JP2010065742A - 流体軸受装置およびこれを備えたスピンドルモータ - Google Patents

Abstract

【課題】潤滑流体に含まれる気泡を効率よく外気へと排出しながら、ラジアル軸受部の軸
方向長さを十分に確保することが可能な流体軸受装置を提供する。
【解決手段】流体軸受装置１０では、スリーブ１１に、ロータハブ１５のボス部１５ａの外周部に潤滑流体１７を貯留するためのオイルキャップ１６を設けている。オイルキャップ１６は、スリーブ１１内において連通孔１１ｂと連通するとともに、換気路１６ｂを介して外気と連通している。
【選択図】図２

Description

本発明は、ハードディスク駆動装置等に搭載される流体軸受装置およびこれを備えたスピンドルモータに関する。

近年、ハードディスク駆動装置（以下、ＨＤＤ）等のディスク駆動装置には、非接触回転によって低ＮＲＲＯ（Non-Repetitive Run OUT）や低騒音が実現できる動圧型流体軸受を搭載した流体軸受装置が主に用いられている。

このような流体軸受装置では、動圧流体軸受の角度剛性（またはモーメント剛性）を向上させるために、軸とスリーブとの間の隙間に形成されるラジアル軸受部の長さをできるだけ長く確保した構成を採用することが望ましい。一方で、スピンドルモータの薄型化の要求も存在することから、ラジアル軸受部の長さを十分に確保しながら、流体軸受装置の厚みが増大しないような構成が必要とされている。なお、ここでいう角度剛性とは、外乱による動作中の軸の傾きを復元する度合いをいう。

例えば、特許文献１および特許文献４には、スリーブの開放端側の端面を覆うようにカバー部材を取り付け、このカバー部材の内周面とシャフトの外周面との間の隙間にテーパシール部を設けた構成が開示されている。この構成では、シャフトの外周面とスリーブの内周面との間の隙間に形成されるラジアル軸受部に近接した位置に配置されたテーパシール部から、流体軸受装置内を循環する潤滑流体に含まれる気泡を、効果的に外気へと排出することができる。
特開２００６−１６１９８８号公報（平成１８年６月２２日公開） 米国特許第７０９５１４７号明細書 米国特許第６８２８７０９号明細書 米国特許出願公開第２００６／０２７４４４８号明細書 特開２００１−２７１８３８号公報（平成１３年１０月５日公開） 特開２００６−１６２０２９号公報（平成１８年６月２２日公開） 特開２００６−１７１５３号公報（平成１８年１月１９日公開） 米国特許第７１８６０２８号明細書

しかしながら、上記従来の流体軸受装置では、以下に示すような問題点を有している。
すなわち、上記公報に開示された流体軸受装置では、シャフトの外周面とスリーブの内周面との間に形成されるラジアル軸受部に対して、軸方向（厚さ方向）に並ぶようにしてテーパシール部が配置されている。このため、潤滑流体に含まれる気泡を効率よく外気へ排出することができるものの、シャフトにおけるスリーブ開放端側の外周面の一部がテーパシール部によって占められてしまう。よって、例えば、薄型化された流体軸受装置では、ラジアル軸受部の軸方向長さを十分に確保できずに、軸受の角度剛性が低下してしまうおそれがある。

本発明の課題は、潤滑流体に含まれる気泡を効率よく外気へと排出しながら、ラジアル軸受部等の動圧軸受部の軸方向長さを十分に確保することが可能な流体軸受装置およびこれを供えたスピンドルモータを提供することにある。

第１の発明に係る流体軸受装置は、軸と、スリーブと、第１の隙間と、連通路と、動圧発生溝と、スリーブキャップと、略円板形状の第２の隙間と、ハブと、ボス部と、第３の隙間と、第４の隙間と、潤滑流体と、を備えている。スリーブは、軸が相対回転可能な状態で装填され軸受孔を有する。第１の隙間は、軸とスリーブの軸受孔の間に形成される。連通路は、スリーブの一部に形成されており、スリーブにおける軸受孔の開放端側と閉塞端側とを連通させる。動圧発生溝は、軸の外周面およびスリーブの軸受孔内周面の少なくとも一方に形成されている。スリーブキャップは、スリーブの開放端側に設けられ中央穴を有する。第２の隙間は、スリーブキャップとスリーブの端面との間に形成される。ハブは、軸におけるスリーブの開放端側の端部に接合される。ボス部は、ハブにおける軸との接合部分付近において、スリーブキャップの中央穴の内周面に近接するようにスリーブの開放端側の端面に向かって突出する。第３の隙間は、ボス部の外周とスリーブキャップの中央穴の内周面との間に形成され、大気に開放される。第４の隙間は、ボス部とスリーブの端面との間に形成される。潤滑流体は、互いに連通する第１の隙間、連通路、第２の隙間、第４の隙間内に貯留されている。

ここでは、軸の外周面とスリーブの軸受孔内周面の少なくとも一方に形成された動圧発生溝の働きによって軸とスリーブとが非接触で回転するとともに、ボス部やスリーブキャップ、スリーブ、軸等によって形成される第１の隙間、連通路、第２の隙間、第４の隙間が互いに連通した状態で、各隙間に潤滑流体が充填される。

これにより、ハブのボス部の外周面に近接するようにスリーブキャップを配置することで、ボス部の直近までスリーブを配置することができるため、スリーブの軸方向長さを十分に確保することができる。よって、流体軸受装置が薄型化された場合でも、軸受部の軸方向長さを最大限確保して、流体軸受装置の角度剛性を向上させることができる。

また、潤滑流体が装置内において循環可能となり、潤滑流体が軸受の隙間に途切れることなく供給されるため、軸受内における油膜切れのおそれがない。また、軸受の内部に気泡が凝集した場合でも、連通路を介してスムーズに気泡を排出することができる。

第２の発明に係る流体軸受装置は、第１の発明に係る流体軸受装置であって、第２の隙間を外気と連通させる換気路をさらに備えている。第２の隙間は、連通路の近傍において軸方向における寸法が最も小さくなる最小隙間部を有し、連通路から換気路に向かって寸法が最も大きくなる最大隙間部を換気孔付近に有し、周方向に沿って最小隙間部から最大隙間部に向かって隙間が漸次大きくなる。

これにより、流体軸受内部に滞留していた気泡は、スリーブキャップの隙間が広い部分に移動し、やがて換気路から排出される。よって、軸受隙間は潤滑流体で充填され、信頼性の高い流体軸受装置を得ることができる。

第３の発明に係る流体軸受装置は、第１または第２の発明に係る流体軸受装置であって、第１の隙間の大きさを（Ｇ１）、第２の隙間の最小隙間部の大きさを（Ｇ２ｍｉｎ）、第２の隙間の最大隙間部を（Ｇ２ｍａｘ）、第３の隙間の大きさを（Ｇ３）、第４の隙間の最小隙間部を（Ｇ４）とすると、以下の関係式を満たす。
Ｇ１＜Ｇ４≦Ｇ２ｍｉｎ＜Ｇ３
Ｇ２ｍｉｎ＜Ｇ２ｍａｘ

これにより、スリーブ上端面部において互いに対向するボス部の外周面とスリーブキャップの内周面によって形成される開口部分では、表面張力によって潤滑流体が軸受内部に保持され、開口部分から外部へ流出してしまうことを防止することができる。

よって、軸受内部に滞留していた気泡は、スリーブキャップの隙間が広い部分に移動し、やがて換気路から排出されるため、軸受隙間は潤滑流体で充填されて信頼性の高い軸受を得ることができる。

第４の発明に係る流体軸受装置は、第１または第３の発明に係る流体軸受装置であって、第２の隙間の軸方向における寸法は、周方向に複数の最小隙間部と最大隙間部とを交互に有している。少なくとも１つの連通路は、最小隙間部の近傍に位置し、少なくとも１つの換気路は、最大隙間部の近傍に位置する。

これにより、流体軸受装置に対して、例えば、１０００Ｇ程度の落下衝撃が加えられた場合には、一瞬の衝撃が加わった瞬間、第２の隙間の狭い部分（狭小隙間部）に蓄えられていた潤滑流体は、第２の隙間で空所となっている広い隙間部分（拡大隙間部）に移動して蓄えられる。そして、衝撃荷重が解かれると、潤滑流体は、表面張力によって再び隙間が狭い部分（狭小隙間部）に戻る。この結果、潤滑流体の外部への漏れ出しを防止して、流体軸受装置の耐衝撃性能を向上させることができる。

第５の発明に係る流体軸受装置は、第２の発明に係る流体軸受装置であって、第２の隙間の最大隙間部は、換気路の近傍に配置され軸方向における隙間寸法がより大きい換気路形成部を含む。

第６の発明に係る流体軸受装置は、第２の発明に係る流体軸受装置であって、第１の隙間の大きさを（Ｇ１）、第２の隙間における最小隙間部の大きさを（Ｇ２ｍｉｎ）、第２の隙間における最大隙間部を（Ｇ２ｍａｘ１）、換気路形成部における最大隙間部を（Ｇ２ｍａｘ２）、第３の隙間の大きさを（Ｇ３）、第４の隙間の最小隙間部を（Ｇ４）とすると、以下の関係式を満たす。
Ｇ１＜Ｇ４≦Ｇ２ｍｉｎ＜Ｇ３
Ｇ２ｍｉｎ＜Ｇ２ｍａｘ１≦Ｇ２ｍａｘ２

第７の発明に係る流体軸受装置は、第５または第６の発明に係る流体軸受装置であって、第２の隙間は、周方向において複数の最小隙間部と最大隙間部とを交互に有している。少なくとも１つの連通路は、最小隙間部の近傍に配置されている。複数の最大隙間部には、少なくとも１つの換気路が配置された換気路形成部が含まれる。

第８の発明に係る流体軸受装置は、第１から第７の発明のいずれか１つに係る流体軸受装置であって、スリーブキャップは、対向配置されたスリーブの端面に向かって突出しスリーブの開放端側の端面に当接する複数の突出部をさらに有している。

これにより、スリーブキャップが薄くて変形しやすい薄板金属で成形されている場合や、薄い樹脂シートによって成形加工されている場合でも、スリーブキャップとスリーブ端面との間の最小隙間部は、例えば、３０〜１００μｍ程度であるが、そのばらつきを１０μｍ程度に精度よく保つことができる。

第９の発明に係る流体軸受装置は、第１から第８の発明に係る流体軸受装置であって、スリーブキャップは、透光性材料によって形成されている。

これにより、スリーブの開放端側の端面とスリーブキャップとの間の隙間に形成される第２の隙間に貯留される潤滑流体の量をスリーブキャップを介して容易に視認できるため、潤滑流体の液量管理を容易に行うことができる。

第１０の発明に係る流体軸受装置は、第１から第９の発明に係る流体軸受装置であって、スリーブキャップは、第２の隙間と外気とを連通させる換気路を外周面側に有している。

ここでは、スリーブキャップにおける略円筒状の部分の外周面側の一部に、潤滑流体溜まり部として利用される第２の隙間と外気とを連通させる換気路を設けている。

これにより、本発明に係る流体軸受装置に対して注油を行う場合でも、外周面側に形成された換気路に対して注射器等を用いて容易に注油を行うことができる。よって、スリーブキャップとハブとが近接して配置される構成であっても、軸受部分への注油を問題なく行うことができる。

第１１の発明に係る流体軸受装置は、第１０の発明に係る流体軸受装置であって、スリーブキャップは、換気路が形成された外周面側に透光性を有する部分を含んでいる。

ここでは、例えば、スリーブキャップの外周面に形成された換気路周辺の部分を、透光性のある材料によって形成している。ここで、透光性のある部分としては、スリーブキャップの全体であってもよいし、換気路周辺の一部であってもよい。

これにより、スリーブキャップの外周面に形成された換気路を介して注油を行う場合において、透光性のある部分を通じて潤滑流体がどこまで注入されているかを目視によって容易に確認することができる。よって、潤滑流体の注油状況を目視で確認しながら過剰な注油を行うことはないため、注油後に不要な潤滑流体を吸い取る作業等を省いて、注油作業の効率化を図ることができる。

第１２の発明に係るスピンドルモータは、第１から第１１の発明に係る流体軸受装置と、流体軸受装置の回転側部材に取り付けられた回転磁石と、回転磁石に対して回転力を付与するステータコイルと、を備えている。

これにより、上述した流体軸受装置によって、軸受の角度剛性を向上させつつ、潤滑流体に含まれる気泡を効果的に外気へと排出することができるとともに、磁気ディスクや光ディスク等を高精度に回転駆動することができる。

本発明に係る流体軸受装置によれば、薄型化された流体軸受装置であってもラジアル軸受部等の動圧軸受部の軸方向長さを十分に確保して軸受の角度剛性を向上させることができるとともに、装置内を循環する潤滑流体内に含まれる気泡を効果的に外気へと排出することができる。

本発明の一実施形態に係る流体軸受装置１０を搭載したスピンドルモータ１について、図１〜図６を用いて説明すれば以下の通りである。

［スピンドルモータ１の構成］
本実施形態のスピンドルモータ１は、図１に示すように、円盤状の記録ディスク（記録媒体）１５１を回転駆動するための装置であって、主として、流体軸受装置１０と、ベース１８と、ステータコア１９と、ロータマグネット２０と、を備えている。

流体軸受装置１０は、軸１２を中心として磁気記録ディスクを回転させるために、磁気記録ディスクが搭載されたロータハブ１５を含む回転側の部材を固定側の部材（スリーブ１１等）に対して互いに非接触の状態でスムーズに回転させる。なお、流体軸受装置１０の構成については、後段にて詳述する。

ベース１８は、流体軸受装置１０やステータコア１９の基台部分を形成している。そして、ベース１８は、非磁性のアルミ系金属材料（例えば、ＡＤＣ１２）または磁性を有する鉄系金属材料（例えば、ＳＰＣＣ、ＳＰＣＤ）で形成されている。ベース１８が非磁性材料の場合は、ロータマグネット２０の端面に対向する位置に別途磁性を有する材料で形成された吸引板４０を設ける。

ステータコア１９は、ベース１８に固定されており、その内周部がロータマグネット２０の外周部に所定の隙間を保持して対向する位置に配置されている。ステータコア１９は、外周に向かって複数の突極が形成されており、それらの突極にコイルがそれぞれ巻回されている。そして、ステータコア１９は、厚み０．１５〜０．３５ｍｍ（主として、０．１５ｍｍ、０．２０ｍｍ、０．３５ｍｍ）の厚みのケイ素鋼板を積層して形成されている。

ロータマグネット２０は、円環状の形状を有し、ロータハブ１５の鍔部からの垂下円筒部の外周側の面に固定されており、コイル（ステータコイル）が巻回されたステータコア１９とともに磁気回路を構成する。なお、本実施形態では、ステータコア１９の外周にロータマグネット２０が配置されるアウターロータ型の流体軸受装置について説明するが、内周に向かって複数の突極が形成されるステータコアの内周にロータマグネットが配置されるインナーロータ型の流体軸受装置であってもよい。

記録ディスク１５１は、ロータハブ１５のディスク載置部上に載置され、例えば、図示しない軸方向にバネ性を有する円盤状のクランパ等を図示しないタッピングネジにセットし、軸１２の中央部に設けられたネジタップ部にタッピングネジをねじ込むことにより、軸方向下側に押え付けられて、クランパとロータハブ１５のディスク載置部との間に狭持される。

［流体軸受装置１０の構成］
本実施形態に係る流体軸受装置１０は、図１および図２に示すように、スリーブ１１と、軸１２と、フランジ１３と、スラスト板１４と、ロータハブ（ハブ）１５と、スリーブキャップ１６と、潤滑流体１７と、を備えている。

スリーブ１１は、軸受孔１１ａの開放端側と閉塞端側とを連通させる連通路１１ｂを有している。スリーブ１１は、開放端側の端面に固定されたスリーブキャップ１６との間に、潤滑流体溜まりとしての略円環状の第２の隙間Ｇ２を有している。また、略円環状の第２の隙間Ｇ２は、図３に示すように、連通路１１ｂにつながるように形成されている。第２の隙間Ｇ２の軸方向における隙間寸法は、周方向に変化し、連通路１１ｂ近傍において狭く（最小隙間部Ｇ２ｍｉｎ）、連通路１１ｂから遠ざかるにつれて広く（最大隙間部Ｇ２ｍａｘ１およびＧ２ｍａｘ２）構成されている。

第２の隙間Ｇ２において、連通路１１ｂ近傍には、連通路形成部４０が形成されており、軸方向における隙間寸法は最小隙間部Ｇ２ｍｉｎである。また、換気路１６ｂ近傍には、換気路形成部４２が形成されており、軸方向の隙間寸法は最大隙間部Ｇ２ｍａｘ２である。この連通路形成部４０と換気路形成部４２との間には、潤滑流体溜まり部４１が形成されている。この潤滑流体溜まり部４１の軸方向における隙間寸法は、最小隙間部Ｇ２ｍｉｎ、最大隙間部Ｇ２ｍａｘ１となる部分を含み、その隙間寸法は周方向において漸次変化している。ここで、Ｇ２ｍａｘ１＜Ｇ２ｍａｘ２である。

なお、後述する図８に示すように、換気路形成部４２の最大隙間部Ｇ２ｍａｘ２と、潤滑流体溜まり部４１の最大隙間部Ｇ２ｍａｘ１とが等しい場合もある。この場合には、両数値を代表してＧ２ｍａｘと示すものとする。

潤滑流体溜まり部４１が周方向に漸次変化するようにテーパ形状に形成されているため、連通路１１ｂから循環してきた軸受け内の気泡は、このテーパ形状の軸方向における隙間寸法が大きい側へ移動して、気液分離が可能になる。また、換気路形成部４２の軸方向における隙間寸法が潤滑流体溜まり部４１の軸方向における隙間寸法よりも大きいため、換気路４２から潤滑流体１７が漏れ出すことを抑制することができる。

軸１２は、スリーブ１１の軸受孔１１ａ内に、第１の隙間Ｇ１を介して回転可能な状態で挿入されている。軸１２の外周面、またはスリーブ１１の軸受孔１１ａ内周面の少なくとも一方には、動圧発生溝１１ｃ，１１ｄが形成されている。軸１２の下端部には、フランジ１３が略直角に精度良く固定されている。

フランジ１３は、その上端面と対向配置されたスリーブ１１とともに、スラスト軸受上側隙間を形成する。また、フランジ１３は、その下端面と対向配置されたスラスト板１４とともに、スラスト軸受下側隙間を形成する。これらのスラスト上側隙間および下側隙間を構成する各面の少なくとも一方には、動圧発生溝１１ｅ，１４ａが形成されている。なお、動圧発生溝としては、上述した動圧発生溝１１ｅ，１４ａのいずれか一方のみが形成されていてもよい。

ロータハブ１５は、軸１２の上端部と当接する位置に、対向配置されたスリーブ１１に向かって軸方向において突出するボス部１５ａを有している。ボス部１５ａの外周面とスリーブキャップ１６の中央孔（中央穴）１６ａ内周面との間には、第３の隙間Ｇ３が形成されている。また、ボス部１５ａの下面とスリーブ１１の開放端側の端面との間には、第４の隙間Ｇ４が形成されている。そして、ボス部１５ａの外周部分においては、ほぼ同一面上にスリーブキャップ１６が配置されている。これにより、外気に開放されたシール部分がラジアル軸受部に対して軸方向に並んで配置されないため、流体軸受装置１０を薄型化した場合でも、ラジアル軸受部の軸方向長さを十分確保することができる。なお、ボス部１５ａは、ロータハブ１５に一体として成形されているが、ボス部とロータハブとは別体として成形されていてもよい。

スリーブキャップ１６は、中央孔１６ａを有しており、スリーブ１１の上端面に対して固定されている。

潤滑流体１７は、オイル、超流動グリス、イオン性液体等であって、表面張力によって最小隙間部Ｇ２ｍｉｎ側へ移動する。このため、この最大隙間部Ｇ２ｍａｘは、空気が存在する空所となっている。そして、スリーブキャップ１６における最大隙間部Ｇ２ｍａｘ付近には、第２の隙間Ｇ２を外気に連通させる換気路１６ｂが形成されている。潤滑流体１７は、少なくとも第１の隙間Ｇ１、連通路１１ｂ、第２の隙間Ｇ２の最小隙間部Ｇ２ｍｉｎ、第４の隙間Ｇ４内につながった状態で貯留されている。

ベース１８には、スリーブ１１やステータコア１９が取り付けられている。ロータハブ１５には、ステータコア１９に対向する位置にロータマグネット（回転磁石）２０が固定されるとともに、必要に応じて磁気ディスクまたは光ディスク等の記録ディスク１５１が取り付けられる。

＜流体軸受装置１０の動作＞
本実施形態の流体軸受装置１０では、図１および図２に示すように、ステータコア１９に順次通電させてロータマグネット２０との間に回転磁界を発生させることで、軸１２が回転を開始する。軸１２が回転を始めると、図４に示すように、動圧発生溝１１ｃ，１１ｄは、潤滑流体１７をかき集めて図中ＰｒとＰｔに示す圧力を発生させる。このとき、軸１２は、潤滑流体１７中において浮上した状態で非接触回転する。ここで、動圧発生溝１１ｃ，１１ｄは、図２および図４に示すように、非対称なヘリングボーンパターン（図中Ｌｕ＞Ｌｌ）である。このため、潤滑流体１７は、図中矢印に示す方向に沿って、第１の隙間Ｇ１から、連通路１１ｂ、第２の隙間Ｇ２の最小隙間部Ｇ２ｍｉｎ、第４の隙間Ｇ４へと順次循環する。このような潤滑流体１７の循環力によって、流体の分野では一般的に知られているエアレーションやキャビテーションによって軸受内に発生した気泡を、連通路１１ｂを介して第２の隙間Ｇ２の最大隙間部Ｇ２ｍａｘの空所に移動させることができる。一方、潤滑流体１７は、表面張力によって隙間が小さい方へ移動して保持される。このため、気泡は、隙間が広い方へと追いやられて、連通路形成部４０、潤滑流体溜まり部４１、換気路形成部４２、換気路１６ｂを介して軸受外へと排出される。

また、軸１２の回転中において、図３に示すように、潤滑流体１７は、連通路１１ｂ内において図中矢印方向に流れる。つまり、潤滑流体１７は、連通路１１ｂから第２の隙間Ｇ２および第４の隙間Ｇ４を通って、動圧発生溝１１ａによってスリーブ１１と軸１２との間の第１の隙間へと吸い込まれていく。第４の隙間Ｇ４は、例えば、１０〜５０μｍ程度と十分に小さい隙間であるため、表面張力によって常に潤滑流体１７によって満たされた状態となる。

第３の隙間Ｇ３は、大気に開放されているため、この箇所におけるオイル漏れ防止手段が必要である。本実施形態の流体軸受装置１０では、軸受が停止状態において、潤滑流体１７の表面張力によってオイルシールを行っている。

ここで、第３の隙間Ｇ３において、図５に示すように、潤滑流体１７を内周方向に向かって引っ張る表面張力をＰｉと称し、潤滑流体１７を逆に外周方向に向かって引っ張る表面張力をＰｏ、潤滑流体１７を漏れ出す上向きの方向へ引っ張る表面張力をＰｕとする。このとき、これらの数値の大小関係が、以下の関係式（１）を満たす場合には、潤滑流体１７は、第３の隙間Ｇ３から漏れ出すことはない。さらに、潤滑流体１７は、表面張力によって、スリーブ１１と軸１２との間に形成された第１の隙間Ｇ１に近づく方向に流入していく。
Ｐｉ＞Ｐｏ＞Ｐｕ ・・・・・（１）

ここで、上記関係式（１）を成立させるためには、図５に示すように、各部の隙間寸法の大小関係が、以下の関係式（２）、（３）を満たす必要がある。
Ｇ１＜Ｇ４≦Ｇ２ｍｉｎ＜Ｇ３ ・・・・・（２）
Ｇ２ｍｉｎ＜Ｇ２ｍａｘ ・・・・・（３）
または、
Ｇ１＜Ｇ４≦Ｇ２ｍｉｎ＜Ｇ３ ・・・・・（４）
Ｇ２ｍｉｎ＜Ｇ２ｍａｘ１≦Ｇ２ｍａｘ２ ・・・・・（５）

すなわち、本実施形態では、上述した流体軸受装置１０の構成に、各隙間の大小関係を組み合わせたことにより、より効果的に、潤滑流体１７の外部への漏れ出しがない高い信頼性を発揮することが可能な流体軸受装置１０を得ることができる。

また、第３の隙間Ｇ３は高速回転中も大気に開放されているため、この部分における潤滑流体１７の外部への漏れ出し防止手段が必要となる。

本実施形態の流体軸受装置１０では、図６に示すように、高速回転中に径方向外向きに働く遠心力Ｐｃ、動圧発生溝１１ｃ，１１ｄ，１４ａ（図４参照）において生じるポンピング圧力Ｐｇとすると、以下の関係式（４）を満たす。
Ｐｇ＞Ｐｃ ・・・・・（４）

すなわち、動圧発生溝１１ｃ，１１ｄ，１４ａにおいて生じるポンピング圧力Ｐｇを遠心力Ｐｃよりも大きくすることによって、軸受内に潤滑流体１７を引き込む力を生じさせ、外部への潤滑流体１７の漏れ出しを防止している。

ここで、図６において、高速回転中の角速度をωとすると、遠心力Ｐｃ∝（Ｒｏ−Ｒｉ）×ω²の力が図中矢印Ｐｃの方向に加わる。ラジアル動圧発生溝１１ｃは、ヘリングボーン溝の折り返し位置が非対称であり、上半分が長く下半分が短いパターンで設計されている。よって、回転中に潤滑流体１７を図中矢印Ｐｇの方向に引き込む力が発生するため、潤滑流体１７は（Ｐｇ−Ｐｃ）の力で軸受内部に引き込まれる。本実施形態では、以上のように、比較的大きい引き込み力によって潤滑流体１７の漏れ出しを防止することができるため、流体軸受装置１０の信頼性を向上させることができる。

ここでは、本実施形態の流体軸受装置１０の組立方法および注油方法について、簡単に説明する。

図２に示す軸１２とフランジ１３とは、前工程において固定されている。また、スリーブキャップ１６は、事前に接着等でスリーブ１１に対して固定されている。

次に、軸１２がスリーブ１１の軸受孔１１ａに挿入され、スラスト板１４がカシメと接着等とによって固定される。この時点では、ボス部１５ａは軸１２に対して必ずしも取り付けられる必要はない。

次に、減圧環境下において、図示しない注入管またはディスペンサを第３の隙間Ｇ３に近づけ、潤滑流体１７を所定量、または実際に必要な油量より多めに注入する。このとき、流体軸受装置１０の周囲を大気圧等のより高い圧力に復圧することによって、潤滑流体１７を軸受内に完全に流入させる。なお、潤滑流体１７を注入しながら軸１２を回転させ、動圧発生溝１１ｃ，１１ｄ，１４ａのポンプイン力によって潤滑流体１７を注入してもよい。あるいは、潤滑流体１７を多めに注入した後、減圧することで、潤滑流体１７を注入してもよい。

次に、ロータハブ１５を軸１２に圧入し、必要に応じて上面から軸１２とロータハブ１５との接合面をレーザ加工して固定強度を高める。

次に、スリーブキャップ１６とロータハブ１５のボス部１５ａの内周面との間の第３の隙間Ｇ３に、図示しない吸取管を挿入し、余剰な油量を吸い取ることで潤滑流体１７の量を適正に制御する。

また、スリーブキャップ１６は、ボス部１５ａに対してほぼ同じ軸方向高さに位置させているため、ラジアル軸受の軸方向における長さを従来よりも長く確保することができる。

軸受内部に滞留していた気泡は、スリーブキャップ１６とスリーブ１１の開放側の端面との間の隙間における隙間が大きい部分に移動し、やがて換気路１６ｂから排出される。よって、軸受隙間は潤滑流体１７によって充填された状態となり、流体軸受装置１０を薄型化した場合でも信頼性の高い装置を得ることができる。

［他の実施形態］
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

（Ａ）
本発明の流体軸受装置１０は、非常に良好なオイルシール性能を有しており、通常の使用条件では潤滑流体１７の漏れ出しは発生しない。しかしながら、例えば、回転停止中に軸１２を水平にした状態で１５００Ｇ以上の大きな衝撃荷重を多数回加えてしまった場合等の特殊な使用条件では、図７に示すように、ボス部１５ａとスリーブキャップ１６との間の第３の隙間Ｇ３から潤滑流体１７が流出するおそれがあった。

これに対して、例えば、図８に示すように、上記実施形態と同様に、周方向に隙間が変化する形状を有し、第２の隙間Ｇ２における最小隙間部Ｇ２ｍｉｎと最大隙間部Ｇ２ｍａｘとを交互に複数配置し、さらに連通路２１ｂから最も離れた部分にも狭小隙間部Ｇ２ｍｉｎ’を設け、これら複数の狭小隙間部Ｇ２ｍｉｎ’の間に、拡大隙間部Ｇ２ｍａｘ’を設けた流体軸受装置であってもよい。

このような構成では、これら複数の拡大隙間部Ｇ２ｍａｘ’の中の少なくとも１ヶ所以上に接するように、第２の隙間Ｇ２を外気と連通させる換気路２６ｂをスリーブキャップ２３に設けることで、特殊な使用条件における上記問題を解決することができる。

例えば、図９に示す矢印方向に強い衝撃荷重が加わった瞬間は、隙間の狭い部分（狭小隙間部Ｇ２ｍｉｎ’）に蓄えられていた潤滑流体１７は空所となり、潤滑流体１７が貯留されていなかった隙間の大きい部分（拡大隙間部Ｇ２ｍａｘ’）に移動して一瞬蓄えられる。その後、衝撃荷重が解除されるとともに、潤滑流体１７は表面張力によって再び隙間が狭い部分（狭小隙間部Ｇ２ｍｉｎ’）に戻る。

強い衝撃荷重は、その作用時間が、例えば、２ｍｓｅｃ程度と非常に短い。このため、その短時間内において、潤滑流体１７は外部にまで流出できずに空所に引き止められるものと思われる。これにより、流体軸受装置１０の耐衝撃性能をさらに向上させることができる。

（Ｂ）
本発明に係るさらに他の実施形態として、図１０に示すように、スリーブ２１に対向するスリーブキャップ２６の面の一部から突出する複数の突出部（凸部）２６ｃを設けた流体軸受装置１１０がある。

突出部２６ｃは、スリーブ２１の開放側端面に当接するように形成されており、スリーブキャップ２６とスリーブ２１の開放端側の端面との間の隙間（第２の隙間Ｇ２）の大きさを規定する。

これにより、このスリーブキャップ２６が薄くて変形しやすい薄板金属で成形されている場合や、薄い樹脂シートで成形加工されている場合でも、第２の隙間Ｇ２の大きさを精度よく規定することができる。よって、例えば、第２の隙間Ｇ２における最小隙間部Ｇ２ｍｉｎの大きさは、例えば、３０〜１００μｍ程度であるが、そのばらつきを１０μｍ程度に抑えることで、高精度な隙間寸法の管理を行うことができる。

（Ｃ）
上記実施形態では、軸１２に対してフランジ１３が取り付けられた、いわゆるフランジタイプの流体軸受装置１０を例として挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。

例えば、図２において、軸１２に対してフランジ１３がなく、軸１２の下端面が軸受面であるいわゆるフランジレスタイプの流体軸受装置であってもよい。

（Ｄ）
上記実施形態では、流体軸受装置１０内の隙間に充填された潤滑流体１７を循環させる循環力を付与するために、ラジアル動圧発生溝１１ｃを非対称溝として形成した例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。

例えば、スラスト動圧発生溝１１ｅを非対称溝として形成してスラスト軸受部側において循環力を発生させるような構成であってもよい。あるいは、ラジアル・スラスト動圧発生溝の双方を非対称溝として形成し、潤滑流体１７に対して装置内で循環する力を付与するような構成であってもよい。

（Ｅ）
上記実施形態では、オイルシール性能を向上させるためのフッ素系撥油剤について述べていないが、例えば、図１０において、ボス部２５ａの外周部とスリーブキャップ２６の内周面との近傍または上面に、揮発性のフッ素系撥油剤を塗布してもよい。
これにより、オイルシール性能をさらに向上させることができる。

（Ｆ）
上記実施形態では、スリーブキャップ１６における開放端側の端面に、換気路１６ｂを設けた例を挙げて説明した。

このような構成の流体軸受装置に対して注油する方法としては、例えば、図１１に示すように、軸１２に対してロータハブ１５を固定する前の段階において、注油用のリング２２を軸１２の上端部分に挿入あるいは圧入する。そして、リング２２とスリーブキャップ１６との間の隙間から、図示しない注入管またはディスペンサ等によって矢印Ｋ方向から潤滑流体を注入する。

これにより、上記実施形態のように、ロータハブ１５とスリーブキャップ１６とが近接配置されて注油しにくい構成であっても、ロータハブ１５の取り付け前にリング２２を仮固定して注油を行うことができる。

なお、注油完了後には、リング２２を軸１２から取り外して、ロータハブ１５を軸１２に固定すればよい。

また、この場合、スリーブキャップ１６の一部あるいは全体が透光性を有する材料によって形成されていることが好ましい。この場合には、注油作業中において、目視やカメラ等によって上方から注入された油量が適切であるか否かを容易に確認することができる。よって、潤滑流体を過剰に注油して、後から吸い取り作業等を行う必要がなくなり、注油作業を効率化することができる。

（Ｇ）
上記実施形態では、スリーブキャップ１６における開放端側の端面に、換気路１６ｂを設けた例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。

例えば、図１２に示すように、第２の隙間Ｇ２が最大となる最大隙間部Ｇ２ｍａｘに対応するスリーブキャップ３６の外周面の一部に、第２の隙間Ｇ２を外気と連通させる換気路３６ｂを設けてもよい。

この場合には、軸１２に対してロータハブ１５を取り付けた後であっても、スリーブキャップ３６の外周面側から、注入管またはディスペンサ１５３を用いて潤滑流体を注油することができる。よって、上記実施形態のように、ロータハブ１５とスリーブキャップ３６とが近接配置されて注油しにくい構成であっても、スリーブキャップ３６の外周面側から容易に注油作業を行うことができる。

なお、この場合でも、スリーブキャップ３６の一部あるいは全体が透光性を有する材料によって形成されていることが好ましい。この場合には、注油作業中において、目視やカメラ等によって側方から注入された油量が適切であるか否かを容易に確認することができる。よって、潤滑流体を過剰に注油して、後から吸い取り作業等を行う必要がなくなり、注油作業を効率化することができる。また、液量をカメラ等で確認しながら吸取管によって過剰な潤滑流体を吸い取ることができる。

（Ｈ）
上記実施形態では、第２の隙間Ｇ２が、周方向において隙間の大きさが変化する例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。

例えば、図１３に示すように、スリーブ２２１とスリーブキャップ２２６との間に形成される第２の隙間Ｇ２０が径方向において隙間の大きさが変化するように形成されている流体軸受装置２１０であってもよい。

（Ｉ）
上記実施形態では、スリーブ１１の開放端側の端面をスリーブキャップ１６によって覆った例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。

例えば、図１４に示すように、ボス部２５ａの外周面とスリーブ３２１に設けた凹部３２１ａの内周面との間の隙間において第２の隙間Ｇ２１（潤滑流体溜まり部）を形成してもよい。

（Ｊ）
上記実施形態では、スリーブ１１は、銅合金、ステンレス等の金属材料によって形成されているが、本発明はこれに限定されるものではない。

例えば、鉄焼結材料によって形成し、その表面を樹脂、四酸化三鉄か三酸化二鉄の皮膜、メッキ等で表面のポーラスを完全に埋めて封孔したスリーブを用いてもよい。

この場合、スリーブの開放端側の端面に３次元的な凹部を成形プレス金型によって加工することができるため、隙間（Ｓ２ｍｉｎ，Ｓ２ｍａｘ）をスリーブの開放端側の端面より下側に設けることができる。よって、ラジアル動圧発生溝を上方まで形成することができるため、ラジアル軸受の軸方向長さを十分に確保することができる。

（Ｋ）
また、本発明に係る流体軸受装置およびスピンドルモータを搭載する記録再生装置としては、図１５に示すように、記録ヘッド１５２によって記録ディスク１５１に情報を記録する／再生する磁気記録再生装置１５０に限らず、例えば、光ディスク等の記録再生装置に対して搭載してもよい。

さらには、情報処理装置として、ＣＰＵに搭載される冷却ファンを回転させるスピンドルモータに含まれる流体軸受装置としても本発明を適用してもよい。

本発明の流体軸受装置は、薄型化された流体軸受装置であってもラジアル軸受部の軸方向長さを十分に確保して軸受の角度剛性を向上させることができるとともに、装置内を循環する潤滑流体内に含まれる気泡を効果的に外気へと排出することができるという効果を奏することから、各種情報処理装置に搭載される流体軸受装置に対して広く適用可能である。

本発明の一実施形態に係る流体軸受装置の断面図。 本発明の一実施形態に係る流体軸受装置の拡大断面図。 本発明の一実施形態に係る流体軸受装置の上部隙間説明図。 本発明の一実施形態に係る流体軸受装置の圧力発生分布図。 図２の流体軸受装置に含まれるボス部のオイルシール解説図。 図２の流体軸受装置に含まれるボス部のオイルシール解説図。 本発明の他の実施形態に係る流体軸受装置のオイル漏れ原理説明図。 本発明の他の実施形態に係る流体軸受装置のオイルシール説明図。 本発明の他の実施形態に係る流体軸受装置の上部隙間説明図。 本発明のさらに他の実施形態に係るスリーブキャップ説明図。 本発明のさらに他の実施形態に係る流体軸受装置に対して注油する工程を示す断面図。 本発明のさらに他の実施形態に係る流体軸受装置に対して注油する工程を示す断面図。 本発明のさらに他の実施形態に係る流体軸受装置の上部隙間説明図。 本発明のさらに他の実施形態に係る流体軸受装置の上部隙間説明図。 上記流体軸受装置を搭載した磁気記録再生装置の構成を示す断面図。

符号の説明

１ スピンドルモータ
１０ 流体軸受装置
１１ スリーブ
１１ａ 軸受孔
１１ｂ 連通路
１１ｃ ラジアル動圧発生溝
１１ｄ ラジアル動圧発生溝
１１ｅ スラスト動圧発生溝
１２ 軸（シャフト）
１３ スラストフランジ
１４ スラスト板
１４ａ スラスト動圧発生溝
１５ ロータハブ（ハブ）
１５ａ ボス部
１６ スリーブキャップ
１６ａ 中央孔（中央穴）
１６ｂ 換気路
１７ 潤滑流体
１８ ベース
１９ ステータコア
２０ ロータマグネット（回転磁石）
２１ スリーブ
２１ｂ 連通路
２２ リング
２３ スリーブキャップ
２５ａ ボス部
２６ スリーブキャップ
２６ｂ 換気路
２６ｃ 突出部
３６ スリーブキャップ
３６ｂ 換気路
４０ 連通路形成部
４１ 潤滑流体溜まり部
４２ 換気路形成部
１１０ 流体軸受装置
１５０ 磁気記録再生装置（情報処理装置）
１５１ 記録ディスク（記録媒体）
１５２ 記録ヘッド
１５３ 注入管またはディスペンサ
Ｇ１ 第１の隙間
Ｇ２ 第２の隙間
Ｇ２ｍｉｎ 最小隙間部
Ｇ２ｍｉｎ’ 狭小隙間部
Ｇ２ｍａｘ 最大隙間部
Ｇ２ｍａｘ１ 潤滑流体溜まり部における最大隙間部
Ｇ２ｍａｘ２ 換気路形成部における最大隙間部
Ｇ２ｍａｘ’ 拡大隙間部
Ｇ３ 第３の隙間
Ｇ４ 第４の隙間

Claims (12)

1. 軸と、
   前記軸が相対回転可能な状態で装填され軸受孔を有するスリーブと、
   前記軸と前記スリーブの軸受孔の間に形成される第１の隙間と、
   前記スリーブの一部に形成されており、前記スリーブにおける前記軸受孔の開放端側と閉塞端側とを連通させる連通路と、
   前記軸の外周面および前記スリーブの軸受孔内周面の少なくとも一方に形成された動圧発生溝と、
   前記スリーブの開放端側に設けられ中央穴を有するスリーブキャップと、
   前記スリーブキャップと前記スリーブの端面との間に形成される略円環状の第２の隙間と、
   前記軸における前記スリーブの開放端側の端部に接合されるハブと、
   前記ハブにおける前記軸との接合部分付近において、前記スリーブキャップの前記中央穴の内周面に近接するように前記スリーブの開放端側の端面に向かって突出するボス部と、
   前記ボス部の外周と前記スリーブキャップの中央穴の内周面との間に形成され、大気に開放される第３の隙間と、
   前記ボス部と前記スリーブの端面との間に形成される第４の隙間と、
   互いに連通する前記第１の隙間、前記連通路、前記第２の隙間、前記第４の隙間内に貯留された潤滑流体と、
   を備えている流体軸受装置。
2. 前記第２の隙間を外気と連通させる換気路をさらに備えており、
   前記第２の隙間は、前記連通路の近傍において軸方向における寸法が最も小さくなる最小隙間部を有し、前記連通路から前記換気路に向かって寸法が最も大きくなる最大隙間部を前記換気路付近に有し、周方向に沿って前記最小隙間部から前記最大隙間部に向かって隙間が漸次大きくなる、
   請求項１に記載の流体軸受装置。
3. 前記第１の隙間の大きさを（Ｇ１）、前記第２の隙間の前記最小隙間部の大きさを（Ｇ２ｍｉｎ）、前記第２の隙間の前記最大隙間部を（Ｇ２ｍａｘ）、前記第３の隙間の大きさを（Ｇ３）、前記第４の隙間の最小隙間部を（Ｇ４）とすると、以下の関係式を満たす、
   請求項２に記載の流体軸受装置。
   Ｇ１＜Ｇ４≦Ｇ２ｍｉｎ＜Ｇ３
   Ｇ２ｍｉｎ＜Ｇ２ｍａｘ
4. 前記第２の隙間の軸方向における寸法は、周方向に複数の最小隙間部と最大隙間部とを交互に有し、
   少なくとも１つの連通路は、前記最小隙間部の近傍に位置し、
   少なくとも１つの換気路は、前記最大隙間部の近傍に位置する、
   請求項１または３に記載の流体軸受装置。
5. 前記第２の隙間の最大隙間部は、前記換気路の近傍に配置され軸方向における隙間寸法がより大きい換気路形成部を含む、
   請求項２に記載の流体軸受装置。
6. 前記第１の隙間の大きさを（Ｇ１）、前記第２の隙間における前記最小隙間部の大きさを（Ｇ２ｍｉｎ）、前記第２の隙間における前記最大隙間部を（Ｇ２ｍａｘ１）、前記換気路形成部における最大隙間部を（Ｇ２ｍａｘ２）、前記第３の隙間の大きさを（Ｇ３）、前記第４の隙間の最小隙間部を（Ｇ４）とすると、以下の関係式を満たす、
   請求項２に記載の流体軸受装置。
   Ｇ１＜Ｇ４≦Ｇ２ｍｉｎ＜Ｇ３
   Ｇ２ｍｉｎ＜Ｇ２ｍａｘ１≦Ｇ２ｍａｘ２
7. 前記第２の隙間は、周方向において複数の最小隙間部と最大隙間部とを交互に有し、
   少なくとも１つの前記連通路は、前記最小隙間部の近傍に配置されており、
   複数の前記最大隙間部には、少なくとも１つの前記換気路が配置された前記換気路形成部が含まれる、
   請求項５または６に記載の流体軸受装置。
8. 前記スリーブキャップは、対向配置された前記スリーブの端面に向かって突出し前記スリーブの開放端側の端面に当接する複数の突出部をさらに有している、
   請求項１から７に記載の流体軸受装置。
9. 前記スリーブキャップは、透光性材料によって形成されている、
   請求項１から８のいずれか１項に記載の流体軸受装置。
10. 前記スリーブキャップは、前記第２の隙間と外気とを連通させる換気路を外周面側に有している、
    請求項１から９のいずれか１項に記載の流体軸受装置。
11. 前記スリーブキャップは、前記換気路が形成された外周面側に透光性を有する部分を含んでいる、
    請求項１０に記載の流体軸受装置。
12. 請求項１から１１のいずれか１項に記載の流体軸受装置と、
    前記流体軸受装置の回転側部材に取り付けられた回転磁石と、
    前記回転磁石に対して回転力を付与するステータコイルと、
    を備えたスピンドルモータ。
    

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