JP2011055687A - 回転子積層鉄心の製造方法 - Google Patents
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【解決手段】回転子積層鉄心10を搬送治具16に載せ、軸孔11の周囲に形成された磁石挿入孔12に永久磁石13を入れる第1工程と、各磁石挿入孔12の半径方向内側位置に一部重合するゲート孔21を備えた蓋プレート22を回転子積層鉄心10の上に被せて上下反転する第2工程と、これを下型24と上型25を有する金型26内に配置する第3工程と、下型24に設けられたポット33内の樹脂14をプランジャ37によって押し上げ、ゲート孔21を介して磁石挿入孔12内の永久磁石13の半径方向内側に向けて注入する第4工程と、樹脂14の硬化後、樹脂封止された回転子積層鉄心15を金型26から取り出して反転し蓋プレート22を除去する第5工程とを有する。
【選択図】図1
Description
この樹脂の注入は、例えば、特許文献1、2に示すように、永久磁石挿入後の回転子積層鉄心を、下型と上型を有する金型で挟み込み、この上型に設けられたポットから、プランジャを押し下げることにより行っている。
しかし、永久磁石の上方から各磁石挿入孔内に樹脂を注入する場合には、以下のような問題があった。
なお、金型の構造上、磁石挿入孔に樹脂を注入するごとに、プランジャをポットの上方に引き抜き、このポット内に樹脂のタブレットを供給する必要があるため、樹脂の注入作業に時間を要し、製造時間の短縮が図れなかった。更に、プランジャを引き抜くための駆動手段も必要であり、設備コストがかかっていた。
この場合、回転子積層鉄心の下面と永久磁石の下面とが同一高さ位置となり、段差が形成されないため、樹脂を目標とする箇所に直接的に注入することができ、各磁石挿入孔内の永久磁石の姿勢を樹脂の流れで制御し易くなる。
また、樹脂を磁石挿入孔に注入するに際しては、溶融した樹脂をプランジャによって押し上げる構成となるため、プランジャの引き抜きが不要となる(プランジャを引き抜くと、溶融した樹脂が流れ出す)。このため、製造時間の短縮が図れ、しかもプランジャを引き抜くための駆動手段も不要になる。
回転子積層鉄心は、重量物であって予熱する等の必要があり、トレイ(搬送治具)に載置して搬送するため、このトレイが妨げとなって、樹脂を回転子積層鉄心の下方から注入することができない。
ここで、樹脂を注入するため、例えば、トレイに開口部を設けることも考えられるが、この場合、各磁石挿入孔が下方へ開口した状態であるため、永久磁石が落下する。
なお、特許文献2に記載の樹脂注入孔が形成されたダミー板を、回転子積層鉄心の下面に取り付けることで、各磁石挿入孔からの永久磁石の落下を防止することも考えられる。しかし、この場合、ダミー板を製造するための工程が増え、この工程を、回転子積層鉄心を製造する金型で行おうとすれば、金型のサイズが大きくなって製造コストがかかり、また金型のメンテナンス費用も余計にかかって、不経済である。
前記各磁石挿入孔の半径方向内側位置に一部重合するゲート孔を備えた蓋プレートを、前記永久磁石の挿入された前記回転子積層鉄心の上に被せて上下反転する第2工程と、
上下反転して底位置に前記蓋プレートが配置された前記回転子積層鉄心を、下型と上型を有する金型内に配置する第3工程と、
前記下型に前記ゲート孔に対応して設けられたポット内の加熱された樹脂を、プランジャによって押し上げ、前記ゲート孔を介して前記磁石挿入孔内の前記永久磁石の半径方向内側に向けて前記樹脂を注入する第4工程と、
前記樹脂の硬化後、樹脂封止された前記回転子積層鉄心を、前記金型から取り出して反転し、前記蓋プレートを除去する第5工程とを有する。
また、第3工程で、上下反転して底位置に蓋プレートが配置された回転子積層鉄心を、下型と上型を有する金型内に配置した後、第4工程で、下型に設けられたポット内の加熱された樹脂を、ゲート孔を介して磁石挿入孔内に注入するので、第1工程で回転子積層鉄心を搬送治具に載せても、回転子積層鉄心の下方から各磁石挿入孔への樹脂の注入が可能である。
更に、第5工程では、第2工程で回転子積層鉄心の上に被せた蓋プレートを、樹脂封止された回転子積層鉄心から除去するので、例えば、カルのような不要な樹脂を、蓋プレートと共に回転子積層鉄心から除去できる。
従って、良好な品質の回転子積層鉄心を、製造時間の短縮を図りながら経済的に製造できる。
図1〜図5に示すように、本発明の一実施の形態に係る回転子積層鉄心の製造方法は、複数の鉄心片を積層して回転子積層鉄心10を形成した後、回転子積層鉄心10の中央の軸孔11の周囲に複数形成された磁石挿入孔12に永久磁石13を挿入し、これを樹脂14によって固定して、樹脂封止された回転子積層鉄心(ローター)15を製造する方法である。以下、詳しく説明する。
この複数の鉄心片の積層では、かしめ、溶接、及び接着のいずれか1又は2以上を組み合わせて固定することができるが、単に平積みするだけでもよい。
これにより、図2(A)、(B)、図3(A)に示すように、回転子積層鉄心10の中央に軸孔11が形成され、この軸孔11の周囲に、上下方向に貫通した断面長方形の磁石挿入孔12が複数形成される。なお、図2において磁石挿入孔12は省略している。磁石挿入孔の配置位置及び形状は、これに限定されるものではなく、例えば、従来公知の配置位置又は形状でもよい。
まず、図1(A)、図2(A)、(B)に示すように、回転子積層鉄心10を搬送治具16に載せる。この搬送治具16は、載置板17とこの載置板17の中央にある軸(シャフト)18とを有し、この軸18には、軸孔11の内側に突出して設けられた線状突起19に符合するキー溝(位置決め手段の一例)20が設けられている。なお、キー溝20は、軸18の外周部の180度の方向位置に、軸方向に沿って形成され、回転子積層鉄心10の一対の線状突起19が嵌まり込む構成となっている。また、各キー溝20は、軸18の先側で徐々に先端に向かって拡幅に形成されているため、軸孔11への軸18の嵌入を容易にできる。
これにより、搬送治具16に回転子積層鉄心10を載せるに際し、軸18を軸孔11に嵌入させることで、回転子積層鉄心10を位置決めした状態で搬送できる。
これにより、磁石挿入孔12と永久磁石13を水平状態にして、永久磁石13を横方向に挿入するので、各磁石挿入孔12へ永久磁石13を挿入する際に、その衝撃によって、永久磁石13が欠ける恐れを低減、更にはなくすことができる。
なお、各磁石挿入孔12への永久磁石13の挿入は、載置板17を水平状態に維持したまま、垂直状態に回動させることなく行ってもよい。
まず、図1(C)、図3(A)に示すように、複数の円形のゲート孔21を備えた蓋プレート22を、永久磁石13の挿入された回転子積層鉄心10の上に被せる。
この蓋プレート22は、回転子積層鉄心10を反転させる際に、各磁石挿入孔12から永久磁石13が落下しないようにするため、蓋プレート22の下面を回転子積層鉄心10の上面に接触させている。このため、搬送治具16の軸18の高さは、回転子積層鉄心10の高さと同一にしているが、低くしてもよい。なお、蓋プレートに搬送治具の軸を嵌め込む貫通孔を設けるならば、軸の高さを回転子積層鉄心10の高さより高くすることもできる。この場合、搬送治具に対する蓋プレートの位置決めもできる。
この蓋プレート22の厚みは、鉄心片の厚みより厚く、例えば、鉄心片の厚みの5〜30倍程度とし、その強度を高めている。本実施の形態においては、厚みが約4mmの蓋プレート22を使用している。
ここで、蓋プレートの厚みが鉄心片の厚みの5倍未満の場合、樹脂の注入圧力により蓋プレートが変形し、磁石挿入孔への樹脂の充填に支障をきたしたり、またエアベントの加工が困難になる恐れがある。一方、30倍を超える場合、強度的には十分であるが、ゲート孔内に溜まる樹脂の量が増えるため、この樹脂がスクラップとなって不経済である。
そして、蓋プレート22は、回転子積層鉄心10を構成する鉄心片と同一の金属材料で構成されているが、鉄心片とは異なる金属材料、例えば、ステンレス材、鋼材、又はアルミニウム合金等で構成してもよい。
この蓋プレート22には、樹脂の離型性を高めるため、表面に、フッ素樹脂や、ニッケル又はクロム等の皮膜を形成してもよい。なお、蓋プレートの繰り返し使用を考えた場合は、安価なニッケル皮膜が好ましい。
なお、各磁石挿入孔に縦溝を形成しない場合でも、その半径方向内側位置にゲート孔が一部重合するように、蓋プレートを回転子積層鉄心の上に被せる。このとき、ゲート孔は、ゲート孔から注入される樹脂が、永久磁石に直接衝突しない位置、即ちゲート孔の半径方向外側部分が、平面視して、永久磁石と重なり合わない位置となるように、回転子積層鉄心に蓋プレートを被せるのがよい。
そして、蓋プレート22を上から被せた状態で、図1(D)に示すように、永久磁石13が挿入された回転子積層鉄心10を上下反転させる。
まず、図1(E)に示すように、上下反転して底位置に蓋プレート22が配置された回転子積層鉄心10を、下型24上に載せた後、この回転子積層鉄心10の上に、図1(F)に示すように、上型25を載せる。これにより、底位置に蓋プレート22が配置された回転子積層鉄心10を、下型24と上型25を有する金型26内に配置できる。
ここで、金型26について、図4、図5(A)を参照しながら説明する。
金型26は、下型24と、回転子積層鉄心10の上に配置され、下型24の外側周囲に立設された複数のガイドポスト27に取付け取外し可能となった上型25とを有している。なお、各ガイドポスト27には、ナット28が取り付けられ、下型24と上型25とで、回転子積層鉄心10を挟み込んだ状態で維持できるようになっている。
下型24には、図3(A)、図5(A)に示すように、回転子積層鉄心10の磁石挿入孔12に対して半径方向内側の領域に、溶融した液状の樹脂が入る複数のポット33が、回転子積層鉄心10の軸心を中心として周方向に等ピッチで設けられている。なお、各ポット33は、それぞれ下型24を上下方向に貫通して設けられる断面円形のものであり、下型24の上面(蓋プレート22が接触する面)まで延在している。なお、このポットの形状は、断面円形に限定されるものではない。
ここで、各ポット33は、図3(A)に示すように、平面視して2つのゲート孔21と一部が重複しているが、磁石挿入孔12とは重複していない。
この加熱装置35には、複数のプランジャ37が設けられ、固定架台34に取り付けられた油圧シリンダ38により、上昇と下降を同期させている。なお、各プランジャ37の通路39は、樹脂14が貯留された空間部と連通し、しかも図5(A)に示すように、下型24に設けられたポット33と、平面視して同一形状となっている。このため、各プランジャ37を加熱装置35から抜き出すことなく、上下動させるのみで、溶融した樹脂14を押し上げ、各磁石挿入孔12内へ注入できる。
なお、金型は、上記した構成に限定されるものではない。
まず、加熱装置35内で、タブレット状の樹脂を溶融状態にしておく。
この樹脂には、熱硬化性樹脂の一例であるエポキシ樹脂を使用しているが、他の熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂も使用できる。なお、エポキシ樹脂を使用する場合は、溶融温度が170℃程度であるため、回転子積層鉄心10を、予熱により、又は金型26により、170℃程度、又はこれより±20℃の範囲で高い温度又は低い温度に加熱しておく。
そして、図4、図5(A)に示すように、油圧シリンダ38により、全てのプランジャ37を上方向へ移動させる。これにより、加熱装置35内の溶融した樹脂14が、各プランジャ37によって押し上げられ、ポット33内へ移動した後、ゲート孔21を介して磁石挿入孔12内の永久磁石13の半径方向内側に向けて注入される。
このように、全ての磁石挿入孔12内に、樹脂14を注入した後は、金型26により、回転子積層鉄心10を更に加熱することで、樹脂14を硬化させる。
樹脂14の硬化後、図1(G)に示すように、樹脂封止された回転子積層鉄心15から上型25を取外し、続いて、図1(H)に示すように、この回転子積層鉄心15を、搬送治具16及び蓋プレート22と共に、下型24から取り外す。このとき、蓋プレート22の下型24との接触面には、ポット33内に残存していた樹脂14も硬化して(樹脂40)付着している。
この回転子積層鉄心15は、そのまま放置して冷却してもよく、また必要に応じて強制的に冷却してもよい。
このように、樹脂封止された回転子積層鉄心15を、金型26から取り出した後、図1(I)に示すように反転して、図1(J)に示すように、回転子積層鉄心15の表面から蓋プレート22を除去する。
そして、回転子積層鉄心15から搬送治具16を取り外すことで、この回転子積層鉄心15を、モータの製造に使用する。
以上のことから、本発明の一実施の形態に係る回転子積層鉄心の製造方法を使用することで、良好な品質の回転子積層鉄心を、製造時間の短縮を図りながら経済的に製造できる。
また、前記実施の形態においては、搬送治具の軸にキー溝を設けた場合について説明したが、回転子積層鉄心にキー溝が形成されている場合は、このキー溝に符合する線状突起(位置決め手段)を搬送治具の軸に設けてもよい。
Claims (6)
- 中央に軸孔が、その周囲に複数の磁石挿入孔が形成された回転子積層鉄心を、搬送治具に載せて、前記各磁石挿入孔に該磁石挿入孔より断面が小さい永久磁石を入れる第1工程と、
前記各磁石挿入孔の半径方向内側位置に一部重合するゲート孔を備えた蓋プレートを、前記永久磁石の挿入された前記回転子積層鉄心の上に被せて上下反転する第2工程と、
上下反転して底位置に前記蓋プレートが配置された前記回転子積層鉄心を、下型と上型を有する金型内に配置する第3工程と、
前記下型に前記ゲート孔に対応して設けられたポット内の加熱された樹脂を、プランジャによって押し上げ、前記ゲート孔を介して前記磁石挿入孔内の前記永久磁石の半径方向内側に向けて前記樹脂を注入する第4工程と、
前記樹脂の硬化後、樹脂封止された前記回転子積層鉄心を、前記金型から取り出して反転し、前記蓋プレートを除去する第5工程とを有することを特徴とする回転子積層鉄心の製造方法。 - 請求項1記載の回転子積層鉄心の製造方法において、前記磁石挿入孔の半径方向内側中央には、縦溝が形成されていることを特徴とする回転子積層鉄心の製造方法。
- 請求項1又は2記載の回転子積層鉄心の製造方法において、それぞれ平面視して、前記磁石挿入孔と前記ゲート孔は一部重複し、前記ゲート孔と断面円形の前記ポットは一部重複し、前記磁石挿入孔と前記ポットは重複していないことを特徴とする回転子積層鉄心の製造方法。
- 請求項1〜3のいずれか1項に記載の回転子積層鉄心の製造方法において、前記搬送治具は、載置板と該載置板の中央にある軸とを有し、該軸には、前記軸孔に符合する位置決め手段が設けられていることを特徴とする回転子積層鉄心の製造方法。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載の回転子積層鉄心の製造方法において、前記第5工程の終了後、硬化して前記蓋プレートに付着した樹脂は除去されて、該蓋プレートは繰り返し使用されることを特徴とする回転子積層鉄心の製造方法。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載の回転子積層鉄心の製造方法において、前記蓋プレートの前記回転子積層鉄心との接触面側に、平面視して前記磁石挿入孔と少なくとも一部が重複するエアベントを形成していることを特徴とする回転子積層鉄心の製造方法。
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