[发明专利]陶瓷轴承滚珠

说明书

本发明涉及一种轴承滚珠，它们可以用于计算机硬盘驱动器、半导体晶片转移装置、HDD平台支架以及其它要求低振动运转的装置。

使用安排在外滚道与内滚道之间的滚珠或者滚柱的轴承装置广泛地用在重工业到电子装置的大小装备中，以平稳地旋转部件。传统上，这些轴承滚珠和滚柱一直用钢制造，但是近年来已经开始使用氮化硅之类的陶瓷材料制造。

钢和超强钢乞今为止是计算机硬盘驱动器等轴承滚珠选用的材料。然而，随着计算机性能的改进，要求更高的旋转频率，因此，已经需要采用陶瓷材料(滚珠制造材料)来制造轴承滚珠。在1996年1月16日公告授予Dunifield等的美国专利5,485,331中说明了一种包含陶瓷轴承滚珠的硬盘驱动器。

由于陶瓷材料的密度一般低于钢的密度，因此陶瓷轴承滚珠的材料的重量及磨擦阻力相应地较低。还有，因为陶瓷材料的热膨胀系数低于钢的热膨胀系数，尺寸的精密度可以得到改进。陶瓷材料还有要求润滑剂较少的优点。

然而，单纯选择陶瓷材料用作轴承滚珠还是不足胜任的。例如，在计算机的硬盘驱动中，存储(写入)和读出数据时的不规则轴承振动构成潜在的致命性缺陷。用于这种轴承的滚珠要求比机床等中使用的轴承滚珠有较高的性能精度。

因此，本发明的目的是提供一种可以防止含有陶瓷轴承滚珠的硬盘驱动器等的不规侧振动的陶瓷轴承滚珠。

根据本发明的第一个方面，提供一种球度不超过0.08微米、表面粗糙性不超过0.012微米并且最大表面孔隙尺寸是5微米为特征的陶瓷滚珠。

根据本发明的另一个方面，提供一种有外滚道和内滚道并且在滚道之间容纳多个陶瓷轴承滚珠的磁盘驱动器轴承。轴承的滚道偏差小于硬盘记忆信道的纹槽间距，优选地小于硬盘记忆信道的纹槽间距的一半，更优选地小于硬盘记忆信道的纹槽间距的三分之一。

应当了了解，如果硬盘驱动马达旋转的硬盘表面上的记忆信道之间的宽度小于球度的公差，那么激光或者磁读取头得不到记录在硬盘表面上的读取信息/资料的风险就大。其原因是，马达轴承的偏差直接地影响记忆信道中数据的读出精确性。这是因为，硬盘是由盘驱动马达轴承的内滚道或者外滚道定位的。

具有以上特征的根据本发明的陶瓷滚珠有卓越的表面状况和高度的尺寸精确性，因此，当这种陶瓷滚珠轴承用在计算机等的轴承中时，极少出现不规则的轴承振动。结果，可以准确可靠地达到数据写入和读取。

图1为表示最大的孔隙尺寸的说明图；

图2为确定振动程度的实验室设备的说明图。

球度、表面粗糙性、和最大孔隙尺寸说明如下。

1．球度：

使用JIS B1501标准关于钢珠规程来衡量本发明的陶瓷轴承滚珠。使用测量相应的圆周与球面之间的最大径向距离的仪器，由测定互为直角的两或者三个中纬线尺寸来确定球度。

2．表面粗糙度

还是用根据JIS B1501的滚珠轴承钢制滚珠的标准来衡量本发明的陶瓷轴承滚珠。因此，表面粗糙度通过JIS B0651中规定的测量仪器(微量型表面粗糙度测量仪)在一个中纬面测出的中线平均粗糙确定。

3．最大孔隙尺寸

各图1所示，最大孔隙尺寸是暴露于陶瓷轴承滚珠表面上孔隙的最大孔隙直径。在有多个孔隙时则是最大的孔隙的最大孔隙直径。例如，最大孔隙直径的测量可以通过使用金相显微镜或者扫描电子显微镜测取的陶瓷轴承滚珠的表面图象进行。

优选地，本发明的陶瓷轴承滚珠的最大内孔隙尺寸不超过5微米。

这是考虑到，如果在一个陶瓷轴承滚珠有孔隙时，这些孔隙不仅存在于滚珠的表面，而且也存在于滚珠的内部。因此，当通过抛光滚珠来调节和控制陶瓷轴承滚珠的形状和尺寸时，在其内部的孔隙也必定暴露到表面上。

优选地，用氮化硅作陶瓷轴承滚珠的主要成分，使滚珠内有硬度、重量、和磨擦损失等方面的优越特性。也可以使用其它的陶瓷材料，例如氧化铝、SiC、氧化锆、氧化铝锆和水门汀的复合物等。

现参照附图说明本发明陶瓷轴承滚珠的一个实施例。

在此实施例中的陶瓷轴承滚珠的主要成分是氮化硅，而且，此陶瓷滚珠含有例如94％重量的氮化硅、3％重量的氧化铝和3％重量的氧化钇。此陶瓷滚珠轴承是一个正球体，其直径例如为2毫米，其球度不超过0.08微米，例如0.02微米，表面粗糙度不超过0.012微米，例如为0.001微米，而最大的表面孔隙尺寸不超过5微米，例如2微米。