JPH0775284A - 動圧軸受装置及びこれを用いた非周期的振れ防止が要求されるモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 動圧軸受装置の非周期的振れを抑制する。 【構成】 固定部材１（または回転部材）に、回転部材
２（または固定部材）の周面と一定のクリアランス３を
有する軸受面４と、周方向に等間隔で且つ同形状の軸受
面４のクリアランス３より大きなクリアランス５を有す
る凹部６とが形成されている。回転部材２の回転に伴っ
て、周方向に等間隔で配置された軸受面４に常に動圧力
が発生する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、固定部材とこの固定部
材の周面に摺動する回転部材との間に潤滑流体を介在さ
せて動圧を発生させる動圧軸受装置およびこの動圧軸受
装置をしたハードディスクドライブ用モータやレーザビ
ームプリンタのポリゴンミラー用モータなどのような非
周期的振れ防止が要求されるモータに関する。

【０００２】

【従来の技術】非周期的振れ防止が要求されるモータ例
えばハードディスクドライブ用のモータは、従来、図５
に示したボールベアリング方式の軸受装置を使用してき
た。この軸受装置は、固定軸１０１の周りにボールベア
リング１０２，１０２を介してハブ１０３が嵌合され、
回転可能に設けられている。しかしながら、このボール
ベアリング方式の軸受装置では、近年の高密度記録の要
求には軸振れ精度に限界があり、応えることができなく
なっている。

【０００３】そこで、近年は動圧を利用した軸受装置が
提案されている。この動圧軸受装置は、図６に誇張して
示すように、軸受部材２０１の真円状に形成された軸穴
２０２に回転軸２０３が配置され、軸穴２０２と回転軸
２０３との間の通常５〜１０μｍ程度のクリアランス
（軸受隙間）２０４に潤滑油２０５が満たされている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図６に
示すように従来の動圧軸受装置は真円であるため、仮想
線で示すように回転軸２０３が偏心しないと動圧力が発
生しないので、非周期的に発生する軸振れ（ＮＲＲＯ）
が小さくならない、また半速振れまわりのような特有の
現象がおき、これが一度起きると動圧力を得ることがで
きなくなる、という問題がある。例えば、ＨＤＤの場
合、トラック幅が５μｍ以下であるため、ＮＲＲＯを
０．１５μｍ以下に抑えることが要求される。周期的に
発生する軸振れはサーボ機構によってかなりの程度補正
することが可能であるが、非周期的軸振れはサーボ機構
によって補正が困難であり、ＨＤＤなどではリードエラ
ーを生ずることとなる。この軸振れを抑制するには、軸
受隙間を狭くすることが一般に有効と考えられている。
例えば、２〜３μｍの狭い軸受隙間を設定すれば、軸振
れを起こさない程度に動圧を高め得ると考えられる。し
かし、これではモータの駆動電流値が上がると共に超高
精密な加工精度が要求されることとなる。

【０００５】本発明は、非周期的振れを抑制した動圧軸
受装置およびこれを組み込んで非周期的振れ防止が要求
されるモータを提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
め、本発明は、固定部材と固定部材の周面に摺動する回
転部材との間に潤滑流体を介在させて動圧を発生させる
動圧軸受装置において、固定部材または回転部材のいず
れか一方に、他方側の回転部材または固定部材の周面と
一定のクリアランスを有する軸受面と軸受面のクリアラ
ンスより大きなクリアランスを有する凹部とを交互に周
方向に等間隔で形成した軸受部を設けるようにしてい
る。より好ましくは、凹部が潤滑流体の溜まり部とされ
ている。

【０００７】また、本発明の非周期的振れ防止が要求さ
れるモータは、固定部材または回転部材のいずれか一方
が、他方側の回転部材または固定部材の周面と一定のク
リアランスを有する軸受面と軸受面のクリアランスより
大きなクリアランスを有する凹部とを交互に周方向に等
間隔で形成した軸受部を有する動圧軸受装置を具備して
いる。

【０００８】

【作用】したがって、回転部材の回転に伴って、周方向
に等間隔おきに設けられた軸受面で動圧力が同時に発生
し、回転部材が周方向に等間隔で多点支持される。

【０００９】また、凹部が潤滑流体の溜まり部とされた
場合には、軸受面と凹部の溜まり部との間で潤滑流体が
循環する。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の構成を図面に示す実施例に基
づいて詳細に説明する。

【００１１】図１に本発明の動圧軸受装置の一実施例を
示す。この動圧軸受装置は、固定部材としての軸受部材
１と、この軸受部材１の軸穴の中に配置された回転部材
としての回転軸２と、これらの間の２種の隙間３，５に
充填されている潤滑流体７とから構成されている。

【００１２】軸受部材１の軸穴の内周面には、回転軸２
との間で軸受隙間３を設定する軸受面４と、軸受面４の
軸受隙間３より大きな隙間５を設定する凹部６とが交互
に周方向に等間隔で形成されている。本実施例の場合、
６０度間隔で６個の凹部６が設けられ、その間に６個の
軸受面４が等間隔で形成されている。尚、凹部６および
軸受面４のそれぞれの数は図示の６個に限られず、少な
くとも３個以上であればバランスのとれた多点支持が実
施可能である。本実施例における軸受隙間３は、軸受隙
間として通常設定される程度例えば５〜１０μｍ程度に
設定され、凹部６の隙間（以下、凹部隙間という）５は
１／２＜軸受隙間３／凹部６の隙間＜１に形成されてい
る。また、凹部６の形状は任意であるが、すべて同一形
状に形成される。また、本実施例では、潤滑流体７が、
軸受面４と回転軸２との間の軸受隙間３だけでなく、凹
部６の中にも収められている。したがって、軸受隙間３
と凹部隙間５との間で潤滑流体７が循環し、軸受隙間３
に潤滑流体７が補給される。

【００１３】また、本実施例の軸受部材１はポーラスな
焼結体例えば鉄系焼結合金の気孔に潤滑流体７が含浸さ
れた焼結含油軸受として構成されているが、これに特に
限られず、焼結合金以外の気孔のない軸受材料で構成し
てもよい。尚、本実施例では潤滑流体７として油を用い
ているが、これに特に限定されるものではなく磁性流体
を使用しても良い。

【００１４】以上のように構成された動圧軸受装置によ
ると、次のようにして回転時の軸振れが抑えられる。

【００１５】回転軸２の回転に伴って回転軸２と周方向
に等間隔おきに設けられた軸受部材１の多点の軸受面４
との間に動圧が発生し、回転軸２が周方向に等間隔で多
点支持され、回転軸２の非周期的振れ（ＮＲＲＯ）を小
さく抑えて支持される。また、回転軸２の回転に伴って
軸受面４と凹部６との間で潤滑流体７が循環し、潤滑流
体７の劣化が抑制される。

【００１６】このように非周期的振れを抑制できる軸受
装置は、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）用モータ、
ポリゴンミラー等のように非周期的振れ防止が要求され
るモータに好適である。

【００１７】例えば、図４に図１に示した動圧軸受装置
をＨＤＤ用モータに適用した場合の実施例を示す。この
ＨＤＤ用モータは図１に示した固定部材が軸受部材１で
その中に回転部材として回転軸２が配置されている動圧
軸受装置を備えているので、ここでは図１および図４に
基づいて説明する。また、本実施例における動圧軸受装
置は磁性流体を潤滑流体とした軸受装置である。

【００１８】このＨＤＤ用モータは、底部開口がスラス
ト受け２０によって閉塞されたハウジング１０と、この
ハウジング１０に圧入固定された環状の磁石１１と、こ
の磁石１１の両端面に接するようにしてハウジング１０
に圧入固定された１対の環状の軸受部材１，１と、これ
ら１対の軸受部材１，１を貫通するように挿入される回
転軸２と、回転軸２の周りに形成される隙間に封入され
た磁性流体（潤滑流体）１２と、ハウジング開口端部に
設けられた磁気シール１３と、回転軸２の先端側に圧入
固定された抜け止めカラー１４と、回転軸２のハウジン
グ１０の外に突出した部分に圧入固定されたハブ１５
と、このハブ１５の内周に固定されたロータヨーク１６
およびロータマグネット１７と、ハウジング１０の外周
に固定されたステータコア１８とおよびステータコイル
１９とから構成されている。ハブ１５にはメディアが固
定される。

【００１９】ここで、軸受部材１，１の内周面には、図
１に示したような構造の軸受面４および凹部６が交互に
等間隔で形成されている。また、１対の軸受部材１，１
の間に設置される磁石１１は、軸受部材１，１よりも小
さな内径に形成され、１対の軸受部材１，１と磁石１１
と回転軸２によって囲まれた空間が磁性流体７の第１の
貯留空間２１として形成されている。また、ハウジング
開口端に設置された磁気シール１３の磁石２４と回転軸
２との間の空間２２およびハウジング閉塞端側の軸受部
材１とスラスト受け９とハウジング１０に囲まれた空間
２３も、それぞれ磁性流体１２を貯留する空間として利
用されている。また、軸受部材１，１の凹部６は軸受部
材１，１を軸方向に貫通するように形成され、３つの貯
留空間２１，２２，２３にそれぞれ連通されている。

【００２０】また、本実施例の軸受部材１，１は鉄系焼
結合金によって形成され、その気孔部分に磁性流体１２
が含浸されている。したがって、３つの貯留空間２１，
２２，２３に収容される磁性流体１２と併せて、磁性流
体１２の総量が多く確保されている。

【００２１】磁石１１は軸方向に着磁され、透磁性材料
から成る回転軸２および軸受部材１，１との間で、磁石
１１→ハウジング開口端寄りの軸受部材１→回転軸２→
ハウジング閉塞端寄りの軸受部材１→磁石１１と流れる
閉磁路を形成する。したがって、軸受部材１，１と回転
軸２との間に磁性流体１２が吸着保持される。尚、ハウ
ジング１０は非磁性材料から形成されている。

【００２２】また、磁気シール１３は、ハウジング開口
端寄りの軸受部材１の端面に接するようにしてハウジン
グ１０に圧入固定された環状の磁石２４と、この磁石２
４の端面に接するようにしてハウジング１０に圧入固定
された環状の磁極片２５とから構成され、磁石２４→ハ
ウジング開口端寄りの軸受部材１→回転軸２→磁極片２
５→磁石２４と流れる閉磁路を形成して、磁極片２５と
回転軸２との間に磁性流体１２を吸着保持させ、ハウジ
ング１０の外に磁性流体１２が洩れ出るのを防止してい
る。

【００２３】以上のように構成されたＨＤＤモータの場
合、ステータコイル１９に通電されると、ロータ組を構
成するロータマグネット１７，１７、ロータヨーク１
６、ハブ１５、回転軸２、抜け止めカラー１４が一体的
に回転する。このとき軸受面４と直交するように軸受部
材１，１と回転軸２との間を磁束が貫通しているが、軸
受部材１，１の全周面にわたって軸受隙間３が設定され
ているのではなく、かつ隙間の大きさも通常設定されて
いる程度で特に狭いものではない上にクリアランスが大
きく軸受機能を持たない凹部６が交互に配置されている
ので、軸受隙間３における磁性流体の抵抗が軽減され、
モータの消費電力を低減できる。しかし、周方向に等間
隔に配置されている軸受面４において動圧が同時に発生
し、回転軸２が多点支持されるので、回転軸２の軸振れ
は抑制されて回転する。軸受部材１，１を介して、貯留
空間２１，２２，２３と、軸受部材１，１の軸受隙間３
との間で磁性流体７が循環する。また、軸受部材１，１
を焼結合金で形成している場合、ポンプ作用によって貯
留空間２１，２２，２３と、軸受隙間３との間で磁性流
体７が循環する。

【００２４】なお、上述の実施例は本発明の好適な実施
の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明
の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能であ
る。例えば、軸を固定しこの固定された軸に軸受部材を
設けてその周囲に円筒回転体を配置したり、また固定さ
れた軸の周囲に配置された円筒回転体の内周面に軸受部
材を設けるように構成してもよい。更に、図３に示すよ
うに、固定部材を筒状の固定フレーム８とし、回転部材
をこの固定フレーム８の中に配置された回転軸２および
回転軸２の外周に固定された軸受部材１とすることも可
能である。この場合、軸受部材１の外周に軸圧面４と凹
部６とが形成され、円筒状の固定フレーム８との間の軸
受隙間３と凹部隙間５に潤滑流体７が充填されている。
また、図示していないが、潤滑流体として油を用いた流
体軸受装置をＨＤＤ用モータに組み込む場合もある。こ
の場合、例えば図４のモータの磁石に代えてスペーサを
配置し、ハウジング内に潤滑油を満たして磁気シールで
密閉することが好ましい。

【００２５】

【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
の動圧軸受装置は、固定部材または回転部材のいずれか
一方が、他方側の回転部材または固定部材の周面と軸受
隙間を形成する軸受面と軸受隙間より大きなクリアラン
スを有する凹部とを交互に周方向に等間隔で形成した軸
受部材を設けているので、回転部材の回転に伴って、周
方向に等間隔で動圧が発生して回転部材が多点支持さ
れ、回転部材の非周期的軸振れが抑制される。例えば、
本発明者の実験によると、図２に示すように、ボールベ
アリング型軸受装置（図５参照）に比較すれば真円動圧
型流体軸受装置（図６参照）では非周期的軸振れがほぼ
半減しているが、更に本発明の多点動圧支持型では真円
動圧型の軸受に比べて４０％に非周期的振れを小さくす
ることができた。したがって、非周期的軸振れ防止が要
求されるモータに組み込んだ場合、多点部から均等な動
圧が軸中心に向かって発生し非周期的軸振れを小さくで
きるし、極めて狭い軸受隙間も必要としないので高い加
工精度を必要としない。また、全周面が軸受になってい
ないため軸ロスも小さくでき、駆動電流は上がらない。

【００２６】また、軸受の凹部が潤滑流体の溜まり部と
して設けられた場合には、軸受面と凹部との間で潤滑流
体が循環するので、潤滑流体の寿命が長くなり、もって
軸受装置全体の耐久性を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の動圧軸受装置の一実施例の横断面図で
ある。

【図２】本発明の動圧軸受装置と従来の動圧軸受装置及
びボールベアリング型の軸受装置の非周期的軸振れを比
較したグラフである。

【図３】本発明の動圧軸受装置の他の実施例の横断面図
である。

【図４】本発明の動圧軸受装置をハードディスクドライ
ブ用のモータに適用した実施例の縦断面図である。

【図５】従来のボールベアリング型の軸受装置を備えた
ハードディスクドライブ用のモータの縦断面図である。

【図６】従来の動圧型の軸受装置の横断面図である。

【符号の説明】

１ 軸受部材 ２ 回転軸 ３ 軸受面と回転軸との間の軸受隙間 ４ 軸受面 ５ 凹部と回転軸との間の軸受隙間 ６ 凹部 ７ 潤滑油 ８ 固定フレーム １２ 磁性流体

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定部材と該固定部材の周面に摺動する
   回転部材との間に潤滑流体を介在させて動圧を発生させ
   る動圧軸受装置において、前記固定部材または回転部材
   のいずれか一方に、他方側の回転部材または固定部材の
   周面と一定のクリアランスを有する軸受面と前記軸受面
   のクリアランスより大きなクリアランスを有する凹部と
   を交互に周方向に等間隔で形成した軸受部を設けたこと
   を特徴とする動圧軸受装置。
2. 【請求項２】 前記凹部が潤滑流体の溜まり部とされて
   いることを特徴とする動圧軸受装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の動圧軸受装置を
   具備したことを特徴とする非周期的振れ防止が要求され
   るモータ。