JP2021101601A - リング状ボンド磁石を用いた回転子及び回転子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】射出成形時や高温時に射出された樹脂によるボンド磁石の破壊が無く、同軸度の高い回転子の提供。【解決手段】シャフト２と、前記シャフト２に同軸となるリング状ボンド磁石３と、前記ボンド磁石３を両端面側から固定する一対の熱可塑性樹脂製でリング状の固定部材４とを有し、前記シャフト２にはローレットが形成され、前記固定部材４は前記シャフト２に形成された前記ローレットの少なくと周面を覆うように形成されるとともに、前記シャフト２と前記リング状ボンド磁石３の間には熱可塑性樹脂を介在しないことを特徴とする回転子１。【選択図】図１

Description

本発明は、各種モータなどに利用されるリング状ボンド磁石を用いた回転子及び回転子の製造方法に関する。

磁性粉末と、該磁性粉の結合剤としての樹脂とを固化してなるボンド磁石は、焼結磁石に比べて、寸法精度が高く、形状自由度が高いという利点がある。このようなリング状ボンド磁石の内周面にロータ軸となるシャフトを固定した回転子は、電子機器、カメラ、自動車、電動工具などにおける各種モータに利用されている。

特許文献１には、回転軸に樹脂を介してリング状のマグネット（焼結）を固定する技術が開示されている。特許文献1においてはシャフトと磁石を金型内に配置し、樹脂を回転軸と磁石の内周面側に射出成形し固定している。

特開２００４−３５８６８９号公報

特許文献１に記載の技術によると、金型内に充填される樹脂の圧力により、磁石にクラックや割れが生じることを抑えている。しかし、シャフトと磁石との間に樹脂が介在するため、磁石の内周面側から外周面側に向かって力がかかることは避けられない。

特許文献1に記載の構成の場合、シャフトと磁石の間の樹脂の線膨張係数は金属よりも大きいため、特に高温で回転子を使用する場合、樹脂が膨張しリング磁石の内周面側から外側に向かって力がかかり、リング磁石が割れてしまうおそれがある。
特にボンド磁石の場合にはその傾向は顕著であり、リング磁石としてボンド磁石を用いた場合の割れ対策が必要である。

特許文献１に記載のロータは金型内に挿入した金属部品の周りに樹脂を射出成形して金属と樹脂を一体化する成形方法(いわゆるインサート成形)により製造されている。この際、インサート成形されたあとのシャフトとリング状磁石の同軸度はシャフトとリング状磁石を配置する金型の寸法精度に依存しており、同軸度を高くするのは極めて困難である。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、リング状ボンド磁石をシャフトにインサート成形した場合の、シャフトとリング磁石の同軸度を高くし、さらに回転子が高温になった場合でも磁石の割れの少ない回転子及び回転子の製造方法を提供すること及び、シャフトとリング磁石の同軸度を高くすることができる回転子の構造及び回転子の製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係る回転子は、シャフトと、前記シャフトに同軸となるリング状ボンド磁石と、前記リング状ボンド磁石を両端面側から固定する一対の熱可塑性樹脂からなる固定部材とを有し、前記シャフトにはローレットが形成され、前記固定部材は前記シャフトに形成された前記ローレットの周面を覆うように配置されるとともに、前記シャフトと前記リング状ボンド磁石の間には熱可塑性樹脂を介在しないことを特徴としている。

本発明によれば、本発明に係る回転子は、シャフトとリング状ボンド磁石の間に樹脂を介在していないので、高速回転による温度上昇によって樹脂が膨張しリング状ボンド磁石を内径側から破壊することは無い。
リング状ボンド磁石は両端面側から樹脂からなるリング状の固定部材により固定され、さらにリング状の固定部材はシャフトに形成されたローレットによりシャフトに強固に固定されているので高速回転時にもリング状ボンド磁石は空回りすることがない。

本発明に係るローレットは綾目ローレットであることを特徴とする回転子。

本発明によれば、回転子が高速回転した場合でも、リング状固定部材が空回りし、結果として、リング状ボンド磁石が空回りすることはない。

本発明に係るローレットは平目ローレットであることを特徴とする。

本発明によれば、回転子が高速回転した場合でも、リング状固定部材が空回りし、結果として、リング状ボンド磁石が空回りすることはない。

前記希土類系リング状ボンド磁石は少なくとも片方の端面に凹部を有することを特徴とする。

本発明によれば、回転子が高速回転した場合でも、リング状ボンド磁石が空回りすることはない。

本発明に係る回転子において、シャフトの外径とリング状ボンド磁石の内径の隙間は0.05mm以下であることを特徴とする。

本発明によれば、シャフトとリング状ボンド磁石の同軸度を高い精度で維持することができる。

本発明の回転子の製造方法は、インサート成形用の金型に、リング状ボンド磁石の外周面を基準にして配置する工程と、前記リング状ボンド磁石の内周面にシャフトを挿入配置する工程と、前記リング状ボンド磁石の少なくとも1端面側から熱可塑性樹脂を射出し、固定部材を形成する工程を有することを特徴とする回転子の製造方法である。

本発明によれば、リング状ボンド磁石の内周面とシャフトの寸法精度のみで同軸度がきまるので、同軸度の高い回転子を形成することができる。

本発明によれば、射出成形により回転子を形成する際のリング状ボンド磁石の割れや、高速回転により温度が上昇した際のリング状ボンド磁石の割れを低減することができる。さらにはシャフトとリング状ボンド磁石の同軸度を高くすることができる。

本発明の回転子を示す斜視図である。 本発明の回転子の構造を示す軸断面図である。 従来の回転子の構造を示す軸断面図である。 本発明に用いられるローレットを有するシャフトの例を示す上面図で ある。 本発明の回転子の構造を示す一部軸断面図である。 従来の回転子のリング状ボンド磁石とシャフトの位置関係の みを示す軸断面図である。 本発明の回転子のリング状ボンド磁石とシャフトの位置関係のみを示 す軸断面図である。 従来の回転子の製造方法を示す軸断面図である。 本発明の回転子の製造方法を示す軸断面図である。 本発明の他の回転子に用いられるリングボンド磁石の側面図及び 上面図である。

本発明の回転子に使用するリング状ボンド磁石は、樹脂にフェライト系磁性粉末、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁性粉末、Ｓｍ-Ｃｏ系磁性粉末あるいはＲ−Ｔ−Ｂ系磁性粉末などを混錬した混合物を用い公知の方法で圧縮成形により製造すればよい。
一例として、磁粉としてＲ−Ｔ−Ｂ系急冷合金磁性粉末（Ｒは少なくとも一種の希土類元素であってＮｄ、Ｐｒのいずれか一方を含む、ＴはＦｅとＣｏ、Ｂは硼素であって一部をＣ（炭素）で置換できる）を用いた場合の好ましい範囲と実施例について次に述べる。

Ｒ−Ｔ−Ｂ系急冷合金磁性粉末は、急冷法により製造された磁性粉末であり、その形状は好ましくは扁平形状（例えば、粉末粒子の形状アスペクト比＝短径／長径が０．３以下）である。扁平形状を有するＲ−Ｔ−Ｂ系急冷合金磁性粉末を用いることにより、材料（磁性粉末及び樹脂の混合物）の圧縮成形の際に、磁性粉末が積層し易くなる。また、成形時に磁性粉末間に空隙または樹脂溜まりが比較的でき難くなり、高密充填が可能となる。

Ｒ−Ｔ−Ｂ系磁石粉末の平均粒子径は、好ましくは２０μｍ以上３００μｍ以下であり、より好ましくは４０μｍ以上２５０μｍ以下である。また粒子径に二つのピークを有する磁石粉末の場合には例えば粒径２０μｍ以下の第一磁石粉末と粒径２０μｍ以上２２０μｍ以下の第二磁石粉末を、第一磁石粉末５〜１５質量％、第二磁石粉末を８５〜９５質量％とし合計が１００質量％となるようにしても良い。
二つのピークを持つ磁石粉末を用いることで粒径の大きな磁石粉末の間隙に粒径の小さな磁石粉末が入り成形体の強度が向上する。
ここで平均粒子径は体積分布の算術平均径であり、レーザー回折式粒度分布測定装置を用いて測定する。

磁石粉末と成形体用樹脂（磁石粉末１００質量％としたときに磁石粉末に対して1〜２質量％）を混錬し混合物を作製し、混合物を公知の金型を用い１〜２．５ＧＰａの成形圧力で圧縮成形後硬化する。

成形体用樹脂としては一般的なボンド磁石に用いられる熱硬化性樹脂であって、好ましい樹脂としては、例えばエポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂などが挙げられる。なおエポキシ樹脂として主剤と硬化剤からなる２液性のエポキシ樹脂を用いても良い。

ボンド磁石の密度は、５．８〜６．２ｇ／ｃｍ^３である。硬化した成形体に対して樹脂含浸を行っても良い。含浸は粘度が１００〜６００ｍＰａ・ｓの含浸用樹脂を含浸させればよい。含浸は加圧法、減圧法、減圧後加圧雰囲気で行っても良い。含浸用樹脂としては加熱硬化タイプ、主剤と硬化剤からなる２液型あるいは嫌気性の含浸剤を用いても良い。樹脂含浸を行うことによってリング状ボンド磁石の強度を上げることができる。

このような方法によって製造されたリング状ボンド磁石を用いて本発明の回転子を製造する。

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
まず従来技術について説明する。図３は従来の回転子５の構造を示す軸断面図であり、シャフトとリング状ボンド磁石の固定はインサート成形によっておこなわれる。図３において８はリング状磁石でありボンド磁石で構成される。６はシャフトであり円柱形状を有し、磁性体あるいは非磁性体の金属にて構成される。７は熱可塑性樹脂の固定部材（リング状）でありリング状ボンド磁石を両端から固定するとともにシャフトとリング状ボンド磁石の空隙に射出されシャフト6とリング状ボンド磁石８の同軸度を決定する。１７はシャフト６とリング状ボンド磁石８の間に射出された熱可塑性樹脂を示している。図６はシャフト６とリング状ボンド磁石８との軸方向の位置関係を示す軸断面図である。図６に示すようにリング状ボンド磁石８の内周面１２０とシャフト６の間には一定のギャップがありこのギャップに熱可塑性樹脂は射出される。

図３に示す回転子をインサート成形により製造する状況を図８で説明する。リング状ボンド磁石８及びシャフト６を図示しないインサート成形する金型内に固定する（図８Ａ）。
１００は金型において樹脂を射出するキャビティ部分のみを示している。
この際リング状ボンド磁石８とシャフト６の同軸度は、金型寸法精度に依存することとなる。一般的に金型の寸法公差を0.1mm以下にすることは困難であり、金型の寸法公差が回転子におけるシャフト６とリング状ボンド磁石８の同軸度を高くすることを困難にしていた。

その後、金型内に樹脂を射出し固定部材７（図３参照）を形成する（図８Ｂ）。この際リング状ボンド磁石８とシャフト２の間隙に樹脂１７が注入され、シャフト６に対してリング状ボンド磁石８が固定される。２０（図８参照）はスプルーであり射出される樹脂の通り道である。スプルーの部分の樹脂はインサート成形された回転子を金型から取り外す際や取り外した後に除去される。

図１は本発明の回転子を示す斜視図、図２は本発明の回転子を示す軸断面図である。
図３に示す従来の回転子との大きな違いは、シャフトとリング状ボンド磁石の間に射出成形による熱可塑性樹脂が介在しないことである。シャフトの外径寸法とリング状ボンド磁石の内径寸法はその隙間で0.05mm以内になるように設定することが望ましい。
図７はリング状ボンド磁石３とシャフト２の軸方向の位置関係を示す軸断面図である。図７に示す様に、リング状ボンド磁石３の内周面１２５とシャフト２の間のギャップは極めて小さく、熱可塑性樹脂のこのギャップへの射出は行われないか行われても極めて少ない量となる。ここでいう極めて少ない量とは、本発明における課題としてあげた高温時に樹脂が膨張して、リング状ボンド磁石を内周面側から破壊しない程度の量であり、少なくともリング状ボンド磁石３３とシャフト２の間のギャップをすべて埋めてしまう量ではない。

図９で本発明の回転子をインサート成形により製造する状況を説明する。リング磁石３を図示しないインサート成形を行う金型内に固定する（図９Ａ）。
１１０は金型において樹脂を射出するキャビティ部分のみを示している。
この際リング状ボンド磁石３とシャフト２の同軸度は、リング状ボンド磁石３の内径寸法とシャフト２の外径寸法の寸法と寸法公差に依存することになる。

リング状ボンド磁石とシャフトの間隙は0.05mm以下にコントロールすることは可能であり、回転子におけるリング状ボンド磁石とシャフトの同軸度を一定数値内に維持することができる。

その後、金型内に樹脂を射出し固定部材４を形成する（図２参照）（図９Ｂ）。この際リング状ボンド磁石３の両面に固定部材４が射出成形され、固定部材４はシャフトに形成されたローレットと強固に固着する。熱可塑性樹脂が固定部材４として射出成形された際に熱可塑性樹脂は、リング状ボンド磁石３の両端面と強固に固着され固定部材４として形成される。
結果としてリング状ボンド磁石３が固定される。１１０はスプルーであり射出される樹脂の通り道である。スプルーの部分の樹脂はインサート成形された回転子を金型から取り外す際や取り外した後に除去される。

図４に本発明に用いるシャフト９，１０，１１，１２の上面図を示す。（Ａ）は固定部材がシャフト９に固着される位置に綾目ローレットを配置した例である。１３は綾目ローレットであり、一対の固定部材の位置それぞれに綾目ローレット１３が形成されている。
（Ｂ）は平目ローレットを配置した例であり１４は平目ローレットである。（Ｂ）は固定部材がシャフト１０に固着される位置に平目ローレットを配置した例である。一対の固定部材の位置それぞれに平目ローレット１４が形成されている。
ローレットを形成することで固定部材とシャフトの固着が強固に行われる。
（Ｃ）は（Ａ）のシャフトと同様の綾目ローレットになるが、固定部以外の軸方向中央部分にも綾目ローレット１１を形成している。
（Ｄ）は（Ｂ）のシャフトと同様の平目ローレットになるが。固定部以外に軸方向中央部分にも平目ローレット１２を形成している。
（Ｃ）（Ｄ）のシャフトを用いて本発明の回転子を形成する場合、磁石や固定部材の軸方向の長さが変わった場合でもローレットの長さの範囲内であれば回転子を形成することが可能である。

図５は本発明の回転子１においてシャフト９のローレット１３の位置と固定部材４の位置を示す一部断面図である。ローレット１３の位置を明確にするためシャフト２を外形図で示した。
ローレット１３は軸方向で固定部材と同じ位置にあり、ローレット１３によってシャフト９は固定部材４に固着されている。なおシャフトとリング状ボンド磁石は接着剤で固着されていても良い。接着剤としては熱硬化性、２液性あるいは嫌気性などが挙げられる。

図１０は本発明の別の実施形態である回転子に用いるリング状ボンド磁石の側面図及び上面図である。（Ａ）はリング状ボンド磁石４０の両側端面に径方法に矩形の溝４１を形成した例である。９０はリング状ボンド磁石４０の貫通孔である。
（Ｂ）は溝５１の形状を断面３角形とした例である。（Ｃ）は（Ｂ）と同様に断面３角形の溝６１を片側端面に形成した例である。（Ｄ）はＵ字状の溝７１を形成した例である。（Ｅ）はリング状ボンド磁石の両端面の全面に渡って円弧状の凹部８１を有した例である。（Ａ）〜（Ｅ）はそれぞれリング状ボンド磁石の端面に凹部が形成されている。

図１０に示したリング状ボンド磁石を用いて本発明の回転子を形成する場合、インサート成形時に当該凹部に樹脂が入り込むため、回転子を高速回転した際の空転を抑制する効果がさらに高まる。

開示された実施の形態は、すべての点で例示であって限定されることは無い。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の範囲の変更はすべて含まれる。

１ 本発明の回転子
２、６、９，１０、１１、１２ シャフト
３、８ リング状ボンド磁石
４、７ 固定部部材
５ 従来の回転子
１３、１５ 綾目ローレット
１４、１６ 平目ローレット
１７ 樹脂
２０、３０ スプルー
４０，５０、６０，７０，８０ リング状ボンド磁石
４１、５１、６１、７１、８１ 溝
９０ 貫通孔
１００、１１０ 金型キャビティ
１２０、１２５ リング状ボンド磁石内周面

Claims (6)

1. シャフトと、前記シャフトに同軸となるリング状ボンド磁石と、前記ボンド磁石を両端面側から固定する一対の熱可塑性樹脂からなる固定部材とを有し、前記シャフトにはローレットが形成され、前記固定部材は前記シャフトに形成された前記ローレットの少なくとも周面を覆うように配置されるとともに、前記シャフトと前記リング状ボンド磁石の間には熱可塑性樹脂を介在しないことを特徴とする回転子。
2. 前記ローレットは綾目ローレットであることを特徴とする請求項１に記載の回転子。
3. 前記ローレットは平目ローレットであることを特徴とする請求項１に記載の回転子。
4. 前記リング状ボンド磁石は、少なくとも片方の端面に凹部を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１に記載の回転子。
5. 前記シャフトの外径と前記リング状ボンド磁石の内径の隙間は0.05mm以下であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１に記載の回転子。
6. インサート成形用の金型に、リング状ボンド磁石の外周面側を基準にして配置する工程と、前記リング状ボンド磁石の内周面側にシャフトを挿入配置する工程と、前記リング状ボンド磁石の少なくとも1端面側から熱可塑性樹脂を射出し、固定部材を形成する工程を有することを特徴とする回転子の製造方法。
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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