JPH11153143A

JPH11153143A - 転がり軸受

Info

Publication number: JPH11153143A
Application number: JP9321627A
Authority: JP
Inventors: Kazuhisa Kitamura; 和久北村; Tomoya Hattori; 智哉服部; Shigetaka Wada; 重孝和田
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd; Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd; Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1997-11-21
Filing date: 1997-11-21
Publication date: 1999-06-08
Anticipated expiration: 2017-11-21
Also published as: JP3773080B2

Abstract

(57)【要約】【課題】窒化珪素製転がり軸受では対応できない非常
に強い腐蝕性を有する薬液中などでも長期にわたって良
好な軸受性能を発揮できる転がり軸受を提供する。【解決手段】内輪１と外輪２と転動体３との少なくと
も転走面を複合セラミック材料で形成する。上記複合セ
ラミック材料は、アルミナと炭化珪素とからなる主要構
成部を備え、上記主要構成部においてアルミナ含有量が
６０〜９５重量％、炭化珪素含有量が４０〜５重量％で
あり、さらに、上記主要構成部に対する割合が５重量％
未満である非主要構成部を備えることができる。アルミ
ナの平均粒径は５μｍ以下、炭化珪素の平均粒径は２μ
ｍ以下である。転走面の表面粗さは、最大表面粗さＲｍ
ａｘが０.４μｍ以下、平均表面粗さＲａが０.１μｍ以
下である。また、上記複合セラミック材料は４.０ＭＰ
ａ・ｍ^1/2以上の破壊靭性値を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、強い腐蝕性を有す
る薬液中などでの使用に適した転がり軸受に関する。

【０００２】

【従来の技術】セラミック材料である窒化珪素（Ｓｉ₃
Ｎ₄）が優れた転がり軸受材料であることは、従来から
知られている。窒化珪素の緻密な焼結体で形成した転動
体および内外輪は軽量であり、また、耐熱性、耐蝕性、
耐焼付性にも優れているため、高速回転や腐蝕環境等、
通常の鋼製軸受では対応できない用途で幅広く実用化さ
れている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな窒化珪素も、非常に強い酸やアルカリに対しては腐
蝕が発生するため、非常に強い腐蝕性を有する薬液中な
どで使用する転がり軸受の材料としては用いることがで
きない。

【０００４】窒化珪素よりも耐蝕性に優れた転がり軸受
用セラミック材料としては、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）、炭
化珪素（ＳｉＣ）、ジルコニア（ＺｒＯ₂）（特に、強
度に優れた正方晶ジルコニア）等が考えられる。

【０００５】しかし、アルミナは、窒化珪素に比べると
機械的強度が低く、したがって窒化珪素よりも耐荷重性
に劣る。さらに、表面を滑らかに研磨することが困難で
あるため、アルミナ単体からなるセラミック材料を転が
り軸受材料として使用することはできない。

【０００６】また、炭化珪素も、アルミナと同様、窒化
珪素に比べると機械的強度が低く、したがって窒化珪素
よりも耐荷重性に劣る。しかも、緻密に焼結することが
難しいので、表面の滑らかな転動体を形成するのが困難
である。このため、炭化珪素単体からなる材料も、転が
り軸受材料としては不向きである。

【０００７】一方、ジルコニアは、機械的強度にも表面
加工性にも優れ、油を潤滑剤とする転がり軸受材料試験
では、窒化珪素に次ぐ優れた耐久性を有することも確か
められている。ところが、ジルコニアは、応力により、
または、水との反応により、結晶系が正方晶から単斜晶
に変化し、この結晶変態に伴う大きな体積変化により強
度が低下する不具合がある。このため、ジルコニアは、
耐水性と耐蝕性とが同時に要求される用途、つまり、腐
蝕性薬液中での実用は困難となっている。

【０００８】つまり、現在までのところ、窒化珪素製転
がり軸受では対応できない強い腐蝕性環境にも対応でき
る転がり軸受は開発されていない。

【０００９】そこで、本発明の目的は、従来使用されて
いた窒化珪素よりも耐蝕性が高く、しかも十分な耐荷重
性を有し、したがって、非常に強い腐蝕性を有する薬液
中などでも長期にわたって良好な軸受性能を発揮できる
転がり軸受を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１の発明の転がり軸受は、内輪と外輪と転動
体との少なくとも転走面が複合セラミック材料で形成さ
れており、上記複合セラミック材料は、アルミナと炭化
珪素とからなる主要構成部を備え、上記主要構成部にお
いてアルミナ含有量が６０〜９５重量％、炭化珪素含有
量が４０〜５重量％であり、さらに、上記主要構成部に
対する割合が５重量％未満である非主要構成部を備える
ことができることを特徴としている。

【００１１】本明細書で使用している用語「転走面」
は、内輪および外輪においては、転動体が転動する軌道
面、また、転動体においては、上記軌道面に転がり接触
する転動体表面のことを言うものとする。

【００１２】窒化珪素よりも共に耐蝕性に優れたアルミ
ナと炭化珪素とは、上記した理由により、いずれも単体
では転がり軸受材料として用いるには問題があるが、こ
れらの複合材料とすることで、両者の欠点を抑える一
方、両者の長所を生かしたものとすることが出来る。つ
まり、このアルミナ／炭化珪素複合セラミック材料は、
耐蝕性に非常に優れ、焼結性、表面加工性にも機械的強
度にも優れたものとなる。発明者の行った耐荷重性試験
では、この複合セラミック材料が、油中では窒化珪素よ
りは劣るものの、水中においては、窒化珪素と略同等の
耐荷重性を有し、アルミナ単体あるいは炭化珪素単体と
比べると、油中でも水中でも格段に優れた耐荷重性を有
することが判明している。したがって、転走面がこの複
合セラミック材料からなる請求項１の転がり軸受は、非
常に腐蝕性の強い薬液中でも長期にわたって良好に作動
する。

【００１３】ここで、複合セラミック材料の主要構成部
に占めるアルミナ含有量の割合の上限を９５重量％およ
び炭化珪素含有量の割合の下限を５重量％とする理由
は、複合化による強度向上の効果を確実に得るためであ
る。本発明者の行った試験の結果によると、アルミナ／
炭化珪素複合セラミック材料におけるアルミナ含有量が
９５重量パーセントよりも多くなり、炭化珪素含有量が
５重量パーセントよりも少なくなると、複合化による強
度向上の効果が低くなり、転がり軸受として使用する際
の絶対的な機械的強度が不足し、良好な転動寿命を得る
ことができなかった。

【００１４】また、複合セラミック材料の主要構成部に
占めるアルミナ含有量の割合の下限を６０重量％および
炭化珪素含有量の割合の上限を４０重量％とする理由
は、良好な焼結性を得るためである。本発明者が行った
試験の結果によると、成形されたセラミック材料に常圧
焼結と加圧焼結を施す場合、アルミナ含有量が６０重量
％よりも少なく、炭化珪素含有量が４０重量％よりも多
いと、常圧焼結工程において、開気孔を無くすように焼
結することができず、従って、続く加圧焼結工程で、殆
ど気孔の無い緻密な焼結体を得ることができなかった。
その結果、研磨加工によって、滑らかな転走面を得るこ
とができなかった。炭化珪素含有量が４０重量％よりも
多い場合に、緻密な焼結体を得るために焼結温度を高く
すると、アルミナの粒子が大きくなってしまい、靭性の
大きな材料が得られない。転がり寿命は転走面の表面粗
さと材料の破壊靭性値に依存しており、転走面の表面が
粗いか又は転走面における材料の破壊靭性値が低いと、
寿命が短くなってしまうため、アルミナ含有量が６０重
量％よりも少なく、炭化珪素含有量が４０重量％よりも
多い複合セラミック材料で転走面が形成された転がり軸
受は耐久性に劣った。

【００１５】一方、アルミナ含有量および炭化珪素含有
量が上記範囲内にあり、アルミナと炭化珪素の粒径が所
定の大きさ以下である場合には、転走面の表面粗さを一
定の範囲内に抑えることができ、また転走面における破
壊靭性値も所定値以上にすることができ、転がり軸受と
して良好な耐久性を得ることができた。しかも、主要成
分であるアルミナと炭化珪素はいずれも窒化珪素よりも
耐蝕性に優れたものであることから、請求項１の転がり
軸受は耐蝕性に非常に優れ、窒化珪素では対応できない
腐蝕性の強い薬液中などにおいても、長期に使用するこ
とができる。

【００１６】請求項２の転がり軸受では、上記アルミナ
の平均粒径が５μｍ以下、炭化珪素の平均粒径が２μｍ
以下である。

【００１７】本発明者が行った試験の結果によると、ア
ルミナと炭化珪素の平均粒径がこの範囲内にある場合に
は、転走面における複合セラミック材料の破壊靭性値を
４.０ＭＰａ・ｍ^1/2以上とすることができると共に、炭
化珪素が硬いにもかかわらず転走面を滑らかに研磨する
ことができた。この結果、良好な転がり寿命を得ること
ができた。

【００１８】請求項３の転がり軸受は、上記転走面の表
面粗さを、中心線平均粗さＲａで０.1μm以下かつ最大
高さＲｍａｘで０.４μm以下としたものである。

【００１９】上述したように、転がり寿命は表面粗さと
材料の破壊靭性値に依存しており、表面が粗いか又は破
壊靭性値が低いと、寿命が短くなってしまう。発明者が
行った試験によると、Ｒａがたとえ０.１μｍ以下であ
ってもＲｍａｘが０.４μｍよりも大きいと耐久性のば
らつきが大きくなって、信頼性に欠け、Ｒｍａｘが０.
４μｍ以下でも、Ｒａが０.１μｍよりも大きいと、耐
久性に劣った。これに対して、ＲａとＲｍａｘの両方が
それぞれ上記範囲内にあるときには、良好な耐久性が得
られた。

【００２０】請求項４の転がり軸受においては、上記転
走面を形成している複合セラミック材料は破壊靭性値が
４.０ＭＰａ・ｍ^1/2以上である。

【００２１】アルミナも炭化珪素もそれぞれ脆性セラミ
ックスに分類され、特にアルミナは破壊に対する抵抗力
つまり破壊靭性の低い材料である。しかし、この転がり
軸受の転走面を形成しているアルミナと炭化珪素との複
合セラミック材料は、複合化による効果とアルミナと炭
化珪素の粒子の大きさを所定の値以下にすることで、破
壊靭性が向上しており、転がり軸受の転走面材料として
十分な４.０ＭＰａ・ｍ^1/2以上の破壊靭性値を有するこ
とができるのである。したがって、請求項４の転がり軸
受は、耐荷重性に優れ、良好な耐久性を有することがで
きる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の実施の形態
により詳細に説明する。

【００２３】図１は本発明の転がり軸受の一実施の形態
であるラジアル玉軸受を示した断面図であり、１は外周
面に軌道面１ａを有する内輪、２は内周面に軌道面２ａ
を有する外輪、３は上記軌道面１ａと２ａの間に周方向
に一定間隔をあけて設けられた複数の転動体としての
玉、そして４は保持器である。上記ラジアル玉軸受の転
走面、つまり、上記両軌道面１ａ，２ａおよび各玉３の
表面の表面粗さは、中心線平均表面粗さＲａで０.１μ
ｍ以下、最大高さＲｍａｘで０.４μｍ以下である。

【００２４】上記内輪１、外輪２、および、玉３の各々
は、アルミナと炭化珪素とからなる主要構成部を備えた
複合セラミック材料からなる。この複合セラミック材料
の主要構成部に占めるアルミナ含有量の割合は６０〜９
５重量％の範囲内にあり、炭化珪素含有量の割合は４０
〜５重量％の範囲内にある。アルミナの平均粒径は５μ
ｍ以下、炭化珪素の平均粒径は２μｍ以下である。この
複合セラミック材料は、アルミナと炭化珪素とからなる
上記主要構成部のみで１００重量％となるようにしても
よいが、焼結を促進するための焼結助剤となる成分、ア
ルミナの粒成長を抑制する成分などを不可避不純物と合
わせて、１００重量％の該主要構成部に対して５重量％
を超えない範囲で加えてもよい。焼結助剤としては、各
種の希土類酸化物、酸化マグネシウム、酸化カルシウム
等を用いることができる。上記内輪１、外輪２、玉３の
転走面において、上記複合セラミック材料の破壊靭性値
は４.０ＭＰａ・ｍ^1/2以上である。

【００２５】上記アルミナ／炭化珪素複合セラミック材
料製の内輪１と外輪２と玉３は、たとえば次のような方
法によって製造できる。

【００２６】まず、アルミナの粉末と炭化珪素の粉末と
を上記範囲内で所定の割合となるように秤量し、通常の
方法でボールミルで混合（このとき、上述した範囲内で
焼結助剤などを加えてもよい。）、乾燥した後、その混
合粉体を内輪、外輪および玉に成形し、真空またはアル
ゴン雰囲気中で１４００℃〜１８００℃で常圧焼結す
る。次いで、熱間静水圧プレス（ＨＩＰ：Hot Isostati
c Pressing）法による焼結を行い、実質的に理論密度の
複合焼結体を得る。そして、こうして得られた焼結体の
表面を研磨加工によって滑らかにすることにより、上記
内輪１、外輪２、玉３を得るのである。

【００２７】上記混合粉体の成形法としては、乾燥した
粉末を所定の形状に合わせて一軸プレスする方法、静水
圧プレスする方法、スリップキャスト法、射出成形法等
を用い得る。また、上記常圧焼結の目的は、次いで行う
ＨＩＰ焼結において実質的に理論密度の焼結体が得られ
るように、開気孔が実質的になくなるようにすることで
あり、通常、相対密度が９５％以上となるように温度と
時間とを選ぶ。上記ＨＩＰ焼結は真空またはアルゴン雰
囲気で行い、その温度は通常、常圧焼結時の温度より５
０℃程度低い温度に設定する。こうして得られた焼結体
は、殆ど気孔のない緻密なものなので、研磨加工によっ
て滑らかな表面に加工できる。

【００２８】図２に示す試験装置を用いて油中での転動
疲労試験を行い、上記複合セラミック材料からなる焼結
体の転がり性能評価（耐荷重性評価）を行った。この転
動疲労試験は、図２に示すように、平板状の試験片（試
料）の上を３個の金属（ＳＵＪ２）製の玉が転がる方式
とし、これらの玉に１００Kgfの荷重をかけて、油（ス
ピンドル油＃６０）の中で１２００r.p.m.の回転速度で
回転させるものである。なお、保持器は黄銅製のものを
用いた。繰り返し応力によって、一定時間の後に、試料
には剥離が生じたり、摩耗が生じたりする。その結果、
試験装置の振動が大きくなる。そこで、その振動を検知
し、振動が検知されるまでの時間をその試料の寿命とし
た。

【００２９】最初の試験では、アルミナと炭化珪素の混
合割合をいろいろと変化させた試料Ｎｏ．１〜６を用意
し、それらの寿命を調べた。表１はこの試験結果を示し
たものである。

【００３０】

【表１】

【００３１】試料Ｎｏ．１と試料Ｎｏ．６は比較例、試
料Ｎｏ．２〜５は本発明の実施例である。アルミナ含有
量が９５重量％よりも多く炭化珪素含有量が５重量％よ
りも少ない試料１（比較例）の場合には、中心線平均表
面粗さＲａが０.０５μｍ以下、最大高さＲｍａｘが０.
４μｍと所定の値（Ｒａ＝０.１μｍ，Ｒｍａｘ＝０.４
μｍ）以下であり、十分滑らかな表面を有するにも拘わ
らず、寿命はわずか２８時間と非常に短かった。これ
は、炭化珪素含有量が余りに少ないために、複合化によ
る機械的強度向上の効果が十分に得られないためだと考
えられる。また、アルミナのみ、あるいはそれに近い状
態では、たとえ焼結体が緻密になっていて滑らかな表面
を有していても、荷重下での玉の転動によって、アルミ
ナ粒子の脱落が生じるためと思われる。

【００３２】また、アルミナ含有量が６０重量％よりも
少なく炭化珪素の含有量が４０重量％よりも多い、具体
的には、それぞれの含有量が等しい試料Ｎｏ．６（比較
例）の場合には、常圧焼結で相対密度を９５％以上にす
ることができず、その結果ＨＩＰ焼結を行っても緻密に
ならず、研磨加工によって滑らかな面を得ることができ
なかった。つまり、Ｒａは０.１５μｍ、Ｒｍａｘは０.
４８μｍと、いずれも所定値（Ｒａ＝０.１μｍ、Ｒｍ
ａｘ＝０.４μｍ）よりも大きかった。この結果、この
試料の寿命は９８時間であった。試料Ｎｏ．６と同じア
ルミナ、炭化珪素の含有量で焼結温度を上げた試料Ｎ
ｏ．７では、表面粗さは所定値以下にすることができた
が、転がり寿命はやはり短かった。この試料では、アル
ミナの平均粒径が５μｍを越えており、破壊靭性値は
３．５ＭＰａ・ｍ^1/2であった。

【００３３】これに対して、アルミナと炭化珪素の含有
量（重量％）がそれぞれ９０／１０、８０／２０、７０
／３０、６０／４０である試料Ｎｏ．２〜５（実施例）
の場合には、表面粗さはＲａで０.０５以下、Ｒｍａｘ
で０．４以下と滑らかな表面を有し、また、寿命はそれ
ぞれ、１０３時間、２８０時間、３００時間、２５０時
間と、両比較例に比べて長く、中でも、アルミナ含有量
が９０〜６０重量％で炭化珪素含有量が１０〜４０重量
％の複合体（試料Ｎｏ．３〜５）が特に効果のあること
が分かった。これらの試料でアルミナの平均粒径は３.
２〜４.８μｍの範囲であり、炭化珪素の平均粒径は２
μｍ以下であった。これらの試料の破壊靭性値は４．０
ＭＰａ・ｍ^1/2以上である。

【００３４】次に、アルミナ７０重量％と炭化珪素３０
重量％の複合体の中心線平均表面粗さＲａを０.０５μ
ｍ以下とし、最大高さＲｍａｘをいろいろ変化させるこ
とによって、転がり性能（耐荷重性能）に対する最大高
さＲｍａｘの影響を調べた。その結果を表２に示す。

【００３５】

【表２】

【００３６】試料Ｎｏ．８〜１０は本発明の実施例、試
料Ｎｏ．１１は比較例であり、各試料Ｎｏ．についてそ
れぞれ５個の試料を用意した。表２中、右側の欄には、
５個の試料中、耐久時間つまり寿命の最も長かった試料
と最も短かった試料の耐久時間とを記載している。両数
値の差が大きいほど、同一試料Ｎｏ．における耐久時間
に大きいばらつきがあることを示す。表２から、Ｒｍａ
ｘが０.４μｍ以下である試料Ｎｏ．８〜１０（実施
例）の場合には同一試料Ｎｏ．間のばらつきがわずか３
０〜５５時間しかなく、したがって信頼性が高いのに対
して、Ｒｍａｘが０.４μｍを超える試料Ｎｏ．１１
（比較例）の場合には、最長寿命が１５０時間、最短寿
命が５０時間と、同一試料Ｎｏ．間で寿命が大きく（１
００時間）ばらついており、信頼性に欠けることがわか
った。さらに、全体的傾向として、Ｒｍａｘが大きくな
るにつれて軸受寿命が短くなっていることが分かる。そ
して、Ｒｍａｘが０.４μｍを超えている試料Ｎｏ．１
１（比較例）の場合には、Ｒｍａｘが０.４μｍ以下の
試料に比べると最長寿命は１００時間以上も短かく、ま
た最短寿命については、わずか５０時間しかなく、本発
明の実施例である試料Ｎｏ．８〜１０の最短寿命が２５
０〜１９５時間であるのに対して、非常に短い。このこ
とから、最大表面粗さＲｍａｘが軸受の寿命に密接に関
係しており、Ｒｍａｘが０.４μｍを超えると十分な転
がり性能を得られないばかりか、寿命にばらつきが出て
信頼性にも欠けることがわかった。

【００３７】次に、アルミナ７０重量％と炭化珪素３０
重量％の複合体の最大高さＲｍａｘを０.４μｍ以下と
し、中心線平均表面粗さＲａをいろいろ変化させること
によって、転がり性能（耐荷重性能）に対する中心線平
均表面粗さＲａの影響を調べた。その結果を表３に示
す。試料Ｎｏ．１２〜１５は本発明の実施例、試料Ｎ
ｏ．１６，１７は比較例である。各試料Ｎｏ．について
それぞれ３個の試料を用意し、これら３個の寿命の平均
をその試料Ｎｏ．の寿命とした。

【００３８】

【表３】

【００３９】表３から、Ｒａが大きくなるにつれて寿命
が短くなっていることが分かる。そして、Ｒａが０．１
μｍを超えている試料Ｎｏ．１６，１７（比較例）の場
合には、寿命はそれぞれわずか３２時間，２８時間しか
なく、実用に耐えるものではないことが分かった。試料
Ｎｏ．１２〜１６はＨＩＰしたアルミナ／炭化珪素複合
体の研磨の程度を変えて表面粗さを変化させた場合であ
るが、試料Ｎｏ．１７はアルミナと炭化珪素の比率は同
じ７０／３０体積％とし、炭化珪素として平均２μｍ以
上の原料を用いて製造した複合体を試料Ｎｏ．１２と同
じ条件で研磨したものである。この試料Ｎｏ．１７では
硬い炭化珪素が大きいために、最善の研磨を施してもＲ
ａが０.１〜０.１５と大きく、その結果転がり寿命は短
かった。このことから、Ｒａは０.１μｍ以下であるべ
きであること、また炭化珪素は２μｍ以下であるべきこ
とが分かった。また、Ｒａが０.０１〜０.０７μｍの範
囲内にある試料Ｎｏ．１２〜１４の場合に特に良好な結
果（２６５〜２２３時間）が得られたことから、Ｒａは
０.１μｍ以下の範囲の中でも特に０.０７μｍ以下にお
いて効果のあることがわかった。

【００４０】以上の試験結果において、Ｒａがたとえ
０.１μｍ以下であっても、Ｒｍａｘが０.４μｍよりも
大きいと耐久性（寿命）のばらつきが大きくなり、Ｒｍ
ａｘが０.４μｍ以下であっても、Ｒａが０.１μｍより
も大きいと平均的な耐久時間（寿命）が短くなったこと
から、Ｒａの値とＲｍａｘの値がそれぞれ、０.１μｍ
以下、０.４μｍ以下という条件を同時に満たす必要が
あることがわかった。

【００４１】以上の試験結果は、アルミナを６０〜９５
重量％、炭化珪素を４０〜５重量％含有したアルミナ／
炭化珪素複合セラミック材料が、緻密な焼結体を得られ
る点、焼結体の表面を滑らかに加工できる点、また、十
分な機械的強度と破壊靭性（４．０ＭＰａ・ｍ^1/2以
上）、つまり耐荷重性を得られる点で優れた転がり軸受
材料であることを示した。また、転走面の表面粗さがＲ
ａで０.１μｍ以下、Ｒｍａｘで０.４μｍ以下の場合に
転がり軸受が耐久性を有することも示した。しかも、上
記複合セラミック材料は、従来使用されていた窒化珪素
よりも耐腐蝕性に優れたアルミナおよび炭化珪素を含有
したものである。したがって、本実施の形態の玉軸受は
強い耐蝕性を有する。

【００４２】表１〜３に示した試験結果は、アルミナと
炭化珪素とからなる主要構成部のみで１００重量％にし
た試料に関するものであるが、焼結助剤を不可避不純物
と合わせて、１００重量％の該主要構成部に対して５重
量％を越えない範囲で加えた場合も、同様に良好な結果
を得ることができた。

【００４３】次に、複数種類のセラミック材料を試料と
して、図２に示す試験装置を用いて油中と水中での転動
疲労試験を行い、油中と水中での転がり性能評価（耐荷
重性評価）を行った。この転動疲労試験は、前述の試験
と同様に平板状の試験片（試料）の上を３個の金属製の
玉が転がる方式とし、これらの玉に荷重をかけて、油
（スピンドル油＃６０）と水道水の中でそれぞれ１２０
０r.p.m．の回転速度で回転させるもので、荷重の大き
さを１００時間毎に４０Kgf→１００Kgf→２５０Kgf→
４００Kgfと段階的に増加させた。なお、上記玉は、油
中試験ではＳＵＪ２製のものを、水中試験ではＳＵＳ４
４０Ｃ製のものを用いた。そして、保持器は油中試験に
おいても水中試験においても黄銅製のものを用いた。繰
り返し応力によって、一定時間の後に、試料には剥離が
生じたり、摩耗が生じたりする。その結果、試験装置の
振動が大きくなる。そこで、その振動を検知し、振動が
検知されるまでの時間をその試料の寿命とした。試料
は、本実施形態の転がり軸受に使用するアルミナ／炭化
珪素複合セラミック材料（Ａｌ₂Ｏ₃−ＳｉＣ）のほか、
比較例として、炭化珪素（ＳｉＣ)、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ
₃）、および窒化珪素（Ｓｉ₃Ｎ₄）の計４種類を用い
た。油中での試験結果を図３に、水中での試験結果を図
４に示す。

【００４４】図３に示すように、油中では、やはり窒化
珪素が最も優れた転がり性能を発揮し、荷重が４００Ｋ
ｇｆに変わって１００時間を経過、つまり、試験開始か
ら４００時間を経過しても異常は検知されなかった（図
中、○印はそこで試験が打ち切られたことを示す）。一
方、炭化珪素単体およびアルミナ単体はそれぞれ荷重４
０Ｋｇｆで損傷し、その寿命は５０時間に遥かに及ばな
かった。これに対して、本実施の形態である転がり軸受
の材料であるアルミナ／炭化珪素複合セラミック材料
は、２５０Ｋｇｆの荷重で損傷したものの、１００Ｋｇ
ｆの荷重に対しては異常を示さず、耐久時間が２００時
間余りと、転がり軸受材料として満足の行くものである
ことを示した。

【００４５】一方、水中での試験では、図４から明らか
なように、アルミナ／炭化珪素複合セラミック材料が最
も優れた耐久性を示した。具体的には、窒化珪素もアル
ミナ／炭化珪素複合セラミック材料も荷重１００Ｋｇｆ
で損傷（摩耗）したが、その寿命は窒化珪素が約１５０
時間であったのに対して、アルミナ／炭化珪素複合セラ
ミック材料は２００時間近くあった。なお、炭化珪素単
体およびアルミナ単体は、油中の場合と同様に、それぞ
れ荷重４０Ｋｇｆで損傷（摩耗）し、その寿命は５０時
間に遥かに及ばなかった。このように、アルミナ／炭化
珪素複合セラミック材料は水中においては窒化珪素より
も優れた耐久性を有する。したがって、この材料で形成
した本実施の形態の転がり軸受は、窒化珪素では対応で
きない強い腐蝕性を有する薬液の中においても、長期に
わたって良好に機能できる。

【００４６】以上、内輪１と外輪２と玉３の全体を上記
アルミナ／炭化珪素複合セラミック材料で形成した実施
の形態について説明したが、内輪１と外輪２と玉３のそ
れぞれの転走面のみ、つまり、軌道面１ａ，２ａと玉３
の表面のみをこの材料で形成するようにし、その他の部
分は他の成分からなるセラミックで形成してもよい。あ
るいは、上記と同一の成分を用いるが、転走面とその他
の部分とで混合比のみを変えるようにしてもよい。ま
た、内外輪１、２の表面部分全体を上記アルミナ／炭化
珪素複合セラミック材料で形成し、内部を金属で形成す
ることもできる。

【００４７】また、上記実施の形態においては、アルミ
ナ粉末と炭化珪素粉末とを混合し、この混合粉体を成形
して焼結したが、炭化珪素粉末の代わりに炭化珪素ウィ
スカーを用いてもよい。あるいは、炭化珪素粉末と炭化
珪素ウィスカーの両方を用いてもよい。

【００４８】なお、上記説明はラジアル玉軸受について
行ったが、本発明はそれ以外のあらゆる転がり軸受に適
用できることは言うまでもない。

【００４９】

【発明の効果】以上より明らかなように、請求項１の転
がり軸受の転走面を形成しているアルミナと炭化珪素と
の複合セラミック材料は、耐蝕性に非常に優れ、しか
も、焼結性、表面加工性にも機械的強度にも優れている
ので、請求項１の転がり軸受は、窒化珪素製の転がり軸
受では対応できないような非常に腐蝕性の強い薬液中で
も長期にわたって良好に作動することができる。

【００５０】また、請求項２の転がり軸受は、上記アル
ミナの平均粒径が５μｍ以下、炭化珪素の平均粒径が２
μｍ以下であるので、転走面における複合セラミック材
料の破壊靭性値ならびに転走面の表面粗さを、良好な転
がり寿命を得ることを可能とするものにできる。

【００５１】また、請求項３の転がり軸受は、上記転走
面の表面粗さが、中心線平均粗さＲａで０.１μｍ以下
かつ最大高さＲｍａｘで０.４μｍ以下であるので、ば
らつきのない優れた耐久性を有することができる。

【００５２】また、請求項４の転がり軸受は、転がり接
触する転走面における材料の破壊靭性値が４.０ＭＰａ・
ｍ^1/2以上であるから、耐荷重性に優れ、良好な耐久性
を有することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態であるラジアル玉軸受
の断面図である。

【図２】転動疲労試験を行うための試験装置を示す図
である。

【図３】油中での試験結果を示したグラフである。

【図４】水中での試験結果を示したグラフである。

【符号の説明】

１…内輪、１ａ…内輪の軌道面、２…外輪、２ａ…外輪
の軌道面、３…転動体、４…保持器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者服部智哉大阪府大阪市中央区南船場三丁目５番８号光洋精工株式会社内 (72)発明者和田重孝愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番地の１株式会社豊田中央研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内輪と外輪と転動体との少なくとも転走
面が複合セラミック材料で形成されており、上記複合セ
ラミック材料は、アルミナと炭化珪素とからなる主要構
成部を備え、上記主要構成部においてアルミナ含有量が
６０〜９５重量％、炭化珪素含有量が４０〜５重量％で
あり、さらに、上記主要構成部に対する割合が５重量％
未満である非主要構成部を備えることができることを特
徴とする転がり軸受。
【請求項２】上記アルミナの平均粒径が５μｍ以下、
炭化珪素の平均粒径が２μｍ以下であることを特徴とす
る請求項１に記載の転がり軸受。
【請求項３】上記転走面は、表面粗さが中心線平均粗
さＲａで０.1μm以下かつ最大高さＲｍａｘで０.４μm
以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の
転がり軸受。
【請求項４】上記転走面を形成している複合セラミッ
ク材料は破壊靭性値が４.０ＭＰａ・ｍ^1/2以上であるこ
とを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載の
転がり軸受。