JP2000213534A

JP2000213534A - 軸受機構、それを用いたハ―ドディスク駆動機構及びポリゴンミラ―駆動機構

Info

Publication number: JP2000213534A
Application number: JP1912999A
Authority: JP
Inventors: Shigeto Shimizu; 成人清水; Jun Yatazawa; 純谷田沢; Takeo Hisada; 建男久田; Makio Kato; 万規男加藤
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 1999-01-27
Filing date: 1999-01-27
Publication date: 2000-08-02

Abstract

(57)【要約】【課題】潤滑油が不要でしかも比較的低速の領域にお
いても十分なラジアル動圧を発生でき、しかもラジアル
動圧発生のための面加工が容易で安価に製造できる軸受
機構を提供する。【解決手段】軸受隙間Ｇを挟んで対向する第一部材２
の外周面２ａと第二部材３の内周面３ａとの少なくとも
一方（以下、荒らし面という）に、散点状の微小な凹凸
を分散形成して面荒らしし、その中心線平均粗さを０．
１μｍ〜１．０μｍの範囲に調整する。この構成によれ
ば、比較的小さい回転速度で十分なラジアル動圧が発生
させることができるので、回転機構の起動あるいは停止
時において動圧不足状態となる時間が短くなり、軸受部
における部材損耗を起こしにくくすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は軸受機構と、それを
用いたハードディスク駆動機構及びポリゴンミラー駆動
機構とに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、記憶装置のハードディスク駆
動機構や、コピー機あるいはレーザープリンタ装置等の
ポリゴンミラー駆動機構等において、振れ回りの少ない
回転を実現するために、動圧軸受が採用されることがあ
る。このような動圧軸受としては、例えば特開平５−２
１５１２８号公報に開示されているように、円筒状の軸
受体の内側に回転軸が挿通されるとともに、その回転軸
の外周面に、例えばヘリングボーン状の動圧発生溝を周
方向に形成したものが知られている。該構造において
は、回転軸を軸受体内部で高速回転させると、動圧発生
溝への流体のポンピング作用によって、回転軸と軸受体
との隙間にラジアル動圧が発生し、例えば振動その他の
外乱により回転軸線にラジアル方向の力が作用した場合
は、該動圧が復元力として作用するので、振れ回りの少
ない安定した回転を実現することができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の動圧軸受においては、回転軸と軸受体との間の隙間
に潤滑油を充填して、油膜圧力の形でラジアル動圧を発
生させる構造になっているので、油切れを起こすと、回
転軸と軸受体との間の摩擦が増大して焼付き等の不具合
が生ずる欠点がある。また、これを防止するために軸受
部への油補給を行うことは、コンピュータ周辺機器やＯ
Ａ機器において昨今進んでいるメンテナンスフリー化の
動きに完全に逆行する事柄であり、なるべく行いたくな
いというのが世の中の趨勢である。さらに、油潤滑型の
軸受機構は、油漏れ防止のためのシールを考慮する必要
があり、構造が複雑化する欠点がある。

【０００４】また、ヘリングボーン状の動圧発生溝を使
用する機構では、通常１万〜２万回転もの高速回転を行
わないと十分なラジアル動圧が発生せず、高速運転に伴
う油切れ等の問題はますます発生しやすくなる。また、
回転機構の起動あるいは停止時の低速回転状態では、必
然的に発生する動圧不足のため、軸受部と回転軸とが接
触し、損耗を起こしやすくなる。なお、潤滑油を使用せ
ず空気圧の形でラジアル動圧を発生させるようにした動
圧軸受も提案されているが、空気圧利用の場合、本発明
者らの検討によれば、十分なラジアル動圧を発生させる
にはさらに高速の４〜５万回転以上が必要となり、上記
の問題がさらに助長される形となる。

【０００５】本発明の課題は、潤滑油が不要でしかも比
較的低速の領域においても十分なラジアル動圧を発生で
き、しかもラジアル動圧発生のための面加工が容易で安
価に製造できる軸受機構と、それを用いたハードディス
ク駆動機構及びポリゴンミラー駆動機構とを提供するこ
とにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段及び作用・効果】上記の課
題を解決するために、本発明の軸受機構は、軸状の第一
部材と、その第一部材が挿通される挿通孔を有し、該挿
通孔における第一部材の軸線周りの相対回転を許容した
状態にて、挿通孔内面と第一部材の外周面との間に、気
体にて満たされた所定量の軸受隙間を形成する第二部材
とを備え、第一部材の外周面とこれに対向する第二部材
の内周面との少なくとも一方に、散点状の微小な凹凸を
分散形成して面荒らしすることにより、その中心線平均
粗さを０．１μｍ〜１．０μｍの範囲にて調整し、第一
部材と第二部材とを相対回転させることにより、軸受隙
間において、第一部材の周囲にラジアル動圧を発生させ
るようにしたことを特徴とする。なお、本発明におい
て、中心線平均粗さは、日本工業規格Ｂ０６０１に規定
された方法により測定されたものを意味する。

【０００７】また、本発明のハードディスク駆動機構
は、上記の軸受機構と、その軸受機構の第一部材及び第
二部材のうち一方を固定側、他方を回転側として、その
回転側となる部材（以下、回転部材という）を回転駆動
する駆動部と、回転部材に取り付けられてこれと一体的
に回転する記録用ハードディスクとを備えたことを特徴
とする。

【０００８】さらに、本発明のポリゴンミラー駆動機構
は、上記の軸受機構と、その軸受機構の第一部材及び第
二部材のうち一方を固定側、他方を回転側として、その
回転側となる部材（以下、回転部材という）を回転駆動
する駆動部と、その回転部材に一体化されるとともに、
その回転軸線の周囲を取り囲む形態で複数の反射面が多
面体状に形成されたポリゴンミラーとを備えたことを特
徴とする。

【０００９】本発明においては、軸受隙間を挟んで対向
する第一部材外周面と第二部材内周面との少なくとも一
方（以下、荒らし面という）に、散点状の微小な凹凸を
分散形成して面荒らしし、その中心線平均粗さを０．１
μｍ〜１．０μｍの範囲に調整することで、潤滑油が不
要でしかも比較的低速の領域においても十分なラジアル
動圧を発生できるようになる。潤滑油を使用しないの
で、少なくとも油供給に関してはメンテナンスフリー化
が実現されるほか、油漏れ防止のためのシールを考慮す
る必要がなくなるので、構造を単純化することができ
る。また、従来の動圧発生溝を使用する従来の軸受機構
と比べて小さい回転速度で十分なラジアル動圧が発生さ
せることができるので、回転機構の起動あるいは停止時
において動圧不足状態となる時間が短くなり、軸受部に
おける部材損耗を起こしにくくすることができる。

【００１０】軸受隙間に面する前記荒らし面には、例え
ば図２に概念的に示すように（この場合、符号２ａが荒
らし面を示す）、散点状の微小な凹凸が二次元的にほぼ
均一に分散して形成されていることが、均一なラジアル
動圧を発生させる上で望ましい。具体的には、例えば荒
らし面上にて任意の方向、例えば互いに直交する任意の
２方向に沿って中心線平均粗さを測定したときに、その
測定値をＲａ1及びＲａ2として、両測定値の差の絶対値
｜Ｒａ1−Ｒａ2｜の、同じく平均値（Ｒａ1＋Ｒａ2）／
２に対する比率（２×｜Ｒａ1−Ｒａ2｜／（Ｒａ1＋Ｒ
ａ2））が、３０％以内に収まっていることが望まし
い。

【００１１】また、本発明においては、十分なラジアル
動圧を発生させるための第一部材の外周面と第二部材の
内周面との相対回転数は、概ね２０００ｒｐｍ以上に調
整することが望ましい。該回転数が２０００ｒｐｍ未満
になると、発生する動圧が不足し、接触摩擦増大による
部材損耗を招きやすくなる。また本発明の軸受機構にお
いては、前述の通り、従来の軸受機構よりも低速回転領
域（例えば２０００〜２００００ｒｐｍ程度、あるいは
さらに低速の２０００〜１５０００ｒｐｍ程度）におい
ても、十分な動圧発生が可能である特徴を有する。ただ
し、本発明は、該回転数範囲に限定されるものではな
く、例えば上記以上の速度で高速回転する軸受部に対し
適用することも十分に可能であり、動圧による摩擦低減
効果により部材の寿命が延びるといった特有の効果を奏
することができる。

【００１２】本発明において、動圧発生溝を利用する従
来の軸受機構と比べて低速にて動圧発生できる理由とし
ては、第一部材の外周面とこれに対向する第二部材の内
周面との少なくとも一方に前記した微小な凹凸を分散形
成することで、軸受隙間に存在する気体が、部材の相対
回転中にて隙間外に漏れ出しにくくなる、言い換えれ
ば、第一部材の外周面と第二部材の内周面との間のシー
ル性が向上することが、その一因として考えられる。そ
して、このようなシール性向上の効果は、中心線平均粗
さを０．１５μｍ〜０．２μｍの範囲にて調整すること
により、さらに顕著となる。これにより、例えばさらに
高速回転が要求される場合においてもラジアル動圧が不
足しにくくなり、スムーズで振れ回りの少ない回転を実
現することができる。

【００１３】なお、ラジアル動圧を回転軸線の復元力と
して利用できるようにするための具体的な構成として
は、第一部材に対し、第二部材側に形成された被支持部
に当接する形で設けられ、第二部材の軸受隙間の範囲で
のラジアル方向移動を許容しつつ、これを回転可能に支
持する回転支持部を形成する態様を例示できる。

【００１４】次に、荒らし面に形成する散点状の微小な
凹凸は、例えば平均粒子径が５〜１００μｍの範囲にて
調整された打撃粒子を、凹凸の形成面部（上記の荒らし
面の形成部である）に対し５０ｍ／秒〜３００ｍ／秒の
速度にて投射することにより形成することができる。該
方法によれば、散点状の微小な凹凸を分散形成する面荒
らしする加工を簡単に行うことができ、例えばフォトエ
ッチング等による溝加工等と比較して加工コストを削減
することができる。

【００１５】打撃粒子としては、形成面部を構成する材
質よりも硬質の粒子を使用することにより、凹凸形成を
効率よく行うことができる。例えば、形成面部の材質が
Ｆｅ系材料である場合、硬質粒子の材質としては、炭化
珪素、アルミナ、ジルコニア、窒化珪素等のセラミック
粒子、ガラス粒子、あるいは高速度工具鋼、ステンレス
鋼（例えば高炭素ステンレス鋼）等の金属粒子を使用す
ることができる。なお、形成面部よりも硬質でない打撃
粒子を用いた場合でも、凹凸形成を行うことができる場
合がある。例えば、形成面部硬さの５０％以上の硬度を
有していれば、形成面部よりも硬質でない打撃粒子（例
えば、高速度工具鋼やステンレス鋼の粒子）を用いて
も、凹凸形成を行える場合が多い。

【００１６】なお、打撃粒子の形状としては、球状の粒
子を使用することが、微小な凹凸を均一に分散形成する
上で特に望ましい。この場合、なるべく大きさの揃った
球状粒子を使用すれば、打撃力を一様化できるのでさら
に有利である。なお、具体的には、使用する打撃粒子の
平均粒径をｄm とし、粒径ｄの標準偏差をσdとしたと
きに、σd／ｄmが０．０５未満であるのがよい。なお、
均一なラジアル動圧を発生させるためには、個々の凹凸
形状や寸法のばらつきを抑制することが望ましいといえ
るが、この場合、例えば、形成面部に対し打撃粒子の投
射を複数回繰り返すことにより凹凸形成することが効果
的である。

【００１７】次に、本発明においては、ラジアル動圧発
生効果を十分に高める上で、第一部材の円柱状の外周面
半径をｒ1、第二部材の円柱状の内周面半径をｒ2とした
ときに、ｒ2−ｒ1の値を０．２〜２０μｍの範囲にて調
整することが望ましい。ｒ2−ｒ1は、いわば軸受隙間の
大きさを反映したパラメータであって、これが０．２μ
ｍ未満になると、第一部材外周面と第二部材内周面とが
接触しやすくなり、摩擦増大による部材損耗を招きやす
くなる場合がある。他方、ｒ2−ｒ1が２０μｍを超える
と、隙間のシール性が損なわれ、発生する動圧が不足す
る場合がある。ｒ2−ｒ1の値は、より望ましくは４μｍ
〜１０μｍとするのがよい。なお、ｒ1及びｒ2は、上記
外周面あるいは内周面に対して測定位置を変えながら直
径Ｄ1あるいはＤ2を測定をたときに、Ｄ1の測定最大値
をＤ1maxとし、Ｄ2の測定最小値をＤ2minとして、それ
ぞれＤ1max／２及びＤ2min／２にて算出されたものを意
味するものとする。

【００１８】次に、第一部材の外周面半径をｒ1、第二
部材の内周面半径をｒ2、各面の円筒度をＣとしたとき
に、Ｃ≦（ｒ2−ｒ1）／２を満足していることが望まし
い。Ｃが（ｒ2−ｒ1）／２よりも大きくなると、第一部
材外周面と第二部材内周面とが接触しやすくなり、摩擦
増大による部材損耗を招きやすくなる場合がある。な
お、本発明において円筒度は、日本工業規格Ｂ０６２１
の５．４に定義されたものを採用する。

【００１９】次に、上記本発明特有の中心線平均粗さを
有する荒らし面は、例えば軸状の第一部材の外周面に対
しては、前記した硬質粒子投射による加工を適用しやす
いので、極めて容易に形成できる。この場合、第二部材
の内周面は、少なくとも中心線平均粗さＲａを１．０μ
ｍ以下に調整することが、摩擦増大による部材損耗を回
避する観点において望ましいといえる。そして、ラジア
ル動圧発生による回転軸線の振れ回り防止効果をさらに
高めるためには、第二部材の内周面も同様の荒らし面と
することが一層望ましい。

【００２０】また、第一部材の外周面とこれに対向する
第二部材の内周面との少なくとも一方に、前記した散点
状の微小な凹凸とともに、ラジアル動圧発生に寄与する
溝部を形成することもできる。このような溝部を付加す
ることにより、ラジアル動圧発生による振れ回り防止効
果を一層高めることができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につ
き、図面に示す実施例を参照して説明する。（実施例１）図１は、本発明の軸受機構を使用したハー
ドディスク駆動機構の一例を示すものである。該ハード
ディスク駆動機構１００は、ベース８に対し、その片面
から立ち上がる形態でボルト９により取り付けられた第
一部材としての固定軸２と、その外側に回転可能に配置
された第二部材としての回転部材３とを備え、それら固
定軸２と回転部材３とが軸受機構１の要部を構成してい
る。

【００２２】固定軸２の外周面２ａは円筒状面とされ、
軸線方向中間位置に形成された周方向の段面２ｃにより
基端部が大径化されている。該固定軸２ａの外側にはベ
アリング７が嵌め込まれ、段面２ｃにより支持されてい
る。また、前記した回転部材３は、軸線方向の挿通孔３
ａを有する筒状に形成され、該挿通孔３ａに対し固定軸
２ａの先端側が挿通されるとともに、一方の端面がベア
リング７により回転可能に支持されている。そして、挿
通孔３ａの内周面と、固定軸２の外周面２ａとの間に
は、軸受隙間Ｇが形成されている。この軸受隙間Ｇは、
潤滑油が充填されず空気（すなわち気体）で満たされた
状態となっている。なお、固定軸の先端面からは雄ねじ
部２ｂが突出形成され、ここにねじ孔１３ａを有するリ
ング状のストッパ１３が螺着されて、回転部材３の抜止
めがなされている。

【００２３】また、第一部材たる固定軸２の段面２ｃに
支持されているベアリング７は、第二部材たる回転部材
３の端面（被支持部）に当接し、回転部材３の、軸受隙
間Ｇの範囲でのラジアル方向移動を許容しつつ、これを
回転可能に支持する回転支持部として機能している。

【００２４】次に、ベース部８の板面中央からは、円環
状の固定リブ８ａが突出形成され、その内側に固定軸２
の基端部が嵌め込まれる一方、固定リブ８ａの外側に
は、筒状のコイルホルダ１０が嵌め込まれている。そし
て、そのコイルホルダ１０のさらに外側に、リング状の
コア１１ａと、そのコア１１ａに対し周方向に所定間隔
で巻き付けられた複数のコイル１１ｂとからなるコイル
ユニット１１が、固定的に嵌め込まれている。

【００２５】一方、回転部材３には、ベアリング７に面
しているのと反対側の端面に、カップ状のディスクホル
ダ４が取り付けられている。ディスクホルダ４は、頂面
部４ａが平坦に形成され、その中央において固定軸２の
先端部分を突出させるとともに、該頂面部においてボル
ト５により回転部材３に固定されている。また、ディス
クホルダ４の側壁部４ｂは、固定軸２の軸線方向におい
てコイルユニット１１を覆う位置までスカート状に延
び、外周面にはスペーサ６ａを介して複数のデータ記録
用ハードディスク６が取り付けられる。また、内周面側
にはコイルユニット１１に対向する位置に、複数の永久
磁石１２が周方向に所定の間隔で取り付けられている。
そして、これら永久磁石１２は、コイルユニット１１に
取り付けられたコイル１１ｂとともに駆動モータ部（駆
動部）を構成し、回転部材３と、これに取り付けられた
ディスクホルダ４及びハードディスク６を、固定軸２の
周りに一体的に回転駆動する役割を果たす。

【００２６】次に、回転部材３の挿通孔３ａの内周面
と、固定軸２の外周面２ａ（例えば、その挿通孔３ａの
内周面に対向する部分）とは、その少なくとも一方に、
図２（ａ）に模式的に示すように散点状の微小な凹凸Ｑ
が分散形成され、その中心線平均粗さＲａが０．１μｍ
〜１．０μｍ、望ましくは０．１５〜０．２μｍとなる
ように、面荒らしされている。

【００２７】例えば、固定軸２の外周面２ａを上記のよ
うに面荒らしする方法としては、図５（ａ）に示すよう
に、噴射ノズルＮから打撃粒子Ｂを投射する方法を例示
できる。この実施例では、固定軸２を軸線周りに回転さ
せつつ、噴射ノズルＮを前記軸線の方向に進退移動させ
ることにより、外周面２ａの全体に均一に打撃を加える
ようにしている。

【００２８】一方、挿通孔３ａの内周面については、図
５（ｂ）に示すように、挿通孔３内に噴射ノズルＮを挿
入し、打撃粒子Ｂを噴射しながらノズルＮを軸線方向に
進退させることにより、打撃を付与する方法を例示でき
る。また、図５（ｃ）に示すように、挿通孔３ａの一方
の開口部に噴射ノズルＮの噴射口を位置させ、反対側の
開口部から挿通孔３ａ内を吸引しつつ、打撃粒子Ｂを噴
射させる方法も可能である。

【００２９】打撃粒子Ｂは、平均粒子径が５〜１００μ
ｍの範囲にて調整されたものを使用し、ノズルＮからの
噴射圧力は、荒らし面（凹凸形成面）に対する投射速度
が、５０ｍ／秒〜３００ｍ／秒となるように調整され
る。打撃粒子Ｂの形状は、前述の通り球状のものがよ
く、なるべく径の揃ったものを使用することが望まし
い。また、その材質であるが、例えば固定軸２あるいは
回転部材３が機械構造用合金鋼（例えばＳＣＭ４４０等
のＣｒ−Ｍｏ鋼）にて構成される場合、打撃粒子Ｂはそ
れよりも硬質のセラミック粒子、例えば炭化珪素粒子と
して構成したものを好ましく使用することができる。

【００３０】この場合、図２（ｄ）に示すように、挿通
孔３ａの内周面と、固定軸２の外周面２ａとの双方を、
０．１μｍ≦Ｒａ≦１．０μｍとなるように面荒らしし
てもよいし、同図（ｂ）あるいは（ｃ）のように、一方
のみを面荒らしする形としてもよい。ただし、他方の面
の中心線平均粗さＲａは１．０μｍ以下とすることが望
ましい。

【００３１】次に、挿通孔３ａの内周面の半径をｒ2、
固定軸２の挿通孔３ａ内に挿通される部分の外周面半径
をｒ1として、軸受隙間Ｇの大きさに相当するｒ2−ｒ1
は、０．２〜２０μｍ（望ましくは４〜１０μｍ）に調
整されている。また、挿通孔３ａの内周面及び固定軸２
の外周面２ａの各円筒度をＣとしたときに、Ｃ≦（ｒ2
−ｒ1）／２となるように調整されている。夲実施例で
は、ｒ2及びｒ1の具体的な寸法は約３ｍｍであり、かつ
ｒ2−ｒ1は８μｍである。また、挿通孔３ａの軸方向長
さＭは２０ｍｍ程度である。そして、挿通孔３ａの内周
面と、固定軸２の外周面２ａとが、それぞれ中心線平均
粗さＲａが０．１９μｍ程度に調整されている。

【００３２】上記のように構成されたハードディスク駆
動機構１００において、前記した駆動モータ部を作動さ
せることにより、例えば回転部材３を４０００〜１５０
００ｒｐｍの回転速度で回転させる。軸受隙間Ｇを挟ん
で対向する各面２ａ，３ａに、図２に模式的に示すよう
な微小な凹凸を分散形成して、その中心線平均粗さを前
記範囲に調整してあることから、軸受隙間Ｇには固定軸
２の半径方向すなわちラジアル方向の動圧が生じる。そ
して、回転部材３に対し振動等により半径方向の振れ力
が作用しても、上記のラジアル動圧が復元力となって振
れ回りが生じにくくなる。本発明の構成では、十分なラ
ジアル動圧を発生するための回転速度が上記のように比
較的小さいので、固定軸２や回転部材３に損耗が生じに
くい。また潤滑油を使用しないので、少なくとも油供給
に関してはメンテナンスフリー化が実現されるほか、油
漏れ防止のためのシール構造も不要である。

【００３３】図４は、ＳＣＭ４４０にて構成された固定
軸２の外周面を、まず旋盤にて切削加工し、さらに＃１
０００のダイヤモンド砥石により周方向に研磨した後の
表面状態を原子間力顕微鏡を使用して粗さ解析し、その
粗さ分布を三次元マッピングした例を示している。一方
向回転するグラインダにより強く擦られて研磨されるの
で、方向性の強い縞状の起伏が形成されていることがわ
かる。このような表面形状では、動圧発生が不十分とな
ってしまう。一方、図３は、平均粒径４０μｍの球状炭
化珪素粒子を、投射速度２００ｍ／ｓで投射して面荒ら
し加工した後の表面状態を示す同様の三次元マッピング
である。方向性を有した縞状の起伏が姿を消し、代わっ
て二次元的に一様に分布した多数の凹凸が分散形成され
ていることがわかる。なお、該処理後の面の中心線平均
粗さは０．１９μｍである。

【００３４】（実施例２）図６は、本発明の軸受機構を
使用したポリゴンミラー駆動機構の一例を示すものであ
る。該ポリゴンミラー駆動機構２００は、ベース５８に
対し、その片面から立ち上がる形態で基端側が埋設され
た固定軸５０と、その外側に回転不能に一体化された軸
受部材５２と、さらにその軸受部材５２ａの外側に回転
可能に配置されたポリゴンミラー５３とを備える。固定
軸５０と軸受部材５２ａは第一部材を形成し、ポリゴン
ミラー５３は第二部材（回転部材）が一体化されたもの
として捕えることができる。そして、それら第一部材と
第二部材とが軸受機構５１の要部を構成している、

【００３５】軸受部材５２の外周面５２ａは円筒状面と
され、その軸線方向両側には、軸受部材５２よりも大径
のスラストベアリング５６，５６が配置されている。ポ
リゴンミラー５３は、軸線方向の挿通孔５３ａを有する
とともに、回転軸線Ｏの周囲を取り囲む形態で複数の反
射面５３ｃが多面体状に形成されている。そして、軸受
部材５２及び固定軸５０が該挿通孔３ａに対し挿通され
るとともに、両側の端面がスラストベアリング５６，５
６により回転可能に支持されている。そして、挿通孔５
３ａの内周面と、軸受部材５２の外周面５２ａとの間に
は、軸受隙間Ｇが形成されている。この軸受隙間Ｇは、
潤滑油が充填されず空気（すなわち気体）で満たされた
状態となっている。なお、固定軸５０の先端部は、円板
状のマグネットプレート５９の中央部を貫く形で突出
し、その突出部に雄ねじ部５２ｂが形成され、ここにね
じ孔（図示せず）を有するリング状のストッパ５８が螺
着されている。なお、スラストベアリング５６、５６
は、実施例１と同様にポリゴンミラー５３に対する回転
支持部として機能している。

【００３６】次に、ベース部５８の板面には、固定軸５
０を取り囲む形態で複数のコイル５４が埋設される一
方、ポリゴンミラー５３のこれに対向する端面には、複
数の永久磁石５５が取り付けられている。これら永久磁
石５５は、ベース部５８側のコイル５４とともに駆動モ
ータ部（駆動部）を構成し、ポリゴンミラー５３を軸受
部材５（固定軸５０）の周りに一体的に回転駆動する役
割を果たす。また、マグネットプレート５７の、ポリゴ
ンミラー５３の反対側の端面に対向する板面には、固定
軸５０を取り囲む形態で複数の永久磁石５７が取り付け
られてる。該磁石５７は、その磁力吸引による浮力をポ
リゴンミラー５３に与え、ポリゴンミラー５３の自重の
全てがスラストベアリング５６にかかるのを防止する役
割を果たす。

【００３７】そして、ポリゴンミラー５３の挿通孔５３
ａの内周面と、軸受部材５２の外周面５２ａとは、実施
例１と同様に、その少なくとも一方に図２（ａ）に模式
的に示すような散点状の微小な凹凸Ｑが分散形成され、
その中心線平均粗さＲａが０．１μｍ〜１．０μｍ、望
ましくは０．１５〜０．２μｍとなるように、面荒らし
されている。この面荒らし部の形成方法については、実
施例１と全く同様であるので、詳細な説明は省略する。

【００３８】上記のように構成されたポリゴンミラー駆
動機構２００において、前記した駆動モータ部を作動さ
せることにより、例えばポリゴンミラー５３を１０００
０〜４００００ｒｐｍの回転速度で回転させる。軸受隙
間Ｇを挟んで対向する各面５２ａ，５３ａに、図２に模
式的に示すような微小な凹凸を分散形成し、その中心線
平均粗さを前記範囲に調整してあることから、軸受隙間
Ｇには固定軸２の半径方向すなわちラジアル方向の動圧
が生じる。このラジアル動圧がポリゴンミラー５３の振
れ回り防止に寄与する。

【００３９】（実施例３）本発明の軸受機構において
は、第一部材の外周面とこれに対向する前記第二部材の
内周面との少なくとも一方に、前記散点状の微小な凹凸
とともに、ラジアル動圧発生に寄与する溝部を形成する
ことができる。図７にその一例を示している。この軸受
機構７１においては、固定軸７２の外周面７２ａと、そ
の外側に配置される回転部材７３の挿通孔７３ａの内周
面との間に軸受隙間Ｇが形成されている。この固定軸７
２の外周面には、軸線方向の複数箇所（この実施例では
２ケ所）に動圧発生用の溝部７２ｃの列が形成されてい
る。各溝部列は、固定軸７２の周方向の基準線ＢＬ上
に、各溝部７２ｃの山型（あるいはブーメラン型）のパ
ターンの先端が位置するように、所定の間隔で全周にわ
たって形成したものである（いわゆるヘリングボーン形
態）。また、各列毎に、溝部７２ｃの一方の端部側をつ
なぐ周方向の補助溝部７２ｄが形成されている。

【００４０】そして、それら溝部７２ｃ，７２ｄを除く
外周面７２ａの全面には、隣接する溝間部分も含めて、
実施例１あるいは実施例２と同様に、微小な凹凸を分散
形成することによる前述の面荒らし処理が施されてい
る。なお、溝部７２ｃ，７２ｃの形成方法は、例えば外
周面７２ｄに、溝パターン形成部を露出させた形でマス
キングを施し、その状態でエッチングを施して溝パター
ンを刻み込んだ後マスキングを除去する方法を例示でき
る。他方、耐摩耗性のマスキングを施し、露出部分にシ
ョットブラスト研削を施して溝パターンを刻み込んでも
よい。いずれの場合も、形成された溝パターンが摩滅し
ないよう、溝以外の表面への凹凸形成用面荒らし処理
は、溝パターン形成前に行うことが望ましい。

【００４１】

【実験例】本発明の効果を確認するために、以下の各種
実験を行った。（実験例１）図８に示す装置を用いて、軸受隙間を挟ん
だ両面の面粗さと、軸受性能との関係を各種条件にて調
べた。まず、図８の装置３００は、ベアリングにより回
転可能に支持された円柱状の軸ホルダの一方の端面に、
外周面に各種面荒らし処理を施した軸８２（第一部材）
を一体回転可能に取り付け、その軸８２の外側に、同じ
く各種面荒らし処理された挿通孔８３ａを有する円筒状
の被回転体８３を装着したものである。なお、軸８２
は、被回転体８３の両側にてベアリングにより支持して
いる。

【００４２】被回転体８３は、ＳＣＭ４４０にて、外径
３０ｍｍ、挿通孔半径ｒ2が６ｍｍ、軸線方向長さが２
０ｍｍの円筒状に形成している。また、軸８２は、その
外周面半径ｒ1を、ｒ2−ｒ1（軸受隙間Ｇの大きさ）が
０．１９〜２１．０μｍの各種値となるように、切削に
より調整した。なお、切削面の表面粗さは、Ｒａ＝０．
０９μｍ、Ｒmax＝１．２μｍ、Ｒｚ＝０．９μｍであ
った。そして、挿通孔８３ａの内周面と、軸８２の外周
面８２ａとは、それぞれ、打撃粒子として平均粒径４０
〜５０μｍの球状炭化珪素粒子を、速度１８０ｍ／秒〜
２００ｍ／秒にて投射することにより、その中心線平均
粗さが０．０７〜１．５μｍの各種値となるように面荒
らし処理した。なお、比較例として、軸８の外周面８２
ａを周方向のグラインダ研磨（ダイヤモンド砥石、＃１
０００）処理とし、挿通孔８３ａの内周面をドリル切削
面としたものも用意した。

【００４３】これらを、図８の装置３００に組み込み、
軸ホルダ及び軸８２を、ベルトを介してサーボモータに
より４０００ｒｐｍ及び８０００ｒｐｍの各種値にて回
転駆動するとともに、軸８２の回転により被回転体８３
に生ずる連れ回り力を測定した。動圧が良好に発生して
軸受摩擦が低下すれば上記連れ回り力が低下し、逆に摩
擦が大きくなれば連れ回り力は増大する。なお、該連れ
回り力の測定は、被回転体８３の外周面にテグスＳの一
端を固定して連れ回り方向と反対側にこれを延ばし、他
端側に取り付けた図示しない荷重計により、テグスＳに
生ずる張力を測定する形で行った。

【００４４】また、軸受隙間Ｇのシール状態の評価を以
下のようにして行った。すなわち、図９に示すように、
被回転体８３の壁部に、挿通孔８３ａに連通する測定孔
８３ｈ（内径約１．９ｍｍ）を形成し、その測定孔８３
ｈにチューブｔを介して取り付けたＵ字管にて、動圧発
生により上昇する軸受隙間Ｇの圧力と外圧との圧力差Ｈ
を読み取った。軸受隙間Ｇのシール状態が不良であれ
ば、発生した動圧が隙間外に漏洩して圧力が下がるの
で、圧力差Ｈが減少することとなる。

【００４５】以上、摩擦発生状況については、連れ回り
力をＦとして、Ｆ＜５ｇのものを「◎」、５ｇ≦Ｆ＜１
０ｇのものを「○」、１０ｇ≦Ｆ＜１５ｇのものを
「△」、Ｆ≧１５ｇのものを「×」とし、シール性につ
いては、圧力差をＨとしてＨ≧１００Ｐａのものを
「◎」、５０Ｐａ≦Ｈ＜１００Ｐａのものを「○」、１
０Ｐａ≦Ｈ＜５０Ｐａのものを「△」、Ｈ＜１０Ｐａの
ものを「×」として、それぞれ評価した。結果を、表１
及び表２に示す。

【００４６】

【表１】

【００４７】

【表２】

【００４８】すなわち、表１の結果から、挿通孔８３ａ
の内周面と、軸８２の外周面８２ａとの中心線平均粗さ
Ｒａを０．１μｍ〜１．０μｍの範囲にて調整すること
で、回転の摩擦が低減され、かつシール性も良好である
ことがわかる。とりわけ、Ｒａが０．１５〜０．２μｍ
の範囲では、低速回転時（４０００ｒｐｍ）においても
極めて良好なシール性が達成されている。なお、番号１
０及び１１の結果によれば、挿通孔８３ａの内周面と、
軸８２の外周面８２ａの一方のみが、上記の粗さ条件を
満たしている場合でも比較的良好な結果が得られるが、
番号２〜８の結果と比較することにより、双方ともに条
件を満たしている場合に、より優秀な結果が得られるこ
とが明らかである。一方、微小な凹凸が分散形成されな
い面状態となる表２の番号２９においては、粗さ範囲が
上記の条件を満たしているにも拘わらず、全く不調な結
果に終わっている。

【００４９】他方、表２の結果によれば、ｒ2−ｒ1の値
を０．２〜２０μｍの範囲にて調整することで、特に高
速回転時（８０００ｒｐｍ）の発生摩擦が小さくなって
おり、動圧発生状況がより良好となることがわかる。

【００５０】なお、軸８２に対して、各種平均粒径の炭
化珪素粒子を各種速度にて、１処理当り０．２分投射す
ることにより得られる荒らし面の、中心線平均粗さＲ
ａ、最大高さＲmax、１０点平均粗さＲｚの測定結果を
表３に示す。

【００５１】

【表３】

【００５２】平均粒子径が５〜１００μｍの範囲にて調
整された打撃粒子を、５０ｍ／秒〜３００ｍ／秒の速度
にて投射した場合に、本発明に好適な粗さが得られてい
ることがわかる。

【００５３】（実験例２）実施例１と同様の材質にて、
被回転体８３を、外径２０ｍｍ、挿通孔半径ｒ2が３ｍ
ｍ、軸線方向長さが２０ｍｍの円筒状に形成した。ま
た、軸８２は、その外周面半径ｒ1を、ｒ2−ｒ1（軸受
隙間Ｇの大きさ）が８μｍとなるように調整した。そし
て、挿通孔８３ａの内周面と、軸８２の外周面８２ａと
は、それぞれ、打撃粒子として平均粒径４０〜５０μｍ
の球状炭化珪素粒子を、速度１８０ｍ／秒〜２２０ｍ／
秒にて投射することにより、その中心線平均粗さが０．
０１〜０．３μｍの各種値となるように面荒らし処理し
た。こうして面荒らし処理した軸８２は、各々の条件毎
に２本ずつ用意し、そのうちの一方に、図７に示すのと
同様の形態の溝部を、図１０に示す寸法にて形成した。
これらを、図８の装置３００に組み込み、摩擦発生状況
及びシール性の評価を同様に行った結果を、表４に示
す。

【００５４】

【表４】

【００５５】すなわち、溝部を形成したものについて
は、シール性及び摩擦発生状況ともに良好であることが
わかる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の軸受機構を採用したハードディスク駆
動機構の一例を示す縦断面図。

【図２】その荒らし面の状況を模式的に示す説明図。

【図３】硬質粒子投射により形成された荒らし面の三次
元マッピングの一例を示す図。

【図４】グラインダ研磨により形成した比較例の荒らし
面の三次元マッピングを示す図。

【図５】硬質粒子投射による面荒らし工程のいくつかの
例を模式的に説明する図。

【図６】本発明の軸受機構を採用したポリゴンミラー駆
動機構の一例を示す縦断面図。

【図７】荒らし面に微小な凹凸とともに溝部を形成する
一例を示す説明図。

【図８】実験例１及び実験例２にて使用した、軸受隙間
の摩擦力評価装置の模式図。

【図９】同じく、軸受隙間のシール性評価の原理説明
図。

【図１０】実験例２にて、軸側に形成した溝部の寸法を
示す図。

【符号の説明】１軸受機構２軸（第一部材）２ａ外周面２ｂ取付ねじ部３回転体（第二部材）３ａ挿通孔４回転ディスクホルダ６ハードディスク７ベアリング（回転支持部）１１コイル１２永久磁石Ｂ打撃粒子５０軸５１軸受機構５２軸受部材（第一部材）５２ａ外周面５２ｂ取付ねじ部５３ポリゴンミラー５３ａ挿通孔５４コイル５５永久磁石１００ハードディスク駆動機構２００ポリゴンミラー駆動機構

───────────────────────────────────────────────────── 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）Ｈ０２Ｋ 7/08 Ｂ４１Ｊ 3/00 Ｄ (72)発明者加藤万規男三重県三重郡川越町亀須新田354−３Ｆターム(参考） 2C362 BA10 2H045 AA13 AA23 3J011 AA04 BA02 CA10 DA02 KA02 MA02 PA02 5H607 AA04 BB01 BB14 BB17 BB25 CC01 DD02 DD03 EE10 GG01 GG04 GG12 GG14

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】軸状の第一部材と、その第一部材が挿通される挿通孔を有し、該挿通孔にお
ける前記第一部材の軸線周りの相対回転を許容した状態
にて、前記挿通孔内面と前記第一部材の外周面との間
に、気体にて満たされた所定量の軸受隙間を形成する第
二部材とを備え、前記第一部材の外周面とこれに対向する前記第二部材の
内周面との少なくとも一方に、散点状の微小な凹凸を分
散形成して面荒らしすることにより、その中心線平均粗
さを０．１μｍ〜１．０μｍの範囲にて調整し、前記第
一部材と前記第二部材とを相対回転させることにより、
前記軸受隙間において、前記第一部材の周囲にラジアル
動圧を発生させるようにしたことを特徴とする軸受機
構。
【請求項２】前記第一部材の外周面とこれに対向する
前記第二部材の内周面との少なくとも一方の中心線平均
粗さを、０．１５μｍ〜０．２μｍの範囲にて調整した
請求項１記載の軸受機構。
【請求項３】前記第一部材の円柱状の外周面半径をｒ
1、前記第二部材の円柱状の内周面半径をｒ2としたとき
に、ｒ2−ｒ1が０．２〜２０μｍの範囲にて調整されて
いる請求項１又は２に記載の軸受機構。
【請求項４】前記第一部材の外周面半径をｒ1、前記
第二部材の内周面半径をｒ2、各面の円筒度をＣとした
ときに、Ｃ≦（ｒ2−ｒ1）／２を満足している請求項１
ないし３のいずれかに記載の軸受機構。
【請求項５】前記第一部材の外周面に散点状の微小な
凹凸を分散形成して面荒らしすることにより、その中心
線平均粗さＲａを０．１μｍ〜１．０μｍの範囲にて調
整する一方、前記第二部材の内周面の中心線平均粗さＲ
ａを１．０μｍ以下に調整した請求項１ないし４のいず
れかに記載の軸受機構。
【請求項６】前記第一部材には、前記第二部材側に形
成された被支持部に当接する形で設けられ、前記第二部
材の前記軸受隙間の範囲でのラジアル方向移動を許容し
つつ、これを回転可能に支持する回転支持部が形成され
ている請求項１ないし５のいずれかに記載の軸受機構。
【請求項７】前記散点状の微小な凹凸は、平均粒子径
が５〜１００μｍの範囲にて調整された打撃粒子を、前
記凹凸の形成面部に対し５０ｍ／秒〜３００ｍ／秒の速
度にて投射することにより形成されたものである請求項
１ないし６のいずれかに記載の軸受機構。
【請求項８】前記散点状の微小な凹凸は、前記打撃粒
子として、前記形成面部を構成する材質よりも硬質の粒
子を使用することにより形成されたものである請求項７
記載の軸受機構。
【請求項９】前記散点状の微小な凹凸は、前記打撃粒
子として、球状の粒子を使用することにより形成された
ものである請求項７又は８に記載の軸受機構。
【請求項１０】前記散点状の微小な凹凸は、前記形成
面部に対し前記打撃粒子の投射を複数回繰り返すことに
より形成されたものである請求項７ないし９のいずれか
に記載の軸受機構。
【請求項１１】前記第一部材の外周面とこれに対向す
る前記第二部材の内周面との少なくとも一方に、前記散
点状の微小な凹凸とともに、前記ラジアル動圧発生に寄
与する溝部を形成した請求項１ないし１０のいずれかに
記載の軸受機構。
【請求項１２】請求項１ないし１１のいずれかに記載
の軸受機構と、その軸受機構の前記第一部材及び前記第二部材のうち一
方を固定側、他方を回転側として、その回転側となる部
材（以下、回転部材という）を回転駆動する駆動部と、前記回転部材に取り付けられてこれと一体的に回転する
ハードディスクとを備えたことを特徴とするハードディ
スク駆動機構。
【請求項１３】請求項１ないし１１のいずれかに記載
の軸受機構と、その軸受機構の前記第一部材及び前記第二部材のうち一
方を固定側、他方を回転側として、その回転側となる部
材（以下、回転部材という）を回転駆動する駆動部と、その回転部材に一体化されるとともに、その回転軸線の
周囲を取り囲む形態で複数の反射面が多面体状に形成さ
れたポリゴンミラーとを備えたことを特徴とするポリゴ
ンミラー駆動機構。