JPH04131517A - 磁性流体軸受装置 - 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あるいはこの軸受装置を具備
させるのに好適な回転装置に関する。

［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
−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か温度上昇し内圧が
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６１−２１０
５６０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１ 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利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ベリ軸受装置に
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あるいはこの軸受装置を用
いた回転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では軸の回転と磁性流
体シール作用を利用して、シール性能を高めてハウジン
グ内の圧力上昇による磁性流体の漏れを防止したもので
、回転時のシール性能向上に対しては磁性流体シール部
に動圧発生要素をもたせているのでコンパクトな高耐圧
の磁性流体シールを備えた磁性流体軸受装置が提供でき
、この種の回転装置の汚染や小形化等の問題を解決した
ものである。すなわち、磁性流体シールは軸受部と間隔
を置いて配置し、この間に一部空間が構成されるように
磁性流体を封入し、この空間は軸受部に封入した磁性流
体等の体積膨張を吸収し、さらに軸の回転を利用して磁
性流体シール部に動圧発生機構をもたせて、体積膨張に
よる内圧上昇を磁性流体シールと動圧発生要素の組合せ
による複合シールでシール耐圧を高めて磁性流体の漏れ
を防止する構成にしている。さらに、本構成では軸の回
転を利用した動圧発生要素を構成しているので構造簡単
にして磁性流体シール部の磁性流体を確実に軸受側に移
送し、シール部からの漏れを防止している。

上記磁性流体シールの耐圧向上や磁性流体の漏れ防止手
段として、リング状の永久磁石と永久磁石端面に密着さ
せた磁極片、永久磁石内周に嵌合した非磁性のリング及
び透磁性の回転部材とで磁性流体シールを構成し、永久
磁石と回転部材に配置した非磁性のリング内周面ないし
はこの内周面に対向する回転部材表面に動圧発生用の溝
を設け、非回軸の場合は磁束密度の高い磁極片先端と回
転部材で磁性流体の漏れを防止する方法をとっている。

回転時は磁極片のシール作用のほかに動圧発生用として
設けた溝の作用を利用し、シール耐圧の向上を図り、軸
受装置内の温度上昇による内圧上昇にも耐えられる構造
としている。さらに、上記した磁性流体シールにおいて
は磁極片は磁化されているので磁性流体を封入する際に
シール開放端側の磁極片に磁性流体が付着するおそれが
あるので二の磁極片には非磁性のエンドリングを密着さ
せて磁性流体付着防止の手段もとっている。また、軸受
装置内の内圧が上昇し、シール開放端側の磁極片の磁性
流体が磁極片よりはみ出すと磁性流体が遠心力の作用を
受けて飛散することになるが、これを防止する手段とし
て軸受側の磁性流体シールの耐圧が動圧発生圧力よりも
低く設定し、磁極片のはみ出し防止の方法もとっている
。

［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
磁極片にエンドリングを備え動圧発生要素を有する磁性
流体シールと軸受を間隔を置いて配置し、かつ、磁性流
体シールと軸受部に空間を有するように磁性流体を封入
しているので、非回転時は磁極片の部分で軸受部に封入
された磁性流体がシールされ、一方回転時においては軸
受部が温度上昇し内圧が上昇してもシール耐圧が向上す
るように磁性流体シール内に動圧発生要素を設けている
ので確実にシールできる。また、軸受側のシール耐圧を
動圧発生圧力よりも低く設定しておくと、内圧が上昇し
てもシール開放端側の磁極片から磁性流体がはみ出さな
いので回転時磁性流体が飛散することもない。また、磁
性流体を磁性流体軸受装置に封入しても、軸受装置開放
端側の磁極片に非磁性のエンドリングを密着させている
ので磁性流体が軸受装置外周部に付着することがないの
でクリーンな状態で回転装置に組込める。さらに、動圧
発生要素が磁性流体シール内に備えられているので軸受
装置をコンパクトにできる。

［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は回転部材である内輪１０と透磁性
のスラストカラー１１及び非磁性の外輪１２で軸受が構
成され、内輪１０と外輪１２で構成されるすきま１４に
磁性流体１５が供給され、流体潤滑で半径方向の荷重を
受は軸ｌを回転自在に支持する。また、軸方向の荷重に
対してはスラストカラー１１の端面と外輪１２の端面で
受は位置決めされる。外輪１２には磁性流体１５の封入
孔１３が設けられており、１６は封入後の栓である。ま
た、軸受の両端面には本発的による磁性流体シールが軸
受部と間隔を置いて配置され、磁極片２０．２１と永久
磁石１７と動圧発生溝１９を備えた非磁性のリングとス
ラストカラー１１と磁性流体１５で磁性流体シールを構
成している。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である。

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
て遠心力が作用する飛散するので二のはみ呂しは防ぐ必
要がある。また、このままの状態で取り扱うとはみ呂し
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
し呂されようとするが、非磁性のリング１８の内周面に
は動圧発生用の溝１９　（二の図では角ねじ溝）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。

二の動圧発生用の溝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１１とのすきまや溝１９の
形状２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なわせ、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
、確実なシールが行なえる。したがって、回転装置の使
用条件（例えば低速回転で動圧発生力が小さい時）によ
っては軸受側の磁極片２１を用いなくてもよい。

第６図には本発明の他の実施例の部分断面図を示す。本
実施例では磁極片２３．２４は永久磁石を用い、前記し
た他の実施例と同じ作用効果を与えている。この実施例
においても磁極片２３゜２４の先端で最も磁石密度が高
くなるので磁性流体シールの機能を有し、動圧発生要素
との組合せで確実なシールが行なえる。

第７図はレーザビームプリンタに用いられるポリゴンミ
ラーモータに本発明による磁性流体軸受装置を用いた実
施例を示す。ポリゴンミラーモータは立型の回転装置で
あり、透磁性の軸１にポリゴンミラー２５及びモータロ
ータ２７を装着したカラー２６が固定され、磁性流体軸
受装置３１′によって回転自在に支持され、モータステ
ータ２８の回転磁号によって駆動される。この磁性流体
軸受装置３１は軸受ハウジング３０というシアル軸受３
３．３４及びスラスト軸受３５．磁性流体シール３２か
ら構成され、磁性流体１５が適度の空間Ｓを有するまで
封入されている。ポリゴンミラーモータも軸受装置から
磁性流体が飛散するとポリゴンミラー２５が汚染し画像
が損なわれるため、漏れは許されない。第８図は本発明
による磁性流体軸受装置のシール部を示す部分断面図で
あり、第２図と同じ構成の磁性流体シールを備えている
。本実施例に於ても軸１の回転により軸受部等の発熱で
内圧が高まりシール部の磁性流体が押し出されようとす
るが、非磁性リング１８に設けた動圧発生要素による流
体力で矢印方向に押され、内圧とバランスした状態でシ
ールされ、かつ磁極片２０における磁性流体のはみ呂し
がなく、したがって、回転時に磁性流体が飛散しない。

以上、回転装置として磁気ディスク装置やポリゴンミラ
ーモータを実施例として説明したが、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イ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］ 本発明によれば磁性流体軸受装置の開放端に動圧発生要
素を具備した磁性流体シールを配置し、構造簡単にして
軸の回転を利用して軸受部の内圧上昇に耐えられるシー
ル構造をとっているので密封性にすぐれかつ、磁性流体
の飛散のない磁性流体軸受装置が提供できる。また、動
圧発生要素を磁性流体シール内に配置しているのでシー
ル耐圧にすぐれたコンパクトな磁性流体シールであり、
その上磁極片には非磁性のエンドリングを設けているの
で回転装置を汚染することがなく、ハンドリング性のよ
い磁性流体軸受装置が提供できる。

また、ハンドリング性の良いことから、量産における製
造コストの低減効果が大きい等の利点がある。

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回転装置に用いる
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］図、第７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、第６図
及び第８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山磁
気デイスク、１５・・・磁性流体、１７・・・永久磁石
、１訃・・非磁性リング、１９・・・動圧発生溝、２０
゜２１・・・磁極片、２２・・・エンドリング、２５・
・・ポリ第 閃 半２Ｚ ネ３１！１ 芽　４　の 蓼 日 あ 刀

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、磁性流体が封入された流体潤滑軸受装置の開放端に
   軸受部と間隔を置いて磁性流体シールが設けられ、かつ
   これらを貫通して延びた透磁性の回転部材ないしは回転
   軸を含み、前記軸受装置に設けられた磁性流体シールは
   開放端側から、回転軸中心と同軸上に非磁性のエンドリ
   ング、磁極片、永久磁石、磁極片の順に配置して構成さ
   れ、かつ回転部材ないしは回転軸と永久磁石で構成され
   る円筒状のすきまに非磁性のリングを永久磁石に固定し
   、非磁性のリング内周面ないしは回転部材外周面のいず
   れか一方に動圧発生用の溝を設けたことを特徴とする磁
   性流体軸受装置。 ２、回転体が軸受によつて回転自在に支持され、回転体
   にモータステータからの磁界を作用させて回転体を高速
   回転させるように構成したモータにおいて、軸受装置の
   端部に設けられた磁性流体シールに動圧発生要素を設け
   たことを特徴とする請求項１記載の磁性流体軸受装置を
   具備する回転装置。