JP7127270B2

JP7127270B2 - シャフト一体型ボンド磁石

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Publication number: JP7127270B2
Application number: JP2017208174A
Authority: JP
Inventors: 弘岡島
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Hitachi Metals Ltd
Priority date: 2017-01-30
Filing date: 2017-10-27
Publication date: 2022-08-30
Anticipated expiration: 2037-10-27
Also published as: JP2018125517A

Description

本発明は、各種モータに利用されるシャフト一体型ボンド磁石に関する。

磁性粉末と、該磁性粉末の結合剤としての樹脂とを固化成形してなるボンド磁石は、焼結磁石に比べて、寸法精度が高く、形状自由度が高いという利点がある。このような円筒状のボンド磁石にロータ軸となるシャフトを装入させて一体化したシャフト一体型ボンド磁石は、電子機器、カメラ、自動車などにおける各種モータに利用されている。

このようなシャフト一体型ボンド磁石及びその製造方法が、特許文献１に開示されている。特許文献１では、圧縮成形装置の金型内に、ロータ軸が装入されたロータ継鉄からなる支持部材を配設し、支持部材周囲にＮｄ－Ｆｅ－Ｂ系磁性粉末及びエポキシ系樹脂からなる磁性組成物を供給し、加圧成形して得られるシャフト一体型ボンド磁石が記載されている。

特許文献１によれば、磁性粉末と結合剤とを混合してなる磁性組成物における磁性粉末の重量比率及び体積比率を高くしたシャフト一体型ボンド磁石を比較的容易に提供することができる。そのため、モータの小型化、高性能化を図ることが可能である。

特開平６－１４０２３５号公報

特許文献１を含めて従来のシャフト一体型ボンド磁石では、ボンド磁石全体にわたって密度が均一に成形されているため、モータに組込んだときに外部磁束に有効に働くことがない部位の磁性粉末が無駄になっているという問題がある。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、ボンド磁石の径方向にわたって密度を変えることにより、十分な磁気特性を維持しながら、軽量化及び低コスト化を図ることができるシャフト一体型ボンド磁石を提供することを目的とする。

本発明に係るシャフト一体型ボンド磁石は、円柱状のシャフトの周面に樹脂と磁性粉末との混合物からなる円筒状のボンド磁石が一体的に設けられているシャフト一体型ボンド磁石において、前記ボンド磁石の外周側の密度が、前記ボンド磁石の内周側の密度より大きく、前記外周側及び前記内周側で前記樹脂と前記磁性粉末との混合比率が等しく、前記外周側の単位体積あたりの前記磁性粉末の量が、前記内周側の単位体積あたりの前記磁性粉末の量より多いことを特徴とする。

本発明にあっては、ボンド磁石の内周側（シャフト側）と外周側とで密度に差があり、外周側の密度が内周側の密度より大きくなっている。モータに組込んだときに外部磁束に有効に働く外周側については密度を大きくして単位体積あたりの磁性粉末の量を多くし、外部磁束に有効に働くことがない内周側については密度を小さくして単位体積あたりの磁性粉末の量を少なくしている。よって、全体を軽量化しても十分な磁気特性が得られる。

本発明に係るシャフト一体型ボンド磁石は、前記ボンド磁石の外周から前記シャフトの長さ方向に対して垂直な方向における少なくとも２ｍｍまでの領域の密度を前記ボンド磁石の外周側の密度とし、前記シャフトの最も太い外径から前記シャフトの長さ方向に対して垂直な方向に前記ボンド磁石に向って少なくとも２ｍｍまでの領域の密度を前記ボンド磁石の内周側の密度として、前記ボンド磁石の内周側と外周側との密度差が２％以上５％以下であることを特徴とする。

本発明に係るシャフト一体型ボンド磁石は、前記ボンド磁石の内周側と外周側との密度差が２％以上３％以下であることを特徴とする。

密度差が小さすぎる場合には、軽量化の効果が得られない。一方、密度差が大きすぎる場合には、境界部分にあって密度差の影響（歪み、割れなど）を受けて磁気特性が劣化する可能性が生じる。よって、本発明にあっては、ボンド磁石の内周側と外周側との密度差を２％以上５％以下として、軽量化の達成と十分な磁気特性の維持との両立を実現する。なお、この両立を実現するためには、密度差が２％以上３％以下であることがより好ましい。

本発明に係るシャフト一体型ボンド磁石は、前記ボンド磁石は、磁性粉末と嫌気性樹脂とを含むことを特徴とする。

本発明にあっては、ボンド磁石が磁性粉末と嫌気性樹脂とを有している。よって、空気に触れた余分な嫌気性樹脂を洗浄などで容易に除去できるため、高い強度を有した状態で磁性粉末の充填率を高くすることができる。

本発明に係るシャフト一体型ボンド磁石は、前記シャフトは軸長方向の中央部が両端部よりも太径であり、前記シャフトの前記中央部の全域及び前記両端部の前記中央部側の一部領域を覆って前記ボンド磁石が一体的に設けられていることを特徴とする。

本発明にあっては、軸長方向の中央部が両端部よりも太径である円柱状のシャフトに、シャフトの中央部の全域及び両端部の中央部側の一部領域を覆って円筒状のボンド磁石が一体的に設けられている。よって、シャフトとボンド磁石との結合力が高く、シャフトとボンド磁石との間の軸方向への抜け強度に優れている。

本発明のシャフト一体型ボンド磁石によれば、シャフト一体型ボンド磁石全体の密度が低くても、モータ特性に寄与する部分の密度だけを選択的に高めることができることから、モータ特性が低下しない十分な磁気特性を維持しながら、軽量化と低コスト化とを図ることができる。

本発明に係るシャフト一体型ボンド磁石を示す斜視図である。第１の実施形態のシャフト一体型ボンド磁石を示す断面図である。第２の実施形態のシャフト一体型ボンド磁石を示す断面図である。第２の実施形態のシャフト一体型ボンド磁石の作製工程の手順を示す断面図である。第２の実施形態のシャフト一体型ボンド磁石の作製工程の手順を示す断面図である。第２の実施形態のシャフト一体型ボンド磁石の作製工程の手順を示す断面図である。成形圧力と成形体密度との関係を示すグラフである。

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。

図１は、本発明に係るシャフト一体型ボンド磁石を示す斜視図である。シャフト一体型ボンド磁石１は、円柱状のシャフト２と円筒状のボンド磁石３とを一体化して構成されている。シャフト２の形状の違いにより、第１の実施形態と第２の実施形態とが存在する。

図２は、第１の実施形態のシャフト一体型ボンド磁石１を示す断面図である。第１の実施形態のシャフト一体型ボンド磁石１におけるシャフト２は、全域が等径である円柱状をなしている。シャフト２の軸長方向の中央部の外周面を覆う態様にて、ボンド磁石３が一体的に設けられている。

第１の実施形態のシャフト一体型ボンド磁石１にあって、例えば、シャフト２の長さ、直径はそれぞれ５５ｍｍ、４ｍｍであり、ボンド磁石３の長さ、外径はそれぞれ１８ｍｍ、２０ｍｍである。なお、本寸法はあくまでも一例であって、シャフト２の長さ及び直径、ならびに、ボンド磁石３の長さ及び外径は、必要な仕様に応じて適宜設定すれば良い。

図３は、第２の実施形態のシャフト一体型ボンド磁石１を示す断面図である。第２の実施形態のシャフト一体型ボンド磁石１におけるシャフト２は、全体として円柱状をなしているが、その軸長方向の中央部２ａが両端部よりも太径となっている。シャフト２の太径の中央部２ａの全域の外周面、ならびに、両端部（一端部２ｂ及び他端部２ｃ）の中央部２ａ側の一部の領域の外周面を覆う態様にて、ボンド磁石３が一体的に設けられている。

第２の実施形態のシャフト一体型ボンド磁石１にあって、例えば、シャフト２の長さ、中央部２ａの直径、両端部（一端部２ｂ及び他端部２ｃ）の直径はそれぞれ、５５ｍｍ、７ｍｍ、４ｍｍであり、ボンド磁石３の長さ、外径はそれぞれ１８ｍｍ、２０ｍｍである。また、例えば、図３におけるＬｌ、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６の長さはそれぞれ、１８ｍｍ、２０ｍｍ、２ｍｍ、１４ｍｍ、２ｍｍ、１７ｍｍである。なお、本寸法はあくまでも一例であって、シャフト２の長さ及び直径、ボンド磁石３の長さ及び外径、ならびに、各部の長さＬ１～Ｌ６は、必要な仕様に応じて適宜設定すれば良い。

シャフト２の材料としては、珪素鋼板の積層体、アルミニウム合金、ステンレス鋼などを使用でき、樹脂または樹脂と金属粉末や合金粉末との複合材料を用いても良い。また、シャフト２は、円柱状に限らず角柱状であってもよい。さらに、滑り止め効果を高めるため、ボンド磁石３と接する面に溝があってもよい。

ボンド磁石３の磁性粉末として、希土類系磁性粉末、フェライト磁性粉末などを使用することができる。希土類系磁性粉末としては、Ｒ－Ｔ－Ｂ系磁性粉末（Ｒは少なくとも一種の希土類元素であってＮｄ、Ｐｒのいずれか一方を必ず含む、ＴはＦｅまたはＦｅとＣｏ、Ｂは硼素であって一部をＣ（炭素）で置換できる）、Ｒ－Ｔ－Ｎ系磁性粉末（Ｒは少なくとも一種の希土類元素であってＳｍを必ず含む、Ｔは鉄族元素、Ｎは窒素である）などがあげられる。Ｒ－Ｔ－Ｂ系磁性粉末の形状は、好ましくは扁平形状（例えば、粉末粒子の形状アスペクト比＝短径／長径が０．３以下）である。扁平形状を有するＲ－Ｔ－Ｂ系磁性粉末を用いることにより、材料（磁性粉末及び樹脂の混合物）の圧縮成形の際に、磁性粉末が積層し易くなる。また、成形時に磁性粉末間に空隙または樹脂溜まりができ難くなり、高密充填が可能となる。Ｒ－Ｔ－Ｂ系磁性粉末の平均粒子径は、好ましくは２０μｍ以上３００μｍ以下であり、より好ましくは４０μｍ以上２５０μｍ以下である。ここで、平均粒子径は体積分布の算術平均径であり、レーザー回折式粒度分布測定装置を用いて測定する。

一方、ボンド磁石３に使用する樹脂は、一般的なボンド磁石に用いられる熱硬化性樹脂であって、好ましい樹脂として、例えばエポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂などが挙げられる。

このような構成をなす本発明に係るシャフト一体型ボンド磁石１では、第１の実施形態及び第２の実施形態の何れにあっても、シャフト２の周面に一体的に設けられている円筒状のボンド磁石３の内周側と外周側とで密度に差があり、外周側部分３ａの密度が内周側部分３ｂの密度より大きい。ボンド磁石３は、材料となる磁性粉末及び樹脂の混合物（磁性組成物：コンパウンド）を圧縮成形して形成されるが、密度の違いは、空隙の割合によって規定される。即ち、外周側部分３ａにおける空隙の割合が内周側部分３ｂにおける空隙の割合よりも小さくなっており、磁性粉末と樹脂との混合比率は、外周側部分３ａ及び内周側部分３ｂで同じである。

ボンド磁石３の外周側部分３ａと内周側部分３ｂとの密度差は２％以上５％以下、より好ましくは２％以上３％以下である。密度差が２％未満である場合には、本発明の効果である軽量化を達成できない。一方、密度差が５％を超える場合には、境界部分にあって密度差の影響（歪み、割れなど）を受けて磁気特性が劣化することが考えられる。よって、モータに組込んだとき十分な磁気特性を維持しながら軽量化を達成するために、密度差を２％以上５％以下に設定している。ここで、ボンド磁石３の外周側部分３ａの密度は、ボンド磁石３の外周からシャフト２の長さ方向に対して垂直な方向における少なくとも２ｍｍまでの領域の密度をいい、ボンド磁石３の内周側部分３ｂの密度はシャフト２の最も太い外径からボンド磁石３に向って少なくとも２ｍｍまでの領域の密度をいう。密度の測定は、ボンド磁石作製後、切り出してアルキメデス法を用いて行う。

具体的には一例として、外周側部分３ａの密度は５．５～６．５ｇ／ｃｍ³ 、内周側部分３ｂの密度は５．４～６．５ｇ／ｃｍ³であり、好ましくは、外周側部分３ａの密度は５．８～６．２ｇ／ｃｍ³ 、内周側部分３ｂの密度は５．６～６．０ｇ／ｃｍ³である。

本発明のシャフト一体型ボンド磁石１では、ボンド磁石３の内周側（シャフト２側）と外周側とで密度に差があり、ボンド磁石３の外周側部分３ａの密度が内周側部分３ｂの密度より大きくなっている。モータに組込んだときに外部磁束に有効に働く外周側については密度を大きくして単位体積あたりの磁性粉末の量を多くし、外部磁束に有効に働くことがない内周側については密度を小さくして単位体積あたりの磁性粉末の量を少なくしている。よって、全体を軽量化しても十分な磁気特性を得ることが可能である。

軸長方向全域にわたってシャフト２の径を同一とした第１の実施形態とは異なり、第２の実施形態では、シャフト２の軸長方向の中央部２ａの径を両端部（一端部２ｂ及び他端部２ｃ）の径よりも太くしている。よって、第２の実施形態にあっては、第１の実施形態と比較して、シャフト２とボンド磁石３との結合力が高く、シャフト２とボンド磁石３との間の軸方向への抜け強度に優れている。

以下、このような密度に差がある外周側部分３ａと内周側部分３ｂとの具体的な寸法、密度について、第１の実施形態を例として説明する。なお、以下では、図２に示すように、Ｄ１は外周側部分３ａの外径（ｍｍ）を表し、Ｄ２は内周側部分３ｂの外径（ｍｍ）を表している。

表１は、外周側部分３ａの外径Ｄ１が２０ｍｍである場合の本発明例（Ｎｏ．２，４，６）を示している。シャフト２の直径は２ｍｍとした。磁極数が多いほど、内部まで磁路が形成されないので、密度を低くした内周側部分３ｂを大きくしても、十分な磁気特性を得ることができる。また、表１には、ボンド磁石の密度が全域にわたって均一である比較例としてのシャフト一体型ボンド磁石の例（Ｎｏ．１，３，５）も示している。本発明例と比較例とは材料（磁性粉末及び樹脂からなる。磁性粉末はＲ－Ｔ－Ｂ系磁性粉末であり、樹脂はエポキシ樹脂である。Ｒ－Ｔ－Ｂ系磁性粉末はＭＱＰ－１４－９（Ｍｏｌｙｃｏｒｐ製）の磁性粉末を用いた。ＭＱＰ－１４－９の組成は、１６．７質量％のＮｄ、３．８質量％のＬａ、５．５質量％のＰｒ、１．０質量％のＢ、および残部Ｆｅである。また、ＭＱＰ－１４－９の平均粒径は、１００μｍである。樹脂は材料全体の２質量％である。）、形状、サイズは同じである。なお、フラックスメータによる磁束量は、ヘルムホルツ型コイルを東洋テクニカ製ＬａｋｅＳｈｏｒｅフラックスメータにつなぎ測定を行った。例えば、本発明例のＮｏ．２では、磁極数が４であり、外周側部分３ａの外径Ｄ１は２０ｍｍ、密度は６．１ｇ／ｃｍ³、内周側部分３ｂの外径Ｄ２は７ｍｍ、密度は５．９ｇ／ｃｍ³であって、密度差が０．２ｇ／ｃｍ³（３％）であり、全体の重量は３３．１ｇである。Ｎｏ．２に対応する比較例のＮｏ．１では、磁極数が４であり、ボンド磁石の外径Ｄ１は２０ｍｍ、密度は均一の６．１ｇ／ｃｍ³であって、全体の重量は３３．２ｇである。Ｎｏ．１及びＮｏ．２を比較した場合、０．１ｇの重量削減を図れている。

また、表２は、外周側部分３ａの外径Ｄ１が３０ｍｍである場合の本発明例（Ｎｏ．８，１０，１２）と、これらに対応した比較例（Ｎｏ．７，９，１１）とを示している。シャフト２の直径は５ｍｍとした。

以上のことから、本発明例では、比較例と比べて、磁気特性（フラックスメータによる磁束量）は軽微な減少に過ぎず、重量は削減され、コストが低減されることが分かる。

次に、第２の実施形態によるシャフト一体型ボンド磁石１（本発明例）と比較例（ボンド磁石全体に密度差が無い場合）との比較について説明する。比較例及び本発明例におけるボンド磁石に使用した磁性粉末及び樹脂はそれぞれ、平均粒径１００μｍのＮｄ－Ｆｅ－Ｂ系磁性粉末（ＭＱＰ－１４－９（Ｍｏｌｙｃｏｒｐ製）の磁性粉末）及び２質量％エポキシ樹脂である。極数は４、形状は図３に示す通りであり、寸法は前述した通りである。

比較例ではボンド磁石全体の密度が６．１ｇ／ｃｍ³と均一であったのに対して、本発明例ではボンド磁石の外周側部分３ａ（外径２０ｍｍ）、内周側部分３ｂ（外径７ｍｍ）それぞれの密度が６．１ｇ／ｃｍ³、５．９ｇ／ｃｍ³であった。結果として比較例では質量が３１ｇであるのに対して、本発明例では３０ｇであり、３％程度の軽量化を達成していることを確認した。したがって、本発明例では、十分な磁気特性を維持しながら軽量化を図れていることが分かる。

本発明例では、振れ精度は±１５μｍと小さく、また、６５０００ｒｐｍの回転によってもボンド磁石の抜け、割れは発生せず、機械特性も優れている。

表３は、本発明例のシャフト一体型ボンド磁石１にあって、外周側部分３ａと内周側部分３ｂとの密度差を変化させた場合（Ｎｏ．１４－Ｎｏ．１８）の特性を示している。なお、表３では、密度差がない場合（Ｎｏ．１３）の特性も比較例として示している。外周側部分３ａの外径Ｄ１は３０ｍｍ、内周側部分３ｂの外径Ｄ２は１５ｍｍとし、シャフト２の直径は５ｍｍとした。

密度差が２～５％の範囲であるＮｏ．１４－Ｎｏ．１６では十分な磁気特性を維持しながら軽量化を図れていることが分かる。

これに対して、密度差が１０％であるＮｏ．１８では、軽量化は顕著であるが、内周側部分３ｂの密度が５．５ｇ／ｃｍ³と低すぎるため、ボンド磁石３の強度に問題が発生する虞がある。また、密度差が７％であるＮｏ．１７では、内周側部分３ｂの密度が強度を考慮した必要最低限の５．７ｇ／ｃｍ³であるが、量産でのばらつきに伴う密度の低下を考慮した場合には好ましくない。一方、密度差がないＮｏ．１３では、当然ながら軽量化は図れない。

以上のことから、密度差としては、２％以上５％以下が好ましく、磁気特性と強度を高いレベルで実現する場合には２％以上３％以下がより好ましい。

なお、表３に示した各例にあってフラックスメータによる磁束量に大きな差がないのは、外周側部分３ａの外径Ｄ１に対して内周側部分３ｂの外径Ｄ２が小さくて密度が高い部分の肉厚が大きく、また磁極数が８極と多いため、ボンド磁石３の表面近傍のみが磁化されたことが原因と考えられる。

以下、本発明の第２の実施形態によるシャフト一体型ボンド磁石１を作製する手順について、その作製工程の手順を示す図４－図６を参照して説明する。第１の実施形態によるシャフト一体型ボンド磁石は、シャフトの形状が第２の実施形態によるシャフト一体型ボンド磁石と異なるが、後述する図４－図６の作製工程は第２の実施形態によるシャフト一体型ボンド磁石と同じである。

図４Ａは、作製工程において使用する成形装置の成形動作の開始位置（以下「定位置」という）を示している。この成形装置は、円筒状のダイ１０と、上側金型２０と、下側金型３０とを備えている。

上側金型２０は、ダイ１０の内径にほぼ等しい外径を有する長尺円筒状の第１上パンチ２１と、第１上パンチ２１の内径にほぼ等しい外径を有する長尺円筒状の第２上パンチ２２と、第２上パンチ２２の内径にほぼ等しい直径を有する長尺円柱状の上コア２３とを備えた三重構成であり、ダイ１０内を上方向から挿通可能である。第１上パンチ２１はダイ１０内を上下方向に挿通可能であって、第２上パンチ２２は第１上パンチ２１内を上下方向に挿通可能であり、上コア２３は第２上パンチ２２内を上下方向に挿通可能である。第１上パンチ２１の移動（上昇／下降）と、第２上パンチ２２の移動（上昇／下降）と、上コア２３の移動（上昇／下降）とは、互いに独立して行える。

下側金型３０は、ダイ１０の内径にほぼ等しい外径を有する長尺円筒状の第１下パンチ３１と、第１下パンチ３１の内径にほぼ等しい外径を有する長尺円筒状の第２下パンチ３２と、第２下パンチ３２の内径にほぼ等しい直径を有する長尺円柱状の下コア３３とを備えた三重構成であり、ダイ１０内を下方向から挿通可能である。第１下パンチ３１はダイ１０内を上下方向に挿通可能であって、第２下パンチ３２は第１下パンチ３１内を上下方向に挿通可能であり、下コア３３は第２下パンチ３２内を上下方向に挿通可能である。第１下パンチ３１の移動（上昇／下降）と、第２下パンチ３２の移動（上昇／下降）と、下コア３３の移動（上昇／下降）とは、互いに独立して行える。

まず、図４Ｂに示す如く、第１下パンチ３１を下降させて第２下パンチ３２とダイ１０との間に空間４１を形成する。次いで、図４Ｃに示す如く、この空間４１内にボンド磁石３の材料４２（磁性粉末及び樹脂の混合物（磁性組成物））を充填する。このときの下降距離ｄ１（空間４１の深さ）は、作製されるシャフト一体型ボンド磁石１におけるボンド磁石３の長さ（図３に示す長さＬ１）と、後述する圧縮成形工程での材料４２の圧縮率とを考慮して決定される。

次に、図４Ｄに示す如く、下コア３３を下降させて第２下パンチ３２の内部に開放部４３を形成する。このときの下降距離ｄ２（開放部４３の長さ）は、シャフト一体型ボンド磁石１において外周面がボンド磁石３で覆われないシャフト２の一端部２ｂの領域の長さを考慮して決定される。すなわち、図３に示す長さＬ５及びＬ６と前記圧縮率とを考慮して決定される。

次いで、図５Ａに示す如く、予め準備しておいたシャフト２の一端部２ｂの一部を、開放部４３に挿入する。この際、シャフト２は、シャフト２の一端部２ｂの一端面が下コア３３に当接するまで下降させる。シャフト２は、自重によって下降させてもよいし、手動あるいは専用治具（専用装置）などを用いて下降させてもよい。

次に、図５Ｂに示す如く、第１上パンチ２１、第２上パンチ２２及び上コア２３を下降させる。上コア２３はシャフト２の他端部２ｃの一端面に当接するまで下降させて上コア２３及び下コア３３によってシャフト２を挟持する。また、第１上パンチ２１及び第２上パンチ２２は、シャフト２の他端部２ｃの一部の領域を覆う位置まで下降させる。第１上パンチ２１及び第２上パンチ２２の下降位置は、シャフト一体型ボンド磁石１において外周面がボンド磁石３で覆われないシャフト２の他端部２ｃの領域の長さを考慮して決定される。すなわち、図３に示す長さＬ２及びＬ３と前記圧縮率とを考慮して決定される。

なお、図４Ｄから図５Ａに基づく前記実施の形態に代えて、図４Ｄにおいて、下コア３３を下降させて第２下パンチ３２の内部に開放部４３を形成する際、その下降距離ｄ２（開放部４３の長さ）を、シャフト一体型ボンド磁石１において外周面がボンド磁石３で覆われないシャフト２の一端部２ｂの領域の長さ（図３に示す長さＬ６）と外周面がボンド磁石３で覆われる領域の長さ（図３に示す長さＬ５）との合計に対応する長さとしても良い。このとき、図５Ａにおいて、シャフト２の一端部２ｂの全部が開放部４３に挿入されることとなり、結果として、シャフト２の一端部２ｂ及び中央部２ａの境界と、充填した材料４２の上面と、第２下パンチ３２の上面と、ダイ１０の上面とは、上下方向で同じ位置になる。

次いで、図５Ｃに示す如く、第２下パンチ３２、上コア２３及び下コア３３を連動して下降させる。このとき、第１上パンチ２１及び第２上パンチ２２をさらに連動して下降させる。そして、図５Ｄに示す如く、シャフト２の一端部２ｂの一部、中央部２ａ及び他端部２ｃの一部を材料４２中に埋没させる。このときの上コア２３及び下コア３３ならびに第１上パンチ２１及び第２上パンチ２２の下降距離（図５Ｂの上コア２３及び下コア３３ならびに第１上パンチ２１及び第２上パンチ２２の位置から図５Ｄの上コア２３及び下コア３３ならびに第１上パンチ２１及び第２上パンチ２２の位置までの距離）は、シャフト２の一端部２ｂ及び他端部２ｃの外周面がボンド磁石３で覆われる領域の長さ（図３に示す長さＬ３及びＬ５）、及び前記圧縮率を考慮して決定される。

図５Ｄに示す如く、第１上パンチ２１及び第２上パンチ２２は、材料４２の上面に当接するまで、もしくはダイ１０の上面まで下降させる。この結果、シャフト２及び材料４２は、上側金型２０と下側金型３０とで封止された状態となる。

なお、図５Ｂから図５Ｄに基づく前記実施の形態においては、第２下パンチ３２を下降させる際、第１下パンチ３１の下降位置まで下降（図４Ｂに示す下降距離ｄ１だけ下降）させているが、シャフト一体型ボンド磁石１の形状などに応じて、第２下パンチ３２の下降位置を、第１下パンチ３１の下降位置よりも上または下に位置させてもよい。

また、図５Ｂから図５Ｄに基づく前記実施の形態において、予め上コア２３と下コア３３によってシャフト２を挟持して、第２下パンチ３２を下降させながら、上コア２３及び下コア３３を連動して下降させて、シャフト２の一端部２ｂの一部、中央部２ａ及び他端部２ｃの一部を材料４２中に埋没させる工程に代えて、予め上コア２３と下コア３３によってシャフト２を挟持せず、第２下パンチ３２を下降させながら、下コア３３のみを下降させて、下コア３３上にシャフト２が載置された状態で自重によって下降させてもよい。また、シャフト２の下降は手動あるいは専用治具（専用装置）などを用いて行ってもよい。

次いで、図６Ａに示す如く、ダイ１０及び第１下パンチ３１を下降させるとともに、第２上パンチ２２を下降させる。ダイ１０及び第１下パンチ３１の下降によって、第２下パンチ３２が相対的に上昇することになる。

その後、図６Ｂに示す如く、ダイ１０を下降させるとともに、上コア２３と下コア３３によってシャフト２を挟持しながら上コア２３、下コア３３、第１上パンチ２１及び第２上パンチ２２を下降させる。ここで、第１上パンチ２１と第２上パンチ２２の材料４２と接する面の高さ位置が同じになるよう、第１上パンチ２１と第２上パンチ２２の下降量を調整する。また、第１下パンチ３１と第２下パンチ３２の材料４２と接する面の高さ位置が同じになるよう、第１下パンチ３１と第２下パンチ３２の上昇量を調整する。ダイ１０の下降によって、第１下パンチ３１及び第２下パンチ３２が相対的に上昇することになる。そして、第１上パンチ２１及び第２上パンチ２２と第１下パンチ３１及び第２下パンチ３２とにより材料４２を、下方向と上方向との２方向から圧縮して、シャフト２及び材料４２を一体化して成形する。

なお、ダイ１０を下降させることしたが、第１下パンチ３１及び第２下パンチ３２を、直接上昇させるようにしても良い。図６Ａ，図６Ｂに基づく前記実施形態において、ダイ１０の下降距離と上コア２３と下コア３３の下降距離は同じであってもよいし、異なっていてもよい。ダイ１０、上コア２３と下コア３３、第１上パンチ２１及び第２上パンチ２２の下降距離、あるいは第１下パンチ３１及び第２下パンチ３２を上昇させる場合の上昇距離などは、後述する成形品４４の形状などを考慮して決定すればよい。

次に、図６Ｃに示す如く、ダイ１０、第１上パンチ２１、第２上パンチ２２、上コア２３、第１下パンチ３１、第２下パンチ３２、及び下コア３３を全て上昇させる。この際、ダイ１０、第１下パンチ３１、及び第２下パンチ３２が定位置に戻るまで、上昇動作を行う。次いで、図６Ｄに示す如く、第１上パンチ２１、第２上パンチ２２及び上コア２３を更に上昇させて定位置まで戻す。その後、成形品４４をダイ１０から取り出して、成形処理を終了する。なお、図６Ａから図６Ｄに基づく前記実施の形態に代えて、ダイ１０のみを下降させて成形品４４をダイ１０から取り出した後、ダイ１０、第１上パンチ２１、第２上パンチ２２、上コア２３、第１下パンチ３１、第２下パンチ３２、及び下コア３３の全てを定位置に戻るように動作させてもよい。

取り出した成形品４４に対して、２００℃で１時間の熱処理を施し、樹脂を硬化させる。これにより、所望の密度、形状を有するシャフト一体型ボンド磁石１が得られる。

上述した成形工程では、図５Ｃに示す如く、第２下パンチ３２、上コア２３及び下コア３３を連動して下降させることで、ダイ１０の上面と同じ高さであった第２下パンチ３２が下降して空間が広がり、第１下パンチ３１、ダイ１０で囲まれた空間に収容されていた磁性組成物（材料４２）がシャフト２側へ流動する。また、図６Ａに示す如く、ダイ１０及び第１下パンチ３１を下降させるとともに第２上パンチ２２を下降させることで、第１下パンチ３１に対して、第２下パンチ３２が相対的に上昇することになり、ダイ１０のキャビティに充填された磁性組成物は、第１上パンチ２１及び第１下パンチ３１間へ流動する。第１上パンチ２１及び第１下パンチ３１間における磁性組成物の充填深さが第２上パンチ２２及び第２下パンチ３２間よりも大きいため、図３に示すような外周側部分３ａと内周側部分３ｂの長さが同じであるボンド磁石３を成形するとき、第１上パンチ２１及び第１下パンチ３１の間に存する磁性組成物の圧縮率が第２上パンチ２２及び第２下パンチ３２の間に存する磁性組成物の圧縮率よりも大きくなる。これにより、第１上パンチ２１と第１下パンチ３１との間の成形圧力の印加により密度が大きい外周側部分３ａを成形し、第２上パンチ２２と第２下パンチ３２との間の成形圧力の印加により密度が小さい内周側部分３ｂを成形している。

図７は、印加する成形圧力と得られる成形体密度との関係を示すグラフである。図７にあって、横軸は成形圧力（ｔ／ｃｍ²）を表し、縦軸は成形体密度（ｇ／ｃｍ³）を表しており、図７には条件（使用する材料）を変えた２つの例を示している。成形圧力と成形体密度とはリニアな関係性を呈しており、上述した成形工程にあって成形圧力を調整することにより、ボンド磁石３の外周側部分３ａと内周側部分３ｂとでそれぞれ所望の密度を得ることができる。

なお、上述した第２の実施形態とは逆に、シャフトは軸長方向の中央部が両端部よりも細径であり、シャフトの中央部の全域及び両端部の中央部側の一部領域を覆ってボンド磁石が一体的に設けられているような構成のシャフト一体型ボンド磁石にも、本発明を適用できる。この構成でも、第２の実施形態と同様に、シャフトとボンド磁石との結合力が高く、シャフトとボンド磁石との間の軸方向への抜け強度に優れている。

なお、上述した実施の形態では、ボンド磁石３の２つの部分（外周側部分３ａと内周側部分３ｂ）に関して密度の差があることとしたが、外周側が内周側より密度が大きくなるように、３つ以上の部分で密度に差をつけるようにしても良い。

上述した実施の形態では、ボンド磁石３が磁性粉末と熱硬化性樹脂との混合物（コンパウンド）にて構成されていることとしたが、ボンド磁石３が磁性粉末と嫌気性樹脂とを含有するように構成されても良い。この場合のシャフト一体型ボンド磁石１の作製手順について、以下に簡単に説明する。

上述したような図４－図６に示した手順にて、磁性粉末をシャフト２に一体的に圧縮成形してなる成形体を作製する。ここで、空間４１内に充填する材料４２として、磁性粉末及び樹脂の混合物（コンパウンド）に代えて、例えばＲ－Ｔ－Ｎ系の磁性粉末を用いることだけが異なるだけであって、他の手順は上述した手順と同様であるので、その説明は省略する。

圧縮成形後の成形体に対して、含侵法を用いて、低粘度の嫌気性樹脂を浸み込ませて放置する。放置後、余分な嫌気性樹脂を洗浄にて除去する。ここで、嫌気性を有するため、内部及び表層部の嫌気性樹脂のみが硬化するので、それ以外の空気に触れた余分な嫌気性樹脂は洗浄にて容易かつ迅速に除去できる。次いで、嫌気性樹脂を含侵させた成形体に、１５０～１８０℃程度の熱処理を施して、嫌気性樹脂を完全に硬化させ、磁性粉末及び嫌気性樹脂を含むボンド磁石３を有するシャフト一体型ボンド磁石１を作製する。含侵は、減圧法、加圧法等公知の方法を適用すれば良い。

このような磁性粉末及び嫌気性樹脂を含む構成では、磁性粉末の充填率が高くて強度のばらつきが少ないシャフト一体型ボンド磁石１を提供でき、磁気特性の向上を図ることができる。

上述したシャフト一体型ボンド磁石１の作製手順にあって、磁性粉末と熱硬化性樹脂との混合物、または、磁性粉末のみである材料４２に、潤滑剤を添加するようにしても良い。このような潤滑剤を加えることにより、材料４２とダイ１０との摩擦が和らげられて、成形装置の長寿命化を図れる。

開示された実施の形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上述の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１シャフト一体型ボンド磁石
２シャフト
２ａ中央部
２ｂ一端部
２ｃ他端部
３ボンド磁石
３ａ外周側部分
３ｂ内周側部分

Claims

円柱状のシャフトの周面に樹脂と磁性粉末との混合物からなる円筒状のボンド磁石が一体的に設けられているシャフト一体型ボンド磁石において、
前記ボンド磁石の外周側の密度が、前記ボンド磁石の内周側の密度より大きく、前記外周側及び前記内周側で前記樹脂と前記磁性粉末との混合比率が等しく、前記外周側の単位体積あたりの前記磁性粉末の量が、前記内周側の単位体積あたりの前記磁性粉末の量より多いことを特徴とするシャフト一体型ボンド磁石。
前記ボンド磁石の外周から前記シャフトの長さ方向に対して垂直な方向における少なくとも２ｍｍまでの領域の密度を前記ボンド磁石の外周側の密度とし、前記シャフトの最も太い外径から前記シャフトの長さ方向に対して垂直な方向に前記ボンド磁石に向って少なくとも２ｍｍまでの領域の密度を前記ボンド磁石の内周側の密度として、前記ボンド磁石の内周側と外周側との密度差が２％以上５％以下であることを特徴とする請求項１に記載のシャフト一体型ボンド磁石。
前記ボンド磁石の内周側と外周側との密度差が２％以上３％以下であることを特徴とする請求項２に記載のシャフト一体型ボンド磁石。
前記ボンド磁石は、磁性粉末と嫌気性樹脂とを含むことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のシャフト一体型ボンド磁石。
前記シャフトは軸長方向の中央部が両端部よりも太径であり、前記シャフトの前記中央部の全域及び前記両端部の前記中央部側の一部領域を覆って前記ボンド磁石が一体的に設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のシャフト一体型ボンド磁石。