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 - Google Patents
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
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Abstract
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
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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ZrO2及びHfO2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ZrO2
及びHfO2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、ZrO2及びHf
O2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(Y2O3)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。
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。
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Y2O3に、CeはCeO2
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。
体的には、Y2O3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、Y2O3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Y2O3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
2O3、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。
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。
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(1 1 1)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(1 1 1)及び(1 1 -1)の合計強度Im
と、正方晶系相及び立方晶系相の(1 1 1)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(1 1 1)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。
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、Al2O3
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。
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10m2/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10m2/
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10m2/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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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、1mm2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1mm2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1mm2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1mm2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1mm2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。
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。
分布を示す図。
明する図。
略図。
例を説明する該略図。
図。
アリングの模式図。
ータ用ハードディスク装置の一例を示す縦断面図。
ク装置の一例を示す断面図。
を示す金属顕微鏡観察画像。
スキャナの一例を示す縦断面図。
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
Claims (14)
- 【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。
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