JP2005260189A - Circular rare earth permanent magnet and method of forming the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はモータやアクチュエータに利用され、特に小型で高出力を必要とする場合に用いられる円弧状希土類永久磁石及びその成形方法に関する。 The present invention relates to an arc-shaped rare earth permanent magnet used for a motor or an actuator, and particularly used when a small size and a high output are required, and a molding method thereof.
従来、小型モータ等に用いられる磁石としては、フェライトや希土類からなる磁性粉末(磁石粉末)と樹脂を混合してなる樹脂結合型永久磁石が多い。このような樹脂結合型永久磁石がモータ等に使用される場合、磁性粉末と樹脂を混合した混合物を円弧状に成形した後に熱処理し、場合によっては表面処理をしたものをステータ(固定子)として接着剤等を用いてモータ等のケース内側に固着する。ここで使用される成形は、圧縮成形や射出成形や押し出し成形などであり、目的に応じて成形方法が選択される。 Conventionally, as a magnet used for a small motor or the like, there are many resin-bonded permanent magnets obtained by mixing a magnetic powder (magnet powder) made of ferrite or rare earth and a resin. When such a resin-bonded permanent magnet is used for a motor or the like, a mixture of magnetic powder and resin is formed into an arc shape and then heat-treated, and in some cases, a surface-treated one is used as a stator (stator). Adhere to the inside of a case such as a motor using an adhesive. The molding used here is compression molding, injection molding, extrusion molding or the like, and a molding method is selected according to the purpose.
更なるモータの小型化や高特性化が進むにつれて、使用される円弧状永久磁石は薄肉化が要求されている。特に、高特性化には圧縮成形が樹脂結合型磁石の密度向上のために好まれるが、肉厚が1.5mm以下になると圧縮成形が非常に困難となる。 As motors are further reduced in size and performance, arc-shaped permanent magnets used are required to be thinner. In particular, compression molding is preferred for improving the properties of the resin-bonded magnet, but when the thickness is 1.5 mm or less, compression molding becomes very difficult.
円弧状樹脂結合型永久磁石の成形体は肉厚が十分に厚い場合は、図5に示すように、断面が円弧状となる面に対して垂直な方向に圧縮成形する手法(縦押し)が用いられる。しかしながら、図5の成形方法であると薄肉化が進むと磁性粉末と樹脂の混合物が成形金型に充填できなくなる。 When the arc-shaped resin-bonded permanent magnet molded body is sufficiently thick, as shown in FIG. 5, there is a method (vertical pressing) in which compression molding is performed in a direction perpendicular to the surface having an arc-shaped cross section. Used. However, in the molding method of FIG. 5, when the thickness is reduced, the mixture of magnetic powder and resin cannot be filled in the molding die.
そこで、図6のように、図5の圧縮成形方向に垂直な方向(つまり、厚み方向)に成形することが、下記特許文献1において提案されている。
Therefore, as shown in FIG. 6, the following
この場合、特許文献1で言及しているようにヒビや割れ等の問題が生じ、この問題を解決するために、特許文献1では粉末成形体の圧縮方向の弾性回復量を30%以下に抑えるように荷重を抜く断面弓形状磁性材料の粉末圧縮成形方法を提示している。また、このような圧縮成形を行う場合の金型としては、下記特許文献2に開示しているように、パンチの抗折力と平均曲率半径を規定することで薄肉円弧状の成形を可能としたものがある。
In this case, problems such as cracks and cracks occur as mentioned in
前述したように、モータ等が小型化するにつれて永久磁石の厚みが薄く、かつ、高特性化が要求されている。これに対応するために、樹脂と磁性粉末からなる樹脂結合型永久磁石の場合、磁性粉末として高特性な粉を使用することと、全体に占める磁性粉末の比率を向上させる手法とがとられる。高特性な磁性粉末としては、従来用いられていたフェライト粉に代わって、SmCo系やNdFeB系の磁性粉末が使用される。また、全体に占める磁性粉末の比率を高めるために、非常に高い圧力、具体的には784〜980MPa(8〜10tf/cm2)以上で圧縮成形される。この場合、前述した特許文献2に開示されている方法では対応が困難である。
As described above, as the motor and the like are miniaturized, the thickness of the permanent magnet is reduced and higher characteristics are required. In order to cope with this, in the case of a resin-bonded permanent magnet made of a resin and a magnetic powder, a method using high-quality powder as the magnetic powder and a method for improving the ratio of the magnetic powder in the whole are taken. As the high-performance magnetic powder, SmCo-based or NdFeB-based magnetic powder is used in place of the conventionally used ferrite powder. Further, in order to increase the ratio of the magnetic powder to the whole, compression molding is performed at a very high pressure, specifically, 784 to 980 MPa (8 to 10 tf / cm 2 ) or more. In this case, it is difficult to cope with the method disclosed in
そこで、本発明は、上記の点に鑑み、高磁気特性を得るために、高圧力で成形可能な形状とした円弧状希土類永久磁石及びその成形方法を提供することを目的とする。 Therefore, in view of the above points, the present invention has an object to provide an arc-shaped rare earth permanent magnet having a shape that can be molded under high pressure and a molding method thereof in order to obtain high magnetic characteristics.
本発明のその他の目的や新規な特徴は後述の実施の形態において明らかにする。 Other objects and novel features of the present invention will be clarified in embodiments described later.
上記目的を達成するために、本願請求項1の発明は、内周面と外周面とを有する円弧状希土類永久磁石において、
前記外周面が、中央部の円弧面と、この両側に位置する前記円弧面とは曲率の異なる面とを有し、前記外周面端部は前記中央部の円弧面の曲率半径で延長した円周上又は該円周の内側に位置することを特徴としている。
In order to achieve the above object, the invention of
The outer peripheral surface has a circular arc surface in the central portion and surfaces having different curvatures from the circular arc surfaces located on both sides thereof, and the outer peripheral surface end portion is a circle extended by the radius of curvature of the circular arc surface in the central portion. It is characterized by being located on the circumference or inside the circumference.
本願請求項2の発明に係る円弧状希土類永久磁石は、請求項1において、前記外周面の端部は前記外周面中間点の接線に略平行な平面(2c)となっていることを特徴としている。 An arc-shaped rare earth permanent magnet according to a second aspect of the present invention is characterized in that, in the first aspect, the end of the outer peripheral surface is a plane (2c) substantially parallel to a tangent to the intermediate point of the outer peripheral surface. Yes.
本願請求項3の発明に係る円弧状希土類永久磁石は、請求項1又は2において、前記内周面は1つの曲率の円弧面を有するとともに、前記内周面端部が前記内周面中間点の接線に略平行な平面となっていることを特徴としている。 An arc-shaped rare earth permanent magnet according to a third aspect of the present invention is the arc-shaped rare earth permanent magnet according to the first or second aspect, wherein the inner peripheral surface has an arc surface of one curvature, and the inner peripheral surface end is the inner peripheral surface intermediate point. It is characterized by being a plane substantially parallel to the tangent line.
本願請求項4の発明に係る円弧状希土類永久磁石は、請求項1,2又は3において、前記内周面と外周面間の厚みが1.5mm以下であることを特徴としている。 An arc-shaped rare earth permanent magnet according to a fourth aspect of the present invention is characterized in that, in the first, second or third aspect, the thickness between the inner peripheral surface and the outer peripheral surface is 1.5 mm or less.
本願請求項5の発明に係る円弧状希土類永久磁石は、請求項1,2,3又は4において、周面方向の幅よりも長さが大きいことを特徴としている。
The arc-shaped rare earth permanent magnet according to the invention of claim 5 is characterized in that, in
本願請求項6の発明に係る円弧状希土類永久磁石の成形方法は、先端凹面が、中央部の円弧面と、この両側に位置する前記円弧面とは曲率の異なる面とを有し、前記先端凹面端部は前記中央部の円弧面の曲率半径で延長した円周上又は該円周の内側に位置する第1のパンチと、
先端凸面が1つの曲率の円弧面を有する第2のパンチとを用いて希土類磁石粉末を圧縮成形することを特徴としている。
In the method of forming an arc-shaped rare earth permanent magnet according to the invention of claim 6 of the present application, the concave end surface has a circular arc surface at the center and surfaces having different curvatures from the circular arc surfaces located on both sides thereof. The concave end is a first punch located on or inside the circumference extended by the radius of curvature of the arc surface of the central portion,
A rare-earth magnet powder is compression-molded using a second punch having a circular arc surface with one curvature at the tip convex surface.
本願請求項7の発明に係る円弧状希土類永久磁石の成形方法は、請求項6において、前記第2のパンチの前記先端凸面の端部が、該先端凸面中間点の接線に略平行な平面となっていることを特徴としている。 The method for forming an arc-shaped rare earth permanent magnet according to the invention of claim 7 is the method according to claim 6, wherein the end of the tip convex surface of the second punch is a plane substantially parallel to the tangent to the midpoint of the tip convex surface. It is characterized by becoming.
本願請求項8の発明に係る円弧状希土類永久磁石の成形方法は、請求項6又は7において、圧縮成形圧力が784MPa(8tf/cm2)以上であることを特徴としている。 The arc-shaped rare earth permanent magnet molding method according to the invention of claim 8 is characterized in that, in claim 6 or 7, the compression molding pressure is 784 MPa (8 tf / cm 2 ) or more.
本発明によれば、円弧状希土類永久磁石の外周面が、中央部の円弧面と、この両側に位置する前記円弧面とは曲率の異なる面とを有し、前記外周面端部は前記中央部の円弧面の曲率半径の延長線上又は該延長線の内側に位置する形状としたので、高い圧力で圧縮成形することが可能となり、磁気特性の向上を図ることができる。また、モータ等のケースへの組み込みも容易である。 According to the present invention, the outer peripheral surface of the arc-shaped rare earth permanent magnet has a central arc surface and surfaces having different curvatures from the arc surfaces located on both sides of the arc-shaped rare earth permanent magnet. Since the shape is located on the extension line of the radius of curvature of the arc surface of the portion or on the inner side of the extension line, compression molding can be performed with a high pressure, and the magnetic characteristics can be improved. In addition, it can be easily incorporated into a case such as a motor.
以下、本発明を実施するための最良の形態として、円弧状希土類永久磁石及びその成形方法の実施の形態を図面に従って説明する。 DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of an arc-shaped rare earth permanent magnet and a molding method thereof will be described below with reference to the drawings as the best mode for carrying out the present invention.
図1から図4で本発明に係る円弧状希土類永久磁石及びその成形方法の実施の形態を説明する。まず、図1及び図2で円弧状希土類永久磁石の形状について説明すると、円弧状希土類永久磁石1は外周面2と内周面3間の肉厚(厚みT)が1.5mm以下で、図2のように周面方向の幅Wより大きな長さLを持つものである。
An embodiment of an arc-shaped rare earth permanent magnet and a molding method thereof according to the present invention will be described with reference to FIGS. First, the shape of the arc-shaped rare earth permanent magnet will be described with reference to FIGS. 1 and 2. The arc-shaped rare earth
外周面2及び内周面3の中央部を含む大部分は、使用されるモータ等の形状に沿った曲率の円弧面2a及び円弧面3aとなっている。例えば、円弧面3aの曲率半径R1=3.0mm、円弧面2aの曲率半径R2=3.6mmであり、厚みTが0.6mmのときは円弧面2a,3aは同心の円弧面である。また、厚みTが0.8mmといったように同心ではない円弧面をもつ形状でもよい。
Most of the outer
前記内周面3の端部は、内周面中間点の接線に略平行な平面3b(換言すれば、内周面中間点の法線に略垂直な平面)となっている。
The end of the inner
前記外周面2の円弧面2aの両側には、前記円弧面2aとは曲率の異なる面2b(肉厚が薄くなるように内側に切れ込んだ平面又は曲面)が位置し、最も端部に位置する面2cは外周面中間点の接線に略平行な平面(換言すれば、外周面中間点の法線に略垂直な平面)となっている。但し、図3のように、組み込む対象であるモータ等のケースが通常円筒形であるため、面2b、面2c及び、外周面端縁2dは、図3のように外周面2の大部分をなしている円弧面2aの曲率半径(モータ等のケースの曲率半径に一致させるのが通常である)で延長した円周P上又は該円周Pの内側に位置するように設定する。また、図1のように外周面中央部の円弧面2aの中心点よりみた円弧面2aの占める角度αは60°以上が好ましく、とくに70°以上であることがより好ましい。図示の例では角度αは76°としている。前記角度αが60°未満になると、モータへ寄与する磁力が低下することがある。また、モータのケースに接着させる際の安定性及び接着強度が不足する。
On both sides of the arc surface 2a of the outer
図4で上記形状の円弧状希土類永久磁石の成形方法について説明する。この図に示すように、金型10は、臼11、上パンチ12、下パンチ13を備え、上パンチ12は臼11に上から嵌合し、下パンチ13は臼11に下から嵌合する。金型10の各構成部材は、超硬合金や超微粒子超硬合金などが、硬度や磨耗性の観点から好ましい。
A method of forming the arc-shaped rare earth permanent magnet having the above shape will be described with reference to FIG. As shown in this figure, the
前記下パンチ13は、先端凹面20が、中央部の円弧面20aと、この両側に位置する円弧面20aとは曲率の異なる面20b(成形体肉厚が薄くなるように内側に切れ込んだ平面又は曲面)とを有し、前記先端凹面20の端部は該先端凹面中間点の接線に略平行な平面20cとなっている。また、面20b,20cは中央部の円弧面20aの曲率半径で延長した円周上又は該円周の内側(上側)に位置する構成となっている(図3における外周面2と円周Pとの関係と同じ)。
The lower punch 13 has a
また、前記上パンチ12は、先端凸面30が1つの曲率の円弧面30aを有し、かつ上パンチ12の前記先端凸面30の端部が、該先端凸面中間点の接線に略平行な平面30bとなっている。
Further, the
円弧状希土類永久磁石体の成形は、金型10において臼11と上パンチ12と下パンチ13によって構成される成形空間S内に樹脂と磁性粉末の混合物を充填し、その円弧面を下面とし断面円弧面となる方向に上パンチ12及び下パンチ13で垂直方向に圧縮成形する。樹脂と磁性粉末を混合して圧縮成形してなる磁石体は、高磁気特性を得るために磁性粉末が95%以上(重量比率)を占めることが好ましい。また、磁性粉末はSmCo系やNdFeB系の希土類磁性粉末が好ましく、平均粒径は10〜100μm、且つ最大粒径が150μm以下の範囲にあることが必要である。これ以上の粒径になると、薄肉の永久磁石体を成形することは困難となる。一方、使用する樹脂は、熱硬化性の樹脂で、例えばエポキシ樹脂やフェノール樹脂等が好ましい。圧縮成形圧力は784MPa(8tf/cm2)以上、好ましくは980MPa(10tf/cm2)以上として樹脂結合型永久磁石における磁性粉末の割合を高めるようにしている。
The arc-shaped rare earth permanent magnet body is molded by filling a molding space S composed of the
このような磁石体形状の成形時において、樹脂と磁性粉末の混合物を金型10に充填する場合は、長手方向(図2におけるL方向)に沿って充填を行う。長手方向と直角方向に充填した永久磁石は、モータ等に組み込んだ時にモータ回転方向に密度のバラツキが生じ易い。つまり、回転方向に磁気特性のバラツキをもった永久磁石となりモータ特性に不具合を生じさせる。また、金型10に前記混合物を充填し圧縮成形後、金型10から取り出す時には、下パンチ13の形状が円弧面のために長手方向に取り出す方が取り出し易く連続成形に適している。
When molding the magnet body shape, when filling the
なお、一般的には、樹脂結合型永久磁石体の圧縮成形後、樹脂加熱硬化処理を行い、防錆のための表面処理を施した後に着磁処理を行う。 In general, after compression molding of a resin-bonded permanent magnet body, a resin heat curing process is performed, and a surface treatment for rust prevention is performed, followed by a magnetization process.
この実施の形態によれば、次の通りの効果を得ることができる。 According to this embodiment, the following effects can be obtained.
(1) 外周面2と内周面3とを有する円弧状樹脂結合型希土類永久磁石において、外周面2が、中央部の円弧面2aと、この両側に位置する円弧面2aとは曲率の異なる面2bとを有し、前記外周面端部は中央部の円弧面2aの曲率半径で延長した図3の円周P上又は該円周Pの内側に位置する構成としたので、モータ等のケースにそのまま組み込み可能であり、また、外周面2の最も端部に位置する面2cは外周面中間点の接線に略平行な平面となっているから、下パンチ13はシャープな角度を持つ箇所が無くなる(下パンチ先端面の端部において圧縮方向に略垂直な面20cを形成している)。
(1) In an arc-shaped resin-bonded rare earth permanent magnet having an outer
(2) 内周面3は1つの曲率の円弧面3aを有するとともに、内周面端部3bが内周面中間点の接線に略平行な平面となっているため、上パンチ12はシャープな角度を持つ箇所が無くなる(上パンチ先端面の端部において圧縮方向に略垂直な面を形成している)。
(2) Since the inner
(3) 上記(1),(2)から、上下のパンチ12,13はシャープな角度をもつ箇所がなくなり(上下パンチ先端面の端部において圧縮方向に略垂直な面30b及び面20cを形成しているので)、高い圧力(784MPa(8tf/cm2)以上、好ましくは980MPa(10tf/cm2)以上)での圧縮成形が可能となる。これにより、肉厚Tが1.5mm以下で、図2のように周面方向の幅Wより大きな長さL(長手方向)を持つ円弧状樹脂結合型永久磁石を圧縮成形可能となる。
(3) From the above (1) and (2), the upper and
成形する磁石体の肉厚Tが1.5mm以下の場合、長さLが幅Wより大きくなると、従来の図5に示す圧縮成形方法では磁性粉末と樹脂の混合物を成形金型に充填する事が困難な上、パンチのストロークが長くなるため発熱等の問題も生じ、得られる磁石体は非常に密度のバラツキが大きくなる。長さLが幅W以下の場合は、従来技術の方法により対応が可能となる。 When the thickness T of the magnet body to be molded is 1.5 mm or less, when the length L is larger than the width W, the conventional compression molding method shown in FIG. 5 fills the molding die with a mixture of magnetic powder and resin. In addition, since the punch stroke is long, problems such as heat generation also occur, and the obtained magnet body has a very large density variation. When the length L is equal to or less than the width W, it can be dealt with by the method of the prior art.
以下に、本発明による成形方法を実施例で具体的に述べる。 The molding method according to the present invention will be specifically described below with reference to examples.
磁性粉末:NdFeB磁石粉末、平均粒径50μm
樹脂 :エポキシ樹脂
配合比:磁石粉末:樹脂=97:3(重量%)
成形サイズ:厚み=1.0mm、幅5.0mm、高さ(長さ)20mm
成形圧:10t/cm2
成形数:10個(下記値は10個の平均値)
厚み寸法 幅寸法 密度
本実施例の成形方法 1.02mm 5.01mm 5.82
縦押し(従来法) 1.02mm 4.83mm 鼓形状で密度不均一
のため測定不可能
Magnetic powder: NdFeB magnet powder, average particle size 50 μm
Resin: Epoxy resin Mixing ratio: Magnet powder: Resin = 97: 3 (% by weight)
Molding size: Thickness = 1.0mm, width 5.0mm, height (length) 20mm
Molding pressure: 10 t / cm 2
Number of moldings: 10 (the following values are average values of 10)
Thickness dimension Width dimension Density
Molding method of this example 1.02 mm 5.01 mm 5.82
Vertical push (conventional method) 1.02mm 4.83mm Drum shape with non-uniform density
Measurement impossible
以上本発明の実施の形態及び実施例について説明してきたが、本発明はこれに限定されることなく請求項の記載の範囲内において各種の変形、変更が可能なことは当業者には自明であろう Although the embodiments and examples of the present invention have been described above, it is obvious to those skilled in the art that the present invention is not limited thereto and various modifications and changes can be made within the scope of the claims. Will
1 希土類永久磁石
2 外周面
2a,3a,20a,30a 円弧面
2b,2c,20b 面
3b,20c,30b 平面
2d 端縁
3 内周面
10 金型
11 臼
12 上パンチ
13 下パンチ
20 先端凹面
L 長さ
P 円周
S 成形空間
T 厚み
W 幅
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記外周面が、中央部の円弧面(2a)と、この両側に位置する前記円弧面(2a)とは曲率の異なる面(2b)とを有し、前記面(2b)及び前記外周面の端部は前記中央部の円弧面(2a)の曲率半径で延長した円周(P)上又は該円周の内側に位置することを特徴とする円弧状希土類永久磁石。 In an arc-shaped rare earth permanent magnet having an inner peripheral surface and an outer peripheral surface,
The outer peripheral surface has a circular arc surface (2a) at the center and a surface (2b) having a different curvature from the circular arc surface (2a) located on both sides of the circular arc surface (2a). An arc-shaped rare earth permanent magnet having an end located on a circumference (P) extended by a radius of curvature of the arcuate surface (2a) at the center or on the inside of the circumference.
先端凸面(30)が1つの曲率の円弧面(30a)を有する第2のパンチとを用いて希土類磁石粉末を圧縮成形することを特徴とする円弧状希土類永久磁石の成形方法。 The tip concave surface (20) has a circular arc surface (20a) in the central portion and surfaces (20b) having different curvatures from the circular arc surfaces located on both sides thereof, and the tip concave surface end portion is an arc of the central portion. A first punch located on or inside the circumference (P) extended by the radius of curvature of the surface;
A method of forming an arc-shaped rare earth permanent magnet, comprising compression-molding rare earth magnet powder using a second punch having an arcuate surface (30a) having a curved surface (30a) having a tip convex surface (30).
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