JP2002266865A - セラミック動圧軸受、軸受付きモータ、ハードディスク装置及びポリゴンスキャナ - Google Patents

セラミック動圧軸受、軸受付きモータ、ハードディスク装置及びポリゴンスキャナ

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JP2002266865A
JP2002266865A JP2001065000A JP2001065000A JP2002266865A JP 2002266865 A JP2002266865 A JP 2002266865A JP 2001065000 A JP2001065000 A JP 2001065000A JP 2001065000 A JP2001065000 A JP 2001065000A JP 2002266865 A JP2002266865 A JP 2002266865A
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dynamic pressure
ceramic
bearing
pressure gap
gap forming
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Atsutoshi Sugiyama
敦俊 杉山
Takanobu Ishikawa
敬展 石川
Tetsuji Yogo
哲爾 余語
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NGK Spark Plug Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 始動・停止時等において摩耗等が生じにく
く、かつ動圧軸受けの好適な回転を実現できるセラミッ
ク動圧軸受けを提供する。 【解決手段】 円筒状の外周面を有する第一部材１４
と、円筒状の挿通孔１５ａを有した第二部材１５とを有
し、ここに第一部材１４が挿通される。そして、第二部
材１５の挿通孔内面と第一部材１４の外周面との間にラ
ジアル動圧隙間が形成される。第一部材１４及び第二部
材１５とはいずれも、Ａｌ２Ｏ３換算したＡｌ成分の含
有率が９０〜９９．５質量％であって、酸化物系焼結助
剤成分を酸化物換算にて０．５〜１０質量％含有するア
ルミナ質セラミックにて構成され、第二部材１５の挿通
孔内周面の円筒度が１．５μｍ以下及び任意の軸直交断
面における真円度が１．０μｍ以下であり、他方、第一
部材１４の外周面の円筒度が１．０μｍ以下及び任意の
軸直交断面における真円度が０．５μｍ以下とされる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、セラミック動圧軸
受、軸受付きモータ、ハードディスク装置及びポリゴン
スキャナに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、電気機器の駆動源となるモータ軸
の軸受としてはボールベアリングが用いられることが多
かったが、コンピュータ周辺機器などの精密機器におい
ては、モータの高速回転化が急速に進んでおり、低回転
ムラや異音・振動の少ない優れた軸受性能を得るため、
あるいは軸受の長寿命化のために、空気等の流体を媒介
とした動圧軸受が用いられている。動圧軸受は、例えば
主軸とこれを取り囲むように配置される軸受部とが軸線
周りに回転する場合には、主軸外周面と軸受部内周面と
の隙間に発生する流体動圧により回転軸を支持する。ま
た、主軸又は軸受部のスラスト面を動圧支持するように
した軸受もある。
【０００３】ところで、動圧軸受においては、発生動圧
レベルの十分に高い高速回転状態では、動圧隙間を挟ん
で対向する部材同士の接触は生じないが、回転数の小さ
い起動時および停止時には十分な動圧が発生しないため
に、部材同士の接触が生ずる。そして、上記のような動
圧軸受の部品構成材料には、ステンレス等の金属もしく
はこれらに樹脂等のコーティングを施したものが一般的
に用いられてきたが、金属製のものは上記起動時あるい
は停止時の部材接触により、摩耗や焼き付きが問題にな
ることがある。これを防止するために、動圧隙間に面す
る部分に樹脂などの潤滑層をコーティングする試みもな
されているが、効果は必ずしも十分ではない。そこで、
摩耗や焼き付きに対する耐久性を十分に確保するため
に、上記主軸ないし軸受部など、動圧隙間を挟んで対向
する部材をアルミナ等のセラミックにより構成すること
が行われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、動圧部
品にアルミナ質セラミックを使用した従来の動圧軸受で
は、加工仕上げ精度の観点において、材料設計上の考慮
があまり払われていなかった。そのため、特に、ラジア
ル方向の動圧発生を担う主軸外周面と軸受部内周面との
隙間（ラジアル動圧隙間）において、主としてそれら面
の加工精度に起因した、局所的な摩耗が生じやすい傾向
があった。また、動圧隙間形成面の加工精度が低い場
合、当然に動圧発生状態にも影響が及び、均一で安定な
回転状態が得にくくなる問題もある。
【０００５】本発明の課題は、始動・停止時等において
摩耗等が生じにくく、かつ動圧軸受の好適な回転を実現
できるセラミック動圧軸受を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決する手段及び作用・効果】上記課題を解決
するために本発明のセラミック動圧軸受は、円筒状の外
周面を有する第一部材と、円筒状の挿通孔を有した第二
部材とを有し、第二部材の挿通孔に該第一部材が挿通さ
れるとともに、第二部材の挿通孔内面と、これに挿通さ
れる第一部材の外周面とをそれぞれラジアル動圧隙間形
成面として、それらラジアル動圧隙間形成面の間にラジ
アル動圧隙間が形成され、それら第一部材と第二部材と
の相対回転に伴い、ラジアル動圧隙間に流体動圧を発生
させるよう構成され、第一部材及び第二部材とはいずれ
も、Ａｌ２Ｏ３換算したＡｌ成分の含有率が９０〜９
９．５質量％であって、酸化物系焼結助剤成分を酸化物
換算にて０．５〜１０質量％含有するアルミナ質セラミ
ックにて構成され、さらに、第二部材の挿通孔内周面の
円筒度が１．５μｍ以下及び任意の軸直交断面における
真円度が１．０μｍ以下であり、他方、第一部材の外周
面の円筒度が１．０μｍ以下及び任意の軸直交断面にお
ける真円度が０．５μｍ以下であることを特徴とする。
【０００７】なお、真円度及び円筒度の定義は、ＪＩ
Ｓ：Ｂ００２１の１８．３及び１８．４に規定されたも
のを使用する。第二部材の挿通孔内周面及び第一部材の
外周面の真円度及び円筒度は、精度確保上、必要十分な
数だけ設定した軸直交断面において、その面外形線形状
を公知の形状プロファイル測定装置を用いて測定し、そ
の形状プロファイルから算出することができる。なお、
後述する動圧溝が形成されている場合は、その動圧溝の
形成領域を除いた面領域を用いて真円度及び円筒度の評
価を行なうものとする。
【０００８】本発明者が検討したところによると、ラジ
アル動圧隙間形成面の局所的な摩耗を防止しつつ、均一
で安定な動圧発生状態ひいては回転状態を確保するに
は、該ラジアル動圧隙間形成面の加工仕上げ精度を一定
レベル以上に確保すること、具体的には第二部材の挿通
孔内周面の円筒度を１．５μｍ以下及び任意の軸直交断
面における真円度を１．０μｍ以下とし、他方、第一部
材の外周面の円筒度を１．０μｍ以下及び任意の軸直交
断面における真円度が０．５μｍ以下とすることが重要
であることが判明した。そして、さらに鋭意検討を重ね
た結果、それら第一部材及び第二部材をアルミナ質セラ
ミックにて構成する場合、該セラミックのアルミナ含有
率を９０〜９９．５質量％に調整することが、上記のよ
うな加工精度を確保する上で有効であることを見出し、
本発明を完成するに至った。
【０００９】アルミナ含有率あるいは焼結助剤成分含有
率を上記のような範囲に調整するのは、以下のような理
由による。すなわち、焼結助剤成分が過度に増加してア
ルミナ含有率が不足すると、焼成時に発生する液相量が
増加して焼結体の結晶粒成長が過度に進行する。このよ
うに、焼結助剤成分の含有率が高く、また、結晶粒成長
が進みすぎたセラミック組織は硬さが小さく、砥石や砥
粒にて動圧隙間形成面を加工仕上げする際の研削抵抗が
小さくなる。研磨が不必要に急速進行する傾向があり、
研磨面の精度を確保しにくくなる欠点がある。すなわ
ち、研磨面の加工精度を高めるには、セラミックの材質
が適度な硬さを有していることが重要である。
【００１０】そこで、セラミックのアルミナ含有率を最
低でも９０質量％確保すること、あるいは焼結助剤成分
の含有率を１０質量％以下に制限することにより、上記
のような過度の結晶粒成長が生じ難くなり、ひいてはラ
ジアル動圧隙間形成面をなす第二部材の挿通孔内周面及
び第一部材の外周面の、円筒度及び任意の軸直交断面に
おける真円度を、前記数値範囲内に容易に確保すること
ができるようになる。その結果、動圧軸受の使用中にお
ける、ラジアル動圧隙間形成面の加工精度に起因した局
所的な摩耗が生じ難くなり、また、ラジアル動圧隙間に
おける動圧発生状態、ひいては軸受の回転状態を均一で
安定なものとすることができる。また、アルミナ質セラ
ミックの硬さが適度に確保されることから、部材の接触
摩擦に対する耐摩耗性自体も向上する。
【００１１】他方、焼結助剤成分含有率が減少してアル
ミナ含有量が過剰になると、焼結時の液相発生量が減少
し、結晶粒子の成長が抑制されて平均結晶粒径は相当小
さな値となる。その結果、逆にセラミックの研磨や研削
に対する抵抗が大きくなりすぎて、加工能率の大幅な低
下を招くことにつながる。
【００１２】以上の観点において、アルミナ質セラミッ
ク結晶粒子の平均粒径は、具体的には１〜７μｍの範囲
に調整することが望ましい。また、アルミナ含有率は、
望ましくは９２〜９８質量％、より望ましくは９３〜９
７質量％とするのがよい。さらに、粒界相を構成する酸
化物系焼結助剤成分は、酸化物換算にて望ましくは２〜
８質量％、より望ましくは３〜７質量％含有させること
ができる。
【００１３】なお、本明細書において結晶粒子（あるい
は表面空孔）の寸法とは、図６に示すように、ＳＥＭや
光学顕微鏡等による動圧隙間形成面組織の観察面上にお
いて、結晶粒子（あるいは表面空孔）の外形線に対し、
それらの内部を横切らない外接平行線を、該外形線との
位置関係を変えながら各種引いたときに、その平行線の
最小間隔ｄmin と、最大間隔ｄmaxとの平均値（すなわ
ち、ｄ＝（ｄmin＋ｄmax）／２）にて表すものとする。
【００１４】酸化物系焼結助剤成分としては、例えばカ
チオン成分がＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂ
ａ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、
Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ及び
Ｓｉである酸化物を使用することができる。この場合、
アルミナ質セラミックには、上記カチオン成分群から選
ばれる１種又は２種以上を酸化物換算した値にて、合計
で０．５〜１０質量％（望ましくは２〜８質量％、より
望ましくは３〜７質量％）含有させることができる。
【００１５】これらのうち、Ｓｉ成分は粒界相の骨格を
形成して強度を高めるとともに、液相の流動性を改善す
る効果を有する。また、アルカリ金属であるＬｉ、Ｎａ
及びＫの３成分は、焼成時に生ずる液相の融点を下げ、
液相の流動性を向上させて焼結体の緻密化を促進する効
果がある。このうち、Ｎａは安価であり、また、バイヤ
ー法にて製造された一般的なアルミナ原料粉末中では、
本来不純物として存在するＮａも、焼結助剤として流用
できる利点がある。なお、これら３成分は、いずれも組
成式Ｍ２Ｏ（ただし、Ｍはカチオン金属元素である）に
て酸化物換算する。
【００１６】他方、アルカリ土類金属であるＭｇ、Ｃ
ａ、Ｓｒ及びＢａの４成分も、アルカリ金属に次いで焼
成時に生ずる液相の融点を下げる効果が大きい。他方、
これらの元素は、粒界相中に取り込まれた際にその強度
を向上させる効果を有する。その結果、焼結体全体ひい
ては動圧隙間形成面の強度及び耐摩耗性を向上させるこ
とができる。該効果は、Ｃａを用いた場合に特に大き
い。これら４成分は、いずれも組成式ＭＯ（ただし、Ｍ
はカチオン金属元素である）にて酸化物換算する。
【００１７】また、希土類金属であるＳｃ、Ｙ、Ｌａ、
Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈ
ｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕは、粒界相の結晶化を促
進し、その強度を向上させる効果を有する。その結果、
焼結体全体ひいては動圧隙間形成面の強度及び耐摩耗性
を向上させることができる。該効果は、Ｃｅを用いた場
合に特に大きい。これら成分は、Ｃｅのみ組成式ＭＯ２
により、他は組成式Ｍ ２Ｏ３（ただし、Ｍはカチオン金
属元素である）にて酸化物換算する。
【００１８】次に、アルミナ質セラミックの見かけ密度
は、３．５〜３．９ｇ／ｃｍ３であることが望ましい。
アルミナ質セラミックの密度を比較的高い値である３．
５〜３．９ｇ／ｃｍ３に調整することにより、動圧隙間
発生面を構成するアルミナ質セラミックの強度及び耐摩
耗性の絶対値を向上させることができ、ひいては部材間
の接触が生じやすい回転の起動・停止時において、動圧
隙間形成面の摩耗を効果的に防止することができる。
【００１９】なお、理想的に緻密化したアルミナ質セラ
ミックの密度は最大で４．０ｇ／ｃｍ３に到達するが、
このように完全に緻密化するまでアルミナ質セラミック
を焼結しようとすると、焼結温度をどうしても高温に設
定せざるを得なくなり、結晶粒成長が避けがたくなる。
このような状態になると、前述の通りラジアル動圧隙間
形成面の精度を確保しにくくなる場合がある。しかしな
がら、アルミナ質セラミックの見かけ密度を３．９ｇ／
ｃｍ３程度までに留めれば、焼結温度をそれほど高温化
する必要はなくなり、結晶粒成長も抑制されるので、ラ
ジアル動圧隙間形成面の精度を前記した数値範囲内のも
のとする上で一層好都合である。他方、見かけ密度が
３．５未満になるとアルミナ質セラミックの強度及び耐
摩耗性が損なわれ、起動・停止時の動圧隙間形成面の摩
耗が却って生じやすくなる場合がある。アルミナ質セラ
ミックの見かけ密度は、より望ましくは３．６〜３．９
ｇ／ｃｍ３の範囲にて調整することが望ましい。
【００２０】なお、アルミナ質セラミックの見かけ密度
は、緻密化の進行状態のみでなく、添加する焼結助剤の
種類や含有量の影響も多少は受ける。そして、セラミッ
クの緻密化レベルと結晶粒成長の度合いとの関係を論ず
る場合は、相対密度（すなわち、アルミナ及び焼結助剤
の組成比から見積もられる真密度により、見かけ密度を
除した値）を尺度として用いることもできる。本発明に
おいては、アルミナ質セラミックの相対密度は９０％以
上とするのがよく、望ましくは９０〜９８％、より望ま
しくは９４〜９７％とするのがよい。
【００２１】上記のような密度範囲に調整されたアルミ
ナ質セラミックは、その曲げ強度レベルとして、２８０
〜５５０ＭＰａの比較的高い値が可能となる。また、荷
重１５Ｎにて測定したロックウェル硬さは、９２〜９８
程度とすることができる。さらに、破壊靭性値は３〜５
ＭＰａ・ｍ１／２程度とすることができる。アルミナ質
セラミックの強度、硬さあるいは破壊靭性値がこのよう
な範囲のものとなることで、起動・停止時の動圧隙間形
成面の摩耗を防止ないし抑制する効果と、ラジアル動圧
隙間形成面の研磨ないし研削といった加工能率を極端に
低下させることなく、十分な精度を確保する効果とを両
立させることができる。なお、本明細書において曲げ強
度は、ＪＩＳ：Ｒ１６０１（１９８１）に規定された方
法に基づいて、室温にて測定した３点曲げ強度を意味す
る。また、荷重１５Ｎにて測定したロックウェル硬さ
は、ＪＩＳ：Ｚ２２４５に規定された方法に基づいて、
室温にて測定した硬さ値を意味する。さらに、破壊靭性
値はＪＩＳ：Ｒ１６０７（１９９０）に規定されたＩＦ
法による測定値を意味する。
【００２２】なお、本発明のセラミック動圧軸受は、回
転軸線方向における第二部材の少なくとも一方の端面に
対向する形で配置されるスラスト板を有し、第二部材の
端面と、これに対向するスラスト板の対向面とをそれぞ
れスラスト動圧隙間形成面として、それらスラスト動圧
隙間形成面の間にスラスト動圧隙間が形成されるものと
して構成することができる。
【００２３】例えば図１に例示する構造の動圧軸受の場
合には、ラジアル方向とは、主軸の回転軸線方向（図の
上下方向）と垂直な方向（従って径方向）である。図１
では、第一部材である固定された主軸の外周面と、筒状
回転体として構成された第二部材である軸受部の内周面
とが、ラジアル動圧隙間形成面である。回転軸線方向に
長い形態の軸受の場合、ラジアル動圧が十分に発生する
か否かは、回転軸線を安定に支持する上で重要である。
また、スラスト方向とは、主軸の軸方向、すなわち回転
軸線の向き（図の上下方向）である。図１では、軸受部
の端面と、軸線方向においてその軸受部の端面と対向す
るスラスト板の板面とが、スラスト動圧隙間形成面とな
る。なお、スラスト動圧隙間形成面は、回転軸線方向に
対する垂直面より僅かに傾斜していてもよい。後述の通
り、回転軸線方向に短い形態の軸受の場合、スラスト動
圧が十分に発生するか否かは、回転軸線を安定に支持す
る上で重要である。なお、図１０に示すように、主軸２
１２が回転側となり、筒状の軸受部２２１が固定側とな
る軸受２５１も可能である。なお、以下において、ラジ
アル動圧隙間（形成面）とスラスト動圧隙間（形成面）
とを総称する場合は、単に動圧隙間（形成面）と称す
る。
【００２４】次に、本発明に使用するアルミナ質セラミ
ック結晶粒子の平均粒径は、以下に説明する別の観点に
おいて、１〜７μｍの範囲に調整することが望ましい。
すなわち、アルミナ質セラミックを動圧軸受の材料とし
て採用する場合は、主軸や軸受を構成するセラミックの
動圧隙間形成面における表面状態が問題になる。つま
り、一般に研磨加工後のセラミック表面では、微小な孔
が存在しているが、このような孔の大きさが、動圧軸受
の回転状態に大きな影響を及ぼしていると考えられる。
【００２５】他方、本発明者らの検討によると、動圧隙
間形成面が極端に平滑な面であると、動圧隙間に十分な
流体動圧を発生できなくなる場合があることがわかっ
た。発生する動圧レベルが不十分であると、当然に回転
軸の安定的な支持状態を実現できなくなり、動圧軸受の
好適な回転状態を確保することも困難となる。従って、
動圧隙間形成面には、一定の寸法範囲の表面空孔を積極
的に形成することが、発生する流体動圧レベルを高く安
定なものとする上で有効である。
【００２６】具体的には、セラミックの動圧隙間形成面
に寸法の大きな孔が存在している場合には、例えば主軸
が回転する際に、主軸と軸受の間にある流体層に乱れが
発生し、例えば主軸に振動が発生すると考えられる。一
方、セラミックの動圧隙間形成面に存在する孔の寸法が
小さい場合には、主軸と軸受の動圧隙間形成面に凝着が
生じやすくなり、例えば凝着した高摩擦状態で無理に回
転しようとすることによる摩耗（以下、凝着摩耗とい
う）等を引き起こしやすくなる。他方、極端に寸法の小
さい表面空孔は、動圧発生にはほとんど寄与しない。
【００２７】ところで、動圧隙間形成面に形成される上
記のような空孔は、主として研磨時の粒子脱落により形
成されることから、動圧隙間形成面におけるアルミナ質
セラミックの結晶粒子の寸法（結晶粒径）あるいはその
分布は、上記のような不具合を生じない好適な表面空孔
の形成状態を得る上で極めて重要な役割を果たす。本発
明においては、具体的には、部材の動圧隙間形成面を構
成するセラミック結晶粒子の平均粒径を１〜７μｍの範
囲となるように調整することで、発生する流体動圧レベ
ルを高く安定なものとし、かつ動圧軸受の始動ないし停
止時の凝着摩耗やリンキングといった不具合を効果的に
抑制する観点において、より有利な表面空孔の寸法及び
形成量が実現できる。
【００２８】セラミック結晶粒子の平均粒径が１μｍ未
満になると、形成される表面空孔の平均寸法が小さくな
りすぎ、軸受の回転の起動ないし停止時に動圧隙間形成
面に凝着摩耗やリンキングが生じやすくなる。また、動
圧隙間に発生する流体動圧レベルが不足しがちとなり、
回転振れ等を引き起こしやすくなる。他方、セラミック
結晶粒子の平均粒径が７μｍを超えると、逆に形成され
る表面空孔の平均寸法が大きくなりすぎ、動圧隙間に過
度の乱流が発生して、回転軸に振動が発生しやすくな
る。セラミック結晶粒子の平均寸法は、より望ましくは
２〜５μｍとするのがよい。
【００２９】なお、動圧隙間形成面において、前記した
有利な表面空孔の寸法及び形成量を実現するためには、
粒径２〜５μｍのセラミック結晶粒子の面積率が４０％
以上（１００％含む）であることがより望ましい。該寸
法範囲のセラミック粒子が４０％未満になると、例えば
該寸法範囲の上限よりも大きな粒子が多くなった場合
は、粒子の脱落そのものが生じにくくなって、動圧発生
に有効寄与する表面空孔の面積率が不足する結果につな
がる場合がある。他方、寸法範囲の下限よりも小さな粒
子が多くなった場合は、形成される表面空孔の平均寸法
が小さくなりがちとなる。いずれも十分なレベルの動圧
を発生させる上で不利となる場合がある。
【００３０】アルミナ質セラミックは、アルミナ粉末に
焼結助剤粉末を配合したものを原料として、これを焼成
することにより製造される。このようなアルミナ質セラ
ミックは、図１１に示すように、アルミナを主成分とす
るアルミナ主相の結晶粒子が、焼結助剤に由来する粒界
相にて結合された組織を有する。そして、研磨時の結晶
粒子の脱落は、主にこの粒界相の破壊により生ずると考
えられる。そして、その抜け落ちた結晶粒子の占めてい
た空間が動圧隙間形成面に開放する空孔となって残留す
る。特に局所的に粒界相が薄くなっていたり、内部キャ
ビティ等の存在により粒界相が不足したりしている部
分、あるいは成分偏析や熱応力等に起因したクラックの
存在等により、粒界相の強度が不足している部分など、
粒界相結合力が相対的に低下した部分にて、結晶粒子の
脱落は生じやすいものと考えられる。なお、本発明にお
いて、「主成分」（「主体」あるいは「主に」等も同
義）とは、特に断りがない限り、着目している物質にお
いてその成分の含有率が５０質量％以上であることを意
味する。
【００３１】例えば、１個の結晶粒子が脱落すれば、図
１２（ａ）の空孔Ｖ１（図中、白が抜け落ちていない粒
子を、黒が抜け落ちた粒子を表す）のように、その結晶
粒子の形状及び寸法に対応した空孔が形成されることと
なる。他方、複数の結晶粒子が集団で脱落すれば、Ｖ２
のような空孔が生ずる。また、図１２（ｂ）に示すよう
に、通常は種々の大きさの結晶粒子が混在した組織とな
ることから、大きな結晶粒子が複数の小さな結晶粒子に
取り囲まれた組織部分が生じていると、周りの小さな結
晶粒子が連鎖的に脱粒することで、真中の大きな結晶粒
子が抜け落ちることも多い。これらの場合、形成される
空孔の寸法は、当然個々の結晶粒子よりは大きなものと
なる。
【００３２】また、アルミナ質セラミックの組織が、個
々の結晶粒子の形状異方性が小さい等軸晶的なものとな
っており、また、上記のような粒界相結合力の低下した
部分が一定の広がりをもって形成されている場合は、砥
石や砥粒からの研磨力が複数の結晶粒子にまたがって作
用したときに、Ｖ２のような脱落形態のほうが頻度的に
は発生しやすくなる。この場合、１〜７μｍに設定され
た結晶粒子の平均寸法よりも、形成される表面空孔の平
均寸法の方が大きくなる。また、表面空孔は、研磨方向
によらず動圧隙間形成面には略等方的に散った形で形成
される。結晶粒子の平均寸法よりも表面空孔の平均寸法
を大きくすることで、発生動圧レベルをさらに向上させ
ることができ、軸受のより安定な回転を実現することが
可能となる。
【００３３】アルミナ質セラミックを製造する場合、原
料として使用するアルミナ粉末の平均粒径は１〜５μｍ
とするのがよい。この範囲を外れた平均粒径のアルミナ
粉末を用いた場合、得られる焼結体の結晶粒子の平均粒
径をすでに説明した、好ましい範囲のものとできなくな
る場合がある。なお、粉末の平均粒子径はレーザー回折
式粒度計を用いて測定できる。
【００３４】また、焼成温度は１４００〜１７００℃の
範囲にて設定するのがよい。焼成温度が１４００℃未満
では焼結体の緻密化が進みにくくなり、強度あるいは耐
摩耗性の不足につながる。他方、焼成温度が１７００℃
を超えると過度の粒成長が生じて、得られる焼結体の結
晶粒子の平均粒径を本発明の範囲内に留めることが困難
となる場合がある。また、焼結体の変形等が生じやすく
なって寸法精度が損なわれる場合がある。
【００３５】次に、セラミックからなる動圧隙間形成面
に存在する表面空孔の平均寸法は、具体的には２〜２０
μｍとするのがよい。２〜２０μｍの平均寸法の表面空
孔を積極形成することにより、発生する流体動圧レベル
を高く安定なものとすることができる。さらに、後述す
るスラスト動圧発生隙間が形成される動圧軸受の場合に
は、リンキングの発生を防止することができる。
【００３６】表面空孔の平均寸法が２０μｍを超える
と、動圧隙間に過度の乱流が発生して、回転軸に振動が
発生しやすくなる。他方、表面空孔の寸法が２μｍ未満
になると、回転の起動ないし停止時に動圧隙間形成面に
凝着摩耗やリンキングが生じやすくなる。また、動圧隙
間に発生する流体動圧レベルが不足しがちとなり、回転
振れ等を引き起こしやすくなる。表面空孔の平均寸法
は、より望ましくは５〜１５μｍとするのがよい。
【００３７】次に、個々の表面空孔の寸法については、
２μｍ以下のものは動圧発生にあまり寄与することがで
きず、他方、２０μｍを超えるものがあまり多数存在し
すぎると、振動等が発生しやすくなる。すなわち、動圧
発生に有効に寄与し、かつ安定な回転を実現する上で好
適な表面空孔の寸法は、２〜２０μｍである。そして、
このような寸法範囲にある表面空孔の、動圧隙間形成面
における形成面積率は、回転の起動ないし停止時に動圧
隙間形成面に焼き付きあるいはリンキングをより生じに
くくし、かつ動圧隙間に発生する流体動圧レベルを高め
る観点において１５％以上、より望ましくは２０％以上
であるのがよい。他方、該面積率は、振動等の発生をよ
り効果的に抑制する観点においては６０％以下、望まし
くは４０％以下であるであるのがよい。
【００３８】また、動圧発生に有効に寄与し、かつ安定
な回転を実現する上で、より好適な表面空孔の寸法は２
〜２０μｍであり、このような寸法範囲にある表面空孔
の動圧隙間形成面における形成面積率を１０〜６０％と
するのがよい。
【００３９】なお、本明細書において、表面空孔の面積
率とは、動圧隙間形成面に観察される空孔の合計面積
を、動圧隙間形成面の面積により除した値をいう。ただ
し、動圧隙間形成面に周知の動圧溝が形成されている場
合には、動圧溝の部分を除いた動圧隙間形成面領域につ
いて、表面空孔の面積率を算出するものとする。なお、
面積率の測定は、光学顕微鏡等の拡大観察手段を用いて
動圧隙間形成面領域を観察し、その観察視野中に３００
μｍ×３００μｍの正方形の測定領域を設定し、該測定
領域中に識別される表面空孔の合計面積を測定領域面積
にて除する事により算出する。なお、測定精度向上のた
め、１つの動圧隙間形成面領域において測定領域は任意
に５ヶ所ないしそれ以上とし、表面空孔の面積率を、そ
れら測定領域の平均値として算出することが望ましい。
【００４０】また、動圧隙間形成面における表面空孔
は、振動等の原因を招きやすい寸法２０μｍを超えるも
のはなるべく存在していないことが望ましい。具体的に
は、動圧隙間形成面おける寸法２０μｍを超える表面空
孔の形成面積率が１０％以下、望ましくは５％以下であ
るのがのがよい。また、振動発生防止の観点において
は、動圧隙間形成面に存在する表面空孔の最大寸法が１
００μｍ以下であること、すなわち１００μｍを超える
表面空孔は存在しないことが望ましい。
【００４１】次に、動圧隙間を形成する第一部材及び第
二部材は、それぞれ全体をアルミナ質セラミック（以
下、単にセラミックともいう）にて構成することができ
る。部材を構成するセラミックは、内部は空孔の少ない
緻密な焼結体組織とし、動圧隙間形成面部分は空孔が比
較的多く形成された組織とすることが、発生動圧レベル
の向上や、凝着摩耗あるいはリンキングの防止効果と、
強度及び耐摩耗性向上効果とを両立させる上で望まし
い。具体的には、セラミック焼結体中に存在する寸法２
〜２０μｍの空孔が主に、動圧隙間形成面に表面空孔の
形で局在化した形で存在しているのがよい。そして、こ
のような組織を能率よく形成するには、前述のように、
動圧隙間形成面を加工仕上げする際に、セラミック結晶
粒子を脱落させて表面空孔を形成することが有効であ
る。
【００４２】また、本発明の動圧軸受は、動圧軸受の軸
方向の長さがスラスト動圧隙間形成面の外径よりも長い
か、あるいはスラスト動圧隙間が形成されないものと
し、回転体の回転時の傾斜がラジアル動圧隙間に発生す
る動圧により規制されるように構成できる。これは、例
えば図７に示すように、回転軸の長い動圧軸受を規定し
たものであり、回転体である軸受部３５が傾斜すると、
ラジアル動圧隙間３７に発生する圧力により、その傾斜
が規定されて修正される。他方、動圧軸受の軸方向の長
さがスラスト動圧隙間形成面の外径よりも短く、回転体
の回転時の傾斜が、主にスラスト動圧隙間に発生する動
圧により規制されるように構成することもできる。これ
は、例えば図３に示すような回転軸が短い動圧軸受を規
定したものであり、回転体である軸受部が傾斜すると、
スラスト動圧隙間に発生する動圧により、その傾斜が規
定されて修正される。
【００４３】なお、動圧隙間形成面には動圧溝を形成す
ることができる。例えば、ラジアル動圧隙間形成面とな
る回転軸外周面に、周知の動圧溝が形成されていること
により、より一層スムーズな回転が実現できる。この動
圧溝としては、図２（ａ）に例示するように、例えば軸
受部に挿入される軸外周面（ラジアル動圧隙間形成面）
に周方向に所定間隔で複数の動圧溝を形成できる。この
実施形態では軸外周面の母線と一定角度をなす形で傾斜
した直線状の溝列とされているが、山型（あるいはブー
メラン型の溝パターンを、軸周方向の基準線上に、溝パ
ターンの先端が位置するように、所定の間隔で全周にわ
たって形成した、いわゆるヘリングボーン形態など、他
の公知の形態を採用することもできる。また、図２
（ｂ）に例示するように、例えばスラスト板の表面（ス
ラスト動圧隙間形成面）に動圧溝を形成することもでき
る。この例では、板面周方向において、スラスト板中心
位置からの距離が漸減する曲線状の溝部を周方向に所定
の間隔で複数形成している。
【００４４】本発明の動圧軸受は、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、あるいはＣＤ−
ＲＯＭドライブ、ＭＯドライブあるいはＤＶＤドライブ
などのコンピュータ用周辺機器のディスク回転主軸部
分、さらにはレーザープリンタやコピー機等に使用され
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
受として有効に使用することができる。これらの精密機
器における回転駆動部の軸受には、例えば８０００ｒｐ
ｍ以上（さらに高速性の要求される場合には、１０００
０ｒｐｍ以上ないし３００００ｒｐｍ以上）の高速回転
が要求されるため、本発明の適用により、発生する流体
動圧レベルを高く安定なものとでき、ひいては振動等を
低減する効果を特に有効に引き出すことができる。ま
た、本発明は、上記セラミック動圧軸受をモータ回転出
力部の軸受として用いた軸受付きモータを提供する。さ
らに、上記の軸受付きモータと、その軸受付きモータに
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、上記の軸受付きモータと、その
軸受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。
【００４５】なお、アルミナ質セラミックにさらに強靭
性を付与するために、ジルコニア質セラミックを配合し
た複合セラミック材料とすることもできる。このような
複合セラミック材料は、最も含有率の高いセラミック成
分がアルミナ及びジルコニアの一方であり、二番目に含
有率の高いセラミック成分がアルミナ及びジルコニアの
他方であるセラミック粉末を用いて、成形・焼成するこ
とにより得ることができる。なお、アルミナ質セラミッ
クに対するジルコニア質セラミックの配合量は、５〜６
０体積％とするのがよい。
【００４６】また、アルミナ質セラミックを基質とし
て、これに、金属カチオン成分がＴｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔ
ａ及びＷの少なくともいずれかである導電性無機化合物
相を含有させた複合セラミック材料とすることもでき
る。このような複合セラミック材料は、基質セラミック
の成形用素地粉末に、導電性無機化合物相の形成源とな
る粉末を配合して、成形・焼成することにより得ること
ができる。導電性無機化合物相を含有させることによ
り、セラミック材料に導電性を付与することができ、ひ
いては該セラミック材料にワイヤーカット等の放電加工
を施すことが可能となる。また、導電性の付与により、
帯電防止の効果を達成することができる。
【００４７】導電性無機化合物は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、
Ｔａの少なくともいずれかを金属カチオン成分とする金
属窒化物、金属炭化物、金属硼化物、金属炭窒化物、及
び炭化タングステンの少なくともいずれかとすることが
でき、具体的には、窒化チタン、炭化チタン、硼化チタ
ン、炭化タングステン、窒化ジルコニウム、炭窒化チタ
ン及び炭化ニオブ等を例示できる。なお、導電性無機化
合物相の含有量は、複合セラミック材料の強度及び破壊
靭性値を確保しつつ十分な導電性向上を図るため、２０
〜６０体積％とするのがよい。なお、上記のような複合
セラミックを使用する場合、すでに説明したアルミナ含
有率あるいは焼結助剤の含有率は、複合セラミック全体
における含有率ではなく、アルミナ質セラミックからな
る基質中での含有率に読み替えるものとする。
【００４８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面に示す実施例により説明する。 （実施例１）図３に示すセラミック動圧軸受３は、（以
下単に動圧軸受とも記す）は、例えばポリゴンスキャナ
１において、ポリゴンミラー８を回転駆動するための動
圧軸受付きモータに使用されるものであり、空気を動圧
発生用流体として使用するものである。この動圧軸受付
きモータ２では、円筒状の軸受部１５（回転体）を回転
させるために、軸受部１５の外周面に一体化された支持
体７に永久磁石９が取り付けられ、基台１１にはこの永
久磁石９と対向するコイル１３が取り付けられている。
なお、永久磁石９とコイル１３との配置関係はこれを入
れ替えてもよい。
【００４９】セラミック動圧軸受３は、筒状の軸受部１
５（例えば、内径１５ｍｍ、外径２５ｍｍ、軸方向長さ
８ｍｍ）の挿通孔１５ａに、筒状の主軸（例えば、内径
５ｍｍ、外径１５ｍｍ、軸方向長さ８ｍｍ）１４が回転
可能に挿通されている。図４に示すように、挿通孔１５
ａの内周面Ｍ２と、主軸１４の外周面Ｍ１とはいずれも
円筒状のラジアル動圧隙間形成面であり、それらの間に
は、回転軸線Оに関するラジアル方向の動圧を発生させ
るために、空気にて満たされたラジアル動圧隙間１７が
形成されている。ラジアル動圧隙間１７の大きさは例え
ば約５μｍである。なお、主軸１４が請求項でいう第一
部材であり、軸受部１５が同じく第二部材である。
【００５０】一方、主軸１４の両端面には、円板状のス
ラスト板（例えば、内径５ｍｍ、外径２５ｍｍ、厚さ２
ｍｍ）２１，２３が同軸的に一体化されており、それら
スラスト板２１，２３の内側の板面Ｍ４，Ｍ６が、回転
体である軸受部１５の両端面Ｍ３，Ｍ５と対向してい
る。本実施例では、スラスト板２１，２３は、図３に示
すように、各内孔２１ｂ，２３ｂの内縁部にて主軸１４
の端面に重ねられ、主軸１４の中心孔１４ｂに挿通され
たボルト２５を基台１１にねじ込むことにより押圧固定
されているが、固定形態はこれに限られるものではな
い。
【００５１】そして、図４に示すように、スラスト板２
１，２３の板面Ｍ４，Ｍ６と、軸受部１５の両端面Ｍ
３，Ｍ５とが各々スラスト動圧隙間形成面となり、それ
らの間には、回転軸線Оに関するスラスト方向の動圧を
発生させるために、空気にて満たされたスラスト動圧隙
間１８，１８が形成されている。スラスト動圧隙間１
８，１８の各大きさは例えば約６μｍ程度である。
【００５２】主軸１４、軸受部１５及びスラスト板２
１，２３は、それぞれ全体がアルミナ質セラミックにて
構成されており、そのアルミナ含有率は９０〜９９．５
質量％、望ましくは９２〜９８質量％であり、残部が酸
化物系焼結助剤成分と不可避不純物である。そして、軸
受部１５の挿通孔１５ａ内周面は、円筒度が１．５μｍ
以下及び任意の軸直交断面における真円度が１．０μｍ
以下である。他方、主軸１４は、その外周面の円筒度が
１．０μｍ以下及び任意の軸直交断面における真円度が
０．５μｍ以下である。これにより、例えば回転開始時
あるいは停止時の、ラジアル動圧隙間形成面Ｍ１，Ｍ２
の局所的な摩耗を防止しつつ、均一で安定な動圧発生状
態ひいては回転状態を確保することが可能となる。
【００５３】また、各部材を構成するアルミナ質セラミ
ックの見かけ密度は３．５〜３．９ｇ／ｃｍ３、望まし
くは３．６〜３．８ｇ／ｃｍ３である。また、相対密度
は９０〜９８％、望ましくは９４〜９７％である。さら
に、動圧隙間形成面Ｍ１〜Ｍ６におけるセラミック結晶
粒子の平均粒径は１〜７μｍ、望ましくは２〜５μｍで
ある。動圧隙間形成面Ｍ１〜Ｍ６には、図５に示すよう
に多数の表面空孔Ｋが形成されており、その平均寸法は
２〜２０μｍである。また、動圧隙間形成面における寸
法２〜２０μｍの表面空孔の形成面積率を１０〜６０
％、望ましくは１５〜４０％とすることで、上記の凝着
摩耗あるいはリンキングをより生じにくくし、かつ動圧
隙間に発生する流体動圧レベルを高めることが可能とな
る。この場合、動圧隙間形成面Ｍ１〜Ｍ６の少なくとも
１つのものについて、表面空孔Ｋの寸法及び面積率が上
述の範囲に調整されていればよいが（例えば、ラジアル
動圧隙間形成面Ｍ１，Ｍ２のいずれかのみ、スラスト動
圧隙間形成面Ｍ３，Ｍ４の一方のみ、あるいは同Ｍ５，
Ｍ６の一方のみとする）、より効果を高めるためには、
なるべく多くの動圧隙間形成面、理想的には、全ての動
圧隙間形成面Ｍ１〜Ｍ６において、表面空孔Ｋの寸法及
び面積率が上述の範囲に調整されていることが望まし
い。
【００５４】ラジアル動圧隙間形成面Ｍ１，Ｍ２の少な
くとも一方（例えば主軸１４側のＭ１）には、発生動圧
レベルを高めるために、図２（ａ）に示すような周知の
動圧溝を形成することができる。また、スラスト動圧隙
間形成面Ｍ３〜Ｍ６の少なくともいずれか（例えばスラ
スト板２１，２３側のＭ４，Ｍ６）にも、図２（ｂ）に
示すような周知の動圧溝を形成することができる。
【００５５】以下、上述したセラミック動圧軸受３の製
造方法について説明する。各セラミック部材すなわち、
主軸１４、軸受部１５、及びスラスト板２１，２３は、
公知の焼結法により製造できる。すなわち、平均粒径１
〜５μｍのアルミナ原料粉末に対し、焼結助剤粉末とし
てＭｇＯ，ＣａＯ，ＣｅＯ２，ＳｉＯ２，Ｎａ２Ｏ等の
酸化物粉末を配合して成形用素地粉末とし、これを金型
成形あるいは冷間静水圧プレス等の公知の成形法により
対応する形状にプレス成形する。その成形体を温度１４
００〜１７００℃にて焼結することにより焼結体を得
る。
【００５６】この焼結体には、動圧隙間形成面の予定面
を含む必要な面に研磨加工が施され、所定の寸法に仕上
げられる。具体的には、軸受部１５の挿通孔１５ａの内
周面及び両端面、主軸１４の外周面、及び両スラスト板
２１，２３の軸受部１５端面への対向面に、例えば番手
＃１００〜＃２００のダイアモンド砥石により、周速１
０００〜１２００ｍ／ｓの高速研磨を施し、さらに仕上
げのために、番手＃４０００〜＃６０００のダイアモン
ド砥粒によりバフ研磨を行なう。各部材を構成するアル
ミナ質セラミックの材質として、アルミナ含有率が９０
〜９９．５質量％、望ましくは９２〜９８質量％のもの
を使用することで、特に軸受部１５については、挿通孔
１５ａの円筒度を１．５μｍ以下及び任意の軸直交断面
における真円度を１．０μｍ以下とすること、また、主
軸１４の外周面については円筒度を１．０μｍ以下及び
任意の軸直交断面における真円度を０．５μｍ以下とす
る上で好都合となる。
【００５７】なお、図５（ｃ）に示すように、研磨によ
り仕上げられる動圧隙間発生面には、研磨時に生ずるセ
ラミック結晶粒子の脱落により、表面空孔が脱粒孔の形
で形成される。形成される表面空孔の寸法の平均値や分
布及び面積率は、焼結体を構成するセラミック結晶粒子
の寸法の平均値及び分布、あるいは研磨砥石や砥粒の寸
法（番手）、さらには研磨時間といった研磨条件の調整
により調整できる。また、焼結助剤に由来する粒界相の
組成や分布により、研磨時のセラミック結晶粒子の脱粒
のしやすさが影響を受けることもあるので、研磨条件は
この点も考慮して好ましい表面空孔の形成状態が得られ
るように、適宜調整する必要がある。
【００５８】上記のように動圧隙間発生面を仕上げたセ
ラミック部材は、緻密焼結体の表面にセラミック粒子の
脱落により空孔が形成された組織、すなわち、図５
（ｂ）に示すように、表面空孔が存在する表層部よりも
内層部が緻密となった特有の組織が得られる。従って、
表面空孔の存在により凝着摩耗やリンキング発生防止あ
るいは発生動圧レベルの向上を効果的に図ることができ
るとともに、緻密な内層部が形成されることでセラミッ
ク部材の強度が向上する。また、表層部も、粒子脱落を
生じなかった組織部分は基本的には緻密な組織を維持し
ているから、例えばはじめから緻密化しない多孔質セラ
ミック焼結体として構成した場合よりも、耐摩耗性が大
幅に改善される。
【００５９】各動圧隙間形成面Ｍの加工仕上げが終了す
れば、ここに前述の動圧溝がサンドブラストやエッチン
グなどにより刻設され、最終的な主軸１４、軸受部１５
あるいはスラスト板２１，２３が得られる。そして、図
３に示すように、接着等により支持体（ここでは、軸受
部１５を嵌め込むための孔部７ａを有する円盤状に形成
される）７、永久磁石９及びコイル１３を組み付け、さ
らに、ボルト２５を用いて主軸１４、軸受部１５及びス
ラスト板２１，２３を組み立てることにより、動圧軸受
付きモータが得られる。また、支持体７にポリゴンミラ
ー８を取り付ければ、ポリゴンスキャナ１の組立てが完
了する。
【００６０】ポリゴンスキャナ１は以下のように動作す
る。すなわち、動圧軸受付きモータ２は交流誘導モータ
として構成され、コイル１３への通電によりにポリゴン
ミラー８が主軸１４を固定軸として、軸受部１５及び支
持体７とともに一体的に回転駆動される。その最大回転
数は８０００ｒｐｍ以上の高速回転であり、より大きな
スキャン速度が要求される場合には、最大回転数にて１
００００ｒｐｍ以上、さらには３００００ｒｐｍ以上
（例えば５００００ｒｐｍ程度）にも達する場合があ
る。従って、コイル１３のターン数や励磁用の永久磁石
９が発生する外部磁界の値、さらには定格駆動電圧等
が、ポリゴンミラー８の回転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る。ここで、主軸
１４と軸受部１５との間のラジアル動圧隙間１７には回
転軸線Оに関するラジアル動圧が、スラスト板２１，２
３と軸受部１５との間のスラスト動圧隙間１８には同じ
くスラスト動圧が発生し、ラジアル方向及びスラスト方
向の双方において、相対回転する部材間の非接触状態が
維持された状態でポリゴンミラー８の回転軸線が支持さ
れる。
【００６１】次に、図７は、ポリゴンスキャナに使用す
るモータの別例を示すものである（ポリゴンミラーは図
示を省略している）。このモータ３１も、図３と類似の
構成の、本発明のセラミック動圧軸受３３を含んで構成
される。セラミック動圧軸受３３は、円筒状の軸受部３
５（例えば、内径１３ｍｍ強、外径２５ｍｍ、軸方向長
さ５ｍｍ）と、その挿通孔３７にて軸受部３５の軸方向
に嵌挿された主軸３９（直径１３ｍｍ弱、長さ８ｍｍ）
とを有し、主軸３９は固定されて回転せず、その周囲の
軸受部３５側が回転する構成となっている。軸受部３５
の内周面及び主軸３９の外周面をそれぞれラジアル動圧
隙間形成面Ｍ２，Ｍ１として、それらの間にはラジアル
動圧隙間３８が形成される。なお、図７のセラミック動
圧軸受３３では、軸受部３５及び主軸３９の軸線方向寸
法が図３のセラミック動圧軸受３よりも大きく、回転軸
線Оの支持力としてはラジアル動圧が主体的となること
から、スラスト板が省略された構成となっている。
【００６２】なお、図３のセラミック動圧軸受３と同様
に、軸受部３５側を回転させるために、軸受部３５の外
周に一体化された環状の支持体４１に永久磁石４３が配
置され、この永久磁石４３と対向するコイル４７が基台
４５上に取り付けられている。さらに、軸受部３５及び
主軸３９の少なくとも一方の動圧隙間形成面Ｍ、例えば
主軸３９の外側の動圧隙間形成面（外側ラジアル動圧隙
間形成面）Ｍ１には、前記図２（ａ）に示すような動圧
溝が形成されている。
【００６３】図９は、ポリゴンスキャナのさらに具体的
な構成例を示すものである。ポリゴンスキャナ９０にお
いて基台１００上には、本発明のセラミック動圧軸受１
０１を支持固定するための芯軸１０２の一端を垂直に固
定してある。この芯軸１０２にはセラミック製の下スラ
スト板１０３を固定して設けてある。芯軸１０２にはセ
ラミックス製の主軸１０５を貫通して固定してある。さ
らに、セラミック製の軸受部１０７は、主軸１０５の円
筒外周面をなすラジアル動圧隙間形成面１０６と、軸受
部１０７の内周面をなすラジアル動圧隙間形成面１０８
との間にラジアル動圧隙間９１（１〜７μｍ）を有して
いて、回転自在に設けてある。さらに、セラミック製の
上スラスト板１０９は、芯軸１０２に貫通されて固定し
てある。また、軸受部１０７の上部と下部に形成したス
ラスト動圧隙間形成面１１０，１１１と、下スラスト板
１０３のスラスト動圧隙間形成面１１２、及び上スラス
ト板１０９のスラスト動圧隙間形成面１１３とのそれぞ
れの間にスラスト動圧隙間９２，９２が形成される。各
セラミック部材の材質は、ここでもアルミナ系セラミッ
クであり、組織的あるいは組成的には図３及び図７のセ
ラミック動圧軸受３ないし３３と同様の構成である。
【００６４】軸受部１０７の外周には、別体で形成され
た支持部１１４を固定し、さらに、多数の反射面１１５
が形成されたポリゴンミラー１１６を固定部材１１７で
支持部１１４に固定する（回転体と支持部１１４は一体
でもよい）。芯軸１０２の他端は保持座板１１８とボル
ト１１９で固定してある。また、下スラスト板１０３の
スラスト動圧隙間形成面１１２に、図２（ｂ）に示すも
のと同様の動圧溝１２１を形成する。さらに、図示はし
ていないが、ラジアル動圧隙間形成面１０６をなす、主
軸１０５の外周面（以下、外周面１０６とも記す。）に
も図２（ａ）に示すものと同様の動圧溝を形成する。
【００６５】そして基台１００上には、三相ブラシレス
モータ１３３の構成として、絶縁部材１２３を介して巻
き線１２９を設け、軸受部１０７の支持部１１４の下部
には回転方向に対して巻き線１２９に対向したマグネッ
ト１２５が設けられる。巻き線１２９に通電すること
で、軸受部１０７を高速度で誘導回転させる上記ポリゴ
ンミラー１１６の駆動モータとして機能する。該三相ブ
ラシレスモータ１３３の回転により、ラジアル動圧隙間
９１に動圧が発生し、円滑な高速度回転が可能となる。
【００６６】軸受部１０７が停止しているときは、該軸
受部１０７の対向面１１０と下スラスト板１０３のスラ
スト動圧隙間形成面１１２とが接触している。そして、
軸受部１０７が主軸１０５を中心に回転を開始すると、
スラスト動圧隙間９２にスラスト動圧が発生して接触状
態が解除され、高速回転を可能とする。
【００６７】図１０は、本発明をハードディスク装置に
適用した例を示すものである。このハードディスク装置
２００は、ハブ２１１の外周に磁気ディスク２０９ａ、
２０９ｂが固定され、中央にはモータ回転軸２１２が固
設されている。ハブ２１１は、これに固定されたディス
ク２０９ａ，２０９ｂと共に回転する。モータ回転軸２
１２は、アルミナ質セラミックからなる固定軸受部２２
１によってラジアル方向に支承され、またアルミナ質セ
ラミックからなるスラスト板２２２でスラスト方向に支
承されている。
【００６８】上記モータ回転軸２１２、固定軸受部２２
１及びスラスト板２２２はセラミック材料からなるた
め、そのモータ回転軸２１２及び固定軸受部２２１は高
速で回転するディスク２０９ａ，２０９ｂの負荷及び高
速回転に耐えるだけの機械剛性を持つ。
【００６９】次に、上記モータ回転軸２１２と固定軸受
部２２１との間、モータ回転軸２１２とスラスト板２２
２との間には空気が充填され、モータ回転軸２１２と固
定軸受部２２１との間には周方向にラジアル動圧隙間２
４０が形成されており、固定軸受部２２１の内周面２１
７には図示しない動圧溝が形成されている。モータ回転
軸２１２は、その回転に伴い、ラジアル動圧隙間２４０
にラジアル動圧が発生して固定軸受部２２１に対し非接
触で回転する。ラジアル動圧隙間形成面をなすモータ回
転軸２１２の外周面及び固定軸受部２２１の内周面は、
図３及び図７のセラミック動圧軸受３ないし３３と同様
に構成されている（すなわち、本発明のセラミック動圧
軸受の構成を有している）。なお、モータ回転軸２１２
の軸端２１２ａは球面ピボット形状になっており、スラ
スト方向の力をスラスト板２２２で支えている。
【００７０】ハードディスク装置２００においては、ス
テータコア２２４はブラケット２２３に固定されてい
る。そのステータコア２２４にはステータコイル２２５
が巻回されている。図９のポリゴンスキャナ９０と同様
に、モータの回転駆動力は、そのステータコイル２２５
に電流を流すことにより励磁されたステータコア２２４
がつくる回転磁界と、そのステータコア２２４の周囲を
取り巻く多極着磁された駆動マグネット２１４とにより
発生する。そのマグネット２１４はハブ２１１の内周に
固着され、ハブ２１１とともにロータ２１０を構成す
る。なお、ハードディスク装置２００においては外側の
軸受部２２１側が固定、内側の主軸（回転軸）２１２側
が回転となっていたが、図３を援用して説明すれば、ポ
リゴンミラー８を磁気ディスク４０８にて置き換えるこ
とにより、軸受部１５側が回転となり、主軸１４側が固
定となるハードディスク装置構成も当然に可能である。
【００７１】なお、本発明は上記の実施例に何ら限定さ
れるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲にお
いて種々の態様で実施しうることは言うまでもない。例
えば、動圧発生用流体としては、空気以外の気体を用い
てもよいし、気体に代えて油や水等の液体を用いてもよ
い。
【００７２】
【実施例】本発明の効果を確認するために以下の実験を
行なった。まず、図３に示す軸受部１５、主軸１４及び
スラスト板２１，２３の各部材を、アルミナ質セラミッ
ク焼結体として以下のように製造した。すなわち、原料
として、レーザー回折式粒度計にて測定した平均粒径が
１．８μｍのアルミナ粉末（純度：９９．９％）と、Ｃ
ａＯ粉末（平均粒径：４μｍ）、ＭｇＯ粉末（平均粒
径：４μｍ）及びＳｉＯ２粉末（平均粒径：４μｍ）
を、重量比にて３：１：１に配合した焼結助剤粉末とを
用意した。そして、焼結助剤粉末が０．３〜１５質量
％、残部アルミナ粉末となるように配合して、水と適量
のバインダーとしてのＰＶＡとを加えて湿式混合した
後、スプレードライ法にて噴霧乾燥することにより、造
粒原料素地粉末を得た。
【００７３】造粒原料素地粉末は、金型プレス法により
各部材形状に成形した後、１４００〜１７００℃の温度
にて焼成した。得られた焼結体は、動圧隙間形成面とな
る軸受部１５の挿通孔１５ａの内周面及び両端面、主軸
１４の外周面、さらにスラスト板２１，２３の軸受部１
５に対する対向面に、番手＃１００〜２００のダイアモ
ンド砥石により、周速１０００ｍ／分の高速研磨を施
し、さらに仕上げのために、番手＃２０００〜＃６００
０のダイアモンド砥粒によりバフ研磨を行なった。この
状態で、公知の形状プロファイル測定機により、軸受部
１５の挿通孔１５ａの内周面、及び主軸１４の外周面の
真円度及び円筒度を測定した。そして、その測定後にお
いて、各部材の溝パターンに予定された以外の領域をマ
スキングしてショットブラスト処理することにより、図
２に示す動圧溝を形成した。
【００７４】そして、各動圧隙間形成面において、動圧
溝を形成していない研磨面領域を光学顕微鏡観察し、そ
の観察画像上において公知の手法を用いて画像解析する
ことにより、アルミナ結晶粒子の平均寸法（平均粒径）
を求めた。さらに、表面空孔に関しては、寸法２〜２０
μｍの空孔の面積率を求めた。また、各部材の見かけ密
度をアルキメデス法により測定し、アルミナ及び焼結助
剤の配合比から見積もられる真密度を用いて相対密度の
値を算出した。
【００７５】次に、上記各部材を図３に示す動圧軸受付
きモータに組み込み、以下の試験を行なった。 回転数３００００ｒｐｍにて連続回転させたときの、
回転部分となる軸受部１５の回転振れ量（回転軸線と直
交する向きにおける外周面測定位置の最大振れ振幅）
を、レーザー干渉式測長器を用いて測定する。そして、
振れ量が０．１μｍ未満のものを優（◎）、同じく０．
１μｍ以上０．２μｍ未満のものを良（○）、０．２μ
ｍ以上０．３μｍ未満のものを可（△）、０．３μｍを
超えるものを不可（×）として評価した。
【００７６】停止状態から回転数３００００ｒｐｍま
で加速し、１分保持した後、停止させるサイクルを１０
００００回まで繰り返す。そして、動圧隙間形成面の凝
着摩耗に関しては、サイクル終了まで、動圧隙間形成面
に凝着摩耗の全く見られなかったものを優（◎）、サイ
クル終了時に凝着摩耗が見られたが極めて僅かであった
ものを良（○）、サイクル終了時に多少の凝着摩耗が見
られが問題のなかったものを可（△）、サイクル途中で
大きな凝着摩耗が発生し、試験続行不能となったものを
不可（×）として評価した。さらに、軸受部１５のスラ
スト動圧隙間形成面を利用して、ＪＩＳ：Ｚ２２４５に
規定された方法により荷重１５Ｎにてロックウェル硬さ
を測定した。以上の結果を表１及び表２に示す。
【００７７】
【表１】
【００７８】
【表２】
【００７９】この結果からも明らかな通り、アルミナ質
セラミックのアルミナ含有率を９０〜９９．５質量％と
することにより、軸受部１５の挿通孔１５ａについて
は、円筒度を１．５μｍ以下及び任意の軸直交断面にお
ける真円度を１．０μｍ以下とすることができ、主軸１
４の外周面については、円筒度を１．０μｍ以下及び任
意の軸直交断面における真円度を０．５μｍ以下とする
ことができること、当該範囲の真円度及び円筒度とする
ことにより、回転振れや凝着摩耗も生じにくくなること
がわかる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のセラミック動圧軸受の一構成例を示す
断面模式図。
【図２】ラジアル動圧隙間形成面に形成される動圧溝及
びスラスト動圧隙間形成面に形成される動圧溝の一例を
それぞれ示す説明図。
【図３】本発明のセラミック動圧軸受が使用されたポリ
ゴンスキャナ用モータユニットの一例を示す正面断面
図。
【図４】図３の要部をなすセラミック動圧軸受の正面断
面図及び分解斜視図。
【図５】表面空孔が形成された動圧隙間形成面を示す模
式図及び研磨時の脱粒により表面空孔が形成される様子
を示す説明図。
【図６】空孔（ないし結晶粒子）の寸法の定義を示す説
明図。
【図７】本発明のセラミック動圧軸受が使用されたモー
タユニットの変形例を示す断面模式図。
【図８】さらに別の変形例の要部を示す斜視図。
【図９】本発明のセラミック動圧軸受を用いたポリゴン
スキャナの一例を示す正面断面図。
【図１０】本発明のセラミック動圧軸受を用いたハード
ディスク装置の一例を示す正面断面図。
【図１１】アルミナ質セラミック焼結体の組織を示す模
式図。
【図１２】セラミック結晶粒子の脱落による種々の空孔
形成態様を示す模式図。
【符号の説明】
１，９０ ポリゴンスキャナ ３，３３，１０１，２５１ セラミック動圧軸受 １４，３９，１０５，２１２ 主軸 １５，３５，１０７，２２１ 軸受部 １５ａ 挿通孔 １７，３８，９１，２４０ ラジアル動圧隙間 １８，９２ スラスト動圧隙間 ２１，２３，１０３，１０９，２２２ スラスト板 Ｍ 動圧隙間形成面 Ｍ１，Ｍ２ ラジアル動圧隙間形成面 Ｍ３〜Ｍ６ スラスト動圧隙間形成面
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１４年６月６日（２００２．６．６）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４５
【補正方法】削除
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】削除
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４７
【補正方法】削除 ─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１４年６月１７日（２００２．６．１
７）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】変更
【補正内容】
【００４２】また、本発明の動圧軸受は、動圧軸受の軸
方向の長さがスラスト動圧隙間形成面の外径よりも長い
か、あるいはスラスト動圧隙間が形成されないものと
し、回転体の回転時の傾斜がラジアル動圧隙間に発生す
る動圧により規制されるように構成できる。これは、例
えば図７に示すように、回転軸の長い動圧軸受を規定し
たものであり、回転体である軸受部３５が傾斜すると、
ラジアル動圧隙間３８に発生する圧力により、その傾斜
が規定されて修正される。他方、動圧軸受の軸方向の長
さがスラスト動圧隙間形成面の外径よりも短く、回転体
の回転時の傾斜が、主にスラスト動圧隙間に発生する動
圧により規制されるように構成することもできる。これ
は、例えば図３に示すような回転軸が短い動圧軸受を規
定したものであり、回転体である軸受部が傾斜すると、
スラスト動圧隙間に発生する動圧により、その傾斜が規
定されて修正される。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７５
【補正方法】変更
【補正内容】
【００７５】次に、上記各部材を図３に示す動圧軸受付
きモータに組み込み、以下の試験を行なった。 回転数３００００ｒｐｍにて連続回転させたときの、
回転部分となる軸受部１５の回転振れ量（回転軸線と直
交する向きにおける外周面測定位置の最大振れ振幅）
を、レーザー干渉式測長器を用いて測定する。そして、
振れ量が０．１μｍ未満のものを優（◎）、同じく０．
１μｍ以上０．２μｍ未満のものを良（○）、０．２μ
ｍ以上０．３μｍ未満のものを可（△）、０．３μｍ以
上のものを不可（×）として評価した。
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 21/24 Ｃ０４Ｂ 35/10 Ｅ (72)発明者 余語 哲爾 愛知県名古屋市瑞穂区高辻町14番18号 日 本特殊陶業株式会社内 Ｆターム(参考） 3J011 AA10 AA20 BA06 CA02 DA01 DA02 JA02 KA02 KA03 LA01 MA02 QA01 SD04 4G030 AA07 AA08 AA36 AA37 BA18 BA20 CA07 GA11 GA32 5H607 BB01 BB07 CC01 DD03 DD16 GG09 GG12 GG14 GG15 KK04 5H621 GA01 JK17 JK19

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 円筒状の外周面を有する第一部材と、円
    筒状の挿通孔を有した第二部材とを有し、前記第二部材
    の前記挿通孔に該第一部材が挿通されるとともに、前記
    第二部材の挿通孔内面と、これに挿通される前記第一部
    材の外周面とをそれぞれラジアル動圧隙間形成面とし
    て、それらラジアル動圧隙間形成面の間にラジアル動圧
    隙間が形成され、それら第一部材と第二部材との相対回
    転に伴い、前記ラジアル動圧隙間に流体動圧を発生させ
    るよう構成され、 前記第一部材及び前記第二部材とはいずれも、Ａｌ２Ｏ
    ３換算したＡｌ成分の含有率が９０〜９９．５質量％で
    あって、酸化物系焼結助剤成分を酸化物換算にて０．５
    〜１０質量％含有するアルミナ質セラミックにて構成さ
    れ、 さらに、前記第二部材の前記挿通孔内周面の円筒度が
    １．５μｍ以下及び任意の軸直交断面における真円度が
    １．０μｍ以下であり、他方、前記第一部材の外周面の
    円筒度が１．０μｍ以下及び任意の軸直交断面における
    真円度が０．５μｍ以下であることを特徴とするセラミ
    ック動圧軸受。
  2. 【請求項２】 前記アルミナ質セラミックの見かけ密度
    が３．５〜３．９ｇ／ｃｍ３である請求項１記載のセラ
    ミック動圧軸受。
  3. 【請求項３】 前記アルミナ質セラミックの相対密度が
    ９０％以上である請求項１又は２に記載のセラミック動
    圧軸受。
  4. 【請求項４】 前記アルミナ質セラミック結晶粒子の平
    均粒径が１〜７μｍである請求項１ないし３のいずれか
    １項に記載のセラミック動圧軸受。
  5. 【請求項５】 回転軸線方向における前記第二部材の少
    なくとも一方の端面に対向する形で配置されるスラスト
    板を有し、前記第二部材の端面と、これに対向する前記
    スラスト板の対向面とをそれぞれスラスト動圧隙間形成
    面として、それらスラスト動圧隙間形成面の間にスラス
    ト動圧隙間が形成されている請求項１ないし４のいずれ
    か１項に記載のセラミック動圧軸受。
  6. 【請求項６】 前記アルミナ質セラミックからなる動圧
    隙間形成面において、粒径２〜５μｍのセラミック結晶
    粒子の面積率が４０％以上であることを特徴とする請求
    項１ないし５のいずれか１項に記載のセラミック動圧軸
    受。
  7. 【請求項７】 前記アルミナ質セラミックからなる動圧
    隙間形成面に存在する表面空孔の平均寸法が、セラミッ
    ク結晶粒子の平均粒径よりも大である請求項１ないし６
    のいずれか１項に記載のセラミック動圧軸受。
  8. 【請求項８】 前記アルミナ質セラミックからなる動圧
    隙間形成面に存在する表面空孔の平均寸法が２〜２０μ
    ｍである請求項１ないし７のいずれか１項に記載のセラ
    ミック動圧軸受。
  9. 【請求項９】 前記アルミナ質セラミックからなる動圧
    隙間形成面における、寸法２〜２０μｍの表面空孔の形
    成面積率が１０〜６０％である請求項１ないし８のいず
    れか１項に記載のセラミック動圧軸受。
  10. 【請求項１０】 前記アルミナ質セラミックは、相対密
    度が９０％以上の緻密セラミック焼結体であって、焼結
    体中に存在する寸法２〜２０μｍの空孔が主に、前記動
    圧隙間形成面に前記表面空孔の形で局在化した形で存在
    するものである請求項１ないし９のいずれか１項に記載
    のセラミック動圧軸受。
  11. 【請求項１１】 前記表面空孔は、前記動圧隙間形成面
    を加工仕上げする際に、セラミック結晶粒子が脱落して
    形成されたものである請求項１０記載のセラミック動圧
    軸受。
  12. 【請求項１２】 前記ラジアル動圧隙間形成面及び前記
    スラスト動圧形成面の少なくともいずれかに動圧溝が形
    成されている請求項１ないし１１のいずれか１項に記載
    のセラミック動圧軸受。
  13. 【請求項１３】 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として使用される請求項１ないし１
    ２のいずれか１項に記載のセラミック動圧軸受。
  14. 【請求項１４】 ポリゴンスキャナのポリゴンミラー回
    転主軸部分の軸受として使用される請求項１ないし１２
    のいずれか１項に記載のセラミック動圧軸受。
  15. 【請求項１５】 請求項１ないし１４のいずれか１項に
    記載のセラミック動圧軸受をモータ回転出力部の軸受と
    して用いたことを特徴とする軸受付きモータ。
  16. 【請求項１６】 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１５記載の軸受付きモー
    タ。
  17. 【請求項１７】 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１５記載の軸受付きモータ。
  18. 【請求項１８】 最大回転数が８０００ｒｐｍ以上の高
    速回転用モータである請求項１５ないし１７のいずれか
    １項に記載の軸受付きモータ。
  19. 【請求項１９】 請求項１６又は１８に記載の軸受付き
    モータと、その軸受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。
  20. 【請求項２０】 請求項１７又は１８に記載の軸受付き
    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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