JPH08298747A - 動圧軸受装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 軸受特性を満足し、潤滑性・シール性・寿命
信頼性を合わせ持つ動圧軸受を可能とする。 【構成】 磁性粉の含有量を２０重量％以下に低減した
磁性流体Ａを潤滑流体に用いることによって、流動性即
ち軸受ロスを低減するための低粘度性を良好に維持する
とともに、磁気力と毛細管力とを併用するシール部によ
って十分な流体保持機能を得るようにし構成し、特に動
圧発生用の潤滑流体と磁気シール用の流体とを一つの流
体で兼用するようにした動圧軸受装置の実現性及び信頼
性を向上させるようにしたもの。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、潤滑流体の動圧により
回転部材と固定部材とを回転移動可能に支承する動圧軸
受装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、種々の装置、特にポリゴンミラ
ー、磁気ディスク、光ディスク等の各種回転板を高速回
転駆動させるモータ等の各種装置において、磁性潤滑流
体を用いた動圧軸受の提案がなされている。磁性流体
は、強磁性体微粒子を液体分散溶媒中に安定的に分散さ
せたコロイド溶液であり、その液体自体が見掛け上強い
磁性を示すという特性から、通常は玉軸受と組み合わせ
てシーリングとして用いられることが多いが、その玉軸
受よりも高速回転安定性及び静粛性等において優るもの
として磁性潤滑流体を用いた動圧軸受が有望視されてい
る。磁性潤滑流体を用いた動圧軸受の提案は、この様な
背景のもとになされており、例えば特開昭６０−８８２
２３号公報においては、動圧発生用の潤滑流体と磁気シ
ール用の磁性流体とを一つの流体で兼用するようにした
装置が開示されている。

【０００３】しかしながらそのような装置においては、
磁性流体組成物に、シールとしての低蒸発特性と、軸受
ロスを低減するための低粘度性とを併せ持つことが要求
されるため、それに適合し得る磁性流体組成物の特性を
実際には得ることができないのが現状である。すなわち
動圧軸受部では、シール部より遥かに大きなせん断力を
受けると共に高温に曝され、また起動・停止時には金属
同士の接触・摩耗を生じて活性金属面に触れることがあ
る。磁性流体組成物は、「高速回転でも高気密性が得ら
れる（〜１０-6 Toor ）」という最大の利点から使用さ
れているものの、潤滑流体としての機能（低摩耗特性）
と寿命特性（低蒸発性、耐高温性）とを同時に十分と有
したものは未だ開発されていない（ＰＥＴＲＯＴＥＣＨ
第１３巻第１２号（１９８９）より）。このようにシ
ール性だけでなく潤滑性および寿命特性をもカバーした
動圧軸受装置が要望されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】より具体的には、動圧
発生用の潤滑流体と磁気シール用の流体とを一つの流体
で兼用するために潤滑流体組成物が備えるべき特性とし
て、 １）１００ＣＰ以下（２７℃）の低粘度を有すること、 ２）５０ガウス以上の飽和磁化を有すること、 ３）シール特性を維持し得る低蒸発性を有すること、 ４）高温ゲル化や酸化等がなく、またそれを抑制できる
安定性を有すること、 ５）接触・摩耗で生じた金属の活性を抑制すること、 等があるが、このような良好な特性を満足させる磁性流
体は未だ得られていない。なかでも上記４）のように、
磁性潤滑流体の寿命特性として流動性を喪失する所謂ゲ
ル化の現象は高温使用時において特に発生し易く、解決
すべき重要な課題となっている。

【０００５】そこで本発明は、上記各特性を満足し、潤
滑性・シール性・寿命信頼性を合わせ持つ動圧軸受装置
を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
請求項１にかかる動圧軸受装置は、潤滑流体に生じる動
圧により固定部材に対して回転部材を回転自在に支承す
る動圧軸受部を備えた動圧軸受装置において、上記潤滑
流体が、磁性粉を２０重量％含有した磁性流体からなる
とともに、前記動圧軸受部の軸端側に、環状磁石を有す
るシール部を設けてなり、上記シール部の環状磁石は、
当該環状磁石が対面する部材との隙間距離が開放端側に
向かって徐々に拡大する傾斜壁面を有し、かつ当該環状
磁石と上記対面部材との間の磁束密度を、開放端側に向
かって徐々に粗とした構成を有している。

【０００７】また請求項２にかかる動圧軸受装置は、請
求項１記載の動圧軸受装置において、回転部材及び固定
部材を磁性材料で構成するとともに、環状磁石にラジア
ル方向の着磁を施し、当該環状磁石と動圧軸受部とを磁
気的に連係させるヨークを設けた構成を有している。

【０００８】さらに請求項３にかかる動圧軸受装置は、
請求項１記載の動圧軸受装置において、環状磁石が、Ｎ
ｄ−Ｆｅ−Ｂ系の磁性粉を主成分とするプラスティック
マグネットからなる構成を有している。

【０００８】さらにまた請求項４にかかる動圧軸受装置
は、請求項１記載の動圧軸受装置において、動圧軸受部
とシール部とが互いに連通するように設けられ、かつ、
この互いに連通する動圧軸受部からシール部にかけて同
一の潤滑流体が連続的に充填された構成を有している。

【０００９】

【作用】このような請求項１記載の動圧軸受装置におい
ては、磁性粉の含有量を低減した磁性潤滑流体を用いる
ことによって、流動性即ち軸受ロスを低減するための低
粘度性が得られるとともに、磁気力と毛細管力とを併用
したシール部によって十分な流体保持機能が得られるよ
うになっている。

【００１０】また請求項２記載の動圧軸受装置において
は、シール部の環状磁石からの磁束がヨークを通して動
圧軸受部に導かれ、環状磁石による磁束が磁性潤滑流体
に対して良好に形成されるようになっている。

【００１１】さらに請求項３記載の動圧軸受装置におい
ては、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系の強い磁力を有する磁石が用い
られることによって、磁性潤滑流体のシール性がより一
層向上されるとともに、プラスティックマグネットが用
いられることによって、磁性潤滑流体における所謂接触
角が適当な範囲に設定され、シール部における毛細管力
が一層向上されるようになっている。

【００１２】さらにまた上述した本発明の各作用は、請
求項４記載の動圧軸受装置のように、動圧発生用の潤滑
流体と磁気シール用の磁性流体とを一つの流体で兼用す
るようにした装置に対して特に顕著である。

【００１３】

【実施例】以下、本発明をＨＤＤスピンドルモータに適
用した実施例を、図面に基づいて詳細に説明する。

【００１４】まず図１に示めされたＨＤＤスピンドルモ
ータは、フレーム１側に組み付けられた固定部材として
のステータ組２と、このステータ組２に対して、図示上
側から積層状に組み付けられた回転部材としてのロータ
組３とから構成されている。このうちステータ組２を構
成しているステータコア２１は、上記フレーム１の略中
心位置に立設された略円筒状の軸受ホルダー２２の外周
部に嵌着されており、当該ステータコア２１の突極部に
巻線２３が巻回されている。

【００１５】上記軸受ホルダー２２の内周部には、一体
形成された一対のラジアル滑り軸受２４，２４が、軸方
向に所定間隔離して設けられており、それら一対のラジ
アル滑り軸受２４，２４によって、回転軸３１が回転自
在に支承されている。即ち上記両ラジアル滑り軸受２
４，２４の内周面は、回転軸３１の外周面に対して、所
定の軸受潤滑流体Ａを介して摺動可能に滑り対面されて
おり、上記各ラジアル滑り軸受２４の内周面と回転軸３
１の外周面とによってラジアル方向の動圧滑り面が構成
されている。これら両動圧滑り面の少なくとも一方側に
は、図示を省略した動圧発生溝が形成されており、その
動圧発生溝により軸受潤滑流体Ａに発生させられる動圧
によって上記回転軸３１が回転自在に支承されるように
構成されている。上記軸受潤滑流体Ａは、本発明にかか
る磁性流体組成物から構成されるものであって、それに
ついては後述する。

【００１６】さらに上記回転軸３１の先端部（図示下側
部）は、前記軸受ホルダー２２の図示下端側の開口部を
覆うスラスト受板２５に対して、上記と同様な軸受潤滑
流体Ａを介して摺動可能に滑り対面されており、これら
回転軸３１の先端面とスラスト受板２５の受面とによっ
て、スラスト方向の動圧滑り面が構成されている。以
下、上記ラジアル方向の軸受部とスラスト方向の軸受部
との双方を合わせて、動圧軸受部と呼ぶこととする。

【００１７】一方上記回転軸３１の先端部分（図示下側
部分）には、鍔状の抜止板３２が固着されており、この
抜止板３２によってロータ組３の全体がステータ組２側
から脱落しないようになっている。

【００１８】また本実施例における軸受潤滑流体Ａは、
当該軸受潤滑流体Ａをシールするための磁性流体を兼用
している。即ち前記軸受ホルダー２２の上端開口部に
は、上述した動圧軸受部と連通するようにしてシール部
が設けられており、その動圧軸受部からシール部にかけ
て、つまり軸受ホルダー２２の底部から上端開口近傍に
かけて同一の軸受潤滑流体Ａが連続的に充填されてい
る。

【００１９】一方、上記上記回転軸３１及びラジアル滑
り軸受２４は、所定の磁性材料から形成されているとと
もに、前述したシール部には、半径方向（ラジアル方
向）に着磁されたシール磁石２６が、シール部の内周壁
に沿って環状に装着されている。そしてこのシール磁石
２６による磁気的吸引力によって軸受潤滑流体Ａの保持
が行われ、当該軸受潤滑流体Ａの外部流出が防止される
ように構成されている。上記シール磁石２６としては、
Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系の磁性粉を主成分とするプラスティッ
クマグネットが採用されている。

【００２０】このとき特に図２に示されているように、
上記シール磁石２６の内周側壁面は図示上方側である開
放端側に向かって開く傾斜壁面２６ａに形成されてお
り、当該傾斜壁面２６ａが対面する回転軸３１の外周面
との隙間距離が、開放端側（図示上方側）に向かって徐
々に拡大するように構成されている。そしてこの隙間距
離の変化に従って、上記シール磁石２６と回転軸３１と
の間に形成されている磁束の密度が、開放端側（図示上
方側）に向かって徐々に粗となるように構成されてい
る。

【００２１】さらに上記シール磁石２６の外周側（図示
右側）壁面には、リング状の磁性ヨーク２７が環状に配
置されており、この磁性ヨーク２７を介して上記シール
磁石２６が動圧軸受部側に磁気的に連係されている。即
ち上記シール磁石２６からの磁束は、磁性ヨーク２７を
通して動圧軸受部側に図示のように導かれ、その結果、
シール磁石２６による磁束が軸受潤滑流体Ａに対して良
好に形成されるようになっている。

【００２２】再び図１に戻って、前記回転軸３１の基端
部分（図示上端部分）には、ロータ組３を構成するハブ
３３が一体に回転するように固着されている。このハブ
３３は、複数体の磁気ディスク３４を外周部に装着する
略円筒体から形成されており、図示下端縁に、バックヨ
ーク３５を介して駆動マグネット３６が環状に装着され
ている。上記駆動マグネット３６は、前記ステータコア
２１の外周端面に対して環状に対向するように近接配置
されている。

【００２３】このとき上記ハブ３３の中心部分は、前記
シール磁石２６と軸方向に対面するように配置されてお
り、これらの対面壁面に装着された一対の磁石体３３ａ
及び２６ｂどうしの吸引力によって、回転軸３１及びハ
ブ３３を含むロータ組３が、スラスト受板２５に向かっ
てスラスト方向に所定の押圧力を受けるように構成され
ている。

【００２４】このような動圧軸受装置に用いられている
軸受潤滑流体Ａは、磁性粉を２０重量％以下の割合で含
有した磁性流体からなるものであって、その磁性流体の
実施例を次に説明する。

【００２５】本実施例においては、磁性微粒子として共
沈法により得られたＭｎ−Ｚｎフェライトが用いられて
いる。具体的には、硫酸マンガン０．１ｍｏｌ、硫酸亜
鉛０．４ｍｏｌ、硫酸第２鉄０．５ｍｏｌを１ｌの水に
溶解し、この水溶性の液温を９０℃に保ち、攪拌しつ
つ、６Ｎ水酸化ナトリウムを滴下して、水溶液のＰＨを
１１として、Ｍｎ−Ｚｎフェライトのコロイドを生成さ
せた後、液温を８０℃として、さらに攪拌を続けなが
ら、オレイン酸ナトリウムの１０％溶液２５０ｍｌを加
えたこの溶液を室温に冷却した後、３Ｎの塩酸水溶液を
加えてＰＨ６とした。凝集したコロイド粒子を十分水
洗、さらに脱水乾燥させて、オレイン酸で被覆されたＭ
ｎ−Ｚｎフェライト微粒子を得た。

【００２６】ついで上記のオレイン酸で被覆されたＭｎ
−Ｚｎフェライトから１４．８ｇを採り、下記の基油溶
媒１５ｇを加えて、十分攪拌して分散させた後、遠心分
離によって未分散物を除去、さらに比重１．０２となる
よう基油を加えて、流体を得た。こうして得られた流体
のフェライト濃度は、２０ｗｔ％、飽和磁化は１２０ガ
ウスであった。

【００２７】さらに上記磁性微粒子としてのＭｎ−Ｚｎ
フェライトを分散させる基油溶媒として、ポリ−α−オ
レフィン水素化物［Ｃ３０〜Ｃ４０］（新日鐵化学
（株）社製；シンフルード（ＰＡＯ）４０１）を用い
て、本実施例の磁性潤滑流体を作製した。

【００２８】得られた磁性潤滑流体はシャーレに入れ、
析出、凝集、分離等の外観確認によって磁性微粒子の分
散安定性を評価するとともに、温度８０℃・５２０時間
における重量減により蒸発量を比較し、さらに温度１４
０℃放置におけるゲル化時間を比較した。粘度について
は、２５℃における粘度および粘度温度指数を比較し
た。その評価結果を下表１に示す。

【００２９】

【表１】

【００３０】この表１に示されているように、本実施例
にかかる試料では、磁紛濃度が低く設定されているため
飽和磁化は低下しているが、良好な粘度特性を示し、ま
た高温ゲル化寿命が大幅に改善している。

【００３１】このように本実施例の動圧軸受装置におい
ては、磁性粉の含有量を２０重量％以下に低減した軸受
磁性流体Ａを用いることによって、流動性即ち軸受ロス
を低減するための低粘度性が良好に維持されるととも
に、シール磁石２６による磁気力と、開放端側に隙間を
拡大させる傾斜壁面２６ａによる毛細管力とを併用した
シール部によって十分な流体保持機能が得られるように
なっている。

【００３２】また本実施例においては、シール磁石２６
からの磁束が磁性ヨーク２７を通して動圧軸受部に導か
れ、シール磁石２６による磁束が軸受磁性流体Ａに対し
て良好に形成されるようになっている。

【００３３】さらにシール磁石２６として、Ｎｄ−Ｆｅ
−Ｂ系の強い磁力を有する磁石が用いられることによっ
て、軸受磁性流体Ａのシール性がより一層向上されると
ともに、プラスティックマグネットが用いられることに
よって軸受磁性流体Ａの所謂接触角が適当な範囲に設定
され、シール部における毛細管力が一層向上されるよう
になっている。

【００３４】そしてこのような各作用は、上記実施例に
おける動圧軸受装置のように、動圧発生用の潤滑流体と
磁気シール用の磁性流体とを一つの流体で兼用するよう
にした装置に対して特に顕著に得られる。

【００３５】一方、図２に示されている実施例に対応す
る構成物を同一の符号で表した図３にかかる実施例にお
いては、シール磁石４６の内周側壁面に、動圧軸受側
（図示下方側）から開放端側（図示上方側）に所定長だ
け延びる平行壁面（非傾斜壁面）４６ｂが設けられてお
り、その平行壁面４６ｂが傾斜壁面４６ａに連続してい
る。このような実施例においても同様な作用・効果を得
ることができる。

【００３６】さらに図２に示されている実施例に対応す
る構成物を同一の符号で表した図４にかかる実施例にお
いては、シール磁石２６に付設された磁性ヨーク４７，
４８が、シール磁石２６における軸側対向面以外の３面
を取り囲むように設けられている。このような実施例に
おいても同様な作用・効果を得ることができる。

【００３７】以上本発明によってなされた発明を実施例
に基づき具体的に説明したが、本発明は上記に限定され
るものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形
可能であるというのはいうまでもない。例えば上記実施
例においては、軸回転型のモータに対する適用例が述べ
られているが、軸固定回転型のモータに対しても勿論適
用可能である。また上記実施例においては、磁気ディス
ク駆動用のスピンドルモータに適用された動圧軸受装置
の例が述べられているが、本動圧軸受装置は他のモータ
に対しても同様に適用できるというのはいうまでもな
く、さらにモータ以外の動圧軸受装置にも適用可能であ
る。

【００３８】またシール部の磁石は、回転部材側及び固
定部材側のいずれに対しても装着することができる。

【００３９】さらに磁性流体の磁性微粒子としては、Ｍ
ｎ−Ｚｎフェライトの他に、Ｎｉ−Ｚｎフェライトやマ
グネタイトを同様に用いることができる。また界面活性
剤も、他のあらゆる高級脂肪酸を採用することができ
る。さらにゲル化防止剤としては、酸化防止剤以外の例
えば、アミン系又はフェノール系又は硫黄系などのもの
を同様に採用することができる。

【００４０】

【発明の効果】以上述べたように請求項１の発明にかか
る動圧軸受装置は、磁性粉の含有量を２０重量％以下に
低減した磁性流体を潤滑流体に用いることによって、流
動性即ち軸受ロスを低減するための低粘度性を良好に維
持するとともに、磁気力と毛細管力とを併用するシール
部によって十分な流体保持機能を得るようにしたもので
あるから、簡易な構造で良好な軸受特性を得ることがで
き、特に請求項４の発明にかかるように、動圧発生用の
潤滑流体と磁気シール用の流体とを一つの流体で兼用す
るようにした動圧軸受装置の実現性及び信頼性を向上さ
せることができる。

【００４１】さらに請求項２の発明にかかる動圧軸受装
置は、シール部の環状磁石からの磁束を磁性ヨークを通
して動圧軸受部に導き、環状磁石による磁束を良好に形
成させるようしたものであるから、上記請求項１にかか
る効果を一層向上させることができる。

【００４２】さらにまた請求項３の発明にかかる動圧軸
受装置は、シール部の環状磁石として、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ
系の強い磁力を有する磁石を用ることによって、潤滑流
体のシール性をより一層向上するとともに、プラスティ
ックマグネットを用ることによって潤滑流体の所謂接触
角を適当な範囲に設定し、シール部における毛細管力を
一層向上させるようしたものであるから、上記請求項１
にかかる効果を一層向上させることができる。

【００４３】また請求項４の発明のように、動圧発生用
の潤滑流体と磁気シール用の流体とを一つの流体で兼用
するようにした動圧軸受装置に対しては、上述した各作
用が良好に発揮されることとなり、当該構成の動圧軸受
装置の実現性及び信頼性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における動圧軸受装置を有す
るＨＤＤモータを表した半横断面説明図である。

【図２】図１に表した動圧軸受装置の要部を表した部分
拡大半横断面説明図である。

【図３】本発明の他の実施例における動圧軸受装置の要
部を表した部分拡大半横断面説明図である。

【図４】本発明のさらに他の実施例における動圧軸受装
置の要部を表した部分拡大半横断面説明図である。

【符号の説明】

Ａ 軸受潤滑流体（磁性流体） ２ ステータ組（固定部材） ３ ロータ組（回転部材） ２２ 軸受ホルダー ２３ 駆動コイル ２６，４６ シール磁石 ２６ａ，４６ａ 傾斜壁面 ２７，４７ 磁性ヨーク ３１ 回転軸 ３６ 駆動マグネット

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 潤滑流体に生じた動圧により固定部材に
   対して回転部材を回転自在に支承する動圧軸受部を備え
   た動圧軸受装置において、 上記潤滑流体が、磁性粉を２０重量％以下の割合で含有
   する磁性流体からなるとともに、 前記動圧軸受部の軸端側に、環状磁石を有するシール部
   を設けてなり、 上記シール部の環状磁石は、当該環状磁石が対面する部
   材との隙間距離が開放端側に向かって徐々に拡大する傾
   斜壁面を有し、かつ当該環状磁石と上記対面部材との間
   の磁束密度を、開放端側に向かって徐々に粗としたこと
   を特徴とする動圧軸受装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の動圧軸受装置において、
   回転部材及び固定部材を磁性材料で構成するとともに、
   環状磁石にラジアル方向の着磁を施し、当該環状磁石と
   動圧軸受部とを磁気的に連係させるヨークを設けたこと
   を特徴とする動圧軸受装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載の動圧軸受装置において、
   環状磁石が、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系の磁性粉を主成分とする
   プラスティックマグネットからなることを特徴とする動
   圧軸受装置。
4. 【請求項４】 請求項１記載の動圧軸受装置において、
   動圧軸受部とシール部とを互いに連通するように設け、
   かつ、この互いに連通する動圧軸受部からシール部にか
   けて同一の潤滑流体を連続的に充填したことを特徴とす
   る動圧軸受装置。