JP2014113041A - 積層鉄心の製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】樹脂注入用金型又は中間プレートと、積層鉄心本体との間に生じる隙間を樹脂漏れが生じる厚みより小さくして、樹脂滓が少なく、更に磁石挿入孔への樹脂未充填が生じ難い積層鉄心の製造方法を提供する。
【解決手段】複数枚の鉄心片１１、１２をかしめ積層して形成され、複数の磁石挿入孔１７、１８には永久磁石２０が挿入された積層鉄心本体１０を、対向する樹脂注入用金型２３と受け金型２２とで挟持した状態で、樹脂注入用金型２３に設けられた樹脂溜め部から磁石挿入孔１７、１８に樹脂を注入して永久磁石２０を固定する積層鉄心の製造方法において、樹脂注入の際、樹脂注入用金型２３の押圧平面２４を積層鉄心本体１０の表面より突出するかしめ部１３に押し当てて加圧し、かしめ部１３が形成された積層鉄心本体１０の表面を押圧平面２４に押し付けて、樹脂漏れを防止する。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁石挿入孔内に挿入された永久磁石を樹脂封止する場合に、樹脂の漏出を極力防止した積層鉄心（例えば、インナーロータコア及びアウターロータコアをいう）の製造方法に関する。
従来、モータに使用する積層鉄心は、複数の鉄心片を積層して円周方向に複数の磁石挿入孔を有する積層鉄心本体（コア）を造り、各磁石挿入孔に永久磁石を挿入した後、樹脂注入用金型と受け金型との間に入れて積層方向に加圧し、樹脂注入用金型に設けられた樹脂溜めポットから樹脂を磁石挿入孔に入れて、樹脂封止することが行われていた（特許文献１参照）。
なお、特許文献１には、樹脂注入用金型が積層鉄心本体に当接する場合、積層鉄心本体から突出するかしめ突起（通称、かしめダボ）を収納する収納部を樹脂注入用金型に形成して、樹脂注入用金型と積層鉄心本体との間で樹脂漏れが生じないようにしている。
また、図８に示すように、樹脂封止の際に、積層鉄心本体表面に樹脂が残留するのを防ぐために、樹脂注入用金型である上型６０と積層鉄心本体６１との間に、磁石挿入孔６２と樹脂溜めポット６３を連結するゲート孔６５が設けられた中間プレート６６（ダミープレート、カルプレート、トレイと称される）を配置し、ゲート孔６５から磁石挿入孔６２に樹脂を注入した後、中間プレート６６を余分な樹脂ごと積層鉄心本体６１から取り外す方法が提案されている（特許文献２参照）。
この中間プレート６６には、積層鉄心本体６１の表面から突出するかしめ突起６７を逃がす収納部６８が形成されている。なお、６９は下型（受け金型）を示す。
特許第４６８８５０５号公報 特許第４９９１９００号公報
しかしながら、積層鉄心本体に使用される鉄心片の原材料となる薄板の磁性鋼板は、圧延して製造されるので、その製造工法上、均一な平面とはなっておらず、表面にはわずかながら凹凸状の変形や厚み偏差による傾きが残っている。特に、近年ではモータ性能の向上を図る目的から磁性鋼板の低鉄損化が進む中、従来に無かった現象として磁性鋼板の表面のうねりの発生が顕著である。更に、鉄心片を形成するためのプレス加工工程による打ち抜き時、及びかしめ積層時にコア表面を変形させる応力が加わるために、完成した積層鉄心本体には大小のうねりが生じている。
その結果、特に各鉄心片に発生したうねりが大きい所では、特許文献１に記載のように、収納部でかしめ突起を収納しても、又は特許文献１、２を組み合わせて中間プレートに積層鉄心本体に形成されたかしめ突起を収納する収納部を設けたとしても、樹脂注入用金型又は中間プレート表面と積層鉄心本体との間に生じる隙間を無くす、又は樹脂が漏れない程度まで隙間を微小にすることはできず、結局は樹脂封止時に隙間からの樹脂漏れが発生し、磁石挿入孔への樹脂の未注入が発生していた。
この様子を、図９に示すが、黒い部分は樹脂注入用金型と積層鉄心本体との間に配置した感圧紙の感圧領域７０を示し、白い部分は感圧紙の非感圧領域７１を示す。なお、非感圧領域７１が磁石挿入孔７３に接している場合は隙間部分から樹脂漏れが発生する。樹脂漏れの箇所及び方向を図９にＲ１〜Ｒ４で示す。ここで、７２は軸孔を、７４は重量軽減用の抜き孔を、７５はかしめ突起の収納部を示す。
また、従来は樹脂注入用金型又は中間プレートと積層鉄心本体との間に目視して一定値以上の隙間を有する場合、隙間からの樹脂漏れが発生する可能性が極めて高く、廃棄処理していたので、積層鉄心本体の歩留りが低下する原因となっていた。
本発明者は、うねりを有する鉄心片を用いて積層鉄心本体が形成された場合に、特許文献１の技術を適用し、かしめ部の位置を避けて積層鉄心本体を平坦に押圧することは極めて困難であることを見出し、更に実験を繰り返し、より確実に樹脂漏れが防止できる積層鉄心の製造方法を完成した。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、樹脂注入用金型又は中間プレートと積層鉄心本体との間に生じる隙間を樹脂漏れが発生する厚みより小さくして、樹脂滓が少なく、更に磁石挿入孔への樹脂未充填が生じ難い積層鉄心の製造方法を提供することを目的とする。
前記目的に沿う第１の発明に係る積層鉄心の製造方法は、それぞれ高低差が１０μｍ以下のうねりを有し、円周方向に複数のかしめ部が均等に又はグループ毎に均等に形成された複数枚の鉄心片をかしめ積層して形成され、中央には円形孔を有し、その周囲にある複数の磁石挿入孔には永久磁石が挿入された積層鉄心本体を、対向する樹脂注入用金型と受け金型とで挟持した状態で、前記樹脂注入用金型に設けられた樹脂溜め部から前記磁石挿入孔に樹脂を注入して前記永久磁石を固定する積層鉄心の製造方法において、
前記積層鉄心本体の表面から前記かしめ部を、前記鉄心片の板厚の１０〜８０％の範囲で突出させ、
前記樹脂の注入の際、前記樹脂注入用金型の押圧平面を、前記積層鉄心本体の表面から突出する前記かしめ部に押し当てて加圧し、前記かしめ部が突出形成された前記積層鉄心本体の表面と前記押圧平面の隙間を５０μｍ未満とし、該隙間からの樹脂漏れを防止する。
また、第２の発明に係る積層鉄心の製造方法は、それぞれ高低差が１０μｍ以下のうねりを有し、円周方向に複数のかしめ部が均等に又はグループ毎に均等に形成された複数枚の鉄心片をかしめ積層して形成され、中央には円形孔を有し、その周囲にある複数の磁石挿入孔には永久磁石が挿入された積層鉄心本体を、対向する樹脂注入用金型と受け金型とで挟持した状態で、前記樹脂注入用金型に設けられた樹脂溜め部から前記磁石挿入孔に樹脂を注入して前記永久磁石を固定する積層鉄心の製造方法において、
前記積層鉄心本体の表面から前記かしめ部を、前記鉄心片の板厚の１０〜８０％の範囲で突出させ、
前記樹脂注入用金型と前記積層鉄心本体との間に前記樹脂溜め部から前記磁石挿入孔に前記樹脂を導くゲート孔を有する中間プレートを配置し、
前記樹脂の注入の際、該中間プレートの押圧平面を、前記かしめ部に押し当てて加圧し、前記積層鉄心本体の表面と前記押圧平面との隙間を５０μｍ未満とし、前記樹脂の注入時の該隙間からの樹脂漏れを防止する。
第３の発明に係る積層鉄心の製造方法は、円周方向に複数のかしめ部が形成された複数枚の鉄心片をかしめ積層して形成され、中央には円形孔を有し、その周囲にある複数の磁石挿入孔には永久磁石が挿入された積層鉄心本体を、対向する樹脂注入用金型と受け金型とで挟持した状態で、前記樹脂注入用金型に設けられた樹脂溜め部から前記磁石挿入孔に樹脂を注入して前記永久磁石を固定する積層鉄心の製造方法において、
前記樹脂の注入の際、前記樹脂注入用金型の押圧平面を前記積層鉄心本体の表面より突出する前記かしめ部に押し当てて加圧し、前記かしめ部が形成された前記積層鉄心本体の表面に前記押圧平面を押し付けて、前記積層鉄心本体の表面と前記押圧平面との隙間からの樹脂漏れを防止する。
第４の発明に係る積層鉄心の製造方法は、円周方向に複数のかしめ部が形成された複数枚の鉄心片をかしめ積層して形成され、中央には円形孔を有し、その周囲にある複数の磁石挿入孔には永久磁石が挿入された積層鉄心本体を、対向する樹脂注入用金型と受け金型とで挟持した状態で、前記樹脂注入用金型に設けられた樹脂溜め部から前記磁石挿入孔に樹脂を注入して前記永久磁石を固定する積層鉄心の製造方法において、
前記樹脂注入用金型と前記積層鉄心本体との間に前記樹脂溜め部から前記磁石挿入孔に樹脂を導くゲート孔を有する中間プレートを配置し、前記樹脂の注入の際、該中間プレートを前記積層鉄心本体の表面より突出する前記かしめ部に押し当てて加圧し、前記かしめ部が形成された前記積層鉄心本体の表面を前記中間プレートの押圧平面に押し付けて、樹脂漏れを防止し、
前記樹脂を硬化させた後、前記中間プレートを樹脂封止された前記積層鉄心本体から取り除く。
第１〜第４の発明に係る積層鉄心の製造方法において、前記積層鉄心本体は予熱されているのが好ましい。この場合、予熱の温度はより低いのがエネルギー的に好ましく、例えば、５０〜１５０度とするのがよい。
なお、以上の発明に係る積層鉄心の製造方法において、「うねり」とは非平面状態の総称をいい、具体的には、１枚の鉄心片を平板の上に置いた状態で、表面側の最低高さと最高高さの差が生じていることをいい、本発明では各鉄心片のうねり（表面の高低差）を原則１０μｍ以下としている。同一形状のうねりを有する鉄心片を重ねれば、積層鉄心本体においても、理論的にはうねりは１０μｍ以下となる。ところが、積層する鉄心片のうねり形状は異なるので、鉄心片を多数枚積層すると、積層鉄心本体の表面の高低差は１０μｍより遥かに大きくなる。
ここで、樹脂注入用金型又は中間プレートに突出するかしめ部を逃がす収納部を設けた場合は、うねりを有する鉄心片を直に押圧して積層鉄心本体の表面に形成されるうねりを一定値以下（例えば、５０μｍ未満）にするには極めて大きな荷重が必要となることが実験により確認されている。
そこで、樹脂注入用金型又は中間プレートを平面にすると、突出するかしめ部を介して積層鉄心本体が押圧され、この場合、かしめ部を通じて押圧力が周囲に伝わり、比較的小さい荷重でも、積層鉄心本体の表面のうねり（即ち、凹凸差）を小さくすることができ、例えば、５０μｍ未満とすることができた。
各鉄心片のうねりを１０μｍ以下としたのは、各鉄心片のうねりが１０μｍを超えると、総合的な積層鉄心本体のうねりが大きくなり、樹脂注入用金型又は中間プレートの押圧力を常時使用している圧力より大きくする必要があり、操業上好ましくないからである。なお、このうねりの基準は、使用する金型装置の能力によって変えることができる。
第１〜第４の発明に係る積層鉄心の製造方法においては、樹脂注入用金型又は中間プレートの押圧平面で、積層鉄心本体から突出したかしめ部を押圧するので、各鉄心片に多少のうねりがあっても、かしめ部を通じて伝わる荷重によって積層鉄心本体の表面のうねりが矯正され、樹脂注入用金型又は中間プレートの押圧平面と積層鉄心本体の表面との隙間が５０μｍ未満となって、樹脂封止時の樹脂漏れを無くすことができる。
本発明の第１の実施の形態に係る積層鉄心の製造方法が適用される回転子積層鉄心の積層鉄心本体の平面図である。 同回転子積層鉄心の積層鉄心本体の正面図である。 図１における矢視Ｐ−Ｐ’断面図である。 （Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ積層鉄心本体を樹脂注入用金型と受け金型で挟持押圧する状態の説明図である。 （Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ本発明の第２、第３の実施の形態に係る積層鉄心の製造方法の説明図である。 感圧紙を用いて測定した積層鉄心本体の表面の加圧状況を示す説明図である（なお、積層鉄心本体は図９に示すものとは異なる）。 各種条件で積層鉄心本体に永久磁石を樹脂封止した場合の樹脂漏れの発生状況を説明するグラフである。 従来例に係る積層鉄心の製造方法を示す説明図である。 感圧紙を用いて測定した従来例に係る積層鉄心の製造方法による積層鉄心本体の表面の加圧状況を示す説明図である。
続いて、添付した図面を参照しながら、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
本発明の第１の実施の形態に係る積層鉄心の製造方法について説明するにあたり、まず、図１、図２を参照しながら、樹脂封止を行う一般的な積層鉄心本体１０について説明する。積層鉄心本体１０は、厚みが例えば０．１５〜０．５ｍｍ程度で長尺の磁性鋼板からプレス金型によって、図２に示す形状の複数枚の鉄心片１１、１２を打ち抜き、かしめ積層して形成される。
図２に示すように、各鉄心片１１には、最上部の鉄心片１２を除いてかしめ部１３が鉄心片１１の円周方向に均等角度で形成されている。最上部の鉄心片１２は下層の鉄心片１１に形成されたかしめ部１３に符合してかしめ貫通孔１５が形成されている。この実施の形態では、かしめ部１３はＶ型かしめが用いられ、かしめ貫通孔１５は平面視して長方形の抜き孔から構成されている。平面視して長方形のかしめ部はその長辺が円周方向を向いている。
これらの鉄心片１１、１２をかしめ積層して形成された積層鉄心本体１０は中央に円形孔の一例である軸孔１６を備え、その周囲には対となる磁石挿入孔１７、１８が複数組（この実施の形態では８組）均等角度で配置されている。
かしめ部１３は各鉄心片１１、１２の厚みより厚く（例えば、鉄心片の厚みの１．１又は１．２〜１．８倍）なって、最上部の鉄心片１２の上表面から突出し、かしめ部１３の頂部となるかしめ突起１９が形成される。
図１に示すように、かしめ突起１９の位置は隣り合う組の磁石挿入孔１７、１８の中間位置の同一半径位置に円周方向に均等角度で配置されている。従って、かしめ突起１９は積層鉄心本体１０の最上部に軸対象に複数個形成されている。なお、図６に示すように、かしめ部１３ａの位置を一つ飛びの磁石挿入孔１７、１８の間で、円周方向に９０度位置に４つ形成してもよい。なお、かしめ部１３、１３ａは同一半径位置に設けられている。
従って、図１、図３にその一部を示すように、このような構造の積層鉄心本体１０を樹脂封止する場合は、各磁石挿入孔１７、１８に永久磁石２０（未磁化のものを含む）を入れて、必要な場合、図示しない搬送トレイ（特開２００８−１９９８９０号公報参照）に載せて、樹脂溜め部が設けられた樹脂注入用金型２３と受け金型２２との間に入れて、受け金型２２を上昇させて、積層鉄心本体１０を挟持して加圧する。樹脂注入用金型２３の押圧平面２４は完全平面となって、例えば、かしめ突起１９を収納する凹部は全く形成されていない。即ち、樹脂溜め部から磁石挿入孔１７、１８に樹脂を注入する際、押圧平面２４をかしめ突起１９に押し当てて加圧する。
図４（Ａ）、（Ｂ）には、対向する樹脂注入用金型２３と受け金型２２で押圧される積層鉄心本体１０のうねり２５の矯正状態を示している。仮に図４（Ａ）に示すように、下側に凹むようなうねり２５が積層鉄心本体１０に存在した場合、受け金型２２を上昇させると、積層鉄心本体１０の上部に形成されているかしめ突起１９に押圧平面２４が当接し、かしめ突起１９を押圧する。かしめ突起１９は各鉄心片１１に形成したかしめ部１３に連通し、かしめ部１３は各鉄心片１１に対して周方向均等角度位置に形成されて、各かしめ部１３の間に形成されているうねり２５に荷重は直接かかっていないので、かしめ部１３との高低差が減少し、平面化することができる。これによって、かしめ部１３（かしめ突起１９）が形成された表面を押圧平面２４に密着させて樹脂漏れを防止するようにしている。なお、ここで言う密着とは、かしめ突起１９と押圧平面２４が完全に当接したものに限らず、樹脂が漏れない程度の隙間（例えば、５０μｍ未満）を形成している場合も含まれる。
図４（Ｃ）は、樹脂注入用金型２７にかしめ突起１９が入る凹部２８を設けた場合を示しており、うねり部周辺に荷重が付加されるだけで高低差は残ったままの状態である。この鉄心片１１、１２を平面状態にするためには、極めて大きな荷重が必要であり、積層鉄心本体１０の面積も広く、樹脂注入用金型２７及び受け金型２２を支持する部材（例えば柱）の強度以上の荷重をかける必要があるが、これは不可能である。一方、本実施の形態においては、かしめ部１３を介して均等に積層鉄心本体１０に荷重をかけているので、各鉄心片１１、１２にかしめ部１３を介してより均等に荷重をかけて、より効果的にうねり２５を矯正し、積層鉄心本体１０の樹脂注入側表面に発生する隙間を小さくすることができる（以下の実施の形態においても同じ）。
図５（Ａ）には本発明の第２の実施の形態に係る積層鉄心の製造方法を示すが、樹脂注入用金型３０と積層鉄心本体１０との間に中間プレートの一例であるカルプレート（ダミープレートともいう）３１を配置して樹脂を注入する場合、かしめ突起１９が当接するカルプレート３１の押圧平面は完全平面となっている。これによって、積層鉄心本体１０を樹脂注入用金型３０と受け金型３２とで挟持押圧した場合、かしめ部１３に荷重が集中し、より効果的にうねりが除去され、カルプレート３１と積層鉄心本体１０との隙間が小さくなる（即ち、例えば５０μｍ未満の隙間になって密着する）。なお、カルプレート３１には磁石挿入孔１７、１８に樹脂を注入するゲート孔（樹脂注入孔）と必要な場合は樹脂注入用金型３０に形成されている樹脂溜めポット（樹脂溜め部の一例）とゲート孔を結ぶ溝状のランナーが設けられている。樹脂を硬化させた後、カルプレート３１は、樹脂封止された積層鉄心本体１０から取り除く。
図５（Ｂ）には、本発明の第３の実施の形態に係る積層鉄心の製造方法を示すが、積層鉄心本体１０は、かしめ突起１９が下方に突出し、その下に搬送トレイ３４が配置されている場合で、搬送トレイ３４がかしめ突起１９に接する部分を平面としておく。樹脂を注入する樹脂溜めポット（樹脂溜め部の一例）を有する樹脂注入用金型３５はこの実施の形態では下型となって、受け金型３６は上型となっているが、樹脂注入用金型を上型、受け金型を下型として配置してもよい（以上の実施の形態においても同じ）。この例においては、搬送トレイ３４に磁石挿入孔１７、１８に樹脂を注入するゲート孔が設けられている。なお、以上の実施の形態に係る積層鉄心の製造方法において、一部の鉄心片のうねりを測定して、各鉄心片１１、１２のうねり（歪、厳密には表面の高低差）が３〜１０μｍの範囲にあったと推定される。
図６に、４つのかしめ部１３ａが円周方向に均等配置された積層鉄心本体１１ａの上に感圧紙をおいて、当接面が平面となった中間プレートを介して樹脂注入用金型で押圧した状態を示す。積層鉄心本体１１ａの他方側は受け金型によって支持されている。感圧紙は荷重を受けた部分が黒くなっているが、磁石挿入孔の周囲とかしめ部１３ａの周りが加圧されていることが判る。この実験例では樹脂漏れは発生しなかった。
図７には、かしめ突起（ダボ）を平押し（即ち、平面で押す）した場合と、かしめ突起を逃がす凹部（ダボ逃がし）を形成した場合の、樹脂漏れ状態を調査したグラフであり、樹脂漏れの閾値は、樹脂に混入されているフィラーとの関係で０．０５ｍｍとしている。即ち、積層鉄心本体１０の表面に、０．０５ｍｍ以上の隙間があると樹脂漏れが発生し、０．０５ｍｍ未満であると樹脂漏れが生じないことを意味している。
ダボ逃がしを用いると、コア（積層鉄心本体）１の場合も、樹脂注入用金型と受け金型とで押圧したコア２の場合も、その隙間を０．１５ｍｍ未満とすることができず、樹脂漏れ閾値を上回っているため、隙間から樹脂漏れが発生する。なお、ダボ逃がしの場合、コア１、コア２を加熱してもその隙間に変化は無かった。
一方、平押しダボ抑えで、コア１の場合は樹脂注入用金型と受け金型とで押圧すると隙間が０．０５ｍｍ未満となる。また、コア２の場合は、単に押圧しただけでは、隙間が樹脂漏れ閾値を上回っているが、１００℃に加熱した時点で又は１００℃を超えた時点で、隙間が０．０５ｍｍ未満になり、隙間が閾値を下回ることから樹脂漏れは起こさない。通常の積層鉄心本体１０は熱硬化性樹脂を注入するので、予熱も行っており、仮に０．１５ｍｍ程度の隙間があっても、かしめ突起に平面荷重をかけることで、樹脂漏れを防止できる。
なお、図７に使用した鉄心片のうねりは非加熱状態で３〜１０μｍの範囲にあった。積層鉄心本体自体の表面のうねりは、非加熱かつ非押圧状態で１００〜１６０μｍ程度であるのが確認されていた。
従って、以上のことから、かしめ突起を押圧面が平面となった樹脂注入用金型で押圧すると、かしめ部を伝って荷重が伝達し 積層鉄心本体の表面と樹脂注入用金型の隙間が小さくなり、樹脂漏れを起こさないことが判る。また、積層鉄心本体を加熱すると、更にうねりに伴う変形が減少し、隙間が殆ど無くなり樹脂漏れが生じない。
本発明は前記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲でその構成を変更することもできる。
例えば、かしめ部はＶ字かしめでなく、半抜きかしめであってもよい。また、前記実施の形態においては、回転子積層鉄心（ロータコア）の製造に本発明を適用した例を示すが、固定子積層鉄心（ステータコア）であってもよい。
また、複数のかしめ部は鉄心片に対して同一半径位置に軸対称に設けられているのが好ましいが、本発明においては必須の要件ではない。
前記実施の形態においては、かしめ部は各鉄心片に対して円周方向に均等に配置されていたが、グループ毎に円周方向に均等に配置されている場合でも本発明は適用される。
１０：積層鉄心本体、１１、１２：鉄心片、１１ａ：積層鉄心本体、１３、１３ａ：かしめ部、１５：かしめ貫通孔、１６：軸孔、１７、１８：磁石挿入孔、１９：かしめ突起、２０：永久磁石、２２：受け金型、２３：樹脂注入用金型、２４：押圧平面、２５：うねり、２７：樹脂注入用金型、２８：凹部、３０：樹脂注入用金型、３１：カルプレート、３２：受け金型、３４：搬送トレイ、３５：樹脂注入用金型、３６：受け金型
本発明は、磁石挿入孔内に挿入された永久磁石を樹脂封止する場合に、樹脂の漏出を極力防止した積層鉄心（例えば、インナーロータコア及びアウターロータコアをいう）の製造方法に関する。
従来、モータに使用する積層鉄心は、複数の鉄心片を積層して円周方向に複数の磁石挿入孔を有する積層鉄心本体（コア）を造り、各磁石挿入孔に永久磁石を挿入した後、樹脂注入用金型と受け金型との間に入れて積層方向に加圧し、樹脂注入用金型に設けられた樹脂溜めポットから樹脂を磁石挿入孔に入れて、樹脂封止することが行われていた（特許文献１参照）。
なお、特許文献１には、樹脂注入用金型が積層鉄心本体に当接する場合、積層鉄心本体から突出するかしめ突起（通称、かしめダボ）を収納する収納部を樹脂注入用金型に形成して、樹脂注入用金型と積層鉄心本体との間で樹脂漏れが生じないようにしている。
また、図８に示すように、樹脂封止の際に、積層鉄心本体表面に樹脂が残留するのを防ぐために、樹脂注入用金型である上型６０と積層鉄心本体６１との間に、磁石挿入孔６２と樹脂溜めポット６３を連結するゲート孔６５が設けられた中間プレート６６（ダミープレート、カルプレート、トレイと称される）を配置し、ゲート孔６５から磁石挿入孔６２に樹脂を注入した後、中間プレート６６を余分な樹脂ごと積層鉄心本体６１から取り外す方法が提案されている（特許文献２参照）。
この中間プレート６６には、積層鉄心本体６１の表面から突出するかしめ突起６７を逃がす収納部６８が形成されている。なお、６９は下型（受け金型）を示す。
特許第４６８８５０５号公報 特許第４９９１９００号公報
しかしながら、積層鉄心本体に使用される鉄心片の原材料となる薄板の磁性鋼板は、圧延して製造されるので、その製造工法上、均一な平面とはなっておらず、表面にはわずかながら凹凸状の変形や厚み偏差による傾きが残っている。特に、近年ではモータ性能の向上を図る目的から磁性鋼板の低鉄損化が進む中、従来に無かった現象として磁性鋼板の表面のうねりの発生が顕著である。更に、鉄心片を形成するためのプレス加工工程による打ち抜き時、及びかしめ積層時にコア表面を変形させる応力が加わるために、完成した積層鉄心本体には大小のうねりが生じている。
その結果、特に各鉄心片に発生したうねりが大きい所では、特許文献１に記載のように、収納部でかしめ突起を収納しても、又は特許文献１、２を組み合わせて中間プレートに積層鉄心本体に形成されたかしめ突起を収納する収納部を設けたとしても、樹脂注入用金型又は中間プレート表面と積層鉄心本体との間に生じる隙間を無くす、又は樹脂が漏れない程度まで隙間を微小にすることはできず、結局は樹脂封止時に隙間からの樹脂漏れが発生し、磁石挿入孔への樹脂の未注入が発生していた。
この様子を、図９に示すが、黒い部分は樹脂注入用金型と積層鉄心本体との間に配置した感圧紙の感圧領域７０を示し、白い部分は感圧紙の非感圧領域７１を示す。なお、非感圧領域７１が磁石挿入孔７３に接している場合は隙間部分から樹脂漏れが発生する。樹脂漏れの箇所及び方向を図９にＲ１〜Ｒ４で示す。ここで、７２は軸孔を、７４は重量軽減用の抜き孔を、７５はかしめ突起の収納部を示す。
また、従来は樹脂注入用金型又は中間プレートと積層鉄心本体との間に目視して一定値以上の隙間を有する場合、隙間からの樹脂漏れが発生する可能性が極めて高く、廃棄処理していたので、積層鉄心本体の歩留りが低下する原因となっていた。
本発明者は、うねりを有する鉄心片を用いて積層鉄心本体が形成された場合に、特許文献１の技術を適用し、かしめ部の位置を避けて積層鉄心本体を平坦に押圧することは極めて困難であることを見出し、更に実験を繰り返し、より確実に樹脂漏れが防止できる積層鉄心の製造方法を完成した。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、樹脂注入用金型又は中間プレートと積層鉄心本体との間に生じる隙間を樹脂漏れが発生する厚みより小さくして、樹脂滓が少なく、更に磁石挿入孔への樹脂未充填が生じ難い積層鉄心の製造方法を提供することを目的とする。
前記目的に沿う第１の発明に係る積層鉄心の製造方法は、円周方向に複数のかしめ部が形成された複数枚の鉄心片をかしめ積層して形成され、複数の磁石挿入孔には永久磁石が挿入された積層鉄心本体を、対向する樹脂注入用金型と受け金型とで挟持した状態で、前記樹脂注入用金型に設けられた樹脂溜め部から前記磁石挿入孔に樹脂を注入して前記永久磁石を固定する積層鉄心の製造方法において、
前記積層鉄心本体の表面から前記かしめ部を突出させ、
前記樹脂の注入の際、前記樹脂注入用金型の押圧平面を、前記積層鉄心本体の表面から突出する前記かしめ部に押し当てて加圧し、前記かしめ部が突出形成された前記積層鉄心本体の表面と前記押圧平面の隙間を５０μｍ未満とし、該隙間からの樹脂漏れを防止する。
また、第２の発明に係る積層鉄心の製造方法は、円周方向に複数のかしめ部が形成された複数枚の鉄心片をかしめ積層して形成され、複数の磁石挿入孔には永久磁石が挿入された積層鉄心本体を、対向する樹脂注入用金型と受け金型とで挟持した状態で、前記樹脂注入用金型に設けられた樹脂溜め部から前記磁石挿入孔に樹脂を注入して前記永久磁石を固定する積層鉄心の製造方法において、
前記積層鉄心本体の表面から前記かしめ部を突出させ、
前記樹脂注入用金型と前記積層鉄心本体との間に前記樹脂溜め部から前記磁石挿入孔に前記樹脂を導くゲート孔を有する中間プレートを配置し、
前記樹脂の注入の際、該中間プレートの押圧平面を、前記かしめ部に押し当てて加圧し、前記積層鉄心本体の表面と前記押圧平面との隙間を５０μｍ未満とし、前記樹脂の注入時の該隙間からの樹脂漏れを防止する。
第１、第２の発明に係る積層鉄心の製造方法において、前記積層鉄心本体は予熱されているのが好ましい。この場合、予熱の温度はより低いのがエネルギー的に好ましく、例えば、５０〜１５０度とするのがよい。
なお、積層鉄心の製造方法において、「うねり」とは非平面状態の総称をいい、具体的には、１枚の鉄心片を平板の上に置いた状態で、表面側の最低高さと最高高さの差が生じていることをいい、各鉄心片のうねり（表面の高低差）を原則１０μｍ以下としている。同一形状のうねりを有する鉄心片を重ねれば、積層鉄心本体においても、理論的にはうねりは１０μｍ以下となる。ところが、積層する鉄心片のうねり形状は異なるので、鉄心片を多数枚積層すると、積層鉄心本体の表面の高低差は１０μｍより遥かに大きくなる。
ここで、樹脂注入用金型又は中間プレートに突出するかしめ部を逃がす収納部を設けた場合は、うねりを有する鉄心片を直に押圧して積層鉄心本体の表面に形成されるうねりを一定値以下（例えば、５０μｍ未満）にするには極めて大きな荷重が必要となることが実験により確認されている。
そこで、樹脂注入用金型又は中間プレートを平面にすると、突出するかしめ部を介して積層鉄心本体が押圧され、この場合、かしめ部を通じて押圧力が周囲に伝わり、比較的小さい荷重でも、積層鉄心本体の表面のうねり（即ち、凹凸差）を小さくすることができ、例えば、５０μｍ未満とすることができた。
各鉄心片のうねりを１０μｍ以下としたのは、各鉄心片のうねりが１０μｍを超えると、総合的な積層鉄心本体のうねりが大きくなり、樹脂注入用金型又は中間プレートの押圧力を常時使用している圧力より大きくする必要があり、操業上好ましくないからである。なお、このうねりの基準は、使用する金型装置の能力によって変えることができる。
第１、第２の発明に係る積層鉄心の製造方法においては、樹脂注入用金型又は中間プレートの押圧平面で、積層鉄心本体から突出したかしめ部を押圧するので、各鉄心片に多少のうねりがあっても、かしめ部を通じて伝わる荷重によって積層鉄心本体の表面のうねりが矯正され、樹脂注入用金型又は中間プレートの押圧平面と積層鉄心本体の表面との隙間が５０μｍ未満となって、樹脂封止時の樹脂漏れを無くすことができる。
本発明の第１の実施の形態に係る積層鉄心の製造方法が適用される回転子積層鉄心の積層鉄心本体の平面図である。 同回転子積層鉄心の積層鉄心本体の正面図である。 図１における矢視Ｐ−Ｐ’断面図である。 （Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ積層鉄心本体を樹脂注入用金型と受け金型で挟持押圧する状態の説明図である。 （Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ本発明の第２、第３の実施の形態に係る積層鉄心の製造方法の説明図である。 感圧紙を用いて測定した積層鉄心本体の表面の加圧状況を示す説明図である（なお、積層鉄心本体は図９に示すものとは異なる）。 各種条件で積層鉄心本体に永久磁石を樹脂封止した場合の樹脂漏れの発生状況を説明するグラフである。 従来例に係る積層鉄心の製造方法を示す説明図である。 感圧紙を用いて測定した従来例に係る積層鉄心の製造方法による積層鉄心本体の表面の加圧状況を示す説明図である。
続いて、添付した図面を参照しながら、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
本発明の第１の実施の形態に係る積層鉄心の製造方法について説明するにあたり、まず、図１、図２を参照しながら、樹脂封止を行う一般的な積層鉄心本体１０について説明する。積層鉄心本体１０は、厚みが例えば０．１５〜０．５ｍｍ程度で長尺の磁性鋼板からプレス金型によって、図２に示す形状の複数枚の鉄心片１１、１２を打ち抜き、かしめ積層して形成される。
図２に示すように、各鉄心片１１には、最上部の鉄心片１２を除いてかしめ部１３が鉄心片１１の円周方向に均等角度で形成されている。最上部の鉄心片１２は下層の鉄心片１１に形成されたかしめ部１３に符合してかしめ貫通孔１５が形成されている。この実施の形態では、かしめ部１３はＶ型かしめが用いられ、かしめ貫通孔１５は平面視して長方形の抜き孔から構成されている。平面視して長方形のかしめ部はその長辺が円周方向を向いている。
これらの鉄心片１１、１２をかしめ積層して形成された積層鉄心本体１０は中央に円形孔の一例である軸孔１６を備え、その周囲には対となる磁石挿入孔１７、１８が複数組（この実施の形態では８組）均等角度で配置されている。
かしめ部１３は各鉄心片１１、１２の厚みより厚く（例えば、鉄心片の厚みの１．１又は１．２〜１．８倍）なって、最上部の鉄心片１２の上表面から突出し、かしめ部１３の頂部となるかしめ突起１９が形成される。
図１に示すように、かしめ突起１９の位置は隣り合う組の磁石挿入孔１７、１８の中間位置の同一半径位置に円周方向に均等角度で配置されている。従って、かしめ突起１９は積層鉄心本体１０の最上部に軸対象に複数個形成されている。なお、図６に示すように、かしめ部１３ａの位置を一つ飛びの磁石挿入孔１７、１８の間で、円周方向に９０度位置に４つ形成してもよい。なお、かしめ部１３、１３ａは同一半径位置に設けられている。
従って、図１、図３にその一部を示すように、このような構造の積層鉄心本体１０を樹脂封止する場合は、各磁石挿入孔１７、１８に永久磁石２０（未磁化のものを含む）を入れて、必要な場合、図示しない搬送トレイ（特開２００８−１９９８９０号公報参照）に載せて、樹脂溜め部が設けられた樹脂注入用金型２３と受け金型２２との間に入れて、受け金型２２を上昇させて、積層鉄心本体１０を挟持して加圧する。樹脂注入用金型２３の押圧平面２４は完全平面となって、例えば、かしめ突起１９を収納する凹部は全く形成されていない。即ち、樹脂溜め部から磁石挿入孔１７、１８に樹脂を注入する際、押圧平面２４をかしめ突起１９に押し当てて加圧する。
図４（Ａ）、（Ｂ）には、対向する樹脂注入用金型２３と受け金型２２で押圧される積層鉄心本体１０のうねり２５の矯正状態を示している。仮に図４（Ａ）に示すように、下側に凹むようなうねり２５が積層鉄心本体１０に存在した場合、受け金型２２を上昇させると、積層鉄心本体１０の上部に形成されているかしめ突起１９に押圧平面２４が当接し、かしめ突起１９を押圧する。かしめ突起１９は各鉄心片１１に形成したかしめ部１３に連通し、かしめ部１３は各鉄心片１１に対して周方向均等角度位置に形成されて、各かしめ部１３の間に形成されているうねり２５に荷重は直接かかっていないので、かしめ部１３との高低差が減少し、平面化することができる。これによって、かしめ部１３（かしめ突起１９）が形成された表面を押圧平面２４に密着させて樹脂漏れを防止するようにしている。なお、ここで言う密着とは、かしめ突起１９と押圧平面２４が完全に当接したものに限らず、樹脂が漏れない程度の隙間（例えば、５０μｍ未満）を形成している場合も含まれる。
図４（Ｃ）は、樹脂注入用金型２７にかしめ突起１９が入る凹部２８を設けた場合を示しており、うねり部周辺に荷重が付加されるだけで高低差は残ったままの状態である。この鉄心片１１、１２を平面状態にするためには、極めて大きな荷重が必要であり、積層鉄心本体１０の面積も広く、樹脂注入用金型２７及び受け金型２２を支持する部材（例えば柱）の強度以上の荷重をかける必要があるが、これは不可能である。一方、本実施の形態においては、かしめ部１３を介して均等に積層鉄心本体１０に荷重をかけているので、各鉄心片１１、１２にかしめ部１３を介してより均等に荷重をかけて、より効果的にうねり２５を矯正し、積層鉄心本体１０の樹脂注入側表面に発生する隙間を小さくすることができる（以下の実施の形態においても同じ）。
図５（Ａ）には本発明の第２の実施の形態に係る積層鉄心の製造方法を示すが、樹脂注入用金型３０と積層鉄心本体１０との間に中間プレートの一例であるカルプレート（ダミープレートともいう）３１を配置して樹脂を注入する場合、かしめ突起１９が当接するカルプレート３１の押圧平面は完全平面となっている。これによって、積層鉄心本体１０を樹脂注入用金型３０と受け金型３２とで挟持押圧した場合、かしめ部１３に荷重が集中し、より効果的にうねりが除去され、カルプレート３１と積層鉄心本体１０との隙間が小さくなる（即ち、例えば５０μｍ未満の隙間になって密着する）。なお、カルプレート３１には磁石挿入孔１７、１８に樹脂を注入するゲート孔（樹脂注入孔）と必要な場合は樹脂注入用金型３０に形成されている樹脂溜めポット（樹脂溜め部の一例）とゲート孔を結ぶ溝状のランナーが設けられている。樹脂を硬化させた後、カルプレート３１は、樹脂封止された積層鉄心本体１０から取り除く。
図５（Ｂ）には、本発明の第３の実施の形態に係る積層鉄心の製造方法を示すが、積層鉄心本体１０は、かしめ突起１９が下方に突出し、その下に搬送トレイ３４が配置されている場合で、搬送トレイ３４がかしめ突起１９に接する部分を平面としておく。樹脂を注入する樹脂溜めポット（樹脂溜め部の一例）を有する樹脂注入用金型３５はこの実施の形態では下型となって、受け金型３６は上型となっているが、樹脂注入用金型を上型、受け金型を下型として配置してもよい（以上の実施の形態においても同じ）。この例においては、搬送トレイ３４に磁石挿入孔１７、１８に樹脂を注入するゲート孔が設けられている。なお、以上の実施の形態に係る積層鉄心の製造方法において、一部の鉄心片のうねりを測定して、各鉄心片１１、１２のうねり（歪、厳密には表面の高低差）が３〜１０μｍの範囲にあったと推定される。
図６に、４つのかしめ部１３ａが円周方向に均等配置された積層鉄心本体１１ａの上に感圧紙をおいて、当接面が平面となった中間プレートを介して樹脂注入用金型で押圧した状態を示す。積層鉄心本体１１ａの他方側は受け金型によって支持されている。感圧紙は荷重を受けた部分が黒くなっているが、磁石挿入孔の周囲とかしめ部１３ａの周りが加圧されていることが判る。この実験例では樹脂漏れは発生しなかった。
図７には、かしめ突起（ダボ）を平押し（即ち、平面で押す）した場合と、かしめ突起を逃がす凹部（ダボ逃がし）を形成した場合の、樹脂漏れ状態を調査したグラフであり、樹脂漏れの閾値は、樹脂に混入されているフィラーとの関係で０．０５ｍｍとしている。即ち、積層鉄心本体１０の表面に、０．０５ｍｍ以上の隙間があると樹脂漏れが発生し、０．０５ｍｍ未満であると樹脂漏れが生じないことを意味している。
ダボ逃がしを用いると、コア（積層鉄心本体）１の場合も、樹脂注入用金型と受け金型とで押圧したコア２の場合も、その隙間を０．１５ｍｍ未満とすることができず、樹脂漏れ閾値を上回っているため、隙間から樹脂漏れが発生する。なお、ダボ逃がしの場合、コア１、コア２を加熱してもその隙間に変化は無かった。
一方、平押しダボ抑えで、コア１の場合は樹脂注入用金型と受け金型とで押圧すると隙間が０．０５ｍｍ未満となる。また、コア２の場合は、単に押圧しただけでは、隙間が樹脂漏れ閾値を上回っているが、１００℃に加熱した時点で又は１００℃を超えた時点で、隙間が０．０５ｍｍ未満になり、隙間が閾値を下回ることから樹脂漏れは起こさない。通常の積層鉄心本体１０は熱硬化性樹脂を注入するので、予熱も行っており、仮に０．１５ｍｍ程度の隙間があっても、かしめ突起に平面荷重をかけることで、樹脂漏れを防止できる。
なお、図７に使用した鉄心片のうねりは非加熱状態で３〜１０μｍの範囲にあった。積層鉄心本体自体の表面のうねりは、非加熱かつ非押圧状態で１００〜１６０μｍ程度であるのが確認されていた。
従って、以上のことから、かしめ突起を押圧面が平面となった樹脂注入用金型で押圧すると、かしめ部を伝って荷重が伝達し 積層鉄心本体の表面と樹脂注入用金型の隙間が小さくなり、樹脂漏れを起こさないことが判る。また、積層鉄心本体を加熱すると、更にうねりに伴う変形が減少し、隙間が殆ど無くなり樹脂漏れが生じない。
本発明は前記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲でその構成を変更することもできる。
例えば、かしめ部はＶ字かしめでなく、半抜きかしめであってもよい。また、前記実施の形態においては、回転子積層鉄心（ロータコア）の製造に本発明を適用した例を示すが、固定子積層鉄心（ステータコア）であってもよい。
また、複数のかしめ部は鉄心片に対して同一半径位置に軸対称に設けられているのが好ましいが、本発明においては必須の要件ではない。
前記実施の形態においては、かしめ部は各鉄心片に対して円周方向に均等に配置されていたが、グループ毎に円周方向に均等に配置されている場合でも本発明は適用される。
１０：積層鉄心本体、１１、１２：鉄心片、１１ａ：積層鉄心本体、１３、１３ａ：かしめ部、１５：かしめ貫通孔、１６：軸孔、１７、１８：磁石挿入孔、１９：かしめ突起、２０：永久磁石、２２：受け金型、２３：樹脂注入用金型、２４：押圧平面、２５：うねり、２７：樹脂注入用金型、２８：凹部、３０：樹脂注入用金型、３１：カルプレート、３２：受け金型、３４：搬送トレイ、３５：樹脂注入用金型、３６：受け金型

Claims (4)

  1. 円周方向に複数のかしめ部が形成された複数枚の鉄心片をかしめ積層して形成され、複数の磁石挿入孔には永久磁石が挿入された積層鉄心本体を、対向する樹脂注入用金型と受け金型とで挟持した状態で、前記樹脂注入用金型に設けられた樹脂溜め部から前記磁石挿入孔に樹脂を注入して前記永久磁石を固定する積層鉄心の製造方法において、
    前記積層鉄心本体の表面から前記かしめ部を突出させ、
    前記樹脂の注入の際、前記樹脂注入用金型の押圧平面を、前記積層鉄心本体の表面から突出する前記かしめ部に押し当てて加圧し、前記かしめ部が突出形成された前記積層鉄心本体の表面と前記押圧平面の隙間を５０μｍ未満とし、該隙間からの樹脂漏れを防止することを特徴とする積層鉄心の製造方法。
  2. 円周方向に複数のかしめ部が形成された複数枚の鉄心片をかしめ積層して形成され、複数の磁石挿入孔には永久磁石が挿入された積層鉄心本体を、対向する樹脂注入用金型と受け金型とで挟持した状態で、前記樹脂注入用金型に設けられた樹脂溜め部から前記磁石挿入孔に樹脂を注入して前記永久磁石を固定する積層鉄心の製造方法において、
    前記積層鉄心本体の表面から前記かしめ部を突出させ、
    前記樹脂注入用金型と前記積層鉄心本体との間に前記樹脂溜め部から前記磁石挿入孔に前記樹脂を導くゲート孔を有する中間プレートを配置し、
    前記樹脂の注入の際、該中間プレートの押圧平面を、前記かしめ部に押し当てて加圧し、前記積層鉄心本体の表面と前記押圧平面との隙間を５０μｍ未満とし、前記樹脂の注入時の該隙間からの樹脂漏れを防止することを特徴とする積層鉄心の製造方法。
  3. 請求項１又は２記載の積層鉄心の製造方法において、前記かしめ部は円周方向に均等に又はグループ毎に均等に形成されていることを特徴とする積層鉄心の製造方法。
  4. 請求項１〜３のいずれか１記載の積層鉄心の製造方法において、前記積層鉄心本体は予熱されていることを特徴とする積層鉄心の製造方法。
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