WO2023003040A1

WO2023003040A1 - 冷間等方圧成形用ゴム型、セラミックスボール用素材の製造方法、および、セラミックスボールの製造方法

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Publication number: WO2023003040A1
Application number: PCT/JP2022/028373
Authority: WO
Inventors: 開船木; 悦幸福田; 浩司長谷川
Original assignee: 株式会社東芝; 東芝マテリアル株式会社
Priority date: 2021-07-21
Filing date: 2022-07-21
Publication date: 2023-01-26
Also published as: US20240149546A1; CN117677485A; EP4375057A1; JPWO2023003040A1

Abstract

本実施形態に係る冷間等方圧成形用ゴム型は、板状からなり、成形体を冷間等方圧成形処理するためのものである。当該冷間等方圧成形用ゴム型は、少なくとも１つ以上の面に１個以上の略円柱状の穴部を設ける。穴部の開口部の直径をａとし、穴部の最大深さをｂとすると、ａ／ｂ＜２．０を満たす。

Description

冷間等方圧成形用ゴム型、セラミックスボール用素材の製造方法、および、セラミックスボールの製造方法

　後述する実施形態は、冷間等方圧成形用ゴム型、セラミックスボール用素材の製造方法、および、セラミックスボールの製造方法に関する。

　種々のセラミック材料は高硬度、絶縁性、耐摩耗性等の特性を有し、特に純度を高め粒子径を均一化させたファインセラミックスは、コンデンサ、アクチュエータ材料、耐火材等、様々な分野に用いられる特性を発現させる。その中で、耐摩耗性、絶縁性を生かした製品としてベアリングボールがある。ベアリングボールには、酸化アルミニウム、窒化珪素、酸化ジルコニウム等の材料が用いられている。例えば、特開平６－４８８１３号公報（特許文献１）と特許第２７６４５８９号（特許文献２）とにおいて窒化珪素材料を用いたベアリングが開示され、特開昭６０－１８６２０号公報（特許文献３）において酸化ジルコニウム材料を用いたベアリングが開示されている。さらに、特許文献５に記載のように臼と杵を合わせた構造をするものも知られているが、穴部は略円柱形状ではなく（端部の深さ／最大深さの値が０．８程度）、さらにこれらの上側ゴム型と下側ゴム型を係合させた場合に得られる成形体を入れることのできる空間は従来技術と同様に球形状であった。

　これらのベアリング用材料を製造するプロセスにおいては、成形体を焼結する方法が用いられている。また、成型方法は金型を用いたプレス成型装置が用いられている。プレス成型装置は、一般的に図１に示されるように、上部金型１と下部金型２とを備え、上部金型１と下部金型２の間に粉体を充填し、圧力をかける方式を採用する。充填する粉体には必要に応じバインダなどが添加されている。プレス成型時に、金型を保護するために上部金型１の先端部分３と下部金型２の先端部分４の間に隙間を設けてプレス成形しなければならない。このため、成形体５（図２に図示）には球状部６と帯状部７とが形成されていた。

　例えば、特許第４７６１６１３号（特許文献４）には、球状部と帯状部とを有する成形体が開示されている。図２に成形体を例示した。図２中、５は成形体であり、６は球状部であり、７は帯状部であり、Ｌは球状部６の最大寸法（または最大径）である。帯状部７は、幅Ｗを有し、球状部６表面に対して高さＨを有する。また、上記成形体は一軸加圧成形で形成される関係上、粉体にかかる力が一方向になり、内部の空隙を完全に潰すことが難しい。成形体中にある程度以上の大きさの残存空隙がある場合、仕上げ加工後のベアリングボールの信頼性が著しく低下していた。また、成形体中の密度不均一性が大きくなるため、焼結工程時の収縮ムラが発生しやすく、製品中の歪みや割れといった不良が発生しやすくなっていた。成形体の残留空隙を防ぐ方法として、成形体５に対して冷間等方圧成形（ＣＩＰ：Cold Isostatic Pressing）処理を実施することが有効である。ＣＩＰ処理は、成形体５の周囲をゴムやフィルム等で密閉した状態で、その周囲から等方水圧を掛けるという手法である。

特開平６－４８８１３号公報特許第２７６４５８９号特開昭６０－１８６２０号公報特許第４７６１６１３号特開平１０－６０９３号公報

　図３に従来のＣＩＰ用ゴム型を例示した。図３中、１８はＣＩＰ用ゴム型である。また、図３（Ａ）はＣＩＰ用ゴム型１８の斜視図、図３（Ｂ）はＣＩＰ用ゴム型１８の側方断面図である。

　ここで、成形体５（図２に図示）を処理するためのＣＩＰ用ゴム型１８とは、ＣＩＰ成形を行う際の成形型である。ＣＩＰ用ゴム型１８は、板状である。この時、板状とは、ある一定程度の厚さ（高さ）を有しているものである。従来のＣＩＰ用ゴム型１８には、対向する２つの底面（図中上面と下面であり、側面を除く）にそれぞれ半球状の複数の穴部１９が設けられていた。図４は従来の２個のＣＩＰ用ゴム型１８を重ね合わせた状態を例示した図である。図４中、１８１は上側ゴム型、１８２は下側ゴム型、５はＣＩＰ対象の成形体、である。上側ゴム型１８１と、下側ゴム型１８２とは、ＣＩＰ用ゴム型１８の一例である。また、図４（Ａ）は重ね合わせた状態の上下のゴム型１８１，１８２の斜視図、図４（Ｂ）は重ね合わせた状態の上下のゴム型１８１，１８２の側方断面図である。

　従来技術において、下側ゴム型１８２の穴部１９に成形体５を入れ、上側ゴム型１８１の穴部１９を下側ゴム型１８２の対向する穴部１９に合わせて重ねることで、上側ゴム型１８１と下側ゴム型１８２と間に成形体５を密閉している（図４（Ｂ）参照）。重ね合わせられた上下のゴム型１８１，１８２に等方水圧をかけることで、成形体５中の空隙を各方向から均等に潰し、成形体５中の密度不均一性を少なくすることが可能である。

　また、特許文献５に記載のように臼と杵を合わせた構造をするものも知られているが、これらの上側ゴム型と下側ゴム型を係合させた場合に、成形体を入れることのできる空間は従来技術と同様に球形状であった。

　一方、下側ゴム型１８２に設けられた穴部１９に対して上側ゴム型１８１に設けられた穴部１９は略同一形状であり形状の対称性の高いものである。また、上下のゴム型１８１，１８２の穴部１９の開口部の直径をａとし、穴部１９の最大深さｂとすると、比「ａ／ｂ」は２．０程度の半球状であった。また、従来技術に記載のゴム型のうち比「ａ／ｂ」が１．０程度のものは最大深さと縁部付近の深さの比が０．８程度であった（後述する表１および表２の比較例１，３）。そのため、従来の半球状の穴部を設けた方法によると、下側ゴム型１８２の上側の底面の穴部１９に成形体５を入れた際に、当該底面から成形体５の上半球が飛び出ていた。上側の底面から成形体５が飛び出した下側ゴム型１８２に上側ゴム型１８１を設置する際、位置を正しく合わせることが難しく、成形体５が上下のゴム型１８１，１８２とこすれることがある。また同様に、最大深さと端部深さの比が０．８程度のものは、臼と杵を組み合わせたような構造をしているため位置合わせが難しく、係合させた箇所に応力が集中するため、こすれることがあった。

　また、こすれずに下側ゴム型１８２に上側ゴム型１８１を設置できた場合でも、上下のゴム型１８１，１８２が例えば、ＣＩＰ処理装置内への搬送時等において水平方向にずれた場合、成形体５にねじれのせん断応力が発生することがあった。また、特許文献５に記載のゴム型は臼と杵を合わせた構造をしており、それらの組みあわせによって得られた空間は他の従来技術に見られるものと同様に球形状であった。したがって、特許文献５に示されたゴム型であっても水平方向にずれた場合、特に係合の境界部において成形体５にねじれのせん断応力が発生することがあった。

　成形体５は強度が低い場合が多く、成形体５の、上下のゴム型１８１，１８２との間のこすれやせん断応力によって成形体５に部分的な欠けや割れといった欠陥が発生していた。成形体５に欠陥があると、ＣＩＰ処理の後に生成される焼結体にも欠陥が発生する。例えば、欠陥のある焼結体からベアリングボールに加工すると、信頼性の低いベアリングボールしか得られていなかった。

　本発明はこのような課題を解決するものであり、ＣＩＰ処理を行う際、上下のゴム型１８１，１８２との間に生じる成形体のこすれと、成形体へのねじれせん断応力の発生を低減することのできるゴム型を提供するものである。

　実施形態に係るゴム型は、板状からなり、成形体をＣＩＰ処理するためのものである。当該ＣＩＰ用ゴム型は、少なくとも１つ以上の面に１個以上の略円柱状の穴部が設ける。穴部の開口部の直径をａとし、穴部の最大深さをｂとすると、ａ／ｂ＜２．０を満たす。

金型プレス成型の一例を示す図。金型プレス成型後の成形体一例を示す図。従来のＣＩＰ用ゴム型の一例を示す図。図３に示すＣＩＰ用ゴム型に成形体を充填した一例を示す図。実施形態に係るＣＩＰ用ゴム型の第１例を示す図。図５に示すＣＩＰ用ゴム型を２個積層した状態を示す側方断面図。実施形態に係るＣＩＰ用ゴム型の穴部の形状を示す側方断面の一例を示す図。実施形態に係るＣＩＰ用ゴム型の第２例を示す図。図８に示すＣＩＰ用ゴム型を２個積層した状態を示す側方断面の一例を示す図。

実施形態

　以下、図面を参照しながら、冷間等方圧成形（ＣＩＰ：Cold Isostatic Pressing）用ゴム型、セラミックボールの製造方法、および、セラミックベボールの製造方法の実施形態について詳細に説明する。

　実施形態に係るＣＩＰ用ゴム型は、少なくとも１つ以上の面に１個以上の略円柱状の穴部が設けられていることを特徴とするものである。

　図５は、実施形態に係るＣＩＰ用ゴム型の第１例を示す図である。図５（Ａ）は斜視図であり、図５（Ｂ）は上面図である。図６は、実施形態に係るＣＩＰ用ゴム型の第１例を２個積層した状態を示す側方断面図である。図中、符号５はＣＩＰ処理される前のＣＩＰ処理対象の成形体（以下、単に「成形体」と記載するものとする。）、符号８はＣＩＰ用ゴム型（以下、単に「ゴム型」と記載するものとする。）、符号９は略円柱状の穴部（以下、単に「穴部」とよぶ）、符号Ｐは溝部（係合凹部）、符号Ｑは突起部（係合凸部）、である。また、符号８１はゴム型８の一例としての上側ゴム型、符号８２はゴム型８の一例としての下側ゴム型、である。また、成形体５に対するＣＩＰ処理よって得られる成形体は球形状に限らず、円柱形状（コロ）であってもよい。さらには、ＣＩＰ処理よって得られる成形体は、金型成型や転動造粒などによって得られた成形体５に対するＣＩＰ処理により得られるものであってもよいし、粉末を充填しＣＩＰ処理によってのみで成形されるものであってもよい。成形体５が金型成型や転動造粒によって得られたものでもよいとは、成形体５が帯状部７を有していても有していなくてもよいことを示す。前記方法の中では、金型成型または転動造粒などといった方法で得られた成形体５に対しＣＩＰ処理を行うことがより好ましい。また、成形体５は、図２に示すように、帯状部７を有していてもよいし、有していなくてもよい。また、ゴム型８においては、１つ以上の底面に設けられた穴部の形状を考慮するものである。したがって、ゴム型８はその側面形状については特に限定するものではない。そのため、ゴム型８の側面に凹部などが一切設けていないものであってもよいし、側面に目印などのために凹部または凸部を設けてもよい。ただし、ゴム型８側面に凹部を設ける場合にはあまりにも大きな凹部であると略円柱状の穴部９と凹部が近くなりすぎて強度不足になる虞があるため、大きすぎないことが好ましい。また、凸部についても同様に大きすぎないことが好ましい。凸部があまりにも大きいとゴム型８で一度に処理できる成形体５の数を減らしてしまう虞があるからである。また、上側ゴム型８１と下側ゴム型８２を係合させた際に形成される、成形体を入れることのできる略円柱状の穴部９を含む空間は球形状ではなく、略円柱状である。

　また、ゴム型８は、対向する２つの底面のうち１つ以上の底面に、略円柱状の穴部９を１つ以上設ける。図６の符号ａは穴部９の開口部の直径である。穴部９が正円柱であれば開口部の直径は１つであるが、開口部が正円ではなく正円に近い形状の場合には開口部に複数存在する複数の直径のうち特定の直径（例えば、最大直径）である。したがって、例えば正円に近い形状が楕円形状である場合には符号ａは長軸直径である。符号ｂは穴部９の最大深さである。符号ｃは同一のゴム型８上の隣り合う穴部９同士の水平間距離（深さ方向に直交する方向の距離）である。水平間距離ｃは、ゴム型８に複数の穴部９が存在する場合、穴部９とその穴部９に隣接する穴部との側面間距離の平均値である。したがって、例えば３つの第１～第３の穴部９があった場合、この平均値は、第１の穴部９と第２の穴部９との間の距離と、第２の穴部９と第３の穴部９との間の距離と、第３の穴部９と第１の穴部９との間の距離との３つの平均値である。符号ｄは上下のゴム型８１，８２を重ね合わせたときの穴部９同士の垂直間距離（深さ方向の距離）である。垂直間距離ｄは、上下のゴム型８１，８２を重ね合わせた状態において上側ゴム型８１の穴部９の底面と下側ゴム型８２の穴部９の開口部との間の平均値である。

　まず、ゴム型８は、ＣＩＰ処理に用いるためのものである。ＣＩＰ処理は、ＷＥＴ－ＣＩＰと呼ばれるものとＤＲＹ－ＣＩＰと呼ばれるものがあり、ＷＥＴ－ＣＩＰでは粉末または成形体直接を袋等の変形抵抗の小さく、ある一定以上の強度を有するもので密封して、液と接しないようにし液圧を加える方法である。一方、ＤＲＹ－ＣＩＰと呼ばれるものは、ゴム型を介して行われるものであり、ゴム型８の下部にゴム型８を支えるもの（台のようなもの）を有した加圧方法である。これらは液圧による加圧であるため、方向性のない等方圧力による成形が可能となる。等方圧力であるため、成形体５内の不均一な密度分布を抑制することができる。ＣＩＰのことを、冷間静水圧プレス、ラバープレスと呼ぶこともある。この中で特にゴム型８はＤＲＹ－ＣＩＰを採用する場合により好適な結果を生じさせる。

　ゴム型８は、対向する底面のうち１つの底面に、穴部９を１個以上有している。穴部９は、実質的に円柱形状を有している。例えば、成形体５は、図２に示したように、球状部６と帯状部７とを有する。また、成形体５は、帯状部７のない球形の球状部６であることもある。また、穴部９は成形体５の全体をすっぽり収容することができるサイズを有することがさらに好ましい。ゴム型８の穴部９の位置について説明する。穴部９は、対向する２つの底面のうち１つの底面に、複数個設けられることがより好ましい。

　ゴム型８の穴部９の開口部の直径をａとし、穴部９の最大深さをｂとすると、最大深さｂに対する開口部の直径ａ（比「ａ／ｂ」）は、次の式（１）を満たすことが好ましい。
　ａ／ｂ＜２．０　…（１）
　比「ａ／ｂ」が上記式（１）の範囲内であるとゴム型８と成形体５との間に空隙を設けることが可能となり、成形体５のこすれと、成形体５へのねじれせん断応力を低減させる効果が期待できる。また、比「ａ／ｂ」が次の式（２）を満たすことがさらに好ましい。セラミックスボール用素材の歩留まりを高く維持するためである。
　ａ／ｂ＜１．７　…（２）
　比「ａ／ｂ」が次の式（３）を満たすことがさらに好ましい。セラミックスボール用素材の歩留まりをより高く維持するためである。
　０．４≦ａ／ｂ≦１．６　…（３）

　上記式（１）に示すように比「ａ／ｂ」が２．０未満と小さいと成形体５と穴部９との間に隙間ができ、上下のゴム型８１，８２のＣＩＰ処理装置内への搬送時などの応力の集中を低減することができる。また、上記式（２），（３）に示すように比「ａ／ｂ」が１．７未満や１．６以下となるようにより制御することで、歩留まり向上の他、その応力集中の低減効果をより大きくすることができる。一方、比「ａ／ｂ」が０．４未満と小さいと一段あたりの強度を保持するためには、必要以上に一段あたりの厚みが必要になり一度に処理できる成形体５の個数が減ってしまう虞があるため好ましくない。より好ましくは比「ａ／ｂ」が次の式（４）を満たすことである。
　０．６≦ａ／ｂ≦１．６　…（４）
　さらに好ましくは、比「ａ／ｂ」が次の式（５）を満たすことである。
　０．７≦ａ／ｂ≦１．６　…（５）
　上記式（４），（５）に示すように比「ａ／ｂ」を０．６以上や０．７以上になるようにさらに制御することで、歩留まり向上の他、ゴム型８で一度に処理できる成形体５の数を増やすこともできる。

　さらに、比「ａ／ｂ」は、次の式（６）に示す範囲内であることが好ましい。さらに、比「ａ／ｂ」が次の式（７）の範囲内であることが好ましい。セラミックスボール用素材の歩留まりを高く維持するためである。
　０．７≦ａ／ｂ≦１．３　…（６）
　０．９≦ａ／ｂ≦１．１　…（７）
　比「ａ／ｂ」が上記式（６），（７）の範囲内であると、歩留まり向上の他、成形体５にかかる圧力の等方性を向上させることができる。特に、成形体５が球状（図２に示す帯状部７付きの成形体５を含む）であるものに対しては上記式（６），（７）を満たすことが好ましい。

　ゴム型８の穴部９の深さについて説明する。図７（Ａ），（Ｂ）は、１つの穴部９の付近を拡大した側方断面図の例を示す。穴部９の底面の中心付近における穴部９の深さ（最大深さｂ）に対して、穴部９の底面の縁付近における穴部９の深さｇとすると、以下の式（８）の関係を有することが好ましい。また、図７（Ａ）には、底面の縁付近における穴部９の深さｇが、最大深さｂに等しい場合を示す。また、この時底面の縁付近における穴部の深さとはあくまで底面の深さであり、例えば、開口部に傷ができた場合などや取り出しやすいように開口部周辺を広く開口した設計を用いた場合は底面ではないのでここでは深さとして考慮しないものである。
　（ｂ－ｇ）／ｂ≦０．１　…（８）

　ゴム型８の穴部９の直径について説明する。図７（Ｃ）は、１つの穴部９の付近を拡大した側方断面図を示す。穴部９の深さ方向に直交する面は、開口部の他、深さ方向に複数存在する。図７（Ｃ）に示すように、深さ方向に複数存在する直交面のうち開口部の直径をａとし、深さ方向に複数存在する開口部と平行な面のうち最大直径をｈとする。そして、最大直径ｈに対する開口部の直径ａ（比「ａ／ｈ」）は、次の式（９）の範囲内であることが好ましい。なお、図７（Ｃ）において、開口部の直径ａと最大直径ｈとの関係をわかりやすくするために穴部９のサイズを強調して記載したものである。開口部の直径ａと最大直径ｈとの関係は図７（Ｃ）の状態にのみ限定されるものではなく、次の式（９）の範囲内で適宜変更可能である。
　０．９≦ａ／ｈ≦１．０　…（９）
　また、穴部９が正円柱ではなく開口部に複数の直径を有する場合、図５（Ｂ）に示す穴部９の開口部における最小直径ｉに対する最大直径ａ（比「ａ／ｉ」）の範囲は、次の式（１０）の範囲内であることが好ましい。なお、図５（Ｂ）（図８（Ｂ）も同様）において、穴部９の開口部の形状は便宜上、最大直径ａと最小直径ｉとの差を大きく表現している。ここで、穴部の開口部の形状が楕円の場合を例として、説明する。開口部の形状が楕円の場合ａは長軸直径であり、ｉは短軸直径である。
　ａ／ｉ≦２　…（１０）
　なお、上記式（８）を満たす深さおよび直径をもつ穴部９の形状を、略円柱形状と呼ぶものとする。また、上記式（９）や（１０）も満たしていることがより好ましい。

　また、穴部９の開口部の直径ａと最大深さｂは成形体５が入るサイズになっている。穴部９を略円柱形状とすることにより、成形体５への圧力を等方にすることができる。また、ゴム型８においては、図３および図４に示すように、半球状の穴部１９を有する上下のゴム型１８１，１８２を重ねた空間に成形体５を入れているわけではないので、上下のゴム型１８１，１８２のズレによる成形体５の破損を防ぐことができる。また、ゴム型８は１個以上の穴部９を有している。穴部９は成形体５を入れる個所となる。ゴム型８が複数の穴部９を有することにより、一度のＣＩＰで処理できる個数を増やすことができる。

　ゴム型８の係合部の位置について説明する。ゴム型８は、図６に示すように、面はずれ防止用に、１箇所以上の係合部（係合凹部Ｐと係合凸部Ｑとの組）を有していることが好ましい。係合部Ｐ，Ｑは、ゴム型８の底面の中心Ｓに対して略点対称で、中心Ｓ周りの円形（または多角形）に沿って連続的または断続的に設けられることがより好ましい。このように、中心Ｓに対して点対称であれば、複数個所に係合部Ｐ，Ｑを有していても下側ゴム型８２に対して向きを考えずに上側ゴム型８１をはめ込み、上下のゴム型８１，８２を係合させやすくなる。

　係合部Ｐ，Ｑは、図６に示すように、ゴム型８の底面の中心Ｓと底面の縁Ｔとの中間線Ｕよりも縁Ｔに近い箇所（以下、「縁近接部」と呼ぶ）に、１箇所以上配設されていることがより好ましい。底面の係合部Ｐ，Ｑが縁Ｔに近いと穴部９を設けた面と同一平面において係合凹部Ｐの空間の方が係合凸部Ｑより大きい面積を占めている際に生じるズレの影響を抑制することができる。したがって、前述の位置に係合部Ｐ，Ｑを設ければ、係合部Ｐ，Ｑの大きさの制御において多少の誤差の影響を受けにくくなるものである。また、係合部Ｐ，Ｑは、図５および図６に示すように、底面の縁近接部のうち縁Ｔに沿って設けられていることがさらに好ましい。その場合、ゴム型８の底面が円形であれば係合部Ｐ，Ｑも円形に配置され、底面が多角形であれば係合部Ｐ，Ｑも多角形に配置される。係合凹部Ｐと係合凸部Ｑには、下側ゴム型８２に上側ゴム型８１を重ねたときの面はずれを防止する効果がある。

　また、係合部Ｐ，Ｑは、ゴム型８の縁Ｔの周の長さの５０［％］以上１００［％］以下の範囲内で形成されているものとする。また、係合凹部Ｐを設ける箇所をゴム型８の縁Ｔの週の長さの１００［％］とし、係合凸部Ｑをゴム型８の縁Ｔの周の長さの５０［％］とするような場合であってもよい。つまり、係合凹部Ｐと係合凸部Ｑとを設ける長さ（縁Ｔの週の長さに対する割合）は同じであってもよいし、それぞれ異なっていてもよいものである。したがって、係合凸部Ｑが長くてもよいものであるが、係合凸部Ｑの方が長い場合は長すぎると係合できなくなる虞がある。したがって、係合凸部Ｑの方が長い場合はその差が小さい（誤差程度などである）ことが好ましい。また、それぞれ異なっている場合には、係合凹部Ｐより係合凸部Ｑが短いことがより好ましい。

　また、ゴム型８の１つの底面に係合凹部Ｐを設け、他の底面に係合凸部Ｑを設けてもよいし、ゴム型８の１つの底面に係合凹部Ｐと係合凸部Ｑとを交互に設け、他の底面に係合凹部Ｐと係合凸部Ｑとを交互に設けてもよい。また、係合部Ｐ，Ｑは、連続的にまたは断続的に設けられていてもよいが、底面の縁近接部において設ける箇所に偏りが少ないことがさらに好ましい。前述のように偏りが少ないと係合部Ｐ，Ｑを設けた効果を得やすくなる。一方偏りが大きいと、係合部Ｐ，Ｑを設けた際に力のかかる向きによっては外れやすくなる虞がある。

　また、ゴム型８の底面の縁近接部に配置される係合部Ｐ，Ｑは連続的に設けられることがさらに好ましい。ゴム型８の底面の縁近接部の全周に沿って係合部Ｐ，Ｑを設けることにより、上下のゴム型８１，８２の位置合わせが容易となる。なお、設けられた係合部Ｐ，Ｑは厚みがゴム型８の直径の３［％］以上であることが好ましく、７［％］以下であることがさらに好ましい。係合部Ｐ，Ｑの厚み（肉厚）がゴム型８の直径の３［％］未満と薄いと十分な耐久性が得られない虞がある。ゴム型８の直径の７［％］を超えて大きいと穴部９の数が制限されるため１回あたりのＣＩＰ処理できる成形体５の個数が少なくなり、量産性が落ちる虞がある。また前記肉厚は係合凹部Ｐと係合凸部Ｑのそれぞれにおいて、異なっていてもよい。係合凹部Ｐの肉厚と係合凹部Ｑの肉厚との差はゴム型８の直径の０［％］以上３［％］以下であることが好ましく、より好ましくは０［％］以上２［％］以下であることである。肉厚に差がある場合には係合凹部Ｐの方が係合凸部Ｑと比較し肉厚が厚いことがさらに好ましい。肉厚の差が３［％］を超えて大きいと面外れがしやすくなる虞がある。そのため肉厚の差は少ないことが好ましいものである。

　また、図５および図６では、対向する２つの底面のうち穴部９を設けた底面に係合凹部Ｐを、他の底面に係合凸部Ｑを設けているが、逆にしても良い。つまり、穴部９を設けた底面に係合凸部Ｑを、他の底面に係合凹部Ｐを設けてもいいものとする。底面の外周部に係合部Ｐ，Ｑを設けることにより、底面に穴部９を設けるスペースを確保することができる。また、底面の外周部に係合部Ｐ，Ｑを設けることにより、複数のゴム型８を重ねることができる。つまり、３つ以上のゴム型８を重ねることができる。前述のように、底面の外周部の長さ（ゴム型８が円板の場合は円の長さ）の１００［％］に係合部Ｐ，Ｑを設けることにより、複数のゴム型８を重ねた際の位置ずれを防止することができる。

　一方で、係合部Ｐ，Ｑは、ゴム型８の底面の縁近接部に設けられればよく、図５および図６に示すように縁Ｔに沿って設けられる場合に限定されるものではない。例えば、図８および図９に示すように、係合凹部Ｐは、ゴム型８の直径に対する外周平部の長さｊが２［％］以下になるように縁Ｔから離れた箇所に配置されてもよい。なお、ゴム型８の直径に対する外周平部の長さｊが１［％］以下になるように縁Ｔから離れた箇所にあることがより好ましい。また、外周平部の長さｊは、１［ｃｍ］内であることがさらに好ましい。

　ゴム型８の係合部Ｐ，Ｑの厚さについて説明する。係合部Ｐ，Ｑの厚さは、ゴム型８の直径の３［％］以上７［％］以下であることが好ましい。係合部Ｐ，Ｑの厚さがゴム型８の直径の３［％］未満と薄いと係合部Ｐ，Ｑの十分な耐久性が得られない虞がある。一方で、係合部Ｐ，Ｑの厚さがゴム型８の直径の７［％］を超えて大きすぎると穴部９の個数が減少するため、１回あたりにＣＩＰ処理できる成形体５の個数が少なくなり、量産性が落ちる虞がある。また、係合部Ｐ，Ｑの厚さは最も薄い箇所と最も厚い箇所との差が少ないことが好ましい。

　また、係合凹部Ｐの空間が占める体積Ｖ_１は係合凸部Ｑの占める体積Ｖ_２よりも大きくても小さくてもよいがいが、これらの体積の差が大きすぎないことがより好ましい。係合凹部Ｐの空間が占める体積Ｖ_１に対する係合凸部Ｑの占める体積Ｖ_２（比「Ｖ_２／Ｖ_１」）が、次の式（１１）を満たすことである。より好ましくは次の式（１２）を満たすことである。
　０．４≦Ｖ_２／Ｖ_１＜１．３　…（１１）
　０．４５≦Ｖ_２／Ｖ_１＜１．００　…（１２）

　ゴム型８の係合部Ｐ，Ｑの深さについて説明する。ゴム型８は、係合凹部Ｐは深さｅが１．５［ｍｍ］以上であり、係合凸部Ｑは高さｆが１．５［ｍｍ］以上であることが好ましい。つまり、係合凹部Ｐの深さｅと係合凸部Ｑの高さｆは次の式（１３），（１４）を満たすことが好ましい。
　ｅ≧１．５［ｍｍ］　…（１３）
　ｆ≧１．５［ｍｍ］　…（１４）

　ゴム型８は、底面に係合部Ｐ，Ｑ以外に深さ１．５［ｍｍ］以上の凹部および高さ１．５［ｍｍ］以上の凸部がないことがさらに好ましい。これは、上下のゴム型８１，８２を重ねるときの位置決め用の係合凹部Ｐと係合凸部Ｑとが外周部以外に形成されていないことを示している。つまり、上下のゴム型８１，８２を重ねる際の位置決めは下側ゴム型８２の係合凹部Ｐと上側ゴム型８１の係合凸部Ｑとのはめ合わせで行うことを特徴としている。底面の外周部以外に凹部および凸部を設けていないので、底面に多数の穴部９を設けるスペースを確保することができる。

　なお、成形体５を入れるための穴部９は係合凹部Ｐとしてカウントしないものとする。穴部９を複数個設けたとき、いくつかの穴部９に成形体５を入れないこともある。上下のゴム型８１，８２同士を重ねる際、上側ゴム型８１の係合凹部Ｐと下側ゴム型８２の係合凸部Ｑとがはめ合わされる。このため、穴部９と係合凹部Ｐとは区別できる。また、係合凹部Ｐと係合凸部Ｑ以外に深さ１．５［ｍｍ］未満の凹部または高さ１．５［ｍｍ］未満の凸部については存在しても良い。例えば、ゴム型８に深さ１．５［ｍｍ］未満の凹部を設けることにより、ゴム型８の軽量化を図ることができる。なお、ゴム型８の変形量の均質化の観点からすると、係合凹部Ｐと係合凸部Ｑ以外に深さ１．５［ｍｍ］未満の凹部と高さ１．５［ｍｍ］未満の凸部は存在しない方がさらに好ましい。

　ここで、穴部９の直径ａと最大深さｂとをそれぞれ定義する。直径ａとは、穴部９の開口部における直径（開口部が正円でない場合は最大直径）のことである。また、穴部９の最大深さｂとは、穴部９の深さのうち最大深さのことである。つまり、穴部９は、穴部９の側面と底面との境界が直角であってもよいが（図７（Ａ）参照）、側面と底面との境界に面取りが施されていて（図７（Ｂ）参照）、穴部９の底面の中心における穴部９の深さｂに対して縁における穴部９の深さｇが浅くなっていてもよいものである。また、成形体５の最大寸法Ｌに対する穴部９の開口部の直径ａ（比「ａ／Ｌ」）は１．０１以上１．８２以下の範囲内であることが好ましく、成形体５の最大寸法Ｌに対する最大深さｂ（比「ｂ／Ｌ」）は１．０１以上１．８２以下の範囲内であることが好ましい。つまり、比「ａ／Ｌ」と比「ｂ／Ｌ」とはそれぞれ、次の式（１５），（１６）の範囲内であることが好ましい。
　１．０１≦ａ／Ｌ≦１．８２　…（１５）
　１．０１≦ｂ／Ｌ≦１．８２　…（１６）
　比「ａ／Ｌ」と比「ｂ／Ｌ」とがそれぞれ上記式（１５），（１６）の範囲内であると、ゴム型８によるこすれやねじれせん断応力を抑制した状態での等方水圧を掛けることができる。比「ａ／Ｌ」と比「ｂ／Ｌ」とのうちいずれがでも１．０１未満であると、穴部９が小さいため、下側ゴム型８２に成形体５を入れる際に成形体５が破損する可能性がある。また、最大深さｂが上記式（１５），（１６）の範囲内であると穴部９が成形体５の全体を収容することが可能となり位置合わせがより容易となる。

　また、比「ａ／Ｌ」と比「ｂ／Ｌ」とのうちいずれかでも１．８２を超えると穴部９が大きくなり過ぎる。穴部９が大きくなると、成形体５にゴム型８によるねじれせん断力が生じる可能性がある。ねじれせん断力とは、ゴム型８がねじれたときに、ねじれないように反発する応力のことである。ねじれせん断力が大きくなると、成形体５に等方圧がかからない可能性がある。また、一つの穴部９に複数の成形体５が充填されてしまう可能性がある。

　また、上記式（１５）に示す比「ａ／Ｌ」の範囲は、１．０３以上１．３５以下の範囲内であることがさらに好ましく、上記式（１６）に示す比「ｂ／Ｌ」の範囲は、１．０３以上１．３５以下の範囲内であることがさらに好ましい。つまり、比「ａ／Ｌ」の範囲は、次の式（１７）の範囲内であることがさらに好ましく、比「ｂ／Ｌ」の範囲は、次の式（１８）の範囲内であることがさらに好ましい。
　１．０３≦ａ／Ｌ≦１．３５　…（１７）
　１．０３≦ｂ／Ｌ≦１．３５　…（１８）
　比（ａ／Ｌ）と比（ｂ／Ｌ）とがそれぞれ上記式（１７），（１８）の範囲内であると、成形体５への等方水圧を付与することができる。成形体５中の空隙低減や密度の不均一抑制を行うことができる。

　ここで、穴部９の開口部の直径ａと、最大深さｂと、水平間距離ｃとの測定方法について説明する。これらの測定は、非接触式の測定方法を用いるものとする。ノギスやデプスメータ等による接触式での測長では、接触時のゴム型８の変形によって値がばらつくためである。

　形状測定は光学的な３次元形状測定装置を用いるものとする。３次元形状測定装置は、ＫＥＹＥＮＣＥ社製ＶＲ－５０００を使用し、同装置の解析ソフトを用いて行うものとする。測定装置は、これと同等の機能を有するものであればよい。複数の穴部９を設けるとき、ゴム型８の穴部９を設けた面全体を走査し、各穴部９の幅を直径として測定し、深さのうち最大のものを最大深さとして測定する。そして、複数の穴部９に対応する複数の直径と複数の最大深さとの平均値をそれぞれａ、ｂとする。複数の穴部９を設けるとき、穴部９の水平間距離ｃも同様に、各穴部９の最近の穴部９との水平接間距離を測定していき、複数の穴部９に対応する複数の水平間距離の平均値をｃとする。

　また、ゴム型８を重ね合わせたときの穴部９の垂直間距離ｄは、ゴム型８の穴部９の中心を通る断面を用いて測定するものとする。断面に対し上記３次元形状測定装置を用いて測定する方法が好ましい。複数の穴部９を設けるとき、各穴部９の最近の穴部９との垂直間距離を測定し、複数の穴部９に対応する複数の垂直間距離の平均値をｄとする。なお、非破壊での測長を行いたい場合は、ゴム型８を形状変化させないような形状のマイクロメータ、もしくはデプスメータを使用し測定しても良いものとする。

　上記のように、複数の穴部９を設けるとき、開口部の直径ａと、最大深さｂと、水平間距離ｃと、垂直間距離ｄとは平均値である。例えば、開口部の直径ａと最大深さｂとについて、複数の穴部９を設けるとき、個数割合で９０［％］以上の比「ａ／ｂ」が上記式（１）～（７）のいずれかを満たし、比「ａ／Ｌ」または「ｂ／Ｌ」が上記式（１５），（１６）、または、上記式（１７），（１８）を満たすことが好ましい。また、ゴム型８に設けた複数の穴部９のすべて（個数割合で１００［％］）の比「ａ／ｂ」が上記式（１）～（７）のいずれかを満たし、比「ａ／Ｌ」または「ｂ／Ｌ」が上記式（１５），（１６）、または、上記式（１７），（１８）を満たすことがさらに好ましい。

　また、穴部９が複数あった場合、同一ゴム型上においては各箇所に設けられる複数の穴部９の大きさ（開口径）や深さに差が少ないことが好ましい。また、上下のゴム型８１，８２を重ね合わせる場合には、重ね合わせられるゴム型８１，８２同士においても同様にその穴部大きさ（開口径）や深さといった形状において差が少ないことが好ましい。このように、穴部９の形状に場所ごとの差が少ないことで、効率よく成形体５を入れるやすくなる。

　隣り合う穴部９の水平間距離ｃに対する、穴部９の開口部の直径ａ（比「ａ／ｃ」）と最大深さｂ（比「ｂ／ｃ」）とは、４以下であることが好ましい。つまり、比「ａ／ｃ」と比「ｂ／ｃ」とは、次の式（１９），（２０）の範囲内であることが好ましい。
　ａ／ｃ≦４　…（１９）
　ｂ／ｃ≦４　…（２０）
　比「ａ／ｃ」と比「ｂ／ｃ」がそれぞれ上記式（１９），（２０）の範囲内であることは、隣り合う穴部９の開口部の直径ａに対して、水平間距離ｃを十分取っていることを示している。同様に、最大深さｂに対して、水平間距離ｃを十分取っていることを示している。比「ａ／ｃ」および比「ｂ／ｃ」が４を超えるということは、隣り合う穴部９同士の距離が近いことを示している。隣り合う穴部９同士の距離が近いと、ゴム型８が十分に変形することができない可能性がある。ゴム型８の変形が不足すると、成形体５にかかる圧力の等方性が崩れ、密度が均一にならない可能性がある。なお、比「ａ／ｃ」と比「ｂ／ｃ」の下限値は特に限定されるものではなく、上記式（１９），（２０）の範囲内であればよい。

　さらに、上記式（１９）に示す比「ａ／ｃ」の範囲は、０．１以上で４．０以下であることがさらに好ましく、上記式（２０）に示す比「ｂ／ｃ」の範囲は、０．１以上で４．０以下であることがさらに好ましい。つまり、比「ａ／ｃ」の範囲は、次の式（２１）の範囲内であることがさらに好ましく、比「ｂ／ｃ」の範囲は、次の式（２２）の範囲内であることがさらに好ましい。
　０．１≦ａ／ｃ≦４．０　…（２１）
　０．１≦ｂ／ｃ≦４．０　…（２２）
　また、比「ａ／ｃ」と比「ｂ／ｃ」とはともに０．２以上であることがより好ましく、０．３以上であることがさらに好ましい。比「ａ／ｃ」と比「ｂ／ｃ」が０．１未満と小さすぎると一段あたりに設けられる穴部９の個数が減少してしまう虞がある。そのため、０．２以上や０．３以上とその比が制御されていることが好ましい。

　また、水平間距離ｃと垂直間距離ｄについて、水平間距離ｃに対する垂直間距離ｄ（比「ｄ／ｃ」）が０．９以上であることが好ましい。つまり、比「ｄ／ｃ」が次の式（２３）の範囲内であることが好ましい。
　０．９≦ｄ／ｃ　…（２３）
　比「ｄ／ｃ」が上記式（２３）の範囲を満たすと上下のゴム型８１，８２を重ねてＣＩＰ処理する際に、成形体５に等方圧をかけることができる。比「ｄ／ｃ」が０．９より小さいということは、水平間距離ｃに対して垂直間距離ｄが小さいことになる。水平間距離ｃに対して垂直間距離ｄが小さいと、水平方向と垂直方向で上下のゴム型８１，８２の変形量に差が大きくなる。水平方向と垂直方向で上下のゴム型８１，８２の変形量に差が生じると、成形体５にかかる圧力の等方性が崩れる可能性がある。なお、比「ｄ／ｃ」の上限は特に限定されるものではないが、２００以下であることがさらに好ましい。つまり、比「ｄ／ｃ」の範囲は、次の式（２４）の範囲であることがさらに好ましい。
　０．９≦ｄ／ｃ≦２００　…（２４）
　また、比「ｄ／ｃ」は１００以下であることが好ましく、より好ましくは５０以下となるようにすることである。前述のように制御することで一段あたりの厚みを制御し、単位体積当たりのＣＩＰ処理個数を増加させることができ、効率的にＣＩＰ処理することが可能となる。

　また、ゴム型８は板状、例えば、略正円板状を備えることが好ましい。略正円板状とは、対向する２つの底面間の高さが比較的低い正円柱形状または楕円柱形状であることを示している。なお、板状のゴム型８は、円板状に限らず、多角形状等であってもよい。ゴム型８が多角形形状の場合は、五角形以上であることが好ましい。また、前述のように、ゴム型８は外周部に係合部Ｐ，Ｑを設けている。ゴム型８は円板状であると、上下に複数のゴム型８同士を重ねたときの位置合わせを行い易い。特に、底面が正円型であると上下のゴム型８１，８２の方向性がないので重ねやすい。また、多段に重ねたゴム型８を運搬する際に崩れるのを抑制することができる。ゴム型８の積層数は２段以上であることが好ましい。複数のゴム型８を積層することにより、一度にＣＩＰ処理できる成形体５の数を増やすことができる。

　ゴム型８の積層数は特に限定されるものではないが、１００段以下が好ましい。あまり積層数が多いと、ＣＩＰ処理装置への運搬、取出し時に積層したゴム型８が崩れる可能性がある。また、崩れなかった場合にも、運搬時の生じる横揺れ等による係合部Ｐ，Ｑの劣化の速度を速めてしまう虞もある。したがって、より好ましい段数は２段以上４０段以下である。より好ましくは、２段以上２５段以下である。量産性等も考慮すると３段以上２０段以下であることがさらに好ましい。

　また、複数のゴム型８を積層させる際には複数のゴム型８の高さは誤差が少ないことが好ましい。例えば、その誤差は１割以下であることが好ましい。複数のゴム型８の高さの誤差が大きいと運搬時に崩れやすくなる虞があるからである。また、複数のゴム型８の積層面の面積についても誤差が少ないことが好ましい。複数のゴム型８における積層面の面積に誤差が大きいとＣＩＰ処理の際に均一に圧力がかかりにくくなる虞があるからである。

　また、必要に応じてゴム型８の側面や下側底面（穴部を設けない面）に目印や軽量化等の目的で凹部や凸部等を設けてもよい。つまり、ゴム型８の側面や下側底面における形状は特に限定されるものではない。

　また、ゴム型８のゴムのショア硬さＨｓが３０以上５０以下の範囲内であることが好ましい。前述のように、成形体５を入れたゴム型８には等方圧が付加される。ショア硬さＨｓが３０以上５０以下の範囲内であると、変形量を均質にできる。このため、成形体表面とゴム型を均一に接触できる変形能を具備することができる。また、ゴム型の耐久性も良好である。なお、ショア硬さＨｓの測定はＪＩＳ－Ｚ－２２４６（２０００）に準じて行うものとする。

　また、成形体５は、球形状、円柱形状、板形状等が挙げられる。この中では、成形体５は、図２に示すように、球形状であることが好ましい。球形状とは、球状部６と帯状部７とを有する。前述のように、開口部の直径ａと、最大深さｂと、水平間距離ｃと、垂直間距離ｄとを制御することにより、成形体５に等方圧を付与することができる。特に、ボール形状であると等方圧の効果が得やすくなる。

　例えば、上記式（１）～（７）のいずれかを満たす開口部の直径ａと最大深さｂとの関係において、上記式（１５）または（１７）に従い成形体５の最大寸法Ｌに応じて穴部９の開口部の直径ａを設定し、上記式（１６）または（１８）に従い成形体５の最大寸法Ｌに応じて最大深さｂを設定する。そして、上記式（１９），（２０）、または、上記式（２１），（２２）に従い、設定された開口部の直径ａと最大深さｂとに応じて水平間距離ｃを設定する。そして、上記式（２３）または（２４）に従い、設定された水平間距離ｃに応じて垂直間距離ｄを設定する。

　また、成形体５は、酸化アルミニウム、窒化珪素、窒化ホウ素、酸化ジルコニウム、炭化珪素、窒化アルミニウムのいずれか１種以上を主成分（５０［質量％］以上）とすることが好ましく、酸化アルミニウム、窒化珪素、窒化ホウ素、酸化ジルコニウム、炭化珪素、窒化アルミニウムのいずれか１種以上を８５［質量％］以上含有することがより好ましい。また、成形体５は、窒化珪素を８５［質量％］以上含有することが好ましい。成形体５はＣＩＰ後、焼結工程を経てセラミックス焼結体となる。成形体５がボール形状であると、セラミックス焼結体もボール形状となる。ボール形状のセラミックス焼結体はベアリングボールとして用いられている。セラミックスベアリングボールは、前述の材料が用いられている。特に、窒化珪素焼結体は優れた耐摩耗性を有しており、ベアリングボールとして有効である。

　また、成形体５は、酸化アルミニウム、窒化珪素、窒化ホウ素、酸化ジルコニウム、炭化珪素、窒化アルミニウムのいずれか１種または２種以上を８５［質量％］以上含有するということは、得られるセラミックス焼結体も酸化アルミニウム、窒化珪素、窒化ホウ素、酸化ジルコニウム、炭化珪素、窒化アルミニウムのいずれか１種または２種以上を８５［質量％］以上含有するということである。また、これら主成分以外に、焼結助剤を１５［質量％］以下含有してもよいものである。

　また、成形体５は、酸化アルミニウム、窒化珪素、窒化ホウ素、酸化ジルコニウムのいずれか１つを８５［質量％］以上含有するということは、得られるセラミックス焼結体も酸化アルミニウム、窒化珪素、窒化ホウ素、酸化ジルコニウムのいずれか１つを８５［質量％］以上含有するということである。また、これら主成分以外に、焼結助剤を１５［質量％］以下含有してもよいものである。

　例えば、酸化アルミニウム焼結体または酸化ジルコニウム焼結体は、ビッカース硬度が１２００以上１７００以下程度である。その一方で、靭性値が３［ＭＰａ・ｍ^１／２］以上６［ＭＰａ・ｍ^１／２］以下程度と低い。それに対し、窒化珪素焼結体は、ビッカース硬度が１４００以上１８００以下程度と高い。また、靭性値が５［ＭＰａ・ｍ^１／２］以上１０［ＭＰａ・ｍ^１／２］以下程度と高い。窒化珪素焼結体は高い靭性値とビッカース硬度を両立しており、その点から耐摩耗性に優れる。これは、窒化珪素焼結体が、β型窒化珪素結晶粒子が主体となった組織であるためである。β型窒化珪素結晶粒子は長細い形状を有しており、長細い結晶粒子が複雑に絡み合うことにより高い靭性値を達成している。

　また、球状のセラミックス焼結体をベアリングボールにするには研磨加工が必要である。焼結工程後の球状のセラミックス焼結体をセラミックスボール用素材と呼ぶ。セラミックスボール用素材は、成形体５の帯状部７（図２に図示）に起因する帯状部付きの球体となる。セラミックスボール用素材を研磨加工して球体としたものをベアリングボールと呼ぶ。

　以上のように、ゴム型８は、成形体５に等方圧を付加するのに好適である。特に、成形体５をＣＩＰ処理するのに好適である。また、ベアリングボールの直径は１［ｍｍ］以上５０［ｍｍ］以下の範囲で様々なものがある。ゴム型８は、様々なサイズの成形体５に適用できる。

　次に、セラミックスボール用素材の製造方法について説明する。実施形態にかかるセラミックスボール用素材の製造方法は上記ゴム型８を用いる方法である。

　セラミックスボール用素材の製造方法は、成形体が球状のセラミックス成形体であり、ゴム型８を用いてセラミックス成形体をＣＩＰ処理する工程と、ＣＩＰ処理された成形体を焼結する工程と、を有することを特徴とするものである。

　また、成形体５をＣＩＰ処理する工程は、複数のゴム型８を積層して行うことが好ましい。また、積層したゴム型８は、水平間距離ｃに対する垂直間距離ｄの比「ｄ／ｃ」を上記式（２３）または（２４）の範囲内であることが好ましい。

　セラミックスボール用素材の製造方法は上記構成を有していれば良いものであるが、歩留まり（良品数／製造数）を良くするための方法を以下に説明する。

　まず、成形体５の調整方法を、窒化珪素を使って説明する。酸化アルミニウム、窒化ホウ素、酸化ジルコニウムのいずれか１種以上を主成分（５０質量％以上）とする場合は、窒化珪素を置き換えて読むものとする。また、本発明の実施例においては成形体５を得る方法として１軸加圧成形を挙げるが、成型方法はこれに限定されるわけではない。例えば、成型方法は転動造粒法を採用してもよい。また、本発明の実施例においては成形体５を得る方法として１軸加圧成形を挙げるが、成型方法はこれに限定されるわけではない。したがって例えば、転動造粒法によって得られた成形体であってもよい。

　まず、原料となる窒化珪素に適当量の焼結助剤、添加剤、溶媒、およびバインダ等を加え混合、解砕し、スプレードライヤーにて造粒を行う。この工程により、原料粉末の造粒粉を調製した。また、窒化珪素粉末と焼結助剤粉末の合計を１００［質量％］としたとき、窒化珪素粉末を８５［質量％］以上にすることが好ましい。また、添加物は可塑剤等である。溶媒は、水または有機溶媒である。有機溶媒としてはアルコール、ケトン、ベンゼン等がある。また、バインダは有機物である。バインダの添加量は、窒化珪素粉末と焼結助剤粉末の合計を１００質量部としたとき、３質量部以上２０質量部以下とすることが好ましい。バインダ量を調整することにより、一軸加圧成形、およびＣＩＰ時の成形体の形状保持力、密度均一性を調整することが出来る。また、造粒粉とすることにより窒化珪素粉末と焼結助剤粉末を均一に混合することができる。

　次に、造粒粉を使って一軸加圧成型を行う。一軸加圧成型は、図１に示す上部金型１と下部金型２を用いた金型成型方法が挙げられる。金型の形状により、成形体の形状を調製することができる。上部金型１と下部金型２との内側をそれぞれ半球状とすることにより、球状の成形体５を得ることができる。また、上部金型１と下部金型２の内側を略円柱形状とすることで、コロ形状（略円柱状）の成形体を得ることができる。一軸加圧成型により得られた成形体５は、球状部６と帯状部７とを有する球状（図２に図示）または円柱状を示す。また、一軸加圧成型により得られた成形体がＣＩＰ対象の成形体５である。

　次に、成形体５をＣＩＰ処理する工程を行う。ＣＩＰ処理を行う際に、ゴム型８を用いる。ゴム型８の穴部９に成形体５を入れ込む。ゴム型８に複数の穴部９を設けることにより、成形体５の処理数を増やすことができる。また、ゴム型８に複数の穴部９を設けたとき、すべての穴部９に成形体５を充填することが好ましい。一部の穴部９に成形体５を充填しなくてもよいが、すべての穴部９に成形体５を充填した方が等方圧を均質化することができる。

　また、成形体５が球状部６と帯状部７とを有する場合、成形体５の帯状部７が穴部９の深さ方向に向くように充填することが好ましい。また、比「ａ／Ｌ」が上記式（１５）の範囲内で、比「ｂ／Ｌ」が上記式（１６）の範囲内である場合は、帯状部７の向きは任意である。成形体５の最大寸法Ｌに適した開口部の直径ａと最大深さｂとを具備させることにより、帯状部７の向きを任意とすることができる。このため、ゴム型８は、帯状部７を有する成形体５のＣＩＰ処理に適したゴム型であると言える。

　また、成形体５は、造粒粉を用いて成形されている。ＣＩＰ処理により、成形体５に等方圧を加えると、造粒粉がつぶれて密度ばらつきを抑制することができる。成形体５の成形に造粒粉を用いることにより、窒化珪素粉末と焼結助剤粉末が均質に分散した上で、密度ばらつきを抑制できるのである。ＣＩＰ処理の際に、成形体５に掛る圧力が不均一であると、造粒粉がつぶれずに残ってしまう。つぶれずに残った部分は密度ばらつきの原因となる。

　また、ＣＩＰ成形の圧力は、一軸加圧成型のプレス圧力よりも高いことが好ましい。また、ＣＩＰ処理の条件は、圧力３０［ＭＰａ］以上３００［ＭＰａ］以下の範囲内であることが好ましい。圧力がこの範囲内であると、ＣＩＰ処理後の成形体の密度ばらつきを低減することができる。特に、ゴム型の硬度がショア硬さＨｓ３０以上５０以下のものを用いたときに有効である。ＣＩＰ圧力が３０ＭＰａ未満であると圧力が不足する可能性がある。また、圧力が３００［ＭＰａ］を超えて高いと、ゴム型８の耐久性が低下する可能性がある。

　また、ＣＩＰ処理後の成形体は、密度ばらつきを低減できている。そのため、後述する焼結工程で成形体の収縮割合を制御することができる。ＣＩＰ処理後の成形体の改善は、セラミックス焼結体の改善になるのである。ゴム型８を用いたセラミックスボール用素材の製造方法は、ＣＩＰ処理後の成形体の欠陥の発生率改善することができる。

　次に、ＣＩＰ処理後の成形体を脱脂する脱脂工程を行う。脱脂工程は、バインダ等の有機成分の分解温度以上で加熱し、有機成分を飛ばす工程である。脱脂工程は、窒素雰囲気、大気雰囲気中で行ってもよい。脱脂工程により脱脂体を得ることができる。

　次に脱脂体を焼結する焼結工程を行う。焼結工程は、１７００［℃］以上２０００［℃］以下が好ましい。また、焼結工程は窒素雰囲気中で行うことが好ましい。また、焼結時の圧力は大気圧以上３００［ＭＰａ］以下の範囲内で行うことが好ましい。なお、大気圧は０．１０１３３［ＭＰａ］（＝１［ａｔｍ］）である。また、焼結工程により得られた焼結体に対し、ＨＩＰ（熱間静水圧プレス）処理を行ってもよいものとする。この工程により、セラミックスボール用素材を得ることができる。また、セラミックスボール用素材は、理論密度９８［％］以上のセラミック焼結体とする。

　セラミックスボール用素材を研磨加工することによりセラミックボールを製造することができる。球の研磨加工は、代表的なものとして定盤加工が挙げられる。例えば、セラミックスボール用素材を、上下に平行に設けられた定盤間に挿入する。研磨定盤の運動により、セラミックスボール用素材を真球状に加工することが挙げられる。ベアリングボールの表面粗さはＡＳＦＭ　Ｆ２０９４に定められている。ベアリングボールは、用途に応じてＡＳＴＭ＿Ｆ２０９４、ＩＳＯ＿２６６０２、またはＪＩＳ＿Ｒ１６６９に準じたグレードが採用される。そのグレードに準じた表面粗さＲａに研磨される。グレードが上がると表面粗さＲａが０．０１［μｍ］以下の鏡面加工が施されるものもある。

　（実施例）
　（実施例１～１４、比較例１～３）
　原料となるセラミック粉末に焼結助剤、添加剤、溶剤、およびバインダ等を加え混合、解砕し、スプレードライヤーにて造粒を行った。表１に示すように、実施例１と比較例１との成形体５は酸化アルミニウム成形体であり、実施例２～３，５～９，１２～１４と、比較例３との成形体５は窒化珪素成形体であり、実施例４，１０～１１と、比較例２との成形体は酸化ジルコニウム成形体である。また、実施例１と比較例１との酸化アルミニウム成形体は酸化アルミニウムを８５［質量％］以上含有したものである。実施例２～３，５～９，１２～１４と、比較例３との窒化珪素成形体は窒化珪素を８５［質量％］以上含有したものである。実施例４，１０～１１と比較例２との酸化ジルコニウム成形体は、酸化ジルコニウムを８５［質量％］以上含有したものである。それぞれ主成分と焼結助剤の合計を１００質量部としたとき、バインダの添加量を３～２０質量部とした。

　次に造粒粉を用いてプレス成型を行った。プレス成型は図１に示すプレス成型装置において上下の金型を使った金型成形により行われる。上下の金型を使ったプレス成型は一軸加圧成型である。また、金型は球状の成形体を作るためのものである。これにより、ＣＩＰ対象の成形体５を作製した。また、成形体５は、図２に示すように、球状部６と帯状部７とを有する。

　成形体５に対しＣＩＰ処理を行った。ＣＩＰ処理はショア硬さＨｓ３０以上５０以下のゴム型８を用いた。また、ゴム型８の一方の底面に穴部９を複数個設けた。成形体５の最大寸法Ｌに対する穴部９の開口部の直径ａと最大深さｂとはそれぞれ成形体５の最大寸法Ｌとの関係で、上記式（１５）または（１６）の範囲内とした。

　また、ゴム型８の穴部９に、成形体５の帯状部７が垂直になるように充填した。ゴム型８を複数個積層した。この状態で成形体５にＣＩＰ処理を行った。ＣＩＰの圧力は３０［ＭＰａ］以上３００［ＭＰａ］以下の範囲内で、一軸加圧成形の圧力よりも高い静水圧を掛けた。この工程により、ＣＩＰ処理後の成形体を作製した。

　ＣＩＰ処理後の成形体の脱脂工程を行った。次に、焼結工程を行った。焼結工程は、１８００［℃］、窒素雰囲気中、大気圧で行った。その後、温度１７００［℃］以上１９００［℃］以下、窒素雰囲気中、圧力５０［ＭＰａ］以上２００［ＭＰａ］以下でＨＩＰ処理を行った。

　この工程により、実施例に係るセラミックス焼結体からなるセラミックスボール用素材を製造した。また、比較例１～２は、プレス成型工程後のＣＩＰ処理に用いるゴム型の形状を、ゴム型８のそれから適宜変更して作製した。実施例１～１４のゴム型８の特徴と、比較例１～２のゴム型の特徴は表１に示した通りである。ここで、表１に記載の「穴部の形状」の欄について説明する。上記式（８）～（１０）のいずれかを満たした略円柱状のゴム型を「円柱」と記載する。一方で、上記式（８）を満たさず「（ｂ－ｇ）／ｂ」が０．１を超えて大きく、上側ゴム型を下側ゴム型に係合させる前の穴部が円柱形状に近く係合後の形状が球に近い形状であるゴム型（薄と杵を重ね合わせたような形状）を「穴部は円柱（係合後、球形状）」（比較例１，３）と記載する。加えて、略半球状で係合後の当該空間全体が球状であるゴム型を「半球状」（比較例２）と記載する。さらに、縁近接部における係合部の有無を係合凹部の有無および係合凸部の有無として記載した。続いて、係合凹部および係合凸部以外の凹部、凸部の有無とは縁近接部における係合部以外の高さまたは深さが１．５［ｍｍ］以上となるような凸部や凹部の有無について記載したものである。

　実施例１～１４および比較例１～３の成形体５から製造されたセラミックスボール用素材を用いて、研磨前の焼結体について外観検査を実施した。このときの検査個数は、１．３４［ｍｍ］のベアリング用の焼結体は１００００個とした。また、５／１６インチのベアリング用の焼結体は１０００個とした。外観の不良の基準として、表面に幅０．７［ｍｍ］以上または深さ０．５［ｍｍ］以上のカケ、割れがあるものを不良と定義した。

　検査の結果、焼結体、つまりセラミックスボール用素材の外観の不良率判定（表２）において、不良発生率が１［％］を超えるものを「不良」とし、０．５［％］以上１［％］以下のものを「良」とし、０．５［％］未満を最良とした。

　［表１］

　［表２］

　上記表１および表２に示す実施例１，２，６，１１，１２，１３および比較例１は、研磨加工後に１．３４［ｍｍ］となるセラミックボールのためのセラミックスボール用素材である。また、実施例３～５，７～１０，１４および比較例２は５／１６インチ（７．９３７５［ｍｍ］）のセラミックボールのためのセラミックスボール用素材である。いずれもベアリングボールとして使用できるものである。

　上記表２から分かる通り、実施例１～１４に係るゴム型、つまり前述のゴム型８を用いたものは、セラミックスボール用素材の歩留まりが高く、不良発生率判定が「最良」または「良」であった。また、実施例１～１４に係るゴム型８は係合凹部Ｐと係合凸部Ｑとを有しているので、複数のゴム型８を積層してＣＩＰ処理を行うことができた。また、実施例１～１４に係るゴム型８には係合凹部Ｐと係合凸部Ｑ以外に高さ１．５［ｍｍ］以上の凸部と深さ１．５［ｍｍ］以下の凹部とがないので、多数の穴部９を設けるスペースを確保することもできた。このため、同じサイズのゴム型であれば、穴部９をたくさん設けることができる。これにより、一度に処理できる成形体５の数を増やすことができる。

　また、実施例５は、ゴム型８のショア硬さＨｓが２０と好ましい範囲（３０以上５０以下）を外れ比「ａ／ｂ」の値が最も好ましい範囲（上記式（７））を外れていたため、歩留まりは「良」であった。また、実施例１１～１４は、比「ａ／ｂ」の値が上記式（１）を満たすものの、好ましい範囲（上記式（２）～（７）のいずれか）を外れていたため歩留まりは「良」であった。実施例６～１０は、ゴム型８のショア硬さＨｓと、比「ａ／Ｌ、または、ｂ／Ｌ」と、比「ａ／ｃ、または、ｂ／ｃ」と、比「ｄ／ｃ」とのうち少なくとも１つの条件が好ましい範囲を外れたため、歩留まりは「良」であった。一方で、ゴム型８のショア硬さＨｓと、比「ａ／ｂ」と、比「ａ／Ｌ、または、ｂ／Ｌ」と、比「ａ／ｃ、または、ｂ／ｃ」と、比「ｄ／ｃ」とが前述の好ましい範囲内である実施例１～４は歩留まりが「最良」であった。

　一方で、比較例１に係るゴム型は、ショア硬さＨｓと、比「ａ／ｂ」と、比「ａ／Ｌ、または、ｂ／Ｌ」と、比「ａ／ｃ、または、ｂ／ｃ」と、比「ｄ／ｃ」とが前述の好ましい範囲内であるものの、穴部の形状が上記式（８）を満たさず略円柱状ではないため歩留まりが「不良」であった。比較例３に係るゴム型も同様である。また、比較例２に係るゴム型では、重ねた状態で球状（比「ａ／ｂ」＝２．０）であるので上記式（１）を満たさない。そのため、比較例２に係るゴム型では、成形体５のこすれと、成形体５へのねじれせん断応力が発生してしまい、その結果歩留まりが「不良」となった。

　以上説明した実施形態によれば、穴部９が略円柱状で比「ａ／ｂ」を２．０未満とすることで、ＣＩＰ処理を行う際、上下のゴム型との間に生じる成形体のこすれと、成形体へのねじれせん断応力の発生を低減することができる。また、実施形態によれば、係数ａ～ｄ等をさらに制御することで、セラミックスボール用素材の歩留まりを高く維持することできる。

　以上、本発明のいくつかの実施形態を例示したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更等を行うことができる。これら実施形態はその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。

Claims

　成形体を冷間等方圧成形処理するための板状の冷間等方圧成形用ゴム型であって、
　少なくとも１つ以上の底面に１個以上の略円柱状の穴部が設けられ、
　前記穴部の開口部の直径をａとし、前記穴部の最大深さをｂとすると、
　ａ／ｂ＜２．０
　を満たす、
　ことを特徴とする冷間等方圧成形用ゴム型。
　前記穴部の底面の縁付近における前記穴部の深さをｇとすると、
　（ｂ－ｇ）／ｂ≦０．１
　を満たす、
　ことを特徴とする請求項１に記載の冷間等方圧成形用ゴム型。
　１箇所以上の係合部を有する、
　ことを特徴とする請求項１ないし請求項２のいずれか１項に記載の冷間等方圧成形用ゴム型。
　前記係合部は、前記冷間等方圧成形用ゴム型の底面の中心と前記底面の縁との中間線よりも前記縁に近い箇所に１箇所以上備えられる、
　ことを特徴とする請求項３に記載の冷間等方圧成形用ゴム型。
　前記穴部の前記最大深さに対する前記直径の比が０．７以上１．３以下の範囲内である、
　ことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の冷間等方圧成形用ゴム型。
　前記成形体の最大寸法に対する前記穴部の前記直径および前記最大深さの比が共に、１．０１以上１．８２以下の範囲内である、
　ことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の冷間等方圧成形用ゴム型。
　前記成形体の最大寸法に対する前記穴部の前記直径および前記最大深さの比が共に、１．０３以上１．３５以下の範囲内である、
　ことを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の冷間等方圧成形用ゴム型。
　前記穴部の前記最大深さに対する前記穴部の前記直径の比が０．９以上１．１以下の範囲内である、
　ことを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の冷間等方圧成形用ゴム型。
　前記穴部を複数有し、前記複数の穴部のそれぞれの前記直径および前記最大深さが、前記複数の穴部のうち隣り合う穴部の水平間距離に対し、４以下である、
　ことを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の冷間等方圧成形用ゴム型。
　面はずれ防止用の係合凹部と係合凸部とを有し、
　前記係合凹部と前記係合凸部以外に深さ１．５［ｍｍ］以上の凹部と高さ１．５［ｍｍ］以上の凸部が存在しない、
　ことを特徴とする特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の冷間等方圧成形用ゴム型。
　前記冷間等方圧成形用ゴム型のゴムの硬さがショア硬さ３０以上５０以下の範囲内である、
　ことを特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載の冷間等方圧成形用ゴム型。
　前記冷間等方圧成形用ゴム型が略正円板状である、
　ことを特徴とする請求項１ないし請求項１１のいずれか１項に記載の冷間等方圧成形用ゴム型。
　前記穴部は前記成形体の全体を収容することができるサイズを有する、
　ことを特徴とする請求項１ないし請求項１２のいずれか１項に記載の冷間等方圧成形用ゴム型。
　請求項１ないし請求項１３のいずれか１項に記載の前記冷間等方圧成形用ゴム型を用いて、前記成形体としての球状のセラミックス成形体を冷間等方圧成形する成形工程と、
　前記成形工程による成形後の成形体を焼結してセラミックスボール用素材を得る焼結工程と、
　を有することを特徴とするセラミックスボール用素材の製造方法。
　前記セラミックス成形体が、酸化アルミニウムと、窒化珪素と、窒化ホウ素と、酸化ジルコニウムとのいずれか１種以上を８５［質量％］以上含有する、
　ことを特徴とする請求項１４に記載のセラミックスボール用素材の製造方法。
　前記セラミックス成形体が、窒化珪素を８５［質量％］以上含有する、
　ことを特徴とする請求項１４ないし請求項１５のいずれか１項に記載のセラミックスボール用素材の製造方法。
　前記成形工程は、複数の前記冷間等方圧成形用ゴム型を積層して行う、
　ことを特徴とする請求項１４ないし請求項１６のいずれか１項に記載のセラミックスボール用素材の製造方法。
　積層された複数の前記冷間等方圧成形用ゴム型はそれぞれ、前記穴部の水平間距離に対する前記穴部の垂直間距離が０．９以上である、
　ことを特徴とする請求項１７に記載のセラミックスボール用素材の製造方法。
　請求項１４ないし請求項１８のいずれか１項に記載の前記セラミックスボール用素材の製造方法により得られた前記セラミックスボール用素材を研磨加工する研磨工程、
　を有することを特徴とするセラミックボールの製造方法。