特開 2024-166899 シャフト一体型ボンド磁石およびシャフト一体型ボンド磁石の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024166899

(43)【公開日】2024-11-29

(54)【発明の名称】シャフト一体型ボンド磁石およびシャフト一体型ボンド磁石の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H02K 1/2726 20220101AFI20241122BHJP

   H02K 15/03 20060101ALI20241122BHJP

   H01F 7/02 20060101ALI20241122BHJP

   H01F 41/02 20060101ALI20241122BHJP

【ＦＩ】

H02K1/2726

H02K15/03 C

H01F7/02 J

H01F7/02 Z

H01F41/02 G

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023083315

(22)【出願日】2023-05-19

(71)【出願人】

【識別番号】000005083

【氏名又は名称】株式会社プロテリアル

(74)【代理人】

【識別番号】100114557

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 英仁

(74)【代理人】

【識別番号】100078868

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 登夫

(72)【発明者】

【氏名】小野 累信

(72)【発明者】

【氏名】平柳 栄治郎

(72)【発明者】

【氏名】荒井 雄太郎

(72)【発明者】

【氏名】碓井 裕之

【テーマコード（参考）】

5E062

5H622

【Ｆターム（参考）】

5E062CC02

5E062CD05

5E062CE04

5E062CG01

5H622CA01

5H622CA07

5H622DD02

5H622PP01

5H622PP10

5H622QA02

5H622QA10

(57)【要約】

【課題】シャフトと、ボンド磁石との接合強度が高いシャフト一体型ボンド磁石を提供すること。
【解決手段】円筒状のボンド磁石３と、前記ボンド磁石３を同軸に貫通し、前記ボンド磁石から突出する円柱状のシャフト２とが一体に構成されたシャフト一体型ボンド磁石１において、前記シャフト２は複数の溝１３を周面に有し、それぞれの前記溝１３は、両端が先細りで、内面がなだらかであり、前記ボンド磁石３は、前記溝１３を全長にわたって覆う。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

円筒状のボンド磁石と、前記ボンド磁石を同軸に貫通し、前記ボンド磁石から突出する円柱状のシャフトとが一体に構成されたシャフト一体型ボンド磁石において、
前記シャフトは複数の溝を周面に有し、
それぞれの前記溝は、両端が先細りで、内面がなだらかであり、
前記ボンド磁石は、前記溝を全長にわたって覆う
シャフト一体型ボンド磁石。

【請求項2】

前記溝は、前記シャフトの軸方向に対して平行である
請求項１に記載のシャフト一体型ボンド磁石。

【請求項3】

前記溝は、第１の方向に平行に配置された複数の第１溝と、前記第１の方向と交差する第２の方向に平行に配置された複数の第２溝とを含む
請求項１に記載のシャフト一体型ボンド磁石。

【請求項4】

前記溝は、一様な横断面形状を有する中央部と、前記中央部の両端にそれぞれ連続しており、前記中央部から離れるほど幅が狭く、かつ、浅くなる先細部とを有する
請求項１から請求項３のいずれか一つに記載のシャフト一体型ボンド磁石。

【請求項5】

。
前記溝は、前記中央部が互いに平行になるように配置されている
請求項４に記載のシャフト一体型ボンド磁石。

【請求項6】

前記中央部の横断面形状は、
円弧状の底部と、
前記底部の両側からそれぞれ前記シャフトの周面に向かう側部とを有する
請求項４に記載のシャフト一体型ボンド磁石。

【請求項7】

前記中央部の横断面形状は、
両側の側部に対する垂線同士の成す角度が１３０度以上１８０度以下である
請求項６に記載のシャフト一体型ボンド磁石。

【請求項8】

前記垂線は、前記溝の底と前記シャフトの周面との距離を、前記底に近い側から３：１に分けた深さに足を有する
請求項７に記載のシャフト一体型ボンド磁石。

【請求項9】

円柱形の棒材の側面にホブ盤を用いて複数の溝を形成し、
磁石粉末と樹脂とを混錬した材料を、前記溝を全長にわたって覆い、前記棒材の端部を端面から露出させる円筒状に成形する
シャフト一体型ボンド磁石の製造方法。

【請求項10】

前記溝は、前記棒材の軸方向に対して平行である
請求項９に記載のシャフト一体型ボンド磁石の製造方法。

【請求項11】

前記溝は、第１の方向に平行に配置された複数の第１溝と、前記第１の方向と交差する第２の方向に平行に配置された複数の第２溝とを含む
請求項９に記載のシャフト一体型ボンド磁石の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、シャフト一体型ボンド磁石およびシャフト一体型ボンド磁石の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

円筒状のボンド磁石に円柱状のシャフトを挿入させて一体化したシャフト一体化ボンド磁石が提案されている（特許文献１）。シャフト一体型ボンド磁石は、各種モータの回転子等に利用されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平６－１４０２３５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

シャフト一体型ボンド磁石を搭載するモータの寸法、回転速度、回転トルクおよび使用環境等の仕様は様々である。したがって、モータの仕様に合わせた様々な仕様のシャフト一体型ボンド磁石が提供されている。

【0005】

しかしながら一般論として、寿命が長く、信頼性の高いモータを実現するためには、シャフトと、ボンド磁石との接合強度が高いシャフト一体型ボンド磁石が提供されることが望ましい。

【0006】

一つの側面では、シャフトと、ボンド磁石との接合強度が高いシャフト一体型ボンド磁石の提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

円筒状のボンド磁石と、前記ボンド磁石を同軸に貫通し、前記ボンド磁石から突出する円柱状のシャフトとが一体に構成されたシャフト一体型ボンド磁石において、前記シャフトは複数の溝を周面に有し、それぞれの前記溝は、両端が先細りで、内面がなだらかであり、前記ボンド磁石は、前記溝を全長にわたって覆う。

【発明の効果】

【0008】

一つの側面では、シャフトと、ボンド磁石との接合強度が高いシャフト一体型ボンド磁石を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】シャフト一体型ボンド磁石の斜視図である。

【図2】シャフトの斜視図である。

【図3】シャフト一体型ボンド磁石の縦断面図である。

【図4】図３におけるＩＶ部拡大図である。

【図5】シャフトの拡大側面図である。

【図6】中央部におけるシャフトの横断面図である。

【図7】図６におけるＶＩＩ部拡大図である。

【図8】シャフト一体型ボンド磁石の製造工程を説明する説明図である。

【図9】シャフト一体型ボンド磁石の製造工程を説明する説明図である。

【図10】シャフト一体型ボンド磁石の製造工程を説明する説明図である。

【図11】変形例１のシャフトの拡大断面図である。

【図12】変形例２のシャフトの拡大断面図である。

【図13】実施の形態２のシャフトの模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

［実施の形態１］
図１は、シャフト一体型ボンド磁石１の斜視図である。シャフト一体型ボンド磁石１は、シャフト２と、ボンド磁石３とを備える。ボンド磁石３は、略円筒状である。シャフト２は、ボンド磁石３を同軸に貫通する略円柱状である。シャフト２とボンド磁石３とは一体に構成されている。

【0011】

モータの回転子として使用される場合、図示を省略するベアリング等を介してシャフト２が回転可能に支持される。図示を省略する固定子からボンド磁石３に回転磁界が加えられて、ボンド磁石３とシャフト２とが一体に回転する。シャフト２はモータの出力軸の機能を果たす。

【0012】

図２は、シャフト２の斜視図である。シャフト２の中央部分に、シャフト２の軸方向に平行な溝部１３が全周にわたって平目ローレット状に形成されている。溝部１３は、シャフト２の周面に設けられた溝の例示である。ただし溝部１３の形状は、ＪＩＳ（Japanese Industrial Standards：日本産業規格） Ｂ９５１ ローレット目で規定されている溝形状とは異なる。

【0013】

図３は、シャフト一体型ボンド磁石１の縦断面図である。図４は、図３におけるＩＶ部拡大図である。本実施の形態においては、シャフト２には偶数本の溝部１３が等間隔に形成されており、図３は１８０度離れた２本の溝部１３を通る面による断面図である。溝部１３は、両端で緩やかに浅くなっている。図３および図４に示すように、ボンド磁石３は溝部１３を全長にわたって覆う。なお溝部１３は奇数本であっても良い。

【0014】

溝部１３がボンド磁石３の外側に露出しないため、シャフト一体型ボンド磁石１の外面に露出するボンド磁石３とシャフト２との界面は、図１に示すようにシャフト２の外周に対応する円形である。界面が露出する長さを最小限にすることにより、界面からの水分または油分等の侵入によるシャフト２とボンド磁石３との接合強度の減少を予防できる。

【0015】

溝部１３が存在することにより、シャフト２とボンド磁石３との接合部の面積が広くなるため、シャフト２とボンド磁石３とが強固に接合されたシャフト一体型ボンド磁石１を提供できる。

【0016】

図５は、シャフト２の拡大側面図である。図５は、溝部１３の端部を拡大して示す。溝部１３は、一様な横断面形状を有する中央部１１と、中央部１１の両端にそれぞれ連続する先細りの先細部１２とを備える。図２および図５に示すように、先細部１２においては、中央部１１から離れるほど溝部１３の幅が緩やかに狭くなっている。

【0017】

シャフト２の周面における中央部１１の中心線とその両側の先細部１２の中心線とは、一直線状である。以下の説明においては、シャフト２の周面における中央部１１の中心線と先細部１２の中心線とにより形成される直線を、溝部１３の中心線と記載する場合がある。複数の溝部１３同士は、中央部１１同士が互いに平行になるように配置されている。複数の溝部１３の中心線同士も、互いに平行である。

【0018】

図６は、中央部１１におけるシャフト２の横断面図である。開口を外側に向けた略Ｕ形状の溝部１３が、シャフト２の全周にわたって配置されている。それぞれの溝部１３の形状は、同一である。溝部１３の形状の詳細については、後述する。

【0019】

シャフト２の材料は、たとえば鉄、珪素鋼、磁性ステンレス鋼またはアルミニウム合金等である。シャフト２の材料は、樹脂であってもよい。シャフト２の材料は、樹脂と無機材料の粉または繊維とを混合した複合材であってもよい。複合材に使用される無機材料は、たとえば純金属、合金、またはセラミックス等であり、無機材料の形状はたとえば粉末、フレークまたはウィスカ等である。

【0020】

シャフト２の溝部１３は、たとえば円柱形の棒材であるシャフト素材の側面をホブ盤により加工して製作される。図４において、二点鎖線で示すホブ７１は、ホブ盤の刃物であるホブ７１の外径を模式的に示す。ホブ７１の外周に設けられた切刃は図示を省略する。ホブ７１がシャフト２の素材である丸棒の側面に当てられた状態で、シャフト素材の軸方向、具体的には図４の下方向に移動させられる。

【0021】

ホブ７１がシャフト素材の軸方向に移動しながら研削した部分には、一様な横断面形状を有する中央部１１が形成される。溝部１３の研削の開始位置および終了位置には、先細りの先細部１２が形成される。以上により、中央部１１と先細部１２とが連続する、なだらかな内面の溝部１３が形成される。

【0022】

図７は、図６におけるＶＩＩ部拡大図である。溝部１３の横断面は、略円弧状の底部１３５と、底部１３５の両端からそれぞれシャフト２の周面に向かう略直線状の側部１３６とを有する。側部１３６とシャフト２の周面との境界部は、Ｒ面形状になっている。

【0023】

それぞれの溝部１３の一番深い部分を結ぶ溝部１３の内接円５１を、二点鎖線で示す。内接円５１とシャフト２の周面との距離を四等分する円を三本の二点鎖線の円弧で示す。このうち、最もシャフト２の周面に近い円弧を、基準円５４と定める。基準円５４は、内接円５１とシャフト２の周面との間の距離を、内接円５１に近い側から３：１に分ける円である。

【0024】

基準円５４と溝部１３との交点を足５６１として、溝部１３の内側に向かって引いた垂線５６同士の角度をＡとする。なお、図７において接線５７は足５６１を通る溝部１３の接線である。すなわち、垂線５６と接線５７とは、足５６１において直交する。接線５７同士の成す角度Ｂと前述の角度Ａとの関係は、角度の単位に［度］を使用する場合、Ｂ＝１８０－Ａである。

【0025】

本実施の形態においては、Ａは１５６度、Ｂは２４度である。なお、図６および図７は溝部１３の断面形状の例示であり、図示した形状に限定するものではない。溝部１３の形状に関する変形例については後述する。

【0026】

ボンド磁石３は、磁性粉末と、結合剤である樹脂との混合物である磁性組成物を、所定の形状に圧縮成形および固化することにより製作される。磁性粉末として、希土類系磁性粉末を使用することができる。希土類系磁性粉末としては、Ｒ－Ｔ－Ｂ系磁性粉末（Ｒは少なくとも一種の希土類元素であってＮｄ、Ｐｒのいずれか一方を必ず含む、ＴはＦｅまたはＦｅとＣｏ、Ｂは硼素であって一部をＣ（炭素）で置換できる）が好ましい。Ｒ－Ｔ－Ｂ系磁性粉末の形状は、急冷法により製造された磁性粉末であり、好ましくは扁平形状（例えば、粉末粒子の形状アスペクト比＝短径／長径が０．３以下）である。扁平形状を有するＲ－Ｔ－Ｂ系磁性粉末を用いることにより、材料（磁性粉末及び樹脂の混合物）の圧縮成形の際に、磁性粉末が積層し易くなる。また、成形時に磁性粉末間に空隙または樹脂溜まりが比較的でき難くなり、高密充填が可能となる。Ｒ－Ｔ－Ｂ系磁性粉末の粒子径は、粒径２０μｍ以下の第１磁石粉末と粒径２０μｍ超２２０μｍ以下でピーク粒度が８０～１２０μｍの第２磁石粉末を第１磁石粉末が５～１５質量％、第２磁石粉末が８５～９５質量％とし合計で１００質量％となるように混合した磁石粉末を用いる。ここで、平均粒子径は体積分布の算術平均径であり、レーザー回折式粒度分布測定装置を用いて測定する。

【0027】

一方、ボンド磁石３に使用する樹脂（成形体用樹脂）は、一般的なボンド磁石に用いられる熱硬化性樹脂あるいは２液性の樹脂であって、好ましい樹脂として、例えばエポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂などが挙げられる。

【0028】

磁石粉末を１００質量％としたときに１～２質量％の樹脂を混ぜるのが望ましい。１質量％未満では成形体強度が低下するおそれがある。また２質量％超の場合には磁粉の含有量が相対的に低下し磁気特性が低くなるおそれがある。

【0029】

本実施の形態のボンド磁石３の密度は５．８～６．２ｇ／ｃｍ^３である。圧縮成形を用いることにより、磁性粉末の密度が高く、優れた磁気特性を有するボンド磁石３を製造できる。圧縮成型時の成形圧力は１～２．５ＧＰａであるのが望ましい。１ＧＰａ以下では成形体強度が低下する。また２．５ＧＰａを超えた場合でも実質的に成形体強度の増大は見込めず、２．５ＧＰａ超の成形圧力は必要ない。

【0030】

図６に示す溝部１３の断面形状の寸法は、第２磁石粉末の中で最大のサイズのものが凹部の内部にちょうど収まる程度が望ましい。それぞれの横断面において溝部１３の内部に一個から数個の第２磁石粉末が収容され、第２磁石粉末の隙間に第１磁石粉末が入り込み、樹脂により溝部１３の内面と、第１磁石粉末と、第２磁石粉末とが接合されることにより、シャフト２の外側に、良好な特性のボンド磁石３が強固に固定される。

【0031】

図８から図１０は、シャフト一体型ボンド磁石１の製造工程を説明する説明図である。図８から図１０は、いずれも製造されるシャフト一体型ボンド磁石１の中心軸を含む縦断面図を示す。

【0032】

まず、磁性粉末と、結合剤である樹脂との混合物である磁性組成物を準備する手順を説明する。平均粒径１５０μｍの磁粉をボールミルで粉砕し、＜２０μｍの磁粉を取り除いた後、再度粉砕する。このようにして粉砕と分級とを繰り返して、＜２０μｍの磁粉を残りの磁粉（ピーク粒度１００μｍ）と混合し、＜２０μｍの磁粉が１０質量％となるように調整する。

【0033】

この磁粉と、常温で固体の熱硬化性エポキシ樹脂（磁粉に対して１質量％）を溶媒（ＭＥＫ：Methyl Ethyl Ketone）で希釈したものとを混錬して磁性組成物を作製する。以下の説明では、磁性組成物を材料４２と記載する場合がある。

【0034】

図８Ａは、製造工程において使用する成形装置の成形動作の開始位置（以下「定位置」という）を示している。この成形装置は、円筒状のダイ１０と、上側金型２０と、下側金型３０とを備えている。

【0035】

上側金型２０は、ダイ１０の内径にほぼ等しい外径を有する長尺円筒状の第１上パンチ２１と、第１上パンチ２１の内径にほぼ等しい外径を有する長尺円筒状の第２上パンチ２２と、第２上パンチ２２の内径にほぼ等しい直径を有する長尺円柱状の上コア２３とを備えた三重構成であり、ダイ１０内を上方向から挿通可能である。第１上パンチ２１はダイ１０内を上下方向に挿通可能であって、第２上パンチ２２は第１上パンチ２１内を上下方向に挿通可能であり、上コア２３は第２上パンチ２２内を上下方向に挿通可能である。第１上パンチ２１の移動（上昇／下降）と、第２上パンチ２２の移動（上昇／下降）と、上コア２３の移動（上昇／下降）とは、互いに独立して行える。

【0036】

下側金型３０は、ダイ１０の内径にほぼ等しい外径を有する長尺円筒状の第１下パンチ３１と、第１下パンチ３１の内径にほぼ等しい外径を有する長尺円筒状の第２下パンチ３２と、第２下パンチ３２の内径にほぼ等しい直径を有する長尺円柱状の下コア３３とを備えた三重構成であり、ダイ１０内を下方向から挿通可能である。第１下パンチ３１はダイ１０内を上下方向に挿通可能であって、第２下パンチ３２は第１下パンチ３１内を上下方向に挿通可能であり、下コア３３は第２下パンチ３２内を上下方向に挿通可能である。第１下パンチ３１の移動（上昇／下降）と、第２下パンチ３２の移動（上昇／下降）と、下コア３３の移動（上昇／下降）とは、互いに独立して行える。

【0037】

まず、図８Ｂに示す如く、第１下パンチ３１を下降させて第２下パンチ３２とダイ１０との間に空間４１を形成する。このときの下降距離ｄ１（空間４１の深さ）は、製造されるシャフト一体型ボンド磁石１におけるボンド磁石３の長さと、後述する圧縮成形工程での材料４２の圧縮率とを考慮して決定される。次いで、図８Ｃに示す如く、この空間４１内にボンド磁石３の材料４２（磁性粉末及び樹脂の混合物（磁性組成物））を充填する。

【0038】

次に、図８Ｄに示す如く、下コア３３を下降させて第２下パンチ３２の内部に開放部４３を形成する。このときの下降距離ｄ２（開放部４３の長さ）は、シャフト２のうち、ボンド磁石３の端面から突出する部分の長さを考慮して決定される。

【0039】

次いで、図９Ａに示す如く、予め準備しておいたシャフト２を、開放部４３に挿入する。この際、シャフト２は一方の端面が下コア３３に当接するまで下降させる。シャフト２は、自重によって下降させてもよいし、手動あるいは専用治具（専用装置）などを用いて下降させてもよい。

【0040】

次に、図９Ｂに示す如く、第１上パンチ２１、第２上パンチ２２及び上コア２３を下降させる。上コア２３はシャフト２の他方の端面に当接するまで下降させて上コア２３及び下コア３３によってシャフト２を挟持する。また、第１上パンチ２１及び第２上パンチ２２は、シャフト２の一部の領域を覆う位置まで下降させる。第１上パンチ２１及び第２上パンチ２２の下降位置は、シャフト２のうちボンド磁石３の端面から突出する部分の長さを考慮して決定される。

【0041】

なお、図８Ｄから図９Ａに基づく前記実施の形態に代えて、図８Ｄにおいて、下コア３３を下降させて第２下パンチ３２の内部に開放部４３を形成する際、その下降距離ｄ２（開放部４３の長さ）を、シャフト２がボンド磁石３から突出する部分の長さと、シャフト２がボンド磁石３で覆われる部分の長さとの合計に対応する長さとしてもよい。このとき、図８Ａにおいて、シャフト２のボンド磁石３から突出する部分が第２下パンチ３２から突出する。結果として、シャフト２のボンド磁石３から突出する部分と突出しない部分との境界と、充填した材料４２の上面と、第２下パンチ３２の上面と、ダイ１０の上面とは、上下方向で同じ位置になる。

【0042】

次いで、図９Ｃに示す如く、第２下パンチ３２、上コア２３及び下コア３３を連動して下降させる。このとき、第１上パンチ２１及び第２上パンチ２２をさらに連動して下降させる。そして、図９Ｄに示す如く、シャフト２のボンド磁石３に覆われる部分を材料４２中に埋没させる。このときの上コア２３及び下コア３３ならびに第１上パンチ２１及び第２上パンチ２２の下降距離（図９Ｂの上コア２３及び下コア３３ならびに第１上パンチ２１及び第２上パンチ２２の位置から図９Ｄの上コア２３及び下コア３３ならびに第１上パンチ２１及び第２上パンチ２２の位置までの距離）は、シャフト２のうちボンド磁石３の端面から突出する部分の長さと、後述する圧縮成形工程での材料４２の圧縮率とを考慮して決定される。

【0043】

図９Ｄに示す如く、第１上パンチ２１及び第２上パンチ２２は、材料４２の上面に当接するまで、もしくはダイ１０の上面まで下降させる。この結果、シャフト２及び材料４２は、上側金型２０と下側金型３０とで封止された状態となる。

【0044】

なお、図９Ｂから図９Ｄに基づく前記実施の形態においては、第２下パンチ３２を下降させる際、第１下パンチ３１の下降位置まで下降（図８Ｂに示す下降距離ｄ１だけ下降）させているが、シャフト一体型ボンド磁石１の形状などに応じて、第２下パンチ３２の下降位置を、第１下パンチ３１の下降位置よりも上または下に位置させてもよい。

【0045】

また、図９Ｂから図９Ｄに基づく前記実施の形態において、予め上コア２３と下コア３３によってシャフト２を挟持して、第２下パンチ３２を下降させながら、上コア２３及び下コア３３を連動して下降させて、シャフト２の中央部分を材料４２中に埋没させる工程に代えて、予め上コア２３と下コア３３によってシャフト２を挟持せず、第２下パンチ３２を下降させながら、下コア３３のみを下降させて、下コア３３上にシャフト２が載置された状態で自重によって下降させてもよい。また、シャフト２の下降は手動あるいは専用治具（専用装置）などを用いて行ってもよい。

【0046】

次いで、図１０Ａに示す如く、第１下パンチ３１を下降させるとともに、第２上パンチ２２を下降させる。ここで、図１０Ａでは、第１下パンチ３１を下降させるとともに、第２上パンチ２２を下降させたが、第１下パンチ３１を下降させるとともに、第２上パンチ２２及び第１上パンチ２１を下降させても良い。

【0047】

その後、図１０Ｂに示す如く、ダイ１０を下降させるとともに、上コア２３と下コア３３によってシャフト２を挟持しながら上コア２３、下コア３３、第１上パンチ２１及び第２上パンチ２２を下降させる。ここで、第１上パンチ２１と第２上パンチ２２の材料４２と接する面の高さ位置が同じになるよう、第１上パンチ２１と第２上パンチ２２の下降量を調整する。また、第１下パンチ３１と第２下パンチ３２の材料４２と接する面の高さ位置が同じになるよう、第１下パンチ３１と第２下パンチ３２の上昇量を調整する。ダイ１０の下降によって、第１下パンチ３１及び第２下パンチ３２が相対的に上昇することになる。そして、第１上パンチ２１及び第２上パンチ２２と第１下パンチ３１及び第２下パンチ３２とにより材料４２を、下方向と上方向との２方向から圧縮して、シャフト２及び材料４２を一体化して成形する。

【0048】

なお、ダイ１０を下降させることしたが、第１下パンチ３１及び第２下パンチ３２を、直接上昇させるようにしてもよい。図１０Ａ，図１０Ｂに基づく前記実施形態において、ダイ１０の下降距離と上コア２３と下コア３３の下降距離は同じであってもよいし、異なっていてもよい。ダイ１０、上コア２３と下コア３３、第１上パンチ２１及び第２上パンチ２２の下降距離、あるいは第１下パンチ３１及び第２下パンチ３２を上昇させる場合の上昇距離などは、後述する成形体４４の形状などを考慮して決定すればよい。

【0049】

次に、図１０Ｃに示す如く、ダイ１０、第１上パンチ２１、第２上パンチ２２、上コア２３、第１下パンチ３１、第２下パンチ３２、及び下コア３３を全て上昇させる。この際、ダイ１０、第１下パンチ３１、及び第２下パンチ３２が定位置に戻るまで、上昇動作を行う。次いで、図１０Ｄに示す如く、第１上パンチ２１、第２上パンチ２２及び上コア２３を更に上昇させて定位置まで戻す。その後、成形体４４をダイ１０から取り出して、成形処理を終了する。なお、図１０Ｃから図１０Ｄに基づく前記実施の形態に代えて、ダイ１０のみを下降させて成形体４４をダイ１０から取り出した後、ダイ１０、第１上パンチ２１、第２上パンチ２２、上コア２３、第１下パンチ３１、第２下パンチ３２、及び下コア３３の全てを定位置に戻るように動作させてもよい。なお第１の実施形態において成形圧力はたとえば２ＧＰａである。

【0050】

取り出された成形体４４は、樹脂が硬化されていないので、取り出した成形体４４に対して、たとえば２００℃で１時間の熱処理を施し、樹脂を硬化させる。これにより、所望の密度、形状を有するシャフト一体型ボンド磁石１が得られる。

【0051】

硬化させた成形体４４に対し、常温で液体の熱硬化性エポキシ樹脂（粘度が１００～６００ｍＰａ・ｓ）を減圧後加圧雰囲気で含浸させた後、洗浄や遠心分離などの工程を経て磁石表面の余分な樹脂を除去し、２００℃で１時間加熱硬化させる。以上により、成形体４４からボンド磁石３が作製される。

【0052】

上述した実施の形態では、ボンド磁石３が磁性粉末と熱硬化性樹脂との混合物（磁性組成物）にて構成されていることとしたが、ボンド磁石３が主剤と硬化剤とからなる２液性のエポキシ樹脂と磁性粉末との混合物とからなっていても良い。２液性の樹脂を用いる場合は、成形体４４は室温でも硬化するが、たとえば２００℃で１時間の熱処理により硬化を促進しても良い。またボンド磁石３に対して熱硬化性のエポキシ樹脂を含浸する構成を示したが、ボンド磁石３に対して２液性のエポキシ樹脂を含浸させても良い。含浸は公知の方法を用いれば良く、含侵は、減圧法、加圧法、真空加圧法等の方法を適用すればよい。

【0053】

このような磁性粉末及び熱硬化性エポキシ樹脂、２液性のエポキシ樹脂を含む構成では、磁性粉末の充填率が高くて強度のばらつきが少ないシャフト一体型ボンド磁石１を提供でき、磁気特性の向上を図ることができる。

【0054】

シャフト２を一体成形したボンド磁石３に樹脂を含浸させた際の効果についてさらに説明する。含浸された樹脂はボンド磁石３の磁性粉と樹脂の隙間に入り込みボンド磁石３の強度を向上させる。さらに含浸された樹脂は磁性粉と樹脂とシャフト２との間に入り込み、ボンド磁石３とシャフト２とを強固に結合させるという格別の効果を有している。

【0055】

シャフト２の外周面に溝部１３を有するため、シャフト２とボンド磁石３との一体成形を行うことにより、磁性粉と樹脂とが溝部１３の形状に倣い成形されるため、シャフト２とボンド磁石３とは固着される。この状態でも必要十分な強度であるが、更に高い固着性能を要求される場合に樹脂含浸を行うと、含浸された樹脂は、ボンド磁石３とシャフト２との接着強度を高めるとともに、例えばシャフト２の溝部１３に磁粉と樹脂が入っていない空隙がある場合でも、ボンド磁石３とシャフト２との隙間に入りこみ（充填され）シャフト２とボンド磁石３とを一体化する効果を発し、さらに高い固着性能を発揮することができる。またボンド磁石３の対候性を高めるとともに、渦電流損失を低減できる可能性を有する。更にシャフト２とボンド磁石３とを一体成形することで、シャフト２とボンド磁石３との同軸度、および、シャフト一体型ボンド磁石１を回転させた場合の振れ精度が向上する。

【0056】

含浸に用いる樹脂には、エポキシ樹脂が使用可能である。エポキシ樹脂としては、加熱硬化型、主剤と硬化剤からなる２液性エポキシ樹脂を利用できる。２液性であっても、常温硬化のみならず、加熱により硬化を促進しても良い。

【0057】

次に成形体用樹脂と含浸用樹脂との組み合わせについて説明する。成形体用樹脂に熱硬化型のエポキシ樹脂を用い、含浸用樹脂に熱硬化型の樹脂を用いることができる。また成形体用樹脂に熱硬化型樹脂、含浸用樹脂に２液性のエポキシを用いても良い。２液性のエポキシ樹脂を含浸した後、加熱しても良い。また含浸用樹脂の硬化剤のみを先に含浸させ主剤を後で含浸しても良い。硬化剤を主剤を混合しないで含浸した場合、主剤の硬化が進まないので、主剤を長く使用することができる。成形体用樹脂に２液性エポキシ、含浸用樹脂に加熱硬化型樹脂を用いても良い。成形体用樹脂に２液性エポキシ、含浸用樹脂に２液性エポキシを用いても良い。２液性のエポキシ樹脂の場合、加熱しなくても硬化するが硬化促進のため加熱しても良い。

【0058】

上述したシャフト一体型ボンド磁石１の製造手順にあって、磁性粉末と樹脂との混合物、または、磁性粉末のみである材料４２に、潤滑剤を添加するようにしてもよい。このような潤滑剤を加えることにより、材料４２とダイ１０との摩擦が和らげられて、成形装置の長寿命化を図れる。

【0059】

以下、上述したシャフト一体型ボンド磁石１におけるボンド磁石３とシャフト２との結合強度について説明する。

【0060】

前述したように、シャフト２の中央部分の周面には、複数の溝部１３がシャフト２の軸方向に対して平行に形成されている。溝部１３は、図２および図５を使用して説明したように両端が先細りであり、図３および図４を使用して説明したように両端が緩やかに浅く形成されている。溝部１３の内面には角部がなく、なだらかな形状である。

【0061】

図８から図１０を使用した製造工程において、シャフト２は軸方向に沿って材料４２の中に押し込まれる。したがって、材料４２は溝部１３の長手方向に沿って流動して、溝部１３の内部を埋める。溝部１３の内面はなだらかに形成されているため、材料４２の流動はスムーズに行われる。仮に材料４２に気泡が巻き込まれた場合であっても、溝部１３の内部で空気溜りを形成せずに、流動する。

【0062】

以上により、溝部１３に内部に安定的に材料４２が充填されて、シャフト２とボンド磁石３とが強固に接合されたシャフト一体型ボンド磁石１が作成される。さらに、溝部１３の内面に角部等がないため、充填中に一部の磁性粉末に強い圧力が加わって砕かれるような現象が発生しにくい。したがって、所望の磁気特性を有するボンド磁石３を備えるシャフト一体型ボンド磁石１を安定して作成できる。

【0063】

シャフト２は、周面から外側に突出する部分を有さず、両端面以外には中心軸に対して垂直な面も有さない。したがって、シャフト２を材料４２の中に押し込む際の力を必要最低限に抑えることができ、無駄なエネルギーを使用せずにシャフト一体型ボンド磁石１を製造できる。

【0064】

本実施の形態によると、シャフト２と、ボンド磁石３との接合強度が高いシャフト一体型ボンド磁石１を提供できる。本実施の形態によると、シャフト２とボンド磁石３との接合界面からの水分侵入等による劣化が少ないため、寿命の長いシャフト一体型ボンド磁石１を提供できる。

【0065】

なおシャフト２には、たとえばＤカットまたはキー溝等の、被回転物またはカップリングとモータとの連結に用いられる構成が設けられていてもよい。シャフト２の端部には、面取り加工が施されていてもよい。

【0066】

図２および図５においては、シャフト２の母線に沿って溝部１３が形成されている場合を示すが、溝部１３は母線に対して傾いて螺旋状に形成されてもよい。ホブ盤を使用することにより、任意の傾きを有する螺旋状の溝部１３を形成できる。

【0067】

螺旋状の溝部１３を使用することにより、スラスト荷重、すなわちシャフト２の中心軸に平行な方向の強度が高いシャフト一体型ボンド磁石１を提供できる。

【0068】

［変形例１］
図１１は、変形例１のシャフト２の拡大断面図である。本変形例においては、図７を使用して説明した実施の形態１の溝部１３に比べて、底部１３５の半径が大きく、底部１３５と側部１３６との接合部がシャフト２の中心に近い。本変形例においては、垂線５６同士が成す角度Ａは１３０度、接線５７同士が成す角度Ｂは５０度である。

【0069】

なお、図１１は、望ましい角度Ａの下限を示す。図８から図１０を使用して説明したように、シャフト２の外側に圧縮成形によりボンド磁石３を形成する場合、ダイ１０等の型を外すことによりボンド磁石３、および、シャフト２のうちボンド磁石３により押し付けられていた部分は膨張する。この膨張現象は、スプリングバックと呼ばれる。

【0070】

角度Ａが図１１に示すよりも小さい場合、スプリングバックにより、シャフト２とボンド磁石３との界面を引きはがす方向の応力が発生しやすい。したがって、シャフト２を高速で回転させた場合に、ボンド磁石３が破損するリスクが高まる。

【0071】

しかしながら、たとえばシャフト２の表面処理、またはボンド磁石３に使用する樹脂材料を適切に選択すること等により、シャフト２とボンド磁石３との接合強度を高められる場合には、角度Ａは１３０度よりも小さく定められてもよい。低速回転用モータ、または、小トルク向けモータ等向け等の、シャフト２およびボンド磁石３に加わる負荷が小さい用途に使用する場合も、角度Ａは１３０度よりも小さく定められてもよい。

【0072】

［変形例２］
図１２は、変形例２のシャフト２の拡大断面図である。本変形例においては、溝部１３の両側の接線５７同士が略平行であり、２本の垂線５６は一直線を形成している。本変形例においては、角度Ａは１８０度、角度Ｂは０度である。

【0073】

なお、図１２は、望ましい角度Ａの上限を示す。仮に角度Ａが１８０度を超える場合、溝部１３はいわゆるオーバーハング形状になるため、ホブ７１による加工は困難である。

【0074】

しかしながら、たとえばシャフト２をＭＩＭ（Metal Injection Molding）等の手法により作成する場合には、角度Ａが１８０度を超えるシャフト２を作成可能である。一般的にＭＩＭ加工はホブ盤による加工よりも高価になるが、高価格が許容される用途向けのシャフト一体型ボンド磁石１の場合は、角度Ａは１８０度よりも大きく定められてもよい。シャフト２とボンド磁石３との接合強度が高いシャフト一体型ボンド磁石１を実現できる。

【0075】

［実施の形態２］
本実施の形態は、互いに交差する溝部１３を備えるシャフト一体型ボンド磁石１に関する。実施の形態１と共通する部分については、説明を省略する。

【0076】

図１３は、実施の形態２のシャフト２の模式図である。シャフト２の中央部分に溝部１３が綾目ローレット状に形成されている。溝部１３は、図１３において右下がりに示す第１溝１３１と、左下がりに示す第２溝１３２とを含む。右下がりの方向は第１の方向の例示であり、左下がりの方向は第２の方向の例示である。

【0077】

第１溝１３１、第２溝１３２とも、シャフト２の周面に螺旋状に形成されている。第１溝１３１、第２溝１３２とも、実施の形態１の溝部１３と同様に、一様な横断面形状を有する中央部１１と、中央部１１の両端にそれぞれ連続する先細りの先細部１２とを備える。

【0078】

本実施の形態によると、シャフト２とボンド磁石３との接合部の面積が実施の形態１よりもさらに広くなるため、シャフト２とボンド磁石３とが強固に接合されたシャフト一体型ボンド磁石１を提供できる。

【0079】

各実施例で記載されている技術的特徴（構成要件）はお互いに組合せ可能であり、組み合わせすることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものでは無いと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味では無く、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【0080】

特許請求の範囲に記載した独立請求項および従属請求項は、引用形式に関わらずあらゆる組み合わせにおいて、相互に組み合わせることが可能である。さらに、特許請求の範囲には他の２以上のクレームを引用するクレームを記載する形式（マルチクレーム形式）を用いているが、これに限るものではない。マルチクレームを少なくとも一つ引用するマルチクレーム（マルチマルチクレーム）を記載する形式を用いて記載しても良い。

【符号の説明】

【0081】

１ シャフト一体型ボンド磁石
２ シャフト
３ ボンド磁石
１０ ダイ
１１ 中央部
１２ 先細部
１３ 溝部（溝）
１３１ 第１溝
１３２ 第２溝
１３５ 底部
１３６ 側部
２０ 上側金型
２１ 第１上パンチ
２２ 第２上パンチ
２３ 上コア
３０ 下側金型
３１ 第１下パンチ
３２ 第２下パンチ
３３ 下コア
４１ 空間
４２ 材料（磁性組成物）
４４ 成形体
５１ 内接円
５４ 基準円
５６ 垂線
５６１ 足
５７ 接線
７１ ホブ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】