JPS60249727A - 一体的な磁性流体シ−ルを有する軸受組立体 - 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】 軸受組立体は、摺動運動あるいは回転運動を与えるため
に用いられており、典型的には、最小の摩擦で回転自在
なシャフト要素を支持して回転させるために用いられて
いる。例えば、玉軸受組立体あるいはころ軸受組立体の
ような軸受組立体は、コンピュータの磁気ディスクを駆
動するのに用いられるスピンドル・ディスク・ドライブ
シャフトを支持するために用いられており、磁気ディス
クは記憶ヘッドによって読みとられる。コンピュータの
ディスクおよび記憶ヘッドは外部環境から保護されなけ
ればならず、かつ典型的には、磁性流体遮断シールが用
いられており、そして、そのような磁性流体遮断シール
は別の構成要素として用いられている。例えば、コンピ
ュータ・ディスク・ドライブシャフトすなわちスピンド
ルのような回転シャフトと共に用いられている磁性流体
遮断シールは、満足するものではあるが、別の構成要素
としてシール装置を有しているので、必ずしも満足する
ものではなく、特にスペースが最少にめられているとこ
ろでは必ずしも満足するものではない。多段のシール装
置のような磁性流体シール装置が、シャフトを支持する
玉軸受と共にこれまで用いられてきており、例えば、１
９７１年１１月１６日に発行された米国特許第３，６２
０，５８４号に述べられているようなものである。さら
に、玉軸受組立体が、１９７６年８月３１日に発行され
た米国特許　第３．９７７．７３９号に述べられている
ように、磁性流体潤滑剤を所定位置に保持するために、
磁気玉軸受を使って、これまで用いられてきた。例えば
、１９８３年１０月４日に発行された米国特許第４，４
０７．５０８号は、単一の透磁性磁極片、環状の永久磁
石、磁極片と磁石を一緒に固定する手段、そして、その
際磁極片の一端がシールされるべきシャフトの表面と近
接する関係に伸張して、半径方向の間隙を限定し、半径
方向の間隙に配置されて遮断シールあるいは圧力タイプ
のシールを与える磁性流体とを有する単一磁極片のシー
ル装置を記載している。

単一磁極片のシールの磁束路は永久磁石、単一磁極片、
半径方向の間隙の磁性流体、シールされるべきシャフト
要素、シャフト要素と永久磁石の他端との間の空気間隙
を通って伸張し、その際、典型的には、半径方向の間隙
は、空気間隙よりも間隙長さが短いかあるいは少ない。

単一磁極片の磁性流体シール装置は、特に、空間が重要
であるところで有用であり、そしてシャフトが、小径な
高速のシャフト要素を備えているところで有益であり、
その際、半径方向の間隙に集中された磁束、空気間隙の
磁束密度はかなり小さい。

本発明は、１９８３年８月２６日に出願された米国特許
出願番号５２６，７８１号の改良であり、そこでは、一
体重な磁性流体シールを有する軸受組立体を開示してお
り、この軸受組立体は以下のものを備えている。すなわ
ち、内レースおよび外レース、複数のローラ要素、内レ
ースと外レース内のローラいる。この磁性流体シールは
、例えば、軸受組立体に用いられている磁性潤滑剤すな
わち潤滑剤が汚染のない環境領域に入るのを防止するた
めに備えられている。この出願の軸受組立体では、単一
段のシールが用いられており、かつ磁極片ならびに環状
の永久磁石を、非透磁性のハウジングと共に備え、この
ハウジングは、磁性流体シールが形成されている内レー
スあるいは外レースの表面に向かって磁束をそらせるよ
うに、磁束の絶縁体として備え、かつ作用するために磁
極片の一部分および永久磁石のまわりに伸張している。

というのは、内レースおよび外レースが典型的には、金
属でできており、つまり、透磁性材料であるからである
。

それ故、軸受組立体はコンパクトで、特に空間要件が重
要であるところで有益な、一体重な単一磁極片の磁性流
体遮断シールを有する軸受組立体を提供することが望ま
しい。

本発明は、一体重な磁性流体シールを備える軸受組立体
に関し、特に本発明は一体的な単一段の単一磁極片の磁
性流体遮断シールを含んでいる玉軸受組立体に関すると
共にそのような軸受組立体を作動する方法に関し、かつ
そのような軸受組立体が含まれているコンピュータ・デ
ィスク・ドライブシステムに関する。

軸受組立体、特に、コンパクトで独特の一体的な単一段
あるいは単一磁極片の磁性流体シールを含む玉軸受組立
体が、単一段の磁性流体シールのために非磁性ハウジン
グの要件なく、形成され得るということが見い出された
。本発明の単一段の磁性流体シールを有する軸受組立体
は、永久磁石を備え、この永久磁石は、遮断シールを形
成するために、半径方向の間隙内の磁性流体を保持する
磁束源として作用すると共にハウジングの機能を行う。

この単一段磁性流体シールは、一般的に、磁極片の一側
に隣接し、かつ磁極片のためのハウジングとして作用す
る磁極片の一端部のまわりに配置される環状の永久磁石
材料で断面り字形状の永久磁石を有している。

用いられている環状永久磁石材料は、先の米国特許出願
にめられているような別の非磁性ハウジング要素ではな
く、ハウジング要素として用いられるということが見い
出された。なぜならば、環状永久磁石材料は、その充分
、磁化された状態で、空気の透磁性よりも十分大きくな
い透磁性を有しているからである。かくして、磁力源と
しておよびいくらかの磁束漏洩を持っていたとしても、
磁極片を追伸するハウジングとして環状永久磁石を用い
ると、半径方向の間隙に形成されるそのような磁性流体
シールの耐圧は、コンピュータ・ディスク・ドライブ装
置用の遮断シールのような、典型的にめられる遮断シー
ルの圧力である水柱２〜３インチよりも大きい。典型的
な軸受組立体では、内レースおよび外レースは金属で形
成され、本発明は、永久磁石の使用を可能にして、磁束
をそらせるために単一磁極片のための非磁性ハウジング
材料を与える必要性を排除している。形成される磁性流
体遮断シールは、別の構成成分の磁性流体シール装置あ
るいは、軸受組立体に用いられる一般的なエラストマー
タイプのシールにとって代わられる。

本発明の軸受組立体は、個々の微粒子あるいは他の汚染
からメモリ・ヘッドを保護するために、磁性流体遮断シ
ールがめられるコンピュータ・ディスク・ドライブスピ
ンドルおよびコンピュータ・ディスク・ドライブ装置に
ついて特にを益である。　本発明の軸受組立体に用いら
れている永久磁石は、典型的には、磁気粒子を含む堅固
なニラストマークイブの重合体材料のようなセラミック
あるいは重合体材料で構成される磁石のような、低エネ
ルギの永久磁石である。環状の永久磁石は、磁気粒子を
含むナイロンあるいは他の硬質もしくは成型可能な樹脂
のような堅固なタイプの重合体材料で形成され得、ある
いは３−Ｍ社によって市販されているプラスティフオー
ムとして知られている材料のようなエラストマータイプ
の材料で形成され得る。この材料は、エラストマ材料お
よびその中に分散されている磁気タイプの粒子を含んで
いる。そのような永久磁石は、一般的に、　約１．１乃
至６．５百万ガウス−エルステッドの常央工に形成され
る空気間隙に、２０００乃至８０００ガウスの範囲、例
えば２０００乃至５０００ガウス、の磁束密度を与える
。　一体重な磁性流体シールををするこの軸受組立体お
よび本発明は、かくして、回転自在なシャフト要素を取
り囲むと共に固定されて、透磁性の内レースおよび外レ
ースと、それらの間に軌道輪を限定する離間された外レ
ースと、内レースおよび外レースの回転をお互いに関し
与えるために、ケージすなわち保持器によって軌道輪内
に保持される透磁性玉軸受のようなローラ要素とを有す
る軸受組立体を備えている。この軸受組立体は、単一段
すなわち単一磁極片の磁性流体シール装置を備え、この
シール装置は、一般的に、軸受組立体のａローラ要素に
近接して隣接する、軌道輪内に配置された磁性流体シー
ル装置を備えている。すなわち、一端および他端を有す
る単一の磁極片を備えており、一端は、内レースあるい
は外レースの内面に近接して非接触関係に伸張して、小
さな半径方向の間隙を限定する。この半径方向の間隙は
、変化し得るが、一般的に、約２乃至６ミルの範囲であ
る。この磁性流体シール装置は、また、重合体材料から
所望の形状に成型されるか・あるいは機械加工される磁
石のような、環状の一般的に軸方向に極性化された永久
磁石を備えている。用いられている永久磁石は、一般的
に、断面がＬ字形状の構造を有しており、その際、永久
磁石の一端は一般的に半径方向の間隙の内面と同じ内面
へ向かって伸張して、この内面と空気間隙を形成する。

この空気間隙は、半径方向の間隙よりも大きくてもある
いは小さくても良い。

一つの実施例では、半径方向の間隙よりも小さい空気間
隙を持つように、Ｌ字形状の永久磁石を伸張することが
望ましく、その結果、この永久磁石は、軸受組立体から
の潤滑剤が磁性流体シールヘスプラッシュするのを防止
するために、軌道輪を横切って半径方向へ伸張するスプ
ラッシュ追伸体として作用する。この永久磁石は、半径
方向の間隙と相対する磁極片の他端に対し磁気絶縁ハウ
ジングとして作用するように、磁極片の一例に沿って接
触し、かつそれと磁束関係に配置され、永久磁石の他端
は磁極片の他端のまわりに伸張し、かつ一般的に透磁性
の内レースあるいは外レースの内面に隣接して固定され
ている。

低揮発性のハイドロカーボンあるいはエステルタイプの
磁性流体材料のよ、うな磁性流体材料が、永久磁石から
の磁束によって半径方向の間隙内に保持され、コンピュ
ータ・ディスク・ドライブの環境のような、一般的に保
護されるべき環境と軸受組立体との間に遮断シールを有
する遮断タイプのシールを形成する。磁束回路は、永久
磁石から磁極片、半径方向の間隙の磁性流体、内レース
および外レースを通って伸張して空気間隙を横切り、そ
して永久磁石にもどる。磁極片における永久磁石の厚さ
は、変化し得るが、しかし一般的に磁極片は、約２０乃
至８０ミルの範囲であり得、例えば、２０乃至６０ミル
のようなものである。一方、磁石は厚さが３０乃至１５
０ミルの範囲であり、一般的に４０ミルから約８０ミル
の範囲である。永久磁石は、磁極片の環状外径よりも大
きい環状外径を有している。

本発明は、ある特定の実施例に関連して、図示だけの目
的で記載されているが、しかし、種々の変化、付加、変
更および改良が当業者によって図示された実施例に対し
なされ得るということが理解されるであろうし、これら
全ては本発明の精神と範囲内になるものであるというこ
とが理解されるであろう。

第１図は、コンピュータ・ディスク・ドライブ・スピン
ドルシステム１０を示しており、これは、本発明の一体
的な磁性流体シールを有する軸受組立体を備えている。

このシステムは、モータ（図示せず）によって、通常は
ベルトとプーリ装置１４によって、高速で駆動されるコ
ンピュータ・ディスク・ドライブ・スピンドルシャフト
１２を備えている。空気膜に乗っている空気軸受の記憶
ディスクバック２０は、点線内で囲われて示されている
ように、ろ過された空気あるいはヘリウムのような不活
性ガスの使用によって清浄な環境に維持されている清浄
な磁気ディスク領域すなわち室４０内のディスク２２の
そばのスピンドルシャフト１２の頂部に隣接して配置さ
れている。スピンドル１２はハウジング２４内に含まれ
ており、かつ上部および下部の軸受組立体１６および１
８によって支持されている。軸受組立体１６は、従来技
術の軸受を備えて良いが、軸受組立体１８は磁性流体遮
断シールを備えており、がつこの軸受は第２図でさらに
詳細に述べられている。

第２図は、軸受組立体１８の拡大部分断面図であり、こ
れは、透磁性の内レース２６と外レース２８を示して、
これらの間に環状の軌道輪２８を限定しており、この軌
道輪は、ケージ３２によって軌道輪内に保持されている
複数の均一に離間された透磁性玉軸受３０を備えている
。単一段、単一磁極片の磁性流体シール装置が配置され
ており、そして軌道輪に隣接して位置しかつ軸受組立体
と環境領域４０との間に位置している。この単一段シー
ルは、Ｌ字形状の構造にモールドされるかあるいは機械
加工される堅固なエラストマーの性質を有する材料もし
くは重合体材料で構成されるＬ字形状のタイプの環状永
久磁石３４および単一磁極片３６を備えている。この単
一磁極片３６は、一端で、内しニス２６の内面と近接し
て非接触関。

係に伸張して、約２乃至６ミルの半径方向の間隙を限定
し、遮断シールを形成するために、この間隙内および内
面まわりに配置されているのは、永久磁石３４からの磁
束によって半径方向の間隙内に保持される磁性流体３８
である。永久磁石３４は、磁極片３６のほぼ一例に沿っ
て固定されており、かつ玉軸受のケージ３２に向かうと
共に磁極片３６の他端部の周囲にあって、ハウジングと
して作用する外レース２８の透磁性内面と接触しており
、また同時に磁束源として作用している。

図示の実施例では、永久磁石は磁極片の厚さよりも大き
い厚さを持ち、かつ永久磁石３４の一端部と内レース２
６の内面との間に示されている空気間隙は、半径方向の
間隙よりも大きい。充分に磁化された状態の永久磁石と
して用いられる磁気材料の磁気透過性は、空気よりも大
きくない、それ故、ただ単に必要とする遮断シールは、
磁性流体の圧力タイブのシールではないので、永久磁石
は磁極片３６の他端部で絶縁ハウジングとして作用する
。磁束は、磁極片３６、半径方向の間隙内の磁性流体３
８、透磁性の内レース２６、永久磁石の一端部の空気間
隙および永久磁石３４を透過する。磁極片３６の一例に
沿って永久磁石３４が伸張すると共にその磁極片の一側
に固定されるのは、また、永久磁石をスプラッシュの追
伸体として作用させるためである。所望するならば、レ
ース２６の内面と非常に近接して非接触関係に伸張して
も良く、また、半径方向の間隙よりも小さい空気間隙を
有しても良い０例えば１乃至２ミルである。

一体的なコンパクトで単一段の磁性流体シールを有する
、記載したような玉軸受組立体は、独特な技術を与える
ために別の構成要素の使用にまさって、組立体の全体の
長さを非常に減少することが可能となり、ここでは磁極
片のための非磁性ハウジングの追伸体は必要でない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一体的な単一段の磁性流体シールを
有する軸受組立体を含むコンピュータ・ディスク・ドラ
イブシステムの概略透視図、第２図は、一体重な単一磁
極片の磁性流体シール装置を有する第１図の軸受組立体
の拡大部分断面図である。 １０・・・・・・コンピュータ・ディスク・ドライブ・
スピンドルシステム １２・・・・・・シャフト １４・・・・・・プーリ装置 １６．１８・・・・・・軸受組立体 ２０・・・・・・記憶ディスクパンク ２２・・・・・・ディスク ２４・・・・・・ハウジング ２６・・・・・・内レース ２８・・・・・・外レース ３０・・・・・・玉軸受 ３２・・・・・・ケージ ３４・・・・・・永久磁石 ３６・・・・・・磁極片 ３８・・・・・・磁性流体 ４０・・・・・・室 特許出願人： フエロフルイデイクス株式会社 代理人： 日本フェロ−フルイディクス株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）ｆａ＋　回転自在なシャフトを取囲むようにされる
   と共に内レースと離間された外レースとの間で軌道輪を
   限定する内レースおよび離間された外レースを有し、か
   つ前記軌道輪内のローラ要素と、前記軌道輪内のローラ
   要素を保持して、内レースと外レースとのお互いに関し
   ての回転を与えるためのケージ手段とを有する軸受組立
   体と、 （ｂｌ　前記軌道輪内の磁性流体シール装置で、前記軸
   受組立体のローラ要素に一般的に近接して隣接する磁性
   流体シール装置とを備える一体的な磁性流体シールを有
   する軸受組立体であって、 前記磁性流体シール装置は、 ｉ）一端および他端を有し、この一端は、小さな半径方
   向の間隙を限定する内レ ースあるいは外レースの内面と近接し て非接触関係に、半径方向へ伸張する 単一の磁極片と、 １ｉ）一端および他端を有する環状の軸方向へ極性化さ
   れた永久磁石であって、 この永久磁石は、一般的にＬ字形状の 構造を有し、前記永久磁石の一端は前 記半径方向の間隙の前記内面に向かっ て伸張して前記内面と空気間隙を形成 し、永久磁石は前記磁極片の一例に、 沿うと共に対立し、かつ前記磁極片の 他端のまわりにそして内レースおよび 外レースの内面に隣接して配置され、 前記永久磁石は、空気よりも大きくな い透磁性を有し、かつ前記磁極片の他 端のまわりに絶縁ハウジングとして作 用する永久磁石と、 ｉｉｉ　）磁束回路が前記磁極片、前記半径方向の間隙
   の磁性流体、前記内面、前記 空気間隙および前記永久磁石との間を 通過して、前記内面に磁性流体遮断シ ールを与えるために、前記永久磁石か らの磁束によって半径方向の間隙に保 持される磁性流体とを備える一体的な 磁性流体シールを有する軸受組立体。 ２）前記永久磁石は、低磁気エネルギのセラミックある
   いは重合体の永久磁石を備える特許請求の範囲第１項に
   記載の軸受組立体。 ３）前記永久磁石は、約１．１乃至６．５百万ガウ４）
   前記空気間隙を横切る磁束密度は、約２０００乃至５０
   ００ガウスの範囲である特許請求の範囲第１項に記載の
   軸受組立体。 ５）前記磁性流体は、前記ローラ要素に用いられている
   潤滑剤に適合するハイドロカーボンベースあるいはエス
   テルベースのキャリア液を備える特許請求の範囲第１項
   に記載の軸受組立体。 ６）前記ローラ要素が玉軸受を備える特許請求の範囲第
   １項に記載の軸受組立体。 ７）前記内レースを通って伸張すると共にそれに固定さ
   れる回転自在なシャフト要素を備える特許請求の範囲第
   １項に記載の軸受組立体。 ８）前記磁極片が、約２０乃至８０ミルの範囲の厚さを
   有すると共に前記永久磁石が、約３０乃至１５０ミルの
   範囲の極厚さを有する特許請求の範囲第１項に記載の軸
   受組立体。 ９）前記空気間隙が、前記半径方向の間隙よりも小さく
   、これによって、前記磁極片と前記軸受組立体との間の
   磁極片の一例に伸張する前記永久磁石が、また、スプラ
   ッシュ保護体として作用する特許請求の範囲第１項に記
   載の軸受組立体。 １０）　（ａ）　特許請求の範囲第１項の軸受組立体と
   、山）　この軸受組立体を通って伸張すると共に前記内
   レースに固定される回転自在なディスク・ドライブ・ス
   ピンドルと、 （Ｃ）　保護される環境内のメモリ読み出しヘッドと、 （ｄ）　前記環境中で読み取りヘッドによって読★れる
   前記シャフト上のコンピュータ・ディスクと、 （ｅｌ　前記シャフトを回転する手段と、ｆｆ）　保護
   されるべき環境と軸受組立体との間に配置される外レー
   スの内面あるいは内レースの内面に形成される半径方向
   の間隙を有する磁性流体シールとを備えるコンピュータ
   ・ディスク・ドライブシステム。 １１）（ａ）　回転自在なシャフトを取り囲むようにさ
   れると共にこのシャフトに固定される内レースおよび離
   間される外レースを有して、これらの間に環状の軌道輪
   を限定′する軸受組立体で、この軌道輪内の玉軸受ケー
   ジと、内レースおよび外レースの回転を、お互いに関し
   て、与える前記軌道輪の玉軸受ケージに保持される玉軸
   受とを有する軸受組立体と、 山）　前記玉軸受に一般的に近接して隣接するように配
   置される前記軌道輪内の単一段の磁性流体シール装置と
   を備える一体的な磁性流体シールを有する軸受組立体で
   あって、前記磁性流体シール装置は、ｉ）一端および他
   端を有し、一端が半径方向へ内レースあるいは外レース
   の内 面と近接して非接触関係に伸張して、 小さな環状の間隙を限定する単一磁極 片と、 １ｉ）一端および他端を有する環状の軸方向へ極性化さ
   れた重合体のあるいはエ ラストマの永久磁石であって、この永 久磁石は断面り字形状を有し、前記永 久磁石の一端は前記半径方向の間隙の 前記内面に向かって伸張して前記内面 と空気間隙を形成し、−例の永久磁石 は前記磁極片の一側の実質的な部分に 沿うと共に対立し、かつ前記磁極片の 他端のまわりにそして内レースあるい は外レースの内面に隣接して配置され、前記永久磁石材
   料は、約１．１乃至６．５百万ガウス−エルステッドの
   磁気エネ ルギを有する永久磁石と、 ｉｉｉ　）前記内レースおよび外レースの内面と磁性流
   体遮断シールを与えるために 前記永久磁石の磁束によって半径方向 の間隙に保持される磁性流体とを備え ており、これによって磁束回路が前記 磁極片、前記半径方向の間隙の磁性流 体、前記空気間隙の前記レースの内面、および前記永久
   磁石から伸張している、一体重な磁性流体シールを有す
   る軸受 組立体。