(57)【要約】  【課題】  落下等の場合のように強い衝撃を受けた場合でも故障しにくく、耐衝撃性に優れたセラミックス製動圧軸受を提供すること。  【解決手段】  動圧軸受１５は、空気を動圧発生用流体とする動圧軸受であり、窒化珪素質のセラミックス焼結体からなる主軸２９と、主軸２９の回りを非接触で回転する同様な焼結体からなる軸受部３１とを備えるとともに、主軸２９の軸方向両側には、スラスト板３３、３５を備えている。この動圧軸受１５を構成する、主軸２９、軸受部３１、スラスト板３３、３５は、下記式（１）その熱衝撃破壊抵抗係数Ｒ’は、３５００以上（好ましくは１００００以上）である。        Ｒ’＝｛Ｓ（１−ν）／Ｅα｝ｋ  ・・・・・・・（１）【選択図】 図３
2006125556.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体を潤滑流体とし、主軸もしくは軸受部が回転する際に、該主軸と軸受部とが互いの回転面にて非接触となる動圧軸受において、
前記主軸及び軸受部の少なくとも一方がセラミックス焼結体によって構成されるとともに、該セラミックス焼結体の下記式（１）で表される熱衝撃破壊抵抗係数Ｒ’が、３５００以上であることを特徴とするセラミックス製動圧軸受。
Ｒ’＝｛Ｓ（１−ν）／Ｅα｝ｋ  ・・・・・・・（１）
但し、Ｓ：曲げ強度  ［ＭＰａ］
ν：ポアソン比［−］
Ｅ：ヤング率  ［ＧＰａ］
α：線膨張係数［×１０-6／Ｋ］
ｋ：熱伝導率  ［Ｗ／ｍＫ］
【請求項２】
前記熱衝撃破壊抵抗係数Ｒ’が１００００以上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ス製動圧軸受。
【請求項３】
前記セラミックス製動圧軸受が、ハードディスク装置の回転部に用いられるものであ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ス製動圧軸受。
【請求項４】
前記セラミックス製動圧軸受が、可搬型の装置の回転部に用いられるものであることを特徴とする前記請求項１〜３のいずれかに記載のセラミックス製動圧軸受。
【請求項５】
前記セラミックス焼結体が、窒化珪素を主成分とすることを特徴とする前記請求項１〜４のいずれかに記載のセラミックス製動圧軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転時には主軸と軸受部とが非接触となり、主軸又は軸受部が回転する動圧軸受に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、高速回転する高精度モータには、高速回転時の優れた軸受性能を得るため、或いは低回転ムラの発生の防止等のために、空気等の気体を媒体（潤滑流体）とした動圧軸受が用いられている。
【０００３】
この動圧軸受とは、例えば主軸が回転する場合には、回転時に主軸の外周面と軸受部の内周面と非接触で支持されて回転するものであり、この主軸及び軸受部の材料には、ステンレス等の金属もしくはこれらに樹脂等のコーティングを施したものが一般的に用いられている。
【０００４】
ところが、金属製の動圧軸受では、起動時および停止時に主軸と軸受部が焼き付きを起こすことがある。また、金属に樹脂をコーティングを施したものでは、耐摩耗性に劣り動圧軸受としての寿命が短いという問題があった。
【０００５】
そこで、上記のような動圧軸受の起動時および停止時の焼き付きを防止するために、主軸及び軸受部の両方またはどちらか一方を、焼き付きが生じにくくしかも耐摩耗性に優れているアルミナやジルコニア等のセラミックスにより構成することが行われている（特許文献１、２参照）。
【特許文献１】特開平０８−１２１４６７号公報   （図１、第１頁）
【特許文献２】特開平１１−１５９５２４号公報   （図１、第１頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、このように動圧軸受の材料としてアルミナやジルコニアのセラミックスを用いた場合には、耐衝撃性に問題が生じることがあった。
例えばハードディスク装置などのスピンドルとしてセラミックス製の動圧軸受を用いた場合に、ハードディスク装置が高い位置から落下したときには、ハードディスク装置の磁気ディスク（プラッタ）の回転に支障が生じことがあった。
【０００７】
つまり、机上等にハードディスク装置を載置して用いるには何等問題が無い場合でも、ハードディスク装置を携帯して用いるときには、高い位置からハードディスク装置が落下することがあり、その場合には、ハードディスク装置の回転部などが故障することがあった。
【０００８】
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、落下等の場合のように強い衝撃を受けた場合でも故障しにくく、耐衝撃性に優れたセラミックス製動圧軸受を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）請求項１の発明は、気体を潤滑流体とし、主軸もしくは軸受部が回転する際に、該主軸と軸受部とが互いの回転面にて非接触となる動圧軸受において、前記主軸及び軸受部の少なくとも一方がセラミックス焼結体によって構成されるとともに、該セラミックス焼結体の下記式（１）で表される熱衝撃破壊抵抗係数Ｒ’が、３５００以上であることを特徴とする。
【００１０】
Ｒ’＝｛Ｓ（１−ν）／Ｅα｝ｋ  ・・・・・・・（１）
但し、Ｓ：曲げ強度  ［ＭＰａ］
ν：ポアソン比［−］
Ｅ：ヤング率  ［ＧＰａ］
α：線膨張係数［×１０-6／Ｋ］
ｋ：熱伝導率  ［Ｗ／ｍＫ］
本発明は、本発明者等によって、セラミックス製動圧軸受を用いた装置の耐衝撃性（落下等による機械的衝撃に対する耐衝撃性：以下同様）を向上するためになされた研究によって完成されたものである。
【００１１】
つまり、後の実験例からも明らかな様に、セラミックス製動圧軸受を構成するセラミックス焼結体の熱衝撃破壊抵抗係数Ｒ’が、３５００以上である場合には、セラミックス製動圧軸受の破損が極めて少ないという知見、具体的にはハードディスク装置の磁気ディスクの回転の停止等の故障が極めて少ないという知見に基づいて、本発明がなされたものである。
【００１２】
従って、熱衝撃破壊抵抗係数Ｒ’が３５００以上のセラミックス焼結体を用いてセラミックス製動圧軸受を構成することにより、このセラミックス製動圧軸受を用いた例えばハードディスク装置等の各種の機器が、高い位置から落下した場合の様な大きな機械的衝撃を受けた場合でも、セラミックス製動圧軸受（ひいてはこのセラミックス製動圧軸受を用いた機器）の破損や故障を防止することができるという顕著な効果を奏する。
【００１３】
尚、前記曲げ強度とは、破壊強度（抗折強度）のことである。また、セラミックス製動圧軸受は、主軸及び主軸の軸受となる軸受部を備えたものであり、主軸及び軸受部の少なくとも一方が前記セラミックス焼結体から構成されている。
【００１４】
（２）請求項２の発明は、前記熱衝撃破壊抵抗係数Ｒ’が１００００以上であることを特徴とする。
本発明は、より高い耐衝撃性を発揮することができる熱衝撃破壊抵抗係数Ｒ’の範囲を示したものである。つまり、熱衝撃破壊抵抗係数Ｒ’が１００００以上であるセラミックス焼結体を用いたセラミックス製動圧軸受は、一層高い耐衝撃性を有する。
【００１５】
（３）請求項３の発明は、前記セラミックス製動圧軸受が、ハードディスク装置の回転部に用いられるものであることを特徴とする。
本発明は、前記セラミックス製動圧軸受が用いられる機器を例示したものである。つまり、ハードディスク装置の特に磁気ディスクの回転に係る回転部（スピンドル）として、上述したセラミックス製動圧軸受を用いたものは、高い位置から落下させた場合でも破損や故障が生じ難く、高い耐衝撃性を有している。
【００１６】
（４）請求項４の発明は、前記セラミックス製動圧軸受が、可搬型の装置の回転部に用いられるものであることを特徴とする。
本発明は、前記セラミックス製動圧軸受が用いられる機器を例示したものである。つまり、近年では、携帯して使用される可搬型の機器として、ハードディスク装置等が知られているが、その可搬型の装置の回転部として、上述したセラミックス製動圧軸受を用いたものは、高い位置から落下させた場合でも破損や故障が生じ難く、高い耐衝撃性を有している。
【００１７】
（５）請求項５の発明は、前記セラミックス焼結体が、窒化珪素を主成分とすることを特徴とする。
本発明は、前記セラミックス焼結体が、窒化珪素を主成分とするので、高い熱衝撃破壊抵抗係数Ｒ’を有している。従って、この窒化珪素質のセラミックス焼結体を用いたセラミックス製動圧軸受は、高い耐衝撃性を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
次に、本発明のセラミックス製動圧軸受の最良の形態の例（実施例）について説明する。
【実施例１】
【００１９】
ａ）まず、本実施例のセラミックス製動圧軸受が用いられるハードディスク装置について説明する。
図１に示す様に、ハードディスク装置１は、直方体形状のハウジング３内に、モータユニット５とアクチュエータ７とを備えている。
【００２０】
前記モータユニット５には、所定方向に回転する複数枚の磁気ディスク９が並列に配置されている。また、前記アクチュエータ７には、各磁気ディスク９に対してそれぞれ１対のアーム１１が配置されており、各アーム１１には、磁気ヘッド１３が設けられている。
【００２１】
図２に拡大して示す様に、前記モータユニット５は、磁気ディスク９を回転させるセラミックス製動圧軸受（以下単に動圧軸受とも記す）１５と、動圧軸受１５が収容されるモータハウジング１７と、前記ハウジング３の床面に固定された底面部材１９とを備えている。
【００２２】
前記モータハウジング１７は下方が開放するカップ状であり、その外周面には、スペーサ２１を介して、磁気ディスク９が軸方向に並列に固定され、外周面の下部には永久磁石２３が取り付けられている。
【００２３】
前記底面部材１９は皿状であり、その中心には動圧軸受１５を回転可能に支持する支持部２５が設けられ、内周面には、前記永久磁石２１と対向するように、電磁石からなるステータ２７が配置されている。
【００２４】
前記動圧軸受１５は、空気を動圧発生用流体（潤滑流体：媒体）とする動圧軸受であり、主軸２９と主軸２９の回りを非接触で回転する軸受部３１とを備えるとともに、主軸２９の軸方向両側に、スラスト板３３、３５を備えている。主軸２９及びスラスト板３３、３５は、それを軸方向に貫くボス３７によって、支持部２５に固定されており、軸受部３１は、モータハウジング１７の内周面に固定されている。
【００２５】
このうち、主軸２９は、図３に示す様に、内径φ５ｍｍ×外径約φ１０ｍｍ×軸方向長さ１０ｍｍの円筒状の窒化珪素質セラミックス焼結体からなる部材であり、軸中心にボス３７が貫通する貫通孔３８を有している。軸受部３１は、内径φ１０ｍｍ×外径φ１５ｍｍ×軸方向長さ約１０ｍｍの円筒状の窒化珪素質セラミックス焼結体からなる部材であり、軸中心に主軸２９が内嵌する貫通孔３９を有している。スラスト板３３、３５は、外径φ１５ｍｍ×１ｍｍの円盤状の窒化珪素質セラミックス焼結体からなる部材であり、軸中心にボス３７が貫通する貫通孔４１、４３を有している。
【００２６】
特に本実施例では、動圧軸受１５を構成する各セラミックス焼結体、すなわち、主軸２９、軸受部３１、スラスト板３３、３５を構成する各セラミックス焼結体は、その熱衝撃破壊抵抗係数Ｒ’は、３５００以上（好ましくは１００００以上）である。尚、熱衝撃破壊抵抗係数Ｒ’は、前記式（１）にて定義される値である。
【００２７】
また、この動圧軸受１５では、軸受部３１の挿通孔３９の内周面と、主軸２９の外周面とがラジアル動圧隙間形成面となり、それらの間には、回転軸線Оに関するラジアル方向の動圧を発生させるために、空気にて満たされたラジアル動圧隙間４５が形成されている。ラジアル動圧隙間４５の大きさは例えば約５μｍである。
【００２８】
更に、スラスト板３３、３５の内側の板面と、軸受部３１の両端面とが各々スラスト動圧隙間形成面となり、それらの間には、回転軸線Оに関するスラスト方向の動圧を発生させるために、空気にて満たされたスラスト動圧隙間４７、４９が形成されている。スラスト動圧隙間４７、４９の各大きさは例えば約６μｍ程度である。
【００２９】
尚、ラジアル動圧隙間形成面２の少なくとも一方（例えば主軸２９側の外周面）には、発生動圧レベルを高めるために、周知の動圧溝５１が全周にわたり形成されている。また、スラスト動圧隙間形成面の少なくとも一方（例えばスラスト板３３、３５側の内側面）にも、図４に示すような周知の動圧溝５３が形成されている。
【００３０】
従って、本実施例では、上述した構成によって、永久磁石２１とステータ２７との磁力によって、主軸２９に対して軸受部３１（従ってモータハウジング１７及び磁気ディスク９）が回転する。
【００３１】
ｂ）次に、前記動圧軸受１５の製造方法について説明する。
ここでは、動圧軸受１５を構成する各セラミック部材、すなわち、主軸２９、軸受部３１、及びスラスト板３３、３５は、以下に述べる方法により製造することができる。
【００３２】
具体的には、まず、主成分である窒化珪素を９０〜９９．５重量％含むセラミック部材を製造するために、窒化珪素原料粉末（９０〜９９．５重量％）と例えばアルミナ、マグネシアなどの焼結助剤粉末（０．５〜１０重量％）とを、純水を溶媒として湿式混合し、泥しょうを得る。
【００３３】
次に、この泥しょうを、スプレードライヤで乾燥させ、素地粉末（造粒粉末）を得る。
次に、この造粒粉末を、金型プレス成形して、成形体を製造する。また、静水圧プレスにて得た成形体を、生加工してもよい。
【００３４】
次に、この成形体を、１６００〜１９５０℃で、大気中で常圧焼結して焼結体を得る。また、この常圧焼結体を更に１０〜１０００気圧、１６００〜１９５０℃で、非酸化雰囲気にて焼成し、２次焼結体を得るようにしてもよい。
【００３５】
次に、この焼結体を、番手＃１００〜４００のダイアモンド砥石により研磨し、更に仕上げのために、番手＃１０００〜１００００のダイアモンド砥粒により鏡面研磨し、研磨体を得る。
【００３６】
次に、各動圧隙間形成面の加工仕上げが終了した後に、前述の動圧溝３３、３５、５３を、サンドブラストやエッチングなどにより刻設し、最終的な主軸２９、軸受部３１、スラスト板３３、３５を得る。
【００３７】
尚、そして、モータハウジング１７に永久磁石９を組み付けるとともに、底面部材１９にステータ２７を組み付け、さらに、支持体２５に、ボス３７等を用いて、主軸２９、軸受部３１、及びスラスト板３３、３５を組み立てることにより、モータユニット５が得られる。
【００３８】
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。
（1) まず、実験に用いるために、下記表１に示す様に、本発明の範囲の試料として、前記実施例と同様な構造の動圧軸受の試料を製造した。
【００３９】
具体的には、前記実施例の方法で、窒化珪素の２次焼結体（２次窒化珪素）からなる試料（No.６）と、窒化珪素の常圧焼結体（常圧窒化珪素）からなる試料（No.５）とを製造した。また、定法によって、アルミナ（７５重量％）及びＴｉＣ（２０重量％）の焼結体からなる試料（No.４）を製造した。
【００４０】
一方、本発明の範囲外の比較例として、前記実施例と同様な構造の動圧軸受も製造した。具体的には、定法により、アルミナ（９５重量％）の焼結体からなる試料（No.１）と、イットリアなどの安定化成分を１．５〜４mol％含有したジルコニアの焼結体からなる試料（No.２）と、アルミナ（９９．５重量％）の焼結体からなる試料（No.３）とを製造した。
【００４１】
(2) また、下記表１に示す様に、各試料の特性などを求めた。
抗折強度Ｓは、ＪＩＳＲ  １６０１（ファインセラミックスの曲げ強さ試験方法）に準拠し、３点曲げで測定することにより求めた。
【００４２】
熱膨張係数αは、ＪＩＳＣ  ２１４１（電気絶縁用セラミック材料試験方法）１０．平均線膨張係数に準拠し、測定することにより求めた。
ヤング率Ｅは、ＪＩＳＲ  １６０２（ファインセラミックスの弾性率試験方法）に準拠し、超音波パルス法により求めた。
【００４３】
ビッカース硬度Ｈｖは、ＪＩＳＲ  １６１０（ファインセラミックスのビッカース硬さ試験方法）に準拠した測定方法により求めた。
熱伝導率は、ＪＩＳＲ  １６１１（ファインセラミックスのレーザフラッシュ法による熱拡散率、比熱容量、熱伝導率試験方法）に準拠した測定方法により求めた。
【００４４】
熱衝撃温度差は、前記式（１）の｛Ｓ（１−ν）／Ｅα｝のことであるので、この式から求めた。
熱衝撃破壊抵抗係数は、前記式（１）から求めた。
【００４５】
(3) 本実験例では、各試料の動圧軸受を、磁気ディスクの回転部としてハードディスク装置に組み込み、磁気ディスク（直径φ２．５インチ：２枚）を回転させた状態で、各ハードディスク装置を異なる高さから落下させて落下衝撃試験を行った。
【００４６】
つまり、高さを変更することによって衝撃加速度を変更し、その衝撃後に動圧軸受が、ロック（回転停止）したかどうかを調べた。
その結果を下記表１、表２、図５に記す。ここで、ＮＧとは回転停止を示し、ＯＫとは回転が停止しない場合を示す。尚、表２は、表１の各衝撃加速度に対する各試料の実験結果を詳細に示したものである。
【００４７】
【表１】
2006125556.tif 000003
【００４８】
【表２】
2006125556.tif 000004
【００４９】
この表１、表２、図５から明かな様に、本発明の範囲の試料No.５、６は、熱衝撃破壊抵抗係数Ｒ’が１００００以上であるので、衝撃加速度が１０００Ｇの場合でも、ハードディスク装置の回転が停止せず好適であった。また、本発明の範囲の試料No.４は、熱衝撃破壊抵抗係数Ｒ’が３５００以上であるので、衝撃加速度が６００Ｇまでは回転が停止せず、実用上十分である。尚、実用上は５００Ｇ以上あれば十分であると考えられる。
【００５０】
それに対して、比較例の試料No.１〜３は、熱衝撃破壊抵抗係数Ｒ’が３５００より小さいので、衝撃加速度が４００Ｇ以下の場合でも、回転が停止してしまい、実用上好ましくない。
【００５１】
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。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】実施例の動圧軸受が用いられるハードディスク装置を破断して示す説明図である。
【図２】実施例の動圧軸受が用いられるモータユニットを破断して示す説明図である。
【図３】実施例の動圧軸受を分解して示す説明図である。
【図４】実施例のスラスト板の動圧溝を示す平面図である。
【図５】実験結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５３】
１…ハードディスク装置
５…モータユニット
９…磁気ディスク
１５…動圧軸受
２９…主軸
３１…軸受部
３３、３５…スラスト板
【図１】
2006125556.tif 000005
【図２】
2006125556.tif 000006
【図３】
2006125556.tif 000007
【図４】
2006125556.tif 000008
【図５】
2006125556.tif 000009