JP2008172913A - モータ、ディスク型記憶装置およびモータの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 永久磁石の磁束の漏洩を低減し、ロータの回転のために使用される有効磁束量を増加させる。
【解決手段】 ベース７と、該ベース７に対して回転自在に支持されるロータ３と、該ロータ３に対し半径方向外方に配置され、ベース７に固定されるステータ８とを備え、ロータ３が、ロータ本体１２と、円筒状等方性磁石１３とを備え、ステータ８が、ロータ３の円筒状等方性磁石１３に空隙を挟んで対向する複数の極歯１０ｂを有するステータコア１０と、極歯１０ｂに巻き付けられたコイル１１とを備え、ロータ本体１２に、円筒状等方性磁石１３の半径方向周面の表面を覆う非磁性材料からなる円筒部１２ａと、円筒状等方性磁石１３の軸方向の少なくとも一端面全面を覆う非磁性材料からなる鍔部１２ｂとが設けられ、円筒状等方性磁石１３の軸方向の鍔部１２ｂと対向する表面のほぼ全面に磁性材料層１４を備えるモータ２を提供する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、モータ、ディスク型記憶装置およびモータの製造方法に関するものである。

従来、ベースにボールベアリングによって回転可能に支持されたロータと、該ロータの半径方向外方に配置されたステータとを備えるモータが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

ステータの極歯に空隙をあけて対向するロータの円筒状永久磁石が周方向に磁極を交互に異ならせて配列されており、コイルへの通電によりステータの極歯に発生する交番磁界と永久磁石との磁気吸引力および磁気反発力を利用して、ベースに対してロータを回転させることができるようになっている。

従来のモータにおいては、ロータを磁性材料により構成し、あるいは、非磁性材料からなるロータの場合にはロータと永久磁石との間に半径方向に挟まれる磁性材料を配置していた。これにより、永久磁石により形成される磁束がロータ内部に磁気回路を構成して留まり、外部に漏洩しないようにしている。

特開２００２−１２５３５４号公報

しかしながら、ロータを磁性材料により構成した場合、ロータ全体が重くなる問題と、ロータと円筒状永久磁石との嵌合部の隙間が磁気吸引力により片側に引き寄せられ、ロータと円筒状永久磁石との同心度が悪くなるという問題とがある。この同心度の問題は数十年以来の未解決課題であり、さらに今後の軽薄短小化を目指す上では、対向する円筒永久磁石とステータ極歯間の空隙を小さくすることが求められ、結果としてロータと円筒磁石の同心度が改善できず、大きな問題になってきている。
また、特に、ロータに磁気ディスクを保持するディスク型記憶装置用のモータの場合には、ロータの磁性材の残留磁化により、該ロータに直接載置された磁気ディスクがその影響を受けるという不都合がある。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、ロータ全体の軽量化を図り、かつ、ロータと円筒状磁石の同心度の改善を図ることができるモータ、ディスク型記憶装置およびモータの製造方法を提供することを目的としている

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、ベースと、該ベースに対して回転自在に支持されるロータと、該ロータに対し半径方向外方に配置され、前記ベースに固定されるステータとを備え、前記ロータが、ロータ本体と、円筒状等方性磁石とを備え、前記ステータが、前記ロータの円筒状等方性磁石に空隙を挟んで対向する複数の極歯を有するステータコアと、前記極歯に巻き付けられたコイルとを備え、前記ロータ本体に、前記円筒状等方性磁石の半径方向周面の表面を覆う非磁性材料からなる円筒部と、前記円筒状等方性磁石の軸方向の少なくとも一端面全面を覆う非磁性材料からなる鍔部とが設けられ、前記円筒状等方性磁石の軸方向の前記鍔部と対向する表面のほぼ全面に磁性材料層を備えるモータを提供する。

本発明によれば、ステータのコイルに通電することにより、ステータコアの極歯に交番磁界が発生し、ロータの外周に設けられた円筒状等方性磁石との間に発生する磁気反発力と磁気吸引力との作用により、ロータが周方向に回転させられる。
円筒状等方性磁石の半径方向外面は開放されているので、永久磁石の表面から空気中に磁束が飛び出し、該円筒状等方性磁石の半径方向外面の半径方向外方に空隙をあけて対向するステータコアに流れるように磁気回路が形成される。

一方、永久磁石の半径方向内方のロータ本体との嵌合面は非磁性材料からなるロータ本体により覆われているので、円筒状等方性磁石から半径方向内方へのリターンパスとしての磁気回路は形成されないが。円筒状等方性磁石の軸方向の少なくとも一端面とロータ本体の鍔部との間に配置された磁性材料層を介して隣接する磁極との間に磁気回路が形成される。

また、磁気回路が形成される磁性材料層は、円筒状等方性磁石とは反対側の側面全体を非磁性材料からなる鍔部により覆われているので、円筒状等方性磁石によって磁化されても、鍔部内への磁気回路の形成が阻止される。すなわち、円筒状等方性磁石からの磁束は、主として、ステータコアへの磁気回路の形成に使用され、ロータを回転させるための有効磁束として利用され、他の部分への磁束の漏洩が抑制される。

また、本発明は、ベースと、該ベースに対して回転自在に支持されるロータと、該ロータに対し半径方向外方に配置され、前記ベースに固定されるステータとを備え、前記ロータが、ロータ本体と、円筒状等方性磁石とを備え、前記ステータが、前記ロータの円筒状等方性磁石に空隙を挟んで対向する複数の極歯を有するステータコアと、前記極歯に巻き付けられたコイルとを備え、前記ロータ本体に、前記円筒状等方性磁石の半径方向周面の表面を覆う非磁性材料からなる円筒部と、前記円筒状等方性磁石の軸方向の少なくとも一端面全面を覆う非磁性材料からなる鍔部とが設けられ、前記円筒状等方性磁石の軸方向の前記鍔部と対向する前記円筒状等方性磁石の表面のほぼ全面に第１の磁性材料層を備えるとともに、前記ベースに対向する前記円筒状等方性磁石の表面のほぼ全面に第２の磁性材料層を備えるモータを提供する。

本発明によれば、ベースに対向する円筒状等方性磁石の表面のほぼ全面に設けられた第２の磁性材料層によって磁束の漏洩が抑制され、円筒状等方性磁石からの磁束をロータを回転させるための有効磁束として効率的に利用することができる。
上記発明においては、前記磁性材料層が、メッキ層からなることとしてもよく、また、磁性材料からなる板状部材であることとしてもよい。

また、上記発明においては、前記ロータ本体に、前記鍔部を挟んで前記円筒状等方性磁石とは反対側に、磁気ディスクを搭載する搭載部が設けられていることとしてもよい。
磁性材料からなる磁性材料層と、該磁性材料層を被覆する非磁性材料からなる鍔部により、円筒状等方性磁石からの漏洩磁束が磁気ディスクに到達するのを防止でき、磁気ディスクに影響することを防止できる。

また、本発明は、上記いずれかのモータの製造方法であって、前記円筒状等方性磁石の着磁用治具としてバックヨークのない着磁ヨークを使用し、磁束のリターン部における大半の磁束が、前記円筒状等方性磁石の内部を周方向に隣接する磁極にリターンするように、周方向に交互に磁極を着磁させるモータの製造方法を提供する。
本発明によれば、リターンヨークを有する着磁ヨークを装着して着磁した場合と比較して、磁石内部リターン磁気回路がより多く形成されることになり、これによって漏洩磁束を低減することができる。

また、本発明は、上記いずれかのモータを備えるディスク型記憶装置を提供する。
本発明によれば、ロータの円筒状等方性磁石の磁束が磁気ディスクに影響を与えず、磁気ディスクに記憶されている磁気情報の信頼性を向上することができる。

本発明に係るモータによれば、ロータ全体の軽量化を図り、かつ、ロータと円筒状磁石の同心度の改善を図ることができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係るモータ、ディスク型記憶装置およびモータの製造方法について、図１〜図４を参照して以下に説明する。
本実施形態に係るディスク型記憶装置１は、図１に示されるように、本実施形態に係るモータ２と、該モータ２のロータ３に固定され、ロータ３の軸線回りに回転させられる磁気ディスク（ディスク型記憶媒体）４と、該磁気ディスク４に対する磁気情報の読み書きを行う磁気ヘッド（図示略）とを備えている。図中、符号５は磁気ディスク４をロータ３に固定する固定具であり、符号６は、該固定具５をロータ３に固定するボルトである。

本実施形態に係るモータ２は、ベース７と、該ベース７に固定されたリング状のステータ８と、該ステータ８の半径方向内方に間隔をあけて配置されたロータ３と、該ロータ３をベース７に対して回転可能に支持する流体軸受９とを備えている。
ベース７は、平板状の下段部７ａと、該下段部７ａから立ち上がる円筒部７ｂと、該円筒部７ｂの先端から前記下段部７ａよりも一段高い位置に配置される上段部７ｃとを備え、下段部７ａの中央に、前記流体軸受９を固定する嵌合孔７ｄが設けられている。

前記ステータ８は、図３に示されるように、前記ベース７の円筒部７ｂ内面に固定されるリング状部１０ａと、該リング状部１０ａから半径方向内方に延び、周方向に間隔をあけて配置される複数（例えば、９個）の極歯１０ｂとを有するステータコア１０と、該ステータコア１０の各極歯１０ｂに巻き付けられるコイル１１とを備えている。ステータコア１０は、図１に示されるように、前記ベース７の円筒部７ｂ内面から半径方向内方に向かって延びる略片持ち梁状に形成されている。

前記ロータ３は、磁気ディスク４を搭載する磁気ディスク搭載面３ａを備えたロータ本体１２と、該ロータ本体１２の外周面に、前記極歯１０ｂの半径方向内側の端面に空隙を挟んで対向し、周方向に異なる磁極を交互に隣接して配置される永久磁石（円筒状等方性磁石）１３と備えている。

前記ロータ本体１２は、例えば、アルミニウムや樹脂等の非磁性材料により構成されている。ロータ本体１２には、永久磁石１３の取付部に、永久磁石１３の半径方向内面全面を覆う円筒部１２ａと、永久磁石１３の軸方向の一端面全面を覆う位置に配置される鍔部１２ｂとが設けられている。鍔部１２ｂと永久磁石１３の一端面との間には、磁性材料からなるリング板状の平板部材（磁性材料層）１４が設けられている。
永久磁石１３は、半径方向よりも軸方向に長い縦断面形状を有している。また、永久磁石１３は、後述するように半径方向内面に磁性材料からなる着磁用のバックヨークを配置することなく着磁されたものが使用されている。

前記流体軸受９は、前記嵌合孔７ｄに嵌合された固定部材９ａと、該固定部材９ａに対して回転可能に支持された回転部材９ｂとを備えている。これら固定部材９ａと回転部材９ｂとの半径方向の対向面および軸方向の対向面にはそれぞれ動圧発生溝（図示略）が形成されており、対向面間の隙間にオイルが満たされている。固定部材９ａに対して回転部材９ｂが回転する際に、動圧発生溝により隙間のオイルに発生する動圧によって、固定部材９ａに対して回転部材９ｂを浮上させた状態に維持し、かつ、モーメントをバランスさせて、安定したスムーズな回転を達成することができるようになっている。回転部材９ｂにはロータ本体１２が固定され、これにより、ロータ本体１２に搭載された磁気ディスク４が安定してスムーズに回転させられるようになっている。

このように構成された本実施形態に係るモータ２およびディスク型記憶装置１の作用について、以下に説明する。
本実施形態に係るディスク型記憶装置１によれば、ステータ８に設けられたコイル１１に通電することにより、周方向に配列された極歯１０ｂに交番磁界が発生し、ロータ本体１２の外周に設けられた永久磁石１３との間に発生する磁気反発力と磁気吸引力との作用により、ロータ３がステータ８に対して周方向に回転させられる。ロータ３は流体軸受により支持されているので、ベース７に対して安定してスムーズに回転させられる。

ロータ本体１２には磁気ディスク４が固定具５により固定されているので、ロータ３が回転させられると磁気ディスク４も回転させられ、該磁気ディスク４を挟む位置に近接配置されている磁気ヘッドにより、磁気ディスク４に対して磁気情報が読み書きされる。

本実施形態においては、永久磁石１３の半径方向内面が非磁性材料により構成されたロータ本体１２の円筒部１２ａにより覆われているので、図２および図３に示されるように、永久磁石１３の内部で発生した磁束は、その一部が永久磁石１３の内部を通って隣接する他の磁極に磁束φ₃として流入し、他方では永久磁石１３の端面から出射される磁束φ₂として、平板部材１４を介して隣接する磁極に流入する。磁束φ₂，φ₃が合流した磁束φ₁が有効磁束となって極歯１０ｂからコイル１１にエネルギを伝達することにより、ロータを回転駆動させることができる。この場合、永久磁石１３と極歯１０ｂとの磁気中心がずれているので、磁性材料層が無くても、永久磁石１３の下側端面からの漏洩磁束が少ない。

また、従来、ロータ本体を磁性材料により構成することで、永久磁石１３の半径方向内方に配置されるロータ本体をヨークとして利用し、半径方向内面側の磁気回路を形成させていた場合と比較して、永久磁石１３がバックヨークのない着磁方法により、永久磁石１３内部が異極磁場配向される。これにより、非磁性材料からなるロータ本体１２内に磁束φ₂が漏洩することが防止される。したがって、磁束φ₂の漏洩による有効磁束量の低減を防止することができるとともに、ロータ本体１２の残留磁化によりロータ本体１２に固定されている磁気ディスク４あるいは磁気ヘッドに影響を与えることを防止できる。

ここで、本実施形態に係るモータ２の製造方法について、図４を参照し、従来の方法と対比して説明する。本実施形態に係る製造方法においては、着磁用治具としてバックヨークのない着磁ヨーク１００を使用して円筒状等方性磁石を着磁する点において、バックヨーク１０２を有する着磁ヨーク１０１を使用して着磁する従来の方法と相違している。

図４（ａ）は従来の着磁方法であり、等方性の永久磁石１３Ａの外周側に着磁ヨーク本体１０１ａを配置し、内周側には着磁バックヨーク１０２を配置し、着磁ヨーク本体１０１ａに設けた着磁コイル１０１ｂに瞬間的にパルス電流を突入させる。これにより、図４（ｂ）に矢印で示されるように、磁界の方向が交互に逆方向となるように着磁される。隣接する磁極同士は略平行かつ逆向きの磁場配向となる。もちろん、異方性の磁石材料でも同様の磁場配向となる。

これに対して、本実施形態に係る製造方法によれば、図４（ｃ）に示されるように、着磁バックヨーク１０２を有しない着磁ヨーク１００を配置し、瞬間的に突入するパルス電流を適度にコントロールすることにより、図４（ｄ）に示されるように、等方性の永久磁石１３Ａの周方向内部の隣接磁極間を配向する磁場が形成され、これにより、永久磁石１３Ａ内部に磁気回路が形成される。したがって、等方性多極の円筒磁石で、ラジアル異方性磁石でもなく、また極異方性磁石でもない、等方性で、かつ、異極磁場配向の永久磁石１３が製造される。

なお、永久磁石１３を軽薄短小の永久磁石有鉄心タイプの磁気回路を設計する際に、永久磁石１３の縦断面の略中心とステータコア１０の極歯１０ｂの縦断面の略中心がずれてしまう。つまり、永久磁石１３と極歯１０ｂの縦断面方向の磁気中心が一致せず、軸方向に磁気応力が働き、特に、流体軸受９に過剰な負荷をかけて、モータ２の効率を低下させることになる。

そこで、磁気中心を一致させる場合には、図５に示されるように、永久磁石１３のベース７側の軸方向端面全面を覆う第２の磁性材料からなる平板部材１４′を設けることが好ましい。
このようにすることで、永久磁石１３の内部で発生した磁束は、その一部が永久磁石１３の内部を通って隣接する他の磁極に磁束φ₃として流入し、他の一部が永久磁石１３の端面から磁性材料層１４，１４′を通って磁束φ₂，φ₂′として隣接する磁極に流入し、磁束φ₂，φ₂′，φ₃が合流した磁束φ₁が有効磁束となって極歯１０ｂを通ってコイル１１にエネルギを伝達するようになる。

本実施形態においては、磁性材料層として磁性材料からなる平板部材１４，１４′を例示したが、これに代えて、磁性材料からなるメッキ層により構成しても良い。
また、本実施形態においては、ステータの半径方向内側にロータの永久磁石１３が配置されたインナーロータタイプのモータを例示して説明したが、これに代えて、ステータの半径方向外側にロータの永久磁石が配置されたアウターロータタイプのモータにおいても同様に実施可能であることはいうまでもない。

本発明の一実施形態に係るモータおよびディスク型記憶装置を示す縦断面図である。 図１のモータの永久磁石から発生する磁束の流れを示す拡大断面図である。 図２の磁束の流れを示す平面図である。 本発明の一実施形態に係るモータの製造方法を従来の方法との対比において説明する説明図である。 本発明の変形例に係るモータの永久磁石から発生する磁束の流れを示す拡大断面図である。

符号の説明

１ ディスク型記憶装置
２ モータ
３ ロータ
３ａ 搭載部
４ 磁気ディスク
７ ベース
８ ステータ
１０ ステータコア
１０ｂ 極歯
１１ コイル
１２ ロータ本体
１２ａ 円筒部
１２ｂ 鍔部
１３ 永久磁石（円筒状等方性磁石）
１４，１４′ 平板部材（磁性材料層）
１００ 着磁ヨーク
１０２ バックヨーク

Claims (7)

1. ベースと、該ベースに対して回転自在に支持されるロータと、該ロータに対し半径方向外方に配置され、前記ベースに固定されるステータとを備え、
   前記ロータが、ロータ本体と、円筒状等方性磁石とを備え、
   前記ステータが、前記ロータの円筒状等方性磁石に空隙を挟んで対向する複数の極歯を有するステータコアと、前記極歯に巻き付けられたコイルとを備え、
   前記ロータ本体に、前記円筒状等方性磁石の半径方向周面の表面を覆う非磁性材料からなる円筒部と、前記円筒状等方性磁石の軸方向の少なくとも一端面全面を覆う非磁性材料からなる鍔部とが設けられ、
   前記円筒状等方性磁石の軸方向の前記鍔部と対向する表面のほぼ全面に磁性材料層を備えるモータ。
2. ベースと、該ベースに対して回転自在に支持されるロータと、該ロータに対し半径方向外方に配置され、前記ベースに固定されるステータとを備え、
   前記ロータが、ロータ本体と、円筒状等方性磁石とを備え、
   前記ステータが、前記ロータの円筒状等方性磁石に空隙を挟んで対向する複数の極歯を有するステータコアと、前記極歯に巻き付けられたコイルとを備え、
   前記ロータ本体に、前記円筒状等方性磁石の半径方向周面の表面を覆う非磁性材料からなる円筒部と、前記円筒状等方性磁石の軸方向の少なくとも一端面全面を覆う非磁性材料からなる鍔部とが設けられ、
   前記円筒状等方性磁石の軸方向の前記鍔部と対向する前記円筒状等方性磁石の表面のほぼ全面に磁性材料層を備えるとともに、
   前記ベースに対向する前記円筒状等方性磁石の表面のほぼ全面に磁性材料層を備えるモータ。
3. 前記磁性材料層が、メッキ層からなる請求項１または請求項２に記載のモータ。
4. 前記磁性材料層が、磁性材料からなる板状部材である請求項１または請求項２に記載のモータ。
5. 前記ロータ本体に、前記鍔部を挟んで前記円筒状等方性磁石とは反対側に、磁気ディスクを搭載する搭載部が設けられている請求項１から請求項４のいずれかに記載のモータ。
6. 請求項１から請求項５のいずれかに記載のモータを備えるディスク型記憶装置。
7. 請求項１から請求項４のいずれかに記載のモータの製造方法であって、
   前記円筒状等方性磁石の着磁用治具としてバックヨークのない着磁ヨークを使用し、磁束のリターン部における大半の磁束が、前記円筒状等方性磁石の内部を周方向に隣接する磁極にリターンするように、周方向に交互に磁極を着磁させるモータの製造方法。

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