JP2018038166A - 回転子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】型開きの際に封止樹脂に割れが発生するのを防止する技術を提供する。【解決手段】積層型ロータ１の積層鉄心２に形成された磁石挿入孔４に永久磁石３を挿入し、樹脂封止により永久磁石３を積層鉄心２に固定する、積層型ロータ１の製造方法は、磁石挿入工程（Ｓ１１０）と、型締め工程（Ｓ１２０）と、充填工程（Ｓ１３０）と、型開き工程（Ｓ１４０）と、を含む。充填工程（Ｓ１３０）において溶融樹脂ｒを磁石挿入孔４の内面６に接触させる領域は、積層鉄心２の積層方向の長さを２Ｌとすると、積層鉄心２の積層方向における中央Ｃから磁石挿入孔４の開口４ａ（一方の開口）に向かって０．１９Ｌまでの範囲内と、中央Ｃから磁石挿入孔４の開口４ｂ（他方の開口）に向かって０．１９Ｌまでの範囲内と、に限定する。【選択図】図３

Description

本発明は、回転子の製造方法に関する。

特許文献１には、積層鉄心の磁石挿入孔に挿入して樹脂封止する永久磁石を磁石挿入孔の半径方向内壁面に配置する技術を開示している。具体的には、磁石挿入孔に永久磁石を挿入し、挿入した永久磁石を接着剤で半径方向内壁面に仮固定し、その後、樹脂封止により永久磁石を本固定するとしている。

特開２０１５−２０４６９３号公報

ところで、積層鉄心の磁石挿入孔に挿入した磁石を樹脂封止により積層鉄心に固定するには、（１）積層鉄心をその積層方向において上型と下型により挟持し、（２）上型又は下型の何れか一方に設けたゲートから磁石挿入孔へ溶融樹脂を充填し、（３）溶融樹脂が十分に硬化したら型開きして積層鉄心を金型から取り出す。

そして、積層鉄心をその積層方向において上型と下型により挟持する際、積層鉄心はその積層方向において少なからず圧縮される。従って、型開きに際しては、積層鉄心がその積層方向において少なからず膨張する。この膨張は一般にスプリングバックとも呼ばれている。この膨張の際、封止樹脂には無視できない応力が発生し、封止樹脂に割れが発生してしまう場合がある。

本発明の目的は、型開きの際に封止樹脂に割れが発生するのを防止する技術を提供することにある。

回転子の積層鉄心に形成された磁石挿入孔に永久磁石を挿入し、樹脂封止により前記永久磁石を前記積層鉄心に固定する、回転子の製造方法であって、前記磁石挿入孔に前記永久磁石を挿入する磁石挿入工程と、前記積層鉄心をその積層方向において上型と下型により挟持する型締め工程と、前記磁石挿入孔に溶融樹脂を充填する充填工程と、前記溶融樹脂の硬化後に型開きする型開き工程と、を含み、前記充填工程において前記溶融樹脂を前記磁石挿入孔の内面に接触させる領域は、Ｘ１≦０．１９Ｌ、且つ、Ｘ２≦０．１９Ｌが成立するように限定する、製造方法が提供される。ただし、型開き後の前記積層鉄心の積層方向の長さを２Ｌとし、型開き後において封止樹脂が前記磁石挿入孔の前記内面に接着している領域の、前記積層鉄心の積層方向における中央から前記磁石挿入孔の一方の開口に向かう積層方向の長さをＸ１とし、型開き後において前記封止樹脂が前記磁石挿入孔の前記内面に接着している前記領域の、前記積層鉄心の積層方向における前記中央から前記磁石挿入孔の他方の開口に向かう積層方向の長さをＸ２とする。以上の方法によれば、型開きの際に封止樹脂に割れが発生するのを防止することができる。

本発明によれば、型開きの際に封止樹脂に割れが発生するのを防止することができる。

積層型ロータの平面図である。（第１実施形態） 積層型ロータの部分平面図である。（第１実施形態） 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。（第１実施形態） 積層型ロータの製造方法のフローチャートである。（第１実施形態） 磁石挿入孔にフィルムを配置した様子を示す断面図である。（第１実施形態） 磁石挿入孔に永久磁石を挿入した様子を示す断面図である。（第１実施形態） 型締めした様子を示す断面図である。（第１実施形態） 樹脂封止の様子を示す断面図である。（第１実施形態） 型開きした様子を示す断面図である。（第１実施形態） 封止樹脂の斜視図である。（第１実施形態） 磁石挿入孔にフィルムを配置した様子を示す断面図である。（第２実施形態） 封止樹脂の斜視図である。（第２実施形態） 応力評価計算の計算条件の説明図である。 応力評価計算の計算結果を示す折れ線グラフである。 他の応力評価計算の計算結果を示す折れ線グラフである。

以下、本発明を適用した具体的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜簡略化される。また、説明の便宜上、図面における寸法は実際の製品の寸法を必ずしも反映したものとはなっていない。

図１に、積層型ロータ１（回転子）を示している。積層型ロータ１は、積層鉄心２と、複数の永久磁石３と、を備えている。

積層鉄心２は、円環状にプレス打抜加工された磁性鋼板を数百枚積層したものである。一枚の磁性鋼板の厚みは、例えば０．１〜０．３ｍｍである。積層鉄心２の積層方向における厚みは、積層方向で圧縮されていない自然状態において例えば６０．６ｍｍである。以下、積層鉄心２の半径方向を単に「半径方向」と称し、積層鉄心２の円周方向を単に「円周方向」と称し、積層鉄心２の積層方向を単に「積層方向」と称する。

積層鉄心２には、複数の磁石挿入孔４が形成されている。各磁石挿入孔４は、積層鉄心２を積層方向に貫いている。複数の磁石挿入孔４には、複数の永久磁石３がそれぞれ収容されている。図１に示すように、積層鉄心２は、平面視において、同じ形状を円周方向に８回繰り返した形状となっている。従って、以降の説明においては、図１において二点鎖線で特定した領域Ａのみに着目して説明するものとする。

図２に示すように、領域Ａには、２つの磁石挿入孔４が形成されている。各磁石挿入孔４は、平面視で略直線的に形成されている。各磁石挿入孔４は、半径方向に対して若干傾斜して形成されている。２つの磁石挿入孔４は、円周方向に若干離れて配置されている。２つの磁石挿入孔４は、半径方向外側に向かうにつれて互いに離れるように形成されている。２つの磁石挿入孔４は、半径方向を基準として線対称に形成されている。

１つの磁石挿入孔４には、１つの永久磁石３が収容され、封止樹脂Ｒにより封止されている。これにより、永久磁石３は、積層鉄心２に対して固定されている。永久磁石３は、磁石挿入孔４の平面視での長手方向の略中央に配置されている。永久磁石３は略直方体状に形成されており、図２の平面視において、永久磁石３の長手方向は磁石挿入孔４の長手方向に一致している。永久磁石３は、２つの主面５を有する。各主面５の法線方向は、図２の平面視において磁石挿入孔４の長手方向に対して直交しており、且つ、積層方向に対しても直交している。

封止樹脂Ｒは、例えば、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂であることが好ましい。封止樹脂Ｒは、永久磁石３を半径方向及び円周方向、積層方向で覆っている。従って、永久磁石３は外部に露出していないし、積層鉄心２に対して積極的には接触していない。

図３には、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図を示している。図３に示すように、磁石挿入孔４の内面６には、磁石挿入孔４の内面６に対する封止樹脂Ｒの接着を部分的に禁止する２つの筒状のフィルム７が配置されている。各フィルム７は、例えばポリイミドなどの材質により形成されたものである。各フィルム７の厚みは、例えば５から１００マイクロメートルである。２つのフィルム７は、積層方向に離れて配置されている。また、前述のフィルム７に代わりフィルム７が配置される積層鉄心２側に離型剤を塗布しても同じ効果が得られる。従って、封止樹脂Ｒは、積層方向における中央部Ｒ１においてのみ、磁石挿入孔４の内面６に対する接着が許容されており、積層方向における２つの端部Ｒ２においては磁石挿入孔４の内面６に対する接着が禁止されている。なお、図３において、磁石挿入孔４内において封止樹脂Ｒが完全には充填されていないのは、型開き時に積層鉄心２が積層方向に膨張したことに起因する。本実施形態では、封止樹脂Ｒの積層方向における端部Ｒ２が磁石挿入孔４の内面６に対して接着されていないので、上記膨張の際に封止樹脂Ｒに外力が作用し難くなっており、もって、型開きの際に封止樹脂Ｒに割れが発生するのを防止している。

ここで、磁石挿入孔４の内面６に対する封止樹脂Ｒの接着の具体的な範囲について説明する。型開き後の積層鉄心２の積層方向の長さを２Ｌとする。型開き後において封止樹脂Ｒが磁石挿入孔４の内面６に接着している領域の、積層鉄心２の積層方向における中央Ｃから磁石挿入孔４の上側の開口４ａ（一方の開口）に向かう積層方向の長さをＸ１とする。型開き後において封止樹脂Ｒが磁石挿入孔４の内面６に接着している領域の、積層鉄心２の積層方向における中央Ｃから磁石挿入孔の下側の開口４ｂ（他方の開口）に向かう積層方向の長さをＸ２とする。この場合、同様に型開き後において、Ｘ１≦０．１９Ｌ、且つ、Ｘ２≦０．１９Ｌが成立している。

次に、図４から図１０を参照して、積層型ロータ１の製造方法を説明する。

まず、図５に示すように、磁石挿入孔４の内面６に２つのフィルム７を配置する（Ｓ１００）。このとき、２つのフィルム７は、積層方向において互いに離して配置する。より詳細には、上側のフィルム７の上側の開口７ａが磁石挿入孔４の上側の開口４ａに対して積層方向で揃うように、上側のフィルム７を配置する。同様に、下側のフィルム７の下側の開口７ｂが磁石挿入孔４の下側の開口４ｂに対して積層方向で揃うように、下側のフィルム７を配置する。これにより、磁石挿入孔４の内面６は、積層方向における中央のみが露出することになる。

次に、図６に示すように、磁石挿入孔４内に永久磁石３を挿入する（Ｓ１１０）。このとき、永久磁石３は、磁石挿入孔４の開口４ａ及び開口４ｂから等しい距離となるように、磁石挿入孔４に対して位置決めする。また、永久磁石３は、磁石挿入孔４の長手方向における中央に位置するように、磁石挿入孔４に対して位置決めする。

次に、図７に示すように、型締めする（Ｓ１２０）。具体的には、上型１０と下型１１によって、積層鉄心２を積層方向において挟持する。この挟持により、積層鉄心２は積層方向で若干圧縮されることになる。図７には、型締めにより積層方向で圧縮された積層鉄心２が示されている。図７に示すように、型締めされた状態において、磁石挿入孔４の内面６は、積層方向における中央のみが露出している。磁石挿入孔４の内面６の露出した領域を露出領域１２とする。この露出領域１２の上端１２ａ及び下端１２ｂの位置は、型開き後において、Ｘ１≦０．１９Ｌ、且つ、Ｘ２≦０．１９Ｌが成立するように設定する。なお、露出領域１２の上端１２ａとは、露出領域１２の積層方向における端のうち上型１０に近い方の端である。同様に、露出領域１２の下端１２ｂとは、露出領域１２の積層方向における端のうち下型１１に近い方の端である。

次に、図８に示すように、下型１１のゲート１３を介して溶融樹脂ｒを磁石挿入孔４に充填し、硬化させる（Ｓ１３０）。このとき、溶融樹脂ｒは磁石挿入孔４の内面６のうち露出領域１２に対してのみ接着することになる。

次に、溶融樹脂ｒの硬化後、図９に示すように型開きし（Ｓ１４０）、積層型ロータ１を金型から取り出す（Ｓ１５０）。型開きに際しては、封止樹脂Ｒの中央部Ｒ１のみが磁石挿入孔４の内面６に対して接着している。従って、型開きに際して積層鉄心２が積層方向に若干膨張しても、封止樹脂Ｒに過大な外力が作用することはなく、もって、型開き時における封止樹脂Ｒの割れを効果的に防止する。なお、図１０では、磁石挿入孔４内で硬化した封止樹脂Ｒのみを描いている。図１０において、磁石挿入孔４の内面６に対して接着している領域をハッチングで特定している。図１０に示すように、本実施形態では、封止樹脂Ｒの中央部Ｒ１が全周にわたって切れ目なく磁石挿入孔４の内面６に対して接着している。

上記第１実施形態は、以下のように変更できる。即ち、上記第１実施形態では、磁石挿入孔４の内面６に対する封止樹脂Ｒの接着を部分的に禁止するために、磁石挿入孔４の内面６に対して溶融樹脂ｒの充填前に予めフィルム７を部分的に配置することにしている。しかしながら、フィルム７を配置することに代えて、磁石挿入孔４の内面６に対して離型剤を部分的に塗布することより上記接着を部分的に禁止するようにしてもよいし、磁石挿入孔４の内面６に対して樹脂薄板を配置することにより上記接着を部分的に禁止するようにしてもよい。また、磁石挿入孔４に永久磁石３を挿入する前に予め永久磁石３を樹脂封止しておき、樹脂封止された永久磁石３を磁石挿入孔４内に挿入し、樹脂封止された永久磁石３の積層方向における中央のみを接着剤等を用いて磁石挿入孔４の内面６に対して接着するようにすることも考えられる。

（第２実施形態）
以下、図１１及び図１２を参照して、第２実施形態を説明する。以下、第２実施形態が上記第１実施形態と異なる点を中心に説明し、重複する説明は省略する。

上記第１実施形態では、図５に示すように、２つの筒状のフィルム７を積層方向において互いに離して配置することによって、図１０に示すように、封止樹脂Ｒの中央部Ｒ１を全周にわたって磁石挿入孔４の内面６に対して接着させることとしている。

これに対し、本実施形態では、図１１に示すように、２つの筒状のフィルム７は、永久磁石３の主面５に対して対向するフィルム連結部１４によって連結されている。従って、図１２に示すように、封止樹脂Ｒの中央部Ｒ１のうち永久磁石３の主面５に対向する部分Ｒ３の、磁石挿入孔４の内面６に対する接着は禁止されている。

（第１応力評価計算）
次に、図１３及び図１４を参照して、型開き時における第１応力評価計算について説明する。本計算は、封止樹脂Ｒのうち磁石挿入孔４の内面６に対して接着される領域の大小を変化させると、封止樹脂Ｒに発生する最大主応力がどのように変化するかを有限要素法を用いて数値計算したものである。最大主応力は、図１３に示す着目箇所Ａ〜Ｅごとに集計した。即ち、図１３において「Ａ」で示す着目箇所においては、積層方向で並んだ複数の要素ごとに最大主応力が算出されるが、複数の最大主応力の中でも最大となるものを「Ａ」における最大主応力とした。封止樹脂Ｒの物性としては、不飽和ポリエステル樹脂の物性を用いた。不飽和ポリエステル樹脂の弾性率は９．０ＧＰａであり、不飽和ポリエステル樹脂の引張強度は３５ＭＰａである。型開き前の圧縮状態における積層鉄心２の積層方向における寸法２Ｌは、５９．９ｍｍであり、型開き後の自然状態における積層鉄心２の積層方向における寸法は、６０．６ｍｍとした。

図１４に、上記応力評価計算の計算結果を示す。横軸は図１３で示した着目箇所であり、縦軸は着目箇所に対応する最大主応力である。各折れ線に添えられた数値は、図３のＸ１（単位はｍｍ）である。なお、Ｘ２はＸ１と同値とした。また、「（すべり）」と付記されていない数値が添えられた折れ線に対応する計算においては、図１０に示すように封止樹脂Ｒの中央部Ｒ１は全周にわたって磁石挿入孔４の内面６に接着していることを計算条件に加えた。一方、「（すべり）」と付記された数値が添えられた折れ線に対応する計算においては、図１２に示すように封止樹脂Ｒの中央部Ｒ１のうち部分Ｒ３を除いた部分のみが磁石挿入孔４の内面６に接着していることを計算条件に加えた。図１４によれば、磁石挿入孔４の内面６に対する封止樹脂Ｒの接着面積が小さくなるほど、封止樹脂Ｒに発生する最大主応力を低減できることがわかる。また、具体的には、Ｘ１（ｍｍ）及びＸ２（ｍｍ）を何れも５．７ｍｍ以下とすれば、型開き時に封止樹脂Ｒに発生する最大主応力を引張強度以下に抑えることができることがわかる。即ち、Ｘ１（ｍｍ）及びＸ２（ｍｍ）を０．１９Ｌ（ｍｍ）以下とすれば、型開き時に封止樹脂Ｒに発生する最大主応力を引張強度以下に抑えることができることがわかる。更に言えば、永久磁石３の主面５と対向する領域においても磁石挿入孔４の内面６に対する封止樹脂Ｒの接着を禁止すれば、型開き時に封止樹脂Ｒに発生する最大主応力をより一層抑えることができる。

なお、封止樹脂Ｒを磁石挿入孔４の内面６に対して固定するためには、Ｘ１（ｍｍ）及びＸ２（ｍｍ）は、何れも少なくとも１ｍｍ以上であることが必要と考える。

（第２応力評価計算）
次に、図１５を参照して、型開き時における第２応力評価計算について説明する。本応力評価計算は、上記第１応力評価計算と以下の点で異なる。即ち、封止樹脂Ｒの物性としては、不飽和ポリエステル樹脂に代えてエポキシ樹脂の物性を用いた。エポキシ樹脂の弾性率は１７．０ＧＰａであり、エポキシ樹脂の引張強度は１０４ＭＰａである。

図１５に、上記応力評価計算の計算結果を示す。本計算では、図１０に示すように封止樹脂Ｒの中央部Ｒ１は全周にわたって磁石挿入孔４の内面６に接着していることを計算条件に加えた。また、Ｘ１（ｍｍ）及びＸ２（ｍｍ）は何れも５．７ｍｍとした。図１５によれば、Ｘ１（ｍｍ）及びＸ２（ｍｍ）を何れも５．７ｍｍ以下とすれば、エポキシ樹脂を採用した場合であっても、型開き時に封止樹脂Ｒに発生する最大主応力を引張強度以下に抑えることができることがわかる。即ち、Ｘ１（ｍｍ）及びＸ２（ｍｍ）を０．１９Ｌ（ｍｍ）以下とすれば、型開き時に封止樹脂Ｒに発生する最大主応力を引張強度以下に抑えることができることがわかる。

以上に説明したように、積層型ロータ１（回転子）の積層鉄心２に形成された磁石挿入孔４に永久磁石３を挿入し、樹脂封止により永久磁石３を積層鉄心２に固定する、積層型ロータ１の製造方法は、磁石挿入孔４に永久磁石３を挿入する磁石挿入工程（Ｓ１１０）と、積層鉄心２をその積層方向において上型１０と下型１１により挟持する型締め工程（Ｓ１２０）と、磁石挿入孔４に溶融樹脂ｒを充填する充填工程（Ｓ１３０）と、溶融樹脂ｒの硬化後に型開きする型開き工程（Ｓ１４０）と、を含む。充填工程（Ｓ１３０）において溶融樹脂ｒを磁石挿入孔４の内面６に接触させる領域は、Ｘ１≦０．１９Ｌ、且つ、Ｘ２≦０．１９Ｌが成立するように限定する。ただし、図３に示すように、型開き後の積層鉄心２の積層方向の長さを２Ｌとし、型開き後において封止樹脂Ｒが磁石挿入孔４の内面６に接触している領域の、積層鉄心２の積層方向における中央Ｃから磁石挿入孔４の上側の開口４ａ（一方の開口）に向かう積層方向の長さをＸ１とし、型開き後において封止樹脂Ｒが磁石挿入孔４の内面６に接触している領域の、積層鉄心２の積層方向における中央Ｃから磁石挿入孔４の下側の開口４ｂ（他方の開口）に向かう積層方向の長さをＸ２とする。以上の方法によれば、型開きの際に封止樹脂Ｒに割れが発生するのを防止することができる。

１ 積層型ロータ
２ 積層鉄心
３ 永久磁石
４ 磁石挿入孔
４ａ 開口
４ｂ 開口
５ 主面
６ 内面
７ フィルム
７ａ 開口
７ｂ 開口
１０ 上型
１１ 下型
１２ 露出領域
１２ａ 上端
１２ｂ 下端
１３ ゲート
１４ フィルム連結部
Ｃ 中央
ｒ 溶融樹脂
Ｒ 封止樹脂
Ｒ１ 中央部
Ｒ２ 端部
Ｒ３ 部分

Claims (1)

1. 回転子の積層鉄心に形成された磁石挿入孔に永久磁石を挿入し、樹脂封止により前記永久磁石を前記積層鉄心に固定する、回転子の製造方法であって、
   前記磁石挿入孔に前記永久磁石を挿入する磁石挿入工程と、
   前記積層鉄心をその積層方向において上型と下型により挟持する型締め工程と、
   前記磁石挿入孔に溶融樹脂を充填する充填工程と、
   前記溶融樹脂の硬化後に型開きする型開き工程と、
   を含み、
   前記充填工程において前記溶融樹脂を前記磁石挿入孔の内面に接触させる領域は、
   Ｘ１≦０．１９Ｌ、且つ、Ｘ２≦０．１９Ｌが成立するように限定する、
   製造方法。
   ただし、型開き後の前記積層鉄心の積層方向の長さを２Ｌとし、型開き後において封止樹脂が前記磁石挿入孔の前記内面に接着している領域の、前記積層鉄心の積層方向における中央から前記磁石挿入孔の一方の開口に向かう積層方向の長さをＸ１とし、型開き後において前記封止樹脂が前記磁石挿入孔の前記内面に接着している前記領域の、前記積層鉄心の積層方向における前記中央から前記磁石挿入孔の他方の開口に向かう積層方向の長さをＸ２とする。

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