JP2973651B2

JP2973651B2 - 複合軸受構造

Info

Publication number: JP2973651B2
Application number: JP3298841A
Authority: JP
Inventors: 修小村; 哲也片山; 己雄安岡; 晃山川; 健二松沼; 松夫樋口; 雅也三宅
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1991-04-10
Filing date: 1991-11-14
Publication date: 1999-11-08
Anticipated expiration: 2014-11-08
Also published as: JPH05106635A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、一般的には軸受構造
に関し、より特定的には所定の負荷を有し、高速度で回
転する回転体を支持する複合軸受構造に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】一般
に、レーザプリンタ、ファクシミリ、バーコード読取装
置等に設けられる回転駆動部を構成する部材には高速回
転に耐え得るものが要求される。たとえば、印字速度の
高速化に伴い、レーザプリンタにおけるポリゴンミラー
（多面鏡）の回転装置には２００００ｒ．ｐ．ｍ．以上
の回転速度が要求されるようになってきた。従来、この
回転装置における摺動部には、たとえば軸受部にはボー
ルベアリングが用いられてきた。しかしながら、焼付、
摩耗等の問題により、従来のボールベアリングを使用す
る限りにおいては、１６０００ｒ．ｐ．ｍ．程度が耐え
得る上限の回転速度であった。

【０００３】レーザプリンタにおけるポリゴンミラーを
さらに高速度で回転させるために、ＳｉＣ、Ｓｉ₃Ｎ₄
等のセラミックスからなる空気軸受（動圧気体軸受）を
回転摺動部に用いることが特開平２−１７３６１０号公
報において提案されている。この空気軸受を用いる回転
装置においては、回転体が回転されると、少なくともラ
ジアル軸受体またはスラスト軸受体と回転体との間のク
リアランスへ溝を介して空気が強制的に導入される。こ
れにより、そのクリアランス内の空気圧が高められ、各
部材間に設けられた空気軸受を介して回転体が高速度で
回転される。このようにして、高速回転を実現するため
に、空気軸受を用いて高速回転中の回転精度が維持さ
れ、回転体に加わるスラスト方向の負荷荷重が空気軸受
によって支持される。また、上記のラジアル軸受体と回
転体はそれぞれセラミックス材料によって形成されてい
るため、回転体の起動停止時における低速域での各部材
間の摺動に耐え得る。

【０００４】しかしながら、従来のＳｉ₃Ｎ₄等のセラ
ミックスによって形成されたラジアル軸受体を５０００
ｒ．ｐ．ｍ．を越える高速回転で用いると、軸受部材同
士の接触による衝撃を伴った叩き摩耗現象が発生する。
すなわち、高速回転時において突発的なラジアル方向の
衝撃力が回転体に加わると、高速域で各部材間の摺動が
引き起こされる。従来のセラミックス焼結体はその高速
摺動に耐えることが困難であった。したがって、上述の
ようにラジアル軸受体またはスラスト軸受体をセラミッ
クス焼結体からなる空気軸受体で構成したとしても、高
速回転時の回転精度が維持され、回転体に加わるスラス
ト方向の負荷荷重が支持されるが、高速回転時に回転体
に突発的に加わるラジアル方向の衝撃力を支持すること
は困難であった。

【０００５】また、上記の空気軸受体をセラミックス材
料から形成する場合、セラミックス部材に高い加工・組
立精度を要求し、製造コストの上昇を招くという問題が
ある。さらに、空気軸受は埃の浸入を嫌うため、清浄な
環境下で使用される必要がある。このことから、空気軸
受は密閉容器に収納された形態で用いられるなど、空気
軸受に伴う構造が複雑になり、収納空間が大きくなる等
の欠点がある。このような問題点を解消するために、セ
ラミックスによって形成されたブッシュタイプの滑り軸
受体を高速回転用の軸受体として用いることが考えられ
る。

【０００６】図１６は、従来のセラミックスによって形
成されたブッシュタイプの滑り軸受体の概略構造を示す
縦断面図である。このブッシュタイプの滑り軸受体は、
２つのスラスト滑り軸受体８１，８２と、一対のラジア
ル滑り軸受体および回転体８３，８４とから構成され
る。このように構成されるブッシュタイプの滑り軸受体
は、起動停止時における低速域での各部材間の摺動には
耐え得る。しかしながら、上述のセラミックス製の空気
軸受体と同様に、５０００ｒ．ｐ．ｍ．を越える高速回
転に伴う摺動においては、軸受部材同士の接触による衝
撃を伴った叩き摩耗現象が発生する。そのため、従来の
ブッシュタイプの滑り軸受体はその摺動に耐えることが
困難であり、摺動面が荒れることにより、摩擦抵抗が増
加するという欠点があった。特に、スラスト方向の荷重
に対しては、この傾向が顕著である。同一の負荷荷重で
比較すると、スラスト方向の摩擦抵抗はラジアル方向の
摩擦抵抗に比べて５〜１０倍大きい。したがって、高速
回転用の軸受体としてセラミックス製のブッシュタイプ
の滑り軸受体を用いたとしても、回転中の突発的なラジ
アル方向の衝撃力を支持することが困難であるだけでな
く、回転体に加わるスラスト方向の負荷荷重をも支持す
ることが困難であるという問題点があった。

【０００７】そこで、この発明は上記の問題点を解決す
るためになされたもので、高速回転に耐え得る軸受体の
構造を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段および発明の作用効果】こ
の発明に従った複合軸受構造は、所定の負荷を有し、高
速度で回転する回転体を支持するものであって、第１の
軸受手段と、第２の軸受手段と、第３の軸受手段とを備
える。第１の軸受手段は、回転中に回転体に加わるラジ
アル方向の衝撃力を支持するセラミックス焼結体を含
む。第２の軸受手段は、回転体に加わる軸線方向の負荷
荷重を回転体と所定の間隙を保った状態で支持する。第
３の軸受手段は、回転体のラジアル方向の回転精度を維
持する。

【０００９】この発明においては、高速度で回転する回
転体に突発的なラジアル方向の衝撃力が加わったとして
も、第１の軸受手段を構成するセラミックス焼結体がそ
の衝撃力を支持し、高速域での摺動に耐え得る。また、
回転体に加わる軸線（スラスト）方向の負荷荷重は、回
転体との間でクリアランスを保った状態で第２の軸受手
段によって支持される。そのため、回転体が高速度で回
転しても、スラスト方向の荷重に対して生ずる摩擦抵抗
が増加する割合が低減され得る。さらに、高速度で回転
する回転体のラジアル方向の回転精度は第３の軸受手段
によって維持される。このため、精密機械に要求される
回転精度が長時間運転後においても維持され得る。

【００１０】以上のように、この発明によれば、第１、
第２および第３の軸受手段が備えられているので、高速
回転中において突発的な衝撃力によって摩耗現象が発生
せず、また回転体に加わるスラスト方向の荷重による摩
擦抵抗の増加が抑制され、さらに長時間の回転において
も回転精度が維持され得る。したがって、この発明によ
れば、高速度で回転する回転体を支持するのに適した複
合軸受体の構造が提供され得る。

【００１１】この発明の好ましい第１の局面によれば、
第１の軸受手段を構成するセラミックス焼結体は窒化ケ
イ素系セラミックス焼結体を含む。また、この窒化ケイ
素系セラミックス焼結体は、長さ３０μｍ当たりの線密
度が３５個以上である結晶粒子を含み、その粒界相の体
積率が１５体積％以下である。さらに、その窒化ケイ素
系の焼結体は、最大径が２０μｍ以下の気孔を含み、そ
の気孔の含有率が３％以下である。このような窒化ケイ
素系焼結体は、少なくともＪＩＳ３点曲げ強度として８
０ｋｇ／ｍｍ²以上、好ましくは１００ｋｇ／ｍｍ²以
上、破壊靭性値として５ＭＰａ・ｍ^{1 / 2}以上の機械的
特性を有している。

【００１２】この発明の好ましい第１の局面において
は、第１の軸受手段を構成する窒化ケイ素系の焼結体
は、一定値以上の線密度を有する結晶粒子を含み、粒界
相の体積率が一定値以下に抑えられており、また気孔率
が一定値以下に抑えられている。そのため、微細な結晶
粒を備えた窒化ケイ素系の焼結体から軸受部材が構成さ
れる。その結果、結晶粒子の脱落等によって、軸受部材
を構成する窒化ケイ素系焼結体の表面が欠損することな
く、耐チッピング性にも優れる。このように上記の窒化
ケイ素系焼結体からなる軸受部材は、叩き摩耗現象を伴
った高速摺動に対しても優れた耐摩耗性を備えている。
したがって、高速回転中において回転体に加わる突発的
なラジアル方向の衝撃力が上記の窒化ケイ素系焼結体に
よって支持され、そのとき引き起こされる高速摺動に対
しても上記の窒化ケイ素系焼結体は優れた耐摩耗性を示
す。

【００１３】この発明の好ましい第２の局面において
は、第２の軸受手段は、回転体の回転によって発生する
気体圧により負荷荷重を支持する動圧気体軸受手段を含
む。また、第２の軸受手段は、磁気の吸引力または反発
力を利用して負荷荷重を支持する磁気軸受手段を含む。
これらの動圧気体軸受手段と磁気軸受手段は、それぞ
れ、回転体とともに回転する回転部材と、回転部材に軸
線方向に間隙を保って対向する固定部材とを含む。動圧
気体軸受手段においては、回転部材と固定部材はセラミ
ックス焼結体を含み、回転部材および固定部材のいずれ
か一方には、気体圧が発生するように間隙に気体を導入
する溝が形成されている。磁気軸受手段においては、回
転部材と固定部材は間隙に磁気の吸引力または反発力を
発生させる磁石を含む。

【００１４】この発明の第２の局面においては、軸受体
の摩擦抵抗の増大に最も大きく寄与するスラスト方向の
荷重が、動圧気体軸受手段によって、溝から間隙に導入
された気体の圧力を用いて支持または軽減され得る。あ
るいは、そのスラスト方向の荷重が、磁気軸受手段によ
って、磁石の反発力または引力を用いて支持または軽減
され得る。これにより、回転速度の増加に対して駆動ト
ルクの上昇が極めて小さく抑えられ得る。特に第２の軸
受手段を磁気軸受手段によって構成すると、動圧気体軸
受手段に比べて、回転速度の増加に対する駆動トルクの
上昇がより小さく抑えられる。

【００１５】この発明の好ましい第３の局面によれば、
第３の軸受手段は、回転体と所定の間隙を保った状態で
回転精度を維持するセラミックス焼結体を含む。この場
合、その間隙をできるだけ狭めることにより、回転精度
を向上させることが原理的に可能となる。

【００１６】また、この発明のより好ましい第３の局面
によれば、第３の軸受手段は、回転体の回転によって発
生する気体圧により回転精度を維持する動圧気体軸受手
段を含む。その動圧気体軸受手段は、回転体とともに回
転する回転部材と、その回転部材にラジアル方向に間隙
を保って対向する固定部材とを含む。回転部材と固定部
材はセラミックス焼結体を含み、回転部材および固定部
材のいずれか一方には、気体圧が発生するように間隙に
気体を導入する溝が形成されている。このように第３の
軸受手段として動圧気体軸受手段を用いる場合には、回
転部材と固定部材との間の間隙（クリアランス）を比較
的大きくしても、長時間の高速回転において回転精度が
高い精度で維持され得る。

【００１７】さらに、この発明のより好ましい第３の局
面においては、第３の軸受手段は、回転体と所定の間隙
を保った状態で磁気の吸引力または反発力を利用して回
転精度を維持する磁気軸受手段を含む。その磁気軸受手
段は、回転体とともに回転する回転部材と、その回転部
材にラジアル方向に間隙を保って対向する固定部材とを
含む。回転部材と固定部材は間隙に磁気の吸引力または
反発力を発生させる磁石を含む。回転部材と固定部材は
セラミックス焼結体からなり、磁石はセラミックス焼結
体の内部に埋込まれている。このように第３の軸受手段
として磁気軸受手段を用いた場合においても、回転部材
と固定部材との間のクリアランスを比較的大きくした状
態で高速回転を長時間続けたとしても、回転精度が高い
精度で維持され得る。

【００１８】以上説明したように、この発明によれば、
高速度で回転する回転体を支持するのに適した種々の複
合軸受体の構造を提供することができる。この発明に従
った複合軸受構造においては、第１の軸受手段を構成す
るセラミックス焼結体が上述の限定された組織を有する
窒化ケイ素系セラミックス焼結体であり、第２の軸受手
段が動圧気体軸受手段または磁気軸受手段であり、第３
の軸受手段が、回転体と所定の間隙を保った状態で回転
精度を維持するセラミックス焼結体を含むもの、動圧気
体軸受手段、または磁気軸受手段である。請求項１に記
載の複合軸受構造は、第２および第３の軸受手段として
動圧気体軸受手段を備える。請求項６に記載の複合軸受
構造は、第２の軸受手段として動圧気体軸受手段、第３
の軸受手段として磁気軸受手段を備える。請求項９に記
載の複合軸受構造は、第２の軸受手段として動圧気体軸
受手段、第３の軸受手段として、回転体と所定の間隙を
保った状態で回転精度を維持するセラミックス焼結体を
含む。請求項１２に記載の複合軸受構造は、第２の軸受
手段として磁気軸受手段、第３の軸受手段として動圧気
体軸受手段を備える。請求項１７に記載の複合軸受構造
は、第２および第３の軸受手段として磁気軸受手段を備
える。請求項２０に記載の複合軸受構造は、第２の軸受
手段として磁気軸受手段、第３の軸受手段として、回転
体と所定の間隙を保った状態で回転精度を維持するセラ
ミックス焼結体を含む。なお、請求項１、６、９、１
２、１７および２０に記載の複合軸受構造は、後述の実
施例で詳細に説明される構造例Ａ（図１）、構造例Ｃ
（図３（Ｂ））、構造例Ｄ（図４）、構造例Ｅ（図
５）、構造例Ｆ（図６（Ｂ））および構造例Ｇ（図７）
にそれぞれ対応する。

【００１９】

【実施例】この発明に従った複合軸受体の種々の構造例
は表１に示される。表１には、ラジアル軸受手段とスラ
スト軸受手段の組合せとしてＡ〜Ｈの構造例が示されて
いる。各構造例はＡ〜Ｈに対応して図１〜図８にその概
略的な構造が示されている。なお、構造例Ｂ，Ｈはこの
発明の比較例を示している。以下、表１と各図（図１〜
図８）を参照して、複合軸受体の構造の実施例と比較例
について順に説明する。

【００２０】

【表１】

【００２１】構造例Ａ図１は、この発明の一実施例による複合軸受構造を概略
的に示す概念図である。図１に示すように、複合軸受構
造は、内輪１と外輪２と下部スラスト板３と上部スラス
ト板４とを備える。各部材１〜４は窒化ケイ素系のセラ
ミックス焼結体からなる。内輪１は所定の軸の外周面を
包囲することができるように円筒形状を有する。内輪１
の円筒面には複数のＶ字状のラジアル動圧発生溝５が形
成されている。下部スラスト板３と上部スラスト板４は
内輪１の両端面に接触するように設けられる。円筒形状
の外輪２は、内輪１の円筒面と、下部スラスト板３およ
び上部スラスト板４の内側面に対して所定のクリアラン
スを有するように設けられる。外輪２と下部スラスト板
３とが互いに対向する面には複数の渦巻き状のスラスト
動圧発生溝６が形成されている。なお、スラスト動圧発
生溝６は外輪２と下部スラスト板３の両方に形成されて
いるが、いずれか一方に形成されていてもよい。

【００２２】上記のように構成された複合軸受体におい
て、外輪２が回転体とともに回転するものとし、内輪１
とスラスト板３，４とが所定の軸に固定されているもの
とする。このとき、回転体とともに外輪２が回転する
と、ラジアル動圧発生溝５とスラスト動圧発生溝６に沿
って空気が外輪２と内輪１との間、外輪２と下部スラス
ト板３との間に導入され、それぞれの間のクリアランス
が一定に保たれる。これにより、空気軸受が構成され
る。回転体とともに回転する外輪２は各クリアランス内
に発生する空気圧により、内輪１とスラスト板３，４と
に接触することなく、高速度で回転され得る。

【００２３】構造例Ａによれば、ラジアル軸受体とスラ
スト軸受体の両者がセラミックス空気軸受体から構成さ
れている。そのため、ラジアル方向の回転精度はラジア
ル空気軸受体によって維持され、スラスト方向の荷重は
スラスト空気軸受体によって支持される。また、それぞ
れの空気軸受体を構成するセラミックス焼結体が後述の
窒化ケイ素系焼結体によって形成されることにより、高
速回転中の突発的なラジアル方向の衝撃力がその窒化ケ
イ素系焼結体によって支持される。

【００２４】構造例Ｂ図２（Ａ）は、この発明の比較例による複合軸受構造を
概略的に示す概念図であり、図２（Ｂ）はその軸受構造
に用いられる永久磁石の部分を拡大して示す図である。
図２に示すように、この比較例の複合軸受体は、内輪１
と外輪２と下部スラスト板３と上部スラスト板４とを備
える。各部材１〜４は窒化ケイ素系のセラミックス焼結
体からなる基材を有する。内輪１は所定の軸の外周面を
包囲することができるように円筒形状を有する。スラス
ト板３，４は内輪１の両端面に接触するように設けられ
る。外輪２は内輪１の円筒面とスラスト板３，４の内側
面に対して所定のクリアランスを保つように設けられ
る。この構造例の場合、内輪１と外輪２とが互いに対向
する円筒面には、それぞれ永久磁石７，８，９，１０が
リング状に配置されている。また、外輪２と下部スラス
ト板３とが対向する面には、渦巻き状のスラスト動圧発
生溝６が形成されている。

【００２５】上記のように構成された複合軸受体におい
ては、外輪２が回転体とともに回転すると、スラスト動
圧発生溝６にそって空気が外輪２と下部スラスト板３と
の間に導入され、その間のクリアランスが一定に保たれ
る。これにより空気軸受が構成される。一方、内輪１の
永久磁石７（９）と外輪２の永久磁石８（１０）は、図
２（Ｂ）に示すように互いに同極同士が対向しているの
で、その反発力により、内輪１と外輪２との間のクリア
ランスを一定に保つ作用をする。

【００２６】以上のようにして、構造例Ｂにおいては高
速回転中のスラスト方向の荷重は空気軸受体によって支
持され、ラジアル方向の回転精度は磁気軸受体によって
維持される。しかしながら、高速回転中に突発的なラジ
アル方向の衝撃力が回転体に加わると、対向している永
久磁石７（９）と８（１０）とが接触してしまう。その
ため、この構造はラジアル方向の衝撃力に対しては弱
い。

【００２７】構造例Ｃ図３（Ａ）（Ｂ）は、この発明の一実施例による複合軸
受構造を概略的に示す概念図である。図３（Ａ）に示す
ように、複合軸受体は内輪１と外輪２とスラスト板３，
４とを備える。各部材１〜４は主に窒化ケイ素系のセラ
ミックス焼結体からなる。スラスト板３，４は内輪１の
両端面に接触するように設けられている。外輪２は内輪
１の円筒面とスラスト板３，４の内側面とに対して所定
のクリアランスを保つように設けられている。この構造
例の場合、内輪１と外輪２とが互いに対向する円筒面に
は、それぞれ永久磁石７〜１０が設けられている。ま
た、外輪２と下部スラスト板３とが対向する面には、ス
ラスト動圧発生溝６が複数の渦巻き状の形で形成されて
いる。内輪１と外輪２との間のクリアランスは、それぞ
れの部材を構成するセラミックス焼結体の間の第１のク
リアランスと、永久磁石７（９）と８（１０）の間の第
２のクリアランスとから構成される。第２のクリアラン
スは第１のクリアランスよりも大きい。

【００２８】上記のように構成された複合軸受体におい
て、回転体とともに外輪２が回転すると、スラスト動圧
発生溝６に沿って空気が外輪２と下部スラスト板３との
間に導入され、その間のクリアランスが一定に保たれ
て、スラスト空気軸受体が構成される。また、ラジアル
方向においては、永久磁石７（９）と８（１０）との間
で生じる反発力によって一定のクリアランスが保たれる
ことにより、高速回転中における回転精度が維持され
る。このとき、回転体にラジアル方向の突発的な衝撃力
が加わったとしても、内輪１と外輪２とは永久磁石間で
接触することはなく、高強度の窒化ケイ素系焼結体の間
で接触する。そのため、高速回転に伴う摺動において内
輪１と外輪２との接触による衝撃を伴った叩き摩耗現象
が発生することはない。

【００２９】以上のように、構造例Ｃにおいてはラジア
ル方向の回転精度が維持され、スラスト方向の荷重が支
持されるだけでなく、ラジアル方向の突発的な衝撃力に
対しても耐えることが可能な複合軸受構造が提供され
る。

【００３０】構造例Ｃの別のタイプが図３（Ｂ）に示さ
れる。図３（Ａ）に示される構造と異なる点は、内輪１
の内部に永久磁石１１が埋込まれており、外輪２の外周
円筒面側に永久磁石８，１０が設けられていることであ
る。この場合、永久磁石８（１０）と１１とは、それぞ
れ内輪１と外輪２を構成するセラミックス焼結体を介し
て反発力を発生させる。このとき、内輪１と外輪２との
間のクリアランスは、所定の回転精度を維持するために
必要な磁石間の反発力を考慮して設定される。

【００３１】構造例Ｄ図４は、この発明の一実施例による複合軸受構造を概略
的に示す概念図である。図４に示すように、複合軸受体
は内輪１と外輪２とスラスト板３，４とを備える。各部
材１〜４は窒化ケイ素系のセラミックス焼結体からな
る。内輪１は所定の軸の外周面を包囲することができる
ように円筒形状を有する。スラスト板３，４は内輪１の
両端面に接触するように設けられる。外輪２はスラスト
板３，４と内輪１のそれぞれに対して所定のクリアラン
スを保つように設けられる。外輪２と下部スラスト板３
とが対向する面には、渦巻き状のスラスト動圧発生溝６
が形成されている。内輪１と外輪２との間のクリアラン
スは、高速回転中において所定の回転精度を維持するこ
とができるように微小な値に設定される。このようにし
て、スラスト方向の荷重は、上記のように構成される空
気軸受体によって支持され、ラジアル方向の回転精度は
内輪１と外輪２との間の微小なクリアランスによって維
持される。また、高速回転中の突発的なラジアル方向の
衝撃力は、内輪１と外輪２を構成する高強度の窒化ケイ
素系セラミックス焼結体によって支持される。

【００３２】構造例Ｅ図５は、この発明の一実施例による複合軸受体の構造を
概略的に示す概念図である。図５に示すように、複合軸
受体は内輪１と外輪２と下部スラスト板１３と上部スラ
スト板４とを備える。内輪１と外輪２と上部スラスト板
４とは窒化ケイ素系のセラミックス焼結体から主に構成
される。内輪１は所定の軸の外周面を包囲することがで
きるように円筒形状を有する。内輪１の円筒面には複数
のＶ字状のラジアル動圧発生溝５が形成されている。下
部スラスト板１３は永久磁石からなる。下部スラスト板
１３に対向する外輪２の面にはリング状の永久磁石１２
が設けられている。

【００３３】このようにして構成される複合軸受体にお
いて、回転体とともに外輪２が回転すると、ラジアル動
圧発生溝５に沿って空気が内輪１と外輪２との間に導入
され、その間のクリアランスが一定に保たれる。これに
より、空気軸受体が構成されるので、ラジアル方向の回
転精度が維持される。また、外輪２の永久磁石１２と下
部スラスト板（永久磁石）１３とが反発力を発生させる
ので、所定のクリアランスが外輪２と下部スラスト板１
３との間に保たれる。これにより、高速回転中における
スラスト荷重が支持される。さらに、内輪１と外輪２は
高強度の窒化ケイ素系焼結体から構成されているので、
高速回転中において突発的な衝撃力が加わって、内輪１
が外輪２に接触しても、叩き摩耗現象が発生することは
ない。

【００３４】以上のように、構造例Ｅによれば、高速回
転中において回転精度が維持され、スラスト方向の荷重
が支持されるとともに、高速回転中における衝撃力に対
しても耐えることが可能な複合軸受体が提供される。

【００３５】構造例Ｆ図６（Ａ）（Ｂ）は、この発明の一実施例による複合軸
受体の構造を概略的に示す概念図である。図６（Ａ）に
示すように、複合軸受体は内輪１と外輪２とスラスト板
３，４とを備える。各部材１〜４窒化ケイ素系のセラミ
ックス焼結体から主に構成されている。構造例Ｃ（図３
（Ａ））と異なる点は、スラスト方向の軸受体の構造で
ある。外輪２と下部スラスト板３とが対向する面には永
久磁石１５と１６が設けられている。永久磁石１５は、
内輪１の永久磁石１４にも対向するように設けられてい
る。このようにして、スラスト方向の荷重も磁気軸受体
によって支持されている。この構造例Ｆによれば、ラジ
アル方向の回転精度が磁気軸受体によって維持され、ス
ラスト方向の荷重が磁気軸受体によって支持され、ラジ
アル方向の衝撃力が高強度のセラミックス焼結体によっ
て支持される。

【００３６】図６（Ｂ）は構造例Ｆの別のタイプを示
す。構造例Ｃ（図３（Ｂ））と異なる点は、スラスト方
向の荷重が空気軸受体によって支持されず、磁気軸受体
によって支持されることである。すなわち、下部スラス
ト板３の永久磁石１７は、外輪２の永久磁石１０に対向
するように設けられている。

【００３７】構造例Ｇ図７（Ａ）（Ｂ）は、この発明の一実施例による複合軸
受体の構造を概略的に示す概念図である。図７（Ａ）に
示すように、複合軸受体は内輪１と外輪２と下部スラス
ト板１３と上部スラスト板４とを備える。内輪１と外輪
２と上部スラスト板４とは窒化ケイ素系のセラミックス
焼結体から主に構成される。内輪１は所定の軸の外周面
を包囲することができるように円筒形状を有する。スラ
スト板１３，４は内輪１の両端面に接触するように設け
られる。下部スラスト板１３は永久磁石からなる。下部
スラスト板１３と対向する外輪２の面には永久磁石１２
が設けられている。内輪１と外輪２との間のクリアラン
スは、高速回転中において所定の回転精度を維持するこ
とができるように微小な値に設定される。このようにし
て、スラスト方向の荷重が、永久磁石１２と下部スラス
ト板（永久磁石）１３とによって発生する反発力によっ
て支持されるとともに、ラジアル方向の衝撃力は、内輪
１と外輪２を構成する高強度の窒化ケイ素系焼結体によ
って支持される。

【００３８】これに対して、図７（Ｂ）に示すように、
永久磁石からなる上部スラスト板１９と、それに対向す
る外輪２の面に永久磁石１８を備えた複合軸受体におい
ては、内輪１と外輪２との間のクリアランスを、図７
（Ａ）の複合軸受体よりも大きな値に設定しても、高速
回転中における所定の回転精度を維持することができ
る。これは外輪２の上下を磁気軸受によって保持するこ
とにより、高速回転中の外輪２の倒れを抑制できるため
である。

【００３９】構造例Ｈ図８は、この発明の比較例による複合軸受体の構造を概
略的に示す概念図である。図８に示すように、複合軸受
体は内輪１と外輪２とスラスト板３，４とを備える。各
部材１〜４は窒化ケイ素系のセラミックス焼結体からな
る。内輪１は所定の軸の外周面を包囲することができる
ように円筒形状を有する。スラスト板３，４は内輪１の
両端面に接触するように設けられる。外輪２は内輪１と
スラスト板３，４に対して所定のクリアランスを保つよ
うに設けられる。このようにして構成された複合軸受体
によれば、高速回転中のラジアル回転精度は内輪１と外
輪２との間のクリアランスを微小な値に設定することに
よって維持される。また、内輪１と外輪２を構成する高
強度の窒化ケイ素系のセラミックス焼結体によって、高
速回転中の突発的な衝撃力が支持される。しかしなが
ら、スラスト方向の荷重をスラスト板３，４によって高
速回転中において支持することは困難である。

【００４０】以上の構造例Ａ〜Ｈについてまとめると、
スラスト方向の荷重の支持構造に関しては、構造例Ａ〜
Ｄの空気軸受体に比べて、構造例Ｅ〜Ｇの磁気軸受体の
方が構造の簡略化を図ることが可能である。また、スラ
スト方向の荷重を空気軸受体によって支持する場合に
は、揚力を確保するために一定面積が必要となる。さら
に、空気軸受体によれば、一定回転数以上にならない
と、揚力が発生しないのに対し、磁気軸受体によれば回
転の開始から揚力を発生させることができる。

【００４１】ラジアル方向の回転精度を向上させるため
の手段としては、ラジアル軸受体を空気軸受体とする
（構造例Ａ，Ｅ）か、磁気軸受体を併用する（構造例
Ｂ，Ｃ，Ｆ）のが有効である。ブッシュタイプの滑り軸
受体を採用しても、内輪と外輪のクリアランス（ギャッ
プ）を微小な値に設定することにより、回転精度を向上
させることは可能である（構造例Ｄ，Ｇ，Ｈ）。

【００４２】ラジアル方向の耐衝撃性に関しては、ラジ
アル軸受体にセラミックス焼結体を用いない構造例Ｂ以
外のすべての構造例が満足し得る。構造例Ｂ以外は、高
速回転中に衝撃力が加わり、内輪と外輪が接触しても焼
付くことはない。特に高強度の窒化ケイ素系セラミック
ス焼結体を使用した場合には、欠け、チッピングが発生
しないため、良好な軸受特性が維持され得る。

【００４３】次に、この発明の一実施例の複合軸受構造
においてラジアル方向の耐衝撃部材の材料として窒化ケ
イ素系の焼結体の製造方法について説明する。

【００４４】平均粒径が０．３μｍ、粒度分布が３σ＝
０．２０μｍ、α結晶化率が９６．５％、酸素量が１．
４重量％であるＳｉ₃Ｎ₄の原料粉末を準備した。この
Ｓｉ ₃Ｎ₄の原料粉末を９２重量％、平均粒径が０．８
μｍのＹ₂Ｏ₃粉末を４重量％、平均粒径が０．５μｍ
のＡｌ₂Ｏ₃粉末を３重量％、平均粒径が１．０μｍの
ＡｌＮ粉末を１重量％の割合で、エタノール中で１００
時間ボールミルを用いて湿式混合した。その後、乾燥し
て得られた混合粉末を５０００ｋｇ／ｃｍ²の圧力でＣ
ＩＰ（冷間静水圧）成形した。得られた成形体を１気圧
の窒素ガス雰囲気下で温度１６００℃において４時間保
持した。さらに、温度１７５０℃において６時間、焼結
処理を施すことにより焼結体を得た。その後、この焼結
体に温度１７００℃において１０００気圧の窒素ガス雰
囲気中で２時間のＨＩＰ（熱間静水圧）処理を施した。

【００４５】このようにして得られた窒化ケイ素系の焼
結体において、平均長軸粒径は５μｍ以下であり、その
結晶粒のアスペクト比は４以上、最大の長軸粒径は１５
μｍ以下であった。この焼結体はＪＩＳ３点曲げ強度８
０ｋｇ／ｍｍ²以上、破壊靭性値５ＭＰａ・ｍ^{1 / 2}以
上の機械的特性を有していた。得られた焼結体からテス
トピースを切出し、アムスラー式摩耗試験に従って耐摩
耗性を評価した。

【００４６】図９（Ａ）は、サンプルに加えられる荷重
と回転速度の積（Ｐ・Ｖ）と摩耗率との関係を示すグラ
フである。図９において各曲線ａ〜ｅは以下のサンプル
によって得られた測定結果を示す。

【００４７】ａ：本発明例上記の製造方法によって得られた窒化ケイ素系の焼結体
で、長さ３０μｍあたりの結晶粒子の線密度が４０個、
粒界相の体積率が８体積％、気孔率が０．０５％、気孔
の最大径が８μｍであるもの。

【００４８】ｂ：比較例上記の製造方法によって得られた窒化ケイ素系の焼結体
で、長さ３０μｍあたりの結晶粒子の線密度が３０個、
粒界相の体積率が１６体積％、気孔率が３．２％、気孔
の最大径が２２μｍであるもの。

【００４９】ｃ，ｄ，ｅ：従来例窯業協会誌、１９８５年第９３巻第７３頁〜第８０頁
（特にＦｉｇ．３）に示された窒化ケイ素系の焼結体の
サンプル。

【００５０】なお、アムスラー式摩耗試験は、２個のリ
ング状サンプル（φ１６ｍｍ×φ３０ｍｍ×８ｍｍ）を
互いの円周面が正確に接触している状態で試験機の回転
軸に固定し、所定の荷重を加え、その回転軸を所定の回
転数で駆動させることにより、約１０００００回転の摺
動試験を行なった後、２個の試料の重量の減少度合いを
測定することにより行なわれた。

【００５１】図９の（Ａ）から明らかなように、この発
明に従った焼結体は耐摩耗性に極めて優れている。図９
におけるＰ・Ｖ（ｋｇ・ｍ／ｓ）の値を摺動面の単位面
積当たりに換算すると、図９の（Ｂ）に示されるように
なる。

【００５２】以上のようにして作製された焼結体が、た
とえばレーザプリンタ用の回転多面鏡の高速回転におけ
る摺動にさらされる場合について考えてみる。多面鏡
（ポリゴンミラー）の大きさは、φ３０〜１５０ｍｍ程
度の外接円筒内に入る多面体（６〜２０面体）で厚み１
０ｍｍ程度である。そのようなポリゴンミラーの重量は
約２０〜５００ｇの範囲内である。したがって、上記の
ポリゴンミラーを支持する軸受体の直径を１０ｍｍと
し、ポリゴンミラーの回転数を２０００〜１０００００
ｒ．ｐ．ｍ．とすると、その周速は１００〜５２００ｃ
ｍ／ｓとなる。このとき、軸受面積を３．１４ｃｍ²と
すると、Ｐ・Ｖ（ｋｇ／ｃｍ・ｓ）の値は１〜８２８ｋ
ｇ／ｃｍ・ｓとなる。この範囲内のＰ・Ｖの値に対し
て、図９の（Ｂ）を参照してみる。本発明の焼結体は１
〜６００ｋｇ／ｃｍ・ｓの広範囲のＰ・Ｖの値に対して
低い摩耗率を示し、上記のポリゴンミラーの高速回転に
おける摺動に対しては十分耐えることができる。

【００５３】すなわち、上記の例では、高速回転中、常
に焼結体が摺動している場合について考えている。その
場合においても、本発明の焼結体は広範囲のＰ・Ｖの値
に対して低い摩耗率を示すので、たとえ高速回転中にお
いて突発的な衝撃力が加わり、高速回転に伴う摺動が引
き起こされても、本発明の焼結体はその摺動に十分耐え
得る。

【００５４】次に、上述の構造例Ｇ，Ｄ，Ｈの各場合に
ついて所定の試験機を用いて軸受性能を評価した。

【００５５】図１０は、構造例Ｇのために用いられた軸
受性能評価試験機の構成を示す概略図である。１０ｍｍ
の内径を有するように上記の窒化ケイ素系の焼結体から
なる内輪５０を作製する。この内輪５０は回転体２００
とともに回転するように設けられる。外輪１００は、上
記の窒化ケイ素系の焼結体からなり、内輪５０に対して
所定のクリアランスを保って受けるように設けられる。
また、回転体２００の上部には、フェライト磁石の反発
力を利用して構成される磁気軸受体５００が装着され
る。

【００５６】図１１は、構造例Ｄのために用いられた軸
受性能評価試験機の構成を示す概略図である。１０ｍｍ
の内径を有するように上記の窒化ケイ素系焼結体からな
る内輪１０００を作製する。この内輪１０００は回転体
２００とともに回転するように設けられる。外輪１１０
０は、内輪１０００に対して所定のクリアランスを保つ
ように設けられる。外輪１１００は上記の窒化ケイ素系
の焼結体から作製される。外輪１１００の下には窒化ケ
イ素系のセラミックス焼結体からなるスラスト板９００
が設けられている。このスラスト板９００に対向する内
輪１０００の面には渦巻き状の動圧発生溝１２００が形
成されている。

【００５７】図１２は、構造例Ｈのために用いられた軸
受性能評価試験機の構成を示す概略図である。１０ｍｍ
の内径を有するように上記の窒化ケイ素系のセラミック
ス焼結体からなる内輪７００が作製される。この内輪７
００は回転体２００とともに回転するように設けられ
る。外輪８００は、上記の窒化ケイ素系の焼結体からな
り、内輪７００に対して所定のクリアランスを保つよう
に設けられる。外輪８００の下には、窒化ケイ素系のセ
ラミックス焼結体からなるスラスト板６００が設けられ
る。スラスト板６００と内輪７００との間には所定のク
リアランスが設けられる。

【００５８】以上のように構成される各軸受性能評価試
験機を用いて、モータ３００によって回転体２００の回
転数を設定値まで到達させた後、その設定回転数で１０
分間保持した。その後、トルク計４００を用いて駆動ト
ルクを測定した。

【００５９】図１３は、複合軸受体の構造例Ｇ，Ｄ，Ｈ
によって支持される回転体の回転数［ｒ．ｐ．ｍ．］
（または内輪の内周面における周速［ｍ／ｓｅｃ］）と
駆動トルク［ｇ・ｃｍ］との関係を上記の測定結果に基
づいて示すグラフである。構造例Ｇの複合軸受体を用い
た測定結果は●で示されている。構造例Ｄの複合軸受体
を用いた結果は△で示されている。構造例Ｈの複合軸受
体を用いた測定結果は○で示されている。図１３から明
らかなように、回転数（周速）の増加率に対する駆動ト
ルクの増加率の比は、構造例Ｇの場合が一番小さく、構
造例Ｄ、構造例Ｈの順に小さい。

【００６０】以上の測定結果から、本発明の複合軸受体
の構造において、スラスト方向の軸受体として磁気軸受
体を採用すれば、回転速度の増加に対して駆動トルクの
上昇を極めて小さく抑えることが可能になる。すなわ
ち、軸受体の摩擦抵抗の増大に最も大きく寄与するスラ
スト方向の荷重は磁気軸受体によって支持されるのが最
も好ましい。

【００６１】次に、この発明の複合軸受構造の用途の一
例として、レーザプリンタ用の回転多面鏡の軸受を挙げ
ることができる。以下、レーザプリンタに使用される回
転多面鏡について説明する。

【００６２】図１４は、レーザプリンタに用いられる回
転多面鏡の一実施例を概略的に示す図である。図１４に
示すように、モータ２０のフレーム２０ａには支軸２１
が設けられている。その支軸２１の外周には、上述の窒
化ケイ素系の焼結体からなる円筒状の内輪２２が取付け
られている。また、この内輪２２の上下両側に位置する
ように、支軸２１の基端と先端には上記の窒化ケイ素系
の焼結体（または永久磁石）からなる平板状のスラスト
板２３，２４がそれぞれ取付けられている。回転多面鏡
３０の軸支部分を構成する回転体としての外輪２５は、
同様に上記の窒化ケイ素系の焼結体によってリング状に
形成されている。このようにして、各部材２２，２３，
２４，２５から、各構造例Ａ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇに対
応する複合軸受構造が構成される。外輪２５の外周には
アルミニウム製の反射枠２７が取付けられている。内輪
２２と外輪２５との間、２つのスラスト板２３，２４と
外輪２５との間には、所定のクリアランスが設けられ
る。また、反射枠２７の外周には、内輪２２を中心とし
て多面体（たとえば八面体）を構成する複数のミラー面
２７ａが形成されている。フレーム２０ａの底壁面の上
においては、支軸２１を中心とする円周上に複数個のコ
イル２８が配列されている。これらのコイル２８に対向
するように、反射枠２７の内側面に複数個の永久磁石２
９が配列されている。外輪２５と反射枠２７とにより、
駆動モータ２０のロータが構成されている。

【００６３】図１４に示された回転多面鏡に本発明の複
合軸受体として、構造例Ｅ，Ｆ，Ｇを用いた場合の性能
評価結果は、それぞれ表２、表３、表４に示される。

【００６４】各表においてて、定常時電流は多面鏡（ポ
リゴンミラー）が定常回転に至ったときの駆動モータの
電流の測定値を示し、駆動トルクに相当する値である。

【００６５】回転中のポリゴンミラーの振れ具合を評価
するために、ミラー面の倒れ角度を測定した。各表に示
される面倒れ角度は、すべてのミラー面を対象にしてそ
の最大振れ幅を測定した値である。

【００６６】なお、構造例Ｅにおいては、図５に示され
るように、内輪１の外径はφ２０ｍｍであり、その長さ
は３０ｍｍである。内輪１と外輪２との間のクリアラン
スは６０μｍである。

【００６７】また、構造例Ｆについては、図６（Ａ）に
示されるように、内輪１の外径はφ２０ｍｍ（窒化ケイ
素系のセラミックス焼結体から構成される部分の外径）
であり、その長さは３０ｍｍである。内輪１と外輪２と
の間のクリアランスは４０μｍである。

【００６８】構造例Ｇにおいては、図７に示されるよう
に、内輪１の外径はφ２０ｍｍであり、その長さは３０
ｍｍである。内輪１と外輪２との間のクリアランスは
２．５μｍである。

【００６９】

【表２】

【００７０】

【表３】

【００７１】

【表４】

【００７２】構造例Ｅ，Ｆ，Ｇのいずれもが、回転数１
０００００ｒ．ｐ．ｍで１００００時間運転後において
もミラーの面倒れ角度は１分の範囲内に抑えられてい
る。以上の結果から、本発明の複合軸受体を用いたポリ
ゴンミラー回転装置は、高速回転を長時間行なっても非
常に優れた回転精度を有する。

【００７３】また、表２〜表４を参照すると、構造例
Ｅ，Ｆ，Ｇのいずれの軸受構造を採用しても、ほぼ同程
度の面倒れ角度の値が得られている。しかしながら、構
造例Ｇ（表４）を採用する場合には、上記のように内輪
と外輪との間のクリアランスを微小な値に設定する必要
がある。これに対して、構造例ＥとＦ（表２と表３）を
採用する場合には、内輪と外輪との間のクリアランスを
上記のように比較的大きな値に設定することができる。

【００７４】図１５は、この発明の複合軸受構造が用い
られるポリゴンミラー回転装置のもう１つの例を概略的
に示す図である。ケース５１の軸芯には回転軸５２が設
けられている。この回転軸５２は、上述の構造例Ａ，
Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇのいずれかの複合軸受体５３によっ
て回転自在に支持されている。複合軸受体５３は、内輪
６０とスラスト板６１，６２と外輪６３とから構成され
ている。複合軸受体５３の外輪６３にロータ５４が取付
けられている。ケース５１には窓５７が設けられてい
る。この窓５７に対向するように多面鏡５６が取付けら
れている。多面鏡５６は回転軸５２の上部に取付けられ
ている。

【００７５】なお、本発明の複合軸受体の実施例とし
て、回転多面鏡の軸受体を示したが、これに限定される
ことはない。たとえば、８００００〜１５００００ｒ．
ｐ．ｍ．の高速度で回転する過給機用タービン軸受、２
００００〜３００００ｒ．ｐ．ｍ．の高速度で回転する
タービン、コンプレッサ用の軸受、ロケットエンジン用
ターボポンプに用いられる高速回転用軸受、ＣＮＣ超精
密旋盤，円筒加工用超精密旋盤，超精密平面研削盤等の
工作機械に用いられる軸受等にも本発明の複合軸受体は
適合され得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の複合軸受体の構造例Ａを概略的に示
す概念図である。

【図２】この発明の比較例による複合軸受体の構造を概
略的に示す概念図（Ａ）と、その構造に用いられる永久
磁石の部分を拡大して示す拡大図（Ｂ）である。

【図３】この発明の複合軸受体の構造例Ｃの２つのタイ
プ（Ａ）と（Ｂ）を概略的に示す概念図である。

【図４】この発明の複合軸受体の構造例Ｄを概略的に示
す概念図である。

【図５】この発明の複合軸受体の構造例Ｅを概略的に示
す概念図である。

【図６】この発明の複合軸受体の構造例Ｆの２つのタイ
プ（Ａ）と（Ｂ）を概略的に示す概念図である。

【図７】この発明の複合軸受体の構造例Ｇの２つのタイ
プ（Ａ）と（Ｂ）を概略的に示す概念図である。

【図８】この発明の複合軸受体の構造例Ｈを概略的に示
す概念図である。

【図９】この発明の複合軸受構造においてラジアル方向
の耐衝撃部材を構成する焼結体の摩耗率とＰ・Ｖの値と
の関係を従来例、比較例とともに示すグラフ（Ａ）と
（Ｂ）である。

【図１０】この発明の複合軸受体の構造例Ｇの軸受性能
を評価するために用いられる試験機の構成を示す概略図
である。

【図１１】この発明の複合軸受体の構造例Ｄの軸受性能
を評価するために用いられる試験機の構成を示す概略図
である。

【図１２】この発明の比較例としての複合軸受体の構造
例Ｈの軸受性能を評価するために用いられる試験機の構
成を示す概略図である。

【図１３】この発明の複合軸受体の性能の一実施例とし
て、回転数と駆動トルクとの関係を示すグラフである。

【図１４】この発明の複合軸受構造が用いられるポリゴ
ンミラーの回転装置の一実施例を概略的に示す構成図で
ある。

【図１５】この発明の複合軸受構造が用いられるポリゴ
ンミラーの回転装置のもう１つの実施例を概略的に示す
構成図である。

【図１６】従来のブッシュタイプの滑り軸受体の構成を
概略的に示す縦断面図である。

【符号の説明】

１内輪２外輪３下部スラスト板４上部スラスト板５ラジアル動圧発生溝６スラスト動圧発生溝７〜１９永久磁石

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＣ０４Ｂ 35/58 １０２Ｚ (72)発明者山川晃兵庫県伊丹市昆陽北一丁目１番１号住友電気工業株式会社伊丹製作所内 (72)発明者松沼健二兵庫県伊丹市昆陽北一丁目１番１号住友電気工業株式会社伊丹製作所内 (72)発明者樋口松夫兵庫県伊丹市昆陽北一丁目１番１号住友電気工業株式会社伊丹製作所内 (72)発明者三宅雅也兵庫県伊丹市昆陽北一丁目１番１号住友電気工業株式会社伊丹製作所内 (56)参考文献特開昭63−139057（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−156070（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−242970（ＪＰ，Ａ) 特開平２−261041（ＪＰ，Ａ) 特開平３−56711（ＪＰ，Ａ) 実開昭60−90417（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F16C 32/00 - 32/06 C04B 35/58

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の負荷を有し、高速度で回転する回
転体を支持する複合軸受構造であって、回転中に前記回転体に加わるラジアル方向の衝撃力を支
持するセラミックス焼結体を含む第１の軸受手段と、前記回転体に加わる軸線方向の負荷荷重を前記回転体と
所定の間隙を保った状態で支持する第２の軸受手段と、前記回転体のラジアル方向の回転精度を維持する第３の
軸受手段とを備え、前記セラミックス焼結体は、窒化ケイ素系セラミックス
焼結体であり、前記窒化ケイ素系セラミックス焼結体は、長さ３０μｍ
あたりの線密度が３５個以上である結晶粒子を含み、そ
の粒界相の体積率が１５体積％以下であり、最大径が２
０μｍ以下の気孔を含み、その気孔の含有率が３％以下
であり、前記第２の軸受手段は、前記回転体の回転によって発生
する気体圧により負荷荷重を支持する動圧気体軸受手段
であり、前記第３の軸受手段は、前記回転体の回転によって発生
する気体圧により回転精度を維持する動圧気体軸受手段
である、複合軸受構造。
【請求項２】前記第２の軸受手段は、前記回転体とと
もに回転する回転部材と、その回転部材に軸線方向に間
隙を保って対向する固定部材とを含む、請求項１に記載
の複合軸受構造。
【請求項３】前記回転部材と前記固定部材は前記セラ
ミックス焼結体からなり、前記回転部材および前記固定
部材のいずれか一方には、気体圧が発生するように軸線
方向の間隙に気体を導入する溝が形成されている、請求
項２に記載の複合軸受構造。
【請求項４】前記第３の軸受手段は、前記回転体とと
もに回転する回転部材と、その回転部材にラジアル方向
に間隙を保って対向する固定部材とを含む、請求項１に
記載の複合軸受構造。
【請求項５】前記回転部材と前記固定部材は前記セラ
ミックス焼結体からなり、前記回転部材および前記固定
部材のいずれか一方には、気体圧が発生するようにラジ
アル方向の間隙に気体を導入する溝が形成されている、
請求項４に記載の複合軸受構造。
【請求項６】所定の負荷を有し、高速度で回転する回
転体を支持する複合軸受構造であって、回転中に前記回転体に加わるラジアル方向の衝撃力を支
持するセラミックス焼結体を含む第１の軸受手段と、前記回転体に加わる軸線方向の負荷荷重を前記回転体と
所定の間隙を保った状態で支持する第２の軸受手段と、前記回転体のラジアル方向の回転精度を維持する第３の
軸受手段とを備え、前記セラミックス焼結体は、窒化ケイ素系セラミックス
焼結体であり、前記窒化ケイ素系セラミックス焼結体は、長さ３０μｍ
あたりの線密度が３５個以上である結晶粒子を含み、そ
の粒界相の体積率が１５体積％以下であり、最大径が２
０μｍ以下の気孔を含み、その気孔の含有率が３％以下
であり、前記第２の軸受手段は、前記回転体の回転によって発生
する気体圧により負荷荷重を支持する動圧気体軸受手段
であり、前記第３の軸受手段は、前記回転体と所定の間隙を保っ
た状態で磁気の吸引力または反発力を利用して回転精度
を維持する磁気軸受手段であり、前記磁気軸受手段は、前記回転体とともに回転する回転
部材と、その回転部材にラジアル方向に間隙を保って対
向する固定部材とを含み、前記回転部材と前記固定部材は、ラジアル方向の間隙に
磁気の吸引力または反発力を発生させる磁石を含み、前記回転部材と前記固定部材は前記セラミックス焼結体
からなり、前記磁石は前記セラミックス焼結体の内部に
埋込まれている、複合軸受構造。
【請求項７】前記第２の軸受手段は、前記回転体とと
もに回転する回転部材と、その回転部材に軸線方向に間
隙を保って対向する固定部材とを含む、請求項６に記載
の複合軸受構造。
【請求項８】前記第２の軸受手段を構成する前記回転
部材と前記固定部材は前記セラミックス焼結体からな
り、前記回転部材および前記固定部材のいずれか一方に
は、気体圧が発生するように軸線方向の間隙に気体を導
入する溝が形成されている、請求項７に記載の複合軸受
構造。
【請求項９】所定の負荷を有し、高速度で回転する回
転体を支持する複合軸受構造であって、回転中に前記回転体に加わるラジアル方向の衝撃力を支
持するセラミックス焼結体を含む第１の軸受手段と、前記回転体に加わる軸線方向の負荷荷重を前記回転体と
所定の間隔を保った状態で支持する第２の軸受手段と、前記回転体のラジアル方向の回転精度を維持する第３の
軸受手段とを備え、前記セラミックス焼結体は、窒化ケイ素系セラミックス
焼結体であり、前記窒化ケイ素系セラミックス焼結体は、長さ３０μｍ
あたりの線密度が３５個以上である結晶粒子を含み、そ
の粒界相の体積率が１５体積％以下であり、最大径が２
０μｍ以下の気孔を含み、その気孔の含有率が３％以下
であり、前記第２の軸受手段は、前記回転体の回転によって発生
する気体圧により負荷荷重を支持する動圧気体軸受手段
であり、前記第３の軸受手段は、前記回転体と所定の間隙を保っ
た状態で回転精度を維持する前記セラミックス焼結体を
含む、複合軸受構造。
【請求項１０】前記動圧気体軸受手段は、前記回転体
とともに回転する回転部材と、その回転部材に軸線方向
に間隙を保って対向する固定部材とを含む、請求項９に
記載の複合軸受構造。
【請求項１１】前記回転部材と前記固定部材は前記セ
ラミックス焼結体からなり、前記回転部材および前記固
定部材のいずれか一方には、気体圧が発生するように軸
線方向の間隙に気体を導入する溝が形成されている、請
求項１０に記載の複合軸受構造。
【請求項１２】所定の負荷を有し、高速度で回転する
回転体を支持する複合軸受構造であって、回転中に前記回転体に加わるラジアル方向の衝撃力を支
持するセラミックス焼結体を含む第１の軸受手段と、前記回転体に加わる軸線方向の負荷荷重を前記回転体と
所定の間隙を保った状態で支持する第２の軸受手段と、前記回転体のラジアル方向の回転精度を維持する第３の
軸受手段とを備え、前記セラミックス焼結体は、窒化ケイ素系セラミックス
焼結体であり、前記窒化ケイ素系セラミックス焼結体は、長さ３０μｍ
あたりの線密度が３５個以上である結晶粒子を含み、そ
の粒界相の体積率が１５体積％以下であり、最大径が２
０μｍ以下の気孔を含み、その気孔の含有率が３％以下
であり、前記第２の軸受手段は、磁気の吸引力または反発力を利
用して負荷荷重を支持する磁気軸受手段であり、前記第３の軸受手段は、前記回転体の回転によって発生
する気体圧により回転精度を維持する動圧気体軸受手段
である、複合軸受構造。
【請求項１３】前記磁気軸受手段は、前記回転体とと
もに回転する回転部材と、その回転部材に軸線方向に間
隙を保って対向する固定部材とを含む、請求項１２に記
載の複合軸受構造。
【請求項１４】前記回転部材と前記固定部材は、軸線
方向の間隙に磁気の吸引力または反発力を発生させる磁
石を含む、請求項１３に記載の複合軸受構造。
【請求項１５】前記動圧気体軸受手段は、前記回転体
とともに回転する回転部材と、その回転部材にラジアル
方向に間隙を保って対向する固定部材とを含む、請求項
１２に記載の複合軸受構造。
【請求項１６】前記回転部材と前記固定部材は前記セ
ラミックス焼結体からなり、前記回転部材および前記固
定部材のいずれか一方には、気体圧が発生するようにラ
ジアル方向の間隙に気体を導入する溝が形成されてい
る、請求項１５に記載の複合軸受構造。
【請求項１７】所定の負荷を有し、高速度で回転する
回転体を支持する複合軸受構造であって、回転中に前記回転体に加わるラジアル方向の衝撃力を支
持するセラミックス焼結体を含む第１の軸受手段と、前記回転体に加わる軸線方向の負荷荷重を前記回転体と
所定の間隙を保った状態で支持する第２の軸受手段と、前記回転体のラジアル方向の回転精度を維持する第３の
軸受手段とを備え、前記セラミックス焼結体は、窒化ケイ素系セラミックス
焼結体であり、前記窒化ケイ素系セラミックス焼結体は、長さ３０μｍ
あたりの線密度が３５個以上である結晶粒子を含み、そ
の粒界相の体積率が１５体積％以下であり、最大径が２
０μｍ以下の気孔を含み、その気孔の含有率が３％以下
であり、前記第２の軸受手段は、磁気の吸引力または反発力を利
用して負荷荷重を支持する磁気軸受手段であり、前記第３の軸受手段は、前記回転体と所定の間隙を保っ
た状態で磁気の吸引力または反発力を利用して回転精度
を維持する磁気軸受手段であり、前記第３の軸受手段は、前記回転体とともに回転する回
転部材と、その回転部材にラジアル方向に間隙を保って
対向する固定部材とを含み、前記回転部材と前記固定部材は、ラジアル方向の間隙に
磁気の吸引力または反発力を発生させる磁石を含み、前記回転部材と前記固定部材は前記セラミックス焼結体
からなり、前記磁石は前記セラミックス焼結体の内部に
埋込まれている、複合軸受構造。
【請求項１８】前記第２の軸受手段は、前記回転体と
ともに回転する回転部材と、その回転部材に軸線方向に
間隙を保って対向する固定部材とを含む、請求項１７に
記載の複合軸受構造。
【請求項１９】前記第２の軸受手段を構成する前記回
転部材と前記固定部材は、軸線方向の間隙に磁気の吸引
力または反発力を発生させる磁石を含む、請求項１８に
記載の複合軸受構造。
【請求項２０】所定の負荷を有し、高速度で回転する
回転体を支持する複合軸受構造であって、回転中に前記回転体に加わるラジアル方向の衝撃力を支
持するセラミックス焼結体を含む第１の軸受手段と、前記回転体に加わる軸線方向の負荷荷重を前記回転体と
所定の間隙を保った状態で支持する第２の軸受手段と、前記回転体のラジアル方向の回転精度を維持する第３の
軸受手段とを備え、前記セラミックス焼結体は、窒化ケイ素系セラミックス
焼結体であり、前記窒化ケイ素系セラミックス焼結体は、長さ３０μｍ
あたりの線密度が３５個以上である結晶粒子を含み、そ
の粒界相の体積率が１５体積％以下であり、最大径が２
０μｍ以下の気孔を含み、その気孔の含有率が３％以下
であり、前記第２の軸受手段は、磁気の吸引力または反発力を利
用して負荷荷重を支持する磁気軸受手段であり、前記第３の軸受手段は、前記回転体と所定の間隙を保っ
た状態で回転精度を維持する前記セラミックス焼結体を
含む、複合軸受構造。
【請求項２１】前記磁気軸受手段は、前記回転体とと
もに回転する回転部材と、その回転部材に軸線方向に間
隙を保って対向する固定部材とを含む、請求項２０に記
載の複合軸受構造。
【請求項２２】前記回転部材と前記固定部材は、軸線
方向の間隙に磁気の吸引力または反発力を発生させる磁
石を含む、請求項２１に記載の複合軸受構造。