JP2011199116A - ボンド磁石の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ボンド磁石を熱硬化する際に、外側をモータフレームに沿わせて作製するのではなく、磁石単体として作製する場合、内径側だけの冶具を用いて行うと、未硬化磁石を冶具に挿入する際や、硬化昇温時のリング磁石外側に広がる応力によって磁石割れ等が生じ、ボンド磁石の形状変化が生じ、寸法精度が悪化する。
【解決手段】ボンド磁石の硬化時に内径側もしくは外径側に寸法規制冶具を配置して硬化する。用いる冶具の線膨張率がボンド磁石Ａ、内径側冶具Ｂ、外径側冶具Ｃとした場合、その関係がＣ＜Ａ＜Ｂであることを特徴とする製造方法によって、精度の高い磁石を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ボンド磁石の製造方法に関するものである。

リング形状に形成されたボンド磁石はモータの一部を構成する部材であるが、磁石単体で用いられることはほとんどなく、ロータコアやブラケットなど磁石を保持する部材に取り付けられて使用される。取り付け方法としては多くの場合接着材による接着が一般的な工法である。ここで、ボンド磁石と取り付け部材との寸法精度を比較すると、取り付け部材の寸法精度が一般的には高く、磁石の真円度や直角度などの寸法精度のばらつきに起因する接着後のばらつきがモータ特性のばらつきにまでおよぶことから、磁石単体で高い寸法精度を出すことが大きな課題点であった。
また、ボンド磁石は熱硬化プロセスにおいて、昇温時において起こる樹脂ゲル化による変形、温度変化による膨張、成形時にかかった圧力に起因する応力の緩和など、多くの寸法変化の要因があるため磁石単品で寸法および形状精度を向上させるには限界があった。

モータの高性能化の観点から樹脂磁石についても従来、この種のボンド磁石の製造方法としては、例えば、特許文献１に記載されているようなものがあった。図２は、特許文献１に記載された従来の円筒状樹脂磁石組み立て品の製造方法を示している。
従来の円筒状磁石組み立て品の製造方法は、リング磁石と、その内径側に入れる円柱状の構造体とを備えるものであり、磁石単品の精度を向上させるための磁石と冶具とのクリアランスついては記載されていない。特に、特許文献１に記載のクリアランスは１０μｍ程度であるため磁石を冶具に挿入することが難しいばかりか、硬化時に磁石を内側からの応力により磁石を破壊してしまうという課題があった。

特開平２−２６０４０２号公報

磁石組み立て品を作製するに当たり、磁石内径側に冶具を用いて熱硬化をおこなうことで、内径真円度を向上させ、また磁石外径側に配置したフレームに沿うようにすることができる。しかしながら、磁石単体として作製する場合には、内径側だけの冶具を用いておこなう際に、未硬化磁石を冶具に挿入する際に発生する磁石割れや、硬化昇温時に生じるリング磁石外側に広がる応力によって引き起こされる磁石割れなどの課題があった。
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、寸法・形状精度を向上させたリング型ボンド磁石の製造方法を提供するため、ボンド磁石の物性の変化を利用すると共に、適切な熱変化量を制御した適切な冶具部材を用い、高い寸法精度有するボンド磁石を磁石単体で得ることを目的とする。

本発明に係るボンド磁石の製造方法は熱硬化性樹脂をバインダーとするボンド磁石の製造プロセスにおいて、成形後の未硬化の成形体を乾燥炉中などの高温雰囲気下でおこなう熱硬化工程にて、リング形状のボンド磁石の内径側もしくは外径側にそれぞれ高い寸法精度で作製した構造体（寸法規制冶具）を配置するものである。
内径側に用いる冶具形状は円筒形状もしくは円柱状とする。外径側に用いる冶具形状は円筒形状とする。冶具材質の特徴はそれぞれ線膨張率（寸法の熱変化率）が硬化するボンド
磁石とは異なるものとしており、ボンド磁石の線膨張率をＡ、内径側冶具の線膨張率をＢ、外径側冶具の線膨張率をＣとした場合、Ｃ＜Ａ＜Ｂの関係が成立するものとする。
また、前記冶具とボンド磁石の径方向の寸法差を０．１ｍｍ以上とすることで、未硬化の成形体を冶具に挿入する際の磁石割れや昇温時に冶具からリング磁石が受ける応力による磁石割れを防止すると共に、熱硬化が終了し冷却後において、各収縮量の差により冶具からボンド磁石を離型することが容易にすることが可能である。

これにより、未硬化成形体を熱硬化するプロセスにおいて、昇温していくと、ボンド磁石の内径側に配置した冶具が昇温と共に径方向に膨張する。同様に未硬化のボンド磁石は昇温と共に硬化が始まる前に、樹脂のゲル化が始まり、若干の変形能を有するようになる。ボンド磁石より熱変化率の高い内径側の冶具は、常温時にあったボンド磁石との隙間（クリアランス）を昇温と共に縮めていき、所定の硬化温度の際には、クリアランスがなくなりボンド磁石と密着状態になる。ここでボンド磁石の硬化が進み、寸法精度の高い冶具に対応したボンド磁石が形成される。さらに、硬化工程終了後に常温まで冷却して、冶具から磁石を取り出すが、冶具のほうがボンド磁石に対し熱変化率が大きいため、収縮量が大きく、硬化後もクリアランスを大きく保つことができるため容易に取り出すことが可能である。
外径側に冶具を配置した場合も同様に外径側の冶具とボンド磁石との間には熱変化率に差があり、ボンド磁石に対し変形量が小さい材料を外径側に配置している。昇温時ボンド磁石は樹脂ゲル化と共に外径側に膨張する。外径側の冶具はほぼ変化しないため、所定の硬化温度の際には、ボンド磁石と冶具との間にクリアランスがなくなり、ボンド磁石の外径側が密着した状態で硬化される。硬化後冷却した状態では、ボンド磁石の収縮が大きいため、容易に離型することが可能となる。
また、この冶具を用い、内径側かつ外径側に円筒状もしくは円柱状の冶具を配置して、熱硬化の昇温時に内径側冶具とボンド磁石と外径側冶具を密着させて硬化させる。そして、冷却時には収縮量の違いにより硬化した磁石を内径冶具と外形冶具の間から容易に離型させることが可能となる。

本発明のボンド磁石の製造方法によれば、熱硬化後のボンド磁石単体での内径や外径の寸法精度および真円度などの形状精度が改善する。それにより、ロータコアやフレームなどへ固定する際、高い寸法精度を維持することができる。また、内外径で磁石を挟み込むことにより、熱硬化時の膨張を必要量に抑えることができることと、ボンド磁石が内径側から受ける応力を外径側に冶具で受けるため磁石割れが発生しない。
さらに、内径側および外径側の寸法精度を高くすることが可能であるため、硬化後の磁石は単品で高い精度を有する。そのため硬化後の磁石とロータコアなどの取り付け部材とを接着する際に必要な接着層の領域の幅を低減することが可能となる。その結果、接着層として設けていた磁気ギャップ量を小さくすることが可能となると共に、接着時に生じていた芯ずれの量も低減でき、モータ性能の安定化と特性バラツキを低減することが可能となった。

本発明の内径規制治具、ボンド磁石、外径規制治具の位置関係図 本発明の実施の形態１に係る内径規制治具寸法と磁石寸法および真円度との相関図 本発明の実施の形態２に係る内径規制治具寸法と磁石寸法および真円度との相関図 本発明の実施の形態３に係る内径規制治具寸法と磁石寸法および真円度との相関図

以下、本発明の実施形態に係るボンド磁石の製造方法について図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
ボンド磁石は磁粉に硬化剤を含むバインダー樹脂を被覆したものを金型内に充填し、圧縮成形にて所望の形状のボンド磁石を形成する。磁粉には超急冷法で作製した、ＮｄＦｅＢ系の材料を用いた。

次に硬化プロセスについて説明する。硬化プロセスは図１に示すような変化を伴い実施される。
上記、未硬化磁石の硬化工程は温風循環方式のオーブンにて実施した。本発明の冶具を取りつけたパレット１４を準備し、磁石の内径側に内径側冶具１２が配置されるように未硬化磁石１１を所定の位置に配置した後、乾燥炉内で所定の時間保持する。その後、パレット１４ごと取出し、パレット１４全体を空冷にて冷却する。最後に冶具から個々の磁石を取りはずすことにより一連の硬化プロセスが完了する。

図１に示すように冶具の内径および外径側には０．１ｍｍ以上の隙間を生じるように設計しているが、冶具と磁石の間の中心は合わせる必要はない。

ボンド磁石の外径側に冶具を配置させるときも同様である。

内外径に配置する場合は図１のように外径側冶具１３を配置する。

内側と外側に冶具を配置する場合も同様であるが、必ずしも内径側の冶具と外径側の冶具の両方を固定する必要はなく、いずれか一方を固定しておき、未硬化磁石を挿入後、残りの冶具を配置する方法で問題はない。なお、冶具表面には磁石との接触した場合の変磨耗などを防止するため表面効果処理や表面コート膜付与などの方法をとることが望ましい。
（実施例１）
次に本発明の実施例について説明する。ボンド磁石の作製は次のようにしておこなった。
磁粉には等方性のＮｄＦｅＢ合金磁石粉末を用いた。バインダーにはエポキシ樹脂を用いておこなった。樹脂比率は重量比で２％とした。磁石粉末とアセトンなどの溶剤に溶かしたバインダー樹脂を混練し、乾燥させ、顆粒状にする。この樹脂組成物を磁石形成する金型キャビティ内に充填したのち、圧縮成形を常温で実施する。
このようにして得られたボンド磁石の未硬化品を硬化する際に、本発明のプロセスを実施する。寸法測定は３次元測定器を用い同一平面にて８点測定したデータから算出した値を用いた。
冶具に用いる材質については内径側に用いる冶具の材質としてアルミを用いた。アルミの線膨張率は２３．６ｘ１０^−６であり線膨張率がボンド磁石の約２倍の材料を用いた。
外径側に用いる材料にはインバー合金を用いて実施した。インバー合金は線膨張率がボンド磁石に比べ小さい材料であり、線膨張率が約０．５ｘ１０^−６の材料を用いて実施した。
図２はボンド磁石の内径側に規制冶具を配置した後、熱硬化をおこなった結果を示したものである。内径側に用いた冶具の外径に対する磁石内径および外径の寸法と真円度を示すものである。ボンド磁石の内径は、未硬化状態ではΦ４６．８１ぐらいを示すが、これを硬化することにより、硬化による収縮／膨張による寸法変化や成形時たまった応力緩和などにより約０．０１ｍｍ程度寸法が大きくなる。本発明のように、内径側に冶具を用いて熱硬化をおこなうことにより、硬化後の磁石の寸法が大きくなることが分かる。増加の比
率は冶具寸法より磁石内径寸法のほうが小さく、内径制御が容易であることを意味する。一方で、冶具外径を大きくしすぎるとボンド磁石の持つ変形能力を超える領域になることにより割れる条件が存在する。このことにより、ボンド磁石の径方向の変化量には限界があり、最適領域が存在することが分かった。本実施例にあるように内径側に配置する冶具外径寸法を変えることにより確認することで適切は寸法領域が得られた。
磁石の真円度が０．１ｍｍ以下のものについては、内径規制冶具寸法がΦ４６．７２ｍｍ以上になると、磁石割れが発生する領域になることが分かる。この領域になると冶具に磁石を挿入する際も容易ではない。
磁石真円度について比較を実施する。
図より磁石内径の真円度については冶具無しでは５０μｍあったものが３０μｍ以下にまで低下させることが可能であることがわかる。外径の真円度に関しても同様に３０μｍ以下にまで低下させることが可能となった。
上記の結果から、本発明の熱硬化プロセスにより磁石の寸法を規制することと、真円度などの形状精度も向上させることが可能であることがわかる。そして、このボンド磁石を用いて作製したロータについてはロータコアにマグネットを接着する際に設けていたロータコア外径とマグネット内径のクリアランスを従来の半分にすることが可能となった。その結果、ロータにおける外径のふれを低減することができた。
（実施例２）
成形後の未硬化磁石の真円度が１００μｍ以上のものについても同様の評価をおこなった結果を図３に示す。
ボンド磁石は実施例１と同様に磁粉と樹脂を混錬した樹脂組成物を金型キャビティ内に充填し、単位面積あたり８トンの圧力で圧縮成形し形成した。
このボンド磁石のうち真円度が１００μｍ以上の未硬化磁石について、実施例１と同様に用いる冶具の寸法に応じてボンド磁石の内径および外径寸法が変化する。このため、適切な範囲に冶具寸法を設定することにより所望の磁石寸法に制御することが可能となる。本実施例のように形状精度の悪い、未硬化時の真円度が１００μｍ以上あるボンド磁石についても、規制冶具を用いて熱硬化をおこなうことにより真円度は内径および外径側いずれも３０μｍ以下とすることが可能となった。
このボンド磁石を用いてロータを形成すると実施例１と同様にロータコアにマグネットを接着する際に設けていたロータコア外径とマグネット内径のクリアランスを従来の半分にすることができ、ロータでの外径振れを低減することができた。
（実施例３）
ボンド磁石の硬化プロセスに内径規制治具と外径規制治具を用いて実施した結果について図４に示す。ボンド磁石は実施の形態１と同様に磁粉と樹脂を混錬した樹脂組成物を金型キャビティ内に充填し、成形圧力８トン／ｃｍ^２で圧縮成形して形成したものを用いた。

線膨張率０．５ｘ１０^−６のインバー合金を用いて形成した。この材料は通常の金属加工で作製可能であるので治具も容易に形成できる。外形規制治具はボンド磁石より大きい線膨張率を有する材料を選択するものであるから、窒化シリコンなどのセラミックス材料を用いることが可能である。

熱硬化プロセスに用いるパレット上に円筒上の内径規制治具を配置した後、それを内径側にしてリング形状のボンド磁石を挿入する。そして、次にボンド磁石の外径側に前記外径規制治具を挿入した。このように未硬化のボンド磁石の内径側と外径側にそれぞれ寸法規制治具を配置したパレットを温風循環式のオーブンにいれて、所定の温度・時間で熱処理を実施し、ボンド磁石を硬化した。

図４に示すように内径側と外径側に治具を用いることによって内径側に配置する規制治具径を大きくすることに対応するように、硬化後のボンド磁石の内径および外径寸法も大
きくなることがわかる。外形側に規制治具を用いることにより、内径規制治具の外径を大きくしても寸法増加の度合いは小さく、磁石本体が割れるということはほとんど見られない。

内径寸法・外径寸法は実施の形態１、２と同様に内径規制治具の外径寸法で制御することが可能である。外径規制治具を配置していることから、磁石の割れは発生しにくい状態にある。磁石が挿入不可となるのは、磁石と治具とのクリアランスが極小となったときであり、この値が治具の最大径となる。真円度については同様に３０μｍ以下となり、高い寸法精度のボンド磁石を形成することが可能となった。

本発明に係るボンド磁石の製造方法は、目標とする寸法に制御し、高い寸法、形状精度を有するボンド磁石を得ることが可能であり、樹脂をバインダー材に用いた圧縮成形体の形成等に有用である。

１１ ボンド磁石
１２ 内径側冶具
１３ 外径側冶具
１４ パレット

Claims (2)

1. 熱硬化性樹脂をバインダーとするリング型ボンド磁石の熱硬化プロセスにおいて、磁石の内径側もしくは外径側、少なくともいずれか一方側にそれぞれ円筒状もしくは円柱形状の冶具を配置する磁石の製造方法において、前記冶具は硬化されるボンド磁石と径方向の寸法および熱変化率がそれぞれ異なり、前記冶具と硬化されるボンド磁石の径方向の寸法差が０．１ｍｍ以上であり、熱硬化するボンド磁石の線膨張率をＡ、硬化工程に用いる内径側冶具の線膨張率をＢ、外径側冶具の線膨張率をＣとした場合、その関係はＣ＜Ａ＜Ｂであるリング状ボンド磁石の製造方法。
2. 熱硬化性樹脂をバインダーとするリング型ボンド磁石の熱硬化において、磁石の内径側かつ外径側に円筒状もしくは円柱状の冶具を配置し、熱硬化の昇温時に内径側冶具とボンド磁石と外径側冶具を密着させ、冷却時には収縮量の違いにより硬化した磁石を内径冶具と外形冶具の間から離型させることを特徴とする請求項１に記載のボンド磁石の製造方法