JP4164196B2

JP4164196B2 - エアスピンドルのアース構造

Info

Publication number: JP4164196B2
Application number: JP16051899A
Authority: JP
Inventors: 正博吉岡; 聡新居; 哲也火置
Original assignee: Shinmaywa Industries Ltd
Current assignee: Shinmaywa Industries Ltd
Priority date: 1999-06-08
Filing date: 1999-06-08
Publication date: 2008-10-08
Anticipated expiration: 2019-06-08
Also published as: JP2000354351A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気膜軸受により浮動状態で支持された回転軸を有するエアスピンドルにおいて、その回転軸のアース構造に関する技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、この種のエアスピンドルのアース構造として、例えば特開平１０―２１０７１２号公報に示されるように、先端部に磁気ディスクが装着される回転軸を空気膜軸受により浮動状態で支持し、その回転軸基端部の小径の接触部を、収容部に収容されたガリウムＧａやインジウムＩｎ、又はガリウム−インジウム合金等からなる導電性流体に浸漬することで、磁気ディスクに帯電した静電気を回転軸の接触部から導電性流体を介して逃がすようにしたものは知られている。
【０００３】
ところで、上記ガリウム−インジウム合金等の導電性流体は空気中で酸化し易く、酸化に伴って固化するのみならず接地抵抗が過度に増大するという特性があり、このため、表面が空気と接触しないように導電性流体を収容部内に封じ込めておく必要がある。この封じ込めの手段として、上記従来のものでは磁性流体を用い、その磁性流体により導電性流体の表面を覆って導電性流体を収容部内に封じ込めるようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来のものでは問題がないわけではなく、改良の余地があった。すなわち、磁性流体が導電性流体の表面を覆って封じ込めてはいるものの、回転軸が回転すると、その回転に伴い、磁性流体と導電性流体とが撹拌されて次第に短時間で混合してしまうようになり、そのときには導電性流体の酸化や接地抵抗の増大を十分に防ぎ得ないこととなる。尚、このような問題は磁性流体に限らず、導電性流体を酸化防止用オイル等の流体で封止する場合でも同様に生じる。
【０００５】
本発明は斯かる諸点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、上記磁性流体の保持構造を改良することで、その磁性流体により導電性流体を確実に封止しながら両者の混合を防止するようにし、長期間に亘り安定して導電性流体の酸化や接地抵抗の増大を防いで静電気を除去できるようにすることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、この発明では、磁性流体が磁力により吸引されることを利用し、その磁性流体を封じ込めのカバー部とすべく導電性流体側に向かうように吸引するのではなく、磁性流体を導電性流体から離れる側に吸引することにより、磁性流体が導電性流体に向かって移動して混合されるのを可及的に阻止するようにした。
【０００７】
具体的には、請求項１の発明では、ハウジングに対し上下方向に延びる回転軸がエア軸受により浮動状態で支持されたエアスピンドルの上記回転軸をアースするようにした構造として、上記回転軸の下端部が浸漬される導電性流体を収容する導電性流体収容部と、該導電性流体収容部の上側に配置され、導電性流体収容部に導電性流体を密封する磁性流体を収容する磁性流体収容部とが設けられ、この磁性流体収容部よりも上側に配置され、上記磁性流体を導電性流体から分離するように磁力により上側に吸引する磁性流体吸引手段が設けられていることを特徴としている。
【０００８】
上記の構成によると、導電性流体を収容する導電性流体収容部の上側に磁性流体収容部が配置され、この磁性流体収容部に収容されている磁性流体は常に、磁性流体収容部の上側に位置する磁性流体吸引手段からの磁力により上側につまり導電性流体収容部と反対側に吸引されているので、エアスピンドルの作動により回転軸が回転して、その回転軸の回転により各収容部内で導電性流体及び磁性流体が撹拌されても、磁性流体は上記磁力の上側への吸引により絶えず導電性流体から分離されるようになり、両流体が混合するのを抑制できる。このことで、導電性流体がその収容部内に確実に封止されることとなり、その酸化や接地抵抗の増大を長期間に亘り安定して防いで静電気を除去することができる。
【０００９】
請求項２の発明では、上記磁性流体吸引手段は、回転軸の端部を隙間をあけて挿通させる開口部が形成された磁石を有するものとする。また、請求項３の発明では、上記磁石の両側に、回転軸の端部を隙間をあけて挿通させる開口部を有する磁性片が積層状態に配置されているものとする。さらに、請求項４の発明では、磁石は複数設けられていて、それら複数の磁石間には回転軸の端部を隙間をあけて挿通させる開口部を有する磁性片が積層状態に配置されているものとする。このことで、望ましい磁性流体吸引手段が容易に得られる。
【００１０】
請求項５の発明では、上記磁性流体吸引手段よりも上側に、磁性流体収容部内の磁性流体が回転軸の上端部側に移動するのを規制する規制手段が設けられている構成とする。このことで、磁性流体がその収容部から飛び出すのを規制手段により効果的に防ぐことができる。
【００１１】
請求項６の発明では、上記導電性流体収容部及び磁性流体収容部に臨む回転軸の下端部は他の部分よりも小径とされている構成とする。このことで、回転軸の小径の下端部が各収容部内の導電性流体及び磁性流体と接触して回転したとき、その回転に伴う発熱を防止し、或いは撹拌ロスを低減したり撹拌を抑制したりすることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
図２は本発明の実施形態１に係るエアスピンドルＡの全体構成を示し、このエアスピンドルＡは、例えばクリーンルーム内のクリーン雰囲気中で磁気ディスクや光ディスク等のディスクＷを回転させてその記憶領域の物理的な欠陥やソフト的な記憶性能等の良否を検査するために使用される。
【００１３】
図２において、１はエアスピンドルＡのハウジングで、このハウジング１内には、回転軸２（ディスク駆動軸）が配置収容されている。この回転軸２は、ハウジング１内上部に位置する大径の支持部２ａと、ハウジング１内の上部寄りに位置する円板状のスラストカラー２ｂと、ハウジング１内の略上下中央部に位置する中径のモータ結合部２ｃと、ハウジング１内の下部寄りに位置する小径のエンコーダ結合部２ｄと、ハウジング１内下端部に位置する接触部２ｅとを備え、この接触部２ｅは他の部分２ａ〜２ｄよりも小径とされている。上記支持部２ａの上端はハウジング１外に突出して、その上端には連結フランジ３が一体に設けられ、この連結フランジ３には、回転軸２の軸心を通るエア通路（図示せず）からの加圧エアにより作動するエア駆動タイプのディスククランプ装置２３が回転一体に結合固定されており、このディスククランプ装置２３により、中心孔（図示せず）を有するディスクＷを回転軸２に一体的にクランプ保持して回転させるようになっている。
【００１４】
上記ハウジング１内には回転軸２をエアの静圧により浮動状態で回転可能にかつ軸方向に移動不能に支持する上下２つのラジアル軸受５，５と１つのスラスト軸受１１とが設けられている。すなわち、回転軸２の支持部２ａ外周面と、この支持部２ａに対応するハウジング１内周面との間には僅かな隙間があけられ、この回転軸２の支持部２ａに対応するハウジング１内周面の上端部には半径方向に延びる複数の第１エアノズル孔６，６，…が、また下端部には同様の複数の第２エアノズル孔７，７，…がそれぞれ形成されている。ハウジング１の外周部には図外の加圧エア供給源が接続される軸受エア供給口８が形成され、この軸受エア供給口８は、ハウジング１の壁部内の加圧エア供給通路９を介して上記各第１及び第２エアノズル孔６，７に常時連通されている。そして、加圧エア供給源からの加圧エアを軸受エア供給口８を介して加圧エア供給通路９に供給し、その加圧エア供給通路９内の加圧エアの一部を上下の第１及び第２エアノズル孔６，７を経て支持部２ａ外周面に噴出させることで、そのエア圧（静圧）により回転軸２を支持部２ａの上下２箇所にてハウジング１内面に接触しない浮動状態で回転可能に支持するようになっている。
【００１５】
ハウジング１内の上部寄りの内周には、上記回転軸２のスラストカラー２ｂを内部に収容する環状凹溝１２が形成され、この環状凹溝１２の上面はスラストカラー２ｂ上面に、また環状凹溝１２の下面はスラストカラー２ｂ下面にそれぞれ僅かな隙間をあけて対向している。尚、環状凹溝１２の底面（外周側面）とスラストカラー２ｂの外周面との間は比較的大きな隙間があけられている。上記環状凹溝１２の上面には上下方向に貫通する複数の上側エアノズル孔１３，１３，…（１つのみ図示する）が、また環状凹溝１２の下面には、同様に上下方向に貫通する下側エアノズル孔１４，１４，…（１つのみ図示する）がそれぞれ周方向に等間隔をあけて形成され、この各エアノズル孔１３，１４は上記加圧エア供給通路９に常時連通しており、加圧エア供給通路９に供給された加圧エアの残りをエアノズル孔１３，１４を経てスラストカラー２ｂの上下面に噴出させることで、そのエア圧（静圧）により回転軸２を環状凹溝１２の上下面（ハウジング１内面）に接触しない浮動状態で上下方向（軸方向）に移動不能に支持するようになっている。
【００１６】
上記ハウジング１内の略上下中央部の空間には、回転軸２を介してディスククランプ装置２３及びディスクＷを所定回転数（例えば２００００ｒｐｍ）で回転駆動するためのモータ１６が装着されている。このモータ１６は、ハウジング１の内周壁に固定されたステータ１７（固定電極）と、このステータ１７の内側にある回転軸２のモータ結合部２ｃに固定された永久磁石からなるロータ１８とで構成されている。また、上記ハウジング１内の下部寄りには、エンコーダ結合部２ｄに固定されかつ回転軸２の回転数等を検出するためのロータリエンコーダ２０が収容されている。
【００１７】
尚、上記モータ１６とロータリエンコーダ２０との間のハウジング１には図外の排気管が接続される排気口２２が開口されており、上記ラジアル軸受５，５及びスラスト軸受１１から排出されたエアの大半部を排気口２２から排気管に排出するようにしている。
【００１８】
また、図１に拡大して示すように、ハウジング１下端部の壁部は、下側に開放されかつ底壁中心部に上記回転軸２下部のエンコーダ結合部２ｄが隙間をあけて挿通される上下方向の貫通孔２５ａを有する箱状の上壁部材２５と、この上壁部材２５の下端部にその下端開口を塞いで上壁部材２５との間に密閉状の空間を形成するように取付固定された円板状の下壁部材２６とを組み合わせてなり、上下壁部材２５，２６間の空間には、ＳＵＳ３０４やＳＵＳ３０３等の非磁性金属からなる容器２７が配置固定されている。これらの容器２７及び上下壁部材２５，２６は互いに導電可能とされていて、上下壁部材２５，２６は図外のアース部に接続されている。
【００１９】
上記容器２７の上面中心部には、上記回転軸２下端部の接触部２ｅが隙間をあけて挿入される有底状の凹部からなる収容部２８〜３０が形成されている。この収容部２８〜３０は、最下端部（奥底部）に位置する小径の導電性流体収容部２８と、この導電性流体収容部２８の上側に段差状に連続する磁性流体収容部２９と、この磁性流体収容部２９の上側に段差状に連続する磁石収容部３０とからなり、上記導電性流体収容部２８には、室温（常温）で液状となるガリウム−インジウム合金等の非磁性の導電性流体Ｆｃ（ガリウム又はインジウムでもよい）が収容され、この導電性流体Ｆｃには上記回転軸２下端部の接触部２ｅが下端部にて浸漬されている。
【００２０】
また、上記磁性流体収容部２９には磁性流体Ｆｍが回転軸２の接触部２ｅを挿通接触（浸漬）させた状態で収容され、この磁性流体Ｆｍは、その下側の導電性流体Ｆｃを導電性流体収容部２８に密封して同流体Ｆｃが空気と接触するのを遮断するために用いられる。
【００２１】
さらに、上記磁性流体収容部２９に対し導電性流体収容部２８と反対側、つまり上記容器２７の磁石収容部３０には、上記磁性流体収容部２９内の磁性流体Ｆｍを導電性流体Ｆｃから分離するように磁力により吸引する磁性流体吸引部３１が設けられている。この磁性流体吸引部３１は、回転軸２の接触部２ｅを隙間をあけて挿通させる開口部３２ａが形成された円板状の永久磁石３２を有し、この磁石３２の上下両側には、回転軸２の接触部２ｅを隙間をあけて挿通させる開口部３３ａ，３３ａを有する１対の同じ形状の円板状磁性片３３，３３が配置され、この磁性片３３は磁石３２からの磁路を形成するもので、これら磁石３２及び磁性片３３，３３は積層状態に一体化されて磁石収容部３０内に嵌合固定されている。上記各磁性片３３の開口部３３ａの径は永久磁石３２の開口部３２ａよりも小径で、これら３つの開口部３３ａ，３２ａ，３３ａにより中凸形状の孔部が形成されている。尚、このような構造であれば、市販の磁性流体シールをそのまま磁性流体吸引部３１として用いることができて有利である。
【００２２】
したがって、上記実施形態においては、ディスククランプ装置２３によりディスクＷがクランプされると、そのクランプ状態で、エアスピンドルＡのモータ１６による回転駆動によりディスクＷがディスククランプ装置２３と共に回転されて、その記憶領域の物理的な欠陥やソフト的な記憶性能等の良否が検査される。
【００２３】
そのとき、上記回転軸２下端部の接触部２ｅは、ハウジング１下部の容器２７における導電性流体収容部２８内の導電性流体Ｆｃに浸漬されているので、上記浮動状態にある回転軸２と共に回転するディスクＷに静電気が発生しても、その静電気を回転軸２の接触部２ｅ、導電性流体Ｆｃ及び容器２７を介してハウジング１及びアース部に逃がすことができる。
【００２４】
また、上記導電性流体収容部２８内の導電性流体Ｆｃ及び磁性流体収容部２９の磁性流体Ｆｍに浸漬されている接触部２ｅは、回転軸２の他の部分２ａ〜２ｄよりも小径のものであるので、この接触部２ｅが導電性流体Ｆｃ及び磁性流体Ｆｍと接触して回転したとき、その回転に伴う発熱を防止し、或いは撹拌ロスを低減したり撹拌を抑制したりすることができる。
【００２５】
さらに、上記磁性流体収容部２９に収容されている磁性流体Ｆｍは常に磁性流体吸引部３１の磁石３２からの磁力により上側に吸引され、その一部が、磁性片３３，３３及び永久磁石３２の３つの開口部３３ａ，３２ａ，３３ａにより形成される中凸形状の孔部に吸着状態で充填される。このため、エアスピンドルＡの作動により回転軸２の接触部２ｅが回転して、その接触部２ｅの回転により各収容部２８，２９内で導電性流体Ｆｃ及び磁性流体Ｆｍが撹拌されたとしても、磁性流体Ｆｍは上記磁石３２の吸引により絶えず導電性流体Ｆｃから分離するように付勢され、その磁性流体Ｆｍが導電性流体Ｆｃと混合するのを抑制することができる。このことで、導電性流体Ｆｃがその収容部２８内に空気と接触しないように確実に封止されて、その酸化や接地抵抗の増大を防止でき、長期間に亘り安定してディスクＷの静電気を除去することができ、延いてはエアスピンドルＡのメンテナンスの容易化やその期間の延長を図ることができる。
【００２６】
（実施形態２）
図３は本発明の実施形態２を示し（尚、以下の各実施形態では図１及び図２と同じ部分については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する）、上記実施形態１では、磁性流体吸引部３１における各磁性片３３の開口部３３ａの径を永久磁石３２の開口部３２ａよりも小径として、これら３つの開口部３３ａ，３２ａ，３３ａにより中凸形状の孔部を形成しているのに対し、この実施形態では、磁性片３３及び永久磁石３２の各開口部３３ａ，３２ａを同径として、これら３つの開口部３３ａ，３２ａ，３３ａにより円筒形状の孔部を形成したものである。その他の構成は実施形態１と同じであり、この実施形態でも実施形態１と同様の作用効果を得ることができる。
【００２７】
尚、上記実施形態１又は２の構成において、永久磁石３２と各磁性片３３との各位置をそのまま変えてもよい。すなわち、磁石３２を２つ（３つ以上でもよい）として、それら両磁石３２，３２間に、回転軸２の接触部２ｅを隙間をあけて挿通させる開口部３３ａを有する磁性片３３を磁石３２と積層状態に配置するのである。その場合も上記と同様の作用効果を奏することができる。
【００２８】
（実施形態３）
図４は実施形態３を示し、上記各実施形態では、永久磁石３２と磁性片３３とを組み合わせて磁性流体吸引部３１を構成しているのに対し、１つの永久磁石３２で構成したものである。３５は永久磁石３２を磁石収容部３０から抜け出さないように係止する止め輪である。その他は上記実施形態１と同じ構成である。よって、この実施形態でも実施形態１又は２と同様の作用効果が得られる。そのことに加え、部品点数を少なくできる利点がある。
【００２９】
（実施形態４）
図５は実施形態４を示す。この実施形態では、上記実施形態３の構成において、ハウジング１下部を構成する上壁部材２５の貫通孔２５ａ周縁に、すなわち磁性流体吸引部３１の永久磁石３２に対し磁性流体収容部２９と反対側たる上側に、シール部３７が回転軸２のエンコーダ結合部２ｄと隙間をあけて設けられている。このシール部３７は、磁性流体収容部２９内の磁性流体Ｆｍが上側（回転軸２の他方の端部側）に移動するのを規制するためのもので、例えばエアシールやねじシール、オイルシールが望ましい。
【００３０】
したがって、この場合、磁性流体収容部２９内の磁性流体Ｆｍが上側に移動するのを規制するシール部３７が設けられているので、エアスピンドルＡを上下方向からある程度傾けた姿勢で使用しても、磁性流体Ｆｍがその収容部２９から飛び出すことはない。
【００３１】
尚、以上の各実施形態では、磁性流体吸引部３１は永久磁石３２を有するものとしているが、この永久磁石３２に代えて電磁石を設けてもよく、その他の構造でもよい。要は、磁性流体Ｆｍを導電性流体Ｆｃから分離するように磁力により吸引する手段であればよい。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によると、エアスピンドルにおける回転軸のアース構造として、回転軸の下端部が浸漬される導電性流体を収容する導電性流体収容部と、該導電性流体収容部の上側に配置され、導電性流体収容部に導電性流体を密封する磁性流体を収容する磁性流体収容部とを設け、この磁性流体収容部よりも上側に、磁性流体を導電性流体から分離するように上側に磁力により吸引する磁性流体吸引手段を設けたことにより、回転軸の回転により導電性流体及び磁性流体が撹拌されても、磁性流体を絶えず導電性流体から分離して両流体の混合を抑制でき、導電性流体の確実な封止により、長期間に亘り安定して導電性流体の酸化や接地抵抗の増大を防いで静電気を除去することができる。
【００３３】
請求項２の発明では、磁性流体吸引手段は、回転軸の端部を隙間をあけて挿通させる開口部を有する磁石を備えたものとした。また、請求項３の発明では、上記磁石の両側に、回転軸の端部を隙間をあけて挿通させる開口部を有する磁性片が積層状態に配置されているものとした。さらに、請求項４の発明では、磁石は複数設けられていて、それら複数の磁石間に、回転軸の端部を隙間をあけて挿通させる開口部を有する磁性片が積層状態に配置されているものとした。従って、これらの発明によると、望ましい磁性流体吸引手段が容易に得られる。
【００３４】
請求項５の発明によると、磁性流体吸引手段よりも上側に、磁性流体収容部内の磁性流体が回転軸の上端部側に移動するのを規制する規制手段を設けたことにより、磁性流体の収容部からの飛出しを防ぐことができる。
【００３５】
請求項６の発明によると、回転軸の導電性流体収容部及び磁性流体収容部に臨む下端部は他の部分よりも小径のものとしたことにより、この回転軸の小径の下端部が各収容部内の導電性流体及び磁性流体と接触して回転したときの発熱を防止し、或いは撹拌ロスを低減したり撹拌を抑制したりすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】エアスピンドルのアース構造を拡大して示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態１に係るエアスピンドルの全体構成を示す断面図である。
【図３】本発明の実施形態２を示す図１相当図である。
【図４】実施形態３を示す図１相当図である。
【図５】実施形態４を示す図１相当図である。
【符号の説明】
Ａエアスピンドル
１ハウジング
２回転軸
２ｅ接触部
５ラジアル軸受
１１スラスト軸受
１６モータ
２７容器
２８導電性流体収容部
２９磁性流体収容部
３１磁性流体吸引部（磁性流体吸引手段）
３２永久磁石
３２ａ開口部
３３磁性片
３３ａ開口部
３７シール部（規制手段）
Ｗ磁気ディスク（ディスク）
Ｆｃ導電性流体
Ｆｍ磁性流体

Claims

ハウジングに対し上下方向に延びる回転軸がエア軸受により浮動状態で支持されたエアスピンドルの上記回転軸をアースするようにした構造であって、
上記回転軸の下端部が浸漬される導電性流体を収容する導電性流体収容部と、該導電性流体収容部の上側に配置され、導電性流体収容部に導電性流体を密封する磁性流体を収容する磁性流体収容部とが設けられ、
上記磁性流体収容部よりも上側に配置され、上記磁性流体を導電性流体から分離するように磁力により上側に吸引する磁性流体吸引手段が設けられていることを特徴とするエアスピンドルのアース構造。
請求項１のエアスピンドルのアース構造において、
磁性流体吸引手段は、回転軸の端部を隙間をあけて挿通させる開口部が形成された磁石を有することを特徴とするエアスピンドルのアース構造。
請求項２のエアスピンドルのアース構造において、
磁石の両側には、回転軸の端部を隙間をあけて挿通させる開口部を有する磁性片が積層状態に配置されていることを特徴とするエアスピンドルのアース構造。
請求項２のエアスピンドルのアース構造において、
磁石は複数設けられていて、これら複数の磁石間には、回転軸の端部を隙間をあけて挿通させる開口部を有する磁性片が積層状態に配置されていることを特徴とするエアスピンドルのアース構造。
請求項１のエアスピンドルのアース構造において、
磁性流体吸引手段よりも上側には、磁性流体収容部内の磁性流体が回転軸の上端部側に移動するのを規制する規制手段が設けられていることを特徴とするエアスピンドルのアース構造。
請求項１〜５のいずれか１つのエアスピンドルのアース構造において、
導電性流体収容部及び磁性流体収容部に臨む回転軸の下端部は他の部分よりも小径とされていることを特徴とするエアスピンドルのアース構造。