(57)【要約】【課題】ステッピングモータの使用時間が経過しても、良好な結合力および高い形状精度を維持できるマグネットロータを製作可能なステッピングモータ用マグネットロータの製造方法を提供する。【解決手段】ロータ３の先端部３ａを溶融成型してマグネット２に固定する際に、先端部３ａに高温の空気流を吹き付けて溶融させている。この方法によれば、ロータ３のマグネット２にかしめ固定される部分全体を均一に確実に溶融させて、ロータ内部に圧縮残留応力が生じることを抑制することができる。したがって、ステッピングモータの使用時間経過に連れて、ステッピングモータとしての回転角度精度低下、異音・振動発生、といった不具合が発生することを確実に防止できる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状のマグネットと、該マグネットの内周壁に挿通された樹脂部材とを備えたステッピングモータ用マグネットロータの製造方法であって、
所定形状に成型された前記マグネットの筒孔に所定形状に成型された前記樹脂部材を挿通させて前記樹脂部材の先端部をマグネットロータの軸方向において前記マグネットの端面から突き出させる挿通工程と、
前記挿通工程の後に前記端面から突き出した前記先端部へ高温の空気流を吹き付けて前記先端部を軟化溶融させる溶融工程と、
前記溶融工程に続いて実施され押接部材をマグネットロータの軸方向において前記マグネット側に移動させて軟化した前記先端部に当接させ前記マグネットに向けて押し付ける成型工程とを備え、
前記成型工程に用いられる前記押接部材の温度は室内温度相当に維持されていることを特徴とするステッピングモータ用マグネットロータの製造方法。
【請求項２】
円筒状のマグネットと、該マグネットの内周壁に挿通された樹脂部材とを備えたステッピングモータ用マグネットロータの製造方法であって、
所定形状に成型された前記マグネットの筒孔に所定形状に成型された前記樹脂部材を挿通させて前記樹脂部材の先端部をマグネットロータの軸方向において前記マグネットの端面から突き出させる挿通工程と、
前記挿通工程の後に前記端面側にカバー部材を装着して前記先端部のみを露出させるマスキング工程と、
前記マスキング工程に続いて前記カバー部材から突き出した前記先端部へ高温の空気流を吹き付けて前記先端部を軟化溶融させる溶融工程と、
前記溶融工程に続いて実施され押接部材をマグネットロータの軸方向において前記マグネット側に移動させて軟化した前記先端部に当接させ前記マグネットに向けて押し付ける成型工程とを備え、
前記成型工程に用いられる前記押接部材の温度は室内温度相当に維持されていることを特徴とするステッピングモータ用マグネットロータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステッピングモータに回転可能に組み込まれて入力パルス信号に応じて所定のステップ角度ずつ回転してトルクを発生するマグネットロータの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ステッピングモータは、ＯＡ機器、ＦＡ機器、自動車等の分野におけるアクチュエータ部品として広く用いられている。ステッピングモータは、ステータとロータとを備え、ステータはステータ本体に固定されてロータを励磁する励磁コイルを有する一方、ロータは円筒状のマグネットとこのマグネットの内周壁に当接する樹脂部材とを有する。このようなステッピングモータでは、入力パルス信号に応じて流れる電流により励磁コイルに発生する磁界がロータのマグネットの磁界と相互に作用することによって、ロータが回転するようになっている。
【０００３】
このようなロータの製造方法としては、たとえば、環状のマグネットに予め成型加工された樹脂部材を挿通させ、マグネットから露出した樹脂部材の先端部に高温の治具を押し当てて、先端部を溶融させると同時にマグネットに対してかしめることにより、マグネットと樹脂部材を固定する、いわゆる熱かしめ加工が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−２４８４１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のステッピングモータ用マグネットロータの製造方法では、治具をマグネットロータに対してマグネットロータの軸方向に移動させて熱かしめを行っている。
【０００５】
樹脂部材の先端部に押し当てられた治具をマグネットロータから引き離す際に、樹脂部材が治具に溶着して引っ張られ、その後治具から離れる。このため、完成したマグネットロータの樹脂部材には、マグネットロータの軸方向の引張り残留応力が生じている。この残留応力は、樹脂部材がマグネットロータの軸方向においてマグネットを挟むような力として作用し、それにより樹脂部材がマグネットに固定されている。
【０００６】
また、熱かしめ加工において、治具が樹脂部材に押し当てられた際に、樹脂部材は治具と接触した直近部分のみが溶融する。このため、治具による押圧力を受けて、樹脂部材の溶融していない部分、つまり軟化しているものの完全に溶融していない部分には圧縮応力が生じ、これが、完成したマグネットロータの樹脂部材において、圧縮残留応力となって残っている。
【０００７】
ステッピングモータの使用時間が経過すると、環境温度の上昇下降の繰り返しを受けて上述の引張り残留応力が緩和され、樹脂部材がマグネットロータの軸方向においてマグネットを挟むように作用する力が低下して、マグネットと樹脂部材との間に相対運動が発生する可能性がある。
【０００８】
また、上述の樹脂部材内部における圧縮残留応力の分布は不均一であるため、環境温度の上昇下降の繰り返しを受けて圧縮残留応力が緩和され樹脂部材がマグネットに対して径方向に相対移動する際に、その移動が不均一、つまりマグネットロータの中心軸に対して非対称となる。
【０００９】
以上により、従来のステッピングモータ用マグネットロータの製造方法では、ステッピングモータの使用時間が経過すると、マグネットロータの回転中心に対してマグネットが偏心する等により、ステッピングモータとしての回転角度精度低下、異音・振動発生、といった不具合が発生する恐れがある。
【００１０】
そこで、本発明は、上記の問題点に鑑みなされたもので、ステッピングモータの使用時間が経過しても、良好な結合力および高い形状精度を維持できるマグネットロータを製作可能なステッピングモータ用マグネットロータ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】
【００１１】
本発明は上記目的を達成する為、以下の技術的手段を採用する。
【００１２】
本発明の請求項１に記載のステッピングモータ用マグネットロータの製造方法は、円筒状のマグネットと、マグネットの内周壁に挿通された樹脂部材とを備えたステッピングモータ用マグネットロータの製造方法であって、所定形状に成型されたマグネットの筒孔に所定形状に成型された樹脂部材を挿通させて樹脂部材の先端部をマグネットロータの軸方向においてマグネットの端面から突き出させる挿通工程と、挿通工程の後に端面から突き出した先端部へ高温の空気流を吹き付けて先端部を軟化溶融させる溶融工程と、溶融工程に続いて実施され押接部材をマグネットロータの軸方向においてマグネット側に移動させて軟化した先端部に当接させマグネットに向けて押し付ける成型工程とを備え、成型工程に用いられる押接部材の温度は室内温度相当に維持されていることを特徴としている。
【００１３】
従来のステッピングモータ用マグネットロータの製造方法、すなわち熱かしめ方法では、高温の治具を樹脂部材の先端部に押し当てて、樹脂部材の一部を溶融させ且つマグネットロータに密着するように成型している。このとき樹脂部材は、治具と接触した直近部分のみが溶融する。このため、治具による押圧力を受けて、樹脂部材の溶融していない部分、つまり軟化しているものの完全に溶融していない部分には圧縮応力が生じる。この圧縮残留応力の分布は不均一であるため、環境温度の上昇下降の繰り返しを受けて圧縮残留応力が緩和され樹脂部材がマグネットに対して径方向に相対移動する際に、その移動が不均一、つまりマグネットロータの中心軸に対して非対称となる。
【００１４】
以上により、従来のステッピングモータ用マグネットロータの製造方法では、ステッピングモータの使用時間が経過すると、マグネットロータの回転中心に対してマグネットが偏心する等により、ステッピングモータとしての回転角度精度低下、異音・振動発生、といった不具合が発生する恐れがある。
【００１５】
これに対して、本発明の請求項１に記載のステッピングモータ用マグネットロータの製造方法によれば、樹脂に高温の空気流を吹き付けて溶融させている。これにより、樹脂材料のマグネットにかしめ固定される部分全体を均一に溶融させることができるので、従来のステッピングモータ用マグネットロータの製造方法における圧縮残留応力が生じることを抑制することができる。
【００１６】
また、樹脂材料を溶融させた後溶融部分をマグネットに押し付けてかしめる押接部材の温度を室内温度に維持している。すなわち、樹脂材料の溶融温度よりも格段に低い温度に維持している。これにより、樹脂材料のかしめ部分の温度を急激に下げて硬化させることができる。したがって、押接部材をマグネットロータから引き離す際には樹脂材料は直ちに押接部材から離れる。すなわち、樹脂部材が押接部材に溶着して引っ張られることがなく、それに伴う残留応力も生じない。したがって、環境温度の上昇下降の繰り返しを受けて圧縮残留応力が緩和され樹脂部材がマグネットに対して非対称的に変位することが抑制される。
【００１７】
したがって、ステッピングモータの使用時間が経過しても、良好な結合力および高い形状精度を維持できるマグネットロータを製作可能なステッピングモータ用マグネットロータの製造方法を提供することができる。
【００１８】
本発明の請求項２に記載のステッピングモータ用マグネットロータの製造方法は、円筒状のマグネットと、該マグネットの内周壁に挿通された樹脂部材とを備えたステッピングモータ用マグネットロータの製造方法であって、所定形状に成型されたマグネットの筒孔に所定形状に成型された樹脂部材を挿通させて樹脂部材の先端部をマグネットロータの軸方向においてマグネットの端面から突き出させる挿通工程と、挿通工程の後に端面側にカバー部材を装着して先端部のみを露出させるマスキング工程と、マスキング工程に続いてカバー部材から突き出した先端部へ高温の空気流を吹き付けて先端部を軟化溶融させる溶融工程と、溶融工程に続いて実施され押接部材をマグネットロータの軸方向においてマグネット側に移動させて軟化した先端部に当接させマグネットに向けて押し付ける成型工程とを備え、成型工程に用いられる押接部材の温度は室内温度相当に維持されていることを特徴としている。
【００１９】
すなわち、本発明の請求項１に記載のステッピングモータ用マグネットロータの製造方法に対して、挿通工程と溶融工程との間にマスキング工程を追加実施している。
【００２０】
これにより、溶融工程において高温空気流に曝される樹脂材料の部位を、溶融させる必要十分な部分に限定する、つまりマグネットにかしめ固定される部分のみに限定できるので、樹脂部材やマグネットの不要の部分における温度を上昇させて望外の変形を生じさせる等の不具合発生を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００２２】
図１に、本発明の実施の形態に係るステッピングモータ用マグネットロータの製造方法において製造される製品としてのマグネットロータ１の断面図を示す。
【００２３】
図２に、マグネット２単体の断面図を示す。
【００２４】
図３に、ロータ３単体の断面図を示す。
【００２５】
図４に、挿通工程を説明する模式図を示す。
【００２６】
図５に、マスキング工程および溶融工程を説明する模式図を示す。
【００２７】
図６に、成型工程を説明する模式図を示す。
【００２８】
先ず、本発明の実施の形態に係るステッピングモータ用マグネットロータの製造方法において製造される製品であるマグネットロータ１の構成について説明する。
【００２９】
マグネットロータ１はステッピングモータの駆動源となるものである。マグネットロータ２は、図１に示すように、円筒状のマグネット２と、マグネット２の筒孔２ａの内周壁に当接してマグネット２に一体的に固定されているロータ３とから構成されている。なお、マグネット２の筒孔２ａの内周壁に隙間を介してロータ３が挿通されていてもよい。
ロータ３は、シャフト孔３ｃおよびギヤ３ｂを備えている。マグネットロータ１において、マグネット２およびギヤ３ｂはシャフト孔３ｃに対して同軸上に配置されている。
【００３０】
マグネットロータ１は、ステッピングモータ内において図示しない軸にシャフト孔３ｃが嵌合して回動可能に保持され、同時にギヤ３ｂは図示しないギヤと噛み合っている。ステッピングモータ内において、図示しない界磁コイルにパルス電圧が印加されて磁界が生ずると、マグネット２はそれを受けてトルクを発生する。これにより、マグネットロータ１がシャフト孔３ｃを中心として回転し、ギヤ３ｂを介して図示しないギヤにトルクが伝達される。
【００３１】
マグネット２は、たとえば、粒子状の磁性金属と樹脂との混合物を射出成型により、図２に示すような円筒形状に形成されている。マグネット２の中心には、図２に示すように、筒孔２ａが形成されている。マグネット２の軸方向（図２において上下方向）の一端には、図２に示すように、大径部２ｂが、筒孔２ａと同軸上に形成されている。マグネット２を形成する磁性金属としては、たとえば、ネオジウム−鉄−ホウ素（Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ）系合金が、また樹脂材料としてはナイロン樹脂が用いられている。
【００３２】
樹脂部材であるロータ３は、樹脂成型により、図３に示すような形状に作られている。ロータ３には、ステッピングモータの図示しない軸と回転可能に嵌合するためのシャフト孔３ａが、ロータ３の軸方向（図３において上下方向）に延びるように形成されている。ロータ３には、図３に示すように、マグネット２の筒孔２ａに嵌合するガイド部３ｄおよびギヤ３ｂが、シャフト孔３ｃと同軸上に軸方向に形成されている。ロータ３は、マグネット２とロータ３との軸方向位置を規制するための段部３ｅを備えている。
【００３３】
ここで、ロータ３のガイド部３ｄは、その軸方向長さＬ２が、マグネット２の軸方向長さＬ１より長く形成されている。これにより、マグネットロータ１の製造工程において、マグネット２の筒孔２ａにロータ２のガイド部３ｄを挿通させマグネット２をロータ３の段部３ｅに当接させると、ガイド部３ｄの先端側はマグネット２の端面２ｃよりも突き出すことになる。すなわち、ガイド部３ｄのマグネット２の端面２ｃよりも突き出した部分が先端部３ａである。
【００３４】
次に、本発明の一実施形態に係るステッピングモータ用マグネットロータの製造方法について説明する。
【００３５】
先ず、挿通工程として、図４に示すように、マグネット２の筒孔２ａにロータ２のガイド部３ｄを挿通させてマグネット２をロータ３の段部３ｅに当接させる。
【００３６】
続いて、挿通工程で一体化されたマグネット２およびロータ３の結合品を、治具４に装着する。このとき、図４に示すように、マグネット２の外周を治具４のガイド部４ｂに嵌合させ、且つロータ３のシャフト孔３ｃと治具４のシャフト部４ａに嵌合させて、図４の下方に押し込む。そして、ロータ３が、治具４の段部に当接すると、マグネット２およびロータ３の結合品の治具４への装着が完了する。図４は、マグネット２およびロータ３の結合品の治具４への装着が完了した状態を示している。この治具４への装着が完了した状態において、ガイド部３ｄのマグネット２の端面２ｃよりも突き出した部分である先端部３ａは、図４に示すように、治具４の端部から治具４の外側へ突き出している。
【００３７】
次に、マスキング工程として、マグネット２の端面２ｃ側を、図５に示すようにカバー部材である遮熱板５および遮熱板６で覆う。これにより、ロータ３の先端部３ａのみが治具４の外側に露出している。遮熱板５、６は、ロータ３の先端部３ａのみが、後述する溶融工程において治具４に向けて吹き付けられる熱風に曝され、他の部分には熱風が当たらないようにするためのものである。遮熱板５、６は、たとえば金属材料あるいはセラミックス材料等から形成されている。遮熱板５、６は、熱伝導率の低い材質がより適している。
【００３８】
次に、溶融工程として、遮熱板５、６から外側に露出しているロータ３の先端部３ａに熱風を吹き付けて、これを軟化溶融させる。このとき、熱風放射器７の先端のノズル７ａから高温の空気流が吹き出させつつ、熱風放射器７をロータ３の先端部３ａに近づけ、所定位置で所定時間保持した後遠ざける。図５は、マスキング工程が完了し、熱風放射器７が先端部３ａに近づきつつある状態を示している。
【００３９】
次に、成型工程として、押接部材であるパンチ８を、図６に示すように、軟化溶融したロータ３の先端部３ａに押し付けて、先端部３ａを図６に示すような形状に成型する。このとき、溶融工程により先端部３ａが軟化溶融したら、直ちに遮熱板５、６を取り去り、続いて、パンチ８を先端部３ａに押し付ける。図６は、パンチ８の先端部３ａへの押し付け移動が完了した状態、すなわち、パンチ８が最も治具４へ接近した状態を示している。パンチ８の温度は室内温度程度に維持されている。すなわち、軟化溶融状態にある先端部３ａの温度に比べて遥かに低い温度となっている。このため、ロータ３の先端部３ａは、パンチ８が押し付けられると、図６に示すような形状に成型されると同時に温度が低下して硬化する。したがって、成型工程が終了してパンチ８が、図６の上方へ移動する際に、ロータ３は即座にパンチ８から離れる。成型工程が終了すると、マグネット２はロータ３の段部３ｅと上述の成型工程で成型された部分とにより軸方向において挟まれて、ロータ３に固定される。すなわち、マグネット２がロータ３に固定されて、マグネットロータ１が完成する。
【００４０】
次に、以上説明した本発明の一実施形態によるステッピングモータ用マグネットロータの製造方法の特徴である、マスキング工程、溶融工程および成型工程の作用効果について説明する。
【００４１】
先ず、従来のステッピングモータ用マグネットロータの製造方法においては、すなわち熱かしめ方法では、高温の治具を樹脂部材の先端部に当接させて樹脂部材の一部を溶融させ、さらに治具を溶融した樹脂に押し付けて樹脂をマグネットロータに密着させて成型している。このとき樹脂部材は、治具と接触した直近部分のみが溶融する。このため、治具による押圧力を受けて、樹脂部材の溶融していない部分、つまり軟化しているものの完全に溶融していない部分には圧縮応力が生じる。マグネットロータの使用過程において、環境温度の上昇下降の繰り返しを受けて圧縮残留応力が緩和されると、樹脂部材がマグネットに対して径方向に相対移動する。しかし、この圧縮残留応力の分布は不均一であるため、樹脂部材とマグネットとの相対移動が不均一、つまりマグネットロータの中心軸に対して非対称なものとなる。これにより、マグネットロータの回転中心に対してマグネットが偏心する等して、ステッピングモータとしての回転角度精度低下、異音・振動発生、といった不具合が発生する恐れがある。
【００４２】
これに対して、本発明の一実施形態によるステッピングモータ用マグネットロータの製造方法の溶融工程では、樹脂製のロータ３の先端部３ａに高温の空気流を吹き付けて溶融させている。この方法によれば、ロータ３のマグネット２にかしめ固定される部分全体を均一に確実に溶融させることができるので、従来のステッピングモータ用マグネットロータの製造方法による場合のように、ロータ内部に圧縮残留応力が生じることを抑制することができる。したがって、ステッピングモータの使用時間経過に連れて、ステッピングモータとしての回転角度精度低下、異音・振動発生、といった不具合が発生することを確実に防止できる。
【００４３】
また、本発明の一実施形態によるステッピングモータ用マグネットロータの製造方法においては、溶融工程直前のマスキング工程において、マグネット２端面２ｃおよびロータ３の先端部３ａをのぞく部分等を遮熱板５、６で覆い、これらの部分に溶融工程において高温の空気流が当たることを阻止している。これにより、溶融工程において高温空気流に曝されるロータ３の部位を、溶融させる必要十分な部分、すなわち先端部３ａに限定して、ロータ３の他の部位やマグネット２の不要の部分における温度上昇を防いで、望外の変形を生じさせる等の不具合を防止することができる。
【００４４】
また、本発明の一実施形態によるステッピングモータ用マグネットロータの製造方法においては、成型工程において、溶融した先端部３ａを押圧して成型するパンチ８の温度を室内温度に維持している。すなわち、先端部３ａの溶融温度よりも格段に低い温度に維持している。これにより、先端部３ａのかしめ部分の温度を急激に下げて硬化させることができ、パンチ８をマグネットロータ１、すなわち治具４から引き離す際にパンチ８は直ちにロータ３から離れる。このため、ロータ３がパンチ８に溶着して引っ張られないのでロータ３内に残留応力は生じない。したがって、マグネットロータ１の使用過程において、環境温度の上昇下降の繰り返しにより圧縮残留応力が緩和され、ロータ３がマグネット２に対して非対称的に変位し、ステッピングモータとしての回転角度精度低下、異音・振動発生、といった不具合が発生することが抑制される。
【００４５】
以上により、本発明の一実施形態によるステッピングモータ用マグネットロータの製造方法によれば、ステッピングモータの使用時間が経過しても、良好な結合力および高い形状精度を維持できるマグネットロータを製作可能なステッピングモータ用マグネットロータ１の製造方法を提供することができる
なお、以上説明した、本発明の一実施形態によるステッピングモータ用マグネットロータの製造方法においては、マグネット２として、粒子状の磁性金属と樹脂との混合物を射出成型して形成したものとし、磁性金属としては、ネオジウム−鉄−ホウ素（Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ）系合金を、また樹脂材料としてはナイロン樹脂を用いられているが、この組合せに限られるものではなく、磁性金属および樹脂材料の少なくとも一方を他の材質と置き換えてもよい。
【００４６】
また、マグネット２を粒子状の磁性金属と樹脂との混合物を射出成型して形成したものに限定する必要はなく、他の種類の磁石、たとえば、フェライト磁石、希土類磁石（たとえば、サマリウム−コバルト系磁石）等を用いてもよい。
【００４７】
また、以上説明した、本発明の一実施形態によるステッピングモータ用マグネットロータの製造方法においては、マスキング工程における遮熱板５、６と、溶融工程における熱風放射器７とを独立して動くようにしているが、遮熱板５、６を熱風放射器７の先端部に固定してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施の形態に係るステッピングモータ用マグネットロータの製造方法において製造されるマグネットロータ１の断面図である。
【図２】マグネット２単体の断面図である。
【図３】ロータ３単体の断面図である。
【図４】挿通工程を説明する模式図を示す。
【図５】マスキング工程および溶融工程を説明する模式図を示す。
【図６】成型工程を説明する模式図を示す。
【符号の説明】
【００４９】
１    マグネットロータ（ステッピングモータ用マグネットロータ）
２    マグネット
２ａ    筒孔
２ｂ    大径部
２ｃ    端面
３    ロータ（樹脂部材）
３ａ    先端部
３ｂ    ギヤ
３ｃ    シャフト孔
３ｄ    ガイド部
３ｅ    段部
４    保持治具
４ａ    シャフト部
４ｂ    ガイド部
４ｃ    段部
５    遮熱板Ａ（カバー部材）
６    遮熱板Ｂ（カバー部材）
７    熱風放射器
７ａ    ノズル
８    パンチ（押接部材）
【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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