JP2002327751A - Rolling bearing and spindle motor using the same - Google Patents
Rolling bearing and spindle motor using the sameInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は転がり軸受及びそれ
を用いたスピンドルモータに関し、特に帯電抑制および
高速での回転安定性に優れた転がり軸受及びそれを用い
たスピンドルモータに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a rolling bearing and a spindle motor using the same, and more particularly to a rolling bearing excellent in charge suppression and rotational stability at high speed, and a spindle motor using the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、ハードディスクドライブ(HD
D)等の磁気記録装置、光ディスク装置またはDVD、
モバイル製品、各種ゲーム機器等の発達は目覚しいもの
がある。これらは通常、スピンドルモータ等の回転駆動
装置により回転軸を高速回転させることにより各種ディ
スクドライブを機能させている。2. Description of the Related Art In recent years, hard disk drives (HD)
D) and other magnetic recording devices, optical disk devices or DVDs,
The development of mobile products and various game machines has been remarkable. Usually, these various disk drives are made to function by rotating a rotation shaft at high speed by a rotation drive device such as a spindle motor.
【0003】従来、このような回転軸を支えるベアリン
グ(軸受)部材、特にベアリングボールには軸受鋼等の
金属が用いられていた。しかしながら、軸受鋼等の金属
は耐摩耗性が十分ではないことから、例えば前記電子機
器等のように5,000rpm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大きく信頼性のあ
る回転駆動を提供できずにいた。Conventionally, metal such as bearing steel has been used for a bearing (bearing) member for supporting such a rotating shaft, particularly for a bearing ball. However, since metals such as bearing steel do not have sufficient wear resistance, in fields where high-speed rotation of 5,000 rpm or more is required, for example, in the above-mentioned electronic equipment, etc., there is a large variation in life and a reliable rotation. The drive could not be provided.
【0004】このような不具合を解決するために、近年
ではベアリングボールに窒化ケイ素を用いることが試み
られるようになっている。窒化珪素はセラミックスの中
でも摺動特性に優れることから耐摩耗性は十分であり、
高速回転を行ったとしても信頼性のある回転駆動を提供
することができることが確認されている。[0004] In order to solve such problems, it has recently been attempted to use silicon nitride for bearing balls. Silicon nitride has excellent abrasion resistance because of its excellent sliding properties among ceramics.
It has been confirmed that a reliable rotation drive can be provided even at high speed rotation.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、窒化ケ
イ素製ベアリングボールは電気的に絶縁物であることか
ら高速回転を行った際に発生する静電気を軸受鋼等の金
属部材により作製された回転軸部、ボール受け部(いわ
ゆるベアリングボール以外のベアリング部材の構成要
素)にうまく静電気が発散されない等の問題が発生して
いた。However, since the bearing balls made of silicon nitride are electrically insulating, static electricity generated when rotating at a high speed is rotated by a rotating shaft made of a metal member such as bearing steel. In addition, there have been problems in that static electricity is not satisfactorily dissipated in a ball receiving portion (a component of a bearing member other than a so-called bearing ball).
【0006】このように静電気がうまく発散されず必要
以上に帯電してしまうと電子機器、例えばハードディス
クドライブ等のように磁気的信号を用いる記録媒体に悪
影響を与えてしまい、その結果ハードディスク等の電子
機器そのものを破壊してしまうといった現象が発生して
いた。If the static electricity is not sufficiently dissipated and charged more than necessary, an adverse effect is exerted on an electronic device, for example, a recording medium using a magnetic signal such as a hard disk drive. The phenomenon that the equipment itself was destroyed occurred.
【0007】さらに、窒化ケイ素製ベアリングボールは
熱膨張係数が金属の3分の1以下であることから、高速
回転を行った際に発生する熱による膨張が極めて小さ
く、軸受鋼等の金属部材により作製された回転軸部、ボ
ール受け部(いわゆるベアリングボール以外のベアリン
グ部材の構成要素)の熱による膨張と調和しない等の問
題が発生することが分かった。Further, since the silicon nitride bearing ball has a coefficient of thermal expansion of one-third or less of that of metal, the expansion due to heat generated at the time of high-speed rotation is extremely small. It has been found that problems such as inconsistency with the thermal expansion of the manufactured rotating shaft portion and ball receiving portion (so-called components of the bearing member other than the bearing ball) occur.
【0008】このように各部分の熱膨張が調和しないと
回転振れ(非同期振れ)等が生じ、その結果ハードディ
スク等の電子機器の安定稼働を阻害する等の現象が発生
していた。As described above, when the thermal expansion of each part does not match, rotational vibration (asynchronous vibration) and the like occur, and as a result, phenomena such as hindering stable operation of electronic devices such as hard disks have occurred.
【0009】本発明は上記したような問題を解決するた
めになされたものであって、所定の電気抵抗値および熱
膨張係数を有する転動体を具備することで、静電気の帯
電による機器の破壊が抑制され、かつ高速回転時におけ
る熱膨張の差による回転振れが抑制された転がり軸受お
よびそれを用いたスピンドルモータを提供することを目
的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problems. By providing a rolling element having a predetermined electric resistance value and a thermal expansion coefficient, it is possible to prevent the breakdown of equipment due to electrostatic charging. An object of the present invention is to provide a rolling bearing in which rotation is suppressed and rotational runout due to a difference in thermal expansion during high-speed rotation is suppressed, and a spindle motor using the same.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】本発明の転がり軸受は、
転動体の全てがセラミックスである転がり軸受におい
て、前記転動体は少なくとも1つ以上の窒化ケイ素転動
体とジルコニア転動体からなり、前記窒化ケイ素転動体
およびジルコニア転動体のうち少なくとも一方の電気抵
抗値が102〜107Ω・cmであることを特徴とす
る。According to the present invention, there is provided a rolling bearing comprising:
In a rolling bearing in which all of the rolling elements are ceramics, the rolling elements include at least one or more silicon nitride rolling elements and zirconia rolling elements, and at least one of the silicon nitride rolling elements and the zirconia rolling elements has an electrical resistance value of at least one. 10 2 to 10 7 Ω · cm.
【0011】本発明の転がり軸受では、少なくとも1つ
以上の窒化ケイ素転動体とジルコニア転動体を具備し、
かつこれら窒化ケイ素転動体およびジルコニア転動体の
うち少なくとも一方の電気抵抗値を102〜107Ω・
cmとすることで、転動体とこれを保持する構成部品と
の熱膨張を合わせ、高速での回転を安定させ、さらに帯
電を防止して機器の破損を防ぐことができる。[0011] The rolling bearing of the present invention comprises at least one or more silicon nitride rolling elements and zirconia rolling elements,
In addition, at least one of the silicon nitride rolling element and the zirconia rolling element has an electric resistance of 10 2 to 10 7 Ω ·
When the diameter is set to cm, the thermal expansion of the rolling element and the components holding the rolling element can be matched, the rotation at high speed can be stabilized, and further, the electrification can be prevented and the device can be prevented from being damaged.
【0012】窒化ケイ素転動体およびジルコニア転動体
は、少なくとも一方が炭化物を10〜40質量%含有
し、その電気抵抗値が102〜107Ω・cmであるこ
とが好ましい。この炭化物としては、例えばSi、T
i、Nb、Hf、W、Mo、Ta、Cr、Zr、Mnお
よびBから選ばれる少なくとも1種の元素の炭化物とす
るこが好ましい。It is preferable that at least one of the silicon nitride rolling element and the zirconia rolling element contains 10 to 40% by mass of a carbide and has an electric resistance of 10 2 to 10 7 Ω · cm. Examples of the carbide include Si, T
It is preferable to use carbide of at least one element selected from i, Nb, Hf, W, Mo, Ta, Cr, Zr, Mn and B.
【0013】また、窒化ケイ素転動体の数は全転動体数
の50%以上であり、その直径がジルコニア転動体の直
径よりも0.03〜0.3μm大きく、かつ前記ジルコ
ニア転動体同士が隣り合わないように配置されているこ
とが好ましい。The number of silicon nitride rolling elements is at least 50% of the total number of rolling elements, the diameter thereof is larger than the diameter of zirconia rolling elements by 0.03-0.3 μm, and the zirconia rolling elements are adjacent to each other. Preferably, they are arranged so as not to match.
【0014】窒化ケイ素転動体の数を全転動体数の50
%以上とすることで、高速で回転させたときの転動体の
磨耗を抑制し、機器が破損することを防ぐことができ
る。また、窒化ケイ素転動体の直径をジルコニア転動体
の直径よりも0.03〜0.3μm大きくすることで、
高速で回転させた場合の回転の安定性を向上させること
ができる。また、窒化ケイ素転動体と耐磨耗性、熱膨張
の異なるジルコニア転動体同士を隣り合わせないこと
で、回転を一層安定させることができる。The number of silicon nitride rolling elements is set to 50, which is the total number of rolling elements.
% Or more, it is possible to suppress the abrasion of the rolling element when rotating at a high speed, and to prevent the device from being damaged. Further, by making the diameter of the silicon nitride rolling element larger than the diameter of the zirconia rolling element by 0.03 to 0.3 μm,
Rotation stability when rotated at high speed can be improved. In addition, the rotation can be further stabilized by preventing the silicon nitride rolling elements and the zirconia rolling elements having different wear resistance and thermal expansion from being adjacent to each other.
【0015】各ジルコニア転動体の間に配置される窒化
ケイ素転動体の数は一定にすることが好ましく、これに
より回転を安定させることができる。It is preferable to keep the number of silicon nitride rolling elements disposed between the zirconia rolling elements constant, so that the rotation can be stabilized.
【0016】本発明の転がり軸受は、回転駆動装置によ
り回転軸を回転させる機器に用いることができ、例えば
スピンドルモータ等の軸受部分に用いることが好まし
い。The rolling bearing of the present invention can be used for equipment for rotating a rotating shaft by a rotary drive device, and is preferably used for a bearing portion such as a spindle motor.
【0017】本発明のスピンドルモータは、上記したよ
うな転がり軸受を具備するものである。本発明のスピン
ドルモータは、高速回転時の安定性に優れ、その軸受部
分が帯電しにくいため、特に高速回転が要求され、帯電
の影響を受けやすい電子機器に好適である。例えば、ハ
ードディスクドライブ等のように高速回転が必要とさ
れ、かつ磁気的信号を用いるため帯電の悪影響を受けや
すい電子機器に本発明のスピンドルモータを用いること
が有効である。他の電子機器として、光ディスク装置や
光磁気ディスク装置などにも好適である。A spindle motor according to the present invention includes the above-described rolling bearing. The spindle motor of the present invention has excellent stability at high speed rotation, and its bearing portion is hardly charged. Therefore, the spindle motor is particularly suitable for electronic devices that require high speed rotation and are easily affected by charging. For example, it is effective to use the spindle motor of the present invention in an electronic device such as a hard disk drive that requires high-speed rotation and is easily affected by charging because it uses a magnetic signal. As other electronic devices, the present invention is also suitable for optical disk devices, magneto-optical disk devices, and the like.
【0018】[0018]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して説明する。図1は本発明の転がり軸
受の一部切欠正面図である。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a partially cutaway front view of the rolling bearing of the present invention.
【0019】本発明の転がり軸受1は、内輪2とその外
側に配置される外輪3、および前記内輪2と外輪3の間
に配置される球状の窒化ケイ素転動体4およびジルコニ
ア転動体5とからなる。これらの転動体のうち少なくと
も一方の転動体の電気抵抗値は102〜107Ω・cm
である。The rolling bearing 1 of the present invention comprises an inner ring 2 and an outer ring 3 disposed outside the inner ring 2, and a spherical silicon nitride rolling element 4 and a zirconia rolling element 5 disposed between the inner ring 2 and the outer ring 3. Become. The electrical resistance value of at least one of these rolling elements is 10 2 to 10 7 Ω · cm.
It is.
【0020】窒化ケイ素転動体は耐磨耗性に優れること
から、これを転がり軸受に用いることにより転がり軸受
の寿命を長くすることができる。しかしながら、転動体
以外の部分、例えば内輪2や外輪3は軸受鋼等の金属材
料でできており、一方、窒化ケイ素転動体の熱膨張係数
は金属の熱膨張係数の3分の1以下であるため、全ての
転動体を窒化ケイ素転動体にした場合、高速回転させた
際の発熱によるこれらの熱膨張係数の違いにより転がり
軸受に回転振れ等が発生する。Since the silicon nitride rolling element is excellent in abrasion resistance, by using it for a rolling bearing, the life of the rolling bearing can be extended. However, parts other than the rolling elements, for example, the inner ring 2 and the outer ring 3 are made of a metal material such as bearing steel, whereas the thermal expansion coefficient of the silicon nitride rolling elements is one third or less of the thermal expansion coefficient of the metal. Therefore, when all the rolling elements are made of silicon nitride rolling elements, a rolling runout or the like occurs in the rolling bearing due to a difference in their thermal expansion coefficients due to heat generated during high-speed rotation.
【0021】例えば、内輪2の外周や外輪3の内周には
転動体4、5を案内するための溝が形成されているが、
転動体が窒化ケイ素転動体の場合には、軸受が発熱した
際にこの溝の曲率と転動体表面の曲率とが異なってくる
ため回転振れ等が発生する。For example, grooves for guiding the rolling elements 4 and 5 are formed on the outer periphery of the inner race 2 and the inner periphery of the outer race 3.
When the rolling element is a silicon nitride rolling element, when the bearing generates heat, the curvature of the groove and the curvature of the surface of the rolling element are different from each other, so that a rotational runout or the like occurs.
【0022】これに対してジルコニア転動体の熱膨張係
数は、窒化ケイ素転動体の熱膨張係数に比較して軸受鋼
等の熱膨張係数に近いものである。本発明では少なくと
も1以上のジルコニア転動体を具備することで、上記し
たような理由による回転振れ等の発生を抑制することが
できる。言い換えれば、本発明の転がり軸受は転動体以
外の部分、例えば内輪や外輪が金属材料で構成されたも
のに特に有効であると言える。On the other hand, the thermal expansion coefficient of the zirconia rolling element is closer to the thermal expansion coefficient of bearing steel and the like than the thermal expansion coefficient of the silicon nitride rolling element. In the present invention, by providing at least one or more zirconia rolling elements, it is possible to suppress the occurrence of rotational runout or the like due to the above-described reasons. In other words, it can be said that the rolling bearing of the present invention is particularly effective for parts other than the rolling elements, for example, those in which the inner ring and the outer ring are made of a metal material.
【0023】また、窒化ケイ素転動体およびジルコニア
転動体のうちの少なくとも一方の転動体の電気抵抗値を
102〜107Ω・cmとすることにより、例えば外輪
3に発生した静電気をこれらの転動体を通して内輪2へ
逃し、さらに内輪2に電気的に接続された部分を介して
静電気を発散させることができる。Further, by setting the electrical resistance of at least one of the silicon nitride rolling element and the zirconia rolling element to 10 2 to 10 7 Ω · cm, for example, static electricity generated in the outer ring 3 can be reduced. The static electricity can be dissipated to the inner ring 2 through the moving body and further discharged through a portion electrically connected to the inner ring 2.
【0024】電気抵抗値を102〜107Ω・cmとし
たのは、電気抵抗値を102Ω・cm未満とする場合に
は各種添加剤を加えることから、転動体の強度、破壊靱
性値等が低下してしまうためであり、電気抵抗値が10
7Ω・cmを超える場合には発生した静電気をこれらの
転動体を通して発散させることができなくなるためであ
る。The reason why the electric resistance value is set to 10 2 to 10 7 Ω · cm is that when the electric resistance value is less than 10 2 Ω · cm, various additives are added. This is because the electrical resistance value is 10
If it exceeds 7 Ω · cm, the generated static electricity cannot be diffused through these rolling elements.
【0025】本発明の転がり軸受では、ジルコニア転動
体の数が多いほど回転振れ等の発生を抑制することがで
きる。しかしながら、ジルコニア転動体の耐磨耗性は窒
化ケイ素転動体の耐磨耗性に劣るため、ジルコニア転動
体の数を多くすると高速回転による磨耗が進行してしま
う。このため、本発明においては窒化ケイ素転動体の数
を全転動体の数の50%以上とすることが好ましい。In the rolling bearing of the present invention, as the number of zirconia rolling elements increases, the occurrence of rotational runout and the like can be suppressed. However, the wear resistance of zirconia rolling elements is inferior to the wear resistance of silicon nitride rolling elements. Therefore, when the number of zirconia rolling elements is increased, wear due to high-speed rotation proceeds. Therefore, in the present invention, it is preferable that the number of silicon nitride rolling elements be 50% or more of the total number of rolling elements.
【0026】また、窒化ケイ素転動体の熱膨張係数とジ
ルコニア転動体の熱膨張係数が異なるため、発熱時の軸
受の回転安定性を考慮して、ジルコニア転動体に比較し
て熱膨張係数の小さい窒化ケイ素転動体の直径をジルコ
ニア転動体の直径の0.03〜0.3μm大きくするこ
とが好ましい。近年の電子機器に具備されるスピンドル
モータは、回転速度が5000rpm、さらには100
00rpm以上と高速回転化していく傾向にあり、高速
回転時の耐磨耗性および回転振れへの対策は重要であ
る。Further, since the thermal expansion coefficient of the silicon nitride rolling element and the thermal expansion coefficient of the zirconia rolling element are different, the thermal expansion coefficient is smaller than that of the zirconia rolling element in consideration of the rotational stability of the bearing at the time of heat generation. It is preferable that the diameter of the silicon nitride rolling element be larger than the diameter of the zirconia rolling element by 0.03 to 0.3 μm. Spindle motors provided in recent electronic devices have a rotation speed of 5000 rpm, and a rotation speed of 100 rpm.
The rotation speed tends to be higher than 00 rpm, and it is important to take measures against abrasion resistance and rotation runout at high rotation speed.
【0027】窒化ケイ素転動体およびジルコニア転動体
の直径は、例えば以下のようにして求める。まず、それ
ぞれの転動体について任意の3カ所の直径を測定し、こ
の直径の測定値より平均値を算出し、これをその転動体
の直径とする。同一種類の転動体が一つだけの場合は、
これをその種類の転動体の直径とする。また、同一種類
の転動体が複数ある場合には、先に求めた各転動体の直
径のうち、同一種類の転動体の直径を平均してその種類
の転動体の直径とする。The diameters of the silicon nitride rolling element and the zirconia rolling element are determined, for example, as follows. First, three arbitrary diameters are measured for each rolling element, an average value is calculated from the measured values of the diameters, and this is defined as the diameter of the rolling element. If there is only one rolling element of the same type,
This is the diameter of a rolling element of that type. When there are a plurality of rolling elements of the same type, the diameters of the rolling elements of the same type among the diameters of the rolling elements previously determined are averaged to obtain the diameter of the rolling elements of that type.
【0028】窒化ケイ素転動体およびジルコニア転動体
は、少なくとも一方が炭化物を10〜40質量%含有
し、その電気抵抗値が102〜107Ω・cmであるこ
とが好ましい。含有させる炭化物は平均粒径2μm以下
であることが好ましい。炭化物を含有させることで電気
抵抗値を調整することが可能となる。この炭化物の含有
量が10質量%未満である場合には、所望の電気抵抗値
を得られなくなるため、転がり軸受が帯電する可能性が
ある。また、40質量%を超える場合には、耐磨耗性、
強度、破壊靭性値等が低下するため、転がり軸受の回転
が安定しない、寿命が短くなる等の問題が発生する。炭
化物の好ましい含有量は15〜30質量%である。It is preferable that at least one of the silicon nitride rolling element and the zirconia rolling element contains 10 to 40% by mass of a carbide and has an electric resistance value of 10 2 to 10 7 Ω · cm. The carbide to be contained preferably has an average particle size of 2 μm or less. The electric resistance value can be adjusted by containing a carbide. If the content of the carbide is less than 10% by mass, a desired electrical resistance value cannot be obtained, so that the rolling bearing may be charged. When the content exceeds 40% by mass, abrasion resistance,
Since the strength, fracture toughness, etc. decrease, problems such as unstable rotation of the rolling bearing and shortened service life occur. The preferable content of the carbide is 15 to 30% by mass.
【0029】なお、質量%は、窒化ケイ素またはジルコ
ニア転動体を作製する際に添加する炭化物量により調整
するものであるが、焼結後の出来上がった転動体中の炭
化物含有量の測定方法としては燃焼赤外線吸収法やEP
MA等により炭化物の炭素量(および/または炭化物を
構成する金属成分量)を測定し、得られた数値から算出
することも可能である。The mass% is adjusted by the amount of carbide added when producing a silicon nitride or zirconia rolling element. The method for measuring the carbide content in the finished rolling element after sintering is as follows. Burning infrared absorption method and EP
It is also possible to measure the carbon content of the carbide (and / or the metal component constituting the carbide) by MA or the like and calculate from the obtained numerical values.
【0030】また、本発明における転動体の電気抵抗値
とは、基本的に体積抵抗値を指すものとし、例えば図2
に示されるような装置を用いて測定される。電気抵抗値
の測定電極6、7として、中心部に測定しようとする転
動体の径に応じた開口部8を有するものを使用する。こ
のような測定電極6、7で、窒化ケイ素転動体4または
ジルコニア転動体5等の転動体9を挟み込む。転動体9
を挟み込む力はスプリング10等で調整する。そして測
定電極6、7に接続されたテスタ11で転動体9の電気
抵抗値を測定し、これを本発明における電気抵抗値とす
る。なお、図中12は絶縁体である。The electric resistance value of the rolling element in the present invention basically indicates a volume resistance value.
The measurement is performed using an apparatus as shown in FIG. As the electrodes 6 and 7 for measuring the electric resistance, those having an opening 8 at the center corresponding to the diameter of the rolling element to be measured are used. A rolling element 9 such as the silicon nitride rolling element 4 or the zirconia rolling element 5 is sandwiched between such measurement electrodes 6 and 7. Rolling element 9
Is adjusted by the spring 10 or the like. Then, the electric resistance value of the rolling element 9 is measured by the tester 11 connected to the measurement electrodes 6 and 7, and this is set as the electric resistance value in the present invention. In the figure, reference numeral 12 denotes an insulator.
【0031】この炭化物としては、例えばSi、Ti、
Nb、Hf、W、Mo、Ta、Cr、Zr、Mnおよび
Bから選ばれる少なくとも1種の元素の炭化物が挙げら
れる。As the carbide, for example, Si, Ti,
Examples include carbides of at least one element selected from Nb, Hf, W, Mo, Ta, Cr, Zr, Mn, and B.
【0032】本発明の転がり軸受に用いられる窒化ケイ
素転動体およびジルコニア転動体のヤング率は200G
Pa以上、強度は300MPa以上、ビッカース硬度は
1000以上とすることが好ましい。The Young's modulus of the silicon nitride rolling element and the zirconia rolling element used in the rolling bearing of the present invention is 200 G
The strength is preferably Pa or more, the strength is 300 MPa or more, and the Vickers hardness is 1000 or more.
【0033】例えば、これらの転動体のヤング率を20
0GPa以上とすることで、加工性が上がり真球度の高
い転動体を形成でき、高速回転時の振動および騒音を小
さくすることができる。よって、例えば携帯用電子機器
のように電子機器自体が揺れる(持ち運びできる)場合
においても、安定した高回転を長期間維持することがで
きる。For example, the Young's modulus of these rolling elements is set to 20
By setting the pressure to 0 GPa or more, the workability is improved and a rolling element having a high sphericity can be formed, and vibration and noise during high-speed rotation can be reduced. Therefore, even when the electronic device itself shakes (can be carried around) like a portable electronic device, stable high rotation can be maintained for a long period of time.
【0034】次に、本発明の転がり軸受の他の実施形態
について説明する。図3は、窒化ケイ素転動体4を14
個、ジルコニア転動体5を2個用い、ジルコニア転動体
5が中心に対して対称な位置となるように配置した場合
の転がり軸受を示した一部切欠正面図である。Next, another embodiment of the rolling bearing of the present invention will be described. FIG. 3 shows that the silicon nitride rolling elements 4
FIG. 5 is a partially cutaway front view showing a rolling bearing in a case where two zirconia rolling elements 5 are used and arranged so that the zirconia rolling elements 5 are located symmetrically with respect to the center.
【0035】ジルコニア転動体5を複数用いる場合に
は、ジルコニア転動体5同士が隣り合わないようにする
ことが好ましい。ジルコニア転動体5は窒化ケイ素転動
体4よりも摩耗しやすいため、長期間使用した場合、摩
耗しやすいジルコニア転動体5と摩耗しにくい窒化ケイ
素転動体4とで大きさに差ができてしまう可能性があ
る。このため、ジルコニア転動体5を隣り合わせてしま
うと、回転が不安定となり振動する等の問題が発生する
おそれがある。When a plurality of zirconia rolling elements 5 are used, it is preferable that the zirconia rolling elements 5 are not adjacent to each other. Since the zirconia rolling elements 5 are more likely to wear than the silicon nitride rolling elements 4, when used for a long period of time, the zirconia rolling elements 5 that are easily worn and the silicon nitride rolling elements 4 that are hard to wear may have a difference in size. There is. For this reason, if the zirconia rolling elements 5 are placed next to each other, problems such as unstable rotation and vibration may occur.
【0036】また、ジルコニア転動体5を複数用いる場
合には、窒化ケイ素転動体4とジルコニア転動体5とが
均等な割合となるように配置するのが好ましい。すなわ
ち、各ジルコニア転動体5間に配置される窒化ケイ素転
動体4の数が一定になるように配置されることが好まし
い。When a plurality of zirconia rolling elements 5 are used, it is preferable to arrange the silicon nitride rolling elements 4 and the zirconia rolling elements 5 so as to have an equal ratio. That is, it is preferable that the silicon nitride rolling elements 4 arranged between the zirconia rolling elements 5 are arranged so that the number thereof is constant.
【0037】例えば、図3に示されるようにジルコニア
転動体5を2個用い、窒化ケイ素転動体4を14個用い
る場合には、ジルコニア転動体5を1個配置した後、窒
化ケイ素転動体4を7個連続して配置するような構成と
することが好ましい。このようにすることで、摩耗しや
すいジルコニア転動体5と摩耗しにくい窒化ケイ素転動
体4とを用い、長期間使用して大きさに差ができてしま
った場合にも、安定した回転を維持することが可能とな
る。For example, as shown in FIG. 3, when two zirconia rolling elements 5 are used and 14 silicon nitride rolling elements 4 are used, one zirconia rolling element 5 is arranged and then the silicon nitride rolling elements 4 Is preferably arranged so that seven are continuously arranged. By using the zirconia rolling element 5 which is easy to wear and the silicon nitride rolling element 4 which is hard to wear, it is possible to maintain a stable rotation even when the size has been changed by using for a long time. It is possible to do.
【0038】以上、窒化ケイ素転動体およびジルコニア
転動体が球状である場合について説明したが、本発明は
円筒形状の転動体等を用いる場合にも十分に有効であ
る。Although the case where the silicon nitride rolling element and the zirconia rolling element are spherical has been described above, the present invention is sufficiently effective also when a cylindrical rolling element or the like is used.
【0039】次に、本発明の転がり軸受をスピンドルモ
ータに適用した場合について説明する。図4は、本発明
の転がり軸受1を有するスピンドルモータを示した断面
図である。Next, a case where the rolling bearing of the present invention is applied to a spindle motor will be described. FIG. 4 is a cross-sectional view showing a spindle motor having the rolling bearing 1 of the present invention.
【0040】モータ台座13に立設した固定軸14に
は、上下一対の転がり軸受1a、1bを介して、ハブ1
5が回転自在に取り付けてある。このハブ15には、被
回転体であるディスク16が搭載される。モータ台座1
3の外周部にはコイルを有するステータ17が固定さ
れ、一方、ハブ15の内径面には、ステータ17とギャ
ップを隔てて対向するロータ磁石18が固着されてい
る。内輪2は固定軸14に、外輪3はハブ15にそれぞ
れ接着剤で接着して取り付けられている。The fixed shaft 14 erected on the motor base 13 is connected to the hub 1 via a pair of upper and lower rolling bearings 1a and 1b.
5 is rotatably mounted. On this hub 15, a disk 16 which is a rotating body is mounted. Motor base 1
A stator 17 having a coil is fixed to an outer peripheral portion of the hub 3, while a rotor magnet 18 facing the stator 17 with a gap therebetween is fixed to an inner diameter surface of the hub 15. The inner ring 2 is attached to the fixed shaft 14 and the outer ring 3 is attached to the hub 15 with an adhesive.
【0041】ここで、転がり軸受1a、1bは窒化ケイ
素転動体4およびジルコニア転動体5を具備するもので
ある。転がり軸受1a、1bにおいては、それぞれの全
転動体数の50%以上が窒化ケイ素転動体4を具備する
ものとし、その直径をジルコニア転動体5の直径よりも
0.03μm〜0.3μm大きくし、ジルコニア転動体
5は隣り合わないように配置することが好ましい。Here, the rolling bearings 1a and 1b are provided with a silicon nitride rolling element 4 and a zirconia rolling element 5. In the rolling bearings 1a and 1b, at least 50% of the total number of the rolling elements is provided with the silicon nitride rolling elements 4, and the diameter thereof is set to be larger than the diameter of the zirconia rolling elements 5 by 0.03 μm to 0.3 μm. Preferably, the zirconia rolling elements 5 are arranged so as not to be adjacent to each other.
【0042】スピンドルモータに本発明の転がり軸受を
適用することで、スピンドルモータを高速かつ安定して
回転させることが可能となるとともに、回転に伴い発生
する静電気の影響も抑制することが可能となる。By applying the rolling bearing of the present invention to a spindle motor, it becomes possible to rotate the spindle motor stably at high speed and to suppress the influence of static electricity generated by the rotation. .
【0043】このようなスピンドルモータは各種の機器
に用いることが可能であり、特に帯電による影響を受け
やすい電子機器に用いることが有効である。具体的に
は、ハードディスクドライブのような高速で回転させ、
かつ帯電の影響を受けやすい磁気的信号を用いる記録媒
体を有するものについて用いることが有効である。Such a spindle motor can be used for various kinds of equipment, and it is particularly effective to use it for electronic equipment which is easily affected by charging. Specifically, rotate at high speed like a hard disk drive,
It is effective to use a recording medium having a recording medium using a magnetic signal which is easily affected by charging.
【0044】[0044]
【実施例】以下、本発明の実施の形態について、実施例
を参照して説明する。 (実施例1〜7、比較例1〜3)スピンドルモータの軸
受部分に本発明の転がり軸受を用いた場合において、ス
ピンドルモータの振動及び静電破壊の有無について評価
を行った。Embodiments of the present invention will be described below with reference to embodiments. (Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 3) When the rolling bearing of the present invention was used for the bearing portion of the spindle motor, the vibration and the electrostatic breakdown of the spindle motor were evaluated.
【0045】スピンドルモータの軸受部分に用いられる
転動体の数は各実施例、比較例とも10個とした。本発
明の実施例においてはジルコニア転動体および窒化ケイ
素転動体を1個以上有するものとし、実施例1〜3は窒
化ケイ素転動体のみ導電性を有するものとし、実施例4
〜6はジルコニア転動体のみ導電性を有するものとし、
実施例7は窒化ケイ素転動体とジルコニア転動体の両者
を導電性を有するものとした。なお、本明細書において
導電性を有するとは電気抵抗値が102〜10 7Ω・c
mの範囲内にあるものを指し、各転動体の直径は2mm
に統一した。また、いずれの転がり軸受においても内輪
および外輪を軸受鋼SUJ2で構成した。Used for bearing part of spindle motor
The number of rolling elements was set to 10 in each of Examples and Comparative Examples. Departure
In the illustrated embodiment, the zirconia rolling element and the silicon nitride
Examples 1 to 3 have one or more element rolling elements.
In Example 4, it is assumed that only the silicon carbide rolling element has conductivity.
-6 have conductivity only in the zirconia rolling element,
In Example 7, both the silicon nitride rolling element and the zirconia rolling element were used.
Has conductivity. In this specification,
Having conductivity means having an electric resistance value of 102-10 7Ω ・ c
m, the diameter of each rolling element is 2 mm
Unified. Also, the inner ring of any rolling bearing
The outer ring was made of bearing steel SUJ2.
【0046】また、比較例1は導電性を有しないジルコ
ニア転動体のみからなるものとし、比較例2は窒化ケイ
素転動体とジルコニア転動体からなるものの、両者とも
導電性を有しないものとし、比較例3は導電性を有する
窒化ケイ素転動体のみからなるものとした。Comparative Example 1 was made of only a zirconia rolling element having no conductivity, and Comparative Example 2 was made of a silicon nitride rolling element and a zirconia rolling element, both of which had no conductivity. Example 3 was made of only a conductive silicon nitride rolling element.
【0047】スピンドルモータの振動の測定は、外輪側
にて回転速度7000rpmで連続10000時間稼動
させた際に、マイクロフォン(ピックアップセンサー)で
音の強さを測定し、そのセンサ出力が30dBを上回る
場合を振動「有」とし、30dB以下の場合を振動
「無」とした。The vibration of the spindle motor is measured by measuring the sound intensity with a microphone (pickup sensor) when the outer ring is operated at a rotation speed of 7000 rpm for 10,000 hours continuously and the sensor output exceeds 30 dB. Was determined to be vibration “present”, and the case of 30 dB or less was determined to be vibration “absent”.
【0048】また、静電破壊については、スピンドルモ
ータをハードディスクドライブに組込み、回転速度70
00rpmで連続100時間稼動させた後にハードディ
スクドライブが正常に稼動するかどうかを100台につ
いて確認し、全台稼動した場合は静電破壊「無」、1台
でも稼動しないものがあれば静電破壊「有」と表記した。
結果を表1に示す。Regarding electrostatic breakdown, a spindle motor is incorporated in a hard disk drive and the rotation speed is reduced to 70%.
After 100 hours of continuous operation at 00 rpm, check if the hard disk drive operates normally for 100 units. Indicated as "Yes".
Table 1 shows the results.
【表1】 [Table 1]
【0049】表1からわかる通り、本発明の転がり軸受
を用いた場合には、いずれの場合にも振動が低く抑えら
れ、静電破壊も発生しなかった。As can be seen from Table 1, when the rolling bearing of the present invention was used, the vibration was suppressed to a low level in any case, and no electrostatic breakdown occurred.
【0050】これに対して、すべての転動体を導電性を
有しないジルコニア転動体とした比較例1では、振動の
発生は低く抑えられていたものの、静電破壊が発生する
ことが認められた。導電性を有しないジルコニア転動体
および窒化ケイ素転動体を用いた比較例2は振動の発生
は低く抑えられていたものの、静電破壊が発生すること
が認められた。また、導電性を有しない窒化ケイ素転動
体のみを用いた比較例3は静電破壊はなかったものの、
振動の発生が大きくなることが認められた。On the other hand, in Comparative Example 1 in which all the rolling elements were zirconia rolling elements having no conductivity, although the generation of vibration was suppressed to a low level, it was recognized that electrostatic breakdown occurred. . In Comparative Example 2 using a zirconia rolling element and a silicon nitride rolling element having no conductivity, generation of vibration was suppressed to a low level, but it was recognized that electrostatic breakdown occurred. In Comparative Example 3 using only a silicon nitride rolling element having no conductivity, although there was no electrostatic breakdown,
It was observed that the occurrence of vibration increased.
【0051】比較例3においてこのような結果となった
のは、転動体が高速回転を行った際の摩擦熱による熱膨
張の影響を受けているためであり、特に窒化ケイ素転動
体だけからなる場合、窒化ケイ素転動体の熱膨張係数が
外輪や内輪部分の熱膨張係数と大きく異なるため、熱膨
張の影響をより受けてしまうためであると言える。The reason why such a result was obtained in Comparative Example 3 was that the rolling element was affected by thermal expansion due to frictional heat when rotating at high speed, and in particular, was composed only of the silicon nitride rolling element. In this case, it can be said that the thermal expansion coefficient of the silicon nitride rolling element is significantly different from the thermal expansion coefficients of the outer ring and the inner ring portion, so that the silicon nitride rolling element is more affected by the thermal expansion.
【0052】以上の結果より、本発明の転がり軸受は、
発熱の激しい部分、例えば高回転させるものに適用する
と効果的であると思われる。従って、静電気を抑制する
必要があり、かつ高回転させる必要がある機器、例えば
ハードディスク等のスピンドルモータに適用することで
これらの機器の性能を向上させることができる。From the above results, the rolling bearing of the present invention
It is considered to be effective when applied to a part where heat generation is severe, for example, a part that rotates at high speed. Therefore, the performance of these devices can be improved by applying them to devices that need to suppress static electricity and need to rotate at high speed, for example, spindle motors such as hard disks.
【0053】(実施例8〜12、比較例4)スピンドル
モータの軸受部分に本発明の転がり軸受を用いた場合に
おいて、ジルコニア転動体と窒化ケイ素転動体の寸法を
変えた場合のスピンドルモータの振動を調べた。(Embodiments 8-12, Comparative Example 4) In the case where the rolling bearing of the present invention is used for the bearing portion of the spindle motor, the vibration of the spindle motor when the dimensions of the zirconia rolling element and the silicon nitride rolling element are changed. Was examined.
【0054】実施例8〜12は、窒化ケイ素転動体(導
電性あり)を8個、ジルコニア転動体(導電性なし)を
2個用い、窒化ケイ素転動体の直径からジルコニア転動
体の直径を引いた寸法差が0〜5μmの範囲内となるよ
うにした。また、比較のために窒化ケイ素転動体(導電
性あり)を2個、ジルコニア転動体(導電性なし)を8
個用い、窒化ケイ素転動体の直径からジルコニア転動体
の直径を引いた寸法差が−0.3μmの範囲内(ジルコ
ニア転動体の方が大きい)となるものを作製し、これを
比較例4とした。In Examples 8 to 12, eight silicon nitride rolling elements (with conductivity) and two zirconia rolling elements (no conductivity) were used, and the diameter of the zirconia rolling element was subtracted from the diameter of the silicon nitride rolling element. The dimensional difference was set to be in the range of 0 to 5 μm. For comparison, two silicon nitride rolling elements (with conductivity) and two zirconia rolling elements (without conductivity) were used.
The zirconia rolling element was used to produce a die having a dimensional difference of −0.3 μm (the zirconia rolling element was larger) obtained by subtracting the diameter of the zirconia rolling element from the diameter of the silicon nitride rolling element. did.
【0055】スピンドルモータの振動の測定は、外輪側
にて回転速度10000rpmで連続10000時間稼
動させた際に、マイクロフォン(ピックアップセンサー)
で音の強さを測定し、そのセンサ出力が30dBを上回
る場合を振動「有」とし、30dB以下の場合を振動
「無」とした。結果を表2に示す。The vibration of the spindle motor was measured by a microphone (pickup sensor) when the outer ring side was operated at a rotation speed of 10,000 rpm for 10,000 hours continuously.
The intensity of the sound was measured in the following manner. When the sensor output exceeded 30 dB, the vibration was "present", and when the sensor output was 30 dB or less, the vibration was "absent". Table 2 shows the results.
【表2】 [Table 2]
【0056】表2から分かる通り、本発明の転がり軸受
を用いた場合には、いずれの場合にも振動が低く抑えら
れていた。表中には示されていないが、寸法差を0.0
3〜0.3μmの範囲にした実施例9〜11について
は、特に振動が低く抑えられていることが認められた。
これは窒化ケイ素転動体の熱膨張が小さいことを考慮し
てあらかじめ窒化ケイ素転動体の直径を大きくすること
で、特に10000rpm以上の高速回転させた場合の
発熱によるジルコニア転動体の熱膨張と合わせることが
できたことによると思われる。As can be seen from Table 2, when the rolling bearing of the present invention was used, the vibration was kept low in each case. Although not shown in the table, the dimensional difference is 0.0
In Examples 9 to 11 in the range of 3 to 0.3 μm, it was recognized that the vibration was particularly suppressed to a low level.
This is to increase the diameter of the silicon nitride rolling element in advance in consideration of the small thermal expansion of the silicon nitride rolling element, and to match the thermal expansion of the zirconia rolling element due to heat generated when the silicon nitride rolling element is rotated at a high speed of 10,000 rpm or more. It seems that it was possible.
【0057】また、寸法差が実質的にない実施例8およ
び寸法差の大きい実施例12はいずれも振動が「ややあ
り」との結論になった。これは回転速度が7000rp
m程度のときにはわずかな寸法差であれば影響しなかっ
たものが、10000rpm以上の高速回転になった際
に影響が出てきたものと考えられる。なお、「ややあ
り」との表記は「有」の表記に対して音が30dB以上
になる時間が2000時間以上遅くなったため表現を変
えたものである。In each of Example 8 having substantially no dimensional difference and Example 12 having a large dimensional difference, it was concluded that the vibration was "somewhat". This is because the rotation speed is 7000 rpm
It is considered that, when the rotation speed is about 10,000 m, a small dimensional difference has no effect, but when a high-speed rotation of 10,000 rpm or more is performed, the influence appears. Note that the notation of “somewhat” is different from the notation of “yes” because the time during which the sound becomes 30 dB or more is delayed by 2000 hours or more.
【0058】これに対して、比較例4のようにジルコニ
ア転動体の方が大きい場合やジルコニア転動体の方が多
い場合は、回転速度が10000rpm以上の高速回転
になると振動への影響が出てくることが確認された。On the other hand, in the case where the zirconia rolling element is larger or the number of zirconia rolling elements is larger as in Comparative Example 4, when the rotation speed is higher than 10000 rpm, the influence on the vibration appears. It was confirmed that it would come.
【0059】[0059]
【発明の効果】本発明の転がり軸受は、転動体の全てが
セラミックスである転がり軸受において、少なくとも1
つ以上の窒化ケイ素転動体とジルコニア転動体とを具備
し、前記窒化ケイ素転動体およびジルコニア転動体のう
ち少なくとも一方の電気抵抗値を102〜107Ω・c
mとすることで、高速回転時の回転振れおよび帯電を抑
制し、これを用いた機器の破損等を抑制することができ
る。According to the rolling bearing of the present invention, at least one of the rolling bearings is made of ceramics.
At least one of the silicon nitride rolling element and the zirconia rolling element has an electrical resistance of 10 2 to 10 7 Ω · c.
By setting m, rotation deflection and electrification at the time of high-speed rotation can be suppressed, and damage to equipment using the same can be suppressed.
【図1】本発明の転がり軸受の一例を示す一部切欠正面
図である。FIG. 1 is a partially cutaway front view showing an example of a rolling bearing of the present invention.
【図2】転動体の電気抵抗値を測定する手段を示した概
略図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing a means for measuring an electric resistance value of a rolling element.
【図3】本発明の転がり軸受の他の例を示す一部切欠正
面図である。FIG. 3 is a partially cutaway front view showing another example of the rolling bearing of the present invention.
【図4】本発明の転がり軸受を適用したスピンドルモー
タを示した断面図である。FIG. 4 is a sectional view showing a spindle motor to which the rolling bearing of the present invention is applied.
1……転がり軸受 4……窒化ケイ素転動体 5……ジルコニア転動体 1 rolling bearing 4 silicon nitride rolling element 5 zirconia rolling element
───────────────────────────────────────────────────── 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) // G11B 19/20 C04B 35/58 102Y (72)発明者 篠澤 和弘 神奈川県横浜市磯子区新杉田町8番地 株 式会社東芝横浜事業所内 Fターム(参考) 3J101 AA02 AA32 AA42 AA52 AA53 AA62 AA63 BA01 BA10 EA43 EA44 EA72 EA73 FA06 FA11 GA53 4G001 BA14 BA21 BA22 BA23 BA24 BA25 BA32 BB14 BB21 BB22 BB23 BB24 BB25 BB32 BD12 BD23 BE31 4G031 AA12 AA37 AA38 BA12 BA18 BA20 CA07 5D109 BB08 BB13 BB16 BB21 BB22 BB31 5H605 AA12 CC04 EB10 FF10 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) // G11B 19/20 C04B 35/58 102Y (72) Inventor Kazuhiro Shinozawa 8 Shinsugita-cho, Isogo-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture Address Toshiba Yokohama Office F-term (reference) AA37 AA38 BA12 BA18 BA20 CA07 5D109 BB08 BB13 BB16 BB21 BB22 BB31 5H605 AA12 CC04 EB10 FF10
Claims (9)
り軸受において、 前記転動体は少なくとも1つ以上の窒化ケイ素転動体と
ジルコニア転動体からなり、前記窒化ケイ素転動体およ
びジルコニア転動体のうち少なくとも一方の電気抵抗値
が102〜107Ω・cmであることを特徴とする転が
り軸受。1. A rolling bearing in which all rolling elements are made of ceramic, wherein the rolling elements comprise at least one or more silicon nitride rolling elements and zirconia rolling elements, and at least one of the silicon nitride rolling elements and zirconia rolling elements. A rolling bearing having an electrical resistance value of 10 2 to 10 7 Ω · cm.
転動体のうち少なくとも一方が炭化物を10〜40質量
%含有し、その電気抵抗値が102〜107Ω・cmで
あることを特徴とする請求項1記載の転がり軸受。2. The method according to claim 1, wherein at least one of the silicon nitride rolling element and the zirconia rolling element contains 10 to 40% by mass of a carbide, and has an electric resistance of 10 2 to 10 7 Ω · cm. Item 7. The rolling bearing according to item 1.
W、Mo、Ta、Cr、Zr、MnおよびBから選ばれ
る少なくとも1種の元素の炭化物であることを特徴とす
る請求項2記載の転がり軸受。3. The method according to claim 1, wherein the carbide is Si, Ti, Nb, Hf,
The rolling bearing according to claim 2, wherein the rolling bearing is a carbide of at least one element selected from W, Mo, Ta, Cr, Zr, Mn, and B.
の50%以上であり、その直径が前記ジルコニア転動体
の直径よりも0.03〜0.3μm大きく、かつ前記ジ
ルコニア転動体同士が隣り合わないように配置されてい
ることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項記載
の転がり軸受。4. The number of said silicon nitride rolling elements is at least 50% of the total number of rolling elements, the diameter thereof is larger than the diameter of said zirconia rolling elements by 0.03 to 0.3 μm, and said zirconia rolling elements are The rolling bearing according to any one of claims 1 to 3, wherein the rolling bearings are arranged so as not to be adjacent to each other.
化ケイ素転動体の数が一定であることを特徴とする請求
項1乃至4のいずれか1項記載の転がり軸受。5. The rolling bearing according to claim 1, wherein the number of silicon nitride rolling elements disposed between the zirconia rolling elements is constant.
ることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項記載
の転がり軸受。6. The rolling bearing according to claim 1, wherein the rolling bearing is used for a bearing portion of a spindle motor.
がり軸受を具備することを特徴とするスピンドルモー
タ。7. A spindle motor comprising the rolling bearing according to claim 1. Description:
請求項7項記載のスピンドルモータ。8. The spindle motor according to claim 7, wherein the spindle motor is used for an electronic device.
であることを特徴とする請求項8項記載のスピンドルモ
ータ。9. The spindle motor according to claim 8, wherein the electronic device is a hard disk drive.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20080805 |