JP4371310B2 - 円弧状樹脂結合型希土類永久磁石及びその成形方法 - Google Patents

Description

本発明はモータやアクチュエータに利用され、特に小型で高出力を必要とする場合に用いられる円弧状樹脂結合型希土類永久磁石及びその成形方法に関する。

従来、小型モータ等に用いられる磁石としては、フェライトや希土類からなる磁性粉末（磁石粉末）と樹脂を混合してなる樹脂結合型永久磁石が多い。このような樹脂結合型永久磁石がモータ等に使用される場合、磁性粉末と樹脂を混合した混合物を円弧状に成形した後に熱処理し、場合によっては表面処理をしたものをステータ（固定子）として接着剤等を用いてモータ等のケース内側に固着する。ここで使用される成形は、圧縮成形や射出成形や押し出し成形などであり、目的に応じて成形方法が選択される。

更なるモータの小型化や高特性化が進むにつれて、使用される円弧状永久磁石は薄肉化が要求されている。特に、高特性化には圧縮成形が樹脂結合型磁石の密度向上のために好まれるが、肉厚が１．５ｍｍ以下になると圧縮成形が非常に困難となる。

円弧状樹脂結合型永久磁石の成形体は肉厚が十分に厚い場合は、図５に示すように、断面が円弧状となる面に対して垂直な方向に圧縮成形する手法（縦押し）が用いられる。しかしながら、図５の成形方法であると薄肉化が進むと磁性粉末と樹脂の混合物が成形金型に充填できなくなる。

そこで、図６のように、図５の圧縮成形方向に垂直な方向（つまり、厚み方向）に成形することが、下記特許文献１において提案されている。

特開平９−３２７８１３号公報

この場合、特許文献１で言及しているようにヒビや割れ等の問題が生じ、この問題を解決するために、特許文献１では粉末成形体の圧縮方向の弾性回復量を３０％以下に抑えるように荷重を抜く断面弓形状磁性材料の粉末圧縮成形方法を提示している。また、このような圧縮成形を行う場合の金型としては、下記特許文献２に開示しているように、パンチの抗折力と平均曲率半径を規定することで薄肉円弧状の成形を可能としたものがある。

特開２００２−８０９０４号公報

前述したように、モータ等が小型化するにつれて永久磁石の厚みが薄く、かつ、高特性化が要求されている。これに対応するために、樹脂と磁性粉末からなる樹脂結合型永久磁石の場合、磁性粉末として高特性な粉を使用することと、全体に占める磁性粉末の比率を向上させる手法とがとられる。高特性な磁性粉末としては、従来用いられていたフェライト粉に代わって、ＳｍＣｏ系やＮｄＦｅＢ系の磁性粉末が使用される。また、全体に占める磁性粉末の比率を高めるために、非常に高い圧力、具体的には７８４〜９８０ＭＰａ（８〜１０ｔｆ／ｃｍ^２）以上で圧縮成形される。この場合、前述した特許文献２に開示されている方法では対応が困難である。

そこで、本発明は、上記の点に鑑み、高磁気特性を得るために、高圧力で成形可能な形状とした円弧状樹脂結合型希土類永久磁石及びその成形方法を提供することを目的とする。

本発明のその他の目的や新規な特徴は後述の実施の形態において明らかにする。

上記目的を達成するために、本願請求項１の発明は、内周面と外周面とを有する円弧状樹脂結合型希土類永久磁石において、
前記外周面が、中央部の円弧面(2a)と、この両側に位置する前記円弧面(2a)とは曲率の異なる面(2b)とを有し、前記外周面の端部は前記外周面中間点の接線に略平行な平面(2c)となっており、前記面(2b)及び前記外周面の端部は前記中央部の円弧面(2a)の曲率半径で延長した円周(P)上又は該円周の内側に位置し、
前記内周面は１つの曲率の円弧面(3a)を有するとともに、前記内周面端部が前記内周面中間点の接線に略平行な平面(3b)となっていることを特徴としている。

本願請求項２の発明に係る円弧状樹脂結合型希土類永久磁石は、請求項１において、前記内周面と外周面間の厚みが１．５ｍｍ以下であることを特徴としている。

本願請求項３の発明に係る円弧状樹脂結合型希土類永久磁石は、請求項１又は２において、周面方向の幅よりも長さが大きいことを特徴としている。

本願請求項４の発明に係る円弧状樹脂結合型希土類永久磁石の成形方法は、先端凹面(20)が、中央部の円弧面(20a)と、この両側に位置する前記円弧面とは曲率の異なる面(20b)とを有し、前記先端凹面端部は該先端凹面中間点の接線に略平行な平面(20c)となっており、前記面(20b)及び前記先端凹面端部は前記中央部の円弧面の曲率半径で延長した円周(P)上又は該円周の内側に位置する第１のパンチと、
先端凸面(30)が１つの曲率の円弧面(30a)を有し、前記先端凸面(30)の端部が、該先端凸面中間点の接線に略平行な平面(30b)となっている第２のパンチとを用いて希土類磁性粉末と樹脂の混合物を圧縮成形することを特徴としている。

本願請求項５の発明に係る円弧状樹脂結合型希土類永久磁石の成形方法は、請求項４において、圧縮成形圧力が７８４ＭＰａ（８ｔｆ／ｃｍ^２）以上であることを特徴としている。

本発明によれば、円弧状樹脂結合型希土類永久磁石の外周面が、中央部の円弧面と、この両側に位置する前記円弧面とは曲率の異なる面とを有し、前記外周面の端部は前記外周面中間点の接線に略平行な平面となっており、前記曲率の異なる面及び前記外周面端部は前記中央部の円弧面の曲率半径で延長した円周上又は該円周の内側に位置し、内周面は１つの曲率の円弧面を有するとともに、前記内周面端部が前記内周面中間点の接線に略平行な平面となっているので、高い圧力で圧縮成形することが可能となり、磁気特性の向上を図ることができる。また、モータ等のケースへの組み込みも容易である。

以下、本発明を実施するための最良の形態として、円弧状樹脂結合型希土類永久磁石及びその成形方法の実施の形態を図面に従って説明する。

図１から図４で本発明に係る円弧状樹脂結合型希土類永久磁石及びその成形方法の実施の形態を説明する。まず、図１及び図２で円弧状樹脂結合型希土類永久磁石の形状について説明すると、円弧状樹脂結合型希土類永久磁石１は外周面２と内周面３間の肉厚（厚みＴ）が１．５ｍｍ以下で、図２のように周面方向の幅Ｗより大きな長さＬを持つものである。

外周面２及び内周面３の中央部を含む大部分は、使用されるモータ等の形状に沿った曲率の円弧面２ａ及び円弧面３ａとなっている。例えば、円弧面３ａの曲率半径Ｒ１＝３．０ｍｍ、円弧面２ａの曲率半径Ｒ２＝３．６ｍｍであり、厚みＴが０．６ｍｍのときは円弧面２ａ，３ａは同心の円弧面である。また、厚みＴが０．８ｍｍといったように同心ではない円弧面をもつ形状でもよい。

前記内周面３の端部は、内周面中間点の接線に略平行な平面３ｂ（換言すれば、内周面中間点の法線に略垂直な平面）となっている。

前記外周面２の円弧面２ａの両側には、前記円弧面２ａとは曲率の異なる面２ｂ（肉厚が薄くなるように内側に切れ込んだ平面又は曲面）が位置し、最も端部に位置する面２ｃは外周面中間点の接線に略平行な平面（換言すれば、外周面中間点の法線に略垂直な平面）となっている。但し、図３のように、組み込む対象であるモータ等のケースが通常円筒形であるため、面２ｂ、面２ｃ及び、外周面端縁２ｄは、図３のように外周面２の大部分をなしている円弧面２ａの曲率半径（モータ等のケースの曲率半径に一致させるのが通常である）で延長した円周Ｐ上又は該円周Ｐの内側に位置するように設定する。また、図１のように外周面中央部の円弧面２ａの中心点よりみた円弧面２ａの占める角度αは６０°以上が好ましく、とくに７０°以上であることがより好ましい。図示の例では角度αは７６°としている。前記角度αが６０°未満になると、モータへ寄与する磁力が低下することがある。また、モータのケースに接着させる際の安定性及び接着強度が不足する。

図４で上記形状の円弧状樹脂結合型希土類永久磁石の成形方法について説明する。この図に示すように、金型１０は、臼１１、上パンチ１２、下パンチ１３を備え、上パンチ１２は臼１１に上から嵌合し、下パンチ１３は臼１１に下から嵌合する。金型１０の各構成部材は、超硬合金や超微粒子超硬合金などが、硬度や磨耗性の観点から好ましい。

前記下パンチ１３は、先端凹面２０が、中央部の円弧面２０ａと、この両側に位置する円弧面２０ａとは曲率の異なる面２０ｂ（成形体肉厚が薄くなるように内側に切れ込んだ平面又は曲面）とを有し、前記先端凹面２０の端部は該先端凹面中間点の接線に略平行な平面２０ｃとなっている。また、面２０ｂ，２０ｃは中央部の円弧面２０ａの曲率半径で延長した円周上又は該円周の内側（上側）に位置する構成となっている（図３における外周面２と円周Ｐとの関係と同じ）。

また、前記上パンチ１２は、先端凸面３０が１つの曲率の円弧面３０ａを有し、かつ上パンチ１２の前記先端凸面３０の端部が、該先端凸面中間点の接線に略平行な平面３０ｂとなっている。

円弧状樹脂結合型希土類永久磁石体の成形は、金型１０において臼１１と上パンチ１２と下パンチ１３によって構成される成形空間Ｓ内に樹脂と磁性粉末の混合物を充填し、その円弧面を下面とし断面円弧面となる方向に上パンチ１２及び下パンチ１３で垂直方向に圧縮成形する。樹脂と磁性粉末を混合して圧縮成形してなる磁石体は、高磁気特性を得るために磁性粉末が９５％以上（重量比率）を占めることが好ましい。また、磁性粉末はＳｍＣｏ系やＮｄＦｅＢ系の希土類磁性粉末が好ましく、平均粒径は１０〜１００μｍ、且つ最大粒径が１５０μｍ以下の範囲にあることが必要である。これ以上の粒径になると、薄肉の永久磁石体を成形することは困難となる。一方、使用する樹脂は、熱硬化性の樹脂で、例えばエポキシ樹脂やフェノール樹脂等が好ましい。圧縮成形圧力は７８４ＭＰａ（８ｔｆ／ｃｍ^２）以上、好ましくは９８０ＭＰａ（１０ｔｆ／ｃｍ^２）以上として円弧状樹脂結合型希土類永久磁石における磁性粉末の割合を高めるようにしている。

このような磁石体形状の成形時において、樹脂と磁性粉末の混合物を金型１０に充填する場合は、長手方向（図２におけるＬ方向）に沿って充填を行う。長手方向と直角方向に充填した永久磁石は、モータ等に組み込んだ時にモータ回転方向に密度のバラツキが生じ易い。つまり、回転方向に磁気特性のバラツキをもった永久磁石となりモータ特性に不具合を生じさせる。また、金型１０に前記混合物を充填し圧縮成形後、金型１０から取り出す時には、下パンチ１３の形状が円弧面のために長手方向に取り出す方が取り出し易く連続成形に適している。

なお、一般的には、円弧状樹脂結合型希土類永久磁石体の圧縮成形後、樹脂加熱硬化処理を行い、防錆のための表面処理を施した後に着磁処理を行う。

この実施の形態によれば、次の通りの効果を得ることができる。

(1) 外周面２と内周面３とを有する円弧状樹脂結合型希土類永久磁石において、外周面２が、中央部の円弧面２ａと、この両側に位置する円弧面２ａとは曲率の異なる面２ｂとを有し、前記外周面端部は中央部の円弧面２ａの曲率半径で延長した図３の円周Ｐ上又は該円周Ｐの内側に位置する構成としたので、モータ等のケースにそのまま組み込み可能であり、また、外周面２の最も端部に位置する面２ｃは外周面中間点の接線に略平行な平面となっているから、下パンチ１３はシャープな角度を持つ箇所が無くなる（下パンチ先端面の端部において圧縮方向に略垂直な面２０ｃを形成している）。

(2) 内周面３は１つの曲率の円弧面３ａを有するとともに、内周面端部３ｂが内周面中間点の接線に略平行な平面となっているため、上パンチ１２はシャープな角度を持つ箇所が無くなる（上パンチ先端面の端部において圧縮方向に略垂直な面を形成している）。

(3) 上記(1),(2)から、上下のパンチ１２，１３はシャープな角度をもつ箇所がなくなり（上下パンチ先端面の端部において圧縮方向に略垂直な面３０ｂ及び面２０ｃを形成しているので）、高い圧力（７８４ＭＰａ（８ｔｆ／ｃｍ^２）以上、好ましくは９８０ＭＰａ（１０ｔｆ／ｃｍ^２）以上）での圧縮成形が可能となる。これにより、肉厚Ｔが１．５ｍｍ以下で、図２のように周面方向の幅Ｗより大きな長さＬ（長手方向）を持つ円弧状樹脂結合型希土類永久磁石を圧縮成形可能となる。

成形する磁石体の肉厚Ｔが１．５ｍｍ以下の場合、長さＬが幅Ｗより大きくなると、従来の図５に示す圧縮成形方法では磁性粉末と樹脂の混合物を成形金型に充填する事が困難な上、パンチのストロークが長くなるため発熱等の問題も生じ、得られる磁石体は非常に密度のバラツキが大きくなる。長さＬが幅Ｗ以下の場合は、従来技術の方法により対応が可能となる。

以下に、本発明による成形方法を実施例で具体的に述べる。

磁性粉末：ＮｄＦｅＢ磁石粉末、平均粒径５０μｍ
樹脂 ：エポキシ樹脂
配合比：磁石粉末：樹脂＝９７：３（重量％）
成形サイズ：厚み＝１．０ｍｍ、幅５．０ｍｍ、高さ（長さ）２０ｍｍ
成形圧：１０ｔ／ｃｍ^２
成形数：１０個（下記値は１０個の平均値）

厚み寸法 幅寸法 密度
本実施例の成形方法 １．０２ｍｍ ５．０１ｍｍ ５．８２
縦押し（従来法） １．０２ｍｍ ４．８３ｍｍ 鼓形状で密度不均一
のため測定不可能

以上本発明の実施の形態及び実施例について説明してきたが、本発明はこれに限定されることなく請求項の記載の範囲内において各種の変形、変更が可能なことは当業者には自明であろう

本発明の実施の形態であって、円弧状樹脂結合型希土類永久磁石の外形を示す正面図である。 同平面図である。 前記円弧状樹脂結合型希土類永久磁石の外周面の形状を説明する正面図である。 本発明の実施の形態であって、円弧状樹脂結合型希土類永久磁石の成形方法を説明するための金型の部分断面図である。 従来の成形方法（縦押し）を示す説明図である。 図５と直交する方向から加圧するもう１つの成形方法を示す説明図である。

符号の説明

１ 円弧状樹脂結合型希土類永久磁石
２ 外周面
２ａ，３ａ，２０ａ，３０ａ 円弧面
２ｂ，２ｃ，２０ｂ 面
３ｂ，２０ｃ，３０ｂ 平面
２ｄ 端縁
３ 内周面
１０ 金型
１１ 臼
１２ 上パンチ
１３ 下パンチ
２０ 先端凹面
Ｌ 長さ
Ｐ 円周
Ｓ 成形空間
Ｔ 厚み
Ｗ 幅

Claims (5)

1. 内周面と外周面とを有する円弧状樹脂結合型希土類永久磁石において、
   前記外周面が、中央部の円弧面(2a)と、この両側に位置する前記円弧面(2a)とは曲率の異なる面(2b)とを有し、前記外周面の端部は前記外周面中間点の接線に略平行な平面(2c)となっており、前記面(2b)及び前記外周面の端部は前記中央部の円弧面(2a)の曲率半径で延長した円周(P)上又は該円周の内側に位置し、
   前記内周面は１つの曲率の円弧面(3a)を有するとともに、前記内周面端部が前記内周面中間点の接線に略平行な平面(3b)となっていることを特徴とする円弧状樹脂結合型希土類永久磁石。
2. 前記内周面と外周面間の厚み(T)が１．５ｍｍ以下である請求項１記載の円弧状樹脂結合型希土類永久磁石。
3. 周面方向の幅(W)よりも長さ(L)が大きい請求項１又は２記載の円弧状樹脂結合型希土類永久磁石。
4. 先端凹面(20)が、中央部の円弧面(20a)と、この両側に位置する前記円弧面とは曲率の異なる面(20b)とを有し、前記先端凹面端部は該先端凹面中間点の接線に略平行な平面(20c)となっており、前記面(20b)及び前記先端凹面端部は前記中央部の円弧面の曲率半径で延長した円周(P)上又は該円周の内側に位置する第１のパンチと、
   先端凸面(30)が１つの曲率の円弧面(30a)を有し、前記先端凸面(30)の端部が、該先端凸面中間点の接線に略平行な平面(30b)となっている第２のパンチとを用いて希土類磁性粉末と樹脂の混合物を圧縮成形することを特徴とする円弧状樹脂結合型希土類永久磁石の成形方法。
5. 圧縮成形圧力が７８４ＭＰａ以上である請求項４記載の円弧状樹脂結合型希土類永久磁石の成形方法。

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