JP4492303B2 - 樹脂含浸装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、車両用交流発電機に用いられる回転子のように、金属コアに界磁コイルが巻装されてなるコイル巻装体のコイルに樹脂を含浸する装置に関する。

従来より、車両用交流発電機に用いられる回転子等、金属コアに界磁コイルが巻装されてなるコイル巻装体に関して、そのコイルを固着させるために、コイル間の隙間に樹脂を含浸している。このときに用いる樹脂を含浸する装置に関して、従来、図４に示す装置を用いていた。各工程を簡単に説明すると、先ず、コイル巻装体を約１９０℃に温度調節された加熱室にて加熱する（（ａ）加熱工程）。これは、コイルに樹脂を塗布したときに、その樹脂を硬化させないで、コイル間の隙間によく浸透させるためである。このようにして加熱されたコイル巻装体は、搬送コンベヤーにより加熱室から、コイル巻装体に巻装されているコイルにエポキシ樹脂を塗布する工程に搬送される（（ｂ）主含浸工程）。なお、このとき、コイルは（ａ）加熱工程にて所定の温度に加熱されているので、塗布された樹脂は溶融し、コイル間の隙間に浸透していく。その後、コイル巻装体を動かしても樹脂に偏りが生じなくなる程度に、溶融した樹脂が固まるまで（以下、ゲル化と呼ぶ）、その樹脂がコイルに均一に定着するようにコイル巻装体を回転させる（以下、この回転をゲル回転と呼ぶ）。そして、樹脂がゲル化した後、その樹脂の温度が急激に低下するのを防ぐために、コイル巻装体を保温室に所定の時間保持し、樹脂を硬化させる（（ｃ）保温工程）。このようにするのは、コイルに含浸したエポキシ樹脂の重合反応を完了させるためであり、ある程度高温下に樹脂を保持したほうが重合反応が促進されるからである。これにより、硬化した樹脂は強度、強靭性を得ることができる。このようにして樹脂を硬化させた後、速やかにコイル巻装体を冷却し（（ｅ）冷却工程）、一連の樹脂含浸工程は終了する。

ここで、コイル巻装体に樹脂を塗布する工程（（ｂ）主含浸工程）について、さらに詳しく説明する。図５及び図６は、コイル巻装体とそれに樹脂を塗布するノズル４０を示した図である。なお、コイル巻装体としては、車両用交流発電機等で用いられているランデル型ポールコアで構成される回転子を用いている。この回転子１０は、図５に示すように、外周に互いに噛み合う複数の爪部を有するランデル型ポールコア１２（ａ）、１２（ｂ）が回転軸１１に対向配置されている。また、内部には、図６に示すように、界磁コイル１３が巻装されている。この界磁コイル１３に電流を流すことにより、コア１２（ａ）、１２（ｂ）の一方がＮ極、他方がＳ極に磁化される。なお、回転子１０は、図５及び図６に示す部品以外に他の部品も有しているが、本発明には直接関係しないので省略している。

この回転子１０のコイル１３に樹脂を含浸するためには、図５に示すように、対向配置するコア１２（ａ）、１２（ｂ）の爪部の隙間から樹脂をノズル４０から全周にわたって滴下していく必要がある。したがって、回転子１０を専用の治具（以下、主含浸治具と呼ぶ）により回転させつつ、ノズル４０を左右に移動させながら、樹脂を滴下していかなければならない（以下、この回転を主含浸回転と呼ぶ）。このようにして、コイル１３に樹脂を塗布した後、上述したようにこの樹脂がゲル化するまで、塗布した樹脂に偏りが生じないように回転子１０をゲル回転させる必要がある。このときに用いる回転子１０を回転させる治具は、樹脂を滴下するときに用いた主含浸治具をそのまま用いている。

また、作業効率の観点から、この主含浸工程は、例えば図７に示すように複数の主含浸治具を配置して行われている。これによれば、回転盤の外周に複数の主含浸治具を配置し、各主含浸治具は、搬入コンベヤーから回転子１０が搬入されたら、回転盤が所定の角度を回転する間は主含浸回転を行い、その後回転子１０が搬出されるまではゲル回転を行う。このような、構成をとることで、短い時間で多くの回転子１０のコイルに樹脂を含浸することができる。

上述したように回転子１０のコア１２（ａ）、１２（ｂ）の爪部の隙間に樹脂を滴下していくためには、回転子１０を回転させる主含浸治具は、樹脂を滴下するノズル４０の動きと同期させる必要がある。このため、主含浸治具は複雑な構成をしており、コスト面でも高価なものである。一方、樹脂を塗布した後に行う、その樹脂がゲル化するまでのゲル回転については、主含浸治具は、所定の回転数で回転させればよく、特別な制御を行っているわけではない。それにもかかわらず、作業効率を上げようとすると、例えば図７に示すように複数の主含浸装置が必要となり、全体的に高価な設備にならざるをえない。

本発明は、以上の問題点に鑑みてなされたものであり、コイル巻装体のコイルに樹脂を塗布し、その樹脂がゲル化するまでの工程に関し、従来よりもコストを抑えることができる樹脂含浸装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１の樹脂含浸装置は、金属コアにコイルが巻装されてなるコイル巻装体の前記コイルに樹脂を含浸する装置であって、前記コイル巻装体を加熱する加熱部と、前記加熱部にて加熱された前記コイル巻装体のコイルに、所定の温度以下で硬化する樹脂を塗布する塗布部と、前記塗布部にて前記コイルに塗布され溶融した樹脂がゲル化するまでの間、前記コイル巻装体を回転させる回転部と、前記コイル巻装体を前記塗布部から前記回転部に移すものであって、前記コイル巻装体を回転させる回転機構を備えた移載部とを備え、前記移載部の回転機構は、前記コイル巻装体をチャック保持するものであって、前記コイル巻装体をチャックする部分が回転可能なローラからなるチャック部と、前記ローラに架けられており、回転することにより当該ローラも回転するループ状のベルトと、前記ループ状のベルトを回転させる駆動部とを備えることを特徴とする。

このように、請求項１の樹脂含浸装置では、コイルに樹脂を塗布した際にその樹脂がコイル間によく浸透するように、先ずコイル巻装体を所定の温度まで加熱した後に、コイルに樹脂を塗布する。その後、コイル巻装体は、移載部によってゲル回転を行う回転部に移動させられる。この回転部は、コイル巻装体を所定の回転数で回転させる機構を備えればよいので、安価に製作することができる。また、移載部は、コイル巻装体を回転させる回転機構を備えているので、塗布部から回転部に移し変える最中にも塗布した樹脂に偏りが生じることはない。一般的に、コイル巻装体のコイルのみに樹脂を塗布させようとすると、塗布部で用いる治具は高価なものにならざるをえない。したがって、コイル巻装体をゲル回転させるときには、そのままこの高価な主含浸治具を使わず、専用の安価な治具を使うことにより、主含浸治具の数を減らすことができる。すなわち、コストを抑えることができる。

また、コイル巻装体をチャックしている状態で、駆動部を駆動回転させることにより、コイル巻装体を回転させることができる。すなわち、駆動部が回転すると、駆動部とチャック部に架かっているベルトが回転する。これにともない、チャック部のローラが回転し、このローラで保持されているコイル巻装体も回転する。

また、請求項２の樹脂含浸装置は、前記コイル巻装体は、回転電機の回転子であることを特徴とする。回転電機の回転子は、その構造上回転させ易くなっているので、本発明の回転機構付き移載部を備える樹脂含浸装置を用いると効果的にコイルに樹脂を含浸することができる。

また、請求項３の樹脂含浸装置は、前記回転子は、外周に互いに噛み合う複数の爪部を有し、回転軸に対向配置されるランデル型ポールコアで構成される回転子であることを特徴とする。このようなランデル型ポールコアで構成される回転子のコイルに樹脂を含浸させるには、そのコアの互いに噛み合う爪部の隙間から樹脂を滴下していく必要がある。このとき、回転子及び樹脂を滴下するノズルの動きを精密に制御する必要があるため、このときに用いる治具は高価なものとなり易い。したがって、このような場合、樹脂を滴下した後に、その樹脂がゲル化するまでの間は回転子を別の安価な治具に移し変えて回転させる本発明は、特にコスト的に効果的である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

図１は、本実施形態における、樹脂含浸装置の構成及びこれを用いてコイル巻装体のコイルに樹脂を含浸する様子を表した図である。ここで用いるコイル巻装体としては、車両の交流発電機などの回転子として用いられるランデル型ポールコアから構成される回転子１０である。この回転子１０は、図５及び図６に示すように、外周に複数の爪部を有するランデル型ポールコア１２（ａ）、１２（ｂ）が回転軸１１に互いに対向配置され、内部には界磁コイル１３が巻装されている。なお、回転子１０は、図５及び図６に示す部品以外に他の部品も有しているが、本発明には直接関係しないので省略している。以下、図１に示す樹脂含浸装置の各構成及びこれを用いて回転子１０のコイル１３に樹脂を含浸する工程を説明する。

先ず、回転子１０は、約１９０℃に温度調節された加熱室２０にて加熱される（（ａ）加熱工程）。このようにするのは、コイル１３に樹脂を塗布したときに、その樹脂を硬化させないで、コイル１３間の隙間によく浸透させるためである。この加熱室２０は、加熱室２０内を加熱する加熱バーナ２１、加熱バーナ２１にて加熱された暖気を加熱室２０内に循環させる循環ファン２２、回転子１０を固定する台座２３から構成されている。

加熱室２０にて所定の温度に加熱された回転子１０は、コンベヤー３０により搬送され、主含浸部にてコイル１３に粉末又は液状のエポキシ樹脂が滴下される。その後、回転子１０はゲル回転部に移され樹脂がゲル化するまで回転される（（ｂ）主含浸工程）。具体的には、図２に示すように、回転子１０を、主含浸治具４２に固定し、ノズル４０からコイル１３に樹脂を滴下していく。このとき、図５に示すように、対向配置するコア１２（ａ）及び１２（ｂ）の爪部の隙間から樹脂を滴下していかなければならないので、主含浸治具４２は回転子１０を回転させつつ、かつ、ノズル４０を左右に動かしていく必要がある。したがって、主含浸治具４２は、ノズル４０の動きと同期させなければならないので、一般的に高価にならざるをえない。

このようにして、コイル１３に樹脂を滴下した後は、回転子１０を移載部４１によりゲル回転部４３に移し変える。このゲル回転部４３は、溶融した樹脂がゲル化したときに偏りが生じないようにするために、回転子１０をゲル化するまで回転させるものである。したがって、このゲル回転部４３は、所定の回転数（例えば、１０〜２０ｒｐｍ）で回転する駆動モータを用いて構成すればよく、比較的に安価に製作することができる。

また、回転子１０をゲル回転部４３に移し変える移載部４１は、移し変えている途中に樹脂に偏りが生じないように回転子１０を回転させる回転機構を有している。図３は、この回転機構を表した図である。図３（ａ）に示すように、回転機構は、駆動回転する駆動部４１（ａ）、回転可能な支点４１（ｃ）、駆動部４１（ａ）と支点４１（ｃ）に架けられているループ状のベルト４１（ｂ）、回転可能なローラから構成される回転子をチャック保持するチャック部４１（ｅ）及び支点４１（ｃ）とチャック部４１（ｅ）に架けられているループ状のベルト４１（ｄ）から構成されている。また、チャック部４１（ｅ）には、開閉することができる駆動部（図示せず）が接続されており、回転子１０をチャックするときは、チャック部４１（ｅ）を閉じる（図３（ｂ）参照）。このようにチャック保持された回転子１０を回転させるときは、駆動部４１（ａ）を駆動回転させればよい。すなわち、駆動部（ａ）が回転すると、ベルト４１（ｂ）を介して支点４１（ｃ）が回転する。支点４１（ｃ）が回転すると、ベルト４１（ｄ）が回転するとともに、チャック部４１（ｅ）のローラも回転する。回転子１０は、このローラの回転を受けて自身も回転する。

以上の工程を経て、回転子１０に滴下した樹脂をゲル化させた後、回転子１０をコンベヤー３１で保温室５０に搬送され、回転子１０はここで所定の時間保持される。この際に樹脂は硬化する。この保温室５０は、熱遮断壁で密閉されおり、ここに入れられた回転子１０は、自身が保持する温度の低下が抑えられる（（ｃ）保温工程）。このようにするのは、コイル１３に含浸したエポキシ樹脂の重合反応を完了させるためであり、ある程度高温下に樹脂を保持したほうが重合反応が促進されるからである。なお、重合が十分に行われないと、樹脂が硬化したときに強度が弱くなる。

その後、回転子１０を保温室５０からコンベヤー３２に移し、この際、冷却ファン６０によって回転子１０を冷却して、一連の樹脂含浸工程は終了する。

以上のように、本実施形態における樹脂含浸装置は、回転子１０のコイル１３に樹脂を滴下した後に、その回転子１０を所定の回転数で回転するゲル回転部４３に移し変える。樹脂をコイル１３に滴下する際に用いる主含浸治具４２は、ノズル４０と同期させなければならないことから高価である一方、ゲル回転部４３は、安価な回転モータで構成することができる。さらに、回転子１０をゲル回転部４３に移し変える移載部４１は、回転子１０を回転させる回転機構を有しているので、移し変える際に樹脂に偏りが生ずることはない。この樹脂含浸装置を用いることで、従来に比べて、コストを抑えて樹脂を含浸することができる。

本実施形態に係る、樹脂含浸装置の構成及びこれを用いて回転子１０のコイル１３に樹脂を含浸する様子を表した図である。 本実施形態に係る、回転子１０のコイル１３に樹脂を滴下して、その後回転子１０をゲル回転させる装置を示す図である。 本実施形態に係る、移載部４１の回転機構を表した図（図３（ａ））、及びこれを用いて回転子１０を保持して回転させている状態を示した図（図３（ｂ））である。 従来の樹脂含浸装置の構成及びこれを用いて回転子１０のコイル１３に樹脂を含浸する様子を表した図である。 コイル巻装体として、ランデル型ポールコアで構成される回転子１０、及びこれに樹脂を滴下するノズル４０を示す図である。 コイル巻装体として、ランデル型ポールコアで構成される回転子１０、及びこれに樹脂を滴下するノズル４０を示す断面図である。 従来の樹脂含浸装置に係る、回転子１０のコイル１３に樹脂を滴下して、その後回転子１０をゲル回転させる装置を示す図である。

符号の説明

１０ 回転子
１１ 回転軸
１２（ａ）、１２（ｂ） ランデル型ポールコア
１３ 界磁コイル
２０ 加熱室
２１ 加熱バーナ
２２ 循環ファン
２３ 台座
３０、３１、３２ 搬送コンベヤー
４０ ノズル
４１ 移載部
４１（ａ） 駆動部
４１（ｂ）、４１（ｄ） ベルト
４１（ｃ） 支点
４１（ｅ） チャック部
４２ 主含浸治具
４３ ゲル回転部
５０ 保温室
６０ 冷却ファン

Claims (3)

1. 金属コアにコイルが巻装されてなるコイル巻装体の前記コイルに樹脂を含浸する装置であって、
   前記コイル巻装体を加熱する加熱部と、
   前記加熱部にて加熱された前記コイル巻装体のコイルに、所定の温度以下で硬化する樹脂を塗布する塗布部と、
   前記塗布部にて前記コイルに塗布され溶融した樹脂がゲル化するまでの間、前記コイル巻装体を回転させる回転部と、
   前記コイル巻装体を前記塗布部から前記回転部に移すものであって、前記コイル巻装体を回転させる回転機構を備えた移載部とを備え、
   前記移載部の回転機構は、
   前記コイル巻装体をチャック保持するものであって、前記コイル巻装体をチャックする部分が回転可能なローラからなるチャック部と、
   前記ローラに架けられており、回転することにより当該ローラも回転するループ状のベルトと、
   前記ループ状のベルトを回転させる駆動部とを備えることを特徴とする樹脂含浸装置。
2. 前記コイル巻装体は、回転電機の回転子であることを特徴とする請求項１に記載の樹脂含浸装置。
3. 前記回転子は、外周に互いに噛み合う複数の爪部を有し、回転軸に対向配置されるランデル型ポールコアで構成される回転子であることを特徴とする請求項２に記載の樹脂含浸装置。

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