(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化ジルコニウム焼結体からなる電子機器用耐摩耗性部材であって、前記酸化ジルコニウム焼結体は、内層部と、電気抵抗値が1〜105Ω・mの範囲であると共に前記内層部より電気抵抗値が低い表層部とを有することを特徴とする電子機器用耐摩耗性部材。
【請求項２】
請求項１記載の電子機器用耐摩耗性部材において、
前記表層部は10-5Ω・m以下の電気抵抗値を有する導電性付与材を含有することを特徴とする電子機器用耐摩耗性部材。
【請求項３】
請求項２記載の電子機器用耐摩耗性部材において、
前記導電性付与材は、４Ａ族元素、５Ａ族元素、６Ａ族元素、７Ａ族元素、珪素、硼素の炭化物および窒化物から選ばれる少なくとも1種からなることを特徴とする電子機器用耐摩耗性部材。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項記載の電子機器用耐摩耗性部材において、
前記表層部は厚さ方向の中心までの距離に対して表面から1/3までの範囲に形成されていることを特徴とする電子機器用耐摩耗性部材。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項記載の電子機器用耐摩耗性部材において、
前記表層部は厚さ方向に対して表面から10μm以上の範囲に形成されていることを特徴とする電子機器用耐摩耗性部材。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか１項記載の電子機器用耐摩耗性部材において、
前記表層部の最大厚さと最小厚さの差が5μm以下であることを特徴とする電子機器用耐摩耗性部材。
【請求項７】
請求項２または請求項３のいずれか１項記載の電子機器用耐摩耗性部材において、
前記導電性付与材の凝集部の最大径が10μm以下であることを特徴とする電子機器用耐摩耗性部材。
【請求項８】
電気抵抗値が1〜105Ω・mの範囲であり、かつ2〜5mol％の希土類化合物と0.5〜3mol％のアルカリ土類化合物を共に含む酸化ジルコニウム焼結体からなる電子機器用耐摩耗性部材であって、
前記酸化ジルコニウム焼結体は、電気抵抗値が10-5Ω・m以下であると共に平均粒子径が2μm以下の粒子形状を有する導電性付与材を含有し、かつ前記導電性付与材の凝集部の最大径が10μm以下であることを特徴とする電子機器用耐摩耗性部材。
【請求項９】
請求項８記載の電子機器用耐摩耗性部材において、
前記導電性付与材は、４Ａ族元素、５Ａ族元素、６Ａ族元素、７Ａ族元素、珪素、硼素の炭化物および窒化物から選ばれる少なくとも1種からなることを特徴とする電子機器用耐摩耗性部材。
【請求項１０】
請求項９記載の電子機器用耐摩耗性部材において、
前記導電性付与材は、タンタル、ニオブ、クロム、タングステン、モリブデン、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、マンガンおよび珪素から選ばれる少なくとも1種の炭化物からなることを特徴とする電子機器用耐摩耗性部材。
【請求項１１】
請求項８ないし請求項１０のいずれか１項記載の電子機器用耐摩耗性部材において、
前記酸化ジルコニウム焼結体中の任意の直線距離50μmにおける前記導電性付与材の存在数が3〜20個の範囲であることを特徴とする電子機器用耐摩耗性部材。
【請求項１２】
請求項１ないし請求項１１のいずれか１項記載の電子機器用耐摩耗性部材において、
前記電子機器用耐摩耗性部材は転動体であることを特徴とする電子機器用耐摩耗性部材。
【請求項１３】
請求項１２記載の電子機器用耐摩耗性部材において、
前記電子機器用耐摩耗性部材はベアリングボールであることを特徴とする電子機器用耐摩耗性部材。
【請求項１４】
請求項１３記載の電子機器用耐摩耗性部材において、
前記ベアリングボールは3mm以下の直径を有することを特徴とする電子機器用耐摩耗性部材。
【請求項１５】
請求項１ないし請求項１４のいずれか１項記載の電子機器用耐摩耗性部材において、
前記電子機器用耐摩耗性部材は、磁気記録装置または光ディスク装置に用いられることを特徴とする電子機器用耐摩耗性部材。
【請求項１６】
請求項１５記載の電子機器用耐摩耗性部材において、
前記電子機器用耐摩耗性部材は、ハードディスクドライブに用いられることを特徴とする電子機器用耐摩耗性部材。
【請求項１７】
請求項１ないし請求項１１のいずれか１項記載の電子機器用耐摩耗性部材からなるベアリングボールを具備することを特徴とするベアリング。
【請求項１８】
請求項１７記載のベアリングにおいて、
ボール受け部が金属材料からなることを特徴とするベアリング。
【請求項１９】
請求項１７または請求項１８記載のベアリングを具備することを特徴とするスピンドルモータ。
【請求項２０】
請求項１９記載のスピンドルモータにおいて、
前記ベアリングが装着された固定軸と、前記固定軸に前記ベアリングを介して回転可能に支持され、かつロータ磁石を有するロータ部と、前記ロータ磁石と所定の間隙を持って対向配置されたステータコイルを有するステータ部とを具備することを特徴とするスピンドルモータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、静電気による不具合を改善した電子機器用耐摩耗性部材と、それを用いたベアリングおよびスピンドルモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）やプロッピーディスクドライブ（ＦＤＤ）などの磁気記録装置、ＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤなどの光ディスク装置、各種ゲーム機器などの発達には目覚しいものがある。これら電子機器においては、通常、スピンドルモータなどの回転駆動装置により回転軸を高速回転させ、この回転軸に装着された各種ディスクを機能させている。
【０００３】
従来、このような回転軸を支える軸受部材、特にベアリングボールには軸受鋼などの金属が主として用いられてきた。しかし、軸受鋼などの金属材料は耐摩耗性が不十分であることから、例えば電子機器のように５０００ｒｐｍ以上の高速回転が要求される分野においては、寿命のバラツキが増大することで信頼性のある回転駆動が提供できないというような問題が生じている。
【０００４】
このような不具合を解消するために、近年ではベアリングボールに窒化珪素焼結体などのセラミックス材料が用いられるようになってきている（例えば特開２０００−３１４４２６公報参照）。窒化珪素焼結体はセラミックス材料の中でも摺動特性に優れ、良好な耐摩耗性を有するものである。従って、高速回転を行う場合においても、機械的に信頼性のある回転駆動を提供することが可能となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、窒化珪素製ベアリングボールは電気的に絶縁物であるため、高速回転を行った際に発生する静電気を、軸受鋼などの金属材料からなる回転軸やボール受け部材などのベアリングボール以外の軸受部材に上手く逃がすことができないといった問題が発生してしまう。このように、静電気を上手く発散することができず、それによりベアリングや周辺部品が必要以上に帯電してしまうと、例えばＨＤＤのように磁気的信号を用いる記録装置では記録媒体に悪影響を与えることになる。その結果として、ＨＤＤ内の記録内容が失われてしまったり、さらにはＨＤＤなどの電子機器そのものが破壊されてしまうといった現象が起きることが懸念されている。
【０００６】
さらに、携帯用パソコン、電子手帳、各種モバイル製品などは年々小型化されており、それらに用いられるＨＤＤなどに対しても年々高容量化、小型化の要望が強くなっている。このような要求に応じるために、例えばＨＤＤではさらなる高速回転化が進められており、将来的には約１００００ｒｐｍ以上の高速回転が実現されることが予測されている。このような高速回転を支えているのは回転軸、ベアリングボール、ボール受け部からなるベアリングであり、その過大な圧力は実質的にベアリングボールに集中することとなる。
【０００７】
加えて、高速回転を行うとベアリングボールの摺動に基づく加熱量が増大することになる。この際、窒化珪素は回転軸やボール受け部を構成する軸受鋼（例えばＳＵＪ２）と線膨張係数が大きく異なるため、金属部材の熱膨張に伴う変形により騒音や異音が生じたり、また熱膨張に伴う熱歪により非同期フレが生じるなどの問題を招くことになる。このような点からも、従来の窒化珪素製ベアリングボールは長時間の高速回転に十分に対応しているとは言えない。
【０００８】
上述したような高速回転に起因する問題点に対して、線膨張係数が金属に近似する酸化ジルコニウム焼結体からなるベアリングボールを用いたベアリングが提案されている（特開平１１−２２３２２０号公報参照）。酸化ジルコニウム焼結体はさらに窒化珪素焼結体に比べて破壊靭性に優れるというような特性を有するものの、窒化珪素製ベアリングボールと同様に電気的に絶縁物であるため、高速回転を行った際に発生する静電気が蓄積され、この静電気に基づいて種々の問題が生じることについては何等解消されていない。
【０００９】
一方、電気抵抗値が１０−５Ω・ｍ程度の導電性酸化ジルコニウム焼結体が知られている（特公平１−２４７４７号公報、同３−５１６６７号公報参照）。このような導電性酸化ジルコニウム焼結体は、主に切削工具や抵抗発熱体などに使用されており、導電性（低電気抵抗）を実現するために炭化物などの導電性付与物を多量に添加している。多量の導電性付与物を添加した酸化ジルコニウム焼結体においては、電気抵抗値自体は下がるものの、多量に添加された導電性付与物同士が凝集しやくすく、これが酸化ジルコニウム焼結体の機械的強度や摺動特性などを低下させる原因になっている。
【００１０】
例えば、ベアリングボールのように、常に圧縮応力および／または引張り応力の繰り返し疲労を受けるような用途においては、凝集粒子が多数存在するとそこから亀裂が入りやすくなり、摺動特性が大幅に劣化してしまう。従って、上記公報に記載されているような導電性酸化ジルコニウム焼結体は、ベアリングボールのような耐摩耗性部材には到底適用することができない。上記公報は導電性酸化ジルコニウム焼結体を摺動部材に適用することを想定しておらず、放電加工などを利用するために導電性を付与しているにすぎないものである。
【００１１】
なお、特開平８−２９６６４９号公報には、動圧効果を生み出すスパイラル溝を有する動圧軸受に、１０４Ω・ｍ以下の体積固有抵抗を有するセラミックス材を使用することが記載されている。しかしながら、ここで用いられているセラミックス材は、ＳｉＣ、ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＢ２などの導電性セラミックスを主成分とする焼結体や、Ａｌ２Ｏ３とＴｉＣの複合焼結体、ＺｒＯ２とＮｉＯの複合焼結体などであり、酸化ジルコニウム焼結体が本来有する特性を維持したセラミックス材は記載されていない。
【００１２】
本発明はこのような課題に対処するためになされたもので、ベアリングボールなどに適用した際に安定した高速回転を実現し、その上で必要以上に静電気が蓄積することを防止した電子機器用耐摩耗性部材を提供することを目的としており、さらにそのような電子機器用耐摩耗性部材を用いることによって、ＨＤＤのような磁気記録装置やＤＶＤのような光ディスク装置などの電子機器の高機能化や高信頼性化などを実現可能とするベアリングおよびスピンドルモータを提供することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の電子機器用耐摩耗性部材は、酸化ジルコニウム焼結体からなる電子機器用耐摩耗性部材であって、前記酸化ジルコニウム焼結体は、内層部と、電気抵抗値が1〜105Ω・mの範囲であると共に前記内層部より電気抵抗値が低い表層部とを有することを特徴としている。第１の電子機器用耐摩耗性部材は、さらに表層部が10-5Ω・m以下の電気抵抗値を有する導電性付与材を含有することを特徴としている。
【００１４】
本発明の第２の電子機器用耐摩耗性部材は、電気抵抗値が1〜105Ω・mの範囲であり、かつ2〜5mol％の希土類化合物と0.5〜3mol％のアルカリ土類化合物を共に含む酸化ジルコニウム焼結体からなる電子機器用耐摩耗性部材であって、前記酸化ジルコニウム焼結体は、電気抵抗値が10-5Ω・m以下であると共に平均粒子径が2μm以下の粒子形状を有する導電性付与材を含有し、かつ前記導電性付与材の凝集部の最大径が10μm以下であることを特徴としている。
【００１５】
本発明の電子機器用耐摩耗性部材において、酸化ジルコニウム焼結体に含有させる導電性付与材は、周期律表の４Ａ族元素、５Ａ族元素、６Ａ族元素、７Ａ族元素、珪素、硼素の炭化物および窒化物から選ばれる少なくとも１種であることが好ましい。特に、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、クロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、マンガン（Ｍｎ）および珪素（Ｓｉ）から選ばれる少なくとも１種の炭化物を使用することが好ましい。
【００１６】
さらに、本発明の電子機器用耐摩耗性部材においては、一般的な酸化ジルコニウム焼結体と同様に、安定化剤として希土類化合物やアルカリ土類化合物を含む酸化ジルコニウム焼結体を使用することができる。特に、２〜５ｍｏｌ％の希土類化合物と０．５〜３ｍｏｌ％のアルカリ土類化合物を共に含む酸化ジルコニウム焼結体を用いることが好ましい。この場合、希土類化合物が酸化ジルコニウムの安定化材とし機能し、アルカリ土類化合物は焼結助剤として作用するため、高密度の酸化ジルコニウム焼結体を得ることができる。
【００１７】
本発明の電子機器用耐摩耗性部材は、特にＨＤＤやＦＤＤなどの磁気記録装置、ＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤなどの光ディスク装置などの電子機器に好適に用いられるものである。本発明の耐摩耗性部材の具体的な形態としては、上記したような電子機器の回転駆動部に用いられる転動体が挙げられる。特に、本発明の耐摩耗性部材は電子機器用のベアリングボールに好適である。
【００１８】
本発明に用いる導電性付与材は、平均粒子径が２μｍ以下の粒子形状を有することが好ましく、さらに導電性付与材の凝集部の最大径が１０μｍ以下であることが好ましい。導電性付与材の存在形態としては、酸化ジルコニウム焼結体中の任意の直線距離５０μｍにおける導電性付与材の存在数が３〜２０個の範囲であることが好ましい。
【００１９】
本発明の電子機器用耐摩耗性部材においては、セラミックス材料の中でも特に破壊靭性値が高く、かつ熱膨張係数が金属材料に近似する酸化ジルコニウム焼結体を適用し、かつ本来電気絶縁物である酸化ジルコニウム焼結体、特に表層部に１〜１０５Ω・ｍの範囲の電気抵抗値を付与して用いている。このように、本発明では酸化ジルコニウム焼結体が本来有する破壊靭性値や耐摩耗性などの機械的特性を損なうことなく、適度な導電性を付与している。従って、このような特性を有する酸化ジルコニウム焼結体をベアリングボールなどに適用することによって、安定した高速回転を実現した上で、電子機器に対して種々の悪影響を及ぼす静電気を良好に逃がすことが可能となる。
【００２０】
本発明のベアリングは、上記した本発明の電子機器用耐摩耗性部材からなるベアリングボールを具備することを特徴としている。本発明のスピンドルモータは、本発明のベアリングを具備することを特徴としている。本発明のスピンドルモータの具体的な形態としては、前記ベアリングが装着された固定軸と、前記固定軸に前記ベアリングを介して回転可能に支持され、かつロータ磁石を有するロータ部と、前記ロータ磁石と所定の間隙を持って対向配置されたステータコイルを有するステータ部とを具備する構造が挙げられる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施するための形態について説明する。
【００２２】
本発明の電子機器用耐摩耗性部材は、電気抵抗値が１〜１０５Ω・ｍの範囲である酸化ジルコニウム焼結体を具備する。ここで、酸化ジルコニウム焼結体とは、酸化ジルコニウムを主成分とする焼結体を指すものである。酸化ジルコニウム自体は酸化物であるため、本来は絶縁性が高く、一般的には電気抵抗値が１０８Ω・ｍ以上である。従って、このままではＨＤＤなどの電子機器に用いた際に、静電気を除去することができない。
【００２３】
そこで、本発明では酸化ジルコニウム焼結体に１〜１０５Ω・ｍの範囲の電気抵抗値を付与している。酸化ジルコニウム焼結体が１０５Ω・ｍ（１０７Ω・ｃｍ）以下の電気抵抗値を有することによって、例えばＨＤＤのような電子機器に用いた際に、高速回転により生じる静電気を回転軸などの金属材料からなる軸受部材に良好に逃がすことが可能となる。従って、静電気の帯電に伴う不具合を解消することができる。酸化ジルコニウム焼結体の電気抵抗値が１０５Ω・ｍを超えると、静電気の導通量を十分に確保することができない。
【００２４】
一方、酸化ジルコニウム焼結体の電気抵抗値が１Ω・ｍ（１０２Ω・ｃｍ）未満であっても、静電気の放散に関してそれ以上の効果が得られないだけでなく、そのような電気抵抗値を得るためには多量の導電性付与材を添加する必要が生じる。酸化ジルコニウム焼結体に多量の導電性付与材を配合すると、導電性付与材同士の凝集などが生じやすくなり、これにより酸化ジルコニウム焼結体の破壊靭性値や耐摩耗性などの機械的特性を損なうことになる。
【００２５】
言い換えると、電気抵抗値を１〜１０５Ω・ｍの範囲に設定した酸化ジルコニウム焼結体によれば、破壊靭性や耐摩耗性に優れると共に、線膨張係数が金属に近いという利点を損なうことなく、静電気による不具合を解消することが可能となる。酸化ジルコニウム焼結体の電気抵抗値は１０〜１０４Ω・ｍの範囲であることがより好ましい。
【００２６】
本発明の電子機器用耐摩耗性部材は、具体的には各種電子機器の回転駆動部において、ベアリングの転動体として用いられるものである。本発明の耐摩耗性部材は、電子機器用のベアリングボールに好適である。特に、直径が３ｍｍ以下と小さいベアリングボールに対して有効である。ベアリングボールの形状は、通常真球が一般的である。ただし、本発明を適用した転動体の形状は、必ずしもボールに限られるものではなく、円柱状や棒状であってもよい。本発明は玉軸受、ころ軸受、動圧軸受などの種々のベアリングに適用可能である。
【００２７】
さらに、本発明の電子機器用耐摩耗性部材は、回転駆動部を有する各種の電子機器に適用可能である。このような電子機器としては、ＨＤＤやＦＤＤなどの磁気記録装置、ＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤなどの光ディスク装置、各種ゲーム機器などが挙げられる。光ディスク装置は、光磁気記録装置、相変化型光記録装置、再生専用型光ディスク装置など、種々の光記録装置を含むものである。さらに、これら以外にも回転駆動部を有する電子機器であれば、本発明は種々の電子機器に対して適用可能である。
【００２８】
電気抵抗値が１〜１０５Ω・ｍの範囲の酸化ジルコニウム焼結体からなるベアリングボールによれば、上述した静電気による不都合の解消に加えて、以下に示すような利点が得られる。すなわち、酸化ジルコニウムは軸受鋼などの金属材料と線膨張係数が近似している。ベアリングボール以外の軸受部材（ボール受け部など）は、軸受鋼などの金属材料により構成される。ここで、モータ機器を高速回転した場合、その摺動によりベアリング部材は加熱されるが、ベアリングボールとボール受け部との線膨張係数が近似することによって、熱歪による非同期フレの発生を抑制することができる。これによって、信頼性のある高速回転を実現することが可能となる。言い換えると、本発明の耐摩耗性部材からなるベアリングボールは、ボール以外のベアリング部材が金属材料からなるベアリングに特に有効である。なお、本発明において、ボール以外のベアリング部材がセラミックス材料などの金属以外の材料により構成されていてもよいことは言うまでもない。
【００２９】
本発明において、酸化ジルコニウム焼結体の電気抵抗値は基本的には体積抵抗値を指すものとする。本発明の耐摩耗性部材をベアリングボールに適用した際の電気抵抗値の測定例を、図６を参照して以下に示す。電気抵抗値の測定電極１、２には、中心部にベアリングボール３の径に応じた開孔部４を有するものを使用する。このような測定電極１、２でベアリングボール３を上下から挟み込む。ベアリングボール３を挟み込む力はスプリング５などで調整する。なお、図中６は絶縁体、７はテスタである。このようにして測定した体積抵抗を、本発明の耐摩耗性部材（ベアリングボール３）の電気抵抗値とする。
【００３０】
本発明の電子機器用耐摩耗性部材において、所定の電気抵抗値を有する酸化ジルコニウム焼結体を得るためには、例えばその表面に導電性膜を形成してもよいが、ベアリングボールのように常に摺動する部材では膜剥離などの問題が発生するおそれが大きい。そこで、本発明においては、酸化ジルコニウム焼結体中に導電性を有する材料を導電性付与材として含有させることが好ましい。導電性付与材は１０−５Ω・ｍ（１０−３Ω・ｃｍ）以下の電気抵抗値を有することが好ましい。導電性付与材の電気抵抗値が１０−５Ω・ｍを超えると、酸化ジルコニウム焼結体に所定の電気抵抗値を付与するための配合量が増大するため、酸化ジルコニウム焼結体の機械的特性などが低下するおそれがある。
【００３１】
このような導電性付与材には、酸化ジルコニウム焼結体の電気抵抗値を制御することが可能な炭化物、窒化物、金属などの種々の材料を使用することができる。それらのうちでも、周期律表の４Ａ族元素、５Ａ族元素、６Ａ族元素、７Ａ族元素、珪素、硼素の炭化物および窒化物から選ばれる少なくとも１種であることが好ましい。炭化物や窒化物は化学的に安定であり、耐熱性も優れることから、ベアリングボールなどが摺動した際に発生する熱による悪影響を受けにくい。これら導電性付与材の存在はＥＰＭＡやＸ線回折により分析可能である。
【００３２】
導電性付与材としては、特に摺動特性に優れる、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、クロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、マンガン（Ｍｎ）および珪素（Ｓｉ）から選ばれる少なくとも１種の炭化物を用いることが好ましい。本発明の耐摩耗性部材はベアリングボールなどとして用いられるため、導電性付与材も当然ながら酸化ジルコニウム焼結体と共に摺動されることになる。従って、導電性付与材自体についても、ある程度の摺動特性は要求されることから、上述したような金属炭化物を用いることが好ましい。
【００３３】
上述した炭化物や窒化物などからなる導電性付与材は、平均粒子径が２μｍ以下の粒子形状を有することが好ましい。このような炭化物粉末や窒化物粉末を用いることによって、酸化ジルコニウム焼結体中に導電性付与材を良好に分散させることができる。一方、導電性付与材としてウイスカーや繊維状物を用いると、これらがベアリングボールなどの表面にトゲ状の凸部として存在するおそれが生じる。表面にトゲ状の凸部が存在すると、摺動時にボール受け部などの相手部材への攻撃性が高まると共に、破壊の起点となるおそれがある。
【００３４】
導電性付与材の配合量は、使用した導電性付与材の電気抵抗値に応じて、酸化ジルコニウム焼結体の電気抵抗値が１〜１０５Ω・ｍの範囲となるように適宜調整するものとする。例えば、導電性付与材として炭化物や窒化物を用いる場合には、焼結体の全量に対して３５体積％以下とすることが好ましい。導電性付与材の配合量は、さらに５〜２５体積％の範囲とすることが好ましい。
【００３５】
本発明において、酸化ジルコニウム焼結体の電気抵抗値を所定の値にすることのみを考慮するのであれば、導電性付与材を３５体積％以上含有させても特に問題はないが、あまり含有量が多くなりすぎると酸化ジルコニウム焼結体本来の耐摩耗性、破壊靭性値、さらには線膨張係数が金属材料に近いと言った利点を十分に発揮させることができないおそれがある。なお、導電性付与材の含有量が５体積％未満であると、電気抵抗値を所定の値に制御することが困難になるため、あまり好ましくはない。
【００３６】
なお、本発明の導電性付与材の含有量（体積％）は、例えば単位面積（１００×１００μｍ）当りに存在する導電性付与材の面積比から特定する方法により求めることができる。この際、単位面積当りの導電性付与材の面積比は、任意の３箇所以上、好ましくは表面と断面の２箇所ずつの合計４箇所について測定し、これらの値の平均値とする。
【００３７】
本発明の耐摩耗性部材において、導電性付与材は酸化ジルコニウム焼結体中に微細に分散させることが好ましい。具体的には、導電性付与材の凝集部の最大径が１０μｍ以下となるように、導電性付与材を焼結体中に分散させることが好ましい。導電性付与材の一部はベアリングボールなどの表面に存在し、この導電性付与材は当然摺動面の一部を担うことになる。従って、導電性付与材の凝集径が大きくなりすぎると、そこから破壊などが生じやすくなるため、酸化ジルコニウム焼結体本来の優れた耐摩耗性を生かすことができなくなる。従って、導電性付与材の凝集部の最大径は１０μｍ以下とすることが好ましい。凝集部の最大径は５μｍ以下がより好ましく、さらに好ましくは３μｍ以下である。
【００３８】
ただし、導電性付与材の最大径があまり小さすぎると均一分散し難いため、かえって導電性付与材同士の凝集が起きやすくなり、その凝集粒子が摺動時に脱粒するおそれが生じることから、最大径は０．２μｍ以上であることが好ましい。導電性付与材の最大径（凝集部の最大径を含む）は０．５〜３μｍの範囲とすることが望ましい。なお、本発明における導電性付与材の最大径（凝集部の最大径を含む）とは、導電性付与材の最も長い対角線を示すものであり、簡易的には拡大写真に写したときに示される最も長い対角線から測定されるものである。
【００３９】
さらに、本発明の電子機器用耐摩耗性部材において、導電性付与材の分散状態は、酸化ジルコニウム焼結体中の任意の直線距離５０μｍにおける導電性付与材の存在数が３〜２０個となるようにすることが好ましい。より好ましくは５〜１０個である。ここで、導電性付与材の個数の測定は以下のようにして実施するものとする。まず、任意の表面もしくは断面の拡大写真を撮り、その写真に対して任意に５０μｍに相当する直線（太さ０．３ｍｍ）を引き、その直線上に存在する導電性付与材の数をカウントする。
【００４０】
なお、上記した導電性付与材の個数の測定において、拡大写真は２０００倍（５０μｍを１００ｍｍで表示）以上であることが好ましい。この程度もしくはそれ以上の倍率で酸化ジルコニウム焼結体の表面または断面を観察する場合、直線距離５０μｍに相当する長さの直線を引くときに、線径０．３ｍｍであれば導電性付与物の数を数える上で、直線に触れるか、触れないかの判断のバラツキが小さくなる。酸化ジルコニウム焼結体中の導電性付与材の数を数える上で、単位距離を５０μｍとすれば導電性付与材の数のバラツキが少なくなる。
【００４１】
酸化ジルコニウム焼結体中の直線距離５０μｍにおける導電性付与材の数の測定場所については、後述する均一混合を適用すれば導電性付与材が均一に混合されていることから、簡易的に表面１箇所のみの測定であっても問題はないが、通常は焼結体の表面２箇所、断面２箇所の合計４箇所について測定し、これらの平均値を示すものとする。測定にあたっては、各測定箇所で単位面積１００×１００μｍに相当する拡大写真を撮り、上述した方法に基づいて導電性付与材の数を測定する。拡大写真は特に限定されるものではないが、電子顕微鏡写真、ＸＤＳ、ＥＰＭＡなどが一般的であり、カラーマッピング処理を行うと導電性付与材を判断しやすくなる。
【００４２】
拡大写真にて判断するとき、ベアリングボールのように球体を写真に撮ると写真の端部が湾曲して写るため、正確に表面の導電性付与材の存在状態を示さないことが考えられるが、単位面積１００×１００μｍのような微小な範囲ではこのような点を考慮しなくても実質的に問題はない。さらに。導電性付与材は直線上に存在すればカウントされるため、必ずしも導電性付与材の中心部が線上になくてもよい。端部が直線に触れている導電性付与材は全て直線距離５０μｍにおける導電性付与材の数に含まれるものとする。
【００４３】
酸化ジルコニウム焼結体中の任意の直線距離５０μｍにおける導電性付与材の数が３個未満である場合には、（１）導電性付与材の含有量が少ない、（２）１個の導電性付与材の最大径が極端に大きい、ことが考えられる。（１）の含有量が少ない場合には、酸化ジルコニウム焼結体の電気抵抗値があまり下がらず、導電性付与材の添加効果が十分に得られない。また、（２）の場合（例えば２０μｍの導電性付与材を含有）には、実質的に酸化ジルコニウム焼結体中の導電性付与材の量が多くなりすぎて、酸化ジルコニウム焼結体が本来有する特性が低下する。
【００４４】
一方、酸化ジルコニウム焼結体中の任意の直線距離５０μｍにおける導電性付与材の数が２０個を超える場合には、（３）非常に細かい粒子が多数存在している、（４）焼結体を構成している成分のほとんどが導電性付与材である、などが考えられる。（３）の場合には、例えばベアリングボールに加工する際、あるいは加工後にベアリングボールとして使用する際に、導電性付与材の凝集が生じやすくなり、この凝集した粒子の脱粒が起きやすくなる。脱粒が起きると、そこがポアとなったり、またそこからクラックが発生しやすくなるため、割れやカケなどの原因となってベアリングボールの寿命が短くなってしまう。（４）の場合には（２）の状態と実質的に同じ状態となり、酸化ジルコニウム焼結体が本来持つ特性を活かすことができなくなる。
【００４５】
なお、直線距離５０μｍ中の導電性付与材の数を数える際には、個々の粒子を１つずつカウントするため、凝集粒子のように多数の粒子が集まったものは線上に存在する１つの粒子としてカウントするのではなく、凝集粒子を構成する各粒子の数としてカウントするものとする。例えば、直線距離５０μｍ中に最大径が７μｍの凝集粒子が１つと凝集していない導電性付与材粒子が１つ存在していた場合、導電性付与材の数は２個ではなく、直線距離５０μｍ上に存在する該凝集粒子中の個々の粒子数をカウントすることになる。つまり、最大径７μｍの凝集粒子が３つの導電性付与材粒子の凝集体（もちろん３つとも５０μｍの直線上に乗っている）とした場合、前述の凝集していない１つの導電性付与材粒子と合せて、直線距離５０μｍ上に存在する導電性付与材の数は合計４個とカウントすることになる。
【００４６】
本発明の電子機器用耐摩耗性部材は、導電性付与材の一部がベアリングボールなどの表面に存在する形態を有することが好ましい。ここで、表面に存在する形態とは、ベアリングボールの摺動面に導電性付与材が存在することであり、導電性付与材が表面に剥き出しになっている状態のことである。このように、導電性付与材の一部をベアリングボールの表面に存在させることによって、前述した静電気による不具合をより効果的に解消することができる。ベアリングボールの表面に導電性付与材を存在させた場合、ベアリングの高速回転により発生する静電気が表面の導電性付与材を通ってボール受け部などに効果的に逃げるため、例えばＨＤＤのような電子機器に悪影響を与えるほどの静電気の帯電をより確実に防ぐことができる。
【００４７】
導電性付与材は酸化ジルコニウム焼結体全体に分散させてもよいが、酸化ジルコニウム焼結体の表層部のみに分散させることで、静電気による不具合の解消効果と酸化ジルコニウム焼結体の特性維持効果をより一層良好に得ることが可能となる。図１は全体的に導電性付与材を分散させた酸化ジルコニウム焼結体１１からなるベアリングボール１２の構成を示している。一方、図２は酸化ジルコニウム単独の焼結体からなる内層部１３と、導電性付与材を分散させた酸化ジルコニウム焼結体１４とを有するベアリングボール１２の構成を示している。
【００４８】
図２に示すベアリングボール１２は、内層部１３より電気抵抗値が低い表層部１４を有している。表層部１４における導電性付与材の配合量や分散状態などは前述した通りである。このような表層部１４の厚さＲ２は、ベアリングボール１２の半径Ｒ１に対して表面から１／３までの範囲とすることが好ましい。つまり１／３Ｒ１≧Ｒ２とすることが好ましい。導電性付与材を含有する表層部１４が半径Ｒ１の１／３を超えて存在すると、表層部１４と内層部１３の２層構造とする効果が低減するためである。
【００４９】
静電気の帯電防止効果を得るためには、ベアリングボール１２の表面のみに適度な導電性を付与すればよい。このような場合、表層部１４のみに導電性付与材を含有させることになるため、導電性付与材の使用量を低減することができる。さらに、内層部１３は導電性付与材を含まないため、酸化ジルコニウム焼結体が本来有する破壊靭性値などの機械的特性をより有効に得ることができる。従って、ベアリングボール１２の摺動特性などをより一層高めることが可能となる。同様に、酸化ジルコニウム焼結体の線膨張係数が金属材料、例えば軸受鋼と近いという特性についても生かしやすくなる。
【００５０】
表層部１４の厚さＲ２は、さらに１０μｍ以上とすることが好ましい。表層部１４の厚さが１０μｍ未満であると、表層部１４中の導電性付与材が固定され難く、ベアリングボール１２として摺動した際に導電性付与材の脱粒が起こりやすくなる。脱粒が起きるとそこが破壊起点となって、ベアリングボール１２の寿命が低下する。従って、導電性付与材を含有した表層部１４の厚さＲ２は１０μｍ以上で、かつ半径Ｒ１の１／３以下が好ましい範囲となる。
【００５１】
なお、円柱状の転動体などの場合には、最短の半径を基本線として、表面から１／３の範囲を導き出すものとする。すなわち、電子機器用耐摩耗性部材の厚さ方向の表面から中心までの距離を基準とし、この距離に対して表面から１／３までの範囲に表層部を形成することが好ましい。また、表層部は耐摩耗性部材の厚さ方向に対して表面から１０μｍ以上の範囲に形成することが好ましい。
【００５２】
さらに、図３に示すように、表層部１４の厚さの最大厚さＷ１と最小厚さＷ２の差は５μｍ以下であることが好ましい。表層部１４と内層部１３の実質的に２層構造を有するベアリングボール１２の場合、表層部１４の厚さにバラツキがあると転がり寿命にバラツキが生じてしまう。例えば、ベアリングボール１２として摺動させた場合、表層部１４の厚さが薄いところに応力歪みが生じやすく、そこから剥離現象を起こりやすくなる。従って、表層部１４は厚さのバラツキを低減することが好ましい。厚さの均一性に優れた表層部１４は、例えば後述する転動造粒を用いることにより再現性よく得ることができる。
【００５３】
本発明の電子機器用耐摩耗性部材においては、導電性付与部材を配合する以外は一般的な酸化ジルコニウム焼結体と同様に、安定化剤として希土類化合物やアルカリ土類化合物を１５ｍｏｌ％以下の範囲で含む酸化ジルコニウム焼結体を使用することができる。安定化剤としての希土類化合物としては、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）や酸化セリウム（ＣｅＯ２）などが挙げられる。同様に、アルカリ土類希土類化合物としては、マグネシア（ＭｇＯ）やカルシア（ＣａＯ）などが挙げられる。安定化剤としてＹ２Ｏ３を用いる場合、その配合量は２〜５ｍｏｌ％の範囲とすることが好ましい。ＭｇＯやＣａＯを用いる場合には、配合量は０．５〜１０ｍｏｌ％の範囲とすることが好ましい。希土類化合物やアルカリ土類化合物の配合量は、酸化ジルコニウムの安定化構造（結晶構造）に基づくものである。
【００５４】
本発明においては、特に２〜５ｍｏｌ％の希土類化合物（Ｙ２Ｏ３など）と０．５〜３ｍｏｌ％のアルカリ土類化合物（ＭｇＯなど）を共に含む酸化ジルコニウム焼結体を用いることが好ましい。この場合、希土類化合物が酸化ジルコニウムの安定化材とし機能し、アルカリ土類化合物は焼結助剤として作用するため、高密度の酸化ジルコニウム焼結体を容易に得ることが可能となる。
【００５５】
すなわち、通常の酸化ジルコニウム焼結体は固相焼結により緻密化されるが、希土類化合物とアルカリ土類化合物を併用することで液相焼結となり、より高密度な焼結体が得られやすくなる。特に、金属炭化物などを導電性付与材として配合した場合、これが焼結阻害要因となるが、液相焼結を利用することにより高密度な酸化ジルコニウム焼結体を再現性よく得ることが可能となる。希土類化合物とアルカリ土類化合物を併用する場合の希土類化合物の配合量は、酸化ジルコニウムの安定化構造（結晶構造）に基づくものである。アルカリ土類化合物の配合量については、液相焼結の効果を十分に得る上で０．５ｍｏｌ％以上とすることが好ましい。ただし、アルカリ土類化合物の配合量が３ｍｏｌ％を超えると、焼結後に強度などの低下要因となるおそれがある。
【００５６】
本発明の電子機器用耐摩耗性部材の製造方法は、特に限定されるものではないが、例えば以下に示すような方法により製造することが好ましい。
【００５７】
まず、酸化ジルコニウム粉末、安定化剤粉末（焼結助剤を含む）、および導電性付与材粉末をそれぞれ所定量秤量し、これらを均一に混合する。次いで、この混合粉末を造粒し、所望の形状（例えばボール形状）に成形した後、この成形体を焼結することによって、本発明の電子機器用耐摩耗性部材が得られる。図２に示したような２層構造のベアリングボール１２を作製する場合には、内層部１３用の原料粉末と表層部１４用の混合粉末をそれぞれ調整し、これらを用いて後述する転動造粒を適用することが好ましい。
【００５８】
原料粉末の粒子径に関しては、酸化ジルコニウム粉末や安定化剤粉末は０．２〜３μｍ程度の平均粒子径を有することが好ましい。導電性付与材粉末については、前述したように平均粒子径が２μｍ以下であることが好ましく、さらに焼結後に凝集部の最大径が１０μｍ以下となるような粒子径を有することが好ましい。例えば、標準偏差が１．５μｍ以下というような粒子径のバラツキが少ない粉末を用いることが好ましい。さらに、ベアリングボールとしての摺動特性を維持するために、ウイスカーや繊維ではなく、粒子状粉末を用いることが好ましい。
【００５９】
成形方法に関しては、例えば窒化珪素製ベアリングボールの製造方法を適用することができる。すなわち、冷間静水圧プレス（ＣＩＰ）を適用して成形体を作製することができる。特に、継続的にＣＩＰを２回以上施すことが好ましく、これにより高強度化することができる。
【００６０】
２層構造のベアリングボールを作製する場合には、表層部を形成する混合粉末上に、内層部を構成する成形体を載せて転動造粒を行うことが好ましい。転動造粒は内層部を構成する成形体を転がしながら、表層部を形成する混合粉末を付着させて成形体を作製する方法であり、厚さが均一な表層部を有する成形体を再現性よく得ることができる。なお、成形型内に表層部を形成する混合粉末を所定量敷き詰めた後に、内層部を構成する成形体を入れてプレス成形する方法によっても、２層構造のベアリングボールを作製することができるが、このような方法では表層部の厚さにバラツキが生じやすい。
【００６１】
次に、転動造粒後の表層部と内層部を有する成形体にＣＩＰを施す。ＣＩＰは上述したように継続的に２回以上行うことが好ましい。内層部を構成する成形体を作製する際にもＣＩＰを行えば、実質的に２回以上ＣＩＰを行っているのと同じことになる。もちろん、転動造粒後の２層構造の成形体に対して、継続的に２回以上ＣＩＰを施してもよい。ＣＩＰ成形を２回行う方法を適用すると、成形体の気孔などの形成量が抑えられる。従って、ＣＩＰ成形を２回以上行うことによって、特性に優れたベアリングボールが得られる。
【００６２】
焼結方法に関しては、常圧焼結や加圧焼結のみであってもよいが、常圧焼結や加圧焼結を行った後に熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）を行う２段焼結を適用することが好ましい。特に、焼結時に形成された気孔をＨＩＰ処理でふさぐことができるため、ベアリングボールとしての摺動特性が向上すると共に、表面に存在する導電性付与材をより強固に固着させることができる。これは導電性付与材の脱粒防止に効果を発揮する。
【００６３】
以上のような焼結工程を経た後、ベアリングボールとしてＪＩＳ規格により定めされた表面粗さを得るための表面研磨を行う。このとき、所定の表面粗さを得ると共に、導電性付与材の凝集部の最大径が１０μｍ以下となるように研磨工程を制御することが好ましい。
【００６４】
本発明の電子機器用耐摩耗性部材は、前述したように各種電子機器に搭載されるベアリングボールなどとして用いられるものである。上述したような本発明の構成を有するベアリングボールによれば、ボールの直径を３ｍｍ以下、さらには２ｍｍ以下と小さくした場合においても、静電気による不具合を良好に解消することができる。特に、回転数を５０００ｐｒｍ以上とした場合に発生する静電気を、例えば直径が３ｍｍ以下のベアリングボールからボール受け部などに良好に逃がすことができる。さらに、回転数を８０００ｐｒｍ以上とした場合においても、同様に静電気による不具合を解消することができる。また、直径３ｍｍ以下、さらには２ｍｍ以下のベアリングボールを回転数５０００ｒｐｍ以上、さらには８０００ｒｐｍ以上で高速回転させた場合においても、良好な耐摩耗性を得ることができる。
【００６５】
本発明のベアリングは、上述したような本発明の電子機器用耐摩耗性部材からなる転動体、例えばベアリングボールを有するものである。図４は本発明のベアリングの一実施形態の構成を示す図である。図４に示すベアリング２１は、本発明の電子機器用耐摩耗性部材からなる複数のベアリングボール２２と、これらベアリングボール２２を支持する内輪２３および外輪２４とを有している。基本構成は通常のベアリングと同様である。
【００６６】
上記したベアリング２１において、内輪２３や外輪２４はＪＩＳ−Ｇ−４８０５で規定されるＳＵＪ２などの軸受鋼で形成することが好ましく、これにより信頼性のある高速回転が得られる。前述したように、酸化ジルコニウムは軸受鋼と線膨張係数が近似している。モータ機器を高速回転した場合、その摺動によりベアリングボール２２は加熱される。このとき、ベアリングボール２２と内輪２３や外輪２４などのボール受け部との線膨張係数の差があまり大きいと熱歪による非同期フレが発生し、信頼性のある高速回転を実現することが難しい。本発明のように、線膨張係数が軸受鋼に近似した酸化ジルコニウム焼結体からなるベアリングボール２２を用いることによって、熱歪による悪影響を抑制することが可能となる。
【００６７】
上述したようなベアリング２１は、ＨＤＤやＦＤＤなどの磁気記録装置、ＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤなどの光ディスク装置、各種ゲーム機器などの電子機器において、各種ディスクの回転駆動部に用いられる。具体的には、ディスク状の記録媒体を高速回転させるスピンドルモータなどの回転駆動部に使用される。
【００６８】
図５は本発明の一実施形態によるスピンドルモータの構成を示す断面図である。モータ台座３１には固定軸３２が立設されており、この固定軸３２には上下一対のベアリング２１ａ、２１ｂが装着されている。ベアリング２１ａ、２１ｂの構成は上述した通りである。モータ台座３１には一体的にステータ３３が固定されており、このステータ３３はコイル３４を有している。
【００６９】
固定軸３２にはベアリング２１ａ、２１ｂを介してハブ３５が回転自在に取り付けられている。このハブ３５はロータを構成するものであり、コイル３４と所定の間隙を持って対向する位置にロータ磁石３６が設置されている。ハブ３５には被回転体であるディスク３７が搭載される。
【００７０】
このようなスピンドルモータによれば、ベアリング２１ａ、２１ｂの構成に基づいて、信頼性のある高速回転を実現することができる。さらに、ディスク３７を高速回転させた場合においても、この高速回転により生じる静電気を内輪２３、外輪２４、固定軸３２などを介して、ＨＤＤなどの電子機器に対して悪影響を及ぼす静電気を外部に逃がすことできる。本発明のスピンドルモータは、ＨＤＤやＦＤＤなどの磁気記録装置、ＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤなどの光ディスク装置、各種ゲーム機器などの電子機器に好適に用いられるものである。
【００７１】
【実施例】
次に、本発明の具体的な実施例とその評価結果について述べる。
【００７２】
参考例１、比較例１
まず、平均粒子径が0.5μmの酸化ジルコニウム粉末に、安定化剤として平均粒子径が1.5μmの酸化イットリウム粉末を3mol％配合し、さらに導電性付与材として平均粒子径が1.5μmの炭化ニオブ粉末を種々の添加量で配合した。炭化ニオブ粉末の配合量は表１に示す通りである。これら原料粉末をそれぞれ均一に混合した後、ＣＩＰ成形により所望のボール素材形状に成形した後、不活性雰囲気中にて1350〜1680℃で常圧焼結し、続いて常圧焼結温度より低い温度でＨＩＰ焼結を行った。
【００７３】
このようにして、複数の酸化ジルコニウム製ベアリングボールを作製した。ベアリングボールの直径は２ｍｍであり、表面粗さはグレード３とした。ベアリングボールの表面に存在する導電性付与材の最大凝集径は３μｍであった。これら各ベアリングボールの電気抵抗値と線膨張係数を測定した。その結果を表１に示す。なお、電気抵抗値は前述した方法（図６参照）にしたがって測定した。線膨張係数は各ベアリングボールと同様の方法で３×３×１０ｍｍの四角柱状の試験片を作製し、これら試験片を用いてＪＩＳ−Ｃ−２１４１に基づいて測定した。
【００７４】
また比較例１として、それぞれ表１に示すようなベアリングボールを作製した。比較例１の試料1は導電性付与材を含有させない以外は参考例１と同様にして作製した酸化ジルコニウム製ベアリングボール、試料2は導電性付与材を多量に含有させる以外は参考例１と同様にして作製した酸化ジルコニウム製ベアリングボールである。比較例１の試料3は窒化珪素製ベアリングボールである。
【００７５】
次に、各ベアリングボールと軸受鋼ＳＵＪ２製ボール受け部とを組合せて、それぞれベアリングを作製した。これらのベアリングをそれぞれスピンドルモータに組込み、ＨＤＤ用モータとして使用した。これらのスピンドルモータを回転速度８０００ｒｐｍで１００時間連続稼動させ、その際の静電気による不具合と摺動特性（高速回転性）を調べた。
【００７６】
静電気による不具合は、ＨＤＤが静電気により通常の動作が損なわれたものの有無により確認した。高速回転性は８０００ｒｐｍで連続１００時間回転させ、最初の１時間の摺動音を１００とした場合の１００時間後の摺動音の変化率により評価した。摺動音の変化率（％）は［｛（１００時間後の摺動音−１時間後の摺動音）／１時間後の摺動音｝×１００］に基づいて求めた。このような摺動音の変化率を測定することによって、ベアリングボール以外の部分との熱歪に伴う非同期フレなどの不具合が分かる。
【００７７】
【表１】
0003611535.tif 000002
【００７８】
表１から明らかなように、参考例１の酸化ジルコニウム製ベアリングボールは、適度な電気抵抗値を示すと共に、線膨張係数も導電性付与材を含有していない比較例１の試料1に近い値を示していることが分かる。一般に、軸受鋼の線膨張係数は12×10-6／℃前後であるため、それに線膨張係数が近いベアリングボールはボール受け部などが軸受鋼で形成されたベアリングに特に有効である。これらの特性に基づいて、参考例１の各ベアリングボールを用いたベアリングは、いずれも高速回転性に優れていることが分かる。
【００７９】
一方、導電性付与材を添加していない比較例１の試料１，３は共に電気抵抗値が１０８Ω・ｍ以上と高い絶縁性を示している。従って、これらのベアリングボールを用いたベアリングでは、高速回転させた際に静電気による不具合が発生した。具体的には、静電気による不具合が発生し、ＨＤＤが起動しなくなってしまった。また、導電性付与材を多量に添加した比較例１の試料２は摺動音の変化率が大きく、高速回転性に劣ることが分かる。
【００８０】
参考例２
導電性付与材を表２に示した材質に変える以外は、参考例１の試料4（導電性付与材の含有量を20体積％とした試料）と同様にして、それぞれ酸化ジルコニウム製ベアリングボールを作製した。これらベアリングボールの電気抵抗値と線膨張係数を参考例１と同様にして測定した。さらに、これら各ベアリングボールを用いて、それぞれ参考例１と同様にベアリングおよびスピンドルモータを組立てた。そして、参考例１と同様にして、各スピンドルモータの静電気による不具合と摺動特性（高速回転性）を調べた。これらの結果を表２に示す。
【００８１】
【表２】
0003611535.tif 000003
【００８２】
表２から明らかなように、導電性付与材の材質を変えた場合においても、本発明で規定する電気抵抗値を有する酸化ジルコニウム製ベアリングボールはいずれも良好な結果を示すことが確認された。
【００８３】
参考例３、比較例２
上述した参考例１において、導電性付与材としての炭化ニオブの配合量を20体積％に統一し、複数の酸化ジルコニウム製ベアリングボールを作製した。これらベアリングボールの作製にあたって、導電性付与材の平均粒子径などを変化させることによって、ベアリングボールの表面に存在する導電性付与材の最大凝集径を制御した。導電性付与材の最大凝集径は表３に示す通りである。なお、ベアリングボールの直径は2mm、表面研磨はグレード3とした。電気抵抗値はいずれも1Ω・mであった。
【００８４】
上述した各ベアリングボールを用いて、それぞれ参考例１と同様にベアリングおよびスピンドルモータを組立てた。そして、参考例１と同様にして、各スピンドルモータの静電気による不具合と摺動特性（高速回転性）を調べた。これらの結果を表３に併せて示す。なお、表中の比較例２の試料1，2は比較例１と同様である。
【００８５】
【表３】
0003611535.tif 000004
【００８６】
表３から明らかなように、導電性付与材を表面に存在させた参考例３の各ベアリングボールによれば、いずれも静電気による不具合を解消できることが分かる。なお、参考例３の試料1は導電性付与材を含有しているものの、ボール表面に導電性付与材を存在させていないため、静電気による影響によりＨＤＤが完全に可動しない状態にはなっていないが、若干の不具合が観測されたので不具合の有無を「若干あり」と記載した。
【００８７】
摺動音の変化に関しても、おおむね１０％以下と優れた数値を示している。これはベアリングボールの線膨張係数がボール受け部を形成する軸受鋼ＳＵＪ２に近いため、高速回転を実施した際に発生する熱歪をうまく緩和しているためである。なお、ボール表面に存在する導電性付与材の最大凝集径を１５μｍとした試料８は、摺動音の変化率が１６％とやや大きい値を示している。これは摺動面であるベアリングボール表面に存在する導電性付与材のサイズ（最大凝集径）が大きいため、酸化ジルコニウム本来の線膨張係数が軸受鋼に近いという利点を生かしきれていないためであると考えられる。
【００８８】
参考例４、比較例３
まず、導電性付与材粉末として平均粒子径が1.8μm以下（標準偏差1.5μm以下）の炭化ニオブ粉末と、安定化剤として平均粒子径が1.5μmの酸化イットリウム粉末と、平均粒子径が0.7μmの酸化ジルコニウム粉末を用意した。これら原料粉末をそれぞれ3分割して混合し、これら3つの混合粉末をさらに混合することによって、それぞれ混合原料粉末を作製した。このように、各原料粉末を段階的に混合することによって、導電性付与材粉末の凝集を防いだ。
【００８９】
上述したような各混合原料粉末を用いて、参考例１と同様にして複数の酸化ジルコニウム製ベアリングボールを作製した。なお、ベアリングボールの直径は2mm、表面研磨はグレード3とした。これらベアリングボールの直線距離50μmにおける導電性付与材の数を測定した。導電性付与材の数は、参考例の各試料と同様にして作製した四角柱状の試料（3×3×10mm）により測定した。さらに、ベアリングボールの電気抵抗値と線膨張係数を参考例１と同様にして測定した。
【００９０】
酸化ジルコニウム焼結体中の直線距離５０μｍにおける導電性付与材の数は、各焼結体の表面２箇所、断面２箇所の合計４箇所を任意（単位面積１００×１００μｍに相当する任意の面積）に選び、各測定箇所の拡大写真に対して直線距離５０μｍに相当する線径０．３ｍｍの直線を引き、その線に接触する導電性付与材の数を測定し、これら４箇所の平均値として示した。ここでは便宜的に試料形状を四角柱状としたが、例えば真球状のベアリングボールについて各特性を測定する場合でも同様にラップ加工を施すことにより対応可能である。
【００９１】
次に、上述した各ベアリングボールを用いて、それぞれ参考例１と同様にベアリングおよびスピンドルモータを組立てた。そして、参考例１と同様にして、各スピンドルモータの静電気による不具合と摺動特性（高速回転性）を調べた。これらの結果を表４に併せて示す。なお、表中の比較例３において、試料1は導電性付与材の数を少なくしたもの、試料2は導電性付与材の数を多くしたものである。
【００９２】
【表４】
0003611535.tif 000005
【００９３】
表４から明らかなように、参考例４による各酸化ジルコニウム製ベアリングボールはいずれも適度な電気抵抗値を有し、さらにベアリングに適用した際においても良好な結果を示している。一方、導電性付与材の数が少ない比較例３の試料1は電気抵抗値がかなり高い。導電性付与材の数が多い試料2に関しては、電気抵抗値自体は小さいものの、線膨張係数が不満足である。その結果として、摺動音の変化率が大きいことが分かる。
【００９４】
なお、参考例４の各酸化ジルコニウム製ベアリングボールにおいて、導電性付与材の最大凝集径は大きいものでも2.0〜2.2μmであった。これは添加した導電性付与材同士があまり凝集していない、もしくは凝集していたとしても2〜3個程度であることを意味するものである。最大径の測定は上記した4箇所の拡大写真（単位面積100×100μm）を用い、その中で最も大きなものを最大径とした。従って、導電性付与材の最大径が2.0〜2.2μmであったとしても、全ての導電性付与材の大きさが上記した範囲になっているわけではない。
【００９５】
実施例１
参考例１の各試料と同様に調整した複数の表層部用混合粉末（導電性付与材を含む）と、導電性付与材を含まない内層部用混合粉末とを用いて、以下のようにして2層構造の酸化ジルコニウム製ベアリングボールをそれぞれ作製した。
【００９６】
すなわち、まず内層部用混合粉末を用いて、ＣＩＰ成形により球状成形体を作製した。次に、表層部用混合粉末上に内層部用球状成形体を置き、転動造粒を行って表層部と内層部を有する球状成形体を作製した。表層部の形成範囲は表面から半径の１／３までとした。この球状成形体にさらにＣＩＰを施した後、１６８０℃で常圧焼結し、続いて１６８０℃でＨＩＰ焼結を行った。なお、ベアリングボールの最終形状は直径２ｍｍであり、表面粗さはグレード３とした。実施例の各ベアリングボールは、いずれも表層部の最大厚さと最小厚さの差が５μｍ以下であった。
【００９７】
これらベアリングボールの電気抵抗値と線膨張係数を参考例１と同様にして測定した。さらに、これら各ベアリングボールを用いて、それぞれ参考例１と同様にベアリングおよびスピンドルモータを組立てた。そして、参考例１と同様にして、各スピンドルモータの静電気による不具合と摺動特性（高速回転性）を調べた。これらの結果を表５に示す。
【００９８】
【表５】
0003611535.tif 000006
【００９９】
表５から明らかなように、所定の導電性付与材を含む表層部を有する各ベアリングボールは、いずれも良好な結果が得られていることが分かる。
【０１００】
実施例２
導電性付与材を表６に示した材質に変える以外は、実施例１の試料1と同様にして酸化ジルコニウム製ベアリングボールを作製した。これらベアリングボールの電気抵抗値と線膨張係数を参考例１と同様にして測定した。さらに、これら各ベアリングボールを用いて、それぞれ参考例１と同様にベアリングおよびスピンドルモータを組立てた。そして、参考例１と同様にして、各スピンドルモータの静電気による不具合と摺動特性（高速回転性）を調べた。これらの結果を表６に示す。
【０１０１】
【表６】
0003611535.tif 000007
【０１０２】
表６から明らかなように、導電性付与材の材質を変えた場合においても、所定量の導電性付与材を含む表層部を有する酸化ジルコニウム製ベアリングボールは、いずれも良好な結果を示すことが確認された。
【０１０３】
実施例３
上述した実施例１の試料1と同様の組成および製造方法を適用して、複数の酸化ジルコニウム製ベアリングボールを作製した。これらベアリングボールの作製にあたって、導電性付与材の平均粒子径などを変化させることによって、ベアリングボールの表面に存在する導電性付与材の最大凝集径を制御した。導電性付与材の最大凝集径は表７に示す通りである。
【０１０４】
次に、上記した各ベアリングボールを用いて、それぞれ参考例１と同様にベアリングおよびスピンドルモータを組立てた。そして、参考例１と同様にして、各スピンドルモータの摺動特性（高速回転性）を調べた。また、ベアリングの回転試験において、導電性付与材の脱粒の有無を調べた。これらの測定、評価結果を表７に示す。
【０１０５】
【表７】
0003611535.tif 000008
【０１０６】
表７から明らかなように、導電性付与材の最大径があまり小さいと脱粒が起きてしまい、その結果として摺動音の変化率が大きくなってしまうことが分かる。一方、導電性付与材の最大凝集径があまり大きすぎると、摺動音の変化率が大きくなることが分かる。これは導電性付与材による摺動個所が増えるためと考えられる。これらの結果から、表層部に導電性付与材を含有させる場合においても、導電性付与材の最大凝集径は１０μｍ以下、特に０．５〜３μｍの範囲が好ましいことが分かる。
【０１０７】
実施例４
表８に示すように、実施例１の試料1と同様の材質を用い、表層部の厚さおよび表層部の最大厚さと最小厚さの差を変化させたベアリングボールをそれぞれ作製し、転がり寿命を確認した。なお、各ベアリングボールは実施例１と同様に直径2mm（半径1mm）に統一し、表面粗さをグレード3とした。
【０１０８】
転がり寿命試験は、スラスト型軸受試験機を用い、ＳＵＪ２鋼製の平板（相手材）上を回転させることにより実施した。転がり寿命は、１球あたりの最大接触応力５．９ＧＰａ、回転数１２００ｒｐｍ、タービン油の油浴潤滑下で４００時間の回転を１回とし、ベアリングボールの表面が剥離するまでの繰り返し回数として示した。この測定結果を表８に示す。
【０１０９】
【表８】
0003611535.tif 000009
【０１１０】
表８から明らかなように、導電性付与材を含有する表層部の厚さが、半径を基準として表面から１０μｍ以上でかつ半径の１／３以下の範囲であると共に、表層部の厚さの最大厚さと最小厚さの差が５μｍ以下のベアリングボールは、優れた転がり寿命を示すことが分かる。
【０１１１】
試料６のように表面から１／２程度まで表層部を形成したものであっても、同等の転がり寿命は得られるが、この場合は前述の実施例のように破壊靭性値がやや劣ってしまうことから、電子機器用のスピンドルモータのように高速回転する分野に適用した場合には同期フレなどの問題が生じやすい。また、導電性付与材の使用量が増えることからコスト増につながる。特に、直径が２ｍｍ以下の小型のベアリングボールにおいては、コスト増は大きな問題となる。一方、表層部の厚さが１０μｍ未満である試料１は、表層部の厚さが薄いことから転がり寿命が不十分であった。これは表層部が薄いことに起因して、転がり試験を行った際に表層部が剥がれやすくなってしまうためである。
【０１１２】
さらに、表層部の厚さの最大厚さと最小厚さの差が５μｍを超える試料７、８においても、ある程度の転がり寿命を得られるが、表層部の厚さに不均一な場所が存在していると、ベアリングボールとして使用した際に受ける応力を、ボール全体で均一に受けることができなくなることから、転がり寿命が低下するものと考えられる。
【０１１３】
実施例５、比較例４
表９に示す組成を有する各原料混合物を用いる以外は、参考例１と同様にして、それぞれ酸化ジルコニウム製ベアリングボールを作製した。これらベアリングボールの電気抵抗値、線膨張係数、3点曲げ強度、破壊靭性値を測定した。これらの測定結果を表１０に示す。なお、3点曲げ強度はJIS-R-1601に基づいて測定した。破壊靭性値はJIS-R-1607に基づくＩＦ法により測定した。3点曲げ強度および破壊靭性値の測定には、各ベアリングボールと同様にして作製した試験片をそれぞれ用いた。
【０１１４】
次に、上記した各ベアリングボールを用いて、それぞれ参考例１と同様にベアリングおよびスピンドルモータを組立てた。そして、参考例１と同様にして、各スピンドルモータの静電気による不具合と摺動特性（高速回転性）を調べた。これらの結果を表１０に示す。
【０１１５】
【表９】
0003611535.tif 000010
【０１１６】
【表１０】
0003611535.tif 000011
【０１１７】
表１０から明らかなように、イットリアとマグネシアを併用して作製した各酸化ジルコニウム製ベアリングボールは、３点曲げ強度および破壊靭性値が共に優れた値を示していることが分かる。これらの特性に基づいて、各酸化ジルコニウム製ベアリングボールはいずれも良好な結果を示すことが確認された。
【０１１８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の電子機器用耐摩耗性部材は適度な電気抵抗値を有する酸化ジルコニウム焼結体を具備し、この酸化ジルコニウム焼結体の電気抵抗値に基づいて電子機器の静電気による不具合を解消することが可能となる。このように、本発明の電子機器用耐摩耗性部材はＨＤＤなどの電子機器に用いるベアリング部材などとして好適である。
【０１１９】
また、本発明によれば酸化ジルコニウムが本来有する特性を最大限に生かすことできるため、各種電子機器の回転駆動部において信頼性に優れる高速回転などを実現することが可能となる。そして、このような本発明の電子機器用耐摩耗性部材を用いたベアリングおよびスピンドルモータは、各種電子機器の信頼性や性能の向上に寄与するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電子機器用耐摩耗性部材を適用したベアリングボールの第１の実施形態の構成を示す断面図である。
【図２】本発明の電子機器用耐摩耗性部材を適用したベアリングボールの第２の実施形態の構成を示す断面図である。
【図３】図２に示すベアリングボールにおける表層部の最大厚さと最小厚さの一例を模式的に示す断面図である。
【図４】本発明の一実施形態によるベアリングの構成を一部断面で示す図である。
【図５】本発明の一実施形態によるスピンドルモータの概略構成を示す断面図である。
【図６】本発明の電子機器用耐摩耗性部材をベアリングボールに適用した際の電気抵抗値の測定例を示す図である。
【符号の説明】
１１……導電性付与材を含有する酸化ジルコニウム焼結体，１２、２２……ベアリングボール，１３……内層部，１４……表層部，２１……ベアリング
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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