(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮された非結合の磁性粉末材料から成る構造を有し、機械用の永久磁石回転子を形成する永久磁石であって、
強磁性及び軟磁性粉末材料の少なくとも一方である前記磁性粉末材料がスリーブの内部に充填され、該スリーブの両端部を塞いで該スリーブを密封するキャップによって外界と遮断された状態で、前記スリーブ内で圧縮されたものである永久磁石。
【請求項２】
前記圧縮した磁性粉末材料の密度は、５．０〜８．０ｇ／ｃｍ３の範囲にあり、望ましくは、７．３ｇ／ｃｍ３のような６．８〜７．７ｇ／ｃｍ３の範囲にある請求項１に記載の永久磁石。
【請求項３】
前記磁性粉末材料の見掛け密度と前記圧縮された磁性粉末材料の密度との間の比率は、２．７のような２．０〜２．９の範囲にある請求項１又は２に記載の永久磁石。
【請求項４】
前記永久磁石が圧縮された非結合の磁性粉末材料を容積比で少なくとも９０％、望ましくは少なくとも９５％含んで構成された請求項１〜３のいずれか１項に記載の永久磁石。
【請求項５】
前記永久磁石が１以上の固体の永久磁石体をさらに含んで構成された請求項１〜４のいずれか１項に記載の永久磁石。
【請求項６】
前記非結合の磁性粉末材料が異方性磁石を構成する請求項１〜５のいずれか１項に記載の永久磁石。
【請求項７】
第１のスリーブと、
前記第１のスリーブの内側開口部を塞ぐべく配置された第１のキャップ及び第２のキャップと、
前記第１のキャップと前記第２のキャップとの間にて前記スリーブの前記内側開口部に形成され、強磁性粉末材料及び軟磁性粉末材料の少なくとも一方、又は強磁性及び軟磁性粉末材料の複合物から成る圧縮された非結合の磁性粉末材料を含む永久磁石と、
を含んで構成された請求項１に記載の永久磁石。
【請求項８】
前記第１及び第２のキャップの少なくとも一方は、ロータ軸を構成すべく形成されている請求項７に記載の永久磁石。
【請求項９】
前記回転子は、前記スリーブに埋め込まれた独立したロータ軸をさらに含む請求項７又は８に記載の永久磁石。
【請求項１０】
前記ロータ軸は、該ロータ軸の全軸長に亘って伸びており、回転子チューブの空洞を形成し、前記空洞に沿って液体を通すのに好適な中空の前記回転子チューブを含んで構成された請求項８又は９のいずれかに記載の永久磁石。
【請求項１１】
前記第１及び第２のキャップは、前記第１のスリーブの空間内部で前記各キャップを互いに固定し、前記キャップの互いの位置関係を保持するのに好適な固定手段を含んで構成された請求７〜１０のいずれか１項に記載の永久磁石。
【請求項１２】
前記回転子は、前記第１のスリーブより直径が小さく、前記第１のスリーブの内部にぴったり収まる第２のスリーブをさらに含んで構成された請求項７〜１１のいずれか１項に記載の永久磁石。
【請求項１３】
前記第１のスリーブは、１つの円筒状スリーブとして形成されている請求項７〜１２のいずれか１項に記載の永久磁石。
【請求項１４】
前記第１のスリーブは、略均一の壁厚を有する１つの円筒状スリーブから製造され、前記各キャップが前記第１のスリーブに固定される第１の位置における前記第１のスリーブの前記内側開口部の直径が、前記各キャップの中間位置のような前記第１の位置の間にある第２の位置における前記第１のスリーブの前記内側開口部の直径より小さい請求項７〜１３のいずれか１項に記載の永久磁石。
【請求項１５】
前記磁性粉末材料は、等方性の磁性粉末である請求項１〜１４のいずれか１項に記載の永久磁石。
【請求項１６】
電気機械用の永久磁石回転子の製造方法であって、
第１のスリーブを準備するステップと、
前記第１のスリーブに第１のキャップを収め、第１の位置で前記第１のスリーブの内側開口部を塞ぐステップと、
強磁性粉末材料及び軟磁性粉末材料の少なくとも一方、又は強磁性及び軟磁性粉末材料の混合物を含んで構成された前記磁性粉末材料を前記第１のスリーブに充填するステップと、
前記第１のスリーブに第２のキャップを収め、第２の位置で前記第１のスリーブの前記内側開口部を塞いで、前記第１及び第２のキャップにより前記第１のスリーブを密封することによって外界と遮断された状態で、前記第１の位置と前記第２の位置との間に前記磁性粉末材料を位置させるステップと、
前記第１のスリーブ内の前記第１及び第２のキャップの少なくとも一方を相手方に向かって加圧し、その間にある前記磁性粉末材料を圧縮するステップと、
を含んで構成された電気機械用の永久磁石回転子の製造方法。
【請求項１７】
前記加圧中は、前記第１及び第２のキャップの両方が前記スリーブに対して適所に固定されるように、前記第１のスリーブに対して適所に前記第１及び第２のキャップの少なくとも一方を固定し、これにより、前記圧力が取り除かれても、前記磁性粉末材料を圧縮し続けるステップをさらに含んで構成された請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記第１のキャップと第２のキャップとの間の前記圧縮された磁性粉末材料の密度は、５．０〜８．０ｇ／ｃｍ３の範囲にあり、望ましくは、７．３ｇ／ｃｍ３のような６．８〜７．７ｇ／ｃｍ３の範囲にある請求項１６又は１７に記載の永久磁石回転子の製造方法。
【請求項１９】
前記磁性粉末材料の見掛け密度と、前記スリーブ内の前記圧縮された磁性粉末材料の密度との間の比率は、２．７のような２．０〜２．９の範囲にある請求項１６又は１８のいずれかに記載の永久磁石回転子の製造方法。
【請求項２０】
前記第１及び第２のキャップの少なくとも一方に加えられた前記圧力は、最大で望ましくは４００ＭＰａ〜２０００ＭＰａの範囲にあり、望ましくは４００ＭＰａ〜１２００ＭＰａの範囲にある請求項１６〜１９のいずれか１項に記載の永久磁石回転子の製造方法。
【請求項２１】
前記圧縮された磁性粉末材料が圧縮された非結合の磁性粉末材料を容積比で少なくとも９０％、望ましくは少なくとも９５％含んで構成されている請求項１６〜２０のいずれか１項に記載の永久磁石回転子の製造方法。
【請求項２２】
前記圧力が前記第１のスリーブ内の前記第１及び第２のキャップの少なくとも一方に対して加えられると、前記第１のスリーブの少なくとも一部、即ち前記第１のキャップと前記第２のキャップとの間にある前記第１のスリーブの前記一部が永久に拡張する請求項１６〜２１のいずれか１項に記載の永久磁石回転子の製造方法。
【請求項２３】
前記方法が前記スリーブにロータ軸を差し込むステップをさらに含んで構成された請求項１６〜２２のいずれか１項に記載の永久磁石回転子の製造方法。
【請求項２４】
前記磁性粉末材料は、潤滑性添加剤を含んで構成された請求項１６〜２３のいずれか１項に記載の永久磁石回転子の製造方法。
【請求項２５】
前記第１及び第２のキャップ間の前記スリーブ内に、バインダ添加剤を含んで構成された磁性粉末材料の更なる部分を備える請求項１６〜２４のいずれか１項に記載の永久磁石回転子の製造方法。
【請求項２６】
前記方法が前記スリーブ内に１以上の固体の永久磁石体を入れるステップをさらに含んで構成された請求項１６〜２５のいずれか１項に記載の永久磁石回転子の製造方法。
【請求項２７】
前記第１及び第２のキャップは、固定手段を含んで構成され、前記圧力が前記スリーブ内の前記第１及び第２のキャップの少なくとも一方に加えられると、互いに固定され、前記スリーブ内において、互いの位置関係を保つ請求項１６〜２６のいずれか１項に記載の永久磁石回転子の製造方法。
【請求項２８】
前記方法が前記第１のスリーブ内に前記第１のスリーブより直径の小さな第２のスリーブに取り付けるステップをさらに含んで構成された請求項１６〜２７のいずれか１項に記載の永久磁石回転子の製造方法。
【請求項２９】
前記方法が前記第２のスリーブ内に磁性粉末材料を充填するステップをさらに含んで構成された請求項２８に記載の永久磁石回転子の製造方法。
【請求項３０】
前記方法が前記スリーブに磁性粉末材料を充填する前記ステップの前に、前記第１及び第２のスリーブの少なくとも一方の表面を滑らかにするステップをさらに含んで構成された請求項１６〜２９のいずれか１項に記載の永久磁石回転子の製造方法。
【請求項３１】
前記方法が、前記第１のスリーブ内の前記第１及び第２のキャップの少なくとも一方に圧力を加えるステップを実行する際、前記第１のスリーブに充填された前記磁性粉末材料の異方性磁石を形成するために磁界中に前記回転子を配置するステップをさらに含んで構成された請求項１６〜３０のいずれか１項に記載の永久磁石回転子の製造方法。
【請求項３２】
前記方法が、前記磁性粉末材料を前記スリーブに充填した後及び前記第１及び第２のキャップの少なくとも一方に前記圧力を加える前に、前記磁性粉末材料を振動させるステップをさらに含んで構成された請求項１６〜３１のいずれか１項に記載の永久磁石回転子の製造方法。
【請求項３３】
前記方法が、前記第１のスリーブに第２のキャップを収め、前記第１のスリーブの内側開口部を塞ぐ前に、前記第１のスリーブに充填される前記磁性粉末材料を予め圧縮するステップをさらに含んで構成された請求項１６〜３２のいずれか１項に記載の永久磁石回転子の製造方法。
【請求項３４】
前記方法が前記第１のスリーブに前記第２のキャップを収める前に、前記第２のスリーブに充填される前記磁性粉末材料を予め圧縮するステップをさらに含んで構成された請求項２８〜３３のいずれか１項に記載の永久磁石回転子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、永久磁石に関し、特に電気機械用、望ましくは機械用の永久磁石回転子及びその永久磁石の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転子に使用される種々の永久磁石材料は、市販されている。どの材料を選択するかは、しばしば、回転子に要求される磁気強度と回転子用材料、例えば磁性粉末の価格との釣り合いに依存する。さらに、磁石の腐食、温度、動作点等の他の多くのパラメーターが、上記材料選択に影響を及ぼす。
【０００３】
市販されている永久磁石材料は、フェライト及びＮｅＦｅＢ、ＳｍＣｏ又はＡｌＮｉＣｏを含む。これらの材料で作られる磁石は、様々な方法で製造することができる。しかし、最もよく用いられる方法は、焼結、射出成形又はボンディングである。
【０００４】
焼結磁石は、磁性粉末を高圧下で圧縮し、続いて適当な炉の中で焼結させることにより作られる。
【０００５】
ボンド磁石は、バインダを含んで構成された磁性粉末の混合物で作られる。 永久磁石は、型の中で混合物を圧縮することにより形成される。特許技術文献１には、この種のボンド磁石を含んで構成された回転子を備えたモータが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】欧州特許出願公開第１７２２４５７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
回転子に上述の磁石を使用した場合の欠点は、焼結磁石は、一般に、複雑な製造工程のためその製造が比較的高価であり、ボンド磁石は、例えば、非磁性バインダ材料を含有しているため、一般に、焼結磁石ほど効率がよくないということである。
【０００８】
そこで、本発明は、上記欠点がなく、高い磁気強度を有する有用な永久磁石及び永久磁石回転子を製造する有用な方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この目的は、請求項１において規定された特徴を有する永久磁石、及び請求項１６において規定された特徴を有する永久磁石回転子の製造方法によって達成される。さらなる実施形態は、各従属項で規定されている。
【００１０】
本発明による永久磁石は、圧縮された非結合の磁性材料から成る構造を有している。これは、粉末材料と混合される特別の結合剤がなく、また焼結が使用されないことを意味する。磁性粉末材料は、ただ圧縮されて所望形状にされるだけである。磁性粉末材料は、強磁性及び軟磁性の少なくとも一方の粉末材料であり、望ましくは、強磁性の粉末材料のみである。粉末材料を圧縮して所望形状に形成した後、磁石を磁化することにより磁極が材料中に定められる。したがって、本発明による永久磁石に１つ以上の磁極を作り出すことは可能である。
【００１１】
上述したように、磁性粉末材料は、非結合であり、即ち、バインダ材料を含んで構成されない。それは、ただ全体的に圧縮されるだけである。従来の製造において使用される圧力よりも高い圧力が適用できる。この圧力は、１０００ＭＰａ、望ましくは１５００ＭＰａ〜２０００ＭＰａ、又はそれ以上であるとよい。
【００１２】
望ましくは、磁性粉末材料、即ち、圧縮された磁性粉末材料の表面は、少なくとも部分的に、望ましくは完全に被覆材によって被覆及び表面処理の少なくとも一方がなされているとよい。そのような被覆材又は表面処理は、磁石を使用するのに必要な表面の保護となる。この表面処理及び被覆材の少なくとも一方は、磁石に所要の機械的強度をもたらす。さらに、磁石は、使用環境、即ち湿度の高い空気に対してより耐性を有するようになる。被覆材は、磁性粉末材料を取り囲むカバー、又はスリーブであり、例えば鋼、具体的にはステンレス鋼で作られたスリーブであってもよい。表面処理は、例えば圧縮粉末材料の表面又は少なくとも表面の一部にコーティング膜をスプレーすることにより、例えば表面をコーティングすることであってもよい。
【００１３】
望ましい実施形態においては、磁性粉末材料は、外部に対して完全に密封されている。即ち、被覆材、例えばスリーブの内部に完全に包み込まれている。
【００１４】
磁性粉末材料は、スリーブの中に押し込まれる。このようにして、スリーブは、さらに完成した磁石の形状を決める。しかしながら、上述したように磁性粉末材料が高圧力でもってスリーブ内で圧縮される際に、スリーブが金型の形状になるように、金型の内部にスリーブを配置することも可能である。
【００１５】
望ましくは、永久磁石は、機械用の永久磁石回転子である。このような機械用の永久磁石回転子は、第１のスリーブと、前記第１のスリーブの内側開口部を塞ぐべく配置された第１のキャップ及び第２のキャップと、前記第１のキャップと前記第２のキャップとの間にてスリーブの前記内側開口部に形成され、強磁性粉末材料及び軟磁性粉末材料の少なくとも一方、又は強磁性及び軟磁性粉末材料の複合物から成る圧縮された非結合の磁性粉末材料を含む永久磁石とを含んで構成されるとよい。
【００１６】
機械という用語には、発電機の他に電動機、電磁結合器、磁気歯車又はリニアアクチュエータも含まれる。
【００１７】
磁性粉末材料は、非結合形態になっている。即ち、粉末材料は、粉末形態のままであってもよく、圧縮が取除かれると粉末に戻ってもよい。
【００１８】
しかしながら、高圧力下での圧縮により、圧力が解放されても、粉末は圧縮された形態の状態を維持する。
【００１９】
磁性粉末材料をスリーブ中に直接押し込める代わりに、先ず、粉末を所望形状に圧縮し、次に、この永久磁石の周りにスリーブを置いてもよい。
【００２０】
非結合の磁性粉末材料の１つの利点は、永久磁石がバインダ材料を一切含まないということである。これにより、これらの磁石の再利用が容易になる。エポキシのようなバインダ材料の使用に関連した問題は、磁石が外側の殆どの層で腐食し、それ故、磁石の磁束が減少するということであるが、本発明においては、バインダが磁性粉末材料に適用されていないため、バインダが引き起こす腐食は、回避することができる。
【００２１】
強磁性粉末材料の用語は、ＡｌＮｉＣｏ、フェライト、ＳｍＣｏ、ＳｍＦｅＮ、ＮｄＦｅＢのような磁石の粉末を意味し、大きな磁気ヒステリシスを生じさせる高保磁力の材料であると見なされる。
【００２２】
軟磁性粉末材料の用語は、鉄、コバルト、ニッケル、ＦｅＳｉ、Ｆｅ３Ｐ又はＦｅＮｉのような粉末材料を意味し、磁界の適用で容易に磁化し、磁界が取除かれると、概ね非磁性の状態に戻る材料であると見なされる。即ち、高透磁率、低保磁力及び低い磁気ヒステリシス損失の特性を備えた材料である。
【００２３】
特許請求の範囲にあるように、永久磁石は、強磁性及び軟磁性粉末材料の複合物を含んでもよい。それによって、例えば、所要の保磁特性に依存した様々な磁石の設計をすることができる。強磁性及び軟磁性粉末材料の複合物が使用される場合、望ましくは、材料は回転子の所要の設計及び機能を実現するようにスリーブ中で所要のパターンに分離される。
【００２４】
本発明によって永久磁石を製造すれば、磁性粉末材料の密度が増加し、より強い磁石が得られる。より強いという用語は、本発明の一実施形態に関して、磁石の残留磁気を意味している。さらに、磁性粉末材料の高密度化は、使用可能な磁石及び、特に、より小型の永久磁石回転子の製造を可能にする。
【００２５】
本発明の一態様において、例えば、第１のキャップと第２のキャップとの間で圧縮された磁性粉末材料の密度は、５．０〜８．０ｇ／ｃｍ３の範囲内にあり、望ましくは７．３ ｇ／ｃｍ３のように６．８〜７．７ｇ／ｃｍ３の範囲内にある。これによって、十分な強度を備えた磁石に形成できるレベルまで磁石粉末材料を圧縮することが可能となる。
【００２６】
本発明の種々の実施形態に関して、強磁性粉末材料の粒子サイズは、従来のプラスチックボンド粉末と同じであってもよい。
【００２７】
本発明の種々の実施形態に関して、前記スリーブは、望ましくはステンレス鋼で作られるが、他の実施形態に関しては、銅、鋼、チタン、アルミニウム又は合成材料のような他の材料で作られてもよい。これにより、例えば回転子のような磁石は、厳しい環境条件の下、例えば水、廃水、油等のような種々の液体中で動作することができる。例えば、バイオエタノールや無公害燃料の中には、水が存在する可能性があり、したがって、磁石用としては、特に磁石をカプセル化するということが必要となる。それ故、本発明の磁石は、それらの用途に適していると言える。
【００２８】
本発明の一実施形態に関して、上記第１のスリーブの内側開口部を塞ぐために配置された第１のキャップ及び第２のキャップのうちの少なくとも１つは、上記第１のスリーブに固定される。
【００２９】
第１のスリーブに対して適所に１つ又は複数のキャップを固定することは、例えば、パンチングによって変形させてスリーブとキャップを連結する方法や、キャップとスリーブの両方を溶接、はんだ付け又はつなぎ合わせる方法や、ねじ山を設けた上記キャップと同様のねじ山を設けた上記スリーブとを上記各ねじ山を互いに噛み合わせてねじ止めする方法等、種々の方法で行うことができる。
【００３０】
本発明の様々な実施形態に関して、キャップは、１．０ｍｍのような０．５ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲の厚みを有する材料で作られる。
【００３１】
本発明の別の態様においては、磁性粉末材料の見掛け密度と圧縮された磁性粉末材料の密度との間の比率は、望ましくは、２．７のような２．０〜２．９の範囲にある。これにより、磁性粉末材料は、所望の永久磁石を形成するために、例えばスリーブ内で十分に圧縮され得る。
【００３２】
本発明の一態様においては、上記永久磁石は圧縮された非結合の磁性粉末材料を容積比で少なくとも９０％、望ましくは少なくとも９５％含んで構成されている。圧縮された非結合の粉末材料をそのような高い含有量で備えた永久磁石（例えば回転子として）を提供することによって、永久磁石（この場合、回転子）の高い磁気強度（磁束）は、好ましくはその最大値付近で実現可能となる。
【００３３】
さらに、本発明の別の態様において、永久磁石は、１以上の固体の永久磁石体を含んで構成される。固体の永久磁石体は、鉄部材、焼結磁石、非磁性体等のようなものである。これにより、回転子を所望の方法で所望の物理的及び機能的特性を備えて構成することができる。
【００３４】
本発明のさらに別の態様においては、上記非結合の磁性粉末は、異方性磁石から成る。これにより、異方性磁石の特異的性質を備える強力な磁石を提供することができる。
【００３５】
本発明の別の態様において、第１及び第２のキャップのうち少なくとも一方は、ロータ軸を構成するために形成される。ロータ軸がキャップの少なくとも一方の一部となるように構成することにより、別個のロータ軸のコストを避け、これによって製造コストを最小限に抑えることができる。さらに、上記キャップと別個のロータ軸組立体との間に脆弱な繋ぎ目が生じず、より小さな物理的許容差を実現することができる。
【００３６】
さらに、本発明の別の態様においては、上記回転子は、スリーブに差し込まれた独立したロータ軸をさらに含んで構成される。独立したロータ軸がスリーブ、したがって回転子に差し込まれると、取り付けられる１つ又は複数のキャップがスリーブの内側及びロータ軸の周りにぴったり収まって適合し、スリーブの内側開口部を塞ぐ。ロータ軸が運転中の回転子の回転軸として機能するためには、ロータ軸は、実質的に回転子の中心に位置するように取り付けられなければならない。１つ以上のキャップをスリーブに固定する方法もまた、ロータ軸にキャップを固定するために適用することができる。
【００３７】
本発明のさらに別の態様においては、上記ロータ軸は、ロータ軸の全軸長に亘って伸びており、回転子チューブに空洞を形成し、該空洞に沿って液体を通すのに好適な中空の回転子チューブを含んで構成されている。これにより、例えば、潤滑油をロータ軸の一方端からベアリングなどが位置する他方端まで通すことができ、又は、回転子を囲む液体中で両端間の圧力勾配を等しくすることができる。
【００３８】
本発明のさらに別の態様において、上記ロータ軸は、ウォームポンプと共に使用するのに適したウォーム軸である。これにより、相対的に高いポンプ圧を提供することができる高効率のポンプであるウォームポンプ型発電機に上記回転子を使用することができる。他の実施形態において、ウォーム軸の機能は、回転子のまわりの流体循環を作り出すことである。
【００３９】
本発明の別の態様において、上記第１及び第２のキャップは、第１のスリーブの空間内部で各キャップを互いに固定し、キャップの互いの位置関係を保持するのに適した固定手段を含んで構成されている。加圧中に上記第１及び第２のキャップを共に固定することによって、外部圧力が各キャップに加えられない場合、各キャップは、所望の圧縮状態の粉末材料により互いに所定位置に保持することが可能となる。
【００４０】
本発明のさらに別の態様において、回転子は、上記第１のスリーブより直径が小さく、第１のスリーブの内部にぴったり収まる第２のスリーブをさらに含んで構成されている。これにより、例えば回転子に含まれる異種材料を分けて保持することができ、又は、材料が混合されることなく回転子内に材料の所望の充填パターンを有するように、材料の入らない空間を備えることができる。さらに、上記第２のスリーブは、鉄部材、焼結磁石、非磁性体、ロータ軸等の固形材料、又はバインダ材料を備え又はバインダ材料のない磁性粉末材料から作られた予め圧縮された磁石を保持することができる。
【００４１】
本発明のさらなる態様において、第１のスリーブは、１つの円筒状スリーブとして形成される。１つの円筒状スリーブで上記第１のスリーブを作っているので、スリーブ表面の接合部での漏れを回避することができる。さらに、スリーブの複雑な組み立て手順を除くことができる。
【００４２】
本発明の追加の態様において、上記スリーブは、略均一な壁厚を有している。略均一な壁厚を備えたスリーブを使用することによって、回転子を製造する際に、回転子の位置合わせを最適化することができる。さらに、種々の実施形態に関して、スリーブは、変形に適したものである。本発明の種々の実施形態に関して、スリーブの厚さは、０．４ｍｍのような０．１〜１．０ｍｍの範囲にある。
【００４３】
本発明の別の態様において、第１のスリーブは、略均一な壁厚を有する１つの円筒状スリーブから製造され、且つ各キャップが第１のスリーブに固定される第１の位置における第１のスリーブの内側開口部の直径が、上記各キャップの中間位置のような上記第１の位置の間にある第２の位置における第１のスリーブの内側開口部の直径より小さい。これにより、適切な寸法を有する回転子を提供することができる。
【００４４】
望ましくは、本発明による永久磁石を製造するために使用される磁性粉末材料は、等方性の磁性粉末材料である。又は、異方性磁性粉が使用されてもよい。等方性の磁性粉末材料が使用された場合、磁性粉末材料を圧縮するときに加熱すれば、等方性の磁性粉末材料を用いて異方性磁石を製造することができる。磁性粉末材料の圧縮中に、さらに磁界を磁性粉末材料に加えるとよい。この方法によって、等方性の磁性粉末材料から異方性磁石を製造することが可能である。即ち、等方性の磁性粉末材料が異方性永久磁石に転換される。
【００４５】
さらに、本発明は、上述の永久磁石の製造方法に言及する。この方法によれば、バインダ材料を一切含まない磁性粉末材料が圧縮されて、所望形状の永久磁石になる。磁性粉末材料は強磁性及び軟磁性粉末材料の少なくとも一方を含んでいてもよい。粉末材料は、高圧力、望ましくは１０００ＭＰａ、より望ましくは１５００ＭＰａ又は２５００ＭＰａ、又はそれよりも高い圧力によって圧縮されるとよい。これにより、永久磁石内部の磁性材料を高密度にすることができる。粉末材料を圧縮した後、磁化によって材料内部に磁極が形成される。さらに、永久磁石をカプセルに包むことも可能である。これは、カプセル、例えばスリーブの内部で粉末材料を直接圧縮することにより行われる。さらに、例えば表面をコーティングすることにより、圧縮された粉末材料の表面に表面処理を施すことができる。さらに、スリーブ又はカプセル内に圧縮された永久磁石を入れてもよい。
【００４６】
好ましい実施形態において、方法とは機械用永久磁石回転子の製造方法であり、
−第１のスリーブを準備するステップと、
−第１のスリーブに第１のキャップを収め、第１の位置で第１のスリーブの内側開口部を塞ぐステップと、
−強磁性粉末材料及び軟磁性粉末材料の少なくとも一方、又は強磁性及び軟磁性粉末材料の混合物を含んで構成された上記磁性粉末材料を第１のスリーブに充填するステップと、
−第１のスリーブに第２のキャップを収め、第２の位置で第１のスリーブの内側開口部を塞いで、第１の位置と第２の位置との間に磁性粉末材料を位置させるステップと、そして、
−第１のスリーブ内の上記第１及び第２のキャップの少なくとも一方を加圧、即ち上記第１及び第２のキャップの相手方向に加圧し、その間にある磁性粉末材料を圧縮するステップと、
を含んで構成されている。また、永久磁石回転子の製造方法は、望ましくは、
−上記加圧中は、上記第１及び第２のキャップの両方が第１のスリーブに対して適所に固定されるように、第１のスリーブに対して適所に上記第１及び第２のキャップの少なくとも一方を固定し、これにより、上記圧力が取り除かれても、磁性粉末材料を圧縮し続けるステップをさらに含んで構成されている。
【００４７】
磁性粉末材料の用語は、強磁性粉末材料、又は軟磁性材料、若しくは強磁性及び軟磁性材料の複合物を意味している。
【００４８】
本発明による永久磁石回転子を製造することによって、スリーブに含まれる磁性粉末材料の密度は圧縮されるに連れて高まる。さらに、磁性粉末材料が圧縮状態にある間、適所にキャップを固定することによって、圧縮された磁性粉末材料のスプリングバック効果が最小化され、スリーブ内の磁性粉末材料をさらに高密度にすることができる。これにより、境界のある磁石を備えた回転子と比較して、結果的に回転子をより小型化することが容易になる。
【００４９】
本発明の種々の実施形態に関して、上記スリーブは、ステンレス鋼、銅、鋼、チタン、アルミニウム又は合成材料のような材料で作ることができる。これにより、厳しい環境条件下、例えば水、廃水、油等のような種々の液体中で回転子を動作させることができる。バイオエタノール（無公害燃料）中に水が存在する可能性があり、したがって、磁石に対しては特別な条件が、即ち磁石のカプセル化が求められる。それ故、本発明の磁石は、それらの用途に適していると言える。
【００５０】
第１のスリーブに関して適所に１つ又は複数のキャップを固定することは、例えば、パンチングによって変形させてスリーブとキャップを連結する方法や、キャップとスリーブの両方を溶接、はんだ付け又はつなぎ合わせる方法や、ねじ山を設けた上記キャップと同様のねじ山を設けた上記スリーブとを上記各ねじ山を互いに噛み合わせてねじ止めする方法等、種々の方法で行うことができる。種々の実施形態に関して、上記固定は上記加圧中に部分的にのみ行なってもよく、それにより、上記固定は圧力が除かれた場合、結果的に完全に行われる。これにより、製造の作業工程が単純化され、さらには、ここで要求される機械装置が単純化される。
【００５１】
さらに、種々の実施形態に関して、磁性粉末材料に対するバインダ添加剤の使用を省くことができ、結果としてスリーブに含まれる磁性粉末材料の高密度化が容易になる。
【００５２】
上記方法の一態様において、第１及び第２のキャップ間の上記圧縮された磁性粉末材料の密度は、５．０〜８．０ｇ／ｃｍ３の範囲にあり、望ましくは７．３ｇ／ｃｍ３のような６．８〜７．７ｇ／ｃｍ３の範囲にある。
【００５３】
本発明の別の態様において、上記磁性粉末材料の圧縮比は、２．７のような２．０〜２．９の範囲にある。
【００５４】
本発明の一実施形態に関して、上記第１及び第２のキャップの少なくとも一方に対する加圧は、最大で望ましくは４００ＭＰａ〜２０００ＭＰａの範囲にあり、望ましくは４００ＭＰａ〜１２００ＭＰａの範囲にある。これにより、各キャップ間のスリーブ内の磁性粉末材料を十分に圧縮することができる。
【００５５】
本発明の一態様において、上記圧縮された磁性粉末材料は、圧縮された非結合の磁性粉末材料を容積比で少なくとも９０％、望ましくは少なくとも９５％含んで構成されている。そのように高含有量の磁性粉末材料を備える永久磁石回転子を提供することにより、回転子の磁気強度が増加し、その最大値近くになる。本発明の別の態様において、上記圧力が第１のスリーブ内の上記第１及び第２のキャップの少なくとも一方に対して加えられると、第１のスリーブの少なくとも一部が永久拡張するが、この場合、該第１のスリーブの一部とは、第１のキャップと第２のキャップとの間の部分である。これにより、スリーブ、したがって回転子は、スリーブが所要の寸法の型内で拡張する場合などに要求される正確な寸法に製造することができる。
【００５６】
さらに、本発明の別の態様において、上記方法は、スリーブにロータ軸を差し込むステップをさらに含んで構成される。独立したロータ軸がスリーブ、したがって回転子に差し込まれると、取り付けられる１つ又は複数のキャップがスリーブの内側及びロータ軸のまわりの両方にぴったりとはまって適合し、スリーブの内側開口部を塞ぐ。ロータ軸は運転中の回転子の回転軸として機能することになっているため、ロータ軸は、回転子のバランスがよくとれるように回転子を製造した場合、実質的に回転子の中心に位置するように取り付けられなければならない。第１のスリーブに対して適所に１つ又は複数のキャップを固定する方法は、ロータ軸に対して適所にキャップを固定するために適用することもできる。これにより、実質的に完全な回転子を有利な方法で製造することができる。また、製造工程には、さらなるステップが全く必要とされず、又は僅かに数ステップが必要とされるだけなので、したがって、上記方法によれば、時間が短縮され、コストが最適化される。
【００５７】
本発明のさらなる態様において、磁性粉末材料は潤滑性添加剤を含んで構成される。磁性粉末材料に潤滑性添加剤を加えることによって、圧縮工程中に、粉末の粒子が例えばスリーブの内部に傷を付けないようにすることができる。さらに、粉末材料はスリーブ内を容易にスライドし、加圧のために必要な圧力はより小さくてよい。
【００５８】
本発明のさらになる態様において、バインダ添加剤を含んで構成された磁性粉末材料のさらに一部が第１及び第２のキャップ間のスリーブ内に入れられる。バインダ添加剤を加えることによって、キャップに対する圧力がたとえ取り除かれても、又はさらにキャップがスリーブに対して固定される前に変更されても、磁性粉末材料は実質的に圧縮状態を保ったままである。
【００５９】
本発明の別の態様において、上記方法は、スリーブ内に１以上の固体の永久磁石体を入れるステップをさらに含んで構成される。固形物は、鉄部材、焼結磁石、非磁性体又は、バインダ材料を含むか又は含まない予め圧縮された磁石などであってもよい。これにより、所望の物理特性及び機能特性を備えた回転子を所要の方法で組み立てることができる。
【００６０】
本発明の追加の態様において、上記第１及び第２のキャップは、固定手段を含んで構成されており、上記圧力が第１のスリーブ内で上記第１及び第２のキャップの少なくとも一方に加えられると、第１のスリーブ内で共に固定され、互いに関連して位置付けられる。これにより、キャップがスリーブに固定される前にキャップに対する圧力が取り除かれても、キャップは、圧縮された粉末材料により所定位置に保持される。
【００６１】
本発明の別の態様において、上記方法は、第１のスリーブより直径の小さい第２のスリーブを第１のスリーブ内に取り付けるステップをさらに含んで構成される。これにより、例えば、回転子内に充填された異種材料を保持及び分離し、又は回転子の中に材料の所要の充填パターンを得るために材料の入っていない空間を作る機能を有するスリーブが取り付けられることになる。さらに、上記第２のスリーブは、鉄部材、焼結磁石、非磁性体、ロータシャフト、又はバインダ材料を含む又は含まない予め圧縮された磁石などの固形物を保持することができる。
【００６２】
本発明の別の態様において、上記方法は、上記第２のスリーブに磁性粉末材料を充填するステップをさらに含んで構成される。これにより、例えば、充填中及び圧縮中の少なくとも一方時に混合させることなく、例えば、回転子の中に材料の所要の充填パターンを得るために回転子内に充填された異なる磁性粉体材料を保持及び分離する機能を有するスリーブを取り付けることができる。さらに、上記第２のスリーブは、鉄部材、焼結磁石、非磁性体、ロータシャフト等の固形物を保持することができる。
【００６３】
本発明のさらなる態様において、上記方法は、磁性粉体材料をスリーブに充填する上記ステップの前に、第１及び第２のスリーブの少なくとも一方の表面を滑らかにするステップをさらに含んで構成される。スリーブの少なくとも１つを滑らかにすることにより、圧縮工程中に、磁性粉体材料の粒子がスリーブの内側に傷を付けるのを回避することができる。さらに、磁性粉体材料は、スリーブ内で滑りやすくなり、圧縮に要する圧力はより小さくてよい。
【００６４】
本発明のさらなる態様において、上記方法は、第１のスリーブ内の上記第１及び第２のキャップの少なくとも１つに圧力を加えるステップを行なうとき、第１のスリーブ内に充填された磁性粉体材料の異方性磁石を形成するために磁界中に回転子を配置するステップをさらに含んで構成される。これにより、圧縮と同時に回転子を磁化するステップが実行され、その結果、次の磁化手順が回避されるので、製造時間を短縮することができる。さらに、磁石のより強い磁界を実現することができ、特定の性能を備えた永久磁石が得られる。
【００６５】
本発明のさらなる態様において、上記方法は、スリーブ内に磁石粉末材料を充填した後、且つ上記第１及び第２のキャップの少なくとも一方に圧力を加える前に、磁性粉末材料を振動させるステップをさらに含んで構成される。スリーブ内の磁性粉末材料を振動させることにより、磁性粉末材料をスリーブ内に高密度に圧縮することができ、その結果、より高い磁気強度を備えた回転子が得られる。粉末の振動は、例えば、機械振動、又は超音波振動によって行なうことができる。
【００６６】
本発明の別の態様において、上記方法は、第１のスリーブ内に第２のキャップを取り付けて第１のスリーブの内側開口部を塞ぐ前に、第１のスリーブに充填された上記磁性粉末材料を事前に圧縮するステップを含んで構成される。上記第２のキャップを取り付ける前に粉末材料を事前に圧縮することによって、粉末を圧縮する最終段階だけをキャップで行なうことができる。その結果、加圧によるスリーブ内のキャップの移動が減少するが、これは、キャップが変形する危険も減少することを意味する。さらに、上記第２のキャップに適した空間が磁性粉体材料中に作られる。
【００６７】
さらに、本発明による磁石は、複数回の圧縮手順により製造されてもよい。例えば、磁石の第１の部分、例えば、第１の層又は部分が第１ステップで圧縮され、その後、第２の部分が第２の圧縮ステップ等により圧縮されてもよい。数回のステップで永久磁石を圧縮することによって、異種材料の区域又は部分を内部に有する永久磁石を複雑な形に作ることが可能となる。例えば、強磁性材料の区域及び軟磁性材料の区域が存在するかもしれない。数回の圧縮ステップの後、磁石の全ての部分又は層に材料の最終密度が実現するさらなる圧縮ステップが適用されてもよい。さらに、この最終の圧縮ステップにおいて、異なる層又は部分が互いに結合され、均質な密度が得られる。
【００６８】
本発明のさらに別の態様において、上記方法は、第１のスリーブに上記第２のキャップを取り付ける前に、第２のスリーブに充填された上記磁石粉末材料を事前に圧縮するステップをさらに含んで構成される。
【００６９】
また、本発明は、上記方法発明による永久磁石回転子の製造に適した製造装置に関する。
【００７０】
本発明の一態様において、上記装置は、少なくとも上記圧力が上記第１のスリーブ内で上記第１及び第２のキャップの少なくとも一方に加えられるとき、永久磁石回転子のスリーブを保持するステップを実行するのに適した型を含んで構成される。これにより、上記構成要素が圧縮中にしっかりと固定して保持される。さらに、種々の実施形態において、例えば上記第１のスリーブは、例えば圧縮中に、それが拡張しても、型の内表面に達して、それ以上拡張することができない。
【００７１】
本発明のさらなる態様において、上記型は、上記圧力が上記第１のスリーブ内の上記第１及び第２のキャップの少なくとも一方に加えられたとき、成形した内壁までスリーブが拡張し得るように成形した内部を含んで構成される。これにより、所望の寸法を備えた所要の回転子を製造することができる。
【００７２】
本発明の別の態様において、上記装置は、少なくとも第１のスリーブに上記第１及び第２のキャップの上記少なくとも一方を固定している間、永久磁石回転子のスリーブを保持するステップを実行するのに適した型を含んで構成される。これにより、上記固定をしっかりと正確に行なうことが可能となり、磁性粉末材料は圧縮された状態を保ち、キャップは所望の位置に固定される。
【００７３】
本発明のさらに別の態様において、上記型は、永久磁石回転子のスリーブを保持する上記ステップを行なう前に滑らかにされる。上記要素を保持する前に型を滑らかにすることによって、例えば、スリーブの材料が加圧中に拡張し型の内表面に達しても、型が第１のスリーブの外表面を傷つけることがない。
【００７４】
本発明のさらなる態様において、上記装置は、第１のスリーブ内の上記第１及び第２のキャップの少なくとも一方を加圧するために用意された少なくとも１つのポンチを含んで構成される。これにより、上記キャップが適切に位置付けられ、粉末材料を圧縮するための十分な圧力が加えられる。
【００７５】
本発明のさらなる態様において、上記型は、上記圧力が上記第１のスリーブ内の上記第１及び第２のキャップの少なくとも一方に加えられると、スリーブ内に少なくとも１つの等方性磁石を作るような上記強磁性粉末材料を磁化するために準備された磁化手段を含んで構成される。これにより、等方性磁石を含んで構成された回転子を製造することができ、等方性磁石回転子に特有の性質を利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
本発明は、図を参照して以下に説明される。
【図１】本発明の基本的な構成要素を概略的に示す図である。
【図２】本発明の一実施形態による加圧前に型内に配置される回転子の基本的な構成要素を概略的に示す図である。
【図３】本発明の一実施形態による加圧時の型内の回転子の基本的な構成要素を概略的に示す図である。
【図４】本発明の一実施形態による加圧成形品としての回転子を概略的に示す図である。
【図５】本発明の一実施形態による加圧時に第１及び第２のキャップが如何にして連結されるかを概略的に示す図である。
【図６】本発明の一実施形態によるキャップのうちの１つが、加圧時に内部及び外部ねじ山によって如何にして適所に固定されるかを概略的に示す図である。
【図７】本発明の一実施形態によるキャップのうちの１つが、加圧時にスリーブ及びキャップ内のドリフト凹部によって如何にして適所に固定されるかを概略的に示す図である。
【図８】本発明の一実施形態によるキャップのうちの１つが、加圧時に内側のカニューレチューブをドリフトすることによって如何にして適所に固定されるかを概略的に示す図である。
【図９】本発明の一実施形態による独立したロータ軸を含んで構成された型押し回転子を概略的に示す図である。
【図１０】本発明の一実施形態による１つの先の尖ったもの、２つのベアリング及びキャップを備えたものを概略的に示す図である。
【図１１】本発明の一実施形態による加圧直前に型内に位置している回転子の構成要素を概略的に示す図である。
【図１２】本発明の一実施形態によるポンチが磁性粉末材料を如何にして圧縮するか、及びスリーブを型まで如何にして拡張するかを概略的に示す図である。
【図１３】第２のスリーブを含んで構成された本発明の実施形態を概略的に示す図である。
【図１４】第２のスリーブを含んで構成された本発明の実施形態による回転子の加圧を概略的に示す図である。
【図１５】本発明の種々の実施形態による種々のロータ構造を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００７７】
磁性粉末材料を含んで構成された回転子は、当技術分野で知られている。市販の永久磁石の材料には、フェライト、ＡｌＮｉＣｏ、ＳｍＣｏ及びＮｄＦｅＢが含まれる。これらの材料で作られる磁石は、様々な方法で製造することができるが、最もよく用いられる方法は焼結や接合である。
【００７８】
焼結は、粒子が互いに付着するまで材料を加熱することにより、粉末から物体を作る方法である。この加熱工程は、粉末材料の融点以下で行なわれなければならない。
【００７９】
圧縮ボンド磁石は、所望のサイズ及び形の型の中で、磁性粉末とエポキシ樹脂のような高分子接着剤とを含む合成物を圧縮することにより得られる。
【００８０】
従来の圧縮ボンド磁石による１つの欠点は、添加されるバインダが磁気効果を有していないということである。したがって、磁石の実行強度は、磁石がないこととの関連で減少する。
【００８１】
この問題を解決する一方法は、混合物を非常に強く機械的に圧縮することである。残念ながら、これは、混合物に対する機械的な圧力が取り除かれると、混合物がその完全な圧縮状態を維持しないで圧力が取り除かれると、いくぶん再膨張するというスプリングバック効果がある点でマイナスの効果を有している。結局、これは、混合物の密度がその最大値にならないことを意味する。本発明の使用によって、スプリングバック効果は最小限に抑えられる。
【００８２】
したがって、例えば上述のようにして作られたボンド磁石を含んで構成された永久磁石回転子を製造する場合には、回転子に見込まれる最大磁化には届かない。本発明は、種々の効果的な永久磁石回転子に関する。回転子は、磁化するのに適切な磁性粉末材料を含んで構成された適切なスリーブに両端からキャップを取り付けることにより主として製造される。磁性粉末材料は所望の密度まで圧縮され、キャップに対する圧力が維持されている間、キャップはその位置に固定される。これにより、磁性粉末材料が高密度に圧縮された有用な回転子が得られる。
【００８３】
図１は、本発明の基本的な構成要素を概略的に示す図である。
本発明の種々の実施形態による回転子は、本発明の一実施形態に関して、加圧下で変形させるのに適した少なくとも１つの第１のスリーブ１と、第１及び第２のキャップ２，３と、磁性粉末材料４とを含んで構成されている。製造中、各構成要素は型５の中に配設される。
【００８４】
圧力が異なった側から粉末材料に加えられる。粉末材料は、スリーブ内で軸方向に圧縮される。しかしながら、それに加えて又はそれに代わって、例えば半径方向に側面から圧力を加えることも可能である。
スリーブ１は、好ましくは円筒状チューブとして形成される。
【００８５】
図２は、本発明の一実施形態による加圧前に型５内に配置される回転子の基本的構成要素を概略的に示す図である。
【００８６】
上記第１のスリーブ１は、スリーブ１内の一方に第１のキャップ２を取り付けている。キャップ２は、スリーブ１の内側開口部を塞ぐような寸法になっている。これにより、スリーブ１及びキャップ２は、ぴったりと収まり一端部が開かれた容器を形成する。
磁化するのに好適な磁性粉末材料４が適量、上記容器に充填される。
【００８７】
その後、第２のキャップ３が図２に矢印で示すようにスリーブ１内の別の位置に取り付けられる。スリーブ１及びキャップ２，３は、こうして磁性粉末材料４を封入した容器を形成する。
【００８８】
本発明の種々の実施形態に関して、スリーブ１は、加圧前に型５の内側の形状に部分的に又は完全に適合するように事前に形成されていてもよい。
【００８９】
図３は、本発明の一実施形態による加圧時の型内の回転子の基本的構成要素を概略的に示す図である。
【００９０】
図に矢印Ｆによって概略的に図示された圧力が、図２に示されているように、各構成要素が配置された後、直ちに、スリーブ１に取り付けられたキャップ２，３の一方又は両方に加えられる。キャップの一方又は両方を加圧することによって、キャップはスリーブ１の中心に向かってスライドし、粉末４を圧縮する。
【００９１】
種々の実施形態に関して、圧力Ｆは非常に高いので、その結果、図に矢印で示すようにスリーブ１の物理的な拡張又は変形が少なくとも一部に生じる。スリーブ１は拡張して型５の壁に達すると、これにより型５の形になる。
【００９２】
本発明の他の実施形態に関して、スリーブ１は加圧中変形しない。
【００９３】
本発明の種々の実施形態に関して、磁性粉末材料４は、圧縮される前に、例えば機械振動又は超音波振動によって振動させられる。適切な振動にスリーブ１内の磁性粉末材料４をさらすことによって、材料４は予め凝集され、例えば、スリーブ１内の空洞が充填される。
【００９４】
図に示されているように、そしてまた前述したように、キャップ２，３の少なくとも一方はスリーブ１の中心に向かってスライドする。本発明の種々の実施形態に関して、上記キャップ２，３の少なくとも一方は、キャップ２，３がスリーブ１の加圧中に変形する範囲内に少なくとも部分的に存在するような距離をスライドする。その結果、キャップのこの部分もスリーブ１と共に変形する。したがって、キャップ２，３もまた、少なくともキャップのこの部分に関して変形に適したものである。
【００９５】
本発明の種々の実施形態に関して、回転子の長手方向におけるキャップ２，３の物理的な伸長は、異なった大きさであってもよい。
【００９６】
種々の実施形態に関して、キャップ２，３の少なくとも一方は、ロータ軸の一部を構成すべく形成される。
【００９７】
種々の実施形態に関して、キャップ２，３の少なくとも一方は、駆動機のロータ軸を構成すべく形成される。
【００９８】
本発明の種々の実施形態に関して、スリーブへ充填するために使用される上記磁性粉末材料４は、等方性又は異方性磁石に適したものである。これに関し、当然の結果として、スリーブ１内で粉末材料４を圧縮する工程に関わる型５や他の用具及び機器は、その使用方法に適したものでなければならない。
【００９９】
前述したように、図４は、本発明の一実施形態による加圧成形品としての回転子６を概略的に示す図である。
【０１００】
この実施形態に関して、回転子の長手方向におけるキャップ２，３の伸長は、異なった長さであり、即ち、第１のキャップ２が第２のキャップ３より長いということが理解されよう。
【０１０１】
さらに、キャップ２，３は、ロータ軸を構成するために形成されるということが理解されよう。
【０１０２】
より長いキャップ２は、例えば回転子の駆動軸として使用され、一方、より短いキャップ３は、例えば、図示されているような電気機械のベアリング１１中で、例えば、回転子の正確な位置を確保するために使用される。
【０１０３】
図５は、本発明の一実施形態による加圧時に第１及び第２のキャップ２，３が如何にして連結されるかを概略的に示す図である。
【０１０４】
この説明に役立つ実例に関し、第１のキャップ２は、加圧前にその先端がスリーブ１の中心に向けられている尖った面を含んで構成されているように形づくられている。第２のキャップ３もまた、同様に、加圧前にその先端がスリーブ１の中心の向けられている尖った面を含んで構成されているように形づくられている。
【０１０５】
前述したように、加圧中、圧力はキャップ２，３に加えられ、キャップの少なくとも１つはスリーブ１の中心方向にスライドして粉末４を圧縮する。
【０１０６】
この実施形態に関して、２つの尖った面は、磁性粉末材料４が所望の密度まで圧縮されると、互いに当接して連結されるように構成されている。さらに、尖った面の２つの先端は、夫々溝７と凸部８とを有している。それらは、溝７と凸部８とが互いに連結されると、係合するように構成されている。
これにより、キャップ２，３は、加圧が取り除かれても、一定位置に保たれる。
【０１０７】
本発明の種々の実施形態に関して、凸部８用の空間となる溝７が磁性粉末材料４で充填されるのを防止するために、溝７は、過剰の粉末を排除できる図示省略の溝を含んで構成される。
【０１０８】
前述したような尖った面を備えたキャップ２，３を用いる１つの利点は、例えば回転子の長手軸から放射状に広がる面に、平坦面を備えたキャップ２，３によって、あたかも加圧されたように、加圧中に粉末４が別のパターンでスリーブ１の内表面方向に加圧されるということである。
【０１０９】
さらに、尖った面がスリーブ１内の一部空間を占有するため、充填される粉末４の量は削減される。
【０１１０】
キャップ２，３を連結するために、キャップ２，３の所望位置での接続及び係合が単独で、又は所望の位置でキャップ２，３を連結又は固定する別の方法と組み合わせて使用可能であるということは理解されよう。
【０１１１】
さらに、接続部の構造は様々に形づくることができる。
【０１１２】
図６は、本発明の一実施形態によるキャップのうちの１つが、加圧時に内部及び外部ねじ山によって如何にして適所に固定されるかを概略的に示す図である。
【０１１３】
本発明の具体例に関して、スリーブ１は、その端部、即ち加圧後に第２のキャップ３と重なり合うスリーブの一部に外部ねじ山９を含んで構成されるように形づくられている。第２のキャップ３は、その中心軸のまわりに回転することによりスリーブの外部ねじ山９とかみ合う相補的内部ねじ山１０を含んで構成されている。これにより、例えば、粉末材料４が所望の圧縮を受けると、キャップ３がスリーブ１に関して所望位置に固定されることになる。
【０１１４】
スリーブ１及び第１のキャップ２の別の端部も同様に形づくられている。
【０１１５】
本発明の他の実施形態に関して、外部及び内部ねじ山９，１０は、キャップ２，３とスリーブ１との間の強い噛み合いを確保する波状の表面である。
【０１１６】
ねじ山９，１０の噛み合いは、種々の実施形態に関して、キャップ２，３に対する加圧前、加圧中、又は加圧後に行うことができる。
【０１１７】
適所にキャップを固定する上記方法を単独で又は他の固定方法と組み合わせて使用可能であることは理解されよう。
【０１１８】
図７は、本発明の一実施形態によるキャップのうちの１つが、加圧時にスリーブ及びキャップ内のドリフト凹部（drifted recess）によって如何にして適所に固定されるかを概略的に示す図である。
【０１１９】
本発明のこの実施形態に関して、加圧中に磁性粉末材料４が所要の圧縮を受けると、スリーブ１及びキャップ３が重なり合う。キャップ３及びスリーブ１は、それらの重なり合った表面に沿った１つ以上のドリフト凹部１３により適所に固定される。
【０１２０】
適所にキャップを固定する上記方法を単独で又は例えば溶接のような他の固定方法と組合せて使用可能であることは理解されよう。
【０１２１】
図８は、本発明の一実施形態によるキャップのうちの１つが、加圧時に内側のカニューレチューブをドリフトすることによって如何にして適所に固定されるかを概略的に示す図である。
【０１２２】
本発明の種々の実施形態によれば、回転子は、図に示すように内側のカニューレチューブ１４を含んで構成されている。チューブ１４の目的は、例えば、機械に取り付けられた場合、回転子の一端部にあるベアリングへチューブを通して潤滑剤を受入れることができるようにするということである。
【０１２３】
カニューレチューブ１４は、加圧シーケンス前に、適切な穿孔を含んで構成された適合したキャップ２，３により取り付けられる。磁性粉末材料４の圧縮が加圧シーケンス中に所望のレベルに達すると、カニューレチューブ１４はその端部でドリフトされる。これにより、チューブ１４の端部は、文字通りにチューブの全周に沿って側方に曲がり、チューブの末端の口径が増加し、これによって、適合したキャップ２，３の上記穿孔とかみ合う。その結果、例えば、粉末材料４のスプリングバックにより粉末材料４がキャップを押そうとしても、キャップ２，３は適所に固定される。
【０１２４】
適所にキャップ２，３を固定する上記方法は、単独で又は他の固定方法と組み合せて使用することができる。
【０１２５】
図９は、本発明の一実施形態による、スリーブ内に少なくとも１つのキャップを保持するためのＯリングの使用を概略的に示す図である。
【０１２６】
図示した実施形態に関して、Ｏリングは、キャップの溝内に保持されており、内部衝撃からスリーブ内の材料を遮断する機能を有している。Ｏリングが正確な寸法であれば、それが溝内に保持されると、それは好適に少なくとも部分的に圧縮される。
【０１２７】
適所にキャップを固定するためのＯリングを取り付けることは、例えば、Ｏリングを保持するための溝を用いてもあるいは用いなくても様々な方法で行うことができるが、それらの方法に共通することは、Ｏリングがキャップと第１のスリーブの内面との間に挿入されることであり、そしてＯリングが製造工程前、又は製造工程中にキャップ又はスリーブに対して取り付けられるということである。
【０１２８】
図１０は、本発明の一実施形態による独立したロータ軸１８を含んで構成された圧縮回転子を概略的に示す図である。
【０１２９】
本実施形態において、ロータ軸１８はキャップ２，３と一体化した部分ではない。本実施形態に関して、キャップ２，３は、スリーブ１内、及び独立したロータ軸１８のまわりにもぴったり合うように形づくられている。キャップ２，３の加圧手段は、これに関して必然的に構築されたものである。さらに、加圧中にスリーブ１に例えばキャップ２，３を固定する様々な方法が本実施形態に対して実施することができる。
【０１３０】
さらに、同様の固定方法が独立したロータ軸１８にキャップ２，３の中心部分を固定するために使用することができる。
【０１３１】
ロータ軸１８は、種々の実施形態に関して、固形物でも、中が空洞のものでも、閉じられたものでも、又は例えば図８に示したものと同様のカニューレチューブを含むものであってもよい。
【０１３２】
図１１は、加圧直前に型内に位置している回転子の構成要素を概略的に示す図である。スリーブ１及びキャップ３が、加圧されていない状態で所定量の磁性粉末材料４で満たされている。圧縮工程中に、ポンチ１５によりキャップ３が加圧され、スリーブ１内で磁性粉末材料４が圧縮される。
【０１３３】
本発明の種々の実施形態に関して、ポンチ１５は、例えば加えられる圧力及び加圧時間に関して制御することができる。加えられる圧力は、時間と共に強度が正弦関数的に増加するように変化してもよい。
【０１３４】
型５及びポンチ１５は、磁性粉末材料４の様々な圧縮比、例えば種々の材料に対して２．７のような２．０〜２．８の範囲の圧縮比を扱うことができるように構成される。
【０１３５】
図１２は、ポンチ１５が磁性粉末材料４を如何にして圧縮するか、及びスリーブ１が型まで如何にして拡張するかを概略的に示す図である。磁性粉末材料４は所望のレベルまで圧縮され、キャップ３は所望位置に固定される状態になっている。
【０１３６】
また、同図に示すように、スリーブ１、及びキャップ３の少なくとも一方の末端部は、ポンチによる加圧で型５の壁に達するように拡張する。
【０１３７】
図１３は、第２のスリーブを含んで構成された本発明の実施形態を概略的に示す図である。
【０１３８】
第１のスリーブ１よりも直径の小さい上記第２のスリーブ１７が、例えば、型５内に固定された第１のスリーブの内側に位置している。このとき生じる２つの隙間が、同じ又は異なった種類の磁性粉末材料１６ａ，１６ｂで充填され、特異な特性を備えた回転子を提供することができる。
【０１３９】
本発明の種々の実施形態に関して、第２のスリーブ１７の大きさ及び形は変更することができる。例えば、形は、管状形である必要はなく、正方形、長方形、エピレプティック（epileptic）又は他の形であってもよい。さらに、第２のスリーブ１７の軸長は、第１のスリーブ１と同じである必要はない。
【０１４０】
これらの実施形態は、特定の加圧シーケンスや、図１４に概略的に示すようなポンチ１５ａ，１５ｂを必要とする。
【０１４１】
第２のスリーブ１７を加圧及び変形させないために、型５やポンチ１５ａ，１５ｂは、各隙間の粉末１６ａ，１６ｂを個別に又は連続的に圧縮できるように構成されるとよい。
【０１４２】
図１４に示すように、ポンチは、例えば２つのポンチ部１５ａ，１５ｂで構成されるとよい。ポンチ部上の矢印で示されるように、異なったレベルの圧力が、ポンチ部１５ａ，１５ｂの各々に加えられ、ポンチ部１５ａ，１５ｂは別々に動く。
【０１４３】
種々の実施形態に関して、上記第１のスリーブ１だけで回転子を加圧するときに、本実施形態には図示されていないが、同じポンチ１５及び型５が使用されてもよい。この場合、軸方向の加圧力は、有利な方法で半径方向の力に変換される。この分割加圧は、別の加圧パターンを実現するために利用されてもよい。この場合、磁性粉末材料４の部分が他の部分よりも前に圧縮される。その結果、スリーブ１内部の磁性粉末材料４による引っかき傷が最小限に抑えられ、潤滑剤が必要なくなる。さらに、１以上の磁性粉末材料４がスリーブ１に充填される場合、分割加圧は、異なった磁性粉末材料４をしっかりと圧縮するために利用することができる。
【０１４４】
上記全ての図は、磁性粉末材料４を示す。記述された種々の実施形態のように、広範囲の様々な粉末及び固形材料がスリーブに充填できる点を強調しておく。
【０１４５】
本発明の種々の実施形態による様々なロータ構造を概略的に示した説明に役立つ実例が図１５に開示されている。
【０１４６】
実施形態Ａは、スリーブ１に埋め込まれた軟磁性材料１９の部分と強磁性粉末材料２０の部分とを含んで構成された実施形態を概略的に図示している。軟磁性材料粉末部分１９は、回転子の核を構成しているが、伸びて実質的にスリーブ１に達する「舌部」を備えている。
【０１４７】
実施形態Ｂは、実施形態Ａに示されているような同様の方法でスリーブ１に埋め込まれた軟磁性材料１９の部分と強磁性粉末材料２０の部分とを含んで構成された実施形態を概略的に図示している。この実施形態に関しては、さらに、ロータ軸１８がスリーブ１の中心で軟磁性粉末材料１９に埋め込まれている。
【０１４８】
実施形態Ｃは、第１のスリーブ１に埋め込まれた軟磁性及び強磁性粉末材料１９， ２０を含んで構成された実施形態を概略的に図示している。材料１９，２０は、第１のスリーブ１に最も近い外周部に強磁性粉末材料２０を備えた環帯としてスリーブ内に構成されている。さらに、第２スリーブ１７内の固形材料２１は、第１のスリーブ１の略中心に埋め込まれている。固形材料２１は、種々の実施形態に関して、例えばステンレス鋼、フェライティック（feritic）鋼、セラミック等で構成されていてもよい。
【０１４９】
実施形態Ｄは、固形材料２１が強磁性粉末材料２０に囲まれてスリーブ１の中心に埋め込まれた実施形態を概略的に図示している。
【０１５０】
実施形態Ｅは、固形材料２１の適切な棒材がスリーブ１の内周に沿った所望位置に取り付けられ、残りの空間が軟磁性粉末材料１９で充填された実施形態を概略的に図示している。
【０１５１】
概略的に図示された実施形態によれば、粉末及び固形材料を備えたスリーブの充填工程は、専用の用具や機器を必要とする。
【０１５２】
本発明の種々の実施形態に関し、固形材料２１の種類は、予め圧縮された粉末材料、例えば軟磁性材料又は強磁性材料、焼結又は非焼結材料、若しくは成型材料を含んで構成されてもよい。この実施形態Ｅは、例えば、磁石カップリング用として使用される。
【０１５３】
一般に、潤滑剤は粉末材料４の粒子とスリーブ１、キャップ２，３又はロータ軸１８のような回転子の構成要素との間の摩擦を最小化するために、圧縮工程で使用される。そのような摩擦は、上記構成要素の表面に引っ掻き傷を残すことになる。
【０１５４】
本発明の種々の実施形態に関して、潤滑性添加剤は、粉末をスリーブ１に充填する前に粉末材料４に加えられる。
【０１５５】
さらなる実施形態に関して、圧縮前に、潤滑剤が、スリーブ１、キャップ２，３及びロータ軸１８のような回転子の１以上の構成要素の表面に加えられる。
【０１５６】
さらに追加的な実施形態において、型５の内面は、圧縮工程に先立って回転子の各構成要素が型内に配設される前に滑らかにされる。
【０１５７】
別の実施形態において、第１のスリーブ１の外面は、圧縮工程に先立って第１のスリーブ１が型５内に配設される前に滑らかにされる。
【０１５８】
また、一般に、説明は、構成要素を固定、相互連結、又は嵌合のための方法、即ちキャップ２，３をスリーブ１，１７及び独立したロータ軸１８の少なくとも一方に取り付けるための種々の実施形態を開示している。さらなる一実施形態は、図示省略の構成要素を溶接することである。種々の実施形態に関して、構成要素の溶接は、レーザ溶接などのスポット溶接か重溶接のいずれか一方で行なわれる。
【０１５９】
構成要素の重溶接は、一実施形態に関して、加圧時にキャップがそれらの正確な最終位置に位置づけられたとき行われる。
【０１６０】
本発明の別の実施形態に関して、スポット溶接は、加圧時にキャップがそれらの正確な最終位置に位置づけられたとき行われる。
【０１６１】
種々の実施形態に関して、重溶接又はスポット溶接は、加圧シーケンス後及び上記ポンチ１５が取り除かれた後に行なわれる。
【０１６２】
言及された溶接の全ての実施形態は、回転子の各構成要素を固定し、連結及びは嵌合の少なくとも一方をする前述の方法のいずれかと組み合わせて使用してもよい。
【符号の説明】
【０１６３】
１…第１のスリーブ
２…第１のキャップ
３…第２のキャップ
４…磁性粉末材料
５…型
６…回転子
７…キャップの溝
８…キャップの凸部
９…スリーブの外部ねじ山
１０…キャップの内部ねじ山 
１１…ベアリング 
１２…ドリフト
１３…ドリフト凹部
１４…カニューレチューブ
１５…ポンチ
１５ａ…第１のポンチ部
１５ｂ…第２のポンチ部
１６ａ…第１の磁性粉末材料
１６ｂ…第２の磁性粉末材料
１７…第２のスリーブ
１８…ロータ軸
１９…軟磁性粉末材料
２０…強磁性粉末材料
２１…固形材料
２２…Ｏリング
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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