JPH08297258A - 軸受装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 軸方向、半径方向ともに回転体を非接触支持
し、高速回転においても軸受の低騒音化と長寿命化を図
る。 【構成】 ラジアル軸受部材１６と回転軸４０との間に
は潤滑剤を介して流体軸受され、ロータ６０とハウジン
グ１０とは、コア１７と駆動用マグネット６３、コの字
型リング６５と磁気軸受マグネット１１によって磁気軸
受される。通常は高速回転による遠心力により、軸受内
側の圧力が低くなり、外周側に潤滑剤が飛翔し潤滑剤の
減少による騒音、振動が発生するが、ロータ６０の回転
軸４０に近接した位置に少なくとも１個配設するロータ
６０を貫通する開口部１００により、外気が流入して軸
受内周側の圧力が外圧に近くなり、外周部分と内周部分
との圧力の差がなくなり、潤滑剤の飛翔が軽減し、軸受
の低騒音化、長寿命化を可能とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、軸受装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１０は従来の軸受装置の概略構成を説
明する断面図である。ハウジング１にはラジアル軸受部
材２が嵌挿固着されている。また、ハウジング１にはコ
イル８が巻回されたコア７が固着され、さらにコア７に
対向してハウジング１に回路基板９が固着されている。
回路基板９には回転駆動用に用いられる位置検出素子
（例えばホール素子）１Ｃが固着されている。回転体で
あるロータ６は軸４に固着されて配設され、内周面には
回転駆動用マグネット３が固着されている。また、回転
体は、軸４を介してラジアル軸受部材２に嵌合されてい
る。

【０００３】回転体の回転は、複数の着磁された回転駆
動用マグネット３の磁極を位置検出素子１Ｃによって検
出し、この検出信号を複数のトランジスタ等のドライブ
回路から構成される駆動制御素子（図示せず）の理論に
従って、複数のコイル８のうち回転駆動に必要なコイル
８のみに通電することで得られる。回転駆動用の磁気回
路は、回転駆動用マグネット３、コア７から構成されて
いる。即ち、回転駆動用マグネット３とコア７の半径方
向隙間３−７に閉磁気回路が構成される。コア７は一般
的なティース構造からなり、ティース部にコイル８が巻
回され、複数のコイル８に電流が通電されると、電磁気
の理論から磁気回路とコイル８に駆動トルクが発生し回
転体が回転させられる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の軸受装
置の構成は、高速回転ではラジアル軸受部材２の上部、
すなわち、ロータ６のラジアル軸受部材２側の内周部の
圧力が回転軸４の回転による遠心力で低下してしまい、
外周部との圧力に差が生じ、ラジアル軸受部材２の潤滑
剤である油などが矢印の方向に飛散しやすく、軸受の潤
滑剤が減少し、軸４とラジアル軸受部材２との機械的な
接触が増加して騒音や振動が発生し、特に、高速回転に
おいては騒音や振動が著しく増加した。また、回転軸下
端４−１がカラー５と接触しているので、回転に伴う騒
音や振動が大きく、寿命も短いという問題があった。そ
こで、本発明は、上記した従来技術の諸問題を解消し、
高速回転時における低騒音、および長寿命を有する軸受
装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の軸受装置は、ハ
ウジング側に配設されるラジアル軸受部材と、ラジアル
軸受部材に流体を介して嵌合される回転軸と、回転軸に
固着し軸に近接して板厚を貫通する少なくとも１個の開
口部を穿孔したロータとを有し、回転軸とロータに配設
する駆動用マグネットよりなる回転体はラジアル方向を
流体軸受によって支持される構成を具備する。さらに、
本発明の軸受装置は、ラジアル軸受部材とスラスト軸受
部材を配設するハウジングと、ラジアル軸受部材に流体
を介して嵌合される回転軸と、回転軸に固着し軸に近接
して板厚を貫通する少なくとも１個の開口部を穿孔した
ロータと、スラスト軸受部材に対向したロータの内周面
に配設する磁性体リングとを有し、回転軸とロータより
なる回転体はラジアル方向を流体軸受によって支持さ
れ、スラスト方向を磁性軸受により支持される構成を具
備する。

【０００６】また、ロータの開口部は回転軸を中心とし
た円上に、あるいは等間隔に配設される。ロータの開口
部はロータの流体軸受側下面に対して上面を回転軸に接
近して形成した傾斜孔である、あるいは、ロータの流体
軸受側下面の開口面積をロータ上面の開口面積より小さ
く形成する、または、流体軸受側下面の開口を回転方向
上流側に、上面は回転方向下流側に開口するよう傾斜さ
せて形成する構成を具備する。

【０００７】

【作用】回転体であるロータの回転軸に近接してロータ
の内周側と外界を貫通して設けた１個あるいは複数個の
開口部は、ロータの軸受側の内周部の圧力とロータ周囲
の外周部の圧力を外圧に等しくしてその差を低減する。
従って、流体軸受に関与する潤滑剤がラジアル軸受部材
側から外周部方向に飛散しにくくなり、潤滑剤の減少が
軽減され、騒音の発生を起こさず、摩耗による短寿命化
がなくなる。

【０００８】また、ロータの開口部の配設位置を同心円
上にすることや回転軸から等角度（等間隔）にすること
によってロータの軸受部材配設側の内周部の圧力分布を
均等にできるため、回転体の回転安定性を向上すること
が可能となる。また、ロータの開口部は回転軸に対して
傾けて設け、さらに、ロータの軸受側の方に近づくほど
回転軸から離れるようにすることにより、軸受の潤滑剤
が開口部からロータ外部（外界）に流出することを防止
する。また、ロータの流体軸受側の開口部の面積を小さ
くすることにより、ロータの軸受部材配設側の内周部の
圧力を高くすることができ、軸受の潤滑剤飛散防止効果
を向上する。また、開口部を回転方向に傾斜させ、ロー
タ下面の開口を回転下流側とし上面を回転上流側とし
て、ロータの上面（外界）からの空気の流入の促進を図
る。多量の空気の流入により、ロータのラジアル軸受部
材側の圧力をより高くすることができ、流体軸受の潤滑
剤が飛散しにくく、潤滑剤が減少しにくくなる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例を、図面を参照して詳
細に説明する。図７はこの実施例による軸受装置の構造
を説明する断面図であって、図８は軸受装置の要部の拡
大説明図、図９は潤滑剤の飛散状態の説明図である。こ
の実施例に示す軸受装置はハウジング１０とロータ６０
と間に磁気体よりなるスラスト方向の軸受部材を配設し
ている。ラジアル軸受部材１６を嵌挿固着するハウジン
グ１０にはコイル８０を巻回したコア１７、および回路
基板１９が固着され、回路基板１９には位置検出素子１
８が固着されている。回転体であるロータ６０は回転軸
４０に固着され、回転軸４０はハウジング１０に固着さ
れるラジアル軸受部材１６に嵌合されて配設されてい
る。コア１７に対向するロータ６０の内周面には回転駆
動用マグネット６３を固着し、スラスト方向の磁気軸受
部材に対向するロータ６０の内周面には磁性体のコの字
型リング６５を固着している。

【００１０】スラスト方向の磁気軸受部材は磁気軸受マ
グネット１１を中央にして、その上下面を下部円形ヨー
ク１２と上部円形ヨーク１３とで挾持されて、下部円形
ヨーク１２を介してハウジング１０に固着されている。
下部円形ヨーク１２の内径は上部円形ヨーク１３の内径
より小さいく、磁気軸受マグネット１１の内径は上部円
形ヨーク１３の内径と略等しい構成となっている。そし
て、磁気軸受マグネット１１と上部円形ヨーク１３との
内径部であって下部円形ヨーク１２の上部には非磁性体
によるＬ字型部材１４を装着している。

【００１１】このように構成する軸受装置はラジアル方
向の荷重を、ラジアル軸受部材１６と回転軸４０との間
に封入した潤滑剤である油などの動圧作用により支持さ
れる。潤滑剤は磁性粉体を含有する磁性流体を使用す
る。さらに、スラスト（軸）方向の荷重は、軸方向に着
磁された磁気軸受マグネット１１と上下の円形ヨーク１
２、１３、及び半径方向に空隙３０を介して対向するコ
の字型リング６５によって磁気回路を形成させ、空隙３
０に発生する磁気吸引力によって支持される。この状態
における回転部は、コの字型リング６５と回転軸４０で
ある。従って、回転軸４０とロータ６０よりなる回転体
はコの字型リング６５を介して浮上される。

【００１２】次に、磁気シール部を図８により説明す
る。第１の磁気シール部は下部円形ヨーク１２と回転軸
４０との半径隙間３５で形成される。第１磁気シール部
である半径隙間３５には磁性流体が封入されており、下
部円形ヨーク１２と磁性体よりなる回転軸４０との空隙
３５に働く磁場によって磁性流体を保持する構造となり
シールされる。そして、回転体の回転によって回転軸４
０に遠心力が発生しても、第１シール部によりラジアル
軸受部材１６の潤滑剤は外部にでにくく飛散しにくい。
第２の磁気シール部はスラスト軸受部材とロータ６０の
コの字型リング６５との間隙３０で形成される。第２の
シール部である空隙３０に働く磁場によって、磁性流体
は磁気シールされる。この第２のシール部は磁性流体の
第１の磁気シール部（構造）に加えて補助的なシール機
能を有し、第１シール部を超えて飛散した磁性流体の移
動を防止し、磁性流体の飛散をさらに抑えることができ
る。

【００１３】スラスト磁気軸受部材は、下部円形ヨーク
１２の内径に比べて、上部円形ヨーク１３の内径を小さ
くし、かつ、下部円形ヨーク１２の内径とマグネット１
１の内径を略等しく構成することにより、各円形ヨーク
とマグネットの位置決めがしやすく組立てが容易である
とともに、回転によっておきる磁気シール部からの磁性
流体の飛散或いは洩れを防止する部材をこの場所に配設
することができる。この実施例においては、飛散防止部
材として断面形状がＬ字型の非磁性体のＬ字型部材１４
を配設し、回転体や回転軸４０の回転で発生する遠心力
の影響、すなわち、周囲空気の乱れの影響を緩和させる
とともに、磁性流体の飛散あるいは洩れを防止すること
が可能となる。

【００１４】この構成における高速回転時の潤滑剤の状
態を図９により説明する。軸４０およびロータ６０の高
速回転により、ラジアル軸受部材１６の上部、すなわ
ち、ロータ６０の軸受側の内周部Ａの圧力が高速回転に
よる遠心力で低下する。そして、軸受側の外周部Ｂとの
圧力に差が生じ、潤滑剤は矢印で示す方向に飛散する。
この結果、軸受部の潤滑剤が減少して回転軸４０とラジ
アル軸受部材１６との機械的な接触が増加し、騒音や振
動が発生した。

【００１５】そこで、この実施例においては、ロータ６
０の回転軸に近接して外界に連絡する開口部である貫通
孔１００を穿孔している（図１、図２参照）。貫通孔１
００はロータ６０の回転軸４０に近接した内周部に配設
し、回転軸４０に対して同心円上で角度θ毎に等間隔に
４個形成されている。貫通孔１００はロータ６０の板厚
を貫通して形成され、回転軸４０からの距離がロータ下
側の距離Ｐ₁に対してロータ上部側の距離Ｐ₂を狭めるよ
うに、回転軸方面の孔側壁を傾斜させて形成する。すな
わち、貫通孔１００のロータ６０の上側の開口部面積が
下側より大きく形成されている。この実施例に示す貫通
孔は傾斜形状をなすが、等径の円柱形状であってもよ
い。また、図３に示すように、貫通孔１１０はロータ６
０の上側の開口部面積と下側の開口面積を同面積とする
貫通孔１１０であって、回転軸４０からの距離を下側を
広く、上側を狭くして、半径方向に傾斜した孔としても
よい。この実施例においては貫通孔１１０を角度θの間
隔で等間隔に形成している。また、貫通孔１００の形状
は、この実施例では円形を示しているが、特に限定され
るものではなく、図４に示すように矩形溝状の貫通部１
２０でもよい。

【００１６】このように構成する軸受装置の作用を説明
する。ロータ６０や駆動用マグネット６３などから構成
される回転体が回転すると、ロータ６０のラジアル軸受
部材１６側の内周部の空気は遠心力により外周部に運ば
れるため、内周側の圧力は低下する。しかし、外界に連
絡する貫通孔１００を経てロータ６０の上部と下部の圧
力を均一にしようとする力が働き、ロータ６０のラジア
ル軸受部材１６の内周側の圧力は増加する。従って、回
転体の内周面の圧力差、すなわち第１シール部と第２シ
ール部との間の圧力差が減少することによりラジアル軸
受部材１６の潤滑剤である油等が外周部に飛散しにくく
なる。

【００１７】また、貫通孔１００を回転軸４０に対して
同心円上に形成することにより、ロータ６０のラジアル
軸受部材１６側の内周部の空気に働く遠心力や貫通孔１
００を経てロータ６０の上部と下部の圧力を均一にしよ
うとする力は、それぞれの貫通孔１００周辺で一定とな
る。さらに、貫通孔１００を角度θ毎に等間隔に形成す
ることにより、ロータ６０のラジアル軸受部材１６側の
内周部の圧力分布が均等となり、軸受回転の安定性を向
上することが可能となる。

【００１８】貫通孔１００、１１０を回転軸４０に対し
てロータ上部側の距離Ｐ₂を狭めるように傾けることに
より、貫通孔１００の下端周囲に潤滑剤がある場合で
も、貫通孔１００の下端にかかる遠心力により貫通孔１
００を伝わってロータ６０の外部に潤滑剤が流出するこ
とを防止することが可能となる。そして、貫通孔１００
の上側の開口部面積が下側より大きくすることにより、
ロータ６０のラジアル軸受部材１６側の内周部の圧力集
中をさらに高くすることができ、流体軸受に関与する潤
滑剤の飛散防止効果が向上する。

【００１９】つぎに、貫通孔の形状の変形例を図５、図
６に示す。この貫通孔１３０は回転軸から半径方向への
放射線に対して傾けて、ロータ６０の回転方向（円周方
向）に貫通する孔としている。ロータ６０の回転方向を
矢印Ｘで示すと、ロータ６０の下面（ラジアル軸受部材
側）において上流側に開口する貫通孔１３０は、ロータ
６０の上面（外界側）において回転方向下流側に開口し
ている。この貫通孔１３０の空気の流れを図６に示して
いる。空気は矢印Ｙで示すように、ロータ６０の回転方
向先方から流入し、軸受側に流下するが、貫通孔１３０
がこのように形成されているので、空気の流入を促進す
ることができ、ロータ６０の軸受側の圧力をより高くす
ることができる。その結果、流体軸受の潤滑剤が飛散し
にくく、潤滑剤が減少しないので、回転体の円滑な回転
が持続する。なお、貫通孔の形状を回転方向に対して螺
旋構造にすることにより、軸受部における圧力の均一化
の効果を高めることができる。

【００２０】以上に記載したように、回転体は静止時、
回転時ともにスラスト（軸）方向には非接触であり、ラ
ジアル（半径）方向には回転体の回転による動圧効果か
ら、所定回転数では非接触で回転するため、騒音や振動
の小さい軸受装置を可能にすることができる。さらに、
高速回転においてはラジアル軸受部材１６の潤滑剤及び
磁性流体が飛散しにくく、潤滑剤が漏れ出さず長寿命な
軸受装置が得られる。

【００２１】

【発明の効果】本発明の軸受装置は、ラジアル方向は流
体軸受によって回転体を支持する。そして、回転体のロ
ータの内周側にロータの板厚を貫通する少なくとも１個
の開口部を設けて外気を流入し、回転体の高速回転での
遠心力による圧力の差を軽減し、流体軸受に関与する磁
性流体や潤滑剤の外周部方向への飛翔を減少することが
できる。潤滑剤の減少がないので、回転体のラジアル方
向の軸受回転の安定、および騒音や振動が小さく、寿命
の長い軸受装置を提供できる。

【００２２】また、本発明の軸受装置は、ラジアル方向
は流体軸受によって回転体を支持し、スラスト方向は磁
性軸受によって回転体を支持する。そして、スラスト軸
受部材は回転軸との間に磁性流体の第１のシール部を形
成、ロータとの間に磁性流体の第２のシール部を形成
し、ロータの形成する開口部は外気を流入させて第１シ
ール部と第２シール部との間の圧力差を軽減し、磁性流
体の飛翔をさらに防止する個とが出きるので、回転体の
軸受回転の安定、および騒音や振動をなくし、寿命の長
い軸受装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による軸受装置の説明断面図。

【図２】 図１の貫通孔を説明する概略図。

【図３】 貫通孔の配設位置および形状の説明図。

【図４】 貫通孔の他の実施例を示すロータ平面図。

【図５】 貫通孔の他の実施例を示すロータ平面図。

【図６】 図５の空気のながれを説明する概略断面図。

【図７】 軸受装置の説明断面図。

【図８】 シール構造を説明する詳細拡大図。

【図９】 潤滑剤の飛散の説明図。

【図１０】 従来の軸受装置の説明断面図。

【符号の説明】

１０ ハウジング、 １１ 磁気軸受マグネット、 １
２ 下部円形ヨーク、１３ 上部円形ヨーク、 １５
カラー、 １６ 軸受、 １７ 積層コア、１８ 位置
検出素子、 １９ 回路基板、 ４０ 回転軸、 ６０
ロータ、６３ 回転駆動用マグネット、 ６５ コの
字型リング、 ８０ コイル、１００、１１０、１２
０、１３０ 貫通孔。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ラジアル方向の軸受部材を配設するハウ
   ジングと、ラジアル方向の軸受部材に流体を介して嵌合
   される回転軸と、回転軸に固着したロータと、ロータの
   内周部に配設する駆動用マグネットを備え、回転軸とロ
   ータとにより回転体を構成する軸受装置において、 回転体はラジアル方向を流体軸受によって支持されると
   共に、ロータは回転軸に近接して、ロータ板厚を貫通す
   る少なくとも１個の開口部を設けてなる軸受装置。
2. 【請求項２】 ラジアル方向の軸受部材を配設するハウ
   ジングと、ラジアル方向の軸受部材に流体を介して嵌合
   される回転軸と、回転軸に固着したロータと、ロータの
   内周部に配設する駆動用マグネットを備え、回転軸とロ
   ータとにより回転体を構成する軸受装置において、 ハウジングは回転体とラジアル軸受部材との間に磁性体
   よりなるスラスト方向の軸受部材を配設し、ロータは回
   転軸に近接して、ロータ板厚を貫通する少なくとも１個
   の開口部を設けると共に、スラスト軸受部材に対向した
   位置に磁性体よりなるリングを配設し、 回転体はラジ
   アル方向を流体軸受により支持され、スラスト方向は磁
   性体よりなるスラスト軸受部材と空隙を介して回転体に
   固着された磁性体りングとの間の磁気吸引力により浮上
   支持されると共に、スラスト軸受部材は回転軸との空隙
   に磁気回路を形成して介在する磁性流体を磁気シールす
   る第１のシール部を形成し、ロータの磁性体リングとの
   空隙に磁気回路を形成して介在する磁性流体を磁気シー
   ルする第２のシール部を形成し、ロータの開口部は第１
   のシール部と第２のシール部との間の空気圧を外圧に等
   しくするよう構成してなる軸受装置。
3. 【請求項３】 ロータの開口部は回転軸を中心とした円
   上に位置して配設される請求項１、または２記載の軸受
   装置。
4. 【請求項４】 ロータの開口部は等間隔に配設される請
   求項１、または２記載の軸受装置。
5. 【請求項５】 ロータの開口部はロータの軸受部材配設
   側面に対して反対面を回転軸に接近した傾斜孔として穿
   孔してなる請求項１、または２記載の軸受装置。
6. 【請求項６】 ロータの開口部はロータの軸受部材配設
   側面の開口面積をロータ反対面の開口面積より小さく形
   成してなる請求項１、または２記載の軸受装置。
7. 【請求項７】 ロータの開口部は軸受部材配設側面の開
   口を回転方向上流側に、反対面は回転方向下流側に開口
   するよう傾斜させて形成してなる請求項１、または２記
   載の軸受装置。