(57)【要約】　　　（修正有）【課題】固定軸と可動軸の半径方向荷重を支えるには、両軸間の半径方向クリアランスをできるだけ小さくとり両軸が偏芯しても中心に戻そうとする力が大きくなるように軸受け長さＬを充分にとることで半径方向の気体軸受けを成立せしめ軸振れを小さく押える。しかし、軸端部に形成された密閉空間は機密性が高いが、わずかな気体の漏れを生じ、重力方向および反重力方向の荷重を支承できなくなる。【解決手段】重力方向荷重に対しては、回転可動軸のにボール球面中心点で受け回転トルクを少なくして支承し、反重力方向に対しては密閉空間と大気の圧力差で直ちに復元するとともにボール支持部材と可動軸端面との間の磁力による吸引力で重力方向と反重力方向の荷重も支承する。また、固定軸と可動軸の偏芯で荷重が気体軸受けにかかり、金属同士が接触しても焼き付けを生じないために、可動軸の表面はダイアモンドライク加工等の表面硬化膜処理で固く仕上げる。【選択図】　　　　図１
2004044738.tif 000002
【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、片方の軸端面をボール球面とし、該ボール球面が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可動軸の端面と固定軸の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、前述の差圧による復元力のみならず、ボールを支持する部材を磁石材で構成し、該ボール支持部材と前記可動軸の端面間の磁力により反重力方向の荷重を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可動軸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】
可動軸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部材にボールを勘入せしめ、該ボールの球面により、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があり、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、前記ボールを支持する部材を磁石材で構成し、可動軸端面との間の磁力による吸引力で反重力方向の荷重を支承し、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可動軸のみに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、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。
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、前記ボール支持部材１８と前記可動軸端面８ａとの間の磁力による吸引力で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磁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。
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）
【符号の説明】
１　　ハードディスク
【図１】
2004044738.tif 000003
【手続補正書】
【提出日】平成14年8月14日(2002.8.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
図１は、本発明装置の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に可動軸８と共に回転自由に固定されている。そして、該可動軸８はフレーム３の軸受けシリンダー部９と所定のクリアランス（径で５〜２０ミクロン）をもって勘合している。
また、前記可動軸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の球面と常時中心一点で接触している。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構成となっている。
また、前記ボール支持部材１８と可動軸８の下端部８ａと前記フレーム３の軸受けシリンダー部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、前記ボール支持部材１８と前記可動軸端面８ａとの間の磁力による吸引力で確実に反重力方向の荷重を支承する構成となっている。