JPH10202632A - セラミックボールの製造方法 - Google Patents

セラミックボールの製造方法

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JPH10202632A
JPH10202632A JP843797A JP843797A JPH10202632A JP H10202632 A JPH10202632 A JP H10202632A JP 843797 A JP843797 A JP 843797A JP 843797 A JP843797 A JP 843797A JP H10202632 A JPH10202632 A JP H10202632A
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molding
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JP843797A
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Keiji Kawasaki
啓治 川崎
Shinji Motomura
伸二 本村
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NGK Insulators Ltd
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NGK Insulators Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 量産性に富み、かつ優れた品質のセラミック
ボールを製造できるセラミックボールの製造方法を提供
する。 【解決手段】 原料粉末を所定の金型に充填してプレス
成形し、得られた成形体にバレル加工を施して角部を丸
めた後、焼成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、転がり軸受の転動
体などに使用されるセラミックボールの製造方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】近年、セラミック材料の持つ優れた耐熱
性、耐摩耗性、耐腐食性等に着目し、セラミック材料を
機械部品に応用する研究が盛んに行われている。このよ
うな機械部品の1つとして、セラミック材料を球状に加
工したセラミックボールが知られており、転がり軸受の
転動体などに使用されている。
【0003】従来のセラミックボールの製造方法とし
て、例えば、特開昭63−101519号公報には、金
型プレス成形や乾式ラバープレス成形にて、原料を最終
形状の近似形状に成形し、それを焼結した後、バレル研
磨等の表面加工により最終形状に仕上げる方法が開示さ
れている。
【0004】また、特開昭63−57204号公報に
は、プレス成形などにより円柱体を成形し、旋盤等にて
この円柱体の両端部を截頭円錐状に面取り加工するか、
あるいはこの円柱体をほぼ球状に面取り加工した後、焼
成し、表面加工を施す球体の製造方法が開示されてい
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術のうち、金型プレス成形により、最終形状(球
体)の近似形状に成形する方法の場合、金型プレス成形
は一方向に圧力をかける一軸プレスであるため、球体の
金型では加圧方向に対し肉厚差が大きいので成形体内部
の圧力差により焼成後の寸法にバラツキが生じやすく、
また、1ton/cm2以上といった高圧で成形を行うと成形
体が破損してしまうため、数百kg/cm2の低圧にて1次成
形を行った後、静水圧プレス等の方法により数ton/cm2
の高圧にて2次成形を行う必要があった。
【0006】更に、金型プレス成形では、型の合わせ部
にバリやエッジ部が生じやすく、焼成後の研磨加工ある
いはラッピングにて、これらのバリやエッジ部が欠ける
ことによりクラックが生じ、品質不良となる問題があっ
た。一方、乾式ラバープレス成形を用いる方法では、油
圧にて圧力をかけるため成形ピッチが遅く、量産性に欠
けるという問題があった。
【0007】また、特開昭63−57204号公報に記
載されている球体の製造方法では、円柱成形体を旋盤等
により1個ずつ面取り加工するため量産性が悪く、軸受
用セラミックボールのように数万〜数十万個/ロットを
作製する必要のあるものに適用するのは困難であった。
【0008】本発明は、このような従来技術の問題点に
鑑みてなされたものであり、量産性に富み、かつ優れた
品質のセラミックボールを製造できる方法を提供するこ
とを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、原料粉
末を所定の金型に充填してプレス成形し、得られた成形
体にバレル加工を施して角部を丸めた後、焼成すること
を特徴とするセラミックボールの製造方法、が提供され
る。
【0010】
【発明の実施の形態】本発明のセラミックボールの製造
方法においては、まず原料粉末を所定の金型に充填して
プレス成形を行う。このプレス成形時の圧力は、3ton/
cm2以上とすることが好ましい。3ton/cm2以上の高圧で
プレス成形を行うと、成形体内部のポアが小さくなって
緻密な成形体が得られ、2次成形が不要となる。
【0011】プレス成形により成形する成形体の形状は
特に限定されないが、成形圧力を上記のように高圧に設
定する場合には、成形時に破損しにくく、かつ成形体内
部の圧力が均一になるような形状であることが必要であ
り、具体的には円柱又は角柱であることが好ましい。
【0012】プレス成形により得られた成形体は、バレ
ル加工を施して角部を丸め球状にする。バレル加工は、
成形体をバレル装置の処理槽に所定の砥粒(メディア)
とともに入れ、回転あるいは振動攪拌させることにより
行われる。これにより、成形体とメディアとが衝突、摺
動し、成形体の全周、特にエッジ等の角部が削り取ら
れ、球状に加工されて行く。
【0013】このバレル加工による方法では、旋盤等に
より機械加工するのとは違い、成形体の全周、特に出っ
張り部分が優先的に削られて行くため、容易に球体とす
ることができる。
【0014】更に、成形体のバレル加工は数千〜数万個
を1バッチにて処理できるため、上記金型プレス成形
と、このバレル加工とを組み合わせることで、極めて量
産性の高いセラミックボールの製造方法となる。また、
バレル加工により球状にした成形体は、球体成形用の金
型を用いて最初から球状に成形したもののように、型合
わせ部のエッジやバリが存在しないので、焼結後の表面
加工の際に、クラック等の不良が生じにくい。したがっ
て、従来の焼結後の表面加工に比べ、加工時に加える圧
力を上げることができ、加工の効率を格段に向上でき
る。
【0015】なお、一般的なセラミック焼結体のバレル
加工では、メディアとして通常数mm以下の炭化珪素、ア
ルミナ、ジルコニア等のセラミック材及びこれにダイヤ
モンド等の砥粒を加えたものなどが用いられるが、本発
明のように焼結前の成形体の段階でバレル加工を施す場
合、このような大きさのメディアでは加工効率が悪く、
特に円柱体や角柱体の成形体を球状に加工することは困
難である。
【0016】そこで、本発明では、その平均粒子径が加
工する成形体の寸法の0.5〜5倍程度の大きさのメデ
ィアを用いてバレル加工を行うのが好ましい。ここで、
成形体の寸法とは、成形体の最大肉厚部の寸法(厚さ)
をいう。メディアの平均粒子径が成形体寸法の0.5倍
未満だと加工の能率が著しく悪くなり、5倍より大きい
と加工時に成形体が破損したり、加工された成形体の寸
法のバラツキが大きくなる。メディアの材質は上記のい
ずれも適用可能であるが、加工の効率及び耐久性より炭
化珪素のものが好ましい。
【0017】バレル加工により角部を丸め球状にした成
形体は、その後所定の条件で焼成して焼結体とし、必要
によりラッピング等の仕上げ加工を施す。
【0018】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて説明する
が、本発明はこれらの実施例に限定されるものではな
い。
【0019】(実施例1)窒化珪素82重量%に、酸化
イットリウム10重量%、酸化マグネシウム5重量%及
び酸化ジルコニウム3重量%を助剤として調合し、混合
して得られた原料に、バインダーを添加し、スプレード
ライヤーを用いて乾燥・造粒することにより成形用原料
粉末を調製した。
【0020】機械式プレス機に上型、下型及びシリンダ
ー部よりなるφ13mm×高さ13mmの円柱体成形用金型
を取り付け、原料供給用ホッパーに上記成形用原料粉末
を充填し、圧力4ton/cm2にて連続的にプレス成形を行
い、図2に示すような1000個の円柱状プレス成形体
3を得た。
【0021】これらの成形体を、平均粒子径が15mmの
炭化珪素製メディア5kgとともにバレル加工機の処理槽
内に入れ、回転数40rpmにて24時間回転処理した。
処理終了後10mm幅のメッシュを持つ篩に通し、図1に
示すような直径12mmの球状の成形体1を得た。
【0022】球状に加工した成形体を、窒素雰囲気炉に
て1200℃で2時間熱処理した後、熱間静水圧処理炉
にて300気圧、1700℃の条件で焼結させることに
より直径約10mmの球状窒化珪素焼結体を得た。これら
の焼結体をボール研磨機にて粗加工した後、ラッピング
機にて精密研磨を行った。研磨加工終了後、すべてのボ
ールについて光学顕微鏡にて50倍の倍率で目視検査を
行ったが、外観にクラック、欠け等の異常が認められる
ものは皆無であった。
【0023】(実施例2)機械式プレス機に上型、下型
及びシリンダー部よりなるφ3mm×高さ3mmの円柱体成
形用金型を取り付け、原料供給用ホッパーに上記実施例
1と同様にして調製した成形用原料粉末を充填し、圧力
4ton/cm2にて連続的にプレス成形を行い、1000個
の円柱状プレス成形体を得た。
【0024】これらの成形体を、平均粒子径が5mmの炭
化珪素製メディア500gとともにバレル加工機の処理
槽内に入れ、回転数40rpmにて24時間回転処理し
た。処理終了後3mm幅のメッシュを持つ篩に通し、直径
2.5mmの球状の成形体を得た。球状に加工した成形体
を実施例1と同様に焼成及び研磨し、研磨加工終了後、
すべてのボールについて光学顕微鏡にて50倍の倍率で
目視検査を行ったが、外観にクラック、欠け等の異常が
認められるものは皆無であった。
【0025】(比較例)実施例1と同様にして調製した
成形用原料粉末を球状金型に充填し、圧力500kg/cm2
にて連続的にプレス成形を行い、図3に示すような10
00個のφ12mmの球状成形体5を得た。これらの球状
成形体を、内径18mm×長さ250mmのゴムチューブ内
に20個づつ詰め込み、チューブ内を減圧処理した後、
静水圧プレス機にて4ton/cm2の圧力処理を行った。そ
の後、実施例1と同様に熱間静水圧処理炉にて焼結さ
せ、直径約10mmの球状窒化珪素焼結体を得た。これら
の焼結体を研磨加工した後、光学顕微鏡にて50倍の倍
率で目視検査を行ったところ、1000個中約50個に
クラックあるいは欠け等の表面欠陥が認められた。
【0026】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のセラミッ
クボールの製造方法は、量産性に富むものであり、か
つ、この製造方法によれば、クラック、欠け等の不良が
生じにくく、優れた品質のセラミックボールが得られ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例におけるバレル加工後の成形体の形状を
示す図である。
【図2】実施例におけるプレス成形体の形状を示す図で
ある。
【図3】比較例におけるプレス成形体の形状を示す図で
ある。
【符号の説明】
1…成形体(バレル加工後)、3…プレス成形体、5…
プレス成形体

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 原料粉末を所定の金型に充填してプレス
    成形し、得られた成形体にバレル加工を施して角部を丸
    めた後、焼成することを特徴とするセラミックボールの
    製造方法。
  2. 【請求項2】 プレス成形時の圧力を3ton/cm2以上と
    する請求項1記載のセラミックボールの製造方法。
  3. 【請求項3】 バレル加工に用いる砥粒の平均粒子径
    が、成形体の寸法の0.5〜5倍である請求項1又は2
    に記載のセラミックボールの製造方法。
  4. 【請求項4】 成形体の形状が円柱又は角柱である請求
    項1ないし3のいずれかに記載のセラミックボールの製
    造方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100363121B1 (en) * 2002-05-29 2002-12-05 Biocera Co Ltd Method of producing ceramic ball
JP2011093789A (ja) * 2009-09-30 2011-05-12 Hitachi Metals Ltd 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およびセラミックボール素球の製造方法
JP2018100781A (ja) * 2016-12-19 2018-06-28 東京窯業株式会社 蓄熱体の製造方法及び蓄熱体

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JP2011093789A (ja) * 2009-09-30 2011-05-12 Hitachi Metals Ltd 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およびセラミックボール素球の製造方法
JP2018100781A (ja) * 2016-12-19 2018-06-28 東京窯業株式会社 蓄熱体の製造方法及び蓄熱体

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