JP6575202B2 - 内包磁石型ロータの製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、異方性ボンド磁石を磁極とする内包磁石型ロータの製造装置に関する。

電動機（発電機を含めて単に「モータ」という。）には種々のタイプがある。最近ではインバータ制御の発達と高磁気特性の希土類磁石の普及に伴い、省電力、高効率、高トルクまたは高出力が望める同期機が着目されている。

同期機（Synchronous Motor）は、回転子（ロータ）に永久磁石を、固定子（ステータ）に電機子巻線（コイル）を備えるモータであり、電機子巻線に交流（ＡＣ）を供給して固定子に回転磁界を生じさせることにより回転子を駆動するＡＣモータである。同期機には、永久磁石が回転子の表面に配設された表面磁石型モータ（Surface Permanent Magnet Synchronous Motor／単に「ＳＰＭモータ」ともいう。）と、その永久磁石が回転子の内部に配設された内包（埋込）磁石型モータ（Interior Permanent Magnet Synchronous Motor／単に「ＩＰＭモータ」または「モータ」ともいう。）とがある。現在では、高トルク化や省電力化のみならず、永久磁石の飛散防止による信頼性の向上をも図れるＩＰＭモータが主流となりつつある。

これまでのＩＰＭモータでは、所定の寸法に切削や研磨等された希土類焼結磁石をロータコアのスロット内へ挿入して磁極を形成した内包磁石型ロータが用いられてきた。しかし、ＩＰＭモータの最適化設計を行う場合、ロータに内包される永久磁石の形状は、略円弧形状あるいは略楕円形状となったり、また内周側面と外周側面の半径が異なったり、磁石厚さが周方向で変化したりすることが多い。そこで、内包磁石型ロータ（適宜、「ＩＰＭロータ」または単に「ロータ」という。）の磁極を構成する永久磁石として、形状自由度が小さくて欠損等の生じ易い焼結磁石に替えて、形状自由度が大きく、生産性にも優れる希土類異方性ボンド磁石（単に「ボンド磁石」ともいう。）が用いられるようになってきた。このようなボンド磁石は、希土類異方性磁石粒子（粉末）とバインダ樹脂の流動混合物を配向磁場中のスロット内へ射出して成形される。これに関連した記載が下記の特許文献１にある。

特開２００３−４７２１２号公報

特許文献１では、外周側に永久磁石およびポールピースを配設してなる配向装置（下型）の内周側にロータコアを収容し、そのロータコアのスリットへ樹脂磁石（ボンド磁石）を充填して、ＩＰＭロータを製造している。この際、射出成形機のノズル（単に「射出ノズル」という。）の出口からロータコアのスリットへ至る流路は、その下型上に積層された中間型および上型により形成されている。具体的にいうと、上型には、射出ノズルの出口に連なる注入口（一次スプルー）が形成されており、また中間型には、その上型の注入口の下流側に連なり横方向（軸方向に直交する方向）へ延在するランナーと、このランナーの下流側からさらに直交方向（軸方向）へ延在する細径化した二次スプルーおよびその先端部にゲート（ピンゲート）が形成されている。

このような特許文献１の金型を射出成形機に取付ける場合、流路を構成する上型および中間型は射出ノズルがある固定側に配設され、ロータコアを収容すると共に配向磁場を印加する下型は可動側に配設される。つまり、上型および中間型が固定側金型となり、下型が可動側金型となっている。

特許文献１の図１では、下型の上端面（開口側の端面）とそこに収容されたロータコアの上端面とが面一状態となっている。具体的にいうと、非磁性材からなる枠体（１４）と、その内側に収容されたポールピース（６）および永久磁石（５）からなる配向部と、さらにその内側に収容されるロータコア（１）の各上端面が面一状態に配置されている。なお、（）内の数字は特許文献１の図１に付されている符号である。

しかし、端部における配向磁場の乱れを考慮して、ロータコア内のスリット全体へ配向磁場を均等に印加させるため、通常、配向部はロータコアよりも高く（ロータコアの収容部が深く）設定される。特許文献１の下型でいえば、配向部（ポールピースおよび永久磁石）の上端面はロータコアの上端面よりも高い位置となる。さらにいえば、漏洩磁場を抑制するため、配向部の端面側には相応に分厚い非磁性な遮蔽板が配置される。

このため、下型に収容されたロータコアの上端面から、下型の上端面（中間型の下端面）までは、かなり長くなり、その分、樹脂磁石を充填する二次スプルーも当然にかなり長くする必要がある。しかも、二次スプルーの流路は、一般的にかなり細い。このように長くて細い流路を、加熱溶融された樹脂磁石が通過する場合、樹脂磁石から金型への抜熱量は相当に大きくなる。その結果、樹脂磁石は、流動性の低下または高粘度化を生じて、樹脂磁石の充填性のみならず、スリットに充填される樹脂磁石の配向度も大幅に低下し得る。

ここで、樹脂磁石の充填性を向上させるために射出圧力（速度）を高めると、ロータコアが変形し易くなり、ロータの精度確保ひいてはＩＰＭロータの性能確保が困難となる。また、射出圧力を高めても樹脂磁石の高粘度化は抑制できず、樹脂磁石の配向度の低下は回避できない。また、樹脂磁石の加熱温度はキュリー点を超えた過剰に高い温度にはできず、そのような過熱は効率的ではない。

ロータコアのスロットにボンド磁石（樹脂磁石）を射出成形する場合に、一般的な樹脂製品を射出成形する場合と異なり、そのような特有な課題が生じる理由は、本発明者の研究に依ると、次のように考えられる。先ず、ロータのスロットは、堅牢な金型により形成されたキャビティとは異なり、所望形状に打ち抜かれた電磁鋼板を積層して形成され、外周側に肉薄で低剛性な部分を有することが多い。このため、充填不良の防止や充填効率の向上等を意図して射出圧力（速度）を安易に高めると、スロットの周辺（特に、その外周側）に歪み（真円度や円筒度等の悪化）を生じ得る。このようなロータは、ＩＰＭモータの性能の低下や振動・騒音等の原因となる。

次に、単なる樹脂製品の射出成形であれば、ショートショットやヒケ等の外観不良が生じない限り、充填中の樹脂の粘度はあまり問題とはならない。しかし、ボンド磁石を射出成形する場合、溶融した樹脂中に混在している異方性磁石粒子（単に「磁石粒子」ともいう。）は、スロットに充填されてから固化するまでの短時間内に、スロットに印加されている配向磁場に沿って姿勢変動（配向）する必要がある。このとき、流動混合物（特に溶融樹脂）が過度に高粘度であると、その磁石粒子の姿勢変動が不十分となり、スロットに充填成形されたボンド磁石の配向度低下、ひいてはロータやモータの性能低下を招来し得る。

さらにいうと、スロット内で充填された磁石粒子には、流動方向に対して直角方向（流動を阻害させる方向）に強力な磁力が作用するため、スロット内における流動混合物全体の粘度（見掛の粘度）は、バインダー樹脂自体の粘度よりも高くなり易い。このためロータコアのスロット内でボンド磁石を射出成形する場合、単なる樹脂製品を射出成形する場合よりも、充填性や流動性が低下し易い。

このような状況を踏まえて、本発明者は、従来と同様に、ロータコアの保持と配向磁場の印加を可動側金型で行うことを前提としつつも、固定側金型の形態を工夫して、射出ノズルからスロットに至る流路（特に二次スプルー）の長さを短縮することを考えた。このような成形金型Ｄ０の一例を図３Ａおよび図３Ｂ（両者を併せて単に「図３」という。）に示した。なお、図３Ａは型閉じ状態を示し、図３Ｂは型開き状態を示す。

成形金型Ｄ０は、汎用の射出成形機にセットして用いられる。成形金型Ｄ０は、いわゆる３プレート型であり、ベース金型５０、配向金型６０および射出金型７０の３層構造からなる。ベース金型５０および配向金型６０が射出成形機の可動側に取り付けられる可動側金型を構成し、射出金型７０が射出成形機の固定側に取り付けられる固定側金型を構成している。

ベース金型５０は、射出成形機の可動側に取付けられる取付部５１０と、取付部５１０上に配設された突出距離確保部５２０と、突出距離確保部５２０の中央内に進退可能に収容された突出部５３０とを備える。突出部５３０の一方側（図３の上方側）はロータコア１とほぼ同径な円柱状からなり、その先端部（図３の上端面側）からは、ロータコア１のシャフト穴に嵌挿される軸部５３１０が突出している。換言すると、突出部５３０の先端側は、ロータコア１を保持できる段付き形状となっている。

軸部５３１０にロータコア１のシャフト穴を嵌挿すると、ロータコア１の他端面（下端面）は突出部５３０の先端側にある段付面に当接する。こうしてロータコア１は突出部５３０の先端側に保持される。なお、突出部５３０は非磁性材からなる。また、突出部５３０の進退駆動は、図示しない射出成形機の突出機構（アクチュエーター等）によりなされる。

配向金型６０は、ベース部６１０と、ベース６１０の中央上方に同軸的に設置された枠部６２０と、枠部６２０に内接して収容された遮蔽リング６５０と、枠部６２０に内接して収容されると共に遮蔽リング６５０の上下端面に当接している遮蔽プレート６３０、６４０と、遮蔽プレート６３０、６４０および遮蔽リング６５０により形成される空間内に収容された環状の配向磁場体６６０とを備える。なお、遮蔽プレート６３０、６４０および遮蔽リング６５０は非磁性材からなる。また、枠部６２０の下端面および遮蔽プレート６３０の下端面と、枠部６２０の上端面および遮蔽プレート６４０の上端面とは、それぞれ面一状態となっている。

射出金型７０は、環状のベース部７１０と、取付部７２０と、ベース部７１０の上端側中央付近に設けられた凹部と取付部７２０の下端側中央付近に設けられた凹部とにより挟持された流路部７３０と、射出ノズルと金型との芯だしをするロケートリング７４０と、射出ノズルに接して流動混合物の漏れを抑止するノズルタッチ部７３１１とを備える。なお、流路部７３０は、流動混合物が固化したスプルーランナの払い出しのため、２部材に分割されている。

ベース部７１０の中央には、ランナー部７１２０と二次スプルー部７１３１を有する入れ子７１１０が嵌挿される。ランナー部７１２０は、上端側の中央から横方向へ均等にロータコア１のスロット１２に向けて延在する断面が略半円状の開溝となっている。二次スプルー部７１３１は、各ランナー部７１２０の下流側からスロット１２の開口まで軸方向に延在している。

取付部７２０には、一次スプルー部７３１０および、ランナー部７３２０の一部を有する入れ子７３５が嵌挿される。流路部７３０には、一次スプルー部７３１０およびランナー部７３２０および７３２１を有する。スプルー部７３１０の上流端側開口は射出ノズルの出口に接続される。ランナー部７３２０は、一次スプルー部７３１０の下流端側から横方向へ均等に延在する断面が略半円状の開溝となっており、ベース部７１０のランナー部７１２０と対向して略円筒状のランナーを形成する。

図３Ａに示すように、成形金型Ｄ０を型閉じしてボンド磁石の射出成形を行う際、ロータコア１は可動側にある配向金型６０の軸方向中央に配置される。このとき、ロータコア１の上端面は、固定側にある射出金型７０（ベース部７１０）の下端面面側（配向金型６０の上端面）から深い位置となる。従って、改良した成形金型Ｄ０を用いても、やはり、固定側にある射出金型７０に設けられる二次スプルー部７１３１は軸方向に相当に長くなり、少なくとも二次スプルーにおける流動混合物の流動性低下または高粘度化は避け難かった。

本発明はこのような事情に鑑みて為されたものであり、ロータコアのスロット内に射出される流動混合物の流路長を従来よりもさらに短縮化して、スロットに充填されるボンド磁石の配向度低下やロータの変形を抑制できる内包磁石型ロータの製造装置を提供することを目的とする。

本発明者はこの課題を解決すべく鋭意研究し、試行錯誤を重ねた結果、これまで射出成形機の可動側に配設されていた配向金型（配向部）を射出成形機の固定側に配設することにより、ロータコアのスロット内に射出圧力される流動混合物の流路長を従来よりもさらに短縮化できることを思いついた。この着想を具現化し発展させることにより、以降に述べる本発明を完成するに至った。

《内包磁石型ロータの製造装置》
（１）本発明の内包磁石型ロータの製造装置（単に「製造装置」という。）は、ロータコアの軸周りに複数配設され少なくとも一端側に開口を有するキャビティであるスロットへ、加熱されて流動状態にあるバインダ樹脂と異方性磁石粒子との混合物である流動混合物を充填して、該流動混合物を固化させた異方性ボンド磁石からなる磁極を有する内包磁石型ロータを得るために用いる内包磁石型ロータの製造装置であって、射出成形機の可動側に配設されて前記ロータコアの他端側を支持し得る可動側金型と、該可動側金型に対向して該射出成形機の固定側に配設される固定側金型とを備え、該固定側金型は、前記他端側（ロータコアの一端側）から挿入されてきた該ロータコアを収容して前記スロットへ配向磁場を印加する配向部と、該スロットの開口と該射出成形機のノズルとの間に配設され、該ノズルから供給される前記流動混合物を前記軸方向に沿って上流側から下流側へ誘導する流路である一次スプルーと、該一次スプルーの下流側から横方向に分岐して該流動混合物をそれぞれの該スロットへ分配する流路であるランナーと、該ランナーの下流側から該軸方向に沿って該配向部内にある該スロットの開口へ該流動混合物を充填する流路である二次スプルーとを有する流路部とを備え、該流路部は、少なくとも該一次スプルーを有する第一流路部と少なくとも該二次スプルーを有する第二流路部とを備え、該第一流路部と該第二流路部は、分割可能であると共に圧接されることにより該ランナーを協働して形成し、該第一流路部と該第二流路部の分割面は、前記配向部の一端側にある端面よりも他端側にある。

（２）本発明の製造装置では、従来と異なり、流路部のみならず配向部も固定側に設けられている。これにより、流路部（特にロータコアのスロットに至る二次スプルーを構成する第二流路部）の設計自由度が高くなり、流路（特に流路が長くなり易い二次スプルー）の短縮化が容易となる。なお、図３に示すように配向部を可動側に設けた製造装置を用いて、本発明の製造装置と同様な効果を得る場合、少なくとも、固定側に設けたベース部７１０の中央に配置した入れ子７１１０を、可動側に設けた配向金型の遮蔽プレート６４０の位置に配置して、その入れ子７１１０にも配向磁場の漏洩防止機能を持たせる必要が生じる。この場合、入れ子７１１０が配置されたままではロータ（コア）の出し入れができないため、入れ子７１１０の取り外し工程やそのための機構が必要となり、生産性の著しい低下や製造装置の複雑化を招く。

流路の短縮化により、バインダ樹脂（単に「樹脂」ともいう。）と異方性磁石粒子（単に「磁石粒子」ともいう。）からなる流動混合物（単に「混合物」ともいう。）は、少なくとも二次スプルーにおいて、抜熱量が低減され、ひいては高粘度化や流動性低下が抑制され得る。この結果、混合物は、射出圧力（射出速度）をあまり大きくしなくても、十分にスロットへ充填され、変形や歪みの少ないロータを得ることが可能となる。

また、混合物は、比較的低粘度な状態を維持しつつスロットに充填され得るため、射出圧力の上昇が抑止されるのみならず、スロット内における磁石粒子の姿勢変動も容易となり、スロットに充填されるボンド磁石の高配向度化も図れる。

《その他》

（１）本明細書でいう射出成形機の可動側と固定側は、二次スプルーの出口とスロットの入口（開口端）との境界面（ゲート面）を基準として、射出成形後に型開きした際に、成形品（ボンド磁石が充填されたロータ）と共に移動する側が可動側であり、その反対側が固定側である。なお、射出ノズルからスロットの開口に至る流路内にできた流動混合物の固化物を除去するために、第二流路部は第一流路部とランナーの分割面で分離されて移動するが、第二流路部は固定側（金型）に含まれる。

（２）本明細書でいうロータは、インナーロータの他、アウターロータでもよい。アウターロータの場合、ボンド磁石が射出成形されるときのロータコアの形態は、製造装置に装着し易い形態であればよく、モータに組付けられるときのアウターロータの最終的な形態と異なっていてもよい。

スロットの形態や配置数はロータひいてはモータの仕様に応じて選択されるが、複数のスロットは、射出成形するときのロータコアの軸周りに均等に配置されていると好ましい。なお、「均等に配設」とは、周方向に配設されるスロットのピッチが均等という意味である。

（３）本明細書では、適宜、射出成形機の固定側を一端側、それに対向する可動側を他端側という。またロータコアの回転中心に近い側を「内周側」といい、逆にその回転中心から遠い側を「外周側」という。「軸方向」とは、射出成形されるときのロータコアの中心軸またはその回転軸に沿った方向である。通常、この軸方向が、本発明の製造装置を構成する金型（可動側）の移動方向となり、また射出ノズルに連なるスプルーの延在方向となる。同様に、「軸周り」とは、射出成形されるときのロータコアの中心軸またはその回転軸まわりの周方向である。「横方向」とは、特に断らない限り、その軸方向に直交する方向であり、通常は、金型の分割面に沿った方向である。なお、特に断らない限り、本明細書でいう射出成形には、トランスファ成形も含まれるものとする。

（４）特に断らない限り本明細書でいう「ｘ〜ｙ」は下限値ｘおよび上限値ｙを含む。本明細書に記載した種々の数値または数値範囲に含まれる任意の数値を、新たな下限値または上限値として「ａ〜ｂ」のような範囲を新設し得る。

ロータコアと、そのスロットに至る流路中に生じる固化物とを示す斜視図である。 本実施例に係る成形金型を型閉じ（型締め）した状態を示す断面図である。 本実施例に係る成形金型を型開きした状態を示す断面図である。 参考例に係る成形金型を型閉じした状態を示す断面図である。 参考例に係る成形金型を型開きした状態を示す断面図である。

本明細書中に記載した事項から任意に選択した一つまたは二つ以上の構成要素を上述した本発明の構成に付加し得る。いずれの実施形態が最良であるか否かは、対象、要求性能等によって異なる。製造方法に関する構成要素は、一定の場合、プロダクトバイプロセスクレームとして物に関する構成要素ともなり得る。

《固定側金型》
本発明に係る固定側金型は流路部と配向部とを備える。流路部は、少なくとも二分割され得る第一流路部と第二流路部により構成される。第一流路部は一次スプルーを有し、第二流路部は二次スプルーを有する。ランナーは、第一流路部と第二流路部の各圧接端面側に形成された開溝同士が継合して形成される。

各流路の断面形状は問わないが、円形状であると、流路の体積（Ｖ）に対する表面積（Ｓ）の比率（Ｓ／Ｖ）を小さくでき、流動する混合物の抜熱量ひいては温度低下を抑制できる。

本発明の場合、第二流路部が配向部の一端側に配設され、配向部と協働して配向金型を構成すると好適である。これにより第二流路部はロータコアを収容した配向部に接近して配設されることが可能となり、流路長（特に二次スプルー長）の短縮化が容易となる。そして、第二流路部と分離される第一流路部は、その配向金型とは別に、配向金型の一端側に配向金型と分割可能に配設された流路金型を構成すると好適である。

具体的にいうと、例えば、流路金型は他端側中央付近に突出した凸部を有し、配向金型は一端側中央付近に流路金型の凸部が重なり合う凹部を有すると好適である。なお、少なくとも第二流路部の他端面は、ロータコアの開口側端面に当接または近接するため、その全体または少なくとも当接面近傍が非磁性材からなると好ましい。これにより、ロータコアに印加される配向磁場の第二流路部または流路金型側への漏洩が抑止される。なお、本明細書でいう非磁性材とは、ロータコアまたはヨーク等を構成する強磁性材よりも透磁率または飽和磁化が低い材質という意味である。このような非磁性材として、例えば、オーステナイト系ステンレス鋼等がある。

流路部は、流路（スプルーまたはランナー）を加熱しないタイプ（いわゆるコールドランナー）でも、流路を加熱するタイプ（いわゆるホットランナー）でもよい。もっとも本発明の場合、流路の短縮化が可能であるため、流路部ひいては製造装置の構造を簡素化できるコールドランナータイプでも、混合物の低粘度化または高流動性の確保が可能である。勿論、流路を加熱して、混合物のさらなる低粘度化や高流動性を確保して、ボンド磁石の高配向化、または射出圧力の低減（充填圧力の低減）によるロータの歪み抑制の促進を図ってもよい。

配向部は、例えば、ロータコアを収容する収容部と、収容部の周囲に配設された配向ヨークと、配向ヨークの周囲に配設された配向磁場源（特に永久磁石）とからなると好適である。この際、収容部はロータコアを収容できる筒状であれば、配向ヨークと一体でも別体でもよい。また、配向磁場源に希土類焼結磁石を用いると、配向部ひいては配向金型のコンパクト化を図りつつ、強力な配向磁場をロータコアのスロットへ印加できる。なお、配向磁場源が電磁コイルである場合、その冷却等が必要となるが、本発明のように配向磁場源が永久磁石である場合、冷却等が不要となり、配向金型の簡素化が可能となる。

《ロータコア》
ロータコアは、軟磁性材からなり、通常、両面を絶縁被覆した電磁鋼板の積層体や絶縁被覆された金属粒子（軟磁性粒子）を加圧成形した圧粉磁心等からなる。軟磁性材は、その材質を問わないが、例えば、純鉄、ケイ素鋼、合金鋼等の鉄系材であると好ましい。

ロータコアの中央に設けたシャフト穴の周囲に配設されるスロットは、少なくとも２以上あれば、その形状や数は問わない。本発明に係るスロットは、ボンド磁石が充填されるため、その形状自由度は高く、例えば、中心から半径方向へ直線状に延在する放射型でも、内周側に凸な形状をした凸型でも、半径方向に複数ある多層型でもよい。

《異方性ボンド磁石》
ロータコアのスロットに充填成形される異方性ボンド磁石は、異方性磁石粒子とバインダ樹脂からなる。用いる異方性磁石粉末の種類は問わないが、例えば、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石粉末、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁石粉末、Ｓｍ−Ｃｏ系磁石粉末等の高性能な希土類異方性磁石粉末が好ましい。また異方性磁石粉末は、単一粉末にかぎらず、複数種の粉末を混合した混合粉末でもよい。混合粉末は、成分組成が異なるものに限らず、粒径分布が異なるものでもよい。例えば、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石粉末の粗粉と微粉を組み合わせたものでも、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石粉末の粗粉とＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁石粉末の微粉を組み合わせたものでもよい。このような異方性磁石粉末を用いることにより、磁石粒子の高密度化ひいてはロータやモータの高性能化を図れる。なお、本発明に係る異方性ボンド磁石は、異方性磁石粒子が存在する限り、等方性磁石粒子やフェライト磁石粒子等が混在するものでもよい。

バインダ樹脂には、ゴムを含む公知の材料を用いることができる。混合物の流動性や充填性等を考慮すると、射出成形する場合、バインダ樹脂は熱可塑性樹脂であると好ましい。熱可塑性樹脂には、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、アクリロニトリル/スチレン樹脂、アクリロニトリル/ブタジエン/スチレン樹脂、メタクリル樹脂、塩化ビニル、ポリアミド（ＰＡ）、ポリアセタール、ポリエチレンテレフタレート、超高分子量ポリエチレン、ポリブチレンテレフタレート、メチルペンテン、ポリカーボネイト、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン、液晶ポリマー、ポリテトラフロロエチレン、ポリエーテルイミド、ポリアリレート、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリアミドイミド等がある。

本発明に係る流動混合物は、例えば、ホッパーから投入された磁石粒子と樹脂からなる原料ペレットを、射出シリンダー等に設けたヒータで加熱して調製される。このときの加熱温度は、通常、樹脂の融点以上の温度範囲内で調整される。本発明に係る流路金型を用いれば、バインダー樹脂が融点や結晶化温度の低い樹脂（例えばＰＡ）である場合に限らず、融点や結晶化温度の高い樹脂（例えばＰＰＳ）である場合でも、高配向度のボンド磁石を有する高精度（低歪み）なロータを得ることができる。融点の高い樹脂は、耐熱性や耐久性等に優れるため、バインダー樹脂として好適である。これらの樹脂は、例えば、融点が２８０℃以上さらには３００℃以上である樹脂をバインダー樹脂として用いることもできる。なお、結晶化温度は、融点よりも低い温度であるが、冷却速度等により変化し得るため、ここでは樹脂を分類する一指標として融点を用いた。但し、本発明に係るバインダー樹脂は、その結晶度を問わず、結晶性でも非晶性でもよい。

異方性ボンド磁石をトランスファ成形する場合なら、バインダ樹脂として熱硬化性樹脂を用いてもよい。熱硬化性樹脂として、例えば、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アミノ樹脂、フェノール樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、ジアリルフタレート樹脂、ポリウレタン等を用いることができる。

《内包磁石型モータの用途》
本発明に係るモータには、特に断らない限り、電動機の他に発電機（ジェネレータ）も含まれ、回転機と換言できる。また、本明細書でいう内包磁石型モータには、固定子に設けたコイル（電機子巻線）へ供給する交流電流の周波数に同期して回転数が変化する本来的な同期機の他、ホール素子、ロータリエンコーダ、レゾルバ等の検出手段により検出されたロータの位置に基づいて固定子側に回転磁界を生じさせるブラシレス直流（ＤＣ）モータ等も含まれる。ちなみに、ブラシレスＤＣモータは、インバータに供給する直流電圧を変化させて回転数を変化させ得るので、通常の直流モータと同様に制御性に優れる。

本発明に係るロータを備えたモータは、その用途を問わないが、例えば、電気自動車、ハイブリッド車若しくは鉄道車両等に用いられる車両駆動用モータ、エアコン、冷蔵庫若しくは洗濯機等に用いられる家電製品用モータなどに好適である。

実施例を示して本発明をより具体的に説明する。本実施例では、ＩＰＭモータに用いられるインナーロータの製造装置について説明する。なお、実際の配置や可動方向等とは関係なく、以下で説明する上下方向は、特に断らない限り、図中の上下方向である。

《インナーロータ》
インナーロータの骨格となるロータコア１は、図１に示すように、所望形状に打ち抜かれた珪素鋼板を積層してなる。具体的にいうと、ロータコア１は、略円筒状をしており、中央に設けられたシャフト穴１１と、その中心軸周りに均等に配設された略Ｕ字状の６つの貫通したスロット１２１〜１２６（これらをまとめて「スロット１２」という。）を有する。なお、シャフト穴１１およびスロット１２が打ち抜かれた各珪素鋼板は、リベットまたはかしめ等により固定されている。

ロータコア１の各スロット１２に、希土類異方性ボンド磁石（単に「ボンド磁石」という。）が配向磁場中で射出成形されることにより、インナーロータが得られる。図１には、その射出成形を行う際に、射出ノズルから各スロット１２の入口（開口）に至る流路中に形成される流動混合物の固化物２も示した。

固化物２は、各スロット１２へ流動混合物が充填される際の流路を反映したものであり、軸方向に延在する短い１本のスプルー部２１（一次スプルー部）と、そのスプルー部２１から各スロット１２の開口中央に向かって横方向に延在する６本のランナー部２２１〜２２６（これらをまとめて「ランナー部２２」という。）と、各ランナー部２２の下流側から各スロット１２の開口へ軸方向にそれぞれ延在する短い６本の二次スプルー部２３１〜２３６（これらをまとめて「二次スプルー部２３」という。）からなる。より具体的にいうと、スプルー部２１は、上流側から下流側に向かって緩やか拡径する円錐状をしている。ランナー部２２は、スプルー部２１の下流側から滑らかに接続された略円柱状をしている。二次スプルー部２３は、上流側から下流側に向かって緩やかに縮径する円錐状をしており、特に開口端側（スロット１２の開口端側）はさらに細く絞られた尖鋭形状となっている。

《成形金型》
（１）概要
ロータコア１のスロット１２内へ希土類異方性ボンド磁石を射出成形する際に用いる成形金型Ｄを図２Ａおよび図２Ｂ（両図を併せて「図２」という。）に示した。図２Ａは型閉じした状態を示し、図２Ｂは型開きした状態を示す。

成形金型Ｄは、汎用されている縦型または横型の射出成形機等にセットして用いられる。このような射出成形機は、通常、ボンド磁石の原料であるバインダー樹脂と希土類異方性磁石粉末（粒子）を混練して製造したペレットを投入するホッパー、ホッパーから供給される原料を計量しつつ搬送するスクリュー、スクリューを収容するシリンダー、シリンダー内の原料を加熱溶融するヒーター、シリンダーの先端に取り付けられて成形金型Ｄの注入口に接続される射出ノズル、スクリューに背圧を印加して前進させ溶融した原料（流動混合物）を射出ノズルから噴出させるアクチュエーター等を備える。また、成形金型Ｄの開閉を行う型締機構（油圧アクチュエーター等）、射出成形後のインナーロータを取り出すための突出機構等も備える。なお、本発明の製造装置は、成形金型をセットした射出成形機と把握してもよいが、成形金型単体としても把握できる。以下では、本発明にとって重要な成形金型Ｄについて詳述する。

（２）成形金型
成形金型Ｄは、図２に示すように、いわゆる３プレート型であるが、具体的には、ベース金型５、配向金型６および射出金型７の３層構造からなる。ベース金型５は射出成形機の可動側に取り付けられる可動側金型であり、配向金型６および射出金型７は射出成形機の固定側に取り付けられる固定側金型である。

ベース金型５は、ベース部５１と、ベース部５１上に配設された突出距離確保部５２と、突出距離確保部５２の中央内に進退可能に収容された突出部５３とを備える。突出部５３の一方側（図２の上方側）はロータコア１とほぼ同外径な円柱状からなり、その先端部（図２の上端面側）には、ロータコア１のシャフト穴１１に嵌挿される軸部５３１が突出して形成されている。

軸部５３１にロータコア１のシャフト穴１１を嵌挿すると、ロータコア１の他端面（下端面）は突出部５３の先端側にある段付面に当接する。こうしてロータコア１は突出部５３の先端側に高精度に保持される。なお、突出部５３はオーステナイト系ステンレス鋼（非磁性材）からなる。また、突出部５３の進退駆動は、図示しない射出成形機の突出機構（アクチュエーター等）によりなされる。なお、可動側のベース金型５にセットしたロータコア１を、固定側の配向金型６へ内挿する場合、ロータコア１が配向金型６の磁気吸引力によって移動する可能性があるときは、例えば、軸部５３１の先端にピンを設けて、その移動を防止するとよい。

配向金型６は、枠部６２と、枠部６２に内接して枠部６２の上下底面部を構成する遮蔽プレート６３、６４と、環状部６２に内接しており遮蔽プレート６３、６４により挟持された遮蔽リング６５と、遮蔽プレート６３、６４および遮蔽リング６５により収容された環状の配向磁場体６６（配向部）とを備える。なお、遮蔽プレート６３、６４および遮蔽リング６５は、オーステナイト系ステンレス鋼（非磁性材）からなる。

配向磁場体６６は、ロータコア１の各スロット１２に対応して外周側に放射状に細長く突出した６つの配向ヨーク（図略）と、各配向ヨーク間を円弧状に架橋し、中央に滑らかに連続した内周面を有する円筒状の収容部（図略）と、各配向ヨークの周方向の対向側面に同極を対面させて配設された配向磁場源となる１２個の永久磁石（図略）とからなる。
なお、配向磁場源には、電磁石を用いてもよいが、希土類焼結磁石等からなる永久磁石を用いることにより、配向磁場体６６ひいては成形金型Ｄの小型化や簡素化が可能となる。これにより、種々の汎用射出成形機に本実施例に係る成形金型Ｄを組合わせて、ボンド磁石の射出成形が可能となる。

遮蔽プレート６４の中央上端面側には凹部６４１が形成されており、中央下端面側には二次流路体６７（第二流路部）が圧入固定されている。二次流路体６７は、ロータコア１が収容される配向磁場体６６の収容部６６７に嵌挿される凸状をしている。二次流路体６７の内部には、二次スプルー部２３に対応した６つの二次スプルー部６７３が形成されている。二次流路体６７の上端側には、各二次スプルー部６７３に連なるランナー部６７２が形成されている。ランナー部６７２は、ランナー部２２の下半分に対応した半円溝状となっている。なお、二次流路体６７の上端面は凹部６４１の底面と面一状態となっている。二次流路体６７も、オーステナイト系ステンレス鋼（非磁性材）からなる。

射出金型７は、ベース部７１と、射出成形機の固定側に取付けられる取付部７２と、射出ノズルと金型との芯だしをするロケートリング７４と、射出ノズルに接して流動混合物の漏れを抑止するノズルタッチ部７３１１を備える。なお、ベース部７１の中央上端側は凹状となっており、取付部７２の中央下端側は凸状となっており、両者は成形金型Ｄを型締めした際に重なり合う。

ベース部７１は、遮蔽プレート６４の凹部６４１に重なり合う下方に突出した凸部７１１を有する。凸部７１１の下端面側には、ランナー部２２の外周側上半分に対応した６つの半円溝状のランナー部７１２が形成されている。ベース部７１も、オーステナイト系ステンレス鋼（非磁性材）からなる。

取付部７２の中央部には一次流路体７３が圧入固定されている。一次流路体７３の内部には、一次スプルー部２１に対応した一次スプルー部７３１と、一次スプルー部７３１の下端側から横方向に分岐した６つのランナー部７３２が形成されている。ランナー部７３２は、ランナー部２２の中央側上半分に対応した半円溝状となっている。成形金型Ｄを型締めした際、ランナー部７３２は、ランナー部７１２およびランナー部６７２と協働して、ランナー部２２に対応した断面円状の流路（ランナー）を構成する。一次流路体７３も、オーステナイト系ステンレス鋼（非磁性材）からなる。

一次流路体７３が本発明でいう第一流路部に相当すると考えても良いし、それに加えてランナー部７１２を有するベース部７１を含めたものが第一流路部に相当すると考えても良い。また、ベース部７１および一次流路体７３が本発明でいう流路金型に相当すると考えても良いし、それらに加えて取付部７２を含めたものが本発明に係る流路金型に相当すると考えても良い。

図２Ａに示すように型閉じして射出成形すると、ボンド磁石となる流動混合物は、射出ノズル（図略）から、そのノズルに接続されているノズルタッチ部７３１１を介して、一次スプルー部７３１、ランナー部７３２（さらにはランナー部７１２）およびランナー部６７２、二次スプルー部６７３（これらを併せて単に「流路部」ともいう。）を通過して、ロータコア１の各スロット１２の上端側中央にある開口へ充填される。

射出成形後、図２Ｂに示すように型開きを行い、ベース金型５を後退させると、スロット１２に異方性ボンド磁石が充填されたＩＰＭロータのインナーロータが得られる。なお、流路部内に生じた固化物２は、回収され、粉砕処理等を施した後に再利用される。

１ ロータコア
１２ スロット
５ ベース金型（可動側金型）
６ 配向金型 （固定側金型）
６７ 二次流路体（第二流路部）
７ 射出金型 （固定側金型）
７３ 一次流路体（第一流路部）

Claims (5)

1. ロータコアの軸周りに複数配設され少なくとも一端側に開口を有するキャビティであるスロットへ、加熱されて流動状態にあるバインダ樹脂と異方性磁石粒子との混合物である流動混合物を充填して、該流動混合物を固化させた異方性ボンド磁石からなる磁極を有する内包磁石型ロータを得るために用いる内包磁石型ロータの製造装置であって、
   射出成形機の可動側に配設されて前記ロータコアの他端側を支持し得る可動側金型と、
   該可動側金型に対向して該射出成形機の固定側に配設される固定側金型とを備え、
   該固定側金型は、
   前記他端側から挿入されてきたロータコアを収容して前記スロットへ配向磁場を印加する配向部と、
   該スロットの開口と該射出成形機のノズルとの間に配設され、該ノズルから供給される前記流動混合物を前記軸方向に沿って上流側から下流側へ誘導する流路である一次スプルーと、該一次スプルーの下流側から横方向に分岐して該流動混合物をそれぞれの該スロットへ分配する流路であるランナーと、該ランナーの下流側から該軸方向に沿って該配向部内にある該スロットの開口へ該流動混合物を充填する流路である二次スプルーとを有する流路部とを備え、
   該流路部は、少なくとも該一次スプルーを有する第一流路部と少なくとも該二次スプルーを有する第二流路部とを備え、
   該第一流路部と該第二流路部は、分割可能であると共に圧接されることにより該ランナーを協働して形成し、
   該第一流路部と該第二流路部の分割面は、前記配向部の一端側にある端面よりも他端側にある内包磁石型ロータの製造装置。
2. 前記第二流路部は、非磁性材からなると共に前記配向部の一端側に配設され、該配向部と協働して配向金型を構成する請求項１に記載の内包磁石型ロータの製造装置。
3. 前記第一流路部は、前記配向金型の一端側に該配向金型と分割可能に配設された流路金型を構成する請求項２に記載の内包磁石型ロータの製造装置。
4. 前記流路金型は、他端側に突出した凸部を有し、
   前記配向金型は、一端側に該凸部が嵌入される凹部を有する請求項３に記載の内包磁石型ロータの製造装置。
5. 前記配向部は、前記ロータコアを他端側から入れる収容部を有する請求項１〜４のいずれかに記載の内包磁石型ロータの製造装置。

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