JP2004340361A - 磁気浮上軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】 固定子磁気ユニットとスピンドル磁気ユニットとに反発力を発生させ、スピンドルと固定子とを特定の距離だけ隔離させ、傾斜によって起こる振動やノイズを阻止し、製品寿命を長くする。
【解決手段】 回転装置におけるスピンドルと固定子との間に位置する磁気浮上軸受は、固定子の上方及び下方に搭載した固定子磁気ユニットと、スピンドルの両端に設置されたスピンドル磁気ユニットとを含む。スピンドルの一端には搭載部が配置され、スピンドルを保持する役目を果たす。
【選択図】 図１Ａ

Description

本発明は、電子機器に利用される磁気浮上軸受に関するものであり、特に固定子とスピンドルとの間に反発力を与え、摩擦と磨耗とを防ぐ目的で開発された、磁気浮上軸受に関するものである。

近年、電子機器は、急速な革新と発展とで満ち溢れた。絶え間ない半導体製造技術の発展があり、電子機器はよりパワフルになり、価格が下落した。そして、これらの電子機器が、現在広く一般大衆に受け入れられるようになった。

今日の市場には、様々な種類の電子機器製品が存在する。情報記憶装置に利用される駆動モータ軸受に関して言えば、含油軸受やボール軸受といったような軸受が利用される。含油軸受は、安価であり、コストに関する利点がある。しかしながら、含油軸受の寿命は短い。ボール軸受の寿命は長いが、価格が高く、耐衝撃が低いといった欠点を持っている。更に、これらの２つのタイプの軸受は、スピンドルが軸受の内壁と接触している。その結果、モータが振動し、ノイズを発する傾向にあり、したがって寿命も短くなる。

一方、動力軸受もまた、この業界で頻繁に利用されている。動力軸受は、より精密なものであり、その寿命も長い。したがって、この業界では主流のタイプとなりつつある。しかしながら、この動力軸受は、起動摩擦と磨耗の問題があり、これらの問題は未だに解決には至っていない。更に、製造コストが高く、生産率も好ましいレベルに到達しているとは云えない。これらの問題は、依然として解決されていない。

同極の磁石は互いに反発し合うことは良く知られていることである。この特性が、スピンドルの回転時に起こる磨耗を低減させる目的で利用可能である。この特性に対する事柄が、この業界において次第に重要な研究開発対象となって来た。

この特性に関しては、幾つかの従来技術が知られている。例えば、図５は、従来の磁気浮上軸受を開示するものである。図５には、固定子８００に設置された磁気部７００があり、スピンドル５００は、パーミアンスリング６００を持つ。しかしながら、この従来の浮上軸受は、浮上させるのに、１つの磁気部分７００とパーミアンスリング６００としか有していないので、Ｃ．Ｍ．９００（中心部）は、不安定であり、振動したり、傾斜したりし易い。

図６は、他の従来磁気浮上軸受を図示するものである。永久磁石で出来た磁気部分２１０は、固定子２００に設置されている。磁気物質で出来た上内部パーミアンスリング３１０と、磁気物質で出来た下内部パーミアンスリング３２０とは、夫々スピンドル３００の上方と下方とに位置する。ボール軸受４００（又は自己潤滑スリーブ）は、スピンドルの両端間に位置する。

しかしながら、従来の磁気浮上軸受は、幾つかの以下のような問題点がある。
まず、磁気部分とスピンドルとが磁気リンクされるのを避けるために、上内部パーミアンスリングと下内部パーミアンスリングの接触部分が制限される必要がある。したがって、作業環境を制限することが非常に重要なこととなるのである。

第二に、ボール軸受と自己潤滑スリーブとは、スピンドルの両端間に位置され、この配置が構造を複雑なものとする。米国特許第５７８３８８６号は、スピンドルモータが磁気軸受を有する技術を開示した。スピンドルと固定子に夫々磁気要素が設けられる。

反発力は、スピンドルが固定子に対して放射状磁気浮上するのを可能とし、したがって摩擦接触および磨耗の発生を防ぐものとなる。
大量生産をする上で、組み立てと軸の磁気化が簡単である一方、スピンドルと固定子の組み立ては、正確性を要する。少しの外部振動も傾斜を与える原因となりうる。言い換えれば、磁気浮上軸受デザインコンセプトを採用するための状況作りには非常に精密性を要するということである。

米国特許第４３４０２６０号は、固定子とスピンドルに設置された斜磁気要素を持ったその他の技術を開示している。同磁極の反発力の特性を利用してスピンドルと回転体が浮上することを可能とする。この技術は、外部インパクトに対して大きな抵抗力を有し、スキューイング（ＳＫＥＷＩＮＧ）を防ぎ、磁化を容易なものとする。しかしながら、この技術は組み立てが困難であり、コストが大きくなる。簡単に言えば、いずれの従来技術にもまだ解決されていない問題があるということである。

従来技術に存在する上述の問題点を鑑み、本発明の主な目的は、単純な構造を有し、スムーズな操作を可能とする磁気浮上軸受を提供することにある。

本発明の磁気浮上軸受は、精密モータ軸受や精密エアファン軸受のような、特にデータ記憶装置に代表されるような様々な電子機器に広く利用されている、回転装置への適用を目的としたものである。

回転装置は、一般的に固定子と、スピンドルと、前記固定子を保持するベースドックとより構成される。スピンドルは、本発明の磁気浮上軸受に連結（ＣＯＵＰＬＩＮＧ）され、回転可能の状態での固定子に設置される。本発明の磁気浮上軸受は、２つの磁気リングセットと搭載部を含む。各磁気リングセットは、夫々固定子の上方と下方に位置する、固定子磁気ユニットを有する。夫々が固定子の両端部に取り付けられる、固定子磁気ユニットと対応するスピンドル磁気ユニットが存在する。搭載部は、スピンドルの一端に位置し、スピンドルとベースドックとの間に設置されて、スピンドルを支持する。スピンドル磁気ユニットと固定子磁気ユニットとは、それらの間に反発力をつくり、通常状態で、スピンドルと固定子とを特定の距離だけ隔離するものである。したがって、スピンドルと固定子間の傾斜によって引き起こる摩擦ロスを効果的に減少させることが可能である。

本発明に関する、前述の事柄及びそれ以上の目的、特色及び利点は、以下の詳細な説明を以ってより明確なものとなり、以下の説明は図面を参照しながら行うものとする。

本発明に係わる磁気浮上軸受は、スピンドルと固定子との間の摩擦を減少させ、振動とノイズの発生を抑え、スムーズな操作性と長い製品寿命とを提供することを目的としている。

図１は、本発明の第一実施例に係わる図である。一般的に云って、回転装置は、スピンドル１０と、固定子２０と、ベースドック３０とから成る。スピンドル１０は、固定子２０内に位置し、そこで回転可能な構成になっている。ベースドック３０は、固定子２０を保持する構造になっている。スピンドル１０は、底端部を有し、搭載部７０上に搭載される。搭載部７０は、ベースドック３０とスピンドル１０との間に位置し、スピンドル１０を支える役目を果たす。スピンドル１０は、上端が、金属ヨーク８０と金属ヨークスリーブ８１とで連結（ＣＯＵＰＬＩＮＧ）され、これらによって、固定子２０の内部要素を保護する役目をする。

本発明に係わる磁気浮上軸受は、更にスピンドル１０両端に設けられたセット（例えば２セット）の磁気リングを有する。磁気リングは、固定子２０の上部及び底部に当接する２つの固定子磁気ユニット４０を有し、セパレータ６０で連結されて、固定子磁気ユニット４０をアンカリングし、固定子２０の金属芯のような磁気ユニットの外部磁力が固定子磁気ユニット４０に影響を及ぼすのを防ぐものである。

２つのスピンドル磁気ユニット５０は、固定子磁気ユニット４０と対応するスピンドル１０の二端に設けられている。固定子磁気ユニット４０とスピンドル磁気ユニット５０とは、それらの間に反発力を発生させ、スピンドル１０と固定子２０とが放射状浮上状態を保ち、通常時には特定の距離のスペースが両間に存在する状態を維持するように構成されている。

固定子２０の両端に位置する固定子磁気ユニット４０は、固定子分離リングを含み、隣接する２つの固定子磁気ユニット４０を分離制御して、磁気の影響を避けるように構成されている。

同じように、スピンドル１０の両端に位置するスピンドル磁気ユニット５０は、スピンドル分離リング１１で以って設置され、隣接するスピンドル磁気ユニット５０との間の特定の距離を保つように調整され、磁気の影響を受けないような構成になっている。

スピンドル１０が、固定子２０に対して回転する時、スピンドル磁気ユニット５０と固定子磁気ユニット４０とは、相互間に反発力を発生させる。スピンドル１０は、搭載部７０上に形成して窪み７１内に設置され、搭載部７０への接続を完了させる。

したがって、スピンドル１０と固定子２０とは、放射状に浮上された状態になり、相互に特定の距離だけ離間しており、この構成によって傾斜による振動やノイズの発生を防止することが可能である。したがって、スピンドル１０と固定子２０との間に発生する摩擦ロスを軽減することが可能であり、製品寿命を延ばすこととなるのである。

固定子磁気ユニット４０とスピンドル磁気ユニット５０との間の縦方向の違いは、搭載部７０と、固定子分離リング２１と、スピンドル分離リング１１とで調整がされる。この距離は、１ｍｍよりも小さいことが好ましい。

搭載部７０は、摩擦パットであり、一般的にはモリブデンジスルフィドから出来ていて、搭載部７０は、主にスピンドル１０の支持部材の役目を果たすが、実際には様々な変更が可能である。

図１Ｂは、本発明の第二実施例を図示するものである。第一実施例と比較した主な違いは、第一実施例においけるスピンドル１０の窪み７１内への設置に関連する。スピンドル１０に傾斜が発生した場合、摩擦ロスが発生し、回転速度を減少させ、電流の消費を増加させることとなる。したがって、第二実施例は、搭載部７０に改良を加えることによって、これらの問題に対処する。

搭載部７０の上面は、ほぼ平面であり、一つの接点でもってスピンドル１０を支持する。したがって、スピンドル１０及び窪み７１の周辺部に起こりうる摩擦や磨耗の発生を回避することが可能である。その結果、振動やノイズが減少し、スピンドル１０の回転が安定し、スムーズなものとなる。搭載部７０とスピンドル１０の設置面は、平面である必要はない。一接点設置の条件を除けば、凹凸面であったり、アーチ状凹凸面であったりすることが可能である。

固定子ユニット４０とスピンドル磁気ユニット５０の磁化方向に関しては、様々なものがある。図２Ａは、固定子磁気ユニット４０とスピンドル磁気ユニット５０が、放射方向に逆に磁化して、反発力を発生する一つの状態を示した図である。図２Ｂは、固定子磁気ユニット４０とスピンドル磁気ユニット５０が、同じ軸方向に磁化し、相互に反発力を発生する状態を示した図である。図２Ｃは、固定子磁気ユニット４０とスピンドル磁気ユニット５０が、夫々対応する軸方向に磁化し、夫々対応する反発力を発生する状態を示した図である。図２Ｄは、固定子磁気ユニット４０とスピンドル磁気ユニット５０が、放射方向の磁化と軸方向の磁化と交互に行い、放射方向の磁化は互いが相反する方向に磁化し、軸方向の磁化が銅方向に磁化することを説明する図である。

したがって、固定子磁気ユニット４０とスピンドル磁化ユニット５０とは、相互反発力を発生させるものであり、よってスピンドル磁化ユニット５０と連結されたスピンドル１０と固定子磁化ユニット４０と連結された固定子２０とは、相互間に放射状に浮上可能となる。

図３は、本発明のその他の実施例を図示するものである。

スピンドル１０の底端部は、円盤状に形成されている。潤滑ユニット９０は、潤滑油のようなオイル状の物質を少量含み、スピンドル１０の潤滑状態を形成するものである。したがって、スピンドル１０は、殆ど完全に浮上し、摩擦と磨耗を効果的に減らすことが可能である。潤滑ユニット９０は、状況にあわせて様々な種類の要素を含むことが可能である。動的スラスト軸受と連結されることが好ましい選択肢である。

搭載部７０は、スピンドル１０の底端部に位置し、図４にある本発明の第四実施例に示されるように、固定子の上端に設置することも可能である。固定子２０の上方は、潤滑ユニット９０で連結される。上述のように、潤滑油を利用することが可能であり、これによって潤滑状態を実現し、摩擦と磨耗を減少させ、スピンドル１０が完全に浮上する状態を実現することが可能である。

上述と同様の効果を発揮することが出来る、これらの他の実施例の考案が可能である。勿論、動的スラスト軸受も、本実施例で連結される。

ここまで説明した構成で以って、本発明の磁気浮上軸受が、以下のような効果を表すことが可能であるとは明白である。

（１）放射状浮上効果
スピンドル磁気ユニットと固定子磁気ユニットとは、相互間に反発力を発生させ、搭載部とスピンドルとが一点接触をする。したがって、スピンドルと固定子とが、相互間に浮上状態を形成可能である。更に、スピンドル磁気ユニットは、外部磁化からの隔離が可能である。スピンドルは、スムーズな回転を可能とし、効果的に傾斜を妨げることが可能である。

（２）振動及びノイズ発生防止効果
繊細な環境が必要であるが、スピンドルと固定子に作動中に振動とノイズが発生しがちな、従来技術と比較すると、本発明は、優れた放射浮上を実現し、振動とノイズの発生を阻止することに成功した。

（３）製品寿命の延長
一般的に、スピンドルと固定子との間に断続的に発生している磨耗が、製品にダメージを与えたり、製品寿命を短くする主な原因である。本発明は、ノイズと振動の問題に著しく大きな進化をもたらしたので、製品寿命を延長させることに成功した。

（４）コストの効果的削減
従来技術はしばし複雑な構造を持ち、組み立てが困難であるといった問題があり、製造コストを上昇させる原因となっていた。本発明は、放射浮上を実現する単純構造を提供している。この組み立ては、単純であり、製造コストも大きく削減させることが可能である。
本発明の好適な実施例は、発明の開示を目的としてなされたものである一方、開示された本発明の実施例とその他の実施例の変更が、当業者にとって起こりうるものである。したがって、添付された請求項は、本発明の精神と適用範囲とから逸脱することなく、それら全ての実施例をカバーするように意図したものである。

図１Ａは、本発明に冠する磁気浮上軸受の第一実施例を説明する断面図。 図１Ｂは、本発明に冠する磁気浮上軸受の第二実施例を説明する断面図。 図２Ａ〜２Ｄは、固定子磁気ユニットとスピンドル磁気ユニットの磁化方向を示す本発明の概略図。 図３は、本発明の磁気浮上軸受の第三実施例を説明する断面図。 図４は、本発明の磁気浮上軸受の第四実施例を説明する断面図。 図５は、従来の磁気浮上軸受を説明する断面図。 図６は、その他の従来の磁気浮上軸受を説明する断面図。

Claims (19)

1. 固定子と、磁気浮上軸受を介して前記固定子と回転可能に連結したスピンドルと、固定子を保持するベースドックとより成る前記磁気浮上軸受が、
   磁気リングセットであって、各セットが固定子の上方又は下方に当接する固定子磁気ユニットと前記固定子磁気ユニットと対応するスピンドルの両端に連結したスピンドル磁気ユニットとを有し、前記固定子磁気ユニットに対して反発力を発し、通常時のスピンドルが特定の距離だけ固定子から離れるように設定した磁気リングセットと、
   前記スピンドルを保持する目的でスピンドルの一方端に設置する搭載部とより構成される、
   回転装置に適用可能な磁気浮上軸受。
2. 請求項１に記載の磁気浮上軸受において、
   固定子磁気ユニットとスピンドル磁気ユニットとの垂直上の相違が約１ｍｍよりも小さいことを特徴とする、
   磁気浮上軸受。
3. 請求項１に記載の磁気浮上軸受において、
   前記搭載部が、スピンドルの底部に位置し、スピンドルとベースドックとの間に位置することを特徴とする、
   磁気浮上軸受。
4. 請求項１に記載の磁気浮上軸受において、
   前記搭載部が、固定子の上方に位置することを特徴とする、
   磁気浮上軸受。
5. 請求項１に記載の磁気浮上軸受において、
   前記搭載部が、摩擦パットであることを特徴とする、
   磁気浮上軸受。
6. 請求項１に記載の磁気浮上軸受において、
   前記搭載部が、スピンドルを潤滑する少量のオイル物質を含んだ、潤滑ユニットであることを特徴とする、
   磁気浮上軸受。
7. 請求項６に記載の磁気浮上軸受において、
   前記潤滑ユニットが、動的スラスト軸受であることを特徴とする、
   磁気浮上軸受。
8. 請求項１に記載の磁気浮上軸受において、
   更に、スピンドル分離リングが、スピンドルの両端のスピンドル磁気ユニット間に配置されたことを特徴とする、
   磁気浮上軸受。
9. 請求項１に記載の磁気浮上軸受において、
   更に、固定子分離リングが、固定子の上方及び下方の固定子磁気ユニットの間に配置されたことを特徴とする、
   磁気浮上軸受。
10. 請求項１に記載の磁気浮上軸受において、
    固定子の上方には、固定子磁気ユニットと連結するための、セパレータを配置することを特徴とする、
    磁気浮上軸受。
11. 請求項１に記載の磁気浮上軸受において、
    スピンドル磁気ユニットは、軸上に磁化され、固定子磁気ユニットは、スピンドル磁気ユニットの磁化方向と銅方向の軸方向に磁化されることを特徴とする、
    磁気浮上軸受。
12. 請求項１に記載の磁気浮上軸受において、
    スピンドル磁気ユニットは放射方向に磁化され、固定子磁気ユニットは放射方向のスピンドル磁気ユニットの磁化と反対の方向に磁化されることを特徴とする、
    磁気浮上軸受。
13. 請求項１に記載の磁気浮上軸受において、
    スピンドル磁気ユニットは、軸方向に磁化され、固定子磁気ユニットは同じ軸方向に磁化されることを特徴とする、
    磁気浮上軸受。
14. 請求項１に記載の磁気浮上軸受において、
    スピンドルは、一接点において搭載部と接触することを特徴とする、
    磁気浮上軸受。
15. 請求項１に記載の磁気浮上軸受において、
    前記搭載部が窪みを持ち、スピンドルの一端部を受け入れることを特徴とする、
    磁気浮上軸受。
16. 請求項１に記載の磁気浮上軸受において、
    前記搭載部は、その上面が充分に平面であることを特徴とする、
    磁気浮上軸受。
17. 請求項１６に記載の磁気浮上軸受において、
    前記スピンドルが軸方向に搭載部と接触していることを特徴とする、
    磁気浮上軸受。
18. 請求項１に記載の磁気浮上軸受において、
    前記搭載部が、略凹部分を有し、前記凹部分のアーチ側がスピンドルと接触することを特徴とする、
    磁気浮上軸受。
19. 請求項１に記載の磁気浮上軸受において、
    前記搭載部が、略凸部分を有し、前記凸部分のアーチ側がスピンドルと接触することを特徴とする、
    磁気浮上軸受。

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