JP2000320545A - 動圧気体軸受 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型軽量、構造簡単で低コストでありながら
十分な剛性を発揮する動圧気体軸受を提供する。 【解決手段】 軸受を、気体導入可能な溝２６を有する
ラジアル部と、一端が前記ラジアル部と結合し他端が外
部と結合したスラスト部とからなる構成とし、ラジアル
部で導入した気体をスラスト部に導き入れ、その圧力を
利用してスラスト動圧発生機構を別途設けることなく安
定したスラスト力を得る。前記スラスト部に導入された
空気は、その後外部につながる開口部２８を通って排出
される。前記溝部２６の表面積はラジアル部全体の表面
積に対して４０％以下とし、又溝の本数は６本以下であ
ることが好ましい。溝形状は、気流の上流部が深く下流
部（同、下手）が浅い非対称形状とすることが、ラジア
ル部及びスラスト部の剛性を高める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スピドルモータな
どに使用される動圧気体軸受に関するものであり、より
詳しくは、ラジアル部とスラスト部とを有する動圧気体
軸受に関する。

【０００２】

【従来の技術】ハードディスクなどの小型記憶装置、バ
ーコードリーダに用いるポリゴンミラーの駆動などに
は、小型軽量で回転精度の高いスピンドルモータが必要
とされる。動圧気体軸受や動圧流体（オイル）軸受は、
構造簡単で安定した軸受機能を発揮することから、これ
ら形式による各種構造の軸受をスピンドルモータに使用
することが検討されている。特開平１１−５５９１８号
公報にはそのような動圧気体軸受の例が示されており、
その構造を図７に示す。図において、１はハウジング、
２はハウジング１に固定されたシャフトで、そのシャフ
ト２の外周には３のロータが嵌装されている。シャフト
２の外周には４のステータが、それと対向するロータ３
の内周には５のロータ磁石がそれぞれ取り付けられてお
り、ステータ４に巻かれたコイルに通電することによ
り、ステータ４とロータ磁石５との間で駆動力を発生
し、この例においてはシャフト２に対してロータ３が回
転する。

【０００３】シャフト２外周とロータ３内周との間には
又、ラジアル動圧発生部７、８が対向するようにそれぞ
れ取り付けられており、両者の間の相対回転によってラ
ジアル動圧を発生し、ラジアル軸受部を形成する。さら
にハウジング１とロータ３との間には、スラスト動圧発
生部９、１０がそれぞれ設けられ、対向する両面のいず
れかにはスラスト動圧を発生する溝が刻まれており、同
じくロータ３が回転することによりスラスト動圧を発生
させ、ハウジング１に対してロータ３を持ち上げて、ロ
ータ３の非接触の回転を可能するものである。

【０００４】しかし、上記のような構造では、ロータ３
が停止状態から回転を始めた後十分なスラスト動圧が発
生するまでの間は、前記９と１０のスラスト動圧発生部
は接触したままで回転することとなり、両者間で摩耗が
生じ、耐久性が劣るという問題があった。またスラスト
動圧を発生させるための溝は、通常は螺旋状であり、そ
の加工はエッチングやレーザによることが多い。このた
めコスト高になるという問題があった。

【０００５】特開平１１−６９７１５号公報では、前記
の接触したまま回転するという問題を解決するために、
図８に示すような構造の動圧気体軸受を開示している。
図８において、図７で示したものと同一符号のものは、
同一機能を果たす部品を表す。１１のハウジングには１
２のシャフトが固定され、そのシャフト１２の外周部に
１３の一方に閉塞端を有する円筒部材が嵌装されて、こ
れがロータ部を形成している。駆動力は、この円筒部材
１３の外周に固定されたロータ磁石５と、これに対向し
てハウジング１１に設けられたステータ４との間で生み
出される。ラジアル動圧は固定されたシャフト１２の外
周部と、回転する円筒部材１３の内周面との間に発生す
るが、シャフト１２外周にはへリングボーン状の溝が設
けられており、これによって導入された空気が閉塞端を
有する円筒部材１３の上部に導かれて圧力を加える結
果、この円筒部材１３が持ち上げられる。一方前記円筒
部材１３の外周部には環状のスラスト部材１４、これに
対向する位置には、ハウジング１１に固定されたスラス
ト押さえ部材１５が設けられており、円筒部材１３が持
ち上げられるとともに前記スラスト部材１４がスラスト
押さえ材１５に接近することにより、両者の間でスラス
ト動圧が発生し、円筒部材を所定の高さに保持して無接
触の回転を確保するものである。

【０００６】このような構造によれば、前記の例に示す
回転開始時のスラスト動圧発生部材９、１０間の接触に
よる摩耗を回避することはできるが、スラスト部材１４
及び、スラスト押さえ部材１５を新たに設けることとな
り、構造が複雑となり、サイズ、重量とも増加すること
となる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
目的は、上記のような問題を解決するためのもので、小
型軽量で低コスト、しかも構造簡単でありながら剛性が
高い動圧気体軸受を提供するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、軸受のラジア
ル部で導入した気体をそれにつながるスラスト部に導き
入れ、その圧力をスラスト部の圧力として利用するもの
で、これによりスラスト動圧を発生させる機構を別途設
けることなく、安定したスラスト力を得ることができる
ようにしたものである。その具体的内容は以下のようで
ある。

【０００９】請求項１に記載の本発明にかかる動圧気体
軸受は、気体導入が可能な溝を有するラジアル部と、一
端が前記ラジアル部と結合し他端が外部と結合したスラ
スト部と、から構成されることを特徴としている。

【００１０】請求項２に記載の本発明は、シャフトと、
そのシャフトの外周面に相対回転が可能に嵌装される一
端が開放され他端に端末部を有する中空円筒状部材とか
らなる動圧気体軸受において、前記シャフトの外周面と
前記中空円筒状部材の内周面とで構成される軸受のラジ
アル部には、前記シャフト外周面もしくは前記中空円筒
状部材の内周面のいずれかに気体導入が可能な溝が設け
られ、前記シャフトの一方の端末面と前記中空円筒状部
材の前記端末部内面との間で構成されるスラスト部に
は、前記気体が排出可能な外部への開口部が設けられ、
前記スラスト部は、前記ラジアル部に連続して形成され
ていることを特徴としている。

【００１１】請求項３に記載の本発明は、シャフトと、
そのシャフトの外周面に相対回転が可能に嵌装される一
端が開放され他端に半径方向外部に広がる面を有する中
空円筒状部材とからなる動圧気体軸受において、前記シ
ャフトの外周面と前記中空円筒状部材の内周面とで構成
される軸受のラジアル部には、前記シャフト外周面もし
くは前記中空円筒状部材の内周面のいずれかに気体導入
が可能な溝が設けられ、前記中空円筒状部材の前記半径
方向外部に広がる面と、それに対向する前記シャフトの
一方の端末部に固定されて半径方向外部に広がる面との
間で構成されるスラスト部には、そのスラスト部の外縁
で前記気体が排出可能な開放部が設けられ、前記スラス
ト部は、前記ラジアル部に連続して形成されていること
を特徴としている。

【００１２】請求項４に記載の本発明にかかる動圧気体
軸受は、ラジアル部に設けられた前記気体導入が可能な
溝が、螺旋状の溝であることを特徴としている。

【００１３】請求項５に記載の本発明にかかる動圧気体
軸受は、前記スラスト部を構成する対向面のいずれも
が、スラスト動圧を発生させるための溝状の凹凸を有し
ないことを特徴としている。

【００１４】請求項６に記載の本発明にかかる動圧気体
軸受は、前記ラジアル部の溝部の表面積が、軸受のラジ
アル部全体の表面積に対して４０％以下であることを特
徴としている。

【００１５】請求項７に記載の本発明にかかる動圧気体
軸受は、前記ラジアル部の溝の本数が、６本以下である
ことを特徴としている。

【００１６】請求項８に記載の本発明にかかる動圧気体
軸受は、前記ラジアル部の溝の形状が、気流の上流部
（回転方向の上手）が深く、下流部（同、下手）が浅い
非対称形状であることを特徴としている。

【００１７】そして請求項９に記載の本発明にかかる動
圧気体軸受は、前記軸受を構成するシャフト及び中空円
筒状部材のいずれか一方もしくは両方の材質が、セラミ
ックスであることを特徴としている。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明にかかる第１の実施の形態
につき、図面を参照しながら説明する。図１は、この実
施の形態にかかる動圧気体軸受を示すもので、図におい
て、２１はハウジング、２２はそのハウジングに固定さ
れたシャフトで、そのシャフトの外周には２３のロータ
ハブ（中空円筒状部材）が回転可能に嵌装されている。
前記ハウジング２１中央部には放射状に２４のステータ
が固定され、前記ロータハブ２３の内周面に装着された
２５のロータ磁石に対向している。シャフト２２には、
その外周面に２６の螺旋状の溝が設けられており、又ロ
ータハブ２３は上端面２７に開口部２８を有している。
本実施の形態ではハードディスク用のスピンドルモータ
の例を示しており、前記ロータハブ２３の周囲には複数
の記録メディア２９が装着されている。

【００１９】上記構成にかかる動圧気体軸受の動作は、
ステータ２４の外周に巻かれたコイルに通電することに
より、ステータ２４とロータ磁石２５との間で吸引／反
発力が生じ、この作用によってロータ磁石２５およびこ
れと一体となったロータハブ２３がシャフト２２を中心
に回転する。この回転に伴い、シャフト２２の外周面と
ロータハブ２３の内周面との間にラジアル動圧が発生
し、両者の間ではラジアル方向に無接触の状態となって
ロータハブ２３が回転する。

【００２０】ここでシャフト２２には、前記のようにそ
の外周部に螺旋状の溝２６が設けられており、その溝２
６の螺旋は、ロータハブ２３の回転方向に沿って図面上
でシャフト２２の下方から上端部３０に向かう方向に設
けられている。このため、ロータハブ２３の回転に伴っ
て図の軸受部下方からシャフト２２とロータハブ２３の
間に導入された空気が前記溝２６を伝わって順次上部に
導かれることとなる。本発明においては、ラジアル部に
結合する形でスラスト部が連続して設けられているた
め、前記導入された空気が、前記シャフト２１の上端部
３０とロータハブ２３の上端部内面２７との間に圧力を
加え、これによってシャフト２２とロータハブ２３との
間にスラスト圧力が加わってロータハブ２３が持ち上げ
られ、ロータハブ２３はシャフト２２とは非接触の状態
となって回転する。

【００２１】前記の通り、ロータハブ２３にはその上端
面内面２７に開口部２８を有しているため、前記スラス
ト動圧を作用させた空気は、その後この開口部２８を通
過して外部に排出される。すなわち、空気は、図面上で
シャフト２２の軸受部下部から導入され、その溝２６と
ロータハブ２３との間を伝わって上方に導かれ、シャフ
ト２２の上端部３０に至ってロータハブ２３の上端部２
７との間でスラスト圧力を発生させ、その後開口部２８
を通って排出される、という一連の作用を順次継続して
行っている。

【００２２】このような構成とすることにより、シャフ
ト２２の上端部３０とロータハブ２３の上端部内面２７
との間においては、動圧発生溝などの加工を何ら要する
ことなく圧力を発生させることができる。また、図１か
ら容易に理解できるように、シャフト２２及びロータハ
ブ２３で構成されるラジアル部の長さは、シャフト２２
もしくはロータハブ２３の上端部の半径より長くなるよ
うに設計可能であるため、シャフト２２外周面に形成さ
れる溝は、スラスト部に溝を形成する場合よりも長くす
ることができる。このため、気体を圧縮する効果が高
く、低回転域でも高い加圧を得ることができる。すなわ
ち、低回転域でスラスト部が浮上して非接触回転し、接
触摩耗を抑制することができる。

【００２３】なお、本発明においては、前記のロータハ
ブ２３の上端面２７に設けられている開口部２８が重要
な役割を果たしており、この開口部２８、すなわち空気
排出部が設けられていない場合には、下記の実施例２に
示す通りロータハブ２３は持ち上がりはしても空気のエ
アクッション効果で浮動したり、甚だしい場合には抜け
てしまうというように安定した回転は得られないことが
ある。開口部を設けることにより、ラジアル部の溝から
導入された気体はロータハブ２３位置の高低によって異
なる抵抗で外部に放出される。すなわち、ロータハブ２
３が上に移動して高い位置にあると、ラジアル部空隙が
増加し、抵抗が減少して圧力が減少し、浮上力が低下す
る。反対に、ロータハブが下に移動して低い位置にある
と、抵抗が増加して圧力・浮上力が増加する。ラジアル
部のこのような自己圧力調整機能により、高いスラスト
剛性を得ることができる。このようなスラスト部の自己
圧力調整機能を最大限に発揮させるには、スラスト動圧
発生のために通常設けられる螺旋状溝の凹凸がないこと
の方が好ましい。溝状の凹凸があると、スラスト部が接
触した場合でも気流が生じ、スラスト剛性が低下する。
ここでいう溝状の凹凸とは、スラスト部において、ラジ
アル部との接続部と外部（図１では、各々、外径側と内
径側）をつないで連続して１μｍ以上の深さで形成され
た気流の通り道となるような凹凸を言う。より具体的に
は、通常スラスト部に形成される螺旋状溝や放射状溝は
含まれるが、同心円状の凹凸は含まない。また言うまで
もないことであるが、スラスト部を構成する両面の平行
度（すなわち、シャフトおよび中空円筒状部材のスラス
ト部とラジアル部の垂直度）が高く維持されていること
も重要である。この開口部２８の径は、下記実施例１、
２ではシャフトの直径１２−１５ｍｍに対して１ｍｍと
しているが、実験結果ではこの径にはかなりの許容範囲
が認められている。

【００２４】次に本発明にかかる第２の実施の形態につ
き、図面を参照に説明する。図２は、この実施の形態に
かかる軸受を示すもので、先の図面で使用した符号と同
一のものは同一の機能を果たす部品である。図におい
て、３２はハウジング３１に固定されたシャフト、３３
は前記シャフト３２の外周部に回転可能に嵌装されたロ
ータハブを示している。シャフト３４にはその上端部４
０の周囲において、面取り部３４が設けられている。又
本実施の形態においては、ロータハブ３３の上端部３７
には開口部がなく、代りにシャフト３２に穴３８が設け
られている。

【００２５】その動作は第１の実施の形態と同様で、ス
テータ２４とロータ磁石２５との間で回転駆動力が生
じ、ロータハブ３３がシャフト３２に対して回転するこ
とから両者の対向面にラジアル動圧が発生、またシャフ
ト３２の外周部に設けられた溝２６によってシャフト３
２の下部から導入された空気がシャフト３２の上端部４
０とロータハブ３３の上端部内面３７の間に導かれ、こ
こで両者の間にスラスト圧力を発生させてロータハブ３
３を非接触にして回転させるものである。空気は、その
後シャフト３２の穴３８を通って外部に排出され、この
ような空気による作用が順次継続して行われるものであ
る。

【００２６】本願発明者らの実験によれば、シャフト３
２に設けられた面取り部３４によるスラスト部及びラジ
アル部への影響感度は僅かなものであることが判明して
いる。すなわち、ラジアル部とスラスト部は直ぐに結合
された状態であることは必ずしも必要ではなく、一度上
記面取り３４のような開放部が設けられていても、結果
としてラジアル部とスラスト部が連続して設けられてい
れば、同様な効果を得ることができる。

【００２７】又空気の外部への開放は、先の例にあった
ロータハブ側であっても、本実施の形態にあるシャフト
側にあってもよく、又複数の穴であったり、ロータハブ
とシャフトと両側に設けることもでき、空隙量の変化に
応じてスラスト圧力が調整できるものであればよい。

【００２８】次に、本発明にかかる第３の実施の形態に
つき、図面を参照にして説明する。図３は、この実施の
形態にかかる軸受を示したもので、図３において、先の
図面で使用した符号と同一ものは同一の機能を果たす部
品を示している。本実施の形態は、スラスト部の内側が
ラジアル部につながるケースであり、図において、４２
はハウジング４１に固定されたシャフトで、このシャフ
ト４２の外周部には４４のスリーブが回転可能に嵌装さ
れ、そのスリーブ４４の一端には４３のロータが固定さ
れている。スリーブ４４の他端には４５のスラスト部が
設けられ、ハウジング４１の上面４６に対向している。

【００２９】前記のように構成された軸受けの動作は、
ハウジング４１に放射状に配置されたステータ２４とこ
れに対向してロータ４３の内面に装着されたロータ磁石
２５との間に駆動力が発生して、ロータ４３及びこれに
固定されたスリーブ４４がシャフト４２を中心に回転す
る。この回転により、シャフト４２とスリーブ４４との
間にラジアル動圧が発生し、スリーブ４４及びロータ４
３がラジアル方向においてシャフト４２とは無接触に回
転する。

【００３０】ここで前記シャフト４２には、その外周部
に溝部２６が設けられているため、空気が図面上でシャ
フト４２の上部から導入され、その溝部２６とスリーブ
４４との間を伝わって図面上の下部に導かれ、シャフト
４２の固定部であるハウジング４１の上面４６に至って
スラスト部４５との間に導かれ、ここで発生する圧力に
よりスリーブ４４及びこれに固定されたロータ４３を持
ち上げ、ロータ４３を無接触の状態で回転させる。その
後空気は、図面上でスラスト部４５の外周に向けて排出
され、このような空気による作用が順次継続的に行われ
るものである。

【００３１】この際、スラスト圧力を発生させる空気
は、シャフト４２の溝２６によって順次供給されること
から、前記スラスト部４５及びそれに対向するハウジン
グの上面４６には、スラスト動圧を発生させるための溝
部など何らの加工も必要とされず、安価なスラスト軸受
を実現させることができる。

【００３２】次に、本発明にかかる第４の実施の形態に
つき、図面を参照にして説明する。図４は、この実施の
形態にかかる軸受を示したもので、図において、先の図
面で使用した符号と同一ものは同一の機能を果たす部品
を示している。本実施の形態は、シャフト側が回転する
ケースであり、図において５２はシャフトで、このシャ
フト５２は、５３のロータと一体となって回転する構造
に形成され、ハウジング５１に設けられた５４のスリー
ブの内周面に回転可能に嵌入されている。シャフト５２
の下端面５５に対向するハウジングの上端部内面５６に
は、開口部５８が設けられ、空気の排出を可能にしてい
る。

【００３３】前記のように構成された軸受けの動作は、
スリーブ５４に放射状に配置されたステータ２４とこれ
に対向してロータ５３の内面に装着されたロータ磁石２
５との間に駆動力が発生して、ロータ５３及びこれに固
定されたシャフト５２がスリーブ５４に対して回転す
る。この回転により、シャフト５２とスリーブ５４との
間にラジアル動圧が発生し、シャフト５２はラジアル方
向においてスリーブ５４とは無接触に回転する。

【００３４】ここで前記シャフト５２には、その外周面
に溝２６が設けられているため、空気が図面上でシャフ
ト５２の上部から導入され、その溝部２６とスリーブ５
４との間を伝わって図面上の下方に導かれ、シャフト５
２の下端面５５とハウジング５１の上端部内面５６との
間に入り、ここでの圧力によりシャフト５２及びロータ
５３を持ち上げ、ロータ５３を無接触の状態で回転させ
る。その後空気は、ハウジング５１に設けられた開口部
５８を通って外部に排出され、このような空気による作
用が順次継続的に行われるものである。

【００３５】この際、スラスト圧力を発生させる空気
は、シャフト５２の溝２６によって順次供給されること
から、前記スラスト部のシャフト端面５５及びそれに対
向するハウジングの上端部５６には、スラスト動圧を発
生させるための溝部など何らの加工も必要とされず、安
価なスラスト軸受を実現させることができる。

【００３６】なお、図４では前記空気の開放をハウジン
グ５１に設けた開口部５８により行っているが、第２の
実施の形態にあるように、この空気の開放をシャフト５
２に穴を設けることにより行ってもよい。

【００３７】次に、本発明にかかる第５の実施の形態に
つき、図面を参照して説明する。図５は、この実施の形
態にかかる軸受を示したもので、図において、先の図面
で使用した符号と同一ものは同一の機能を果たす部品を
示している。本実施の形態は、シャフトが回転し、かつ
スラスト部の内側がラジアル部につながるケースを示す
もので、図において、６２はシャフトで、このシャフト
６２は、６３のロータと一体となって回転する構造に形
成され、ハウジング６１に固定された６４のスリーブの
内周面に回転可能に嵌入されている。スリーブ６４には
６５のスラスト部が設けられ、ロータ６３の内部上端面
６７に対向している。

【００３８】前記のように構成された軸受けの動作は、
ハウジング６１に放射状に配置されたステータ２４とこ
れに対向してロータ６３の内面に装着されたロータ磁石
２５との間に駆動力が発生して、ロータ６３及びこれに
固定されたシャフト６２がスリーブ６４に対して回転す
る。この回転により、シャフト６２とスリーブ６４との
間にラジアル動圧が発生し、シャフト６２はラジアル方
向においてスリーブ６４とは無接触に回転する。

【００３９】ここで前記シャフト６２には、その外周部
に溝２６が設けられているため、空気が図面上でシャフ
ト６２の下部から導入され、その溝２６とスリーブ６４
との間を伝わって図面上の上方に導かれ、ロータ６３の
上端部内面６７に至ってスラスト部６５との間に入り、
ここでの圧力によりロータ６３及びシャフト６２を持ち
上げ、この両者を無接触の状態で回転させる。その後空
気は、図面上でスラスト部６５の外周に向けて排出さ
れ、このような空気による作用が順次継続的に行われる
ものである。

【００４０】この際、スラスト圧力を発生させる空気
は、シャフト６２の溝２６によって順次供給されること
から、前記スラスト部６５及びそれに対向するロータの
上端部６７には、スラスト動圧を発生させるための溝部
など何らの加工も必要とされず、安価なスラスト軸受を
実現させることができる。

【００４１】次に、本発明にかかる第６の実施の形態に
つき、説明する。本実施の形態はシャフトの外周部に設
けられる空気を導入するための溝に関するもので、この
溝は、螺旋状に形成するが好ましく、回転に伴ってラジ
アル部に結合されたスラスト部を加圧し、スラスト部の
負荷容量を高めるものとしている。また、このような溝
を設けることでラジアル部の圧力も全体として高くなる
ため、高回転域におけるラジアル部の負荷容量・剛性も
向上させることができる。

【００４２】すなわち、ラジアル部に連続してスラスト
部を設け、又スラスト部の他端を外部に開放することに
よって、スラスト部も軸受として機能し、剛性を向上さ
せる構造としている。スラスト部の加圧が、このラジア
ル部の空気導入溝によって行われるため、通常必要なス
ラスト部における動圧発生のための螺旋溝が不要にな
り、加工コストを低減することができる。なお、スラス
ト部の螺旋溝は、エッチングやレーザ加工などによるこ
とが多く、高コストとならざるを得ないが、ラジアル部
の螺旋溝は後述のように、シャフト素材を回転させなが
ら研削加工すること、などによって安価に形成可能であ
り、総コストの減少につながる。

【００４３】前述のように、ラジアル部においては、ラ
ジアル方向の負荷容量・剛性を確保する必要がある。前
記溝部は、ラジアル部においては気流が不連続となって
ラジアル部における負荷容量・剛性の向上には寄与しな
いため、スラスト部への空気の導入が必要とはいえその
溝部の占める比率をある限度以下に留めておく必要があ
る。本願発明者らによる実験により、前記シャフトの軸
受を構成する面に占める溝部の表面積の比率は、４０％
以下に抑えるのが好ましいことが分った。また、同じ理
由により、溝数は６本以下とするのが好ましいとの結果
も得ている。

【００４４】なお、これまでの実施の形態においては、
各図面上では前記溝を螺旋状として表示しているが、本
発明ではラジアル部につながるスラスト部へ空気を導く
ことがこの溝の第１の目的であり、したがってスラスト
部へ空気を導くことができる限り必ずしも螺旋状でなく
てもよい。螺旋状以外の例としては、へリングボーン状
の溝が考えられる。本願発明者らの実験によれば、シャ
フトの軸に平行な溝（捩れ角０）であっても、一定の効
果が得られることがわかっている（実施例１参照）。但
し、溝なしのシャフトとした場合には、本発明にかかる
特有の効果を得ることはできなかった。

【００４５】次に、本発明の第７の実施の形態について
説明する。本実施の形態は、第３の実施の形態と同様、
シャフト部に設けられる溝に関するものである。この溝
を設ける第１の目的は、繰り返しになるがラジアル部を
通してそれにつなるスラスト部へと空気を導くことにあ
る。したがって溝の形状は、この目的に適した効率的な
空気の導入、搬送ができるもので、かつラジアル部での
動圧発生にも寄与するか、あるいは少なくとも悪影響の
出ないものであることが必要である。溝を設ける第２の
目的は、ラジアル部の安定性を向上させることである。
溝を設けることにより、高回転時のハーフホワール挙動
（回転数の１／２の周期で振動する現象）を抑えること
ができる。また低回転時の浮上回転数についても配慮す
る必要がある。

【００４６】この観点から行った本願発明者らによる実
験によれば、ラジアル部に設けられる溝の形状は、その
断面における深さが気流の上流部（回転方向の上手側）
では深く、下流部（回転方向の下手側）が浅い非対称と
なるように設けることが好ましいことが分った。このよ
うな形状とすることにより、ラジアル方向の安定性向上
（ハーフホワールの抑制）ができ、スラスト部での加圧
効果を促進してロータの浮上回転数を低く押さえる効果
を認めることができた。

【００４７】図６は、このような非対称の溝の一例を示
したもので、図において７２はシャフトの断面、７３は
そのシャフト７２の回転方向を示している。溝２６は、
回転の上手から順に３度の角度差を設けて各６μ，３
μ，３μづつ研磨して設けたもので、後の実施例１で使
用した溝を表したものである。なお図６は、寸法、角度
および外周に占める比率などは溝２６部分のみを誇張し
て表わした模式図である。また溝は、レーザ加工やエッ
チングなどによっても形成することができる。

【００４８】これまでの説明ではスラスト部へ導くもの
を空気としているが、本発明にかかる軸受を特定の雰囲
気中（例えば不活性ガス中）での使用に供することも勿
論可能であり、その場合にはラジアル部からスラスト部
に導入されるのが空気ではなく、その他の気体であって
もよい。

【００４９】同じくこれまでの明細書で言及した内容で
は、前記溝はその加工が容易なシャフト側に設ける前提
で説明をしているが、逆にシャフトに対向して協働で軸
受部を形成するスリーブもしくはロータ（中空円筒状部
材）の内面側に設けられていても、同様な効果を得るこ
とができる。

【００５０】又、シャフト、及びシャフトに対向して協
働で軸受け部を形成するスリーブもしくはロータ内面の
材質はセラミックスとすることにより、軸受の剛性、耐
久性を高めることができる。ただし、本発明の範囲はこ
れに限定されるものではない。

【００５１】

【実施例】［実施例１］図１の構造に基づき、シャフト
直径１５ｍｍ、軸受部有効長１２ｍｍ、平均空隙１．５
μｍのラジアル部と、外径１５ｍｍ、内径（開口部径）
１ｍｍのスラスト部からなる軸受を作成した。ラジアル
部は螺旋溝として、深さ６μｍで１回研削加工した後、
回転方向の下手側に３度回転させて３μｍ、さらに同じ
方向に３度回転させて３μｍ研削加工した溝（以下、６
３３溝と略記する）を、端面から他端面までの捻れが２
０度となるように３本形成した。図６は、このように加
工したシャフトの断面を示したものである。この軸受を
１０，０００ｒｐｍで回転させたところ、２μｍ浮上時
のスラスト方向の負荷容量は１．５Ｎ、剛性は０．８Ｎ
／μｍであった。なお、比較例として、上記６３３溝３
本を捻れ角０度（回転軸と垂直）で形成した場合には、
同条件において、負荷容量０．３Ｎ、剛性０．１Ｎ／μ
ｍを示した。また、溝を全く形成しない場合には、負荷
容量、剛性共計測できない程小さかった。

【００５２】［実施例２］同じく図１の構造に基づき、
シャフト直径１２ｍｍ、軸受部有効長１０ｍｍ、平均空
隙２．０μｍのラジアル部と、外径１２ｍｍ、内径1ｍ
ｍのスラスト部からなる軸受を作成した。ラジアル部は
螺旋溝として、深さ４μｍで１回研削加工した後、２度
回転させて１μｍ、さらに２度回転させて１μｍ研削加
工した溝（４１１溝）を端面から他端面までの捻れが１
０度となるよう３本形成した。この軸受を１５，０００
ｒｐｍで回転させたところ、２μｍ浮上時のスラスト方
向の負荷容量は、０．４Ｎ、剛性は、０．２Ｎ／μｍで
あった。なお、スラスト部に空気開放用の穴がない場合
には、負荷容量は１Ｎ以上であったが、スラスト方向の
位置は安定せず、剛性は測定できない程低下した。

【００５３】

【発明の効果】ラジアル部につながるスラスト部を設け
る構造を有する本発明にかかる軸受は、スラスト部の加
圧がラジアル部の溝で導入した気体によって行われるた
め、通常必要なスラスト部の動圧発生溝が不要になり、
加工コストの低減が可能で、構造簡単な動圧気体軸受を
得ることができる。すなわち、ラジアル部に螺旋状など
の溝を形成することによって、回転に伴って結合された
スラスト部を加圧し、スラスト部の他端が外部に開放さ
れていることによって、スラスト部も軸受として機能
し、スラスト部の負荷容量を高める。また、ラジアル部
の圧力も全体として高くなるため、高回転域におけるラ
ジアル部の負荷容量・剛性も向上する。

【００５４】軸受を構成する面に占める溝部の面積比率
を４０％以下に抑え、また溝数は６本以下とすることに
よって、ラジアル方向の負荷容量・剛性をより確実に確
保することができる。

【００５５】ラジアル部の溝は、気流の上流部（回転方
向上手側）が深い非対称とすることで、ラジアル方向の
安定性向上（ハーフホワールの抑制）や浮上回転数の向
上につながる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる実施の形態の動圧気体軸受を示
す断面図である。

【図２】本発明にかかる他の実施の形態の動圧気体軸受
を示す断面図である。

【図３】本発明にかかる他の実施の形態の動圧気体軸受
を示す断面図である。

【図４】本発明にかかる他の実施の形態の動圧気体軸受
を示す断面図である。

【図５】本発明にかかる他の実施の形態の動圧気体軸受
を示す断面図である。

【図６】本発明にかかる他の実施の形態の動圧気体軸受
シャフト溝部を示す模式図である。

【図７】従来技術による動圧気体軸受を示す断面図であ
る。

【図８】従来技術による他の動圧気体軸受を示す断面図
である。

【符号の説明】

２２ シャフト ２３ ロータハブ ２６ 溝 ２８ 開口部 ３２ シャフト ３３ ロータハブ ３８ 開口部（穴） ４２ シャフト ４３ ロータ ４４ スリーブ ４５ スラスト部 ５２ シャフト ５３ ロータ ５４ スリーブ ５８ 開口部 ６２ シャフト ６３ ロータ ６４ スリーブ ６５ スラスト部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大槻 誠 兵庫県伊丹市昆陽北一丁目１番１号 住友 電気工業株式会社伊丹製作所内 Ｆターム(参考） 3J011 AA04 BA02 BA08 CA01 CA03 SD01 5H607 BB01 BB14 BB17 BB25 DD03 EE10 GG02 GG07 GG12 GG14 KK00 5H621 HH01 JK19

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 気体導入が可能な溝部を有するラジアル
   部と、一端が前記ラジアル部と結合し他端が外部と結合
   したスラスト部と、から構成されることを特徴とする動
   圧気体軸受。
2. 【請求項２】 シャフトと、そのシャフトの外周面に相
   対回転が可能に嵌装される一端が開放され他端に端末部
   を有する中空円筒状部材と、からなる動圧気体軸受にお
   いて、 前記シャフトの外周面と前記中空円筒状部材の内周面と
   で構成される軸受のラジアル部には、前記シャフト外周
   面もしくは前記中空円筒状部材の内周面のいずれかに気
   体導入が可能な溝が設けられ、 前記シャフトの一方の端末面と前記中空円筒状部材の前
   記端末部内面との間で構成されるスラスト部には、前記
   気体が排出可能な外部への開口部が設けられ、 前記スラスト部は、前記ラジアル部に連続して形成され
   ていることを特徴とする動圧気体軸受。
3. 【請求項３】 シャフトと、そのシャフトの外周面に相
   対回転が可能に嵌装される一端が開放され他端に半径方
   向外部に広がる面を有する中空円筒状部材とからなる動
   圧気体軸受において、 前記シャフトの外周面と前記中空円筒状部材の内周面と
   で構成される軸受のラジアル部には、前記シャフト外周
   面もしくは前記中空円筒状部材の内周面のいずれかに気
   体導入が可能な溝が設けられ、 前記中空円筒状部材の前記半径方向外部に広がる面と、
   それに対向する前記シャフトの一方の端末部に固定され
   て半径方向外部に広がる面との間で構成されるスラスト
   部には、そのスラスト部の外縁で前記気体が排出可能な
   開放部が設けられ、 前記スラスト部は、前記ラジアル部に連続して形成され
   ていることを特徴とする動圧気体軸受。
4. 【請求項４】 前記気体導入が可能な溝が、螺旋状の溝
   であることを特徴とする、請求項１から請求項３のいず
   れかにかかる動圧気体軸受。
5. 【請求項５】 前記スラスト部を構成する対向面のいず
   れにも、スラスト動圧を発生させるための溝状の凹凸が
   設けられていないことを特徴とする、請求項１から請求
   項４のいずれかにかかる動圧気体軸受。
6. 【請求項６】 前記ラジアル部の溝部の表面積が、その
   溝部が設けられた前記シャフト外周面もしくは前記中空
   円筒状部材内周面のラジアル部表面積に対して４０％以
   下であることを特徴とする、請求項１から請求項５のい
   ずれかにかかる動圧気体軸受。
7. 【請求項７】 前記ラジアル部の溝の本数が、６本以下
   であることを特徴とする、請求項１から請求項６のいず
   れかにかかる動圧気体軸受。
8. 【請求項８】 前記ラジアル部の溝の形状が、気流の上
   流部（回転方向の上手側）が深く、下流部（同、下手
   側）が浅い非対称形状であることを特徴とする、請求項
   １から請求項７のいずれかにかかる動圧気体軸受。
9. 【請求項９】 前記軸受を構成するシャフト及び中空円
   筒状部材のいずれか一方もしくは両方の材質がセラミッ
   クスであることを特徴とする、請求項１から請求項８の
   いずれかにかかる動圧気体軸受。