JP2002106570A

JP2002106570A - 転動体およびこれを用いたベアリング

Info

Publication number: JP2002106570A
Application number: JP2000360149A
Authority: JP
Inventors: Takami Sakamoto; 隆己坂元; Takeshi Kato; 剛加藤
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2000-07-27
Filing date: 2000-11-27
Publication date: 2002-04-10

Abstract

(57)【要約】【課題】転動体としてセラミックスを用いた従来の軸受
けでは、使用中に温度が上昇すると、内外輪をなす軸受
け鋼と転動体をなすセラミックスとの熱膨張係数の差に
より予圧が抜け、隙間が生じていた。【解決手段】セラミックスからなる転動体において、熱
膨張率が９．０×１０^-6／℃以上、圧砕荷重が４０００
Ｎ以上であり、表面に存在するポアの平均径を５μｍ以
下とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ジルコニアおよび
アルミナの複合焼結体からなるハードディスク装置の回
転軸支持用ベアリング等に使用される転動体に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的なハードディスク装置（以下、Ｈ
ＤＤと略記する。）等における回転軸支持構造は、図１
に示すように、ハブ１を介して磁気ディスク２を回転自
在に支持する回転軸３を、軸方向に間隔を開けて配置さ
れた２個１組の玉軸受け４で支持している。

【０００３】そして、磁気ディスク２の回転軸３を支持
する一組の玉軸受け４の内輪５は、回転軸３と一体に回
転するよう取り付けられ、転動体１０を介して外輪６を
スピンドルモータ７の固定子８の内周に嵌めて固定し、
回転子９の中心に回転軸３を固定して回転軸３をスピン
ドルモータ７で回転させていた。このような回転軸支持
構造によって回転自在に支持された磁気ディスク２は、
スピンドルモータ７の回転速度に応じて高速回転する。

【０００４】あるいは図２に示すように、内輪５を回転
軸３に固定し、外輪６をハブ１に固定し、スピンドルモ
ータ７にて直接ハブを回転させ、スピンドルモータ７の
回転速度に応じて高速回転するようになっていた。

【０００５】従来のハードディスク装置の回転軸３を支
持する玉軸受け４は、高精度の小型玉軸受け（ミニチュ
ア玉軸受け：ＪＩＳＢ０１０４「軸受け外径９ｍｍ
未満の玉軸受」）が使用されており、少なくとも寸法精
度や回転精度はＪＩＳの５級以上のものが使用されてい
る。また、剛性を高めて軸のたわみ又は振れを小さくす
るために軸受け隙間を負の隙間として予圧を与えてい
る。

【０００６】予圧を与える方法としては定位置予圧と定
圧予圧がある。定位置予圧は軸受け同士の位置が固定さ
れ、剛性を高めるのに有効である。定圧予圧はバネを用
いて予圧するので、運転中の熱影響および荷重の影響に
よる軸受け間の位置の変化があっても、予圧量を一定に
保つことができる。定位置予圧にはあらかじめ差幅調整
した組み合わせ軸受けを用いる方法と、あらかじめ寸法
調整した間座を用いる方法、そして軸方向の予圧を調整
できるナットまたはボルトを締め付けて用いる方法があ
る。定圧予圧にはコイルばねまたは皿ばねを用いる方法
がある。予圧の効果としては、軸の振れを抑え、軸受け
の剛性を高め、転動体の旋回滑り・公転滑り・自転滑り
を抑制し、振動の発生防止と低騒音化が可能となり、軌
道輪に対して、転動体を正しい位置に保つ等の効果があ
るが、一般に予圧は軸受けの寿命を低下させるのみでな
く、摩擦を増大させて温度上昇も大きくする。よって、
予圧が過大にならないように注意しなければならない。

【０００７】また最近では、コンピューターの記録密度
の増大、及び処理速度の高速化により、ＨＤＤの回転速
度はより高速回転が求められている。そのため従来転動
体１０として用いられてきた金属に代わり、比重が軽
く、耐摩耗性のよい窒化珪素等のセラミックスが用いら
れるようになってきた。

【０００８】窒化珪素を軸受け材料として用いる場合
は、材料に内在する微小な欠陥（気孔等）が転がり疲労
によって表面で剥離を起こす原因となるため、特開平３
−６０４６７号公報に示されているように、雰囲気加圧
焼結やＨＩＰ処理が用いられている。このようにして得
られた焼結体は、製品として精密加工された後、転動体
１０として使用される。

【０００９】転動体１０は、表面ないしはその近傍の表
層に高い引っ張り応力を受けるために、表面ないしはそ
の近傍に欠陥が存在しないことが重要であり、転動体１
０として用いる焼結体には、特に、欠陥（気孔、介在
物、組織の異常など）がないことが要求されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記転
動体１０として窒化珪素などのセラミックスを用いた従
来の軸受けでは、高速回転のグリースの補給間隔を長く
すること、つまりグリースの長寿命化は達成できるが、
使用中に温度が上昇すると、内外輪をなす軸受け鋼と転
動体１０をなす窒化珪素質セラミックスとの熱膨張係数
の差により予圧が抜け、隙間が生じるという問題があっ
た。

【００１１】このため、ボール固定部に圧力抜けが発生
して、ロッキングモードと呼ばれる回転軸の振れが加振
され、結果として、トラックミスレジストレーションに
よりヘッドのオントラックができなくなり、軸受け部に
異音が発生すると同時に、磁気ヘッドの誤動作（読み取
り・書き取りの不良）が生じていた。

【００１２】上記熱膨張率差の対策として、転動体１０
の材質を軸受け鋼と熱膨張係数の近いセラミックスであ
るジルコニアに変える試みがなされつつあるが、ＨＤＤ
用軸受に使用する場合、予圧およびスピンドルモータの
発生する熱により長時間使用すると相変態を起こし、転
動体１０の真円度、表面粗さ等が悪くなり、振動及び異
音が発生しＨＤＤとしての回転精度が満足できなくなる
という問題があった。

【００１３】そこで、本発明の目的は,高速回転とグリ
ースの長寿命化という条件を満たしながら、振動、騒音
を低減できるＨＤＤ用転がり軸受けを提供することにあ
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、鋭意検討
した結果、セラミックスからなる転動体において、熱膨
張率が９．０×１０^-6／℃以上、圧砕荷重が４０００Ｎ
以上であり、表面に存在するポアの最大径が５μｍ以下
とすることにより、上記課題を解決できることを見出し
た。

【００１５】また、前記セラミックスとしてジルコニア
セラミックスを用い、表面部における初期の単斜晶の含
有量が１％以下であり、１００℃、荷重１４．７Ｎ、回
転数１００００ｒｐｍ×５００時間の条件下で使用した
後の単斜晶の含有量が５％以下である転動体とすること
により、上記課題を解決できることを見出した。

【００１６】また、前記セラミックスとしてジルコニア
セラミックスを用い、表面部における初期の単斜晶の含
有量が１％以下であり、１００℃、荷重１４．７Ｎ、回
転数１００００ｒｐｍ×５００時間の条件下で使用した
後の表面粗さＲａが０．００４以下である転動体とする
ことにより、上記課題を解決できることを見出した。

【００１７】また、ジルコニアセラミックスからなり、
初期の圧砕荷重に対し、１２１℃×２気圧の飽和水蒸気
雰囲気中で４００時間処理した後の圧砕荷重が８０％以
上である転動体とすることにより、上記課題を解決でき
ることを見出した。

【００１８】また、前記ジルコニアセラミックスとし
て、主成分をなすジルコニアに希土類元素酸化物を２〜
５モル％含有し、これら合計１００重量部に対しアルミ
ナを２〜４０重量部含有すると共に、ジルコニアの平均
結晶粒径が０．２〜０．５μｍであり、ジルコニアの平
均結晶粒径ａとアルミナの平均結晶粒径ｂの比率が、
０．４≦ａ／ｂ≦２．０となるようにすれば好ましいこ
とを見出した。

【００１９】

【作用】本発明によれば、これらの材料をハードディス
ク装置の回転軸支持用ベアリング転動体として使用する
ことにより、従来に比較して低コストで信頼性、高速耐
久性、耐摩耗性をもち長時間使用しても相変態に起因す
る振動や音が発生しないハードディスク装置の回転軸支
持用ベアリング転動体が得られる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。

【００２１】本発明の転動体は、図１に示すようなハー
ドディスク装置等における回転軸支持用の軸受け４に使
用される。この軸受け４は、ハブ１を介して磁気ディス
ク２を回転自在に支持する回転軸３を、軸方向に間隔を
開けて配置された２個１組の玉軸受け４で支持してい
る。そして、磁気ディスク２の回転軸３を支持する一組
の玉軸受け４の内輪５は、回転軸３と一体に回転するよ
う取り付けられ、外輪６をスピンドルモータ７の固定子
８の内周に嵌めて固定し、転動体１０を介して回転子９
の中心に回転軸３を固定し、回転軸３をスピンドルモー
タ７で回転させる。このような回転軸支持構造によって
回転自在に支持された磁気ディスク２は、スピンドルモ
ータ７の回転速度に応じて高速回転する。

【００２２】あるいは図２に示すように、内輪５を回転
軸３に固定し、外輪６をハブ１に固定し、スピンドルモ
ータ７にて直接ハブ１を回転させ、スピンドルモータ７
の回転速度に応じて高速回転するようになっている。

【００２３】本発明の転動体１０は、セラミックスから
なり、熱膨張率が９．０×１０^-6／℃以上、圧砕荷重が
４０００Ｎ以上であり、表面に存在するポアの最大径が
５μｍ以下であることを特徴とする。

【００２４】熱膨張率が９．０×１０^-6／℃より小さい
と、内輪５および／または外輪６となる軸受け鋼の熱膨
張率１２．５×１０^-6／℃との差が大きくなるので、使
用中の温度上昇により回転軸３部分の予圧が抜け、回転
軸３の保持が不安定となり、異音が発生したり摩擦によ
り温度が上昇するので好ましくない。

【００２５】また、圧砕荷重が４０００Ｎ未満である
と、使用中に転動体１０が破壊する可能性があるので、
好ましくない。さらに、転動体１０の表面に存在するポ
アの平均粒径が５μｍを越えると、使用中の異音や発熱
の原因となるので、好ましくない。

【００２６】本発明の転動体１０を得るためには、熱膨
張率が９．０×１０^-6／℃であるジルコニアセラミック
スを用い、焼成後ＨＩＰ処理を施した後、表面を研磨し
て表面の欠陥を除去することによってポアの最大径を５
μｍ以下とすることができる。

【００２７】また、圧砕荷重を４０００Ｎ以上とするた
めには、主成分を成すジルコニアに対し希土類元素酸化
物を２〜５モル％含有し、これら合計１００重量部に対
しアルミナを５〜４０重量部含有すると共に、ジルコニ
アの平均結晶粒径が０．２〜０．５μｍであり、ジルコ
ニアの平均結晶粒径ａとアルミナの平均結晶粒径ｂの比
率を０．４≦ａ／ｂ≦２．０とすることが好ましい。

【００２８】また、上記セラミックスとしてジルコニア
セラミックスを使用し、表面部における初期の単斜晶の
含有量が１％以下であり、１００℃、荷重１４．７Ｎ、
回転数１００００ｒｐｍ×５００時間の条件下で使用し
た後の単斜晶の含有量が５％以下であるような転動体１
０を用いることが好ましい。

【００２９】このような転動体１０とすることにより、
使用中の負荷条件下で、ジルコニアセラミックスが正方
晶から単斜晶へ相転移することを抑制し、転動体１０の
寸法変化を小さくして、耐久性良好な軸受け４とするこ
とが可能となる。

【００３０】初期の単斜晶の量が１％以上となるような
転動体１０は、使用中の負荷条件により、容易に単斜晶
の量が増加し、転動体１０が変形して回転が不均一にな
ってしまうので好ましくない。

【００３１】また、１００℃、荷重１４．７Ｎ、回転数
１００００ｒｐｍ×５００時間の条件下で使用した際
に、単斜晶の含有量が５％を越えると、転動体１０の表
面に不規則に単斜晶が生成し、これにより転動体１０が
変形して表面粗さＲａが０．００４μｍを越え軸受け４
の回転が不均一になり、異音の発生や発熱の原因となる
ので好ましくない。

【００３２】特に、発熱は軸受け４の温度を上昇させ、
ジルコニアセラミックスの相転移を助長するので好まし
くない。ジルコニアセラミックスは、２００〜３００℃
に正方晶から単斜晶への転移点を持っているので、温度
がこれに近づけば近づくほど単斜晶の量が増加すること
になるからである。

【００３３】また、転動体１０をなすジルコニアセラミ
ックスに関しては、初期の圧砕荷重に対し、１２１℃×
２気圧の飽和水蒸気圧雰囲気中で４００時間処理した後
の圧砕荷重が８０％以上であることが好ましい。正方晶
のジルコニアは準安定な状態であり、室温付近では単斜
晶が安定な結晶相であるため、ジルコニアは、周囲に水
分があると、正方晶から単斜晶への相転移が進みやすく
なるからである。上記の飽和水蒸気圧中処理前後の圧砕
荷重を評価することは、ジルコニアセラミックスからな
る転動体１０の耐水性を評価するために有用である。

【００３４】上記ジルコニアセラミックスは、主成分を
成すジルコニアに希土類元素酸化物を２〜５モル％含有
するものを使用することが好ましい。希土類元素酸化物
は、共沈法によりジルコニア中に添加することが好まし
い。これにより、ジルコニアセラミックス中に希土類元
素酸化物が均一に分散するようになり、焼成中に正方晶
が生成しやすくなる。しかしながら、この希土類元素酸
化物の含有量が２モル％未満になると、ジルコニアセラ
ミックスの相転移の臨界粒径が小さくなり、負荷条件に
より容易に相転移を起こすようになるので好ましくな
い。また、希土類元素酸化物の量が５モル％を越えるよ
うにすると、焼結体の圧砕荷重が４０００Ｎ未満となる
ので好ましくない。また、希土類元素酸化物の種類とし
ては、Ｙ₂Ｏ₃、Ｙｂ₂Ｏ₃、Ｅｒ₂Ｏ₃、Ｄｙ₂Ｏ₃等、希土
類元素金属のうちイオン半径の小さなものを使用する方
が単斜晶への相転移を抑制するために好ましい。

【００３５】さらに、ジルコニアセラミックスにアルミ
ナを添加すれば、ジルコニアセラミックスの粒界に分散
し、ジルコニアセラミックスの粒成長を抑制すると同時
に、粒界成分としてジルコニアセラミックスの相転移を
抑制する働きがある。本発明のジルコニアセラミックス
は、ジルコニアセラミックスと希土類元素酸化物の合計
１００重量部に対し５〜４０重量部のアルミナを含有す
ると共に、前記ジルコニアセラミックスの平均結晶粒径
が０．２〜０．５μｍであり、ジルコニアの平均結晶粒
径ａとアルミナの平均結晶粒径ｂの比率が、０．４≦ａ
／ｂ≦２．０であることが好ましい。

【００３６】このアルミナの量が５重量部未満となる
と、ジルコニアセラミックスの粒成長を抑制する効果が
減少し、負荷条件中の単斜晶の量が容易に増加するよう
になるので好ましくない。また、アルミナの量が４０重
量部を越えると、アルミナの体積％が過半数を越えるよ
うになり、ジルコニアセラミックスの持つ高耐久性が発
揮されにくくなるので好ましくない。

【００３７】また、このアルミナの添加に関しては、で
きるだけ全体に均一に分布させるため、ジルコニア、希
土類元素酸化物と同時に共沈法により添加するか、もし
くは、塩化アルミニウムやアルミナゾルのような形でジ
ルコニアセラミックスの共沈原料分散液中に添加するこ
とが好ましい。

【００３８】ジルコニアセラミックスの平均結晶粒径を
０．２〜０．５μｍとしたのは、平均結晶粒径が０．２
μｍ未満となるような焼結体とするには、焼成温度を１
３５０℃程度に抑えて焼成する必要があるが、焼結を促
進するために粒径を小さくすると、成形体の生密度を向
上させることが難しく、安定して平均結晶粒径を０．２
μｍ未満にすることは困難であるためである。

【００３９】また、ジルコニアセラミックスの平均粒径
を０．５μｍより大きくすると、ジルコニアセラミック
スの臨界粒径に対する余裕が小さくなるので、使用中の
負荷条件により単斜晶の生成量が５％を越えるようにな
ってしまうので好ましくない。

【００４０】また、ジルコニアの平均結晶粒径ａとアル
ミナの平均結晶粒径ｂの関係ａ／ｂが２．０を越える
と、ジルコニアの結晶粒界に分散するアルミナ粒子の数
が減少するため、ジルコニアの正方晶から単斜晶への相
転移が進みやすくなるようである。また、逆にａ／ｂが
０．４未満となると、原因は明確ではないが飽和水蒸気
圧処理に対する圧砕荷重の劣化が大きくなるので、好ま
しくない。

【００４１】セラミックスの結晶粒径は、サンプルの表
面を鏡面研磨した後、１４００〜１５００℃の高温炉中
に１０分間挿入し、粒界を観察できるようになるまでこ
の操作を繰り返して試料とし、走査型電子顕微鏡（ＳＥ
Ｍ：日立製作所Ｓ−８００）を用いて測定した。アルミ
ナとジルコニアを識別するためには、ＢＥＩ（反射電子
像）の写真と電子顕微鏡写真を併用して、色の暗くなる
結晶をアルミナ、色の明るい結晶をジルコニアとして判
断した。ジルコニウムとアルミニウムは、原子番号が４
０番と１３番と大きく異なるため、このような簡便な比
較が可能となる。

【００４２】また、水熱処理は超加速寿命試験機ＴＰＣ
−４１１Ｄ（タバイエスペック製）を用いて１２１℃×
２気圧の飽和水蒸気圧下で４００時間の処理を行なっ
た。

【００４３】また、圧砕荷重は、窒化珪素板の間に２ｍ
ｍφのセラミックスボールを挿入し、圧力を増加させな
がら破壊する時の荷重を測定して圧砕荷重とした。セラ
ミックスボールの径が異なる場合、外径ｘ（ｍｍ）のセ
ラミックスボールの圧砕荷重をＰ₀（Ｎ）とした場合、
Ｐ₀／ｘ²＝一定として、外径２ｍｍφのセラミックボー
ルの圧砕荷重を計算により求めればよい。

【００４４】また、単斜晶ジルコニアの量Ｍ（モル％）
は、焼結体表面またはその粉末をＸ線回折装置により回
折強度を測定し、その回折強度（回折ピークの高さ）か
ら次式によって算出した。

【００４５】Ｍ＝｛［Ｉｍ（１１−１）＋Ｉｍ（１１１）］／［Ｉｍ（１１−１）＋Ｉｍ（１１１）＋Ｉｔ（１１１）］｝×１００・・・・・式（１）ただし、Ｉｍ（１１−１）：単斜晶ジルコニア（１１-１）面
の回折強度Ｉｍ（１１１）：単斜晶ジルコニア（１１１）面の回
折強度Ｉｔ（１１１）：正方晶および立方晶ジルコニア（１
１１）面の回折強度さらに、焼結体中のイットリア、アルミナおよびシリカ
の量は、焼結体を元素分析することによって求めたイッ
トリア、アルミニウムまたはケイ素の量を酸化物に換算
して求めた。

【００４６】また、転動体１０の耐久性については、図
３に示す装置を用いて評価した。この装置は、８個の転
動体１０を内輪５と外輪６の間に装着したベアリングを
２組用意して回転軸３に装着し、外輪６はハブ１に固定
し内輪５を外側から内側に押圧することにより、両者に
設けられた段差を狭めるように転動体１０に荷重を掛け
ることにより、耐久テストの荷重を調整するようになっ
ている。そして、回転軸３を高速回転させた際の振動や
異音の発生を、振動測定装置１１により測定した。

【００４７】また、転動体１０の表面粗さＲａについて
は、触針式表面粗さ測定器（ランク・テイラーホブソン
社製タリサーフで縦倍率５０万倍）を用いてボールの転
動体の赤道上０．１ｍｍの長さを測定し、中心線平均粗
さＲａとして求めた。

【００４８】

【実施例】実施例１窒化珪素、アルミナ、ＭｇＯ、ジルコニア、アルミナ分
散ジルコニアからなる鏡面研磨した２ｍｍφの転動体を
各５０個用意し、８個玉のベアリングに各々装着し、１
００℃、荷重１４．７Ｎ、回転数１００００ｒｐｍ×５
００時間の実機回転試験を実施し、異音の発生の有無を
確認した。

【００４９】窒化珪素ボールは、窒化珪素粉末に、７重
量％のＹｂ₂Ｏ₃、２．５重量％のアルミナを添加し混合
した原料を成形圧９８ＭＰａのプレス成形により略球状
に形成し、窒素１０気圧×１８００℃で焼成した後、１
６００〜１７００℃×２０００気圧の窒素雰囲気中でＨ
ＩＰして焼結体とし、表面を研磨して球状のボールとし
た。

【００５０】アルミナボールは、高純度のアルミナ原料
に０．３重量％のＭｇＯを添加した原料を９８ＭＰａの
プレス成形により略球状に成形し、１５００〜１６００
℃の酸化雰囲気中で焼成した後、１４５０〜１５５０℃
×２０００気圧のアルゴン雰囲気中でＨＩＰして焼結体
とし、表面を研磨して球状のボールとした。

【００５１】また、ＭｇＯボールは、０．５μｍの高純
度ＭｇＯ原料を９８ＭＰａのプレス成形により略球状に
成形し、大気中１６００〜１７００℃で焼成した後、１
５００〜１６００℃×２０００気圧でＨＩＰして焼結体
とし、表面を研磨して球状のボールとした。

【００５２】また、ジルコニアボールは、塩化ジルコニ
ウム溶液に塩化イットリウム溶液を所定の量添加混合し
た後中和法によりイットリア３モル％添加の共沈ジルコ
ニア原料を作製し、アルミナ分散ジルコニアボールの場
合はこれにさらに塩化アルミニウムを焼成後所定のアル
ミナ含有量になるように調合し、それぞれ成形圧９８Ｍ
Ｐａのプレス成形により略球状に成形し、１３５０〜１
４５０℃で焼成した後、１３００〜１３５０℃×２００
０気圧でＨＩＰして焼結体とし、表面を研磨して球状の
ボールとした。

【００５３】そしてさらに、研磨加工することによりそ
れぞれの転動体１０はＪＩＳの５級以上の寸法精度およ
び回転精度を有するように加工し、それぞれ２組の軸受
け４を作製した。これらの軸受け４を用い、図３に示す
ような予圧２０Ｎをかけたスピンドルに組み上げ、回転
数１０，０００回転で、雰囲気温度を２０℃から１２０
℃まで２℃／分のスピードで昇温し、異音の発生の有無
を確認した。また雰囲気温度を１００℃に保持し、時間
ごとの異音の発生の有無を確認した。その後、すべての
スピンドルを分解し、転動体の結晶相をＸ線回折にて観
察し、焼結体中のジルコニア単斜晶の割合を上記（１）
式にて求めた。

【００５４】また、球状セラミックスの圧砕荷重は、同
じ寸法の２個の球を重ねて圧縮方向に荷重を加えるもの
で、ＪＩＳ−Ｂ−１５０１に準じ、２．０ｍｍ玉を用い
てインストロン万能試験機によりクロスヘッドスピード
５ｍｍ／分で測定した。

【００５５】また、転動体１０表面のポア径について
は、球状に研磨した表面について２０００倍の電子顕微
鏡写真を５枚撮り、画像解析によりポアの大きさを測定
した。

【００５６】結果を表１に示した。

【００５７】

【表１】

【００５８】表１から判るように、熱膨張率が９．０×
１０^-6／℃未満であるＮｏ．１、２は異音が発生した。
また、圧砕荷重が４０００Ｎ未満であるＮｏ．３も異音
が発生した。Ｎｏ．３は、後で確認したところ、転動体
１０に欠けが発生しているものがあった。この欠けが回
転を不安定にし、異音を発生させたものと判断した。

【００５９】また、転動体１０表面のポアの最大径が５
μｍを超えるＮｏ．７も、異音が発生した。

【００６０】これに対し、転動体１０の熱膨張率を９．
０×１０^-6／℃以上とし、圧砕荷重を４０００Ｎ以上と
し、且つ転動体表面のポアの最大径を５μｍ以下とした
Ｎｏ．４〜６は、異音の発生がなく良好であることが判
った。

【００６１】実施例２ここでは、ジルコニアセラミックスについて、その初期
とテスト後の転動体１０表面の単斜晶の量と、耐久テス
ト中の異音発生の有無との関係を調べた。

【００６２】サンプルは、実施例１に示した方法に準じ
て、焼成温度を変更して結晶粒径を変量して初期の転動
体の表面にある単斜晶の含有量、および耐久テスト後の
単斜晶の含有量と、異音の発生の関係を調べた。

【００６３】耐久テストは、図３に示すように、予圧１
４．７Ｎをかけたスピンドルに組み上げ、油中の回転数
１００００回転で、雰囲気温度を１００℃に保持して５
００時間の耐久テストを実施し、この間の異音発生の有
無を確認した。

【００６４】そして、転動体１０表面の単斜晶含有量の
測定は、上記Ｘ線回折装置を用いてＸ線回折ピークを測
定し、上記（１）式を用いて計算により測定した。

【００６５】結果は表２に示した。

【００６６】

【表２】

【００６７】表２から判るように、耐久テスト後の単斜
晶の含有量が５％を超えるＮｏ．６〜８は、異音が発生
していた。これは、単斜晶含有量が５％を超えるように
なると、単斜晶生成による歪みが発生することにより、
異音が発生するものと判断した。また、Ｎｏ．６〜８に
ついては、初期の単斜晶の含有量が１％を超えているた
め耐久テスト後の単斜晶の生成量が８％以上と非常に多
くなり、異音が発生して好ましくない事が判った。

【００６８】これに対し、初期の単斜晶含有量が１％以
下であり、テスト後の単斜晶含有量が５．０％以下であ
るＮｏ．１〜５は、異音の発生もなく良好であった。

【００６９】実施例３ここでは、圧砕荷重と異音の有無の関係を調べた。初期
の圧砕荷重と１２１℃×２気圧の飽和水蒸気圧中で４０
０時間処理した後の圧砕荷重を測定し、初期の圧砕荷重
に対する処理後の圧砕荷重の比率と、その時の単斜晶の
生成量および軸受けに組み込んで１４．７Ｎの荷重を掛
けて１００００回転で使用した際の異音の発生の有無を
調べた。

【００７０】結果を表３に示した。

【００７１】

【表３】

【００７２】表３から判るように、１２１℃の飽和水蒸
気圧中で加湿処理を施した後の圧砕荷重が初期の圧砕荷
重に対し８０％未満となるＮｏ．５、６は、単斜晶の生
成量が５％を超え、軸受け４に使用した際に異音が発生
するので好ましくない。

【００７３】これに対し、前記強度比が８０％以上とな
るＮｏ．１〜４は、単斜晶の生成量が５％以下で、軸受
け４に使用した際の異音の発生が少ない事が判った。中
でも、前記強度比が８４％以上となるＮｏ．１、２は、
単斜晶の生成量が３％以下で異音の発生もないことが判
った。

【００７４】実施例４ここでは、ジルコニアセラミックス中の希土類元素酸化
物含有量、アルミナ含有量、およびジルコニアの平均結
晶粒径ａとアルミナの平均結晶粒径ｂの比ａ／ｂと、加
湿耐久後の圧砕荷重に対する初期の圧砕荷重の割合の関
係を調査した。加湿試験の条件は、実施例２の条件と同
様にした。結果を表４に示した。

【００７５】

【表４】

【００７６】表４から判るように、希土類元素酸化物の
モル数が２モル％未満であるＮｏ．１は、加湿耐久テス
ト後の圧砕荷重が初期の８０％未満に減少してしまうの
で、好ましくない。また、希土類元素酸化物を５モル％
以上含有するＮｏ．１２は、初期の圧砕荷重が４０００
Ｎ未満となるので、好ましくない。

【００７７】また、アルミナ含有量が５重量部未満とな
るＮｏ．２およびアルミナ含有量が４０重量部を超える
Ｎｏ．１０は、加湿耐久テスト後の圧砕強度が初期の圧
砕荷重の８０％未満となるので好ましくない。

【００７８】また、ジルコニアの平均結晶粒径ａとアル
ミナの平均結晶粒径ｂの比ａ／ｂが、２を超えるＮｏ．
５、前記ａ／ｂ比が０．４未満となるＮｏ．９は、加湿
耐久後の圧砕荷重が初期の圧砕荷重の８０％未満となる
ので好ましくない。

【００７９】これに対し、希土類元素酸化物の含有量が
２〜５モル％であり、アルミナ含有量が５〜４０重量部
であり、かつジルコニアの結晶結晶粒径ａとアルミナの
平均結晶粒径ｂの比ａ／ｂが０．４〜２の間となるＮ
ｏ．２、６〜８、１１は、加湿耐久テスト後の圧砕荷重
が初期の圧砕荷重に対し８０％以上となる事が判った。

【００８０】実施例５ここでは、ジルコニアセラミックスについて、その初期
とテスト後の転動体１０表面の表面粗さＲａと、耐久テ
スト中の異音発生の有無との関係を調べた。

【００８１】サンプルは、実施例１に示した方法に準じ
て、焼成温度を変更して結晶粒径を変量して初期の転動
体１０の表面粗さ（Ｒａ）、および耐久テスト後の表面
粗さと、異音の発生の関係を調べた。

【００８２】耐久テストは、図３に示すように、予圧１
４．７Ｎをかけたスピンドルに組み上げ、油中の回転数
１００００回転で、雰囲気温度を１００℃に保持して５
００時間の耐久テストを実施し、この間の異音発生の有
無を確認した。

【００８３】そして、転動体１０表面の表面粗さの測定
は、上記触針式表面粗さ測定器を用いて中心線平均粗さ
Ｒａを測定した。

【００８４】結果は表５に示した。

【００８５】

【表５】

【００８６】表５から判るように、耐久テスト後の表面
粗さ（Ｒａ）が０．００４μｍを超えるＮｏ．６〜８
は、異音が発生していた。これは、表面粗さ（Ｒａ）が
０．００４μｍを越えるようになると、単斜晶生成によ
る歪みが発生することにより、異音が発生するものと判
断した。

【００８７】これに対し、初期の表面粗さ（Ｒａ）が
０．００４μｍ以下であり、テスト後の表面粗さ（Ｒ
ａ）が０．００４μｍ以下であるＮｏ．１〜５は、異音
の発生もなく良好であった。

【００８８】

【発明の効果】本発明に示すように、セラミックスから
なる転動体において、熱膨張率が９．０×１０^-6／℃以
上、圧砕荷重が４０００Ｎ以上であり、表面のポアの最
大径を５μｍ以下とすることにより、例えば、ハードデ
ィスク装置等に使用される転がり軸受けにおいて、使用
温度が変動しても、異音が発生しない安定した回転を維
持することができる。また、ジルコニアボールの正方晶
から単斜晶への相転移によって生じる不均一な体積膨張
による振動はなく、振動および騒音を大幅に低減でき
る。つまり、ＨＤＤスピンドル等の高速回転対応、グリ
ースの長寿命に加えて、低振動、低騒音の軸受けを供給
できるようになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の転動体を用いた回転軸支持構造を示す
図である。

【図２】本発明の転動体を用いた別の回転軸支持構造を
示す図である。

【図３】本発明の転動体の耐久性評価装置の概略図であ
る。

【符号の説明】

１：ハブ２：磁気ディスク３：回転軸４：軸受け５：内輪６：外輪７：スピンドルモータ８：固定子９：回転子１０：転動体１１：振動測定装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セラミックスからなる転動体において、熱
膨張率が９．０×１０^-6／℃以上、圧砕荷重が４０００
Ｎ以上であり、表面に存在するポアの最大径が５μｍ以
下であることを特徴とする転動体。
【請求項２】ジルコニアセラミックスからなり、表面部
における初期の単斜晶の含有量が１％以下であり、１０
０℃、荷重１４．７Ｎ、回転数１００００ｒｐｍ×５０
０時間の条件下で使用した後の単斜晶の含有量が５％以
下であることを特徴とする請求項１記載の転動体。
【請求項３】ジルコニアセラミックスからなり、表面部
における初期の単斜晶の含有量が１％以下であり、１０
０℃、荷重１４．７Ｎ、回転数１００００ｒｐｍ×５０
０時間の条件下で使用した後の表面粗さＲａが０．００
４μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の転動
体。
【請求項４】ジルコニアセラミックスからなり、初期の
圧砕荷重に対し、１２１℃×２気圧の飽和水蒸気雰囲気
中で４００時間処理した後の圧砕荷重が８０％以上であ
ることを特徴とする請求項２記載の転動体。
【請求項５】前記ジルコニアセラミックスが、主成分を
なすジルコニアに希土類元素酸化物を２〜５モル％含有
し、これら合計１００重量部に対しアルミナを５〜４０
重量部含有すると共に、ジルコニアの平均結晶粒径が
０．２〜０．５μｍであり、ジルコニアの平均結晶粒径
ａとアルミナの平均結晶粒径ｂの比率が、０．４≦ａ／ｂ≦２．０であることを特徴とする請求項２、３又は４記載の転動
体。
【請求項６】金属製の内輪と外輪の間に、請求項１〜５
のいずれかに記載の転動体を配置してなるベアリング。