(57)【要約】  本発明のボンド磁石ロータの製造方法は、ボンド磁石成形体を形成するステップと、内径保持冶具とロータコアとロータコア押え冶具とを一体化し、内径保持冶具の外周にボンド磁石成形体を配置し、外周面を支持する外径保持磁石圧着冶具を配置する配置ステップとを、含んでいる。さらに、ボンド磁石成形体を成形冶具で押圧してロータコアに移送させてロータコアの外周寸法に合わせるようにボンド磁石成形体を変形する変形ステップと、隣り合うボンド磁石成形体の端部を相互に接合する接合ステップと、ボンド磁石成形体を圧縮してロータコアと一体化する一体化ステップと、を含む。これにより、高い形状精度のボンド磁石ロータを実現できる。
2012132357.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボンド磁石成形体を形成するステップと、
前記ボンド磁石成形体の内周面を支持する内径保持冶具とロータコアと前記ロータコアの下部を支持するロータコア押え冶具とを一体化し、前記内径保持冶具の外周に複数の前記ボンド磁石成形体を配置し、前記ボンド磁石成形体の外周面を支持する外径保持磁石圧着冶具を配置する配置ステップと、
複数の前記ボンド磁石成形体を上下方向に配置された成形冶具で押圧して前記ボンド磁石成形体を前記ロータコアに移送させて前記ロータコアの外周寸法に合わせるように前記ボンド磁石成形体を変形する変形ステップと、
隣り合う複数の前記ボンド磁石成形体の端部を相互に接合する接合ステップと、
複数の前記ボンド磁石成形体を外周方向から内径方向へ圧縮して前記ロータコアと一体化する一体化ステップと、
を含むボンド磁石ロータの製造方法。
【請求項２】
複数の前記ボンド磁石成形体の内周の曲率が、前記ロータコアの外周の曲率より小さい請求項１記載のボンド磁石ロータの製造方法。
【請求項３】
前記ロータコア押え冶具、前記内径保持冶具および前記ロータコアに位置決め部を設け、前記位置決め部を介して前記ロータコア押え冶具、前記内径保持冶具および前記ロータコアとの位置合わせを行う請求項１記載のボンド磁石の製造方法。
【請求項４】
請求項１に記載のボンド磁石ロータの製造方法により形成されたボンド磁石ロータ。
【請求項５】
少なくともステータと、
請求項４に記載のボンド磁石ロータを備えたモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボンド磁石ロータとその製造方法およびそれを備えたモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
モータの部品の一つを構成する永久磁石は、用途や仕様に応じて、以下に示すさまざまな形態で使用されている。例えば、永久磁石をロータコアの表面に固定して形成されるロータや、ロータコアの内側に所定の形状の永久磁石を配置し固定して形成されるロータなどの形態がある。このとき、固定される永久磁石は、要求されるモータ性能に応じて、磁気特性の異なる焼結磁石やボンド磁石など多くの種類の材料から選択される。また、永久磁石の形状としては、円弧形状の瓦状磁石や板状磁石、あるいはリング磁石などさまざまな形状が用いられる。【０００３】
また、モータのブラケット側に永久磁石を固定させて、永久磁石が発生する界磁を利用して回転子を回転させるタイプのモータなど、広い範囲で永久磁石が活用されている。【０００４】
従来、この種の永久磁石は、ロータコアやブラケットと、永久磁石とを接着剤を用いて固定する接着工法により主に固定されている。【０００５】
以下に、上記接着工法について、図５Ａと図５Ｂを用いて簡単に説明する。【０００６】
図５Ａは、従来のロータの接着工法を説明する平面図である。図５Ｂは、従来のロータの接着工法を説明する断面図である。【０００７】
まず、図５Ａと図５Ｂに示すように、磁石片２３とロータコア２１などの被接着材料との間に接着剤２２を充填する。そして、充填された接着剤２２は、接着剤２２の硬化特性に応じて、例えば熱による硬化、空気の遮断による嫌気性の硬化、紫外線照射による硬化などの接着工法を単独もしくは組み合わせることにより硬化され、ロータコア２１と磁石片２３とを接着固定している。【０００８】
一方で、接着剤を使用できない環境で永久磁石が使用される場合は、板バネによる固定など、接着剤を使用しない工法が選択される。【０００９】
また、ロータコアなどの部材の内周側に永久磁石を固定する場合で、アウターロータタイプのモータについては、以下に示す圧入工法を適用することが可能である。この場合、まず、永久磁石としてボンド磁石を用いた場合、ボンド磁石の外径を、固定するロータフレームの内径より所定の寸法だけ大きく形成して、ロータフレームに圧入する。そして、ボンド磁石の弾性力により、ロータフレームの内側に固定してロータを構成している。【００１０】
また、別のロータの製造方法としては、例えば特許文献１に記載されている工法が開示されている。つまり、特許文献１に記載されている工法は、リング形状に成形した永久磁石を外周側に押し付けて、別のリング部材に固着する方法である。この方法の場合は、ロータを回転させた時に、外側に遠心力が働くため別のリング部材に永久磁石が押し付けられる、また永久磁石がリング形状品であることから高い接着強度は必要がないと考えられる。そのため、特許文献１には、永久磁石の接着法に関しては、特に記載されていない。【００１１】
一方、ロータコアの表面にボンド磁石を固定する場合、上述のロータコアとボンド磁石との寸法差を利用して圧入工法によりロータコアへ固定する方式であるため、ロータコアの外径をリング形状のボンド磁石の内径より大きく設計する必要がある。このとき、リング形状のボンド磁石が径方向に広がる方向に圧入されるため、圧入時にボンド磁石が限界以上に伸びてしまう。その結果、ボンド磁石の破損など製造上の課題や、ボンド磁石の破壊強度が低下するなどの実用上の課題があった。【００１２】
また、従来のロータの製造方法では、ロータコアに磁石片を固定して、円弧形状の磁石片の端部を接合してリング形状のボンド磁石を形成する場合、硬化時における各磁石片の形状が変化する。そのため、ロータの形状精度が安定しないという課題があった。【００１３】
また、ロータを形成する場合、リング状に固定した主磁石片の着磁位置と位置決め用の磁石片の着磁位置との位相を精度よく合わせることが困難であるという課題があった。【００１４】
また、接着工法の場合、例えば個々の磁石片の接着位置の精度ばらつき、接着ズレによる偏芯、接着厚みのばらつきなどにより生じる外径寸法の変動など、接着剤による特有の課題が生じる。その結果、高精度でロータを形成できないという課題があった。さらに、ロータの回転時に、遠心力などにより各磁石片が飛散しないように高い接着強度が必要であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開平２−２６０４０２号公報
【発明の概要】
【００１６】
本発明のボンド磁石ロータの製造方法は、ボンド磁石成形体を形成するステップと、ボンド磁石成形体の内周面を支持する内径保持冶具とロータコアとロータコアの下部を支持するロータコア押え冶具とを一体化し、内径保持冶具の外周に複数のボンド磁石成形体を配置し、ボンド磁石成形体の外周面を支持する外径保持磁石圧着冶具を配置する配置ステップとを、含んでいる。さらに、複数のボンド磁石成形体を上下方向に配置された成形冶具で押圧してボンド磁石成形体をロータコアに移送させてロータコアの外周寸法に合わせるようにボンド磁石成形体を変形する変形ステップと、隣り合う複数のボンド磁石成形体の端部を相互に接合する接合ステップと、複数のボンド磁石成形体を外周方向から内径方向へ圧縮してロータコアと一体化する一体化ステップと、を含む。
【００１７】
これにより、個々のボンド磁石成形体をリング形状に形成しながら、ロータコアへ圧接接着できる。その結果、ロータコアと、個々のボンド磁石成形体間の接着層をほぼゼロにしてボンド磁石ロータを形成できる。また、ロータコアの基準位置に対して、変形前のボンド磁石成形体の位置を決めることができる。そのため、位置決め後のボンド磁石成形体の変形や、一体化した後の個々のボンド磁石成形体を構成する極位置がボンド磁石ロータの基準位置に対して明確にできる。その結果、基準位置に合わせて取り付ける別のセンサ用のボンド磁石成形体の極位置との位相ズレを低減できる。したがって、ボンド磁石成形体の着磁位置と位置決め用のセンサ用のボンド磁石成形体の着磁位置との位相を精度よく位置合わせできる。
【００１８】
また、本発明のボンド磁石ロータは、上記ボンド磁石ロータの製造方法により形成されている。これにより、寸法精度の高いボンド磁石ロータを実現できる。
【００１９】
また、本発明のモータは、少なくともステータと、上記ボンド磁石ロータを備えている。これにより、ステータとのギャップを極小化して、動作点が高く、高効率で駆動できるモータを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１におけるボンド磁石成形体を用いて構成したボンド磁石ロータの一例を示す平面図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態１におけるボンド磁石ロータの製造方法を説明するフローチャートである。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明の実施の形態１におけるボンド磁石ロータの製造方法を説明する概略斜視図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本発明の実施の形態１におけるボンド磁石ロータの製造方法を説明する概略斜視図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、本発明の実施の形態１におけるボンド磁石ロータの製造方法を説明する概略斜視図である。
【図３Ｄ】図３Ｄは、本発明の実施の形態１におけるボンド磁石ロータの製造方法を説明する概略斜視図である。
【図４】図４は、図３Ａから図３Ｄに示すボンド磁石ロータの製造方法の概略を説明する断面図である。
【図５Ａ】図５Ａは、従来のロータの接着工法を説明する平面図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、従来のロータの接着工法を説明する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態におけるボンド磁石ロータおよびロータの製造方法およびロータを備えたモータについて、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２２】
（実施の形態１）
以下に、本発明の実施の形態１におけるボンド磁石ロータの製造方法により作製されたボンド磁石ロータについて、図１を用いて説明する。
【００２３】
図１は、本発明の実施の形態１におけるボンド磁石成形体を用いて構成したボンド磁石ロータの一例を示す平面図である。
【００２４】
図１に示すように、本実施の形態１におけるボンド磁石ロータ１０は、例えば珪素鋼板を積層した構造体からなるロータコア１２の外周に固着された、例えば８極からなるボンド磁石成形体１４とから構成されている。このとき、それぞれのボンド磁石成形体１４は、例えば一軸方向に磁化容易軸を有するように異方化されたＮｄＦｅＢ系磁粉とＳｍＦｅＮ系磁粉の材料を主成分として構成され、例えば８極からなるボンド磁石ロータの１極分に相当する円弧形状で形成されている。
【００２５】
また、ボンド磁石成形体１４を接着するロータコア１２の面は、積層して構成した珪素鋼板の断面方向がロータコア１２の外周面となるため、各珪素鋼板の板厚に応じた凹凸を有している。そのため、以下の製造方法で説明する圧着工法によりボンド磁石成形体１４をロータコア１２に固定する場合には、ロータコア１２の外周面の凹凸は、有用で好ましい。また、ボンド磁石成形体１４とロータコア１２の接着面の凹凸は、以降で説明するボンド磁石成形体１４の熱硬化において、一部溶融したボンド磁石成形体１４中の樹脂などのバインダー成分とのアンカー効果を高める。その結果、ボンド磁石成形体１４とロータコア１２との接着力が向上して、固着強度を高めることができる。
【００２６】
そして、上記のボンド磁石ロータ１０と、ステータとを組み合わせることにより、高効率で駆動できるモータを作製できる。
【００２７】
以下に、本発明の実施の形態１におけるボンド磁石ロータの製造方法の一例について、図２から図４を用いて説明する。
【００２８】
図２は、本発明の実施の形態１におけるボンド磁石ロータの製造方法を説明するフローチャートである。図３Ａから図３Ｄは、本発明の実施の形態１におけるボンド磁石ロータの製造方法を説明する概略斜視図である。図４は、図３Ａから図３Ｄに示すボンド磁石ロータの製造方法の概略を説明する断面図である。
【００２９】
図２に示すように、はじめに、ボンド磁石コンパウンドを、以下の方法により形成する（ステップＳ１０）。
【００３０】
まず、異方化されたＮｄＦｅＢ磁粉と、アセトンに溶解した、例えば軟化温度が８０℃の熱硬化性樹脂であるノボラック型エポキシ樹脂とをニーダで十分に混合する。その後、アセトンを気化・蒸発させて、ＮｄＦｅＢ磁粉の表面にエポキシ樹脂の皮膜を形成する。
【００３１】
同様に、ＳｍＦｅＮ微粉末と、アセトンに溶解した、例えば軟化温度が８０℃のノボラック型エポキシ樹脂とをニーダで混合する。その後、アセトンを気化・蒸発させて、ＳｍＦｅＮ微粉末の表面にエポキシ樹脂の皮膜を形成する。
【００３２】
そして、エポキシ樹脂で被覆された、ＮｄＦｅＢ磁粉およびＳｍＦｅＮ微粉末と、柔軟性と接着性を付与させるためのポリアミド樹脂と潤滑剤とを、ミキサーなどで混合して混合物を作製する。このとき、ＮｄＦｅＢ磁粉とＳｍＦｅＮ微粒子の混合比率は、例えば３：２である。また、エポキシ樹脂は重量比（ｗｔ％）で１．１％で、ポリアミド樹脂および潤滑剤は重量比（ｗｔ％）で２．３％である。
【００３３】
なお、上記混合比率や重量比などは、上記値に限定されるものではなく、要求される特性に応じて、変更されることはいうまでもない。
【００３４】
そして、上記混合物を、例えば混錬装置である、加熱したロールの隙間に連続的に投入し混錬して混錬物を作製する。これにより、ポリアミド樹脂が軟化して、混合物に錬りこまれる。このとき、ポリアミド樹脂が溶融する温度までロールを加熱する必要がないので、混錬時のロールの温度を、例えば１４０℃に加熱する。なお、混錬装置としては、上記ロールによる方法以外に、エクストルーダなどを用いることができる。
【００３５】
そして、上記磁粉材料とポリアミド樹脂を混錬した混錬物を、室温まで冷却した後、粉砕もしくは解砕して、例えば粒度３５０μｍ以下の顆粒状粉末に調整する。このとき、硬化開始温度が１７０℃の、例えばイミダゾール系の微粉末状の硬化剤を、顆粒状粉末に添加・混合して、ボンド磁石コンパウンドを作製する。
【００３６】
つぎに、図２に示すように、上記ボンド磁石コンパウンドを用いて、ボンド磁石成形体１４を形成する（ステップＳ２０）。なお、以下では、珪素鋼板からなるロータコアの外径φ４７ｍｍ、圧着固定するボンド磁石成形体の厚さ１．５ｍｍ厚を例に説明する。また、形成されるボンド磁石ロータの外側に配置する、例えばアルミニウムからなる外径保持磁石圧着冶具１５の内径を約φ５０ｍｍとして説明する。
【００３７】
まず、例えば矩形形状の金型のキャビティ内に、ボンド磁石コンパウンドを充填する。
【００３８】
そして、ボンド磁石コンパウンドを充填した金型を、ボンド磁石コンパウンド内の磁粉を任意の方向に配向させるために磁場を発生させる磁極を有する磁場発生装置の磁極間に配置する。その後、ボンド磁石コンパウンドの磁粉を、所定の方向に配向させるために磁場発生装置の磁極間に磁界を形成し、配向磁界中で両側パンチを用いて圧縮成形して矩形形状の圧縮体を形成する。このとき、圧縮成形は、例えば金型の温度１６０℃、成形圧力１５０ＭＰａ、配向磁場１．３ＭＡ／ｍ、成形時間は３０秒の条件で行う。また、磁場配向成形は、例えば直交磁場成形で行う。
【００３９】
つぎに、配向制御された矩形形状の圧縮体を内包する矩形形状の金型と円弧形状を有する金型を結合させる。そして、矩形形状の金型に内包された圧縮体を、円弧形状の金型に移送させることにより、圧縮体を円弧形状に変形させる。このとき、最終的にボンド磁石成形体の円弧形状の内径側の曲率が、ロータコアの外径側の曲率より小さくなるように、金型が設計されている。これにより、ボンド磁石コンパウンドの磁粉の配向方向が一定の方向に揃った、例えば円弧形状で瓦状のボンド磁石成形体１４が未硬化状態で形成される。これは、ボンド磁石コンパウンド中の硬化剤の硬化開始温度が１７０℃であるため、金型の温度を１６０℃でボンド磁石成形体１４を成形することにより未硬化状態で成形されることに起因する。
【００４０】
そして、ボンド磁石成形体１４を成形後、上記状態で、例えば交流磁界を印加して磁界強度を徐々に減衰させる脱磁方法で、金型の脱磁を行う。これは、以降のステップで、磁粉の金型への付着を防止するためである。なお、上記脱磁処理は、矩形形状の金型で磁場配向を行った後に実施してもよいことはいうまでもない。
【００４１】
以下に、上記で成形された未硬化状態のボンド磁石成形体１４を冶具に配置するステップについて、図２から図３Ｂを用いて説明する。
【００４２】
まず、図３Ａに示すように、同じ外径寸法で形成されている、ボンド磁石成形体の内周面を支持する内径保持冶具１１と、ロータコア１２と、ロータコア１２の下部を支持するロータコア押え冶具１３とを一体化（以下、「一体化冶具」と記す。）する。これにより、ロータコア１２は、ロータコア押え冶具１３と内径保持冶具１１との間に配置される。そして、内径保持冶具１１と、ロータコア１２と、ロータコア押え冶具１３の外径寸法を同一寸法とすることにより、ボンド磁石成形体１４が、滑らかに移送できるように段差がなく連続して一体化される。なお、内径保持冶具１１、ロータコア１２、ロータコア押え冶具１３は、例えばＳ４５Ｃなどの金型に用いる材料を用いることができる。脱磁処理などを考慮すると、非磁性金属や非磁性超硬などの材料が、特に好ましい。さらに、１００〜２００℃で実施される、以降の圧接接着工程での材料の線膨張係数の差を考慮して、材料選定および、成形時の温度において同じ外径寸法となるように、常温において所定の寸法で外径を加工することが好ましい。このとき、内径保持冶具１１のロータコア１２と対向する面には、少なくとも２つの位置決め部を構成する位置決め突起１１ａを有している。ロータコア押え冶具１３のロータコア１２と対向する面には、少なくとも２つの位置決め部を構成する位置決め突起１３ａを有している。そして、ロータコア１２の内径保持冶具１１の位置決め突起１１ａおよびロータコア押え冶具１３の位置決め突起１３ａと対向する位置に、位置決め部を構成する位置決め穴１２ａが設けられている。
【００４３】
また、内径保持冶具１１の外周面には、ボンド磁石ロータの極数（例えば、８本）に対応し、円弧形状のボンド磁石成形体１４の両端部に相当する位置に、溝１１ｂが設けられている。なお、内径保持冶具１１の溝１１ｂの深さは、ロータコア１２側に向かうほど段階的に浅くなるように形成される。これにより、以降で説明する、ボンド磁石成形体１４をロータコア１２に移送させるにつれて、ボンド磁石成形体１４の端部は外周方向に広げることができる。
【００４４】
つぎに、図３Ｂと図４に示すように、一体化冶具を上下一対の成形冶具１６を構成する下側の成形冶具１６上に配置し、内径保持冶具１１の外周面に未硬化の例えば８極分に相当するボンド磁石成形体１４の円弧形状の両端部を溝１１ｂに対応させて配置する。このとき、ロータコア１２の外周側の曲率より、内周側の曲率が小さいボンド磁石成形体１４が配置される。
【００４５】
そして、図２、図３Ｂおよび図４に示すように、内径保持冶具１１の外周面に配置されたボンド磁石成形体１４の外周側に外径保持磁石圧着冶具１５を配置する。外径保持磁石圧着冶具１５は、円弧形状のボンド磁石成形体１４の外周側への広がりを防止するとともに、ボンド磁石成形体１４の外径寸法を規定する。
【００４６】
なお、上述した内径保持冶具１１と、ロータコア１２と、ロータコア１２の下部を支持するロータコア押え冶具１３とからなる一体化冶具および外径保持磁石圧着冶具１５を、恒温槽で、例えば１６０℃で保持する。また、円弧形状のボンド磁石成形体１４は、例えば１６０℃の高温環境下で、１２０秒間保持した後、１６０℃に保持された一体化冶具の内径保持冶具１１の外周面に取り付けられる。
【００４７】
つぎに、図３Ｂと図４に示すように、ボンド磁石成形体１４の上方から、上側の成形冶具１６を内径保持冶具１１に挿入して配置する（ステップＳ３０）。
【００４８】
つぎに、図２、図３Ｃおよび図４に示すように、上側の成形冶具１６を内径保持冶具１１に沿って挿入し、ボンド磁石成形体１４をロータコア１２側に押し出して変形させ、成形させる（ステップＳ４０）。このとき、内径保持冶具１１の溝１１ｂが、ロータコア１２側に向かって段階的に浅くなるように設けられているため、ボンド磁石成形体１４の両端部は段階的に外周方向に広げられる。
【００４９】
そして、ロータコア１２の方向にボンド磁石成形体１４を移送してゆくと、内径保持冶具１１の表面に形成された溝１１ｂが消失して、内径保持冶具１１の外周面は、略円形形状（円形形状を含む）となる。これにより、ボンド磁石成形体１４の内周寸法が、ロータコア１２の外周寸法とほぼ一致するように変形される。なお、この時点においては、隣り合うボンド磁石成形体１４の端部間の接合は、まだ十分でない。
【００５０】
さらに、ロータコア１２の方向にボンド磁石成形体１４を移送すると、ロータコア１２の下部に配置されたロータコア押え冶具１３を下端として、最終的にボンド磁石成形体１４の内側にロータコア１２が配置される。このとき、ロータコア１２に形成した位置決め穴１２ａを基準として、ボンド磁石成形体１４が配置された内径保持冶具１１の位置決め突起１１ａにより、ロータコア１２とボンド磁石成形体１４との圧着位置が一通りに決まり、固定される。これにより、ロータコア１２の位置決め穴１２ａを基準に、着磁器の着磁位置を調整して、ボンド磁石成形体１４の配向方向と着磁器から発生する磁界方向を合わせて着磁することができる。その結果、ボンド磁石成形体１４の不完全な着磁部の発生を防止するとともに、極間のばらつきも低減できる。
【００５１】
また、図２と図４に示すように、ロータコア１２とボンド磁石成形体１４とが圧着される外径保持磁石圧着冶具１５の内周部分には、テーパ部１５ａが形成されている。テーパ部１５ａは、外径保持磁石圧着冶具１５の最大内径がφ５０ｍｍの場合、例えば０．１ｍｍ程度小さくなるように形成されている。これにより、ロータコア１２にボンド磁石成形体１４が移送されるにしたがって、ボンド磁石成形体１４の外周側は連続的に内側に絞られて（圧縮されて）、周方向に広がる。その結果、隣り合うボンド磁石成形体１４の端部が完全に接合される（ステップＳ５０）。
【００５２】
つぎに、複数のボンド磁石成形体１４がロータコア１２に接合された状態で、ボンド磁石成形体１４に含有されている硬化剤の硬化温度である、例えば１７０℃の恒温槽中で、例えば２０分の所定時間保持して、ボンド磁石成形体１４の熱硬化を行う。このとき、ボンド磁石成形体１４を構成する磁石粉末以外の樹脂成分、例えばエポキシ樹脂やポリアミド樹脂は、高温雰囲気下で軟化し、樹脂成分の一部は溶融状態となっている。
【００５３】
そして、ロータコア１２にボンド磁石成形体１４が圧着される時、ボンド磁石成形体１４から染み出したバインダーの樹脂成分により、ロータコア１２とボンド磁石成形体１４が強固に接着される。このとき、ロータコア１２とボンド磁石成形体１４との接着により、ロータコア１２の外周に倣ってボンド磁石成形体１４の内径が決まる。そのため、ロータコア１２とボンド磁石成形体１４とは、ほぼギャップ（隙間）のない状態で接着される。また、ボンド磁石成形体１４の外周部分も、外径保持磁石圧着冶具１５により固定されているため、高い真円度でボンド磁石ロータが実現される。
【００５４】
つぎに、図３Ｃに示す状態で、室温まで冷却する。このとき、ボンド磁石ロータを常温まで降下させる間に、ボンド磁石成形体１４とロータコア１２間に染み出した樹脂成分が硬化する。さらに、外周側に配置した外径保持磁石圧着冶具１５は、冷却時さらに内径側に収縮する。その結果、よりロータコアとボンド磁石成形体との間に隙間なくロータコア１２表面に倣うようにボンド磁石成形体１４を密着固定して一体化する（ステップＳ６０）。
【００５５】
なお、冷却は、強制冷却をすることが好ましい。その理由は、自然冷却の場合、ボンド磁石成形体１４の樹脂成分を熱硬化させるために加熱した熱が、熱容量の高いロータコアや圧着冶具から逃げにくい。そのため、ボンド磁石成形体ロータの熱硬化後の寸法や接着強度が不安定になるので、それを防止するためである。
【００５６】
そして、図３Ｄに示すように、室温まで冷却した後、内径保持冶具１１、ロータコア押え冶具１３、外径保持磁石圧着冶具１５および上下の成形冶具１６を取り外して、ボンド磁石ロータ１０を離型する。このとき、外径保持磁石圧着冶具１５の内径側表面に、ボンド磁石成形体１４から染み出た樹脂成分との密着を防止するため、樹脂との離型性が良好で、樹脂との被着性の小さい、例えばフッ素系の皮膜などでコーティングを施すことが望ましい。また、内径保持冶具１１、ロータコア押え冶具１３および上下の成形冶具１６においても、少なくともボンド磁石成形体１４から染み出た樹脂成分が浸入する面に樹脂との被着性の小さい、例えばフッ素系の皮膜などの素材でコーティングすることが好ましい。これにより、ボンド磁石ロータ１０と各冶具との離型性がさらに向上する。
【００５７】
なお、外径保持磁石圧着冶具１５の離型は、製造工程の単純化やプロセスサイクルの短縮化のために、室温で行うことが好ましいが、例えば外径保持磁石圧着冶具１５などを７０℃程度に昇温してから、ボンド磁石ロータ１０を離型してもよい。このとき、外径保持磁石圧着冶具１５は、ロータコア１２よりも線膨張係数の大きい材料で構成することが好ましい。これにより、外径保持磁石圧着冶具１５の内径が、昇温により、ボンド磁石ロータ１０より径方向に広がるため、外径保持磁石圧着冶具１５の離型がより容易になる。この場合、ボンド磁石成形体１４の樹脂成分の熱硬化温度で保持された後に、室温まで冷却するので、ボンド磁石成形体１４の硬化はすでにほぼ完了している。そのため、外径保持磁石圧着冶具１５を、例えば７０℃程度の温度まで昇温しても、ボンド磁石ロータ１０の形状への実用上の影響はない。
【００５８】
以上、説明した製造方法により、本実施の形態のボンド磁石ロータ１０が作製される。
【００５９】
本実施の形態によれば、ボンド磁石ロータを形成する熱硬化から冷却時において、ボンド磁石成形体の外周は常に外径保持磁石圧着冶具と接した状態で成形される。つまり、ボンド磁石ロータの寸法精度は、外径側に配置される外径保持磁石圧着冶具の寸法および形状により規制され、外径保持磁石圧着冶具の形状精度を反映して形成される。
【００６０】
その結果、ボンド磁石ロータの真円度は、外径保持磁石圧着冶具の内径の真円度に依存して、高い真円度を実現できる。
【００６１】
具体的には、上記形状のボンド磁石ロータの場合、真円度を従来の１００〜１５０μｍから５０μｍ以下へと約１／２以下に高めることができる。
【００６２】
また、本実施の形態によれば、ボンド磁石成形体が硬化すると同時にロータコアの外周表面に倣うようにボンド磁石成形体が外径保持磁石圧着冶具により圧着固定されるため、寸法精度に優れたボンド磁石ロータを形成できる。そして、ボンド磁石ロータとステータとでモータを構成した場合、ボンド磁石ロータとステータとの磁気ギャップをほぼなくすことができる。その結果、ボンド磁石ロータとステータとの間の磁気ロスを低減させて、モータの高性能化を図ることができる。
【００６３】
具体的には、上記形状のボンド磁石ロータの場合、表面磁束波形のピーク値が約５％向上する。これにより、ボンド磁石ロータおよびそれを用いたモータの高性能化を図ることができる。
【００６４】
また、本実施の形態によれば、ロータコア１２の位置決め穴１２ａを基準として、ボンド磁石成形体１４の内径保持冶具１１の位置決め突起１１ａにより、ロータコア１２とボンド磁石成形体１４との圧着位置が一通りに決まり、固定される。これにより、ロータコア１２の位置決め穴１２ａを基準に、着磁器の着磁位置を調整して、ボンド磁石成形体１４の配向方向と着磁器から発生する磁界方向を合わせて着磁することができる。その結果、ボンド磁石成形体１４の不完全な着磁部の発生を防止するとともに、極位置のばらつきも低減できる。
【００６５】
また、本実施の形態によれば、ボンド磁石成形体の内周の曲率をロータコアの外周の曲率より小さくして形成している。これにより、ボンド磁石成形体を配置し保持する、ロータコアと同じ曲率を有する内径保持冶具の金型の表面に設けた略凹形状（凹形状を含む）の溝に、ボンド磁石成形体の周方向の両端部を嵌め合わすことができる。その結果、ロータコアに接合されるボンド磁石成形体の位置を明確にして、組み立て精度を向上できる。
【００６６】
具体的には、ロータの主ボンド磁石成形体と、位置決め用のセンサ用磁石との位相ズレを、１°以内から０．６°以内と、約半分程度まで低減できる。
【００６７】
また、本実施の形態によれば、複数のボンド磁石成形体を同時にロータコア側に押し出して移送することにより、ボンド磁石成形体の半径方向の変形と、隣り合うボンド磁石成形体の周方向の端部間の接合とを、同時に行ってリング状に形成できる。その結果、ボンド磁石成形体をロータコア表面に圧着固定して、高い接着強度と形状精度に優れたボンド磁石ロータを実現できる。
【００６８】
なお、本実施の形態では、ロータコアに珪素鋼板の積層して、かしめて固定した構造体を例に説明したが、これに限定されない。例えば、金属のバルク体を用いてロータコアを構成してもよい。この場合、一般的に、軟磁気特性の良好な鉄を主成分とする材料でロータコアを構成することが好ましい。
【００６９】
また、本実施の形態では、８極からなるボンド磁石ロータを例に説明したが、これに限られず、極数は任意に構成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明によれば、ボンド磁石成形体とロータコアとを磁気的なギャップを極小化して固定することにより表面磁束量を向上させることができる。そのため、高い表面磁束量が要望される、モータなどの磁気回路を内部に形成するデバイスなどに有用である。
【符号の説明】
【００７１】
１０    ボンド磁石ロータ
１１    内径保持冶具
１１ａ，１３ａ    位置決め突起（位置決め部）
１１ｂ    溝
１２，２１    ロータコア
１２ａ    位置決め穴（位置決め部）
１３    ロータコア押え冶具
１４    ボンド磁石成形体
１５    外径保持磁石圧着冶具
１５ａ    テーパ部
１６    成形冶具
２２    接着剤
２３    磁石片
【図１】
2012132357.tif 000003
【図２】
2012132357.tif 000004
【図３Ａ】
2012132357.tif 000005
【図３Ｂ】
2012132357.tif 000006
【図３Ｃ】
2012132357.tif 000007
【図３Ｄ】
2012132357.tif 000008
【図４】
2012132357.tif 000009
【図５Ａ】
2012132357.tif 000010
【図５Ｂ】
2012132357.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成24年7月24日(2012.7.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボンド磁石ロータとその製造方法およびそれを備えたモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
モータの部品の一つを構成する永久磁石は、用途や仕様に応じて、以下に示すさまざまな形態で使用されている。例えば、永久磁石をロータコアの表面に固定して形成されるロータや、ロータコアの内側に所定の形状の永久磁石を配置し固定して形成されるロータなどの形態がある。このとき、固定される永久磁石は、要求されるモータ性能に応じて、磁気特性の異なる焼結磁石やボンド磁石など多くの種類の材料から選択される。また、永久磁石の形状としては、円弧形状の瓦状磁石や板状磁石、あるいはリング磁石などさまざまな形状が用いられる。
【０００３】
また、モータのブラケット側に永久磁石を固定させて、永久磁石が発生する界磁を利用して回転子を回転させるタイプのモータなど、広い範囲で永久磁石が活用されている。
【０００４】
従来、この種の永久磁石は、ロータコアやブラケットと、永久磁石とを接着剤を用いて固定する接着工法により主に固定されている。
【０００５】
以下に、上記接着工法について、図５Ａと図５Ｂを用いて簡単に説明する。
【０００６】
図５Ａは、従来のロータの接着工法を説明する平面図である。図５Ｂは、従来のロータの接着工法を説明する断面図である。
【０００７】
まず、図５Ａと図５Ｂに示すように、磁石片２３とロータコア２１などの被接着材料との間に接着剤２２を充填する。そして、充填された接着剤２２は、接着剤２２の硬化特性に応じて、例えば熱による硬化、空気の遮断による嫌気性の硬化、紫外線照射による硬化などの接着工法を単独もしくは組み合わせることにより硬化され、ロータコア２１と磁石片２３とを接着固定している。
【０００８】
一方で、接着剤を使用できない環境で永久磁石が使用される場合は、板バネによる固定など、接着剤を使用しない工法が選択される。
【０００９】
また、ロータコアなどの部材の内周側に永久磁石を固定する場合で、アウターロータタイプのモータについては、以下に示す圧入工法を適用することが可能である。この場合、まず、永久磁石としてボンド磁石を用いた場合、ボンド磁石の外径を、固定するロータフレームの内径より所定の寸法だけ大きく形成して、ロータフレームに圧入する。そして、ボンド磁石の弾性力により、ロータフレームの内側に固定してロータを構成している。
【００１０】
また、別のロータの製造方法としては、例えば特許文献１に記載されている工法が開示されている。つまり、特許文献１に記載されている工法は、リング形状に成形した永久磁石を外周側に押し付けて、別のリング部材に固着する方法である。この方法の場合は、ロータを回転させた時に、外側に遠心力が働くため別のリング部材に永久磁石が押し付けられる、また永久磁石がリング形状品であることから高い接着強度は必要がないと考えられる。そのため、特許文献１には、永久磁石の接着法に関しては、特に記載されていない。
【００１１】
一方、ロータコアの表面にボンド磁石を固定する場合、上述のロータコアとボンド磁石との寸法差を利用して圧入工法によりロータコアへ固定する方式であるため、ロータコアの外径をリング形状のボンド磁石の内径より大きく設計する必要がある。このとき、リング形状のボンド磁石が径方向に広がる方向に圧入されるため、圧入時にボンド磁石が限界以上に伸びてしまう。その結果、ボンド磁石の破損など製造上の課題や、ボンド磁石の破壊強度が低下するなどの実用上の課題があった。
【００１２】
また、従来のロータの製造方法では、ロータコアに磁石片を固定して、円弧形状の磁石片の端部を接合してリング形状のボンド磁石を形成する場合、硬化時における各磁石片の形状が変化する。そのため、ロータの形状精度が安定しないという課題があった。
【００１３】
また、ロータを形成する場合、リング状に固定した主磁石片の着磁位置と位置決め用の磁石片の着磁位置との位相を精度よく合わせることが困難であるという課題があった。
【００１４】
また、接着工法の場合、例えば個々の磁石片の接着位置の精度ばらつき、接着ズレによる偏芯、接着厚みのばらつきなどにより生じる外径寸法の変動など、接着剤による特有の課題が生じる。その結果、高精度でロータを形成できないという課題があった。さらに、ロータの回転時に、遠心力などにより各磁石片が飛散しないように高い接着強度が必要であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開平２−２６０４０２号公報
【発明の概要】
【００１６】
本発明のボンド磁石ロータの製造方法は、ボンド磁石成形体を形成するステップと、ボンド磁石成形体の内周面を支持する内径保持冶具とロータコアとロータコアの下部を支持するロータコア押え冶具とを一体化し、内径保持冶具の外周に複数のボンド磁石成形体を配置し、ボンド磁石成形体の外周面を支持する外径保持磁石圧着冶具を配置する配置ステップとを、含んでいる。さらに、複数のボンド磁石成形体を上下方向に配置された成形冶具で押圧してボンド磁石成形体をロータコアに移送させてロータコアの外周寸法に合わせるようにボンド磁石成形体を変形する変形ステップと、隣り合う複数のボンド磁石成形体の端部を相互に接合する接合ステップと、複数のボンド磁石成形体を外周方向から内径方向へ圧縮してロータコアと一体化する一体化ステップと、を含む。
【００１７】
これにより、個々のボンド磁石成形体をリング形状に形成しながら、ロータコアへ圧接接着できる。その結果、ロータコアと、個々のボンド磁石成形体間の接着層をほぼゼロにしてボンド磁石ロータを形成できる。また、ロータコアの基準位置に対して、変形前のボンド磁石成形体の位置を決めることができる。そのため、位置決め後のボンド磁石成形体の変形や、一体化した後の個々のボンド磁石成形体を構成する極位置がボンド磁石ロータの基準位置に対して明確にできる。その結果、基準位置に合わせて取り付ける別のセンサ用のボンド磁石成形体の極位置との位相ズレを低減できる。したがって、ボンド磁石成形体の着磁位置と位置決め用のセンサ用のボンド磁石成形体の着磁位置との位相を精度よく位置合わせできる。
【００１８】
また、本発明のボンド磁石ロータは、上記ボンド磁石ロータの製造方法により形成されている。これにより、寸法精度の高いボンド磁石ロータを実現できる。
【００１９】
また、本発明のモータは、少なくともステータと、上記ボンド磁石ロータを備えている。これにより、ステータとのギャップを極小化して、動作点が高く、高効率で駆動できるモータを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態１におけるボンド磁石成形体を用いて構成したボンド磁石ロータの一例を示す平面図
【図２】本発明の実施の形態１におけるボンド磁石ロータの製造方法を説明するフローチャート
【図３Ａ】本発明の実施の形態１におけるボンド磁石ロータの製造方法を説明する概略斜視図
【図３Ｂ】本発明の実施の形態１におけるボンド磁石ロータの製造方法を説明する概略斜視図
【図３Ｃ】本発明の実施の形態１におけるボンド磁石ロータの製造方法を説明する概略斜視図
【図３Ｄ】本発明の実施の形態１におけるボンド磁石ロータの製造方法を説明する概略斜視図
【図４】図３Ａから図３Ｄに示すボンド磁石ロータの製造方法の概略を説明する断面図
【図５Ａ】従来のロータの接着工法を説明する平面図
【図５Ｂ】従来のロータの接着工法を説明する断面図
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態におけるボンド磁石ロータおよびロータの製造方法およびロータを備えたモータについて、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２２】
（実施の形態１）
以下に、本発明の実施の形態１におけるボンド磁石ロータの製造方法により作製されたボンド磁石ロータについて、図１を用いて説明する。
【００２３】
図１は、本発明の実施の形態１におけるボンド磁石成形体を用いて構成したボンド磁石ロータの一例を示す平面図である。
【００２４】
図１に示すように、本実施の形態１におけるボンド磁石ロータ１０は、例えば珪素鋼板を積層した構造体からなるロータコア１２の外周に固着された、例えば８極からなるボンド磁石成形体１４とから構成されている。このとき、それぞれのボンド磁石成形体１４は、例えば一軸方向に磁化容易軸を有するように異方化されたＮｄＦｅＢ系磁粉とＳｍＦｅＮ系磁粉の材料を主成分として構成され、例えば８極からなるボンド磁石ロータの１極分に相当する円弧形状で形成されている。
【００２５】
また、ボンド磁石成形体１４を接着するロータコア１２の面は、積層して構成した珪素鋼板の断面方向がロータコア１２の外周面となるため、各珪素鋼板の板厚に応じた凹凸を有している。そのため、以下の製造方法で説明する圧着工法によりボンド磁石成形体１４をロータコア１２に固定する場合には、ロータコア１２の外周面の凹凸は、有用で好ましい。また、ボンド磁石成形体１４とロータコア１２の接着面の凹凸は、以降で説明するボンド磁石成形体１４の熱硬化において、一部溶融したボンド磁石成形体１４中の樹脂などのバインダー成分とのアンカー効果を高める。その結果、ボンド磁石成形体１４とロータコア１２との接着力が向上して、固着強度を高めることができる。
【００２６】
そして、上記のボンド磁石ロータ１０と、ステータとを組み合わせることにより、高効率で駆動できるモータを作製できる。
【００２７】
以下に、本発明の実施の形態１におけるボンド磁石ロータの製造方法の一例について、図２から図４を用いて説明する。
【００２８】
図２は、本発明の実施の形態１におけるボンド磁石ロータの製造方法を説明するフローチャートである。図３Ａから図３Ｄは、本発明の実施の形態１におけるボンド磁石ロータの製造方法を説明する概略斜視図である。図４は、図３Ａから図３Ｄに示すボンド磁石ロータの製造方法の概略を説明する断面図である。
【００２９】
図２に示すように、はじめに、ボンド磁石コンパウンドを、以下の方法により形成する（ステップＳ１０）。
【００３０】
まず、異方化されたＮｄＦｅＢ磁粉と、アセトンに溶解した、例えば軟化温度が８０℃の熱硬化性樹脂であるノボラック型エポキシ樹脂とをニーダで十分に混合する。その後、アセトンを気化・蒸発させて、ＮｄＦｅＢ磁粉の表面にエポキシ樹脂の皮膜を形成する。
【００３１】
同様に、ＳｍＦｅＮ微粉末と、アセトンに溶解した、例えば軟化温度が８０℃のノボラック型エポキシ樹脂とをニーダで混合する。その後、アセトンを気化・蒸発させて、ＳｍＦｅＮ微粉末の表面にエポキシ樹脂の皮膜を形成する。
【００３２】
そして、エポキシ樹脂で被覆された、ＮｄＦｅＢ磁粉およびＳｍＦｅＮ微粉末と、柔軟性と接着性を付与させるためのポリアミド樹脂と潤滑剤とを、ミキサーなどで混合して混合物を作製する。このとき、ＮｄＦｅＢ磁粉とＳｍＦｅＮ微粒子の混合比率は、例えば３：２である。また、エポキシ樹脂は重量比（ｗｔ％）で１．１％で、ポリアミド樹脂および潤滑剤は重量比（ｗｔ％）で２．３％である。
【００３３】
なお、上記混合比率や重量比などは、上記値に限定されるものではなく、要求される特性に応じて、変更されることはいうまでもない。
【００３４】
そして、上記混合物を、例えば混錬装置である、加熱したロールの隙間に連続的に投入し混錬して混錬物を作製する。これにより、ポリアミド樹脂が軟化して、混合物に錬りこまれる。このとき、ポリアミド樹脂が溶融する温度までロールを加熱する必要がないので、混錬時のロールの温度を、例えば１４０℃に加熱する。なお、混錬装置としては、上記ロールによる方法以外に、エクストルーダなどを用いることができる。
【００３５】
そして、上記磁粉材料とポリアミド樹脂を混錬した混錬物を、室温まで冷却した後、粉砕もしくは解砕して、例えば粒度３５０μｍ以下の顆粒状粉末に調整する。このとき、硬化開始温度が１７０℃の、例えばイミダゾール系の微粉末状の硬化剤を、顆粒状粉末に添加・混合して、ボンド磁石コンパウンドを作製する。
【００３６】
つぎに、図２に示すように、上記ボンド磁石コンパウンドを用いて、ボンド磁石成形体１４を形成する（ステップＳ２０）。なお、以下では、珪素鋼板からなるロータコアの外径φ４７ｍｍ、圧着固定するボンド磁石成形体の厚さ１．５ｍｍ厚を例に説明する。また、形成されるボンド磁石ロータの外側に配置する、例えばアルミニウムからなる外径保持磁石圧着冶具１５の内径を約φ５０ｍｍとして説明する。
【００３７】
まず、例えば矩形形状の金型のキャビティ内に、ボンド磁石コンパウンドを充填する。
【００３８】
そして、ボンド磁石コンパウンドを充填した金型を、ボンド磁石コンパウンド内の磁粉を任意の方向に配向させるために磁場を発生させる磁極を有する磁場発生装置の磁極間に配置する。その後、ボンド磁石コンパウンドの磁粉を、所定の方向に配向させるために磁場発生装置の磁極間に磁界を形成し、配向磁界中で両側パンチを用いて圧縮成形して矩形形状の圧縮体を形成する。このとき、圧縮成形は、例えば金型の温度１６０℃、成形圧力１５０ＭＰａ、配向磁場１．３ＭＡ／ｍ、成形時間は３０秒の条件で行う。また、磁場配向成形は、例えば直交磁場成形で行う。
【００３９】
つぎに、配向制御された矩形形状の圧縮体を内包する矩形形状の金型と円弧形状を有する金型を結合させる。そして、矩形形状の金型に内包された圧縮体を、円弧形状の金型に移送させることにより、圧縮体を円弧形状に変形させる。このとき、最終的にボンド磁石成形体の円弧形状の内径側の曲率が、ロータコアの外径側の曲率より小さくなるように、金型が設計されている。これにより、ボンド磁石コンパウンドの磁粉の配向方向が一定の方向に揃った、例えば円弧形状で瓦状のボンド磁石成形体１４が未硬化状態で形成される。これは、ボンド磁石コンパウンド中の硬化剤の硬化開始温度が１７０℃であるため、金型の温度を１６０℃でボンド磁石成形体１４を成形することにより未硬化状態で成形されることに起因する。
【００４０】
そして、ボンド磁石成形体１４を成形後、上記状態で、例えば交流磁界を印加して磁界強度を徐々に減衰させる脱磁方法で、金型の脱磁を行う。これは、以降のステップで、磁粉の金型への付着を防止するためである。なお、上記脱磁処理は、矩形形状の金型で磁場配向を行った後に実施してもよいことはいうまでもない。
【００４１】
以下に、上記で成形された未硬化状態のボンド磁石成形体１４を冶具に配置するステップについて、図２から図３Ｂを用いて説明する。
【００４２】
まず、図３Ａに示すように、同じ外径寸法で形成されている、ボンド磁石成形体の内周面を支持する内径保持冶具１１と、ロータコア１２と、ロータコア１２の下部を支持するロータコア押え冶具１３とを一体化（以下、「一体化冶具」と記す。）する。これにより、ロータコア１２は、ロータコア押え冶具１３と内径保持冶具１１との間に配置される。そして、内径保持冶具１１と、ロータコア１２と、ロータコア押え冶具１３の外径寸法を同一寸法とすることにより、ボンド磁石成形体１４が、滑らかに移送できるように段差がなく連続して一体化される。なお、内径保持冶具１１、ロータコア１２、ロータコア押え冶具１３は、例えばＳ４５Ｃなどの金型に用いる材料を用いることができる。脱磁処理などを考慮すると、非磁性金属や非磁性超硬などの材料が、特に好ましい。さらに、１００〜２００℃で実施される、以降の圧接接着工程での材料の線膨張係数の差を考慮して、材料選定および、成形時の温度において同じ外径寸法となるように、常温において所定の寸法で外径を加工することが好ましい。このとき、内径保持冶具１１のロータコア１２と対向する面には、少なくとも２つの位置決め部を構成する位置決め突起１１ａを有している。ロータコア押え冶具１３のロータコア１２と対向する面には、少なくとも２つの位置決め部を構成する位置決め突起１３ａを有している。そして、ロータコア１２の内径保持冶具１１の位置決め突起１１ａおよびロータコア押え冶具１３の位置決め突起１３ａと対向する位置に、位置決め部を構成する位置決め穴１２ａが設けられている。
【００４３】
また、内径保持冶具１１の外周面には、ボンド磁石ロータの極数（例えば、８本）に対応し、円弧形状のボンド磁石成形体１４の両端部に相当する位置に、溝１１ｂが設けられている。なお、内径保持冶具１１の溝１１ｂの深さは、ロータコア１２側に向かうほど段階的に浅くなるように形成される。これにより、以降で説明する、ボンド磁石成形体１４をロータコア１２に移送させるにつれて、ボンド磁石成形体１４の端部は外周方向に広げることができる。
【００４４】
つぎに、図３Ｂと図４に示すように、一体化冶具を上下一対の成形冶具１６を構成する下側の成形冶具１６上に配置し、内径保持冶具１１の外周面に未硬化の例えば８極分に相当するボンド磁石成形体１４の円弧形状の両端部を溝１１ｂに対応させて配置する。このとき、ロータコア１２の外周側の曲率より、内周側の曲率が小さいボンド磁石成形体１４が配置される。
【００４５】
そして、図２、図３Ｂおよび図４に示すように、内径保持冶具１１の外周面に配置されたボンド磁石成形体１４の外周側に外径保持磁石圧着冶具１５を配置する。外径保持磁石圧着冶具１５は、円弧形状のボンド磁石成形体１４の外周側への広がりを防止するとともに、ボンド磁石成形体１４の外径寸法を規定する。
【００４６】
なお、上述した内径保持冶具１１と、ロータコア１２と、ロータコア１２の下部を支持するロータコア押え冶具１３とからなる一体化冶具および外径保持磁石圧着冶具１５を、恒温槽で、例えば１６０℃で保持する。また、円弧形状のボンド磁石成形体１４は、例えば１６０℃の高温環境下で、１２０秒間保持した後、１６０℃に保持された一体化冶具の内径保持冶具１１の外周面に取り付けられる。
【００４７】
つぎに、図３Ｂと図４に示すように、ボンド磁石成形体１４の上方から、上側の成形冶具１６を内径保持冶具１１に挿入して配置する（ステップＳ３０）。
【００４８】
つぎに、図２、図３Ｃおよび図４に示すように、上側の成形冶具１６を内径保持冶具１１に沿って挿入し、ボンド磁石成形体１４をロータコア１２側に押し出して変形させ、成形させる（ステップＳ４０）。このとき、内径保持冶具１１の溝１１ｂが、ロータコア１２側に向かって段階的に浅くなるように設けられているため、ボンド磁石成形体１４の両端部は段階的に外周方向に広げられる。
【００４９】
そして、ロータコア１２の方向にボンド磁石成形体１４を移送してゆくと、内径保持冶具１１の表面に形成された溝１１ｂが消失して、内径保持冶具１１の外周面は、略円形形状（円形形状を含む）となる。これにより、ボンド磁石成形体１４の内周寸法が、ロータコア１２の外周寸法とほぼ一致するように変形される。なお、この時点においては、隣り合うボンド磁石成形体１４の端部間の接合は、まだ十分でない。
【００５０】
さらに、ロータコア１２の方向にボンド磁石成形体１４を移送すると、ロータコア１２の下部に配置されたロータコア押え冶具１３を下端として、最終的にボンド磁石成形体１４の内側にロータコア１２が配置される。このとき、ロータコア１２に形成した位置決め穴１２ａを基準として、ボンド磁石成形体１４が配置された内径保持冶具１１の位置決め突起１１ａにより、ロータコア１２とボンド磁石成形体１４との圧着位置が一通りに決まり、固定される。これにより、ロータコア１２の位置決め穴１２ａを基準に、着磁器の着磁位置を調整して、ボンド磁石成形体１４の配向方向と着磁器から発生する磁界方向を合わせて着磁することができる。その結果、ボンド磁石成形体１４の不完全な着磁部の発生を防止するとともに、極間のばらつきも低減できる。
【００５１】
また、図２と図４に示すように、ロータコア１２とボンド磁石成形体１４とが圧着される外径保持磁石圧着冶具１５の内周部分には、テーパ部１５ａが形成されている。テーパ部１５ａは、外径保持磁石圧着冶具１５の最大内径がφ５０ｍｍの場合、例えば０．１ｍｍ程度小さくなるように形成されている。これにより、ロータコア１２にボンド磁石成形体１４が移送されるにしたがって、ボンド磁石成形体１４の外周側は連続的に内側に絞られて（圧縮されて）、周方向に広がる。その結果、隣り合うボンド磁石成形体１４の端部が完全に接合される（ステップＳ５０）。
【００５２】
つぎに、複数のボンド磁石成形体１４がロータコア１２に接合された状態で、ボンド磁石成形体１４に含有されている硬化剤の硬化温度である、例えば１７０℃の恒温槽中で、例えば２０分の所定時間保持して、ボンド磁石成形体１４の熱硬化を行う。このとき、ボンド磁石成形体１４を構成する磁石粉末以外の樹脂成分、例えばエポキシ樹脂やポリアミド樹脂は、高温雰囲気下で軟化し、樹脂成分の一部は溶融状態となっている。
【００５３】
そして、ロータコア１２にボンド磁石成形体１４が圧着される時、ボンド磁石成形体１４から染み出したバインダーの樹脂成分により、ロータコア１２とボンド磁石成形体１４が強固に接着される。このとき、ロータコア１２とボンド磁石成形体１４との接着により、ロータコア１２の外周に倣ってボンド磁石成形体１４の内径が決まる。そのため、ロータコア１２とボンド磁石成形体１４とは、ほぼギャップ（隙間）のない状態で接着される。また、ボンド磁石成形体１４の外周部分も、外径保持磁石圧着冶具１５により固定されているため、高い真円度でボンド磁石ロータが実現される。
【００５４】
つぎに、図３Ｃに示す状態で、室温まで冷却する。このとき、ボンド磁石ロータを常温まで降下させる間に、ボンド磁石成形体１４とロータコア１２間に染み出した樹脂成分が硬化する。さらに、外周側に配置した外径保持磁石圧着冶具１５は、冷却時さらに内径側に収縮する。その結果、よりロータコアとボンド磁石成形体との間に隙間なくロータコア１２表面に倣うようにボンド磁石成形体１４を密着固定して一体化する（ステップＳ６０）。
【００５５】
なお、冷却は、強制冷却をすることが好ましい。その理由は、自然冷却の場合、ボンド磁石成形体１４の樹脂成分を熱硬化させるために加熱した熱が、熱容量の高いロータコアや圧着冶具から逃げにくい。そのため、ボンド磁石成形体ロータの熱硬化後の寸法や接着強度が不安定になるので、それを防止するためである。
【００５６】
そして、図３Ｄに示すように、室温まで冷却した後、内径保持冶具１１、ロータコア押え冶具１３、外径保持磁石圧着冶具１５および上下の成形冶具１６を取り外して、ボンド磁石ロータ１０を離型する。このとき、外径保持磁石圧着冶具１５の内径側表面に、ボンド磁石成形体１４から染み出た樹脂成分との密着を防止するため、樹脂との離型性が良好で、樹脂との被着性の小さい、例えばフッ素系の皮膜などでコーティングを施すことが望ましい。また、内径保持冶具１１、ロータコア押え冶具１３および上下の成形冶具１６においても、少なくともボンド磁石成形体１４から染み出た樹脂成分が浸入する面に樹脂との被着性の小さい、例えばフッ素系の皮膜などの素材でコーティングすることが好ましい。これにより、ボンド磁石ロータ１０と各冶具との離型性がさらに向上する。
【００５７】
なお、外径保持磁石圧着冶具１５の離型は、製造工程の単純化やプロセスサイクルの短縮化のために、室温で行うことが好ましいが、例えば外径保持磁石圧着冶具１５などを７０℃程度に昇温してから、ボンド磁石ロータ１０を離型してもよい。このとき、外径保持磁石圧着冶具１５は、ロータコア１２よりも線膨張係数の大きい材料で構成することが好ましい。これにより、外径保持磁石圧着冶具１５の内径が、昇温により、ボンド磁石ロータ１０より径方向に広がるため、外径保持磁石圧着冶具１５の離型がより容易になる。この場合、ボンド磁石成形体１４の樹脂成分の熱硬化温度で保持された後に、室温まで冷却するので、ボンド磁石成形体１４の硬化はすでにほぼ完了している。そのため、外径保持磁石圧着冶具１５を、例えば７０℃程度の温度まで昇温しても、ボンド磁石ロータ１０の形状への実用上の影響はない。
【００５８】
以上、説明した製造方法により、本実施の形態のボンド磁石ロータ１０が作製される。
【００５９】
本実施の形態によれば、ボンド磁石ロータを形成する熱硬化から冷却時において、ボンド磁石成形体の外周は常に外径保持磁石圧着冶具と接した状態で成形される。つまり、ボンド磁石ロータの寸法精度は、外径側に配置される外径保持磁石圧着冶具の寸法および形状により規制され、外径保持磁石圧着冶具の形状精度を反映して形成される。
【００６０】
その結果、ボンド磁石ロータの真円度は、外径保持磁石圧着冶具の内径の真円度に依存して、高い真円度を実現できる。
【００６１】
具体的には、上記形状のボンド磁石ロータの場合、真円度を従来の１００〜１５０μｍから５０μｍ以下へと約１／２以下に高めることができる。
【００６２】
また、本実施の形態によれば、ボンド磁石成形体が硬化すると同時にロータコアの外周表面に倣うようにボンド磁石成形体が外径保持磁石圧着冶具により圧着固定されるため、寸法精度に優れたボンド磁石ロータを形成できる。そして、ボンド磁石ロータとステータとでモータを構成した場合、ボンド磁石ロータとステータとの磁気ギャップをほぼなくすことができる。その結果、ボンド磁石ロータとステータとの間の磁気ロスを低減させて、モータの高性能化を図ることができる。
【００６３】
具体的には、上記形状のボンド磁石ロータの場合、表面磁束波形のピーク値が約５％向上する。これにより、ボンド磁石ロータおよびそれを用いたモータの高性能化を図ることができる。
【００６４】
また、本実施の形態によれば、ロータコア１２の位置決め穴１２ａを基準として、ボンド磁石成形体１４の内径保持冶具１１の位置決め突起１１ａにより、ロータコア１２とボンド磁石成形体１４との圧着位置が一通りに決まり、固定される。これにより、ロータコア１２の位置決め穴１２ａを基準に、着磁器の着磁位置を調整して、ボンド磁石成形体１４の配向方向と着磁器から発生する磁界方向を合わせて着磁することができる。その結果、ボンド磁石成形体１４の不完全な着磁部の発生を防止するとともに、極位置のばらつきも低減できる。
【００６５】
また、本実施の形態によれば、ボンド磁石成形体の内周の曲率をロータコアの外周の曲率より小さくして形成している。これにより、ボンド磁石成形体を配置し保持する、ロータコアと同じ曲率を有する内径保持冶具の金型の表面に設けた略凹形状（凹形状を含む）の溝に、ボンド磁石成形体の周方向の両端部を嵌め合わすことができる。その結果、ロータコアに接合されるボンド磁石成形体の位置を明確にして、組み立て精度を向上できる。
【００６６】
具体的には、ロータの主ボンド磁石成形体と、位置決め用のセンサ用磁石との位相ズレを、１°以内から０．６°以内と、約半分程度まで低減できる。
【００６７】
また、本実施の形態によれば、複数のボンド磁石成形体を同時にロータコア側に押し出して移送することにより、ボンド磁石成形体の半径方向の変形と、隣り合うボンド磁石成形体の周方向の端部間の接合とを、同時に行ってリング状に形成できる。その結果、ボンド磁石成形体をロータコア表面に圧着固定して、高い接着強度と形状精度に優れたボンド磁石ロータを実現できる。
【００６８】
なお、本実施の形態では、ロータコアに珪素鋼板の積層して、かしめて固定した構造体を例に説明したが、これに限定されない。例えば、金属のバルク体を用いてロータコアを構成してもよい。この場合、一般的に、軟磁気特性の良好な鉄を主成分とする材料でロータコアを構成することが好ましい。
【００６９】
また、本実施の形態では、８極からなるボンド磁石ロータを例に説明したが、これに限られず、極数は任意に構成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明によれば、ボンド磁石成形体とロータコアとを磁気的なギャップを極小化して固定することにより表面磁束量を向上させることができる。そのため、高い表面磁束量が要望される、モータなどの磁気回路を内部に形成するデバイスなどに有用である。
【符号の説明】
【００７１】
１０  ボンド磁石ロータ
１１  内径保持冶具
１１ａ，１３ａ  位置決め突起（位置決め部）
１１ｂ  溝
１２，２１  ロータコア
１２ａ  位置決め穴（位置決め部）
１３  ロータコア押え冶具
１４  ボンド磁石成形体
１５  外径保持磁石圧着冶具
１５ａ  テーパ部
１６  成形冶具
２２  接着剤
２３  磁石片
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボンド磁石成形体を形成するステップと、
前記ボンド磁石成形体の内周面を支持する内径保持冶具とロータコアと前記ロータコアの下部を支持するロータコア押え冶具とを一体化し、前記内径保持冶具の外周に複数の前記ボンド磁石成形体を配置し、前記ボンド磁石成形体の外周面を支持する外径保持磁石圧着冶具を配置する配置ステップと、
複数の前記ボンド磁石成形体を上下方向に配置された成形冶具で押圧して前記ボンド磁石成形体を前記ロータコアに移送させて前記ロータコアの外周寸法に合わせるように前記ボンド磁石成形体を変形する変形ステップと、
隣り合う複数の前記ボンド磁石成形体の端部を相互に接合する接合ステップと、
複数の前記ボンド磁石成形体を外周方向から内径方向へ圧縮して前記ロータコアと一体化する一体化ステップと、
を含むボンド磁石ロータの製造方法。
【請求項２】
複数の前記ボンド磁石成形体の内周の曲率が、前記ロータコアの外周の曲率より小さい請求項１記載のボンド磁石ロータの製造方法。
【請求項３】
前記ロータコア押え冶具、前記内径保持冶具および前記ロータコアに位置決め部を設け、前記位置決め部を介して前記ロータコア押え冶具、前記内径保持冶具および前記ロータコアとの位置合わせを行う請求項１記載のボンド磁石ロータの製造方法。
【請求項４】
請求項１に記載のボンド磁石ロータの製造方法により形成されたボンド磁石ロータ。
【請求項５】
少なくともステータと、
請求項４に記載のボンド磁石ロータを備えたモータ。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2012132357.tif 000012
【図２】
2012132357.tif 000013
【図３Ａ】
2012132357.tif 000014
【図３Ｂ】
2012132357.tif 000015
【図３Ｃ】
2012132357.tif 000016
【図３Ｄ】
2012132357.tif 000017
【図４】
2012132357.tif 000018
【図５Ａ】
2012132357.tif 000019
【図５Ｂ】
2012132357.tif 000020
【手続補正書】
【提出日】平成24年12月10日(2012.12.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボンド磁石成形体を形成するステップと、
前記ボンド磁石成形体の内周面を支持する内径保持冶具とロータコアと前記ロータコアの下部を支持するロータコア押え冶具とを一体化し、前記内径保持冶具の外周に複数の前記ボンド磁石成形体を配置し、前記ボンド磁石成形体の外周面を支持する外径保持磁石圧着冶具を配置する配置ステップと、
複数の前記ボンド磁石成形体を上下方向に配置された成形冶具で押圧して前記ボンド磁石成形体を前記ロータコアに移送させて前記ロータコアの外周寸法に合わせるように前記ボンド磁石成形体を変形する変形ステップと、
前記ロータコアの外周に相当する位置の内周にテーパ部が設けられた前記外径保持磁石圧着冶具を用い、前記成形冶具により前記ボンド磁石成形体を移送させて、前記テーパ部を通過させるとき、前記ボンド磁石成形体を前記テーパ部により連続的に内側に圧縮させることにより、前記ボンド磁石成形体の周方向の両端を周方向に広げ、隣り合う複数の前記ボンド磁石成形体の端部を相互に接合する接合ステップと、
複数の前記ボンド磁石成形体を外周方向から内径方向へ圧縮して前記ロータコアと一体化する一体化ステップと、
を含むボンド磁石ロータの製造方法。
【請求項２】
複数の前記ボンド磁石成形体の内周の曲率が、前記ロータコアの外周の曲率より小さい請求項１記載のボンド磁石ロータの製造方法。
【請求項３】
前記ロータコア押え冶具、前記内径保持冶具および前記ロータコアに位置決め部を設け、前記位置決め部を介して前記ロータコア押え冶具、前記内径保持冶具および前記ロータコアとの位置合わせを行う請求項１記載のボンド磁石ロータの製造方法。
【請求項４】
請求項１に記載のボンド磁石ロータの製造方法により形成されたボンド磁石ロータ。
【請求項５】
少なくともステータと、
請求項４に記載のボンド磁石ロータを備えたモータ。
【国際調査報告】
2012132357.tif 000021
2012132357.tif 000022
2012132357.tif 000023
2012132357.tif 000024