JP2010252472A - モータ用マグネット、その製造方法、およびモータ - Google Patents

Abstract

【課題】磁気特性および機械的強度に優れた偏肉形状のマグネットを提供する。
【解決手段】マグネット１０は、全体として筒状に形成され、一対の端面１１，１２と、円周面からなる内周面１３と、多面からなる外周面１４とを有する。外周面１４は、円周方向に交互に配置される４つの湾曲面１５および４つの平坦面１６から構成されている。肉厚に注目して見ると、マグネット１０は、肉厚が厚い厚肉部１７および肉厚が薄い薄肉部１８を円周方向に４回それぞれ繰り返して形成されている。また、マグネット１０は、射出成形法により成形され、４つの平坦面１６の上端面１１側にゲート痕１９がそれぞれ形成され、４つの厚肉部１７の中心部にウエルドライン２０がそれぞれ形成されている。そして、４つの厚肉部１７の中心部が磁極中心となるように着磁されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータ用のマグネットに関し、詳しくは、四角筒型のＤＣモータに適用され射出成形により成形されるマグネットに関する。

レーザプリンターやオーディオのローディング機構などに使用されるＤＣモータとして、図６に構成例を示すように、横断面の４隅を丸くした四角筒型のモータ５０が開発され実用化されている。四角筒型のモータ５０は、最外周側に配置されケースを兼ねるヨーク５１と、ヨークの内側に配置されるマグネット５２と、マグネット５２の内周側に所定の隙間を介して配置され複数（図示の例では６個）の突極に巻線（不図示）が施されるアマチュアロータ５３と、アマチュアロータ５３を回転自在に保持する回転軸５４と、を備えている。（例えば、特許文献１参照）。

このうちマグネット５２は、内周面が円周面であり、外周面がモータの外形形状に略一致する多面形状をしている。すなわち、マグネット５２は、断面が四角形の各辺の一部を残しながら角を内側に押し潰した円筒形状、言い換えれば、肉厚（径方向の厚み）が円周方向に対して周期的に変化する偏肉形状をしている。

このような偏肉形状をしたマグネット５２は、磁性粉末と溶融したバインダー樹脂との混練物を金型のキャビティに射出成形することにより、所定の形状に作製することができる。ところが、射出成形により筒状のマグネットを成形する場合、２方向から流れてくる混練物が合流する部分に発生するウエルドライン（混練物同士が十分に密着しない状態で固化した部分）が、磁気特性の劣化の要因になることが一般的に知られている。

ウエルドラインの磁気特性への影響を抑制するために、通常の円筒状をしたマグネットにおいて、金型のキャビティの注入口であるゲートをマグネットの磁極の中心に対応する位置に配設する方法が提案されている。このようにゲートを配設することにより、ウエルドラインが各磁極同士の境目とほぼ一致する位置に形成され、ウエルドラインの磁気特性に及ぼす影響が抑制されることが報告されている（例えば、特許文献２参照）。

上述の偏肉形状のマグネットに関しても、ゲート位置に関する検討がなされている。例えば、２つのゲートを、肉厚が厚い４つのコーナ部（磁極の中心となる厚肉部）のうち互いに隣接する２つのコーナ部分にそれぞれ配設する方法が提案されている。このようなゲートを用いてマグネットを成形することにより、肉厚が薄く平坦な側面部（各磁極同士の境目部分となる薄肉部）にウエルドラインが形成され、厚肉部にはウエルドラインが形成されないようにすることができる。また、この場合、樹脂（混練物）の流路であるランナーを小型化できることから、再生材料使用比率を低減することができる（特許文献３参照）。

特開２００７−６６８８号公報 特開２０００−３４１９１５号公報 特開２００９−２７９０８号公報

しかしながら、近時のＤＣモータには、消費電力の低減や位置決め精度の向上などのためにコギング（回転むら）の低減が求められている。このため、コギングの低減に適した磁気特性を有するマグネットが要求されている。

また、偏肉形状のマグネットは、肉厚が円周方向に対して一定でないことから、マグネットの小型化が促進されるにつれ、厚肉部と比較して剛性が小さく応力集中が生じやすい薄肉部での機械的強度が不足することが懸念されている。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、磁気特性および機械的強度に優れ、四角筒型のＤＣモータに適した偏肉形状のマグネットを提供することを目的とする。

本発明者は、かかる問題を解決するにあたり、通常のマグネットとは異なる形状、すなわち偏肉形状に着目しながら作製方法を詳細に検討した。その結果、偏肉形状の場合には、前述した従来の常識に反し、ウエルドラインを各磁極の中心に位置させるように射出成形することにより、磁気特性および機械的強度のいずれもが向上するという知見を得るに至った。そして、更に種々の検討を重ねることにより、本発明を完成させたものである。

そこで、上記課題を解決するために、本発明の特徴は、磁性粉末とバインダー樹脂との混練物を金型のキャビティに流入して成形され、肉厚が厚く磁極の中心部となる厚肉部と、肉厚が薄く磁極の境界部となる薄肉部と、を円周方向に周期的に繰り返してなる筒状のモータ用マグネットにおいて、前記混練物を前記金型のキャビティに流入するゲートが、前記薄肉部に対応する位置に配設され、ウエルドラインが前記厚肉部に形成されることである。

この場合、前記ゲートは、その数が前記薄肉部の数と一致し、各ゲートが回転対称に配置されることが好ましい。

また、この場合、内周面が円周面であり、前記薄肉部の外周面が平面で、前記厚肉部の外周面が湾曲面であることが好ましい。

また、この場合、４つの前記薄肉部と４つの前記厚肉部とから構成されているのが好ましい。

また、この場合、前記ゲートが、前記薄肉部の外周面に対応する位置に設けられているのが好ましい。

本発明の他の特徴は、磁性粉末とバインダー樹脂との混練物を金型のキャビティに流入して、肉厚が厚い厚肉部と肉厚が薄い薄肉部とを円周方向に周期的に繰り返してなる筒状の成形体を成形するモータ用マグネットの製造方法において、前記混練物を、前記薄肉部に対応する位置から前記金型のキャビティに流入することにある。

本発明の他の特徴は、前記モータ用マグネットの内周面側にアマチュアロータを配置したモータである。

本発明によれば、射出成形する際のゲートをモータ用マグネット（偏肉形状のマグネット）の薄肉部分に対応する位置に配設することにより、ウエルドラインが厚肉部に形成される。これにより、従来技術のように薄肉部にウエルドラインが形成される場合と比較して、モータ用マグネットの機械的強度を大きくすることができる。
この点に関して、従来技術においては、肉厚が薄いために剛性が比較的小さく応力集中が起きやすい薄肉部にウエルドライン（混練物同士が十分に密着していない部分）を形成していたことから、相乗的に機械的強度が低下していた。これに対して、本発明に係るマグネットは、肉厚が厚いために剛性が大きく応力集中が起きにくい厚肉部にウエルドラインを形成させていることから、ウエルドラインの影響を受け難い。また、厚肉部は、薄肉部と比較して、射出成形時の金型内での混練物の冷却速度が遅くなるために、混練物が硬化するまでの時間が長くなり、２方向から流れてくる混練物同士の密着性が向上する。このため、厚肉部にウエルドラインが形成されるにしても、ウエルドラインにおける機械的強度の低下を比較的小さく抑えられる。これらの結果、本発明に係るモータ用マグネットの全体的な機械的強度を大きくすることができると考えられる。

また、ウエルドラインを厚肉部に形成することにより、マグネットの全周にわたって歪み（スパイクノイズ）の少ない磁界強度特性を得ることができる。
前述のように、厚肉部は、薄肉部と比較して、射出成形時の金型内での混練物の冷却速度が遅くなるために、混練物が硬化するまでの時間が長くなり、２方向から流れてくる混練物同士の密着性が向上する。このため、厚肉部にウエルドラインが形成されるにしても、ウエルドラインにおける磁気特性の劣化を比較的小さく抑えられると考えられる。
このように、全周にわたって歪みの少ない磁界強度特性を示す本発明に係るマグネットを四角筒型のモータに組み込むことにより、コギングの小さいモータを実現することができる。

本発明の実施形態に係るモータ用マグネットの全体構成を示す斜視図である。 同マグネットの平面図である。 同マグネットの成形方法を説明するための図であり、（ａ）が平面図であり、（ｂ）は側面図である。 従来のマグネットの内周側の磁界強度を示す波形図である。 本発明の実施例に係るマグネット（成形体）の寸法を示す平面図である。 四角筒型のモータの構成を示す横断面図である。

以下、本発明の好ましい実施形態の一例として、四角筒型のＤＣモータに適したマグネット（モータ用マグネット）１０を図面を参照して説明する。

マグネット１０は、図１に示すように、全体として筒状をなし、一対の端面１１，１２（上端面１１および下端面１２）と、円周面からなる内周面１３と、多面からなる外周面１４と、を有している。外周面１４は、断面円弧状の４つの湾曲面１５および矩形平面状の４つの平坦面１６をそれぞれ交互に円周方向に４回繰り返して形成されている。

したがって、マグネット１０は、図２に示すように、その肉厚に注目して見ると、肉厚が厚い厚肉部１７および肉厚が薄い薄肉部１８を一組として４組を９０度回転対称（４回転回転対称）に配置して構成されている。なお、厚肉部１７は湾曲面１５に対応する部分であり、薄肉部１８は平坦面１６に対応する部分である。（図２では、薄肉部１８に斜線を付して厚肉部１７と区別してある。）

また、マグネット１０は、後述するように射出成形により成形される。このため、マグネット１０には、ゲート痕（ゲート残り）１９およびウエルドライン２０がそれぞれ４つずつ形成されている。ゲート痕１９は、４つの薄肉部１８の各々における平坦面１６の上端面１１側に形成されている。一方、ウエルドライン２０は、４つの厚肉部１７の各々における中心部（後述するように、磁極の中心部である）に形成されている。なお、ゲート痕１９は、研削加工などにより適宜取り除いてあってもよい。

また、マグネット１０には、図２に示すように、厚肉部１７の中心部が磁極の中心部となり、薄肉部１８の中心部が磁極の境界部となるように、４極の着磁（２極のＮ極および２極のＳ極）が施されている。

次に、マグネット１０の作製方法について図３を参照して説明する。

マグネット１０は、磁性粉末と溶融させたバインダー樹脂との混練物を、４つのゲートを介して金型のキャビティに射出成形することにより成形される。図３は、射出成形により成形した直後の成形体１０Ａを模式的に示している。成形体１０Ａは、マグネット１０に相当する部分（着磁前の状態）と、マグネット１０に接続する４つのゲート部２２（金型のゲートにおいて混練物が硬化した部分）と、から構成されている。

４つのゲート部２２は、４つの薄肉部１８Ａにおける平坦面１６Ａの上端面１１Ａ側から径方向外側に張り出すように形成されている。言い換えれば、４つのゲート部２２は、任意の１つの薄肉部１８Ａの中心を基点として、９０度回転対称に形成されている。このように、４つのゲートが薄肉部１８Ａのそれぞれに対応して配設されていることから、隣接するゲートの中間点である厚肉部１７Ａの中心部にウエルドラインが形成される。

成形体１０Ａは、ゲート部２２をカットした後、径方向に対して着磁（ラジアル着磁）処理が行なわれる。着磁は、厚肉部１７Ａに対応して磁極が変わり、薄肉部１８Ａの中心部が磁極の境界部となるように行う。

次に、以上のように作製された偏肉形状のマグネット１０の優位性について説明する。

マグネット１０は、２方向から流れてくる混練物が合流することによって形成されるウエルドラインが、厚肉部１７の中心部に形成され、従来技術のように薄肉部１８には形成されない。これにより、偏肉形状をなすマグネット１０の全体的な機械的強度を大きくすることができる。

ウエルドラインを厚肉部１７の中心部に形成することにより、マグネット１０の機械的強度を大きくすることができる理由は、以下のように考えられる。すなわち、従来技術においては、厚肉部と比較して肉厚が薄いために剛性が小さく応力集中が起きやすい薄肉部に、本来的に機械的強度の弱いウエルドラインが形成されることによって、相乗的に機械的強度が低下していた。

これに対して、本発明に係るマグネット１０では、肉厚が厚いために剛性が大きく応力集中が起きにくい厚肉部１７にウエルドライン２０が形成されることから、ウエルドライン２０の影響が顕在化されない。また、薄肉部に形成されるウエルドラインよりも、厚肉部に形成されるウエルドラインの方が、２方向から流れてくる混練物同士の密着性がよいために、強度の低下に及ぼす影響度が低くなる。これらの理由により、マグネット１０の機械的強度が大きくなると考えられる。

厚肉部に形成されるウエルドラインの方が混練物同士の密着性がよくなる理由は、以下のように考えられる。すなわち、厚肉部１７は、薄肉部１８と比較して混練物の充填量が多い。言い換えれば、厚肉部１７は、薄肉部１８と比較して、内周側の金型と外周側の金型との距離（ギャップ）が長い。（後述する実施例の場合では、厚肉部１７Ｂのギャップは、薄肉部１８Ｂのギャップの約６倍である。）このため、厚肉部１７に対応する部分では、混練物の金型内での冷却速度が遅くなり、混練物の固化に要する時間が長くなる。この結果、混練物同士の密着性が向上するものと推測される。

また、ウエルドラインを厚肉部１７に形成させることにより、マグネット１０の全周にわたって歪みの少ない磁界強度特性を得ることができる。

この点に関して、従来技術のマグネット（ウエルドラインが薄肉部に形成されたマグネット）の着磁後波形（内周側の磁界強度特性）を測定すると、図４に示すように、周方向の位置が０°（ウエルドラインが形成されている薄肉部の中心部に相当）にスパイクノイズに似た切り返しの波形が観測される。このように本来磁界が発生しない位置に切り返しの波形が発生すると、コギングトルクが大きくなる。

これに対して、本発明に係るマグネット１０Ｂは、ウエルドラインが厚肉部（磁極の中心部）１７に形成される。したがって、周方向の位置が±４５°（厚肉部１７の中心部に相当）に切り返しの波形が発生するが、その大きさは殆ど観測されないレベルの小さいものとなる。これは、前述のように、厚肉部１７では冷却固化するまでの時間が長くなるために、２方向から流れてくる混練物同士がよく密着され、ウエルドラインにおける磁気特性の劣化が比較的小さく抑えられるからであると考えられる。

このように、マグネット１０においては、もともと磁束密度の大きい厚肉部１７にウエルドラインに基づく切り返しの波形を発生させ、かつその切り返しの波形のレベルが小さい。このため、マグネット１０を背景技術の欄で説明した四角筒型のＤＣモータに組み込んだ場合には、従来技術のマグネットを適用した場合と比較して、コギングを低減することができる。なお、ＤＣモータのコギングは、マグネットとアマチュアロータの各突極との引力のバランスにより発生することが知られている。特に、マグネットの磁極の中心部（厚肉部の中心部）及び磁極の境界部（薄肉部の中心部）に磁気的な安定点があるために、この安定点の前後においてコギングトルクが発生する。

次に、実施例に基づいて本発明を具体的に説明し、本発明の効果をより明らかにする。

まず、磁性粉末としてＳｍ−Ｆｅ−Ｎ粉末を用い、バインダー樹脂としてナイロン６を用いて混練物を調整した。次に、表１に示す条件下で混練物を金型のキャビティに射出成形し、図５に示す寸法の成形体１０Ｂを作製した。なお、射出成形時には所定の磁場を径方向に印加した。また、成形体の高さは２０ｍｍとした。

射出成形後、４極のラジアル着磁処理を施して、実施例（本発明品）を完成させた。

次に、実施例の圧環強度、起動トルク、およびコギング（コギングトルクの最大値）を評価した。その評価結果を表２に示す。なお、厚肉部の上端面側にゲートを配設することにより、薄肉部にウエルドラインを形成させた従来技術のマグネットを比較例として作製し評価した。また、コギングの評価は、背景技術の欄で参照した図６に示す四角筒型のＤＣモータ５０（アマチュアロータ５３の突極数は６）に各マグネットを組み込んで行なった。

本発明に係る実施例は、比較例と比べると、起動トルクは同等であるが、圧環強度が大きくなり、コギングが小さくなっている。これにより、本発明に係るマグネット、その作製方法、およびそのマグネットを使用したモータの優位性が立証された。

以上、本発明の好ましい実施形態の一例について説明したが、実施の形態については上記に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

例えば、上記実施形態では、射出形成する際に用いる金型のゲートをマグネット１０の外周面１４側に配設したが、これに代えて、内周面１３側に配設してもよい。

また、磁性粉末としてＳｍ−Ｆｅ−Ｎ粉末を使用したが、このような希土類鉄系の粉末に限定されるものではなく、例えばフェライトのように酸化物系の粉末を使用してもよい。

また、ゲートの数を４つとしたが、これに代えて、例えば２つとし、２つのゲートを隣接する２つの薄肉部１８にそれぞれ配設する構成としてもよい。

また、マグネット１０は、９０度回転対称形状としたが、これに限定されるものではなく、それ以外の回転対称形状であってもよい。

１０ マグネット（モータ用マグネット）
１１ 上端面
１２ 下端面
１３ 内周面
１４ 外周面
１５ 湾曲面
１６ 平坦面
１７ 厚肉部
１８ 薄肉部
１９ ゲート痕（ゲート残り）
２０ ウエルドライン
２２ ゲート部

Claims (7)

1. 磁性粉末とバインダー樹脂との混練物を金型のキャビティに流入して成形され、
   肉厚が厚く磁極の中心部となる厚肉部と、肉厚が薄く磁極の境界部となる薄肉部と、を円周方向に周期的に繰り返してなる筒状のモータ用マグネットにおいて、
   前記混練物を前記金型のキャビティに流入するゲートが、前記薄肉部に対応する位置に配設され、
   ウエルドラインが前記厚肉部に形成されることを特徴とするモータ用マグネット。
2. 前記ゲートは、その数が前記薄肉部の数と一致し、各ゲートが回転対称に配置される請求項１に記載のモータ用マグネット。
3. 内周面が円周面であり、
   前記薄肉部の外周面が平面で、前記厚肉部の外周面が湾曲面である請求項１または２に記載のモータ用マグネット。
4. ４つの前記薄肉部と４つの前記厚肉部とから構成されている請求項１から３のいずれか１項に記載のモータ用マグネット。
5. 前記ゲートが、前記薄肉部の外周面に対応する位置に設けられている請求項１から４のいずれか１項に記載のモータ用マグネット。
6. 磁性粉末とバインダー樹脂との混練物を金型のキャビティに流入して、肉厚が厚い厚肉部と肉厚が薄い薄肉部とを円周方向に周期的に繰り返してなる筒状の成形体を成形するモータ用マグネットの製造方法において、
   前記混練物を、前記薄肉部に対応する位置から前記金型のキャビティに流入することを特徴とするモータ用マグネットの製造方法。
7. 請求項１から５のいずれか１項に記載の前記モータ用マグネットの内周面側にアマチュアロータを配置して構成されたモータ。
   
   
   
   

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