JPH10176716A - 磁性流体含有軸受ユニット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高速回転時の回転精度を向上させることがで
きるのは勿論のこと、外部への磁性流体の漏出や飛散を
効果的に防止することができる磁性流体含有軸受ユニッ
トを提供する。 【解決手段】 両端部のうち少なくとも一方が開放され
たハウジング１の内周に、磁石４と、軸６を回転自在に
支持するように磁性流体を含有した多孔質含油軸受５と
を配置した。ハウジング１の開放端側に、多孔質含油軸
受５よりも気孔径の大きい多孔質のリング状吸収体９
を、多孔質含油軸受５の端面に接触させて配置した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば高速高精
度回転が要求される小型モータなどに用いて好適な磁性
流体含有軸受ユニットに関する。

【０００２】

【従来の技術】音響機器、映像機器あるいはコンピュー
タの周辺機器などの駆動用として用いられる小型モータ
の軸受には、従来、転がり軸受が一般に使用されてい
た。しかしながら、これらの機器に用いられる小型モー
タは、高性能化、小型化および多機能化が要求されつつ
あり、このような小型モータに用いられる軸受として、
高速回転が可能でしかも回転軸の振れが少ないという優
れた性能を満足するには、転がり軸受では回転精度が不
充分であった。このため、潤滑油を使用したすべり軸受
が採用されつつある。

【０００３】すべり軸受の代表的なものとして製造コス
トが安価な焼結含油軸受があるが、高速回転になると摺
接面への潤滑油の供給が不充分となって摩擦抵抗が高く
なる。一方、軸受の内周面や軸の外周面に潤滑油による
動圧発生用の溝を形成した流体軸受も上記した機器へ適
用されつつある。しかしながら、このような流体軸受
は、高速性能や回転精度等の軸受特性は優れているが、
軸受の内周面に溝を形成するために製造コストが割高に
なるという欠点がある。また、上記した機器の内部で
は、クリーンな環境が要求されるため、潤滑油の漏洩は
許されない。このため、潤滑油を使用する軸受ユニット
のオイルシールに対しては非常に厳しい性能が要求され
ている。

【０００４】軸受ユニットのオイルシールを改善する技
術として、たとえば特開平７−６３２２０号には、潤滑
油として磁性流体を用い、軸受ユニットに組み込んだ磁
石によって潤滑油を内部（軸受の摺接部）に保持するよ
うにした磁性流体軸受が提案されている。この磁性流体
軸受は、円筒状をなすハウジングの内周に磁石と焼結軸
受を配置し、ハウジングの開放端に磁性流体シールを配
置して内側に磁性流体を充満させることにより、摺接部
に充分な磁性流体を保持するようにしたものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記提
案に係る磁性流体軸受では、磁性流体シールの内側に磁
性流体を充満させているため、高速回転で使用したとき
に、軸受の摺接部の発熱により磁性流体の体積が膨張し
て磁性流体シールから漏出したり、さらには、磁性流体
に遠心力が作用して飛散する恐れがある。また、磁性流
体シールから一旦外に出た磁性流体は回収されることが
なく、機器の内部を汚染する原因となる。したがってこ
の発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、高速回転
時の回転精度を向上させることができるのは勿論のこ
と、外部への磁性流体の漏出や飛散を効果的に防止する
ことができる磁性流体含有軸受ユニットを提供すること
を目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明の磁性流体含有
軸受ユニットは、両端部のうち少なくとも一方が開放さ
れたハウジングの内周に、磁石と、軸を回転自在に支持
するように磁性流体を含有した多孔質含油軸受とを配置
し、ハウジングの開放端側に、多孔質含油軸受よりも気
孔径の大きい多孔質のリング状吸収体を、多孔質含油軸
受の端面に接触させて配置したことを特徴としている。

【０００７】多孔質含油軸受では、軸が回転することに
よるポンプ作用と発熱した油の熱膨張により、軸との摺
接部に多孔質含油軸受の内部から油が浸出する。上記構
成の磁性流体含有軸受ユニットでは、軸が磁化されるこ
とで磁性流体が磁力によって多孔質含油軸受から引き出
され易くなるので、摺接部には充分な量の磁性流体が保
持される。したがって、軸が高速で回転しても潤滑が充
分であるため摩擦抵抗の増大が抑制される。そして、磁
性流体の熱膨張などに起因して多孔質含油軸受の端面か
ら浸出した磁性流体は、同端面に接触したリング状吸収
体に吸収されるので、ハウジングの外部への漏出が防止
される。また、多孔質含油軸受の気孔径の方がリング状
吸収体の気孔径よりも小さいため、磁性流体を吸収する
能力（毛細管力）は多孔質含油軸受の方が大きい。よっ
て、軸の回転速度が遅くなるか停止して磁性流体の体積
が縮小すると、隣接するリング状吸収体から磁性流体を
吸引する。このため、多孔質含油軸受には常に適量の磁
性流体が含有され、軸との摺接部に充分な磁性流体が供
給されるとともに、リング状吸収体からの磁性流体の漏
洩も防止される。

【０００８】ここで、磁石をリング状吸収体よりもさら
に開放端側に配置すると効果的である。このように構成
することにより、リング状吸収体から磁性流体が漏洩し
た場合に磁石に吸着し、ハウジングからの漏洩が確実に
防止される。また、多孔質含油軸受の個数は１個でも良
いが、１個の場合には、多孔質含油軸受の内周面の中央
部が両端部の内周面よりも外周面側に膨らんだ形状のも
のを用いると、軸方向の両端内周面で軸を支持するとと
もに、多孔質含油軸受の中央部に磁性流体を保持する空
間が形成されるので、より効果的である。さらに、複数
の多孔質含油軸受を軸方向に互いに離間して配置する場
合には、多孔質含油軸受どうしの間に磁石を配置すると
良い。この場合、磁石の内径寸法を多孔質含油軸受の内
径寸法よりも大きくし、磁石の内周面と軸の外周面との
間に磁性流体を封入することが望ましい。このように構
成することにより、摺接部への磁性流体の供給量が増加
し、高速回転で使用する場合の摩擦抵抗の増加をより効
果的に抑制することができる。なお、ハウジングの一端
部が閉塞されている場合には、その閉塞された部分の内
側の空間に磁性流体を封入することもできる。また、磁
石の着磁方向は任意であるが、磁力線が軸方向を向くよ
うな着磁であれば軸が軸方向に磁化され、磁力による磁
性流体の吸引が効率良く行われる。

【０００９】リング状吸収体の材質は任意であるが、焼
結合金、セラミックス、プラスチックなどが好適であ
る。また、リング状吸収体はハウジングの内周面に固定
し、軸の外周面との間にクリアランスを設けることが望
ましい。さらに、リング状吸収体の内周面をハウジング
の開放端に向かって拡開するようなテーパ状に形成する
と好適である。このように構成することにより、リング
状吸収体の内周面と軸の外周面との間に内側へ向かう楔
状の空間が形成され、その空間に存在する磁性流体が毛
細管現象で内側（楔の奥側）に吸い寄せられる。

【００１０】リング状吸収体のさらに開放端側に、円筒
状の周面に螺旋状をなす溝を有する流体戻し部材を配置
して軸の回転方向に沿って溝がハウジングの内側へ向か
うように構成すると、磁性流体の漏出をより効果的に防
止することができる。流体戻し部材は軸に固定してもハ
ウジングの内周面に固定しても良い。また、流体戻し部
材のさらに開放端側に、磁性流体の外部への漏出を阻止
するシール部材を設けるとさらに効果的である。シール
部材は、軸に固定しても良いが、シール部材をハウジン
グの内周面に固定するとともに、流体戻し部材を軸に固
定することで、軸の抜け止が構成される。なお、流体戻
し部材を設けずにシール部材のみを設けることも可能で
ある。

【００１１】以上の構成は、ハウジングの一端が閉塞さ
れている場合は勿論のこと、ハウジングの両端が開放さ
れている場合にも適用することができる。ハウジングの
一端が閉塞されている場合には、閉塞部に軸の端面と接
触するスラスト受を設けることができる。ただし、たと
えば画像形成装置のポリゴンミラー駆動用のモータなど
に本発明を適用する場合には、軸に設けたロータと、モ
ータハウジングのステータとの間の磁力により軸がスラ
スト方向に保持されるので、スラスト受が不要になるこ
とがある。なお、ハウジングの両端が開放されている場
合には、リング状吸収体をハウジングの両側に設ける必
要がある。

【００１２】さらに、上記した全ての構成に加えて、多
孔質含油軸受の内周面に動圧発生用の溝を設けることも
できる。たとえば、多孔質含油軸受の内周面に、軸方向
と平行な複数の溝を円周方向に等間隔に形成することが
できる。これにより、軸が回転すると、溝の内部の磁性
流体が軸との摺接部に引き込まれる際に半径方向へ向か
う圧力が生じ、この圧力によって軸は多孔質含油軸受の
中央に配置される。よって、軸の回転精度が大幅に向上
するとともに、軸が高速で回転しても摺接部での油膜の
破れが効果的に防止されるので、摩擦抵抗の増大は生じ
ない。

【００１３】

【発明の実施の形態】Ａ．第１実施形態 以下、図１を参照して本発明の第１実施形態を説明す
る。図１は第１実施形態の磁性流体含有軸受ユニットを
示す縦断面図である。図中符号１はハウジングであり、
ハウジング１は円筒状をなすハウジング本体２の一端部
にフランジ部３を形成して構成されている。ハウジング
１の内周面には、永久磁石（磁石）４が圧入あるいは焼
嵌めなどの適当な方法により固定されている。永久磁石
４は、その磁力線が軸方向へ向くように着磁されてい
る。永久磁石４の両側には多孔質含油軸受５が固定さ
れ、多孔質含油軸受５・５の内周面には、一端部をハウ
ジング１から突出させた軸６が回転自在に支持されるよ
うになっている。多孔質含油軸受５は焼結合金によって
構成され、その内部には、磁性流体が含浸させられてい
る。磁性流体は、潤滑油に磁性の超微粉を分散させて磁
性を与えたものである。また、永久磁石４の内周面と軸
６の外周面との間にはクリアランス４ａが設けられ、ク
リアランス４ａには適量の磁性流体が封入されている。

【００１４】次に、ハウジング１のフランジ部３の開口
部は蓋７で閉塞され、蓋７の内面にはスラスト受８が固
定されている。また、ハウジング１の開放端側の内周面
には、リング状吸収体９が多孔質含油軸受５の端面に密
着して固定されている。リング状吸収体９は、例えば焼
結合金により製造され、その気孔径は多孔質含油軸受５
の気孔径よりも大きく設定されている。このリング状吸
収体９は、ハウジング１の内周面に固定され、軸６の内
周面との間にはクリアランス９ａが設けられている。な
お、スラスト受８の内側の空間に磁性流体を封入するこ
ともでき、その場合に、上記したクリアランス４ａに磁
性流体を封入しないでおくことも可能である。

【００１５】上記構成の磁性流体含有軸受ユニットに軸
６を挿入すると、永久磁石４→多孔質含油軸受５→軸６
→多孔質含油軸受５→永久磁石４という閉磁路が構成さ
れ、軸６が磁化される。また、軸６が回転することによ
るポンプ作用と発熱した磁性流体の熱膨張により、軸と
の摺接部に多孔質含油軸受の内部から油が浸出するとと
もに、軸６の磁力によっても多孔質含油軸受５から磁性
流体が引き出され、多孔質含油軸受５の内周面と軸６の
外周面との間の摺接部に磁性流体が保持される。

【００１６】軸６が比較的低速で回転する場合（たとえ
ば１００００ｒｐｍ以下）には、磁性流体が磁化されて
いるために軸６に吸引され、遠心力が作用しても飛散す
ることはない。一方、軸６が高速で回転する場合（１０
０００ｒｐｍ以上）には、磁性流体の昇温による体積膨
張によって磁性流体が摺接部から浸出したり、さらに
は、磁性流体に作用する遠心力が磁力に打ち勝って飛散
しようとする。しかしながら、上記構成の磁性流体含有
軸受ユニットでは、多孔質含油軸受５の端面にリング状
吸収体９を密着させているので、摺接部から浸出した磁
性流体はリング状吸収体９に吸収される。したがって、
磁性流体のハウジング１からの漏洩が防止される。

【００１７】一方、軸６の回転速度が遅くなったり停止
した場合には、磁性流体の温度が下がって体積が縮小す
る。この場合、多孔質含油軸受５の気孔径がリング状吸
収体９の気孔径よりも小さいため、毛細管現象によりリ
ング状吸収体９に含有された磁性流体が多孔質含油軸受
５に吸収される。したがって、多孔質含油軸受５には常
に適量の磁性流体が含有され、摺接部の潤滑が確実に行
われるとともに、リング状吸収体９からの磁性流体の漏
洩も防止される。

【００１８】このように、上記構成の磁性流体含有軸受
ユニットにおいては、摺接部に磁性流体が保持されるの
で、軸６が高速で回転しても油膜が破れることによる摩
擦抵抗の増大は生じない。しかも、軸６の回転速度の変
化に応じて磁性流体が多孔質含油軸受５とリング状吸収
体９との間で循環するので、摺接部に充分な磁性流体を
供給することができるとともに、磁性流体の漏洩を確実
に防止することができる。特に、上記第１実施形態で
は、永久磁石４と軸６との間にクリアランス４ａを設け
てそこに磁性流体を封入しているので、多孔質含油軸受
５に磁性流体が補充され、摺接部に供給する磁性流体の
量が確保されるという利点がある。なお、この効果は、
スラスト受８の内側に磁性流体を封入するとさらに高め
られる。

【００１９】Ｂ．第２実施形態 次に、図２を参照して本発明の第２実施形態について説
明する。なお、以下の説明においては、第１実施形態と
同等の構成要素には同符号を付してその説明を省略す
る。図２に示すように、リング状吸収体９のさらに開放
端側にはスクリューリング（流体戻し部材）１０が配置
されている。スクリューリング１０は、その外周面に複
数の螺旋状の溝１０ａを形成したもので、軸６の外周面
に固定されてハウジング１との間に適当なクリアランス
が設けられている。溝１０ａの螺旋の方向は、軸６の回
転方向に沿って螺旋が内側（図中右側）へ進む方向とさ
れている。

【００２０】このような磁性流体含有軸受ユニットにお
いては、仮に、リング状吸収体９から磁性流体が漏洩し
た場合であっても、磁性流体は螺旋をなす溝１０に沿っ
て内側へと押し戻される。したがって、磁性流体のハウ
ジング１からの漏洩をより確実に防止することができ
る。なお、図２中二点鎖線で示すように、スクリューリ
ング１０のさらに開放端側に、リング状のオイルシール
（シール部材）１１を設ければさらに効果的である。こ
の場合、オイルシール１１は、軸６に固定することもで
きるが、ハウジング１に固定すれば軸６の抜け止めとな
って使い勝手が良い。

【００２１】Ｃ．第３実施形態 次に、図３は本発明の第３実施形態を示す図であり、軸
２０をハウジング２１の両端部から突出させた例を示す
ものである。図においてハウジング２１は円筒状をな
し、ハウジング２１には、前記実施形態と同等の永久磁
石２２と多孔質含油軸受２３・２３とが固定されてい
る。この実施形態では、ハウジング２１の両端部が開放
されているため、各多孔質含油軸受２３の開放端側にリ
ング状吸収体２４が密着して配置されている。

【００２２】上記構成の磁性流体含有軸受ユニットにお
いても前記第１実施形態と同等の作用、効果を得ること
ができる。また、図３に示すように、リング状吸収体２
４のさらに開放端側にスクリューリング２５を設けるこ
ともでき、スクリューリング２５のさらに開放端側にオ
イルシール２６を設けることもできる。この場合には、
第２実施形態と同等の作用、効果を得ることができる。
なお、スクリューリング２５とオイルシール２６のいず
れか一方を設けることも可能であり、さらに、図４に示
すように、ハウジング２１の内周面に、内周面に螺旋状
の複数の溝２７ａを形成したスクリューリング２７を固
定することもできる。この場合も、各スクリューリング
２７の溝２７ａの螺旋の方向は、軸２０の回転方向に沿
って螺旋が内側（中央側）へ進む方向とされる。このよ
うなスクリューリング２７は、第２実施形態にも使用す
ることができる。

【００２３】Ｄ．第４実施形態 次に、図５は本発明の第４実施形態を示す図である。こ
の磁性流体含有軸受ユニットは、図１のものとほぼ同等
の構成であるが、永久磁石４に代えてスペーサ３０を設
けた点と、リング状吸収体９の開放端側にこれと密着す
る永久磁石３１を設けた点が異なっている。このような
磁性流体含有軸受ユニットにおいては、リング状吸収体
９から磁性流体が漏洩した場合に永久磁石３１に吸着さ
れるから、磁性流体のハウジング１からの漏洩を確実に
防止することができる。

【００２４】なお、第４実施形態のように、リング状吸
収体の開放端側に永久磁石を配置する構成は第１〜第３
の全ての実施形態に適用可能である。また、第４実施形
態に、第２、第３実施形態のスクリューリング２５，２
７やオイルシール２６を設けることも可能であり、スペ
ーサ３０と軸６との間のクリアランスやスラスト受８の
内側に磁性流体を封入することもできる。

【００２５】Ｅ．変更例 本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、以下
のように種々の変更が可能である。 永久磁石の着磁方向は、軸方向に限らず半径方向であ
っても良い。 永久磁石と多孔質含油軸受とを軸方向に並設している
が、永久磁石の内周面に、多孔質含油軸受を軸方向へ互
いに離間して固定しても良い。 永久磁石の内周面に、多孔質含油軸受とリング状吸収
体とを固定しても良い。 多孔質含油軸受は１個であっても良く、３個またはそ
れ以上設けることもできる。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように本発明の磁性流体含
有軸受ユニットにおいては、軸が高速で回転しても油膜
が破れることによる摩擦抵抗の増大がなく、回転精度も
要求を充分に満足するものとなる。しかも、多孔質含油
軸受とリング状吸収体との間で磁性流体が循環するの
で、磁性流体のハウジングからの漏洩を確実に防止する
ことができる。よって、潤滑油の漏洩が許されない高速
回転、高精度の機器に使用して十分に満足した性能を発
揮することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施形態の磁性流体含有軸受ユ
ニットを示す縦断面図である。

【図２】 本発明の第２実施形態の磁性流体含有軸受ユ
ニットを示す縦断面図である。

【図３】 本発明の第３実施形態の磁性流体含有軸受ユ
ニットを示す縦断面図である。

【図４】 本発明の第３実施形態の変更例を示す縦断面
図である。

【図５】 本発明の第４実施形態の磁性流体含有軸受ユ
ニットを示す縦断面図である。

【符号の説明】

１…ハウジング、４…永久磁石（磁石）、４ａ…クリア
ランス、５…多孔質含油軸受、６…軸、９…リング状吸
収体。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 両端部のうち少なくとも一方が開放され
   たハウジングの内周に、磁石と、軸を回転自在に支持す
   るように磁性流体を含有した多孔質含油軸受とを配置
   し、上記ハウジングの開放端側に、上記多孔質含油軸受
   よりも気孔径の大きい多孔質のリング状吸収体を、上記
   多孔質含油軸受の端面に接触させて配置したことを特徴
   とする磁性流体含有軸受ユニット。
2. 【請求項２】 前記磁石を前記リング状吸収体よりもさ
   らに前記開放端側に配置したことを特徴とする請求項１
   に記載の磁性流体含有軸受ユニット。
3. 【請求項３】 複数の前記多孔質含油軸受を軸方向に互
   いに離間して配置し、上記多孔質含油軸受どうしの間に
   前記磁石を配置し、この磁石の内径寸法を前記多孔質含
   油軸受の内径寸法よりも大きくし、上記磁石の内周面と
   上記軸の外周面との間に磁性流体を封入したことを特徴
   とする請求項１に記載の磁性流体含有軸受ユニット。
4. 【請求項４】 前記リング状吸収体のさらに前記開放端
   側に、円筒状の周面に螺旋状をなす溝を有する流体戻し
   部材を配置して前記軸の回転方向に沿って上記溝が前記
   ハウジングの内側へ向かうように構成したことを特徴と
   する請求項１ないし３のいずれかに記載の磁性流体含有
   軸受ユニット。
5. 【請求項５】 前記リング状吸収体のさらに前記開放端
   側に、前記磁性流体の外部への漏出を阻止するシール部
   材を設けたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれ
   かに記載の磁性流体含有軸受ユニット。