| 【発明の名称】 |
磁性流体シールおよびこれを用いたスピンドルモータ、並びにこのスピンドルモータを用いたディスク装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】大澤 晴繁
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| 【要約】 |
【課題】従来の磁性流体シールは、軸回転型でシール部は固定されているタイプでは高速回転に対応できていたが、軸固定型でシール部が回転するタイプでは、回転遠心力により磁性流体が飛散し、高速回転ではシール性能が維持できなかった。
【解決手段】そこで本発明では、上部ヨーク板３０の内周先端側の上下に回転時に磁性流体との相互作用により浮上し自由に回転可能な環状の上部浮動ブッシュ３５および下部浮動ブッシュ３６を設けた。モータ回転時、これらの浮動ブッシュは、その慣性による滑りのために上部ヨーク板３０の回転より遅い回転数で回り、これにつられてこれら浮動ブッシュに近接する磁性流体３３は、この浮動ブッシュに近い速度で回転することになる。その結果、従来の磁性流体シールに比べて磁性流体の回転速度は相対的に低下し、シール部を構成する磁性流体に作用する回転遠心力も低下し、モータの高速回転に対してより安定な磁性流体シールを実現できた。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 固定された軸体を有する回転体に使用される磁性流体シールであって、該軸体は上下方向の軸心を有しており、（１）ほぼ同一の円環内径と円環外径と厚さとを有しかつ軸心にほぼ直角に保持された円環状の磁性体よりなる上部ヨーク板および下部ヨーク板と、これら両ヨーク板の間に密着固定され前記ヨーク板より大きい円環内径およびほぼ同一の円環外径を有する円環状磁石と、により構成され、かつ前記両ヨーク板の内周端部は軸体外周面に微小間隔を隔てて対向し、さらに前記上部ヨーク板の内周側円環状下面と前記下部ヨーク板の内周側円環状上面および前記円環状磁石の内周面により形成された円環状の凹部を有するシール部本体と、（２）少なくとも、前記上部ヨーク板の前記内周端部とこれに対向する軸体外周面との間に保持された磁性流体と、（３）前記円環状凹部内にあり、前記軸体の表面、前記上部ヨーク板の内周側円環状下面、前記下部ヨーク板の内周側円環状上面および前記環状磁石の内周面からそれぞれ微小間隔を隔てて配置され、かつその一部が前記磁性流体に接触する状態で回転自在に保持された環状の下部浮動ブッシュと、（４）前記上部ヨーク板の上部環状面から微小間隔を隔てて位置し、かつその一部が前記磁性流体に接触する状態で回転自在に保持された環状の上部浮動ブッシュと、（５）前記上部浮動ブッシュの脱落を防止するために、前記上部浮動ブッシュの上部に近接して設けられた上部カバーとにより構成されることを特徴とする磁性流体シール。
【請求項２】 前記上部ヨーク板は、半径方向中間部で軸心にほぼ直角に保持された上半部円環状板および下半部円環状板とこれらの環状板を軸心方向で繋ぐ軸心に平行な円筒状部分により構成され、前記円筒状部分で下方向への一つの段差を形成することにより一体として連結されていることを特徴とする、請求項１に記載した磁性流体シール。
【請求項３】 前記上部浮動ブッシュおよび／または前記下部浮動ブッシュは、これらの内周面が軸心方向について前記上部ヨーク板に近付くほど前記浮動ブッシュ内周面から軸体外周面に至る距離が拡大する傾斜部を有することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載した磁性流体シール。
【請求項４】 前記上部浮動ブッシュもしくは前記下部浮動ブッシュは、上部ヨーク板内周端部と軸体表面との間に位置する円筒状垂下部もしくは突起部を有することを特徴とする、請求項１ないし請求項３に記載した磁性流体シール。
【請求項５】 前記上部浮動ブッシュもしくは前記下部浮動ブッシュの前記円筒状垂下部もしくは突起部には、軸心に対してほぼ直角方向の複数の磁性流体流通穴を有することを特徴とする、請求項４に記載した磁性流体シール。
【請求項６】 前記上部浮動ブッシュおよび／または前記下部浮動ブッシュの上部ヨーク板対向面には、当該浮動ブッシュの円環形状の内周円に対応して複数の溝を有することを特徴とする請求項１ないし請求項５に記載した磁性流体シール。
【請求項７】 固定された上下方向に軸芯を有する軸体と、前記軸体に対して上部および下部の２つの軸受により回転自在に支持されたロータハブとの間に設けられ、かつ前記上部軸受の軸心上方に隣接して設けられた請求項１ないし請求項６に記載した磁性流体シールを有するスピンドルモータ。
【請求項８】 回転する軸体を有する回転体に使用される請求項１ないし請求項６に記載した磁性流体シール。
【請求項９】 請求項８に記載した磁性流体シールを有するスピンドルモータ。
【請求項１０】 ハウジングと、当該ハウジング内部に固定されたスピンドルモータと、当該スピンドルモータの回転部に装着された円板状の記録媒体と、当該記録媒体の所要の位置に情報を書き込みまたは読み出すための情報アクセス手段とを有するディスク装置であって、前記スピンドルモータは、請求項７または請求項９に記載したスピンドルモータであることを特徴とするディスク装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、軸体の上部間隙を介してモータ内部のオイル粉塵等がモータ外部に漏れることを防止する磁性流体シール、およびこの磁性流体シールを有するスピンドルモータ、並びにこのスピンドルモータを用いたディスク装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】図１４に、一般的なディスク装置の内部構成を模式図として示す。ハウジング７１の内部には、各種情報をデジタル形式で高密度に記憶するディスク板７３が回転自在に装着されたモータ７２が設けられ、ディスク板７３に対して情報を読み書きするヘッド移動機構７７が配置されている。このヘッド移動機構は、ディスク板上の情報を読み書きするヘッド７６、このヘッドを支えるアーム７５、およびヘッドおよびアームをディスク板上の所要の位置に移動させるアクチュエータ部７４により構成されている。近年ディスク板に記憶できる情報密度は飛躍的に向上し、ディスク板の設置環境は、塵・埃等が極度に少ないクリーンな環境が必須とされている。従ってハウジング７１の内部は、外気を遮断した高度にクリーンな空間を形成すると共に、その内部構成部品であるヘッド移動機構７７やモータ７２は、その内部のオイルミスト等が外部に漏れない機構が必須要件となっている。この様な要請に対して、回転部を構成する軸体および軸受部から生じるオイルミスト等を外部に漏らさない機構部品として、磁性流体シールが用いられている。
【０００３】図１３に、かかる磁性流体シールを有するスピンドルモータの一例を、モータの軸心を通る平面により切断した断面図にて示す。ここで軸体１は固定軸を形成し、上下２つの軸受２および２’により回転自在にとりつけられたロータハブ４が、固定部を構成するブラケット７上に取り付けられたステータコア１０とコイル９を内側に包み込む、いわゆるアウターロータ形状を有している。磁性流体シール部３は、上方軸受の上側に位置し、軸体１とロータハブ４との間を埋める形で嵌め込まれている。
【０００４】この磁性流体シール部３の部分のみを拡大して模式的に図示した従来の磁性流体シールの構造を図１０に示す。なお磁性流体シールは図上軸心を示す一点鎖線に対して回転対称形状を有しているため、以降説明する図では、軸心を通る平面で切断した断面図の右側のみを図示している。
【０００５】図１０で示す磁性流体シールは通常Ｐ型と呼ばれており、円環状の上部ヨーク板３０および下部ヨーク板３１と、これらに挟まれた円環状磁石３２とからなり、上下両方のヨーク板の軸方向内周部とこれに対向する軸体１の外周面との間に磁束が集中する微小間隙部を設け、これに磁性流体３３を保持することでシール効果を実現したものである。また図１１は通常Ｚ型と呼ばれる従来の磁性流体シール構造を示しており、上部ヨーク板３０の軸方向内周側に１段の段差３４を有し、上部ヨーク部の内周端のみに磁性流体３３を保持する構造を有している。
【０００６】近年のコンピュータ処理の高速化要請とデータ処理の大容量化要請に伴い、コンピュータに使用される情報記録用のディスク装置は、ディスクの高記録密度化・多段積層化が求められてきている。これに呼応してディスク装置に使用されるモータも、多段ディスクに耐える安定な駆動力と高速回転が求められている。この様な高負荷・高速回転に対して安定に動作するモータを実現するためには、モータの軸体を固定し、かつロータが固定子コイルの外側を覆う形状のいわゆるアウターロータ型のモータ構造を採用する必要が生じた。
【０００７】他方ディスクの高記録密度化等に対応して、ディスク装置内部はより一層の清浄化が求められている。従ってモータ内部の軸受に使用される潤滑オイル等の微粒子が含まれたガス（オイルミスト）等が、ディスク装置内部に流れ込むことを防止する磁性流体シールも、必須部品となっている。加えて磁性流体シールの回転数も１万ｒｐｍを超え２万ｒｐｍ近くまで安定に機能することが求められている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】これに対して図１０および図１１で示した従来の磁性流体シールは、通常磁性流体シール側は固定され軸側が回転する、いわゆる軸回転タイプが主流であった。このタイプの磁性流体シールでは、回転遠心力が直接磁性流体に作用することが少ないため、磁性流体の飛散する危険性が少ないことから、１万ｒｐｍ以上の高速回転に安定に対応できる構造を容易に実現できた。しかしこのままの構造を、軸固定タイプの磁性流体シールに適用すると、図１２に示す斜線部分３３１および３３２の磁性流体３３が数千ｒｐｍ程度の回転遠心力でも飛散してしまい、シール機能を果たさなくなる。
【０００９】この軸固定タイプの磁性流体シールの回転耐力を向上させる方策として以下の３つの対策が考えられる。
【００１０】１）ヨーク板軸方向内周部と軸体外周面との間の微小間隙部での磁性流体の保持力を強める。具体的には、環状磁石３２の磁力を強化すること、磁性流体の飽和保持力を強化すること、さらには微小間隙部の軸方向の幅を広くしたり間隙を狭めること等により実現することができる。
【００１１】２）通常軸対側面であるラジアル面でシールを行うのに対し、これを回転部の軸方向側面であるスラスト面でシールを行う構造に変更する。そして回転部外周側に袋小路部を設け、高速回転時には遠心力によりここに磁性流体を集め、シールする構造とする。
【００１２】３）磁性流体を軸受の潤滑材としても使用し、その飛散防止のために、軸上端部に対向するロータ部内面に螺旋状に溝加工した特殊な粘性シールを配置し、その回転動圧効果で、外部に漏れ出そうとする磁性流体を押し戻すことによりシールする。
【００１３】しかしこれらの方法では、いずれも、磁性流体の粘性抵抗が大きくなることにより磁気流体シールの回転に必要なトルクが増大したり、コストが高くなったり、さらにはシール部の軸方向厚さが増大する等の不都合が生じていた。
【００１４】従って本発明の目的は、比較的簡単な構造で高速回転にも安定にシール機能を発揮できる軸固定型の磁性流体シールを提供するところにある。より具体的には、モータ回転時に磁性流体に作用する遠心力を小さくし、より高速回転に対応できる磁性流体シールを実現する。
【００１５】
【課題を解決するための手段】そこで本発明では、磁性流体シール部を、（１）ほぼ同一の円環内径と円環外径と厚さとを有しかつ軸心にほぼ直角に保持された円環状の磁性体よりなる上部ヨーク板および下部ヨーク板と、これら両ヨーク板の間に密着固定され前記ヨーク板より大きい円環内径およびほぼ同一の円環外径を有する円環状磁石と、により構成され、かつ前記両ヨーク板の内周端部は軸体外周面に微小間隔を隔てて対向し、さらに前記上部ヨーク板の内周側円環状下面と前記下部ヨーク板の内周側円環状上面および前記円環状磁石の内周面により形成された円環状の凹部を有するシール部本体と、（２）少なくとも、前記上部ヨーク板の内周端部とこれに対向する軸体外周面との間に保持された磁性流体と、（３）前記円環状凹部内にあり、前記軸体の表面、前記上部ヨーク板の内周側環状下面、前記下部ヨーク板の内周側環状上面および前記環状磁石の内周面からそれぞれ微小間隔を隔てて配置され、かつその一部が前記磁性流体に接触する状態で回転自在に保持された環状の下部浮動ブッシュと、（４）前記上部ヨーク板の上部環状面から微小間隔を隔てて位置し、かつその一部が前記磁性流体に接触する状態で回転自在に保持された環状の上部浮動ブッシュと、（５）前記上部浮動ブッシュの脱落を防止するために、前記上部浮動ブッシュの上部に近接して設けられた上部カバーとにより構成している。
【００１６】これは従来の図１０に示すＰ型シール構造に加えて、上部ヨーク板内周側上下面に隣接して自由に回転できる上部および下部の浮動ブッシュ３５および３６を配し、回転時に上部ヨーク板内周端部３０１と軸体表面との間の磁性流体３３との相互作用により上部および下部浮動ブッシュ３５および３６を浮遊状態に保つ。磁性流体３３は、モータ回転時には、軸体表面付近ではほぼ静止しているが、上部ヨーク板内周端部３０１付近ではモータ回転速度にほぼ一致する速度で流れており、浮動ブッシュ３５および３６はこれらの中間の速度でゆっくり回転する。従って浮動ブッシュに接する磁性流体部分は、モータ回転よりも遅い速度で回り、浮動ブッシュがない場合に比べて磁性流体にかかる遠心力が低下する。加えて浮動ブッシュの内周壁面が磁性流体の遠心力による飛散防止の壁となり、モータの高速回転に対して一層安定な磁性流体シール部を実現できる。
【００１７】また本発明では、上部ヨーク板は、半径方向中間部で軸心にほぼ直角に保持された上半部円環状板および下半部円環状板とこれらの環状板を軸心方向で繋ぐ軸心に平行な円筒状部分により構成され、該円筒状部分で下方向への一つの段差を形成することにより一体として連結されている。
【００１８】これは従来の図１１に示すＺ型シール構造に加えて、図１または図２に示す如く、上部ヨーク板内周側上下面に隣接して自由に回転できる浮動ブッシュ３５および３６を配し、回転時に上部ヨーク板内周端部と軸体表面との間の磁性流体３３との相互作用により浮動ブッシュ３５、３６を浮遊状態に保つ。そして前記したＰ型シール構造の場合と同様に、磁性流体の飛散防止効果を実現する。
【００１９】なおここで用いられる浮動ブッシュには、ナイロン、ポリカーボネイトまたはテフロン等の非磁性材が使用される。特に図１の構成では、浮動ブッシュとその周辺部材であるヨーク板や磁石等との接触による振動等の弊害を最小限に押さえるために、浮動ブッシュにはテフロン等の軽量でかつ摩擦係数の小さい材料が使用される。他方図２の如く比較的多量の磁性流体を使用して浮動ブッシュを包み込む構造で浮動ブッシュに浮力を生じさせる場合には、浮動ブッシュには磁性流体の比重（通常約１．２）と同等か少し軽い材料であるナイロン（比重は約１．１）またはポリカーボネイト（比重は約１．２）が使用される。
【００２０】さらに本発明では、図２に示す如く、上部浮動ブッシュ３５および／または下部浮動ブッシュ３６は、これらの内周面が軸心方向について上部ヨーク板内周端部３０１に近付くほど該内周面から軸体外周面に至る距離が拡大する傾斜部を有している。モータ回転の遠心力により外周方向に流される磁性流体３３は、この傾斜部３５１および３６１により上部ヨーク板内周端部３０１に向う流れをつくり、磁性流体の飛散を防止している。さらにこの傾斜部の傾斜度合いにより、浮動ブッシュの浮上量を自動的に調整することも可能になる。
【００２１】また本発明では、図３に示す如く、上部浮動ブッシュ３５もしくは下部浮動ブッシュ３６は、上部ヨーク板内周端部３０１と軸体表面との間に位置する円筒状垂下部３５３もしくは突起部を有している。この垂下部により、上部ヨーク板内周端部３０１と軸体表面との間での磁性流体の保持力が高められ、回転遠心力による磁性流体の飛散を防止している。なお、下部浮動ブッシュ３６から円筒状突起物を設けても良い。
【００２２】さらに本発明では、上部浮動ブッシュ３５もしくは下部浮動ブッシュ３６の円筒状垂下部もしくは突起部３５３には、軸心に対してほぼ直角方向の複数の磁性流体流通穴を有している。即ち図３の矢印αから上部浮動ブッシュを見た場合に、例えば、その円筒面展開図である図４に示す丸穴３５４を有する。この穴により、磁性流体への摩擦抵抗力を高めることによる磁性流体への保持力向上と、回転時に磁性流体内部に混入する気泡がこの穴を通じて逃げることができるようにしている。なお穴の形状や個数は、その時使用される磁性流体の粘性やモータの定常回転数等により適宜選択すれば良い。また、下部浮動ブッシュ３６に設けた円筒状突起物に同様に丸穴３５４を設けても良い。
【００２３】そして本発明では、図７から図９で示す如く、上部浮動ブッシュおよび／または前記下部浮動ブッシュの上部ヨーク板対向面には、当該浮動ブッシュの円環形状の内周円に対応して複数の溝を有している。回転遠心力で上部ヨ−ク板３０の上下面と上部浮動ブッシュ３５および下部浮動ブッシュ３６との間の微小間隙を通じて、円周外方向に拡散しようとする磁性流体を、この溝により生じる半径内方向の動圧により押し戻す機能を果たす。これにより回転遠心力に対抗する能力を高めることができる。
【００２４】この溝は、図６に示す如く外周端部に至る形状を有する場合や、図７に示す如く外周端部に至らないで終結している場合等、種々の形状が可能である。また図８に示す如く、螺旋状に湾曲した溝でも良い。なおこれらの溝は、モータ回転に対して半径内方向に磁性流体の動圧が生じる様に浮動ブッシュ面に形成される。従って上部浮動ブッシュの下面と下部浮動ブッシュの上面とでは、溝の形成方向は逆になる。
【００２５】さらに本発明では、固定された上下方向に軸芯を有する軸体と、前記軸体に対して上部および下部の２つの軸受により回転自在に支持されたロータハブとを有するスピンドルモータの、軸体とロータハブとの間に設けられ、かつ上部軸受の軸心上方に隣接して設けられた上記磁性流体シールを有するスピンドルモータを構成する。これによって高速回転でもシール効果の高いスピンドルモータを実現できる。
【００２６】以上の発明は、固定した軸体を有する回転体に使用する磁性流体シールとしてその構成を詳述したが、更に本発明では、そのままの磁性流体シールの構造を、軸体が回転する回転体にも適用することができる。これによって従来のP型またはZ型シール構造に比べて飛躍的に高速回転する場合でも適用可能な磁性流体シールおよびこれを用いたスピンドルモータを提供することができる。
【００２７】また本発明では、上記磁性流体シールを有するスピンドルモータにより構成されるディスク装置を実現する。このスピンドルモータは高速回転でも、モータ内部のオイルミスト等で汚染された空気を安定してシールする。これにより高速に読み書き可能で、かつディスク装置内部のクリーンな状態を長期間安定に維持できる長寿命のディスク装置を提供することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】本発明は、図１０（Ｐ型）または図１１（Ｚ型）で示される従来の磁性流体シール構造に加えて、例えば図２に示す如く、軸体１の表面との間で磁性流体３３を保持する上部ヨーク板３０の内周端部３０１の両側に、モータ回転に対応して磁性流体３３から浮上する回転自在な上部および下部の浮動ブッシュ３５および３６を設けた。この浮動ブッシュは、回転慣性があるため、モータと同じ速度で回転するヨーク板に対して滑りを生じ、モータより低い回転状態で留まる。従って磁気シール部を構成する大部分の磁性流体も、この浮動ブッシュの回転に影響されて、浮動ブッシュがない場合に比べて低速で回転することになる。これにより磁性流体にかかる回転遠心力は、浮動ブッシュがない場合に比べて小さくなり、その結果として従来に比較して高い回転数まで安定にシール機能を果たす磁性流体シールを実現することができる。
【００２９】図１は本発明における第一の実施の形態を示す図である。本磁性流体シール部の基本構造は、図１０に示すいわゆるＺ型と呼ばれる構造を有し、前記の如く、上部ヨーク板の内周側上部および下部の環状側面に微小間隔を隔てて、それぞれ上部浮動ブッシュ３５および下部浮動ブッシュ３６が配置される。上部浮動ブッシュの上側には上部カバー３７が配置され、この上部カバー３７は上部ヨーク板の上面に接着剤３８で密着固定されている。
【００３０】ここで図１はモータが定常回転し、上部および下部浮動ブッシュが回転自在に浮遊している場合を想定した図である。しかしモータ静止時には、重力の関係で上部浮動ブッシュ３５および下部浮動ブッシュ３６は、重力に対して下方に位置する何れかの壁面に接触して保持されている。モータが回転し始めると、浮動ブッシュと磁性流体との間で相対速度差が生じ、重力に対して上方に位置する浮動ブッシュは、磁性流体からの浮力と浮動ブッシュの自重とがつりあって、浮遊状態になり回転自在となる。他方下側に位置する浮動ブッシュは、下部壁面（図１の状態でこのモータが正立している場合には、下部ヨーク板の上面）に乗ってヨーク板とともに回転し始め、磁性流体から受ける抵抗力（回転を抑制する方向）により、下部壁面との間で摩擦が生じ、ヨーク板より遅い回転数で回転する状態となる。従って上部および下部浮動ブッシュは、何れの場合にもモータより低い回転数で留まることになり、前記した如き磁性流体の回転を抑制する作用を実現する。
【００３１】なおこの場合上部および下部浮動ブッシュは、モータの使用状態（正立の場合のみならず倒立の場合その他があり得る）により何れかまたは双方ともが、何れかの壁面との摩擦により低速回転状態に留まる場合があり、従って図１の構成において使用される上部および下部浮動ブッシュは、例えばテフロン等の軽量でかつ摩擦係数が小さい材料を使用するのが好ましい。
【００３２】図２は本発明における第二の実施の形態を示す図である。本実施の形態では、図１で示される第一の実施の形態に比較して、上部カバー３７の下面側を詰めて密封し、上部浮動ブッシュ３５を包み込む環状凹部を形成した。そして磁性流体を従来に比較して多量に封入することで、磁性流体３３が上部および下部浮動ブッシュ３５および３６を包み込み、モータがどの様な天地状態に置かれても回転時には浮動ブッシュに浮力が生じる構成とした。ここで上部浮動ブッシュ３５および下部浮動ブッシュ３６の外周方向端部３５２および３６２に断面円弧状のテーパが形成されているのは、その周辺部材であるヨーク板や磁石との接触による振動等の弊害を最小限に抑えるために接触部分を少なくすると共に、振動時に磁性流体の流れがこのテーパ面に垂直に作用し、上方向の動圧による浮力を発生させるためである。
【００３３】この実施形態では、前記した如く浮動ブッシュは磁性流体内に浸った状態で浮力を得ることから、第二の実施形態で用いられる浮動ブッシュは、磁性流体（比重は約１．２）と比較して比重が軽いか同等の材料を用いるのが好ましく、例えばナイロン（比重は約１．１）やポリカーボネイト（比重は約１．２）が用いられる。この場合、第一の実施形態のような外周壁面との接触は少ないと考えられるため、浮動ブッシュ材の摩擦係数は第一の実施形態ほどには重視する必要はない。
【００３４】また上部浮動ブッシュ３５および下部浮動ブッシュ３６の内周側面には、上部ヨーク板３０の内周先端部３０１に向って近付く程、軸体１の表面からの距離を大きくする向きの傾斜部３５１および３６１が形成されている。これは回転時に磁性流体に働く遠心力が、この傾斜部を介して前記先端部３０１に向う力に変換され、磁性流体の上下方向への飛散を防止する効果がある。
【００３５】なお図２では軸体表面に存在する磁性流体は、上部ヨーク板の円環状下面と下部ヨーク板の円環状上面及び円環状磁石の内周面により形成された円環状の凹部にも存在する。これは磁性流体の経年劣化を考慮して注入量を若干多めに注入するため、磁束の漏洩する上記円環状の凹部にも磁性流体が乗ることを考慮したためである。従って磁性流体の注入を適切に行うことにより、この部分に無用の過分な磁性流体が乗らない実施の形態も可能である。
【００３６】図３および図４には本発明に関する第三の実施の形態を図示する。この実施形態では、上部浮動ブッシュ３５を内周方向に延長し、さらに上部ヨーク板内周端部３０１より内周側に張り出す円環状の垂下部３５３を設けている。この垂下部３５３により、モータ回転に近い速度で回転する磁性流体の範囲は、上部ヨーク板内終端部３０１の周辺部分に限られ、殆どの磁性流体は、浮動ブッシュ３５または３６の回転数近くで回転することになり、第一の実施形態に比べて一層磁性流体に加わる遠心力は低減される。従って第三の実施形態では一層高速回転に安定に対応できる磁性流体シール部を実現することができる。
【００３７】さらに本実施形態は、前記垂下部に、軸心に対してほぼ直角方向の軸を持つ複数の磁性流体流通穴を設けている。この磁性流体流通穴は、図４に示す丸穴３５４にて例示される。図４は、図３の矢印αから見た上部浮動ブッシュ３５の円環状内周側面の展開図として示した図である。この流通穴３５４により、回転等により上記ヨーク板内周端部３０１と上部浮動ブッシュ３５の垂下部３５３との間で行き場を失った磁性流体内の気泡を、この穴を通じて内周側に導く作用を有する。これによって気泡増大によるシール破壊の危険性を除去し、安定なシール構造を実現する。
【００３８】図５は本発明に関する第四の実施形態を示す図である。この実施形態では、第三の実施形態にかかる上部浮動ブッシュ３５の垂下部３５３が、上部ヨーク板内周端部３０１の上半分程度を覆う形状としている。この構造により、第三の実施形態に比べてより簡単な構造で、ヨーク板と伴に回転する磁性流体の範囲を第一に実施形態より小さくしつつ、かつ気泡の逃げ場を与えた。
【００３９】図６は本発明に関する第五の実施形態を示す図である。この実施形態は、第二の実施形態と第三の実施形態との融合であり、上部及び下部浮動ブッシュの浮上をより確実にしつつ、かつシール機能に寄与している磁性流体部分の回転速度を低減させる効果を有している。図６の各部の機能や作用は、既に説明した実施形態と同じであり、詳細な説明は省略する。
【００４０】図７、図８、図９は本発明に関する第五の実施形態を示す図であり、既に説明した実施形態に追加して実施可能である。本実施形態では、上部および下部浮動ブッシュの上部ヨーク板対向面には、当該浮動ブッシュの円環形状の内周円に対応して複数の溝を設けている。回転遠心力で上部ヨ−ク板３０の上下面と上部浮動ブッシュ３５および下部浮動ブッシュ３６との間の微小間隙を通じて、円周外方向に拡散しようとする磁性流体を、この溝により生じる半径内方向の動圧により押し戻す機能を果たす。これにより回転遠心力に対抗する能力を高めることができる。なおこの溝は、図７に示す如く外周端部に至る形状を有する場合や、図８に示す如く外周端部に至らないで中途で終結している場合等、種々の形状が可能である。また図９に示す如く、螺旋状に湾曲した溝でも良い。この溝の形状および個数は、磁性流体の粘性やモータの回転速度および本磁性流体シール部３に注入される磁性流体の量等により、適宜最適に設計される。またこれらの溝は、モータ回転に対して半径内方向に磁性流体の動圧が生じる様に浮動ブッシュ面に形成される。従って上部浮動ブッシュの下面と下部浮動ブッシュの上面とでは、溝の形成方向は逆になる。
【００４１】なお以上述べた磁性流体シールは、軸体が固定されハブ側が回転するモータ等の回転体について適用する場合を説明したが、これとは逆に、軸体が回転しハブ側が静止（固定）しているモータ等の回転体にも適用可能である。この場合は、従来技術の説明で指摘した如く、軸固定型よりも一層の高速回転に対して安定なシール機能を実現する磁性流体シールを実現できる。この軸回転型磁性流体シールは、上記した実施形態である図１から図５に対応する実施形態が可能であることは言うまでもない。
【００４２】
【発明の効果】以上詳細に説明した如く、本発明は、従来のＰ型シール構造に加えて上部ヨーク板内周側上下面に隣接して自由に回転できる上部および下部の浮動ブッシュを配し、ヨーク板の回転に対してこれよりも遅い回転数でこれらの浮動ブッシュを回転させることにより、シール機能を果たす部分の磁性流体をこれに追従させることにより、磁性流体の回転速度を低下させる効果がある。その結果従来のＰ型シールに比べてより高い回転数にも安定にシール機能を維持できる磁性流体シールを実現できる。
【００４３】また本発明では、上記浮動ブッシュを従来のＺ型シール構造にも適用することにより、同様の理由で、従来のＺ型シールに比べてより高い回転数にも安定にシール機能を維持できる磁性流体シールを実現できる。
【００４４】さらに本発明では、前記上部浮動ブッシュおよび前記下部浮動ブッシュに、これらの内周面が軸心方向について上部ヨーク板に近付くほど内周面から軸側面に至る距離が拡大する傾斜部を有しており、この傾斜部が、回転遠心力により外周方向に飛散しようとする磁性流体を、上部ヨーク板内周端部に向わせることにより、磁性流体の飛散を防止できる効果がある。
【００４５】また本発明では、上部浮動ブッシュもしくは下部浮動ブッシュは、上部ヨーク板内周端部と軸体表面との間に形成された円筒状垂下部もしくは突起部を有しており、この垂下部もしくは突起部により、上部ヨーク板内周端部と軸体表面との間で磁性流体の保持力が高められ、回転遠心力によるシール部の磁性流体の飛散を防止している。
【００４６】さらに本発明では、上部浮動ブッシュもしくは下部浮動ブッシュの前記円筒状垂下部もしくは突起部には、軸心に対してほぼ直角方向の複数の磁性流体流通穴を有しており、磁性流体内の気泡を逃げやすくして、安定なシール機能の実現を図っている。
【００４７】そして本発明では、磁性流体シール部の上部および／または下部浮動ブッシュの上部ヨーク板対向面には、当該浮動ブッシュ円環形状の内周円に対して複数の溝を設け、回転遠心力により円周外方向に拡散しようとする磁性流体を、この溝により生じる半径内方向の動圧により押し戻す機能を果たす。これによってより高速回転でも磁性流体が飛散しにくい構造を実現している。
【００４８】さらに本発明では、上記磁性流体シールを組込んだスピンドルモータにより、高速回転でも安定なシール効果を有するスピンドルモータを実現している。
【００４９】加えて本発明では、固定した軸体を有するモータ等の回転体に使用する上記の磁性流体シールを、そのまま軸体が回転するモータ等の回転体にも適用することができる。これにより従来のＰ型またはＺ型シール構造に比べて飛躍的に高速回転する場合でも、安定にシール機能を維持できる磁性流体シールを提供することができる。
【００５０】また本発明では高速に回転するスピンドルモータにおいても、モータ内部の汚れた空気のディスク装置内部への拡散を安定にシールする。これにより高速に読み書き可能で、かつディスク装置内部のクリーンな状態を長期間安定に維持できるディスク装置を実現することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００２３２３０２
【氏名又は名称】日本電産株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年１２月２８日（１９９９．１２．２８） |
| 【代理人】 |
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| 【公開番号】 |
特開２００１−１６５３３１（Ｐ２００１−１６５３３１Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年６月２２日（２００１．６．２２） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−３７２０１５ |
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