JP5799606B2 - ロータの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電動機におけるロータの製造方法、特にロータに永久磁石を内蔵した永久磁石埋込型同期モータ等におけるロータの製造方法に関する。

この種のロータの製造方法として、例えば特許文献１，２に記載されているように、電磁鋼板等の積層体からなるロータコアにその軸心方向に貫通するスロット部をロータコアの円周方向に沿って所定のピッチで複数個形成し、それらのスロット部に個々に永久磁石を挿入した上で、スロット部と永久磁石の隙間を埋めるべく、永久磁石が挿入されているスロット部に樹脂材料を充填して硬化させることにより、いわゆる樹脂モールドのかたちで各永久磁石を位置決め固定するようにしたものが知られている。

特開２００８−２１９９９２号公報 特開２００８−１２５３５３号公報

しかしながら、これらの特許文献１，２に記載された技術では、スロット部に樹脂材料を充填した後にスロット部に対して樹脂材料の注入に関与した型部材またはノズルをロータコアから離間させる際に、一旦はスロット部に充填された樹脂材料までも剥離させてしまったり、あるいは逆に余分な樹脂材料がスロット部側に余盛り状に残ってしまうことがある。そのため、製品精度の向上が望めないだけでなく、後工程である仕上げ工程での工数が増加するとともに、作業が煩雑になって好ましくない。

本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、スロット部への樹脂材料の充填後の二次的不具合の発生を抑制できるようにしたロータの製造方法を提供するものである。

本発明は、ロータコアの円周方向に沿って当該ロータコアの軸心方向に貫通する複数のスロット部が形成されていて、各スロット部に磁石を挿入した後に、そのスロット部に樹脂材料を充填して磁石を位置決め固定するにあたり、各スロット部に磁石が挿入されたロータコアの上端面に、複数のスロット部が共有していて且つスロット部に連通するゲート部が形成された型板を当接させる。そして、上記ゲート部からスロット部に樹脂材料を充填した後、ロータコアから型板を離間させる前に、型板とロータコアを当該ロータコアの上端面に沿って相対移動させるものとする。なお、ここに言う磁石とは、永久磁石のほか、永久磁石として着磁される前の未着磁状態のものを想定している。

本発明によれば、型板とロータコアの相対移動をもって樹脂材料がゲート部から破断することになるので、従来のように一旦はスロット部に充填された樹脂材料までも剥離させてしまったり、あるいは逆に余分な樹脂材料がスロット部側に余盛り状に残ってしまうことがない。そのため、樹脂材料の充填品質が良好なロータの製造が可能となるとともに、後工程である仕上げ工程での工数を削減できる。

本発明方法によって製造されるロータコアの一例を示す説明図。 図１の要部の拡大図。 図１のＡ−Ａ線に沿う断面説明図。 本発明の第１の形態として図１に示したロータコアの製造手順を示す説明図。 図４の「磁石挿入」から「樹脂タブレット挿入」までの工程を示す断面説明図。 図４の「注型」および「キュア」の工程を示す断面説明図。 図４の「相対移動によるゲート部破断」の工程を示す断面説明図。 図４の「型開き・製品取り出し」の工程を示す断面説明図。 図５〜８に示したゲート部の変形例を示す要部断面説明図。 本発明の第２の形態として図７の変形例を示す断面説明図。 本発明の第３の形態として図４の変形例を示す説明図。

図１以下の図面は本発明を実施するためのより具体的な第１の形態を示し、特に図１は例えば永久磁石埋込型同期モータのロータ（回転子）の構造を示し、また図２は図１の要部の平面図を、図３は図１のＡ−Ａ線に沿う断面図をそれぞれ示している。

図１に示すように、ロータ１は、薄板状の電磁鋼板、より具体的には珪素鋼板等の積層体からなる円筒状のロータコア２を主要素として構成されていて、そのロータコア２の円周方向の等分位置に磁石収納のための穴部として偏平矩形状の複数のスロット部３を形成してある。それぞれのスロット部３はロータコア２をその軸心方向に貫通してロータコア２の両端面に開口していて、各スロット部３には当該スロット部３の形状よりも一回り小さな板状またはバー状の永久磁石４を挿入してある。そして、図２，３に示すように、各永久磁石４はスロット部３と永久磁石４との隙間に注入または充填される熱硬化性の樹脂材料５にていわゆる樹脂モールドのかたちで位置決め固定してある。樹脂材料５はスロット部３と永久磁石４との間の四周に介装され、同時に図３に示すようにスロット部３の高さよりも永久磁石４の高さの方がわずかに小さく設定されていることから、永久磁石４の上面も樹脂材料５にて被覆される。

なお、本実施の形態においてはスロット部３の高さよりも永久磁石４の高さの方をわずかに小さく設定しているが、これに限定されず、例えばスロット部３の高さと永久磁石４の高さとが同等であっても良い。また、ロータコア２の中心の軸穴２ａには図示外の回転軸が挿入固定される。さらに、ロータコア２の両端面に円板状のエンドプレート（端板）を積層配置することがあるほか、熱硬化性の樹脂材料５に代えて熱硬化性の接着剤を用いることもある。

このようなロータコア２の製造方法には、概略的には、図４に示すように、（１）磁石挿入、（２）予備加熱、（３）型締め、（４）樹脂タブレット挿入、（５）注型（樹脂材料の注入または充填）、（６）キュア（硬化）、（７）型開き・製品取り出し、の各工程が含まれていて、これらの工程を経ることで図１のようなロータコア２が製造されることになる。

「磁石挿入」とは、永久磁石４そのもの、または永久磁石４となるべき未着磁の磁石材料をロータコア２の各スロット部３に挿入する作業である。したがって、後者の場合には永久磁石４としての着磁は後工程にて行われる。

「予備加熱」とは、各スロット部３に永久磁石４が挿入されたロータコア２を例えば１７０℃程度まで加熱するものである。

「型締め」とは、永久磁石４が挿入された状態で予備加熱されたロータコア２を、その両端面側から所定の金型にて加圧拘束する作業である。なお、ロータコア２が予備加熱されているのに併せて、そのロータコア２を加圧拘束するための金型は例えば１８０℃程度に加熱されている。

「樹脂タブレット挿入」とは、金型の一部に形成されたポット部に熱硬化性の樹脂材料のタブレットを挿入する作業である。

「注型（樹脂注入）」とは、金型のポット部に挿入した樹脂材料のタブレットを軟化・溶融させて、各スロット部３に注入または充填する作業である。

「キュア（硬化）」とは、各スロット部３に注入または充填された樹脂材料を所定の保圧下で硬化させ、もって予め各スロット部３に挿入されている永久磁石４を樹脂モールドのかたちで位置決め固定する作業である。

「型開き・製品取り出し」とは、その名のとおり金型による加圧拘束状態からロータコア２を解放して、各スロット部３に永久磁石４が位置決め固定されたロータコア２を取り出す作業である。

ここで、上記のような一連の製造工程は実質的にトランスファー成形法と同等の手法と理解することができ、その詳細を図５以下に示す。

図５に示すように、型板としての下型６と同じく上型７との組み合わせからなる金型８を用意し、各スロット部３に予め永久磁石４が挿入されているロータコア２の一方の端面を接触面として、下型６の上に載せて位置決めする。さらに、上型７を下降させてその上型７をロータコア２の他方の端面に密着させ、下型６と上型７とをもって所定の圧力でロータコア２を軸心方向に加圧拘束する。この場合において、上型７には後述するポット部９に連通するゲート部１０を形成してあり、上記のような型締め状態ではゲート部１０は永久磁石４が予め挿入されている各スロット部３に臨んで連通することになる。ここまでが図４の「磁石挿入」、「予備加熱」、「型締め」の各工程に相当する。

図５のようなロータコア２の加圧拘束状態において、上型７側のポット部９に熱硬化性の樹脂材料のペレットＰを挿入した上で、ポット部９にプランジャ１１を圧入する。この場合において、ロータコア２が予め１７０℃程度に予備加熱されていて、しかも下型６と上型７との組み合わせからなる金型８が１８０℃程度に加熱されていることは先に説明したとおりである。

したがって、図６に示すように、ポット部Ｐに挿入された熱硬化性の樹脂材料のペレットＰは直ちに軟化溶融（可塑化）して溶融状態の樹脂材料５と化し、そのままプランジャ１１の押し込み圧力にて各スロット部３に注入または充填される。すなわち、図２，３に示したように、永久磁石４とスロット部３との間の四周の隙間にフルに樹脂材料５が注入または充填されるほか、永久磁石４の上面側にもこれを被覆するように注入または充填される。この状態で所定のキュア時間をもって樹脂材料５の硬化を待てば、永久磁石４がスロット部３内の所定位置にいわゆる樹脂モールドのかたちで堅固に位置決め固定されることになる。ここまでが図４の「樹脂タブレット挿入」、「注型（樹脂注入）」、「キュア（硬化）」の各工程に相当する。

所定のキュア時間の経過をもって樹脂材料５が硬化したならば、型開きに先立って、スロット部３側に注入または充填された樹脂材料５をゲート部１０側に残されている樹脂材料であるところのゲート部跡１０ａから破断させる。このゲート部跡１０ａからの破断が図４の「相対移動によるゲート部破断」の工程に相当する。このゲート部跡１０ａからの樹脂材料５の破断は、図７に示すようにロータコア２の他方の端面と上型７との接触面において、そのロータコア２と上型７とを相対移動させることで行う。より具体的には、例えばロータコア２を固定側として、そのロータコア２の他方の端面と上型７との接触面において、ロータコア２の軸心と直交する方向（図７の矢印ａ方向、すなわちロータコア２の端面に沿った方向）に上型７のみを所定量だけスライド移動させるものとする。

こうすることにより、上型７側に残るゲート部跡１０ａは平面視にて例えば極細円柱状のものとみなし得ることから、ロータコア２と上型７との相対移動に基づくせん断力をもって、上型７側に残るゲート部跡１０ａから各スロット部３側の樹脂材料５が破断される。なお、図７では両者の破断面を波線ｂで示している。

この後、図８に示すように、下型６と上型７とを型開きするとともに、プランジャ１１を抜き上げた上で、ロータコア２を取り出せば、図１に示したようなロータコア２が製造されることになる。なお、永久磁石４に代えて未着磁の磁石を用いた場合には、後工程にて公知の方法により磁石に着磁処理を施して永久磁石化することになる。

したがって、この第１の形態によれば、そのロータコア２の他方の端面と上型７との接触面において、ロータコア２と上型７とのスライド移動に基づくせん断力をもって、上型７側に残るゲート部跡１０ａから各スロット部３側の樹脂材料５が破断されることになるので、樹脂材料５側の破断面が綺麗に仕上がるとともに、従来のように一旦はスロット部３に充填された樹脂材料５までも剥離させてしまったり、あるいは逆に本来はゲート部跡１０ａとなるべき余分な樹脂材料がスロット部３側に余盛り状に残ってしまうこともない。その結果として、樹脂材料５の充填品質が良好なロータコア２の製造が可能となるとともに、後工程である仕上げ工程での工数を削減できることになる。

ここで、図５〜８に示した型構造のうち上型７側のポット部９とスロット部３とを連通するゲート部１０は、所期の目的を達成できるならばその形状は特に問わないものとする。ただし、図９に示すように、ゲート部１０のうち成形品部たるスロット部３側の樹脂材料５との境界部を括れさせて狭窄部１０ｂを形成すると、ロータコア２と上型７との相対移動に基づくせん断力が集中しやすくなって、ゲート部１０側に残る樹脂材料からのスロット部３側の樹脂材料５の破断が容易となるとともに、樹脂材料５側の破断跡が目立ちにくいものとなる利点がある。

また、上記実施の形態においてはロータコア２を固定側として、ロータコア２の軸心と直交する方向に上型７を所定量だけスライド移動させることにより、各スロット部３の樹脂材料５をせん断力をもって破断している。この方式に代えて、例えば上型７を固定側として、ロータコア２を該ロータコア２の軸心と直交する方向にスライド移動させることによっても同様に各スロット部３の樹脂材料５をせん断力をもって破断することができる。すなわち、ロータコア２と上型７とをロータコア２の軸心と直交する方向に所定量だけ相対的にスライド移動させれば良く、ロータコア２と上型７とのいずれを固定側とするかは特に限定されない。

さらにまた、上記実施の形態においてはロータコア２と上型７との相対移動方向をロータコア２の軸心と直交する方向としているが、この相対移動方向は各スロット部の樹脂材料５にせん断力を付与できる方向であれば良く、ロータコア２の軸心と直交する方向に厳密に規定されるものではない。すなわち、相対移動方向は各スロット部３の樹脂材料５にせん断力を付与できる方向である限り、ロータコア２の軸心と直交する方向に対して角度を持った方向であっても良い。

図１０は本発明を実施するためのより具体的な第２の形態を示す図で、図７と同等の断面図、すなわち相対移動によるゲート部破断の工程を示しているとともに、図７と同等部位には同一符号を付してある。

図１０に示す第２の形態では、所定のキュア時間の経過をもって樹脂材料５が硬化した後であって型開き前に樹脂材料５をゲート部跡１０ａから破断させる点で図７の第１の形態と共通している。

その一方、このゲート部跡１０ａからの樹脂材料の破断は、図１０に示すようにロータコア２の他方の端面と上型７との接触面において、そのロータコア２と上型７とを相対回転させることで、ロータコア２と上型７とをロータコア２の軸心と直交する方向（すなわちロータコア２の端面に沿った方向）に相対移動させるものとする。より具体的には、例えば金型６側を固定側として、ロータコア２の他方の端面と上型７との接触面において、所定の回転駆動手段によりロータコア２の軸心周り（図１０の矢印ｃ方向）にそのロータコア２を所定量だけ回転させるものとする。こうすることにより、上型７側に残るゲート部跡１０ａは平面視にて例えば極細円柱状のものとみなし得ることから、ロータコア２と上型７との相対回転に基づくせん断力をもって、上型７側に残るゲート部跡１０ａから各スロット部３側の樹脂材料５が破断される。なお、図１０でも両者の破断面を波線ｂで示している。

この第２の形態では、ロータコア２の平面視において、同じく平面視にて例えば極細円柱状のものとみなし得る各スロット部３ごとのゲート部跡１０ａが同一サークル上に位置していることから、各ゲート部跡１０ａに作用するところのせん断力が均等なものとなって、各ゲート部跡１０ａからの樹脂材料５の破断がより安定して行われることになる。

図１１は本発明を実施するためのより具体的な第３の形態を示す図である。

この第３の形態では、図４と比較すると明らかなように、「相対移動によるゲート部破断」、すなわちロータコア２と上型７との相対移動に基づくゲート部跡１０ａと各スロット部３側の樹脂材料５との破断を、樹脂材料５が硬化する前に行うようにしたものである。

ロータコア２と上型７との相対移動に基づくゲート部跡１０ａと各スロット部３側の樹脂材料５との破断は、図７に示したようにロータコア２と上型７との相対的なスライド移動、または図１０に示したようにロータコア２と上型７との相対回転によって行われるものであるが、図１１の第３の形態では、キュア（硬化）の前、すなわち各スロット部３に溶融した樹脂材料５を注入または充填した後であって、且つそれらの樹脂材料５の硬化が完了する前に、図７のような相対的なスライド動作または図１０のような相対回転をもって、ゲート部１０側に残る樹脂材料と各スロット部３に注入または充填された樹脂材料５とを破断させるようにしたものである。

図７のような相対的なスライド動作または図１０のような相対回転をもって、ゲート部１０側に残る樹脂材料と各スロット部３に注入または充填された樹脂材料５とを破断させたならば、図１１に示すようにその状態のままで静置してキュア（硬化）を進行させ、キュアの完了をまって図８と同様の形態で型開きしてロータコア２を取り出すものとする。

この第３の形態によれば、各スロット部３に注入または充填された樹脂材料５が硬化する前に破断させることにより、その破断が容易に且つ安定して行えるようになり、スロット部３側の樹脂材料５の仕上がりが一段と良好なものとなる。

１…ロータ
２…ロータコア
３…スロット部
４…永久磁石
５…樹脂材料
６…下型（型板）
７…上型（型板）
８…金型
１０…ゲート部

Claims (4)

1. ロータコアの円周方向に沿って当該ロータコアの軸心方向に貫通する複数のスロット部が形成されていて、各スロット部に磁石を挿入した後に、そのスロット部に樹脂材料を充填して磁石を位置決め固定するようにした電動機におけるロータの製造方法において、
   各スロット部に磁石が挿入されたロータコアの上端面に、複数のスロット部が共有していて且つスロット部に連通するゲート部が形成された型板を当接させ、
   上記ゲート部からスロット部に樹脂材料を充填した後であってロータコアから型板を離間させる前に、型板とロータコアを当該ロータコアの上端面に沿って相対移動させることを特徴とするロータの製造方法。
2. 請求項１に記載のロータの製造方法において、
   上記ゲート部からスロット部に樹脂材料を充填した後であってロータコアから型板を離間させる前に、型板とロータコアを当該ロータコアの軸心と直交方向に相対的にスライド移動させることを特徴とするロータの製造方法。
3. 請求項１に記載のロータの製造方法において、
   上記ゲート部からスロット部に樹脂材料を充填した後であってロータコアから型板を離間させる前に、型板とロータコアを当該ロータコアの軸心周りに相対回転させることを特徴とするロータの製造方法。
4. 請求項１〜３のいずれか一つに記載のロータの製造方法において、
   スロット部に充填した樹脂材料が硬化する前に型板とロータコアを相対移動させることを特徴とするロータの製造方法。

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