CN1298567A - 小型电动机的转子 - Google Patents

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Abstract

本发明的小型电动机转子(10),备有具有旋转轴线(14)的磁铁(12)、和同心地固定在磁铁上的轴(16)。磁铁(12)备有与旋转轴线(14)同轴延伸的贯通孔(20)。轴(16)备有安装在贯通孔(20)内的部分(24)。该部分(24)的轴线方向接合长度(t1)比贯通孔(20)的轴线方向长度(T1)短。磁铁(12)由环状磁铁部件(18)、和形成在该磁铁部件表面并至少配置在贯通孔(20)内的保护膜(22)构成。转子((10)还备有至少设在贯通孔(20)内的加强部件。加强部件由磁铁(12)的保护膜(22)构成,用于确保把轴(16)固定地保持在磁铁上预定位置的固定力。

Description

小型电动机的转子
本发明涉及小型驱动装置，特别涉及装在电子表等中的小型电动机的转子。
石英表等的电子表，备有小型精密的电动机，作为驱动装置。电子表中一般所用的具有步进马达构造的电动机，备有转子和定子，转子具有环状或圆筒状的永磁铁，定子具有线圈。转子还备有轴和驱动齿轮，轴同心地固定在圆筒状的永磁铁上，驱动齿轮与轴形成为一体。
例如，装在电子表内的现有小型电动机的转子，通常，转子轴是用粘接剂或锡焊等粘接材料固定在形成于转子磁铁上的中心贯通孔内，或者将该轴紧密地压入贯通孔，这样地把轴固定住。该固定作业中，为了将转子轴与环状或圆筒状转子磁铁保持同心，并且将轴保持在磁铁上的预定位置，需要确保较大的固定力。把转子轴紧密压入转子磁铁的贯通孔时，在轴的压入作业期间及转子完成后的长时间内，必须使磁铁不因磁铁贯通孔相邻区域的应力集中作用而破裂或裂缝。
日本实开昭54-71610号公报(JP-U-54-71610)中，揭示了电子表用的小型电动机的转子之一例。该电动机的转子，备有带齿轮的轴和圆筒状的磁铁，该圆筒状磁铁具有固定轴的中心贯通孔。转子的轴具有多边形柱等的异形外形，紧密地压入转子磁铁的圆筒状中心贯通孔内。该构造中，轴的外面的一部分，沿着贯通孔的轴线方向全长，局部地与贯通孔中的磁铁的圆筒内面接触。轴与磁铁的该局部接触，使应力集中分散到与磁铁贯通孔相邻的几个局部区域，这样，可防止磁铁破裂或裂缝，确保较大的固定力。
现有的小型电动机的转子的环状或圆筒状永磁铁，通常由烧结磁铁形成，该烧结磁铁由烯土类元素构成。烧结永磁铁虽然具有优良的磁特性，但是小型的环状或圆筒状磁铁构造的制造成本高。而通常称为“粘结磁铁”的、具有单纯成形构造的永磁铁，可降低制造成本。但是，用“粘结磁铁”形成小型电动机的转子的环状或圆筒状磁铁时，与烧结磁铁相比，转子磁铁的机械强度低。因此，这时，即使转子轴具有JP-U-54-71610所揭示的构造，在轴的压入作业期间或转子完成后，分散了的应力集中仍然可能会使粘结转子磁铁产生破裂或裂缝。
JP-U-54-71610还揭示了在贯通孔内，夹设在转子磁铁与转子轴之间的轴衬。该轴衬的作用是防止磁铁破裂或裂缝。此种轴衬在实开昭56-71078号公报(JP-U-56-71078)中也被揭示。但是，这样地另外增设轴衬，增加了电动机转子的零件数目，导致生产性降低，并且提高制造成本。
用粘接剂或锡焊等粘接材料把转子轴固定在转子磁铁的贯通孔内时，由于可以松松地将轴嵌入贯通孔，所以，可避免磁铁的破裂或裂缝问题，而且可得到比较大的固定力。但是，贯通孔内的轴与磁铁之间的间隙很小，通常是数μm，所以把轴插入贯通孔时，粘接材料有可能会从贯通孔中漏出。因此，该方法中，为了确保稳定的大固定力，必须将粘接材料小心且准确地供给到轴与磁铁间的微小间隙内，这样，妨碍小型电动机转子的大量生产。
本发明的目的，是提供一种小型电动机使用的转子，该转子具有优良的结构可靠性，高生产性，可用比较低的成本制造。
本发明的另一目的，是提供一种小型电动机使用的转子，该转子备有环状或圆筒状的磁铁和固定在磁铁上的轴，可防止磁铁因轴而破裂或裂缝，可确保将轴保持在磁铁上预定位置的稳定的大固定力。
本发明的另一目的，是提供轴与环状或圆筒状磁铁的固定构造，在具有单纯成形磁铁即粘结磁铁等的、比较脆弱的磁铁的转子的制造工序中可采用该固定构造。
本发明的电动机转子，其特征在于，备有磁铁、轴和加强部件；
磁铁具有旋转轴线，备有与该旋转轴线同轴延伸的贯通孔；
轴同心地固定在上述磁铁上，备有安装在上述贯通孔内的部分，该部分的轴线方向接合长度比贯通孔的轴线方向长度短；
加强部件至少设在上述贯通孔内，用于确保把上述轴固定保持在磁铁上预定位置的固定力。
本发明的较好实施例中，上述磁铁由环状磁铁部件、和形成在该磁铁部件表面并至少配置在上述贯通孔内的保护膜构成，上述加强部件由保护膜构成，上述轴的上述部分与该保护膜对面式地接合。
这时，上述保护膜最好由金属镀层构成。
上述金属镀层可以是无电解镀层。
另外，上述金属镀层，可以包含Ni-P无电解镀层、Ni-B无电解镀层及Ni-P-W无电解镀层中的至少一种。
上述金属镀层最好至少具有10μm的厚度。或者，上述金属镀层，可以备有无电解底镀层和电解面镀层这时，上述电解面镀层可以是Ni电解镀层。上述无电解底镀层可以至少有0.5μm～2.0μm的厚度。另外，上述电解面镀层可以至少具有3.0μm的厚度。上述磁铁部件最好由粘结磁铁部件构成。
这时，设贯通孔轴线方向长度为T、上述轴的上述部分的轴线方向接合长度为t时，轴线方向接合长度与贯通孔的轴线方向长度的关系是，T/5≤t≤T/2。
另外，上述轴的上述部分被紧密地压入磁铁的贯通内，在该贯通孔内的该部分的紧固余量在5μm～30μm的范围内。
在上述粘结磁铁部件内最好真空含浸着充填材。
本发明的另一较好实施例中，上述加强部件由粘接剂构成，该粘接剂充填在贯通孔内的、上述部分以外的轴的其余部与磁铁间的间隙内。
这时，设贯通孔轴线方向长度为T、上述轴的上述部分的轴线方向接合长度为t时，轴线方向接合长度与贯通孔的轴线方向长度的关系是，T/5≤t≤4T/5。
上述粘接剂可由热硬性环氧树脂构成。
上述磁铁由环状磁铁部件、和形成在该磁铁部件表面并至少配置在贯通孔内的保护膜构成，上述加强部件备有该保护膜，上述轴的上述部分与该保护膜对面地接合。
这时，上述保护膜由金属镀层构成。
或者，上述保护膜由有机保护膜构成。
该构造中，上述磁铁部件由粘结磁铁部件构成是有利的。
上述磁铁可以含有稀土类元素。
另外，本发明的电动机转子的制造方法，其特征在于有以下步骤：
(a)在环状磁铁部件的表面形成保护膜，制作磁铁，该磁铁备有旋转轴线和与该旋转轴线同轴延伸的贯通孔，将保护膜至少配置在贯通孔内；
(b)准备好备有安装在上述贯通孔内部分的轴；
(c)将上述轴插入磁铁的贯通孔内，将该轴的上述部分紧密压入贯通孔内，使该部分的轴线方向接合长度比贯通孔的轴线方向长度短。
本发明的较好实施例中，其特征在于，上述磁铁部件由粘结磁铁构成，上述保护膜是金属镀层，在上述保护膜形成步骤前，还有使该粘结磁铁部件真空含浸粘接剂的步骤。
另外，通过变更上述保护膜的厚度，可调节贯通孔中的上述部分的紧固余量。
本发明的电动机转子的制造方法，其特征在于有以下步骤：
(a)准备好备有旋转轴线、和与该旋转轴线同轴延伸的贯通孔的磁铁；
(b)准备好具有第1部分和第2部分的轴，上述第1部分安装在贯通孔内，上述第2部分与该第1部分相邻配置，在贯通孔内形成间隙；
(c)把上述轴插入磁铁的贯通孔内，将该轴的第1部分嵌入贯通孔，使该第1部分的轴线方向接合长度比贯通孔的轴线方向长度短；
(d)将粘接剂充填到贯通孔内的上述间隙内。
本发明的较好实施例中，其特征在于，粘接剂被真空含浸在上述间隙内。
另外，上述磁铁由环状粘结磁铁部件构成，在上述轴插入步骤前，还具有在该粘结磁铁部件的表面形成保护膜的步骤。
本发明的上述及其它目的、特征和优点，通过参照附图对实施例的说明将更加清楚。
图1是本发明转子之第1实施例的分解纵断面图。
图2是图1所示转子的组装状态的纵断面图。
图3是本发明转子之第2实施例组状状态的纵断面图。
图4是本发明转子之第3实施例的分解纵断面图。
图5是图4所示转子的组装状态的纵断面图。
图6是本发明转子之第4实施例的组装状态的纵断面图。
图1和图2表示本发明第1实施例小型电动机的转子10。图中，相同或类似的构成部件用相同的标记表示。该实施例的转子10，可用于装入在电子表内的小型精密电动机。
转子10备有磁铁12和轴16。磁铁12具有旋转轴线14，轴16同心地固定在磁铁12上。磁铁12由环状或圆筒状永磁铁部件18构成，备有与旋转轴线14同轴延伸的圆筒状中心贯通孔20。磁铁12还备有形成在永磁铁部件18全面上的保护膜22。保护膜22由预定厚度的金属镀层构成，构成直径为D1的贯通孔20内部的、磁铁12的圆筒状内面。
轴16是具台阶状外面的略圆筒状物，备有直径为d1的中间部分24。直径d1设定为使中间部分24紧密地压入磁铁12的贯通孔20内的尺寸(即d1＞D1)。轴16还备有第1端部26、齿轮28和带台阶的第2端部30。第1端部26与中间部分24相邻并从中间部分24同轴地延长。齿轮28在第1端部26的相反侧，与中间部分24相邻并从中间部分24同轴地延长。第2端部30在中间部分24的相反侧，与齿轮28相邻并从齿轮28延长。第1端部26直径小于贯通孔20的直径D1。齿轮28的直径大于中间部分24的直径d1。轴16最好是金属制的整体构造。
轴16的中间部分24和第1端部26，插入贯通孔20内，中间部分24的圆筒状外面与磁铁12的贯通孔20内的圆筒状内面相互接合，这样轴16同心地固定在磁铁12上的预定位置。中间部分24的、与贯通孔20接合的轴线方向接合长度t1，小于贯通孔20的轴线方向全长T1。轴16位于磁铁12上的适当位置时，第1端部26从磁铁12的一面伸出，齿轮28和第2端部30从磁铁12的另一面伸出。
转子10还备有加强部件，该加强部件至少设在磁铁12的贯通孔20的内部，用于确保把轴16固定在磁铁12上预定位置的固定力。本实施例中，加强部件由金属镀层构成的上述保护膜22构成。轴16的中间部分24与保持膜22对面地接合，被压入贯通孔20内的保护膜22。
该构造中，轴16以其中间部分24的圆筒状外面，与贯通孔20中的磁铁12的圆筒状内面的一部分接触。磁铁12的机械强度和韧性被保护膜22强化。轴16与磁铁12的部分接触，加上保护膜22对磁铁12的加强作用，在中间部分24往贯通孔20的压入作业中以及转子10的完成后，可防止磁铁12破裂或裂缝，确保比较大的稳定的固定力。在转子10的组装中，不必采用轴衬或粘接剂等另外的零件，所以，转子10在构造上具有可靠性，具有高生产性，并可用比较低的成本制造。
通过适当调节相对于贯通孔20的轴线方向全长T1的、轴16中间部分24的轴线方向接合长度t1，以及贯通孔20中的中间部分24与磁铁12的紧固余量(d1-D1)，即使磁铁12是由单纯成形磁铁即粘接磁铁等比较脆弱的磁铁部件18构成时，也能避免磁铁12的破裂或裂缝，可得到用于固定轴16的所需固定力。另外，粘结磁铁与烧结磁铁相比，可降低具有环状或圆筒状磁铁12的小型电动机转子10的制造成本。
上述所需的固定力，是指考虑到转子10的生产性和结构可靠性而决定的值，本实施例中，例如是0.2kgf。另外，轴16的中间部分24也可以具有上述JP-U-54-71610所揭示那样的多边形柱等异形的外形。
第1实施例的转子10中，磁铁12可以是在圆筒状的永磁铁部件18的全面，形成作为保护膜22的无电解金属镀膜而构成。永磁铁部件18可由SmCo(钐钴)系磁铁、NdFeB(钕铁硼)系磁铁、SmFeN(钐铁氮)系磁铁等的、烯土类粘结磁铁形成。无电解镀膜22可由Ni(镍)-P(磷)无电解镀层、Ni-B(硼)无电解镀层和Ni-P-W(钨)无电解镀层中的至少一个构成。
由粘结磁铁构成的永磁铁部件18，通过真空含浸充填材，可更加提高磁铁12的机械强度。粘结磁铁通常是由混入了粘接剂的磁性粉末成形的，所以，在成形体中含有很多空隙。真空含浸在成形后永磁铁部件18内的充填材，填埋该空隙，可提高永磁铁部件18的机械破坏强度，并且与无电解镀膜22共同作用，在中间部分24往贯通孔20内的压入作业中以及转子10的完成后，防止磁铁12破裂或裂缝。
充填材可从环氧树脂、酚醛树脂、聚氨酯类等热硬性粘接剂、厌氧性粘接剂那样能发挥比较高粘接力的、便宜及容易使用的液体树脂材料中选择。另外，从真空含浸工序考虑，应选择浸透性低、低粘度的粘接剂。
构成保护膜22的无电解镀膜22，其作用是提高由粘结磁铁构成的永磁铁部件18的机械强度。另外，无电解镀膜22，还具有在轴16的压入作业中，防止磁铁粉末从作为成形体的永磁铁部件18上脱落的作用。无电解镀膜22，最好具有10μm以上的厚度。如果无电解镀膜22的厚度不足10μm，则不能充分防止磁铁12的破裂或裂缝。考虑到无电解镀膜22生成工序中的膜厚管理，无电解镀膜22的厚度最好在30μm以下。
转子10中，轴16的中间部分24的轴线方向接合长度t1与磁铁12的贯通孔20的轴线方向全长T1的尺寸关系，最好为T1/5≤t1≤T1/2。如果轴线方向接合长度t1不足T1/5，则与磁铁12和轴16的紧固余量大小无关地，轴16在贯通孔20内容易倾倒，产生轴偏位。如果轴线方向接合长度t1大于T1/2，则磁铁12容易产生破裂或裂缝。
另外，在转子10中，贯通孔20中的、轴16的中间部分24与磁铁12的紧固余量(d1-D1)，最好在5μm以上、30μm以下的范围内。紧固余量(d1-D1)如果不足5μm，则不容易得到固定在磁铁12上的轴16的所需固定力(例如0.2kgf)。如果紧固余量(d1-D1)大于30μm，则即使轴线方向接合长度t1在T1/2以下，磁铁12也容易产生破裂或裂缝。
图3表示本发明第2实施例的小型电动机的转子40。
该实施例的转子40，除了作为加强部件的保护膜42是2层金属镀膜这一点外，其余构造与上述转子10基本相同。因此，相同或类似的部分，注以相同标记，其详细说明从略。
转子40中的由2层金属镀膜构成的保护膜42，备有无电解底镀层44和电解面镀层46。因此，转子40中，保护膜42的电解面镀层46构成贯通孔20内部的、磁铁12的圆筒状内面。该贯通孔20的直径D2小于轴16的中间部分24的直径d2。该2层构造的保护膜42，与转子10的单层保护膜22相比，具有可减少保护膜42厚度而不降低保护膜42的加强效果的作用。这是因为电解面镀层46本身具有比相同厚度的无电解镀膜高的机械强度，牢固地覆盖在无电解底镀层44的表面的缘故。
无电解底镀层44，可由Ni-P无电解镀层、Ni-B无电解镀层和Ni-P-W无电解镀层中的至少一个构成。电解面镀层46可由Ni镀层构成。本发明的发明者，将Ni-P无电解镀层、Ni-B无电解镀层和Ni-P-W无电解镀层以及Ni镀层与Cu(铜)、Pd(钯)、Au(金)、Sn(锡)、焊锡(Pb/Sn)等的、延展性较好低硬度的其它金属镀层相比，发现由于硬度比较高，杨氏模量高，所以，可更加有效地提高磁铁12的破坏强度，并且，可得到更稳定的轴16的固定力。无电解底镀层44，其厚度最好在0.5μm以上、2.0μm以下。电解面镀层46，其厚度最好在3.0μm以上。
下面，参照关于本发明有效性的几个实验的结果，详细说明本发明上述实施例的构造和作用效果实验1
图1和图2所示的转子10中，用由Sm2Co17的磁性粉末和环氧树脂粘接剂构成的烯土类各向异性粘结磁铁，制作永磁铁部件18。用“JIS SK4”的碳素钢制作轴16。用Ni-P无电解镀膜形成保护膜22。轴16是具有齿轮28的整体构造物。环状或圆筒状永磁铁部件18的尺寸是1250μm(外径)×350μm(内径)×460μm(轴线方向长度)。永磁铁部件18使用的粘结磁铁，是采用由平均粒径10μm(费希尔法的测定值)的Sm2Co17磁性粉末和3重量％的环氧树脂粘接剂构成的化合物，用压缩磁场成形法制作的。该粘结磁铁具有20～40体积％的空隙。
将热硬性液体环氧树脂真空含浸在永磁铁部件18内，填埋空隙，提高永磁铁部件18的机械强度和韧性。为了更加提高机械强度，用无电解镀层法在永磁铁部件18的整个面上，形成具有20μm均匀厚度的Ni-P无电解保护膜22。这样，完成了贯通孔20的内径D1为310μm、贯通孔20的轴线方向全长T1为500μm的磁铁12。这样形成的磁铁12，其径方向压缩荷载的破坏强度是永磁铁部件18的10倍以上。另外，当无电解保护膜22的厚度容易形成得不均匀时，采用下述方法是有效的，即，形成最低20μm厚度的无电解保护膜22，在镀膜磁铁半成品上，用直径310μm的锥子，加工贯通孔20的内径尺寸。
准备中间部分24的直径d1分别为312μm、315μm、320μm、330μm、340μm和345μm的6种轴16。把这些轴16分别插入制成的磁铁12，将轴16的中间部分24压入贯通孔20内，使轴线方向接合长度t1分别为10μm、30μm、50μm、100μm、200μm、250μm和300μm。这样，在贯通孔20内部的无电解镀膜22的壁的磁铁12的变形下，用不同的接合条件(紧固余量d1-D1)将6种轴16固定在磁铁12上。
对这样制成的若干种转子10，进行固定轴16的固定力(kgf)(表1)、磁铁12的破坏状况(表2)、以及轴16的倾倒即轴偏位(表3)的评价。固定力是这样得到的：将固定在磁铁12的贯通孔20内的轴16的第1端部26，朝轴线方向推，测定使轴16在贯通孔20内移动(或从贯通孔20中拔出)所需的力。这些评价结果如表1～3所示。
                  表1(固定力：Kgf)
Figure 99805372001411
                                  (-：不足0.01Kgf)
                表2磁铁破坏
Figure 99805372001421
                                 (○：不破裂×：破裂)
                       表3(轴偏位)
Figure 99805372001511
(○：无轴偏位×：有轴偏位-：不能评价(已破裂))
从上述评价结果可知，当在贯通孔20内的、轴16的中间部分24与磁铁12的紧固余量d1-D1不足5μm时，不能得到装在电子表中的小型电动机的转子所要求的固定力0.2kgf。另外，如果紧固余量超过30μm，则在轴16往贯通孔20内压入作业期间，几乎在整个轴线方向接合长度t1，磁铁12破裂。当轴线方向接合长度t1不足100μm时，轴16在贯通孔20内倾倒即产生轴偏位。如果轴线方向接合长度t1超过250μm，则在轴16的压入作业期间，所有的紧固余量d1-D1时磁铁12都破裂。因此，把轴线方向接合长度t1选定在100μm以上、250μm以下(即T1/5≤t1≤T1/2)的范围内，并且，把紧固余量d1-D1选定在5μm以上、30μm以下的范围内。
从上面的说明可知，在各表1～3中注有下横线的评价结果的转子10，可作为发明采用，这些转子，磁铁12不会因轴16而产生破裂或裂缝，能得到至少0.2kgf的所需固定力，可避免轴16的倾倒即轴偏位。通过选择任意带下横线的转子10，即使考虑轴16的中间部分24的直径尺寸的偏差，也能用简单的压入工序将轴16压入贯通孔20，可以大批量生产转子10。
适用于装入电子表内的小型电动机的本发明转子10的、磁铁12的尺寸，可设计为以下尺寸，即，外径800μm～1500μm，内径250μm～500μm，轴线方向长度400μm～800μm，镀膜厚度10μm～30μm。将磁铁12的尺寸设定为该范围时，可得到上述的作用效果。
另外，在上述的评价中，贯通孔20内的轴16的中间部分24与磁铁12的紧固余量d1-D1的大小，也可以通过变更保护膜即金属镀膜22的厚度来调节，而不是变更中间部分24的直径。另外，真空含浸在永磁铁部件18内的充填材，也可以不采用环氧树脂，而从酚醛树脂、聚氨脂等的热硬性粘接剂及厌气性粘接剂中选择。这些充填材都是可发挥较高粘结力的容易使用的液体树脂材料，具有同样的作用效果。实验2
图3所示的转子40中，用由Sm2Co17的磁性粉末和环氧树脂粘接剂构成的烯土类各向异性粘结磁铁，制作永磁铁部件18。用“JIS SK4”的碳素钢制作轴16。用Ni-P无电解底镀层44和Ni电解面镀层46构成保护膜42。轴16是具有齿轮28的整体构造物。环状或圆筒状永磁铁部件18的尺寸是1250μm(外径)×350μm(内径)×460μm(轴线方向长度)。永磁铁部件18使用的粘结磁铁，是采用由平均粒径10μm(费希尔法的测定值)的Sm2Co17磁性粉末和3重量％的环氧树脂粘接剂构成的化合物，用压缩磁场成形法制作的。该粘结磁铁具有20～40％体积的空隙。
将热硬性液体环氧树脂真空含浸在永磁铁部件18内，填埋空隙，提高永磁铁部件18的机械强度和韧性。为了更加提高机械强度，在永磁铁部件18的整个面上，形成具有1μm均匀厚度的Ni-P无电解底镀层44，在底镀层44的整个面上，形成具有5μm均匀厚度的Ni电解面镀层46。这样，完成了贯通孔20的内径D2为338μm、贯通孔20的轴线方向全长T2为500μm的磁铁12。这样形成的磁铁12，其径方向压缩荷载的破坏强度是永磁铁部件18的10倍以上。另外，当2层金属镀膜42的厚度容易形成得不均匀时，采用下述方法是有效的，即，形成最低6μm厚度的金属镀膜42，在该镀膜磁铁半成品上，用直径338μm的锥子，加工贯通孔20的内径尺寸。
准备中间部分24的直径d2分别为340μm、343μm、348μm、358μm、368μm和373μm的6种轴16。把这些轴16分别插入制成的磁铁12，将轴16的中间部分24压入贯通孔20内，使轴线方向接合长度t2分别为10μm、30μm、50μm、100μm、200μm、250μm和300μm。这样，在贯通孔20内部的金属镀膜42的壁的磁铁12的变形下，用不同的接合条件(紧固余量d2-D2；轴线方向接合长度t2)将6种轴16固定在磁铁12上。
对这样制成的若干种转子40，进行固定轴16的固定力(kgf)(表4)、磁铁12的破坏状况(表5)、以及轴16的倾倒即轴偏位(表6)的评价。固定力是这样得到的：将固定在磁铁12的贯通孔20内的轴16的第1端部26，朝轴线方向推，测定使轴16在贯通孔20内移动(或从贯通孔20中拔出)所需的力。这些评价结果如表4～6所示。
                   表4(固定力：Kgf)
Figure 99805372001711
(-：不足0.01Kgf)
                      表5(磁铁破坏)
                              (○：不破裂×：破裂)
                     表6(轴偏位)
(○：无轴偏位    ×：有轴偏位    -：不能评价(已破裂))
从上述评价结果可知，当在贯通孔20内的、轴16的中间部分24与磁铁12的紧固余量d2-D2不足5μm时，不能得到装在电子表中的小型电动机的转子所要求的固定力0.2kgf。另外，如果紧固余量超过30μm，则在轴16往贯通孔20内压入作业期间，几乎在整个轴线方向接合长度t2，磁铁12破裂。当轴线方向接合长度t2不足100μm时，轴16在贯通孔20内倾倒即产生轴偏位。如果轴线方向接合长度t2超过250μm，则在轴16的压入作业期间，所有的紧固余量d2-D2时磁铁12都破裂。因此，把轴线方向接合长度t2选定在100μm以上、250μm以下(即T2/5≤t2≤T2/2)的范围内，并且，把紧固余量d2-D2选定在5μm以上、30μm以下的范围内。
从上面的说明可知，在各表4～6中注有下横线的评价结果的转子40，可作为发明采用，这些转子，磁铁12不因轴16而产生破裂或裂缝，能得到至少0.2kgf的所需固定力，可避免轴16的倾倒即轴偏位。通过选择任意带下横线的转子40，即使考虑轴16的中间部分24的直径尺寸的偏差，也能用简单的压入工序将轴16压入贯通孔20，可以大批量生产转子40。
适用于装入电子表内的小型电动机的本发明转子40的、磁铁12的尺寸，可设计为以下尺寸，即，外径800μm～1500μm，内径250μm～500μm，轴线方向长度400μm～800μm，2层镀膜厚度3μm～30μm。将磁铁12的尺寸设定为该范围时，可得到上述的作用效果。2层镀膜的厚度为5μm时，可得到与具有20μm厚单层镀膜的转子10同样的结果。这样的比较薄的2层镀膜42，可容易地管理膜厚。
另外，在上述的评价中，贯通孔20内的轴16的中间部分24与磁铁12的紧固余量d2-D2的大小，也可以通过变更保护膜即金属镀膜42的厚度来调节，而不是变更中间部分24的直径。另外，真空含浸在永磁铁部件18内的充填材，也可以不采用环氧树脂，而从酚醛树脂、聚氨脂等的热硬性粘接剂及厌气性粘接剂中选择。这些充填材都是可发挥较高粘结力的容易使用的液体树脂材料，具有同样的作用效果。
图4和图5表示本发明第3实施例之小型电动机的转子50。本实施例的转子50，除了加强部件的构造外，其余构造与上述转子10基本相同。因此，相同或类似的部分注以相同标记，其详细说明从略。
转子50的磁铁12，由不备有保护膜的环状或圆筒状永磁铁部件18构成。因此，永磁铁部件18的表面，构成与旋转轴线14同轴延伸的圆筒状中心贯通孔20，并且，构成直径为D3的贯通孔20内部的、磁铁12的圆筒状内面。
转子50的轴16，备有直径为d3的中间部分24。直径d3的尺寸，设定为使中间部分24松松地压入并嵌入磁铁12的贯通孔20内的尺寸(即d3稍大于D3)。轴16的第1端部26的直径e3，小于贯通20的直径D3。
轴16的中间部分24和第1端部26插入贯通孔20内，中间部分24的圆筒状外面与磁铁12的贯通孔20内的圆筒状内面相互接合，这样，同心地支承在磁铁12上的预定适当位置。中间部分24的、轴线方向接合长度t3，比贯通孔20的轴线方向全长T3短。
转子50还备有加强部件，该加强部件至少设在磁铁12的贯通孔20的内部，用于确保将轴16固定在磁铁12上预定位置的固定力。本实施例中，加强部件由粘接剂52构成。该粘接剂52充填在贯通孔20内的、轴16的第1端部26与磁铁12间的间隙内。轴16的中间部分24，与磁铁12的圆筒状内面松松地对面接合，充填在贯通孔20内的间隙内的粘接剂52，将轴16固定在贯通孔20内，发挥所需的固定力。
该构造中，由于轴16的中间部分24稍松松地压入并固定在磁铁12的贯通孔20中，所以，在中间部分24往贯通孔20内的压入作业期间及转子50的完成后，可防止磁铁12的破裂和裂缝。由粘接剂52确保对轴16的比较稳定的大固定力。在把轴16插入贯通孔20后，例如可利用真空含浸的方式，将粘接剂52容易地充填到贯通孔20内的、轴16的第1端部26与磁铁12间的间隙内。另外，由于不使用轴衬等的另设部件，所以可减少转子50的零部件数目。因此，转子50具有优良的结构可靠性，提高生产性，可用比较低的成本制造。
通过适当调节相对于贯通孔20的轴线方向全长T3的、轴16中间部分24的轴线方向接合长度t3，以及贯通孔20中的中间部分24与磁铁12的紧固余量(d3-D3)，可避免磁铁12的破裂和裂缝，可确保轴16相对于磁铁12的同心性即对准线。另外，通过适当调节贯通孔20内的轴16的第1端部26与磁铁12间的充满粘接剂52的间隙的、轴线方向接合长度(T3-t3)和径方向接合长度(D3-d3)，可得到对轴16所需的固定力。该构造可适用于烧结磁铁构造和粘结磁铁构造二者。
所需的固定力，是指考虑到转子50的生产性和结构可靠性而决定的值，本实施例中，例如是0.2kgf。另外，轴16的中间部分24也可以具有上述JP-U-54-71610所揭示那样的多边形柱等异形的外形。
转子50中，轴16的中间部分24的轴线方向接合长度t3与磁铁12的贯通孔20的轴线方向全长T3的尺寸关系，最好设定为T3/5≤t3≤4 T3/5。如果轴线方向接合长度t3不足T3/5，则轴16在贯通孔20内容易倾倒，在轴16的压入作业期间产生轴偏位。如果轴线方向接合长度t3大于4T3/5，则轴线方向接合长度(T3-t3)变短，不容易对轴16确保所需的稳定固定力。
转子50中，轴线方向接合长度(T3-t3)最好至少为50μm。这样，可确保对轴16的所需的稳定的固定力，并且，在后述的清洗工序期间，可将粘接剂52保持在贯通20内的间隙内。另外，径方向接合长度(D3-e3)最好至少为2μm。这样，可确保对轴16的所需的稳定固定力，并且，能将粘接剂52容易地充填到间隙内。
在真空含浸工序期间，附着在贯通孔20外部的磁铁12外面的多余粘接剂，可用有机溶剂容易地清洗掉，而留下贯通孔20内的间隙内的粘接剂52。把粘接剂52充填到间隙内的真空含浸法，由于可进行一次处理大量(例如1万个～10万个)转子50的批量处理，所以，可更加降低转子50的制造成本。
粘接剂52最好由热硬性环氧树脂构成。因为热硬性环氧树脂具有比较大的粘接力，并且可确保稳定的生产性。即，热硬性环氧树脂，可任意调节其在室温下的广范围的有效时间和粘性。这里，环氧树脂的粘度最好尽可能低，另外，考虑到生产性，在常温下的有效时间最好尽可能长。
图6表示本发明第4实施例的小型电动机的转子60。该实施例的转子60，除了在永磁铁部件18上形成保护膜62外，其余构造与上述转子50基本类似。因此，相同或类似的部分，注以相同标记，其详细说明从略。
转子60中，备有磁铁12、永磁铁部件18和形成在永磁铁部件18全面的保护膜62。因此，保护膜62的表面，构成与旋转轴线14同轴延伸的圆筒状中心贯通孔20，并且，构成直径为D4的贯通孔20内部的、磁铁12的圆筒状内面。
轴16的中间部分24的直径d4的尺寸，设定为使该中间部分24稍松松地压入并嵌入磁铁12的贯通孔20内的尺寸(即d4稍大于D4)。轴16的第1端部26的直径e4，小于贯通孔20的直径D4。轴16的中间部分24的轴线方向接合长度t4，比贯通孔20的轴线方向全长T4短。
保护膜62起到加强部件的作用，与充填到贯通孔20内的、轴16的第1端部26与磁铁12之间的间隙内的粘接剂52共同作用，确保把轴16固定保持在磁铁12上预定位置的固定力。即，虽然轴16的中间部分24是松松地与磁铁12的圆筒状内面对面地接合，但是保护膜62有效地提高永磁铁部件18的机械强度，可有效地防止因轴16的插入而引起永磁铁部件18的破裂或裂缝。因此，该构造特别适用于永磁铁部件18是由粘结磁铁等比较脆弱的磁铁构成时的情况。这时，在轴16的压入作业期间，保护膜62也起到防止磁性粉末从成形体即永磁铁部件18上脱落的作用。
保护膜62可由金属镀膜构成。金属镀膜62最好由Ni-P无电解镀层或Ni-P-W无电解镀层构成，以略均匀的厚度附着在永磁铁部件18的整个面上。另外，金属镀膜62最好具有10μm以上的厚度，这样可充分提高磁铁12的机械强度。或者在转子60中，由于轴16的中间部分24是稍松松地压入磁铁12的贯通孔20内，所以，保护膜62也可以由有机保护膜构成。这时，有机保护膜62可由环氧树脂的喷涂膜、聚对二甲苯的蒸镀膜、电镀等构成。另外，有机保护膜62最好具有20μm以上的厚度，这样能充分提高磁铁12的机械强度。
下面，参照与本发明的有效性相关的几个实验的结果，详细说明本发明上述第3及第4实施例的构造和作用。实验3
图4和图5所示的转子50中，用Sm2Co17的烧结磁铁制作永磁铁部件18。用“JIS SK4”的碳素钢制作轴16。环状或圆筒状永磁铁部件18即磁铁12的尺寸是，1250μm(外径)×350μm(内径)×500μm(轴线方向长度)。
准备中间部分24的直径d3分别为350μm、355μm和360μm的3种轴16。这些轴16的第1端部26的直径e3均为330μm。把这些轴16分别插入磁铁12，将轴16的中间部分24压入贯通孔20内，使轴线方向接合长度t3分别为50μm、70μm、100μm、200μm、300μm、400μm、420μm和450μm。这样，在贯通孔20内，将中间部分24的外面全体与磁铁12的内面均匀接触，用不同的接合条件(紧固余量d3-D3、轴线方向接合长度t3)将3种轴16固定在磁铁12上(第1步骤)。
对这样制成的若干种转子的半成品，进行固定轴16的固定力(kgf)或轴16的安装状态的评价。固定力是这样得到的：将固定在磁铁12的贯通孔20内的轴16的第1端部26，朝轴线方向推，测定使轴16在贯通孔20内移动(或从贯通孔20中拔出)所需的力。这些评价结果如表7所示。
      表7(固定力(Kgf)或安装状态：第1步骤)
(Ⅰ：轴偏位Ⅱ：拔出Ⅲ：破裂)
如表7所示，在第1步骤后，如果轴线方向接合长度t3不足100μm，则所有的轴16在贯通孔20内倾倒，即产生轴偏位。当贯通孔20内的轴16的中间部分24与磁铁12的紧固余量d3-D3为0μm、且轴线方向接合长度t3为200μm以下时，虽然不产生轴偏位，但是在后述第2步骤前的处理中，轴16有从贯通孔20拔出的倾向。当紧固余量d3-D3为10μm(中间部分24的直径d3为360μm)时，在轴16的压入作业期间，在几个轴线方向接合长度t3，磁铁12有破裂的倾向。在其它的接合条件(d3-D3、t3)时，不产生轴16的偏位和磁铁的破裂，可将轴16固定在磁铁12上。
接着，准备多个(例如一万个)转子半成品(是在第1步骤后的、在上述各种接合条件下固定着轴16的半成品)，将这些转子半成品放入1升的烧杯内，将烧杯在真空容器中抽气一直到0.1Torr。这期间向烧杯内供给作为粘接剂52的热硬性液体环氧树脂，然后，解除真空状态，成为大气压。真空解除后，也可以将烧杯放入加压容器，用3kg/cm2～5kg/cm2的压力加压。然后，将全部的转子半成品移到不锈钢网眼容器内，去掉大部分液体环氧树脂。剩下的环氧树脂在乙醇中洗掉，以便使转子半成品不相互粘接。如果用超声波清洗进行该清洗工序，则可缩短清洗所需的时间。然后，在180℃的温度条件下放置3小时，使环氧树脂硬化。这样，在不同的接合条件(d3-D3、t3)下将轴16固定在磁铁12上，完成了若干种转子50(第2步骤)。
对完成了的若干种转子50，与第1步骤后的上述评价同样地，评价固定轴16用的固定力(kgf)或轴16的安装状态。该评价结果如表8所示。
Figure 99805372002511
(Ⅰ：轴偏位Ⅱ：拔出Ⅲ：破裂)
如表8所示，在第2步骤后，当轴线方向接合长度t3为100μm以上、400μm以下时，至少能得到0.2kgf的所需固定力。但是，如果轴线方向接合长度t3超过400μm，则固定力小于0.2kgf，粘接剂52不能有效发挥作用。
从上述评价结果可知，表8中带下横线固定力的、轴线方向接合长度t3为100μm以上、400μm以下(即T3/5≤t3≤4T3/5)的转子50，可作为发明采用。这些转子50，磁铁12不因轴16而破裂或裂缝，至少能得到0.2kgf的所需固定力，轴16不会偏位或拔出。这样的转子50适用于装在电子表内的小型电动机。
上述评价中，永磁铁部件18，也可以采用Sm2Co5系的烧结磁铁或NdFeB系的烧结磁铁形成，以代替Sm2Co17系的烧结磁铁。这些均具有同样的作用效果。实验4
图6所示的转子60中，用含有环氧树脂系粘接剂的Sm2Co17系粘结磁铁制作永磁铁部件18。用“JIS SK4”的碳素钢制作轴16。环状或圆筒状永磁铁部件18的尺寸是，1250μm(外径)×350μm(内径)×500μm(轴线方向长度)。保护膜62由膜厚为15μm的Ni-P无电解镀膜构成。因此，磁铁12的内径D4是320μm，贯通孔20的轴线方向全长T4是530μm。
准备中间部分24的直径d4分别为320μm、325μm和330μm的3种轴16。这些轴16的第1端部26的直径e4均为300μm。把这些轴16分别插入磁铁12，将轴16的中间部分24压入贯通孔20内，使轴线方向接合长度t4分别为70μm、90μm、120μm、220μm、320μm、420μm、440μm和470μm。这样，在贯通孔20内，将中间部分24的外面全体与磁铁12的内面均匀接触，用不同的接合条件(紧固余量d4-D4、轴线方向接合长度t4)将3种轴16固定在磁铁12上(第1步骤)。
对这样制成的若干种转子的半成品，进行固定轴16的固定力(kgf)或轴16的安装状态的评价。固定力是这样得到的：将固定在磁铁12的贯通孔20内的轴16的第1端部26，朝轴线方向推，测定轴16在贯通孔20内移动(或从贯通孔20中拔出)所需的力。这些评价结果如表9所示。
      表9(固定力(Kgf)或安装状态：第1步骤)
(Ⅰ：轴偏位Ⅱ：拔出Ⅲ：破裂)
如表9所示，在第1步骤后，如果轴线方向接合长度t4不足100μm，则所有的轴16在贯通孔20内倾倒，即产生轴偏位。当贯通孔20内的轴16的中间部分24与磁铁12的紧固余量d4-D4为0μm、且轴线方向接合长度t4为320μm以下时，虽然不产生轴偏位，但是在后述第2步骤前的处理中，轴16有从贯通孔20拔出的倾向。当紧固余量d4-D4为10μm(中间部分24的直径d3为330μm)时，在轴16的压入作业期间，在几个轴线方向接合长度t4，磁铁12有破裂的倾向。在其它的接合条件(d4-D4、t4)时，不产生轴16的偏位和磁铁的破裂，可将轴16固定在磁铁12上。
接着，准备多个(例如一万个)转子半成品(是在第1步骤后的、在上述各种接合条件下固定着轴16的转子半成品)，将这些转子半成品放入1升的烧杯内，将烧杯在真空容器中抽气一直到0.1Torr。这期间向烧杯内供给作为粘接剂52的热硬性液体环氧树脂，然后，解除真空状态，成为大气压。真空解除后，也可以将烧杯放入加压容器，用3kg/cm2～5kg/cm2的压力加压。然后，将全部的转子半成品移到不锈钢网眼容器内，去掉大部分液体环氧树脂。剩下的环氧树脂在乙醇中洗掉，以便使转子半成品不相互粘接。如果用超声波清洗进行该清洗工序，则可缩短清洗所需的时间。然后，在180℃的温度条件下放置3小时，使环氧树脂硬化。这样，在不同的接合条件(d4-D4、t4)下将轴16固定在磁铁12上，完成了若干种转子60(第2步骤)。
对完成了的若干种转子60，与第1步骤后的上述评价同样地，评价固定轴16用的固定力(kgf)或轴16安装状态。该评价结果如表10所示。
表10(固定力(Kgf)或安装状态：第2步骤)
Figure 99805372002811
(Ⅰ：轴偏位    Ⅱ：拔出   Ⅲ：破裂)
如表10所示，在第2步骤后，当轴线方向接合长度t4为106μm以上、420μm以下时，至少能得到0.2kgf的所需固定力。但是，如果轴线方向接合长度t4。超过420μm，则固定力小于0.2kgf，粘接剂52不能有效发挥作用。
从上述评价结果可知，发挥表10中带下横线固定力的、轴线方向接合长度t4。为106μm以上、424μm以下(即T4/5≤t3 ≤4T4/5)的转子60，可作为发明采用。这些转子60，磁铁12不因轴16而破裂或裂缝，至少能得到0.2kgf的所需固定力，轴16不会偏位或拔出。这样的转子60适用于装在电子袁内的小型电动机。
上述评价中，永磁铁部件18，也可以采用Sm2Co5系的粘结磁铁、NdFeB系的粘结磁铁或SmFeN系粘结磁铁形成，以代替Sm2Co17系的粘结磁铁。这些均具有同样的作用效果。另外，上述评价中，保护膜62也可采用具有同样作用效果的有机膜，这些有机膜可用膜厚为25μm的聚对二甲苯蒸镀膜。
上面，用几个实施例说明了本发明，但本发明并不局限于实施例，在权利要求范围内所作的各种变更及修正，均属本发明。
本发明提供的转子，是小型电动机中所用的转子，具有优良的结构可靠性，高生产性，可用比较低的成本制造。本发明的转子，具有环状或筒状的磁铁和固定在磁铁上的轴，可防止磁铁因轴而破裂或裂缝，而且，可确保把轴保持在磁铁预定位置上的稳定的大固定力。因此，可适用于具单纯成形磁铁即粘结磁铁等的、比较脆弱的磁铁的转子。

Claims (28)

1．电动机的转子，其特征在于，备有磁铁、轴和加强部件；
磁铁具有旋转轴线，备有与该旋转轴线同轴延伸的贯通孔；
轴同心地固定在上述磁铁上，备有安装在上述贯通孔内的部分，该部分的轴线方向接合长度比贯通孔的轴线方向长度短；
加强部件至少设在上述贯通孔内，用于确保把上述轴固定保持在磁铁上预定位置的固定力。
2．如权利要求1所述的转子，其特征在于，上述磁铁由环状磁铁部件、和形成在该磁铁部件表面并至少配置在上述贯通孔内的保护膜构成，上述加强部件由保护膜构成，上述轴的上述部分与该保护膜对面式地接合。
3．如权利要求2所述的转子，其特征在于，上述保护膜由金属镀层构成。
4．如权利要求3所述的转子，其特征在于，上述金属镀层是无电解镀层。
5．如权利要求3所述的转子，其特征在于，上述金属镀层，包含Ni-P无电解镀层、Ni-B无电解镀层及Ni-P-W无电解镀层中的至少一种。
6．如权利要求3所述的转子，其特征在于，上述金属镀层至少具有10μm的厚度。
7．如权利要求3所述的转子，其特征在于，上述金属镀层，备有无电解底镀层和电解面镀层。
8．如权利要求7所述的转子，其特征在于，上述电解面镀层是Ni电解镀层。
9．如权利要求7所述的转子，其特征在于，上述无电解底镀层至少具有0.5μm～2.0μm的厚度。
10．如权利要求7所述的转子，其特征在于，上述电解面镀层至少具有3.0μm的厚度。
11．如权利要求3所述的转子，其特征在于，上述磁铁部件由粘结磁铁部件构成。
12．如权利要求11所述的转子，其特征在于，设贯通孔轴线方向长度为T、上述轴的上述部分的轴线方向接合长度为t时，轴线方向接合长度与贯通孔的轴线方向长度的关系是，T/5≤t≤T/2。
13．如权利要求11所述的转子，其特征在于，上述轴的上述部分被紧密地压入磁铁的贯通内，在该贯通孔内的该部分的紧固余量在5μm～30μm的范围内。
14．如权利要求11所述的转子，其特征在于，在上述粘结磁铁部件内真空含浸着充填材。
15．如权利要求1所述的转子，其特征在于，上述加强部件由粘接剂构成，该粘接剂充填在贯通孔内的、上述部分以外的轴的其余部与磁铁间的间隙内。
16．如权利要求15所述的转子，其特征在于，设贯通孔轴线方向长度为T、上述轴的上述部分的轴线方向接合长度为t时，轴线方向接合长度与贯通孔的轴线方向长度的关系是，T/5≤t≤4T/5。
17．如权利要求15所述的转子，其特征在于，上述粘接剂由热硬性环氧树脂构成。
18．如权利要求15所述的转子，其特征在于，上述磁铁由环状磁铁部件、和形成在该磁铁部件表面并配置在贯通孔内的保护膜构成，上述加强部件备有该保护膜，上述轴的上述部分与该保护膜对面地接合。
19．如权利要求18所述的转子，其特征在于，上述保护膜由金属镀层构成。
20．如权利要求18所述的转子，其特征在于，上述保护膜由有机保护膜构成。
21．如权利要求18所述的转子，其特征在于，上述磁铁部件由粘结磁铁部件构成。
22．如权利要求1所述的转子，其特征在于，上述磁铁含有稀土类元素。
23．电动机转子的制造方法，其特征在于有以下步骤：
在环状磁铁部件的表面形成保护膜，制作磁铁，该磁铁备有旋转轴线和与该旋转轴线同轴延伸的贯通孔，将该保护膜至少配置在贯通孔内；
准备好备有安装在上述贯通孔内部分的轴；
将上述轴插入磁铁的贯通孔内，将该轴的上述部分紧密压入贯通孔内，使该部分的轴线方向接合长度比贯通孔的轴线方向长度短。
24．如权利要求23所述的方法，其特征在于，上述磁铁部件由粘结磁铁部件构成，上述保护膜是金属镀层，在上述保护膜形成步骤前，还有使该粘结磁铁部件真空含浸粘接剂的步骤。
25．如权利要求23所述的方法，其特征在于，通过变更上述保护膜的厚度，调节贯通孔中的上述部分的紧固余量。
26．电动机转子的制造方法，其特征在于有以下步骤：
准备好备有旋转轴线、和与该旋转轴线同轴延伸的贯通孔的磁铁；
准备好具有第1部分和第2部分的轴，上述第1部分安装在贯通孔内，上述第2部分与该第1部分相邻配置，在贯通孔内形成间隙；
把上述轴插入磁铁的贯通孔内，将该轴的第1部分嵌入贯通孔，使该第1部分的轴线方向接合长度比贯通孔的轴线方向长度短；
将粘接剂充填到贯通孔内的上述间隙内。
27．如权利要求26所述的方法，其特征在于，将上述粘接剂真空含浸在上述间隙内。
28．如权利要求26所述的方法，其特征在于，上述磁铁由环状粘结磁铁部件构成，在上述轴插入步骤前，还具有在该粘结磁铁部件的表面形成保护膜的步骤。
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