JP5965249B2 - ロータの成形方法および成形金型 - Google Patents

Description

本発明は、インナーロータ型モータのロータを成形する技術に関する。

特許文献１には、射出圧力により円筒状の永久磁石が破損するのを防止するために、射出成形を行う成形金型の内径寸法を永久磁石の外径寸法より小さくし、永久磁石を成形金型に圧入することで、永久磁石がその内周側から受ける樹脂の射出圧力を成形金型により支え、更に永久磁石はそれぞれ成形金型の内周面との間の面圧力によって所要の間隔を保って保持される技術が記載されている。特許文献２には、インサート成形方法において、コレットチャック方式の成形金型を用いる技術が記載されている。特許文献３には、マグネットを２個用いたインサート成形において、スペーサを使用する技術が記載されている。

特開平６−２４５４７２号公報 特開２００９−１８４３１７号公報 特開平６−２４５４７３号公報

マグネットとして、所謂ボンド磁石のような脆性材質のものを用いる場合、射出成形時の樹脂の圧力によるマグネットの破損が問題となる。特許文献１の技術では、マグネットの外周を金型の内面で押さえ、射出成形時の樹脂の圧力にマグネットを耐えさせている。この方法は、成形金型にマグネットを圧入しなくてはならないので、成形金型内にマグネットを配置する作業時にマグネットの破損が発生する可能性がある。特許文献２のコレットチャック方式は、弾性によりマグネットの外周を押さえるので、射出成形時の樹脂の圧力にマグネットを耐えさせる点で有利であるが、成形金型にスリットが形成されているので、成形金型の内面を露出させた状態で樹脂の射出は行えない。よって、２つのリング状マグネットを軸方向で間隔をおいて配置した構造のロータの製造には利用できない。

このような背景において、本発明は、ロータマグネットを軸方向で離間させて２つ配置したロータを射出成形法により製造する技術において、製造時におけるマグネットの損傷を抑えることができる技術を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、内径が径方向に開閉可能な一対のコアを有し、閉鎖することで略円柱状のキャビティーが形成される成形金型を用いたインナーロータ型モータ用ロータの成形方法であって、前記一対のコアを開き、前記一対のコアの内側に円環状の第１のマグネットを挿入する第１の工程と、前記一対のコアを一時的に閉じる第２の工程と、前記一対のコアの内側に円環状の第２のマグネットを挿入する第３の工程と、前記一対のコアにより前記円環状の第１のマグネットおよび前記円環状の第２のマグネットを型締めする第４の工程と、前記円環状の第１のマグネットおよび前記円環状の第２のマグネットの内側に樹脂を充填する第５の工程とを備えることを特徴とするロータの成形方法である。

請求項１に記載の発明では、第２の工程において、成形金型内での第１のマグネットの位置決めが行われる。そして、第４の工程において、第２のマグネットの位置決めが行われ、第１のマグネットと第２のマグネットの位置関係が決められる。請求項１に記載の発明では、開閉する一対のコアによって２つのマグネットが外側から締め付けられる。そのため、２つのマグネットの内側に樹脂を充填した際の圧力でマグネットが損傷する現象を抑えることができる。また、請求項１に記載の発明によれば、２つのマグネットを離間して配置する場合に、その位置関係を正確に決めることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記一対のコアそれぞれにおける前記キャビティーに臨む面には、前記キャビティーを二分する内周方向に連続して延長する凸条が設けられており、前記凸条により、前記円環状の第１のマグネットと前記円環状の第２のマグネットの離間距離が決められることを特徴とする。請求項２に記載の発明によれば、凸条により、２つのマグネットの間隔が確保される。凸条を用いた方法は、スペーサを用いる方法に比較して、２つのマグネット間の間隔、および２つのマグネット間に形成される樹脂材料の同軸度を高く維持することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記一対のコアにおける前記円環状の第１のマグネットおよび前記円環状の第２のマグネットの外周に対向する面には、複数の凸部が設けられ、前記複数の凸部の周囲の部分が前記第５の工程において前記円環状の第１のマグネットおよび前記円環状の第２のマグネットの内側から加わる力の逃げ部として機能することを特徴とする。

２つのマグネットは、樹脂の充填時に内側から圧力を受け、外側に膨張しようとする。この膨張を外側から受け止めないと、マグネットの外周が割れる（ひびが入る）が、他方において、この膨張を完全に抑え込もうとすると、マグネット内部の歪が増大し、マグネットが破損する可能性が高くなる。請求項３に記載の発明によれば、複数の凸部でマグネットの外周が複数の部分で部分的に抑えられるので、上述したマグネット表面の外側への膨張を押さえつつ、その膨張が凸部以外の領域で許容される。そして、膨張が抑えられる部分と膨張が許容される部分が分散するので、上述したメカニズムによるマグネットの破損（ひび割れも含む）が抑えられる。

請求項４に記載の発明は、内径が径方向に開閉可能な一対のコアを有し、閉鎖することで略円柱状のキャビティーが形成される成形金型であって、前記一対のコアそれぞれにおける前記キャビティーに臨む面には、前記キャビティーを二分する内周方向に連続して延長する凸条が設けられており、この凸条により、インサート材となる円環状の第１のマグネットと円環状の第２のマグネットの離間距離が決められることを特徴とする成形金型である。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、前記一対のコアにおける前記円環状の第１のマグネットおよび前記円環状の第２のマグネットの外周に対向する面には、複数の凸部が設けられ、前記複数の凸部の周囲の部分が樹脂の射出時における前記円環状の第１のマグネットおよび前記円環状の第２のマグネットの内側から加わる力の逃げ部として機能することを特徴とする。

本発明によれば、ロータマグネットを軸方向で離間させて２つ配置したロータを射出成形法により製造する技術において、製造時におけるマグネットの損傷を抑えることができる。

実施形態の金型の上面図（Ａ）および（Ｂ）である。 スライドコアの斜視図である。 スライドコアの入子の斜視図である。 ロータの側面図（Ａ）、側断面図（Ｂ）および側面図（Ｃ）である。 ロータの側断面図（Ａ）および（Ｂ）である。 ロータを成形する手順の一例を示す概念図である。

（構成）
図１には、実施形態の金型の概念図（Ａ）および（Ｂ）が示されている。図１（Ａ）には、２分割された型を開いた状態が示され、図２（Ｂ）には、２分割された型を閉じた状態が示されている。図１には、金型１００が示されている。金型１００は、ＰＭ型ステッピングモータのロータ（回転子）を、樹脂を原料とする射出成形法により成形するための金型である。ここで対象となるＰＭ型ステッピングモータは、クローポール型のステッピングモータであり、そのロータは、略円柱状の構造を有し、軸方向で間隔をおいて配置された２つの円環形状（ドーナツ形状）を有した永久磁石（ロータマグネット）を備えている。このロータは、これら２つの永久磁石をインサート材とした樹脂の射出成形により成形されている。

金型１００は、２分割された割型となるスライドコア２００および３００を備えている。スライドコア２００と３００は、基本的に同じ構造を有している。スライドコア２００と３００とにより、内径が径方向に開閉可能な一対のコアを有し、閉鎖することで略円柱状のキャビティーが形成される成形金型が構成されている。図２には、スライドコア２００の斜視図が示されている。スライドコア２００は、組となるスライドコア３００（図１参照）に対向する面に、円柱を軸方向に半割にした形状の溝２１１、２１２、２１３が設けられている。なお、図１に示すように、溝２１１に対向するスライドコア３００の部分には、同様な形状の溝３１１が形成され、溝２１２に対向するスライドコア３００の部分には、同様な形状の溝３１２が形成され、溝２１３に対向するスライドコア３００の部分には、同様な形状の溝３１３が形成されている。そして、溝２１１と３１１が合わさって円柱状の空洞４０１が形成され、溝２１２と３１２が合わさって円柱状の空洞４０２が形成され、溝２１３と３１３が合わさって円柱状の空洞４０３が形成される。ここで、空洞４０１と４０３は、図１（Ｂ）の状態において、位置決め用のガイド材（図示省略）が貫通する孔として機能する。また、空洞４０２は、略円柱形状を有し、その内部に樹脂の射出が行われるキャビティーとして機能する。

図２に示すように、スライドコア２００は、ボルト孔２０１，２０４およびガイド穴２０２，２０３を備えている。ボルト孔２０１，２０４は、後述する駆動アーム２５１（図１参照）にスライドコア２００を固定するためのボルトを差し込むための孔である。ガイド穴２０２，２０３は、スライドコア３００に取り付けられたガイドピン３３１，３３２が入る穴である。なお、スライドコア２００と３００は、このガイドピン３３１，３３２の有無の点で違いを有している。

一対のスライドコア２００と３００それぞれにおける空洞４０２に臨む面には、円柱状の空洞４０２を軸方向で二分し、内周方向に連続して延長する凸条となる半円環状の突出部２２１および３２１が設けられている。すなわち、スライドコア２００に関していうと、図２に示すスライドコア２００の溝２１２の内面には、半円環状の突出部２２１が設けられている。ここで、半円環状の突出部２２１は、別部材であり、図３に示す入子部材２２０をスライドコア２００に設けられた空隙（図示省略）に挿入することで、その先端が、スライドコア２００から半円環状の突出部２２１として溝２１２の内面において突出する構造とされている。なお、入子部材２２０がスライドコア１００と最初から一体物であり、溝２１２の内面から半円環状の突出部２２１が突出した構造のスライドコア２００を用いることも可能である。これは、スライドコア３００についても同様である。

半円環状の突出部２２１は、溝２１２の中央（図２のＺ軸方向における中央）の部分に位置している。同様に、半円環状の突出部３２１は、溝３１２の中央（図２のＺ軸方向における中央）の部分に位置している。図１（Ｂ）に示すように、スライドコア２００と３００とを接触させ、射出成形とした状態において、半円環状の突出部２２１と３２１が合わさり、環状の突出部となる。空洞４０２は、この半円環状の突出部２２１と３２１とで構成される環状の突出部により、図２のＺ軸の方向において中央から２分される。

スライドコア２００の溝２１２の内面には、矩形形状の凸部２２２，２２４が設けられている。凸部２２２は、半円環状の突出部２２１によって上下に分割された一方（上側）の内面に３つ配置され、凸部２２４は、半円環状の突出部２２１によって上下に分割された他方（下側）の内面に３つ配置されている。凸部２２２，２２４の高さは、半円環状の突出部２２１の高さよりも低い。凸部２２２，２２４の周囲は、一段高さが低い凹部とされ、その部分は逃げ部２２３，２２５として機能する。凸部２２２，２２４と同様な構造は、スライドコア３００の側にも設けられている。図１には、スライドコア３００の溝３１２に設けられた凸部３２２が示されている。

スライドコア２００と３００は、駆動系により、図１の左右の方向に動かすことが可能であり、図１（Ａ）の型を開いた状態から図１（Ｂ）の型を閉じた状態への遷移、およびその逆の遷移が可能とされている。駆動系は、以下に述べるシリンダ機構によって構成されている。すなわち、スライドコア２００には、駆動アーム２５１が固定され、駆動アーム２５１は、ピストン２５２に固定されている。ピストン２５２は、シリンダ２５３内で空気圧によって駆動され、シリンダ２５３に対して、図２の左右の方向に動く。同様に、スライドコア３００には、駆動アーム３５１が固定され、駆動アーム３５１は、ピストン３５２に固定されている。ピストン３５２は、シリンダ３５３内で空気圧によって駆動され、シリンダ３５３に対して、図２の左右の方向に動く。なお、駆動源は、空気圧以外に油圧や電動であってもよい。

図４には、金型１００で成形されるロータの側面図（Ａ）および（Ｃ）、更に側断面図（Ｂ）が示されている。図４には、ロータ４１０が示されている。ロータ４１０は、樹脂により構成されたロータ本体４１１、ロータ本体に一体化されたマグネット４１２，４１３を備えている。ロータ本体４１１は、金型１００を用いた樹脂を原料とする射出成形法により成形されている。ロータ本体４１１の中央（回転中心）には、回転軸となるシャフト４１５を貫通させるシャフト孔４１４が設けられている。

マグネット４１２，４１３は、円環状の形状に成形された永久磁石である。この例では、マグネット４１２，４１３として、樹脂材料中に磁性材料を混ぜたものを成形することで構成したボンド磁石が用いられている。また、マグネット４１２，４１３は、周方向に沿って、ＮＳＮＳ・・と極性が交互に変わる状態で着磁されている。マグネット４１２と４１３とは、円環状の凹部４１６を間に挟み、特定の距離を隔てて配置されている。円環状の凹部４１６の外周は、マグネット４１２，４１３の部分に対して縮径された円筒面であり、その外径は、マグネット４１２，４１３の外径よりも小さい。マグネット４１２，４１３をインサート材として金型内に配置した状態で、射出成形法によりロータ本体４１１を成形することで、図示する一体構造が得られる。

図５（Ａ）には、他の例のロータ４２０が示されている。ロータ４２０は、ロータ本体４２１の内部に金属製のスリーブ４２２が埋め込まれている。スリーブ４２２は、円筒形状を有し、その内径がシャフト孔４２３より少し小さい寸法に設定されている。スリーブ４２２を用いることで、図示しないシャフトをロータ本体４２１に強固に固定することができる。図５（Ｂ）には、他の例のロータ４３０が示されている。ロータ４３０がロータ４２０と異なるのは、スリーブ４２２の位置である。ロータ４３０では、スリーブ４２２が軸方向における偏った位置に配置されている。

（成形工程）
以下、図４のロータ４１０を得る作業の手順の一例を示す。図６には、金型１００を図１のＹ軸正の方向（図１の上方向）に向かって見た概念図が示されている。なお、図６では、スライドコア２００と３００を駆動する駆動系は図示省略されている。また、図６には、シャフト孔４１４を形成するためのシャフト孔形成用ピン１０１が金型内に配置されている例が記載されている。

まず、スライドコア２００と３００を離した状態とし、スライドコア２００と３００の間にマグネット４１２（図４参照）を配置する（図６（Ａ））。次に、スライドコア２００と３００を駆動係から圧力を加えることにより動かし、その間の隙間を狭める（図６（Ｂ））。この工程によって、マグネット４１２の位置合わせ（位置決め）が行われる。このとき半円環状の突出部２２１,３２１によって構成された円環状の突出部の縁にマグネット４１３を載せる。

こうして、マグネット４１２と４１３を空洞４０２の内部に配置した状態を得る。そして、その状態で射出成形機の型締め装置（機構）から圧力を加え、スライドコア２００と３００とでマグネット４１２と４１３を締め付ける（図６（Ｃ））。この際、図３に示されるスライドコア２００側の凸部２２２，２２４（図３参照）、およびスライドコア３００側の同様の凸部によって、マグネット４１２，４１３が周囲から押される。また、この工程において、マグネット４１２，４１３の位置合わせが行われる。

こうして、マグネット４１２，４１３をインサート材として、金型内に配置した状態を得、次に隙間に流動化させた樹脂材料を注入する（図６（Ｄ））。この際、マグネット４１２，４１３には、内側から圧力が加わるが、凸部２２２，２２４の周囲には、逃げ部２２３，２２５があるので、この部分にマグネット表面の変形部分が逃げ、ボンド磁石であるマグネット４１２，４１３に亀裂や破壊が生じる問題が緩和される。

図６（Ｄ）に示す射出成形工程が終了したら、金型から成形品を取り出し、図６（Ｅ）に示すロータ４１０を得る。ロータ４１０には、スライドコア２００の側に設けられた半円環状の突出部２２１、およびスライドコア３００の側に設けられた半円環状の突出部３２１がある関係で、円環状の凹部４１６が軸方向で隣接するマグネット４１２と４１３の間に設けられる。すなわち、マグネット４１２と４１３とが、軸方向において特定の離間距離を有した状態で離れて位置するロータの構造が得られる。

（優位性）
スライドコア２００および３００は、２分割された構造であるので、半円環状の突出部２２１，３２１や凸部２２２，３２２を設けた構造を容易に得ることができる。また、半円環状の突出部２２１，３２１を用いて２つのマグネットの間隔を決める方法は、２つのマグネットの間にスペーサを挟む場合に比較して、同軸度の精度をより高く維持できる。

２つのマグネットの外周が２つのスライドコアによって軸中心に向かって押さえつけられるので、樹脂の射出圧力によるマグネットの破損を抑えることができる。加えて、凸部２２２，３２２の周囲を、樹脂の射出圧力により変形するマグネットの逃げ部として機能させることもマグネットの破損を抑える上で有効に機能する。このマグネットの破損が抑えられる機能は、ボンド磁石のような脆弱なマグネットを用いる場合に特に有効となる。

また、スライドコア２００と３００の寸法精度によって、２つのマグネットの位置精度が決まるので、インサート成形時におけるマグネットの位置決め精度を高く維持することができる。また、スライドコア２００と３００の駆動系を調整することで、型締め時においてマグネットにかかる圧力を容易に調整できる。また型締め時においてマグネットに加わる圧力は、凸部２２２，３２２の高さを設定することで調整することもできる。また、２つのマグネット間における樹脂部の外径がマグネットの外径より小さいので、モータ組み付け後において、駆動時にロータの一部がステータに当たるなどの問題が発生しない。

（その他）
凸部２２２，２２３の形状は矩形に限定されず、円形形状、楕円形状、四角以外の多角形状であってもよい。またその数も図２に例示する数に限定されない。図６（Ｃ）の状態において、シャフト４１５を金型内にインサート材として配置すると、射出成形時にロータ４１０にシャフト４１５を一体化させることができる。また、スリーブ４２２を金型内にインサート材として配置した状態で射出成形を行うことで、図５（Ａ）や（Ｂ）に示す構造を得ることができる。

本発明の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到しうる種々の変形も含むものであり、本発明の効果も上述した内容に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。

本発明は、インナーロータ型モータのロータの製造技術に利用することができる。

１００…金型、１０１…シャフト孔形成用ピン、２００…スライドコア、２０１…ボルト穴、２０２…ガイド穴、２０３…ガイド穴、２０４…ボルト穴、２１１…溝、２１２…溝、２１３…溝、２２０…入子部材、２２１…半円環状の突出部、２２２…凸部、２２３…逃げ部、２２４…凸部、２２５…逃げ部、２５１…駆動アーム、２５２…ピストン、２５３…シリンダ、３００…スライドコア、３１１…溝、３１２…溝、３１３…溝、３２１…半円環状の突出部、３２２…凸部、３３１…ガイドピン、３３２…ガイドピン、３５１…駆動アーム、３５２…ピストン、３５３…シリンダ、４０１…空洞、４０２…空洞（樹脂が充填されるキャビティー）、４０３…空洞、４１０…ロータ、４１１…ロータ本体、４１２…マグネット、４１３…マグネット、４１４…シャフト孔、４１５…シャフト、４１６…円環状の凹部、４２０…ロータ、４２１…ロータ本体、４２２…スリーブ、４２３…シャフト孔、４３０…ロータ。

Claims (5)

1. 内径が径方向に開閉可能な一対のコアを有し、閉鎖することで略円柱状のキャビティーが形成される成形金型を用いたインナーロータ型モータ用ロータの成形方法であって、
   前記一対のコアを開き、前記一対のコアの内側に円環状の第１のマグネットを挿入する第１の工程と、
   前記一対のコアを一時的に閉じる第２の工程と、
   前記一対のコアの内側に円環状の第２のマグネットを挿入する第３の工程と、
   前記一対のコアにより前記円環状の第１のマグネットおよび前記円環状の第２のマグネットを型締めする第４の工程と、
   前記円環状の第１のマグネットおよび前記円環状の第２のマグネットの内側に樹脂を充填する第５の工程と
   を備えることを特徴とするロータの成形方法。
2. 前記一対のコアそれぞれにおける前記キャビティーに臨む面には、前記キャビティーを二分する内周方向に連続して延長する凸条が設けられており、
   前記凸条により、前記円環状の第１のマグネットと前記円環状の第２のマグネットの離間距離が決められることを特徴とする請求項１に記載のロータの成形方法。
3. 前記一対のコアにおける前記円環状の第１のマグネットおよび前記円環状の第２のマグネットの外周に対向する面には、複数の凸部が設けられ、前記複数の凸部の周囲の部分が前記第５の工程において前記円環状の第１のマグネットおよび前記円環状の第２のマグネットの内側から加わる力の逃げ部として機能することを特徴とする請求項１または２に記載のロータの成形方法。
4. 内径が径方向に開閉可能な一対のコアを有し、閉鎖することで略円柱状のキャビティーが形成される成形金型であって、
   前記一対のコアそれぞれにおける前記キャビティーに臨む面には、前記キャビティーを二分する内周方向に連続して延長する凸条が設けられており、
   この凸条により、インサート材となる円環状の第１のマグネットと円環状の第２のマグネットの離間距離が決められることを特徴とする成形金型。
5. 前記一対のコアにおける前記円環状の第１のマグネットおよび前記円環状の第２のマグネットの外周に対向する面には、複数の凸部が設けられ、前記複数の凸部の周囲の部分が樹脂の射出時における前記円環状の第１のマグネットおよび前記円環状の第２のマグネットの内側から加わる力の逃げ部として機能することを特徴とする請求項４に記載の成形金型。

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