JP2008215456A - 流体軸受装置およびそれを備えた流体軸受式回転装置、記録再生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】軸受の角度剛性を高く保つと同時に、軸受の内部に空気が滞留せず、スムーズに排出され、軸受の油膜切れを防止する。
【解決手段】本発明によれば、連通孔を備え、前記連通孔と前記ラジアル動圧発生溝は潤滑剤の循環経路を構成し、また循環経路に接して第１のスラスト軸受面を有し、第１のスラスト軸受面には第１の動圧発生溝を有し、その動圧発生溝はポンプインパターンのヘリングボーン溝であり、スラスト軸受で低圧部が発生しないため、軸受に圧力変化が生じても低圧部に蓄積された気泡が膨張して軸受面で油膜切れが生じる危険性がなく、また、気泡は非対称ラジアル動圧発生溝による潤滑剤の循環によりスムーズに排出され、また、軸受の回転中のスラスト軸受面での発生圧力は溝パターンの外周部分で十分に高圧になるような圧力分布であり角度剛性が高い。
【選択図】図３

Description

本発明は動圧流体軸受およびそれを使用した流体軸受式回転装置、記録再生装置に関するものである。

近年、回転するディスクを用いた記録装置等はそのメモリー容量が増大し、またデータの転送速度が高速化しているため、これらに使用される記録装置の軸受は常にディスク負荷を高精度に回転させるため、高い性能と信頼性が要求されている。そこでこれら回転装置には高速回転に適した流体軸受が用いられている。

以下、図１３〜図１９を参照しながら、従来の流体軸受式回転装置の一例について説明する。従来の流体軸受式回転装置は、図１３に示すように、スリーブ２１、軸２２、フランジ２３、スラスト板２４、シールキャップ２５、潤滑剤（オイル）２６、ハブ２７、ベース２８、ロータ磁石２９およびステータ３０を備えている。

軸２２は、フランジ２３と一体化しており、スリーブ２１の軸受穴２１Ａに回転可能な状態で挿入される。フランジ２３は、スリーブ２１の段部２１Ｃに収納される。軸２２の外周面またはスリーブ２１の内周面の少なくともいずれか一方には、ラジアル動圧発生溝２１Ｂが形成されている。一方、フランジ２３とスラスト板２４との対向面には第1スラスト動圧発生溝２３Ａが、フランジ２３のスリーブ２１との対向面には、第２スラスト動圧発生溝２３Ｂがそれぞれ形成されている。スラスト板２４は、スリーブ２１またはベース２８に固着されている。少なくとも各動圧発生溝２１Ｂ，２３Ａ，２３Ｂの付近の軸受隙間は、オイル２６によって充填されており、また、スリーブ２１と軸２２、スラスト板２４によって形成される袋状の空間全体についても、必要に応じてオイル２６によって充填されている。シールキャップ２５はスリーブ２１の上端面付近にその固定部２５Ａが取り付けられ、テーパ部２５Ｂと，換気孔２５Ｃを有している。２１Ｇは連通路であり、軸受穴２１Ａに略平行に設けられ、シールキャップ２５の潤滑剤溜り部（オイル溜まり部）と、フランジ２３の外周近傍を連結するように設けられ、連通路２１Ｇとラジアル動圧発生溝２１Ｂ、及びスラスト動圧発生溝２３Ｂはオイル２６の循環経路を構成する。また、３５は軸受内部に混入した気泡である。連通路２１Ｇは例えば図１４のようにドリル加工で開けられた穴、または、図１８の１２１Ｇのように金型等でスリーブ１２１の外周面に設けられた凹みとして形成されている。

ベース２８には、スリーブ２１が固定されている。そして、ステータ３０が、ロータ磁石２９に対向するようにベース２８に固定される。ロータ磁石３０は、ベース２８が磁性体である場合、漏れ磁束によって軸方向に吸引力を発生し、ハブ２７をスラスト板２４の方向に約１０〜１００グラムの力で押し付けている。

一方、ハブ２７は、軸２２に固定されると共に、ロータ磁石２９、ディスク３１、スペーサ３２、クランパー３３およびネジ３４が固定されている。

ここで、図１３に示す上記従来の流体軸受式回転装置の動作について、図１４から図１９を用いて説明する。図１４においてラジアル動圧発生溝２１Ｂは回転により圧力を発生し軸２２を非接触回転させ、へリングボーン（魚骨状）パターン（図１５）である第１のスラスト動圧発生溝２３Ａがフランジ２３とスラスト板２４の間で圧力を発生し、ハブ２７等からなる回転体を浮上させて回転する。また、軸受が回転中に魚骨状パターンからなるラジアル動圧発生溝２１Ｂのポンプ力（図中軸垂直の白色矢印）と、スパイラルパターン（図１６参照）である第２スラスト動圧発生溝２３Ｂのポンプ力（図中軸水平の白色矢印）とのこれら２つの動圧発生溝のポンプ力の合力は、シールキャップ２５のテーパ部２５Ｂ間の隙間のオイル２６を、軸受穴２１Ａを通ってフランジ２３側に向けて図中黒色矢印方向に運搬するようにそれらの溝パターンが設計されており、オイル２６は第２スラスト動圧発生溝２３Ｂを経由して連通路２１Ｇに流入し、再びシールキャップ２５のテーパ部２５Ｂに循環し蓄えられる。これにより、オイル２６は循環して動圧発生部にオイルを連続的に供給しつつ、軸２２をスリーブ２１とスラスト板２４に対して非接触の状態で回転させることができ、図示しない磁気ヘッドまたは光学ヘッドによって、回転する記録ディスク３１に対してデータの記録再生を行うことができる。

しかしながら、図１５において、第１スラスト溝２３Ａはこの業界で最も一般的なヘリングボーン溝パターン（特許文献３、等）であるために、図中Ｐ（−）に示すような大気圧より圧力が低い低圧部が発生する。この様な低圧部が発生すると、ここにオイル２６中に溶解していた空気が気泡３５となって蓄積し、この低圧部に圧力変化が生じた時に膨張した空気が第２スラスト動圧溝２３Ｂに流入して軸受面で油膜切れが生じ、所定の軸受性能が得られなかったり、擦れて焼け付くという課題があった。軸受が擦れたり焼け付いたりすると、回転装置やディスク記録装置全体がまったく動作できなくなり重要な問題を発生していた。尚、図１４におけるラジアル動圧発生溝２１Ｂはヘリングボーン溝が１個示されているが、軸方向に２個配置されている場合でも同じ問題が発生する。図１７は従来例のオイル２６の循環経路の模式図であり、動圧発生溝のポンプ圧力とオイル２６の流れを示している。

図面は一体化されたシャフト２２とフランジ２３、およびスラスト板２４を示しており、図面の左半分に示す白抜き部分はラジアル動圧部（軸受穴２１Ａ）、第２スラスト動圧部、連通孔２１Ｇ、オイル溜り部からなる循環経路を模式的に表している。図中のＰｒと長い白矢印α（シャフト図上）はラジアル動圧部のポンプ圧力と方向を表し、Ｐｔと短い矢印β（フランジ図上）は第２スラスト動圧部のポンプ圧力と方向を表している。また、別の短い矢印γと長い矢印δは、それぞれ第１スラスト動圧部の外周側動圧溝が発生するポンプ圧力と方向、内周側動圧溝が発生するポンプ圧力と方向を表している。そして、矢印αと矢印βのポンプ圧力の合力は、全体として黒矢印εの方向にオイルを循環させることを示している。また、矢印γと矢印δの合力は、全体としてオイルを外周に押し出す力となり、第１スラスト動圧部の内周部に負圧が発生しやすくなり、気泡３５が発生する状態を示している。
特開平８−３３１７９６号公報 特開２００６−１７０３４４号公報 特開２００１−１７３６４５号公報

しかしながら、上記従来の流体軸受式回転装置では、第１のスラスト軸受溝は大気圧より低い低圧部を有するヘリングボーン溝（２３Ｂ）であったため、低圧部でオイル２６中に溶解していた空気が気泡３５となって蓄積し、この低圧部に圧力変化が生じた時に膨張した空気が第２スラスト動圧溝２３Ｂに流入して軸受面で油膜切れが生じ、軸受性能が得られなかったり、擦れて焼け付くという課題があった。

本発明は、前記従来の課題である第１のスラスト軸受溝中央付近に発生する低圧部をなくし、油膜切れや焼き付きのない安定した性能良好な流体軸受式回転装置を提供することを目的とする。

上記問題を解決するために、本発明の流体軸受装置および流体軸受式回転装置は、軸と、開口する開口端と閉塞部材によって閉塞された閉塞端からなる軸受孔を有したスリーブと、前記軸を前記スリーブの軸受孔内に相対的に回転自在な姿勢で挿入し、前記軸の外周面またはスリーブ内周面の少なくとも一方にラジアル動圧発生溝が形成されたラジアル軸受面と、前記閉塞部材または軸の少なくとも一方に第１のスラスト動圧発生溝が形成された第１のスラスト軸受面を有し、前記第１のスラスト動圧発生溝はポンプインパターンのヘリングボーン溝であり、前記ヘリングボーン溝の最内周半径をＲｉ、溝頂点半径をＲｍ、最外周半径をＲｏとしたとき、（Ｒｍ−Ｒｉ）／（Ｒｏ−Ｒｉ）が０．６以下であることを特徴とした流体軸受装置であり、スラスト軸受で低圧部が発生しないため、軸受に圧力変化が生じても膨張した空気が軸受面の潤滑剤を押し出して油膜切れが生じる危険性がない。

本発明によれば、連通孔を備え、前記連通孔と前記ラジアル動圧発生溝は潤滑剤の循環経路を構成し、動圧発生溝のポンプ力（循環力または運搬力）により潤滑剤が循環する流体軸受装置および流体軸受式回転装置において、スラスト軸受で低圧部を発生しないような溝パターンとするため、軸受に圧力変化が生じても低圧部に蓄積した気泡が膨張して軸受面で油膜切れが生じる危険性がなく、さらに、ラジアル動圧発生溝部の上流側に位置する動圧発生溝がスリーブの開口端側から閉塞端側に向けて加圧するように潤滑剤を循環させ、スラスト動圧発生溝部での低圧部の発生を防ぐので、ラジアル動圧発生溝及びスラスト動圧発生溝において油膜切れを防止しできる。

以下本発明の実施をするための最良の形態を具体的に示した実施の形態について、図面とともに記載する。

（実施の形態１）
図１から図１２を用いて実施例１の流体軸受装置および流体軸受式回転装置の一例について説明する。本発明の流体軸受式回転装置は、図１に示すように、スリーブ１、軸２、フランジ３、スラスト板４、シールキャップ５、オイル、超流動性グリースまたはイオン性液体等の潤滑剤６、ハブ７、ベース８、ロータ磁石９およびステータ１０を備えている。

軸２は、フランジ３と一体化しており、スリーブ１の軸受穴１Ａに回転可能な状態で挿入される。フランジ３は、スリーブ１の段部１Ｃに収納される。軸２の外周面またはスリーブ１の内周面の少なくともいずれか一方には、非対称形状のヘリングボーンパターン溝からなるラジアル動圧発生溝１Ｂが形成されている。一方、フランジ３とスラスト板４との対向面のいずれか一方には第１のスラスト動圧発生溝３Ａ、およびフランジ３とスリーブ１との対向面のいずれか一方には、第２にスラスト動圧発生溝３Ｂがそれぞれ形成されている。スラスト板４は、スリーブ１またはベース８に固着されている。例えば閉塞部材はスラスト板である。少なくとも各動圧発生溝１Ｂ，３Ａ，３Ｂの付近の軸受隙間は、潤滑剤６によって充填されており、また、スリーブ１、軸２及びスラスト板４によって形成される袋状の軸受隙間全体についても、必要に応じて潤滑剤６によって充填されている。潤滑剤としては、オイルや高流動性グリス、またはイオン性液体等を使用することができる。シールキャップ５はスリーブ１の上端部に位置し、その固定部５Ａがスリーブ１またはベース８に取り付けられ、テーパ部５Ｂと，換気孔５Ｃを有している。図ではシールキャップ５全体がテーパ形状になっているが、内周部のみがテーパを形成していてもよい。また、シールキャップ５がテーパ形状でなくてもスリーブ端面がテーパ部を形成していてもよい。１Ｇは連通孔であり、軸受穴１Ａに略平行に設けられ、シールキャップ５の潤滑剤溜り部（オイル溜まり部）と、フランジ３の外周近傍を連結するように設けられ、連通孔１Ｇとラジアル動圧発生溝１Ｂ、及び第２スラスト動圧発生溝３Ｂは連なって設けられており、潤滑剤６の循環経路を構成する。また、１５は軸受内部に混入した気泡である。連通孔１Ｇは、ドリル加工等でスリーブ１の内部に少なくとも1箇所以上の穴として形成してもよいし、スリーブ１の外周部に金型加工等で縦溝を形成し、スリーブ１の外周を覆うシールキャップ等の内周部とスリーブ１との間に連通路として構成してもよい。

ベース８には、スリーブ１が固定されている。そして、ステータ１０が、ロータ磁石９に対向するようにベース８に固定される。ロータ磁石１０は、ベース８が磁性体の場合、漏れ磁束によって軸方向に吸引力を発生し、ハブ７をスラスト板４の方向に約１０〜１００グラムの力で押し付けている。ベース８が非磁性体の場合、ロータ磁石９の端面下方のベース上に図示しない吸引板を固定し吸引力を発生させることができる。一方、ハブ７は、軸２に固定されると共に、ロータ磁石９、記録ディスク１１、スペーサ１２、クランパー１３およびネジ１４が固定されている。

ここで、図１に示す本発明実施例１の流体軸受装置および流体軸受式回転装置の動作について、図２から図４を用いて説明する。図２において、軸受が回転を始めると、ラジアル動圧発生溝１Ｂは潤滑剤６をかき集めて圧力を発生し軸受穴１Ａに対して軸２を浮上させ、また第１スラスト動圧発生溝３Ａも圧力を発生しフランジ３を浮上させ非接触で回転させる。軸受が回転中にヘリングボーン（魚骨状）パターンからなるラジアル動圧発生溝１Ｂのポンプ力（図中白色矢印）と、ヘリングボーン（魚骨状）パターンである第２スラスト動圧発生溝３Ｂのポンプ力の合力は、シールキップ５のテーパ部５Ｂの隙間の潤滑剤６を、軸受穴１Ａを通ってフランジ３の外周面に向けて図中黒色矢印方向に運搬するようにそれらの溝パターンが設計されており、潤滑剤６はスラスト動圧発生溝３Ａを経由して連通孔１Ｇに流入し、再びシールキャップ５のテーパ部５Ｂに循環し蓄えられる。これにより、オイル６はとぎれることなく軸受隙間に供給され、軸２をスリーブ１とスラスト板４に対して非接触の状態で回転させることができ、図示しない磁気ヘッドまたは光学ヘッドによって、回転する記録ディスク１１に対してデータの記録再生を行うことができる。

スラスト動圧発生溝に負圧を発生させないためには、図３に示すように内径（Ｄｉ）が十分大きいヘリングボーンパターン（ポンプインのヘリングボーン溝とも呼ぶ）とすることである。内径（Ｄｉ）が大きいために図３のような圧力分布になり、溝頂点から見た外周部と内周部の寸法は外周部の方が大きいので、スラスト軸受の内周部に低圧部ができない圧力分布とすることができるので、軸受に圧力変化が生じても膨張した空気が軸受面で油膜切れが生じる危険性がない。また、第１のスラスト動圧発生溝３Ｃ（図３）の内部に空気が堆積しないので、軸受内部の空気はラジアル動圧発生溝１Ｂのポンプ力により完全に軸受の外部に向けて排出される。へリングボーンパターンの場合は高圧部を形成する溝頂点のスパンが十分長くとれるため、角度剛性が高いことは言うまでもない。図４は、図２の回転装置の動圧溝の発生圧力とオイルの流れの模式図を示している。

図面は一体化されたシャフト２とフランジ３、およびスラスト板４を示しており、図面の左半分に示す白抜き部分はラジアル動圧部（軸受孔１Ａ）、第２スラスト動圧部、連通孔１Ｇ、オイル溜り部からなる循環経路を模式的に表している。図中のＰｒと長い白矢印α（シャフト図上）はラジアル動圧部のポンプ圧力と方向を表し、Ｐｔと短い矢印β（フランジ図上）は第２スラスト動圧部のポンプ圧力と方向を表している。また、別の矢印γとδは、第１スラスト動圧部のヘリングボーンパターンの外周側動圧溝が発生するポンプ圧力と方向、内周側動圧溝が発生するポンプ圧力と方向を表している。スパイラルパターンの場合は矢印γのみとなる。そして、矢印αと矢印βのポンプ圧力の合力は、全体として黒矢印εの方向にオイルを循環させることを示している。また、矢印γと矢印δの合力は、全体としてオイルを内周に押し込む力となり、第１スラスト動圧部の内周部に負圧が発生しなくなる状態を示している。

図３に示すスラスト動圧溝パターンはパターンの外径部で十分高い圧力を発生するため、軸２を傾けるような回転モーメントが加えられてもそれに対して充分大きい圧力を発生することができる。

（実施の形態２）
図５から図６に本発明の第２の実施例の流体軸受式回転装置について説明する。本発明の流体軸受式回転装置は、図５に示すように、スリーブ２１は第２スリーブ２１Ｄと一体的に構成され、軸２２、スラスト板２４、潤滑剤６、ハブ７、ベース８、ロータ磁石９およびステータ１０を備えている。

軸２２はスリーブ２１の軸受穴２１Ａに回転可能な状態で挿入される。軸２の外周面またはスリーブ２１の内周面の少なくともいずれか一方には、非対称なヘリングボーン溝からなるラジアル動圧発生溝２１Ｂが形成されている。スラスト板２４は図３に示す内径（Ｄｉ）が十分大きいヘリングボーン溝と同一のパターンを有する第１のスラスト動圧発生溝（２４Ａ）を有し、スリーブ２１か第２スリーブ２１Ｄまたはベース８に固着されている。また、少なくとも各動圧発生溝２１Ｂ，２４Ａ付近の軸受隙間は、潤滑剤６によって充填されており、また、スリーブ２１と軸２２とスラスト板２４によって形成される袋状の軸受隙間全体についても、必要に応じて潤滑剤６によって充填されている。２１Ｇは前記ラジアル動圧発生溝２１Ｂの両端を連結するように設けられた連通孔、１５は軸受内部に混入した気泡である。

ここで、図５に示す上記従来の第２の流体軸受式回転装置において図５から図６を用いその動作について説明する。軸受が回転中にスラスト動圧発生溝３Ｃが図３のＰに示す圧力を発生し浮上する。また、ラジアル動圧発生溝２１Ｂも圧力を発生し軸２は非接触で回転する。ラジアル動圧発生溝２１Ｂはおよそヘリングボーン（魚骨状）パターンであるが、そのポンプ力はオイル６を図中黒色矢印方向に運搬するようにそれらの溝パターンは設計されており、オイル６は軸受穴２１Ａを順次通って連通孔２１Ｇに流入しながら循環を繰り返す。

ここで図５のスラスト動圧発生溝２４Ａは、図３に示すような内径（Ｄｉ）が十分大きいヘリングボーン溝と同一であり、内径（Ｄｉ）が大きいために図３のような圧力分布になり、スラスト軸受で低圧部が発生しないため、軸受に圧力変化が生じても膨張した空気が軸受面で油膜切れを生じる危険性がなく、また、第１スラスト動圧発生溝２４Ａの内部に空気が堆積しないので、軸受内部の空気はラジアル動圧発生溝２１Ｂのポンプ力により完全に軸受の外部に向けて排出される。また、軸受の回転中のスラスト軸受面での発生圧力は溝パターンの外周部分で十分に高くなり、中央部の圧力が突出した高さにはならないような圧力分布であるため、フランジ３に発生するモーメント剛性が高い。図６は、図４の軸受装置の動圧溝の発生圧力とオイルの流れと同様の模式図を示している。
これにより、潤滑剤６は軸受隙間に供給しつつ軸２２をスリーブ２１とスラスト板２４に対して非接触の状態で回転させることができ、図示しない磁気ヘッドまたは光学ヘッドによって、図１に示す回転する記録ディスク１１に対してデータの記録再生を行うことができる。

図７から図１０は本発明の流体軸受装置（図１）において第１のスラスト動圧発生溝のパターン形状を変えた場合の性能を示している。ここでは２種のスラスト動圧溝のパターンにおける性能を示しており、第２のパターンは、図３に示す内径（Ｄｉ）が十分大きいヘリングボーンパターン溝であり、内径（Ｄｉ）が大きいために図３のような圧力分布になり、スラスト軸受部で低圧部が発生しない
第１のパターンは、図１５に示すヘリングボーン溝パターンである。この場合も内径Ｄｉは０．３ｍｍであり、幅が狭い動圧発生溝を工業的に加工できる最小寸法であることからその寸法が決まっている。

まず、図７は２種類のスラスト動圧発生溝（図３、図１５）における各々の軸受パターン有効面積を比較したものである。ここで言う軸受パターン有効面積とは、スラスト動圧発生溝を有するリング状パターンの面積を規定している。
図８は２種類のスラスト動圧発生溝（図３、図１５）におけるスラスト方向浮上量を比較したものである第１のヘリングボーンは浮上量が小さい。これはヘリングボーン溝パターンにおいては溝パターンの内周部分が低圧を発生し、外周部分は高圧を発生する様になっているが、低圧発生部分が浮上圧力を低下させてしまい、浮上の妨げになるからである。浮上量が小さいという事は１つの欠点になる。

図９は２種類のスラスト動圧発生溝（図３、図１５）の定常回転時における損失トルクを比較したものである。第１のヘリングボーンは損失トルクが大きくなってしまうが、これは軸受面積が大きいのにもかかわらずスラスト浮上高さが低いために、回転抵抗が大きくなるものであり、１つの欠点である。

図１０は２種類のスラスト動圧発生溝（図３、図１５）の定常回転時の角度剛性を比較したものである。

表１は２種類のスラスト動圧発生溝において図８から図１０に示す３つの軸受性能を比較したものである。３項目の性能を満足し、欠点がなくて良好であるパターンは、第２のパターン（図７から図１０における「変形ヘリングボーン」）（内径（Ｄｉ）が十分大きいヘリングボーンパターン溝）である。また、透明材料で作製した軸受の実験によれば、第１のパターンでは多くの気泡（バブル）が残留することが観察された。第２のパターンでは、パターン寸法の設計次第で少量のバブルが溝パターンの中央部に残留する場合が見られるばあいのも設計条件次第では発生するため、即ち設計に当たっては寸法の最適化が必要であることがわかった。そこで以下に第２のパターンについて、内部に気泡（バブル）が残留しない良好なパターンの設計条件を検討した。

図１１は、第３のパターン（内径（Ｄｉ）が十分大きいヘリングボーンパターン溝）において、
Ｒｉ：溝パターンの最内周半径
Ｒｍ：溝パターンの頂点半径
Ｒｏ：溝パターンの最外周半径 と定義した時、
関数ＫＨ（ＫＨ＝（Ｒｍ−Ｒｉ）／（Ｒｏ−Ｒi））の値を０％から１００％に変化させた時の、動圧発生溝パターンの中心部の圧力（パスカル）と、観察実験的に得た流体軸受装置における軸受内部に残留した空気の体積を示している。（前出の図３の事例とは別設計の事例）
このようなヘリングボーンパターンのスラスト動圧発生溝においては、別途数値解析の結果により、数式１の条件に設計すればパタ−ンの中央の圧力がほぼ大気圧と同じ圧力値が０パスカルになる事が示されているが、

観察実験の結果でも、Ｒｍの寸法を数式２の条件に設計することでスラスト軸受面３Ｃの内部に空気が残留せずにスムーズに排出されることがわかった。

さらに図１２に示すように、第２のパターンは、さらに、係数ＫＨ（（Ｒｍ−Ｒｉ）／（Ｒｏ−Ｒｉ））の数値を一定値以下に設計すれば溝パターンの中央での発生圧力が低圧にならず、観察によれば軸受内部に空気が残留しないことがわかった。詳しい観察により、ＫＨの数値を、ＫＨ＝０．６以下に設計すれば、内部に空気がほとんど残らないことを確認することができた。

ＫＨの値は６０％付近に臨界点を示しているが、これは、ＫＨの値が０．６（６０％）以下では図３のスラスト溝パターン３Ｃの中央部に低圧（大気圧より低い圧力のこと）が生じないが、０．６以上で低圧部が生じ始めるからであり、低圧部の発生と共に急激に気泡１５が流入し性能を悪化させるのであろうと考察している。

また、ＫＨの値が０．６以上では本発明の流体軸受装置および流体軸受式回転装置を図１３に示す記録再生装置等に用いた場合に、記録不良率が悪化する場合も見られた。これはスラスト軸受に気泡１５の混入が生じた時に浮上圧力や浮上高さが変化して記録再生の良好な状態を維持できなかったものと思われる。

また、本発明の流体軸受装置は図１２に示す記録再生装置等に組み込んで使用されたとき、多湿環境で使用される場合もあるが、図３に示すスラスト軸受パターン３Ｃを有する流体軸受装置および流体軸受回転装置においては、フランジ３とスラスト板４は通常は防錆効果を有する金属材料で構成しているにも係わらず、従来図１５に示すヘリングボ−ン溝２３Ａの場合３０００時間以上の長時間の運転の後にはこれら部品の接触面に微かにサビが発生し始め、これ以上サビが多く発生するとサビの粒子が軸受隙間に咬み込む危険性が認められた。しかし本発明の流体軸受装置においてはサビの発生が防止できている。おそらく、高湿環境においては、スラスト軸受部の圧力の影響で水分や水蒸気が内部に残留なくなり、金属表面にサビが発生しなくなったと考察している。

また、本発明の流体軸受装置および流体軸受式回転装置においては、図４及び図６に示すように、ラジアル動圧発生溝１Ａと連通路１Ｇからなる循環経路を有し、その循環経路に接して第1のスラスト軸受を有しているが、この時に第１のスラスト軸受の溝パターンが図３に示されるヘリングボーン溝パターンにする事との組合せ効果が絶大であり、循環経路を有しない流体軸受装置（図示しない）では本発明のスラスト溝パターンを採用する事で内部に気泡を溜めない効果が得られても気泡１５は軸受内の他の場所に回避しているだけであったため、再び気泡が軸受面に侵入する危険性があったが、循環経路との組合せ効果により、軸受内部の気泡は軸受の外に完全に排出する事が可能になった。

本発明の流体軸受回転装置は、図１２に示す記録再生装置に組み込んで使用すると、小型ノートパソコンやモバイル機器に使用された場合、高山や上空で使用されても性能劣化がなく、製品の高い性能が広い環境範囲でも発揮できる。

このように軸受内部に空気が残らないようスラスト軸受の溝パターンを設計することにより、スラスト軸受で低圧部が発生しなくなり、製品の使用環境が変化して軸受の内部に圧力変化が生じても、空気が膨張して軸受面で油膜切れが生じる危険性がなく、また、軸受の回転中のスラスト軸受面での発生圧力は溝パターンの外周部分で十分に高圧になるような圧力分布であるため、スラスト板との間に発生するスラスト軸受部の角度剛性が高いので、長寿命で性能良好な流体軸受式回転装置を実現できる。

尚、本発明においてスリーブ１は純鉄、ステンレス鋼、銅合金、鉄系焼結金属、等により構成し、軸２はステンレス鋼、高マンガンクロム鋼等により構成しその直径は２ｍｍから５ｍｍであり、潤滑剤６は低粘度なエステル系オイルを使用している。

尚、図１、図２及び図５においては連通孔１Ｇを一箇所に設けているが、連通孔は一箇所ではなく複数箇所に設けても同様の効果が得られる。

また、図１２に示すように、上記に示した流体軸受装置および流体軸受式回転装置を記録再生装置に適用することにより、信頼性の高い記録再生装置を提供することができる。図中１６は蓋、１７はヘッドアクチェータユニットである。

本発明に係る流体軸受装置および動圧流体軸受装置は、軸受の信頼性を大幅に向上することができるため、この流体軸受装置および動圧流体軸受装置を用いた記録再生装置等の機器において有用である。

本発明第１の実施の形態に係る流体軸受装置の断面図 本発明第１実施例の流体軸受装置の詳細断面図 本発明のスラスト動圧溝解説図 本発明の潤滑剤の循環経路を示すイメージ図 本発明第２実施例の流体軸受装置の詳細断面図 本発明の潤滑剤の循環経路を示すイメージ図 本発明実施例のスラスト軸受面積説明図 本発明実施例のスラスト軸受浮上量説明図 本発明実施例のスラスト軸受損失トルク説明図 本発明実施例のスラスト軸受角度剛性説明図 本発明実施例のヘリングボーンパターン溝特性説明図 本発明の流体軸受式回転装置を備えた記録再生装置の断面図 従来の第１の流体軸受装置の断面図 従来の第１の流体軸受装置の詳細断面図 従来の第1スラスト動圧溝解説図 従来の第２スラスト動圧溝解説図 従来の潤滑剤の循環経路を示すイメージ図 従来の第２の流体軸受装置の詳細断面図 従来の潤滑剤の循環経路を示すイメージ図

符号の説明

１、２１ スリーブ
１Ａ、２１Ａ 軸受穴
１Ｂ、２１Ｂ ラジアル動圧発生溝
１Ｇ、２１Ｇ 連通孔
２、２２ 軸
３、 フランジ
３Ａ 第１スラスト動圧発生溝
３Ｂ，３Ｃ，２４Ａ 第２スラスト動圧発生溝
４、２４ スラスト板
５ シールキャップ
５Ｂ テーパ部
６ 潤滑剤
７ ハブ
８ ベース
９ ロータ磁石
１０ ステータ
１１ 記録ディスク
１５ 気泡
２１Ｄ 第２スリーブ
１６ 蓋

Claims (7)

1. 軸と、
   開口する開口端と閉塞部材によって閉塞された閉塞端からなる軸受孔を有したスリーブと、
   前記軸を前記スリーブの軸受孔内に相対的に回転自在な姿勢で挿入し、
   前記軸の外周面またはスリーブ内周面の少なくとも一方にラジアル動圧発生溝が形成されたラジアル軸受面と、
   前記閉塞部材または軸の少なくとも一方に第１のスラスト動圧発生溝が形成された第１のスラスト軸受面を有し、
   前記第１のスラスト動圧発生溝はポンプインパターンのヘリングボーン溝であり、前記ヘリングボーン溝の最内周半径をＲｉ、溝頂点半径をＲｍ、最外周半径をＲｏとしたとき、
   下式の関係を有することを特徴とする流体軸受装置。
   

   
2. 前記第１のスラスト動圧溝はポンプインパターンのヘリングボーン溝であり、前記ヘリングボーン溝の最内周半径をＲｉ、溝頂点半径をＲｍ、最外周半径をＲｏとしたとき、
   （Ｒｍ−Ｒｉ）／（Ｒｏ−Ｒｉ）が０．６以下であることを特徴とする請求項１に記載の流体軸受装置。
3. 前記軸受孔に略平行に位置し、かつ前記ラジアル動圧発生溝がその両端に連通する少なくとも１つの連通路を備え、少なくとも前記連通路と前記ラジアル動圧発生溝は潤滑剤の循環経路を構成し、
   前記第１のスラスト動圧発生溝はこの循環経路に接して設けられ、
   前記循環経路には潤滑剤が注入され、
   前記ラジアル動圧発生溝は前記スリーブの開口端側から閉塞端側に向けて前記潤滑剤を運搬する運搬力を発生する非対称溝パターンを有することを特徴とする請求項１および２に記載の流体軸受装置。
4. 前記第１のスラスト動圧発生溝が軸に与える圧力とは反対方向に圧力を発生する第２のスラスト動圧発生溝を有し、前記循環経路は、少なくとも一つの前記ラジアル動圧発生溝と少なくとも１つの前記連通路と、前記第２のスラスト動圧発生溝からなる、請求項１から３に記載の流体軸受装置。
5. 前記ラジアル動圧発生溝の非対称溝パターンは、軸方向に見て溝頂点を境に前記軸受孔の開口端側が閉塞端側より長いヘリングボーン溝である請求項１から４に記載の流体軸受装置。
6. 請求項１から５のいずれかに記載の流体軸受装置を備えた流体軸受式回転装置。
7. 請求項６に記載の流体軸受式回転装置を備えた記録再生装置。
   

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