JP2007225029A - 軸受ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】製造工程を簡略化することのできる軸受ユニットを提供する。
【解決手段】軸受ユニット１は、円筒形状を有し、かつ外周面に複数の磁極が着磁された固定軸２と、固定軸２の外周に配置され、固定軸２の外周面に対向する内周面を有する外輪スリーブ４とを備えている。外輪スリーブ４は固定軸２の内径方向に延びるフランジ部６を有しており、かつフランジ部６の主面は固定軸２の軸方向端面と対向している。固定軸２の外周面と外輪スリーブ４の内周面との間の隙間およびフランジ部６の主面と固定軸２の軸方向端面との隙間に注入された磁性流体をさらに備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は軸受ユニットに関し、より特定的には、コンピュータのハードディスクの磁気ヘッド部に用いられる軸受ユニットに関する。

磁性流体軸受は、磁性流体を軸受の潤滑剤として用いた軸受である。磁性流体軸受の作動原理は流体潤滑理論によらず磁力によるため、軸と外輪とが相対的に静止している場合、あるいは軸と外輪との相対速度が極めて小さな場合でも、外部からの加圧なしで軸と外輪とを非接触で支持することができる。このため磁性流体軸受は揺動運動の支点軸受として好適であり、コンピュータのハードディスク（ＨＤＤ）装置におけるスイングアームの支点軸受として使用され得る。従来の磁性流体軸受は、たとえば特開２００４−２１８７９２号公報（特許文献１）、実公平７−７３６号公報（特許文献２）、および特開２００３−１３９５７号公報（特許文献３）などに開示されている。

図１１は、特許文献１に開示されたＨＤＤ装置におけるスイングアーム装置を示す断面図である。図１１を参照して、スイングアーム１２２は磁性流体軸受１０１を介して正逆回動自在に設置されている。磁性流体軸受１０１は、回転支軸１０３と、軸受外輪１０２とを備えている。回転支軸１０３は非磁性材料よりなっており、ネジ１２７によって基台１２３に固定されている。回転支軸１０３の外周には軸受外輪１０２が配置されており、軸受外輪１０２にはスイングアーム１２２が取り付けられている。スイングアーム１２２の一方の端部には磁気ディスクに情報を記録するため磁気ヘッド１２４が設けられており、スイングアーム１２２の他方の端部にはヘッド位置決め機構１２６が設けられている。

軸受外輪１０２の内周面には複数の磁極１０４が設けられている。複数の磁極１０４の各々は円周方向および軸方向に分離されて、軸受外輪１０２の全周に設けられている。また、回転支軸１０３は、その上端面にフランジ部１０５ａを有しており、その下端面にフランジ部１０５ｂを有している。フランジ部１０５ａ，１０５ｂの各々は、回転支軸１０３の外径方向に延在している。回転支軸１０３と軸受外輪１０２との隙間Ｇには磁性流体が注入されている。

図１１のスイングアーム装置においては、磁性流体軸受１０１の自重によって磁性流体軸受１０１にスラスト荷重が発生する。このスラスト荷重は、フランジ部１０５ａおよび軸受外輪１０２と、フランジ部１０５ｂおよび軸受外輪１０２との各々によって構成される滑り軸受によって支持されていると考えられる。
特開２００４−２１８７９２号公報 実公平７−７３６号公報 特開２００３−１３９５７号公報

図１１の磁性流体軸受１０１においては、軸受外輪１０２の内周面に磁石を埋め込むことによって複数の磁極が設けられている。しかし、軸受外輪１０２に複数の磁石を埋め込むことは煩雑であり、磁性流体軸受の製造工程の複雑化を招くという問題があった。

ここで、引用文献２には軸を多極着磁する技術が開示されており、この技術を図１１の構造に適用して、軸受外輪１０２に複数の磁石を埋め込む代わりに回転支軸１０３を多極着磁することも考えられる。しかし、図１１の磁性流体軸受１０１において、回転支軸１０３はフランジ部１０５ａ，１０５ｂを有している形状であるため、多極着磁しにくかった。このため、製造工程の複雑化を招くという問題を解決することはできなかった。

したがって、本発明の目的は、製造工程を簡略化することのできる軸受ユニットを提供することである。

本発明の軸受ユニットは、円筒形状を有し、かつ外周面に複数の磁極が着磁された軸と、軸の外周に配置され、軸の外周面に対向する内周面を有する外輪とを備えている。外輪は軸の内径方向に延びるフランジ部を有しており、かつフランジ部の主面は軸の軸方向端面と対向している。軸の外周面と外輪の内周面との間の隙間およびフランジ部の主面と軸の軸方向端面との隙間に注入された磁性流体をさらに備えている。

本発明の軸受ユニットによれば、軸は円筒形状を有しており、簡易な形状であるので、軸の外周面を容易に着磁することができる。このため、複数の磁石を埋め込むことなく複数の磁極を形成することができ、製造工程を簡略化することができる。

本発明の軸受ユニットにおいて好ましくは、軸はプラセオジム磁石よりなっている。プラセオジム磁石は機械加工性に富んだ磁性体であるので、円筒形状の軸を容易に形成することができる。また、軸を中空形状にし、軸の中空部分の壁面にネジ溝を形成する場合にも、容易にネジ溝を形成することができる。また軸自体を磁化できるので、磁石を埋め込む場合に比べて部品点数を減少することができる。

本発明の軸受ユニットにおいて好ましくは、軸に固定され、かつ軸の外径方向に延在する板がさらに備えられている。板の主面は外輪の軸方向端面と対向しており、磁性流体は板の主面と外輪の軸方向端面との隙間にも注入されている。

これにより、軸とは別体で形成された板と、外輪とによって滑り軸受が構成され、この滑り軸受によってスラスト荷重が支持される。板の材質は自由であるので、摩擦係数の低い材料を用いることによってスラスト方向の摩擦を低減することができ、高強度な材料を板として用いることによって板を薄板化することができ、それにより軸受ユニットの小型化を図ることができる。

本発明の軸受ユニットにおいて好ましくは、板の主面には複数の磁極が形成されている。

これにより、板の主面と外輪の軸方向端面との間に存在する磁性流体が板の磁力により保持され、磁性流体によって外輪をスラスト方向に非接触で保持することができる。その結果、スラスト軸受の摩擦を低減することができる。

本発明の軸受ユニットにおいて好ましくは、磁性流体は脂肪酸、アルコール、脂肪族アミド、エステル、および硫化油脂からなる群より選ばれる少なくとも１種以上の材料を含んでいる、または上記材料の誘導体を含んでいる。

これらの材料は、金属表面への吸着性の高い極性物質であり、高い潤滑能力を有している。したがって、磁性流体の潤滑性を向上することができる。

本発明の軸受ユニットによれば、製造工程を簡略化することができる。

以下、本発明の一実施の形態について図に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施の形態における軸受ユニットの構造を示す断面図である。図２（ａ）は図１のＡ部拡大図であり、図２（ｂ）は図１のＢ部拡大図である。図１および図２を参照して、本実施の形態の軸受ユニット１は固定軸２と、外輪スリーブ４と、スラスト板５と、磁性流体７とを備えている。

固定軸２は中空部分８のある円筒形状を有しており、たとえばプラセオジム磁石などの磁性体よりなっている。中空部分８の壁面にはたとえばネジ溝が形成されている。固定軸２の外周面２ｂには複数の磁極が着磁されている。固定軸２の下部には円盤状のスラスト板５が固定されている。

外輪スリーブ４は中空部分のある円筒形状を有しており、ラジアル軸受隙間を隔てて固定軸２の外周に配置されている。特に図２（ａ）に示すように、固定軸２の外周面２ｂと外輪スリーブ４の内周面４ａとは互いに対向している。また、外輪スリーブ４はその上部にフランジ部６を有している。フランジ部６は外輪スリーブ４と一体化しており、固定軸２の内径方向（図１中横方向）に延在している。フランジ部６の下面６ａは、スラスト軸受隙間を隔てて固定軸２の上端面２ａ（軸方向端面）と対向している。

スラスト板５は、たとえば接着剤によって固定軸２に固定されており、固定軸２の外径方向（図１中横方向）に延在している。スラスト板５の厚さはたとえば０．５ｍｍである。スラスト板５の上面５ａは外輪スリーブ４の下端面４ｂ（軸方向端面）と対向している。

磁性流体７は固定軸２と外輪スリーブ４との間に注入されている。すなわち、固定軸２の外周面２ｂと外輪スリーブ４の内周面４ａとの隙間、固定軸２の上端面２ａとフランジ部６の下面６ａとの隙間、スラスト板５の上面５ａと外輪スリーブ４の下端面４ｂとの隙間に注入されている。磁性流体７は磁性に加え油性をも有しており、磁性粒子をコロイド状に分散させた液体によって構成されている。また、たとえば脂肪酸、アルコール、脂肪族アミド、エステル、または硫化油脂などの材料またはこれらの材料の誘導体が０．１質量％〜３質量％の範囲で上記液体中にさらに添加されてもよい。これらの潤滑材料は金属表面への吸着性の高い極性物質であり、高い潤滑能力を有しているので、磁性流体７の潤滑性を向上することができる。

外輪スリーブ４およびスラスト板５の各々は、たとえばオーステナイト系ステンレス鋼や黄銅などの非磁性体よりなっている。

図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面における固定軸の磁極分布を示す図であり、図４は、固定軸の展開図における固定軸の磁極分布を示す図である。図３および図４を参照して、固定軸２の外周面２ｂは、円周方向（図４中横方向）に複数の磁極が並ぶように着磁されている。円周方向で隣り合う磁極同士は互いに異極となっており、複数の磁極の各々は軸方向（図４中縦方向）に延びている。

なお、固定軸２の着磁状態は自由であり、図３および図４に示す着磁状態の他、たとえば図５または図６に示すような着磁状態であってもよい。図５を参照して、固定軸２の外周面２ｂは軸方向に複数の磁極が並ぶように着磁されている。軸方向で隣り合う磁極同士は互いに異極となっており、複数の磁極の各々は円周方向に延びている。図６を参照して、固定軸２の外周面２ｂは軸方向および円周方向に複数の磁極が並ぶように着磁されている。軸方向および円周方向の各々で隣り合う磁極同士は互いに異極となっている。

一方、固定軸２とフランジ部６との間では磁性流体軸受が構成されていないため、固定軸２の上端面２ａとフランジ部６の下面６ａとの間の潤滑性は、磁性流体７の磁力ではなく磁性流体７の油性によって確保されている。同様に、外輪スリーブ４とスラスト板５との間では磁性流体軸受が構成されていないため、外輪スリーブ４の下端面４ｂとスラスト板５の上面５ａとの間の潤滑性は、磁性流体７の磁力ではなく磁性流体７の油性によって確保されている。つまり、軸受ユニット１のスラスト方向の荷重は、固定軸２とフランジ部とによって構成される滑り軸受と、スラスト板５と外輪スリーブ４とによって構成される滑り軸受とによって支持される。

スラスト荷重を支持する上記２つの滑り軸受は、境界潤滑条件下で動作する。境界潤滑条件下においては軸と外輪との固体接触が起こり、摩擦が増大しやすい。このため滑り軸受における固体接触が起こる部分の摩擦を低減することにより、固体接触の摩擦が低減されてもよい。具体的に固体接触が起こる部分とは、固定軸２の上端面２ａとフランジ部６の下面６ａとの互いに対向する部分と、スラスト板５の上面５ａと外輪スリーブ４の下端面４ｂとの互いに対向する部分とを意味している。

摩擦を低減する方法としては、四フッ化エチレン樹脂、ポリアセタール、ポリアミド、フェノール樹脂、ポリエチレン、ポリイミド、ポリフェニレンサルファイド、およびポリエーテルエーテルケトンからなる群より選ばれる少なくとも１種以上の材料を含む材料で固体接触が起こる部分を形成する部分方法が考えられる。外輪スリーブ４全体、スラスト板５全体、またはフランジ部６全体が上記材料よりなっていてもよい。また、固体接触が起こる部分に表面処理または表面改質を施す方法も考えられる。具体的には、たとえばＭｏＳ₂膜、ＷＳ₂膜、Ｃ膜、Ａｇ膜、Ｎｉ−Ｐ−Ｂ膜、ＣＮ_x膜、Ｂ−Ｃ−Ｎ膜、およびＣｒＮ膜からなる群より選ばれる少なくとも１種以上の膜（以下、低摩擦膜と記すこともある）を形成する方法や、Ａｌを偏在させる方法が考えられる。なお、上記低摩擦膜を形成する以外の表面処理または表面改質処理が施されていてもよい。また、外輪スリーブ４全体、スラスト板５全体、またはフランジ部６の表面全体に表面処理または表面改質処理が施されていてもよい。

上記低摩擦膜のうち特にＭｏＳ₂膜は、摩擦係数が低く、ショット処理により常温で形成することができるため素材の熱変形が小さい。加えて、膜厚が薄くても摩擦係数を低減できるので膜形成によるサイズの変化が小さい。Ｃ膜にはＤＬＣ（Diamond Like Carbon）膜も含まれる。ＤＬＣ膜とは、主に炭素と水素から構成されるダイヤモンドに近い物性を持つアモルファス（非結晶）状のカーボン膜である。Ｎｉ−Ｐ−Ｂ膜はたとえばメッキにより形成される。Ｂ−Ｃ−Ｎ膜はたとえば真空製膜技術によって形成される。Ａｌに関しては、固体接触が起こる部分の母材をＡｌとし、陽極酸化でＡｌ表面を微細に多孔質化し、ＰＴＦＥ（四フッ化エチレン樹脂）などの固体潤滑材を表面に含浸することによりＡｌを偏在させることができる。

本実施の形態における軸受ユニット１によれば、固定軸２は円筒形状を有しており、簡易な形状であるので、固定軸２の外周面２ｂを容易に着磁することができる。これについて以下に詳細に説明する。

図７は、本発明の一実施の形態における固定軸の着磁方法を説明するための平面図である。図８（ａ）は、図７の側面図であり、（ｂ）は、フランジ部を有する固定軸の着磁方法を説明するための側面図である。図７を参照して、固定軸２の着磁には円周形状の着磁装置３０が用いられる。着磁装置３０は、円周形状のハウジング３１と、電線３２とを有している。ハウジング３１の内周面には複数の溝が形成されており、溝の各々は、ハウジング３１の軸方向（図７において紙面に垂直な方向）に延びている。そして、ハウジング３１の溝の各々には電線３２が配置されており、電線３２は紙面に垂直方向に存在する上端面および下端面において１８０度折り曲げられており、溝３１の各々に通されている。これにより、周方向で互いに隣り合う溝に配置された電線には互いに異なる向きの電流が流される。固定軸２の着磁の際には着磁装置３０の中空部分に固定軸２が配置され、電線３２に電流が流される。これにより、着磁装置３０の中空部分に磁界が発生し、この磁界によって固定軸２が着磁される。その結果、図３に示すように、固定軸２の外周面２ｂに複数の磁極が形成される。固定軸２が円筒形状であると、図８（ａ）に示すように着磁装置３０の中空部分に固定軸２を完全に収納することができるので、固定軸２の外周面２ｂを容易に着磁することができる。

一方、図８（ｂ）を参照して、固定軸２０２が円筒形状でなく、たとえば外径方向に延在したフランジ部２０６を有している場合には、フランジ部２０６とハウジング３１とが干渉するため、着磁装置３０の中空部分に固定軸２０２を完全に収納することができない。このため、フランジ部２０６付近の固定軸２０２の着磁が困難となり、固定軸２０２の外周面への着磁が困難となる。

したがって、固定軸２を円筒形状とすることによって固定軸２の外周面２ｂを容易に着磁することができるので、複数の磁石を埋め込むことなく複数の磁極を形成することができ、固定軸２に固定するスラスト板も省略可能となる。その結果、製造工程を簡略化することができる。加えて、フランジ部６を外輪スリーブ４と一体化して形成することにより、別体で形成する場合に比べて部品点数を減少させ、軸受ユニットの構造を簡単にすることができる。

また、固定軸２が、機械加工性に富んだ磁性体であるプラセオジム磁石よりなっているので、円筒形状の固定軸２を容易に形成することができる。特に固定軸２の中空部分８の壁面にネジ溝を形成する場合に、容易にネジ溝を形成することができる。また回転軸２自体を磁化できるので、磁石を埋め込む場合に比べて部品点数を減少することができる。

また、本実施の形態では、固定軸２に固定され、かつ固定軸２の外径方向に延在するスラスト板５を軸受ユニット１が備えており、スラスト板５の上面５ａが外輪スリーブ４の下端面４ｂと対向しており、磁性流体７がスラスト板５の上面５ａと外輪スリーブ４の下端面４ｂとの隙間にも注入されている。これにより、固定軸２とは別体で形成されたスラスト板５と、外輪スリーブ４とによって滑り軸受が構成され、この滑り軸受によってスラスト荷重が支持される。スラスト板５の材質は任意であるので、スラスト板５として摩擦係数の低い材料を用いることによってスラスト方向の摩擦を低減することができ、高強度な材料を板として用いることによって板を薄板化することができ、それにより軸受ユニット１の小型化を図ることができる。

軸受ユニット１は、たとえばＨＤＤ装置におけるスイングアーム装置の支点軸受としての使用に適している。

図９は、本発明の一実施の形態における軸受ユニットをＨＤＤ装置におけるスイングアーム装置の支点軸受として使用した場合を説明する断面図である。図９を参照して、スイングアーム装置２１は、スイングアーム２２と、磁気ヘッド２４と、ヘッド位置決め機構２６と、軸受ユニット１とを備えている。軸受ユニット１の固定軸２の中空部分および基台２３にネジ２７を螺合させることによって、基台２３に固定軸２が固定されている。軸受ユニット１の外輪スリーブ４にはスイングアーム２２が取り付けられている。これにより、スイングアーム２２はネジ２７を支点として揺動可能となっている。スイングアーム２２の図中左端には、磁気ディスク２５に情報を記録するための磁気ヘッド２４が設けられており、磁気ヘッド２４は磁気ディスク２５の情報記録面に対向している。スイングアーム２２の図中右端にはヘッド位置決め機構２６のロータ２６ａが設けられている。基台２３にはロータ２６ａに対向するようにヘッド位置決め機構２６のステータ２６ｂが設けられている。ロータ２６ａはコイルにより構成されており、ステータ２６ｂは永久磁石により構成されている。スイングアーム装置２１においては、ロータ２６ａに流す電流によってロータ２６ａおよびステータ２６ｂの間に磁力を発生させ、この磁力を動力としてスイングアーム２２を揺動させ、磁気ヘッド２４を所望の位置へ移動させる。

また、本実施の形態においては、スラスト板５が非磁性体よりなっている場合について示したが、スラスト板５の材料に特に制限はない。特に、スラスト板５はたとえばプラセオジム磁石などの磁性体よりなっていてもよく、図１０に示すような着磁状態であってもよい。図１０を参照して、スラスト板５の上面５ａには複数の磁極が形成されている。具体的には、円周方向に複数の磁極が並ぶように着磁されており、円周方向の各々で隣り合う磁極同士は互いに異極となっている。

さらに、本実施の形態においては、外輪スリーブ４が固定軸２の上端面２ａ側にのみフランジ部６を有している場合について示したが、本発明においては、スラスト板５が設けられる代わりに外輪スリーブ４が固定軸２の下端面側にもフランジ部を有していて、このフランジ部と固定軸２の下端面とが滑り軸受を構成していてもよい。

以上に開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は、以上の実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての修正や変形を含むものと意図される。

本発明は、コンピュータのハードディスクの磁気ヘッド部に用いられる軸受ユニットに特に適している。

本発明の一実施の形態における軸受ユニットの構造を示す断面図である。 （ａ）は図１のＡ部拡大図であり、（ｂ）は図１のＢ部拡大図である。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面における固定軸の磁極分布を示す図である。 固定軸の展開図における固定軸の磁極分布を示す図である。 固定軸の展開図における固定軸の磁極分布の他の例を示す図である。 固定軸の展開図における固定軸の磁極分布のさらに他の例を示す図である。 本発明の一実施の形態における固定軸の着磁方法を説明するための平面図である。 （ａ）は、図７の側面図であり、（ｂ）は、フランジ部を有する固定軸の着磁方法を説明するための側面図である。 本発明の一実施の形態における軸受ユニットをＨＤＤ装置におけるスイングアーム装置の支点軸受として使用した場合を説明する断面図である。 本発明の一実施の形態におけるスラスト板の他の例を示す斜視図である。 特許文献１に開示されたＨＤＤ装置におけるスイングアーム装置を示す断面図である。

符号の説明

１ 軸受ユニット、２，２０２ 固定軸、２ａ 固定軸上端面、２ｂ 固定軸外周面、４ 外輪スリーブ、４ａ 外輪スリーブ内周面、４ｂ 外輪スリーブ下端面、５ スラスト板、５ａ スラスト板上面、６，１０５ａ，１０５ｂ，２０６ フランジ部、６ａ フランジ部下面、７ 磁性流体、８ 中空部分、２１ スイングアーム装置、２２，１２２ スイングアーム、２３，１２３ 基台、２４，１２４ 磁気ヘッド、２５ 磁気ディスク、２６，１２６ ヘッド位置決め機構、２６ａ ロータ、２６ｂ ステータ、２７，１２７ ネジ、３０ 着磁装置、３１ ハウジング、３２ 電線、１０１ 磁性流体軸受、１０２ 軸受外輪、１０３ 回転支軸、１０４ 磁極。

Claims (5)

1. 円筒形状を有し、かつ外周面に複数の磁極が着磁された軸と、
   前記軸の外周に配置され、前記軸の外周面に対向する内周面を有する外輪とを備え、
   前記外輪は前記軸の内径方向に延びるフランジ部を有し、かつ前記フランジ部の主面は前記軸の軸方向端面と対向し、
   前記軸の外周面と前記外輪の内周面との間の隙間および前記フランジ部の主面と前記軸の軸方向端面との隙間に注入された磁性流体をさらに備えることを特徴とする、軸受ユニット。
2. 前記軸はプラセオジム磁石よりなる、請求項１に記載の軸受ユニット。
3. 前記軸に固定され、かつ前記軸の外径方向に延在する板をさらに備え、
   前記板の主面は前記外輪の軸方向端面と対向し、前記磁性流体は前記板の主面と前記外輪の軸方向端面との隙間にも注入されている、請求項１または２に記載の軸受ユニット。
4. 前記板の主面には複数の磁極が形成されている、請求項３に記載の軸受ユニット。
5. 前記磁性流体は脂肪酸、アルコール、脂肪族アミド、エステル、および硫化油脂からなる群より選ばれる少なくとも１種以上の材料を含んでいる、または前記材料の誘導体を含んでいることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の軸受ユニット。

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