JP5227289B2 - 流体動圧軸受装置およびスピンドルモータ - Google Patents

Description

本発明は、流体動圧軸受装置、特に、例えばハードディスクドライブの駆動装置として用いられるスピンドルモータにおける回転支承のための流体動圧軸受装置に関する。

流体動圧軸受装置は、一般に、固定部材と、この固定部材に対して相対的に回転可能な回転部材とを有する。固定部材と回転部材の互いに対応する軸受面の間には、例えば軸受オイルのような軸受流体が充填された軸受隙間が形成される。軸受面には、軸受流体に作用する軸受構造を設けることが広く知られている。流体動圧軸受装置の場合、一方または両方の軸受面に、通常の方法で、凹部または凸部からなる溝パターンとしての軸受構造が形成される。軸受構造は、軸支構造およびポンプ構造の両方または一方の役目を果たす。すなわち、回転部材が固定部材に対して相対的に回転すると、軸受隙間において流体力学的な動圧が発生し、この動圧により軸受が荷重を支えることができる。流体動圧軸受装置は、玉軸受と比較して、高い走行精度と静粛性を有し、はるかに優れた耐衝撃性を有している。また、流体動圧軸受装置では、通常の動作条件であれば固定部材と回転部材の軸受面が直接接触しないため、動作時の騒音や磨耗が生じない。

一般に、流体動圧軸受装置を備えたスピンドルモータは、その構造によって、２種類に大別される。すなわち、回転シャフトを備え、軸受隙間の一端のみが開口しているスピンドルモータと、固定シャフトを備え、軸受隙間の両端が開口しているスピンドルモータである。後者のスピンドルモータは、固定シャフトが一端だけでなく両端でハウジングまたはベースプレートに固定されている点で、非常に有利である。このように固定シャフトが両端で固定されているスピンドルモータは、構造上、シャフトが一端だけで固定されているスピンドルモータよりも高い剛性を有する。

いずれの構造のスピンドルモータにおいても、流体動圧軸受装置の組み立てに際しては、軸受隙間に軸受流体を充填する必要がある。しかしながら、僅か数ミクロンの軸受隙間に軸受流体を充填するには煩雑な作業が必要となり、製造コストが上昇する原因となる。そこで、従来より、流体動圧軸受装置に軸受流体を充填する種々の方法が提案されている。

例えば、特許文献１には、一端が開口した軸受隙間への軸受流体の充填方法が開示されている。この方法では、作業空間を減圧した状態で、充填装置により軸受流体を軸受隙間の開口部に送り、その後、作業空間に給気することにより、低圧となっている軸受隙間に軸受流体が吸い込まれるようにしている。

この方法は、両端が開口した軸受隙間にも適用することができる。その場合には、作業空間を減圧した状態で、軸受隙間の両端の開口部に軸受流体を送り、その後、作業空間に給気することにより軸受流体が軸受隙間に吸い込まれるようにする。しかしながら、軸受隙間の両端の開口部の近傍に十分な量の軸受流体を送ることは困難であることが多い。特に、軸受隙間の下端の開口部は、通常、ハブ或いは軸受スリーブの下に隠れているため、当該開口部に軸受流体を到達させるのは難しい。このように軸受隙間の下端の開口部に到達しなかった軸受流体は、充填作業後も軸受の表面に残り、軸受が汚れる原因となる。

また、例えば、特許文献２には、両端が開口した軸受隙間への軸受流体の充填方法が開示されている。この方法では、注入台のスピンドルモータ載置部にシールリング（密封補助部材）を設けているが、軸受の表面が汚れる可能性を完全になくすことはできず、また、充填作業が完了する毎にシールリングを洗浄しなければならず、作業が煩雑になる。

オーストリア共和国特許公開公報ＡＴ５０４１５５Ａ２ 特開２００５−０６９４９１号公報

本発明は、上記の課題に鑑み、軸受隙間への軸受流体の充填を簡単かつ確実に行うことができる流体動圧軸受装置およびスピンドルモータを提供することを目的とする。

この課題は、請求項１に記載された特徴を有する流体動圧軸受装置によって解決される。

発明の好適な実施の形態および更なる有利な特徴は、従属請求項に記載されている。

本発明の流体動圧軸受装置は、第１の軸受構成部材と、第１の軸受構成部材に収容されたシャフトと、シャフトに、第１の軸受構成部材から軸方向に距離をおいて配設され、且つ、シャフトの外径よりも大きい外径を有する環状の第２の軸受構成部材と、第１および第２の軸受構成部材の間においてシャフトの周りに回転可能に配置された軸受スリーブと、軸受スリーブと、第１および第２の軸受構成部材並びにシャフトとの対向する各面の間に設けられ、軸受流体が充填された軸受隙間と、軸受隙間に沿って配置された少なくとも一つの流体動圧ラジアル軸受および少なくとも一つの流体動圧アキシャル軸受と、軸受隙間の開口端を密封するため、第２の軸受構成部材と軸受スリーブとの間に設けられた環状のシール隙間とを備える。シール隙間の一端は、軸受隙間につながる。また、シール隙間の他端につながるように、環状の液溜部が設けられている。回転軸から測った液溜部の外側壁面までの最大半径は、回転軸から測ったシール隙間までの半径よりも大きい。また、回転軸から測った液溜部の内側壁面までの最小半径は、回転軸から測ったシール隙間までの半径よりも小さい。

本発明では、シール隙間の一端が軸受隙間につながり、シール隙間の他端につながるように、軸受流体を収容するための液溜部が設けられている。この液溜部は、シール隙間、或いは、シール隙間の上部のコーン状の側面により拡幅して形成される遥かに小さな液溜部と混同してはならない。本発明で言う液溜部は、本軸受（流体動圧ラジアル軸受、流体動圧アキシャル軸受、軸受隙間、シール隙間、および、各軸受につながる各隙間や循環流路を含む）に収容可能な軸受流体の総量を収容できるだけの容量を有するものである。液溜部の容量がこのように大きいことにより、軸受流体を一度に充填することが可能となる。また、液溜部の容量がこのように大きいため、軸受流体の充填時に、液溜部に隣接する他の軸受構成部分が軸受流体で汚れることがない。

液溜部の縁、またはこれと隣接する軸受構成部分の面には、これらの面が軸受流体により湿らされるのを防ぐために、バリアーフィルムをさらに設けても良い。

本発明では、軸受流体の充填の際、流体動圧軸受装置を充填装置に位置決めし、各軸受を動作させるために必要な軸受流体の総量を液溜部に注ぎ込む。その後、流体動圧軸受装置を充填装置から取り外し、液溜部に注入された軸受流体を、毛細管の作用でゆっくりとシール隙間を通って軸受隙間に移動させる。この工程は、場合によっては数十分の時間を要する。軸受流体を液溜部に注ぎ込む工程そのものは非常に早く行われ、その後は、流体動圧軸受装置を充填装置から取り外して、軸受流体が完全に軸受隙間に移動するまでの間、静置ゾーンに置いておくだけでよいため、充填に必要な作業を簡単に行うことができる点で有利である。

液溜部に軸受流体が充填されるのは、流体動圧軸受装置に軸受流体を充填する際の一度だけであって、それ以外に液溜部に軸受流体が存在することはない。液溜部は、流体動圧軸受装置のシール隙間の外側に位置しているからである。

液溜部と軸受隙間の間に配置されたシール隙間は、軸受隙間にある軸受流体が液溜部に逆流するのを防ぐ毛細管シールを形成している。シール隙間は、コーン状の毛細管シール、すなわちコーン状に拡幅した領域を有していても良い。また、シール隙間は、毛細管シールに加えて、固定部材（第１の軸受構成部材、シャフト、第２の軸受構成部材）または回転部材（軸受スリーブ）に配設されたポンプ構造を有する動的なポンピングシールを備えていてもよい。

液溜部は、傾斜面を有することによりシール隙間からさらに拡幅し、当該傾斜面は、回転軸を含む断面において、シール隙間の主部の液溜部側の延長線に対して４５度以上の角度を有することが好ましい。このようにすれば、シール隙間から液溜部にかけて大きく拡幅した構成が得られる。

流体動圧軸受装置は、第１および第２の軸受構成部材の間で、シャフトの周りに回転可能に配設された軸受スリーブ、或いは軸受スリーブと一体化されたハブを有することが好ましい。

本発明における流体動圧軸受装置は、少なくとも一つの、より好しくは二つの流体動圧ラジアル軸受を含む。二つの流体動圧ラジアル軸受は、軸受隙間により隔てられたシャフトの表面と軸受スリーブ或いはハブの表面との間に、互いに隣接して形成される。流体動圧アキシャル軸受は、軸受スリーブと第１の軸受構成部材との互いに対向する面により形成される。

軸受隙間において必要な軸受流体の循環を確保するために、軸受隙間の互いに隔てられた部分を互いにつなぐ、軸受流体が充填された循環流路が具備されている。循環流路は、軸受隙間において各シール手段に境を接する部分同士をつないでいることが好ましい。

本発明の流体動圧軸受装置は、スピンドルモータの一部として用いることができる。このスピンドルモータは、ステータと、ロータと、ロータを駆動する電磁的な駆動手段と、ロータを回転可能に支承する上述した流体動圧軸受装置とを具備する。

本発明によれば、軸受隙間への軸受流体の充填を簡単かつ確実に行うことができる流体動圧軸受装置およびスピンドルモータが提供される。

本発明の第１の実施の形態による流体動圧軸受装置を備えたスピンドルモータの断面図である。 図１に示した液溜部の近傍を拡大して示す図である。 本発明の第２の実施の形態による流体動圧軸受装置を備えたスピンドルモータの断面図である。 本発明の第３の実施の形態による流体動圧軸受装置を備えたスピンドルモータの断面図である。 本発明の第４の実施の形態による流体動圧軸受装置を備えたスピンドルモータの断面図である。 図５に示した液溜部の近傍を拡大して示す図である。 本発明の第５の実施の形態による流体動圧軸受装置を備えたスピンドルモータの断面図である。 本発明の第６の実施の形態による流体動圧軸受装置を備えたスピンドルモータの断面図である。 本発明の第７の実施の形態による流体動圧軸受装置を備えたスピンドルモータの断面図である。 本発明の第８の実施の形態による流体動圧軸受装置の要部を拡大して示す図である。

次に、本発明の好適な実施の形態について、その更なる特徴や利点とともに、図面に基づいて詳しく説明する。

第１の実施の形態．
図１は、本発明の第１の実施の形態による流体動圧軸受装置を備えたスピンドルモータを示す断面図である。このスピンドルモータは、例えば、ハードディスクドライブにおいてハードディスクを駆動するために用いられるものである。

図１に示したスピンドルモータは、略中心に円筒状の開口部を有するベースプレート１０を備えている。ベースプレート１０の円筒状の開口部には、第１の軸受構成部材１６が収容されている。第１の軸受構成部材１６は、略鍋型に形成され、その中心に開口部を有している。第１の軸受構成部材１６の中心の開口部には、シャフト（固定シャフト）１２が固定されている。シャフト１２の自由端には、第２の軸受構成部材１８が配設されている。第２の軸受構成部材１８は、環状であってシャフト１２と一体に形成されていることが好ましい。シャフト１２には、スピンドルモータのハウジング蓋ないしはハードディスクドライブに固定するためのねじ穴（図示せず）が設けられている。ベースプレート１０、シャフト１２、第１の軸受構成部材１６および第２の軸受構成部材１８は、スピンドルモータの固定部材を構成している。

本実施の形態の流体動圧軸受装置は、シャフト１２と第１および第２の軸受構成部材１６，１８とにより形成されたスペースに、これら固定部材に対して相対的に回転可能に設けられた軸受スリーブ１４を有している。上側の第２の軸受構成部材１８は、軸受スリーブ１４に設けられた環状の空所に収容されている。軸受スリーブ１４と、シャフト１２および軸受構成部品１６，１８の互いに対向する各面は、軸受隙間によって互いに隔てられている。軸受隙間は両端が開口しており、例えば軸受オイルのような軸受流体が充填されている。

スピンドルモータの電磁駆動機構（駆動手段）は、公知のとおり、ベースプレート１０に配設されたステータ構造体４２と、このステータ構造体４２を間隔をあけて囲むように配置された永久磁石４４とによって構成される。軸受スリーブ１４の外側には、ハブ４８が取り付けられており、上記の永久磁石４４は、ハブ４８の内周面に取り付けられている。軸受スリーブ１４およびハブ４８は、スピンドルモータの回転部材を構成している。なお、ハブ４８と軸受スリーブ１４とを一体に形成してもよい。

軸受スリーブ１４は、円筒状の穴を備え、その穴の内周面には、二つの円筒状のラジアル軸受面が形成されている。これら二つのラジアル軸受面は、その間に亘って形成された分離隙間２４を介して互いに隔てられている。ラジアル軸受面は、シャフト（固定シャフト）１２を数ミクロンの間隔をあけて囲むように形成されており、これにより、軸受隙間２０の軸方向（回転軸４６の方向）に延在する部分が形成されている。各ラジアル軸受面に適切な軸受溝を設けることにより、各ラジアル軸受面と、それぞれに対向するシャフト１２の軸受面とによって、二つのラジアル軸受２２ａ，２２ｂが形成される。なお、ラジアル軸受面は、軸受スリーブ１４の内周面に形成する代わりに、シャフト１２の外周面に形成してもよい。

下側のラジアル軸受２２ｂに隣接して、軸受スリーブ１４の半径方向に延在する軸受面と、これに対向する第１の軸受構成部材１６の軸受面とにより、軸受隙間２０の半径方向に延在する部分が形成されている。また、これらの軸受面は、回転軸に垂直な環状の流体動圧アキシャル軸受（スラスト軸受）２６を形成している。アキシャル軸受２６は、例えば、公知の方法で、スパイラル状の軸受溝２７を、軸受スリーブ１４の軸受面、第１の軸受構成部材１６の軸受面、またはこれらの両方に形成することにより得られる。アキシャル軸受２６の軸受溝２７は、軸受スリーブ１４の軸受面（図中下面）の全体に亘って、即ち、半径方向内側の縁から外側の縁までに亘って延在していることが好ましい。このようにすれば、軸受隙間２０の半径方向に延在する部分の全体において所望の圧力分配が行われ、半径方向の外側から内側にかけてアキシャル軸受２６の流体圧が増加し、これにより、流体圧の低い領域が生じることが回避される。ラジアル軸受２２ａ，２２ｂおよびアキシャル軸受２６に必要な軸受溝、さらに場合によってはポンピングシール３６のために必要な軸受溝は、軸受スリーブ１４に形成されることが好ましい。このようにすれば、シャフト１２および第１の軸受構成部材１６の製造が容易になる。第１の軸受構成部材１６には、部分的に、軸受プレート５０を装着してもよく、この軸受プレート５０には、例えばハードコートといった特殊なコーティングを施してもよい。

アキシャル軸受２６が形成される軸受隙間２０の半径方向部分につながるように、軸受流体により適度に充填されたシール隙間３４が形成されている。このシール隙間３４は、軸受スリーブ１４および第１の軸受構成部材１６の互いに対向する面の間に形成されており、これらの面によって流体動圧軸受の端部が密閉されている。シール隙間３４は、軸受隙間２０から半径方向に延在する部分を含み、当該部分から、ほぼ軸方向にコーン状に延在し、上端が開口している部分へと移行する。なお、このコーン状の部分は、軸受スリーブ１４の外周面と軸受構成部材１６の内周面との間に形成された部分である。シール隙間３４は、毛細管シールとしての機能に加えて、液溜めとしての機能も有し、流体動圧軸受装置の寿命までに必要な流体量を確保する作用を奏する。さらに、軸受流体の充填のばらつきや、場合によっては温度変化による膨張を吸収する作用も考えられる。

流体動圧軸受装置のもう一方の側（図中上側）において、軸受スリーブ１４は、上側のラジアル軸受２２ａが形成された部分に続いて、半径方向に延在する面を有している。この面と、これに対向する第２の軸受構成部材１８の面との間に、半径方向に延在する隙間が形成されている。この半径方向に延在する隙間に続いて、軸方向に延在して流体動圧軸受装置の端部を密閉するシール隙間３２（シール手段）が形成されている。シール隙間３２は、ポンピングシール３６を含むことが好ましい。また、シール隙間３２は、コーン状の側面（傾斜面）を有し、軸方向の外側端部（図中上端部）に向かって拡幅していることが好ましい。シール隙間３２は、軸受スリーブ１４と第２の軸受構成部材１８の互いに対向する面の間に形成されている。

上述したシール隙間３２（または、シール隙間３２のコーン状に拡幅した部分）に続いて、軸方向外側に向かってさらに拡幅した環状の液溜部３８が形成されている。液溜部３８は、シール隙間３２に対して半径方向両側に拡幅している。従って、回転軸４６から測った液溜部３８の外側壁面（後述する図２に符号３８ａで示す）までの最大半径ｒＲは、回転軸４６から測ったシール隙間３２までの半径ｒＤよりも大きい。また、回転軸４６から測った液溜部３８の内側壁面（図２に符号３８ｂで示す）までの最小半径ｒＳは、回転軸４６から測ったシール隙間３２までの半径ｒＤよりも小さい。すなわち、ｒＳ＜ｒＤ＜ｒＲの関係が成立する。このように構成することで、大きな容量の液溜部３８を得ることができる。

図２は、図１に示した液溜部３８付近を拡大して示す図である。図２に示すように、シール隙間３２から液溜部３８に移行した領域で、液溜部３８の幅を規定する第２の軸受構成部材１８の傾斜面１８ａは、回転軸４６の方向（すなわち、シール隙間３２の拡幅部を除く主部の延長線Ｌの方向）に対して、４５度以上の角度Ａ１をなすことが好ましい。このように構成すれば、液溜部３８は軸方向の外側端部（図中上端部）に向かって大きく拡幅するため、大きな容量を得ることができる。流体動圧軸受装置の通常使用時には、液溜部３８には軸受流体は入っていない。すなわち、液溜部３８は、流体動圧軸受装置に軸受流体を充填するときのみに、流体軸受を収容するものである。なお、液溜部３８と、シール隙間３２の上部の拡幅部とは、連続している。従って、コーン状に形成された部分の下方のごく小さい部分をシール隙間３２の拡幅部と考え、その上方の大部分を液溜部３８と考えることができる。

本実施の形態の流体動圧軸受装置、または少なくともその液溜部３８は、環状のカバー３０によって覆われている。カバー３０は、軸受スリーブ１４の周縁部に、例えば接着、圧着、溶接、或いは、圧着と溶接の両方によって取り付けられている。また、カバー３０の内周面とシャフト１２の外周面とが互いに対向することで隙間シールを形成するようにしてもよい。このように構成すれば、シール隙間３２あるいは液溜部３８からの軸受流体の漏れを、より確実に防止することができる。

本実施の形態のスピンドルモータは、第２の軸受構成部材１８側に向けて力を発生させるアキシャル軸受２６を一つしか有していないため、流体動圧軸受装置の可動部に対する軸方向の力の釣り合いを保つために、適切な反力または引力が作用するようにしなければならない。そこで、ベースプレート１０を、ロータマグネット４４に対して軸方向に対向させ、当該ロータマグネット４４に磁気的に引き付けられる強磁性リング４０を配設することができる。この磁気的な引力は、アキシャル軸受２６の力と反対向きに作用し、軸方向における流体動圧軸受装置の安定性を確保することができる。また、この解決策に加えて、或いはこの解決策に代えて、ステータ構造体４２とロータマグネット４４とを軸方向に互いにずらして配置してもよい。この場合、ベースプレート１０側から見て、ロータマグネット４４の磁気的中心をステータ構造体４２の磁気的中心より遠くに配置すれば、磁気的な釣り合いにより、ロータマグネット４４がベースプレート１０側に接近しようとする力が生じ、これによりアキシャル軸受２６の力と反対向きに作用する軸方向の力が得られる。

流体動圧軸受装置において軸受流体を連続的に流すために、公知の循環流路２８が設けられている。循環流路２８は、軸受スリーブ１４に、軸方向（回転軸４６の方向）に、或いは軸方向に対して若干傾斜して延在する流路として形成されている。循環流路２８の延在方向は、回転軸４６に対して鋭角であることが好ましい。循環流路２８は、軸受隙間２０の軸受部分（ラジアル軸受２２ａ，２２ｂ）とシール部分（シール隙間３２，３４）との間の、半径方向に延在する二つの部分を直接つないでいる。循環流路２８は、アキシャル軸受２６の半径方向外側部分に終端部を有することが好ましい。なお、アキシャル軸受２６の軸方向の隙間は、半径方向外側部分の隙間の方が、より回転軸４６に近い部分の隙間よりも大きい。また、アキシャル軸受２６とラジアル軸受２２ａ，２２ｂの軸受溝構造によるポンプ作用により、軸受隙間２０では、上側のシール隙間３２に向かう軸受流体の流れが生じることが好ましい。加えて、循環流路２８内の軸受流体が、傾斜した流路での遠心力の作用によりアキシャル軸受２６に向けて（すなわち下側に）流れることが好ましい。このようにすれば、安定した軸受流体の循環が得られる。

循環流路２８内で軸受流体に作用する遠心力のため、下側のラジアル軸受２２ｂは、上方へのポンピング作用を発生させる非対称な軸受構造を有していれば十分である。例えば、ラジアル軸受２２ｂの下側の枝を、その上側の枝より若干長くすればよい。これに対し、上側のラジアル軸受２２ａは、ほぼ対称に構成することができる。

軸受流体の充填の際には、まず、流体動圧軸受装置を充填装置に位置決めし、使用する軸受流体の総量（ラジアル軸受２２ａ，２２ｂおよびアキシャル軸受２６を動作させるために必要な軸受流体の総量）を、液溜部３８およびシール隙間３２のコーン状の拡幅部に注ぎ込む。このときには、上述したカバー３０は装着されておらず、充填可能な軸受流体の最大量は、図２にＬＱとして示したように、液溜部３８の上方向に、軸受流体が表面張力によって表面が曲面をなすように盛り上がった分も含み、本願明細書では、この軸受流体の盛り上がり部分も含めて液溜部の容量と呼ぶ。その後、流体動圧軸受装置を充填装置から取り外して静置することにより、液溜部３８に注入されている軸受流体が、毛細管の作用でゆっくりとシール隙間３２を通って軸受隙間２０に移動し、シール隙間３４まで行き渡る。

毛細管作用により軸受流体が軸受隙間２０に完全に充填されるまでには、数十分の時間を要する場合もある。しかしながら、液溜部３８に軸受流体を注ぎ込む作業は非常に短い時間で行われ、その後は、流体動圧軸受装置を静置ゾーンに静置しておくだけでよいため、充填に必要な実際の作業を簡単に短時間で完了させることができる。また、軸受流体が軸受隙間２０に充填された後は、液溜部３８にも、これに隣接するシール隙間３２のコーン状の拡幅部にも、軸受流体は残っていないため、洗浄を行う必要はない。

以上説明したように、本発明の第１の実施の形態によれば、流体動圧軸受装置に軸受流体を充填する際、液溜部３８に軸受流体を注ぎ込んだのち、流体動圧軸受装置を静置しておくことにより、毛細管作用により軸受流体が軸受隙間２０に行き渡り、軸受流体の充填に必要な作業を簡単に短時間で行うことができる。

第２の実施の形態．
図３は、本発明の第２の実施の形態における流体動圧軸受装置を有するスピンドルモータを示す断面図である。第１の実施の形態（図１〜図２）と同じ構成要素には同じ符号を付し、第１の実施の形態の説明を援用する。

第２の実施の形態の流体動圧軸受装置は、第１の実施の形態の流体動圧軸受装置が有していた軸受プレート５０（図１参照）を有しておらず、その代わり、第１の軸受構成部材１６がアキシャル軸受２６の軸受面を形成している。

第２の実施の形態では、液溜部１３８が、図１に示した液溜部３８と比較して非常に大きく形成されており、より大きな容量を有している。第１の実施の形態と同様、回転軸４６から測った液溜部１３８の外側壁面までの最大半径ｒＲ、回転軸４６から測ったシール隙間３２までの半径ｒＤ、および、回転軸４６から測った液溜部１３８の内側壁面までの最小半径ｒＳの間には、ｒＳ＜ｒＤ＜ｒＲの関係が成立する。

上述した第１の実施の形態の液溜部３８（図１〜図２）では、シール隙間２０の半径方向内側の壁面を、第２の軸受構成部材１８の傾斜面とすることにより、液溜部３８の容量を大きくしていたが、半径方向外側については、軸受スリーブ１４の開口縁（上端部）の近傍に拡幅部を設けているのみであった。これに対し、この第２の実施の形態では、液溜部１３８（図３）の半径方向外側に空所Ｃが設けられ、液溜部１３８が半径方向外側にも拡幅している。このように構成されているため、回転軸４６から測った液溜部１３８の外側壁面までの最大半径ｒＲは、第１の実施の形態よりもさらに大きくなり、液溜部１３８全体の容量も大きくなる。

すなわち、本発明の第２の実施の形態では、液溜部１３８が、半径方向内側だけでなく、半径方向外側にも拡幅しているため、必要に応じて、より多くの軸受流体を液溜部１３８に収容することができる。また、軸受流体の充填中に、その軸受流体が液溜部１３８から漏れ出す可能性をさらに低減することができる。

第３の実施の形態．
図４は、本発明の第３の実施の形態における流体動圧軸受装置を有するスピンドルモータを示す断面図である。第１の実施の形態（図１〜図２）と同じ構成要素には同じ符号を付し、第１の実施の形態の説明を援用する。

第３の実施の形態におけるスピンドルモータは、第１の実施の形態のスピンドルモータ（図１）と異なり、軸受スリーブがハブ２４８の一部となっている。すなわち、第１および第２の実施の形態（図１、図３）では、軸受スリーブ１４およびハブ４８は、互いに独立した部材を結合したものであったが、この第３の実施の形態では、軸受スリーブがハブ２４８の一部分として一体的に構成されている。

第３の実施の形態では、液溜部２３８の内側を規定する第２の軸受構成部材２１８の傾斜面が、第２の実施の形態の第２の軸受構成部材１１８（図３）の傾斜面に比べて短いため、液溜部２３８およびシール隙間３２のコーン状の拡幅部分の形状が第２の実施の形態と異なっている。液溜部２３８は、第２の実施の形態の液溜部１３８（図３）と同様、シール隙間３２から、半径方向内側および半径方向外側に拡幅しており、液溜部２３８の容量が大きいため、必要に応じて多量の軸受流体を確実に収容することができる。

なお、この第３の実施の形態においても、第１および第２の実施の形態と同様、回転軸４６から測った液溜部２３８の外側壁面までの最大半径ｒＲ、回転軸４６から測ったシール隙間３２までの半径ｒＤ、および、回転軸４６から測った液溜部２３８の内側壁面までの最小半径ｒＳの間には、ｒＳ＜ｒＤ＜ｒＲの関係が成立する。

本発明の第３の実施の形態によれば、液溜部２３８が、半径方向内側および半径方向外側に拡幅しているため、第２の実施の形態と同様、より多くの軸受流体を液溜部２３８に収容することができ、また、軸受流体が液溜部２３８から漏れ出す可能性をさらに低減することができる。

第４の実施の形態．
図５は、本発明の第４の実施の形態における流体動圧軸受装置を有するスピンドルモータを示す断面図である。第１の実施の形態（図１〜図２）と同じ構成要素には同じ符号を付し、第１の実施の形態の説明を援用する。

この第４の実施の形態（図５）においても、第３の実施の形態（図４）と同様、軸受スリーブがハブ３４８の一部として一体的に形成されている。但し、この第４の実施の形態では、非常に狭い幅のシール隙間３３２が、断面が略長方形の液溜部３３８につながっている。すなわち、シール隙間３３２から液溜部３３８にかけて大きく拡幅している。また、液溜部３３８の容量は、上述した第１乃至第３の実施の形態の液溜部よりもさらに大きい。

図６は、図５に示した液溜部３３８の近傍を拡大して示す図である。図６に示すように、シール隙間３３２から液溜部３３８への移行部（拡幅部）は、半径方向内側（第２の軸受構成部材３１８）に設けられた角度Ａ１の傾斜面Ｌ１と、半径方向外側（ハブ３４８の軸受スリーブ部分）に設けられた角度Ａ２の傾斜面Ｌ２とによって形成されている。角度Ａ１，Ａ２は、回転軸４６の方向（ＬＳ）からの角度であり、いずれも４５度以上である。角度Ａ１，Ａ２の和（ＡＡ）、すなわち傾斜面Ｌ１，Ｌ２のなす角は、９０度よりも大きい鈍角である。

なお、この第４の実施の形態においても、第１乃至第３の実施の形態と同様、回転軸４６から測った液溜部３３８の外側壁面までの最大半径ｒＲ、回転軸４６から測ったシール隙間３３２までの半径ｒＤ、および、回転軸４６から測った液溜部３３８の内側壁面までの最小半径ｒＳの間には、ｒＳ＜ｒＤ＜ｒＲの関係が成立する。

本発明の第４の実施の形態によれば、シール隙間３３２から液溜部３３８にかけて大きく拡幅しており、液溜部３３８の容量が大きいため、より多くの軸受流体を液溜部３３８に収容することができ、また、軸受流体が液溜部３３８から漏れ出す可能性をさらに低減することができる。

第５の実施の形態．
図７は、本発明の第５の実施の形態における流体動圧軸受装置を有するスピンドルモータを示す断面図である。第１の実施の形態（図１〜図２）と同じ構成要素には同じ符号を付し、第１の実施の形態の説明を援用する。

この第５の実施の形態（図７）においても、第３および第４の実施の形態（図４〜図６）と同様、軸受スリーブがハブ４４８の一部として一体的に形成されている。液溜部４３８は、シャフト４１２に配設された第２の軸受構成部材４１８と、ハブ４４８の一部である軸受スリーブとにより形成される。液溜部４３８は、第２の実施の形態の液溜部１３８（図３）と同様、シール隙間３２から、半径方向内側および半径方向外側に拡幅する形状を有している。

上述した第１乃至第４の実施の形態（図１〜図６）では、カバー３０は、軸受スリーブの周縁部に被せられたキャップとして構成されていた。これに対し、この第５の実施の形態では、カバー４３０は、より簡単な形状の環状プレート（平板状部材）として形成されている。このカバー４３０は、ハブ４４８の上部に設けられた凹部に嵌め込まれ、液溜部４３８を覆っている。

なお、この第５の実施の形態においても、第１乃至第４の実施の形態と同様、回転軸４６から測った液溜部４３８の外側壁面までの最大半径ｒＲ、回転軸４６から測ったシール隙間３２までの半径ｒＤ、および、回転軸４６から測った液溜部４３８の内側壁面までの最小半径ｒＳの間には、ｒＳ＜ｒＤ＜ｒＲの関係が成立する。

本発明の第５の実施の形態によれば、カバー４３０を、キャップで構成する代わりに、平板状の部材としたことにより、製造工程、すなわち加工工程や組立工程を簡単にすることができ、また、モータの高さを抑えることができる。

第６の実施の形態．
図８は、本発明の第６の実施の形態における流体動圧軸受装置を有するスピンドルモータを示す断面図である。第１の実施の形態（図１〜図２）と同じ構成要素には同じ符号を付し、第１の実施の形態の説明を援用する。

この第６の実施の形態（図８）では、第１の実施の形態（図１）と同様、軸受スリーブとハブ５４８とが、それぞれ独立した構成要素として形成されている。但し、この第６の実施の形態では、第１の軸受構成部材１６が、シャフト５１２を収容する内側構成部材１６ｂと、この内側構成部材１６ｂの外側に結合する外側構成部材１６ａとの二つの部分に分けて構成されている。内側構成部材１６ｂは、軸受スリーブ５１４の軸受面に対向してアキシャル軸受２６を構成する軸受面を有している。シャフト５１２は、軸受部材１６ｂの内径部と隣接する場所に、ストッパとして機能する段部を備える。

この第６の実施の形態の液溜部５３８は、第２の軸受構成部材５１８の外周面と軸受スリーブ５１４の内周面によって形成されており、シール隙間３２から、コーン状の側面により拡幅している。特に、第２の軸受構成部材５１８のポンピングシール３６の上方に位置する外周面（傾斜面）は、回転軸４６を中心として、上方ほど回転軸４６からの距離が短くなるような傾斜を有する円錐台形状を有し、その傾斜面はシール隙間３２からシャフト５１２まで達している。すなわち、液溜部５３８の半径方向内側を規定する面には、回転軸４６に垂直な平坦面は存在しない。また、軸受スリーブ５１４の内周面５４９は、上方ほど回転軸４６からの距離が長くなるような傾斜を有し、その傾斜面はスリーブ隙間３２から軸受スリーブ５１４の上端まで達している。すなわち、液溜部５３８の半径方向外側を規定する面にも、回転軸４６に垂直な平坦面は存在しない。

流体動圧軸受装置に軸受流体を充填する際には、まず軸受流体を液溜部５３８に注ぎ込み、その軸受流体が毛細管現象によりシール隙間３２を通って軸受隙間２０に吸い込まれるようにする。このとき、液溜部５３８内の軸受流体は、軸受スリーブ５１４の傾斜面および第２の軸受構成部材５１８の傾斜面に沿ってシール隙間３２内に完全に流れ込む。軸受流体が、回転軸４６に垂直な平坦面（例えば環状の面）を経ずにシール隙間３２に流れ込むため、当該面に軸受流体の液滴が残ることがない。すなわち、軸受流体を確実に軸受隙間２０に充填することができる。

このように、軸受スリーブ５１４の内周面５４９、およびこれに対向する第２の軸受構成部材５１８の外周面が傾斜を有しており、軸受流体の液滴が残る可能性のある、回転軸４６に垂直な平坦面を有さないため、軸受流体の充填後に、液溜部５３８の周囲の軸受スリーブ５１４の内周面５４９等を洗浄する必要がない。

なお、この第６の実施の形態においても、第１乃至第５の実施の形態と同様、回転軸４６から測った液溜部５３８の外側壁面までの最大半径ｒＲ、回転軸４６から測ったシール隙間３２までの半径ｒＤ、および、回転軸４６から測った液溜部５３８の内側壁面までの最小半径ｒＳの間には、ｒＳ＜ｒＤ＜ｒＲの関係が成立する。

本発明の第６の実施の形態によれば、製造工程から洗浄工程を省くことができるため、工程数を削減し、製造コストを低減することができる。また、洗浄に伴って、軸受の動作に必要な軸受流体の一部をシール隙間から誤って取り除いてしまう事態を回避することができる。

第７の実施の形態．
図９は、本発明の第７の実施の形態における流体動圧軸受装置を有するスピンドルモータを示す断面図である。第１の実施の形態（図１〜図２）と同じ構成要素には同じ符号を付し、第１の実施の形態の説明を援用する。

この第７の実施の形態（図９）では、第１乃至第６の実施の形態（図１〜図８）と異なり、液溜部６３８の半径方向外側が、ある曲率をもって曲がる曲面部６４９で規定されている。この曲面部６４９は、第６の実施の形態（図８）の軸受スリーブ５１４の傾斜面（内周面５４９）と同じ作用を有する。すなわち、軸受スリーブ６１４の曲面部６４９は、充填時に軸受流体が液溜部６３８から軸受隙間２０を経てシール隙間３２へと流れ込むのを容易にし、曲面部６４９上に軸受流体の液滴が残るのを防止する。

また、シャフト６１２の第２の軸受構成部材６１８は、第６の実施の形態（図８）と同様、円錐状の傾斜面を有しており、軸受流体が回転軸４６に垂直な平坦面を経ずにシール隙間３２に流れ込むため、充填後に軸受流体の液滴が残ることがなく、従って洗浄を行う必要がない。

なお、この第７の実施の形態においても、第１乃至第６の実施の形態と同様、回転軸４６から測った液溜部６３８の外側壁面までの最大半径ｒＲ、回転軸４６から測ったシール隙間３２までの半径ｒＤ、および、回転軸４６から測った液溜部６３８の内側壁面までの最小半径ｒＳの間には、ｒＳ＜ｒＤ＜ｒＲの関係が成立する。また、第１の軸受構成部材１６は、外側軸受構成部材１６ａと内側軸受構成部材１６ｂとにより構成されており、内側軸受構成部材１６ｂは、アキシャル軸受２６の下側の軸受面も兼ねている。

本発明の第７の実施の形態によれば、第６の実施の形態と同様、製造工程から洗浄工程を省くことができるため、工程数を削減し、製造コストを低減することができる。また、洗浄に伴って、軸受を完全に作動させるために必要な軸受流体の一部をシール部から誤って取り除いてしまう事態を回避することができる。

第８の実施の形態．
図１０は、本発明の第８の実施の形態における流体動圧軸受装置の一部を拡大して示す断面図である。第１の実施の形態（図１〜図２）と同じ構成要素には同じ符号を付し、第１の実施の形態の説明を援用する。

この第８の実施の形態（図１０）では、第２の軸受構成部材７１８と、これに対向する軸受スリーブ７１４とが、軸受流体が充填されたシール隙間７３２によって互いに隔てられている。シール隙間７３２は、コーン状の側面により拡幅する部分を有しており、その上方につながるように、液溜部７３８が形成されている。液溜部７３８は、第２の軸受構成部材７１８の外周面に形成された傾斜面によって半径方向内側が規定され、軸受スリーブ７１４の内周面に形成された傾斜面によって半径方向外側が規定されている。

液溜部７３８を覆うカバー７３０には、半径方向外側の面（軸受スリーブ７１４の傾斜面）に沿った形状を有する突起部７３１が形成されている。回転軸４６を含む断面において、液溜部７３８は、シール隙間７３２の直上位置に頂点を有し、第２の軸受構成部材７１８および軸受スリーブ７１４の各傾斜面に沿って拡幅する。シール隙間７３２のシール作用は、断面がコーン状の液溜部７３８のシール作用よって補強される。カバー７３０の突起部７３１は液溜部７３２の内部に入り込むが、軸受流体の充填時において、液溜部７３２に軸受流体を注ぎ込む段階では、液溜部７３２の上にカバー７３０が装着されていないため、突起部７３１の存在は軸受流体の充填量には影響しない。カバー７３０が液溜部７３８の形状に適合した形状を有しているため、カバー７３０の装着時の位置決めが容易であり、また、カバー７３０を薄型にすることができるという利点がある。

この第８の実施の形態においても、第１乃至第７の実施の形態と同様、回転軸４６から測った液溜部７３８の外側壁面までの最大半径ｒＲ、回転軸４６から測ったシール隙間７３２までの半径ｒＤ、および、回転軸４６から測った液溜部７３８の内側壁面までの最小半径ｒＳの間には、ｒＳ＜ｒＤ＜ｒＲの関係が成立する。

本発明の第８の実施の形態によれば、カバー７３０が液溜部７３８の形状に適合した形状を有しているため、カバー７３０の装着時の位置決めが容易であり、また、カバー７３０を薄型にすることができる。

なお、上記の第１乃至第８の実施の形態において、さらに、液溜部の縁、またはこれと隣接する軸受面に、軸受流体により湿らされるのを防ぐためのバリアーフィルムを設けても良い。

１０ ベースプレート、 １２，２１２，３１２，４１２，５１２，６１２，７１２ シャフト、 １４，１１４，５１４，６１４，７１４ 軸受スリーブ、 １６ 第１の軸受構成部材、 １６ａ 第１の軸受構成部材（外側）、 １６ｂ 第１の軸受構成部材（内側）、 １８，２１８，３１８，４１８，５１８，６１８，７１８ 第２の軸受構成部材、 ２０ 軸受隙間、 ２２ａ, ２２ｂ ラジアル軸受、 ２４ 分離隙間、 ２６ スラスト軸受、 ２８ 循環流路、 ３０，４３０，７３０ カバー、 ３２，３４，３３２，７３２ シール隙間、 ３６ ポンピングシール、 ３８，１３８，２３８，３３８，４３８，５３８，６３８，７３８ 液溜部、 ４０ 強磁性リング、 ４２ ステータ構造体、 ４４ ロータマグネット、 ４６ 回転軸、 ４８，２４８，３４８，４４８，５４８，６４８ ハブ、 ５０ 軸受プレート、 ５４９ 内周面、 ６４９ 曲面部。

Claims (14)

1. 第１の軸受構成部材と、
   前記第１の軸受構成部材に収容されたシャフトと、
   前記シャフトに、前記第１の軸受構成部材から軸方向に距離をおいて配設され、且つ、前記シャフトの外径よりも大きい外径を有する環状の第２の軸受構成部材と、
   前記第１および第２の軸受構成部材の間において前記シャフトの周りに回転可能に配置された軸受スリーブと、
   前記軸受スリーブと、前記第１および第２の軸受構成部材並びに前記シャフトとの対向する各面の間に設けられ、軸受流体が充填された軸受隙間と、
   前記軸受隙間に沿って配置された少なくとも一つの流体動圧ラジアル軸受および少なくとも一つの流体動圧アキシャル軸受と、
   前記軸受隙間の開口端を密封するため、前記第２の軸受構成部材と前記軸受スリーブとの間に設けられた環状のシール隙間と
   を備え、
   前記シール隙間の一端は、前記軸受隙間につながり、
   前記シール隙間の他端につながるように、環状の液溜部が設けられており、
   前記回転軸から測った前記液溜部の外側壁面までの最大半径が、前記回転軸から測った前記シール隙間までの半径よりも大きく、
   前記回転軸から測った前記液溜部の内側壁面までの最小半径が、前記回転軸から測った前記シール隙間までの半径よりも小さい
   ことを特徴とする流体動圧軸受装置。
2. 前記液溜部は、前記流体動圧ラジアル軸受および前記流体動圧アキシャル軸受を動作させるために必要な軸受流体の総量と少なくとも同じ大きさの容量を有する軸受流体を収容可能であることを特徴とする請求項１に記載の流体動圧軸受装置。
3. 前記液溜部は、前記軸受隙間および前記シール隙間に軸受流体を充填するときに軸受流体が満たされ、それ以外のときには殆ど空であることを特徴とする請求項１または２に記載の流体動圧軸受装置。
4. 前記シール隙間は、毛細管シールを形成することを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載の流体動圧軸受装置。
5. 前記シール隙間は、コーン状の毛細管シールを形成することを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項に記載の流体動圧軸受装置。
6. 前記シール隙間は、動的なポンピングシールを含むことを特徴とする請求項１から５までのいずれか１項に記載の流体動圧軸受装置。
7. 前記液溜部は、前記回転軸を含む断面において、傾斜面を有することにより前記シール隙間からさらに拡幅し、当該傾斜面は、前記シール隙間の主部の液溜部側の延長線に対して４５度以上の角度を有することを特徴とする請求項１から６までのいずれか１項に記載の流体動圧軸受装置。
8. 前記液溜部の少なくとも半径方向外側の壁面には、傾斜部、または、ある曲率をもって曲がる曲面部が形成されていることを特徴とする請求項１から７までのいずれか１項に記載の流体動圧軸受装置。
9. 前記液溜部の半径方向内側の壁面は、前記回転軸に垂直な平坦部を経ずに、前記シール隙間の側面につながっていることを特徴とする請求項１から８までのいずれか１項に記載の流体動圧軸受装置。
10. 前記シャフトと前記軸受スリーブとが前記軸受隙間により隔てられており、前記シャフトおよび前記軸受スリーブの少なくとも一方に、少なくとも二つの流体動圧ラジアル軸受が互いに隣接して配設されていることを特徴とする請求項１から９までのいずれか１項に記載の流体動圧軸受装置。
11. 前記第１の軸受構成部材と前記軸受スリーブの互いに対向する面により、前記流体動圧アキシャル軸受が形成されていることを特徴とする請求項１から１０までのいずれか１項に記載の流体動圧軸受装置。
12. 前記軸受隙間において互いに隔てられた部分を互いに接続する、軸受流体が満たされた循環流路を備えることを特徴とする請求項１から１１までのいずれか１項に記載の流体動圧軸受装置。
13. 前記第１の軸受構成部材は、前記軸受スリーブの外周面に対向する内周面を有し、
    前記第１の軸受構成部材の前記内周面と前記軸受スリーブの前記外周面との間に、第２のシール隙間が設けられていることを特徴とする請求項１から１２までのいずれか１項に記載の流体動圧軸受装置。
14. ステータと、
    ロータと、
    前記ロータを駆動する電磁的な駆動手段と、
    駆動される前記ロータを回転支承するための請求項１から１３までのいずれか１項に記載の流体動圧軸受装置と
    を有することを特徴とするスピンドルモータ。

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