(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定軸が設けられた下部ベースと、
前記固定軸が内部を貫通し、前記固定軸の回りに回転自在な円筒体と、
前記円筒体の上下端部に設けられた第１及び第２磁石体と、
前記円筒体の下端部側の第２磁石体に前記固定軸の軸線方向に沿って対面するよう前記固定軸の下部外周に設けられ、前記第２磁石体に対し磁気反発力を有する第４磁石体と、
前記円筒体の上端部側の第１磁石体に前記固定軸の軸線方向に沿って対面するよう前記固定軸の上部外周に設けられ、前記第１磁石体に対し磁気反発力を有する第３磁石体と、を備え、
前記円筒体の内周面には、前記固定軸から次第に遠ざかる複数のウェッジ部が所定周期で形成されており、
前記ウェッジ部は、
前記固定軸の中心と同心に形成された弧状の平坦部と、
前記弧状平坦部から延び、前記固定軸から次第に遠ざかるように形成された傾斜部と、
前記傾斜部から延び、前記固定軸の中心から遠ざかる方向に形成されたグルーブであって、前記グルーブは、前記傾斜部からつながる第１の平面と、前記固定軸の中心を通る直線上に存在する第２の平面と、前記第１の平面と前記第２の平面とをつなぐ第３の平面と、から構成されているグルーブとを含む、軸受装置。
【請求項２】
前記第３磁石体が固定され、前記固定軸の先端側に固定される上部ベースをさらに備えた請求項１記載の軸受装置。
【請求項３】
前記円筒体は、２つの円筒体部分から形成されてそれぞれの円筒体部分の中心で最大の動圧が発生され、回転体を前記２つの円筒体部分が支持する、請求項１または２記載の軸受装置。
【請求項４】
固定軸と、
前記固定軸を支持するベースと、
固定軸が内部を貫通し、前記固定軸の回りに回転自在な円筒体とを備え、
前記円筒体の内周面には、
前記固定軸の中心と同心に形成された弧状の平坦部と、
前記弧状平坦部から延び、前記固定軸から次第に遠ざかるように形成された傾斜部と、
前記傾斜部から延び、前記固定軸の中心から遠ざかる方向に形成されたグルーブであって、前記グルーブは、前記傾斜部からつながる第１の平面と、前記固定軸の中心を通る直線上に存在する第２の平面と、前記第１の平面と前記第２の平面とをつなぐ第３の平面と、から構成されているグルーブとが設けられている、軸受装置。
【請求項５】
前記円筒体は２つの円筒体部分から形成されている、請求項４に記載の軸受装置。
【請求項６】
中央部分に円筒部が設けられ、かつ前記円筒部の下部に回転子が設けられたスピンドルと、
前記スピンドルの円筒部を貫通する固定軸が設けられ、かつ前記回転子に対応する固定子が設けられた下部ベースと、
前記固定軸が内部を貫通するとともに前記固定軸の回りに回転自在であり、かつ前記スピンドルの円筒部に挿入固定される円筒体と、
前記円筒体の上下端部に設けられた第１及び第２磁石体と、
前記円筒体の下端部側の第２磁石体に前記固定軸の軸線方向に沿って対面するよう前記固定軸の下部外周に設けられ、前記第２磁石体に対し磁気反発力を有する第４磁石体と、
前記円筒体の上端部側の第１磁石体と前記固定軸の軸線方向に沿って対面するよう前記固定軸の上部外周に設けられ、前記第１磁石体に対し磁気反発力を有する第３磁石体と、を備え、
前記円筒体の内周面には、
前記固定軸の中心と同心に形成された弧状の平坦部と、
前記平坦部から延び、前記固定軸から次第に遠ざかるように形成された傾斜部と、
前記傾斜部から延び、前記固定軸の中心から遠ざかる方向に形成されたグルーブであって、前記グルーブは、前記傾斜部からつながる第１の平面と、前記固定軸の中心を通る直線上に存在する第２の平面と、前記第１の平面と前記第２の平面とをつなぐ第３の平面と、から構成されているグルーブと、が円周方向に所定周期で設けられている、スピンドルモータ組立体。
【請求項７】
前記第３磁石体が固定され、前記固定軸の上部側に固定される上部ベースをさらに備えた請求項６に記載のスピンドルモータ組立体。
【請求項８】
前記円筒体は２つの円筒体部分から形成されている、請求項６または７に記載のスピンドルモータ組立体。
【請求項９】
前記円筒体部分の相反する両端にはフランジが形成され、かつ前記スピンドルの円筒部は、前記円筒体部分の外周面と円筒体部分に設けられたフランジの形状に対応する形で形成されている、請求項６に記載のスピンドルモータ組立体。
【請求項１０】
中央部分に円筒部が設けられ、かつ前記円筒部の下部に回転子が設けられたスピンドルと、
前記スピンドルの円筒部を貫通する固定軸が設けられ、かつ前記回転子に対応する固定子が設けられた下部ベースと、
前記固定軸の上部側に固定される上部ベースと、
前記固定軸が内部を貫通するとともに前記固定軸の回りに回転自在であり、かつ前記スピンドルの円筒部に挿入固定される円筒体とを備え、
前記円筒体の内周面には、
前記固定軸の中心と同心に形成された弧状の平坦部と、
前記弧状平坦部から延び、前記固定軸から次第に遠ざかるように形成された傾斜部と、
前記傾斜部から延び、前記固定軸の中心から遠ざかる方向に形成されたグルーブであって、前記グルーブは、前記傾斜部からつながる第１の平面と、前記固定軸の中心を通る直線上に存在する第２の平面と、前記第１の平面と前記第２の平面とをつなぐ第３の平面と、から構成されているグルーブとが設けられている、スピンドルモータ組立体。
【発明の詳細な説明】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軸受装置及びこれを適用したスピンドルモータ組立体に係り、特に、磁気反発力及び流体動圧を複合的に用いた非接触性のジャーナル軸受装置及びこれを適用したスピンドルモータ組立体に関する。
【従来の技術】
軸受装置とは、回転運動をする物体の回転を案内すると共に、この物体を支持するための装置である。
図１は、従来の軸受装置が適用されたモータ付きヘッドドラム組立体の概略断面図である。
図１を参照すると、ベース6の中央部分にはモータの構成要素の１つである所定高さの固定軸1が設けられており、またベース6の上部にはモータの構成要素の１つである固定子7が設けられている。固定軸1の上下には、ボールベアリング3が設けられている。ボールベアリング3の内輪31は固定軸1に押込固定され、かつ外輪32は固定軸1の貫通した回転体2の内周面に押込固定される。回転体2の下部にはモータを構成する回転子8が設けられている。この回転子8は固定子7に対向するように配置されている。
以上のような構造において、回転体2は、ボールベアリング3によって支持された状態で回転する。ボールベアリング3のボール33は、図２に示されたように、内輪31と外輪32との対向面に設けられた断面半円状のグルーブによって構成された空洞部内に位置している。軸方向の荷重及び軸に垂直の方向への荷重を支持するために、ボール33は内輪31と外輪32の対角線方向に一定の傾斜を以て接触している。
このように、ボールベアリング3によって回転体が支持される場合、ボール33とボール33を介して接触している内輪31及び外輪32とは相互接触及び転がり摩擦によって変形する。またボールベアリングの製作時における内輪、外輪、ボールの加工誤差等により、支持される回転体の回転が不均衡になる。このような不均衡な回転による振動特性を調べてみると、様々な因子による不規則振動が発生するが、特に、不規則回転応答振幅（NRRO；Non-Repeatable Run-Out）が顕著である。この不規則回転応答振幅は、高精度の振動特性を必要とする高密度貯蔵機器用のスピンドルモータの性能を低下させる原因となる。
そこで、回転体システムの振動特性を向上させるために、超精密加工法によりボールベアリングの部品を製作することが考えられるが、超精密加工を行ったとしても、高速回転に伴う摩擦等による部品の摩耗及び発熱等によって回転体システムの耐久性が悪化してしまう。また、最近、ベアリングの素材としてセラミックなどを適用するボールベアリングが提案されているが、セラミックは加工が難しく、高コストとなる問題がある。
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、製作加工が容易で、かつ回転体をきわめて安定に支持できる磁気−空気動圧軸受装置及びこれを適用したスピンドルモータ組立体を提供することである。
さらに本発明の別の目的は、相対運動をする要素が非接触式で、騷音が極小化し、かつ部品の耐久性が大幅に向上された磁気−空気動圧軸受装置及びこれを適用したスピンドルモータ組立体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明によると、固定軸が設けられた下部ベースと、固定軸が内部を貫通し固定軸の回りに回転自在な円筒体と、円筒体の上下端部に設けられる第１及び第２磁石体と、円筒体の下端部側の第２磁石体に対面するよう固定軸の下部外周に設けられ第２磁石体に対し磁気反発力を有する第４磁石体と、円筒体の上端部側の第１磁石体と対面する固定軸の上部外周に設けられ第１磁石体に対し磁気反発力を有する第３磁石体とを備える軸受装置が提供される。
なお、固定軸の先端側に固定される上部ベースを設け、この上部ベースに第３磁石体を固定しても良い。
さらに、前記目的を達成するために、本発明によると、固定軸と、固定軸を支持するベースと、固定軸が内部を貫通し固定軸の回りに回転自在な円筒体とを備え、円筒体の内周面に、固定軸の中心と同心に形成された弧状の平坦部と、弧状平坦部から延び固定軸から次第に遠ざかるように形成された傾斜部と、傾斜部から延び固定軸の中心から遠ざかる方向に形成されたグルーブとが設けられた軸受装置が提供される。
前記軸受装置において、円筒体の内周面に、弧状平坦部と傾斜部とグルーブとが所定周期で形成されていることが望ましい。
前記目的を達成するために、本発明によれば、中央部分に円筒部が設けられかつ円筒部の下部に回転子が設けられたスピンドルと、スピンドルの円筒部を貫通する固定軸が設けられかつ前記回転子に対応する固定子が設けられた下部ベースと、固定軸が内部を貫通するとともに固定軸の回りに回転自在でありかつスピンドルの円筒部に挿入固定される円筒体と、円筒体の上下端部に設けられた第１及び第２磁石体と、円筒体の下端部側の第２磁石体に対面するよう固定軸の下部外周に設けられ第２磁石体に対し磁気反発力を有する第４磁石体と、円筒体の上端部側の第１磁石体と対面するよう固定軸の上部外周に設けられ第１磁石体に対し磁気反発力を有する第３磁石体とを備えたスピンドルモータ組立体が提供される。
なお、固定軸の先端側に固定される上部ベースを設け、この上部ベースに第３磁石体を固定しても良い。
前記本発明の軸受装置及びスピンドルモータ組立体において、前記円筒体は、上下に分離された２つの円筒体部分から分離形成され、各円筒体部分の相反する両端にはフランジが形成されることが望ましい。また、前記スピンドルモータ組立体において、前記円筒体がフランジを有する２つの円筒体部分に分離される場合、前記スピンドルの円筒部は、前記円筒体部分の外周面と円筒体部分に設けられたフランジの形状に対応する形で形成されることが望ましい。
【発明の実施の形態】
以下、添付された図面に基づき本発明の好適な実施形態をさらに詳細に説明する。
本発明に係る軸受装置には、磁気反発力によるスラストベアリング構造及び空気動圧によるジャーナルベアリング構造が適用される。
図４を参照すると、下部ベース100に所定高さで所定の直径を有する固定軸200が設けられている。固定軸200は円筒体500の中央部の孔を貫通して延びている。
円筒体500の内径は固定軸200の外径よりも大きく、かつこれらの間に空気動圧によるジャーナルベアリングが形成される。したがって、円筒体500は固定軸200の回りに回転自在である。一方、円筒体500の上下には、ドーナツ形の第１及び第２磁石体601、602が固着されている。そして、固定軸200の上端には上部ベース300が結合されている。また、第１及び第２磁石体601、602に対向するように、第３及び第４磁石体603、604が上部ベース300の底面及び下部ベース100の上面に設けられている。なお、第４磁石体604は固定軸200の下端部外周に固定されていてもよい。また、円筒体500は一体的に形成されていてもよいが、図４に示されたように、上下の円筒体部分501、502から形成されるのが好ましい。上下の円筒体部分501、502から上部ベース300及び下部ベース100に向かう各端部、すなわち上側の円筒体部分501の上端部と下側の円筒体部分502の下端部に、それぞれ他の部分よりも径が大きいフランジ501a、502aが形成されている。ここでは、上下の円筒体部分501、502の幾何学的な中心で最大の動圧が発生され、これらによって支持される回転体（図示せず）、すなわち、これらの円筒体部分501、502に装着される回転体を上下の円筒体部分501、502が支持するようになる。
図５は、前記磁石体間の関係を示す斜視図である。第１ないし第４磁石体は、ドーナツ形であり、図６に示されたように各胴体の軸方向の上下に分極されており、相互に対向する部分が同一の磁極よりなっている。従って、隣接する第１磁石体601と第３磁石体603との間及び第２磁石体602と第４磁石体604との間には相互反発力が作用する。この相互反発力により、円筒体500とその上下端に設けられた第１磁石体601及び第２磁石体602とは、第３磁石体603及び第４磁石体604に対して非接触状態で浮遊状態となる。この時、磁石体間の磁気反発力は、接近変位の２乗に比例する値をもつ。なお磁石体を用いたスラストベアリングに代えて、米国特許5,743,655号のように、流体動圧スラストベアリングを用いてもよい。一方、円筒体500の内径は固定軸200の直径よりも大きいため、高速回転時に発生される空気動圧により固定軸200の中心に対し円筒体500の中心が一致するようになり、これにより、円筒体500と固定軸200とは空気層によって完全に分離される。
図７は、固定軸200が貫通する円筒体500の内周形状の構造を示す平面図であって、固定軸200に対し円筒体500が反時計回りに回転する場合を示している。
円筒体500の内周面には、後述するウェッジ効果を発生させるためのウェッジ部が設けられる。ウェッジ部は、円筒体500の回転方向の順に、固定軸200の中心と同心の弧状の平坦部503と、平坦部503から直線的にかつ固定軸200の中心から次第に遠ざかるよう形成された傾斜部504と、傾斜部504から延設され固定軸200の中心を通過する放射線上に位置する所定長さのグルーブ505とを有している。そして、このウェッジ部は固定軸の回りに一定の周期を以て、例えば、図７に示されたように３周期にて形成されている。弧状の平坦部503は、前述のように、固定軸200と同心に形成されており、固定軸200の外周面に対してはクリアランスが一定で、この意味で平坦である。
前記周期は、前記円筒体500の加工が許容する範囲内で決定できるが、実際に製作したみたところ、３〜５周期が好適であった。前記平坦部503、傾斜部504及びグルーブ505は、円筒体500が回転する際に空気動圧を発生させ、これにより固定軸200の外周面と円筒体500の内周面との間に空気ベアリングが形成される。円筒体500の外周面から平坦部503までの距離、即ち円筒体500の半径（Ri）と平坦部503の半径（Ro）との差（以下、クリアランスと称する）は、２μｍ前後の数μｍ範囲で決定でき、また、固定軸200の外周面からグルーブ505の入口までの最短距離は前記クリアランスよりも大きい、例えば４μｍであり、グルーブ505の長さは数十μｍ、例えば５０μｍである。ここで円筒体の厚みは２〜４mm程度に決定できるが、これは要求される設計仕様によって変わることもある。図７においては、理解を助けるために、相対的に極めて大きい直径の固定軸200を縮小して示し、かつ平坦部503、傾斜部504及びグルーブ505は誇張して示している。そして、円筒体500が、２つの円筒体部分501、502で構成される場合、平坦部503、傾斜部504及びグルーブ505は、各円筒体部分501、502の内周面に形成される。この円筒体500または円筒体部分501、502は、通常の切削加工等により製作するのは困難であるために、金属粉末を用いた圧縮成形法により製作することが望ましい。
流動流体である空気のウェッジ効果を得るには、円筒体の回転に従うクリアランスの変動が必要であるが、円筒体の内径部が真円の形態で設計された場合にも、加工誤差等により実際の円筒体の静的な偏心が存在し、円筒体が回転する際にクリアランスの変動がおこる。また円筒体の内周面が波状で形成されたウェーブ形である場合、円筒体の静的な偏心量が小さい時に回転体の外周面の屈曲形状に対応して幾何学的なクリアランスの変動が起こり得る。前記グルーブ505は、空気を有効にポンピングするためのものである。流動流体のウェッジ効果を得るために形成されたクリアランスの変動において、通常のウェッジ効果が現れる部分（クリアランスが回転方向に減る領域）と逆転ウェッジ効果が現れるウェッジ部（クリアランスが回転方向に増える領域）とが常に同時に存在するため、円周方向の圧力分布を解釈することにより、逆転ウェッジ効果による減圧が発生することを把握できる。そして、このクリアランスの変動は、空気動圧ベアリングのベアリング剛性を低下させる要因となっている。流動流体のポンピング効果を利用する方式では、流動流体として摩擦係数の極めて小さい空気を使用する場合、ポンピング効果を導くためのグルーブ505の深さに相当するクリアランスの増加による圧力低下分を取り戻すには、十分な回転速度が必要となる。
以上のような構造の円筒体500の内部で発生される半径方向の無次元圧力分布（圧力分布値を大気圧で除算した値）を図８（ａ）（ｂ）に示す。図８（ａ）は円筒体500が7200RPMで回転する場合、図８（ｂ）は10000RPMで回転する場合の圧力分布線図である。図８（ａ）（ｂ）から明らかなように、円筒体の回転方向に傾斜部504の深さが減る領域にウェッジ効果による空気動圧が発生し、平坦部503では発生した空気動圧がほぼ維持されている。またグルーブ505では、無次元圧力値が１．０となる大気圧が維持されている。従って、円筒体（回転体）の高速回転によって固定軸200の回りに圧力が加重されていることが明らかであり、これは、回転体の半径方向の接触に抵抗するベアリングの半径方向のベアリング剛性が発生すると言える。さらに、固定軸200の周囲の最大圧力値は、平坦部−傾斜部−グルーブの周期数Ｎに該当する数のＮ箇所で発生し、従って回転体を円周方向のＮ箇所で支持する効果があり、結果として、回転体である円筒体の半径方向への一層安定した支持が可能になる。
図９ないし図１４は、本発明に係る軸受装置の特性及びこのベアリングにより支持されるロータベアリング系の特性に関するシミュレーション結果を示すものであり、特性の解釈結果は、他の２種類の、円筒体の内面にスプライン型グルーブ及び波状（正弦波）グルーブが形成された空気動圧ベアリングの特性と比較した。
図９（ａ）ないし図１４（ｃ）において、"taper-flat"は、平坦部、傾斜部及びグルーブをもつ前記実施形態の場合であり、"groove"は円筒体の内周面に長手方向にスプライン型溝が形成される場合であり、"wave"は円筒体の内周面が波状に形成された構造の場合を表す。
図９（ａ）は、３種類の軸受装置に対するケース１のシミュレーション結果であって、クリアランスが２．０μｍであり、回転速度が10000RPMの場合の荷重容量−偏心特性を示す線図である。図９（ｂ）は、３種類の軸受装置に対するケース２のシミュレーション結果であって、クリアランスが１．０μｍで、回転速度が15000RPMである場合の荷重容量−偏心特性を示す線図である。
図９（ａ）及び（ｂ）から明らかなように、クリアランスが２．０μｍの場合、全ての回転体が固定軸に極めて近づく静的な偏心量が０．８以上となる領域では、本実施形態に係る軸受装置の荷重容量が大幅に増大する。
図１０（ａ）及び（ｂ）は、クリアランスが各々２．０μｍ、１．０μｍの場合における空気ベアリングの剛性−回転速度特性線図である。図１０（ａ）を参照すると、クリアランスが２．０μmの場合、回転速度20000RPM近傍までは本実施形態に係る軸受装置が高い剛性値を示すが、これ以上になれば、高速回転に従い流動流体のポンピング効果が十分発揮されるため、スプライン型の軸受装置が最高の剛性値を示す。クリアランスが１．０μｍである図１０（ｂ）を参照すると、回転速度が50000RPMを超えるまでは本実施形態に係る軸受装置が最高のベアリング剛性値を示している。
図１１（ａ）ないし（ｃ）は、前記ケース１及びケース２において、回転体の回転率（加進周波数/回転周波数）に対する半径方向（Kr）と接線方向（Kt）のベアリング剛性値の変化を示す線図であって、図１１（ａ）は回転体の内周面にスプライン型グルーブが形成された場合を、図１１（ｂ）は回転体の内周面に波状グルーブが形成された場合を、図１１（ｃ）は平坦部、傾斜部及びグルーブをもつ前記実施形態の場合をそれぞれ示す。一般に、空気動圧ベアリングにおいて、回転率が０．５の値では半径方向ベアリング剛性と接線方向ベアリング剛性値とが一致して、回転体の半径方向への支持を不安定にするHFW（half frequency whirl）現象が生じるが、３種類のいずれの場合にもその現象は生じないことが分かる。ところが、回転率が０．５の本実施形態に係る軸受装置の場合、半径方向のベアリング剛性値と接線方向のベアリング剛性値との差が最大に現れるため、回転体が不安定となる可能性が低いと言える。一方、回転率が１．０の場合は、回転体のばらつきによるばらつき加進が生じている実際の回転速度成分で回転している状態であり、この場合にも、本実施形態に係る軸受装置が半径方向、接線方向のベアリング剛性値が最大の差を示しているため、３種の軸受装置のうち最も安定した回転状態を保つと言える。
図１２（ａ）及び（ｂ）は、回転体の回転速度に対するばらつき加進によるランアウト値を計算した結果を示す応答振幅−回転速度特性線図であって、図１２（ａ）はクリアランスが２．０μｍの場合を、図１２（ｂ）はクリアランスが１．０μｍの場合をそれぞれ示す。クリアランスが２．０μｍの場合、回転速度20000RPMまでは本実施形態に係る軸受装置が最小のランアウト値を示し、クリアランスが１．０μｍとなる図１２（ｂ）の場合では、30000RPM以上においても最低のランアウト値を示す。
図１３（ａ）ないし（ｃ）は、クリアランスが２．０μｍの場合、空気動圧ベアリングにより支持されるロータベアリング系の安定性を評価し、かつ安定限界速度を評価するための理論解釈の結果を示す線図である。図１３（ａ）は円筒体の内周面にスプライン型グルーブが形成され、図１３（ｂ）は波状、そして図１３（ｃ）は平坦部、傾斜部及びグルーブをもつ前記実施形態の場合を示す。図１３（ａ）ないし（ｃ）において、線図のうち矢印は許容される臨界速度を示す。
これらの図を比較してみるとき、図１３（ｃ）に示されたように、本実施形態に係る軸受装置が安定限界回転速度は100000RPM以上であって、図１３（ａ）及び（ｂ）に示された他の２種類の軸受装置に比較し、非常に高い回転速度まで安定した回転が可能なことが分かる。
図１４（ａ）ないし（ｃ）は、クリアランスが２．０μｍの場合、無次元的な安定性の分析線図であって、図１４（ａ）は円筒体の内周面にスプライン型グルーブが形成された場合、図１４（ｂ）は波状の場合、そして図１４（ｃ）は平坦部、傾斜部及びグルーブをもつ前記実施形態の場合を示す。図１４（ａ）の線図のうち矢印は許容される臨界速度を表し、矢印のない図１４（ｂ）及び（ｃ）は、100000RPM以上の臨界速度を表す。
図１５は、本発明に係る磁気−空気動圧軸受装置の一実施形態が適用された情報記録−再生用スピンドルモータ組立体の概略的な断面を示す。
図１５を参照すると、下部ベース100に所定高さで所定の直径を有する固定軸200が設けられている。固定軸200には円筒体500が嵌挿されている。そして円筒体500はスピンドル400の円筒部401内に押込まれている。円筒体500の内径は固定軸200の外径よりも大きく、これらの間に空気動圧によるジャーナルベアリングが形成される。したがって、円筒体500及びスピンドル400は、固定軸200の回りに回転自在である。一方、円筒体500の上下には、ドーナツ形の第１及び第２磁石体601、602が固着されている。また、固定軸200の上端には上部ベース300が結合されている。第１及び第２磁石体601、602に対向する第３及び第４磁石体603、604が、それぞれ上部ベース300の底面（固定軸200の上端部外周に相当している）及び下部ベース100の上面（固定軸200の下端部外周に相当している）に設けられている。前記構造において、円筒体500は一体的に形成してもよいが、図示のように、上下の円筒体部分501、502から形成されることが好ましい。上側の円筒体部分501の上端部には他の部分より大径のフランジ501aが形成され、下側の円筒体部分502の下端部には他の部分より大径のフランジ502aが形成されている。また、スピンドル400の円筒部401は、円筒体部分501、502に対応する形状で形成されている。すなわち、円筒部401は、各フランジ501ａ、502ａに対応する部分の内径が、それらの間の部分の内径よりも大きく形成されている。一方、スピンドル400の下部にはスカート部402が延設されており、スカート部402の内面にはモータを構成する回転子702が固定されている。そして、下部ベース100には回転子702に対向するように固定子701が設けられている。
【発明の効果】
以上述べたように、本発明に係る軸受装置及びこれを適用したスピンドルモータ組立体は、スピンドルモータの回転体を支持するに際し、軸方向への支持のために軸方向に反発する磁気反発力を用い、かつ上記のような特徴を有する空気動圧ベアリングを用い、回転体を軸方向及び半径方向へ非接触支持することが可能となる。
かかる本発明は、回転体の軸方向及び半径方向への非接触支持を通じて従来のボールベアリング支持に見られるボールベアリング部品の欠陥及び累積加工誤差等により生じる回転運動の振動元を取り除き、回転体の超高速回転及び超精密回転への要求に応えうる。また本発明に係る軸受装置は、回転体の上下の両方向での軸方向支持及び回転体の中央部での半径方向支持よりなるベアリング構造であるため、貯蔵機器用スピンドルモータに見られる最低の加進周波数での回転体のコニカルモードに十分耐えうるベアリング構造体である。なおかつ、磁気スラストベアリング及び空気動圧ジャーナルベアリングよりなる本発明に係る軸受装置は、空気動圧ベアリングにより発生される初期の空気動圧が回転速度以下でも、回転体が磁気力により浮いている状態にあるため、回転体と固定軸との初期摩擦を低減できる。さらに、本発明に係る軸受装置において、クリアランス内で減圧が生じないようにし、これによりベアリングの荷重容量及びベアリング剛性を最大に増加できる。
本発明によれば、超精密回転特性が望まれる高密度のハードディスクドライブとDVDなどのディスク回転体の支持と高速で回転するレーザースキャナーの回転多面鏡の支持に使用可能な超精密回転体の回転特性のうち不規則回転応答振幅（NRRO；Non-Repeatable Run-Out、０．０５μｍ以下が要求される）、超高速（回転体の回転速度が20000RPM以上要求される）回転体の安定した支持が実現可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の軸受装置が適用された従来のスピンドルモータ組立体の概略的な断面図である。
【図２】従来の軸受装置のボールベアリングのボールと内輪と外輪との関係を示す断面図である。
【図３】従来の軸受装置に適用されるボールベアリングの概略断面図である。
【図４】本発明に係る軸受装置の一実施形態の概略断面図である。
【図５】図４に示す軸受装置の磁気スラストベアリングの関係を示す概略的な抜すい斜視図である。
【図６】図４に示す軸受装置の磁気スラストベアリングの磁石体の抜すい図であって、磁気力線の方向を示す図面である。
【図７】前記軸受装置において空気動圧ベアリングを構成する円筒体（回転体）の内部構造を示す平断面図である。
【図８】前記軸受装置の円筒体内部で発生される半径方向の無次元圧力分布の線図である。
【図９】３種類の軸受装置に対する荷重容量−偏心特性線図である。
【図１０】本発明の一実施形態に係る軸受装置及び他の形式の流体動圧ベアリングの剛性−回転速度特性線図である。
【図１１】回転体の回転率（加進周波数/回転周波数）に対する半径方向（Kr）と接線方向（Kt）のベアリング剛性値の変化を示す線図である。
【図１２】回転体の回転速度に対するばらつき加進によるランアウト値を計算した結果を示す応答振幅−回転速度特性線図である。
【図１３】ベアリングクリアランスが２μmの場合、本発明の一実施形態に係る軸受装置の空気ベアリングのロータベアリング系の安定性を評価し、かつ安定限界速度を評価するための理論解釈結果を示す線図である。
【図１４】ベアリングクリアランスが１μｍである場合、本発明の一実施形態に係る軸受装置の空気ベアリングのロータベアリング系の安定性を評価し、かつ安定限界速度を評価するための理論解釈結果の例を示す線図である。
【図１５】本発明に係るスピンドルモータ組立体の一実施形態の概略断面図である。
【符号の説明】
100…下部ベース
200…固定軸
300…上部ベース
500…円筒体
501…上側円筒体部分
501a、502ａ…フランジ
502…下側円筒体部分
601…第１磁石体
602…第２磁石体
603…第３磁石体
604…第４磁石体
【図１】
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【図２】
0004602497.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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