(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性付与粒子を含有し、かつ電気抵抗値が1〜105Ω・mの範囲である窒化珪素焼結体を具備する電子機器用耐摩耗性部材であって、
前記窒化珪素焼結体は前記導電性付与粒子同士の粒子間距離が1μm未満である前記導電性付与粒子の凝集部を有し、かつ前記導電性付与粒子の凝集部は前記窒化珪素焼結体中の単位面積当りに面積率で30％以下の範囲で存在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、
前記導電性付与粒子の凝集部は、前記窒化珪素焼結体中の単位面積当りに面積率で2〜30％の範囲で存在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１または請求項２記載の電子機器用耐摩耗性部材において、
前記導電性付与粒子の凝集部同士の距離が2〜10μm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、
前記凝集部を形成していない前記導電性付与粒子同士の距離が1〜15μm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、
前記導電性付与粒子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、
前記窒化珪素焼結体中の任意の直線距離30μmにおける前記導電性付与粒子の存在数が5〜20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７】
請求項６記載の電子機器用耐摩耗性部材において、
前記窒化珪素焼結体中の任意の直線距離30μm中に前記導電性付与粒子が3〜30％の範囲で存在することを特徴とする電子機器用耐摩耗性部材。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７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、
前記導電性付与粒子は10-5Ω・m以下の電気抵抗値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、
前記導電性付与粒子は、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、
前記導電性付与粒子は前記炭化物粒子と前記窒化物粒子を共に含む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１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、
前記窒化珪素焼結体は鉄成分を10〜200ppmの範囲で含む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、
前記窒化珪素焼結体は40W/m K以上の熱伝導率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１３】
請求項１ないし請求項１２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、
前記窒化珪素焼結体は、窒化珪素100質量部に対して、３Ａ族元素の酸化物および窒化物から選ばれる少なくとも1種を5〜15質量部と、２Ａ族元素、４Ａ族元素の酸化物および窒化物から選ばれる少なくとも1種を0.5〜3質量部と、４Ａ族元素、５Ａ族元素、６Ａ族元素、７Ａ族元素、珪素および硼素の炭化物から選ばれる少なくとも1種を15〜40質量部とを含む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、
前記窒化珪素焼結体は、長径が4μm以下の窒化珪素結晶粒を全窒化珪素結晶粒に対して90％以上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１４記載の電子機器用耐摩耗性部材において、
前記窒化珪素焼結体は3点曲げ強度が650MPa以上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１６】
請求項１４記載の電子機器用耐摩耗性部材において、
前記窒化珪素焼結体は、短径が1μm以下の窒化珪素結晶粒を全窒化珪素結晶粒に対して90％以上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１７】
請求項１記載の電子機器用耐摩耗性部材において、
前記窒化珪素焼結体は、内層部と、前記導電性付与粒子を含み、前記内層部より電気抵抗値が低い表層部とを具備することを特徴とする電子機器用耐摩耗性部材。
【請求項１８】
請求項１ないし請求項１７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、
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１９】
請求項１ないし請求項１８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、
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２０】
請求項１ないし請求項１８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、
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２１】
請求項１ないし請求項１７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２２】
請求項２１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２３】
請求項２２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材料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4000rpm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号公報参照）。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やベアリングボール、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になる。
【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発熱量（摩擦熱）が増大することになる。ここで、従来の窒化珪素焼結体からなるベアリングボールは熱伝導率が20W/m K程度と低く、このために摩擦熱を良好に発散させることができないといった問題が生じている。放熱性の低さはベアリングの回転速度が高速になるほど問題となる。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】
一方、電気抵抗値が10-5Ω・m程度の導電性窒化珪素焼結体が知られている（特公平2-43699号公報参照）。このような導電性窒化珪素焼結体は、タービンエンジンのブレードやノズルを放電加工により作製するための材料などに使用されており、導電性（低電気抵抗）を実現するために金属炭化物や金属窒化物などの導電性付与材を多量に添加している。このような従来の導電性窒化珪素焼結体は、電気抵抗値自体を下げることは可能であるものの、多量に添加された導電性付与材同士が凝集しやくすく、この導電性付与材の凝集粒子が窒化珪素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。
【０００９】
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従来の導電性窒化珪素焼結体は、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。なお、上記公報は導電性窒化珪素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。
【００１０】
金属炭化物や金属窒化物などの導電性化合物を含む窒化珪素焼結体に関しては、特公平7-29855号公報、特許第2566580号公報、特開平6-227870号公報などにも記載されている。特公平7-29855号公報には、窒化珪素と希土類化合物との調合物に0.1〜11質量％の範囲のＳｉＣを添加した窒化珪素焼結体が記載されている。特許第2566580号公報には、窒化珪素と炭化珪素の複合焼結体が記載されている。さらに、特開平6-227870号公報には窒化珪素マトリックス中に、炭化珪素や窒化チタンなどの分散材を三次元網目状に分散させた複合焼結体が記載されている。しかしながら、これら公報記載の技術では、適度な導電性と優れた摺動特性を両立させた複合焼結体は必ずしも得られていない。
【００１１】
また、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、優れた摺動特性と適度な導電性を両立させたセラミックス材料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、さらには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性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】
本発明の電子機器用耐摩耗性部材は、導電性付与粒子を含有し、かつ電気抵抗値が1〜105Ω・mの範囲である窒化珪素焼結体を具備する電子機器用耐摩耗性部材であって、前記窒化珪素焼結体は導電性付与粒子同士の粒子間距離が1μm未満である前記導電性付与粒子の凝集部を有し、かつ前記導電性付与粒子の凝集部は前記窒化珪素焼結体中の単位面積当りに面積率で30％以下の範囲で存在することを特徴としている。
【００１４】
本発明の電子機器用耐摩耗性部材において、窒化珪素焼結体に含有させる導電性付与粒子は、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種の化合物であることが好ましい。特に、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、ニオブ（Ｎｂ）、タングステン（Ｗ）、珪素（Ｓｉ）、および硼素（Ｂ）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。
【００１５】
本発明の電子機器用耐摩耗性部材は、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。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。
【００１６】
本発明の電子機器用耐摩耗性部材においては、高強度および高硬度を有すると共に、耐摩耗性に優れる窒化珪素焼結体を適用し、かつ本来電気絶縁物である窒化珪素焼結体に1〜105Ω・mの範囲の電気抵抗値を付与している。その上で、窒化珪素焼結体中に導電性付与粒子の凝集部を単位面積当りに面積率で30％以下の範囲で存在させている。
【００１７】
上述したような導電性付与粒子を窒化珪素焼結体中に配合することによって、窒化珪素焼結体に1〜105Ω・mの範囲の電気抵抗値を付与することができる。ただし、単に導電性付与粒子を配合しただけでは、窒化珪素焼結体間の電気抵抗値にばらつきが生じるおそれが強い。そこで、本発明では窒化珪素焼結体中に導電性付与粒子の凝集部を適度に存在させている。導電性付与粒子の凝集部を適量存在させることによって、窒化珪素焼結体間の電気抵抗値のばらつきを再現性よく抑制することが可能となる。導電性付与粒子の凝集部が多量に存在する場合には、それ自体が破壊の起点となって、摺動特性などが低下することから、本発明においては導電性付与粒子の凝集部の存在量を面積率で30％以下としている。
【００１８】
本発明の電子機器用耐摩耗性部材は、窒化珪素焼結体が本来有する強度、硬度、破壊靭性値、耐摩耗性などの特性を損なうことなく、窒化珪素焼結体に適度な導電性を均等に付与したものである。従って、このような特性を有する窒化珪素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。
【００１９】
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。
【００２０】
【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。
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の範囲である窒化珪素焼結体を具備する。ここで、窒化珪素焼結体とは窒化珪素を主成分とする焼結体を指すものである。窒化珪素自体は本質的に絶縁性材料であり、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。
【００２１】
そこで、本発明では窒化珪素焼結体に1〜105Ω・mの範囲の電気抵抗値を付与している。窒化珪素焼結体が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やボール受け部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。窒化珪素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。
【００２２】
一方、窒化珪素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粒子を添加する必要が生じる。窒化珪素焼結体に多量の導電性付与粒子を配合すると、導電性付与粒子同士の凝集部が多量に発生し、これにより窒化珪素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。窒化珪素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。
【００２３】
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、例えば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。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。
【００２４】
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。
【００２５】
本発明において、窒化珪素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５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、本発明のベアリングボール３の電気抵抗値とする。
【００２６】
本発明の電子機器用耐摩耗性部材においては、上記した1〜105Ω・mの範囲の電気抵抗値を得るために、窒化珪素焼結体中に導電性材料を導電性付与粒子として含有させている。導電性付与粒子は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。導電性付与粒子の電気抵抗値が10-5Ω・mを超えると、窒化珪素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、窒化珪素焼結体の機械的特性などが低下するおそれがある。
【００２７】
このような導電性付与粒子には、窒化珪素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、硼化物、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、耐熱性にも優れることから、ベアリングボールなどを摺動させた際に発生する熱による影響を受けにくい。これら導電性付与粒子の存在はＥＰＭＡやＸ線回折により分析可能である。
【００２８】
導電性付与粒子としては、特にタンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、ニオブ（Ｎｂ）、タングステン（Ｗ）、珪素（Ｓｉ）、および硼素（Ｂ）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をベアリングボールなどとして使用した場合、導電性付与粒子も当然ながら窒化珪素焼結体と共に摺動されることになる。従って、導電性付与粒子に対してもある程度の摺動特性が要求されることから、上述したような摺動特性に優れる炭化物を用いることが好ましい。さらに、炭化物は熱伝導性にも優れることから、窒化珪素焼結体の熱伝導率の向上にも寄与する。
【００２９】
また、本発明の電子機器用耐摩耗性部材においては、導電性付与粒子として炭化物粒子と窒化物粒子を併用することも有効である。炭化物粒子の具体例は上述した通りである。窒化物粒子としては４Ａ族元素の窒化物を用いることが好ましく、特に窒化チタンを用いることが望ましい。４Ａ族元素の窒化物は導電性の付与効果のみではなく、焼結助剤としての効果も有する。特に、窒化チタンはその効果が顕著である。４Ａ族元素の窒化物粒子を分散含有させる場合、４Ａ族元素の酸化物を原料中に配合し、焼結時に窒化物を生成するようにしてもよい。これによって、窒化珪素焼結体の焼結性を向上させることができる。
【００３０】
上述した炭化物や窒化物などからなる導電性付与粒子は、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。さらに、導電性付与粒子は最大径が4μm以下であることが好ましく、より好ましくは2μm以下、望ましくは0.3〜1.2μmの範囲である。このような炭化物粒子や窒化物粒子を用いることによって、窒化珪素焼結体中に導電性付与粒子を適度に分散させることができる。これに対して、導電性付与材としてウイスカーや繊維を用いると、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。なお、導電性付与粒子の最大径とは粒子個々のサイズであり、窒化珪素焼結体の表面や断面の拡大写真、ＥＰＭＡのカラーマップを見たとき、導電性付与粒子の最も長い対角線を示すものとする。
【００３１】
また、炭化物粒子と窒化物粒子を併用する場合には、炭化物粒子の平均粒子径より窒化物粒子の平均粒子径の方が大きいことが好ましい。具体的には、炭化物粒子の平均粒子径は0.3〜1μmの範囲であることが好ましく、窒化物粒子の平均粒子径は1〜2μmの範囲であることが好ましい。炭化物粒子を窒化物粒子より多く含有させる場合、炭化物粒子の過度の凝集が生じるおそれがある。このような炭化物粒子の過度の凝集を抑制する上で、炭化物粒子の平均粒子径は窒化物粒子のそれより小さいことが好ましい。
【００３２】
導電性付与粒子の配合量は、使用した導電性付与粒子の電気抵抗値に応じて、窒化珪素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、導電性付与粒子として炭化物や窒化物を用いる場合には、窒化珪素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。導電性付与粒子の配合量は、さらに5〜25体積％の範囲とすることが好ましい。窒化珪素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窒化珪素焼結体本来の硬度、耐摩耗性、破壊靭性などの特性が低下するおそれがある。なお、導電性付与粒子の含有量が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。
【００３３】
なお、本発明における導電性付与粒子の含有量（体積％）は、例えば単位面積（100×100μm）当りに存在する導電性付与粒子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粒子の面積比は、任意の3個所以上、好ましくは表面と断面の2個所ずつの合計4個所について測定し、これらの値の平均値により示すものとする。
【００３４】
本発明の耐摩耗性部材においては、上述したような導電性付与粒子に加えて、窒化珪素焼結体中に10〜200ppmの範囲の鉄成分を含有させることも導電性の向上に対して有効である。ここで、鉄成分とは鉄元素単体、窒化鉄や酸化鉄のような鉄化合物など、全ての鉄を含む成分を示すものとする。この鉄成分は原料中の不純物であってもよいし、不足分を添加することにより窒化珪素焼結体に含有させてもよい。なお、焼結体中の鉄成分の含有量は以下のようにして求めるものとする。まず、焼結体を微細に粉砕して粉状にした後、フッ硝酸を加えて加圧容器中で180℃に加熱して溶液にする。次いで、硫酸でフッ酸を洗い落とした後、この溶液に対してＩＣＰ発光分析を行って鉄成分の含有量を求める。
【００３５】
窒化珪素焼結体中の鉄成分の含有量が200ppmを超えると、ベアリングボールなどの摺動部材として使用する際に破壊が生じやすくなる。一方、鉄成分により導電性の向上効果を有効に得る上で、鉄成分の含有量は10ppm以上とすることが好ましい。また、鉄成分の最大径は20μm以下であることが好ましい。鉄成分の最大径が20μmを超えると、それ自体が破壊の起点となるおそれがある。鉄成分の最大径は2〜20μmの範囲であることが好ましい。
【００３６】
本発明の耐摩耗性部材において、導電性付与粒子の一部は凝集体を形成しており、このような導電性付与粒子の凝集部を窒化珪素焼結体中に単位面積当りに面積率で30％以下の範囲で存在させている。ここで、導電性付与粒子の凝集部とは、導電性付与粒子同士が直接接触している（粒子間距離が0μm）か、あるいは導電性付与粒子同士の粒子間距離が1μm未満の集合体を指すものとする。集合体は2個以上の導電性付与粒子により構成される。導電性の向上効果を考慮すると、導電性付与粒子の凝集部（集合体）は2〜5個程度の導電性付与粒子により構成されていることが好ましい。
【００３７】
ベアリングボールなどの耐摩耗性部材の摺動特性のみを考慮すると、導電性付与粒子の凝集部は存在しないことが好ましい。しかしながら、凝集部が全く存在しないと、窒化珪素焼結体の電気抵抗値が大きくばらつくことになる。すなわち、窒化珪素焼結体の電気抵抗値を下げることのみに着目すれば、適量の導電性付与粒子を添加するだけで十分である。しかし、窒化珪素焼結体を電子機器用のベアリングボールに適用する場合、個々のベアリングボールの電気抵抗値にばらつきが存在すると、静電気の帯電防止効果に不具合が生じる。静電気は基本的に電気抵抗値の高いところ（絶縁性の高いところ）に帯電する。従って、ベアリングボールの電気抵抗値にばらつきが生じていると、その中で最も電気抵抗値の高いところに静電気が集中してしまい、その結果として電子機器に静電気による不具合を生じてしまう。
【００３８】
このような現象は、例えばベアリングを4000rpm程度の回転数で動作させる場合にはさほど問題とはならない。しかし、回転数が7200rpm以上の高速回転、さらには10000rpm以上というような高速回転になると、ベアリングボールの電気抵抗値のばらつきによる静電気の集中が顕著になる傾向がある。特に、静電気の帯電による電子機器の不具合は、瞬間的な帯電量によっても影響されるため、ベアリングのように複数のボールを組合せて使用する場合には、複数のベアリングボール間の電気抵抗値のばらつきを低く抑えることが重要となる。
【００３９】
このようなことから、本発明では窒化珪素焼結体中に導電性付与粒子の凝集部を単位面積当りに面積率で30％以下の範囲で存在させている。導電性付与粒子の凝集部を窒化珪素焼結体中に適度に存在させることによって、複数の窒化珪素焼結体間の電気抵抗値のばらつきを再現性よく抑制することができる。具体的には、例えば100個の窒化珪素焼結体（ベアリングボールなど）当りの電気抵抗値のばらつき±15％以下に抑えることが可能となる。ただし、導電性付与粒子の凝集部が過度に存在すると耐摩耗性や破壊靭性などが低下するため、導電性付与粒子の凝集部は面積率で30％以下の範囲で存在させるものとする。
【００４０】
上述した窒化珪素焼結体の電気抵抗値のばらつき抑制効果を得る上で、導電性付与粒子の凝集部は単位面積当りに面積率で2％以上存在させることが好ましい。導電性付与粒子の凝集部の面積率が2％未満であると、焼結体組織中に占める凝集部の割合が少ないために、電気抵抗値のばらつきが大きくなってしまう。例えば、凝集部が少ない窒化珪素焼結体では電気抵抗値があまり下がらずに、目的の電気抵抗値より大きくなってしまうことが多い。これは導電性付与粒子同士の距離が離れることで、電気抵抗値を下げる効果が不十分となるためである。導電性付与粒子の一部を凝集させて、電気抵抗値の低減効果を十分に得ることによって、電気抵抗値を所定の範囲内で安定させることができる。
【００４１】
一方、導電性付与粒子の凝集部の面積率が30％を超えると、確かに電気抵抗値のばらつき自体は小さくなるものの、窒化珪素焼結体中に凝集部が過度に存在することで、凝集部が破壊起点となって強度の低下を招くことになる。特に、導電性付与粒子の凝集部はベアリングボールなどの表面にも存在し、摺動面の一部を担うことになる。従って、導電性付与粒子の凝集部があまり多量に存在すると、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、凝集部から破壊などが生じやすくなるため、窒化珪素焼結体本来の優れた耐摩耗性を活かすことができなくなる。ベアリングボールでは転がり寿命が低下することになる。このようなことから、本発明の電子機器用耐摩耗性部材では導電性付与粒子の凝集部の面積率を30％以下とすることが重要である。
【００４２】
導電性付与粒子の凝集部を所定の面積率で有していたとしても、導電性付与粒子の凝集部の大きさがあまり大きすぎると、凝集部を起点とする破壊が生じやすくなり、窒化珪素焼結体の強度並びに耐摩耗性（摺動特性）を低下させることになる。そのため、導電性付与粒子の凝集部の大きさは最大径で10μm以下であることが好ましい。凝集部の最大径は5μm以下であることがより好ましく、さらに好ましくは3μm以下である。
【００４３】
本発明の耐摩耗性部材においては、導電性付与粒子の凝集部を所定の面積率で有していれば窒化珪素焼結体の電気抵抗値のばらつきを抑えることができる。しかし、凝集部同士の距離があまり近すぎると、見掛け上は大きな凝集部が存在した状態と同じことになってしまう。このような凝集部は最大径が10μmを超える凝集部と同様に、破壊起点となって摺動特性を劣化させるおそれが大きい。そのため、凝集部同士の距離は2〜10μmの範囲であることが好ましい。凝集部同士の距離が2μm未満であると、凝集部からの破壊が生じやすくなる。一方、凝集部同士の距離が10μmを超えると凝集部を存在させた効果が低下し、電気抵抗値のばらつきが大きくなる傾向がある。
【００４４】
また、凝集部を形成していない導電性付与粒子についても、あまり導電性付与粒子同士の距離が離れてしまうと導電性の付与効果が低下する。このため、導電性付与粒子の粒子間距離は1〜15μmの範囲であることが好ましい。凝集していない導電性付与粒子の粒子間距離は3〜10μmの範囲であることがより好ましい。このような範囲内であれば、窒化珪素焼結体が本来有する摺動特性を劣化させることなく、電気抵抗値のばらつきをより一層低減することができる。具体的には、例えば100個の窒化珪素焼結体（ベアリングボールなど）当りの電気抵抗値のばらつき±10％以下に抑えることが可能となる。
【００４５】
窒化珪素焼結体が導電性付与粒子に加えて鉄成分を含む場合には、鉄成分同士の距離や鉄成分と導電性付与粒子との距離を0.5〜5μmの範囲とすることが好ましい。さらに、このような位置関係を満たす粒子が80％以上占めていることが好ましい。鉄成分同士や鉄成分と導電性付与粒子との最も近い粒子間距離があまり離れている微構造の場合には、電気抵抗値を下げる効果を十分に得ることができないおそれがあり、電気抵抗値のばらつきも増加する傾向がある。そのため、鉄成分同士や鉄成分と導電性付与粒子との距離を適度に接近させ、またその分布も均一化させることが好ましい。
【００４６】
ここで、上述した導電性付与粒子の凝集部の面積率は、以下のようにして求めるものとする。まず、焼結体の断面や表面を鏡面（表面粗さＲaで0.01μm以下）に加工し、この表面の任意の測定箇所について電子線プローブマイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）で元素分布を分析する。ＥＰＭＡによる分析は、例えば30×30μmの単位面積（もしくはそれ以上の面積）に対して行い、元素分布を示すカラーマップを作製する。このカラーマップを用いて、単位面積内に存在する導電性付与粒子の凝集部の全面積を測定することによって、窒化珪素焼結体中の凝集部の面積率を求める。本発明における凝集部の面積率は、上記した方法で任意の4箇所以上の測定箇所について単位面積当りの凝集部の面積率を求め、これらの測定値の平均値により求めることが好ましい。
【００４７】
ＥＰＭＡによるカラーマップは、倍率2000倍（50μmを100mmで表示）以上で作製することが好ましい。この程度もしくはそれ以上の倍率で窒化珪素焼結体の断面や表面を観察した場合に、単位面積当りの導電性付与粒子の凝集部の面積率のばらつきが小さくなる。また、窒化珪素焼結体中の導電性付与粒子の凝集部の面積率を求める上で、単位面積は少なくとも30×30μmの面積を有していれば面積率の測定誤差を少なくすることができる。従って、本発明における測定は少なくとも30×30μmの面積を単位面積として実施するものとする。
【００４８】
なお、ＥＰＭＡでカラーマップを作製するとき、ベアリングボールのように球面状の試料ではカラーマップの端部が湾曲して写るため、正確に凝集した導電性付与粒子の存在状態を示さないことが考えられるが、単位面積30×30μmのような微小な範囲の撮影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。このような観点からも単位面積は30×30μmの面積とすることが好ましい。
【００４９】
本発明において、導電性付与粒子の凝集部の大きさ（最大径）、凝集部同士の距離、凝集部を形成していない導電性付与粒子同士の距離などについても、同様に焼結体の断面や表面のＥＰＭＡによるカラーマップから求めるものとする。これらの各値についても、任意の4箇所以上の位置について測定を行い、それらの平均値で示すことが好ましい。他の微細構造の規定値についても、基本的には同様な測定方法に基づいて求めた値を示すものとする。また、ＥＰＭＡによるカラーマップと走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による二次電子像との比較を利用することも、場合によっては有効である。
【００５０】
本発明の電子機器用耐摩耗性部材において、導電性付与粒子の分散状態はさらに窒化珪素焼結体中の任意の直線距離30μmにおける導電性付与粒子の存在数が5〜20個となるようにすることが好ましい。より好ましくは8〜13個である。ここで、導電性付与粒子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30μmに相当する直線（太さ0.5mm以下）を引き、その直線上に存在する導電性付与粒子の数をカウントする。
【００５１】
なお、直線距離30μm中の導電性付与粒子の個数を数える際には、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30μm中に凝集粒子が1つと凝集していない導電性付与粒子が2つ存在していた場合、導電性付与粒子の数は3個ではなく、直線距離30μm上に存在する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、凝集粒子が4つの導電性付与粒子の凝集体（もちろん4つとも30μmの直線上に乗っている）とした場合、上述の凝集していない2つの導電性付与粒子と合せて、直線距離30μm上に存在する導電性付与粒子の数は合計6個とカウントする。
【００５２】
導電性付与粒子の個数の測定において、拡大写真は2000倍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窒化珪素焼結体の表面または断面を観察する場合、直線距離30μmに相当する長さの直線を引くときに、線径0.5mm以下であれば導電性付与粒子の個数を数える上で、直線に触れるか触れないかの判断のばらつきが小さくなる。窒化珪素焼結体中の導電性付与粒子の個数を数える上で、単位距離を30μmとすれば導電性付与粒子の個数のばらつきが少なくなる。
【００５３】
導電性付与粒子の個数の測定場所は、前述した凝集体の測定と同様に、焼結体の表面2箇所、断面2箇所の合計4箇所とし、これらの平均値で導電性付与粒子の個数を示すことが好ましい。測定にあたっては、各測定個所で単位面積50×50μm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粒子の数を測定する。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粒子が判断しやすくなる。
【００５４】
窒化珪素焼結体中の任意の直線距離30μmにおける導電性付与粒子の数が4個以下である場合には、(1)導電性付与粒子の含有量が少ない、(2)1個の導電性付与粒子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、窒化珪素焼結体の電気抵抗値があまり下がらず、導電性付与粒子の添加効果が十分に得られない。また、(2)の場合に関しては、例えば直線距離30μmにおける導電性付与粒子の数が4個以下になるケースとして、大きさが7.5μm以上の導電性付与粒子を含有している形態が考えられる。このような場合には、実質的に窒化珪素焼結体中の導電性付与粒子の量が多くなりすぎて、窒化珪素焼結体が本来有する強度や耐摩耗性などの特性が低下する。
【００５５】
一方、窒化珪素焼結体中の任意の直線距離30μmにおける導電性付与粒子の数が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粒子である、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、窒化珪素焼結体が本来持つ特性を活かすことができなくなる。
【００５６】
さらに、窒化珪素焼結体が本来有する特性を活かすことを考慮すると、窒化珪素焼結体中にあまりたくさんの導電性付与粒子が存在する状態は好ましくない。このようなことから、窒化珪素焼結体中の任意の直線距離30μmに対して導電性付与粒子が3〜30％の範囲で存在することが好ましい。言い換えると、直線距離30μmの3〜30％の範囲を導電性付与粒子が占めている状態が好ましい。上述した導電性付与粒子の個数と併せて、このような状態を維持することによって、窒化珪素焼結体が本来有する特性の低下を抑制することができる。
【００５７】
本発明の電子機器用耐摩耗性部材は、導電性付与粒子の一部がベアリングボールなどの表面に存在する形態であることが好ましい。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粒子が存在することであり、導電性付与粒子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、導電性付与粒子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。
【００５８】
導電性付与粒子は窒化珪素焼結体全体に分散させてもよいが、窒化珪素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窒化珪素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粒子を分散させた窒化珪素焼結体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は窒化珪素単独の焼結体からなる内層部１３と、導電性付与粒子（その一部は凝集体を形成）を分散させた窒化珪素焼結体１４とを有するベアリングボール１２の構成を示している。
【００５９】
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粒子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。導電性付与粒子を含有する表層部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。
【００６０】
静電気の帯電防止効果は、ベアリングボール１２の表面のみに導電性（電気抵抗値の低い部分）を付与することで得ることができる。従って、表層部１４のみに導電性付与粒子を含有させた形態であれば、全体に導電性付与粒子を含有させた場合に比べて導電性付与粒子の使用量を低減することができる。これはベアリングボール１２の製造コストの低減に寄与するだけでなく、軽量化に対しても効果をもたらす。例えば、4000rpm以上というような高速回転を行うベアリングでは、ベアリングボール１２の僅かな軽量化であっても大きな効果が得られる。なお、導電性付与粒子の使用量の低減に伴う製造コストの削減効果は、直径が3mm以下の小型のベアリングボール１２において特に有効に得られる。
【００６１】
さらに、内層部１３は導電性付与粒子を含まないため、窒化珪素焼結体本来の特性が維持されている。従って、ベアリングボール１２としての硬度、耐摩耗性、破壊靭性値などの特性を、窒化珪素焼結体本来の特性により近付けることができる。従って、このようなベアリングボール１２を用いることによって、例えば電子機器などの回転駆動部における高速回転（例えば4000rpm以上）の信頼性をより一層高めることができる。
【００６２】
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中の導電性付与粒子が固定され難く、ベアリングボール１２として摺動した際に導電性付与粒子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、導電性付与粒子を含有した表層部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。
【００６３】
なお、ベアリングの転動体が円柱状などの真球状以外の形状を有する場合には、最短の半径を基準距離として表面から1/3の範囲や表面から10μm以上の範囲を導き出すものとする。すなわち、本発明による窒化珪素焼結体は種々の形状のベアリング部材として用いることができる。そのような場合には、ベアリング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１４を形成することが好ましい。さらに、表層部１４はベアリング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。
【００６４】
本発明の耐摩耗性部材を適用した2層構造のベアリングボール１２においては、さらに表層部１４の最大厚さＷ1と最小厚さＷ2の比がＷ1／Ｗ2≦1.2となるように、表層部１４を形成することが好ましい。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１１において、表層部１４の厚さにばらつきがあると転がり寿命にばらつきが生じてしまう。すなわち、ベアリングボール１２を摺動させた際に、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は厚さのばらつきを低減することが好ましい。
【００６５】
本発明の電子機器用耐摩耗性部材に適用する窒化珪素焼結体は、導電性付与粒子を配合する以外は一般的な窒化珪素焼結体と同様に、各種の金属化合物を焼結助剤として含むことができる。導電性付与粒子を除く窒化珪素焼結体の組成比については特に限定されるものではない。ただし、摺動特性などを考慮して、以下に示す組成を有する窒化珪素焼結体を使用することが好ましい。
【００６６】
すなわち、本発明の電子機器用耐摩耗性部材においては、窒化珪素100質量部に対して、３Ａ族元素の酸化物および窒化物から選ばれる少なくとも1種を5〜15質量部と、２Ａ族元素、４Ａ族元素の酸化物および窒化物から選ばれる少なくとも1種を0.5〜3質量部と、４Ａ族元素、５Ａ族元素、６Ａ族元素、７Ａ族元素、珪素および硼素の炭化物から選ばれる少なくとも1種を15〜40質量部とを含む窒化珪素焼結体を用いることが好ましい。
【００６７】
３Ａ族元素の酸化物および窒化物としては、イットリウム（Ｙ）などの希土類元素の酸化物や窒化物が挙げられる。これらは焼結時に酸化物や窒化物となる希土類元素の化合物を出発原料として用いてもよい。３Ａ族元素の酸化物などの化合物は粒界相の構成成分となる。窒化珪素焼結体においては、３Ａ族元素の酸化物などを含む粒界相により窒化珪素結晶粒が強固に結合され、これによって高強度の窒化珪素焼結体が構成される。
【００６８】
３Ａ族元素の酸化物や窒化物の含有量が5質量部未満であると、粒界相の形成量が不足することによって、十分な強度がえられないおそれがある。一方、これらの化合物の含有量が15質量部を超えると、粒界相の形成量が必要以上に増加してしまうため、強度の低下並びに熱伝導率の低下などを招くおそれがある。このようなことから、３Ａ族元素の酸化物や窒化物の含有量は3質量部以上15質量部以下とすることが好ましく、さらに好ましくは4質量部以上7質量部以下である。
【００６９】
さらに、粒界相による窒化珪素結晶粒間の結合力を強化するために、窒化アルミニウムや酸化アルミニウムなどのアルミニウム化合物を2質量部以上10質量部以下の範囲で配合することも有効である。アルミニウム化合物を添加すると粒界相にＡｌ含有の化合物相が形成され、粒界相による窒化珪素結晶粒間の結合力がより一層強化される。アルミニウム化合物は1種のみであってもよいし、2種以上を複合添加してもよい。
【００７０】
２Ａ族元素や４Ａ族元素の酸化物および窒化物は焼結性の向上に寄与する成分であり、0.5質量部以上3質量部以下の範囲で含有させることが好ましい。これらの化合物は２Ａ族元素の化合物または４Ａ族元素の化合物を単独で含有させてよいし、また両方の化合物を含有させてもよい。２Ａ族元素としてはマグネシウムやカルシウムが好ましい元素として挙げられる。４Ａ族元素としてはチタン、ジルコニウム、ハフニウムが好ましい元素として挙げられる。これら元素の化合物は酸化物や窒化物として添加してもよいし、焼結時に酸化物や窒化物となる化合物を添加してもよい。
【００７１】
上述した各種金属の炭化物は導電性付与粒子として機能するものであり、15質量部以上40質量部以下の範囲で含有させることが好ましい。金属炭化物の含有量が15質量部未満であると、窒化珪素焼結体の電気抵抗値を十分に低下させることができないおそれがある。一方、金属炭化物の含有量が40質量部を超えると、窒化珪素焼結体の電気抵抗値自体は下がるものの、窒化珪素焼結体本来の特性が低下するおそれがある。
【００７２】
本発明においては、前述したように導電性を有する各種の金属炭化物を使用することができる。これらの金属炭化物は窒化珪素結晶粒の粒成長を抑制する働きを有するため、電気抵抗値のばらつきの低減に効果を示すだけでなく、強度の向上に対しても有効に作用するものである。炭化珪素は特に粒成長の抑制効果に優れることから、本発明で用いる金属炭化物として好ましいものである。
【００７３】
上述したような金属炭化物を含有する窒化珪素焼結体によれば、長径が4μm以下の窒化珪素結晶粒が全窒化珪素結晶粒に対して90％以上存在する微細結晶構造を得ることができる。さらに、短径が1μm以下の窒化珪素結晶粒を全窒化珪素結晶粒に対して90％以上有することが好ましい。このような微細結晶構造を具備する窒化珪素焼結体は3点曲げ強度で650MPa以上の強度を有する。さらに、このような窒化珪素焼結体を用いたベアリングボールは圧砕強度が1×104MPa以上になる。
【００７４】
窒化珪素焼結体の電気抵抗値を所定の値にするために、炭化物を焼結体中に含有させた場合、この炭化物は実質的に粒界相に存在することになる。このとき、窒化珪素結晶粒の長径や短径があまり大きいと、粒界相中に存在する炭化物粒子同士の距離が離れてしまうことから、電気抵抗値がばらつきやすくなる。つまり、同組成の窒化珪素焼結体であっても、窒化珪素結晶粒のサイズが大きいものと小さいものとでは電気抵抗値に違いが生じる場合がある。
【００７５】
窒化珪素焼結体を構成する窒化珪素結晶粒は、通常アスペクト比（長径／短径）が1.2程度から大きいもので10を超えるものまで存在する。窒化珪素焼結体は、このようなアスペクト比が異なる結晶粒を実質的に異方的に具備し、このような窒化珪素結晶粒間に粒界相が存在する形態を有する。このような窒化珪素焼結体において、上述したような微細結晶構造を実現することで電気抵抗値のばらつきをさらに抑制することができる。特に、最大径が1μm以下の炭化珪素粒子を含有させることによって、凝集粒子を形成する一部の炭化珪素粒子を除いて、炭化珪素粒子を窒化珪素結晶粒間にほぼ均一に分散させることができる。
【００７６】
このように、導電性付与粒子として炭化珪素粒子のような炭化物粒子を用いることによって、長径および短径が共に微細な窒化珪素結晶粒で構成された窒化珪素焼結体が得られる。微細結晶構造を有する窒化珪素焼結体によれば、3点曲げ強度を1000MPa以上と向上させた上で、例えば100個当りの窒化珪素焼結体の電気抵抗値のばらつきを±10％以内に抑えることができる。長軸が4μmを超える窒化珪素結晶粒についても、最大長径を10μm以下にすることができる。
【００７７】
さらに、粒界相の形状については、その幅を1μm以下、さらには0.5μm以下と薄くすることができる。粒界相の幅を1μm以下と薄くすることによって、炭化物粒子による電気抵抗値の制御効果がより得やすくなる。粒界相は主としてＳｉ−Ｒ（希土類元素）−Ｏ系化合物、Ｓｉ−Ａｌ−Ｒ−Ｏ系化合物、Ｓｉ−Ａｌ−Ｏ系化合物、Ｓｉ−Ｒ−Ｏ−Ｎ系化合物、Ｓｉ−Ａｌ−Ｒ−Ｏ−Ｎ系化合物、Ｓｉ−Ａｌ−Ｏ−Ｎ系化合物などの酸化物や酸窒化物により形成される。これら粒界相を構成する化合物は、電気抵抗値が105Ω・mを超える絶縁物であるため、あまり粒界相の幅が厚いと炭化物粒子を添加した効果が低下する。
【００７８】
なお、本発明における粒界相の幅とは、窒化珪素結晶粒同士の距離、窒化珪素結晶粒と炭化物粒子との距離を示すものである。また、窒化珪素結晶粒の長径および短径は、前述したように拡大写真から測定するものとする。粒界相の幅は拡大写真において、窒化珪素結晶粒同士の粒子間距離、窒化珪素結晶粒と炭化物粒子との粒子間距離のうち、最も近い粒子同士の粒子間距離に基づいて求めるものとする。具体的には、測定対象の窒化珪素結晶粒を1つ決め、任意の測定点から結晶粒の表面に対して垂直に直線を延ばし、窒化珪素結晶粒または炭化物粒子に到達するまでの距離により求めるものとする。
【００７９】
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の転動体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、適度な導電性を付与した上で、複数のボール間の電気抵抗値のばらつきを改善することができる。従って、このようなベアリングボールを有するベアリングをＨＤＤのような電子機器に適用した場合に、高速回転により生じる静電気を良好に逃がすことが可能となる。これによって、電子機器の静電気による不具合を確実に解消することができるようになる。このような電気抵抗値のばらつきの改善は、直径3mm以下の小型のベアリングボールにおいて特に有効である。
【００８０】
すなわち、通常のベアリングはベアリングボールを4〜20個程度組合せて構成される。このようなベアリングを4000rpm程度の回転速度で回転させる場合には、電気抵抗値のばらつきはあまり問題とはならないが、7200rpm以上の高速回転になると、ベアリングボールの電気抵抗値のばらつきに基づいて、最も電気抵抗値が高いベアリングボールに静電気が瞬間的に集中してしまい、ＨＤＤのような電子機器に悪影響を与えることになる。
【００８１】
特に、ＨＤＤなどの電子機器は瞬間的な帯電量によっても影響されることから、ベアリングボール間の電気抵抗値のばらつきは高速回転になればなるほど小さい方が好ましい。従って、本発明による電気抵抗値のばらつきが小さい窒化珪素焼結体を直径3mm以下、さらには2mm以下のベアリングボールに適用することによって、例えば7200rpm以上の高速回転をさせる場合においても静電気による不具合を良好に改善することが可能となる。
【００８２】
加えて、本発明で用いる窒化珪素焼結体は、熱伝導率が窒化珪素より高い炭化物粒子などを導電性付与粒子として添加しているため、40W/m K以上の熱伝導率を得ることができる。電子機器においては、例えば半導体装置用基板を見ても分かる通り、熱の問題は非情に重要である。このため、電子機器用の摺動部材においても放熱性は重要となる。特に、ＨＤＤなどの電子機器の回転駆動部に用いるベアリングボールを、熱伝導率が40W/m K以上の放熱性に優れた窒化珪素焼結体で構成することによって、上述した静電気の帯電を防止するだけでなく、回転駆動に伴う摩擦熱をも効率よく発散できるようになる。すなわち、静電気の帯電防止と放熱性の両方の効果を得ることができる。
【００８３】
ベアリング部材において、回転軸やボール受け部は軸受鋼などの金属部材で形成されることが多く、摺動時の熱による変形の問題が起きやすい。特に、電子機器においては回転速度が7200rpm以上、さらには10000rpm以上と高速回転化していく傾向にあり、従来より放熱性の問題が起きやすくなっている。従って、熱伝導率の高い窒化珪素焼結体を用いたベアリングボールは電子機器に適しており、特に回転軸およびボール受け部が軸受鋼などの金属部材からなるベアリング部材に最適であると言える。
【００８４】
この際、ベアリングボールの直径は3mm以下、さらには2mm以下であることが好ましい。本発明の窒化珪素焼結体は熱伝導率が40W/m K以上と高いが、回転軸やボール受け部などを構成する金属部材と比較すると熱伝導率が劣っている。そのため、放熱性という観点からは、窒化珪素製ベアリングボールは熱抵抗体となってしまうことから、ベアリングボールの直径は小さいことが好ましい。ベアリングボールの直径を3mm以下、さらには2mm以下と小さくすることによって、ベアリングの熱抵抗を下げることができる。
【００８５】
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。
【００８６】
まず、窒化珪素粉末、焼結助剤粉末、および導電性付与粒子となる粉末をそれぞれ所定量秤量し、これらを均一混合する。各原料粉末には摺動特性を考慮して、ウイスカーや繊維ではなく、粒子状粉末を用いる。各原料粉末の大きさは特に限定されるものではないが、窒化珪素粉末は平均粒径が0.2〜3μmの範囲が好ましく、焼結助剤粉末は平均粒径が2μm以下であることが好ましい。導電性付与材粉末の平均粒径は2μm以下であることが好ましく、さらに好ましくは0.3〜1.2μmの範囲である。導電性付与材粉末の平均粒径が2μmを超えると、わずかな凝集だけで最大径が10μmを超えるおそれがある。さらに、前述した凝集部の最大径を制御しやすいように、平均粒径のばらつきが少ない粉末、例えば標準偏差が1.5μm以下の粉末を用いることが好ましい。
【００８７】
各原料粉末を混合するにあたっては、導電性付与粒子が必要以上に凝集することを防ぐことが重要である。導電性付与粒子の凝集が必要以上に起きると、導電性付与粒子の凝集部が面積率で30％を超える部分が生じやすくなると共に、導電性付与粒子の凝集部の最大径が10μmを超えやすくなってしまう。
【００８８】
このようなことから、凝集部を形成するための導電性付与粒子を、予め凝集部の最大径が10μm以下、さらには5μm以下となるように造粒し、この造粒粉を凝集部が所定の面積率を満たすように添加した後、凝集させない導電性付与粒子を別途添加、混合する方法などを採用することが好ましい。導電性付与粒子を添加、混合する際に、さらなる凝集部の形成を抑制するためには、例えば以下に示す方法を適用することが有効である。
【００８９】
まず、1ロット分の原料粉末を混合するにあたって、各原料粉末をそれぞれ2分割以上、好ましくは3〜5分割し、比較的少量ずつ混合したものを最終的に1つに混ぜ合わせる。1回の混合で導電性付与粒子の凝集部が必要以上に存在しない混合粉末が得られれば特に問題はないが、このような場合には凝集粒子の少ない均一な混合粉末を得るために、混合時間が必要以上に長くなってしまうことが多く、必ずしも製造性がよいとは言えない。また、1度に大量の原料粉末を混ぜ合わせると、窒化珪素焼結体を作製する際に導電性付与粒子が凝集しやすく、凝集部の面積率が30％を超える部分が生じたり、また凝集部の最大径が10μmを超えるおそれがある。
【００９０】
他の方法としては、まず窒化珪素粉末と焼結助剤とを混合し、この混合粉末中に導電性付与材粉末を添加する際に、導電性付与粒子の凝集部を形成させない導電性付与材粉末を数回に分けて添加する方法が挙げられる。例えば、導電性付与粒子の添加量を2分割以上、好ましくは3〜5分割し、これらを順次添加、混合する。この際、1回目の添加から所定時間経過した後（30分以上が好ましい）に、2回目以降の添加を順に実施する。導電性付与材粉末を少量ずつ添加、混合することによって、導電性付与粒子同士のさらなる凝集を防ぐことができる。
【００９１】
上述したような方法で原料粉末を均一に混合すれば、導電性付与粒子同士が必要以上に凝集することを抑えることができる。従って、導電性付与粒子の凝集部の面積率を30％以下にすることができると共に、凝集部の最大径を10μm以下、さらには5μm以下にすることが可能となる。特に、直径3mm以下、さらには2mm以下の小型のベアリングボールを作製する場合には、導電性付与粒子の凝集部を必要以上に形成させないことが重要である。これは、ベアリングボールが小型になればなるほど、凝集部の影響を受けやすくなるためである。さらに、上述した方法によれば、任意の直線距離30μm上に存在する導電性付与粒子の個数のばらつきも小さくなり、例えば1つの窒化珪素焼結体中のばらつきを±5個程度とすることができる。
【００９２】
上述した各原料粉末を混合するにあたっては、各原料粉末や原料処理工程により生じる鉄成分が過度に混入することを防ぐようにする。そのため、例えば各原料粉末中の鉄成分量を管理して、必要量以上に鉄成分を含有させないようにすることが好ましい。鉄成分量が少ない場合には所定量添加してもよい。さらに、各原料粉末の混合粉末やそれを造粒した造粒粉末に対して乾式除鉄を施し、粉末中に含まれる鉄成分量を好ましい量になるまで除去してもよい。除鉄には、例えばマグネットロータが一定の間隔で対向した隙間に粉末を流し込み、対向点を結ぶ空間の磁界が例えば10000〜30000G程度になる電流・電圧をロータにかけ、この強磁界中で鉄分を除去する方法が用いられる。この処理は繰り返し行ってよい。磁界による鉄成分の除去は、特に最大径が大きい鉄成分を積極的に除去できるので効果的である。
【００９３】
2層構造のベアリングボールなどを作製する場合には、表層部を形成する混合粉末と内層部を形成する混合粉末をそれぞれ用意する。表層部を形成する混合粉末には、上述した導電性付与材粉末を含む混合粉末が用いられる。導電性付与材粉末の混合などに関しては、上述した方法を適用することが好ましい。内層部を形成する混合粉末には、導電性付与材粉末を含まない混合粉末、すなわち通常の窒化珪素焼結体の原料混合粉末が用いられる。
【００９４】
上述したような原料混合粉末は、必要に応じて造粒した後、所望の形状（例えばボール形状）に成形される。成形方法に関しては、通常の成形方法を適用することができる。例えば、ベアリングボールを作製する場合には、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好ましい。特に、継続的に2回以上ＣＩＰを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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
上述したような方法により得た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。焼結方法に関しては、常圧焼結、加圧焼結、熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）などが適用可能である。ベアリングボールを作製する場合には、常圧焼結や加圧焼結を行った後にＨＩＰを行う2段焼結を適用することが好ましい。これによって、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粒子をより強固に固着させることができる。このような焼結工程を経た後、ベアリングボールとして使用する場合には、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。
【００９８】
本発明の電子機器用耐摩耗性部材は、ベアリングボールなどとして各種の電子機器の回転駆動部に好適に用いられるものである。本発明は特に直径が3mm以下の小さいベアリングボールに対して有効である。なお、ベアリングボールの形状は、通常真球状が一般的であるが、必ずしもこれに限定されるものではない。本発明による窒化珪素焼結体は、例えば円柱状や棒状などの種々の形状の転動体に適用することができる。このように、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。
【００９９】
本発明の電子機器用耐摩耗性部材を適用する電子機器としては、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。
【０１００】
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３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３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。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を実現することができる。なお、基本構成は通常のベアリングと同様である。
【０１０１】
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の回転駆動部に使用される。
【０１０２】
図４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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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、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。
【０１０５】
【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。
【０１０６】
実施例１〜４、比較例１〜２、参考例１
まず、平均粒径が0.7μmの窒化珪素粉末と、導電性付与粒子として平均粒径が0.7μm以下（標準偏差1.3μm以下）の炭化珪素粉末と、焼結助剤として平均粒径が0.8μmの酸化イットリウム粉末および平均粒径が0.9μmの酸化アルミニウム粉末を、それぞれ用意した。これらの組成比は窒化珪素粉末に対して、炭化珪素粉末が20質量％、酸化イットリウム粉末が5質量％、酸化アルミニウム粉末が4質量％とした。
【０１０７】
炭化珪素粉末については、導電性付与粒子同士の凝集部を形成するための粉末を、予め凝集部の最大径が2μm以下となるように造粒した。造粒粉の割合は表１に示す凝集部の面積率に応じて調整した。各原料粉末の混合は、まず各原料粉末をそれぞれ3分割して混合し、3つの混合粉末を得た。そして、この3つの混合粉末を合せて混合することによって、導電性付与粒子同士の凝集粒子を所定量含有する混合原料粉末をそれぞれ調製した。
【０１０８】
上述した各混合原料粉末をＣＩＰ成形法により成形した後、不活性雰囲気中にて1600〜1900℃の温度で常圧焼結し、続いて1600〜1900℃の温度でＨＩＰ焼結を行った。このようにして複数の窒化珪素焼結体を作製した。なお、各実施例では3×4×10mmの四角柱状の試料をそれぞれ作製し、さらにJIS規格で認定されたベアリングボールのグレード3に相当する表面研磨を施した。
【０１０９】
また、本発明との比較のために、過量の導電性付与粒子を一度に添加する以外は実施例と同様にして、凝集部の面積率を本発明の範囲外とした窒化珪素焼結体（比較例１）を作製した。さらに、導電性付与粒子を添加しない以外は実施例と同様にして、窒化珪素焼結体（比較例２）を作製した。参考例１は導電性付与粒子の凝集部が少ない窒化珪素焼結体である。
【０１１０】
上述した実施例１〜４、比較例１〜２、参考例１による各窒化珪素焼結体の凝集部の面積率、電気抵抗値、電気抵抗値のばらつき、3点曲げ強度（室温）、熱伝導率を測定した。その結果を表１に示す。なお、凝集部を形成していない導電性付与粒子同士の粒子間距離はいずれも1〜15μmの範囲内であり、凝集部同士の距離は2〜10μmの範囲内であった。
【０１１１】
各窒化珪素焼結体中の導電性付与粒子の凝集部の面積率は、各試料を表面粗さＲaが0.01μm以下となるように研磨加工し、研磨面の任意の4箇所（単位面積30×30μmに相当する任意の面積）を測定箇所として選択し、各測定箇所のＥＰＭＡによるカラーマップ（倍率2000倍）を使用して測定した。電気抵抗値は各試料の上下面をラップ加工して、上下面にそれぞれ電極を設置し、室温にてその間の抵抗を絶縁抵抗計で測定した。熱伝導率は各試料を3×3×10mmに追加加工したものを用いて、レーザーフレッシュ法により測定した。各測定値はそれぞれ100個の試料について測定し、その平均値として示した。電気抵抗値のばらつきについては、平均値に対して最も差の大きかった電気抵抗値を平均値に対する差としてパーセントで表示した。
【０１１２】
なお、各特性の測定において、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。
【０１１３】
【表１】
0003640910.tif 000002
【０１１４】
表１から明らかなように、本発明の窒化珪素焼結体は電気抵抗値が1〜105Ω・mの範囲において、3点曲げ強度が1000MPa以上で、熱伝導率が40W/m K以上であることが分かる。このような電気抵抗値などの特性を有する窒化珪素焼結体を、後述するＨＤＤなどの電子機器用ベアリングボールに用いると、静電気による不具合を解消することが可能となる。
【０１１５】
これに対して、比較例１は導電性付与粒子の凝集部の割合が多いために、電気抵抗値のばらつきは小さいものの、焼結体の強度が低下している。一方、導電性付与粒子を添加していない比較例２は電気抵抗値が108Ω・m以上であり、熱伝導率も低い。参考例１の窒化珪素焼結体は、導電性付与粒子の凝集部の面積率が1％であることから、電気抵抗値自体は1〜105Ω・mの範囲内であるものの、電気抵抗値のばらつきが大きくなっている。
【０１１６】
なお、実施例１〜４による各窒化珪素焼結体中の導電性付与粒子の凝集部の最大径はいずれも3μm以下であった。これに対し、導電性付与粒子を一度に過量に添加した比較例１による窒化珪素焼結体では、凝集部の最大径が20μm以上となっている個所が複数存在し、強度低下の原因となったものと考えられる。
【０１１７】
実施例５〜８、比較例３〜５、参考例２
上述した実施例１と同様の製造工程によって、電気抵抗値および導電性付与粒子の凝集部の割合を変えた窒化珪素焼結体からなる直径2mmのベアリングボールを複数作製した。各ベアリングボールの表面はグレード3に相当する表面粗さとなるように研磨した。
【０１１８】
また、本発明との比較のために、導電性付与粒子の凝集部の面積率を本発明の範囲外としたベアリングボール（比較例３）、導電性付与粒子を含有させていないベアリングボール（比較例４）、電気抵抗値を本発明の範囲より低くしたベアリングボール（比較例５）、導電性付与粒子の凝集部が少ないベアリングボール（参考例２）をそれぞれ作製した。
【０１１９】
次に、各ベアリングボールを10個一組として、それぞれベアリングを作製した。ボール受け部などの他のベアリング部材には軸受鋼SUJ2材を使用した。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7200rpmと11000rpmでそれぞれ200時間連続稼動させ、その際の静電気による不具合の有無を調べた。静電気による不具合はＨＤＤを各100台用意して測定した。
【０１２０】
次に、各ベアリングボールの転がり寿命を測定した。なお、各実施例によるベアリングボールは、いずれも導電性付与粒子の凝集部の最大径が5μm以下であった。比較例３のベアリングボールは凝集部の最大径が9μmであり、比較例５のベアリングボールは凝集部の最大径が23μmであった。転がり寿命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測定した。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最高400時間まで回転させ、ベアリングボールの表面が剥離するまでの時間で評価した。その結果を表２に併せて示す。
【０１２１】
【表２】
0003640910.tif 000003
【０１２２】
表２から明らかなように、実施例５〜８による各ベアリングボールを用いることによって、静電気による不具合を解消することができることが分かる。さらに、実施例５〜８による各ベアリングボールは、電気抵抗値のばらつきが少ないをことに加えて、導電性付与粒子を添加していない比較例５と同等の優れた転がり寿命を示すことが分かる。
【０１２３】
これに対して、比較例４は電気抵抗値が高いことから、静電気による不具合が発生（100台中1〜3台）した。比較例３および比較例４は、静電気による不具合は発生しなかったものの、ベアリングボールの強度が低いために転がり寿命に劣り、あまり長時間の稼動には向かないことが確認された。これは凝集部の割合が多すぎると共に、凝集部の最大径が大きいためであると考えられる。
【０１２４】
参考例２のベアリングボールは、7200rpm程度の回転速度では静電気による不具合は確認されなかったが、11000rpmではＨＤＤが完全に停止していないものの、若干の不具合を示す（100台中1〜2台）ことが確認されたので、静電気による不具合は「ややあり」と表記した。これは、ベアリングボールの電気抵抗値のばらつきが大きいため、電気抵抗値の最も大きいベアリングボールに静電気が瞬間的に集中したためであると考えられる。
【０１２５】
実施例９〜１０、参考例３
導電性付与粒子の凝集部の最大径による影響を調べるために、凝集部の最大径を変えた以外は実施例７と同様にして、複数のベアリングボールをそれぞれ作製した。これら各ベアリングボールに対して、実施例５と同様の転がり寿命試験を行った。また、併せて圧砕強度と3点曲げ強度（室温）を測定した。圧砕強度は、旧JIS規格B1501に準じた測定法により、インストロン型試験機で圧縮加重をかけ、破壊時の荷重により測定した。それらの結果を表３に示す。
【０１２６】
なお、この実施例のベアリングボールは直径が3mmと小型のため、前記JISに準じた方法（2個のボールを縦に重ねて測定）では圧砕強度の測定が難しいことから、図６に示すように、一対の平板材の間に1個のボールを配置し、上から荷重をかけてボールが圧砕したときの強度を求めた。平板材には硬さ60HRC以上の焼入れされた軸受鋼（SUJ2）を用いるものとする。負荷速度は3mm/minに統一した。また、この測定方法は1個のボールを圧砕しているため、前記JISに準じた方法よりも圧砕強度が大きくなる。
【０１２７】
【表３】
0003640910.tif 000004
【０１２８】
表３から明らかなように、導電性付与粒子の凝集部の最大径が10μm以下（特に5μm以下）のものは転がり寿命に優れ、かつ圧砕強度も2×104MPa以上と優れた特性を示すことが分かる。これに対し、本発明の好ましい範囲を外れている参考例３は、機械的な特性が若干劣ることが分かる。これは導電性付与粒子の凝集部の最大径が大きすぎるために、この凝集部が破壊起点になったためであると考えられる。
【０１２９】
実施例１１〜２０
導電性付与粒子の材質を表４にそれぞれ示す材料に変える以外は、実施例２と同一の窒化珪素焼結体を作製した。これら各窒化珪素焼結体についても、実施例２と同様な測定を行った。それらの結果を表４に併せて示す。
【０１３０】
【表４】
0003640910.tif 000005
【０１３１】
表４から明らかなように、導電性付与粒子の材質を変えた場合においても、本発明の窒化珪素焼結体は電気抵抗値、3点曲げ強度、熱伝導率がいずれも優れていることが分かる。さらに、これら各窒化珪素焼結体を用いて、ベアリングボールを作製したところ、いずれのべアリングボールも圧砕強度は2×104MPa以上で、転がり寿命は400時間以上と優れた特性を示すことが確認された。
【０１３２】
実施例２１〜２４、比較例６〜８
導電性付与粒子の直線距離30μm当りの個数を変える以外は、実施例２と同様にして窒化珪素焼結体を作製した。なお、導電性付与粒子の凝集部の面積率は実施例２とほぼ同様である。これら各窒化珪素焼結体についても、実施例２と同様な測定を行った。それらの結果を表５に併せて示す。なお、比較例６は導電性付与粒子の含有量を減らしたもの、比較例７は導電性付与粒子を一度に過量に添加したもの、比較例８は導電性付与粒子の含まないものである。
【０１３３】
【表５】
0003640910.tif 000006
【０１３４】
表５から明らかなように、直線距離30μm当りの導電性付与粒子の個数を5〜20個とすることによって、良好な電気抵抗値を有すると共に、3点曲げ強度と熱伝導率に優れる窒化珪素焼結体が得られることが分かる。また、これらの窒化珪素焼結体を用いて作製したベアリングボールは、いずれも静電気による不具合を解消することができ、さらに良好な転がり寿命を示すことを確認した。
【０１３５】
実施例２５〜２９、参考例４〜６
上記した実施例２２と同様の組成を用いて、直線距離30μmにおける導電性付与粒子の数が8〜13個のベアリングボール（直径：2mm、表面粗さ：グレード3）を作製した。各ベアリングボールを作製するにあたり、導電性付与粒子（ＳｉＣ）の最大径を0.3〜4μmの範囲で変えることで、直線距離30μm中の導電性付与粒子の割合を変化させた。
【０１３６】
また、参考例４〜６として、最大径を0.3〜4μmの導電性付与粒子を用い、直線距離30μm中の導電性付与粒子の割合を50％としたベアリングボール（参考例４）、最大径が10μmの導電性付与粒子（ＳｉＣ）を使用したベアリングボール（参考例５）、最大径が0.05μm以下の導電性付与粒子（ＳｉＣ）を使用したベアリングボール（参考例６）を、それぞれ作製した。
【０１３７】
上述した実施例２５〜２９および参考例４〜６による各ベアリングボールの圧砕強度と転がり寿命を、実施例９と同様にして測定した。これらの測定結果を表６に示す。
【０１３８】
【表６】
0003640910.tif 000007
【０１３９】
表６から明らかなように、直線距離30μm上の導電性付与粒子の割合が3〜30％の範囲のベアリングボールは、優れた圧砕強度と転がり寿命を示すことが分かる。
【０１４０】
実施例３０〜３３、参考例７
鉄成分の含有量を変化させる以外は、実施例２と同様にして窒化珪素焼結体を作製した。なお、導電性付与粒子の凝集部の面積率は実施例２とほぼ同様である。これら各窒化珪素焼結体についても、実施例２と同様な測定を行った。それらの結果を表７に示す。なお、参考例７は鉄成分を過剰に含むものである。
【０１４１】
【表７】
0003640910.tif 000008
【０１４２】
表７から明らかなように、適度な量の鉄成分を含む窒化珪素焼結体は、電気抵抗値、3点曲げ強度、熱伝導率がいずれも優れていることが分かる。さらに、これらの窒化珪素焼結体を用いて作製したベアリングボールは、いずれも静電気による不具合を解消することができ、さらに良好な圧砕強度や転がり寿命を示すことを確認した。
【０１４３】
実施例３４〜３７、比較例９〜１１
上述した実施例１と同一の各原料粉末を用いて、窒化珪素粉末100質量部に対して、酸化イットリウム粉末を5質量部、酸化アルミニウム粉末を4質量部、炭化珪素粉末を表８に示す各量で配合する以外は、それぞれ実施例１と同様にして窒化珪素焼結体を作製した。導電性付与粒子の凝集部の面積率はいずれも2〜30％の範囲内であった。これら各窒化珪素焼結体について、実施例１と同様な測定を行った。さらに、長径が4μm以下の窒化珪素結晶粒の割合を測定した。これらの結果を表８に示す。
【０１４４】
なお、比較例９は炭化珪素粒子を含有していない窒化珪素焼結体、比較例１０は過量の炭化珪素粉末を一度に添加して作製した窒化珪素焼結体、比較例１１は少量の炭化珪素粒子を一度に添加して作製した窒化珪素焼結体である。これら各比較例の窒化珪素焼結体についても、実施例と同様な測定を行った。それらの結果を併せて表８に示す。
【０１４５】
次に、上述した各窒化珪素焼結体と同組成のベアリングボール（直径：2mm、表面粗さ：グレード3）をそれぞれ作製した。これら各ベアリングボールを用いて構成したベアリングを使用して、実施例５と同様にして、ＨＤＤの静電気による不具合の有無を調べた。また、実施例９と同様にして圧砕強度を測定した。これらの測定結果を併せて表８に示す。
【０１４６】
【表８】
0003640910.tif 000009
【０１４７】
表８から明らかなように、適量の炭化珪素粒子を含む窒化珪素焼結体は、電気抵抗値、3点曲げ強度、熱伝導率がいずれも優れていることが分かる。さらに、長径が4μm以下の窒化珪素結晶粒が90％以上存在していることが分かる。なお、長径が4μmを超える窒化珪素結晶粒はいずれも長径が10μm以下であった。さらに、短径が1μm以下の窒化珪素結晶粒が90％以上存在しており、粒界相の幅は1μm以下であった。
【０１４８】
実施例３８〜４１
表９に示す３ａ族化合物、２ａ族および４ａ族化合物、アルミニウム化合物を使用する以外は、実施例３５と同様にして窒化珪素焼結体をそれぞれ作製した。炭化珪素粉末（最大径1μm以下）の含有量は20質量部である。これら各窒化珪素焼結体の電気抵抗値、長径4μm以下の窒化珪素結晶粒の割合、3点曲げ強度、熱伝導率を実施例３５と同様にして測定した。それらの結果を表９に示す。
【０１４９】
【表９】
0003640910.tif 000010
【０１５０】
実施例４２〜４７、比較例１２
平均粒径が0.6μmの窒化珪素粉末、焼結助剤として平均粒径が1.2μmの酸化イットリウム粉末と平均粒径が0.6μmの酸化アルミニウム粉末、および導電性付与粒子として平均粒径が0.5μmの炭化珪素粉末をそれぞれ用意した。これらの粉末を用いて、内層部用の混合原料粉末と表層部用の混合原料粉末をそれぞれ以下のようにして調整した。
【０１５１】
内層部用の原料粉末については、酸化イットリウム粉末を5質量部、酸化アルミニウム粉末を2質量部含み、残部が窒化珪素素粉末からなる混合粉末を用意した。表層部用の原料粉末については、酸化イットリウム粉末を5質量部、酸化アルミニウムを2質量部、および炭化珪素粉末を種々の配合量で含み、残部が窒化珪素粉末からなる混合粉末を複数用意した。
【０１５２】
次に、上記した内層部用原料粉末を用いて、ＣＩＰ成形により球状成形体を作製した。この内層部用球状成形体を各表層部用原料粉末上に置き、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それぞれ作製した。表層部の形成範囲は表面から半径の1/3までとした。これらの球状成形体にさらにＣＩＰを施した後、1800℃で常圧焼結し、続いて1700℃でＨＩＰ焼結を行った。なお、各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。また、各ベアリングボールの表層部の最大厚さＷ1と最小厚さＷ2の比（Ｗ1／Ｗ2）はいずれも1.2以下であった。
【０１５３】
これら各ベアリングボールの電気抵抗値と破壊靭性値を測定した。破壊靭性値はJIS-R-1607に基づくＩＦ法に基づいて測定した。これらの測定結果を表１０に示す。次に、上記した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、それぞれ図３に示したような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（図４参照）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7200rpmで100時間連続稼動させ、その際の静電気による不具合を調べた。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。この測定結果を表１０に併せて示す。
【０１５４】
なお、表中の比較例１２は導電性付与粒子（炭化珪素粒子）を含んでいない窒化珪素焼結体からベアリングボールである。すなわち、上述した内層部用の混合原料粉末のみを用いて作製したベアリングボールである。
【０１５５】
【表１０】
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【０１５６】
表１０から明らかなように、表層部に適当量の導電性付与粒子を含有させた窒化珪素製ベアリングボールは、静電気による不具合が発生しておらず、ベアリングの高速回転に伴って生じる静電気の必要以上の帯電を防止することが可能であることが分かる。破壊靭性値に関しては、導電性付与粒子を含有していない比較例１２の窒化珪素製ベアリングボールに近い値が維持されていることが分かる。
【０１５７】
実施例４８〜５４
表層部に配合する導電性付与粒子を表２に示す材質に変える以外は、実施例４４と同様にして窒化珪素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破壊靭性値を実施例４４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、それぞれ実施例４４と同様にベアリング、スピンドルモータおよびＨＤＤを組立てた。そして、各ＨＤＤの静電気による不具合を調べた。これらの結果を表１１に示す。
【０１５８】
【表１１】
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【０１５９】
表１１から明らかなように、導電性付与粒子の材質を変えた場合においても、所定量の導電性付与粒子を含む表層部を有する窒化珪素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。
【０１６０】
【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、導電性付与粒子の凝集部を適度な範囲で有する窒化珪素焼結体を具備するため、窒化珪素焼結体が本来有する特性を維持した上で、静電気の帯電を防止し得る導電性をばらつきなく得ることができる。従って、このような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ベアリングおよびスピンドルモータによれば、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を実現すると共に、各種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。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施形態によるベアリングボールの構成を示す断面図である。
【図２】  本発明の第２の実施形態によるベアリングボールの構成を示す断面図である。
【図３】  本発明の一実施形態によるベアリングボールの概略構成を一部断面で示す図である。
【図４】  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５】  ベアリングボールの電気抵抗値の測定例を示す図である。
【図６】  ベアリングボールの圧砕強度の測定方法を示す図である。
【符号の説明】
１１……導電性付与粒子を含有する窒化珪素焼結体，１２、２２……ベアリングボール，１３……内層部，１４……導電性付与粒子を含有する表層部，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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