(57)【要約】【課題】円筒状焼結磁石及びモータ並びに円筒状焼結磁石の製造方法において、回転力が高いモータの場合でも、回転時の滑りを防止でき、成型において内径金型の破損や磨耗を激減させると共に、焼結後の不良率を減少させる。【解決手段】２極異方性を有する円筒状焼結磁石８であって、外周面の断面形状が真円形状とされていると共に、内周面の断面形状が楕円形状とされている。また、この製法としては、型枠内に中棒を配して形成した成型空間内に磁性粉を充填し、中心軸に直交する断面において型枠の内周面の断面形状を楕円形状にすると共に中棒の断面形状を真円形状にして成型空間を形成する。続く焼結工程において、円筒状磁石成型体は、焼結時における収縮の異方性に基づいて、中心軸に直交する断面において外周面の断面形状が真円形状とされ、内周面の断面形状が楕円形状とされている円筒状焼結磁石となる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２極異方性を有する円筒状焼結磁石であって、
中心軸に直交する断面において外周面の断面形状が真円形状とされていると共に、内周面の断面形状が楕円形状とされていることを特徴とする円筒状焼結磁石。
【請求項２】
前記内周面の断面形状の楕円率が８５〜９５％の範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の円筒状焼結磁石。
【請求項３】
前記円筒状焼結磁石はフェライト焼結磁石であることを特徴とする請求項１に記載の円筒状焼結磁石。
【請求項４】
円筒状焼結磁石と前記円筒状焼結磁石に挿通状態で接着材料により固定されたシャフトとを有する回転子と、
前記回転子を回転可能に支持する固定子と、を備えたモータであって、
前記円筒状焼結磁石が、中心軸に直交する断面において外周面の断面形状が真円形状とされていると共に内周面の断面形状が楕円形状とされた２極異方性を有する磁石であることを特徴とするモータ。
【請求項５】
前記接着材料は樹脂材料であることを特徴とする請求項４に記載のモータ。
【請求項６】
前記円筒状焼結磁石はフェライト焼結磁石であることを特徴とする請求項４に記載のモータ。
【請求項７】
前記円筒状焼結磁石は、前記内周面の断面形状の楕円率が８５〜９５％の範囲内であることを特徴とする請求項４に記載のモータ。
【請求項８】
２極異方性を有する円筒状焼結磁石の製造方法であって、
型枠内に中棒を配して形成した成型空間内に磁性粉を充填し、この磁性粉を磁場中成型して２極異方性を有する円筒状磁石成型体とする工程と、
前記円筒状磁石成型体を焼結して前記円筒状焼結磁石とする焼結工程と、を有し、
中心軸に直交する断面において前記型枠の内周面の断面形状を楕円形状にすると共に前記中棒の断面形状を真円形状にして前記成型空間を形成し、
前記焼結工程において、前記円筒状磁石成型体は、前記焼結時における収縮の異方性に基づいて、中心軸に直交する断面において外周面の断面形状が真円形状とされ、内周面の断面形状が楕円形状とされている前記円筒状焼結磁石となることを特徴とする円筒状焼結磁石の製造方法。
【請求項９】
前記円筒状焼結磁石の内周面において、前記中心軸から最短径部分までの距離と前記中心軸から最長径部分までの距離の比率を、８５〜９５％の範囲内に設定することを特徴とする請求項８に記載の円筒状焼結磁石の製造方法。
【請求項１０】
前記成型時には、前記磁性粉を圧縮する方向と直交する方向の磁界が印加されることを特徴とする請求項８に記載の円筒状焼結磁石の製造方法。
【請求項１１】
前記成型空間の楕円形状の長軸が、前記磁界の印加方向に沿って配置された状態で前記成型が行なわれることを特徴とする請求項１０に記載の円筒状焼結磁石の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、洗濯機や皿洗い機の排水ポンプに用いるモータ用の磁石等に好適な２極異方性を有する円筒状焼結磁石及びモータ並びに円筒状焼結磁石の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
洗濯機や皿洗い機用の排水ポンプに用いられるモータでは、例えば２極異方性を有するリング磁石が回転軸のシャフトに設けられている。この排水ポンプ用のモータでは、磁石側がロータとなるため、シャフトと磁石とが一体化されたものが採用されている。
従来、このモータに用いる磁石としては、例えば特許文献１に記載されているように、焼結後において、その外周面及び内周面の断面形状が真円に近い形状となるように製造されたものが採用されている。真円に近い形状でないとモータに組み込む場合、組み立て上の寸法に誤差を生じ、モータの回転ムラが生じると考えられていたからである。すなわち、この磁石の製造技術では、焼結時の縮み比（磁界方向の収縮率と磁界方向に直交する方向の収縮率との比）を考慮して、成型体の外周面の断面形状が楕円形となるように磁場中成型を行う。そして得られた成型体を焼結することにより、焼結後に成型体の外周面の断面形状を真円形とするのである。
例えば、磁界方向の収縮率が磁界方向に直交する方向よりも大きいときには、収縮率の異方性に基づいて磁界方向に楕円形の長軸を配置する。
【０００３】
また、シャフトと磁石とが一体化されたモータでは、シャフトと磁石との固定が悪いと磁石の回転力がシャフトに伝わらない為、回転不良となる場合がある。このため、現状では磁石側の端面に、滑り防止用の溝を形成することも行われている。この溝は、磁石の端面において径方向に延在して設けられており、磁石端面に樹脂を成型した際にこの溝に樹脂が突状に成型されることで、滑り防止効果を得ようとするものである。
【０００４】
【特許文献１】特開昭５９−１９３０３号公報（特許請求の範囲、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
内周面の断面を真円に近い形状となるように焼結させる従来の製造方法では、内径金型が楕円形状の異形断面となる為、金型の磨耗や破損が絶えなく、また金型の磨耗による磁石の不具合（焼結後のクラック発生等）も生じていた。すなわち、この乾式異方性圧縮成型では、焼結後に内周面の断面形状を真円とするために、収縮率の異方性に合わせて金型全体が設計されており、特に内径金型となる異形断面の中棒を磁界方向に対して高い精度で位置決め固定する必要があった。このため、異形断面の中棒の位置がずれると、中棒が破損するおそれが高かった。さらに、磁石の端面に滑り防止用の溝を付加しただけでは、回転力が高いモータなどでは、滑り防止用の端面部分に応力が集中する。このため、例えばシャフトと磁石とを樹脂で固定した樹脂成型品では、磁石端面部分での樹脂チギレなどの不具合が生じていた。
【０００６】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、回転力が高いモータの場合でも、回転時の磁石と樹脂との滑りを防止できると共に、成型において内径金型の破損や磨耗を激減させ、焼結後の不良率を減少させることができる円筒状焼結磁石及びこれを用いたモータ並びに円筒状焼結磁石の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、２極異方性を有する円筒状焼結磁石であって、中心軸に直交する断面において外周面の断面形状が真円形状とされていると共に、内周面の断面形状が楕円形状とされていることを特徴とする。
この円筒状焼結磁石では、内周面の断面形状が異形の楕円形状とされているので、モータのシャフト等に樹脂材料で固定した際に、シャフトと磁石の内周面との間の樹脂材料が楕円形状の断面となり、内周面全体が滑り防止効果を有することになる。特に、内周面の断面形状が、緩やかに曲率が変化する曲線で構成された楕円形状であるため、他の多角形状等の異形の場合よりも応力の集中を分散させることができる。端面部分等における極端な応力の集中が分散されることにより、例えば、磁石の端面に溝を付加した樹脂成型品での樹脂チギレを防止することができる。本発明の円筒状焼結磁石は、直径方向に２極に異方性配向している。
【０００８】
本発明の円筒状焼結磁石の製造方法は、型枠内に中棒を配して形成した成型空間内に磁性粉を充填し、この磁性粉を磁場中成型して２極異方性を有する円筒状磁石成型体とする工程と、円筒状磁石成型体を焼結して円筒状焼結磁石とする焼結工程と、を有する。中心軸に直交する断面において型枠の内周面の断面形状を楕円形状にすると共に中棒の断面形状を真円形状にして成型空間を形成する。そして、焼結工程において、円筒状磁石成型体は、焼結時における収縮の異方性に基づいて、中心軸に直交する断面において外周面の断面形状が真円形状とされ、内周面の断面形状が楕円形状とされている円筒状焼結磁石となる。
この円筒状焼結磁石の製造方法では、型枠の内周面の断面形状を楕円形状とすると共に中棒の断面形状を真円形状とすることにより、焼結時に生じる収縮の異方性によって、外周面の断面形状が真円に近い形状であると共に内周面の断面形状が楕円である円筒状焼結磁石を、内周面加工工程等を付加せずに容易に得ることができる。また、断面形状が真円の中棒を用いるので、ある程度の位置決めをしておけば、中棒を固定する必要がなく、位置ずれによる中棒の破損や磨耗を防ぐことができる。
【０００９】
また、本発明の円筒状焼結磁石は、円筒状焼結磁石の内周面における断面形状の楕円率（短径／長径（％））を８５〜９５％の範囲内とすることが好ましい。また、円筒状焼結磁石の製造方法では、円筒状焼結磁石の内周面において、中心軸から最短径部分までの距離と中心軸から最長径部分までの距離との比率（最短径部分までの距離／最長径部分までの距離（％））を、８５〜９５％の範囲内に設定することが好ましい。
すなわち、これらの円筒状焼結磁石及びその製造方法では、焼結後に円筒状焼結磁石の内周面形状を上記設定とすることにより、内径金型（中棒）の磨耗を低減することができるため、クラック発生率を０．６５％以下に低減することができ、金型の長寿命化及び高い製造歩留まりを得ることができる。
【００１０】
本発明のモータは、円筒状焼結磁石と円筒状焼結磁石に挿通状態で樹脂材料により固定されたシャフトとを有する回転子と、回転子を回転可能に支持する固定子と、を備えたモータであって、円筒状焼結磁石が、中心軸に直交する断面において外周面の断面形状が真円形状とされていると共に内周面の断面形状が楕円形状とされた２極異方性を有する磁石であることを特徴とする。
このモータでは、楕円形状の内周面断面を有する上記本発明の円筒状焼結磁石がシャフトに樹脂等により固定されているので、円筒状焼結磁石とシャフトとの間に高い回転力が加わっても円筒状焼結磁石の内周面全体で滑りを防ぐことができ、洗濯機や皿洗い機の排水ポンプ等に好適なモータが得られる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係る円筒状焼結磁石によれば、外周面の断面形状が真円形状であると共に内周面の断面形状が楕円形状であるので、シャフト等に固定した際に、高い回転力に対しても内周面全体により優れた滑り防止効果が得られる。したがって、本発明の円筒状焼結磁石をモータのシャフトに固定すれば、洗濯機や皿洗い機の排水ポンプ用等に好適な高強度のモータを得ることができる。また、本発明に係る円筒状焼結磁石の製造方法によれば、中棒の断面形状を真円形状とすることにより、内周面の断面形状が真円ではなく楕円等の異形とされた円筒状焼結磁石を容易に製造することができると共に、位置ずれによる中棒の破損や金型の磨耗等を防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明に係る円筒状焼結磁石及びこれを用いたモータ並びに円筒状焼結磁石の製造方法の一実施形態を、図１から図７を参照しながら説明する。
【００１３】
まず、本実施形態の円筒状焼結磁石について、その製造方法を説明しながら構造を以下に説明する。
本実施形態の円筒状焼結磁石は、後述するモータのシャフトに固定される２極異方性を有するリング状のフェライト磁石であり、乾式異方性圧縮成型及び焼結処理を用いて作製される。
【００１４】
乾式異方性圧縮成型を行う圧縮成型装置は、図１及び図２に示すように、同軸上に対向配置されて互いに進退可能な円筒状の上部パンチ１及び円筒状の下部パンチ２と、これらと中心軸を一致させ上部パンチ１及び下部パンチ２が挿通孔３ａ内に嵌入可能な型枠（臼又はダイ）３と、型枠３の挿通孔３ａ内に中心軸を一致させて配置された中棒４と、型枠３の周囲に配置した一対の配向用強磁性体５と、一対の配向用強磁性体５に巻回された磁場印加コイル６と、を備えている。すなわち、この圧縮成型装置では、上部パンチ１と下部パンチ２と型枠３と中棒４とによって、フェライト粉末（磁性粉）Ｆが充填される略円筒状の成型空間Ｓが形成されている。
【００１５】
上記の上部パンチ１及び下部パンチ２は、いずれも非磁性体であるが、特に材質は限定されず、例えば、ステンレス鋼、銅ベリリウム合金、ハイマンガン鋼、青銅、真鍮、非磁性超硬等を用いることができる。また、上部パンチ１の下端部及び下部パンチ２の上端部には、内周縁部に外周面が円錐状凸面とされた円環状の突条部１ａ、２ａが形成されている。上記磁場印加コイル６は、フェライト粉末Ｆの磁場中成型のために成型空間Ｓを直径方向（図２中の矢印方向）に横断する磁場（圧縮方向と直交する方向の磁場）を発生させるもので、純鉄、珪素鋼板等で形成されている。
【００１６】
焼結時における収縮の異方性に基づいて、中心軸に直交する断面において円筒状焼結磁石の外周面の断面形状が真円形状となるように、図２に示すように、型枠３の内周面の断面形状は、楕円形状とされている。また、焼結時における収縮の異方性に基づいて、円筒状焼結磁石の内周面の断面形状が楕円形状となるように、上記中棒４の断面形状は、真円形状とされている。なお、図２及び後述する図３において、楕円形状を強調するために楕円率を実際よりも小さくして図示している。
【００１７】
すなわち、型枠３の内周面の断面形状を楕円形状とするのは、磁界の印加方向とその垂直方向とで焼結時の収縮率が異なるという特性のためである。成型体の断面形状を真円形とすると、焼結時に収縮して楕円形状となり、真円形とするための大掛かりな加工が必要となってしまうためである。また、中棒４の断面形状を真円形状とするのは、真円形状であった成型体の内周面の断面形状を、収縮率の異方性に基づいて異形の楕円形状に変形させるためである。磁界方向の収縮率が磁界方向に直交する方向よりも大きいときには、図２に示すように、収縮率の異方性に基づいて成型空間Ｓの楕円形状の長軸が磁界の印加方向に沿って配置された状態で成型が行なわれる。
【００１８】
本実施形態の円筒状焼結磁石を製造するには、まず、上記圧縮成型装置において、成型空間Ｓ内にフェライト粉末Ｆを充填した後、型枠３に対して上部パンチ１と下部パンチ２とを相対移動させて、フェライト粉末Ｆを磁場中で圧縮成型して成型体（円筒状磁石成型体）７とする。なお、成型空間Ｓ内のフェライト粉末Ｆを圧縮成型するには、上部パンチ１を下降させる若しくは下部パンチ２を上昇させる又はこれらを組み合わせた動作で所望の圧縮成型体密度となるように行われる。
また、この圧縮成型の際、配向用強磁性体５及び磁場印加コイル６により上述した方向の磁場を成型体７に印加して、磁場配向を行う。図１および図２に示すように、成型時には磁性粉であるフェライト粉末Ｆを圧縮する方向と直交する方向の磁界が印加される。
【００１９】
次に、この成型体７を、所定条件（例えば、大気中１２３０℃、１時間）で焼結処理することにより、図３及び図４に示すように、円筒状焼結磁石８が得られる。
このようにして作製された円筒状焼結磁石８は、外周面の断面形状が真円形状とされていると共に、中心貫通孔８ａの形状、すなわち内周面の断面形状が楕円形状とされている。なお、この円筒状焼結磁石８は、内周面の断面形状における楕円率が８５〜９５％の範囲内に設定されている。
また、この円筒状焼結磁石８には、図１に示す突条部１ａ、２ａによって、内周面両端部に、図４に示すような内径面取り部８ｂが形成されている。
【００２０】
次に、この円筒状焼結磁石８を用いたモータについて、図５から図７を参照して説明する。
【００２１】
本実施形態のモータは、洗濯機や皿洗い機等の排水ポンプに用いるものであり、図５及び図６に示すように、回転子となる円筒状焼結磁石８及び円筒状焼結磁石８に挿通状態で樹脂（接着材料）１４により固定されたシャフト１１と、コイル１３が巻回されてコイル１３の通電時に円筒状焼結磁石８に磁界を印加する鉄心（固定子）１２と、シャフト１１及び円筒状焼結磁石８を回転可能に鉄心１２に支持する支持部材１０と、を備えている。
【００２２】
上記支持部材１０は、鉄心１２にボルト１０ａで両端部が固定されていると共に、中央部に設けられた円筒状のカバー部１０ｂに円筒状焼結磁石８を回転可能に挿通して支持している。鉄心１２は、下部にコイル１３が巻回されていると共に、上部が円筒状焼結磁石８の周囲を覆うように設けられている。
【００２３】
円筒状焼結磁石８の中心貫通孔８ａには、図７の（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、シャフト１１が挿通状態とされて樹脂１４により固定されている。なお、図７の（ａ）は、シャフト１１に固定した円筒状焼結磁石８を示す軸線方向からの正面図であり、図７の（ｂ）（ｃ）は、該正面図におけるＡ−Ａ’線矢視断面図及びＢ−Ｂ’線矢視断面図である。この図７において、わかりやすくするために樹脂１４の部分のみに斜線を引いている。
【００２４】
図７の（ａ）に示すように、中心貫通孔８ａに充填された樹脂１４は、断面楕円形状になるため、回転時に高い滑り止め効果を有する。なお、樹脂１４は、円筒状焼結磁石８の両端面を覆うように形成されて接着強度の向上が図られている。また、シャフト１１には、樹脂１４との間の滑り防止のために周面に溝（図示略）が設けられている。
このモータでは、所定のタイミングで整流した電流をコイル１３に流すことで生じる鉄心１２からの回転磁界と２極異方性を有する円筒状焼結磁石８が形成する磁界との相互作用で生じる回転力により、回転子であるシャフト１１及び円筒状焼結磁石８が回転駆動させられる。
【００２５】
このように本実施形態では、円筒状焼結磁石８の内周面の断面形状が異形の楕円形状とされているので、シャフト１１に樹脂１４で固定された際に、中心貫通孔８ａ内の樹脂１４が楕円形の断面形状となるため、内周面全体が滑り防止効果を有することになる。特に、内周面の断面形状が緩やかに曲率が変化する曲線で構成された楕円形状であるため、他の多角形状等の異形の場合よりも応力の集中を分散させることができる。したがって、端面部分等における極端な応力の集中が分散され、シャフト１１に高い回転力が加わっても、円筒状焼結磁石８と樹脂１４との間の滑りを防ぐことができると共に、樹脂チギレ等を防止することができる。
【００２６】
また、型枠３の内周面の断面形状を楕円形状とすると共に中棒４の断面形状を真円形状とすることにより、焼結時の収縮率の異方性によって、外周面の断面形状が真円であると共に内周面の断面形状が楕円の円筒状焼結磁石８を容易に得ることができる。また、断面形状が真円の中棒４を用いることにより、ある程度の位置決めをしておけば、中棒４を固定する必要がなく、位置ずれによる中棒４の破損や磨耗を防ぐことができる。
【００２７】
さらに、円筒状焼結磁石８の内周面の断面形状が楕円率８５〜９５％になるように設定することにより、後述する実施例で示すように、焼結後のクラック発生率（１０００ショット成型時）を０．６５％以下に低減することができ、金型の長寿命化及び高い製造歩留まりを得ることができる。
【００２８】
なお、本発明の技術範囲は上記各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、円筒状焼結磁石８において、さらに端面に滑り防止用として中心貫通孔８ａから半径方向外方に延在する溝を付加しても構わない。この場合、より滑り止め効果が高くなることは言うまでもない。
【実施例】
【００２９】
本発明に係る円筒状焼結磁石８及びその製造方法において、円筒状焼結磁石８の内周面の断面形状について、その楕円率（短径／長径（％））を９５％から８３％まで変えて、実際に１０００ショット成型した際の焼結後における円筒状焼結磁石８のクラック発生率について調べた。なお、比較例として内周面の断面形状が真円形状である従来例（楕円率１００％の場合）についても、同様に調べた。これらの結果を、表１に示す。
【００３０】
【表１】
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【００３１】
本実施例のクラック発生率は、いずれも従来例よりも低くなっており、特に、楕円率が８５％から９５％で０．６５％以下となり、焼結後の不良率が大幅に低減されていることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に係る一実施形態の円筒状焼結磁石の製造方法で用いる成型装置の構成を示す縦断面図である。
【図２】本実施形態における成型装置の構成を示す横断面図である。
【図３】本実施形態の円筒状焼結磁石を示す横断面図である。
【図４】本実施形態の円筒状焼結磁石を示す縦断面図である。
【図５】本実施形態のモータを示す斜視図である。
【図６】本実施形態のモータを示す正面図である。
【図７】本実施形態のモータにおいて、シャフトに固定した円筒状焼結磁石を示す軸線方向からの正面図並びに該正面図におけるＡ−Ａ’線矢視断面図及びＢ−Ｂ’線矢視断面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１…上部パンチ、２…下部パンチ、３…型枠、３ａ…挿通孔、４…中棒、７…成型体（円筒状磁石成型体）、８…円筒状焼結磁石、１１…シャフト、１２…鉄心（固定子）、１３…コイル、１４…樹脂（接着材料）、Ｆ…フェライト粉末（磁性粉）、Ｓ…成型空間
【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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