JPS589566A - ステツピングモ−タ用磁路構成部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はモータ特性に優れたステッピングモータ用磁路
構成部材に関するものである。

従来より、ステッピングモータの磁路構成部材たるロー
タやステータとしては、積層品や焼結品が用いられてい
る。ところで、前者の積層品を用いる目的は、モータと
しての高周波特性の改善にあり、それは、積層によって
層間絶縁を行なうことにより、得られる積層品の比抵抗
を高め、高周波数域における渦電流損失を低減せしめる
ことによって達されるものであるが、かかる積層品を用
いた場合の大きな欠点としては、その製造工程中に薄板
の積層工程などの困難な工程が含まれることであり、ま
た工程が複雑化することとなるため、著しいコスト高を
惹起する問題を内在している。

一方、磁路構成部材として後者の焼結品を用いる場合、
その目的とするところは、ある程度モータとしての高周
波特性を犠牲にしてでも製造工程の簡略化を図り、前記
積層品と較べて比較的安価な生産コストを実現するとい
うことにある。しかしながら、この焼結品を用いた場合
の問題としては、上述の如く高周波数域での特性不良が
避けられないということがあり、そして焼結工程では一
般に１０００〜１２００℃と言う高温が採用されると共
に、焼結のための炉内雰囲気調整が必要であること等に
よって、充分にコスト低減が図られているとは言い難い
という点である。

そこで、本発明者らは、かかる事情に鑑みて種々検討し
た結果、純鉄粉などの磁性粉末をベースとし、これにバ
インダとしての熱硬化性樹脂を配合せしめてなる複合粉
末から得られる加圧成形品がステッピングモータにおけ
る磁路構成部材として優れた特性を有し、また前記従来
品における製造上の問題点を悉く解消せしめ得ることを
見い出し、これを先に特許出願した。

即ち、この先願に係る発明は、磁性粉末をベースとし、
これにバインダとして熱硬化性樹脂を配合せしめた複合
粉末を加圧成形することによって形成されてなり、且つ
該加圧成形と同時に若しくは該加圧成形後に該熱硬化性
樹脂が硬化せしめられてなる成形品を用いて、ステッピ
ングモータの磁路構成部材の一部若しくは全部を構成す
るようにしたものであって、これによりその製造工程が
簡略化、短縮化され、また製造時に伴なう電力等のエネ
ルギー消費量が大幅に低減され、以てその大幅なコスト
ダウンが達成される一方、モータ特性、特に高周波数域
でのプル・イン特性、プル・アウト特性において効果的
な改善が為され得たのである。

而して、本発明者らは、かかる優れた特徴を有する硬化
された加圧成形品からなる磁路構成部材について更なる
検討を進めた結果、ステッピングモータ用としては、粒
度が一１００メツシュである、換言すれば１００メツシ
ユの篩を通過し得る絹粉末の純鉄粉を用いて磁路構成部
材を形成せしめることが重要であり、これによってモー
タ特性としての静止最大トルク性能においてより優れた
ものが得られることを見い出し、本発明に到達したので
ある。

ところで、一般に、ステータやロータなどの磁路構成部
材に用いられる磁性粉末としては、粉末の粒度の面から
見ると、粗い粉、例えば５０メツシユ以下を含む粉末が
良いと云う考え方が主流を占めている。これは、粗い粉
を含むことは磁気特性の向上と磁路構成部材の高密度化
が進むことが見込まれると云う考え方からすると当然で
ある。

確かに、単純な形状、例えばリング状試料とか、棒状試
料の如き加圧成形品を構成する磁性粉末としては、粗い
粉を含むものが、それを含まないものに比較して高特性
を示すことが、本発明者らの検討にても明らかにされた
。

しかしながら、対象としてステッピングモータを考えた
場合において、磁性粉末として粗い粉を含む粉末を用い
て得られる加圧成形品が磁路構成部材として必ずしも良
好な特性を示すというものではなかったのである。

本発明は、かかる磁性粉末、特に純鉄粉の粒度について
解明したものであって、上記の如き磁性粉末粒度に対す
る従来からの認識に反し、ステッピングモータの場合に
あっては、粒度が一１００メツシュである純鉄粉を使用
することが更に有効となることを明らかにしたものであ
る。

因みに、かかる事実は次の実施例の結果より容易に理解
されるところである。

即ち、純鉄粉として、下記第１表に示される如き粒度範
囲のものからなる三種の電解鉄粉Ａ、　Ｂ。

Ｃが用いられた。

第　　　１　　　表 そして、これら電解鉄粉に対して、熱硬化性樹脂として
液体のエポキシ樹脂（チバ・ガイギー社製；アラルダイ
）ＡＺ−１５，二液性）と芳香族アミン系硬化剤（チバ
・ガイギー社製；ハードナーＨ２−１５）を、所定割合
でそれぞれ均一に混合せしめ、三種の複合粉末を調製し
た。なお、電解鉄粉Ａの場合には、該鉄粉の９９．５重
量部に対して、エポキシ樹脂と硬化剤とは合計量で０．
５重量部となる割合で用いられ、また電解鉄粉Ｂ、Ｃの
場合には、該鉄粉の９９重量部に対して、エポキシ樹脂
と硬化剤が合計量で１重量部となる割合で用いられた。

また、エポキシ樹脂／硬化剤の比を１０／８と為し、こ
れをエチルセロソルブにて５倍に稀釈してそれぞれの鉄
粉に配合せしめた。

ついで、これら複合粉末を所定の金型において成形圧６
　ｔ　ｏ　ｎ　／　ｃｒＡでそれぞれ加′圧成形し、外
径；２８肛、内径；１８ｍｍのリング状試料を得、これ
を更に１８０°Ｃ×１時間の加熱操作によって加熱硬化
せしめることにより、上記三種の電解鉄粉に対応する二
種の硬化成形品を得た。

これら得られた三種の硬化成形品について、各磁気特性
（磁束密度＋　Ｂ５０　＋　Ｂ２５　＋最大透磁率。

保磁力）及び密度を測定し、それらの結果を第１図及び
第２図に示したが、これら第１図、第２図から明らかな
ように、粒度の粗い電解鉄粉を含むＡが予想通り各特性
値において秀れ、粒度か細くなるＢ、Ｃの順で各特性値
が低下している。従って、第１図及び第２図の結果から
すると、磁路構成部材用としては、電解鉄粉Ａの使用が
望ましいものと考えられる。

一方、上記三種の電解鉄粉を□それぞれ用いて得られた
複合粉末から、上記と同様な加圧成形操作によって、ス
テッピングモータ用ロータ（外径；２５ｍｍ、厚さ；１
０ｍｍ）を加圧成形した後、１８♂俟１時カ。加熱操作
、、ゎヶ、７、加熱ゆ化。

めた。なお、電解鉄粉Ａを用いた複合粉末からは、外周
面に微細な歯先部分を有するステッピングモータ用ロー
タを寸法精度よく作製することが出来ず、それ故電解粉
末Ａはステッピングモータの製造に使用する粉末として
は不適合なものであった。

従って、モータ特性の測定は、電解鉄粉Ｂ及びＣを用い
て得られたロータについて行なわれた。

即ち、電解鉄粉ＢまたはＣを用いて得られたロータを、
焼結晶からなる共通のステータに嵌めて公知のステッピ
ングモータにセットせしめ、モータ特性として静止最大
トルクと電流との関係を調べたのであり、その結果が第
３図に示されている。

この第３図において興味深いのは、電解鉄粉ＢとＣとの
間で明らかに特性の逆転が起っているということである
。即ち、粒度の粗い電解鉄粉Ｂを用いて得られるロータ
よりも、粒度の細かい電解鉄粉Ｃを用いて得られるロー
タの方が、静止最大トルク−電流特性において優れた結
果を与えているのであり、それ故ステッピングモータ用
の磁路構成部材としては該電解鉄粉Ｃから得られたもの
が優れているものと考えられるのであって、これは先の
第１図及び第２図とは全く逆の結果となっているのであ
る。

かかる事実は、ステッピングモータのステータやロータ
の如き磁路構成部材に用いられる純鉄粉としては、ステ
ッピングモータなるが故に該磁路構成部材の微小形状に
充分に適合する粒度のものを選択することが必要である
ことを示唆するものであって、そして本発明における一
１００メツシュの粒度のものがそのような条件を充分に
満たすものであることを明らかにしているのである。換
言すれば、本発明に従って一１００メツシュ（または１
００メツシユ・アンダー）の粒度の純鉄粉を用いて加圧
成形せしめることにより、成形性よく、複雑かつ微小形
状を有するステッピングモータの磁路構成部材（ステー
タ、ロータ）が得られ、しかもその微小部分まで均一な
密度状態が達成され、そしてこれによってそのモータ特
性の効果的＝９− な向上を図り得たのである。

なお、かかる本発明において用いられる純鉄粉としては
、公知の各種の方法にて得られるものが何れも使用可能
であるが、なかでも電解鉄粉が好適に用いられる。この
電解鉄粉は、球形に近い粉末形状を持ったアトマイズ鉄
粉などの他の鉄粉に較べ、扁平形状を呈しており、圧縮
性に優れ、加圧成形時に加圧方向に対して直角な方向に
粉末の規則的配列が生じ易く、これによって加圧成形品
（磁路構成部材）全体として各粉末の形状異方性を人為
的にコントロールすることが出来、以て反磁界の小さな
方向を選択的に利用出来る利点を有している。

そして、かかる純鉄粉の一１００メツシュの粒度のもの
、換言すれば１００メツシユの篩通過物が用いられ、こ
れをベースとして、所定量の熱硬化性樹脂がバインダと
して配合せしめられることによって、複合粉末が形成さ
れることとなるが、その際、後の成形加工性、例えば潤
滑性などや、磁路構成部材に要求される性能を向上せし
める等　１０− のために、他の添加剤を共に配合することも可能である
。なお、かかる複合粉末を構成する純鉄粉の割合は、磁
路構成部材に要求される性能に従って適宜に決定される
こととなるが、またそれは熱硬化性樹脂の使用量とも関
係し、一般に９６％以上、好ましくは９８％以」二の割
合で用いられるものである。

また、本発明における複合粉末の他の必須成分たる熱硬
化性樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂など
の公知の、常温硬化型や加熱硬化型のものが用いられ、
それらが粉末状あるいは液状において前記純鉄粉に均一
に混合せしめられる。

この熱硬化性樹脂は、純鉄粉の結合に寄与し、その配合
量が多くなれば、最終製品たる加圧成形品（磁路構成部
材）の強度も増加せしめられるものであるが、モータ特
性との関連において、その配合量（複合粉末中の割合）
は一般に０．５〜２．０重量％程度とされることとなる
。特に、２重量％を越えるような多量の熱硬化性樹脂を
使用した場合においては、成形品表面に樹脂が吹き出す
問題が惹起され、またモータ特性においても性能の望ま
しくない低下が認められている。

さらに、かかる純鉄粉−熱硬化性樹脂の複合粉末は、ス
テッピングモータにおける所定の磁路構成部材を形成す
べく、金型に供給され、加圧成形（プレス成形あるいは
圧縮成形）せしめられるのである。これによって、ステ
ッピングモータのロータやステータの如き磁路構成部材
（一部分も含む）が形成されることとなるが、得られる
成形品中において純鉄粉を結合せしめる熱硬化性樹脂は
好ましくは加熱条件下において硬化（架橋）せしめられ
ることによって、磁路構成部材として充分な強度の成形
品を与える。なお、この硬化（架橋）操作は、一般に加
圧成形後の成形品に対して行なわれることとなるが、こ
れに代えて加圧成形操作と同時に加熱などの操作を施し
て、該熱硬化性樹脂が硬化せしめられるようにすること
も可能である。特に、かかる硬化操作は、樹脂分解温度
以下の温度、約３００℃以下、好ましくは１２０〜２０
０°Ｃ程度に加熱せしめることによって効果的に行なわ
れ、更に加圧成形後の硬化操作の場合に。

あっても、特別な雰囲気中に成形品を置く必要がなく、
単に大気中での加熱操作によって硬化反応を充分に進め
得て、目的とする性能の硬化成形品、換言すれば磁路構
成部材を形成し得るのである。

また、必要に応じて、硬化触媒などを前記複合粉末に混
合せしめて、熱硬化性樹脂の硬化（架橋）反応を進行せ
しめ或は促進せしめるようにすることも可能である。

そして、かくして得られた磁路構成部材は、上述の如く
ステッピングモータ用として用いられるときに、特に優
れたモータ特性、即ち静止最大トルク−電流特性を発揮
するものであり、また寸法精度や強度においても優れて
おり、更にはその製造工程の簡略化、短縮化が達成され
て、その製造コストの大幅なダウンも可能となる等、数
々の優れた効果を奏するのである。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、それぞれ各種粒度の電解鉄粉を用
いて得られた成形品の磁束密度、密度及１３− び最大透磁率、保磁力の測定結果を示すグラフであり、
第３図は粒度の異なる電解鉄粉ＢまたはＣを用いて得ら
れたロータを使用したステッピングモータにおける静止
最大トルクと電流との関係を示すグラフである。 出願人　ブラザー工業株式会社 二１゛４− 鉄粉着類

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 純鉄粉をベースとし、これにバインダとして熱硬化性樹
   脂を配合せしめた複合粉末を加圧成形することによって
   形成され、且つ該加圧成形と同時に若しくは該加圧成形
   後に該熱硬化性樹脂が硬化せしめられてなるステッピン
   グモータ用磁路構成部材において、 前記純鉄粉として、粒度が一１００メツシュである絹粉
   末を用いたことを特徴とするステッピングモータ用磁路
   構成部材。