滚动轴承的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种滚动轴承，其具有由氧化铝成分为70～95质量％的氧化铝-氧化锆系陶瓷构成的、且形成氧化铝成分的氧化铝原料粉末的氧化铝纯度为90质量％以上的滚动体，并且耐久性大幅提高。
【专利说明】滚动轴承
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种滚动轴承，其具有由氧化铝-氧化锆系陶瓷制成的滚动体。
【背景技术】
[0002] 例如，空调的风扇马达中，为了节省能源大多采用变频控制。但是，从逆变器电路 产生的高频电流也可能流入马达内的轴承的内外圈、滚动体，由此可能在滚动面（轨道面） 产生电蚀。
[0003] 为了防止电蚀，提出了各种各样的方案，也采用使用了陶瓷制滚动体的滚动轴承。 但是，作为陶瓷，一般的氮化硅虽然具有加工精度、机械强度高的优点，但是价格较高。
[0004] 此外，作为陶瓷也使用氧化锆、添加氧化钇并使其稳定化的氧化钇稳定氧化锆 (以下也统称为"氧化锆")。但是，由于氧化锆的价格也较高，所以也添加便宜的氧化铝，利 用氧化锆的高强度、高韧性使滚动体整体的价格下降（例如参照专利文献1?3)。此外，氧 化锆在l〇〇°C以上转变为单斜晶，发生在滚动接触疲劳中颗粒剥落的现象。并且，由于该颗 粒剥落的现象而导致寿命缩短（滚动疲劳寿命、噪音寿命）。由于也存在这样的低温劣化的 问题，因而通过较多地添加氧化错，也能够降低低温劣化的程度。
[0005] 在先技术文献
[0006] 专利文献
[0007] 专利文献1 :日本特开2002-106570号公报
[0008] 专利文献2 :日本特开2002-70871号公报
[0009] 专利文献3 :日本特开2002-5180号公报
【发明内容】
[0010] 发明所要解决的课题
[0011] 氧化铝-氧化锆系陶瓷是通过将氧化铝原料粉末和氧化锆原料粉末进行混合并 烧结而得。但是，如果氧化铝原料粉末的纯度变低，则与氧化锆原料粉末的烧结性变差，进 而如果氧化铝原料粉末、氧化锆原料粉末的粒径变大，则所获得的烧结颗粒的粒径变大，均 会导致强度的下降。其结果是，滚动体的表面受损或滚动体发生龟裂等，从而耐久性降低。
[0012] 因而，本发明的目的在于，在具有氧化铝-氧化锆系陶瓷制的滚动体的滚动轴承 中，提高机械强度且不会进一步低温劣化等来提高耐久性。
[0013] 用于解决课题的方法
[0014] 为了解决上述课题，本发明提供下述的滚动轴承。
[0015] (1) 一种滚动轴承，至少具有：第一部件和第二部件，具有互相相对配置的滚道 面；以及多个滚动体，滚动自如地配置在两个部件的滚道面之间，通过滚动体的滚动，第一 部件和第二部件中的一个相对于另一个相对移动，其特征在于，
[0016] 所述滚动体由氧化铝成分为70?95质量％的氧化铝-氧化锆系陶瓷构成，并且， 形成氧化铝成分的氧化铝原料粉末的氧化铝纯度为90质量％以上。
[0017] (2)根据上述（1)所述的滚动轴承，其特征在于：所述氧化铝原料粉末的氧化铝纯 度为99. 9质量％以上，Na20量为0. 1质量％以下。
[0018] (3)根据上述（1)所述的滚动轴承，其特征在于：所述氧化铝成分含有相对于氧化 铝成分总量为〇. 1?1. 〇质量％的氧化镁、〇. 1?1. 〇质量％的氧化钙。
[0019] (4)根据上述（1)所述的滚动轴承，其特征在于：所述氧化铝原料粉末的比表面积 为6m 2/g以上，形成氧化锆成分的氧化锆原料粉末的比表面积为所述氧化铝原料粉末的比 表面积的两倍以上。
[0020] (5)根据上述（1)所述的滚动轴承，其特征在于：所述氧化锆成分为以氧化铈 (CeO)稳定的氧化铺系氧化锫。
[0021] (6)根据上述（1)?（5)中任一项所述的滚动轴承，其特征在于：所述氧化铝原料 粉末以及所述氧化锆原料粉末的平均粒径均为〇. 5 μ m以下。
[0022] (7)根据上述（1)?￠)中任一项所述的滚动轴承，其特征在于：所述滚动体的原 料粉末烧结后的平均粒径为2. 0 μ m以下。
[0023] 发明效果
[0024] 本发明中，由于滚动体的氧化铝成分为高纯度，所以与氧化锆成分的烧结性优良， 从而滚动体成为高强度，耐久性也变得优良。因此，能够使氧化铝成分为70质量％以上，能 够使得价格更加低廉。此外，相对地氧化锆成分变少，低温劣化也受到抑制。
【专利附图】
【附图说明】
[0025] 图1是表示本发明所涉及的滚动轴承的一实施方式的滚珠轴承的剖面图。
[0026] 图2是（试验-1)中，表示实施例以及比较例的材料成本的图表。
[0027] 图3是（试验-1)中，表示实施例以及比较例的单斜晶的发生量的图表。
[0028] 图4是（试验-1)中，表示实施例以及比较例的比重的图表。
[0029] 图5是（试验-1)中，表示实施例以及比较例的维氏硬度的图表。
[0030] 图6是（试验-1)中，表示实施例以及比较例的断裂韧性值的图表。
[0031] 图7是（试验-1)中，表示实施例以及比较例的弯曲强度的图表。
[0032] 图8是（试验-1)中，表示为了测量轴承寿命而使用的推力试验装置的剖面图。
[0033] 图9是（试验-1)中，表示实施例以及比较例的寿命比的图表。
[0034] 图10是（试验-3)中，表示氧化铝成分的添加量与三点弯曲强度间的关系的图 表。
[0035] 图11是（试验_3)中，表示氧化铝成分的添加量与单斜晶的生成量间的关系的图 表。
[0036] 图12是（试验-3)中，表示旋转时间与安德鲁值（Anderon)间的关系的图表。
[0037] 图13是（试验-3)中，关于含有20质量％的氧化铝成分的滚珠，在安德鲁值测量 后对表面进行摄影的电子显微镜照片。
[0038] 图14是对（试验-6)的实施例2的剖面进行摄影的照片。
[0039] 图15是对（试验-6)的比较例1的球表面进行摄影的照片。
[0040] 图16是对（试验-6)的比较例5的球表面进行摄影的照片。
[0041] 图17是对（试验-6)的比较例7的球表面进行摄影的照片。
[0042] 附图标记说明
[0043] 1 外圈
[0044] 2 内圈
[0045] 3 滚珠
[0046] 4保持架
[0047] 21 芯棒
[0048] 20密封部件
[0049] 22密封唇
[0050] 22a接触面
【具体实施方式】
[0051] 以下，参照附图对本发明进行详细说明。
[0052] 本发明中，对滚动轴承的结构不作限制，例如可以例举出图1的剖面图所示的滚 珠轴承。图示的滚珠轴承在外圈1和内圈2之间，滚动自如地安装有滚珠3，滚珠3通过保 持架4维持在预定的间隔。在外圈1以及内圈2的两侧部分别形成有密封槽11，12,在外圈 1的密封槽11，安装有与芯棒部件21 -体化的密封部件20,并被构成为密封唇22的接触面 22a与内圈2的密封槽12接触。此外，内圈2与密封唇22之间的空间s封入有润滑剂。
[0053] 本发明中，滚珠3是由氧化铝成分占70?95质量％，剩余部分为氧化锆成分的富 含氧化铝的氧化铝-氧化锆系陶瓷制成的。通过富含氧化铝，能够降低滚珠3的价格。此 夕卜，氧化锆的配比越高则低温劣化越显著，但是通过增加氧化铝成分，能够减少低温劣化， 氧化铝成分的配比为70质量％以上时特别有效。但是，氧化铝成分的配比超过95质量％ 时，作为滚珠整体的强度变得不足。从这样的理由出发，使氧化铝成分的配比为70?95质 量％，优选为75?85质量％。
[0054] 此外，通过以氧化铝-氧化锆系陶瓷制成滚珠3,则外圈1、内圈2与滚珠3之间电 绝缘。而且，外圈1以及内圈2能够为SUJ2钢、SUS钢、13Cr钢等的金属制，但是外圈1以 及内圈2与滚珠3间未发生金属接触，也可防止由于金属附着而导致的损伤。
[0055] 氧化铝成分的氧化铝纯度越高越好，作为形成氧化铝成分的氧化铝原料粉末，优 选为氧化铝纯度为90质量％以上、Na 20的量为10质量％以下，进而更优选为使用氧化铝 纯度为99. 9质量％以上、Na20的量为0. 1质量％以下的高纯度氧化铝原料粉末。通常，作 为氧化铝中所含的杂质，Na20占绝大多数，进而通过减少Na 20的量可提高机械强度、电气特 性。
[0056] 而且，为了提高与氧化锆成分的烧结性，在氧化锆成分中添加相对于氧化铝成分 总量为0. 1?1. 0质量％的氧化镁和0. 1?1. 0质量％的氧化I丐。通过添加氧化镁和氧化 钙，能够以比纯氧化铝时大约降低200°C的温度使其烧结，能够实现致密化（相对于理论密 度为99%以上的密度比），得到的烧结颗粒变得微细，且强度高。通过添加氧化钙，在组织 中生成柱状晶体，实现了防止裂纹扩展的效果，提高了断裂韧性值。
[0057] 但是，如果氧化镁以及氧化钙的含量增多，则氧化铝成分本身的纯度降低，烧结性 变差。因此，氧化镁以及氧化钙的含量上限分别设定为1.0质量％。考虑到这些因素，优选 为氧化镁的含量为〇. 4?0. 8质量％、氧化钙的含量为0. 4?0. 8质量％。
[0058] 如下所述，滚珠3虽然是通过将含有氧化镁以及氧化钙的氧化铝原料粉末与氧化 锆原料粉末进行烧结而制成的，但是在含有氧化镁以及氧化钙的氧化铝原料粉末中，使用 按照上述的配比混合的氧化铝粉末、氧化镁粉末和氧化钙粉末。
[0059] 此外，作为氧化铝原料粉末，优选为使用比表面积为6m2/g以上的氧化铝原料粉 末。更优选为25m 2/g以下。该情况下，在氧化锆原料粉末中，使用比表面积为氧化铝原料 粉末的比表面积的两倍以上的氧化锆原料。如本发明所述的氧化铝成分为70质量％以上 的富含氧化铝的氧化铝-氧化锆系陶瓷中，会产生氧化锆成分偏析而形成较多的块，该氧 化锆块为起点而发生剥离，从而使滚动疲劳寿命的降低。此外，虽然对氧化锆原料粉末的比 表面积的上限不作限制，但是优选为氧化铝原料粉末的比表面积的2倍以上5倍以下，进而 更优选为3倍以上。如果超过比表面积的5倍，则微细氧化锆原料粉末的制造变得困难。
[0060] 发生氧化锆偏析的理由，其主要原因是含有较多的、氧化锆原料粉末的比表面积 比氧化铝原料粉末小的颗粒，因此，通过将氧化铝原料粉末规定为预定的粒度，相对于氧 化铝原料粉末的比表面积将氧化锆原料粉末的比表面积设定为两倍以上，从而沿氧化铝晶 界，氧化锆原料粉末均匀分布，完全不会产生偏析。此时，如果使氧化铝原料粉末的氧化铝 纯度为90质量％以上，则不会发生以杂质为起点的早期剥离。优选为氧化铝原料粉末的氧 化铝的纯度越高越好，特别优选为氧化铝的纯度为99. 9质量％以上的上述的高纯度氧化 铝原料粉末。
[0061] 另一方面，氧化锆成分虽然也可以使用氧化钇（Y203)进行稳定化，但是优选为以 氧化铈（CeO)稳定的氧化铈系氧化锆。此外，虽然只要能够使氧化锆稳定对氧化铈的含量 就不作限定，但是优选为氧化锆成分总量的5?30质量％。作为氧化锆的稳定剂，广泛使 用氧化钇，提高强度、韧性。但是，以氧化钇为稳定剂的正方晶氧化锆多晶体存在在较低的 温度区域例如l〇〇°C，伴随有大约4. 6%的体积膨胀，从准稳定正方晶氧化锆向单斜晶氧化 锆的相变进一步进展的问题。并且，由于由该体积膨胀导入的微裂纹，机械性质会发生显著 劣化（低温劣化）。
[0062] 此外，将氧化钇系氧化锆用于滚珠材料的情况，由于运转时滚珠承受较高的应力， 所以相变温度根据条件的不同有可能从100°c开始，由于在滚珠的表面发生的微裂纹，较硬 的陶瓷颗粒剥离，其变成研磨材料，对由轴承钢构成的内外圈造成较大的损伤。
[0063] 因此，通过采用含有作为稳定剂的氧化铈的正方晶氧化锆来取代氧化钇，不会发 生如上所述的在100°c的劣化现象，在高温高湿的区域也可以使用。
[0064] 进而，氧化铝原料粉末以及氧化锆原料粉末通过使用平均粒径均为0. 5μπι以下 的微粒，来进一步提高烧结性。如后述的实施例所示，通过使用平均粒径为0. 5μπι以下的 氧化铝原料粉末，只要是70?95质量％的配比，就能够获得与氮化硅同等以上的强度。 [0065] 滚珠3通过将氧化铝原料粉末和氧化锆原料粉末均匀混合，成型为预定形状后进 行烧结，对烧结后经过HIP处理的材料（球状材料）进行研削、研磨，调整为预定的球形而 制成。成型方法一般为压缩成型。此外，如果各原料粉末未均匀混合，各自的烧结颗粒发生 偏析，则滚动疲劳寿命会下降。作为防止偏析的方法，不只是均匀混合，而且也需要实施带 有强力粉碎功能的混合，虽然球磨混合机也可以，但是使用了粉碎介质为直径1mm以下的 氧化锆系珠子的珠磨混合机最有效。
[0066] 此外，润滑剂也可以用润滑油，以润滑油为基础油的润滑脂也可以。此外，对润滑 油或基础油、增稠剂、进而添加剂没有限制，可根据目的适当选择。
[0067] 此外，上述的实施方式是用来表示本发明的一个例子，例如，也可适用于角接触球 轴承、自动调心球轴承、圆柱滚子轴承、圆锥滚子轴承、滚针轴承、自动调心滚子轴承等径向 型滚动轴承；推力球轴承、推力滚子轴承等推力型滚动轴承，以上述的高纯度氧化铝-氧化 锆系陶瓷形成各滚动体。
[0068] 实施例
[0069] 以下，列举试验例对本发明进一步进行说明，但本发明并不局限于此。
[0070] (试验-1)
[0071] (试验体的制作）
[0072] 将含有氧化镁0. 5质量％以及氧化钙0. 5质量％的氧化铝原料粉末（氧化铝纯 度：99. 9质量％，Na20 :0. 1质量％以下）与氧化锆原料粉末，以表1的实施例1?4以及 比较例3所示进行配合并投入珠磨机，在离子交换水中湿式混合24小时。混合后，添加成 型粘结剂，使用喷雾干燥器进行干燥造粒，制作成型模压用的粉末。将该成型粉末以98MPa 的成型压力进行单轴液压，制作608深沟滚珠轴承用的成型体（5/32英寸）。此时，烧结条 件为在大气压（氧气流中）以1500°C保持2小时来烧结，并进行HIP处理（氩气流中，以 1450°C、处理压力为1000大气压下处理1小时），制成球状材料。将所得的球状材料进行研 磨，加工成滚动体形状。
[0073] 此外，作为比较例1准备仅由氧化铝原料粉末（氧化铝纯度：99. 9质量％，Na20 : 0. 1质量％以下）构成的滚珠，作为比较例2准备仅由氧化铝纯度为85质量％的原料粉末 构成的滚珠，作为比较例4准备仅由氧化锆原料粉末构成的滚珠，作为比较例5准备仅由氮 化硅粉末构成的滚珠。
[0074] 表 1
[0075]
【权利要求】
1. 一种滚动轴承，至少具备：具有互相相对配置的滚道面的第一部件和第二部件；以 及滚动自如地配置在两个部件的滚道面之间的多个滚动体，通过滚动体的滚动，第一部件 和第二部件中的一个相对于另一个相对移动，其特征在于， 所述滚动体由氧化铝成分为70?95质量％的氧化铝-氧化锆系陶瓷构成，并且，形成 氧化铝成分的氧化铝原料粉末的氧化铝纯度为90质量％以上。
2. 根据权利要求1所述的滚动轴承，其特征在于： 所述氧化铝原料粉末的氧化铝纯度为99. 9质量％以上，Na20量为0. 1质量％以下。
3. 根据权利要求1所述的滚动轴承，其特征在于： 所述氧化铝成分含有相对于氧化铝成分总量为〇. 1?1. 〇质量％的氧化镁、〇. 1?1. 〇 质量％的氧化钙。
4. 根据权利要求1所述的滚动轴承，其特征在于： 所述氧化铝原料粉末的比表面积为6m2/g以上，形成氧化锆成分的氧化锆原料粉末的 比表面积为所述氧化铝原料粉末的比表面积的两倍以上。
5. 根据权利要求1所述的滚动轴承，其特征在于： 所述氧化锆成分为以氧化铈（CeO)稳定的氧化铈系氧化锆。
6. 根据权利要求1?5中任一项所述的滚动轴承，其特征在于： 所述氧化铝原料粉末以及所述氧化锆原料粉末的平均粒径均为〇. 5 μ m以下。
7. 根据权利要求1?6中任一项所述的滚动轴承，其特征在于： 所述滚动体的原料粉末烧结后的平均粒径为2. 0 μ m以下。
【文档编号】F16C33/32GK104067013SQ201480000485
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年1月22日 优先权日:2013年1月22日
【发明者】中井毅 申请人:日本精工株式会社