JP4548788B2 - モータ用コアの金型 - Google Patents

Description

本発明は、環状の本体部の外周部に一方の軸方向に突出する環状凸部が形成され、本体部の内周部には、径方向内側に突出する複数の歯部が周方向に等間隔をおいて形成され、さらに、これら歯部の先端に、環状凸部と同軸方向に突出する爪部が一体に形成された形状のモータ用コアを製造する技術に係り、特に、原料粉末を圧縮して圧粉磁心等のコアに成形する金型に関する。

上記のような形状のモータ用コアとしては、クローポール型モータのステータコアが挙げられる。クローポール型モータは、構造や駆動回路が比較的簡素である特長を備え、ＯＡ機器や車両用に用いられている。また、特に近年では、特許文献１等に記載されるように、ハイブリット車両のパワーユニットにおけるエンジンとトランスミッション間に配置されるものが知られている。同文献に記載のステータコアは圧粉材で形成されており、この種の圧粉材としては、絶縁性の結合樹脂を混合した鉄粉を圧縮成形し、加熱処理して作られる圧粉磁心が、高い磁束密度が得られ、かつ、鉄損が低いといった利点があることから好適に用いられている。

圧粉磁心からなる上記形状のステータコアは、原料粉末を金型内で圧縮して成形されるが、圧縮方向は、型抜きを可能とするために、コイルが巻回される爪部が突出する方向である軸方向とされる。図６は、ステータコアの一例を示しており、図７および図８は、このステータコアＣを圧縮成形する従来の金型構造を示している。

図６に示すように、ステータコアＣは、環状の本体部１と、本体部１の内周部から径方向内側に突出する複数の歯部２と、これら歯部２の先端から一方の軸方向に突出する爪部３とが一体に成形されたもので、爪部３の間に切欠き４が形成されている。このステータコアＣの一方の面（図６（ｂ）で右側の面）は全体が平坦な端面５とされているが、他方の面（図６（ｂ）で左側の面）は、本体部１の外周部に環状凸部６がリブ状に形成されており、また、上記爪部３が形成されている。このステータコアＣにあっては、爪部３と環状凸部６との間に形成される環状空間を周回するように各爪部３の外周部にわたってコイルが巻回され、爪部３が磁極とされる。爪部３間の切欠き４は、外周部に向かうにしたがって幅広となる台形状に形成されている。このステータコアＣには、爪部３が突出する方向に型抜きが可能なように、各所（例えば歯部２や爪部３）には抜きテーパが形成されている。

このようなステータコアＣを圧縮成形する金型は、図７および図８に示すように、円筒状のダイス６０と、このダイス６０の成形孔６１の中心に挿入されるコアロッド６２と、成形孔６１に摺動可能に嵌入される上パンチ６３および複数の下パンチ７１，７２，７３とから構成されている。なお、図７は図８におけるＡ−Ｏ−Ｂ断面（図７の左側がＡ−Ｏ断面、右側がＢ−Ｏ断面）の部分の金型およびステータコアＣを示しており、図８は図７のVIII−VIII断面図（ただしダイス６０を省く）である。

コアロッド６２の周面には、ステータコアＣの切欠き４を形成するための複数の軸方向に延びる凸条６２ａが形成されている。上パンチ６３は、ステータコアＣの平坦な端面５に対応した断面形状を有する円筒状である。一方、ステータコアＣの爪部３側の面を形成するための下パンチは、本体部１の環状凸部６の突出端面を形成する第１下パンチ７１と、本体部１および歯部２を形成する第２下パンチ７２と、爪部３を形成する第３下パンチ７３を組み合わせて構成される。第１下パンチ７１は円筒状であり、第２下パンチ７２は、内周面にコアロッド６２の凸条６２ａに嵌合する溝部を有する形状である。そして第３下パンチ７３は、例えば、円筒状の基部の上端から突出する複数のツノ状部材からなるものである。爪部３間の切欠き４は、コアロッド６２の凸条６２ａによって形成される。

特開２００５−９４８７６号公報

ところで、上記のようなステータコアＣにあっては、コイルが巻回される爪部３の先端の密度が高ければ高いほど磁気特性が向上し、モータとして高効率化、高性能化が図られることが判っている。このため、特に爪部３は高い荷重で圧縮され、例えば真密度が７．８６の材料の場合、爪部３は真密度が７．６程度まで高密度とされることが望ましいとされる。したがって、図７および図８に示した従来の金型においては、爪部３を形成する第３下パンチ７３に高い強度が求められるが、この第３下パンチ７３は薄肉の棒状であることから、形状的に強度が低く、高い圧縮荷重に対する耐久性には限度があり、爪部３を高密度とすることが困難であった。このため、爪部３を高い圧縮荷重で確実に成形することのできる金型の開発が求められていた。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、上記爪部を高い圧縮荷重で成形することができ、これによって爪部の先端が高密度化して磁気特性に優れたモータ用コアを得ることができる金型を提供することを目的としている。

本発明は、環状の本体部の外周部に、一方の軸方向に突出する環状凸部が形成され、本体部の内周部に、径方向内側に突出する複数の歯部が、切欠きを間に挟んで周方向に等間隔をおいて形成され、さらに、これら歯部の先端に、環状凸部と同方向に突出する爪部が一体に形成され、コイルが、各爪部と環状凸部との間に形成される環状空間を周回するように各爪部の外周部にわたって巻回されるモータ用コアを、原料粉末を該コアの軸方向に圧縮した圧粉体として成形するための金型であって、円筒状の成形孔を有するダイスと、このダイスの成形孔の中心に挿入されるコアロッドと、ダイスの成形孔に嵌入されて、爪部側の面を形成する下アウターパンチおよび下インナーパンチと、ダイスの成形孔に嵌入される上パンチとを備え、コアロッドは、モータ用コアの爪部の内周面を形成する円柱部と、この円柱部の一端側に連設され、その外周面に、軸方向に沿って延び、円柱部側の端部が爪部の先端を形成する段部として形成されている複数の凸条を有するスプライン状の爪部形成部とを有し、下アウターパンチは、ダイスの成形孔に摺動自在に嵌入され、モータ用コアの環状凸部の突出端面を形成する端面を有する円筒状に形成されており、下インナーパンチは、下アウターパンチ内に摺動自在に嵌入され、モータ用コアの本体部および歯部を形成する端面が形成されるとともに、環状凸部の内周面を形成する外周面が形成され、さらに、内周面にはコアロッドの凸条が嵌合する溝部が形成されるとともに、これら溝部間に形成された溝部間の凸条を有する円筒部と、この円筒部の端面から溝部間の凸条より延長して上パンチ方向に延び、切欠きを該溝部間の凸条とともに形成する複数のツノ部とを有し、上パンチは、円筒状であって、モータ用コアの本体部および歯部を形成する端面を有するとともに、内周面には、下インナーパンチのツノ部が嵌入される溝部を有し、この上パンチの端面とコアロッドの爪部形成部における段部との間に、モータ用コアの爪部が形成されることを特徴とするモータ用コアの金型である。

本発明の金型によれば、モータ用コアの爪部は、上パンチの端面と、コアロッドの爪部形成部に形成されている凸条の段部との間で圧縮成形される。図７および図８に示した従来の金型では、爪部３の先端は、強度不足な薄肉棒状の第３下パンチ７３で形成されていたが、本発明ではコアロッドの凸条の段部が圧縮荷重を受けて形成される。この凸条はコアロッドと一体であるから、従来の第３下パンチ７３よりも強度や剛性が格段に高く、高い圧縮荷重に耐えることができ、変形するおそれがない。したがって、爪部を高い圧縮荷重で成形することができ、これによって爪部の先端が高密度化し、磁気特性に優れたモータ用コアを得ることができる。

図７および図８に示した従来の金型では、歯部２間の切欠き４がコアロッド６２の凸条６２ａによって形成されていたため、モータ用コアを圧縮成形した場合に成形体とコアロッドとの接触面積が大きく、高い圧縮荷重で圧縮成形を行うと抜き出しの際に成形体のかじりや変形が生じやすいという問題があった。この点、本発明では歯部間の切欠きは下インナーパンチのツノ部によって形成され、このツノ部は、圧縮成形されたモータ用コアに対しては切欠きを囲む内面のみに接触し、かつ、この切欠きのみを形成するものとして独立しているため、脱型する時の摩擦抵抗が比較的小さくなり、脱型がしやすいといった利点がある。

特に、形成しようとする切欠きが、外周部に向かうにしたがって幅広となる台形状部分を有する場合には、脱型する時には切欠きが狭まるようなスプリングバックが生じて脱型しにくいが、本発明のツノ部で切欠きを形成すれば、脱型しやすくなる。そのツノ部は、外周部に向かうにしたがって幅広となる断面台形状部分を有するものとなる。なお、このツノ部は上パンチの溝部に嵌入し、切欠きを形成する中子として機能するため、図７および図８で示した従来の金型の薄肉形状の第３下パンチ７３とは異なり、先端部に直接高い圧縮荷重を受けるものではない。

本発明によれば、爪部の先端が、高い強度を有するコアロッドの爪部形成部における凸条の段部で形成されるため、爪部の先端を高密度化させることができ、磁気特性に優れたモータ用コアを得ることができるといった効果を奏する。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。
本実施形態の金型は、図６に示したステータコア（モータ用コア）Ｃを圧粉磁心として成形する金型である。ステータコアＣの形状については前述した通りであり、ここでは説明を省く。図１および図２は、ステータコアＣを成形するための金型を構成する複数の要素を示しており、図３はこれら要素で原料粉末を圧縮してステータコアＣを成形した状態を示している。また、図４および図５は、それぞれ図３のIV−IV断面およびV−V断面を示している。なお、図３は図４および図５におけるＡ−Ｏ−Ｂ断面（図３の左側がＡ−Ｏ断面、右側がＢ−Ｏ断面）の部分の金型およびステータコアＣを示している。

図１〜図５に示すように、本実施形態の金型は、円筒状のダイス１０と、コアロッド２０と、ダイス１０内に嵌入される上パンチ３０と、２つの下パンチ４０，５０とを要素としている。上パンチ３０はステータコアＣの平坦な端面５を形成するパンチであり、下パンチ４０（下アウターパンチ），５０（下インナーパンチ）は、爪部３側の面を形成するパンチである。

図１および図３に示すように、ダイス１０の中心には円筒状の成形孔１１が形成されており、この成形孔１１の中心にコアロッド２０が同軸的に挿入される。コアロッド２０は、図１および図２（ａ）に示すように、ダイス１０よりも軸方向長さが長い全体が円柱状のものである。コアロッド２０の軸方向の一端側（図１で上側）の半分は周面が単純な円筒面の円柱部２１であり、この円柱部２１の他端側の半分が、周面に軸方向に延びる複数の凸条２６が等間隔をおいて形成され、これら凸条２６間が溝部２７とされたスプライン状の爪部形成部２５とされている。凸条２６はステータコアＣの爪部３に対応しており、爪部形成部２５と円柱部２１との境目に位置する凸条２６の段部２８によって爪部３の先端が形成される。

上パンチ３０は円筒状であって、ダイス１０の成形孔１１に摺動自在に嵌入される。図１および図２（ｂ）に示すように、上パンチ３０の、ダイス１０の成形孔１１の内周面に摺動する外周面は単純な円筒面に形成されており、一方、内周面には、軸方向に延びる複数の凸条３１が周方向に等間隔をおいて全長にわたり形成されており、かつ、これら凸条３１間に溝部３２が形成されている。これによって上パンチ３０の上下の端面は、ステータコアＣの端面５に対応した形状を呈している。凸条３１間の溝部３２の断面形状は、ステータコアＣの切欠き４に対応しており、上パンチ３０の下側の端面によってステータコアＣの端面５が形成される。上パンチ３０は、ダイス１０の成形孔１１に上から嵌入され、その際には各凸条３１の内面がコアロッド２０の円柱部２１の周面に摺動する。

下パンチ４０，５０は、ダイス１０の成形孔１１に下から嵌入されるもので、その２つは、成形孔１１に摺動自在に嵌入される下アウターパンチ４０と、この下アウターパンチ４０と上記コアロッド２０との間に挟まれた状態で成形孔１１に嵌入される下インナーパンチ５０である。図１および図２（ｃ）に示すように、下アウターパンチ４０は内外周面とも単純な円筒面の円筒であり、その上側の端面によって、ステータコアＣの環状凸部６の突出端面が形成される。

図１および図２（ｄ）に示すように、下インナーパンチ５０は、円筒部５１と、この円筒部５１の上端面５２から延びる複数のツノ部５３とを有している。円筒部５１の内周面には、図２（ｄ）および図４に示すように、軸方向に延びる複数の溝部５４が等間隔をおいて形成されており、これら溝部５４間に凸条５５が形成されている。溝部５４の断面形状はコアロッド２０の凸条２６に対応しており、この凸条２６が溝部５４に摺動して嵌合するようになっている。また、凸条５５の断面形状はコアロッド２０の溝部２７に対応しており、この溝部２７に凸条５５が摺動して嵌合するようになっている。すなわち、コアロッド２０の爪部形成部２５は、下インナーパンチ５０内に摺動して嵌合する。

ツノ部５３は周方向に等間隔をおいて円筒部５１に一体に形成されており、上端面５２から軸方向に沿って上方に延びている。これらツノ部５３を除いた円筒部５１の上端面５２は、ステータコアＣの爪部３側の面であって環状凸部６を除いた本体部１と歯部２とを合わせた形状に対応している。各ツノ部５３は、ステータコアＣの切欠き４を穿って形成するものであり、したがってその断面は切欠き４の断面に対応して、外周部に向かうにしたがって台形状に形成されている。図２（ｃ）に示すように、ツノ部５３は、平面視すると、円筒部５１の溝部５４の内周面をつないだ内周縁をまたぐような位置に形成されており、内周側は凸条５５をそのまま上方に延長した形状に形成されている。各ツノ部５３は、当該金型の型締めの際には、上パンチ３０の溝部３２に摺動自在に嵌入される。

以上の要素からなる本実施形態の金型によってステータコアＣを製造するには、まず、ダイス１０の成形孔１１の中心にコアロッド２０を同軸的に挿入し、また、成形孔１１に下方から下アウターパンチ４０および下インナーパンチ５０を嵌入し、図４に示すように、コアロッド２０の凸条２６および溝部２７に、下インナーパンチ５０の溝部５４および凸条５５を、それぞれ嵌合させる。コアロッド２０の軸方向の位置は、段部２８とダイス１０の上端面との間が、爪部３が形成され得る距離となる位置にセットされる。また、下インナーパンチ５０の軸方向の位置は、ツノ部５３の上端がダイス１０の上端面と面一になる位置にセットされ、下アウターパンチ４０は、上端が下インナーパンチ５０の円筒部５１の上端面５２よりも下方であって、その上端とダイス１０の上端面との間が、環状凸部６が形成され得る距離となる位置にセットされる。

次に、ダイス１０の内周面と、２つの下パンチ４０，５０およびコアロッド２０との間に形成され、成形孔１１の上方に開口するキャビティに、原料粉末を充填する。次いで、上パンチ３０を成形孔１１の開口まで下降させて、溝部３２を下インナーパンチ５０のツノ部５３に対応させ、凸条３１の下端面をツノ部５３の間に充填された原料粉末の上面に当接させる。この状態から上パンチ３０を下降させて、図５に示すように溝部３２にツノ部５３を嵌入させると同時に、凸条３１をツノ部５３の間に押し込む。さらに、図３に示すように、ダイス１０を相対的に上昇させて原料粉末をダイス１０の中間部に配し、この状態から、２つの下パンチ４０，５０で支持された原料粉末に上パンチ３０で荷重をかけ、原料粉末を圧縮し、ステータコアＣに成形する。圧縮成形が終わったら、各パンチ３０，４０，５０をダイス１０から適宜に抜き出すとともにステータコアＣをコアロッド２０から取り外して、このステータコアＣを得る。

図３に示すように、金型内で圧縮成形されたステータコアＣは、本体部１の環状凸部６が上パンチ３０と下アウターパンチ４０の上端面との間で成形され、環状凸部６以外の本体部１および歯部２が上パンチ３０と下インナーパンチ５０の円筒部５１の上端面５２との間で成形される。また、爪部３は上パンチ３０とコアロッド２０の段部２８との間で成形され、爪部３間の切欠き４は原料粉末を貫通する下インナーパンチ５０のツノ部５３によって形成される。

本実施形態によれば、ステータコアＣの爪部３は、上パンチ３０の下端面と、コアロッド２０の爪部形成部２５に形成されている凸条２６の段部２８との間で圧縮成形され、特に爪部３の先端は、コアロッド２０の凸条２６の段部２８が圧縮荷重を受けて形成される。凸条２６はコアロッド２０と一体であるから強度や剛性が高く、高い圧縮荷重に耐えることができ、変形するおそれがない。したがって、爪部３を高い圧縮荷重で成形することができ、これによって爪部３の先端が高密度化し、ステータコアＣは磁気特性に優れたものとなる。

また、ステータコアＣの歯部２間の切欠き４は、下インナーパンチ５０のツノ部５３によって形成され、このツノ部５３は、圧縮成形されたステータコアＣに対しては切欠き４を囲む内面のみに接触し、かつ、この切欠き４のみを形成するものとして独立している。本実施形態の切欠き４は、外周部に向かうにしたがって幅広となる台形状であることから、通常であれば脱型する時には切欠き４が狭まるようなスプリングバックが生じて脱型しにくいが、独立しているツノ部５３で切欠き４を形成することにより、摩擦抵抗が小さく、切欠き４からツノ部５３を抜き出しやすい。

なお、本実施形態はクローポール型モータのステータコアを製造する金型であったが、本発明はこのモータに限られず、上記形状、すなわち環状の本体部の内周部に、径方向内側に突出する複数の歯部が、切欠きを間に挟んで周方向に等間隔をおいて形成され、歯部の先端には、一方の軸方向に突出する爪部が一体に形成された形状のモータ用コアであれば、いかなる種類のものにも適用することができる。

本発明の一実施形態の金型の分解斜視図である。 一実施形態の金型を構成する各要素の平面図であって、（ａ）上パンチ、（ｂ）コアロッド、（ｃ）下インナーパンチ、（ｄ）下アウターパンチである。 一実施形態の金型でステータコアを圧縮成形した状態を示す断面図であって、図４および図５のＡ−Ｏ−Ｂ断面である。 図３のIV−IV断面図（ダイスを省く）である。 図３のV−V断面図（ダイスを省く）である。 製造対象物であるクローポール型モータのステータコアであって、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ｏ−Ｂ断面図、（ｃ）は裏面図である。 従来の金型でステータコアを圧縮成形した状態を示す断面図である。 図７のVIII−VIII断面図（ダイスを省く）である。

符号の説明

１…本体部、２…歯部、３…爪部、４…切欠き、５…ステータコアの端面、
６…環状凸部、１０…ダイス、１１…成形孔、２０…コアロッド、２１…円柱部、
２５…爪部形成部、２６…コアロッドの凸条、２８…段部、３０…上パンチ、
３２…上パンチの溝部、５０…下インナーパンチ、５１…円筒部、５３…ツノ部、
Ｃ…ステータコア（モータ用コア）。

Claims (2)

1. 環状の本体部の外周部に、一方の軸方向に突出する環状凸部が形成され、前記本体部の内周部に、径方向内側に突出する複数の歯部が、切欠きを間に挟んで周方向に等間隔をおいて形成され、さらに、これら歯部の先端に、前記環状凸部と同方向に突出する爪部が一体に形成され、コイルが、各爪部と前記環状凸部との間に形成される環状空間を周回するように各爪部の外周部にわたって巻回されるモータ用コアを、原料粉末を該コアの軸方向に圧縮した圧粉体として成形するための金型であって、
   円筒状の成形孔を有するダイスと、
   このダイスの成形孔の中心に挿入されるコアロッドと、
   前記ダイスの前記成形孔に嵌入されて、前記爪部側の面を形成する下アウターパンチおよび下インナーパンチと、
   ダイスの成形孔に嵌入される上パンチとを備え、
   前記コアロッドは、前記モータ用コアの前記爪部の内周面を形成する円柱部と、この円柱部の一端側に連設され、その外周面に、軸方向に沿って延び、円柱部側の端部が前記爪部の先端を形成する段部として形成されている複数の凸条を有するスプライン状の爪部形成部とを有し、
   前記下アウターパンチは、前記ダイスの成形孔に摺動自在に嵌入され、前記モータ用コアの前記環状凸部の突出端面を形成する端面を有する円筒状に形成されており、
   前記下インナーパンチは、前記下アウターパンチ内に摺動自在に嵌入され、前記モータ用コアの前記本体部および前記歯部を形成する端面が形成されるとともに、前記環状凸部の内周面を形成する外周面が形成され、さらに、内周面には前記コアロッドの前記凸条が嵌合する溝部が形成されるとともに、これら溝部間に形成された溝部間の凸条を有する円筒部と、この円筒部の端面から前記溝部間の凸条より延長して前記上パンチ方向に延び、前記切欠きを該溝部間の凸条とともに形成する複数のツノ部とを有し、
   前記上パンチは、円筒状であって、前記モータ用コアの前記本体部および前記歯部を形成する端面を有するとともに、内周面には、前記下インナーパンチの前記ツノ部が嵌入される溝部を有し、
   この上パンチの端面と前記コアロッドの前記爪部形成部における前記段部との間に、前記モータ用コアの前記爪部が形成される
   ことを特徴とするモータ用コアの金型。
2. 前記下インナーパンチの前記ツノ部は、外周部に向かうにしたがって幅広となる断面台形状部分を有し、これに伴って、前記モータ用コアに形成される前記切欠きは、外周部に向かうにしたがって幅広となる台形状部分を有することを特徴とする請求項１に記載のモータ用コアの金型。

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