(57)【要約】      （修正有）【課題】  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。【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。【選択図】  図１
2005172228.tif 000002
【特許請求の範囲】
【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。
【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。
【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。
【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。
【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０．００１μｍ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。
【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。
【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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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、ＨＤＤ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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。
【０００７】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
1)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。
【００１２】
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。
【００１３】
2)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。
【００１４】
具体的には、表面粗さは、ＪＩＳ  Ｂ  ０６５１（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。
【００１５】
3)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。
【００１６】
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を要旨とする。
【００１７】
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。
【００１８】
（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。
【００１９】
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。
【００２０】
（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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
（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。
【００２５】
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。
【００２６】
（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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【発明の効果】
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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０．０２μｍ、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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
1)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。
【００３６】
2)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。
【００３７】
2)’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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
3)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。
【００４０】
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。
【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。
【００４２】
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)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。
【００４３】
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。
【００４４】
2)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。
【００４５】
3)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。
【００４６】
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、３０ｄＢを上回る試料を×で示した。
【００４７】
【表１】
2005172228.tif 000003
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
（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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【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】
【００５４】
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）
【図１】
2005172228.tif 000004
【図２】
2005172228.tif 000005