JPH11223220A

JPH11223220A - 転がり軸受

Info

Publication number: JPH11223220A
Application number: JP10024421A
Authority: JP
Inventors: Kazuhisa Kitamura; 和久北村; Hiroaki Takebayashi; 博明竹林; Tomoya Hattori; 智哉服部
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 1998-02-05
Filing date: 1998-02-05
Publication date: 1999-08-17
Also published as: US6174089B1

Abstract

(57)【要約】【課題】高速回転とグリースの長寿命化という条件を
満たしながら、振動、騒音を低減できる転がり軸受を提
供する。【解決手段】玉３をヤング率が２５０ＧＰａ以下のジ
ルコニアを主成分とするセラミック材料で形成する。上
記セラミック材料のジルコニア含有量は８０重量％以上
である。上記セラミック材料はＨＩＰ焼結されている。
上記玉３はヤング率が低いから、転動体と軌道輪の接触
面圧を低くすることができるので、軸受の振動及び騒音
が低くなる。また、ＨＩＰ焼結されているから、耐久性
が高い。

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に関し、
例えば、ハードデスクドライブ(ＨＤＤ)のスピンドルや
デンタルハンドピース用の小型スピンドル等に使用すれ
ば好適な転がり軸受に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の転がり軸受としては、軸
受鋼製の内外輪と、窒化珪素製のボールとを備えたもの
がある。この軸受は、ボールが窒化珪素でできているた
め、高速回転に対応でき、かつグリースを長期に渡って
補給しなくてもよいという長所がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の軸受では、高速回転時のグリースの補給間隔を長く
すること、つまりグリースの長寿命化は達成できるが、
軸受鋼と窒化珪素の接触面圧が、内外輪と玉とを共に軸
受鋼で製造した場合の接触面圧と比べて高いため、全て
が軸受鋼でできた軸受に比べて、振動や騒音が大きくな
るという問題があった。

【０００４】そこで、本発明の目的は、高速回転とグリ
ースの長寿命化という条件を満たしながら、振動、騒音
を低減できる転がり軸受を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１の転がり軸受は、軌道と、少なくとも上記
軌道と転がり接触する表面部をヤング率が２５０ＧＰａ
以下のジルコニアを主成分とするセラミック材料で形成
した転動体とを備えたことを特徴としている。

【０００６】この請求項１によると、上記転動体の表面
部は、ヤング率が２５０ＧＰａ以下のジルコニアを主成
分とするセラミック材料で形成している。したがって、
上記表面部のヤング率が低いため、転動体と軌道輪との
接触面圧が低くなる。そのため、この転がり軸受は、振
動および騒音を大幅に低減できる。つまり、高速回転対
応、グリースの長寿命に加えて、低振動、低騒音という
利点を有する。

【０００７】請求項２の転がり軸受は、上記転動体のセ
ラミック材料が熱間静水圧加圧法(以下ＨＩＰと記す：H
ot Isostatic Pressing)で焼結されていることを特徴と
する。

【０００８】この請求項２においては、ジルコニアを主
成分とするセラミック材料からなる転動体がＨＩＰによ
り焼結されているので、この転動体は、殆ど気孔のない
緻密な焼結体となる。したがって、この転動体を使用す
ることにより、この転がり軸受は振動が小さくて、低騒
音で、しかも耐久性がよくなる(疲労強度が大きくな
る)。

【０００９】

【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。

【００１０】図１は本発明の転がり軸受の一例としての
ラジアル玉軸受を示した断面図である。このラジアル玉
軸受は、軌道１ａを有する内輪１と、軌道２ａを有する
外輪２と、上記軌道１ａと２ａとの間に配置された複数
の転動体としての玉３と、複数の玉３を周方向に一定間
隔をあけて保持する保持器４とを備えている。

【００１１】上記内輪１、外輪２、および保持器４は軸
受鋼製であり、玉３はヤング率が２５０ＧＰａ以下のジ
ルコニアを主成分とするセラミック材料で形成されてい
る。このセラミック材料としては、ジルコニアに安定化
剤として希土類酸化物を１０重量％未満の範囲で加えて
焼結したものか、あるいは主要構成部であるジルコニア
の含有量が８０重量％〜１００重量％、アルミナの含有
量が２０重量％〜０重量％の範囲である複合セラミック
材料としてもよい。また、この複合セラミック材料はジ
ルコニアとアルミナとからなる上記主要構成部のみで１
００重量％となるようにしてもよいが、微小成分とし
て、焼結を促進するための焼結助剤となる成分や、粒成
長を抑制する成分等を加えても良い。焼結助剤として
は、各種の希土類酸化物、酸化マグネシュウム、酸化カ
ルシュウム等を用いることができる。

【００１２】上記セラミツク材料の玉３は、例えば、次
のような方法によって製造できる。

【００１３】まず、ジルコニアの粉末とアルミナの粉末
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し(このとき、焼結助剤等
を加えても良い)、乾燥した後、その混合粉体を金型プ
レスにより球状に成形し、真空または不活性ガス雰囲気
中で加熱して常圧焼結する。次いで、例えばアルゴンガ
ス、窒素ガスなどの不活性ガスを用いてＨＩＰ焼結す
る。ＨＩＰ焼結の温度は、通常、常圧焼結時の温度より
５０℃程度低い温度とする。このようにして得られた焼
結体は、３μｍ以上の気孔がなく、殆ど実質上気孔のな
い緻密なもので、得られた焼結体の表面を研磨加工で非
常に滑らかな表面を有する玉３が得られるのである。

【００１４】本発明者は、上記の製法で、ジルコニアと
アルミナとの複合セラミック材料の構成比を変化させた
試料Ｎｏ．１〜５の玉３を作成した。表１はこの試料の
ヤング率の測定結果を示したものである。

【表１】試料Ｎｏ．３〜５は比較例、試料Ｎｏ．１と試料Ｎｏ．
２は本発明の実施例である。この実験の結果により、ジ
ルコニアの含有量を増加するとヤング率は低下し、ジル
コニアの含有量が８０重量％以上の試料では、ヤング率
が２５０ＧＰａ以下であり、ジルコニアの含有量が６０
重量％以下の試料では、ヤング率が２８０ＧＰａ以上で
あることが判明した。

【００１５】そして、上記の実験で作成した玉３を使用
して形成したラジアル玉軸受について、図２に示すよう
な測定装置を使用して軸方向振動値を測定した。この測
定装置は、外輪２を所定の回転速度(１８００ｒｐｍ)で
回転する回転台５に取り付け、内輪１に嵌入した加速度
ピックアップ６で軸方向の振動を検知し、振動加速度テ
スター７で振動値を測定する。その結果、図３に示すよ
うに、玉３のヤング率が大きくなるにしたがい、軸方向
振動値は大きくなっている。しかも、玉３のヤング率が
２５０ＧＰａの試料Ｎｏ．２と、２８０ＧＰａの試料Ｎ
ｏ．３との間で急激に軸方向振動値が増加していること
が判明した。したがつて、ヤング率が２５０ＧＰａ以下
のジルコニアを主成分とするセラミック材料の玉３を使
用することにより、軸方向振動値を低減できる。

【００１６】また、従来の窒化珪素製の玉と、本実施形
態のジルコニアを主成分とするセラミック材料で形成さ
れた玉３とを、４組の同一内外輪１、２の間に組み換え
て、軸方向振動値を測定した。また、図４に示すよう
な、アンデロン値測定器でラジアル玉軸受のラジアル方
向の振動を測定した。この測定装置は内輪１を所定の回
転速度で回転する回転軸８に取り付け、軸方向に荷重Ｆ
を加えて外輪２の側面に速度ピックアップ９を接触させ
て、外輪２のラジアル方向の振動速度を検知し、アンデ
ロンメータ１０でアンデロン値を測定する。その結果を
図５に示す。図５(ａ)に示すように、軸方向振動値は、
本実施形態のジルコニア製の玉３の方が、従来の窒化珪
素(Ｓｉ₃Ｎ₄)製の玉の約二分の一となっている。さら
に、図５(ｂ)に示すように、低周波(５０Ｈｚ〜３００
Ｈｚ)におけるアンデロン値(アンデロンＬ)は窒化珪素
製の玉とジルコニア製の玉３では殆ど差がみられない。
しかし、図５(ｃ)に示すように、中周波(３００Ｈｚ〜
１８００Ｈｚ)におけるアンデロン値(アンデロンＭ)
は、約三分の二まで低減できる。また、図５(ｄ)に示す
ように、高周波(１８００Ｈｚ〜１００００Ｈｚ)におけ
るアンデロン値(アンデロンＨ)は、二分の一まで低減で
きる。

【００１７】人の耳に感ずる音は、上記の中周波や高周
波の振動により発生する雑音であり、この実施形態のジ
ルコニアを主成分とするセラミツク材料の玉３を使用し
たラジアル玉軸受によれば、耳障りな騒音を大幅に低減
することができる。

【００１８】さらに、図６に示すような試験装置を用い
て、スピンドル油中でＨＩＰ焼結のジルコニア(以下Ｈ
ＩＰジルコニアと記す)と常圧焼結のジルコニア(以下非
ＨＩＰジルコニアと記す)との転がり性能評価試験を行
なった。この試験では、ジルコニアを平板状に成形し
て、焼結して作成した平板試験片(試料)１１の上を、３
個の軸受鋼(ＳＵＪ２)製の玉１２を保持器１３により一
定間隔を保ちながら転がらせる。そして、軌道１４を介
して所定の荷重Ｗをかけて、１２００ｒｐｍで回転させ
て、試験片１１の転動疲労を評価するものである。

【００１９】ＨＩＰジルコニアと非ＨＩＰジルコニアの
転がり寿命を比較するため、一定の荷重を加えて長時間
回転させて試験する転がり寿命試験を実施した。

【００２０】この試験の結果は、図７に示すように、非
ＨＩＰジルコニアは１００時間未満で剥離損傷が生じた
のに対し、ＨＩＰジルコニアは４００時間でも損傷しな
かった。この原因として、ＨＩＰジルコニアは気孔がな
く緻密な焼結体であることが考えられる。

【００２１】したがって、ＨＩＰジルコニアからなる玉
３を有するラジアル玉軸受は、低振動、低騒音に加え
て、長寿命だという効果がある。

【００２２】以上、軸受鋼製の内外輪１、２と保持器４
を使用し、玉３をヤング率が２５０ＧＰａ以下のＨＩＰ
ジルコニアを主成分とした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、内外輪１、２や保持器４
の材質は軸受鋼に限定されず、種々の材料が選択でき
る。例えば、ステンレス鋼やヤング率が２５０ＧＰa以
下の各種セラミック材料で形成してもよいのは言うまで
もない。

【００２３】また、上記実施の形態では、玉３の全体を
２５０ＧＰａ以下のジルコニアを主成分としたセラミッ
ク材料で形成したが、玉の表面部のみをヤング率が２５
０ＧＰａ以下のジルコニアを主成分としたセラミック材
料で形成するようにし、その他の部分は２５０ＧＰａ以
上のジルコニアを主成分とするセラミック材料、あるい
は他の成分からなるセラミック材や金属で形成してもよ
い。

【００２４】なお、上記説明はラジアル玉軸受について
行なったが、本発明はスラスト玉軸受やころ軸受等のあ
らゆるタイプの転がり軸受に適用できるのは言うまでも
ない。

【００２５】

【発明の効果】以上より明らかなように、請求項１の転
がり軸受は、軌道と接触する少なくとも表面部をヤング
率が２５０ＧＰａ以下のジルコニアを主成分とするセラ
ミック材料で形成した転動体を備えているので、高速回
転かつグリースの長寿命に対応できる上に、転動体と軌
道との接触面圧を下げて、振動、騒音を低減できる。

【００２６】請求項２の転がり軸受は、請求項１記載の
転がり軸受において、転動体のセラミック材料がＨＩＰ
焼結されているため、開気孔が実質的になくなって、耐
荷重性に優れ、長寿命の転がり軸受が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は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】図２は軸方向振動の測定装置を示す図であ
る。

【図３】図３は転動体のヤング率と軸方向振動値との
関係を調べた実験結果を示す図である。

【図４】図４はアンデロン値の測定装置を示す図であ
る。

【図５】図５は窒化珪素製の玉と、ジルコニア製の玉
とのアンデロン値の試験結果を示す図である。

【図６】図６は転動体の疲労試験を行なうための試験
装置を示す図である。

【図７】図７は非ＨＩＰジルコニアと、ＨＩＰジルコ
ニアとの転がり寿命の試験結果を示す図である。

【符号の説明】

１…内輪、１ａ…軌道、２…外輪、２ａ…軌道、３…
玉、４…保持器。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】軌道と、少なくとも上記軌道と転がり接
触する表面部をヤング率が２５０ＧＰａ以下のジルコニ
アを主成分とするセラミック材料で形成した転動体とを
備えたことを特徴とする転がり軸受。
【請求項２】請求項１に記載の転がり軸受において、
上記転動体の上記セラミック材料は熱間静水圧加圧法で
焼結されていることを特徴とする転がり軸受。