JP2923019B2 - 磁性流体軸受装置 - Google Patents

磁性流体軸受装置

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JP2923019B2
JP2923019B2 JP2247507A JP24750790A JP2923019B2 JP 2923019 B2 JP2923019 B2 JP 2923019B2 JP 2247507 A JP2247507 A JP 2247507A JP 24750790 A JP24750790 A JP 24750790A JP 2923019 B2 JP2923019 B2 JP 2923019B2
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    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/02Parts of sliding-contact bearings
    • F16C33/04Brasses; Bushes; Linings
    • F16C33/06Sliding surface mainly made of metal
    • F16C33/10Construction relative to lubrication
    • F16C33/1025Construction relative to lubrication with liquid, e.g. oil, as lubricant
    • F16C33/103Construction relative to lubrication with liquid, e.g. oil, as lubricant retained in or near the bearing
    • F16C33/1035Construction relative to lubrication with liquid, e.g. oil, as lubricant retained in or near the bearing by a magnetic field acting on a magnetic liquid

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は磁性流体を軸受の潤滑剤に用いた軸受装置に
係り、特に磁気ディスク装置のディスク駆動モータ,レ
ーザビームプリンタのポリゴンミラー駆動モータやVTR
用シリンダモータなど軸受装置から油漏れが許されない
回転装置に好適な軸受装置に関する。
〔従来の技術〕
最近、高精細な画質や記録の高密度化の点からこの種
のモータに対しては軸振れや回転変動の少ない精度の高
い回転(以下、高精度回転という)や高速化の要求が強
く、その上油蒸気等による汚れのないクリーンな軸受装
置が望まれている。
この種の駆動モータを含む回転装置の回転精度や汚染
の問題は軸受装置に起因することが多い。回転精度の向
上に対しては従来より用いられている玉軸受では軸受構
成部品の加工精度を向上させて対応してきたが、加工精
度の点から回転精度や高速回転化に限界がある。このた
め、最近では高精度回転化や高速回転化が可能な軸受と
して流体潤滑によるすべり軸受が用いられこの種の回転
装置用として種々の工夫がなされている。また、軸受装
置からの油漏れに対しては完全密封が期待できる磁性流
体シールが用いられている。この磁性流体シールは回転
軸を囲む非磁性のハウジングに同軸上にリング状の永久
磁石ないしは永久磁石にリング状の磁極片を密着させて
透磁性の回転軸と永久磁石等によって磁気回路を構成
し、回転軸とのすきまに磁性流体を封入してシールを構
成している。この磁性流体シールは永久磁石一個を用い
た単段シールではシール耐圧が低いため軸受部やモータ
等の発熱でハウジング内が温度上昇し内圧が上昇すると
シールが内圧上昇によって破壊されるおそれがあるた
め、これを解決するために特開昭61-210560号公報や実
開昭55-80569号公報に開示されているようにハウジング
の内部の圧力上昇を防止する通気孔を設けているものが
ある。さらに、特開昭58-91968号公報では動圧シールと
磁性流体シールを組合せて、磁性流体シール部の圧力差
を減少させてシールの破壊を防止する目的の構造が開示
されている。また、月刊トライボロジ(1988年3月号P.
20にはハウジング内の温度上昇による磁性流体の体積膨
張に対して磁極片の形状を工夫することによって磁性流
体の漏れを防止している。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記従来技術は温度上昇によるハウジング内の圧力上
昇防止を通気孔を設けることで対策しているが、軸受部
に封入された潤滑油の油蒸気がこの通気孔を通して外部
に出るため磁性流体シール本来の機能が損なわれる問題
がある。また、磁性流体シールに動圧シールを組合せた
構成ではシールのサイズが大きくなり、この種の情報機
器等のようにスペースに制約がある回転装置に対しては
コンパクトなシールが提供できないばかりでなく、磁性
流体を潤滑剤に用いこの磁性流体をシールしようとする
と動圧シール部に付着した磁性流体が非回転時に動圧シ
ール開放端側に於て液だれが生じるおそれがある。さら
に、磁極片の形状を工夫し、磁極片に体積膨張した磁性
流体を保持する構造においては回転時磁性流体に遠心力
が作用し飛散するおそれがある。これら種々の問題点に
対し従来の磁性流体シール構造で十分な配慮がされてい
なく、磁性流体を潤滑とシールに用いたすべり軸受装置
においては確実なシールが期待できず、回転装置への適
用例はほとんどない。
本発明の目的は上記した従来技術の問題点に鑑みなさ
れたもので、高速,高精度回転に有効でシール性にすぐ
れた長寿命の磁性流体軸受装置を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を達成するために、本発明は、回転軸と、こ
の回転軸を回転自在に支持する軸受と、この軸受の両側
に位置する両開放端に備えられ、かつ前記回転軸の回り
を囲うように配置される磁性流体シールと、前記回転軸
と軸受との軸受摺動間隙および磁性流体シールと回転軸
とのシール隙間に充填される磁性流体の潤滑油を含む磁
性流体軸受装置において、前記両磁性流体シールは、永
久磁石と、この永久磁石の軸線方向側両端に備わる両磁
極片と、永久磁石の内周に位置し、かつ前記軸受を囲う
非磁性のリングとを有し、このリングの内周面ないし、
内周面に対向する回転軸の外周に、回転軸の回転にとも
なって前記シール隙間内の潤滑油を前記軸受摺動間隙側
に押し流すように付勢する動圧発生用の螺旋溝を設け、
前記軸受の両端面と内端側に配置される磁極片との間に
熱により膨張する前記潤滑油の体積膨張を吸収できる空
間を備えたことを特徴とするものである。
〔作用〕
回転軸が回転すると軸受摺動部の発熱で軸受装置内の
内圧が高まり、シール部の磁性流体は外部に押し出され
ようとするが、動圧発生用の溝による流体力で磁性流体
のはみ出しは防止され、回転時において磁性流体は飛散
しないようになる。また、軸受の両端面と内端側に配置
される磁性流体シール形成用磁極片との間に熱により膨
張する潤滑油の体積膨張を吸収できる空間を備えたの
で、軸受摺動間隙を潤す潤滑油が熱膨張しても空間で膨
張分が吸収され、磁性流体シールから外部に漏れるのを
防止できる。
〔実施例〕
以下、本発明の一実施例について図面に従い説明す
る。第1図には本発明による磁性流体軸受装置を用いた
磁気ディスク装置を示す。磁気ディスクとしての回転装
置は磁気ディスク4とハブ9を備えた軸1がハウジング
3に固定された磁性流体軸受装置2によって回転自在に
支持されている。そして、モータステータ5の回転磁界
によりモータロータ5が駆動され毎分3600回転ないしは
その数倍の回転数で運転される。7はモータケース、8
はモータロータ押えである。この磁気ディスク装置にお
いては軸受装置2から油漏れが生じると軸1の回転によ
って飛散し磁気ディスク4を汚染し、情報の読み書きが
できなくなるため軸受装置2からの油漏れは許されない
回転装置である。
第2図には本発明による磁性流体軸受装置2の断面図
を示す。
本軸受装置2は、回転軸である内輪10と透磁性のスラ
ストカラー11及び非磁性の外輪12で構成されている。内
輪10の回転軸は外輪12に形成されている軸受に回動自在
に支持されている。軸受と回転軸との隙間である軸受摺
動間隙14に潤滑油が充填される。この潤滑油は磁性流体
で形成されている。
回転軸である内輪10に軸1が嵌合して回転軸と一緒に
回転するものになっている。回転軸のラジアル方向の回
転は、前記軸受により行われる。
回転軸のスラスト方向(軸方向)の荷重に対しては回
転軸の一部であるスラストカラー11の軸面と外輪12に形
成されている軸受の端面で受けられ、位置が決められ
る。スラストカラー11は回転軸の一部で、別体、一体で
もよい。外輪12には磁性流体15の封入孔13が設けられて
いる。封入孔13は、磁性流体13を充填した後に栓16で閉
じられる。
軸受の両側である両開放端側に磁性流体シールが備わ
る。
磁性流体シールは、永久磁石17と磁極片20,21と、動
圧発生の螺旋溝19を備えた非磁性のリング18を有する。
両磁極片20,21は、永久磁石17の軸方向両端に備わ
る。リング18は永久磁石17の内周側に位置する。
リング18は回転軸であるスラストカラーの外周を囲っ
ている。前記螺旋溝19は、回転軸側の外周に形成しても
よい。
磁性流体シールと回転軸との間隙であるシール隙間に
も磁性流体15が充填されている。
この実施例では磁極片20及び21の内径先端部が最も磁
束密度が高く、非回転時はこの部分で磁性流体15が最も
強く磁化されるので封入された磁性流体15がシールされ
る。第3図には非回転時のシール状況を示す。磁性流体
15は軸受部に封入されるが、装置内に充満させず適度な
空間Sを作る。これは、磁性流体15の体積膨張を受容す
るのに充分な空間としてある。図のように磁性流体15は
磁極片20の先端部で吸引されるが、磁極片20よりわずか
であるが磁性流体15がはみ出す。この状態ではみ出した
磁性流体に回転によって遠心力が作用し飛散するのでこ
のはみ出しは防ぐ必要がある。また、このままの状態で
取り扱うとはみ出した磁性流体が手や軸受装置ひいては
回転装置を汚染させるため非磁性のエンドリング22を磁
極片20に密着させ装着している。
第4図には回転時におけるシール状況を示す。内輪10
が回転すると軸受摺動部の発熱で軸受装置内の内圧が高
まり、シール部の磁性流体は矢印と逆方向に押し出され
ようとするが、非磁性のリング18の内周面には動圧発生
用の溝19(この図では角ねじ溝)が設けられているので
磁性流体15は溝19による流体力で矢印方向に移送され磁
極片20の先端部の磁性流体のはみ出しは防止され、回転
時において磁性流体は飛散しない。この動圧発生用の溝
19は図示しないがスラストカラー11の外周表面に設けて
も同等の作用効果を奏することはいうまでもない。ま
た、磁極片20,21及び非磁性リング18とスラストカラー1
1とのすきまや溝19の形状,寸法については回転装置の
使用条件により適切な寸法,形状に設定すればよい。
第5図には本発明の他の実施例の磁性流体シール部を
示す。この実施例では軸受側の磁極片21の内径を磁極片
20よりも大きくし、磁極片21のシール耐圧を低下させ
て、前記動圧発生作用をより効果的に行わせ、磁性流体
のはみ出しを防止している。すなわち、磁極片21のシー
ル耐圧を低下させるほど非磁性リング18の動圧作用によ
る流体力で磁性流体15が矢印方向に移送され、確実なシ
ールが行える。
以上、回転装置として磁気ディスク装置について説明
したが、光記録媒体である光ディスクを磁気ディスクや
ポリゴンミラーモータの代わりに取りつけ光ディスク装
置として用いても同等の作用効果を奏する。またVTRの
シリンダを同様に取りつけVTRのシリンダモータとして
用いても同等の作用効果を奏することはいうまでもな
い。
〔発明の効果〕
以上述べたように本発明は、回転軸と、この回転軸を
回転自在に支持する軸受と、この軸受の両側に位置する
両開放端に備えられ、かつ前記回転軸の回りを囲うよう
に配置される磁性流体シールと、前記回転軸と軸受との
軸受摺動間隙および磁性流体シールと回転軸とのシール
隙間に充填される磁性流体の潤滑油を含む磁性流体軸受
装置において、前記両磁性流体シールは、永久磁石と、
この永久磁石の軸線方向側両端に備わる両磁極片と、永
久磁石の内周に位置し、かつ前記軸受を囲う非磁性のリ
ングとを有し、このリングの内周面ないし、内周面に対
向する回転軸の外周に、回転軸の回転にともなって前記
シール隙間内の潤滑油を前記軸受摺動間隙側に押し流す
ように付勢する動圧発生用の螺旋溝を設け、前記軸受の
両端面と内端側に配置される磁極片との間に熱により膨
張する前記潤滑油の体積膨張を吸収できる空間を備えた
ことを特徴とする磁性流体軸受装置にある。
上記の構成によれば、次のような良さが期待できる。
(1).回転軸を回転自在に支持する軸受の両開放端側
に空間を介して軸受とは別個に離して両磁性流体シール
を設け、回転軸と軸受との軸受摺動間隙および磁性流体
シールと回転軸とのシール隙間に磁性流体の潤滑油を充
填し、回転軸の回転にともなって前記シール隙間内の潤
滑油を前記軸受摺動間隙側に押し流すように付勢する動
圧発生用の螺旋溝を設けているので、軸受摺動間隙内の
磁性流体シールの永久磁石に吸引されて軸受摺動間隙の
磁性流体油膜が薄くなることがなく、軸受の性能を損ね
ることがない。
(2).前記シール隙間内の潤滑油を前記軸受摺動間隙
側に押し流すように付勢する動圧発生用の螺旋溝を設け
ているので、磁性流体シールから磁性流体が外部に漏れ
るのを確実に防止できる。
しかも、動圧発生用の螺旋溝による作用が強いときに
は、外部の空気を磁性流体シール内に吸い込む恐れがあ
るが、磁性流体シールは、もっぱら、磁性流体の流出を
防ぐところで、回転軸の回転支持は軸受しているので、
磁性流体シール内に空気が混入しても軸受性能を損ねる
ことはない。
(3).軸受の両端面と内端側に配置される磁性流体シ
ール形成用磁極片との間に熱により膨張する潤滑油の体
積膨張を吸収できる空間を備えたので、軸受摺動間隙を
潤す潤滑油が熱膨張しても空間で膨張分が吸収され、磁
性流体シールから外部に漏れるのを防止できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による磁性流体軸受装置を用いた回転装
置の縦断面図、第2図は本発明による磁性流体軸受装置
の縦断面図、第3図,第4図,第5図は磁性流体シール
部の部分断面図を示す。 1……軸、2,31……磁性流体軸受装置、4……磁気ディ
スク、15……磁性流体、17……永久磁石、18……非磁性
リング、19……動圧発生溝、20,21……磁極片、22……
エンドリング。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−192116(JP,A) 特開 昭58−137617(JP,A) 特開 昭55−27549(JP,A) 特開 昭59−147117(JP,A) 特開 平3−51514(JP,A) 特開 平2−275113(JP,A) 実開 平2−66716(JP,U) 実開 昭61−157752(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) F16C 32/04 F16C 33/74 F16J 15/43

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】回転軸と、この回転軸を回転自在に支持す
    る軸受と、この軸受の両側に位置する両開放端に備えら
    れ、かつ前記回転軸の回りを囲うように配置される磁性
    流体シールと、前記回転軸と軸受との軸受摺動間隙およ
    び磁性流体シールと回転軸とのシール隙間に充填される
    磁性流体の潤滑油を含む磁性流体軸受装置において、 前記両磁性流体シールは、永久磁石と、この永久磁石の
    軸線方向側両端に備わる両磁極片と、永久磁石の内周に
    位置し、かつ前記軸受を囲う非磁性のリングとを有し、
    このリングの内周面ないし、内周面に対向する回転軸の
    外周に、回転軸の回転にともなって前記シール隙間内の
    潤滑油を前記軸受摺動間隙側に押し流すように付勢する
    動圧発生用の螺旋溝を設け、 前記軸受の両端面と内端側に配置される磁極片との間に
    熱により膨張する前記潤滑油の体積膨張を吸収できる空
    間を備えたことを特徴とする磁性流体軸受装置。
JP2247507A 1990-09-19 1990-09-19 磁性流体軸受装置 Expired - Lifetime JP2923019B2 (ja)

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