えて液状成分を遠心分離してボールベアリング用セ
   ラミック製ボールを成形する成形型であって、 凹状に湾曲した成形面を有する複数個の割型を備え、 これらの割型を組み付けた状態で、内部に各々の成形面
   によって高真円度の球面をしたキャビティが構成され、 このキャビティには、上記泥漿をキャビティに供給する
   とともに遠心分離される液状成分を収容する凹部が細径
   通路を介して連結されていることを特徴とするボールベ
   アリング用セラミック製ボールの成形型。
2. 【請求項２】 各割型の成形面の表面粗さは、最大高さ
   が０．１μｍ以下に設定されていることを特徴とする請
   求項１記載のボールベアリング用セラミック製ボールの
   成形型。
3. 【請求項３】 各割型は、組付け・分離可能になってお
   り、成形されたセラミック製ボールの脱型時に個々に分
   離されるようになっていることを特徴とする請求項１又
   は２記載のボールベアリング用セラミック製ボールの成
   形型。
4. 【請求項４】 各割型は、分離不能に組み付けられてお
   り、成形されたセラミック製ボールの脱型時に溶融され
   るようになっていることを特徴とする請求項１又は２記
   載のボールベアリング用セラミック製ボールの成形型。
5. 【請求項５】 モータの起動により回転する回転軸と、 この回転軸に水平面内で旋回可能に取り付けられた支持
   バーと、 この支持バーの外端に設けられたポットと、 このポットに収容され、請求項１〜４のいずれか１に記
   載のボールベアリング用セラミック製ボールの成形型と
   を備え、 上記回転軸の回転作動により支持バーを旋回させて上記
   ポットに遠心力を作用させ、ポットに収容された成形型
   内の泥漿から液状成分を遠心分離するようにしたことを
   特徴とする成形装置。
6. 【請求項６】 遠心加速度が３０００Ｇ以上に設定され
   ていることを特徴とする請求項５記載の成形装置。