JPH07310746A - 動圧軸受装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 シャフトの軸方向のバラツキに無関係に規定
の歯幅の寸法を確保して磁性流体を安定に保持するこ
と。 【構成】 ポールピース１１ａの内周面とシャフト１を
構成している軸２の外周面との間の間隙１４ａに磁性流
体１５を封止しているシール部２１の近傍であって、ス
リーブ５側の軸２の外周面に溝状の凹部２４を周設す
る。この凹部２４の天井面と傾斜面２５の下端との間が
歯幅２３を示し、軸２及びマグネット４等の軸方向の研
磨や組立誤差が生じても上記歯幅２３の寸法が一定とな
る。すなわちシャフト１の軸２が軸方向にばらついて組
立てられても、磁性流体１５を封止するシール部２１の
軸２の歯幅２３の寸法は凹部２４の存在により常に一定
となる。したがってシール部２１の磁束密度が一定とな
り、磁性流体１５を安定に保持することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はハードディスクドライ
ブ（ＨＨＤ）やポリゴンミラー等に用いられる動圧軸受
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】動圧軸受装置の基本的な構成は従来例及
び実施例も同様なので、実施例における図３を用いて動
圧軸受装置の構成を概略的に説明する（なお動圧軸受装
置の詳細は実施例において説明する）。実施例を示す図
３において、回転側となるモータハブ９の穴１０の軸芯
となる部分には、固定側となるシャフト１が設けられて
いる。このシャフト１は、マグネット４と、このマグネ
ット４の軸方向の両側に設けた２つの軸２、３とで構成
されており、このシャフト１の外周に非磁性体製のスリ
ーブ５を圧入嵌合している。またこのスリーブ５の上面
及び下面に対応して一対のポールピース１１ａ、１１ｂ
がモータハブ９側に設けてある。

【０００３】モータハブ９の内周面側とスリーブ５の外
周面側との間に形成される間隙１２、１３ａ、１３ｂ、
１４ａ、１４ｂ内に作動油１５が封入してある。そして
スリーブ５の外周面、上側のポールピース１１ａの下
面、下側のポールピース１１ｂの上面、及びスリーブ５
の上下の両面には、モータハブ９の回転によって上記作
動油１５に動圧を発生させるような表面加工が施されて
いる。つまり上記スリーブ５の外周部と上記モータハブ
９の穴１０の内周壁とでジャーナル軸受を構成し、上記
スリーブ５の上下外端面と各ポールピース１１ａ、１１
ｂの内側面とでスラスト軸受を構成しているのである。

【０００４】ここで動圧軸受装置に内蔵される作動油１
５は、両端の開放部から蒸発して減量する。そうすると
スラスト軸受部の作動油１５がなくなったり、あるいは
作動油１５が磁性流体の場合は、粘度が高くなり損失ト
ルクが増大し、寿命が短くなる。作動油１５の蒸発量は
一定であるから、この問題点の解決法としては、上記開
放部とスラスト軸受部の間の作動油１５の量を大きくす
る方法がある。図５はポールピース１１ａの内周面の裏
側に傾斜面３１を周設し、この傾斜面３１の形成による
凹んだ分だけ作動油１５を多くしている。すなわち作動
油１５を溜める溜まり部３２をシャフト１の外周面とス
リーブ５の上面のコーナー部分に形成するようにしたも
のである。また図６はシャフト１側のスリーブ５の上面
に内側に凹部３３を周設し、この凹部３３にて上記と同
様の作動油１５を溜める溜まり部３２を形成したもので
ある。このようにすれば、溜まり部３２に余分に溜まる
作動油１５の量だけ動圧軸受装置の寿命を延ばすことが
可能となる。

【０００５】ところで図４は図３に示すＡ部の拡大図を
示している。図のように、ポールピース１１ａの内周面
とシャフト１の外周面との間の間隙（シールギャップ）
１４ａ内には磁性流体１５を封入しており、磁気回路１
６による磁束にて磁性流体１５を保持して磁性流体１５
をシールするシール部２１を構成している。また２３は
歯幅であり、ポールピース１１ａの内周面と対面してい
るシャフト１の軸方向の寸法として定められる。この歯
幅２３は、磁性流体１５のシール部２１の重要な要素で
ある。

【０００６】図３において、シャフト１を構成する軸
２、３あるいはマグネット４の軸方向の寸法にバラツキ
がでた場合、上記の歯幅２３の寸法が変わる。図３では
動圧軸受装置の高さが４〜５ｍｍ、ジャーナル軸受外径
が３ｍｍ程度の小型が想定されてデザインされており、
歯幅２３も０．２ｍｍ程度で、間隙（シールギャップ）
１４ａの寸法も０．０５ｍｍ程度と小さいものである。
またマグネット４の軸方向の厚さは０．５〜０．７ｍｍ
で、その厚さは研磨で仕上げるが、そのバラツキは０．
０５ｍｍくらいが一般的である。したがって歯幅２３
は、０．１５〜０．２５ｍｍの間にばらつくことにな
り、シール部２１の磁束密度を一定にできず、シール性
能に大きく影響することになる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記図５及び図６に示
す従来例では、図示する２３が歯幅となり、その歯幅２
３の寸法がマグネット４、軸２、３の軸方向のバラツキ
や組立のバラツキが生じた場合、歯幅２３の寸法がばら
つくことになる。図５及び図６の場合で、シャフト１が
上方向に長くばらつくと歯幅２３の寸法が長くなり、ま
た逆にシャフト１が下方向に短くばらつくと歯幅２３の
寸法が短くなる。このように図５及び図６に示す従来例
の場合には、部品のバラツキによる歯幅２３の寸法がば
らついてシール部２１での磁束密度がばらつき、磁性流
体１５の保持が一定でなくなり特性が変化するという問
題がある。

【０００８】この発明は上記従来の欠点を解決するため
になされたものであって、その目的は、シール寿命を向
上しながらもシャフトの軸方向のバラツキに無関係に規
定の歯幅の寸法を確保して磁性流体を安定に保持するこ
とが可能な動圧軸受装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】そこでこの発明の動圧軸
受装置は、軸方向に着磁したシャフト１と、軸芯に設け
た挿通孔６に上記シャフト１を挿入嵌合したスリーブ５
と、上記スリーブ５の外周部に相対回転可能に遊嵌され
た磁性体製のハブ９と、上記スリーブ５の端面を覆うよ
うに上記ハブ９側から上記シャフト１の近傍まで延びる
ポールピース１１ａとを有し、上記スリーブ５の外周部
とハブ９の内周部との間にジャーナル軸受を構成し、上
記ポールピース１１ａの内周面と該内周面と対面するシ
ャフト１の外周面とで形成されるシール部２１におい
て、上記シャフト１からポールピース１１ａを経由する
磁気経路に磁性流体１５を保持し、これにより軸受作動
流体１５を封止するようにした動圧軸受装置であって、
上記シャフト１の外周部には、上記シール部２１の近傍
のスリーブ５側の位置に凹部２４を周設したことを特徴
としている。

【００１０】

【作用】上記動圧軸受装置では、シール部２１の近傍で
スリーブ５側のシャフト１の外周面に凹部２４を周設し
ているので、この凹部２４の存在によりポールピース１
１ａの内周面と対面するシャフト１の歯幅２３を、シャ
フト１が軸方向にばらついても略一定にできる。したが
ってシャフト１の軸方向のバラツキに無関係に規定の歯
幅２３の寸法を確保でき、シール部２１での磁束密度を
一定にできて磁性流体の保持力を一定にして特性を安定
化できる。しかも上記凹部２４が作動油１５の溜まり部
となり、動圧軸受装置の寿命を延ばすことができる。ま
た凹部２４をシャフト１の外周面に形成しているので、
従来ポールピース１１ａ側を削除して溜まり部を形成し
ていた従来と比べてスラスト軸受部の面積を小さくする
ことなく、大きな作動油１５の溜まり部を凹部２４で兼
ねることができ、したがって回転側を安定に軸支でき
る。

【００１１】

【実施例】次にこの発明の動圧軸受装置の具体的な実施
例について、図面を参照しつつ詳細に説明する。図３は
この発明の実施例の動圧軸受装置の断面図を示し、図４
は図３のＡ部の拡大断面図である。まず動圧軸受装置の
全体の構成について説明する。図３において、１はシャ
フトであり、第１の軸２と、第２の軸３と、マグネット
４とで構成されている。円柱状のマグネット４は、図示
するように軸方向に着磁されており、また円柱状の第１
の軸２及び第２の軸３は磁性体である。両軸２、３の間
にマグネット４を挟持している。ここでマグネット４の
外径は、両軸２、３の外径より径小としている。またマ
グネット４の外径寸法は磁気的に充分の面積を得るもの
でよく、高精度加工は不要である。マグネット４の材質
としては、サマリュウム・コバルト磁石やネオジウム磁
石、アルニコ磁石等の強力磁石を用いており、これらの
強力磁石を用いれば磁気的に充分で面積（軸方向の端面
の面積）を小さくできる。したがってマグネット４の外
径を軸２、３の外径より細く形成することができる。

【００１２】５はスリーブであり、非磁性体で構成して
いる。このスリーブ５は略円筒状に形成されており、そ
の軸芯となる挿通孔６内に上記シャフト１を圧入嵌合し
ている。そして軸２、３及びマグネット４から成るシャ
フト１とスリーブ５とが一体となって中心軸としての機
械的強度を保有している。またスリーブ５を一体化した
シャフト１の下部は、ベース７に固定されている。なお
８は、モータコイルである。

【００１３】回転側となるモータハブ９は略円筒状に形
成され、磁性体製で構成されている。このモータハブ９
の軸芯にはスリーブ５の外径より大きい穴１０が形成さ
れており、この穴１０の上端部と下端部には円板状で磁
性体製の一対のポールピース１１ａ、１１ｂが固定され
ている。

【００１４】ここでスリーブ５の外周面とモータハブ９
の穴１０の内周面との間に間隙１２が形成され、またポ
ールピース１１ａ、１１ｂの下面及び上面とスリーブ５
の上面及び下面の間にも間隙１３ａ、１３ｂが形成され
ている。さらにポールピース１１ａ、１１ｂの内周面と
シャフト１の上下部の間にも間隙１４ａ、１４ｂが形成
され、これらの間隙１２、１３ａ、１３ｂ、１４ａ、１
４ｂに作動油としての磁性流体１５を封入している。

【００１５】上記間隙１２及び１３ａ、１３ｂを形成す
る各面、つまり穴１０の内周面又はスリーブ５の外周
面、上側のポールピース１１ａの下面、下側のポールピ
ース１１ｂの上面又はスリーブ５の上下の両面には、モ
ータハブ９の回転によって上記磁性流体１５に動圧を発
生させるような表面加工が施されている。つまり上記ス
リーブ５の外周部と上記モータハブ９の穴１０の内周壁
とでジャーナル軸受を構成し、上記スリーブ５の上下外
端面と各ポールピース１１ａ、１１ｂの内側面とでスラ
スト軸受を構成しているのである。

【００１６】また上記ポールピース１１ａ、１１ｂはシ
ール部２１も構成している。つまりマグネット４によっ
て順に第１の軸２、上側のポールピース１１ａ、モータ
ハブ９、下側のポールピース１１ｂ、第２の軸３を経て
マグネット４に返る磁気回路１６が構成されるので、間
隙１４ａ、１４ｂには磁界が形成され、この間隙１４
ａ、１４ｂにおいて磁性流体１５を封止し、このシール
作用によって、上記各間隙１２、１３ａ、１３ｂ内の流
体の漏洩を防止している。

【００１７】上記の構成において、モータハブ９及びポ
ールピース１１ａ、１１ｂが回転すると、各間隙１２、
１３ａ、１３ｂに封入されている磁性流体１５には動圧
が発生し、この動圧はモータハブ９の穴１０の内周面、
スリーブ５、ポールピース１１ａ、１１ｂにそれぞれ作
用する。このときの半径方向のラジアル荷重はシャフト
１が支持し、軸方向のスラスト荷重は各ポールピース１
１ａ、１１ｂを介してシャフト１が支持することにな
る。

【００１８】次に本発明の要旨の部分について詳述す
る。図１及び図２に示すように、ポールピース１１ａの
内周面とシャフト１を構成している軸２の外周面との間
の間隙１４ａに磁性流体１５を封止しているシール部２
１の近傍であって、スリーブ５側の軸２の外周面に溝状
の凹部２４を周設している。この凹部２４の天井面と傾
斜面２５の下端との間が歯幅２３を示し、軸２及びマグ
ネット４等の軸方向の研磨や組立誤差が生じても上記歯
幅２３の寸法が一定となるようにしたものである。図１
はシャフト１の軸２が軸方向の内側方向最大に組立てら
れた場合を示し、図２は軸２が軸方向の外側方向最大に
組立てられた場合を示している。

【００１９】図１ではポールピース１１ａの内周面と対
面している軸２の外周面の軸方向の寸法は、凹部２４の
天井面と傾斜面２５との間の寸法（歯幅２３）であり、
図２では軸２は外側方向に位置していても凹部２４の存
在によりシール部２１におけるポールピース１１ａの内
周面と対面している軸２の外周面の軸方向の寸法は、凹
部２４の天井面と傾斜面２５との間の寸法（歯幅２３）
である。すなわちシャフト１の軸２が軸方向にばらつい
て組立てられても、磁性流体１５を封止するシール部２
１の軸２の歯幅２３の寸法は凹部２４の存在により常に
一定となる。したがってシール部２１の磁束密度が一定
となり、磁性流体１５を安定に保持することができる。

【００２０】また上記凹部２４は磁性流体１５の溜まり
部の機能を兼ねているものであり、開放部（間隙１４ａ
の開放側）とスラスト軸受部の作動油（磁性流体１５）
の量を多くできて、動圧軸受装置の寿命を延ばすことが
できる。しかもスリーブ５側のポールピース１１ａの下
面の面積が従来の図５に示すように減少していないの
で、スラスト軸受部の面積を小さくすることなく、回転
側を安定に軸支することができる。

【００２１】なお先の実施例では、ポールピース１１ａ
側のシール部２１の軸２について説明したが、シャフト
１の他方の軸３の場合も同様である。また図３及び図４
では従来との説明の便宜上、凹部２４は記載していな
い。

【００２２】ここで上記実施例では、モータハブ９の内
面とスリーブ５の外面との間に封入される作動油として
磁性流体１５を用いて説明したが、流体を封止する箇所
（ポールピースとシャフトの間）にだけ磁性流体を使用
し、他の部分、つまり軸受の動圧を発生する部分には油
を用いるようにしてもよい。ただ実際には、磁性流体１
５だけを用いた方が信頼性は向上する。また上記実施例
では、シャフトの両端を封止する場合について説明した
が、一端側だけを封止する構成の動圧軸受装置の場合も
本発明を適用することができる。さらにシャフト側を固
定する場合に限らず、シャフト側を回転する構造の動圧
軸受装置においても本発明を適用することができる。ま
たシャフトをマグネットだけで構成した場合も本発明を
適用できる。

【００２３】

【発明の効果】以上のようにこの発明の動圧軸受装置で
は、シール部の近傍でスリーブ側のシャフトの外周面に
凹部を周設しているので、この凹部の存在によりポール
ピースの内周面と対面するシャフトの歯幅を、シャフト
が軸方向にばらついても略一定にできる。したがってシ
ャフトの軸方向のバラツキに無関係に規定の歯幅の寸法
を確保でき、シール部での磁束密度を一定にできて磁性
流体の保持力を一定にして特性を安定化できる。しかも
上記凹部が作動油の溜まり部となり、動圧軸受装置の寿
命を延ばすことができる。また凹部をシャフトの外周面
に形成しているので、従来ポールピース側を削除して溜
まり部を形成していた従来と比べてスラスト軸受部の面
積を小さくすることなく、大きな作動油の溜まり部を凹
部で兼ねることができ、したがって回転側を安定に軸支
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例のシール部の拡大断面図であ
る。

【図２】この発明の実施例のシール部の拡大断面図であ
る。

【図３】この発明の実施例の動圧軸受装置の断面図であ
る。

【図４】この発明の実施例の図３に示すＡ部の拡大断面
図である。

【図５】従来例のシール部の拡大断面図である。

【図６】他の従来例のシール部の拡大断面図である。

【符号の説明】

１ シャフト ２ 第１の軸 ３ 第２の軸 ４ マグネット ５ スリーブ ６ 挿通孔 ９ モータハブ １１ａ ポールピース １１ｂ ポールピース １４ａ 間隙（シールギャップ） １４ｂ 間隙 １５ 磁性流体（作動油） ２１ シール部 ２３ 歯幅 ２４ 凹部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軸方向に着磁したシャフト（１）と、軸
   芯に設けた挿通孔（６）に上記シャフト（１）を挿入嵌
   合したスリーブ（５）と、上記スリーブ（５）の外周部
   に相対回転可能に遊嵌された磁性体製のハブ（９）と、
   上記スリーブ（５）の端面を覆うように上記ハブ（９）
   側から上記シャフト（１）の近傍まで延びるポールピー
   ス（１１ａ）とを有し、上記スリーブ（５）の外周部と
   ハブ（９）の内周部との間にジャーナル軸受を構成し、
   上記ポールピース（１１ａ）の内周面と該内周面と対面
   するシャフト（１）の外周面とで形成されるシール部
   （２１）において、上記シャフト（１）からポールピー
   ス（１１ａ）を経由する磁気経路に磁性流体（１５）を
   保持し、これにより軸受作動流体（１５）を封止するよ
   うにした動圧軸受装置であって、上記シャフト（１）の
   外周部には、上記シール部（２１）の近傍のスリーブ
   （５）側の位置に凹部（２４）を周設したことを特徴と
   する動圧軸受装置。