(57)【要約】【課題】コギングトルクの小さい小型精密モーターを製作可能な永久磁石、その製造方法及びその製造装置を提案する。【解決手段】幅方向中央部においては磁粉粒子の磁化容易軸の配向方向が内側作用面の中央部側に収束しており、かつ、幅方向両端部においては磁粉粒子の配向角がラジアル配向配向角より小さくなっている。ここにおいて、磁粉粒子の磁化容易軸の配向方向が幅方向中央部においてはラジアル方向に分布し、幅方向端部においてはアキシャル方向に分布するようになっていることが好ましい。このようなセグメント型ステーター用磁石は、セグメント型ステーター用磁石の磁場成型用金型の磁石形成空間を強磁性体で取り囲まれたものとして画成することによって製造することができる。【選択図】　　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
幅方向中央部においては磁粉粒子の磁化容易軸の配向方向が内側作用面の中央部側に収束しており、かつ、幅方向両端部においては磁粉粒子の配向角がラジアル配向角より小さくなっていることを特徴とするセグメント型ステーター用磁石。
【請求項２】
磁粉粒子の磁化容易軸の配向方向が幅方向中央部においてはラジアル方向に分布し、幅方向端部においてはアキシャル方向に分布していることを特徴とする請求項１記載のセグメント型ステーター用磁石。
【請求項３】
セグメント型ステーター用磁石の磁場成型用金型において、磁石形成空間を強磁性体で取り囲まれたものとして画成することを特徴とするセグメント型ステーター用磁石の製造用金型。
【請求項４】
磁石形成空間の凸面側中央部近傍に非磁性部を設けることを特徴とする請求項３記載のセグメント型ステーター用磁石の製造用金型。
【請求項５】
磁石形成空間の側方延長線上に非磁性部を設けることを特徴とする請求項３又は４記載のセグメント型ステーター用磁石の製造用金型。
【請求項６】
非磁性部には磁性材料又は非磁性材料が充填されていることを特徴とする請求項３〜５の何れかに記載のセグメント型ステーター用セグメント磁石の製造用金型。
【請求項７】
セグメント磁石の形成空間を画成する金型を用いてフェライト磁石材料を用いてセグメント型ステーター用磁石を製造するに当たり、
該金型を磁性材料で形成するとともに、該金型には磁石形成空間の磁石形成空間の凸面側中央部近傍及び／又はセグメント磁石の形成空間の幅方向延長方向に非磁性部を設け、該非磁性部の位置と大きさによって前記フェライト磁石材料を貫通する磁場の方向及び強度を調整することを特徴とするセグメント型ステーター用磁石の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、パソコンやＡＶ機器に使用される小型精密モーターのセグメント型ステーター用磁石、特にコギングトルクが小さいモーターを組み立てるのに必要なセグメント型ステーター用磁石、その製造用金型及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
パソコンやＡＶ機器等の電子機器に用いられる小型精密モーターは、回転が滑らかに行われ、振動や電力ロスが少ないことが必要であり、そのためコギングトルクが小さいことが要求される。このようなコギングトルク特性は、モーターの組み立てのために使用されるセグメント磁石の磁場配向によって影響を受けることが知られており、そのため従来使用されてきたラジアル配向型（図１０（ａ））あるいはアキシャル配向型（図１０（ｂ））磁石のほか、種々のセグメント型異方性磁石が提案され、またその製造手段が知られている。
【０００３】
たとえば、特開平５−１３５９３７号公報には、該磁石の磁粉粒子の磁化容易軸を、長手方向断面においては内側作用面の中央域に集中させ、かつ横断面においては少なくとも両端部近傍について該磁石の非作用面側に収束させたセグメント形状の磁石が提案されている。また、特開平８−７０５５８号公報には、磁束が端部に向かって漸進的に減少するフェライト磁石が提案されている。さらに、このような磁石を成形する金型についても、前記特開平８−７０５５８号公報には磁化されるべきセグメントの長手方向端部を非磁性材料とした金型を用いること、特開２０００−１７６７４４号公報にはセグメント状磁石成形体に対接する着磁用パンチの成形体接触面に非磁性体を配置するとともにセグメント内側の非磁性体の厚さをセグメント幅方向中央部では薄く、端部では厚くしたフェライト磁石磁場成型用金型を用いることが提案されている。これらの手段は、いずれもステーター磁界の境界におけるギャップ磁束密度の急激な変化を緩和することによってコギングトルクの低下を得ようとするものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記特開平５−１３５９３７号公報に提案されている手段は、セグメント磁石の両縁部近傍、すなわち磁石横断面の両端部近傍において作用面側に発散する配向を有しており、コギングトルクを十分下げることができなかった。また、コギングトルクを低下せしめようとすれば、モータートルクが低下するという問題もあった。
【０００５】
一方、前記特開平８−７０５５８号公報あるいは特開２０００−１７６７４４号公報に提案されている手段では、セグメント磁石の両端部近傍で磁束が漸進的に減少するセグメント磁石を製造することがある程度可能であるが、磁石製造用金型形状の変更に大きな制限があるとともに、ローターの形状、構造に適した磁粉配向を有するセグメント磁石を提供することができなかった。
【０００６】
さらに、上記提案において用いられる金型は多数の部分に分割されており、金型磁気回路として小さな強磁性体と非磁性体の組み合わせを要し、構造が複雑になるとともに金型の寿命の低下などコスト高の原因ともなっている。特に、セグメント磁石の磁粉配向は、その使用されるモーター、特に回転子の特性と合致させることが重要であり、そのためには金型の再設計、再試作を繰り返す必要もある。そのため、上記の提案による金型ではそのような要求に応ずることが困難である。
【０００７】
本発明は、かかる従来技術の有する問題を解決することを目的とし、コギングトルクが小さい小型精密モーターを組み立てるのに必要なセグメント型ステーター用磁石、その製造装置及び製造方法を提案することを目的とする。特に本発明は、比較的簡単な構造の金型を用い、その基本構造を大きく変更することなく、セグメント型磁石の磁粉配向を調整してコギングトルクの小さい小型精密モーターを製作可能なセグメント型ステーター用磁石を製造する手段を提案するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者はセグメント型ステーター用セグメント磁石を製造するときの金型磁気回路における磁束の流れに着目した。そして、従来と異なり、フェライト磁石材料を強磁性材料によって作られた金型によって直接取り囲むことによってコギング特性改良のために好適なセグメント型ステーター用磁石を製造できるとの知見を得た。そして、そのための金型を具体的に設計するとともに、それを用いて多数の試作を行い、コギングトルクを特に小さくできるセグメント型ステーター用磁石の構造を明らかにした。
【０００９】
本発明に係るセグメント型ステーター用磁石では、幅方向中央部においては磁粉粒子の磁化容易軸の配向方向が内側作用面の中央部側に収束しており、かつ、幅方向両端部においては磁粉粒子の配向角がラジアル配向角より小さくなっている。
【００１０】
上記発明において、磁粉粒子の磁化容易軸の配向方向が幅方向中央部においてはラジアル方向に分布し、幅方向端部においてはアキシャル方向に分布するようになっていることが特に好ましい。
【００１１】
このようなセグメント型ステーター用磁石は、セグメント型ステーター用磁石の磁場成型用金型の磁石形成空間を強磁性体で取り囲まれたものとして画成することによって製造することができる。
【００１２】
上記金型において、その磁石形成空間の凸面側中央部近傍に非磁性部を設けること、又は磁石形成空間の側方延長線上に非磁性部を設けることが好ましい。この該非磁性部には磁性材料又は非磁性材料を充填することも可能である。
【００１３】
上記金型を用いてフェライト磁石材料を用いてセグメント型ステーター用磁石を製造するに当たり、上記非磁性部の位置と大きさを調整することにより前記フェライト磁石材料を貫通する磁場の方向及び強度を調整するようにするのがよい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係るステーター用磁石を射出成形法で製造するための金型の一例を示す断面図である。ここに示すように、本発明に係るセグメント型ステーター用磁石の金型は、上型１、及び下型２を有し、これらがダイセット３の中に納められて、全体としてセグメント型ステーター用磁石製造装置を構成している。なお、上型１には加熱されたプラスチックマグネット素材などの磁石材料射出注入用のスプール４が設けられ、下型２には製品磁石を押し出すための突き出し棒５が貫通している。
【００１５】
ここにおいて、上記金型では上型１及び下型２を強磁性材料で形成する。それによりセグメント型ステーター用磁石を形成するキャビティー１０は外面側（凸面側）１１、内面側（凹面側）１２及び側面側１３、１４がすべて強磁性材料で囲われることになる。それにより、キャビティー１０を通る磁力線の方向は、幅方向中央部においては内面側の中央部側に収束し、かつ幅方向両端部においてはラジアル角度より小さい角度を取るようになる。
【００１６】
このような金型を用いて成形したセグメント磁石においては、磁粉の配向は図４に示すようにセグメント磁石の幅方向中央領域（ａ）では、磁粉粒子がセグメント曲率中心に向かう角度（本発明ではこれを「ラジアル配向角」という）をもって分布し、その周辺部（ｂ）、（ｃ）と外縁部に向かうにしたがいラジアル配向角に対する磁粉の配向角の比が次第に小さくなる。なお、ラジアル角とは、セグメント側端部とセグメント曲率中心の作る角度（θ）をいい、磁粉の配向角とは、磁粉粒子がセグメント中心線に向かう線分が該セグメント中心線に対して作る角をいう。
【００１７】
このようなセグメント磁石の幅方向周辺に向かうにつれて磁粉の配向角がラジアル配向に比べて次第に小さくなっていくものでは、モーターのコギングトルクが小さくなる。このことは、以下の実験例により確認できる。
【００１８】
図３は磁粉の配向角分布がコギングトルクに及ぼす影響を調査するために用いたのセグメント磁石の諸元を示す。本例では、図２に示した上型１及び下型２をともに強磁性材料で形成した金型を用い、キャビティー１０の端部から金型側面までの距離Ａを変化させてセグメント型磁石を製造し、磁粉配向方向を変えたセグメント磁石を得た。得られたセグメント磁石を用いてモーターに組み立てコギングトルクを測定した。
【００１９】
表１にその結果を示す。ここに示すようにキャビティー１０の端部から金型側面までの距離Ａが次第に小さくなるのにしたがって、また、付与する外部磁場の強さが大きくなるにしたがってコギングトルクが低下していることが分かる。得られたセグメント型磁石について磁粉の配向方向を調査した結果、コギングトルクの小さいものでは、セグメント型磁石の幅方向中央部ではラジアル配向を有するが、周辺に向かうにつれて磁粉の配向角がラジアル配向角に比べて次第に小さくなっていくことが確認できた。
【００２０】
【表１】
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【００２１】
図５は、コギングトルクを低下することができる別の金型構成を示す模式図である。この金型では、上型１及び下型２のいずれか一方又は双方の側面であってセグメント磁石の形成空間１０の側方延長線上に非磁性部２０が設けられている。この金型では、キャビティー１０の端部から金型側面までの距離Ａのほか金型端部から上記非磁性部２０までの距離Ｂを変更することによってセグメント磁石内の磁粉配向方向を変えることができる。
【００２２】
表２は、前述の図３に示す諸元を有するセグメント磁石を上記図　に示す金型を用いて製作し、モータに組み上げそのゴギングトルクを測定した結果である。なお、この場合、モーターは図７に示す形状のローターを有し、トルクアップのため中心角が広く設計されているものである。
【００２３】
【表２】
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【００２４】
表２に示されているように、距離Ｂ、すなわち非磁性部２０の大きさが増大するにつれてコギングトルクが低下している。得られたセグメント磁石について磁粉の配向方向を調査した結果、コギングトルクの小さいものでは、図６に示すようにセグメント磁石の幅方向中央部（ａ）ではラジアル配向を有するが、その周辺（ｂ）では磁粉の配向角がラジアル配向に比べて次第に小さくなり、セグメント端部（ｃ）ではほぼアキシャル配向を持つに至っていることが確認できた。
【００２５】
なお、実験Ｎｏ．１２から分かるように、図７に示すローターを有するモーターに図４に示す磁粉配向を有する磁石を適用してもコギングトルクの大きな低下は得られない。ロータ形状とステータ側セグメント磁石の磁粉配向とがマッチしていないためである。本発明においては、図５に示す非磁性部２０を有する金型を用い、その大きさ、位置を自由に変更することによって、種々のローター形状に対してマッチするセグメント磁石を製造することができる。
【００２６】
このように本発明によれば、金型の基本的な形状、寸法を変更せず、その側面に付ける非磁性部の寸法・形状を変更するだけで、種々のモーターにマッチしたセグメント磁石の製造が可能になる。なお、上記説明では、非磁性部の形状は断面がほぼ矩形のものとしたが、これに限ることはなく、たとえば断面を半円形にしてもよい。また、非磁性部は単に強磁性材料からできた金型の一部を切り欠いたものでもよいが、その中に非磁性材料、たとえば銅などを充填してもよいし、あるいはその一部を磁性材料に置き換えて磁束の流れを制御できるようにすることもできる。
【００２７】
このような非磁性部を設ける位置は、キャビティー１０の側方に限定されない。例えば、図８に示すように、磁石形成空間の凸面側中央部近傍に非磁性部を設けることもできる。このように磁石形成空間の凸面側中央部近傍に非磁性部２１を設けることにより、セグメント型磁石形成空間内の磁力線の分布を調節することができ、例えば図９のように幅方向中心部近傍ではラジアル角度より大きい配向角を持ち、周辺部ではほぼアキシャル配向角をもつようにすることもできる。
【００２８】
本発明にかかるセグメント磁石は合成樹脂磁石のほか焼結磁石のいずれでも製造可能である。用いる磁粉も特に制限されるものではなく、フェライト系、アルニコ系、希土類系、サマリウム・コバルト系、サマリウム−鉄−窒素系、ネオジウム−鉄−ボロン系などを利用し得る。磁粉粒子の平均粒径についても、たとえば、フェライト系では１〜５μｍ、希土類系では１０〜５０μｍのものを利用し得る。
【００２９】
合成樹脂磁石を製造するための合成樹脂についても、特に制限がなく、たとえばポリアミド６などのポリアミド系合成樹脂のほか、ポリ塩化ビニル、その酢酸ビニル共重合体、ＭＭＡ、ＰＳ、ＰＰＳ、ＰＥ、ＰＰの単独または共重合したビニル系合成糊や、ウレタン、シリコーン、ポリカーボネート、ＰＢＴ、ＰＥＴ、ＰＥＥＫ、ＣＰＥ、ハイバロン、ネオプレン、ＳＢＲ、ＮＢＲ等の合成樹脂や、またはエポキシ系、フェノール系等の熱硬化樹脂が利用できる。
【００３０】
さらに、磁粉と上記樹脂、バインダーとの配合比率も、本発明の目的を達するものである限り、特に制限を設ける必要はなく、たとえば、一般的な射出成形法によるときはコンパウンド中の磁粉の配合割合を４０〜７０％（体積比）とすればよい。
【００３１】
【発明の効果】
本発明により、簡単な構造の金型を用い、その基本構造を大きく変更することなく、セグメント磁石の磁粉配向を調整することができる。それにより、各種小型精密モータに適応したセグメント型セグメント磁石を製造することができ、そのコギングトルクを低減することができる。また、これにより製造されたセグメント磁石は、各種形状のローターによくマッチさせることができコギングトルクの低減に効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るステーター用セグメント磁石を製造するための金型の１例を示す断面図である。
【図２】上型及び下型をともに強磁性材料で作成した実験用金型の模式断面図である。
【図３】磁粉の配向角分布がコギングトルクに及ぼす影響を調査するために用いたのセグメント磁石の寸法、形状を示す。
【図４】本発明に係るセグメント磁石の磁粉の配向方向の１例を示す。
【図５】本発明に係るステーター用セグメント磁石を製造するための別の金型構成を示す模式図である。
【図６】本発明に係るセグメント磁石の他の磁粉の配向方向例を示す模式図である。
【図７】トルクアップのため中心角が広く設計されたローター示す断面図である。
【図８】本発明に係るステーター用セグメント磁石を製造する、磁石形成空間の凸面側中央部近傍に非磁性部２１を設けた金型を示す模式図である。
【図９】図８による金型を用いて成形したステーター用セグメント磁石の磁粉の配向を示す模式図である。
【図１０】従来のセグメント型ステーター用セグメント磁石の磁粉配向を示す模式図である。
【符号の説明】
１：上型
２：下型
３：ダイセット
４：スプール
５：突き出し棒
１０：キャビティー
１１：外面側
１２：内面側
１３、１４：側面側
２０：（金型の）非磁性部
【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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