JPH0351514A - 磁性流体軸受装置あるいはこの装置を具備するモータ - 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用のボリゴンミラ
ー廓動モータ，磁気ディスク装置用ディスク駆動モータ
，光ディスク装置用ディスク駒動モータ，ＶＴＲ用モー
タなど軸受装置からの油漏れが許されないモータに好適
な軸受装置あるいはこれらの装置と具備させるのに好適
なモータに関する。

〔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（以下、高精度回転という）回転や高速回転化の要求
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。

この種駆動モータの回転精度や汚染等の問題は軸受装鎌
に起因することが多い。従来より使用されている玉軸受
では軸受構或部品の加工精度の点から高速回転化や回転
精度に限界がある。このため、高速回転化や高精度回転
化が可能な軸受として潤滑流体を用いたすべり軸受が用
いられこの種のモータ用として種々の工夫がなされてい
る。

殊に軸受装置からの油漏れレ二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非磁性のハウジングの開放端に同
軸上に永久磁石ないしは永久磁石端面に磁極片を密着さ
せて嵌合し、これに透磁性の回転軸を貫通させて磁気回
路を構成し軸とのすきまに磁性流体を封入してシールを
構或している。また、軸受部の発熱や駆動モータなどに
よってハウジング内の空気等が体積膨張してハウジング
内の圧力が上昇し、この内圧上昇によって磁性流体シー
ル膜が破壊され、磁性流体が外部に飛散し汚染させるこ
とがあるため、これを解決するために特開昭６１−　２
１０５６０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。

また、この磁性流体シールと潤滑流体として、磁性流体
を用いたすべり軸受とを組合せた磁性流体軸受装置が特
開昭６０　−　８８２２３号公報や特開昭６１−　２７
０５２０号公報に開示されている。この軸受装置では流
体潤滑によるすべり軸受によって高精度回７ 転化と潤滑流体の漏れを磁性流体シールにより防止する
ことを目的としている。

〔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、前記軸受装置において、潤滑流体そのものが
温度上昇によって体積膨張して磁性流体シール部から磁
性流体が溢れ出る虞れがある。さらに，磁性流体が体積
膨張によってシール部から溢れ出ることがなくても高速
回転になるほどシール部の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ことがある。これら種々の
問題点に関して従来のものでは配慮されていなかった。

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あるいはモータを提供する
ことにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達或するために本発明では軸の回転を利用し
てハウジング内の圧力上昇を防止するものである。すな
わち、磁性流体シールは軸受と間隔を置いて配置し、そ
の間に空間を構成するようにしておき、この空間は軸受
部に封止した磁性流体等の潤滑流体の体積膨張を吸収し
、さらに軸の回転を利用して磁性流体シール膜を瞬時に
破壊してハウジング内部をほぼ大気圧に減圧させ磁性流
体シール部にほとんど圧力を作用させないように磁性流
体軸受装置を構或している。また、磁性流体シール膜が
瞬時に破壊した際に磁性流体が外部に飛散しないように
磁性流体シールにエンドリングを備えた構造トこしてい
る。

上記磁性流体シールを瞬時に破壊される要素又は手段と
して磁性流体シール膜に流れの乱れを与えてシール耐圧
を低下させ、前記した内圧がそれほど高くならないうち
にシール膜を破壊させる方法を用いている。磁性流体シ
ール膜の流れを乱す一手段あるいは要素としてシール膜
に対向する回転軸の表面に突起ないしは凹所を設け強制
的にシール膜をかき乱し、適度の内圧でシール膜を破壊
させる方法をとっている。第二の手段としてエンドリン
グ内面ないしはエンドリング内面に対向した回転軸表面
に螺旋状の溝を設け、螺旋溝の動圧作用を利用してシー
ル膜に軸方向の流体力を与えて流体の乱れとこの流体力
によって適度の内圧でシール膜を破壊させる方法をとっ
ている。さらに、シール膜の破壊を容易にするために磁
性流体シール部と回転軸とのすきまを一般に用いられて
いる磁性流体シールのすきま（　０　．　１−　０　．
　２　ｍｍ　）よりも広く設定しシール耐圧を下げ、か
つエンドリング内径をシール部の内径よりも小径にして
上記軸方向の螺旋溝による流体力を高めている。また、
レーザビームプリンタ用のポリゴンミラー廓動モータの
ように縦形で使用するモータの軸受装置に対しては開放
側のエンドシール端面に磁性流体が溢れ出てもハウジン
グ等に磁性流体が付着しないようにエンドリングのハウ
ジング開放側の内周側端面が外周側端面よりもハウジン
グの内側に位置するように構成している。

〔作用〕

したがって、本発明による磁性流体軸受装置においては
、エンドリングを備えた磁性流体シールと軸受を間隔を
置いて配置し、その間に空間を設けているので、磁性流
体シール膜が前記した手段によって破壊させても内圧が
さほど上昇しない低い状態下で破壊するため磁性流体の
飛散の程度が軽微な上エンドリングを設けているため軸
受装置外へ飛散する虞れがない、また、シール膜が破壊
した際に前記空間の空気が流出するが、軸受部に封入さ
れた潤滑流体が溢れ出ることがないためクリーンな軸受
装置が提供できる。さらに、螺旋溝をエンドリングない
しは回転軸表面に設けることによりシール膜が破壊して
飛散し、エンドリングないしは回転軸に付着した磁性流
体をシール部に回収することもできる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。第１
図には本発明による軸受装置の部分断面図が示され、こ
の軸受装置はアルミニウム等からなる非磁性のハウジン
グ７，軸受２，永久磁石４と磁性流体５と回転軸１とで
構成された磁性流体シール３、この磁性流体シール３に
密着してエンドリング６がハウジング７に嵌合されてい
て軸受２は封入された潤滑流体８によって円滑な潤滑が
補償されている。この潤滑流体８は一般の潤滑油でもよ
いが、磁性流体シール３と同じ磁性流体を用いると作業
性もよく、潤滑油と磁性流体が混在して磁性流体が希釈
されるといった問題もなくなる。

永久磁石４は軸受２に対して所定寸法の間隔をもって配
置されており，永久磁石４と軸受２との間に所要体積の
空間Ｓが形成されている。

この空間Ｓの体積は運転時の温度上昇により膨張する潤
滑流体を受容するのに充分な大きさとしてある。また、
回転軸１には磁性流体シール部に対向した位置に突起９
が設けられ、その突起部に磁性流体シール膜をかき乱す
凹所１０が設けられている。尚、図示しないがこの突起
９を設けず回転軸１に凹所１０のみを設けてもよく、又
、突起単独でもよい。第２図には第１図に示した回転軸
の突起９部の断面図を示している。また、第１図に示し
た磁性流体シール３の状態は非回転時にハウジング７す
なわち空間Ｓの内圧を高めた時の磁性流体シール膜を示
しているが、図のように空間Ｓの内圧によって磁性流体
５がエンドリング６の部分まで押し出され内圧と磁気力
とで釣りあっている。この内圧は，通常、軸受２で発生
する粘性摩擦熱や邸動モータの発熱によって潤滑流体８
やハウジング７内の空気等の体積膨張によって高まる。

ところが、第３図に示すように回転軸ｌが回転すると、
突起９によって磁性流体シール膜がかき乱されてシール
膜が破壊され空間Ｓ内の空気が吐出される。このシール
膜の破壊は非回転時に比較し回転軸はシール膜に乱れが
生じてシール耐圧が下がり、低い内圧の上昇で瞬時に起
こり、内圧がほぼ大気圧まで低下すると、再び磁性流体
シール３部には磁性流体５が永久磁石４の磁気力で回収
され、密封状態が保たれる。

−１２ 第４図にはエンドリング６の内面に回転軸１の回転によ
り磁性流体５が軸受２側に移送される方向の螺旋状の溝
１１を設けた場合の実施例を示し，第′３図と同様非回
転軸にハウジング７に内圧が作用した時のシール部の状
態を示している。回転軸ｌの回転によってエンドリング
６に設けた螺旋溝１１に押し出された磁性流体が溝１１
と回転軸１との相対運動によって発生する軸方向の動圧
作用で磁性流体５が軸受２の方向へ押しもどされる。

第５図にはその状態を図示しているが、回転時磁性流体
シール３に内圧が作用し、磁性流体５がエンドリング６
部に押し出されると上記した動圧作用による軸方向の流
体力が磁性流体シール膜に作用し、シール膜の流れが乱
されると同時にこの流体力の作用によってシール膜が破
壊され、内圧がほぼ大気圧に低下すると再び磁性流体シ
ール部に磁性流体５が回収され密封が保たれる。

また、本発明による磁性流体シール３はエンドリング６
が備えられているためシール膜が破壊され磁性流体５が
飛散してもハウジング７の外部まで至らず、エンドリン
グ６と回転軸上とに付着する。これは、エンドリング６
と回転軸１とで構或されるすきまをＯ．王　ｍ程度のせ
まいすきまに設定するとほとんどハウジング７の外部に
までは飛散しない。また、比較的低い内圧でシール膜を
破壊させるために磁性流体シール３部の回転軸１とのす
きまを０．３〜０．５＋ｎｎ＋程度にエンドリング６の
部分のすきまよりも広く設定することが望ましい。さら
にエントリング６のすきまは磁性流体５の蒸発量を少な
くする意味でも極力せまく設定することが好ましい。

第６図は回転軸工に螺旋状の溝工２を設けた場合の実施
例を示してあり、第４図に示した実施例と同じ作用効果
を奏する。また，第６図の実施例においてはエンドリン
グ６の開放側の端面に傾斜を設けているが、これは磁性
流体５がエンドリング６の端面に溢れ出ても直接ハウジ
ング７の外部レ；溢れ出ないようにする目的で設けたも
ので、縦形の廓動モータの場合にこのような傾斜を設け
ておくとよい。第７図に示した実施例においては磁１５
ー 性流体シール３を永久磁石４と磁極片工３で構成したも
のを適用した例を示したもので、第工図に示した実施例
とほぼ同じ作用効果が期待できる。

また、上記した各々の実施例において磁性流体シール膜
が破壊し修復を効果的に行なわせるためにエンドリング
６は永久磁石４によって磁化されない非磁性の材料を用
いることが好ましく、テフロンのような剥離性の良い材
料を用いるとより修復作用が高まる。

第８図はレーザビームプリンタ用のポリゴンミラー駆動
モータに本発明の一つである前記軸受装置を適用した例
を示す。ポリゴンミラー駆動用モータはロータ１９にミ
ラー押えｌ５で固定されたポリゴンミラ−１４と永久磁
石から威るモータロータエ６が嵌合され、回転軸工を備
え、回転軸１はラジアル軸受２とスラスト軸受ｌ８によ
って回転自在に支持されている。また、外枠４０の基板
４１に一体に形成した軸受用のハウジングにはこれらの
軸受と開放側に磁性流体シール３が装置されていて、軸
受部には潤滑流体として磁性流体８１６− が封入されている。ポリゴンミラーの邸動はモータステ
ータ１７の磁界発生による電磁力でなされ、１００００
−３　０　０　０　Ｏｒｐｍといった高速回転で使用さ
れる。

上記構或のポリゴンミラー咋動モータは以下のように作
動する。軸受部に封入された磁性流体１８は円滑な潤滑
を補償し、この液体と磁性流体シール３との間は前記し
たように空間を構或しているので高速回転されるとモー
タの発熱と軸受部の摩擦による発熱で磁性流体１８とこ
の空間の空気が体積膨張し、ハウジング７の内圧が高ま
るが、磁性流体シール３のシール部は比較的低い内圧で
瞬時に破壊され、直ちに修復するよう構成しているので
密封性が効果的に維持される。また、ポリゴンミラ−１
４は油蒸気等で汚染されるとレーザ光を感光体ドラム（
図示していないが）に送ることができなくなるが、本構
或においては回転初期に内圧上昇によってシール膜が破
壊された時は微量の油蒸気がハウジング７の外に出てし
まう虞れがあるが、通常の回転時には良好な密封性が維
持されるのでポリゴンミラーを汚染させることがない。

さらに、潤滑流体として低蒸気圧の磁性流体を用いるこ
とにより油の蒸発量も極めて微量となり、油蒸気による
ポリゴンミラ−１４の汚染の問題が解消できる。また、
本発明による軸受装置はすべり軸受を用いているため、
従来の玉軸受に比較し回軸が円滑で、高速回転において
も軸振れが少なく高精度回軸が維持され、しかも上記し
たように密封性にすぐれた磁性流体シールを構成してい
るので信頼性の高いポリゴンミラー駆動モータを提供で
きる。

第９図は磁気ディスク装置に本発明を適用した例を示す
。磁性ディスク装置はフレーム２２に磁性流体軸受装置
２５が組込まれていて、回転軸１を回転自在に支持し、
この回転軸ｌにはモータロータ２４と磁性記録媒体であ
る磁気ディスク２１を備えたハブ２０が固着され、モー
タステータ２３の回転磁界により駈動される。磁気ディ
スク装置の場合は軸受装置２５から油蒸気等の漏れがあ
ると磁気ディスク２１が汚染され、記録ができなくなる
ため、クリーンな軸受が要求される。本実施例では軸受
装置として第１０図に示す磁性流体軸受装置が組込まれ
ていて、この軸受装置はハウジング７と永久磁石４と螺
旋溝を設けたエンドリング６とハウジング７と一体に構
成されたラジアル軸受２及び磁性流体１８を含み、回転
軸ｌが貫通している。この場合は横形の回転体を磁性流
体軸受装置２５によって回転自在に支持されるが、磁性
流体シール３がハウジング７の両端に配置しているので
空間Ｓは全周の一部であるが磁性流体シール膜は永久磁
石４の作用で全周に形成されるので非回転時においても
磁性流体シール３によって軸受部に封入された磁性流体
１８が保持される。

回転時には磁性流体シール部に内圧が作用しハウジング
７の外に磁性流体１８が溢れ出ようとするが、螺旋溝に
よるラジアル軸受２方向へ流体力の作用によって密封性
が維持される。通常の回転時には磁性流体シール部の磁
性流体は永久磁石４で保持されている。したがって、本
発明による磁性流体軸受装置を用いると、すベリ軸受に
よる高精度回転が得られ、かつ密封性がよいのでクリー
ンな信頼性の高い磁性ディスク装置が提供できる。

なお、第８図及び第９図に示した実施例において、光記
録媒体である光ディスクをポリゴンミラーや磁気ディス
クの代わりに取りつけ光ディスク装置として用いても同
様の作用効果を奏する。

〔発明の効果〕

本発明によれば、磁性流体シールにエンドリングを設け
、構造簡単にして軸の回転を利用してハウジング内の内
圧上昇を防止できるので密封性にすぐれた軸受装置が提
供できる。また，磁性流体シール部からの油蒸気の蒸発
量はエンドリングと回転軸とのすきまをせまくすること
により抑制できること及び軸受と磁性流体シール部に空
間を設けているので潤滑流体の封入量を厳しく調整する
必要がなく、量産における製造コストの低減効果も大き
い，さらに、磁性流体シール部に適量以上の磁性流体を
封入してもエンドリングや回転軸に螺旋溝を設けておく
と、回転によって軸受側に流体力で押し込まれるので外
部に溢れ出ることがない。また、本構或においてはシー
ル部と軸受部が間隔を置いて配置されているので立形モ
ータの場合は低粘度の潤滑流体を軸受部に、蒸発減量の
少ない高粘度の磁性流体をシール部に封入することがで
きるので軸受の低損失化が図れる効果も奏する。

以上の効果により、本発明による軸受装置を高速，高精
度回転とクリーン性が要求されるポリゴンミラー駒動モ
ータや磁気ディスク装置，光ディスク装置のディスク駆
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
トの低減が図れる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図，第４図，第６図，第７図は本発明による軸受装
置の部分ＩＩＲ′面図、第２図は回転軸突起部の断面図
、第３図，第５図はシール部のシール膜破壊の状態を示
す断面図、第８図は本発明を適用したポリゴンミラー駒
動モータの縦断面図、第９図は本発明を適用した磁気デ
ィスク装置を示す縦断面図、第１０図は磁気ディスク装
置に用いた軸−ＺＯ− 受装置の縦断面図を示すものである。 １・・・回転軸、２・・・軸受、３・・・磁性流体シー
ル、６・・・エンドリング、７・・・ハウジング、１４
・・・ポリゴンミラー、２１・・・磁気ディスク、Ｓ・
・・空間。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、非磁性のハウジングと、このハウジング内に同軸上
   にエンドリングを備えた磁性流体シールと軸受が設けら
   れ、かつこれらを貫通して延びた透磁性の回転軸を含み
   、前記ハウジングの開放側から前記エンドリング、磁性
   流体シール及びこの磁性流体シールと間隔を置いて軸受
   が配置され、軸受部には潤滑流体が封入されていて、こ
   の潤滑流体液面と磁性流体シールとの間に空間を形成す
   ると共に前記エンドリングないしは回転軸に回転軸の回
   転によつて磁性流体シールと回転軸とで形成された磁性
   流体シール膜に流れの乱れを与える手段を設けたことを
   特徴とする磁性流体軸受装置。 ２、請求項１において、前記磁性流体シール部に対向す
   る回転軸表面に突起部を設けたことを特徴とする磁性流
   体軸受装置。 ３、請求項１において、前記エンドリング内面に対向す
   る回転軸表面に螺旋状の溝を設けたことを特徴とする磁
   性流体軸受装置。 ４、請求項１において、前記エンドリング内周面に螺旋
   状の溝を設けたことを特徴とする磁性流体軸受装置。 ５、請求項１において、前記エンドリングのハウジング
   開放側の内周側端面が外周側端面よりもハウジングの内
   側に位置するように構成したことを特徴とする磁性流体
   軸受装置。６、請求項１ないし５のいずれかにおいて、
   非磁性のエンドリングを用いたことを特徴とする磁性流
   体軸受装置。 ７、請求項１ないし６のいずれかにおいて、前記エンド
   リングの内径を磁性流体シール部の内径よりも小径とし
   たことを特徴とする請求記載の磁性流体軸受装置。 ８、外枠の基板に形成した非磁性のハウジングに軸受を
   設け、この軸受にてロータの回転軸を回転自在に支持し
   、ロータに負荷を取付け、ロータにステータからの磁界
   を作用させてロータを高速回転させるように構成したモ
   ータにおいて、前記ハウジング内に同軸上にエンドリン
   グを備えた磁性流体シールと軸受が設けられ、かつこれ
   らを貫通して延びた透磁性の前記回転軸を含み、前記ハ
   ウジングの開放側から前記エンドリング、磁性流体シー
   ル及びこの磁性流体シールと間隔を置いて軸受が配置さ
   れ、軸受部には潤滑流体が封入されていて、この潤滑流
   体液面と磁性流体シールとの間に空間を形成すると共に
   前記エンドリングないしは回転軸に回転軸の回転によつ
   て磁性流体シールと回転軸とで形成された磁性流体シー
   ル膜に流れの乱れを与える手段を設けたことを特徴とす
   る軸受装置を具備するモータ。 ９、請共項８において、 ロータにポリゴンミラーや磁性記録媒体のディスクない
   しは光記録媒体のディスクを取付けたモータ。 １０、請求項８あるいは９のいずれかにおいて、前記回
   転軸が縦形であるモータ。 １１、フレームに形成した非磁性のハウジングと、この
   ハウジングに設けた軸受およびエンドリングと、軸受に
   回転自在に支持された回転軸と、この回転軸に固定され
   た負荷と、回転軸に回転力を付与する手段とを具備する
   ものであつて、前記ハウジング内にエンドリングを持つ
   磁性流体シールと軸受が同軸上に設けられ、これらを貫
   通して延びた透磁性の回転軸を含み、前記ハウジングの
   開放側から前記エンドリング、磁性流体シール及びこの
   磁性流体シールと間隔を置いて軸受が配置され、軸受部
   には潤滑流体が封入されていて、この潤滑流体液面と磁
   性流体シールとの間に空間を形成すると共に前記エンド
   リングないしは回転軸に回転軸の回転によつて磁性流体
   シールと回転軸とで形成された磁性流体シール膜に流れ
   の乱れを与える手段を持つ磁性流体軸受装置を具備する
   ことを特徴とするモータ。 １２、請求項１１において、 回転軸に磁性記録媒体ないしは光記録媒体のディスクを
   取付けたことを特徴とするモータ。 １３、請求項１１あるいは１２項のいずれかにおいて、
   少なくとも一対のエンドリングを具備し、それぞれハウ
   ジング開放側からエンドリング、磁性流体シールおよび
   この磁性流体シールと間隔を置いて軸受を配し、かつ横
   形であることを特徴とするモータ。 １４、請求項１において、 軸受の潤滑流体として磁性流体シールと同様の磁性流体
   を用いることを特徴とする磁性流体軸受装置。 １５、請求項８あるいは１１のいずれかにおいて、軸受
   の潤滑流体として磁性流体を用いたことを特徴とするモ
   ータ。