JP6018795B2 - 積層鉄心の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、積層鉄心（例えば、回転子積層鉄心）の製造方法に係り、特に磁石挿入孔への樹脂の未充填を防止する方法に関する。

従来、自動車や家電製品に使用するモータの回転子積層鉄心（ロータコアともいう）の製造にあっては、鉄心本体の磁極数に対応して形成された複数の磁石挿入孔に、未磁化の永久磁石を入れて外側から樹脂を入れて樹脂封止にて固定することが行われていた。
この永久磁石の樹脂封止にあっては、例えば、特許文献１に示すように、磁石挿入孔に永久磁石が挿入された鉄心本体を上型及び下型との間で挟持し、上型又は下型に設けられた樹脂溜めポットから溶融した熱硬化性樹脂を充填して行っていた。

ところが、樹脂封止後、上型及び下型の間から樹脂封止した積層鉄心を取り出した後、磁石挿入孔の入口部分に付着して硬化した樹脂を除去し、更に表面を掃除する必要があり、著しく作業性に劣っていた。そこで、特許文献２に示すように、永久磁石の挿入された鉄心本体と、樹脂溜めポットが形成された上型又は下型の間に、カルプレート（ダミー板ともいう）を配置し、樹脂封止を終えた後、鉄心本体から樹脂滓をカルプレートと共に除去することが行われている。

特許第４８６５０８６号公報 特開２００８−５４３７６号公報

ところが、積層鉄心からカルプレートを樹脂滓と共に除去するときに、磁石挿入孔に充填されて硬化していた樹脂の表面が剥離してその部分に凹部が発生するという問題があった。そこで、本出願人は、特願２０１０−２７２７６９号（以下、文献３という）にて、図８（Ａ）、（Ｂ）に示すように、樹脂溜めポット９０の吐出領域９１の一部が、カルプレート９２のゲート孔９３に重なるようにして設けられ、樹脂溜めポット９０から直接ゲート孔９３に樹脂が流れ込む樹脂の充填方法を提案した。この発明では、ランナーを形成していない分だけ、樹脂滓の残りが少なく、樹脂の使用量を削減できるという利点があった。なお、図８（Ａ）において、９４は鉄心本体を、９５は磁石挿入孔を、９６は永久磁石を、９７はプランジャをそれぞれ示す。

しかしながら、樹脂溜めポット９０からランナーを介さず直接ゲート孔９３に樹脂を流し込む方法の場合、鉄心本体９４の磁石挿入孔９５の容積が大きくなるほど、樹脂の充填不良が発生する割合が増加する。その理由は、例えば、鉄心本体９４の高さが高くなると、磁石挿入孔９５の容積も必然的に大きくなるが、磁石挿入孔９５の容積が大きくなるとこれに合わせて樹脂量も増やす必要があり、使用する樹脂タブレット（樹脂原料）のサイズも大きくなる。これを溶融させて、磁石挿入孔９５へ充填する際の充填時間（溶融から硬化するまでの時間）は、樹脂の持つ条件で決まり、磁石挿入孔９５の容積とは関係がない。即ち、磁石挿入孔９５の容積が大きなもの程、一定時間内で多量の樹脂を充填する必要がある。

そして、樹脂溜めポット９０から直接ゲート孔９３に樹脂を流し込むものでは、樹脂タブレットのサイズも大きくなったことで、時間内で完全に溶融できない流動性の低い樹脂が発生し、これがゲート孔９３への樹脂の流入を阻害する働きをするため、定められた樹脂の充填時間に対して樹脂充填が間に合わず、その結果、磁石挿入孔９５への充填不良が発生していることが判明した。

また、文献３にはカルプレートにそれぞれ磁石挿入孔に対応するランナーを形成し、このランナーを介して樹脂溜めポットとゲート孔を連通するものも開示されており、上記の樹脂溜めポットから直接ゲート孔に樹脂を流し込むものに比べて、充填不良の発生は少なくなるものの、やはり、磁石挿入孔の容積が大きくなっていくと、樹脂の充填不良が発生する割合が増すことが判明している。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、磁石挿入孔の容積が大きい鉄心本体に対しても、樹脂の充填不良が発生しにくい積層鉄心の製造方法を提供することを目的とする。

本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て形成され、磁極毎に形成された複数の磁石挿入孔を有する鉄心本体のそれぞれの前記磁石挿入孔に永久磁石を挿入した後、該鉄心本体を上型と下型で挟んだ状態で、前記上型及び前記下型のいずれか一方の金型に前記磁極毎に設けられた樹脂溜めポットから、前記磁石挿入孔に樹脂を充填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、
前記樹脂溜めポットが形成された金型と前記鉄心本体との間に、前記樹脂溜めポットから前記樹脂を、該鉄心本体の中心を通る半径線に対して左右対称な少なくとも２つの前記磁石挿入孔にそれぞれ導く前記磁極毎に形成された有底の共通ランナーと、前記磁石挿入孔と一部が重なるゲート孔を有し、一枚の金属板からなり、かつその周縁が平面視して前記鉄心本体の半径方向外側にあるカルプレートを配置し、前記共通ランナー及び前記ゲート孔を介して前記磁石挿入孔に前記樹脂を注入して硬化させた後、前記カルプレートを前記鉄心本体から取り外す。

本発明に係る積層鉄心の製造方法において、前記樹脂溜めポットの一部が、前記ゲート孔に重なり、前記樹脂溜めポットから直接前記ゲート孔に前記樹脂の一部が押し込まれるのが好ましい。

本発明に係る積層鉄心の製造方法において、前記樹脂溜めポットから排出された前記樹脂は前記カルプレートに形成された前記共通ランナーを介して前記ゲート孔に押し込まれるのが好ましい。

本発明に係る積層鉄心の製造方法において、前記積層鉄心はインナーロータであって、前記ゲート孔は、前記磁石挿入孔の半径方向内側から前記磁石挿入孔に重なるのが好ましい。

そして、本発明に係る積層鉄心の製造方法において、前記積層鉄心はアウターロータであって、前記ゲート孔は、前記磁石挿入孔の半径方向外側から前記磁石挿入孔に重なる場合もある。

本発明に係る積層鉄心の製造方法においては、カルプレートに少なくとも２つの磁石挿入孔に同時に樹脂を導く共通ランナーを設けたことにより、樹脂を溶かしながら流動させる溶融流動領域が確保され、樹脂の流動性を高めることができた。その結果従来のように、流動性の低い樹脂が無くなり、これによるゲート孔への樹脂流入が阻害されることも無くなったため、定められた時間内で充填する樹脂量を増やすことが可能となった。
これにより、磁石挿入孔の容積が大きい鉄心本体に対しても、樹脂の未充填を発生させることなく、樹脂を磁石挿入孔に充填できる。

（Ａ）は本発明の第１の実施の形態に係る積層鉄心の製造方法の説明図、（Ｂ）は同製造方法に用いるカルプレートの部分拡大図である。 同積層鉄心の製造方法に用いるカルプレートの平面図である。 同積層鉄心の製造方法を実施するための装置の説明図である。 （Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ同積層鉄心の製造方法における樹脂の流れの説明図である。 本発明の第２の実施の形態に係る積層鉄心の製造方法を適用した樹脂溜めポットから磁石挿入孔に充填される樹脂の流れを示す説明図である。 本発明の第３の実施の形態に係る積層鉄心の製造方法に使用するカルプレート周りの断面図である。 （Ａ）は本発明の第４の実施の形態に係る積層鉄心の製造方法を適用した樹脂封止部分の断面図、（Ｂ）は同部分平面図である。 （Ａ）は従来技術の積層鉄心の製造方法の説明図、（Ｂ）は同方法に使用するカルプレートの一部拡大図である。

続いて、添付した図面を参照しながら、本発明を具体化した実施の形態について説明する。
図１〜図３に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る積層鉄心の製造方法を実施する装置１０は、複数の鉄心片１１を積層して形成され、複数の対となる磁石挿入孔１２、１３にそれぞれ未磁化の永久磁石１４が挿入されている鉄心本体１５を、カルプレート（ダミー板）１６を介して挟持する、金型の一例である上型１７と下型１８とを有している。

なお、この実施の形態では、鉄心本体１５は中央に軸孔１９を有し、矩形の搬送プレート２０とその中心に設けられた位置決め軸２１とを有する搬送治具２２に搭載された状態で、上型１７及び下型１８の間に配置されている。上型１７の上に固定上フレーム２３が設けられ、下型１８は可動フレーム２４に搭載され、固定下フレーム２５の上に設けられた油圧シリンダー２６によって可動フレーム２４が昇降し、上部の鉄心本体１５を上型１７及び下型１８で挟持している。なお、２８はポストを示す。

鉄心本体１５は、図２に破線で示すように、対となる磁石挿入孔１２、１３を有し、金属板によって構成されたカルプレート１６は、上型１７に形成された各樹脂溜めポット３０（図２に二点鎖線で示す）に連通する共通ランナー３１を有している。そして、この共通ランナー３１の半径方向外側には、下部に位置する磁石挿入孔１２、１３に通じるゲート孔３３、３４を有している。溝状（即ち、有底状）の共通ランナー３１の深さはこのカルプレート１６の厚みの１／３〜２／３となっている。

カルプレート１６の中央には、位置決め軸２１が貫通する抜き孔３５が形成され、この抜き孔３５の直径は鉄心本体１５の軸孔１９と同一になっている。なお、この実施の形態では、鉄心本体１５の軸孔１９に対向する突出キーが設けられ、位置決め軸２１には、この突出キーに符合するキー溝が設けられており、カルプレート１６の抜き孔３５にも、位置決め軸２１に設けられたキー溝に（図２では図示せず）に符合する突出キーが設けられ、カルプレート１６と鉄心本体１５の位置決めを行っている。なお、位置決め軸に突出キーを設け、鉄心本体及びカルプレートに突出キーに符合するキー溝を設けてもよい。また、カルプレート１６と鉄心本体１５との位置決めは、他の手段、例えば、鉄心本体１５に設けられた孔や切欠き等にカルプレート１６の突出片を嵌入させる等の手段であってもよい。

図１（Ａ）、（Ｂ）、図４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、ゲート孔３３、３４は磁石挿入孔１２、１３の半径方向内側で、磁石挿入孔１２、１３の略中央位置にそれぞれ配置されている。そして、ゲート孔３３、３４は平面視して長方形となって、幅（短幅）方向の中央位置を磁石挿入孔１２、１３の内側縁が通過している。即ち、平面視してゲート孔３３、３４はその一部がそれぞれ磁石挿入孔１２、１３と重なっている。断面円形の樹脂溜めポット３０の軸心は、平面視して扇状の共通ランナー３１の曲率半径中心位置側に設けられて、樹脂溜めポット３０の半径方向外部３７（鉄心本体１５の中心に対して）がカルプレート１６の上表面によって部分的に閉塞されている。樹脂溜めポット３０は図４（Ａ）に示すように、ゲート孔３３、３４にその一部が重なる大きさにしてもよいし、図４（Ｂ）に示すように、ゲート孔３３、３４には重ならない大きさとしてもよい。

なお、対となる磁石挿入孔１２、１３は平面視して樹脂溜めポット３０の軸心を通過する鉄心本体１５の半径線ｒに対して左右対称に形成されている。
このような構成となっているので、固定フレーム２３に搭載されている油圧シリンダー３８を延ばして、樹脂溜めポット３０内の樹脂をプランジャ３９で押し出すと、半径方向外部３７にある樹脂は、カルプレート１６の表面に遮られて、半径方向内側に流れ込み、共通ランナー３１側に流れる。このとき、共通ランナー３１の外側は半径線ｒに対して左右対称となっている円弧壁（曲り壁）４１、４２に沿ってゲート孔３３、３４に向かい、磁石挿入孔１２、１３に入る。

これによって、プランジャ３９によって押し出された樹脂を溶かしながら流動させる溶融流動領域が、共通ランナー３１によって確保され、樹脂の流動性を高めることができる。その結果、従来のように、流動性の低い樹脂が無くなり、これによるゲート孔への樹脂流入が阻害されることも無くなったため、定められた時間内で充填する樹脂量を増やすことが可能となった。

続いて、図５を参照しながら、本発明の第２の実施の形態に係る積層鉄心の製造方法に使用するカルプレート４３の詳細について説明する。
この実施の形態では、樹脂溜めポット３０、共通ランナー４４、及びこれに続くゲート孔４５、４６及び磁石挿入孔１２、１３は実線で表し、平面視した相互の関係を表している。

対となる磁石挿入孔１２、１３は中心線ｍに対して左右対称に形成され、ゲート孔４５、４６も左右の磁石挿入孔１２、１３の半径方向内側壁の中央に、その幅方向中心線が位置するように配置されている。樹脂溜めポット３０の半径方向外側は、カルプレート４３の表面で閉塞され、共通ランナー４４の半径方向内側には円弧壁４７がその両側に直線壁４８、４９が、更にその外側には、通過する樹脂をゲート孔４５、４６に導くガイド壁５０、５１が設けられている。共通ランナー４４の深さはカルプレート４３の板厚の１／３〜２／３となっている。

従って、樹脂溜めポット３０から押し出された樹脂は、半径方向内側に向かい、その後、左右に分かれて、ゲート孔４５、４６に流れ込む。この場合、共通ランナー４４の容積が大きいので、樹脂溜めポット３０内で一部未溶融の樹脂があっても、共通ランナー４４に滞在中に溶融し、流動性がよくなって磁石挿入孔１２、１３内に充填される。なお、樹脂溜めポット３０は樹脂突出領域の一部がゲート孔４５、４６に重なり、樹脂溜めポット３０から直接ゲート孔４５、４６に樹脂の一部が押し込まれる。

次に、図６に示す本発明の第３の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。この実施の形態では、カルプレート５３について説明するが、共通ランナー５４の側壁５５が上方に開く傾斜面となっている。また、ゲート孔５６の一方の側面は上方に開く（即ち、半径方向外側に開く）傾斜面５６ａとなっている。この傾斜面５６ａによって、カルプレート５３を僅かに回転させることで、カルプレート５３を鉄心本体１５から容易に除去できる。また、カルプレート５３から樹脂を除去する場合も、側壁５５と傾斜面５６ａのテーパー効果によって容易に抜くことができる。この実施の形態は、第１、第２の実施の形態、及び以下に説明する第４の実施の形態にも容易に適用できる。

続いて、図７（Ａ）、（Ｂ）に示す本発明の第４の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。この実施の形態では、鉄心本体５７の一つの磁極に３つの磁石挿入孔５８〜６０を有し、それぞれに永久磁石１４が挿入されている。
この例では、樹脂溜めポット３０の直下に共通ランナー６１が設けられたカルプレート６１ａを有し、共通ランナー６１からゲート孔６２〜６４を介して磁石挿入孔５８〜６０に樹脂を充填している。この実施の形態においては、共通ランナー６１の容積が大きいので、樹脂溜めポット３０から押し出された樹脂は、共通ランナー６１で溶けて、円滑に磁石挿入孔５８〜６０に流れ込む。

なお、以上のいずれの実施の形態においても、磁石挿入孔へ永久磁石の樹脂封止をした後は、搬送治具２２ごと、鉄心本体及びカルプレートを金型装置から取り出す。そして、カルプレートを取り外し、付着した樹脂を清掃して再使用する。

本発明は前記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲でその構成を変更することもできる。例えば、共通ランナーの形状は、円滑に樹脂溜めポットからの樹脂をある程度の時間をかけてゲート孔に流すものであれば、他の形態でもよい。
また、前記実施の形態においては、鉄心本体の上にカルプレートを配置していたが、樹脂溜めポットを下型に設ける場合、鉄心本体の下にカルプレートを配置することになる。この場合、搬送治具を上下逆にして使用することもできる。

前記実施の形態で製造した積層鉄心はインナーロータであって、ゲート孔は、磁石挿入孔の半径方向内側から磁石挿入孔に重なっているが、積層鉄心がアウターロータの場合は、ゲート孔は、磁石挿入孔の半径方向外側から磁石挿入孔に重なることになる。

１０：装置、１１：鉄心片、１２、１３：磁石挿入孔、１４：永久磁石、１５：鉄心本体、１６：カルプレート、１７：上型、１８：下型、１９：軸孔、２０：搬送プレート、２１：位置決め軸、２２：搬送治具、２３：固定フレーム、２４：可動フレーム、２５：固定下フレーム、２６：油圧シリンダー、２８：ポスト、３０：樹脂溜めポット、３１：共通ランナー、３３、３４：ゲート孔、３５：抜き孔、３７：半径方向外部、３８：油圧シリンダー、３９：プランジャー、４１、４２：円弧壁、４３：カルプレート、４４：共通ランナー、４５、４６：ゲート孔、４７：円弧壁、４８、４９：直線壁、５０、５１：ガイド壁、５３：カルプレート、５４：共通ランナー、５５：側壁、５６：ゲート孔、５６ａ：傾斜面、５７：鉄心本体、５８〜６０：磁石挿入孔、６１：共通ランナー、６１ａ：カルプレート、６２〜６４：ゲート孔

Claims (5)

1. 複数の鉄心片を積層して形成され、磁極毎に形成された複数の磁石挿入孔を有する鉄心本体のそれぞれの前記磁石挿入孔に永久磁石を挿入した後、該鉄心本体を上型と下型で挟んだ状態で、前記上型及び前記下型のいずれか一方の金型に前記磁極毎に設けられた樹脂溜めポットから、前記磁石挿入孔に樹脂を充填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、
   前記樹脂溜めポットが形成された金型と前記鉄心本体との間に、前記樹脂溜めポットから前記樹脂を、該鉄心本体の中心を通る半径線に対して左右対称な少なくとも２つの前記磁石挿入孔にそれぞれ導く前記磁極毎に形成された有底の共通ランナーと、前記磁石挿入孔と一部が重なるゲート孔を有し、一枚の金属板からなり、かつその周縁が平面視して前記鉄心本体の半径方向外側にあるカルプレートを配置し、前記共通ランナー及び前記ゲート孔を介して前記磁石挿入孔に前記樹脂を注入して硬化させた後、前記カルプレートを前記鉄心本体から取り外すことを特徴とする積層鉄心の製造方法。
2. 請求項１記載の積層鉄心の製造方法において、前記樹脂溜めポットの一部が、前記ゲート孔に重なり、前記樹脂溜めポットから直接前記ゲート孔に前記樹脂の一部が押し込まれることを特徴とする積層鉄心の製造方法。
3. 請求項１記載の積層鉄心の製造方法において、前記樹脂溜めポットから排出された前記樹脂は前記カルプレートに形成された前記共通ランナーを介して前記ゲート孔に押し込まれることを特徴とする積層鉄心の製造方法。
4. 請求項１〜３のいずれか１記載の積層鉄心の製造方法において、前記積層鉄心はインナーロータであって、前記ゲート孔は、前記磁石挿入孔の半径方向内側から前記磁石挿入孔に重なることを特徴とする積層鉄心の製造方法。
5. 請求項１〜３のいずれか１記載の積層鉄心の製造方法において、前記積層鉄心はアウターロータであって、前記ゲート孔は、前記磁石挿入孔の半径方向外側から前記磁石挿入孔に重なることを特徴とする積層鉄心の製造方法。

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