JP2019001666A - Production method of glass rolling element, and glass rolling element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ガラス転動体の製造方法及びガラス転動体に関し、特に機械的強度が高く、高荷重下で粉々に破裂し難いガラス転動体の製造方法及びガラス転動体に関する。 The present invention relates to a method for producing a glass rolling element and a glass rolling element, and particularly relates to a method for producing a glass rolling element and a glass rolling element that have high mechanical strength and are difficult to break apart under high load.
絶縁性が要求される転動体には、窒化珪素が広く使用されている。窒化珪素製の転動体は、絶縁性が高く、高強度であるというメリットを有する。その一方で、窒化珪素製の転動体は、密度が高く、球状に加工し難いというデメリットを有する(特許文献1参照)。 Silicon nitride is widely used for rolling elements that require insulation. A rolling element made of silicon nitride has the advantage of high insulation and high strength. On the other hand, a rolling element made of silicon nitride has a demerit that it has a high density and is difficult to process into a spherical shape (see Patent Document 1).
一方、ガラスは、絶縁材料であり、更に球形状に成形、加工し易いという特長がある。しかし、ガラスは、脆性材料であるため、軸受装置等に組み込まれる転動体に使用する場合に、高速回転、高摩擦、高荷重等の過酷な条件で破損する虞がある。そこで、ガラスをイオン交換処理すると、表面圧縮応力層が形成されて、機械的強度を高めることができる(特許文献2参照)。 On the other hand, glass is an insulating material and has a feature that it can be easily formed and processed into a spherical shape. However, since glass is a brittle material, when it is used for a rolling element incorporated in a bearing device or the like, it may be damaged under severe conditions such as high-speed rotation, high friction, and high load. Therefore, when the glass is subjected to ion exchange treatment, a surface compressive stress layer is formed, and the mechanical strength can be increased (see Patent Document 2).
しかし、ガラス転動体の表面圧縮応力層の応力深さDOLが深いと、ガラス転動体の機械的強度が向上するが、高荷重下でガラス転動体が粉々に破裂する場合があった。 However, when the stress depth DOL of the surface compressive stress layer of the glass rolling element is large, the mechanical strength of the glass rolling element is improved, but the glass rolling element may burst into pieces under a high load.
本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、機械的強度が高く、且つ高荷重下で粉々に破裂し難いガラス転動体を作製し得る方法を創案することである。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to devise a method capable of producing a glass rolling element that has high mechanical strength and is difficult to break apart under high load.
本発明者は、種々の検討を行った結果、球状ガラスに対して複数回のイオン交換処理を行うことにより、上記技術的課題を解決し得ることを見出し、本発明として提案するものである。すなわち、本発明のガラス転動体の製造方法は、球状ガラスのガラス表面を研磨する研磨工程と、研磨工程後の球状ガラスに対して、複数回のイオン交換処理を行うことにより、表面圧縮応力層を有するガラス転動体を得るイオン交換処理工程と、を備えることを特徴とする。 As a result of various studies, the present inventor has found that the above technical problem can be solved by performing ion exchange treatment on a spherical glass a plurality of times, and proposes the present invention. That is, the method for producing a glass rolling element of the present invention comprises a polishing step for polishing a glass surface of a spherical glass, and a surface compression stress layer by performing ion exchange treatment a plurality of times on the spherical glass after the polishing step. An ion exchange treatment step of obtaining a glass rolling element having
本発明のガラス転動体の製造方法は、球状ガラスのガラス表面を研磨する研磨工程を備えている。これにより、ガラス転動体の寸法精度を高めることができる。一方、球状ガラスのガラス表面を研磨すると、ガラス表面に研磨傷が残存するため、ガラス転動体が軸受装置等に組み込まれる場合に、高速回転、高摩擦、高荷重等の過酷な条件で使用した時に、研磨傷を起点として、ガラス転動体が破損する虞がある。そこで、本発明のガラス転動体の製造方法は、研磨工程後に、球状ガラスをイオン交換処理してガラス転動体を得るイオン交換処理工程を備える。これにより、ガラス転動体に表面圧縮応力層が形成されるため、ガラス転動体の機械的強度を高めることができる。 The manufacturing method of the glass rolling element of this invention is equipped with the grinding | polishing process which grind | polishes the glass surface of spherical glass. Thereby, the dimensional accuracy of a glass rolling element can be raised. On the other hand, when the glass surface of the spherical glass is polished, polishing scratches remain on the glass surface. Therefore, when the glass rolling element is incorporated in a bearing device or the like, it was used under severe conditions such as high-speed rotation, high friction, and high load. Sometimes, the glass rolling element may be damaged starting from a polishing scratch. Then, the manufacturing method of the glass rolling element of this invention is equipped with the ion exchange process process which obtains a glass rolling element by ion-exchange-processing spherical glass after a grinding | polishing process. Thereby, since a surface compressive-stress layer is formed in a glass rolling element, the mechanical strength of a glass rolling element can be raised.
一方、ガラス転動体の機械的強度を高めるために、ガラス転動体の表面圧縮応力層の応力深さDOLを深くすると、ガラス転動体内の内部の引っ張り応力CTが過剰に高くなる。その結果、高荷重下でガラス転動体が粉々に破裂する虞が生じる。そこで、本発明のガラス転動体の製造方法は、研磨工程後の球状ガラスに対して、複数回のイオン交換処理を行うことを特徴とする。このようにすれば、表面圧縮応力層の圧縮応力値CSが高く、応力深さDOLが深いが、内部の引っ張り応力CTが低いガラス転動体を作製することができる。結果として、高い機械的強度を維持しつつ、高荷重下でガラス転動体が粉々に破裂する事態を防止することができる。 On the other hand, when the stress depth DOL of the surface compressive stress layer of the glass rolling element is increased in order to increase the mechanical strength of the glass rolling element, the tensile stress CT inside the glass rolling element becomes excessively high. As a result, there is a possibility that the glass rolling element bursts into pieces under a high load. Then, the manufacturing method of the glass rolling element of this invention is characterized by performing ion exchange process in multiple times with respect to the spherical glass after a grinding | polishing process. In this way, a glass rolling element having a high compressive stress value CS of the surface compressive stress layer and a deep stress depth DOL but a low internal tensile stress CT can be produced. As a result, it is possible to prevent the glass rolling element from being shattered under high load while maintaining high mechanical strength.
また、本発明のガラス転動体の製造方法は、研磨工程後の球状ガラスに対して、複数回のイオン交換処理を行うことにより、ガラス表面からの深さ方向における圧縮応力曲線が屈曲しているガラス転動体を得ることを特徴とする。このようにすれば、表面圧縮応力層の圧縮応力値CSが高く、応力深さDOLが深いが、内部の引っ張り応力CTが低いガラス転動体を作製することができる。結果として、高い機械的強度を維持しつつ、高荷重下でガラス転動体が粉々に破裂する事態を防止することができる。 Moreover, the manufacturing method of the glass rolling element of this invention is bending the compressive-stress curve in the depth direction from the glass surface by performing the ion exchange process in multiple times with respect to the spherical glass after a grinding | polishing process. A glass rolling element is obtained. In this way, a glass rolling element having a high compressive stress value CS of the surface compressive stress layer and a deep stress depth DOL but a low internal tensile stress CT can be produced. As a result, it is possible to prevent the glass rolling element from being shattered under high load while maintaining high mechanical strength.
また、本発明のガラス転動体の製造方法は、研磨工程後の球状ガラスに対して、2回のイオン交換処理を行うことが好ましい。 Moreover, it is preferable that the manufacturing method of the glass rolling element of this invention performs twice ion-exchange process with respect to the spherical glass after a grinding | polishing process.
また、本発明のガラス転動体の製造方法は、1回目のイオン交換処理後、且つ2回目のイオン交換処理前に、球状ガラスを熱処理する熱処理工程を備えることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the manufacturing method of the glass rolling element of this invention is equipped with the heat treatment process which heat-processes spherical glass after the 1st ion exchange process and before the 2nd ion exchange process.
また、本発明のガラス転動体の製造方法は、直径の寸法公差が0.01%以内になるように、球状ガラスのガラス表面を研磨することが好ましい。ここで、「直径の寸法公差」は、少なくとも10か所で測定した直径の平均値に対する寸法公差であり、例えば、周知の接触式測長機により測定可能である。 Moreover, it is preferable that the manufacturing method of the glass rolling element of this invention grind | polishes the glass surface of spherical glass so that the dimensional tolerance of a diameter may be less than 0.01%. Here, the “diameter dimensional tolerance” is a dimensional tolerance with respect to the average value of the diameters measured at at least 10 locations, and can be measured by, for example, a well-known contact type length measuring machine.
また、本発明のガラス転動体の製造方法において、ガラス転動体は、ガラス組成として、モル%で、SiO2 50〜80%、Al2O3 5〜30%、Na2O 5〜25%を含有するガラスからなることが好ましい。 In the method for producing glass rolling elements of the present invention, the glass rolling element, as a glass composition, in mol%, SiO 2 50~80%, Al 2 O 3 5~30%, a Na 2 O 5 to 25% It is preferable to consist of the glass to contain.
また、本発明のガラス転動体の製造方法において、ガラス転動体の表面圧縮応力層の圧縮応力値CSは350MPa以上、且つ応力深さDOLは20μm以上であることが好ましい。ここで、「ガラス表面からの深さ方向における圧縮応力曲線の屈曲」、「圧縮応力値CS」と「応力深さDOL」は以下のように測定する。球状ガラスと同じ組成、同じ熱履歴を有するガラス板を用意する。次に、球状ガラスと同じ条件で、ガラス板をイオン交換処理して、球状ガラスと同じ表面組成プロファイルを有するガラス板を得る。表面組成プロファイルは、SEM−EDX(例えば日立ハイテクノロジーズ製S4300−SE、堀場製作所製EX−250)によるZAF法のスタンダードレス定量分析を用いることで測定することができる。なお、同じ組成であるガラス同士について、周知のアルキメデス法や重液法で測定した密度を同一とすることで熱履歴を揃えることができる。続いて、表面応力計(例えば、株式会社折原製作所製FSM−6000)によりガラス板の断面を観察し、観察される干渉縞の本数とその間隔から、ガラス板の表面応力層の圧縮応力値CSp、応力深さDOLpを算出する。最後に、得られたCSpを球状ガラスのCS、DOLpを球状ガラスのDOLとして評価する。なお、「圧縮応力値CS」は、複屈折イメージングシステムAbrioを用いて、表面圧縮応力層のレタデーションにより直接的に測定することもできる。 Moreover, in the manufacturing method of the glass rolling element of this invention, it is preferable that the compressive stress value CS of the surface compressive stress layer of a glass rolling element is 350 Mpa or more, and the stress depth DOL is 20 micrometers or more. Here, “the bending of the compressive stress curve in the depth direction from the glass surface”, “compressive stress value CS”, and “stress depth DOL” are measured as follows. A glass plate having the same composition as the spherical glass and the same thermal history is prepared. Next, the glass plate is subjected to ion exchange treatment under the same conditions as the spherical glass to obtain a glass plate having the same surface composition profile as the spherical glass. The surface composition profile can be measured by using a standardless quantitative analysis of the ZAF method by SEM-EDX (for example, S4300-SE manufactured by Hitachi High-Technologies, EX-250 manufactured by Horiba, Ltd.). In addition, about the glass which is the same composition, a heat history can be arrange | equalized by making the density measured by the well-known Archimedes method or the heavy liquid method the same. Subsequently, the cross section of the glass plate is observed with a surface stress meter (for example, FSM-6000 manufactured by Orihara Seisakusho Co., Ltd.), and the compression stress value CSp of the surface stress layer of the glass plate is determined from the number of observed interference fringes and the interval between them. The stress depth DOLp is calculated. Finally, the obtained CSp is evaluated as CS of spherical glass, and DOLp is evaluated as DOL of spherical glass. The “compressive stress value CS” can also be directly measured by the retardation of the surface compressive stress layer using the birefringence imaging system Abrio.
本発明のガラス転動体は、球形状を有するガラス転動体であって、直径の寸法公差が0.01%以内であり、イオン交換による表面圧縮応力層を有し、且つガラス表面からの深さ方向における圧縮応力曲線が屈曲していることを特徴とする。 The glass rolling element of the present invention is a glass rolling element having a spherical shape, having a diameter tolerance within 0.01%, a surface compressive stress layer by ion exchange, and a depth from the glass surface. The compressive stress curve in the direction is bent.
また、本発明のガラス転動体は、ガラス組成として、モル%で、SiO2 50〜80%、Al2O3 5〜30%、Na2O 5〜25%を含有することが好ましい。 The glass rolling elements of the present invention, as a glass composition, in mol%, SiO 2 50~80%, Al 2 O 3 5~30%, preferably contains Na 2 O 5~25%.
また、本発明のガラス転動体は、表面圧縮応力層の圧縮応力値CSが350MPa以上、且つ応力深さDOLが20μm以上であることが好ましい。 The glass rolling element of the present invention preferably has a compressive stress value CS of the surface compressive stress layer of 350 MPa or more and a stress depth DOL of 20 μm or more.
本発明のガラス転動体の製造方法は、上記の通り、球状ガラスのガラス表面を研磨する研磨工程と、研磨工程後の球状ガラスに対して、複数回のイオン交換処理を行うことにより、表面圧縮応力層を有するガラス転動体を得るイオン交換処理工程と、を備えることを特徴とする。以下、本発明のガラス転動体の製造方法について、各工程に沿って詳細を説明する。 As described above, the method for producing a glass rolling element according to the present invention includes a polishing step for polishing a glass surface of a spherical glass, and surface compression by performing ion exchange treatment multiple times on the spherical glass after the polishing step. An ion exchange treatment step of obtaining a glass rolling element having a stress layer. Hereinafter, about the manufacturing method of the glass rolling element of this invention, a detail is demonstrated along each process.
本発明のガラス転動体の製造方法に用いる球状ガラスは、例えば、以下のようにして作製することができる。まず所望のガラス組成になるように調合したガラスバッチを連続溶融炉に投入し、1500〜1600℃で加熱溶融して、溶融ガラスを得た後、清澄容器、攪拌容器を経由して、成形装置に供給した上で球状に成形し、徐冷する。 The spherical glass used for the manufacturing method of the glass rolling element of this invention can be produced as follows, for example. First, a glass batch prepared to have a desired glass composition is put into a continuous melting furnace, heated and melted at 1500 to 1600 ° C. to obtain a molten glass, and then a molding apparatus through a clarification container and a stirring container. And then, it is formed into a spherical shape and slowly cooled.
成形方法として、種々の成形方法を採択することができる。特にマーブル成形法や液滴成形法を採択することが好ましい。このようにすれば、高寸法精度の球状ガラスを成形し易くなる。結果として、ガラス表面を少量の研磨で、直径の寸法公差を低減することができる。 Various molding methods can be adopted as the molding method. In particular, it is preferable to adopt a marble molding method or a droplet molding method. If it does in this way, it will become easy to shape spherical glass with high dimensional accuracy. As a result, the dimensional tolerance of the diameter can be reduced with a small amount of polishing of the glass surface.
本発明に係る球状ガラス(ガラス転動体)は、ガラス組成として、モル%で、SiO2 50〜80%、Al2O3 5〜30%、Na2O 5〜25%を含有し、実質的にAs2O3、Sb2O3及びPbOを含有しないことが好ましい。上記のように各成分の含有範囲を限定した理由を以下に説明する。なお、各成分の含有範囲の説明において、以下の%表示は、特段の断りがない限り、モル%を指す。 The spherical glass (glass rolling element) according to the present invention contains, as a glass composition, mol%, SiO 2 50 to 80%, Al 2 O 3 5 to 30%, and Na 2 O 5 to 25%. It is preferable not to contain As 2 O 3 , Sb 2 O 3 and PbO. The reason for limiting the content range of each component as described above will be described below. In addition, in description of the content range of each component, the following% display points out mol% unless there is particular notice.
SiO2は、ガラスのネットワークを形成する成分である。SiO2の含有量は、好ましくは50〜80%、55〜77%、57〜75%、58〜74%、60〜73%、特に62〜72%である。SiO2の含有量が少な過ぎると、ガラス化し難くなり、また熱膨張係数が高くなり過ぎて、耐熱衝撃性が低下し易くなる。一方、SiO2の含有量が多過ぎると、溶融性や成形性が低下し易くなる。 SiO 2 is a component that forms a network of glass. The content of SiO 2 is preferably 50 to 80%, 55 to 77%, 57 to 75%, 58 to 74%, 60 to 73%, particularly 62 to 72%. If the content of SiO 2 is too small, vitrification becomes difficult, and the thermal expansion coefficient becomes too high, so that the thermal shock resistance tends to decrease. On the other hand, if the content of SiO 2 is too large, the meltability and the formability tends to decrease.
Al2O3は、イオン交換性能を高める成分であり、また歪点やヤング率を高める成分である。Al2O3の含有量は5〜30%が好ましい。Al2O3の含有量が少な過ぎると、イオン交換性能を十分に発揮できない虞が生じる。よって、Al2O3の好適な下限範囲は5.5%以上、6.5%以上、8%以上、9%以上、10%以上、11%以上、12%以上、特に13%以上である。一方、Al2O3の含有量が多過ぎると、ガラスに失透結晶が析出し易くなって、球状ガラスに成形し難くなる。また耐酸性も低下し、酸処理工程に適用し難くなる。よって、Al2O3の好適な上限範囲は25%以下、20%以下、18%以下、16%以下、15%以下、特に14%以下である。 Al 2 O 3 is a component that improves ion exchange performance, and is a component that increases the strain point and Young's modulus. The content of Al 2 O 3 is preferably 5 to 30%. When the content of Al 2 O 3 is too small, resulting is a possibility which can not be sufficiently exhibited ion exchange performance. Therefore, the preferable lower limit range of Al 2 O 3 is 5.5% or more, 6.5% or more, 8% or more, 9% or more, 10% or more, 11% or more, 12% or more, particularly 13% or more. . On the other hand, when the content of Al 2 O 3 is too large, devitrification crystal glass becomes easy to precipitate, hardly spherically shaped glass. Moreover, acid resistance also falls and it becomes difficult to apply to an acid treatment process. Therefore, the preferable upper limit range of Al 2 O 3 is 25% or less, 20% or less, 18% or less, 16% or less, 15% or less, particularly 14% or less.
Na2Oは、イオン交換成分であり、また高温粘度を低下させて、溶融性や成形性を高める成分である。また、Na2Oは、耐失透性を改善する成分でもある。Na2Oの含有量が少な過ぎると、溶融性が低下したり、熱膨張係数が低下したり、イオン交換性能が低下し易くなる。よって、Na2Oの好適な下限範囲は5%以上、7%以上、7.0%超、8%以上、特に9%以上である。一方、Na2Oの含有量が多過ぎると、熱膨張係数が高くなり過ぎて、耐熱衝撃性が低下したり、密度が高くなる傾向がある。また歪点が低下し過ぎたり、ガラス組成の成分バランスを欠き、かえって耐失透性が低下する場合がある。よって、Na2Oの好適な上限範囲は25%以下、23%以下、21%以下、19%以下、18.5%以下、17.5%以下、17%以下、16%以下、15.5%以下、14%以下、13.5%以下、特に13%以下である。 Na 2 O is an ion exchange component, and is a component that lowers the high temperature viscosity and improves the meltability and moldability. Na 2 O is also a component that improves devitrification resistance. When Na 2 O content is too small, or reduced meltability, lowered coefficient of thermal expansion tends to decrease the ion exchange performance. Therefore, the preferable lower limit range of Na 2 O is 5% or more, 7% or more, more than 7.0%, 8% or more, particularly 9% or more. On the other hand, when the content of Na 2 O is too large, the thermal expansion coefficient becomes too high, the thermal shock resistance is lowered, there is a tendency that the density is high. In addition, the strain point may be excessively lowered or the component balance of the glass composition may be lost, and the devitrification resistance may be deteriorated. Therefore, the preferable upper limit range of Na 2 O is 25% or less, 23% or less, 21% or less, 19% or less, 18.5% or less, 17.5% or less, 17% or less, 16% or less, 15.5 % Or less, 14% or less, 13.5% or less, particularly 13% or less.
上記成分以外にも、例えば以下の成分を添加してもよい。 In addition to the above components, for example, the following components may be added.
B2O3の含有量は0〜15%が好ましい。B2O3は、高温粘度や密度を低下させると共に、ガラスを安定化させて、結晶を析出させ難くし、液相温度を低下させる成分である。また、クラックレジスタンスを高めて、耐傷性を高める成分である。よって、B2O3の好適な下限範囲は0.01%以上、0.1%以上、0.5%以上、0.7%以上、1%以上、2%以上、特に3%以上である。しかし、B2O3の含有量が多過ぎると、イオン交換によって、ヤケと呼ばれるガラス表面の着色が発生したり、耐水性が低下したり、応力深さDOLが浅くなり易い。よって、B2O3の好適な上限範囲は14%以下、13%以下、12%以下、11%以下、10.5%未満、10%以下、9%以下、8%以下、7%以下、6%以下、特に4.9%以下である。 The content of B 2 O 3 is preferably 0 to 15%. B 2 O 3 is a component that reduces high temperature viscosity and density, stabilizes the glass, makes it difficult to precipitate crystals, and lowers the liquidus temperature. Moreover, it is a component which raises crack resistance and raises scratch resistance. Therefore, the preferable lower limit range of B 2 O 3 is 0.01% or more, 0.1% or more, 0.5% or more, 0.7% or more, 1% or more, 2% or more, particularly 3% or more. . However, when the content of B 2 O 3 is too large, coloring of the glass surface called burnt occurs due to ion exchange, water resistance is lowered, and the stress depth DOL tends to be shallow. Therefore, the preferable upper limit range of B 2 O 3 is 14% or less, 13% or less, 12% or less, 11% or less, less than 10.5%, 10% or less, 9% or less, 8% or less, 7% or less, 6% or less, especially 4.9% or less.
Li2Oは、イオン交換成分であり、また高温粘度を低下させて、溶融性や成形性を高める成分であると共に、ヤング率を高める成分である。更にLi2Oは、アルカリ金属酸化物の中では圧縮応力値CSを高める効果が大きいが、Na2Oを7%以上含むガラス系において、Li2Oの含有量が極端に多くなると、かえって圧縮応力値CSが低下する傾向がある。また、Li2Oの含有量が多過ぎると、液相粘度が低下して、ガラスが失透し易くなることに加えて、熱膨張係数が高くなり過ぎて、耐熱衝撃性が低下したり、周辺材料の熱膨張係数に整合させ難くなる。更に、低温粘性が低下し過ぎて、応力緩和が起こり易くなり、かえって圧縮応力値CSが低下する場合がある。よって、Li2Oの好適な上限範囲は、2%以下、1.7%以下、1.5%以下、1%以下、1.0%未満、0.5%以下、0.3%以下、0.2%以下、特に0.1%以下である。なお、Li2Oを添加する場合、好適な添加量は0.005%以上、0.01%以上、特に0.05%以上である。 Li 2 O is an ion exchange component, and is a component that lowers the high-temperature viscosity to increase the meltability and moldability, and also increases the Young's modulus. Further, Li 2 O has a large effect of increasing the compressive stress value CS among alkali metal oxides. However, in a glass system containing Na 2 O of 7% or more, when the Li 2 O content is extremely increased, the compression is rather reduced. The stress value CS tends to decrease. Further, when the content of Li 2 O is too large, and decreases the liquidus viscosity, in addition to the glass tends to be devitrified, the thermal expansion coefficient becomes too high, the thermal shock resistance may decrease, It becomes difficult to match the thermal expansion coefficient of the surrounding material. Furthermore, the low-temperature viscosity is excessively decreased, and stress relaxation is likely to occur, and the compressive stress value CS may be decreased. Therefore, a suitable upper limit range of Li 2 O is 2% or less, 1.7% or less, 1.5% or less, 1% or less, less than 1.0%, 0.5% or less, 0.3% or less, It is 0.2% or less, particularly 0.1% or less. Incidentally, when adding Li 2 O, the preferred amount is 0.005% or more, 0.01% or more, particularly 0.05% or more.
K2Oは、イオン交換を促進する成分であり、アルカリ金属酸化物の中では応力深さDOLを大きくし易い成分である。また高温粘度を低下させて、溶融性や成形性を高める成分である。更には、耐失透性を改善する成分でもある。しかし、K2Oの含有量が多過ぎると、熱膨張係数が高くなり過ぎて、耐熱衝撃性が低下し易くなる。また歪点が低下し過ぎたり、ガラス組成の成分バランスを欠き、かえって耐失透性が低下する傾向がある。よって、K2Oの好適な上限範囲は10%以下、9%以下、8%以下、7%以下、6%以下、5%以下、4%以下、3%以下、2.5%以下、特に2%未満である。なお、K2Oを添加する場合、好適な添加量は0.1%以上、0.5%以上、特に1%以上である。また、K2Oの添加を可及的に避ける場合は、0〜1.9%、0〜1.35%、0〜1%、0〜1%未満、特に0〜0.05%が好ましい。 K 2 O is a component that promotes ion exchange, and is a component that easily increases the stress depth DOL among alkali metal oxides. Moreover, it is a component which reduces high temperature viscosity and improves a meltability and a moldability. Furthermore, it is also a component that improves devitrification resistance. However, when the content of K 2 O is too large, the thermal expansion coefficient becomes too high, the thermal shock resistance tends to decrease. Moreover, there is a tendency that the strain point is excessively lowered, the component balance of the glass composition is lacking, and the devitrification resistance is lowered. Therefore, the preferable upper limit range of K 2 O is 10% or less, 9% or less, 8% or less, 7% or less, 6% or less, 5% or less, 4% or less, 3% or less, 2.5% or less, particularly Less than 2%. Incidentally, when adding K 2 O, the preferred amount is 0.1% or more, 0.5% or more, particularly 1% or more. In the case to avoid the addition of K 2 O as much as possible, from 0 to 1.9%, from 0 to 1.35%, 0 to 1%, less than 0 to 1%, in particular from 0 to 0.05% is preferable .
Li2O+Na2O+K2Oの含有量が少な過ぎると、イオン交換性能や溶融性が低下し易くなる。一方、Li2O+Na2O+K2Oの含有量が多過ぎると、熱膨張係数が高くなり過ぎて、耐熱衝撃性が低下し易くなったり、密度が高くなる傾向がある。また歪点が低下し過ぎたり、ガラス組成の成分バランスを欠き、かえって耐失透性が低下する傾向がある。よって、Li2O+Na2O+K2Oの好適な下限範囲は5%以上、6%以上、7%以上、8%以上、9%以上、10%以上、11%以上、特に12%以上であり、好適な上限範囲は30%以下、25%以下、20%以下、19%以下、18.5%以下、17.5%以下、16%以下、15.5%以下、15%以下、14.5%以下、特に14%以下である。なお、「Li2O+Na2O+K2O」は、Li2O、Na2O及びK2Oの合量である。 When Li 2 O + Na 2 O + K content of 2 O is too small, the ion exchange performance and meltability is liable to decrease. On the other hand, when the content of Li 2 O + Na 2 O + K 2 O is too large, too high thermal expansion coefficient, or the thermal shock resistance becomes liable to lower, there is a tendency that the density is high. Moreover, there is a tendency that the strain point is excessively lowered, the component balance of the glass composition is lacking, and the devitrification resistance is lowered. Therefore, the preferred lower limit range of Li 2 O + Na 2 O + K 2 O is 5% or more, 6% or more, 7% or more, 8% or more, 9% or more, 10% or more, 11% or more, particularly 12% or more, Suitable upper limit ranges are 30% or less, 25% or less, 20% or less, 19% or less, 18.5% or less, 17.5% or less, 16% or less, 15.5% or less, 15% or less, 14.5 % Or less, particularly 14% or less. “Li 2 O + Na 2 O + K 2 O” is the total amount of Li 2 O, Na 2 O and K 2 O.
MgOは、高温粘度を低下させて、溶融性や成形性を高めたり、歪点やヤング率を高める成分であり、アルカリ土類金属酸化物の中では、イオン交換性能を高める効果が大きい成分である。よって、MgOの好適な下限範囲は0%以上、0.5%以上、1%以上、1.5%以上、2%以上、2.5%以上、3%以上、4%以上、特に4.5%以上である。しかし、MgOの含有量が多過ぎると、密度や熱膨張係数が高くなり易く、またガラスが失透し易くなる傾向がある。よって、MgOの好適な上限範囲は10%以下、9%以下、8%以下、7%以下、6%以下、特に5%以下である。 MgO is a component that lowers the viscosity at high temperature, increases meltability and moldability, and increases the strain point and Young's modulus. Among alkaline earth metal oxides, MgO is a component that has a large effect of improving ion exchange performance. is there. Therefore, the preferable lower limit range of MgO is 0% or more, 0.5% or more, 1% or more, 1.5% or more, 2% or more, 2.5% or more, 3% or more, 4% or more, especially 4. 5% or more. However, when there is too much content of MgO, a density and a thermal expansion coefficient will become high easily and there exists a tendency for glass to devitrify easily. Therefore, the preferable upper limit range of MgO is 10% or less, 9% or less, 8% or less, 7% or less, 6% or less, particularly 5% or less.
CaOは、他の成分と比較して、耐失透性の低下を伴うことなく、高温粘度を低下させて、溶融性や成形性を高めたり、歪点やヤング率を高める効果が大きい。しかし、CaOの含有量が多過ぎると、密度や熱膨張係数が高くなり、またガラス組成の成分バランスを欠いて、かえってガラスが失透し易くなったり、イオン交換性能が低下したり、イオン交換溶液を劣化させ易くなる傾向がある。よって、CaOの好適な含有量は0〜6%、0〜5%、0〜4%、0〜3.5%、0〜3%、0〜2%、0〜1%、特に0〜0.5%である。 Compared with other components, CaO has a large effect of lowering the high temperature viscosity and improving the meltability and moldability, and increasing the strain point and Young's modulus without deteriorating devitrification resistance. However, if the content of CaO is too large, the density and thermal expansion coefficient become high, and the balance of the composition of the glass composition is lacking. On the contrary, the glass is liable to devitrify, the ion exchange performance is lowered, or the ion exchange. There is a tendency to easily deteriorate the solution. Therefore, suitable content of CaO is 0-6%, 0-5%, 0-4%, 0-3.5%, 0-3%, 0-2%, 0-1%, especially 0-0. .5%.
SrOは、高温粘度を低下させて、溶融性や成形性を高めたり、歪点やヤング率を高める成分であるが、その含有量が多過ぎると、イオン交換反応が阻害され易くなることに加えて、密度や熱膨張係数が高くなったり、ガラスが失透し易くなる。よって、SrOの好適な含有量は0〜1.5%、0〜1%、0〜0.5%、0〜0.1%、特に0〜0.1%未満である。 SrO is a component that lowers the viscosity at high temperature to increase meltability and moldability, and increases the strain point and Young's modulus. However, if its content is too large, the ion exchange reaction tends to be inhibited. As a result, the density and the coefficient of thermal expansion increase, and the glass tends to devitrify. Therefore, the preferred content of SrO is 0 to 1.5%, 0 to 1%, 0 to 0.5%, 0 to 0.1%, particularly 0 to less than 0.1%.
BaOは、高温粘度を低下させて、溶融性や成形性を高めたり、歪点やヤング率を高める成分である。しかし、BaOの含有量が多過ぎると、イオン交換反応が阻害され易くなること加えて、密度や熱膨張係数が高くなったり、ガラスが失透し易くなる。よって、BaOの好適な含有量は0〜6%、0〜3%、0〜1.5%、0〜1%、0〜0.5%、0〜0.1%、特に0〜0.1%未満である。 BaO is a component that lowers the high-temperature viscosity to increase the meltability and moldability, and increases the strain point and Young's modulus. However, when there is too much content of BaO, an ion exchange reaction will become easy to be inhibited, and also a density and a thermal expansion coefficient will become high, or glass will become devitrified easily. Therefore, suitable content of BaO is 0-6%, 0-3%, 0-1.5%, 0-1%, 0-0.5%, 0-0.1%, especially 0-0. Less than 1%.
MgO+CaO+SrO+BaOの含有量が多過ぎると、密度や熱膨張係数が高くなったり、ガラスが失透したり、イオン交換性能が低下する傾向がある。よって、MgO+CaO+SrO+BaOの好適な含有量は0〜9.9%、0〜8%、0〜7%、0〜6.5%、0〜6%、0〜5.5%、特に0〜5%である。なお、「MgO+CaO+SrO+BaO」は、MgO、CaO、SrO及びBaOの合量である。 When there is too much content of MgO + CaO + SrO + BaO, there exists a tendency for a density and a thermal expansion coefficient to become high, for glass to devitrify, or for ion exchange performance to fall. Therefore, the preferable content of MgO + CaO + SrO + BaO is 0 to 9.9%, 0 to 8%, 0 to 7%, 0 to 6.5%, 0 to 6%, 0 to 5.5%, particularly 0 to 5%. It is. “MgO + CaO + SrO + BaO” is the total amount of MgO, CaO, SrO and BaO.
TiO2は、イオン交換性能を高める成分であり、また高温粘度を低下させる成分であるが、その含有量が多過ぎると、ガラスが着色したり、失透し易くなる。よって、TiO2の含有量は0〜4.5%、0〜1%、0〜0.5%、0〜0.3%、0〜0.1%、0〜0.05%、特に0〜0.01%が好ましい。 TiO 2 is a component that enhances ion exchange performance and a component that lowers the high-temperature viscosity. However, if its content is too large, the glass tends to be colored or devitrified. Therefore, the content of TiO 2 is 0 to 4.5%, 0 to 1%, 0 to 0.5%, 0 to 0.3%, 0 to 0.1%, 0 to 0.05%, particularly 0. -0.01% is preferred.
ZrO2は、イオン交換性能を顕著に高める成分であると共に、液相粘度付近の粘性や歪点を高める成分である。よってZrO2の好適な下限範囲は0.001%以上、0.005%以上、0.01%以上、特に0.05%以上である。しかし、ZrO2の含有量が多過ぎると、耐失透性が著しく低下すると共に、クラックレジスタンスが低下する虞があり、また密度が高くなり過ぎる虞もある。よって、ZrO2の好適な上限範囲は5%以下、4%以下、3%以下、2%以下、1%以下、0.5%以下、0.3%以下、特に0.1%以下である。 ZrO 2 is a component that remarkably improves the ion exchange performance and a component that increases the viscosity and strain point in the vicinity of the liquid phase viscosity. Therefore, the preferable lower limit range of ZrO 2 is 0.001% or more, 0.005% or more, 0.01% or more, particularly 0.05% or more. However, when the content of ZrO 2 is too large, the devitrification resistance is remarkably lowered, the crack resistance may be lowered, and the density may be too high. Therefore, the preferable upper limit range of ZrO 2 is 5% or less, 4% or less, 3% or less, 2% or less, 1% or less, 0.5% or less, 0.3% or less, particularly 0.1% or less. .
ZnOは、イオン交換性能を高める成分であり、特に圧縮応力値CSを高める効果が大きい成分である。また低温粘性を低下させずに、高温粘性を低下させる成分である。しかし、ZnOの含有量が多過ぎると、ガラスが分相したり、耐失透性が低下したり、密度が高くなったり、応力深さDOLが浅くなる傾向がある。よって、ZnOの含有量は0〜6%、0〜5%、0〜3%、特に0〜1%が好ましい。 ZnO is a component that enhances the ion exchange performance, and is a component that is particularly effective in increasing the compressive stress value CS. Moreover, it is a component which reduces high temperature viscosity, without reducing low temperature viscosity. However, if the content of ZnO is too large, the glass tends to undergo phase separation, the devitrification resistance decreases, the density increases, or the stress depth DOL decreases. Therefore, the content of ZnO is preferably 0 to 6%, 0 to 5%, 0 to 3%, particularly preferably 0 to 1%.
P2O5は、イオン交換性能を高める成分であり、特に応力深さDOLを深くする成分である。しかし、P2O5の含有量が多過ぎると、ガラスが分相したり、耐水性が低下し易くなる。よって、P2O5の含有量は0〜10%、0〜3%、0〜1%、0〜0.5%、特に0〜0.1%が好ましい。 P 2 O 5 is a component that enhances ion exchange performance, and in particular is a component that increases the stress depth DOL. However, when the content of P 2 O 5 is too large, or glass phase separation, the water resistance tends to decrease. Therefore, the content of P 2 O 5 is preferably 0 to 10%, 0 to 3%, 0 to 1%, 0 to 0.5%, particularly preferably 0 to 0.1%.
清澄剤として、Cl、SO3、CeO2の群(好ましくはCl、SO3の群)から選択された一種又は二種以上を0〜3%添加してもよい。 As a clarifier, one or more selected from the group of Cl, SO 3 and CeO 2 (preferably a group of Cl and SO 3 ) may be added in an amount of 0 to 3%.
SnO2は、イオン交換性能を高める効果を有する。よって、SnO2の含有量は0〜3%、0.01〜3%、0.05〜3%、特に0.1〜3%、特に0.2〜3%が好ましい。 SnO 2 has an effect of improving ion exchange performance. Therefore, the SnO 2 content is preferably 0 to 3%, 0.01 to 3%, 0.05 to 3%, particularly 0.1 to 3%, and particularly preferably 0.2 to 3%.
Nb2O5、La2O3等の希土類酸化物は、ヤング率を高める成分である。しかし、原料自体のコストが高く、また多量に添加すると、耐失透性が低下し易くなる。よって、希土類酸化物の含有量は3%以下、2%以下、1%以下、0.5%以下、特に0.1%以下が好ましい。 Rare earth oxides such as Nb 2 O 5 and La 2 O 3 are components that increase the Young's modulus. However, the cost of the raw material itself is high, and when it is added in a large amount, the devitrification resistance tends to be lowered. Therefore, the rare earth oxide content is preferably 3% or less, 2% or less, 1% or less, 0.5% or less, and particularly preferably 0.1% or less.
本発明の強化ガラスは、環境的配慮から、ガラス組成として、実質的にAs2O3、Sb2O3、PbOを含有しないことが好ましい。また、環境的配慮から、実質的にBi2O3、Fを含有しないことも好ましい。ここで、「実質的に〜を含有しない」とは、明示の成分の含有量が0.01モル%未満である場合を指す。 The tempered glass of the present invention preferably contains substantially no As 2 O 3 , Sb 2 O 3 , or PbO as a glass composition from the environmental consideration. Moreover, environmental considerations, it is also preferable to contain substantially no Bi 2 O 3, F. Here, “substantially does not contain” refers to a case where the content of the explicit component is less than 0.01 mol%.
本発明の球状ガラス(ガラス転動体)は、以下のガラス特性を有することが好ましい。 The spherical glass (glass rolling element) of the present invention preferably has the following glass characteristics.
密度は、好ましくは2.60g/cm3以下、2.55g/cm3以下、2.50g/cm3以下、2.49g/cm3以下、特に2.48g/cm3以下である。密度が低い程、ガラス転動体の軽量化を図ることができる。なお、「密度」とは、周知のアルキメデス法で測定した値を指す。 Density is preferably 2.60 g / cm 3 or less, 2.55 g / cm 3 or less, 2.50 g / cm 3 or less, 2.49 g / cm 3 or less, in particular 2.48 g / cm 3 or less. As the density is lower, the glass rolling element can be reduced in weight. “Density” refers to a value measured by the well-known Archimedes method.
30〜380℃の温度範囲における熱膨張係数は、好ましくは70×10−7〜110×10−7/℃、75×10−7〜110×10−7/℃、80×10−7〜110×10−7/℃、特に85×10−7〜110×10−7/℃である。上記のように熱膨張係数を規制すれば、高速回転時に発生する熱により周辺の金属部材が膨張したとしても、適正に駆動させることができる。なお、「熱膨張係数」とは、30〜380℃の温度範囲において、ディラトメーターで測定した平均値である。 The thermal expansion coefficient in the temperature range of 30 to 380 ° C. is preferably 70 × 10 −7 to 110 × 10 −7 / ° C., 75 × 10 −7 to 110 × 10 −7 / ° C., 80 × 10 −7 to 110 × 10 −7 / ° C., in particular 85 × 10 −7 to 110 × 10 −7 / ° C. If the coefficient of thermal expansion is regulated as described above, even if the surrounding metal member expands due to heat generated during high-speed rotation, it can be driven properly. The “thermal expansion coefficient” is an average value measured with a dilatometer in a temperature range of 30 to 380 ° C.
歪点は、好ましくは520℃以上、550℃以上、560℃以上、特に570〜750℃である。歪点が高い程、耐熱性が向上する。また歪点が高いと、イオン交換処理時に応力緩和が生じ難くなるため、高い圧縮応力値CSを確保し易くなる。なお、「歪点」は、ASTM C336の方法により測定可能である。 The strain point is preferably 520 ° C. or higher, 550 ° C. or higher, 560 ° C. or higher, particularly 570 to 750 ° C. The higher the strain point, the better the heat resistance. In addition, when the strain point is high, stress relaxation is less likely to occur during the ion exchange process, and thus it is easy to ensure a high compressive stress value CS. The “strain point” can be measured by the method of ASTM C336.
高温粘度102.5dPa・sに相当する温度は、好ましくは1650℃以下、1600℃以下、1580℃以下、1550℃以下、1540℃以下、特に1530℃以下である。高温粘度102.5dPa・sに相当する温度が低い程、低温でガラスを溶融することができる。よって、高温粘度102.5dPa・sに相当する温度が低い程、溶融窯等のガラス製造設備への負担が小さくなると共に、球状ガラスの泡品位を高めることができる。なお、「高温粘度102.5dPa・sに相当する温度」は、白金球引き上げ法で測定可能である。 The temperature corresponding to the high temperature viscosity of 10 2.5 dPa · s is preferably 1650 ° C. or lower, 1600 ° C. or lower, 1580 ° C. or lower, 1550 ° C. or lower, 1540 ° C. or lower, especially 1530 ° C. or lower. The lower the temperature corresponding to the high temperature viscosity of 10 2.5 dPa · s, the more the glass can be melted at a lower temperature. Therefore, as the temperature corresponding to the high temperature viscosity of 10 2.5 dPa · s is lower, the burden on glass production equipment such as a melting kiln is reduced, and the bubble quality of the spherical glass can be improved. The “temperature corresponding to a high temperature viscosity of 10 2.5 dPa · s” can be measured by a platinum ball pulling method.
液相温度は、好ましくは1200℃以下、1150℃以下、1130℃以下、1110℃以下、1090℃以下、特に1070℃以下である。液相温度が高過ぎると、球状に成形し難くなる。なお、「液相温度」は、標準篩30メッシュ(篩目開き500μm)を通過し、50メッシュ(篩目開き300μm)に残るガラス粉末を白金ボートに入れ、温度勾配炉中に24時間保持して、結晶の析出する温度を測定した値を指す。 The liquidus temperature is preferably 1200 ° C. or lower, 1150 ° C. or lower, 1130 ° C. or lower, 1110 ° C. or lower, 1090 ° C. or lower, particularly 1070 ° C. or lower. When the liquidus temperature is too high, it becomes difficult to form a spherical shape. Note that the “liquid phase temperature” is obtained by passing the standard sieve 30 mesh (mesh opening 500 μm) and putting the glass powder remaining at 50 mesh (mesh opening 300 μm) into a platinum boat and holding it in a temperature gradient furnace for 24 hours. The value at which the temperature at which crystals precipitate is measured.
液相粘度は、好ましくは104.0dPa・s以上、104.3dPa・s以上、104.5dPa・s以上、105.0dPa・s以上、特に105.4dPa・s以上である。液相粘度が低過ぎると、球状に成形し難くなる。なお、「液相粘度」は、液相温度におけるガラスの粘度を白金球引き上げ法で測定した値を指す。 Liquidus viscosity, preferably of 10 4.0 dPa · s or more, 10 4.3 dPa · s or more, 10 4.5 dPa · s or more, 10 5.0 dPa · s or more, particularly 10 5.4 dPa · s or more. When the liquidus viscosity is too low, it becomes difficult to form a spherical shape. The “liquid phase viscosity” refers to a value obtained by measuring the viscosity of glass at the liquid phase temperature by a platinum ball pulling method.
液相温度が1200℃以下であり、且つ液相粘度が104.0dPa・s以上であれば、マーブル成形法等で球状に成形可能である。 When the liquidus temperature is 1200 ° C. or less and the liquidus viscosity is 10 4.0 dPa · s or more, it can be formed into a spherical shape by a marble molding method or the like.
本発明のガラス転動体の製造方法は、球状ガラスのガラス表面を研磨する研磨工程を備える。球状ガラスのガラス表面を研磨する方法として、種々の方法を採択することができるが、球状ガラスを回動させながら研磨する方法が、直径の寸法公差を低減する上で好ましい。 The manufacturing method of the glass rolling element of this invention is equipped with the grinding | polishing process of grind | polishing the glass surface of spherical glass. Various methods can be adopted as a method of polishing the glass surface of the spherical glass, but a method of polishing the spherical glass while rotating it is preferable for reducing the dimensional tolerance of the diameter.
研磨工程において、直径の寸法公差が0.01%以内、0.005%以内、0.003%以内、0.002%以内、0.0015%以内、特に0.001%以内になるように、球状ガラスのガラス表面を研磨することが好ましい。球状ガラスの直径の寸法公差が大き過ぎると、イオン交換処理後にガラス転動体の寸法精度が低下し難くなる。 In the polishing process, the dimensional tolerance of the diameter is within 0.01%, within 0.005%, within 0.003%, within 0.002%, within 0.0015%, especially within 0.001%, It is preferable to polish the glass surface of the spherical glass. When the dimensional tolerance of the diameter of the spherical glass is too large, the dimensional accuracy of the glass rolling element is difficult to decrease after the ion exchange treatment.
研磨工程において、直径が100mm以下、80mm以下、50mm以下、30mm以下、20mm以下、特に10mm以下になるように、球状ガラスのガラス表面を研磨することが好ましく、1mm以上、2mm以上、4mm以上、特に5mm以上になるように、球状ガラスのガラス表面を研磨することが好ましい。このようにすれば、軸受装置等に組み込まれる転動体に適用し易くなる。 In the polishing step, it is preferable to polish the glass surface of the spherical glass so that the diameter is 100 mm or less, 80 mm or less, 50 mm or less, 30 mm or less, 20 mm or less, particularly 10 mm or less, 1 mm or more, 2 mm or more, 4 mm or more, In particular, it is preferable to polish the glass surface of the spherical glass so as to be 5 mm or more. If it does in this way, it will become easy to apply to a rolling element built in a bearing device etc.
本発明のガラス転動体の製造方法は、研磨工程後の球状ガラスに対して、複数回のイオン交換処理を行うことにより、表面圧縮応力層を有するガラス転動体を得るイオン交換処理工程を有する。 The manufacturing method of the glass rolling element of this invention has an ion exchange treatment process of obtaining the glass rolling element which has a surface compressive-stress layer by performing the ion exchange process in multiple times with respect to the spherical glass after a grinding | polishing process.
イオン交換処理に用いるイオン交換溶液は、表面圧縮応力層を効率良く形成する観点から、LiNO3溶融塩、NaNO3溶融塩、KNO3溶融塩の一種又はそれらの混合溶融塩が好ましい。 The ion exchange solution used for the ion exchange treatment is preferably a LiNO 3 molten salt, a NaNO 3 molten salt, a KNO 3 molten salt, or a mixed molten salt thereof from the viewpoint of efficiently forming a surface compressive stress layer.
本発明のガラス転動体の製造方法において、球状ガラスに対して、イオン交換処理を2回行うことが好ましい。これにより、イオン交換処理工程の効率を不当に低下させずに、ガラス表面からの深さ方向における圧縮応力曲線を屈曲させることができる。なお、本発明では、イオン交換処理を3回以上行う場合を排除するものではない。 In the manufacturing method of the glass rolling element of this invention, it is preferable to perform an ion exchange process twice with respect to spherical glass. Thereby, the compression stress curve in the depth direction from the glass surface can be bent without unduly reducing the efficiency of the ion exchange treatment step. In the present invention, the case where the ion exchange treatment is performed three times or more is not excluded.
イオン交換処理を2回行う場合、2回目のイオン交換処理に用いるイオン交換溶液中の小さいアルカリイオン(例えばLiイオン、Naイオン、特にNaイオン)の割合は、1回目のイオン交換処理に用いるイオン交換溶液中のそれよりも少ないことが好ましい。これにより、応力深さDOLを深く形成しつつ、最表面における大きなアルカリイオンの濃度を高め易くなる。なお、アルカリイオンの大きさは、Liイオン<Naイオン<Kイオン<Ceイオン<Rbイオンである。 When the ion exchange treatment is performed twice, the ratio of small alkali ions (for example, Li ions, Na ions, particularly Na ions) in the ion exchange solution used for the second ion exchange treatment is the ion used for the first ion exchange treatment. Preferably less than that in the exchange solution. Thereby, it becomes easy to raise the density | concentration of the big alkali ion in the outermost surface, forming stress depth DOL deeply. The size of the alkali ions is Li ion <Na ion <K ion <Ce ion <Rb ion.
1回目のイオン交換処理に用いるイオン交換溶液中のLiNO3の含有量は、好ましくは1質量%以下、0.5質量%以下、特に0.1質量%以下である。2回目のイオン交換処理に用いるイオン交換溶液中のLiNO3の含有量は、好ましくは1質量%以下、0.5質量%以下、特に0.1質量%以下である。イオン交換溶液中のLiNO3が多過ぎると、イオン交換処理工程で表面圧縮応力層を形成し難くなる。 The content of LiNO 3 in the ion exchange solution used for the first ion exchange treatment is preferably 1% by mass or less, 0.5% by mass or less, particularly 0.1% by mass or less. The content of LiNO 3 in the ion exchange solution used for the second ion exchange treatment is preferably 1% by mass or less, 0.5% by mass or less, particularly 0.1% by mass or less. When there is too much LiNO 3 in the ion exchange solution, it becomes difficult to form a surface compressive stress layer in the ion exchange treatment step.
1回目のイオン交換処理に用いるイオン交換溶液中のKNO3の含有量は、好ましくは85質量%未満、82質量%以下、80質量%以下、70質量%以下、60質量%以下、50質量%以下、特に40質量%以下である。イオン交換溶液中のKNO3の含有量が多過ぎると、表面圧縮応力層の深部における圧縮応力が高くなり過ぎて、内部の引っ張り応力CTが過大になる虞がある。また1回目のイオン交換処理に用いるイオン交換溶液中のNaNO3の含有量は、好ましくは15質量%以上、18質量%以上、20質量%以上、30質量%以上、40質量%以上、50質量%以上、特に60質量%以上である。NaNO3の含有量が少な過ぎると、表面圧縮応力層の深部における圧縮応力が高くなり過ぎて、内部の引っ張り応力CTが過大になる虞がある。NaNO3の含有量の上限は特に限定されないが、実質的には、95質量%以下、90質量%以下、80質量%以下、特に70質量%以下である。 The content of KNO 3 in the ion exchange solution used for the first ion exchange treatment is preferably less than 85% by mass, 82% by mass or less, 80% by mass or less, 70% by mass or less, 60% by mass or less, and 50% by mass. Hereinafter, it is 40 mass% or less especially. If the content of KNO 3 in the ion exchange solution is too large, the compressive stress in the deep portion of the surface compressive stress layer becomes too high, and the internal tensile stress CT may become excessive. The content of NaNO 3 in the ion exchange solution used for the first ion exchange treatment is preferably 15% by mass or more, 18% by mass or more, 20% by mass or more, 30% by mass or more, 40% by mass or more, and 50% by mass. % Or more, particularly 60% by mass or more. If the content of NaNO 3 is too small, the compressive stress in the deep part of the surface compressive stress layer becomes too high, and the internal tensile stress CT may become excessive. The upper limit of the content of NaNO 3 is not particularly limited, but is substantially 95% by mass or less, 90% by mass or less, 80% by mass or less, and particularly 70% by mass or less.
2回目のイオン交換処理に用いるイオン交換溶液中のKNO3の含有量は、好ましくは98質量%以上、99質量%以上、99.2質量%以上、99.4質量%以上、99.6質量%以上、99.8質量%以上、99.9〜100質量%である。これにより、ガラス表面近傍の圧縮応力を高め易くなる。 The content of KNO 3 in the ion exchange solution used for the second ion exchange treatment is preferably 98% by mass or more, 99% by mass or more, 99.2% by mass or more, 99.4% by mass or more, 99.6% by mass. % Or more, 99.8% by mass or more, and 99.9 to 100% by mass. Thereby, it becomes easy to raise the compressive stress of the glass surface vicinity.
2回目のイオン交換処理に用いるイオン交換溶液中のNaNO3の含有量は、1回目のイオン交換処理に用いるイオン交換溶液中のNaNO3の含有量よりも1質量%以上、3質量%以上、5質量%以上、7質量%以上、10質量%以上、20質量%以上、30質量%以上、特に40質量%以上少ないことが好ましい。これにより、2回目のイオン交換処理で圧縮応力値CSを高め易くなる。 The content of NaNO 3 in the ion exchange solution used for the second ion exchange treatment is 1% by mass or more, 3% by mass or more than the content of NaNO 3 in the ion exchange solution used for the first ion exchange treatment, 5% by mass or more, 7% by mass or more, 10% by mass or more, 20% by mass or more, 30% by mass or more, and particularly preferably 40% by mass or less. This makes it easy to increase the compressive stress value CS by the second ion exchange process.
2回目のイオン交換温度は、1回目のイオン交換温度よりも10℃以上、20℃以上、30℃以上、40℃以上、特に50℃以上低いことが好ましい。また1回目のイオン交換温度は413℃以上、420℃以上、430℃以上、特に440〜500℃が好ましく、2回目のイオン交換温度は350〜410℃未満、特に360〜400℃未満が好ましい。これにより、1回目のイオン交換処理で応力深さDOLを増大させて、2回目のイオン交換処理で圧縮応力値CSを高め易くなる。 The second ion exchange temperature is preferably 10 ° C. or more, 20 ° C. or more, 30 ° C. or more, 40 ° C. or more, and particularly 50 ° C. or more lower than the first ion exchange temperature. The first ion exchange temperature is 413 ° C. or higher, 420 ° C. or higher, 430 ° C. or higher, particularly 440 to 500 ° C., and the second ion exchange temperature is preferably 350 to 410 ° C., particularly 360 to 400 ° C. Thereby, the stress depth DOL is increased by the first ion exchange treatment, and the compressive stress value CS is easily increased by the second ion exchange treatment.
2回目のイオン交換時間は、1回目のイオン交換時間よりも2時間以上、3時間以上、4時間以上、特に5時間以上短いことが好ましい。また1回目のイオン交換時間は3時間以上、4時間以上、5時間以上、6時間以上、特に7〜10時間が好ましく、2回目のイオン交換時間は5〜200分間、10〜180分間、15〜150分間、特に30〜130分間が好ましい。これにより、1回目のイオン交換処理で応力深さDOLを増大させて、2回目のイオン交換処理で圧縮応力値CSを高め易くなる。 The second ion exchange time is preferably shorter than the first ion exchange time by 2 hours or more, 3 hours or more, 4 hours or more, particularly 5 hours or more. The first ion exchange time is 3 hours or more, 4 hours or more, 5 hours or more, 6 hours or more, particularly 7 to 10 hours, and the second ion exchange time is 5 to 200 minutes, 10 to 180 minutes, 15 hours. -150 minutes, especially 30-130 minutes are preferred. Thereby, the stress depth DOL is increased by the first ion exchange treatment, and the compressive stress value CS is easily increased by the second ion exchange treatment.
ガラス転動体の表面圧縮応力層の圧縮応力値CSは、好ましくは350MPa以上、500MPa以上、特に700MPa以上である。圧縮応力値CSが大きい程、ガラス転動体の機械的強度が高くなる。しかし、圧縮応力値CSが大き過ぎると、イオン交換処理工程後にガラス表面に潜傷が発生し易くなる。またガラス転動体に内在する引っ張り応力CTが極端に高くなる虞がある。よって、表面圧縮応力層の圧縮応力値CSは、好ましくは1800MPa以下である。なお、2回目のイオン交換処理のイオン交換時間を短くする、或いはイオン交換温度(イオン交換溶液の温度)を下げると、圧縮応力値CSを大きくすることができる。 The compressive stress value CS of the surface compressive stress layer of the glass rolling element is preferably 350 MPa or more, 500 MPa or more, particularly 700 MPa or more. The larger the compressive stress value CS, the higher the mechanical strength of the glass rolling element. However, if the compressive stress value CS is too large, latent scratches are likely to occur on the glass surface after the ion exchange treatment step. Moreover, there exists a possibility that the tensile stress CT inherent in a glass rolling element may become extremely high. Therefore, the compressive stress value CS of the surface compressive stress layer is preferably 1800 MPa or less. Note that the compression stress value CS can be increased by shortening the ion exchange time of the second ion exchange process or lowering the ion exchange temperature (temperature of the ion exchange solution).
ガラス転動体の表面圧縮応力層の応力深さDOLは、好ましくは20μm以上、30μm以上、40μm以上、特に50μm以上である。応力深さDOLが大きい程、高回転時の摩耗や異物により、ガラス転動体のガラス表面に深い傷が付いても、ガラス転動体が割れ難くなる。一方、応力深さDOLが大き過ぎると、ガラス転動体に内在する引っ張り応力CTが不当に高くなる虞がある。よって、応力深さDOLは、好ましくは300μm以下、200μm以下、特に150μm以下である。なお、1回目のイオン交換処理のイオン交換時間を長くする、或いはイオン交換温度を上げると、応力深さDOLを大きくすることができる。 The stress depth DOL of the surface compressive stress layer of the glass rolling element is preferably 20 μm or more, 30 μm or more, 40 μm or more, and particularly 50 μm or more. The greater the stress depth DOL, the more difficult the glass rolling element breaks even if the glass surface of the glass rolling element is deeply damaged due to wear or foreign matter during high rotation. On the other hand, if the stress depth DOL is too large, the tensile stress CT inherent in the glass rolling element may be unduly high. Therefore, the stress depth DOL is preferably 300 μm or less, 200 μm or less, particularly 150 μm or less. Note that the stress depth DOL can be increased by increasing the ion exchange time of the first ion exchange treatment or increasing the ion exchange temperature.
本発明のガラス転動体の製造方法において、1回目のイオン交換処理後、且つ2回目のイオン交換処理前に、球状ガラスを熱処理する熱処理工程を設けてもよい。このようにすれば、熱処理によりイオン交換反応が進行するため、1回目と2回目のイオン交換溶液が同じでも、ガラス表面からの深さ方向における圧縮応力曲線を屈曲させることができる。結果として、イオン交換処理工程のコストと効率を高めることができる。熱処理温度は、球状ガラスの熱変形を抑えつつ、イオン交換反応を進行させるために、好ましくは300〜600℃、特に350〜500℃である。 In the manufacturing method of the glass rolling element of this invention, you may provide the heat treatment process which heat-processes spherical glass after the first ion exchange process and before the second ion exchange process. In this way, since the ion exchange reaction proceeds by heat treatment, the compressive stress curve in the depth direction from the glass surface can be bent even if the first and second ion exchange solutions are the same. As a result, the cost and efficiency of the ion exchange process can be increased. The heat treatment temperature is preferably 300 to 600 ° C., particularly 350 to 500 ° C. in order to advance the ion exchange reaction while suppressing thermal deformation of the spherical glass.
イオン交換処理は、ガラス転動体の生産効率の観点から、複数の球状ガラスを同時にイオン交換処理することが好ましく、その場合、球状ガラス同士が接触しないように、球状ガラスの直径よりもメッシュ幅が小さい金属製治具等に複数の球状ガラスを等間隔に配列し、この治具を積層した状態でイオン交換処理することがより好ましい。また、球状ガラスを回動又は振動させながら、イオン交換処理を行うことが好ましい。このようにすれば、ガラス表面における表面圧縮応力層の特性ばらつきが低減されるため、ガラス転動体の寸法精度を高めることができる。 From the viewpoint of the production efficiency of the glass rolling element, the ion exchange treatment is preferably performed simultaneously on a plurality of spherical glasses. In this case, the mesh width is larger than the diameter of the spherical glasses so that the spherical glasses do not contact each other. More preferably, a plurality of spherical glasses are arranged at equal intervals on a small metal jig or the like, and the ion exchange treatment is performed in a state where the jigs are laminated. Further, it is preferable to perform the ion exchange treatment while rotating or vibrating the spherical glass. By doing so, the variation in characteristics of the surface compressive stress layer on the glass surface is reduced, so that the dimensional accuracy of the glass rolling element can be increased.
本発明のガラス転動体の製造方法において、寸法精度を高めるために、イオン交換処理工程後に研磨工程を設けてもよく、ガラス表面の研磨傷や潜傷を低減又は消失させるために、イオン交換処理工程後に研磨工程を設けてもよい。また研磨工程やイオン交換処理工程の前後に、洗浄工程を設けてもよい。 In the method for producing a glass rolling element of the present invention, a polishing step may be provided after the ion exchange treatment step in order to increase dimensional accuracy, and in order to reduce or eliminate polishing scratches and latent scratches on the glass surface, an ion exchange treatment is performed. A polishing step may be provided after the step. Moreover, you may provide a washing | cleaning process before and after a grinding | polishing process and an ion exchange process.
本発明のガラス転動体は、球形状を有するガラス転動体であって、直径の寸法公差が0.01%以内であり、イオン交換による表面圧縮応力層を有し、且つガラス表面からの深さ方向における圧縮応力曲線が屈曲していることを特徴とするが、この技術的特徴の一部は、既述であるため、その詳細な説明を省略する。 The glass rolling element of the present invention is a glass rolling element having a spherical shape, having a diameter tolerance within 0.01%, a surface compressive stress layer by ion exchange, and a depth from the glass surface. Although the compressive stress curve in the direction is bent, a part of this technical feature has already been described, and a detailed description thereof will be omitted.
本発明のガラス転動体において、直径の寸法公差は、好ましくは0.01%以内、0.005%以内、0.003%以内、0.002%以内、0.0015%以内、特に0.001%以内である。球状ガラスの直径の寸法公差が大き過ぎると、イオン交換処理後にガラス転動体の寸法精度が低下し難くなる。 In the glass rolling element of the present invention, the dimensional tolerance of the diameter is preferably within 0.01%, within 0.005%, within 0.003%, within 0.002%, within 0.0015%, particularly preferably 0.001. %. When the dimensional tolerance of the diameter of the spherical glass is too large, the dimensional accuracy of the glass rolling element is difficult to decrease after the ion exchange treatment.
本発明のガラス転動体において、K2O濃度(n)の深さ(x)方向に対する変化度(−dn/dx)[モル%/μm]は、最表面から深さ5μmの位置で、好ましくは0.15以上、0.20以上、0.25以上、0.30以上、0.35以上、0.37以上、0.39以上、0.41以上、更に0.43〜5.0、特に0.44〜4.0、0.45〜3.5である。K2O濃度(n)の深さ(x)方向に対する変化度(−dn/dx)が最表面から深さ5μmの位置で小さ過ぎると、表面圧縮応力層の圧縮応力値CSが低下し易くなったり、或いは内部の引っ張り応力CTが過大になり易い。 In the glass rolling element of the present invention, the degree of change (−dn / dx) [mol% / μm] relative to the depth (x) direction of the K 2 O concentration (n) is preferably 5 μm deep from the outermost surface. Is 0.15 or more, 0.20 or more, 0.25 or more, 0.30 or more, 0.35 or more, 0.37 or more, 0.39 or more, 0.41 or more, and further 0.43 to 5.0, Particularly, they are 0.44 to 4.0 and 0.45 to 3.5. If the degree of change (−dn / dx) in the depth (x) direction of the K 2 O concentration (n) is too small at a depth of 5 μm from the outermost surface, the compressive stress value CS of the surface compressive stress layer tends to decrease. Or the internal tensile stress CT tends to be excessive.
K2O濃度(n)の深さ(x)方向に対する変化度(−dn/dx)[モル%/μm]は、最表面から深さ20μmの位置で、好ましくは0.22未満、0.20以下、0.18以下、0.17以下、0.16以下、0.15以下、特に0.04〜0.14である。K2O濃度(n)の深さ(x)方向に対する変化度(−dn/dx)が最表面から深さ20μmの位置で大き過ぎると、表面圧縮応力層の応力深さDOLが浅くなり易い。 The degree of change (−dn / dx) [mol% / μm] with respect to the depth (x) direction of the K 2 O concentration (n) is preferably at a depth of 20 μm from the outermost surface, preferably less than 0.22, 20 or less, 0.18 or less, 0.17 or less, 0.16 or less, 0.15 or less, particularly 0.04 to 0.14. If the degree of change (−dn / dx) in the depth (x) direction of the K 2 O concentration (n) is too large at a depth of 20 μm from the outermost surface, the stress depth DOL of the surface compressive stress layer tends to be shallow. .
K2O濃度(n)の深さ(x)方向に対する変化度(−dn/dx)[モル%/μm]は、最表面から深さ35μmの位置で、好ましくは0.15未満、0.13以下、0.11以下、0.09以下、0.08以下、0.07以下、特に0.01〜0.06である。K2O濃度(n)の深さ(x)方向に対する変化度(−dn/dx)が最表面から深さ35μmの位置で大き過ぎると、内部の引っ張り応力CTが過大になり易く、また表面圧縮応力層の応力深さDOLが浅くなり易い。 The degree of change (−dn / dx) [mol% / μm] with respect to the depth (x) direction of the K 2 O concentration (n) is preferably less than 0.15 at a depth of 35 μm from the outermost surface. 13 or less, 0.11 or less, 0.09 or less, 0.08 or less, 0.07 or less, and particularly 0.01 to 0.06. If the degree of change (−dn / dx) in the depth (x) direction of the K 2 O concentration (n) is too large at a depth of 35 μm from the outermost surface, the internal tensile stress CT tends to be excessive, and the surface The stress depth DOL of the compressive stress layer tends to be shallow.
表面圧縮応力層の最表面のK2O濃度と表面圧縮応力層の最深部のK2O濃度との差は、好ましくは5モル%以上、6モル%以上、7モル%以上、特に8〜11モル%である。表面圧縮応力層の最表面のK2O濃度と表面圧縮応力層の最深部のK2O濃度との差が小さ過ぎると、表面圧縮応力層の圧縮応力値CSが低下し易くなり、また応力深さDOLが浅くなり易い。 The difference between the K 2 O concentration in the deepest part of the K 2 O concentration and the surface compressive stress layer on the outermost surface of the surface compressive stress layer is preferably 5 mol% or more, 6 mol%, 7 mol%, particularly 8 to 11 mol%. When the difference between the K 2 O concentration in the deepest part of the K 2 O concentration and the surface compressive stress layer on the outermost surface of the surface compressive stress layer is too small, the compression stress value CS of the surface compressive stress layer is liable to lower, also stresses The depth DOL tends to be shallow.
表面圧縮応力層の最表面のK2O濃度と表面圧縮応力層の最深部のK2O濃度との差におけるK2O濃度の積分値(∫ndx)は、好ましくは165モル%・μm未満、160モル%・μm以下、155モル%・μm以下、150モル%・μm以下、148モル%・μm以下、特に80〜145モル%・μmである。表面圧縮応力層の最表面のK2O濃度と表面圧縮応力層の最深部のK2O濃度との差におけるK2O濃度の積分値が大き過ぎると、内部の引っ張り応力CTが過大になり易い。なお、「表面圧縮応力層のK2O濃度のプロファイル(最表面のK2O濃度、最深部のK2O濃度、最表面から最深部までのK2O濃度の積分値∫ndx、深さ5μmでのK2O濃度の深さ方向に対する変化度、深さ20μmでのK2O濃度の深さ方向に対する変化度、深さ35μmでのK2O濃度の深さ方向に対する変化度)」は、球状ガラスと同じ組成、同じ熱履歴、同じイオン交換処理、同じ表面組成プロファイルを有するガラス板を測定試料として準備し、そのガラス板に対して、EDXを備えた走査型電子顕微鏡(日立ハイテクノロジーズ社製S−4300SE)で測定することができる。 Integral value of K 2 O concentration in the difference between the K 2 O concentration in the deepest part of the K 2 O concentration and the surface compressive stress layer on the outermost surface of the surface compressive stress layer (∫ndx) is preferably less than 165 mol% · [mu] m 160 mol% · μm or less, 155 mol% · μm or less, 150 mol% · μm or less, 148 mol% · μm or less, particularly 80 to 145 mol% · μm. When the integral value of the K 2 O concentration in the difference between the K 2 O concentration in the deepest part of the K 2 O concentration and the surface compressive stress layer at the outermost surface is too large surface compressive stress layer, the internal tensile stress CT becomes excessive easy. Incidentally, K 2 O concentration profiles (outermost surface of the K 2 O concentration of the "surface compressive stress layer, K 2 O concentration in the deepest portion, the integral value of the K 2 O concentration from the outermost surface to the deepest ∫Ndx, depth change degree in the depth direction of the K 2 O concentration in the 5 [mu] m, the change of the depth direction of the K 2 O concentration in the depth 20 [mu] m, the change in the depth direction of the K 2 O concentration in the depth 35μm degree) " Prepares a glass plate having the same composition, the same thermal history, the same ion exchange treatment and the same surface composition profile as a spherical glass as a measurement sample, and a scanning electron microscope equipped with EDX (Hitachi High (S-4300SE manufactured by Technologies).
実施例に基づいて、本発明を説明する。但し、本発明は、以下の実施例に何ら限定されない。以下の実施例は、単なる例示である。 The present invention will be described based on examples. However, the present invention is not limited to the following examples. The following examples are merely illustrative.
表1は、球状ガラスのガラス組成とガラス特性を示している。 Table 1 shows the glass composition and glass properties of the spherical glass.
表1に記載の各試料は次のようにして作製したものである。まず、試料A〜Eのガラス組成が、モル%で、SiO2 66.5%、Al2O3 11.5%、B2O3 0.5%、Na2O 15.2%、K2O 1.4%、MgO 4.8%、SnO2 0.2%、試料Fのガラス組成が、モル%で、SiO2 66.1%、Al2O3 13.0%、Na2O 16.9%、MgO 3.8%、SnO2 0.1%となるように、ガラス原料を調合し、白金容器を用いて1580℃で8時間溶融した。その後、溶融ガラスをカーボン板の上に流し出して板状に成形して、ガラス板を得た。得られたガラス板について、種々の特性を測定したところ、試料A〜Eは、密度が2.45g/cm3、熱膨張係数αが91.2×10−7/℃、歪点Psが564℃、徐冷点Taが613℃、軟化点Tsが863℃、高温粘度104.0dPa・sにおける温度が1255℃、103.0dPa・sにおける温度が1460℃、102.5dPa・sにおける温度が1591℃、液相温度TLが970℃、液相粘度logηTLが6.3dPa・sであった。試料Fは、密度が2.45g/cm3、熱膨張係数αが88×10−7/℃、歪点Psが614℃、徐冷点Taが667℃、軟化点Tsが915℃、高温粘度104.0dPa・sにおける温度が1295℃、103.0dPa・sにおける温度が1489℃、102.5dPa・sにおける温度が1612℃、液相温度TLが1013℃、液相粘度logηTLが6.3dPa・sであった。 Each sample described in Table 1 was produced as follows. First, the glass compositions of Samples A to E are mol%, SiO 2 66.5%, Al 2 O 3 11.5%, B 2 O 3 0.5%, Na 2 O 15.2%, K 2. O 1.4%, MgO 4.8%, SnO 2 0.2%, the glass composition of sample F is mol%, SiO 2 66.1%, Al 2 O 3 13.0%, Na 2 O 16 Glass raw materials were prepared so as to be 0.9%, MgO 3.8%, and SnO 2 0.1%, and melted at 1580 ° C. for 8 hours using a platinum container. Thereafter, the molten glass was poured out on the carbon plate and formed into a plate shape to obtain a glass plate. When various characteristics of the obtained glass plate were measured, Samples A to E had a density of 2.45 g / cm 3 , a thermal expansion coefficient α of 91.2 × 10 −7 / ° C., and a strain point Ps of 564. , The annealing point Ta is 613 ° C., the softening point Ts is 863 ° C., the temperature at a high temperature viscosity of 10 4.0 dPa · s is 1255 ° C., the temperature at 10 3.0 dPa · s is 1460 ° C., 10 2.5 dPa The temperature at s was 1591 ° C., the liquid phase temperature TL was 970 ° C., and the liquid phase viscosity log η TL was 6.3 dPa · s. Sample F has a density of 2.45 g / cm 3 , a thermal expansion coefficient α of 88 × 10 −7 / ° C., a strain point Ps of 614 ° C., an annealing point Ta of 667 ° C., a softening point Ts of 915 ° C., and a high temperature viscosity. The temperature at 10 4.0 dPa · s is 1295 ° C., the temperature at 10 3.0 dPa · s is 1489 ° C., the temperature at 10 2.5 dPa · s is 1612 ° C., the liquidus temperature TL is 1013 ° C., the liquidus viscosity The log η TL was 6.3 dPa · s.
密度は、周知のアルキメデス法によって測定した値である。 The density is a value measured by a well-known Archimedes method.
熱膨張係数αは、ディラトメーターを用いて、30〜380℃の温度範囲における平均熱膨張係数を測定した値である。 The thermal expansion coefficient α is a value obtained by measuring an average thermal expansion coefficient in a temperature range of 30 to 380 ° C. using a dilatometer.
歪点Ps、徐冷点Taは、ASTM C336の方法に基づいて測定した値である。 The strain point Ps and the annealing point Ta are values measured based on the method of ASTM C336.
軟化点Tsは、ASTM C338の方法に基づいて測定した値である。 The softening point Ts is a value measured based on the method of ASTM C338.
高温粘度104.0dPa・s、103.0dPa・s、102.5dPa・sにおける温度は、白金球引き上げ法で測定した値である。 The temperature at a high temperature viscosity of 10 4.0 dPa · s, 10 3.0 dPa · s, and 10 2.5 dPa · s is a value measured by a platinum ball pulling method.
液相温度TLは、標準篩30メッシュ(篩目開き500μm)を通過し、50メッシュ(篩目開き300μm)に残るガラス粉末を白金ボートに入れた後、温度勾配炉中に24時間保持して、結晶の析出する温度を測定した値である。 The liquid phase temperature TL passes through a standard sieve 30 mesh (a sieve opening of 500 μm), and glass powder remaining in a 50 mesh (a sieve opening of 300 μm) is put in a platinum boat, and then held in a temperature gradient furnace for 24 hours. This is a value obtained by measuring the temperature at which crystals are deposited.
液相粘度logηTLは、液相温度におけるガラスの粘度を白金球引き上げ法で測定した値である。 The liquid phase viscosity log η TL is a value obtained by measuring the viscosity of the glass at the liquid phase temperature by a platinum ball pulling method.
次いで、上記ガラス板(板厚0.7mm)について、表1に示すイオン交換条件によりイオン交換処理を行うことにより強化ガラス板(試料B〜F)を得た。また、試料Aは、イオン交換処理を行っていない未強化ガラス板である。なお、イオン交換処理前後で、表層におけるガラス組成が微視的に異なるものの、ガラス全体として見た場合は、ガラス組成が殆ど相違しない。 Subsequently, about the said glass plate (plate thickness 0.7mm), the tempered glass plate (sample BF) was obtained by performing the ion exchange process on the ion exchange conditions shown in Table 1. Sample A is an unstrengthened glass plate that has not been subjected to ion exchange treatment. In addition, although the glass composition in the surface layer is microscopically different before and after the ion exchange treatment, the glass composition is hardly different when viewed as the whole glass.
得られた強化ガラス板について、表面圧縮応力層の圧縮応力値CS、応力深さDOL及びK2O濃度のプロファイルを評価した。その結果を表2に示す。 The obtained tempered glass plate, compression stress value CS of the surface compressive stress layer was evaluated profile of stress depth DOL and K 2 O concentration. The results are shown in Table 2.
表面圧縮応力層の圧縮応力値CS及び応力深さDOLは、表面応力計(折原製作所社製FSM−6000)を用いて、試料を観察した際に、観察される干渉縞の本数とその間隔から算出した値である。なお、算出に当たり、試料B〜Eの屈折率を1.50、光学弾性定数を29.5[(nm/cm)/MPa]とし、試料Fの屈折率を1.50、光学弾性定数を28.8[(nm/cm)/MPa]とした。 The compressive stress value CS and the stress depth DOL of the surface compressive stress layer are determined from the number of interference fringes observed and their spacing when the sample is observed using a surface stress meter (FSM-6000 manufactured by Orihara Seisakusho). It is a calculated value. In the calculation, the refractive index of samples B to E is 1.50, the optical elastic constant is 29.5 [(nm / cm) / MPa], the refractive index of sample F is 1.50, and the optical elastic constant is 28. 0.8 [(nm / cm) / MPa].
表面圧縮応力層のK2O濃度のプロファイル(最表面のK2O濃度、最深部のK2O濃度、最表面から最深部までのK2O濃度の積分値∫ndx、深さ5μmでのK2O濃度の深さ方向に対する変化度、深さ20μmでのK2O濃度の深さ方向に対する変化度、深さ35μmでのK2O濃度の深さ方向に対する変化度)は、EDXを備えた走査型電子顕微鏡(日立ハイテクノロジーズ社製S−4300SE)により求めたものである。具体的には、深さ2.5〜20μmの領域では2.5μm間隔で測定し、深さ20〜250μmの領域では5μm間隔で測定した。そして、測定は、3点の異なる測定地点で行い、その平均値を測定値とした。また深さ2.5μmでのK2O濃度を最表面のK2O濃度とした。更に、K2O濃度の標準偏差に優位差が認められなくなった深さを最深部とした。但し、試料Fについては、深さ60μmでK2O濃度が検出限界以下となったため、測定範囲を深さ60μmまでとした。 K 2 O concentration of K 2 O concentration profiles (outermost surface of the surface compressive stress layer, K 2 O concentration in the deepest portion, the integral value of the K 2 O concentration from the outermost surface to the deepest ∫Ndx, at a depth 5μm change degree in the depth direction of the K 2 O concentration, change degree in the depth direction of the K 2 O concentration in the depth 20 [mu] m, the change of the depth direction of the K 2 O concentration in the depth 35 [mu] m) is the EDX It is obtained by a scanning electron microscope (S-4300SE manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation). Specifically, the measurement was performed at an interval of 2.5 μm in a region having a depth of 2.5 to 20 μm, and the measurement was performed at an interval of 5 μm in a region having a depth of 20 to 250 μm. And the measurement was performed at three different measurement points, and the average value was taken as the measurement value. Also the K 2 O concentration in the depth 2.5μm was K 2 O concentration in the outermost surface. Further, the depth at which no significant difference was recognized in the standard deviation of the K 2 O concentration was taken as the deepest part. However, for sample F, since the K 2 O concentration was below the detection limit at a depth of 60 μm, the measurement range was set to a depth of 60 μm.
参考までに、K2O濃度の積分値∫ndx(モル%・μm)は、右端型の区分求積法(リーマン積分)を用いて算出した。区間[0,20]では、短冊の幅Δxを2.5とし、区間[20,250]では、短冊の幅Δxを5として計算した。具体的には、区間[0,2.5]の短冊の面積は、右端、すなわちx=2.5におけるK2O濃度の値を用いた。各測定点xでのK2O濃度をf(x)とすると、区間[0,20]での積分値=∫f(x)dx=2.5×(f(2.5)+f(5.0)+f(7.5)+f(10.0)+f(12.5)+f(15.0)+f(17.5)+f(20.0)となる。なお、K2O濃度の深さ方向に対する変化度(−dn/dx)[モル%/μm]は、マイクロソフト社製の表集計ソフトEXCEL2010で各測定深さにおけるK2O濃度をプロットして、最小二乗法によりm次多項式近似曲線(f(x)=αxm+βxm−1+・・・)を求め、微分してf´(x)から各測定点x=aにおける−f´(a)を変化度とした。例えば、x=5での変化度は、区間[2.5,10]にて6次(m=6)の多項式近似曲線を導出し、微分してx=5における接線の傾きに(−1)を掛けることで変化度とした。x=20における変化度については、区間[15,25]にて2次(m=2)の多項式近似から近似曲線を導出し、x=25における接線の傾きを求めることにより算出した。x=35における変化度については、区間[30,45]にて2次(m=2)の多項式近似から近似曲線を導出し、x=35における接線の傾きを求めることにより算出した。なお、−f´(a)≧0である。 For reference, the integral value ∫ndx (mol% · μm) of the K 2 O concentration was calculated using a right-end type piecewise quadrature method (Riemann integration). In the section [0, 20], the strip width Δx was set to 2.5, and in the section [20, 250], the strip width Δx was set to 5. Specifically, for the area of the strip in the section [0, 2.5], the value of the K 2 O concentration at the right end, that is, x = 2.5 was used. Assuming that the K 2 O concentration at each measurement point x is f (x), the integral value in the section [0, 20] = ∫f (x) dx = 2.5 × (f (2.5) + f (5 0.0) + f (7.5) + f (10.0) + f (12.5) + f (15.0) + f (17.5) + f (20.0), where the depth of the K 2 O concentration is The degree of change (−dn / dx) [mol% / μm] with respect to the vertical direction is obtained by plotting the K 2 O concentration at each measurement depth with the table tabulation software EXCEL2010 manufactured by Microsoft, and approximating the mth order polynomial by the least square method. A curve (f (x) = αx m + βx m−1 +...) Was obtained and differentiated to obtain −f ′ (a) at each measurement point x = a from f ′ (x) as the degree of change. The degree of change at x = 5 is obtained by deriving a sixth-order (m = 6) polynomial approximate curve in the interval [2.5, 10] and differentiating it to obtain the tangent at x = 5. The degree of change was obtained by multiplying the slope of (-1) by an approximation curve from a quadratic (m = 2) polynomial approximation in the interval [15, 25] for the degree of change at x = 20, It calculated by calculating | requiring the inclination of the tangent in x = 25. About the change degree in x = 35, an approximated curve was derived | led-out from the quadratic (m = 2) polynomial approximation in area [30,45], and x = It calculated by calculating | requiring the inclination of the tangent in 35. In addition, it is -f '(a)> = 0.
また、別途、試料D、E、Fのガラス組成を有する溶融ガラスをサイコロ状に成形して、サイコロ状ガラスを得た後、球形ガラスに再成形した。溶融、成形に際して、球形ガラスの熱履歴が、試料D、E、Fに係るガラス板とそれぞれ同じになるように留意した。なお、これらの球形ガラスに対して、同一のイオン交換条件でイオン交換処理を行った場合、両者の表面組成プロファイルと表面圧縮応力層の状態が同一になると考えられる。 Separately, molten glass having the glass compositions of Samples D, E, and F was formed into a dice shape to obtain a dice glass, and then reshaped into a spherical glass. At the time of melting and forming, attention was paid so that the thermal history of the spherical glass was the same as that of the glass plates according to samples D, E, and F, respectively. In addition, when ion exchange processing is performed on these spherical glasses under the same ion exchange conditions, it is considered that the surface composition profile and the state of the surface compressive stress layer are the same.
試料D、E、Fのガラス組成を有する球形ガラスのガラス表面を研磨して、球状ガラスを得た。これらの球状ガラスの直径は3.982mm、その寸法公差は0.005%であった。 The glass surface of the spherical glass having the glass composition of Samples D, E, and F was polished to obtain a spherical glass. These spherical glasses had a diameter of 3.982 mm and a dimensional tolerance of 0.005%.
球状ガラスの直径及びその寸法公差は、接触式測長機によって測定した値である。具体的には、球状ガラスの直径は、ガラスを回転させながら、少なくとも10箇所の直径を測定し、その平均値を測定値としたものであり、平均値の計算はJIS B1563:2009に準拠している。そして、この時の測定値から直径の寸法公差を算出した。なお、測定時の圧子の測定力は3N未満である。 The diameter of the spherical glass and its dimensional tolerance are values measured by a contact type length measuring machine. Specifically, the diameter of the spherical glass is obtained by measuring at least 10 diameters while rotating the glass and using the average value as a measurement value. The calculation of the average value is based on JIS B1563: 2009. ing. And the dimensional tolerance of the diameter was calculated from the measured value at this time. The measuring force of the indenter at the time of measurement is less than 3N.
続いて、球状ガラスを金網製の治具に固定した後、球状ガラスを回動させながら、表1に記載の試料D、E、Fに対するイオン交換処理と同じ条件で2回のイオン交換処理を行い、ガラス転動体(試料D’、E’、F’)をそれぞれ得た。 Subsequently, after fixing the spherical glass to a wire mesh jig, the ion exchange treatment was performed twice under the same conditions as the ion exchange treatment for the samples D, E, and F shown in Table 1 while rotating the spherical glass. The glass rolling elements (samples D ′, E ′, F ′) were obtained.
2回目のイオン交換処理後に、イオン交換溶液からガラス転動体を取り出し、室温雰囲気中で冷却した後、アルカリ性洗剤、純水、アルコール等によってガラス表面を洗浄し、ガラス表面に付着したイオン交換溶液を除去した。 After the second ion exchange treatment, the glass rolling element is taken out from the ion exchange solution, cooled in a room temperature atmosphere, the glass surface is washed with an alkaline detergent, pure water, alcohol, etc., and the ion exchange solution adhered to the glass surface is removed. Removed.
表2から分かるように、試料D’、E’、F’は、表面圧縮応力層の圧縮応力値CSが高く、応力深さDOLが深いが、K2O濃度の積分値が小さいため、ガラス表面からの深さ方向における圧縮応力曲線が屈曲しており、内部の引っ張り応力CTが低くなっていると考えられる。結果として、高い機械的強度を維持しつつ、高荷重下でガラス転動体が粉々に破裂する事態を防止し得るものと考えられる。 As can be seen from Table 2, samples D ′, E ′, and F ′ have a high compressive stress value CS of the surface compressive stress layer and a deep stress depth DOL, but a small integrated value of the K 2 O concentration, so that glass The compressive stress curve in the depth direction from the surface is bent, and the internal tensile stress CT is considered to be low. As a result, it is considered that the glass rolling element can be prevented from being shattered under high load while maintaining high mechanical strength.
なお、試料A、B、Cについても上記の実験に沿って、ガラス転動体(試料A’、B’、C’)をそれぞれ作製したと仮定すると、試料A’は表面圧縮応力層がないため機械的強度が低く、また試料B’は内部の引っ張り応力CTが高く、更に試料C’は表面圧縮応力層の圧縮応力値CSが低くなるものと推定される。 Assuming that the glass rolling elements (samples A ′, B ′, and C ′) were also produced for the samples A, B, and C in accordance with the above-described experiment, the sample A ′ has no surface compressive stress layer. It is estimated that the mechanical strength is low, the sample B ′ has a high internal tensile stress CT, and the sample C ′ has a low compressive stress value CS of the surface compressive stress layer.
本発明のガラス転動体は、ベアリング等の軸受装置の内輪と外輪の間に位置する部材に特に好適であり、それ以外にも、レンズ球、遊戯球にも適用可能である。 The glass rolling element of the present invention is particularly suitable for a member positioned between an inner ring and an outer ring of a bearing device such as a bearing, and is also applicable to a lens ball and a play ball.
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