JP3541325B2

JP3541325B2 - 動圧軸受装置

Info

Publication number: JP3541325B2
Application number: JP09903794A
Authority: JP
Inventors: 公男佐藤
Original assignee: Ferrotec Corp
Current assignee: Ferrotec Material Technologies Corp
Priority date: 1994-04-01
Filing date: 1994-04-01
Publication date: 2004-07-07
Anticipated expiration: 2019-07-07
Also published as: JPH07279961A; US5757097A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明はハードディスクドライブ（ＨＨＤ）やポリゴンミラー等に用いられる動圧軸受装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５は従来のこの種の動圧軸受装置の断面図を示し、ハウジングを構成するモータハブ４１の内周面に、円筒状のマグネット（永久磁石）４２と、このマグネット４２の上下両端に接合した一対の磁性体製の筒状部材４３ａ、４３ｂとが配設されている。上記マグネット４２は軸方向に着磁されている。このマグネット４２及び筒状部材４３ａ、４３ｂにかけての内周面には、円筒状で非磁性体製のスリーブ４４が配設されている。このスリーブ４４の軸芯には挿通孔４５が形成されており、該挿通孔４５内にはシャフト４６が相対回転自在に配置されている。上記シャフト４６は磁性体製であり、上記スリーブ４４の上方、下方に位置するシャフト４６の箇所に磁性体製の一対のポールピース４７ａ、４７ｂを設けている。この一対のポールピース４７ａ、４７ｂはリング円板状に形成されており、上記スリーブ４４の上面側及び下面側にそれぞれ間隙４８ａ、４８ｂが生じるように配置され、上記シャフト４６に固定されている。また筒状部材４３ａ、４３ｂの内周面とポールピース４７ａ、４７ｂの外周面との間にも間隙４９ａ、４９ｂを形成し、さらにシャフト４６の外周面とスリーブ４４の内周面との間にも間隙５０を形成している。
【０００３】
ここで上記間隙５０及び４８ａ、４８ｂには、磁性流体５１が封入されており、上記間隙５０及び４８ａ、４８ｂを形成する各面、つまり挿通孔４５の内周面、シャフト４６の外周面、上側のポールピース４７ａの下面、下側のポールピース４７ｂの上面及びスリーブ４４の上下両面には、モータハブ４１の回転によって上記磁性流体５１に動圧を発生させるような表面加工が施されている。つまり上記スリーブ４４の内周面とシャフト４６の外周面との間にジャーナル軸受を構成し、またスリーブ４４の両端面と各ポールピース４７ａ、４７ｂの内側面とでスラスト軸受を構成しているのである。また上記ポールピース４７ａ、４７ｂはシール部も構成している。つまり上記マグネット４２によって順に上側筒状部材４３ａ、上側ポールピース４７ａ、シャフト４６、下側ポールピース４７ｂ、下側筒状部材４３ｂを経てマグネット４２に返る磁気回路が構成されるので、間隙４９ａ、４９ｂにおいて磁性流体５１を封止している。
【０００４】
図５に示す従来の動圧軸受装置においては、マグネット４２の軸受部の外側に配置しているので、小型化に対応できず、また部品点数が多くなるという問題がある。そこでこの欠点を解消するため、図６に示すような構造の動圧軸受装置を採用することが考えられる。
【０００５】
図６に示す動圧軸受装置は、シャフト４６の中心軸にマグネット５２を配置し、このマグネット５２とマグネット５２の軸方向の両端に設けた一対のポールピース４７ａ、４７ｂとでシャフト４６を構成したものである。そしてモータハブ４１の内周面にはスリーブ４４を配設し、このスリーブ４４の挿通孔４５にマグネット５２及びポールピース４７ａ、４７ｂから成るシャフト４６を挿入し、シャフト４６の外周面とスリーブ４４の内周面との間で形成される間隙に磁性流体５１を封入する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
かかる図６に示す構造では、マグネット５２を中心軸として機能させるため、マグネット５２に機械的強度が要求され、かつ高精度な外形寸法が必要となる。つまり磁性流体５１に動圧を発生させるための表面加工をマグネット５２の表面に施す必要があるが、アルニコ磁石、ネオジウム磁石等機械的強度のあるマグネットを用いる必要がある一方で、これらのマグネットの表面に切削加工等で高精度加工を施すことは甚だ困難であり、コストアップにつながる研削加工等を施さなければならないという問題がある。
【０００７】
この発明は上記従来の欠点を解決するためになされたものであって、その目的は、動圧を発生させるための表面加工を容易にし、しかも小型化を達成することが可能な動圧軸受装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
そこで請求項１の動圧軸受装置は、軸方向に着磁したシャフト１と、軸芯に設けた挿通孔６に上記シャフト１を挿入嵌合したスリーブ５と、上記スリーブ５の外周部に相対回転可能に遊嵌された磁性体製のハブ９と、上記スリーブ５の端面を覆うように上記ハブ９側から上記シャフト１の近傍まで延びるポールピース１１ａとを有し、上記スリーブ５の外周部とハブ９の内周部との間にジャーナル軸受を構成し、上記シャフト１からポールピース１１ａを経由する磁気経路に磁性流体１５を保持し、これにより軸受作動流体１５を封止したことを特徴としている。
【０００９】
また請求項２の動圧軸受装置は、上記シャフト１は、軸方向に着磁したマグネット４と、このマグネット４の軸方向の両側に配置した磁性体製の第１の軸２及び第２の軸３とで構成されていることを特徴としている。
【００１０】
さらに請求項３の動圧軸受装置は、上記マグネット４の外径を第１、第２の軸２、３の外径よりも径小としたことを特徴としている。
【００１１】
請求項４の動圧軸受装置は、軸方向に着磁したマグネット４で上記シャフト１を一体的に構成したことを特徴としている。
【００１２】
請求項５の動圧軸受装置は、上記軸受作動流体１５が磁性流体１５であることを特徴とし、また請求項６の動圧軸受装置は、上記スリーブ５の端部と上記ポールピース１１ａの側面部との間にスラスト軸受を構成していることを特徴としている。
【００１３】
【作用】
上記請求項１の動圧軸受装置では、シャフト１の外周にスリーブ５を固定しているので、難加工性のマグネット４に加工を施す場合と比較して、動圧を発生させるためのスリーブ５の表面の加工が容易にできる。また従来、外側に配置していたマグネット４をなくしてシャフト１に軸方向に着磁していることで、シャフト１側からの磁束による磁気回路にて作動油を保持して、軸受及びシールを行うことができる。
【００１４】
また請求項２の動圧軸受装置では、軸方向に着磁したマグネット４と、このマグネット４の軸方向の両側に接合した磁性体製の第１の軸及び第２の軸とでシャフト１を構成しているので、従来、外側に配置していたマグネット４を内側に配置した構成となって、小型化を図ることができる。
【００１５】
さらに請求項３の動圧軸受装置では、マグネット４の外径を第１、第２の軸の外径よりも径小としているため、マグネット４の外径は第１、第２の軸の外径より小さければよく、マグネット４に対して高精度の加工を行う必要がない。
【００１６】
請求項４の動圧軸受装置では、軸方向に着磁したマグネット４でシャフト１を構成しているので、シャフト１の構成が簡素化され、しかも単にスリーブ５の挿通孔６にシャフト１を挿入嵌合するだけなので、マグネット４に高精度の加工が不要となる。
【００１７】
請求項５及び請求項６の動圧軸受装置は、その実施が容易であり、また充分な信頼性が得られる。
【００１８】
【実施例】
次にこの発明の動圧軸受装置の具体的な実施例について、図面を参照しつつ詳細に説明する。図１はこの発明の実施例の動圧軸受装置の断面図を示し、図２は図１のＡ部の拡大断面図である。図１において、１はシャフトであり、第１の軸２と、第２の軸３と、マグネット４とで構成されている。円柱状のマグネット４は、図示するように軸方向に着磁されており、また円柱状の第１の軸２及び第２の軸３は磁性体である。両軸２、３の間にマグネット４を挟持している。ここでマグネット４の外径は、両軸２、３の外径より径小としている。またマグネット４の外径寸法は磁気的に充分の面積を得るものでよく、高精度加工は不要である。マグネット４の材質としては、サマリュウム・コバルト磁石やネオジウム磁石、アルニコ磁石等の強力磁石を用いており、これらの強力磁石を用いれば磁気的に充分で面積（軸方向の端面の面積）を小さくできる。したがってマグネット４の外径を軸２、３の外径より細く形成することができる。
【００１９】
５はスリーブであり、非磁性体で構成している。このスリーブ５は略円筒状に形成されており、その軸芯となる挿通孔６内に上記シャフト１を圧入嵌合している。そして軸２、３及びマグネット４から成るシャフト１とスリーブ５とが一体となって中心軸としての機械的強度を保有している。またスリーブ５を一体化したシャフト１の下部は、ベース７に固定されている。なお８は、モータコイルである。
【００２０】
回転側となるモータハブ９は略円筒状に形成され、磁性体製で構成されている。このモータハブ９の軸芯にはスリーブ５の外径より大きい穴１０が形成されており、この穴１０の上端部と下端部には円板状で磁性体製の一対のポールピース１１ａ、１１ｂが固定されている。
【００２１】
ここでスリーブ５の外周面とモータハブ９の穴１０の内周面との間に間隙１２が形成され、またポールピース１１ａ、１１ｂの下面及び上面とスリーブ５の上面及び下面の間にも間隙１３ａ、１３ｂが形成されている。さらにポールピース１１ａ、１１ｂの内周面とシャフト１の上下部の間にも間隙１４ａ、１４ｂが形成され、これらの間隙１２、１３ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂに作動油としての磁性流体１５を封入している。
【００２２】
上記間隙１２及び１３ａ、１３ｂを形成する各面、つまり穴１０の内周面、スリーブ５の外周面、上側のポールピース１１ａの下面、下側のポールピース１１ｂの上面、及びスリーブ５の上下の両面には、モータハブ９の回転によって上記磁性流体１５に動圧を発生させるような表面加工が施されている。つまり上記スリーブ５の外周部と上記モータハブ９の穴１０の内周壁とでジャーナル軸受を構成し、上記スリーブ５の上下外端面と各ポールピース１１ａ、１１ｂの内側面とでスラスト軸受を構成しているのである。
【００２３】
また上記ポールピース１１ａ、１１ｂはシール部も構成している。つまりマグネット４によって順に第１の軸２、上側のポールピース１１ａ、モータハブ９、下側のポールピース１１ｂ、第２の軸３を経てマグネット４に返る磁気回路１６が構成されるので、間隙１４ａ、１４ｂには磁界が形成され、この間隙１４ａ、１４ｂにおいて磁性流体１５を封止し、このシール作用によって、上記各間隙１２、１３ａ、１３ｂ内の流体の漏洩を防止している。
【００２４】
上記の構成において、モータハブ９及びポールピース１１ａ、１１ｂが回転すると、各間隙１２、１３ａ、１３ｂに封入されている磁性流体１５には動圧が発生し、この動圧はモータハブ９の穴１０の内周面、スリーブ５、ポールピース１１ａ、１１ｂにそれぞれ作用する。このときのシャフト１の半径方向のラジアル荷重はスリーブ５が支持し、軸方向のスラスト荷重は各ポールピース１１ａ、１１ｂを介してスリーブ５が支持することになる。
【００２５】
以上の説明のように上記実施例における動圧軸受装置においては、従来例のようにマグネット４を外側ではなく、シャフト１として一体化して中心軸として機能させていることで、本装置の半径方向の大きさを小さくすることができる。また磁性流体１５に動圧を発生させるための表面加工もマグネット４の表面に施すのではなく、シャフト１の外周に固定したスリーブ５の外周面に施しているので、高精度の加工が容易となる。またマグネット４の寸法許容差及び位置の精度は、端面方向（軸方向）に無理のない程度の一般的な精度を要求するのみで、特に高精度は必要ない。軸受としての精度要求は動圧軸受においては数μの許容差しかないが、本実施例では他の部品のいずれも一般的な精密自動旋盤で精度を出し得る形状であり、かつ一般的な金属材料、高分子材料を選択できる。また軸受部の動圧を発生させるための溝加工などの表面加工では、スラスト荷重側（スリーブ５の上面、下面）がプレス加工、ラジアル荷重側（スリーブ５の外周面）が転造加工で可能となる。
【００２６】
（実施例２）
図３は実施例２を示し、本実施例ではマグネットでシャフトを一体的に形成し、先の実施例と同様のスリーブ５の挿通孔６にシャフト１を圧入嵌合している。また本実施例ではモータハブ９を磁性体で構成し、モータハブ９の下部のみにポールピース１１を配設している。さらにスリーブ５の上面に対応した箇所には、モータハブ９の上部内側より磁極片１７を突設し、この磁極片１７にポールピースの機能をもたせるようにしている。なお他の構成や磁性流体１５に動圧を発生させるためのスリーブ５の外周面等への表面加工は先の実施例と同様なので説明は省略する。
【００２７】
ところで図３に示す実施例においては、モータハブ９に形成した磁極片１７よりもシャフト１を突出させているので、磁極片１７とシャフト１の側面との間の磁性流体１５を封止すべく磁束密度が多くとれないことがあり得る。このような場合には、図４に示すように磁極片１７をシャフト１の端面の上方まで形成することで、磁性流体１５を封止するに充分な磁束密度を得ることができる。
【００２８】
ここで上記各実施例では、モータハブ９の内面とスリーブ５の外面との間に封入される作動油として磁性流体１５を用いて説明したが、流体を封止する箇所（ポールピースとシャフトの間）にだけ磁性流体を使用し、他の部分、つまり軸受の動圧を発生する部分には油を用いるようにしてもよい。ただ実際には、磁性流体１５だけを用いた方が信頼性は向上する。また上記各実施例では、シャフトの両端を封止する場合について説明したが、一端側だけを封止する構成の動圧軸受装置の場合も本発明を適用することができる。さらにシャフト側を固定する場合に限らず、シャフト側を回転する構造の動圧軸受装置においても本発明を適用することができる。
【００２９】
【発明の効果】
以上のように請求項１の動圧軸受装置では、シャフトの外周にスリーブを固定しているので、難加工性のマグネットに加工を施す場合と比較して、動圧を発生させるためのスリーブの表面の加工が容易にできる。また従来、外側に配置していたマグネットをなくしてシャフトに軸方向に着磁して磁気回路を構成するようにしているので、半径方向に対して小型化を図ることができる。
【００３０】
また請求項２の動圧軸受装置では、軸方向に着磁したマグネットと、このマグネットの軸方向の両側に接合した磁性体製の第１の軸及び第２の軸とでシャフトを構成しているので、従来、外側に配置していたマグネットを内側に配置した構成となって、小型化を図ることができる。また従来の筒状部材がなくなるので、部品点数も削減できる。
【００３１】
さらに請求項３の動圧軸受装置では、マグネットの外径を第１、第２の軸の外径よりも径小としているため、マグネットの外径は第１、第２の軸の外径より小さければよく、マグネットに対して高精度の加工を行う必要がない。
【００３２】
請求項４の動圧軸受装置では、軸方向に着磁したマグネットでシャフトを構成しているので、シャフトの構成が簡素化され、しかも単にスリーブの挿通孔にシャフトを挿入嵌合するだけなので、マグネットに高精度の加工が不要となる。
【００３３】
請求項５及び請求項６の動圧軸受装置は、その実施が容易であり、また充分な信頼性が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の動圧軸受装置の実施例の断面図である。
【図２】この発明の実施例の図１におけるＡ部の拡大断面図である。
【図３】この発明の動圧軸受装置の実施例２の断面図である。
【図４】この発明の他の実施例の要部断面図である。
【図５】従来例の動圧軸受装置の断面図である。
【図６】他の従来例の動圧軸受装置の要部断面図である。
【符号の説明】
１シャフト
２第１の軸
３第２の軸
４マグネット
５スリーブ
６挿通孔
９モータハブ
１０穴
１１ａポールピース
１１ｂポールピース
１５磁性流体（作動油）

Claims

軸方向に着磁したシャフト（１）と、軸芯に設けた挿通孔（６）に上記シャフト（１）を挿入嵌合したスリーブ（５）と、上記スリーブ（５）の外周部に相対回転可能に遊嵌された磁性体製のハブ（９）と、上記スリーブ（５）の端面を覆うように上記ハブ（９）側から上記シャフト（１）の近傍まで延びるポールピース（１１ａ）とを有し、上記スリーブ（５）の外周部とハブ（９）の内周部との間にジャーナル軸受を構成し、上記シャフト（１）からポールピース（１１ａ）を経由する磁気経路に磁性流体（１５）を保持し、これにより軸受作動流体（１５）を封止したことを特徴とする動圧軸受装置。
上記シャフト（１）は、軸方向に着磁したマグネット（４）と、このマグネット（４）の軸方向の両側に配置した磁性体製の第１の軸（２）及び第２の軸（３）とで構成されていることを特徴とする請求項１の動圧軸受装置。
上記マグネット（４）の外径を第１、第２の軸（２）（３）の外径よりも径小としたことを特徴とする請求項２の動圧軸受装置。
軸方向に着磁したマグネット（４）で上記シャフト（１）を一体的に構成したことを特徴とする請求項１の動圧軸受装置。
上記軸受作動流体（１５）が磁性流体（１５）であることを特徴とする請求項１の動圧軸受装置。
上記スリーブ（５）の端部と上記ポールピース（１１ａ）の側面部との間にスラスト軸受を構成していることを特徴とする請求項１の動圧軸受装置。