JP5003136B2

JP5003136B2 - 転がり支持装置用セラミックス製球状体の製造方法、この方法で得られた転動体を有する転がり支持装置

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Publication number: JP5003136B2
Application number: JP2006338725A
Authority: JP
Inventors: 和弘瀧尾; 毅中井
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2006-11-13
Filing date: 2006-12-15
Publication date: 2012-08-15
Anticipated expiration: 2026-12-15
Also published as: JP2008142877A

Description

本発明は、セラミックス製球状体の製造方法、この方法で得られた転動体を有する転がり支持装置に関する。
本発明において、転がり支持装置とは、互いに対向配置される軌道面を備えた第１部材および第２部材と、両部材の軌道面間に転動自在に配設された複数個の転動体と、を少なくとも備え、転動体が転動することにより第１部材および第２部材の一方が他方に対して相対移動する装置、具体的には、転がり軸受（ボールベアリング、ローラベアリング等）、ボールねじ、リニアガイド、ボールスプライン、リニアボールベアリング等を指す。

工作機械主軸用軸受には、下記の特許文献１に記載されているように、ｄｍｎ値（軸受の内径と外径との平均寸法ｄｍ≒転動体のピッチ円の直径（単位：ｍｍ）と、回転速度ｎ（単位：ｍｉｎ^-1）との積）が１４０万以上となる高速回転下での寿命を十分に長くすることが求められている。
一方、半導体装置、液晶パネル、ハードディスク等は、製造工程で各種薬品で洗浄されるため、その製造過程で使用する装置に組み込まれた転がり支持装置には、腐食環境下で良好に作動することが要求される。また、潤滑油やグリース等の潤滑剤は、飛散して汚染の原因となる恐れがあるため使用できない。

腐食環境下で使用可能な転がり軸受としては、常圧焼結法で製造されたセラミックス製の外輪と、ガス圧焼結法又はＨＩＰ法で製造されたセラミックス製の内輪を備えた耐食性転がり軸受（特許文献２を参照）や、内輪、外輪、および転動体が炭化ケイ素製である転がり軸受（特許文献３を参照）等が知られている。

下記の特許文献４には、セラミックス製品の表面強靱化方法として、硬さが、Ｈｖ（ビッカース硬さ）で５００以上、且つ、対象となるセラミックス製品のＨｖに５０を足した値以下であり、平均粒子サイズが０．１μｍ〜２００μｍであり、表面が凸曲面の微粒子からなる噴射材（ショット）を用いて、セラミックス製品の表面に均一に分布した直線状の転位組織を形成する方法が記載されている。また、このように噴射材の硬さと形状、噴射条件を特定することで、ショットブラスト後の熱処理が不要になり、熱処理による特性の劣化が防止できると記載されている。

なお、下記の特許文献５には、モータにより一定速度で回転する底部円板と、該円板を底面として周囲に立設された円筒状側壁と、該円筒状側壁の上部開口を閉止する蓋からなり、底部円板内面側と円筒状側壁内面側は、ともに砥粒が付着されて砥材面を形成していると共に、蓋の中央にはホースアダプターが設けられ、加工時、発生する粉塵を吸出するバキュームノズルが接続可能となっていることを特徴とする脆性材料の球体成形加工装置が記載されている。

また、下記の特許文献６には、駆動力によって回転する公転軸を中心として回転する公転回転アームと、垂直から前記公転軸側へ傾斜した自転軸を介して前記公転回転アームに自転自在に支持されているミルポットと、前記公転軸の周りの全周に亘って前記公転回転アームの上方に固定して配置され、前記公転回転アームの回転に伴って公転する前記ミルポットの外周面が接触して前記ミルポットに自転を生じさせる外周ポット受けと、を有することを特徴とする遊星ボールミが記載されている。

一方、下記の特許文献７には、セラミックス焼結体の表面強靱化方法として、砥粒による噴射加工（ホーニング）法が記載されている。具体的には、砥粒を２×１０^-4Ｊ以下の運動エネルギーで衝突させることにより、セラミックス焼結体の表面粗さを１０μｍ以下、残留圧縮応力を３５０ＭＰａ未満にすることが記載されている。実施例では、砥粒の運動エネルギー１．５×１０^-4〜５．６×１０^-10Ｊの液体ホーニングで、セラミックス焼結体の表面粗さ（最大粗さＲｍａｘ）を１０μｍ以下にしている。

また、下記の特許文献８には、セラミックス焼結体の表面強靱化方法として、セラミックス焼結体を加熱した状態でホーニングすることが記載されている。なお、ホーニング加工は、玉の全面を均一に加工することが困難であり、通常５個以上の玉を使用する転がり軸受では、表面の状態に差がある玉を使用すると製品毎に寿命に差がでるため、好ましくない。

下記の特許文献９には、セラミックス焼結体の表面強靱化方法として、セラミックス焼結体を常温でショットブラストした後に、熱処理し、さらに表面改質層の一部を研磨処理で除去する方法が記載されている。表面改質層の厚さは数十μｍ〜数百μｍであり、研磨で除去する厚さは５〜２０μｍが好ましいことや、投射材が１００μｍ以下の微細粒子の場合は研磨処理工程を省略できることも記載されている。

下記の特許文献１０には、最終仕上げ後の転がり接触面の残留応力を、引っ張り側を正として−１０００〜２５０ＭＰａの範囲に設定し、上記表面部の最表層面部の残留応力を、引っ張り側を正として−１０００〜０ＭＰａの範囲に設定することを特徴とするセラミックス製転動部品が記載されている。
特開２００５−１６３８９３号公報特開平８−１２１４８８号公報特開平１０−８２４２６号公報特開２００４−１３６３７２号公報特開２００６−３５３３４号公報特開２００６−４３５７８号公報特開平５−２００７２０号公報特開平５−２０１７８３号公報ＷＯ０２／２４６０５３号公報特許３７７０２８８号公報

本発明の課題は、ｄｍｎ値が１４０万以上となる高速回転下や潤滑剤を使用できない腐食環境下においても、寿命を十分に長くできる転がり軸受等の転がり支持装置を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明は、遊星ボールミルのミルポット内に、ヤング率が２５０ＧＰａ以上、ビッカース硬さが１３００以上、破壊靱性が５．０ＭＰａ・√ｍ以上、３点曲げ試験における最低抗折強度が５００ＭＰａ・√ｍ以上、および圧砕強度が１００Ｎ／ｍｍ ² 以上を満たす窒化珪素焼結体からなる同じセラミックス製球状体を複数個入れて、遊星ボールミルを作動させ、前記球状体に、ミルポット内に発生する公転に伴う遠心力と自転に伴う遠心力を付与することで、前記球状体同士を衝突させるとともに、前記球状体をミルポットの内壁へ衝突させて、前記球状体の表面をなすセラミックス結晶に転位を導入するボールミル工程を有し、このボールミル工程で表層部の圧縮残留応力を５００ＭＰａ以上にすることを特徴とする転がり支持装置用セラミックス製球状体の製造方法を提供する。

本発明の方法と特許文献４の方法を比較した結果を、得られたセラミックス製球状体の表面からの深さと破壊靱性値との関係を示すグラフにまとめて図１に示す。図１のグラフのNo. １は、後述の実施形態に示す条件で得られた本発明の方法による結果であり、No. ３は、後述の実施形態に示す条件で得られた特許文献４の方法による結果である。
このグラフから、本発明の方法では、表面から約４０μｍの深さに転位が導入され、特許文献４の方法では、表面から約１０μｍの深さに転位が導入されていることが分かる。このように、本発明の方法によれば、特許文献４の方法よりも、セラミックス製球状体の表面の深い位置に転位が導入されるため、耐摩耗性および耐焼き付き性により優れたセラミックス製球状体を得ることができる。

本発明の方法のボールミル工程は、例えば、特許文献６に記載の遊星ボールミルを使用して行うことができる。また、ミルポットとしては、ステンレススチール製で、メノー、アルミナ、ジルコニア、クロム鋼、または窒化珪素からなる内張り材が設けてあるものが挙げられる。
遊星ボールミルの作動条件としては、公転速度：３００ｒｐｍ以上１０００ｒｐｍ以下（より好ましくは５００ｒｐｍ以上７００ｒｐｍ以下）、自転速度：６００ｒｐｍ以上２０００ｒｐｍ以下（より好ましくは１０００ｒｐｍ以上１４００ｒｐｍ以下）で、回転時間：１時間以上１０時間以下（より好ましくは２時間以上７時間以下）が好ましい。

また、ミルポット内へのセラミックス製球状体の充填量としては、ミルポットの内容積の１０体積％以上７０体積％以下であることが好ましく、３０体積％以上５０体積％以下であることがより好ましい。
本発明の方法においては、前記ボールミル工程の後に、仕上げ研磨加工を行うことが好ましい。この仕上げ研磨加工は、特許文献５に記載の球体成形加工装置を使用して行うことができる。この仕上げ研磨加工で例えば表面から深さ３μｍの位置まで研磨した場合でも、得られた表面の破壊靱性値は、図１に示すように、特許文献４の方法で得られた表面の破壊靱性値より高くなる。

また、セラミックス製球状体に対して前述のボールミル工程を行うと、球状体の表面粗さが粗くなったり、真円度が低下したりするが、このボールミル工程の後に特許文献５に記載の球体成形加工装置等を使用して仕上げ研磨加工を行うことにより、これらの不具合が解決される。よって、靱性、耐摩耗性、および耐焼き付き性に優れたセラミックス製転動体が得られる。

さらに、セラミックス球状体の物性によっては、ボールミル工程でセラミックス球状体に転位を導入する際に、表面に欠けが生じたり、球状体が割れたりすることがある。そのため、本発明の方法では、ヤング率が２５０ＧＰａ以上、ビッカース硬さが１３００以上、破壊靱性が５．０ＭＰａ・√ｍ以上、３点曲げ試験における最低抗折強度が５００ＭＰａ・√ｍ以上、および圧砕強度が１００Ｎ／ｍｍ²以上を満たす窒化珪素焼結体からなる球状体に、ボールミル工程を施す。

ヤング率が２５０ＧＰａ以上、ビッカース硬さが１３００以上、破壊靱性が５．０ＭＰａ・√ｍ以上、３点曲げ試験における最低抗折強度が５００ＭＰａ・√ｍ以上、および圧砕強度が１００Ｎ／ｍｍ²以上を満たす窒化珪素焼結体からなる球状体は、ボールミル工程で転位を導入する際に、表面の欠けや割れが生じ難い。
本発明はまた、互いに対向配置される軌道面を備えた第１部材および第２部材と、両部材の軌道面間に転動自在に配設された複数個の転動体と、を少なくとも備え、転動体が転動することにより第１部材および第２部材の一方が他方に対して相対移動する転がり支持装置において、前記転動体は、ヤング率が２５０ＧＰａ以上、ビッカース硬さが１３００以上、破壊靱性が５．０ＭＰａ・√ｍ以上、３点曲げ試験における最低抗折強度が５００ＭＰａ・√ｍ以上、および圧砕強度が１００Ｎ／ｍｍ ² 以上を満たす窒化珪素焼結体からなるセラミックス製球状体であり、本発明の方法で得られ、表面をなすセラミックス結晶に転位組織が均一に形成されていることを特徴とする転がり支持装置を提供する。

本発明の転がり支持装置は、本発明の方法で得られたセラミックス製転動体を備えているため、特許文献４の方法で表面が強靱化されたセラミックス製転動体を備えている転がり支持装置よりも、ｄｍｎ値が１４０万以上となる高速回転下や潤滑剤を使用できない腐食環境下における寿命が長くなる。
本発明の方法では、遊星ボールミルを用いてセラミックス球状体に転位を導入しているが、セラミックス球状体に転位を導入する攪拌装置としては、通常のボールミル、アトライター、Ｖブレンダー等も使用できる。

本発明の方法によれば、特許文献４の方法よりも、靱性、耐摩耗性、および耐焼き付き性に優れたセラミックス製球状体が得られる。
本発明の転がり支持装置は、ｄｍｎ値が１４０万以上となる高速回転下や潤滑剤を使用できない腐食環境下における寿命が長い。

以下、本発明の実施形態について説明する。
〔第１実施形態〕
図２は、本発明の転がり支持装置の実施形態である転がり軸受の構造を示す部分縦断面図である。
この転がり軸受は、呼び番号６０００の深溝玉軸受（内径１０ｍｍ、外径２６ｍｍ、幅８ｍｍ、玉の直径４．７６２ｍｍ）であり、外周面に軌道面１ａを有する内輪（第１部材）１と、軌道面１ａに対向する軌道面２ａを内周面に有する外輪（第２部材）２と、両軌道面１ａ，２ａ間に転動自在に配された複数の玉（転動体）３と、玉３を保持する保持器４と、からなる。

内輪１と外輪２は、ＳＵＳ４４０Ｃからなる素材を所定形状に加工し、通常の熱処理を施したものを用いた。
No. １では、Ｈｖ１５００の窒化珪素製素材を直径４．７６８ｍｍの球状に加工し、表面粗さ（Ｒａ）を０．００２μｍにした後、下記の方法でボールミル工程を行い、次いで、ボールラップ盤を用いて仕上げ研磨を行った。これを玉３として用いた。この玉３の表面粗さ（Ｒａ）は、ボールミル工程前と同じ０．００２μｍであった。

＜ボールミル工程条件＞
使用した装置：フリッチュ社製「遊星型ボールミルＰ−５」。ミルポットは、全容積４５ミリリットル（ｃｃ）、クロム鋼製。
ミルポット内への窒化珪素製球状体の充填量：ミルポットの内容積の５０体積％
公転速度：５００ｒｐｍ
自転速度：１０００ｒｐｍ
回転時間：７時間

No. ２では、公転速度を３００ｒｐｍ、自転速度を６００ｒｐｍとした以外はNo. １と同じ方法でボールミル工程を行い、次いで、ボールラップ盤を用いて仕上げ研磨を行った。これを玉３として用いた。この玉３の表面粗さ（Ｒａ）は、ボールミル工程前と同じ０．００２μｍであった。

No. ３では、Ｈｖ１５００の窒化珪素製素材を直径４．７６２ｍｍの球状に加工し、表面粗さ（Ｒａ）を０．００２μｍにした後、硬さがＨｖ１５００で、平均粒径が１５０μｍで、比重が３．９８のアルミナビーズをショットとして用い、投射圧：０．５ＭＰａ、投射速度：５０ｍ／ｓ、投射量：４００ｇ／ｍｉｎ、投射時間：１０ｓの条件でショットブラストを行った。これを玉３として用いた。この玉３の表面粗さ（Ｒａ）は、ショットブラスト前より０．００６μｍ粗い、０．００８μｍとなった。

No. ４では、Ｈｖ１５００の窒化珪素製素材を直径４．７６２ｍｍの球状に加工し、表面粗さ（Ｒａ）を０．００２μｍにしたものを、そのまま玉３として用いた。
なお、表面粗さの測定は、Ｈｖ１５００の窒化珪素製で、１０ｍｍ×１０ｍｍで厚さが５ｍｍの板状試験片を用いて行った。すなわち、No. １と２では、この試験片の表面に対して、上述のNo. １の玉３に対する方法と同じ方法でボールミル工程と研磨を行ったものを用いた。No. ３では、この試験片の表面に対して、上述のNo. ３の玉３に対する方法と同じ方法でショットブラストを行ったものを用いた。No. ４では、この試験片をそのまま用いた。

また、ビッカース硬さ試験機を用い、これらのNo. １〜４の玉３に対応させた試験片の表面に、ダイヤモンド圧子を１９６Ｎ（２０ｋｇｆ）、２０ｓｅｃの条件で押し込むことで、発生した圧痕とクラックの大きさを測定し、その測定値から破壊靱性値を求めた。その結果、No. １では１８ＭＰａ・√ｍ、No. ２では１４ＭＰａ・√ｍ、No. ３では１２ＭＰａ・√ｍ、No. ４では７ＭＰａ・√ｍであった。

また、No. １〜４について、試験片の表面から各深さ位置で破壊靱性値を測定した結果、破壊靱性値が一定の値に収束する位置（強靱化深さ）はNo. １で４０μｍ、No. ２で３０μｍ、No. ３で１０μｍであり、No. ４では破壊靱性値が深さ方向で一定であった。
また、No. １〜３の玉３に対応させた試験片を用いて、ビッカース硬度（Ｈｖ）を測定した結果、No. １で１５９０であり、No. ２で１５７０であり、No. ３で１５５０でありった。なお、No. ４は処理を行っていないため、１５００のままである。

また、No. １〜４の玉３について、Ｘ線回折により圧縮残留応力を測定した。
また、窒化珪素製球のＸ線回折によるピークの半値幅を測定して、破壊靱性値と半値幅との関係を調べたところ、図３のグラフが得られた。Ｘ線回折の条件は、ＣｒＫα線、電圧４０ｋ、電流４０ｍＡ、無歪回折角２θ₀＝１２５．４０°（β−Ｓｉ₃Ｎ₄（４１１））、コリメータレンズ直径１ｍｍ、測定時間１２０秒である。
転位密度はＸ線回折ピークの半値幅に比例するため、図３のグラフから破壊靱性値が高いほど転位の導入量が多いことが分かる。

得られたサンプルNo. １〜４の玉３と、前述の内輪１および外輪３と、フッ素樹脂製の保持器４を用いて、図２に示す転がり軸受を組み立てた。そして、組み立てた各転がり軸受を図４に示す日本精工（株）製の軸受回転試験機にかけて、腐食性液中に浸漬した状態での耐久性を調べた。
この試験機は、試験軸受１０の内輪を先端部１１ａに取り付ける軸１１と、外輪を内挿するハウジング１２を備えている。ハウジング１２の外周部にはプレート１３が固定され、このプレート１３に振動計１４が取り付けられている。ハウジング１２の外周部のプレート１３とは反対の側に、ワイヤー１５の一端が固定されている。このワイヤー１５の他端に、試験軸受１０にラジアル荷重を付与するための重り１６が取り付けられている。

この試験機では、また、容器２０を載せる台３０にアーム３１が固定され、その上に滑車３２が取り付けてある。試験軸受１０は、軸１１とハウジング１２との間に取り付けられた状態で容器２０内に設置する。そして、この状態で、ワイヤー１５を滑車３２を介して台３１の側部に垂下させる。容器２０内には水Ｗが入っている。
また、軸１１の回転装置として、モータ１１１とスピンドル１１２と連結継ぎ手１１３とからなる回転装置１１０を備えている。

この試験機により下記の条件で回転試験を行い、振動値を基準とした軸受寿命を測定した。すなわち、軸受に生じる振動を回転試験中に常時測定し、この振動値が初期値の３倍以上となった時点で試験を中止し、それまでの総回転数を寿命とした。なお、全ての転がり軸受に対してグリースおよび潤滑油による潤滑は行わなかった。

＜回転試験条件＞
雰囲気温度：常温
ラジアル荷重：９Ｎ
回転速度：３０００ｍｉｎ^-1

そして、各試験用軸受の耐久性（回転寿命）を比較するために、サンプルNo. ４の転がり軸受の寿命を「１」とした時の相対値を算出した。その結果、寿命の相対値が、本発明の実施例に相当する方法で作製した玉３を用いたNo. １と２では、No. １で「１０」、No. ２で「７」であり、特許文献４の方法で作製した玉３を用いたNo. ３では「３」であった。
このように、本発明の実施例に相当するNo. １およびNo. ２の玉３を用いた転がり軸受は、No. ３および４を用いた転がり軸受と比較して、腐食性環境下での寿命が著しく長くなる。

〔第２実施形態〕
図５は、本発明の転がり支持装置の実施形態である転がり軸受の構造を示す部分縦断面図である。
この転がり軸受は、呼び番号７０ＢＮＲ１０Ｔのアンギュラ玉軸受（内径７０ｍｍ、外径１００ｍｍ、幅２０ｍｍ、玉の直径８．７３ｍｍ）であり、外周面に軌道面１ａを有する内輪（第１部材）１と、軌道面１ａに対向する軌道面２ａを内周面に有する外輪（第２部材）２と、両軌道面１ａ，２ａ間に転動自在に配された複数の玉（転動体）３と、玉３を保持する保持器４と、シール５と、からなる。
第１実施形態と同じ方法で作製したNo. １〜３の玉と、ＳＨＸ材を用いた以外は第１実施形態と同じ方法で作製した内輪１および外輪２と、フェノール樹脂製の保持器４を用いて、図５に示す転がり軸受を組み立てた。

そして、組み立てた各転がり軸受を図６に示す試験機にかけて、オイルエアー潤滑での耐焼付き性を調べる試験を行った。この試験機は、ベルト２１で駆動される回転軸２２を有し、この回転軸２２とハウジング２３との間に試験軸受２４として、図４の転がり軸受を取り付ける。また、回転軸２２のベルト２１とは反対側の端部に、サポート軸受２５が取り付けられている。また、各試験軸受２４の軸受空間に向かう流路２６を設け、その入口２６ａに、オイルエアー導入チューブのコネクタを取り付ける。さらに、試験軸受２４の外輪の温度を測定する熱電対２７が設けてある。
この試験機により下記の条件で回転速度を変えて回転試験を行い、２時間後に試験軸受２４の外輪の温度が試験前よりどれくらい上昇するかを調べた。その結果を図７のグラフに示す。

＜回転試験条件＞
雰囲気温度：常温
アキシャル荷重：２００Ｎ
回転速度：５０００ｍｉｎ^-1、１００００ｍｉｎ^-1、１５０００ｍｉｎ^-1、２００００ｍｉｎ^-1、２５０００ｍｉｎ^-1、３００００ｍｉｎ^-1
オイルエアーとして供給した潤滑油：ＶＧ２２（鉱油）
オイルエアー供給量：０．２ミリリットル／ｍｉｎ

図７のグラフから分かるように、本発明の実施例に相当する方法で作製した玉３を用いたNo. １と２では、特許文献４の方法で作製した玉３を用いたNo. ３よりも外輪温度上昇値が小さかった。よって、本発明の実施例に相当する方法で作製した玉３を用いたNo. １および２では、特許文献４の方法で作製した玉３を用いたNo. ３よりも、オイルエアー潤滑での耐焼付き性に優れている。

また、本発明の実施例に相当する方法で作製した玉３を用いたNo. １と２では、回転速度が３００００ｍｉｎ^-1（ｄｍｎ値２５５万に相当）で外輪温度上昇値が２５℃以下であった。これに対して、特許文献４の方法で作製した玉３を用いたNo. ３では、回転速度が１５０００ｍｉｎ^-1（ｄｍｎ値１２７．５万に相当）で外輪温度上昇値が２５℃であり、回転速度が３００００ｍｉｎ^-1では５０℃であった。
したがって、本発明の実施例に相当するNo. １および２の玉３を用いた転がり軸受は、No. ３および４を用いた転がり軸受と比較して、ｄｍｎ値が１４０万以上となる高速回転下での寿命を十分長くできることが分かる。

〔第３実施形態〕
呼び番号６２０６の深溝玉軸受（内径３０ｍｍ、外径６２ｍｍ、幅１６ｍｍ、玉の直径９．５２５ｍｍ）用の内輪と外輪を、ＳＵＪ２からなる素材を所定形状に加工し、通常の熱処理を施すことにより作製した。また、玉を以下の方法で作製した。
No. ５では、Ｈｖ１４５０の窒化珪素製素材を直径９．５３５ｍｍの球状に加工し、表面粗さ（Ｒａ）を０．００２μｍにした後、下記の方法でボールミル工程を行い、次いで、ボールラップ盤を用いて仕上げ研磨を行った。これを玉として用いた。この玉の表面粗さ（Ｒａ）は、ボールミル工程前と同じ０．００２μｍであった。

＜ボールミル工程条件＞
使用した装置：フリッチュ社製「遊星型ボールミルＰ−７」。ミルポットは、全容積４５ミリリットル（ｃｃ）、クロム鋼製。
ミルポット内への窒化珪素製球状体の充填量：ミルポットの内容積の５０体積％
公転速度：５００ｒｐｍ
自転速度：１０００ｒｐｍ
回転時間：７時間

No. ６では、Ｈｖ１４５０の窒化珪素製素材を直径９．５２５ｍｍの球状に加工し、表面粗さ（Ｒａ）を０．００２μｍにした後、硬さがＨｖ１５００で、平均粒径が１５０μｍで、比重が３．９８のアルミナビーズをショットとして用い、投射圧：０．５ＭＰａ、投射速度：５０ｍ／ｓ、投射量：４００ｇ／ｍｉｎ、投射時間：１０ｓの条件でショットブラストを行った。これを玉として用いた。この玉の表面粗さ（Ｒａ）は、ショットブラスト前より０．００８μｍ粗い、０．０１０μｍとなった。

No. ７では、Ｈｖ１４５０の窒化珪素製素材を直径９．５２５ｍｍの球状に加工し、表面粗さ（Ｒａ）を０．００２μｍにしたものを、そのまま玉として用いた。
No. ８では、Ｈｖ１４５０の窒化珪素製素材を直径９．５３５ｍｍの球状に加工し、No. ９では、Ｈｖ１６００の窒化珪素製素材を直径９．５３５ｍｍの球状に加工し、いずれも表面粗さ（Ｒａ）を０．００２μｍにした後、下記の核方法でボールミル工程を行い、次いで、ボールラップ盤を用いて仕上げ研磨を行った。これを玉として用いた。この玉の表面粗さ（Ｒａ）は、ボールミル工程前と同じ０．００２μｍであった。

＜ボールミル工程条件＞
使用した装置：フリッチュ社製「遊星型ボールミルＰ−７」。ミルポットは、全容積４５ミリリットル（ｃｃ）、クロム鋼製。
ミルポット内への窒化珪素製球状体の充填量：ミルポットの内容積の５０体積％
公転速度：３００ｒｐｍ（No. ８）、８００ｒｐｍ（No. ９）。
自転速度：６００ｒｐｍ（No. ８）、１６００ｒｐｍ（No. ９）。
回転時間：７時間（No. ８）、７時間（No. ９）。
また、これらのNo. ５〜９の玉について、Ｘ線回折により圧縮残留応力を測定した。
これらの結果を下記の表２に示す。

得られたサンプルNo. ５〜９の玉と、前述の内輪および外輪と、フッ素樹脂製の保持器を用いて、転がり軸受を組み立てた。そして、組み立てた各転がり軸受について、ラジアル荷重：６９５８Ｎ（７１０ｋｇｆ）、回転速度３０００ｍｉｎ^-1の条件で回転試験を行った。

軸受の振動を測定し、振動が初期値の２倍になった時点で回転を停止し、剥離が玉、内輪、および外輪のいずれに生じているかを確認した。そして、内輪または外輪に剥離が生じていた場合には、新しい内輪または外輪に交換して、回転を続け、玉に剥離が生じるまでの時間を測定した。なお、２０００時間回転しても玉に剥離が生じなかった場合は、その時点で試験を打ち切った。この結果を、図８に示す。
この結果から、玉の表層部の圧縮残留応力を５００ＭＰａ以上にすることで、転がり軸受の寿命を長くできることが分かる。

セラミックス試験片の表面に対して、本発明の方法でボールミル工程を行った場合と、特許文献４の方法でショットブラストした場合の、セラミックス試験片の表面からの深さと破壊靱性値との関係を示すグラフである。本発明の第１実施形態である転がり軸受の構造を示す部分縦断面図である。Ｘ線回折によるピークの半値幅と破壊靱性値との関係を示すグラフである。第１実施形態で使用した、腐食性液中に浸漬した状態での耐久性を調べる回転試験機を示す概略構成図である。本発明の第２実施形態である転がり軸受の構造を示す部分縦断面図である。第２実施形態で使用した、オイルエアー潤滑での耐焼付き性を調べる回転試験機を示す概略構成図である。回転速度を変えて回転試験を行い、外輪温度上昇値の変化を調べた結果を示すグラフである。第３実施形態の試験結果を示すグラフである。

符号の説明

１内輪（第２部材）
１ａ軌道面
２外輪（第１部材）
２ａ軌道面
３玉（転動体）
４保持器
１０試験軸受
１１軸
１１ａ軸の先端部
１１０回転装置
１１１モータ
１１２スピンドル
１１３連結継ぎ手
１２ハウジング
１３プレート
１４振動計
１５ワイヤー
１６重り
２０容器
３０台
３１アーム
３２滑車
２１ベルト
２２回転軸
２３ハウジング
２４試験軸受
２５サポート軸受
２６オイルエアー導入用流路
２６ａオイルエアー導入口
２７熱電対
Ｗ水

Claims

遊星ボールミルのミルポット内に、ヤング率が２５０ＧＰａ以上、ビッカース硬さが１３００以上、破壊靱性が５．０ＭＰａ・√ｍ以上、３点曲げ試験における最低抗折強度が５００ＭＰａ・√ｍ以上、および圧砕強度が１００Ｎ／ｍｍ ² 以上を満たす窒化珪素焼結体からなる同じセラミックス製球状体を複数個入れて、遊星ボールミルを作動させ、前記球状体に、ミルポット内に発生する公転に伴う遠心力と自転に伴う遠心力を付与することで、前記球状体同士を衝突させるとともに、前記球状体をミルポットの内壁へ衝突させて、前記球状体の表面をなすセラミックス結晶に転位を導入するボールミル工程を有し、このボールミル工程で表層部の圧縮残留応力を５００ＭＰａ以上にすることを特徴とする転がり支持装置用セラミックス製球状体の製造方法。
前記ボールミル工程の後に、仕上げ研磨加工を行うことを特徴とする請求項１記載の転がり支持装置用セラミックス製球状体の製造方法。
互いに対向配置される軌道面を備えた第１部材および第２部材と、両部材の軌道面間に転動自在に配設された複数個の転動体と、を少なくとも備え、転動体が転動することにより第１部材および第２部材の一方が他方に対して相対移動する転がり支持装置において、
前記転動体は、ヤング率が２５０ＧＰａ以上、ビッカース硬さが１３００以上、破壊靱性が５．０ＭＰａ・√ｍ以上、３点曲げ試験における最低抗折強度が５００ＭＰａ・√ｍ以上、および圧砕強度が１００Ｎ／ｍｍ ² 以上を満たす窒化珪素焼結体からなるセラミックス製球状体であり、請求項２記載の方法で得られ、表面をなすセラミックス結晶に転位組織が均一に形成されていることを特徴とする転がり支持装置。