(57)【要約】      （修正有）【課題】メインスラスト軸受部が負圧になるのを確実に防止できる流体軸受装置を提供する。【解決手段】第２動圧発生用溝４５は、半径方向外側へのポンピング力を発生させるための内周側溝部４５ａと、内周側溝部４５ａの外周側に配置され半径方向内側へのポンピング力を発生させるための外周側溝部４５ｂとを有している。この流体軸受装置４は、スラストフランジ４３の軸方向スラストプレート４４側の面の軸方向寸法差をＷ〔ｍｍ〕、第２動圧発生用溝４５の内周側溝部４５ａと外周側溝部４５ｂとの半径方向寸法差をＡ〔ｍｍ〕、スラストフランジ４３の直径をＤ〔ｍｍ〕および第２動圧発生用溝４５の深さをＦ〔ｍｍ〕とした場合に、  ０＜Ｗ≦１．５×｛１＋（Ａ／０．０４−１）／３｝×｛１−２４×（Ｄ／７．２−１）／５｝×｛１−１４×（Ｆ／７−１）／１１｝〔μｍ〕を満たしている。【選択図】図３
2007064278.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
静止部材に対して回転部材を回転自在に支持するための流体軸受装置であって、
前記静止部材に固定された筒状のスリーブと、
前記回転部材に固定され、前記スリーブの内周側に相対回転自在に設けられたシャフトと、
前記シャフトの端部に固定されたスラスト部材と、
前記スリーブの端部に固定され、前記スラスト部材と対向するように配置されたスラストプレートと、
前記スリーブおよびシャフトの間に充填された潤滑油と、前記スリーブ内周面およびシャフト外周面のいずれか一方に形成された複数の第１動圧発生用溝とを有するラジアル軸受部と、
前記スラスト部材およびスラストプレートの間に充填された潤滑油と、前記スラスト部材に形成されたヘリングボーン形状の複数の第２動圧発生用溝とを有するメインスラスト軸受部とを備え、
前記第２動圧発生用溝は、半径方向外側へのポンピング力を発生させるための内周側溝部と、前記内周側溝部の外周側に配置され半径方向内側へのポンピング力を発生させるための外周側溝部とを有し、
前記スラスト部材の軸方向前記スラストプレート側の面の軸方向寸法差をＷ〔ｍｍ〕、前記第２動圧発生用溝の前記内周側溝部と前記外周側溝部との半径方向寸法差をＡ〔ｍｍ〕、前記スラスト部材の直径をＤ〔ｍｍ〕および前記第２動圧発生用溝の深さをＦ〔ｍｍ〕とした場合に、
０＜Ｗ≦１．５×｛１＋（Ａ／０．０４−１）／３｝×｛１−２４×（Ｄ／７．２−１）／５｝×｛１−１４×（Ｆ／７−１）／１１｝〔μｍ〕
を満たしている、流体軸受装置。
【請求項２】
前記スラスト部材は、前記スラストプレートに対向するように形成されたスラスト軸受面と、前記スラスト軸受面の外周側に配置され半径方向外側へいくにしたがって前記スラストプレートとの間の隙間が大きくなるように形成された傾斜面とを有している、
請求項１に記載の流体軸受装置。
【請求項３】
前記スリーブおよびスラスト部材との間に充填された潤滑油と、前記スラスト部材の前記第２動圧発生用溝と軸方向反対側に形成された複数の第３動圧発生用溝とを有するサブスラスト軸受部をさらに備えた、
請求項１または２に記載の流体動圧軸受。
【請求項４】
前記静止部材としてのベースプレートと、前記ベースプレートに固定されステータコイルが巻回される環状のステータと、前記ステータの内周側に収容されロータマグネットを有する前記回転部材としてのロータと、前記ベースプレート対して前記ロータを回転自在に支持するための請求項１から３のいずれかに記載の流体軸受装置と、
を備えたスピンドルモータ。
【請求項５】
静止部材に固定された筒状のスリーブと、回転部材に固定され前記スリーブの内周側に相対回転自在に設けられたシャフトと、前記シャフトの端部に固定されたスラスト部材と、前記スリーブの端部に固定され前記スラスト部材と対向するように配置されたスラストプレートとを備えた流体軸受装置の製造方法であって、
前記スリーブを成形するスリーブ成形工程と、
前記シャフトを成形するシャフト成形工程と、
前記スラスト部材を成形するスラスト部材成形工程と、
前記スラストプレートを成形するスラストプレート成形工程と、
前記スリーブ、シャフト、スラスト部材およびスラストプレートを組み付ける組付工程とを含み、
前記スラスト部材成形工程は、前記スラスト部材にヘリングボーン形状の複数の第２動圧発生用溝を成形する溝成形工程と、前記第２動圧発生用溝側に傾斜面を成形する傾斜面成形工程とを含み、
前記第２動圧発生用溝は、半径方向外側へのポンピング力を発生させるための内周側溝部と、前記内周側溝部の外周側に配置され半径方向内側へのポンピング力を発生させるための外周側溝部とを有し、
前記スラスト部材成形工程では、前記スラスト部材の軸方向前記スラストプレート側の面の軸方向寸法差をＷ〔ｍｍ〕、前記第２動圧発生用溝の前記内周側溝部と前記外周側溝部との半径方向寸法差をＡ〔ｍｍ〕、前記スラスト部材の直径をＤ〔ｍｍ〕および前記第２動圧発生用溝の深さをＦ〔ｍｍ〕とした場合に、
０＜Ｗ≦１．５×｛１＋（Ａ／０．０４−１）／３｝×｛１−２４×（Ｄ／７．２−１）／５｝×｛１−１４×（Ｆ／７−１）／１１｝〔μｍ〕
を満たすように前記第２動圧発生用溝および傾斜面が成形される、
流体軸受装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体軸受装置、特にスラストフランジを備えた流体軸受装置、それを用いたスピンドルモータおよび流体軸受装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ディスクを用いた記録装置は、そのメモリー容量が増大しデータの転送速度が高速化しているため、この種の記録装置に用いられるスピンドルモータ等は高速、高精度回転が必要とされる。そのため、スピンドルモータ等の回転主軸部には流体軸受装置が用いられている。
従来の流体軸受装置は、筒状のスリーブと、スリーブの内周側に相対回転自在に設けられたシャフトと、シャフトの端部に固定されたスラストフランジと、スリーブの端部に固定されスラスト部材と対向するように配置されたスラストプレートとを備えている。そして、シャフトを回転自在に支持するために、この流体軸受装置は例えば、ラジアル軸受部と、メインスラスト軸受部と、サブスラスト軸受部とを備えている。
【０００３】
ラジアル軸受部は、シャフトの半径方向の支持力を発生させるためのもので、スリーブおよびシャフトの間に充填された潤滑油と、スリーブ内周面およびシャフト外周面のいずれか一方に形成された複数の第１動圧発生用溝とを有している。メインスラスト軸受部は、シャフトの浮上力を発生させるためのもので、例えばスリーブ、スラストフランジおよびスラストプレートの間に充填された潤滑油と、スラストプレートに形成された複数の第２動圧発生用溝とを有している。サブスラスト軸受部は、スリーブおよびスラストフランジとの間に充填された潤滑油と、スラストフランジの第２動圧発生用溝と軸方向反対側に形成された複数の第３動圧発生用溝とを有している。
【０００４】
この流体軸受装置では、シャフトとスリーブとが相対回転すると、ラジアル軸受部、メインスラスト軸受部およびサブスラスト軸受部でポンピング力が発生し、シャフトの支持力が発生する。言い換えると、各部材同士が相対回転していない場合はシャフトの支持力は発生しない。そのため、シャフトの静止状態においてはシャフトの浮上力は発生せず、スラストフランジおよびスラストプレートは接触した状態で静止している。そしてシャフトに回転駆動力が作用すると、スラストフランジおよびスラストプレートが接触しながら回転し、シャフトが浮上する。このとき、シャフトおよびスラストフランジは回転軸が傾くいわゆるすりこぎ運動を行いながら浮上するため、スラスト軸受部の中央部では支持圧が発生していても、スラストフランジの外周部がスラストプレートと接触する場合がある。この結果、スラストフランジおよびスラストプレートが摩耗し、その摩耗粉が各軸受部の微小隙間に流れ込み、軸受性能が低下してしまう。
【０００５】
このように、シャフトの回転開始時にはスラストフランジの外周部とスラストプレートとが接触するため、スラストフランジの外周部とスラストプレートとの間の隙間がスラストフランジの内周部との隙間に比べて大きい流体軸受装置が提案されている（例えば、特許文献１および２を参照。）。
ここで、従来の流体軸受装置について特許文献１を参照しながら説明する。特許文献１に記載の流体軸受装置の軸受部４（スラストプレート）は、特許文献１の図１に示されるように、複数のヘリングボーン溝４２（第２動圧発生用溝）と、スラスト軸受け面４１と、スラスト軸受け面４１の外周側に形成された傾斜面４１ａとを有している。傾斜面４１ａは、ヘリングボーン溝４２の頂部から半径方向外側へいくにしたがって軸受部４とフランジ３２（スラストフランジ）との間の隙間が広がるように傾斜している。この結果、フランジ３２の外周部と軸受部４との隙間はフランジ３２の内周部との隙間に比べて大きくなる。これにより、この流体軸受装置ではシャフトがすりこぎ運動をしてもフランジ３２と軸受部４との接触を防止することができる。
【特許文献１】特開平１０−１８４６６７号公報
【特許文献２】特開２００１−１２４５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし以上に述べたように、スラストフランジとスラストプレートとの隙間を大きくとることにより、問題が生じる場合も少なくない。例えばメインスラスト軸受部の第２動圧発生用溝は、ヘリングボーン形状を有しており、円周方向に均等に配置されている（特許文献１の図１参照。）。この第２動圧発生用溝は頂部を境に内周側と外周側とで非対称の形状を有しており、内周側の溝は外周側へのポンピング力を発生させ、外周側の溝は内周側へのポンピング力を発生させている。そして、第２動圧発生用溝を非対称にすることで、内周側のポンピング力よりも外周側のポンピング力の方を大きくして、メインスラスト軸受部の中央部に潤滑油を押し込み、そして中央部の圧力を正圧に保つことができるようにしている。
【０００７】
しかし、メインスラスト軸受部の外周部の隙間が必要以上に大きくなると、中央部で発生するポンピング力に比べて外周部で発生するポンピング力の方が小さくなる。この結果、メインスラスト軸受部の中央部から外周部へ潤滑油が流れ、メインスラスト軸受部の中央部が負圧になる。メインスラスト軸受部の中央部が負圧になると、潤滑油に溶け込んでいる空気が気泡に変化する。気泡が発生するとテーパシール部の潤滑油の液面が上昇し、潤滑油の温度が上昇し発生した気泡の体積が膨張すると潤滑油がテーパシール部から漏れるおそれがある。テーパシール部から潤滑油が漏れると、シャフトの回転力により潤滑油が外周側へ押し出され、潤滑油が飛散する。また、潤滑油が飛散により減少し液面がラジアル軸受部まで下がると、第１動圧発生用溝に空気が混入してしまい、ＮＲＲＯ、ＲＲＯ等の回転精度に不具合を生じるおそれがある。したがって、これらの問題を解消するためには、メインスラスト軸受部を形成しているスラストフランジとスラストプレートとの間の隙間寸法が非常に重要となる。
【０００８】
この隙間寸法は、製造時の加工精度等により若干変動する。例えば、スラストフランジはシャフトに溶接固定されるため、溶接時の熱によりスラストフランジが変形し所望の隙間寸法が得られない場合がある。また、スラストフランジの外周部とスラストプレートとの隙間が所望の寸法に収まっている場合であっても、第２動圧発生用溝の溝深さやスラストフランジの外径等の寸法により、第２動圧発生用溝の外周部のポンピング力が異なってくる場合がある。このように従来の流体軸受装置では、メインスラスト軸受部周辺の寸法により負圧部分が発生する場合があるが、メインスラスト軸受部での負圧部分の発生と各部の寸法とがどのように関係しているか把握されておらず、したがってメインスラスト軸受部の中央部が負圧になるのを確実に防止することができない。
【０００９】
また、メインスラスト軸受部での負圧部分の発生と各部の寸法との関係が把握されていないため、製造過程において製品の品質のばらつきを把握することが困難となっている。
本発明の課題は、メインスラスト軸受部が負圧になるのを確実に防止できる流体軸受装置を提供することにある。
本発明の別の課題は、流体軸受装置の品質の安定化を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に記載の流体軸受装置は、静止部材に対して回転部材を回転自在に支持するための流体軸受装置であって、静止部材に固定された筒状のスリーブと、回転部材に固定されスリーブの内周側に相対回転自在に設けられたシャフトと、シャフトの端部に固定されたスラスト部材と、スリーブの端部に固定されスラスト部材と対向するように配置されたスラストプレートと、ラジアル軸受部と、メインスラスト軸受部とを備えている。ラジアル軸受部は、スリーブおよびシャフトの間に充填された潤滑油と、スリーブ内周面およびシャフト外周面のいずれか一方に形成された複数の第１動圧発生用溝とを有している。メインスラスト軸受部は、スラスト部材およびスラストプレートの間に充填された潤滑油と、スラスト部材に形成されたヘリングボーン形状の複数の第２動圧発生用溝とを有している。第２動圧発生用溝は、半径方向外側へのポンピング力を発生させるための内周側溝部と、内周側溝部の外周側に配置され半径方向内側へのポンピング力を発生させるための外周側溝部とを有している。この流体軸受装置は、スラスト部材の軸方向スラストプレート側の面の軸方向寸法差をＷ〔ｍｍ〕、第２動圧発生用溝の内周側溝部と外周側溝部との半径方向寸法差をＡ〔ｍｍ〕、スラスト部材の直径をＤ〔ｍｍ〕および第２動圧発生用溝の深さをＦ〔ｍｍ〕とした場合に、
０＜Ｗ≦１．５×｛１＋（Ａ／０．０４−１）／３｝×｛１−２４×（Ｄ／７．２−１）／５｝×｛１−１４×（Ｆ／７−１）／１１｝〔μｍ〕
を満たしている。
【００１１】
この流体軸受装置では、スラスト部材の軸方向寸法差Ｗが上記の式を満たすように各部の寸法が決定されているため、メインスラスト軸受部において負圧部分が発生しない。この結果、潤滑油内に空気の気泡が発生するのを防止することができ、潤滑油の飛散やシール不良を防止することができる。
請求項２に記載の流体軸受装置は、請求項１において、スラスト部材がスラストプレートに対向するように形成されたスラスト軸受面と、スラスト軸受面の外周側に配置され半径方向外側へいくにしたがってスラストプレートとの間の隙間が大きくなるように形成されたテーパ面とを有している。
【００１２】
請求項３に記載の流体軸受装置は、請求項１または２において、スリーブおよびスラスト部材との間に充填された潤滑油と、スラスト部材の第２動圧発生用溝と軸方向反対側に形成された複数の第３動圧発生用溝とを有するサブスラスト軸受部をさらに備えている。
請求項４に記載のスピンドルモータは、静止部材としてのベースプレートと、ベースプレートに固定されステータコイルが巻回される環状のステータと、ステータの内周側に収容されロータマグネットを有する回転部材としてのロータと、ベースプレート対してロータを回転自在に支持するための請求項１から３のいずれかに記載の流体軸受装置とを備えている。
【００１３】
このスピンドルモータでは、請求項１から４のいずれかに記載の流体軸受装置を備えているため、潤滑油の飛散やシール不良を防止することができ、より信頼性の高いスピンドルモータを提供することができる。
請求項５に記載の流体軸受装置の製造方法は、静止部材に固定された筒状のスリーブと、回転部材に固定されスリーブの内周側に相対回転自在に設けられたシャフトと、シャフトの端部に固定されたスラスト部材と、スリーブの端部に固定されスラスト部材と対向するように配置されたスラストプレートとを備えた流体軸受装置の製造方法であって、スリーブを成形するスリーブ成形工程と、シャフトを成形するシャフト成形工程と、スラスト部材を成形するスラスト部材成形工程と、スラストプレートを成形するスラストプレート成形工程と、スリーブ、シャフト、スラスト部材およびスラストプレートを組み付ける組付工程とを含んでいる。スラスト部材成形工程は、スラスト部材にヘリングボーン形状の複数の第２動圧発生用溝を成形する溝成形工程と、第２動圧発生用溝側に傾斜面を成形する傾斜面成形工程とを含んでいる。第２動圧発生用溝は、半径方向外側へのポンピング力を発生させるための内周側溝部と、内周側溝部の外周側に配置され半径方向内側へのポンピング力を発生させるための外周側溝部とを有している。スラスト部材成形工程では、スラスト部材の軸方向スラストプレート側の面の軸方向寸法差をＷ〔ｍｍ〕、第２動圧発生用溝の内周側溝部と外周側溝部との半径方向寸法差をＡ〔ｍｍ〕、スラスト部材の直径をＤ〔ｍｍ〕および第２動圧発生用溝の深さをＦ〔ｍｍ〕とした場合に、０＜Ｗ≦１．５×｛１＋（Ａ／０．０４−１）／３｝×｛１−２４×（Ｄ／７．２−１）／５｝×｛１−１４×（Ｆ／７−１）／１１｝〔μｍ〕を満たすように第２動圧発生用溝および傾斜面が成形される。
【００１４】
この製造方法では、第２動圧発生用溝および傾斜面が上記の式を満たすように成形されるため、メインスラスト軸受部において負圧部分が発生しない流体軸受装置を製造することができる。この結果、流体軸受装置において潤滑油内に空気の気泡が発生するのを防止することができ、潤滑油の飛散やシール不良を防止することができる。これにより、流体軸受装置の品質の安定化を図ることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る流体軸受装置では、スラスト部材の各部の寸法が上記の関係式を満たすように決定されているため、メインスラスト軸受部に負圧部分が発生しない。この結果、潤滑油内に気泡が発生するのを防止することができ、潤滑油の飛散やシール不良を防止することができる。
また、本発明に係る流体軸受装置の製造方法では、気泡の発生やシール不良等を確実に防止できる流体軸受装置を製造することができ、品質の安定化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の各実施形態を図１から図８を参照しながら説明する。
図１に、本発明の一実施形態としてのスピンドルモータ１の縦断面概略図を示す。図１に示すＯ−Ｏは、スピンドルモータ１の回転軸線である。本実施形態の説明では、便宜上、図面の上下方向を「軸方向上側」、「軸方向下側」等と表現するが、スピンドルモータ１の実際の取り付け状態を限定するものではない。
【００１７】
スピンドルモータ１は主に、ベースプレート２（静止部材）と、ロータ３（回転部材）と、流体軸受装置４とを備えている。以下に、各部の詳細について説明する。
ベースプレート２は、スピンドルモータ１の静止側の部分を構成しており、例えば記録ディスク装置のハウジング（図示せず）に固定されている。ベースプレート２は、主にブラケット２１と、ステータ２２とから構成されている。ブラケット２１は、ベースプレート２の主要部を構成する環状の部材であり、内周側に軸方向上側に延びる筒状部２１ａを有している。ブラケット２１の材質としては、例えばアルミニウム合金にＮｉメッキ処理を施したもの等が挙げられる。Ｎｉメッキ処理は潤滑油中に異物が混入した場合を考慮したものである。ステータ２２は、磁気回路を構成するためのもので、筒状部２１ａの外周側に固定されている。筒状部２１ａの内周側には、後述する流体軸受装置４が固定されている。
【００１８】
ロータ３は、磁気回路部で発生する回転力により回転駆動される部分であり、ロータハブ３１と、ディスク載置部３２と、バックヨーク３３と、ロータマグネット３４とを有している。ロータハブ３１は、ロータ３の主要部を構成する円板状の部分であり、後述するシャフト４１の端部に接着等により固定されている。ディスク載置部３２は、記録ディスク（図示せず）を載置するためのものであり、ロータハブ３１の外周側かつ軸方向下側に配置されている。本実施形態では、ロータハブ３１とディスク載置部３２とは一体成形されている。ロータハブ３１の材質としては、例えばアルミニウム合金にＮｉメッキ処理を施したもの等が挙げられる。Ｎｉメッキ処理は潤滑油中に異物が混入した場合を考慮したものである。
【００１９】
バックヨーク３３は、ロータハブ３１の軸方向下側かつディスク載置部３２の内周側に固定される筒状の部材である。ロータマグネット３４は、バックヨーク３３の内周側に固定されており、前述のステータ２２と半径方向に対向して配置されている。ロータマグネット３４とステータ２２とにより、ロータを回転駆動するための磁気回路部が構成されている。すなわち、ステータ２２のコイルに通電することでロータマグネット３４に回転力が発生し、ロータ３が回転駆動される。ロータ３は、ベースプレート２に対して流体軸受装置４により回転自在に支持されている。
【００２０】
図２に流体軸受装置４の縦断面概略図を示す。流体軸受装置４は、ベースプレート２に対してロータ３を回転自在に支持するためのもので、スリーブ４２と、シャフト４１と、スラストプレート４４と、スラストフランジ４３（スラスト部材）とを有している。
スリーブ４２は、流体軸受装置４の静止側の部材であり、ベースプレート２の筒状部２１ａの内周側に挿嵌された筒状の部材である。スリーブ４２の材質としては、例えば銅合金にＮｉメッキ処理を施したもの等が挙げられる。Ｎｉメッキ処理は潤滑油中に異物が混入した場合を考慮したものである。スリーブ４２は、さらにスリーブ本体４２ａと、筒状突出部４２ｂと、凹部４２ｃと、固定部４２ｄと、テーパ面４２ｅと、複数の第１動圧発生用溝７１ａ、７１ｂとを有している。スリーブ本体４２ａは、スリーブ４２の主要部を構成する筒状の部分である。スリーブ本体４２ａの内周面には、第１動圧発生用溝７１ａ、７１ｂが成形されている。第１動圧発生用溝７１ａ、７１ｂは、例えばヘリングボーン状の溝であり、円周方向に均等に配置されている。本実施形態では、第１動圧発生用溝７１ａ、７１ｂは軸方向に並設されている。
【００２１】
筒状突出部４２ｂは、スリーブ本体４２ａの端部から軸方向に突出する環状の部分である。凹部４２ｃは、スリーブ本体４２ａの内周側に形成された環状の空間であり、第１動圧発生用溝７１ａ、７１ｂの軸方向間に配置されている。固定部４２ｄは、筒状突出部４２ｂの端部から軸方向に突出する環状の部分である。固定部４２ｄは、例えば後述するスラストプレート４４の外周部と接着等により固定されている。なお、固定部４２ｄは接着固定以外に溶接等で固定されていてもよい。テーパ面４２ｅは、スリーブ本体４２ａの軸方向上側端部の内周側に形成されており、軸方向上側へいくにしたがって内径が大きくなるように傾斜している。
【００２２】
シャフト４１は、流体軸受装置４の回転側の部材であり、スリーブ４２の内周側に配置された円柱状の部材である。シャフト４１の材質としては、例えばＳＵＳ４２０Ｊ２等のステンレス材が挙げられる。シャフト４１の端部には、前述のロータハブ３１が接着等により固定されている。なお、前述の第１動圧発生用溝７１ａ、７１ｂは、スリーブ４２の内周面ではなくシャフト４１の外周面に成形されていてもよい。
【００２３】
スラストフランジ４３は、流体軸受装置４の回転側の部材であり、シャフト４１の端部に固定されている。スラストフランジ４３は、スリーブ４２の筒状突出部４２ｂの内周側に配置されている。具体的には、スラストフランジ４３は、スリーブ４２とスラストプレート４４との間に形成された空間に微小隙間を介して配置されている。スラストフランジ４３は、スラストプレート４４およびスリーブ４２と軸方向に対向する面に、複数の第２動圧発生用溝４５を有している。第２動圧発生用溝４５の詳細については後述する。スラストフランジ４３およびスラストプレート４４の材質としては、例えばステンレス材が挙げられ、双方のビッカース硬さ（Ｈｖ）は異なっている。
【００２４】
以上に述べたように、この流体軸受装置４では、第１動圧発生用溝７１ａ、７１ｂを有するシャフト４１、スリーブ４２およびその間に介在する潤滑油４６により、ロータ３を軸方向に支持するラジアル軸受部７１が構成されている。また、第２動圧発生用溝４５を有するスラストフランジ４３、スラストプレート４４およびその間に介在する潤滑油４６により、ロータ３を軸方向に支持するメインスラスト軸受部７２が構成されている。さらに、第３動圧発生用溝４７を有するスラストフランジ４３、スリーブ４２およびその間に介在する潤滑油４６により、サブスラスト軸受部７３が構成されている。そして各部材が相対回転することで、各軸受部においてポンピング力が発生し、シャフト４１の半径方向および軸方向の支持力が発生する。
【００２５】
ここで、メインスラスト軸受部７２の第２動圧発生用溝４５の詳細について説明する。図３（ａ）にスラストフランジ４３の断面図、図３（ｂ）に第２動圧発生用溝４５の平面図を示す。図３（ｂ）の斜線部は溝部（凹部）を示しており、斜線部以外の部分は凸部を示している。なお、斜線部が凸部で斜線部以外の部分が溝部（凹部）であってもよい。
スラストフランジ４３の外周部は、テーパ形状を有している。具体的にはスラストフランジ４３は、軸方向下側にスラスト軸受面４３ａと、傾斜面４３ｂとを有している。スラスト軸受面４３ａは、スラストフランジ４３の軸方向下側の中央部に形成された環状の面であり、スラストプレート４４に対向するようにかつ回転軸に垂直となるように形成されている。傾斜面４３ｂは、スラスト軸受面４３ａの外周側に形成された回転軸に対して傾斜している面である。傾斜面４３ｂは、半径方向外側へいくにしたがってスラストフランジ４３とスラストプレート４４との間の隙間が大きくなるように形成されている。本実施形態においては、傾斜面４３ｂは半径方向外側へいくにしたがって徐々に傾斜角度が大きくなる曲面形状を有している。なお、傾斜面４３ｂは曲面形状に限定されず、平坦な面であってもよいし平坦な面を一部に含んでいてもよい。
【００２６】
スラストフランジ４３のスラスト軸受面４３ａおよび傾斜面４３ｂには、第２動圧発生用溝４５が形成されている。具体的には図３（ｂ）に示すように、第２動圧発生用溝４５は、複数の内周側溝部４５ａと、複数の外周側溝部４５ｂと、頂部４５ｃとを有している。内周側溝部４５ａは、半径方向外側へのポンピング力を発生させるための部分であり、スラスト軸受面４３ａに形成されている。外周側溝部４５ｂは、半径方向内側へのポンピング力を発生させるための部分であり、内周側溝部４５ａの外周側に形成されている。内周側溝部４５ａの外周側端部と外周側溝部４５ｂの内周側端部とは、頂部４５ｃにより連結されている。  前述のように、メインスラスト軸受部７２の外周部においてスラストフランジ４３とスラストプレート４４との隙間が必要以上に大きい場合、メインスラスト軸受部７２の中央部が負圧になる。しかし本発明では、実験によりスラストフランジ４３および第２動圧発生用溝４５の寸法がある関係式を満たしていれば負圧部分が発生しないことを確認している。以下に、負圧部分が発生しない関係式について説明する。
【００２７】
まず、負圧部分の発生にはスラスト軸受面４３ａおよび傾斜面４３ｂの軸方向寸法差、内周側溝部４５ａおよび外周側溝部４５ｂの半径方向寸法差、第２動圧発生用溝４５の溝深さ、そしてスラストフランジ４３の外径等が関係しているものと考えられる。そこで図３（ａ）に示すように、各部の寸法を以下のように定義する。
Ｗ〔μｍ〕：スラスト軸受面４３ａおよび傾斜面４３ｂの軸方向寸法差
Ｆ〔μｍ〕：第２動圧発生用溝４５の溝深さ
Ｄ〔ｍｍ〕：スラストフランジ４３の外径
Ａ〔ｍｍ〕：内周側溝部４５ａおよび外周側溝部４５ｂの半径方向寸法差
Ａ＝｛（ｄ３−ｄ２）／２｝−｛（ｄ２−ｄ１）／２｝〔ｍｍ〕
ｄ１〔ｍｍ〕：内周側溝部４５ａの内径
ｄ２〔ｍｍ〕：外周側溝部４５ｂの内径（内周側溝部４５ａの外径）
ｄ３〔ｍｍ〕：外周側溝部４５ｂの外径
以上に述べた各項目と負圧部分の発生との関係を明確にするために、各項目の条件を変えてメインスラスト軸受部７２の中央部が負圧になるか、すなわち気泡が発生するか目視で確認する実験を行った。図４〜図８に各実験結果を示す。
【００２８】
図４に軸方向寸法差Ｗ〔μｍ〕とメインスラスト軸受部７２の中央部の圧力Ｐ〔Ｐａ〕との関係を示す。図４のグラフは、半径方向寸法差Ａ、溝深さＦおよび外径Ｄを定数として軸方向寸法差Ｗのみを変化させて求めたものである。図４から、軸方向寸法差Ｗが大きくなるとメインスラスト軸受部７２の中央部の圧力Ｐは低くなり、Ｗ≦１．５〔μｍ〕の場合にＰ≧０〔Ｐａ〕となることが分かる。
【００２９】
また図５に半径方向寸法差Ａ〔ｍｍ〕とメインスラスト軸受部７２の中央部の圧力Ｐ〔Ｐａ〕との関係を示す。図５のグラフは、軸方向寸法差Ｗ、溝深さＦおよび外径Ｄを定数として半径方向寸法差Ａのみを変化させて求めたものである。図５から、半径方向寸法差Ａが大きくなるとメインスラスト軸受部７２の中央部の圧力Ｐは高くなり、Ａ≧０．０８〔ｍｍ〕の場合にＰ≧０〔Ｐａ〕となることが分かる。
【００３０】
また図６にフランジ外径Ｄ〔ｍｍ〕とメインスラスト軸受部７２の中央部の圧力Ｐ〔Ｐａ〕との関係を示す。図６のグラフは、軸方向寸法差Ｗ、半径方向寸法差Ａおよび溝深さＦを定数として外径Ｄのみを変化させて求めたものである。図６から、外径Ｄが大きくなるとメインスラスト軸受部７２の中央部の圧力Ｐは低くなり、Ｄ≦６．７〔ｍｍ〕の場合にＰ≧０〔Ｐａ〕となることが分かる。
【００３１】
さらに図７に図４と異なる条件での軸方向寸法差Ｗ〔μｍ〕とメインスラスト軸受部７２の中央部の圧力Ｐ〔Ｐａ〕との関係を示す。この場合、Ｗ≦３．０〔μｍ〕の場合にＰ≧０〔Ｐａ〕となることが分かる。
以上の各実験結果から、メインスラスト軸受部７２の中央部の圧力Ｐが負圧にならない境界条件をまとめたものが図８となる。そこで図８の実験結果から、メインスラスト軸受部７２の中央部の圧力Ｐが負圧にならない関係式を導き出す。
【００３２】
まず、図４の実験結果、すなわち図８の実験結果１から、軸方向寸法差Ｗ〔μｍ〕の基準値をＷ＝１．５〔μｍ〕とする。図８の実験結果１と実験結果２とを比較すると、半径方向寸法差Ａおよび軸方向寸法差Ｗが異なる。したがって、実験結果１および２を同時に満たすようなＡの関数を考えると、以下のような式（１）を導き出すことができる。
Ｗ≦１．５×｛１＋（Ａ／０．０４−１）／３｝      ・・・式（１）
また、図８の実験結果１と実験結果３とを比較すると、外径Ｄおよび軸方向寸法差Ｗが異なる。したがって、実験結果１および３を同時に満たすような外径Ｄの関数を考えると、以下のような式（２）を導き出すことができる。
Ｗ≦１．５×｛１−２４×（Ｄ／７．２−１）／５｝      ・・・式（２）
したがって、式（１）および（２）から圧力Ｐが負圧にならない軸方向寸法差Ｗの範囲を以下の式（３）で表すことができる。
Ｗ≦１．５×｛１＋（Ａ／０．０４−１）／３｝×｛１−２４×（Ｄ／７．２−１）／５｝      ・・・式（３）
ここで、溝深さＦの関数を導き出す必要があるが、実験結果１から４を比較すると他の溝深さＦは４つの実験結果のうち実験結果４のみが異なる。しかし、実験結果１から３に比べて実験結果４はその他の半径方向寸法差Ａ、外径Ｄおよび軸方向寸法差Ｗも全て異なる。そのため、式（３）を踏まえて実験結果１および４を同時に満たすような溝深さＦの関数を考えると、最終的に以下のような式（４）を導き出すことができる。
０＜Ｗ≦１．５×｛１＋（Ａ／０．０４−１）／３｝×｛１−２４×（Ｄ／７．２−１）／５｝×｛１−１４×（Ｆ／７−１）／１１｝      ・・・式（４）
以上より、この式（４）を満たす条件でメインスラスト軸受部７２を設計すると、メインスラスト軸受部７２の中央部が負圧になるのを確実に防止することができ、より信頼性の高いスピンドルモータを提供することができる。なお、０＜Ｗとしているのは、本願発明はスラストフランジ４３の傾斜面４３ｂを有していることが前提となっているためである。
【００３３】
また、製造過程において上記の関係式を用いることで流体軸受装置の品質の安定化を図ることができる。以下に、本発明に係る流体軸受装置に製造方法について説明する。
図９に本発明に係る流体軸受装置の製造方法のフロー図の一例を示す。この流体軸受装置の製造方法は、主に、スリーブ成形工程Ｓ１と、シャフト成形工程Ｓ２と、スラストフランジ成形工程Ｓ３（スラスト部材成形工程）と、スラストプレート成形工程Ｓ４と、組付工程Ｓ５とから構成されている。
【００３４】
スリーブ成形工程Ｓ１では、スリーブ４２が成形される。シャフト成形工程Ｓ２では、シャフト４１が成形される。スラストプレート成形工程Ｓ４では、スラストプレート４４が成形される。これらの工程については、従来と何ら変わるところがないため、詳細な説明は省略する。
スラストフランジ成形工程Ｓ３は、スラストフランジ４３が成形される。スラストフランジ成形工程Ｓ３は、さらにスラストフランジ本体成形工程Ｓ３１と、溝成形工程Ｓ３２と、傾斜面成形工程Ｓ３３とから構成されている。スラストフランジ本体成形工程Ｓ３１では、スラストフランジ４３の原形が例えば板状の素材から打ち抜き加工により成形される。そして溝成形工程Ｓ３２では、その原形品に第２動圧発生用溝４５が例えば電解加工やエッチング加工、プレス加工、あるいは切削加工等により成形される。また傾斜面成形工程Ｓ３３では、原形品の外周部に傾斜面４３ｂが例えば切削加工等により成形される。そのため、前述のようにスラストフランジ４３は加工性を考慮して、スラストプレート４４のビッカース硬さ（Ｈｖ）よりもＨｖが小さいステンレス材としている。傾斜面４３ｂは切削加工以外の工法でも成形可能である。このとき前述の関係式（４）を満たすように、スラストフランジ本体成形工程Ｓ３１、溝成形工程Ｓ３２および傾斜面成形工程Ｓ３３において各部が加工される。なお、溝成形工程Ｓ３２および傾斜面成形工程Ｓ３３の順番は逆であってもよい。また、組付工程Ｓ５以外の工程は図４に示す順番である必要はなく、順番が入れ替わってもよい。
【００３５】
この製造方法では、第２動圧発生用溝４５および傾斜面４３ｂが上記の式（４）を満たすように成形されるため、メインスラスト軸受部７２において負圧部分が発生しない流体軸受装置４を製造することができる。この結果、流体軸受装置４において潤滑油内に空気の気泡が発生するのを防止することができ、潤滑油の飛散やシール不良を防止することができる。これにより、この製造方法では流体軸受装置４の品質の安定化を図ることができる。
【００３６】
なお、前述の実施形態では流体軸受装置４をシャフト回転型として記載しているが、これに限定されない。例えば、流体軸受装置の構成がシャフト固定型でもよい。また、前述の実施形態において各部の材質を記載しているが、各部の材質をそれらの材質に限定するものではない。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明の流体軸受装置は、およびその製造方法は、メインスラスト軸受部に負圧部分が発生しないため、産業上有用である。また、本発明に係る流体軸受装置の製造方法では、気泡の発生やシール不良等を確実に防止できる流体軸受装置を製造することができ、品質の安定化を図ることができるため、産業上有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の一実施形態としてのスピンドルモータ１の縦断面概略図。
【図２】本発明の一実施形態としての流体軸受装置４の縦断面概略図。
【図３】スラストフランジ４３の断面図および第２動圧発生用溝４５の平面図。
【図４】軸方向寸法差Ｗ〔μｍ〕とメインスラスト軸受部７２の中央部の圧力Ｐ〔Ｐａ〕との関係を示す図。
【図５】半径方向寸法差Ａ〔ｍｍ〕とメインスラスト軸受部７２の中央部の圧力Ｐ〔Ｐａ〕との関係を示す図。
【図６】フランジ外径Ｄ〔ｍｍ〕とメインスラスト軸受部７２の中央部の圧力Ｐ〔Ｐａ〕との関係を示す図。
【図７】図４の場合と異なる条件での軸方向寸法差Ｗ〔μｍ〕とメインスラスト軸受部７２の中央部の圧力Ｐ〔Ｐａ〕との関係を示す図。
【図８】メインスラスト軸受部７２の中央部の圧力Ｐが負圧にならない実験結果をまとめたもの。
【図９】本発明に係る流体軸受装置４の製造方法のフロー図の一例。
【符号の説明】
【００３９】
１  スピンドルモータ
２  ベースプレート
３  ロータ
４  流体軸受装置
４１  シャフト
７１ａ、７１ｂ  第１動圧発生用溝
４２  スリーブ
４３  スラストフランジ（スラスト部材）
４３ａ  スラスト軸受面
４３ｂ  傾斜面
４４  スラストプレート
４５  第２動圧発生用溝
４５ａ  内周側溝部
４５ｂ  外周側溝部
４５ｃ  頂部
４５ｄ  内周側環状溝部
４５ｅ  外周側環状溝部
４６  潤滑油
４７  第３動圧発生用溝
７１  ラジアル軸受部
７２  メインスラスト軸受部
７３  サブスラスト軸受部
Ｗ  スラスト軸受面４３ａおよび傾斜面４３ｂの軸方向寸法差
Ｆ  第２動圧発生用溝４５の溝深さ
Ｄ  スラストフランジ４３の外径
Ａ  内周側溝部４５ａおよび外周側溝部４５ｂの半径方向寸法差
ｄ１  内周側溝部４５ａの内径
ｄ２  外周側溝部４５ｂの内径
ｄ３  外周側溝部４５ｂの外径
【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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