JP2963619B2 - 動圧軸受装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は動圧軸受装置、さらに詳
しくは磁性流体を潤滑油として用いた動圧軸受装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】磁性流体を潤滑油として用いた動圧軸受
装置の提案が、例えば特開昭６２−１５５３２７号公報
や実開昭６２−２０２５２６号公報等になされている。
この動圧軸受装置を適用した、例えばＨＤＤ用のスピン
ドルモータの一例を示したのが図８である。このスピン
ドルモータは所謂中心軸回転型且つラジアル軸受固定型
であって、図が煩雑になるのを避けるために、中心線よ
り右半分のみが示されている。

【０００３】同図において、符号１は固定部材たるモー
タハウジングとしてのフレームを示しており、このフレ
ーム１には筒状の軸受ホルダー部１ａが立設するように
して一体成形されている。すなわち、軸受ホルダー部１
ａを含むフレーム１は、一端が閉塞され他方が開放され
た凹形状をなしている。該軸受ホルダー部１ａの外周面
にはステ−タコア６が固定されており、このステ−タコ
ア６にはコイル５が巻回されている。

【０００４】上記軸受ホルダー部１ａの内周にはラジア
ル滑り軸受２，２がそれぞれ嵌合固定されており、これ
らラジアル滑り軸受２，２の内周には回転軸としての中
心軸３が挿入配置されている。該中心軸３の外周面及び
ラジアル滑り軸受２，２の内周面の少なくとも一方に
は、例えばへリングボーン状等の動圧発生溝が形成され
ており、摺動面（中心軸３とラジアル滑り軸受２，２と
の間の空隙）には磁性流体１４が充填されている。すな
わち、中心軸３は、ラジアル滑り軸受２，２の内周面と
の間に発生するラジアル動圧力によりラジアル方向の振
れが抑えられて、ラジアル滑り軸受２，２内を回転する
ようになっている。

【０００５】中心軸３のフレーム閉塞側（図における下
方）の端面３ａに対向する位置には、フレーム１の凹所
底部を形成するスラスト板１ｂが設けられている。この
スラスト板１ｂ及び中心軸３のフレーム閉塞側端面３ａ
の少なくとも一方には、動圧発生溝が形成されており、
摺動面（中心軸３のフレーム閉塞側端面３ａとこれに対
向するスラスト板１ｂの図における上端面との間の空
隙）には磁性流体１４が充填されている。すなわち、中
心軸３のフレーム閉塞側端面３ａとスラスト板１ｂの上
端面との間に、中心軸３に対してフレーム開放側に向う
スラスト動圧力が発生するようになっている。

【０００６】また、中心軸３には、ステ−タコア６と駆
動マグネット７の磁気中心をずらす公知の手法等によ
り、中心軸３に対してフレーム閉塞側に向う磁気吸引力
が発生するようになっている。従って、この磁気吸引力
と上記スラスト動圧力とにより、スラスト方向のバラン
ス及び振れが抑えられて、スラスト板１ｂ上を回転する
ようになっている。

【０００７】中心軸３のフレーム開放側（図における上
方）の端部には、上記コア６、コイル５等を覆うような
形状のハブ４が嵌合固定されている。このハブ４の外周
面には図示されないディスクが装着されており、ハブ４
内周の上記コア６に対向する位置には駆動マグネット７
が固定されている。

【０００８】上記軸受ホルダー部１ａの内外を連通する
通路１０の途中、すなわち軸受ホルダー１ａの図におけ
る上端部（フレーム開放側のラジアル滑り軸受２より上
方の位置）には磁性流体シール８が配設されている。こ
の磁性流体シール８は、磁石８ｂと、この磁石８ｂを軸
線方向に挟むようにして設けられ磁路を形成するポール
ピース８ａ，８ａとから構成されており、このポールピ
ース８ａ，８ａ内周面と中心軸３の外周面との間に磁性
流体９，９が保持され得るようになっている。従って、
この磁性流体シール８により、上記摺動面に充填されて
いる磁性流体を含むホルダー部１ａ内部に満たされてい
る磁性流体１４の軸受部から外方への漏れが防止されて
いると共に、外部から軸受部内への塵芥等の侵入の防止
が図られている。

【０００９】また、該磁性流体１４のフレーム開放側へ
の漏れ防止を図るものとしては、図９に示されるよう
に、磁性流体シール８に代えて、フレーム開放側のラジ
アル滑り軸受２のフレーム開放側端面に、軸方向に着磁
が施されたマグネット１６を配設し、このマグネット１
６の開放磁界により磁性流体１４を保持させるという構
造のものもある。

【００１０】そして、図示されないモータ外部の電源供
給手段からフレキシブル基板１２を介してコイル５に所
定の駆動電圧が印加されると、ディスクを装着したハブ
４が回転するようになっている。なお、符号１１は滑り
軸受２，２間に当接して配置される軸受カラーを、１３
は中心軸３の抜け止めをそれぞれ示している。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ここで、上記ＨＤＤ用
のスピンドルモータ等にあっては、清浄な雰囲気が要求
されているために、軸受ホルダー部１ａ内に満たされて
いる磁性流体１４の漏れ防止は重要な点となっており、
例えば振動・衝撃・遠心力が加わったり、姿勢が変化し
ても、漏れないことが必要とされる。

【００１２】しかしながら、軸受ホルダー部１ａ内に満
たされている磁性流体１４の液面位置は、気圧・温度変
化による磁性流体（実際には内部に混在する空気）の体
積変化や、部品寸法・注入する磁性流体の量のばらつき
等により変化し、このように磁性流体の液面位置が変化
すると、図８、図９に示した磁性流体の漏れ防止構造で
は、磁性流体に対する磁気的保持力が大幅に低下してし
まい、磁性流体の漏れを防止できないといった問題があ
った。

【００１３】このような問題は、上記一端が閉塞され他
方が開放された中心軸回転型のモータに限らず、両端が
開放された形状の中心軸固定型のモータにあっても、同
様に発生する。

【００１４】そこで本発明は、磁性流体の外部への漏れ
が確実に防止される動圧軸受装置を提供することを目的
とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】第１手段の動圧軸受装置
は上記目的を達成するために、固定部材または回転部材
の何れか一方に固定され、該回転部材を回転自在に支承
するラジアル軸受を備え、このラジアル軸受の摺動面に
充填された磁性流体に動圧を生ぜしめるよう構成された
動圧軸受装置において、前記ラジアル軸受より開放側に
おける固定部材または回転部材の何れか一方にマグネッ
トを設け、このマグネットのラジアル方向に対向する他
方の回転部材または固定部材を磁性体とし、この磁性体
及び前記マグネットによって形成される磁気回路によ
り、該磁性体と前記マグネットとの間のスペースの軸方
向の磁束密度勾配を、前記開放側の逆方向に向かって増
大する一方向磁束密度勾配としたことを特徴としてい
る。

【００１６】第２手段の動圧軸受装置は上記目的を達成
するために、上記第１手段に加えて、マグネットまたは
磁性体の何れか一方の対向面を、他方の対向面に対して
開放側の逆方向に向かって接近する方向に傾斜させてな
る。

【００１７】第３手段の動圧軸受装置は上記目的を達成
するために、上記第１手段に加えて、マグネットのラジ
アル方向の厚さが開放側の逆方向に向かって厚くなる方
向に、該マグネットの対向面の反対側の面を傾斜させて
なる。

【００１８】第４手段の動圧軸受装置は上記目的を達成
するために、上記第１手段に加えて、開放側の逆方向に
向かってマグネットの着磁強さを増大してなる。

【００１９】第５手段の動圧軸受装置は上記目的を達成
するために、上記第１手段に加えて、マグネットの着磁
をラジアル方向にしたことを特徴としている。

【００２０】第６手段の動圧軸受装置は上記目的を達成
するために、上記第１手段に加えて、マグネットを保持
する部材を磁性体としたことを特徴としている。

【００２１】

【作用】このような第１、第５手段における動圧軸受装
置によれば、例えば気圧・温度変化による磁性流体の体
積変化や、部品寸法・注入する磁性流体の量のばらつき
等により、磁性流体の液面位置が変化しても、開放側の
逆方向に向かって増大する一方向磁束密度勾配による磁
気力により、磁性流体は良好に保持される。また、例え
ば振動・衝撃・遠心力が加わったり、姿勢が変化して
も、該一方向磁束密度勾配による磁気力により、漏れよ
うとする磁性流体は引き戻される。

【００２２】このような第２手段における動圧軸受装置
によれば、開放側の逆方向に向かって増大する一方向磁
束密度勾配は、マグネットまたは磁性体の何れか一方の
対向面を、他方の対向面に対して開放側の逆方向に向か
って接近する方向に傾斜させることにより、得られる。

【００２３】このような第３手段における動圧軸受装置
によれば、開放側の逆方向に向かって増大する一方向磁
束密度勾配は、マグネットのラジアル方向の厚さが開放
側の逆方向に向かって厚くなる方向に、該マグネットの
対向面の反対側の面を傾斜させることにより、得られ
る。

【００２４】このような第４手段における動圧軸受装置
によれば、開放側の逆方向に向かって増大する一方向磁
束密度勾配は、開放側の逆方向に向かってマグネットの
着磁強さを増大させることにより、得られる。

【００２５】このような第６手段における動圧軸受装置
によれば、マグネットを保持する部材を磁性体として磁
気回路を構成することにより、第１手段の効果がさらに
増大される。

【００２６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は本発明の第１実施例を示す動圧軸受装置を
適用した、例えば中心軸回転型且つラジアル軸受固定型
のＨＤＤ用のスピンドルモータの横断面図であり、従来
技術で説明したのと同一なもの及び同一機能を果たすも
のについては同一符号が付してあり、これらについては
重複を避けるために、ここでの説明は省略する。

【００２７】この第１実施例にあっては、中心軸３及び
フレーム開放側のラジアル滑り軸受２は磁性材料よりな
り、このフレーム開放側のラジアル滑り軸受２より開放
側、すなわちフレーム開放側のラジアル滑り軸受２のフ
レーム開放側端面に、ラジアル方向に着磁がなされた環
状のマグネット３０が配設されている。このマグネット
３０は、フレーム開放側のラジアル滑り軸受２及びマグ
ネット３０の外周に固定配置された磁性材よりなる保持
部材４０により保持された状態となっており、従って、
マグネット３０、中心軸３、フレーム開放側のラジアル
滑り軸受２、保持部材４０により磁気回路が形成された
状態となっている。

【００２８】マグネット３０の中心軸３に対する対向面
（内周面）３０ａは、中心軸３の外周面に対して開放側
の逆方向（図における下方）に向かって接近するような
傾斜面となっている。

【００２９】このように、マグネット３０に上述のよう
な傾斜面３０ａを形成して中心軸３との間に磁気回路を
形成すると、マグネット３０と中心軸３との間のスペー
ス及びマグネット３０のフレーム開放側端面近傍のスペ
ースの各磁束Ａ，Ｂ（図６参照）の軸方向における磁束
密度分布は、図７に示されるようになる。

【００３０】ここで、本実施例においては、マグネット
３０と中心軸３との間のスペースの軸方向の磁束密度勾
配は、図７に示される区間Ｘの範囲を採るようになって
いる。すなわち、マグネット３０と中心軸３との間のス
ペースの軸方向の磁束密度勾配は、開放側の逆方向に向
かって増大する一方向磁束密度勾配となっている。

【００３１】なお、符号４１は非磁性材料よりなるスト
ッパーを、４２，４３は吸収シートをそれぞれ示してい
る。

【００３２】このように、第１実施例においては、マグ
ネット３０、中心軸３、フレーム開放側のラジアル滑り
軸受２、保持部材４０によって形成される磁気回路によ
り、該中心軸３とマグネット３０との間のスペースの軸
方向の磁束密度勾配を、開放側の逆方向に向かって増大
する一方向磁束密度勾配としたので、例えば気圧・温度
変化による磁性流体１４の体積変化や、部品寸法・注入
する磁性流体１４の量のばらつき等により、磁性流体１
４の液面位置が変化しても、開放側の逆方向に向かって
増大する一方向磁束密度勾配（図７の符号Ａ’で示され
る急勾配なる一方向磁束密度勾配に凡そ対応）による磁
気力により、磁性流体１４は良好に保持されるようにな
っている。また、例えば振動・衝撃・遠心力が加わった
り、姿勢が変化し、磁性流体１４が漏れる方向に移動し
た場合でも、該一方向磁束密度勾配（図７の符号ＡＡ’
で示される緩やかなる一方向磁束密度勾配に凡そ対応）
による磁気力により、マグネット３０より離れた位置で
も比較的大きな一方向の磁束密度勾配が継続するため
に、漏れようとする磁性流体は引き戻されるようになっ
ている。従って、磁性流体１４の外部への漏れが確実に
防止されるようになっている。

【００３３】また、マグネット３０を保持する部材とし
てのフレーム開放側のラジアル滑り軸受２及び保持部材
４０を磁性材料より構成し、これらと上記中心軸３及び
マグネット３０により磁気回路を構成しているので、中
心軸３及びマグネット３０だけにより磁気回路を構成し
たものに比して、その効果をさらに高めることができる
ようになっている。

【００３４】因に、上記一方向磁束密度勾配は軸方向に
長く急勾配となるのが望ましく、また磁性流体が保持さ
れる保持部容積も大きいことが望ましい。このような所
望の一方向磁束密度勾配や磁性流体の保持部容積は、マ
グネット３０の傾斜等を変えることにより、簡単に得る
ことができるようになっている。

【００３５】図２は本発明の第２実施例を示す動圧軸受
装置を適用した、例えば中心軸固定型且つラジアル軸受
回転型のＨＤＤ用のスピンドルモータの横断面図であ
り、第１実施例で説明したのと同一なもの及び同一機能
を果たすものについては同一符号が付してあり、これら
については重複を避けるために、ここでの説明は省略す
る。

【００３６】この第２実施例のモータは、中心軸２１ａ
が磁性材よりなるフレーム２１と共に固定された中心軸
固定型のモータであるので、両開放端からの磁性流体の
漏れを防止すべく、マグネット３０は、各ラジアル滑り
軸受２，２より開放側にそれぞれ配設されている。ま
た、第１実施例と同様な磁気回路を形成するために、図
における上側のマグネット３０に対向する中心軸２１ａ
及び図における下側のマグネット３０に対向する部材４
４（この部材４４を設けない場合にはハブ５４）は、そ
れぞれ磁性材料より構成されている。

【００３７】このように構成しても、第１実施例と同様
な効果を得ることができるというのはいうまでもない。

【００３８】図３は本発明の第３実施例を示す動圧軸受
装置の要部の横断面図である。この第３実施例にあって
は、マグネット３１の中心軸３に対する対向面３１ａを
傾斜面とせずに、このマグネット３１に対向する位置の
中心軸３外周に、環状の磁性体３５が固定されている。
この磁性体３５のマグネット３１に対する対向面（外周
面）３５ａは、マグネット３１の対向面３１ａに対して
開放側の逆方向（図における下方）に向かって接近する
ような傾斜面となっている。

【００３９】このように構成しても、マグネット３１、
磁性体３５、中心軸３、フレーム開放側のラジアル滑り
軸受２、保持部材４０によって形成される磁気回路によ
り、該磁性体３５とマグネット３１との間のスペースの
軸方向の磁束密度勾配を、第１実施例と同様な開放側の
逆方向に向かって増大する一方向磁束密度勾配とするこ
とができるので、第１実施例と同様な効果を得ることが
できる。

【００４０】図４は本発明の第４実施例を示す動圧軸受
装置の要部の横断面図である。この第４実施例の動圧軸
受装置が第１実施例のそれと違う点は、マグネット３２
の中心軸３に対する対向面３２ａを傾斜面とせずに、該
マグネット３２の対向面３２ａの反対側の面（裏面）３
２ｂを、該マグネット３２のラジアル方向の厚さが開放
側の逆方向に向かって厚くなるように、傾斜させた点で
ある。

【００４１】このように構成しても、マグネット３２、
中心軸３、フレーム開放側のラジアル滑り軸受２、保持
部材４０によって形成される磁気回路により、該中心軸
３とマグネット３２との間のスペースの軸方向の磁束密
度勾配を、第１実施例と同様な開放側の逆方向に向かっ
て増大する一方向磁束密度勾配とすることができるの
で、第１実施例と同様な効果を得ることができる。

【００４２】図５は本発明の第５実施例を示すものであ
り、（ａ）は動圧軸受装置の要部の横断面図、（ｂ）は
（ａ）中に示されるマグネットの着磁分布図である。

【００４３】この第５実施例の動圧軸受装置が第１実施
例のそれと違う点は、マグネット３３の中心軸３に対す
る対向面３３ａを傾斜面とせずに、マグネット３３の着
磁強さが、開放側の逆方向に向かって増大するように、
該マグネット３３に着磁を施した点である。

【００４４】このように構成しても、第１実施例と同様
な効果を得ることができるというのはいうまでもない。

【００４５】以上本発明者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、本発明は上記実施例に
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く、例え
ば、マグネット３０〜３３を、該マグネット３０〜３３
に対向する部材としての中心軸３に固定し（第２実施例
の図における上側のマグネット３０にあっては中心軸２
１ａに、図における下側のマグネット３０にあってはハ
ブ５４に固定し）、マグネット３０〜３３のあった位置
に磁性体を対向するように設けても良い。

【００４６】また、マグネット３０〜３３を、周方向に
Ｎ，Ｓ極が交互に着磁された多極着磁マグネットとして
も良い。

【００４７】また、上記実施例においては、動圧軸受装
置を、中心軸回転型且つラジアル軸受固定型（図１、図
３乃至図５に示されるもの）や、中心軸固定型且つラジ
アル軸受回転型（図２に示されるもの）のスピンドルモ
ータに対して適用した例が述べられているが、ラジアル
軸受の外周面が摺動面となる中心軸及びラジアル軸受回
転型や、中心軸及びラジアル軸受固定型のスピンドルモ
ータに対しも適用できる。

【００４８】また、上記実施例においては、動圧軸受装
置をＨＤＤ用のスピンドルモータに対して適用した例が
述べられているが、レーザビームプリンタ用のモータに
対しても適用可能であり、さらに他のモータに対しても
同様に適用可能である。

【００４９】

【発明の効果】以上述べたように、第１乃至第６発明の
動圧軸受装置によれば、例えば気圧・温度変化による磁
性流体の体積変化や、部品寸法・注入する磁性流体の量
のばらつき等により、磁性流体の液面位置が変化して
も、開放側の逆方向に向かって増大する一方向磁束密度
勾配による磁気力により、磁性流体は良好に保持され
る。また、例えば振動・衝撃・遠心力が加わったり、姿
勢が変化しても、該一方向磁束密度勾配による磁気力に
より、漏れようとする磁性流体は引き戻される。従っ
て、磁性流体の外部への漏れを確実に防止することが可
能となる。

【００５０】特に、第６発明の動圧軸受装置によれば、
マグネットを保持する部材を磁性体として磁気回路を構
成するようにしたので、上記効果をさらに増大すること
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す動圧軸受装置を適用
した中心軸回転型且つラジアル軸受固定型のＨＤＤ用モ
ータの横断面図である。

【図２】本発明の第２実施例を示す動圧軸受装置を適用
した中心軸固定型且つラジアル軸受回転型のＨＤＤ用モ
ータの横断面図である。

【図３】本発明の第３実施例を示す動圧軸受装置の要部
の横断面図である。

【図４】本発明の第４実施例を示す動圧軸受装置の要部
の横断面図である。

【図５】本発明の第５実施例を示すものであり、（ａ）
は動圧軸受装置の要部の横断面図、（ｂ）は（ａ）中に
示されるマグネットの着磁分布図である。

【図６】第１乃至第５実施例のマグネット及び磁性体周
辺の磁束を表した解析図である。

【図７】図６中に符号Ａ，Ｂで表した磁束の密度分布図
である。

【図８】従来技術を示す動圧軸受装置を適用した中心軸
回転型且つラジアル軸受固定型のＨＤＤ用モータの横断
面図である

【図９】図８中の磁性流体保持構造の他の例を表した横
断面図である。

【符号の説明】

１，１ａ，２１，２１ａ 固定部材 ２ ラジアル軸受 ３，５４ 回転部材 １４ 磁性流体 ３０〜３３ マグネット ３１ａ〜３３ａ マグネットの対向面 ３２ｂ マグネットの対向面の反対側の面 ３５，４４ 磁性体 ３５ａ 磁性体の対向面 ４０ マグネットを保持する部材

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定部材または回転部材の何れか一方に
   固定され、該回転部材を回転自在に支承するラジアル軸
   受を備え、このラジアル軸受の摺動面に充填された磁性
   流体に動圧を生ぜしめるよう構成された動圧軸受装置に
   おいて、 前記ラジアル軸受より開放側における固定部材または回
   転部材の何れか一方にマグネットを設け、 このマグネットのラジアル方向に対向する他方の回転部
   材または固定部材を磁性体とし、 この磁性体及び前記マグネットによって形成される磁気
   回路により、該磁性体と前記マグネットとの間のスペー
   スの軸方向の磁束密度勾配を、前記開放側の逆方向に向
   かって増大する一方向磁束密度勾配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、 マグネットまたは磁性体の何れか一方の対向面が、他方
   の対向面に対して開放側の逆方向に向かって接近する方
   向に傾斜してなる動圧軸受装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載の動圧軸受装置において、 マグネットのラジアル方向の厚さが開放側の逆方向に向
   かって厚くなる方向に、該マグネットの対向面の反対側
   の面が傾斜してなる動圧軸受装置。
4. 【請求項４】 請求項１記載の動圧軸受装置において、 開放側の逆方向に向かってマグネットの着磁強さを増大
   してなる動圧軸受装置。
5. 【請求項５】 請求項１記載の動圧軸受装置において、 マグネットの着磁をラジアル方向にしたことを特徴とす
   る動圧軸受装置。
6. 【請求項６】 請求項１記載の動圧軸受装置において、 マグネットを保持する部材を磁性体としたことを特徴と
   する動圧軸受装置。