JP2006304475A - 磁性部材、モータ装置、着磁方法、及び記憶装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 小型の永久磁石の着磁性を良好に維持しつつ、コギングを少なくすること。
【解決手段】 永久磁石の内径をＤ、１磁極あたりのピッチをＰ、交流の相数をＭとすると、２０［ｍｍ］以下のＤにおいて、永久磁石の肉厚ｔを次の式（４）の範囲とすると低コギングの良好な永久磁石が得られる。πＤ／（０．７５ＰＭ−π）＜ｔ≦πＤ／（０．５ＰＭ−π）…（４）。本実施の形態では、アウタロータ型の永久磁石について説明するが、式（４）はインナロータ型の永久磁石についても適用することができる。また、本実施の形態では、望ましくは外径が２０［ｍｍ］以下の小型永久磁石に適用できるものである。更に、本実施の形態では、磁性材料として、Ｓｍ-Ｃｏ（サマリウム−コバルト）系磁性材料を採用した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、磁性部材、モータ装置、着磁方法、及び記憶装置に関し、例えば、小型ハードディスク装置などに用いるものに関する。

近年、ハードディスク装置・光ディスク装置といったディスク型記憶装置の小型が急速に進展しており、ディスク外径が１インチ以下のものも急速に普及し始めている。

小型のディスク型記憶装置は、パーソナルコンピュータ、ＯＡ機器、情報家電機器といった据え置き型装置のほか、例えば、携帯型音声再生装置、デジタル式カメラ、携帯電話などの携帯装置に用いられている。

ディスク型記憶装置で用いられるディスク駆動用のモータには、アウタロータ型とインナロータ型があるが、小型化に適したアウタロータ型が主流となっている。

アウタロータ型のモータは、円筒形状の永久磁石の内周にステータコイルを配置し、ステータコイルが発生する回転磁界により永久磁石を回転させる。
一方、インナロータ型のモータは、永久磁石の外周にステータコイルを配置し、ステータコイルが発生する回転磁界により永久磁石を回転させる。

モータの永久磁石には希土類磁石が多く用いられ、特に等方性の磁性材料であるＮｄ−Ｆｅ−Ｂを用いたボンド磁石が多く使用されている。
これら永久磁石は、円筒状に形成した磁性材料を着磁することにより製造される。

着磁は、着磁ヘッドを用いて行われる。アウタロータ型の場合は、磁性材料の内周に着磁ヘッドを挿入し、インナロータ型の場合は、磁性材料の外周に着磁ヘッドを配置する。

着磁ヘッドに大電流を瞬間的に導通し、これによって発生する磁界によって磁性材料内の磁気モーメントの向きが揃えられる。
なお、このようにステータコイルと対向する面から着磁するのは、ステータコイルに対向する面でのＮ極とＳ極の区分を明確にするためである。

ところが、永久磁石の小型化に伴い着磁ヘッドも小型化し、大電流を流すのが困難になってきた。
これにより、磁性材料が本来持っている磁気飽和能力に満たない磁化で着磁をせざるを得なかった。
そのため、本願出願人は次の文献で小型の磁性材料においても良好に着磁できる技術を開示した。

特開２００４−１２８１０１公報 特開２００４−１４７３７８公報

この技術は、永久磁石の肉厚を薄くすることにより、少ない電流でも磁気飽和程度まで着磁できるようにしたものである。
そして、モータを高性能に保ちながら薄くできる肉厚の範囲をモータ駆動に用いる交流電流の相数Ｍとの関係において明らかにした。

特許文献１、２で開示した技術により、小型の永久磁石を良好に着磁できるようになったが、永久磁石の薄型化が進展するにつれてコギングの問題が新たに発生してきた。
コギングは永久磁石の肉厚と関係があり、厚さが小さくなるほどコギングが大きくなると考えられる。

そこで、本発明の目的は、小型の永久磁石の着磁性を良好に維持しつつ、コギングを少なくすることである。

本発明は、前記目的を達成するために、モータ装置のロータに配設され、前記ロータを駆動する磁性部材であって、前記磁性部材の内径をＤ、径方向の肉厚をｔ、ラジアル方向に磁化された磁極の数をＰ、前記モータ装置を駆動する交流電流の相数をＭとした場合、前記Ｄが２０［ｍｍ］以下で、前記ｔがπＤ／（０．７５ＭＰ−π）＜ｔ≦πＤ／（０．５ＭＰ−π）となるように設定されていることを特徴とする磁性部材を提供する（第１の構成）。
第１の構成において、前記磁性部材は、磁化の方向が揃えられた区分が円周方向に等間隔に形成された、外径が２０［ｍｍ］以下の円筒形状を有する異方性のＳｍ−Ｃｏ系磁性材料から構成することもできる（第２の構成）。
また、本発明は、全周に渡って円筒状の磁性部材が配設された回転対称体と、前記回転対称体の軸線上に配設された回転軸と、を備えたロータ部と、前記磁性部材の内周又は外周に、前記磁性部材と対向して、相数Ｍの交流により励磁可能な複数のステータコイルが配設されたステータ部と、前記回転軸を前記ステータ部に、前記回転対称体と前記ステータコイルが同心となるように回転自在に軸支する軸受部と、を具備したモータ装置であって、前記磁性部材は、ラジアル方向に磁化され、磁極が円周方向に等間隔に形成されており、前記磁性部材の内径をＤ、径方向の肉厚をｔ、前記磁極の数をＰ、前記モータを駆動する交流電流の相数をＭとした場合、前記Ｄが２０［ｍｍ］以下で、前記ｔがπＤ／（０．７５ＭＰ−π）＜ｔ≦πＤ／（０．５ＭＰ−π）となるように設定されていることを特徴とするモータ装置を提供する（第３の構成）。
また、本発明は、モータ装置のロータに配設される円筒状の磁性部材を、ラジアル方向に磁化され、磁極が円周方向に等間隔に形成されるように着磁する着磁方法であり、前記磁性部材は、前記磁性部材の内径をＤ、径方向の肉厚をｔ、磁極の数をＰ、前記モータ装置を駆動する交流電流の相数をＭとした場合、前記Ｄが２０［ｍｍ］以下で、前記ｔがπＤ／（０．７５ＭＰ−π）＜ｔ≦πＤ／（０．５ＭＰ−π）となるように構成されており、前記磁性部材をラジアル方向の一方向に着磁する一方向着磁ステップと、前記一方向着磁ステップで一方向に着磁した磁性部材を、ラジアル方向に等間隔で磁化の方向が反転する区分に着磁する極着磁ステップと、から構成されたことを特徴とする着磁方法を提供する（第４の構成）。
また、本発明は、第３の構成のモータ装置を用いて構成された記憶装置であり、円板形状を有する記憶媒体と、前記記憶媒体を回転駆動する第３の構成のモータ装置と、前記モータ装置で回転駆動された前記記憶媒体から情報を読み取る情報読取手段と、を具備したことを特徴とする記憶装置を提供する（第５の構成）

本発明によれば、小型の永久磁石の着磁性を良好に維持しつつ、コギングを少なくすることができる。

以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。
（１）実施形態の概要
永久磁石の内径をＤ、１磁極あたりのピッチをＰ、交流の相数をＭとすると、２０［ｍｍ］以下のＤにおいて、永久磁石の肉厚ｔを次の式（４）の範囲とすると低コギングの良好な永久磁石が得られる。

πＤ／（０．７５ＰＭ−π）＜ｔ≦πＤ／（０．５ＰＭ−π）…（４）

本実施の形態では、アウタロータ型の永久磁石について説明するが、式（４）はインナロータ型の永久磁石についても適用することができる。
また、本実施の形態では、望ましくは外径が２０［ｍｍ］以下の小型永久磁石に適用できるものである。

更に、本実施の形態では、磁性材料として、Ｓｍ-Ｃｏ（サマリウム−コバルト）系磁性材料を採用した。
一般に、永久磁石の肉厚を薄くすると、外部からの影響により減磁しやすくなるが、Ｓｍ-Ｃｏを用いると肉厚が薄くても多くの磁束量を発生でき、かつ保磁力が大きいので減磁を抑制することができる。

更に、Ｓｍ-Ｃｏ系磁性材料は異方性を持ったものがあり、これを磁場配向によって磁性材料全体の磁気の軸を揃えた後、着磁を行うことにより、肉厚が薄くてもより多くの磁束量を発生させることができる。

（２）実施形態の詳細
以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本実施の形態に係るモータの一実施形態を示す軸線方向断面図である。
モータ３０は、アウタロータ型の小型モータであり、例えばハードディスク装置や光磁気ディスク装置などに使用される。
モータ３０は、３相交流によって駆動されるＤＣブラシレスモータであり、外径が最大２５［ｍｍ］程度であり、厚さが最大５［ｍｍ］程度である。

モータ３０は、回転運動を行うロータ部１と、動圧軸受部５によってこれを支持するステータ部２から構成されている。
ロータ部１は、段部８を有した凸型の円板部材であるロータ７（回転対称対）と、ロータ７の中心軸上に形成された回転軸（シャフト）６とを備えている。なお、段部８はハードディスク装置において記憶ディスクを装着する部分である。

段部８の外周には、円筒部材であるロータフレーム２１が形成されており、ロータフレーム２１の内周面には、円筒形状に形成された永久磁石３がロータフレーム２１と同心に接着されている。
永久磁石３の内周面は、ステータ部２に形成されたステータコイル４と間隙を隔てて対面している。永久磁石３は、ロータ７を駆動する磁性部材を構成している。

一方、回転軸６の軸線方向中央部付近には、回転軸６を中心線とする円板状の動圧発生板１０が設けられている。図示しないが、動圧発生板１０の表裏面には動圧を発生するための動圧発生溝が形成されており、ロータ７の回転時にスラスト方向の動圧力を発生する

更に、動圧発生板１０の回転軸６と対向する側には、動圧発生板１０の中心線上に動圧発生軸１９が形成されている。
動圧発生軸１９の外周面には、軸線方向に対して互いに異なる方向へ傾いた２段の斜線状の溝１４、１５から構成された動圧発生溝が形成されており、ロータ７の回転時にラジアル方向の動圧力を発生する。

ステータ部２はステータフレーム１６、ベース１７、アッパープレート１８、ステータコイル４などから構成されている。
ベース１７は、動圧軸受部５によってロータ部１を保持する部材であって、内部に、動圧発生軸１９を収納する収納孔２６と、動圧発生板１０を収納する収納孔２７が形成されている。

収納孔２７の開口端側には、回転軸６を遊挿するための貫通孔が形成されたアッパープレート１８が取り付けられている。
アッパープレート１８とベース１７によりベース１７の内部に空洞部分が形成され、この空洞部分に動圧発生板１０、動圧発生軸１９と共に動圧発生用のオイル１１が収納されている。

ベース１７の外周部分には、複数のステータコイル４が等間隔で同心円上に配設されている。なお、このベース１７の外周部分はスリーブ２２を形成している。
ベース１７の底部には、ステータフレーム１６が形成されている。ステータフレーム１６は、モータ３０をハードディス装置などに固定するためのネジ穴などが形成されており、ベース１７を筐体に固定することによりモータ３０を固定することができる。

以上のようにして構成されたモータ３０は次のようにして動作する。
ステータコイル４に３相交流電流を供給すると、永久磁石３の内周側に回転磁界が発生する。
永久磁石３がこの回転磁界に吸引されてロータ部１にトルクが生じ、ロータ７が回転する。
ロータ７が回転すると、動圧軸受部５によって動圧が発生し、ロータ部１が動圧軸受部５によって保持される。

以上、モータ３０は、動圧軸受部５によってロータ部１を保持したが、これに限定するものではなく、例えば、ボールベアリングによって支持してもよい。
また、モータ３０をインナロータ型に構成する場合は、スリーブ２２の外周に永久磁石３を配置し、その更に外周に間隙を隔ててステータコイル４を配置する。インナロータ型のモータの構成については後述する。

図２は、モータ３０の断面Ａ−Ａ（図１）の概略を示した図である。
モータ３０は、極数１２、スロット数９を有し、３相交流に対応したＤＣブラシレスモータである。
スリーブ２２の周囲には、放射状に突起した９個のステータコアが等間隔に形成されている。図示しないが、ステータコア３９の周囲にはそれぞれ励磁用の巻線が巻かれており、これによってステータコイル４が形成される。

永久磁石３は、円周方向に磁気的な区分によって１２等分されている。各区分はラジアル方向、即ち、内周面から外周面へ、あるいは外周面から内周面に磁化されている。内周側面から外周面へ磁化されている場合は、内周面にＮ極が形成され、外周面にＳ極が形成されている。このようにして永久磁石３は１２極の永久磁石を構成している。

図に示したＮ、Ｓの文字は、各区分において永久磁石３の内周面に現れている磁極を示している。
このようにして、永久磁石３の内周面には、円周方向に沿ってＮ極とＳ極が交互に形成されている。

次に、永久磁石３の肉厚ｔと、交流の相数Ｍの関係について説明する。
図３は、永久磁石３の外形及び磁極を示した図である。図３（ａ）は、永久磁石３を回転軸方向（図１の矢線２８）から見た図であり、図３（ｂ）は、永久磁石３を矢線２８に垂直な方向から見た図である。

図３（ａ）に示したように、磁極ピッチをＬ［ｍｍ］、図３（ｂ）に示したように、永久磁石３の内径をＤ［ｍｍ］（≦２０［ｍｍ］、好ましくは≦１０［ｍｍ］）、肉厚をｔ［ｍｍ］とする。また、永久磁石３の極数をＰとし、外径（Ｄ＋２ｔ）は２０［ｍｍ］以下とする。

ただし、磁極ピッチＬは、永久磁石３の内周面と外周面のラジアル方向中間に円を描き、この円の各区分に含まれる円弧の長さとする。
まず、永久磁石３の幾何学的な形状から次の式（１）が成り立つ。

ＰＬ＝π（Ｄ＋ｔ）…（１）

本願発明者は、肉厚ｔの半分とピッチＬの比を交流の相数の程度になるように設定すると、磁束の漏れが少なく、コギングが少ない良好なモータが得られることを見いだした。交流の相数をＭとすると、この経験式は次の式（２）で表される。

Ｌ／ｔ＝０．５×Ｍ…（２）

以上の式（１）、（２）からＬを消去すると、次のｔとＤの関係式（３）が求められる。

ｔ＝πＤ／（０．５ＰＭ−π）…（３）

即ち、モータ３０を駆動する交流の相数をＭとすると、永久磁石３の肉厚ｔを式（３）のように設定するとコギングが少く、特定の優れたモータを得ることができる。また、この程度の厚さであれば、磁気飽和程度まで着磁することができる。
式（３）によるコギング低下の効果は、特にＤが１０［ｍｍ］以下の領域で顕著である。

式（２）は、実験による経験から得たものであるが、本願発明者は、式（２）の理論的根拠を次のように推察している。
特許文献１、２で開示したように、本願発明者によりＬ／ｔ＝Ｍを満たす場合に良好なモータが得られることが経験的に見いだされている。

永久磁石３は、各区分において内周側と外周側で磁極が反転し、これによって１磁極を形成している。
永久磁石３の内周側と外周側の中間点では磁気が０であると考えると、永久磁石３は内周側と外周側で２層構造を有している。
１層の肉厚は０．５ｔであるので、先の文献で見いだしたＬ／ｔ＝Ｍにおいて肉厚ｔを０．５ｔとすると式（２）が得られる。

ところで、実際に永久磁石を製造すると、式（３）の肉厚ｔを基準にして肉厚にばらつきが生じる。一般に、設計的なばらつきは±１５％程度以内で許容できることを考慮し、本願発明者は、実用的な肉厚ｔの範囲は式（３）を肉厚ｔの上限とする式（４）の範囲が適当であると考える。

πＤ／（０．７５ＰＭ−π）＜ｔ≦πＤ／（０．５ＰＭ−π）…（４）

ここで、式（４）の肉厚ｔの下限値は、次のようにして決定した。
永久磁石３の磁極とステータコアの間における漏洩磁束を考えれば、永久磁石の厚みの限界は、界磁（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｆｉｅｌｄ）側永久磁石の占有する（占める）１磁極ピッチ長と突極電機子（Ｓａｌｉｅｎｔ Ｐｏｌｅ Ａｒｍａｔｕｒｅ）側の占有する１突極ピッチの比と考えてよい。このピッチ比は、（πＤ／１２極）／（πＤ／９スロット）＝０．７５となる。これを式で表すと次の式（５）となる。そして、式（５）を式（１）に代入すると式（４）の下限値が導かれる。

０．７５Ｍ＝Ｌ／ｔ…（５）

コギングは、永久磁石３の肉厚が厚くなるにつれて小さくなる傾向がある。式（４）で表した肉厚ｔの範囲は、特許文献１、２で示した肉厚ｔの範囲（特許文献１、２中の式（４））よりも大きくなっている。
このように肉厚ｔが厚くなった効果として特許文献１、２で提案したモータよりもコギングを小さくすることができる。

以上のようにして、コギング特性が良好な小型モータを実現する肉厚ｔの範囲を相数Ｍとの関係から規定することができる。
また、式（４）の範囲の肉厚ｔでは、着磁ヘッドにより磁気飽和程度まで着磁することができる。

図４は、モータ３０に使用可能な交流の相数、永久磁石の極数、ステータのスロット数の例を示した一覧表である。
現在最も用いられているのは、交流の相数が３相、永久磁石が１２極、ステータのスロット数が９のものであるが、この一覧表に示したように、各種の相数、極数、スロット数の組み合わせが可能である。
例えば、５相の交流に対しては、極数４、６、８・・・などが採用でき、極数が４、６の場合はスロット数が５となる。

次に磁性材料について説明する。
本実施の形態では、永久磁石３の肉厚を薄くすることにより着磁性を改善するが、従来から用いられているＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系ボンド永久磁石で肉厚を薄くすると減磁しやすくなるという問題がある。
本実施の形態では、Ｓｍ-Ｃｏ系の磁性材料を用いることにより、これらの問題を解決した。

Ｓｍ-Ｃｏ系永久磁石は、磁気モーメントのピンニング機構により、磁気モーメントが固定されているため、ピンニング機構がないＮｄ-Ｆｅ-Ｂ系永久磁石に比べて、機械加工減磁、高温減磁が小さいことが知られている。
サマリウム（Ｓｍ）は高価な材料であるが、永久磁石３は、内径も小さく、肉厚も薄いため、サマリウムの使用量が少なくて済み、低価格で永久磁石３を製造することができる。

なお、Ｓｍ-Ｃｏ系の磁性材料には、異方性のものと、Ｎｄ-Ｆｅ-Ｂ系の磁性材料と同様な等方性のものとが存在し、異方性のものの方が等方性のものよりも優れている。
ここで、等方性の磁性材料と異方性の磁性材料の違いを永久磁石の製造方法を用いて説明する。

図５（ａ）は、等方性の磁性材料を用いた永久磁石の製造方法を説明するための図である。
左端の図に示したように、等方性の磁性材料は原料の段階で磁気モーメントの方向がランダムになっている。
そして、これを円筒形状に成形した後熱処理を行い、その後、機械加工で外寸を整えて着磁する。
着磁により、ランダムであった磁気モーメントの方向が磁極の方向に揃えられる。

図５（ｂ）は、異方性の磁性材料を用いた永久磁石の製造方法を説明するための図である。
左端の図に示したように、異方性の磁性材料は原材料の段階で磁気モーメントの方向が揃った領域（組織）が集まって構成されている。
なお、図中では磁気モーメントが揃った領域を３つ模式的に表し、他の領域は省略している。

これを円筒形状に成形した後磁場配向を行い、磁性材料をラジアル方向に磁化させる。
ここで、磁場配向とは、素材を予め一方向に着磁し、磁気モーメントの方向を揃える処理を言う。磁場配向を行った後に着磁すると強力な磁界が得られることが知られている。

次に、磁場配向により形成された磁極を消磁する。消磁することにより、磁性材料の磁化の方向をラジアル方向に保ったまま磁気を帯びないようにすることができる。
その後は、等方性の磁性材料と同様に、熱処理を行ってから機械加工し、そして着磁が行われる。

図５（ｃ）は、異方性の磁性材料の磁場配向と着磁による磁化の方向を模式的に示した図である。
左端の図に示したように、磁場配向前の段階では何れの方向にも磁化されていない。

中央の図に示したように、磁場配向を行うと磁性材料はラジアル方向に単極に磁化される。
図の例では、内周側がＮ極、外周側がＳ極に磁化されている。逆の方向に磁化してもよい。
図示しないが、これを消磁すると磁気モーメントの方向をラジアル方向に保ったまま磁化の方向がランダムになり、全体として磁気を持たなくなる。

右端の図に示したように、着磁を行うと所定の極数の磁極が形成され、永久磁石３が得られる。
右端の図の例では、永久磁石３は、１２極に着磁されており、内周側がＳ極、外周側がＮ極となるように着磁された区分と、その逆となるように着磁された区分が交互に等間隔で形成されている。

図６は、磁場配向装置の軸線方向の断面図を模式的に示した図である。
磁場配向装置は、円柱形状の鉄心４１と磁気回路４０及び電源装置４２などから構成されている。
鉄心４１には、巻線４３が施してあり、上部の周囲には磁気回路４０との間に間隙が設けてある。

この間隙に永久磁石３を装着して電源装置４２からパルス状の大電流を供給すると、間隙に発生した磁界により、永久磁石３が磁場配向される。
永久磁石３が小型になるに従って磁場配向装置も小型化し、巻線４３に大電流を供給するのが困難になってくるが、肉厚ｔが式（４）の範囲にある場合、磁気飽和あるいは磁気飽和付近まで磁化することが可能である。

次に、図７の各図を用いて着磁ヘッドについて説明する。
なお、ここでは、一例としてアウタロータ型のモータの永久磁石を着磁する着磁ヘッドについて説明する。

図７（ａ）は、着磁ヘッドの軸線に垂直な方向の断面図を示した図である。
着磁ヘッド４６は、円柱形状を有しており、周囲には複数の溝４８が軸線方向に形成されている。
各溝４８には、導線４７が巻装されている。巻装数は１回〜４回程度が一般的である。
着磁ヘッド４６の周囲には溝４８によって隔てられたコア４９が、永久磁石３の磁極に対応して形成されている。

図７（ｂ）は、着磁ヘッド４６を図７（ａ）の矢線Ｂ方向に見たところを示した図である。
導線４７は、コア４９の周囲を蛇行するように配設されている。このため、導線４７に直流電流を供給すると隣接するコア４９に励磁される磁極がそれぞれ逆となる。

着磁ヘッド４６の周囲に磁場配向された永久磁石３を配置して導線４７に直流電流を供給すると、永久磁石３は、コア４９によって発生した磁界により磁化される。
永久磁石３の小型化になるに従って導線４７が細くなり、大電流を流すことが困難になるが、肉厚ｔが式（４）の範囲にある場合、磁気飽和あるいは磁気飽和付近まで磁化することが可能である。

以上に説明した着磁ヘッド４６は、アウタロータ型モータ用の永久磁石を着磁するものであるが、インナロータ型モータの永久磁石を着磁する場合は、コアを永久磁石の外周に配置して着磁を行う。
即ち、モータ装置でステータコイルと対向する面にコアを対面させて着磁を行う。

次に、磁性材料の物性的な性質について説明する。
図８は、永久磁石の機械加工による残留磁束密度の低下を各種の実験から推定したグラフである。
比較対象としては、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系の磁性材料であるＮｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂと、Ｓｍ-Ｃｏ系の磁性材料であるＳｍ₂Ｃｏ₁₇、ＳｍＣｏ₅を用いた。
なお、Ｎｄ₂Ｆｅ₁₄ＢとＳｍＣｏ₅は等方性の磁性材料であり、Ｓｍ₂Ｃｏ₁₇は異方性の磁性材料である。

このグラフの横軸は永久磁石のラジアル方向の厚さを表し、縦軸は残留磁束密度の低下した割合を表している。
図に示したように、厚さが２［ｍｍ］程度以上の場合は、Ｎｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂの永久磁石とＳｍ₂Ｃｏ₁₇、ＳｍＣｏ₅の永久磁石に大きな差はない。

しかし、肉厚が２［ｍｍ］以下になると、Ｎｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂの永久磁石は急激に残留磁束密度が低下し、厚さが１［ｍｍ］程度では、１０％程度低下しているのに対し、Ｓｍ₂Ｃｏ₁₇、ＳｍＣｏ₅の永久磁石は、厚さが薄くなっても残留磁束密度がほとんど低下しない。
このことから、肉厚が２［ｍｍ］以下の領域では、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系の磁性材料よりもＳｍ-Ｃｏ系の磁性材料の方が優れていると考えられる。

更に、厚さが０．５［ｍｍ］以下の領域では、ＳｍＣｏ₅の永久磁石の残留磁束密度は２０％程度低下するが、Ｓｍ₂Ｃｏ₁₇の永久磁石の残留磁束密度は低下しないと推定される。
このことから、厚さが０．５［ｍｍ］以下の領域では、等方性のＳｍ-Ｃｏ系の磁性材料よりも異方性のＳｍ-Ｃｏ系の磁性材料の方が優れていると考えられる。

図９は、永久磁石の機械加工による最大エネルギー積の低下を各種の実験から推定したグラフである。
このグラフの横軸は永久磁石のラジアル方向の厚さを表し、縦軸はエネルギー積を表している。
図に示したように、厚さが２［ｍｍ］程度以上の場合は、Ｎｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂの永久磁石とＳｍ₂Ｃｏ₁₇、ＳｍＣｏ₅の永久磁石に大きな差はない。

しかし、厚さが２［ｍｍ］以下になると、Ｎｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂの永久磁石は急激にエネルギー積が低下し、厚さが１［ｍｍ］程度では、３０％程度低下している。
これに対し、Ｓｍ₂Ｃｏ₁₇、ＳｍＣｏ₅の永久磁石は、厚さが薄くなってもエネルギー積がほとんど低下しない。
このことから、肉厚が２［ｍｍ］以下の領域では、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系の磁性材料よりもＳｍ-Ｃｏ系の磁性材料の方が優れていると考えられる。

更に、厚さが０．５［ｍｍ］以下の領域では、ＳｍＣｏ₅の永久磁石のエネルギー積は低下するが、Ｓｍ₂Ｃｏ₁₇の永久磁石のエネルギー積は低下しないと推定される。
このことから、厚さが０．５［ｍｍ］以下の領域では、等方性のＳｍ-Ｃｏ系の磁性材料よりも異方性のＳｍ-Ｃｏ系の磁性材料の方が優れていると考えられる。

モータ用の永久磁石は、着磁後に研磨加工や切削加工を行う場合があるが、図８、図９の結果から、ラジアル方向の肉厚が２［ｍｍ］以下の領域では、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系の永久磁石よりＳｍ-Ｃｏ系の永久磁石、特に異方性のＳｍ-Ｃｏ系の永久磁石を用いるのが望ましいことがわかる。

図１０は、永久磁石の温度による減磁率を示したグラフである。
Ｎｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂの永久磁石と、Ｓｍ₂Ｃｏ₁₇の永久磁石の減磁率は、１００［℃］程度までは共に数％の程度である。

１００［℃］以上の領域では、Ｎｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂの永久磁石は、減磁率が急激に大きくなり、２００［℃］付近では８０％以上減磁してしまうのに対し、Ｓｍ₂Ｃｏ₁₇の永久磁石は、２００［℃］付近でも減磁率が２０％程度にとどまっている。

以上の結果から、Ｓｍ-Ｃｏ系の永久磁石は、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系の永久磁石より熱による減磁が小さいと考えられる。
以上図８〜図１０から、永久磁石３をＳｍ-Ｃｏ系の永久磁石、特に異方性のＳｍ-Ｃｏ系の永久磁石を用いると、機械加工、及び熱減磁に強い永久磁石３を作れることがわかる。

図１１は、モータ３０を用いて構成したハードディスク装置（記憶装置）の内部構成を示した図である。
このうち、図１３（ａ）は、内部構成９０の斜視図を示しており、図１３（ｂ）はモータ３０の軸線方向の断面図を示している。なお、図１３（ｂ）ではアーム８２と駆動機構８５は省略してある。

内部構成９０は、モータ３０、記憶ディスク８０、アーム８２、駆動機構８５などから構成されている。
図示しないが、内部構成９０は金属などで構成された箱状の筐体に収納されている。そして、この筐体には、モータ３０や駆動機構８５の駆動を制御したり、記憶ディスク８０に対する情報の読み書きを行うための電子回路が設置されており、これらはハードディスク装置を構成する。

記憶ディスク８０は、中心分に取り付け穴が形成された円板状の金属板であり、表裏面は情報を磁気にて記録する磁性材料で構成されている。記憶ディスク８０は、円板形状を有する記憶媒体を構成している。
記憶ディスク８０は、所定間隔を隔てて６枚あり、取り付け穴をモータ３０の段部８（図１）に固定してある。

アーム８２は、駆動機構８５により駆動されて支点を中心に記憶ディスク８０の半径方向に移動し、記憶ディスク８０の所定位置に位置することができる。
アーム８２は、先端部分に磁気ヘッドを有しており、記憶ディスク８０の所定位置にて記憶ディスク８０に対して情報の読み書きを行う。アーム８２は、情報読取手段を構成している。
アーム８２は１２個あり、それぞれ記憶ディスク８０の表裏面に対応している。そのため、内部構成９０は、全ての記憶ディスク８０の表裏面に対して情報の読み書きを行うことができる。

駆動機構８５は、永久磁石と電磁石などから構成されており、電磁気力によりアーム８２を支点の回りに回転移動させる。
モータ３０には、先に説明した永久磁石３が使用されている。

以上、アウタロータ型のモータ３０を例にとり説明したが、永久磁石３はインナロータ型のモータに適用することもできる。そこで、インナロータ型のモータの構造についても説明しておく。

図１２は、インナロータ型モータの軸線方向断面図である。
モータ３０ａは、インナロータ型のモータを構成しており、モータ３０（図１）と対応する部材には同じ符号を付してある。

モータ３０ａは、回転運動を行うロータ部１と、動圧軸受部５によってこれを支持するステータ部２から構成されている。
ロータ部１は、段部８を有した凸型の円板部材であるロータ７と、ロータ７の中心軸上に形成された回転軸（シャフト）６とを備えている。なお、段部８はハードディスク装置において記憶ディスク８０を装着する部分である。

なお、ハードディスク装置においては、記憶ディスク８０の表裏面にアーム８２が設置され、アーム８２の先端に形成された磁気ヘッド８１によって、記憶ディスク８０の両面にデータが読み書きされる。

段部８の外周には、円筒部材であるロータフレーム２１が形成されており、ロータフレーム２１の外周面には、円筒形状に形成された永久磁石３がロータフレーム２１と同心に接着されている。
永久磁石３の外周面は、ステータ部２に形成されたステータコイル４と間隙を隔てて対面している。永久磁石３は、ロータ７を駆動する磁性部材を構成している。

一方、回転軸６の軸線方向中央部付近には、回転軸６を中心線とする円板状の動圧発生板１０が設けられている。図示しないが、動圧発生板１０の表裏面には動圧を発生するための動圧発生溝が形成されており、ロータ７の回転時にスラスト方向の動圧力を発生する

更に、動圧発生板１０の回転軸６と対向する側には、動圧発生板１０の中心線上に動圧発生軸１９が形成されている。
動圧発生軸１９の外周面には、モータ３０と同様に軸線方向に対して互いに異なる方向へ傾いた２段の斜線状の溝から構成された動圧発生溝が形成されており、ロータ７の回転時にラジアル方向の動圧力を発生する。

なお、図１２では、回転軸６、動圧発生板１０及び動圧発生軸１９が一体形成されており、ロータ７の中心に形成された貫通孔に勘合した構造となっている。

ステータ部２はステータフレーム１６、ベース１７、アッパープレート１８、ステータコイル４などから構成されている。
ベース１７は、動圧軸受部５によってロータ部１を保持する部材であって、動圧発生板１０、動圧発生軸１９、及び動圧発生用のオイルを収納する空洞が形成されている。
そして、この空洞の上端部には、回転軸６を遊挿するための貫通孔が形成されたアッパープレート１８が取り付けられている。

ベース１７の底部には、ステータフレーム１６が形成されている。ステータフレーム１６は凹型に形成された円板部材であって、内周面には複数のステータコイル４が等間隔で配設されている。永久磁石３とステータコイル４は所定の空隙を隔てて対面している。

以上のようにして構成されたモータ３０ａは次のようにして動作する。
ステータコイル４に３相交流電流を供給すると、永久磁石３の外周側に回転磁界が発生する。
永久磁石３がこの回転磁界に吸引されてロータ部１にトルクが生じ、ロータ７が回転する。
ロータ７が回転すると、動圧軸受部５によって動圧が発生し、ロータ部１が動圧軸受部５によって保持される。

以上に説明した本実施の形態により以下のような効果を得ることができる。
（１）式（４）で示した範囲となるように肉厚ｔを設定すると、磁気飽和あるいは磁気飽和付近まで磁化することができ、更に、コギングを低減することができる。
（２）Ｓｍ-Ｃｏ系の磁性材料を用いて永久磁石を形成することにより、機械減磁、熱減磁などが低減され、品質が安定する。
（４）特に異方性のＳｍ-Ｃｏ系磁性材料を用いるとより品質が安定する。
（５）永久磁石の多極化を図ることにより、コギング、ピュアトーンが改善される。

モータの軸線方向断面図である。 モータのＡ−Ａ断面図である。 永久磁石の外形及び磁極を示した図である。 永久磁石の極数、スロット数、交流の相数の組み合わせを表した一覧表である。 等方性の磁性材料と異方性の磁性材料の違いを説明するための図である。 磁場配向装置の軸線方向断面図である。 着磁ヘッドを示した図である。 加工による残留磁束密度の低下を推定したグラフである。 加工によるエネルギー積の低下を推定したグラフである。 温度による減磁率をプロットしたグラフである。 ハードディスク装置の内部構成を示した図である。 インナロータ型モータの軸線方向断面図である。

符号の説明

１ ロータ部
２ ステータ部
３ 永久磁石
４ ステータコイル
５ 動圧軸受部
６ 回転軸
７ ロータ
８ 段部
１０ 動圧発生板
１１ オイル
１４ 動圧力発生溝
１５ 動圧力発生溝
１６ ステータフレーム
１７ ベース
１８ アッパープレート
１９ 動圧発生軸
２０ 動圧力発生溝
２１ ロータフレーム
２２ スリーブ
２６ 収納孔
２７ 収納孔
３０ モータ
３９ ステータコア
４０ 磁気回路
４１ 鉄心
４２ 電源装置
４３ 巻線
４６ 着磁ヘッド
４７ 導線
４８ 溝
４９ コア

Claims (5)

1. モータ装置のロータに配設され、前記ロータを駆動する磁性部材であって、
   前記磁性部材の内径をＤ、径方向の肉厚をｔ、ラジアル方向に磁化された磁極の数をＰ、前記モータ装置を駆動する交流電流の相数をＭとした場合、前記Ｄが２０［ｍｍ］以下で、前記ｔがπＤ／（０．７５ＭＰ−π）＜ｔ≦πＤ／（０．５ＭＰ−π）となるように設定されていることを特徴とする磁性部材。
2. 前記磁性部材は、磁化の方向が揃えられた区分が円周方向に等間隔に形成され、外径が２０［ｍｍ］以下の円筒形状を有する異方性のＳｍ−Ｃｏ系磁性材料から構成されていることを特徴とする請求項１に記載の磁性部材。
3. 全周に渡って円筒状の磁性部材が配設された回転対称体と、前記回転対称体の軸線上に配設された回転軸と、を備えたロータ部と、
   前記磁性部材の内周又は外周に、前記磁性部材と対向して、相数Ｍの交流により励磁可能な複数のステータコイルが配設されたステータ部と、
   前記回転軸を前記ステータ部に、前記回転対称体と前記ステータコイルが同心となるように回転自在に軸支する軸受部と、
   を具備したモータ装置であって、
   前記磁性部材は、ラジアル方向に磁化され、磁極が円周方向に等間隔に形成されており、
   前記磁性部材の内径をＤ、径方向の肉厚をｔ、前記磁極の数をＰ、前記モータを駆動する交流電流の相数をＭとした場合、前記Ｄが２０［ｍｍ］以下で、前記ｔがπＤ／（０．７５ＭＰ−π）＜ｔ≦πＤ／（０．５ＭＰ−π）となるように設定されていることを特徴とするモータ装置。
4. モータ装置のロータに配設される円筒状の磁性部材を、ラジアル方向に磁化され、磁極が円周方向に等間隔に形成されるように着磁する着磁方法であり、
   前記磁性部材は、前記磁性部材の内径をＤ、径方向の肉厚をｔ、磁極の数をＰ、前記モータ装置を駆動する交流電流の相数をＭとした場合、前記Ｄが２０［ｍｍ］以下で、前記ｔがπＤ／（０．７５ＭＰ−π）＜ｔ≦πＤ／（０．５ＭＰ−π）となるように構成されており、
   前記磁性部材をラジアル方向の一方向に着磁する一方向着磁ステップと、
   前記一方向着磁ステップで一方向に着磁した磁性部材を、ラジアル方向に等間隔で磁化の方向が反転する区分に着磁する極着磁ステップと、
   から構成されたことを特徴とする着磁方法。
5. 請求項３に記載のモータ装置を用いて構成された記憶装置であり、
   円板形状を有する記憶媒体と、
   前記記憶媒体を回転駆動する請求項３に記載のモータ装置と、
   前記モータ装置で回転駆動された前記記憶媒体から情報を読み取る情報読取手段と、
   を具備したことを特徴とする記憶装置。

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