JP2023168971A - 磁石部品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】磁石に貼り付けられたシート材のバリ取りを精度良く行うことができる磁石部品の製造方法を提供すること。【解決手段】磁石部品１０の製造方法は、磁石２０の表面に貼り付けられたシート材３０の端部３１を磁石２０から離れる方向に持ち上げるシート材端部持ち上げ工程と、シート材３０の端部３１よりも内側の押え付け位置でシート材３０を磁石２０に向けて押え付けるシート材押え付け工程と、押え付け位置よりもシート材３０の端部３１側の切断位置においてシート材３０を切断するシート材切断工程と、を有する。【選択図】図５

Description

本発明は磁石部品の製造方法に関し、特に磁石にシート材を貼り付けた磁石部品の製造方法に関する。

例えば、回転電機のロータにおいて、ロータコアには磁石を挿入するための磁石挿入穴が形成されている。このようなロータコアの磁石挿入穴に、樹脂材料等を介在させて磁石を固定する方法が知られている。

特許文献１に記載される回転電機ロータの製造方法は、強度部材のフィラーとなる非磁性の多孔質部材と溶融した結合材が混合され加圧によって一体化された複合材を磁石に付着させて複合材付磁石を形成する。そして、複合材付磁石をロータコアの磁石挿入穴に挿入し、ロータコアを経由せずに複合材を直接加熱する加熱手段を配置する。そして、加熱手段によって複合材を直接加熱し、複合材の多孔質部材に含まれる結合材を軟化させて多孔質部材の加圧による残留応力の解放により、複合材を膨張させて多孔質モールド材を形成し、多孔質モールド材によって磁石を磁石挿入穴に固定する。

特開２０２０－１４１５５２号公報

ロータの磁石挿入穴に挿入される磁石部品（複合材付磁石）の場合、磁石挿入穴に磁石部品を挿入するに際して、磁石に貼り付けられた複合材のシート材の端部が磁石挿入穴の内面に干渉することを防ぐために、シート材の端部が磁石の端縁からはみ出していないことが望ましい。これにより、磁石挿入穴に対する複合磁性体の挿入性を確保することができる。

そのため、図１１のＳ１０１に示すように、例えば切断加工を施したシート材３００にバリが発生する等してシート材３００の端部３１０が磁石２００の端縁からはみ出している場合、磁石の端縁からはみ出たシート材３００の端部３１０を除去する必要がある。図１１のＳ１０２に示すように、バリ取りブラシ１５０を用いて端部３１０のバリを除去することができるが、バリ取りブラシ１５０を用いた方法では、図１１のＳ１０３に示すように、磁石２００に付着したシート材３００が必要以上に捲れ上がって、バリ取り作業が困難になる場合があった。そのため、このような磁石部品におけるバリ取りの精度を向上する方法が求められている。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、磁石に貼り付けられたシート材のバリ取りを精度良く行うことができる磁石部品の製造方法を提供することを目的とするものである。

一実施の形態にかかる磁石部品の製造方法は、磁石の表面に貼り付けられたシート材の端部を磁石から離れる方向に持ち上げるシート材端部持ち上げ工程と、シート材の端部よりも内側の押え付け位置でシート材を磁石に向けて押え付けるシート材押え付け工程と、押え付け位置よりもシート材の端部側の切断位置においてシート材を切断するシート材切断工程と、を有する。

本発明により、磁石に貼り付けられたシート材のバリ取りを精度良く行うことができる磁石部品の製造方法を提供することができる。

本実施形態にかかる磁石部品の製造方法を示すフローチャートである。 磁石部品を構成する磁石を示す斜視図である。 シート材付磁石形成工程を説明する斜視図である。 シート材付磁石を示す斜視図である。 シート材端部持ち上げ工程、シート材押え付け工程、及びシート材切断工程を説明する斜視図である。 シート材端部持ち上げ工程、シート材押え付け工程、及びシート材切断工程を説明する側方図である。 シート材端部持ち上げ工程、シート材押え付け工程、及びシート材切断工程を説明する正面図である。 実施の形態１にかかる磁石部品の製造方法により製造された磁石部品を示す斜視図である。 磁石部品が適用されたロータを示す断面図である。 ロータコアの磁石挿入穴に磁石部品を挿入する様子を示す斜視図である。 バリ取りブラシを用いた場合の問題点を説明する図である。

実施の形態１
以下、本開示を適用した具体的な実施形態について、図面を参照しながらより詳細に説明する。なお、本開示は、以下の実施形態に限定されることはなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更できる。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、省略及び簡略化されている。図中に示したものは、全体の一部であり、図示しないその他の構成が実際には多く含まれる。

図１を参照して、本実施形態にかかる磁石部品１０の製造方法について説明する。図１は、本実施形態にかかる磁石部品の製造方法を示すフローチャートである。図１に示すように、磁石部品１０の製造方法は、シート材付磁石形成工程（ステップＳ１）と、シート材端部持ち上げ工程（ステップＳ２）と、シート材押え付け工程（ステップＳ３）と、シート材切断工程（ステップＳ４）と、を含む。

ここで、図２を参照して、磁石部品１０を構成する磁石２０について説明する。図２は、磁石部品を構成する磁石を示す斜視図である。図２に示すように、磁石２０は、細長い直方体形状を有する永久磁石である。磁石２０は、Ｘ方向に直交する断面形状が矩形状を呈している。磁石２０は、Ｘ方向の長さＬ１、Ｙ方向の幅Ｗ１、及びＺ方向の厚さＴ１を有している。磁石２０は、Ｚ方向で対向する一対の表面２１、２２と、Ｙ方向で対向する一対の側面２３、２４と、を含む周面を有している。

磁石２０の材質としては、ネオジムと鉄とホウ素を主成分とするネオジム磁石、サマリウムとコバルトを主成分とするサマリウムコバルト磁石等の希土類磁石が用いられる。これ以外にフェライト磁石、アルニコ磁石等を用いてもよい。

続いて、図３を参照して、ステップＳ１のシート材付磁石形成工程の詳細を説明する。ただし、シート材付磁石４０を形成する方法はこれに限られるものではなく、所望のシート材付磁石４０を入手できる場合は、シート材付磁石形成工程は省略することもできる。

図３に示すように、この工程では、隣り合う磁石２０の一方の側面２３と、隣り合う磁石２０の他方の側面２４と、を突き合わせた状態でＸ方向に並べられた複数の磁石２０の少なくとも一方の主面に、切断前のシート材３０を貼り付ける。なお、Ｘ方向に並べられた複数の磁石２０を磁石集合体２０ａとすると、磁石集合体２０ａの主面は、複数の磁石２０の表面２１、２２のそれぞれがＸ方向に連なった面である。

シート材３０は、樹脂を含み、折り曲げ可能な柔軟性を有する。また、シート材３０は、磁石２０を電気的に絶縁する絶縁性を有する材料により構成されることが好ましい。また、シート材３０は、例えば表裏面に熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂等の結着材が塗布されることより、接着性を有することが好ましい。さらに、シート材３０には、発泡剤や強度部材等が含まれていてもよい。例えば、接着性を有していないシート材３０である場合、適宜の結着材をシート材３０と磁石２０との間に塗布してシート材３０を磁石２０に貼着してもよい。

切断前のシート材３０は、磁石集合体２０ａ（磁石２０）のＸ方向における長さと同等又は磁石集合体２０ａ（磁石２０）の長さより僅かに大きい長さＬ２を有しているとともに、磁石集合体２０ａのＹ方向における幅（複数の磁石２０の幅を合計した長さ）と同等又は磁石集合体２０ａの幅より僅かに大きい幅Ｗ２を有している。また、シート材３０は、Ｚ方向において、磁石２０の厚さＴ１より小さい厚さＴ２を有している。

図３に示す例では、磁石集合体２０ａの一方の主面と他方の主面とのそれぞれに切断前のシート材３０が貼り付けられている。図３に示す２枚のシート材３０の一方は磁石集合体２０ａの一方の主面を覆うように配置され、２枚のシート材３０の他方は磁石集合体２０ａの他方の主面を覆うように配置されている。

次いで、磁石２０ごとに分離するために、切断前のシート材３０が貼り付けられた磁石集合体２０ａの隣り合う磁石２０の境界に沿ってシート材３０を切断する。これにより、磁石２０と、当該磁石２０の一方の表面２１及び他方の表面２２のそれぞれに貼り付けられた２枚のシート材３０と、を有するシート材付磁石４０を形成することができる。

図４は、シート材付磁石を示す斜視図である。図４に示す破線は、シート材付磁石４０において、磁石２０とシート材３０とがオーバーラップしている領域を示している。図４に示すように、シート材付磁石４０は、Ｙ方向の両側に存在するシート材３０の端部３１が磁石２０のＸ方向に沿う端縁から外側にはみ出している。例えば、予め切断加工がなされたシート材３０は、切断端となる端部３１にバリが発生する場合がある。

そこで、図５～図７に示す磁石部品１０の製造装置を用いてシート材付磁石４０に含まれるシート材３０の端部３１のバリを除去することができる。以下の説明では、シート材付磁石４０に含まれる２枚のシート材３０のうち表面２１に貼り付けられたシート材３０の端部３１のバリを除去する場合について説明するが、表面２２に貼り付けられたシート材３０の端部３１のバリも同様にして除去することができる。

図５～図７に示すように、磁石部品１０の製造装置は、搬送部と、シート材端部持ち上げ部と、シート材押え付け部と、シート材切断部と、を有する。搬送部は、載置されたシート材付磁石４０を搬送方向に搬送するコンベヤ５１である。シート材端部持ち上げ部は、シート材付磁石４０におけるシート材３０の端部３１を磁石２０から離れる方向に持ち上げる爪５２である。シート材押え付け部は、シート材付磁石４０におけるシート材３０の端部３１よりも内側の押え付け位置でシート材３０を磁石２０に向けて押え付けるロール５３である。シート材切断部は、押え付け位置よりもシート材３０の端部３１側の切断位置においてシート材３０を切断するブレード５４である。

ステップＳ１で形成されたシート材付磁石４０は、コンベヤ５１の上に載置され、コンベヤ５１によりＸ方向に平行をなす搬送方向に搬送される。すなわち、コンベヤ５１により搬送されるシート材付磁石４０は、軸方向（長さ方向）が搬送方向に沿うように配置されている。

本実施形態では、所定の位置に固定して設置された爪５２、ロール５３、及びブレード５４に対してシート材付磁石４０をコンベヤ５１によりＸ方向に移動させるように構成した製造装置を例に挙げて説明するが、爪５２、ロール５３、及びブレード５４に対してシート材付磁石４０を相対的に移動させることができればこのような構成に限らない。例えば、爪５２、ロール５３、及びブレード５４が適宜の駆動装置によってＸ方向に移動するように構成される場合、コンベヤ５１を省略することもできる。

また、押え付け位置の近傍でシート材３０の端部３１を持ち上げることができるように爪５２及びロール５３がＸ方向に並んで配置されており、押え付け位置の近傍で切断を行うことができるように爪５２とロール５３との間にブレード５４が配置されている。

ステップＳ２のシート材端部持ち上げ工程において、コンベヤ５１により搬送されるシート材付磁石４０におけるシート材３０の磁石２０と接している側の面（裏面）に爪５２の先端が当接しながら相対的に移動することにより、シート材３０の端部３１を磁石２０から捲り上げる。このようにして、爪５２は、シート材３０の端部３１を磁石２０から離れる方向に持ち上げることができる。

爪５２は、先端に向かって先細るテーパ形状を有している。図５～図７に示す爪５２は、Ｙ方向に直交する断面形状が楔形状を呈しており、Ｚ方向の両側にテーパ面を有している。Ｚ方向において、爪５２の先端はシート材３０と磁石２０とのＹ方向に沿う境界付近の位置に配置され、爪５２の基端は当該境界よりも磁石２０から離れた位置に配置されている。また、Ｙ方向において、爪５２は、磁石２０の外側の位置に設けられ、先端がシート材３０の端部３１に当接可能に配置されている。シート材付磁石４０が移動することに伴って爪５２の先端がシート材３０の裏面に当接しつつ裏面をＸ方向になぞりながらシート材３０の端部３１を磁石２０から捲り上げる。

ステップＳ３のシート材押え付け工程において、コンベヤ５１により搬送されるシート材付磁石４０の押え付け位置にロール５３の転動面が押し当てられる。これにより、ロール５３は、シート材３０を磁石２０に向けて押え付けることができる。ロール５３は、磁石２０との間にシート材３０を挟み込むように配置され、シート材付磁石４０が移動することに伴ってＸ方向に沿って転動する。なお、端部３１から磁石２０の軸中心線側に向かう方向を内側と呼び、磁石２０の軸中心線から端部３１側に向かう方向を外側と呼ぶ。押え付け位置は、Ｙ方向においてシート材３０の端部３１よりも内側であればよい。ロール５３でシート材３０を押え付けることにより、押え付け位置より内側のシート材３０が磁石２０から離れることを抑制できる。すなわち、シート材３０が磁石２０から必要以上に捲れ上がることを抑制できる。

ステップＳ４の切断工程において、コンベヤ５１により搬送されるシート材付磁石４０の切断位置にブレード５４の刃先を当接させる。ブレード５４は、ロール５３により押え付け位置で押え付けられるとともに爪５２により端部３１が捲れ上げられたシート材３０を切断位置で切断し、切断位置から端部３１側のシート材３０をシート材付磁石４０から切り離す。

このような構成によれば、磁石２０の端縁からシート材３０がはみ出さないようにシート材３０の端部３１側を切断し、端部３１のバリを除去することができる。また、ブレード５４を用いてシート材３０を切断するため、バリ取りブラシを用いてシート材３０を切断した場合に発生し得るシート材３０の微粉が発生しにくい。そのため、バリ取りブラシを用いた場合と比較して、微粉の発生による作業環境の悪化を抑制することができる。また、シート材３０の端部３１を磁石２０から捲り上げることにより、磁石２０から離れた位置でシート材３０の切断を行うことができるため、シート材３０の切断に伴う磁石２０の損傷を抑制することができる。

Ｓ２～Ｓ４の工程をシート材付磁石４０に含まれる２枚のシート材３０を対象として行うことにより、図８に示すように、シート材３０の端部３１のバリが除去された磁石部品１０を製造することができる。図８は、実施の形態１にかかる磁石部品の製造方法により製造された磁石部品を示す斜視図である。

図８に示す磁石部品１０は、車両等に搭載される回転電機のロータに適用することができる。そこで、図９を参照して、磁石部品１０が適用されたロータ１００の概略構成を説明する。図９は、磁石部品が適用されたロータを示す断面図である。図９には、磁石埋込型（ＩＰＭ型）のロータ１００を示している。図９に示すロータ１００は、ロータ１００の外径と所定の隙間を隔てて配置される円環状のステータと組み合わされて回転電機を構成する。

以下の説明では、ロータコア１１２の中心軸の延在方向を軸方向とし、ロータコア１１２の中心軸の中心から放射状に延在する方向を径方向とし、ロータコア１１２の中心軸を中心として円周状に延在する方向を周方向とする。なお、ロータコア１１２の軸方向は、Ｘ方向と平行をなしている。

図９に示すように、ロータ１００は、回転電機の出力軸となるロータシャフト１１１と、円環状のロータコア１１２と、ロータコア１１２に形成された磁石挿入穴１１３内に挿入された磁石２０と、磁石挿入穴１１３と磁石２０との隙間に設けられた固定層１３０と、を有している。ロータ１００は、ロータコア１１２をロータシャフト１１１に固定するいくつかの固定要素をさらに含む。

ロータコア１１２は、それぞれ円環状に打ち抜き加工された複数の電磁鋼板１１２ａを軸方向に積層して構成されている。ロータコア１１２を構成する各電磁鋼板１１２ａは、ロータコア１１２を軸方向に複数分割したブロックごとに又は全て一括してカシメ、接着、溶接等の方法によって一体に連結されている。なお、ロータコア１１２は、金属磁性粉末を圧縮成形した、いわゆる圧粉コアであってもよい。

ロータコア１１２には、ロータコア１１２の外周側において複数の磁石挿入穴１１３が周方向に均等な間隔で設けられている。これらの複数の磁石挿入穴１１３には、磁石２０が挿入される。図９には、２つの磁石挿入穴１１３が示されている。磁石挿入穴１１３は、ロータコア１１２を貫通するように軸方向に延びている。軸方向に直交する断面において、磁石挿入穴１１３の内面の大きさは、磁石２０の外面の大きさよりも僅かに大きく設定されている。そのため、磁石挿入穴１１３の内面と磁石２０の外面との間には隙間が形成される。ロータコア１１２における磁石挿入穴１１３の軸方向に沿った長さは、磁石２０の軸方向に沿った長さよりも長めに設定される。

固定層１３０は、磁石挿入穴１１３に磁石２０が挿入された場合に生じる隙間に配置され、磁石２０を磁石挿入穴１１３内に固定する部材である。固定層１３０は、ロータ１００の高速回転時の遠心力にも耐えうる強度を有する。また、固定層１３０は、ロータコア１１２の発熱に耐えうる耐熱性を有している。また、固定層１３０は、磁石２０を絶縁する絶縁性を有する。固定層１３０は、磁石部品１０に含まれるシート材３０を加熱して硬化させることにより形成される。

上記したロータ１００の製造工程では、ロータコア１１２の磁石挿入穴１１３に磁石部品１０が挿入される。図１０は、ロータコアの磁石挿入穴に磁石部品を挿入する様子を示す斜視図である。図１０に示すように、軸方向に直交する断面において、磁石部品１０の外面の大きさは、磁石挿入穴１１３の内面の大きさよりも小さく形成されている。また、磁石部品１０は、シート材３０の端部３１が磁石２０の端縁からはみ出していない。そのため、ロータコア１１２の磁石挿入穴１１３に磁石部品１０を挿入するに際して、磁石２０に貼り付けられたシート材３０が磁石挿入穴１１３の内面に干渉することを抑制することができる。その結果、ロータコア１１２及び磁石部品１０の損傷を抑制しつつ、シート材３０が貼り付けられた磁石２０を磁石挿入穴１１３にスムーズに挿入することができる。

磁石挿入穴１１３に磁石部品１０が挿入された後は、適宜の加熱装置によって磁石部品１０に含まれるシート材３０の加熱が行われる。シート材３０を加熱するにあたっては、シート材３０を間接的に加熱する方法を採用してもよく、シート材３０を直接的に加熱する方法を採用してもよい。加熱されたシート材３０は、磁石挿入穴１１３と磁石２０との間の隙間で膨張して硬化する。このようにして、シート材３０から固定層１３０が形成され、固定層１３０によって磁石挿入穴１１３内に磁石２０が固定されたロータコア１１２を得ることができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、上記実施の形態では、シート材端部持ち上げ部としての爪５２が側面視楔型に形成されている場合を例に挙げて説明したが、この形状に限定されない。また、シート材端部持ち上げ部は、シート材付磁石４０におけるシート材３０の端部３１を磁石２０から離れる方向に持ち上げ可能な構成であればよい。また、上記実施の形態では、シート材押し付け部がロール５３である場合を例に挙げて説明したが、この構成に限定されない。シート材押し付け部はシート材３０を磁石２０に向けて押し付け可能な構成であればよい。また、上記実施の形態では、シート材切断部がブレード５４である場合を例に挙げて説明したが、この構成に限定されない。シート材切断部は、押え付け位置で押え付けられるとともに端部３１が捲れ上げられたシート材３０を切断位置で切断可能な構成であればよい。

１０ 磁石部品
２０、２００ 磁石
２０ａ 磁石集合体
２１、２２ 表面
２３、２４ 側面
３０、３００ シート材
３１、３１０ 端部
４０ シート材付磁石
５１ コンベヤ
５２ 爪
５３ ロール
５４ ブレード
１００ ロータ
１１１ ロータシャフト
１１２ ロータコア
１１２ａ 電磁鋼板
１１３ 磁石挿入穴
１３０ 固定層
１５０ バリ取りブラシ

Claims (1)

1. 磁石の表面に貼り付けられたシート材の端部を前記磁石から離れる方向に持ち上げるシート材端部持ち上げ工程と、
   前記シート材の前記端部よりも内側の押え付け位置で前記シート材を前記磁石に向けて押え付けるシート材押え付け工程と、
   前記押え付け位置よりも前記シート材の前記端部側の切断位置において前記シート材を切断するシート材切断工程と、
   を有する磁石部品の製造方法。

Images