JP2002241178A - Electrically conductive ceramic bearing ball, ball bearing, motor provided with the same bering, hard disk device, and polygon scanner - Google Patents
Electrically conductive ceramic bearing ball, ball bearing, motor provided with the same bering, hard disk device, and polygon scannerInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は導電性セラミックベ
アリングボール及び該導電性セラミックベアリングボー
ルを用いたボールベアリングならびに該ボールベアリン
グを用いたベアリング付きモータ、ハードディスク装置
及びポリゴンスキャナに関する。The present invention relates to a conductive ceramic bearing ball, a ball bearing using the conductive ceramic bearing ball, a motor with a bearing using the ball bearing, a hard disk drive, and a polygon scanner.
【0002】[0002]
【従来の技術】ベアリングボールは軸受鋼等の金属にて
構成されたものが一般的であるが、一層の耐摩耗性を付
与するために、セラミック製のベアリングボールを使用
したものも普及し始めている。使用されるセラミックは
例えば窒化珪素質セラミック、アルミナ質セラミックあ
るいはジルコニア質セラミック等である。2. Description of the Related Art In general, bearing balls are made of metal such as bearing steel. However, in order to impart more wear resistance, those using ceramic bearing balls have begun to spread. I have. The ceramic used is, for example, a silicon nitride ceramic, an alumina ceramic or a zirconia ceramic.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】上記のようなベアリン
グボールはいずれも絶縁体であり、ベアリング転動体と
なって回転するうちに、摩擦により発生する静電気によ
り帯電しやすい性質がある。このような帯電が過度に生
ずると、例えば小径ボール等の場合は製造中にボールが
装置(例えば容器)等に付着する、あるいはボールにゴ
ミが付着してしまう等、スムーズな工程進行が妨げられ
る場合がある。The above-mentioned bearing balls are all insulators, and have the property of being easily charged by static electricity generated by friction while rotating as a bearing rolling element. If such charging occurs excessively, for example, in the case of a small-diameter ball or the like, a smooth process progress is hindered, for example, the ball adheres to an apparatus (for example, a container) or the like during production, or dust adheres to the ball. There are cases.
【0004】また、精密電子機器、例えばコンピュータ
ハードディスクドライブの軸受等として使用されるベア
リングボールは、高速回転にて使用されるため、ボール
や内輪あるいは外輪に静電気によるホコリ等の異物が付
着すると、異音や振動の原因となることも少なくない。Further, bearing balls used as bearings for precision electronic equipment, for example, computer hard disk drives, are used at high speeds. Therefore, if foreign matter such as dust adheres to the balls, the inner ring or the outer ring due to static electricity, a different kind is obtained. It often causes sound and vibration.
【0005】また、このような精密電子機器に用いられ
るベアリングボールに関して、絶縁性セラミック基質中
に導電性セラミックを分散させた組織を持つ導電性セラ
ミックベアリングボールを作成する試みがあるが、導電
性を向上のために導電性セラミック相を多量に含有させ
ると、ベアリングボールの強度や耐摩耗性が不足してし
まう場合がある。また、使用する原料中の不純物の種類
によっては、コンピュータ用ハードディスクドライブや
ポリゴンスキャナなどの高速回転する精密電子機器に適
用された場合に、異音や振動等の原因となる欠陥を生ず
る場合がある。[0005] As for bearing balls used in such precision electronic equipment, there has been an attempt to produce a conductive ceramic bearing ball having a structure in which conductive ceramic is dispersed in an insulating ceramic substrate. If a large amount of the conductive ceramic phase is contained for improvement, the strength and wear resistance of the bearing ball may be insufficient. Also, depending on the type of impurities in the raw materials used, when applied to high-speed rotating precision electronic equipment such as a hard disk drive for computers and a polygon scanner, defects that cause abnormal noise and vibration may occur. .
【0006】本発明の課題は、ボールに帯電が生じにく
く、ひいては製造工程における製品流動の低下や、高速
回転するベアリング等に適用した場合においても異物付
着による異音発生や振動等の不具合を生じにくく、しか
も実用に十分な強度・耐摩耗性を持った導電性セラミッ
クベアリングボールと、これを用いたボールベアリン
グ、さらに該ボールベアリングを用いたベアリング付き
モータ、該ベアリング付きモータを用いたハードディス
ク装置及びポリゴンスキャナを提供することである。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to prevent the ball from being easily charged and, consequently, to reduce the flow of the product in the manufacturing process and to cause problems such as generation of abnormal noise and vibration due to adhesion of foreign matter even when applied to a high-speed rotating bearing. A conductive ceramic bearing ball which is difficult and has sufficient strength and wear resistance for practical use, a ball bearing using the same, a motor with a bearing using the ball bearing, a hard disk drive using the motor with the bearing, and To provide a polygon scanner.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段及び作用・効果】上記の課
題を解決するために、本発明の導電性セラミックベアリ
ングボールは、窒化珪素質基質中に窒化チタン系相を分
散させた組織を有する複合セラミックにて構成され、そ
の複合セラミックの酸素の含有率が3.0質量%以下、
かつ鉄の含有率が0.2質量%以下であり、かつ表面電
気抵抗率が106Ω・cm以下であることを特徴とす
る。In order to solve the above-mentioned problems, a conductive ceramic bearing ball of the present invention is a composite having a structure in which a titanium nitride-based phase is dispersed in a silicon nitride substrate. Composed of ceramic, the composite ceramic having an oxygen content of 3.0% by mass or less,
The iron content is 0.2% by mass or less, and the surface electrical resistivity is 10 6 Ω · cm or less.
【0008】窒化珪素質セラミックは他のセラミック材
料に比べて軽量で耐摩耗性に優れ、また機械的強度及び
靭性の点でバランスの取れた材料である。そのため、各
種摺動部品や切削工具、さらにはベアリングボールな
ど、構造材料として広く使用されている。しかしなが
ら、極めて絶縁性の高いセラミックであり、ベアリング
ボールに適用した場合に前述の帯電の問題を生じやすい
側面がある。そこで、本発明では、導電性に優れ、しか
も窒化珪素質基質中に分散させたときにセラミック全体
の強度低下を引き起こしにくい窒化チタン系相を分散さ
せた組織の複合セラミックによりボールを構成する。窒
化チタンは、強度や耐摩耗性の点では単独では窒化珪素
よりも劣るが、窒化珪素質相との格子整合性が比較的高
いことから、ある程度均一に分散していれば、導電性向
上のために窒化珪素質基質中に相当量の配合を行なって
も、分散強化作用によりセラミック全体の強度や耐摩耗
性を低下させにくい特質を有する。[0008] Silicon nitride ceramics are lighter in weight and superior in abrasion resistance than other ceramic materials, and are well-balanced in mechanical strength and toughness. Therefore, it is widely used as a structural material for various sliding parts, cutting tools, and bearing balls. However, since it is a ceramic having a very high insulating property, there is an aspect in which the above-mentioned charging problem is likely to occur when applied to a bearing ball. Therefore, in the present invention, the ball is formed of a composite ceramic having a structure in which a titanium nitride-based phase having excellent conductivity and hardly causing a decrease in the strength of the entire ceramic when dispersed in a silicon nitride substrate is dispersed. Titanium nitride alone is inferior to silicon nitride in strength and abrasion resistance, but since it has relatively high lattice matching with the silicon nitride-based phase, it can improve conductivity if it is dispersed to some extent. Therefore, even if a considerable amount is blended in the silicon nitride substrate, the ceramic has a characteristic that the strength and wear resistance of the whole ceramic are hardly reduced by the dispersion strengthening action.
【0009】そして、本発明者らが検討したところ、上
記複合セラミック中の特定不純物、具体的には鉄の含有
量に応じて、最終的に得られるベアリングボールの強度
や耐摩耗性、あるいはベアリングとして使用したときの
振動や音響特性に相当程度の差異が生ずるとともに、該
不純物の含有量を一定レベル以下に留めることで、導電
性を良好に確保しつつ、強度や耐摩耗性さらには振動や
音響特性にも優れた導電性セラミックベアリングボール
が得られることを見出し、本発明を完成するに至ったも
のである。The present inventors have studied and found that, depending on the content of specific impurities, specifically iron, in the composite ceramic, the strength and wear resistance of the finally obtained bearing ball or the bearing A considerable difference occurs in the vibration and acoustic characteristics when used as, and the content of the impurities is kept at a certain level or less, while ensuring good conductivity, strength and wear resistance, and vibration and The present inventors have found that a conductive ceramic bearing ball having excellent acoustic characteristics can be obtained, and have completed the present invention.
【0010】複合セラミック中の鉄の含有率が0.2質
量%を超えると、セラミックボール中の鉄系介在物の含
有量が増加し、研磨面に露出した該介在物の影響で、ベ
アリングとして使用した際に異音や振動が発生しやすく
なる。複合セラミック中の鉄の含有率は、好ましくは
0.05質量%以下とするのがよく、より望ましくは、
コスト上の問題を生じない範囲にて、極力含有されてい
ないのがよい(従って0質量%を含む)。他方、酸素の
含有率が3.0%を超えると、得られるセラミックボー
ルの導電性の確保が困難となる。但し、原料から不可避
的に混入する酸素を完全に除去することは困難であり、
最低でも2質量%程度は含有される場合がある。When the iron content in the composite ceramic exceeds 0.2% by mass, the content of iron-based inclusions in the ceramic balls increases, and the inclusions exposed on the polished surface cause the inclusions to be used as bearings. Abnormal noise and vibration are likely to occur when used. The content of iron in the composite ceramic is preferably set to 0.05% by mass or less, more preferably,
As far as no problem arises in cost, it is preferable that it is not contained as much as possible (thus containing 0% by mass). On the other hand, when the oxygen content exceeds 3.0%, it is difficult to secure the conductivity of the obtained ceramic ball. However, it is difficult to completely remove oxygen unavoidably mixed from the raw material,
At least about 2% by mass may be contained.
【0011】また、電気抵抗率が106Ω・cmを超え
ると、ベアリングに組み込んで使用する際にボールに帯
電が生じやすくなる。なお、前述のようなベアリングボ
ールを介した電気的測定を行なう場合は、ボールの構成
セラミックの電気抵抗率を多少低め、例えば105Ω・
cm以下に設定するのがよい。なお、本明細書において
電気抵抗率とは、構成セラミックにて形成されたボール
表面に探針を接触させることにより、4探針法にて測定
された電気抵抗率をいう。On the other hand, if the electric resistivity exceeds 10 6 Ω · cm, the ball is likely to be charged when the ball is used by being incorporated in a bearing. When the electrical measurement is performed through the above-described bearing ball, the electrical resistivity of the ceramic constituting the ball is slightly reduced, for example, to 10 5 Ω ·
cm or less. In this specification, the electrical resistivity refers to an electrical resistivity measured by a four-probe method by bringing a probe into contact with the surface of a ball formed of constituent ceramics.
【0012】次に、本発明の導電性セラミックベアリン
グボールは、レーザー回折式粒度計にて測定した50%
粒子径が0.8μm以下であり、かつBET比表面積値
が10〜13m2/gである窒化珪素質粉末と、酸素の
含有率が3.0質量%以下、鉄の含有率が0.3質量%
以下、かつレーザー回折式粒度計にて測定した50%粒
子径が3.0μm以下である窒化チタン粉末と、を含有
する原料粉末の球状成形体を焼結する工程と、その後の
焼結体を外面研磨する工程とを含む製造方法により製造
することができる。Next, the conductive ceramic bearing ball of the present invention has a 50%
A silicon nitride powder having a particle diameter of 0.8 μm or less and a BET specific surface area of 10 to 13 m 2 / g, an oxygen content of 3.0 mass% or less, and an iron content of 0.3 mass%
A step of sintering a spherical compact of a raw material powder containing titanium nitride powder having a 50% particle size of 3.0 μm or less and a 50% particle diameter measured by a laser diffraction type particle sizer; And a step of polishing the outer surface.
【0013】本発明者らが検討したところ、窒化珪素質
粉末と窒化チタン粉末を用いて導電性を付与した導電性
セラミックベアリングボールを作成した場合、原料粉末
の差異により、最終的に得られるベアリングボールの強
度や耐摩耗性、あるいはベアリングとして使用したとき
の振動や音響特性に相当程度の差異が生ずることを見出
した。そして、さらに鋭意検討を重ねた結果、その要因
として、基質となる窒化珪素質粉末の粒子径及びBET
比表面積値、分散させる窒化チタン粉末の粒子径、含ま
れる不純物濃度及び介在物のそれぞれのパラメータが密
接に関与していることをつきとめるとともに、原料粉末
の純度や粒径あるいは比表面積値を前記した数値範囲に
調整することで、導電性を良好に確保しつつ、強度や耐
摩耗性さらには振動や音響特性にも優れた導電性セラミ
ックベアリングボールが得られることを見出した。The inventors of the present invention have studied that when a conductive ceramic bearing ball provided with conductivity by using a silicon nitride powder and a titanium nitride powder is produced, the finally obtained bearing is obtained due to a difference in raw material powder. It has been found that considerable differences occur in the strength and wear resistance of the ball, or in the vibration and acoustic characteristics when used as a bearing. Further, as a result of further intensive studies, it was found that the factors such as the particle size and BET of the silicon nitride powder as the substrate
The specific surface area value, the particle diameter of the titanium nitride powder to be dispersed, the impurity concentration contained and the fact that the respective parameters of inclusions were closely involved were determined, and the purity, particle size or specific surface area value of the raw material powder was described above. By adjusting the value in the numerical range, it has been found that a conductive ceramic bearing ball having excellent strength, abrasion resistance, vibration, and acoustic characteristics while maintaining good conductivity can be obtained.
【0014】なお、本明細書では、粒子の小粒径側から
の相対累積度数は、図8に示すように、評価対象となる
粒子を粒径の大小順に配列し、その配列上にて小粒径側
から粒子の度数を計数したときに、着目している粒径ま
での累積度数をNc、評価対象となる粒子の総度数をNo
として、nrc=(Nc/No)×100(%)にて表さ
れる相対度数nrcをいう。そして、X%粒子径とは、
前記した配列においてnrc=X(%)に対応する粒径
をいう。例えば、50%粒子径とは、nrc=50
(%)に対応する粒径をいう。In this specification, as shown in FIG. 8, the relative cumulative frequency of the particles from the small particle size side is such that the particles to be evaluated are arranged in the order of the particle size, and When counting the frequency of particles from the particle size side, the cumulative frequency up to the particle size of interest is Nc, and the total frequency of the particles to be evaluated is No.
Means a relative frequency nrc expressed by nrc = (Nc / No) × 100 (%). And the X% particle size is
It means the particle size corresponding to nrc = X (%) in the above arrangement. For example, a 50% particle size is nrc = 50
(%).
【0015】また、レーザー回折式粒度計の測定原理は
公知であるが、簡単に説明すれば、試料粉末に対しレー
ザー光を照射し、粉末粒子による回折光をフォトディテ
クタにより検出するとともに、その検出情報から求めら
れる回折光の散乱角度と強度とから粒径を知ることがで
きる。セラミック原料粉末は、図7に模式的に示すよう
に、添加された有機結合材の働きや静電気力の作用など
種々の要因により、複数の一次粒子が凝集して二次粒子
を形成していることが多い。この場合、レーザー回折式
粒度計による測定では、入射レーザー光の凝集粒子によ
る回折挙動と孤立した一次粒子による回折挙動とで大き
な差異を生じないため、測定された粒径が、一次粒子単
体で存在するものの粒径なのか、あるいはこれが凝集し
た二次粒子の粒径なのかが互いに区別されない。すなわ
ち、該方法で測定した粒子径は、図7における二次粒子
径Dを反映した値となる(この場合、凝集を起こしてい
ない孤立した一次粒子も広義の二次粒子とみなす)。ま
た、これに基づいて算出される平均粒子径あるいは50
%粒子径とは、いずれも二次粒子の平均粒子径あるいは
50%粒子径の値を反映したものとなる。なお、後述す
る転動造粒用に成形用素地粉末を調整する場合、粉末の
粒度は、その成形用素地粉末に調整前の段階の数値を意
味するものとする。Although the principle of measurement of a laser diffraction type particle sizer is well known, in brief, a sample powder is irradiated with laser light, the diffracted light by the powder particles is detected by a photodetector, and the detection information is obtained. The particle diameter can be known from the scattering angle and intensity of the diffracted light obtained from the above. As shown schematically in FIG. 7, the ceramic raw material powder has a plurality of primary particles aggregated to form secondary particles due to various factors such as the action of the added organic binder and the action of electrostatic force. Often. In this case, the measurement by the laser diffraction particle sizer does not cause a large difference between the diffraction behavior of the incident laser light by the aggregated particles and the diffraction behavior by the isolated primary particles. It cannot be distinguished from each other whether it is the particle size of the particles or the particle size of the aggregated secondary particles. That is, the particle diameter measured by this method is a value reflecting the secondary particle diameter D in FIG. 7 (in this case, isolated primary particles that do not cause aggregation are also regarded as secondary particles in a broad sense). Also, the average particle diameter calculated based on this or 50
The% particle diameter reflects the average particle diameter or the 50% particle diameter of the secondary particles. In the case of adjusting the molding base powder for rolling granulation described below, the particle size of the powder means a numerical value in a stage before adjustment to the molding base powder.
【0016】他方、成形用素地粉末の比表面積値は吸着
法により測定され、具体的には、粉末表面に吸着するガ
スの吸着量から比表面積値を求めることができる。一般
には、測定ガスの圧力と吸着量との関係を示す吸着曲線
を測定し、多分子吸着に関する公知のBET式(発案者
であるBrunauer、Emett、Tellerの頭文字を集めたも
の)をこれに適用して、単分子層が完成されたときの吸
着量vmを求め、その吸着量vmから算出されるBET比
表面積値が用いられる。ただし、近似的に略同等の結果
が得られる場合は、BET式を使用しない簡便な方法、
例えば吸着曲線から単分子層吸着量vmを直読する方法
を採用してもよい。例えば、ガス圧に吸着量が略比例す
る区間が吸着曲線に現われる場合は、その区間の低圧側
の端点に対応する吸着量をvmとして読み取る方法があ
る(TheJournal of American Chemical Society、57
巻(1935年)1754頁に掲載の、BrunauerとEmet
tの論文を参照)。いずれにしろ、吸着法による比表面
積値測定においては、吸着する気体分子は二次粒子中に
も浸透して、これを構成する個々の一次粒子の表面を覆
うので、結果として比表面積値は、一次粒子の比表面
積、ひいては図7の一次粒子径dの平均値を反映したも
のとなる。なお、このような吸着法により測定した比表
面積値は、当然に、後述する転動造粒用の成形用素地粉
末に調整する前と後とで、その数値に大きな変動はな
い。On the other hand, the specific surface area of the molding base powder is measured by an adsorption method. Specifically, the specific surface area can be determined from the amount of gas adsorbed on the powder surface. In general, an adsorption curve showing the relationship between the pressure of a measurement gas and the amount of adsorption is measured, and a known BET formula (collection of the inventors, Brunauer, Emmett, Teller) for multi-molecule adsorption is obtained. By applying, the adsorption amount vm when the monomolecular layer is completed is obtained, and the BET specific surface area value calculated from the adsorption amount vm is used. However, when approximately equivalent results are obtained, a simple method that does not use the BET equation,
For example, a method of directly reading the adsorption amount vm of the monolayer from the adsorption curve may be adopted. For example, when a section in which the adsorption amount is substantially proportional to the gas pressure appears in the adsorption curve, there is a method of reading the adsorption amount corresponding to the end point on the low pressure side of the section as vm (The Journal of American Chemical Society, 57
Volume (1935), p. 1754, Brunauer and Emet
t). In any case, in the specific surface area value measurement by the adsorption method, the gas molecules to be adsorbed also penetrate into the secondary particles and cover the surface of the individual primary particles constituting the secondary particles, and as a result, the specific surface area value is It reflects the specific surface area of the primary particles, and thus the average value of the primary particle diameter d in FIG. It should be noted that the specific surface area value measured by such an adsorption method does not naturally fluctuate greatly before and after adjusting to a molding base powder for rolling granulation described later.
【0017】さらに、本明細書においては、「主成分」
(「主体」あるいは「主に」等も同義)とは、特に断り
がない限り、着目している物質においてその成分の含有
率が50重量%以上であることを意味する。なお、窒化
チタン系相とは、窒化チタンを主成分とする相のことで
ある。Further, in the present specification, "main component"
The term “subject” or “mainly” means that the content of the component in the substance of interest is 50% by weight or more, unless otherwise specified. The titanium nitride-based phase is a phase containing titanium nitride as a main component.
【0018】原料として使用する窒化チタン粉末の50
%粒子径が3.0μmより大きくなると、ベアリングボ
ールの研磨面に現われる窒化チタン系相の結晶粒子が脱
落したとときに相当大きな空隙が形成され、ベアリング
として使用する際に異音や振動が生じやすくなる。な
お、粒子径を必要以上に小さくすることは、粉砕時間の
長大化など、原料粉末の調製コストの高騰を招くので、
このような不具合が生じない範囲にて粒子径を調整す
る。窒化チタン粉末の50%粒子径は、より望ましくは
0.9〜1.5μmの範囲にて調整するのがよい。The titanium nitride powder 50 used as a raw material
If the% particle size is larger than 3.0 μm, a considerably large void is formed when crystal grains of the titanium nitride-based phase appearing on the polished surface of the bearing ball are dropped off, causing abnormal noise and vibration when used as a bearing. It will be easier. In addition, reducing the particle size more than necessary, such as lengthening of the pulverization time, causes a rise in the cost of preparing the raw material powder,
The particle size is adjusted in such a range that such a problem does not occur. The 50% particle diameter of the titanium nitride powder is more desirably adjusted in the range of 0.9 to 1.5 μm.
【0019】また、窒化チタン粉末中の酸素含有率が
3.0質量%を超えると、導電性に劣る酸化チタンが多
量に生ずるため、得られるベアリングボールの導電性を
十分に確保することが困難となる。また、窒化チタン粉
末が酸化チタン被膜に覆われていると、焼結時の拡散が
阻害されて焼結性が低下するので、緻密なセラミックボ
ールが得られなくなる場合がある。窒化チタン粉末中の
酸素含有率は、望ましくは2.5%以下とするのがよ
く、より望ましくは、コスト上の問題を生じない範囲に
て、極力含有されていないのがよい。When the oxygen content in the titanium nitride powder exceeds 3.0% by mass, a large amount of titanium oxide having poor conductivity is generated, so that it is difficult to sufficiently secure the conductivity of the bearing ball obtained. Becomes In addition, when the titanium nitride powder is covered with the titanium oxide film, diffusion during sintering is hindered and sinterability is reduced, so that a dense ceramic ball may not be obtained. The oxygen content in the titanium nitride powder is desirably 2.5% or less, and more desirably, is as low as possible within a range that does not cause a problem in cost.
【0020】次に、窒化チタン粉末中の鉄成分は、その
多くが窒化チタン粉末製造時において粉砕装置側から摩
耗混入する鉄系コンタミである。そして、窒化チタン粉
末中の鉄含有率が0.3質量%を超えると、得られるセ
ラミックボール中には、前記した鉄系コンタミに由来す
るFe系介在物の含有量が増加し、研磨面に露出した該
介在物の影響で、ベアリングとして使用した際に異音や
振動が発生しやすくなる。窒化チタン粉末中の鉄成分
は、好ましくは0.1質量%以下とするのがよく、より
望ましくは、コスト上の問題を生じない範囲にて、極力
含有されていないのがよい。Next, most of the iron components in the titanium nitride powder are iron-based contaminants that are abraded and mixed in from the pulverizer during the production of the titanium nitride powder. When the iron content in the titanium nitride powder exceeds 0.3% by mass, the content of the Fe-based inclusions derived from the iron-based contaminants increases in the obtained ceramic ball, and the polished surface Due to the effect of the exposed inclusions, abnormal noise and vibration tend to occur when used as a bearing. The iron component in the titanium nitride powder is preferably set to 0.1% by mass or less, and more desirably, is contained as little as possible within a range that does not cause a problem in cost.
【0021】次に、原料として使用する窒化珪素質粉末
のBET比表面積値を10〜13m 2/gとすること
で、得られるセラミックボールにおける窒化珪素質結晶
粒子の局部的な粗大化を抑制でき、また、窒化チタン系
結晶粒子の分散性を高めることができるので、強度や耐
摩耗性が改善され、かつベアリングとしての使用時に異
音や振動の発生を抑制できる。BET比表面積値が10
m2/g未満になると、原料粉末の段階で粗大な窒化珪
素質粉末粒子の比率が増えることから、得られるセラミ
ックボールには局部的に粗大化した窒化珪素質結晶粒子
が多く形成されやすくなる。その結果、研磨面にて粗大
化した窒化珪素質結晶粒子が脱落するに伴い、大きな空
隙が形成されやすくなり、ベアリングとしての使用時に
おける異音や振動の発生原因となる。他方、BET比表
面積値が13m2/gを超える窒化珪素質粉末は、粉砕
時間の長大化など高コスト化を招く上、流動性が悪化す
るため製造時の取り扱いが困難となる。Next, the silicon nitride powder used as a raw material
BET specific surface area value of 10 to 13 m 2/ G
And the silicon nitride crystal in the resulting ceramic ball
Local coarsening of particles can be suppressed, and titanium nitride-based
Since the dispersibility of the crystal particles can be increased,
Improved wear and
Generation of noise and vibration can be suppressed. BET specific surface area value is 10
m2/ G, coarse silicon nitride at the stage of the raw material powder
As the ratio of the raw powder particles increases, the resulting ceramic
Silicon balls with locally coarse silicon nitride crystal grains
Are easily formed. As a result, the polished surface is coarse
Large silicon nitride-based crystal particles
Gap is easily formed, and when used as a bearing
It may cause abnormal noise and vibrations. On the other hand, BET ratio table
Area value is 13m2/ G of silicon nitride-based powder
In addition to cost increase such as prolonged time, liquidity deteriorates
Therefore, handling during manufacture becomes difficult.
【0022】一方、原料として使用する窒化珪素質粉末
の50%粒子径は、これを0.8μm以下とすること
で、得られるベアリングボールの強度が向上し、さら
に、研磨面にて脱落する結晶粒子の寸法も総じて小さく
なることから、真球度や直径不同などで表される研磨面
の精度を確保しやすくなる。他方、窒化珪素質粉末の粒
径を必要以上に小さくすることは、粉砕時間の長大化な
ど、原料粉末の調製コストの高騰を招くので、このよう
な不具合が生じない範囲にて粒子径を調整する。窒化珪
素質粉末の粒径は、より望ましくは0.3〜0.6μm
の範囲にて調整するのがよい。On the other hand, by setting the 50% particle diameter of the silicon nitride powder used as a raw material to 0.8 μm or less, the strength of the obtained bearing ball is improved, and furthermore, the crystal falling off on the polished surface is reduced. Since the size of the particles is generally small, it is easy to secure the accuracy of the polished surface represented by the sphericity, the irregular diameter, and the like. On the other hand, if the particle size of the silicon nitride-based powder is made smaller than necessary, the cost of preparing the raw material powder increases, such as the lengthening of the pulverization time, so the particle size is adjusted within a range that does not cause such problems. I do. The particle size of the silicon nitride powder is more desirably 0.3 to 0.6 μm.
It is better to adjust within the range.
【0023】次に、複合セラミックにおける窒化珪素質
基質中の窒化チタン相の含有率は10〜70体積%とす
ることが望ましい。窒化チタン相が10体積%未満にな
ると、構成セラミックの導電性が不足し(例えば、前記
の電気抵抗率にて106Ω・cm以下を確保できなくな
る)、本発明の前記した効果を十分に達成できなくなる
場合がある。他方、70体積%を超えると、窒化珪素質
基質の特性が十分発揮されなくなり、ひいては複合材料
化することによる耐摩耗性等の向上がそれほど見込めな
くなる。なお、窒化チタン相の含有率は、より望ましく
は15〜70体積%、さらに望ましくは30〜50体積
%とするのがよい。Next, the content of the titanium nitride phase in the silicon nitride substrate in the composite ceramic is desirably 10 to 70% by volume. When the titanium nitride phase is less than 10% by volume, the conductivity of the constituent ceramics becomes insufficient (for example, it becomes impossible to secure 10 6 Ω · cm or less in the electric resistivity), and the above-mentioned effect of the present invention is sufficiently achieved. May not be achieved. On the other hand, if it exceeds 70% by volume, the characteristics of the silicon nitride substrate cannot be sufficiently exhibited, and the improvement in wear resistance and the like due to the formation of a composite material cannot be expected much. The content of the titanium nitride phase is more desirably 15 to 70% by volume, and further desirably 30 to 50% by volume.
【0024】また、本発明において複合セラミックは、
焼結助剤成分として、周期律表の3A、4A、5A、3
B(例えばAl(アルミナなど))及び4B(例えばS
i(シリカなど))の各族の元素群及びMgから選ばれ
る少なくとも1種を、酸化物換算で1〜10質量%含有
させることができる。これらは焼結体中では主に酸化物
状態にて存在する。焼結助剤成分が1質量%未満では緻
密な焼結体が得にくくなる。他方、10質量%を超える
と強度や靭性の不足を招く。焼結助剤成分の含有量は、
望ましくは2〜8質量%とするのがよい。In the present invention, the composite ceramic is
As sintering aid components, 3A, 4A, 5A, 3
B (eg, Al (alumina, etc.)) and 4B (eg, S
i (silica or the like)) and at least one element selected from the group consisting of Mg and 1 to 10% by mass in terms of oxide. These exist mainly in the oxide state in the sintered body. If the sintering aid component is less than 1% by mass, it is difficult to obtain a dense sintered body. On the other hand, if it exceeds 10% by mass, insufficient strength and toughness are caused. The content of the sintering aid component is
Desirably, the content is 2 to 8% by mass.
【0025】なお、3A族の焼結助剤成分としては、S
c、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、
Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Luが一般的に
用いられる。これらの元素Rの含有量は、CeのみRO
2、他はR2O3型酸化物にて換算する。これらのうち
でもY、Ce、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Ybの
各重希土類元素の酸化物は、焼結体の強度、靭性及び耐
摩耗性を向上させる効果があるので好適に使用される。
また、このほかに、マグネシアスピネル、ジルコニア等
も焼結助剤として使用が可能である。The sintering aid component of group 3A includes S
c, Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd,
Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, and Lu are generally used. The content of these elements R is RO only for Ce.
2 and others are calculated using R 2 O 3 type oxides. Of these, oxides of heavy rare earth elements of Y, Ce, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, and Yb are preferably used because they have the effect of improving the strength, toughness, and wear resistance of the sintered body. Is done.
In addition, magnesia spinel, zirconia and the like can also be used as a sintering aid.
【0026】また、窒化珪素質相は、β化率が70体積
%以上(望ましくは90体積%以上)のSi3N4を主
体とするものである。この場合、窒化珪素質相はLi、
Ca、Mg、Y等の金属原子が固溶したものであっても
よい。例えば、次の一般式にて表されるサイアロンを例
示することができる; β−サイアロン:Si6−zAlzOzN8−z(z=
0〜4.2) α−サイアロン:Mx(Si,Al)12(O,N)
16(x=0〜2) M:Li,Mg,Ca,Y,R(RはLa,Ceを除く
希土類元素)。The silicon nitride phase is mainly composed of Si 3 N 4 having a β conversion of 70% by volume or more (preferably 90% by volume or more). In this case, the silicon nitride phase is Li,
It may be a solid solution of metal atoms such as Ca, Mg, and Y. For example, it can be exemplified Sialon which is expressed by the following general formula; beta-sialon: Si 6-z Al z O z N 8-z (z =
0-4.2) α-sialon: M x (Si, Al) 12 (O, N)
16 (x = 0 to 2) M: Li, Mg, Ca, Y, R (R is a rare earth element excluding La and Ce).
【0027】また、前記した焼結助剤成分は、主に結合
相を構成するが、一部が窒化珪素質相中あるいは窒化チ
タン系相中に取り込まれることもありえる。なお、結合
相中には、焼結助剤として意図的に添加した成分のほ
か、不可避不純物、例えば窒化珪素原料粉末に含有され
ている酸化珪素などが含有されることがある。The sintering aid component mainly constitutes a binder phase, but a part thereof may be taken into a silicon nitride-based phase or a titanium nitride-based phase. The binder phase may contain unavoidable impurities, for example, silicon oxide contained in the silicon nitride raw material powder, in addition to components intentionally added as a sintering aid.
【0028】原料となる窒化珪素質粉末はα化率(全窒
化珪素中に占めるα窒化珪素の比率)が70%以上のも
のを使用することが望ましく、これに焼結助剤として、
希土類元素、3A、4A、5A、3Bおよび4B族の元
素群から選ばれる少なくとも1種を酸化物換算で1〜1
0質量%、好ましくは2〜8質量%の割合で混合する。
なお、原料配合時においては、これら元素の酸化物のほ
か、焼結により酸化物に転化しうる化合物、例えば炭酸
塩や水酸化物等の形で配合してもよい。It is desirable that the silicon nitride powder used as a raw material has an α-rate (a ratio of α-silicon nitride in the total silicon nitride) of 70% or more.
At least one element selected from the group consisting of rare earth elements, 3A, 4A, 5A, 3B, and 4B elements;
0% by mass, preferably 2 to 8% by mass.
In addition, at the time of compounding the raw materials, in addition to oxides of these elements, compounds which can be converted to oxides by sintering, for example, carbonates, hydroxides and the like may be mixed.
【0029】次に、本発明は、ベアリング転動体として
上記のセラミックボールが複数個組み込まれたボールベ
アリングも提供する。このようなボールベアリングは、
例えば、ハードディスク装置、CD−ROMドライブ、
MOドライブあるいはDVDドライブなどのコンピュー
タ用周辺機器、あるいはレーザープリンタ等のポリゴン
スキャナなどの精密機器における回転駆動部軸受用のベ
アリングボールとして有効に使用することができる。こ
れらの精密機器における回転駆動部の軸受には、例えば
8000rpm以上(さらに高速性の要求される場合に
は、10000rpm以上ないし30000rpm以
上)の高速回転が要求されるが、このような高速回転に
て使用された場合でも、異音や振動などの発生を効果的
に防止ないし抑制するとともに、表面上での剥離などが
起こりにくく耐摩耗性に優れている。そして、近年、レ
ーザープリンタや、ハードディスク装置を含めたコンピ
ュータ周辺機器の生産量が爆発的に増加していることも
あって、小径かつ高性能のセラミックベアリングボール
を製造する技術が切望されていた。Next, the present invention also provides a ball bearing in which a plurality of the above-mentioned ceramic balls are incorporated as bearing rolling elements. Such ball bearings
For example, a hard disk drive, a CD-ROM drive,
It can be effectively used as a bearing ball for a rotary drive bearing in a computer peripheral device such as an MO drive or a DVD drive, or a precision device such as a polygon scanner such as a laser printer. High-speed rotation of, for example, 8000 rpm or more (in the case where high-speed performance is required, 10,000 rpm or more and 30,000 rpm or more) is required for the bearing of the rotary drive unit in these precision instruments. Even when used, generation of abnormal noise and vibration is effectively prevented or suppressed, and exfoliation on the surface does not easily occur and is excellent in wear resistance. In recent years, the production of laser printers and computer peripherals including hard disk drives has exploded, and there has been a strong demand for a technique for producing small-diameter, high-performance ceramic bearing balls.
【0030】そこで本発明のように、構成セラミックの
一部を窒化チタン相にて構成し、セラミックに適度な導
電性を付与することでベアリングボールの帯電が効果的
に防止ないし抑制することができる。これにより、例え
ば小径ボール等において、製造中にボールが静電気によ
り装置(例えば容器)に付着してスムーズな工程進行が
妨げられたりする不具合が生じにくくなる。また、高速
回転にて使用される精密電子機器、例えばコンピュータ
ハードディスクドライブに使用される場合、ボールの帯
電による異物の付着、ひいては異音や振動の発生が効果
的に防止ないし抑制される。例えばこのような精密電子
機器にて、高速回転(例えば5400〜15000rp
m)で使用されても、長期間にわたってその寿命を確保
することができる。Therefore, as in the present invention, a part of the constituent ceramic is made of a titanium nitride phase, and by imparting appropriate conductivity to the ceramic, the charging of the bearing balls can be effectively prevented or suppressed. . Thereby, for example, in the case of a small-diameter ball or the like, a problem that the ball adheres to a device (for example, a container) due to static electricity during manufacturing and a smooth process progress is prevented is less likely to occur. Further, when used in precision electronic equipment used at high speed rotation, for example, a computer hard disk drive, the adhesion of foreign matter due to the electrification of the ball, and hence the generation of abnormal noise and vibration are effectively prevented or suppressed. For example, in such precision electronic equipment, high-speed rotation (for example,
m), the life can be ensured for a long period of time.
【0031】また、ベアリングの適用分野によっては、
ベアリングボールの導電性が向上することにより、上記
のような静電気による帯電とは別の以下のような効果を
生ずる場合がある。例えば、半導体ウェーハの測定装
置、例えばその平面度の測定装置においては、回転測定
テーブル上にウェーハを乗せて回転させながらウェーハ
と回転測定テーブルとの間に通電して静電容量を測定
し、その静電容量の測定値に基づいてウェーハの平面度
を評価する方法が採用されているが、このような場合、
回転測定テーブルへの通電は、ベアリングとテーブルの
回転軸とを導通路として行われるのが通常である。従っ
て、ベアリングの内外輪の間での導通路を確保するため
に、上記分野に使用されるベアリングボールは従来、軸
受用鋼などの金属がもっぱら使用されていた。しかしな
がら、金属製のベアリングボールは耐摩耗性がセラミッ
クと比較すると劣るため、発塵や短寿命等の欠点があっ
た。他方、ボール材質として通常の絶縁性のセラミック
を用いたのでは導通路を確保できない問題がある。Also, depending on the application field of the bearing,
When the conductivity of the bearing ball is improved, the following effects different from the above-described charging due to static electricity may occur. For example, in a semiconductor wafer measuring device, for example, in a flatness measuring device, a wafer is placed on a rotation measurement table and rotated to conduct electricity between the wafer and the rotation measurement table to measure the capacitance. A method of evaluating the flatness of the wafer based on the measured value of the capacitance has been adopted, in such a case,
Normally, the rotation measurement table is energized by using the bearing and the rotating shaft of the table as conduction paths. Therefore, in order to secure a conduction path between the inner and outer races of the bearing, the bearing balls used in the above-mentioned field have conventionally been exclusively made of metal such as bearing steel. However, metal bearing balls are inferior in wear resistance to ceramics, and therefore have disadvantages such as dust generation and short life. On the other hand, if a normal insulating ceramic is used as the ball material, there is a problem that a conduction path cannot be secured.
【0032】そこで、本発明のように、ボールの構成セ
ラミックの一部を窒化チタン相により構成して導電性を
付与することにより、金属よりも耐摩耗性が優れたセラ
ミックを使用しつつも、上記のような測定装置に必要な
導通路の確保も行なうことが可能となる。Therefore, as in the present invention, by providing a part of the ceramic constituting the ball with a titanium nitride phase to impart conductivity, it is possible to use a ceramic having better wear resistance than metal, Conduction paths necessary for the above-described measuring device can be secured.
【0033】[0033]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、添
付の図面を用いて説明する。図5は成形用素地粉末調製
工程に使用される装置の一実施例である。該装置におい
て、熱風流通路1は縦に配置された熱風ダクト4を含ん
で形成され、その熱風ダクト4の中間には、熱風の通過
を許容し乾燥メディア2の通過は許容しない気体流通
体、例えば網や穴空き板等で構成されたメディア保持部
5が形成されている。そして、そのメディア保持部5上
には、アルミナ、ジルコニア、及びそれらの混合セラミ
ックのいずれかを主体とするセラミック球からなる乾燥
メディア2が集積され、層状の乾燥メディア集積体3が
形成されている。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 5 shows an embodiment of an apparatus used in the step of preparing a green body powder for molding. In the apparatus, the hot air flow passage 1 is formed to include a vertically arranged hot air duct 4, and a gas flow member that allows hot air to pass therethrough and does not allow the drying medium 2 to pass therethrough, in the middle of the hot air duct 4. For example, a media holding unit 5 formed of a net or a perforated plate is formed. Then, on the medium holding portion 5, the dry media 2 composed of ceramic spheres mainly composed of any one of alumina, zirconia, and their mixed ceramics are accumulated, and a layered dry media aggregate 3 is formed. .
【0034】他方、原料は、窒化珪素粉末、窒化チタン
粉末及び焼結助剤粉末を、最終的に得られる複合セラミ
ック中にて窒化チタン相の占める割合が15〜70(望
ましくは30〜50)体積%となるように配合し、さら
に水系溶媒を加え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)して得られる泥漿の
形で準備される。窒化チタン粉末は、酸素の含有率が
3.0質量%以下、鉄の含有率が0.3質量%以下、か
つレーザー回折式粒度計にて測定した50%粒子径が
3.0μm以下のものが使用される。また、窒化珪素質
粉末は、レーザー回折式粒度計にて測定した50%粒子
径が0.8μm以下であり、かつBET比表面積値が1
0〜13m2/gのものが使用される。On the other hand, as a raw material, a silicon nitride powder, a titanium nitride powder, and a sintering aid powder are mixed at a ratio of 15 to 70 (preferably 30 to 50) of a titanium nitride phase in a composite ceramic finally obtained. It is prepared in the form of a slurry obtained by blending so as to obtain a volume%, further adding an aqueous solvent, and wet-mixing (or wet-mixing / grinding) with a ball mill or an attritor. Titanium nitride powder having an oxygen content of 3.0% by mass or less, an iron content of 0.3% by mass or less, and a 50% particle size measured by a laser diffraction type particle size analyzer of 3.0 μm or less. Is used. The silicon nitride powder has a 50% particle size of 0.8 μm or less measured by a laser diffraction type particle sizer and a BET specific surface area of 1%.
Those having 0 to 13 m 2 / g are used.
【0035】図5に示すように、乾燥メディア集積体3
に対し、熱風が熱風ダクト4内においてメディア保持部
5の下側から乾燥メディア2を躍動させつつ上側に抜け
るように流通される。他方、図4に示すように、泥漿6
は泥漿タンク20からポンプPにより汲み上げられ、該
乾燥メディア集積体3に対して上方から落下供給され
る。これにより、図6に示すように、泥漿が熱風により
乾燥されて乾燥メディア2の表面に粉末凝集層PLの形
で付着する。As shown in FIG. 5, the dry media assembly 3
On the other hand, the hot air is circulated in the hot air duct 4 so as to move upward from the lower side of the medium holding portion 5 while moving the drying medium 2 up. On the other hand, as shown in FIG.
Is pumped up from the slurry tank 20 by the pump P, and is dropped and supplied to the dry media assembly 3 from above. Thereby, as shown in FIG. 6, the slurry is dried by hot air and adheres to the surface of the drying medium 2 in the form of the powder aggregation layer PL.
【0036】そして、熱風の流通により、乾燥メディア
2は躍動・落下を繰り返して相互に打撃を加え合い、さ
らにその打撃による擦れ合いにより、粉末凝集層PLは
成形用素地粉末粒子9に粉砕される。この解砕された成
形用素地粉末粒子9は、孤立した一次粒子形態のものも
含んでいるが、多くは一次粒子が凝集した二次粒子とな
っている。該成形用素地粉末粒子9は、一定以下の粒径
のものが熱風とともに下流側に流れていく(図6)。他
方、ある程度以上に大きい解砕粒子は、熱風で飛ばされ
ずに再び乾燥メディア集積体3に落下して、メディア間
でさらに粉砕される。こうして、熱風とともに下流側に
流された成形用素地粉末粒子9は、サイクロンSを経て
回収部21に成形用素地粉末10として回収されてい
る。Then, by the flow of hot air, the drying medium 2 repeatedly hits and falls and strikes each other, and the powder agglomeration layer PL is pulverized into base powder particles 9 for molding by the rubbing caused by the hitting. . The crushed base powder particles 9 for molding include those in the form of isolated primary particles, but are mostly secondary particles in which the primary particles are aggregated. The molding base powder particles 9 having a particle diameter of a certain size or less flow downstream along with the hot air (FIG. 6). On the other hand, the crushed particles larger than a certain size are not blown off by the hot air but fall again to the dry media assembly 3 and are further crushed between the media. In this way, the molding base powder particles 9 that have flowed to the downstream side together with the hot air are collected as the molding base powder 10 by the collection unit 21 via the cyclone S.
【0037】図5において、乾燥メディア2の直径は、
熱風ダクト4の流通断面積に応じて適宜設定する。該直
径が不足すると、メディア上に形成される粉末凝集層へ
の打撃力が不足し、所期の範囲の粒子径を有する成形用
素地粉末が得られない場合がある。他方、直径が大きく
なり過ぎると、熱風を流通しても乾燥メディア2の躍動
が起こりにくくなるので同様に打撃力が不足し、所期の
範囲の粒子径を有した成形用素地粉末が得られない場合
がある。なお、乾燥メディア2は、なるべく大きさの揃
ったものを使用することが、メディア間に適度な隙間を
形成して、熱風流通時のメディアの運動を促進する上で
望ましい。In FIG. 5, the diameter of the drying medium 2 is
It is set appropriately according to the flow cross-sectional area of the hot air duct 4. If the diameter is insufficient, the impact force on the powder agglomeration layer formed on the medium is insufficient, and a molding base powder having a particle diameter within an intended range may not be obtained. On the other hand, if the diameter is too large, the driving force of the drying medium 2 is less likely to occur even when hot air is circulated, so that the hitting force is also insufficient, and a molding base powder having a particle diameter within a desired range can be obtained. May not be. Note that it is desirable to use a dry medium 2 having a uniform size as much as possible in order to form an appropriate gap between the media and promote the movement of the medium during hot air circulation.
【0038】また、乾燥メディア集積体3における乾燥
メディア2の充填深さt1は、熱風の流速に応じて、メ
ディア2の流動が過不足なく生ずる範囲にて適宜設定さ
れる。充填深さt1が大きくなり過ぎると、乾燥メディ
ア2の流動が困難となり、打撃力が不足して所期の範囲
の粒子径を有する成形用素地粉末が得られない場合があ
る。また、充填深さt1が小さくなり過ぎると、乾燥メ
ディア2が少なすぎて打撃頻度が低下し、処理能率低下
につながる。The filling depth t1 of the drying medium 2 in the drying medium assembly 3 is appropriately set in accordance with the flow rate of the hot air and within a range in which the flow of the medium 2 occurs without excess or deficiency. If the filling depth t1 is too large, the flow of the drying medium 2 becomes difficult, and the impact force is insufficient, so that a molding base powder having a desired range of particle diameter may not be obtained. On the other hand, if the filling depth t1 is too small, the amount of the dry medium 2 is too small, and the frequency of impact is reduced, leading to a reduction in processing efficiency.
【0039】次に、熱風の温度は、泥漿の乾燥が十分に
進み、かつ粉末に熱変質等の不具合が生じない範囲にて
適宜設定される。例えば泥漿の溶媒が水を主体とするも
のである場合、熱風温度が100℃未満になると、供給
される泥漿の乾燥が十分進まず、得られる成形用素地粉
末の水分含有量が高くなり過ぎて凝集を起こしやすくな
り、所期の粒子径の粉末が得られなくなる場合がある。Next, the temperature of the hot air is appropriately set within a range in which the drying of the slurry proceeds sufficiently and no problems such as thermal deterioration occur in the powder. For example, when the solvent of the slurry is mainly water, when the hot air temperature is lower than 100 ° C., the supplied slurry does not sufficiently dry, and the moisture content of the obtained molding base powder becomes too high. Agglomeration is likely to occur, and a powder having an intended particle size may not be obtained.
【0040】さらに、熱風の流速は、乾燥メディア2を
回収部21へ飛ばさない範囲にて適宜設定する。流速が
小さくなり過ぎると、乾燥メディア2の流動が困難とな
り、打撃力が不足して所期の範囲の粒子径を有する成形
用素地粉末が得られない場合がある。また、流速が大き
くなり過ぎると、乾燥メディア2が高く舞い上がり過ぎ
て却って衝突頻度が低下し、処理能率の低下につなが
る。Further, the flow rate of the hot air is appropriately set within a range in which the drying medium 2 is not blown to the collection section 21. If the flow velocity is too low, the flow of the drying medium 2 becomes difficult, and the impact force is insufficient, so that a molding base powder having a particle diameter within an intended range may not be obtained. On the other hand, if the flow velocity is too high, the drying medium 2 rises too high and the collision frequency is rather reduced, leading to a reduction in processing efficiency.
【0041】こうして得られた成形用素地粉末10は、
転動造粒成形法により球状に成形することができる。す
なわち、図1に示すように、成形用素地粉末10を造粒
容器32内に投入し、図2に示すように、その造粒容器
32を一定の周速にて回転駆動する。なお、造粒容器3
2内の成形用素地粉末10には、例えばスプレー噴霧等
により水分Wを供給する。図3(a)に示すように、投
入された成形用素地粉末10は、回転する造粒容器内に
形成される傾斜した粉末層10kの上を転がりながら球
状に凝集して成形体80となる。転動造粒装置30の運
転条件は、得られる成形体80の相対密度が61%以上
となるように調整される。具体的には、造粒容器32の
回転速度は10〜200rpmにて調整され、水分供給
量は、最終的に得られる成形体中の含水率が10〜20
質量%となるように調整される。The molding base powder 10 thus obtained is
It can be formed into a spherical shape by the rolling granulation molding method. That is, as shown in FIG. 1, the molding base powder 10 is put into a granulation container 32, and as shown in FIG. 2, the granulation container 32 is driven to rotate at a constant peripheral speed. The granulation container 3
Water W is supplied to the molding base powder 10 in 2, for example, by spraying or the like. As shown in FIG. 3 (a), the injected molding base powder 10 is spherically aggregated while rolling on an inclined powder layer 10k formed in a rotating granulation container to form a compact 80. . The operating conditions of the tumbling granulator 30 are adjusted so that the relative density of the obtained compact 80 is 61% or more. Specifically, the rotation speed of the granulation container 32 is adjusted at 10 to 200 rpm, and the amount of water supply is such that the moisture content in the finally obtained molded body is 10 to 20 rpm.
It is adjusted so as to be mass%.
【0042】転動造粒を行なうに際しては、成形体成長
を促すため、図1に示すように、別途、成形核体50
(セラミック粉末をプレス成形あるいは樹脂バインダと
ともに射出成形することにより製造できる)を造粒容器
32内に投入しておくことが望ましい。こうすれば、図
3(a)に示すように、成形核体50が成形用素地粉末
層10k上を転がりながら、同図(b)に示すように、
該成形核体50の周囲に成形用素地粉末10が球状に付
着・凝集して球状成形体80となる(転動造粒工程)。
この成形体80を焼結することにより、ベアリング素球
90が得られる。なお、図2において成形用素地粉末1
0のみを造粒容器32内に投入して、成形体成長時より
も低速にて容器を回転させることにより粉末の凝集体を
生成させ、十分な量及び大きさの凝集体が生じたら、そ
の後容器32の回転速度を上げて、その凝集体を核体5
0として利用する形で成形体80の成長を行ってもよ
い。この場合は、上記のように別工程にて製造した核体
を、敢えて成形用素地粉末10とともに容器32内に投
入する必要はなくなる。In performing the rolling granulation, as shown in FIG. 1, a molding core 50 is separately provided to promote the growth of the molding.
(Which can be produced by press-molding ceramic powder or by injection-molding with a resin binder) is desirably charged into the granulation container 32. In this way, as shown in FIG. 3A, while the molding core body 50 is rolling on the molding base powder layer 10k, as shown in FIG.
The molding base powder 10 adheres and agglomerates in a spherical shape around the molding core 50 to form a spherical molded body 80 (rolling granulation step).
By sintering the molded body 80, a bearing element ball 90 is obtained. In addition, in FIG.
0 into the granulation container 32, and agglomerates of the powder are generated by rotating the container at a lower speed than at the time of growing the compact, and when a sufficient amount and size of the aggregate are generated, By increasing the rotation speed of the container 32, the aggregates
The molded body 80 may be grown so as to be used as zero. In this case, it is not necessary to intentionally put the nucleus produced in a separate process together with the molding base powder 10 into the container 32 as described above.
【0043】成形核体50は、多少の外力が作用しても
崩壊せずに安定して形状を保つことができる。その結
果、図3(a)に示すように成形用素地粉末層10k上
で転がった際にも、自重による反作用を確実に受けとめ
ることができる。また、図3(c)に示すように、転が
った時に巻き込んだ粉末粒子を表面にしっかりと押しつ
けることができるので、粉末が適度に圧縮されて密度の
高い凝集層10aを成長できるものと考えられる。な
お、核体を使用せずに転動造粒を行なうことも可能であ
る。この場合、図3(d)に示すように、核体に相当す
る凝集体100は、成形初期の段階においては凝集度が
やや低く軟弱なため、欠陥発生等につながらないよう
に、容器の回転速度を多少落とすことが得策である。The molded core body 50 can stably maintain its shape without collapse even when a slight external force acts. As a result, as shown in FIG. 3A, even when rolling on the green body powder layer for molding 10k, a reaction due to its own weight can be reliably received. Further, as shown in FIG. 3 (c), it is considered that the powder particles rolled up when rolled can be pressed firmly against the surface, so that the powder is appropriately compressed and the high-density aggregate layer 10a can be grown. . In addition, it is also possible to perform rolling granulation without using a core. In this case, as shown in FIG. 3D, the agglomerate 100 corresponding to the nucleus has a slightly low agglomeration degree at the initial stage of molding and is weak. It is advisable to drop a little.
【0044】上記のような成形体80を焼成すれば、窒
化珪素質セラミック中に窒化チタン相が10〜70体積
%(望ましくは15〜70体積%、さらに望ましくは3
0〜50体積%)分散した複合セラミック素球(以下、
単に素球ともいう)を得ることができる。なお、本明細
書においては、体積%による窒化チタン相の含有率は、
複合セラミックの研磨断面における窒化チタン相の面積
率と近似的に同じであると考える。焼成は、1atmを
超え、200atm以下の少なくとも窒素を含有する雰
囲気下で焼成を行なうガス圧焼成か、200〜2000
atmの窒素を含有する雰囲気下で焼成を行なう熱間静
水圧焼成(HIP)により行なう。焼成温度は例えば1
500〜1800℃の範囲で設定するのがよい。焼成温
度が1500℃未満では、ポア等の欠陥を消滅させるこ
とができず強度が低下する一方、この温度が1800℃
を越える場合には、粒成長によって焼結体の強度が低下
するため好ましくない。なお、この焼成は、一次焼成及
び二次焼成の2段階焼成によって行なうこともできる。
例えば、一次焼成は、窒素を含む10気圧以下の常圧又
はガス圧により、非酸化性雰囲気下にて1800℃以下
で行い、一次焼成後の焼結体相対密度を78%以上、好
ましくは90%以上となるように行なうことが望まし
い。一次焼成後の焼結体相対密度が78%未満では、二
次焼成後にポア等の欠陥が多く残る傾向があるため、好
ましくない。また、二次焼成は、窒素を含む200気圧
以下のガス圧か、200〜2000atmの熱間静水圧
焼成(HIP)により、非酸化性雰囲気にて1500か
ら1800℃で行なうことができる。If the compact 80 is fired, the titanium nitride phase is contained in the silicon nitride ceramic in an amount of 10 to 70% by volume (preferably 15 to 70% by volume, more preferably 3 to 70% by volume).
0-50 volume%) dispersed composite ceramic elementary sphere (hereinafter, referred to as
Simply called elementary spheres). In the present specification, the content of the titanium nitride phase by volume% is as follows:
It is considered that the area ratio of the titanium nitride phase in the polished cross section of the composite ceramic is approximately the same. The calcination may be gas pressure calcination in which the calcination is performed in an atmosphere containing at least nitrogen of 1 atm or more and 200 atm or less, or 200 to 2000
This is performed by hot isostatic pressing (HIP), which is performed in an atmosphere containing atm nitrogen. The firing temperature is, for example, 1
The temperature is preferably set in the range of 500 to 1800 ° C. If the firing temperature is lower than 1500 ° C., defects such as pores cannot be eliminated and the strength is reduced.
If it exceeds, the strength of the sintered body decreases due to grain growth, which is not preferable. This firing can also be performed by two-stage firing of primary firing and secondary firing.
For example, the primary firing is performed at 1800 ° C. or less in a non-oxidizing atmosphere at a normal pressure or gas pressure of 10 atmospheres or less containing nitrogen, and the relative density of the sintered body after the primary firing is 78% or more, preferably 90% or more. %. If the relative density of the sintered body after the primary firing is less than 78%, many defects such as pores tend to remain after the secondary firing, which is not preferable. The secondary firing can be performed at 1500 to 1800 ° C. in a non-oxidizing atmosphere by gas pressure of 200 atm or less containing nitrogen or hot isostatic firing (HIP) of 200 to 2000 atm.
【0045】焼結により得られた素球は、前述の転動造
粒法により成形体の相対密度を61%以上に高めること
で、緻密化がより顕著に進み、球表層部に空隙等の欠陥
が一層残留しにくくなる。この素球に、寸法調整のため
の粗研磨を経た後に、固定砥粒を用いて精密研磨するこ
とにより、本発明の導電性セラミックベアリングボール
が得られる。該導電性セラミックベアリングボールは、
その研磨面にて観察される寸法1μm以上の欠陥の累積
面積率は1%以下、同じく1mm2当りの欠陥の平均形
成個数は500個以下とすることができる。また、研磨
面の算術平均粗さRaを0.012μm以下とすること
ができ、その真球度は0.08μm以下に確保できる。
さらに、直径不同は0.10μm以下に確保することが
可能である。By increasing the relative density of the compact to 61% or more by the above-mentioned tumbling granulation method, the elementary sphere obtained by sintering is further densified more remarkably, and voids and the like are formed in the surface layer of the sphere. Defects are less likely to remain. The conductive ball of the present invention is obtained by subjecting the elementary sphere to rough polishing for size adjustment and then to precision polishing using fixed abrasive grains. The conductive ceramic bearing ball is
The cumulative area ratio of defects having a dimension of 1 μm or more observed on the polished surface can be 1% or less, and the average number of defects formed per 1 mm 2 can be 500 or less. In addition, the arithmetic mean roughness Ra of the polished surface can be set to 0.012 μm or less, and the sphericity can be ensured to 0.08 μm or less.
Further, the diameter difference can be secured to 0.10 μm or less.
【0046】図9に示すように、上記のようにして得ら
れた導電性セラミックベアリングボール43は、例えば
金属あるいはセラミック製の内輪42及び外輪41の間
に組み込めば、ラジアル型のボールベアリング40が得
られる。ボールベアリング40の内輪42内面に軸SH
を固定すれば、導電性セラミックベアリングボール43
は、外輪41または内輪42に対して回転又は摺動可能
に保持される。導電性セラミックベアリングボール43
は、窒化珪素質セラミック基質中に窒化チタン相が10
〜70体積%(望ましくは15〜75体積%、より望ま
しくは30〜50体積%)含有され、それによって電気
抵抗率が106Ω・cm以下と、比較的高い導電性を有
するものとなる。その結果、帯電が効果的に防止ないし
抑制される。例えば、製造後の導電性セラミックベアリ
ングボールのロットをハンドリングする際に容器等へボ
ールが静電気付着しにくくなり、工程流れをスムーズに
保つことができる。また、ボールベアリング40に組み
込んで使用した際に、静電気によるほこり等の異物付着
が生じにくく、高速回転時でも振動や異音の発生を顕著
に抑制することが可能となる。As shown in FIG. 9, if the conductive ceramic bearing ball 43 obtained as described above is incorporated between an inner ring 42 and an outer ring 41 made of, for example, metal or ceramic, a radial type ball bearing 40 is formed. can get. The shaft SH is provided on the inner surface of the inner ring 42 of the ball bearing 40.
Is fixed, the conductive ceramic bearing balls 43
Is held rotatably or slidably with respect to the outer ring 41 or the inner ring 42. Conductive ceramic bearing ball 43
Means that the titanium nitride phase is 10% in the silicon nitride ceramic substrate.
7070% by volume (preferably 15 to 75% by volume, more preferably 30 to 50% by volume), thereby having a relatively high electrical conductivity of 10 6 Ω · cm or less. As a result, charging is effectively prevented or suppressed. For example, when handling a lot of conductive ceramic bearing balls after manufacturing, the balls are less likely to be electrostatically attached to a container or the like, and the process flow can be kept smooth. In addition, when used by being incorporated in the ball bearing 40, adhesion of foreign matter such as dust due to static electricity is unlikely to occur, and it is possible to significantly suppress the occurrence of vibration and abnormal noise even during high-speed rotation.
【0047】図10は、上記ボールベアリングを用いた
ハードディスク駆動機構の一構成例を示す縦断面図であ
る。該ハードディスク駆動機構100は、本体ケース1
02の底内面中央に、筒状の軸保持部108が垂直に立
ち上がる形態で形成され、その内側に筒状のベアリング
保持ブッシュ112が同軸的に嵌め込まれている。ベア
リング保持ブッシュ112は、外周面にブッシュ固定用
フランジ110が形成され、これが軸保持部108の片
端に当接する形で軸線方向の位置決めがなされている。
また、ベアリング保持ブッシュ112の内側両端には、
それぞれ本発明のセラミックボール144を内輪140
及び外輪136の間に複数配置した、図9と同様の構造
のボールベアリング116,118が同軸的にはめ込ま
れ、ベアリング保持ブッシュ112の内周面から突出し
て形成されたベアリング固定フランジ132の両端部に
それぞれ当接・位置決めされている。FIG. 10 is a longitudinal sectional view showing an example of the configuration of a hard disk drive mechanism using the above-described ball bearing. The hard disk drive mechanism 100 includes a main body case 1
In the center of the inner surface of the bottom of 02, a cylindrical shaft holding portion 108 is formed so as to rise vertically, and a cylindrical bearing holding bush 112 is coaxially fitted inside the shaft holding portion 108. The bearing holding bush 112 has a bush fixing flange 110 formed on the outer peripheral surface thereof, and is positioned in the axial direction such that the bush fixing flange 110 comes into contact with one end of the shaft holding portion 108.
Also, at both inner ends of the bearing holding bush 112,
Each of the ceramic balls 144 of the present invention is attached to the inner ring 140.
A plurality of ball bearings 116 and 118 having the same structure as that shown in FIG. Are respectively abutted and positioned.
【0048】ボールベアリング116,118の各内輪
140,140内にはディスク回転軸146が挿通固定
され、ベアリング116,118によりベアリング保持
ブッシュ112ひいては本体ケース102に対して回転
可能に支持されている。ディスク回転軸146の一端側
には扁平筒状のディスク固定部材(回転部材)152が
一体化されており、その外周縁に沿って壁部154が下
向きに伸びる形で形成されている。その壁部154の内
周面には励磁用永久磁石126が取付けられる一方、そ
の内側には、ベアリング保持ブッシュ112の外周面に
固定された界磁用コイル124が励磁用永久磁石126
と対向する形で配置されている。界磁用コイル124と
励磁用永久磁石126とはディスク回転駆動用の直流モ
ータ122を構成する。また、ディスク固定部材152
の壁部154の外周面からは、ディスク固定用フランジ
156が張り出しており、ここに記録用ハードディスク
106の内周縁部が、押さえプレート121との間に挟
まれる形で保持・固定されている。なお、押さえプレー
ト121を貫通する形で、固定用ボルト151がディス
ク回転軸146にねじ込まれている。A disk rotating shaft 146 is inserted and fixed in each of the inner rings 140 and 140 of the ball bearings 116 and 118, and is rotatably supported by the bearings 116 and 118 with respect to the bearing holding bush 112 and the main body case 102. A flat cylindrical disk fixing member (rotating member) 152 is integrated with one end of the disk rotating shaft 146, and a wall portion 154 is formed so as to extend downward along the outer peripheral edge thereof. An exciting permanent magnet 126 is attached to the inner peripheral surface of the wall 154, and a field coil 124 fixed to the outer peripheral surface of the bearing holding bush 112 has an exciting permanent magnet 126 mounted inside the wall 154.
And are arranged so as to face. The field coil 124 and the exciting permanent magnet 126 constitute a DC motor 122 for driving the rotation of the disk. Also, the disk fixing member 152
A disk fixing flange 156 protrudes from the outer peripheral surface of the wall portion 154, and the inner peripheral edge of the recording hard disk 106 is held and fixed in such a manner as to be sandwiched between the recording hard disk 106 and the holding plate 121. A fixing bolt 151 is screwed into the disk rotation shaft 146 so as to penetrate the holding plate 121.
【0049】界磁用コイル124への通電によりモータ
122が作動し、ディスク固定部材152をロータとし
て回転駆動力を生ずる。これにより、ディスク固定部材
152に固定されたハードディスク106は、ベアリン
グ116,118により支持されたディスク回転軸14
6の軸線周りに、例えば5400〜15000rpmに
て高速回転駆動される。The motor 122 operates by energizing the field coil 124 to generate a rotational driving force using the disk fixing member 152 as a rotor. As a result, the hard disk 106 fixed to the disk fixing member 152 is moved to the disk rotating shaft 14 supported by the bearings 116 and 118.
6 at a high speed of, for example, 5400 to 15000 rpm.
【0050】次に、図11に、ヘッドアーム駆動部分を
含めたハードディスクドライブ装置(以下、HDDと略
記する)400の構造を示した。この構造では、ハブ4
01を介して磁気ディスク402を回転自在に支持する
回転軸403と、先端に磁気ヘッド(図示せず。)を取
付けたヘッドアーム404の回転軸405という2つの
回転軸を有し、これらの回転軸403,405は、軸方
向に間隔を開けて配置された2個1組みの、すでに説明
したものと同じ構造の本発明のボールベアリング40
6,407(それぞれベアリングボール413,414
として導電性セラミックボールを使用している)で支持
している。そして、磁気ディスク402の回転軸403
を支持する一組のボールベアリング406の内輪408
は、回転軸403と一体に回転するように取付け、外輪
409をスピンドルモータ(回転軸403を出力軸と
し、ベアリング406とともに本発明のベアリング付き
モータを構成している)410の筒形固定子411の内
周に嵌めて固定し、深皿形回転子412の中心に回転軸
403を固定して回転軸403をスピンドルモータ41
0で回転させている。Next, FIG. 11 shows a structure of a hard disk drive (hereinafter abbreviated as HDD) 400 including a head arm driving portion. In this structure, the hub 4
And a rotation shaft 405 of a head arm 404 having a magnetic head (not shown) attached to the end thereof. The shafts 403 and 405 are a pair of two axially spaced ball bearings 40 of the present invention having the same structure as described above.
6,407 (bearing balls 413, 414, respectively)
(A conductive ceramic ball is used as an example.) Then, the rotating shaft 403 of the magnetic disk 402
Inner ring 408 of a set of ball bearings 406 for supporting
Is mounted so as to rotate integrally with the rotating shaft 403, and the outer ring 409 is a cylindrical stator 411 of a spindle motor (the rotating shaft 403 is an output shaft, and the bearing 406 constitutes a bearing-equipped motor of the present invention) 410. The rotary shaft 403 is fixed to the center of the deep dish type rotor 412 and the rotary shaft 403 is fixed to the spindle motor 41.
Rotated at 0.
【0051】このような構造によって回転自在に支持さ
れた磁気ディスク402は、スピンドルモータ410の
回転速度に応じて高速回転するが、その際に磁気記録デ
ータを読み書きする磁気ヘッドを取付けたヘッドアーム
404も適宜に動作する。ヘッドアーム404の末端は
回転軸405の上部で支持され、この回転軸405を図
外のVCM等からなるアクチュエータで軸周りに回転さ
せ、ヘッドアーム404の先端を所要角度だけ旋回させ
て磁気ヘッドを所要位置に移動させる。このように回転
軸405の回転動作により、磁気ディスク402の記録
有効域における所要の磁気記録データの読み書きが可能
となる。The magnetic disk 402 rotatably supported by such a structure rotates at a high speed in accordance with the rotation speed of the spindle motor 410. At this time, a head arm 404 having a magnetic head for reading and writing magnetic recording data is mounted. Also operates appropriately. The distal end of the head arm 404 is supported on the upper part of a rotating shaft 405. The rotating shaft 405 is rotated around the axis by an actuator (not shown) such as a VCM, and the tip of the head arm 404 is turned by a required angle to mount the magnetic head. Move to the required position. As described above, the rotation operation of the rotation shaft 405 enables reading and writing of required magnetic recording data in the effective recording area of the magnetic disk 402.
【0052】次いで、図12は、上記ボールベアリング
を用いたポリゴンスキャナの一例を示すものである
((a)は正面図、(b)は平面図、(c)は縦断面図
である)。ポリゴンスキャナ300は写真撮影やコピー
等の画像処理さらにはレーザープリンタにおいて、走査
光ビームを生成するために用いられるものであり、基体
311とそれを蓋するカバー312とよりなる略円筒状
の密閉ケース313に、本発明のベアリング付きモータ
であるモータ314(ここではアウターロータ型とされ
ている)が収容され、その固定軸315の両端がそれぞ
れ基体311及びカバー312に固定される。多角形板
状体の各側面に反射鏡が形成されてなるポリゴンミラー
316はこの例では正八角形板状体とされており、その
中央部に形成された取付孔316aにモータ314のロ
ータ317が挿通され、これに一体回転可能に固定され
る。そして、ロータ317は、図9と同様の構造を有し
た本発明のボールベアリング323,323を介して固
定軸315により回転可能に支持されている。モータ3
14は、最大回転数が例えば10000rpm以上ない
し30000rpm以上にて高速回転する。Next, FIG. 12 shows an example of a polygon scanner using the above-described ball bearing ((a) is a front view, (b) is a plan view, and (c) is a longitudinal sectional view). The polygon scanner 300 is used for generating a scanning light beam in image processing such as photographing and copying, and further in a laser printer, and is a substantially cylindrical sealed case comprising a base 311 and a cover 312 for covering the base 311. A motor 314 (here, an outer rotor type) which is a motor with a bearing of the present invention is accommodated in 313, and both ends of a fixed shaft 315 are fixed to the base 311 and the cover 312, respectively. The polygon mirror 316 in which the reflecting mirror is formed on each side surface of the polygonal plate-like body is a regular octagonal plate-like body in this example, and the rotor 317 of the motor 314 is fitted in the mounting hole 316a formed in the center thereof. It is inserted and fixed to this so as to be integrally rotatable. The rotor 317 is rotatably supported by the fixed shaft 315 via the ball bearings 323 and 323 of the present invention having the same structure as in FIG. Motor 3
14 rotates at a high speed at a maximum rotation speed of, for example, 10,000 rpm or more and 30,000 rpm or more.
【0053】基体311の側面にはポリゴンミラー31
6と対向する位置に光ビーム入出射用の窓318が設け
られており、窓318には窓ガラス319が取付けられ
ている。窓ガラス319は窓318に外側からはめ込ま
れ、一対の板ばね321によって押圧固定される。図
中、322は板ばね321の他端側を基体311に固定
するための取付けねじである。なお、基体311の内面
側には、窓ガラス319の突当て面を構成するための突
出部311aが存在している。The polygon mirror 31 is provided on the side of the base 311.
A window 318 for inputting and outputting a light beam is provided at a position facing the window 6, and a window glass 319 is attached to the window 318. The window glass 319 is fitted into the window 318 from the outside, and is pressed and fixed by a pair of leaf springs 321. In the drawing, reference numeral 322 denotes a mounting screw for fixing the other end of the leaf spring 321 to the base 311. In addition, on the inner surface side of the base body 311, there is a protruding portion 311 a for forming the abutting surface of the window glass 319.
【0054】モータ314の駆動により、ポリゴンミラ
ー316は固定シャフト315の軸心回りに回転し、こ
の回転するポリゴンミラー316に、レーザー光などの
光ビームが窓318を介して所定の方向から入射され
る。ポリゴンミラー316の各側面の反射鏡は回転しな
がら、順次その入射光ビームを反射し、この反射光によ
って走査光ビームが生成され、この走査光ビームが窓3
18から出射される。By driving the motor 314, the polygon mirror 316 rotates around the axis of the fixed shaft 315, and a light beam such as a laser beam is incident on the rotating polygon mirror 316 through a window 318 from a predetermined direction. You. The reflecting mirrors on each side of the polygon mirror 316 sequentially reflect the incident light beam while rotating, and the reflected light generates a scanning light beam.
Emitted from 18.
【0055】他方、図13は、半導体ウェーハ(例えば
シリコンウェーハ)の平面度の測定装置を示すものであ
る。この装置では、回転測定テーブル200上にウェー
ハWを乗せて回転させながらウェーハWと回転測定テー
ブル200との間に通電して静電容量を測定し、その静
電容量の測定値に基づいてウェーハWの平面度を評価す
るものである。回転テーブル200は軸201を介して
モータ203により回転駆動されるとともに、そのラジ
アル方向の軸受が上記のボールベアリング40によりな
されている。回転測定テーブル200への通電は、ベア
リング40と軸201とを導通路として、測定用電源2
02によりなされる。この場合、同通路となるための導
電性を確保するために、ボールを構成する複合セラミッ
クの電気抵抗率を105Ω・cm以下、窒化チタン系相
の含有率を15〜50体積%とするのがよい。FIG. 13 shows an apparatus for measuring the flatness of a semiconductor wafer (for example, a silicon wafer). In this apparatus, while the wafer W is placed on the rotation measurement table 200 and rotated, a current is supplied between the wafer W and the rotation measurement table 200 to measure the capacitance, and the wafer is measured based on the measured value of the capacitance. This is to evaluate the flatness of W. The rotary table 200 is driven to rotate by a motor 203 via a shaft 201, and its radial bearing is formed by the ball bearing 40 described above. The rotation measurement table 200 is energized by using the bearing 40 and the shaft 201 as conduction paths and using the measurement power supply 2.
02. In this case, in order to secure conductivity for forming the same passage, the electrical resistivity of the composite ceramic constituting the ball is set to 10 5 Ω · cm or less, and the content of the titanium nitride-based phase is set to 15 to 50% by volume. Is good.
【0056】[0056]
【実験例】本発明の効果を確認するために、以下の実験
を行った。原料となる窒化珪素質粉末〜、窒化チタ
ン粉末〜として以下のものを用意した。 窒化珪素質粉末(50%粒子径0.5μm、BET比
表面積値12m2/g)100体積部と、セリア粉末
(50%粒子径1.4μm)1.3体積部と、アルミナ
粉末(50%粒子径0.2μm)1.3体積部と、ジル
コニア粉末(50%粒子径1.4μm)1.3体積部
と、炭酸マグネシウム粉末1.3体積部との配合物。 窒化珪素質粉末(50%粒子径0.8μm、BET比
表面積値10m2/g)100体積部と、セリア粉末
(50%粒子径1.4μm)1.3体積部と、アルミナ
粉末(50%粒子径0.2μm)1.3体積部と、ジル
コニア粉末(50%粒子径1.4μm)1.3体積部
と、炭酸マグネシウム粉末1.3体積部との配合物。 窒化珪素質粉末(50%粒子径1.5μm、BET比
表面積値8m2/g)100体積部と、セリア粉末(5
0%粒子径1.4μm)1.3体積部と、アルミナ粉末
(50%粒子径0.2μm)1.3体積部と、ジルコニ
ア粉末(50%粒子径1.4μm)1.3体積部と、炭
酸マグネシウム粉末1.3体積部との配合物。 窒化チタン粉末(50%粒子径1.1μm、酸素含有
率2.0質量%、鉄含有率0.05質量%) 窒化チタン粉末(50%粒子径3.5μm、酸素含有
率0.8質量%、鉄含有率0.05質量%) 窒化チタン粉末(50%粒子径2.0μm、酸素含有
率4.0質量%、鉄含有率0.05質量%) 窒化チタン粉末(50%粒子径1.1μm、酸素含有
率2.0質量%、鉄含有率0.45質量%)[Experimental Examples] In order to confirm the effects of the present invention, the following experiments were conducted. The following materials were prepared as silicon nitride powder to be used as raw materials and titanium nitride powder. 100 parts by volume of silicon nitride-based powder (50% particle diameter 0.5 μm, BET specific surface area value 12 m 2 / g), 1.3 parts by weight of ceria powder (50% particle diameter 1.4 μm), and alumina powder (50% A blend of 1.3 parts by volume (particle size: 0.2 μm), 1.3 parts by volume of zirconia powder (50% particle size: 1.4 μm), and 1.3 parts by volume of magnesium carbonate powder. 100 parts by volume of silicon nitride-based powder (50% particle diameter 0.8 μm, BET specific surface area value 10 m 2 / g), 1.3 parts by weight of ceria powder (50% particle diameter 1.4 μm), and alumina powder (50% A blend of 1.3 parts by volume (particle size: 0.2 μm), 1.3 parts by volume of zirconia powder (50% particle size: 1.4 μm), and 1.3 parts by volume of magnesium carbonate powder. 100 parts by volume of silicon nitride-based powder (50% particle diameter 1.5 μm, BET specific surface area value 8 m 2 / g) and ceria powder (5
1.3 parts by volume of 0% particle diameter 1.4 μm), 1.3 parts by volume of alumina powder (50% particle diameter 0.2 μm) and 1.3 parts by volume of zirconia powder (50% particle diameter 1.4 μm). And 1.3 parts by volume of magnesium carbonate powder. Titanium nitride powder (50% particle diameter 1.1 μm, oxygen content 2.0 mass%, iron content 0.05 mass%) Titanium nitride powder (50% particle diameter 3.5 μm, oxygen content 0.8 mass%) , Iron content: 0.05% by mass) Titanium nitride powder (50% particle size: 2.0 μm, oxygen content: 4.0% by mass, iron content: 0.05% by mass) Titanium nitride powder (50% particle size: 1.0%) 1 μm, oxygen content 2.0% by mass, iron content 0.45% by mass)
【0057】上記の〜に示される窒化珪素質粉末を
基質として、窒化チタン粉末〜を最終的にセラミッ
ク基質中に占める窒化チタン相の含有比率が、おおむね
30体積%となるように配合し、その配合物100質量
部に溶媒としての純水50質量部と、適量の有機結合剤
とを加えてアトライターミルにより10時間混合を行
い、成形用素地粉末の泥漿を得た。泥漿は、図4に示す
装置により成形用素地粉末とした。これらの配合パター
ンをA〜Fとして表1に示す。なお、A〜Fの配合より
なる成形用素地粉末について50%粒子径をレーザー回
折式粒度計(堀場製作所(株)製、品番:LA−50
0)で、また、BET比表面積値はBET比表面積測定
装置(ユアサアイオニクス(株)製、マルチソープ1
2)でそれぞれ測定した。測定結果を表1に示す。Using the above silicon nitride powder as a substrate, the titanium nitride powder is blended so that the content ratio of the titanium nitride phase in the final ceramic substrate is approximately 30% by volume. 50 parts by mass of pure water as a solvent and an appropriate amount of an organic binder were added to 100 parts by mass of the mixture, and the mixture was mixed by an attritor mill for 10 hours to obtain a slurry of a base powder for molding. The slurry was made into a green body powder for molding by the apparatus shown in FIG. Table 1 shows these compounding patterns as AF. In addition, about 50% particle diameter about the base powder for shaping | molding which mix | blends AF, the laser diffraction-type particle sizer (the Horiba, Ltd. make, product number: LA-50)
0), and the BET specific surface area was measured using a BET specific surface area measuring device (manufactured by Yuasa Ionics Co., Ltd., Multi Soap 1).
Each was measured in 2). Table 1 shows the measurement results.
【0058】[0058]
【表1】 [Table 1]
【0059】次に、この成形用素地粉末A〜Fをそれぞ
れ転動造粒することにより、直径約2.5mmの球状成
形体を作製した。得られた球状成形体は、100気圧の
N2雰囲気中で温度1700℃にて3時間焼成した。Next, each of the molding base powders A to F was subjected to tumbling granulation to produce a spherical molded body having a diameter of about 2.5 mm. The obtained spherical molded body was fired at a temperature of 1700 ° C. for 3 hours in an N 2 atmosphere of 100 atm.
【0060】焼成後のボールは、表面を、真球度が0.
08μm、算術平均粗さが0.012μmとなるように
精密研磨し、直径2mmの導電性セラミックベアリング
ボールとした。いずれも製造途中に静電気帯電せず、ス
ムーズにハンドリング可能であった。また、研磨済みの
ベアリングボールを金属製の外輪と内輪との間に配置
し、図9のようなベアリングを構成した。そして、その
外輪にマイクロホン(ピックアップセンサ)を取付け、
さらに外輪を固定し、内輪を10000rpmにて回転
させたときの、音の発生の有無を測定した。判定は、そ
のセンサ出力が30dBを超えた場合に異音発生
(×)、30〜25dBの場合に軽微な異音発生
(△)、25dB未満の場合に正常(○)として行っ
た。なお、これらの測定後に、得られた複合セラミック
全体の酸素含有率(質量%)と、鉄含有率(質量%)を
測定した。なお、酸素含有率の分析は、粉末化した焼結
体試料を用いた非分散赤外線吸収法により、鉄含有量の
分析は、鏡面研磨した焼結体表面におけるEPMA(El
ectron Probe Micro Analysis:特性X線を波長分散方
式(WDS:Wavelength DispersiveSpectrometer)に
より定量)によりそれぞれ行なった。以上の結果を表1
に併せて示す。この結果からも明らかなように、本発明
の請求項1の要件を満たすもの、及び窒化珪素原料粉末
及び窒化チタン原料粉末として本発明の請求項2に記載
した数値範囲を満足するものを使用したものは、音響試
験において良好な結果が得られていることがわかる。The surface of the fired ball has a sphericity of 0.
The powder was precisely polished so as to have a thickness of 08 μm and an arithmetic average roughness of 0.012 μm to obtain a conductive ceramic bearing ball having a diameter of 2 mm. In each case, no static electricity was charged during the production, and smooth handling was possible. A polished bearing ball was disposed between a metal outer ring and an inner ring to form a bearing as shown in FIG. Then, a microphone (pickup sensor) is attached to the outer ring,
Further, when the outer ring was fixed and the inner ring was rotated at 10,000 rpm, the presence or absence of sound generation was measured. The determination was made as abnormal noise generation (x) when the sensor output exceeded 30 dB, slight abnormal noise generation (発 生) when it was 30 to 25 dB, and normal (○) when it was less than 25 dB. After these measurements, the oxygen content (% by mass) and the iron content (% by mass) of the entire composite ceramic obtained were measured. The oxygen content was analyzed by a non-dispersive infrared absorption method using a powdered sintered body sample. The iron content was analyzed by EPMA (El
ectron Probe Micro Analysis: Characteristic X-rays were measured by a wavelength dispersion method (WDS: Wavelength Dispersive Spectrometer). Table 1 shows the above results.
Are shown together. As is apparent from the results, those satisfying the requirements of claim 1 of the present invention and those satisfying the numerical range described in claim 2 of the present invention were used as the silicon nitride raw material powder and the titanium nitride raw material powder. It can be seen that good results were obtained in the acoustic test.
【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]
【図1】転動造粒の工程説明図。FIG. 1 is an explanatory view of a process of rolling granulation.
【図2】図1に続く工程説明図。FIG. 2 is a process explanatory view following FIG. 1;
【図3】転動造粒成形工程の進行過程を説明する図。FIG. 3 is a view for explaining the progress of a rolling granulation forming step.
【図4】成形用素地粉末の製造装置の一例を概念的に示
す縦断面図。FIG. 4 is a longitudinal sectional view conceptually showing an example of an apparatus for producing a molding base powder.
【図5】図4の装置の作用説明図FIG. 5 is a diagram for explaining the operation of the apparatus shown in FIG. 4;
【図6】図5に続く作用説明図。FIG. 6 is an operation explanatory view following FIG. 5;
【図7】一次粒子径と二次粒子径との概念を説明する
図。FIG. 7 is a diagram illustrating the concept of a primary particle diameter and a secondary particle diameter.
【図8】相対累積度数の概念を示す説明図。FIG. 8 is an explanatory diagram showing the concept of a relative cumulative frequency.
【図9】本発明のセラミックボールを用いたボールベア
リングの模式図。FIG. 9 is a schematic view of a ball bearing using the ceramic ball of the present invention.
【図10】図9のボールベアリングを用いたコンピュー
タ用ハードディスク駆動機構の一例を示す縦断面図。FIG. 10 is a longitudinal sectional view showing an example of a computer hard disk drive mechanism using the ball bearing of FIG. 9;
【図11】ヘッド駆動機構を備えたコンピュータ用ハー
ドディスク装置の一例を示す断面図。FIG. 11 is a cross-sectional view showing an example of a computer hard disk device having a head drive mechanism.
【図12】図9のボールベアリングを用いたポリゴンス
キャナの一例を示す断面図。FIG. 12 is a sectional view showing an example of a polygon scanner using the ball bearing of FIG. 9;
【図13】図9のボールベアリングを用いた半導体ウェ
ーハの平面度測定装置の一例を示す模式図。FIG. 13 is a schematic view showing an example of a semiconductor wafer flatness measuring apparatus using the ball bearing of FIG. 9;
40、116、118、406、407 セラミックボ
ールベアリング 43、144、413、414 導電性セラミックベア
リングボール 100 ハードディスク駆動機構 122、314 モータ 300 ポリゴンスキャナ 400 ハードディスク装置 404 ヘッドアーム40, 116, 118, 406, 407 Ceramic ball bearings 43, 144, 413, 414 Conductive ceramic bearing balls 100 Hard disk drive 122, 314 Motor 300 Polygon scanner 400 Hard disk drive 404 Head arm
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H02K 5/173 C04B 35/58 102K 5H621 21/22 102Q 102X 102Y Fターム(参考) 2H045 AA14 AA26 AA49 3J101 AA02 AA52 AA62 BA10 EA41 FA11 FA31 GA53 4G001 BA01 BA03 BA11 BA32 BA38 BB01 BB03 BB11 BB32 BB38 BB71 BB73 BC13 BC22 BC42 BC54 BC73 BD11 BD22 BE31 5D068 AA01 BB01 CC11 EE19 GG07 5H605 AA12 BB05 BB14 BB19 CC04 DD09 EB10 EB30 FF10 FF13 GG21 5H621 GA01 HH01 JK08 JK15 JK19──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H02K 5/173 C04B 35/58 102K 5H621 21/22 102Q 102X 102Y F term (Reference) 2H045 AA14 AA26 AA49 3J101 AA02 AA52 AA62 BA10 EA41 FA11 FA31 GA53 4G001 BA01 BA03 BA11 BA32 BA38 BB01 BB03 BB11 BB32 BB38 BB71 BB73 BC13 BC22 BC42 BC54 BC73 BD11 BD22 BE31 5D068 AA01 BB01 CC11 EE19 GG07 5H605 AA12 BB05 BB09 BB01 BB05 BB01 BB05 BB01 BB05 JK15 JK19
Claims (11)
散させた組織を有する複合セラミックにて構成され、そ
の複合セラミックの酸素の含有率が3.0質量%以下、
鉄の含有率が0.2質量%以下であり、かつ表面電気抵
抗率が106Ω・cm以下であることを特徴とする導電
性セラミックベアリングボール。1. A composite ceramic having a structure in which a titanium nitride-based phase is dispersed in a silicon nitride-based substrate, wherein the composite ceramic has an oxygen content of 3.0% by mass or less,
A conductive ceramic bearing ball having an iron content of 0.2% by mass or less and a surface electric resistivity of 10 6 Ω · cm or less.
含有率が0.3質量%以下、かつレーザー回折式粒度計
にて測定した50%粒子径が3.0μm以下である窒化
チタン粉末と、 レーザー回折式粒度計にて測定した50%粒子径が0.
8μm以下であり、かつBET比表面積値が10〜13
m2/gである窒化珪素質粉末と、 を含有する原料粉末の球状成形体を焼結する工程と、そ
の後その焼結体を外面研磨する工程とを含む製造方法に
より製造される請求項1記載の導電性セラミックベアリ
ングボール。2. The oxygen content is 3.0% by mass or less, the iron content is 0.3% by mass or less, and the 50% particle size measured by a laser diffraction particle size analyzer is 3.0 μm or less. The titanium nitride powder and the 50% particle size measured by a laser diffraction type particle size analyzer are 0.
8 μm or less and a BET specific surface area value of 10 to 13
2. A method comprising the steps of: sintering a spherical compact of raw material powder containing silicon nitride-based powder having m 2 / g; and polishing the outer surface of the sintered body thereafter. A conductive ceramic bearing ball as described.
体積%である請求項1又は2に記載の導電性セラミック
ベアリングボール。3. The content of the titanium nitride phase is 10 to 70.
3. The conductive ceramic bearing ball according to claim 1, wherein the content is% by volume. 4.
し3のいずれかに記載の導電性セラミックベアリングボ
ールが複数個組み込まれたことを特徴とするボールベア
リング。4. A ball bearing comprising a plurality of conductive ceramic bearing balls according to claim 1 incorporated as a bearing rolling element.
転主軸部分の軸受部品又はヘッドアームの駆動回転軸の
軸受部品として使用される請求項4に記載のボールベア
リング。5. The ball bearing according to claim 4, wherein the ball bearing is used as a bearing part of a rotating main shaft part of a hard disk drive or a bearing part of a driving rotary shaft of a head arm.
グを軸受部品として用いたことを特徴とするベアリング
付きモータ。6. A motor with a bearing, wherein the ball bearing according to claim 4 is used as a bearing component.
転駆動部に使用される請求項6記載のベアリング付きモ
ータ。7. The motor with a bearing according to claim 6, which is used for a hard disk rotation drive section of a hard disk drive.
部に使用される請求項6記載のベアリング付きモータ。8. The motor with a bearing according to claim 6, which is used for a polygon mirror driving section of a polygon scanner.
回転用モータである請求項6ないし8のいずれかに記載
のベアリング付きモータ。9. The motor with a bearing according to claim 6, wherein the motor is a high-speed rotation motor having a maximum rotation speed of 8000 rpm or more.
きモータと、そのベアリング付きモータにより回転駆動
されるハードディスクとを備えたことを特徴とするハー
ドディスク装置。10. A hard disk drive comprising the motor with a bearing according to claim 7 or 9 and a hard disk rotationally driven by the motor with a bearing.
きモータと、そのベアリング付きモータにより回転駆動
されるポリゴンミラーとを備えたことを特徴とするポリ
ゴンスキャナ。11. A polygon scanner comprising: the motor with a bearing according to claim 8; and a polygon mirror rotationally driven by the motor with the bearing.
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| JP2001035549A JP2002241178A (en) | 2001-02-13 | 2001-02-13 | Electrically conductive ceramic bearing ball, ball bearing, motor provided with the same bering, hard disk device, and polygon scanner |
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