JP2000184642A - スピンドルモータ用ヨーク一体型回転マグネット及びその製造方法 - Google Patents
スピンドルモータ用ヨーク一体型回転マグネット及びその製造方法Info
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Abstract
ルモータ用ヨーク一体型回転マグネットを提供する。 【解決手段】 円筒状ヨーク2の内側に円筒状の希土類
ボンド磁石から成る駆動マグネット4が嵌合されて成
り、駆動マグネット4の内部には圧縮応力が付与されて
いる。
Description
ライブ等に使用されるスピンドルモータ用ヨーク一体型
回転マグネット、及びその製造方法に関する。
「HDD」という)のディスクを高速回転してデータの
読み出し速度を向上させ、HDDの高容量化を図ること
が行われている。例えば、ディスクの回転速度は現在の
ところ約4500rpmであるが、これを2000年に
は10000rpmに、2003年には15000rp
mに向上させる計画がある。
のスピンドルモータの一例を図5に示す。このスピンド
ルモータは、コイル51の巻回体である円筒状のステー
タコア50と、ステータコア50の外側に所定のクリア
ランスを置いて同軸的に配設されたヨーク一体型回転マ
グネット52で構成されている。このうち、ヨーク一体
型回転マグネット52は、通常、希土類磁性体粉末と樹
脂の一体成形体であるボンド磁石から成る円筒状の駆動
マグネット40を、磁性体から成るヨーク(ロータヨー
ク)20の内面に接着剤30を介して接着して一体化し
た構造になっている。
52の製造は、概ね次のようにして行われている。ま
ず、所定のボンド磁石から成る円筒状の駆動マグネット
40が製造され、一方で、所定の磁性体ブロックから円
筒状ヨーク20が通常は機械加工で製造される。このと
き、駆動マグネット40の外径は、ヨーク20の内径よ
り小さく加工され、前者が後者の内径部に挿入できるよ
うに設計され、同時に両者の真円度、円筒度、同軸度、
高さ寸法、及び平行度等が所定の基準を満足するように
加工される。
の内径部に同軸的に挿入し、駆動マグネット40の外面
とヨーク20の内面とが形成する微小クリアランスに所
定の接着剤30を注入した後、当該接着剤を硬化するこ
とにより全体を一体化する。ところで、最近のスピンド
ルモータの更なる高速回転化への要望の強まりに伴い、
上記したヨーク一体型回転マグネットを構成する駆動マ
グネット40、ヨーク20の寸法精度に対しては厳しい
要求がなされている。具体的には、外径、内径、高さ、
さらには、真円度、円筒度、同軸度、及び平行度等の各
仕様については、格段に厳しい精度(10μm以下)が
要求され始めている。
の場合は、ブロックからの機械加工で製造されるため、
比較的に対応は容易であるということができる。
グネット40の場合は、ボンド磁石が粉末成形法で製造
されているため、その寸法精度を高めることは非常に困
難であり、要求精度に応える限界に達しつつある。この
ようなことから、駆動マグネット40とヨーク20を組
み立てた後のヨーク一体型回転マグネットにおいて、最
終的に要求精度を実現することが研究され始めている。
立方法に関して考察を加え、現在の方法には次のような
問題があることを把握するに至った。まず、第1の問題
は、駆動マグネット40をヨーク20に接着するために
は、両者の間に通常20〜30μmのクリアランスが接
着剤を注入するために必要となることである。そして、
接着剤が均等にこのクリアランスに注入されないことも
あり、一体化した後に両者の間で軸心ずれが生じやす
く、高速回転の際に振動やぶれ(動アンバランス)が生
じることがある。さらに、駆動マグネット40とコイル
51の間隔が一定でなくなるので、マグネットに作用す
る磁気的な力が周期的に変化し(磁気アンバランス)、
このことによってもモータに振動やぶれが生じることが
ある。さらには、このような振動やぶれが原因となっ
て、モータ作動時に騒音が発生することもある。
接着剤の成分が気化すると、気化したガス成分がHDD
やモータの内部に析出し、ディスクやモータに悪影響を
与える可能性があり、非常に高い清浄度を要求されるス
ピンドルモータにとって不適切であるということであ
る。本発明は、スピンドルモータにおける上記した問題
を解決することができ、寸法精度が著しく向上されたス
ピンドルモータ用ヨーク一体型回転マグネット、及びそ
の製造方法の提供を目的とする。
ために、請求項1記載の本発明においては、円筒状ヨー
クの内側に円筒状の希土類ボンド磁石から成る駆動マグ
ネットが嵌合されて成り、前記駆動マグネットの内部に
は圧縮応力が付与されていることを特徴とするスピンド
ルモータ用ヨーク一体型回転マグネットが提供される。
真円度、円筒度、及び同軸度はそれぞれ20μm以下で
あるのがよい(請求項2)。また、請求項3記載の本発
明においては、円筒状ヨークの内側に該ヨークの内径よ
り外径の小さい円筒状の希土類ボンド磁石から成る駆動
マグネットを配置し、前記ヨークと前記駆動マグネット
を加熱して該駆動マグネットを酸化膨張させて前記ヨー
クの内壁に圧着させ、次いでヨークと駆動マグネットを
冷却し、ヨークと駆動マグネットを一体嵌合することを
特徴とするスピンドルモータ用ヨーク一体型回転マグネ
ットの製造方法が提供される。
希土類ボンド磁石を大気中で加熱すると、酸化膨張を起
こし、冷却してもその膨張した形状を保持し続けるとい
う知見に基づいて本発明を完成させたものである。そし
て、単体では寸法精度に劣る希土類磁石の駆動マグネッ
トを接着剤を用いることなくヨークに一体的に組付ける
ことによって、結果として一体化物の寸法精度を向上さ
せている。
トの実施の形態を図1を参照して説明する。図1におい
て、ヨーク一体型回転マグネット1は、円筒状ヨーク2
の内側に、円筒状の希土類ボンド磁石から成る駆動マグ
ネット4が嵌合されて成っている。ヨーク2は、駆動マ
グネット4の磁束の漏洩を防止して磁路の形成を容易に
するためものであり、例えば、鋼やステンレススチール
(JISに規定するSUS403等)を用いることがで
きる。なお、後述するように、ヨークの寸法精度はボン
ド磁石の寸法精度に影響を与えることから、ヨークの寸
法精度(内外径、高さ、真円度、同軸度、円筒度等)を
10μm以下とするのが好ましい。
の粉末と樹脂の混合物を成形したボンド磁石で構成され
ている。希土類磁石としては、Nd−Fe−B磁石やS
m−Co磁石を用いることができる。樹脂としては、エ
ポキシ樹脂等の熱硬化樹脂やナイロン等の熱可塑性樹
脂、ゴム等を用いることができる。また、上記混合物を
成形する方法としては、例えばプレス成形や射出成形を
行うことができる。なお、ヨーク2に嵌合される前の駆
動マグネット4の外径は、ヨーク内の内径より小さくな
っていることが必要である。この場合、駆動マグネット
4の外径とヨーク2の内径の差を10〜50μm程度と
すればよい。
に嵌合する方法について説明する。駆動マグネットを構
成する主体の希土類ボンド磁石を50〜300℃に加熱
すると、磁石粉末中の金属元素(例えば、NdやSm)
が酸化されて体積の大きい酸化体(例えば、Nd2O3や
Sm2O3)に変化し、磁石全体は体積膨張する。そし
て、一旦、酸化膨張した磁石は室温に戻されてもほとん
ど収縮することはなく、膨張したままの形状を保持し続
ける。
4を配置し、これらを上記温度に加熱すると、駆動マグ
ネット4はその外面がヨーク2の内壁に達するまで膨張
し、やがてヨーク2の内壁に圧着する。そして、上述の
ように駆動マグネット4は放冷しても収縮しないため、
駆動マグネット4とヨーク2は嵌合界面Sを形成して一
体嵌合する。このとき、駆動マグネットのそれ以上の膨
張はヨークの拘束によって抑えられ、駆動マグネットの
内部に圧縮応力が付与された状態になる。
利用して、接着剤を用いずに(又はその量を低減して)
駆動マグネットをヨークに固定させるものであるが、さ
らに、駆動マグネットの膨張によって、その寸法精度が
ヨークに組付ける前より向上するという特徴を有してい
る。以下、駆動マグネットの膨張によりその寸法精度が
向上する機構について、図2に基づいて説明する。
た駆動マグネット4の当初の寸法精度(真円度、同軸
度、及び円筒度等)は低い値になっている。一方、ヨー
ク2の寸法精度は高い(10μm以下)。従って、駆動
マグネット4とヨーク2の寸法精度の違いから、両者の
間にはギャップgが形成される(図2(a))。ここ
で、駆動マグネット4を加熱すると、駆動マグネット4
は酸化膨張して外側に広がってヨーク2の内壁に圧着
し、ギャップgが消失する(図2(b))。このとき、
駆動マグネット4の外面は寸法精度に優れるヨーク2の
内壁をガイドとして形成されるためにその形状が矯正さ
れるが、それに伴って、駆動マグネット4の内面の形状
も同様に矯正される。その結果、一体嵌合した後の駆動
マグネット4の内面の寸法精度はヨークと同等な値に改
善されることになる。
ークの軸に垂直な断面が幾何学的円から偏倚している大
きさをいう。同軸度とは、磁石やヨークの軸心が幾何学
的な軸直線から偏倚している大きさをいう。また、円筒
度とは、磁石やヨークが幾何学的な円筒形状から偏倚し
ている大きさをいう。そして、これらの値はいずれも、
ヨークと一体化したマグネットをモータに組み込んだ後
の動アンバランスや磁気アンバランスに影響を与えるも
のとなっている。
界面Sには、適量の接着剤が介装されていてもよい。こ
の場合、接着剤が駆動マグネットの膨張によってヨーク
内壁に圧着され、均一な厚みで接着層が形成されるの
で、マグネットとヨークの一体化物全体の寸法精度を低
下させることなく、その接合強度を向上させることがで
きる。接着剤としては、例えば紫外線硬化樹脂を用いる
ことができる。また、接着剤の量は、接着剤の成分が気
化してモータ等に悪影響を与えない程度に調整すればよ
い。
てHDDのディスク上の情報を消去することを防止し、
ヨークに防食性を付与するために、駆動マグネット4や
ヨーク2の表面に各種のコーティング、電着塗装やメッ
キ(例えば、Niメッキ)等の処理が施されていてもよ
い。この場合、あらかじめ表面処理を施した駆動マグネ
ットとヨークを一体化してもよいが、駆動マグネットと
ヨークを一体化した後で表面処理を施す方が生産効率や
コストの点からは好ましい。なお、前者の場合には、嵌
合界面Sに塗膜やメッキ層が介装されているが、このよ
うになっていても差し支えない。
トの製造方法について、図3に基づいて説明する。図3
において、まず、ヨーク2の内径より外径が小さい駆動
マグネット4をヨーク2の内側に配置する(図3
(a))。ヨーク2と駆動マグネット4の間の空隙v
は、10〜50μm程度になっているのがよい。
中で加熱し、駆動マグネット4を酸化膨張させてヨーク
2の内壁に圧着させる(図3(b))。加熱温度は、ボ
ンド磁石の磁性が損なわれない温度(300℃以下)で
あればよいが、100〜150℃とすることが好まし
い。また、加熱時間は、加熱温度に応じて適宜定めれば
よいが、例えば30分〜2時間とすればよい。なお、加
熱によってヨーク2も熱膨張するが、その度合は駆動マ
グネット4の酸化膨張に比べると小さい(図示Lは、常
温におけるヨーク2の外径を表す)。このとき、既に述
べたように、駆動マグネット4の形状はヨーク2の内壁
をガイドとして矯正され、駆動マグネット4の内面の寸
法精度はヨーク2と同等な値に改善される。
ネット4を室温まで冷却する(図3(c))。この際、
熱膨張したヨーク2は元の大きさに収縮するが、一旦、
酸化膨張した駆動マグネット4はほとんど収縮すること
はなく、結果として駆動マグネット4とヨーク2を一体
嵌合することができる。なお、冷却としては放冷を行え
ばよい。
しプレス成形して、表1に示す寸法の円筒状ボンド磁石
から成る駆動マグネットを製造した。そして、ステンレ
ススチール(JISに規定するSUS403)を用いて
表1に示す寸法の円筒状ヨークを作成した。
内側に配置し、これらを大気雰囲気下で150℃×1時
間の条件で加熱して、駆動マグネットを構成する希土類
ボンド磁石を酸化膨張させてヨーク内壁に圧着させ、そ
のまま放冷して駆動マグネットとヨークを一体嵌合し
た。次にカチオン電着塗料を用いてこの一体化物に樹脂
コーティングを施した。なお、実施例2においては、あ
らかじめカチオン電着塗料を用いて樹脂コーティングし
た駆動マグネットをヨークに嵌合させた。
る接着剤を用いて駆動マグネットをヨークの内側に固定
した後、同様に樹脂コーティングしたものを用意した。
ネットとヨークの内面、及び各実施例において一体化し
た後の駆動マグネット内面の真円度、同軸度、及び円筒
度をJIS(B0621)に従って測定した。 (2)磁粉の測定 駆動マグネットとヨークの一体化物を純水に浸漬して超
音波洗浄し、磁粉の発生の有無を調査した。 (3)接合強度の測定 駆動マグネットとヨークの一体化物について、引張試験
機を用いて駆動マグネットとヨークをその軸方向に引き
離し、駆動マグネットがヨークから抜けたときの圧力を
測定した。駆動マグネットの加熱条件を変えたときの接
合強度の変化を図4に示す。従来の接着法による接合強
度と同等なものを○、接着法に比べて劣っているものを
×として判定した。 (4)モータの高速回転特性 所定のステータに上記のヨーク一体型回転マグネットを
取付けてモータを作製した。このモータを10000r
pmで高速回転させ、振動の有無を判定した。以上の結
果を表2に示した。
ーク一体型回転マグネットは、嵌合後の駆動マグネット
内面の真円度、同軸度、及び円筒度がいずれも10μm
以下であり、駆動マグネット単体の値に比べて寸法精度
が大幅に向上している。そして、その結果、モータの高
速回転が可能となっている。また、磁粉の発生もなく、
接合強度についても従来のマグネットと同等となってい
る。 (2)実施例と比較例を対比して明らかなように、接着剤
を用いて駆動マグネットをヨークに固定させた比較例の
場合は、実施例に比べて駆動マグネット内面の寸法精度
が大幅に悪化し、モータの高速回転時に振動が生じた。
よれば、従来のヨーク一体型回転マグネットに比べて、
駆動マグネットの寸法精度(内外径、高さ、真円度、同
軸度、円筒度等)を大幅に向上させることができ、その
結果、スピンドルモータの高速回転を達成することが可
能となる。
でヨークに嵌合されているため、接着剤を用いずに、若
しくはその量を低減することができ、接着剤の成分の気
化によるモータやHDDの不具合を低減することが可能
となる。さらに、接着剤の使用を低減し、接着工程を省
略することができるので、コスト上、及び生産効率の点
からも有利である。
視図である。
きの、酸化膨張した駆動マグネットの形状変化を示す断
面図である。
きの、本発明のヨーク一体型回転マグネットの製造方法
を示す工程図である。
示すグラフである。
図である。
動マグネット
Claims (3)
- 【請求項1】 円筒状ヨークの内側に円筒状の希土類ボ
ンド磁石から成る駆動マグネットが嵌合されて成り、 前記駆動マグネットの内部には圧縮応力が付与されてい
ることを特徴とするスピンドルモータ用ヨーク一体型回
転マグネット。 - 【請求項2】 前記駆動マグネットの内面の真円度、円
筒度、及び同軸度はそれぞれ20μm以下であることを
特徴とする請求項1に記載のスピンドルモータ用ヨーク
一体型回転マグネット。 - 【請求項3】 円筒状ヨークの内側に該ヨークの内径よ
り外径の小さい円筒状の希土類ボンド磁石から成る駆動
マグネットを配置し、前記ヨークと前記駆動マグネット
を加熱して該駆動マグネットを酸化膨張させて前記ヨー
クの内壁に圧着させ、次いで前記ヨークと前記駆動マグ
ネットを冷却し、前記ヨークと前記駆動マグネットを一
体嵌合することを特徴とする請求項1または2に記載の
スピンドルモータ用ヨーク一体型回転マグネットの製造
方法。
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