JP2000314426A - セラミックベアリング球及びベアリング並びにディスク・ドライブ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 例えばハードディスクのイレギュラ的振動等
を防止できる高い精度を備えたセラミックベアリング球
及びベアリング並びにディスク・ドライブ装置を提供す
ること。 【解決手段】 真球度が０．０８μｍ以下で、表面粗さ
Ｒａが０．０１２μｍ以下であり、且つ表面の最大空孔
サイズが５μｍ以下であることを特徴とするセラミック
ベアリング球。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばコンピュー
タのハードディスク装置、半導体ウエハ転送装置、ＨＤ
Ｄキャリッジアーム、及び低い振動動作を必要とする他
の装置などに使用されるセラミックベアリング球、及び
そのセラミックベアリング球を用いたベアリング、並び
にベアリングを用いたディスク・ドライブ装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ベアリング（軸受け）は、各
種の用途に使用されており、例えば外輪と内輪との間に
ベアリング球を配置した玉軸受け（以下単にベアリング
と記す）は、工作機械を中心として使用されている。

【０００３】特に近年では、ベアリング球として、例え
ば窒化珪素等のセラミックからなるセラミックベアリン
グ球が使用されてきている。例えばコンピュータのハー
ドディスク等のベアリングには、従来、ベアリング球と
して鋼球や超鋼球が使用されているが、コンピュータの
高性能化にしたがい、ベアリングの回転数も高速度化が
要求され、それに伴って、ベアリング球の材質（ボール
材質）も、セラミックが必要となっている。

【０００４】つまり、セラミックは、鋼材に比べてその
密度が小さいので、同じボール寸法でも重量を小さくで
き、よって、摩擦抵抗を小さくできるからである。ま
た、セラミックは、鋼材に比べてその熱膨張係数が小さ
いので、寸法精度を高めることができるからである。更
に、潤滑剤を少なくできるという利点もある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ボール
材質として、単にセラミックを選択しただけでは必ずし
も十分ではない。例えばコンピュータのハードディスク
においては、データの記憶（書き込み）及び読み出しの
際のベアリングのイレギュラ的振動は、性能の致命的欠
陥となるので、工作機械に使用されるベアリング球より
高い精度が要求される。

【０００６】従って、このイレギュラ的振動を防止する
ために、セラミックベアリング球の例えば表面状態等に
検討を加えれば、上述したセラミックベアリング球を用
いる長所に加え、セラミックベアリング球を用いる利点
が一層大きくなる。本発明は前記課題を解決するために
なされたものであり、その目的は、例えばハードディス
クのイレギュラ的振動等を防止できる高い精度を備えた
セラミックベアリング球及びベアリング並びにディスク
・ドライブ装置を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】（１）前記目的を達成す
るための請求項１の発明は、真球度が０．０８μｍ以下
で、表面粗さＲａが０．０１２μｍ以下であり、且つ表
面の最大空孔サイズが５μｍ以下であることを特徴とす
るセラミックベアリング球を要旨とする。

【０００８】本発明のセラミックベアリング球は、真球
度が０．０８μｍ以下、表面粗さＲａが０．０１２μｍ
以下、表面の最大空孔サイズが５μｍ以下であるので、
セラミックベアリング球の表面状態が良好であり、その
寸法精度の高いものである。従って、このセラミックベ
アリング球を、例えばコンピュータのハードディスクの
ベアリングに使用すると、イレギュラ的振動が少なく、
よって、データの書き込みや読み出しを確実に行うこと
ができる。

【０００９】尚、前記真球度、表面粗さＲａ、最大空孔
サイズは、下記の意味である。 真球度 ＪＩＳ Ｂ１５０１の玉軸受用鋼球に関する規定を、本
発明のセラミックベアリング球の規定として用いる。

【００１０】具体的には、真球度は、セラミックベアリ
ング球１個を真円度測定器で互いに９０゜をなす２又は
３赤道表面上の球表面の輪郭を測定し、各々の最小外接
円から球表面までの半径方向の距離の最大値として求め
たものである。 表面粗さＲａ ＪＩＳ Ｂ１５０１の玉軸受用鋼球に関する規定を、本
発明のセラミックベアリング球の規定として用いる。

【００１１】具体的には、表面粗さは、ＪＩＳ Ｂ ０
６５１（触針式表面粗さ測定器）に規定する測定器を用
いてセラミックベアリング球の赤道上を測定し、中心線
平均粗さとして求めたものである。 最大空孔サイズ この最大空孔サイズとは、セラミックベアリング球の表
面に露出している空孔のうち、図１に例示する様に、最
大の径寸法を示すものであり、空孔が複数ある場合に
は、その中の最大の空孔の最大の径寸法である。

【００１２】この最大空孔サイズの測定は、セラミック
ベアリング球の表面を写した例えば金属顕微鏡やＳＥＭ
の画像を用いて行うことができる。 （２）請求項２の発明は、内部の最大空孔サイズが５μ
ｍ以下であることを特徴とする前記請求項１に記載のセ
ラミックベアリング球を要旨とする。

【００１３】セラミックベアリング球に空孔がある場合
には、通常、表面だけでなく内部にもあると考えられる
ので、ここでは、セラミックベアリング球の内部状態を
規定している。従って、このセラミックベアリング球を
研磨して形状や寸法を調節する場合には、内部の空孔が
その表面に露出することになる。

【００１４】（３）請求項３の発明は、窒化珪素を主成
分とすることを特徴とする前記請求項１又は２に記載の
セラミックベアリング球を要旨とする。本発明は、セラ
ミックベアリング球の材質を例示したものである。ここ
では、セラミック材質として窒化珪素を採用すると、硬
質で軽量であり、摩擦も少ない等の多くの利点がある。

【００１５】（４）請求項４の発明は、内輪と外輪とを
有するベアリングであって、前記内輪と外輪との間に、
前記請求項１〜３のいずれかに記載のセラミックベリン
グ球を備えたことを特徴とするベアリングを要旨とす
る。

【００１６】上述したセラミックベアリング球を用いた
ベアリングは、軸ぶれが少なく、精度の高い各種の装置
が得られる。 （５）請求項５の発明は、前記ベアリングは、ハードデ
ィスクを駆動するディスク・ドライブ装置用のベアリン
グであって、前記ベアリングに用いられるセラミックベ
アリング球の真球度が０．０２μｍ以下で、表面粗さＲ
ａが０．００１μｍ以下であり、且つ表面の最大空孔サ
イズが２μｍ以下であることを特徴とする前記請求項４
に記載のベアリングを要旨とする。

【００１７】例えば、ディスク・ドライブ・モータによ
って回転するハードディスクの表層上のメモリ・トラッ
クのピッチの幅が、セラミックベアリング球の真球度の
公差より小さい場合には、ハードディスク表面に記録さ
れた情報（データ）を、レーザや磁気ヘッドで読み取る
際に、エラーが生じる可能性がある。これは、ベアリン
グ中の溝が、直接にメモリ・トラックのデータを正確に
読み込むのに影響を与えるからである。

【００１８】しかし、本発明では、セラミックベアリン
グ球は、優れた表層条件及び高い次元の精度を有してい
るので、ハードディスクを駆動するディスク・ドライブ
装置のベアリングに用いると、データの書き込みや読み
出しを、正確に且つ高い信頼性にて行うことができる。

【００１９】（６）請求項６の発明は、メモリ・トラッ
クを有するハードディスク用のディスク・ドライズ装置
であって、前記ディスク・ドライブ装置は、内輪と外輪
との間にセラミックベアリング球が配置されたベアリン
グを備え、該ベアリングは、ハードディスクのメモリ・
トラックのピッチより軸ぶれが少ないことを特徴とする
ディスク・ドライブ装置を要旨とする。

【００２０】本発明では、ベアリングの軸ぶれは、ハー
ドディスクのメモリ・トラックのピッチより少ないの
で、ハードディスクへのデータの書き込みやハードディ
スクからのデータの読み込みを、正確に且つ高い信頼性
にて行うことができる。 （７）請求項７の発明は、前記ベアリングの軸ぶれが、
前記ハードディスクのメモリ・トラックのピッチの半分
であることを特徴とする前記請求項６に記載のディスク
・ドライブ装置を要旨とする。

【００２１】本発明では、ベアリングの軸ぶれが、ハー
ドディスクのメモリ・トラックのピッチの半分であるの
で、データの書き込みや読み出しを、一層正確に且つ高
い信頼性で行うことができる。尚、前記ディスク・ドラ
イブ装置とは、例えばハードディスクを駆動するディス
ク・ドライブ・モータであり、このモータに使用される
ベアリングは、ディスク・ドライブ・モータベアリング
と称される。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明のセラミックベアリ
ング球及びベアリング並びにディスク・ドライブ装置の
実施の形態の例（実施例）を、図面を参照して説明す
る。 （実施例） ａ）まず、本実施例のセラミックベアリング球の構成に
ついて説明する。

【００２３】本実施例のセラミックベアリング球は、主
成分が窒化珪素からなるセラミックのボールであり、そ
の組成は、例えば、９４重量％窒化珪素、３重量％酸化
アルミニウム、３重量％酸化イットリウムである。この
セラミックベアリング球は、例えば直径２ｍｍの真球で
あり、その真球度は０．０８μｍ以下の例えば０．０２
μｍ、表面粗さＲａは０．０１２μｍ以下の例えば０．
００１μｍ、表面の最大空孔サイズは５μｍ以下の例え
ば２μｍである。

【００２４】このセラミックベアリング球は、ベアリン
グの内輪と外輪との間に配置され、例えばハードディス
クを駆動するディスク・ドライブ・モータのベアリング
（モータベアリング）に用いられる。 ｂ）次に、セラミックベアリング球の製造方法について
説明する。

【００２５】セラミックベアリング球の原料は、窒化
珪素粉末１００重量部に対し、焼結助剤粉末（例えば酸
化アルミニウムと酸化イットリウムとの混合物）を１〜
１０重量部配合し、例えば純水を溶媒としてボールミル
やアトライターにより湿式混合（あるいは湿式混合・粉
砕）して得られる泥奨の形で準備される。

【００２６】次に、造粒法を用いた加工が行われる。
つまり、この泥漿は、例えば特願平１０−２９０７９８
号に示す原料粉末調整用の装置に供給されて、原料粉末
に調整される。調整された原料粉末は、公知の転動造粒
装置により球状に成形（造粒）される。造粒により球状
に成形された成形体は、通常のガス圧焼結又は熱間静水
圧プレス焼結により焼結されて球状窒化珪素焼結体とな
る。

【００２７】’また、これと別の方法として、プレス
法がある。このプレス法では、前記泥漿は、スプレード
ライヤーにより原料粉末に調整され、公知の金型プレス
装置により球状に成形される。球状に成形された成形体
は、通常のガス圧焼結又は熱間静水圧プレス焼結により
焼結されて球状窒化珪素焼結体となる。

【００２８】ここでは、焼結体における空孔の大きさ
は、助剤の種類や量、焼結の際の温度や圧力、原料の平
均粒子径等により調節される。例えば、助剤の量を多く
した場合、焼結温度を高めた場合、焼結の際の圧力を高
めた場合、平均粒子径を小さくした場合などには、焼結
により緻密化が大きく促進されるので、一般に、空孔は
小さくなる。

【００２９】従って、焼結体において、その内部（従っ
て研磨後は表面）の最大空孔サイズを５μｍ以下にする
様に、上述した助剤や焼結の条件等を調節する。 こうして得られた焼結体は、研磨加工を施すことによ
り、直径、真球度、表面粗さＲａ等が調整されて、直径
４ｍｍ以下の窒化珪素製セラミツクベアリング球とな
る。

【００３０】この様にして製造された本実施例のセラミ
ックベアリング球は、真球度は０．０８μｍ以下、表面
粗さＲａは０．０１２μｍ以下、表面の最大空孔サイズ
は５μｍ以下であるので、その表面状態が優れたもので
ある。従って、このセラミックベアリング球を、例えば
コンピュータのハードディスクのベアリングに使用する
と、イレギュラ的振動が少なく、よって、データの書き
込みや読み出しを確実に行うことができる。

【００３１】ｃ）次に、本発明の効果を確認するために
行った実験例について説明する。 熱間静水圧プレスにより、窒化珪素を主成分とする焼
結体のボールを作製した。この際に、ボール内の空孔の
大きさを変更する様に（即ち最大空孔サイズが本発明の
範囲内となる様に）、助剤や焼成条件等を変更した。そ
して、この焼結体のボールを、下記表１に示す真球度及
び表面粗さＲａとなる様に研磨加工して、本発明の範囲
の試料No.１〜１０のセラミックベアリング球を作製し
た。

【００３２】また、同様に、比較例として、各種の空孔
の大きさとなる様に、助剤や焼成条件等を変更するとと
もに、下記表１に示す真球度及び表面粗さＲａとなる様
に研磨加工して、本発明の範囲外の試料No.１１〜１６
のセラミックベアリング球を作製した。

【００３３】これらのセラミックベアリング球を各々
切断し、その切断面における最大空孔サイズを測定し
た。その結果を同じく表１に示す。尚、表面を研磨すれ
ば内部の空孔が露出するので、ここでは、内部の最大空
孔サイズと表面の最大空孔サイズとが同じであると見な
した。

【００３４】そして、図２に示す様に、これらのセラ
ミックベアリング球１を、外輪２と内輪３との間に配置
して玉軸受けとして構成し、外輪１を固定して内輪２を
回転させて、その音響（振動）試験を行った。具体的に
は、外輪２側にて、５０００〜１００００ｒｐｍで回転
する際の音の強さを、マイクロフォン（ピックアップセ
ンサー）４で拾って、そのセンサ出力が所定の許容範囲
（即ち３０ｄＢ）を上回るか否かによって、セラミック
ベアリング球１が好適な表面状態及び精度を有している
か否かを調べた。その結果を同じく下記表１に記す。
尚、表１では、３０ｄＢ以下の試料を○で示し、３０ｄ
Ｂを上回る試料を×で示した。

【００３５】

【表１】 この表１から明かな様に、本発明の範囲のベアリングセ
ラミック球（試料No.１〜１０）を用いたものは、振動
が少なく、例えばコンピュータのハードディスク等に使
用しても好適であることが分かった。それに対して、比
較例のもの（試料No.１１〜１６）は、本発明の条件を
満たしていないので、振動が大きく、好ましくない。

【００３６】尚、本発明は前記実施例になんら限定され
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いうまでもない。 （１）例えば、ベアリングセラミック球の材質として
は、窒化珪素以外に、例えば、アルミナ、ＳｉＣ、ジル
コニア、アルミナジルコニア複合材、サーメット等を採
用できる。

【００３７】（２）また、ディスク・ドライブ・モータ
のベアリングに用いられるセラミックベアリング球とし
ては、その真球度が０．０２μｍ以下で、表面粗さＲａ
が０．００１μｍ以下であり、且つ表面の最大空孔サイ
ズが２μｍ以下であることが望ましい。

【００３８】このような表層条件及び高い精度を有して
いるセラミックベアリング球を、メモリ・トラックを有
するハードディスク用のディスク・ドライズ・モータの
ベアリングに用いる場合には、不規則な振動が生じない
ので、データの読み出しや書き込みを、正確に且つ高い
信頼性で行うことができる。

【００３９】特に、前記ベアリングの軸ぶれが、ハード
ディスクのメモリ・トラックのピッチより少ない場合
（望ましくは軸ぶれがピッチの半分の場合）には、デー
タの読み出しや書き込みを、一層正確に且つ高い信頼性
で行うことができる。

【００４０】

【発明の効果】以上詳述した様に、本発明のセラミック
ベアリング球は、真球度、表面粗さ、最大空孔サイズに
おいて優れており、つまり、セラミックベアリング球の
表面状態が良好であり、その寸法精度の高いものであ
る。

【００４１】従って、このセラミックベアリング球を、
例えばコンピュータのハードディスクのディスク・ドラ
イブ装置のベアリングに使用すると、イレギュラ的振動
が少なく、よって、データの書き込みや読み出しを確実
に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 最大空孔サイズを示す説明図である。

【図２】 実験装置を示す説明図である。

【符号の説明】

１…ベアリングセラミック球 ２…外輪 ３…内輪 ４…マイクロフォン（ピックアップセンサー）

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真球度が０．０８μｍ以下で、表面粗さ
   Ｒａが０．０１２μｍ以下であり、且つ表面の最大空孔
   サイズが５μｍ以下であることを特徴とするセラミック
   ベアリング球。
2. 【請求項２】 内部の最大空孔サイズが５μｍ以下であ
   ることを特徴とする前記請求項１に記載のセラミックベ
   アリング球。
3. 【請求項３】 窒化珪素を主成分とすることを特徴とす
   る前記請求項１又は２に記載のセラミックベアリング
   球。
4. 【請求項４】 内輪と外輪とを有するベアリングであっ
   て、 前記内輪と外輪との間に、前記請求項１〜３のいずれか
   に記載のセラミックベリング球を備えたことを特徴とす
   るベアリング。
5. 【請求項５】 前記ベアリングは、ハードディスクを駆
   動するディスク・ドライブ装置用のベアリングであっ
   て、 前記ベアリングに用いられるセラミックベアリング球の
   真球度が０．０２μｍ以下で、表面粗さＲａが０．００
   １μｍ以下であり、且つ表面の最大空孔サイズが２μｍ
   以下であることを特徴とする前記請求項４に記載のベア
   リング。
6. 【請求項６】 メモリ・トラックを有するハードディス
   ク用のディスク・ドライズ装置であって、 前記ディスク・ドライブ装置は、内輪と外輪との間にセ
   ラミックベアリング球が配置されたベアリングを備え、
   該ベアリングは、ハードディスクのメモリ・トラックの
   ピッチより軸ぶれが少ないことを特徴とするディスク・
   ドライブ装置。
7. 【請求項７】 前記ベアリングの軸ぶれが、前記ハード
   ディスクのメモリ・トラックのピッチの半分であること
   を特徴とする前記請求項６に記載のディスク・ドライブ
   装置。