JP2012138141A - 界磁ユニット及びそれを構成する永久磁石並びに界磁ユニットの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】焼結ＮｄＦｅＢ磁石によらず、実用可能な界磁ユニットを構成する。
【解決手段】第一永久磁石１０と、第一永久磁石１０と対向姿勢に配置された第二永久磁石２０とを備える界磁ユニットであって、第一永久磁石１０及び第二永久磁石２０は、磁性材料と樹脂とからなるコンパウンドが略板状に成形されたボンド磁石であり、極異方性を有する複数の磁極が形成された平坦部をそれぞれ有しており、かつ第一永久磁石１０及び第二永久磁石２０の少なくとも一方が、平坦部１１、２１の端部から突出して他方の永久磁石と連結するための突出部１２、１６、２２、２６を有しており、突出部１２、１６、２２、２６は、磁極を有しており、第一永久磁石１０と第二永久磁石２０とが、第一永久磁石１０の第一平坦部と第二永久磁石２０の第二平坦部との間に磁気空隙ＭＧが形成され、かつ異なる磁極同士が向かい合うように連結されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、平面多極異方性を有する永久磁石を用いた界磁ユニット、特にアクチュエータ用の界磁ユニット及びそれを構成する永久磁石並びに界磁ユニットの製造方法に関する。

二つの永久磁石の間に形成させた空隙に磁場を発生させて、その空隙において磁気と電気の相互作用で運動機能を発揮するデバイスは数多く知られている。身近な例では、スピーカやマイクロフォンがある。また、殆どのモータも同様の仕組みを備えている。例えば、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）のヘッド駆動機構では、ＨＤＤのＶＣＭ（ボイスコイルモータ）と呼ばれるアクチュエータにおいてこのような磁気と電気の相互作用が利用されている。

一例として、ＨＤＤのヘッド駆動機構を構成するＶＣＭの側面図を図１１（ａ）に、図１１（ａ）のＡ−Ａ線における水平断面図を図１１（ｂ）に、アームの平面図を図１２に、それぞれ示す。これらの図に示すようにＨＤＤのヘッド駆動機構では、二枚の板状の永久磁石薄板１１１を離間して対向させることで間に形成される磁気空隙ＭＧに、永久磁石薄板に対して垂直な方向に磁場が発生している。また、磁気空隙ＭＧ以外は閉磁路になるように、永久磁石薄板１１１はそれぞれヨーク板１１２と呼ばれる透磁率の高い材料に貼り付けられている。また上下のヨーク板１１２は、磁気空隙ＭＧを形成するための高透磁率材料で構成された支柱１１３に支えられている。

さらに磁気空隙ＭＧには、図１２に示すようにアーム１１７が挿入される。アーム１１７の一端には、コイル１１４が設けられる。コイル１１４は、磁気空隙ＭＧの磁場に対して、電流の向きが直交するように巻かれており、ビオ・サバールの法則あるいはフレミングの法則に従って推力が発生する。またコイル１１４は、アーム１１７の一端にあるキャリッジに装着される。一方でアーム１１７の他端には、磁気ヘッド１１６が設けられる。またアーム１１７の長手方向における中央付近には支持部材としてピボット１１５が設けられ、ここを支点としてアーム１１７を回動運動させる。

ＨＤＤの性能は、磁気ヘッド１１６の動き、すなわちアーム１１７の動きに大きく左右される。アーム１１７が早く回動運動するには、推力を大きくすることが必要である。推力を高めるには、コイル１１４に流す電流を大きくするか、磁気空隙ＭＧの磁場を大きくする必要がある。磁場を大きくするために磁気空隙ＭＧを狭くすることも可能であるが、その場合は磁気空隙ＭＧに挿入されるコイルの大きさに制限が生じ、また流せる電流にも制限が及ぶ。一方、磁気空隙ＭＧはそのままにして、コイルに流す電流そのものを大きくすることでも推力は大きくできる。しかしながら、ＨＤＤの消費電力や発熱が増大するという問題から、ただ単に電流を増やすことは現実的ではない。

結局、推力を大きくするためには、永久磁石の性能を高めて、ギャップの磁束密度を高めるしかない、というのが通説である。高性能磁石は焼結ＮｄＦｅＢ磁石が代表であり、殆どのＨＤＤ用ＶＣＭにおいて焼結ＮｄＦｅＢ磁石が採用されていると言ってよい。永久磁石の性能はＢＨｍａｘに代表される数字で表される。焼結ＮｄＦｅＢ磁石が開発された１９８０年代、ＢＨｍａｘは３０ＭＧＯｅ程度であった。その後９０年代には５０ＭＧＯｅ程度まで性能が向上したものの、２０００年以降は、その歩みは鈍っており、現時点で大幅な性能向上が望める状況にはない。さらに焼結ＮｄＦｅＢ磁石以外の高性能な新材料が直近に出現するのは困難な状況である。

また、焼結ＮｄＦｅＢ磁石は、今後、電気自動車をはじめとした動力機器関係分野に大量使用されることが確実である。希土類元素のバランスある消費という観点からも、焼結ＮｄＦｅＢ磁石以外の素材を使ったＨＤＤ用ＶＣＭの出現が強く求められている。特に資源ナショナリズムを背景とした希土類元素の供給不足問題が顕在化している現在においては、原材料の安定的供給という観点からも焼結ＮｄＦｅＢ磁石に頼ることなく実用可能な磁石の開発が急務である。

一方、単に素材の磁石性能を高めるだけではなくて、永久磁石の配向や配置を見直すことでギャップの磁場を強くする試みがなされている。このような例としては、特許文献１及び２が知られている。

特許第３８６５３５１号公報 特表２０１０−５１５２８２号公報

特許文献１には、ＨＤＤ用ＶＣＭのアームの推力（トルク）を増すために、ギャップ上下に配置された磁石において、平坦部に複数の磁極が形成されていると共に、前記平面磁極のうちの隣接する少なくとも２つの磁極が極異方性を有する旨の記載がある。しかしながら、この技術では焼結ＮｄＦｅＢが使用されていた部位の磁石を、単に極異方性の磁石に置き換えたに過ぎない。極異方にして配向を工夫することで、二極配向に比べて磁束密度を上げることは可能であるものの、磁石形状やユニット構造が概ね同一であるならば、効果は期待できない。多くの場合、極異方配向は二極配向などに比べて完全な配向が難しく、ＢＨｍａｘという観点では１０％程度低くなる傾向があるからである。

また特許文献２は、ＨＤＤ用ＶＣＭの案件ではないものの、強力かつ均一な平行磁場を得るための方策が述べられている。すなわち、ギャップを規定し、上端と下端を有している略円筒状の磁石を有しており、上側と下側に面板（ヨーク板）があって、この面板の比透磁率１００００以上が必要な旨が記されている。この技術では、円筒状の磁石の縦方向の厚みがギャップを形成する。

しかしながら、ＨＤＤ用ＶＣＭにおいては、ギャップから顔を出す形でアームが伸びていくため、完全な円筒状の磁石を採用することはできない。また実際のＨＤＤ用ＶＣＭでは、部品のサイズに制限があるから、極端に太い円筒状磁石や、極端に厚いヨーク板を使用することはできない。また、ＨＤＤユニットはコンピュータの厳しい規格に制限されているから、ＶＣＭだけが極端に大きくなることは許されない。

本発明は、このような背景に鑑みてなされたものである。本発明の主な目的は、ＨＤＤ用ＶＣＭ等に利用可能な界磁ユニットとして、焼結ＮｄＦｅＢ磁石を使用することなく、かつ現状のＨＤＤ用ＶＣＭシステムと同程度の寸法で、かつ実用可能なアクチュエータ用界磁ユニット及びその製造方法を提供することにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

上記目的を達成するため、本発明の第１の側面に係る界磁ユニットによれば、第一永久磁石と、前記第一永久磁石と対向姿勢に配置された第二永久磁石と、を備える界磁ユニットであって、前記第一永久磁石及び前記第二永久磁石は、磁性材料と樹脂とからなるコンパウンドが略板状に成形されたボンド磁石であり、極異方性を有する複数の磁極が形成された平坦部をそれぞれ有しており、かつ前記第一永久磁石及び前記第二永久磁石の少なくとも一方が、前記平坦部の一部から突出して他方の永久磁石と連結するための突出部を有しており、前記突出部は、磁極を有しており、前記第一永久磁石と前記第二永久磁石とが、前記第一永久磁石の第一平坦部と前記第二永久磁石の第二平坦部との間に磁気空隙が形成され、かつ異なる磁極同士が向かい合うように連結することができる。

これにより、透磁性のヨーク板に板状永久磁石を接着する従来の構成と異なり、本発明は、従来の界磁ユニットを構成していた二つのヨーク板のみならず、これらを接続する支柱も同じ永久磁石で形成することにより、閉磁気回路を構成でき、磁気空隙における磁束密度を高めることが可能となる。この結果、永久磁石の磁力が弱くとも、アクチュエータ用の界磁ユニットとして十分な磁力を発揮できる。また、本発明は、界磁ユニットを第一永久磁石、第二永久磁石に二分割することで、閉じた磁気空隙を開放でき、各部品を金型等で成型し易くできる利点が得られる。

また第２の側面に係る界磁ユニットによれば、前記第一永久磁石と、前記第二永久磁石と、前記突出部とによって、それらの内部に略円弧状の磁力線を形成することができる。

これにより、界磁ユニット内の閉磁気回路を無理なく構成でき、磁気回路で得られる磁気空隙の磁束密度を向上できる。

さらに第３の側面に係る界磁ユニットによれば、前記第一永久磁石及び前記第二永久磁石を、前記磁気空隙の中心に対して略点対称な形状に形成できる。

これにより、同一の形状の部品を第一永久磁石及び第二永久磁石に利用できるので、金型による成形の製造コストを削減できる。

さらにまた第４の側面に係る界磁ユニットによれば、前記第一永久磁石又は前記第二永久磁石は、前記突出部が嵌合する嵌合構造を有することができる。

これにより、第一永久磁石と第二永久磁石との接合に際して、接着等を行わずとも磁力により連結できる利点が得られる。

さらにまた第５の側面に係る界磁ユニットによれば、前記嵌合構造は、凹部又は段差部に形成できる。

これにより、第一永久磁石と第二永久磁石とを磁力により接合する際、両者の接合位置が特定され、安定的な形状の界磁ユニットとして構成できる利点が得られる。

さらにまた第６の側面に係る界磁ユニットによれば、前記突出部が、前記第一永久磁石又は前記第二永久磁石の幅と、略同じ幅の角柱状に形成されており、前記突出部の側面が、前記第一永久磁石又は前記第二永久磁石の側面と略同一面となるように形成できる。

これにより、界磁ユニットの外形を矩形状乃至ブロック状に形成でき、磁気回路の余分な漏れ磁束を低減して高い磁束密度を発揮できる。

さらにまた第７の側面に係る界磁ユニットによれば、前記第一永久磁石と前記第二永久磁石とを単一の成形体とできる。

これにより、第一平坦部及び／又は第二平坦部と突出部との境界部分での磁束漏れを一層低減し、かつ突出部と平坦部との接着等を不要にして、簡単な構成としつつ磁束密度を大きく向上できる。

さらにまた第８の側面に係る界磁ユニットによれば、前記磁性材料は、異方性のＳｍＦｅＮ系磁性材料で構成できる。

これにより、永久磁石の磁力が弱くとも、アクチュエータ用の界磁ユニットとして十分な磁力を発揮できる。

さらにまた第９の側面に係る界磁ユニットによれば、上記いずれかの界磁ユニットを構成する、第一永久磁石又は第二永久磁石の単体とできる。

さらにまた第１０の側面に係る界磁ユニットによれば、上記界磁ユニットの製造方法であって、前記第一永久磁石及び前記第二永久磁石を成形する金型に、前記平坦部及び前記突出部を構成する磁性材料を配向させるための配向用磁石を配置する工程と、前記金型の内部に磁性材料と樹脂とから構成されたコンパウンドを射出する工程と、前記第一永久磁石及び前記第二永久磁石を成形する工程と、前記第一永久磁石と前記第二永久磁石とを、それらの磁力によって連結させて磁気空隙を形成させる工程とを含むことができる。

これにより、透磁性のヨーク板に板状永久磁石を接着する従来の構成と異なり、本発明は、従来の界磁ユニットにおける二つのヨーク板のみならず、これらを接続する支柱も同じ永久磁石で形成することにより、閉磁気回路を構成でき、磁気空隙における磁束密度を高めることが可能となる。この結果、永久磁石の磁力が弱くとも、アクチュエータ用の界磁ユニットとして十分な磁力を発揮できる。

本発明の実施の形態１に係る界磁ユニットを示す斜視図である。 図１の界磁ユニットの分解斜視図である。 図２の界磁ユニットの正面図である。 界磁ユニットの磁力線を示す模式図である。 実施の形態２に係る界磁ユニットを示す正面図である。 実施の形態３に係る界磁ユニットを示す正面図である。 実施の形態４に係る界磁ユニットを示す正面図である。 図１の界磁ユニットにＶＣＭのアームを挿入した状態を示す平面図である。 図７の第一永久磁石を射出成形する金型の一例を示す模式断面図である。 図７の第一永久磁石を射出成形する金型の他の例を示す模式断面図である。 従来のＶＣＭを示す（ａ）側面図及び（ｂ）Ａ−Ａ線における水平断面図である。 従来のＶＣＭのアームを示す平面図である。 ハルバッハ磁石を示す模式図である。 比較例に係る成形体を成型する金型を示す模式断面図である。

本発明を実施するための最良の形態を、以下に図面を参照しながら説明する。ただし、以下に示す形態は、本発明の技術思想を具体化するためのアクチュエータ用界磁ユニット及びその製造方法を例示するものであって、本発明はアクチュエータ用界磁ユニット及びその製造方法を以下に限定するものではない。

また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細な説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。また、一部の実施例、実施形態において説明された内容は、他の実施例、実施形態等に利用可能なものもある。

図１に、本発明の一実施の形態に係る界磁ユニット１００の斜視図を、図２にその分解斜視図を、図３に図１の正面図を、それぞれ示す。これらの図に示す界磁ユニット１００は、外形を箱形の矩形状としたＨＤＤ用ＶＣＭの界磁ユニットである。この界磁ユニット１００は、中央に磁気空隙ＭＧを開口している。磁気空隙ＭＧは、スリット状に開口された空隙であり、ここにおいて対向する面同士に異なる磁極がそれぞれ表出するように、磁性体が極配向される。

また従来のように、永久磁石を貼付した２枚のヨーク板の端部同士を支柱で固定した構成でなく、本発明は、従来の界磁ユニットにおけるヨーク板と支柱を一体的に構成した永久磁石としている。具体的には、従来のヨーク板と支柱との境界をなくして連続的に形成する。さらにヨーク板と支柱を、透磁率の高い軟鉄のような強磁性材料とせず、永久磁石で構成している。換言すると、本発明は、従来の界磁ユニットにおけるヨーク板そのものを永久磁石として、さらにそのヨーク板の一部を突出させて、支柱の代わりとしている。

さらに外部への漏れ磁束を少なくして、磁束が磁気空隙ＭＧに集中するように磁性体を極配向させることで、パーミアンスを向上させている。この構成であれば、ＢＨｍａｘが焼結ＮｄＦｅＢ磁石に比べて劣るＳｍＦｅＮ系磁石であっても、焼結ＮｄＦｅＢ磁石を用いた界磁ユニットと同等の磁力を発揮できる。すなわち、高価なレアアースであるＮｄを用いずとも、ＶＣＭ等に利用可能な界磁ユニットを実現できる。この結果、安価で入手が容易なＳｍを用いたＳｍＦｅＮ系磁石を永久磁石として利用しつつも、実用的なＶＣＭを構成できる等、アクチュエータ用の界磁ユニットとして十分な磁力を発揮できる。

従来のＶＣＭにおける界磁ユニットは、平板状磁石とヨーク板、支柱のスリーピース構造になっている。我々は鋭意研究の結果、界磁ユニットそのものを単一材料の永久磁石で作成し、さらに界磁ユニット全体に渡る極配向構造を採用することで、焼結ＮｄＦｅＢ磁石のような強力な永久磁石を用いなくとも、ＶＣＭ等に利用可能な十分な大きさの磁束密度を有する界磁ユニットを実現するに至った。すなわち、ＶＣＭにおける永久磁石、ヨーク板、支柱部分を単一材料の永久磁石で構成している。ここで単一の磁石でヨーク板も構成するものとしては、図１３に示すような、いわゆるハルバッハ配置、あるいはハルバッハ磁石が知られている。しかしながら、ＨＤＤ用ＶＣＭのような用途では、限られた寸法の中に界磁ユニットを収めねばならない上に、適切なコストで量産可能な製造方法も求められる。このような観点からは、磁石をモザイク的に組み合わせるハルバッハ法は、磁石の組立に高度な技量が要求されるため、工業製品の組み立てに適用するには問題がある。

これに対して、本実施の形態に係る界磁ユニットは、上述の通り、従来の界磁ユニットにおけるヨーク板、支柱を同一の素材で一体的に構成し、界磁ユニットの全体を永久磁石とし、さらに磁気空隙ＭＧの部分で分割した第一永久磁石及び第二永久磁石で構成することで、射出成形による成型を可能とし、量産に適した界磁ユニットを提供することに成功したものである。
（磁気空隙ＭＧ）

磁気空隙ＭＧは、図１〜図３に示すように矩形状に開口されている。この磁気空隙ＭＧは、長手方向に沿って第一主面１４と第二主面２４とが対向するよう構成されている。界磁ユニットの磁力線パターンを図４に示す。このように、第一主面１４と第二主面２４とで挟まれた磁気空隙ＭＧにおいては、対向する２つの主面で異方性の磁極が互いに面するように、複数の磁極が平面状に表出される。この例では、各主面にＮ極とＳ極の２極が設けられており、主面のほぼ全域にほぼ均一な磁束密度を実現している。ただ、４極以上の磁極を主面に表出させるように構成しても良い。

界磁ユニット全体に極配向構造をとるということは、第一主面１４と第二主面２４とで挟まれたギャップ部分をくわえ込むようなＣ型界磁ユニットを構成したということもできる。すなわち、図４に示すように、ギャップ部分に対向する第一主面１４から第一突出部１２及び第二突出部２２、第一突出部１２及び第二突出部２２から反対側の第二主面２４へと仮想的な磁力線が伸びている。このように磁力線を界磁ユニットの内部において円弧状とすることで、磁気回路から表出する磁極を磁気空隙ＭＧに制限し、外部への磁力線の漏れを低減でき、磁気回路で得られる磁束密度を高めることができる。一方、ギャップ部分に隣接するＮ極とＳ極も成形体内部で仮想的な磁力線で繋がっている。また、ギャップ以外の部位では磁力線は連続である。
（分割構造）

また界磁ユニットは、全体を一体に構成するよりも、分割して構成することで製造を容易にしている。特に、金型を用いた射出成形時には、閉塞空間である磁気空隙の部分に配置可能な強い金型磁石を作成することが容易でない。そこで、磁気空隙の部分で分割する構造とすると共に、分割された部材同士を接合することで磁気空隙を構成することで、第一主面１４と第二主面２４に所望の磁極が表れるように成型できる。

図１〜図３の例では、第一永久磁石１０と第二永久磁石２０に分割している。第一永久磁石１０は、第一平坦部１１と、第一突出部１２とで構成され、第二永久磁石２０は、第二平坦部２１と、第二突出部２２とで構成される。また、第一平坦部１１が第一主面１４を含み、第二平坦部２１が第二主面２４を含んでいる。このため第一永久磁石１０と第二永久磁石２０とを組み合わせることで、第一主面１４と第二主面２４の間に磁気空隙ＭＧが形成される。いいかえると、界磁ユニット１００を磁気空隙ＭＧの部分で第一永久磁石１０、第二永久磁石２０に二分割することで、閉じた磁気空隙ＭＧを開放できるため、各部品を金型等で成型し易くできる。

またこの例では、第一永久磁石１０と第二永久磁石２０を同じ形状の部材としている。これにより、同じ金型で成形した部品を組み合わせて界磁ユニットを構成でき、製造コストを低減すると共に製造効率を向上できる。特に、第一主面１４及び第二主面２４にそれぞれＮ極とＳ極の一対のみが表出する構成とすることで、一方を反転させた姿勢とした際にＮ極とＳ極とが対向するように容易に構成できる。

第一永久磁石と第二永久磁石とは、突出部を嵌合させて連結する。このため、これらの第一永久磁石、第二永久磁石には、いずれか一方の突出部を受けるための嵌合構造を設けている。嵌合構造としては、階段状の段差部や凹部とすることができる。

図２等に示す例では、第一永久磁石１０は、突出部が、第一平坦部１１及び第二平坦部２１と略同一幅の角柱状に形成され、突出部の側面が、第一平坦部１１の端面と略同一平面に形成されている。このようにすることで、磁気回路を連続的にして磁気回路の余分な漏れ磁束を低減し、結果として強い磁束密度を発揮できる。

また図２の例では、第一永久磁石１０の外形を階段状に構成している。すなわち、第一平坦部１１の一端（図２において左側）から第一突出部１２を突出させる一方で、他端を段差状に窪ませた第一段差部１３としている。段差部は、第二永久磁石２０の第二突出部２２を受けるための部位であり、図３に示すように第二突出部２２を第一段差部１３に当接させることで、図１に示すように第一永久磁石１０と第二永久磁石２０の側面部が同一平面となり、接合部分が一体的となる。いいかえると、第二突出部２２の先端部分は第一平坦部１１の端縁と一体化されて部分的に第一平坦部１１の一部をなす。これら第二突出部２２と第一段差部１３の形状及び寸法は、これらを接合させた際に外面が同一平面となるように設定される。

同様に第一永久磁石１０の第一突出部１２も、第二永久磁石２０の第二段差部２３に接合される。特に第一永久磁石１０と第二永久磁石２０を同一形状とし、点対称に回転させた姿勢で接合させることで、外形をブロック状とした界磁ユニット１００を構成できる。このように第一突出部１２と第二段差部２３、及び第二突出部２２と第一段差部１３を位置決めに利用して、第一永久磁石１０と第二永久磁石２０とを接合できる。

なお、第一永久磁石１０と第二永久磁石２０の組み合わせには、接着やねじ止めなどの固定構造を付加しても良いが、磁力によって接合させるのみでも、上述した閉回路の構成によって十分な接合力を発揮できる。
（変形例）

なお上記の例では、第一永久磁石と第二永久磁石を同一形状の部材で構成したが、この構成に限られず、異なる形状に構成することも可能であることはいうまでもない。すなわち、図４に示すような、中央に磁気空隙ＭＧが形成される形状の組み合わせであれば、任意の構成とできる。例えば図５に示す実施の形態２に係る界磁ユニット２００では、第一永久磁石１０Ｂを平板状で中央に凸部１５を設け、第二永久磁石２０Ｂの中央を凹状部分２５としたコ字状に形成する。凹状部分２５に凸部１５を挿入することで第一永久磁石１０Ｂと第二永久磁石２０Ｂを接合できる。この構成では、凹状部分２５への凸部１５の挿入構造によって位置決めをより正確に行える利点が得られる。

さらに図６に示す実施の形態３に係る界磁ユニット３００では、第一永久磁石１０Ｃを平板状とし、第二永久磁石２０Ｃをコ字状に形成して、これらを組み合わせることで中央に磁気空隙を開口した磁気回路を構成できる。この構成では、第一永久磁石１０Ｃを平板とできるため、製造を簡素化できる利点が得られる。その反面、第一永久磁石１０Ｃと第二永久磁石２０Ｃを接合する際の位置決めの機構を備えないため、他の構成に比べて位置合わせがし辛い。

加えて図７に示す実施の形態４に係る界磁ユニット４００では、第一永久磁石１０Ｄと第二永久磁石２０Ｄを同一形状としつつ、これらを断面コ字状として、各々の端部に形成させた突出部１６、２６同士を接合させることで、中央に磁気空隙を開口した界磁ユニット４００を構成している。この構成では実施の形態１と同様、同一の金型で成形できる反面、実施の形態３と同様位置決めが容易でない。
（ＨＤＤ用ＶＣＭ）

図８は、揺動型アクチュエータの例として、この磁気空隙ＭＧにアームを挿入してＨＤＤ用ＶＣＭを構成した例を示している。アーム７の一端には偏平型の可動コイル４を、他端には磁気ヘッド６を各々配設する。このアーム７は、可動コイル４が磁気空隙ＭＧ内に位置するように、支点である軸５を介して回動もしくは揺動自在になるように構成されている。

このＶＣＭの可動コイル４に電流を通電すると、フレミングの左手の法則に従って、可動コイル４に軸５まわりの駆動力が作用し、アーム７を回動もしくは揺動させて、アーム７の他端に設けた磁気ヘッド６を、磁気ディスク上の所定の記録トラックに位置決めすることができる。なお揺動方向の切り替えは可動コイル４への通電電流の向きを適宜反転させることによって行う。また磁気ヘッドに代えて、他の機能部材を配置することでＨＤＤ以外の用途にも利用可能なアクチュエータとして利用できる。
（界磁ユニットの製造方法）

以上の界磁ユニットを構成する第一永久磁石、第二永久磁石は、射出成形法で製造できる。射出成形法は、主として熱可塑性樹脂と磁性材料粉末とを混合したコンパウンドを、一旦溶融した後、金型内に注入して成形する方法である。これにより、一体化、かつ極配向した界磁ユニットが工業的に製造可能となる。なお、射出成形した成形体を脱脂焼結して焼結体を得ることも可能である。ただこの場合は、薄い部分と厚い部分が一体化しており、しかも結晶の並びに方向性があるため、製造時の割れ欠けが多数発生し、また寸法精度が劣るという欠点がある。また同一素材かつ一体化した永久磁石の製造法として、金型に磁石粉末と適切な樹脂（例えば、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂）を混合投入して、プレス成形する方法も考えられるが、前記の複雑な極配向構造を実現するためには金型でプレスする方法は不適と考えられる。その理由は、極配向構造を得るには、粒子の向きが金型内で自由に変えられることが必要であるところ、プレス成形の場合は粒子の回転が困難だからである。

磁性材料には、異方性材料を採用する。異方性材料は、異方化によって所定の磁気性能が得られる素材である。異方性材料は粒子一個一個に磁気異方性があるので、異方化する方向すなわち磁気のある方向に結晶の向きを変える。一方、等方性材料の方が、磁石製造工程が簡単で、異方化工程を経ずとも、着磁の調整で極異方構造が得られるメリットはよく知られている。しかしながら、現時点で工業的に入手可能な等方性の射出成形永久磁石のＢＨｍａｘは９〜１０ＭＧＯｅである。この程度のＢＨｍａｘではギャップに有効な磁束密度を提供することができなかった。一方、異方性の射出成形材料は、最高で１８ＭＧＯｅまで市販されているので、本発明の目的を達成するには好適である。中でも最適な材料はＳｍＦｅＮ系の異方性材料である。ＳｍＦｅＮ粒子の中でも略球形の粒子を持つ場合は、異方性を付与する際に粒子が自由に回転して、望みどおりの配向パターンが得られるという長所を有する。

極配向構造を得るための手段は、射出成形時に金型外部から適当な磁場を適宜印加することで達成される。金型内部キャビティ部の隣接部に配向用の永久磁石を配置させるか、金型外部より通電コイルによって磁場を作用させてもよい。
（射出成形金型）

図９に、図７の界磁ユニットを構成する射出成形金型の一例の概略構造を示す。配向を行うための永久磁石３１は、金型３０内に仕込まれている。またゲート３３から注入されたコンパウンドは、キャビティ部３４に充填される。さらにＮ極からＳ極に向かって磁力線が放出され、図９において永久磁石３１が生成しキャビティ部３４に発生している磁場３５を点線で示している。この金型を用いた界磁ユニットの製造においては、一回の射出成形で、界磁ユニットを構成する成形体の半分（第一永久磁石又は第二永久磁石の一方）しか製造できないものの、金型に仕込む配向用の永久磁石の大きさに制限がないことから、充分な配向磁場を得ることができる。一個の界磁ユニットは、二個の成形体である第一永久磁石と第二永久磁石を組み合わせて構成される。また成形体同士を組み合わせる際には接着剤等は不要とできる。接合面にＮ極とＳ極が現れているので、近づけるだけで磁力により接合され、正しい極性の界磁ユニットを構成できる。

さらに射出成形金型の他の例を図１０に示す。この図において金型４０は、配向用の永久磁石４１を取り囲むようにキャビティ部４４があり、ここに磁性材料と樹脂とからなるコンパウンドを注入して成形体を得る。この金型によれば一回の成形で、２つの成形体すなわち界磁ユニット１個分を構成できる利点が得られる。反面、この方法では配向用磁石のサイズに制限が生じる。すなわち、磁気空隙を構成するサイズの永久磁石として、十分な磁力を確保することが容易でない。

図９に示す射出成形金型を用意した。金型３０の内部に、配向用の永久磁石３１が埋め込まれている。本実施例の配向用の永久磁石は、焼結ＮｄＦｅＢ磁石を磁極に応じて四個使用している。コンパウンドとして日亜化学製のＳｍＦｅＮ材のＡ１２材（製品名）を使用した。このコンパウンドのＢＨｍａｘは１２．５ＭＧＯｅである。射出成形時のバレル温度は２４０℃、ノズル温度は２５０℃。金型温度は９０℃に設定した。同じ成形体を二個作り、これらを組み合わせることで一つの界磁ユニットとした。界磁ユニットの寸法は、幅５７ｍｍ、高さ９．７ｍｍ、奥行１８ｍｍ、ギャップ幅３７ｍｍ、ギャップ厚み１．４ｍｍであった。磁気空隙ＭＧの磁束密度は最大４５００ガウスであった。以上のように、ＶＣＭ用の界磁ユニットとして十分使用可能な磁束密度が得られた。

比較例１

実施例１で得られた成形体の突出部を切削加工し、厚さ４．１５ｍｍの平板とした。これに１．４ｍｍ厚みのパーメンジュール材をはさんで、上記界磁ユニットと全く同じ寸法の界磁ユニットを得た。この場合の磁気空隙の磁束密度は最大４０００ガウスであった。なお、パーメンジュール材は飽和磁束密度及び透磁率ともに非常に高く、望みうる最高性能の軟磁性材である。実施例１における突出部が別の材料に置き換えられることにより、実施例１よりも磁束密度が低下した。

比較例２

実施例１で得られた成形体の突出部を切削加工し、厚さ４．１５ｍｍの平板とした。これに１．４ｍｍ厚みのテフロン（登録商標）材を挟んで、上記界磁ユニットと全く同じ寸法の界磁ユニットを得た。この場合の磁気空隙の磁束密度は最大３８００ガウスであった。なお、テフロン（登録商標）材は非磁性材の代表として用いた。実施例１における突出部が別の材料に置き換えられることにより、実施例１よりも磁束密度が低下した。

比較例３

実施例と形状は全く同じであるが、極配向を施していない成形体を用意した。異方化方向は図１４に示すように、金型の外側に配置した外部磁場用コイル５５を用いて、キャビティ部５４の縦方向に磁場を作用させた。この場合は磁極が正しく表面に現れないので、成形後に所定の極が現れるように着磁する必要がある。この比較例３で得られた磁気空隙の磁束密度は２８００ガウスであった。

比較例４

実施例と形状は全く同じであるが、磁性材料として等方性ＮｄＦｅＢを使用した。成形も実施例と同様に射出成形で行った。素材としてのＢＨｍａｘは９ＭＧＯｅである。この場合の磁気空隙の磁束密度は２５００ガウスであった。

比較例５

図１１に示すような、実際にＨＤＤで使われている界磁ユニットを用意した。使用されている磁石は焼結ＮｄＦｅＢであり、ＢＨｍａｘは４５ＭＧＯｅであった。ユニットの幅３６．２ｍｍ、高さ６．１ｍｍ、奥行２３．５ｍｍ、ギャップ厚み１．５ｍｍであった。磁気空隙の磁束密度は５０００ガウスであった。ただし、支柱やヨーク板のような多数の部材を使っているので実施例よりも組立が容易でなかった。

以上のようにして、本発明によれば界磁ユニットを構成する第一永久磁石や第二永久磁石といった成形体を射出形成でき、十分な磁力を備える界磁ユニットを実現できることが確認できた。

本発明は、ハードディスク用のＶＣＭとして好適に利用できる。

１００、２００、３００、４００…界磁ユニット
４…可動コイル
５…軸
６…磁気ヘッド
７…アーム
１０、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ…第一永久磁石
１１…第一平坦部
１２、１６…第一突出部
１３…第一段差部
１４…第一主面
１５…凸部
２０、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ…第二永久磁石
２１…第二平坦部
２２、２６…第二突出部
２３…第二段差部
２４…第二主面
２５…凹状部分
３０、４０、５０…金型
３１、４１…永久磁石
３３…ゲート
３４、４４、５４…キャビティ部
３５…磁場
５５…外部磁場用コイル
１１１…永久磁石薄板
１１２…ヨーク板
１１３…支柱
１１４…コイル
１１５…ピボット
１１６…磁気ヘッド
１１７…アーム
ＭＧ…磁気空隙

Claims (10)

1. 第一永久磁石と、
   前記第一永久磁石と対向姿勢に配置された第二永久磁石と、
   を備える界磁ユニットであって、
   前記第一永久磁石及び前記第二永久磁石は、磁性材料と樹脂とからなるコンパウンドが略板状に成形されたボンド磁石であり、極異方性を有する複数の磁極が形成された平坦部をそれぞれ有しており、
   かつ前記第一永久磁石及び前記第二永久磁石の少なくとも一方が、前記平坦部の一部から突出して他方の永久磁石と連結するための突出部を有しており、
   前記突出部は、磁極を有しており、
   前記第一永久磁石と前記第二永久磁石とが、前記第一永久磁石の第一平坦部と前記第二永久磁石の第二平坦部との間に磁気空隙が形成され、かつ異なる磁極同士が向かい合うように連結されてなることを特徴とする界磁ユニット。
2. 請求項１に記載の界磁ユニットであって、
   前記第一永久磁石と、前記第二永久磁石と、前記突出部とによって、それらの内部に略円弧状の磁力線が形成されていることを特徴とする界磁ユニット。
3. 請求項１又は２に記載の界磁ユニットであって、
   前記第一永久磁石及び前記第二永久磁石は、前記磁気空隙の中心に対して略点対称な形状に形成されてなることを特徴とする界磁ユニット。
4. 請求項１から３のいずれか一に記載の界磁ユニットであって、
   前記第一永久磁石又は前記第二永久磁石は、前記突出部が嵌合する嵌合構造を有することを特徴とする界磁ユニット。
5. 請求項４に記載の界磁ユニットであって、
   前記嵌合構造は、凹部又は段差部に形成されてなることを特徴とする界磁ユニット。
6. 請求項１から５のいずれか一に記載の界磁ユニットであって、
   前記突出部が、前記第一永久磁石又は前記第二永久磁石の幅と、略同じ幅の角柱状に形成されており、
   前記突出部の側面が、前記第一永久磁石又は前記第二永久磁石の側面と略同一面となるように形成されていることを特徴とする界磁ユニット。
7. 請求項１から６のいずれか一に記載の界磁ユニットであって、
   前記第一永久磁石と前記第二永久磁石とが単一の成形体とされていることを特徴とする界磁ユニット。
8. 請求項１から３のいずれか一に記載の界磁ユニットであって、
   前記磁性材料は、異方性のＳｍＦｅＮ系磁性材料であることを特徴とする界磁ユニット。
9. 前記請求項１から８のいずれか一に記載された界磁ユニットを構成する、第一永久磁石又は第二永久磁石。
10. 前記請求項１から８のいずれか一に記載された界磁ユニットの製造方法であって、
    前記第一永久磁石及び前記第二永久磁石を成形する金型に、前記平坦部及び前記突出部を構成する磁性材料を配向させるための配向用磁石を配置する工程と、
    前記金型の内部に磁性材料と樹脂とから構成されたコンパウンドを射出する工程と、
    前記第一永久磁石及び前記第二永久磁石を成形する工程と、
    前記第一永久磁石と前記第二永久磁石とを、それらの磁力によって連結させて磁気空隙を形成させる工程と、
    を含むことを特徴とする界磁ユニットの製造方法。

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