JP2003035311A - 軸端で磁気吸引力と平衡させた単円錐動圧気体軸受を有するモータ - Google Patents

軸端で磁気吸引力と平衡させた単円錐動圧気体軸受を有するモータ

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Abstract

(57)【要約】 【課題】単円錐形状の気体動圧軸受けモータでの課題で
ある回転姿勢の安定性，組立の容易な構造等を解決し
て，薄型化及び低電流化に適し，簡易な構造で低コスト
化が可能な単円錐形状の気体動圧軸受モータを実現提供
する。 【解決手段】軸径が略円錐状に次第に細くなるテーパー
面を有する軸と，軸に対向する凹部を持つスリーブと，
軸内或いはスリーブ底面に磁石及び磁性体とをどちらか
に有して軸端及びスリーブ底面間に磁気吸引力を発生さ
せる磁気的手段とより構成し，軸或いはスリーブの円錐
状テーパー面に動圧溝を有して回転時に前記動圧溝が発
生する負荷容量の軸方向分力と前記磁気吸引力とを平衡
させて回転部を支承する事を特徴とし，ＮＲＲＯを抑制
しながら薄型化，低電流化，低コスト化を可能にする単
円錐気体動圧軸受モータを実現する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は気体動圧軸受モータに係
わり，特に円錐形状の軸受部を有して薄型化と低コスト
化を可能とする気体動圧軸受モータに係わる。
【０００２】
【従来の技術】回転型の記憶装置，冷却用のファン等に
おいて，静粛性或いは回転体のＮＲＲＯ（非同期軸振
れ）抑制等の要請から流体動圧軸受モータの採用方向に
ある。同時に携帯用途の進展と共にそれら機器の薄型
化，低電流化等も強く求められている。しかしながら流
体動圧軸受は，ＮＲＲＯを抑圧する観点から軸を支承す
るベアリング部間のスパンを小さくし難く薄型化に限界
が有り，また軸受間隙維持にサブミクロン以下の加工精
度を必要として低コスト化が困難な事情にある。
【０００３】流体動圧軸受に於いて薄型化を可能にする
には軸方向の二点で支持するベアリングから脱却できる
構造，低電流化にはベアリング摺動部面積を減少出来る
構造，さらに低コスト化には部材の加工精度を緩和して
も軸受間隙を必要な精度で維持出来る構造等々を実現す
る事である。
【０００４】この候補となる円錐形状の流体動圧軸受
は，ラジアル及びスラスト方向の負荷を支持出来て以前
から注目されてきた。しかし薄型化に適する単円錐構造
は実開平０６−００４７３１の如き気体軸受構造等で提
案はあったが十分には成功していない。その主な理由は
単円錐構造では回転時のＮＲＲＯを十分には抑えられな
かった事にある。特性改善のために特開２０００−００
４５５７，特開２０００−２０５２４８等では円錐軸受
と円筒軸受との併用を提案しているが，円筒軸受は軸受
間隙維持に精密な加工を要してせっかくの円錐軸受の利
点を殺してしまう結果となっている。また単円錐構造類
似として単一の球面形状動圧ベアリングを用いたＵＳＰ
０５８５４５２４に示される気体軸受の例もあるが，ラ
ジアル方向の負荷容量を十分に確保するには二つの球面
の半径を厳密に調整する必要が有り，低コスト化は容易
で無い。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】単円錐形状の気体動圧
軸受モータでの課題は回転姿勢の安定性であり，組立の
容易な構造の実現である。本発明の目的は，前記課題を
解決して，薄型化及び低電流化に適し，簡易な構造で低
コスト化が可能な単円錐形状の気体動圧軸受モータを実
現提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明による気体動圧軸
受モータは，軸径が略円錐状に次第に細くなるテーパー
面を有する軸と，軸に対向する凹部を持つスリーブと，
軸端及びスリーブ頂部間に磁気吸引力を発生させる磁気
的手段と等より構成される気体動圧軸受モータにおい
て，軸或いはスリーブの円錐状テーパー面に動圧溝を有
し，回転時に前記動圧溝が発生する負荷容量の軸方向分
力と前記磁気吸引力とを平衡させて回転部を支承する事
を特徴とする。
【０００７】磁気吸引力を発生させる磁気的手段は軸内
或いは対向するスリーブ頂部にそれぞれ配置した永久磁
石と磁性体とで構成する。軸端の磁気吸引力は動圧溝の
発生する負荷容量と併せて姿勢復元力を形成し，更に姿
勢安定性を向上できる。
【０００８】軸内には磁気吸引力より大の保持力で可動
に保持する永久磁石を有し，組立時に永久磁石は十分に
軸端より突出させた後に軸とスリーブ間には磁気吸引力
以上の力を加えてスリーブ頂部或いはスリーブ頂部に配
置された板バネが弾性変形を生じる状態で永久磁石の位
置を確定させ，スリーブの円錐頂部或いは板バネと永久
磁石端とは静止時には接触し，回転時には離間してその
離間距離が軸とスリーブの円錐面に於ける軸方向浮上距
離より小或いは等しくなるよう構成している。これによ
り静止時に軸の円錐面がスリーブに嵌り込んで生ずる起
動不良を排して信頼性を向上出来る。
【０００９】スリーブ端面にはリング状部材を固定し，
そのリング状部材の自由端部を固定部側の環状凹部内と
なるよう配置させて回転部の軸方向移動量を規制する。
過大な衝撃が加わった場合における回転部の抜け止め構
造である。
【００１０】さらに対向する軸及びスリーブ円錐状両面
のほぼ同じ軸方向位置にそれぞれ周方向角度長の異なる
動圧溝を配して周方向の最小間隙点から最大圧力点とな
るまでの遅れ量を分散させてハーフホワール等の不安定
現象を回避する構造を提案している。
【作用】本発明による気体動圧軸受モータに依れば，回
転によって発生する負荷容量は円錐面に垂直でその軸方
向分力と磁気吸引力とが平衡する位置で軸とスリーブは
非接触で回転する。負荷容量の径方向分力は周方向の各
点でそれぞれ平衡して回転部の調芯に寄与する。さらに
負荷容量自体は円錐のテーパー面に垂直であるので円錐
の頂点を支点として回転姿勢が傾いた場合の復元力とな
る。軸端の磁気吸引力は動圧溝の発生する負荷容量と併
せて姿勢復元のモーメント力を形成し，姿勢安定性を向
上できる。
【００１１】従来の単円錐構造の軸受において，回転部
の姿勢維持に成功しなかった大きな要因は軸受に加える
負荷を自重のみ，或いは起動停止時の摩耗を避けるため
に実開平０６−００４７３１のように磁気ベアリングを
併用して自重以下の負荷を軸受に加える構造としていた
事情にある。既に説明したように軸受の負荷容量の軸方
向分力と負荷とが平衡して安定するので小さな負荷では
発生する負荷容量は小さく抑えられ，回転姿勢を安定に
維持するに十分な姿勢復元力は得られない。本発明によ
る流体動圧軸受では軸とスリーブ間に磁気吸引力を作用
させて軸受に加えられる負荷を大とし，対抗して発生す
る軸受の負荷容量の大きさを所望の値とさせる事で回転
姿勢の安定化を可能とした。その磁気吸引力の大きさは
許容できるＮＲＲＯの程度，モーターの大きさ等条件に
よって異なる。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下に本発明による気体動圧軸受
モータについて，その実施例及び原理作用等を図面を参
照しながら説明する。
【００１３】図１は，本発明の実施例である気体動圧軸
受モータの断面構造を示す。軸１１はその径が先細りと
なる円錐形状とし，軸１１に対向して配置されるスリー
ブ１２は円錐状凹面とする。軸１１はその中に永久磁石
３５を有し，磁性体で構成されたスリーブ１２頂部との
間に磁気吸引力を発生させる。
【００１４】番号３９は通気孔を示し，円錐頂部１４に
加圧された空気を軸受外部に漏洩させる。通気孔３９の
径を小として流路抵抗を調整し，円錐頂部１４の圧力を
適度に残させる事で起動時の浮上を速やかにさせると共
に衝撃振動が加わった時には加圧空気を逃がしてダンピ
ングの程度を制御する。番号９０は磁性体で磁気シール
ドを構成する。
【００１５】回転部はスリーブ１２，ローターマグネッ
ト４６，磁気ディスク８５等とより，固定部は軸１１，
ベース４３，ステータコア４９，コイル５２等とより構
成する。
【００１６】軸１１，スリーブ１２の何れかの円錐状テ
ーパー面１３には，後に説明するヘリングボーン形状の
動圧溝を一組有してベアリング部を形成する。この一組
の動圧溝は空気をその中心に向かってポンピングし空気
の圧力を高める。その結果生じる負荷容量は軸とスリー
ブ間間隙に反比例するので負荷容量の軸方向分力と前記
磁気吸引力とが平衡するよう前記間隙は決定され，負荷
容量の径方向分力で軸１１の調芯が行われる。したがっ
て，負荷容量の大きさは磁気吸引力によって決まるので
回転時に回転部を支持するに十分な負荷容量を発生出来
るよう磁気吸引力を設定するとし，間隙はおおよそ数ミ
クロンメートルの値となる。円錐形状の頂角が大では負
荷容量の軸方向分力を重視，小では径方向分力を重視す
ることになるが，実施例では６０度弱として調芯が十分
に行えるよう径方向の分力を重視している。
【００１７】ステーターコア４９，コイル５２はロータ
ーマグネット４６と協働して回転部を回転させる。回転
部にはこの他に負荷として磁気ディスク８５或いは光デ
ィスク等が搭載され，正立或いは倒立等記憶装置の設置
形態により軸１１とスリーブ１２間に加わる力は異な
る。すなわち，正立では磁気吸引力に加えて可動部重量
が加わり，倒立では逆に磁気吸引力から可動部重量が差
し引かれて加わる。それらを考慮すれば，磁気吸引力と
しては可動部重量の３倍以上が目安であり，経験的にも
妥当な姿勢の安定が得られる。磁気吸引力を大にしてよ
り大きな負荷容量と平衡させれば歳差運動を更に圧縮で
きて姿勢安定性を増すことが出来るが，一方では起動停
止時の摺動摩擦を大にして稼働寿命を減ずる事も判明し
ている。必要な回転精度によって異なるが，おおよその
目安として小型磁気ディスク装置の場合は気体動圧軸受
モータの回転部重量に負荷重量を加えた可動部重量の５
倍程度の磁気吸引力を発生させるよう設定する。
【００１８】図２は軸１１，永久磁石３５，スリーブ１
２等の断面と磁束の経路を示す。軸１１は非磁性材料と
し，軸内に希土類の強力な永久磁石３５を配置する。軸
受部の径は２０ミリメートル程度であるとして永久磁石
３５の径は設計上１５ミリメートル程が割り当て可能で
ある。軸１１の先端とスリーブ１２との距離は２０−３
０ミクロンメートル程度の微小な間隙に設定するので磁
気吸引力はその間隙変動に依らずほぼ一定となり，加工
組み立て公差を大に出来る。番号５５は永久磁石３５の
磁化方向を示し，永久磁石３５先端は球面として磁束を
集中させ，スリーブ１２円錐頂部に流入した磁束５６は
スリーブ１２内を通って永久磁石３５の他端に戻る。
【００１９】磁気吸引力の発生手段には他にローターマ
グネット４６とステーター４９を軸方向に偏倚させる，
或いはローターマグネット４６の下方に磁性体片を配置
する等が存在する。前者は振動を誘発し，後者は磁性体
片に生じる渦電流で消費電流を大にさせるデメリットが
ある。本実施例に示す磁気吸引力発生手段では上記手段
の欠点を解決する事が出来る。
【００２０】図３は図１に示す実施例に於ける軸受部分
の詳細構造を示し，図３（ａ）はスリーブ１２の平面図
を，図３（ｂ）は軸１１及びスリーブ１２の断面構造を
それぞれ示す。図３（ａ）に示すようにスリーブ１２の
テーパー部にはヘリングボーン形状の動圧溝１８が一組
設けられている。動圧溝１８は数ミクロンメートル程度
の凹みであり，回転時に内周側及び外周側から空気を動
圧溝１８の中心，つまり動圧溝１８の屈曲箇所に集めて
空気の圧力を高め，スリーブ１２を軸１１に対して浮
上，支承する。本実施例では外周側から内周側へのポン
ピング能力を内周側から外周側へのそれよりやや大とし
て内周側へのポンピング力が残るよう設定し，内周側で
の空気の圧力を回転起動時に速やかに大とさせて軸１
１，スリーブ１２の摺動摩擦を軽減させる。図３（ａ）
に示す動圧溝１８では内周部側の溝長が大に表されてい
るが，ポンピング能力は溝の周方向長さの縮小程度及び
溝の径方向長さ等により決まるので上記説明とは矛盾し
ない。
【００２１】図４では，回転時に発生する空気の圧力分
布，圧力分布の結果として軸１１，スリーブ１２間に現
れる負荷容量等を示して回転姿勢の復元力が得られる事
を説明する。 図４（ｂ）は，回転時に動圧溝１８によ
って発生される空気の圧力分布６２，６３，６４，６５
を示し，縦軸６０は圧力を，横軸６１は図４（ａ）に対
応して径方向の座標を示す。その圧力の最高点位置６
３，６５は動圧溝１８の屈曲点にほぼ相当する。圧力分
布は大気圧を差し引いてあるので外周部の圧力６２では
ほぼゼロとなっているが，動圧溝１８は内周側へのポン
ピング力が勝るように設定されているので内周部に相当
する位置の圧力６４は大気圧より大と示される。
【００２２】図４（ａ）では，軸１１，スリーブ１２の
断面構造と空気の圧力増大に伴って生ずる負荷容量を番
号６７，６８として示す。円周方向各点に同様な負荷容
量は現れるが，説明を簡単にするために断面図の左右二
点で示している。
【００２３】番号６９，７１は負荷容量６７，６８の軸
方向分力を，番号７０，７２は径方向分力をそれぞれ示
す。負荷容量６７，６８は軸１１，スリーブ１２間の間
隙にほぼ反比例するので軸方向分力６９，７１と回転
部，固定部間の磁気吸引力とが平衡するよう間隙は定ま
る。径方向分力７０，７２は互いに逆方向でこれらが釣
り合うようスリーブ１２は調芯される。
【００２４】また，負荷容量６７，６８は円錐面に垂直
に働くので円錐面の頂点に対応する位置を仮想的な支点
６６とし，支点６６と負荷容量６７，６８の作用する点
との距離をＬとすると，スリーブ１２には距離Ｌと負荷
容量６７，６８の積に相当するモーメント力が働く。負
荷容量６７，６８に拘わるモーメント力は常に逆方向で
あり，負荷容量６７，６８の大きさはそれらの近傍に於
ける軸１１，スリーブ１２間の間隙にほぼ反比例するの
で負荷容量６７，６８のモーメント力が等しくなるよ
う，すなわち両者の間隙が等しくなるよう復元力が支点
６６を中心に働き，スリーブ１２の姿勢は維持され，歳
差運動も抑制される。
【００２５】図４（ａ）の番号８３は軸端での磁気吸引
力を示し，さらに軸端の磁気吸引力８３が負荷容量６
７，６８と回転姿勢の復元モーメント力を発生させる事
が容易に判る。このように軸端に磁気吸引力を有する構
造は更に回転姿勢の安定化に寄与する。
【００２６】気体動圧軸受けでの軸損は，主として動圧
溝のある狭間隙部分での空気と軸１１，スリーブ１２等
の面との摩擦力に起因するので本発明のように動圧溝が
一組という最小構成で有ればこの点からも軸損は小さ
く，低電流化が達成できる。
【００２７】また，軸１１の姿勢保持に関するモーメン
ト力は距離Ｌと負荷容量６７，６８との積に依って決ま
るので従来構造のように軸方向に二組の動圧溝を有して
それらの間のスパンを大にする必要は無く，動圧溝１８
は一組のみで済むので従来構造に比して構造の簡素化と
共に薄型化も達成できる。
【００２８】軸及びスリーブ等軸受部の材料としては，
セラミック，金属材料のように従来から気体動圧軸受に
用いている材料を使用できる。金属材料の表面にニッケ
ル，チタン，ＤＬＣ，二流化モリブデン等の薄膜を形成
する事は起動停止時に於ける摩耗を減じるに有効で望ま
しい。
【００２９】軸受部分の製造方法に関して言及すると，
実施例で示すように本発明に関わる軸受部材は凸形状の
軸は当然として，凹面であるスリーブもその傾斜は上に
拡開する形状で型抜きが容易であり，プレス或いは射出
成形等の技術を用いて動圧溝も含めて同時成形できる。
したがって，セラミックス，焼結合金等による型成形，
炭素繊維を含むＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド樹
脂）の様に耐摩耗性に優れた樹脂材料を用いての型成形
等が可能で低コストでの製造に適している。
【００３０】図５及び図６は静止時に軸とスリーブとが
円錐面で完全には接しないようにした図１実施例の詳細
構造を示す。図５において，軸１１内には静止時にスリ
ーブ１２円錐頂部と接触する可動の永久磁石３５を有す
る。点線で示したスリーブ１２ａは静止時の位置を，ス
リーブ１２は回転時の位置をそれぞれ示すが，回転時に
於ける永久磁石３５端とスリーブ１２の円錐頂部との間
隙をｄ，スリーブ１２，軸１１間の円錐面での軸方向浮
上量をｆとしてｆがｄよりも常に等しいか大となるよう
永久磁石３５の突出量を定める。その目安として（ｆ−
ｄ）はスリーブ１２の浮上量ｆが温度によって変化する
ので例えば浮上量ｆが１０−２０ミクロンメートルの範
囲で有れば５ミクロンメートル程度に設定する。このよ
うにして回転時に永久磁石３５端は少なくとも５ミクロ
ンメートル程度，円錐面は軸方向に１０−２０ミクロン
メートル浮上し，回転姿勢に影響を与えない。
【００３１】円錐状軸受に於いては，軸がスリーブに嵌
り込んで摩擦が大となり，起動不良を生じる可能性を有
している。磁気吸引力の大きさ，円錐頂角，軸とスリー
ブを構成する材料の硬度等の相対的な問題であり，本発
明が対象とする小型モータの領域では発生する確率は小
さいが，図５に示す構造として完全に解決できる。
【００３２】図６は図５に於ける永久磁石３５の位置調
整を説明するための図である。軸１１内の円筒３２には
隙間嵌めにより磁気吸引力よりは大の保持力で永久磁石
３５を移動可能に保持する。組立時には軸１１に予め永
久磁石３５を十分に突出させてスリーブ１２を組み合わ
せ，磁気吸引力より大の押し圧力をスリーブ１２，軸１
１間に加えてスリーブ１２の円錐頂部に当接させ，軸１
１とスリーブ１２とが円錐面で接し且つスリーブ１２の
円錐頂部を弾性変形させた状態で押し圧力を取り去る。
点線１２ｂは押し圧力を加えた状態でのスリーブを示
し，実線で示すスリーブ１２は押し圧力を取り去った後
にスリーブ１２の円錐頂部が元の形状に復帰し，軸１１
及びスリーブ１２の円錐面に間隙が設けられた状態を示
す。スリーブ１２の円錐頂部の弾性変形を利用する替わ
りに板バネの弾性変形を利用しても同様の効果を得るこ
とが出来る。
【００３３】永久磁石３５は位置調整をした後，接着或
いは溶接等で固定すると過大な衝撃力にも対抗できる。
円筒３２は貫通孔として永久磁石を隙間バメ或いはねじ
留めで保持し，組立時には十分に突出させてスリーブ１
２の円錐頂部と当接させた後に貫通孔を介して（ｆ−
ｄ）相当量を突出させ位置調整及び固定を行う事も出来
る。さらに永久磁石３５先端部及び対向するスリーブ１
２円錐頂部にはセラミック材貼付，メッキ処理等摩耗対
策を施せば長期に渡って性能を安定化できる。
【００３４】単一の円錐状軸受に於いては，軸とスリー
ブとの径がわずかに異なっても軸方向の適当な位置で対
向するので径寸法の公差を大として低コスト化を可能に
する特徴がある。図５の実施例で示した永久磁石３５を
当初から軸１１に固定とすることも出来るが，その場合
には永久磁石３５の突出量と軸１１及びスリーブ１２の
径寸法とを管理しなければならない。気体動圧軸受モー
タとしてのＮＲＲＯ等の性能要求が比較的緩い場合は寸
法管理も容易であるが，性能要求が厳しい場合には困難
で，本実施例のように永久磁石３５の位置調整を行う構
造がトータルのコストとしては低い。
【００３５】図７は軸内に通気孔を有する気体動圧軸受
モータの実施例を示す。同図に示すように，軸１１内に
円錐頂部１４から円錐外周部に至る通気孔３４を有する
構造とし，円錐頂部１４に加圧された空気を円錐外周部
に循環させる。その他の構造は図１の実施例と同じで説
明は省略する。通気孔３４には繊維状材質，多孔性材質
等のフィルター部材８７等を充填させて流路抵抗を調整
し，円錐頂部１４の圧力を適度に残させる事で起動時の
浮上を速やかにさせると共に衝撃振動が加わった時には
加圧空気を逃がしてダンピングの程度を制御する。さら
に摺動部分に発生する摩耗粉を除去する特徴もある。通
気孔３４は繊維状材質，多孔性材質等のフィルター部材
８７を介して装置外と連通させる事も出来る。番号３８
は側面にスリットを有する永久磁石を示す。
【００３６】図８（ａ）はヘリングボーングルーブの中
央部にクラウンを有する実施例を示す。円錐面に設ける
ヘリングボーン形状の動圧溝は中央部が無い平坦とし，
両側の動圧溝２０，２１を位置が判りやすいように断面
図内に示したが，実際には軸１１の円錐表面にある深さ
数ミクロンの溝である。軸１１には円錐面に僅かにクラ
ウン１９を設けて平坦部帯状領域の軸受間隙が最小とな
るよう構成し，クラウン１９のある平坦部帯状領域には
深さ１０ミクロン程度の周回溝４０を設けてある。クラ
ウン部１９の具体的寸法は個々の条件で異なるが，円錐
内外周端で平坦部帯状領域部より間隙が数ミクロンメー
トル程度大になるよう設定する。このような構造とする
ことで軸１１及びスリーブ１２の円錐面の頂角設定が僅
かにずれても内外周のエッジの接触を回避でき，部材の
加工公差を拡大できる特徴がある。
【００３７】ヘリングボーングルーブはポンプインとポ
ンプアウトの二種のスパイラルグルーブを対にした構造
であるので上記グルーブ構造は軸受間隙が最小になるク
ラウン部１９を境に内周側にポンプアウトのスパイラル
グルーブ２０，外周側にポンプインのスパイラルグルー
ブ２１を配置したと解する事も出来る。それぞれの役割
に応じて一周当たりのグルーブの数，グルーブの傾き角
等形状もそれぞれ最適に選択する事も出来る。
【００３８】図８（ａ）には上記の動圧溝構造に於ける
回転時の圧力分布も示す。番号７３は軸方向の座標，番
号７４は圧力の値をそれぞれ示し，番号７５，７６，７
７，７８，７９はそれぞれの軸方向位置で周方向の平均
的な圧力を示す。大気圧を差し引いてあるので外周部で
の圧力値７５はゼロを示し，動圧溝２１により圧力７６
は増加し，中央部では番号７７で示すようほぼ一定とな
る。動圧溝２０の位置に相当する部分で圧力は番号７８
に示すよう減少し，円錐頂部１４では番号７９に示すよ
う大気圧よりやや大の値となる。
【００３９】基本的にはこの中央部での高い圧力７７に
より回転部姿勢を保持するのであるが，詳細には更に図
８（ｂ）により説明する。図８（ａ）に示す圧力分布７
５，７６，７７，７８，７９は周方向の平均値であり，
軸１１とスリーブ１２とが偏芯したり，傾いた場合には
局部的に周方向の圧力分布も異なる。図８（ｂ）では回
転するスリーブ１２が上方では左に，下方では右に傾い
て回転している状況を示す。グルーブ２０がクラウン１
９による中間の狭間隙部との間で発生させる負荷容量は
周方向に均一では無くなり，右側で負荷容量Ｆ１１，左
側でＦ１２として代表させて考えると軸受間隙の小さい
側のＦ１１が大となる。同様にグルーブ２１の場合も負
荷容量を右側でＦ２１，左側でＦ２２とすると，軸受間
隙の小さい側のＦ２２が大となる。円錐面の頂点を仮想
的な支点６６と考えて支点６６から負荷容量Ｆ１１，Ｆ
１２までの距離をＬ１，負荷容量Ｆ２１，Ｆ２２までの
距離をＬ２とすると，スリーブの上部ではＬ１＊（Ｆ１
１−Ｆ１２），スリーブ下部ではＬ２＊（Ｆ２１−Ｆ２
２）のモーメント力が働き，それぞれに於ける軸受間隙
を等しくするよう復元力が働く。この説明では簡単のた
めに左右のモーメント力のみ取り上げたが，実際には円
周方向及び軸方向の各点に於けるモーメント力が釣り合
う事になる。
【００４０】このように一組のヘリングボーングルーブ
中間に間隙小の領域を配置することにより軸１１，スリ
ーブ１２間の上下間隙をそれぞれ均等にさせるような回
転姿勢復元モーメント力を発生させることが出来，本実
施例の気体動圧軸受モータでは歳差運動を更に抑制する
ことが出来る。またクラウン１９中央の帯状狭間隙部は
偏芯した際に楔効果で空気の圧力大の領域を生じさせる
が，偏芯による間隙小の部分から圧力大の部分までの遅
れが大でハーフホワール等不安定現象を生じさせやす
い。周回溝４０は圧力大の空気を周方向に分散させ，動
圧溝による復元力を相対的に高めてハーフホワールを減
少させる効果がある。
【００４１】図９は軸受部の対向する両面に動圧溝を有
する実施例で軸受部近傍を図示する。図９（ｂ）は軸と
スリーブの断面を示し，軸１１内には磁気吸引力発生用
に永久磁石３５が配置され，軸１１の表面にはヘリング
ボーン形状の動圧溝２２が配置される。図９（ａ）はス
リーブ１２の軸受面を示し，スリーブ１２の軸受面には
ヘリングボーングルーブ１８が配置される。動圧溝１
８，２２の深さは数ミクロンメートルで，軸１１表面の
動圧溝２２とスリーブ１２表面の動圧溝１８とは周方向
角度長が異なることを特徴とする。同図実施例では軸１
１表面の動圧溝２２の周方向角度長はスリーブ１２表面
の動圧溝１８の半分程度に設定してある。番号２９，３
０の矢印はスリーブ１２の回転方向を示す。
【００４２】動圧溝は回転時に空気をポンピングして圧
力を高め，圧力を高める能力は軸受間隙にほぼ反比例し
て姿勢復元力を発生させる。動圧溝は周方向に分布する
ので偏芯して軸受間隙が局部的に小となってもその影響
が周方向での圧力分布差として反映されるまでには遅れ
が生じ，その遅れ量は動圧溝の周方向の角度長に比例す
る。被制御量の変化から制御までに遅れが有る制御系は
ある種の共振現象を起こすことは知られており，気体動
圧軸受の場合は歳差運動，ハーフホワール等の不安定現
象を引き起こす。
【００４３】したがって，この種の不安定現象を軽減さ
せるには上記遅れ量を適当に分散させることであり，例
えば動圧溝１８の周方向の長さを分散させて構成する。
しかし，一周当たりに数個しかない動圧溝の角度長を分
散させると姿勢復元力の不均等その他のデメリットも顕
在化する。本発明では軸１１表面，およびスリーブ１２
表面にそれぞれ周方向角度長の異なる動圧溝を形成し，
高められた圧力による姿勢復元力の周方向への均一性
と，異なる周方向角度長の動圧溝の共存とを実現して解
決した。動圧溝の加工は一般には容易ではなく，軸受部
の両面に構成することはコストアップの要因となる。本
実施例では円錐状軸１１，円錐状スリーブ１２は何れも
型成形が可能であるのでコストアップ要因とはならず歳
差運動の起こりにくい流体動圧軸受モータを実現でき
る。
【００４４】図１０はリング状部材をスリーブ端に設け
て可動部の軸方向位置を規制する実施例を示し，図１０
（ａ）は右半分の断面図を，図１０（ｂ）はリング状部
材周辺の断面部８９を拡大して示す。同実施例におい
て，スリーブ１２の端部は突部８６を，リング状部材２
４には契合する貫通孔を有するものとする。リング状部
材２４は予めシャフト１１外周部の環状凹部２６に嵌め
ておいてスリーブ１２と組み合わせ，アクセス孔２５を
介して前記突部８６とリング状部材２４の貫通孔を契合
させると共にジグ８８によりリング状部材２４の内周部
を前記環状凹部２６の端部８７に突き当て，リング状部
材２４が弾性変形をした状態で前記突部８６に嵌め合い
固定させる。
【００４５】前記組み立てプロセスでリング状部材２４
の軸方向弾性変形量は２０ミクロンメートル程度とし，
リング状部材２４と前記突部８６との嵌め合いの強度を
十分に大とすれば衝撃が加えられた時でもハブ１２を含
む可動部の軸方向移動量を２０ミクロンメートル程度の
微少量に制限できる。ＨＤＤ等の例では磁気ディスクの
軸方向移動量を微少量に制限したいとする要求が強い
が，本実施例のようにリング状部材２４の弾性変形を利
用する事により，各部材公差を厳しく設定することも無
く要求を満たすことができる。リング状部材２４と前記
突部８６とは組み立て後にさらに接着，溶接等の手段に
より接合強度を向上させて耐衝撃性を高めることもでき
る。
【００４６】図１１はシャフトの両端を固定とした構造
の実施例を示す。図１の実施例において，永久磁石３５
の中心に小径シャフト３６を固定し，ハブスリーブ１２
の中央に設けた貫通孔８４から突き出す構造とする。貫
通孔８４と小径シャフト３６との間隙は通気部分とな
る。その他の構成は図１の実施例と同様であるので説明
は省略する。薄型の装置において，小径シャフト３６は
筐体の外壁を支える事ができる。
【００４７】本発明の実施例ではスリーブ１２とハブを
一体構造として示したが，スリーブ１２部分とハブとを
個別に作り，組立固定する事も出来る。それぞれの要求
する特性仕様と併せてコストの低い方法を選択する。た
だ，実施例で示したＨＤＤの例では磁気ディスクの搭載
面の高さ及び傾きに関する仕様は厳しく，それらは軸受
面との相対的な位置関係に大きく左右されることを考慮
するとスリーブ１２とハブとを一体として形成する方が
精度を実現しやすい。本発明の気体動圧軸受モータはス
リーブ，ハブ一体化構造も可能にして低コストで高精度
のモータを実現できる。
【００４８】
【発明の効果】以上，実施例を用いて説明したように
本発明の気体動圧軸受モータに依れば，円錐形状テーパ
ー面に動圧溝を有してその高められた圧力による負荷容
量と磁気吸引力とを平衡させる簡素な構造であって，課
題である回転姿勢の安定化，型成形による量産低コスト
化，気体動圧軸受モータの薄型化，低電流化をも同時に
実現して本発明の目的を十分に達成することが出来る。
特に小型の磁気ディスク装置，光ディスク装置等の回転
型記憶装置，半導体の冷却ファン等に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例である気体動圧軸受モータの
断面図を示す。
【図２】 図１の実施例に於ける磁気吸引力発生手段と
磁束経路とを示す。
【図３】 軸受部の詳細を示し，（ａ）図はスリーブの
平面図を，（ｂ）図は軸とスリーブの断面図をそれぞれ
示す。
【図４】 （ａ）図は軸とスリーブの断面と負荷容量の
分力を，（ｂ）図は回転に伴って発生する圧力分布を示
す。
【図５】 静止時に軸とスリーブとの接触を規制する為
に永久磁石を可動として軸内に有する軸受部詳細断面を
示す。
【図６】 図５に於ける永久磁石の位置調整方法を説明
するための図である。
【図７】 軸内に通気孔を有する本発明実施例の断面構
造を示す。
【図８】 （ａ）図はクラウンを有する本発明実施例の
断面図と圧力分布，及び（ｂ）図はその偏芯時の負荷容
量等を示す。
【図９】 軸とスリーブの対向する両面に動圧溝を有す
る本発明実施例の軸受部詳細を示し，（ａ）図はスリー
ブ平面図を，（ｂ）図は軸とスリーブの断面を示す。
【図１０】 リング状部材の軸方向位置を調整できる実
施例を説明するための図で，（ａ）図は断面図を，
（ｂ）図はリング状部材周辺の断面図を拡大して示す。
【図１１】 シャフトの両端を固定とした本発明の実施
例を示す。
【符号の説明】
１１・・・軸， １２，１２
ａ，１２ｂ・・スリーブ，１３・・・円錐状テーパー
面， １４・・・円錐頂部，１８，２２・・
ヘリングボーン形状の動圧溝，１９・・・クラウン，
２０，２１・・動圧溝，２４・・・
リング状部材， ２５・・・アクセス
孔，２６・・・環状凹部， ２７，
２８・・動圧溝，２９，３０・・スリーブの回転方向，
３２・・・円筒，３４，３９・・通気孔，
３５，３８・・永久磁石，４０・・・周回
溝， ４３・・・ベース，４６・
・・ローターマグネット， ４９・・・ステー
タコア，５２・・・コイル， ５
５・・・磁化方向，５６・・・磁束，
６０・・・圧力，６１・・・径方向の座標，
６２，６３，６４，６５・・圧力分布，
６６・・・支点， ６７，６８
・・・負荷容量，６９，７１・・負荷容量の軸方向分
力， ７０，７２・・負荷容量の径方向分力，７３・
・・軸方向の座標， ７４・・・圧力
値，７５，７６，７７，７８，７９・・圧力， ８３・
・・磁気吸引力，８５・・・磁気ディスク，
８６・・・スリーブ端の突部，８７・・・環状凹
部の端部， ８８・・・ジグ，８９・・・
リング状部材周辺の断面部， ９０・・・シールド板
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１３年１０月１８日（２００１．１０．
１８）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４５
【補正方法】変更
【補正内容】
【００４５】前記組み立てプロセスでリング状部材２４
の軸方向弾性変形量は２０ミクロンメートル程度とし，
リング状部材２４と前記突部８６との嵌め合いの強度を
十分に大とすれば衝撃が加えられた時でもスリーブ１２
を含む可動部の軸方向移動量を２０ミクロンメートル程
度の微少量に制限できる。ＨＤＤ等の例では磁気ディス
クの軸方向移動量を微少量に制限したいとする要求が強
いが，本実施例のようにリング状部材２４の弾性変形を
利用する事により，各部材公差を厳しく設定することも
無く要求を満たすことができる。リング状部材２４と前
記突部８６とは組み立て後にさらに接着，溶接等の手段
により接合強度を向上させて耐衝撃性を高めることもで
きる。
───────────────────────────────────────────────────── 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 21/14 Ｈ０２Ｋ 21/14 Ｍ ５Ｈ６２１ 29/00 29/00 Ｚ Ｆターム(参考） 3J011 AA11 AA20 BA11 CA03 JA02 KA04 MA02 MA12 PA02 3J102 AA01 AA08 BA04 BA19 CA09 CA11 CA16 CA17 CA19 CA22 DA10 DA36 GA13 5H019 AA08 AA10 CC03 DD01 FF03 5H605 AA04 AA05 AA08 BB05 BB14 CC04 EB02 EB06 5H607 AA04 BB01 BB07 BB09 BB14 BB25 CC01 DD03 DD06 GG01 GG02 GG12 GG14 GG19 5H621 GA01 JK17 JK19

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 軸径が略円錐状に次第に細くなるテーパ
    ー面を有する軸と，軸に対向する円錐状凹部を持つスリ
    ーブと，軸内或いはスリーブ頂部に磁石及び磁性体とを
    それぞれどちらかに有して軸端及びスリーブ頂部間に磁
    気吸引力を発生させる磁気的手段とより構成される気体
    動圧軸受モータにおいて，軸或いはスリーブの円錐状テ
    ーパー面に動圧溝を有し，回転時に前記動圧溝が発生す
    る負荷容量の軸方向分力と前記磁気吸引力とを平衡させ
    て回転部を支承する事を特徴とする気体動圧軸受モータ
  2. 【請求項２】 請求項１記載の気体動圧軸受モータに於
    いて，前記磁気的手段は前記磁気吸引力よりは大の保持
    力で軸内に可動に保持される永久磁石とスリーブ側磁性
    体とで構成し，前記永久磁石端において静止時にはスリ
    ーブと接触し，回転時には離間してその離間距離が軸と
    スリーブの円錐面に於ける軸方向浮上距離より大とはな
    らないよう組立時に前記永久磁石の位置調整及び固定を
    可能としたことを特徴とする気体動圧軸受モータ
  3. 【請求項３】 請求項１記載の気体動圧軸受モータに於
    いて，前記磁気的手段は前記磁気吸引力よりは大の保持
    力で軸内に可動に保持される永久磁石とスリーブ側磁性
    体とで構成し，永久磁石は十分に軸端より突出させた後
    に軸とスリーブ間には前記磁気吸引力以上の力を加えて
    スリーブ頂部或いはスリーブ頂部に配置された板バネが
    弾性変形を生じる状態で永久磁石の位置が確定するよう
    組み立て，スリーブの円錐頂部或いは板バネと永久磁石
    端とは静止時に接触し，回転時には離間してその離間距
    離が軸とスリーブの円錐面に於ける軸方向浮上距離より
    大とはならないよう構成した事を特徴とする気体動圧軸
    受モータ
  4. 【請求項４】 請求項１記載の気体動圧軸受モータに於
    いて，軸及びスリーブの円錐状テーパー面が対向する軸
    方向の中間領域で最小間隙となるよう軸及びスリーブの
    円錐状テーパー面の何れかに数ミクロンメートル程度の
    クラウンを付与し，且つ前記最小間隙となる領域に向け
    て気体をポンピングさせるようなスパイラル状動圧溝を
    前記最小間隙領域の軸方向両側或いは片側に設けた事を
    特徴とする気体動圧軸受モータ
  5. 【請求項５】 請求項４記載の気体動圧軸受モータに於
    いて，軸或いはスリーブの円錐状テーパー面に設けたク
    ラウン形状により最小間隙となる軸及びスリーブの円錐
    状テーパー面の少なくとも何れかの面に周回する溝を設
    けた事を特徴とする気体動圧軸受モータ
  6. 【請求項６】 請求項１記載の気体動圧軸受モータに於
    いて，軸及びスリーブの円錐状テーパー両面の軸方向に
    対向する位置に動圧溝を有し，それぞれの面に於ける動
    圧溝は周方向角度長が異なる事を特徴とする気体動圧軸
    受モータ
  7. 【請求項７】 請求項１記載の気体動圧軸受モータに於
    いて，スリーブ端に固定されるリング状部材と，リング
    状部材に対応して固定側に設けられた環状凹部との間で
    回転部の軸方向可動距離を制限させた事を特徴とする気
    体動圧軸受モータ
  8. 【請求項８】 請求項７記載の気体動圧軸受モータに於
    いて，前記リング状部材はハメ合い，接着或いは溶接等
    の手段で前記スリーブ端部に固定されるとし，固定作業
    に必要なアクセス孔を前記スリーブ端部に対向する固定
    部側部材に有する事を特徴とする気体動圧軸受モータ
  9. 【請求項９】 請求項８記載の気体動圧軸受モータに於
    いて，スリーブ端部とリング状部材とは互いに嵌め合い
    固定する手段を有し，アクセス孔を介してリング状部材
    の自由端側を押し弾性変形させた状態で前記環状凹部の
    端面に突き当ててリング状部材をスリーブ端部に嵌め合
    い固定し，可動部の軸方向移動量をリング状部材の前記
    弾性変形量として調整設定することを特徴とする気体動
    圧軸受モータ
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