JPH07110033A - スピンドルモータおよびこれを具備した精紡機械 - Google Patents
スピンドルモータおよびこれを具備した精紡機械Info
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- JPH07110033A JPH07110033A JP25544193A JP25544193A JPH07110033A JP H07110033 A JPH07110033 A JP H07110033A JP 25544193 A JP25544193 A JP 25544193A JP 25544193 A JP25544193 A JP 25544193A JP H07110033 A JPH07110033 A JP H07110033A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】磁性流体軸受の密封性を確実にする。
【構成】軸受ハウジングの両端部に配置された磁性流体
シールとねじ溝を設けた磁性流体回収用のシール部材を
組み合わせた複合シールと、前記ラジアル軸受に回転自
在に支持される回転軸と、この回転軸と前記ラジアル軸
受との摺動部のすきまを潤す磁性流体とを有し、軸受ハ
ウジングの両端部に配置したシール装置のシール耐圧に
差を持たせて高速回転時に効果的に前記複合シールから
磁性流体の流出を防止する手段を備えたことを特徴とす
る。 【効果】高速回転領域まで確実な密封ができ、コンパク
トなスピンドルモータが提供できた。
シールとねじ溝を設けた磁性流体回収用のシール部材を
組み合わせた複合シールと、前記ラジアル軸受に回転自
在に支持される回転軸と、この回転軸と前記ラジアル軸
受との摺動部のすきまを潤す磁性流体とを有し、軸受ハ
ウジングの両端部に配置したシール装置のシール耐圧に
差を持たせて高速回転時に効果的に前記複合シールから
磁性流体の流出を防止する手段を備えたことを特徴とす
る。 【効果】高速回転領域まで確実な密封ができ、コンパク
トなスピンドルモータが提供できた。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、空気精紡機械用撚糸ス
ピンドルモータや糸巻スピンドルモータのように高速回
転を必要とするモータに関し、特に静音で精密回転維持
に好適な軸受構成体及びこれを具備したモータ並びに精
紡機械に関する。
ピンドルモータや糸巻スピンドルモータのように高速回
転を必要とするモータに関し、特に静音で精密回転維持
に好適な軸受構成体及びこれを具備したモータ並びに精
紡機械に関する。
【０００２】
【従来の技術】最近、精紡機械においては生産性や撚糸
品質の大幅向上に伴いそこに用いられるモータには高速
性と高い回転精度が要求されるようになった。
品質の大幅向上に伴いそこに用いられるモータには高速
性と高い回転精度が要求されるようになった。
【０００３】従来、この種のモータにはボールベアリン
グや空気軸受が使用され、毎分２万回転〜３万回転で用
いられていた。しかし、生産性や撚糸品質の大幅向上の
要求から従来の数倍の高速回転化に対しては、ボールベ
アリングは回転音や寿命信頼性の点で使用できず、空気
軸受はモータの静音化や高速回転に有効であるが、起
動，停止時や高速回転で軸と軸受が接触すると摩耗が避
けられず、同様に寿命信頼性の問題を抱えている。
グや空気軸受が使用され、毎分２万回転〜３万回転で用
いられていた。しかし、生産性や撚糸品質の大幅向上の
要求から従来の数倍の高速回転化に対しては、ボールベ
アリングは回転音や寿命信頼性の点で使用できず、空気
軸受はモータの静音化や高速回転に有効であるが、起
動，停止時や高速回転で軸と軸受が接触すると摩耗が避
けられず、同様に寿命信頼性の問題を抱えている。
【０００４】一方、高速，高精度回転を必要とするモー
タの軸受として磁性流体を軸受の潤滑とシールに利用し
た磁性流体軸受が提案されている。この磁性流体軸受
は、空気軸受に比較し、磁性流体の粘性が高いので小径
の軸受で高い軸受剛性が得られる上、軸受の摩耗がほと
んどなく、しかも非接触式の軸受のため高速回転におい
ても回転音が発生せず高精度回転に有効な軸受として特
開平2−275113 号公報や特開平3−51514号公報に開示さ
れている。
タの軸受として磁性流体を軸受の潤滑とシールに利用し
た磁性流体軸受が提案されている。この磁性流体軸受
は、空気軸受に比較し、磁性流体の粘性が高いので小径
の軸受で高い軸受剛性が得られる上、軸受の摩耗がほと
んどなく、しかも非接触式の軸受のため高速回転におい
ても回転音が発生せず高精度回転に有効な軸受として特
開平2−275113 号公報や特開平3−51514号公報に開示さ
れている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記した従来技術によ
れば、モータの高速性や高精度回転に対して流体軸受の
特徴を活かし、かつクリーンな環境での使用を可能にす
るために磁性流体を軸受の潤滑とシールに利用し、目的
を達成しようとしている。しかし、開示されている軸受
装置を用いたモータにおいてはある程度の高速回転は達
成できるが、高速性に限界があり撚糸モータのような高
速モータには適用できないことが実験によって明らかと
なった。
れば、モータの高速性や高精度回転に対して流体軸受の
特徴を活かし、かつクリーンな環境での使用を可能にす
るために磁性流体を軸受の潤滑とシールに利用し、目的
を達成しようとしている。しかし、開示されている軸受
装置を用いたモータにおいてはある程度の高速回転は達
成できるが、高速性に限界があり撚糸モータのような高
速モータには適用できないことが実験によって明らかと
なった。
【０００６】すなわち、開示されている軸貫通形の磁性
流体軸受は、軸受の両端に磁性流体シールとねじ溝を設
けた磁性流体回収用のシール部材を組み合わせた複合シ
ールを配置し、軸受部に封入した磁性流体の漏れを防止
しようとしている。この複合シールは、実験結果による
と毎分数万回転までは機能し、確実なシールをするがよ
り高速回転させるとモータ内部側のシールより磁性流体
が流出することが分かった。
流体軸受は、軸受の両端に磁性流体シールとねじ溝を設
けた磁性流体回収用のシール部材を組み合わせた複合シ
ールを配置し、軸受部に封入した磁性流体の漏れを防止
しようとしている。この複合シールは、実験結果による
と毎分数万回転までは機能し、確実なシールをするがよ
り高速回転させるとモータ内部側のシールより磁性流体
が流出することが分かった。
【０００７】本発明は、上記した従来技術の欠点に鑑
み、従来技術の問題点の解決を図ったものであり、超高
速回転まで磁性流体の漏れがなく、高精度の回転が維持
できる軸受構成体及びこれを具備した高速スピンドルモ
ータ及び空気精紡機械用スピンドルモータを提供するこ
とを目的とする。
み、従来技術の問題点の解決を図ったものであり、超高
速回転まで磁性流体の漏れがなく、高精度の回転が維持
できる軸受構成体及びこれを具備した高速スピンドルモ
ータ及び空気精紡機械用スピンドルモータを提供するこ
とを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、軸受ハウジン
グ，軸受ハウジングに設けられたラジアル軸受と、軸受
ハウジングの両端部に配置された磁性流体シールとねじ
溝を設けた磁性流体回収用のシール部材を組み合わせた
複合シールと、前記ラジアル軸受に回転自在に支持され
る回転軸と、この回転軸と前記ラジアル軸受との摺動部
のすきまを潤す磁性流体とを有し、前記したラジアル軸
受の両側に配置した複合シールから効果的に磁性流体の
流出を防止する手段を備えたことを特徴とするものであ
る。
グ，軸受ハウジングに設けられたラジアル軸受と、軸受
ハウジングの両端部に配置された磁性流体シールとねじ
溝を設けた磁性流体回収用のシール部材を組み合わせた
複合シールと、前記ラジアル軸受に回転自在に支持され
る回転軸と、この回転軸と前記ラジアル軸受との摺動部
のすきまを潤す磁性流体とを有し、前記したラジアル軸
受の両側に配置した複合シールから効果的に磁性流体の
流出を防止する手段を備えたことを特徴とするものであ
る。
【０００９】
【作用】軸受ハウジングの両端部に配置された本発明に
よる複合シールにおいて、一方の磁性流体シールのシー
ル耐圧を他方の磁性流体シールのシール耐圧より低くし
て、シール耐圧の低い磁性流体シール部でシールを破壊
させてねじ溝を設けた磁性流体回収用のシール部で流出
した磁性流体をラジアル軸受側に戻す機構にしている。
すなわち、軸受の摩擦熱によって軸受ハウジング内が温
度上昇するが、この温度上昇によって軸受ハウジング内
部に封入された磁性流体や空気が体積膨張し、内部圧力
が高まる。この内部圧力に打ち勝つべく磁性流体シール
が作用するが、内部圧力が高いほど磁性流体シールが破
壊された時に磁性流体が勢いよく流出し、磁性流体回収
用のシール部で回収できなくなり磁性流体が流出する。
本発明の磁性流体軸受装置では、内部圧力がそれほど高
くならない状態でシール耐圧の低い磁性流体シールを破
壊させ、磁性流体回収用のシール部で破壊時に流出した
磁性流体を回収できるシール構造にして、磁性流体の流
出を防止するものである。また、磁性流体回収用のシー
ル部においてはシール耐圧の低い磁性流体シール側のシ
ール長を他方の磁性流体シール部のシール長よりも長く
設定し、磁性流体の回収を確実にして密封性を高めてい
る。
よる複合シールにおいて、一方の磁性流体シールのシー
ル耐圧を他方の磁性流体シールのシール耐圧より低くし
て、シール耐圧の低い磁性流体シール部でシールを破壊
させてねじ溝を設けた磁性流体回収用のシール部で流出
した磁性流体をラジアル軸受側に戻す機構にしている。
すなわち、軸受の摩擦熱によって軸受ハウジング内が温
度上昇するが、この温度上昇によって軸受ハウジング内
部に封入された磁性流体や空気が体積膨張し、内部圧力
が高まる。この内部圧力に打ち勝つべく磁性流体シール
が作用するが、内部圧力が高いほど磁性流体シールが破
壊された時に磁性流体が勢いよく流出し、磁性流体回収
用のシール部で回収できなくなり磁性流体が流出する。
本発明の磁性流体軸受装置では、内部圧力がそれほど高
くならない状態でシール耐圧の低い磁性流体シールを破
壊させ、磁性流体回収用のシール部で破壊時に流出した
磁性流体を回収できるシール構造にして、磁性流体の流
出を防止するものである。また、磁性流体回収用のシー
ル部においてはシール耐圧の低い磁性流体シール側のシ
ール長を他方の磁性流体シール部のシール長よりも長く
設定し、磁性流体の回収を確実にして密封性を高めてい
る。
【００１０】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。
明する。
【００１１】図１に示す竪形のモータは、本発明による
軸貫通形の磁性流体軸受を備えた高速回転用のスピンド
ルモータである。図のように、本モータは回転軸１及び
８，９よりなるアルミ製のモータハウジング７，ラジア
ル軸受部３を一体化した耐摩耗性に優れるリン青銅製の
軸受ハウジング２、その両端部にアルミ製のねじシール
と環状の永久磁石を用いた磁性流体シール４ａ，４ｂよ
りなる複合シール，回転軸１の軸方向の位置決め用磁気
スラスト軸受１０，軸受ハウジング２及び磁性流体６と
この複合シールで構成された磁性流体軸受，モータ基板
１１，位置検出用ホールＩＣ１２，多極着磁した希土類
の永久磁石１３，磁界発生用コイル１５，希土類のモー
タマグネット１６，集磁用磁性部材１４を備えている。
モータ及び磁気スラスト軸受部に用いた環状の永久磁石
はモータの小形，高性能化を図るために希土類の永久磁
石を用いた。また、希土類のモータマグネット１６は加
工性が悪いため特に軸方向に細長いパイプ状のものは、
研磨加工しても精度のよい内径精度が得られない。この
ため、回転軸１に嵌合する場合作業性が悪くなるばかり
でなく局部的に高い応力が発生するので、高速回転させ
ると遠心力による応力が加わり破損する恐れがある。そ
こで、本発明のモータではリング状のマグネットを複数
用い、加工精度を高めて強度信頼性を向上させ、モータ
マグネット１６の破損の防止を図っている。
軸貫通形の磁性流体軸受を備えた高速回転用のスピンド
ルモータである。図のように、本モータは回転軸１及び
８，９よりなるアルミ製のモータハウジング７，ラジア
ル軸受部３を一体化した耐摩耗性に優れるリン青銅製の
軸受ハウジング２、その両端部にアルミ製のねじシール
と環状の永久磁石を用いた磁性流体シール４ａ，４ｂよ
りなる複合シール，回転軸１の軸方向の位置決め用磁気
スラスト軸受１０，軸受ハウジング２及び磁性流体６と
この複合シールで構成された磁性流体軸受，モータ基板
１１，位置検出用ホールＩＣ１２，多極着磁した希土類
の永久磁石１３，磁界発生用コイル１５，希土類のモー
タマグネット１６，集磁用磁性部材１４を備えている。
モータ及び磁気スラスト軸受部に用いた環状の永久磁石
はモータの小形，高性能化を図るために希土類の永久磁
石を用いた。また、希土類のモータマグネット１６は加
工性が悪いため特に軸方向に細長いパイプ状のものは、
研磨加工しても精度のよい内径精度が得られない。この
ため、回転軸１に嵌合する場合作業性が悪くなるばかり
でなく局部的に高い応力が発生するので、高速回転させ
ると遠心力による応力が加わり破損する恐れがある。そ
こで、本発明のモータではリング状のマグネットを複数
用い、加工精度を高めて強度信頼性を向上させ、モータ
マグネット１６の破損の防止を図っている。
【００１２】本モータは、ＤＣブラシレスモータであり
コントローラ（図示していない）によって回転数制御が
でき、制動機能も有するモータで任意の回転数に設定で
きる。特に精紡機械の場合は、停電時の糸切れ防止には
撚糸側と巻き取り側の速度コントロールが不可欠で、制
御モータが必要である。本発明のモータはこれに対応で
きるモータである。また、精紡機械の場合は、このよう
なモータが数多く使用されるため消費電力の少ないモー
タが必要とされている。このため、高速回転時のモータ
損失を少なくする目的で、コアレスのモールドタイプの
コイル１５にしており、鉄損をなくしている。
コントローラ（図示していない）によって回転数制御が
でき、制動機能も有するモータで任意の回転数に設定で
きる。特に精紡機械の場合は、停電時の糸切れ防止には
撚糸側と巻き取り側の速度コントロールが不可欠で、制
御モータが必要である。本発明のモータはこれに対応で
きるモータである。また、精紡機械の場合は、このよう
なモータが数多く使用されるため消費電力の少ないモー
タが必要とされている。このため、高速回転時のモータ
損失を少なくする目的で、コアレスのモールドタイプの
コイル１５にしており、鉄損をなくしている。
【００１３】モータの回転１には磁気スラスト軸受１
０，位置検出用永久磁石１３，モータマグネット１３が
取り付けられていて、前記した磁性流体軸受で回転自在
に支持されている。この回転軸１は、透磁性の材料で磁
性流体シールの構成に不可欠の要素部材になっている。
また、磁性流体軸受は、モータハウジング７に組み込ま
れ、磁性流体６は封入孔１７より軸受室に空間ｒを持た
せるよう適度の量を封入し、栓１８によって外部に漏れ
ないように気密性を保っている。
０，位置検出用永久磁石１３，モータマグネット１３が
取り付けられていて、前記した磁性流体軸受で回転自在
に支持されている。この回転軸１は、透磁性の材料で磁
性流体シールの構成に不可欠の要素部材になっている。
また、磁性流体軸受は、モータハウジング７に組み込ま
れ、磁性流体６は封入孔１７より軸受室に空間ｒを持た
せるよう適度の量を封入し、栓１８によって外部に漏れ
ないように気密性を保っている。
【００１４】モータハウジング７は磁性流体軸受を有す
るケース８と位置検出用ホールＩＣ１２及び磁界発生用
コイル１５を備えたモータ基板１１，集磁用磁性部材１
４を具備したケース９からなり、軸受やモータ部が個々
に組み立てられたケース８，９が簡単にセット状態で組
み立てられるようになっている。
るケース８と位置検出用ホールＩＣ１２及び磁界発生用
コイル１５を備えたモータ基板１１，集磁用磁性部材１
４を具備したケース９からなり、軸受やモータ部が個々
に組み立てられたケース８，９が簡単にセット状態で組
み立てられるようになっている。
【００１５】図２は、本発明による磁性流体軸受部及び
磁性スラスト軸受部を示す部分断面図である。回転軸１
及びケース８を利用して構成された磁気スラスト軸受１
０は、非磁性のカラー１９，軸方向着磁の永久磁石２
０，磁気シールド板２２，磁性体２１から構成され、永
久磁石２０と磁性体２１に作用する磁気吸引力によって
回転軸の位置決めを行っている。モータハウジング７に
はラジアル軸受部３を一体化した軸受ハウジング２が嵌
合されていて、ラジアル軸受部３の両端部には磁性流体
５を貯油する室を設け、空間ｒを持つように磁性流体６
が封入されている。また、ラジアル軸受部３の両端部の
貯油室は、穴を介して連通させている。そして、静止時
や低速回転時の磁性流体６の流出を磁性流体シール４
ａ，４ｂによって防止している。この磁性流体シール
は、軸方向に着磁した永久磁石（図中Ｎ，Ｓ付記）と潤
滑油に粒径０.０１μｍ〜０.０１５μｍの磁性微粒子が
均等に分散された磁性流体６と回転軸１とで構成してお
り、永久磁石と回転軸１で構成されるすきまの磁束密度
を高めて磁性流体６を磁化し、密封性を高めている。ま
た、図示のように、磁性流体シール４ａ，４ｂは永久磁
石の厚さを違えて異なったシール性能にしている。詳し
くは、モータ駆動側のシール耐圧を反モータ駆動側のシ
ール耐圧よりも低くしている。一方、高速回転領域では
磁性流体シール部に保持された磁性流体には遠心力や内
圧力等が作用するので密封性が維持できない。このた
め、ねじ溝を設けた磁性流体回収用のシール部材５が配
置されている。このねじ溝の方向は、軸の回転によって
磁性流体シールより流出した磁性流体をラジアル軸受側
に押し戻すように設けられている。作用，効果はあとで
詳しく説明する。
磁性スラスト軸受部を示す部分断面図である。回転軸１
及びケース８を利用して構成された磁気スラスト軸受１
０は、非磁性のカラー１９，軸方向着磁の永久磁石２
０，磁気シールド板２２，磁性体２１から構成され、永
久磁石２０と磁性体２１に作用する磁気吸引力によって
回転軸の位置決めを行っている。モータハウジング７に
はラジアル軸受部３を一体化した軸受ハウジング２が嵌
合されていて、ラジアル軸受部３の両端部には磁性流体
５を貯油する室を設け、空間ｒを持つように磁性流体６
が封入されている。また、ラジアル軸受部３の両端部の
貯油室は、穴を介して連通させている。そして、静止時
や低速回転時の磁性流体６の流出を磁性流体シール４
ａ，４ｂによって防止している。この磁性流体シール
は、軸方向に着磁した永久磁石（図中Ｎ，Ｓ付記）と潤
滑油に粒径０.０１μｍ〜０.０１５μｍの磁性微粒子が
均等に分散された磁性流体６と回転軸１とで構成してお
り、永久磁石と回転軸１で構成されるすきまの磁束密度
を高めて磁性流体６を磁化し、密封性を高めている。ま
た、図示のように、磁性流体シール４ａ，４ｂは永久磁
石の厚さを違えて異なったシール性能にしている。詳し
くは、モータ駆動側のシール耐圧を反モータ駆動側のシ
ール耐圧よりも低くしている。一方、高速回転領域では
磁性流体シール部に保持された磁性流体には遠心力や内
圧力等が作用するので密封性が維持できない。このた
め、ねじ溝を設けた磁性流体回収用のシール部材５が配
置されている。このねじ溝の方向は、軸の回転によって
磁性流体シールより流出した磁性流体をラジアル軸受側
に押し戻すように設けられている。作用，効果はあとで
詳しく説明する。
【００１６】図３は、従来の磁性流体軸受を用いた回転
軸１の支持部の部分断面図である。構成は上記した本発
明の構成と基本的には同じであるが、異なる点は従来の
磁性流体軸受においてはラジアル軸受３の両端部に同じ
シール性能の磁性流体シール４ｃを配置している。本構
造の磁性流体軸受を図１に示すスピンドルモータに組み
込み、回転させると毎分４万回転前後で軸受部に封入し
た磁性流体６が駆動モータ側に流出することが分かっ
た。流出する回転数は、磁性流体シール４ｃやねじシー
ル５のシール性能によって異なるが、本構成のモータで
は必ず駆動モータ側に流出することが分かった。また、
磁性流体シールのシール耐圧が高いほど磁性流体６の流
出量が多いことが分かった。
軸１の支持部の部分断面図である。構成は上記した本発
明の構成と基本的には同じであるが、異なる点は従来の
磁性流体軸受においてはラジアル軸受３の両端部に同じ
シール性能の磁性流体シール４ｃを配置している。本構
造の磁性流体軸受を図１に示すスピンドルモータに組み
込み、回転させると毎分４万回転前後で軸受部に封入し
た磁性流体６が駆動モータ側に流出することが分かっ
た。流出する回転数は、磁性流体シール４ｃやねじシー
ル５のシール性能によって異なるが、本構成のモータで
は必ず駆動モータ側に流出することが分かった。また、
磁性流体シールのシール耐圧が高いほど磁性流体６の流
出量が多いことが分かった。
【００１７】なお、ねじシール５は内周面に螺線状のね
じ山を有するものである。ねじ山の方向は、回転軸１の
回転にしたがってラジカル軸受部３の方向に進むように
形成されている。このため、ラジアル軸受部３を挟むよ
うに両側に配置されているねじシール５はねじ山の方向
が逆になっているのである。
じ山を有するものである。ねじ山の方向は、回転軸１の
回転にしたがってラジカル軸受部３の方向に進むように
形成されている。このため、ラジアル軸受部３を挟むよ
うに両側に配置されているねじシール５はねじ山の方向
が逆になっているのである。
【００１８】図４は、磁性流体軸受部の温度及び軸受室
の内部圧力と運転時間の関係を示す説明図である。上記
した従来の磁性流体軸受を用いたモータでは、コントロ
ーラを介して通電すると、設定回転数に駆動される。そ
して、運転時間の経過に伴いラジアル軸受部３の摩擦熱
によって温度上昇する。これに伴い磁性流体６や空間ｒ
の空気が体積膨張するが、軸受室は磁性流体シール４ｃ
によって気密に封入されているので空間ｒ部の内部圧力
ｐ2 が図のように高まっていく。この場合、磁性流体シ
ール４ｃのシール耐圧以上に内圧が上昇する瞬間に磁性
流体シール４ｃが破壊されて磁性流体６が駆動モータ側
に流出する。この時内部圧力ｐ2 は、瞬時に低下するが
磁性流体シールの復元も瞬時に行われるため再び図のよ
うに内部圧力ｐ2 が上昇する。駆動モータ側に磁性流体
６が流出する理由は、回転軸１に設けられた磁気スラス
ト軸受１０のファン作用によってｓ部の圧力ｐ1 が低下
するので、大気圧力ｐ3 に比較しｐ2 が低くなること及
び永久磁石２０の磁気吸引力が磁性流体６に作用するた
め内部圧力ｐ2 がシール耐圧異常になると、駆動モータ
側に磁性流体６が流出することになる。流出した磁性流
体は、本来ねじ溝部で軸受室側に回収されるように設計
されているが、空間ｒ部の内部圧力ｐ2 が高いと磁性流
体はねじ溝部と回転軸１で構成されるすきまより、多く
噴き出すことになる。
の内部圧力と運転時間の関係を示す説明図である。上記
した従来の磁性流体軸受を用いたモータでは、コントロ
ーラを介して通電すると、設定回転数に駆動される。そ
して、運転時間の経過に伴いラジアル軸受部３の摩擦熱
によって温度上昇する。これに伴い磁性流体６や空間ｒ
の空気が体積膨張するが、軸受室は磁性流体シール４ｃ
によって気密に封入されているので空間ｒ部の内部圧力
ｐ2 が図のように高まっていく。この場合、磁性流体シ
ール４ｃのシール耐圧以上に内圧が上昇する瞬間に磁性
流体シール４ｃが破壊されて磁性流体６が駆動モータ側
に流出する。この時内部圧力ｐ2 は、瞬時に低下するが
磁性流体シールの復元も瞬時に行われるため再び図のよ
うに内部圧力ｐ2 が上昇する。駆動モータ側に磁性流体
６が流出する理由は、回転軸１に設けられた磁気スラス
ト軸受１０のファン作用によってｓ部の圧力ｐ1 が低下
するので、大気圧力ｐ3 に比較しｐ2 が低くなること及
び永久磁石２０の磁気吸引力が磁性流体６に作用するた
め内部圧力ｐ2 がシール耐圧異常になると、駆動モータ
側に磁性流体６が流出することになる。流出した磁性流
体は、本来ねじ溝部で軸受室側に回収されるように設計
されているが、空間ｒ部の内部圧力ｐ2 が高いと磁性流
体はねじ溝部と回転軸１で構成されるすきまより、多く
噴き出すことになる。
【００１９】したがって、この磁性流体の流出を防止す
るためには、内部圧力ｐ2 を低くしてねじ溝の部分から
噴き出さないようにする必要がある。本発明では、図２
のように駆動モータの磁性流体シール４ａのシール耐圧
を反駆動モータ側の磁性流体シール４ｂのシール耐圧よ
り低くして流出を防止している。具体的には磁性流体シ
ール４ｂの永久磁石の厚さよりも磁性流体シール４ａの
厚さを薄くしている。この駆動モータ側の磁性流体シー
ル４ａのシール耐圧は、基本的には静止時の気密性が維
持できるシール性能でよく、回転時磁性流体シールから
流出する磁性流体は、ねじシール部で軸受室側に回収で
きるよう設計している。本発明による磁性流体軸受を用
いた図１のモータの一実施例では、軸受室の内部圧力ｐ
2 は図４のように運転開始後比較的短時間で磁性流体シ
ール４ａが破壊されこれを繰り返すが、内部圧力ｐ2 が
それほど高くならないうちに磁性流体シール４ａが破壊
される。これにより、内部圧力ｐ2 がそれほど高くなら
ないので磁性流体シール４ａから流出した磁性流体はね
じシール部で軸受室に回収され、駆動モータ側に磁性流
体が流出しない。
るためには、内部圧力ｐ2 を低くしてねじ溝の部分から
噴き出さないようにする必要がある。本発明では、図２
のように駆動モータの磁性流体シール４ａのシール耐圧
を反駆動モータ側の磁性流体シール４ｂのシール耐圧よ
り低くして流出を防止している。具体的には磁性流体シ
ール４ｂの永久磁石の厚さよりも磁性流体シール４ａの
厚さを薄くしている。この駆動モータ側の磁性流体シー
ル４ａのシール耐圧は、基本的には静止時の気密性が維
持できるシール性能でよく、回転時磁性流体シールから
流出する磁性流体は、ねじシール部で軸受室側に回収で
きるよう設計している。本発明による磁性流体軸受を用
いた図１のモータの一実施例では、軸受室の内部圧力ｐ
2 は図４のように運転開始後比較的短時間で磁性流体シ
ール４ａが破壊されこれを繰り返すが、内部圧力ｐ2 が
それほど高くならないうちに磁性流体シール４ａが破壊
される。これにより、内部圧力ｐ2 がそれほど高くなら
ないので磁性流体シール４ａから流出した磁性流体はね
じシール部で軸受室に回収され、駆動モータ側に磁性流
体が流出しない。
【００２０】このシール性能試験においては、回転軸直
径φ６mm、磁性流体シール部のシールすきまを０.１５m
m とし、磁性流体シール４ａのシール厚さを１mm、磁性
流体シール４ｂのシール厚さを２mm、磁性流体シール４
ｃのシール厚さを２mmのものを用いて回転試験を行っ
た。本発明による実施例では、この条件で毎分５万回転
の高速回転においても磁性流体の漏れが無くシール効果
が確認できた。また、本軸受装置では回転時の損失は主
にラジアル軸受３の部分で発生するが、磁気スラスト軸
受部では回転部と静止部が接触することなくすきまを持
たせているので損失の発生が無く、損失の少ない軸受装
置に構成している。本回転試験では、磁性流体シールの
シール耐圧は磁性流体シールの厚さを変えることによっ
て磁性流体シール４ａのシール耐圧を磁性流体シール４
ｂのシール耐圧より低く設定したが、シールすきまや永
久磁石の材質を変えることによって両者のシール耐圧差
を所定の値に設定できる。
径φ６mm、磁性流体シール部のシールすきまを０.１５m
m とし、磁性流体シール４ａのシール厚さを１mm、磁性
流体シール４ｂのシール厚さを２mm、磁性流体シール４
ｃのシール厚さを２mmのものを用いて回転試験を行っ
た。本発明による実施例では、この条件で毎分５万回転
の高速回転においても磁性流体の漏れが無くシール効果
が確認できた。また、本軸受装置では回転時の損失は主
にラジアル軸受３の部分で発生するが、磁気スラスト軸
受部では回転部と静止部が接触することなくすきまを持
たせているので損失の発生が無く、損失の少ない軸受装
置に構成している。本回転試験では、磁性流体シールの
シール耐圧は磁性流体シールの厚さを変えることによっ
て磁性流体シール４ａのシール耐圧を磁性流体シール４
ｂのシール耐圧より低く設定したが、シールすきまや永
久磁石の材質を変えることによって両者のシール耐圧差
を所定の値に設定できる。
【００２１】図５は、本発明の他の実施例を示したもの
で、横置きモータとして使用した場合の磁性流体軸受部
の部分断面図である。上記した竪形モータを横置きモー
タとして使用しても同様の作用，効果を奏するが、横置
きモータの場合は軸受室に封入した磁性流体６には竪形
モータのように軸方向に重力が作用しないので密封性が
若干悪くなる。すなわち、横置きモータとして使用する
場合は、図のようにねじシール部の磁性流体の回収性能
を高めるために駆動モータ側のねじシール５ａの長さを
反駆動モータ側のねじシール５ｂの長さより長くするこ
とによって磁性流体の流出防止を確実にすることができ
る。このように、磁性流体シール４ａ，４ｂ及びねじシ
ール部５ａ，５ｂのシール性能を適度に組み合わせるこ
とによって高速回転領域まで確実なシールが維持でき
る。このねじシール部における磁性流体の回収性能は回
転軸１とのすきまの設定によってもシール５ａ，５ｂの
シール性能を任意に変えることができる。
で、横置きモータとして使用した場合の磁性流体軸受部
の部分断面図である。上記した竪形モータを横置きモー
タとして使用しても同様の作用，効果を奏するが、横置
きモータの場合は軸受室に封入した磁性流体６には竪形
モータのように軸方向に重力が作用しないので密封性が
若干悪くなる。すなわち、横置きモータとして使用する
場合は、図のようにねじシール部の磁性流体の回収性能
を高めるために駆動モータ側のねじシール５ａの長さを
反駆動モータ側のねじシール５ｂの長さより長くするこ
とによって磁性流体の流出防止を確実にすることができ
る。このように、磁性流体シール４ａ，４ｂ及びねじシ
ール部５ａ，５ｂのシール性能を適度に組み合わせるこ
とによって高速回転領域まで確実なシールが維持でき
る。このねじシール部における磁性流体の回収性能は回
転軸１とのすきまの設定によってもシール５ａ，５ｂの
シール性能を任意に変えることができる。
【００２２】図６は、本発明の他の実施例を示したもの
で、シール耐圧を下げる手段として磁性流体シール４ｄ
を構成している永久磁石の内周にスリット２３を設けた
構造を示したものである。磁性流体軸受部は、上記した
実施例と同じ構成である。本磁性流体シール４ｄにおい
ては、永久磁石の内周にスリット２３を設け、このスリ
ット２３の部分の磁束密度を低くしているので、磁性流
体シール４ｃに比較しシール耐圧が低下する。このた
め、上記した本発明の実施例と同じ作用，効果を奏す
る。なお、本発明によるモータにおいては、磁気スラス
ト軸受部の永久磁石２０による磁気吸引力が磁性流体に
作用し、駆動モータ側に漏れやすくなるので永久磁石２
０の端面に磁気シールド板２２を配置している。この磁
気シールド板２２は、磁気スラスト軸受部の洩れ磁束を
低減するのでスラスト軸受の性能向上にも寄与してい
る。
で、シール耐圧を下げる手段として磁性流体シール４ｄ
を構成している永久磁石の内周にスリット２３を設けた
構造を示したものである。磁性流体軸受部は、上記した
実施例と同じ構成である。本磁性流体シール４ｄにおい
ては、永久磁石の内周にスリット２３を設け、このスリ
ット２３の部分の磁束密度を低くしているので、磁性流
体シール４ｃに比較しシール耐圧が低下する。このた
め、上記した本発明の実施例と同じ作用，効果を奏す
る。なお、本発明によるモータにおいては、磁気スラス
ト軸受部の永久磁石２０による磁気吸引力が磁性流体に
作用し、駆動モータ側に漏れやすくなるので永久磁石２
０の端面に磁気シールド板２２を配置している。この磁
気シールド板２２は、磁気スラスト軸受部の洩れ磁束を
低減するのでスラスト軸受の性能向上にも寄与してい
る。
【００２３】図７は、本発明による撚糸スピンドルモー
タの実施例を示したもので、回転軸１には繊維２５が通
る穴２４が設けられており、モータを定格回転数で駆動
後繊維導入端２６より図の矢印方向に繊維が撚られ取り
出され、巻き取られる。この時、繊維を均一に撚るに
は、回転軸１の軸振れを数μｍ以下にする必要があり、
本モータでは磁性流体軸受によって高精度の回転を実現
している。図８は、巻き取り用のスピンドルモータを示
したもので回転軸１に糸巻き用のボビン２７が取り付け
られている。従来のこの種のモータにはボールベアリン
グが用いられていたが、毎分３万回転前後になるとボー
ルベアリングの寿命の点で定期的に交換していた。本発
明のモータは、流体潤滑軸受により回転軸１が非接触状
態で回転自在に支持されているので、軸受の摩耗が無く
長期間使用でき軸受を交換する必要がない利点がある。
タの実施例を示したもので、回転軸１には繊維２５が通
る穴２４が設けられており、モータを定格回転数で駆動
後繊維導入端２６より図の矢印方向に繊維が撚られ取り
出され、巻き取られる。この時、繊維を均一に撚るに
は、回転軸１の軸振れを数μｍ以下にする必要があり、
本モータでは磁性流体軸受によって高精度の回転を実現
している。図８は、巻き取り用のスピンドルモータを示
したもので回転軸１に糸巻き用のボビン２７が取り付け
られている。従来のこの種のモータにはボールベアリン
グが用いられていたが、毎分３万回転前後になるとボー
ルベアリングの寿命の点で定期的に交換していた。本発
明のモータは、流体潤滑軸受により回転軸１が非接触状
態で回転自在に支持されているので、軸受の摩耗が無く
長期間使用でき軸受を交換する必要がない利点がある。
【００２４】
【発明の効果】以上述べたように本発明は、軸受ハウジ
ング，軸受ハウジングに設けられたラジアル軸受と、軸
受ハウジングの両端部に配置された磁性流体シールとね
じ溝を設けた磁性流体回収用のシール部材を組み合わせ
た複合シールと、前記ラジアル軸受に回転自在に支持さ
れる回転軸と、この回転軸と前記ラジアル軸受との摺動
部のすきまを潤す磁性流体とを有し、前記したラジアル
軸受の両端に配置した複合シールから効果的に磁性流体
の流出を防止する手段を備えているので、本軸受を用い
たスピンドルモータを毎分数万回転以上の高速回転で使
用しても磁性流体の漏れが無く、これにより長期間安定
した回転特性のモータが提供できる。また、本発明の軸
受構成体をＤＣブラシレスモータに適用し、精紡機械の
スピンドルモータとして使用すると制御性がよいので糸
切れ等の防止が可能になるばかりでなく、回転精度がよ
いので品質のよい撚糸が得られ、モータの高速化によっ
て生産性の大幅向上が図れるなどの利点がある。
ング，軸受ハウジングに設けられたラジアル軸受と、軸
受ハウジングの両端部に配置された磁性流体シールとね
じ溝を設けた磁性流体回収用のシール部材を組み合わせ
た複合シールと、前記ラジアル軸受に回転自在に支持さ
れる回転軸と、この回転軸と前記ラジアル軸受との摺動
部のすきまを潤す磁性流体とを有し、前記したラジアル
軸受の両端に配置した複合シールから効果的に磁性流体
の流出を防止する手段を備えているので、本軸受を用い
たスピンドルモータを毎分数万回転以上の高速回転で使
用しても磁性流体の漏れが無く、これにより長期間安定
した回転特性のモータが提供できる。また、本発明の軸
受構成体をＤＣブラシレスモータに適用し、精紡機械の
スピンドルモータとして使用すると制御性がよいので糸
切れ等の防止が可能になるばかりでなく、回転精度がよ
いので品質のよい撚糸が得られ、モータの高速化によっ
て生産性の大幅向上が図れるなどの利点がある。
【図１】本発明の一実施例に係るスピンドルモータの縦
断面図。
断面図。
【図２】同モータの軸受部の縦断面図。
【図３】従来の軸受装置の縦断面図。
【図４】軸受装置の温度及び内部圧力と運転時間の関係
を示す説明図。
を示す説明図。
【図５】本発明の一実施例に係る同モータの軸受部の縦
断面図。
断面図。
【図６】本発明の一実施例に係る同モータの縦断面図。
【図７】本発明の一実施例に係る撚糸用スピンドルモー
タの縦断面図。
タの縦断面図。
【図８】本発明の一実施例に係る糸巻き取り用スピンド
ルモータの縦断面図。
ルモータの縦断面図。
１…回転軸、２…軸受ハウジング、３…ラジアル軸受、
４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ…磁性流体シール、５…磁性流
体回収用シール、６…磁性流体、１０…磁気スラスト軸
受。
４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ…磁性流体シール、５…磁性流
体回収用シール、６…磁性流体、１０…磁気スラスト軸
受。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 関田 芳巳 茨城県日立市東多賀町一丁目１番１号 株 式会社日立製作所リビング機器事業部内 (72)発明者 宇野 斌 東京都千代田区神田駿河台四丁目６番地 株式会社日立製作所内
Claims (10)
- 【請求項１】固定子用のハウジングと、回転子の回転軸
と、ハウジングに備わる磁界発生用コイルと、この磁界
発生用コイルの内周に対抗するようにして前記回転軸に
固定支持されるモータマグネットとを有するスピンドル
モータにおいて、 前記回転軸を回転自在に支持するラジアル軸受を設け、
回転軸とラジアル軸受の摺動間隙を潤す磁性流体を施
し、ラジアル軸受の両側には回転軸の外周をぐるり取り
巻いて前記磁性流体をシールする磁性流体シール手段を
設け、この両磁性流体シール手段は永久磁石を用いた磁
性流体シールとねじ溝を有するねじシールとで形成し、
ラジアル軸受の両側にはラジアル軸受の端部と磁性流体
シール手段との間に空間を設け、スピンドルモータの内
部側に配置されている磁性流体シール手段の磁性流体シ
ールを、もう一方の磁性流体シール手段に設けられてい
る磁性流体シールよりもシール力を低くしたことを特徴
とするスピンドルモータ。 - 【請求項２】固定子用のハウジングと、回転子の回転軸
と、ハウジングに備わる磁界発生用コイルと、この磁界
発生用コイルの内周に対抗するようにして前記回転軸に
固定支持されるモータマグネットとを有するスピンドル
モータにおいて、 前記回転軸を回転自在に支持するラジアル軸受を設け、
回転軸とラジアル軸受の摺動間隙を潤す磁性流体を施
し、ラジアル軸受の両側には回転軸の外周をぐるり取り
巻いて前記磁性流体をシールする磁性流体シール手段を
設け、この両磁性流体シール手段は永久磁石を用いた磁
性流体シールとねじ溝を有するねじシールとで形成し、
ラジアル軸受の両側にはラジアル軸受の端部と磁性流体
シール手段との間に空間を設け、スピンドルモータの内
部側に配置されている磁性流体シール手段の磁性流体シ
ールを、もう一方の磁性流体シール手段に設けられてい
る磁性流体シールよりも回転軸の軸方向の厚さを薄くし
たことを特徴とするスピンドルモータ。 - 【請求項３】固定子用のハウジングと、回転子の回転軸
と、ハウジングに備わる磁界発生用コイルと、この磁界
発生用コイルの内周に対抗するようにして前記回転軸に
固定支持されるモータマグネットとを有するスピンドル
モータにおいて、 前記回転軸を回転自在に支持するラジアル軸受を設け、
回転軸とラジアル軸受の摺動間隙を潤す磁性流体を施
し、ラジアル軸受の両側には回転軸の外周をぐるり取り
巻いて前記磁性流体をシールする磁性流体シール手段を
設け、この両磁性流体シール手段は永久磁石を用いた磁
性流体シールとねじ溝を有するねじシールとで形成し、
ラジアル軸受の両側にはラジアル軸受の端部と磁性流体
シール手段との間に空間を設け、スピンドルモータの内
部側に配置されている磁性流体シール手段の磁性流体シ
ールを、もう一方の磁性流体シール手段に設けられてい
る磁性流体シールよりも回転軸との前記摺動間隙を広く
したことを特徴とするスピンドルモータ。 - 【請求項４】固定子用のハウジングと、回転子の回転軸
と、ハウジングに備わる磁界発生用コイルと、この磁界
発生用コイルの内周に対抗するようにして前記回転軸に
固定支持されるモータマグネットとを有するスピンドル
モータにおいて、 前記回転軸を回転自在に支持するラジアル軸受を設け、
回転軸とラジアル軸受の摺動間隙を潤す磁性流体を施
し、ラジアル軸受の両側には回転軸の外周をぐるり取り
巻いて前記磁性流体をシールする磁性流体シール手段を
設け、この両磁性流体シール手段は永久磁石を用いた磁
性流体シールとねじ溝を有するねじシールとで形成し、
ラジアル軸受の両側にはラジアル軸受の端部と磁性流体
シール手段との間に空間を設け、スピンドルモータの内
部側に配置されている磁性流体シール手段の磁性流体シ
ールを、もう一方の磁性流体シール手段に設けられてい
る磁性流体シールよりも磁力の弱い材質で形成したこと
を特徴とするスピンドルモータ。 - 【請求項５】固定子用のハウジングと、回転子の回転軸
と、ハウジングに備わる磁界発生用コイルと、この磁界
発生用コイルの内周に対抗するようにして前記回転軸に
固定支持されるモータマグネットとを有するスピンドル
モータにおいて、 前記回転軸を回転自在に支持するラジアル軸受を設け、
回転軸とラジアル軸受の摺動間隙を潤す磁性流体を施
し、ラジアル軸受の両側には回転軸の外周をぐるり取り
巻いて前記磁性流体をシールする磁性流体シール手段を
設け、この両磁性流体シール手段は永久磁石を用いた磁
性流体シールとねじ溝を有するねじシールとで形成し、
ラジアル軸受の両側にはラジアル軸受の端部と磁性流体
シール手段との間に空間を設け、スピンドルモータの内
部側に配置されている磁性流体シール手段の磁性流体シ
ールにスリットを設け、このスリットは回転軸の軸方向
に貫通するようにして磁性流体シールの内周に形成した
ことを特徴とするスピンドルモータ。 - 【請求項６】固定子用のハウジングと、回転子の回転軸
と、ハウジングに備わる磁界発生用コイルと、この磁界
発生用コイルの内周に対抗するようにして前記回転軸に
固定支持されるモータマグネットとを有するスピンドル
モータにおいて、 前記回転軸を回転自在に支持するラジアル軸受を設け、
回転軸とラジアル軸受の摺動間隙を潤す磁性流体を施
し、ラジアル軸受の両側には回転軸の外周をぐるり取り
巻いて前記磁性流体をシールする磁性流体シール手段を
設け、この両磁性流体シール手段は永久磁石を用いた磁
性流体シールとねじ溝を有するねじシールとで形成し、
ラジアル軸受の両側にはラジアル軸受の端部と磁性流体
シール手段との間に空間を設け、スピンドルモータの内
部側に配置されている磁性流体シール手段のねじシール
を、もう一方の磁性流体シール手段に設けられているね
じシールよりも回転軸の軸方向の長さを長くしたことを
特徴とするスピンドルモータ。 - 【請求項７】固定子用のハウジングと、回転子の回転軸
と、ハウジングに備わる磁界発生用コイルと、この磁界
発生用コイルの内周に対抗するようにして前記回転軸に
固定支持されるモータマグネットとを有するスピンドル
モータにおいて、 前記回転軸を回転自在に支持するラジアル軸受を設け、
回転軸とラジアル軸受の摺動間隙を潤す磁性流体を施
し、ラジアル軸受の両側には回転軸の外周をぐるり取り
巻いて前記磁性流体をシールする磁性流体シール手段を
設け、この両磁性流体シール手段は永久磁石を用いた磁
性流体シールとねじ溝を有するねじシールとで形成し、
ラジアル軸受の両側にはラジアル軸受の端部と磁性流体
シール手段との間に空間を設け、スピンドルモータの内
部側に配置されている磁性流体シール手段のねじシール
を、もう一方の磁性流体シール手段に設けられているね
じシールよりもシール力が大きくなるように回転軸の外
周との間隙を狭くしたことを特徴とするスピンドルモー
タ。 - 【請求項８】請求項１から７に記載されているいずれか
一つのものにおいて、回転子の回転軸に軸方向に貫通す
る穴を回転軸の中心に形成したことを特徴とする撚糸モ
ータ。 - 【請求項９】請求項１から８に記載されているいずれか
一つのものにおいて、速度制御装置付ＤＣブラシレスモ
ータを用いたことを特徴とする紡績用駆動モータ。 - 【請求項１０】請求項１から９に記載されているいずれ
か一つのものにおいて、スピンドルモータで撚糸ないし
糸巻手段を駆動してなる紡績機械。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25544193A JPH07110033A (ja) | 1993-10-13 | 1993-10-13 | スピンドルモータおよびこれを具備した精紡機械 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25544193A JPH07110033A (ja) | 1993-10-13 | 1993-10-13 | スピンドルモータおよびこれを具備した精紡機械 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07110033A true JPH07110033A (ja) | 1995-04-25 |
Family
ID=17278818
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25544193A Pending JPH07110033A (ja) | 1993-10-13 | 1993-10-13 | スピンドルモータおよびこれを具備した精紡機械 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07110033A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20020007430A (ko) * | 2000-07-13 | 2002-01-29 | 이형도 | 스핀들 모터 |
| US6717308B2 (en) | 2000-06-14 | 2004-04-06 | Data Storage Institute | Electric spindle motor and method having magnetic starting/stopping device |
-
1993
- 1993-10-13 JP JP25544193A patent/JPH07110033A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6717308B2 (en) | 2000-06-14 | 2004-04-06 | Data Storage Institute | Electric spindle motor and method having magnetic starting/stopping device |
| SG115341A1 (en) * | 2000-06-14 | 2005-10-28 | Inst Data Storage | Electric spindle motor and method having magnetic starting/stopping device |
| KR20020007430A (ko) * | 2000-07-13 | 2002-01-29 | 이형도 | 스핀들 모터 |
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