(57)【要約】【課題】潤滑流体に存在する気泡を軸受部から確実に排出できる流体軸受式回転装置を提供する。【解決手段】  流体軸受式回転装置の流体軸受機構４０は、スリーブ１と、シャフト２と、フランジ３と、スラスト板４と、シールキャップ５と、オイル６とから構成されている。スリーブ１、フランジ３およびスラスト板４の間には、第１流体室Ｆが形成されている。スリーブ１およびシールキャップ５との間には、第２流体室Ｈが形成されている。スリーブ１には軸方向に延びる連通孔Ｇが形成されており、第１流体室Ｆと第２流体室Ｈとは連通孔Ｇにより連通している。各部材間にはオイル６が充填されている。毛管圧力は、第２流体室Ｈよりも第１流体室Ｆの方が大きい。【選択図】    図２
2007162922.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸受穴を有するスリーブと、
前記軸受穴内に相対回転可能に配置されたシャフトと、
前記スリーブの軸方向一方側に固定されたシールキャップと、
前記スリーブの軸方向他方側に固定されたスラスト板と、
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形成されたラジアル動圧発生溝を有するラジアル軸受部と、
前記ラジアル軸受部と連通し、前記スリーブ、シャフトおよびスラスト板のうち少なくともいずれか２つの間であって前記スリーブの軸方向他方側に形成された環状の第１流体室と、
前記ラジアル軸受部と連通し、前記スリーブおよびシールキャップの間に形成された環状の第２流体室と、
前記スリーブに形成され、前記第１および第２流体室を連通させる連通孔と、
前記スリーブ、シャフト、シールキャップおよびスラスト板の間に保持された潤滑流体とを備え、
毛管圧力は、前記第２流体室よりも前記第１流体室の方が大きい、
流体軸受式回転装置。
【請求項２】
軸受穴を有するスリーブと、
前記軸受穴内に相対回転可能に配置されたシャフトと、
前記シャフトの軸方向一方側に固定されたハブと、
前記スリーブの軸方向他方側に固定されたスラスト板もしくは閉塞板と、
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形成されたラジアル動圧発生溝を有するラジアル軸受部と、
前記ラジアル軸受部と連通し、前記スリーブ、シャフトおよびスラスト板もしくは閉塞板のうち少なくともいずれか２つの間であって前記スリーブの軸方向他方側に形成された環状の第１流体室と、
前記ラジアル軸受部と連通し、前記スリーブおよびハブの間に形成された環状の第２流体室と、
前記スリーブに形成され、前記第１および第２流体室を連通させる連通孔と、
前記スリーブ、シャフト、ハブおよびスラスト板もしくは閉塞板の間に保持された潤滑流体とを備え、
毛管圧力は、前記第２流体室よりも前記第１流体室の方が大きい、
流体軸受式回転装置。
【請求項３】
前記毛管圧力は、前記連通孔よりも前記第１流体室の方が大きい、
請求項１または２に記載の流体軸受式回転装置。
【請求項４】
軸受穴を有するスリーブと、
前記軸受穴内に相対回転可能に配置されたシャフトと、
前記スリーブの軸方向一方側に固定されたシールキャップと、
前記スリーブの軸方向他方側に固定されたスラスト板と、
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形成されたラジアル動圧発生溝を有するラジアル軸受部と、
前記ラジアル軸受部と連通し、前記スリーブ、シャフトおよびスラスト板のうち少なくともいずれか２つの間であって前記スリーブの軸方向他方側に形成された環状の第１流体室と、
前記ラジアル軸受部と連通し、前記スリーブおよびシールキャップの間に形成された環状の第２流体室と、
前記スリーブに形成され、前記第１および第２流体室を連通させる連通孔と、
前記スリーブ、シャフト、シールキャップおよびスラスト板の間に保持された潤滑流体とを備え、
毛管圧力は、前記連通孔よりも前記第１流体室の方が大きい、
流体軸受式回転装置。
【請求項５】
軸受穴を有するスリーブと、
前記軸受穴内に相対回転可能に配置されたシャフトと、
前記シャフトの軸方向一方側に固定されたハブと、
前記スリーブの軸方向他方側に固定されたスラスト板もしくは閉塞板と、
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形成されたラジアル動圧発生溝を有するラジアル軸受部と、
前記ラジアル軸受部と連通し、前記スリーブ、シャフトおよびスラスト板もしくは閉塞板のうち少なくともいずれか２つの間であって前記スリーブの軸方向他方側に形成された環状の第１流体室と、
前記ラジアル軸受部と連通し、前記スリーブおよびハブの間に形成された環状の第２流体室と、
前記スリーブに形成され、前記第１および第２流体室を連通させる連通孔と、
前記スリーブ、シャフト、ハブおよびスラスト板もしくは閉塞板の間に保持された潤滑流体とを備え、
毛管圧力は、前記連通孔よりも前記第１流体室の方が大きい、
流体軸受式回転装置。
【請求項６】
前記毛管圧力は、前記第２流体室よりも前記連通孔の方が大きい、
請求項１から５のいずれかに記載の流体軸受式回転装置。
【請求項７】
軸受穴を有するスリーブと、
前記軸受穴内に相対回転可能に配置されたシャフトと、
前記スリーブの軸方向一方側に固定されたシールキャップと、
前記スリーブの軸方向他方側に固定されたスラスト板と、
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形成されたラジアル動圧発生溝を有するラジアル軸受部と、
前記ラジアル軸受部と連通し、前記スリーブ、シャフトおよびスラスト板のうち少なくともいずれか２つの間であって前記スリーブの軸方向他方側に形成された環状の第１流体室と、
前記ラジアル軸受部と連通し、前記スリーブおよびシールキャップの間に形成された環状の第２流体室と、
前記スリーブに形成され、前記第１および第２流体室を連通させる連通孔と、
前記スリーブ、シャフト、シールキャップおよびスラスト板の間に保持された潤滑流体とを備え、
毛管圧力は、前記第２流体室よりも前記連通孔の方が大きい、
流体軸受式回転装置。
【請求項８】
軸受穴を有するスリーブと、
前記軸受穴内に相対回転可能に配置されたシャフトと、
前記シャフトの軸方向一方側に固定されたハブと、
前記スリーブの軸方向他方側に固定されたスラスト板もしくは閉塞板と、
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形成されたラジアル動圧発生溝を有するラジアル軸受部と、
前記ラジアル軸受部と連通し、前記スリーブ、シャフトおよびスラスト板もしくは閉塞板のうち少なくともいずれか２つの間であって前記スリーブの軸方向他方側に形成された環状の第１流体室と、
前記ラジアル軸受部と連通し、前記スリーブおよびハブの間に形成された環状の第２流体室と、
前記スリーブに形成され、前記第１および第２流体室を連通させる連通孔と、
前記スリーブ、シャフト、ハブおよびスラスト板もしくは閉塞板の間に保持された潤滑流体とを備え、
毛管圧力は、前記第２流体室よりも前記連通孔の方が大きい、
流体軸受式回転装置。
【請求項９】
前記第１または第２流体室が薄板円盤状であるとき、前記毛管圧力Ｐｎ〔Ｐａ〕は以下の式で表され、
Ｆｎ＝２π×Ｄｎ×γｎ×ｃｏｓθｎ
Ａｎ＝π×Ｄｎ×Ｓｎ
Ｐｎ＝Ｆｎ／Ａｎ
Ｄｎ：前記連通孔と前記流体室との連結部分中心位置の直径  〔ｍ〕
γｎ：前記潤滑流体の表面張力  〔Ｎ／ｍ〕
θｎ：前記潤滑流体の接触角  〔ｒａｄ〕
Ｓｎ：前記流体室の軸方向寸法  〔ｍ〕
Ｐｎ：前記毛管圧力  〔Ｐａ〕
前記第１または第２流体室が薄板円筒状であるとき、前記毛管圧力Ｐｎ〔Ｐａ〕は以下の式で表される、
Ｆｎo＝π×Ｄｎｏ×γｎ×ｃｏｓθｎ
Ｆｎi＝π×（Ｄｎｏ−２×ｒｎ）×γｎ×ｃｏｓθｎ
Ｆｎ＝Ｆｎｏ＋Ｆｎi
Ａｎ＝π×（Ｄｎｏ2−Ｄｎｉ2）／４
Ｐｎ＝Ｆｎ／Ａｎ
Ｄｎｏ：前記流体室の外径  〔ｍ〕
ｒｎ  ：前記流体室の半径方向寸法  〔ｍ〕
Ｄｎｉ：前記流体室の内径（Ｄｎｏ−２×ｒｎ）  〔ｍ〕
γｎ  ：前記潤滑流体の表面張力  〔Ｎ／ｍ〕
θｎ  ：前記潤滑流体の接触角  〔ｒａｄ〕
Ｐｎ  ：前記毛管圧力  〔Ｐａ〕
請求項１から８のいずれかに記載の流体軸受式回転装置。
【請求項１０】
前記連通孔の断面形状が円形のとき、前記毛管圧力Ｐｎ〔Ｐａ〕は以下の式で表され、
Ｆｎ＝π×Ｄｎ×γｎ×ｃｏｓθｎ
Ａｎ＝π×Ｄｎ2／４
Ｐｎ＝Ｆｎ／Ａｎ
Ｄｎ：前記連通孔の直径  〔ｍ〕
γｎ：前記潤滑流体の表面張力  〔Ｎ／ｍ〕
θｎ：前記潤滑流体の接触角  〔ｒａｄ〕
Ｐｎ：毛管圧力  〔Ｐａ〕
前記連通孔の断面形状が略四角形状のとき、前記毛管圧力Ｐｎ〔Ｐａ〕は以下の式で表される、
Ｆｎ＝２×（ｕ＋ｔ）×γｎ×ｃｏｓθｎ
Ａｎ＝ｕ×ｔ
Ｐｎ＝Ｆｎ／Ａｎ
ｕ  ：前記連通孔の断面の一辺の寸法  〔ｍ〕
ｒ  ：前記連通孔の断面の他辺の寸法  〔ｍ〕
γｎ：前記潤滑流体の表面張力  〔Ｎ／ｍ〕
θｎ：前記潤滑流体の接触角  〔ｒａｄ〕
Ｐｎ：毛管圧力  〔Ｐａ〕
請求項１から９のいずれかに記載の流体軸受式回転装置。
【請求項１１】
前記連通孔は、少なくとも一方の軸方向端部に、隣接する前記流体室に向かって断面積が大きくなるように形成されたテーパ面を有している、
請求項１から１０のいずれかに記載の流体軸受式回転装置。
【請求項１２】
前記ラジアル動圧発生溝は、前記潤滑流体を前記ラジアル軸受部から前記第１流体室を経由して前記連通孔へ流すように軸方向に非対称なヘリングボーン形状を有している、
請求項１から１１のいずれかに記載の流体軸受式回転装置。
【請求項１３】
前記第２流体室の軸方向寸法は、半径方向内側へいくにしたがって小さくなる、
請求項１から１２のいずれかに記載の流体軸受式回転装置。
【請求項１４】
前記シールキャップは、半径方向内側へいくにしたがって前記スリーブ側へ近づくように形成されたテーパ部を有している、
請求項１から１３のいずれかに記載の流体軸受式回転装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体軸受機構を利用した流体軸受式回転装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、記録ディスクを用いたハードディスク装置等は、そのメモリー容量が増大し、またデータの転送速度が高速化している。そのため、この種の記録装置の駆動装置として、高速回転に適した流体軸受式回転装置が用いられている。
この流体軸受式回転装置は、例えば、記録ディスクが装着された回転部材と、記録装置のハウジングなどに取り付けられた静止部材と、回転部材を静止部材に対して相対回転可能に支持する流体軸受機構とから主に構成されている。さらに流体軸受機構は、例えば、筒状のスリーブと、スリーブの内周側に相対回転可能に配置されたシャフトと、シャフトの端部に固定されたスラストフランジと、シャフトの外周面に形成されたヘリングボーン形状のラジアル動圧発生溝を有するラジアル軸受部と、スラストフランジに形成されたスパイラル形状のスラスト動圧発生溝を有するスラスト軸受部とから主に構成されている。流体軸受機構の各部材間にはオイルなどの潤滑流体が充填されている。
この流体軸受式回転装置では、磁気回路から生じる回転駆動力により回転部材が静止部材に対して回転する。この結果、シャフトとスリーブとが相対回転し、ラジアル軸受部およびスラスト軸受部において潤滑流体が流れ、そして両軸受部においてシャフトの半径方向および軸方向の支持圧が発生する。これにより、シャフトがスリーブに対して非接触状態で相対回転し、記録ディスクの高精度な高速回転を実現することができる。
【０００３】
しかし、潤滑流体に気泡が存在する場合、ラジアル軸受部およびスラスト軸受部において油膜切れが生じ、ＮＲＲＯなどが悪化し、所望の軸受性能を得ることができない。また、シャフトやスリーブが直接摺動し、流体軸受式回転装置の故障を招くおそれがある。
そこで、潤滑流体を循環させることで潤滑流体に存在する気泡を軸受部から排出する循環型の流体軸受機構を搭載した流体軸受式回転装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。この流体軸受式回転装置では、スリーブの端部に環状のカバーが取り付けられており、スリーブとカバーとの間にはラジアル軸受部と連通する環状の流体室が形成されている。また、スリーブにはスラスト軸受部周辺の空間と流体室とを連結する連通孔が形成されている。すなわち、ラジアル軸受部、スラスト軸受部、連通孔および流体室が連通した一つの空間を形成している。
この場合、ラジアル軸受部およびスラスト軸受部において発生するポンピング圧力により、ラジアル軸受部からスラスト軸受部、連通孔、そして流体室へと潤滑流体が流れ、ラジアル軸受部へ再び潤滑流体が流れ循環する。このとき、軸受部の気泡は潤滑流体とともに流れて、最終的に流体室に集められる。そして、集められた気泡はカバーに設けられた孔から排出される。これにより、この流体軸受式回転装置では、軸受部の気泡が順次外部へ排出され、気泡による不具合を防止することができる。
【特許文献１】ＷＯ２００４／０９４８４８Ａ１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、ポンピング圧力により連通孔を通って潤滑流体が循環しても、実際には潤滑流体とともに気泡が流体室へ流れない場合がある。例えば、循環機構を有していても、気泡がスラスト軸受部と連通孔との連結部分において滞留し、連通孔を通って気泡が流体室へ流れないことが多い。これは、ポンピング圧力により発生する循環力を考慮しただけでは気泡の排出不良という問題を完全に解決することができない、ということを意味している。このような気泡の挙動は単に各部の隙間の寸法、形状などで説明できるものではなく、従来の考え方だけでは気泡の挙動を予想することが困難な状態である。したがって、安定した気泡の排出を実現するために、気泡の挙動の原理を解明し、その原理を流体軸受式回転装置の設計に生かすことが望まれている。
本発明の課題は、潤滑流体に存在する気泡を軸受部から確実に排出できる流体軸受式回転装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の発明者は、気泡の挙動の原理を解明すべく、様々な実験を行い、そして各部材間に形成された油溜まりや連通孔における毛管圧力が気泡の挙動に大きく影響している、ということを解明した。
ここで、毛管圧力とは、互いに溶け合わない２種類の流体が固体の表面に接触した場合に、両流体の固体表面をぬらそうとする性質（ぬれ特性）の差により両流体の間に生じる圧力差のことをいう。毛管圧力は、主に、流体の表面張力や接触角、そして流体が保持されている部分の形状や材質、そして表面荒さなどにより決定される。
流体軸受式回転装置において、２つの流体とは潤滑流体およびその中に存在する気泡のことであり、固体とはスリーブ、シャフト、シールキャップ、ハブおよびスラスト板のことである。様々な実験の結果より、流体軸受式回転装置内の潤滑流体に気泡が存在する場合、毛管圧力が小さい領域から大きい領域へ潤滑流体は流れようとし、その反作用として気泡が毛管圧力が大きい領域から小さい領域へ移動しやすくなる、ということが判明した。この現象は、毛管圧力が小さい領域から大きい領域へ潤滑流体に力が作用するとともに（以下、この力を毛管力という）、潤滑流体が毛管力の作用する方向へ流れようとすることで、気泡に毛管力とは反対方向に力が作用するため起こる。
【０００６】
第１の発明に係る流体軸受式回転装置は、スリーブと、シャフトと、シールキャップと、スラスト板と、ラジアル軸受部と、第１流体室と、第２流体室と、連通孔と、潤滑流体とを備えている。スリーブは軸受穴を有している。シャフトは、軸受穴内に相対回転可能に配置されている。シールキャップはスリーブの軸方向一方側に固定されている。スラスト板はスリーブの軸方向他方側に固定されている。ラジアル軸受部はシャフトの外周面またはスリーブの内周面の少なくとも一方に形成されたラジアル動圧発生溝を有している。第１流体室は、ラジアル軸受部と連通し、スリーブ、シャフトおよびスラスト板のうち少なくともいずれか２つの間であってスリーブの軸方向他方側に形成されている。第２流体室は、ラジアル軸受部と連通し、スリーブおよびシールキャップの間に形成されている。連通孔は、スリーブに形成され、第１および第２流体室を連通させている。潤滑流体はスリーブ、シャフト、シールキャップおよびスラスト板の間に保持されている。毛管圧力は第２流体室よりも第１流体室の方が大きい。
この場合、潤滑流体は、毛管圧力が小さい領域から大きい領域へ、すなわち第２流体室から第１流体室へ流れようとする。そのため、気泡は第２流体室から第１流体室へ移動しやすくなる。これにより、この流体軸受式回転装置では、潤滑流体に存在する気泡を軸受部から確実に排出することができる。
【０００７】
ここで、潤滑流体としては、例えばオイル、高流動性グリス、イオン性液体などが挙げられる。また、スリーブ、シャフトおよびスラスト板の材質としては、純鉄、ステンレス鋼、銅合金、焼結金属などが挙げられる。また、第１および第２流体室は、潤滑流体がシャフトの支持圧としての動圧を発生しない空間を意味しており、動圧を発生させる動圧発生溝周辺の空間は含まない。
第２の発明に係る流体軸受式回転装置は、スリーブと、シャフトと、ハブと、スラスト板もしくは閉塞板と、ラジアル軸受部と、第１流体室と、第２流体室と、連通孔と、潤滑流体とを備えている。スリーブは軸受穴を有している。シャフトは、軸受穴内に相対回転可能に配置されている。ハブはスリーブの軸方向一方側に固定されている。スラスト板もしくは閉塞板はスリーブの軸方向他方側に固定されている。ラジアル軸受部はシャフトの外周面またはスリーブの内周面の少なくとも一方に形成されたラジアル動圧発生溝を有している。第１流体室は、ラジアル軸受部と連通し、スリーブ、シャフトおよびスラスト板もしくは閉塞板のうち少なくともいずれか２つの間であってスリーブの軸方向他方側に形成されている。第２流体室は、ラジアル軸受部と連通し、スリーブおよびハブの間に形成されている。連通孔は、スリーブに形成され、第１および第２流体室を連通させている。潤滑流体はスリーブ、シャフト、ハブおよびスラスト板もしくは閉塞板の間に保持されている。毛管圧力は第２流体室よりも第１流体室の方が大きい。
【０００８】
第３の発明に係る流体軸受式回転装置は、第１または第２の発明において、毛管圧力は連通孔よりも第１流体室の方が大きい。
ここでは、連通孔から第１流体室へ潤滑流体に毛管力が作用するため、第１流体室から連通孔へ気泡が移動しやすくなる。そのため、軸受部から気泡をより確実に排出することができる。
第４の発明に係る流体軸受式回転装置は、スリーブと、シャフトと、シールキャップと、スラスト板と、ラジアル軸受部と、第１流体室と、第２流体室と、連通孔と、潤滑流体とを備えている。スリーブは軸受穴を有している。シャフトは、軸受穴内に相対回転可能に配置されている。シールキャップはスリーブの軸方向一方側に固定されている。スラスト板はスリーブの軸方向他方側に固定されている。ラジアル軸受部はシャフトの外周面またはスリーブの内周面の少なくとも一方に形成されたラジアル動圧発生溝を有している。第１流体室は、ラジアル軸受部と連通し、スリーブ、シャフトおよびスラスト板のうち少なくともいずれか２つの間であってスリーブの軸方向他方側に形成されている。第２流体室は、ラジアル軸受部と連通し、スリーブおよびシールキャップの間に形成されている。連通孔は、スリーブに形成され、第１および第２流体室を連通させている。潤滑流体はスリーブ、シャフト、シールキャップおよびスラスト板の間に保持されている。毛管圧力は、連通孔よりも第１流体室の方が大きい。
【０００９】
ここでは、連通孔から第１流体室へ潤滑流体に毛管力が作用するため、第１流体室から連通孔へ気泡が移動しやすくなる。そのため、軸受部から気泡を確実に排出することができる。
第５の発明に係る流体軸受式回転装置は、スリーブと、シャフトと、ハブと、スラスト板もしくは閉塞板と、ラジアル軸受部と、第１流体室と、第２流体室と、連通孔と、潤滑流体とを備えている。スリーブは軸受穴を有している。シャフトは、軸受穴内に相対回転可能に配置されている。ハブはスリーブの軸方向一方側に固定されている。スラスト板もしくは閉塞板はスリーブの軸方向他方側に固定されている。ラジアル軸受部はシャフトの外周面またはスリーブの内周面の少なくとも一方に形成されたラジアル動圧発生溝を有している。第１流体室は、ラジアル軸受部と連通し、スリーブ、シャフトおよびスラスト板もしくは閉塞板のうち少なくともいずれか２つの間であってスリーブの軸方向他方側に形成されている。第２流体室は、ラジアル軸受部と連通し、スリーブおよびハブの間に形成されている。連通孔は、スリーブに形成され、第１および第２流体室を連通させている。潤滑流体はスリーブ、シャフト、ハブおよびスラスト板もしくは閉塞板の間に保持されている。毛管圧力は、連通孔よりも第１流体室の方が大きい。
【００１０】
第６の発明に係る流体軸受式回転装置は、第１から第５の発明のいずれかにおいて、毛管圧力は、第２流体室よりも連通孔の方が大きい。
ここでは、第２流体室から連通孔へ潤滑流体に毛管力が作用するため、連通孔から第２流体室へ気泡が移動しやすくなる。そのため、軸受部から気泡をより確実に排出することができる。
第７の発明に係る流体軸受式回転装置は、スリーブと、シャフトと、シールキャップと、スラスト板と、ラジアル軸受部と、第１流体室と、第２流体室と、連通孔と、潤滑流体とを備えている。スリーブは軸受穴を有している。シャフトは、軸受穴内に相対回転可能に配置されている。シールキャップはスリーブの軸方向一方側に固定されている。スラスト板はスリーブの軸方向他方側に固定されている。ラジアル軸受部はシャフトの外周面またはスリーブの内周面の少なくとも一方に形成されたラジアル動圧発生溝を有している。第１流体室は、ラジアル軸受部と連通し、スリーブ、シャフトおよびスラスト板のうち少なくともいずれか２つの間であってスリーブの軸方向他方側に形成されている。第２流体室は、ラジアル軸受部と連通し、スリーブおよびシールキャップの間に形成されている。連通孔は、スリーブに形成され、第１および第２流体室を連通させている。潤滑流体はスリーブ、シャフト、シールキャップおよびスラスト板の間に保持されている。毛管圧力は、第２流体室よりも連通孔の方が大きい。
【００１１】
ここでは、第２流体室から連通孔へ潤滑流体に毛管力が作用するため、連通孔から第２流体室へ気泡が移動しやすくなる。そのため、軸受部から気泡を確実に排出することができる。
第８の発明に係る流体軸受式回転装置は、スリーブと、シャフトと、ハブと、スラスト板もしくは閉塞板と、ラジアル軸受部と、第１流体室と、第２流体室と、連通孔と、潤滑流体とを備えている。スリーブは軸受穴を有している。シャフトは、軸受穴内に相対回転可能に配置されている。ハブはスリーブの軸方向一方側に固定されている。スラスト板もしくは閉塞板はスリーブの軸方向他方側に固定されている。ラジアル軸受部はシャフトの外周面またはスリーブの内周面の少なくとも一方に形成されたラジアル動圧発生溝を有している。第１流体室は、ラジアル軸受部と連通し、スリーブ、シャフトおよびスラスト板もしくは閉塞板のうち少なくともいずれか２つの間であってスリーブの軸方向他方側に形成されている。第２流体室は、ラジアル軸受部と連通し、スリーブおよびハブの間に形成されている。連通孔は、スリーブに形成され、第１および第２流体室を連通させている。潤滑流体はスリーブ、シャフト、ハブおよびスラスト板もしくは閉塞板の間に保持されている。毛管圧力は、第２流体室よりも連通孔の方が大きい。
【００１２】
第９の発明に係る流体軸受式回転装置は、第１から第８の発明のいずれかにおいて、第１または第２流体室が薄板円盤状であるとき、毛管圧力Ｐｎ〔Ｐａ〕は以下の式で表される。
Ｆｎ＝２π×Ｄｎ×γｎ×ｃｏｓθｎ
Ａｎ＝π×Ｄｎ×Ｓｎ
Ｐｎ＝Ｆｎ／Ａｎ
Ｄｎ：連通孔と流体室との連結部分中心位置の直径  〔ｍ〕
γｎ：潤滑流体の表面張力  〔Ｎ／ｍ〕
θｎ：潤滑流体の接触角  〔ｒａｄ〕
Ｓｎ：流体室の軸方向寸法  〔ｍ〕
Ｐｎ：毛管圧力  〔Ｐａ〕
また、第１または第２流体室が薄板円筒状であるとき、毛管圧力Ｐｎ〔Ｐａ〕は以下の式で表される。
Ｆｎo＝π×Ｄｎｏ×γｎ×ｃｏｓθｎ
Ｆｎi＝π×（Ｄｎｏ−２×ｒｎ）×γｎ×ｃｏｓθｎ
Ｆｎ＝Ｆｎｏ＋Ｆｎi
Ａｎ＝π×（Ｄｎｏ2−Ｄｎｉ2）／４
Ｐｎ＝Ｆｎ／Ａｎ
Ｄｎｏ：流体室の外径  〔ｍ〕
ｒｎ  ：流体室の半径方向寸法  〔ｍ〕
Ｄｎｉ：流体室の内径（Ｄｎｏ−２×ｒｎ）  〔ｍ〕
γｎ  ：潤滑流体の表面張力  〔Ｎ／ｍ〕
θｎ  ：潤滑流体の接触角  〔ｒａｄ〕
Ｐｎ  ：毛管圧力  〔Ｐａ〕
ここで、薄板円盤状とは、流体室断面の半径方向寸法が軸方向寸法よりも大きく、潤滑流体の流れが半径方向の方が支配的であることを示す。また、薄板円筒状とは、流体室断面の軸方向寸法が半径方向寸法よりも大きく、潤滑流体の流れが軸方向の方が支配的であることを示す。なお、流体室断面の半径方向寸法と軸方向寸法とが同一である場合は、薄板円盤状および薄板円筒状のいずれの場合の式も採用し得る。また、潤滑流体の表面張力γｎは、例えばＪＩＳ  Ｋ２２４１に記載の表面張力測定法などにより求めることができる。また、潤滑流体の接触角θｎは、例えば接触角計などにより固体上に少量の液体を滴下させたときの接触角を測定して求めることができる。
【００１３】
第１０の発明に係る流体軸受式回転装置は、第１から第９の発明のいずれかにおいて、連通孔の断面形状が円形のとき、毛管圧力Ｐｎ〔Ｐａ〕は以下の式で表される。
Ｆｎ＝π×Ｄｎ×γｎ×ｃｏｓθｎ
Ａｎ＝π×Ｄｎ2／４
Ｐｎ＝Ｆｎ／Ａｎ
Ｄｎ：連通孔の直径  〔ｍ〕
γｎ：潤滑流体の表面張力  〔Ｎ／ｍ〕
θｎ：潤滑流体の接触角  〔ｒａｄ〕
Ｐｎ：毛管圧力  〔Ｐａ〕
また、連通孔の断面形状が略四角形状のとき、毛管圧力Ｐｎ〔Ｐａ〕は以下の式で表される。
Ｆｎ＝２×（ｕ＋ｔ）×γｎ×ｃｏｓθｎ
Ａｎ＝ｕ×ｔ
Ｐｎ＝Ｆｎ／Ａｎ
ｕ  ：連通孔の断面の一辺の寸法  〔ｍ〕
ｒ  ：連通孔の断面の他辺の寸法  〔ｍ〕
γｎ：潤滑流体の表面張力  〔Ｎ／ｍ〕
θｎ：潤滑流体の接触角  〔ｒａｄ〕
Ｐｎ：毛管圧力  〔Ｐａ〕
第１１の発明に係る流体軸受式回転装置は、第１から第１０の発明のいずれかにおいて、連通孔が少なくとも一方の軸方向端部に、隣接する流体室に向かって断面積が大きくなるように形成されたテーパ面を有している。
【００１４】
この場合、潤滑流体や気泡がより円滑に流れる。
第１２の発明に係る流体軸受式回転装置は、第１から第１１の発明のいずれかにおいて、ラジアル動圧発生溝が潤滑流体をラジアル軸受部から第１流体室を経由して連通孔へ流すように軸方向に非対称なヘリングボーン形状を有している。
第１３の発明に係る流体軸受式回転装置は、第１から第１２の発明のいずれかにおいて、第２流体室の軸方向寸法が半径方向内側へいくにしたがって小さくなる。
この場合、軸方向寸法の小さい半径方向内側へ第２流体室の潤滑流体に毛管力が作用するため、気泡は半径方向外側へ移動しやすくなる。これにより、軸受部から気泡を確実に排出することができる。
第１４の発明に係る流体軸受式回転装置は、第１から第１３の発明のいずれかにおいて、シールキャップは半径方向内側へいくにしたがってスリーブ側へ近づくように形成されたテーパ部を有している。
この場合、第２流体室の軸方向寸法は半径方向内側へいくにしたがって小さくなる。そのため、軸方向寸法の小さい半径方向内側へ第２流体室の潤滑流体に毛管力が作用し、気泡は半径方向外側へ移動しやすくなる。これにより、軸受部から気泡を確実に排出することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る流体軸受式回転装置では、各部の毛管圧力に意識的に差異を設け、毛管圧力が大きい領域に潤滑流体が流れようとする原理を応用することで、潤滑流体に存在する気泡を軸受部から確実に排出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
〈１〉第１実施形態
図１〜図３を用いて、本発明の第１実施形態に係る流体軸受式回転装置３０の一例について説明する。以下、図１の上下方向を「軸方向」、上方向を「軸方向上側」（軸方向一方側）、下方向を「軸方向下側」（軸方向他方側）と表現するが、これらは実際の流体軸受式回転装置３０の取付状態を限定するものではない。
（１）流体軸受式回転装置３０の全体構成
図１に本発明の第１実施形態に係る流体軸受式回転装置３０の縦断面概略図を示す。この流体軸受式回転装置３０は、記録ディスク１１を回転駆動するための装置であり、図１に示すように、主に、回転部材３１と、静止部材３２と、流体軸受機構４０とから構成されている。
回転部材３１は、主に、記録ディスク１１が装着されるハブ７と、後述するステータ１０とともに磁気回路を構成するロータ磁石９とから構成されている。ハブ７の軸方向下側の外周部にはディスク載置部７Ａが一体成形されている。ハブ７の外周側には２枚の記録ディスク１１が環状のスペーサ１２を介して嵌め込まれており、ディスク載置部７Ａの上に載置されている。シャフト２の軸方向上側にはクランパ１３がネジ１４により固定されており、ハブ７はシャフト２に対して圧入接着により固定されたり、両部材が一体成形されている。記録ディスク１１は、クランパ１３により軸方向下側に押さえられており、クランパ１３とディスク載置部７Ａとの間に狭持されている。ロータ磁石９はハブ７の内周側に固定されている。
【００１７】
静止部材３２は、図示しない記録ディスク駆動装置のハウジングに固定されており、主に、ベース８と、ベース８に固定されたステータ１０とから構成されている。ステータ１０はロータ磁石９の内周側に半径方向に対向して配置されている。ベース８の中央部には、流体軸受機構４０が固定されている。流体軸受機構４０は静止部材３２に対して回転部材３１を回転可能に支持している。
（２）流体軸受機構４０の構成
図２に流体軸受機構４０周辺の縦断面概略図、図３に連通孔周辺の縦断面概略図を示す。図２に示すように、流体軸受機構４０は、主に、スリーブ１と、シャフト２と、フランジ３と、スラスト板４と、シールキャップ５と、潤滑流体としてのオイル６とから構成されている。スリーブ１、スラスト板４およびシールキャップ５が静止側の部材を構成し、シャフト２およびフランジ３が回転側の部材を構成している。
スリーブ１は、軸方向に延びる筒状の部材であり、ベース８に接着などにより固定されている。スリーブ１の軸方向下側の端部にはスラスト板４が固定されており、スリーブ１およびスラスト板４により軸受穴１Ａが形成されている。
シャフト２は、軸方向に延びる円柱状の部材であり、ハブ７を回転可能に支持している。具体的には、シャフト２はスリーブ１の内周側に隙間を介して相対回転可能に配置されており、シャフト２の軸方向上側の端部にはハブ７が固定されている。シャフト２の外周面には複数のラジアル動圧発生溝２Ｂが形成されており、スリーブ１およびシャフト２の間にはラジアル動圧発生溝２Ｂを有するラジアル軸受部２１が形成されている。ラジアル動圧発生溝２Ｂは、例えば軸方向に非対称なヘリングボーン形状を有している。ラジアル軸受部２１において発生する支持圧により、シャフト２および回転部材３１は半径方向に支持される。
【００１８】
フランジ３は円板状の部材であり、シャフト２の軸方向下側の端部に固定されている。フランジ３の軸方向上側および軸方向下側の面には複数のスラスト動圧発生溝３Ａ、３Ｂが形成されており、フランジ３、スリーブ１およびスラスト板４の間にはスラスト動圧発生溝３Ａ、３Ｂを有するスラスト軸受部２２が形成されている。スラスト動圧発生溝３Ａ、３Ｂは、例えばスパイラル形状を有している。スラスト軸受部２２において発生する支持圧により、シャフト２および回転部材３１は軸方向に支持される。なお、シャフト２とフランジ３とは一体成形されていてもよい。また、スラスト動圧発生溝３Ａ、３Ｂはヘリングボーン形状であってもよい。
スリーブ１の軸方向下側の端部には環状の凹部１Ｃが形成されており、フランジ３の外周部は凹部１Ｃとスラスト板４との間に収容されている。また、スリーブ１の凹部１Ｃ、フランジ３およびスラスト板４の間には第１流体室Ｆが形成されている。図３に示すように、第１流体室Ｆは、凹部１Ｃとフランジ３との半径方向間に形成された薄板円筒状の空間である。
スリーブ１の軸方向上側の端部にはシールキャップ５が固定されている。シールキャップ５は環状の部材であり、スリーブ１に固定される筒状の固定部５Ａと、固定部５Ａの軸方向端部から半径方向内側へ延びるテーパ部５Ｂと、テーパ部５Ｂの外周側に形成された換気孔５Ｃとを有している。気液分離機能を持たせるために、テーパ部５Ｂは少なくともスリーブ１側の内面が半径方向外側から内側へかけて軸方向下側へ傾斜している。テーパ部５Ｂは、スリーブ１とほぼ同じくらいの内径を有しており、シャフト２の外周面と隙間を介して配置されている。シールキャップ５とスリーブ１との間には環状の第２流体室Ｈが形成されており、第２流体室Ｈの内周部はラジアル軸受部２１と連通している。第２流体室Ｈの軸方向寸法は、半径方向内側へいくにしたがって小さくなっている。
【００１９】
また、スリーブ１には連通孔Ｇが形成されている。具体的には図２および図３に示すように、連通孔Ｇは軸方向に延びる孔であり、第１流体室Ｆと第２流体室Ｈとは連通孔Ｇにより連通している。連通孔Ｇの軸方向上側の端部は、スリーブ１を軸方向に貫通しており、第２流体室Ｈに連通している。連通孔Ｇの軸方向下側の端部は、凹部１Ｃ近傍に配置されており、第１流体室Ｆに連通している。図３に示すように、連通孔Ｇは第１流体室Ｆの軸方向中央位置周辺まで延びており、連通孔Ｇの中心軸は第１流体室Ｆの外径よりも半径方向外側に配置されている。本実施形態では連通孔Ｇの軸方向に垂直な平面における断面形状は円形であり、スリーブ１は連通孔Ｇの軸方向上側に面取加工が施されたテーパ面１Ｄを有していてもよい。テーパ面１Ｄは、隣接する第２流体室Ｈに向かって断面積が大きくなるように形成されている。テーパ面１Ｄによりオイル６および気泡１５の流れがより円滑になる。なお、連通孔Ｇは円周方向に複数箇所設けられていてもよい。また、テーパ面１Ｄは連通孔Ｇの両端に形成されていてもよい。
ラジアル軸受部２１、スラスト軸受部２２、第１流体室Ｆ、連通孔Ｇおよび第２流体室Ｈにはオイル６が充填されている。オイル６としては、例えば低粘度なエステルオイルなどが挙げられる。また、スリーブ１は、例えば純鉄、スレンレス鋼、銅合金および焼結金属などにより構成されている。シャフト２は、例えばステンレス鋼などにより構成されている。図１〜図３に示す符号１５は、オイル６に存在する気泡（空気）を示している。
【００２０】
（３）流体軸受式回転装置３０の動作
ここで、流体軸受式回転装置３０の動作について説明する。
流体軸受式回転装置３０では、ステータ１０に通電されると回転磁界が発生し、ロータ磁石９に回転力が付与される。これにより、回転部材３１がシャフト２とともに回転を開始する。シャフト２が回転すると、各動圧発生溝２Ｂ、３Ａ、３Ｂ部分において半径方向および軸方向の支持圧が発生する。これにより、シャフト２がスリーブ１に対して非接触状態で支持される。すなわち、静止部材３２に対して回転部材３１が非接触状態で回転可能となり、これにより記録ディスク１１の高精度な高速回転が実現される。
（４）気泡の挙動について
ここで、図３〜図７を用いてオイル６に存在する気泡１５の挙動の詳細について説明する。
シャフト２が回転すると、各動圧発生溝２Ｂ、３Ａ、３Ｂにより周辺のオイル６がかき集められる。この結果、図３に示すように、シャフト２およびスリーブ１の間、そしてフランジ３、スリーブ１およびスラスト板４との間にそれぞれポンピング圧力が発生し、ラジアル軸受部２１では軸方向下側へ、スラスト軸受部２２では半径方向外側へ、オイル６が押し流される。そしてオイル６は、第１流体室Ｆ、連通孔Ｇを介して第２流体室Ｈへ移動し、第２流体室Ｈの内周部から再びラジアル軸受部２１へと循環する。
【００２１】
このように、この流体軸受式回転装置３０では、高精度な高速回転が実現されるとともに、オイル６の循環機能によりラジアル軸受部２１およびスラスト軸受部２２の気泡１５が排出される。
しかし、実際は、第１流体室Ｆ、連通孔Ｇおよび第２流体室Ｈの寸法などの条件により、オイル６および気泡１５の挙動が異なっており、オイル６は循環しているが気泡１５が排出されない、という現象が起こり得る。これは、各部の隙間の寸法などの条件により、各部の毛管圧力の大小関係が変わるためである。各部の毛管圧力と気泡の挙動との関係は、種々の実験における目視観察により確認した。そして、潤滑流体に存在する気泡の挙動は潤滑流体と気泡との置き換え現象であり、この置き換え現象は、流体室や通気孔の単に各部の隙間の寸法、形状などで説明できるものではなく、毛管圧力を検討することで初めて説明することができる、ということを発明者は解明した。
ここで、毛管圧力とは、互いに溶け合わない（または溶け合いにくい）２種類の流体が固体の表面に接触した場合に、両流体の固体表面をぬらそうとする性質（ぬれ特性）の差により両流体の間に生じる圧力差のことをいう。毛管圧力は、主に、流体の表面張力や接触角、そして流体が充填されている部分の形状や材質、そして表面荒さなどにより決定される。毛管圧力の設定方法の詳細については後述する。
【００２２】
上記の原理を確認するために行った実験の内容について簡単に説明する。この実験は、毛管圧力の条件を変えて気泡の挙動を目視により確認したものである。図４（ａ）および図５（ａ）に連通孔Ｇ周辺のイメージ図、図４（ｂ）および図５（ｂ）に各部の実際の毛管圧力を示す。図４（ａ）および図５（ａ）では第１流体室Ｆ、連通孔Ｇおよび第２流体室Ｈは断面が円形の流路で示されており、内径が大きいほど毛管圧力が小さいことを意味している。第１流体室Ｆ、連通孔Ｇおよび第２流体室Ｈの毛管圧力をＰｆ、Ｐｇ、Ｐｈ〔Ｐａ〕とすると、図４に示す条件では各部の毛管圧力の関係は以下の式（１）を満たす。
Ｐｆ＞Ｐｇ＞Ｐｈ  ・・・（１）
ラジアル動圧発生溝のポンピング圧力による循環機能によりオイル６は基本的に第１流体室Ｆから第２流体室Ｈへ流れているが、この条件下では毛管圧力の影響によりオイル６は、第２流体室Ｈから連通孔Ｇへ、そして連通孔Ｇから第１流体室Ｆへ流れようとする。この現象はオイル６と気泡１５とが置き換わろうとしているものである。この結果、オイル６の流れとは逆に気泡１５は第１流体室Ｆから連通孔Ｇを介して第２流体室Ｈへ流れる。これは、循環機能によるオイル６の流れがない場合でも成立するが、循環機能によるオイル６の流れによりさらに気泡１５は第１流体室Ｆから第２流体室Ｈへ流れやすくなる。
【００２３】
また、図５に示す条件では各部の毛管圧力の関係は以下の式（２）を満たす。
Ｐｆ＞Ｐｈ＞Ｐｇ  ・・・（２）
この条件下では、第２流体室Ｈから連通孔Ｇへオイル６は流れにくいが、連通孔Ｇから第１流体室Ｆへはオイル６は流れやすい。この場合、結果的に第２流体室Ｈから第１流体室Ｆへオイル６が流れようとする。そして、オイル６の流れとは逆に気泡１５は第１流体室Ｆから連通孔Ｇを介して第２流体室Ｈへ流れようとする。この現象はオイル６と気泡１５とが置き換わろうとしているものである。
このように、隣接する２つの領域において毛管圧力に意識的に差異を設けることで、それらの領域間における流体および気泡の流れを円滑にすることができる。また、相違する２つの式（１）、（２）から同様の効果を得ることができるため、隣接する２つの領域だけでなく、２つの領域の間に他の領域が存在し２つの領域が連通しているような場合でも、隣接していない２つの領域における毛管圧力に意識的に差異を設けることで、流体および気泡の流れを円滑にすることができる。すなわち、少なくともＰｆ＞Ｐｇ、Ｐｇ＞Ｐｈ、Ｐｈ＞Ｐｆのうちいずれか１つの関係を満たしていれば、同様の効果を得ることができ、最も効果が大きいのは式（１）の関係を満たした場合となる。そして、上記の原理を流体軸受式回転装置に応用すれば、軸受部から気泡を確実に排出することができる。
【００２４】
（５）毛管圧力について
それでは、毛管圧力の具体的な計算方法について説明する。具体的な計算モデルについて説明する前に、毛管圧力の基本モデルについて説明する。図６に毛管圧力についての基本モデルの説明図を示す。
図６に示すように、この基本モデルにおいては、部材５０１内部の空間５０４にオイル５０２が充填されており、オイル５０２に気泡５０３が存在している。空間５０４は内径Ｄ〔ｍ〕の円管状の空間である。この場合、オイル５０２が気泡５０３よりも表面張力が大きいため、オイル５０２と部材５０１との接触部分には表面張力γ〔Ｎ／ｍ〕が作用し、オイル５０２と部材５０１とは接触角θ〔ｒａｄ〕を保った状態で接触している。表面張力γは接触角θの方向を向いている。
この基本モデルにおいて、空間５０４は円管状であるため、オイル５０２と気泡５０３との圧力差である毛管圧力Ｐ〔Ｐａ〕は、以下の式（３）により表される。
Ｆ  ＝π×Ｄ×γ×ｃｏｓθ
Ａ  ＝π×Ｄ2／４
Ｐ  ＝Ｆ／Ａ
＝４×γ×ｃｏｓθ／Ｄ  ・・・（３）
Ｆ  ：オイル５０２に作用する左右方向の力  〔Ｎ〕
Ａ  ：空間５０４の断面積  〔ｍ2〕
式（３）から明らかなように、毛管圧力Ｐは表面張力γ、接触角θおよび内径Ｄの関数となる。ここで、潤滑流体の表面張力γは、例えばＪＩＳ  Ｋ２２４１に記載の表面張力測定法などにより求めることができる。また、潤滑流体の接触角θは、例えば接触角計などにより固体上に少量の液体を滴下させたときの接触角を測定して求めることができる。具体的には、例えば、常温における表面張力γは、潤滑流体がエステルオイルである場合、γ≒0.00288〔Ｎ／ｍ〕であり、潤滑流体がエーテルの場合、γ≒0.00169〔Ｎ／ｍ〕、潤滑流体がイオン性液体の場合、γ≒0.00380〔Ｎ／ｍ〕となる。
【００２５】
次に、図７〜図１０を用いて、この基本モデルの考え方を図１に示す流体軸受式回転装置３０の第１流体室Ｆ、連通孔Ｇおよび第２流体室Ｈに適用した場合の計算モデルの一例について説明する。図７および図８に計算モデル１の説明図、図９および図１０に計算モデル２の説明図、図１１および図１２に計算モデル３の説明図、図１３および図１４に計算モデル４の説明図を示す。
１）計算モデル１
図７に示すように、計算モデル１では第２流体室Ｈのように薄板円盤状の空間に連通孔が連結されている場合を想定している。図７には連通孔Ｇおよび第２流体室Ｈの空間が示されている。図７に示す計算モデル１に前述の基本モデルを適用すると、図８に示すモデルとなる。図８は計算モデル１の断面図を示している。この場合、例えば第２流体室Ｈにおける毛管圧力Ｐｈ〔Ｐａ〕は以下の式（４）で表される。
Ｆｈ＝２π×Ｄｈ×γｈ×ｃｏｓθｈ
Ａｈ＝π×Ｄｈ×Ｓｈ
Ｐｈ＝Ｆｈ／Ａｈ
＝２×γｈ×ｃｏｓθｈ／Ｓｈ  ・・・（４）
Ｄｈ：連通孔Ｇと第２流体室Ｈとの連結部分中心位置の直径  〔ｍ〕
γｈ：オイル６の表面張力  〔Ｎ／ｍ〕
θｈ：オイル６の接触角  〔ｒａｄ〕
Ｓｈ：第２流体室Ｈの軸方向寸法  〔ｍ〕
Ｐｈ：毛管圧力  〔Ｐａ〕
具体的には、例えば、Ｄｈ＝0.0033［ｍ］、Ｓｈ＝0.00007［ｍ］、γｈ＝0.00288［Ｎ/ｍ］、θｈ＝0.2269［ｒａｄ］のとき、Ｐｈ＝802[Ｐａ]となる。また、Ｄｈ＝0.0036［ｍ］、Ｓｈ＝0.000035［ｍ］のとき、Ｐｈ＝1604[Ｐａ]となる。
【００２６】
なお、実際には、第２流体室Ｈの形状は薄板円盤状ではなく、図２に示すように第２流体室Ｈの軸方向寸法が半径方向内側へいにくしたがって小さくなっている。この場合、図３に示すように、寸法Ｓｈは連通孔Ｇの中心軸Ｌとテーパ部５Ｂとの接点Ｍからスリーブ１の軸方向端面Ｎまでの軸方向長さとなる。
２）計算モデル２
図９に示すように、計算モデル２では第１流体室Ｆのように薄板円筒状の空間に連通孔が連結されている場合を想定している。図９には第１流体室Ｆおよび連通孔Ｇの空間が示されている。図９に示す計算モデル２に前述の基本モデルを適用すると、図１０に示すモデルとなる。図１０は計算モデル２の断面図を示している。この場合、例えば第１流体室Ｆにおける毛管圧力Ｐｆ〔Ｐａ〕は以下の式（５）で表される。
Ｆｆo＝π×Ｄｆｏ×γｆ×ｃｏｓθｆ
Ｆｆi＝π×（Ｄｆｏ−２×ｒｆ）×γｆ×ｃｏｓθｆ
Ｆｆ＝Fｆｏ＋Ｆｆi
Ａｆ＝π×（Ｄｆｏ2−Ｄｆｉ2）／４
Ｐｆ＝Ｆｆ／Ａｆ
＝２×γｆ×ｃｏｓθｆ／ｒｆ  ・・・（５）
Ｄｆｏ：第１流体室Ｆの外径  〔ｍ〕
ｒｆ  ：第１流体室Ｆの半径方向寸法  〔ｍ〕
Ｄｆｉ：第１流体室Ｆの内径（Ｄｆｏ−２×ｒｆ）  〔ｍ〕
γｆ  ：オイル６の表面張力  〔Ｆ／ｍ〕
θｆ  ：オイル６の接触角  〔ｒａｄ〕
Ｐｆ  ：毛管圧力  〔Ｐａ〕
具体的には、例えば、Ｄｆ＝0.002436［ｍ］、ｒｆ＝0.00005［ｍ］、Ｐｆ＝0.00005[ｍ]、γｆ＝0.0288［Ｎ/ｍ］、θｆ＝0.2269［ｒａｄ］のとき、Ｐｆ＝1122[Ｐａ]となる。
【００２７】
３）計算モデル３
図１１に示すように、計算モデル３では連通孔Ｇのように断面形状が円形である空間を想定している。図１１は連通孔Ｇの空間が示されている。図１１に示す計算モデル３に前述の基本モデルを適用すると、図１２に示すモデルとなる。図１２は計算モデル３の断面図を示している。この場合、例えば連通孔Ｇにおける毛管圧力Ｐｇ〔Ｐａ〕は以下の式（６）で表される。
Ｆｇ＝π×Ｄｇ×γｇ×ｃｏｓθｇ
Ａｇ＝π×Ｄｇ2／４
Ｐｇ＝Ｆｇ／Ａｇ
＝４×γｇ×ｃｏｓθｇ／Ｄｇ  ・・・（６）
Ｄｇ：連通孔Ｇの直径  〔ｍ〕
γｇ：オイル６の表面張力  〔Ｎ／ｍ〕
θｇ：オイル６の接触角  〔ｒａｄ〕
Ｐｇ：毛管圧力  〔Ｐａ〕
具体的には、例えば、Ｄｇ＝0.0002［ｍ］、γ＝0.00288［Ｎ/ｍ］、θ＝0.2269［ｒａｄ］のとき、Ｐ＝561[Ｐａ]となる。
【００２８】
以上に述べたように、流体軸受式回転装置においては、単なる隙間の大小などの部品寸法のみでは気泡１５の排出効果を実現することはできず、各部の毛管圧力の差を考慮して製造することで初めて気泡１５の排出効果を実現することができる。
そして、例えば計算モデル１〜３から導き出された式（４）〜（６）により第１流体室Ｆ、連通孔Ｇおよび第２流体室Ｈにおける毛管圧力を計算し、そして各毛管圧力が前述の式（１）や式（２）の関係を満たすように各部の材質や寸法、表面荒さ、そして潤滑流体の種類などを決定する。この結果、流体軸受式回転装置３０において、オイル６に存在する気泡１５が連通孔Ｇを介して第１流体室Ｆから第２流体室Ｈへ流れやすくなり、ラジアル軸受部２１およびスラスト軸受部２２から気泡１５を確実に排出することができる。特に、式（１）の関係を満たすように設計すると、気泡１５の流れが最も円滑となり、気泡１５の排出効果が最も高い流体軸受式回転装置を得ることができる。
さらに、この流体軸受式回転装置３０では、シールキャップ５がテーパ部５Ｂを有しているため、第２流体室Ｈにおいてオイル６が内周側へ流れ、逆に気泡１５が外周側へ集まる（気液分離機能）。そのため、気泡１５をより確実に軸受部から排出することが可能となる。なお、テーパ部５Ｂを有していない場合であっても、上記の毛管圧力の差異を利用した気泡１５の排出効果を得ることができる。
【００２９】
（６）変形例
流体軸受式回転装置３０の変形例として、図１３に示すものも考えられる。この流体軸受式回転装置３０は、第１流体室Ｆ周辺の構成が前述の実施形態と異なる。具体的には、スリーブ１は凹部１Ｃの外周側に第２凹部１Ｅを有しており、第２凹部１Ｅとスラスト板４との間に環状の空間である第１流体室Ｆが形成されている。そして、連通孔Ｇは、第１流体室Ｆに連結されており、凹部１Ｃとは連通していない。
この場合、第１流体室Ｆおよび第２流体室Ｈにおける毛管圧力Ｐｆ、Ｐｈ〔Ｐａ〕は、前述の計算モデル１を適用することができ、毛管圧力Ｐｆ、Ｐｈは前述の式（４）で表される。また、第１流体室Ｆにおける毛管圧力Ｐｆ〔Ｐａ〕は、前述の計算モデル２を適用することができ、毛管圧力Ｐｆは前述の式（５）で表される。
〈２〉第２実施形態
上記の毛管圧力の原理は、他の実施形態に係る流体軸受式回転装置にも適用可能である。図１４を用いて、本発明の第２実施形態に係る流体軸受式回転装置１３０について説明する。図１４に本発明の第２実施形態に係る流体軸受式回転装置１３０の縦断面概略図を示す。第２実施形態に係る流体軸受式回転装置１３０は、いわゆるフランジレスタイプの流体軸受機構１４０を備えている。以下、第１実施形態に係る流体軸受式回転装置３０と異なる構成を中心に説明する。
【００３０】
図１４に示すように、この流体軸受式回転装置１３０では、シャフト１０２の軸方向下側の端部にはフランジが固定されていない。シャフト１０２の外周面にはラジアル動圧発生溝１０２Ｂが形成されており、シャフト１０２およびスリーブ１０１の間にラジアル軸受部１２１が形成されている。また、スラスト板１０４にはシャフト１０２の軸方向下側の端面と対向する部分にスラスト動圧発生溝１０４Ａが形成されており、スラスト板１０４およびシャフト１０２の間にスラスト軸受部１２２が形成されている。
また、この流体軸受式回転装置１３０では、シールキャップ１０５が筒状部１０５Ａと、キャップ部１０５Ｂとを有している。筒状部１０５Ａの軸方向下側の端部にはスラスト板１０４が固定されており、筒状部１０５Ａの内周側にはスリーブ１０１が嵌め込まれている。スリーブ１０１の軸方向下側の端面には半径方向に延びる環状の凹部１０１Ｃが形成されており、スラスト板１０４と凹部１０１Ｃとにより環状の空間である第１流体室Ｆが形成されている。キャップ部１０５Ｂとスリーブ１０１の軸方向上側の端面との間に、環状の空間である第２流体室Ｈが形成されている。第１流体室Ｆおよび第２流体室Ｈはラジアル軸受部１２１に連通している。また、スリーブ１０１の外周側には連通溝１０１Ａが形成されており、筒状部１０５Ａと連通溝１０１Ａとにより連通孔Ｇが形成されている。第１流体室Ｆと第２流体室Ｈとは連通孔Ｇにより連結されている。本実施形態においては、連通孔Ｇの断面形状は略矩形となっている。各部の隙間には潤滑流体としてのオイル１０６が充填されている。
【００３１】
本実施形態に係る流体軸受式回転装置１３０における各部の毛管圧力の計算モデルの一例について説明する。
第２流体室Ｈにおける毛管圧力Ｐｈ〔Ｐａ〕は、前述の計算モデル１を適用することができ、毛管圧力Ｐｈは前述の式（４）で表される。また、第１流体室Ｆにおける毛管圧力Ｐｆ〔Ｐａ〕は、前述の第１実施形態では計算モデル２を適用しているが、本実施形態においては第１流体室Ｆは第２流体室Ｈと同様に薄板円盤状の空間である。したがって、この場合も計算モデル１を適用することができ、毛管圧力Ｐｆは前述の式（４）で表される。
しかし、連通孔Ｇにおける毛管圧力Ｐｇ〔Ｐａ〕については、前述の第１実施形態の連通孔Ｇは断面形状が円形であるのに対して、本実施形態の連通孔Ｇの断面形状は略矩形である。したがって、そのまま計算モデル３を適用することができない。
そこで、ここでは新たに計算モデル４を考える。図１５に示すように、計算モデル４では断面形状が略矩形である空間を想定している。図１５は連通孔Ｇの空間が示されている。図１５に示す計算モデル４に前述の基本モデルを適用すると、図１６に示すモデルとなる。図１６は計算モデル４の断面図を示している。この場合、例えば連通孔Ｇにおける毛管圧力Ｐｇ〔Ｐａ〕は以下の式（７）で表される。
【００３２】
Ｆｇ＝２×（ｕ＋ｔ）×γｇ×ｃｏｓθｇ
Ａｇ＝ｕ×ｔ
Ｐｇ＝Ｆｇ／Ａｇ
＝２×γｇ×ｃｏｓθｇ×（ｕ＋ｔ）／（ｕ×ｔ）  ・・・（７）
ｕ  ：連通孔Ｇの断面の一辺の寸法  〔ｍ〕
ｔ  ：連通孔Ｇの断面の他辺の寸法  〔ｍ〕
γｇ：オイル１０６の表面張力  〔Ｎ／ｍ〕
θｇ：オイル１０６の接触角  〔ｒａｄ〕
Ｐｇ：毛管圧力  〔Ｐａ〕
具体的には、例えば、Ｕ＝0.0012［ｍ］、ｔ＝0.00006[ｍ]、γｇ＝0.00288［Ｎ/ｍ］、θｇ＝0.2269［ｒａｄ］のとき、Ｐ＝982[Ｐａ]となる。
以上に述べた計算モデル１、４から導き出された式（４）、（７）により第１流体室Ｆ、連通孔Ｇおよび第２流体室Ｈにおける毛管圧力を計算し、そして各毛管圧力が前述の式（１）や式（２）の関係を満たすように各部の材質や寸法、表面荒さ、そして潤滑流体の種類などを決定する。この結果、流体軸受式回転装置１３０において、オイル１０６に存在する気泡１１５が連通孔Ｇを介して第１流体室Ｆから第２流体室Ｈへ流れやすくなり、ラジアル軸受部１２１およびスラスト軸受部１２２から気泡１１５を確実に排出することができる。特に、式（１）の関係を満たすように設計すると、気泡１１５の流れが最も円滑となり、気泡の排出効果が最も高い流体軸受式回転装置を得ることができる。
【００３３】
〈３〉第３実施形態
また、上記の毛管圧力の原理は、以下に説明する流体軸受式回転装置にも適用可能である。図１７を用いて、本発明の第３実施形態に係る流体軸受式回転装置２３０について説明する。図１７に本発明の第３実施形態に係る流体軸受式回転装置２３０の縦断面概略図を示す。以下、第１実施形態に係る流体軸受式回転装置３０と異なる構成を中心に説明する。
この流体軸受式回転装置２３０は、第１スリーブ２０１と、第２スリーブ２１７と、シャフト２０２と、フランジ２０３と、スラスト板としての（閉塞板としての場合もある）カバー板２１６と、オイル２０６と、ハブ２０７とを備えている。
第１スリーブ２０１の外周側には軸方向に延びる連通溝２０１Ｃが形成されている。第２スリーブ２１７の内周側に第１スリーブ２０１が嵌め込まれており、連通溝２０１Ｃと第２スリーブ２１７とにより連通孔Ｇが形成されている。連通孔Ｇの断面形状は略矩形を有している。第２スリーブ２１７の軸方向上側の端面にはスラスト動圧発生溝２１７Ｂが形成されており、第２スリーブ２１７とハブ２０７との間にスラスト軸受部２２２が形成されている。
【００３４】
シャフト２０２の軸方向下側の端部には、フランジ２０３が固定されている。フランジ２０３は第２スリーブ２１７の軸方向下側の端部と軸方向に対向している。第１スリーブ２０１の軸方向下側の端面にはスラスト動圧発生溝２０１Ａが形成されており、第１スリーブ２０１とフランジ２０３との間にスラスト軸受部２２２が形成されている。また、シャフト２０２の外周面にはラジアル動圧発生溝２０２Ｂが形成されており、第１スリーブ２０１とシャフト２０２との間にラジアル軸受部２２１が形成されている。また、第１スリーブ２０１、第２スリーブ２１７、フランジ２０３およびカバー板２１６の間には第１流体室Ｆが形成されている。
シャフト２０２の軸方向上側の端部にはハブ２０７が固定されている。ハブ２０７と第１スリーブ２０１との間には軸方向に隙間が確保されており、ハブ２０７と第１スリーブ２０１との間に環状の空間である第２流体室Ｈが形成されている。第１流体室Ｆおよび第２流体室Ｈはラジアル軸受部２２１と連通している。また、第１流体室Ｆと第２流体室Ｈとは連通孔Ｇにより連通している。
本実施形態に係る流体軸受式回転装置２３０における各部の毛管圧力の計算モデルの一例について説明する。
【００３５】
第２流体室Ｈにおける毛管圧力Ｐｈ〔Ｐａ〕は、前述の計算モデル１を適用することができ、毛管圧力Ｐｈは前述の式（４）で表される。また、第１流体室Ｆにおける毛管圧力Ｐｆ〔Ｐａ〕は、前述の計算モデル２を適用することができ、毛管圧力Ｐｆは前述の式（５）で表される。また、連通孔Ｇにおける毛管圧力Ｐｇ〔Ｐａ〕は、連通孔Ｇの断面形状が略矩形であるため、前述の計算モデル４を適用することができ、毛管圧力Ｐｇは前述の式（７）で表される。
以上に述べた計算モデル１、２、４から導き出された式（４）、（５）、（７）により第１流体室Ｆ、連通孔Ｇおよび第２流体室Ｈにおける毛管圧力を計算し、そして各毛管圧力が前述の式（１）や式（２）の関係を満たすように各部の材質や寸法、表面荒さ、そして潤滑流体の種類などを決定する。この結果、流体軸受式回転装置２３０において、オイル２０６に存在する気泡２１５が連通孔Ｇを介して第１流体室Ｆから第２流体室Ｈへ流れやすくなり、ラジアル軸受部２２１およびスラスト軸受部２２２から気泡２１５を確実に排出することができる。特に、式（１）の関係を満たすように設計すると、気泡２１５の流れが最も円滑となり、気泡の排出効果が最も高い流体軸受式回転装置を得ることができる。
【００３６】
〈４〉その他の実施形態
前述の実施形態は本発明の一実施例にすぎず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
（１）流体軸受式回転装置のタイプ
本発明に係る流体軸受式回転装置のタイプは、前述の実施形態として説明したものに限定されない。第１流体室Ｆ、連通孔および第２流体室Ｈの３つの空間を備えていれば、どのようなタイプの流体軸受式回転装置においても適用可能である。
（２）計算モデル
前述の実施形態では計算モデル１〜４に基づいて毛管圧力を算出しているが、上記計算モデルはあくまでも毛管圧力の計算をするための一例にすぎず、流体軸受式回転装置の各部の形状に応じて他の計算モデルを適用し毛管圧力を計算してもよい。
（３）潤滑流体
前述の実施形態では潤滑流体をオイルとして記載しているが、これに限定されない。例えば、オイルの代わりに高流動性グリスやイオン性液体などを用いてもよい。
（４）各部の材質
前述の実施形態では、スリーブやシャフトの材質を例示しているが、これに限定されない。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明に係る流体軸受式回転装置は、高速化、高精度化が求められるハードディスク装置等の駆動装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る流体軸受式回転装置の縦断面概略図
【図２】流体軸受式回転装置の詳細断面図
【図３】連通孔周辺の縦断面概略図
【図４】連通孔周辺のイメージ図および実際の毛管圧力を示す図
【図５】連通孔周辺のイメージ図および実際の毛管圧力を示す図
【図６】毛管圧力についての基本モデルの説明図
【図７】計算モデル１の説明図
【図８】計算モデル１の回転中心を含む平面における断面図
【図９】計算モデル２の説明図
【図１０】計算モデル２の回転中心を含む平面における断面図
【図１１】計算モデル３の説明図
【図１２】計算モデル３の回転中心を含む平面における断面図
【図１３】本発明の第１実施形態の変形例に係る流体軸受式回転装置の縦断面概略図
【図１４】本発明の第２実施形態に係る流体軸受装置の縦断面概略図
【図１５】計算モデル４の説明図
【図１６】計算モデル４の回転中心を含む平面における断面図
【図１７】本発明の第３実施形態に係る流体軸受装置の縦断面概略図
【符号の説明】
【００３９】
３０  流体軸受式回転装置
３１  回転部材
３２  静止部材
４０  流体軸受機構
２１  ラジアル軸受部
２２  スラスト軸受部
Ｆ  第１流体室
Ｇ  連通孔
Ｈ  第２流体室
１    スリーブ
２    シャフト
２Ｂ  ラジアル動圧発生溝
３    フランジ
３Ａ，３Ｂ  スラスト動圧発生溝
４    スラスト板
５    シールキャップ
５Ｂ  テーパ部
６    オイル（潤滑流体）
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
１５    気泡
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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