WO2019009069A1 - ガラスボール - Google Patents

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小池　章夫
信 勝田
優 村山
健二 今北
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Ａｇｃ株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a glass ball, and more particularly to a glass ball suitable as a ball for a rolling bearing (ball bearing).
  • a ball bearing for supporting a rotating shaft is attached to a drive portion of various devices.
  • balls made of metal such as steel have been widely used as balls and bearings used for such ball bearings.
  • balls for bearings that are lightweight and have insulating properties are required, and balls made of ceramics such as silicon nitride that can be made to have high strength while achieving weight reduction have been studied (see Patent Document 2). .
  • the ceramic ball is easier to reduce in weight than the metal ball and has an insulating property, the application to the inverter air conditioner can be sufficiently considered.
  • ceramic balls in particular silicon nitride, have very high hardness and are not easy to process. Therefore, it takes time and cost to manufacture a bearing ball whose desired shape and size are precisely required, and efficient production is difficult.
  • the glass ball of the present invention has a density of 2.3 to 3.2 g / cm 3 , a Young's modulus of 60 to 150 GPa, and an average thermal expansion coefficient of 40 ⁇ 10 ⁇ 7 to 120 ⁇ 10 ⁇ at 50 ° C. to 350 ° C. 7 / ° C, expressed as a mole percentage based on oxide, 30 to 75 mole% of SiO 2 , 2 to 30 mole% of Al 2 O 3 , R 2 O (wherein R is selected from Li, Na, K It is characterized in that it is formed of a glass material containing 5 to 25 mol% of one or more) and has a compressive stress layer on the surface.
  • this glass ball which is lightweight, has insulating properties, and has sufficient strength.
  • This glass ball is suitable as a ball for a ball bearing (in particular, a ball for a ball bearing used in a device having an inverter circuit).
  • this glass ball is easy to manufacture, and can reduce the manufacturing cost and improve the productivity.
  • glass material means glass prior to tempering treatment. Further, “-” indicating a numerical range is used in the meaning including the numerical values described before and after that as the lower limit value and the upper limit value.
  • the glass ball of the present embodiment has the configuration as described above, and has a density of 2.3 to 3.2 g / cm 3 , a Young's modulus of 60 to 150 GPa, and an average thermal expansion coefficient of 40 ⁇ at 50 ° C. to 350 ° C. 10 ⁇ 7 to 120 ⁇ 10 ⁇ 7 / ° C., and in terms of mole percentage on an oxide basis, 30 to 75 mole% of SiO 2 , 2 to 30 mole% of Al 2 O 3 , R 2 O (wherein , R is one or more selected from Li, Na, and K), and is formed of a glass material containing 5 to 25 mol%, and has a compressive stress layer on the surface.
  • the glass composition of the glass material used in this embodiment basically indicates the glass composition before the strengthening treatment.
  • a chemical strengthening process is used as a strengthening process
  • the glass composition of the surface changes a little by ion exchange.
  • the portion having tensile stress that has not been subjected to a strengthening treatment hereinafter also referred to as a tensile stress portion
  • the composition of the tensile stress portion is the same as the glass before the strengthening treatment (glass composition of the glass material).
  • the composition of the glass can be determined simply by semi-quantitative analysis by a fluorescent X-ray method, but can be more accurately measured by a wet analysis method such as ICP emission analysis.
  • content of each component is represented by the molar percentage (mol%) display of an oxide basis, and unless otherwise indicated, it represents with “%” hereafter.
  • the components constituting the glass composition will be specifically described below.
  • Glass material constituting the glass balls in the present embodiment a mole percentage based on oxides, SiO 2 30 ⁇ 75%, the Al 2 O 3 2 ⁇ 30% , R 2 O ( wherein, R represents Li , Na, K, containing 5-25%).
  • the glass material used here is a material capable of forming a compressive stress layer on the glass surface by a strengthening treatment, and a material capable of forming a compressive stress layer by a chemical strengthening treatment is preferable.
  • SiO 2 is a component constituting the skeleton of glass. In addition, it is a component that enhances chemical durability, and is a component that reduces the occurrence of cracks when a scratch (dent) is attached to the glass surface.
  • the content of SiO 2 is 30% or more.
  • the content of SiO 2 is preferably 35% or more, more preferably 45% or more, still more preferably 50% or more, and particularly preferably 60% or more.
  • the content of SiO 2 is 75% or less, preferably 70% or less, and more preferably 68% or less.
  • Al 2 O 3 is a component that improves Young's modulus and hardness, and is a component necessary for use as a ball for a ball bearing.
  • Al 2 O 3 is an effective component to improve ion exchange performance in chemical strengthening and to increase surface compressive stress after strengthening.
  • Al 2 O 3 is a component that raises the glass transition point (Tg) of glass, and makes it difficult to reduce the compressive stress even if it is treated for a long time in order to deepen the compressive stress depth at the time of chemical strengthening. It is also an ingredient.
  • the content of Al 2 O 3 is 2% or more. To effectively exhibit the above properties, the content of Al 2 O 3, 2.5% or more. On the other hand, when the content of Al 2 O 3 is over 30%, the acid resistance of the glass tends to decrease or the devitrification temperature tends to increase, so the content of Al 2 O 3 is 30% or less. In addition, the viscosity of the glass may increase and the meltability may decrease. Accordingly, the content of Al 2 O 3 is preferably 27% or less, more preferably 20% or less, further preferably 15% or less, and particularly preferably 10% or less.
  • R 2 O (wherein R is at least one selected from Li, Na, K) is a component for forming a surface compressive stress layer on the glass surface by ion exchange, and the friability of chemically strengthened glass To improve the The total amount of these components (Li 2 O + Na 2 O + K 2 O) is 5% or more, preferably 8% or more, more preferably 10% or more, and still more preferably 12% or more. On the other hand, when the content of R 2 O exceeds 25%, the acid resistance of the glass tends to decrease, so the content of R 2 O is 25% or less. The content of R 2 O is preferably 20% or less, and more preferably 18% or less.
  • Li 2 O is a component useful for increasing the Young's modulus while maintaining the density low, in order to realize a light-weight, insulating, and sufficiently strong glass ball. Moreover, it is a component which is utilized when forming a surface compression stress layer on glass surface by ion exchange, and is a component which improves the abrasion resistance of glass.
  • the content of Li 2 O is preferably 2% or more, more preferably 3% or more, further preferably 5% or more, and 7% or more Is particularly preferred.
  • the content of Li 2 O is more than 20%, the acid resistance of the glass tends to decrease, so the content of Li 2 O is preferably 20% or less, more preferably 17% or less.
  • Na 2 O is a component that forms a surface compressive stress layer by ion exchange and improves the meltability of the glass.
  • the content in the case of containing Na 2 O is preferably 1% or more because it can promote the exchange of Li ions on the glass surface to Na ions.
  • the Na 2 O content is more preferably 2% or more, more preferably 3% or more.
  • the surface compressive stress formed by ion exchange may be reduced.
  • the content of Na 2 O is preferably 8% or less, more preferably 7% or less, still more preferably 6% or less, particularly preferably 5% or less, and most preferably 4% or less.
  • the content of Na 2 O in the case of simultaneously exchanging Li ions and Na ions, Na ions and K ions on the glass surface by dipping in a mixed molten salt of potassium nitrate and sodium nitrate, etc. during the strengthening treatment. Is more preferably at most 7%, particularly preferably at most 6%, most preferably at most 5%.
  • the content of Na 2 O is preferably 2% or more, more preferably 3% or more, and further preferably 4% or more.
  • K 2 O may be contained to improve ion exchange performance and the like.
  • the content of K 2 O is preferably 0.5% or more, more preferably 1% or more, further preferably 2% or more, and particularly preferably 3% or more.
  • the content of K 2 O is more than 10%, the Young's modulus decreases, so the content of K 2 O is preferably 10% or less.
  • the content of K 2 O is more preferably 8% or less, still more preferably 6% or less, particularly preferably 4% or less, and most preferably 2% or less.
  • various arbitrary components can be contained as a glass composition of this glass material in the range which does not inhibit the effect of this embodiment other than the said component.
  • examples of the optional component include the following components.
  • B 2 O 3 is a component that reduces the brittleness of the glass ball and improves the meltability.
  • B 2 O 3 is not essential, the content in the case of containing B 2 O 3 is preferably 0.5% or more, more preferably 1% or more, and still more preferably 2% or more in order to improve the meltability. .
  • the content of B 2 O 3 exceeds 5%, acid resistance is apt to deteriorate, so 5% or less is preferable, 4% or less is more preferable, and 3% or less is more preferable.
  • 1% or less is preferable, More preferably, it is 0.5% or less, More preferably, it is 0.1% or less. Furthermore, it is preferable not to contain substantially.
  • Substantially not containing means not containing except for unavoidable impurities. In the present invention, the content of unavoidable impurities is, for example, 0.01% or less (hereinafter, the same).
  • P 2 O 5 is a component that reduces ion exchange performance and brittleness.
  • P 2 O 5 may not be contained, but the content in the case of containing P 2 O 5 is preferably 0.5% or more, more preferably 1% or more, and still more preferably 2% or more.
  • the content of 6% of P 2 O 5 glass after chemical strengthening treatment (hereinafter, referred to as "chemically strengthened glass") compressive stress is reduced, and also because the acid resistance is decreased, P 2 O
  • the content of 5 is preferably 6% or less, more preferably 4% or less, and still more preferably 3% or less.
  • 1% or less is preferable, More preferably, it is 0.5% or less, More preferably, it is 0.1% or less. Furthermore, it is preferable not to contain substantially.
  • CaO is a component that improves the meltability of glass, is also a component that improves the Young's modulus, and may be contained.
  • the content of CaO is preferably 0.5% or more, more preferably 1% or more, further preferably 2% or more, particularly preferably 3% or more, and most preferably 5% or more.
  • the content of CaO exceeds 20%, the ion exchange performance is significantly reduced, so the content of CaO is preferably 20% or less.
  • the content of CaO is more preferably 14% or less, further preferably 10% or less, particularly preferably 8% or less, and most preferably 6% or less.
  • SrO is a component that improves the meltability of glass, is also a component that improves the Young's modulus, and may be contained.
  • the content of SrO is preferably 0.5% or more, more preferably 1% or more, further preferably 2% or more, particularly preferably 3% or more, and most preferably 5% or more.
  • the content of SrO exceeds 20%, the ion exchange performance is significantly reduced, so the content of SrO is preferably 20% or less, more preferably 14% or less, still more preferably 10% or less, and 8% or less Particularly preferred is 6% or less.
  • it is preferably 3% or less, more preferably 0.5% or less, and still more preferably 0.1% or less. Furthermore, it is preferable not to contain substantially.
  • BaO is a component that improves the meltability of the glass material, is also a component that improves the Young's modulus, and may be contained.
  • the content in the case of containing BaO is preferably 0.5% or more, more preferably 1% or more, further preferably 2% or more, particularly preferably 3% or more, and most preferably 5% or more.
  • the content of BaO exceeds 15%, the ion exchange performance is significantly reduced, so the content of BaO is preferably 15% or less.
  • the content of BaO is more preferably 10% or less, further preferably 8% or less, and particularly preferably 6% or less. In order to reduce the brittleness, it is preferably 3% or less, more preferably 0.5% or less, and still more preferably 0.1% or less. Furthermore, it is preferable not to contain substantially.
  • ZnO is a component for improving the meltability of glass, and may be contained.
  • the content of ZnO is preferably 0.25% or more, and more preferably 0.5% or more.
  • the content of ZnO exceeds 10%, the weather resistance of the glass is significantly reduced, so the content of ZnO is preferably 10% or less.
  • the content of ZnO is more preferably 7% or less, further preferably 5% or less, particularly preferably 2% or less, and most preferably 1% or less.
  • TiO 2 is a component that improves the Young's modulus, and may be contained.
  • the content in the case of containing TiO 2 is preferably 0.1% or more, more preferably 0.15% or more, and still more preferably 0.2% or more.
  • the content of TiO 2 is more than 5%, it tends to be devitrified at the time of melting and the quality of the glass may be reduced, so the content of TiO 2 is preferably 5% or less.
  • the content of TiO 2 is preferably 3% or less, more preferably 1% or less, still more preferably 0.5% or less, and particularly preferably 0.25% or less.
  • ZrO 2 is a component that increases surface compressive stress by ion exchange, and is also a component that improves Young's modulus, and may be contained.
  • the content of the case of containing the ZrO 2 is preferably not less than 0.5%, 1% or more is more preferable.
  • the content of ZrO 2 is more than 8%, it tends to be devitrified at the time of melting and the quality of the glass may be reduced, so the content of ZrO 2 is preferably 8% or less.
  • the content of ZrO 2 is more preferably 6% or less, further preferably 4% or less, particularly preferably 2% or less, and most preferably 1.2% or less.
  • La 2 O 3 and Nb 2 O 5 are components for improving the Young's modulus, and may be contained.
  • the content of each of these components is preferably 0.5% or more, more preferably 1% or more, still more preferably 1.5% or more, and particularly preferably 2% or more, 2.5% or more. Is most preferred.
  • La 2 O 3, Nb 2 for O 5 the quality of it chemically tempered glass and the content is 8 percent respectively glass is easily devitrified when melted may be lowered
  • the content of 2 O 5 is preferably 8% or less.
  • the content of each of La 2 O 3 and Nb 2 O 5 is more preferably 6% or less, further preferably 5% or less, particularly preferably 4% or less, and most preferably 3% or less.
  • Ta 2 O 5 and Gd 2 O 3 may be contained in a small amount to improve Young's modulus, they tend to be devitrified at the time of melting and may deteriorate the quality of the glass, so these components are contained.
  • the content of each of them is preferably 1% or less, more preferably 0.5% or less, and still more preferably 0.1% or less. Furthermore, it is preferable not to contain substantially.
  • Fe 2 O 3 is a component that improves the meltability of glass. Since Fe 2 O 3 is a component that absorbs heat rays, it promotes the heat convection of the molten glass to improve the homogeneity of the glass, and also prevents the increase in temperature of the bottom brick of the melting pot to prolong the pot life, etc. In the melting process of glass using a large scale crucible, it is preferable to be included in the composition.
  • the content of Fe 2 O 3 is preferably 0.002% or more, more preferably 0.006% or more, still more preferably 0.01% or more, and particularly preferably 0.02% or more. On the other hand, if it contains excessively, coloring by Fe 2 O 3 becomes a problem.
  • the content of Fe 2 O 3 is preferably 0.3% or less, more preferably 0.04% or less, still more preferably 0.03% or less, and particularly preferably 0.025% or less.
  • a coloring component in the range which does not inhibit achievement of a desired reinforcement
  • a coloring component for example, Co 3 O 4 , MnO 2 , Fe 2 O 3 , NiO, CuO, Cr 2 O 3 , V 2 O 5 , Bi 2 O 3 , SeO 2 , TiO 2 , CeO 2 , Er 2 Preferred are O 3 , Nd 2 O 3 and the like.
  • the content of these coloring components is preferably in the range of 7% or less in total in terms of molar percentage based on oxide. If it exceeds 7%, the glass tends to be devitrified, which is not desirable.
  • the content is preferably 5% or less, more preferably 3% or less, and still more preferably 1% or less. When priority is given to the visible light transmittance of the glass, it is preferable that these components are not substantially contained.
  • SO 3 As a refining agent in melting of the glass, SO 3, chlorides, fluorides or the like may also contain appropriate. It is preferable not to contain As 2 O 3 substantially. When Sb 2 O 3 is contained, it is preferably 0.3% or less, more preferably 0.1% or less, and most preferably substantially non-containing.
  • the density ( ⁇ ) of the glass material used in the present embodiment is 2.3 to 3.2 g / cm 3 .
  • This density is preferably 2.35 g / cm 3 or more from the viewpoint of securing strength and having chemical resistance such as acid resistance.
  • this density is preferably 3.1 g / cm 3 or less for weight reduction, more preferably not more than 2.6 g / cm 3, more preferably 2.49 g / cm 3 or less.
  • the ball is lightweight as a ball for bearings, and the centrifugal force at high speed rotation is not excessively generated, the force applied to members such as bearings can be reduced, and sufficient strength can be easily secured. Damage to the ball can be avoided.
  • the Young's modulus (E) of the glass material used in the present embodiment is 60 to 150 GPa.
  • the Young's modulus is preferably 70 GPa or more, more preferably 80 GPa or more, in order to secure the strength and the wear resistance. Further, this Young's modulus is preferably 130 GPa or less in order to improve the acid resistance and devitrification characteristics of the glass. Young's modulus can be measured by a known method, for example, by ultrasonic pulse method.
  • the glass material used in the present embodiment has an average thermal expansion coefficient (linear expansion coefficient ⁇ ) at 50 ° C. to 350 ° C. of 40 ⁇ 10 ⁇ 7 to 120 ⁇ 10 ⁇ 7 / ° C.
  • the average thermal expansion coefficient is preferably 50 ⁇ 10 ⁇ 7 / ° C. or more, more preferably 60 ⁇ 10 ⁇ 7 / ° C. or more, in consideration of the production characteristics of the glass.
  • the average thermal expansion coefficient is preferably 102 ⁇ 10 ⁇ 7 / ° C. or less, more preferably 85 ⁇ 10 ⁇ 7 / ° C. or less, and still more preferably 75 ⁇ 10 ⁇ 7 / ° C. or less, in order to ensure dimensional accuracy.
  • the glass ball of this embodiment is a glass ball comprised with the above glass materials, Comprising: Furthermore, the compressive-stress layer is formed in the surface. Having a compressive stress layer on the surface improves the strength of the glass ball and can also increase the strength until it is used as a ball for bearings. This compressive stress layer can be easily formed by tempering treatment on the glass once formed.
  • a wind cooling method, a water cooling method (physical strengthening method) and a chemical strengthening method are known as typical ones.
  • the air cooling method and the water cooling method (physical strengthening method) are methods of rapidly cooling the surface of the glass ball heated to near the softening point by air cooling, water cooling, or the like.
  • the chemical strengthening method is carried out at a temperature below the glass transition temperature, by ion exchange, alkali metal ions (typically Li ion, Na ion) present on the surface of the glass ball having a small ion radius, and The procedure is to exchange for large alkali metal ions (typically, Na ions or K ions for Li ions and K ions for Na ions).
  • alkali metal ions typically Li ion, Na ion
  • the glass ball used in the present embodiment has a compressive stress layer on its surface, so that glass with high mechanical strength can be obtained.
  • any reinforcing method may be used to form a desired compressive stress layer, but in order to obtain a glass ball having a small thickness and a large compressive stress (CS) value, a chemical strengthening method is used. It is preferable to strengthen.
  • the strengthening characteristics (reinforcement profile) of a chemically strengthened glass are compressive stress (CS) formed on the surface, depth of compressive stress (DOL; depth of layer), and tensile formed inside It is expressed by stress (CT; Central tension).
  • CS compressive stress
  • DOL depth of compressive stress
  • CT tensile formed inside It is expressed by stress
  • the compressive stress layer is formed on the surface of the glass ball of the present embodiment.
  • the compressive stress value (CS 0 ) on the surface of the compressive stress layer (the surface of the glass ball) (hereinafter sometimes referred to as “surface compressive stress value” or simply “CS”) is preferably 80 MPa or more. 200 MPa or more is more preferable, 400 MPa or more is more preferable, and 600 MPa or more is particularly preferable.
  • the surface compressive stress value (CS 0 ) increases, the mechanical strength of the glass ball increases.
  • the surface compressive stress value (CS 0 ) is preferably 1500 MPa or less, preferably 1300 MPa or less, 1100 MPa The following are more preferable.
  • the depth (DOL) of the compressive stress layer formed on the surface of the glass ball is preferably 8 ⁇ m or more, more preferably 15 ⁇ m or more, further preferably 25 ⁇ m or more, particularly preferably 50 ⁇ m or more, and most preferably 70 ⁇ m or more.
  • the depth (DOL) of the compressive stress layer is preferably 500 ⁇ m or less, more preferably 300 ⁇ m or less, and still more preferably 200 ⁇ m or less.
  • the surface compressive stress value (CS 0 ) of the glass ball and the depth (DOL) of the compressive stress layer are determined by measurement using a birefringence imaging system (trade name: Abrio, manufactured by Tokyo Instruments Co., Ltd.). In the measurement, the glass ball is sliced so as to include the center of the glass ball to prepare a glass piece having a thickness of about 0.2 mm, and the phase difference distribution in the inside of the glass piece may be measured.
  • the glass plate of a predetermined thickness formed of the same composition is strengthened by the same method. processing, resulting measured CS 0 and DOL of the glass plate may be evaluated the characteristics of the compressive stress layer in the glass ball.
  • the glass composition and the characteristic were explained about the glass ball of this embodiment, as a glass ball for bearings, it is more preferred if the next mentioned characteristic is satisfied.
  • the Vickers hardness (Hvct) of the glass ball of the present embodiment is preferably 6.0 GPa or more, more preferably 6.5 GPa or more.
  • the Vickers hardness (Hvct) in the present specification is the Vickers hardness of the glass ball after the strengthening treatment.
  • the Vickers hardness of the obtained glass plate is measured by strengthening the glass plate of the same composition having a predetermined thickness by the same method. This was regarded as the characteristic of the Vickers hardness (Hvct) of a glass ball and evaluated.
  • the Vickers hardness is measured in accordance with JIS Z 2244.
  • the load at the time of measuring the Vickers hardness is measured at 100 to 200 g so that the indentation length is in the range of 50 to 300 ⁇ m.
  • the diameter of the glass ball of the present embodiment is preferably in the range of 0.5 to 100 mm.
  • the diameter is preferably 0.5 mm or more, more preferably 1.0 mm or more, and still more preferably 1.5 mm or more.
  • the above lower limit value is preferable also from the viewpoint that it becomes difficult to strengthen the surface of the glass ball in the range having the desired characteristics.
  • the diameter is preferably approximately 100 mm or less, more preferably 90 mm or less, and still more preferably 80 mm or less.
  • sphericity is high.
  • the method for producing a glass ball according to the present embodiment is obtained by producing a glass spherical body by a conventionally known method and forming a compressive stress layer on the surface of the spherical body by a strengthening treatment or the like.
  • the spherical body made of glass can be formed into a spherical body of a desired size by gradually cooling the molten glass to form a block-like glass mass, and then grinding and polishing. Further, the glass spherical body may be formed into a spherical body by polishing after pouring molten glass into the mold using a forming die and slowly cooling it to form coarse spheres.
  • the surface is subjected to a strengthening treatment to form a compressive stress layer, whereby the glass ball of the present embodiment can be obtained.
  • a strengthening treatment method the above-described air cooling method, water cooling method (physical strengthening method) or chemical strengthening method can be exemplified.
  • the chemical strengthening process is specifically described below.
  • the chemical strengthening treatment can be carried out by a conventionally known method. That is, in the chemical strengthening process, the ball-like glass body is brought into contact by immersion or the like with a melt of a metal salt (for example, potassium nitrate) containing metal ions (typically, K ions) having a large ion radius, This can be achieved by replacing the medium ion radius metal ion (typically, Na ion or Li ion) with the large ion radius metal ion.
  • a metal salt for example, potassium nitrate
  • metal ions typically, K ions
  • the chemical strengthening treatment is not particularly limited.
  • the ball-like glass body is immersed for 0.1 to 500 hours in a molten salt such as potassium nitrate heated to 360 to 600 ° C.
  • a molten salt such as potassium nitrate heated to 360 to 600 ° C.
  • the heating temperature of the molten salt is preferably 375 to 500 ° C.
  • the immersion time of the glass plate in the molten salt is preferably 0.3 to 200 hours.
  • nitrate, a sulfate, carbonate, a chloride etc. are mentioned.
  • lithium nitrate, sodium nitrate, potassium nitrate, cesium nitrate, silver nitrate and the like can be mentioned.
  • sulfate, lithium sulfate, sodium sulfate, potassium sulfate, cesium sulfate, silver sulfate etc. are mentioned.
  • carbonates include lithium carbonate, sodium carbonate and potassium carbonate.
  • the chloride include lithium chloride, sodium chloride, potassium chloride, cesium chloride, silver chloride and the like.
  • the treatment conditions of the chemical strengthening treatment are not particularly limited, and the characteristics / composition of the glass, the type of molten salt, and the desired surface compressive stress (CS) required for the finally obtained glass ball Appropriate conditions may be selected in consideration of chemical strengthening characteristics such as the depth of compressive stress layer (DOL).
  • DOL depth of compressive stress layer
  • the chemical strengthening process may be performed only once, or the chemical strengthening process (multistage strengthening) may be performed multiple times under two or more different conditions.
  • the chemical reaction is performed under the condition that CS becomes relatively high as the second stage chemical strengthening treatment.
  • the internal tensile stress area (St) can be suppressed while enhancing the CS of the outermost surface of the chemically strengthened glass, and as a result, the internal tensile stress (CT) can be suppressed to a lower level.
  • the glass ball described here is a glass ball using Li-based glass containing Li 2 O as a glass material having a more preferable glass composition and glass characteristics among the glass balls of the first embodiment. .
  • the details will be described below.
  • the Li-based glass used here is, for example, 50 to 75% of SiO 2 , 4 to 20% of Al 2 O 3 , 1 to 15% of Li 2 O, R 2 O in terms of mole percentage on an oxide basis. 5 to 25% (wherein R is at least one selected from Li, Na, and K), 0 to 15% of MgO, and 92% or more of SiO 2 + Al 2 O 3 + R 2 O + MgO Glass to contain is mentioned.
  • the content of SiO 2 is preferably 50% or more.
  • the content of SiO 2 is more preferably 55% or more, further preferably 60% or more, and particularly preferably 65% or more.
  • the content of SiO 2 is preferably 75% or less, more preferably 68% or less.
  • the content of Al 2 O 3 is preferably 4% or more.
  • the content of Al 2 O 3 is more preferably 5% or more, further preferably 6% or more, and particularly preferably 7% or more.
  • the content of Al 2 O 3 is preferably 20% or less, more preferably 15% or less, further preferably 12% or less, and particularly preferably 10% or less.
  • the content of Li 2 O is preferably 1% or more, more preferably 2% or more, further preferably 3% or more, and 5% or more, when performing chemical strengthening treatment by exchanging Li ions of the glass surface to Na ions. Is particularly preferred, and 7% or more is most preferred. On the other hand, the content of Li 2 O is preferably 15% or less, more preferably 12% or less, and still more preferably 10% or less.
  • the content of R 2 O (wherein R is at least one selected from Li, Na, K) is 5% or more, preferably 8% or more, more preferably 10% or more, and 12% or more. Is more preferred. On the other hand, the content of R 2 O is preferably 25% or less, more preferably 20% or less, and still more preferably 18% or less.
  • the content of MgO is 0 to 15%, preferably 0.1% or more, more preferably 1% or more, further preferably 3% or more, and particularly preferably 5% or more. On the other hand, the content of MgO is preferably 15% or less, more preferably 14% or less, still more preferably 11% or less, and particularly preferably 9% or less.
  • the sum of the above components (SiO 2 + Al 2 O 3 + R 2 O + MgO) is 92 in order to achieve a large Young's modulus and sufficient strength and wear resistance while keeping the density low. It is preferable to make it% or more. 95% or more of the total amount of these components is more preferable, and 97% or more is further more preferable.
  • the total content of ZrO and TiO 2 is 0 to 2% at the point of maintaining wear resistance and preventing deterioration of glass quality due to devitrification at the time of melting.
  • the total amount (ZrO + TiO 2 ) is preferably 0.1% or more, more preferably 0.15% or more, and still more preferably 0.2% or more.
  • the total amount (ZrO + TiO 2 ) is more preferably 1.5% or less, and further preferably 1% or less.
  • the Li-based glass having the above composition becomes a low density, high strength, high Young's modulus glass material, and is particularly preferable for lightweight and high strength glass bearing balls.
  • the Li-based glass tends to have the following glass characteristics.
  • the density of the Li-based glass is preferably 2.3 to 2.5 g / cm 3 .
  • the density is more preferably 2.35 g / cm 3 or more, more preferably 2.42 g / cm 3 or more, more preferably 2.47 g / cm 3 or less, more preferably 2.45 g / cm 3 or less.
  • the Young's modulus of the Li-based glass is preferably 75 to 95 GPa. As for this Young's modulus, 80 GPa or more is more preferable, and 90 GPa or less is more preferable.
  • the average thermal expansion coefficient (linear expansion coefficient ⁇ ) at 50 ° C. to 350 ° C. is preferably 50 ⁇ 10 ⁇ 7 to 90 ⁇ 10 ⁇ 7 / ° C.
  • the average thermal expansion coefficient is preferably 60 ⁇ 10 ⁇ 7 / ° C. or higher, more preferably 70 ⁇ 10 ⁇ 7 / ° C. or higher, and further preferably 85 ⁇ 10 ⁇ 7 / ° C. or lower, 75 ⁇ 10 ⁇ 7 / ° C.
  • the temperature is preferably at most / ° C. or less.
  • the surface compressive stress value (CS 0 ) of Li-based glass is preferably 80 MPa or more, and more preferably 120 MPa or more. Moreover, 1500 MPa or less is preferable, and 1300 MPa or less is more preferable.
  • the surface compressive stress value (CS 0 ) of the Li-based glass can be easily increased by the strengthening treatment, and the surface compressive stress value (CS 0 ) after the strengthening treatment is preferably 400 MPa or more, more preferably 600 MPa or more. Moreover, 1100 MPa or less is preferable, and 900 MPa or less is more preferable.
  • the glass ball described here uses, as a glass material, a Y 2 O 3 -based glass containing Y 2 O 3 as having a more preferable glass composition and glass characteristics among the glass balls of the first embodiment. It is a glass ball. The details will be described below.
  • Y 2 O 3 -based glass used here for example, 30 to 70% of SiO 2 , 4 to 30% of Al 2 O 3 , and 5 to 20% of Li 2 O in terms of mole percentage on an oxide basis Glass containing 5 to 25 mol% of R 2 O (wherein R is at least one selected from Li, Na, K), 1 to 25% of MgO, 1 to 20% of Y 2 O 3 Can be mentioned.
  • the content of SiO 2 is preferably 30% or more.
  • the content of SiO 2 is more preferably 35% or more, still more preferably at least 38%.
  • the content of SiO 2 is preferably 70% or less, more preferably 65% or less.
  • the content of Al 2 O 3 is preferably 4% or more.
  • the content of Al 2 O 3 is more preferably 5% or more, further preferably 10% or more, and particularly preferably 15% or more.
  • the content of Al 2 O 3 is preferably 30% or less, more preferably 27%.
  • the content of Li 2 O is preferably 5% or more, and more preferably 7% or more, when the chemical strengthening treatment is performed by exchanging Li ions on the glass surface to Na ions.
  • the Li 2 O content is preferably 20% or less, more preferably 17%.
  • the content of R 2 O (wherein R is at least one selected from Li, Na, K) is 5% or more, preferably 8% or more, more preferably 10% or more, and 12% or more. Is more preferred. On the other hand, the content of R 2 O is preferably 25% or less, more preferably 20% or less, and still more preferably 18% or less.
  • the content of MgO is 1 to 25%, preferably 2% or more, and more preferably 3% or more. On the other hand, the content of MgO is preferably 20% or less, more preferably 17% or less, and still more preferably 15% or less.
  • Y 2 O 3 is a component that improves the wear resistance by increasing the Young's modulus without increasing the density so much.
  • the content of Y 2 O 3 is 1 to 20%, preferably 2% or more, and more preferably 3% or more.
  • the content of Y 2 O 3 exceeds 20%, the acid resistance of the glass decreases or the devitrification temperature increases.
  • the content of Y 2 O 3 is preferably 20% or less, more preferably 11% or less, and still more preferably 9% or less.
  • the total content of ZrO and TiO 2 maintains the wear resistance and prevents deterioration of the glass quality due to devitrification at the time of melting. -2% is preferable.
  • the total amount (ZrO + TiO 2 ) is preferably 0.1% or more, more preferably 0.15% or more, and still more preferably 0.2% or more.
  • the total amount (ZrO + TiO 2 ) is more preferably 1.5% or less, and further preferably 1% or less.
  • the Y 2 O 3 based glass of the above composition becomes a glass material having high strength and high hardness, and is particularly preferable for high durability and high strength glass bearing balls, and is excellent in wear resistance.
  • the range of the glass characteristics of this Y 2 O 3 -based glass is preferably as follows.
  • the density ( ⁇ ) of the Y 2 O 3 -based glass is preferably 2.3 to 3.2 g / cm 3 .
  • the density is more preferably 2.6 g / cm 3 or more, still more preferably 2.8 g / cm 3 or more, and still more preferably 3.1 g / cm 3 or less.
  • the Young's modulus of the Y 2 O 3 based glass is preferably 80 to 150 GPa.
  • the Young's modulus is preferably 90 GPa or more, more preferably 130 GPa or less, still more preferably 125 GPa or less, and particularly preferably 120 GPa or less.
  • the average thermal expansion coefficient (linear expansion coefficient ⁇ ) at 50 ° C. to 350 ° C. of the Y 2 O 3 based glass is preferably 40 ⁇ 10 ⁇ 7 to 90 ⁇ 10 ⁇ 7 / ° C.
  • the average thermal expansion coefficient is preferably 50 ⁇ 10 ⁇ 7 / ° C. or higher, more preferably 55 ⁇ 10 ⁇ 7 / ° C. or higher, and further preferably 85 ⁇ 10 ⁇ 7 / ° C. or lower, 80 ⁇ 10 ⁇ 7 / ° C.
  • the temperature is preferably at most / ° C. or less.
  • Y 2 O 3 based glass of Vickers hardness (Hv) is preferably at least 6.0 GPa, more 6.5GPa is more preferable. It is easy to further increase the Vickers hardness of this Y 2 O 3 -based glass by a strengthening treatment, and the Vickers hardness (Hvct) after the strengthening treatment is preferably 7.0 GPa or more, and more preferably 7.5 GPa or more.
  • Examples 1 to 14 preparation of chemically strengthened glass
  • Glass balls were prepared by platinum crucible melting according to the following procedure so as to obtain each glass composition represented by mole percentage (mole%) based on the oxides shown in Tables 1 and 2.
  • glass materials such as oxides, hydroxides, carbonates, and nitrates were appropriately selected, and weighed to 1000 g as glass.
  • the mixed raw materials were put into a platinum crucible, placed in a resistance heating electric furnace at 1500 to 1700 ° C., melted for about 3 hours, defoamed and homogenized.
  • the obtained molten glass was poured into a mold and held at a glass transition temperature + 50 ° C for 1 hour, and then cooled to room temperature at a rate of 0.5 ° C / min to obtain a glass block.
  • the obtained glass block was cut and ground, and finally the surface was mirror-finished to obtain a glass ball having a diameter of 4 mm.
  • a compressive stress layer was formed on each of the obtained glass balls by chemical strengthening treatment to obtain a glass ball having a compressive stress layer.
  • the chemical strengthening treatment was performed under the following conditions.
  • Example 1 the chemical strengthening treatment is performed under the two conditions of NaNO 3 : 100%, 450 ° C., 4 hours, and then KNO 3 : 100%, 450 ° C., 6 hours.
  • Chemical strengthening treatment is carried out under the conditions of 100% NaNO 3 : 100 ° C., 15 hours, and for the glasses of Examples 7 and 9, Na NO 3 : 100%, 450 ° C., 3 hours, Chemical strengthening treatment under the two conditions of KNO 3 : 100%, 450 ° C., 1.5 hours, 450 for KNO 3 : 80%, NaNO 3 : 20% mixed molten salt for the glass of Example 8
  • NaNO 3 100%, 450 ° C., 1.5 hours
  • KNO 3 100%, 450 ° C., 1.5 hours.
  • the glass of Example 1 is a plate-like glass having a thickness of 0.8 mm, and NaNO 3 : 100%, 450 ° C., 4 hours, then KNO 3 : 100%, 450 ° C., 6 hours. I did the strengthening process.
  • the chemical strengthening treatment is one condition of NaNO 3 : 100%, 500 ° C., 15 hours, for the glasses of Examples 7 and 9, the chemical strengthening treatment is NaNO 3 : 100 %, 450 ° C., 3 hours, then KNO 3 : 100%, 450 ° C., 1.5 hours, for the glass of Example 8, KNO 3 : 80%, NaNO 3 : 20% mixed melting For the glass of Example 10, NaNO 3 : 100%, 450 ° C., 1.5 hours, and then KNO 3 : 100%, 450 ° C.
  • Tg Glass transition point
  • TMA glass transition point
  • the surface compressive stress CS (unit: MPa) was measured by a surface stress meter FSM-6000 manufactured by Orihara Mfg.
  • the DOL is measured by the method using Abrio-IM and a thin plate sample for the glass of Example 1 and Example 2, and the measuring instrument SLP 1000 manufactured by Orihara Mfg.
  • the glasses of Examples 11-14 were measured by FMS-6000.
  • the surface compressive stress CS of the glass ball having the compressive stress layer is 580 MPa or more, the surface is subjected to a strengthening treatment, and the strength is excellent.
  • Examples 1 to 6 have Vickers hardness Hvct of 7.0 (GPa) or more, are excellent in wear resistance, and are particularly preferable as balls for bearings.
  • Examples 7 to 12 have a density of 2.49 or less, can be reduced in weight, and are particularly preferable as balls for bearings.

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Abstract

軽量で、絶縁性を有し、かつ、強度も十分に確保しながら、さらに、その加工や製造が比較的容易で、製造コストを低減できるガラスボールを提供する。密度が２．３～３．２ｇ／ｃｍ３、ヤング率が６０～１５０ＧＰａ、５０℃から３５０℃における平均熱膨張係数が４０×１０－７～１２０×１０－７／℃、酸化物基準のモル百分率表示で、ＳｉＯ２を３０～７５モル％、Ａｌ２Ｏ３を２～３０モル％、Ｒ２Ｏ（ここで、ＲはＬｉ，Ｎａ，Ｋから選ばれる１種以上である）を５～２５モル％、含有するガラス材料で形成され、表面に圧縮応力層を有するガラスボール。

Description

ガラスボール
　本発明は、ガラスボールに係り、特に転がり軸受（ボールベアリング）用のボールとして好適なガラスボールに関する。
　各種機器類の駆動部分には、一般に回転軸を支えるためのボールベアリングが装着されている。このようなボールベアリングに用いられるボールと軸受には、従来、鋼等の金属製のボールが広く使用されてきた。
　しかしながら、ボールベアリングが高速回転する場合、鋼製のような重いボールを用いていると大きな遠心力が発生し、軸受が破損するおそれがある。これに対しては、軽量化を図るために中空のボールを製造する技術が知られている（特許文献１参照）。一方、ボールベアリングがインバータモータ等の近傍で用いられる場合、ボールが金属製であるとインバータモータから発生する高周波電流が軸受に流れる場合があり、その高周波電流によって、やはり軸受が損傷するおそれがある。
　これに対して、軽量で絶縁性を有するベアリング用のボールが求められ、軽量化を図りつつ、強度も高いものとできる窒化ケイ素等のセラミックス製のボールが検討されている（特許文献２参照）。
特開平０６－２８０８８０号公報 特開２００７－７２２６３号公報
　セラミックス製のボールは、上記のように金属製のボールよりも軽量化が容易で絶縁性を有するため、上記インバータエアコンへの適用も十分考慮できる。しかしながら、セラミックス製のボール、特に窒化ケイ素、はその硬度が非常に高く、加工が容易ではない。したがって、所望の形状、大きさが精密に求められるベアリング用のボールの製造にあたっては手間やコストが嵩み、効率的な生産が難しい。
　そこで、本発明は、軽量で、絶縁性を有し、かつ、強度も十分に確保しながら、所望の形状への加工や製造が容易で、生産性が良好なガラスボールの提供を目的とする。
　本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、所定の組成および特性を有するガラス製の球状体（ガラスボール）により上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
　すなわち、本発明のガラスボールは、密度が２．３～３．２ｇ／ｃｍ３、ヤング率が６０～１５０ＧＰａ、５０℃から３５０℃における平均熱膨張係数が４０×１０－７～１２０×１０－７／℃、酸化物基準のモル百分率表示で、ＳｉＯ２を３０～７５モル％、Ａｌ２Ｏ３を２～３０モル％、Ｒ２Ｏ（ここで、ＲはＬｉ，Ｎａ，Ｋから選ばれる１種以上である）を５～２５モル％、含有するガラス材料で形成され、表面に圧縮応力層を有することを特徴とする。
　本発明によれば、軽量で、絶縁性を有し、十分な強度を有するガラスボールを提供できる。このガラスボールは、ボールベアリング用のボール（特にインバータ回路を有する装置に用いられるボールベアリング用のボール）として好適である。また、このガラスボールは、製造も容易であり、製造コストを低減するとともに生産性を向上できる。
　以下、本発明のガラスボールについて、実施形態を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変形して実施できる。
　本明細書において「ガラス材料」は、強化処理前のガラスを意味する。また、数値範囲を示す「～」は、その前後に記載された数値を下限値及び上限値として含む意味で使用される。
（第１の実施形態）
［ガラスボール］
　本実施形態のガラスボールは、上記の通りの構成を有し、密度が２．３～３．２ｇ／ｃｍ３、ヤング率が６０～１５０ＧＰａ、５０℃から３５０℃における平均熱膨張係数が４０×１０－７～１２０×１０－７／℃、であり、酸化物基準のモル百分率表示で、ＳｉＯ２を３０～７５モル％、Ａｌ２Ｏ３を２～３０モル％、Ｒ２Ｏ（ここで、ＲはＬｉ，Ｎａ，Ｋから選ばれる１種以上である）を５～２５モル％、含有するガラス材料で形成され、表面に圧縮応力層を有する。
＜ガラス組成＞
　本実施形態で用いるガラス材料のガラス組成は、基本的には、強化処理する前のガラス組成を示す。なお、強化処理として化学強化処理を用いた場合には、その表面のガラス組成がイオン交換により若干変化する。しかし、通常、化学強化処理によって圧縮応力層を形成した場合でも、その圧縮応力層の内部における強化処理されていない引張応力を有する部分（以下、引張応力部分ともいう）が大部分であり、強化処理後のガラスであっても引張応力部分の組成は強化処理前のガラスと同じ組成（ガラス材料のガラス組成）である。
　ここで、ガラスの組成は、簡易的には蛍光エックス線法による半定量分析によって求められるが、より正確には、ＩＣＰ発光分析等の湿式分析法により測定できる。なお、各成分の含有量は、酸化物基準のモル百分率（モル％）表示で表し、特に断りのない限り、以下「％」で表す。ガラス組成について構成する成分を、以下、具体的に説明する。
　本実施形態のガラスボールを構成するガラス材料は、酸化物基準のモル百分率表示で、ＳｉＯ２を３０～７５％、Ａｌ２Ｏ３を２～３０％、Ｒ２Ｏ（ここで、ＲはＬｉ，Ｎａ，Ｋから選ばれる１種以上である）を５～２５％、含有する。ここで用いられるガラス材料は、強化処理によりガラス表面に圧縮応力層の形成が可能な材料であり、化学強化処理により圧縮応力層を形成できる材料が好ましい。
　ＳｉＯ２はガラスの骨格を構成する成分である。また、化学的耐久性を上げる成分であり、ガラス表面に傷（圧痕）がついた時のクラックの発生を低減させる成分である。
　このＳｉＯ２の含有量は３０％以上である。上記特性を有効に発揮するため、ＳｉＯ２の含有量は、３５％以上が好ましく、４５％以上がより好ましく、５０％以上がさらに好ましく、６０％以上が特に好ましい。一方、ＳｉＯ２の含有量が７５％超であると溶融性が低下する傾向にあるため、ＳｉＯ２の含有量は７５％以下であり、７０％以下が好ましく、６８％以下がより好ましい。
　Ａｌ２Ｏ３はヤング率と硬度を向上させる成分であり、ボールベアリング用のボールとして使用する場合に必要な成分である。また、Ａｌ２Ｏ３は化学強化の際のイオン交換性能を向上させ、強化後の表面圧縮応力を大きくするために有効な成分である。さらに、Ａｌ２Ｏ３はガラスのガラス転移点（Ｔｇ）を高くする成分であり、化学強化時に圧縮応力深さを深くするために長時間の処理を行っても、圧縮応力を小さくしにくくする成分でもある。
　Ａｌ２Ｏ３の含有量は２％以上である。上記特性を有効に発揮するため、Ａｌ２Ｏ３の含有量は、２．５％以上が好ましい。一方、Ａｌ２Ｏ３の含有量が３０％超であるとガラスの耐酸性が低下し、または失透温度が高くなる傾向にあるため、Ａｌ２Ｏ３の含有量は３０％以下である。また、ガラスの粘性が増大し溶融性が低下するおそれがある。そのため、Ａｌ２Ｏ３の含有量は、２７％以下が好ましく、２０％以下がより好ましく、１５％以下がさらに好ましく、１０％以下が特に好ましい。
　Ｒ２Ｏ（ここで、ＲはＬｉ，Ｎａ，Ｋから選ばれる１種以上である）は、イオン交換によりガラス表面に表面圧縮応力層を形成するための成分であり、化学強化ガラスの破砕性を改善する成分である。これら成分の合量（Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）は、５％以上であり、８％以上が好ましく、１０％以上がより好ましく、１２％以上がさらに好ましい。一方、Ｒ２Ｏの含有量が２５％超ではガラスの耐酸性が低下する傾向にあるため、Ｒ２Ｏの含有量は２５％以下である。Ｒ２Ｏの含有量は、２０％以下が好ましく、１８％以下がより好ましい。
　Ｌｉ２Ｏは、軽量で、絶縁性を有し、十分な強度を有するガラスボールを実現するため、密度を低く維持したままヤング率を大きくするために有用な成分である。また、イオン交換によりガラス表面に表面圧縮応力層を形成する際に利用され、ガラスの耐摩耗性を向上させる成分である。ガラス表面のＬｉイオンをＮａイオンに交換して化学強化処理を行う場合、Ｌｉ２Ｏの含有量は、２％以上が好ましく、３％以上がより好ましく、５％以上がさらに好ましく、７％以上が特に好ましい。一方、Ｌｉ２Ｏの含有量が２０％超ではガラスの耐酸性が低下する傾向にあるため、Ｌｉ２Ｏの含有量が２０％以下が好ましく、１７％以下がより好ましい。
　Ｎａ２Ｏはイオン交換により表面圧縮応力層を形成させ、またガラスの溶融性を向上させる成分である。Ｎａ２Ｏは含有させなくてもよいが、ガラス表面のＬｉイオンをＮａイオンに交換するのを促進できるため、Ｎａ２Ｏを含有させる場合の含有量は１％以上が好ましい。Ｎａ２Ｏの含有量は、２％以上がより好ましく、３％以上がさらに好ましい。一方、Ｎａ２Ｏの含有量が８％超ではイオン交換により形成される表面圧縮応力が低下するおそれがある。Ｎａ２Ｏの含有量は、８％以下が好ましく、７％以下がより好ましく、６％以下がさらに好ましく、５％以下が特に好ましく、４％以下が最も好ましい。
　強化処理の際、硝酸カリウムと硝酸ナトリウムの混合溶融塩に浸漬する等の方法により、ガラス表面のＬｉイオンとＮａイオン、ＮａイオンとＫイオンを同時にイオン交換する場合には、Ｎａ２Ｏの含有量は、さらに好ましくは７％以下、特に好ましくは６％以下、最も好ましくは５％以下である。また、Ｎａ２Ｏの含有量は、好ましくは２％以上、より好ましくは３％以上、さらに好ましくは４％以上である。
　Ｋ２Ｏは、イオン交換性能を向上させる等のために含有させてもよい。Ｋ２Ｏを含有させる場合の含有量は、０．５％以上が好ましく、１％以上がより好ましく、２％以上がさらに好ましく、３％以上が特に好ましい。一方、Ｋ２Ｏの含有量が１０％超であると、ヤング率が低下するため、Ｋ２Ｏの含有量は１０％以下が好ましい。Ｋ２Ｏの含有量は、８％以下がより好ましく、６％以下がさらに好ましく、４％以下が特に好ましく、２％以下が最も好ましい。
　また、このガラス材料のガラス組成としては、上記成分の他、本実施形態の効果を阻害しない範囲で、種々の任意成分を含有できる。ここで任意成分としては、例えば、以下の成分が挙げられる。
　Ｂ２Ｏ３は、ガラスボールの脆さを低減させ、また溶融性を向上させる成分である。Ｂ２Ｏ３は必須ではないが、Ｂ２Ｏ３を含有させる場合の含有量は、溶融性を向上するため０．５％以上が好ましく、１％以上がより好ましく、２％以上がさらに好ましい。一方、Ｂ２Ｏ３の含有量は５％を超えると耐酸性が悪化しやすいため、５％以下が好ましく、４％以下がより好ましく、３％以下がさらに好ましい。また、溶融時に脈理が発生しガラスの品質を低下しにくくするためには１％以下が好ましく、より好ましくは０．５％以下、さらに好ましくは０．１％以下である。さらに、実質的に含有しないことが好ましい。
実質的に含有しないとは、不可避的不純物を除き含有しないことをいう。不可避的不純物の含有量は、本発明においては、例えば、０．０１％以下をいう（以下、同様）。
　Ｐ２Ｏ５は、イオン交換性能および脆さを低減させる成分である。Ｐ２Ｏ５は含有させなくてもよいが、Ｐ２Ｏ５を含有させる場合の含有量は、０．５％以上が好ましく、１％以上がより好ましく、２％以上がさらに好ましい。一方、Ｐ２Ｏ５の含有量が６％超では、化学強化処理後のガラス（以下、「化学強化ガラス」ともいう）の圧縮応力が低下し、また耐酸性が低下するため、Ｐ２Ｏ５の含有量は、６％以下が好ましく、４％以下がより好ましく、３％以下がさらに好ましい。また、溶融時に脈理が発生しガラスの品質を低下しにくくするためには、１％以下が好ましく、より好ましくは０．５％以下、さらに好ましくは０．１％以下である。さらに、実質的に含有しないことが好ましい。
　ＣａＯは、ガラスの溶融性を向上させる成分であり、ヤング率を向上させる成分でもあり、含有させてもよい。ＣａＯを含有させる場合の含有量は、０．５％以上が好ましく、１％以上がより好ましく、２％以上がさらに好ましく、３％以上が特に好ましく、５％以上が最も好ましい。一方、ＣａＯの含有量が２０％超となるとイオン交換性能が著しく低下するため、ＣａＯの含有量は２０％以下が好ましい。ＣａＯの含有量は、１４％以下がより好ましく、１０％以下がさらに好ましく、８％以下が特に好ましく、６％以下が最も好ましい。
　ＳｒＯは、ガラスの溶融性を向上する成分であり、ヤング率を向上させる成分でもあり、含有させてもよい。ＳｒＯを含有させる場合の含有量は、０．５％以上が好ましく、１％以上がより好ましく、２％以上がさらに好ましく、３％以上が特に好ましく、５％以上が最も好ましい。一方、ＳｒＯの含有量が２０％超となるとイオン交換性能が著しく低下するため、ＳｒＯの含有量は２０％以下が好ましく、１４％以下がより好ましく、１０％以下がさらに好ましく、８％以下が特に好ましく、６％以下が最も好ましい。脆さを低減させるためには、３％以下が好ましく、より好ましくは０．５％以下、さらに好ましくは０．１％以下である。さらに、実質的に含有しないことが好ましい。
　ＢａＯは、ガラス材料の溶融性を向上する成分であり、ヤング率を向上させる成分でもあり、含有させてもよい。ＢａＯを含有させる場合の含有量は、０．５％以上が好ましく、１％以上がより好ましく、２％以上がさらに好ましく、３％以上が特に好ましく、５％以上が最も好ましい。一方、ＢａＯの含有量が１５％超となるとイオン交換性能が著しく低下するため、ＢａＯの含有量は１５％以下が好ましい。ＢａＯの含有量は、１０％以下がより好ましく、８％以下がさらに好ましく、６％以下が特に好ましい。脆さを低減させるためには、３％以下が好ましく、より好ましくは０．５％以下、さらに好ましくは０．１％以下である。さらに、実質的に含有しないことが好ましい。
　ＺｎＯはガラスの溶融性を向上させる成分であり、含有させてもよい。ＺｎＯを含有させる場合の含有量は、０．２５％以上が好ましく、０．５％以上がより好ましい。一方、ＺｎＯの含有量が１０％超となるとガラスの耐候性が著しく低下するため、ＺｎＯの含有量は１０％以下が好ましい。ＺｎＯの含有量は、７％以下がより好ましく、５％以下がさらに好ましく、２％以下が特に好ましく、１％以下が最も好ましい。
　ＴｉＯ２は、ヤング率を向上させる成分であり、含有させてもよい。ＴｉＯ２を含有させる場合の含有量は、０．１％以上が好ましく、０．１５％以上がより好ましく、０．２％以上がさらに好ましい。一方、ＴｉＯ２の含有量が５％超であると溶融時に失透しやすくなり、ガラスの品質が低下するおそれがあるため、ＴｉＯ２の含有量は５％以下が好ましい。ＴｉＯ２の含有量は、３％以下が好ましく、１％以下がより好ましく、０．５％以下がさら好ましく、０．２５％以下が特に好ましい。
　ＺｒＯ２は、イオン交換による表面圧縮応力を増大させる成分であり、またヤング率を向上させる成分でもあり、含有させてもよい。ＺｒＯ２を含有させる場合の含有量は、０．５％以上が好ましく、１％以上がより好ましい。一方、ＺｒＯ２の含有量が８％超であると溶融時に失透しやすくなり、ガラスの品質が低下するおそれがあるため、ＺｒＯ２の含有量は８％以下が好ましい。ＺｒＯ２の含有量は、６％以下がより好ましく、４％以下がさらに好ましく、２％以下が特に好ましく、１．２％以下が最も好ましい。
　Ｌａ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５は、ヤング率を向上させる成分であり、含有させてもよい。これらの成分を含有させる場合のそれぞれの含有量は、０．５％以上が好ましく、１％以上がより好ましく、１．５％以上がさらに好ましく、２％以上が特に好ましく、２．５％以上が最も好ましい。一方、Ｌａ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５の含有量はそれぞれ８％超であると溶融時にガラスが失透しやすくなり化学強化ガラスの品質が低下するおそれがあるため、Ｌａ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５の含有量はそれぞれ、８％以下が好ましい。Ｌａ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５の含有量はそれぞれ、６％以下がより好ましく、５％以下がさらに好ましく、４％以下が特に好ましく、３％以下が最も好ましい。
　Ｔａ２Ｏ５、Ｇｄ２Ｏ３は、ヤング率を向上させるために少量含有してもよいが、溶融時に失透しやすくなり、ガラスの品質が低下するおそれがあるため、これらの成分を含有させる場合のそれぞれの含有量は１％以下が好ましく、０．５％以下がより好ましく、０．１％以下がさらに好ましい。さらに、実質的に含有しないことが好ましい。
　Ｆｅ２Ｏ３は、ガラスの溶融性を向上させる成分である。Ｆｅ２Ｏ３は、熱線を吸収する成分であるため、溶融ガラスの熱対流を促してガラスの均質性を向上させ、また溶融窯の底煉瓦の高温化を防いで窯寿命を延ばす等の効果があり、大型窯を用いるガラスの溶融プロセスでは組成中に含まれていることが好ましい。Ｆｅ２Ｏ３の含有量は０．００２％以上が好ましく、０．００６％以上がより好ましく、０．０１％以上がさらに好ましく、０．０２％以上が特に好ましい。一方、過度に含有するとＦｅ２Ｏ３による着色が問題となる。酸化状態にあるＦｅ２Ｏ３が黄色の着色原因となり、還元状態にあるＦｅＯが青色の着色原因となり、両者のバランスでガラスに、緑色の着色が生じる。そのため、Ｆｅ２Ｏ３の含有量は０．３％以下が好ましく、０．０４％以下がより好ましく、０．０３％以下がさらに好ましく、０．０２５％以下が特に好ましい。
　さらに、ガラスを着色して使用する際は、所望の強化特性の達成を阻害しない範囲において着色成分を添加してもよい。着色成分としては、例えば、Ｃｏ３Ｏ４、ＭｎＯ２、Ｆｅ２Ｏ３、ＮｉＯ、ＣｕＯ、Ｃｒ２Ｏ３、Ｖ２Ｏ５、Ｂｉ２Ｏ３、ＳｅＯ２、ＴｉＯ２、ＣｅＯ２、Ｅｒ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３等が好適なものとして挙げられる。
　これら着色成分の含有量は、酸化物基準のモル百分率表示で、合計で７％以下の範囲が好ましい。７％を超えるとガラスが失透しやすくなり望ましくない。この含有量は５％以下が好ましく、３％以下がより好ましく、１％以下がさらに好ましい。ガラスの可視光透過率を優先させる場合は、これらの成分は実質的に含有しないことが好ましい。
　ガラスの溶融の際の清澄剤として、ＳＯ３、塩化物、フッ化物などを適宜含有してもよい。Ａｓ２Ｏ３は実質的に含有しないことが好ましい。Ｓｂ２Ｏ３を含有する場合は、０．３％以下が好ましく、０．１％以下がより好ましく、実質的に含有しないことが最も好ましい。
＜ガラス特性＞
　ここで、本実施形態で用いるガラス材料の密度（ρ）は、２．３～３．２ｇ／ｃｍ３である。この密度は、強度を確保し、耐酸性などの耐薬品性を有する点から２．３５ｇ／ｃｍ３以上が好ましい。また、この密度は、軽量化を図るため３．１ｇ／ｃｍ３以下が好ましく、２．６ｇ／ｃｍ３以下がより好ましく、２．４９ｇ／ｃｍ３以下がさらに好ましい。上記のような範囲であると、ベアリング用のボールとして軽量で、高速回転時の遠心力を過度に生じさせず、軸受け等の部材にかかる力を軽減でき、十分な強度も確保しやすく、ガラスボールの破損等を回避できる。
　本実施形態で用いるガラス材料のヤング率（Ｅ）は、６０～１５０ＧＰａである。このヤング率は、強度を確保し、耐摩耗性を確保するため、７０ＧＰａ以上が好ましく、８０ＧＰａ以上がより好ましい。また、このヤング率は、ガラスの耐酸性や失透特性を良好にするため、１３０ＧＰａ以下が好ましい。ヤング率は、公知の方法により測定でき、たとえば超音波パルス法により測定できる。
　本実施形態に用いるガラス材料は、その５０℃から３５０℃における平均熱膨張係数（線膨張係数α）が４０×１０－７～１２０×１０－７／℃である。この平均熱膨張係数は、ガラスの製造特性を考慮する場合、５０×１０－７／℃以上が好ましく、６０×１０－７／℃以上がより好ましい。また、この平均熱膨張係数は、寸法精度確保のため、１０２×１０－７／℃以下が好ましく、８５×１０－７／℃以下がより好ましく、７５×１０－７／℃以下がさらに好ましい。
　そして、本実施形態のガラスボールは、上記のようなガラス材料で構成されたガラスボールであって、さらに、その表面には圧縮応力層が形成されている。表面に圧縮応力層を有すると、ガラスボールはその強度が良好となり、ベアリング用のボールとして用いられるまで強度を高めることもできる。この圧縮応力層は、一旦成形したガラスに対する強化処理により容易に形成できる。
　ガラスボールの表面に圧縮応力層を形成する強化処理方法としては、風冷強化法、水冷強化法（物理強化法）および化学強化法が代表的なものとして知られている。風冷強化法、水冷強化法（物理強化法）は、軟化点付近まで加熱したガラスボールの表面を風冷や水冷などにより急速に冷却する手法である。また、化学強化法は、ガラス転移点以下の温度で、イオン交換により、ガラスボールの表面に存在するイオン半径が小さいアルカリ金属イオン（典型的にはＬｉイオン、Ｎａイオン）を、イオン半径のより大きいアルカリ金属イオン（典型的にはＬｉイオンに対してはＮａイオンまたはＫイオンであり、Ｎａイオンに対してはＫイオンである。）に交換する手法である。
　本実施形態に用いられるガラスボールは、その表面に圧縮応力層を有しているため、機械的強度の高いガラスが得られる。本実施形態において、所望の圧縮応力層を形成するには、いずれの強化手法であってもよいが、厚みが薄くかつ圧縮応力（ＣＳ）値が大きなガラスボールを得るために、化学強化法によって強化することが好ましい。
　なお、化学強化ガラスの強化特性（強化プロファイル）は、一般に、表面に形成される圧縮応力（ＣＳ；Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ　ｓｔｒｅｓｓ）、その圧縮応力の深さ（ＤＯＬ；Ｄｅｐｔｈ　ｏｆ　ｌａｙｅｒ）、内部に形成される引張応力（ＣＴ；Ｃｅｎｔｒａｌ　ｔｅｎｔｉｏｎ）で表現される。以下、ガラスボールが化学強化ガラスである場合を例に説明する。
　本実施形態のガラスボールは、上記のように、その表面に圧縮応力層が形成されている。そして、この圧縮応力層の表面（ガラスボールの表面）における圧縮応力値（ＣＳ０）（以下、「表面圧縮応力値」や単に「ＣＳ」と称することもある。）は、８０ＭＰａ以上が好ましく、２００ＭＰａ以上がより好ましく、４００ＭＰａ以上がさらに好ましく、６００ＭＰａ以上が特に好ましい。表面圧縮応力値（ＣＳ０）が高くなるとガラスボールの機械的強度が高くなる。一方、表面圧縮応力値（ＣＳ０）が高くなりすぎるとガラス内部の引張応力が極端に高くなるおそれがあるため、表面圧縮応力値（ＣＳ０）は１５００ＭＰａ以下が好ましく、１３００ＭＰａ以下が好ましく、１１００ＭＰａ以下がさらに好ましい。
　ガラスボールの表面に形成される圧縮応力層の深さ（ＤＯＬ）は、８μｍ以上が好ましく、１５μｍ以上がより好ましく、２５μｍ以上がさらに好ましく、５０μｍ以上が特に好ましく、７０μｍ以上が最も好ましい。一方、ＤＯＬが大きくなりすぎるとガラス内部の引張応力が極端に高くなるおそれがあるため、圧縮応力層の深さ（ＤＯＬ）は５００μｍ以下が好ましく、３００μｍ以下がより好ましく、２００μｍ以下がさらに好ましい。
　ガラスボールの表面圧縮応力値（ＣＳ０）および圧縮応力層の深さ（ＤＯＬ）は、複屈折率イメージングシステム（東京インスツルメンツ社製、商品名：Ａｂｒｉｏ）などを用いた測定により求められる。測定にあたっては、ガラスボールの中心を含むように、ガラスボールをスライスして厚さ０．２ｍｍ程度のガラス片を作製し、そのガラス片の内部にある位相差分布を測定すればよい。
　なお、上記はガラスボールの表面圧縮応力値（ＣＳ０）を直接測定する方法を記載しているが、同一の組成で形成された所定の厚さのガラス板に対して、同一の手法で強化処理し、得られたガラス板のＣＳ０およびＤＯＬを測定し、ガラスボールの圧縮応力層の特性を評価してもよい。
　以上、本実施形態のガラスボールについて、ガラス組成と特性について説明したが、ベアリング用のガラスボールとしては、さらに次に挙げる特性を満たしているとより好ましい。
　本実施形態のガラスボールのビッカース硬度（Ｈｖｃｔ）は６．０ＧＰａ以上が好ましく、より好ましくは６．５ＧＰａ以上である。なお、本明細書におけるビッカース硬度（Ｈｖｃｔ）は、強化処理後のガラスボールのビッカース硬度である。また、測定対象物がボール状であるとその測定が難しいため、所定の厚さの同一組成のガラス板に対して、同一の手法で強化処理し、得られたガラス板のビッカース硬度を測定し、これをガラスボールのビッカース硬度（Ｈｖｃｔ）の特性とみなし評価した。ビッカース硬度は、ＪＩＳ　Ｚ　２２４４に準じて測定したものであり、ビッカース硬度測定時の荷重は圧痕長が５０～３００μｍの範囲になるように、１００～２００ｇにて測定した。
　本実施形態のガラスボールの直径は、０．５～１００ｍｍの範囲が好ましい。ベアリング用のボールとしては、その直径が０．５ｍｍ以上が好ましく、１．０ｍｍ以上がより好ましく、１．５ｍｍ以上がさらに好ましい。また、この直径が小さすぎると、ガラスボールの表面を所望の特性を有する範囲での強化処理が難しくなる点からも上記下限値が好ましい。また、同様にベアリングボール用としては、その直径が概ね１００ｍｍ以下が好ましく、９０ｍｍ以下がより好ましく、８０ｍｍ以下がさらに好ましい。なお、本実施形態のガラスボールについて、真球度が高いほど好ましい。
　本実施形態のガラスボールの製造方法は、従来公知の方法によりガラス製の球状体を作製し、該球状体の表面に強化処理等により圧縮応力層を形成して得られる。
　すなわち、上記説明したガラス材料のガラス組成を満たす所定の組成になるようにガラスの各成分の原料を混合し、ガラス溶融窯等で加熱溶融した後、公知の方法によりガラスを均質化して、成形し、ガラス製の球状体を得ればよい。例えば、ガラス製の球状体は、溶融ガラスを徐冷し、ブロック状のガラス塊とした後、研削、研磨により所望の大きさの球状体とできる。また、ガラス製の球状体は、成形型等を用い、溶融ガラスを成形型に流し込んで徐冷し、粗球に成形した後、さらに研磨により球状体としてもよい。
　得られたガラス製の球状体に対して、表面を強化処理して圧縮応力層を形成して本実施形態のガラスボールが得られる。強化処理方法としては、上記した風冷強化法、水冷強化法（物理強化法）または化学強化法が例示できる。
　以下、化学強化処理について具体的に説明する。化学強化処理は、従来公知の方法によって実施できる。すなわち、化学強化処理は、大きなイオン半径の金属イオン（典型的には、Ｋイオン）を含む金属塩（例えば、硝酸カリウム）の融液に、浸漬などによってボール状のガラス体を接触させて、ガラス中の小さなイオン半径の金属イオン（典型的には、ＮａイオンまたはＬｉイオン）を大きなイオン半径の金属イオンと置換して達成できる。
　化学強化処理（イオン交換処理）は、特に限定されるものではないが、例えば、３６０～６００℃に加熱された硝酸カリウム等の溶融塩中に、ボール状のガラス体を０．１～５００時間浸漬して実施できる。なお、溶融塩の加熱温度としては、３７５～５００℃が好ましく、また、溶融塩中へのガラス板の浸漬時間は、０．３～２００時間が好ましい。
　化学強化処理を行うための溶融塩としては、硝酸塩、硫酸塩、炭酸塩、塩化物などが挙げられる。このうち硝酸塩としては、硝酸リチウム、硝酸ナトリウム、硝酸カリウム、硝酸セシウム、硝酸銀などが挙げられる。硫酸塩としては、硫酸リチウム、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸セシウム、硫酸銀などが挙げられる。炭酸塩としては、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウムなどが挙げられる。塩化物としては、塩化リチウム、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化セシウム、塩化銀などが挙げられる。これらの溶融塩は単独で用いてもよいし、複数種を組み合わせて用いてもよい。
　本実施形態において、化学強化処理の処理条件は、特に限定されず、ガラスの特性・組成や溶融塩の種類、ならびに、最終的に得られるガラスボールに求められる所望の表面圧縮応力（ＣＳ）や圧縮応力層の深さ（ＤＯＬ）等の化学強化特性などを考慮して、適切な条件を選択すればよい。
　また、本実施形態においては、化学強化処理を一回のみ行ってもよく、あるいは２以上の異なる条件で複数回の化学強化処理（多段強化）を行ってもよい。ここで、例えば、１段階目の化学強化処理として、ＣＳが相対的に低くなる条件で化学強化処理を行った後に、２段階目の化学強化処理として、ＣＳが相対的に高くなる条件で化学強化処理を行うと、化学強化ガラスの最表面のＣＳを高めつつ、内部引張応力面積（Ｓｔ）を抑制でき、結果として内部引張応力（ＣＴ）を低めに抑えられる。
（第２の実施形態）
　次に、第２の実施形態のガラスボールについて説明する。ここで説明するガラスボールは、第１の実施形態のガラスボールの中でも、より好適なガラス組成、ガラス特性を有するものとしてＬｉ２Ｏを含有するＬｉ系ガラスをガラス材料として用いたガラスボールである。以下、詳細に説明する。
　ここで用いるＬｉ系ガラスとしては、例えば、酸化物基準のモル百分率表示で、ＳｉＯ２を５０～７５％、Ａｌ２Ｏ３を４～２０％、Ｌｉ２Ｏを１～１５％、Ｒ２Ｏを５～２５％（ここで、ＲはＬｉ，Ｎａ，Ｋから選ばれる１種以上である）、ＭｇＯを０～１５％、かつ、ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３＋Ｒ２Ｏ＋ＭｇＯが９２％以上、を含有するガラスが挙げられる。
　本実施形態では、ＳｉＯ２の含有量は５０％以上が好ましい。ＳｉＯ２の含有量は、５５％以上がより好ましく、６０％以上がさらに好ましく、６５％以上が特に好ましい。一方、ＳｉＯ２の含有量は７５％以下が好ましく、６８％以下がより好ましい。
　Ａｌ２Ｏ３の含有量は４％以上が好ましい。Ａｌ２Ｏ３の含有量は、５％以上がより好ましく、６％以上がさらに好ましく、７％以上が特に好ましい。一方、Ａｌ２Ｏ３の含有量は、２０％以下が好ましく、１５％以下がより好ましく、１２％以下がさらに好ましく、１０％以下が特に好ましい。
　Ｌｉ２Ｏの含有量は、ガラス表面のＬｉイオンをＮａイオンに交換して化学強化処理を行う場合、１％以上が好ましく、２％以上がより好ましく、３％以上がさらに好ましく、５％以上が特に好ましく、７％以上が最も好ましい。一方、Ｌｉ２Ｏの含有量は、１５％以下が好ましく、１２％以下がより好ましく、１０％以下がさらに好ましい。
　Ｒ２Ｏ（ここで、ＲはＬｉ，Ｎａ，Ｋから選ばれる１種以上である）の含有量は、５％以上であり、８％以上が好ましく、１０％以上がより好ましく、１２％以上がさらに好ましい。一方、Ｒ２Ｏの含有量は２５％以下が好ましく、２０％以下がより好ましく、１８％以下がさらに好ましい。
　ＭｇＯの含有量は、０～１５％であり、０．１％以上が好ましく、１％以上がより好ましく、３％以上がさらに好ましく、５％以上が特に好ましい。一方、ＭｇＯの含有量は１５％以下が好ましく、１４％以下がより好ましく、１１％以下がさらに好ましく、９％以下が特に好ましい。
　本実施形態のＬｉ系ガラスにおいては、密度を低く維持したままヤング率が大きく十分な強度と耐摩耗性を実現させるために、上記成分の合計（ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３＋Ｒ２Ｏ＋ＭｇＯ）を９２％以上とすることが好ましい。これら成分の合計量は、９５％以上がより好ましく、９７％以上がさらに好ましい。
　また、任意成分については、第１の実施形態と同様に含有させられる。
　なお、本実施形態のＬｉ系ガラスにおいて、ＺｒＯとＴｉＯ２の合量（ＺｒＯ＋ＴｉＯ２）は耐摩耗性を維持させ、かつ溶融時の失透によるガラス品質の低下を防ぐ点で０～２％が好ましい。この合量（ＺｒＯ＋ＴｉＯ２）は、０．１％以上が好ましく、０．１５％以上がより好ましく、０．２％以上がさらに好ましい。また、この合量（ＺｒＯ＋ＴｉＯ２）は、１．５％以下がより好ましく、１％以下がさらに好ましい。
　上記組成のＬｉ系ガラスは、低密度で、高強度、かつ、高ヤング率のガラス材料となり、特に軽量高強度のガラスベアリングボール用に好ましい。このＬｉ系ガラスは、そのガラス特性が以下のような範囲となる傾向にある。
　Ｌｉ系ガラスの密度は２．３～２．５ｇ／ｃｍ３が好ましい。この密度は、２．３５ｇ／ｃｍ３以上がより好ましく、２．４２ｇ／ｃｍ３以上がさらに好ましく、また、２．４７ｇ／ｃｍ３以下がより好ましく、２．４５ｇ／ｃｍ３以下がさらに好ましい。
　Ｌｉ系ガラスのヤング率は７５～９５ＧＰａが好ましい。このヤング率は、８０ＧＰａ以上がより好ましく、また、９０ＧＰａ以下がより好ましい。
　５０℃から３５０℃における平均熱膨張係数（線膨張係数α）は、５０×１０－７～９０×１０－７／℃が好ましい。この平均熱膨張係数は、６０×１０－７／℃以上がより好ましく、７０×１０－７／℃以上がさらに好ましく、また、８５×１０－７／℃以下がより好ましく、７５×１０－７／℃以下がさらに好ましい。
　Ｌｉ系ガラスの表面圧縮応力値（ＣＳ０）は、８０ＭＰａ以上が好ましく、１２０ＭＰａ以上がより好ましい。また、１５００ＭＰａ以下が好ましく、１３００ＭＰａ以下がより好ましい。このＬｉ系ガラスは、さらに表面圧縮応力値（ＣＳ０）を強化処理によって高めることが容易で、強化処理後の表面圧縮応力値（ＣＳ０）は、４００ＭＰａ以上が好ましく、６００ＭＰａ以上がより好ましい。また、１１００ＭＰａ以下が好ましく、９００ＭＰａ以下がより好ましい。
（第３の実施形態）
　次に、第３の実施形態のガラスボールについて説明する。ここで説明するガラスボールは、第１の実施形態のガラスボールの中でも、より好適なガラス組成、ガラス特性を有するものとしてＹ２Ｏ３を含有するＹ２Ｏ３系ガラスをガラス材料として用いたガラスボールである。以下、詳細に説明する。
　ここで用いるＹ２Ｏ３系ガラスとしては、例えば、酸化物基準のモル百分率表示で、ＳｉＯ２を３０～７０％、Ａｌ２Ｏ３を４～３０％、Ｌｉ２Ｏを５～２０％、Ｒ２Ｏ（ここで、ＲはＬｉ，Ｎａ，Ｋから選ばれる１種以上である）を５～２５モル％、ＭｇＯを１～２５％、Ｙ２Ｏ３を１～２０％、含有するガラスが挙げられる。
　本実施形態では、ＳｉＯ２の含有量は３０％以上が好ましい。ＳｉＯ２の含有量は、３５％以上がより好ましく、３８％以上がさらに好ましい。一方、ＳｉＯ２の含有量は７０％以下が好ましく、６５％以下がより好ましい。
　Ａｌ２Ｏ３の含有量は４％以上が好ましい。Ａｌ２Ｏ３の含有量は、５％以上がより好ましく、１０％以上がさらに好ましく、１５％以上が特に好ましい。一方、Ａｌ２Ｏ３の含有量は、３０％以下が好ましく、２７％以下がより好ましい。
　Ｌｉ２Ｏの含有量は、ガラス表面のＬｉイオンをＮａイオンに交換して化学強化処理を行う場合、５％以上が好ましく、７％以上がより好ましい。一方、Ｌｉ２Ｏの含有量は、２０％以下が好ましく、１７％以下がより好ましい。
　Ｒ２Ｏ（ここで、ＲはＬｉ，Ｎａ，Ｋから選ばれる１種以上である）の含有量は、５％以上であり、８％以上が好ましく、１０％以上がより好ましく、１２％以上がさらに好ましい。一方、Ｒ２Ｏの含有量は２５％以下が好ましく、２０％以下がより好ましく、１８％以下がさらに好ましい。
　ＭｇＯの含有量は、１～２５％であり、２％以上が好ましく、３％以上がより好ましい。一方、ＭｇＯの含有量は２０％以下が好ましく、１７％以下がより好ましく、１５％以下がさらに好ましい。
　Ｙ２Ｏ３は、密度をあまり大きくせずにヤング率を高くすることで、耐摩耗性を向上させる成分である。Ｙ２Ｏ３の含有量は、１～２０％であり、２％以上が好ましく、３％以上がより好ましい。一方、Ｙ２Ｏ３の含有量が２０％超ではガラスの耐酸性が低下し、または失透温度が高くなる。Ｙ２Ｏ３の含有量は、２０％以下が好ましく、１１％以下がより好ましく、９％以下がさらに好ましい。
　また、任意成分については、第１の実施形態と同様に含有させられる。
　なお、本実施形態のＹ２Ｏ３系ガラスにおいて、上記ＺｒＯとＴｉＯ２の合量（ＺｒＯ＋ＴｉＯ２）は耐摩耗性を維持させ、かつ溶融時の失透によるガラス品質の低下を防ぐ点で０～２％が好ましい。この合量（ＺｒＯ＋ＴｉＯ２）は、０．１％以上が好ましく、０．１５％以上がより好ましく、０．２％以上がさらに好ましい。また、この合量（ＺｒＯ＋ＴｉＯ２）は、１．５％以下がより好ましく、１％以下がさらに好ましい。
　上記組成のＹ２Ｏ３系ガラスは、高強度、かつ、高硬度のガラス材料となり、特に高耐久性高強度のガラスベアリングボール用に好ましく、耐摩耗性に優れる。このＹ２Ｏ３系ガラスは、そのガラス特性が以下のような範囲が好ましい。
　Ｙ２Ｏ３系ガラスの密度（ρ）は２．３～３．２ｇ／ｃｍ３が好ましい。この密度は、２．６ｇ／ｃｍ３以上がより好ましく、２．８ｇ／ｃｍ３以上がさらに好ましく、また、３．１ｇ／ｃｍ３以下がより好ましい。
　Ｙ２Ｏ３系ガラスのヤング率は８０～１５０ＧＰａが好ましい。このヤング率は、９０ＧＰａ以上がより好ましく、また、１３０ＧＰａ以下がより好ましく、１２５ＧＰａ以下がさらに好ましく、１２０ＧＰａ以下が特に好ましい。
　Ｙ２Ｏ３系ガラスの５０℃から３５０℃における平均熱膨張係数（線膨張係数α）は４０×１０－７～９０×１０－７／℃が好ましい。この平均熱膨張係数は、５０×１０－７／℃以上がより好ましく、５５×１０－７／℃以上がさらに好ましく、また、８５×１０－７／℃以下がより好ましく、８０×１０－７／℃以下がさらに好ましい。
　Ｙ２Ｏ３系ガラスのビッカース硬度（Ｈｖ）は、６．０ＧＰａ以上が好ましく、６．５ＧＰａ以上がより好ましい。このＹ２Ｏ３系ガラスは、さらにビッカース硬度を強化処理により高めることが容易で、その強化処理後のビッカース硬度（Ｈｖｃｔ）は、７．０ＧＰａ以上が好ましく、７．５ＧＰａ以上がより好ましい。
　以下、本発明を実施例により説明するが、本発明はこれらの記載により限定されるものではない。なお、表中の各測定結果について、空欄は未測定を表す。
（例１～１４；化学強化ガラスの作製）
　表１～２中に示される酸化物基準のモル百分率（モル％）表示の各ガラス組成となるようにガラスボールを次の手順により白金るつぼ溶融にて作製した。
　まず、酸化物、水酸化物、炭酸塩または硝酸塩等一般に使用されているガラス原料を適宜選択し、ガラスとして１０００ｇになるように秤量した。ついで、混合した原料を白金るつぼに入れ、１５００～１７００℃の抵抗加熱式電気炉に投入して３時間程度溶融し、脱泡、均質化した。得られた溶融ガラスを型材に流し込み、ガラス転移点＋５０℃の温度において１時間保持した後、０．５℃／分の速度で室温まで冷却し、ガラスブロックを得た。得られたガラスブロックを切断、研削し、最後に表面を鏡面に加工して、直径４ｍｍのガラスボールを得た。
　次いで、得られた各ガラスボールに対して、化学強化処理により圧縮応力層を形成し、圧縮応力層を有するガラスボールを得た。ここで、化学強化処理は、次の条件で行った。
　例１では、ＮａＮＯ３：１００％、４５０℃、４時間、次いで、ＫＮＯ３：１００％、４５０℃、６時間、の２つの条件で化学強化処理を、例２～６のガラスについては、化学強化処理を、ＮａＮＯ３：１００％、５００℃、１５時間、の１つの条件で化学強化処理を、例７および例９のガラスについては、ＮａＮＯ３：１００％、４５０℃、３時間、次いで、ＫＮＯ３：１００％、４５０℃、１．５時間、の２つの条件で化学強化処理を、例８のガラスについては、ＫＮＯ３：８０％、ＮａＮＯ３：２０％の混合溶融塩にて、４５０℃、１．５時間の条件で化学強化処理を、例１０のガラスについては、ＮａＮＯ３：１００％、４５０℃、１．５時間、次いで、ＫＮＯ３：１００％、４５０℃、１．５時間、の２つの条件で化学強化処理を、例１１および例１２のガラスについては、ＫＮＯ３：１００％、４２５℃、６時間、の１つの条件で化学強化処理を、例１３～１４のガラスについては、ＫＮＯ３：９９．５％、４３５℃、２２０分、の１つの条件で化学強化処理を、それぞれ行い、化学強化処理されたガラスボールを得た。
［特性評価］
　強化処理後のガラスボールの特性については、次のように同じ組成の板状ガラスに対して同様に強化処理した板状ガラスの特性を測定し、これをガラスボールにおける特性と同等であるとして、以下表１～４に示した。なお、強化処理前のガラスボールのビッカース硬度、ＣＳ０、ＤＯＬについても、これに対応する（同じ組成の板状ガラスであって、強化処理していない）板状ガラスについて評価した結果を示した。
　例１のガラスについては、板厚０．８ｍｍの板状ガラスとし、ＮａＮＯ３：１００％、４５０℃、４時間、次いで、ＫＮＯ３：１００％、４５０℃、６時間、の２つの条件で化学強化処理を行った。
　例２～６のガラスについては、化学強化処理を、ＮａＮＯ３：１００％、５００℃、１５時間、の１つの条件、例７および例９のガラスについては、化学強化処理を、ＮａＮＯ３：１００％、４５０℃、３時間、次いで、ＫＮＯ３：１００％、４５０℃、１．５時間、の２つの条件、例８のガラスについては、ＫＮＯ３：８０％、ＮａＮＯ３：２０％の混合溶融塩にて、４５０℃、１．５時間の条件で化学強化処理を、例１０のガラスについては、ＮａＮＯ３：１００％、４５０℃、１．５時間、次いで、ＫＮＯ３：１００％、４５０℃、１．５時間、の２つの条件で化学強化処理を、例１１および例１２のガラスについては、化学強化処理を、ＫＮＯ３：１００％、４２５℃、６時間、の１つの条件、例１３～１４のガラスについては、化学強化処理を、ＫＮＯ３：９９．５％、４３５℃、２２０分、の１つの条件、とした以外は、それぞれ例１と同様の操作により、特性評価用の化学強化処理された板状ガラスを得た。得られた板状ガラスについて、以下の特性について評価し、その結果を表１～４に示した。
＜密度（ρ）＞
　密度を液中ひょう量法（ＪＩＳＺ８８０７：２０１２　固体の密度及び比重の測定方法）により測定した。単位は、ｇ／ｃｍ３である。
＜ヤング率（Ｅ）＞
　化学強化前のガラスについて、ヤング率Ｅ（単位；ＧＰａ）を超音波パルス法（ＪＩＳ　Ｒ１６０２：１９９５）により測定した。
＜ビッカース硬度（Ｈｖ）＞
　強化処理前のビッカース硬度Ｈｖ（単位：ＧＰａ）はＪＩＳ　Ｚ　２２４４：２００９『ビッカース硬さ試験-試験方法』の方法に準じ、荷重を１００ｇｆとして測定した。
＜ガラス転移点（Ｔｇ）＞
　ガラス転移点Ｔｇ（単位：℃）はＪＩＳ　Ｒ　３１０３－３：２００１に規定されている方法に従い、ＴＭＡを用いて測定した。
＜線膨張係数（α）＞
　線膨張係数α（α50-350）はＪＩＳ　Ｒ　３１０２：１９９５『ガラスの平均線膨張係数の試験方法』の方法に準じて測定した。
＜ＣＳ、ＤＯＬ＞
　表面圧縮応力ＣＳ（単位：ＭＰａ）は、折原製作所社製の表面応力計ＦＳＭ－６０００により測定した。ＤＯＬについては、例１および例２のガラスについてはＡｂｒｉｏ－ＩＭおよび薄片サンプルを用いた手法により測定し、例３～例１０のガラスについては散乱光光弾性を応用した折原製作所製の測定機ＳＬＰ１０００を用いて測定し、例１１～１４のガラスについてはＦＭＳ－６０００により測定した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　以上の結果から、例１～１３は圧縮応力層を有するガラスボールの表面圧縮応力ＣＳが５８０ＭＰａ以上であり、その表面が強化処理され、強度に優れている。また、例１～６はビッカース硬度Ｈｖｃｔが７．０（ＧＰａ）以上であり、耐摩耗性に優れており、ベアリング用のボールとして特に好ましい。また、例７～例１２は密度が２．４９以下であり、軽量化可能であり、ベアリング用のボールとして特に好ましい。

Claims (7)

  1. 　密度が２．３～３．２ｇ／ｃｍ３、
    　ヤング率が６０～１５０ＧＰａ、
    　５０℃から３５０℃における平均熱膨張係数が４０×１０－７～１２０×１０－７／℃、
    　酸化物基準のモル百分率表示で、ＳｉＯ２を３０～７５モル％、Ａｌ２Ｏ３を２～３０モル％、Ｒ２Ｏ（ここで、ＲはＬｉ，Ｎａ，Ｋから選ばれる１種以上である）を５～２５モル％、含有するガラス材料で形成され、
    　表面に圧縮応力層を有することを特徴とするガラスボール。
  2. 　前記圧縮応力層の深さ（ＤＯＬ）が、８～５００μｍである請求項１に記載のガラスボール。
  3. 　前記ガラス材料が、酸化物基準のモル百分率表示で、ＳｉＯ２を５０～７５モル％、Ａｌ２Ｏ３を４～２０モル％、Ｌｉ２Ｏが１～１５モル％、Ｒ２Ｏ（ここで、ＲはＬｉ，Ｎａ，Ｋから選ばれる１種以上である）が５～２５モル％、ＭｇＯが０～１５モル％、ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３＋Ｒ２Ｏ＋ＭｇＯが９２モル％以上、を含有するＬｉ系ガラスである請求項１または２に記載のガラスボール。
  4. 　前記ガラス材料が、酸化物基準のモル百分率表示で、ＳｉＯ２を３０～７０モル％、Ａｌ２Ｏ３を４～３０モル％、Ｌｉ２Ｏを５～２０モル％、Ｒ２Ｏ（ここで、ＲはＬｉ，Ｎａ，Ｋから選ばれる１種以上である）を５～２５モル％、ＭｇＯを１～２５モル％、Ｙ２Ｏ３を１～２０モル％、を含有するＹ２Ｏ３系ガラスである請求項１または２に記載のガラスボール。
  5. 　表面圧縮応力値（ＣＳ０）が、２００～１５００ＭＰａである請求項１～４のいずれか１項に記載のガラスボール。
  6. 　ビッカース硬度（Ｈｖｃｔ）が、６．０ＧＰａ以上である請求項１～５のいずれか１項に記載のガラスボール。
  7. 　直径が０．５～１００ｍｍである請求項１～６のいずれか１項に記載のガラスボール。
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