JPH01320314A - 軸受装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は潤滑油や磁性流体などの流体潤滑剤を用いた軸
受装置に係り、特にレーザビームプリンタに用いられる
ポリゴンミラー（多面鏡）駆動モータ、磁気ディスク装
置、ＶＴＲなど高精度の回転を必要とするモータに好適
な軸受装置に関する。

〔従来の技術〕

最近、この種の駆動モータにおいては高精細な画像や記
憶の高密度化の点から高速化や高精度回転の要求が強く
、特にレーザビームプリンタや磁気ディスク装置におい
ては回転精度のほか油汚れ等のないクリーンな軸受装置
が望まれている。

このような要求に対してこの駆動モータの回転精度の問
題や主機の汚染等の問題は、軸受装置の性能に直接関係
する。この点、従来使用されているボールベアリングで
は転動体や内外軸の加工精度から高速化や回転精度に限
界がある。このため、高速回転に有効で高精度回転が可
能な軸受として流体潤滑によるすベリ軸受が取り上げら
れ、この種の駆動モータ用としてさらに種々の工夫がな
されている。

このすべり軸受は軸の回転により摺動面に形成される流
体潤滑膜で軸と軸受を非接触状態に保ち軸を回転自在に
支持する軸受で、潤滑剤として油や気体が用いられてい
る。潤滑油を用いたすべり軸受は気体軸受のような低ト
ルクは期待できないが油膜剛性が高いことから高精度回
転に有効で気体軸受に比べ小径軸受に設計できるのでコ
ンパクトなモータが実現できる。しかし、潤滑油を用い
たすべり軸受は油漏れが常に問題となり、高速回転にな
るほどポリゴンミラー暉動モータや磁気ディスクスピン
ドル駆動モータにおいては油の飛散が実用上の問題とな
っている。

そこで、磁性流体がシール機能と潤滑性があることに着
目して永久磁石と磁性流体を用いて軸受を構成した磁性
流体軸受がこの種の駆動モータ用軸受として提案されて
いる。磁性流体軸受の基本的な構成は特開昭５５−１３
９５５９号公報や特開昭５９−１４７１１７号公報に開
示されているように円筒状の磁石を用い軸受摺動面に磁
性流体を磁化捕捉して潤滑する方式のものと、特開昭６
１−２７０５２０号公報や特開昭６０−８８２２３号公
報に開示のように軸受端部に永久磁石を配置し透磁性回
転軸とで磁性流体シールを構成し磁性流体を軸受部に充
満させて潤滑する方式のものとがあり、いずれも磁性流
体を磁化してシール機能を持たせ磁性流体の飛散防止を
目的とした軸受装置である。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記磁性流体軸受は軸受端部の磁束密度を高めてシール
する構造であるが、従来の実施例においては磁性流体の
封入量がわずかでも多いと高速回転になるほど磁性流体
に作用する遠心力が増加しシール部から飛散する問題が
あった。また、適正量封入されていても雑誌月刊トライ
ボロジ（１９８８年３月号Ｐ２０）に記載されているよ
うに磁性流体の熱膨張率は軸受を構成する部材に比べて
はるかに大きく、温度上昇により磁性流体が体積膨張し
高速回転領域で飛散することがあった。さらに、磁性流
体の実用上の問題点として高温で使用すると劣化する恐
れがある。これは前記雑誌トライボロジＰ１５にも指摘
されているように、磁性流体はベースオイル中に磁性粉
を界面活性剤で処理して浮遊させたものであるが、高温
にさらすと界面活性剤の離脱により磁性粉が凝集して分
散性が損われることがある。特にすベリ軸受の場合は磁
性流体シールと異なり、摺動面には荷重が負荷され潤滑
膜に作用する粘性せん断応力が大きくなる。

その上、せん断速度が大きくなって粘性発熱の密度が増
大すると界面活性剤の離脱により性能劣化を起すことが
あった。したがって、高速条件下で磁性流体をシールや
潤滑流体に用いる場合は熱的な配慮が必要である。

本発明は上記従来技術の問題点を解決するためになされ
たもので、高速、高精度回転に有効でシール性にすぐれ
た長寿命の軸受装置を堤供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために磁性流体シールは軸受は間隔
を置きその間を空所となるように構成して、潤滑剤の体
積膨張を空所で吸収させ、磁性流体シール部の磁性流体
の量を常に一定に保ち高速回転領域における飛散を防止
する。また、磁性流体の粘性せん断による性能劣化に対
しては軸の回転を利用した磁性流体の循環機構を軸受装
置に新らたに構成して防止する。

すなわち、非磁性で有底の軸受ハウジングと、このハウ
ジング内に同軸的に配置された磁性流体シールと、ラジ
アル及びスラスト軸受と、この磁性流体シールとラジア
ル軸受を貫通して延在し、ラジアル軸受とスラスト軸受
で回転自在に支持された透磁性の回転軸を具備し、スラ
スト軸受が位置する軸受ハウジングの端部は閉じ磁性流
体シール側は開放されていて、磁性流体シールはラジア
ル軸受と間隔を隔てて開放端に配置され、潤滑油ないし
は磁性流体を磁性流体シールに接触しないよう略ラジア
ル軸受端まで封入する。また、循環機構に対してはラジ
アル軸受と回転軸とで構成される軸受すきまと軸受両端
部と軸受外周部が連通ずる磁性流体の通路を軸受ハウジ
ングとで構成して軸の回転を利用して磁性流体を循環さ
せている。

さらに、スラスト軸受についても軸の回転を利用して潤
滑流体を摺動面中央から外周側へ流出させ。

再び外周側の潤滑流体を摺動面中央に戻す循環機構をも
たせている。

〔作用〕

このように構成された軸受装置であると、磁性流体シー
ルとラジアル軸受は空間をもって隔てられているので、
ラジアル軸受側の潤滑流体が温度上昇によって熱膨張し
ても、圧縮性流体である空気によって体積膨張分が吸収
され、シール部に封入された磁性流体の量はほとんど変
化しない。このため、高速回転領域で使用しても従来の
ような磁性流体の体積膨張による飛散は起らない。さら
に、軸受部においては軸受摺動面の磁性流体が軸の回転
によって軸受外に流出し、再び慴動面に流入できるよう
に循環通路を構成している。したがって、摺動面のせん
断速度が増し磁性流体が温度上昇しても軸受外に流出す
ると軸受ハウジング側に放熱されるので熱的要因による
性能劣化は防止される。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面に従い説明する。

第１図は本発明による軸受装置の一実施例である。

軸受ハウジング１４に同軸的に永久磁石３と磁極片４と
カバー９と磁性流体１２とで構成された磁性流体シール
２及び第１のラジアル軸受６と第２のラジアル軸受７と
スラスト軸受８が配置され、第１のラジアル軸受６の端
部すまで潤滑流体（磁性流体や潤滑油などの潤滑剤）１
１が封入されている。磁性流体シール２は軸受ハウジン
グ１４の開放端側に固着され、第１のラジアル軸受６と
は間隔をもって配置されていて、空間ｅを構成している
。また、軸受ハウジング１４と第１及び第２のラジアル
軸受６，７と回転軸１によって潤滑流体の通路ａ、ｂ、
ｃ、ｄを構成している。スラスト軸受８においては回転
軸１の回転によって形成される潤滑膜によるすきまｆと
孔９及び１０とで潤滑流体が循環できるように構成して
いる。第２図は第１図の１−１及び■−■断面を示した
図で、上記した回転軸１と軸受ハウジング１４とラジア
ル軸受６．７との関係を示した図で、軸方向の通路は図
示の場合は３ケ所であるが、少なくとも１箇所設けてお
ればよい、また、この通路Ｃは図示。

しないが、軸受ハウジング１４側に溝等を設けて構成し
てもよい。

第３図は本発明による軸受装置の循環流れの説明図であ
る。軸１が回転すると潤滑流体は旋回するが、潤滑流体
が回転軸１と接する面積は軸受端面す側に比較しｄ側が
広いのでｄ部の潤滑流体の遠心作用力はｂ部に比較し大
きく、軸受ハウジングの壁面で流れが矢印で示した通路
Ｃから端面し方向となる。一方、ラジアル軸受端面では
第４図のように、回転軸１はわ°ずかではあるがＳだけ
偏心して回転しているので、Ｐを境に軸受すきまの形状
が左半分で末広がりとなっていてこの部分から軸方向に
潤滑流体が流入する。また、右半分では逆に軸方向に流
出する流れとなるが、端面ｄ側の半径方向の作用力は上
記したように端面す側に比べて大きいので軸受すきまａ
の軸方向の流れは全体としてｂからｄの方向となる。こ
のような流れは通路ａ、ｂｔ　Ｑ、ｄを構成したことに
よって可能となったもので、軸受すきまａで粘性せん断
されて発熱した潤滑流体は軸受端面に流出し循環しなが
ら軸受ハウジング１４側に放熱されて冷却される。した
がって、本構成では潤滑流体は軸受すきま内で粘性せん
断の繰り返しを受けないので磁性流体を用いても磁性粉
に処理された界面活性剤が熱的要因で離脱することがな
い。

第５図はスラスト軸受５の循環流れの説明図である。ス
ラスト軸受５においては摺動面中央部と外周に孔９及び
１０を設けてあり、軸１の回転により摺動面に潤滑膜ｆ
が形成され、図中矢印方向に流出する。全体の流れとし
ては孔１０から９に流れるのでスラスト軸受５において
も粘性せん断の繰り返しを受けないのでラジアル軸受と
同等の作用効果を奏する。また、スラスト軸受５の場合
はこのような循環流れを持たせることによって摺動面の
潤滑性を良好にする。すなわち、孔９がない場合は摺動
面に潤滑流体が供給されないので高速回転させると潤滑
不良を起こして焼き付きや摩耗を起こす。なお、スラス
ト軸受の循環通路は第６図に示すように軸受ハウジング
１４に孔１０を設けて構成してもよい。

第７図は本発明による磁性流体シールの構成を示す説明
図である。本構成では軸方向に着磁された永久磁石３に
磁極片４を密着させて透磁性の回転軸１とで点線で示し
た磁気回路を作り、磁極片４と回転軸１の間で磁束密度
を高め、この部分に磁性流体１２を封入して磁性流体シ
ールとして機能させている。また、磁性流体１２が仮に
シール部から飛散しても軸受ハウジング外に溢れ出ない
ように非磁性の円板すなわちカバー５を備えている。こ
のカバー５は非磁性にしておくと、磁極片４の内周に捕
捉されている磁性流体１２が飛散してもすきまｇの部品
では磁気回路が構成されないので、飛散した磁性流体は
再び磁極片４のシール部に捕捉されるので磁性流体シー
ルの再成機能をもたせることができる。さらに、本軸受
装置では、潤滑流体１１が軸受部の粘性発熱によって熱
膨張しても、空間ｅを構成しているので、体精膨張はこ
の空間で吸収される。したがって、空間ｅの内圧は圧縮
性の気体とはいえ少しは上昇するが、シール性能に影響
するほどの内圧上昇にはならないので従来技術のような
磁性流体の飛散はまぬがれる。また、空間ｅを構成する
ことによって、潤滑流体１２として磁性流体や潤滑油が
使用できるばかりでなく、潤滑流体１２の封入量の管理
をそれほど厳しくしなくても空間ｅの許容範囲内で潤滑
流体の封入量を調整すればよい。これは、この種の量産
モータにおいてはコストメリットの高い構成である。

第８図は磁性流体シールの他の実施例を示した図で、永
久磁石３をｒ＝ｑの形状にして磁極片を磁石で兼ねそな
えた構成としている。このような構成にしても同等の作
用効果を奏し、部品点数削減のメリットがある。また、
第９図に示すように駆動モータの場合回転軸１にポリゴ
ンミラーやディスク、シリンダー等のロータ１５が固着
されて用いられるが、ロータ１５が回転するとカバー５
とロータ１５の間ではファン作用により矢印方向の風の
流れが生じる。このような流れがあると例えばカバー５
を設けていないと磁性流体１２が蒸発しやすい環境に置
かれる。したがった、カバー５と回転軸１とのすきまｇ
を極力せまく設定しておくと磁性流体１２の蒸発３［ｉ
ｔを低く押えることができ、長期使用しても周辺をほと
んど油蒸気で汚染することがない。本発明の軸受装置に
おいてはこのような点からすきまｇを軸受すきまと同等
ないしは磁性流体シール部のすきまよりもせまい寸法に
設定することにより蒸発減量をおさえることができる。

また、すきまｇを軸受すきまと同等に設定すると軸振動
等で軸を摺損させる恐れがあり、回転軸よりもやわらか
く潤滑性のある銅合金や高分子材料のテフロンやナイロ
ン等の摺動材料を用いると回転軸の損傷が防止できる。

さらに、本発明による軸受装置は軸の回転を利用して潤
滑流体を軸受内外周を循環させたことが特徴の一つであ
るが、第９図に示すように軸受ないしは回転軸に循環作
用を高める溝１６か１７を設けてもよく、第１０図に示
すように駆動モータをよりコンパクトに構成するために
ラジアル軸受６−個で回転軸１を回転自在に支持しても
同等の作用効果を有することはいうまでもない。

このほか、本発明による軸受装置の構成では磁性流体シ
ールに封入する磁性流体を飽和磁化の高い高粘度の磁性
流体を使用して軸受部には低粘度の潤滑流体や磁性流体
を封入することにより軸受損失の低減を図り、温度７昇
の低下による体積膨張の減小で磁性流体シールの信頼性
をより高めることができる。さらに、回転軸の回転を利
用した循環流れ機構と磁性流体シールと軸受間を空間に
構成した２つの作用効果によってシール性向上と磁性流
体シールの性能劣化防止が図れるなどの利点がある。

〔発明の効果〕

本発明によれば上記したように磁性流体シールと軸受部
を空間をおいて構成し、さらに軸の回転を利用した潤滑
流体の循環機構を軸受にもたせたので潤滑流体の熱膨張
により磁性流体シール部から磁性流体シールが溢れ出た
り、飛散することがなく信頼性の高い軸受装置が提供で
きる。また、本構成においては軸受部へ封入する潤滑流
体の量は上記した空間の構成によって厳しく調整する必
要がないので特に量産品に対しては作業性がよくなり製
造コストの低減効果が大きい。さらに、磁性流体シール
に封入する磁性流体と異る潤滑流体を軸受部に封入でき
るので使用条件に合った潤滑流体が使用できる。また、
潤滑流体の循環機構をもたせているので磁性流体を潤滑
流体に用いても磁性流体の熱的要因による性能劣化が防
止でき、長寿命の信頼性の高い軸受装置で提供できる。

磁性流体シールにおいては非磁性の円板（カバー）を軸
受ハウジングの開放端に設け、この円板回転軸とで構成
されるすきまを軸受すきまと同等の寸法に設定できるの
で軸受装置から磁性流体の蒸発減量が低減でき、磁性流
体の長寿命化が図れる。以上の効果により、本発明によ
る軸受装置を高精度回転やクリーン性が要求されるポリ
ゴンミラー駆動モータや磁気ディスク装置のスピンドル
系駆動モータに用いると、長寿命化や信頼性向上及び製
造コスト低減が図れる効果も奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す軸受装置の縦断面図、
第２図は第１図の１−１及び■−■断面図、第３図は本
発明の軸受部の潤滑流体の流れを示す説明図、第４図は
回転軸と軸受の関係及び潤滑流体の流れを示す説明図、
第５図は本発明スラスト軸受の構成と潤滑流体の流れを
示す説明図、′　第６図は本発明によるスラスト軸受の
一実施例を示す縦断面図、第７図は本発明による磁性流
体シールの縦断面図、第８図は本発明による磁性流体シ
ールの一実施例を示す縦断面図、第９図及び第１０図は
本発明の他の実゛施例を示す軸受装置の縦断面図、第１
１図はラジアル軸受の斜視図である。 １・・・回転軸、２・・・磁性流体シール、３・・・永
久磁石。 ４・・・磁極片、５・・・カバー、６，７・・・ラジア
ル軸受、８・・・スラスト軸受、１１・・・潤滑流体。 第１図 第２図 第３図 第４２ Ｉ−１１０と 地６図 第８凹 第９図 右１０囚

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、非磁性材で形成され、かつ有底状をなしたハウジン
   グと、このハウジングに同軸的に配置され、かつ磁性流
   体シール部を有し、かつ流体潤滑のラジアル軸受と、前
   記ハウジング底部に配されたスラスト軸受と、前記磁性
   流体シールとラジアル軸受を貫通して延在し、かつ前記
   ラジアル軸受とスラスト軸受で回転自在に支持された透
   磁性材よりなる回転軸とを具備し、前記磁性流体シール
   がハウジングの開放側に配置されるとともに、ラジアル
   軸受と所定の間隔を置いて配置され、ラジアル軸受部に
   封入された潤滑流体の液面と前記磁性流体シールとの間
   に空間を設けるようにしたことを特徴とする軸受装置。 ２、請求項１記載の軸受装置において、磁性流体シール
   の粘度よりも低粘度の磁性流体を軸受の潤滑液として用
   いたことを特徴とする軸受装置。 ３、請求項１もしくは請求項２記載の軸受装置において
   、軸受ハウジングに嵌合されたラジアル軸受の外周部に
   軸方向に貫通する潤滑流体の通路を設けるとともに、こ
   の通路をラジアル軸受と回転軸とで構成される軸受すき
   まと連通するように構成したことを特徴とする軸受装置
   。 ４、請求項３記載の軸受装置において、回転軸の端部で
   軸方向荷重を支持するスラスト軸受の反摺動面と軸受ハ
   ウジングの底部とで室を構成し、軸受摺動面中央部と外
   周部にこの室と連通する潤滑流体の通路を設けたことを
   特徴とする軸受装置。 ５、請求項４記載の軸受装置において、ラジアル軸受の
   摺動面あるいは回転軸の摺動面に、潤滑流体の循環作用
   を高める溝を設けたことを特徴とする軸受装置。 ６、請求項１記載の軸受装置において、軸受ハウジング
   の開放端に配置された磁性流体シールをリング状の永久
   磁石と円板状の単極磁極片と非磁性の円板とで構成し、
   磁極片をラジアル軸受側に、非磁性の円板を軸受ハウジ
   ング側に配置し磁極片及び円板を永久磁石に密着させて
   シールを構成したことを特徴とする軸受装置。 ７、前記永久磁石をＬ型のリング形状にして磁極片を兼
   ね備えたことを特徴とする請求項６記載の軸受装置。 ８、請求項７もしくは８記載の軸受装置において、非磁
   性の円板と回転軸とで構成されるすきまがラジアル軸受
   の軸受すきまと同等、ないしは磁極片のすきまよりも狭
   く設定したことを特徴とする軸受装置。 ９、前記非磁性の円板を回転軸よりも硬度の低い材料を
   用いたことを特徴とする請求項８記載の軸受装置。