(57)【要約】　　　（修正有）【課題】構成が簡単で、半径方向とボール球面の中心１点で重力方向の荷重を受け、また反重力方向の荷重に対しても密閉空間の復元力により確実に支承し、回転も高速に限らず低速の回転でも半径方向で固定軸と可動軸が接触することのない構造が簡単な気体軸受を提供する。【解決手段】気体軸受において、軸端面８ａをボール１４による球面とし、点接触で重力方向荷重を確実に支承するとともに、大気との差圧による復元力のみならず、スピンドルモータの磁石６とコイル４間に作用するコギング力で反重力方向荷重を確実に支承する。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定軸と可動軸間の５〜２０ミクロンの径方向のクリアランスで半径方向の荷重を支承し、両軸端面または片方の軸端面を凸面とし、該凸面が相手軸端面と積極的に接触して、全体の重力方向の荷重を支承し、反重力方向の荷重は前記固定軸と前記可動軸の一方の端面と内壁との間に形成された密閉空間に生じる大気との差圧による復元力で支承する気体軸受けにおいて、前記軸端面をボールによる球面とし、点接触で重力方向荷重を確実に支承するとともに、前述の差圧による復元力のみならずスピンドルモータの磁石とコイル間に作用するコギング力で反重力方向荷重を確実に支承することを特徴とする改良型気体軸受。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
単純な構成で半径方向と重力方向の両方の荷重を同時に支承する改良型気体軸受け
【０００２】
【従来の技術】
近年、コンピュータに附設されるハードディスク等は軸振れを極力少なくするため、転がり軸受けから油などを利用した流体軸受けを用いる様になってきた。理由は、一般の玉軸受けでは、ボールとレース間のラジアルすきまが存在するため軸に対しての振れが大きく、該軸に直角に配置された磁気ディスク等がトラックを正しくトレースできなくなるという問題があるからである。
しかしながら、前記流体軸受けでは回転中、軸と軸受けは流体により非接触となり、高い軸受け剛性を得ることができる。このため、転がり軸受けに比して軸振れが少なくなる。ところが、油などの流体は粘性があるため、軸受けで生じる摩擦損失が大きくなり、許容回転数は２万回転以下と限定されてしまっているのが現状である。
このような軸受けの回転の限界が近年のハードディスク等の高速化の弊害になっているのが現状である。
【０００３】
しかしながら、これらの流体軸受けのほとんどは、半径方向と軸方向の軸受けが、それぞれ別に構成されていることと、それぞれの軸受けが良好な楔角を維持するように溝パターンを形成したり、フォイルを有したりして、構造が複雑化していることと、
また、比較的高速回転でしか、流体軸受けとしての機能が発揮できないものが多い。
【０００４】
特に、流体軸受けの中でも油を使用しているものは，高速回転になるほど油のせん断時の自己発熱等で油温があがり粘度が低下するため、２万回転を超える高速回転になると軸受け性能が落ちるという問題がある。また、空気等の気体を使用している流体軸受けは、回転が静止している時には固体接触しており、起動・停止を頻繁に行うと、やはり焼き付きの問題を生じたりする。
従って、このような気体軸受けはハードディスク等には殆ど使われていない。
【０００５】
温度の依存性を少なくするには、より粘性の低い液体より気体の軸受けとすることが望ましいが、気体は粘性が低いために許容できる半径方向荷重を大きくとれないという欠点がある。そこで、ディスク等の全体荷重は軸端でできるだけ低トルクでスベリ軸受けで支承し、そして、半径方向の軸振れを極力少なくするために軸受けクリアランスを押え（径で５〜２０ミクロン）、充分な軸受け長さＬを確保し、且つ、反重力方向荷重を固定軸と可動軸の一方の端面と内壁との間に形成された密閉空間に生じる大気との差圧による復元力で支承しようとする気体軸受け（特願２００２−１６８０８９）が考案された
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の気体軸受けにおいて、半径方向荷重は充分に支承できるが、特に、反重力方向荷重を支承する上で固定軸と可動軸の一方の端面と内壁との間に形成された密閉空間に生じる大気との差圧による復元力で支承するだけでは、該密閉空間の気体が軸受けのクリアランスから洩れるため緩やかな荷重変動を確実に支承することが困難であった。
また、重力方向荷重を軸端面の凸面で支承する上で多少面接触となり、スベリトルクが大きくなる場合があり、磨耗が促進される結果となる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
固定軸と回転軸の一方の端面と内壁との間に密閉空間を形成し、該密閉空間に位置する両軸端面または片方の軸端面をボール球面とし、該両端面が積極的に重力方向で１点接触し全体の重力方向の荷重を支承する低トルクすべり軸受けとする。一方、半径方向のクリアランスからのわずかな気体の漏れにより反重力方向の荷重を前記密閉空間と大気の差圧による復元力だけでは確実に支承出来ないため、モータの持つ軸方向コギング力で支承する様にオフセットして取り付け確実に重力および反重力方向荷重を支承する軸受け構成とする。
また、固定軸と可動軸の偏芯で不本意な半径方向荷重が気体軸受けにかかり、金属同士が接触しても不本意な焼き付けを生じないためにも該固定軸と可動軸の一方でシャフト側の表面は固く仕上げられていることが望ましい。例えば、ダイアモンドライク加工等の表面硬化膜処理が表面を硬くし、接触部が低摩擦となる面から非常によい。また、このような表面処理をした結果、気体軸受け効果を向上させることと軸受け端面空間の機密効果を向上させることも可能である。
このような表面加工膜は固定軸と可動軸の一方で、且つ、それも穴側でなくシャフト側にのみ施されておれば良い。
【０００８】
【発明の実施の形態】
代表的な改良型気体軸受けの実施例として重力方向と直角に回転するハードディスク用の軸受けとして、以下説明を行う。
【０００９】
【実施例】
図１は、本発明装置の１実施例の断面図であって、１はコンピュータに附設されるスピンドルモータで駆動されるハードディスクの全体を示す。スピンドルモータはロータ部２、ステータ５、コイル部４およびロータマグネット６で構成され、数枚の磁気ディスク７は前記ロータ２に部材１２で固定されている。そして該コイル部４とロータマグネット６の間には互いに中心１６，１７の距離（オフセット）に比例した中心を一致させようとするコギング力が作用する。また、本発明の気体軸受けは前記ロータ２の軸受けシリンダー部９とそれに所定のクリアランス（径で５〜２０ミクロン）をもって勘合する固定軸８を有し、該固定軸８は軸端８ｂがハードディスクのカハ゛ー３と固定されている。
一方、前記固定軸８の上端面８ａは平坦面となっているが、ボール１４が穴１５に勘入している。ボルト１１はロータ２を部材１２とともにシール部材１３で密閉状態で固定すると共に、前記ボルト１１の端面１１ａと前記ボール１４の球面は常時中心点で接触するよう構成されている。該接触によりロータ２は回転自由であるが重力方向の荷重を確実に支承する。
また、前記ロータ２のシリンダー部９の上部端面２ａと固定軸８の上端部８ａとロータ２のシリンダー部９で囲われた空間１０は密封されているため、反重力方向の急激な荷重が作用しても前記密閉空間１０と大気の圧力差で直ちに復元する構成となっている。更に、反重力方向の荷重に対して、前述のコイル部４とロータマグネット６間に作用するコギング力が前記ボール１４と前記ボルト１１を接触させる側に働くためより確実に重力および反重力方向の荷重を支承するものである。また、固定軸８には（例えばダイヤモンドライク加工）非常に固い表面処理がなされている。
図２は回転軸と固定軸が入れ替わった場合の実施例を示す。１’はコンピュータに附設されるスピンドルモータで駆動されるハードディスクの全体を示す。スピンドルモータはロータ部２’、ステータ５’、コイル部４’およびロータマグネット６’で構成され、数枚の磁気ディスク７’は前記ロータ２’に部材１２’で固定されている。そして該コイル部４’とロータマグネット６’の間には互いに中心１６’，１７’の距離（オフセット）に比例した中心を一致させようとするコギング力が作用する。
また、本発明の気体軸受けは前記ロータ２’の軸受けシリンダー部９’とそれに所定のクリアランス（径で５〜２０ミクロン）をもって勘合する固定軸８’を有し、該固定軸８’は軸端８ｂ’がハードディスクのカバー３’と固定されている。一方、前記固定軸８’の下端面８ａ’は平坦面となっており、ボール支持部材１８に密閉的に勘合したボール１４’の球面と常時中心点で接触している。該接触によりロータ２は回転自由であるが重力方向の荷重を確実に支承する。
また、前記ボール支持部材１４と固定軸８の下端部８ａ’とロータ２’のシリンダー部９’で囲われた空間１０’は密封されているため、反重力方向の急激な荷重が作用しても前記密閉空間１０’と大気の圧力差で直ちに復元する構成となっている。更に、反重力方向の荷重に対して、前述のコイル部４’とロータマグネット６’間に作用するコギング力が前記ボール１４’と前記固定軸８’を接触させる側に働くためより確実に重力および反重力方向の荷重を支承するものである。
【００１０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の気体軸受けは構成が簡単で、半径方向とボール球面の中心１点で重力方向の荷重を受け、また，反重力方向の荷重に対しても前述の密閉空間の復元力とコギング力により確実に支承し、回転も高速に限らず低速の回転でも、半径方向で固定軸と可動軸が接触することがない構造簡単な気体軸受けを提供するものである。
このような気体軸受けは、高速回転で軸受け部の温度が上昇しても、空気等の気体の特性で粘性は低下せずかえって粘性が上がり、軸受け効果をあげることとなり、軸振れに対する剛性が確保されるというメリットを生む。
かつ、不本意な荷重が作用しても、固定軸および可動軸に例えばダイヤモンドライク加工のような表面硬化処理膜が施されておれば、焼きつくことを容易に回避でき、更に、軸受け効果、密封効果を増すこともある。
また、実施例は固定軸が内側に可動軸が外側に位置しているが、全く反対の位置関係でも同じ効果が期待できることは自明である。更に、本実施例はコンピュータに附設するハードディスクの構成で説明したが、重力方向に直角な面で回転するＤＶＤ用光ディスクに対しても適用できることは
自明である。
【図面の簡単な説明】
【図１】半径方向と重力方向の荷重を支承する改良型ハードディスク用気体軸受けの構成の説明図である。（実施例１）
【図２】半径方向と重力方向の荷重を支承する他の改良型ハードディスク用気体軸受けの構成の説明図である。（実施例２）
【符号の説明】
１　　ハードディスク
【図１】
2004044636.tif 000003
【図２】
2004044636.tif 000004