JP2001146915A

JP2001146915A - ディスク装置用流体軸受装置

Info

Publication number: JP2001146915A
Application number: JP32971599A
Authority: JP
Inventors: Ikunori Sakatani; 郁紀坂谷; Katsuhiko Tanaka; 克彦田中
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1999-11-19
Filing date: 1999-11-19
Publication date: 2001-05-29

Abstract

(57)【要約】【課題】搭載するディスクの風損と軸受損失による発熱
を抑さえることができ、しかも軸受からの潤滑剤の飛散
がなく、且つ起動停止時に発生する摩耗粉が装置内へ流
出しない高速回転可能なディスク装置用流体軸受装置を
提供する。【解決手段】スリーブ８が静止部材、これに挿入された
軸１を回転部材として、スリーブ８の内面にスラスト軸
受面９ｓと円筒状のラジアル軸受面８ｒとを設け、軸１
にはラジアル受面１ｒとスラスト受面１ｓを設けてい
る。相対するスラスト軸受面９ｓとスラスト受面１ｓと
でスラスト軸受Ｓを構成し、ラジアル軸受面八ｒとラジ
アル受面１ｒとの少なくとも一方に動圧発生用の溝を設
けてラジアル気体軸受Ｒを構成している。そして、スラ
スト軸受Ｓには空気などの気体が循環するための流通穴
４，５を開設し、経路の途中に設けたフィルタ３を経由
して空気などの気体を循環させる潤滑方式とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、情報機器，音響・
映像機器用の流体軸受装置に係り、特に、潤滑油による
外部汚染がなく、磁気ディスク装置や光ディスク装置等
に最適な耐久性と信頼性に優れた流体軸受装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】図５は、潤滑流体に油を用いた開発当初
のサーバー向け磁気ディスク装置（ＨＤＤ）用流体軸受
装置の断面図である。この流体軸受装置は、固定部材で
ある軸１００と回転部材であるスリーブ１０１とを備え
ている。軸１００は上部にスラストプレート１０２を有
してベース１０３に立設されている。スリーブ１０１
は、中心部に円筒状穴１０４を有し、その円筒状穴１０
４に軸１００が挿入され、穴上部の拡大された段部の空
間に前記スラストプレート１０２が収納され、そのスラ
ストプレート１０２を覆うようにしてカバープレート１
０６が取り付けられている。

【０００３】スリーブ１０１は、円筒状穴１０４の内周
面にラジアル軸受面を有すると共に、穴上部のカバープ
レート１０６の平面にスラスト軸受面を有している。一
方、軸１００は、外周面に前記ラジアル軸受面と微小す
き間を介して対向するラジアル受面を有すると共に、ス
ラストプレート１０２の平面に前記スラスト軸受面と微
小すき間を介して対向するスラスト受面を有する。そし
て、互いに対向するラジアル軸受面とラジアル受面との
少なくとも一方に動圧発生用の溝を設けてラジアル流体
軸受Ｒを構成し、一方、対向するスラスト軸受面とスラ
スト受面とでスラスト流体軸受Ｓを構成し、これらの両
流体軸受の軸受すき間に油などの潤滑剤が充填されてい
る。

【０００４】スリーブ１０１の外周にはハブ１０７が一
体的に固着されており、ハブ１０７の外周に磁気ディス
クＤが搭載されるようになっている。そして、ハブ１０
７の内周に固定したロータ磁石１０８と、これに周面対
向に配設してベース１０３に固定されたステータ１０９
とで構成されるモータＭにより、ハブ１０７がスリーブ
１０１と一体に回転駆動される。その回転で、スラスト
流体軸受Ｓ及びラジアル流体軸受Ｒに潤滑流体が自動的
に供給されてそれぞれに動圧が発生し、スリーブ１０１
と一体のハブ１０７が浮上して軸１００に非接触で支承
される。

【０００５】ここに、上記軸１００の軸径は２．５〜５
ｍｍ、これに対しハブ１０７の外径は２５ｍｍで、軸径
とハブ外径との比すなわちｄ／Ｄの値が０．１〜０．２
の範囲になるように設計され、外径約８４ｍｍの磁気デ
ィスク（通称、３インチサイズディスク）を１０枚搭載
するようにしていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年、
インターネット等の用途では、サーバー用ＨＤＤのデー
タ伝送速度を飛躍的に向上させるため、その軸受装置
（スピンドルモータ）の回転数は１００００ｒｐｍを超
え、最近では１５０００ｒｐｍさらには２００００ｒｐ
ｍ以上の高速回転が要求されるようになってきている。
このような高速で回転するスピンドルモータの軸受に玉
軸受を使用すると、グリースの飛散を防止しつつ高速耐
久性を保証することが難しい。

【０００７】一方、玉軸受に代えて図５に示すような油
潤滑の流体軸受を用いた場合は、軸受トルクの増大によ
る軸受損失が大きくなるという問題に加えて、回転によ
り油が飛散し潤滑不良をきたすことにより軸受が焼き付
く恐れがあるという問題が生じる。また、１５０００ｒ
ｐｍさらには２００００ｒｐｍを超える高速回転になる
と、軸受損失のみでなく搭載するディスクの風損の増加
も大きく影響するため、装置全体の発熱を考慮したディ
スク装置用流体軸受装置の検討が必要となってきてい
る。

【０００８】そこで本発明は、このような軸受装置の高
速化に伴う問題点に着目してなされたもので、高速回転
においても搭載するディスクの風損と軸受損失による発
熱を抑さえることができて、しかも軸受からの潤滑剤の
飛散がなく、且つ起動停止時に軸受部から発生する摩耗
粉の装置内への流出を防止するとともに、ディスクを搭
載するハブの外径と軸径との関係を最適化することによ
り高速回転時に必要な負荷容量を確保したディスク装置
用流体軸受装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１にかかる発明は、スリーブと、そのスリ
ーブの円筒状穴に挿入された軸とのいずれか一方が静止
部材、他方が回転部材であり、前記スリーブの内面にス
ラスト軸受面と円筒状のラジアル軸受面とを有し、前記
軸は前記ラジアル軸受面に対向するラジアル受面とスラ
スト軸受面に対向するスラスト受面とを有し、前記スラ
スト軸受面とスラスト受面とでスラスト軸受を構成し、
前記ラジアル軸受面とラジアル受面との少なくとも一方
に動圧発生用の溝を設けてラジアル軸受を構成したディ
スク装置用流体軸受装置であって、その動圧発生用の溝
の作用で空気やヘリウムガスなどの気体を循環させるた
めの流通穴が前記スラスト軸受を構成するスラスト軸受
面とスラスト受面とのいずれか一方に開口し、経路の途
中に設けたフィルタを経由して前記気体が前記スラスト
軸受および前記ラジアル軸受に循環する構成としたこと
を特徴としている。

【００１０】また、請求項２に係る発明は、上記請求項
１に係る発明であるディスク装置用流体軸受装置におい
て、前記回転部材はディスクを搭載するハブを備え、軸
の外径ｄと当該ハブの外径Ｄとの比ｄ／Ｄが０．５〜
０．８であることを特徴とする。また、請求項３に係る
発明は、上記請求項１又は請求項２に係る発明であるデ
ィスク装置用流体軸受装置において、動圧発生用の溝
は、スラスト軸受に向かって気体を圧送する非対称ヘリ
ングボーン状溝パターンを有するものとした。

【００１１】また、請求項４に係る発明は、上記請求項
１ないし請求項３のいずれかに係る発明であるディスク
装置用流体軸受装置において、スラスト軸受面とスラス
ト受面とが静止時に接触する部分の少なくとも一方を凸
球面とし、その凸球面の高さを１００μｍ以内とした。
また、請求項５に係る発明は、上記請求項１ないし請求
項４のいずれかに係る発明であるディスク装置用流体軸
受装置において、スラスト軸受面，スラスト受面，ラジ
アル軸受面，ラジアル受面の少なくとも一つが、固体潤
滑膜によりコーティングされていることを特徴とする。

【００１２】更に、請求項６に係る発明は、上記請求項
１ないし請求項５のいずれかに係る発明であるディスク
装置用流体軸受装置において、静止部材と回転部材との
少なくとも一方に磁石を設け、他方に磁石または磁性体
を設けて、それらの両部材の間に軸方向の磁気吸引力を
発生させたことを特徴とする。そして、請求項７に係る
発明は、上記請求項１ないし請求項６のいずれかに係る
発明であるディスク装置用流体軸受装置において、搭載
するディスクの外径が６５ｍｍ（２．５インチ）サイズ
以下である。

【００１３】本発明のディスク装置用流体軸受装置は、
潤滑流体として、空気やヘリウムガスなどの気体を使用
し、しかもその気体潤滑流体を非対称ヘリングボーン状
動圧発生用の溝の作用でスラスト軸受およびラジアル軸
受に循環させているため、高速回転でも軸受損失が小さ
く、運転中の装置の発熱を低く押さえることができる。
また、潤滑剤に油を使用しないので、ＨＤＤの装置内部
を油で汚染することがない。また、油の飛散による潤滑
剤の枯渇の恐れがないので、高速回転においてもほぼ半
永久的な耐久性を有する。しかも、フィルタを通すこと
により、起動停止時に軸受部から発生するわずかな磨耗
粉は捕捉除去されて装置内への流出が防止される。

【００１４】また、軸径ｄとハブ外径ｄとの比を０．５
〜０．８としたことにより、高速回転中に必要なラジア
ル及びアキシアル負荷容量を確保できる（請求項１〜
３）。スラスト軸受面とスラスト受面との一方を凸球面
としたことで、起動トルクが小さくなると共に摩耗粉の
発生も少なくなる。さらに、その凸球面の高さを１００
μｍ以内とすれば、エアーハンマ現象の発生が抑制され
る（請求項４）。

【００１５】また、スラスト軸受面，スラスト受面，ラ
ジアル軸受面，ラジアル受面の少なくとも一つを、固体
潤滑膜によりコーティングすると、起動停止時の摺動性
が向上する（請求項５）。また、静止部材と回転部材と
の間に軸方向の磁気吸引力を発生させることで、回転部
材の抜けが防止できる（請求項６）。

【００１６】そして、本発明のディスク装置用流体軸受
装置は、搭載するディスクの外径を６５ｍｍ（２．５イ
ンチ）サイズ以下に規制することにより、１５０００ｒ
ｐｍ〜２００００ｒｐｍという高速回転における軸受損
失及びディスク風損を、目標レベル以下に維持できる
（請求項７）。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１は本発明のディスク装置用流
体軸受装置の第１の実施形態の断面図である。先ず構成
を説明すると、軸１は、中心部に穴２を有する円筒体
で、その穴２の上部にはフィルタ３が内設されると共
に、穴２の下端部には流通穴４が設けられて軸外部に開
口している。軸１の上端部はカップ状に形成したハブ６
の内面に圧入などの手段で一体に固着され、軸１とハブ
６とで回転部材を構成している。上記穴２はハブ６の上
部に設けた流通穴５を介して軸受装置の外に通じてい
る。その軸１の外周面はラジアル受面１ｒとされ、軸受
１の下端面はスラスト受面１ｓとされている。

【００１８】一方、ベース７の中心部に、円筒状のスリ
ーブ８が立設されて固定部材を構成している。スリーブ
８の上端は開口し、下端部はベース７に固着して取り付
けてあるスラスト板９で塞がれていて、そのスラスト板
９の上面（内面）がスラスト軸受面９ｓとされ、そのス
ラスト軸受面９ｓの中央部に凸球面１１が突設されてい
る。スリーブ８の内周面はラジアル軸受面８ｒとされ、
スリーブ上部の開口から挿入された軸１の外周面である
ラジアル受面１ｒと軸受すき間を介して対向している。
また、軸受１の下端面であるスラスト受面１ｓは、スラ
スト軸受面９ｓの凸球面１１に当接して支承されてお
り、この停止中の状態では、軸１の下端部にある流通穴
４が凸球面１１で塞がれている。

【００１９】凸球面１１は、軸１とハブ６とからなる回
転部材を球面で支承することにより、回転部材の起動ト
ルクを小さくするとともに、スラスト受面１ｓとスラス
ト軸受面９ｓとの間の空間に形成された空気室１２から
流通穴４に流れ込む空気の流れを絞る圧力調整機能を持
っている。当該凸球面１１の平面からの突出量は１００
μｍ以下が望ましく、できれば５０μｍ以下がより好ま
しい。凸球面１１の突出量が大き過ぎると、空気室１２
の空間体積が必要以上に大きくなり、そのためエアーハ
ンマ現象（軸方向に自励振動する現象）が出やすくな
る。なお、スラスト軸受面９ｓの中央部のみを凸球面１
１として突出させる代わりに、スラスト軸受面９ｓ全体
を凸球面としても良い。また、凸球面１１は、軸１の端
面に設けてもよい。

【００２０】上記スラスト受面１ｓとスラスト軸受面９
ｓとでスラスト流体軸受Ｓが構成されている。また、ラ
ジアル受面１ｒとラジアル軸受面８ｒとでラジアル流体
軸受Ｒが構成されて、そのラジアル受面１ｒとラジアル
軸受面８ｒとの少なくとも一方に図示されない動圧発生
用の溝が加工され、ラジアル流体軸受Ｒが構成されてい
る。この実施形態では、スリーブ８の内径のラジアル軸
受面８ｒに非対称ヘリングボーン状の動圧発生用の溝を
有し、その溝パターンは、スラスト軸受Ｓに向かって気
体を圧送するべく上側の方が長い「くの字」状の非対称
溝にされている。このため、一方向のスパイラル状の溝
に比べてラジアル負荷容量を大きくできる。

【００２１】前記ハブ６の外周面にはディスク１３が搭
載される。また、ハブ６の内周面の下部にはロータ磁石
１４が固定され、これに周面対向するステータ１６がベ
ース７に固定されてモータＭが構成されている。なお、
この駆動モータＭのロータ磁石１４とステータ１６との
軸方向の相対位置をわずかにずらすことにより軸方向に
磁気吸引力を作用させるようにして、装置を倒置しても
抜けないようにすることもできる。

【００２２】本発明にあっては、高速回転での使用に伴
い必要とされるラジアル及びアキシアル負荷容量を確保
するために、軸１の外径ｄとハブ６の外径Ｄとの比ｄ／
Ｄを０．５〜０．８に設定している。ｄ／Ｄが０．５未
満では当該負荷容量が不足する。一方、ｄ／Ｄが０．８
を超えると、強度上必要なハブの半径方向の肉厚が確保
できない。

【００２３】ここで、高速回転に対し対応可能な本実施
の形態における、構成部材の材質及び熱膨張の影響の緩
和について述べると、軸１及びスリーブ８は加工の容易
なアルミ合金材を使用している。そして、軸１に固着す
るハブ６には、使用時の温度の影響によりディスク１３
がずれるのを防ぐために、熱膨張係数が搭載するディス
クとほぼ等しい材料を使用するものとする。例えば、デ
ィスク１３に熱膨張係数が約１０×１０^-6／Ｋのガラス
を使用した場合は、ハブ６にはＳＵＳ４３０等のフェラ
イト系のステンレス鋼を使用することが好ましい。ハブ
１３と軸１との間は、圧入, 圧入とねじ止め併用, 圧入
と接着併用, 焼きばめ等のいずれかの手段で固着してい
る。このようにして、はめあい部のすきまがないように
組み立てると、回転中の温度変化があっても回転中心に
対してディスク１３の位置がずれないから、回転中の釣
り合いが変化することがなく、従って回転時の振動変化
を防止することができる。

【００２４】なお、軸１の外面即ちラジアル受面１ｒ及
びスラスト受面１ｓには、起動停止時の摺動性を向上す
るために樹脂など固体潤滑膜のコーティングを施しても
よい。また、スリーブ８の内周面即ちラジアル軸受面８
ｒはアルミ合金のままでもよいが、ＤＬＣ膜のコーティ
ングやアルマイト処理などの表面硬化処理を施して摺動
性を向上させると、摩耗が抑制できて起動停止耐久性が
向上する。

【００２５】また、本実施の形態では軸１とハブ６とを
別体の部品としているが、これを一体で構成してもよ
い。また、スリーブ８とスラスト板９も別体とせずに一
体で構成してもよく、更にスリーブ８をスリーブ部分と
ステータ１６を固定するためのベース７の部分との２部
品で構成するなど、適宜変更して実施してもよい。この
ような場合には、各部品の材質は熱膨張係数の違いによ
る軸受すきま変化や加工の容易さを考えて適切な材質を
選定する。

【００２６】次に作用を述べる。以上のように構成した
流体軸受装置にあっては、ステータ１６のコイルに通電
して、回転部を構成する軸１及びこれと一体のハブ６を
回転させると、ラジアル流体軸受Ｒの非対称パターンを
有するラジアル動圧発生用の溝のポンピング作用によっ
て、空気などの気体が軸１の下端の空気室１２に送り込
まれる。その結果、空気室１２の圧力は徐々に高くな
り、回転部は浮上してスリーブ８に非接触で支持され
る。すると、軸１の下端に設けられた流通穴４から空気
が軸１の穴２内に流れ込み、流通穴が絞りとして機能す
ることにより、空気室１２内の圧力と回転部の自重とが
釣り合うように圧力が自己調整される。なお流通穴４か
ら流出した空気は、軸１の穴２の内部に設けたフィルタ
３を通過することで摩耗粉等の異物が除去され、ハブ６
上部の流通穴５から軸受装置の外に放出され、ディスク
１３の外周を通過してラジアル流体軸受Ｒの入り口近傍
に戻される。そのため、ラジアル及びスラスト流体軸受
Ｒ，Ｓの部分には、常に清浄な空気が供給されることに
なり、異物による軸受の損傷を防ぐことができる。この
ように、本発明の流体軸受装置では、潤滑流体として空
気やヘリウムガスなどの気体を使用するから、油の飛散
による潤滑切れは発生せず、高速回転においてもほぼ半
永久的な連続耐久性を得ることができる。また、ＨＤＤ
の装置内部やディスク１３が汚損されることもない。

【００２７】また、高速回転中は回転部材を気体軸受で
支承するので軸受トルクが小さく、装置全体の損失を小
さくすることができて、高速回転においても装置の発熱
を低く押さえることができる。また、密度の小さいヘリ
ウムガスを用いると、ディスク１３の風損を小さくでき
る。また、軸径とハブ外径との比ｄ／Ｄを０．５〜０．
８の範囲に設定しているから、高速回転に必要なラジア
ル及びアキシアル負荷容量が確保できる。

【００２８】また、軸１及びスリーブ８の材料にアルミ
合金を用いているので、加工が容易である。また、ハブ
６と軸１とをすき間なく一体に固着したため、回転中に
温度が変化してもディスク位置が回転中心からずれるこ
とがなく、振動変化がない。図２に本発明の第２の実施
の形態を示す。これは、倒置状態（図示の天地が逆）で
使用することもできるように、回転部材と静止部材との
間に磁気吸引力を作用させた形態である。なお、第１の
実施の形態と同一または相当部分には同一の符号を付し
てある。

【００２９】この実施の形態は、スリ一ブ８の外周面
に、２枚の軟鉄板２２で挟んだ吸引磁石２１が固定して
配置されている。一方、ハブ６の内周面には、それらの
軟鉄板２２の外周面と若干のすき間を介して対向する突
起２３が突設されている。ハブ６の中心軸はスリーブ８
の中心軸と一致し、両者２１，２３の間の磁気吸引力は
径方向全周において釣り合いバランスしている。且つ吸
引磁石２１とハブ内周の突起２３との間には軸方向のず
れもない状態（初期の状態）においては、両者２１，２
３の間に軸方向の磁気吸引力は作用しない。しかし、外
部負荷により回転部材が移動してハブ６とスリーブ８と
の軸方向の相対位置がずれたときには、そのずれを補正
する方向に磁気吸引力が作用して、倒置状態でも回転部
材が静止部材より抜け落ちることがない。

【００３０】また、流体軸受装置は、作動中、静止部材
と回転部材とが非接触となることから電気的に絶縁され
て、静電気がたまり易い。これを放置すると悪影響を受
けるため静電気を逃がす必要がある。この実施の形態
は、軸１の上端に円筒状の凹部２６を設けてあり、その
凹部２６内にリング状の磁石２７を嵌め込むと共に導電
性流体２８が注入されて、磁力で保持されている。そし
て、保持された導電性磁性流体２８に接触させた導通ピ
ン（触針）２９が、ケース３１に固定されて導通状態に
なっており、これによって静電気を逃がすようにしてい
る。

【００３１】なお、この実施の形態とは逆に、導通ピン
２９を回転部材側に設け、導電性磁性流体２８の保持機
構を静止部材側に設けると、回転中の遠心力により導電
性磁性流体２８が飛散する恐れがない。また、静電気を
逃がすための手段としては、図２の実施の形態に限定さ
れることはなく、例えば回転部材又は静止部材のいずれ
か一方に取り付けた円筒状の導通ピンと、その導通ピン
と回転自在にはめ合わされた中空状の相手部材との間の
微小すき間に導電性流体を表面張力で保持させ、その導
電性流体を介して静電気を逃がすようにしてもよい。さ
らに、回転中の導電性流体の保持力を高めるために、微
小すき間を介して対向する導通ピンの外周面と中空状の
相手部材の内周面の少なくとも一方に動圧発生用の溝を
設けてもよい。また、導電性流体の代わりに水銀を用い
てもよい。

【００３２】また、この第２の実施の形態は、ベース７
の上面に抜け止め部材３２を取り付けてあり、これをハ
ブ６の外周面に設けられた抜け止め用溝３３に係合させ
ることにより、輸送中に外部衝撃により軸１及びハブ６
等の回転部材がスリーブ８から抜けることを防止してい
る。なお、軸１の上部に静電気防止用の導電性磁性流体
２８の保持機構を設けたことから、フィルタ３及び流通
穴４を下方に移し、軸１を支承するスラスト板９に設け
ている。従って、ハブ６が回転すると、ラジアル軸受Ｒ
からスラスト軸受Ｓに向かって圧送された気体は、スラ
スト板９に突設されている凸球面１１の頂部に開口する
圧力自己調整用の流通穴４を経てフィルタ３を通って、
ベース７に取り付けた底蓋３４との間の空間３６に至
り、ベース７に開設された流通穴３７から抜けてラジア
ル軸受Ｒに戻り循環する。

【００３３】その他の構成及び作用・効果は第１の実施
の形態とほぼ同様である。図３に本発明の第３の実施の
形態を示す。なお、第１の実施の形態と同一または相当
部分には同一の符号を付してある。この第３の実施の形
態は、軸１Ａが固定部材、スリーブ８Ａが回転部材であ
る。すなわち、円筒状のスリーブ８Ａとスラスト板９Ａ
とを一体に結合して逆カップ状に形成し、その外周に円
筒状のハブ６Ａを一体に固着して回転部材が構成されて
いる。凸球面１１はスラスト板９Ａの下面（スラスト軸
受面９Ａｓ）に突出して形成され、ベース７に固着して
取り付けた軸１Ａの上面（スラスト受面１Ａｓ）に対向
している。スラスト流体軸受Ｓを構成するスラスト受面
１Ａｓとスラスト軸受面９Ａｓとの間に空気室１２が形
成されている。そして、回転するスラスト板９Ａの下面
であるスラスト軸受面９Ａｓに、環状の溝３７を設けて
これに永久磁石３８が埋め込まれ、一方、これに対向す
る軸１Ａの上端面であるスラスト受面１Ａｓに、磁性体
３９が埋め込まれていて、両者間に働く磁気吸引力の作
用で、固定部材である軸１Ａからの回転部材の抜けを防
止する力の増大を図っている。軸１Ａの外周面のラジア
ル受面１Ａｒには、下側が長い「くの字」状の非対称動
圧発生用の溝が形成されており、スリーブ８Ａに内周面
のラジアル軸受面８Ａｒと対向してラジアル流体軸受Ｒ
を構成している。

【００３４】この場合は、ハブ６Ａが回転すると、潤滑
気体はラジアル軸受Ｒの非対称動圧溝のポンピング作用
で、上方のスラスト軸受Ｓに向かって圧送され、空気室
１２の圧力を高めて回転部材を浮上させる。そして、軸
１Ａの中心穴２の頂部に開口する圧力調整の流通穴４か
らフィルタ３，流通穴５を抜け、ラジアル軸受Ｒの入り
口近傍に流出して循環する。

【００３５】この第３の実施の形態の場合は、ハブ６Ａ
には、搭載するガラスディスク１３の熱膨張係数に合わ
せたＳＵＳ４３０系ステンレス鋼を用い、スリーブ８Ａ
には動圧発生用の溝加工がし易いアルミ合金を用いてい
る。この場合、材料が異なるハブ６Ａとスリーブ８Ａと
の熱膨張係数の違いにより、スリーブ８Ａの内径面（ラ
ジアル軸受面８Ａｒ）とアルミ合金の軸１Ａの外径面
（ラジアル受面１Ａｒ）との軸受すき間の変化するのを
防ぐために、ハブ６Ａとスリーブ８Ａとの固着部Ｋを、
ラジアル軸受部Ｒと重ならないように軸方向にずらし、
ラジアル軸受部Ｒの裏面側とハブ６Ａとの間に空間４１
を設けている。

【００３６】そのため、ハブ６Ａとスリーブ８Ａとの熱
膨張係数が異なっていてもその影響は両部材の上部の固
着部分Ｋに限定されて、その下方のラジアル流体軸受Ｒ
の部分までは及ばない。よって、ディスク１３がガラス
製の場合に、ハブ６Ａにフェライト系ステンレスを使用
しても、スリーブ８Ａにアルミ合金を使用することが容
易にできる利点がある。また、ハブ６Ａとディスク１３
の熱膨張係数がほぼ等しいため、温度が変化した場合の
中心の移動を防ぐことができ、温度が変化した場合の回
転部の動的不釣り合い量の変化を防止することができ
る。

【００３７】上記の実施形態と違って、スリーブ８Ａと
ハブ６Ａを一体のＳＵＳ４３０系ステンレス鋼で形成
し、その軸受面あるいは全面をニッケルメッキやクロム
メッキ等で硬化処理するようにしてもよい。その場合、
軸１Ａにはスリーブ８Ａ及びハブ６Ａと熱膨張係数のほ
ぼ等しいＳＵＳ４２０あるいはＳＵＳ４３０系ステンレ
ス鋼を用い、その軸受面あるいは全面を固体潤滑膜でコ
ーティングするのが望ましい。

【００３８】なお、上記第１〜第３の各実施の形態にお
いて、その軸受面に薄く油を塗布しておき、起動停止時
の摺動性を改善するようにしてもよい。続いて、ディス
ク装置用流体軸受装置全体の発熱を抑えるために、搭載
するディスクの径及び枚数が損失に及ぼす影響を検討し
た結果を、図４を参照しつつ説明する。

【００３９】現行の回転数１００００ｒｐｍのディスク
装置は、スピンドルモータに玉軸受を用い、ディスク外
径３インチサイズ（外径約８４ｍｍ）のディスクを１０
枚搭載している。このときの損失（軸受損失＋ディスク
風損）を基準に１５０００ｒｐｍのディスク装置を検討
してみる。まず、現行損失の２倍以下を達成するディス
ク装置を目標として考えると、通称３インチサイズ（直
径約８４ｍｍ）のディスク外径の場合、油流体軸受及び
空気流体軸受のいずれも当該目標は達成できない。次に
ディスク外径２．５インチサイズ( 直径約６５ｍｍ），
５枚の搭載を考えると、スピンドルモータに玉軸受を使
うと目標の２倍をわずかに超える。しかし、空気流体軸
受を用いると目標損失の２倍以下を達成できることがわ
かる。さらに、この場合、搭載するディスク枚数を３枚
以下にすれば、現行の損失とほぼ同じ損失レベルを達成
できることがわかる。

【００４０】搭載するディスク外径を小さくすること
は、ディスクの自重が軽くなり回転部全体の重量を小さ
くできるので、空気流体軸受の負荷容量の観点からも好
ましい。なお、ディスク外径２．５インチサイズ（約６
５ｍｍ）を用いる際のディスクの内径寸法については、
次のようにする。すなわち、高速回転に必要な駆動トル
クを確保するために、モータの占める空間体積を大きく
することが必要であるから、ディスクの内径寸法は従来
の２．５インチサイズのスピンドルモータのハブ外径寸
法である直径２０ｍｍではなく、３．５インチサイズの
ハブ外径寸法である直径２５ｍｍとすることが望まし
い。

【００４１】もちろんディスク外径が小さいほど風損を
小さくできるので、将来２００００ｒｐｍを超えて高速
化するには、２．５インチサイズのディスク外径よりも
さらに小さくすることが望ましい。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るディ
スク装置用流体軸受装置よれば、高速回転時の搭載ディ
スクの風損が少なく、しかも潤滑流体に空気やヘリウム
ガスなどの気体を使用しているため軸受トルクが小さい
ので、高速回転においても装置の発熱を低く押さえるこ
とができる。

【００４３】また、軸径ｄとハブ外径Ｄとの比を０．５
〜０．８としているため、回転中に必要な負荷容量を確
保できる。また、油を使用しないので、油の飛散による
潤滑剤の枯渇の恐れがなく、高速回転においてもほぼ半
永久的な耐久性を有するとともに、ＨＤＤの装置内部を
油で汚染することもない。

【００４４】さらに、起動停止時に発生するわずかな摩
耗粉は、流通経路の途中に設けたフィルタで捕捉除去さ
れるので、軸受部から発生する摩耗紛が装置内へ流出す
る不具合が防止される等の種々の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の断面図である。

【図２】本発明の第２の実施の形態の断面図である。

【図３】本発明の第３の実施の形態の断面図である。

【図４】高速回転において、搭載ディスクの径及び枚数
が軸受損失に及ぼす影響を示したグラフである。

【図５】従来のディスク装置用流体軸受装置の断面図で
ある。

【符号の説明】

１軸１ｒラジアル受面１ｓスラスト受面３フィルタ４流通穴５流通穴６ハブ８スリーブ８ｒラジアル軸受面９スラスト板９ｓスラスト軸受面１１凸球面１３ディスク２１，３８磁石３９磁性体Ｒラジアル流体軸受Ｓスラスト流体軸受

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】スリーブと、そのスリーブの円筒状穴に
挿入された軸とのいずれか一方が静止部材、他方が回転
部材であり、前記スリーブの内面にスラスト軸受面と円
筒状のラジアル軸受面とを有し、前記軸は前記ラジアル
軸受面に対向するラジアル受面とスラスト軸受面に対向
するスラスト受面とを有し、前記スラスト軸受面とスラ
スト受面とでスラスト軸受を構成し、前記ラジアル軸受
面とラジアル受面との少なくとも一方に動圧発生用の溝
を設けてラジアル軸受を構成した軸受装置であって、前記動圧発生用の溝の作用で空気やヘリウムガスなどの
気体を循環させるための流通穴が前記スラスト軸受を構
成するスラスト軸受面とスラスト受面とのいずれか一方
に開口し、経路の途中に設けたフィルタを経由して前記
気体が前記スラスト軸受および前記ラジアル軸受に循環
する構成としたことを特徴とするディスク装置用流体軸
受装置。
【請求項２】前記回転部材はディスクを搭載するハブ
を備え、前記軸の外径ｄと当該ハブの外径Ｄとの比ｄ／
Ｄが０．５〜０．８である請求項１記載のディスク装置
用流体軸受装置。
【請求項３】前記動圧発生用の溝は、スラスト軸受に
向かって気体を圧送する非対称ヘリングボーン状溝パタ
ーンを有する請求項１または２記載のディスク装置用流
体軸受装置。
【請求項４】前記スラスト軸受面とスラスト受面とが
静止時に接触する部分の少なくとも一方を凸球面とし、
その凸球面の高さを１００μｍ以内とした請求項１ない
し３のいずれかに記載のディスク装置用流体軸受装置。
【請求項５】前記スラスト軸受面，スラスト受面，ラ
ジアル軸受面，ラジアル受面の少なくとも一つが、固体
潤滑膜によりコーティングされている請求項１ないし４
記載のいずれかにディスク装置用流体軸受装置。
【請求項６】前記静止部材と前記回転部材との少なく
とも一方に磁石を設け、他方に磁石または磁性体を設け
て、それらの両部材の間に軸方向の磁気吸引力を発生さ
せたことを特徴とする請求項１ないし５記載のいずれか
にディスク装置用流体軸受装置。
【請求項７】搭載するディスクの外径が６５ｍｍ
（２．５インチ）サイズ以下である請求項１ないし６記
載のいずれかにディスク装置用流体軸受装置。