JP2023071333A - 磁石埋込型モータのロータ構造、その製造方法、および、磁石埋込型モータのロータ構造の製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】構造が簡易で、軽量化が可能で、ボンド磁石の材料の削減を図ることのできる磁石埋込型モータのロータ構造、その製造方法、および、磁石埋込型モータのロータ構造の製造装置を提供すること。【解決手段】実施形態の磁石埋込型モータのロータ構造は、シャフトと、前記シャフトに装着されたロータコアとを有するロータを含む。前記ロータコアは、外周面が円筒状の電磁鋼板積層体であり、前記シャフトの軸方向に貫通する貫通孔を有する。前記貫通孔には、前記シャフト側から径方向外側に向けて、樹脂鉄心とボンド磁石とが順に配設されている。前記樹脂鉄心は、軟磁性材を含んだ樹脂成形体である。前記ボンド磁石は、前記樹脂鉄心と径方向で対向する面側にゲート痕が形成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、磁石埋込型モータのロータ構造、その製造方法、および、磁石埋込型モータのロータ構造の製造装置に関する。

ロータコアに永久磁石が埋め込まれた磁石埋込型モータ（ＩＰＭモータ：Interior Permanent Magnet Motor）は、永久磁石の磁束により生じるマグネットトルクと、ロータコアの磁気抵抗（リラクタンス）の変化によって生じるリラクタンストルクとの両方が回転力に利用可能であり、各種の分野で用いられている。また、永久磁石として、磁石粉末と樹脂とが混合されたボンド磁石が用いられる場合もある。

従来、ロータの軽量化やボンド磁石の配向度向上やロータ変形抑制が図られた磁石埋込型モータが開示されている（例えば、特許文献１～３等を参照）。

特開２００９－１００６３４号公報 特開２００１－１６８１０号公報 特開２０１７－３４７６５号公報

この種の磁石埋込型モータは、一般的に構造が簡易で軽量であることが求められるが、従来の磁石埋込型モータでは、軽量化のためにロータの強度が低下してしまったり、軽量化が不十分であったり、ボンド磁石の充填に際して材料の無駄が発生する等の問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、構造が簡易で、軽量化が可能で、ボンド磁石の材料の削減を図ることのできる磁石埋込型モータのロータ構造、その製造方法、および、磁石埋込型モータのロータ構造の製造装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係る磁石埋込型モータのロータ構造は、シャフトと、前記シャフトに装着されたロータコアとを有するロータを含む。前記ロータコアは、外周面が円筒状の電磁鋼板積層体であり、前記シャフトの軸方向に貫通する貫通孔を有する。前記貫通孔には、前記シャフト側から径方向外側に向けて、樹脂鉄心とボンド磁石とが順に配設されている。前記樹脂鉄心は、軟磁性材を含んだ樹脂成形体である。前記ボンド磁石は、前記樹脂鉄心と径方向で対向する面側にゲート痕が形成されている。

本発明の一態様に係る磁石埋込型モータのロータ構造は、構造が簡易で、軽量化が可能で、ボンド磁石の材料の削減を図ることができる。

図１は、一実施形態にかかる完成した状態のロータの斜視図である。 図２は、図１のロータの平面図である。 図３は、ロータの一部となるロータコアの斜視図である。 図４は、図３のロータコアの平面図である。 図５は、ロータの製造に用いられる金型コアの斜視図である。 図６は、図５の金型コアの平面図である。 図７は、ロータコアに金型コアが挿入された状態でボンド磁石のための注入が行われてスプルーおよびランナーが残った状態を示す斜視図である。 図８は、図７の平面図である。 図９は、磁石埋込型モータのロータ構造の製造方法の工程の例を示すフローチャートである。 図１０は、一次成型のための金型にロータコアおよび金型コアがセットされ、固定型と可動型とが閉じられた状態の断面図である。 図１１は、ボンド磁石のための充填が行われた状態の断面図である。 図１２は、固定型から可動型が開いた状態の断面図である。 図１３は、図１２におけるロータコアの周辺の一点鎖線部の拡大図である。 図１４は、一段目エジェクタピンの上昇によりランナーが切り離された状態の断面図である。 図１５は、一段目エジェクタピンおよび二段目エジェクタピンの上昇によりロータコア、ボンド磁石および金型コアが可動型から押し出された状態の断面図である。 図１６は、一段目エジェクタピンおよび二段目エジェクタピンの下降により金型コアがロータコアおよびボンド磁石から分離された状態の断面図である。 図１７は、二次成型のための金型にロータコア、ボンド磁石およびシャフトがセットされ、樹脂鉄心のための注入が行われた状態の断面図である。 図１８は、第１の比較例（特許文献１）の構造を示す図である。 図１９は、第２の比較例（特許文献２）の構造を示す図である。 図２０は、第３の比較例（特許文献３）の構造を示す図である。

以下、実施形態に係る磁石埋込型モータのロータ構造、その製造方法、および、磁石埋込型モータのロータ構造の製造装置について図面を参照して説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、図面における各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。また、１つの実施形態や変形例に記載された内容は、原則として他の実施形態や変形例にも同様に適用される。

（ロータ２０の構造）
図１は、一実施形態にかかる完成した状態のロータ２０の斜視図である。図２は、図１のロータ２０の平面図である。図３は、ロータ２０の一部となるロータコア２１の斜視図である。図４は、図３のロータコア２１の平面図である。図５は、ロータ２０の製造に用いられる金型コア４の斜視図である。図６は、図５の金型コア４の平面図である。図７は、ロータコア２１に金型コア４が挿入された状態でボンド磁石２２のための注入が行われてスプルー５０およびランナー５１が残った状態を示す斜視図である。図８は、図７の平面図である。なお、便宜上、シャフト１０の軸方向をＺ軸方向、シャフト１０に直交する、ロータコア２１の端面上の２軸方向がＸ軸方向およびＹ軸方向とされているが、使用時の姿勢が限定されるものではない。

図１～図４に示されるように、所定形状にプレス加工された電磁鋼板によるコアが、所定枚数、軸方向（Ｚ軸方向）に積層され、コアどうしがカシメ固着されることで、電磁鋼板積層体からなるロータコア２１が形成される。各コアおよびロータコア２１に形成された貫通孔２１１（図３、図４）は、ロータコア２１の軸方向全長に渡って連通（貫通）している。

貫通孔２１１は、その中心に、シャフト１０が配置され、その周囲に樹脂鉄心２３が形成され、さらにその周縁にボンド磁石２２が形成される。また、ロータコア２１には、ロータコア２１の回転軸を中心として周方向に均等に並ぶ外側コア部２１２が設けられている。この外側コア部２１２は、径方向内側に膨出して湾曲する形状を有している。隣り合う外側コア部２１２どうしは、連結部２１３で連結されている。

ロータコア２１は、連結部２１３によって、その外周縁でつながる一つの部品とされており、その内側に貫通孔２１１が設けられて、その貫通孔２１１の中にボンド磁石２２と樹脂鉄心２３とが充填されることで、樹脂鉄心とボンド磁石とによって電磁鋼板積層体の占める比率が減少し、ロータコア２１の重さが軽減されるため、ロータ２０の軽量化が達成される。また、軽量化のためにロータコア２１に中空の孔は設けられないため、中空の孔に起因する強度低下は生じない。

ロータコア２１のそれぞれの外側コア部２１２の間、つまり連結部２１３には、境界部２１４が周方向内側に伸びて形成されている。境界部２１４は、隣り合うボンド磁石２２を仕切り、樹脂鉄心２３と接する部分となる。

一方、ロータ２０の製造時に用いられる金型コア４は、図５および図６に示されるように、略円柱形状であり、その外周縁は、凸部４０と凹部４１とが周方向に交互に並ぶ形状をしている。そして、ロータコア２１の貫通孔２１１内に金型コア４が挿入されることで、金型コア４の凸部４０の径方向外側を向く面が、ロータコア２１の境界部２１４（図３、図４）の径方向内側を向く面と当接し、ロータコア２１の貫通孔２１１内に、境界部２１４と凸部４０と凹部４１とで、略Ｕ字状のボンド磁石２２の磁石充填用孔（６０４）が形成される。

金型コア４の頂面４２は、図５および図６に示されるように、その中心には軸方向に凹むスラッグウェル４４が形成されており、このスラッグウェル４４を中心に放射状に外周側に向かって伸びるランナー溝４３が設けられている。スラッグウェル４４は、後述の金型（Ａ）が閉じられた際に、固定型（６０）に設けられた射出成型機のノズル（Ｅ１）がちょうど平面視で重なる位置にあり、射出成型機のノズル（Ｅ１）から射出された磁石成形樹脂材（流動状態のボンド磁石）がスラッグウェル４４を経由してランナー溝４３を通り、磁石充填用孔（６０４）に充填される。

図７および図８は、ロータコア２１に磁石成形樹脂材の注入によりボンド磁石２２が形成され、磁石成形樹脂材の流路となったランナー５１とスプルー５０とがまだ残っている状態を示している。図８の平面図にあるように、ゲートＧ１は、先細りの構造になっている。図７の斜視図にあるように、金型（Ａ）の固定型（６０）の底面に対応する金型コア４の頂面４２がロータコア２１の頂面から一段下がっていることで、ゲートＧ１がボンド磁石２２のサイド（内径側）に配置可能となっている。なお、その後の工程でスプルー５０およびランナー５１が取り払われ、樹脂鉄心２３の充填によってゲートＧ１部分は隠されてしまうため、ゲートＧ１のあった部分に残るゲート痕の除去処理が必要なくなり、作業効率が向上する。

（ボンド磁石２２および樹脂鉄心２３の材料）
ボンド磁石２２よりも径方向外側の領域は、電磁鋼板が積層された積層体で構成されている。この外側の領域は、ロータ２０の外周面と所定のギャップを介して対向配置されるステータのティースに巻回されたコイルに供給された電流によって生じる磁束が、ステータのティースから積層体を通って隣接するティースに向かうことによって生じるリラクタンストルクに寄与する磁束や、ボンド磁石２２からステータのティースに向かって流れる磁束、など、トルクに寄与する磁束が通過する領域となり、磁束の変化が激しい箇所となるため、高透磁率で高周波領域での損失が低い材料で形成される必要がある。このため、ボンド磁石２２は、希土類磁石粉末が混合された磁石成形樹脂材が用いられる。希土類磁石としては、ＳｍＣｏ5磁石、Ｓｍ2Ｃｏ17磁石、希土類鉄系磁石（ＮｄＦｅＢ系磁石やＳｍＦｅＮ系磁石）等を用いることができる。

これに対して、ボンド磁石２２よりも径方向内側の領域は、軟磁性材を含んだ樹脂成形体からなる樹脂鉄心２３で構成されている。この内側の領域では、電磁鋼板が積層された積層鉄心に比べて磁束の変動がなく、主にボンド磁石２２のバックヨークとして機能する領域である。このため、樹脂鉄心２３は、高い透磁率を有する軟磁性材の粉末が混合され、磁路として機能させるようになっている。また、樹脂材に軟磁性材の粉末が混合されて樹脂鉄心２３が形成されたものであるため、電磁鋼板の積層体で形成された構成に比べて大幅に軽量化できる。

このように、ボンド磁石２２よりも径方向外側の領域にのみ、電磁鋼板が積層された積層体で構成されているため、ロータ２０全体の軽量化が図られる。

（ロータ２０の製造方法）
図９は、磁石埋込型モータのロータ構造の製造方法の工程の例を示すフローチャートである。なお、以下の製造工程は、作業者の人手により行われるか、制御装置（コンピュータ装置）の制御により動作するロボット機構により行われるか、両者の組み合わせによって行われる。図１０～図１６は、一次成型の工程に用いられる金型Ａの状態を示す断面図である。図１７は、二次成型の工程に用いられる金型Ｂの状態を示す断面図である。

（一次成型に用いられる金型Ａの構成）
一次成型に用いられる金型Ａは、図１０～図１６に示されるように、固定型６０と可動型６１とによって構成されている。固定型６０は、板状の部材６０１と、部材６０１の中央部の、外周に段差のある孔に嵌り、外周に段差がある部材６０２と、部材６０１および部材６０２の図における下面に配置される、中央の下方に凸部を有する部材６０３とから構成されている。部材６０２の中央部から部材６０３の中央部を通して、ボンド磁石流路６０５が設けられ、部材６０２のボンド磁石流路６０５と反対側には、射出成型機のノズルＥ１が中心を合わせて当接するようになっている。部材６０３の底面６０９（図１２）は、底面視で金型コア４の頂面４２（図５、図６）と同一の形をしており、金型Ａが閉じた際に、底面６０９の外周縁と金型コア４の頂面４２の外周縁がぴったり重なる。

可動型６１は、板状の部材６１０１と、部材６１０１の図における上側に配置される筒状の部材６１０２と、部材６１０２の上側に配置される板状の部材６１０３と、部材６１０３の上側に配置される略筒状の部材６１０４と、部材６１０４の内側に配置される略筒状の部材６１０５と、部材６１０５の内側に配置される板状の部材６１０６とから構成されている。部材６１０６の上側には、円筒状の界磁用磁性体Ｓ１が配置され、界磁用磁性体Ｓ１の内側にロータコア２１と金型コア４とがセットされる空間が設けられている。

また、可動型６１には、金型コア４やロータコア２１の位置を変位させるための一段目エジェクタピン６１１０および二段目エジェクタピン６１１１と、一段目エジェクタピン６１１０および二段目エジェクタピン６１１１を動かすエジェクト操作板６１０７～６１０９が設けられている。エジェクト操作板６１０７～６１０９は３つに分割されており、一番上の一段目エジェクト操作板６１０７は、一段目エジェクタピン６１１０の下端が収納される空間を有しており、二段目エジェクト操作板６１０８および三段目エジェクト操作板６１０９は、二段目エジェクタピン６１１１とそれぞれ接続されている。

一段目エジェクタピン６１１０は、図示しないエジェクタロッドがその下端に配置されており、このエジェクタロッドの動きに追従して、二段目エジェクタピン６１１１とは独立に軸方向に動く。二段目エジェクタピン６１１１は、その底部が三段目エジェクト操作板６１０９に固定されており、三段目エジェクト操作板６１０９の軸方向の動きに追従して、上下に変位するようになっている。

また、図１０に示されるように、ロータコア２１の頂面と、金型コア４の頂面４２（図５、図６）とは、金型コア４の頂面４２の方がロータコア２１の頂面よりも下方に位置するようにずれて配置される。このずれによって、金型コア４のランナー溝４３と固定型６０とによって形成されるボンド磁石流路６０５（ノズルＥ１から図の縦方向に下り、ランナー溝４３に沿って横に続く流路）を用いて、磁石成形樹脂材を頂面からではなくサイドからの注入（サイドゲート方式）が可能となる。サイドからの注入により、金型コア４の上昇によりゲートの容易な切断（切り離し）が可能となるとともに、後の二次成型における樹脂鉄心２３の充填によりボンド磁石２２のゲート痕の埋没が可能となる。

（一次成型の工程）
図９において、一次成型の工程として、作業者または制御装置は、ロータコア２１および金型コア４を金型Ａの可動型６１内にセットし（ステップＳＴ１１）、可動型６１を閉じる（ステップＳＴ１２）。図１０は、一次成型のための金型Ａにロータコア２１および金型コア４がセットされ、固定型６０と可動型６１とが閉じられた状態の断面図である。すなわち、作業者または制御装置は、磁石成形樹脂材を充填可能な状態に金型Ａを準備する。可動型６１を閉じる際には、可動型６１に連結されている位置決めピンＣにより、可動型６１と固定型６０との位置合わせが行われる。

次いで、作業者または制御装置は、ボンド磁石２２を充填する（磁石成形樹脂材の充填によりボンド磁石２２を形成する）（ステップＳＴ１３）。図１１は、ボンド磁石２２のための充填が行われた状態の断面図である。すなわち、固定型６０の中央に開けられたボンド磁石流路６０５を通って、固定型６０の上面にセットされた射出成型機のノズルＥ１から磁石成形樹脂材がロータコア２１内に充填される。

ロータコア２１の空間内でのボンド磁石２２の形成にあたって、樹脂鉄心２３の形成に必要な空間が確保されるように、この箇所にボンド磁石２２を形成する磁石成形樹脂材が流入しないよう、金型コア４がセットされている。ロータコア２１と金型コア４とによって平面視で略Ｕ字状の空間が形成され、この略Ｕ字状の空間に、熱可塑性樹脂（たとえば、ＰＡ樹脂、ＰＰＳ樹脂、など）に所定の粒度分布を有する異方性の希土類磁石粉末が混合された磁石成形樹脂材が、注入・充填され、平面視で略Ｕ字状のボンド磁石２２が形成される。充填の際、可動型６１内にてボンド磁石２２を囲うように配置された、配向用の永久磁石を用いる界磁用磁性体Ｓ１によって、ボンド磁石２２に所望の配向がなされる。

次いで、作業者または制御装置は、可動型６１を開け、一段目エジェクタピン６１１０によりゲートＧ１を切断し、スプルー５０とランナー５１を金型Ａから取り出す（ステップＳＴ１４）。図１２は、固定型６０から可動型６１が開いた状態の断面図である。図１３は、図１２におけるロータコア２１の周辺の一点鎖線部の拡大図である。図１４は、一段目エジェクタピン６１１０の上昇によりランナー５１が切り離された状態の断面図である。

すなわち、図１２および図１３は、可動型６１が開けられた状態である。可動型６１と固定型６０が対向する面がパーティングラインＰとなり、このパーティングラインＰによって、ボンド磁石２２の頂面が形成される。図１２および図１３の状態ではまだスプルー５０とランナー５１が残っている状態である。また、可動型６１に内蔵されている一段目エジェクタピン６１１０は、あらかじめ金型コア４の下端側にある。

図１３に示される様に、ゲートＧ１は、一方（図における下側）に傾斜が設けられており、テーパ状に形成されている。これによって、磁石成形樹脂材の充填の勢いが増すとともに、ゲートＧ１の断面積を小さく形成することができるので、ゲートＧ１の切断作業が容易となる。

図１４では、一段目エジェクタピン６１１０が上方に移動することで、金型コア４が上方へ押し出されている。これによって、ゲートＧ１が切断され、その切断箇所にゲート痕が残る。ゲートＧ１が切断される際、スプルー５０とランナー５１は一段目エジェクタピン６１１０が上昇する勢いによって、自然と脱落する場合もあれば、手動あるいはピックアップロボットによって取り出される場合もある。なお、通常、このような金型Ａは、図におけるＺ軸方向を水平方向にした横置きとされることが多いため、スプルー５０とランナー５１は自然に落下する場合が多い。

次いで、作業者または制御装置は、二段目エジェクタピン６１１１により、ロータコア２１を金型Ａから押し出して取り出す（ステップＳＴ１５）。図１５は、一段目エジェクタピン６１１０および二段目エジェクタピン６１１１の上昇によりロータコア２１、ボンド磁石２２および金型コア４が可動型６１から押し出された状態の断面図である。図１６は、一段目エジェクタピン６１１０および二段目エジェクタピン６１１１の下降により金型コア４がロータコア２１およびボンド磁石２２から分離された状態の断面図である。

一段目エジェクタピン６１１０に隣接して設けられる二段目エジェクタピン６１１１は、ボンド磁石２２が充填される箇所と平面視で重なる位置にその頂部が配置されている。よって、一段目エジェクタピン６１１０と同時に二段目エジェクタピン６１１１を上方へ移動させると、図１５のように、金型コア４とともに、ボンド磁石２２が充填されたロータコア２１が上方へ変位することとなる。その後、一段目エジェクタピン６１１０および二段目エジェクタピン６１１１を下方へ変位させることで、図１６のように、金型コア４が下降してロータコア２１から分離し、ロータコア２１を金型Ａから取り出すことが可能となる。この一段目エジェクタピン６１１０および二段目エジェクタピン６１１１が下方へ変位される動作は、図示しないスプリング等を用いた一般的な機構により弾性的に元の位置に戻る機構により行われる。

（二次成型に用いられる金型Ｂの構成）
二次成型に用いられる金型Ｂは、図１７に示されるように、いわゆる３プレート方式の金型が採用されている。すなわち、金型Ｂは、第一固定型６２と、第二固定型６３と、可動型６４とを有している。第一固定型６２は、板状の部材６２１と、部材６２１の中央部の、外周に段差のある孔に嵌り、外周に段差がある部材６２２と、部材６２１および部材６２２の図における下面に配置される板状の部材６２３とから構成されている。部材６２２の中央部から部材６２３の中央部を通して、第一樹脂鉄心流路６０６が設けられ、部材６２２の第一樹脂鉄心流路６０６と反対側には、射出成型機のノズルＥ２が中心を合わせて当接するようになっている。第一樹脂鉄心流路６０６には射出成型機のノズルＥ２から射出される樹脂鉄心２３用の溶融した樹脂が通る。第一固定型６２の底面は、金型Ａとは異なり、段部等は存在せず、平坦な面を有している。

第二固定型６３は、可動型６４と第一固定型６２との間に挟まれるものであり、内周面に段部を有する略筒状の部材６３１と、部材６３１の内部に配置され、図の下側の中央に孔が設けられた略板状の部材６３２と、部材６３２の下側に配置される略板状の部材６３３と、部材６３２の上側の中央の凹部に配置された略板状の部材６３４とから構成されている。また、部材６３４の頂面に軸方向に直交する方向に樹脂鉄心流路溝６０７が形成され、この樹脂鉄心流路溝６０７から、さらに軸方向に沿って第二樹脂鉄心流路６０８が形成されている。この第二樹脂鉄心流路６０８は、その下端がテーパ状に形成されており、樹脂鉄心２３の充填の勢いを増す効果と、先端のゲートＧ２の断面積を小さくすることでゲート切断作業をやりやすくする効果がある。

可動型６４は、板状の部材６４１と、部材６４１の図における上側に配置される筒状の部材６４２と、部材６４２の上側に配置される板状の部材６４３と、部材６４３の上側に配置される略筒状の部材６４４と、部材６４４の内側に配置される略板状の部材６４５と、部材６４５の上側に配置される筒状の部材６４６とから構成されている。部材６４６の内側にロータコア２１とシャフト１０とがセットされる空間が設けられている。

また、可動型６４には、シャフト１０の軸方向の位置を変位させるためのエジェクタピン６４９と、エジェクタピン６４９を動かす第一エジェクト操作板６４７および第二エジェクト操作板６４８が設けられている。エジェクタピン６４９は、ロータコア２１に挿入されたシャフト１０の底面と当接している。エジェクタピン６４９の下端は第一エジェクト操作板６４７および第二エジェクト操作板６４８に接続されている。

（二次成型の工程）
図９において、二次成型の工程として、作業者または制御装置は、ロータコア２１の貫通孔２１１（図３、図４）にシャフト１０を挿入し、ロータコア２１とシャフト１０とを金型Ｂに嵌め、可動型６４を閉じる（ステップＳＴ２１）。次いで、作業者または制御装置は、樹脂鉄心２３を充填する（充填により樹脂鉄心２３を形成する）（ステップＳＴ２２）。図１７は、二次成型のための金型Ｂにロータコア２１、ボンド磁石２２およびシャフト１０がセットされ、樹脂鉄心２３のための注入が行われた状態の断面図である。

すなわち、一次成型の最後に取り出されたロータコア２１の貫通孔２１１にシャフト１０がセットされ、シャフト１０が挿入されたロータコア２１が金型Ｂにセットされた後、金型Ｂが閉じられる。

ロータコア２１が金型Ｂに嵌められた後、熱可塑性樹脂（たとえば、ＰＡ樹脂、ＰＰＳ樹脂、など）に所定の粒径を有する鉄粉（鉄を主成分とする粉体を指す）が混合された樹脂材が、ロータコア２１の貫通孔２１１に、一次スプルー５２、ランナー５３および二次スプルー５４によるピンゲート方式によって注入、充填されて樹脂鉄心２３が形成される。なお、樹脂鉄心２３との結合面となるシャフト１０の外周面には、結合力向上と回り止め防止のため、ローレット加工（アヤメ）が施されている。

今回の二次成型における樹脂鉄心２３の充填により、一次成型におけるボンド磁石２２の充填時に発生するゲートＧ１は、その側面、つまり、樹脂鉄心２３と径方向に対向する面に設けられるため、樹脂鉄心２３の充填により外から見えなくなることで見栄えが良くなる。さらに、他の部品等とのクリアランスを確保するために充填後のゲート痕の除去作業が不要となるため、工程数の削減にも貢献する。

樹脂鉄心２３は、軟磁性材を含んだ樹脂成形体である。軟磁性材としては、鉄を主成分とする紛体（鉄粉、純鉄粉）の他、ケイ素鋼（Ｆｅ－Ｓｉ合金）、センダスト（Ｆｅ－Ｓｉ－Ａｌ合金）、パーマロイ（Ｆｅ－Ｎｉ合金）等の粉末を用いてもよい。軟磁性材は、所定の粒径を有する。樹脂成形体に軟磁性材と共に含まれる樹脂としては、熱可塑性樹脂（たとえば、ＰＡ１２、ＰＡ６、ＰＡ６６等のポリアミド（ＰＡ）樹脂、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂など）が好適に用いられる。樹脂鉄心２３がさらに耐熱性を必要とする場合は、ＰＡ１２に代えて、耐熱ナイロン（ＰＡ６、ＰＡ６６）やＰＰＳ樹脂を利用することができる。樹脂成形体１００体積％において、軟磁性材は４０体積％以上６０体積％以下の量で、樹脂は４０体積％以上６０体積％以下の量で含まれることが好ましい。軟磁性材の体積が６０％を超えると、樹脂鉄心２３を成形する際に、樹脂材の流動性が低下し、樹脂鉄心を良好に成形できない虞がある。一方、４０％未満では、軟磁性材の比率が低下するため、樹脂鉄心の飽和磁束密度が十分得られず、バックヨークとして十分な機能を有しない虞がある。より具体的には、純鉄粉の体積と、ポリアミド１２（ＰＡ１２）樹脂の体積とを、各々５０％で用いることができる。このボンド磁石２２の形成と樹脂鉄心２３の形成とは、所謂、２色成形技術を利用することで作製できる。

次いで、作業者または制御装置は、可動型６４を開き、成形体（ロータ２０）を取り出す（ステップＳＴ２３）。すなわち、図１７において、第一エジェクト操作板６４７および第二エジェクト操作板６４８が軸方向に変位されると、エジェクタピン６４９もそれに追従して軸方向に変位することで、樹脂鉄心２３が充填されて完成されたロータコア２１が金型Ｂから押し出され、取り出しが可能となる。金型Ｂが開かれた際、一次スプルー５２、ランナー５３、二次スプルー５４は、廃棄される。これにより、ロータコア２１の成型が完了する。

金型Ｂから取り出された成形体は、不規則な磁化の除去のために脱磁される。次いで、着磁コイルが巻回された着磁ヨーク（不図示）に脱磁された成形体がセットされ、着磁コイルにパルス電流が印加されて、ロータコア２１の外周側から所定方向に磁化されるように着磁される。

（第１の比較例）
図１８は、第１の比較例（特許文献１）の構造を示す図である。図１８において、ロータ１０’はロータコア１４’とシャフト１２’とから構成されている。ロータコア１４’は、磁性体の鋼板２２’が軸方向に積層されて構成されている。ロータコア１４’には、周方向に所定の間隔をあけて磁石収納孔１８’が形成されていると共に、磁石収納孔１８’より径方向の内側には、周方向に所定の間隔をあけて、ロータ１０’を軽量化するための中空孔２０’が形成されている。ロータコア１４’に形成された中空孔２０’によってロータ１０’の軽量化が図られている。

（第２の比較例）
図１９は、第２の比較例（特許文献２）の構造を示す図である。図１９において、回転子（ロータ）１５’は、積層鉄心３１’と出力軸３０’とから構成されている。積層鉄心３１’は、磁性体の鉄心板３７’が軸方向に積層されて構成されている。積層鉄心３１’の外周縁近傍に設けられた外縁貫通孔３９’には樹脂磁石４０’が充填されている。積層鉄心３１’には貫通孔４２’が形成され、軽量化が図られている。

（第３の比較例）
図２０は、第３の比較例（特許文献３）の構造を示す図である。図２０において、ロータコア１’の一端には、スプルー部２１’から各スロット１２１’～１２６’の開口中央に向かって横方向に延在するランナー部２２１’～２２６’と、各ランナー部２２１’～２２６’の下流側から各スロット１２１’～１２６’の開口へ軸方向にそれぞれ延在する短い二次スプルー部２３１’～２３６’とが設けられ、二次スプルー部２３１’～２３６’の先端にゲートが形成される。ゲートは略Ｕ字状のスロット１２１’～１２６’の中央に位置している。符号１１’はシャフト穴を示している。

（比較例と実施形態との対比）
図１８の第１の比較例では、ロータコア１４’に形成された中空孔２０’によってロータ１０’の軽量化が図られており、形成される中空孔２０’が大きくされることで軽量化が促進される。しかし、中空孔２０’が大きすぎるとロータ１０’の強度低下を招く虞がある。

また、図１９の第２の比較例では、第１の比較例と同様、積層鉄心３１’に形成された貫通孔４２’によって回転子１５’の軽量化が図られており、形成される貫通孔４２’が大きくされることで軽量化が促進される。しかし、貫通孔４２’が大きすぎると回転子１５’の強度低下を招く虞がある。

この点、図１および図２の実施形態では、中空の孔は存在せず、ロータコア２１内の空間はボンド磁石２２、樹脂鉄心２３およびシャフト１０により充填されているため、中空の孔に起因する強度低下が起こることはない。

また、図１および図２の実施形態では、ボンド磁石２２が径方向内側方向に凸の略Ｕ字状であるので、ロータコア２１の外側コア部２１２の面積を確保することができ、ロータ２０の強度を維持しつつ、軽量化を図ることができる。

また、図２０の第３の比較例では、スプルー部２１’およびランナー部２２１’～２２６’の他に二次スプルー部２３１’～２３６’が形成され、それらは廃棄されることになるため、ボンド磁石のための磁石成形樹脂材の無駄が多い。

この点、実施形態では、サイドゲート方式とすることで、図７、図１３等のように、廃棄されるのはスプルー５０およびランナー５１であり、二次スプルー部に相当するものは存在しないため、残留ボンド磁石の低減によるコスト削減効果を奏する。特に、希土類磁石粉末を混合したボンド磁石２２における削減効果が大きい。

また、断面略Ｕ字状のボンド磁石２２の底部２２３（図１、図２）の側部から充填が可能となるので、ボンド磁石２２を先端部２２２まで均等に充填することができる。よって、ボンド磁石の配向を均一にできる。

また、ゲートＧ１の位置に生じるゲート痕は、ボンド磁石２２の側面、つまり、樹脂鉄心２３と対向する面に形成されるため、樹脂鉄心２３の充填時に埋没し外から見えなくなることで見栄えが良く、充填後のゲート痕の除去作業が不要となるため、工程数の削減にも貢献する。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

以上のように、実施形態に係る磁石埋込型モータのロータ構造は、シャフトと、シャフトに装着されたロータコアとを有するロータを含み、ロータコアは、外周面が円筒状の電磁鋼板積層体であり、シャフトの軸方向に貫通する貫通孔を有し、貫通孔には、シャフト側から径方向外側に向けて、樹脂鉄心とボンド磁石とが順に配設されており、樹脂鉄心は、軟磁性材を含んだ樹脂成形体であり、ボンド磁石は、樹脂鉄心と径方向で対向する面側にゲート痕が形成されている。これにより、構造が簡易で、軽量化が可能で、ボンド磁石の材料の削減を図ることができる磁石埋込型モータのロータ構造を提供することができる。

すなわち、シャフトと樹脂鉄心とボンド磁石とロータコアとによりロータが構成され、簡易な構造となる。また、樹脂鉄心とボンド磁石とによって電磁鋼板積層体の占める比率が減少し、ロータコアの重さが軽減されるため、ロータの軽量化が図られる。また、いわゆるサイドゲート方式によりボンド磁石が充填されるため、特許文献３に示されるような二次スプルーが不要となり、残留ボンド磁石が低減し、ボンド磁石の材料の削減が図られる。

また、ロータコアは、ロータコアの外縁から径方向内側に伸びて周方向に並ぶ複数の境界部を備え、境界部の径方向内側を向く面は、ロータの製造時にロータコアの貫通孔に挿入される円柱形状の金型コアの外周縁に周方向に交互に並ぶ凸部と凹部のうち、凸部の径方向外側を向く面に当接し、ロータコアの貫通孔内に、金型コアと境界部と凸部と凹部とで、略Ｕ字状のボンド磁石の充填用孔を形成する。これにより、ロータコアと金型コアとにより、ボンド磁石の充填用孔が容易に形成される。

また、金型コアの軸方向における一方の端面は、その中央にスラッグウェルが設けられており、スラッグウェルを中心として放射状に延びるランナー溝が金型コアの外縁まで伸びている。これにより、射出成型機のノズルからスラッグウェルおよびランナー溝を介して磁石成形樹脂材の充填が可能となる。

また、シャフトと、シャフトに装着されたロータコアとを有するロータを含み、ロータコアは、外周面が円筒状の電磁鋼板積層体であり、シャフトの軸方向に貫通する貫通孔を有し、貫通孔には、シャフト側から径方向外側に向けて、樹脂鉄心とボンド磁石とが順に配設されている、磁石埋込型モータのロータ構造の製造方法であって、ボンド磁石を、樹脂鉄心と径方向で対向する面側から充填する第１充填工程と、軟磁性材および樹脂を含む樹脂材から作成され、軟磁性材を含んだ樹脂成形体である樹脂鉄心を、貫通孔に充填する第２充填工程とを含む。これにより、磁石埋込型モータのロータ構造の製造方法が提供される。

また、第１充填工程は、ロータコアの貫通孔に金型コアを挿入する工程を含み、ロータコアと金型コアとによって、ボンド磁石が充填される充填孔が形成される。これにより、ボンド磁石の充填用孔が容易に形成される。

また、第２充填工程は、樹脂鉄心を充填することにより、ボンド磁石を充填する際にできるゲート痕を埋没させる工程を含む。これにより、見栄えがよくなり、充填後のゲート痕の除去作業が不要になって工数の削減が図られる。

また、樹脂鉄心とボンド磁石とのそれぞれの充填によって、ロータが得られた後、ロータを脱磁し、次いで、ロータコアの外周側から所定方向に磁化されるように着磁する工程を含む。これにより、完成したロータが得られる。

また、シャフトと、シャフトに装着されたロータコアとを有するロータを含み、ロータコアは、外周面が円筒状の電磁鋼板積層体であり、シャフトの軸方向に貫通する貫通孔を有し、貫通孔には、シャフト側から径方向外側に向けて、樹脂鉄心とボンド磁石とが順に配設されている、磁石埋込型モータのロータ構造の製造装置であって、ボンド磁石を、樹脂鉄心と径方向で対向する面側から充填する第１の金型と、軟磁性材および樹脂を含む樹脂材から作成され、軟磁性材を含んだ樹脂成形体である樹脂鉄心を、貫通孔に充填する第２の金型とを含む。これにより、磁石埋込型モータのロータ構造の製造装置が提供される。

また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

１０ シャフト，２０ ロータ，２１ ロータコア，２１１ 貫通孔，２１２ 外側コア部，２１３ 連結部，２２ ボンド磁石，２２２ 先端部，２２３ 底部，２３ 樹脂鉄心

Claims (8)

1. シャフトと、前記シャフトに装着されたロータコアとを有するロータを含み、
   前記ロータコアは、外周面が円筒状の電磁鋼板積層体であり、前記シャフトの軸方向に貫通する貫通孔を有し、
   前記貫通孔には、前記シャフト側から径方向外側に向けて、樹脂鉄心とボンド磁石とが順に配設されており、
   前記樹脂鉄心は、軟磁性材を含んだ樹脂成形体であり、
   前記ボンド磁石は、前記樹脂鉄心と径方向で対向する面側にゲート痕が形成されている、
   磁石埋込型モータのロータ構造。
2. 前記ロータコアは、前記ロータコアの外縁から径方向内側に伸びて周方向に並ぶ複数の境界部を備え、
   前記境界部の径方向内側を向く面は、前記ロータの製造時に前記ロータコアの前記貫通孔に挿入される円柱形状の金型コアの外周縁に周方向に交互に並ぶ凸部と凹部のうち、前記凸部の径方向外側を向く面に当接し、前記ロータコアの前記貫通孔内に、前記金型コアと前記境界部と前記凸部と前記凹部とで、略Ｕ字状の前記ボンド磁石の充填用孔を形成する、
   請求項１に記載の磁石埋込型モータのロータ構造。
3. 前記金型コアの軸方向における一方の端面は、その中央にスラッグウェルが設けられており、
   前記スラッグウェルを中心として放射状に延びるランナー溝が前記金型コアの外縁まで伸びている、
   請求項２に記載の磁石埋込型モータのロータ構造。
4. シャフトと、前記シャフトに装着されたロータコアとを有するロータを含み、
   前記ロータコアは、外周面が円筒状の電磁鋼板積層体であり、前記シャフトの軸方向に貫通する貫通孔を有し、
   前記貫通孔には、前記シャフト側から径方向外側に向けて、樹脂鉄心とボンド磁石とが順に配設されている、磁石埋込型モータのロータ構造の製造方法であって、
   前記ボンド磁石を、前記樹脂鉄心と径方向で対向する面側から充填する第１充填工程と、
   軟磁性材および樹脂を含む樹脂材から作成され、前記軟磁性材を含んだ樹脂成形体である前記樹脂鉄心を、前記貫通孔に充填する第２充填工程とを含む、
   磁石埋込型モータのロータ構造の製造方法。
5. 前記第１充填工程は、前記ロータコアの前記貫通孔に金型コアを挿入する工程を含み、
   前記ロータコアと前記金型コアとによって、前記ボンド磁石が充填される充填孔が形成される、
   請求項４に記載の磁石埋込型モータのロータ構造の製造方法。
6. 前記第２充填工程は、前記樹脂鉄心を充填することにより、前記ボンド磁石を充填する際にできるゲート痕を埋没させる工程を含む、
   請求項４または５に記載の磁石埋込型モータのロータ構造の製造方法。
7. 前記樹脂鉄心と前記ボンド磁石とのそれぞれの充填によって、前記ロータが得られた後、
   前記ロータを脱磁し、次いで、前記ロータコアの外周側から所定方向に磁化されるように着磁する工程を含む、
   請求項４～６のいずれか一つに記載の磁石埋込型モータのロータ構造の製造方法。
8. シャフトと、前記シャフトに装着されたロータコアとを有するロータを含み、
   前記ロータコアは、外周面が円筒状の電磁鋼板積層体であり、前記シャフトの軸方向に貫通する貫通孔を有し、
   前記貫通孔には、前記シャフト側から径方向外側に向けて、樹脂鉄心とボンド磁石とが順に配設されている、磁石埋込型モータのロータ構造の製造装置であって、
   前記ボンド磁石を、前記樹脂鉄心と径方向で対向する面側から充填する第１の金型と、
   軟磁性材および樹脂を含む樹脂材から作成され、前記軟磁性材を含んだ樹脂成形体である前記樹脂鉄心を、前記貫通孔に充填する第２の金型とを含む、
   磁石埋込型モータのロータ構造の製造装置。

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