JPH06341433A - 磁性流体軸受装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 磁性流体軸受装置の回転時の軸の振れ回りを
抑制する。 【構成】 軸方向に着磁された環状磁石２と、環状磁石
２に接して配置された透磁性材料から成る１対の環状の
環状軸受３，３と、透磁性材料から成る軸４とをハウジ
ング１内に備える一方、ハウジング１の開放端側に磁性
流体５を保持する磁気シール８を設けている。これによ
って、環状軸受３，３と軸４の外周面との間の軸受面ク
リアランス１０に強い磁束が貫通し、磁性流体５強く保
持できるようにして軸４の振れを極力抑制するようにし
ている。また、ハウジング１の開放端側において磁気シ
ール８により磁性流体を保持するので、磁性流体５の充
填量が厳密に守られず余剰となっても、軸の回転に伴う
遠心力によって磁性流体５が飛散することがない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、磁性流体を潤滑材とし
て使用する軸受装置に関する。更に詳述すると、本発明
は、フロッピーディスクドライブ（ＦＤＤ）やハードデ
ィスクドライブ（ＨＤＤ）等に利用される小型モータ等
の軸受装置として好適な磁性流体軸受装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、磁性流体を用いた軸受装置として
は、例えば、図６，図７に示すものが知られている。

【０００３】図６に示す従来の軸受装置（特開昭６０−
１９２１１６号）は、非磁性のハウジング１０１と、そ
の内側に収容される軸方向へ着磁された環状磁石１０２
と、この環状磁石１０２の両磁極端面に当接するように
ハウジング１０１に固定され透磁性材料から成る１対の
磁極片１０３，１０３と、環状磁石１０２と両端の磁極
片１０３，１０３に嵌合するように固定された非磁性材
料から成る軸受部１０４と、軸受部１０４に支承される
透磁性材料から成る軸１０５と、軸受部１０４と軸１０
５との間のクリアランス（本明細書では軸受面クリアラ
ンスという）Ｓ₁ に収容される磁性流体１０６とから構
成されている。溝１０７は、磁性流体１０６を軸受部１
０４の中央に向かうような動圧を発生させるためのもの
である。この従来の軸受装置では、軸受部１０４と軸１
０５との間の軸受面クリアランスＳ₁ で磁性流体１０６
を吸着保持するように設けられている。

【０００４】また、図７に示す従来の軸受装置（特開昭
６２−７２９２０号）は、図６に示した軸受装置とは異
なり、磁石２０２を挟んだ環状の磁極片２０３，２０３
自体を軸受部とすると共に軸２０５を非磁性材料で形成
している。そして、軸２０５と対向する磁極片２０３，
２０３の内周面から漏洩する磁束で磁性流体２０６を吸
着保持するように設けられている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図６の
軸受装置の場合、軸受支承面は磁極片１０３，１０３で
はなく、非磁性材料から成る軸受部１０４であるため、
軸受部１０４の内周面と軸１０５との間に強い磁束が作
用していない。また、図７の軸受装置の場合、軸２０５
が非磁性材料であるので、軸受を構成する２つの磁極片
２０３，２０３間の空隙磁気抵抗が大きく、且つ軸１０
５を通じての閉磁路が構成されないため、軸受面へ垂直
に強い磁束が作用していない。

【０００６】このように従来の磁性流体軸受装置では、
軸と軸受との間に弱い磁場しか作用しないことから、軸
と軸受との間に磁性流体を保持する力が弱く、回転時の
軸に振れが生じ易いという問題がある。

【０００７】本発明は、回転時の軸の振れを抑制した軸
受装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】従来、このように軸受の
支承面に強い磁束が作用することを避けている理由は、
磁性流体に強い磁束が作用すると、磁性流体の粘性が増
加する等、磁性流体に対して悪影響を及ぼし、特に軸の
起動時に余分な力を要すると考えられているからであ
る。これは、一般的通念ともなっている。

【０００９】しかしながら、本発明者は、このような一
般的通念とは逆に、軸と軸受との間に強い磁場を作用さ
せることによる良い効果を積極的に活用しようとするこ
とに着目したものであり、軸と軸受との間に強い磁場を
させて軸受支承面の間隙に磁性流体を強く保持して、軸
受の剛性を大きくする、つまり回転時の軸の振れ回りを
抑制することを想到した。

【００１０】そこで、本発明者は、軸受支承面に磁性流
体を介在させてなる磁性流体軸受装置において、一端が
閉塞した円筒状のハウジングの内周面に設けられ軸方向
に着磁された環状磁石と、環状磁石の両磁極端面に接し
て配置された透磁性材料から成る１対の環状の環状軸受
と、環状軸受の内周に嵌合された透磁性材料から成る軸
とを備えた磁性流体軸受装置を発案した。

【００１１】ところで、このように環状軸受と軸とを共
に透磁性材料から形成すると、環状軸受からの磁束の多
くが軸に流れるから、環状軸受の端面の磁気ポテンシャ
ルは小さくなり、この端面で磁性流体を捕捉する力が極
めて弱いものとなる。環状軸受の端面での磁性流体を捕
捉力が弱いと、軸の回転に伴う磁性流体の飛散という問
題が発生する。そこで、本発明者は、上記構成に加え
て、ハウジングの開放端側の環状磁石より開放端側に磁
性流体を保持する磁気シールを設けた。

【００１２】即ち、本発明は、軸受支承面に磁性流体を
介在させてなる磁性流体軸受装置において、一端が閉塞
した円筒状のハウジングの内周面に設けられ軸方向に着
磁された環状磁石と、環状磁石の両磁極端面に接して配
置された透磁性材料から成る１対の環状軸受と、環状軸
受の内周に回転可能に嵌合された透磁性材料から成る軸
と、ハウジングの開放端側の環状磁石より開放端側に設
けられ磁性流体を保持する磁気シールとを備えて成る。

【００１３】また、本発明では、磁気シールが、ハウジ
ングの開放端側に位置する環状軸受と、環状軸受の開放
端側端面に接して配置された環状磁石と、環状磁石の開
放端側端面に接して配置された環状磁極片とから構成さ
れている。

【００１４】

【作用】したがって、環状磁石→一方の環状軸受→軸→
他方の環状軸受→環状磁石と磁束が流れる閉磁路が形成
され、透磁性材料から成る環状軸受とこれに対向する透
磁性材料から成る軸の外周面との間の軸受面クリアラン
スに強い磁束が貫通し、軸受クリアランスに磁性流体が
強く保持される。また、磁気シールが軸との間に磁性流
体を保持することにより、ハウジングの開放端側におい
て磁性流体が保持される。

【００１５】また、磁気シールを環状軸受と環状磁石と
環状磁極片とから構成した場合には、環状軸受と環状磁
極片とから漏れる磁束によりハウジングの開放端側に磁
性流体が保持される。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の構成を図面に示す実施例に基
いて詳細に説明する。

【００１７】図１及び図２に本発明の磁性流体軸受装置
の一実施例を示す。この磁性流体軸受装置は、図１に示
すように、一端が閉塞し他端が開放した非磁性材料から
なる円筒状のハウジング１と、このハウジング１の内周
面に嵌合して固定され軸方向に着磁された環状磁石２
と、この環状磁石２の両磁極端面に接してハウジング１
の内周面に嵌合して固定され環状磁石２より内径の小さ
い１対の透磁性材料から成る環状軸受３，３と、この１
対の環状軸受３，３に回転可能に嵌合された軸４と、潤
滑剤として環状軸受３，３と軸４の外周面との間で軸受
作用を行う磁性流体５と、軸４に圧入により固定され閉
鎖端側の環状軸受３の端面に対向した抜止め部材６と、
ハウジング１の外部で軸４に圧入により固定されたハブ
７と、ハウジング１の開放端側に設けられた磁気シール
８とを備えている。

【００１８】抜け止め部材６を持つ軸４がハウジング１
の中に収容されてから、ハウジング１がスラスト受９に
よって閉塞されている。軸４は、このスラスト受９によ
ってスラスト方向に回転可能に支持されている。

【００１９】１対の環状軸受３，３と軸４との間には軸
受面クリアランス１０が形成され、この軸受け面クリア
ランス１０に潤滑剤としての磁性流体５が満たされてラ
ジアル軸受が構成されている。軸方向に離して設置され
た１対の環状軸受３，３の間には、軸受面クリアランス
１０より大きな貯留空間１１が設けられ、補給用の磁性
流体５が満たされている。そして、図１に矢印で示すよ
うに、環状磁石２→一方の環状軸受３→軸４→他方の環
状軸受３→環状磁石２と磁束Ｆ₁ が流れる閉磁路を形成
する。そして、透磁性材料から成る環状軸受３，３とこ
れに対向する透磁性材料から成る軸４の外周面との間の
軸受面クリアランス１０に強い磁束が貫通し、軸受クリ
アランス１０に磁性流体５が強く保持され、軸４のラジ
アル方向の振れが極力抑制されている。

【００２０】例えば、軸４または環状軸受３，３のいず
れか一方を非磁性材料とした場合（つまり磁性流体５を
保持する力が弱い）の適性な軸受クリアランスに対して
３倍程度の軸受クリアランスを設定しても、軸の振れ回
りを同等に抑えることができる。したがって、軸受クリ
アランス１０を形成する際の精度に余裕ができ、軸受ク
リアランス１０の設定が容易となり、振れ回りの精度要
求の厳しい磁気記録装置の信頼性を格段に向上できる。

【００２１】ところで、環状軸受３，３と軸４とは共に
透磁性材料から成り、透磁率が大きいので、環状軸受
３，３からの磁束の多くは軸４に流れる。そのため、環
状軸受３の端面の磁気ポテンシャルは小さく、この端面
での磁性流体を捕捉する力は極めて弱いものとなってい
る。そこで、磁気シール８が次のように設けられてい
る。

【００２２】即ち、磁気シール８は、ハウジング１の開
放端側に位置する前述の環状軸受３と、この環状軸受３
の開放端側端面に接して配置された環状磁石１２と、こ
の環状磁石１２の開放端側端面に接して配置された環状
磁極片１３とから構成されている。そして、図２に矢印
で示すように、環状磁石１２→開放端側の環状軸受３→
軸４→環状磁極片１３→環状磁石１２と磁束Ｆ₂ が流れ
る閉磁路を形成する。この閉磁路の磁気的吸引力によっ
てハウジング１の開放端側において磁性流体５が吸着さ
れて保持され、Ｏ−リング磁気シールを形成し、磁性流
体５がハウジング１の外部へ漏洩するのを防止するよう
になっている。ここで開放端側の環状軸受３は環状磁石
２の両端面に配置される環状磁極片の一方を兼用してい
る。

【００２３】本実施例では、透磁性材料から成る環状磁
石２，１２として樹脂結合磁石を用いている。また、環
状軸受３，３を形成する透磁性材料として鉄系焼結メタ
ルを用いている。軸４を形成する透磁性材料として焼入
硬化型ステンレス鋼を用いている。

【００２４】図３に本発明の磁性流体軸受装置の第２の
実施例を示す。この磁性流体軸受装置は、スラスト受９
が透磁性材料から形成されると共に、このスラスト受９
と閉鎖端側の環状軸受３との間に環状磁石１４が配置さ
れている点で、上記第１の実施例の軸受装置と相違す
る。この構成上の相違によって、環状磁石１４→閉鎖端
側の環状軸受３→軸４→スラスト受９→環状磁石１４へ
と磁束が流れる閉磁路Ｆ₃ が形成される。これによっ
て、軸４はスラスト受９にスラスト方向に吸引され、上
下動が抑制されているので、軸４に振動等の外力が加わ
っても安定した回転を保つことができる。即ち、軸４の
先端が絶えずスラスト受９に吸着されて軸方向位置が安
定して回転するので、ＨＤＤ等に本軸受を適用した場
合、読取りエラー（オフトラック）等の発生が少ない。

【００２５】図４及び図５に本発明の軸受装置の第３の
実施例を示す。この軸受装置では、軸４に円筒状のスラ
スト受１５が圧入によって固定され、このスラスト受１
５の端面が開放端側の環状軸受３の端面に接している。
このスラスト受１５の端面と環状軸受３の端面とでスラ
スト軸受が構成されている。本実施例のスラスト受１５
は、自己潤滑性または摩耗性の良好な材料を選定すると
いう観点から、非磁性材料により形成されている。

【００２６】また、環状磁石１２の両端面に１対の環状
磁極片１３，１３を接して配置してＯ−リング磁気シー
ル８が構成されている。この磁気シール８は、開放端側
の環状軸受３の端面から離間してハウジング１の内周面
に圧入によって固定されている。この磁気シール８で
は、図５に示すように、環状磁石１２→一方の環状磁極
片１３→磁性流体５→他方の環状磁極片１３→環状磁石
１２と磁束Ｆ₄ が流れる閉磁路が形成される。そして、
１対の環状磁極片１３，１３から漏洩した磁束Ｆ₄ によ
り磁性流体５を吸着保持して、ハウジング１の外部へ漏
洩するのを防止するようになっている。

【００２７】また、磁気シール８と開放端側の環状軸受
３との間に貯留空間１６が形成され、磁気シール８と環
状軸受３への補給用の磁性流体５が満たされている。

【００２８】本実施例では、軸４の先端に軸方向のねじ
１７によって抜け止め部材６が固定されている。

【００２９】なお、上述の実施例は本発明の好適な実施
の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明
の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能であ
る。例えば、上述の実施例ではいずれも環状軸受および
ハウジングを固定側とし軸を回転させるように構成した
が、これと反対に軸を固定し環状軸受および環状軸受に
支持された回転体を回転させるようにしてもよい。

【００３０】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の磁性流体軸受装置は、軸方向に着磁された環状磁石の
両磁極端面に接して配置された透磁性材料から成る１対
の環状の環状軸受によって透磁性材料から成る軸を支持
するようにしているので、透磁性材料から成る環状軸受
とこれに対向する透磁性材料から成る軸の外周面との間
の軸受面クリアランスに強い磁束が貫通し、軸受面クリ
アランスに磁性流体を強く保持して軸の振れを抑制でき
る。例えば、従来の磁性流体軸受の場合の適性な軸受ク
リアランスに対して３倍程度の軸受クリアランスを設定
しても、同等の振れ回りに抑えることができる。したが
って、軸受クリアランスの設定が容易となると共に厳し
い振れ回りの精度要求にも応えることができる。特に、
磁気記録装置用の電動機のように精密な回転が要求され
る機器の回転系に最適な軸受を実現できる。

【００３１】また、ハウジングの開放端側において磁気
シールにより磁性流体を保持するので、磁性流体の充填
量が厳密に守られず余剰となっても、軸の回転に伴う遠
心力によって磁性流体が飛散することがない。特に磁気
記録装置用の電動機においては、メディアへの漏洩磁性
流体の付着がない最適の軸受を実現できる。

【００３２】また、磁気シールが環状磁石の両端面に環
状軸受と環状磁極片とを配置して構成されている場合に
は、環状軸受が環状磁石の両端面に配置される環状磁極
片の一方を兼用するので、部材点数を削減でき、構造を
簡素化でき、製造コストを低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の磁性流体軸受装置の第１の実施例を示
す縦断面図である。

【図２】図１に示す実施例の磁気シール部分の拡大断面
図である。

【図３】本発明の磁性流体軸受装置の第２の実施例を示
す縦断面図である。

【図４】本発明の磁性流体軸受装置の第３の実施例を示
す縦断面図である。

【図５】図４に示す実施例の磁気シール部分の拡大断面
図である。

【図６】従来の磁性流体軸受装置の縦断面図である。

【図７】他の従来の磁性流体軸受装置の縦断面図であ
る。

【符号の説明】

１ ハウジング ２ 環状磁石 ３ 環状軸受 ４ 軸 ５ 磁性流体 ８ 磁気シール １２ 環状磁石 １３ 環状磁極片

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軸受支承面に磁性流体を介在させてなる
   磁性流体軸受装置において、一端が閉塞した円筒状のハ
   ウジングの内周面に設けられ軸方向に着磁された環状磁
   石と、該環状磁石の両磁極端面に接して配置された透磁
   性材料から成る１対の環状軸受と、該環状軸受の内周に
   嵌合された透磁性材料から成る軸と、前記ハウジングの
   開放端側の環状磁石より開放端側に設けられ前記磁性流
   体を保持する磁気シールとを備えて成ることを特徴とす
   る磁性流体軸受装置。
2. 【請求項２】 前記磁気シールが、前記ハウジングの開
   放端側に位置する環状軸受と、該環状軸受の開放端側端
   面に接して配置された環状磁石と、該環状磁石の開放端
   側端面に接して配置された環状磁極片とから成ることを
   特徴とする請求項１記載の磁性流体軸受装置。