JP4726602B2

JP4726602B2 - 積層鉄心及びその製造方法

Info

Publication number: JP4726602B2
Application number: JP2005302082A
Authority: JP
Inventors: 圭一辻本; 憲治石松; 清久牧
Original assignee: Mitsui High Tech Inc
Current assignee: Mitsui High Tech Inc
Priority date: 2005-10-17
Filing date: 2005-10-17
Publication date: 2011-07-20
Anticipated expiration: 2025-10-17
Also published as: JP2007110880A

Description

本発明は、永久磁石を樹脂によって固定した積層鉄心及びその製造方法に関する。

図４に示すように、永久磁石型ローター（積層鉄心）９０は、電磁鋼板を所定形状に打ち抜いた複数の鉄心片９１を積層して構成され、その中央部に形成された軸孔９２を中心としてその周囲に複数形成された磁石挿入孔９３に、永久磁石９４が埋め込まれている。埋め込まれた永久磁石９４は、ローター９０の使用に際して、その回転により遠心力を受けるので、この遠心力に耐えるため、永久磁石９４を磁石挿入孔９３内に固定して配置している。この固定方法の一つとしては、磁石挿入孔９３内に永久磁石９４を挿入した際に形成される隙間に溶融樹脂を注入した後、この樹脂を固化させる方法が知られている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。なお、この樹脂注入においては、磁石挿入孔９３からの樹脂の漏れ出しを防止し、形成された隙間に効率よく樹脂を注入するため、磁石挿入孔９３の樹脂注入部９５以外を予め治具で塞いだ後、隙間に溶融樹脂を圧送している。

しかし、塞いだ部分の密閉性が高いため、例えば、樹脂注入を予定している隙間内に残存する空気は、外部へ出ることができず、隙間に入ってきた樹脂に混ざって気泡として残存したり、また隙間の隅部に樹脂の未充填部分が発生して、結果的に製造したモータの信頼性又は品質を低下させる障害の一因となっていた。
そこで、これらの障害を回避するため、ローター９０を載置する治具９６に、樹脂注入の際に、樹脂を外部へ逃がすことなく、磁石挿入孔９３内の残存空気を外部へ逃がす溝型のエアーベント９７が設けられている。

特開２００２−３４１８７号公報特開２００２−３５４７２２号公報

しかしながら、ローターに形成される磁石挿入孔の位置は、製造する製品の種類毎に異なるため、治具にエアーベントを設ける場合、この治具を製品の種類毎に用意しなければならない。従って、製造する製品が変わるたびに治具も交換しなければならず、作業性が悪くなると共に製造効率の低下を招く。また、製品の品種に応じた数の治具を準備する必要があるため不経済である。
なお、樹脂注入が行われる際に、エアーベントには微量の樹脂が付着するため、治具の清掃を頻繁に行う必要があり、ローターの生産性の低下を招いている。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、作業性よく経済的に製造でき、製品の生産性の低下を抑制可能な積層鉄心及びその製造方法を提供することを目的とする。

前記目的に沿う第１の発明に係る積層鉄心は、複数の鉄心片を積層して構成され、中央に形成された軸孔と、その周囲に形成された複数の磁石挿入部とを備え、該磁石挿入部に挿入した永久磁石を該磁石挿入部に注入した樹脂部材によって固定した積層鉄心において、
前記樹脂部材の注入側の反対側に位置する前記鉄心片及び該鉄心片に隣り合う前記鉄心片のいずれか１又は２には、前記磁石挿入部内への前記樹脂部材の注入の際に、前記磁石挿入部に連通して該磁石挿入部内の空気を外部へ逃がすベントが設けられている。

第１の発明に係る積層鉄心において、前記ベントは、前記鉄心片の半径方向外側及び前記軸孔側のいずれか１又は２へ向けて設けられていることが好ましい。
第１の発明に係る積層鉄心において、前記磁石挿入部は有底又は貫通していることが好ましい。

前記目的に沿う第２の発明に係る積層鉄心の製造方法は、複数の鉄心片を積層し、中央の軸孔の周囲に形成された複数の磁石挿入部に永久磁石を挿入した後、該磁石挿入部内に樹脂部材を注入し固化して前記永久磁石を固定する積層鉄心の製造方法において、
前記樹脂部材の注入側の反対側に位置する前記鉄心片及び該鉄心片に隣り合う前記鉄心片のいずれか１又は２に、押圧加工、切削加工、放電加工、及びエッチング加工のいずれか１又は２以上を行い、前記磁石挿入部に連通して該磁石挿入部内の空気を外部へ逃がすベントを設ける。
第２の発明に係る積層鉄心の製造方法において、前記ベントを、前記鉄心片の半径方向外側及び前記軸孔側のいずれか１又は２へ向けて設けることが好ましい。

請求項１〜３記載の積層鉄心、及び請求項４、５記載の積層鉄心の製造方法は、磁石挿入部内の空気を外部へ逃がすベントを、積層鉄心を載置する治具でなく、鉄心片自体に設けるので、製品の種類毎に治具を用意する必要がない。従って、製造する製品の種類が変わるたびに治具を交換する必要がないため、作業性が良好であると共に製造効率も向上でき、更に製品の種類に応じた数の治具を準備する必要がないため経済的である。
また、ベントを、樹脂部材の注入側の反対側に位置する鉄心片及びこの鉄心片に隣り合う鉄心片のいずれか１又は２に設けるので、例えば、樹脂部材を磁石挿入部の上方から磁石挿入部へ注入する場合、この樹脂部材によって下方へ押し出される磁石挿入部内の空気を、磁石挿入部内に残存させることなく容易に外部へ押し出すことができ、良好な品質の製品を製造できる。

特に、請求項２記載の積層鉄心、及び請求項５記載の積層鉄心の製造方法は、製品の種類に応じてベントの形成位置を調整できる。
請求項３記載の積層鉄心は、磁石挿入部が有底となっている場合、磁石挿入部と積層鉄心を載置する治具表面との直接接触を防止できる。これにより、磁石挿入部内へ注入した樹脂部材が、治具表面へ漏れ出して付着することを防止できるので、治具の清掃を頻繁に行う必要がなく、積層鉄心の生産性の低下を抑制、更には防止できる。
また、磁石挿入部が貫通している場合、例えば、最下層に位置する鉄心片の磁気的特性も備えた積層鉄心を製造できる。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
ここで、図１（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ本発明の一実施の形態に係る積層鉄心の製造方法の説明図、積層鉄心の最下層の上に位置する鉄心片の部分裏面図、図２（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ第１〜第３の変形例に係る積層鉄心の部分側断面図、図３（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ第４〜第６の変形例に係る積層鉄心の鉄心片の部分裏面図である。

図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、本発明の一実施の形態に係る積層鉄心１０は、複数の鉄心片１１〜１３をかしめ積層して構成され、中央に形成された軸孔１４と、その周囲に形成された複数の磁石挿入部１５とを備え、磁石挿入部１５に挿入した永久磁石１６を磁石挿入部１５に注入した樹脂部材１７によって固定した回転子積層鉄心（ローターともいう）であり、樹脂部材１７の注入側の反対側、即ち本実施の形態では下側に位置する鉄心片１２には、磁石挿入部１５内への樹脂部材１７の注入の際に、磁石挿入部１５に連通して磁石挿入部１５内の空気を外部へ逃がすベント１８が設けられている。以下、詳しく説明する。

積層鉄心１０は、厚みが、例えば、０．５ｍｍ以下程度の電磁鋼板を円盤状に打抜き、この打ち抜かれた鉄心片１１〜１３を順次かしめ積層して構成されるものである。なお、複数の鉄心片の積層方法としては、溶接を適用することも、また、かしめと溶接を併用することもできる。
各鉄心片１１〜１３の中央部には、円形の軸孔部１９が開けられているので、各鉄心片１１〜１３を積層した際に、中央部に軸孔１４が形成される。
また、積層鉄心１０の最下層に位置する鉄心片１１を除いた全ての鉄心片１２、１３については、軸孔１４の周囲に、軸孔１４を中心として実質的に等角度に、複数個の貫通孔２０が設けられているので、各鉄心片１１〜１３を積層した際に、有底となった磁石挿入部１５が形成される。この磁石挿入部１５は、平面視して長方形の両側に半円をそれぞれ取付けた形状となっているが、これに限定されるものではない。

最下層に位置する鉄心片１１の上に配置される鉄心片１２には、鉄心片１１との対向面側に、鉄心片１２の半径方向外側へ向けてベント１８が設けられている。
このベント１８は、例えば、深さが１５μｍ以上３０μｍ以下程度、内幅が３０μｍ以上５０μｍ以下程度の断面半円形のものであり、鉄心片１２の周辺部に設けられた貫通孔２０の両側に連通してそれぞれ設けられている。なお、ベント１８は貫通孔２０の片側のみに設けてもよい。これにより、各鉄心片１１〜１３を積層した際に、形成される磁石挿入部１５内がベント１８を介して外部と連通状態になる。
ベントの断面形状は、これに限定されるものでなく、例えば、鉄心片の厚み、外径、又は樹脂部材の種類に応じて、楕円形、Ｕ字、Ｖ字、又は凹形に適宜設定できる。また、ベントの深さ、内幅、及びベントの設置数についても、上記した諸条件に応じて適宜変更可能である。

各鉄心片１１〜１３を積層することで形成される磁石挿入部１５内には、永久磁石１６が埋め込まれている。
磁石挿入部１５内に永久磁石１６を挿入した際、その周囲には隙間が形成されるが、この隙間の上方から隙間に溶融状態の樹脂部材１７を流し込み、固化させることで、永久磁石１６の位置を固定できる。なお、この樹脂部材としては、例えば、従来半導体の製造に使用されているエポキシ樹脂のような熱硬化性樹脂を使用できる。
このように、隙間に樹脂部材１７を注入することで、隙間内の空気は下方へ移動し、磁石挿入部１５の樹脂部材１７注入側と対峙する側の端部に連通するベント１８を介して、外部へ押し出される。

また、積層鉄心の構造は、図２（Ａ）〜（Ｃ）に示す構造にしてもよい。
図２（Ａ）に示す積層鉄心２５は、有底となった磁石挿入部２６が形成されたものであり、その最下層に位置し、磁石挿入部２６の貫通孔が形成されていない鉄心片２７の表面側、即ち隣り合う鉄心片２８（鉄心片２８には磁石挿入部２６の貫通孔が形成されている）との接触面側に、鉄心片２７の半径方向外側へ向けて、磁石挿入部２６内の空気を外部へ逃がすベント２９が設けられている。なお、ベント２９の半径方向内側端部は、磁石挿入部２６の端部と連通状態になっている。
このように、ベント２９を最下層に位置する鉄心片２７の接触面側に形成するので、ベント２９内に樹脂部材が残存しても、積層鉄心２５の表面（積層鉄心２５を載置する治具表面）には樹脂部材が漏れ出さないため、外観品質が優れた積層鉄心２５になる。

図２（Ｂ）に示す積層鉄心３０は、貫通している磁石挿入部（磁石挿入孔）３１が形成されたものであり、その最下層に位置する鉄心片３２の表面側、即ち隣り合う鉄心片１３との接触面側に、鉄心片３２の半径方向外側へ向けて、磁石挿入部３１内の空気を外部へ逃がすベント３３が設けられている。
このように、ベント３３を最下層に位置する鉄心片３２の接触面側に形成し、更に鉄心片３２には磁石挿入部３１を形成する貫通孔３４が形成されているため、磁石挿入部３１への樹脂部材の充填状態を目視で観察することができる。これにより、製品品質を更に向上できる。

図２（Ｃ）に示す積層鉄心３５は、貫通している磁石挿入部（磁石挿入孔）３６が形成されたものであり、その最下層に位置する鉄心片３７の裏面側（積層鉄心３５の表面）に、鉄心片３７の半径方向外側へ向けて、磁石挿入部３６内の空気を外部へ逃がすベント３８が設けられている。
このように、ベント３８を最下層に位置する鉄心片３７の裏面側に形成し、更に鉄心片３７には磁石挿入部３６を形成する貫通孔３９が形成されているため、前記した積層鉄心１０と比較して外観品質は多少劣るものの、樹脂部材の充填状態及びベント３８の効果を目視で確認できる。

更に、積層鉄心を構成する鉄心片に設けるベントは、図３（Ａ）〜（Ｃ）に示す構造にしてもよい。
図３（Ａ）に示すベント４０は、平面視して、磁石挿入部４１の中央部から鉄心片４２の半径方向外側へ向けて設けられている。なお、このベント４０は、磁石挿入部４１内に永久磁石１６を挿入した際に形成される隙間が、連続的に繋がっている場合に設けるとよい。
これにより、ベント４０の数を少なくして、より均等に外部への空気の排出を可能にする。

図３（Ｂ）に示すベント４３は、平面視して、隣り合う磁石挿入部４４を連通し、この連通した部分から鉄心片４５の半径方向外側へ向けて設けられたものである。
これにより、ベント４３の数を更に少なくして、更に効果的な空気の排出が可能になる。
図３（Ｃ）に示すベント４６は、平面視して、隣り合う磁石挿入部４７を連通し、この連通した部分から鉄心片４８の半径方向軸孔部１９側へ向けて設けられたものである。
このように形成することで、製品の種類に応じたベント４６の形成が可能になる。
なお、ベントは、鉄心片の半径方向外側及び軸孔側のいずれか１へ向けて設けられた場合について説明したが、必要に応じて両方に設けることもできる。

続いて、本発明の一実施の形態に係る積層鉄心の製造方法について説明する。
まず、電磁鋼板（図示しない）を搬送しながら、複数の金型（図示しない）を使用して所定形状の複数の鉄心片１１〜１３を打抜き、順次かしめ積層した後、形成される磁石挿入部１５内に永久磁石１６を挿入する。
ここで、最下層に配置される鉄心片１１は、これ以外の鉄心片１２、１３とは異なり、貫通孔２０を形成するための金型による打抜きは施されない。
また、この鉄心片１１の上に配置される鉄心片１２には、更にベント１８を設けるための金型によって押圧加工（潰し加工又はコイニング）が施される。なお、ベント１８は、切削加工、放電加工、及びエッチング加工のいずれか１、又は押圧加工、切削加工、放電加工、及びエッチング加工のいずれか２以上を組み合わせて形成することもできる。

次に、積層状態の鉄心片１１〜１３を、電熱ヒータを使用して、例えば、１５０℃以上１７０℃以下程度に加熱した上板部材５０と下板部材５１とで押圧しながら挟持する。なお、積層状態の各鉄心片１１〜１３についても、例えば、１５０℃以上１７０℃以下程度に、予め予熱しておくことが好ましい。
そして、上板部材５０に設けられたプランジャ５２を押し下げ、溶融状態の樹脂部材１７を、各磁石挿入部１５内へそれぞれ注入する。このとき、磁石挿入部１５内の空気は、樹脂部材１７によって下方へ押し出されると共に、ベント１８を介して外部へ逃がされる。
これによって、磁石挿入部１５内に樹脂部材１７が封入され、この樹脂部材１７が固化することにより、内部に配置される永久磁石１６が固定され、積層鉄心１０が完成する。

以上、本発明を、実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。例えば、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組合せて本発明の積層鉄心及びその製造方法を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
また、前記実施の形態においては、樹脂部材として熱硬化性樹脂を用いたが、例えば、モータ製品の発熱温度が低い場合には、熱可塑性樹脂を用いることもできる。
そして、前記実施の形態においては、最下層の鉄心片及びその上に配置される鉄心片のいずれか１にベントを設けた場合について説明したが、双方にベントを設けてもよい。
更に、前記実施の形態においては、樹脂部材を磁石挿入部の上方から磁石挿入部内へ注入した場合について説明したが、樹脂部材を磁石挿入部の下方から磁石挿入部内へ注入することもできる。この場合、樹脂部材の注入側の反対側、即ち最上層の鉄心片及びその下に配置される隣り合う鉄心片のいずれか１又は２にベントを設ける。

（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ本発明の一実施の形態に係る積層鉄心の製造方法の説明図、積層鉄心の最下層の上に位置する鉄心片の部分裏面図である。（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ第１〜第３の変形例に係る積層鉄心の部分側断面図である。（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ第４〜第６の変形例に係る積層鉄心の鉄心片の部分裏面図である。従来例に係る積層鉄心の製造方法の説明図である。

符号の説明

１０：積層鉄心、１１〜１３：鉄心片、１４：軸孔、１５：磁石挿入部、１６：永久磁石、１７：樹脂部材、１８：ベント、１９：軸孔部、２０：貫通孔、２５：積層鉄心、２６：磁石挿入部、２７、２８：鉄心片、２９：ベント、３０：積層鉄心、３１：磁石挿入部、３２：鉄心片、３３：ベント、３４：貫通孔、３５：積層鉄心、３６：磁石挿入部、３７：鉄心片、３８：ベント、３９：貫通孔、４０：ベント、４１：磁石挿入部、４２：鉄心片、４３：ベント、４４：磁石挿入部、４５：鉄心片、４６：ベント、４７：磁石挿入部、４８：鉄心片、５０：上板部材、５１：下板部材、５２：プランジャ

Claims

複数の鉄心片を積層して構成され、中央に形成された軸孔と、その周囲に形成された複数の磁石挿入部とを備え、該磁石挿入部に挿入した永久磁石を該磁石挿入部に注入した樹脂部材によって固定した積層鉄心において、
前記樹脂部材の注入側の反対側に位置する前記鉄心片及び該鉄心片に隣り合う前記鉄心片のいずれか１又は２には、前記磁石挿入部内への前記樹脂部材の注入の際に、前記磁石挿入部に連通して該磁石挿入部内の空気を外部へ逃がすベントが設けられていることを特徴とする積層鉄心。
請求項１記載の積層鉄心において、前記ベントは、前記鉄心片の半径方向外側及び前記軸孔側のいずれか１又は２へ向けて設けられていることを特徴とする積層鉄心。
請求項１及び２のいずれか１項に記載の積層鉄心において、前記磁石挿入部は有底又は貫通していることを特徴とする積層鉄心。
複数の鉄心片を積層し、中央の軸孔の周囲に形成された複数の磁石挿入部に永久磁石を挿入した後、該磁石挿入部内に樹脂部材を注入し固化して前記永久磁石を固定する積層鉄心の製造方法において、
前記樹脂部材の注入側の反対側に位置する前記鉄心片及び該鉄心片に隣り合う前記鉄心片のいずれか１又は２に、押圧加工、切削加工、放電加工、及びエッチング加工のいずれか１又は２以上を行い、前記磁石挿入部に連通して該磁石挿入部内の空気を外部へ逃がすベントを設けることを特徴とする積層鉄心の製造方法。
請求項４記載の積層鉄心の製造方法において、前記ベントを、前記鉄心片の半径方向外側及び前記軸孔側のいずれか１又は２へ向けて設けることを特徴とする積層鉄心の製造方法。