(57)【要約】【課題】軸受の角度剛性を高く保つとともに、軸受の内部に存在する空気をスムーズに排出して軸受の油膜切れを防止する流体軸受装置を提供する。【解決手段】流体軸受装置では、連通孔とラジアル動圧発生溝とが潤滑剤の循環経路を構成し、循環経路に接する位置に第１のスラスト軸受面を有する。第１のスラスト軸受面に形成された第１の動圧発生溝は、ポンプインパターンのスパイラル溝である。軸受内の気泡は、非対称ラジアル動圧発生溝による潤滑剤の循環によってスムーズに排出される。軸受の回転中のスラスト軸受面での発生圧力は、高圧になる範囲が広くなる圧力分布である。【選択図】図３
2008309330.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸と、
前記軸方向において、開口する開口端と閉塞部材によって閉塞された閉塞端とを有する軸受穴を有し、前記軸が前記軸受穴内に相対回転可能な状態で挿入されるスリーブと、
前記軸と前記スリーブとの間の微小隙間に充填された潤滑剤と、
前記微小隙間とともに前記潤滑剤の循環経路を構成する連通孔と、
前記閉塞部材および前記軸の少なくとも一方において、中央に溝非形成領域を有するリング状の領域にポンプインパターンのスパイラル溝として形成されており、前記循環経路に近接配置された第１のスラスト動圧発生溝が形成された第１のスラスト軸受面と、
を備えている流体軸受装置。
【請求項２】
前記スパイラル溝の最内周半径をＲｉ、最外周半径をＲｏとしたとき、これらの比Ｋｓ（＝Ｒｉ／Ｒｏ）が下記の関係式を満たす、
請求項１に記載の流体軸受装置。
０．５＜Ｋｓ＜０．８
【請求項３】
前記第１のスラスト動圧発生溝は、前記循環経路に対して０〜０．５ｍｍの範囲内で近接配置されている、
請求項１または２に記載の流体軸受装置。
【請求項４】
前記軸の外周面および前記スリーブの内周面の少なくとも一方に、前記開口端側から前記閉塞端側に向けて潤滑剤を運搬する流れを発生させる非対称溝パターンを有するラジアル動圧発生溝が形成されたラジアル軸受面を、さらに備えている、
請求項１から３のいずれか１項に記載の流体軸受装置。
【請求項５】
前記閉塞部材に対向する面に前記軸に対して一体的に設けられたリング状のフランジ部と、
前記フランジ部と前記スリーブとが対向する少なくとも一方の面に設けられており、前記第１のスラスト動圧発生溝から前記軸に対して付与される軸方向圧力とは反対方向に圧力を発生させる第２のスラスト動圧発生溝と、
をさらに備えており、
前記循環経路は、前記ラジアル動圧発生溝と前記連通孔と前記第２のスラスト動圧発生溝とを含むように形成される、
請求項１から４のいずれか１項に記載の流体軸受装置。
【請求項６】
前記軸における前記開口端側に設けられたハブと、
前記スリーブと前記ハブとが対向する少なくとも一方の面に設けられており、前記第１のスラスト動圧発生溝から前記軸に対して付与される軸方向圧力とは反対方向に圧力を発生させる第２のスラスト動圧発生溝と、
をさらに備えており、
前記循環経路は、前記ラジアル動圧発生溝と前記連通孔と前記第２のスラスト動圧発生溝とを含むように形成される、
請求項１から４のいずれか１項に記載の流体軸受装置。
【請求項７】
前記ラジアル動圧発生溝の非対称溝パターンは、溝頂点を中心として前記軸受穴の開口端側の溝が閉塞端側の溝よりも長いヘリングボーン溝である、
請求項１から６のいずれか１項に記載の流体軸受装置。
【請求項８】
請求項７に記載の流体軸受装置を備えた記録再生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体軸受装置およびこれを備えた記録再生装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、回転するディスクを用いた記録装置等は、そのメモリ容量が増大し、またデータの転送速度が高速化している。このため、これらの記録装置等に搭載される軸受は、常にディスク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装置が多用されている。
【０００３】
以下、図１３を参照しながら、従来の流体軸受装置および記録再生装置の一例について説明する。
従来の流体軸受装置は、図１３に示すように、スリーブ１２１、軸１２２、フランジ部１２３、スラスト板１２４、シールキャップ１２５、潤滑剤（オイル）１２６、ハブ１２７、ベース１２８、ロータ磁石１２９およびステータ１３０を備えている。
【０００４】
軸１２２は、フランジ部１２３と一体化しており、スリーブ１２１の軸受穴１２１Ａに回転可能な状態で挿入される。フランジ部１２３は、スリーブ１２１の段部１２１Ｃに収納される。軸１２２の外周面およびスリーブ１２１の内周面の少なくとも一方には、ラジアル動圧発生溝１２１Ｂが形成されている。一方、フランジ部１２３とスラスト板１２４との対向面には、第１スラスト動圧発生溝１２３Ａが形成されている。フランジ部１２３とスリーブ１２１との対向面には、第２スラスト動圧発生溝１２３Ｂが形成されている。スラスト板１２４は、スリーブ１２１またはベース１２８に固着されている。少なくとも各動圧発生溝１２１Ｂ，１２３Ａ，１２３Ｂの付近の軸受隙間は、潤滑剤１２６によって充填されている。また、スリーブ１２１と軸１２２、スラスト板１２４によって形成される袋状の空間全体についても、必要に応じて潤滑剤１２６によって充填されている。シールキャップ１２５は、スリーブ１２１の上端面付近に取り付けられる固定部１２５Ａと、テーパ部１２５Ｂと、換気孔１２５Ｃとを有している。連通孔１２１Ｇは、軸受穴１２１Ａに略平行に設けられ、シールキャップ１２５の潤滑剤溜り部（オイル溜り部）と、フランジ部１２３の外周近傍を連結する。連通孔１２１Ｇとラジアル動圧発生溝１２１Ｂと第２のスラスト動圧発生溝１２３Ｂとは、潤滑剤１２６の循環経路を形成する。また、軸受内部には、混入もしくは発生した気泡１３５を模式的に記載している。
【０００５】
ベース１２８には、スリーブ１２１が固定されている。そして、ベース１２８には、ロータ磁石１２９に対向するようにステータ１３０が固定される。ロータ磁石１２９は、ベース１２８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させる。これにより、約１０〜１００グラムの力で、スラスト板１２４の方向にハブ１２７を押し付けている。
【０００６】
一方、ハブ１２７は、軸１２２に対して固定されるとともに、ロータ磁石１２９、ディスク１３１、スペーサ１３２、クランパ１３３およびネジ１３４が固定されている。
【特許文献１】特開平８−３３１７９６号公報
【特許文献２】特開２００６−１７０３４４号公報
【特許文献３】特開２００１−１７３６４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来の流体軸受装置では、以下に示すような課題を有している。
図１３において、軸受キャビティ（軸受隙間の全体）の奥部に固定されたスラスト板１２４と軸１２２との対向面、またはスラスト板１２４とフランジ部１２３との対向面に設けられた第１のスラスト動圧発生溝１２３Ａは、ヘリングボーンパターンまたはスパイラルパターンとなっている。例えば、第１のスラスト動圧発生溝１２３Ａがヘリングボーンパターンである場合には、パターンの中央部に大気圧よりはるかに低い圧力部分、または真空部分が生じる。よって、気泡１３５が堆積して軸受内部に残留しやすいという課題があった。
【０００８】
一方、第１スラスト動圧発生溝１２３Ａがスパイラルパターンである場合には、図１４に示すように、軸受の回転中の軸受面での発生圧力は中央部の狭い範囲Ｌ２が高圧になる。このような圧力分布では、スラスト板１２４と軸１２２の間に発生するモーメント剛性（角度剛性とか回転剛性と称される。）が低くなるという問題が生じる。
【０００９】
このような現象は、パターンの外径付近で発生圧力分布が低いため、軸の傾きに対して復元力が小さくなるために生じる。つまり、溝パターンの中央付近における発生圧力は、スラスト方向の荷重を支える反力として働くが、軸の傾きに対する復元力である角度剛性（モーメント剛性）は、溝パターンの外周付近における発生圧力が主として寄与するものである。よって、狭い範囲に分布する溝パターン中央部の圧力は、角度剛性（モーメント剛性）という性能の向上には寄与しにくい。したがって、図１４に示す構成では、回転装置に対して強く揺れる動きが付加されたり軸の傾きモーメントが付与された時等に、軸１２２の回転中心が傾いて、軸受が擦れたり焼け付いたりして、回転装置やディスク記録装置全体が動作しなくなるおそれがあった。
【００１０】
本発明は、軸受内に存在する気泡をスムーズに排出し、かつスラスト軸受におけるモーメント剛性を向上させて、安定した性能を発揮する流体軸受装置および記録再生装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る流体軸受装置は、軸と、スリーブと、潤滑剤と、連通孔と、第１のスラスト軸受面と、を備えている。スリーブは、軸方向において、開口する開口端と閉塞部材によって閉塞された閉塞端とを有する軸受穴を有し、軸が軸受穴内に相対回転可能な状態で挿入される。潤滑剤は、軸とスリーブとの間の微小隙間に充填されている。連通孔は、微小隙間とともに潤滑剤の循環経路を構成する。第１のスラスト軸受面は、閉塞部材および軸の少なくとも一方において、ポンプインパターンのスパイラル溝として形成された第１のスラスト動圧発生溝が形成されている。ポンプインパターンのスパイラル溝は、中央に溝非形成領域を有するリング状の領域に形成されている。第１のスラスト動圧発生溝は、循環経路に近接配置されている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、軸受内に存在する気泡をスムーズに排出することでスラスト軸受面における潤滑剤不足が生じにくく、かつスラスト板と軸（またはフランジ）との間に発生する角度剛性（モーメント剛性）が高いため、外力に対する高い信頼性を有する流体軸受装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
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、図面を用いて説明すれば以下の通りである。
（実施の形態１）
図１から図４を用いて、実施の形態１に係る流体軸受装置および記録再生装置の一例について説明する。
本実施形態の流体軸受装置は、図１に示すように、スリーブ１、軸２、フランジ部３、スラスト板（閉塞部材）４、シールキャップ５、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。
【００１４】
スリーブ１は、軸受穴１Ａを形成する開口部における軸方向一方側に開口端、他方側に閉塞端をそれぞれ有している。そして、スリーブ１の開口端側には、軸受穴１Ａ内で保持される軸２が挿入される。一方、スリーブ１の閉塞端側には、閉塞部材としてのスラスト板４が固定される。
【００１５】
軸２は、フランジ部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。
フランジ部３は、スリーブ１の段部１Ｃに収納される。
【００１６】
軸２の外周面またはスリーブ１の内周面の少なくとも一方には、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。図１においては、１つのヘリングボーン溝を記載しているが、上下２つのヘリングボーン溝であって、少なくとも一方が非対称形状であってもよい。一方、フランジ部３とスラスト板４との対向面の少なくとも一方には、第１のスラスト動圧発生溝３Ａが形成されている。フランジ部３とスリーブ１との対向面の少なくとも一方には、必要に応じて第２のスラスト動圧発生溝３Ｂが形成されている。
【００１７】
スラスト板４は、閉塞部材として、スリーブ１またはベース８に対して固定されている。
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いる。また、スリーブ１、軸２およびスラスト板４によって形成される袋状の軸受隙間全体にも、必要に応じて潤滑剤６が充填されている。潤滑剤６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。
【００１８】
シールキャップ５は、スリーブ１の上端部に位置されており、スリーブ１またはベース８に取り付けられた固定部５Ａと、テーパ部５Ｂと，換気孔５Ｃとを有している。図中では、シールキャップ５が全体として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よい。
【００１９】
連通孔１Ｇは、軸受穴１Ａに略平行に設けられており、シールキャップ５の潤滑剤溜り部（オイル溜り部）１Ｓと、フランジ３の外周部分の近傍とを連結する。連通孔１Ｇとラジアル動圧発生溝１Ｂと第２スラスト動圧発生溝３Ｂとは、連通するように設けられており、ラジアル動圧発生溝１Ｂから第２スラスト動圧発生溝３Ｂ、連通孔１Ｇ、潤滑剤溜まり部（オイル溜まり部）１Ｓという潤滑剤６の循環経路を構成する。また、連通孔１Ｇは、例えば、ドリル加工等を用いてスリーブ１の内部に１箇所以上設けられた穴として形成されている。なお、連通孔１Ｇは、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との間に連通溝として構成されていてもよい。
【００２０】
第１のスラスト動圧発生溝３Ａは、上記の潤滑剤６の循環経路に接するように、あるいは隣接するように設けられており、中央に動圧発生溝を持たない溝非形成領域を有するリング状のポンプインパターンのスパイラル溝である。
【００２１】
また、軸受内部には、界面からの空気の巻き込みや大気圧以下の負圧によって発生した気泡１５を模式的に示している。
ベース８には、スリーブ１の外周部分が固定されている。さらに、ベース８には、ステータ１０が、ロータ磁石９に対向する位置に固定される。
【００２２】
ロータ磁石９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させ、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る。一方、ベース８が非磁性体の場合には、ロータ磁石９は、端面下方のベース上に図示しない吸引板を固定することで吸引力を発生させる。
【００２３】
ハブ７は、軸２の端部に固定されており、ロータ磁石９、記録ディスク１１、スペーサ１２、クランパ１３およびネジ１４が固定されている。
ここで、本実施の形態１の流体軸受装置の動作について、図２から図４を用いて説明する。
【００２４】
本実施形態の流体軸受装置では、図２に示す状態において、回転が始まると、ラジアル動圧発生溝１Ｂにおいて潤滑剤６がかき集められて圧力を発生させる。また、第１スラスト動圧発生溝３Ａにおいても同様に、潤滑剤６がかき集められて圧力を発生させることで、軸受穴１Ａ内において軸２を浮上させて非接触状態で軸２を回転させる。
【００２５】
ここで、回転中におけるヘリングボーン（魚骨状）パターンからなるラジアル動圧発生溝１Ｂは、図中白色矢印方向に潤滑剤６を運搬するポンプ力を生じさせる。そして、ラジアル動圧発生溝１Ｂは、シールキャップ５のテーパ部５Ｂの隙間の潤滑剤６を、軸受穴１Ａを通って図中黒色矢印方向に運搬するように、溝パターンが設計されている。このため、潤滑剤６は、第２のスラスト動圧発生溝３Ｂを通って連通孔１Ｇに流入し、再びシールキャップ５の潤滑剤溜まり部（オイル溜まり部）１Ｓやテーパ部５Ｂへと循環して蓄えられる。シールキャップ５のテーパ部５Ｂによって気泡１５と潤滑剤６とは分離され、潤滑剤６は再びラジアル動圧発生溝１Ｂへ流入する。また、分離された気泡１５は、換気孔５Ｃから排出される。これにより、潤滑剤６は途切れることなく軸受隙間に供給されるため、軸２はスリーブ１とスラスト板４に対して非接触の状態で回転することができる。よって、磁気ヘッドまたは光学ヘッド（図示せず）を用いて、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。
【００２６】
第１のスラスト動圧発生溝３Ａは、この潤滑剤６の循環経路に接して、または隣接して設けられている。また、第１のスラスト動圧発生溝３Ａは、中央に溝非形成領域分を有するリング状の領域に形成されたポンプインパターンのスパイラル溝である。ここで、上記溝非形成領域とは、上述したリング状に形成された第１のスラスト動圧発生溝３Ａの中央部に配置された動圧発生溝が形成されていない領域をいう。よって、第１のスラスト動圧発生溝３Ａにおいては、気泡が溜まりにくく、また連通孔からスムーズに気泡を排出することで、スラスト軸受面における潤滑剤６が欠如する問題の発生を回避することができる。
【００２７】
ここで、第１のスラスト動圧発生溝３Ａは、図３に示すように、内径（Ｄｉ）が十分大きいスパイラルパターンであって、回転により内部圧力を高めるポンプインパターンである。この構成は、中央部の圧力が高いために大気圧以下の負圧が発生することはなく、気泡の発生や堆積が起こりにくいものである。これにより、第１のスラスト動圧発生溝３Ａは、気泡が堆積しにくい効果を奏するとともに、その他に図３における圧力の高い範囲Ｌ１が図１４における圧力の高い範囲Ｌ２に比べて広いため、流体軸受の角度剛性（モーメント剛性）が高まるという効果も奏する。このような構成では、上述した図１４の構成と比較して内径（Ｄｉ）が大きいため、図３に示すグラフのような圧力分布となる。つまり、図１４の圧力分布のように中央の圧力が高い範囲が狭い圧力分布にはならず、中央の圧力が高い範囲が広い圧力分布となる。図１４に示す矢印のようにほぼ短いスパンの高圧部で軸を支えているのではなく、図３に示す矢印のように広いスパンの高圧部で軸を支えているため、軸が傾いたときに元に戻すモーメント力を大きくすることができる。このため、角度剛性（モーメント剛性）の高い軸受とすることができる。さらには、一般的にスパイラルパターンの場合には、内周側は負圧にならない。よって、気泡が発生するおそれが小さいことは言うまでもない。
【００２８】
図４は、図３の流体軸受装置の部材に形成された動圧発生溝における発生圧力と潤滑剤の流れを示す模式図である。
図４は、一体化された軸２２およびフランジ部２３と、スラスト板２４とを示している。図４の左半分に示す白抜き部分は、ラジアル動圧部（軸受孔２１Ａ）、第２スラスト動圧発生部、連通孔２１Ｇ、潤滑剤溜り部２１Ｓからなる循環経路を模式的に示している。図中のＰｒと長い白矢印α（シャフト図上）とは、ラジアル動圧発生部のポンプ圧力およびその方向を表しており、Ｐｔと短い矢印β（フランジ図上）とは、第２スラスト動圧発生部のポンプ圧力およびその方向を表している。また、矢印γは、第１のスラスト動圧発生部のスパイラルパターンの動圧発生溝が発生するポンプ圧力およびその方向を表している。そして、矢印αと矢印βのポンプ圧力は、全体として黒矢印εの方向に潤滑剤を循環させることを示している。また、矢印γは、全体として潤滑剤を内周に押し込む力となって、第１のスラスト動圧発生部の内周部に負圧が発生しにくい状態を示している。
【００２９】
図３に示す第１のスラスト動圧発生溝３Ａの溝パターンは、溝パターンの外径部で十分高い圧力を発生させる。このため、軸２を傾けるような回転モーメントが加えられた場合でも、それに対して充分大きい圧力を発生させることができる。
本実施形態では、以上のような構成によって、軸受内に存在する気泡をスムーズに外気へと放出するとともに、軸２の角度剛性（モーメント剛性）を向上させることができる。
【００３０】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２の流体軸受装置および流体軸受式回転装置について、図５および図６を用いて説明する。
【００３１】
本実施形態の流体軸受装置は、図５に示すように、第２スリーブ２１Ｄと一体的に形成されたスリーブ２１、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。
【００３２】
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２２の外周面またはスリーブ２１の内周面の少なくとも一方には、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。図５においても、１つのヘリングボーン溝を示しているが、上下２つのヘリングボーン溝であって、少なくとも一方が非対称形状であってもよい。
【００３３】
スラスト板２４は、図３に示す内径（Ｄｉ）が十分大きいスパイラルパターン溝を有する第１のスラスト動圧発生溝（２４Ａ）を有しており、スリーブ２１か第２スリーブ２１Ｄ、ベース８のいずれかに固着されている。
【００３４】
また、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いる。
また、スリーブ２１と軸２２とスラスト板２４とによって形成される袋状の軸受キャビティ(隙間全体)についても、必要に応じて潤滑剤６が充填されている。
【００３５】
連通孔２１Ｇは、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ている。
また、ここでは、気泡１５が軸受内部に混入している様子を模式的に示している。
ここで、図５では、軸２２およびハブ７からなるロータ部の抜け止め構造を採用しているが、説明の便宜上、ここではその説明を省略している。なお、抜け止めは、ハブ７の垂下部７Ａとスリーブ２１または第２スリーブ２１Ｄとに構成してもよいし、軸２２を段付き構造にして軸２２とスリーブ２１または第２スリーブ２１Ｄとに構成してもよい。
【００３６】
ここで、図５に示す本実施の形態の流体軸受装置について、図５および図６を用いてその動作について説明する。
まず、回転が開始されると、スラスト動圧発生溝２４Ａにおいて図３のＰに示す圧力が発生し、軸２２が浮上する。また、ラジアル動圧発生溝２１Ｂにおいても圧力が発生し、軸２２は非接触状態で回転する。
【００３７】
ラジアル動圧発生溝２１Ｂは、略ヘリングボーン（魚骨状）パターンである。そして、この溝パターンは、そのポンプ力が潤滑剤６を図中黒色矢印方向に運搬するように設計されている。これにより、潤滑剤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。
【００３８】
第１のスラスト動圧発生溝２４Ａは、この循環経路に接するように、あるいは隣接するように設けられており、中央に動圧発生溝を持たない溝非形成領域を有するリング状領域に形成されたポンプインパターンのスパイラル溝である。よって、第１のスラスト動圧発生溝２４Ａには、気泡が溜まりにくい。
【００３９】
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）が十分大きいスパイラルパターン溝と同一である。つまり、内径（Ｄｉ）が大きいため、図３のような圧力分布となる。よって、スラスト軸受において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い。
【００４０】
また、第１スラスト動圧発生溝２４Ａの内部に空気が滞留しにくいため、軸受内部の空気はラジアル動圧発生溝２１Ｂにおいて生じるポンプ力によって、第１のスラスト動圧発生溝２４Ａに接して、あるいは隣接して設けられる循環経路からスムーズに軸受の外部に向けて排出される。
【００４１】
さらに、軸受の回転中のスラスト軸受面における発生圧力は、溝パターンの外周部分において十分に高くなり、中央部の圧力の高い範囲Ｌ２が狭くならないような圧力分布となる。このため、フランジ３に発生するモーメント剛性を向上させることができる。
【００４２】
図６は、図５の流体軸受装置の動圧発生溝における発生圧力とこれにより循環する潤滑剤６の流れる方向とを示す模式図である。図６は、軸２２とスラスト板２４とを示している。図６の左半分に示す白抜き部分は、ラジアル動圧発生部（軸受孔２１Ａ）、連通孔２１Ｇ、潤滑剤溜まり部２１Ｓを含む循環経路を模式的に示している。図中Ｐｒと長い白矢印α（シャフト図上）とは、ラジアル動圧発生部のポンプ圧力およびその方向を示している。また、矢印γは、第１のスラスト動圧発生部のスパイラルパターンの動圧発生溝において発生するポンプ圧力およびその方向を示している。そして、矢印αのポンプ圧力は、全体として黒矢印εの方向に潤滑剤を循環させることを示している。また、矢印γは、全体として潤滑剤を内周に押し込む力となって、第１のスラスト動圧発生部の内周部に負圧が発生しにくい状態を示している。
【００４３】
これにより、潤滑剤６は、軸受隙間に安定的に供給され、スリーブ２１とスラスト板２４に対して非接触の状態で軸２２を回転させることができる。よって、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（図１参照）に対してデータの記録再生を行うことができる。
【００４４】
なお、図５においては、ハブ７とスリーブ２１との間の対向面のいずれか一方に、第２のスラスト動圧発生溝２１Ｈが形成されている。この場合には、潤滑剤６の循環経路は第２のスラスト動圧発生溝２１Ｈを含むように構成される。
【００４５】
次に、図７から図１０は、本実施形態の流体軸受装置（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の変化を示している。図７〜図１０においては、図１４に示す従来のスパイラル溝を「スパイラル」、図３に示す本実施形態のスパイラル溝を「変形スパイラル」と示している。ここでは２種類のスラスト動圧発生溝のパターンの性能の比較結果を示している。
【００４６】
具体的には、第１の溝パターンとしては、図１４に示す従来のスパイラル溝であって、この場合、内径Ｄｉは約０．３ｍｍ（少なくとも０．５ｍｍ以下）である。この内径Ｄｉの大きさは、幅が狭い動圧発生溝を、電極を用いた電解エッッチング加工法、金型を用いたコイニングプレス加工法等によって、工業的に加工できる最小寸法を基に設定されている。外径Ｄｏは、流体軸受装置の重量や、潤滑剤６の粘度等によって別途適切に設計されるものである。
【００４７】
第２の溝パターンは、本発明に係る内径（Ｄｉ）が十分大きいスパイラルパターン溝（図３参照）である。ここでは、内径（Ｄｉ）が大きいため、図３に示すような圧力分布となり、スラスト軸受部（３Ｂ）において高圧部の面積（または高圧部間のスパン）が広くなり、また中央部分において低圧部が発生しない。
【００４８】
まず、図７は、２種類のスラスト動圧発生溝（図３、図１４）における各々の軸受溝パターンの有効面積を比較したものである。ここでいう軸受パターンの有効面積とは、スラスト動圧発生溝を有するリング状の領域に形成された溝パターンの面積を規定している。図７に示すように、同じ外径であれば、第１の溝パターン（図１４、スパイラル）の方が、第２の溝パターン（図３、変形スパイラル）よりも有効面積が大きいことが分かる。
【００４９】
図８は、２種類のスラスト動圧発生溝（図３、図１４）の溝パターンにおけるスラスト方向における浮上量を比較したものである。図８に示すように、第１の溝パターン（図１４、スパイラル）の方が、第２の溝パターン（図３、変形スパイラル）よりも若干浮上量が大きいことが分かる。
【００５０】
図９は、２種類のスラスト動圧発生溝（図３、図１４）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の溝パターン（図１４、スパイラル）では、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ために回転抵抗が大きくなったことによるものである。スラスト浮上量は、第１の溝パターン（図１４）の方が大きいので、パターン有効面積の比ほど損失トルク比は大きくなっていない。
【００５１】
図１０は、２種類のスラスト動圧発生溝（図３、図１４）の定常回転時の角度剛性を比較したものである。図１０に示すように、第２の溝パーターン（図３、変形スパイラル）の方が、第１の溝パターン（図１４、スパイラル）と比較して、角度剛性比が大幅に向上していることが分かる。
【００５２】
表１は、上述した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。
ここでは、３項目（スラスト浮上量、損失トルク比、角度剛性比）の性能を満足し、欠点がなくて良好であるパターンは、「変形スパイラル」パターン（図７から図１０における「変形スパイラル」）、つまり内径（Ｄｉ）が十分大きいスパイラルパターン溝である。
【００５３】
また、参考までに、透明な材料で作製した軸受の実験によれば、図示しないが、この第１スラスト動圧発生溝３Ａ，２４Ａがヘリングボーンパターンである場合には、軸受内に多くの気泡（バブル）が残留することが観察された。
【００５４】
しかし、表１の「スパイラル」パターンでは、先に述べたように、角度剛性には問題があるが、軸受摺動面に気泡は残留せず、溝パターンの外径（Ｄｏ）の外回りにまれに気泡が見られるものの、これらの気泡は溝パターンに隣接して設けられた循環経路を通過して排出される様子が観察された。また、表１に示す「変形スパイラル」パターンでは、角度剛性は良好であるが、パターン寸法の設計によっては少量の気泡が溝パターンの中央部に残留する場合がある。このため、設計に際しては寸法の最適化が必要であることが分かった。
【００５５】
そこで、以下にこの角度剛性比や損失トルク比の点で良好な「変形スパイラル」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について検討した。
【００５６】
【表１】
2008309330.tif 000003
図１５は、内部の観察が可能な透明な軸受を用いて、第１のスラスト動圧発生溝３Ａ，２４Ａが、表１の「変形スパイラル」パターン（内径（Ｄｉ）が十分大きいスパイラルパターン溝）である場合において、スラスト動圧発生溝３Ａ，３Ｂ，２４Ａ、２１Ｈ付近およびラジアル動圧発生溝１Ｂ，２１Ｂ付近に軸受装置が回転中に気泡が残留しているか否かを観察した結果である。実験では、最内周半径をＲｉ、最外周半径をＲｏとしたとき、係数ＫＳ（ＫＳ＝Ｒｉ／Ｒｏ）の数値を０％から１００％に変化させた。
【００５７】
変形スパイラルパターン溝（第１のスラスト動圧発生溝３Ａ，２４Ａ）が、ラジアル動圧発生溝１Ｂ，２１Ｂと循環孔１Ｇ，２１Ｇを含む潤滑剤６の循環経路に隣接している場合には、気泡はスムーズに排出された。特に、ＫＳの値が８０％以下では気泡の残留量（目視面積％）はほぼゼロに近く良好であった。
【００５８】
ただし、循環経路が変形スパイラルパターン溝（第１のスラスト動圧発生溝３Ａ，２４Ａ）に隣接して設けられていない場合、例えば、１ｍｍ離れた位置に設けられている場合には、図１５に示すように、３０％近い面積比率（動圧発生溝の形成範囲に気泡が存在する場合）の気泡が第１のスラスト動圧発生溝３Ａ，２４Ａの外周近傍に残留する様子が観察され、気泡が外気へと排出されていないことが分かった。
【００５９】
なお、図１５においては、ＫＳの値が微小な範囲（図の左端の領域）では、そのパターンが「変形スパイラル」ではなく「スパイラル」であることを意味している。
ここで、通常観察される気泡は、その幅または直径が０．５ｍｍ以上あるため、溝パターンと循環経路との距離は、０〜０．５ｍｍの範囲内であれば、十分に隣接していると判断できる。
【００６０】
図１６は、図２において、循環経路と変形スパイラルパターン溝（第１のスラスト動圧発生溝３Ａ）との間の距離Ｓ１、または図５において、循環経路と変形スパイラルパターン溝（第１のスラスト動圧発生溝２４Ａ）との間の距離Ｓ２と、軸受内部に残留する気泡の面積比率を求めたものである。Ｓ１，Ｓ２の距離が０．５ｍｍ以下の場合には、気泡がスムーズに外気へと排出されて軸受内に残留しないため、流体軸受装置は良好な性能を発揮することができる。一方、Ｓ１，Ｓ２が、０．５ｍｍを超える場合には、軸受内に存在する気泡が外気へと排出されにくくなり、残留気泡の影響によって軸受の性能を低下させるおそれがある。
【００６１】
なお、距離Ｓ１，Ｓ２は、図１７（ａ）〜図１７（ｃ）および図１８に示すように、第１のスラスト動圧発生溝３Ａ，２４Ａの最外周部から潤滑剤６の循環経路までの距離を意味している。
【００６２】
図１１は、第１のスラスト動圧発生溝３Ａ，２４Ａが表１の「変形スパイラル」パターン（内径（Ｄｉ）が十分大きいスパイラルパターン溝）である場合において、係数ＫＳ（ＫＳ＝Ｒｉ／Ｒｏ）の数値を０％から１００％に変化させた時に摩擦トルク（損失トルク）（ｇｒ・ｃｍ）および角度剛性比率（％）の変化を表している。ただし、最内周半径をＲｉ、最外周半径をＲｏとする。
【００６３】
係数ＫＳが０％から５０％までの範囲では、係数ＫＳが大きくなるにしたがって、摩擦トルク比（損失トルク比）（％）が小さくなる。これは、ＫＳの値がこの範囲内である場合には、スラスト浮上量は充分に大きいが、ＫＳの増加に伴って軸受面積が小さくなって回転摩擦抵抗が下がるためである。
【００６４】
しかし、ＫＳが８０％を超えると、浮上量が減少するために摩擦トルク比（損失トルク比）は増加する。この結果、係数ＫＳの数値は、５０％から８０％の間が最適であることが分かった。
【００６５】
角度剛性比率の値についても、ＫＳが５０％以下では十分な性能が得られないことがあり、５０％以上であることが好ましいことも明確になった。
以上のような検討の結果、ＫＳの値（Ｒｉ／Ｒｏ）は、ＫＳ＝０．５〜０．８の範囲で溝パターンを設計するのが最適である。
【００６６】
Ｒｉ：溝パターンの最内周半径
Ｒｏ：溝パターンの最外周半径
また、本発明の流体軸受装置は、図４および図６に示すように、ラジアル動圧発生溝１Ａと連通孔１Ｇとを含むように形成された循環経路を有している。そして、その循環経路に接するように第１のスラスト軸受を配置している。
【００６７】
このような構成において、第１のスラスト軸受の溝パターンが図３に示される中央に動圧発生溝を持たない溝非形成領域を有するリング状領域に形成されたポンプインパターンのスパイラル溝にすると、これらの組合せ効果が絶大であることが分かった。
【００６８】
すなわち、循環経路を有しない流体軸受装置（図示しない）では、本発明に係るスラスト溝パターンを採用することで内部に気泡を溜めない効果が得られる。しかし、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。
【００６９】
そこで、上述したように、循環経路に接する、または隣接するように第１のスラスト動圧発生溝を配置し、かつ第１のスラスト動圧発生溝をリング状領域に形成されたポンプインパターンのスパイラル溝とする組合せの構造を採用することにより、組合せの効果によって、軸受内部における気泡は軸受の外に完全に排出することが可能になった。
【００７０】
なお、この発明は、設計者が通常の努力で設計パラメータの最適化を図ったのではなく、気泡の滞留と流れの現象を解明する中で発明に至った全く新規なものである。
本実施形態の流体軸受装置を、図１２に示す記録再生装置に組み込んで、小型ノートパソコンやモバイル機器として使用された場合でも、高山や上空の低圧環境下で使用されても性能劣化がなく、広い環境下において製品の高い性能を発揮することができる。
【００７１】
以上のように、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、スラスト軸受において低圧部が発生しなくなる。よって、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い。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となる。このため、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を向上させることができる。よって、長寿命で高い性能を有する流体軸受装置および記録再生装置を実現できる。
【００７２】
また、図１２に示すように、上述した流体軸受装置を、蓋１６およびヘッドアクチェータユニット１７を含む記録再生装置に搭載することにより、信頼性の高い記録再生装置を提供することができる。
【００７３】
なお、上記実施形態において、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って構成している。軸２は、ステンレス鋼、高マンガンクロム鋼等によって構成し、その直径は２ｍｍから５ｍｍである。潤滑剤６は、低粘度なエステル系オイルを使用している。
【００７４】
なお、図１、図２および図５では、連通孔１Ｇを一箇所に設けているが、連通孔を一箇所ではなく複数箇所に設けた場合でも、同様の効果を得ることができる。
本発明によれば、連通孔とラジアル動圧発生溝とが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において、第１のスラスト動圧発生溝に気泡が溜まりにくく、また気泡が連通孔からスムーズに排出されるため、スラスト軸受面において潤滑剤不足の状態が生じにくくすることができる。そして、軸受の回転中のスラスト軸受面における発生圧力は、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、スラスト板と軸（またはフランジ）の間に発生するモーメント剛性が高い。よって、外力に対しても高い信頼性と性能を維持できる流体軸受装置を実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明に係る流体軸受装置は、軸受の信頼性を大幅に向上することができるという効果を奏するため、流体軸受装置を搭載する記録再生装置等の各種機器に対して広く適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る流体軸受装置の断面図。
【図２】図１の流体軸受装置の詳細断面図。
【図３】図１の流体軸受装置に含まれるスラスト動圧発生溝の解説図。
【図４】図１の流体軸受装置における潤滑剤の循環経路を示す模式図。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る流体軸受装置を示す詳細断面図。
【図６】図２の流体軸受装置における潤滑剤の循環経路を示す模式図。
【図７】本発明実施例のスラスト軸受パターンの有効面積を示す説明図。
【図８】本発明実施例のスラスト軸受の浮上量を示す説明図。
【図９】本発明実施例のスラスト軸受の損失トルクを示す説明図。
【図１０】本発明実施例のスラスト軸受角度剛性（モーメント剛性）を示す説明図。
【図１１】本発明実施例のスパイラルパターン溝の特性を示す説明図。
【図１２】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。
【図１３】従来の流体軸受装置の断面図。
【図１４】従来の流体軸受装置に含まれるスラスト動圧発生溝の解説図。
【図１５】本発明の実施例のスパイラルパターン溝の特性を示す説明図。
【図１６】循環経路と第１のスラスト動圧発生溝との間の距離と、軸受内部に残留する気泡の面積比率との関係を示すグラフ。
【図１７】（ａ）〜（ｃ）は、図２の流体軸受装置における第１のスラスト動圧発生溝と潤滑剤の循環経路との距離を示す拡大図。
【図１８】図５の流体軸受装置における第１のスラスト動圧発生溝と潤滑剤の循環経路との距離を示す拡大図。
【符号の説明】
【００７７】
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
３，２３        フランジ部
３Ａ，２４Ａ    第１スラスト動圧発生溝
３Ｂ，２１Ｈ    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
５Ｃ            換気孔
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
１２              スペーサ
１３              クランパ
１４              ネジ
１５              気泡
１６              蓋
２１Ｄ            第２スリーブ
２１Ｈ            ラジアル動圧発生溝
２１Ｓ            潤滑剤溜り部
【図１】
2008309330.tif 000004
【図２】
2008309330.tif 000005
【図３】
2008309330.tif 000006
【図４】
2008309330.tif 000007
【図５】
2008309330.tif 000008
【図６】
2008309330.tif 000009
【図７】
2008309330.tif 000010
【図８】
2008309330.tif 000011
【図９】
2008309330.tif 000012
【図１０】
2008309330.tif 000013
【図１１】
2008309330.tif 000014
【図１２】
2008309330.tif 000015
【図１３】
2008309330.tif 000016
【図１４】
2008309330.tif 000017
【図１５】
2008309330.tif 000018
【図１６】
2008309330.tif 000019
【図１７】
2008309330.tif 000020
【図１８】
2008309330.tif 000021