JP5145097B2 - 粉末成形装置及びステータの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ステータリングの内周部に半径内方に突出するティースが周方向に間隔をおいて複数固定されてなるステータを製造するための粉末成形装置及びその粉末成形装置を使用したステータの製造方法に係り、そのティースがステータリングの軸方向に沿って傾斜した斜面部を有するブロック状に形成されているステータを製造する技術に関する。

従来、モータのステータは、例えば特許文献１や特許文献２に記載されているように、ステータリングの内周部に半径内方に突出するティースが周方向に間隔をおいて複数固定された複雑な形状とされている。このステータの製造方法として、鋼板の積層構造よりも渦電流損失を小さくすることができ、かつ形状の自由度が大きい粉末成形によって製造することが提案されている。

この場合、ティースの側面に斜面部が形成されているため、この斜面部をパンチで形成しようとすると、鋭利な先端となって破損し易い。特許文献３は、ヘリカルギヤを粉末成形で製造する技術に関するものであるが、ダイの内周面にヘリカルの溝を形成して、これを成形面にしている。そこで、ティースの斜面部を成形する方法として、この特許文献３に記載されるように、ダイの貫通孔の内周面に傾斜面を形成して、これを成形面とすることが考えられる。
特開２００５−２６１１８２号公報 特開２００６−５４９５７号公報 特開平１１−１８８４４８号公報

しかしながら、その斜面部を成形するときの粉末の圧縮タイミングがダイの動きに依存するため、その部分の密度調整が困難であり、斜面部の下部で密度が高くなり易い。特に、斜面部が流線形状等の複雑な曲面を有するものであると、微妙な密度調整が必要であるが、斜面部の成形面の動きに限界があって難しい。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、斜面部の密度調整を容易にした粉末成形装置及びこの粉末成形装置を使用して斜面部の密度を上下均一に成形することができるステータの製造方法の提供を目的とする。

本発明の粉末成形装置は、ステータリングの内周部に、その半径内方に突出するティースが周方向に間隔をおいて複数固定されるとともに、該ティースがステータリングの軸方向に沿って傾斜した斜面部を有するブロック状に形成されてなるステータの少なくとも前記ティースの圧粉体を製造するための粉末成形装置であって、前記ティースの圧粉体を成形するための成形孔を有するダイの内周部に、凹溝を上下方向に沿って形成するとともに、該凹溝内に下パンチ部材を上下移動可能に設け、該下パンチ部材において前記成形孔の内周面の一部を構成する内側面に、前記斜面部を成形するための斜面成形面が上部から下方に向かうに従って漸次成形孔の内方に突出するように形成され、該下パンチ部材に、これを上下移動させる駆動手段が設けられていることを特徴とする。

すなわち、ダイの凹溝内に、成形孔の一部を構成するように下パンチ部材を設け、これを凹溝内でダイとは別に上下移動させるようにしたものである。したがって、粉末を充填するときの上昇位置、圧縮時の下降のタイミング、下降速度、最下点に達するタイミングなどをダイとは別に制御することができ、これにより、斜面部の上部での圧縮の比重を高めるなど、密度調整を容易にすることができる。また、その下パンチ部材は、ダイの凹溝に係合されるものであるから、その係合部分により成形面の部分の肉厚を確保することができ、粉末圧縮時の荷重に耐え得る強度を発揮することができる。

また、本発明のステータの製造方法は、その粉末成形装置を用いて前記ステータを製造する方法であって、前記ダイの成形孔内に充填した粉末を圧縮して前記ティースの圧粉体を成形する際に、下パンチ部材を前記ダイとは別個に下降させながら粉末を圧縮することを特徴とする。

つまり、下パンチ部材の斜面成形面を上下方向に沿って配置すると、粉末がその斜面成形面に沿って滑り落ちる傾向にあるので、成形された斜面部は、下部で密度が高くなり易い。そこで、下パンチ部材をダイの下降より遅くすることにより、圧縮時には、この下パンチ部材の成形面の上部で先に圧縮が始まり、この上部が若干圧縮された状態で下降するので、粉末が斜面成形面に沿って下方に移動することが少なくなる。したがって、上部の密度低下の発生が少なく、ほぼ均一な密度に製造することができる。

また、本発明の製造方法において、前記ダイが圧縮位置に到達した後に遅れて前記下パンチ部材を圧縮位置に到達させることを特徴とする。つまり、下パンチ部材の斜面成形面によってダイよりも遅いタイミングまで圧縮することにより、斜面部の密度を高めることができる。

本発明によれば、成形孔の一部を構成する下パンチ部材をダイの凹溝内でダイとは別に上下移動させるようにしたので、粉末を充填するときの上昇位置、圧縮時の下降のタイミング、下降速度、最下点に達するタイミングなどをダイとは別に制御することができ、斜面部の上部での圧縮の比重を高めるなど、密度調整を容易にすることができる。また、その下パンチ部材は、ダイの凹溝への係合部分により成形面の部分の肉厚を確保することができ、粉末圧縮時の荷重に耐え得る強度を発揮することができる。

以下、本発明に係る粉末成形装置及びその粉末成形装置を用いたステータの製造方法の一実施形態を図面を参照しながら説明する。
まず、ステータについて説明しておくと、このステータ１は、図７及び図８に示すように、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相からなる三相モータ用であり、特許文献２に示されるものと同様、第１ステータ２、第２ステータ３、第３ステータ４の三つのステータ部材によって構成され、それぞれのステータ部材は、ステータリング５と、このステータリング５の内周部に周方向に間隔をおいて固定された半径内方に突出する複数のティース６，７とを備える構成とされている。

各ステータリング５は、いずれも内径、外径とも同じ寸法の断面長方形のリング状に形成されており、これら三つのステータリング５を厚さ方向（又は高さ方向）に積み重ねて一体化した構造となっている。
ティース６，７は、ステータリング５の内側に突出する極歯部８，９を有している。これら極歯部８，９は、ステータリング５の厚さ寸法（又は高さ寸法）よりも長く形成されており、そのうち、両側に配置される第１ステータ２及び第３ステータ４のティース６は、同一形状をなし、上下を逆にして各ステータリング５に固定されている。

図９及び図１０は、この第１ステータ２及び第３ステータ４に固定されるティース６の詳細形状を示している。このティース６は、一端部を若干細幅に形成したほぼ矩形板状の極歯部８の背部に、これより若干細いブロック部１１が一体に形成された構成とされている。そのブロック部１１は、極歯部８の反対側でステータリング５の半径外方に向けられる裏面部１２、上下方向の一方端、図９及び図１０では上端を形成する端面１３を有するとともに、左右両側面が端面１３から図９及び図１０の下方に向かうに従って漸次ブロック部１１を先細りとするように傾斜した斜面部１４，１５とされ、その下端部が凸状面１６とされている。この場合、両斜面部１４，１５は、若干形状が異なり、一方の斜面部１４はほぼ平坦な傾斜面に形成されているが、他方の斜面部１５は、流線形状に複数の曲率を連続させた形状とされている。以下の説明では、両者を区別するときは、ほぼ平坦な斜面部を平坦斜面部１４、流線形状の斜面部を流線形斜面部１５と称することがある。

また、ブロック部１１の裏面部１２には、ステータリング５にインサートされる際にステータリング５に埋め込まれるインサート部１７が一体に形成されている。このインサート部１７は、あり溝に係合するような基端部を細くした突条に形成され、上下方向に沿ってストレートに形成されている。
なお、中央の第２ステータ３におけるティース７の極歯部９は、図７に鎖線で示したように正面視がほぼ直方体形状であり、その上下方向の中央位置がステータリング５に固定されるとともに、幅方向の一部を広げるように若干の突出部が形成されている。

そして、これらステータリング５が図７に示すように上下に重ね合わせられることにより、各ステータリング５のティース６，７が、三つのステータリング５の厚さの範囲内に配置されるとともに、周方向に順番に並べられた状態となり、これらティース６，７の間に巻線（図示略）が架け渡される構成となっている。

次に、このように構成されるステータ１における第１ステータ２及び第３ステータ４のティース６を製造するための粉末成形装置の一実施形態を説明する。
この粉末成形装置２１は、図１に示すように、上下方向に貫通して成形孔２２を有するダイ２３と、このダイ２３の成形孔２２に上下方向に相対移動可能に挿入される複数の下パンチ部材２４〜２７と、これら下パンチ部材２４〜２７に対向して成形孔２２内に挿入される上パンチ部材２８とをプレス機（図示略）に取り付けた構成とされている。

ダイ２３は、その中心位置に成形孔２２が形成され、上下移動可能なダイプレート２９の中央部に固定されている。
下パンチ部材２４〜２７は、図示例では、第１下パンチ部材２４、第２下パンチ部材２５、第３下パンチ部材２６、第４下パンチ部材２７の４組が設けられており、それぞれ上から順に配置された上下移動可能なパンチプレート３０，３１，３２（最下段の第４下パンチ部材については省略）に固定ブロック３３〜３６を介してそれぞれ固定されている。
これらダイプレート２９及び各パンチプレートは、それぞれ別個に上下移動できるように駆動手段（図示略）に連結されている。

この場合、下パンチ部材２４〜２７のうち、第１下パンチ部材２４はティース６のインサート部１７の下端面及びブロック部１１の裏面部１２のうちインサート部１７の下方に配置される部分を成形するためのものであり、第２下パンチ部材２５は極歯部８の下向き面を成形するためのものである。また、第３下パンチ部材２６は、両斜面部１４，１５及び極歯部８の裏面から側面を成形するためのものであり、第４下パンチ部材２７は、両斜面部１４，１５の下端に連続している凸状面１６及び極歯部８の裏面の一部を成形するためのものである。

そして、第１下パンチ部材２４を固定している第１パンチプレート３０及び固定ブロック３３の中心部には、これらを一体でくり抜くように下方に開口する穴部４１が上下方向に沿って形成されるとともに、固定ブロック３３の中心にはさらに貫通孔４２が形成されている。そして、その穴部４１に、その下方に配置される第２下パンチ部材２５の固定ブロック３４を上下移動自在に挿入するとともに、自身の固定ブロック３３の貫通孔４２に第２下パンチ部材２５〜第４下パンチ部材２７を上下移動自在に挿入した状態としている。同様に、第２下パンチ部材２５及び第３下パンチ部材２６を固定している各パンチプレート３１，３２及び固定ブロック３４，３５にも、これらの下方に配置される下パンチ部材の固定ブロックを上下移動自在に挿入する穴部４３，４４が下方に向けて開口するように形成され、各固定ブロック３４，３５には、下方位置の下パンチ部材を上下移動自在に挿入する貫通孔４５，４６が形成されている。

そして、これら下パンチ部材２４〜２７のうち、斜面部１４，１５を成形する第３下パンチ部材２６は、図２及び図３に示すように、一組の棒状の第１ロッド部材４７及び第２ロッド部材４８を相互に平行に配置し、その基端を固定プレート４９によって一体に固定した構成とされており、第１ロッド部材４７の先端部には、平坦斜面部１４を成形するための平坦斜面成形面５０が形成され、第２ロッド部材４８の先端部には、流線形斜面部１５を成形するための流線形斜面成形面５１が形成され、これら両成形面５０，５１が対向配置させられている。これら成形面５０，５１の表面は、硬質クロムメッキ等の耐摩耗性皮膜が形成される。そして、これら両ロッド部材４７，４８の成形面５０，５１の間には、該第３下パンチ部材２６の下方から延びる第４下パンチ部材２７の先端部における成形面（凸状面１６を成形するための成形面）が配置される隙間５２が形成されている。

一方、ダイ２３の内周部には、図４に示すように、第３下パンチ部材２６における両ロッド部材４７，４８の先端部を上下移動自在に係合させる凹溝５３，５４が上下方向に沿って直線状に形成されており、これら凹溝５３，５４に両ロッド部材４７，４８を係合させた状態とすることにより、これらの斜面成形面５０，５１が一部分を形成するようにして連続した成形孔２２が構築されるようになっている。なお、第１下パンチ部材２４及び第２下パンチ部材２５はダイ２３の成形孔２２の内面に接触して上下移動させられ、第４下パンチ部材２７は、第３下パンチ部材２６の両ロッド部材４７，４８及び第１、第２下パンチ部材２４，２５に囲まれた空間内で上下移動させられる。図４は平面図であるが、理解を容易にするために、ダイ２３の上面及びこれと面一な両ロッド部材４７，４８の上面にハッチングを施している。

また、上パンチ部材２８は、ティース６の上端面が平坦面であるので、一つの部材から構成され、プレス機の上ラムに駆動されることにより、ダイ２３の内周面および第３下パンチ部材２６によって形成される成形孔２２に下端部が上下移動自在に挿入されるようになっている。

このように構成した粉末成形装置２１は、ティース６の斜面部１４，１５を成形するための第３下パンチ部材２６において、斜面成形面５０，５１をロッド部材４７，４８の側面に形成したことにより、鋭利な先端部とすることなく、パンチ部材としての十分な肉厚を確保することができ、成形時の圧縮荷重に耐え得る強度を発揮することができる。そして、このロッド部材４７，４８をダイ２３の凹溝５３，５４内に配置して、ダイ２３とは独立して上下移動できるようにしたことにより、後述するように独特の挙動をさせることができ、細かな密度調整を行うことができるものである。

次に、このように構成した粉末成形装置２１によって、ティース６を成形する方法について説明する。この成形工程におけるダイ２３、各下パンチ部材２４〜２７及び上パンチ部材２８の先端部の位置関係の推移を順に図５の（ａ）（ｂ）（ｃ）で示しており、これらの移動軌跡を図６に示している。この図６中、粉末充填終了時、及び加圧圧縮終了時のキャビティの形状をモデル化してそれぞれ符号Ａ，Ｂで示している。

まず、図５（ａ）に示すように、ダイ２３の成形孔２２の中に各下パンチ部材２４〜２７を挿入状態として、これらダイ２３及び下パンチ部材２４〜２７により囲まれたキャビティ５５を形成し、該キャビティ５５内に粉末を充填する。このとき、第３パンチ部材２６は、その先端部をダイ２３の上面よりも若干上方に突出させた状態まで上昇させておく。そして、図６に粉末充填で囲った枠内に右上がり線で示したように、ティース６の側面を成形する下パンチ部材、つまり第１、第３下パンチ部材２４，２６と、ダイ２３とは粉末の充填に伴って上昇させ、一方、右下がり線で示したように凸状面１６を成形するための第２、第４下パンチ部材２５，２７は逆に下降させるようにする。これにより、キャビティ５５内の各部に粉末が偏りなく充填される。充填終了後のキャビティ５５の形状を図６の符号Ａで示すように、上下方向に長く伸びた形状とされ、斜面成形面５０，５１の上方に多くの粉末が充填された状態となっている。

そして、図５（ｂ）に示すように、上パンチ部材２８を下降して、その下端部をキャビティ５５内に挿入するとともに、図６に加圧・圧縮の枠内に右下がり線で示したように、ダイ２３、各下パンチ部材２４〜２７を下降させながらキャビティ５５内の粉末Ｆを圧縮する。このとき、各下パンチ部材２４〜２７の圧縮点を図６に黒丸で示したように、各下パンチ部材２４〜２７が圧縮点に到達するタイミングは必ずしも一致しているとは限らず、粉末Ｆのロットや運転状況等によって微妙にずらすなどの調整がなされる。特に、第３下パンチ部材２６が負担している両斜面部１４，１５の成形にあっては、その斜面部１４，１５の角度が急俊であるとともに、複雑な流線形斜面部１５を有するので、わずかな条件の変動によって影響を受け易く、運転条件の変動の都度、密度調整する必要がある。この場合、図６の加圧開始のタイミング、圧縮点の到達タイミング、下降速度等を矢印で示すようにずらしながら調整することが行われる。

そして、このようにしてキャビティ５５内で粉末Ｆを圧縮した後、ダイ２３を大きく下降することにより、第１〜第３下パンチ部材２４〜２６をダイ２３に対して相対的に上昇した位置に配置するとともに、第４下パンチ部材２７を上昇駆動させ、図５（ｃ）に示すように、下パンチ部材２４〜２７で成形孔２２から突き上げるようにして圧粉体Ｐを排出する。

このようにしてティース６となる圧粉体Ｐを順次成形し、ステータリング５を成形する際に、これら圧粉体Ｐをあらかじめ金型（図示略）内に配置しておき、インサート部１７がステータリング５に埋め込まれるようにして一体成形する。その後、この一体化した圧粉体を窒素（Ｎ_２）焼成することにより、第１ステータ２又は第３ステータ４となる。そして、別に製作した第２ステータ３とともに組み立てることにより、ステータ１として完成する。

以上説明したように、この粉末成形装置２１を使用したステータの製造方法では、ダイ２３の成形孔２２の一部を構成するように配置した第３下パンチ部材２６の斜面成形面５０，５１を加圧時にダイ２３とは別個に移動することにより、下降のタイミング、下降速度、最下点に達するタイミングなどをダイ２３や他の下パンチ部材とは別に制御することができ、圧縮される粉末の流れを好適なものに調整し得て、均一な密度の圧粉体を得ることができるものである。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば、上記実施形態では、一つの下パンチ部材にティースの二つの斜面部の成形面を形成したが、これら成形面を別々の下パンチ部材に形成して、別個に駆動するようにしてもよい。
また、上記実施形態では、個々のティースをステータリングと分けて別個に製作しておき、これをステータリングにインサートすることにより、ステータを製造するようにしたが、１個もしくは複数のティースを備える円弧部材にステータリングを分割した状態とし、その分割された各円弧部材単位で成形して、これをリング状に結合することによりステータとする、などの製造方法としてもよい。

本発明に係る粉末成形装置の一実施形態を示す縦断面図である。 図１の粉末成形装置に使用されている第３下パンチ部材の斜視図である。 図２の第３下パンチ部材における両ロッド部材を開いた状態にして、その成形面の部分を拡大して示した斜視図である。 図１の粉末成形装置において、ダイの成形孔内に下パンチ部材を組み込んだ状態を示した上面図である。 図１の粉末成形装置を使用してティースを成形する工程中のダイ及びパンチ部材の位置関係を（ａ）（ｂ）（ｃ）の順に示した要部の縦断面図である。 図１の粉末成形装置を使用してティースを成形する工程中のダイ及びパンチ部材の移動軌跡を示す作動線図である。 図１の粉末成形装置を使用して製造されるステータの一部をステータリングの中心から見た状態を示す側面図である。 図７のステータの一部分を示す斜視図である。 図８に示されるティースの斜視図である。 図９に示されるティースの別の角度から見た斜視図である。

符号の説明

１ ステータ
２ 第１ステータ
３ 第２ステータ
４ 第３ステータ
５ ステータリング
６，７ ティース
８, ９ 極歯部
１１ ブロック部
１２ 裏面部
１３ 端面
１４ 斜面部（平坦斜面部）
１５ 斜面部（流線形斜面部）
１６ 凸状面
１７ インサート部
２１ 粉末成形装置
２２ 成形孔
２３ ダイ
２４〜２７ 下パンチ部材
２８ 上パンチ部材
２９ ダイプレート
３０〜３２ パンチプレート
３３〜３６ 固定ブロック
４１，４３，４４ 穴部
４２，４５，４６ 貫通孔
４７ 第１ロッド部材
４８ 第２ロッド部材
４９ 固定プレート
５０ 平坦斜面成形面
５１ 流線形斜面成形面
５２ 隙間
５３，５４ 凹溝

Claims (3)

1. ステータリングの内周部に、その半径内方に突出するティースが周方向に間隔をおいて複数固定されるとともに、該ティースがステータリングの軸方向に沿って傾斜した斜面部を有するブロック状に形成されてなるステータの少なくとも前記ティースの圧粉体を製造するための粉末成形装置であって、
   前記ティースの圧粉体を成形するための成形孔を有するダイの内周部に、凹溝を上下方向に沿って形成するとともに、該凹溝内に下パンチ部材を上下移動可能に設け、該下パンチ部材において前記成形孔の内周面の一部を構成する内側面に、前記斜面部を成形するための斜面成形面が上部から下方に向かうに従って漸次成形孔の内方に突出するように形成され、該下パンチ部材に、これを上下移動させる駆動手段が設けられていることを特徴とする粉末成形装置。
2. 請求項１記載の粉末成形装置を用いて前記ステータを製造する方法であって、前記ダイの成形孔内に充填した粉末を圧縮して前記ティースの圧粉体を成形する際に、下パンチ部材を前記ダイとは別個に下降させながら粉末を圧縮することを特徴とするステータの製造方法。
3. 前記ダイが圧縮位置に到達した後に遅れて前記下パンチ部材を圧縮位置に到達させることを特徴とする請求項２記載のステータの製造方法。

Images