JP2023014657A - 鉄心の製造方法、鉄心 - Google Patents

Abstract

【課題】鉄損の増加やスパッタの付着および占積率の低下を防止することができる鉄心の製造方法、鉄心を提供する。【解決手段】鉄心の製造方法は、内側に窪んだ凹部５ａが外周部に形成されている薄板状の鉄心片２を積層して積層体３を形成する工程と、積層体３の外周面に積層方向に延びて形成される溝部５に、紫外線硬化性樹脂６を当該溝部５からはみ出さない範囲で注入する工程と、注入した紫外線硬化性樹脂６に紫外線を照射して当該紫外線硬化性樹脂６を硬化させる工程とを含む。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、薄板状の鉄心片を積層して形成された鉄心の製造方法、鉄心に関する。

従来、薄板状の鉄心片を積層して形成される鉄心が知られている。このような鉄心は、例えば特許文献１のように積層した鉄心片を溶接にて固定したり、かしめにより固定したり、鉄心片の表面に接着剤を塗布したものを積層したりすることにより製造されている。

特開２０１７－２２１０８５号公報

しかしながら、溶接やかしめにより製造された鉄心は、溶接時やかしめ時に生じた応力が鉄心に残留することによって、鉄心片を積層しただけの状態と比べて鉄損が多くなるという問題がある。また、溶接時には、いわゆるスパッタが発生することがあり、そのスパッタが鉄心の表面に付着すると除去する必要がある。また、鉄心片間に接着剤を塗布する場合には占積率が低下するという問題があり、その問題は、高性能化のために鉄心材を薄くするほど顕著となる。

そこで、鉄損の増加やスパッタの付着および占積率の低下を防止することができる鉄心の製造方法、鉄心を提供する。

実施形態の鉄心の製造方法は、内側に窪んだ凹部が外周部に形成されている薄板状の鉄心片を積層して積層体を形成する工程と、積層体の外周面に積層方向に延びて形成される溝部に、紫外線硬化性樹脂を当該溝部からはみ出さない範囲で注入する工程と、注入した紫外線硬化性樹脂に紫外線を照射して当該紫外線硬化性樹脂を硬化させる工程とを含む。

実施形態による固定子鉄心を模式的に示す図 鉄心片の構成を模式的に示す図 溝部の形状の一例を模式的に示す図 製造工程の流れを示す図 紫外線硬化性樹脂を注入する態様を模式的に示す図 紫外線硬化性樹脂を硬化させる態様を模式的に示す図 溝部の他の構成例を模式的に示す図 鉄心片の他の積層態様を模式的に示す図 他の製造態様を模式的に示す図その１ 他の製造態様を模式的に示す図その２

以下、実施形態について図面を参照しながら説明する。図１に示すように、本実施形態で想定している鉄心である固定子鉄心１は、薄板状の鉄心片２を積層することにより形成されている。鉄心片２は、周知のように電磁鋼板をプレスにより環状に打ち抜くこと等により形成されている。本実施形態では、鉄心片２を形成する電磁鋼板として、シリコン含有量が比較的高く、且つ、高周波特性を向上させるために板厚が比較的薄い鋼板を想定している。また、電磁鋼板は、周知のようにその表面が絶縁皮膜によって覆われている。

そして、所定枚数の鉄心片２を積層した３つのブロック２Ａ～２Ｃを、互いに周方向にずらして積層するいわゆる回し積みにより積層することで、複数の鉄心片２が厚み方向に積層された積層体３が形成される。

この積層体３は、その外周面に、径方向外側に広がっている複数の耳部４が設けられている。本実施形態では、耳部４は、固定子鉄心１の外周面に概ね１２０°間隔で均等に３箇所設けられている。この耳部４には積層方向に貫通している貫通孔４ａが形成されており、その貫通孔４ａは、固定子鉄心１を図示しない筐体などに取り付けるために利用される。

また、積層体３は、その外周面に、鉄心片２の積層方向に延びる複数の溝部５が形成されており、その溝部５には、詳細は後述するが、各鉄心片２を固定するための紫外線硬化性樹脂６が設けられている。この溝部５は、積層体３の周方向において耳部４からずれた位置であって、外周面に概ね６０°間隔で均等に６箇所形成されている。ただし、ブロック２の数や耳部４の数あるいは溝部５の数は一例であり、これに限定されるものではない。

また、溝部５は、鉄心片２を積層することによって形成される。具体的には、鉄心片２は、図２に示すようにその外周部に耳部４および貫通孔４ａと内周側に窪んだ凹部５ａとが形成された状態であって、その内周部に巻き線を収容するための収容部７となる複数のスリット７ａと、そのスリット７ａに繋がっていて回転子を収容する中空部８となる孔部８ａが形成された状態で打ち抜かれている。そして、この鉄心片２を板厚方向に積層することにより、図１に示すように凹部５ａが積層方向に並んで溝部５を形成するとともに、収容部７および中空部８が形成される。

この凹部５ａは、図３に積層方向から視た平面視にて示すように、鉄心片２の外周から内周側に向かって傾斜している２つの曲線状の部位と、それらの中央の平坦な部位とが滑らかにつながった形状に形成されている。このとき、凹部５ａは、その中央の部位が積層体３の外周を示す仮想線（ＣＬ）から概ね１．３ｍｍ程度となる深さであって、その周方向への幅が概ね１０ｍｍ程度に形成されている。ただし、ここで示した凹部５ａの形状や深さや幅は一例である。

紫外線硬化性樹脂６は、紫外線を照射することによって硬化する樹脂材料であり、溝部５に注入あるいは充填される状態ではある程度の粘性を有している。この紫外線硬化性樹脂６としては、例えば１００℃程度の耐熱性を有するものであって、概ね数秒程度の紫外線の照射で硬化が完了するものを採用することができる。

そして、紫外線硬化性樹脂６は、溝部５内に、仮想線（ＣＬ）よりも内周側の範囲に収まる量が注入されている。つまり、紫外線硬化性樹脂６は、単に溝部５の表面に塗布されているのではなく、溝部５からはみ出ない範囲、換言すると、積層体３の外周面に広がらない状態で、ある程度の厚みを有する状態に設けられている。なお、紫外線硬化性樹脂６は、必要となる耐熱性、耐久性を確保できるものであればよく、例えば接着性を有しているいわゆる接着剤として利用されるものを用いることもできる。

次に上記した構成の作用について説明する。
前述のように、固定子鉄心１のような鉄心は、溶接やかしめにより固定されると、鉄心片２が積層された状態の積層体３と比べると、溶接時やかしめ時に生じた応力が残留することによって鉄損が多くなることがある。また、溶接時にはいわゆるスパッタが発生することがあり、そのスパッタが鉄心の表面に付着すると除去する必要がある。

また、鉄心片２間に接着剤を塗布して固定する場合には、占積率が低下するという問題があり、その問題は、例えば高周波特性を向上させるなどの高性能化のために鉄心材を薄くするほど顕著となる。なお、占積率は、所定の高さ（Ｌ０）に形成される固定子鉄心１において、その容積に対する鉄心片２の容積と考えればよい。
そこで、本実施形態では、以下に示す製造方法により鉄損の増加やスパッタの付着および占積率の低下を同時に抑制している。

具体的には、図４に示すように、固定子鉄心１の製造工程では鉄心片２を打ち抜く打ち抜き工程が行われる（Ｓ１）。この打ち抜き工程では、例えば電磁鋼板をプレス機で打ち抜くことによって概ね円環状且つ薄板状の鉄心片２が形成される。このとき、鉄心片２には、図３に示したように耳部４、積層された状態で溝部５となる凹部５ａ、積層された状態で収容部７を形成するスリット７ａ、回転子を収容する中空部８がその外周側に形成される。

続いて、この鉄心片２を所定枚数のブロック単位で積層する積層工程が行われ（Ｓ２）、そのブロックを回し積みする回し積み工程が行われる（Ｓ３）。このとき、図示は省略するが、プレス機は、打ち抜いた鉄心片２がそのまま下方に落下して打ち抜いた順で鉄心片２を積層する構造となっている。そのため、ステップＳ２では、所定枚数が打ち抜かれた時点で、つまりは、所定枚数の鉄心片２が積層された時点で、１つのブロックとして取り出されている。

そして、取り出されたブロックは、ステップＳ３において、最初に取り出したブロック２Ａに対して次に取り出したブロック２Ｂを周方向に１２０°回転させて積層し、その次に取り出したブロック２Ｃをブロック２Ｂに対して周方向に１２０°回転させて積層することで回し積みされて積層体３が形成される。

これにより、電磁鋼板の長手方向あるいは短手方向の板厚にばらつきがあったとしても、回し積みすることによってそのばらつきが吸収される。つまり、積層体３は、その周方向における高さが概ね均等になる。なお、図示は省略するが、回し積みする際には、ブロック２Ａ～２Ｃが同心となるように、また、後述する加圧を可能とするために、鉄心片２の中心を出すための治具が設けられている加圧機にそれぞれのブロック２Ａ～２Ｃを積層している。

続いて、バリつぶし加圧工程が行われる（Ｓ４）。鉄心片２は、上記したようにプレス機により打ち抜かれているため、その切断部にバリが生じていることがある。そのため、ステップＳ４において積層体３に対して比較的強い圧力を積層方向に加えることにより、鉄心片２に生じた可能性のあるバリを物理的につぶしている。

その後、バリつぶし加圧時よりも相対的に小さい圧力を積層体３の積層方向に加える注入時加圧工程が行われる（Ｓ５）。この工程では、図５に示すように、積層体３の高さ（Ｌ１）は、固定子鉄心１に要求される所定の高さ（Ｌ０）よりも大きくなる程度の圧力が加えられる。換言すると、注入時加圧工程では、積層体３を所定の高さ（Ｌ０）にするときよりも相対的に小さい圧力が加えられる。

そして、その圧力を維持したまま、溝部５に紫外線硬化性樹脂６が注入する注入工程が行われる（Ｓ６）。この注入工程では、例えばディスペンサー１０を溝部５に沿って移動させながら紫外線硬化性樹脂６が注入される。このとき、紫外線硬化性樹脂６は、各溝部５にそれぞれ注入される。

また、注入工程では、上記したように相対的に小さい圧力が加えられていることから、各鉄心片２の間に溝部５の表面から内周側にごく浅い範囲（ΔＷ）で若干の隙間が生じることが想定される。そのため、紫外線硬化性樹脂６を注入した際に、その隙間に紫外線硬化性樹脂６が染み込むことが想定される。

紫外線硬化性樹脂６の注入が完了すると、相対的に大きい圧力を加える硬化時加圧工程が行われる（Ｓ７）。この硬化時加圧工程では、図６に示すように積層体３を所定の高さ（Ｌ０）にするための圧力が加えられる。そして、その状態で、紫外線を照射する照射装置１１を、紫外線硬化性樹脂６が注入されている溝部５に沿って移動させることにより、紫外線硬化性樹脂６を硬化する（Ｓ８）。

このとき、隙間に紫外線硬化性樹脂６が染み込んでいる場合には、鉄心片２の間に若干の隙間が存在していることから、また、紫外線であればその隙間に入り込むことができることから、鉄心片２の間に染み込んだ紫外線硬化性樹脂６を硬化させることができると考えられる。

そして、複数の溝部５のうち硬化していない箇所がある場合には（Ｓ９：ＮＯ）、ステップＳ８に移行して紫外線硬化性樹脂６を硬化させる一方、全ての箇所を硬化した場合には（Ｓ９：ＹＥＳ）、加圧を解除して（Ｓ１０）、鉄心を加圧機から取り出して（Ｓ１１）、次工程へ搬送する。

この次工程では、固定子鉄心１の検査や巻線の挿入およびフレームへの組付け等の作業が行われる。そして、発明者らは、幾つかの種類の紫外線硬化性樹脂６を用いて試験を行い、フレームに組付けるまでの工程において、紫外線硬化性樹脂６により固定子鉄心１を固定できることを確認した。

そして、固定子鉄心１は最終的には耳部４を利用してフレームに取付けられることから、フレームに取付けるまでその形状を維持することができれば問題ないと考えられる。換言すると、紫外線硬化性樹脂６により固定子鉄心１を固定する手法は、固定子鉄心１の製造工程において固定子鉄心１をフレームに取り付けるまでの仮固定用方法および仮固定部材として十分に機能することが確認された。

以上説明した実施形態によれば、次のような効果を得ることができる。
鉄心の製造方法は、内側に窪んだ凹部５ａが外周部に形成されている薄板状の鉄心片２を積層して積層体３を形成する工程と、積層体３の外周面に積層方向に延びて形成される溝部５に、紫外線硬化性樹脂６を当該溝部５からはみ出さない範囲で注入する工程と、注入した紫外線硬化性樹脂６に紫外線を照射して当該紫外線硬化性樹脂６を硬化させる工程とを含んでいる。

このように紫外線硬化性樹脂６を硬化させて各鉄心片２を固定することにより、製造時に鉄心片２が溶接時のような高温にさらされることがなくなり、熱変形しないことから端面の波打ち変形による鉄心の直角度の狂いを抑制でき、また、入熱による残留応力で鉄損が悪化することを防止できる。

また、スパッタが鉄心の表面に付着することが無いため、スパッタを除去する作業が不要となり、生産効率を向上させることができる。さらに、数秒程度で硬化する紫外線硬化性樹脂６を用いることで、作業に要する時間が過度に増加することを抑制できる。

また、各鉄心片２を溝部５で固定していることから、鉄心片２の表面に接着剤を塗布して積層する構成と比べて、占積率が低下することを抑制できる。また、高性能化のために鉄心材を薄くした場合であっても、占積率が大きく低下することを抑制できる。

このように、鉄心の製造方法では複数の効果が同時に得られることにより、鉄損の増加やスパッタの付着および占積率の低下を防止することができる。

また、鉄心の製造方法では、積層体３に積層方向への圧力を加えつつ、溝部５への紫外線硬化性樹脂６の注入と注入した紫外線硬化性樹脂６への紫外線の照射とを行う。これにより、製造される固定子鉄心１を所望の高さに設定することができる。

また、鉄心の製造方法では、紫外線硬化性樹脂６を注入する際に加える圧力を、当該紫外線硬化性樹脂６に紫外線を照射する際に加える圧力よりも小さくする。これにより、溝部５の表面から若干の範囲において鉄心片２の間に隙間が形成されることが想定され、その隙間に紫外線硬化性樹脂６が染み込み、染み込んだ紫外線硬化性樹脂６を硬化させることによって鉄心片２がより強固に固定されることを期待できる。

また、紫外線硬化性樹脂６による固定は鉄心片２の性質や材質に因らないため、例えば０．２ｍｍ以下の薄板材の鉄心片２にも対応することができる。これにより、構成のかを図ることができる。

また、実施形態の鉄心は、内側に窪んだ凹部５ａが外周部に形成されている複数の薄板状の鉄心片２を積層した積層体３と、積層体３の外周面に積層方向に延びて形成されている溝部５に注入され、当該積層体３を形成している複数の鉄心片２を互いに固定している紫外線硬化性樹脂６とを備える。このような構成の鉄心によっても、鉄損の増加やスパッタの付着および占積率の低下を抑制することができなど、上記した製造方法と同様の効果を得ることができる。

本発明は、上記した実施形態にのみ限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で各実施形態に示した構成や構造を任意に変形あるいは組み合わせることができる。

実施形態では平面視における中央が平坦になっている溝部５を例示したが、例えば図７に他の形状例その１として示すように、平坦な部位を有しておらず、全体的に曲面になっている溝部５を設ける構成とすることができる。この場合、溝部５の表面に沿って紫外線硬化性樹脂６が溜まることにより、溝部５の周方向における広い範囲が紫外線硬化性樹脂６により固定され、各鉄心片２をより強固に固定することができる。

また、他の形状例その２として示すように、溝部５を曲面ではなく直線の組み合わせで形成することができる。この場合、溝部５の径方向外側における周方向への幅を、内周径方向内側における周方向への幅よりも狭くすることができる。より平易に言えば、溝部５の開口を内部の空間よりも狭くすることができる。

この場合、紫外線硬化性樹脂６は硬化する前には粘性体であることから溝部５に注入することが可能であり、また、紫外線は開口から照射することが可能であるため、鉄心片２を固定することができる。そして、溝部５の内部よりも開口が狭いことから、紫外線硬化性樹脂６が外側に剥がれ落ちることが防止される。

また、このような形状の溝部５は、かしめにより積層体３を固定する際に用いられることがある。そのため、かしめにより固定していた従来の鉄心の形状や製造装置を流用しつつ、紫外線硬化性樹脂６による固定の手法を取り入れることができる。

また、他の形状例その３として示すように、溝部５の中央が盛り上がっていて、平面視においてω字状の溝部５を形成することができる。このような形状の溝部５は、溶接により積層体３を固定する際に用いられることがある。そのため、溶接により固定していた従来の鉄心の形状や製造装置を流用しつつ、紫外線硬化性樹脂６による固定の手法を取り入れることができる。

また、実施形態では同一形状の鉄心片２を積層する構成を例示したが、凹部５ａの形状が異なる鉄心片２を積層して積層体３を形成する構成とすることができる。例えば、図８に他の積層例その１として示すように、凹部５ａの形状が異なる鉄心片２を積層し、溝部５の表面に径方向への段差を有する形状に形成する構成とすることができる。

そして、これらの段差を覆う状態に紫外線硬化性樹脂６を注入および硬化することにより、段差がいわゆるアンカー効果を発生させて各鉄心片２をより強固に固定することができる。このとき、最も外側の鉄心片２に径方向外側への突出量が大きいものと採用することにより、鉄心片２の溝部５側の端面だけでなく、鉄心片２の側面においても紫外線硬化性樹脂６で固定されるため、鉄心片２が剥離するおそれを低減することができる。

また、他の積層例その２として示すように、凹部５ａの形状が異なる鉄心片２を複数枚積層したものを積層する構成とすることができる。このような構成によっても、溝部５の表面に径方向への段差が形成され、その段差を覆う状態に紫外線硬化性樹脂６を注入および硬化することにより、段差がいわゆるアンカー効果を発生させて各鉄心片２をより強固に固定することができる。

また、他の積層例その３として示すように、周方向における凹部５ａの幅が異なるもの、または、凹部５ａの形状が径方向および周方向の双方に対して異なるものを交互に、あるいは、所定枚数ごとに積層し、溝部５の表面に周方向や径方向への段差を有する形状に形成する構成とすることができる。

例えば実施形態で説明した凹部５ａが形成されている鉄心片２と、他の形状例その１で説明した凹部５ａが形成されている鉄心片２とを積層することができる。あるいは、実施形態で説明した凹部５ａや他の形状例で説明した凹部５ａのうち３種類以上の異なる形状の凹部５ａが形成されている鉄心片２を交互に、あるいは、所定枚数ごとに積層する構成とすることができる。

このような構成によっても、それの段差を覆う状態に紫外線硬化性樹脂６を注入および硬化することによって、段差がいわゆるアンカー効果を発生させて各鉄心片２をより強固に固定することができる。

また、実施形態では紫外線硬化性樹脂６の注入と硬化とを個別に行う手順を例示したが、例えば図９に他の製造態様その１として示すように、ディスペンサー１０と照射装置１１とを同じ溝部５に対して連動して動作させ、紫外線硬化性樹脂６を注入しながら硬化させる構成とすることができる。

また、図１０に他の製造態様その２として示すように、例えば対角に位置する溝部５に対して同時に紫外線硬化性樹脂６の注入を行い、ディスペンサー１０および照射装置１１を図示周方向に移動させて注入された紫外線硬化性樹脂６を硬化しつつ隣の溝部５に紫外線硬化性樹脂６を注入し、その後、ディスペンサー１０および照射装置１１をさらに図示周方向に移動させるといった構成とすることができる。

あるいは、図１０に他の製造態様その２として示すように、対角の２箇所の溝部５に対して図９にて示したように紫外線硬化性樹脂６を注入しながら硬化させ、その後、ディスペンサー１０および照射装置１１を図示周方向に移動させて次の２箇所の溝部５に対して紫外線硬化性樹脂６の注入と硬化とを行う構成とすることができる。
これらにより、紫外線硬化性樹脂６の注入と硬化とを効率的に行うことができ、作業効率を大きく改善することができる。

この場合、ディスペンサー１０と照射装置１１はロボットにより移動させる構成とすることができる。また、図９および図１０に示した製造態様を採用する場合には、図４に示した注入時加圧は行わず、バリつぶし加工の後に硬化時加圧を行い、その状態で紫外線硬化性樹脂６の注入と硬化とを行えばよい。

固定子鉄心１の表面にワニス処理を施したり、溝部５に設けられた紫外線硬化性樹脂６の表面に飛散を抑制するための処理を施したりする構成とすることができる。また、耳部４を備えていない固定子鉄心１の製造に適用することができる。

また、実施形態では固定子鉄心１の製造を例として説明したが、鉄心の製造方法は回転子鉄心の製造に適用することができる。その場合、回転子鉄心の内周側つまりはシャフトが挿入される側で紫外線硬化性樹脂６の注入と硬化とを行うことで、回転時に紫外線硬化性樹脂６が飛散するおそれを低減することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

図面中、１は固定子鉄心、２は鉄心片、３は積層体、５は溝部、５ａは凹部、６は紫外線硬化性樹脂を示す。

Claims (6)

1. 内側に窪んだ凹部が外周部に形成されている薄板状の鉄心片を積層して積層体を形成する工程と、
   前記積層体の外周面に積層方向に延びて形成される溝部に、紫外線硬化性樹脂を当該溝部からはみ出さない範囲で注入する工程と、
   注入した前記紫外線硬化性樹脂に紫外線を照射して当該紫外線硬化性樹脂を硬化させる工程と、を含む鉄心の製造方法。
2. 前記積層体に積層方向への圧力を加えつつ、前記溝部への前記紫外線硬化性樹脂の注入と注入した前記紫外線硬化性樹脂への紫外線の照射とを行う請求項１記載の鉄心の製造方法。
3. 前記紫外線硬化性樹脂を注入する際に加える圧力を、当該紫外線硬化性樹脂に紫外線を照射する際に加える圧力よりも小さくする請求項２記載の鉄心の製造方法。
4. 前記凹部の形状が異なる前記鉄心片を積層して前記積層体とする請求項１から３のいずれか一項記載の鉄心の製造方法。
5. 前記凹部が複数設けられている前記鉄心片を積層し、
   前記積層体に形成される２箇所以上の前記溝部に対して同時に、前記紫外線硬化性樹脂の注入と当該紫外線硬化性樹脂への紫外線の照射とを行う請求項１から４のいずれか一項記載の鉄心の製造方法。
6. 内側に窪んだ凹部が外周部に形成されている複数の薄板状の鉄心片を積層した積層体と、
   前記積層体の外周面に積層方向に延びて形成されている溝部に注入され、当該積層体を形成している複数の前記鉄心片を互いに固定している紫外線硬化性樹脂と、を備える鉄心。

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