(57)【要約】【課題】磁気バランスや回転バランスに優れる内包磁石型モータ用ロータを得ることができる製造装置を提供する。【解決手段】本発明は、ロータコア（Ｒ１）を収容する収容部（１０）と、収容部の周囲に複数均等に配設されロータコアのスロット（ｓ１等）へ印加する配向磁場を誘導する配向ヨーク（１１等）と、配向ヨークの周囲に配設され配向磁場の起磁源である配向磁場源（ｍ１１等）とを備え、異方性ボンド磁石がロータコアのスロット内に充填成形されることにより磁極が形成され得る内包磁石型モータ用ロータの製造装置である。その収容部は、ロータコアの外周面を囲繞する一体的に連続した内周面を有すると共に磁気抵抗の小さい透磁部（１１ｃ）と透磁部よりも磁気抵抗の大きい蔽磁部（１１ｂ）とが周方向に交互に均等に配設された筒状金型（１）からなる。【選択図】図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転中心の周囲に複数均等に配設されたスロットを有するロータコアを収容する収容部と、
該収容部の周囲に複数均等に配設され該スロットへ印加する配向磁場を誘導する配向ヨークと、
該配向ヨークの周囲に配設され該配向磁場の起磁源である配向磁場源とを備え、
異方性磁石粒子とバインダ樹脂からなる異方性ボンド磁石が該ロータコアのスロット内に充填成形されることにより該配向ヨークの配置に対応した磁極が形成され得る内包磁石型モータ用ロータの製造装置であって、
前記収容部は、前記ロータコアの外周面を囲繞する一体的に連続した内周面を有すると共に磁気抵抗の小さい透磁部と該透磁部よりも磁気抵抗の大きい蔽磁部とが周方向に交互に均等に配設された筒状金型からなり、
前記配向ヨークは、前記筒状金型の透磁部から拡径方向へ延在していることを特徴とする内包磁石型モータ用ロータの製造装置。
【請求項２】
前記筒状金型と前記配向ヨークは前記透磁部で一体化している請求項１に記載の内包磁石型モータ用ロータの製造装置。
【請求項３】
前記筒状金型は、前記透磁部が厚肉部で前記蔽磁部が薄肉部となる外周面を有する軟磁性材からなる波状スリーブである請求項１に記載の内包磁石型モータ用ロータの製造装置。
【請求項４】
前記配向磁場源は、前記配向ヨークの対向側面に同極を対面させて配置された永久磁石からなる請求項１〜３のいずれかに記載の内包磁石型モータ用ロータの製造装置。
【請求項５】
前記異方性ボンド磁石は、前記スロットへ射出成形、トランスファ成形または圧縮成形されてなる請求項１〜４のいずれかに記載の内包磁石型モータ用ロータの製造装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の製造装置を用いた内包磁石型モータ用ロータの製造方法であって、
前記筒状金型の収容部内に前記ロータコアを緩挿して収容する収容工程と、
該収容部に収容された該ロータコアのスロット内に前記配向磁場を印加しつつ前記異方性磁石粒子と前記バインダ樹脂の混合物を加圧充填して、前記筒状金型の透磁部の近傍で該筒状金型の内周面と該ロータコアの外周面を少なくとも一時的に密接させる充填工程と、
該充填工程後のロータコアを該収容部から取り出す取出工程と、
を備えることを特徴とする内包磁石型モータ用ロータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異方性ボンド磁石を内包した内包磁石型モータ用ロータの製造装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動機（発電機を含めて単に「モータ」という。）には種々のタイプがある。最近ではインバータ制御の発達と高磁気特性の希土類磁石の普及に伴い、省電力、高効率、高トルクまたは高出力が望める同期機が着目されている。
【０００３】
同期機は、界磁用の永久磁石を回転子（ロータ）、電機子巻線（コイル）を固定子（ステータ）とするモータであって、その電機子巻線に供給された多相交流（ＡＣ）により固定子に生じた回転磁界により回転するＡＣモータである。同期機には、界磁用の永久磁石が回転子の表面に配設された表面磁石型モータ（ＳＰＭ）と、その永久磁石が回転子の内部に配設された内包（埋込）磁石型モータ（ＩＰＭ）とがあるが、現在では永久磁石の飛散防止を図れる高信頼性のＩＰＭが主流となりつつある。
【０００４】
従来のＩＰＭでは、ロータコア内のスロットに所定の寸法に切削や研磨等された希土類焼結磁石を挿入したロータを用いていたが、焼結磁石は形状自由度が小さく、またスロットへ挿入する際に欠損等が生じ易い。そこでスロットに希土類異方性磁石粉末とバインダ樹脂からなるボンド磁石を射出成形したロータまたはその製造方法が提案されており、関連した記載が、例えば、下記の特許文献にある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−４７２１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
引用文献１では、下型内に配置した永久磁石とポールピースにより形成された中央部にロータコアを収容して射出成形によりロータを製造している。なお、引用文献１ではその永久磁石を配向磁場源としている。
【０００７】
ここで、ボンド磁石の射出成形時にロータコアを収容する収容部の寸法精度等は、各スロットへ印加される配向磁場の均一性または射出成形後に得られたロータの外径、真円度若しくは円筒度等に影響し得る。さらにその影響は、そのロータを組み込んだＩＰＭの各磁極における磁力アンバランスやロータとステータ間のエアギャップ等にも及び、ひいてはＩＰＭの出力特性等にまで及び得る。ところが、引用文献１にあるように、従来の収容部は複数の部材の組合せにより形成されていたため、その高精度化には限界があった。
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑みて為されたものであり、磁気バランスに優れる高精度な内包磁石型モータ用ロータを得ることができる内包磁石型モータ用ロータの製造装置とその製造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】
本発明者はこの課題を解決すべく鋭意研究し、試行錯誤を重ねた結果、ロータコアの収容部を一体化することにより、その高精度化を図ることを思いついた。この着想を具現化し発展させることにより、以降に述べる本発明を完成するに至った。
【００１０】
《内包磁石型モータ用ロータの製造装置》
（１）本発明の内包磁石型モータ用ロータの製造装置は、回転中心の周囲に複数均等に配設されたスロットを有するロータコアを収容する収容部と、該収容部の周囲に複数均等に配設され該スロットへ印加する配向磁場を誘導する配向ヨークと、該配向ヨークの周囲に配設され該配向磁場の起磁源である配向磁場源とを備え、異方性磁石粒子とバインダ樹脂からなる異方性ボンド磁石が該ロータコアのスロット内に充填成形されることにより該配向ヨークの配置に対応した磁極が形成され得る内包磁石型モータ用ロータの製造装置であって、前記収容部は、前記ロータコアの外周面を囲繞する一体的に連続した内周面を有すると共に磁気抵抗の小さい透磁部と該透磁部よりも磁気抵抗の大きい蔽磁部とが周方向に交互に均等に配設された筒状金型からなり、前記配向ヨークは、前記筒状金型の透磁部から拡径方向へ延在していることを特徴とする。なお、本明細書では適宜、内包磁石型モータ用ロータを単に「ロータ」といい、内包磁石型モータ用ロータの製造装置を単に「ロータ製造装置」という。
【００１１】
本発明に係る筒状金型は一体的であるため、従来のように各構成部材自体の寸法誤差やそれらの組付誤差等に起因した収容部（特に内周面）の精度低下を生じず、機械加工等により収容部の高精度化を図ることが容易である。つまり、本発明に係る筒状金型を用いれば、従来よりも遙かに寸法公差や幾何公差等が小さい高精度な収容部を得ることができる。
【００１２】
この高精度な収容部内に配置したロータコアへ配向磁場が印加されると、周方向に均等に配設された各スロットへ誘導される配向磁場も高次元で均衡化される。このように均衡な配向磁場が印加された各スロットに対して射出成形、トランスファ成形または圧縮成形（適宜、単に「磁場中成形」という。）を行うことにより、各スロットに充填成形されたボンド磁石間ひいては各磁極間で磁気均衡化が高次元に図られたロータが得られる。
【００１３】
ちなみに、ロータコアは、射出成形等の際、スロットに作用する高圧によってその外周面が膨張等して歪みを生じ得る。本発明に係る筒状金型は、一体的に連続した内周面を有するために剛性が高く、その内周面によりロータコアの外周面を高精度にサポートし得る。その結果、射出成形時等にスロットへ高圧が作用しても、ロータコアの歪みは本発明に係る筒状金型により十分に抑制される。従って本発明のロータ製造装置によれば、外形的にも歪み等が殆ど無い高精度なロータが得られる。さらにいえば、射出成形時等の際におけるロータの変形を見越して、ロータの外周面を筒状金型の内周面に当接させて、所望寸法の高精度なロータを得ることも可能である。この観点からも、筒状金型を一体成形として内周面の高精度化を図ることが重要となる。
【００１４】
こうして本発明のロータ製造装置によれば、磁気バランスや外形精度等に優れたロータが得られる。そして、そのロータを用いると、各磁極間の磁力の均一化、回転質量の均一化、ロータとステータ間のエアギャップの均一化や短縮化等により、回転アンバランスやコギングトルクの発生等が抑制された低振動または低騒音で高出力なモータを得ることが可能となる。
【００１５】
なお、本発明に係る筒状金型は、低磁気抵抗の透磁部と高磁気抵抗の蔽磁部が周方向に交互に均等に配設されており、筒状金型自身による磁気短絡（磁気閉回路）は生じないか、生じても僅かである。従って本発明のロータ製造装置によれば、配向磁場源から配向ヨークおよび筒状金型の透磁部を経由して各スロットへ配向磁場が効率的に誘導される。
【００１６】
《内包磁石型モータ用ロータの製造方法》
本発明は、上述した製造装置としてのみならず、その製造装置を用いた内包磁石型モータ用ロータの好適な製造方法としても把握できる。すなわち本発明は、上述した製造装置を用いた内包磁石型モータ用ロータの製造方法であって、前記筒状金型の収容部内に前記ロータコアを緩挿して収容する収容工程と、該収容部に収容された該ロータコアのスロット内に前記配向磁場を印加しつつ前記異方性磁石粒子と前記バインダ樹脂の混合物を加圧充填して、前記筒状金型の透磁部の近傍で該筒状金型の内周面と該ロータコアの外周面を少なくとも一時的に密接させる充填工程と、該充填工程後のロータコアを該収容部から取り出す取出工程と、を備えることを特徴とする内包磁石型モータ用ロータの製造方法としても把握できる。
【００１７】
本発明の場合、充填工程中にロータコアがスロットへ作用する内圧によって外周側へ膨張しても、その外周面は筒状金型の内周面に密接する。このためロータコアの外周形状は、充填工程中も筒状金型の内周形状内に収まる。この結果、本発明の製造方法によれば、筒状金型の高精度な内周形状に沿った高精度な外周形状を有するロータが得られる。
【００１８】
しかも本発明の場合、配向磁場が印加される充填工程の少なくとも一時期に、少なくとも筒状金型の透磁部の近傍で、筒状金型の内周面とロータの外周面が密接（接触または当接）する。その際、筒状金型の内周面とロータコアの外周面との間でエアギャップ等を介することなく、透磁部からロータのスロットへ配向磁場が直接的に無駄なく誘導される。この結果、本発明の製造方法によれば、異方性磁石粒子がより高度に配向した異方性ボンド磁石をスロット内に有するロータが得られ易い。こうして、本発明の製造方法によれば、高精度でかつ高磁気特性のロータが得られる。ここで、筒状金型の内周面とロータの外周面の密接する割合は特に規定しない。ロータ外周面の全周的に密接割合を大きくすることにより、より高精度でかつより高磁気特性のロータが得られるが、要求特性に応じて適宜調整することができる。
【００１９】
なお、上述した本発明の製造装置は、上記の製造方法の実施に好適であるが、その製造方法にのみ用途が限定されるものでない。
【００２０】
《その他》
（１）本明細書でいうモータには、特に断らない限り、電動機の他に発電機（ジェネレータ）も含まれる。また、本明細書でいう内包磁石型モータには、固定子に設けたコイル（電機子巻線）へ供給する交流電流の周波数に同期して回転数が変化する本来的な同期機の他、ホール素子、ロータリエンコーダ、レゾルバ等の検出手段により検出されたロータの位置に基づいて固定子側に回転磁界を生じさせるブラシレス直流（ＤＣ）モータ等も含まれる。ちなみに、ブラシレスＤＣモータは、インバータに供給する直流電圧を変化させて回転数を変化させ得るので、通常の直流モータと同様に制御性に優れる。
【００２１】
（２）本明細書でいう「均等に配設」とは、配設される同種部分のピッチが均等という意味であり、隣接する磁極部分の区間（幅）と非磁極の区間（幅）または透磁部の区間（幅）と蔽磁部の区間（幅）は同じでも異なっていてもよい。また、本明細書では、適宜、ロータの回転中心に近い側を「内周側」といい、逆にその回転中心から遠い側を「外周側」という。また、その回転中心に最も近い部位を「内周端」といい、逆にある方向に関してその回転中心に最も遠い部位を「外周端」という。
【００２２】
（３）特に断らない限り本明細書でいう「ｘ〜ｙ」は下限値ｘおよび上限値ｙを含む。本明細書に記載した種々の数値または数値範囲に含まれる任意の数値を、新たな下限値または上限値として「ａ〜ｂ」のような範囲を新設し得る。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１Ａ】円筒状ロータコアを収容する配向金型を示す平面図である。
【図１Ｂ】その部分拡大図である。
【図２】その配向金型に作用する配向磁場を模式的に示す説明図である。
【図３Ａ】その配向金型の変形例を示す平面図である。
【図３Ｂ】その部分拡大図である。
【図４】異形状ロータコアを収容する配向金型を示す平面図である。
【図５】その配向金型の変形例を示す平面図である。
【図６Ａ】波状スリーブ（筒状金型）内に収容された射出充填前のロータコアの外周形状を示す部分拡大図である。
【図６Ｂ】波状スリーブ（筒状金型）内に収容された射出充填直後のロータコアの外周形状を示す部分拡大図である。
【図６Ｃ】波状スリーブ（筒状金型）内に収容された射出充填後に冷却されたロータコアの外周形状を示す部分拡大図である。
【図７】ロータ外径と金型内径の測定位置を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本明細書中に記載した事項から任意に選択した一つまたは二つ以上の構成要素を上述した本発明の構成に付加し得る。いずれの実施形態が最良であるか否かは、対象、要求性能等によって異なる。製造方法に関する構成要素は、プロダクトバイプロセスクレームとして理解すれば物に関する構成要素ともなり得る。
【００２５】
《筒状金型》
（１）本発明に係る筒状金型は、ロータコアの外周面を囲繞する一体的に連続した内周面を有する。この筒状金型は、その内周側の形状がロータコアの外周面に沿った形状をしていれば足り、具体的な形状までは問わない。例えば、内周側の形状は、円筒形状の他、星型形状または花びら型形状等の異形状でもよい。
【００２６】
筒状金型は、配向ヨークと一体化したものでもよいし、配向ヨークと別体でもよい。前者の場合、筒状金型は低磁気抵抗の透磁部から外周側拡径方向へ連なる配向ヨークを有するものとなり、また後者の場合、筒状金型は、配向ヨークと連なる部分に透磁部を有するものとなる。
【００２７】
筒状金型と配向ヨークが別体であると、筒状金型をコンパクトにでき、その加工や耐摩耗処理等の各種処理を容易に行え、高精度な筒状金型を低コストで製造することが可能となる。また、筒状金型と配向ヨークが別体であると、ロータを量産する際に、摩耗や消耗等した筒状金型だけの交換が可能となり、ロータの生産コスト低減を図れる。
【００２８】
（２）筒状金型は、低磁気抵抗の透磁部間に高磁気抵抗の蔽磁部を介在させることにより、隣接する透磁部間または配向ヨーク間の磁気的な短絡が回避されている。このような蔽磁部の形成方法は種々考えられる。例えば、筒状金型が全周にわたって軟磁性材からなる場合、配向磁場に対して磁気飽和を生じる薄い断面の薄肉部を蔽磁部とすることができる。また軟磁性材からなる筒状金型の所定部分を非磁性改質して蔽磁部を形成してもよい。
【００２９】
ちなみに、スロットにボンド磁石の成形圧（射出圧等）が作用すると、ロータコアの外周面が膨張して筒状金型の内周面を押圧する場合がある。この主な膨張部分は、ロータコアは磁極となる部分であり、配向ヨークが配置される筒状金型の透磁部が主に押圧されることになる。逆にいえば、隣接する配向ヨーク間に配置される筒状金型の蔽磁部は、磁場中成形時も殆ど押圧されることはない。従って、透磁部が厚肉状であるかまたは配向ヨークと一体化していて高強度であれば、蔽磁部は薄肉状でも磁場中成形時に割れ等を生じることはない。そこで筒状金型が配向ヨークと別体である場合、筒状金型は、例えば、透磁部を厚肉部、蔽磁部を薄肉部とする外周面を有する波状スリーブでもよい。
【００３０】
また、上述した非磁性改質は、例えば、強磁性を有するフェライト組織やマルテンサイト組織を、非磁性なオーステナイト組織に変化させることにより行える。より具体的にいうと、例えば、ＮｉやＣｒ等を含む改質材（オーステナイト安定化元素）を、鉄系軟磁性材へ部分的に溶解、固溶、拡散等させることにより行える。また強磁性なマルテンサイト系ステンレス鋼や冷間加工した準安定オーステナイト系ステンレス鋼等を、局部的に加熱して非磁性なオーステナイト組織へ変態させる非磁性改質を行ってもよい。なお、局部的な加熱は、レーザや電子ビーム等の照射や高周波誘導加熱等により行うことができる。
【００３１】
《配向ヨークと配向磁場源》
配向ヨークは、筒状金型の外周囲に複数均等に配設され、筒状金型の透磁部を通じてロータコアのスロットへ配向磁場を誘導する。前述したように配向ヨークは、筒状金型と一体でも別体でもよく、その具体的な形状も問わない。配向磁場源として永久磁石を用いる場合、装置全体としてのコンパクト化を図りつつ所定以上の磁石体積を確保するため、例えば、配向ヨークは放射状に延在して周方向の幅が外周側（大径側）ほど小さくなる先細り放射状とすると好ましい。また配向ヨークをこのような形状とすることにより、配向磁場を内側（ロータコア）へ誘導し易くなる。
【００３２】
なお、本明細書では、筒状金型と配向ヨークを併せて、適宜、配向金型と呼ぶ。筒状金型と配向ヨークが一体である場合、配向ヨーク部を含めて単に筒状金型または配向金型という。この場合、本発明に係る透磁部と配向ヨーク部は一連となる。本発明では、そのような場合に両者を明確に区別する必要はないが、敢えていえば、配向ヨーク部は永久磁石（配向磁場源）に接する部分または励磁コイルの鉄心となる部分であり、透磁部はその内周側部分といえる。
【００３３】
配向磁場源には、励磁コイルを用いることもできるが、希土類焼結磁石などの永久磁石を用いると、ロータ製造装置のコンパクト化や省エネルギー化を図れて好ましい。また永久磁石を用いる場合、配向磁場を高めるために、配向ヨークの対向側面に同極を対面させて永久磁石を配置すると好適である。この際、隣接する配向ヨーク間に配設される永久磁石は単体でも良いし、複数体（分割した永久磁石を配列させたもの）でもよい。その永久磁石を複数体とする場合、各分割された永久磁石の磁化方向（Ｎ極からＳ極へ向かう方向）は、配向ヨークへ誘導される配向磁場が極大となるように制御されると好適である。例えば、配向ヨーク間に分割された二つの永久磁石を配置する場合、各永久磁石の磁化方向は配向ヨークの側面に垂直方向とすると好ましい。
【００３４】
なお、その配向ヨークの対向側面は、周方向に対向する両面でも、上下方向（軸方向）に対向する両面でも、さらにはそれらを組み合わせたものでもよい。配向ヨークの側面を永久磁石の同極で囲繞することにより、漏洩磁場を低減してロータコアへ誘導する配向磁場を強化できる。さらに、配向磁場の漏洩を防ぐため、配向ヨークの最外周側には非磁性部材を配置すると好ましい。
【００３５】
《ロータコア》
ロータコアは、軟磁性材からなり、通常、両面を絶縁被覆した電磁鋼板の積層体や絶縁被覆された金属粒子を加圧成形した圧粉磁心等からなる。軟磁性材は、その材質を問わないが、例えば、純鉄、ケイ素鋼、合金鋼等の鉄系材であると好ましい。
【００３６】
ロータコアの回転中心の周囲に均等に配設されるスロットは、少なくとも２以上あれば、その形状や数は問わない。例えば、中心から半径方向へ直線状に延在する放射型スロットでも良いし、内周側に凸な形状をした凸型スロットでも良い。凸型スロットは、滑らかな曲線形状からなると、スロット全体に高い配向磁場を均一的に作用させることができて好ましい。具体的には、内周側へ緩やかに湾曲した湾曲スロット（Ｕ字型スロット、Ｖ字型スロット、Ｊ字型スロット等を含む）が好ましい。また同様な観点から、スロットは均一的な溝幅からなると好ましい。逆にいうと、印加した配向磁場が局所的に集中し易い急激な形状変化や寸法変化がないほど好ましい。さらにスロットは、半径方向に複数ある多層型スロットでもよい。多層型スロットにすると、リラクタンストルクの増大を図れる。多層型スロットの層数は問わないが、２層または３層が同期機の特性と生産性の両立を図る上で好ましい。
【００３７】
《異方性ボンド磁石》
ロータコアのスロットに充填成形される異方性ボンド磁石は、異方性磁石粒子とバインダ樹脂からなる。異方性磁石粉末は、その種類を問わないが、高性能な希土類異方性磁石粉末が好ましく、例えば、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石粉末、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁石粉末、Ｓｍ−Ｃｏ系磁石粉末等であると好ましい。また、異方性磁石粉末は、一種のみならず複数種からなってもよい。ちなみに複数種の磁石粉末は、成分組成が異なるものに限らず、粒径分布が異なるものでもよい。例えば、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石粉末の粗粉と微粉を組み合わせたものでも、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石粉末の粗粉とＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁石粉末の微粉を組み合わせたものでもよい。このような異方性磁石粉末を用いることにより、ボンド磁石内の磁石粉末の充填率を向上させることができ、高磁束密度を発揮するボンド磁石ひいてはコンパクトで高性能なロータが得られる。さらに、各種の等方性磁石粉末を異方性磁石粉末中に混在させたり、希土類磁石粉末とフェライト磁石粉末等を混在させてもよい。
【００３８】
バインダ樹脂には、ゴムを含む公知の材料を用いることができる。例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、アクリロニトリル/スチレン樹脂、アクリロニトリル/ブタジエン/スチレン樹脂、メタクリル樹脂、塩化ビニル、ポリアミド、ポリアセタール、ポリエチレンテレフタレート、超高分子量ポリエチレン、ポリブチレンテレフタレート、メチルペンテン、ポリカーボネイト、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、液晶ポリマー、ポリテトラフロロエチレン、ポリエーテルイミド、ポリアリレート、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリアミドイミド等の熱可塑性樹脂を用いると好ましい。またエポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アミノ樹脂、フェノール樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、ジリアルフタレート樹脂、ポリウレタン等の熱硬化性樹脂も適宜用いることができる。
【００３９】
スロット内における異方性ボンド磁石の充填成形は、射出成形やトランスファ成形、圧縮成形によりなされる。射出成形及びトランスファ成形は、例えば、異方性磁石粒子とバインダ樹脂からなる原料ペレット等を加熱溶融させた溶融混合物を、配向磁場を印加したスロットへ充填した後、冷却固化させてなされる。圧縮成形は、例えば、異方性磁石粒子とバインダ樹脂からなる原料プリフォーム等を、スロットで加熱溶融させて磁場中成形した後に冷却固化させてなされる。成形条件は適宜調整されるが、例えば射出成形を行う場合なら、異方性磁石粒子のキュリー点未満である２８０〜３１０℃程度に加熱された溶融混合物をスロットへ射出充填した後、１４０〜１６０℃程度に冷却固化してスロット内に異方性ボンド磁石が形成される。なお、バインダ樹脂に上述の熱硬化性樹脂を用いた場合は、前記冷却固化に換えて、もしくは冷却固化後に加熱固化（キュア処理）することが望ましい。
【００４０】
《内包磁石型モータの用途》
本発明の内包磁石型モータは、その用途を問わないが、例えば、電気自動車、ハイブリッド車若しくは鉄道車両等に用いられる車両駆動用モータ、エアコン、冷蔵庫若しくは洗濯機等に用いられる家電製品用モータなどに好適である。
【実施例】
【００４１】
《第一実施例》
本発明のロータ製造装置に係る第一実施例である配向金型１の平面図を図１Ａに、図１Ａ中に示したＸ部の部分拡大図を図１Ｂに示した。配向金型１は、内包磁石型モータ（ＩＰＭ）に用いられる円筒状の６極ロータを製造するために用いられる。具体的にいうと、ロータコアＲ１の中央に設けたシャフト穴ｈの周囲に均等なピッチで配設されたスロットｓ１〜ｓ６に、希土類異方性ボンド磁石を磁場中で射出成形するために用いられる。
【００４２】
なお、図示していないが、本実施例に係るロータ製造装置は、希土類異方性磁石粉末とバインダ樹脂からなるペレットを加熱溶融した溶融混合物を所定圧で射出する射出装置と、配向金型１の上方側に配置され各スロットｓ１〜ｓ６へその溶融混合物を誘導する上金型と、配向金型１の下方側に配置され配向金型１を支持すると共に各スロットの下方開口を閉口する下金型と、各金型の拘束（型締め）または解放をする駆動装置等を備える。この点は他の実施例でも同様である。なお、射出成形後のロータコアＲ１は各金型を通じて冷却される。
【００４３】
配向金型１は、外周側に放射状に細長く突出した６つの配向ヨーク部１１ａ〜１６ａと、各配向ヨーク部間を円弧状に架橋する薄い架橋部１１ｂ〜１６ｂとを有し、中央に滑らかに連続した内周面を有する円筒状の収容部１０を形成している。この収容部１０にロータコアＲ１が配置される。
【００４４】
各配向ヨーク部の周方向の対向側面には、同極を対面させた１２個の永久磁石Ｍ（ｍ１１、ｍ１２、ｍ２１、ｍ２２等）が配向磁場源として配置されている。例えば、配向ヨーク部１１ａの周方向の側面には永久磁石ｍ１１と永久磁石ｍ１２がそれぞれＳ極を接して配置されており、配向ヨーク部１２ａの周方向の側面には永久磁石ｍ２１と永久磁石ｍ２２がそれぞれＮ極を接して配置されている（図２参照）。ちなみに本実施例に係る永久磁石Ｍは希土類焼結磁石である。
【００４５】
ところで、本実施例の場合、配向ヨーク部１１ａ〜１６ａと架橋部１１ｂ〜１６ｂとは、鋼材（軟磁性材）を機械加工して一体的に形成されている。各架橋部が本発明に係る筒状金型の蔽磁部に相当し、各配向ヨーク部またはその内周端側（根元側）にある円弧状部分（例えば、図１Ｂに示す１１ｃ、１２ｃ等）が本発明に係る透磁部に相当する。本実施例のように各配向ヨーク部と各架橋部が一体的である場合、透磁部に相当する範囲（径方向の厚さ）を明確にする必要はないが、敢えて言うなら、各永久磁石の内周端径に相当する位置よりも内周側部分を透磁部と考えればよい。そして各配向ヨーク部と各架橋部が一体的である場合、配向金型１全体を本発明でいう筒状金型と考えればよい。
【００４６】
なお、各架橋部は、各永久磁石から各配向ヨーク部へ誘導される配向磁場が磁気飽和する程度の薄さに設定される。収容部の寸法や配向磁場の大きさ等にも依るが、例えば、架橋部の半径方向の肉厚は１ｍｍ未満とするとよい。
【００４７】
各永久磁石から各配向ヨーク部を通じて各スロットへ誘導される配向磁場の様子を矢印を用いて模式的に図２に示した。このような配向磁場中で射出成形（磁場中成形）を行い、各スロットへ希土類異方性ボンド磁石が充填成形されると、各スロットに対向する外周位置に６つの磁極を有するＩＰＭ用ロータが得られる。上記の磁場中成形は、高精度に機械加工された一体的な収容部１０内にロータコアＲ１を配置した状態でなされるため、各スロットへ誘導される配向磁場にバラツキがなく、射出成形時に生じるロータコアＲ１の歪みも抑制される。その結果、磁気バランスと回転バランスに優れたＩＰＭ用ロータが得られる。
【００４８】
《第二実施例》
本発明のロータ製造装置に係る第二実施例である配向金型２の平面図を図３Ａに、図３Ａ中に示したＹ部の部分拡大図を図３Ｂに示した。なお、既述した同様な部材または部分には同符号を付したため、その詳細な説明は省略する。この点は他の実施例についても同様である。
【００４９】
配向金型２は、配向金型１の各配向ヨーク部を分離したものであり、波状スリーブ２１（筒状金型）と、６つの配向ヨーク２２１〜２２６とからなる。本実施例の場合も、各配向ヨークの周方向の対向側面に、同極を対面させた１２個の永久磁石Ｍ（ｍ１１、ｍ１２、ｍ２１、ｍ２２等）が配向磁場源として配置される。
【００５０】
波状スリーブ２１は、鋼材を機械加工した一体的な略円筒状の部材である。波状スリーブ２１の内周側は、滑らかに連続した内周面を有する円筒状の収容部２０となっており、この収容部２０にロータコアＲ１が配置される。波状スリーブ２１の外周側は、拡径方向へ突出した６つの厚肉部２１１ａ〜２１６ａと、隣接する各厚肉部間を架橋する薄い薄肉部２１１ｂ〜２１６ｂとからなる。なお、各厚肉部と各薄肉部は、それぞれ均等なピッチで波状スリーブ２１の外周側に交互に形成されている。但し、各厚肉部の周方向の幅は、ロータコアＲ１の各スロットの大きさ（周方向の幅）に応じて設定され、薄肉部の周方向の幅と必ずしも同じではない。各厚肉部の外周側面には、各配向ヨークの内周側面が同幅で密接して配置されている。
【００５１】
配向金型２は配向金型１と同機能であるから、配向金型２を用いても配向金型１を用いた場合と同様に、磁気バランスと回転バランスに優れたＩＰＭ用ロータが得られる。但し、波状スリーブ２１は各配向ヨークと分離されているため比較的コンパクトであるため、その機械加工や種々の処理等は容易である。従って、配向金型２は配向金型１よりも低コストで製造できる。また、ロータの量産時に収容部２０の内周面に摩耗や消耗等が生じても、波状スリーブ２１だけを交換すればよいため、ロータの生産コストの低減も図り易い。
【００５２】
《第三実施例》
花びら形状等をした異形状（非円筒状）のロータコアＲ２に対して磁場中成形をする場合は、配向金型１に替えて図４に示すような配向金型３を用いたり、配向金型２に替えて図５に示すような配向金型４を用いたりしてもよい。それらの内周側形状および外周側形状はロータコアＲ２の外形状に沿った形状となっている。この点を除けば、本実施例は第一実施例または第二実施例と同様であるため、配向金型３または配向金型４に係る各部の詳細な説明は省略する。
【００５３】
《第四実施例》
上述した配向金型２を用いてＩＰＭ用ロータを製造する具体例について説明する。先ず、波状スリーブ２１の収容部２０内へロータコアＲ１を配置する（収容工程）。ロータコアＲ１は積層珪素鋼板製とした。このロータコアＲ１の射出充填前の外周形状を部分的に拡大した様子を図６Ａに示した。図６Ａからわかるように、射出充填前のロータコアＲ１は、スロットｓ１、ｓ２等の外周端部を架橋する突極となる外周部ｔ１２等が、スロットｓ１、ｓ２等に対向する磁極となる外周部ｐ１、ｐ２等よりも僅かに外周側へ膨張した形状となっている。なお、本実施例では、収容部２０の内径（金型内径）はφ６０ｍｍ、充填工程前のロータコアＲ１の外周部ｐ１、ｐ２等の外径（ロータ外径）はφ５９．８５ｍｍとした。金型内径およびロータ外径の測定位置は図７に示した（以下同様）。
【００５４】
次に、こうして配向磁場中に配置したロータコアＲ１のスロットｓ１〜ｓ６へ、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系異方性磁石粉末とポリフェニレンサルファイド(ＰＰＳ)樹脂の溶融混合物を射出充填した（充填工程）。この際、溶融混合物中の樹脂量：１０質量％、射出圧力：約７０ＭＰａ、射出温度（溶融混合物の温度）：３１０℃とした。この射出充填直後のロータコアＲ１の外周形状を部分的に拡大した様子を図６Ｂに示した。図６Ｂからわかるように、射出充填直後のロータコアＲ１は、外周部ｐ１、ｐ２等が外周側へ膨張して、その外周全面が波状スリーブ２１の収容部２０の内周面に密着した状態となった。一方、そのロータコアＲ１の外周部ｔ１２等は、外周部ｐ１、ｐ２等の膨張により周方向に引張られた状態となり、収容部２０の内周面との間に僅かな隙間を生じた。
【００５５】
溶融混合物の射出充填完了後、その状態を３０秒間継続して、ロータコアＲ１を金型全体を通じて冷却した。この冷却後のロータコアＲ１の外周形状を部分的に拡大した様子を図６Ｃに示した。図６Ｃからわかるように、冷却後のロータコアＲ１は、射出充填により波状スリーブ２１の収容部２０の内周面まで膨張していた外周部ｐ１、ｐ２等が、僅かに縮径された状態となった。そして、その外周部ｐ１、ｐ２等は外周部ｔ１２等とほぼ同径となった。このロータコアＲ１を波状スリーブ２１から取り出すことにより（取出工程）、スロットｓ１〜ｓ６にボンド磁石が充填成形されたロータコアＲ１からなるＩＰＭ用ロータが得られた。なお、このＩＰＭ用ロータは、室温状態で、基準外径（φ６０ｍｍ）とほぼ同等な所望外径（φ５９．９８ｍｍ）となっていた。また、その真円度も収容部２０の内周の真円度と同程度になっていた。
【００５６】
こうして本実施例の製造方法によれば、波状スリーブ２１の高精度な内周形状に沿った高精度な外周形状を有するＩＰＭ用ロータが得られた。また、溶融混合物の射出充填時、波状スリーブ２１の内周面とロータコアＲ１の外周面が密着して配向磁場が有効にスロットｓ１〜ｓ６へ誘導されるため、本実施例の製造方法によればＩＰＭ用ロータの磁気特性の向上も図れた。
【符号の説明】
【００５７】
１              配向金型
１０            収容部
１１ａ〜１６ａ  配向ヨーク部（透磁部）
１１ｂ〜１６ｂ  架橋部（蔽磁部）
Ｒ１            ロータコア
ｓ１〜ｓ６      スロット
ｍ１１〜ｍ２２  永久磁石
【図１Ａ】
2015073371.tif 000003
【図１Ｂ】
2015073371.tif 000004
【図４】
2015073371.tif 000005
【図２】
2015073371.tif 000006
【図３Ａ】
2015073371.tif 000007
【図３Ｂ】
2015073371.tif 000008
【図５】
2015073371.tif 000009
【図６Ａ】
2015073371.tif 000010
【図６Ｂ】
2015073371.tif 000011
【図６Ｃ】
2015073371.tif 000012
【図７】
2015073371.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成26年11月14日(2014.11.14)
【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】
回転中心の周囲に複数均等に配設されたスロットを有するロータコアを収容する収容部と、
該収容部の周囲に複数均等に配設され該スロットへ印加する配向磁場を誘導する配向ヨークと、
該配向ヨークの周囲に配設され該配向磁場の起磁源である配向磁場源とを備え、
異方性磁石粒子とバインダ樹脂からなる異方性ボンド磁石が該ロータコアのスロット内に充填成形されることにより該配向ヨークの配置に対応した磁極が形成され得る内包磁石型モータ用ロータの製造装置であって、
前記収容部は、前記ロータコアの外周面を囲繞し前記充填成形の際に該外周面に当接し得る一体的に連続した内周面を有すると共に磁気抵抗の小さい透磁部と該透磁部よりも磁気抵抗の大きい蔽磁部とが周方向に交互に均等に配設された筒状金型からなり、
前記配向ヨークは、前記筒状金型の透磁部から拡径方向へ延在していることを特徴とする内包磁石型モータ用ロータの製造装置。
【請求項２】
前記筒状金型と前記配向ヨークは前記透磁部で一体化している請求項１に記載の内包磁石型モータ用ロータの製造装置。
【請求項３】
前記筒状金型は、前記透磁部が厚肉部で前記蔽磁部が薄肉部となる外周面を有する軟磁性材からなる波状スリーブである請求項１に記載の内包磁石型モータ用ロータの製造装置。
【請求項４】
前記配向磁場源は、前記配向ヨークの対向側面に同極を対面させて配置された永久磁石からなる請求項１〜３のいずれかに記載の内包磁石型モータ用ロータの製造装置。
【請求項５】
前記異方性ボンド磁石は、前記スロットへ射出成形、トランスファ成形または圧縮成形されてなる請求項１〜４のいずれかに記載の内包磁石型モータ用ロータの製造装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の製造装置を用いた内包磁石型モータ用ロータの製造方法であって、
前記筒状金型の収容部内に前記ロータコアを緩挿して収容する収容工程と、
該収容部に収容された該ロータコアのスロット内に前記配向磁場を印加しつつ前記異方性磁石粒子と前記バインダ樹脂の混合物を加圧充填して、前記筒状金型の透磁部の近傍で該筒状金型の内周面と該ロータコアの外周面を少なくとも一時的に密接させる充填工程と、
該充填工程後のロータコアを該収容部から取り出す取出工程と、
を備えることを特徴とする内包磁石型モータ用ロータの製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
《内包磁石型モータ用ロータの製造装置》
（１）本発明の内包磁石型モータ用ロータの製造装置は、回転中心の周囲に複数均等に配設されたスロットを有するロータコアを収容する収容部と、該収容部の周囲に複数均等に配設され該スロットへ印加する配向磁場を誘導する配向ヨークと、該配向ヨークの周囲に配設され該配向磁場の起磁源である配向磁場源とを備え、異方性磁石粒子とバインダ樹脂からなる異方性ボンド磁石が該ロータコアのスロット内に充填成形されることにより該配向ヨークの配置に対応した磁極が形成され得る内包磁石型モータ用ロータの製造装置であって、前記収容部は、前記ロータコアの外周面を囲繞し前記充填成形の際に該外周面に当接し得る一体的に連続した内周面を有すると共に磁気抵抗の小さい透磁部と該透磁部よりも磁気抵抗の大きい蔽磁部とが周方向に交互に均等に配設された筒状金型からなり、前記配向ヨークは、前記筒状金型の透磁部から拡径方向へ延在していることを特徴とする。なお、本明細書では適宜、内包磁石型モータ用ロータを単に「ロータ」といい、内包磁石型モータ用ロータの製造装置を単に「ロータ製造装置」という。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１Ａ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１Ａ】
2015073371.tif 000014
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３Ｂ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３Ｂ】
2015073371.tif 000015