JP2007035786A

JP2007035786A - ラジアル配向磁場成形装置

Info

Publication number: JP2007035786A
Application number: JP2005214499A
Authority: JP
Inventors: Takashi Furuya; 嵩司古谷; Yoshitaka Sato; 義隆佐藤
Original assignee: Daido Electronics Co Ltd
Current assignee: Daido Electronics Co Ltd
Priority date: 2005-07-25
Filing date: 2005-07-25
Publication date: 2007-02-08

Abstract

【課題】高トルクを維持しつつモータ回転時のコギングトルクを抑え、かつ信頼性の高い長尺のリング状ボンド磁石を成形できるラジアル配向磁場成形装置を提供する。
【解決手段】中心のコアロッド４Ｂとその周囲に配置された環状のダイス１との間に磁性粉と樹脂の混合物５を充填して、コアロッド４Ｂを経てダイス１中心から放射状に外方へ向かう磁界を形成した状態で混合物５を加圧しボンド磁石に成形するラジアル配向磁場成形装置において、ダイス１を、強磁性材のダイス片１Ａと非磁性材のダイス片１Ｂを周方向へ交互に配設して構成する。
【選択図】図１

Description

本発明はＨＤＤ，ＤＶＤ等の情報機器用スピンドルモータや携帯電話用振動モータに使用されるリング状ボンド磁石を製造するためのラジアル配向磁場成形装置に関する。

上記用途に使用されるリング状ボンド磁石には高い磁気性能が要求されており、従来の等方性ボンド磁石に代わる高性能磁石として異方性ボンド磁石が注目されている。異方性ボンド磁石は金属組織中の磁気モーメントが一様に特定の方向に揃ったもので、リング状のボンド磁石の場合にはラジアル配向磁場成形装置を使用して、成形金型の周囲に配置した電磁石で励起した磁界によって、磁性粉の磁気モーメントをラジアル方向へ配向させる。

図４には従来のラジアル配向磁場成形装置の一例を示す。当該装置の成形金型は強磁性材よりなるリング状のダイス１、上コアロッド４Ａ、下コアロッド４Ｂ、および非磁性材よりなる筒状の上パンチ２Ａおよび下パンチ２Ｂで構成されている。ダイス１の上方には空芯状の上コイル３Ａが上パンチ２Ａの周囲を囲んで配置され、同じく空芯状の下コイル３Ｂが下パンチ２Ｂの周囲を囲んで配置されている。上コイル３Ａ、上コアロッド４Ａおよび上パンチ２Ａが上昇した状態で原料の異方性磁性粉と熱硬化性樹脂の混合物５をダイス１内に充填し、上コアロッド４Ａを下コアロッド４Ｂに当接するまで下降させる。その後、上パンチ２Ａを下降させて混合物５を微圧にておさえ、上コイル３Ａをダイス１の直上へ下降させる。

この後、上コイル３Ａと下コイル３Ｂに直流通電して、図５の矢印で示すように、コアロッド４Ａを経てダイス１中心から放射状（ラジアル）に外方へ向かう磁界を形成する。異方性磁性粉はラジアル状の磁界に合わせてその磁気モーメントが揃う。そこで、上下のパンチ２Ａ，２Ｂの加圧力を上昇させて、混合物５を所定密度に成形してリング状ボンド磁石とする。必要時間直流通電した後、上コイル３Ａと下コイル３Ｂに交流減衰電流を供給して成形体を金型内で脱磁し、上コアロッド４Ａ、上パンチ２Ａおよび上コイル３Ａを上昇後退して、成形体を金型から脱離させる。

ここで、図６には上記ダイス１の平面図を示し、周方向で一様に形成された直流磁束（図の矢印）によってリング状ボンド磁石は３６０度一様にラジアル配向させられる。このようなリング状ボンド磁石を多極着磁した後の磁石表面の磁束密度パターンは図３の線Ｘで示すような方形波となる。

なお、特許文献１には、リング状の成形空間を形成するダイスの、内周面の複数位置に凹陥するギャップを設けることによって、周方向へ間隔を置いて非磁性部を形成したラジアル配向磁場成形装置が示されている。
特開平０６−１２４８２２

上記従来のラジアル配向磁場成形装置により製造される異方性のリング状ボンド磁石は全周で均等に磁性粉が配向しているために、多極着磁した後に得られる磁束密度の分布が上述のように周方向へ方形波状となる。このため、モータに使用すると、等方性のボンド磁石に比して高トルクが得られるものの、コギングトルクが過大となってモータの異音や振動の原因になるという問題があった。また、ラジアル配向では、コアロッド４Ａ，４Ｂの外径ｄ、ダイス１の内径Ｄ、成形高さＨで表されるラジアルファクタＦｒ＝２ＤＨ／ｄ2の値が１以下のときに十分な配向が形成されるから、Ｆｒが１以下となるように成形高さＨが制限される。このため従来は、モータに組み込むボンド磁石の必要長が長くなると、Ｆｒが１以下となるように成形高さＨを低くしたボンド磁石を、軸方向に複数継ぎ足して使用する必要があって、生産性やコスト、接合精度から生じる信頼性に問題があった。

そこで、本発明はこのような課題を解決するもので、高トルクを維持しつつモータ回転時のコギングトルクを抑え、かつ信頼性の高い長尺のリング状ボンド磁石を成形できるラジアル配向磁場成形装置を提供することを目的とする。

発明者らは、現在のラジアル配向磁場成形装置では上述のように、ダイス中心から３６０°にわたり放射状に磁力線を通過させているが、リング状ボンド磁石をモータに使用する場合に、着磁する極と極の間の境界領域を配向させずに等方性の状態としておくことができれば、磁束密度の方形波状の急峻な磁束変化を抑えてコギングトルクが過大となるのを防止できると考えた。そして同時に、ダイスの径方向へ通過する磁力線を節約できるから、その分、ボンド磁石の長さ方向において上記径方向へ通過する磁力線を増加させることができ、ボンド磁石の成形高さＨを高くできると考えた。

そこで、本発明では、中心のコアロッド（４Ａ，４Ｂ）とその周囲に配置された環状のダイス（１）との間に磁性粉と樹脂の混合物（５）を充填して、コアロッド（４Ａ，４Ｂ）を経てダイス（１）中心から放射状に外方へ向かう磁界を形成した状態で混合物（５）を加圧しボンド磁石に成形するラジアル配向磁場成形装置において、ダイス（１）を、図１に示すように、強磁性材のダイス片（１Ａ）と非磁性材のダイス片（１Ｂ）を周方向へ交互に配設して構成する。

本発明においては、所望する極数に応じて磁極に対応する位置には強磁性材のダイス片（１Ａ）を設け、磁極と磁極の間に対応する位置には非磁性材のダイス片（１Ｂ）を設けるので、図２に示すように磁力線は強磁性材のダイス片（１Ａ）のみに選択的に流れる。この場合、非磁性材のダイス片（１Ｂ）部分では上下のコアロッド（４Ａ，４Ｂ）からダイス（１）中心に集束した磁力線は通過しないので、ダイス片（１Ａ）部分を通過する磁力線が増加する。このため、従来装置におけるよりも磁極部の磁界の強さを増加させることができ、結果的に成形高さを高くすることができる。

ここで、ボンド磁石の磁極数をｎとした場合に、強磁性材のダイス片（１Ａ）を、ボンド磁石の各磁極の位置に対応させて磁極間角度３６０／ｎ°の５０％〜８０％の角度範囲に設けると良い。残る角度範囲には非磁性材のダイス片（１Ｂ）を設ける。この場合のラジアルファクタＦｒはＰ・２ＤＨ／ｄ2で表される。ここで、Ｐの値は、強磁性材のダイス片（１Ａ）が上述のように磁極間角度の５０％〜８０％に設けられることから０．５〜０．８となる。Ｐ＜０．５にすると、ボンド磁石の成形高さＨは大きくとれるが、着磁後の表面磁束密度の分布が図３の線Ｙのように極中心で狭幅な分布となり、コギングトルクは低いもののモータの駆動トルクも小さくなってしまう。一方、Ｐ＞０．８では、成形高さＨをそれほど高くできず、本発明の効果が得られない。なお、強磁性材としては純鉄、パーメンジュールなどの高飽和磁化の強磁性材が好適であるが、強磁性材であればこれらに限定されない。また非磁性材としては通常の非磁性鋼や非磁性超鋼であればよい。

以上のように、本発明のラジアル配向磁場成形装置によれば、高トルクを維持しつつモータ回転時のコギングトルクを抑え、かつ信頼性の高い長尺のリング状ボンド磁石を成形することができる。

以下、表１の実施例と比較例によって本発明を具体的に説明する。各実施例と比較例において、異方性ＮｄＦｅＢ系磁性粉とエポキシ樹脂を混合して、磁性粉の重量比率が９２ｗｔ％の乾燥混合粉を作製した。乾燥後、混合粉の粒度を３２メッシュ以下とした。成形金型は以下に説明するダイスを除いて従来技術で説明したのと同様とした。ダイスは４極としてその内径をφ２３ｍｍとし、コアロッドの外径をφ２１ｍｍとした。各実施例では図１に示すように環状のダイス１を、扇形に成形された強磁性材のダイス片１Ａと非磁性材のダイス片１Ｂを周方向へ交互に配置して互いに接合して構成した。ダイス片を設ける角度範囲θは、各磁極の位置に対応させて磁極間角度９０°の５０％〜８０％（Ｐ値で０．５〜０．８）とする。これに対して各比較例においては、ダイスは全て強磁性材で構成してあり、したがってＰ値は１となっている。

上記混合粉５（図４参照）をダイス１、上下コアロッド４Ａ，４Ｂ、上下パンチ２Ａ，２Ｂで形成される空間に充填し、上パンチ２Ａにて該空間を閉鎖した段階で上下コイル３Ａ，３Ｂに１００Ａの直流電流を６秒印加後、１０ｔｏｎ／ｃｍ2にて加圧し、その後、交番磁界を印加して脱磁し、脱型した。これを１５０℃にて加熱硬化させ、硬化後、配向度を調べるために成形硬化したリング状ボンド磁石から１．５ｍｍ角の立方体を切り出し、ｘ，ｙ，ｚ方向の残留磁化Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚをもとめた。ここでＭｘがラジアル配向方向に対応するものとすると、配向度は次式で与えられる。
配向度（％）＝１００×Ｍｘ／（√（Ｍｘ2＋Ｍｙ2＋Ｍｚ2））

このようなボンド磁石を着磁した後、６極の櫛歯状巻き線ヨークを有するモータに組み込んで、駆動トルクを測定した。

表１の実施例１、実施例２ではラジアル配向磁場成形装置のＰ値を０．７２とした。ボンド磁石の成形高さＨを７ｍｍとした実施例１では１７６ｍＮ−ｍと、十分大きなモータ駆動トルクを得ることができる。この条件では成形高さＨを１３ｍｍにしても（実施例２）モータ駆動トルクは１６０ｍＮ−ｍと十分な大きさが維持される。さらに、実施例３に示すようにＰ値を０．５５にすると、成形高さＨを１８ｍｍにしても、モータ駆動トルクは１５８ｍＮ−ｍと十分大きなものとなる。これに対して、Ｐ値が１である従来装置では、比較例１に示すように、成形高さＨを７ｍｍにしておけば１６３ｍＮ−ｍと十分なモータ駆動トルクが得られるが、比較例２や比較例３のように、成形高さＨをそれぞれ１３ｍｍ、１８ｍｍにするとモータ駆動トルクは１１０ｍＮ−ｍ、８０ｍＮ−ｍと小さくなり、十分なトルクを維持できない。

なお、実施例２，３と比較例１ではモータ駆動トルクはほぼ同じ大きさになっているが、比較例１では上述のように成形高さが７ｍｍと低いとともに、磁束密度の分布が、既に説明した図３の線Ｘで示すように周方向へ方形波状となるため、コギングトルクが過大となる。これに対して、実施例１と同様に強磁性材のダイス片と非磁性材のダイス片を交互に配置したダイスを使用した実施例２，３では、磁束密度の分布が図３の線Ｚで示すように、着磁された極と極の間の境界領域で急峻に立ち上がることなく緩やかなものとなるからコギングトルクが小さく抑えられてモータの異音や振動の発生が防止される。

本発明の一実施形態を示す、ラジアル配向磁場成形装置の概略水平断面図である。ラジアル配向磁場成形装置の磁束分布を示す概略水平断面図である。着磁されたリング状ボンド磁石の表面磁束密度の分布を示すグラフである。従来のラジアル配向磁場成形装置の概略垂直断面図である。ラジアル配向磁場成形装置における磁束分布を示す概略垂直断面図である。ラジアル配向磁場成形装置における磁束分布を示す概略水平断面図である。

符号の説明

１…ダイス、１Ａ，１Ｂ…ダイス片、４Ａ，４Ｂ…コアロッド、５…混合物。

Claims

中心のコアロッドとその周囲に配置された環状のダイスとの間に磁性粉と樹脂の混合物を充填して、コアロッドを経てダイス中心から放射状に外方へ向かう磁界を形成した状態で混合物を加圧しボンド磁石に成形するラジアル配向磁場成形装置において、前記ダイスを、強磁性材のダイス片と非磁性材のダイス片を周方向へ交互に配設して構成したラジアル配向磁場成形装置。
ボンド磁石の磁極数をｎとして、強磁性材のダイス片を、ボンド磁石の各磁極の位置に対応させて磁極間角度３６０／ｎ°の５０％〜８０％の角度範囲に設けた請求項１に記載のラジアル配向磁場成形装置。