JP2002036216A

JP2002036216A - セラミックボール、ボールベアリング、ベアリング付きモータ、ハードディスク装置、ポリゴンスキャナ及びセラミックボールの製造方法

Info

Publication number: JP2002036216A
Application number: JP2000220193A
Authority: JP
Inventors: Tomonori Niwa; 倫規丹羽
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2000-07-21
Filing date: 2000-07-21
Publication date: 2002-02-05
Anticipated expiration: 2020-07-21
Also published as: JP3479633B2; US7029623B2; US20020043745A1

Abstract

(57)【要約】【課題】空隙が少なくかつ密度分布が一定なセラミッ
クボールを製造する方法を提供する。【解決手段】球状に予備成形された予備成形体をゴム
型内に収容し、ゴム型を介して内部の予備成形体を加圧
することによって球状成形体を得る工程において、ゴム
型のゴム硬度を６５以下とすることにより、高密度で、
かつ密度分布が略一定である成形体を形成し、空隙の少
ない強度分布が略一定のセラミックボールを製造するこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はセラミックボールの
製造方法及び該方法によって得られるセラミックボー
ル、そのセラミックボールにより構成されたボールベア
リング、さらに該ボールベアリングを用いたベアリング
付きモータ、及び該ベアリング付きモータを用いたハー
ドディスク装置及びポリゴンスキャナに関する。

【０００２】

【従来の技術】ベアリングに使用されるボール（以下、
ベアリングボールという）は、軸受鋼などの金属にて構
成されたものが一般的であるが、一層の耐磨耗性を付与
するために、セラミック製のベアリングボールを使用し
たものが普及し始めており、これらセラミックボールの
品質を向上する試みが盛んに行われている。

【０００３】セラミックボールの品質向上のひとつに、
空隙の存在率を少なくすることがあげられる。セラミッ
クボールの内部に空隙が存在していると、強度が得られ
なかったり、その表面を研磨加工しても良い寸法精度が
得られなかったり、あるいはセラミックボールの表面荒
さを悪化させたりする。そこで、得られるセラミックボ
ールの空隙を減少させるために種々の工夫がなされてい
るが、成形体の段階で相対密度をできるだけ高くするこ
とも重要なポイントの一つである。

【０００４】ここで、高密度の成形体が得られる方法と
しては、湿式冷間静水圧プレス（ＣＩＰ）法を採用する
ことができる。具体的には図３に示すように、上記のよ
うな金型プレス法等により球状に予備成形した予備成形
体１０４’をゴム型１０６に詰め、さらに、柔軟で可撓
性を有する樹脂製の袋（例えばポリウレタン製の袋）１
０５に封入して真空パックした後、油や水等の液状加圧
媒体により静水圧を印加することにより、略等方的な加
圧を行う。しかしながら、該湿式冷間ＣＩＰ法では、予
備成形体を樹脂製袋に封入して真空パックしたり、形成
された成形体を樹脂製袋から取り出したりする必要があ
るため非常に能率が悪く、製造コストの高騰が避けがた
い側面もある。そこで、成形体を収容した内ゴム型に外
ゴム型を介して間接的に液圧を印加する乾式ＣＩＰ法も
普及しつつある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ＣＩＰ法では、球状成形体を必ずしも均一に高密度化さ
せることが困難であり。焼成後も空隙等が残留しやすい
問題があった。このような問題は、内ゴム型を介して間
接的に液圧を印加する乾式ＣＩＰにおいて特に生じやす
い。

【０００６】本発明の課題は、空隙が少なくかつ密度分
布が一定なセラミックボールを安価にかつ能率的に製造
する方法と、該方法によって得られたセラミックボー
ル、及び該セラミックボールを用いたボールベアリン
グ、及びベアリング付きモータ、さらには該ボールベア
リングを用いたハードディスク装置及びポリゴンスキャ
ナを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段及び作用・効果】上記課題
を解決するために、本発明のセラミックボールの製造方
法は、セラミック粉末を球状に予備成形した予備成形体
をゴム型内に収容し、該ゴム型を介して内部の予備成形
体を加圧することによって該予備成形体を高密度化した
球状成形体を得る成形工程と、その球状成形体を焼成す
る焼成工程とを含み、予備成形体を収容するゴム型のゴ
ムの硬さが６５以下であることを特徴とする。なお、本
明細書においてゴムの硬さとはＪＩＳ−Ｋ６２５３のデ
ュロメータ硬さ試験に規定された方法により測定したデ
ュロメータ硬さのことをいう。また、測定はタイプＡデ
ュロメータで行い、デュロメータの加圧面が密着してか
ら１５秒以内のデュロメータの目盛を、そのゴムのデュ
ロメータ硬さとした。

【０００８】予備成形体をゴム型に収容して液圧等によ
り圧力を加えると、成形体はゴム型を介して加圧・圧縮
され、高密度化する。より具体的には、加圧によりまず
ゴム型が弾性変形し、その弾性変形によって予備成形体
を収容しているキャビティが縮小し、その縮小により成
形体が圧縮される形となる。そして、本発明者らが検討
した結果、ゴム型の硬さがあまりに高すぎると、成形体
の均一な圧縮が困難となり、成形体への空隙の残留が起
こりやすくなることが判明した。これは、均一なキャビ
ティ縮小のためのゴムの弾性流動が円滑に行われなくな
ることに、主な原因があると考えられる。

【０００９】そこで、さらに、検討を重ねた結果、ゴム
型の材質として使用するゴムの硬さに、均一な圧縮状態
が得られるようになるための上限硬さが存在することが
判明した。そして、前記ゴムとして当該上限硬さ以下、
具体的には前記ＪＩＳに規定された硬さにおいてこれを
６５以下とすることで、均一な圧力を予備成形体に与え
やすくなり、前記の課題を効果的に解決できることを見
出し、本発明を完成するに至ったものである。上記のよ
うな硬さのゴム型を使用することで、密度分布が均一で
あり、また欠陥の少ない緻密な成形体を得ることがで
き、その結果、該成形体を焼成して得られるセラミック
ボールは空隙が少なく、強度分布が略一定であるセラミ
ックボールとなる。

【００１０】ゴム型の硬さを小さくすることで上記のよ
うに欠陥の少ない成形体ひいては焼結体が得られる理由
は、以下のように推測される。すなわち、ゴム型の硬さが
小さく柔軟であれば、等方的にキャビティを縮小させる
ためのゴムの弾性流動がスムーズに進行し、ゴム自身が
加圧下にて液体に近い挙動を示すようになる結果、成形
体に直接液圧を加えたときと類似の、等方的な加圧状態
が得やすくなると考えられる。

【００１１】ゴムの硬さが６５を超えると印加される圧
力が予備成形体に均一に十分に伝播しにくくなり、成形
体を緻密化し、略一定の密度分布を確保しにくくなる。
その結果、空隙が少なく、強度分布が略一定であるセラ
ミックボールを得ることが困難となる。したがって、ゴ
ム型のゴムの硬さは６５以下に設定することが望まし
く、より望ましくは４０以下に設定するのが良い。ま
た、ゴムの硬さはより低いほうが有効に予備成形体を加
圧成形することができるが、低過ぎるとゴム型として安
定な形状を維持することができなくなったり、また、ゴ
ム型の耐久性が不足したりする問題が生ずる。そのた
め、予備成形体をゴム型に収容する作業が困難となった
り、ゴム型の交換を頻繁に行う必要が生じたりする。ま
た、硬度の低いゴムの一般的な傾向として、粘着性（タ
ッキネス）が大きくなり、粉末が付着・残留したり、自
動ライン等におけるゴム型搬送等に不具合をきたしやす
くなったりする問題がある。このような観点から、使用
するゴムの硬さは２０以上の範囲で選定することが望ま
しい。

【００１２】予備成形体はセラミックボールと対応する
形状の押圧面を有する金型により、原料粉末を一軸加圧
する金型プレス工程によって成形することができる。球
状成形体の金型プレスは、例えば図１に示すように、成
形ダイ１０１のダイ孔１０２に挿入される上下のプレス
パンチ１０３、１０３の各先端面に半球状の凹部１０３
ａ、１０３ａをそれぞれ形成し、両パンチ１０３、１０
３間で粉末を圧縮することにより、球状の成形体１０４
を得ることができる。しかしながら、金型プレスの場
合、球体という形状特有の問題により、図２に示すよう
に、パンチ面軸断面の中心に近い領域ほどプレスストロ
ークが短くなるので、粉末の締まりが悪い、つまり密度
が上がりにくくなる傾向がある（以下、低密度成形体領
域という）。そのため、従来のように硬さが６５を超え
るゴム型を用いた成形方法では、低密度成形体領域の密
度を他の部分と略同等になるまで高密度化させることは
困難であった。しかしながら、上記のように、ゴム型の
硬さを６５以下とする本発明によれば、金型プレスによ
り製造された予備成形体でも、均一に高密度化すること
ができ、ひいては空隙の少ない焼結体を容易に得ること
ができる。

【００１３】上記本発明のセラミックボールの製造方法
は、ゴム型に前述の密封用の袋等を介して略直接的に液
圧を印加する湿式プレス法（例えば、湿式ＣＩＰ法）に
適用することもできるが、外ゴム型内に内ゴム型を収容
し、外ゴム型を介して内ゴム型に間接的に圧力を加える
乾式冷間プレス処理（例えば、乾式ＣＩＰ法）に適用し
た場合に特に効果が大きい。この場合、内ゴム型のゴム
の硬さが６５以下であることが必要である。その理由
は、キャビティ縮小のために弾性変形しなければならな
い内ゴム型が、外ゴム型に拘束された状態になっている
ため、ゴムの硬さが大きいと、均一なキャビティ縮小の
ための内ゴム型の弾性流動が一層進みにくくなるためで
ある。

【００１４】なお、外ゴム型のゴムの硬さは特に限定さ
れないが、圧力印加に伴う追従弾性変形がある程度スム
ーズに行われることと、耐久性との観点から、３０〜９
０の範囲で設定するのが好ましい。当然、外ゴム型は、内
ゴム型よりも硬さの大きいものを使用する必要がある。

【００１５】乾式冷間プレス処理を採用する場合、予備
成形体の略中心を通る軸線に関して、内ゴム型を取り囲
む周方向外ゴム型を配置し、その周方向外ゴム型を介し
て内ゴム型を半径方向に圧縮するとともに、軸線方向加
圧手段により内ゴム型を該軸線方向にも圧縮する方法を
採用することができる。

【００１６】例えば、金型プレスにより予備成形した場
合には、図２に示すように、予備成形体に密な部分と疎
な部分が生じやすい。つまり、予備成形体の略中心を通
る軸線が、金型プレスによる圧縮方向と平行になるよう
に設定したとき、該軸線付近の予備成形体部分１０４ｃ
は、軸線に関して半径方向の外周付近の予備成形体部分
１０４ｂに比べて、圧縮方向の長さが長いため、十分に
圧縮されない。したがって、軸線付近部分１０４ｃは相
対的に疎な部分となり、一方、外周付近部分１０４ｂは
相対的に密な部分となる。強度分布が一定であるセラミ
ックボールを得るには、このような予備成形体の密度分
布を改善することが必要となる。

【００１７】上記方法によれば、周方向外ゴム型を内ゴ
ム型の周方向に取り囲む形で配置することにより、その
周方向外ゴム型への液圧印加により、内ゴム型に対し
て、内ゴム型の軸線に関して半径方向中心に向かって等
方的な圧力を印加することが可能となる。また、軸線方
向加圧手段を内ゴム型の軸線方向両端面に接するように
配置することによって、内ゴム型を軸線方向に加圧する
ことが可能となる。その結果、内ゴム型の全面に対して
均等に圧力を印加することができ、そのため内ゴム型の
弾性流動が円滑に行われることによって、予備成形体に
対してより等方的な圧力を加えることができる。その結
果、より均一で緻密な成形体を得ることが可能となる。

【００１８】上記本発明のセラミックボールの製造方法
により、空隙が少なく、また強度分布も略一定である本
発明のセラミックボールを得ることができる。また、本
発明は、ベアリング転動体として上記本発明のセラミッ
クボールが複数個組み込まれたボールベアリングも提供
する。このようなボールベアリングは、例えば、ハード
ディスク装置のハードディスク回転主軸部分の軸受部品
又はヘッドアームの駆動回転軸の軸受部品、さらにはレ
ーザープリンタ等に使用されるポリゴンスキャナのポリ
ゴンミラー回転主軸部分の軸受部品として使用できる。
また、本発明は、上記ボールベアリングを軸受け部品と
して用いたベアリング付きモータを提供する。さらに、
上記のベアリング付きモータと、そのベアリング付きモ
ータにより回転駆動されるハードディスクとを備えたハ
ードディスク装置、あるいは、上記のベアリング付きモ
ータと、そのベアリング付きモータにより回転駆動され
るポリゴンミラーとを備えたポリゴンスキャナも提供す
る。

【００１９】ボールベアリング、特にハードディスクド
ライブ（以下、ＨＤＤという）、あるいはポリゴンスキ
ャナにて使用されるボールベアリングには、空隙が少な
く、高強度であるセラミックボールの使用が要求され
る。セラミックボールに空隙が存在していると、特に表
面にて存在していると、ＨＤＤ、あるいはポリゴンスキ
ャナのように高精度かつ高速回転にて使用される場合に
は、振動及び異音の原因となる。また空隙の存在はセラ
ミックボールの強度を低下させることにもなる。

【００２０】本発明の製造方法によって製造されたセラ
ミックボールは、空隙が少なく、強度分布も略一定に保
たれているので、ベアリングボールとして好適に使用す
ることができる。特にハードディスクドライブ（以下、
ＨＤＤという）、あるいはポリゴンスキャナのような高
精度かつ高速回転が要求されるボールベアリングにて使
用される場合は、異常振動及び音響不良を抑制するとと
もに、長時間使用されてもその性能を良好に維持するこ
とができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て窒化珪素質セラミックボールを例にとり説明する。ま
ず、原料となる窒化珪素粉末はα率が７０％以上のもの
を使用することが望ましく、これに焼結助剤として、希
土類元素、３Ａ、４Ａ、５Ａ、３Ｂおよび４Ｂ族の元素
群から選ばれる少なくとも１種を酸化物換算で１〜１５
重量％、好ましくは２〜８重量％の割合で混合する。な
お、原料配合時においては、これら元素の酸化物のほ
か、焼結により酸化物に転化しうる化合物、例えば炭酸
塩や水酸化物等の形で配合してもよい。

【００２２】次に、上記の配合物に、水系溶媒を加えて
アトライターなどの粉砕機により湿式混合（あるいは湿
式混合・粉砕）した泥漿をスプレードライなどによって
乾燥させ、成形用素地粉末を得る。

【００２３】上記のようにして得られた成形用素地粉末
を図１に示す金型プレスによって予備成形体とする。具
体的には、成形ダイ１０１のダイ孔１０２に挿入される
上下のプレスパンチ１０３、１０３の各先端面に半球状
の凹部１０３ａ、１０３ａをそれぞれ形成し、両パンチ
１０３、１０３に一軸的に圧力を印加し、両パンチ１０
３、１０３間で原料粉末を圧縮する。このような金型プ
レス法においては、プレスパンチ１０３、１０３のパン
チ面外周縁部を平坦化し、陶領域のプレス圧力を増加さ
せる方法を採用することが望ましいが、この方法では、
プレスパンチ１０３、１０３に平坦化部分１０３ｂ、１
０３ｂに対応して、成形体１０４には必然的に鍔上の不
溶部分１０４ａが形成される。この不溶部分１０４ａ
は、焼結前ないしは後に研磨などにより除去される。

【００２４】上記金型プレスによって得られた予備成形
体１０４’は、一軸的に圧力印加されるため、図２に示
すように密度が高い部分と低い部分が生じる。つまり、
１０４ｂの部分は成形体高さを小さくするために長いス
トロークでプレスされるために密度が高くなり、逆に１
０４ｃの部分は成形体高さが大きい分だけプレスストロ
ークが短く、密度が低くなる。

【００２５】そこで、上記の密度差を解消するために、
図４及び図５に示すようなゴム型を用いて乾式ＣＩＰを
施す。図４はゴム型２００の縦断面図であり、図５はゴ
ム型２００の半径方向の断面図である。この場合、ま
ず、金型プレスによって得られた予備成形体１０４’を
ゴム型２００（後述する内ゴム型となる）に収容する。
本実施形態では、ゴム型２００は、板状形態の両面に半
球状のキャビティを複数形成したものであり、上下に重
ねた内ゴム型２００間にて組み合わされるキャビティに
それぞれ予備成形体１０４’が収容される。このように
すれば、同時に多くの成形体を得ることができ効率的で
ある。このゴム型２００のゴムの硬さは２０〜６５、望
ましくは２０〜４０に調整されている。

【００２６】ゴムの材質は特に限定されないが、例えば
シリコンゴム、硬質ウレタン及びウレタンＮＣナイロン
等は、耐久性にも優れているので、本発明に有効に使用
することができる。なお、同種のゴムであっても、架橋
密度や組成によりゴム硬さは種々に変化するので、架橋
剤（加硫剤）の添加量調整等により、硬さが上記範囲に
調整されたものを使用する必要がある。

【００２７】図６に、ゴム型に収容された予備成形体１
０４’を乾式冷間プレスにより加圧成形する工程の一例
を示す。まず、予備成形体１０４’を収容したゴム型２
００は、図６に示すように、周方向外ゴム型２０１、及
び軸線方向外ゴム型２０３、２０３内に内ゴム型２０
０’として収容される。このとき周方向外ゴム型２０１
は図７に示すように内ゴム型２００’の側面２０５に接
し、内ゴム型を周方向から取り囲むように配置されてお
り、また、軸線方向外ゴム型２０３，２０３は内ゴム型
２００’の軸線方向両端面２０４，２０４に接するよう
に配置されている。

【００２８】周方向外ゴム型２０１には、図示しない供
給源からの加圧圧力媒体（例えば水、あるいはオイル
等）により周方向に液圧が印加され、半径方向に圧縮さ
れる。その結果、周方向外ゴム型２０１は、内ゴム型２
００’の周面全体に対して半径方向に圧力を加えること
になる（図７）。また、軸線方向外ゴム型２０３に対し
ても、図示しない供給源からの加圧媒体により、軸線方
向の液圧が印加される。これにより、液圧印加された軸
線方向外ゴム型２０３は内ゴム型２００’を軸線方向に
圧縮する。

【００２９】上記のような工程により、内ゴム型２０
０’に液圧が印加されると、内ゴム型２００’のキャビ
ティ内に収容されている予備成形体１０４’は、内ゴム
型２００’の圧縮変形に伴うキャビティの縮小により、
略均一で等方的な圧力を受ける。このような圧力を受け
ることにより、得られる成形体の密度分布が略一定とな
る。さらに、内ゴム型のゴムの硬さを６５以下とするこ
とによって、圧力の伝播が効果的に行われ、緻密な成形
体が得られる。このような該成形体を焼成することによ
って得られるセラミックボールは、空隙が少なく、強度
分布も略一定となる。ここで、軸線方向に圧力を印加す
ることの利点は、内ゴム型のほぼ全面に対して圧力を加
えることにより、予備成形体１０４’に略等方的な圧力
を伝達することができるため、予備成形体１０４’の疎
な部分１０４ｃ（図２参照）に対しても十分な圧力を加
えられることである。したがって、予備成形の段階にお
いては疎であった部分１０４ｃも高密度化でき、より密
度の均一な成形体を得ることができる。さらに、金型プ
レスによる圧縮方向を予備成形体の軸線方向とし、予備
成形体の軸線方向と、軸線方向外ゴム型による加圧方向
とが略平行になるように、予備成形体１０４’を内ゴム
型２００’内に収容すれば、予備成形体の疎な部分１０
４ｃに対して選択的に圧力を加えることができ、より一
層上記効果を得ることもできる。

【００３０】なお、軸線方向の加圧手段は図８のように
することもできる。内ゴム型の軸線方向両端面２０４，
２０４に接するように１対のプレスパンチ２０６，２０
６を配置する。これらプレスパンチ２０６、２０６は軸
線方向に稼動可能であり、内ゴム型の軸線方向両端面２
０４、２０４に対して接近・離間できるようになってい
る。プレスパンチ２０６、２０６を稼動し、内ゴム型に
接近させることにより軸線方向に内ゴム型を圧縮する。

【００３１】上記方法によって得られた成形体は、焼成
により、球状の窒化珪素質焼結体となる。焼成は、例え
ば、一次焼成及び二次焼成の２段階焼成によって行うこ
とができる。一次焼成は、窒素を含む１〜１０気圧以下
の非酸化性雰囲気下において１９００℃以下で行い、一
次焼成後の焼結体密度を７８％以上、好ましくは９０％
以上となるように行うことが望ましい。一次焼成密度が
７８％未満では、二次焼成後にポア等の欠陥が多く残り
やすくなる場合がある。また、二次焼成は、窒素を含む
１０〜１０００気圧の非酸化性雰囲気下にて、１６００
〜１９５０℃で行うことができる。焼成の圧力が１０気
圧未満では、窒化珪素の分解が抑えられず、この圧力が
１０００気圧を超える圧力であっても何ら効果に変化も
なく、また、コスト面でも不利である。また、焼成温度
が１６００℃未満では、ポア等の欠陥を消滅させること
ができず強度が低下しやすくなる。ただし、上記の二次
焼成に相当する焼成条件によって十分な高密度化を図る
ことができ、欠陥等も少なくできる場合には、一次焼成
を省略して一段階焼成とすることもできる。また、二次
焼成を行う場合には、これを窒素を含む２００気圧以下
の常圧またはガス圧により行うことで、得られるセラミ
ックボールの表面硬さの、過度の上昇を抑制することが
できる。これによって、研磨等の加工をよりスムーズに
行うことができ、ひいては真球度や直径不動など、研磨
後のベアリングボールの寸法制度を確保することが容易
となる。

【００３２】図１１に示すように、上記のようにして得
られたセラミックボール４３は、例えば金属あるいはセ
ラミック製の内輪４２及び外輪４１の間に組み込めば、
ラジアル型のボールベアリング４０が得られる。ボール
ベアリング４０の内輪４２に軸ＳＨを固定すれば、セラ
ミックボール４３は、外輪４１又は内輪４２に対して回
転又は摺動可能に保持される。

【００３３】図１２は、上記ボールベアリングを用いた
ハードディスク駆動装置の一構成例を示す縦断面図であ
る。該ハードディスク装置１００は、本体ケース１０７
の底内面中央に、筒状の軸保持部１０８が垂直に立ち上
がる形態で形成され、その内側に筒状のベアリング保持
ブッシュ１１２が同軸的に嵌め込まれている。ベアリン
グ保持ブッシュ１１２は、外周面にブッシュ固定用フラ
ンジ１１０、１３８が形成され、これが軸保持部１０８
の片端に当接する形で軸線方向の位置決めがなされてい
る。また、ベアリング保持ブッシュ１１２の内側両端に
は、それぞれ本発明のセラミックボール１４４を内輪１
４０及び外輪１３６の間に複数配置した、図１１と同様
の構造のボールベアリング１１６，１１８が同軸的には
め込まれ、ベアリング保持ブッシュ１１２の内周面から
突出して形成されたベアリング固定フランジ１３２の両
端部にそれぞれ当接・位置決めされている。

【００３４】ボールベアリング１１６，１１８の各内輪
１４０，１４０内にはディスク回転軸１４６が挿通固定
され、ベアリング１１６，１１８によりベアリング保持
ブッシュ１１２ひいては本体ケース１０７に対して回転
可能に支持されている。ディスク回転軸１４６の一端側
には扁平筒状のディスク固定部材（回転部材）１５２が
一体化されており、その外周縁に沿って壁部１５４が下
向きに伸びる形で形成されている。その壁部１５４の内
周面には励磁用永久磁石１２６が取り付けられる一方、
その内側には、ベアリング保持ブッシュ１１２の外周面
に固定されたコイル１２４が励磁用永久磁石１２６と対
向する形で配置されている。コイル１２４と励磁用永久
磁石１２６とはディスク回転駆動用の直流モータ１２２
を構成する。このモータ１２２は、回転軸１４６を出力
軸としてベアリング１１６，１１８とともに本発明のベ
アリング付きモータを構成する。その最大回転数は８０
００ｒｐｍ以上の高速回転であり、より大きなアクセス
速度が要求される場合には、最大回転数にて１００００
ｒｐｍ以上、さらには３００００ｒｐｍ以上にも達する
場合がある。従って、コイル１２４のターン数や励磁用
永久磁石１２６が発生する外部磁界の値、さらには定格
駆動電圧等が、ディスク回転の負荷を考慮して上記最大
回転数が実現されるように適宜設定されている。また、
ディスク固定部材１５２の壁部１５４の外周面からは、
ディスク固定用フランジ１５６が張り出しており、ここ
に記録用ハードディスク１０６の内周縁部が、押さえプ
レート１２１との間に挟まれる形で保持・固定されてい
る。なお、押さえプレート１２１を貫通する形で、固定
用ボルト１５１がディスク回転軸１４６にねじ込まれて
いる。

【００３５】コイル１２４への通電によりモータ１２２
が作動し、ディスク固定部材１５２をロータとして回転
駆動力を生ずる。これにより、ディスク固定部材１５２
に固定されたハードディスク１０６は、ベアリング１１
６，１１８により支持されたディスク回転軸１４６の軸
線周りに回転駆動されることとなる。

【００３６】次に、図１３に、ヘッドアーム駆動部分を
含めたハードディスクドライブ装置（以下、ＨＤＤと略
記する。）の構造を示した。この構造では、ハブ４０１
を介して磁気ディスク４０２を回転自在に支持する回転
軸４０３と、先端に磁気ヘッド（図示せず。）を取り付
けたヘッドアーム４０４の回転軸４０５という２つの回
転軸を有し、これらの回転軸４０３，４０５は、軸方向
に間隔を開けて配置された２個１組みの、すでに説明し
たものと同じ構造の本発明のボールベアリング４０６，
４０７で支持している。そして、磁気ディスク４０２の
回転軸４０３を支持する一組の玉軸受４０６の内輪４０
８は、回転軸４０３と一体に回転するように取付け、外
輪４０９をスピンドルモータ（回転軸４０３を出力軸と
し、ベアリング４０６とともに本発明のベアリング付き
モータを構成している）４１０の筒形固定子４１１の内
周に嵌めて固定し、深皿形回転子４１２の中心に回転軸
４０３を固定して回転軸４０３をスピンドルモータ４１
０で回転させている。

【００３７】このような構造によって回転自在に支持さ
れた磁気ディスク４０２は、スピンドルモータ４１０の
回転速度に応じて高速回転するが、その際に磁気記録デ
ータを読み書きする磁気ヘッドを取り付けたヘッドアー
ム４０４も適宜に動作する。ヘッドアーム４０４の末端
は回転軸４０５の上部で支持され、この回転軸４０５を
図外のＶＣＭ等からなるアクチュエータで軸周りに回転
させ、ヘッドアーム４０４の先端を所要角度だけ旋回さ
せて磁気ヘッドを所要位置に移動させる。このように回
転軸４０５の回転動作により、磁気ディスク４０２の記
録有効域における所要の磁気記録データの読み書きが可
能となる。

【００３８】次いで、図１５は、上記ボールベアリング
を用いたポリゴンスキャナの一例を示すものである
（（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は縦断面図
である）。ポリゴンスキャナー３００は写真撮影やコピ
ー等の画像処理さらにはレーザープリンタにおいて、走
査光ビームを生成するために用いられるものであり、基
体３１１とそれを蓋するカバー３１２とよりなる略円筒
状の密閉ケース３１３に、本発明のベアリング付きモー
タであるモータ３１４（ここではアウターロータ型とさ
れている）が収容され、その固定軸３１５の両端がそれ
ぞれ基体３１１及びカバー３１２に固定される。多角形
板状体の各側面に反射鏡が形成されてなるポリゴンミラ
ー３１６はこの例では正八角形板状体とされており、そ
の中央部に形成された取付孔３１６ａにモータ３１４の
ロータ３１７が挿通され、これに一体回転可能に固定さ
れる。そして、ロータ３１７は、図１１と同様の構造の
本発明のボールベアリング３２３，３２３を介して固定
軸３１５により回転可能に支持されている。モータ３１
４は、最大回転数が例えば１００００ｒｐｍ以上ないし
３００００ｒｐｍ以上にて高速回転する。

【００３９】基体３１１の側面にはポリゴンミラー３１
６と対向する位置に光ビーム入出射用の窓３１８が設け
られており、窓３１８には窓ガラス３１９が取付けられ
ている。窓ガラス３１９は窓３１８に外側からはめ込ま
れ、一対の板ばね３２１によって押圧固定される。図
中、３２２は板ばね３２１の他端側を基体３１１に固定
するための取付けねじである。なお、基体３１１の内面
側には、窓ガラス３１９の突当て面を構成するための突
出部３１１ａが存在している。

【００４０】モータ３１４の駆動により、ポリゴンミラ
ー３１６は固定シャフト３１５の軸心回りに回転し、こ
の回転するポリゴンミラー３１６に、レーザ光などの光
ビームが窓３１８を介して所定の方向から入射される。
ポリゴンミラー３１６の各側面の反射鏡は回転しなが
ら、順次その入射光ビームを反射し、この反射光によっ
て走査光ビームが生成され、この走査光ビームが窓３１
８から出射される。

【００４１】なお、本発明のセラミックボールの製造方
法は、窒化珪素質セラミックボールに限らず、例えばジ
ルコニア質セラミックボール、アルミナ質セラミックボ
ールあるいは炭化珪素質セラミックボールにおいても同
様に行うことができ、得られたセラミックボールは上記
用途に好適に使用することができる。

【００４２】ジルコニア（酸化ジルコニウム）質セラミ
ックは、いわゆる部分安定化ジルコニアの組成を採用す
ることにより、変態応力緩和に基づくセラミックの強靭
化が可能である。ジルコニア系セラミック相の主体であ
るＺｒＯ_２及びＨｆＯ_２は、温度の変化に伴い結晶構造
の異なる３種類の相の間で変態を起こすことが知られて
おり、具体的には室温を含めた低温側で単斜晶系相、そ
れよりも高温側で正方晶系相、さらに高温側で立方晶系
相となる。ジルコニア系セラミック相の全体がＺｒＯ_２
及びＨｆＯ_２の少なくともいずれかで構成される場合
は、室温近傍においては、そのほぼすべてが単斜晶系相
になると考えられる。しかしながら、ＺｒＯ_２及びＨｆ
Ｏ_２に対し安定化成分として、一定量以上のアルカリ土
類金属の酸化物あるいは希土類金属酸化物（例えばカル
シア（ＣａＯ）あるいはイットリア（Ｙ_２Ｏ_３）等）を
固溶させることで、単斜晶系相と正方晶系相との間の変
態温度が下がり、室温近傍の温度域において正方晶系相
を安定化できることが知られている。

【００４３】ここで、上述の正方晶系相から単斜晶系相
への相変態は、いわゆるマルテンサイト変態機構もしく
はそれに類似の相変態機構に基づくものであることが知
られており、外部から応力が付加されると変態温度が上
昇して上記正方晶系相が応力誘起変態を起こすととも
に、その応力による歪エネルギーが変態の駆動力として
消費される結果、付加された応力が緩和される。従っ
て、材料中に発生した亀裂先端部に応力が集中しても、
正方晶系相が単斜晶系相に変態することにより、応力が
緩和されて亀裂の伝播が阻止ないし緩和され、破壊靭性
値が向上する。

【００４４】ジルコニア系セラミック相の安定化成分と
しては、Ｃａ、Ｙ、Ｃｅ及びＭｇの１種又は２種以上
を、ＣａはＣａＯに、ＹはＹ_２Ｏ_３に、ＣｅはＣｅＯ_２
に、ＭｇはＭｇＯにそれぞれ酸化物換算した値にて、ジ
ルコニア系セラミック相中の含有量として合計で１．４
〜４モル％の範囲にて含有されることが望ましい。安定
化成分の含有量が１．４モル未満になると、単斜晶系相
の含有比率が増大する結果、正方晶系相の含有比率が相
対的に低下して応力緩和効果が十分に得られなくなり、
耐摩耗性等の不足を招く場合がある。一方、安定化成分
の含有量が４モル％を超えると立方晶系相の含有比率が
増大し、同様に耐摩耗性が不足する場合がある。安定化
成分の含有量は、より望ましくは１．５〜４モル％、さ
らに望ましくは２〜４モル％とするのがよい。

【００４５】なお、正方晶系相の安定化成分としては具
体的には、Ｙ_２Ｏ_３が、他の安定化成分を使用した場合
と比較して、得られるセラミック材料の強度が高く、ま
た、比較的安価であることから本発明に好適に使用され
る。一方、ＣａＯ及びＭｇＯは、Ｙ_２Ｏ_３を使用した場
合ほどではないが、得られるセラミック材料の強度が比
較的高く、またＹ_２Ｏ_３よりもさらに安価であることか
ら、同様に本発明に好適に使用される。なお、Ｙ
_２Ｏ_３、ＣａＯ及びＭｇＯはそれぞれ単独で使用して
も、２種以上のものを複合させて使用しても、いずれで
もよい。

【００４６】またジルコニア系セラミック相は、その立
方晶系相の存在重量ＣＷと正方晶相の存在重量ＴＷとの
比率ＣＷ／ＴＷが１未満であることが望ましい。立方晶
系相は、前述の安定化成分の含有量が増大して正方晶系
相との間の変態点が低下した場合、あるいは焼成温度が
１６００℃を超えた場合において生成しやすく、単斜晶
系相や正方晶系相と比較して、焼成中に結晶粒の粗大化
を起こしやすい性質を有している。そして、粗大化した
立方晶系相の結晶粒は、他の結晶粒との間の界面結合力
が小さいため脱粒しやすく、前述の比率が１を超えるま
で立方晶系相の量が増えると、そのような粗大化した結
晶粒の形成量も増大する。いずれも、前記した条件の尖
鋭エッジ部を形成する際の耐チッピング性を損なうこと
につながる。それ故、比率ＣＷ／ＴＷは１未満とするの
がよく、望ましくは０．５未満、さらに望ましくは０．
１未満とするのがよい。

【００４７】なお、正方晶系相と立方晶系相との存在比
率に関する情報は、以下のようにして得られる。例え
ば、セラミック材料の一部を鏡面研磨し、その研磨面に
おいてディフラクトメータ法によりＸ線回折を行う。こ
の場合、得られる回折パターンにおいては、正方晶系相
と立方晶系相との主要回折ピークである（１１１）強
度ピーク位置が互いに近接して現われるため、まず単斜
晶系相の（１１１）及び（１１ -１）の合計強度Ｉm
と、正方晶系相及び立方晶系相の（１１１）強度の和
Ｉt＋Ｉcとの比から、単斜晶系相の存在量を求める。次
に、この焼結体を機械的に粉砕して再度Ｘ線回折を行
い、単斜晶系相及び立方晶系相の（１１１）強度Ｉ’
m及びＩ’cを求める。この場合、上記粉砕に伴う機械的
応力により、焼結体の正方晶系相は単斜晶系相に変態す
ると考えられるので、Ｉ’c／（Ｉ’m＋Ｉ’c）から立
方晶系相の存在量を求めることができる。こうして得ら
れるＩ’c／（Ｉ’m＋Ｉ’c）の値が０．５以下、望ま
しくは０．１以下となっていることが、前記した条件の
尖鋭エッジ部を形成する際の耐チッピング性を向上させ
る上で望ましい。

【００４８】次に、アルミナ質セラミックを使用する場
合は、アルミナ粉末に適当な焼結助剤粉末（例えばＭ
ｇ，Ｃａ，Ｓｉ，Ｎａ等の酸化物）を配合したものを、
セラミック基質の成形用素地粉末として使用できる。な
お、得られるセラミック基質は、上記の焼結助剤成分を
酸化物換算にて０．１〜１０重量％含有し、Ａｌ_２Ｏ_３
換算したＡｌ成分にて残部が構成されるアルミナ質セラ
ミック基質とするのがよい。

【００４９】

【実験例】本発明の効果を調べるために以下の実験を行
った。素材粉末として、窒化珪素粉末（窒化珪素純度９
８重量％、平均粒子径０．５μｍ、９０％粒子径１．０
μｍ、ＢＥＴ比表面積値１０ｍ^２／ｇ）と、焼結助剤成
分として、イットリア粉末（平均粒子径０．６μｍ、９
０％粒子径１．０μｍ、ＢＥＴ比表面積値１０ｍ^２／
ｇ）、アルミナ粉末（平均粒子径０．４μｍ、９０％粒
子径１．０μｍ、ＢＥＴ比表面積値１０ｍ^２／ｇ）を用
意した。なお、平均粒子径はレーザー回折式粒度径（堀
場製作所（株）製、品番：ＬＡ−５００）で、ＢＥＴ比
表面積値はＢＥＴ比表面積測定装置（ユアサアイオニク
ス（株）製、マルチソープ１２）でそれぞれ測定した。

【００５０】ここで、レーザー回折式粒度計にて測定さ
れた粉末粒子系は、図１０に示す二次粒子径Ｄを反映し
たものである。また、粒子の小径側からの相対累積度数
は、図９に示すように、評価対象となる粒子を粒径の大
小順に配列し、その配列上にて小粒径側から粒子の度数
を計数したときに、着目している粒径までの累積度数を
Ｎc、評価対象となる粒子の総度数をＮ0として、ｎrc＝
（Ｎc／Ｎ0）×１００（％）にて表される相対度数ｎrc
をいう。そして、Ｘ％粒子径とは、前記した配列におい
てｎrc＝Ｘ（％）に対応する粒径をいう。例えば、９０
％粒子径とは、ｎrc＝９０（％）に対応する粒径をい
う。

【００５１】他方、ＢＥＴ比表面積値は吸着法により測
定され、具体的には、粉末表面に吸着するガスの吸着量
から比表面積値を求めることができる。吸着法による比
表面積値測定においては、吸着する気体分子は二次粒子
中にも浸透して、これを構成する個々の一次粒子の表面
を覆うので、結果として比表面積値は、一次粒子の比表
面積、ひいては図１０の一次粒子径ｄの平均値を反映し
たものとなる。

【００５２】上記の素材粉末を組成比が、窒化珪素粉末
が１００重量部、イットリア粉末が３重量部、アルミナ
粉末が３重量部となるように配合し、その配合物１００
重量部に溶媒としての純水５０重量部と、適量の有機結
合材とを加えてアトライターミルにより１０時間混合を
行い、得られた泥漿をスプレードライ法によって乾燥し
成形用素地粉末を得た。

【００５３】次に、この成形用素地粉末を図１に示すよ
うな金型プレスで予備成形し予備成形体を得た。その後
ＪＩＳ−Ｋ６５２３に規定されているデュロメータ硬さ
が３５のゴム型（材質：シリコンゴム）に収容し、その
ゴム型を内ゴム型とし、硬さが７８の周方向外ゴム型及
び軸線方向外ゴム型（材質：ネオプレンゴム）を有する
乾式冷間プレス機によって加圧成形した。なお、周方
向、軸線方向ともに印加圧力は２００Ｐａとして圧縮成
形し、球状成形体を得た。

【００５４】上記のようにして得られた成形体を、常圧
窒素雰囲気下にて１５５０℃〜１７００℃で２時間一次
焼成した後、５０〜１００ａｔｍの加圧窒素雰囲気下に
て１６５０℃〜１７００℃で２時間二次焼成した。その
後溝付定盤砥石（番手：＃２００００）を用いて湿式精
密機械研磨して窒化珪素質セラミックボールとした。

【００５５】また、本発明の範囲外のゴム硬さを有する
内ゴム型（材質：ネオプレンゴム）を用いて製造した成
形体を上記と同様に焼結し、比較例の窒化珪素質セラミ
ックボールを製造した。

【００５６】得られたセラミックボールの断面を、金属
顕微鏡（倍率：×１０００倍）によって観察するととも
に、その観察画像を画像解析することにより、寸法が１
μｍ以上である空隙の累積面積率と、１ｍｍ^２当りの平
均存在個数を求め、その結果からセラミックボールの評
価を行った。具体的には、１００μｍ×１００μｍの視
野内にて１μｍ以上の空隙の面積及び個数を測定し、累
積面積率及び１ｍｍ^２当りの個数に換算するとともに、
任意に抽出した５視野について同様の測定を行い、その
平均値にて最終的な空隙累積面積率及び１ｍｍ^２当りの
存在個数を算出し、寸法が１μｍ以上である空隙の累積
面積率が１％以下で、かつ１ｍｍ^２当りの平均存在個数
が５００個以下のものを（○）、累積面積率が１％を超
えて、かつ１ｍｍ^２当りの平均存在個数が５００個以上
のものを（×）としてセラミックボールの評価を行っ
た。その結果を表１に示す。

【００５７】

【表１】

【００５８】すなわち、予備成形体をゴムの硬さが６５
以下であるゴム型に収容し、加圧することによって成形
体を形成した後、該成形体を焼成する本発明のセラミッ
クボールの製造方法は、空隙が少なく密度分布が一定な
セラミックボールを製造する上で有利であることがわか
る。なお、図１４（ａ）は、番号１の試験品の研磨面の
金属顕微鏡観察画像であり、同図（ｂ）は、番号４（比
較例）の同様の金属顕微鏡観察画像である。後者では多
数の黒点状の空隙が観察されるのに対し、前者では空隙
はほとんど観察されないことがわかる。

【図面の簡単な説明】

【図１】金型プレス法による粉末成形法を説明する断面
図。

【図２】金型プレス法によって形成された成形体の密度
分布を示す図。

【図３】湿式冷間プレス法による成形体の成形工程を説
明する図。

【図４】予備成形体を収容したゴム型の縦断面図。

【図５】予備成形体を収容したゴム型の横断面図。

【図６】本発明の乾式冷間プレス法の一例を説明する該
略図。

【図７】周方向外ゴム型の作用を説明する図。

【図８】本発明の乾式冷間プレス法の図６とは異なった
例を説明する該略図。

【図９】相対累積度数の概念を示す説明図。

【図１０】一次粒子径と二次粒子径の概念を示す説明
図。

【図１１】本発明のセラミックボールを用いたボールベ
アリングの模式図。

【図１２】図１１のボールベアリングを用いたコンピュ
ータ用ハードディスク装置の一例を示す縦断面図。

【図１３】ヘッドアーム駆動機構を備えたハードディス
ク装置の一例を示す断面図。

【図１４】実施例と比較例のセラミックボールの研磨面
を示す金属顕微鏡観察画像。

【図１５】図１１のボールベアリングを用いたポリゴン
スキャナの一例を示す縦断面図。

【符号の説明】

１０４’ 予備成形体２００ゴム型２００’ 内ゴム型２０１周方向外ゴム型２０３軸線方向外ゴム型４０，１１６，１１８、４０６、４０７ボールベアリ
ング４３，１４４、４１３、４１４セラミックボール１２２モータ４０４ヘッドアーム１００ハードディスク装置３００ポリゴンスキャナ

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０２Ｋ 5/173 Ｈ０２Ｋ 5/173 Ａ５Ｈ６０５Ｆターム(参考） 3J101 AA02 AA52 AA62 BA10 EA41 FA44 GA53 4G053 AA13 AA19 BC02 BC08 CA03 CA23 EA09 EA39 EB01 4G054 AA05 AB15 BA45 BA62 5D068 AA01 BB01 CC11 GG07 5D109 BB03 BB12 BB16 BB21 5H605 AA08 BB05 BB19 CC04 DD09 EB10 FF10 GG20 GG21

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セラミック粉末を球状に予備成形した予
備成形体をゴム型内に収容し、該ゴム型を介して内部の
予備成形体を加圧することによって該予備成形体を高密
度化した球状成形体を得る成形工程と、その球状成形体を焼成する焼成工程とを含み、前記予備成形体を収容するゴム型のゴムの硬さが６５以
下であることを特徴とするセラミックボールの製造方
法。
【請求項２】前記成形工程は、外ゴム型内に内ゴム型
を収容し、該外ゴム型を介して内ゴム型に間接的に圧力
を加える乾式冷間プレス処理であり、前記内ゴム型のゴ
ムの硬さが６５以下とされる請求項１記載のセラミック
ボールの製造方法。
【請求項３】前記予備成形体は、得るべきセラミック
ボールと対応する形状の押圧面を有する金型によって原
料粉末を一軸加圧する金型プレス工程により成形される
請求項１又は２に記載のセラミックボールの製造方法。
【請求項４】前記乾式冷間プレス処理において、前記
予備成形体の略中心を通る軸線に関して、前記内ゴム型
を取り囲む周方向外ゴム型を配置し、その周方向外ゴム
型を介して前記内ゴム型を半径方向に圧縮するととも
に、軸線方向加圧手段により前記内ゴム型を該軸線方向
にも圧縮する請求項２又は３に記載のセラミックボール
の製造方法。
【請求項５】前記予備成形体を収容するゴム型のゴム
の硬さが４０以下である請求項１ないし４のいずれかに
記載のセラミックボールの製造方法。
【請求項６】請求項１ないし５のいずれかに記載のセ
ラミックボールの製造方法によって製造されたことを特
徴とするセラミックボール。
【請求項７】ベアリング転動体として、請求項６記載
のセラミックボールが複数個組み込まれたことを特徴と
するボールベアリング。
【請求項８】ハードディスク装置のハードディスク回
転主軸部分の軸受部品又はヘッドアームの駆動回転軸の
軸受部品として使用される請求項７に記載のボールベア
リング。
【請求項９】請求項７又は８に記載のボールベアリン
グを軸受け部品として用いたことを特徴とするベアリン
グ付きモータ。
【請求項１０】ハードディスク装置のハードディスク
回転駆動部に使用される請求項９記載のベアリング付き
モータ。
【請求項１１】ポリゴンスキャナのポリゴンミラー駆
動部に使用される請求項９記載のベアリング付きモー
タ。
【請求項１２】最大回転数が８０００ｒｐｍ以上の高
速回転用モータである請求項９ないし１１のいずれかに
記載のベアリング付きモータ。
【請求項１３】請求項１０又は１２に記載のベアリン
グ付きモータと、そのベアリング付きモータにより回転
駆動されるハードディスクとを備えたことを特徴とする
ハードディスク装置。
【請求項１４】請求項１１又は１２に記載のベアリン
グ付きモータと、そのベアリング付きモータにより回転
駆動されるポリゴンミラーとを備えたことを特徴とする
ポリゴンスキャナ。