JP6907707B2 - ロータの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ロータの製造方法に関する。

従来、ブラシレスモータのロータは、シャフトと、シャフトの外周に設けられた環状の界磁磁石とを有している。界磁磁石は永久磁石であり、界磁磁石の内側とシャフトとの間に充填された樹脂によりシャフトと一体化される（例えば、特許文献１参照）。

実公平６−２６０４０号公報

ところで、環状の界磁磁石の内側に樹脂を充填する場合、樹脂の注入圧力が低いと、磁樹脂が界磁磁石に密着せず、一体化されない虞がある。一方、樹脂の注入圧力が高いと、注入圧力が界磁磁石を広げる方向の応力となって界磁磁石が割れる虞がある。樹脂の注入圧力に耐えるように界磁磁石を厚くすると、磁石が高価となる。

本発明は上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、円筒形状の界磁磁石と、界磁磁石の内側の樹脂とを一体化できるロータの製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するロータの製造方法は、シャフトと、前記シャフトの外周に配置され、樹脂材よりなる円筒形状のコア部と、前記コア部の外周に配置され、磁石粉と樹脂材を含み、極異方着磁された円筒形状の界磁磁石とからなるロータの製造方法であって、金型入子を界磁磁石成型用金型内に配置し、前記金型入子の内面と前記界磁磁石成型用金型とにより形成される空間に前記磁石粉と前記樹脂材を含む磁石材料を充填して前記界磁磁石を成型し、前記界磁磁石及び前記金型入子を該界磁磁石の外周に該金型入子が配置された状態でコア部成型用金型内に配置し、前記界磁磁石の中心に前記シャフトを配置し、前記シャフトと前記界磁磁石との間の空間に材料を充填して前記コア部を成型する。

この構成によれば、界磁磁石をコア部成型用金型内に配置し、その金型に材料を注入してコア部と界磁磁石とを一体化するので、注入する材料の圧力によって２つの樹脂材の間の密着が高まり、確実な一体化が図れる。

この構成によれば、割れ易い界磁磁石を先に加工し界磁磁石及び金型入子を該界磁磁石の外周に該金型入子が配置された状態でコア部成型用金型内に配置することでインサート時の圧力を受けたときの界磁磁石の割れが抑制される。

この構成によれば、金型入子の内面の側に界磁磁石を形成し、コア部を成型するコア部成型用金型に金型入子及び界磁磁石を配置（インサート）することにより、割れ易い界磁磁石のインサートが容易となる。

本発明のロータの製造方法によれば、円筒形状の界磁磁石と、界磁磁石の内側の樹脂とを一体化できるロータの製造方法を提供できる。

（ａ）はロータの斜視図、（ｂ）はモータの概略図。 ロータの製造工程を示す工程図。 （ａ）〜（ｃ）はロータの製造工程を示す模式図。 （ａ）〜（ｃ）はロータの製造工程を示す模式図。 ロータの製造工程を示す工程図。 （ａ）〜（ｃ）はロータの製造工程を示す模式図。 （ａ）（ｂ）はロータの製造工程を示す模式図。 （ａ）（ｂ）は変形例のロータを示す概略図。 （ａ）（ｂ）は変形例のロータを示す概略図。 （ａ）（ｂ）は変形例のロータを示す概略図。

以下、各形態を説明する。
なお、添付図面は、理解を容易にするために構成要素を拡大して示している場合がある。構成要素の寸法比率は実際のものと、または別の図面中のものと異なる場合がある。また、断面図では、理解を容易にするために、一部の構成要素のハッチングを省略している場合がある。

図１（ｂ）に示すように、モータ１０は、環状のステータ１１と、ステータ１１の内側に配置されたロータ１２とを有している。
図１（ａ）に示すように、ロータ１２は、シャフト２１と、コア部２２と、界磁磁石２３とを有している。

シャフト２１は円柱状に形成されている。シャフト２１は金属製である。
コア部２２は、円環状に形成されている。コア部２２は、例えば熱可塑性の樹脂よりなる。この樹脂は、例えばＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂、ポリアミド樹脂（例えば、ナイロン１２）、等である。

界磁磁石２３は、円環状に形成されている。
図１（ｂ）に示すように、界磁磁石２３は、外周面２３ａにおいて、周方向にＮ極とＳ極とが交互に並ぶ極異方性に着磁されている。つまり、本実施形態の界磁磁石２３は、「外周極異方」に着磁されている。図１（ｂ）に示す矢印は、磁力の方向を示す。

界磁磁石２３は、例えばボンド磁石（プラスチックマグネット、ゴムマグネット等）よりなる。ボンド磁石は、磁石粉をバインダで固めて成形した複合材料磁石である。磁石粉は、例えば、フェライト磁石、サマリウム鉄窒素（Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ）系磁石、サマリウムコバルト（Ｓｍ−Ｃｏ）系磁石、ネオジム磁石等の磁石粉である。バインダは、例えば熱可塑性樹脂（例えばＰＰＳ）、等の樹脂材である。

つまり、ロータ１２は、シャフト２１と、樹脂を含む材料からなるコア部２２及び界磁磁石２３とにより構成されている。従って、金型を用い、コア部２２と界磁磁石２３とを成形することにより、コア部２２と界磁磁石２３とを密着させて一体とすることができる。例えば、金型内にコア部２２を配設（インサート）し、界磁磁石２３の材料を金型内に射出して成形する。また、金型内に界磁磁石２３を配設し、コア部２２の材料を金型内に射出して成形する。この金型内にシャフト２１を配設（インサート）することにより、シャフト２１とコア部２２と界磁磁石２３とを一体化したロータ１２が得られる。

（第１実施形態）
上記のロータ１２の製造方法の第１実施形態を説明する。
図２に示すように、先ず磁石材料を磁場配向成形して図１（ａ）に示す界磁磁石２３を成型する。次に、界磁磁石２３とシャフト２１を金型内に配置（インサート）し、その金型に樹脂を充填して図１（ａ）に示すコア部２２を成型する。これにより、シャフト２１とコア部２２と界磁磁石２３とを一体化する。

この製造方法を順次説明する。
図３（ａ）に示すように、金型３０内に金型入子４１を配置する。金型３０は、第１金型３１（例えば可動金型）と第２金型３２（例えば固定金型）とを含む。図３（ａ）は、第１金型３１と第２金型３２とを型閉めした状態を示す。金型入子４１は、円筒状の内周面を有している。この金型入子４１は、例えば円環状に形成されている。第１金型３１を第２金型３２（例えば固定金型）に対して型閉めする。そして、図３（ｂ）に示すように、第１金型３１と金型入子４１との間の空間３０ａ、つまり第１金型３１と第２金型３２と金型入子４１とにより形成される空間３０ａに、磁石材料４３を充填する。磁石材料４３は、磁石粉とバインダを含む。そして、配向用磁石３５により金型３０内の磁石材料４３に磁場をかけ、界磁磁石２３を成形する。配向用磁石３５は、例えば電磁石や永久磁石である。図３（ｃ）に示すように、界磁磁石２３と金型入子４１を図３（ｂ）に示す第１金型３１から取り出す。

図４（ａ）に示すように、金型５０に、界磁磁石２３及び金型入子４１を配置（インサート）するとともに、シャフト２１を界磁磁石２３の軸中心と同軸上に配置（インサート）する。金型５０は、第１金型５１（例えば可動金型）と第２金型５２（例えば固定金型）とを含む。図４（ａ）は、第１金型５１と第２金型５２とを型閉めした状態を示す。シャフト２１と界磁磁石２３及び金型入子４１は、金型５０を基準として配置（インサート）される。従って、シャフト２１は、金型５０により界磁磁石２３の軸中心に精度よく配置される。

次に、図４（ｂ）に示すように、シャフト２１と界磁磁石２３との間の空間５０ａ、つまり、第１金型５１と第２金型５２とシャフト２１と界磁磁石２３とにより形成される空間５０ａに、樹脂４２を充填し、樹脂４２を硬化してコア部２２を成形する。そして、図４（ｃ）に示すように、金型入子４１からロータ１２を取り外す。

（作用）
図４（ａ）に示すように、第１金型５１に、界磁磁石２３及び金型入子４１を配置する。このため、割れ易い界磁磁石２３を容易に第１金型５１に配置（インサート）することができる。

また、金型入子４１の内側に界磁磁石２３が成型されている。このため、界磁磁石２３と金型入子４１との間に隙間が生じない。そして、図４（ｂ）に示すように、界磁磁石２３とシャフト２１との間に樹脂４２を充填する。

この工程により、シャフト２１と界磁磁石２３とに対してコア部２２が一体的に成形される。この工程において、コア部２２を成形する樹脂４２を金型５０内に注入（射出）する。樹脂４２の注入圧力によって、注入する樹脂４２と界磁磁石２３の内周面との間と、注入する樹脂４２とシャフト２１の外周面との間の密着性が高く、シャフト２１とコア部２２と界磁磁石２３とが一体的となる。

コア部２２を成型する樹脂４２を充填する際の注入圧力は、界磁磁石２３の外周に配置された金型入子４１により受け止められる。このため、界磁磁石２３が注入圧力によって拡径することが抑制される、つまりコア部２２の成型時における界磁磁石２３の割れが抑制される。

図４（ａ）に示すように、シャフト２１と界磁磁石２３及び金型入子４１は、金型５０を基準としてその金型５０内に配置される。従って、シャフト２１と界磁磁石２３とを同軸状に精度よく配置される。

このようにして得られるロータ１２は、シャフト２１に対して樹脂製のコア部２２と、樹脂材のバインダと磁石粉とを含む界磁磁石２３とからなる。従って、このロータ１２は、金属製のカバーや金属製のコア部を有していないため、イナーシャが小さい。また、このロータ１２は、金属製のカバーを必要としないため、図１（ｂ）に示すステータ１１に対して磁気ギャップが小さいロータ１２とすることができる。このため、安価で軽量であり、高い応答性のモータを提供できる。また、金属製のカバーを用いた場合、ロータとステータとの間の磁気ギャップが大きく、磁気損失となる。一方、本実施形態では、図１（ｂ）に示すロータ１２の界磁磁石２３とステータ１１との間の磁気ギャップが小さく、磁気損失の増加を抑制することができる。

以上記述したように、本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（１−１）金型入子４１の内側に界磁磁石２３が成型されている。このため、界磁磁石２３と金型入子４１との間に隙間が生じない。そして、界磁磁石２３とシャフト２１との間に樹脂４２を充填し、コア部２２を成型する。樹脂４２を金型５０内に注入（射出）する。樹脂４２の注入圧力によって、注入する樹脂４２と界磁磁石２３の内周面との間と、注入する樹脂４２とシャフト２１の外周面との間の密着性が高く、シャフト２１とコア部２２と界磁磁石２３とを一体化できる。

（１−２）金型入子４１の内側に界磁磁石２３が成型されている。コア部２２を成型する第１金型５１に、界磁磁石２３及び金型入子４１を配置する。このため、割れ易い界磁磁石２３を容易に第１金型５１に配置（インサート）することができる。

（１−３）コア部２２を成型する樹脂４２を充填する際の注入圧力は、界磁磁石２３の外周に配置された金型入子４１により受け止められる。このため、界磁磁石２３が注入圧力によって拡径することが抑制される、つまりコア部２２の成型時における界磁磁石２３の割れを抑制できる。

（１−４）シャフト２１と界磁磁石２３及び金型入子４１は、金型５０を基準としてその金型５０内に配置される。従って、シャフト２１と界磁磁石２３とを同軸状に精度よく配置できる。

（１−５）ロータ１２は、シャフト２１に対して樹脂製のコア部２２と、樹脂材のバインダと磁石粉とを含む界磁磁石２３とからなる。従って、イナーシャの小さなロータ１２を得ることができる。

（第２実施形態）
次に、上記のロータ１２の製造方法の第２実施形態を説明する。
図５に示すように、先ずシャフトを配置（インサート）した金型に樹脂を充填して図１（ａ）に示すシャフト２１とコア部２２とを一体成形する。次いで、シャフト２１及びコア部２２を次の金型に配置し、コア部２２と金型との間に充填した磁石材料４３を磁場配向成形して図１（ａ）に示す界磁磁石をコア部２２と一体的に形成する。

この製造方法を順次説明する。
図６（ａ）に示すように、金型６０内にシャフト２１を配置する。金型６０は、第１金型６１（例えば可動金型）と第２金型６２（例えば固定金型）とを含む。図６（ａ）は、第１金型６１と第２金型６２とを型閉めした状態を示す。そして、図６（ｂ）に示すように、第１金型６１とシャフト２１との間の空間６０ａ、つまり、第１金型６１と第２金型６２とシャフト２１とにより形成される円環状の空間６０ａに、樹脂４２を充填し、樹脂４２を硬化し、シャフト２１と一体的なコア部２２を成形する。そして、図６（ｃ）に示すように、シャフト２１及びコア部２２を図６（ｂ）に示す金型６０から取り出す。

図７（ａ）に示すように、金型７０内にシャフト２１及びコア部２２を配置（インサート）する。金型７０は、第１金型７１（例えば可動金型）と第２金型７２（例えば固定金型）とを含む。図７（ａ）は、第１金型７１と第２金型７２とを型閉めした状態を示す。

図７（ｂ）に示すように、第１金型７１とコア部２２との間の空間７０ａ、つまり第１金型７１と第２金型７２とコア部２２とにより形成される空間７０ａに、磁石材料４３を充填する。磁石材料４３は、磁石粉とバインダを含む。そして、配向用磁石７５により金型７０内の磁石材料４３に磁場をかけ、界磁磁石２３を成形する。配向用磁石７５は、例えば電磁石や永久磁石である。

（作用）
図７（ａ）に示すように、シャフト２１と、シャフト２１と一体化したコア部２２とを金型７０に挿入（インサート）し、金型７０に磁石材料４３を充填して界磁磁石２３を成形する。従って、バインダとして樹脂材を含む磁石材料４３を金型７０に注入（射出）する際の注入圧力によって磁石材料４３とコア部２２との密着性が高く、コア部２２と界磁磁石２３とが確実に一体的となる。また、コア部２２の成形における応力は界磁磁石２３にかからないため、界磁磁石２３の割れ等の発生を抑制できる。

図６（ａ）に示すように、シャフト２１は、金型６０を基準としてその金型６０内に配置される。そして、図６（ｂ）に示すように、金型６０とシャフト２１との間の空間６０ａに樹脂４２を充填してコア部２２を成形する。従って、シャフト２１とコア部２２は、金型６０により同軸状に精度よく配置される。

図７（ａ）に示すように、シャフト２１及びコア部２２は、金型７０を基準としてその金型７０内に配置される。そして、その金型７０とコア部２２との間の空間７０ａに磁石材料４３を充填して界磁磁石２３を成形する。従って、シャフト２１とコア部２２と界磁磁石２３は、金型７０により同軸状に精度よく配置される。

以上記述したように、本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（２−１）シャフト２１と、シャフト２１と一体化したコア部２２とを金型７０に挿入（インサート）し、金型７０に磁石材料４３を充填して界磁磁石２３を成形する。従って、バインダとして樹脂材を含む磁石材料４３を金型７０に注入（射出）する際の注入圧力によって磁石材料４３とコア部２２との密着性が高く、コア部２２と界磁磁石２３とが確実に一体的にできる。

（２−２）シャフト２１と、シャフト２１と一体化したコア部２２とを金型７０に挿入（インサート）し、金型７０に磁石材料４３を充填して界磁磁石２３を成形する。コア部２２の成形における応力は界磁磁石２３にかからないため、界磁磁石２３の割れ等の発生を抑制できる。

（２−３）シャフト２１は、金型６０を基準としてその金型６０内に配置される。金型６０とシャフト２１との間の空間６０ａに樹脂４２を充填してコア部２２を成形する。従って、シャフト２１とコア部２２を同軸状に精度よく配置できる。

（２−４）シャフト２１及びコア部２２は、金型７０を基準としてその金型７０内に配置される。そして、その金型７０とコア部２２との間の空間７０ａに磁石材料４３を充填して界磁磁石２３を成形する。従って、シャフト２１とコア部２２と界磁磁石２３を同軸状に精度よく配置できる。

尚、上記各実施形態は、以下の態様で実施してもよい。
・上記実施形態に対し、コア部２２と界磁磁石２３とに回り止めを設けるようにしてもよい。

図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すように、コア部２２には、外周面２２ａから径方向内側に向かう複数（図８（ａ）では４つ）の凹部２２ｂが、周方向に沿って等間隔に設けられている。界磁磁石２３には、内周面２３ｂから径方向内側に突出する複数（図８（ａ）では４つ）の凸部２３ｃが周方向に沿って等間隔に設けられている。コア部２２の凹部２２ｂと界磁磁石２３の凸部２３ｃにより、コア部２２と界磁磁石２３と互いの回り止めがなされる。コア部２２の凹部２２ｂと界磁磁石２３の凸部２３ｃは、それぞれを成型する金型により形成することができる。このため、製造工数は増加しない。

図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すように、コア部２２には、外周面２２ａから径方向外側に突出する複数（図９（ａ）では４つ）の凸部２２ｃが、周方向に沿って等間隔に設けられている。界磁磁石２３には、内周面２３ｂから径方向外側に向かう複数（図９（ａ）では４つ）の凹部２３ｄが周方向に沿って等間隔に設けられている。コア部２２の凸部２２ｃと界磁磁石２３の凹部２３ｄにより、コア部２２と界磁磁石２３と互いの回り止めがなされる。コア部２２の凸部２２ｃと界磁磁石２３の凹部２３ｄは、それぞれを成型する金型により形成することができる。このため、製造工数は増加しない。

図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示すように、コア部２２には、外周面２２ａから径方向内側に向かい、軸方向に沿って延びる複数（図１０（ａ）では４つ）の溝部２２ｄが、周方向に沿って等間隔に設けられている。界磁磁石２３には、内周面２３ｂから径方向内側に突出し、軸方向に沿って延びる複数（図１０（ａ）では４つ）の突条２３ｅが周方向に沿って等間隔に設けられている。コア部２２の溝部２２ｄと界磁磁石２３の突条２３ｅにより、コア部２２と界磁磁石２３と互いの回り止めがなされる。コア部２２の溝部２２ｄと界磁磁石２３の突条２３ｅは、それぞれを成型する金型により形成することができる。このため、製造工数は増加しない。

１２…ロータ、２１…シャフト、２２…コア部、２３…界磁磁石、４１…金型入子、４２…樹脂、４３…磁石材料、５０，７０…金型、５０ａ，７０ａ…空間。

Claims (1)

1. シャフトと、
   前記シャフトの外周に配置され、樹脂材よりなる円筒形状のコア部と、
   前記コア部の外周に配置され、磁石粉と樹脂材を含み、極異方着磁された円筒形状の界磁磁石と
   からなるロータの製造方法であって、
   金型入子を界磁磁石成型用金型内に配置し、前記金型入子の内面と前記界磁磁石成型用金型とにより形成される空間に前記磁石粉と前記樹脂材を含む磁石材料を充填して前記界磁磁石を成型し、
   前記界磁磁石及び前記金型入子を該界磁磁石の外周に該金型入子が配置された状態でコア部成型用金型内に配置し、前記界磁磁石の中心に前記シャフトを配置し、前記シャフトと前記界磁磁石との間の空間に材料を充填して前記コア部を成型すること、を特徴とするロータの製造方法。

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