陶瓷球體檢查裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供將能夠減少由反復載荷的疲勞引起的表面的剝離、并在表面加工時提高尺寸精度、并且耐磨損性以及耐久性優(yōu)異的陶瓷燒結體以及陶瓷球體，不破壞地檢測表面層的內部的缺陷以及雪片的有無的陶瓷球體檢查裝置。陶瓷球體檢查裝置(100)將陶瓷球體(S)支承為在規(guī)定的位置能夠自轉，并利用受光機構(120)檢測照光機構(110)的照射光來評價表面層的內部狀態(tài)，其中受光機構(120)不對從照光機構(110)照射的照射光在陶瓷球體的表面反射的反射光進行檢測。
【專利說明】陶瓷球體檢查裝置
[0001]本申請是申請日為2010年11月11日、申請?zhí)枮?01080060739.1、發(fā)明名稱為“陶
瓷燒結體、陶瓷球體以及陶瓷球體檢查裝置”的申請的分案申請。
【技術領域】
[0002]本發(fā)明涉及陶瓷球體檢查裝置，尤其涉及在用于球、圓柱、圓錐臺、桶形或者鼓形狀的軸承、滾珠螺母等滑動裝置的滾動部件、或者控制高壓流體的流體閥的閥芯等中適用的陶瓷燒結體、以及適用于檢查陶瓷球體的表面層的內部狀態(tài)的陶瓷球體檢查裝置。
【背景技術】
[0003]陶瓷燒結體的特征在于，雖然與鋼等金屬相比制造成本高，但是因高強度而耐磨損性、剛性優(yōu)異，并且，與鋼相比比重小且因絕緣性而耐腐蝕性高。
[0004]利用這些特性，通過作為耐磨損部件而在軸承、滾珠螺母等滑動裝置或控制高壓流體的流體閥的閥芯等中使用，能夠實現(xiàn)輕型化，并且，能夠抑制由加載載荷或反復滑動引起的損傷或磨損、由腐蝕或電蝕引起的損傷等，從而能夠長期地維持性能，實現(xiàn)構成部件的長壽命化并減少維護作業(yè)。
[0005]尤其在風力發(fā)電的發(fā)電機、空調裝置的壓縮機、電動汽車或混合動力汽車等各車輛等、接近電氣系統(tǒng)并且溫度、濕度等變化激烈的環(huán)境下使用的軸承等中，由腐蝕或電蝕引起的損傷等影響極大，所以代替制造成本低的鋼等金屬而多采用能夠降低維持成本的陶瓷球體。
[0006]另外，尤其在高壓下高速開閉的流體閥中，需要剛性高且輕型而長壽命的閥芯，采用陶瓷球體來作為閥芯的優(yōu)點也非常多。
[0007]一般的陶瓷使用多個原材料以及燒結輔助劑而進行燒結，例如當進行氮化硅質燒結體的燒結時，作為原材料的氮化硅(Si3N4)很難弓丨起其自身的固相燒結，無法得到致密的燒結體，所以作為燒結輔助劑而混合Y2O3等稀土類氧化物或Al2O3等氧化物而成型之后，通過液相燒結來進行致密化，從而得到氮化硅質燒結體。
[0008]這樣，在使用多個原材料、燒結輔助劑來進行燒結的情況下，根據(jù)條件而容易在表面或內部產(chǎn)生微小的缺陷，若存在這些缺陷，則成為由于反復載荷所引起的疲勞而在表面引起剝離的原因。
[0009]例如，公知的專利文獻I中公開如下，S卩，由于滾動體表面的傷痕或龜裂等缺陷導致品質的可靠性的降低，所以通過對燒結體的氣孔率以及晶界相中的最大氣孔徑進行規(guī)定，來獲得滾動壽命優(yōu)異的氮化硅質燒結體制耐磨損性部件。
[0010]然而，專利文獻I所記載的技術僅以傷痕、龜裂、氣孔來作為缺陷對象，而對于比上述傷痕、龜裂、氣孔更能影響耐磨損性以及耐久性的白色斑點(雪片(snow flake))沒有任何對策。
[0011]另外，公知的專利文獻2公開如下，著眼于從表面至深度Imm的范圍內觀察到的由微孔(相當于微小的缺陷的微小氣孔)的集合體構成的白色樹枝狀的組織，若該微孔的集合體在某特定的大小以下，則與相對于滾珠的總表面積所占的面積比例無關地，產(chǎn)生在作為軸承材料的使用上成為妨礙的由滾動疲勞引起的剝離。
[0012]然而，雖然說微孔的集合體的大小小，但若其量多，則引起壓碎載荷的降低，從而不僅成為破損的原因，也會成為因反復載荷的疲勞而在表面引起剝離的原因。
[0013]另外，該白色樹枝狀部分與非白色樹枝狀部分在剛性、密度等特性方面不同，從而即使白色樹枝狀部分小，也妨礙作為耐磨損部件的氮化硅球或氮化硅輥進行研磨加工時的球度、表面粗糙度等尺寸精度的提高，結果成為因反復載荷的疲勞而在表面引起剝離的原因。
[0014]并且，由于在作為耐磨損部件的氮化硅球或氮化硅輥內部所存在的缺陷或所殘留的內部應變，而有如下問題，即，由于內部應力狀態(tài)不均勻而成為破壞的起點，或者如上所述地由于無法提高尺寸精度而成為磨損或振動的原因。
[0015]在將這些陶瓷球體作為產(chǎn)品來檢查的情況下，需要一種不施以破損就能進行觀察、檢查的機構，以不僅對存在于表面附近的傷痕、龜裂、氣孔等缺陷的有無進行觀察、檢查，還能對雪片的有無進行觀察、檢查。
[0016]作為不會破壞陶瓷球體就能檢查的裝置，公知有例如如專利文獻3所示的對陶瓷球體的表面進行光學觀察的裝置、或如專利文獻4所示的利用超聲波來對陶瓷球體的表面以及表面層的內部進行觀察的裝置。
[0017]專利文獻1:日本特開2002-326875(所有頁，圖2)
[0018]專利文獻2:日本特開平6-329472(所有頁，圖1)
[0019]專利文獻3:日本特開2008-51619(所有頁，圖1、圖3)
[0020]專利文獻4:日本特開2010-127621 (所有頁，圖2)
[0021]本發(fā)明人等鑒于上述的現(xiàn)狀，反復專心研究的結果發(fā)現(xiàn)，通過實施對燒結輔助劑組成的限定，體積密度、平均結晶粒徑在某特定范圍內的調整，從表面至某特定深度的組織控制，并且在所限定的條件下的制造，能夠得到解決上述問題的耐磨損性以及耐久性優(yōu)異的陶瓷燒結體。
[0022]現(xiàn)有技術中，亦如上述專利文獻所示地作為產(chǎn)生由滾動疲勞引起的剝離的原因，考慮了由傷痕、龜裂以及氣孔等引起的缺陷的對策。
[0023]然而，本發(fā)明人等專心研究的結果判明出，只通過盡可能地減少這些缺陷，不足以提高耐磨損性以及耐久性。
[0024]S卩，發(fā)現(xiàn)了這些缺陷是能夠由掃描電子顯微鏡(SEM)觀察的缺陷，但是除此之外的無法用SEM觀察但可由光學顯微鏡觀察的白色斑點(雪片)的有無對耐磨損性以及耐久性有非常大的影響。
[0025]如圖2所示，對于該雪片部分而言，在SEM觀察下完全看不到，相對于此，在光學顯微鏡下觀察得非常清晰。
[0026]該雪片由于在SEM觀察下沒有被看到，所以并非專利文獻2所公開的由微孔的集合體構成的白色樹枝狀物，雪片部分被認為是與其以外的部分在結晶晶界相有著些許組成差異的部分，該些許組成的差異對耐磨損性以及耐久性有大的影響。
[0027]另外，發(fā)現(xiàn)了在作為耐磨損部件來使用的情況下，不僅是存在于部件表面以及表面附近的傷痕、龜裂、氣孔等缺陷，而且雪片也對耐磨損性以及耐久性有大的影響，所以表面以及表面附近的缺陷以及雪片的有無是重要的，通過對燒結輔助劑組成的限定，將體積密度、平均結晶粒徑調整為特定的范圍內，并在限定的條件下進行制造，能夠實現(xiàn)沒有從表面至250 μ m的深度為止的缺陷以及雪片的組織。

【發(fā)明內容】

[0028]由此，得到如下陶瓷燒結體以及陶瓷球體，S卩，能夠減少由反復載荷的疲勞引起的表面的剝離、在表面加工時提高尺寸精度，并且耐磨損性以及耐久性優(yōu)異。
[0029]在考慮本發(fā)明人所發(fā)現(xiàn)的特性而將陶瓷球體作為產(chǎn)品來檢查的情況下，針對存在于表面附近的傷痕、龜裂、氣孔等缺陷以及雪片的有無情況，需要不施以破壞也能觀察、檢查的機構。
[0030]然而，如上述的專利文獻3的光學觀察的裝置中，有如下問題，S卩，由于檢測來自表面的反射光，所以能夠對在表面出現(xiàn)的缺陷、雪片等色調的差異進行檢測，但是無法對在表面不出現(xiàn)的表面層的內部的缺陷、雪片等進行觀察。
[0031]另外，如專利文獻4的利用超聲波來觀察的裝置中，若為超聲波的反射不同的傷痕、龜裂、氣孔等，則能夠檢測表面層的內部的缺陷，但是難以利用超聲波的反射來對基于上述的結晶晶界相的些許組成的差異而形成的雪片進行檢測。
[0032]因此，本發(fā)明的目的在于提供如下陶瓷球體檢查裝置，即，能夠以簡單的構成，不破壞陶瓷球體地檢測表面層的內部的缺陷以及雪片的有無。
[0033]本發(fā)明的陶瓷球體檢查裝置具有:將陶瓷球體支承為在規(guī)定的位置能夠自轉的旋轉支承機構；朝向陶瓷球體的表面照射照射光的照光機構；將來自陶瓷球體的反射光作為檢查光來進行檢測的受光機構；以及接受來自該受光機構的檢測輸出來評價陶瓷球體的表面層的內部狀態(tài)的處理機構，其中，上述受光機構構成為，不對從上述照光機構照射的照射光在陶瓷球體的表面反射的反射光進行檢測，由此來解決上述課題。
[0034]根據(jù)本技術方案I的發(fā)明的陶瓷球體檢查裝置，由于受光機構不對從照光機構照射的照射光在陶瓷球體的表面反射的反射光進行檢測，所以所檢測的檢查光僅為透過陶瓷球體的表面層的內部并擴散的照射光的來自內部的反射光，從而能夠不破壞陶瓷球體并且不受表面狀態(tài)的影響地，正確地對表面層的內部的缺陷、基于結晶晶界相的些許組成的差異而形成的雪片的有無進行檢測。
[0035]另外，由于根據(jù)陶瓷球體的材質、燒結條件來決定光的透過率，所以通過對在多處檢測的整體的檢查光的多寡進行觀察，還能夠檢查陶瓷球體的材質、燒結的優(yōu)劣。
[0036]根據(jù)本技術方案2的構成，由于照光部和受光部中的至少一個在前端具有能夠與陶瓷球體的表面接觸的接觸面，所以即使照光部與受光部接近，也能夠可靠地使受光部不對從照光部照射的照射光在陶瓷球體的表面反射的反射光進行檢測。
[0037]根據(jù)本技術方案3的構成，僅通過使陶瓷球體自轉一圈，就能夠觀察陶瓷球體的整個表面，從而能夠有效地檢查陶瓷球體。
[0038]根據(jù)本技術方案4的構成，能夠減少照光部以及受光部的數(shù)量，從而簡化裝置整體，減少成本。
[0039]根據(jù)本技術方案5的構成，能夠將照光部以及受光部分別設為一個，從而進一步簡化裝置整體，減少成本，并且，完全不需要多個照光部以及受光部的光量、靈敏度的調整，從而檢查精度的維護變得容易。
[0040]根據(jù)本技術方案6的構成，完全不需要基于照光部與受光部的位置關系所進行的檢測靈敏度等的調整，從而檢查精度的維護變得容易。
[0041]根據(jù)本技術方案7的構成，照光部和受光部中的至少一個的前端的接觸面，不會由于與陶瓷球體的表面的滑動而破損或磨損，從而檢查精度的維護變得容易。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0042]圖1是本發(fā)明人所發(fā)現(xiàn)的陶瓷燒結體的鹵素光透過光學顯微鏡照片。
[0043]圖2是現(xiàn)有的陶瓷燒結體的顯微鏡照片。
[0044]圖3是現(xiàn)有的陶瓷燒結體的鹵素光透過光學顯微鏡照片。
[0045]圖4是壓碎載荷的測定的說明圖。
[0046]圖5是本發(fā)明人所發(fā)現(xiàn)的陶瓷燒結體以及比較例的陶瓷燒結體的燒制條件。
[0047]圖6是由本發(fā)明人所發(fā)現(xiàn)的陶瓷球體以及比較例的陶瓷球體構成的軸承滾珠的耐久試驗結果。
[0048]圖7是由本發(fā)明人所發(fā)現(xiàn)的陶瓷球體構成的3/8英寸規(guī)格軸承滾珠以及比較例的3/8英寸規(guī)格軸承滾珠的二球壓碎載荷試驗結果。
[0049]圖8是由本發(fā)明人所發(fā)現(xiàn)的陶瓷球體構成的5/32英寸規(guī)格軸承滾珠以及比較例的5/32英寸規(guī)格軸承滾珠的二球壓碎載荷試驗結果。
[0050]圖9是作為本發(fā)明的第一實施例的陶瓷球體檢查裝置的簡要側視圖。
[0051]圖10是作為本發(fā)明的第一實施例的陶瓷球體檢查裝置的簡要俯視圖。
[0052]圖11是作為本發(fā)明的第二實施例的陶瓷球體檢查裝置的簡要俯視圖。
[0053]圖12是作為本發(fā)明的第二實施例的陶瓷球體檢查裝置的簡要主視圖。
[0054]圖13是作為本發(fā)明的第三實施例的陶瓷球體檢查裝置的簡要俯視圖。
[0055]圖14是作為本發(fā)明的第三實施例的陶瓷球體檢查裝置的其他實施方式的簡要俯視圖。
[0056]圖15是本發(fā)明的陶瓷球體檢查裝置的其他實施方式的簡要圖。
[0057]圖16是本發(fā)明的陶瓷球體檢查裝置的另一其他實施方式的簡要圖。
【具體實施方式】
[0058]以下，對本發(fā)明人所發(fā)現(xiàn)的耐磨損性優(yōu)異的陶瓷燒結體應充分具備的各要件進行詳細說明。
[0059]本發(fā)明人所發(fā)現(xiàn)的陶瓷燒結體需要體積密度在3.lg/cm3以上，優(yōu)選為在3.2g/cm3以上。
[0060]體積密度不足3.lg/cm3的情況下，在燒結體內部存在大量微孔，從而對于摩擦、沖擊等外部應力而言的抵抗性差，并且引起耐磨損性以及耐久性的降低。
[0061]另外，需要平均結晶粒徑在3μπι以下，若為2μπι以下則更好。
[0062]在平均結晶粒徑超過3μπι的情況下，平均結晶粒徑變大、且結晶晶界相面積變大，在該結晶晶界形成了雪片的情況下缺陷尺寸變大，所殘留的內部應變也變大，而成為耐磨損性以及耐久性大幅降低的原因。[0063]此外，對于本發(fā)明人所發(fā)現(xiàn)的陶瓷燒結體的平均結晶粒徑的測定，是使用金剛石磨石以及磨粒來對燒結體表面進行鏡面精加工，實施HF蝕刻或等離子體蝕刻，并且以在一個視野下能夠觀察100個以上的平均結晶粒徑的倍率來進行SEM觀察的。
[0064]本發(fā)明人所發(fā)現(xiàn)的陶瓷燒結體的氮化硅結晶粒子主要為柱狀，所以測定結晶粒子的長徑與短徑，以粒子徑=(長徑+短徑)/2來求出一個結晶粒子的粒子徑。
[0065]這樣，求出100個結晶粒子的粒子徑，將100個的平均值作為平均結晶粒徑。
[0066]另外，需要從表面至250 μ m的深度為止沒有10 μ m以上的缺陷以及20 μ m以上的雪片。
[0067]若有10 μ m以上的缺陷或者20 μ m以上的雪片，則對于沖擊等外部應力而言的抵抗性差，并且引起耐磨損性以及耐久性的降低，若沒有5 μ m以上的缺陷以及10 μ m以上的雪片，則更好。
[0068]這里所說的缺陷不僅指傷痕、龜裂、氣孔，也包括燒結輔助劑的凝結、含有雜質的
第二相。
[0069]對于表面以及表面附近的缺陷以及雪片的有無，能夠通過使500nm?800nm的波長的鹵素光透過燒結體來評價，該觀察條件下，光能夠從表面透過至250 μ m的深度。
[0070]圖1是將本發(fā)明的陶瓷燒結體切片為板厚0.2mm并進行研磨、而在透過500nm?SOOnm的波長的鹵素光時的光學顯微鏡照片，無法觀察雪片、缺陷。
[0071]與此相對，圖3是將現(xiàn)有的陶瓷燒結體切片為板厚0.2mm并進行研磨、而在透過500nm?SOOnm的波長的鹵素光時的光學顯微鏡照片，能夠清晰地觀察出雪片、認為是偏析的缺陷。
[0072]光不從表面透過至250 μ m的深度的情況或透過光不均勻的情況，意味著在從表面至250 μ m的深度的部分不僅存在缺陷，也存在至少20 μ m以上的雪片。
[0073]因此，在鹵素光不從表面透過至250 μ m、或者不均勻的情況下，成為耐磨損性以及耐久性的降低的原因。
[0074]此外，在本發(fā)明人的發(fā)現(xiàn)中，對于缺陷的測定，利用金剛石磨石以及磨粒，來將燒結體研磨至鏡面，并利用SEM，以1000倍的倍率來隨意地觀察10處，并將所觀察到的缺陷的最大尺寸設為缺陷尺寸。
[0075]另外，對于雪片，使用500nm?800nm的波長的齒素光，在光學顯微鏡下，以100倍的倍率，來對同樣進行了鏡面研磨的燒結體隨意地觀察10處，所確認出的雪片的最大尺寸。
[0076]本發(fā)明人所發(fā)現(xiàn)的耐磨損性優(yōu)異的陶瓷燒結體具有高機械特性，例如使用本發(fā)明的由陶瓷燒結體制成的3/8英寸規(guī)格的軸承滾珠，則與SUJ2鋼球的二球式壓碎載荷在IOOkN以上，而相同的軸承滾珠彼此的二球式壓碎載荷在20kN以上。
[0077]另外，本發(fā)明人所發(fā)現(xiàn)的陶瓷燒結體具有優(yōu)異的耐磨損性與耐久性、機械特性，所以作為滾動軸承部件是有用的。
[0078]此外，如圖4所示，對于壓碎載荷的測定，在利用上下設置的具有硬度在HRC60以上、且角度為120°的圓錐座的加壓砧510、520來將相同尺寸的2個被測定球體S1、S2在上下重疊的狀態(tài)下，通過以2?6kN/s (204?612kgf/s)的速度來施加載荷(基于舊JISB1501的方法)來進行。[0079]在與SUJ2鋼球的測定中，將陶瓷球體配置于上、將SUJ2鋼球配置于下來進行測定。
[0080]以下，對本發(fā)明人所發(fā)現(xiàn)的陶瓷燒結體的制造方法進行說明。
[0081]其中，以下說明的是制造方法的一個例子，本發(fā)明的陶瓷燒結體以及陶瓷球體不限定于通過該制造方法來制造。
[0082]所使用的氮化硅粉體包括α相在80%以上，優(yōu)選為90%以上。
[0083]需要純度在98%以上，優(yōu)選為98.5%以上。
[0084]在雜質超過2%的情況下，在燒結體內部形成大量的含有雜質的第二相。
[0085]比表面積為6m2/g以上,優(yōu)選為8m2/g以上。
[0086]在比表面積不足6m2/g的情況下，會導致燒結性的降低。
[0087]對具有以上特性的氮化硅粉體，添加氧化鋁(Al2O3)以及氧化釔(Y2O3)來作為燒結輔助劑。
[0088]通過分別添加3?6wt%，優(yōu)選為添加4?6wt%的量的氧化鋁以及氧化釔，不僅能夠得到優(yōu)異的耐磨損性，也能夠成為可使500nm?800nm的齒素光透過的組織。
[0089]所使用的氧化鋁的純度需要在99 %以上，優(yōu)選為99.5 %以上，比表面積需要在6m2/g以上，優(yōu)選為7m2/g以上。
[0090]另外，氧化釔的純度需要在99%以上，優(yōu)選為99.5%以上，比表面積需要在8m2/g以上，優(yōu)選為9m2/g以上。
[0091]在氧化鋁以及氧化釔粉體的純度不滿足規(guī)定值的情況下，與氮化硅粉體的純度不足規(guī)定值的情況相同，導致雜質量的增加。
[0092]另外，在粉體的比表面積不滿足既定值的情況下，很難在氮化硅粉體中均勻地分散，而會在燒結體內部形成燒結輔助劑的凝結體，或者玻璃相組成的不均勻性變大，導致雪片的產(chǎn)生。
[0093]由于氮化硅粉體與氧化鋁以及氧化釔粉體的混合、分散需要均勻分散，所以與使用球磨機之類的磨機相比,優(yōu)選使用介質攪拌型磨機。
[0094]對所得到的均勻混合粉體添加規(guī)定量的粘合劑，并進行SD干燥而得到成型用粉體。
[0095]該成型用粉體的比表面積為10?15m2/g,優(yōu)選為10?13m2/g。
[0096]在成型用粉體的比表面積不足10m2/g的情況下，燒結性低，另一方面，在超過15m2/g的情況下，粉體變得微小且成型時的成型壓力傳遞性降低，在成型體內部形成大量缺陷，而成為在燒結后的燒結體內部形成大量缺陷的原因。
[0097]成型用粉體使用CIP(冷等靜壓成型)成型來成型為規(guī)定的形狀，從而得到均勻的成型體。
[0098]在使用模具的沖壓成型法中，成型壓力只施加于一個方向，并且成型體內部與外部部分的密度差變大，而在燒結體內部由燒制收縮差產(chǎn)生殘留應力，導致龜裂等的產(chǎn)生，從而變得容易向成型體內部導入缺陷。
[0099]得到的成型體在脫脂后進行燒制。
[0100]成型體在氮化硅制燒制用容器內，在10_2Pa以下的真空下從室溫升溫至1000?1250°C，之后在氮氣環(huán)境氣中，以1600?1850°C、優(yōu)選為1600?1800°C來進行燒制。[0101]這一真空下的加熱的目的在于，通過加熱將從成型體蒸發(fā)的對燒結體特性有負面影響的成分除去、以及將通過原料處理工序等而吸附于氮化硅粉體表面的羥基或氧除去。
[0102]真空下的加熱在不足1000°C的情況下沒有該效果，若在真空下加熱至超過1250°C的溫度，則成型體所含有的氧等被排出的量變多，其結果，在燒結體內部形成的玻璃相量減少，而在結晶晶界上氣孔等的缺陷增加。
[0103]另外，在燒制溫度不足1600°C的情況下，燒結不繼續(xù)進行，在超過1850°C的情況下，氮化硅進行分解，形成大量缺陷等，而引起機械性抑制的降低。
[0104]此外，成型體是放入氮化硅制燒制用容器而燒制的。
[0105]在使用碳制燒制用容器的情況下，在1500°C以上時產(chǎn)生碳氣體，而固溶于燒制中的成型體，從而色調變濃，不僅鹵素光不透過，表面以及表面附近的缺陷也增加，機械特性降低。
[0106]并且，通過對得到的燒結體進行HIP處理來得到缺陷更少的高品質的燒結體。其中，HIP處理條件為1500?1700°C、更優(yōu)選為1550?1700°C、IOOMPa以上的氣壓。
[0107]得到的陶瓷燒結體被加工成規(guī)定的尺寸，而成為耐磨損部件，由于本發(fā)明的陶瓷燒結體沒有缺陷以及雪片，所以能夠提高加工精度以及表面粗糙度。
[0108]因此，在作為軸承滾珠的情況下，容易使球度在0.05 μ m以下，使表面粗糙度(Rmax)在 0.01 μ m 以下。
[0109]作為本發(fā)明人所發(fā)現(xiàn)的實施例以及比較例，在圖5所示的各條件下燒制陶瓷燒結體，并制作3/8英寸規(guī)格的軸承滾珠。
[0110]對于這些軸承滾珠，將氮化硅粉體與氧化鋁以及氧化釔粉體進行濕式粉碎混合，向得到的混合漿料添加相對于粉體重量為3重量％的蠟乳液，利用噴霧干燥機進行干燥，并使用橡膠模具在IOOMPa的壓力下進行CIP成型。
[0111]然后，在大氣中以400°c來對得到的成型體進行脫脂，將成型體放入氮化硅制燒制容器，在10_2Pa的真空下從室溫加熱至1100°C，之后，在氮氣環(huán)境氣下以1560?1880°C進行4個小時的燒制，從而制成(plOmmm的球。
[0112]其中，比較例N0.3是在小于10_2Pa的真空下從室溫加熱至1350°C進行燒制的，N0.2是在小于10_2Pa的真空下從室溫加熱至800°C進行燒制的。
[0113]另外，比較例N0.9在燒制時使用碳制燒制用容器來進行燒制的。
[0114]對制成的球分別進行研磨加工，而制成3/8英寸規(guī)格的軸承滾珠。
[0115]圖6表示這些軸承滾珠的特性、微構造觀察以及耐久試驗結果。
[0116]其中，對于耐久試驗，將軸承滾珠組裝至Brg6206(有9個/Brg)，用學振型壽命試驗機(gakushin-type life teseter)(純滾動)以加載載荷850kgf (純徑向載荷)、主軸轉速2000rpm、潤滑使用清潔油(60°C )來進行試驗，只要無異常地旋轉1300h，則停止。
[0117]圖7表示如上得到的作為本發(fā)明人所發(fā)現(xiàn)的一個實施例的由陶瓷燒結體構成的3/8英寸規(guī)格的軸承滾珠的二球壓碎載荷試驗結果。
[0118]對于實驗所使用的樣本，本發(fā)明人所發(fā)現(xiàn)的實施例是圖5、圖6所示的實施例5，比較例是圖5、圖6所示的比較例4、比較例6，實施例、比較例均將相同制造批次的產(chǎn)品作為樣本。
[0119]另外，施加壓碎載荷的速度為6kN/s(612kgf/s)。[0120]對于比較例4的軸承滾珠，在軸承滾珠彼此的二球壓碎中，壓碎載荷大概在20kN以上，壓碎強度良好且穩(wěn)定，但是在與對鋼球(SUJ-2球)的二球壓碎中，壓碎載荷為67.7?115.7kN，包含壓碎強度低的，存在很大偏差，特性不穩(wěn)定。
[0121]對于比較例6的軸承滾珠，在與對鋼球(SUJ-2球)的二球壓碎中，壓碎載荷為78.5?112.8kN,與現(xiàn)有例I相比偏差少，但是包含壓碎強度低的，存在偏差，在軸承滾珠彼此的二球壓碎中，壓碎載荷為13.7?19.2kN，壓碎強度低，并且存在偏差，特性不穩(wěn)定。
[0122]在比較例4、6的軸承滾珠中，由于如下因素而無法穩(wěn)定地確保壓碎強度，多個軸承滾珠的特性難以實現(xiàn)均勻化:雪片在軸承滾珠內部不規(guī)則地存在而內部應力狀態(tài)變得不均勻、成為破壞的起點；或者在內部殘留應力等、輔助劑量過度超過規(guī)定量；或者由于燒制溫度超過規(guī)定過高而氮化硅結晶與玻璃相的熱膨脹差變大從而內部應變變大；或者組織的不均勻性變大等。
[0123]與此相對，對于實施例5的軸承滾珠，在軸承滾珠彼此的二球壓碎中，壓碎載荷在20kN以上，即便在與對鋼球(SUJ-2球)的二球壓碎中，壓碎載荷也在IOOkN以上，壓碎強度均良好且偏差也少、特性穩(wěn)定。
[0124]在實施例5的軸承滾珠中，由于在光學顯微鏡下所能觀察出的雪片不存在于軸承滾珠內部，且在內部未殘留應變等，所以能夠穩(wěn)定地確保壓碎強度，并能夠使多個軸承滾珠的特性均勻化。
[0125]另外，圖8表示5/32英寸規(guī)格的軸承滾珠的尺寸精度測定結果。
[0126]對于實驗所使用的樣本，本發(fā)明人所發(fā)現(xiàn)的實施例是圖5、圖6所示的實施例5，比較例是圖5、圖6所示的比較例4，實施例與比較例分別從相同制造批次的產(chǎn)品中隨機抽出10個來作為樣本。
[0127]實施例5以及比較例4的軸承滾珠，均以球度為0.03 μ m的方式進行最終研磨加工，均以0.02?0.04 μ m的范圍精加工至大致穩(wěn)定的精度。
[0128]該樣本中，比較例4的軸承滾珠的表面粗糙度(Rmax)為0.0053?0.0127 μ m，偏
差大，精度不穩(wěn)定。
[0129]在比較例4的軸承滾珠中，雪片還不規(guī)則地存在于陶瓷燒結體的表層部，該雪片部分與其他部分耐磨損性不同、或者輔助劑量過度超過規(guī)定量而氮化硅結晶與玻璃相的熱膨脹差變大且內部應變變大、或者組織的不均勻性變大，從而妨礙研磨加工后的表面粗糙度的提高，并且，難以實現(xiàn)多個軸承滾珠的表面粗糙度的均勻化。
[0130]與此相對，實施例5的軸承滾珠的表面粗糙度(Rmax)為0.0040?0.0077 μ m，良
好且偏差也少，精度穩(wěn)定。
[0131]在實施例5的軸承滾珠中，由于不存在光學顯微鏡下所能觀察出的雪片，所以表面的耐磨損性均勻，研磨加工后的表面粗糙度提高，并且能夠實現(xiàn)多個軸承滾珠的表面粗糙度的均勻化。
[0132]通過在軸承或滾珠螺母等滑動裝置的滾動部件、控制高壓流體的流體閥的閥芯等中，采用使用了具有上述特性的本發(fā)明人所發(fā)現(xiàn)的陶瓷燒結體的軸承滾珠，能夠實現(xiàn)滑動裝置或流體閥的輕型化，并且，能夠抑制由加載載荷或反復滑動引起的損傷或磨損、由腐蝕或電蝕引起的損傷等，能夠長期維持性能，在能夠實現(xiàn)滑動裝置或流體閥的構成部件的長壽命化、并且能夠減少維護作業(yè)這樣的源自陶瓷燒結體本來的特性的效果的基礎上，還能夠減少由反復載荷的疲勞引起的表面的剝離，并且，能夠消除基于批次的特性、精度等的偏差、相同批次內的各個軸承滾珠的特性、精度等的偏差，而穩(wěn)定地提供多個產(chǎn)品，并且，由于能夠減少制造時間、制造成本，從而能夠更穩(wěn)定地實現(xiàn)高性能化、長壽命化，減少維護作業(yè)，還減少成本。
[0133]并且，由于軸承滾珠的球度、表面粗糙度等尺寸精度提高，所以能夠抑制磨損、振動、噪聲，并能夠排除由磨損或振動引起的對所使用的整個機械裝置的影響。
[0134]此外，上述實施例的陶瓷燒結體形成為球狀而被加工成軸承滾珠，但是也可以形成球狀以外的形狀，例如圓柱、圓錐臺、桶形或者鼓形狀等輥形狀或軸承的座圈形狀等任意形狀，其用途也可以作為能夠使用陶瓷燒結體的任意裝置的任意構成部件來使用。
[0135]實施例1
[0136]接下來，對本發(fā)明的陶瓷球體檢查裝置進行說明。
[0137]如圖9、圖10所示，作為本發(fā)明的第一實施例的陶瓷球體檢查裝置100具有:將作為被檢查體的陶瓷球體S支承為在規(guī)定的位置可自轉的旋轉支承機構；朝向陶瓷球體S的表面照射照射光的照光機構110 ;將來自陶瓷球體S的反射光作為檢查光來檢測的受光機構120 ;以及接受來自該受光機構120的檢測輸出而評價陶瓷球體S的表面層的內部狀態(tài)的處理機構140。
[0138]旋轉支承機構由一個驅動輥131和多個從動輥132構成，多個從動輥132可旋轉地軸支承于保持件134。
[0139]保持件134構成為，通過能夠以其擺動軸135為中心擺動地支承于擺動支承部133，而將陶瓷球體S可自轉地保持于一個驅動輥131與多個從動輥132之間，并且能夠將陶瓷球體S從保持狀態(tài)進行解放。
[0140]照光機構110具有光源111、和將該光源111的光作為照射光而將其引向陶瓷球體S的表面的照光部112。
[0141]受光機構120具有光量檢測部121、和將來自陶瓷球體S的檢查光引向光量檢測部121的受光部122。
[0142]照光部112和受光部122的前端形成為能夠與陶瓷球體S的表面接觸的接觸面，且利用未圖示的進退機構而可在陶瓷球體S的表面方向上進退地保持在保持件134上。
[0143]對于光源111，只要是包含照射光透過至表面層的內部的波長，并且具有在內部漫反射、散射而到達受光部122的光量的光即可，也可以是能夠有效地僅輸出最佳波長的激光光源、廉價且光量大的齒素光源等任意光源。
[0144]例如，在對上述的本發(fā)明的陶瓷燒結體的表面以及表面附近的缺陷以及雪片的有無進行觀察的情況下，齒素光能夠透過至約250 μ m為止,能夠以500nm?800nm的波長的光進行觀察，所以采用一般的鹵素光源等即可，不必設置激光等成本高的光源、或復雜的光學系統(tǒng)等。
[0145]另外，照光部112和受光部122只要構成為能夠遮擋來自接觸面以外的光即可，例如使用光纖等即可。
[0146]驅動輥131構成為可間歇性驅動，照光部112和受光部122的前端的接觸面在驅動輥131的驅動停止時緊貼于陶瓷球體S的表面來對表面層的內部進行光學觀察，而在驅動棍131的驅動時從陶瓷球體S的表面脫離,反復上述動作。[0147]在以上的構成中，在陶瓷球體S的表面的多處，不是檢測來自表面的反射光，而是能夠只觀察透過表面層的內部并擴散的照射光的來自內部的反射光。
[0148]由此，不破壞陶瓷球體、并且不受到表面狀態(tài)影響地，能夠將基于表面層的內部的缺陷、結晶晶界相的些許組成的差異而形成的雪片F(xiàn)，作為受光機構所檢測的檢查光的變化來正確地檢測，并且，通過觀察整體的檢查光的多寡，還能夠檢查陶瓷球體的材質或燒結的優(yōu)劣。
[0149]此外，本實施例中，照光部112與受光部122形成一體，并可在陶瓷球體S的表面方向上進退地保持于保持件134，但可以僅將照光部112或者受光部122中的任意一個保持為能夠進退，也可以以與陶瓷球體S的表面接觸的狀態(tài)固定雙方。
[0150]另外，也可以構成為，若照光部112和受光部122的前端的距離離開為不檢測來自表面的反射光的程度，則照光部112和受光部122雙方也可固定于不與陶瓷球體S的表面接觸的位置。
[0151]在照光部112和受光部122雙方固定的情況下，驅動輥131也可以連續(xù)驅動而不是間歇驅動。
[0152]另外，陶瓷球體檢查裝置100不僅適用于上述的本發(fā)明人所發(fā)現(xiàn)的陶瓷球體，也可以適用于由其他的組成、制造法形成的氮化硅燒結體、例如以氧化鋁、氧化鋯、硅鋁氧氮耐熱陶瓷(sialon)等為主成分的陶瓷等由照射光透過至表面層的內部的材質構成的任意陶瓷球。
[0153]例如，在照射鹵素光源的情況下，若為氧化鋁則已知能夠透過3?8mm左右的材質，若為氧化鋯則已知能夠透過2?3_左右的材質，這些材質的檢查是可能的。
[0154]實施例2
[0155]接下來，對具有用于無間隙地觀察陶瓷球體S的表面整體的構成的實施例進行說明。
[0156]作為本發(fā)明的第二實施例的陶瓷球體檢查裝置200，其旋轉支承機構與第一實施例相同，由一個驅動輥231和多個從動輥232構成，多個從動輥232可旋轉地軸支承于保持件 234。
[0157]而且，如圖11、圖12所示，照光部212和受光部222，在穿過陶瓷球體S的中心、且與自轉方向垂直的剖面的外周圓的半圓周內，設置多個。
[0158]由此，僅使陶瓷球體S自轉一圈，就能夠觀察整個表面，從而能夠有效地檢查陶瓷球體S。
[0159]其中，為了在圖示中容易分辨，用粗線繪制了照光部212以及受光部222，但是由于使用光纖等細的部件，所以能夠設置圖示以上的數(shù)量。
[0160]另外，也可以是照光部212的數(shù)量比受光部222的數(shù)量少。
[0161]實施例3
[0162]作為本發(fā)明的第三實施例的陶瓷球體檢查裝置300，如圖13所示，旋轉支承機構由一個驅動輥331和多個從動輥332構成，多個從動輥332可繞平行的旋轉軸線C2旋轉地軸支承于保持件334，驅動輥331能夠繞與多個從動輥332的旋轉軸線C2傾斜規(guī)定的角度Θ的旋轉軸線Cl旋轉。
[0163]而且，照光部312和受光部322沿著穿過陶瓷球體S的中心、并且與自轉方向垂直的剖面的外周圓，設置多個。
[0164]驅動輥331的旋轉軸線Cl的傾斜角度Θ設定為，在使陶瓷球體S自轉了一周時，能夠錯開多個受光部322的寬度大小。
[0165]為了觀察整個表面，需要使陶瓷球體S自轉數(shù)圈，但利用比第二實施例數(shù)量少的受光部322能夠觀察整個表面。
[0166]此外，與第二實施例相同，為了在圖示中容易分辨，用粗線繪制了照光部312以及受光部322，但是由于使用光纖等細的部件，所以能夠設置圖示以上的數(shù)量。
[0167]另外，也可以是照光部312的數(shù)量比受光部322的數(shù)量少。
[0168]并且，如圖14所示，也可以設置一個照光部312和一個受光部322，并使驅動輥331的旋轉軸線Cl的傾斜角度Θ極小。
[0169]由此，完全不需要調整多個照光部以及受光部的光量或靈敏度的作業(yè)，從而檢查精度的維護變得容易。
[0170]其中，若 旋轉支承機構以與上述實施例1至實施例3相同的動作而將陶瓷球體S支承為在規(guī)定的位置能夠自轉，則不限定于上述實施例，也可以為任意的構成。
[0171]例如，如圖15所示，也可以使將陶瓷球體S支承為可旋轉的從動輥432中的對置的兩個，作為具有沿縱向延伸的旋轉軸437的圓錐臺形狀。該構成中，將齒輪436以偏離偏心量r的方式分別安裝于對置的2個從動輥432的旋轉軸437，使2個從動輥432的旋轉速度分別周期性地變動，從而能夠使陶瓷球體S自轉的同時，施加扭轉運動來無間隙地觀察陶瓷球體S的表面整體。
[0172]另外，也可以如圖16所示，驅動輥531形成為具有平行槽538和螺紋槽539的軸狀，而能夠連續(xù)地檢查多個陶瓷球S。
[0173]在圖9所示的實施方式中，遍及軸狀的驅動輥531的大約半周，形成有沿圓周方向延伸的多個平行槽538，與該平行槽538連續(xù)且在剩余的大約半周上，形成有以與鄰接的平行槽538連接的方式延伸的多個螺紋槽539。
[0174]而且，與各平行槽538對應地分別設有受光部522，陶瓷球S在受光部522的位置上，通過平行槽538而自轉，并通過螺紋槽539而沿驅動輥531的軸向移動的同時變更自轉軸。
[0175]由此，陶瓷球S從圖16中的左向開始連續(xù)地導入，依次向右向的平行槽538部分送出，通過與各平行槽538對應的受光部522，而依次變更自轉軸進行觀察，從而能夠連續(xù)地觀察整個球面。
[0176]此外，如圖15、圖16所示的旋轉支承機構的其他實施方式中，受光部以及照光部的個數(shù)可以為一個也可以為多個，另外，驅動輥可間歇性驅動，受光部以及照光部構成為能夠在陶瓷球S的表面方向上進退，并也可以構成為，僅在驅動輥停止時與陶瓷球S的表面緊貼。
[0177]附圖標記說明:
[0178]100、200、300…陶瓷球體檢查裝置；110…照光機構；111…鹵素光源；112、212、312…照光部；120…受光機構；121…光量檢測部；122、222、322、522…受光部；131、231、331、431、531…驅動輥；132、232、332、432…從動輥；133…擺動支承部；134…保持件；135…擺動軸；436…齒輪；437…旋轉軸；538…平行槽；539…螺紋槽；S…陶瓷球體；F…雪片；S1、S2 被測定球體；510、520…加壓砧。
【權利要求】
1.一種陶瓷球體檢查裝置，其具有: 將陶瓷球體支承為在規(guī)定的位置能夠自轉的旋轉支承機構；朝向陶瓷球體的表面照射照射光的照光機構；將來自陶瓷球體的反射光作為檢查光來進行檢測的受光機構；以及接受來自該受光機構的檢測輸出來評價陶瓷球體的表面層的內部狀態(tài)的處理機構， 其特征在于， 所述受光機構構成為，不對從所述照光機構照射的照射光在陶瓷球體的表面反射的反射光進行檢測。
2.根據(jù)權利要求1所述的陶瓷球體檢查裝置，其特征在于， 所述照光機構具有光源、以及將該光源的光作為照射光而引向陶瓷球體的表面的照光部， 所述受光機構具有光量檢測部、以及將來自所述陶瓷球體的檢查光引向光量檢測部的受光部， 所述照光部和受光部中的至少一個，在前端具有能夠與陶瓷球體的表面接觸的接觸面。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的陶瓷球體檢查裝置，其特征在于， 所述受光部在穿過陶瓷球體中心的剖面的外周圓的半圓周內設有多個， 所述旋轉支承機構構成為，使陶瓷球體在與設置有所述受光部的外周圓垂直的方向上自轉。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的陶瓷球體檢查裝置，其特征在于， 所述受光部沿著穿過陶瓷球體中心的剖面的外周圓的一部分設有多個， 所述旋轉支承機構構成為， 使陶瓷球體在與設置有所述受光部的外周圓垂直的方向上自轉的同時， 以在自轉了一周時錯開所述多個受光部的寬度大小的方式，使陶瓷球體在設置有所述受光部的外周圓方向上旋轉。
5.根據(jù)權利要求1或2所述的陶瓷球體檢查裝置，其特征在于， 所述受光部僅設有一個， 所述旋轉支承機構構成為，使陶瓷球體在規(guī)定的方向上自轉的同時，在與該自轉方向垂直的方向上稍微旋轉。
6.根據(jù)權利要求2所述的陶瓷球體檢查裝置，其特征在于， 所述照光部設有與所述多個受光部相同的個數(shù)，并設置為相互間一個鄰接一個。
7.根據(jù)權利要求2所述的陶瓷球體檢查裝置，其特征在于， 所述旋轉支承機構構成為可間歇性驅動， 所述照光部和受光部中的至少一個構成為，能夠在陶瓷球體的表面方向上進退， 所述照光部和受光部中的至少一個的前端的接觸面構成為，在所述旋轉支承機構的驅動停止時緊貼陶瓷球體的表面，并在所述旋轉支承機構的驅動時從陶瓷球體的表面脫離。
【文檔編號】G01N21/95GK103954635SQ201410165457
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2010年11月11日 優(yōu)先權日:2010年1月7日
【發(fā)明者】大西宏司, 池田博, 瀧本大樹, 植村浩, 山田賢司, 小野秀樹, 松山博進 申請人:日化陶股份有限公司, 椿中島股份有限公司