JP2013198220A - 回転機器とその生産方法 - Google Patents

Abstract

【課題】振動あるいは騒音を低減しうる回転機器の生産技術を提供する。
【解決手段】回転機器の生産方法は、マグネットが、磁性材料により形成される環状の第１層３２ａと、その磁性材料とは別の磁性材料により形成される環状の第２層３２ｂと、を有するとき、環状の成形空間３１２を画成する金型３００を用いてマグネットを成形する工程を含む。マグネットを成形する工程は、成形空間３１２の第１の部分に、磁性材料を導入して固めることによって第１層３２ａを成形する工程と、成形された第１層３２ａの外周面３２ｃよりも外側の成形空間３１２の第２の部分３１２ｂに、別の磁性材料を導入して固めることによって第２層を成形する工程とを含む。
【選択図】図９

Description

本発明は、回転体の周面に固定される環状のマグネットを備える回転機器およびその生産方法に関する。

回転機器の一例としてハードディスクドライブなどのディスク駆動装置がある。ディスク駆動装置は、小型化、大容量化が進み、２．５インチ型で容量が約１．０ＴＢのモデルが登場している。このような小型化、大容量化により、従来はデスクトップパソコンなどの一部の電子機器にしか搭載されていなかったディスク駆動装置が、録画装置をはじめとする種々の電子機器に搭載されるようになっている。録画装置などの電子機器は、居間などの静かな環境において使用されることがある。特許文献１には、このような電子機器に搭載される環状のマグネットを備えるディスク駆動装置が提案されている。

特開２０１０−２０５３７８号公報

このような回転機器は一般的にコギングやトルクリップルを生じる。ディスク駆動装置は磁気記録ディスクを回転させるとき、このコギングやトルクリップルに起因した機械的な振動が発生しうる。この機械的な振動により、ディスク駆動装置から騒音が発生する場合がある。

ディスク駆動装置は、上述のように例えば録画装置など、住宅の居間のような静かな環境において使用される機器にも搭載されている。そのため、静かさを保つためにディスク駆動装置からの振動や騒音をできるだけ低減することが望まれる。もちろん、このような場合に限らず、ディスク駆動装置からの騒音は少ない方がよい。

また、地球規模における希土類元素などの一部のマグネット材料の希少性に鑑みて、マグネット材料を有効に利用すべき課題もある。

このような課題は、静かな環境において使用される機器に搭載される回転機器に限らず、他の環境において使用される機器に搭載される回転機器でも起こりうる。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は振動あるいは騒音を低減しうる回転機器とその生産技術の提供にある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の回転機器の生産方法は、回転体の周面に固定される環状のマグネットを備える回転機器の生産方法であって、マグネットが、磁性材料により形成される環状の第１層と、磁性材料とは別の磁性材料により形成される環状の第２層と、を有するとき、本生産方法は、環状の成形空間を画成する金型を用いてマグネットを成形する工程を含む。マグネットを成形する工程は、成形空間の第１の部分に、磁性材料を導入して固めることによって第１層を成形する工程と、成形された第１層の外周面よりも外側の成形空間の第２の部分に、別の磁性材料を導入して固めることによって第２層を成形する工程と、を含む。

この態様によると、それぞれ異なる磁性材料により形成される環状の第１層と環状の第２層とを有するマグネットを成形することができる。

本発明の別の態様は、回転機器である。この回転機器は、回転体の周面に固定される環状のマグネットを備える。マグネットは、磁性材料により形成される環状の第１層と、第１層と回転体の周面との間に介在して磁性材料とは別の磁性材料により形成される環状の第２層と、を有する。第１層の半径方向の厚み寸法は、第２層の半径方向の厚み寸法より大きい。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、回転機器の振動あるいは騒音を低減することができる。

環状マグネットに矩形波着磁をした場合および正弦波着磁をした場合のそれぞれの着磁波形を説明する図である。 図２（ａ）、（ｂ）は、実施の形態に係る回転機器を示す上面図および側面図である。 図２（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。 図３のうち環状マグネット周辺を拡大して示す拡大断面図である。 着磁波形の歪み率のシミュレーション結果を示す図である。 実施の形態に係る生産方法におけるマグネットの形成に用いる金型の断面図である。 第１層を成形する準備を行う第１準備工程の様子を示す図である。 第１層を成形する第１層成形工程の様子を示す図である。 第２層を成形する準備を行う第２準備工程の様子を示す図である。 第２層を成形する第２層成形工程の様子を示す図である。 金型から環状マグネットを取り出すマグネット取出し工程の様子を示す図である。

以下、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、工程には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図面における部材の寸法は、理解を容易にするために適宜拡大、縮小して示される。また、各図面において実施の形態を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して表示する。

（回転機器）
実施の形態に係る回転機器の概要は以下のとおりである。
実施の形態に係る回転機器は、記録ディスクが載置されるべき回転体に環状マグネットを備え、固定体にコイルが巻かれたコアすなわちステータコアを備える。環状マグネットには、着磁によって周方向に複数のＮ磁極とＳ磁極とを含む駆動磁極が設けられる。そして、駆動磁極の磁束とコイルに電流が流れることにより生じる界磁磁束との相互作用によって環状マグネットにトルクが与えられ、回転体が回転する。

まず、マグネットを着磁する工程の一例について説明する。本出願人は例えば特開２０１１−１７６９１６号公報においてマグネットを着磁する方法の一例を開示している。例えば環状のマグネットは着磁コイルが巻装された着磁ヨークの外周に嵌め込まれる。その状態で、着磁コイルに着磁電流が流されることによって着磁ヨークの外周に沿って着磁磁界が発生する。着磁磁界の強さは着磁コイルの巻数と着磁電流の大きさの積に比例する。つまり、着磁磁界は着磁電流を大きくすることによって大きくしうる。マグネットはその抗磁力特性と着磁磁界の強さとにしたがって内部の磁区の方向が揃う整列状態となる。一旦揃った内部の磁区の整列状態はヒステリシス現象により着磁磁界がなくなった後も残留する。マグネットの表面にはこの残留した整列磁区の方向に沿ってＮ極とＳ極とを含む磁極が発現する。マグネットの表面に対して直交する方向に整列する磁区の割合が多い程この磁極に残留する磁束密度（以下、「磁極磁束密度」とも呼ぶ。）が高くなる。着磁電流を大きくするとマグネットの表面に対して直交する方向に整列する磁区の割合が増大して磁極磁束密度が高くなる。全ての磁区がマグネットの表面に対して直交する方向に整列すると磁極磁束密度は飽和する。

一般に、環状のマグネットに駆動磁極を形成する方法としては、着磁波形が略矩形状とされる矩形波着磁と、着磁波形が略台形状、略正弦波状あるいは略三角形状とされる波形制御着磁と、が考えられる。同一の着磁ヨークで同一の磁気特性を有するマグネットに着磁する場合に、着磁電流が小さいと着磁波形が略三角形状になり、着磁電流を増やすと着磁波形が略正弦波状になり、さらに着磁電流を増やすと着磁波形が略台形状になり、一層着磁電流を増やすと着磁波形が略矩形波状になる。つまり、着磁電流が小さい場合は磁極の中心部は強く着磁されるが、磁極と隣接する磁極との境界に近付くほど着磁が弱くなる。着磁電流が多くなると飽和して着磁される領域が磁極の中心部に発現し、さらに着磁電流を増やしていくと飽和して着磁される領域が中心部から両側に広がっていく。一層着磁電流を増やしていくと殆どの領域が飽和して着磁される。また、被着磁マグネットの抗磁力が小さい場合は小さな着磁電流でも飽和して着磁され、抗磁力が大きい場合には飽和して着磁されるためには大きな着磁電流を要する。

これらから、例えば波形制御着磁は着磁電流をマグネットの磁極の全面が飽和する大きさ（以下、「飽和着磁電流」とも呼ぶ。）より小さく制御して着磁することが一般的である（以下、「電流制御着磁」とも呼ぶ。）。しかし、電流制御着磁の場合は被着磁マグネットの抗磁力やその他の製造条件の変動により着磁波形が変動することがある。これに対して、矩形波着磁は被着磁マグネットの抗磁力やその他の製造条件の変動を吸収するように飽和着磁電流以上の大きさの着磁電流によって着磁することが一般的である（以下、「フル電流着磁」とも呼ぶ。）。逆に言うと、フル電流着磁することによって、マグネットの抗磁力やその他の製造条件の変動による着磁波形の変動を抑制しうる。

図１は、環状マグネットに矩形波着磁をした場合および波形制御着磁の一例として正弦波着磁をした場合のそれぞれの着磁波形を説明する図である。矩形波着磁では各磁極のほぼ全面を飽和点まで着磁する。したがって、各磁極内における磁束密度は周方向に変化せず、略一様となる。すなわち、着磁波形は図１の波形４５０ように矩形波状になる。矩形波着磁では各磁極のほぼ全面を飽和点まで着磁するため、磁性材料の能力を十分に引き出すことができる。また、マグネット材料の特性や着磁条件の変動を吸収しうる大きな着磁電流で着磁することによって、駆動磁極の磁束の大きさや波形の変動を抑制することが可能である。しかしながら、磁極境界近傍で環状マグネットの磁束密度が周方向に沿って急激に変化するため、コギングトルクやトルクリップルは比較的大きくなる傾向にある。そのため、コギングトルクやトルクリップルに起因してディスク駆動装置からの振動や騒音が大きくなる場合がある。

正弦波着磁では、図１の波形４５２のごとく磁束密度が周方向に正弦波的に変化し磁極の中央部で最大、周方向両端部でゼロとなるよう着磁する。この場合、マグネットの磁束密度が周方向に沿って滑らかに変化するため、コギングトルクやトルクリップルは比較的小さい。そのため、ディスク駆動装置からの振動や騒音が小さくなることが期待される。しかしながら、各磁極の中央部以外は飽和点まで着磁されないため、矩形波着磁した場合に比べて斜線で示した領域４５４の分だけ磁束量が少なくなる。つまり、矩形波着磁した場合と比べて同じ駆動電流で得られるトルクが減少してしまう。また一般的に正弦波着磁は電流制御着磁によってなされるから、マグネットの抗磁力やその他の製造条件の変動により着磁波形の変動が大きくなる傾向にある。

このような状況の下、本発明者は、環状のマグネットを、それぞれ異なる磁性材料により形成された２つの環状のマグネットを半径方向に積層したマグネット（以下「積層マグネット」とも呼ぶ）にした場合は、フル電流着磁しても、一定条件下でのフル電流着磁であれば、着磁波形は正弦波に近くなることを見いだした。これは、第２層を設けることによって第２層が磁気抵抗となり、磁極の境界付近で着磁の際に第１層を通過する磁束線の方向がマグネットの表面に直交する方向から周方向に傾き、その部分における磁区が傾いた状態で着磁される。この磁区が傾いた部分の磁束密度は磁区が全て直交方向に配列した場合の磁束密度より小さい。この結果、着磁波形は正弦波に近くなるものと考えられる。

そこで、実施の形態に係る回転機器では、環状のマグネットとして積層マグネットを備える。これにより、環状のマグネットにフル電流着磁した場合でもその着磁波形は正弦波に近い波形となる。そのため、マグネットの抗磁力やその他の製造条件の変動により着磁波形の変動を抑制しつつ回転機器の騒音を低減することができる。

図２（ａ）、（ｂ）は、本実施の形態に係る回転機器１を示す上面図および側面図である。図２（ａ）は、回転機器１の上面図である。図２（ａ）では、回転機器１の内側の構成を示すため、トップカバー２を外した状態が示される。回転機器１は、固定体と、固定体に対して回転する回転体と、回転体に取り付けられる磁気記録ディスク８と、データリード／ライト部１０と、を備える。固定体は、ベース４と、ベース４に固定されたシャフト２６と、トップカバー２と、６つのねじ２０と、を含む。回転体６はハブ２８を含む。
以降ベース４に対して回転体６が搭載される側を上側として説明する。

磁気記録ディスク８は、直径が６５ｍｍのガラス製の２．５インチ型磁気記録ディスクであり、その中央の孔の直径は２０ｍｍ、厚みは０．６５ｍｍである。
磁気記録ディスク８は、回転体６に載置され、回転体６の回転に伴って回転する。回転体６は、図２（ａ）では図示しない軸受ユニット１２を介してベース４に対して回転可能に取り付けられる。

ベース４はアルミニウムの合金をダイカストにより成型して形成される。ベース４は、回転機器１の底部を形成する底板部４ａと、磁気記録ディスク８の載置領域を囲むように底板部４ａの外周に沿って形成された外周壁部４ｂと、を有する。外周壁部４ｂの上面４ｃには、６つのねじ穴２２が設けられる。

データリード／ライト部１０は、記録再生ヘッド（不図示）と、スイングアーム１４と、ボイスコイルモータ１６と、ピボットアセンブリ１８と、を含む。記録再生ヘッドは、スイングアーム１４の先端部に取り付けられ、磁気記録ディスク８にデータを記録し、磁気記録ディスク８からデータを読み取る。ピボットアセンブリ１８は、スイングアーム１４をベース４に対してヘッド回転軸Ｓの周りに揺動自在に支持する。ボイスコイルモータ１６は、スイングアーム１４をヘッド回転軸Ｓの周りに揺動させ、記録再生ヘッドを磁気記録ディスク８の上面上の所望の位置に移動させる。ボイスコイルモータ１６およびピボットアセンブリ１８は、ヘッドの位置を制御する公知の技術を用いて構成される。

図２（ｂ）は回転機器１の側面図である。トップカバー２は、６つのねじ２０を用いてベース４の外周壁部４ｂの上面４ｃに固定される。６つのねじ２０は、６つのねじ穴２２にそれぞれ対応する。特にトップカバー２と外周壁部４ｂの上面４ｃとは、それらの接合部分から回転機器１の内側へリークが生じないように互いに固定される。

図３は、図２（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。回転機器１は、コア４０と、コイル４２と、をさらに備える。コア４０は円環部とそこから半径方向（すなわち回転軸Ｒに直交する方向）外側に伸びる例えば９本の突極とを有し、ベース４の上面４ｄ側に固定される。コア４０は、４枚の薄型電磁鋼板を積層しカシメにより一体化して形成される。コア４０の表面には電着塗装や粉体塗装などによる絶縁塗装が施される。それぞれの突極にはコイル４２が巻回される。このコイル４２に３相の略正弦波状の駆動電流が流れることにより突極に沿って駆動磁束が発生する。ベース４の上面４ｄには、回転体６の回転軸Ｒを中心とする円環状の環状壁部４ｅが設けられる。コア４０は環状壁部４ｅの外周面４ｇに圧入されもしくは隙間ばめによって接着固定される。

ベース４には、回転体６の回転軸Ｒを中心とする貫通孔４ｈが設けられる。軸受ユニット１２は、ハウジング４４と、スリーブ４６と、を含み、回転体６をベース４に対して回転自在に支持する。ハウジング４４はベース４の貫通孔４ｈに接着により固定される。ハウジング４４は、円筒部と底部とが一体に形成された有底カップ形状を有し、その底部を下にしてベース４に対して接着固定される。

スリーブ４６は、ハウジング４４の内側の側面に接着により固定される円筒状の部材である。スリーブ４６の上端には半径方向外側に向けて張り出した張出部４６ａが形成されている。この張出部４６ａは、フランジ３０と協働して回転体６の軸方向の移動を制限する。

スリーブ４６にはシャフト２６が収まる。回転体６の一部であるシャフト２６およびハブ２８およびフランジ３０とステータの一部である軸受ユニット１２との間の空間には潤滑剤４８が注入される。
スリーブ４６の内周面には、上下に離間した１組のヘリングボーン形状のラジアル動圧溝５０が形成される。ハウジング４４の上面に対向するフランジ３０の下面には、ヘリングボーン形状の第１スラスト動圧溝（不図示）が形成される。張出部４６ａの下面に対向するフランジ３０の上面には、ヘリングボーン形状の第２スラスト動圧溝（不図示）が形成される。回転体６の回転時には、これらの動圧溝が潤滑剤４８に生成する動圧によって、回転体６は半径方向および軸方向に支持される。

なお、１組のヘリングボーン形状のラジアル動圧溝をシャフト２６に形成してもよい。また、第１スラスト動圧溝をハウジング４４の上面に形成してもよく、第２スラスト動圧溝を張出部４６ａの下面に形成してもよい。

回転体６は、シャフト２６と、ハブ２８と、フランジ３０と、環状マグネット３２と、を含む。ハブ２８のディスク載置面２８ａ上に磁気記録ディスク８が載置される。ハブ２８の上面２８ｂには３つのディスク固定用ねじ穴３４が回転体６の回転軸Ｒの周りに１２０度間隔で設けられている。クランパ３６は、３つのディスク固定用ねじ穴３４に螺合される３つのディスク固定用ねじ３８によってハブ２８の上面２８ｂに圧着されると共に磁気記録ディスク８をハブ２８のディスク載置面２８ａに圧着させる。

ハブ２８は、軟磁性を有する例えばＳＵＳ４３０Ｆ等の鉄鋼材料から形成される。ハブ２８は、鉄鋼板を例えばプレス加工や切削加工することにより形成され、略カップ状の所定の形状に形成される。ハブ２８の鉄鋼材料としては、例えば、大同特殊鋼株式会社が供給する商品名ＤＨＳ１のステンレスはアウトガスが少なく、加工容易である点で好ましい。また、同様に同社が供給する商品名ＤＨＳ２のステンレスはさらに耐食性が良好な点でより好ましい。

シャフト２６は、ハブ２８の中心に設けられた孔２８ｃであって回転体６の回転軸Ｒと同軸に設けられた孔２８ｃに圧入と接着とを併用した状態で固着される。シャフト２６は、ハブ２８の原材料よりも硬い、例えばＳＵＳ４２０Ｊ２等の鉄鋼材料から形成される。
フランジ３０は円環形状を有し、フランジ３０の断面は、逆Ｌ字形状を有する。フランジ３０は、ハブ２８の下垂部２８ｄの内周面２８ｅに接着により固定される。

環状マグネット３２は、略カップ形状のハブ２８の内側の円筒面に相当する円筒状内周面２８ｆに接着固定される。環状マグネット３２の表面にはポリマー塗装などの表面処理が施される。一般にマグネットの表面は脆く、表面の剥がれ等により異物が発生しやすいところ、表面処理によりこれを抑制できる。
環状マグネット３２の表面には例えばＰＡ１２などの樹脂材料をコーティングしてもよい。環状マグネット３２はハブ２８の円筒状内周面２８ｆに圧入固定されることがある。圧入固定する場合は接着剤を塗布する手間が省け、作業時間を短縮しうる。

図４は、図３のうち環状マグネット３２周辺を拡大して示す拡大断面図である。環状マグネット３２は、第１層３２ａと第２層３２ｂとを有する。第１層３２ａは、磁性材料および所定の樹脂材料により形成される。第２層３２ｂは、第１層３２ａの磁性材料とは残留磁束密度が異なる別の磁性材料および所定の樹脂材料により形成される。第１層３２ａの磁性材料は、例えばネオジウム、鉄、ホウ素などの希土類元素を主成分とする材料をバインダーと混練したものを用いることができる。また、第２層３２ｂの別の磁性材料は例えばフェライトを主成分とする材料をバインダーと混練したものを用いることができる。いずれのバインダーについても特別の制限はないが、例えばＰＡ１２、ＰＡ６６、ＰＡ６等のポリアミド樹脂やＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）を主成分とするバインダーを用いることができる。ポリアミド樹脂は相対的に耐熱性が優れているから、使用温度範囲を広くできる。またＰＡ１２は相対的に吸湿性が低いから、形状の経時変化を抑制しうる。つまり第１層３２ａは希土類マグネットであり、第２層３２ｂはフェライトマグネットである。第１層３２ａと第２層３２ｂとに線膨張率の差が小さい種類のバインダーを用いることによって線膨張率の違いに起因する温度変化時の剥離を防止しうる。第１層３２ａと第２層３２ｂとに溶解温度の差が小さい種類のバインダーを用いることによって、第２層３２ｂを射出したときに既成形の第１層３２ａの表面の一部が溶解するから、これらの接合強度を増大しうる。例えば第１層３２ａと第２層３２ｂとに同じ種類のバインダーを用いことができる。

第１層３２ａは、コア４０の９本の突極と半径方向に対向する。第２層３２ｂは、第１層３２ａのコア４０とは反対側の外周面３２ｃに結合される。また、第２層３２ｂは、円筒状内周面２８ｆに接着固定される。つまり、第２層３２ｂは、第１層３２ａと回転体６の一部であるハブ２８の周面との間に介在する。
また、第１層３２ａ、第２層３２ｂは磁性材料が導入されたゲート口が切除されて形成された切除面３２ｄ、切除面３２ｅをそれぞれ有する。

環状マグネット３２には、コア４０と対向する側から周方向（回転軸Ｒを中心とし回転軸Ｒに垂直な円の接線方向）に着磁が施されることによって例えば１２極の駆動磁極が設けられる。より具体的には、第１層３２ａの内周面３２ｆ側から、フル電流着磁により周方向に例えば１２極の駆動磁極が設けられる。

環状マグネット３２は、ハブ２８の内周面２８ｆに固定された後に着磁する方法も考えられる。しかし、着磁をするときにハブ２８の上面が存在すると、着磁磁界の軸方向の分布が不均一になり、着磁後の駆動磁極の軸方向における磁束密度の分布が乱れることがある。駆動磁極の磁束密度の分布が乱れると、トルクが減少し、あるいはコギングトルクやトルクリップルが増大する。実施の形態の回転機器１においては環状マグネット３２は着磁を施した後にハブ２８の内周面２８ｆに固定される。着磁をするときにハブ２８の影響を受けない点で好ましい。また着磁は、環状マグネット３２を着磁ヨークの外周に嵌合して、その環状マグネット３２の外周にリング状の着磁用バックヨークで包囲した状態で行うこともできる。磁性体から形成された着磁用バックヨークを用いることによって着磁波形を制御することができる。所望の着磁波形が得られるように、着磁用バックヨークの内径、高さ、厚みなどの形状あるいは材料を選択することができる。

以上のように構成された回転機器１の動作を説明する。磁気記録ディスク８を回転させるために、３相の駆動電流がコイル４２に供給される。その駆動電流がコイル４２を流れることにより、９本の突極に沿って界磁磁束が発生する。この界磁磁束と駆動磁極の磁束とによって環状マグネット３２にトルクが与えられ、回転体６およびそれに嵌合された磁気記録ディスク８が回転する。

本実施の形態に係る回転機器１によると、環状マグネット３２はそれぞれ異なる磁性材料により形成される環状の第１層３２ａと第２層３２ｂとを有している。これにより、環状マグネット３２にフル電流着磁した場合でもその着磁波形は正弦波に近い波形となる。そのため、マグネットの抗磁力やその他の製造条件の変動により着磁波形の変動を抑制しつつ回転機器１の騒音を低減することができる。

また、本実施の形態に係る回転機器１によると、環状マグネット３２は、希土類マグネットである第１層３２ａと、フェライトマグネットである第２層３２ｂとで構成される。そのため、希土類マグネットにより強い磁束を確保しつつも、希少性の高い希土類元素の使用量を少なくすることができる。

本発明者は実施の形態に係る回転機器１の騒音低減効果を確かめるため、すなわち、環状マグネット３２にフル電流着磁した場合でもその着磁波形が正弦波に近い波形となることを確かめるため、以下の条件でシミュレーションを行った。
・環状マグネット３２の内径Ｄ７：１７ｍｍ
・環状マグネット３２の外径Ｄ８：１９ｍｍ
・環状マグネット３２の半径方向の厚み寸法Ｗ１：１ｍｍ
・環状マグネット３２の半径方向の厚み寸法Ｗ１＝（第１層３２ａの半径方向の厚み寸法Ｗ２）＋（第２層３２ｂの半径方向の厚み寸法Ｗ３）
・環状マグネット３２の第１層３２ａ：希土類マグネット（ネオジウムマグネット）
・環状マグネット３２の第２層３２ｂ：フェライトマグネット
このような条件の下、環状マグネット３２の第１層３２ａの半径方向の厚み寸法Ｗ２および第２層３２ｂの半径方向の厚み寸法Ｗ３を変えながらフル電流着磁したときの着磁波形の歪み率を計算した。また、参考のため、環状マグネットを第１層３２ａだけ、または、第２層３２ｂだけの単層マグネットとし、その半径方向の厚み寸法を変えながらフル電流着磁したときの着磁波形の歪み率を計算した。

図５（ａ）〜（ｃ）は、着磁波形の歪み率のシミュレーション結果を示す図である。 図５（ａ）は、全高調波歪み率を示し、図５（ｂ）は第３次高調波歪み率を示し、図５（ｃ）は第５次高調波歪み率を示す。
歪み率曲線４００ａ、歪み率曲線４００ｂ、歪み率曲線４００ｃは、第１層３２ａおよび第２層３２ｂの半径方向の厚み寸法を変えながらフル電流着磁したときの着磁波形の歪み率を示す。これらの曲線に対しては、横軸は、環状マグネット３２の半径方向の厚み寸法Ｗ１に対する第１層３２ａの半径方向の厚み寸法Ｗ２の比（以下、「希土類マグネット比率」と呼ぶ）を示す。例えば、希土類マグネット比率が８０％のときは、第１層３２ａの半径方向の厚み寸法Ｗ２は０．８ｍｍであり、第２層３２ｂの半径方向の厚み寸法Ｗ３は０．２である。

歪み率曲線４０２ａ、歪み率曲線４０２ｂ、歪み率曲線４０２ｃは、第１層３２ａだけで構成される単層マグネットの半径方向の厚み寸法を変えながらフル電流着磁したときの着磁波形の歪み率を示す。また、歪み率曲線４０４ａ、歪み率曲線４０４ｂ、歪み率曲線４０４ｃは、第２層３２ｂだけで構成される単層マグネットの半径方向の厚み寸法を変化させつつフル電流着磁したときの着磁波形の歪み率を示す。これらの曲線に対しては、横軸は、歪み率曲線４００ａ、歪み率曲線４００ｂ、歪み率曲線４００ｃのシミュレーションでの環状マグネット３２の半径方向の厚み寸法Ｗ１に対する単層マグネットの半径方向の厚み寸法の比（以下、「厚み寸法比率」と呼ぶ）を示す。例えば、厚み寸法比率が８０％のときは、単層マグネットの半径方向の厚み寸法は０．８ｍｍである。
縦軸はすべての曲線において歪み率を示す。

このシミュレーション結果から、第１層３２ａの半径方向の厚み寸法Ｗ２が第２層３２ｂの半径方向の厚み寸法Ｗ３より大きいときに歪み率が低くなる、すなわち正弦波に近い着磁波形が得られることが分かる。
より好ましくは、希土類マグネット比率が６０％より大きい場合、すなわち、第１層３２ａの半径方向の厚み寸法Ｗ２が第２層３２ｂの半径方向の厚み寸法Ｗ３の１．５倍より大きい場合に、希土類マグネットだけの場合（希土類マグネット比率が１００％の場合）より正弦波に近い着磁波形が得られることが分かる。
さらに好ましくは、希土類マグネット比率が７０％〜８０％の場合、すなわち、第１層３２ａの半径方向の厚み寸法Ｗ２が第２層３２ｂの半径方向の厚み寸法Ｗ３の約２．３〜４倍の場合に最も正弦波に近い着磁波形が得られることが分かる。
したがって、これらの条件を満たす場合に、騒音が低減されることが期待される。

以上、実施の形態に係る回転機器の構成と動作について説明した。これらの実施の形態は例示であり、それらの各構成要素の組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

実施の形態では、環状マグネット３２がコア４０の外側に位置する、いわゆるアウターロータ型の回転機器について説明したが、これに限られない。たとえば環状マグネット３２がコアの内側に位置する、いわゆるインナーロータ型の回転機器に本実施の形態の技術的思想を適用してもよい。

実施の形態では、軸受ユニット１２がベース４に固定され、シャフト２６が軸受ユニット１２に対して回転する場合について説明したが、たとえばシャフトがベースに固定され、軸受ユニットがハブと共にシャフトに対して回転するようなシャフト固定型の回転機器に本実施の形態の技術的思想を適用してもよい。

実施の形態では、ベース４に直接軸受ユニット１２が取り付けられる場合について説明したが、これに限られない。例えば、回転体、軸受ユニット、コア、コイルおよびベースからなるブラシレスモータを別途形成した上で、そのブラシレスモータをシャーシに取り付ける構成としてもよい。

実施の形態では、コアは積層された積層コアを用いる場合について説明したが、コアは積層コアでなくてもよい。

（生産方法）
実施の形態に係る生産方法の概要は以下のとおりである。
積層される前の環状マグネットの各層は半径方向の厚み寸法が比較的小さいため割れやすい。そのため、仮に積層前の環状マグネットの各層を金型から取り出して移動させる場合は、環状マグネットの各層が割れないようにスピードを落として作業をしなければならず、生産性が低下してしまう。

そこで、実施の形態に係る生産方法では、成形空間の第１の部分に、磁性材料を導入して固めることにより第１層を成形し、成形された層の外周面よりも外側の成形空間の第２の部分に別の磁性材料を導入して固めることにより第２層を成形する。これにより、環状の第１層と環状の第２層とを有する積層マグネットを成形することができる。そして、このようにして成形された積層マグネットに例えばフル電流着磁することで、正弦波に近い着磁波形を得ることができる。また、積層前の第１層または第２層を金型から取り出して移動させる作業が発生しない。そのため、スピードを落として作業をする必要がなく、これまでと同等の生産性を維持することができる。

本実施の形態に係る生産方法によって上述の回転機器１を生産する場合を説明する。
本実施の形態に係る生産方法は、環状マグネット３２を含む回転機器１の部材を形成する形成工程と、環状マグネット３２および他の部材を使用して回転機器１を組み立てる組立工程と、組み立てられた回転機器１の外観、動作、機能等を検査する検査工程と、を備える。組立工程は公知の組み立て技術を使用して構成されてもよい。検査工程は公知の検査技術を使用して構成されてもよい。
また、形成工程は、環状マグネット３２以外の部材は切削加工や鋳造加工などの公知の加工技術を使用して構成されてもよい。以降では、環状マグネット３２を射出成形により形成する工程について説明する。

図６（ａ）、（ｂ）は、実施の形態に係る生産方法におけるマグネットの形成に用いる金型３００を示す模式図である。 図６（ａ）、（ｂ）において下型３０２は固定され、上型３１４は下型３０２の上方で主に上下に可動に設けられる。図６（ａ）は上型３１４を下型３０２から離した状態を示し、図６（ｂ）は上型３１４を下型３０２に付き合わせた状態を示す。金型３００は、下型３０２と、第１移動型３０８と、第２移動型３１０と、上型３１４と、を備える。下型３０２は、成形空間３１２の内径Ｄ１を定める円柱部３０４と、成形空間３１２の外径Ｄ２を定める外周部３０６とを有する。第１移動型３０８、第２移動型３１０はそれぞれ成形空間３１２に進退する円筒部３０８ａ、円筒部３１０ａを有する。第１移動型３０８の円筒部３０８ａの内径Ｄ３は成形空間３１２の内径Ｄ１より大きく、外径Ｄ４は成形空間３１２の外径Ｄ２と略等しい。また、第２移動型３１０の円筒部３１０ａの内径Ｄ５は成形空間３１２の内径Ｄ１と略等しく、外径Ｄ６は第１移動型３０８の円筒部３０８ａの内径Ｄ３と略等しい。円筒部３１０ａ、円筒部３０８ａの厚み寸法が、それぞれ第１層３２ａ、第２層３２ｂの厚み寸法となる。上型３１４の底面３１４ａには、射出材料を射出する第１層のゲート口３１６と第２層のゲート口３１８とが形成されている。したがって、第１層のゲート口３１６と第２層のゲート口３１８は、成形空間３１２に対して同一側に形成されている。上型３１４を下型３０２に付き合わせたとき、第１層のゲート口３１６と第２層のゲート口３１８とは、成形空間３１２に連通する。

図７は、第１層３２ａを成形する準備を行う第１準備工程の様子を示す。この第１準備工程では、上型３１４を下型３０２に付き合わせる。また、第１移動型３０８の円筒部３０８ａを成形空間３１２に進入させる。これにより、円筒部３０８ａの内周面３０８ｂと、円柱部３０４の外周面３０４ａと、上型３１４の底面３１４ａと、第２移動型３１０の円筒部３１０ａの上端面３１０ｂと、で囲まれる成形空間の第１の部分３１２ａが形成される。

図８は、第１層３２ａを成形する第１層成形工程の様子を示す。この第１層成形工程では、まず、磁性材料と所定の樹脂材料とを含む射出材料を所定温度に加熱して溶融させる。次に、成形空間の第１の部分３１２ａに対して第１層のゲート口３１６から成形空間の第１の部分３１２ａに溶融した射出材料を射出する。射出された磁性材料は冷却されて固まり、環状の第１層３２ａとなる。ここでは、磁性材料は、希土類元素を主成分とする材料である。

図９は、第２層３２ｂを成形する準備を行う第２準備工程の様子を示す。この第２準備工程では、第１移動型３０８の円筒部３０８ａを成形空間３１２から退出させる。円筒部３０８ａを退出させたことにより、第１層３２ａの外周面３２ｃと、外周部３０６の内周面３０６ａと、上型３１４の底面３１４ａと、第１移動型３０８の円筒部３０８ａの上端面３０８ｃと、で囲まれる成形空間の第２の部分３１２ｂが形成される。

図１０は、第２層３２ｂを成形する第２層成形工程の様子を示す。この第２層成形工程では、まず、第１層３２ａの磁性材料とは残留磁束密度が異なる別の磁性材料と所定の樹脂材料とを含む射出材料を所定温度に加熱して溶融させる。次に、成形空間の第２の部分３１２ｂに対して第２層のゲート口３１８から成形空間の第２の部分３１２ｂに溶融した射出材料を射出する。射出された別の磁性材料は冷却されて固まり、環状の第２層３２ｂとなる。こうして、第１層３２ａと第２層３２ｂとが積層された環状マグネット３２が形成される。なお、ここでは、別の磁性材料は、フェライトを主成分とする材料である。

図１１は、金型３００から環状マグネット３２を取り出すマグネット取出し工程の様子を示す。このマグネット取出し工程では、まず、上型３１４を下型３０２から離間させる。次に、第１移動型３０８の円筒部３０８ａおよび第２移動型３１０の円筒部３１０ａの両方を実質的に同時に成形空間３１２に進入させ、環状マグネット３２を成形空間３１２から押し出す。そうすることにより環状マグネット３２を取り出す。

取り出された環状マグネット３２は、ゲート残りを切除し、例えばポリマー塗装などの表面処理が施され、着磁工程に移動される。着磁工程では、各磁極の全面を飽和点まで着磁する例えばフル電流着磁を行う。

本実施の形態に係る生産方法によると、成形空間の第１の部分に、磁性材料を導入して固めることにより第１層を成形し、成形された層の外周面よりも外側の成形空間の第２の部分に別の磁性材料を導入して固めることにより第２層を成形する。これにより、環状の第１層と環状の第２層とを有する積層マグネットを成形することができる。そして、このようにして成形された積層マグネットに例えばフル電流着磁することで、正弦波に近い着磁波形を得ることができ、トルクを維持しつつ回転機器１の騒音を低減することができる。

また、本実施の形態に係る生産方法によると、第１層３２ａの成形後に第１移動型３０８が成形空間３１２から退出され、第１層３２ａの外周面３２ｃを内周面とする成形空間の第２の部分３１２ｂが形成される。つまり、第１層３２ａを他の金型などに移動させなくても、第２層３２ｂのための成形空間が形成される。そのため、第１層３２ａが割れないようにスピードを落として作業をする必要がなく、これまでと同等の生産性を維持することができる。

また、第１層３２ａと第２層３２ｂとをそれぞれ別個に成形し、後から積層させる場合は、第１層３２ａが第２層３２ｂに嵌まるようそれぞれ精度良く形成する必要がある。より具体的には、射出材料に含まれる樹脂が固まるときに縮む場合があるため、どの程度縮むかを考慮して各層を形成する必要がある。しかしながら、本実施の形態に係る生産方法によると、第１層３２ａの外周面３２ｃが第２層３２ｂを成形するための成形空間の第２の部分３１２ｂの内周面となるため、どの程度縮むかを考慮せずとも容易に第１層３２ａと第２層３２ｂとを隙間なく積層させることができる。

以上、実施の形態に係る回転機器の生産方法について説明した。この実施の形態は例示であり、各構成要素の組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

実施の形態では、ハードディスクドライブである回転機器１を生産する場合について説明したが、生産の対象はハードディスクドライブに限られない。例えば、実施の形態の技術的思想は、回転体の周面に固定される環状のマグネットを備える任意の回転機器の生産方法に適用されうる。

実施の形態では、第１層３２ａ（半径方向内側のマグネット）を先に形成し、その後に第２層３２ｂ（半径方向外側のマグネット）を形成する場合について説明したが、これに限られず、第２層３２ｂ先に形成し、第１層３２ａを後に形成してもよい。つまり、マグネット３２を成形する工程は、成形空間の第２の部分に、磁性材料を導入して固めることによって第２層３２ｂを成形する工程と、成形された第２層３２ｂの内周面よりも内側の成形空間の第１の部分に、別の磁性材料を導入して固めることによって第１層３２ａを成形する工程と、を含むようにしてもよい。

実施の形態では、第１層３２ａおよび第２層３２ｂのいずれも射出成形で形成する場合について説明したが、これに限られない。例えば、第１層３２ａおよび第２層３２ｂのうち少なくとも一方を圧縮成形（コンプレッション成型）によって形成してもよい。また例えば、第１層３２ａおよび第２層３２ｂのうち少なくとも一方を焼結成形で形成してもよい。なお、射出成形は比較的短時間で成形できるため、生産時間を比較的抑えることができる。また圧縮成形は磁性材料の含有比率を比較的高くすることができる。また焼結成形はマグネットの硬度を比較的高くすることができる。

実施の形態では、第１層３２ａと第２層３２ｂとは連続して成形される場合について説明したが、これらの工程は本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲で適宜の変更が可能である。例えば、第１層３２ａを別個に成形して金型から一旦排出しておき、改めて成形された第１層３２ａを金型に装着して、その外周面に第２層３２ｂを成形するようにしてもよい。この場合も本実施の形態と同様の効果を奏する。

実施の形態では、第１層３２ａと第２層３２ｂのゲート口は同一の端面に設けられる場合について説明したが、これらのゲート口の位置は本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲で適宜の変更が可能である。例えば、第１層３２ａと第２層３２ｂの少なくとも一方のゲート口はその周面の端面に寄った位置に設けるようにしてもよい。金型設計上で自由度が向上する。

実施の形態では、第１層３２ａと第２層３２ｂとは第１移動型３０８と第２移動型３１０とを用いて金型外に排出する場合について説明したが、第１層３２ａと第２層３２ｂの排出方法は本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲で適宜の変更が可能である。例えば、第１移動型３０８と第２移動型３１０とは別に、イジェクターピン（排出ピン）等の被成形体排出手段を設けてこれを用いるようにしてもよい。金型設計上で自由度が向上する。

実施の形態では、上方に開口を有する成形空間が設けられた下型３０２と、下型３０２の上方で主に上下に可動に設けられる上型３１４とを含む金型３００を用いる場合について説明したが、金型の構造や移動方向は本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲で適宜の変更が可能である。例えば水平方向に開口を有する成形空間が設けられた第１の型と、その開口の水平方向外側の領域で水平方向に可動に設けられる第２の型とを含む金型を用いるようにしてもよい。この場合も本実施の形態と同様の効果を奏する。

実施の形態では、環状マグネットにフル電流着磁をする場合および正弦波に近い着磁波形を得る場合について説明したが、着磁方法や着磁波形はこれらに限られず、本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲で適宜の変更が可能である。例えば、環状マグネットは電流制御着磁されることがあり、また例えば、環状マグネットは着磁波形が略三角形状や略台形状など他の形状にされることがある。

１ 回転機器、 ２ トップカバー、 ４ ベース、 ６ 回転体、 ８ 磁気記録ディスク、 １０ データリード／ライト部、 １２ 軸受ユニット、 ２６ シャフト、 ２８ ハブ、 ３２ 環状マグネット、 ４０ コア、 ４２ コイル。

Claims (9)

1. 回転体の周面に固定される環状のマグネットを備える回転機器の生産方法であって、
   前記マグネットが、磁性材料により形成される環状の第１層と、前記磁性材料とは別の磁性材料により形成される環状の第２層と、を有するとき、本生産方法は、
   環状の成形空間を画成する金型を用いて前記マグネットを成形する工程を含み、
   前記マグネットを成形する工程は、
   前記成形空間の第１の部分に、前記磁性材料を導入して固めることによって前記第１層を成形する工程と、
   成形された前記第１層の外周面よりも外側の前記成形空間の第２の部分に、前記別の磁性材料を導入して固めることによって前記第２層を成形する工程と、
   を含むことを特徴とする回転機器の生産方法。
2. 前記金型は環状の成形空間の内径と外径とを定める第１の型と、前記成形空間に対して相対的に進退自在に構成された環状の第２の型とを有し、
   前記第２の型の内径は前記成形空間の内径より大きく、
   前記成形空間の第１の部分は、前記成形空間に前記第２の型を進入させることにより、前記第２の型の内周面よりも内側の前記成形空間に形成され、
   前記成形空間の第２の部分は、前記第２の型を前記成形空間から退出させることにより、前記第１層の外周面よりも外側の前記成形空間に形成されることを特徴とする請求項１に記載の回転機器の生産方法。
3. 前記第１層を成形する工程は、前記第１層のゲート口から前記磁性材料を導入して固める工程を含み、
   前記第２層を成形する工程は、前記第２層のゲート口から前記別の磁性材料を導入して固める工程を含み、
   前記第１層のゲート口と前記第２層のゲート口は、同一の端面に形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の回転機器の生産方法。
4. 回転体の周面に固定される環状のマグネットを備え、
   前記マグネットは、磁性材料により形成される環状の第１層と、前記第１層と前記回転体の周面との間に介在して前記磁性材料とは別の磁性材料により形成される環状の第２層と、を有し、
   前記第１層の半径方向の厚み寸法は、前記第２層の半径方向の厚み寸法より大きいことを特徴とする回転機器。
5. 前記第１層は、樹脂材料を含み、前記磁性材料が導入されたゲート口が切除されて形成された第１切除面を有し、
   前記第２層は、樹脂材料を含み、前記別の磁性材料が導入されたゲート口が切除されて形成された第２切除面を有し、
   前記第１切除面と前記第２切除面とは同一の端面に設けられることを特徴とする請求項４に記載の回転機器。
6. 前記マグネットの表面には、塗膜が形成されることを特徴とする請求項４または５に記載の回転機器。
7. 前記磁性材料は、希土類元素を主成分とする材料であることを特徴とする請求項４から６のいずれかに記載の回転機器。
8. 前記別の磁性材料は、フェライトを主成分とする材料であることを特徴とする請求項４から７のいずれかに記載の回転機器。
9. 回転体の周面に固定される環状のマグネットを備える回転機器の生産方法であって、
   前記マグネットが、磁性材料により形成される環状の第１層と、前記磁性材料とは別の磁性材料により形成される環状の第２層と、を有するとき、本生産方法は、
   環状の成形空間を画成する金型を用いて前記マグネットを成形する工程を含み、
   前記マグネットを成形する工程は、
   前記成形空間の第１の部分に、前記磁性材料を導入して固めることによって前記第１層を成形する工程と、
   前記成形空間の第２の部分に、前記別の磁性材料を導入して固めることによって前記第２層を成形する工程と、
   を含むことを特徴とする回転機器の生産方法。

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