滚动构件和滚动轴承的制作方法

专利名称：滚动构件和滚动轴承的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种滚动构件和滚动轴承，尤其特定地涉及由以β-赛隆为主要成分 的烧结体构成的滚动构件和包括该滚动构件的滚动轴承。
背景技术：
氮化硅、赛隆(日文寸^ 7 口 > )等陶瓷的比重比钢小，并且包括不仅耐蚀性 高、还具有绝缘性的特征。因此，当对作为包括轨道构件和滚动体的滚动轴承(包括轮毂单 元)的结构部件的滚动构件、例如轨道构件、滚动体的原材料采用陶瓷时，不仅能使轴承轻 量化，还能抑制因结构部件的腐蚀而引起的损伤、因电蚀而引起的滚动轴承的短寿命化等。此外，作为滚动轴承的一种的轮毂单元在内部可能浸入水分的环境下使用的情况 较多，存在润滑不充分的情况。由陶瓷构成的滚动体、轨道构件等滚动构件具有在上述这样 的不充分润滑的环境下不易产生损伤的特征。因此，通过例如对滚动构件的原材料采用陶 瓷，从而能使在不充分润滑的环境下使用的轮毂单元的耐久性提升。此外，在风力发电装置中，在增速器中使连接于通过风力旋转的叶片上的主轴的 旋转增速，并传递到输出轴。此外，受到上述输出轴的旋转而使发电机的转子旋转，以进行 发电。在此，对于风力发电装置用的包括支承风车的主轴的主轴用轴承或受主轴的旋转而 旋转的旋转构件的风力发电装置用滚动轴承来说，例如对于包括将连接于发电机的转子的 转子轴自由旋转地支承于与上述转子轴相对配置的构件的发电机用轴承、或将在增速器内 部旋转的转轴自由旋转地支承于与上述转轴相对配置的构件的增速器用轴承等的风力发 电装置用滚动轴承来说，从发电效率提升的观点来看，要求轻量化。此外，风力发电装置用 滚动轴承由于与风力增减对应进行动作，因此旋转速度的增减大，容易使润滑状态变得不 充分。而且，风力发电装置用滚动轴承多设置于维修困难的地方，因此有免维修的要求。因 此，要求在不充分的润滑环境下的高耐久性。而且，在发电机中，在装置的结构方面，可能会在发电机用轴承的内部流过电流。 此外，风力发电装置由于通常设置于高处，因此可能会因打雷而在风力发电装置用滚动轴 承的内部流过电流。若在风力发电装置用滚动轴承的内部流过电流，则在构成风力发电装 置用滚动轴承的轨道圈等轨道构件与球、滚子等滚动体之间产生电火花，可能会因此而引 起电蚀的产生。此外，因这种电蚀而产生的轨道构件、滚动体的滚走面的损伤使风力发电装 置用滚动轴承的寿命降低。如上所述，氮化硅、赛隆等陶瓷的比重比钢小，具有绝缘性，并且具有在不充分的 润滑环境下也不易于损伤的特征。因此，当对构成风力发电装置用滚动轴承的轨道构件、滚 动体、即风力发电装置用滚动轴承的滚动构件的原材料采用陶瓷，则能得到不仅能使轴承 轻量化，还能抑制因电蚀而引起的短寿命化，并且具有在不充分的润滑环境下的高耐久性 的风力发电装置用滚动轴承的滚动构件。然而，氮化硅、赛隆等陶瓷由于制造成本比钢高，因此若采用陶瓷作为滚动轴承的 滚动构件的原材料，则存在滚动轴承的制造成本大幅度上升这样的问题。
与此相对的是，近年来，将作为陶瓷的β-赛隆通过用包括燃烧合成法的制造工 序制造，开发出以低成本来制造的方法(例如参照日本专利特开2004-91272号公报(专利 文献1)、日本专利特开2005-75652号公报(专利文献2)和日本专利特开2005-194154号 公报(专利文献3))。因此，能研究制造采用这种赛隆作为结构部件的原材料的低价滚 动轴承。专利文献1 日本专利特开2004-91272号公报专利文献2 日本专利特开2005-75652号公报专利文献3 日本专利特开2005-194154号公报发明的公开发明所要解决的技术问题然而，为了采用上述β-赛隆作为滚动轴承的滚动构件的原材料，由β-赛隆构成 的滚动构件需要有充分的滚动疲劳寿命。滚动疲劳寿命未必与构件的破坏强度等一致，由
赛隆构成的滚动构件也未必具有充分的滚动疲劳寿命。因此，即使在包括由赛隆构 成的滚动构件的滚动轴承中，也存在不容易稳定地确保充分的耐久性的问题。此外，在将不易弹性变形的赛隆作为滚动构件的原材料采用时，作为滚动 构件的轨道构件与作为滚动构件的滚动体之间的接触面压会有增大的趋势。因此，当由 β“赛隆构成的滚动构件被用在适用于所负载的荷重急剧变化这样的用途的轴承的滚动构 件时，滚动构件彼此间的接触面压超过允许值，可能会对上述滚动构件产生损伤。因此，作 为被用作所负载的荷重急剧变化这样的用途的滚动构件的原材料，存在β “赛隆未必适合 的情形这样的问题。特别是发电用的风车，由于受风力而旋转，因此当风速急剧变化时，会对风力发电 用滚动轴承施加急剧的加减速。随之，在构成风力发电用轴承的风力发电用滚动构件存在 负载有冲击性很大的荷重的情况。而且，在主轴用轴承中，伴随狂风的产生，也存在轴向上 负载有冲击性很大的荷重的情况。因此，若风力发电用滚动构件的原材料采用赛隆，则 如上所述对风力发电用滚动轴承急剧负载大的荷重时，风力发电用滚动构件彼此之间的接 触面压超过允许值，可能会对上述风力发电用滚动构件产生损伤。因此，为了采用β-赛隆 作为风力发电用滚动构件的原材料，需要解决风力发电用滚动构件所特有的上述问题。因此，本发明的目的在于提供一种不仅廉价、而且能稳定地确保充分的耐久性，并 且能用作所负载的荷重急剧变化的用途的由赛隆烧结体(以赛隆为主要成分的烧 结体)构成的滚动构件和包括该滚动构件的滚动轴承(包括轮毂单元)。此外，本发明的另一目的在于提供一种不仅廉价、而且能稳定地确保充分的耐久 性、并且由在急剧负载有很大荷重时能抑制损伤的产生的赛隆烧结体构成的风力发电 装置用滚动轴承的滚动构件和包括该风力发电装置用滚动轴承的滚动构件的风力发电装 置用滚动轴承。解决技术问题所采用的技术方案本发明的一种情况下的滚动构件是在滚动轴承中配置于轨道构件或与该轨道 构件接触并配置于圆环状的轨道上的作为滚动体的滚动构件。这种滚动构件是由以 Si6_zAlz0zN8_z的组成式表示且满足0. 1 ≤ζ ≤3. 5的β -赛隆为主要成分、其余成分为杂质 组成的烧结体构成的，杨氏模量为ISOGPa以上270GPa以下。
本发明的另一种情况下的滚动构件是在滚动轴承中配置于轨道构件或与该轨 道构件接触并配置于圆环状的轨道上的作为滚动体的滚动构件。这种滚动构件是由以 Si6_zAlz0zN8_z的组成式表示且满足0. 1彡ζ彡3. 5的β -赛隆为主要成分、其余成分为烧结 助剂和杂质组成的烧结体构成的，杨氏模量为ISOGPa以上270GPa以下。本发明人详细地研究了以赛隆为主要成分的滚动构件的滚动疲劳寿命与滚 动构件的结构的关系。从其结果得到以下见解，从而想到本发明。S卩、上述β-赛隆通过采用包括燃烧合成的制造工序，能制造出具有上述ζ的值 (以下称为ζ值)为0.1以上的各种组成的β-赛隆。此外，一般对滚动疲劳寿命带来很 大影响的硬度在容易制造的ζ值4.0以下的范围内几乎没有变化。然而，详细地研究了由 以β _赛隆为主要成分的烧结体构成的滚动构件的滚动疲劳寿命与ζ值的关系之后，明白 了若ζ值超过3. 5则滚动构件的滚动疲劳寿命大幅度降低。更具体而言，在ζ值为0. 1以上3. 5以下的范围内，滚动疲劳寿命基本相同，若滚 动轴承的运转时间超过规定时间，则在滚动构件的表面发生剥离而破损。与此相对的是，若 ζ值超过3. 5，则滚动构件易于磨损，从而引起滚动疲劳寿命大幅度降低。也就是说，可以知 道以ζ值为3. 5的组成为界限使由β -赛隆构成的滚动构件的破损模式发生变化，若ζ值 超过3. 5，则滚动疲劳寿命大幅度降低这样的现象。因此，在由β-赛隆构成的滚动构件中， 为了稳定地确保充分的寿命，需要将ζ值设为3. 5以下。一方面，如上所述，通过用包括燃烧合成的制造工序的制造，能廉价地制造β _赛 隆。然而，我们知道在ζ值不足0.1时，实施燃烧合成会很困难。因此，为了廉价地制造由 以β -赛隆为主要成分的烧结体构成的滚动构件，需要将ζ值设为0. 1以上。此外，若滚动构件的杨氏模量增高，则构成滚动构件的原材料的强度有上升的趋 势。然而，相反的是，若滚动构件的杨氏模量增高，由于滚动构件不易发生弹性变形，因此使 滚动构件彼此的接触面积变小、接触面压增高。其结果是，当所负载的荷重急剧上升时，对 滚动构件易于产生损伤。另一方面，若滚动构件的杨氏模量降低，由于滚动构件易于发生弹 性变形，因此滚动构件彼此的接触面积增大、接触面压降低。然而，相反的是，若滚动构件的 杨氏模量降低，随之构成滚动构件的原材料的强度也有下降的趋势。因此，滚动构件的杨氏 模量需要设在能确保构成滚动构件的原材料的强度与滚动构件彼此的接触面压的降低之 间平衡的范围内。更具体而言，当由β-赛隆烧结体构成的滚动构件的杨氏模量不足ISOGPa时，构 成滚动构件的原材料的强度降低的影响会超过接触面压降低的效果，从而使滚动构件的滚 动疲劳寿命降低。此外，会发生伴随着滚动构件彼此的接触面积增大，作用于滚动构件之间 的摩擦力也增加，从而使轴承扭矩上升这样的问题。因此，由赛隆烧结体构成的滚动构 件的杨氏模量需要为ISOGpa以上。另一方面，若由β-赛隆烧结体构成的滚动构件的杨氏 模量超过270MPa，则接触面压增加的影响超过构成滚动构件的原材料的强度上升的效果， 当所负载的荷重增加时，在滚动构件上，与其他滚动构件接触的面、即滚走面上容易产生变 形等损伤。其结果是，使由赛隆烧结体构成的滚动构件的滚动疲劳寿命降低。因此，当 用作所负载的荷重急剧变化这样的用途时，由β“赛隆烧结体构成的滚动构件的杨氏模量 需要为270GPa以下。与此相对的是，在本发明的一种情况下的滚动构件，由以Si6_zAlz0zN8_z的组成式表示且满足0. 1彡ζ彡3. 5的β -赛隆为主要成分、其余成分为杂质组成的烧结体构成，杨氏 模量为ISOGPa以上270GPa以下。因此，根据本发明的一种情况下的滚动构件，能提供一种 不仅廉价、而且能稳定地确保充分的耐久性，并且能用作所负载的荷重急剧变化的用途的 由赛隆烧结体构成的滚动构件。另外，当用作所负载的荷重较大的用途时，较为理想的是，滚动构件的杨氏模量为 220GPa以上。另一方面，当在负载有来自外部的冲击等所负载的荷重变化特别大的环境下 使用时，较为理想的是，滚动构件的杨氏模量为260GPa以下。此外，本发明的另一种情况下的滚动构件基本上具有与上述本发明的一种情况下 的滚动构件相同的结构，起到相同的作用效果。然而，在本发明的另一种情况下的滚动构件 中，考虑到滚动构件的用途等，在包括烧结助剂这点上与上述本发明的一种情况下的滚动 构件不同。根据本发明的另一种情况下的滚动构件，通过采用烧结助剂，使烧结体的孔隙率 易于降低，并能容易地提供由可稳定地确保充分的耐久性的β“赛隆烧结体构成的滚动构 件。另外，作为烧结助剂，能采用镁(Mg)、铝(Al)、硅(Si)、钛(Ti)、稀土元素的氧化 物、氮化物、氧氮化物中的至少一种以上。此外，为了起到与上述本发明的一种情况下的滚 动构件相同的作用效果，较为理想的是，烧结助剂占烧结体中20质量％以下。在上述滚动构件中较为理想的是，在包括与其他的滚动构件接触的面、即滚走面 的区域形成有致密性比内部的致密性高的层、即致密层。在由以上述β -赛隆为主要成分的烧结体构成的滚动构件中，其致密性会对滚动 疲劳寿命带来很大的影响。与此相对的是，根据上述结构，通过在包括滚走面的区域形成有 致密性比内部的致密性高的层、即致密层，从而使滚动疲劳寿命提升。其结果是，能提供由 可稳定地确保充分的耐久性的β“赛隆烧结体构成的滚动构件。在此，致密性高的层是指在烧结体中孔隙率低(密度高)的层，例如能如下所述进 行研究。首先，在与滚动构件的表面垂直的截面上将滚动构件切断，将该截面进行镜面抛 光。此后，将镜面抛光后的截面通过光学显微镜的斜光(暗视野)，例如在50 100倍左右 下拍摄，记录300DPI (点每英寸)以上的画面。此时，作为白色的区域被观察到的白色区域 对应于孔隙率高(密度低)的区域。因此，白色区域的面积率低的区域的致密性比该面积 率高的区域的致密性高。此外，将采用画面处理装置记录的画面根据亮度阈值进行二值化 处理后测定白色区域的面积率，根据该面积率，能知道所拍摄的区域的致密性。也就是说，在上述滚动构件中较为理想的是，在包括滚走面的区域内形成白色区 域的面积率比内部的白色区域的面积率低的层、即致密层。另外，较为理想的是，上述拍摄 在五个部位以上随机进行，上述面积率通过其平均值来评价。此外，滚动构件内部的上述白 色区域的面积率为例如15%以上。此外，为了使滚动构件的滚动疲劳寿命进一步提升，较为 理想的是，上述致密层具有100 μ m以上的厚度。在上述滚动构件中较为理想的是，当通过光学显微镜的斜光观察致密层的截面 时，作为白色区域所观察到的白色区域的面积率为以下。通过使上述致密层的致密性提升到白色区域的面积率为7%以下，从而进一步提 升滚动构件的滚动疲劳寿命。因此，根据上述结构，能使本发明的滚动构件的滚动疲劳寿命
进一步提升。
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在上述滚动构件中较为理想的是，在包括致密层的表面的区域形成有致密性进一 步比该致密层内的其他区域的致密性高的层、即高致密层。通过将致密性更高的高致密层形成于包括致密层的表面的区域，从而能使对于滚 动构件的滚动疲劳的耐久性进一步提升，从而进一步提升滚动疲劳寿命。在上述滚动构件中较为理想的是，当通过光学显微镜的斜光观察高致密层的截面 时，作为白色区域所观察到的白色区域的面积率为3. 5%以下。通过使上述高致密层的致密性提升到白色区域的面积率为3. 5%以下，从而进一 步提升滚动构件的滚动疲劳寿命。因此，根据上述结构，能使本发明的滚动构件的滚动疲劳 寿命进一步提升。在上述滚动构件中，上述滚动轴承还可以是将风力发电装置用的风车的主轴或受 该主轴旋转而旋转的旋转构件自由旋转地支承于配置成与主轴或旋转构件相对的构件的 风力发电装置用滚动轴承。根据本发明的滚动轴承，包括轨道构件；多个与轨道构件接触、配置于圆环状的 轨道上的滚动体。此外，轨道构件和滚动体中的至少一方为上述本发明的滚动构件。根据本发明的滚动轴承，能提供不仅廉价、而且能稳定地确保充分的耐久性，并且 能用作所负载的荷重急剧变化的用途的包括由赛隆烧结体构成的滚动构件的滚动轴承。发明效果通过以上说明可知，根据本发明的滚动构件和滚动轴承，能提供不仅廉价、而且能 稳定地确保充分的耐久性，并且能用作所负载的荷重急剧变化的用途的由β “赛隆烧结体 构成的滚动构件和包括该滚动构件的滚动轴承。


图1是表示实施方式1的深沟球轴承的结构的概略剖视图。图2是将图1的主要部分放大表示的局部概略剖视图。图3是表示实施方式1的变形例的推力滚针轴承的结构的概略剖视图。图4是将图3的推力滚针轴承所包括的轨道圈的主要部分放大表示的局部概略剖 视图。图5是将图3的推力滚针轴承所包括的滚针的主要部分放大表示的局部概略剖视 图。图6是表示实施方式1的滚动轴承的制造方法的大致情况的图。图7是表示实施方式1的滚动轴承的制造方法所包括的滚动构件的制造方法的大 致情况的图。图8是表示实施方式2的作为滚动轴承的轮毂单元的结构的概略剖视图。图9是将图8的主要部分放大表示的局部概略剖视图。图10是表示实施方式3的包括风力发电装置用滚动轴承的风力发电装置的结构 的概略图。图11是将图10的主轴用轴承的周边放大表示的概略剖视图。图12是将图11的主轴用轴承的主要部分放大表示的局部概略剖视图。
图13是表示实施方式4的包括作为风力发电装置用滚动轴承的发电机用轴承的 发电机的结构的概略图。图14是表示实施方式5的包括作为风力发电装置用滚动轴承的增速器用轴承的 增速器的结构的概略图。图15是通过光学显微镜的斜光拍摄试验片的观察用的截面的照片。图16是表示将图15的照片的画面采用画面处理软件根据亮度阈值进行二值化处 理后的状态的一例。图17是表示在将图15的照片的画面采用画面处理软件根据亮度阈值进行二值化 处理来测定白色区域的面积率时进行画面处理的区域(评价区域)的图。(符号说明)
1深沟球轴承
2推力滚针轴承
3轮毂单元
11外圈
IlA外圈滚走面
IlB外圈致密层
11C、12C、13C 内部
IlD外圈高致密层
12内圈
12A内圈滚走面
12B内圈致密层
12D内圈高致密层
13球
13A球滚走面
13B球致密层
13D球高致密层
14、24、39A、39B 保持器
21轨道圈
21A轨道圈滚走面
21B轨道圈致密层
21C、23C 内部
2ID轨道圈高致密层
23滚针
23A滚子滚走面
23B滚子致密层
23D滚子高致密层
31外圈
31A1、31A2、32A、33A 滚走面
3IB外圈致密层
114保持器123 球150风力发电装置151 主轴151A 外周面152 叶片153 外壳153A 内壁154增速器155输出轴156发电机159 机舱171 转子172转子轴172A 外周面173 定子174夕卜壳190外圈齿轮190A 齿轮部191输入轴192行星轮架193行星齿轮193A、194A、195A、196A、197A、198A 齿轮部194低速轴195低速齿轮196中速轴197中速齿轮198高速轴199夕卜壳
具体实施例方式以下，根据附图对本发明的实施方式进行说明。另外，在以下附图中，对相同或相 似的部分标注相同的符号，不重复其说明。(实施方式1)参照图1和图2对实施方式1的作为滚动轴承的深沟球轴承进行说明。参照图1，深沟球轴承1包括作为轨道构件的环状的外圈11 ；配置于外圈11内 侧的作为轨道构件的环状的内圈12 ；以及配置于外圈11与内圈12之间，并被圆环状保持 器14保持的作为滚动体的多个球13。外圈11的内周面形成有外圈滚走面11A，内圈12的 外周面形成有内圈滚走面12A。此外，外圈11和内圈12配置成内圈滚走面12A与外圈滚走面IlA彼此相对。而且，多个球13在球滚走面13A与内圈滚走面12A和外圈滚走面IlA 接触，且被保持器14沿周向以规定的节距配置，藉此可被自由滚动地保持在圆环状的轨道 上。根据上述结构，能使深沟球轴承1的外圈11和内圈12彼此相对地旋转。在此，参照图2，本实施方式中的作为滚动构件的外圈11、内圈12和球13是由以 Si6_zAlz0zN8_z的组成式表示且满足0. 1彡ζ彡3. 5的β -赛隆(Sialon)为主要成分、其余成 分为杂质组成的烧结体构成的，杨氏模量为ISOGPa以上270GPa以下。此外，包括外圈11、 内圈12和球13的滚走面即外圈滚走面11A、内圈滚走面12A和球滚走面13A的区域内形成 有致密性比内部11C、12C、13C高的层即外圈致密层11B、内圈致密层12B和球致密层13B。 当通过光学显微镜的斜光观察上述外圈致密层11B、内圈致密层12B和球致密层13B的截面 时，作为白色区域所观察到的白色区域的面积率为7%以下。因此，本实施方式中的深沟球 轴承1不仅廉价、而且能稳定地确保充分的耐久性，并且是包括由β _赛隆烧结体制成的滚 动构件(外圈11、内圈12和球13)的滚动轴承，其中，上述β-赛隆烧结体能用于所负载的 载重急剧变化的用途。上述杂质包括来自原料的、或在制造工序中混入的不可避免的杂质。另外，在上述本实施方式中，作为滚动构件的外圈11、内圈12和球13还可以是由 以赛隆为主要成分，其余成分为烧结助剂和杂质组成的烧结体构成的。通过包含烧结 助剂，能使烧结体的气孔率容易降低，并能容易提供包括由β “赛隆烧结体构成的滚动构 件的滚动轴承，其中，上述β-赛隆烧结体能稳定地确保充分的耐久性。上述杂质包括来自 原料的、或在制造工序中混入的不可避免的杂质。而且，参照图2，在包括作为外圈致密层11Β、内圈致密层12Β和球致密层13Β的表 面的外圈滚走面11Α、内圈滚走面12Α和球滚走面13Α的区域内形成有致密性比外圈致密 层11Β、内圈致密层12Β和球致密层13Β内的其他区域更高的层即外圈高致密层11D、内圈 高致密层12D和球高致密层13D。当通过光学显微镜的斜光观察上述外圈高致密层11D、内 圈高致密层12D和球高致密层13D的截面时，作为白色区域所观察到的白色区域的面积率 为3.5%以下。藉此，使外圈11、内圈12和球13对于滚动疲劳的耐久性进一步提升，从而 使滚动疲劳寿命进一步提升。参照图3 图5对实施方式1的变形例的作为滚动轴承的推力滚针轴承进行说 明。参照图3 图5，推力滚针轴承2基本上与基于图1进行说明的深沟球轴承1具有 相同的结构、达到相同的效果。然而，推力滚针轴承2在轨道构件和滚动体的结构上与深沟 球轴承1不同。即、推力滚针轴承2包括作为轨道构件的一对轨道圈21 ；作为滚动体的多 个滚针23 ；以及圆环状的保持器24，上述一对轨道圈21具有圆盘状的形状且被配置成彼此 一方的主面相对。多个滚针23以作为其外周面的滚子滚走面23Α与一对轨道圈21的彼此 相对的主面上形成的轨道圈滚走面21Α接触，且被保持器24沿周向以规定的节距配置，藉 此多个滚针23能自由滚动地保持在圆环状的轨道上。根据上述结构，能使推力滚针轴承2 的一对轨道圈21彼此相对地旋转。在此，本变形例中的作为滚动构件的轨道圈21以及滚针23分别相当于上述外圈 11或内圈12、以及球13，具有同样的内部21C、23C、致密层(轨道圈致密层21B、滚子致密 层23B)以及高致密层(轨道圈高致密层21D、滚子高致密层23D)。因此，本变形例中的推 力滚针轴承2不仅廉价、而且能稳定地确保充分的耐久性，并且是包括由β _赛隆烧结体制
12成的滚动构件(轨道圈21、滚针23)的滚动轴承，其中，上述赛隆烧结体能用于使所负 载的载重急剧变化。接着，对作为本发明一实施方式的实施方式1中的滚动轴承的制造方法进行说 明。参照图6，在本实施方式的滚动轴承的制造方法中，首先实施制造轨道构件的轨道 构件制造工序和制造滚动体的滚动体制造工序。具体而言，在轨道构件制造工序中，制造外 圈11、内圈12、轨道圈21等。另一方面，在滚动体制造工序中，制造球13、滚针23等此外，通过将在轨道构件制造工序中制造的轨道构件和在滚动体制造工序中制造 的滚动体组合，来实施组装滚动轴承的组装工序。具体而言，例如，通过使外圈11及内圈12 与球13组合来组装深沟球轴承1。此外，轨道构件制造工序和滚动体制造工序例如采用以 下的滚动构件的制造方法来实施。参照图7，在本实施方式的滚动构件的制造方法中，首先实施准备赛隆的粉末 的赛隆粉末准备工序。在赛隆粉末准备工序中，例如通过采用燃烧合成法的制造 工序，能廉价地制造β-赛隆的粉末。接着，对在β-赛隆粉末准备工序中所准备的β-赛隆的粉末实施添加烧结助剂 并进行混合的混合工序。上述混合工序在不添加烧结助剂时能将其省略。接着，参照图7，实施将上述β-赛隆的粉末或β-赛隆的粉末与烧结助剂的混合 物成形成滚动构件的大致形状的成形工序。具体而言，通过对上述β_赛隆的粉末或β _赛 隆的粉末与烧结助剂的混合物运用冲压成形、压铸成形、挤出成形、辊压造粒等成形手法， 制作成形成作为滚动构件的外圈11、内圈12、球13、轨道圈21、滚针23等的大致形状。接着，通过加工上述成形体的表面，实施烧结前加工工序，该烧结前加工工序使上 述成形体成形成更接近于烧结后所希望的滚动构件的形状。具体而言，通过运用生坯加工 等加工手法，使上述成形体被加工成烧结后更接近于外圈11、内圈12、球13、轨道圈21、滚 针23等的形状。若在成形工序中成形上述成形体的阶段，能得到接近于烧结后所希望的滚 动构件形状的情况下能省略上述烧结前加工工序。接着，参照图7，实施烧结上述成形体的烧结工序。具体而言，上述成形体例如在 IMPa以下的压力下利用加热器加热、由微波或毫米波进行电磁波加热等的加热方法来加热 烧结，从而制作具有外圈11、内圈12、球13、轨道圈21、滚针23等的大致形状的烧结体。烧 结是通过在非活性气体气氛中或氮气与氧气的混合气体气氛中，在1550°C以上1800°C以 下的温度区域内加热上述成形体来实施的。作为非活性气体，能采用氦气、氖气、氩气、氮气 等，但从降低制造成本的观点出发，较为理想的是采用氮气。接着，通过实施加工烧结工序中制作而成的烧结体的表面、除去包括该表面的区 域的精加工，从而实施完成滚动构件的精加工工序。具体而言，通过研磨烧结工序中制作而 成的烧结体的表面，使作为滚动构件的外圈11、内圈12、球13、轨道圈21、滚针23等完成。 通过上述工序，完成本实施方式中的滚动构件。在此，通过上述烧结工序中的烧结，在距烧结体表面厚度为500μπι左右的区域内 的致密性比内部的致密性高，形成当通过光学显微镜的斜光观察截面时作为白色区域所观 察到的白色区域的面积率为7%以下的致密层。而且，在距烧结体表面厚度为150μπι左右 的区域内的致密性进一步比致密层内的其他区域的致密性高，形成当通过光学显微镜的斜
13光观察截面时作为白色区域所观察到的白色区域的面积率为3. 5%以下的高致密层。因此， 在精加工工序中，较为理想的是，所除去的烧结体的厚度、特别是在作为滚走面的区域内所 除去的烧结体的厚度为150μπι以下。藉此，在包括外圈滚走面11Α、内圈滚走面12Α、球滚 走面13Α、轨道圈滚走面21Α和滚子滚走面23Α的区域内使高致密层残留，从而能使滚动构 件的滚动疲劳寿命提升。另外，上述烧结工序为了抑制β _赛隆的分解，较为理想的是在0. OlMpa以上的压 力下进行，若考虑到低成本化，则更为理想的是在大气压以上的压力下进行。此外，为了在 抑制制造成本的同时形成致密层，较为理想的是，烧结工序在IMPa以下的压力下进行。此 外，为了将所制造的滚动构件的杨氏模量调整到ISOGPa以上270GPa以下的希望的值，例如 最好将β -赛隆粉末准备工序中所准备的β -赛隆粉末的ζ值在0. 1 < ζ < 3. 5的范围内 调节。更具体而言，通过使ζ值增加，能使所制造的滚动构件的杨氏模量降低。(实施方式2)参照图8和图9对实施方式2的轮毂单元进行说明。参照图8和图9，轮毂单元3基本上与基于图1进行说明的深沟球轴承1具有相同 的结构、达到相同的效果。然而，轮毂单元3在轨道构件和滚动体的结构上与深沟球轴承1 不同。即、轮毂单元3是夹设于车轮与车体之间，将车轮相对于车体能自由旋转地支承的装 置。上述轮毂单元3包括作为轨道构件的外圈31、轮毂圈32及内圈33 ；以及多个作为滚 动体的球34。作为外侧构件的外圈31是具有在内周面形成两列的滚走面31Α1、31Α2的环状的 轨道构件。作为内侧构件的轮毂圈32是具有与外圈31的一个滚走面31Α1相对的滚走面 32Α、且配置成其一部分被外圈31围住的轨道构件。此外，作为内侧构件的内圈33是具有 与外圈31的另一个滚走面31Α2相对的滚走面33Α、以与轮毂圈32的外周面的一部分接触 的方式嵌入、且通过使固定环38以与轮毂圈32的外周面的一部分接触的方式嵌入来固定 于轮毂圈32的具有圆环状的形状的轨道构件。多个球34可自由滚动地配置于多列(两列)圆环状的轨道上，其中一列的球34 与外圈31的一个滚走面31Α1、轮毂圈32的滚走面32Α接触且被圆环状的保持器39Α沿周 向以规定节距配置，另一列的球34与外圈31的另一个滚走面31Α2、内圈33的滚走面33Α 接触且被圆环状的保持器39Β沿周向以规定节距配置。根据上述结构，能使作为外侧构件 的外圈31与作为内侧构件的轮毂圈32和内圈33彼此相对地进行。而且，轮毂圈32具有轮毂圈凸缘35，轮毂圈凸缘35上形成有轮毂圈贯穿孔35Α。 此外，通过插入轮毂圈贯穿孔35Α的螺栓36，使轮毂圈凸缘35与构成车轮的轮子(未图 示)彼此固定。另一方面，外圈31具有外圈凸缘37，外圈凸缘37上形成有外圈贯穿孔37Α。 此外，通过插入外圈贯穿孔37Α的未图示的螺栓，使外圈凸缘37与固定于车体的悬架装置 (未图示)彼此固定。根据上述结构，能使轮毂单元3夹设于车轮与车体之间，并将车轮自 由旋转地支承于车体。S卩、本实施方式的轮毂单元3是夹设于车轮与车体之间，将车轮自由旋转地支承 于车体的轮毂单元。上述轮毂单元3包括作为外侧构件的外圈31，该外圈31具有形成有 环状的滚走面31Α1、31Α2的内周面；作为内侧构件的轮毂圈32，该轮毂圈32形成有与外圈 31的滚走面31Α1相对的环状的滚走面32Α，并配置成轮毂圈32的至少一部分被外圈31的内周面围住；以及作为内侧构件的内圈33，该内圈33形成有与外圈31的滚走面31A2相对 的环状的滚走面33A，并配置成内圈33的至少一部分被外圈31的内周面围住。轮毂单元 3还包括配置在环状轨道上的多个球34，这些球34在球滚走面34A上与外圈31的滚走面 31AU31A2及轮毂圈32和内圈33的滚走面32A、33A接触。在此，参照图8和图9，本实施方式中的作为滚动构件(轮毂单元用滚动构件)的 外圈31、轮毂圈32和内圈33以及球34分别相当于实施方式1中的外圈11和内圈12以及 球13，具有相同的内部31C、32C、33C、34C、致密层(外圈致密层31B、轮毂圈致密层32B、内 圈致密层33B、球致密层34B)和高致密层(外圈高致密层31D、轮毂圈高致密层32D、内圈高 致密层33D、球高致密层34D)。因此，本实施方式中的轮毂单元3不仅廉价、而且能稳定地 确保充分的耐久性，并且是包括由赛隆烧结体制成的滚动构件(外圈31、轮毂圈32、内 圈33和球34)的滚动轴承，其中，上述赛隆烧结体能用于所负载的载重急剧变化的用 途。另外，实施方式2中的作为滚动轴承的轮毂单元3和该轮毂单元3所包括的作为滚动 构件的外圈31、轮毂圈32、内圈33、球34能与实施方式1的情况一样进行制造。(实施方式3)参照图10，对实施方式3中的包括风力发电装置用滚动轴承的风力发电装置的结 构进行说明。参照图10，风力发电装置150包括作为旋翼的叶片152 ；以包括叶片152的中心 轴的方式在一端与叶片152连接的主轴151 ；以及与主轴151的另一端连接的增速器154。 而且，增速器154包括输出轴155，输出轴155与发电机156连接。主轴151通过作为风力 发电装置用滚动轴承的主轴用轴承101来绕轴线自由旋转地得到支承。此外，主轴用轴承 101在主轴151的轴向排列配置多个(图10中为两个)，并分别通过外壳153保持。主轴 用轴承101、外壳153、增速器154和发电机156收纳于作为设备室的机舱159的内部。此 外，主轴151 —端从机舱159突出，并与叶片152连接。接着，对实施方式3的风力发电装置150的动作进行说明。参照图10，若受到风 力使叶片152沿周向旋转，则连接于叶片152的主轴151 —边通过主轴用轴承101支承于 外壳153，一边绕轴线旋转。主轴151的旋转被传递到增速器154以增速，并转换成输出轴 155的绕轴线的旋转。此外，输出轴155的旋转被传递到发电机156，通过电磁感应作用产 生电动势以实现发电。接着，对风力发电装置150的主轴151的支承结构进行说明。参照图11，作为风力发电装置用滚动轴承的主轴用轴承101包括作为风力发电 装置用滚动轴承的滚动构件的环状的外圈111 ；配置于外圈111的内周侧的作为风力发电 装置用滚动轴承的滚动构件的环状的内圈112 ；以及多个配置于外圈111与内圈112之间、 被圆环状的保持器114保持的作为风力发电装置用滚动轴承的滚动构件的滚子113。外圈 111的内周面形成有外圈滚走面111Α，内圈112的外周面形成有两个内圈滚走面112Α。此 外，将外圈111和内圈112配置成使两个内圈滚走面112Α与外圈滚走面IllA相对。而且， 多个滚子113在滚子滚走面113Α上分别沿两个内圈滚走面112Α与外圈滚走面11IA和内 圈滚走面112Α接触，且通过被保持器保持成沿周向以规定节距配置来自由滚动地保持于 多列(两列)的圆环状的轨道上。此外，外圈111形成有在径向上贯穿外圈111的贯穿孔 111Ε。通过上述贯穿孔111Ε，能对外圈111与内圈112之间的空间供给润滑剂。根据上述结构，主轴用轴承101的外圈111和内圈112能彼此相对地旋转。另一方面，连接于叶片152的主轴151贯穿主轴用轴承101的内圈112，并且在外 周面151A上与内圈112的内周面112F接触，相对于内圈112固定。此外，主轴用轴承101 的外圈111以在外周面IllF上与形成于外壳153的贯穿孔的内壁153A接触的方式嵌入， 从而相对于外壳153固定。根据上述结构，使能连接于叶片152的主轴151与内圈112 — 体地相对于外圈111和外壳153绕轴线旋转。而且，在内圈滚走面112A的宽度方向两端形成有朝向外圈111突出的檐部112E。 藉此，支承叶片152受风的作用而产生的主轴151的轴向上(轴向方向)的荷重。此外，外 圈滚走面IllA具有球面形状。因此，在与滚子113的滚走方向垂直的截面上，外圈111和 内圈112能以上述球面的中心为中心彼此构成角度。即、主轴用轴承101是复列自动调心 滚子轴承。其结果是，即使在叶片152受风的作用而使主轴151挠曲的情况下，外壳153也 能通过主轴用轴承101稳定且可自由旋转地保持主轴151。S卩、实施方式3中的作为风力发电装置用滚动轴承的滚动构件的外圈111、内圈 112和滚子113在将风力发电装置用的风车的主轴151自由旋转地支承于配置成与主轴 151相对的构件即外壳153的作为风力发电装置用滚动轴承的主轴用轴承101上，是轨道 构件或与轨道构件接触而配置于圆环状的轨道上的滚动体即风力发电装置用滚动轴承的 滚动构件。此外，外圈111、内圈112和滚子113是由以Si6_zAlz0zN8_z的组成式表示且满足 0. 1彡ζ彡3. 5的β _赛隆为主要成分、其余成分为杂质组成的烧结体构成的，杨氏模量为 180GPa 以上 270GPa 以下。而且，参照图12，包括作为外圈111、内圈112和滚子113的滚走面的外圈滚走面 111A、内圈滚走面112A和滚子滚走面113A的区域内形成有致密性比内部111C、112C、113C 高的层即外圈致密层111B、内圈致密层112B和滚子致密层113B。当通过光学显微镜的斜 光观察上述外圈致密层111B、内圈致密层112B和滚子致密层113B的截面时，作为白色区域 所观察到的白色区域的面积率为7%以下。因此，本实施方式中的主轴用轴承101不仅廉 价、而且能稳定地确保充分的耐久性，并且是包括由赛隆烧结体制成的滚动构件(外圈 111、内圈112和滚子113)的风力发电装置用滚动轴承，其中，上述β-赛隆烧结体能抑制 急剧负载有大的载重时的损伤的产生。上述杂质包括来自原料的、或在制造工序中混入的 不可避免的杂质。另外，在上述本实施方式中，作为风力发电装置用滚动轴承的滚动构件的外圈 111、内圈112和滚子113还可以是由以β-赛隆为主要成分，其余成分为烧结助剂和杂质 组成的烧结体构成的。通过包含烧结助剂，能使烧结体的气孔率容易降低，能容易提供包括 由赛隆烧结体构成的风力发电装置用滚动轴承的滚动构件的风力发电装置用滚动轴 承，其中，上述赛隆烧结体能稳定地确保充分的耐久性。上述杂质包括来自原料的、或 在制造工序中混入的不可避免的杂质。而且，参照图12，在包括作为外圈致密层111Β、内圈致密层112Β和滚子致密层 113Β的表面的外圈滚走面111Α、内圈滚走面112Α和滚子滚走面113Α的区域内形成有致密 性比外圈致密层111Β、内圈致密层112Β和滚子致密层113Β内的其他区域更高的层即外圈 高致密层111D、内圈高致密层112D和滚子高致密层113D。当通过光学显微镜的斜光观察 上述外圈高致密层111D、内圈高致密层112D和滚子高致密层113D的截面时，作为白色区域
16所观察到的白色区域的面积率为3. 5%以下。藉此，使对于外圈111、内圈112和滚子113 的滚动疲劳的耐久性进一步提升，从而使滚动疲劳寿命进一步提升。另外，实施方式3中的作为风力发电装置用滚动轴承的主轴用轴承101和该主轴 用轴承101所包括的作为风力发电装置用滚动构件的外圈111、内圈112和滚子113能与实 施方式1的情况一样进行制造。(实施方式4)参照图13，发电机156包括转子171 ；贯穿转子171的中央部、与增速器154的输 出轴155连接的转子轴172 (参照图10)；以及配置成与转子171的外周面相对的定子173。 此外，与转子轴172的外周面172A相对地配置有一对外壳174、174，转子轴172的外周面 172A与一对外壳174、174之间分别配置有作为风力发电装置用滚动轴承的一对发电机用 轴承102、102。藉此，转子轴172能绕轴线自由旋转地保持于外壳174，转子171能与转子 轴172 —体旋转。接着，对发电机156的动作进行说明。参照图10，一旦风力发电装置150的叶片 152受风的作用而旋转，则主轴151旋转，该旋转通过增速器154增速之后，作为输出轴155 的旋转被输出。参照图10和图13，转子轴172与上述输出轴155连接，因叶片152的旋转 而旋转。参照图13，一旦转子轴172旋转，则转子171与之一体旋转。此时，转子171相对 于与转子171的外周侧相对地配置的定子173相对旋转。其结果是，通过电磁感应作用，在 定子173上产生电动势，进行发电。S卩、实施方式4中的作为风力发电装置用转动轴承的发电机用轴承102在通过使 转子171旋转以在与转子171的外周侧相对地配置的定子173中产生电动势的发电机中， 是将贯穿转子171并与转子171 —体旋转的转子轴172自由旋转地支承于与转子轴172的 外周面172A相对地配置的构件即外壳174的发电机用轴承。也就是说，发电机用轴承102是将作为受到风力发电装置用的风车的主轴151的 旋转而旋转的旋转构件的转子轴172自由旋转地支承于配置成与转子轴172相对的构件即 外壳174的风力发动装置用滚动轴承。另外，作为风力发电装置用滚动轴承的发电机用轴 承102和该发电机用轴承102所包括的作为风力发电装置用滚动构件的外圈121、内圈122 和球123与实施方式1中的深沟球轴承1和该深沟球轴承1所包括的外圈11、内圈12和球 13具有相同的结构，能同样地动作，并能同样地制造。(实施方式5)参照图14，增速器154包括输入轴191，该输入轴191连接于主轴151 (参照图 10)；行星轮架192，该行星轮架192通过从输入轴191沿径向延伸的臂部连接于输入轴 191，并沿轴向突出；行星齿轮193，该行星齿轮193配置成围住行星轮架192的外周面，并 在外周面形成有齿轮部193A ；低速轴194，该低速轴194在外周面形成有与行星齿轮193的 齿轮部193A始终啮合的齿轮部194A ；外圈齿轮190，该外圈齿轮190在内周面形成有与行 星齿轮193的齿轮部193A始终啮合的齿轮部190A ；以及低速齿轮195，该低速齿轮195具 有圆环状的形状，固定于低速轴194的外周面并在外周面形成有齿轮部195A。增速器154 还包括中速轴196，该中速轴196在外周面形成有与低速齿轮195的齿轮部195A始终啮 合的齿轮部196A ；中速齿轮197，该中速齿轮197具有圆环状的形状，固定于中速轴196的 外周面并在外周面形成有齿轮部197A ；以及高速轴198，该高速轴198在外周面形成有与中速齿轮197的齿轮部197A始终啮合的齿轮部198A。输入轴191和行星轮架192通过滚子轴承103、103自由旋转地支承于配置成与输 入轴191和行星轮架192的外周面相对的外壳199。此外，行星轮架192与行星齿轮193之 间沿轴向排列配置有两个滚子轴承103，从而能使行星轮架192与行星齿轮193彼此相对地 旋转。而且，低速轴194、中速轴196和高速轴198通过滚子轴承103、103自由旋转地支承 于配置成与这些轴的外周面相对的外壳199、199。接着，对增速器154的动作进行说明。参照图10，一旦风力发电装置150的叶片 152受风旋转，则主轴151也旋转。参照图10和图14，输入轴191与上述主轴151连接，受 到叶片152旋转而旋转。参照图14，一旦输入轴191旋转，则行星轮架192在低速轴194与 配置成围住低速轴194的外圈齿轮190之间的空间公转。此外，伴随上述行星轮架192的 运动，行星齿轮193的齿轮部193A与外圈齿轮190的齿轮部190A和低速轴194的齿轮部 194A均啮合的同时，行星齿轮193 —边自转一边绕低速轴194公转。其结果是，根据外圈齿 轮190的齿轮部190A的齿数与低速轴194的齿轮部194A的齿数的关系来使低速轴194绕 轴线旋转。一旦低速轴194旋转，则低速齿轮195与低速轴194 一体旋转，并随之使具有与 低速齿轮195的齿轮部195A啮合的齿轮部196A的中速轴196旋转。此时，以根据低速齿 轮195的齿轮部195A的齿数与中速轴196的齿轮部196A的齿数之比的增速比来使低速轴 194的旋转增速后传递到中速轴196。而且，一旦中速轴196旋转，则中速齿轮197与中速 轴196 —体旋转，并随之使具有与中速齿轮197的齿轮部197A啮合的齿轮部198A的高速 轴198旋转。此时，以根据中速齿轮197的齿轮部197A的齿数与高速轴198的齿轮部198A 的齿数之比的增速比来使中速轴196的旋转增速后传递到高速轴198。如上所述，参照图10和图14，主轴151的旋转在增速器154中增速，并作为连接于 高速轴198的输出轴155的旋转被输出。即、实施方式5中的作为风力发电装置用滚动轴承的增速器用轴承的滚子轴承 103是将作为受到风力发电装置用的风车的主轴151的旋转而旋转的旋转构件的输入轴 191、行星轮架192、行星齿轮193、低速轴194、中速轴196或高速轴198自由旋转地支承于 配置成与它们相对的构件(外壳199、行星轮架192、行星齿轮193)的风力发电装置用滚动 轴承。也就是说，实施方式5中的滚子轴承103是将在增速器154的内部旋转的旋转构 件自由旋转地支承于与上述旋转构件相对地配置的构件的增速器用轴承。此外，作为上述增速器用轴承的滚子轴承103与基于图10 图12所说明的主轴 用轴承101 —样具有相同的结构，起到相同的效果。即、作为构成增速器用轴承、即圆筒滚 子轴承103的增速器用转动构件(风力发电装置用滚动轴承的滚动构件)的外圈、内圈以 及滚子分别相当于主轴用轴承101的外圈111、内圈112以及滚子113，具有相同的内部、致 密层以及高致密层。因此，本实施方式中的作为增速器用轴承的滚子轴承103不仅廉价、而 且能稳定地确保充分的耐久性，并且是包括由赛隆烧结体制成的滚动构件的风力发电 装置用滚动轴承，其中，上述β _赛隆烧结体能抑制急剧负载有大的载重时的损伤的产生。另外，实施方式5中的作为风力发电装置用滚动轴承的增速器用轴承、即滚子轴 承103及其所包括的作为增速器用滚动构件的外圈、内圈和滚子能与实施方式1的情况一样进行制造。在上述实施方式中，对作为本发明的滚动轴承和滚动构件的一例的深沟球轴承、 推力滚针轴承和轮毂单元及它们所包括的滚动构件进行了说明，但本发明的滚动轴承不限 定于这些。此外，轨道构件也可以是用于供滚动体在表面滚走的轴、板等。即、作为本发明 的滚动构件的轨道构件也可以是形成有用于供滚动体滚走的滚走面的构件。此外，本发明 的滚动轴承既可以是推力球轴承、也可以是径向滚子轴承。而且，在上述实施方式中，对主轴用轴承(复列自动调心滚子轴承)、发电机用轴 承(深沟球轴承)、增速器用轴承(滚子轴承)以及它们所包括的风力发电装置用滚动轴 承的滚动构件作为本发明的风力发电装置用滚动轴承和风力发电装置用滚动轴承的滚动 构件的一例来进行说明，但本发明的风力发电装置用滚动轴承和风力发电装置滚动轴承的 滚动构件不限于这些。此外，轨道构件也可以是用于供滚动体在表面滚走的轴、板等。艮口、 作为本发明的风力发电装置用滚动轴承的滚动构件的轨道构件也可以是形成有用于供滚 动体滚走的滚走面的构件。此外，本发明的风力发电装置用滚动轴承既可以是圆锥滚子轴 承、圆筒滚子轴承、复列圆筒滚子轴承、复列圆锥滚子轴承、自动调心滚子轴承、总滚子型圆 筒滚子轴承等滚子轴承，也可以是斜角球轴承、四点接触球轴承等球轴承。此外，在上述实施方式中，对在本发明的滚动轴承中的轨道构件和滚动体均由 赛隆烧结体制成的本发明的滚动构件的情形进行了说明，但本发明的滚动轴承不限定
于此。本发明的滚动轴承也可以是轨道构件和滚动体中至少任意一个是本发明的滚动构 件。此外，当轨道构件和滚动体中的任意一个是本发明的滚动构件时，考虑到滚动轴承的制 造成本，较为理想的是，滚动体是本发明的滚动构件。此时，本发明的滚动轴承中的轨道构件的原材料不作特别限定，能采用例如钢、具 体而言，能采用JIS规格SUJ2等的轴承钢或SCR420、SCM420等的渗碳钢。此外，对于本发 明的滚动轴承中的轨道构件的原材料，还可以采用氮化硅等陶瓷。而且，本发明的滚动构件和滚动轴承作为在所负载的荷重急剧变化的环境下使用 的滚动构件和滚动轴承尤为理想。具体而言，例如除了包括上述轮毂单元用滚动构件和包 括该轮毂单元用滚动构件的轮毂单元之外，本发明的滚动构件和滚动轴承对电动工具用滚 动构件和包括该电动工具用滚动构件的电动工具用轴承、接地(touch down)轴承用滚动构 件和包括该接地轴承用滚动构件的磁轴承装置用接地轴承、风车用滚动构件和包括该风车 用滚动构件的风车用轴承尤为理想，其中，上述电动工具用滚动构件用于自由旋转地支承 于将电动工具的主轴配置成与主轴相对的构件的电动工具用轴承，上述接地轴承用滚动构 件用于配置成轨道圈与被磁轴承支承的旋转构件相对的磁轴承装置用接地轴承，上述风车 用滚动构件用于将风车的主轴或受主轴的旋转而旋转的旋转构件自由旋转地支承于配置 成与上述主轴或旋转构件相对的构件的风车用轴承。(实施例1)以下，对本发明的实施例1进行说明。制作具有由各种ζ值的赛隆烧结体制 成的滚动体的滚动轴承，进行研究ζ值与滚动疲劳寿命(耐久性)的关系的试验。试验的 步骤如下所述。首先，对作为试验对象的试验轴承的制作方法进行说明。首先，准备用燃烧合成法 在ζ值为0. 1 4的范围内制作而成的β -赛隆的粉末，以与在上述实施方式1中基于图7所说明的滚动体的制造方法相同的方法来制作ζ值为0. 1 4的滚动体。具体的制作方 法如下所述。首先，将被微细化成亚微细粒的赛隆粉末与作为烧结助剂的氧化铝(住 友化学株式会社制、ΑΚΡ30)及氧化钇(H. C. Strack公司制、氧化钇C级)采用球磨机通过 湿式混合进行混合。此后，用喷雾干燥器(spray dryer)实施造粒，制造造粒粉。将上述造 粒粉用模具成形成球体，继而用冷等静压成形(CIP)进行加压，得到球状的成形体。继续对上述成形体进行常压烧结作为一次烧结之后，通过在压力为200MPa的氮 气氛中进行HIP (热等静压烧结、Hot Isostatic Press)处理来制造烧结球体。接着，对该 烧结球体进行研磨加工，制成3/8英寸陶瓷球(JIS等级G5)。此外，与另外准备的轴承钢 (JIS规格SUJ2)制的轨道圈组合，制作JIS规格6206型号的轴承(实施例A H和比较 例B C)。此外，为了进行比较，将氮化硅制成的滚动体、即ζ值为0的滚动体也用与上述 β -赛隆制成的滚动体一样的方法制作，同样组装成轴承(比较例Α)。接着，对试验条件进行说明。对于如上所述制作而成的JIS规格6206型号的轴承， 进行在最大接触面压Pmax 3. 2GPa、轴承转速2000rpm、润滑涡轮机油VG68(清洁油)的 循环供油、试验温度室温的条件下运行的疲劳试验。此外，通过振动检测装置监控运转中 的轴承的振动，当滚动体发生破损而使轴承的振动超过规定值时中止试验，并且记录从运 转开始到中止的时间作为上述轴承的寿命。此外，试验中止后，将轴承分解以确认滚动体的 破损状态。[表 1]
20 表1表示本实施例的试验结果。在表1中，各实施例和比较例的寿命均以比较例 A(氮化硅)的寿命为1的寿命比来表示。此外，破损形态在滚动体表面发生剥离时记为“剥离”，在未发生剥离、表面磨损而中止试验时记为“磨损”。参照表1，在ζ值为0. 1以上3. 5以下的本发明实施例A H中，与氮化硅(比较 例A)相比具有毫不逊色的寿命。此外，破损形态也与氮化硅时一样为“剥离”。与此相对的 是，在ζ值超过3. 5、为本发明范围外的比较例B中，不仅使寿命大幅度降低，还在滚动体上 发现磨损。即、在ζ值为3. 8的比较例B中，虽然最终在滚动体上发生剥离，但可以知道滚 动体的磨损带来影响，使寿命大幅度降低。而且，在ζ值为4的比较例C中，在非常短的时 间内进行滚动体的磨损，从而使滚动轴承的耐久性显著降低。如上所述，在ζ值为0. 1以上3. 5以下的范围内，包括由赛隆烧结体制成的滚动体 的滚动轴承的耐久性与包括由氮化硅的烧结体制成的滚动体的滚动轴承的耐久性大致相 等。与此相对的是，若ζ值超过3. 5，则滚动体易于磨损，从而引起滚动疲劳寿命大幅度降 低。而且，若ζ值变大，则由β-赛隆制成的滚动体的破损原因从“剥离”变为“磨损”，从而 可以知道滚动疲劳寿命显著降低。如上所述，通过将ζ值设为0. 1以上3. 5以下，确认能提 供包括由赛隆烧结体制成的滚动体的滚动轴承，该赛隆烧结体不仅廉价，还能稳定 地确保充分的耐久性。另外，参照表1，在ζ值超过3而为3. 5的实施例H中，滚动体上发生些许磨损，寿 命也比实施例A G降低。因此，为了更可靠地确保充分的耐久性，较为理想的是将ζ值设 为3以下。此外，根据上述试验结果，为了得到耐久性(寿命)大于等于由氮化硅制成的滚动 体的耐久性(寿命)，较为理想的是将ζ值设为2以下，更为理想的是设为1. 5以下。另一 方面，若考虑到通过采用燃烧合成的制造工序来制作β "赛隆粉体的容易性，则较为理想 的是设成能充分期待通过自身发热而产生的反应的ζ值、即设为0. 5以上。(实施例2)以下，对本发明的实施例2进行说明。进行调查本发明的滚动构件的截面的致密 层和高致密层的形成状态的试验。试验的步骤如下所述。首先，准备用燃烧合成法制作而成的组成为Si5AlON7的β-赛隆的粉末(ISMANJ 株式会社制、商品名MERAMIX)、以与在实施方式1中基于图7所说明的滚动构件的制造方法 相同的方法制作一边约IOmm的立方体试验片。具体的制造方法如下所述。首先，将被微细 化成亚微细粒的赛隆粉末与作为烧结助剂的氧化铝(住友化学株式会社制、ΑΚΡ30)及 氧化钇(H. C. Strack公司制、氧化钇C级)采用球磨机通过湿式混合进行混合。此后，用喷 雾干燥器实施造粒，制造造粒粉。将上述造粒粉用模具成形成规定的形状，继而用冷水静压 成形(CIP)进行加压，得到成形体。通过继续对上述成形体在压力0.4MPa的氮气氛中加热 至1650°C后烧结来制造上述立方体试验片。此后，将上述试验片切断，在将所切断的面用金刚石研磨盘抛光后，通过用氧化铬 研磨盘的镜面抛光来形成包括立方体的中心的观察用截面。此外，将上述截面通过光学显 微镜(尼康株式会社制、显微照片-FXA)的斜光观察，拍摄放大倍数为50倍的快照(富士 胶卷株式会社制FP-100B)。此后，将得到的照片画像用扫描器(解析度300DPI)取入个人 计算机。此外，采用画像处理软件(三谷商事株式会社制WinROOF)根据亮度阈值进行二值 化处理(本实施例中的二值化分离阈值140)、测定白色区域的面积率。接着，对试验结果进行说明。在图15中，照片上侧为试验片的表面侧，上端为表
参照图15和图16可知，通过与本发明的滚动构件相同的制造方法制作而成的本 实施例的试验片在包括表面的区域形成有白色区域比内部的白色区域少的层。此外，如图 17所示，根据距试验片最表面的距离将拍摄的照片的画像分成三个区域(距最表面的距离 为150 μ m以内的区域、超过150 μ m并在500 μ m以内的区域、超过500 μ m并在800 μ m以内 的区域)、对每个区域进行画像分析以计算出白色区域的面积率，从而得到表2所示结果。 在表2中，表示将图17所示的各区域作为单个视野，从随机拍摄的五张照片中得到的五个 视野内的白色区域的面积率的平均值和最大值。[表 2] 参照表2，本实施例中的白色区域的面积率在内部为18.5%，在距表面的深度为 500 μ m以下的区域内为3.7%，在距表面的深度为150 μ m以下的区域为1.2%。因此确认， 通过与本发明的滚动构件相同的制作方法制作而成的本实施例的试验片在包括表面的区 域形成白色区域比内部的白色区域少的致密层和高致密层。(实施例3)以下，对本发明的实施例3进行说明。进行确认本发明的滚动构件的滚动疲劳寿 命的试验。试验的步骤如下所述。首先，对作为试验对象的试验轴承的制作方法进行说明。首先，准备用燃烧合成法 制作而成的组成为Si5AlON7的β -赛隆的粉末(ISMANJ株式会社制、商品名MERAMIX)、以 与在实施方式1中基于图7所说明的滚动构件的制造方法相同的方法制作直径为9. 525mm 的3/8英寸陶瓷球。具体的制造方法如下所述。首先，将被微细化成亚微细粒的赛隆 粉末与作为烧结助剂的氧化铝(住友化学株式会社制、ΑΚΡ30)及氧化钇(H. C. Strack公司 制、氧化钇C级)采用球磨机通过湿式混合进行混合。此后，用喷雾干燥器实施造粒，制造 造粒粉。将上述造粒粉用模具成形成球体，继而用冷水静压成形(CIP)进行加压，得到球状 的成形体。接着，对上述成形体进行生坯加工以使其烧结后的加工余量成为规定尺寸，通过 继续对该成形体在压力为0. 4MPa的氮气氛中加热到1650°C后烧结来制造烧结球体。接着， 对该烧结球体进行研磨加工，制成3/8英寸陶瓷球(滚动体；JIS等级G5)。此外，与另外 准备的轴承钢(JIS规格SUJ2)制的轨道圈组合，制作JIS规格6206型号的轴承。在此，使 通过对上述烧结球体的研磨加工而除去的烧结球体的厚度(加工余量)进行八个阶段的变 化，从而制作八种轴承(实施例A H)。另一方面，为了进行比较，对采用由氮化硅和烧结助 剂组成的原料粉末通过加压烧结法烧结后的烧结球体(日本特殊陶业株式会社制EC141)， 与上述相同地进行研磨加工，与另外准备的轴承钢(JIS规格SUJ2)制的轨道圈组合，制作JIS规格6206型号的轴承(比较例A)。研磨加工的加工余量为0. 25mm。接着，对试验条件进行说明。对于如上所述制作而成的JIS规格6206型号的轴承， 进行在最大接触面压Pmax 3. 2GPa、轴承转速2000rpm、润滑涡轮机油VG68(清洁油)的 循环供油、试验温度室温的条件下运行的疲劳试验。此外，通过振动检测装置监控运转中 的轴承的振动，当滚动体发生破损而使轴承的振动超过规定值时中止试验，并且记录从运 转开始到中止的时间作为上述轴承的寿命。另外，实施例和比较例的试验数量均为15个， 不仅算出其Lltl寿命，还以与比较例A的寿命比来评价耐久性。表3 表3表示本实施例的试验结果。参照表3，实施例的轴承的寿命若考虑到其制造成 本等，均能说是良好的。此外，通过将加工余量设为0. 5mm以下，使致密层残留于滚动体的 表面的实施例D G的轴承的寿命为比较例A的寿命的1. 5 2倍左右。而且，通过将加 工余量设为0. 15mm以下，使高致密层残留于滚动体的表面的实施例A C的轴承的寿命为 比较例A的寿命的3倍左右。因此确认，包括本发明的滚动构件的滚动轴承在耐久性上很 好。此外可知，包括本发明的滚动构件的滚动轴承通过将滚动构件的加工余量设为0. 5mm 以下、使致密层残留于表面而使寿命提升、通过将滚动构件的加工余量设为0. 15mm以下、 使高致密层残留于表面而使寿命进一步提升。本次所公开的实施方式和实施例在所有点上为例示，不应当认为是对本发明作出 了限制。本发明的范围是由权利要求书来表示的而不是由上述说明来表示的，本发明包括 与权利要求书等同的意思和范围内的所有变更。工业上的可利用性本发明的滚动构件和滚动轴承能特别有利地应用于由以赛隆为主要成分的烧结体构成的滚动构件和包括该滚动构件的滚动轴承。
权利要求
一种滚动构件(11、12、21、31、32、33、13、23、34)，其在滚动轴承(1、2、3)中是轨道构件(11、12、21、31、32、33)、或是与所述轨道构件(11、12、21、31、32、33)接触并配置于圆环状的轨道上的滚动体(13、23、34)，其特征在于，由以Si6-ZAlZOZN8-Z的组成式表示且满足0.1≤z≤3.5的β-赛隆为主要成分、其余成分为杂质组成的烧结体构成，杨氏模量为180GPa以上270GPa以下。
2.如权利要求1所述的滚动构件(11、12、21、31、32、33、13、23、34)，其特征在于，在包 括与其他的滚动构件(11、12、21、31、32、33、13、23、34)接触的面、即滚走面(11A、12A、21A、 31A1、31A2、32A、33A、13A、23A、34A)的区域内形成有致密性比内部(11C、12C、21C、31C、 32C、33C、13C、23C、34C)的致密性高的层、即致密层(11B、12B、21B、31B、32B、33B、13B、23B、 34B)。
3.如权利要求2所述的滚动构件(11、12、21、31、32、33、13、23、34)，其特征在于，当通 过光学显微镜的斜光观察所述致密层(11B、12B、21B、31B、32B、33B、13B、23B、34B)的截面 时，作为白色的区域观察到的白色区域的面积率为以下。
4.如权利要求2所述的滚动构件(11、12、21、31、32、33、13、23、34)，其特征在于，在包 括所述致密层(11B、12B、21B、31B、32B、33B、13B、23B、34B)的表面的区域内形成有致密性 进一步比所述致密层(11B、12B、21B、31B、32B、33B、13B、23B、34B)内的其他区域的致密性 高的层、即高致密层(11D、12D、21D、31D、32D、33D、13D、23D、34D)。
5 如权利要求4所述的滚动构件(11、12、21、31、32、33、13、23、34)，其特征在于，当通 过光学显微镜的斜光观察所述高致密层(11D、12D、21D、31D、32D、33D、13D、23D、34D)的截 面时，作为白色的区域观察到的白色区域的面积率为3. 5%以下。
6.如权利要求1所述的滚动构件(111、121、112、122、113、123)，其特征在于，所述滚动 轴承是将风力发电装置(150)用的风车的主轴(151)或受所述主轴(151)的旋转而旋转的 旋转构件(172、191、192、193、194、196、198)自由旋转地支承于配置成与所述主轴(151)或 所述旋转构件(172、191、192、193、194、196、198)相对的构件(153、174、192、193、199)的风 力发电装置用滚动轴承(101、102、103)。
7.一种滚动轴承(1、2、3)，其特征在于，包括轨道构件(11、12、21、31、32、33)；以及多个与所述轨道构件(11、12、21、31、32、33)接触，并配置于圆环状的轨道上的滚动体 (13、23、34)，所述轨道构件(11、12、21、31、32、33)和所述滚动体(13、23、34)中至少一方是权利要 求 1 所述的滚动构件(11、12、21、31、32、33、13、23、34)。
8.一种滚动构件(11、12、21、31、32、33、13、23、34)，其在滚动轴承(1、2、3)中是轨道构 件(11、12、21、31、32、33)、或是与所述轨道构件(11、12、21、31、32、33)接触并配置于圆环 状的轨道上的滚动体(13、23、34)，其特征在于，由以Si6_zAlz0zN8_z的组成式表示且满足0. 1彡ζ彡3. 5的β -赛隆为主要成分、其余 成分为烧结助剂和杂质组成的烧结体构成，杨氏模量为180GPa以上270GPa以下。
9.如权利要求8所述的滚动构件(11、12、21、31、32、33、13、23、34)，其特征在于，在包括与其他的滚动构件(11、12、21、31、32、33、13、23、34)接触的面、即滚走面(11A、12A、21A、 31A1、31A2、32A、33A、13A、23A、34A)的区域内形成有致密性比内部(11C、12C、21C、31C、 32C、33C、13C、23C、34C)的致密性高的层、即致密层(11B、12B、21B、31B、32B、33B、13B、23B、 34B)。
10.如权利要求9所述的滚动构件(11、12、21、31、32、33、13、23、34)，其特征在于，当通 过光学显微镜的斜光观察所述致密层(11B、12B、21B、31B、32B、33B、13B、23B、34B)的截面 时，作为白色的区域观察到的白色区域的面积率为以下。
11.如权利要求9所述的滚动构件(11、12、21、31、32、33、13、23、34)，其特征在于，在包 括所述致密层(11B、12B、21B、31B、32B、33B、13B、23B、34B)的表面的区域内形成有致密性 进一步比所述致密层(11B、12B、21B、31B、32B、33B、13B、23B、34B)内的其他区域的致密性 高的层、即高致密层(11D、12D、21D、31D、32D、33D、13D、23D、34D)。
12.如权利要求11所述的滚动构件(11、12、21、31、32、33、13、23、34)，其特征在于，当 通过光学显微镜的斜光观察所述高致密层(11D、12D、21D、31D、32D、33D、13D、23D、34D)的 截面时，作为白色的区域观察到的白色区域的面积率为3. 5%以下。
13.如权利要求8所述的滚动构件(111、121、112、122、113、123)，其特征在于，所述滚 动轴承是将风力发电装置(150)用的风车的主轴(151)或受所述主轴(151)的旋转而旋转 的旋转构件(172、191、192、193、194、196、198)自由旋转地支承于配置成与所述主轴(151) 或所述旋转构件(172、191、192、193、194、196、198)相对的构件(153、174、192、193、199)的 风力发电装置用滚动轴承(101、102、103)。
14.一种滚动轴承(1、2、3)，其特征在于，包括轨道构件(11、12、21、31、32、33)；以及多个与所述轨道构件(11、12、21、31、32、33)接触，并配置于圆环状的轨道上的滚动体 (13、23、34)，所述轨道构件(11、12、21、31、32、33)和所述滚动体(13、23、34)中至少一方是权利要 求 8 所述的滚动构件(11、12、21、31、32、33、13、23、34)。
全文摘要
一种滚动构件，不仅廉价、还能稳定地确保充分的耐久性，并且由能用作所负载的载重急剧变化这样的用途的β-赛隆烧结体构成，作为滚动构件的外圈(11)、内圈(12)和球(13)是由以Si6-ZAlZOZN8-Z的组成式表示且满足0.1≤z≤3.5的β-赛隆为主要成分、其余成分为杂质组成的烧结体构成的，杨氏模量为180GPa以上270GPa以下。
文档编号C04B35/599GK101883930SQ200880112439
公开日2010年11月10日 申请日期2008年10月16日 优先权日2007年10月18日
发明者二之汤伸幸, 本多正明, 村松胜利, 石田光 申请人:Ntn株式会社