JP6296514B2 - モータ用ロータ及びモータ用ロータの製造方法 - Google Patents

Description

本発明はモータ用ロータ及びモータ用ロータの製造方法に関する。

従来、スリーブの周囲に射出成形で作製するボンドマグネットにおいて、前記スリーブの中央部領域の外径を端部領域の外径よりも大きくしたことを特徴とするボンドマグネットが知られている（特許文献１参照）。

特開２０１２―３４４５７号公報

特許文献１のように、スリーブ（ロータヨーク）の外周に射出成形によってマグネットを成形するようにしてモータ用ロータを作製した場合、そのモータ用ロータを高速回転するモータに用いると、マグネットに割れが生じることがあった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、高速回転が求められるモータに用いてもマグネットの割れを抑制することができるモータ用ロータ及びモータ用ロータの製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、以下の構成によって把握される。
（１）本発明のモータ用ロータは、回転軸となるシャフトと、前記シャフトの外周面に設けられたロータヨークと、前記ロータヨークの外周面を覆うように設けられたマグネットと、を備え、前記ロータヨークは、前記ロータヨークの前記外周面に前記回転軸方向に沿って形成された前記マグネットを充填する溝部を有し、前記溝部が前記マグネットの材料の当接一体化するウェルド部に対応する位置に設けられることで前記ウェルド部の厚みが厚くされている。

（２）上記（１）の構成において、前記ウェルド部が周方向にほぼ均等間隔に複数設けられ、前記溝部が前記ウェルド部の位置に対応して周方向にほぼ均等間隔に複数設けられている。

（３）上記（１）又は（２）の構成において、前記溝部は、前記ウェルド部の強度が前記ウェルド部以外の部分の強度の９０％以上の強度となる深さを有している。

（４）上記（１）から（３）のいずれか１つの構成において、前記溝部は、縁が面取りされている。

（５）上記（１）から（４）のいずれか１つの構成において、前記溝部は、底部と側面部との間の角が面取りされている。

（６）上記（１）から（５）のいずれか１つの構成において、前記ロータヨークが鉄系の磁性金属であり、前記マグネットがポリフェニレンサルファイドを用いたネオジム系プラスチックマグネットである。

（７）本発明のモータは、上記（１）から（６）のいずれか１つの構成を有するモータ用ロータを備え、最大回転数が５００００ｒｐｍ以上とされている。

（８）本発明のモータ用ロータの製造方法は、シャフトと前記シャフトの外周面に設けられたロータヨークと前記ロータヨークの外周面を覆うように設けられたマグネットとを備えるモータ用ロータの製造方法であって、金型の内面とロータヨークの外周面との間にマグネット材料を充填する空間を有するように前記ロータヨークを前記金型内に配置する配置ステップと、前記空間にゲートからマグネット材料を供給し、前記空間内を前記外周面に沿って前記マグネット材料を流動させて前記空間内に前記マグネット材料を充填する充填ステップと、を少なくとも含み、前記ロータヨークの前記外周面には、周方向の位置で前記ゲートからの距離がほぼ等距離となる位置に配置される溝部が形成されており、前記配置ステップは、前記溝部が前記ゲートからの距離がほぼ等距離に位置することになるように行われ、前記充填ステップは、前記空間内を流動して前記ゲートからの距離がほぼ等距離となる位置で、前記マグネット材料同士が衝突一体化するウェルド部が形成されるように行われる。

（９）上記（８）の構成において、前記ゲートが、前記ロータヨークの前記外周面に沿った周方向にほぼ均等間隔に位置するように前記金型に複数設けられており、前記ゲートからの距離は、ほぼ等距離の位置が周方向に見て隣接する前記ゲート同士の中間の位置である。

本発明によれば、高速回転が求められるモータに用いてもマグネットの割れを抑制することができるモータ用ロータ及びモータ用ロータの製造方法を提供することができる。

本発明に係る実施形態のモータ用ロータ１の斜視図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 本発明に係る実施形態のロータヨークの外周面上にマグネットを成形するところを説明するための斜視図である。

以下、本発明を実施するための形態(以下、「実施形態」という)を、添付図面に基づいて詳細に説明する。
なお、実施形態の説明の全体を通して同じ要素には同じ番号を付している。

図１は本発明に係る実施形態のモータ用ロータ１の斜視図であり、図２は図１のＡ−Ａ線断面図である。
図１に示すように、モータ用ロータ１は、回転軸となるシャフト１０と、シャフト１０の外周面１１に設けられたロータヨーク２０と、ロータヨーク２０の外周面２１を覆うように設けられたマグネット３０と、を備えている。

（シャフト）
シャフト１０には、一端側（図１右側）の外周面１１にシャフト１０の長さ方向に離間して形成された２つの溝１１ａが設けられている。
なお、この２つの溝１１ａは外周面１１の全周に亘って形成されている。

同様に、シャフト１０には、ロータヨーク２０が設けられる位置よりも他端側（図１左側）の外周面１１にシャフト１０の長さ方向に離間して形成された２つの溝１２ａが設けられている。
なお、この２つの溝１２ａも溝１１ａと同様に外周面１１の全周に亘って形成されている。

これらの溝１１ａ及び溝１２ａは、モータにモータ用ロータが組み付けられるときの抜け止め部材等が取り付けられる溝であり、このため、必ずしもこのような溝が設けられるわけではなく、モータに対する組み付けの態様によっては設けられない場合もある。

また、本実施形態では、シャフト１０は、溝１２ａよりも他端側（図１左側）の外周面１１の一部が平面１３を有するように研削が行われ、その部分は断面が三日月状になるようにされているが、これも必須の要件ではなく、モータの駆動力を伝えるべき、相手の部材に合わせて適宜変更してよい。

なお、シャフト１０は、例えばステンレス等の金属材料を用いて形成することができ、金属材料としておくことで圧入等によってロータヨーク２０との間で強固な結合が得られるため好適である。
ただし、シャフト１０とロータヨーク２０との間の固定は圧入に限定されず、接着固定等であってもよい。

（ロータヨーク）
ロータヨーク２０は、磁気回路を形成する部材であり、磁性金属等を良好に用いることができ、本実施形態では、鉄系の磁性金属を用いている。

図２に示すように、ロータヨーク２０は、中央に貫通孔２０ａを有している。
この貫通孔２０ａはシャフト１０の外径よりも小さくされており、ロータヨーク２０を加熱して貫通孔２０ａを広げたところにシャフト１０を挿入し、冷却すると貫通孔２０ａが縮むことでロータヨーク２０とシャフト１０との間を強固に圧入固定することができる。

また、図１に示すように、ロータヨーク２０の貫通孔２０ａの端部には、面取り部２０ｂが形成されており、シャフト１０の挿入作業が行い易くなっている。
なお、図１では、見えていないが貫通孔２０ａの反対側の端部も同様に面取りが行われている。
このため、シャフト１０の挿入をどちら側から行ってもその挿入作業が行い易いようになっている。

そして、図１及び図２に示すように、ロータヨーク２０は、ロータヨーク２０の外周面２１に回転軸方向に沿って形成されたマグネット３０を充填するコの字状の溝部２１ａを有している。ロータヨーク２０が溝部２１ａを有する理由は、後ほど詳細に説明する。

この溝部２１ａの開口側の端部の縁２１ａｂは、それぞれ丸みを帯びるように面取りが行われ、マグネット３０に応力が集中し難くなるようにされている。
このため、マグネット３０を成形するときに、この溝部２１ａの縁２１ａｂを起点とするマグネット３０の割れが起き難くなっている。

また、モータ駆動時にモータ用ロータ１が高温になったときに、熱膨張等の関係で、この溝部２１ａの縁２１ａｂに接触しているマグネット３０の部分に応力が集中することが回避でき、マグネット３０の割れを起き難くすることができる。

さらに、溝部２１ａは、図２に示すように、溝部２１ａの底部２５と側面部２７との間の角２２も丸みを帯びるように面取りされており、マグネット３０がこの溝部２１ａ内に隙間なく充填されやすいようにしており、この溝部２１ａ内に充填されるマグネット３０に空隙ができ難くなるようにされている。

（マグネット）
マグネット３０は、磁界の発生源であり、本実施形態では、ポリフェニレンサルファイドを用いたネオジム系プラスチックマグネットを使用している。

このように、ポリフェニレンサルファイドをバインダ（ベース樹脂）として用いて、そのベース樹脂にネオジムを分散させたマグネット材料の場合、上述した鉄系の磁性金属からなるロータヨーク２０の線膨張係数に近いものとすることができる。

このため、ロータヨーク２０とマグネット３０との間の膨張収縮が近い状態となり、モータ駆動時の熱によりロータヨーク２０が膨張収縮するときに、マグネット３０も同様に膨張収縮し、マグネット３０に無理な応力が発生し難く、マグネット３０の割れの発生を低減することが可能となる。
ただし、本発明におけるマグネット３０に用いられる材料は、ポリフェニレンサルファイドを用いたネオジム系プラスチックマグネットに限定されるものではなく、これに置き換わる適切な材料を用いることができる。

ところで、このようにロータヨーク２０とマグネット３０の線膨張係数が近い状態でマグネット３０の割れが起き難い条件下でも最大回転数が５００００ｒｐｍを超えるようなモータでは、上述した溝部２１ａを設ける前にはマグネット３０の割れが起きる場合があった。

以下では、本実施形態のモータ用ロータ１の製造方法を説明しながら、上述の溝部２１ａを設けることで最大回転数が５００００ｒｐｍを超えるようなモータに使用してもマグネット３０の割れが抑えられるようになった理由等について詳細に説明する。

図３は、ロータヨーク２０の外周面２１上にマグネット３０を成形するところを説明するための斜視図である。
なお、図３では、マグネット３０を成形するための金型の内面４０とロータヨーク２０だけを模式的に示したものになっている。

図３に示すように、金型には内面４０に連通し、マグネット材料を供給するための４つ（複数）のゲート４１が、ロータヨーク２０の外周面２１に沿った周方向にほぼ均等間隔に位置するように設けられている。

そして、このような金型に対して、金型の内面４０とロータヨーク２０の外周面２１との間にマグネット材料を充填する空間を有するようにロータヨーク２０を金型内に配置する配置ステップが行われる。

次に、その金型の内面４０とロータヨーク２０の外周面２１との間の空間にゲート４１からマグネット材料を供給し、空間内をロータヨーク２０の外周面２１に沿ってマグネット材料を流動させて、空間内にマグネット材料を充填する充填ステップを行う。

図３では、手前側の２つのゲート４１から供給されたマグネット材料が流動している状態を矢印で示すようにしている。
このように、ゲート４１から供給されたマグネット材料は、隣接するゲート４１同士の略中間の位置で合流することになり、この位置でマグネットの材料の当接一体化が起こる。
なお、図３では、マグネットの材料の当接一体化が起こった部分（以下、ウェルド部Ｗという）を模式的に点線の四角で示している。

このマグネット３０の材料の当接一体化して形成された部分は、射出成形等の金型を用いた成形において、一般にウェルド部Ｗと呼ばれているが、溝部２１ａを設けていないモータ用ロータの割れの原因を調べていたときに、このウェルド部Ｗに該当すると考えられる位置がマグネット３０の割れの起点になっていることに気がついた。

そこで、この割れが発生する部分は、他の部分と比較して強度が低下しているものと考え、その強度を補うために、その部分のマグネット３０の半径方向の厚さを厚くすることの考えに至った。

そして、そのために、ロータヨーク２０に溝部２１ａを設け、上述した配置ステップで、この溝部２１ａをゲート４１からの距離がほぼ等距離に位置するように行うようにするとともに、充填ステップにおいて、空間内を流動してゲート４１からの距離がほぼ等距離となる位置で、マグネット材料同士が衝突一体化するウェルド部Ｗが形成されるように行うようにしたところ、マグネット３０の割れを大幅に低減できるようになった。

より具体的に説明すると、溝部２１ａを設けるようにする前の状態では、マグネット３０は、ウェルド部Ｗの強度がウェルド部Ｗ以外の部分よりも６割程度の強度しかなかったため、溝部２１ａに位置するマグネット３０の径方向の厚みがウェルド部Ｗ以外の部分の厚みの１．６６倍程度となるようにして、ウェルド部Ｗとウェルド部Ｗ以外の部分の強度がほぼ同程度、例えば、ウェルド部Ｗ以外の部分の強度を基準に少なくとも９０％以上の強度が保てるようにしている。

なお、図３では、模式的にウェルド部Ｗを点線の四角で示す面のようにして示しているが、ウェルド部Ｗは完全な平面になるわけではないので、溝部２１ａの幅は、ウェルド部Ｗが波打つような面になっている場合を考慮してウェルド部Ｗが収まる幅にしておくことが好ましい。

また、成形条件や材料に依存してウェルド部Ｗの強度は変化するため、上記の厚みのディメンジョンはあくまでも一例であり、溝部２１ａは、それぞれの場面に応じて、ウェルド部Ｗの強度がウェルド部Ｗ以外の部分の強度の９０％以上の強度となる深さを有しているように調整することが望ましく、１００％以上の強度となる深さを有しているように調整することがより好ましい。

しかしながら、モータの最大回転数によっては、ウェルド部Ｗの強度がウェルド部Ｗ以外の部分の強度に対して９０％以上になっていなくてもよい場合があり、必ずしも９０％以上でなければならないわけではない。

一方、ウェルド部Ｗの強度を高めるためには、溝部２１ａの深さを深くすることになり、その分だけ、比較的高価であるマグネット材料が必要となる。
また、溝部２１ａが深くなるとマグネット材料の溝部２１ａへの良好な充填も行い難くなるため、溝部２１ａの深さは、ウェルド部Ｗの強度がウェルド部Ｗ以外の部分の強度に対して２００％以内、より好ましくは、１５０％以内になるように留めるのが好ましい。

ところで、上記実施形態では、４つのゲートを有する金型を用いてマグネット３０の成形を行っているが、ゲートの数は４つに限定されるものではない。
例えば、ゲートの数は３つでも２つでもよく、更には１つでもよく、逆に５つや６つであってもよいが、以下の理由からゲートの数は少なくとも複数であることが好ましい。

上述したように、本発明では、溝部２１ａがマグネットの材料の当接一体化するウェルド部Ｗに対応する位置に設けられることでウェルド部Ｗの厚みが厚くされてマグネット３０の割れが抑制される。

このため、ロータヨーク２０には、必ず溝部２１ａが形成されることになり、ロータヨーク２０のその溝部２１ａが形成された部分は、重量が減少することになる。

ゲート４１が１つである金型を用いてマグネット３０の成形を行うと、周方向で見て、そのゲート４１の反対側に位置するところに１つのウェルド部Ｗが形成されることになるため、ロータヨーク２０に設けておく溝部２１ａも１つになる。

そうすると、ロータヨーク２０の周方向での重量バランスが変化してしまうことになり、回転のバランスが悪くなる恐れがある。
しかしながら、ゲート４１を周方向に複数均等間隔に設けるようにしておけば、ウェルド部Ｗも周方向に均等間隔で形成されることになるため、ロータヨーク２０に設けられる溝部２１ａもそれに対応して周方向に均等間隔に設けることができ、ロータヨーク２０の周方向の重量バランスが悪くなることが回避できる。

したがって、周方向に均等間隔で配置した複数のゲート４１からマグネット材料を供給する製造方法とすることが好ましい。

以上、本発明を実施形態に基づき説明したが、本発明は実施形態に限定されるものではない。
例えば、ロータヨーク２０の外周面２１上にマグネット３０を成形する前に、ロータヨーク２０をシャフト１０の外周面１１上に固定する一体化工程を実施して、シャフト１０を有した状態のロータヨーク２０に対してマグネット３０を成形するようにしてもよく、逆に、ロータヨーク２０に対してマグネット３０を成形した後に、ロータヨーク２０をシャフト１０の外周面１１上に固定する一体化工程を実施するようにしてもよい。

また、ロータヨーク２０の外周面２１に設けられる溝部２１ａの数は、マグネット３０を成形する金型のマグネット材料を供給するゲート数に応じて、それと同じ数とされればよく、したがって、金型のゲート数を変える場合には、ロータヨーク２０に形成される溝部２１ａの数も変更されるものであることは言うまでもない。

そして、当然に、金型のゲート数を変える場合には、ロータヨーク２０の外周面２１に設けられる溝部２１ａは、周方向に見て、その金型のゲートと同じピッチにしておくものであることも言うまでもない。

さらに、本発明の溝部２１ａにおいて、底部２５と側面部２７との間の角２２が面取りされているというのは、底部２５と側面部２７との間に鋭角な部分がないことを意味し、例えば、溝部２１ａがＵ字状のようになっている場合を含むものと解されるべきである。

加えて、上記実施形態では、ロータヨーク２０の外周面２１上にだけマグネット３０を設けるようにしているが、ロータヨーク２０の一端側及び他端側の端面上にもマグネット３０が設けられていてもよい。

このように、本発明は、具体的な実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能であり、そのことは当業者にとって特許請求の範囲の記載から明らかである。

本件特許請求の範囲には「前記溝部が前記マグネットの材料の当接一体化するウェルド部に対応する位置に設けられることで前記ウェルド部の厚みが厚くされている」という一部製造時の状態を借りる記載がある。
しかしながら、本件発明の課題は、まさに、前記マグネットの材料の当接一体化するウェルド部において発生する問題であり、この記載がないとすれば「前記マグネットの材料の当接一体化するウェルド部」に対応する位置でないところに溝部が形成され、何ら課題を解決していない発明を含むことになる。
そして、この製造時の状態を他に変える表現で記載することは困難であり、このような表現が用いられていることは不可能・非実際的事情に該当するものである。

１…モータ用ロータ、１０…シャフト、１１…外周面（シャフトの）、１１ａ，１２ａ…溝、１３…平面（シャフトの）、２０…ロータヨーク、２０ａ…貫通孔、２０ｂ…面取り部、２１…外周面（ロータヨークの）、２１ａ…溝部（ロータヨークの）、２１ａｂ…縁（溝部の）、２２…角（溝部の）、２５…底部（溝部の）、２７…側面部、３０…マグネット、４０…内面（金型の）、４１…ゲート、Ｗ…ウェルド部

Claims (9)

1. 回転軸となるシャフトと、
   前記シャフトの外周面に設けられたロータヨークと、
   前記ロータヨークの外周面を覆うように設けられたマグネットと、を備え、
   前記ロータヨークは、前記ロータヨークの前記外周面に前記回転軸方向に沿って形成された前記マグネットを充填する溝部を有し、
   前記溝部が前記マグネットの材料の当接一体化するウェルド部に対応する位置に設けられることで前記ウェルド部の厚みが厚くされているモータ用ロータ。
2. 前記ウェルド部が周方向にほぼ均等間隔に複数設けられ、
   前記溝部が前記ウェルド部の位置に対応して周方向にほぼ均等間隔に複数設けられている請求項１に記載のモータ用ロータ。
3. 前記溝部は、前記ウェルド部の強度が前記ウェルド部以外の部分の強度の９０％以上の強度となる深さを有している請求項１又は請求項２に記載のモータ用ロータ。
4. 前記溝部は、縁が面取りされている請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のモータ用ロータ。
5. 前記溝部は、底部と側面部との間の角が面取りされている請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のモータ用ロータ。
6. 前記ロータヨークが鉄系の磁性金属であり、
   前記マグネットがポリフェニレンサルファイドを用いたネオジム系プラスチックマグネットである請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のモータ用ロータ。
7. 請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のモータ用ロータを備え、
   最大回転数が５００００ｒｐｍ以上とされているモータ。
8. シャフトと前記シャフトの外周面に設けられたロータヨークと前記ロータヨークの外周面を覆うように設けられたマグネットとを備えるモータ用ロータの製造方法であって、
   金型の内面とロータヨークの外周面との間にマグネット材料を充填する空間を有するように前記ロータヨークを前記金型内に配置する配置ステップと、
   前記空間にゲートからマグネット材料を供給し、前記空間内を前記外周面に沿って前記マグネット材料を流動させて前記空間内に前記マグネット材料を充填する充填ステップと、を少なくとも含み、
   前記ロータヨークの前記外周面には、周方向の位置で前記ゲートからの距離がほぼ等距離となる位置に配置される溝部が形成されており、
   前記配置ステップは、前記溝部が前記ゲートからの距離がほぼ等距離に位置することになるように行われ、
   前記充填ステップは、前記空間内を流動して前記ゲートからの距離がほぼ等距離となる位置で、前記マグネット材料同士が衝突一体化するウェルド部が形成されるように行われる製造方法。
9. 前記ゲートが、前記ロータヨークの前記外周面に沿った周方向にほぼ均等間隔に位置するように前記金型に複数設けられており、
   前記ゲートからの距離がほぼ等距離の位置は、周方向に見て隣接する前記ゲート同士の中間の位置である請求項８に記載の製造方法。

Images