(57)【要約】【課題】従来の構造に比べて高強度である円筒状フェライト磁石を提供する。【解決手段】円筒状のフェライト磁石であって、円筒の中空部の断面形状は円形で且つ複数の凸部を有することを特徴とするフェライト磁石を作製する。さらに前記凸部は前記断面形状の円周に沿って等間隔に設けられており、前記凸部は先端の曲率半径が０．１ｍｍ以上であることを特徴とする。さらに、この円筒状フェライト磁石の前記中空部に充填材を介してシャフトを固定することによりロータを構成し、コアと巻き線コイルを有するステータと組合わせることで回転機とすることができる。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状のフェライト磁石であって、円筒の中空部の断面形状は複数の凸部を有する円形であることを特徴とするフェライト磁石。
【請求項２】
前記凸部は前記断面形状の円周に沿って等間隔に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のフェライト磁石。
【請求項３】
前記凸部は先端の曲率半径が０．１ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１または２に記載のフェライト磁石。
【請求項４】
円筒状のフェライト磁石であって、円筒の中空部の断面形状は多角形状であることを特徴とするフェライト磁石。
【請求項５】
請求項１ないし４いずれかに記載のフェライト磁石の前記中空部に充填材を介してシャフトを固定することで構成したロータと、コアと巻き線コイルを有するステータとを備えることを特徴とする回転機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、円筒形のフェライト磁石とそれをロータに用いた回転機に係り、例えばステッピングモータ、ポンプ用モータ等に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
円筒状磁石は、磁石材料を中空円筒状に形成し、その外周には軸方向に延びる複数個の磁極が円周方向に等間隔に設けられているものである。この円筒状磁石は、例えば押出し成形により作製される（例えば、特許文献１参照。）。この円筒状磁石の貫通孔には、シャフトを貫通させ、熱可塑性樹脂材料などの充填材によってシャフトを円筒状磁石と同軸に固着させることにより、回転機用のロータを構成する。
【０００３】
クラックの発生を抑えた円筒状磁石の一例として次の構成が挙げられる。永久磁石部材の両端部に、非磁性材料よりなる中空椀状のキャップを設け、充填材によりシャフトを永久磁石部材に同軸的に固着する構成である（例えば、特許文献２参照。）。このように構成した円筒状のフェライト磁石を用いたロータは、クラックが発生しにくく、高い信頼性を得ている。なお、特許文献２では、円筒状磁石の中空部の断面形状が円形であり且つ複数の凹部を備えているように図示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭６１−１２１３０７号公報（第１−２頁）
【特許文献２】
特開平０７−０９９７４３号公報（第２−３頁、第１図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献２にかかる構成で円筒状フェライト磁石の強度を更に向上することは困難である。特に、モータのトルクを高くする際には、円筒状のフェライト磁石の内圧の上限を高くすることが好ましいが、十分な値を得るに至っていない。そこで、本発明の目的は、より高強度の円筒状フェライト磁石を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のフェライト磁石は、円筒状のフェライト磁石であって、円筒の中空部の断面形状は複数の凸部を有する円形であることを特徴とする。前記凸部は前記断面形状の円周に沿って等間隔に設けられていることを特徴とする。前記凸部は先端の曲率半径Ｒが０．１ｍｍ以上であることを特徴とする。また、本発明の他のフェライト磁石は、円筒状のフェライト磁石であって、円筒の中空部の断面形状は多角形であることを特徴とし、より好ましくは円筒の中空部の断面形状は円の少なくとも一部を中空部側に張り出した多角形状とする。
【０００７】
本発明の回転機は、上記本発明にかかるフェライト磁石の前記中空部に充填材を介してシャフトを固定することで構成したロータと、コアと巻き線コイルを有するステータとを備えることを特徴とする。充填材には、熱可塑性樹脂や接着材を用いることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明では、円筒状磁石の軸方向断面において、内周が円形状で且つその周に凸部を有する。すなわち、円筒状磁石の内周面には軸方向に沿って長手方向を有する凸部が等間隔で存在する。この凸部が補強の機能を果たしていると考えられる。金型形状を鋭意検討した結果、製造効率を低下させない為には金型の凹部に混練物を詰まらせないようにするとよく、永久磁石の内周面の凸部の曲率半径Ｒを０．１ｍｍ以上とすべきことが判った。更にＲを０．５ｍｍ以上とすると、円筒状磁石の耐圧性が十分高くなるので好ましい。耐圧性とは円筒状磁石の中空部に水圧を印加した際に耐え得る強度（内圧強度）を指す。さらに、成形工程に要する時間を短縮し製造効率を高めても、円筒状磁石の強度を十分得られるため、歩留りには目立った低下は認められない。製造効率を高めるとともに高強度、特に内圧の上限の高い円筒状磁石を得ることができる。なお、凸部同士の間隔は均一にすると圧力の分布が大きく偏らない。凸部の数は例えば２〜４個程度とすることが望ましく、凸部の形状が極端に大きくならないようにする。例えば、中空部の断面直径の０．２倍以下程度にＲの上限を抑えるのがよい。
【０００９】
これに対して、特許文献２の構成は、円筒状磁石の軸方向断面において、内周は円形状で且つその周に凹部を有する。金型の軸に設けている微小構造は凸部であるため、混練物が詰まるということはほとんどないが、肉厚を減らす形状である為か、内圧強度の上限を向上させることは難しい。また、円筒状磁石の軸方向断面の内周が円である構成に比べて、本願に係る前記凸部を有する構成はシャフトと磁石間のすべりを抑制しており、トルクの高いモータに適用する上で優れている。
【００１０】
また、本発明の他の円筒状磁石では、中空部の断面形状を多角形とする。多角形の斜辺に相当する部分が中空部に向けて出っ張るため、中空部の断面形状が円形である構成に比べて、シャフトと磁石間のすべりを抑制する効果を得ることができ、内圧強度も確保し得る。円の少なくとも一部を中空部側に張り出した多角形状といえるが、張り出した部分の数を多くしている分、すべり抑制効果を得られるため、円より張り出している量は等間隔に凸部を設けた構成における凸部の突出量に比べて小さくする。多角形の斜辺に曲率を付与して更に張り出させるにしても、上述の凸部のＲに比べて大きい曲率半径とすることが望ましい。
なお、中空部断面をｎ角形状とした円筒状磁石について、外周面に極異方性の配向を付与する場合、円筒状磁石の外周面に着磁した極数ｐはｎ以上であることが望ましい。例えば、ｎ＝６でｐ＝１０とし、ｎ＝８でｐ＝２４とし、ｎ＝１２でｐ＝１２とし、ｎ＝１６でｐ＝１６とする。
【００１１】
上記本発明に係る円筒状磁石は押出し成形法で作製される。なお、押出し成形法に代えて乾式成形法を用いて作製することも可能である。例えば、次に述べる製造方法を用いることができる。まず、フェライト磁性粉末を円筒状の成形空隙に充填し、上下のパンチにより圧縮成形して成形体を得る。成形空隙を構成するコアは、その断面形状が複数の凹部を有する円形である。成形の際には磁場を印加することにより円筒状の成形体の表面に磁気異方性を付与する。次いで成形体を加熱焼結して円筒状のフェライト磁石を得る。成形空隙を構成するコアの断面形状に対応して、成形体や焼結体はその中空部の断面形状が複数の凸部を有する円形となる。
【００１２】
上記本発明にかかる円筒状磁石は、ＭＯ・ｎＦｅ２Ｏ３の一般式（ただし、Ｍ：Ｂａ、Ｓｒから選ばれる少なくとも１種、ｎ＝５〜６）で表されるマグネトプランバイト型結晶構造を有するバリウムフェライトもしくはストロンチウムフェライト磁石材料で構成する。なお、（Ａ１−ｘＲｘ）Ｏ・ｎ［（Ｆｅ１−ｙＭｙ）２Ｏ３］（ただし、ＡはＳｒ及び／又はＢａであり、ＲはＹを含む希土類元素の少なくとも１種であり、ＭはＣｏまたはＣｏ及びＺｎからなる群から選ばれた少なくとも１種であり、ｘ、ｙ及びｎはそれぞれ次の条件：　０．０１≦ｘ≦０．４，　０．００５≦ｙ≦０．０４，及び５≦ｎ≦６を満たす数字である）で表される基本組成を有し、マグネトプランバイト型結晶構造を有するフェライト磁石材料を用いてもよい。例えば、Ａ＝Ｓｒ、Ｒ＝Ｌａとし、ランタンコバルト置換ストロンチウムフェライト磁石とする。
【００１３】
上記本発明にかかる円筒状磁石を構成する材料として、Ｗ型フェライトを用いることができる。Ｗ型フェライト磁石を構成する材料として、例えば次の組成等を挙げることができる。（１）Ａを２価のアルカリ土類金属イオンまたはＰｂとし、Ｂを２価の金属イオンとした組成式：ＡＯ・２（ＢＯ）・８Ｆｅ２Ｏ３で表されるＷ型フェライト。（２）組成式：ＳｒＯ・２（ＦｅＯ）・ｎＦｅ２Ｏ３で（例えば、ｎ＝７〜８）表されるＷ型フェライト。（３）Ｗ型フェライト結晶構造を主として構成し、一部にＭ型フェライト結晶構造を含むフェライト。ただし、これらの組成や組織に限らず、Ｗ型結晶構造を有するフェライト磁石で高い磁気特性を得られるものであれば、本発明の円筒状磁石の材料に適用することができる。
【００１４】
【実施例】
以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。図１は実施例１にかかる円筒状磁石の断面図であり、図２は実施例１にかかるロータの斜視図であり、図３は実施例２にかかるモータの断面図である。同一部分は同一の符号で示す。
【００１５】
（実施例１）
平均粒径１．０μｍのストロンチウムフェライト粉末に水と結合剤であるメチルセルロースを混ぜて混練した。混練物を押出成形装置に投入し、押出成形装置の金型を通して金型出口から円筒状の成形体を押出した。金型内には円筒の孔を形成するための軸が設けられている。この軸の金型出口近傍の断面形状は円の外周の３ヶ所を凹ませた形状とした。金型出口から成形体を押出していき、ワイヤーカッターで所定長さに切断して、外部磁場を印加して配向させ、円筒状の押出し成形体を得た。成形体の乾燥を行った後、温度１２００〜１２５０℃で２時間かけて成形体を焼成し、円筒状のフェライト磁石を得た。
【００１６】
図１において、円筒状フェライト磁石１は異方性Ｓｒフェライト磁石であり、外径Ｄ＝２０ｍｍ、内径７ｍｍ、軸方向長さＬ＝３０ｍｍの中空円筒状に形成し、外周面２に対称位置にＮ，Ｓ磁極を設けたものである。内径は、中空部分（孔）の断面の外接円の径として測っている。中空部分を取り巻く内周面３には、３ヶ所の凸部４が形成されている。凸部４は円筒状フェライト磁石１の軸方向に沿って延在している。凸部４の断面形状はその先端が曲率半径Ｒで丸められている。
【００１７】
ついで、実施例１のロータを作製した。まず、軟鋼丸棒を外径３ｍｍ、軸方向長さ７０ｍｍに加工して得たシャフト９を中空部に通した。ついで、円筒状のフェライト磁石の内周面３とシャフト９の隙間（ギャップ）に樹脂を充填した。樹脂が硬化することにより、ポリアセタール樹脂製の充填材８を介して円筒状永久磁石１にシャフト９を同軸的に固着させたロータを得た。図２にロータの斜視図を示す。
【００１８】
実施例１の凸部４の曲率半径Ｒについて、０．５ｍｍと１．０ｍｍの２タイプを各々２０個づつ作製して、円筒状フェライト磁石の内圧強度を測定した。その結果、Ｒ＝０．５ｍｍでは、内圧強度の分布は２７５×１０５〜４４０×１０５Ｐａ（＝２８０〜４５０ｋｇ／ｃｍ２）、内圧強度の平均は３３３×１０５Ｐａ（＝３４０ｋｇ／ｃｍ２）となった。Ｒ＝１．０ｍｍでは、内圧強度の分布は２７５×１０５〜４９０×１０５Ｐａ（＝２８０〜５００ｋｇ／ｃｍ２）、内圧強度の平均は３７３×１０５Ｐａ（＝３８０ｋｇ／ｃｍ２）となった。次に述べる比較例に比べて内圧強度の平均値は明らかに高くなっており、本願発明の構成は内圧強度の向上に寄与することが判った。
【００１９】
（比較例）
比較例として、実施例１の構成にて金型内の軸の断面形状を変更し、内周面に凹部を３ヶ所設けた円筒状フェライト磁石を作製した。その結果、Ｒ＝０．５〜１．０ｍｍでは、内圧強度の分布は１９６×１０５〜２９４×１０５Ｐａ（＝２００〜３００ｋｇ／ｃｍ２）、内圧強度の平均は２４５×１０５Ｐａ（＝２５０ｋｇ／ｃｍ２）となった。なお、内圧強度の測定は、円筒状フェライト磁石の中空部の開口を測定用密閉治具で塞ぎ、前記治具から中空部に注水し、その水圧（すなわち内圧）を上げていき、円筒状フェライト磁石にクラックが入らない水圧（もしくは印加できる水圧の上限）を測定することで行った。その上限の水圧を内圧強度と定義する。内圧は単位ｋｇ／ｃｍ２の水圧計で測定した為、１ｋｇ／ｃｍ２＝９．８１×１０４Ｐａとして通常使用されるＰａ単位に換算した。
【００２０】
なお、実施例１においては、永久磁石部材１の外周にＮ，Ｓ２極の磁極を設けた例について記述したが，４極以上の多極としても同様の効果を期待できる。
【００２１】
（実施例２）
図３は、本発明にかかる回転機の断面図である。筐体３０内にはステータコア３２を多数有するステータを配置する。ステータコア間のスロット３１にはステータコア３２に巻かれる巻き線コイルが配置されるが、図示を省略した。ステータコア３２に囲われた内側には、円筒状フェライト磁石３３のロータを配置した。ロータの軸は充填材３４により固定されたシャフト３５である。円筒状磁石の内周面側には、３ヶ所の凸部を備える。本発明の円筒状磁石は内圧強度が十分高いので、高いトルクを得る回転機を構成する部材として十分な耐久性を有し、使用することができる。
【００２２】
（実施例３）
図４は、本発明の他の円筒状フェライト磁石４０の側面図である。このＳｒフェライト磁石は、端面４１がリング状であり、端面４１の中空部側が斜面４２となっている。中空部は１２角形をしており、各々の斜辺はリング状の斜面４２に対して中空部側に出っ張る形となり、張り出し部４３を構成している。外周面には１２極の極異方性を付与した。中空部に軟鋼丸棒のシャフトを通し、円筒状フェライト磁石の内周面とシャフトの隙間にポリアセタール樹脂を充填した。樹脂が硬化して充填材となり、円筒状永久磁石４０に同軸的にシャフトを固着させたロータを得た。このロータはシャフトと磁石間におけるすべりがなく、十分強固に固着された。
【００２３】
【発明の効果】
本発明の構成によって、製造効率を高めても高強度である円筒状フェライト磁石を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る円筒状磁石の断面図である。
【図２】本発明に係る円筒状磁石によるロータの斜視図である。
【図３】本発明にかかる回転機の断面図である。
【図４】本発明に係る他の円筒状磁石の側面図である。
【符号の説明】
１　円筒状フェライト磁石、　２　外周面、　３　内周面、　４　凸部、
８　充填材、　９　シャフト、　３０　筐体、　３１　スロット、
３２　ステータコア、　３３　円筒状フェライト磁石、　３４　充填材、
３５　シャフト、
４０　円筒状フェライト磁石、　４１　端面、
４２　中空部と側面間の斜面、　４３　張り出し部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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