(57)【要約】【課題】気泡の混入を防止して、また万一気泡が混入しても気泡が抜けやすい形状とすることで潤滑流体の漏洩等を防ぎ、潤滑流体の充填状態を正確に管理することが可能な流体軸受装置、スピンドルモータおよび記録再生装置を提供する。【解決手段】環状溝は、軸受シール部における、回転部または固定部の少なくとも一方に設けられ、断面が円弧で近似される形状を有する。環状溝は、軸受シール部を構成する表面に沿う方向の溝幅Ｗと前記軸受シール部を構成する表面に鉛直な方向の溝深さＤｇとの関係がＤｇ／Ｗ＜０．４となるように決定される。【選択図】図３
2009162246.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定部と、
前記固定部に対して回転する回転部と、
前記回転部と前記固定部との間の微小隙間に充填される潤滑流体と、
前記潤滑流体を介して、前記固定部に対して前記回転部を回転自在に支持する動圧軸受部と、
前記回転部と前記固定部との間であって、前記動圧軸受部の開口端部近傍に形成される軸受シール部と、
前記軸受シール部における、前記回転部または前記固定部の少なくとも一方に設けられ、前記軸受シール部を構成する表面に沿う方向の溝幅Ｗと前記軸受シール部を構成する表面に鉛直な方向の溝深さＤｇとの関係が以下の関係式（１）に基づいて決定され、断面が円弧または略多角形で近似される形状を有する少なくとも一つの環状溝と、
を備えている流体軸受装置。
Ｄｇ／Ｗ＜０．４    ・・・（１）
【請求項２】
前記溝幅Ｗと前記溝深さＤｇとの関係が、以下の関係式（２）に基づいて決定される、
請求項１に記載の流体軸受装置。
Ｄｇ／Ｗ＜０．３    ・・・（２）
【請求項３】
前記溝幅Ｗと前記溝深さＤｇとの関係が、以下の関係式（３）に基づいて決定される、
請求項１または２に記載の流体軸受装置。
０．０２５＜Ｄｇ／Ｗ    ・・・（３）
【請求項４】
前記溝幅Ｗと前記溝深さＤｇとの関係が、以下の関係式（４）に基づいて決定される、
請求項３に記載の流体軸受装置。
０．０５＜Ｄｇ／Ｗ    ・・・（４）
【請求項５】
前記環状溝は、前記溝深さＤｇと最大高さ粗さＲｚとの関係が、以下の関係式（５）に基づいて決定される、
請求項１から４のいずれか１項に記載の流体軸受装置。
Ｄｇ≧２Ｒｚ  ・・・（５）
【請求項６】
前記溝深さＤｇは、３μｍ以上であり、かつ、前記軸受シール部上で、前記環状溝の位置における前記固定部と前記回転部との隙間の大きさの１／２以下である、
請求項５に記載の流体軸受装置。
【請求項７】
前記環状溝の前記円弧または略多角形で近似される形状の面と前記軸受シール部上で前記環状溝が配置された面との接触点における交差角は、５度以上である、
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】
前記円弧形状の円弧面と前記環状溝を有する面との接触点における交差角は、１０度以上である、
請求項７に記載の流体軸受装置。
【請求項９】
前記環状溝の前記円弧または略多角形で近似される形状の面の曲率半径は、５０μｍ以上である、
請求項１から８のいずれか１項に記載の流体軸受装置。
【請求項１０】
固定部と、
前記固定部に対して回転する回転部と、
前記回転部と前記固定部との間の微小隙間に充填される潤滑流体と、
前記潤滑流体を介して、前記固定部に対して前記回転部を回転自在に支持する動圧軸受部と、
前記回転部と前記固定部との間であって、前記動圧軸受部の開口端部近傍に形成される軸受シール部と、
前記軸受シール部における、前記回転部または前記固定部の少なくとも一方に設けられ、断面が円弧または略多角形で近似される形状を有し、前記円弧または略多角形で近似される形状の面と前記軸受シール部を構成する表面との接触点における交差角は、５度以上である少なくとも一つの環状溝と、
を備えている流体軸受装置。
【請求項１１】
前記円弧または略多角形で近似される形状の面と前記環状溝を有する面との接触点における交差角は、１０度以上である、
請求項１０に記載の流体軸受装置。
【請求項１２】
前記環状溝は、前記潤滑流体の液面の位置の許容範囲に合わせて形成されている、
請求項１０または１１に記載の流体軸受装置。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれか１項に記載の流体軸受装置を備えている、
スピンドルモータ。
【請求項１４】
記録媒体と、
前記記録媒体に対して情報の記録および再生を行うヘッドと、
前記記録媒体または前記ヘッドを回転駆動する請求項１３に記載のスピンドルモータと、
を備えている、記録再生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スピンドルモータ等に使用される流体軸受装置、スピンドルモータおよび記録再生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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搭載されるスピンドルモータは、非接触回転によって低ＮＲＲＯ（Ｎｏｎ−Ｒｅｐｅａｔａｂｌｅ  ＲｕｎＯｕｔ）や低騒音が実現できる流体軸受装置（以下、流体軸受）が用いられている。流体軸受は、静止部と回転部の間に流体（以下、潤滑流体）を充填した構造であり、精度のよい動作を得るためには、潤滑流体の漏洩等を防ぎ、潤滑流体の充填状態を正確に管理することが必須である。
【０００３】
一般に、軸受の開口端からの潤滑流体の漏洩を防ぐために、開口端にシール構造が設けられる。シール構造としては、回転部の軸方向上側等にテーパ構造を設けて、静止部と回転部との間の間隙の形状を、回転軸の中心から外側方向に大きくなるテーパ形状とするものがある。これは、潤滑流体の表面張力を利用して潤滑流体の漏洩を防ぐのみならず、潤滑流体を注入する際に毛細管現象を利用して潤滑流体を隙間に充填し易くする点でも有効である。
【０００４】
ここで、潤滑流体の充填量の管理をするために、オートフォーカス式の顕微鏡と磁気スケールなどとを組み合わせた測定装置によって潤滑流体の液面高さを計測する方法がある（特許文献１参照）。また、潤滑流体の液面が規定値にあることが目視でわかるように、界面変形部を設ける方法がある（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００１−９０７３３号公報（平成１３年４月３日公開）
【特許文献２】特開２００７−１８２９４６号公報（平成１９年７月１９日公開）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の装置では、以下に示すような問題点を有している。
すなわち、特許文献１に開示された計測方法では、専用の測定装置を用意する必要がある。そのため出荷したモータの軸受が市場トラブルを生じたとき、専用装置が用意できない客先などではその原因と現象を評価推定することが不可能になる。また、特許文献２に開示された流体軸受の構成では、上記軸受シール部の内側空間は、シャフトの回転軸を中心とする半径方向に深い凹形状もしくは高い凸形状であるため、流体軸受の潤滑流体が少なくなった時に振動衝撃が加わったり、起動停止時に潤滑流体の液面変動等があったりすると、軸受シール部の内側空間部に気泡が入り込み易くなる。そして、一旦入り込んだ気泡は、自然に流体軸受の外部に抜け出ることが困難となる。この時、その状態で流体軸受が回転し続けると、気泡は流体軸受内にも入り込み易くなり、流体軸受内において潤滑油切れ状態による焼き付きが生じる。また、気泡自体が回転することで、軸受内部に１／２回転成分の振動が発生してＮＲＲＯを引き起こしてしまう。さらに、減圧環境下になると、気泡が一挙に体積膨張し、潤滑流体が溢れ出ることになる。
【０００６】
そこで、本発明の課題は、上記問題を解決して、気泡の混入を防止して、また万一気泡が混入しても気泡が抜けやすい形状とすることで潤滑流体の漏洩等を防ぎ、潤滑流体の充填状態を正確に管理することが可能な流体軸受装置、スピンドルモータおよび記録再生装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明に係る流体軸受装置は、固定部と、回転部と、潤滑流体と、動圧軸受部と、軸受シール部と、少なくとも一つの環状溝とを備えている。回転部は、固定部に対して回転する。潤滑流体は、回転部と固定部との微少隙間に充填される。動圧軸受部は、潤滑流体を介して、固定部に対して回転部を回転自在に支持する。軸受シール部は、回転部と固定部との間であって、動圧軸受部の開口端部近傍に形成される。環状溝は、軸受シール部における、回転部または固定部の少なくとも一方に設けられ、断面が円弧または略多角形で近似される形状を有する。また、環状溝は、軸受シール部を構成する表面に沿う方向の溝幅Ｗと軸受シール部を構成する表面に鉛直な方向の溝深さＤｇとの関係が以下の関係式（１）に基づいて決定される。
Ｄｇ／Ｗ＜０．４    ・・・（１）
【０００８】
ここでは、流体軸受装置において、潤滑流体を管理（潤滑流体を所定の液面まで充填・保持）するために環状溝を流体軸受に設けて、その環状溝の形状に関して、気泡の混入を防ぎ易く、かつ気泡が入ったとしても気泡が抜け易いように規定した構成を示す。
【０００９】
通常、潤滑流体は、テーパを形成している軸受シール部の所定の位置に液面がくるように、製造時において調整される。しかし、例えば、温度が上昇した場合、潤滑流体は膨張してその液面は上昇する。逆に、温度が低下したり、潤滑流体が蒸発して減少したりするとその液面は下降する。この液面の変化について、設計の想定範囲を超えて液面が上下すると、動圧軸受部に気泡が入り込んで軸受機能が低下する場合や、気泡が膨張することにより潤滑流体が軸受シール部から溢れ出してシール機能が果たせなくなる場合がある。
【００１０】
そこで、気泡が排出され易い溝形状について規定する。具体的には、減圧環境下もしくは温度降下によって軸受内部に発生した気泡が、溝内部で滞留して成長することなしにスムーズに排出される溝幅Ｗと溝深さＤｇとの関係を、溝を円弧または略多角形で近似される形状（環状溝）として実験的に求めた。それが、関係式（１）である。
【００１１】
これにより、動圧軸受装置における軸受シール部の環状溝の形状が関係式（１）を満たしていれば、環状溝から気泡を効果的に抜き出せることがわかった。この結果、気泡が環状溝に入り込んだとしても、気泡を軸受シール部外部に排出して、シール機能の信頼性を向上させることが可能となる。
【００１２】
なお、本発明の流体軸受装置は、スリーブの一端が開放された流体軸受装置、スリーブの両端が開放された流体軸受装置のいずれに対しても適用することが可能である。また、環状溝は、液面の上端または下端近傍で少なくとも１本以上形成されていればよい。
【００１３】
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、環状溝の溝幅Ｗと溝深さＤｇとの関係が以下の関係式（２）に基づいて決定される。
Ｄｇ／Ｗ＜０．３    ・・・（２）
これにより、溝幅Ｗに対して溝深さＤｇがより小さいので気泡が環状溝に滞留することをより確実に防止できる。
【００１４】
第３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、環状溝の溝幅Ｗと溝深さＤｇとの関係が以下の関係式（３）に基づいて決定される。
０．０２５＜Ｄｇ／Ｗ    ・・・（３）
ここで、環状溝の溝幅Ｗと溝深さＤｇとの関係を上記のように設定することで、環状溝の境界の光学的なコントラストが明確になり、２０〜１００倍程度の拡大率を有する光学顕微鏡で観察したときに環状溝の位置が把握し易くなる。その結果、軸受シール部における液面の上端側もしくは下端側近傍に環状溝を一つ以上配置しておくことにより、液面位置が組立当初からの変化を容易に把握することが出来るようになる。したがって、例えば、特開２００２−２５０３４１号公報などに記載された、高価で複雑な液面測定装置を用意せずとも、潤滑流体の充填量の変化を容易に把握することができる。その結果、軸受寿命評価試験などで液面の変化を容易に把握することが可能になる。
【００１５】
第４の発明に係る流体軸受装置は、第３の発明に係る流体軸受装置であって、環状溝の溝幅Ｗと溝深さＤｇとの関係が以下の関係式（４）に基づいて決定される。
０．０５＜Ｄｇ／Ｗ    ・・・（４）
これにより環状溝の境界の光学的なコントラストがより明確になり、熟練を要さずに容易に環状溝を判別することが可能になる。これによって、より再現性高く液面の変化量を明確に把握することが可能になる。
【００１６】
第５の発明に係る流体軸受装置は、第１から第４の発明に係る流体軸受装置であって、環状溝は、溝深さＤｇと最大高さ粗さＲｚとが、以下の関係式（５）に基づいて決定される。なお、これ以下において、最大高さ粗さＲｚは、ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１，２００１により定義されるものとする。
【００１７】
Ｄｇ≧２Ｒｚ  ・・・（５）
ここでは、環状溝の溝深さＤｇと最大高さ粗さＲｚとの関係から環状溝の形状を規定した構成を示す。
【００１８】
環状溝は、潤滑流体の充填状態の管理を行うために、潤滑流体の液面高さの目印としても用いられる。そのため、簡易な低倍率の顕微鏡で環状溝を特定できることが望ましい。そうすれば、潤滑流体の液面が環状溝に対してどの位置にあるかを判断できる。しかし、環状溝の溝深さは、軸受シール部における表面粗さよりも大きくないと、明確に環状溝を区別することはできない。
【００１９】
そこで、環状溝の形状を特定するために、溝深さＤｇについて、関係式（５）によって規定した。
これにより、顕微鏡を用いて観察した際に、環状溝の特定が容易にできる。以下その説明を行う。軸受シール部は、シール性能を確保するために表面粗さを極力小さくすることが求められる。通常、その加工は、ラジアル軸受等の軸受面加工と同時に行われる事が多く、最大高さ粗さＲｚも軸受面と同等程度に仕上げられることが多い。
【００２０】
ここで、環状溝とシール部の表面粗さによる凹凸とを明確に区別するためには、環状溝の溝深さＤｇは、最大高さ粗さＲｚの２倍以上あれば良いことがわかった。その一例を図１１（ａ）（ｂ）に示す。同図に示すように、実際の表面の断面形状から破線で示す加工プログラム曲線を差し引いたものが粗さ曲線になる。この粗さ曲線から最大高さ粗さＲｚが得られるが、環状溝位置を判読するには溝深さＤｇが最大高さ粗さＲｚよりも数倍大きい必要がある。図１１（ｂ）に示すように、加工プログラム（破線で表示）で溝深さＤｇを３μmとしても、最大高さ粗さＲｚが２．８４μｍと大きく、溝深さＤｇと最大高さ粗さＲｚとがほぼ同等になってしまうと環状溝の判読が困難になる。一方、最大高さ粗さＲｚが１．４５と溝深さＤｇの半分であれば明瞭に判読することが出来、低倍率の顕微鏡でその位置を読み取ることが容易である。このように、溝深さＤｇを最大高さ粗さＲｚの２倍以上にすることによって光の当たり方や観察者の習熟度などにも左右されずに、潤滑流体の液面の位置を判断でき、潤滑流体の充填管理の信頼性を向上させることが可能となる。
【００２１】
第６の発明に係る流体軸受装置は、第５の発明に係る流体軸受装置であって、溝深さは、３μｍ以上で、かつ、環状溝が配置された位置における固定部と回転部との隙間の１／２以下である。
【００２２】
ここでは、環状溝の溝深さについて、具体的な数値を挙げて規定する。
通常、軸受シール部において、最大高さ粗さＲｚも軸受面と同等程度に仕上げられ、最大高さ粗さＲｚは、１〜１．５程度である。
【００２３】
ここで、環状溝とシール部の表面粗さによる凹凸とを明確に区別するためには、環状溝の溝深さＤｇは、最大高さ粗さＲｚの２倍以上の値である、３μｍ以上であることが好ましい。
【００２４】
これにより、顕微鏡を用いて観察した際に、環状溝より明瞭に特定できる。従って、潤滑流体の液面の位置を判断でき、潤滑流体の充填管理の信頼性を向上させることが可能となる。
【００２５】
また、溝深さＤｇは、大きくなりすぎると環状溝内での気泡が大きくなりすぎてしまう。ＨＤＤ用の流体軸受スピンドルモータにおいては、軸受シール部の回転部と固定部との隙間は通常、２００〜３００μｍ程度であることが多い。ここで、気泡が動圧軸受部の開口端部から抜け出るには、気泡の直径が軸受シール部の隙間よりも小さいことが必要である。ところで、円弧形状の開角が１８０度以上であると、気泡は円弧部から抜けることが出来なくなる。この時、溝深さＤｇが、例えば、１００μｍであると、半径１００μｍすなわち直径２００μｍの気泡が出来る。したがって、軸受シール部の隙間は２００μｍ以上であることが必要になる。換言すると、溝深さＤｇを軸受シール部の隙間の１／２以下にすることで、気泡の排出を妨げることが無くなる。
【００２６】
第７の発明に係る流体軸受装置は、第１から第６の発明に係る流体軸受装置であって、円弧または略多角形で近似される形状の面と環状溝が配置された面との接触点における交差角は、５度以上である。
【００２７】
第８の発明に係る流体軸受装置は、第７の発明に係る流体軸受装置であって、円弧または略多角形で近似される形状の面と環状溝を有する面との接触点における交差角は、１０度以上である。
【００２８】
ここでは、溝形状の好ましい交差角を、異なる値を用いて各々規定した構成を示す。
上記のように、溝深さを規定しても、環状溝の円弧または略多角形で近似される形状について、軸方向の幅が大きすぎると、円弧または略多角形で近似される形状の面と環状溝を有する面との接触点における交差角が小さくなり、軸受シール部と環状溝との区別が不明瞭になる。
【００２９】
そこで、交差角の面からも、環状溝の形状を規定した。具体的には、顕微鏡を用いて観察した際に、交差角は経験上５度以上が好ましく、さらには１０度以上であることが好ましい。
【００３０】
これにより、２０〜１００倍程度の拡大率を有する光学顕微鏡を用いて観察した際に、環状溝の位置をより明瞭に特定できる。従って、環状溝に対する潤滑流体の液面の位置を判断でき、潤滑流体の充填管理の信頼性を向上させることが可能となる。
【００３１】
第９の発明に係る流体軸受装置は、第１から第８の発明のいずれか１つに係る流体軸受装置であって、環状溝における円弧または略多角形で近似される形状の曲率半径は、５０μｍ以上である。
【００３２】
ここでは、溝形状について、円弧または略多角形形状の最小曲率半径の具体的な数値を挙げて規定した構成について示す。
さらにこの条件を加えることによって、本発明の効果をより確実に引き出すことができる。従って、気泡が環状溝に入り込んだとしても、気泡を軸受シール部外部により確実に排出して、シール機能の信頼性を向上させることが可能となる。また、潤滑流体の充填管理の信頼性を向上させることが可能となる。
【００３３】
ここで、円弧または略多角形にて近似される形状の曲率半径の下限値（５０μm）は、高温環境下などで使用されるときの潤滑流体の突沸現象（後述）を防止する条件によって与えられる。なお、上限側は、第２，５，６の発明のいずれかによって与えられる。
【００３４】
第１０の発明に係る流体軸受装置は、固定部と、回転部と、潤滑流体と、動圧軸受部と、軸受シール部と、少なくとも一つの環状溝とを備えている。回転部は、固定部に対して回転する。潤滑流体は、回転部と固定部との間の微少隙間に充填される。動圧軸受部は、潤滑流体を介して、固定部に対して回転部を回転自在に支持する。軸受シール部は、回転部と固定部との間であって、動圧軸受部の開口端部近傍に形成される。環状溝は、軸受シール部における、回転部または固定部の少なくとも一方に設けられ、断面が円弧または略多角形で近似される形状を有する。そして、円弧または略多角形で近似される形状の面と環状溝を有する面との接触点における交差角は、５度以上である。
【００３５】
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、円弧または略多角形で近似される形状の面と環状溝を有する面との接触点における交差角は、１０度以上である。
【００３６】
ここでは、溝形状を、交差角のみを用いて各々規定した構成を示す。
環状溝の円弧または略多角形で近似される形状について、軸方向の幅が大きすぎると、円弧または略多角形で近似される形状の面と環状溝を有する面との接触点における交差角が小さくなり、軸受シール部を構成する面と環状溝との区別が不明瞭になる。
【００３７】
そこで、交差角を用いて環状溝の形状を規定した。具体的には、２０〜１００倍程度の拡大率を有する光学顕微鏡を用いて観察するために、交差角は経験上５度以上が好ましく、さらには１０度以上であることが好ましい。
【００３８】
これにより、顕微鏡を用いて観察した際に、環状溝の位置をより明瞭に特定できる。従って、潤滑流体の液面の位置を判断でき、潤滑流体の充填管理の信頼性を向上させることが可能となる。
【００３９】
第１２の発明に係る流体軸受装置は、第１または第１１の発明に係る流体軸受装置であって、環状溝は、潤滑流体の液面の位置の許容範囲に合わせて形成されている。
ここでは、潤滑流体の液面の位置の許容範囲を基にして、環状溝の位置を規定した構成について示す。
【００４０】
ここで、許容範囲とは、流体軸受装置が通常の動作を行うために許容される、潤滑流体の液面の位置の変動範囲をいう。例えば、軸受シール部における軸方向上側に環状溝が形成されていれば、潤滑流体の液面の上限はその環状溝よりも軸方向下側に位置し、逆に、軸受シール部における軸方向下側に環状溝が形成されていれば、潤滑流体の液面の下限はその環状溝よりも軸方向下側に位置するように設定することが望ましい。ただし、環状溝の位置はこれに限定されず、任意に設定することが出来る。
【００４１】
軸受シール部に充填される潤滑流体の量は、流体軸受装置の構成および形状によって決定される。また、環状溝の位置も、軸方向上側あるいは下側に少なくとも１つ適宜形成されている。それに伴って、潤滑流体の液面の位置が環状溝よりも軸方向上側あるいは下側にあることを基準にして、潤滑流体の充填管理を行えばよい。
【００４２】
これにより、潤滑流体の液面の位置を判断でき、潤滑流体の充填管理の信頼性を向上させることが可能となる。また、製造工程時に限らず、市場に出荷された後に蒸発による液面低下や軸受内への気泡混入による液面上昇等といった潤滑流体の量の変動が生じた場合であっても、専用の計測装置を使用することなく潤滑流体の量を評価することが可能になる。
【００４３】
第１３の発明に係るスピンドルモータは、第１から第１２の発明に係る流体軸受装置を備えている。
ここでは、スピンドルモータが前述の流体軸受装置を備えている。
【００４４】
これにより、潤滑流体の液面の位置を判断でき、潤滑流体の充填管理の信頼性を向上させることが可能となる。また、製造工程時に限らず、市場に出荷された後に蒸発による液面低下や軸受内への気泡混入による液面上昇等といった潤滑流体の量の変動が生じた場合であっても、専用の計測装置を使用することなく潤滑流体の量を評価することが可能なスピンドルモータを提供することが可能となる。
【００４５】
第１４の発明に係る記録再生装置は、記録媒体と、ヘッドと、スピンドルモータと、を備えている。ヘッドは、記録媒体に対して情報の記録および再生を行う。スピンドルモータは、第１３の発明に係るスピンドルモータであって、記録媒体またはヘッドを回転駆動する。
【００４６】
ここでは、記録再生装置が、前述のスピンドルモータを備えている。
これにより、潤滑流体の液面の位置を判断でき、潤滑流体の充填管理の信頼性を向上させることが可能となる。また、製造工程時に限らず、市場に出荷された後に蒸発による液面低下や軸受内への気泡混入による液面上昇等といった潤滑流体の量の変動が生じた場合であっても、専用の計測装置を使用することなく潤滑流体の量を評価することが可能な記録再生装置を提供することが可能となる。
【発明の効果】
【００４７】
第１および第２の発明に係る流体軸受装置によれば、気泡が環状溝に入り込んだとしても、気泡を軸受シール部の外部に排出して、シール機能の信頼性を向上させることが可能となる。
【００４８】
第３および第４の発明に係る流体軸受装置によれば、環状溝の位置を明瞭に確定することが容易になり、潤滑流体の液面の位置を容易に判断できるので、潤滑流体の充填管理の信頼性を向上させることが可能となる。
【００４９】
第５の発明に係る流体軸受装置によれば、環状溝の位置を明瞭に確定することが容易になり、潤滑流体の液面の位置を容易に判断できるので、潤滑流体の充填管理の信頼性を向上させることが可能となる。
【００５０】
第６の発明に係る流体軸受装置によれば、環状溝の位置を明瞭に確定することが容易になると共に、環状溝から離脱した気泡を軸受シール部から容易に排出することが可能になる。その結果、潤滑流体の液面の位置を判断でき、潤滑流体の充填管理の信頼性を向上させることが可能となると共に、万一気泡が軸受シール部内に発生してしまっても確実に気泡を排出できるのでＮＲＲＯの発生を抑制し、軸受の回転精度を向上することが可能になる。
【００５１】
第７および第８の発明に係る流体軸受装置によれば、潤滑流体の液面の位置を判断でき、潤滑流体の充填管理の信頼性を向上させることが可能となる。
第９の発明に係る流体軸受装置によれば、シール機能の信頼性を向上させることが可能となり、また、潤滑流体の充填管理の信頼性を向上させることが可能となる。
【００５２】
第１０および第１１の発明に係る流体軸受装置によれば、潤滑流体の液面の位置を判断でき、潤滑流体の充填管理の信頼性を向上させることが可能となる。
第１２の発明に係る流体軸受装置によれば、潤滑流体の液面の位置を容易に判断でき、潤滑流体の充填管理の信頼性を向上させることが可能となる。
【００５３】
第１３の発明に係るスピンドルモータによれば、潤滑流体の液面の位置を容易に判断でき、潤滑流体の充填管理の信頼性を向上させることが可能となる。
第１４の発明に係る記録再生装置によれば、潤滑流体の液面の位置を容易に判断でき、潤滑流体の充填管理の信頼性を向上させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５４】
本発明の一実施形態に係る流体軸受装置４を備えたスピンドルモータ１について、図１〜図１２を用いて説明すれば以下の通りである。
なお、本実施形態では、説明の便宜上、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。
【００５５】
［スピンドルモータ１の全体構成］
スピンドルモータ１は、図１に示すように、主に、ベースプレート２と、ステータ５と、ロータ３と、流体軸受装置４とを備えている。なお、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。
【００５６】
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（ハウジングとベースプレート２は一体の部品であっても良い）。また、ベースプレート２は、筒状部２１を有しており、筒状部２１の内周側には、流体軸受装置４のシャフト４１（図２参照）の一端が固定されている。
【００５７】
ロータ３は、スピンドルモータ１の回転側の部材であって、磁気回路で発生する回転力により回転駆動される。なお、ロータ３の構成については、後段にて詳述する。
流体軸受装置４は、図２に示すように、ベースプレート２およびステータ５に対して相対回転可能な状態で支持するための装置である。なお、流体軸受装置４については後段にて詳述する。
【００５８】
ステータ５は、後述するバックヨーク３３およびロータマグネット３４とともに磁気回路を構成しており、筒状部２１の外周側に固定されている。そして、この磁気回路により発生した回転方向の駆動力により、ベースプレート２およびステータ５に対してロータ３が回転駆動される。
【００５９】
［ロータ３の構成］
ロータ３は、図１に示すように、バックヨーク３３と、ロータマグネット３４と、ロータハブ３１と、を有している。
【００６０】
バックヨーク３３は、ロータハブ３１の軸方向下側に設けられた環状の部材であり、圧入等により固定されている。また、バックヨーク３３は、磁性体によって構成されている。
【００６１】
ロータマグネット３４は、ステータ５の半径方向における外周側において対向するように配置された環状の部材であって、バックヨーク３３の内周側に固定されている。
ロータハブ３１は、記録ディスクＭが装着される部材であり、後述するスリーブ４２（図２参照）の外周側に接着等により固定されている。また、ロータハブ３１は、図１に示すように、ロータハブ本体３５と、ディスク載置部３６とを有している。
【００６２】
ロータハブ本体３５は、記録ディスクＭを半径方向に支持する筒状の部分であって、スリーブ４２の外周側に固定されている。ロータハブ本体３５の外周側には、例えば、３枚の記録ディスクＭが挿嵌される。
【００６３】
ディスク載置部３６は、記録ディスクＭを載置するための環状の部分であり、ロータハブ本体３５の軸方向における下端部の外周側に形成されている。
なお、記録ディスクＭとしては、例えば、情報アクセス手段（図示せず）によって情報を読み書きできる磁気ディスク等が含まれる。また、記録ディスクＭは、クランパ３９によってロータハブ本体３５の側方に固定配置される。複数の記録ディスクＭを固定する場合には、スペーサ４０によって各記録ディスクＭを一定の距離を隔てて、各記録ディスクＭを挟持固定する。
【００６４】
［流体軸受装置４の構成］
流体軸受装置４は、図２に示すように、スリーブ４２の両端が開放された両端開放型の流体軸受装置であって、シャフト４１とスリーブ４２とを有している。また、この流体軸受装置４は、固定されたシャフト４１の周りを回転体が回転するシャフト固定型の流体軸受装置である。
【００６５】
（シャフト４１）
シャフト４１は、流体軸受装置４の固定側の部材であって、軸方向における下端部がベースプレート２の筒状部２１に固定されている。また、シャフト４１は、シャフト本体４１ａと、第１スラストフランジ４１ｂと、第２スラストフランジ４１ｃとを有している。
【００６６】
シャフト本体４１ａは、シャフト４１の主要部を構成する円柱状の部材であって、スリーブ４２の内周側にスリーブ４２との間に微小隙間を介して配置されている。
第１スラストフランジ４１ｂは、例えば、シャフト本体４１ａと一体成形された環状の部材であって、軸方向においてスリーブ４２の軸方向下側端面と微小隙間を介して対向するように第１筒状突出部４２ｂの内周側に配置されている。
【００６７】
第２スラストフランジ４１ｃは、スリーブ４２に対して軸方向の第１スラストフランジ４１ｂと反対側に配置された環状の部材であって、例えば、シャフト本体４１ａに対してレーザ溶接や接着、圧入等によって固定されている。また、第２スラストフランジ４１ｃは、スリーブ４２の軸方向上側端面と軸方向に微小隙間を介して対向するように第２筒状突出部４２ｃの内周側に配置されている。
【００６８】
また、第１・第２スラストフランジ４１ｂ・４１ｃには、スリーブ４２の一部と対向する側の面に、第１・第２スラスト動圧発生溝７２ａ・７３ａが形成されている。
第１・第２スラスト動圧発生溝７２ａ・７３ａは、図示しないヘリングボーン形状またはスパイラル形状に形成されている。なお、第１・第２スラストフランジ４１ｂ・４１ｃに形成された第１・第２スラスト動圧発生溝７２ａ・７３ａについては、後段にて詳述する。
【００６９】
第１・第２スラストフランジ４１ｂ・４１ｃは、外周部に約６度のテーパ形状を有している。具体的には、第１・第２スラストフランジ４１ｂ・４１ｃの外周面は、軸方向下側および上側に向かって第１・第２筒状突出部４２ｂ・４２ｃの内周面と離れる方向に傾斜している。
【００７０】
（スリーブ４２）
スリーブ４２は、流体軸受装置４に含まれるほぼ上下対称な回転側の筒状部材であって、シャフト４１に対して相対回転可能な状態で配置された筒状の部材である。そして、スリーブ４２は、例えば、外周面に複数のＤカット部分が形成されたインナースリーブ４３を、アウタースリーブ４４に接着剤を併用し軽圧入（嵌挿）して組み立てることによって、後述する連通孔４２ｅを有する筒状の部分を形成している。具体的には、スリーブ４２は、前述したように、インナースリーブ４３と、アウタースリーブ４４とによって構成され、複数のラジアル動圧発生溝７１ａ・７１ｂと、凹部４２ａと、第１筒状突出部４２ｂと、第２筒状突出部４２ｃと、固定部４２ｄと、複数の連通孔４２ｅと、クランパ内接部４２ｆと、ロータハブ内接部４２ｇと、環状凸部４２ｈと、環状溝４９ａ・４９ｂと、を有している。
【００７１】
ラジアル動圧発生溝７１ａ・７１ｂは、スリーブ４２の内周面に形成された円周方向に均等に配置された溝であって、図示しないヘリングボーン形状に形成されている。
凹部４２ａは、スリーブ４２の内周側に形成された環状の凹み部分であり、軸方向におけるラジアル動圧発生溝７１ａ・７１ｂ間に配置されている。
【００７２】
第１・第２筒状突出部４２ｂ・４２ｃは、スリーブ４２の両端部の外周部が軸方向外側に突出する筒状の部分である。第１・第２筒状突出部４２ｂ・４２ｃの内周部には、第１・第２スラストフランジ４１ｂ・４１ｃが配置されており、そのため第１・第２筒状突出部４２ｂ・４２ｃの内径は、スリーブ４２の内径よりも大きく設定されている。
【００７３】
固定部４２ｄは、第２筒状突出部４２ｃの端部から軸方向上側へさらに突出するスリーブ４２の筒状部分である。そして、固定部４２ｄの内径は、第２筒状突出部４２ｃの内径よりも大きく設定されており、固定部４２ｄの内周側にはカバー４５が接着等によって固定されている。
【００７４】
連通孔４２ｅは、インナースリーブ４３とアウタースリーブ４４との間に形成されており、スリーブ４２を軸方向に貫通するように、例えば、円周方向に均等に配置されている。
【００７５】
クランパ内接部４２ｆは、記録ディスクＭをロータハブ３１に固定するためのクランパ３９が、スリーブ４２に内接する部分であって、第２筒状突出部４２ｃの端部から軸方向上側へさらに突出する筒状部分である。なお、本実施形態では、固定部４２ｄと、クランパ内接部４２ｆとは、同じ部分を指している。
【００７６】
ロータハブ内接部４２ｇは、スリーブ４２にロータハブ３１（図１参照）が内接するようにして取り付けられる部分である。
環状凸部４２ｈは、軸方向におけるスリーブ４２のほぼ中央近傍に形成される環状の凸部分である。
【００７７】
環状溝４９ａ・４９ｂは、図３に示すように、第２スラストフランジ４１ｃに対向するように、アウタースリーブ４４の内周面における軸方向上側と下側とに各々形成されている。なお、環状溝４９ａ・４９ｂは、さらに第１スラストフランジ４１ｂに対向するように形成されていても良い。これらの環状溝については、後段にて詳述する。
【００７８】
（シャフト４１およびスリーブ４２の間の軸受部７１・７２・７３の構成）
また、シャフト４１およびスリーブ４２の間には、作動流体としての潤滑流体４６が充填されている。なお、潤滑流体としてはエステル系オイル、フッ素系潤滑流体、イオン性液体などが挙げられる。そして、第１スラストフランジ４１ｂと第１筒状突出部４２ｂとの間および第２スラストフランジ４１ｃと第２筒状突出部４２ｃとの間には、テーパシール部（軸受シール部）４８ａ・４８ｂが形成されている。
【００７９】
そして、この流体軸受装置４では、ロータ３を半径方向に支持するラジアル軸受部（動圧軸受部）７１が、ラジアル動圧発生溝７１ａ，７１ｂを有するスリーブ４２、シャフト４１およびその間に介在する潤滑流体４６によって構成される。また、ロータ３を軸方向に支持する第１スラスト軸受部（動圧軸受部）７２は、第１スラスト動圧発生溝７２ａを有する第１スラストフランジ４１ｂ、スリーブ４２およびその間に介在する潤滑流体４６によって構成される。さらに、ロータ３を軸方向に支持する第２スラスト軸受部（動圧軸受部）７３は、第２スラスト動圧発生溝７３ａを有する第２スラストフランジ４１ｃ、スリーブ４２およびその間に介在する潤滑流体４６によって構成される。
【００８０】
ここで、回転側の部材（スリーブ４２等）が固定側の部材（シャフト４１等）に対して相対回転すると、各軸受部７１・７２・７３においてシャフト４１の半径方向および軸方向において、それぞれ回転側の部材と所定の隙間を空けた状態で支持する力（動圧）が発生する。これにより、回転側の部材と固定側の部材とを非接触状態として効率よくスピンドルモータ１における回転を開始することができる。
【００８１】
（環状溝４９ａ・４９ｂ）
環状溝４９ａ・４９ｂは、テーパシール部４８ｂにおいて、図３に示すように、第２スラストフランジ４１ｃに対向するように、アウタースリーブ４４における第２筒状突出部４２ｃの内周面１４２ｃにおける軸方向上側と下側とに、各々断面が円弧状に形成されている。これらの環状溝は、流体軸受装置４が通常の動作を行うために許容される、潤滑流体４６の液面位置の変動範囲に基づいて配置される。ここでは、潤滑流体４６の液面の最大高さ位置は、環状溝４９ａの位置を越えることはない。また、通常動作を行う状態における液面の最小高さ位置は、環状溝４９ｂの位置を下回ることはないように設定されている。
【００８２】
以下、これらの環状溝について、様々な条件からパラメータを定めて規定する。なお、以下の説明では、環状溝４９ａを用いて説明するが、４９ｂについても断りがない限り、その形状は同様である。
【００８３】
（１）顕微鏡で、軸方向上側からテーパシール部４８ｂの環状溝４９ａを観察した時に環状溝４９ａが明瞭に見える条件
環状溝４９ａは、第２筒状突出部４２ｃの内周面１４２ｃに設けられるため、環状溝４９ａの溝深さＤｇ２（図３参照）が内周面１４２ｃの表面粗さよりも十分深くないと、環状溝４９ａの存在を明瞭に識別することはできない。一方、テーパシール部４８ｂのシール機能を確保するために、内周面１４２ｃの表面粗さは極力小さくすることが求められる。通常、この加工は、軸受部の面加工と同時に行われ、内周面１４２ｃの表面粗さの最大高さＲｚ（ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１，２００１）は、軸受面の表面粗さと略同程度に仕上げられる。この時、表面粗さの最大高さＲｚは、１〜１．５程度である。この場合、溝深さＤｇが、Ｒｚの２倍以上（Ｄｇ≧２Ｒｚ）である３μｍ以上であれば、環状溝４９ａは軸方向上側から顕微鏡で十分に識別可能である。なお、溝深さＤｇの上限値は、環状溝４９ａから離脱した気泡が環状溝４９ａの位置におけるテーパシール部４８ｂの隙間を通過できる条件から定める。すなわち、テーパシール部４８ｂにおける隙間ΔＲの１／２が環状溝４９ａの最大値となる。
【００８４】
一方、溝深さＤｇが十分に深くても、環状溝４９ａの軸方向の幅Ｗｇ２が大きすぎると、図４に示す環状溝４９ａの円弧面と内周面１４２ｃの内周面との接触点における交差角ＢｇおよびＣｇが小さくなり、内周面１４２ｃと環状溝４９ａとの区別が不明瞭になる。顕微鏡で両者の区別を明確にするためには、交差角Ｂｇ，Ｃｇは、５度以上、より好ましくは１０度以上が必要である。また、別の見方をすると、溝幅Ｗに対して溝深さＤｇは一定以上の大きさがあることが好ましい。具体的には、Ｄｇ／Ｗは０．０２５より大きく、より好ましくは０．０５よりも大きいことが望ましい。更には、０．１以上であることがより望ましい。このような関係を満たすために、スリーブに旋盤加工を施す際にはバイトのノーズＲは２００以下または３００μm以下にする事が望ましい。なお、ここで交差角Ｂｇ，Ｃｇを定める際、軸方向における幅５０μｍ以下の微少なＣ面取りやＲ面取りは除外して評価している。
【００８５】
（２）環状溝４９ａに気泡が滞留しない条件
環状溝４９ａの溝深さＤｇが深いと、より明瞭に環状溝４９ａが識別可能になることは上記の通りである。しかし、環状溝４９ａ内部に気泡が入り込む、あるいは気泡が環状溝４９ａ内部に留まるといった状態になると、流体軸受装置４のシール機能が果たされなくなる点にも留意が必要である。すなわち、気泡が環状溝４９ａ内部に入り込んだ状態で、例えば、減圧環境になると、気泡が膨張してテーパシール部４８ｂの隙間を塞いでしまう。さらに減圧状態が進行すると、潤滑流体４６がテーパシール部４８ｂから溢れ出したり、気泡が破裂したりしてその衝撃で潤滑流体４６がテーパシール部４８ｂから離れたところにまで飛散してしまう。そこで、この問題を防ぐために、環状溝４９ａのさらなる規定を試みる。
【００８６】
気泡が環状溝４９ａに滞留する条件は、溝深さＤｇ以外に、内周面１４２ｃの最大高さ粗さＲｚ、環状溝４９ａと内周面１４２ｃとの接触点における交差角ＢｇおよびＣｇ、環状溝４９ａの隅肉Ｒの寸法、テーパシール部４８ｂの回転軸に対する半径方向の開口距離等に依存する。
ここで、気泡滞留条件を検討する前に、まず気泡発生原因を明らかにする。以下、気泡発生原因を、第１〜第３の原因に分けて説明する。
【００８７】
ａ）第１の原因
潤滑流体４６が常温で空気中の水分を吸収した後に、流体軸受装置４が急速に高温（例えば、約１００℃）になると、吸収した水分は蒸発する過程で気泡になる。
水分蒸発による気泡の発生は、大気に曝されるテーパシール部４８ｂ（特に内周面１４２ｃ）および環状溝４９ａの最大高さ粗さＲｚ、隅肉Ｒ寸法、さらにテーパシール部４８ｂを構成する金属の熱伝導性に強く依存する。流体軸受装置４の温度が上昇する時、流体軸受装置４の温度は全体に一様ではなく、ミクロ的な視点で見ると、より伝熱性が大きい金属表面近傍でもっとも温度が高くなる。水蒸気の気泡は、この金属表面で発生する。気泡は、一旦発生すると、気泡表面から潤滑流体４６中の水蒸気を吸収し、かつ金属表面からの熱エネルギーの供給を受けて、体積が急速に大きくなる。
【００８８】
テーパシール部４８ｂが重力方向に対して上向きに開口していれば、成長した気泡は、気泡自身の浮力によって内周面１４２ｃおよび環状溝４９ａの表面から離れ、潤滑流体４６の液面にゆっくりと出て行くため、環状溝４９ａ内部に滞留しない。ところが、内周面１４２ｃのおよび環状溝４９ａの最大高さ粗さＲｚが大きい場合や、隅肉コーナＲが小さい場合、あるいはテーパシール部４８ｂの回転軸に対する半径方向の開口距離が小さい場合は、気泡は表面張力によって環状溝４９ａ内部に留まってしまう。そして、気泡の体積が大きくなり、気泡にかかる浮力がその表面張力を上回った時に初めて、環状溝４９ａ内部から離れようとする。ここで、気泡がスムーズに離れない場合、大きく成長した気泡が潤滑流体４６の液面まで出ようとして、潤滑流体４６をテーパシール部４８ｂから溢れさせ、飛散させてしまうのである。これは、突沸現象による気泡の爆発ともいえる。
【００８９】
ｂ）第２の原因
流体軸受装置４を組み立てる際や、流体軸受装置４を含むモータなどの部品を設置する際等に衝撃的な荷重が加わり、シャフト４１とスリーブ４２（共に図２を参照）とが相対的に移動する。これにより、潤滑流体４６の液面が、所定の位置よりも軸方向下側に下がった場合、環状溝４９ａ内部に気泡が入り込み易くなる。
【００９０】
ｃ）第３の原因
高温条件下において、潤滑流体４６が空気中の酸素および窒素を吸収した後、低温条件下に移行すると、潤滑流体４６中に溶解した酸素および窒素が飽和状態に達して気泡になる。
【００９１】
通常、多くの液体は、気体を溶解させた状態で平衡状態にある。潤滑流体４６も例外ではなく、空気成分がその気体成分の分圧や温度に依存して、所定量溶け込んでいる。ただし、その溶解度は、テーパシール部４８ｂの奥部分よりも開口部近傍が最も高くなる。これは、組み立て前に潤滑流体４６中の気体成分を除去するために、流体軸受装置４の製造時に、１０＾（−５）Ｐａ程度にまで脱気して所定時間放置してから注油することによる。一方、テーパシール部４８ｂの開口部近傍は、組み立て後は常に大気に曝されることになり、大気圧がかかるので、組み立て後数時間程度で飽和状態に達する。
【００９２】
ここで、上記の現象について、一般論を用いて詳述する。
気体の溶解度は、気体と液体との組み合わせが決まれば、あとは温度、蒸気分圧に応じて変化する。例えば、水にＯ2やＣＯ2が溶解する場合は、温度が低いほど溶解度は高くなり、逆に温度が高いと溶解度は低下する。また、いずれの気体もその蒸気分圧が高いほど、溶解度はほぼそれに比例して高くなる。
【００９３】
しかし、水の場合とは異なり、潤滑流体の場合はその傾向が異なる。例えば、図５に示すように、流体軸受装置に広く用いられるエステル系潤滑流体の場合は、温度上昇と共に空気の溶解度が上昇する。エステル系潤滑流体に限らず、通常、軸受装置に用いられる可能性がある潤滑流体の多くは、温度が高いほど空気を溶解させやすいと考えられる。
【００９４】
ところが、流体軸受装置の中でシャフトがスリーブに対して相対的に回転すると、動圧発生溝が形成されているため、流体軸受装置内部に圧力の高い部分と低い部分とが生ずる。流体軸受装置の仕様によっては、大気圧よりも圧力が低い部分、いわゆるキャビティが回転中に発生する。このキャビティにおいて、潤滑流体中に溶解した気体成分が飽和状態に達してそれ以上溶解することが不可能になると、軸受内部で気泡となってしまう。このような気泡発生は、気体が溶け込みやすいテーパシール部の開口部に近い部分で発生しやすいと考えられる。しかし、流体軸受装置の回転が進行するにつれて、軸受装置内部まで潤滑流体が循環するため、開放端近傍にあった潤滑流体も軸受装置の奥深くまで達する。その結果、軸受装置内部でも気泡を発生することがある。これを防ぐために、内部にまで気泡が進入しないように流体軸受装置内部の圧力分布を設定する必要がある。
【００９５】
これらの気泡は、回転中は軸受装置内部の動圧発生溝近傍に留まろうとする。しかし、回転中、モータの回転に伴う磁気的な振動等が原因で、スリーブ内でシャフトが微振動する。その結果、気泡も非定常で振動し、また軸受装置の微小隙間部を潤滑流体と共に移動しようとするために、気泡の体積変動によって一般に１／２回転成分のＮＲＲＯが発生してしまう。なお、１／２回転成分とは、回転周波数の１／２の周波数を持つ振動成分である。回転が停止すると、気泡は軸受内部のより広い空間に溜まっていく。
【００９６】
また、空気は高温状態において潤滑流体に溶け込み易いため、流体軸受装置が高温状態で運転中は、大気成分が潤滑流体にさらに大量に溶け込むことになる。このような環境で運転した軸受装置を低温環境下に持ち込むと、潤滑流体内部において酸素および窒素が過飽和状態となって、気泡が発生してしまう。なお、ＣＯ2は高温になると溶解しにくいのは水の場合と同様であるが、もともと空気中におけるＣＯ2の分圧は低く溶解量が小さいため、上記気泡発生メカニズムにおける影響は無視しうる。
【００９７】
以上述べたように、潤滑流体４６内部に溶け込んだ大気成分は、流体軸受装置４の回転に伴うキャビティの発生、減圧環境、および温度降下によって気泡になる。この気泡が流体軸受装置４の外へ排出されるためには、テーパシール部４８ｂでスムーズに排出される必要がある。ところが環状溝４９ａが深すぎると、それを阻害してしまう。
【００９８】
上記ａ）〜ｃ）の要因に関して、その対策としては、ａ）については、I）突沸を抑制することと、ｂ），ｃ）については、II）生成した気泡を排出することが必要である。そこで、次に、これらの検討を行う。
【００９９】
I）突沸現象による気泡の爆発の抑制
テーパシール部４８ｂ（の内周面１４２ｃ）を構成する金属が、銅やアルミニウムに比較して熱伝導性が悪いステンレス等であると、金属表面の温度も不均一になりやすい。そのため、急速に周囲の温度が上昇すると、突沸現象を生じ、気泡が大量に発生して潤滑流体４６を飛散させてしまう。
【０１００】
ここでまず、突沸現象を裏付ける実験を行った。図６に示すように、ステンレス製の小さな容器８１に潤滑流体４６を１μリットル注入し、容器８１を厚さ１ｍｍ弱、直径約９０ｍｍのガラスディスク８２上に載せて、１２０℃に加熱したオーブン内に入れ、２４時間後に潤滑流体４６の状態を確認した。容器８１の底面コーナ８３は、隅肉Ｒが２０μｍ以下のシャープな隅肉になっており、また容器８１の内面の最大高さ粗さＲｚは約２０である。
この結果、潤滑流体４６は、図７に示すように、その大半が容器８１の上端面やガラスディスク８２上に飛散していた。同じ実験を３回繰り返しても同様の現象が見られた。
上記実験例と他の比較例についてさらに示す。
【０１０１】
潤滑流体４６の飛散の原因は、容器８１内部の最大高さ粗さＲｚおよび容器８１の底面コーナ８３の隅肉Ｒ寸法のパラメータ、さらに容器８１の材質に依存するものとして、様々なパラメータを用いた追加実験を各３回行った。その結果を表１に示す。
【０１０２】
【表１】
2009162246.tif 000003
【０１０３】
表１より、潤滑流体４６が飛散（突沸）しない条件は、容器８１に関して、１）最大高さ粗さＲｚが３以下、２）底面コーナ８３の隅肉Ｒが５０μｍ以上、３）材質が銅製容器、あるいは、４）材質がアルミニウム製容器のいずれか一つを満足すればよいことがわかる。流体軸受装置を構成する金属は、銅系金属、アルミニウム系金属、または、ステンレス製金属の中から選択することが多いため、加工性等の観点から、２）底面コーナ８３が５０μｍ以上の条件を選択することが最も適切である。もちろん、最大高さ粗さＲｚを小さくしても（３以下）効果は大きいが、焼結金属で軸受部材を作る場合を考慮すると最大高さ粗さＲｚよりも底面形状の方が制御しやすい。
【０１０４】
このような突沸現象の生ずる環境は、従来の流体軸受装置が搭載されているＰＣ環境では極めて稀と考えられがちであるが、例えば、ＨＤＤが今後携帯電話やビデオカメラ等のモバイル機器等に広く用いられていくことを考慮すると、無視してはならないものと考える。特に、真夏の炎天下で高温になった車のボディやダッシュボードの上に放置した場合、容易に高温環境状態になるため、より苛酷な条件下で性能信頼性を維持することが必要になるのである。
【０１０５】
II）環状溝４９ａから気泡が排出される条件
ここでは、減圧環境下もしくは温度降下によって、流体軸受装置４内部で発生した気泡が環状溝４９ａ内部で滞留・成長せずにスムーズに排出される条件に関して記述する。
【０１０６】
気泡が排出されるには次の条件が必要となる。
i）気泡が膨張する時に、環状溝に留まろうとする力よりもテーパシール部を抜けようとする力の方が大きいこと
ii）発生した気泡が、強い変形を受けることなくテーパシール部を通過可能であること
上記条件を求めるために、実験的アプローチによって臨界点を探った。
【０１０７】
i）について
実験を行うための擬似軸受装置２０４は、図８に示すように、スリーブ２４３を透明アクリルで作成して、その開口部に幅Ｗと深さＤｇとを様々に変えた環状溝２４９ａを設けたテーパシール部２４８ｂを備えている。ここで、図８に示すように、シャフト２４１を挿入して更に潤滑流体４６を、環状溝２４９ａを越える程度まで注入する。そして、シャフト２４１に振動を加えて潤滑流体４６を攪拌することで気泡２９０を環状溝２４９ａに入り込ませる。次に、気泡２９０が入り込んでいることを目視で確認して、図示しない真空チャンバー内に擬似軸受装置２０４を設置する。この状態で真空チャンバー内の気圧をゆっくり下げていくと、環状溝２４９ａ内の気泡２９０は膨張していく。ここで、図８に示すように、気泡２９０が環状溝２４９ａから離脱して行くことが確認出来れば、気泡２９０が環状溝２４９ａ内に留まることはないと考えて良い。すなわち、環状溝２４９ａに留まろうとする力よりもテーパシール部２４８ｂを抜けようとする力の方が大きいと判断して良い。
【０１０８】
それぞれのパラメータ（溝幅Wと溝深さＤｇ）の組み合わせに関して各５回ずつ実験を繰り返した結果を表２に示す。表中、溝幅Wと溝深さＤｇの単位はｍｍである。なお、真空チャンバーの気圧は、ゲージ圧で−０．８気圧程度までとした。これは、通常の航空機で輸送または使用する時を想定して４０，０００ｆｔを飛行する場合に相当する。表中、各セルの上段はＤｇ／Ｗの比率であり、下段カッコ内数字は５回中、気泡２９０が環状溝２４９ａ内に留まった回数である。
【０１０９】
【表２】
2009162246.tif 000004
【０１１０】
この結果、Ｄｇ／Ｗが０．４以上では、気泡２９０が環状溝２４９ａ内に留まる回数は２回以上であるが、０．４未満であるとほぼゼロになることがわかった。さらに０．３以下であれば、気泡２９０が環状溝２４９ａ内に留まる回数は完全にゼロになり、より好ましい。
【０１１１】
ii）について
発生した気泡が、強い変形を受けることなくテーパシール部２４８ｂを通過可能である条件は、図９に示すように、発生した気泡２９０の直径が、テーパシール部２４８ｂの半径隙間ΔＲよりも小さいことである。
【０１１２】
溝深さＤｇは、大きくなりすぎると環状溝２４９ａ内での気泡２９０が大きくなりすぎてしまう。ＨＤＤ用の流体軸受スピンドルモータにおいては、テーパシール部２４８ｂのシャフト２４１とスリーブ２４３との隙間は、通常、２００〜３００μｍ程度であることが多い。ここで、気泡２９０がテーパシール部２４８ｂから抜け出るには、気泡２９０の直径が、テーパシール部２４８ｂの隙間ΔＲよりも小さいことが必要である。ところで、円弧形状の開角が１８０度以上であると、気泡は円弧部から抜けることが出来なくなる。この時、溝深さＤｇが、例えば、１００μｍであると、半径１００μｍすなわち直径２００μｍの気泡が出来る。したがって、テーパシール部２４８ｂの隙間ΔＲは、２００μｍ以上であることが必要になる。換言すると、溝深さＤｇをテーパシール部２４８ｂの隙間ΔＲの１／２以下にすることで、気泡２９０の排出を妨げることが無くなる。
【０１１３】
以上、（１）顕微鏡で、シャフト４１方向上側からテーパシール部４８ｂの環状溝４９ａを観察した時に、環状溝４９ａが明瞭に見える条件および（２）気泡が、環状溝４９ａ内に滞留しない条件の検討を行って、環状溝４９ａの規定を行った。この規定に従えば、環状溝４９ａ内に気泡が留まることなく、テーパシール部４８ｂからの潤滑流体の漏れ出しを防ぐことが可能である。さらに、簡易な低倍率の顕微鏡を用いるだけで明瞭に環状溝４９ａを識別可能であり、潤滑流体の液面が環状溝４９ａに対してどの位置にあるかを容易に判断できる。
【０１１４】
なお、上記実施形態において環状溝４９ａは、アウタースリーブ４４の内周面側に設けたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、シャフトもしくはスラストフランジの外周側に設けても良い。ただし、スリーブの内周面側に設けることがより望ましい。これは次の理由による。
【０１１５】
軸固定型の場合、外周側に位置するスリーブが回転するため、遠心力によって回転中の液面は外周側が上がり、内周側は液面が下がる。そのため、起動停止を繰り返すと環状溝内に気泡を噛み込みやすくなる。一方、スリーブの内周面側に環状溝があって、仮に起動停止のたびに一時的に環状溝を挟んで液面が上下しても、外周側は遠心力が働くために液面内の圧力が高くなるため、気泡は圧力が低い内周側に寄せられる。従って、環状溝内に気泡が滞留することが抑制される。
【０１１６】
また、軸回転の場合はシャフト側が回転するが、液面は軸固定と同様に外周側の方が高くなり、内周側は液面が下がってしまう。これは、内周側の方が、より圧力が低いことを意味する。そのため、シャフト外周に環状溝があると、環状溝内部に気泡がより溜まりやすくなってしまう。したがって、軸回転の場合もシャフトやスラストフランジの外周に環状溝を設けるよりもスリーブ内周に設けることがより望ましい。
【０１１７】
また、環状溝は、必ずしも円弧状でなくとも良く、図１０に示すように、テーパシール部（軸受シール部）３４８ｂにおける環状溝３５０は、溝底部３５０ａが略円弧状で、その上下部３５０ｂ，３５０ｃは、直線である略多角形形状でもよい。ここで、溝底部３５０ａの曲率半径は、５０μｍ以上にするのが望ましい。
【０１１８】
［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）
上記実施形態では、流体軸受装置４が倒立状態で使用され、そのテーパシール部４８ｂが、軸方向上側に向かって開口してい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。
【０１１９】
例えば、流体軸受装置４が軸水平および斜め姿勢等の状態で使用される場合であっても、本発明を適用することは可能である。
これにより、環状溝４９ａに気泡が留まることなく、テーパシール部４８ｂからの潤滑流体４６の漏れ出しも防ぐことが可能である。さらに、簡易な低倍率の顕微鏡を用いるだけで明瞭に環状溝４９ａを識別可能であり、潤滑流体４６の液面が環状溝４９ａに対してどの位置にあるかを容易に判断できる。
【０１２０】
（Ｂ）
上記実施形態では、図１に示すようなスリーブ４２の両端が開放された両端開放型の流体軸受装置４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。
【０１２１】
例えば、図１２に示すような、軸回転型で、スリーブ１４２の片側が開放された片側開放型の流体軸受装置１０４であっても、本発明を適用可能である。
流体軸受装置１０４では、環状溝１４９は、固定部であるスリーブ１４２の軸方向上側に形成され、スリーブ１４２と回転部であるシャフト１４１との間にテーパシール部（軸受シール部）１４８が形成されている。ここでは、スリーブ１４２は、アウターおよびインナースリーブのように分離した構成は取っておらず、第２スラストフランジも構成されていない。この場合であっても、テーパシール部１４８からの潤滑流体１４６の漏洩を防ぎ、潤滑流体１４６の充填状態を正確に管理する必要がある。
そこで、環状溝１４９の構成に本発明を適用することで、上記効果を得ることが可能となる。
【０１２２】
（Ｃ）
上記実施形態では、流体軸受装置４のテーパシール部４８ｂにおいて、環状溝４９ａ・４９ｂが、第２スラストフランジ４１ｃに対向するように、アウタースリーブ４４の内周面における軸方向上側と下側とに各々形成されてい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。
【０１２３】
例えば、流体軸受装置４の構成等に応じて、環状溝の本数は上側または下側の１本だけであってもよい。この場合であっても、本発明の環状溝の規定を適用することで、潤滑流体４６の漏洩等を防ぎ、潤滑流体の充填状態を正確に管理することが可能である。
【０１２４】
（Ｄ）
上記実施形態では、環状溝４９ａの断面が、単一の略円弧で近似される形状からなる例を挙げ、その仮定のもとに様々なパラメータを計算して環状溝４９ａの規定をした。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
【０１２５】
例えば、環状溝４９ａは、その断面が、複数の略円弧もしくは直線で近似される形状を接続して一つの溝を形成しているような形状であっても構わない。
この場合であっても、上記と同様の効果を得ることができる。ただし、互いに接している円弧または直線どうしが、互いの接続点における接線を共有しないような形状の場合は、接続点ごとに上記実施形態の条件を判断する必要がある。
【産業上の利用可能性】
【０１２６】
本発明の装置は、シール機能の信頼性を向上させ、また潤滑流体の充填管理の信頼性を向上させるという効果を奏することから、流体を有するモータ等に広く適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１２７】
【図１】本発明の一実施形態に係る流体軸受装置を搭載したスピンドルモータの構成を示す断面図。
【図２】図１のスピンドルモータに含まれる流体軸受装置の構成を示す拡大図。
【図３】図２の流体軸受装置に含まれるテーパシール部近傍の構成を示す拡大図。
【図４】図３のテーパシール部に含まれる環状溝近傍の拡大図。
【図５】エステル系潤滑流体における気体溶解度の温度特性を示すグラフ。
【図６】突沸現象を確認する実験の様子を示す図。
【図７】突沸現象を確認する実験の様子を示す図。
【図８】図４に含まれる環状溝に気泡が入り込んだ状態を示す断面図。
【図９】環状溝に気泡が入り込んだ状態を示す断面図。
【図１０】本発明の他の実施形態における環状溝の断面図。
【図１１】図２の流体軸受装置に含まれるテーパシール部近傍の状態を示す拡大図。
【図１２】本発明の他の実施形態に係る流体軸受装置の構成を示す断面図。
【符号の説明】
【０１２８】
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
５      ステータ
２１      筒状部
３１      ロータハブ
３３      バックヨーク
３４      ロータマグネット
３５      ロータハブ本体
３６      ディスク載置部
３９      クランパ
４０      スペーサ
４１      シャフト
４１ａ    シャフト本体
４１ｂ    第１スラストフランジ
４１ｃ    第２スラストフランジ
４２      スリーブ
４２ａ    凹部
４２ｂ    第１筒状突出部
４２ｃ    第２筒状突出部
４２ｄ    固定部
４２ｅ    連通孔
４２ｆ    クランパ内接部
４２ｇ    ロータハブ内接部
４２ｈ    環状凸部
４３      インナースリーブ
４４      アウタースリーブ
４５      カバー
４６      潤滑流体
４８ａ，４８ｂ    テーパシール部（軸受シール部）
４９ａ，４９ｂ    環状溝
７１      ラジアル軸受部（動圧軸受部）
７１ａ，７１ｂ    ラジアル動圧発生溝
７２      第１スラスト軸受部（動圧軸受部）
７２ａ    第１スラスト動圧発生溝
７３      第２スラスト軸受部（動圧軸受部）
７３ａ    第１スラスト動圧発生溝
８１      容器
８２      ガラスディスク
８３      底面コーナ
１０４    流体軸受装置
１４１    シャフト
１４２    スリーブ
１４２ｃ  内周面
１４６    潤滑流体
１４８    テーパシール部
１４９    環状溝
２０４    擬似軸受装置
２４１    シャフト
２４３    スリーブ
２４８ｂ  テーパシール部（軸受シール部）
２４９ａ  環状溝
２９０    気泡
３４８ｂ  テーパシール部（軸受シール部）
３５０    環状溝
３５０ａ  溝底部
３５０ｂ，３５０ｃ    上下部
【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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【図１２】
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