(57)【要約】【課題】本発明は、動圧流体軸受装置に鉄系焼結材料を使用するスリーブの製造工法において、成形後の変形を考慮した上で、最適な金型の寸法を導き出すとともに、潤滑流体の循環を妨げない最小の溝断面積を解明することを目的とする。【解決手段】循環ポートの半径方向の断面積が、シャフトとスリーブの隙間と第１の動圧発生溝とを合わせた半径方向の断面積の０．５６倍以上であること。また、循環ポートの半径方向の断面積は、シャフトとスリーブの隙間と第１の動圧発生溝とを合わせた半径方向の断面積の５倍以下とする。【選択図】図１
2008291996.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸受孔を有するスリーブと、
前記スリーブに相対的に回転可能に挿入されるシャフトと、
前記シャフトの外周面または前記スリーブの内周面の少なくとも一方に、少なくとも一つの第１の動圧発生溝を形成して第１の動圧軸受を形成し、
前記シャフトの端面または前記スリーブの端面の少なくとも一方に、少なくとも一つの第２の動圧発生溝を形成して第２の動圧軸受を形成し、
前記スリーブの一方の端面と他方の端面とを連通する少なくとも１つの循環ポートを有し、
少なくとも前記第１の動圧軸受、前記第２の動圧軸受、前記循環ポートに潤滑流体を保持する動圧流体軸受装置であって、
前記循環ポートの半径方向の断面積が、前記シャフトとスリーブの隙間と前記ラジアル動圧発生溝とを合わせた半径方向の断面積の０．５６倍以上であることを特徴とする動圧流体軸受装置。
【請求項２】
軸受孔を有するスリーブと、
前記スリーブに相対的に回転可能に挿入されるシャフトと、
前記スリーブの一方の端面を閉塞する閉塞部材と、
前記スリーブの他方の開放された端面を覆うカバー部材とを備え、
前記シャフトの外周面または前記スリーブの内周面の少なくとも一方に、少なくとも一つの第１の動圧発生溝を形成して第１の動圧軸受を形成し、
前記シャフトの端面または前記閉塞部材の端面の少なくとも一方に、少なくとも一つの第２の動圧発生溝を形成して第２の動圧軸受を形成し、
前記スリーブの他方の端面と前記カバー部材との間には、潤滑流体溜り部が形成され、
前記スリーブの閉塞された端面側の空間と前記潤滑流体溜り部を連通する少なくとも１つの循環ポートを有し、
少なくとも前記第１の動圧軸受、前記第２の動圧軸受、前記循環ポートおよび前記潤滑流体溜り部に潤滑流体を保持する動圧流体軸受装置であって、
前記循環ポ−トの半径方向の断面積が、前記シャフトとスリーブの隙間と前記ラジアル動圧発生溝とを合わせた半径方向の断面積の０．５６倍以上であることを特徴とする動圧流体軸受装置。
【請求項３】
前記カバー部材は、前記スリーブの他方の端面のみではなくスリーブ外周面も覆う形状であることを特徴とする請求項２に記載の動圧流体軸受装置。
【請求項４】
前記閉塞部材は、少なくとも前記カバー部材に固定されていることを特徴とする請求項３に記載の動圧流体軸受装置。
【請求項５】
前記循環ポートは、前記スリーブ外周面と前記カバー部材の内周面の少なくとも一方に設けられた凹部によって形成されていることを特徴とする請求項３または４のいずれか一項に記載の動圧流体軸受装置。
【請求項６】
前記スリーブは、焼結金属材料で形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の動圧流体軸受装置。
【請求項７】
前記焼結金属材料で形成されたスリーブは、表面気孔が封孔されていることを特徴とする請求項６に記載の動圧流体軸受装置。
【請求項８】
前記焼結金属材料で形成されたスリーブは、酸化皮膜で表面気孔が封孔されていることを特徴とする請求項７に記載の動圧流体軸受装置。
【請求項９】
前記循環ポートの半径方向の断面積は、前記シャフトとスリーブの隙間と前記第１の動圧発生溝とを合わせた半径方向の断面積の５倍以下であることを特徴とする請求項６から８のいずれか一項に記載の動圧流体軸受装置。
【請求項１０】
前記シャフトは、前記第１の動圧発生溝位置の径よりも大きい径のフランジ部が一体に固定または形成されて構成されることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の動圧流体軸受装置。
【請求項１１】
前記循環ポートは、前記第２の動圧発生溝より半径方向の内側に連通することを特徴とする請求項１または２に記載の動圧流体軸受装置。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか一項に記載されている動圧流体軸受装置を備えたスピンドルモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハードディスクドライブ等に使用される動圧流体軸受装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、動圧流体軸受装置は、データ容量の増大や暗号化によるデータ修復の困難性の増大からより高い信頼性が求められている。信頼性を損なう一要因として、組立時に混入した気泡や動作中に巻き込まれる気泡が軸受内に蓄積され、動圧流体軸受装置が低圧環境に曝された時にその気泡が軸受内で膨張して潤滑流体を押し出して潤滑流体漏れが発生することが挙げられる。このような気泡の滞留による潤滑流体漏れを防止し高信頼性を保つために、循環ポート（循環孔）による軸受内での潤滑流体循環を行い、気泡を排気孔に運搬して排出するような気泡排出機構を備えることは必須となってきている。
【０００３】
以下、図１１を参照しながら従来の動圧流体軸受装置の動作を説明する。図１１において、コイル１２１が巻回されたステータコア１２３に順次通電すると、ハブ１０８に固定されたロータマグネット１２２はベース１１０に固定されたステータコア１２３で発生する回転磁界による駆動力を受け、一体に固定されたハブ１０８とシャフト１０１は回転する。シャフト１０１が回転すると、シャフト１０１とスリーブ１０２の間に保持されている潤滑流体にはラジアル動圧発生溝１０４及び１０５によりラジアル方向の動圧が発生して、シャフト１０１はスリーブ１０２に対して非接触で回転する。またシャフト１０１の下端に一体に固定されたフランジ１１１に設けられたスラスト動圧発生溝１１４、１１５によりスラスト方向の動圧が発生して、シャフト１０１はスラスト板１０６に対して非接触で回転する。
【０００４】
ラジアル動圧発生溝１０４と１０５の少なくとも一方がハブ１０８側からフランジ１１１側に向かって圧力を発生させるような非対称溝パターンとなっているため（図１１においては、ａ＞ｂとしている）、シャフト１０１が回転するとシャフト１０１とスリーブ１０２との間の潤滑流体はフランジ１１１側へ移動する。下方へ移動した潤滑流体は循環ポート１０７を通って上昇し、スリーブ１０２と上部カバー１０３との隙間の潤滑流体溜り部１０９に流入する。潤滑流体溜り部１０９の潤滑流体は毛管現象により、スリーブ１０２と上部カバー１０３の貫通孔１１２近傍の内側面との間の狭い隙間を通って、シャフト１０１とスリーブ１０２との間の隙間へ流入して循環する。
【０００５】
すなわち、潤滑流体は、シャフト１０１とスリーブ１０２との隙間、スリーブ１０２の下端部とフランジ１１１との隙間、循環ポート１０７、潤滑流体溜り部１０９及びシャフト１０１とスリーブ１０２の隙間へと循環する。潤滑流体溜り部１０９は円環状の空間であるので、循環ポート１０７から入ってきた潤滑流体はこの円環状の空間に広がる。シャフト１０１とスリーブ１０２との間、及びフランジ１１１とスリーブ１０２の下端部との間の潤滑流体に混入している気泡は潤滑流体と共に移動するので、循環ポート１０７を通って上昇する潤滑流体と共に気泡が上昇し、潤滑流体溜り部１０９に至る。潤滑流体溜り部１０９は毛管現象が生じないような大きな空間である。潤滑流体溜り部１０９において潤滑流体と気泡とは、それぞれの表面張力及び比重の違いによって互いに分かれ、潤滑流体は毛管現象により上部カバー１０３の貫通孔１１２近傍の狭い隙間に集まる。
【０００６】
また気泡は、上部カバー１０３とスリーブ１０２との間にある潤滑流体溜り部１０９の外周部の広い空間に集まる。前記外周部に集まった気泡は排気孔１１３に達すると外部へ出て行く。このように潤滑流体は動圧流体軸受装置内を循環するので、組立時等に潤滑流体に混入したり、動作中に巻き込んだりした気泡は動圧流体軸受装置の動作中に徐々に排出される。（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００６−３８１７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来は、スリーブの材料が銅系合金であり、前記循環ポートはドリル加工等で後加工していた。そのため、前記循環ポートの断面積の最小値は上記のドリル加工の加工限界で決まり、断面積の最大値は循環ポート内で気泡が滞留しない程度の毛管圧力が得られる限界で決まっていた。また、循環ポートにより、気泡を排気孔に運搬する最適な気泡排出機構は解明されていない。しかしながら、近年、動圧流体軸受装置を低コスト化するために鉄系焼結材料を使用し、高密度に圧縮・焼成した上で、表面の空孔を封孔する等のスリーブの製造工法を検討している。この工法では、ドリル加工等の後加工は前記封孔処理層を破壊するので採用できず、あらかじめスリーブ外周面上において、スリット状の溝形状を成形加工し、スリーブ外周側に固定するスリーブホルダー等との間に循環ポートを形成する方法を検討している。この工法では、成形寸法で決まる循環ポートの断面積は、従来のドリル加工法よりも小さくすることが可能で、しかも小さく浅いほど成形し易く、金型コストや工数も小さくすることができる。しかしながら、この溝形状は、焼結材料を金型で成形して形成するため、加工後の変形も考慮しなければならない。
【０００８】
このような状況で、製造コストを考慮して、上記の溝断面積を小さく設定しすぎると、十分な循環流量が得られなくなり、その結果、気泡排出効果が著しく減少し、ＮＲＲＯ等が増大して動圧流体軸受装置が高信頼性を保てなくなるという新たな課題が生まれてきた。
【０００９】
また、上記の溝断面積を大きく設定しすぎると、スリーブの径方向の肉厚の均一性が崩れ、成形後にスリーブの軸受孔の真円度や円筒度が悪化するというような変形が発生するという課題もわかってきた。本発明は、このような成形後の変形を考慮した上で、最適な金型の寸法を導き出すとともに、潤滑流体の循環を妨げない最小の溝断面積を解明することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するために本発明の動圧流体軸受装置は、軸受孔を有するスリーブと、
前記スリーブに相対的に回転可能に挿入されるシャフトと、前記シャフトの外周面または前記スリーブの内周面の少なくとも一方に、少なくとも一つの第１の動圧発生溝を形成して第１の動圧軸受を形成し、前記シャフトの端面または前記スリーブの端面の少なくとも一方に、少なくとも一つの第２の動圧発生溝を形成して第２の動圧軸受を形成し、前記スリーブの一方の端面と他方の端面とを連通する少なくとも１つの循環ポートを有し、少なくとも前記第１の動圧軸受、前記第２の動圧軸受、前記循環ポートに潤滑流体を保持する動圧流体軸受装置であって、前記循環ポートの半径方向の断面積が、前記シャフトとスリーブの隙間と前記ラジアル動圧発生溝とを合わせた半径方向の断面積の０．５６倍以上であることを特徴としたものである。
【００１１】
また本発明は、前記スリーブが焼結金属材料で形成されていることを特徴としたものである。
【００１２】
また本発明は、前記焼結金属材料で形成されたスリーブは、酸化皮膜で表面気孔が封孔されていることを特徴としたものである。
【００１３】
また本発明は、前記循環ポートの半径方向の断面積は、前記シャフトとスリーブの隙間と前記第１の動圧発生溝とを合わせた半径方向の断面積の５倍以下であることを特徴としたものである。
【発明の効果】
【００１４】
動圧流体軸受装置において、循環ポートの半径方向の断面積を、半径方向の第１の動圧軸受（ラジアル軸受）の断面積（軸受隙間断面積および溝断面積の合計）の０．５６倍以上とすることにより、潤滑流体の循環流量を必要十分にし、潤滑流体に混入した気泡を効果的に排出できる。また、循環ポートの半径方向の断面積を、半径方向の第１の動圧軸受（ラジアル軸受）の断面積（軸受隙間断面積および溝断面積の合計）の５倍以下とすることにより、焼結軸受の成形後においても、軸受孔の真円度や円筒度等を実用に供する値に維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に本発明の動圧流体軸受装置の実施の形態を図面とともに詳細に説明する。なお、説明の便宜上「上」、「下」の用語を使用するが、これらは動圧流体軸受装置の使用状態を必ずしも表すものではない。
（実施の形態１）
[動圧流体軸受装置の構成]
図１は、本発明の実施の形態１における動圧流体軸受装置の断面図である。図１において、円筒状のシャフト１は中空円筒状のスリーブ２に回転可能に挿入されている。スリーブ２は有天カップ状のスリーブホルダー３に取付けられており、スリーブホルダー３はベース１０に接着等によって固定されている。スリーブ２の材質は鉄系焼結金属材料である。これは焼結金属材料を焼結して形成された多孔質体であり、このままでは後述する動圧発生溝で発生した圧力が低下するため、表面の気孔（空孔）を封孔するために、スチーム処理（水蒸気処理）等で表面にＦｅ2Ｏ3やＦｅ3Ｏ4の酸化皮膜を形成することが行なわれている。シャフト１の材質は、鉄系金属材料であるステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ４２０、ＳＵＳ３０３）やマンガンクロム鋼（例えば、ＡＳＫ８０００）であり、スリーブホルダー３の材質は、鉄系金属材料であるステンレス鋼（例えば、ＤＨＳ１）である。スリーブ２の内周面には第１の動圧発生溝である魚骨形状（ヘリングボーン形状）のラジアル動圧発生溝４及び５が形成されて、第１の動圧軸受部であるラジアル軸受部が構成されている。シャフト１とスリーブ２の下端側には円板状のスラスト板６が設けられていて、一方の端面を閉塞している。スラスト板６の材質は、鉄系金属材料であるステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ４２０）や超硬合金鋼（例えば、ＦＢ１０）である。シャフト１の対向面にあるスラスト板６には、第２の動圧発生溝である渦巻形状（スパイラル形状）や魚骨形状（ヘリングボーン形状）のスラスト動圧発生溝５０が形成されて、第２の動圧軸受部であるスラスト軸受部が構成されている。
【００１６】
スリーブ２の外周面には、軸心にほぼ平行で、断面がほぼ長方形または弓形または円弧の形状をした溝状の循環ポート７（図３参照）が設けられ、上部（一方の）開口部はスリーブ２の上（一方の）端面にあり、下部（他方の）開口部はスリーブ２の下（他方の）端面にあってスラスト軸受部と連通している。（循環ポート７の形状は上記以外の形状でもよい。）本実施例においては、スリーブ２の外周面のみならず、スリーブ２の上端面を含む上端部もスリーブホルダー３に覆われている。スリーブ２の上端面とスリーブホルダー３の上端部との間には、潤滑流体溜り部９が形成されている。シャフト１とスリーブ２との間、スラスト板６とシャフト１との間、スラスト板６とスリーブ２の下端面との間、循環ポート７の中、スリーブホルダー３の上端部とスリーブ２の上端面との間の潤滑流体溜り部９には、潤滑流体としてのオイル（例えば、エステル系オイル）が充填されている。ここで、オイルの替わりに、高流動性グリスやイオン性液体等を使用することもできる。
また、前出の第１の動圧軸受部であるラジアル軸受部および第２の動圧軸受部であるスラスト軸受部と、循環ポート７を導通させるための導通路２ｂが設けられている。
[動圧流体軸受装置の動作]
以上のように構成された本実施形態の動圧流体軸受装置の動作を図１、２を使って説明する。図２において、コイル５１が巻回されたステータコア５３に通電すると、円環状のロータマグネット５２はステータコア５３で発生する回転磁界による駆動力を受け、有天カップ状のハブ８と一体的に固定されたシャフト１が回転する。シャフト１が回転すると、シャフト１とスリーブ２の間に存在する潤滑流体としてのオイルにはラジアル動圧発生溝４及び５によりラジアル方向の動圧が発生して、シャフト１はスリーブ２に対して非接触で回転する。またシャフト１の下端のスラスト板６に設けられたスラスト動圧発生溝５０によりスラスト方向の動圧が発生して、シャフト１はスラスト板６に対して非接触で回転する。ここで、ステータコアは、厚みが０．１５〜０．３５ｍｍの珪素鋼板を積層している。ハブ８の材質は、鉄系金属材料であるステンレス鋼（例えば、ＤＨＳ１）である。ロータマグネット５２は、ネオジウム−鉄−ボロン系の樹脂マグネットからなり、周方向に多極着磁されている。錆防止やチッピング防止の目的で、その表面にはエポキシ樹脂コーティング、電着塗装、ニッケルメッキ等が施されている。
【００１７】
図１において、ラジアル動圧発生溝４と５の少なくとも一方はハブ８側からフランジ６側に向かって圧力を発生するような非対称溝パターン（例えば、図１において、ａ＞ｂ）になっているので、シャフト１が回転するとシャフト１とスリーブ２との間のオイルは、スラスト板６の方へ移動する。（図１下向き矢印）下方へ移動したオイルは、前記の循環力によって導通路２ｂ（図１左向き矢印）、循環ポート７（図１上向き矢印）を通って上昇し、スリーブ２とスリーブホルダー３との間の隙間を通って、潤滑流体溜り部であるオイル溜まり部９、さらにシャフト１とスリーブ２との間の隙間へ流入して循環する。なお、循環ポート７の断面積がその長さに相関して適度に小さければ、スラスト板６とスリーブ２の間の毛管力に比べて、循環ポート７での毛管力の方が大きいため、毛管力による循環力も付加されることになる。
【００１８】
潤滑流体溜り部であるオイル溜り部９は円環状の空間であるので、循環経路から入ってきたオイルはこの円環状の空間に広がる。シャフト１とスリーブ２との間及びスラスト板６とスリーブ２の下端部との間のオイルに混入している気泡はオイルと共に移動するので、循環ポート７を通って上昇するオイルと共に気泡が上昇し、最終的にはオイル溜り部９に至る。オイル溜り部９は毛管現象が生じないような大きな空間である。オイル溜り部９においてオイルと気泡とは、それぞれの表面張力及び比重の違いによって互いに分かれ、オイルは毛管現象によりシャフト１とスリーブ２の間に戻る。
[循環ポート断面積の下限値について]
以上の形態の動圧流体軸受装置において、前記循環ポートの好適な断面積について述べる。
【００１９】
スリーブ２は焼結金属材料で形成されている。この焼結スリーブは、主として、粉体成形→焼結→サイジング（整形）→動圧溝転造→バニッシング→スチーム処理（水蒸気処理）等を経て製造される。このとき、循環ポート７は粉体成形時や整形時に金型で形成されるか、またはサイジング後に後加工される。このとき、循環ポート７の形状や大きさは金型設計や工程設計さらには部品精度に影響を与えるので十分な配慮が必要である。例えば、循環ポート７がスリーブ２の外周面に形成される場合は、循環ポート７の大きさは小さい方が金型が簡素になり工程も少なくて済む。しかしながら、必要以上に小さくすると、潤滑流体であるオイルの循環が悪くなり、オイル切れ等を引き起こして動圧流体軸受装置の信頼性が低下する。また、循環ポート７の大きさを必要以上に大きくすると、図３からもわかるようにスリーブ２の径方向の肉厚が循環ポート７の部分で薄くなるので中空円筒の強度が不均一となり、成形後に軸受孔２ａの真円度や円筒度が悪くなり、動圧流体軸受装置の性能が低下する。そこで発明者は、まず、循環ポート７の断面積を変化させた時に、オイルの循環がどのような影響を受けるかを調べた。図４〜図８を使用して以下にそれらを説明する。
【００２０】
具体的には、循環ポート７の断面積を変化させた時に、上述の循環経路のオイルの循環流量にどのように影響を与えるかを求める。まず、断面積について定義する。図４は、シャフト１、スリーブ２の図１におけるＡ−Ａ断面を示したものである。シャフト１外周面とスリーブ２内周面との隙間断面積は、シャフト１外径とスリーブ２内径との差の部分Ｓｒと、スリーブ２内径に形成されたラジアル動圧発生溝４の部分Ｓｇとの和である。（以下、本実施例においては、ラジアル軸受部断面積と称す）循環ポート７の断面積については、無次元化するために、ラジアル軸受部断面積（シャフト１とスリーブ２に形成されるラジアル動圧発生溝も加えたシャフト１とスリーブ２の隙間の断面積）に対する循環ポート断面積の比率で表現し、以下、断面積比と呼んでパラメータとして使用する。オイルの循環流量については、無次元化するために、基準となるオイルと環境条件で使用した時の循環流量を基準として、それに対する様々な条件における循環流量を求め、基準の循環流量に対する求める条件における循環流量の比率で表現し、以下、循環流量比と呼んでパラメータとして使用する。
【００２１】
図５は、横軸に断面積比（＝循環ポート断面積／ラジアル軸受部断面積）を取り、縦軸に循環流量比を表したものである。また、循環流量比は、それぞれ常温、低温（０℃）、高温（７０℃）で求めている。ここでいう温度は、動圧流体軸受およびオイルの温度である。
【００２２】
実施例として、例えば、シャフト１の外径を２．９８８ｍｍ、シャフト１とスリーブ２との半径隙間を１．８μｍ、ラジアル動圧溝４及び５を、溝幅比（スリーブ２の内径に沿った全周に対する、ラジアル動圧溝４または５を形成している部分の比率、図４においては、α／β）０．４、溝深さ５μｍとした場合、ラジアル軸受部の平均断面積は０．０３６mm2となる。
【００２３】
また、スリーブ２の外径を６．５ｍｍ、軸方向長さを２ｍｍとし、循環ポート７の数を４箇所とし、循環ポート７の断面の辺の長さを、周方向（図４におけるＷ）を１ｍｍ、径方向（図４におけるＴ）を０．０５、０．０３、０．０２、０．０１ｍｍと変化させると（この時、断面積比は、それぞれ１．４、０．８４、０．５６、０．２８となる）、図５に示すように、径方向０．０２ｍｍ（断面積比０．５６）以上で、循環流量比が一定となることが解明できた。ここで循環流量比が１になるということは、循環ポート断面積が十分大きく取れるときと同等の機能を果たすということである。
【００２４】
さらに、オイルの温度を低温０℃と高温７０℃に変化させても、循環流量比が変曲点を持つ断面積比は同様であった。少なくとも動圧流体軸受の寸法およびオイルの粘度が変化しても循環流量比は大きく影響を受けることはないことが解明できた。ここで、高温で循環流量比が僅かに低下しているのは、高温においてはシャフト１外径とスリーブ２内径が熱膨張で変化して、それぞれの材質の違いによる熱膨張の差が生じて、常温時よりも隙間が広がり循環圧力が低下するからと考察する。
（なお、流量は単位時間当たりの流量を質量で表した質量流量と、体積で表した体積流量があるが、検討は質量流量で行なったので、図５においては循環質量流量比と表している。）
よって、本発明の動圧流体軸受装置は、循環ポート７の断面積が、ラジアル軸受部の平均断面積の０．５６倍以上あれば、循環ポート７に流れるオイルの流量は必要十分なものとなり、オイルは、シャフト１とスリーブ２との隙間、スリーブ２の下端部とスラスト板６との間、循環ポート７、スリーブ２の上端部とスリーブホルダー３との間の潤滑流体（オイル）溜り部９、シャフト１とスリーブ２の隙間と滞りなく循環し、オイル溜り部９において、組立時・動作等にオイルに混入した気泡を動圧流体軸受装置の動作中に徐々に排出する。なお、この時循環ポートの長さとその断面積の相互関係が適度に小さければ、循環ポートの毛管力が循環ポート周辺の毛管力より大きくなり、その差で毛管圧力が発生するので、オイルはラジアル軸受部の非対称パターンによる循環力以外に、毛管現象によっても循環ポート内を循環移動する循環力を得ることができる。
[循環ポート断面積の上限値について]
前記循環ポートの好適な断面積の下限については、上述した。次に、前記循環ポートの好適な断面積の上限について述べる。
【００２５】
ハードディスクドライブは、モバイル用途への広がりによって小型化が要望され、また記録技術の向上によってそれがさらに進展している。それに伴って、図３に示すようなスリーブ２も形状は小さくなってきている。循環ポート７は上述した以上の断面積を持てばよいが、特に焼結軸受においては、大きければよいというものではない。循環ポート７が形成される箇所は、図３に示すように当然ながら径方向の厚みが小さくなり、強度が部分的に低下するので、その箇所に対応する内径部が歪み易くなる。従って、軸受の性能を決める軸受孔の真円度や円筒度が悪化する要因となる。よって、循環ポート７の断面積は実用に供する程度には小さくしなければならない。軸受性能を維持するためには真円度や円筒度は少なくとも１μｍ以下にしなければならない。この条件を満足する断面積比は５〜６の近傍であると確認している。なお、図５に示すように、この付近の断面積比においては、循環流量比は１付近であり循環は問題ない。
（実施の形態２）
図６は、本発明の実施の形態２における動圧流体軸受装置の断面図である。本実施の形態２と前出の実施の形態１との違いは、循環ポート１７の形成方法である。実施の形態１においては、スリーブ２の外周面に断面がほぼ長方形または円弧または弓形の形状をした溝状の少なくとも一つの循環ポート７を設けたが、本実施の形態２においては、スリーブ１２の内部に断面がほぼ円形の形状をした循環ポート１７を設けている点が異なる。
図６において、シャフト１１はスリーブ１２と回転可能に挿入されている。スリーブ１２の材質は鉄系焼結材料に循環ポート１７を加工後、前出のスチーム処理等の封孔処理を施したものである。（もちろん、銅系焼結材料であってもよいが、そのときの封孔処理には酸化皮膜を利用できないので、樹脂含浸やメッキによって封孔処理をすることになる）スリーブ１２はスリーブホルダー１３に取付けられており、スリーブホルダー１３はベース２０に取付けられている。
【００２６】
スリーブ１２の内周面には、実施の形態１と同様に、魚骨形状のラジアル動圧発生溝１４及び１５が形成されてラジアル軸受部が構成されている。シャフト１１とスリーブ１２の下端にはスラスト板１６が設けられている。シャフト１１の対向面にあるスラスト板１６には、実施の形態１と同様に、渦巻形状や魚骨形状のスラスト動圧発生溝６０が形成されてスラスト軸受部が構成されている。スリーブ１２の内部には、軸心にほぼ平行で、断面がほぼ円形の形状をした循環ポート１７が設けられ、上部開口部はスリーブ１２の上端面にあり、下部開口部はスリーブ１２の下端面にあってスラスト軸受部と連通している。スリーブ１２の上端面を含む上端部もスリーブホルダー１３に覆われている。スリーブ１２の上端面とスリーブホルダー１３の上端部との間には、潤滑流体溜り部１９が形成されている。シャフト１１とスリーブ１２との間、スラスト板１６とシャフト１１との間、スラスト板１６とスリーブ１２の下端面との間、循環ポート１７の中、スリーブホルダー１３とスリーブ１２の上端面との間の潤滑流体溜り部１９には潤滑流体としてのオイル（例えば、エステル系オイル）が充填されている。ここで、オイルの替わりに、高流動性グリスやイオン性液体等を使用することもできる。
【００２７】
以上のように構成された本実施形態の動圧流体軸受装置の動作を説明する。図６において、図示しないコイルが巻回されたステータコア（図２参考）に通電すると、図示しないロータマグネット（図２参照）はステータコアで発生する回転磁界による駆動力を受け、前記ロータマグネットが固定された図示しないハブ１８（図２参考）とそれに一体に固定されたシャフト１１は回転する。シャフト１１が回転すると、シャフト１１とスリーブ１２の間に存在するオイルにはラジアル動圧発生溝１４及び１５によりラジアル方向の動圧が発生して、シャフト１１はスリーブ１２に対して非接触で回転する。また、シャフト１１の下端のスラスト板１６に設けられたスラスト動圧発生溝６０によりスラスト方向の動圧が発生して、シャフト１１はスラスト板１６に対して非接触で回転する。ラジアル動圧発生溝１４と１５の少なくとも一方はスラスト板１６に向かって圧力を発生するような非対称溝パターン（例えば、図６において、ａ＞ｂ）になっているので、シャフト１１が回転するとシャフト１１とスリーブ１２との間のオイルはスラスト板１６の方へ移動する。（図６下向き矢印）下方へ移動したオイルは、前記の循環力によって連通ポート１７を通って上昇し、スリーブ１２とスリーブホルダー１３との間の隙間を通って、潤滑流体溜り部であるオイル溜り部１９あるいはシャフト１１とスリーブ１２との間の隙間へ流入して循環する。（図６上向き矢印）なお、循環ポート１７の断面積がその長さに相関して適度に小さければ、スラスト板１６とスリーブ１２の間の毛管力に比べて、循環ポート１７での毛管力の方が大きいため、毛管力による循環力も付加されることになる。
【００２８】
オイル溜り部１９は円環状の空間であるので、循環経路から入ってきたオイルはこの円環状の空間に広がる。シャフト１１とスリーブ１２との間及びスラスト板１６とスリーブ１２の下端部との間のオイルに混入している気泡はオイルと共に移動するので、循環ポート１７を通って上昇するオイルと共に気泡が上昇し、最終的にはオイル溜り部１９に至る。オイル溜り部１９は毛管現象が生じないような大きな空間である。オイル溜り部１９においてオイルと気泡とは、それぞれの表面張力及び比重の違いによって互いに分かれ、オイルは毛管現象によりシャフト１１とスリーブ１２の間に戻る。
【００２９】
以上の形態の動圧流体軸受装置において、実施の形態１と同様に、循環ポート１７の断面積を変化させた時、上述の循環経路のオイルの循環流量に与える影響を求めてみる。定義は、実施の形態１と同じである。
【００３０】
例えば、シャフト１の外径を２．９８８ｍｍ、シャフト１とスリーブ２との半径隙間を１．８μｍ、ラジアル動圧溝４及び５を、溝幅比０．４、溝深さ５μｍとした場合、ラジアル軸受部の平均断面積は０．０３６mm2となる。
【００３１】
循環ポート１７の設置数を１箇所とし、循環ポート１７の断面の円の半径を、０．１、０．０８、０．０７ｍｍと変化させると（この時、断面積比は、それぞれ０．８８、０．５６、０．４３）、図７に示すように、径方向０．０８ｍｍ（断面積比率０．５６）以上で、循環流量比が一定となっている。ここで循環流量比が１になるということは、循環ポート断面積が十分大きく取れるときと同等の機能を果たすということである。
結果として、循環ポート形状や数量が変化しても、循環流量比が変曲点を持つ断面積比は同様であり、循環流量比はほとんど変化しないことが解明できた。
（なお、流量は単位時間当たりの流量を質量で表した質量流量と、体積で表した体積流量があるが、検討は質量流量で行なったので、図７においては循環質量流量比と表している。）
よって、本発明の動圧流体軸受装置は、循環ポート１７の断面積が、ラジアル軸受部の平均断面積の０．５６倍以上あれば、循環ポート１７に流れるオイルの流量は必要十分なものとなり、オイルは、シャフト１１とスリーブ１２との間、スリーブ１２の下端部とスラスト板１６との間の導通路１２ｂ、循環ポート１７、スリーブ１２の上端部とスリーブホルダー１３との間、シャフト１１とスリーブ１２の間と滞りなく循環しながら、オイル溜り部１９にも流れ込み、組立時等にオイルに混入した気泡を動圧流体軸受装置の動作中に徐々に排出する。なお、この時循環ポート１７の長さとその断面積の相互関係が適度に小さければ、循環ポートの毛管力が循環ポート周辺の毛管力より大きくなり、その差で毛管圧力が発生するので、オイルはラジアル軸受部の非対称パターンによる循環力以外に、毛管現象によっても循環ポートを循環移動する循環力を得ることができる。
（実施の形態３）
上述した実施の形態１および２は、ストレートタイプのシャフトで説明したが、本発明の適用はこれに限るものではない。図８のようなフランジ３１付きのシャフト２１を有する構造のものでも、同様の効果が得られる。
【００３２】
図８は、実施の形態１と同様に、循環ポートの断面積を変化させた時、上述の循環経路のオイルの循環流量に与える影響を求めたものである。定義は、実施の形態１と同じである。図８においては、低温（０℃）におけるフランジ付シャフト構造を有する動圧流体軸受装置を対象としたデータである。
結果として、動圧流体軸受装置の構造が変化しても、循環流量比が変曲点を持つ断面積比は同様であり、循環流量比はほとんど変化しないことが解明できた。
また、図８においては、部品のバラツキが最悪に振れた場合も求めている。結果として、部品精度がバラついても、循環流量比が変曲点を持つ断面積比は同様であり、循環流量比はほとんど変化しないことが解明できた。
（他の実施の形態）
（Ａ）実施の形態１、２においては、カバー部材であるスリーブホルダ３が，スリーブ２の外周面とスラスト板６を覆う形状で説明したが、本発明の適用はこれに限るものではない。図８に示すように、スリーブホルダがスリーブの上端面を覆うカバー部材であってもよい。また、図８に示すように、スラスト板はスリーブに直接固定されてもよい。
（Ｂ）上述した実施の形態１から３においては、ハブはシャフトに一体的に固定される構造で説明したが、本発明の適用はこれに限るものではない。図１０に示すような第２の動圧発生溝であるスラスト軸受７０がハブ７８とスリーブ７２の間に形成されて、ハブ７８がスラスト軸受７０の一部を成す構造の軸受にも適用することが可能である。この実施の形態においては、潤滑流体（オイル）溜り部７９はハブ７８の垂下壁７８ａの内周面とスリーブ７２の外周面との間に形成され、スラスト軸受７０は潤滑流体（オイル等）を軸受内部に引き込むようにポンプインの非対称パターン溝が形成されている。循環ポート７７はスラスト軸受７０よりも内周側に配置されている。
（Ｃ）また、これらの軸受装置をスピンドルモータに適用することにより、必要十分な循環流量が得られることから、オイル切れによる焼き付きや気泡の滞留によるオイル漏れがない信頼性の高いスピンドルモータを提供することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明は、オイル切れによる焼き付きや気泡の滞留によるオイル漏れがない高信頼性の動圧流体軸受装置およびそれを用いたスピンドルモータに利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施の形態１の動圧流体軸受装置を示す断面図
【図２】本発明の実施の形態１の動圧流体軸受装置を用いたスピンドルモータの断面図
【図３】本発明のスリーブ形状の斜視図
【図４】本発明のスリーブとシャフトの断面図
【図５】本発明の実施の形態１における循環ポート断面積とラジアル軸受部断面積の比と、循環質量流量比のグラフ
【図６】本発明の実施の形態２の動圧流体軸受装置を示す断面図
【図７】本発明の実施の形態２における循環ポート断面積とラジアル軸受部断面積の比と、循環質量流量比のグラフ
【図８】本発明の実施の形態３の動圧流体軸受装置を示す断面図
【図９】本発明の実施の形態３における循環ポート断面積とラジアル軸受部断面積の比と、循環質量流量比のグラフ
【図１０】本発明の他の実施の形態の動圧流体軸受装置を用いたスピンドルモータの断面図
【図１１】従来の動圧流体軸受装置を用いたスピンドルモータの断面図
【符号の説明】
【００３５】
１、１１、２１  シャフト
２、１２、２２、７２  スリーブ
２ａ、１２ａ、２２ａ  軸受孔
２ｂ、１２ｂ、２２ｂ  導通路
３、１３  スリーブホルダー
２３  カバー部材（上部カバー）
４、５、１４、１５、２４、２５  ラジアル動圧溝（第１の動圧溝）
６、１６、２６  スラスト板
７、１７、２７、７７  循環ポート
８、１８、２８、７８  ハブ
７８ａ  垂下部
９、１９、２９、７９  潤滑流体溜り部（オイル溜り部）
１０、２０、３０  ベース
３１  フランジ
３２  貫通孔
３３  排気孔
３４、３５、５０、６０、７０  スラスト動圧発生溝（第２の動圧溝）
５１  コイル
５２  ロータマグネット
５３  ステータコア
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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