JP3306940B2 - 複合軸受構造 - Google Patents
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- F16C39/063—Permanent magnets
Description
【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。
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】近
年、ハードディスクドライバ（以下、「ＨＤＤ」と呼
ぶ）の高記憶容量化およびアクセス時間の短縮に伴い、
ＨＤＤの駆動用スピンドルモータには、それに対応した
高い回転速度、高い回転精度が要求されるようになって
きている。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、１００００
ｒ．ｐ．ｍ．程度が耐え得る上限の回転速度であった。
年、ハードディスクドライバ（以下、「ＨＤＤ」と呼
ぶ）の高記憶容量化およびアクセス時間の短縮に伴い、
ＨＤＤの駆動用スピンドルモータには、それに対応した
高い回転速度、高い回転精度が要求されるようになって
きている。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、１００００
ｒ．ｐ．ｍ．程度が耐え得る上限の回転速度であった。
【０００３】このような高い回転速度と高い回転精度が
要求される精密モータをさらに高速度で回転させるため
に、ＳｉＣ、Ｓｉ3 Ｎ4 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。
要求される精密モータをさらに高速度で回転させるため
に、ＳｉＣ、Ｓｉ3 Ｎ4 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Ｓｉ3 Ｎ4 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。
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。
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１１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。
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】本願発明者らはこのような問題点を解決す
るために特願平３−２９８８４１号に記載の複合軸受構
造を発明した。しかしながら、本願発明者らによれば、
上記の複合軸受構造において外部からの衝撃や振動等に
対してスラスト方向の回転精度を維持することが困難で
あることが判明した。たとえば、高速回転中に軸受部材
を含む構造体に外部から衝撃が加わると、軸線方向にロ
ータが振動し、その収斂時間が長くなるという問題が発
生した。
るために特願平３−２９８８４１号に記載の複合軸受構
造を発明した。しかしながら、本願発明者らによれば、
上記の複合軸受構造において外部からの衝撃や振動等に
対してスラスト方向の回転精度を維持することが困難で
あることが判明した。たとえば、高速回転中に軸受部材
を含む構造体に外部から衝撃が加わると、軸線方向にロ
ータが振動し、その収斂時間が長くなるという問題が発
生した。
【０００８】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、高速回転に耐えることができ
るとともに、高い回転精度を維持することが可能な軸受
体の構造を提供することを目的とする。
るためになされたもので、高速回転に耐えることができ
るとともに、高い回転精度を維持することが可能な軸受
体の構造を提供することを目的とする。
【０００９】
【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。さらに、第４の軸受手段は、回転体のスラスト
方向の回転精度を維持する。
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。さらに、第４の軸受手段は、回転体のスラスト
方向の回転精度を維持する。
【００１０】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。第４の軸受手段は、外部から加え
られる衝撃や振動等によって引き起こされる回転体のス
ラスト方向の移動を防止する。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。
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。第４の軸受手段は、外部から加え
られる衝撃や振動等によって引き起こされる回転体のス
ラスト方向の移動を防止する。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。
【００１１】以上のように、この発明によれば、第１、
第２、第３および第４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高い回転精度
で支持するのに適した複合軸受体の構造が提供され得
る。
第２、第３および第４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高い回転精度
で支持するのに適した複合軸受体の構造が提供され得
る。
【００１２】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、破壊靱性値として５ＭＰａ・ｍ1 / 2 以上の機械的
特性を有している。
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、破壊靱性値として５ＭＰａ・ｍ1 / 2 以上の機械的
特性を有している。
【００１３】また、より好ましくは、長さ３０μｍ当た
りの結晶粒子の線密度を５０個以上に高めた焼結体にお
いては、ＪＩＳ３点曲げ強度が１４０ｋｇ／ｍｍ2 以上
に向上し、軸受部材としての耐摩耗性、耐衝撃強度が、
線密度４０個レベルの焼結体の２倍以上に向上する。
りの結晶粒子の線密度を５０個以上に高めた焼結体にお
いては、ＪＩＳ３点曲げ強度が１４０ｋｇ／ｍｍ2 以上
に向上し、軸受部材としての耐摩耗性、耐衝撃強度が、
線密度４０個レベルの焼結体の２倍以上に向上する。
【００１４】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。
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。
【００１５】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。
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。
【００１６】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。
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。
【００１７】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。
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。
【００１８】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。
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。
【００１９】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。
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。
【００２０】この発明のより好ましい第４の局面におい
ては、第４の軸受手段は、回転体とともに回転する回転
部材とその回転部材に軸線方向に対向する固定部材とに
よって半密閉状態で閉じ込められた気体溜まり部を含
む。軸受内部のラジアル方向のクリアランスを通じて空
気の出入りが円滑に行なわれない場合、外部からの衝撃
や振動によって気体溜まり部内の圧力が変動する。この
場合、たとえ外部からの衝撃や振動によって回転体がス
ラスト方向に移動しようとしても、気体溜まり部内の圧
力変動が回転体のスラスト方向の移動を抑制する方向に
働く。これにより、回転体のスラスト方向の移動が抑制
される。その結果、従来に比べて、回転体のスラスト方
向の移動量、回転体のスラスト方向への振動幅、その収
斂時間が小さくなり、スラスト方向の回転精度が向上す
る。
ては、第４の軸受手段は、回転体とともに回転する回転
部材とその回転部材に軸線方向に対向する固定部材とに
よって半密閉状態で閉じ込められた気体溜まり部を含
む。軸受内部のラジアル方向のクリアランスを通じて空
気の出入りが円滑に行なわれない場合、外部からの衝撃
や振動によって気体溜まり部内の圧力が変動する。この
場合、たとえ外部からの衝撃や振動によって回転体がス
ラスト方向に移動しようとしても、気体溜まり部内の圧
力変動が回転体のスラスト方向の移動を抑制する方向に
働く。これにより、回転体のスラスト方向の移動が抑制
される。その結果、従来に比べて、回転体のスラスト方
向の移動量、回転体のスラスト方向への振動幅、その収
斂時間が小さくなり、スラスト方向の回転精度が向上す
る。
【００２１】ここで、半密閉状態について説明する。気
体溜まり部内の空気は、軸受内のクリアランスを通じて
供給または排出されることができる。しかしながら、軸
受内のラジアル方向のクリアランスが小さくなるにつれ
て、円滑な空気の供給や排出ができなくなる。そのた
め、外部から加えられる衝撃や振動に応じて回転体がス
ラスト方向に移動しようとしても、空気の供給や排出が
追随せず、気体溜まり部内の圧力が変化する。このよう
な状態の気体溜まり部を半密閉状態で閉じ込められた気
体溜まり部と称する。上記の現象は軸受内のラジアル方
向のクリアランスが５０μｍ程度から顕著に現れ始め
る。ＨＤＤ等の回転装置に用いられる軸受は２０μｍ以
下のクリアランスを有する。したがって、上記の現象に
基づいた効果は、ＨＤＤ等の駆動用モータの軸受に十分
実用され得る。
体溜まり部内の空気は、軸受内のクリアランスを通じて
供給または排出されることができる。しかしながら、軸
受内のラジアル方向のクリアランスが小さくなるにつれ
て、円滑な空気の供給や排出ができなくなる。そのた
め、外部から加えられる衝撃や振動に応じて回転体がス
ラスト方向に移動しようとしても、空気の供給や排出が
追随せず、気体溜まり部内の圧力が変化する。このよう
な状態の気体溜まり部を半密閉状態で閉じ込められた気
体溜まり部と称する。上記の現象は軸受内のラジアル方
向のクリアランスが５０μｍ程度から顕著に現れ始め
る。ＨＤＤ等の回転装置に用いられる軸受は２０μｍ以
下のクリアランスを有する。したがって、上記の現象に
基づいた効果は、ＨＤＤ等の駆動用モータの軸受に十分
実用され得る。
【００２２】また、気体溜まり部を閉じ込めるための回
転部材は、第１と第２の回転部分を含む。第１の回転部
分は、固定部材にラジアル方向に間隙を保って対向す
る。第２の回転部分は、固定部材に軸線方向に気体溜ま
り部を介在させて対向し、第１の回転部分に固着されて
いる。第２または第３の軸受手段が動圧気体軸受手段に
よって構成される場合には、第２の回転部分は孔を有す
る。動圧気体軸受手段によって所定の間隙に導入された
気体は、第２の回転部分に開けられた孔を通じて排出さ
れる。この場合、気体溜まり部内の圧力と、第２の回転
部分の孔から排出される空気によって発生する推進力と
が釣り合う位置で回転体が保持される。このとき、第２
の回転部分の孔の直径は、気体溜まり部内の圧力変動が
起こる程度に小さくする必要がある。そうすることによ
り、回転体に外部から衝撃や振動等が加えられ、回転体
がスラスト方向に移動しようとしても、軸受内での空気
の出入りが円滑に行なわれない。そのため、気体溜まり
部内の圧力が変動し、その内圧を元に戻そうとする方向
に力が働く。その結果、回転体がスラスト方向に元の位
置に押し戻される。
転部材は、第１と第２の回転部分を含む。第１の回転部
分は、固定部材にラジアル方向に間隙を保って対向す
る。第２の回転部分は、固定部材に軸線方向に気体溜ま
り部を介在させて対向し、第１の回転部分に固着されて
いる。第２または第３の軸受手段が動圧気体軸受手段に
よって構成される場合には、第２の回転部分は孔を有す
る。動圧気体軸受手段によって所定の間隙に導入された
気体は、第２の回転部分に開けられた孔を通じて排出さ
れる。この場合、気体溜まり部内の圧力と、第２の回転
部分の孔から排出される空気によって発生する推進力と
が釣り合う位置で回転体が保持される。このとき、第２
の回転部分の孔の直径は、気体溜まり部内の圧力変動が
起こる程度に小さくする必要がある。そうすることによ
り、回転体に外部から衝撃や振動等が加えられ、回転体
がスラスト方向に移動しようとしても、軸受内での空気
の出入りが円滑に行なわれない。そのため、気体溜まり
部内の圧力が変動し、その内圧を元に戻そうとする方向
に力が働く。その結果、回転体がスラスト方向に元の位
置に押し戻される。
【００２３】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、耐衝撃
性、耐振性に優れ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の軸受手段として磁気軸
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２２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２９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３６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、９、１７、２２、２９および３６
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Ｂ（図２）、構造例Ｃ
（図３）、構造例Ｄ（図４）、構造例Ｅ（図５）および
構造例Ｆ（図６）にそれぞれ対応する。
高速度で回転する回転体を支持するのに適し、耐衝撃
性、耐振性に優れ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の軸受手段として磁気軸
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２２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２９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３６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、９、１７、２２、２９および３６
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Ｂ（図２）、構造例Ｃ
（図３）、構造例Ｄ（図４）、構造例Ｅ（図５）および
構造例Ｆ（図６）にそれぞれ対応する。
【００２４】
【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（第１
と第３）とスラスト軸受手段（第２）の組合せとしてＡ
〜Ｆの構造例が示されている。各構造例はＡ〜Ｆに対応
して図１〜図６にその概略的な構造が示されている。以
下、表１と各図（図１〜図６）を参照して、複合軸受体
の構造の実施例について順に説明する。
は表１に示される。表１には、ラジアル軸受手段（第１
と第３）とスラスト軸受手段（第２）の組合せとしてＡ
〜Ｆの構造例が示されている。各構造例はＡ〜Ｆに対応
して図１〜図６にその概略的な構造が示されている。以
下、表１と各図（図１〜図６）を参照して、複合軸受体
の構造の実施例について順に説明する。
【００２５】
【表１】
【００２６】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と蓋４とを備
える。蓋４は外輪２に接着されている。各部材１〜３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は
内輪１の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。また、蓋４には微小な空気抜き孔
１０１が設けられている。この空気抜き孔１０１は、回
転時に動圧発生溝に沿って導入された空気を逃がすため
のものである。内輪１と外輪２と蓋４とによって囲まれ
た部分が、半密閉状態で閉じ込められた空気溜まり部１
００となる。
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と蓋４とを備
える。蓋４は外輪２に接着されている。各部材１〜３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は
内輪１の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。また、蓋４には微小な空気抜き孔
１０１が設けられている。この空気抜き孔１０１は、回
転時に動圧発生溝に沿って導入された空気を逃がすため
のものである。内輪１と外輪２と蓋４とによって囲まれ
た部分が、半密閉状態で閉じ込められた空気溜まり部１
００となる。
【００２７】上記のように構成された複合軸受体におい
て、外輪２と蓋４が回転体とともに回転するものとし、
内輪１と下部スラスト板３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と下部スラスト板３
とに接触することなく、高速度で回転され得る。
て、外輪２と蓋４が回転体とともに回転するものとし、
内輪１と下部スラスト板３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と下部スラスト板３
とに接触することなく、高速度で回転され得る。
【００２８】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。
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。
【００２９】また、高速回転中に外部から衝撃や振動等
が加えられると、外輪２と蓋４とが上下に、すなわちス
ラスト方向に移動しようとする。この外輪２と蓋４との
上下方向の移動に伴い、空気溜まり部１００内の気圧が
変動する。これにより、外部の大気と空気溜まり部１０
０内との圧力差によって、外輪２と蓋４の移動方向と逆
の方向へ力が働く。その結果、高速回転中に外部から加
えられた振動や衝撃等によって引き起こされる外輪２と
蓋４のスラスト方向の移動が微小な変動となる。すなわ
ち、空気溜まり部１００内の気圧変動が、外輪２と蓋４
のスラスト方向の移動を吸収する。この場合、空気抜き
孔１０１は、動圧発生溝にそって導入された空気を逃が
すために最小限必要な大きさを有する。空気抜き孔１０
１の大きさは、外輪２と蓋４の上下動に空気の出入りが
追随できない程度に小さく抑えることが必要である。
が加えられると、外輪２と蓋４とが上下に、すなわちス
ラスト方向に移動しようとする。この外輪２と蓋４との
上下方向の移動に伴い、空気溜まり部１００内の気圧が
変動する。これにより、外部の大気と空気溜まり部１０
０内との圧力差によって、外輪２と蓋４の移動方向と逆
の方向へ力が働く。その結果、高速回転中に外部から加
えられた振動や衝撃等によって引き起こされる外輪２と
蓋４のスラスト方向の移動が微小な変動となる。すなわ
ち、空気溜まり部１００内の気圧変動が、外輪２と蓋４
のスラスト方向の移動を吸収する。この場合、空気抜き
孔１０１は、動圧発生溝にそって導入された空気を逃が
すために最小限必要な大きさを有する。空気抜き孔１０
１の大きさは、外輪２と蓋４の上下動に空気の出入りが
追随できない程度に小さく抑えることが必要である。
【００３０】構造例Ｂ 図２（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２（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
３と蓋４とを備える。各部材１〜３は主に窒化ケイ素系
のセラミックス焼結体からなる。下部スラスト板３は内
輪１の端面に接触するように設けられている。外輪２
は、内輪１の円筒面と下部スラスト板３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。
受構造を概略的に示す概念図である。図２（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
３と蓋４とを備える。各部材１〜３は主に窒化ケイ素系
のセラミックス焼結体からなる。下部スラスト板３は内
輪１の端面に接触するように設けられている。外輪２
は、内輪１の円筒面と下部スラスト板３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。
【００３１】蓋４は外輪２に接着されている。内輪１と
外輪２と蓋４とによって囲まれた空間が、スラスト方向
の衝撃や振動等を緩衝する空気溜まり部１００となる。
また、蓋４には空気抜き孔１０１が設けられている。空
気抜き孔１０１は、スラスト動圧発生溝に沿って導入さ
れた空気を逃がすのに最小限必要な大きさを有する。空
気抜き孔１０１の大きさは、外輪２と蓋４の上下動に空
気の出入りが追随できない程度に小さく抑えられてい
る。
外輪２と蓋４とによって囲まれた空間が、スラスト方向
の衝撃や振動等を緩衝する空気溜まり部１００となる。
また、蓋４には空気抜き孔１０１が設けられている。空
気抜き孔１０１は、スラスト動圧発生溝に沿って導入さ
れた空気を逃がすのに最小限必要な大きさを有する。空
気抜き孔１０１の大きさは、外輪２と蓋４の上下動に空
気の出入りが追随できない程度に小さく抑えられてい
る。
【００３２】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。
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。
【００３３】以上のように、構造例Ｂ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、ラジアル方向とスラスト方向の突
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。
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、ラジアル方向とスラスト方向の突
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。
【００３４】構造例Ｂの別のタイプが図２（Ｂ）に示さ
れる。図２（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。
れる。図２（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。
【００３５】構造例Ｃ 図３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３と蓋４とを備え
る。蓋４は外輪２に接着されている。蓋４は空気抜き孔
１０１を有する。空気抜き孔１０１は、スラスト動圧発
生溝６によって導入される空気を逃がすのに最小限必要
な大きさを有する。各部材１〜３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。下部ス
ラスト板３は内輪１の端面に接触するように設けられ
る。外輪２は、下部スラスト板３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。
的に示す概念図である。図３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３と蓋４とを備え
る。蓋４は外輪２に接着されている。蓋４は空気抜き孔
１０１を有する。空気抜き孔１０１は、スラスト動圧発
生溝６によって導入される空気を逃がすのに最小限必要
な大きさを有する。各部材１〜３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。下部ス
ラスト板３は内輪１の端面に接触するように設けられ
る。外輪２は、下部スラスト板３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。
【００３６】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。
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。
【００３７】さらに、高速回転中のスラスト方向の衝撃
や振動は、内輪１と外輪２と蓋４とによって囲まれた空
気溜まり部１００によって吸収される。
や振動は、内輪１と外輪２と蓋４とによって囲まれた空
気溜まり部１００によって吸収される。
【００３８】構造例Ｄ 図４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４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と蓋４とを
備える。内輪１と外輪２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。
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と下部スラスト板１３と蓋４とを
備える。内輪１と外輪２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。
【００３９】蓋４は外輪２に接着されている。蓋４は空
気抜き孔１０１を有する。空気抜き孔１０１は、ラジア
ル動圧発生溝５によって導入される空気を逃がすのに最
小限必要な大きさを有する。
気抜き孔１０１を有する。空気抜き孔１０１は、ラジア
ル動圧発生溝５によって導入される空気を逃がすのに最
小限必要な大きさを有する。
【００４０】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えられ、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。それに加えて、内輪１と外輪２と蓋４とによって
囲まれた空気溜まり部１００の作用により、高速回転中
のスラスト方向の衝撃や振動が吸収される。
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えられ、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。それに加えて、内輪１と外輪２と蓋４とによって
囲まれた空気溜まり部１００の作用により、高速回転中
のスラスト方向の衝撃や振動が吸収される。
【００４１】以上のように、構造例Ｄ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。
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。
【００４２】構造例Ｅ 図５（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５（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３と蓋４とを備える。蓋４は外輪２に接着されてい
る。各部材１〜３は窒化ケイ素系のセラミックス焼結体
から主に構成されている。構造例Ｂ（図２（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Ｅ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。スラスト方向の衝撃や振動は、内輪１と外輪２と蓋
４とによって囲まれた空気溜まり部１００の気圧変動に
起因する抑制力によって吸収される。
受体の構造を概略的に示す概念図である。図５（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３と蓋４とを備える。蓋４は外輪２に接着されてい
る。各部材１〜３は窒化ケイ素系のセラミックス焼結体
から主に構成されている。構造例Ｂ（図２（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Ｅ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。スラスト方向の衝撃や振動は、内輪１と外輪２と蓋
４とによって囲まれた空気溜まり部１００の気圧変動に
起因する抑制力によって吸収される。
【００４３】図５（Ｂ）は構造例Ｅの別のタイプを示
す。構造例Ｂ（図２（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。
す。構造例Ｂ（図２（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。
【００４４】構造例Ｆ 図６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と蓋４とを
備える。蓋４は外輪２に接着されている。内輪１と外輪
２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。下部スラスト板１３は内輪
１の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。さら
に、スラスト方向の衝撃や振動は、内輪１と外輪２と蓋
４とによって囲まれた空気溜まり部１００の作用によっ
て吸収される。
概略的に示す概念図である。図６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と蓋４とを
備える。蓋４は外輪２に接着されている。内輪１と外輪
２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。下部スラスト板１３は内輪
１の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。さら
に、スラスト方向の衝撃や振動は、内輪１と外輪２と蓋
４とによって囲まれた空気溜まり部１００の作用によっ
て吸収される。
【００４５】以上の構造例Ａ〜Ｆ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〜
Ｃの空気軸受体に比べて、構造例Ｄ〜Ｆ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。
スラスト方向の荷重の支持構造に関しては、構造例Ａ〜
Ｃの空気軸受体に比べて、構造例Ｄ〜Ｆ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。
【００４６】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，Ｄ）か、磁気軸受体を併用する（構造例
Ｂ，Ｅ）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Ｃ，Ｆ）。
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，Ｄ）か、磁気軸受体を併用する（構造例
Ｂ，Ｅ）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Ｃ，Ｆ）。
【００４７】ラジアル方向の耐衝撃性に関しては、すべ
ての構造例が満足し得る。すべての構造例において、高
速回転中に衝撃力が加えられ、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。
ての構造例が満足し得る。すべての構造例において、高
速回転中に衝撃力が加えられ、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。
【００４８】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。
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。
【００４９】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Ｓｉ3 Ｎ4 の原料粉末を準備した。この
Ｓｉ 3 Ｎ4 の原料粉末を９２重量％、平均粒径が０．８
μｍのＹ2 Ｏ3 粉末を４重量％、平均粒径が０．５μｍ
のＡｌ2 Ｏ3 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。
０．２０μｍ、α結晶化率が９６．５％、酸素量が１．
４重量％であるＳｉ3 Ｎ4 の原料粉末を準備した。この
Ｓｉ 3 Ｎ4 の原料粉末を９２重量％、平均粒径が０．８
μｍのＹ2 Ｏ3 粉末を４重量％、平均粒径が０．５μｍ
のＡｌ2 Ｏ3 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。
【００５０】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、破壊靱性値５ＭＰａ・ｍ1 / 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。
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、破壊靱性値５ＭＰａ・ｍ1 / 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。
【００５１】図７（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７において各曲線ａ〜ｇは以下のサンプル
によって得られた測定結果を示す。
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７において各曲線ａ〜ｇは以下のサンプル
によって得られた測定結果を示す。
【００５２】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。
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。
【００５３】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。
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。
【００５４】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。
（特にＦｉｇ．３）に示された窒化ケイ素系の焼結体の
サンプル。
【００５５】ｆ：市販のアルミナ焼結体 ｇ：市販の炭化ケイ素焼結体
【００５６】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。
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。
【００５７】図７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７
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７の（Ｂ）に示されるように
なる。
明に従った焼結体は耐摩耗性に極めて優れている。図７
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７の（Ｂ）に示されるように
なる。
【００５８】以上のようにして作製された焼結体が、た
とえばハードディスクドライバー用のスピンドルモータ
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。１枚のハードディスクの大きさは、φ５０〜２
００ｍｍ程度の円板で厚み２ｍｍ程度である。また、ハ
ードディスクは、複数枚重ねて回転させられる場合があ
る。そのようなハードディスクの重量は約２０〜１００
０ｇ程度である。したがって、上記のハードディスクを
支持する軸受体の直径を１０ｍｍとし、ハードディスク
の回転数を２０００〜５００００ｒ．ｐ．ｍ．とする
と、その周速は１００〜２６００ｃｍ／ｓとなる。この
とき、軸受面積を３．１４ｃｍ2 とすると、Ｐ・Ｖ（ｋ
ｇ／ｃｍ・ｓ）の値は１〜８２８ｋｇ／ｃｍ・ｓとな
る。この範囲内のＰ・Ｖの値に対して、図７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、
上記のハードディスク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。
とえばハードディスクドライバー用のスピンドルモータ
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。１枚のハードディスクの大きさは、φ５０〜２
００ｍｍ程度の円板で厚み２ｍｍ程度である。また、ハ
ードディスクは、複数枚重ねて回転させられる場合があ
る。そのようなハードディスクの重量は約２０〜１００
０ｇ程度である。したがって、上記のハードディスクを
支持する軸受体の直径を１０ｍｍとし、ハードディスク
の回転数を２０００〜５００００ｒ．ｐ．ｍ．とする
と、その周速は１００〜２６００ｃｍ／ｓとなる。この
とき、軸受面積を３．１４ｃｍ2 とすると、Ｐ・Ｖ（ｋ
ｇ／ｃｍ・ｓ）の値は１〜８２８ｋｇ／ｃｍ・ｓとな
る。この範囲内のＰ・Ｖの値に対して、図７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、
上記のハードディスク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。
【００５９】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。
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。
【００６０】次に、上述の構造例Ｆ，Ｃの各場合につい
てスピンドルモータを作製し、高速回転中に衝撃が加え
られた場合のスラスト方向の回転精度の変化を評価し
た。
てスピンドルモータを作製し、高速回転中に衝撃が加え
られた場合のスラスト方向の回転精度の変化を評価し
た。
【００６１】図８は、上記の評価に用いたスピンドルモ
ータの構成を示す概略図である。図８を参照して、スピ
ンドルモータの軸受２０１の部分に構造例Ｆの軸受を取
付ける。ハブ２０４には軸受の回転する部分が取付けら
れ、取付基材２０５には軸受の固定部分が取付けられ
る。ハブ２０４に取付けられたロータマグネット２０３
が、取付基材２０５に設けられたモータコイル２０２に
対向するように設けられている。
ータの構成を示す概略図である。図８を参照して、スピ
ンドルモータの軸受２０１の部分に構造例Ｆの軸受を取
付ける。ハブ２０４には軸受の回転する部分が取付けら
れ、取付基材２０５には軸受の固定部分が取付けられ
る。ハブ２０４に取付けられたロータマグネット２０３
が、取付基材２０５に設けられたモータコイル２０２に
対向するように設けられている。
【００６２】構造例Ｆの軸受性能を評価するために、図
９に示される本実施例（Ａ）、比較例（Ｂ）（Ｃ）の３
種類の軸受がスピンドルモータの軸受２０１の部分に取
付けられて評価試験が行なわれた。評価試験は、ハブ２
０４を３０，０００ｒ．ｐ．ｍ．で回転させながら、外
部から０．３Ｎ・ｍの衝撃を加えることによって行なわ
れた。ハブ２０４の上面をレーザ変位計で計測すること
により、ハブ２０４の上方への変位量が測定された。ま
た、トルク変動に相当するモータ電流量の変動幅も測定
された。
９に示される本実施例（Ａ）、比較例（Ｂ）（Ｃ）の３
種類の軸受がスピンドルモータの軸受２０１の部分に取
付けられて評価試験が行なわれた。評価試験は、ハブ２
０４を３０，０００ｒ．ｐ．ｍ．で回転させながら、外
部から０．３Ｎ・ｍの衝撃を加えることによって行なわ
れた。ハブ２０４の上面をレーザ変位計で計測すること
により、ハブ２０４の上方への変位量が測定された。ま
た、トルク変動に相当するモータ電流量の変動幅も測定
された。
【００６３】比較例（Ｂ）においては、図９に示すよう
に、軸受の上方にスラスト板４０が設けられ、外輪２と
スラスト板４０との間隙は４０μｍに設定された。比較
例（Ｃ）の構造では、軸受の上方が開放された。なお、
（Ａ）〜（Ｃ）の３つの軸受構造において、内輪１の外
径はφ１０ｍｍ、ラジアル方向のクリアランスは１０μ
ｍに設定された。
に、軸受の上方にスラスト板４０が設けられ、外輪２と
スラスト板４０との間隙は４０μｍに設定された。比較
例（Ｃ）の構造では、軸受の上方が開放された。なお、
（Ａ）〜（Ｃ）の３つの軸受構造において、内輪１の外
径はφ１０ｍｍ、ラジアル方向のクリアランスは１０μ
ｍに設定された。
【００６４】上記の評価結果は表２に示されている。
【００６５】
【表２】
【００６６】本発明例（Ａ）の軸受構造においては、外
部からの衝撃が加えられても、ハブの上方への変位量は
極めて小さく、トルク変動に相当するモータ電流の変動
幅もほとんど無視し得る程度に小さかった。一方、比較
例（Ｂ）の軸受構造においては、ハブの上方への変位量
はスラスト板によって抑えられるため、４０μｍであっ
た。しかし、外輪２とスラスト板４０との接触により、
回転トルクの変動が大きくなった。比較例（Ｃ）の軸受
構造においては、ハブの上方への変位を抑える手段が設
けられていないため、１５０μｍと非常に大きな変位量
が観測された。以上の結果から、空気溜まり部１００を
設けることにより、外部からの衝撃等の外乱に対して高
い回転精度がスラスト方向において維持され得ることが
判明した。
部からの衝撃が加えられても、ハブの上方への変位量は
極めて小さく、トルク変動に相当するモータ電流の変動
幅もほとんど無視し得る程度に小さかった。一方、比較
例（Ｂ）の軸受構造においては、ハブの上方への変位量
はスラスト板によって抑えられるため、４０μｍであっ
た。しかし、外輪２とスラスト板４０との接触により、
回転トルクの変動が大きくなった。比較例（Ｃ）の軸受
構造においては、ハブの上方への変位を抑える手段が設
けられていないため、１５０μｍと非常に大きな変位量
が観測された。以上の結果から、空気溜まり部１００を
設けることにより、外部からの衝撃等の外乱に対して高
い回転精度がスラスト方向において維持され得ることが
判明した。
【００６７】また、本実施例（Ａ）の軸受構造におい
て、空気溜まり部１００の高さＬを０．５〜５ｍｍと変
化させて上記と同様の衝撃試験が行なわれた。その結果
は表３に示される。
て、空気溜まり部１００の高さＬを０．５〜５ｍｍと変
化させて上記と同様の衝撃試験が行なわれた。その結果
は表３に示される。
【００６８】
【表３】
【００６９】表３の結果から明らかなように、空気溜ま
り部１００の容積を小さくするほど、スラスト方向の変
位を抑制する効果が大きくなることがわかる。これは、
空気溜まり部１００内の圧力変化の割合が空気溜まり部
１００の容積が小さいほど大きいためと考えられる。
り部１００の容積を小さくするほど、スラスト方向の変
位を抑制する効果が大きくなることがわかる。これは、
空気溜まり部１００内の圧力変化の割合が空気溜まり部
１００の容積が小さいほど大きいためと考えられる。
【００７０】次に、図８に示されるスピンドルモータの
軸受２０１の部分に構造例Ｃの軸受が取付けられた。構
造例Ｃの軸受性能を評価するために、図１０に示される
本実施例（Ａ）、比較例（Ｂ）（Ｃ）の３種類の軸受が
取付けられた。ハブ２０４を２０，０００ｒ．ｐ．ｍ．
で回転させながら、外部から０．５Ｎ・ｍの衝撃を加え
た。このときに、ハブ２０４の上面の上下量をレーザ変
位計で計測することにより、ハブ２０４の上方への変位
量が測定された。同時にトルク変動に相当するモータ電
流量の変動幅も測定された。
軸受２０１の部分に構造例Ｃの軸受が取付けられた。構
造例Ｃの軸受性能を評価するために、図１０に示される
本実施例（Ａ）、比較例（Ｂ）（Ｃ）の３種類の軸受が
取付けられた。ハブ２０４を２０，０００ｒ．ｐ．ｍ．
で回転させながら、外部から０．５Ｎ・ｍの衝撃を加え
た。このときに、ハブ２０４の上面の上下量をレーザ変
位計で計測することにより、ハブ２０４の上方への変位
量が測定された。同時にトルク変動に相当するモータ電
流量の変動幅も測定された。
【００７１】比較例（Ｂ）の軸受構造においては、軸受
の上方にスラスト板４０が設けられ、２０，０００ｒ．
ｐ．ｍ．で回転中の外輪２とスラスト板４０との間の間
隙が５０μｍに設定された。比較例（Ｂ）の軸受構造に
おいては、軸受の上方が開放された。なお、図１０の
（Ａ）〜（Ｃ）の３つの軸受構造において、内輪１の外
径はφ１５ｍｍ、ラジアル方向のクリアランスは１５μ
ｍに設定された。本実施例（Ａ）の軸受構造において、
蓋４にはφ０．５ｍｍの空気抜き孔１０１が設けられ
た。
の上方にスラスト板４０が設けられ、２０，０００ｒ．
ｐ．ｍ．で回転中の外輪２とスラスト板４０との間の間
隙が５０μｍに設定された。比較例（Ｂ）の軸受構造に
おいては、軸受の上方が開放された。なお、図１０の
（Ａ）〜（Ｃ）の３つの軸受構造において、内輪１の外
径はφ１５ｍｍ、ラジアル方向のクリアランスは１５μ
ｍに設定された。本実施例（Ａ）の軸受構造において、
蓋４にはφ０．５ｍｍの空気抜き孔１０１が設けられ
た。
【００７２】上記の評価結果は表４に示される。
【００７３】
【表４】
【００７４】表４から明らかなように、本実施例（Ａ）
の軸受構造においては、外部から衝撃が加えられても、
ハブの上方への変位量は極めて小さく、トルク変動に相
当するモータ電流の変動幅もほとんど無視し得る程度に
小さかった。一方、比較例（Ｂ）の軸受構造において
は、ハブの上方への変位量はスラスト板によって抑えら
れるため、５０μｍであった。しかし、外輪２とスラス
ト板４０との接触により、回転トルクに相当するモータ
電流の変動が大きかった。比較例（Ｃ）の軸受構造にお
いては、ハブの上方への変位を抑える手段が設けられて
いないため、１８０μｍと非常に大きな変位量が観測さ
れた。
の軸受構造においては、外部から衝撃が加えられても、
ハブの上方への変位量は極めて小さく、トルク変動に相
当するモータ電流の変動幅もほとんど無視し得る程度に
小さかった。一方、比較例（Ｂ）の軸受構造において
は、ハブの上方への変位量はスラスト板によって抑えら
れるため、５０μｍであった。しかし、外輪２とスラス
ト板４０との接触により、回転トルクに相当するモータ
電流の変動が大きかった。比較例（Ｃ）の軸受構造にお
いては、ハブの上方への変位を抑える手段が設けられて
いないため、１８０μｍと非常に大きな変位量が観測さ
れた。
【００７５】以上の結果から、空気溜まり部１００を設
けることにより、外部からの衝撃等の外乱に対して高い
回転精度がスラスト方向において維持され得ることが判
明した。
けることにより、外部からの衝撃等の外乱に対して高い
回転精度がスラスト方向において維持され得ることが判
明した。
【００７６】また、図１０の本実施例（Ａ）の軸受構造
において、空気溜まり部１００の高さＬを０．３〜３ｍ
ｍと変化させて上記と同様の衝撃試験を行なった。その
結果は表５に示される。
において、空気溜まり部１００の高さＬを０．３〜３ｍ
ｍと変化させて上記と同様の衝撃試験を行なった。その
結果は表５に示される。
【００７７】
【表５】
【００７８】表５の結果から明らかなように、空気溜ま
り部１００の容積を小さくするほど、ハブのスラスト方
向の変位を抑制する効果が大きくなることがわかる。こ
れは、空気溜まり部１００内の圧力変化の割合が、空気
溜まり部１００の容積が小さいほど大きいためと考えら
れる。
り部１００の容積を小さくするほど、ハブのスラスト方
向の変位を抑制する効果が大きくなることがわかる。こ
れは、空気溜まり部１００内の圧力変化の割合が、空気
溜まり部１００の容積が小さいほど大きいためと考えら
れる。
【００７９】さらに、図１０の本実施例（Ａ）の軸受構
造において、蓋４に設けられる空気抜き孔１０１の直径
Ｄを０．５〜５ｍｍと変化させて上記と同様の衝撃試験
を行なった。その結果は表６に示される。なお、この場
合、Ｌ＝１ｍｍと設定した。
造において、蓋４に設けられる空気抜き孔１０１の直径
Ｄを０．５〜５ｍｍと変化させて上記と同様の衝撃試験
を行なった。その結果は表６に示される。なお、この場
合、Ｌ＝１ｍｍと設定した。
【００８０】
【表６】
【００８１】表６に示されるように、比較例（Ｃ）のよ
うに軸受の上方を開放した場合と比べると、空気抜き孔
の直径（Ｄ）が５ｍｍの場合でも、ハブの上方への変位
量を抑制する効果は現れている。しかしながら、ハブの
上方への変位量をより小さく抑制するためには、好まし
くは空気抜き孔の直径を、スラスト動圧発生溝に沿って
導入される空気を逃がすために必要な最小限の大きさに
抑えるのがよい。
うに軸受の上方を開放した場合と比べると、空気抜き孔
の直径（Ｄ）が５ｍｍの場合でも、ハブの上方への変位
量を抑制する効果は現れている。しかしながら、ハブの
上方への変位量をより小さく抑制するためには、好まし
くは空気抜き孔の直径を、スラスト動圧発生溝に沿って
導入される空気を逃がすために必要な最小限の大きさに
抑えるのがよい。
【００８２】なお、本発明の複合軸受体の実施例とし
て、ハードディスクドライバーや光磁気ディスクドライ
バーに用いられるスピンドルモータの軸受体を示した
が、これに限定されることはない。たとえば、８０００
０〜１５００００ｒ．ｐ．ｍ．の高速度で回転する過給
機用タービン軸受、２００００〜３００００ｒ．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。
て、ハードディスクドライバーや光磁気ディスクドライ
バーに用いられるスピンドルモータの軸受体を示した
が、これに限定されることはない。たとえば、８０００
０〜１５００００ｒ．ｐ．ｍ．の高速度で回転する過給
機用タービン軸受、２００００〜３００００ｒ．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。
す概念図である。
【図２】この発明の複合軸受体の構造例Ｂの２つのタイ
プ（Ａ）と（Ｂ）を概略的に示す概念図である。
プ（Ａ）と（Ｂ）を概略的に示す概念図である。
【図３】この発明の複合軸受体の構造例Ｃを概略的に示
す概念図である。
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。
す概念図である。
【図５】この発明の複合軸受体の構造例Ｅの２つのタイ
プ（Ａ）と（Ｂ）を概略的に示す概念図である。
プ（Ａ）と（Ｂ）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を概略的に示
す概念図である。
す概念図である。
【図７】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。
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８】この発明の複合軸受体の構造例Ｃ，Ｆの軸受性
能を評価するために用いられるスピンドルモータの構成
を示す概略図である。
能を評価するために用いられるスピンドルモータの構成
を示す概略図である。
【図９】この発明の複合軸受体の構造例Ｆの軸受性能を
評価するために用いられる軸受として本実施例（Ａ），
比較例（Ｂ）（Ｃ）の構成を示す概略図である。
評価するために用いられる軸受として本実施例（Ａ），
比較例（Ｂ）（Ｃ）の構成を示す概略図である。
【図１０】この発明の複合軸受体の構造例Ｃの軸受性能
を評価するために用いられる軸受として本実施例
（Ａ），比較例（Ｂ）（Ｃ）の構成を示す概略図であ
る。
を評価するために用いられる軸受として本実施例
（Ａ），比較例（Ｂ）（Ｃ）の構成を示す概略図であ
る。
【図１１】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。
概略的に示す縦断面図である。
１ 内輪 ２ 外輪 ３ 下部スラスト板 ４ 蓋 ５ ラジアル動圧発生溝 ６ スラスト動圧発生溝 ７〜１７ 永久磁石 １００ 空気溜まり部 １０１ 空気抜き孔
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−18512（ＪＰ，Ａ) 実開 平３−78122（ＪＰ，Ｕ) 実開 平３−85715（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F16C 32/00 F16C 17/02 F16C 32/04 F16C 33/24
Claims (39)
- 【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えられ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、 前記回転体に加えられ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、 前記回転体のスラスト方向の回転精度を維持する第４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
であり、 前記第４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対向する固定部材と
によって半密閉状態で閉じ込められた気体溜まり部を含
む、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】 前記第３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】 前記第４の軸受手段を構成する前記回転
部材は、前記固定部材にラジアル方向に間隙を保って対
向する第１の回転部分と、前記固定部材に軸線方向に気
体溜まり部を介在させて対向し、前記第１の回転部分に
固着された第２の回転部分とを含む、請求項１に記載の
複合軸受構造。 - 【請求項７】 前記第２の軸受手段が、前記回転体の回
転によって所定の間隙に気体を導入し、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２の回転部分は、前記第２の軸受手段によって所
定の間隙に導入された気体を排出するための孔を有す
る、請求項６に記載の複合軸受構造。 - 【請求項８】 前記第３の軸受手段が、前記回転体の回
転によって所定の間隙に気体を導入し、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り、 前記第２の回転部分は、前記第３の軸受手段によって所
定の間隙に導入された気体を排出するための孔を有す
る、請求項６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えられ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、 前記回転体に加えられ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、 前記回転体のスラスト方向の回転精度を維持する第４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、 前記第４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対向する固定部材と
によって半密閉状態で閉じ込められた気体溜まり部を含
む、複合軸受構造。 - 【請求項１０】 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９に記
載の複合軸受構造。 - 【請求項１１】 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１０に記載の複合軸
受構造。 - 【請求項１２】 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９
に記載の複合軸受構造。 - 【請求項１３】 前記第３の軸受手段を構成する前記回
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む、請求項１
２に記載の複合軸受構造。 - 【請求項１４】 前記第３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、前記磁石は前記セラミックス焼結体の内部に埋め込
まれている、請求項１３に記載の複合軸受構造。 - 【請求項１５】 前記第４の軸受手段を構成する前記回
転部材は、前記固定部材にラジアル方向に間隙を保って
対向する第１の回転部分と、前記固定部材に軸線方向に
気体溜まり部を介在させて対向し、前記第１の回転部分
に固着された第２の回転部分とを含む、請求項９に記載
の複合軸受構造。 - 【請求項１６】 前記第２の軸受手段が、前記回転体の
回転によって所定の間隙に気体を導入し、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２の回転部分は、前記第２の軸受手段によって所
定の間隙に導入された気体を排出するための孔を有す
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えられ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、 前記回転体に加えられ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、 前記回転体のスラスト方向の回転精度を維持する第４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
含み、 前記第４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対向する固定部材と
によって半密閉状態で閉じ込められた気体溜まり部を含
む、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１８に記載の複合軸
受構造。 - 【請求項２０】 前記第４の軸受手段を構成する前記回
転部材は、前記固定部材にラジアル方向に間隙を保って
対向する第１の回転部分と、前記固定部材に軸線方向に
気体溜まり部を介在させて対向し、前記第１の回転部分
に固着された第２の回転部分とを含む、請求項１７に記
載の複合軸受構造。 - 【請求項２１】 前記第２の軸受手段が、前記回転体の
回転によって所定の間隙に気体を導入し、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２の回転部分は、前記第２の軸受手段によって所
定の間隙に導入された気体を排出するための孔を有す
る、請求項２０に記載の複合軸受構造。 - 【請求項２２】 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えられ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、 前記回転体に加えられ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、 前記回転体のスラスト方向の回転精度を維持する第４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
であり、 前記第４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対向する固定部材と
によって半密閉状態で閉じ込められた気体溜まり部を含
む、複合軸受構造。 - 【請求項２３】 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２２に
記載の複合軸受構造。 - 【請求項２４】 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２３に
記載の複合軸受構造。 - 【請求項２５】 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２
２に記載の複合軸受構造。 - 【請求項２６】 前記第３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２５に記載の複
合軸受構造。 - 【請求項２７】 前記第４の軸受手段を構成する前記回
転部材は、前記固定部材にラジアル方向に間隙を保って
対向する第１の回転部分と、前記固定部材に軸線方向に
気体溜まり部を介在させて対向し、前記第１の回転部分
に固着された第２の回転部分とを含む、請求項２２に記
載の複合軸受構造。 - 【請求項２８】 前記第３の軸受手段が、前記回転体の
回転によって所定の間隙に気体を導入し、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り、 前記第２の回転部分は、前記第３の軸受手段によって所
定の間隙に導入された気体を排出するための孔を有す
る、請求項２７に記載の複合軸受構造。 - 【請求項２９】 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えられ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、 前記回転体に加えられ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、 前記回転体のスラスト方向の回転精度を維持する第４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４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対向する固定部材と
によって半密閉状態で閉じ込められた気体溜まり部を含
む、複合軸受構造。 - 【請求項３０】 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２９に
記載の複合軸受構造。 - 【請求項３１】 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３０に
記載の複合軸受構造。 - 【請求項３２】 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２
９に記載の複合軸受構造。 - 【請求項３３】 前記第３の軸受手段を構成する前記回
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む、請求項３
２に記載の複合軸受構造。 - 【請求項３４】 前記第３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、前記磁石は前記セラミックス焼結体の内部に埋め込
まれている、請求項３３に記載の複合軸受構造。 - 【請求項３５】 前記第４の軸受手段を構成する前記回
転部材は、前記固定部材にラジアル方向に間隙を保って
対向する第１の回転部分と、前記固定部材に軸線方向に
気体溜まり部を介在させて対向し、前記第１の回転部分
に固着された第２の回転部分とを含む、請求項２９に記
載の複合軸受構造。 - 【請求項３６】 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えられ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、 前記回転体に加えられ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、 前記回転体のスラスト方向の回転精度を維持する第４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
含み、 前記第４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対向する固定部材と
によって半密閉状態で閉じ込められた気体溜まり部を含
む、複合軸受構造。 - 【請求項３７】 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３６に
記載の複合軸受構造。 - 【請求項３８】 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３７に
記載の複合軸受構造。 - 【請求項３９】 前記第４の軸受手段を構成する前記回
転部材は、前記固定部材にラジアル方向に間隙を保って
対向する第１の回転部分と、前記固定部材に軸線方向に
気体溜まり部を介在させて対向し、前記第１の回転部分
に固着された第２の回転部分とを含む、請求項３６に記
載の複合軸受構造。
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