JPH05141425A

JPH05141425A - 軸受構成体

Info

Publication number: JPH05141425A
Application number: JP30042791A
Authority: JP
Inventors: Katsutoshi Arai; 勝敏新居; Takeshi Takahashi; 高橋　　毅; Susumu Ebihara; 進海老原
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1991-11-15
Filing date: 1991-11-15
Publication date: 1993-06-08

Abstract

(57)【要約】【目的】回転体を高速かつ高精度で回転させることが
可能な軸受構成体及び回転装置を提供することにある。【構成】磁気ディスク８を備えた回転体１０を軸２と
スリーブ５で構成した空気軸受で回転自在に支承し、回
転体１０に発生する振動を回転体１０に設けられた回転
軸４の一端に非圧縮性の流体を用いたダンパ機能を有す
るすべり軸受を配置して効果的に抑制できるように軸受
を構成している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】産業上の利用分野】本発明は、高精度で高
速回転に好敵な軸受構成体及びその軸受構成体を具備し
た回転装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】磁気ディスク装置、光ディスク装置、レ
ーザプリンタに於いては高性能、高機能化を図るために
回転体であるディスクやポリゴンミラーの高速回転、高
回転精度化が要求されている。特に回転数に関しては従
来の２〜３倍の高速化が要求され、回転精度については
軸振動の振幅としてサブミクロンないしはそれ以下の精
度が要求されている。従来の磁気ディスク装置では特開
昭６１−２１５８１４号公報に記載のように磁気ディス
クを玉軸受で支持し、玉軸受固有の玉通過振動による回
転変動を少なくする目的で玉軸受の加工精度を向上させ
回転精度を高めてきたが、加工精度向上だけでは対応で
きず玉軸受に代わる軸受が必要となっている。一方、ポ
リゴンミラーモータに於いては磁気ディスクよりも高速
回転を必要とするため特開昭６０−１７９５１７公報に
記載のように上記した玉軸受の欠点を解決するために粘
性の小さい空気を用いた動圧空気軸受を用いて高速回
転、高精度化を達成しようとしており、高速すべり軸受
技術が必須となっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来の回転装
置においては、クリーンな環境下で回転体が駆動される
ので、軸受からの汚染の虞れがない空気軸受は回転体の
支持軸受として好ましいが、空気軸受構成体は空気の粘
性が小さいため軸振動の減衰能力が小さく、減衰機能を
持たせる必要がある。特開昭６４−３３１８公報に記載
の空気軸受構成体は空気軸受に減衰機能を持たせた例で
あり、空気軸受の欠点の一つである減衰能力に対しては
空気を用いたダンパ（減衰装置）で振動を抑制しようと
している。さらに、空気軸受は起動、停止時には動圧が
得られないから回転軸と軸受部が必ず接触して摺動する
ため摩耗をさけるための一手段として、スラスト軸受に
は空気軸受と同等の低摩擦の磁気軸受を使用している。
しかし、この軸受構成体では軸受部に孔の絞り効果を利
用したダンパを用いているが、このダンパは共振振動数
を持たない利点はあるが、ゴムや油を用いたダンパに比
較し空気の粘性が小さいため減衰作用が小さく、上記し
た磁気ディスク装置に用いた場合振動抑制効果は必ずし
も期待できない。

【０００４】一方、磁気ディスク装置に於いては記録情
報の大容量化を図るため、磁気ディスクの高速回転、高
精度化が要求され、回転振動の変動値がサブミクロンな
いしはそれ以下のオーダを必要としている。そのため、
従来の玉軸受を円滑な回転が期待できる動圧空気軸受に
置き換えても磁気ディスクを駆動するモータのアンバラ
ンス力やトルクの変動などによって加振された場合に減
衰作用が十分でないと、サブミクロン以下に抑制できな
い虞れがある。また、磁気ディスク装置のようにシーク
時に磁気ヘッド側から加振されると磁気ディスクが振動
するが、アクセスタイム（情報の読み書きに要する時
間）よりも早く振動を減衰させないと情報の読み書きが
できなくなる。しかし、従来の空気軸受を用いた回転装
置に於いては減衰作用は必ずしも十分でなく、駆動系を
含めた振動の抑制については配慮されていないので磁気
ディスク装置に用いた場合情報の読み書きができなくな
る。さらに、軸方向の位置決めに対しては磁気軸受方式
では磁気ディスクが加振されると軸方向の剛性を高くで
きないので軸方向に振動し、情報の読み書きができなく
なる。また、軸受損失が増大すると軸系の熱変位の問題
が生じるので損失の少ない軸受が必要となる。

【０００５】本発明の目的は、上記の問題を解決し、回
転体を高速かつ高精度で回転させることが可能な軸受構
成体及び回転装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的は、一方が空気
軸受により支承された回転軸の他方に隙間を介して挿入
した環体からなるラジアル軸受と、該回転軸の他方の端
部に隙間を介して配置した板材からなるスラスト軸受
と、該ラジアル軸受と該スラスト軸受を支持し非圧縮性
流体を封入した軸受ケースとを備えたことにより達成さ
れる。

【０００７】上記目的は、前記非圧縮性流体が磁性流体
であり、中心に前記回転軸の外径より大きい穴を有し前
記軸受ケースの前記空気軸受側の開口部に装着した板状
の永久磁石と、該永久磁石と前記回転軸の隙間に配置し
た磁性流体とを備えたことにより達成される。

【０００８】上記目的は、前記環体の前記軸受ケースの
内壁方向に形成した凹部と、該凹部から前記環体と前記
回転軸との隙間に連通する連通孔とを備えたことにより
達成される。

【０００９】上記目的は、一方が空気軸受により支承さ
れた回転軸の他方に隙間を介して挿入した非磁性の環体
からなるラジアル軸受と、該回転軸の他方の端部に隙間
を介して該ラジアル軸受と対向する位置に磁性材を配置
した板材からなるスラスト軸受と、該スラスト軸受のみ
を支持し非圧縮性流体を封入した軸受ケースとを備えた
ことにより達成される。

【００１０】上記目的は、前記磁性材が磁力の制御が可
能である電磁石であることにより達成される。

【００１１】上記目的は、中空部を有する回転体と、該
回転体を囲むハウジングと、該回転体を駆動する駆動部
と、前記回転体の一端を前記ハウジングに固定した軸と
回転体の中空部とで回転自在に支持する空気軸受と、前
記回転体の他端に設けた該空気軸受よりも小径の回転軸
を軸支する前記軸受構成体を備えたことにより達成され
る。

【００１２】上記目的は、磁気ディスク装置が前記軸受
構成体を備えたことにより達成される。

【００１３】上記目的は、光ディスク装置が前記軸受構
成体を備えたことにより達成される。上記目的は、ポ
リゴンミラーモータが前記軸受構成体を備えたことによ
り達成される。

【００１４】

【作用】上記構成に依れば、一方が空気軸受により支承
されることにより高速かつ高精度回転が可能な軸の他方
とラジアル軸受である環体との隙間、この回転軸の端部
とスラスト軸受である板材との隙間に非圧縮性流体が充
満している。非圧縮性流体は液体であるから空気よりも
粘性が高く、かつ圧縮性（弾性）が無く自由振動を起こ
さないから軸の振動を減衰させるダンパとしての能力に
優れている。軸の方を支承する空気軸受の軸振動を減衰
させる能力が低くとも、軸の他方は軸振動を減衰させる
能力が高い軸受構成体により支承しているので、ラジア
ル及びスラスト方向の軸振動を効果的に抑制することが
できる。

【００１５】また、軸に連結した回転体に外力が作用し
て振動を起こしても減衰能力に優れたダンパを備えてい
るので瞬時に回転体の振動を抑制することができる。

【００１６】さらに、駆動系からの加振力に対しては駆
動部をダンパ機能を有する軸受で支持しているため、駆
動部の振動を規制できこの加振力による回転体の回転変
動を十分軽減することができる。

【００１７】そして、軸径を空気軸受よりも小径に定め
ることにより、高速回転で使用しても空気軸受と同等の
損失で作動するため発熱が少なく、軸系の熱変位による
精度低下の虞れがない。

【００１８】次にラジアル方向及び軸方向の精度に対し
ては、それぞれ流体潤滑によるラジアル軸受及びスラス
ト軸受を配置し、しかも薄い流体潤滑膜で支持している
ので軸受支持剛性及び減衰作用が大きいため、回転精度
を高めることができる。

【００１９】したがって、軸受構成体及びこれを用いた
回転装置に於いては適切な流体潤滑膜によるすべり軸受
の適用と回転系の減衰機能によって高速化と高精度回転
化が図れる。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図に従い説明する。

【００２１】図１は本発明の軸受構成体を具備した磁気
ディスク装置の縦断面図を示す。本実施例では回転体１
０はハブ６に固定された複数の磁気ディスク８、スペー
サリング９、ディスククランプ７とハブ６に焼ばめされ
た回転軸４及び軸受スリーブ５から成り、ハウジング１
に対して軸２と軸受スリーブ５とで構成された空気軸受
により同軸上に回転自在に支持されている。また、回転
体１０はハブ６の一端に取付けられた駆動部材１３側か
ら駆動され回転する。この回転力は、駆動モータによる
力すなわち、モータのステータ１１の回転磁界が永久磁
石でできたロータ１２に作用し発生する。また、ロータ
１２は永久磁石による磁気力でステータ１１に吸引され
ること及びステータ１１とロータ１２で構成されるモー
タのエァギャップが回転中変動する恐れがあるので、回
転体１０に設けられた回転軸４を支持するダンパを兼ね
備えた軸受１４を配置している。さらに、ラジアル軸受
１４には油等の粘性流体２３を用いているのでその蒸気
が磁気ディスク８に付着しないように軸受部とディスク
側に磁性流体シール１６及び１９を設けている。従っ
て、駆動モータによって回転体１０が駆動されると、軸
２に設けられた動圧発生用のグルーブ３のポンピング作
用によって軸２に対し、回転体１０は半径方向に非接触
で円滑な状態で回転維持され、軸方向に対しては流体潤
滑で作動するスラスト軸受１５により回転自在に支持さ
れている。

【００２２】ここで、磁気ディスク８は図示せざる磁気
ヘッドをシークして情報を読み書きするが、この時磁気
ヘッドのキャリッジ側からハウジング１に外力が作用し
たり、地震等によってもハウジング１に外力が作用し、
回転体１０が加振される。さらに、駆動モータの磁気力
等の変動によっても回転体１０が加振される。回転体１
０が加振されると、空気軸受には減衰能力がほとんどな
いので振動が減衰するまでに時間がかかり、回転精度が
損なわれる。これを防止するためには減衰機構を持たせ
る必要がある。そのために非圧縮性流体を用いた減衰能
力に優れるラジアル軸受１４を配置している。また、軸
方向の位置決めに対しては、上記したスラスト軸受１５
に作用する荷重と同じ方向に力を作用させて確実にして
いる。すなわち、モータロータ１２の端面に対向して磁
性板１８を配置し、永久磁石の磁気吸引力を用いて軸方
向荷重を与えている。

【００２３】図２は図１の駆動モータ側に配置したダン
パを兼ね備えた軸受部の構成を示す縦断面図である。軸
受ケース１７には永久磁石２１と磁極片２０、磁性流体
２３と回転軸４で構成された磁性流体シール１６及びラ
ジアル軸受１４、スラスト軸受１５が配置され、軸受部
には非圧縮性流体として磁性流体２３が適量封入されて
いる。ラジアル軸受１４の外周には磁性流体２３の循環
路３１が設けられている。回転体１０が回転し、回転軸
４が矢印方向に振動すると、回転軸４とラジアル軸受１
４との間にある磁性流体２３は、この振動により周方向
と軸方向（図示の矢印方向）に流動する。そして、磁性
流体２３の粘性による抵抗が振動の減衰作用として働く
のでこのラジアル軸受１４はダンパとしても機能する。
この減衰作用は軸受隙間や軸受幅等の寸法や磁性流体２
３の粘性の大きさによって変えることができる。また、
ラジアル軸受１４は流体潤滑で作動する滑り軸受を用い
ているので半径方向の荷重を支持することができる。従
って、回転体１０に作用する変動荷重を円滑に支持し、
磁気ディスクを高精度に位置決め出来る上、ダンパ作用
によって回転変動を瞬時に抑制できる。回転中の磁性流
体２３の粘性摩擦による発熱を少なくするために空気軸
受の軸径の１／３より小径にすることが好ましいが、空
気と液体の粘度差から空気軸受の減衰作用よりもはるか
に大きな減衰が得られる上、空気軸受並みの摩擦損失に
でき、軸受温度上昇を少なくして軸受部１４に封入した
磁性流体２３の温度上昇による粘性の低下を防止出来る
利点がある。

【００２４】一方、スラスト軸受には回転体１０の重量
と上記した磁気吸引力が作用するが、回転によって回転
軸４の端面とスラスト軸受面間に薄い液膜が形成され、
液体の分子によってこの荷重を支持する。この液膜も粘
性抵抗を有するので、振動の抑制作用を持っている。軸
受ケース１７の上部に配置した磁性流体シール１６は封
入した磁性流体２３の漏れと軸受部で発生する蒸気をシ
ールするために備えている。従って封入した流体が磁気
ディスクを汚染させることはない。軸受部に封入する非
圧縮性流体は、磁性流体２３に限定されるものでは無く
潤滑油等も同等の効果を示す。本実施例のように、磁性
流体シール１６を用いた場合、磁性流体２３を封入して
おくと組立時に磁性流体シール１６に磁性流体２３を封
入しなくてもすむ利点がある。

【００２５】図３は他の実施例の軸受部の構成を示す縦
断面図である。本実施例では、流体絞り抵抗を持たせた
ダンパ部材２５を図１のラジアル軸受１４に適用した構
成である。本図では、回転軸４が半径方向に振動する
と、磁性流体流体２３はダンパ部材２５に設けたスペー
ス２７と回転軸４との間で孔２６を通じて流入、流出す
る。この時、孔２６を通過する際に絞り抵抗が発生する
ので、これが回転体１０に対して減衰作用を有する。減
衰の大きさは磁性流体２３の粘度と孔２６の径を変える
ことにより制御出来る。

【００２６】図４は他の実施例で磁性流体の特性を利用
し軸受部の構成を示す縦断面図である。本図では軸受ケ
ース１７に磁性流体２３を封入し、非磁性のダンパ部材
２８及びこのダンパ部材２８の端面に対向した位置に永
久磁石２９を配置している。このように構成すると、ダ
ンパ部材２８には軸方向に浮上する力が作用する。

【００２７】図５は図４に作用する浮上力を説明する説
明図である。非磁性の容器３０の中に磁性流体２３を入
れ、永久磁石２９を非磁性の容器３０の底に当接させる
と、磁性流体２３は本図のように盛り上がる。この現象
は磁性流体２３を磁化するとその中に含まれる磁性分子
が磁束密度の高い場所に集合することにより起こり、見
掛けの比重が高くなる。この性質は比重が異なる非磁性
の混合物の分別に利用されている。

【００２８】図６は図４の部分拡大図である。本図に示
すように非磁性のダンパ部材２８は磁性流体２３ｂの密
度が、磁石２９の磁束が作用する範囲で他の磁性流体２
３ａよりも高くなるので浮力が働き隙間ｓが出来る。こ
の隙間ｓは、永久磁石２９の磁束の強さやダンパ部材２
８の重量で変えることができる。回転軸４が振動する
と、ダンパ部材２８も半径方向に動く。ダンパ部材２８
の端面と永久磁石２９の表面との間には上記した隙間ｓ
が有るので、この間の磁性流体２３ｂには粘性剪断によ
る抵抗が発生し、振動を減衰させるように働くので回転
体１０の振動を抑制することができる。また、この隙間
ｓにおける磁性流体の密度は高くなっているので粘性剪
断が大きく減衰効果も大きくなる。また、永久磁石２９
の代わりに電磁石を用いると、磁束の強さを任意に変え
られるので回転体１０の振動を制御することができる。

【００２９】図７は図１の粘性流体のシールを他の構成
とした実施例の縦断面図である。本図はダンパ部が基本
的に図１と同じ構成であるが、異なる点は磁性流体シー
ル１９の代わりに接触式のオイルシール３２を配置し、
粘性流体として一般的な潤滑油等の流体３３を封入して
いている。図１に示した実施例と同じ効果を奏すること
はいうまでもない。

【００３０】次に本発明の軸受構成体を適用したポリゴ
ンミラーモータの実施例を説明する。図８はポリゴン
ミラーモータの構成を示す縦断面図である。回転体１０
はポリゴンミラー３５とモータのロータ１２及び回転軸
４から成り、ハウジング１に備えた軸１と回転体１０と
で構成した空気軸受で回転体１０が支持されている。そ
して、回転軸４には図１と同様ダンパ機能を有する軸受
１２及び磁性流体シール１６が配置されている。軸受１
２の部分からの油等の蒸気がポリゴンミラー３５に付着
しないように本実施例では回転体１０とハウジング１で
構成される隙間に動圧シール３６を構成している。さら
に、油等の蒸気をハウジング１の外に排出できるように
孔３４を設けている。従って、図１に示した磁気ディス
ク装置と同様クリーンな環境を維持し、かつ回転体の振
動を効果的に吸収して高精度にポリゴンミラーを回転さ
せることができる。

【００３１】なお、本実施例の中で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例にあげて説明
したが、光ディスク装置は磁気ディスク装置とほぼ同じ
構成であり、本発明の軸受構成体を適用すると同じ効果
を奏することはいうまでもない。

【００３２】以上述べたように本実施例によれば、回転
体の一端を非圧縮性流体を用いたダンパ機能を有する軸
受で支持しているので、軸受の減衰作用が殆ど期待でき
ない空気軸受で回転体を回転自在に支持しても高速領域
まで回転体の振動を効果的に抑制し、高精度の回転が維
持できるので高精度回転の回転装置が提供できる。

【００３３】また、クリーンな空気軸受の特徴を維持す
るために上記した粘性流体の蒸気等による汚染を防止す
るために軸受部及び回転体側にシール機構を備えている
ので、回転体は常にクリーンな環境に置かれている。

【００３４】さらに、粘性流体を用いた各種ダンパが簡
単に適用できる上、磁性流体の特性を利用することによ
って減衰作用を構造簡単にして高める制御も可能であ
る。また、ダンパ機能を有する軸受は回転体を支持する
空気軸受の軸径よりも小径に構成することにより軸受損
失が少なく高速回転で用いることができ、回転装置の高
速化が図れる。

【００３５】従って、高速、高精度回転とクリーン性が
要求される磁気ディスク装置や光ディスク装置及びポリ
ゴンミラーモータに本軸受構成体を用いると振動減衰作
用に優れ、汚染の問題もないので主機の高性能化や高信
頼性が図れる効果を奏する。

【００３６】

【発明の効果】本発明によれば、他端が空気軸受で支持
される回転体の一端を非圧縮性流体を用いたダンパ機能
を有する軸受で支持し、適切な流体潤滑膜によるすべり
軸受の適用により、高速領域まで回転体の振動を効果的
に抑制し、高速化と高精度回転化が図れる効果が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の軸受構成体を具備した磁気デ
ィスク装置の縦断面図を示す。

【図２】図１に示した軸受構成体の構成を示す拡大縦断
面図である。

【図３】本発明の他の実施例の軸受部構成を示す縦断面
図である。

【図４】本発明の他の実施例の軸受部構成を示す縦断面
図である。

【図５】図４に作用する浮上力を説明する説明図であ
る。

【図６】図４の部分拡大縦断面図である。

【図７】図１の粘性流体のシールを他の構成とした実施
例の縦断面図である。

【図８】本発明の実施例のポリゴンミラーモータの構成
を示す縦断面図である。

【符号の説明】

１ハウジング２軸３グルーブ４回転軸５軸受スリーブ６ハブ７ディスククランプ８磁気ディスク９スペーサリング１０回転体１１ステータ１２ロータ１３駆動部材１４ラジアル軸受１５スラスト軸受１６磁性流体シール１７軸受ケース１８磁性板１９磁性流体シール２０磁極片２１永久磁石と２３磁性流体２５ダンパ部材２６孔２８非磁性のダンパ部材２９永久磁石３０非磁性の容器ｓ隙間

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一方が空気軸受により支承された回転軸
の他方に隙間を介して挿入した環体からなるラジアル軸
受と、該回転軸の他方の端部に隙間を介して配置した板
材からなるスラスト軸受と、該ラジアル軸受と該スラス
ト軸受を支持し非圧縮性流体を封入した軸受ケースとを
備えたことを特徴とする軸受構成体。
【請求項２】前記非圧縮性流体が磁性流体であり、中
心に前記回転軸の外径より大きい穴を有し前記軸受ケー
スの前記空気軸受側の開口部に装着した板状の永久磁石
と、該永久磁石と前記回転軸の隙間に配置した磁性流体
とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の軸受構成
体。
【請求項３】前記環体の前記軸受ケースの内壁方向に
形成した凹部と、該凹部から前記環体と前記回転軸との
隙間に連通する連通孔とを備えたことを特徴とする請求
項１または請求項２に記載の軸受構成体。
【請求項４】一方が空気軸受により支承された回転軸
の他方に隙間を介して挿入した非磁性の環体からなるラ
ジアル軸受と、該回転軸の他方の端部に隙間を介して該
ラジアル軸受と対向する位置に磁性材を配置した板材か
らなるスラスト軸受と、該スラスト軸受のみを支持し非
圧縮性流体を封入した軸受ケースとを備えたことを特徴
とする軸受構成体。
【請求項５】前記磁性材は磁力の制御が可能である電
磁石であることを特徴とする請求項４に記載の軸受構成
体。
【請求項６】中空部を有する回転体と、該回転体を囲
むハウジングと、該回転体を駆動する駆動部と、前記回
転体の一端を前記ハウジングに固定した軸と回転体の中
空部とで回転自在に支持する空気軸受と、前記回転体の
他端に設けた該空気軸受よりも小径の回転軸を支承する
請求項１から請求項５のうち何れかの請求項に記載の軸
受構成体を備えたことを特徴とする回転装置。
【請求項７】請求項１から請求項５のうち何れかの請
求項に記載の軸受構成体を備えたことを特徴とする磁気
ディスク装置。
【請求項８】請求項１から請求項５のうち何れかの請
求項に記載の軸受構成体を備えたことを特徴とする光デ
ィスク装置。
【請求項９】請求項１から請求項５のうち何れかの請
求項に記載の軸受構成体を備えたことを特徴とするポリ
ゴンミラーモータ。