JP3534090B2 - モータロータ成形用金型およびモータロータのダイカスト成形方法 - Google Patents

モータロータ成形用金型およびモータロータのダイカスト成形方法

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JP3534090B2 JP2001174773A JP2001174773A JP3534090B2 JP 3534090 B2 JP3534090 B2 JP 3534090B2 JP 2001174773 A JP2001174773 A JP 2001174773A JP 2001174773 A JP2001174773 A JP 2001174773A JP 3534090 B2 JP3534090 B2 JP 3534090B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、モータロータを成
形するためのモータロータ成形用金型、及びモータロー
タのダイカスト成形方法に関し、特に、竪射出タイプの
成形機に最適なモータロータ成形用金型及びモータロー
タのダイカスト成形方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、三相誘導電動機などのモータ
ロータは、図8に示すように、薄板状のけい素鋼板1´
を複数枚積層させてロータコア積層体1を作り、このロ
ータコア積層体1を例えばアルミ合金等によりダイカス
ト成形して一体化することにより製造される。各けい素
鋼板1´、1´・・・・・・には、予め同一位置に貫通孔h
1、h2、h3・・・・・・が複数個形成され、これによりけ
い素鋼板1´、1´・・・・・・を積層させた場合に、その貫
通孔hが一直線上に並んで導体形成用のスロットが形成
されるようになっている。このロータコア積層体1を図
示しないダイカスト成形機にセットし、貫通孔h1、h
2、h3・・・・・・からアルミ合金等の導体形成用の溶湯を
注入することにより、このスロット部に導体C1、C
2、C3・・・・・・が多数形成される。また、ダイカスト成
形機には、各導体C1、C2、C3・・・・・・を短絡するた
めのエンドリングを形成させるための金型キャビティ
3、3´が形成されており、ここに溶湯が注入されるこ
とにより、上部エンドリング4、下部エンドリング4´
が形成される。
【0003】ところで、モータには種々の用途があり、
それぞれの用途に応じた最適なダイカスト成形方法が採
用されている。近年は、モータも高速回転化が進んでお
り、それに伴い高速モータに要求される品質も厳しくな
っている。例えば、回転速度10000rpmのモータ
を製造する場合には、これに採用されるモータロータ
は、その大きな遠心力に対しても耐え得るような十分な
強度を持ったものにする必要がある。このために、空気
の巻き込みのない緻密な金属組織をもった高強度なモー
タロータを成形する必要がある。ダイカスト成形の手法
としては、いわゆる横射出方式と、竪射出方式とが知ら
れているが、高速モータ用の緻密な金属組織をもったモ
ータロータの製造のためには、竪射出方式が用いられて
いた。すなわち、図1のように、ロータコア積層体1
を、貫通孔hが縦方向に向くように配置し、貫通孔hの
下の孔側に設けられた湯道としての竪孔5から溶湯を射
出充填する。すると、溶湯はまず下部エンドリング4´
が形成される下側のキャビティ3´内に充填され、続い
て貫通孔hを通過し、最後にエンドリング4が形成され
る上側のキャビティ3内に充填される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、図8に示す竪
射出方式のダイカスト成形機によると、竪孔5に近い位
置にある貫通孔(例えば図8中のhc)により形成され
るスロットと、竪孔5から遠い位置にある貫通孔(例え
ば図8中のhf)により形成されるスロットとでは、溶
湯が上側のキャビティ3に到達するまでの時間に大きな
差を生じることになる。このため、例えば貫通孔hcの
スロットから上側のキャビティ3を通って貫通孔hfの
スロットの上側から溶湯が下に向って流れ落ちることと
なり、その結果、貫通孔hfのスロットには、ガス体が
閉じ込められてしまうことになる。このようにして、竪
孔5から遠い位置にある貫通孔には鋳巣が生じ、これが
モータロータの強度低下の原因となる。
【0005】また、スロットは細い棒状である一方、エ
ンドリング4,4´が形成されるキャビティ3、3´は
平面状であるため、スロット内の溶湯が先に凝固し、エ
ンドリングの部分がこれに遅れて凝固する。このため、
エンドリング部に押湯のための加圧力が十分に作用せ
ず、上金型のエンドリング4に引け巣が発生し易くなる
という問題がある。
【0006】また、ロータコア積層体1をダイキャスト
成形した後、竪孔5には溶湯固化物(ビスケット)が接
続された状態で残される。このビスケット部は、例えば
トリミングプレスなど別の装置により切り離さなければ
ならず、製造コストが増大するとともに、製造時間が長
時間化し、生産効率が低下するという問題があった。
【0007】本発明は、かかる問題点に鑑みなされたも
ので、各貫通孔への溶湯の注入速度を均一化し、これに
より引け巣の発生を防止し、モータロータの品質を向上
させるとともに、ビスケット部の処理方法を簡易にし、
生産性に優れたモータロータ成形用金型及びモータロー
タのダイカスト成形方法を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明に係るモータロー
タ成形用金型は、複数枚の鋼板を積層しその鋼板に前記
積層方向に向けて伸びる複数の貫通孔を形成させたロー
タコア積層体を金型キャビティ内に配置し、この金型キ
ャビティ内及び前記貫通孔内に溶湯を注入してダイカス
ト成形することにより前記ロータ積層体を一体化する竪
射出用のモータロータ成形用金型において、前記ロータ
コア積層体の上部に配置される上金型と、前記ロータコ
ア積層体の下部に配置される下金型と、前記上金型の前
記ロータ積層体と接する部分に形成され、前記溶湯を注
入することにより前記モータロータの上側エンドリング
を形成するための円環状の第一溝と、前記下金型の前記
ロータ積層体と接する部分に形成され、前記溶湯を注入
することにより前記モータロータの下側エンドリングを
形成するための円環状の第二溝と、前記下金型を貫通し
て前記第二溝に達するように構成され、射出された溶湯
を前記第二溝、前記貫通孔及び前記第一溝に進行させる
ための複数の竪孔とを備え、該複数の竪孔は、前記貫通
孔の配置に沿って円環(R)を描くように配置され、互
いに隣接する前記竪孔の該隣接する部分の隣接輪郭線
(Fa,Fb)は互いに略平行とされ、その隣接輪郭線
(Fa,Fb)の向きは、前記円環(R)の直径方向と
は交差する方向とされ、前記竪孔の内周部の輪郭線(L
in)が前記隣接輪郭線の一方(Fa)と鋭角に交わる
点(a)と前記円環の中心点(O)とを結ぶ仮想線(D
D)を想定した場合、前記竪孔の外周部の輪郭線(Lo
ut)が前記隣接輪郭線の他方(Fb)と鋭角に交わる
点(b)が、この仮想線(DD)上又はこの仮想線(D
D)よりも前記隣接輪郭線の一方(Fa)側に存在する
ようにされたことを特徴とする。
【0009】この発明によれば、隣接する竪孔同士の間
に存在する貫通孔にも十分に溶湯が注入されるので、各
貫通孔への溶湯の注入量、注入速度が均一化される。こ
れにより、緻密な金属構造のモータロータを得ることが
でき、高速モータにも対応することができる。
【0010】本発明において、前記下金型は、上下に分
割された第一下金型と第二下金型とから構成され、前記
竪孔は該第一下金型と第二下金型を上下に貫通するよう
に形成することが好適である。
【0011】前記第一下金型と前記第二下金型とは,平
面により分割され、前記溶湯が固化した後、前記第二下
金型に対し横方向に荷重をかけることにより、両者を横
方向に分断できるように構成するのが好適である。この
ようにすることにより、別個の器械によらず、溶湯固化
物を効率的に処理することができるとともに、下金型の
再利用が容易になり、生産コストの低減を図ることがで
きる。また、前記竪孔は、前記第一下金型の上面と前記
平面との間においては、上方に向って広がるテーパ形状
に形成されているとともに、前記平面と前記第二下金型
の下面との間においては下方に向って広がるテーパ形状
に形成するのがよい。
【0012】本出願の第二の発明に係るロータモータの
ダイカスト成形方法は、複数枚の鋼板を積層しその鋼板
に前記積層方向に向けて伸びる複数の貫通孔を形成させ
たロータコア積層体を金型キャビティ内に配置し、この
金型キャビティ内に溶湯を注入してダイカスト成形する
モータロータのダイカスト成形方法において、上下一対
の第一下金型及び第二下金型を前記ロータコア積層体の
下部に配設する工程と、前記第一下金型及び第二下金型
を上下方向に貫通する複数の竪孔を介してロータコア積
層体に前記溶湯を注入する工程と、前記溶湯が固化した
後、前記第一下金型と第二下金型との間に水平方向に
ん断応力を加えて前記第一下金型と前記第二下金型とを
分離することにより前記竪孔に形成された溶湯固化物を
前記第一下金型及び前記第二下金型の接触面を境に切断
する工程とを備えたことを特徴とする。
【0013】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図1は、本発明の第一の実施の形
態に係るモータロータ成形用金型の構造を示し、金型と
ダイカスト成形の対象となるロータコア積層体1との配
置関係を示している。図1に示すように、本実施の形態
のモータロータ成形用金型は、ロータコア積層体1の上
部に配置される上金型21と、ロータコア積層体1の下
部に配置される下金型22と、ロータコア積層体1の左
右側部に配置される中金型23L,23Rと、ロータコ
ア積層体1の中心部に形成された中心孔24´内に配置
され下金型22の凹部22Vに挿入されるようにされた
カシメ治具24とを備えている。なお、図1において
は、中金型23L,23Rに関しては、ロータコア積層
体1に接する面の形状のみを示している。
【0014】上金型21は、後述するように、図1には
図示していない上下動機構40により、上下に移動可能
にされている。また、上金型21には、モータロータの
上側エンドリングを形成するためのキャビティ3が設け
られており、このキャビティ3にロータコア積層体1中
に多数設けられたスロットSを介して溶湯が注入される
ことにより、図8に示すような上側エンドリング4が形
成される。下金型22は、その上面に、カシメ治具24
を挿入させるための凹部22Vを備えており、その直径
D6は、カシメ治具16との干渉を防ぐため,カシメ治
具16の直径よりも若干大きくされている。また、直径
D6は、後述するバランサ形成部15のピッチサークル
(PCD)D5とバランサーの大きさをも考慮して決定する
必要がある。
【0015】中金型23Lは設置台上に固定的に配置さ
れており、一方、中金型23Rは、図示しない開閉機構
により、中金型23Lに対し相対移動できるようにされ
ていて、ロータコア積層体1をセットするときは、この
中金型23Rを右方向へ移動させる。なお、中金型23
L,23Rは、前述した下金型22の形状に合せて形成
された凹部23LV,23RVを備えている。
【0016】また、下金型22は、さらに第一下金型2
2aと、この第一下金型22aの下方に配置される第二
下金型22bとを備えている。第一下金型22aの下面
は平面とされており、また、第二下金型22bの上面も
同様に平面とされており、第一下金型22aと第二下金
型22bは、間に隙間を持たずに密着した状態で配置さ
れる。また、第一下金型22aの上面には、モータロー
タの下側エンドリングを形成するためのキャビティ3´
が設けられている。キャビティ3,3´は、スロットS
とつながっている。なお、図1中、15はモータロータ
の回転の安定性を高めるためのバランサーを形成するた
めのバランサー形成部である。
【0017】また、この第二下金型22bの底面から第
一下金型22aの上面にかけては、溶湯をキャビティ3
´、スロットS及びキャビティ3に注入するための竪孔
30が形成されている。図2は、第一下金型22aを上
金型21の方向から見たものである。竪孔30は、図2
に示すように、円環状に形成されたキャビティ3´に沿
う円環上に、一定の間隔Lを置いて複数個配置されてい
る。図2に示すように、各竪孔30は、台形の上辺と下
辺を円弧上に形成した台形類似の形状(以下、本明細書
では略台形形状という)の竪孔30Nと、この略台形形
状を上下方向に反転させた形状(以下、本明細書では略
逆台形形状という)の竪孔30Rとを交互に配置して構
成される。本実施の形態では、各竪孔30N,30R,
30N,30R・・・・・・は、その下辺がキャビティ3´の
中心点Oを中心とする円周Linに揃えられており、そ
の上辺は点Oを中心とする円周Loutに揃えられてい
るが、スロットSへの溶湯の注入速度の均一化が図られ
る限りにおいて、多少のずれは差し支えない。以下、円
周Linを内周輪郭線、Loutを外周輪郭線という。
【0018】また、互いに隣接する各30N,30R
の、隣接する部分の輪郭線(以下、隣接輪郭線という)
Fa,Fbは、互いに略平行とされている。さらに、こ
の輪郭線Fa,Fbの向きは、キャビティ3´が存在す
る円環の直径方向とは交差する向きとされている。ま
た、本実施の形態では、内周輪郭線Linと隣接輪郭線
Faとの交点をaとし、外周輪郭線Loutと隣接輪郭
線の交点をbとし、点Oと点aを結ぶ仮想線をDDとした
場合、点bがこの仮想線DD上にあるか、またはこの仮
想線DDよりも隣接する竪孔30N側にあるようにされ
ている。ただし、点bを竪孔30Nに近づけすぎると、
間隔Lが狭くなり、後述するような耐久性の問題が生じ
るので、こうした問題が生じない程度の位置を選択す
る。
【0019】なお、前述のように、第一下金型22aに
はバランサーを形成するためのバランサー形成部15を
備えているので、このバランサー形成部15と竪孔30
との間の間隔は、図示しない溶湯注入機構からの射出圧
力に耐え得る程度に選択する。
【0020】図3は、上記のような条件で竪孔30を配
置した場合の、スロットSと竪孔30の位置関係を示す
ものである。図3では、1つの竪孔30の孔形状の中に
スロットSが6個入るようにされている。この個数は、
溶湯の流れの均一性、下金型22の加工上の手間等を考
慮して適切な数とするのがよい。図3に示すように、竪
孔30の外周輪郭線(Lout)の直径をD1、内周輪
郭線(Lin)の直径をD2とした場合、スロットSの
外周輪郭線の直径D3がD1と等しいか、又は若干小さく
するのが好適である。スロットSがけい素鋼板の外周付
近に形成されているときは、D1をこのけい素鋼板の直
径と略等しくするのが好適である。
【0021】次に、本実施の形態のモータロータ成形用
金型を利用してモータロータをダイカスト成形する手順
を、図4乃至図6を用いて説明する。図4(a)は、本
実施の形態のモータロータ成形用金型を採用した竪射出
式ダイカスト成形用金型100の外観を示しており、ダ
イカスト成形の対象となるロータコア積層体1がセット
される前の状態を示している。この状態において、上金
型21は、上下動機構40により上方に退避されてお
り、また中金型23Rは右方向に退避した状態とされ、
ロータコア積層体1をセット可能にされている。
【0022】次に、図4(b)に示すように、下金型2
2上にロータコア積層体1を設置し、カシメ治具24に
よりロータコア積層体1を下金型22上に固定した後、
このロータコア積層体1をダイカスト成形用金型100
内にセットする。この際、下金型22を中金型23Lの
凹部23LVに嵌め込ませる。
【0023】次に、上下動機構40により上金型21を
下降させ、ロータコア積層体1の上部と接触させる(図
4(c))。その後、中金型23Rを左方向に移動させ
て、全体の型締が完了する。次に、図示しない溶湯注入
機構により、竪孔30を介して、キャビティ4´、スロ
ットS、キャビティ4へ溶湯MMを注入する(図5
(a))。竪孔30の形状が前記のようにされているこ
とにより、各スロットSには均一に溶湯が注入されるの
で、緻密な金属構造を有したモータロータを得ることが
できる。
【0024】溶湯が固化したら、中金型23Rを右方向
に退避させ(図5(b))、成形されたロータコア積層
体1を、カシメ治具16、下金型22とともに取り出す
(図5(c))
【0025】取り出されたロータコア積層体1は、図6
(a)に示すように、竪孔30内で固化された溶湯固化
物により、下金型22と連結された状態となっている。
ここで、第二下金型22bの側部に、ハンマーなどによ
り横方向(図6(b)の矢印方向)の力を加える。この
力が、竪孔30の部分に形成された溶湯固化物(ビスケ
ット)に対しせん断応力として作用し、これにより、溶
湯固化物は平面P22を境に切断される。このとき、第
一下金型22aの上面と平面P22との間においては、
竪孔30の形状は、図2に示すように、上方にいくほど
断面積が広がっていくテーパ形状に形成するのが好まし
い。また、平面22と第二下金型22bの下面との間に
おいては、竪孔30の形状は、図2に示すように、下方
にいくほど断面積が広がるテーパ形状に形成されている
のが好ましい。これにより、溶湯固化物をより簡単に離
脱させることができる。
【0026】その後、第二下金型22bを第一下金型2
2aから分離させる(図6(c))。そして、ロータコ
ア積層体1から第一下金型22aを分離すると共に、第
二下金型22bの竪孔3の上部に、ハンマー等で打撃を
加えることにより、溶湯固化物50と第二下金型22b
を分離する。こうして分離された第一下金型22a,
二下金型22bは、掃除、浄化、離型剤塗布により、次
の成形時に再利用することができる。生産の効率化のた
め、下型は複数個準備しておくのが好ましい。
【0027】このように、本実施の形態によれば、トリ
ミングプレスなどの別個の装置を使用することなく簡単
にビスケット部の処理を実行することができるので、生
産の効率化を図ることができる。
【0028】[第二の実施の形態]上述の第一の実施の
形態では、竪孔3を、略台形形状と略逆台形形状を交互
に配置した形としているが、本発明はこれに限られるも
のではなく、例えば、図7に示すように、平行四辺形の
上辺と下辺を円弧状に構成した平行四辺形類似の形状と
してもよい。その他、本発明の趣旨を逸脱しない限りに
おいて、種々の変更、修正、改良等が可能であり、いず
れも本発明の範囲に含まれることはいうまでもない。
【0029】
【発明の効果】以上述べたように、本発明に係るロータ
モータ成形用金型によれば、各貫通孔への溶湯の注入速
度を均一化し、空気の巻き込みを防止し、これにより巣
の発生を防止することができ、モータロータの品質を向
上させることができる。また、本発明に係る第二の発明
によれば、ビスケット部の処理方法が簡易化され、生産
性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るモータロータ成形用金型の構造を
示す図である。
【図2】本発明に係るモータロータ成形用金型の構成要
素としての下金型22の構造を示す図である。
【図3】竪孔30とロータコア積層体1のスロットSと
の位置関係を説明するための図である。
【図4】本発明に係るモータロータ成形用金型を用いた
ダイカスト成形機によるモータロータの成形方法を説明
するための図である。
【図5】本発明に係るモータロータ成形用金型を用いた
ダイカスト成形機によるモータロータの成形方法を説明
するための図である。
【図6】本発明に係るモータロータ成形用金型を用いた
ダイカスト成形機によるモータロータの成形方法を説明
するための図である。
【図7】本発明に係るモータロータ成形用金型の別の実
施の形態を示すものである。
【図8】一般的なモータロータの構造を示す説明図であ
る。
【符号の説明】
1・・・・・・ロータコア積層体 1´・・・・・・けい素鋼板 3、3´・・・・・・キャビティ 4、4´・・・・・・エンドリング 5・・・・・・竪孔 h・・・・・・貫通孔 c・・・・・・導体 S・・・・・・スロット 15・・・・・・バランサー形成部 21・・・・・・上金型 22・・・・・・下金型 22a・・・・・・第一下金型 22b・・・・・・第二下金型 23L,23R・・・・・・中金型 24・・・・・・カシメ治具 30・・・・・・竪孔
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−95948(JP,A) 特開 昭56−101363(JP,A) 特開 昭60−219942(JP,A) 特開 昭61−207161(JP,A) 特開 平4−8150(JP,A) 特開 昭59−175362(JP,A) 特開 昭62−239850(JP,A) 特開 昭54−129307(JP,A) 特開 昭62−64464(JP,A) 実開 昭57−122150(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02K 17/00 - 17/44 H02K 15/00 - 15/16

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数枚の鋼板を積層しその鋼板に前記積
    層方向に向けて伸びる複数の貫通孔を形成させたロータ
    コア積層体を金型キャビティ内に配置し、この金型キャ
    ビティ内及び前記貫通孔内に溶湯を注入してダイカスト
    成形することにより前記ロータ積層体を一体化する竪射
    出用のモータロータ成形用金型において、 前記ロータコア積層体の上部に配置される上金型と、 前記ロータコア積層体の下部に配置される下金型と、 前記上金型の前記ロータ積層体と接する部分に形成さ
    れ、前記溶湯を注入することにより前記モータロータの
    上側エンドリングを形成するための円環状の第一溝と、 前記下金型の前記ロータ積層体と接する部分に形成さ
    れ、前記溶湯を注入することにより前記モータロータの
    下側エンドリングを形成するための円環状の第二溝と、 前記下金型を貫通して前記第二溝に達するように構成さ
    れ、射出された溶湯を前記第二溝、前記貫通孔及び前記
    第一溝に進行させるための複数の竪孔とを備え、 該複数の竪孔は、前記貫通孔の配置に沿って円環(R)
    を描くように配置され、 互いに隣接する前記竪孔の該隣接する部分の隣接輪郭線
    (Fa,Fb)は互いに略平行とされ、 その隣接輪郭線(Fa,Fb)の向きは、前記円環
    (R)の直径方向とは交差する方向とされ、 前記竪孔の内周部の輪郭線(Lin)が前記隣接輪郭線
    の一方(Fa)と鋭角に交わる点(a)と前記円環の中
    心点(O)とを結ぶ仮想線(DD)を想定した場合、前記
    竪孔の外周部の輪郭線(Lout)が前記隣接輪郭線の
    他方(Fb)と鋭角に交わる点(b)が、この仮想線
    (DD)上又はこの仮想線(DD)よりも前記隣接輪郭線
    の一方(Fa)側に存在するようにされたことを特徴と
    するモータロータ成形用金型。
  2. 【請求項2】 前記下金型は、上下に分割された第一下
    金型と第二下金型とから構成され、前記竪孔は該第一下
    金型と第二下金型を上下に貫通するように形成された請
    求項1に記載のモータロータ成形用金型。
  3. 【請求項3】 前記第一下金型と前記第二下金型とは,
    平面により分割され、前記溶湯が固化した後、前記第二
    下金型に対し横方向に荷重をかけることにより、両者を
    横方向に分断できるように構成された請求項2に記載の
    モータロータ成形用金型。
  4. 【請求項4】 前記竪孔は、前記第一下金型の上面と前
    記平面との間においては、上方に向って広がるテーパ形
    状に形成されているとともに、前記平面と前記第二下金
    型の下面との間においては下方に向って広がるテーパ形
    状に形成されている請求項2又は3に記載のモータロー
    タ成形用金型。
  5. 【請求項5】 複数枚の鋼板を積層しその鋼板に前記積
    層方向に向けて伸びる複数の貫通孔を形成させたロータ
    コア積層体を金型キャビティ内に配置し、この金型キャ
    ビティ内に溶湯を注入してダイカスト成形するモータロ
    ータのダイカスト成形方法において、 上下一対の第一下金型及び第二下金型を前記ロータコア
    積層体の下部に配設する工程と、 前記第一下金型及び第二下金型を上下方向に貫通する複
    数の竪孔を介してロータコア積層体に前記溶湯を注入す
    る工程と、 前記溶湯が固化した後、前記第一下金型と第二下金型と
    の間に水平方向にせん断応力を加えて前記第一下金型と
    前記第二下金型とを分離することにより前記竪孔に形成
    された溶湯固化物を前記第一下金型及び前記第二下金型
    の接触面を境に切断する工程とを備えたことを特徴とす
    るモータロータのダイカスト成形方法。
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