JPS6018620A - ベアリング用ボ−ル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 この発明は、ジルコニア焼結体からなるベアリング用ボ
ールに関り゛る。

（ロ）従来の技術 ベアリング用ボール（以下、ボールという）はボールベ
アリングに使用されるもので、高荷重の下で、しかもあ
る程度摺動しながら使用されるために高い殴械的強度と
耐疲労摩耗性が要求されている。そのようなボールは、
従来、はとんど軸受鋼で作られている。軸受鋼製のボー
ルは、機械的強度や耐疲労摩耗性が比較的高く、高荷重
にも耐え得るという利点がある反面、熱的安定性が著し
く劣り、高温、高速下で使用するど硬庚が低下したり、
大きく熱膨張して寸法安定性が失われるという欠点があ
る。

−１３、近年、炭化ケイ素や窒化ケイ素、ノフルミナか
らなるボールも提案されている。しかしながら、これら
の、いわゆるセラミックス製ボールは、機械的強度、特
に靭性が劣るために脆く、使用中に欠けたり割れを発生
しやづいという、ベアリング用部材として致命的な欠点
をもっている。また、耐疲労摩耗性もそれほど高くない
。

（ハ）発明が解決しようとする問題点 この発明は、従来のボールの上記欠点を解決し、機械的
強度や耐疲労摩耗性が高く、耐久性が優れているばかり
か、熱的安定性の高いボールを提供することを目的とし
ている。

（ニ）問題点を解決するための手段 上記目的を達成するためのこの発明は、立方晶系の結晶
構造をもつジルコニア（以下、立方晶ジル」ニアという
）と正方晶系の結晶構造をもつジルコニア（以下、正方
晶ジル６ニアという）が共・　存して８３す、かつ正方
晶ジルコニアが５〜７０モル％含まれているジルコニア
焼結体からなるベアリング用ボールを特徴とりるｂので
ある。

この発明をさらに詳細に説明づるに、この発明のボール
は、上述したような、特定の結晶構造をもつジルコニア
焼結体（以下、焼結体という）からなっている。Ｊなわ
ち、その焼結体は、ジルコニアにカルシア、イツトリア
、インテリビア、マグネシア、ランタニア、ストロンチ
ア、カルシア・マグネシア、マグネシア゛・イツトリア
、カルシア・マグネシア・イン１へリアなどの酸化物を
安定化剤として固溶させることににす、立方晶ジルコｌ
ニアと正方品ジルコニアを共存けじめＩＣものである。

しかも、−正方晶ジルコニアを５〜７０モル％含／υで
いる。これにより、ボールが（幾械的な力を受けた場合
に正方品ジルコニアが単斜晶系の結晶構造をもつジルコ
ニア（以下、単斜晶ジルコニアという）に変態して圧縮
応力場が形成され、これが１幾械的な力による弾性歪エ
ネルギを吸収づるので機械的強度が向上づるのである。

機械的強度が高いということは、耐疲労摩耗性が高いと
いうことでもある。したがって、この発明のボールは耐
久性が優れている。また、ボールの温度が一ヒ昇づると
、正方晶ジルコニアがやはり単斜晶ジルコニアに変態し
、単斜晶ジルコニアまたはその近傍にマイクロクラック
を発生して破壊エネルギを吸収するようになる。そのた
め、ジルコニアの中ひも熱的に最も安定な立方晶ジルコ
ニアを含んでいるごどと相まっで、この発明のボールは
熱的安定性が高く、熱による機械的強度の低下や用法変
化の心配も少ない。

焼結体中における正方晶ジルコニアの量は、上述したよ
うに５〜７０モル％でなりればならない。

１なわち、正方晶ジルコニアが５モル％未満の場合には
、機械的な力や熱を受けて単斜晶ジルコニアに変態して
も、変態量があまりにも少なずぎて歪を十分に吸収する
ことができないばかりか、ボールに亀裂を生じた場合に
その伝播を防止することができなくなる。また、７０モ
ル％を越えると、こんどは変態量があまりにも多くなり
すぎ、圧縮状態の領域がボール全体に広がり、わずかな
機械的力や熱でも簡単に破壊してしまうようになる。

このように、焼結体中における５〜７０モル％という正
方晶ジルコニアの吊は、機械的強度が高く、耐疲労摩耗
性に優れ、耐久性に優れたボールを得るというこの発明
の目的を達成するうえで必須の要ｆ］７：ある。

ここにおいて、正方品ジルコニアの和は、焼結体の粉末
をＸ線回折法によって分析し、その回折パターンの面積
を積分して得た強度から次式ににって８１算したもので
ある。

Ｔ＝　［（Ｂ十Ｇ＞／　（Ａ十Ｂ十Ｃ）！　Ｘｌ　００
ただし、Ｔ：正方晶ジルコニアの＠（モル％）△：立方
晶ジル：にノア４００面の回 折強度 Ｂ：正方品ジルコニア００４面の回 折強度 Ｃ：正方品ジルコニア２２０面の回 折強度 もつとも、この発明のボールにＪ′３いては、７０モル
％以下の範囲で単斜晶ジルコニアがさらに共存していて
もよいものである。７０モル％以下の単斜晶ジルコニア
が共存しているど、単斜晶ジルコニアの粒界の隙間が熱
による歪を吸収するとともに、この部分にマイクロクラ
ックができて亀裂の伝播が防止されるようになり、ボー
ルの熱的安定性が一層向上する。なお、正方晶ジルコニ
アに加えて単斜晶ジルコニアをさらに共存させる場合に
は、正方晶ジルコニアを３０〜７０モル％とするのが好
ましい。なおまた、単斜晶ジルコニアの石は、上記正方
晶ジルコニアの場合と同様、Ｘ線回折法を用いて次式に
よってめる。

Ｍ−［（Ｅ＋Ｆ）／（Ｄ＋Ｅ＋Ｆ）］ｘ１００ただし、
Ｍ：単斜晶ジルコニアの量（モル％）Ｄ＝立方晶ジルコ
ニア１１１面の回 折強度 Ｅ：単斜晶ジルコニア１１１面の回 折強度 Ｆ：単斜晶ジルコニア１１１面の回 折強度 立方晶ジルコニアの爪は、上述した方法によってめた正
方品および単斜晶ジルコニアの量から次式によってめる
。

Ｃ＝１００−Ｔ−Ｍ ただし、Ｃ：立方晶ジル：１ニアの聞（モル％）この発
明のボールにおいては、焼結体の気孔率が２〜１０％で
あるのが好ましい。ここにおいて、気孔率は、式 １）＝［１−（かさ密度／理論密度）］Ｘ１００ただし
、Ｐ：気孔率（％） ぐ表わされるもので、気孔率が２％未満では破壊エネル
ギの伝播速度が速くなり、また１０％を越えると、気孔
の存在はその部分への応力集中を招くことから、その気
孔の部分から破壊が進行し、また気孔を中心とした亀裂
が発生しや１くなり、しかもその伝播速度が速くなるか
ら、機械的強度の低下傾向が現われる。

この発明のボールは、いろいろな方法によって製造する
ことができる。たとえば、状態図を参照しながら、所望
の割合でジルコニア粉末と安定化剤の粉末を混合し、似
焼、粉砕を繰り返し行って原料粉末を作り、周知のラバ
ープレス法などを用いＣ所望の大きさのボールの形状に
成形した後、１５００〜１８００℃で焼成し、その後２
００〜ｂ 後１２００〜１５００℃の温度下に数時間保持した後上
記速度で徐冷または急冷覆ることによってまず焼結体を
製造づる。もっとも、焼成温度は安定化剤の種類などに
よって異なり、安定化剤としてマグネシアやカルシアを
使用する場合には１７００〜１８００℃であるのが好ま
しく、イツｉ−リアを使用する場合には１５００〜１６
００であるのが好ましい。なお、焼結体中における正方
晶ジルコニアの量や気孔率は、使用するジルコニア粉末
や安定化剤の純度、粒径、安定化剤の種類や量、焼成条
件、冷却条件などによって異なるので、製造にあたって
これらを注意深く選定する。

次に、上記のようにして１７だ、所望の大きさのボール
の形状をした焼結体を火車加工機やバレル加Ｉ　ｌｊｌ
　”ｃ仙磨加工し、所望の球径および真球度をもつボー
ルを得る。

（ホ）発明の効果 この発明のボールは、立方晶ジル：】ニアと正方晶ジル
コニアが共存しＣおり、かつ正方晶ジルコニアが５〜７
０モル％含まれている焼結体からなるものであるからし
て、機械的強度が高く、したがって耐疲労摩耗性が高く
、また耐久性も高い。

ずなわら、正方晶ジルコニアを５〜７０モル％含む焼結
体からなるボールは、機械的な力を受【プた場合に正方
晶ジルコニアが単斜晶ジルコニアに変態しＣ圧縮応力場
が形成され、これが機械的な力による弾性歪エネルギを
減少さけるように作用するの′ｃＩＩ械的強度が向上−
りる。しかも、使用中に温度が上背しても、同様に正り
品から単斜晶への結晶構造の変態が起こり、単斜晶ジル
コニアまたはイの近傍にマイクロクラックを発生して破
壊エネルギを吸収するようになるので、ジルコニアの中
でも最も熱的に安定な立方晶ジルコニアを含んでいるこ
とと相まって熱的安定性も高い。つまり、使用中に高温
になっても機械的強度が低下したり寸法変化が起こる心
配が少ない。かつまた、上記焼結体は本質的に酸化物で
あるから、特殊４Ｔ雰囲気で使用しても錆る心配がない
。

特許出願人　東し株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 立方晶系の結晶構造をもつジルコニアと正方晶系の結晶
   構造をもつジルコニアが共存しており、かつ正方晶系の
   結晶構造をもつジルコニアが５〜７０モル％含まれてい
   るジルコニア焼結体からなるベアリング用ボール。