JP2002295477A - Ceramic dynamic pressure bearing, motor provided with the same, hard disk device, and polygon scanner - Google Patents

Ceramic dynamic pressure bearing, motor provided with the same, hard disk device, and polygon scanner

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JP2002295477A
JP2002295477A JP2001098325A JP2001098325A JP2002295477A JP 2002295477 A JP2002295477 A JP 2002295477A JP 2001098325 A JP2001098325 A JP 2001098325A JP 2001098325 A JP2001098325 A JP 2001098325A JP 2002295477 A JP2002295477 A JP 2002295477A
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JP
Japan
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dynamic pressure
ceramic
bearing
pressure gap
gap forming
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Application number
JP2001098325A
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Japanese (ja)
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Takanobu Ishikawa
敬展 石川
Tetsuji Yogo
哲爾 余語
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Niterra Co Ltd
Original Assignee
NGK Spark Plug Co Ltd
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    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C17/00Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement
    • F16C17/10Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement for both radial and axial load
    • F16C17/102Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement for both radial and axial load with grooves in the bearing surface to generate hydrodynamic pressure
    • F16C17/107Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement for both radial and axial load with grooves in the bearing surface to generate hydrodynamic pressure with at least one surface for radial load and at least one surface for axial load
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16C33/00Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/02Parts of sliding-contact bearings
    • F16C33/04Brasses; Bushes; Linings
    • F16C33/043Sliding surface consisting mainly of ceramics, cermets or hard carbon, e.g. diamond like carbon [DLC]

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a ceramic dynamic pressure bearing capable of preventing the occurrence of wear when starting and stopping and realizing favorable rotation of the dynamic pressure bearing. SOLUTION: A dynamic pressure clearance 17 is formed between a first member 14 and a second member 15 rotating relatively around a predetermined rotary axial line, and a fluid dynamic pressure is generated in the dynamic pressure clearance 17 in accordance with the relative rotation of the first member 14 and the second member 15. A part including a surface (dynamic pressure clearance forming face) facing the dynamic pressure clearance 17 is constituted by at least ceramic in at least either of the first member 14 and the second member 15, and an average dimension of a surface hole existing on the dynamic pressure clearance forming face made of ceramic is adjusted to 2 to 20 μm. Furthermore, at least any dynamic pressure clearance forming face of the first member 14 and the second member 15 is covered with a hard carbon film DR having an average film thickness smaller than the average dimension of the surface hole and made of amorphous carbon mainly.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[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。
The present invention relates to a ceramic dynamic pressure bearing, a motor with a bearing, a hard disk drive, and a polygon scanner.

【0002】[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。
2. Description of the Related Art Conventionally, ball bearings have often been used as bearings for motor shafts serving as driving sources for electric equipment. However, in precision equipment such as computer peripheral equipment, motors have been rapidly rotating at high speed. In order to obtain excellent bearing performance with low rotation unevenness, abnormal noise and vibration,
Alternatively, in order to extend the life of the bearing, a dynamic pressure bearing mediated by a fluid such as air is used. For example, when a main shaft and a bearing portion disposed to surround the main shaft rotate around an axis, the hydrodynamic bearing is configured to rotate the rotating shaft by a fluid dynamic pressure generated in a gap between an outer peripheral surface of the main shaft and an inner peripheral surface of the bearing portion. To support. In addition, there is a bearing in which a thrust surface of a main shaft or a bearing portion is supported by dynamic pressure.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】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が、接触摩耗
等は多かれ少なかれ発生してしまう問題がある。
By the way, in a dynamic pressure bearing, in a high-speed rotation state in which the generated dynamic pressure level is sufficiently high, the members facing each other across the dynamic pressure gap do not come into contact with each other. At the time of small starting and stopping, sufficient dynamic pressure is not generated, so that contact between members occurs. As the component material of the dynamic pressure bearing as described above, a metal such as stainless steel or a material obtained by coating these with a resin or the like has been generally used. Wear and seizure may become a problem due to contact of the members at the time of stop. In order to prevent this, members opposed to each other with the dynamic pressure gap interposed therebetween are made of ceramics such as alumina. However, there is a problem that contact wear or the like occurs more or less.

【0004】本発明の課題は、十分なレベルの動圧発生
が可能であるとともに、始動・停止時等において接触摩
耗等が生じにくいセラミック動圧軸受を提供することに
ある。
It is an object of the present invention to provide a ceramic dynamic pressure bearing which can generate a sufficient level of dynamic pressure and hardly causes contact wear and the like at the time of starting and stopping.

【0005】[0005]

【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、所定の回転
軸線周りに相対回転する第一部材と第二部材との間に動
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、動圧隙間に流体動圧を発生させるよう構成
されるとともに、第一部材及び第二部材の少なくともい
ずれかにおいて、動圧隙間に面する表面(動圧隙間形成
面)を含む部分が少なくともセラミックにて構成される
とともに、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が2〜20μmであり、かつ、第
一部材及び第二部材の少なくともいずれかの動圧隙間形
成面を、表面空孔の平均寸法よりも小さい平均膜厚を有
する主に非晶質炭素からなる硬質炭素系被膜にて覆った
ことを特徴とする。
Means for Solving the Problems and Action / Effect To solve the above problems, a ceramic dynamic pressure bearing according to the present invention comprises a dynamic pressure gap between a first member and a second member relatively rotating around a predetermined rotation axis. Is formed, with the relative rotation between the first member and the second member, and is configured to generate a fluid dynamic pressure in the dynamic pressure gap, and the dynamic pressure is generated in at least one of the first member and the second member. The portion including the surface facing the gap (dynamic pressure gap forming surface) is made of at least ceramic, and the average size of the surface pores existing in the dynamic pressure gap forming surface made of ceramic is 2 to 20 μm, and The at least one of the dynamic pressure gap forming surfaces of the first member and the second member was covered with a hard carbon-based coating mainly composed of amorphous carbon having an average film thickness smaller than the average size of the surface pores. Characterized by

【0006】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、研磨時の粒子脱落に
より、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。
When ceramic is used as the material of the dynamic pressure bearing, the surface condition of the dynamic pressure gap forming surface of the ceramic constituting the main shaft and the bearing becomes a problem. In other words, in general, fine holes are present on the ceramic surface after polishing due to particles falling off during polishing, and the size of such holes has a great effect on the rotational state of the dynamic pressure bearing. it is conceivable that.

【0007】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ことわかった。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。
On the other hand, according to the study of the present inventors, it has been found that if the surface for forming the dynamic pressure gap is extremely smooth, sufficient fluid dynamic pressure cannot be generated in the dynamic pressure gap. If the generated dynamic pressure level is insufficient, it is naturally impossible to realize a stable supporting state of the rotating shaft, and it is also difficult to secure a suitable rotating state of the dynamic pressure bearing. Therefore, it is effective to positively form surface cavities within a certain size range on the dynamic pressure gap forming surface in order to make the generated fluid dynamic pressure level high and stable.

【0008】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。また、主軸等、動圧隙
間形成面の片側をなす部材が金属で形成されている場合
には、焼き付きが生じることもある。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。
Specifically, when a large hole exists on the surface of the ceramic where the dynamic pressure gap is formed, for example, when the main shaft rotates, turbulence occurs in the fluid layer between the main shaft and the bearing. However, it is considered that vibration occurs in the main shaft, for example. On the other hand, when the size of the hole existing in the dynamic pressure gap forming surface of the ceramic is small, adhesion tends to occur on the dynamic pressure gap forming surface of the main shaft and the bearing. (Hereinafter referred to as "adhesive wear"). Further, when a member such as the main shaft, which forms one side of the dynamic pressure gap forming surface, is formed of metal, seizure may occur. On the other hand, extremely small surface pores hardly contribute to the generation of dynamic pressure.

【0009】そこで、本発明では、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を2〜2
0μmとすることにより、振動や、凝着摩耗ないし焼き
付きの発生を効果的に防止することができる。また、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。他方、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。
Therefore, in the present invention, the average size of the surface pores existing on the dynamic pressure gap forming surface made of ceramic is 2 to 2 times.
By setting the thickness to 0 μm, it is possible to effectively prevent the occurrence of vibration, adhesion wear or seizure. Also, 2
By positively forming surface pores having an average size of 2020 μm, the generated fluid dynamic pressure level can be made high and stable. On the other hand, in the case of a dynamic pressure bearing in which a thrust dynamic pressure generating gap described later is formed, the occurrence of linking can be prevented.

【0010】さらに、本発明のセラミック動圧軸受で
は、動圧隙間形成面を、表面空孔の平均寸法よりも小さ
い平均膜厚を有する、主に非晶質炭素からなる硬質炭素
系被膜にて覆っているから、起動・停止時等の動圧が不
足する低回転状態において動圧隙間形成面同士が仮に接
触しても、摩耗や凝着を生じにくい。
Further, in the ceramic dynamic pressure bearing of the present invention, the surface for forming the dynamic pressure gap is made of a hard carbon-based coating mainly composed of amorphous carbon and having an average film thickness smaller than the average size of the surface pores. Even if the dynamic pressure gap forming surfaces contact each other in the low rotation state where the dynamic pressure is insufficient at the time of starting / stopping, wear and adhesion are unlikely to occur.

【0011】本明細書において「主に非晶質炭素からな
る硬質炭素系被膜」とは、膜の主体をなす炭素の骨格構
造が非晶質であり、かつそのビッカース硬度が1500
kg/mm以上の被膜をいう。なお、被膜の硬度は、
例えばダイナミック超微小硬さ試験機(例えば、スイス
CSEM社製NHT)等を用いて測定することができ
る。そして、その平均膜厚を表面空孔の平均寸法よりも
小さく設定している理由は、動圧発生効果を高めるため
に積極形成した表面空孔の過度の閉塞を防止するためで
ある。
In the present specification, the term "hard carbon-based coating mainly composed of amorphous carbon" means that the skeleton structure of carbon, which is the main component of the film, is amorphous and its Vickers hardness is 1500.
It refers kg / mm 2 or more coatings. The hardness of the coating is
For example, it can be measured using a dynamic ultra-fine hardness tester (for example, NHT manufactured by Swiss CSEM). The reason why the average film thickness is set smaller than the average size of the surface pores is to prevent excessive clogging of the positively formed surface pores in order to enhance the dynamic pressure generating effect.

【0012】本明細書において表面空孔(あるいは結晶
粒子)の寸法とは、図6に示すように、SEM等による
動圧隙間形成面組織の観察面上において、表面空孔(あ
るいは結晶粒子)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+d
max)/2)にて表すものとする。
In this specification, the size of the surface pores (or crystal grains) is defined as the surface pores (or crystal grains) as shown in FIG. When various kinds of circumscribed parallel lines that do not cross the inside of the outlines are drawn while changing the positional relationship with the outlines, a minimum distance dmin between the parallel lines,
The average value with the maximum interval dmax (that is, d = (dmin + d
max) / 2).

【0013】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
凝着摩耗や焼き付きあるいは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。
If the average size of the surface pores exceeds 20 μm, excessive turbulence is generated in the dynamic pressure gap, and vibration is likely to occur on the rotating shaft. On the other hand, when the size of the surface pores is less than 2 μm, adhesion wear, seizure, or linking is likely to occur on the dynamic pressure gap forming surface when starting or stopping rotation. In addition, the fluid dynamic pressure level generated in the dynamic pressure gap tends to be insufficient, and it is easy to cause rotational runout and the like. The average size of the surface pores is more desirably 5 to 15 μm.

【0014】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。
Next, regarding the size of each surface hole,
Those having a thickness of 2 μm or less cannot contribute much to the generation of dynamic pressure. On the other hand, if there are too many that exceed 20 μm, vibrations and the like are likely to occur. That is, the size of the surface pores that effectively contributes to the generation of dynamic pressure and is suitable for realizing stable rotation is 2 to 20 μm. And
The formation area ratio of the surface pores in such a dimensional range on the dynamic pressure gap forming surface makes it harder for seizure or linking to occur on the dynamic pressure gap forming surface when starting or stopping the rotation, and it is also generated in the dynamic pressure gap. It is preferably 15% or more, more preferably 20% or more, from the viewpoint of increasing the fluid dynamic pressure level. On the other hand, the area ratio is preferably 60% or less, and more preferably 40% or less, from the viewpoint of more effectively suppressing the occurrence of vibration and the like.

【0015】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5
〜15μm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15〜30%と
するのがよい。
In order to effectively contribute to the generation of dynamic pressure and to realize stable rotation, the more preferable size of the surface holes is 5 μm.
It is preferable that the area ratio of the surface pores in such a size range on the dynamic pressure gap forming surface is 15 to 30%.

【0016】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。
In the present specification, the area ratio of surface pores is a value obtained by dividing the total area of pores observed on the dynamic pressure gap forming surface by the area of the dynamic pressure gap forming surface. However, when a well-known dynamic pressure groove is formed on the dynamic pressure gap forming surface, the area ratio of the surface voids is calculated for the dynamic pressure gap forming surface region excluding the dynamic pressure groove portion. . In addition,
The area ratio is measured by observing the dynamic pressure gap forming surface region using a magnifying observation means such as an optical microscope, and 300 mm in the observation visual field.
The calculation is performed by setting a square measurement area of μm × 300 μm and dividing the total area of the surface vacancies identified in the measurement area by the measurement area area. In order to improve the measurement accuracy, it is desirable that the number of measurement regions is arbitrarily set to five or more in one dynamic pressure gap forming surface region, and the area ratio of surface vacancies is calculated as an average value of the measurement regions.

【0017】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100μ
m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。
It is desirable that the surface vacancies on the surface on which the dynamic pressure gap is formed have a size exceeding 20 μm, which is likely to cause vibration or the like. Specifically, the formation area ratio of surface pores exceeding 20 μm on the dynamic pressure gap formation surface is preferably 10% or less, and more preferably 5% or less. In addition, from the viewpoint of preventing the occurrence of vibration, the maximum size of the surface pores existing in the dynamic pressure gap forming surface is 100 μm.
m, that is, it is desirable that there are no surface vacancies exceeding 100 μm.

【0018】次に、前記した硬質炭素系被膜は、磁気ヘ
ッドや軸受等の摺動部材の潤滑性を向上させたり、ある
いはセラミック工具等の耐摩耗性を向上させたりするな
ど、すでに各種分野にて広く使用されているものであ
る。被膜の製法は、各種公報あるいは文献に開示されて
いるものを採用できるが、一例を挙げれば、特開昭58
−91100、特公平6−60404号、特表昭63−
501237号、特開昭63−162870号、特開昭
63−162872号、特開昭63−222314号、
特開平5−296248号などを例示できる。これら
は、物理蒸着法あるいは化学蒸着法の原理を応用した気
相成膜法により成膜を行うものである。具体的には、原
料ガスとしての炭化水素あるいは炭化水素と水素との混
合ガスを減圧した雰囲気中に導入し、高周波プラズマや
抵抗発熱フィラメントを用いてこれを熱分解させ、基体
表面に析出させることにより被膜を得る。
Next, the hard carbon-based coating described above has already been used in various fields such as improving lubrication of sliding members such as magnetic heads and bearings, and improving wear resistance of ceramic tools and the like. Is widely used. As the method for producing the coating, those disclosed in various publications or documents can be adopted.
-91100, Tokiko 6-60404, Tokio Sho 63-
No. 501237, JP-A-63-162870, JP-A-63-162872, JP-A-63-222314,
JP-A-5-296248 can be exemplified. In these methods, a film is formed by a vapor phase film forming method using the principle of a physical vapor deposition method or a chemical vapor deposition method. Specifically, a hydrocarbon as a raw material gas or a mixed gas of hydrocarbon and hydrogen is introduced into a decompressed atmosphere, and is thermally decomposed using high-frequency plasma or a resistance heating filament to be deposited on a substrate surface. To obtain a coating.

【0019】上記被膜のうち、炭素の骨格構造を作る結
合にダイヤモンド結合(sp3混成軌道による共有結
合)を比較的多く含んでいるものは、ダイヤモンド状炭
素被膜(ダイヤモンドライクカーボン被膜、以下、DL
C被膜と略記する)とも称され、非常に硬質なものとな
る。なお、炭素原子のダングリングボンドに水素原子が
入ることは、炭素の連鎖を閉じることで非晶質構造を安
定化させ、かつ膜強度や下地との密着性低下を引き起こ
す有害なグラファイト構造の生成を抑制し、高強度で密
着性の高いDLC被膜の実現にも寄与していると考えら
れている(例えば、特開昭63−162872号公
報)。
Among the above-mentioned coatings, those containing a relatively large number of diamond bonds (covalent bonds by sp3 hybrid orbitals) in the bonds forming the carbon skeleton structure are diamond-like carbon coatings (diamond-like carbon coatings, hereinafter DL).
C film) and is very hard. In addition, the entry of hydrogen atoms into dangling bonds of carbon atoms stabilizes the amorphous structure by closing the carbon chain, and creates a harmful graphite structure that causes a decrease in film strength and adhesion to the base. Is considered to contribute to the realization of a DLC film having high strength and high adhesion (for example, JP-A-63-162872).

【0020】なお、本発明で使用する硬質炭素系被膜に
は、膜硬度向上等の目的で、リン、珪素、タングステ
ン、クロム等の添加元素が配合されていてもよい。これ
らの添加元素を含む被膜の製法は、例えば特開昭63−
162870号、特開昭63−162871号あるいは
特開昭63−162872号等の各公報に開示された方
法を採用することができる。
The hard carbon-based coating used in the present invention may contain additional elements such as phosphorus, silicon, tungsten and chromium for the purpose of improving the film hardness. A method for producing a coating containing these additional elements is described in, for example,
The methods disclosed in JP-A-162870, JP-A-63-162871 and JP-A-63-162872 can be employed.

【0021】次に、動圧隙間を形成する第一部材及び第
二部材は、それぞれ全体をセラミックにて構成すること
ができる。該セラミックは、強度や破壊靭性値を向上さ
せ、ひいては耐摩耗性(特に部材接触の確率が高い起動
・停止時)を確保する観点において、相対密度を90%
以上、望ましくは95%以上とするのがよい。従って、
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、焼き付き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、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。
Next, the first member and the second member forming the dynamic pressure gap can be entirely made of ceramic. The ceramic has a relative density of 90% from the viewpoint of improving the strength and fracture toughness, and further ensuring the wear resistance (particularly at the time of starting and stopping when the probability of contact with the member is high).
As described above, it is desirable that the content be 95% or more. Therefore,
The ceramic constituting the member has a dense sintered body structure with few pores inside, and the dynamic pressure gap forming surface portion has a structure with relatively many pores formed. It is desirable to achieve both the effect of preventing cohesive wear, seizure or linking, and the effect of improving strength and abrasion resistance. Specifically, it is preferable that pores having a size of 2 to 20 μm existing in the ceramic sintered body exist mainly in a form localized in the form of surface pores on the surface on which the dynamic pressure gap is formed. And
In order to efficiently form such a structure, it is effective to form the surface pores by dropping the ceramic crystal particles when working and finishing the dynamic pressure gap forming surface.

【0022】そして、動圧隙間形成面への硬質炭素系被
膜の形成は、上記加工仕上げによる表面空孔形成後に行
なうことになる。そして、硬質炭素系被膜の平均膜厚
を、形成した表面空孔の平均寸法よりも小さくすること
により、硬質炭素系被膜を形成した後も、表面空孔の要
部が開気孔のまま残留するので、空孔形成による前記し
た効果を十分に確保することができる。なお、硬質炭素
系被膜の平均膜厚は、より望ましくは、0.1〜1.5
μm程度とするのがよい。平均膜厚が0.1μm未満で
は硬質炭素系被膜形成による耐摩耗性付与効果が不十分
となり、1.5μmを超えると耐摩耗性付与効果が実質
的に飽和して、無駄なコストアップにつながる。なお、
本明細書において硬質炭素系被膜の平均膜厚は、動圧隙
間形成面の空孔内面を除いた領域における膜厚の平均値
を意味する。
The formation of the hard carbon-based coating on the surface on which the dynamic pressure gap is formed is performed after the formation of the surface vacancies by the above-mentioned processing finish. And, by forming the average thickness of the hard carbon-based coating smaller than the average size of the formed surface pores, even after forming the hard carbon-based coating, the main part of the surface pores remains as open pores. Therefore, the above-described effects of the formation of holes can be sufficiently ensured. The average thickness of the hard carbon-based coating is more desirably 0.1 to 1.5.
It is good to be about μm. If the average film thickness is less than 0.1 μm, the effect of imparting wear resistance due to the formation of the hard carbon-based film becomes insufficient, and if it exceeds 1.5 μm, the effect of imparting wear resistance is substantially saturated, leading to wasteful cost increase. . In addition,
In the present specification, the average film thickness of the hard carbon-based coating means the average value of the film thickness in a region excluding the inner surface of the pores on the surface on which the dynamic pressure gap is formed.

【0023】次に、動圧隙間形成面は、軸受の回転軸線
に対してラジアル方向に形成されたラジアル動圧隙間形
成面とすることができる。すなわち、第一部材を軸状に
形成し、第二部材に形成された挿通孔に該第一部材を挿
通するとともに、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
ジアル動圧隙間を形成することができる。このラジアル
動圧隙間形成面を前記硬質炭素系被膜にて覆うことがで
きる。
Next, the dynamic pressure gap forming surface may be a radial dynamic pressure gap forming surface formed in a radial direction with respect to the rotation axis of the bearing. That is, the first member is formed in a shaft shape, and the first member is inserted through the insertion hole formed in the second member, and the inner surface of the insertion hole of the second member and the outer periphery of the first member inserted therein The radial dynamic pressure gap forming surface can be formed between the radial dynamic pressure gap forming surfaces. This radial dynamic pressure gap forming surface can be covered with the hard carbon-based coating.

【0024】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、第一部材たる主軸の回転軸
線方向(図の上下方向)と垂直な方向(従って径方向)
である。例えば図1では、固定された第一部材である主
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。後述の通り、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。従って、ラジアル動
圧隙間形成面の表面空孔を上記本発明特有の形態に調整
し、かつ硬質炭素系被膜にて覆うことで、ラジアル動圧
隙間に十分な動圧を発生でき、かつ始動・停止時の凝着
摩耗や焼き付き等も効果的に防止ないし抑制することが
できる。さらに、
For example, in the case of a hydrodynamic bearing having the structure illustrated in FIG. 1, the radial direction is a direction (and thus a radial direction) perpendicular to the rotation axis direction (vertical direction in the figure) of the main shaft as the first member.
It is. For example, in FIG. 1, the outer peripheral surface of the main shaft, which is the fixed first member, and the inner peripheral surface of the bearing portion, which is the second member configured as the cylindrical rotating body, are the radial dynamic pressure gap forming surfaces. As will be described later, in the case of a bearing that is long in the direction of the rotation axis, whether or not the radial dynamic pressure is sufficiently generated is important for stably supporting the rotation axis. Therefore, by adjusting the surface pores of the radial dynamic pressure gap forming surface to the above-described form unique to the present invention, and by covering with a hard carbon-based coating, sufficient dynamic pressure can be generated in the radial dynamic pressure gap, and Adhesive wear and seizure during stopping can also be effectively prevented or suppressed. further,

【0025】他方、動圧隙間形成面は、回転体の回転軸
に対してスラスト方向に形成されたスラスト動圧隙間形
成面とすることもできる。すなわち、第一部材を、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
向する形で配置し、該第二部材の端面と、これに対向す
る第一部材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
ト動圧隙間を形成する。このスラスト動圧隙間形成面を
前記硬質炭素系被膜にて覆うことができる。
On the other hand, the dynamic pressure gap forming surface may be a thrust dynamic pressure gap forming surface formed in the thrust direction with respect to the rotation axis of the rotating body. That is, the first member is disposed so as to face at least one end surface of the second member in the direction of the rotation axis, and the end surface of the second member and the opposing surface of the first member opposing the second member are thrust-moved. As the pressure gap forming surface, a thrust dynamic pressure gap is formed between the thrust dynamic pressure gap forming surfaces. The thrust dynamic pressure gap forming surface can be covered with the hard carbon-based coating.

【0026】例えば、図1に例示する構造の動圧軸受の
場合には、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、筒
状回転体として構成された第二部材である軸受部の端面
と、軸線方向においてその軸受部の端面と対向する第一
部材としての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。従って、スラスト動
圧隙間形成面の表面空孔を上記本発明特有の形態に調整
し、かつ硬質炭素系被膜にて覆うことで、スラスト動圧
隙間に十分な動圧を発生でき、始動・停止時の凝着摩耗
や焼き付き及びリンキングも効果的に防止ないし抑制す
ることができる。特に、多くの場合、動圧軸受は回転軸
線を上下方向に向けて配置することが多いが、この場
合、軸受部の下側の端面に対向する形でスラスト板を配
置するとき、それらが形成するスラスト動圧隙間での動
圧により軸受部は重力に逆らって浮上して回転する。し
かし、始動・停止時において動圧が小さくなると、軸受
部は重力によりスラスト板状に落下し、凝着摩耗や焼き
付きあるいはリンキングが一層生じやすくなる。そこ
で、該スラスト動圧隙間の形成面に硬質炭素系被膜を形
成しておくことは、より有利であるといえる(これは、
本発明特有の動圧隙間形成面の空孔寸法を特化した態様
に限らず、スラスト動圧隙間が形成される動圧軸受態様
全てについていえることである)。
For example, in the case of the dynamic pressure bearing having the structure illustrated in FIG. 1, the thrust direction is the axial direction of the main shaft, that is, the direction of the rotation axis (vertical direction in the figure). In FIG. 1, the end surface of a bearing portion, which is a second member configured as a cylindrical rotating body, and the plate surface of a thrust plate as a first member, which faces the end surface of the bearing portion in the axial direction, have a thrust dynamic pressure. It becomes a gap forming surface. It should be noted that the thrust dynamic pressure gap forming surface may be slightly inclined from a plane perpendicular to the rotation axis direction. As described later, in the case of a bearing that is short in the rotation axis direction, whether or not thrust dynamic pressure is sufficiently generated is important for stably supporting the rotation axis. Therefore, by adjusting the surface pores of the thrust dynamic pressure gap forming surface to a form peculiar to the present invention and covering with a hard carbon-based coating, sufficient dynamic pressure can be generated in the thrust dynamic pressure gap, and start / stop Adhesive wear, seizure and linking at the time can also be effectively prevented or suppressed. In particular, in many cases, the dynamic pressure bearings are often arranged with the rotation axis directed vertically, but in this case, when the thrust plates are arranged so as to face the lower end surface of the bearing portion, they are formed. The bearing portion floats and rotates against the gravity due to the dynamic pressure in the thrust dynamic pressure gap. However, when the dynamic pressure is reduced at the time of starting / stopping, the bearing portion falls into a thrust plate shape due to gravity, and adhesion abrasion, seizure or linking is more likely to occur. Therefore, it can be said that it is more advantageous to form a hard carbon-based coating on the formation surface of the thrust dynamic pressure gap (this is because
The present invention is not limited to the mode in which the hole size of the dynamic pressure gap forming surface unique to the present invention is specially specified, but is applicable to all the dynamic pressure bearing modes in which the thrust dynamic pressure gap is formed.

【0027】なお、1つの軸受に、図1のようにラジア
ル動圧隙間とスラスト動圧隙間との両方を形成すること
ももちろん可能である。この場合、各動圧隙間の形成形
態によって、ラジアル動圧隙間の観点から見た第一部材
(あるいは第二部材)と、スラスト動圧隙間の観点から
見た第一部材(あるいは第二部材)とは、実体が同一の
部材となることもあるし、互いに異なる部材となること
もありうる。例えば、図1の例では、第二部材はいずれ
の観点においても軸受部であり、その内周面がラジアル
動圧隙間形成面となり、両端面がスラスト動圧隙間形成
面となる。他方、第一部材に関しては、ラジアル動圧隙
間の観点から見た場合は主軸が第一部材であり、スラス
ト動圧隙間の観点から見た場合は、軸受部の両端面に対
向する1対のスラスト板が第一部材である。また、主軸
は非回転の固定軸である。なお、図10に示すように、
主軸212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。
It is of course possible to form both a radial dynamic pressure gap and a thrust dynamic pressure gap in one bearing as shown in FIG. In this case, depending on the form of formation of each dynamic pressure gap, the first member (or the second member) from the viewpoint of the radial dynamic pressure gap and the first member (or the second member) from the viewpoint of the thrust dynamic pressure gap The substance may be the same member, or may be different members. For example, in the example of FIG. 1, the second member is a bearing portion from any viewpoint, the inner peripheral surface thereof is a radial dynamic pressure gap forming surface, and both end surfaces are thrust dynamic pressure gap forming surfaces. On the other hand, with respect to the first member, the main shaft is the first member when viewed from the viewpoint of the radial dynamic pressure gap, and when viewed from the viewpoint of the thrust dynamic pressure gap, a pair of the main members is opposed to both end surfaces of the bearing portion. The thrust plate is the first member. The main shaft is a non-rotating fixed shaft. As shown in FIG.
A bearing 251 in which the main shaft 212 is on the rotating side and the cylindrical bearing 221 is on the fixed side is also possible.

【0028】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。
In the dynamic pressure bearing according to the present invention, the axial length of the dynamic pressure bearing is longer than the outer diameter of the thrust dynamic pressure gap forming surface, or the thrust dynamic pressure gap is not formed. Can be configured to be restricted by the dynamic pressure generated in the radial dynamic pressure gap. This defines a dynamic pressure bearing having a long rotating shaft, for example, as shown in FIG. 7.
The inclination is defined and corrected by the pressure generated in the radial dynamic pressure gap 37. On the other hand, the axial length of the dynamic pressure bearing is shorter than the outer diameter of the thrust dynamic pressure gap forming surface, and the inclination of the rotating body during rotation is regulated mainly by the dynamic pressure generated in the thrust dynamic pressure gap. Can also be configured. This defines a dynamic pressure bearing having a short rotating shaft as shown in FIG. 3, for example.
The inclination is defined and corrected by the dynamic pressure generated in the thrust dynamic pressure gap.

【0029】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。
A dynamic pressure groove can be formed on the dynamic pressure gap forming surface. For example, a smoother rotation can be realized by forming a well-known dynamic pressure groove on the outer peripheral surface of the rotary shaft which is a radial dynamic pressure gap forming surface. As illustrated in FIG. 2A, the dynamic pressure groove is, for example, a shaft outer peripheral surface (a radial dynamic pressure gap forming surface) inserted into a bearing portion.
A plurality of dynamic pressure grooves can be formed at predetermined intervals in the circumferential direction. In this embodiment, the groove is a linear groove array inclined at a certain angle with respect to the generatrix of the shaft outer peripheral surface. However, a mountain-shaped (or boomerang-shaped) groove pattern is formed on the reference line in the shaft circumferential direction. Other known forms, such as a so-called herringbone form, which is formed over the entire circumference at a predetermined interval so that the tip of the head is located, can also be adopted.
As illustrated in (b), for example, a dynamic pressure groove may be formed on the surface of the thrust plate (the thrust dynamic pressure gap forming surface). In this example, in the circumferential direction of the plate surface, a plurality of curved groove portions whose distance from the center of the thrust plate gradually decreases are formed at predetermined intervals in the circumferential direction.

【0030】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。
The dynamic pressure bearing according to the present invention is, for example, a hard disk rotating main shaft part of a hard disk drive, or a CD-ROM.
It can be effectively used as a bearing for a disk rotating spindle of a computer peripheral device such as a ROM drive, an MO drive or a DVD drive, and a polygon mirror rotating spindle of a polygon scanner used for a laser printer or a copier. . For example, 8000 rpm is used for the bearing of the rotary drive unit in these precision instruments.
m or more (if higher speed is required, 1000
Since high-speed rotation (0 rpm or more to 30000 rpm or more) is required, by applying the present invention, the level of generated fluid dynamic pressure can be made high and stable, and the effect of reducing vibration and the like can be particularly effectively brought out. . Further, the present invention provides a motor with a bearing, wherein the ceramic dynamic pressure bearing is used as a bearing of a motor rotation output section. Furthermore, a hard disk drive including the above-described motor with a bearing and a hard disk rotationally driven by the motor with the bearing, or a motor with the above-described bearing and a polygon mirror rotationally driven by the motor with the bearing Polygon scanners are also provided.

【0031】次に、本発明に使用するセラミックの材質
としては、アルミナ質セラミックを好適に使用すること
ができる。アルミナは、比較的安価で強度も高く、しか
も化学的な安定性に優れている。このようなアルミナ質
セラミックは、アルミナ粉末に適当な焼結助剤粉末(例
えばMg,Ca,Ce,Si,Na等の酸化物)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
できる。この場合、焼結助剤成分を酸化物換算にて0.
5〜10重量%含有し、Al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を使用するこ
とが、強度や靭性、ひいては該セラミックにて形成され
る動圧隙間形成面の耐摩耗性や耐チッピング性を向上さ
せる上で望ましい。
Next, as the ceramic material used in the present invention, alumina ceramics can be preferably used. Alumina is relatively inexpensive, has high strength, and has excellent chemical stability. Such an alumina-based ceramic can be manufactured by firing a material obtained by blending an alumina powder with an appropriate sintering aid powder (eg, an oxide such as Mg, Ca, Ce, Si, or Na) as a raw material. . In this case, the amount of the sintering aid component is 0.1% in terms of oxide.
The use of an alumina ceramic containing 5 to 10% by weight and the balance of the Al component in terms of Al 2 O 3 makes it possible to improve the strength and toughness, and furthermore, the dynamic pressure gap forming surface formed by the ceramic. It is desirable to improve wear resistance and chipping resistance.

【0032】他方、アルミナ質セラミック以外では、窒
化珪素質セラミックが高強度で耐摩耗性に優れているの
で本発明に特に好適に使用することができる。窒化珪素
質セラミックは、窒化珪素を主体とするものであるが、
その残余の成分としては焼結助剤成分があり、周期律表
の3A、4A、5A、3B(例えばAl(アルミナな
ど))及び4B(例えばSi(シリカなど))の各族の
元素群及びMgから選ばれる少なくとも1種を、酸化物
換算で0.5〜10重量%含有させることができる。こ
れらは焼結体中では主に酸化物状態にて存在する(この
場合、基質となる窒化珪素質セラミック中での含有比率
を意味する)。焼結助剤成分が0.5重量%未満では緻
密な焼結体が得にくくなる。他方、10重量%を超える
と強度や靭性あるいは耐熱性の不足を招くほか、摺動部
品の場合には耐摩耗性の低下にもつながる。焼結助剤成
分の含有量は、望ましくは1〜8重量%とするのがよ
い。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重量%
以上であることを意味する。
On the other hand, besides alumina ceramics, silicon nitride ceramics are particularly suitable for use in the present invention because of their high strength and excellent wear resistance. Silicon nitride ceramics are mainly composed of silicon nitride.
The remaining components include a sintering aid component, and each group of elements of 3A, 4A, 5A, 3B (for example, Al (alumina)) and 4B (for example, Si (silica)) in the periodic table, and At least one selected from Mg can be contained in an amount of 0.5 to 10% by weight in terms of oxide. These are mainly present in an oxide state in the sintered body (in this case, it means a content ratio in a silicon nitride ceramic as a substrate). If the sintering aid component is less than 0.5% by weight, it becomes difficult to obtain a dense sintered body. On the other hand, when the content exceeds 10% by weight, insufficient strength, toughness or heat resistance is caused, and in the case of a sliding part, the wear resistance is reduced. The content of the sintering aid component is desirably 1 to 8% by weight. In the present invention, “main component” (also synonymous with “subject” or “mainly”) means that the content of the component in the substance of interest is 50% by weight, unless otherwise specified.
It means above.

【0033】なお、3A族の焼結助剤成分としては、S
c、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、
Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Luが一般的に
用いられる。これらの元素Rの含有量は、CeのみRO
、他はR型酸化物にて換算する。これらのうち
でもY、Ce、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Ybの
各重希土類元素の酸化物は、窒化珪素質焼結体の強度、
靭性及び耐摩耗性を向上させる効果があるので好適に使
用される。また、このほかに、マグネシアスピネル、ジ
ルコニア等も焼結助剤として使用が可能である。
The 3A group sintering aid component includes S
c, Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd,
Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, and Lu are generally used. The content of these elements R is RO only for Ce.
2 and others are calculated using R 2 O 3 type oxides. Among these, the oxides of the heavy rare earth elements of Y, Ce, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, and Yb have the strength of the silicon nitride sintered body,
It is preferably used because it has the effect of improving toughness and wear resistance. In addition, magnesia spinel, zirconia and the like can also be used as a sintering aid.

【0034】また、窒化珪素質焼結部材の組織は、窒化
珪素を主成分とする主相結晶粒子が、ガラス質及び/又
は結晶質の結合相にて結合した形態のものとなる。な
お、主相は、β化率が70体積%以上(望ましくは90
体積%以上)のSi相を主体とするものであるの
がよい。この場合、Si相は、SiあるいはNの
一部が、Alあるいは酸素で置換されたもの、さらに
は、相中にLi、Ca、Mg、Y等の金属原子が固溶し
たものであってもよい。例えば、次の一般式にて表され
るサイアロンを例示することができる; β−サイアロン:Si6−zAl8−z(z=
0〜4.2) α−サイアロン:M(Si,Al)12(O,N)
16(x=0〜2) M:Li,Mg,Ca,Y,R(RはLa,Ceを除く
希土類元素)。
The structure of the silicon nitride-based sintered member has a form in which main phase crystal grains containing silicon nitride as a main component are bonded by vitreous and / or crystalline binder phases. The main phase has a β conversion of 70% by volume or more (preferably 90% by volume).
(% By volume or more) of Si 3 N 4 phase. In this case, the Si 3 N 4 phase is a phase in which a part of Si or N is substituted by Al or oxygen, and a phase in which metal atoms such as Li, Ca, Mg, and Y are solid-dissolved. There may be. For example, it can be exemplified Sialon which is expressed by the following general formula; beta-sialon: Si 6-z Al z O z N 8-z (z =
0-4.2) α-sialon: M x (Si, Al) 12 (O, N)
16 (x = 0 to 2) M: Li, Mg, Ca, Y, R (R is a rare earth element excluding La and Ce).

【0035】また、前記した焼結助剤成分は、主に結合
相を構成するが、一部が主相中に取り込まれることもあ
りえる。なお、結合相中には、焼結助剤として意図的に
添加した成分のほか、不可避不純物、例えば窒化珪素原
料粉末に含有されている酸化珪素などが含有されること
がある。
The above-mentioned sintering aid component mainly constitutes a binder phase, but a part thereof may be taken into the main phase. The binder phase may contain unavoidable impurities, for example, silicon oxide contained in the silicon nitride raw material powder, in addition to components intentionally added as a sintering aid.

【0036】原料となる窒化珪素粉末はα化率(全窒化
珪素中に占めるα窒化珪素の比率)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0.5〜
10重量%、好ましくは1〜8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。
It is desirable that the silicon nitride powder used as a raw material has an α-formation ratio (a ratio of α-silicon nitride in total silicon nitride) of 70% or more. At least one element selected from the group consisting of elements of groups 3A, 4A, 5A, 3B and 4B is 0.5 to
10% by weight, preferably 1 to 8% by weight. In addition, at the time of compounding the raw materials, in addition to oxides of these elements, compounds which can be converted to oxides by sintering, for example, carbonates, hydroxides and the like may be mixed.

【0037】また、上記以外のセラミックでは、ジルコ
ニア(酸化ジルコニウム)質セラミックを使用できる。
ジルコニア質セラミックは、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及びHfO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及びHfO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及びHfO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 )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。
In ceramics other than the above, zirconium
Near (zirconium oxide) ceramics can be used.
Zirconia ceramic is a so-called partially stabilized zirconia.
By adopting the near composition,
It is possible to strengthen ceramics. Zirconia-based sera
ZrO, the main component of the Mick phase2And HfO2Is the temperature
With the change, transformation occurs between three types of phases with different crystal structures
Rubbing is known, specifically at low temperatures including room temperature
Side, monoclinic phase, higher temperature side, tetragonal phase,
At the high temperature side, it becomes a cubic phase. Zirconia ceramic
The whole phase is ZrO2And HfO2At least one of
In the vicinity of room temperature,
All are considered to be monoclinic phases. However,
ZrO2And HfO2A certain amount as a stabilizing component
Alkaline earth metal oxide or rare earth metal acid
(Eg, calcia (CaO) or yttria
(Y 2O3), Etc., to form a monoclinic phase
The transformation temperature between the tetragonal phase decreases and the temperature range near room temperature
Is known to be able to stabilize the tetragonal phase in
You.

【0038】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。
Here, it is known that the above-mentioned phase transformation from the tetragonal phase to the monoclinic phase is based on a so-called martensitic transformation mechanism or a similar phase transformation mechanism. When stress is applied, the transformation temperature rises and the tetragonal phase undergoes stress-induced transformation, and the strain energy due to the stress is consumed as a driving force for the transformation, so that the applied stress is relaxed. Therefore, even if stress concentrates on the crack tip generated in the material,
Transformation of the tetragonal phase to the monoclinic phase relaxes the stress, prevents or relaxes the propagation of cracks, and improves the fracture toughness value.

【0039】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に、CeはCeO
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。
As the stabilizing component of the zirconia-based ceramic phase, one or more of Ca, Y, Ce and Mg are used. Ca is CaO, Y is Y 2 O 3 , and Ce is CeO 2.
In addition, Mg is a value converted into an oxide to MgO, and is a total content of 1.4 in the zirconia ceramic phase.
It is desirable to contain it in the range of 4 mol%. When the content of the stabilizing component is less than 1.4 mol, the content ratio of the monoclinic phase is increased, and as a result, the content ratio of the tetragonal phase is relatively reduced, and a sufficient stress relaxation effect is obtained. Gone
Insufficient abrasion resistance or the like may be caused. On the other hand, when the content of the stabilizing component exceeds 4 mol%, the content ratio of the cubic phase increases, and similarly, the wear resistance may be insufficient. The content of the stabilizing component is more desirably 1.5 to 4 mol%, and further desirably 2 to 4 mol%.

【0040】なお、正方晶系相の安定化成分としては具
体的には、Y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
、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。
As a stabilizing component of the tetragonal phase, specifically, Y 2 O 3 has higher strength of the obtained ceramic material as compared with the case where other stabilizing components are used. Since they are relatively inexpensive, they are suitably used in the present invention. On the other hand, CaO and MgO are not as strong as those using Y 2 O 3 , but the strength of the obtained ceramic material is relatively high and it is even cheaper than Y 2 O 3. It is preferably used. Note that Y
2 O 3 , CaO and MgO may be used alone or in combination of two or more.

【0041】なお、ジルコニア系セラミック相の主成分
(これに限らず、本明細書にて「主成分」とは、最も重
量含有比率の高い成分を意味する)であるZrO及び
HfOは化学的及び物理的性質が類似しているので、
いずれか単独で用いることも、両者を複合させて用いる
こともいずれでも可能である。しかしながら、ZrO
のほうがHfOに比べて安価であるため、ジルコニア
系セラミック相はZrOを主成分に構成することがよ
り望ましいといえる。なお、一般に供給されている通常
純度のZrO原料には微量のHfOが含有されてい
ることが多いが、そのような原料を使用する場合におい
ては前述の理由により、含有されるHfOを積極的に
除去する必要はほとんど生じない。
The main component of the zirconia-based ceramic phase
(Not limited to this, the term “principal component” in this specification refers to the most important component.
ZrO which means a component having a high content ratio)2as well as
HfO2Are similar in chemical and physical properties,
Use either alone or in combination of both
Anything is possible. However, ZrO 2
Is HfO2Zirconia because it is cheaper than
The ceramic phase is ZrO2Can be composed mainly of
It is more desirable. In addition, usually supplied
Pure ZrO2The raw material is a trace amount of HfO2Is contained
However, when using such raw materials,
HfO contained for the reasons described above2Actively
Very little need to be removed.

【0042】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、セラミックの耐チ
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。
The zirconia ceramic phase preferably has a ratio CW / TW of the existing weight CW of the cubic phase to the existing weight TW of the tetragonal phase of less than 1. The cubic phase is easily formed when the content of the above-mentioned stabilizing component increases and the transformation point between the phase and the tetragonal phase decreases, or when the firing temperature exceeds 1600 ° C. Compared with a crystalline phase or a tetragonal phase, it has a property that crystal grains are likely to become coarse during firing. Then, the crystal grains of the cubic phase that are coarsened have a small interfacial bonding force with other crystal grains, so that they are easy to fall off, and when the amount of the cubic phase increases until the above ratio exceeds 1, The formation amount of such coarse crystal grains also increases. In any case, the chipping resistance of the ceramic is impaired. Therefore, the ratio CW
/ TW is preferably less than 1, preferably less than 0.5, and more preferably less than 0.1.

【0043】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線回折を行なう。
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(11 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(11 1)及び(1 1 -1)の合計強度I
mと、正方晶系相及び立方晶系相の(11 1)強度の和
Im+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、部材の耐摩耗性
を向上させる上で望ましい。
The information on the abundance ratio between the tetragonal phase and the cubic phase can be obtained as follows. For example, a part of a ceramic material is mirror-polished, and X-ray diffraction is performed on the polished surface by a diffractometer method.
In this case, the obtained diffraction pattern is the main diffraction peak of the tetragonal phase and the cubic phase (111).
Since the intensity peak positions appear close to each other, first, the total intensity I of (111) and (11-1) of the monoclinic phase
The abundance of the monoclinic phase is determined from the ratio of m and the sum of the (111) strengths of the tetragonal phase and the cubic phase Im + Ic. Next, the sintered body was mechanically pulverized and subjected to X-ray diffraction again to obtain the (1 1 1) intensity I ′ of the monoclinic phase and the cubic phase.
Find m and I'c. In this case, it is considered that the tetragonal phase of the sintered body is transformed into a monoclinic phase due to the mechanical stress accompanying the above-mentioned pulverization, so that I′c / (I ′m + I′c) is converted to a cubic phase. Abundance can be determined. The value of I'c / (I'm + I'c) thus obtained is preferably 0.5 or less, more preferably 0.1 or less, in order to improve the wear resistance of the member.

【0044】また、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。
In order to further impart toughness to the alumina ceramic, a composite ceramic material containing zirconia ceramic may be used. Such a composite ceramic material is formed and fired using a ceramic powder in which the ceramic component with the highest content is one of alumina and zirconia, and the ceramic component with the second highest content is the other of alumina and zirconia. Can be obtained. The amount of zirconia ceramic mixed with alumina ceramic is 5-6.
The content is preferably 0% by volume.

【0045】さらに、上記の各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。
Further, each of the above ceramics was used as a substrate, and the metal cation component was Ti, Zr, Nb, Tb.
A composite ceramic material containing a conductive inorganic compound phase that is at least one of a and W can also be used. Such a composite ceramic material can be obtained by blending a powder that is a source of a conductive inorganic compound phase with a base powder for molding a base ceramic, and molding and firing the mixture. By containing the conductive inorganic compound phase, it is possible to impart conductivity to the ceramic material, and it is possible to subject the ceramic material to electric discharge machining such as wire cutting. In addition, by imparting conductivity,
An antistatic effect can be achieved.

【0046】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。
The conductive inorganic compounds include Ti, Zr, Nb,
Metal nitride, metal carbide, metal boride, metal carbonitride, and / or tungsten carbide containing at least one of Ta as a metal cation component can be used. Specifically, titanium nitride, titanium carbide, Examples include titanium boride, tungsten carbide, zirconium nitride, titanium carbonitride, and niobium carbide. Note that the content of the conductive inorganic compound phase is 20% in order to sufficiently improve the conductivity while securing the strength and the fracture toughness value of the composite ceramic material.
It is preferable to set to 60% by volume.

【0047】[0047]

【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。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to embodiments shown in the drawings. (Embodiment 1) A ceramic dynamic pressure bearing 3 shown in FIG. 3 (hereinafter also simply referred to as a dynamic pressure bearing) is used for a motor with a dynamic pressure bearing for rotating a polygon mirror 8 in a polygon scanner 1, for example. And uses air as a fluid for generating dynamic pressure. In the motor 2 with the dynamic pressure bearing, the permanent magnet 9 is attached to the support 7 integrated on the outer peripheral surface of the bearing 15 in order to rotate the cylindrical bearing 15 (rotary body). Is mounted with a coil 13 facing the permanent magnet 9.
The arrangement relationship between the permanent magnet 9 and the coil 13 may be switched.

【0048】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とがラジアル
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、ラジアル動圧隙間17形成の観点から見た場
合、主軸14が第一部材であり、軸受部15が第二部材
である。
The ceramic dynamic pressure bearing 3 has a cylindrical bearing portion 1.
A cylindrical main shaft (for example, an inner diameter of 5 mm, an outer diameter of 15 mm, and an axial length of 8 mm) 14 is rotatably inserted into an insertion hole 15 a of 5 (for example, an inner diameter of 15 mm, an outer diameter of 25 mm, and an axial length of 8 mm). ing. As shown in FIG.
The inner peripheral surface M2 of FIG. 2A and the outer peripheral surface M1 of the main shaft 14 form a radial dynamic pressure gap forming surface, and the space between them is filled with air to generate a radial dynamic pressure with respect to the rotation axis О. A radial dynamic pressure gap 17 is formed.
The size of the radial dynamic pressure gap 17 is, for example, about 5 μm. In addition, from the viewpoint of the formation of the radial dynamic pressure gap 17, the main shaft 14 is a first member, and the bearing portion 15 is a second member.

【0049】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。
On the other hand, a disk-shaped thrust plate (for example, an inner diameter of 5 mm, an outer diameter of 25 mm, a thickness of
mm) 21 and 23 are coaxially integrated, and the inner plate surfaces M4 and M6 of the thrust plates 21 and 23 are opposed to both end surfaces M3 and M5 of the bearing portion 15 as a rotating body. In the present embodiment, as shown in FIG. 3, the thrust plates 21 and 23 are attached to the main shaft 14 at the inner edges of the inner holes 21b and 23b.
Are fixed by pressing a bolt 25 inserted in the center hole 14b of the main shaft 14 into the base 11, but the fixing form is not limited to this.

【0050】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。ま
た、スラスト動圧隙間18形成の観点から見た場合、ス
ラスト板21,23が第一部材であり、軸受部15が第
二部材である。
Then, as shown in FIG.
1 and 23, and both end faces M of the bearing portion 15
3 and M5 form thrust dynamic pressure gap forming surfaces, between which thrust dynamic pressure gaps 18 and 18 filled with air are formed in order to generate a dynamic pressure in the thrust direction about the rotation axis О. Have been. Thrust dynamic pressure gap 1
Each of the sizes 8 and 18 is, for example, about 6 μm. Further, from the viewpoint of forming the thrust dynamic pressure gap 18, the thrust plates 21 and 23 are the first members, and the bearing portion 15 is the second member.

【0051】本実施例では、主軸14、軸受部15及び
スラスト板21,23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、動圧隙間形成面M1〜M
6には、図5に示すように多数の表面空孔Kが形成され
ている。そして、その表面空孔Kは平均寸法が2〜20
μmである。すでに説明した通り、動圧隙間形成面に存
在する表面空孔の平均寸法を2〜20μmとすることに
より、セラミック動圧軸受3の回転動作時における振動
発生を効果的に防止することができ、また、その回転の
起動ないし停止時において動圧隙間形成面に、凝着摩耗
が生じにくくなる。また、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。また、スラ
スト動圧発生隙間18においては、スラスト板21,2
3と軸受部15とのリンキング発生を防止する上でも効
果的である。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。
In this embodiment, the main shaft 14, the bearing portion 15, and the thrust plates 21 and 23 are entirely made of alumina ceramic, and the dynamic pressure gap forming surfaces M1 to M
6, a large number of surface holes K are formed as shown in FIG. The surface pores K have an average size of 2 to 20.
μm. As already described, by setting the average size of the surface pores existing in the dynamic pressure gap forming surface to 2 to 20 μm, it is possible to effectively prevent the generation of vibration during the rotation operation of the ceramic dynamic pressure bearing 3, In addition, when the rotation is started or stopped, adhesion wear is less likely to occur on the dynamic pressure gap forming surface. In addition, by actively forming surface pores having an average size of 2 to 20 μm, the level of generated fluid dynamic pressure can be made high and stable. In the thrust dynamic pressure generating gap 18, the thrust plates 21 and
It is also effective in preventing the occurrence of linking between the bearing 3 and the bearing 15. Then, the formation area ratio of the surface pores in such a size range on the dynamic pressure gap formation surface is set to 10 to 60.
%, Desirably 15 to 40%, it is possible to make the above-mentioned cohesive wear or linking less likely to occur and to increase the fluid dynamic pressure level generated in the dynamic pressure gap.

【0052】なお、上記の効果を達成するには、動圧隙
間形成面M1〜M6の少なくとも1つのものついて、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,M
2のいずれかのみ、スラスト動圧隙間発生面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。
In order to achieve the above-mentioned effects, it is sufficient that at least one of the dynamic pressure gap forming surfaces M1 to M6 has the size and the area ratio of the surface voids K adjusted within the above-mentioned ranges. (For example, the radial dynamic pressure gap forming surfaces M1, M
2, the thrust dynamic pressure gap generating surfaces M3, M4
Or only one of M5 and M6), in order to further enhance the effect, as many dynamic pressure gap forming surfaces as possible, ideally all dynamic pressure gap forming surfaces M1 to M1
In M6, it is desirable that the size and the area ratio of the surface pores K be adjusted to the above ranges.

【0053】なお、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。
The radial dynamic pressure gap forming surfaces M1, M2
In order to increase the generated dynamic pressure level, a well-known dynamic pressure groove as shown in FIG. 2A can be formed in at least one of them (for example, M1 on the main shaft 14 side). In addition, at least one of the thrust dynamic pressure gap forming surfaces M3 to M6 (for example, M4 and M6 on the thrust plates 21 and 23) is also provided in FIG.
A well-known dynamic pressure groove as shown in (b) can be formed.

【0054】他方、図11に示すように、ラジアル動圧
隙間形成面M1,M2、及びスラスト動圧隙間形成面M
3,M4,M5,M6の少なくともいずれかに、主に非
晶質炭素からなる硬質炭素系被膜DRが形成されてい
る。本実施形態では、図11に示すように、動圧による
浮上力が失われると重力による接触回避ができない、下
側のスラスト動圧隙間形成面M5,M6と、低速回転時
の軸ぶれあるいは倒れにより接触を生じやすいラジアル
動圧隙間形成面M1,M2にそれぞれ硬質炭素系被膜D
Rを形成している。図12に示すように、硬質炭素系被
膜DRの平均膜厚は、前述の通り空孔Kの平均寸法より
も小さく設定されている。具体的には、該平均膜厚は
0.1〜1.5μm程度である。
On the other hand, as shown in FIG. 11, the radial dynamic pressure gap forming surfaces M1 and M2 and the thrust dynamic pressure gap forming surface M
At least one of 3, M4, M5, and M6 is provided with a hard carbon-based coating DR mainly made of amorphous carbon. In the present embodiment, as shown in FIG. 11, if the floating force due to dynamic pressure is lost, contact with gravity cannot be avoided, and the lower thrust dynamic pressure gap forming surfaces M5, M6 and the shaft shake or fall at low speed rotation The hard carbon-based coating D is formed on the radial dynamic pressure gap forming surfaces M1 and M2 where contact is likely to occur due to
R is formed. As shown in FIG. 12, the average thickness of the hard carbon-based coating DR is set smaller than the average size of the holes K as described above. Specifically, the average film thickness is about 0.1 to 1.5 μm.

【0055】なお、硬質炭素系被膜DRと下地セラミッ
ク層CRとの間に、硬質炭素系被膜DRの密着力を高め
るための1層又は2層以上の中間層を形成することも可
能である。具体的には、クロム(又はチタン)を主体に
構成される下層(下地セラミック層CRとの接触側)
と、シリコン(又はゲルマニウム)を主体に構成される
上層(硬質炭素系被膜DRとの接触側)とからなる2層
構造のものを例示できる。なお、このような中間層を形
成する場合、空孔の過度の閉塞を防止するためには、硬
質炭素系被膜と中間層との合計平均膜厚が空孔の平均寸
法よりも小さいことが望ましい。他方、硬質炭素系被膜
自体の平均膜厚は、例えば十分な耐摩耗性付与とコスト
のバランスとを考慮して0.1〜1.5μmとするのが
よい。
It is also possible to form one or more intermediate layers between the hard carbon-based coating DR and the base ceramic layer CR to enhance the adhesion of the hard carbon-based coating DR. Specifically, the lower layer mainly composed of chromium (or titanium) (the contact side with the base ceramic layer CR)
And an upper layer mainly composed of silicon (or germanium) (on the side in contact with the hard carbon-based coating DR). When such an intermediate layer is formed, it is desirable that the total average film thickness of the hard carbon-based coating and the intermediate layer is smaller than the average size of the holes in order to prevent excessive closing of the holes. . On the other hand, the average thickness of the hard carbon-based coating itself is preferably set to 0.1 to 1.5 μm in consideration of, for example, a sufficient abrasion resistance and cost balance.

【0056】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、アルミナ原
料粉末に対し、焼結助剤粉末としてMgO,CaO,C
eO,SiO,NaO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1400〜1700℃にて
焼結することにより、相対密度が90〜99.5%の緻
密な焼結体を得る。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。
Hereinafter, a method of manufacturing the above-described ceramic dynamic pressure bearing 3 will be described. Each ceramic member, ie,
The main shaft 14, the bearing portion 15, and the thrust plates 21, 23 are
It can be manufactured by a known sintering method. In other words, MgO, CaO, C
An oxide powder such as eO 2 , SiO 2 , Na 2 O or the like is blended to obtain a molding base powder, which is press-molded into a corresponding shape by a known molding method such as die molding or cold isostatic pressing. By sintering the molded body at a temperature of 1400 to 1700 ° C., a dense sintered body having a relative density of 90 to 99.5% is obtained. The sintered body is polished to a required surface including a predetermined surface for forming a dynamic pressure gap, and is finished to a predetermined size.

【0057】ここで、図5(c)に示すように、グライ
ンダ研磨あるいは砥粒によるラップ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、図5(d)に示すように、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、前述した範囲のものとなるよう
に調整される。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
点も考慮して前述の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。
Here, as shown in FIG. 5C, the surface of the dynamic pressure gap generating surface which is finished by the grinder polishing or the lap polishing with the abrasive grains is caused by the dropping of the ceramic crystal particles generated during the polishing. As shown in (1), surface vacancies are formed in the form of bleeding holes. The average value, distribution, and area ratio of the size of the surface vacancies to be formed are determined by the average value and distribution of the size of the ceramic crystal particles constituting the sintered body, or the size (count) of the polishing grindstone or abrasive grains, and further, the polishing. By adjusting the polishing conditions such as time, it is adjusted so as to be in the above-mentioned range. In addition, the composition and distribution of the grain boundary phase derived from the sintering aid may affect the ease of shedding of the ceramic crystal grains during polishing. It is necessary to make appropriate adjustments so that the state of formation of surface vacancies can be obtained.

【0058】上記のように動圧隙間形成面を仕上げたセ
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。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る。
The ceramic member whose dynamic pressure gap forming surface has been finished as described above has a structure in which pores are formed on the surface of the dense sintered body by dropping of ceramic particles, that is, FIG.
As shown in (b), a specific structure in which the inner layer portion is denser than the surface layer portion having surface vacancies is obtained. Therefore,
The presence of surface vacancies can effectively prevent the occurrence of adhesion wear and linking or increase the level of generated dynamic pressure, and the formation of a dense inner layer improves the strength of the ceramic member. In addition, since the surface layer also basically maintains a dense structure in the portion of the structure in which the particles did not fall off, the abrasion resistance is lower than in the case where the porous ceramic sintered body is not densified from the beginning, for example. The performance is greatly improved. When the working finish of each dynamic pressure gap forming surface M is completed, the above-mentioned dynamic pressure grooves are formed here by sandblasting, etching or the like.

【0059】そして、各動圧隙間形成面に硬質炭素系被
膜を形成する。この形成は、具体的には、例えば特公平
6−60404に記載された方法により行なうことがで
きる。まず、スラスト板21,23、主軸14あるいは
軸受部15をなすセラミック部材の表面を脱脂・洗浄し
た後、必要に応じて前記した下層あるいは上層からなる
中間層を公知の真空蒸着法、イオンプレーティング法、
スパッタリング法等により順次形成する(ただし、省略
してもよい)。次いで、これをプラズマ重合成膜装置の
真空チャンバ内において、そのカソード側にセットす
る。そして、真空チャンバ内を真空排気し、ガス導入口
から炭化水素ガス(例えば、メタン、エチレン、ベンゼ
ン等;水素を混合してもよい。本実施例では、メタンを
使用している)を導入し、その圧力を例えば0.1to
rr程度に調整する。そして、真空チャンバ内のカソー
ドとアノードとの間に例えば3.56MHz程度の高周
波電圧を印加し、プラズマを発生させる。これにより、
炭化水素が分解して水素を取り込みながら非晶質炭素の
形で動圧隙間形成面に堆積し、硬質炭素系被膜が形成さ
れる。
Then, a hard carbon-based coating is formed on each dynamic pressure gap forming surface. Specifically, this formation can be performed, for example, by the method described in Japanese Patent Publication No. 6-60404. First, after the surfaces of the ceramic members forming the thrust plates 21 and 23, the main shaft 14 and the bearing portion 15 are degreased and washed, if necessary, the above-described lower or upper intermediate layer is formed by a known vacuum deposition method or ion plating. Law,
They are sequentially formed by a sputtering method or the like (however, they may be omitted). Next, this is set on the cathode side in a vacuum chamber of the plasma polymerization film forming apparatus. Then, the inside of the vacuum chamber is evacuated and a hydrocarbon gas (for example, methane, ethylene, benzene, or the like; hydrogen may be mixed; methane is used in this embodiment) is introduced from a gas inlet. The pressure is, for example, 0.1 to
Adjust to about rr. Then, a high frequency voltage of, for example, about 3.56 MHz is applied between the cathode and the anode in the vacuum chamber to generate plasma. This allows
Hydrocarbons are decomposed and deposited on the dynamic pressure gap forming surface in the form of amorphous carbon while taking in hydrogen, forming a hard carbon-based coating.

【0060】ここで、図13に示すように、動圧発生に
寄与する表面空孔Kを閉塞しないように硬質炭素系被膜
DRを析出させるには、堆積すべき材料蒸気の流れを、
部材表面に対し斜めに入射させる形で膜成長させること
がより有効である。
Here, as shown in FIG. 13, in order to deposit the hard carbon-based coating DR so as not to block the surface vacancies K contributing to the generation of dynamic pressure, the flow of the material vapor to be deposited is as follows.
It is more effective to grow the film in such a manner as to be obliquely incident on the member surface.

【0061】以上のようにして、硬質炭素系被膜DRを
形成した主軸14、軸受部15あるいはスラスト板2
1,23が得られれば、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。
As described above, the main shaft 14, the bearing portion 15, or the thrust plate 2 on which the hard carbon-based coating DR is formed.
As shown in FIG. 3, if the base materials 1 and 23 are obtained, a support (here, formed into a disk shape having a hole 7 a for fitting the bearing 15) 7 by bonding or the like, a permanent magnet 9, By assembling the coil 13 and assembling the main shaft 14, the bearing portion 15, and the thrust plates 21 and 23 using the bolts 25, a motor with a dynamic pressure bearing is obtained. When the polygon mirror 8 is attached to the support 7, the assembly of the polygon scanner 1 is completed.

【0062】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。本実施例では、全ての動圧隙間形成面M1〜M6
において、表面空孔の平均寸法と面積率とが前述の範囲
にて調整されていることから、回転時の振動が少なく、
軸受部15やスラスト板21,23等のセラミック部材
の破損が生じ難い。また、起動時及び停止時におけるリ
ンキングや凝着摩耗の発生を抑制できる。よって、この
点からも、軸受部15やスラスト板21,23等のセラ
ミック部材の破損が生じ難い。
The polygon scanner 1 operates as follows. In other words, the motor 2 with the dynamic pressure bearing is configured as an AC induction motor, and when the coil 13 is energized, the polygon mirror 8 is driven to rotate integrally with the bearing 15 and the support 7 with the main shaft 14 as a fixed shaft. The maximum rotation speed is a high-speed rotation of 8000 rpm or more. When a higher scanning speed is required, the maximum rotation speed is 1 rpm.
It may reach 0000 rpm or more, or even 30000 rpm or more (for example, about 50,000 rpm). Therefore, the number of turns of the coil 13, the value of the external magnetic field generated by the exciting permanent magnet 9, and the rated drive voltage are adjusted so that the above-mentioned maximum number of rotations is realized in consideration of the rotational load of the polygon mirror 8. It is set appropriately. The radial dynamic pressure gap 17 between the main shaft 14 and the bearing portion 15 receives radial dynamic pressure on the rotation axis О, and the thrust plates 21, 21.
Similarly, a thrust dynamic pressure is generated in the thrust dynamic pressure gap 18 between the bearing 3 and the bearing portion 15, and the polygon mirror is maintained in a state in which the non-contact state between the relatively rotating members is maintained in both the radial direction and the thrust direction. Eight rotation axes are supported. In the present embodiment, all the dynamic pressure gap forming surfaces M1 to M6
In, since the average size and area ratio of the surface pores are adjusted in the above range, vibration during rotation is small,
Ceramic members such as the bearing portion 15 and the thrust plates 21 and 23 are hardly damaged. Further, the occurrence of linking and adhesive wear at the time of starting and stopping can be suppressed. Therefore, also from this point, the ceramic members such as the bearing portion 15 and the thrust plates 21 and 23 are hardly damaged.

【0063】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。ラジ
アル動圧隙間形成面M2,M1には前述の硬質炭素系被
膜が形成される。
FIG. 7 shows another example of a motor used for a polygon scanner (a polygon mirror is not shown). This motor 31 is also configured to include a ceramic dynamic pressure bearing 33 of the present invention having a configuration similar to that of FIG. The ceramic dynamic pressure bearing 33 has a cylindrical bearing portion 3.
5 (for example, an inner diameter of just over 13 mm, an outer diameter of 25 mm, and an axial length of 5 mm), and a main shaft 39 (diameter of less than 13 mm, length of 8 mm) fitted in the through hole 37 in the axial direction of the bearing portion 35.
The main shaft 39 is fixed and does not rotate, and the bearing 35 around the main shaft 39 rotates. Bearing 35
Are defined as the radial dynamic pressure gap forming surfaces M2 and M1, respectively, and a radial dynamic pressure gap 38 is formed therebetween. In the ceramic dynamic pressure bearing 33 of FIG. 7, the axial dimension of the bearing portion 35 and the main shaft 39 is larger than that of the ceramic dynamic pressure bearing 3 of FIG. 3, and the radial dynamic pressure is the main supporting force of the rotation axis О. Therefore, the configuration is such that the thrust plate is omitted. The hard carbon-based coating described above is formed on the radial dynamic pressure gap forming surfaces M2 and M1.

【0064】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。
As in the case of the ceramic dynamic pressure bearing 3 shown in FIG. 3, a permanent magnet 43 is disposed on an annular support 41 integrated with the outer periphery of the bearing 35 in order to rotate the bearing 35. A coil 47 facing the permanent magnet 43 is mounted on a base 45. Further, at least one of the dynamic pressure gap forming surfaces M of the bearing portion 35 and the main shaft 39, for example, a dynamic pressure gap forming surface (outer radial dynamic pressure gap forming surface) M1 outside the main shaft 39 is provided with the configuration shown in FIG. The dynamic pressure groove as shown is formed.

【0065】なお、主軸39及び軸受部35の少なくと
もいずれかをセラミック以外の材料、例えば金属にて構
成することもできる。図8は、主軸39をステンレス鋼
にて構成し、軸受部35は同様にセラミックにて構成し
た例を示している。他方、主軸39をセラミックで構成
し、軸受部35を金属で構成してもよい。
It should be noted that at least one of the main shaft 39 and the bearing portion 35 may be made of a material other than ceramic, for example, a metal. FIG. 8 shows an example in which the main shaft 39 is formed of stainless steel, and the bearing 35 is similarly formed of ceramic. On the other hand, the main shaft 39 may be made of ceramic and the bearing 35 may be made of metal.

【0066】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の下部と上部に形成したスラ
スト動圧隙間形成面110,111と、下スラスト板1
03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。スラ
スト動圧隙間形成面110,112とラジアル動圧隙間
形成面106,108には前述の硬質炭素系被膜が形成
される。
FIG. 9 shows a more specific configuration example of the polygon scanner. In the polygon scanner 90, the ceramic dynamic pressure bearing 1 of the present invention is provided on the base 100.
One end of a core shaft 102 for supporting and fixing 01 is fixed vertically. A lower thrust plate 103 made of ceramic is fixedly provided on the core shaft 102. The core shaft 102 is fixed through a ceramic main shaft 105. Further, the ceramic bearing portion 107 has a radial dynamic pressure gap between a radial dynamic pressure gap forming surface 106 forming the cylindrical outer peripheral surface of the main shaft 105 and a radial dynamic pressure gap forming surface 108 forming the inner peripheral surface of the bearing portion 107. It has a gap 91 (1 to 7 μm) and is provided rotatably. Further, the upper thrust plate 109 made of ceramic is fixedly penetrated by the core shaft 102. Further, thrust dynamic pressure gap forming surfaces 110 and 111 formed on the lower and upper portions of the bearing portion 107, and the lower thrust plate 1
Thrust dynamic pressure gaps 92 are formed between the thrust dynamic pressure gap forming surface 112 and the thrust dynamic pressure gap forming surface 113 of the upper thrust plate 109, respectively. The material of each ceramic member is again an alumina-based ceramic, and has the same structure or composition as the ceramic dynamic pressure bearings 3 to 33 in FIGS. 3 and 7. The hard carbon-based coating described above is formed on the thrust dynamic pressure gap forming surfaces 110 and 112 and the radial dynamic pressure gap forming surfaces 106 and 108.

【0067】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。
A support portion 114 formed separately is fixed on the outer periphery of the bearing portion 107.
Is fixed to the support portion 114 with the fixing member 117 (the rotating body and the support portion 114 may be integrated). The other end of the core shaft 102 is fixed to the holding seat plate 118 with bolts 119. Further, a dynamic pressure groove 121 similar to that shown in FIG. 2B is formed on the thrust dynamic pressure gap forming surface 112 of the lower thrust plate 103. Although not shown, the outer peripheral surface of the main shaft 105 (hereinafter, also referred to as the outer peripheral surface 106) which forms the radial dynamic pressure gap forming surface 106 has the same dynamic pressure groove as that shown in FIG. To form

【0068】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を介してコ
イル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コイル129に対向した永久磁石
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。
As a configuration of the three-phase brushless motor 133, a coil 129 is provided on the base 100 via an insulating member 123, and a coil 129 is provided below the support portion 114 of the bearing portion 107 in the rotational direction. An opposed permanent magnet 125 is provided. By energizing the winding 129,
It functions as a drive motor of the polygon mirror 116 for inductively rotating the bearing 107 at a high speed. The rotation of the three-phase brushless motor 133 causes the radial dynamic pressure gap 91 to rotate.
The dynamic pressure is generated at this point, enabling smooth high-speed rotation.

【0069】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。
When the bearing 107 is stopped, the opposing surface 110 of the bearing 107 is in contact with the thrust dynamic pressure gap forming surface 112 of the lower thrust plate 103. And
When the bearing 107 starts rotating around the main shaft 105,
A thrust dynamic pressure is generated in the thrust dynamic pressure gap 92, the contact state is released, and high-speed rotation is enabled.

【0070】図10は、本発明のセラミック動圧軸受を
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212は、アルミナ質セラミックか
らなる固定軸受部221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22
2でスラスト方向に支承されている。
FIG. 10 shows an example in which the ceramic dynamic pressure bearing of the present invention is applied to a hard disk drive. In the hard disk device 200, magnetic disks 209a and 209b are fixed to the outer periphery of a hub 211, and a motor rotation shaft 212 is fixed at the center. The hub 211 rotates together with the disks 209a and 209b fixed thereto. The motor rotating shaft 212 is radially supported by a fixed bearing portion 221 made of alumina ceramic, and a thrust plate 22 made of alumina ceramic is provided.
2 is supported in the thrust direction.

【0071】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。
The motor rotating shaft 212 and the fixed bearing 22
1 and the thrust plate 222 are made of a ceramic material, so that the motor rotating shaft 212 and the fixed bearing portion 221 have mechanical rigidity enough to withstand the load of the disks 209a and 209b rotating at a high speed and the high speed rotation.

【0072】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213及び固定軸受部221の内周
面217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おり、各々前述の硬質炭素系
被膜が形成される(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。
Next, between the motor rotating shaft 212 and the fixed bearing 221, the motor rotating shaft 212 and the thrust plate 22
2 is filled with air, and a radial dynamic pressure gap 2 is circumferentially provided between the motor rotating shaft 212 and the fixed bearing portion 221.
40 are formed, and the inner peripheral surface 21 of the fixed bearing portion 221 is formed.
7, a dynamic pressure groove (not shown) is formed. The motor rotation shaft 212 is moved by the radial dynamic pressure gap 240
Radial dynamic pressure is generated, and the fixed bearing portion 221 rotates without contact. The outer peripheral surface 213 of the motor rotating shaft 212 and the inner peripheral surface 217 of the fixed bearing portion 221 forming the radial dynamic pressure gap forming surface are configured similarly to the ceramic dynamic pressure bearings 3 to 33 in FIGS. The hard carbon-based coating described above is formed (that is, having the configuration of the ceramic dynamic pressure bearing of the present invention). Note that the motor rotation shaft 212
The shaft end 212a has a spherical pivot shape, and a thrust plate 222 supports a force in a thrust direction.

【0073】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永久磁石214とにより発
生する。その永久磁石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。
In the hard disk drive 200, the stator core 224 is fixed to the bracket 223. The stator core 224 includes a stator coil 225.
Is wound. Similar to the polygon scanner 90 of FIG.
Core 224 excited by passing current through
Are generated by the rotating magnetic field generated by the motor and the multi-pole magnetized driving permanent magnet 214 surrounding the stator core 224. The permanent magnet 214 is fixed to the inner periphery of the hub 211, and forms the rotor 210 together with the hub 211. In the hard disk drive 200, the outer bearing portion 221 is fixed and the inner main shaft (rotating shaft) 212 is rotated. However, with reference to FIG. By replacement, a hard disk drive configuration in which the bearing portion 15 rotates and the main shaft 14 side is fixed is naturally possible.

【0074】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、各セラミック部材の材質はアルミナ質セラミック
に限らず、窒化珪素質セラミックやジルコニア質セラミ
ックなど、すでに説明した他の種類のセラミックを使用
することも可能である。また、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。
It is needless to say that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be implemented in various modes without departing from the gist of the present invention. For example, the material of each ceramic member is not limited to alumina ceramics, and other types of ceramics described above, such as silicon nitride ceramics and zirconia ceramics, may be used. As the fluid for generating dynamic pressure, a gas other than air may be used, or a liquid such as oil or water may be used instead of the gas.

【0075】[0075]

【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
表1の種々の値となるアルミナ粉末(純度:99.9
%)と、SiO粉末、CaO粉末及びMgO粉末を、
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。
EXAMPLES The following experiments were conducted to confirm the effects of the present invention. First, each member of the bearing portion 15, the main shaft 14, and the thrust plates 21 and 23 shown in FIG. 3 was manufactured as an alumina ceramic sintered body as follows. That is, as a raw material, an alumina powder (purity: 99.9) having an average particle size measured by a laser diffraction type particle sizer having various values shown in Table 1.
%), SiO 2 powder, CaO powder and MgO powder,
A sintering aid powder blended at a weight ratio of 3: 1: 1 was prepared. Then, 0.3 to 15% by mass of the sintering aid powder is mixed so as to be the remaining alumina powder, water and an appropriate amount of PVA as a binder are added, wet-mixed, and then spray-dried. By drying, a granulated raw material base powder was obtained.

【0076】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、表1に示す種々の温度にて種
々の時間焼成した。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15に対する
対向面を、それぞれ番手#100〜#200のダイヤモ
ンド砥石によりグラインダ研磨した後、番手#6000
のダイヤモンド砥粒によりラップ研磨することにより面
仕上げし、さらに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。
The granulated raw material powder was formed into various member shapes by a die pressing method, and then fired at various temperatures shown in Table 1 for various times. In the obtained sintered body, the inner peripheral surface and both end surfaces of the bearing portion 15, which are the surfaces for forming the dynamic pressure gap, the outer peripheral surface of the main shaft 14, and the surfaces of the thrust plates 21 and 23 opposed to the bearing portion 15 are each # After grinding with a diamond grindstone of 100 to # 200, the count is # 6000.
The surface is finished by lap polishing with diamond abrasive grains, and the area other than that planned for the groove pattern is masked and shot blasted,
The dynamic pressure groove shown in FIG. 2 was formed.

【0077】さらに、図4において、動圧隙間形成面M
1,M2,M5,M6となる軸受部15の内周面及び下
端面、主軸14の外周面、さらにスラスト板23の軸受
部15に対する対向面に、公知の高周波スパッタリング
法により、クロムからなる下層と、珪素からなる上層を
それぞれ平均膜厚0.2μmで形成した。また、硬質炭
素系被膜は、前記したプラズマ重合法により平均膜厚
0.5μmで形成した。ただし、原料ガスはメタンを使
用し、ガス流量を30cm/分、圧力0.1tor
r、高周波電力100Wとした。なお、硬質炭素系被膜
のビッカース硬さはおよそ3500kg/mmであっ
た。
Further, in FIG. 4, the dynamic pressure gap forming surface M
The lower layer made of chromium is formed on the inner peripheral surface and lower end surface of the bearing portion 15, M2, M5, and M6, the outer peripheral surface of the main shaft 14, and the surface of the thrust plate 23 facing the bearing portion 15 by a known high-frequency sputtering method. And an upper layer made of silicon were each formed with an average film thickness of 0.2 μm. Further, the hard carbon-based coating was formed with an average film thickness of 0.5 μm by the above-mentioned plasma polymerization method. However, methane was used as the raw material gas, the gas flow rate was 30 cm 3 / min, and the pressure was 0.1 torr.
r, high frequency power 100 W. The Vickers hardness of the hard carbon-based coating was about 3500 kg / mm 2 .

【0078】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)、及び寸法2〜5μmのアルミナ結晶粒子の面積率
を求めた。さらに、表面空孔に関しては、平均寸法と、
最大寸法、寸法2〜20μmの空孔の面積率をそれぞれ
求めた。また、各部材の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。
Then, on each of the dynamic pressure gap forming surfaces, the polished surface area where the dynamic pressure grooves were not formed was observed with an optical microscope, and the observed image was subjected to image analysis using a known method to obtain alumina crystal particles. And the area ratio of alumina crystal particles having a size of 2 to 5 μm were determined. Further, with respect to surface vacancies, the average size and
The maximum size and the area ratio of pores having a size of 2 to 20 μm were determined. The density of each member was measured by the Archimedes method, and the value of the relative density was calculated using the true density estimated from the mixing ratio of alumina and the sintering aid.

【0079】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未満のもを優(◎)、同じく0.1
μm以上0.2μm未満のものを良(○)、0.2μm
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。
Next, the above members were assembled into a motor with a dynamic pressure bearing shown in FIG. 3 and the following tests were performed. When continuously rotating at a rotation speed of 30,000 rpm,
Rotational runout of the bearing portion 15 that is a rotating part (maximum runout amplitude of the outer peripheral surface measurement position in a direction perpendicular to the rotation axis)
Is measured using a laser interferometer. And
Excellent when the amount of run-out is less than 0.1 μm ()), also 0.1
good (○), 0.2 μm
Those having a size of less than 0.3 μm were evaluated as acceptable (△), and those exceeding 0.3 μm were evaluated as unacceptable (×).

【0080】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
られた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。また、リンキングについ
ては、モータの通電電流値から回転トルクを推定すると
ともに、サイクル終了までリンキングに基づくと見られ
る始動時のトルク異常が発生しなかったものを優
(◎)、その「優」評価を受けたものの平均始動時トル
クレベルを基準として、リンキングに起因すると思われ
る10%未満の範囲のトルク増加が見られたものを良
(○)、同じく10%以上50%未満の範囲でトルク増
加が見られたが、回転不能には陥らなかったものを可
(△)、50%以上のトルク増加により頻繁に始動不能
に陥ったものを不可(×)として評価した。以上の結果
を表1及び表2に示す。
From the stop state, the rotation speed is accelerated to 30,000 rpm, and after holding for 1 minute, the cycle for stopping is 10 cycles.
Repeat up to 0000 times. Regarding the adhesive wear of the dynamic pressure gap forming surface, the adhesive wear was not observed at all at the dynamic pressure gap forming surface until the end of the cycle (優), and the adhesive wear was observed at the end of the cycle. The test was continued when the test was extremely slight (good), good adhesion was observed at the end of the cycle, but no problem was observed at the end of the cycle (△). Those which became impossible were evaluated as impossible (x). Regarding the linking, the rotational torque was estimated from the current value of the motor, and the motor that did not have any abnormal torque at the start, which is considered to be based on the linking until the end of the cycle, was evaluated as excellent (◎). Good (○), in which a torque increase in the range of less than 10%, which is considered to be caused by linking, was observed based on the average starting torque level, and the torque was increased in the range of 10% or more and less than 50%. However, those which did not fail to rotate were evaluated as acceptable (可), and those which frequently failed to start due to a torque increase of 50% or more were evaluated as impossible (x). The above results are shown in Tables 1 and 2.

【0081】[0081]

【表1】 [Table 1]

【0082】[0082]

【表2】 [Table 2]

【0083】この結果からも明らかな通り、動圧隙間形
成面における表面空孔の平均寸法を2〜20μmに調整
することにより、回転振れが少なく、またリンキングや
焼き付きの発生しにくい動圧軸受が実現できていること
がわかる。さらに、2〜20μmの寸法範囲の空孔面積
率を10〜60%、望ましくは20〜40%に調整する
ことにより、その効果が一層高められていることがわか
る。
As is clear from these results, by adjusting the average size of the surface pores on the surface on which the dynamic pressure gap is formed to 2 to 20 μm, a dynamic pressure bearing with less rotational runout and less occurrence of linking and seizure can be obtained. You can see that it has been achieved. Further, it can be seen that the effect is further enhanced by adjusting the void area ratio in the dimension range of 2 to 20 μm to 10 to 60%, preferably 20 to 40%.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【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。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing one configuration example of a ceramic dynamic pressure bearing of the present invention.

【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。
FIG. 2 is an explanatory view showing an example of a dynamic pressure groove formed on a radial dynamic pressure gap forming surface and an example of a dynamic pressure groove formed on a thrust dynamic pressure gap forming surface.

【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。
FIG. 3 is a front sectional view showing an example of a polygon scanner motor unit using the ceramic dynamic pressure bearing of the present invention.

【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。
FIG. 4 is a front sectional view and an exploded perspective view of a ceramic dynamic pressure bearing which is a main part of FIG. 3;

【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。
FIG. 5 is a schematic diagram showing a dynamic pressure gap forming surface in which surface holes are formed, and an explanatory diagram showing a state in which surface holes are formed by grain shedding during polishing.

【図6】空孔(ないし結晶粒子)の寸法の定義を示す説
明図。
FIG. 6 is an explanatory view showing the definition of the size of a hole (or crystal particle).

【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。
FIG. 7 is a schematic sectional view showing a modified example of a motor unit using the ceramic dynamic pressure bearing of the present invention.

【図8】さらに別の変形例の要部を示す斜視図。FIG. 8 is a perspective view showing a main part of still another modified example.

【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。
FIG. 9 is a front sectional view showing an example of a polygon scanner using the ceramic dynamic pressure bearing of the present invention.

【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。
FIG. 10 is a front sectional view showing an example of a hard disk drive using the ceramic dynamic pressure bearing of the present invention.

【図11】動圧隙間形成面への硬質炭素系被膜の形成態
様の一例を示す断面模式図。
FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing an example of a mode of forming a hard carbon-based coating on a surface on which a dynamic pressure gap is formed.

【図12】表面空孔が形成された動圧隙間形成面への硬
質炭素系被膜の形成状態の概念を示す説明図。
FIG. 12 is an explanatory view showing the concept of the state of formation of a hard carbon-based coating on a surface on which a dynamic pressure gap is formed in which surface pores are formed.

【図13】堆積すべき材料蒸気の流れを、部材表面に対
し斜めに入射させる形で膜成長させた硬質炭素系被膜の
形成状態の概念を示す説明図。
FIG. 13 is an explanatory diagram showing the concept of the state of formation of a hard carbon-based film formed by causing a flow of a material vapor to be deposited to be obliquely incident on a member surface.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

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 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 K 表面空孔 DR 硬質炭素系被膜 1,90 Polygon scanner 3,33,101,251 Ceramic dynamic pressure bearing 14,39,105,212 Main shaft 15,35,107,221 Bearing part 17,38,91,240 Radial dynamic pressure gap 18,92 Thrust dynamic pressure Gap 21, 23, 103, 109, 222 Thrust plate M Dynamic pressure gap forming surface M1, M2 Radial dynamic pressure gap forming surface M3 to M6 Thrust dynamic pressure gap forming surface K Surface void DR Hard carbon-based coating

───────────────────────────────────────────────────── 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 21/14 H02K 21/14 M Fターム(参考) 3J011 AA20 BA06 CA02 CA05 DA01 DA02 JA02 KA02 KA03 LA01 MA02 QA04 SD01 SD03 SD04 SE02 5H605 BB05 BB20 CC03 CC04 CC05 EB06 FF10 GG10 GG21 5H607 BB01 BB07 BB09 BB13 DD03 DD17 GG12 KK10 5H621 AA03 BB07 JK19 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI theme coat ゛ (reference) // H02K 21/14 H02K 21/14 MF term (reference) 3J011 AA20 BA06 CA02 CA05 DA01 DA02 JA02 KA02 KA03 LA01 MA02 QA04 SD01 SD03 SD04 SE02 5H605 BB05 BB20 CC03 CC04 CC05 EB06 FF10 GG10 GG21 5H607 BB01 BB07 BB09 BB13 DD03 DD17 GG12 KK10 5H621 AA03 BB07 JK19

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 所定の回転軸線周りに相対回転する第一
部材と第二部材との間に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、前記動圧隙間に
流体動圧を発生させるよう構成されるとともに、 前記第一部材及び前記第二部材の少なくともいずれかに
おいて、前記動圧隙間に面する表面(以下、動圧隙間形
成面という)を含む部分が少なくともセラミックにて構
成されるとともに、その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2〜20μmであ
り、 かつ、前記第一部材及び前記第二部材の少なくともいず
れかの前記動圧隙間形成面を、前記表面空孔の平均寸法
よりも小さい平均膜厚を有する主に非晶質炭素からなる
硬質炭素系被膜にて覆ったことを特徴とするセラミック
動圧軸受。
1. A dynamic pressure gap is formed between a first member and a second member that relatively rotate around a predetermined rotation axis, and the dynamic pressure gap is formed with the relative rotation of the first member and the second member. A portion configured to generate a fluid dynamic pressure in the gap, and a portion including a surface facing the dynamic pressure gap (hereinafter, referred to as a dynamic pressure gap forming surface) in at least one of the first member and the second member. Is made of at least ceramic, and the average size of surface pores existing in the dynamic pressure gap forming surface made of the ceramic is 2 to 20 μm, and at least one of the first member and the second member Wherein said dynamic pressure gap forming surface is covered with a hard carbon-based coating mainly composed of amorphous carbon having an average film thickness smaller than the average size of said surface pores.
【請求項2】 前記第一部材は、前記回転軸線方向にお
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、該第二部材の端面と、これに対向する前記
第一部材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おり、該スラスト動圧隙間形成面
を前記硬質炭素系被膜にて覆った請求項1記載のセラミ
ック動圧軸受。
2. The first member is disposed so as to face at least one end face of the second member in the direction of the rotation axis. A thrust dynamic pressure gap is formed between the opposing surfaces and the thrust dynamic pressure gap forming surface, and the thrust dynamic pressure gap forming surface is covered with the hard carbon-based coating. The ceramic dynamic pressure bearing according to claim 1.
【請求項3】 前記第一部材は軸状に形成され、前記第
二部材に形成された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、該ラジアル動圧隙間形成面
を前記硬質炭素系被膜にて覆った請求項1記載のセラミ
ック動圧軸受。
3. The first member is formed in a shaft shape, the first member is inserted into an insertion hole formed in the second member, and the inner surface of the insertion hole of the second member is inserted into the insertion hole. The radial dynamic pressure gap forming surface is formed between the radial dynamic pressure gap forming surface and the outer peripheral surface of the first member to be formed, and the radial dynamic pressure gap forming surface is formed of the hard carbon-based material. The ceramic dynamic pressure bearing according to claim 1, which is covered with a coating.
【請求項4】 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3の
いずれか1項に記載のセラミック動圧軸受。
4. The ceramic dynamic pressure bearing according to claim 1, wherein the ceramic dynamic pressure bearing is used as a bearing for a rotating main shaft portion of a hard disk of a hard disk device.
【請求項5】 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3のい
ずれか1項に記載のセラミック動圧軸受。
5. The ceramic dynamic pressure bearing according to claim 1, wherein the ceramic dynamic pressure bearing is used as a bearing for a rotary spindle of a polygon mirror of a polygon scanner.
【請求項6】 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。
6. A motor with a bearing, wherein the ceramic dynamic pressure bearing according to any one of claims 1 to 5 is used as a bearing of a motor rotation output section.
【請求項7】 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6記載の軸受付きモータ。
7. The motor with a bearing according to claim 6, which is used for a hard disk rotation drive section of a hard disk device.
【請求項8】 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6記載の軸受付きモータ。
8. The motor with a bearing according to claim 6, which is used for a polygon mirror driving section of a polygon scanner.
【請求項9】 最大回転数が8000rpm以上の高速
回転用モータである請求項6ないし8のいずれかに記載
の軸受付きモータ。
9. The motor with a bearing according to claim 6, which is a motor for high-speed rotation having a maximum rotation speed of 8000 rpm or more.
【請求項10】 請求項7又は9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。
10. A hard disk drive comprising the motor with a bearing according to claim 7 and a hard disk rotationally driven by the motor with a bearing.
【請求項11】 請求項8又は9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。
11. A polygon scanner comprising the motor with a bearing according to claim 8 and a polygon mirror rotated by the motor with a bearing.
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